JP2021003718A - レーザ加工機の設定方法及びレーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの操作によって材料条件に合わせた最適な加工条件を設定することができるレーザ加工機の設定方法を提供する。【解決手段】所定の加工条件で板金にレーザビームを照射して板金Ｗを切断しているときの、板金Ｗで発生した可視光の反射光を検出した反射光検出値または光学部品からの散乱光を検出した散乱光検出値が記憶部に記憶される。記憶部に記憶された反射光検出値または散乱光検出値が、所定の加工条件に対応する基準値として登録される。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工機の設定方法及びレーザ加工機に関する。

レーザ発振器より射出されたレーザビームによって板金を切断して、所定の形状を有する製品を作製するレーザ加工機が普及している。

レーザ加工機が板金を適切に加工するには、板金の材質及び板厚の材料条件に合わせて加工条件を設定する必要がある（特許文献１〜３参照）。加工条件とは、レーザ発振器より射出されるレーザビームの出力、レーザビームのデューティ、焦点位置、ノズルの種類、アシストガスの種類及び流量等である。

特開平５−３０９４８５号公報 特開２００１−１３８０８２号公報 特開２０１７−１６４８０１号公報

レーザ加工機を製造販売するメーカは、各種の材料条件に合わせた最適な加工条件を求めて、レーザ加工機を制御する制御装置に保持させる。ユーザは、制御装置を操作して加工しようとする板金の材料条件に応じて加工条件を選択し、レーザ加工機は選択された加工条件で板金を加工する。

メーカが複数の加工条件による加工結果を評価して、最適な加工条件を求める工数は膨大である。レーザ加工機が新規の加工機能を搭載した場合には、新規の加工機能を用いた場合の加工条件を求めなければならない。メーカが最適な加工条件を求めて制御装置に保持させるまでにかなりの時間がかかってしまう。

ユーザが板金の材料条件に応じて加工条件を選択したとしても、加工不良が発生することがある。これは、日本国内で製造された板金と海外で製造された板金とで含有する成分またはその比率が異なること、あるいは海外で製造された板金の板厚にばらつきがあるためである。材料条件に合わせた最適な加工条件を求めて制御装置に保持させることができれば、加工不良の発生を早期に解消することができる。

本発明は、材料条件に合わせた最適な加工条件を設定することができるレーザ加工機の設定方法及びレーザ加工機を提供することを目的とする。

本発明は、所定の加工条件で板金にレーザビームを照射して前記板金を切断しているときの、前記板金で発生した可視光の反射光を検出した反射光検出値または光学部品からの散乱光を検出した散乱光検出値を記憶部に記憶し、前記記憶部に記憶された反射光検出値または散乱光検出値を、前記所定の加工条件に対応する基準値として登録するレーザ加工機の設定方法を提供する。

本発明は、所定の加工条件で板金にレーザビームを照射して前記板金を切断しているときの、前記板金で発生した可視光の反射光を検出した反射光検出値または光学部品からの散乱光を検出した散乱光検出値を基準値として登録する登録部と、
前記所定の材料条件で板金を切断しているに得られる反射光検出値または散乱光検出値と前記基準値との比較結果に基づいて、加工不良が発生しているか否かを判定する判定部とを備えるレーザ加工機を提供する。

本発明のレーザ加工機の設定方法及びレーザ加工機によれば、材料条件に合わせた最適な加工条件を設定することができる。

一実施形態のレーザ加工機の全体的な構成例を示す図である。 一実施形態のレーザ加工機が備える加工モニタリング装置及び散乱光検出器を示す図である。 加工不良が発生していない状態の反射光検出値を示す特性図である。 加工不良が発生している状態の反射光検出値を示す特性図である。 一実施形態のレーザ加工機に設けられているノズルチェンジャが備えるノズル監視装置を示す図である。 一実施形態のレーザ加工機の設定方法を示し、レーザ加工機が板金を試し加工するときのオペレータまたはレーザ加工機による処理を示すフローチャートである。 加工モニタリング装置が生成する反射光検出値及び散乱光検出器が生成する散乱光検出値を示す図である。 一実施形態のレーザ加工機が板金を実加工するときのオペレータまたはレーザ加工機による処理を示すフローチャートである。

以下、一実施形態のレーザ加工機の設定方法及びレーザ加工機について、添付図面を参照して説明する。図１において、レーザ加工機１００は、レーザビームを生成して射出するレーザ発振器１０と、レーザ加工ユニット２０と、レーザ発振器１０より射出されたレーザビームをレーザ加工ユニット２０へと伝送するプロセスファイバ１２とを備える。

また、レーザ加工機１００は、操作部４０と、ＮＣ装置５０と、加工プログラムデータベース６０と、加工条件データベース７０と、アシストガス供給装置８０と、表示部９０とを備える。ＮＣ装置５０は、レーザ加工機１００の各部を制御する制御装置の一例である。

レーザ発振器１０としては、レーザダイオードより発せられる励起光を増幅して所定の波長のレーザビームを射出するレーザ発振器、またはレーザダイオードより発せられるレーザビームを直接利用するレーザ発振器が好適である。レーザ発振器１０は、例えば、固体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、ダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）である。

レーザ発振器１０は、波長９００ｎｍ〜１１００ｎｍの１μｍ帯のレーザビームを射出する。ファイバレーザ発振器及びＤＤＬ発振器を例とすると、ファイバレーザ発振器は、波長１０６０ｎｍ〜１０８０ｎｍのレーザビームを射出し、ＤＤＬ発振器は、波長９１０ｎｍ〜９５０ｎｍのレーザビームを射出する。

レーザ加工ユニット２０は、加工対象の板金Ｗを載せる加工テーブル２１と、門型のＸ軸キャリッジ２２と、Ｙ軸キャリッジ２３と、Ｙ軸キャリッジ２３に固定されたコリメータユニット３０と、加工ヘッド３５とを有する。Ｘ軸キャリッジ２２は、加工テーブル２１上でＸ軸方向に移動自在に構成されている。Ｙ軸キャリッジ２３は、Ｘ軸キャリッジ２２上でＸ軸に垂直なＹ軸方向に移動自在に構成されている。Ｘ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３は、加工ヘッド３５を板金Ｗの面に沿って、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、または、Ｘ軸とＹ軸との任意の合成方向に移動させる移動機構として機能する。

加工ヘッド３５を板金Ｗの面に沿って移動させる代わりに、加工ヘッド３５は位置が固定されていて、板金Ｗが移動するように構成されていてもよい。レーザ加工機１００は、板金Ｗの面に対して加工ヘッド３５を相対的に移動させる移動機構を備えていればよい。

加工ヘッド３５には、先端部に円形の開口３６ａを有し、開口３６ａよりレーザビームを射出するノズル３６が取り付けられている。ノズル３６の開口３６ａより射出されたレーザビームは板金Ｗに照射される。アシストガス供給装置８０は、アシストガスとして窒素、酸素、窒素と酸素との混合気体、または空気を加工ヘッド３５に供給する。板金Ｗの加工時に、アシストガスは開口３６ａより板金Ｗへと吹き付けられる。アシストガスは、板金Ｗが溶融したカーフ幅内の溶融金属を排出する。

加工テーブル２１に隣接して、ノズル３６を交換するためノズルチェンジャ２３０が設けられている。ノズルチェンジャ２３０は、後述するノズル監視装置２３１を備える。

図２に示すように、コリメータユニット３０は、プロセスファイバ１２より射出された発散光のレーザビームを平行光（コリメート光）に変換するコリメーションレンズ３１を備える。また、コリメータユニット３０は、ガルバノスキャナユニット３２と、ガルバノスキャナユニット３２より射出されたレーザビームをＸ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向下方に向けて反射させるベンドミラー３３を備える。加工ヘッド３５は、ベンドミラー３３で反射したレーザビームを集束して、板金Ｗに照射する集束レンズ３４を備える。

レーザビームの焦点位置を調整するために、集束レンズ３４は図示していない駆動部及び移動機構によって、板金Ｗに近付く方向及び板金Ｗより離隔する方向に移動自在に構成されている。

レーザ加工機１００は、ノズル３６の開口３６ａより射出されるレーザビームが開口３６ａの中心に位置するように芯出しされている。基準の状態では、レーザビームは、開口３６ａの中心より射出する。ガルバノスキャナユニット３２は、加工ヘッド３５内を進行して開口３６ａより射出されるレーザビームを、開口３６ａ内で振動させるビーム振動機構として機能する。

ガルバノスキャナユニット３２は、コリメーションレンズ３１より射出されたレーザビームを反射するスキャンミラー３２１と、スキャンミラー３２１を所定の角度となるように回転させる駆動部３２２とを有する。また、ガルバノスキャナユニット３２は、スキャンミラー３２１より射出されたレーザビームを反射するスキャンミラー３２３と、スキャンミラー３２３を所定の角度となるように回転させる駆動部３２４とを有する。

駆動部３２２及び３２４は、ＮＣ装置５０による制御に基づき、それぞれ、スキャンミラー３２１及び３２３を所定の角度範囲で往復振動させることができる。スキャンミラー３２１とスキャンミラー３２３とのいずれか一方または双方を往復振動させることによって、ガルバノスキャナユニット３２は、板金Ｗに照射されるレーザビームを振動させる。

ガルバノスキャナユニット３２は、レーザビームを板金Ｗの切断進行方向と平行方向に振動させることができる。レーザビームを切断進行方向と平行方向に振動させる振動パターンを平行振動パターンと称することとする。ガルバノスキャナユニット３２は、レーザビームを切断進行方向と直交する方向に振動させることができる。レーザビームを切断進行方向と直交する方向に振動させる振動パターンを直交振動パターンと称することとする。

ガルバノスキャナユニット３２は、レーザビームを円形、Ｃ字状、８の字状等の所定の形状に振動させることができる。レーザビームを円形、Ｃ字状、８の字状等の所定の形状に振動させる振動パターンをそれぞれ円形振動パターン、Ｃ字状振動パターン、８の字状振動パターンと称することとする。Ｃ字状振動パターンにおいては、切断進行方向の前方側に凸となるようなＣの字を描くパターンとするのがよい。８の字状振動パターンにおいては、切断進行方向に沿って８の字を描くパターンと、切断進行方向と直交する方向に８の字を描くパターンとが選択できる。

これらの振動パターンは、加工ヘッド３５を切断進行方向に移動させない状態で、ガルバノスキャナユニット３２によってレーザビームを変位させることによる振動のさせ方を示している。実際には、加工ヘッド３５が切断進行方向に移動しながらレーザビームが振動するので、振動パターンは、ガルバノスキャナユニット３２による振動パターンに切断進行方向の変位を加えた振動パターンとなる。直交振動パターンを例にすると、レーザビームは切断進行方向に移動しながら直交する方向に振動するので、実際の直交振動パターンは正弦波を描くような振動パターンとなる。

加工条件データベース７０に記憶されている加工条件ファイルの各加工条件には、レーザ発振器１０より射出されるレーザビームの出力、レーザビームのデューティ、焦点位置、ノズル３６の種類、アシストガスの種類及び流量等が設定されている。さらに、各加工条件には、レーザビームを振動させるか否かが設定され、振動させる場合には、いずれの振動パターンを用いるかが設定されている。ＮＣ装置５０は、加工条件でいずれかの振動パターンが設定されている場合には、設定された振動パターンでレーザビームを振動させるようガルバノスキャナユニット３２を制御する。

図２に示すように、コリメータユニット３０の上方には、レーザ加工機１００による板金Ｗの加工状態をモニタリングして加工状態の良否を判定するための加工モニタリング装置２１０が設けられている。図１においては、加工モニタリング装置２１０の図示が省略されている。

加工モニタリング装置２１０は、反射光検出器２１１と波長選択部２１２とを備える。反射光検出器２１１は、板金Ｗの加工点で発生してベンドミラー３３を透過した破線で示す可視光の反射光を検出する。反射光検出器２１１は、入射した反射光の光量に応じたアナログの検出値を生成し、アナログの検出値をＡ／Ｄ変換したデジタル値である反射光検出値を生成して、波長選択部２１２に供給する。反射光検出器２１１がアナログの検出値を出力する場合には、反射光検出器２１１の後段にＡ／Ｄ変換器を設ければよい。

波長選択部２１２は、反射光検出器２１１より入力された所定の波長帯の反射光検出値のうち、いずれかの波長の反射光検出値を選択してＮＣ装置５０に供給する。

上記のように、板金Ｗに照射するレーザビームの波長は１μｍ帯である。レーザ加工機１００は、板金Ｗを加工する前に、板金Ｗに照射されるレーザビームの位置を視認できるように、板金Ｗに赤色のガイド光を照射する機能を備える。そこで、ベンドミラー３３は、９００ｎｍ以下であって赤色のガイド光の波長の近傍を除く波長の光を透過させる。具体的には、ベンドミラー３３は、ガイド光の波長が６３０ｎｍである場合、６００ｎｍ〜６６０ｎｍを除く３２０ｎｍ〜９００ｎｍの波長帯域の光を透過させる。よって、反射光検出器２１１は、６００ｎｍ〜６６０ｎｍを除く３２０ｎｍ〜９００ｎｍの波長帯域の反射光を検出する。

図３Ａは、板金Ｗが良好に切断されている良好切断時に反射光検出器２１１が検出する各波長の反射光検出値を示している。図３Ｂは、板金Ｗが良好に切断されていない不良切断時に反射光検出器２１１が検出する各波長の反射光検出値を示している。図３Ａと図３Ｂとを比較すれば明らかなように、不良切断時には可視光の反射光が増大し、反射光検出器２１１が検出する各波長の反射光検出値が大きくなる。よって、波長選択部２１２より出力される選択された波長の反射光検出値が大きくなる。波長選択部２１２が選択する波長は、例えば、８００ｎｍであってもよいし、４００ｎｍ〜５００ｎｍから選択した波長であってもよい。

図２に示すように、コリメータユニット３０内には、スキャンミラー３２１がレーザビームを反射したときの散乱光を検出する散乱光検出器２２０が配置されている。散乱光検出器２２０は、入射した散乱光の光量に応じたアナログの検出値を生成し、アナログの検出値をＡ／Ｄ変換したデジタル値である散乱光検出値を生成して、ＮＣ装置５０に供給する。散乱光検出器２２０がアナログの検出値を出力する場合には、散乱光検出器２２０の後段にＡ／Ｄ変換器を設ければよい。散乱光検出器２２０は、スキャンミラー３２１以外の任意の光学部品からの散乱光を検出してもよい。

図４に示すように、ノズル監視装置２３１は、ベンドミラー２３２とカメラ２３３とを備える。加工ヘッド３５がノズルチェンジャ２３０まで移動して、ノズル３６がノズル監視装置２３１上に位置すると、カメラ２３３はノズル３６を撮影することができる。カメラ２３３は、レーザ発振器１０が検査用の低出力のレーザビームを射出して、開口３６ａより低出力のレーザビームを射出している状態で、ノズル３６を撮影することができる。

ＮＣ装置５０は、カメラ２３３がノズル３６を撮影した撮影画像に基づいてノズル３６の外周または開口３６ａの真円度を算出することによって、ノズル３６の状態が良好であるか否かを判定することができる。ＮＣ装置５０は、カメラ２３３がレーザビームを開口３６ａより射出するノズル３６を撮影した撮影画像に基づいて、レーザビームが開口３６ａの中心に位置している芯出しがなされているか否かを判定することができる。

図５を用いて、レーザ加工機１００が板金Ｗを試し加工するときのオペレータまたはレーザ加工機１００による処理を説明する。図５において、所定の材料条件（材質及び板厚）を有する板金Ｗの試し加工を開始するため、オペレータは、ステップＳ１にて、材料である板金Ｗを加工テーブル２１に配置する。ここでの板金Ｗは試し加工用の材料である。オペレータは、ステップＳ２にて、操作部４０によって例えば標準の加工条件を選択する。

オペレータは、ステップＳ３にて、操作部４０に設けられているセンシング値登録ボタンを押下する。操作部４０にセンシング値登録専用のボタンが設けられていてもよいし、他の用途のボタンを一時的にセンシング値登録ボタンとして用いてもよい。続けて、オペレータは、ステップＳ４にて、操作部４０に設けられている加工開始ボタンを押下する。

ＮＣ装置５０は、加工ヘッド３５をノズルチェンジャ２３０まで移動させ、ステップＳ５にて、ノズル監視装置２３１のカメラ２３３がノズル３６を撮影した撮影画像に基づいてノズル３６の状態を確認する。具体的には、上記のように、ＮＣ装置５０は、ノズル３６の真円度を算出して記憶する。レーザ加工機１００が板金Ｗを試し加工する際には、ほぼ真円のノズル３６が装着されているから、ＮＣ装置５０に記憶される真円度は真円度の基準値となる。

ＮＣ装置５０は、ステップＳ６にて、ノズル３６の芯出しを確認する。具体的には、上記のように、ＮＣ装置５０は、検査用の低出力のレーザビームを射出するようレーザ発振器１０を制御し、レーザビームを射出している状態のノズル３６を撮影して、開口３６ａの中心からのずれ量を数値化して記憶する。レーザ加工機１００が板金Ｗを試し加工する際には、芯出しがなされているから、ＮＣ装置５０に記憶されるずれ量はずれ量の基準値となる。

ＮＣ装置５０は、ステップＳ７にて、板金Ｗの加工（試し加工）を開始する。このとき、加工モニタリング装置２１０は反射光の検出を開始し、散乱光検出器２２０は散乱光の検出を開始する。

図６は、ＮＣ装置５０に入力される加工モニタリング装置２１０からの反射光検出値と、散乱光検出器２２０からの散乱光検出値が板金Ｗの加工前から加工後にかけてどのように変化するかを示している。図６において、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間は板金Ｗにピアスを開けるピアシングの期間を示しており、時刻ｔ３以降は板金Ｗを切断している期間を示している。板金Ｗの切断とは、ピアスに続くアプローチの切断と、アプローチに続く作製しようとする製品の外周の切断とを含む。

図６に示すように、板金Ｗの加工前である時刻ｔ１以前において、ＮＣ装置５０には反射光検出値は入力されず、反射光検出値はピアシング期間においてほぼ一定値のレベルｒｆ１となる。反射光検出値は、板金Ｗを切断している期間においてはレベルｒｆ１よりも低いレベルｒｆ２となる。板金Ｗの加工前である時刻ｔ１以前において、散乱光検出値は０に近い極めて低いレベルである。散乱光検出値は、ピアシング期間においてほぼ一定値のレベルｓｃ１となり、板金Ｗを切断している期間においてはレベルｓｃ１よりも高いほぼ一定値のレベルｓｃ２となる。

図６においては、簡略化のため反射光検出値及び散乱光検出値を一定値で図示している。厳密には、反射光検出値及び散乱光検出値は完全な一定値ではなく、微小に揺れる状態となる。

ＮＣ装置５０は、ステップＳ８にて、反射光検出値及び散乱光検出値のピアシング期間におけるピアス基準値と、板金Ｗを切断している期間の切断基準値をセンシングし、ステップＳ９にて、センシングしたピアス基準値及び切断基準値を加工条件データベース７０に記憶する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ１０にて、板金Ｗの加工を停止する。

図６に示すように、ＮＣ装置５０は、ピアシングを開始した時刻ｔ１から例えば０．５秒後の時刻ｔ２からの０．５秒間の反射光検出値及び散乱光検出値をそれぞれ反射光検出値のピアス基準値及び散乱光検出値のピアス基準値として記憶する。ＮＣ装置５０は、板金Ｗの切断を開始した時刻ｔ３から例えば１．０秒後の時刻ｔ４からの１．０秒間の反射光検出値及び散乱光検出値をそれぞれ反射光検出値の切断基準値及び散乱光検出値の切断基準値として記憶する。

ＮＣ装置５０は、予め設定した時点または時間における反射光検出値及び散乱光検出値を取得して記憶し、基準値として加工条件データベース７０に記憶すればよい。本実施形態において、予め設定した時点または時間は、板金Ｗにピアスを開けている最中の時点または時間であり、板金Ｗにピアスを開けた後に板金Ｗの切断を開始した後の所定の時点または時間である。加工条件データベース７０は基準値を登録する登録部の一例である。ＮＣ装置５０は、加工条件データベース７０以外の記憶部に基準値を記憶してもよく、任意の記憶部に基準値を記憶すればよい。

オペレータは、ステップＳ１１にて、板金Ｗの切断状態が良好であるか否かを判断する。板金Ｗの切断状態が良好であれば（YES）、板金Ｗの試し加工を終了する。そして、ＮＣ装置５０は、記憶された反射光検出値及び散乱光検出値をピアス基準値及び切断基準値として加工条件と対応させて加工条件データベース７０に正式に登録する。板金Ｗの切断状態が良好でなければ（NO）、オペレータは、ステップＳ１２にて、他の加工条件を選択して、ステップＳ３〜Ｓ１１を繰り返す。この場合、加工条件データベース７０に記憶された反射光検出値及び散乱光検出値は消去されるか、あるいは不良切断の基準値として加工条件に対応して加工条件データベース７０に登録される。

図５より分かるように、オペレータが板金Ｗの切断状態が良好であると判断するまで、他の加工条件の選択、センシング値登録ボタンの押下、反射光検出値及び散乱光検出値の新たなピアス基準値と切断基準値の記憶が繰り返される。最終的には、切断状態が良好であると判断された加工条件と対応するピアス基準値と切断基準値が加工条件データベース７０に登録される。この登録はオペレータによる登録ボタンの押下によって行われる。

なお、加工条件データベース７０には、加工条件と対応させて反射光検出値及び散乱光検出値のピアス基準値及び切断基準値を登録するだけでなく、板金Ｗの板厚、材質情報、ノズル３６の真円度を算出した基準値、またはノズル３６の中心からのレーザビームのずれ量を含めて登録してもよい。また、加工前にセンシング値登録ボタンを押下せず、ピアス基準値及び切断基準値を常時加工条件データベース７０に記憶させ、オペレータが必要に応じて良好切断の確認後にセンシング値登録ボタンを押下して、加工条件と対応させてピアス基準値及び切断基準値を登録してもよい。

図５に示す板金Ｗの試し加工によって、センシング値登録ボタンの最後の押下に対応させて記憶した反射光検出値及び散乱光検出値のピアス基準値と切断基準値とが、板金Ｗを良好な切断状態で切断する加工条件に対応する基準値となる。加工条件データベース７０には、板金Ｗの材料条件に対応させて、板金Ｗを良好な切断状態で切断することができる最終的なピアス基準値及び切断基準値が登録される。ＮＣ装置５０は、この最終的なピアス基準値及び切断基準値を、板金Ｗを良好な切断状態で切断する加工条件に対応する基準値として用いる。

以下のように、ノズル３６の良否及びノズル３６の芯出しの良否について図５に示す処理を同様に判定してもよい。板金Ｗの加工前に、センシング値登録ボタンが押下されると、ＮＣ装置５０は、カメラ２３３がノズル３６を撮影した撮影画像に基づいてノズル３６の外周または開口３６ａの真円度を算出して、算出した真円度を基準値として加工条件データベース７０に記憶する。ＮＣ装置５０は、カメラ２３３がレーザビームを開口３６ａより射出するノズル３６を撮影した撮影画像（あるいはノズル３６の中心からのレーザビームのずれ量）を基準値として加工条件データベース７０に記憶してもよい。

その後、加工開始ボタンが押下されて板金Ｗが加工され、オペレータが板金Ｗの切断状態が良好であると判断してセンシング値登録ボタンが押下されると、加工条件と対応させてノズル３６（開口３６ａ）の真円度及びノズル３６の中心からのレーザビームのずれ量が基準値として登録される。

加工条件及びノズル３６を特定するノズル特定情報に対応させて、ピアス基準値、切断基準値、真円度の基準値、ずれ量の基準値が登録されてもよい。ノズル特定情報とは、ノズル３６の種類、形状、開口径のいずれか、またはこれらの任意の組み合わせである。１つの加工条件と１つのノズル特定情報とが対応付けられている場合には、加工条件に対応させて各基準値が登録されてもよいし、ノズル特定情報に対応させて各基準値が登録されてもよい。１つの加工条件において複数の種類、複数の形状、または複数の開口径のノズル３６が使用される場合あるいは複数の加工条件で特定のノズル３６が使用される場合には、ノズル特定情報に対応させて真円度の基準値及びずれ量の基準値が登録されてもよい。

図７を用いて、レーザ加工機１００が板金Ｗを実加工するときのオペレータまたはレーザ加工機１００による処理を説明する。図７において、所定の材料条件を有する板金Ｗの実加工を開始するため、オペレータは、ステップＳ２１にて、材料である板金Ｗを加工テーブル２１に配置する。ここでの板金Ｗは実加工用の材料であり、試し加工した板金Ｗと同じ材料条件を有する材料である。オペレータは、ステップＳ２２にて、操作部４０によって、加工条件データベース７０に記憶されている複数の加工条件の中から試し加工で決定した加工条件を選択する。このとき、加工条件に対応するピアス基準値及び切断基準値が読み出される。さらに、ノズル３６（開口３６ａ）真円度の基準値及びノズル３６の中心からのレーザビームのずれ量の基準値が読み出されてもよい。

オペレータは、ステップＳ２３にて、操作部４０に設けられている加工開始ボタンを押下する。ＮＣ装置５０は、加工ヘッド３５をノズルチェンジャ２３０まで移動させ、ステップＳ２４にて、ノズル監視装置２３１のカメラ２３３がノズル３６を撮影した撮影画像に基づいてノズル３６の状態を確認する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ２５にて、ノズル３６の状態が良好であるか否か（真円度が基準値に対して所定の範囲内であるか否か）を判定する。

ステップＳ２５にてノズル３６の状態が良好でなければ（NO）、ＮＣ装置５０は、ノズルチェンジャ２３０に同種のノズル３６があるか否かを判定する。同種のノズル３６があれば（YES）、ＮＣ装置５０は、ステップＳ２７にて、ノズル３６を交換するようノズルチェンジャ２３０を制御して、処理をステップＳ２４に戻す。同種のノズル３６がなければ（NO）、ＮＣ装置５０は板金Ｗの実加工の処理を終了させる。

ステップＳ２５にてノズル３６の状態が良好であれば（YES）、ＮＣ装置５０は、ステップＳ２８にて、ノズル３６の芯出しを確認する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ２９にて、開口３６ａから射出されるレーザビームの開口３６ａの中心からのずれ量に基づき、ノズル３６の芯位置が中心にあるか否か（ずれ量が基準値に対して所定の範囲内であるか否か）を判定する。芯位置が中心になければ（ずれ量が所定範囲外であれば）（NO）、ＮＣ装置５０は、ステップＳ３０にて、加工ヘッド３５が備えている自動芯出し装置（図示せず）によってずれ量を調整して、処理をステップＳ２８に戻す。

ステップＳ２９にて芯位置が中心にあれば（ずれ量が所定範囲内であれば）（YES）、ＮＣ装置５０は、ステップＳ３１にて、板金Ｗの加工を開始する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ３２にて、反射光検出値と散乱光検出値のセンシングを継続する。ＮＣ装置５０は、板金Ｗをピアシングするときには、ピアシングを開始した時刻の０．５秒後からの０．５秒間の反射光検出値及び散乱光検出値をセンシングする。ＮＣ装置５０は、板金Ｗを切断するときには、板金Ｗの切断を開始した時刻の１．０秒後から切断を完了するまで反射光検出値及び散乱光検出値を継続的にセンシングする。

ＮＣ装置５０は、ステップＳ３３にて、ピアシング時の反射光検出値または散乱光検出値がピアス基準値の±１０％以内であるか否か、切断時の反射光検出値または散乱光検出値が切断基準値の±１０％以内であるか否かを判定する。ピアシング時の反射光検出値または散乱光検出値がピアス基準値の±１０％以内であり（YES）、切断時の反射光検出値または散乱光検出値が切断基準値の±１０％以内であれば（YES）、加工不良は発生していないということである。

即ち、ＮＣ装置５０は、反射光検出値と反射光検出値に基づく基準値との比較結果に基づいて、加工不良が発生しているか否かを判定する判定部であり、散乱光検出値と散乱光検出値に基づく基準値との比較結果に基づいて、加工不良が発生しているか否かを判定する判定部である。

ピアシング時の反射光検出値または散乱光検出値がピアス基準値の±１０％以内であり、切断時の反射光検出値または散乱光検出値が切断基準値の±１０％以内であれば、ＮＣ装置５０は、ステップＳ３４にて、板金Ｗの加工を継続する。板金Ｗの加工が完了すれば、ＮＣ装置５０は、ステップＳ３５にて、板金Ｗの加工を停止して処理を終了させる。

一方、ピアシング時の反射光検出値または散乱光検出値がピアス基準値の±１０％以内でなければ（NO）、または、切断時の反射光検出値または散乱光検出値が切断基準値の±１０％以内でなければ（NO）、加工不良が発生しているということである。そこで、ＮＣ装置５０は、ステップＳ３５にて、板金Ｗの加工の完了を待つことなく、板金Ｗの加工を停止して処理を終了させる。

なお、加工完了後、板金Ｗの切断が良好であった場合、加工中に得られた射光検出値及び散乱光検出値に基づくピアス基準値及び切断基準値を新たに加工条件と対応させて加工条件データベース７０に登録して、ピアス基準値及び切断基準値を更新してもよい。この場合、加工条件データベース７０に予め登録されていたピアス基準値及び切断基準値は新たなピアス基準値及び切断基準値へと上書きされて更新される。この場合、ＮＣ装置５０が加工完了後に表示部９０にピアス基準値及び切断基準値を更新するか否かを選択するメッセージを表示し、オペレータが更新を選択したらピアス基準値及び切断基準値を更新するようにしてもよい。

ピアス基準値及び切断基準値を更新する代わりに、各加工条件と対応させて、板金Ｗの複数回の加工によって得られた複数のピアス基準値及び切断基準値を加工条件データベース７０に記憶し、学習機能によって最適なピアス基準値及び切断基準値を選択するように構成してもよい。

ステップＳ３３における板金Ｗが良好に切断されているか否かを判定するための閾値である±１０％はオペレータによって設定可能であり、±１０％以外に変更してもよい。

ピアシング時の反射光検出値または散乱光検出値がピアス基準値の±１０％以内でない場合、または、切断時の反射光検出値または散乱光検出値が切断基準値の±１０％以内でない場合に、ＮＣ装置５０は、板金Ｗの加工を停止する代わりに、オペレータに加工不良が発生していることを知らせるための警報メッセージ（または警報画像）を表示部９０に表示してもよい。ＮＣ装置５０は、表示部９０に警報メッセージを表示し、さらに板金Ｗの加工を停止してもよい。

閾値として±１０％に加えて±５％を設定し、ＮＣ装置５０は、オペレータに加工不良発生のおそれがある状態であることを知らせるための警告メッセージ（または警告画像）を表示部９０に表示してもよい。

図５及び図７において、ＮＣ装置５０は、反射光検出値または散乱光検出値のレベルに基づいて、ピアシングを開始した時刻及び板金Ｗの切断を開始した時刻を判定することができる。反射光検出値においては、所定のレベルの反射光検出値が最初に出現した時点をピアシングの開始時刻とすることができ、散乱光検出値においては、０に近い極めて低いレベルから所定のレベルに立ち上がった時点をピアシングの開始時刻とすることができる。また、反射光検出値においては、反射光検出値が所定のレベルに下がった時点を板金Ｗの切断を開始した時刻とすることができ、散乱光検出値においては、散乱光検出値がより高いレベルに上昇した時点を板金Ｗの切断を開始した時刻とすることができる。

ＮＣ装置５０は、加工プログラムの進行のタイミングに基づいて、ピアシングを開始した時刻及び板金Ｗの切断を開始した時刻を判定してもよい。

本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。レーザ加工機１００は、加工モニタリング装置２１０と散乱光検出器２２０との双方を備える構成に限定されず、加工モニタリング装置２１０と散乱光検出器２２０とのうちの一方のみを備える構成としてもよい。

ＮＣ装置５０は、板金Ｗを良好な切断状態で切断する加工条件に対応する基準値としてピアス基準値と切断基準値との双方を用いているが、ピアス基準値と切断基準値とのうちの一方のみを用いてもよい。一方のみを用いる場合には、切断基準値を用いるのがよい。ＮＣ装置５０は、レーザビームを振動させるときと振動させないときとで、他の加工条件が同じであっても、散乱光検出値に基づく異なる基準値を登録することがあってもよい。ＮＣ装置５０は、レーザビームの振動パターンに応じて散乱光検出値に基づく異なる基準値を登録することがあってもよい。ノズル３６に関して、真円度の基準値とずれ量の基準値とのうちの一方のみを用いてもよい。

レーザ加工機１００はガルバノスキャナユニット３２を備えず、ベンドミラー３３で反射したレーザビームを集束レンズで３４によって集束させて板金Ｗに照射する構成であってもよい。レーザ加工機１００は、ガルバノスキャナユニット３２に代えて、レーザビームのモード（ビームプロファイル）または形状を可変する機構を備える構成であってもよい。

１０ レーザ発振器
２０ レーザ加工ユニット
３０ コリメータユニット
３１ コリメーションレンズ
３２ ガルバノスキャナユニット
３３ ベンドミラー
３４ 集束レンズ
３５ 加工ヘッド
３６ ノズル
４０ 操作部
５０ ＮＣ装置（判定部）
６０ 加工プログラムデータベース
７０ 加工条件データベース（登録部）
８０ アシストガス供給装置
９０ 表示部
１００ レーザ加工機
２１０ 加工モニタリング装置
２１１ 反射光検出器
２１２ 波長選択部
２２０ 散乱光検出器
２３０ ノズルチェンジャ
２３１ ノズル監視装置
Ｗ 板金

本発明は、所定の加工条件で板金にレーザビームを照射して前記板金にピアスを開けるピアシング期間に反射光検出器が前記板金で発生した可視光の反射光を検出した反射光検出値であるピアス基準値と、前記ピアシング期間に続けて前記板金を切断する切断期間に前記反射光検出器が前記板金で発生した可視光の反射光を検出した反射光検出値である切断基準値とを記憶部に記憶し、前記記憶部に記憶された前記ピアス基準値及び前記切断基準値を、前記所定の加工条件に対応する基準値として登録するレーザ加工機の設定方法を提供する。
本発明は、所定の加工条件で板金にレーザビームを照射して前記板金を加工しているときに、散乱光検出器が光学部品からのレーザビームの散乱光を検出した散乱光検出値を記憶部に記憶し、前記記憶部に記憶された散乱光検出値を、前記所定の加工条件に対応する基準値として登録するレーザ加工機の設定方法を提供する。
本発明は、所定の加工条件で板金にレーザビームを照射して前記板金を切断する前に、レーザビームを射出するノズルの真円度または前記ノズルの中心からのレーザビームのずれ量を記憶部に記憶し、前記記憶部に記憶された真円度またはずれ量を前記所定の加工条件または前記ノズルを特定するノズル特定情報に対応する基準値として登録するレーザ加工機の設定方法を提供する。

本発明は、所定の加工条件で板金にレーザビームを照射して前記板金にピアスを開けるピアシング期間に反射光検出器が前記板金で発生した可視光の反射光を検出した反射光検出値であるピアス基準値と、前記ピアシング期間に続けて前記板金を切断する切断期間に前記反射光検出器が前記板金で発生した可視光の反射光を検出した反射光検出値である切断基準値を登録する登録部と、前記所定の加工条件で板金にレーザビームを照射して前記板金にピアスを開けるピアシング時に前記反射光検出器が検出した反射光検出値が前記ピアス基準値を所定の割合だけ増減させた値の範囲内であるか否か、及び、ピアシングに続けて前記板金を切断する切断時に前記反射光検出器が検出した反射光検出値が前記切断基準値を所定の割合だけ増減させた値の範囲内であるか否かに基づいて、加工不良が発生しているか否かを判定する判定部とを備えるレーザ加工機を提供する。

Claims (7)

1. 所定の加工条件で板金にレーザビームを照射して前記板金を切断しているときの、前記板金で発生した可視光の反射光を検出した反射光検出値または光学部品からの散乱光を検出した散乱光検出値を記憶部に記憶し、
   前記記憶部に記憶された反射光検出値または散乱光検出値を、前記所定の加工条件に対応する基準値として登録する
   レーザ加工機の設定方法。
2. 前記板金を切断する前に、レーザビームを射出するノズルの真円度または前記ノズルの中心からのレーザビームのずれ量を記憶部に記憶し、
   前記記憶部に記憶された真円度またはずれ量を前記所定の加工条件または前記ノズルを特定するノズル特定情報に対応する基準値として登録する
   請求項１に記載のレーザ加工機の設定方法。
3. 前記板金を切断する前または前記板金を切断した後に登録ボタンが押下されると、前記基準値を登録する請求項１または２に記載のレーザ加工機の設定方法。
4. 前記板金を切断した後、前記板金が良好な切断状態で切断されているとき、前記登録ボタンの押下により前記基準値を登録する請求項３に記載のレーザ加工機の設定方法。
5. 複数の加工条件の加工条件ごとに、前記基準値を登録する請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工機の設定方法。
6. 前記記憶部に新たに反射光検出値または散乱光検出値が記憶されたとき、新たに記憶された反射光検出値または散乱光検出値を前記基準値として登録する請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工機の設定方法。
7. 所定の加工条件で板金にレーザビームを照射して前記板金を切断しているときの、前記板金で発生した可視光の反射光を検出した反射光検出値または光学部品からの散乱光を検出した散乱光検出値を基準値として登録する登録部と、
   前記所定の材料条件で板金を切断しているに得られる反射光検出値または散乱光検出値と前記基準値との比較結果に基づいて、加工不良が発生しているか否かを判定する判定部と、
   を備えるレーザ加工機。

Images