JP2024054891A - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法の大きなワークであっても、高い精度で迅速に加工することができるレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】レーザ加工装置は、第１移動部と、第１移動部に移動可能に支持される第２移動部と、第２移動部に移動可能に支持されるレーザ出射部と、を備える。第１移動部による第２移動部の第１最大移動距離は、第２移動部によるレーザ出射部の第２最大移動距離よりも長い。第１移動部は、第２移動部を第１方向および第１方向に直交する第２方向の双方に移動可能であり、第２移動部は、レーザ出射部を第１方向および第２方向の双方に移動可能である。レーザ出射部からレーザ光を出射してワークを加工している間に、第１移動部による第２移動部の移動は停止されるが、第２移動部によりレーザ出射部は移動される。【選択図】図１

Description

本開示は、複合材料を加工するのに好適なレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。

繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics：ＦＲＰ）は、軽量でありながら強度が高いことから、例えば航空機の機体に利用されている。ＦＲＰの代表例として、ガラス繊維強化プラスチック（Glass Fiber Reinforced Plastics：ＧＦＲＰ）、および、カーボン繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastics：ＣＦＲＰ）が知られている。

繊維強化プラスチックからなる部材を切断するなどの加工をするのにレーザ光を照射することが行われている。例えば、特許文献１は、高速化、高精度化を図ることのできる複合材料のレーザ加工装置を開示する。特許文献１は、一次レーザビームを供する一次レーザ発振手段と二次レーザビームを供する二次レーザ発振手段の二つのレーザ発振手段を設ける。一次レーザビームの照射時には、一次レーザビームが高速条件で裁断要部の幅内で移動しながら照射される。また、二次レーザビームの照射時には、一次レーザビームが照射された部位を、二次レーザビームが照射される。

特開２０１５－１５７３１２号公報

特許文献１のレーザ加工装置は、レーザ光により加工されるワークを載せるワークステーションを備える。特許文献１のレーザ加工装置は、一次レーザ発振手段と二次レーザ発振手段の位置が固定されており、ワークを加工する際にはワークステーションを動作させることでワークのレーザ発信手段への相対的な位置を移動させる。

ワークステーションを動作させて加工する手法は、ワークが小さい場合には適用できるものの、大きいワークに対しては不向きである。例えば、航空機に関するワークは全長が数十メートルにも及ぶことになるが、このワークを載せるワークステーションはそれ自体の寸法が大きくなるのに加えて、ワークステーションを動作させるスペースも必要である。また、大きなワークステーションでは、動きの精度および速度が劣る。
以上より、本開示は、寸法の大きなワークであっても、高い精度で迅速に加工することができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することを目的とする。

本開示のレーザ加工装置は、第１移動部と、第１移動部に移動可能に支持される第２移動部と、第２移動部に移動可能に支持されるレーザ出射部と、を備える。
第１移動部による第２移動部の第１最大移動距離は、第２移動部によるレーザ出射部の第２最大移動距離よりも長い。
第１移動部は、第２移動部を第１方向および第１方向に直交する第２方向の双方に移動可能であり、第２移動部は、レーザ出射部を第１方向および第２方向の双方に移動可能であり、第１最大移動距離は、第１方向および第２方向の双方において、第２最大移動距離よりも長い。
レーザ出射部からレーザ光を出射してワークを加工している間に、第１移動部による第２移動部の移動は停止されるが、第２移動部によりレーザ出射部は移動される。

本開示のレーザ加工方法は、予め定められる加工経路に沿って、かつ、加工経路が複数に区分された加工領域を順にレーザヘッドからレーザ光を照射することにより加工する。
このレーザ加工方法は、先行する加工領域をレーザヘッドが移動しながら加工する加工ステップと、先行する加工領域の加工を終えた後に、後続の加工領域の加工のためにレーザヘッドを移動させる範囲移動ステップと、が繰り返される。

本開示のレーザ加工装置によれば、最大移動距離の長い第１移動部を備えていることにより、寸法の大きいワークであってもその全域をもれなく加工することができる。また、本開示のレーザ加工装置によれば、最大移動距離の短い第２移動部がレーザヘッドを支持しているので、精度の高い加工を迅速に行うことができる。
本開示のレーザ加工方法によれば、加工ステップにおいて精度の高い加工を迅速に行うことができ、領域移動ステップを繰り得して行うことにより寸法の大きいワークであってもその全域をもれなく加工することができる。

本開示の実施形態に係るレーザ加工装置を示す正面図（ＦＶ）および側面図（ＳＶ）である。 第２移動部３０の動作を示す正面図（ＦＶ）および側面図（ＳＶ）である。 実施形態に係るレーザ加工装置による加工手順の一例を示す図である。 図３に続いて、実施形態に係るレーザ加工装置による加工手順の一例を示す図である。 実施形態に係るレーザ加工装置による加工手順の一例を示すフロー図である。 第２移動部３０の動作の他の例を示す正面図である。 第２移動部３０の動作の他の例を示す正面図である。

以下、添付図面を参照しながら、実施形態に係るレーザ加工装置１について説明する。以下の全ての説明は、本開示における例示である。

［レーザ加工装置１の全体構成：図１参照］
レーザ加工装置１は、図１に示すように、第１移動部１０と、第１移動部１０に支持される第２移動部３０と、第２移動部３０に支持されるレーザ出射部５０と、を備える。レーザ加工装置１は、寸法の大きいワークＷを加工する際に、複数に区分される加工領域（ＣＡ１～ＣＡｎ）のそれぞれを加工する際には第２移動部３０を動かし、先行して加工する加工領域（ＣＡｎ）から後続の加工領域（ＣＡｎ＋１）に移行する際には第１移動部１０を動作させる。レーザ加工する際の第２移動部３０の最大移動距離が短くて済むので、迅速に精度の高い加工を行うことができる。また、第１移動部１０は、最大移動距離が長いので、寸法の大きいワークＷであってもワークＷを動かすことなくその全域を加工することができる。以下、第１移動部１０、第２移動部３０およびレーザ出射部５０の順により詳しい内容を説明する。なお、レーザ加工装置１において、図１に示されるように、長手方向Ｘ、幅方向Ｙおよび高さ方向Ｚが定義される。また、本開示において、最大移動距離とは、機械的な仕様から導き出される移動が可能な距離をいう。また、単に移動距離というときは、実際にレーザ加工のために移動する距離であって、最大移動距離の範囲に収まる。

［第１移動部１０：図１参照］
第１移動部１０は、例えば２０～３０ｍの全長を有する寸法の大きいワークＷの加工に対応できる最大移動距離を備えている。ただし、ワークＷを加工する過程において、第１移動部１０が最大移動距離の全てを一度に移動するのではなく、相前後する加工領域（ＣＡｎ→ＣＡｎ＋１）を移動するのに必要な移動距離に留まる。加工領域（ＣＡ１～ＣＡｎ）の中の移動距離を合計すれば、最大移動距離に達することもある。第１移動部１０は、移動枠１１が長手方向Ｘおよび幅方向Ｙに移動が可能とされる。

第１移動部１０は、正面視して門型の移動枠１１と、移動枠１１を支持する位置が固定される土台１５と、を備える。
移動枠１１は、幅方向Ｙに間隔を隔てて設けられる一対の柱脚１２Ａ，１２Ｂと、柱脚１２Ａ，１２Ｂの上端部に両端支持される梁材１３と、を備える。
例えば、柱脚１２Ａ，１２Ｂのそれぞれは、土台１５に設けられる柱脚１２Ａ，１２Ｂに対応する一対のレールを自転により走行するローラがその下端に設けられる。また例えば、柱脚１２Ａ，１２Ｂのそれぞれは、土台１５に設けられる柱脚１２Ａ，１２Ｂに対応する一対のリニアモータの直線状の固定子に対応するリニアモータの可動子がその下端に設けられる。
梁材１３は、第２移動部３０を支持する。したがって、第２移動部３０は第１移動部１０の移動に伴って長手方向Ｘおよび幅方向Ｙに移動される。

移動枠１１は、長手方向Ｘに最大移動距離Ｌ１Ｘの範囲で往復移動可能とされる。この往復移動は、直線状の軌跡に沿って、前述する柱脚１２Ａ，１２Ｂに設けられる自転ローラ、リニアモータなどの公知の手段により実現される。移動枠１１は、梁材１３のレーザ出射部５０を支持する部分が幅方向Ｙに最大移動距離Ｌ１Ｙ（＜Ｌ１Ｘ）の範囲で往復移動可能とされる。この往復移動も公知の手段により実現される。最大移動距離Ｌ１Ｘおよび最大移動距離Ｌ１Ｙ）は、土台１５に載せられるワークＷの長手方向Ｘの寸法および幅方向Ｙの寸法を超えており、第１移動部１０はワークＷの全域を加工するのに足りる最大移動距離を有している。ただし、移動枠１１は、ワークＷにレーザ光を照射して加工している間には移動することなく停止している。

［第２移動部３０：図１，図２参照］
第２移動部３０は、第１移動部１０の梁材１３に支持されながら、長手方向Ｘおよび幅方向Ｙに移動可能とされる。第２移動部３０は、ワークＷにレーザ光を照射して加工している最中に移動する。
第２移動部３０は、図１および図２に示すように、レーザヘッド５１を支持する主軸３１と、主軸３１を支持する二次元ステージ３３と、を備える。主軸３１は軸線Ｃの周りに適宜の手段により回転可能とされ、主軸３１に支持されるレーザヘッド５１もまた軸線Ｃの周りに適宜の手段により正逆の回転が可能とされる。二次元ステージ３３は、例えば、長手方向Ｘに往復移動可能とされる第１移動体３３Ａと、幅方向Ｙに往復移動可能とされる第２移動体３３Ｂと、を備える。

主軸３１は、軸線Ｃの周りに回転するだけに留まらず、垂直多関節型の典型的には６自由度を有するロボットにすることができる。
第１移動体３３Ａおよび第２移動体３３Ｂは、一例として、それぞれリニアモータにより移動可能とされる。第１移動体３３Ａの側に可動子を設け、この可動子に対する固定子を第２移動体３３Ｂの側に設ける。また、第２移動体３３Ｂの側に可動子を設け、この可動子に対する固定子を第１移動体３３Ａの側に設ける。こうすれば、第１移動体３３Ａと第２移動体３３Ｂとが互いに相手に対して相対的な移動が可能となる。

ワークＷを加工している最中に、第１移動体３３Ａおよび第２移動体３３Ｂの一方または双方の移動が行われる。図２の正面図（ＦＶ）および側面図（ＳＶ）に示すように、第１移動体３３Ａは距離Ｌ３Ｘの範囲で長手方向Ｘに移動可能とされ、第２移動体３３Ｂは距離Ｌ３Ｙの範囲で幅方向Ｙに移動可能とされる。

距離Ｌ１Ｘ、距離Ｌ１Ｙ、距離Ｌ３Ｘおよび距離Ｌ３Ｙは以下の関係を有しているように、第１移動部１０は第２移動部３０の最大移動距離が長く、逆に第１移動部１０より第２移動部３０の最大移動距離が短い。一例として、第１移動部１０は最大移動距離が数十ｍ、例えば３０ｍにも達するが、第２移動部３０の最大移動距離は数ｍ、例えば２ｍ程度で足りる。
距離Ｌ１Ｘ＞距離Ｌ３Ｘ 距離Ｌ１Ｙ＞距離Ｌ３Ｙ

［レーザ出射部５０；図１，図２参照］
次に、レーザ出射部５０は、ワークＷを加工するレーザ光を出射するレーザヘッド５１と、レーザ光による加工の際に生じる飛散物を回収する回収機５３と、を備える。

レーザヘッド５１について、ワークＷを加工できる限りその型式は問われない。ただし、レーザ加工装置１の加工対象とするワークＷの寸法は大きく、加工の一例として掲げられるワークＷを切断する厚さも大きい。したがって、レーザヘッド５１としては高い出力を誇るシングルモードファイバーレーザを適用することが好ましい。

ワークＷをレーザ加工すると加工部位から、ヒューム（fume）、スパッタ（spatter）などと称される粉塵、煙霧が生じる。本開示において、加工部位から生ずるこれらのこの粉塵、煙霧は、飛散物と総称される。飛散物はワークＷへのレーザ光の照射にとって障害となるため、加工部位から回収されることが望ましい。そこで、レーザ出射部５０の好ましい要素として、掃気による回収機５３が設けられる。ここで、掃気とは、飛散物を回収するのに給気と排気の両方を行うことをいう。つまり、回収機５３は、一例として空気、不活性ガスなどの掃気ガスを加工部位に供給する給気ノズル５３Ａと、飛散物を含む掃気ガスを加工部位から排出する排気ダクト５３Ｂと、を備える。レーザ加工装置１は、好ましい形態として、ワークＷを加工する間、給気ノズル５３Ａから掃気ガスを供給し続けるとともに、排気ダクト５３Ｂから飛散物を含む掃気ガスを排出し続ける。給気ノズル５３Ａと排気ダクト５３Ｂの両方を備えるのは好ましい形態であるが、飛散物を加工部位から排除できるのであれば、給気ノズル５３Ａと排気ダクト５３Ｂのいずれか一方だけを用いることもできる。

回収機５３の給気ノズル５３Ａおよび排気ダクト５３Ｂのそれぞれは、支持体を構成する支持アーム５５Ａおよび支持アーム５５Ｂを介してレーザヘッド５１に固定されており、主軸３１の回転運動に伴ってレーザヘッド５１と一緒に回転される。支持アーム５５Ａに支持される給気ノズル５３Ａはその給気口５４Ａと支持アーム５５Ｂに支持される排気ダクト５３Ｂの排気口５４Ｂとは、ワークＷにレーザ光が照射されるであろう領域において、互いに対向して設けられている。ワークＷを加工している間、給気ノズル５３Ａと排気ダクト５３Ｂはレーザヘッド５１とともに移動する。このとき、掃気の効率を考慮し、図２に示すように、移動する前側（Ｆ）に給気ノズル５３Ａを置き、その逆の後側（Ｒ）に排気ダクト５３Ｂを置くことが望ましい。移動する前側（Ｆ）に給気ノズル５３Ａを置けば、掃気ガスの流れが移動による相対的な雰囲気の流れに沿うので、逆向きの抵抗をほとんど受けることなく排気ダクト５３Ｂに入ることができる。この前後は、図２の白抜き矢印の図中の左向きに第２移動部３０が移動していることを前提としている。図２の白抜き矢印の図中の右向きに第２移動部３０が移動しているとすれば、前側（Ｆ）が後側（Ｒ）に代わり、かつ、後側（Ｒ）が前側（Ｆ）に代わる。

［加工手順：図３，図４参照］
次に、図３，図４を参照し、レーザ加工装置１を用いてワークＷを加工する手順を説明する。説明に用いられるワークＷは、一例として平面視した形状が矩形の複合材料からなる。このワークＷの破線で示される矩形の加工経路ＣＴに沿ってワークＷを切断する加工が行われる。ワークＷは、平面視した寸法もさることながら、レーザヘッド５１から出射されるレーザ光を１パスだけ照射しただけでは切断できない厚さ、例えば２０ｍｍという厚さを有している。なお、図３および図４はあくまで加工手順を説明するために用意されたものであって、図３および図４に示されるワークＷの寸法、レーザヘッド５１の移動距離は任意である。なお、図３および図４において、加工手順はＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２…の順に進む。また、加工手順は、加工経路ＣＴを八つの第１領域ＣＡ１～第８領域ＣＡ８に区分し、第１領域ＣＡ１の切断、第２領域ＣＡ２の切断、…第８領域ＣＡ８の切断を順に実行する。

［図３ ＳＴＥＰ１ 第１領域ＣＡ１の切断］
はじめに、第１領域ＣＡ１を切断する（図３ ＳＴＥＰ１）。
第１領域ＣＡ１を切断する際には、第１移動部１０の移動枠１１は第１領域ＣＡ１に対応する位置、一例として第１領域ＣＡ１に対応する中間地点ＭＰ１で停止している。一方で、第２移動部３０はワークＷを切断する間に往復移動する。この往復移動により、レーザヘッド５１も往復移動することを示している。図３において、実線の矢印はこの往復移動が行われていることを示し、ＳＴＥＰ１においては、上向きの矢印が１パスの往路、下向きの矢印が１パスの復路を示す。なお、これらの矢印は移動すること自体を示しているが、移動する位置を示しているわけではない。図３において、加工経路ＣＴの上に描かれる太い実線は、レーザヘッド５１が往復移動することにより、ワークＷの第１領域ＣＡ１が切断されたことを表している。第１領域ＣＡ１の切断は始点ＳＰから始まり、一例として、第２領域ＣＡ２に向けた往路とその逆の復路を２回だけ往復した後に、往路を移動することにより終わる。つまり、レーザヘッド５１は５パス分の移動をしながら、この往復移動は、第２移動部３０の二次元ステージ３３を動作させることにより行われる。

第１領域ＣＡ１を切断する間、給気ノズル５３Ａおよび排気ダクト５３Ｂが加工経路ＣＴに沿うように回収機５３の向きが定められている。そして、前述したように、給気ノズル５３Ａが前側に置かれ排気ダクト５３Ｂが後側に置かれる。もっとも、レーザヘッド５１が往復移動するので、レーザヘッド５１の移動が反転するのに合わせて、主軸３１を１８０度だけ回転し、給気ノズル５３Ａおよび排気ダクト５３Ｂの配置を変える。これは、第２領域ＣＡ２の後についても同様に当てはまる。

［図３ ＳＴＥＰ２ 第２領域ＣＡ２の切断］
第１領域ＣＡ１の切断が終わると、第２領域ＣＡ２の切断に移行する（図３ ＳＴＥＰ２）。この移行に伴って第１移動部１０の移動枠１１は、第２領域ＣＡ２に対応する位置、一例として第２領域ＣＡ２に対応する中間地点ＭＰ２まで移動し停止している。この間、第２移動部３０およびレーザ出射部５０は動作を停止している。第２領域ＣＡ２においても、レーザヘッド５１がレーザ光を加工経路ＣＴの第２領域ＣＡ２に照射しながら、第２移動部３０の二次元ステージ３３を動作させることにより、第２領域ＣＡ２を２.５回だけ往復移動させることにより、切断を完了する。

［図３ ＳＴＥＰ３ 第３領域ＣＡ３の切断］
第２領域ＣＡ２の切断が終わると、第３領域ＣＡ３の切断に移行する（図３ ＳＴＥＰ３）。第３領域ＣＡ３は先行する第１領域ＣＡ１および第２領域ＣＡ２と直交しているので、主軸３１を９０度だけ回転させて、レーザ出射部５０の特に回収機５３の給気ノズル５３Ａおよび排気ダクト５３Ｂの向きが変えられる。このときも、前側に給気ノズル５３Ａが置かれ、後側に排気ダクト５３Ｂが置かれる。

第３領域ＣＡ３においても、レーザヘッド５１がレーザ光を加工経路ＣＴの第３領域ＣＡ３に照射しながら、第２移動部３０の二次元ステージ３３を動作させることにより、第３領域ＣＡ３を２.５回だけ往復移動させることにより、切断を完了する。

［図３ ＳＴＥＰ４ 第４領域ＣＡ４の切断］
第３領域ＣＡ３の切断が終わると、第４領域ＣＡ４の切断に移行する。この移行に伴って第１移動部１０の移動枠１１は、第４領域ＣＡ４に対応する位置、一例として第２領域ＣＡ２に対応する中間地点ＭＰ２まで移動し停止している。この間、第２移動部３０およびレーザ出射部５０は動作を停止している。第４領域ＣＡ４においても、レーザヘッド５１がレーザ光を加工経路ＣＴの第４領域ＣＡ４に照射しながら、第２移動部３０の二次元ステージ３３を動作させることにより、第４領域ＣＡ４を２.５回だけ往復移動させることにより、切断を完了する。

［図４ ＳＴＥＰ５～ＳＴＥＰ８］
以上で、加工経路ＣＴの１／２の距離が切断されているが、以後は図４に示すように、これまでと同様の手順を行うことにより、加工経路ＣＴの全域を切断することができる。
以上の実施形態においては、一例として、領域ＣＡ１，ＣＡ２，ＣＡ５，ＣＡ６はその距離が同じであり、領域ＣＡ３，ＣＡ４，ＣＡ７，ＣＡ８もその距離が同じである。しかし、本開示において、加工経路ＣＴを区分する加工領域の距離は、ワークＷの寸法を含む形状に応じて、任意である。
また、以上の実施形態においては、ワークＷの厚さが一定である例を示している。しかし、本開示において、厚さが加工領域で変わるワークＷを加工対象とすることもできる。この場合、厚い加工領域においては往復移動の回数を多くし、薄い加工領域においては往復移動の回数を少なくするというように、レーザヘッド５１の往復移動の回数を調整することになる。

［制御手順：図５］
次に、図５を参照して、レーザ加工装置１を用いてワークＷを切断するときの制御手順の一例を説明する。レーザ加工装置１には、第１移動部１０、第２移動部３０およびレーザ出射部５０の動作を制御するコントローラ１００を備える。以下の制御手順は、このコントローラ１００が担う。なお、以下の説明は、図３および図４を用いて説明したワークＷの切断手順を踏襲する。

制御手順は、コントローラ１００にワークＷを切断する形状（寸法を含む）を入力することから始まる（図５ Ｓ１００）。以下の制御は、入力された切断形状に基づいて実行される。入力された切断形状により、図３および図４に示される加工経路ＣＴが定義される。
コントローラ１００は、定義された加工経路ＣＴに基づいて、第１移動部１０のゼロ点を調整するとともに、第２移動部３０のゼロ点を調整する（図５ Ｓ２００，Ｓ３００）。第１移動部１０および第２移動部３０は、ゼロ点を基準として、コントローラ１００からの指示にしたがって、切断加工するのに必要な移動が行われる。

第１移動部１０および第２移動部３０のゼロ点調整を行った後に、コントローラ１００は、加工経路ＣＴを第１領域ＣＡ１～第８領域ＣＡ８に区分し、第１移動部１０および第２移動部３０が移動するのに必要な位置情報を設定する（図５ Ｓ１０１）。位置情報は、平坦なワークＷであれば二次元（ｘｎ，ｙｎ）の情報であり、起伏のあるワークＷであれば三次元（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）の情報である。この位置情報は、切断加工を開始する始点ＳＰおよび切断を終了する終点ＥＰを含む。なお、図３および図４に示される加工例は、始点ＳＰと終点ＥＰが一致するが、始点ＳＰと終点ＥＰが異なる場合もある。位置情報を設定したならば、コントローラ１００は第１移動部１０、第２移動部３０およびレーザ出射部５０を駆動させて切断を実行する。具体的には以下の通りである。

はじめに、コントローラ１００は、第１移動部１０を始点ＳＰに対応する位置に移動するように、第１移動部１０の駆動源に指示する（図５ Ｓ２０１）。第１移動部１０が始点ＳＰに移動したならば、第２移動部３０およびレーザ出射部５０に動作を指示して実際の切断加工が以下の手順で行われる。

実際のレーザ光による加工に先立って、飛散物の掃気ができるように、コントローラ１００は送風機、吸引機などからなるエア系統を起動させる（図５ Ｓ３０１）。次いで、コントローラ１００は、レーザ光源を起動させてレーザヘッド５１からレーザ光を出射させるとともに、第２移動部３０を動作させることによりレーザヘッド５１を第１領域ＣＡ１の１パス目の往路を移動させつつ当該往路を加工させる（図５ Ｓ３０３）。レーザヘッド５１が当該往路の終点まで移動、加工したならば、第２移動部３０の動作およびレーザヘッド５１からのレーザ光の出射を一旦停止し、その間に給気ノズル５３Ａおよび排気ダクト５３Ｂを伴ってレーザヘッド５１を１８０度だけ回転させる（図５ Ｓ３０５）。このレーザヘッド５１の回転により１パス目の復路の切断加工の準備が整う。そうすると、コントローラ１００は、レーザ光源を起動させてレーザヘッド５１からレーザ光を出射させるとともに、第２移動部３０を動作させることによりレーザヘッド５１を第１領域ＣＡ１の１パス目の復路を移動させつつ当該復路を加工させる（図５ Ｓ３０７）。

レーザヘッド５１が当該復路の終点まで移動、加工したならば、第２移動部３０の動作およびレーザヘッド５１からのレーザ光の出射を一旦停止し、その間に給気ノズル５３Ａおよび排気ダクト５３Ｂを伴ってレーザヘッド５１を１８０度だけ回転させる（図５ Ｓ３０９）。これで次のパスの往路の切断加工の準備が整う。ただし、ここではすぐに次のパスの往路の切断加工を始めるのではなく、予め設定されている複数のパスの全ての加工が終了しているか否かの判断を行う（図５ Ｓ３１１）。

全てのパスの加工が終了していなければ（図５ Ｓ３１１ Ｎｏ）、次のパスの往路の加工を始めるとともに、以上の手順を繰り返す（図５ Ｓ３０３～Ｓ３０９）。
全てのパスの加工が終了したならば（図５ Ｓ３１１ Ｙｅｓ）、コントローラ１００は、エア系統およびレーザを停止させてから（図５ Ｓ３１３）、予め設定されている全ての加工領域、つまり図３および図４を例にすると、第１領域ＣＡ１から第８領域ＣＡ８までの加工が終了したか否かの判断を行う（図５ Ｓ３１５）。設定されている全ての領域の加工が終了していれば（図５ Ｓ３１５ Ｙｅｓ）、第２移動部３０および第１移動部１０の移動を停止して、ワークＷの加工を終了する（Ｓ３１７，Ｓ２０３）。設定されている全ての領域の加工が終了していなければ（図５ Ｓ３１５ Ｎｏ）、次の領域、例えば第２領域ＣＡ２の加工始点に第２移動部３０および第１移動部１０を移動させてから、以上の加工手順を繰り返す（図５ Ｓ３０３～Ｓ３０９）。

［レーザ加工装置１が奏する効果］
レーザ加工装置１によれば、最大移動距離の長い第１移動部１０を備えていることにより、寸法の大きいワークＷであってもその全域を加工することができる。また、本開示のレーザ加工装置によれば、最大移動距離の短い第２移動部３０がレーザヘッド５１を支持しているので、精度の高い加工を迅速に行うことができる。

［レーザヘッド５１の姿勢：図６］
以上で説明した実施形態においては、切断加工するワークＷが水平方向に沿っているためにレーザヘッド５１の姿勢が鉛直方向に沿っている。しかし、レーザヘッド５１を鉛直方向に傾く姿勢として切断加工することができる。レーザヘッド５１の姿勢を変えられるのは、主軸３１が多関節を有していることによる。例えば、図６には、鉛直方向に沿う鉛直部分ＷＶと水平方向に沿う水平部分ＷＨを有するＬ字状の横断面を有するワークＷを加工する二つの例が示されている。二つの例は鉛直部分ＷＶが紙面の左右のどちらにあるかに違いがある。ここでは一例として鉛直部分ＷＶと水平部分ＷＨの境界ＢＯを切断加工するとして、レーザ光ＬＢが境界ＢＯに照射されるようにレーザヘッド５１が傾けられる。給気ノズル５３Ａと排気ダクト５３Ｂは、掃気ガスが上から下向きに吹き付けられるように、切断される境界ＢＯの上であって、排気ダクト５３Ｂより給気ノズル５３Ａが上側に配置する。このように配置することにより、掃気効率が落ちることはない。

ここでは鉛直部分ＷＶと水平部分ＷＨの境界ＢＯを切断加工する例を示したが、例えば、レーザヘッド５１を水平方向に沿うように配置すれば、鉛直部分ＷＶを切断加工することもできる。

［回収機５３の向き：図７］
次に、レーザヘッド５１が向きを変えながら移動して切断加工する際の回収機５３の向きについて、図７を参照して説明する。なお、レーザヘッド５１が移動する向きが実線の矢印で示されている。
図７に示される加工経路ＣＴに沿ってワークＷを切断する場合、地点Ａを出発してから、地点Ｂ、地点Ｃ、地点Ｄおよび地点Ｅにおいてレーザヘッド５１の移動する向きを変える必要がある。この向きの変更は二次元ステージ３３の第１移動体３３Ａおよび第２移動体３３Ｂを組み合わせて動作させることにより実現できる。
ここで、掃気を効率よく行うためには、給気ノズル５３Ａおよび排気ダクト５３Ｂが加工経路ＣＴのそれぞれの区間（に沿うこと、加えて給気ノズル５３Ａがレーザヘッド５１より前側（Ｆ）から給気することが好ましい。前述したように、給気ノズル５３Ａと排気ダクト５３Ｂはレーザヘッド５１を間に挟んで対向し、かつ、レーザヘッド５１に固定されている。したがって、図７の下段に示すように、レーザヘッド５１を回転させることにより給気ノズル５３Ａおよび排気ダクト５３Ｂを加工経路ＣＴに平行に沿うように調整できる。このように配置すれば、掃気ガスが斜めに吹き付けられるのに比べて、掃気ガスが吹き付けられる力を最大限利用することができるので、高い掃気効率を得ることができる。なお、図７には排気ダクト５３Ｂの記載が省略されている

［付記］
＜付記１＞
レーザ加工装置（１）は、第１移動部（１０）と、第１移動部（１０）に移動可能に支持される第２移動部（３０）と、第２移動部（３０）に移動可能に支持されるレーザ出射部（５０）と、を備える。第１移動部（１０）による第２移動部（３０）の第１最大移動距離（Ｌ１Ｘ，Ｌ１Ｙ）は、第２移動部（３０）によるレーザ出射部（５０）の第２最大移動距離（Ｌ３Ｘ，Ｌ３Ｙ）よりも長い。

レーザ加工装置（１）は、第１移動部（１０）は、第２移動部（３０）を第１方向（Ｘ）および第１方向に直交する第２方向（Ｙ）の双方に移動可能であり、第２移動部（３０）は、レーザ出射部（５０）を第１方向（Ｘ）および第２方向（Ｙ）の双方に移動可能である。第１最大移動距離（Ｌ１Ｘ，Ｌ１Ｙ）は、第１方向（Ｘ）および第２方向（Ｙ）の双方において、第２最大移動距離（Ｌ３Ｘ，Ｌ３Ｙ）よりも長い。
この構成を備えるレーザ加工装置（１）によれば、第１移動部（１０）および第２移動部（３０）の双方が、第１方向（Ｘ）および第１方向（Ｘ）に直交する第２方向（Ｙ）の双方に移動可能であるから、複雑な加工経路（ＣＴ）に対応する加工が可能である。

レーザ出射部（５０）からレーザ光を出射してワーク（Ｗ）を加工している間に、第１移動部（１０）による第２移動部（３０）の移動は停止されるが、第２移動部（３０）によりレーザ出射部（５０）は移動される。
この構成を備えるレーザ加工装置（１）によれば、実際の加工を行う場合には、第２移動部（３０）だけを移動させるので、第１移動部（１０）をも移動させるのに比べて、移動に対する制御を簡易にできる。

＜付記２＞
付記１において、好ましくは、第２移動部（３０）によるレーザ出射部（５０）の移動は、予め定められる加工経路（ＣＴ）に沿って行われ、加工経路（ＣＴ）が区分された複数の領域（ＣＡ１～ＣＡ８）のそれぞれについて第２移動部（３０）によりレーザ出射部（５０）が移動しながら順に加工が行われる。
第２移動部（３０）によるレーザ出射部（５０）の最大移動距離は短いため、この短い最大可能距離以下の移動距離になるように、加工経路（ＣＴ）を複数の領域（ＣＡ１～ＣＡ８）に区分する。

＜付記３＞
付記２おいて、好ましくは、複数の領域（ＣＡ１～ＣＡ８）のそれぞれについて、レーザ出射部（５０）が往復移動ながら加工する。
レーザ出射部（５０）を往復移動させることにより、厚いワークＷでも切断が可能となる。

＜付記４＞
付記２または付記３において、好ましくは、先行する領域（ＣＡ１）の加工を終えた後に、後続の領域（ＣＡ２）の加工に移行する際に、先行する領域（ＣＡ１）に対応する位置から後続の領域（ＣＡ２）に対応する位置まで、第２移動部（３０）が第１移動部（１０）により移動される。
先行する領域（ＣＡ１）に対応する位置から後続の領域（ＣＡ２）に対応する位置までの距離が長い場合もあり、かつ、さらに後続する領域に（ＣＡ３）に対応する位置まで移動することを考慮して、領域間の移動は最大移動距離の長い第１移動部で行うことが好ましい。

＜付記５＞
付記１から付記４のいずれかにおいて、好ましくは、レーザ出射部（５０）は、レーザ光を出射するレーザヘッド（５１）と、レーザ光のワーク（Ｗ）への照射により生ずる飛散物の回収機（５３）と、を備える。
飛散物の回収機（５３）を備えることにより、レーザ光の照射による加工性能を安定して得ることができる。

＜付記６＞
付記５において、好ましい回収機（５３）は、掃気ガスを供給する給気ノズル（５３Ａ）と、レーザヘッド（５１）を間に挟んで給気ノズル（５３Ａ）と対向配置される排気ダクト（５３Ｂ）と、を備える。給気ノズル（５３Ａ）はレーザヘッド（５１）が移動する前側（Ｆ）に配置され、排気ダクト（５３Ｂ）は後側（Ｒ）に配置される。
給気ノズル（５３Ａ）を排気ダクト（５３Ｂ）よりも前側に配置することにより、掃気ガスの流れが移動による相対的な雰囲気の流れに沿うので、逆向きの抵抗をほとんど受けることなく排気ダクト５３Ｂに入ることができる。つまり、掃気による回収の効率が高い。

＜付記７＞
付記６において、好ましい給気ノズル（５３Ａ）および排気ダクト（５３Ｂ）は、鉛直方向に沿う加工経路（ＣＴ）を、鉛直方向の上向きに移動しながら加工する際に、給気ノズル（５３Ａ）が排気ダクト（５３Ｂ）より上側に配置される。
このように配置して加工することにより、掃気ガスを重力に沿う鉛直方向の下向きに吹き付けることができるので、掃気効率が落ちるのを防ぐことができる。

＜付記８＞
付記６において、好ましい前記給気ノズル（５３Ａ）および前記排気ダクト（５３Ｂ）は、向きが変わる加工経路（ＣＴ）に平行に配置されるように、レーザヘッド（５１）を中心にして回転可能に設けられる。
このように配置して加工することにより、掃気ガスが吹き付けられる力を最大限利用することができるので、高い掃気効率を得ることができる。

＜付記９＞
本開示は、予め定められる加工経路（ＣＴ）に沿って、かつ、加工経路（ＣＴ）が複数に区分された領域（ＣＡ１～ＣＡ８）を順にレーザヘッド（５１）からレーザ光を照射することにより加工する方法を提供する。
この加工方法は、レーザヘッド（５１）が移動しながら先行する領域（ＣＡ１）を加工する加工ステップと、先行する領域（ＣＡ１）の加工を終えた後に、後続の領域（ＣＡ２）の加工のためにレーザヘッド（５１）を移動させる領域移動ステップと、が繰り返される。
本開示の加工方法によれば、加工ステップにおいて精度の高い加工を迅速に行うことができ、領域移動ステップを繰り得して行うことにより寸法の大きいワーク（Ｗ）であってもその全域を加工することができる。

上記以外にも、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

１ レーザ加工装置
１０ 第１移動部
１１ 移動枠
１２Ａ，１２Ｂ 柱脚
１３ 梁材
１５ 土台
３０ 第２移動部
３１ 主軸
３３ 二次元ステージ
３３Ａ 第1移動体
３３Ｂ 第２移動体
５０ レーザ出射部
５１ レーザヘッド
５３ 回収機
５３Ａ 給気ノズル
５３Ｂ 排気ダクト
５４Ａ 給気口
５４Ｂ 排気口
５５Ａ 支持アーム
５５Ｂ 支持アーム
１００ コントローラ
ＣＴ 加工経路
ＳＰ 始点
ＥＰ 終点
Ｌ１Ｘ，Ｌ１Ｙ 最大移動距離
Ｌ３Ｘ，Ｌ３Ｙ 最大移動距離
ＬＢ レーザ光
ＭＰ１，ＭＰ２ 中間地点
Ｗ ワーク
ＷＨ 水平部分
ＷＶ 鉛直部分
Ｘ 長手方向
Ｙ 幅方向
Ｚ 高さ方向

Claims (9)

1. 第１移動部と、
   前記第１移動部に移動可能に支持される第２移動部と、
   前記第２移動部に移動可能に支持されるレーザ出射部と、を備え、
   前記第１移動部による前記第２移動部の第１最大移動距離は、前記第２移動部による前記レーザ出射部の第２最大移動距離よりも長く、
   前記第１移動部は、前記第２移動部を第１方向および前記第１方向に直交する第２方向の双方に移動可能であり、
   前記第２移動部は、前記レーザ出射部を前記第１方向および前記第２方向の双方に移動可能であり、
   前記第１最大移動距離は、前記第１方向および前記第２方向の双方において、前記第２最大移動距離よりも長く、
   前記レーザ出射部からレーザ光を出射してワークを加工している間に、
   前記第１移動部による前記第２移動部の移動は停止されるが、
   前記第２移動部により前記レーザ出射部は移動される、
   レーザ加工装置。
   
2. 前記第２移動部による前記レーザ出射部の移動は、予め定められる加工経路に沿って行われ、
   前記加工経路が区分された複数の加工領域のそれぞれについて前記第２移動部により前記レーザ出射部が移動しながら順に加工が行われる、
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
   
3. 複数の前記加工領域のそれぞれについて、
   前記レーザ出射部が往復移動ながら加工する、
   請求項２に記載のレーザ加工装置。
   
4. 先行する前記加工領域の加工を終えた後に、後続の前記加工領域の加工に移行する際に、
   先行する前記加工領域に対応する位置から後続の前記加工領域に対応する位置まで、前記第２移動部が前記第１移動部により移動される、
   請求項３に記載のレーザ加工装置。
   
5. 前記レーザ出射部は、
   レーザ光を出射するレーザヘッドと、
   前記レーザ光の前記ワークへの照射により生ずる飛散物の回収機と、を備える、
   請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置。
   
6. 前記回収機は、
   掃気ガスを供給する給気ノズルと、
   前記レーザヘッドを間に挟んで前記給気ノズルと対向配置される排気ダクトと、を備え、
   前記給気ノズルは前記レーザヘッドが移動する前側に配置され、
   前記排気ダクトは後側に配置される、
   請求項５に記載のレーザ加工装置。
   
7. 前記給気ノズルおよび前記排気ダクトは、
   鉛直方向に沿う予め定められる加工経路を、鉛直方向の上向きに移動しながら加工する際に、
   前記給気ノズルが前記排気ダクトより上側に配置される、
   請求項６に記載のレーザ加工装置。
   
8. 前記給気ノズルおよび前記排気ダクトは、
   予め定められる向きが変わる加工経路に平行に配置されるように、前記レーザヘッドを中心にして回転可能に設けられる、
   請求項６に記載のレーザ加工装置。
   
9. 予め定められる加工経路に沿って、かつ、前記加工経路が複数に区分された加工領域を順にレーザヘッドからレーザ光を照射することにより加工する方法であって、
   先行する前記加工領域を前記レーザヘッドが移動しながら加工する加工ステップと、
   先行する前記加工領域の加工を終えた後に、後続の前記加工領域の加工のために前記レーザヘッドを移動させる範囲移動ステップと、が繰り返される、
   レーザ加工方法。

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