JP2623355B2 - レーザ加工方法およびレーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工方法およびレーザ加工装置

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JP2623355B2
JP2623355B2 JP2018570A JP1857090A JP2623355B2 JP 2623355 B2 JP2623355 B2 JP 2623355B2 JP 2018570 A JP2018570 A JP 2018570A JP 1857090 A JP1857090 A JP 1857090A JP 2623355 B2 JP2623355 B2 JP 2623355B2
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秀彦 唐▲崎▼
昭男 田中
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザ光を用いて被加工物の切断を行なう
レーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
従来の技術 レーザ光を被加工物に照射して切断加工を行なう場
合、まず第1段階として穴を被加工物の規定の位置にあ
け、次いでその穴のあいた部分から切断を切断パターン
にしたがって始める。このときの穴あけ段階をピアッシ
ングと称し、切断図形パターンにもよるが、切断加工工
程の全時間の約半分を占めることも珍しくない。特に、
板厚が厚くなると、切断工程に対するピアッシング時間
の割合が増加し、ピアッシング時間は切断加工工程の時
間の大部分を支配するようになる。したがって、ピアッ
シング時間を短縮することは、切断加工工程の時間を短
縮することに大きく寄与し、切断加工の効率を向上させ
ることになる。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来のレーザ加工方法およびレーザ加
工装置においては、板厚が厚くなった場合のピアッシン
グ時間の短縮に対する有効な手段を持ち合わせていなか
った。また、板厚が厚くなると広い切断幅が要求される
ため、レーザ光のスポット径が大きくなるように焦点位
置を意識的に被加工物の表面からずらして穴あけ加工工
程を行なうので、熱エネルギ密度が減少してピアッシン
グ時間が長くなるという問題があった。
本発明は、このような従来の問題を解決するものであ
り、ピアッシング時間を有効に短縮することのできる優
れたレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供するこ
とを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、前記目的を達成するために、切断加工工程
を穴あけ過程と切断過程とに分け、穴あけ過程ではレー
ザ光の照射モードをシングルモードにして穴あけ加工を
行ない、穴あけ過程終了後にはレーザ光の照射モードを
マルチモードに切り換えて切断加工を行なうように構成
したものである。
作用 本発明は、前記構成により次のような作用を有する。
すなわち、穴あけ過程時には、被加工物の表面にスポッ
ト径の小さなシングルモードのレーザ光を照射するの
で、レーザ光の1パルスで穴をあけられる深さが深くな
り、穴あけ過程の時間が短縮される。また切断過程時に
は、スポット径の大きなマルチモードのレーザ光で切断
加工を行なうので、被加工物の切断に必要な切断幅が得
られる。これにより、ピアッシング時間すなわち穴あけ
過程の時間を有効に短縮することができ、切断加工工程
全体の時間を短縮することができる。
実施例 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例を示し、第1図(a)は穴あ
け過程時のレーザ光の照射モードを示し、第1図(b)
は切断過程時のレーザ光の照射モードを示している。第
1図(a)において、レーザ光1はモード切換絞り板2
によりそのスポット径Dをdに絞られ、その強度分布は
光軸3上に一つのピークがあるシングルモードになっい
る。また第1図(b)においては、レーザ光1はモード
切換絞り板2による絞り作用を受けることなく、スポッ
ト径Dのままで出射され、その強度分布は光軸3の両側
に二つのピークを有するマルチモードになっている。こ
のようにレーザ光1のスポット径Dを穴あけ過程時
(a)と切断過程時(b)とで異ならせることにより、
レーザ光を用いた切断加工工程全体の時間を短縮するこ
とができる。
次に前記実施例の作用について説明する。前述したよ
うに、板厚が厚くなると切断工程に対するピアッシング
時間の割合が増加し、ピアッシング時間は切断加工工程
の時間の大部分を支配するようになる。また板厚が厚く
なると、広い切断幅が要求される。
第2図はSPCの場合の切断に必要な切断幅と板厚との
関係を示している。切断幅は材質による熱伝導係数と板
厚およびアシストガスによる溶融した材料の易動度によ
って決定される。アシストガスの条件は、材料の酸化反
応速度から制限を受けるため、切断幅は材質と板厚とを
指定すればほぼ一義的に決定される。
このように、板厚が厚くなると穴あけ過程の占める割
合が多くなるだけでなく、広い切断幅が要求されるた
め、従来においては穴あけ過程時のレーザ光のスポット
径を大きくすることが多い。しかしながら、第3図に示
すように、レーザ光のスポット径が大きくなると、それ
だけレーザ光の1パルス当たりであけられる穴の深さが
浅くなるので、スポット径を大きくして穴あけ加工を行
なうと、それだけピアッシング時間が長くかかることに
なる。したがって前記実施例のように、穴あけ過程時に
はスポット径の小さなシングルモードで穴あけ加工を行
ない、穴あけ加工終了後には、レーザ光の照射モードを
マルチモードに切り換えて大きなスポット径で切断加工
を行なうことにより、第4図に示すように、例えば4.5m
m厚の鉄板(SPC)に15mmの円穴をあける場合、従来のレ
ーザ光を用いた方法に比較して切断加工時間が約20%以
上短縮することができる。この傾向は、板厚が厚くなる
ほど顕著になり、例えば9mm厚の鉄板(SPC)では、約50
%以上の切断加工工程の時間が短縮される。
第5図は、前記実施例におけるレーザ光の照射モード
の切り換えタイミングの一例を示している。本例では、
穴あけ過程終了後にレーザ光の照射モードを切り換えて
いる。
このレーザ光の照射モードの切り換えタイミングは、
被加工物の材質および板厚によって決定される。したが
って、被加工物の材質および板厚の情報があれば、切り
換えタイミングを一義的に決定することができる。
第6図は、このようなタイミングを発生させるための
データベースを備え、レーザ光の照射モードの切り換え
を自動的に行なうための手段を備えたレーザ加工装置の
一例を示している。第6図において、11はレーザ光、12
は集光レンズ、13は被加工物、14はレーザ発振器、15は
レーザ発振器14からのレーザ光11の照射モードを切り換
えるための絞り板を備えたモード切換器、16はレーザ光
11を集光レンズ12へ導くためのビームベンダー、17は集
光レンズ12を保持してレーザ光11を被加工物13へ向けて
照射するためのビームノズル軸、18は被加工物13を保持
してX−Y方向へ移動させるためのテーブル、19はテー
ブル18を駆動するためのサーボモータ、20はサーボモー
タ19およびモード切換器15を制御する数値制御装置、21
は被加工物13の材質および板厚の情報に基づいてモード
切換器15における絞り板切換量を決定するためのモード
切換データベース、22は数値制御装置20およびモード切
換データベース21を制御するためのCAD/CAMシステムで
ある。
次に、前記レーザ加工装置の動作について説明する。
レーザ発振器14から発せられたパルス状のレーザ光11
は、照射モード切換器15により照射モードを制御されて
被加工物13の表面をスポット状に照射する。被加工物13
は、照射されたレーザ光11の熱エネルギにより加熱溶融
されて穴をあけられる。被加工物13の表面に焦点を合わ
されたレーザ光11は、その焦点位置で最もエネルギ密度
が高く、そのエネルギはレーザ光11のスポット径の2乗
に比例する。被加工物13に穴があけられると、切断図形
パターンにしたがってテーブル18が移動し、切断が行わ
れる。この制御は、CAD/CAMシステム22内に格納された
切断図形パターンに基づき、数値制御装置20を介してサ
ーボモータ19を駆動することにより行なわれる。また、
穴あけ過程時と切断過程時とのレーザ光11の照射モード
の切り換えは、モード切換データベース21内に格納され
た被加工物13の材質および板厚情報に基づき、数値制御
装置20を介してモード切換器15を駆動することにより行
なわれる。このようにして、従来よりも少なくとも20%
以上切断加工工程の時間が短縮されたレーザ加工が行な
われる。
前記実施例におけるモード切換データベース21は、CA
D/CAMシステム22のようなレーザ加工装置に付属するプ
ログラム入力支援装置内に備えることも可能である。モ
ード切換データベースをこのようなプログラム入力支援
装置内に備えた場合は、従来のレーザ加工装置を使用し
た場合でも、レーザ切断加工工程の時間短縮という本発
明の利益を享受することができる。
発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明のレーザ加工
方法およびレーザ加工装置によれば、切断加工工程を穴
あけ過程と切断過程とに分け、穴あけ過程ではレーザ光
の照射モードをシングルモードにして小さなスポット径
で穴あけ加工を行ない、穴あけ過程終了後にはレーザ光
の照射モードをマルチモードに切り換えて、被加工物の
切断に必要な切断幅に応じたスポット径で切断加工を行
なうようにしたものであり、穴あけ過程時の時間を有効
に短縮できることにより、切断加工工程全体の時間を著
しく短縮することができ、もって生産性を飛躍的に向上
させることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は本発明のレーザ加工方法の一実
施例における穴あけ過程時および切断過程時のレーザ光
のスポット径と強度分布との関係を示す説明図、第2図
はレーザ加工方法における被加工物の板厚と要求される
切断幅との関係を示すグラフ、第3図はレーザ加工方法
におけるレーザ光のスポット径とレーザ光1パルスで穴
のあく深さとの関係を示すグラフ、第4図は被加工物の
板厚と本発明の時間時間短縮率(従来比)との関係を示
すグラフ、第5図は本発明の一実施例における穴あけ過
程と切断過程のタイミングを示すタイミングチャート、
第6図は本発明のレーザ加工装置の一実施例におけるシ
ステム構成を示す概略ブロック図である。 1……レーザ光、2……モード切換絞り板、3……光
軸、11……レーザ光、12……集光レンズ、13……被加工
物、14……レーザ発振器、15……モード切換器、16……
ビームベンダー、17……ビームノズル軸、18……テーブ
ル、19……サーボモータ、20……数値制御装置、21……
モード切換データベース、22……CAD/CAMシステム、
D、d……スポット径。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ発振器で発生したレーザ光を被加工
    物まで誘導し、前記被加工物の表面にレーザ光を照射す
    ることにより切断する切断加工工程を有し、前記切断加
    工工程が穴あけ過程と切断過程からなり、穴あけ過程時
    にはレーザ光の照射モードをシングルモードにして穴あ
    け加工を行ない、穴あけ過程終了後には照射モードをマ
    ルチモードに切り換えて切断加工を行なうレーザ加工方
    法。
  2. 【請求項2】レーザ発振器で発生したレーザ光を被加工
    物まで誘導して前記被加工物の表面にレーザ光を照射す
    る手段と、前記レーザ光の照射モードを切断加工工程に
    おける穴あけ過程時にはシングルモードで穴あけ加工を
    行ない、穴あけ過程終了後にはマルチモードで切断加工
    を行なうように切り換える手段とを備えたレーザ加工装
    置。
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EP1859891A1 (en) * 2006-05-26 2007-11-28 Yamazaki Mazak Corporation Device for automatically selecting a beam mode in laser processing machine

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