JP2830898B2 - レーザ加工機 - Google Patents

レーザ加工機

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JP2830898B2 JP6026086A JP2608694A JP2830898B2 JP 2830898 B2 JP2830898 B2 JP 2830898B2 JP 6026086 A JP6026086 A JP 6026086A JP 2608694 A JP2608694 A JP 2608694A JP 2830898 B2 JP2830898 B2 JP 2830898B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ加工機に関し、よ
り詳しくは、ピアッシング加工に要する時間を短縮でき
る様にしたレーザ加工機に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ピアッシング加工に要する時間を
短縮できる様にしたレーザ加工機として、例えば特開平
4−284993号公報が知られている。上記公報のレ
ーザ加工機では、ピアッシング加工中に被加工物に対し
て集光レンズを下降させることで、集光レンズの焦点位
置を下降させるようにしている。そのように構成するこ
とで、肉厚の厚い被加工物であっても比較的短時間でピ
アッシング加工を終了することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記従来の
レーザ加工機では、ピアッシング加工の進行度合と集光
レンズの焦点位置の下降作動との関係は、特別に明らか
にされていなかった。なお、被加工物から反射するレー
ザ光線の反射光をモニタして集光レンズの焦点位置を決
定するレーザ加工機として、特開平5−253686号
公報が知られている。しかしながら、この特開平5−2
53686号公報の装置は、あくまでも加工開始前にお
ける集光レンズの焦点合せのためであり、レーザ加工中
に被加工物から生じる溶融光をモニタするものではなか
った。しかも、集光レンズの焦点合わせを行うときに
は、不活性ガスを被加工物に吹き付けるので、不活性ガ
ス用の配管が必要なだけでなく、集光レンズの焦点合わ
せの後に、不活性ガスをアシストガスに切り替える必要
があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、集光レンズの
焦点が被加工物のピアッシング加工位置と一致している
ときに被加工物の加工箇所から生じる溶融光が最大にな
り、かつレーザ光線のエネルギ密度も最大になることに
着目して成されたものである。すなわち、本発明は、レ
ーザ光線を放射するレーザ発振器と、フォーカスヘッド
内に収納されるとともにレーザ光線の光軸に沿ってフォ
ーカスヘッドに対して相対移動可能な集光レンズと、上
記集光レンズをフォーカスヘッドに対して相対移動させ
る駆動機構と、上記駆動機構の作動を制御する制御装置
とを備え、被加工物に対してピアッシング加工を施して
から切断加工を行うようにしたレーザ加工機において、
ピアッシング加工を行う際に該ピアッシング加工箇所か
ら生じる溶融光を受光して、上記制御装置に入力する検
出手段を設けるとともに、ピアッシング加工中に上記検
出手段から入力される溶融光の光量と予め記憶した基準
光量とを比較して、検出手段から入力される溶融光の光
量が基準光量よりも大きくなる位置に上記駆動機構を介
して集光レンズの焦点位置を調整する焦点位置補正部を
上記制御装置に設けたものである。
【0005】
【作用】このような構成によれば、板厚の厚い被加工物
にピアッシング加工を施す際には、ピアッシング加工の
進行に伴って徐々に深さが深くなっていく加工部分の位
置の変動にあわせて集光レンズの焦点を自動的に移動さ
せることができる。したがって、ピアッシング加工を効
率的に行うことができる様になり、従来に比較してピア
ッシング加工に要する時間を短縮することができる。
【0006】
【実施例】以下、本発明をパルス発振型のレーザ加工機
に適用した実施例について説明すると、図1において、
レーザ加工機は、レーザ光線Lをパルス発振するレーザ
発振器1と、このレーザ発振器1から発振されたレーザ
光線Lを集光する集光レンズ2を収納したフォーカスヘ
ッド3とを備えており、上記レーザ発振器1は制御装置
4によってパルス発振制御されるようになっている。上
記フォーカスヘッド3は図示しない昇降機構によって昇
降されるようになっており、また被加工物5は図示しな
い加工テーブル上に載置されるようになっている。そし
て、上記加工テーブルとフォーカスヘッド3とを水平面
内で相互に直交する方向に相対移動させることにより、
被加工物5を所要の形状に切断加工することができる。
レンズホルダ6に保持された集光レンズ2は、フォーカ
スヘッド3に対してレーザ光線Lの光軸に沿って昇降可
能になっている。上記レンズホルダ6にはラック7を一
体に連結してあり、このラック7に、フォーカスヘッド
3のハウジング3aに取り付けたモータ8側のピニオン
9を噛合させている。上記モータ8は、制御装置4によ
って所定量だけ正逆方向に回転されるようになってい
る。したがって、制御装置4によってモータ8が回転す
ると、ハウジング3aの高さは一定の状態において、集
光レンズ2がハウジング3aに対して昇降し、それによ
って、集光レンズ2の焦点Fの高さ位置を調整すること
が出来る。上記フォーカスヘッド3のハウジング3aに
は光ファイバコネクタ12を取付けてあり、この光ファ
イバコネクタ12を介してこれに接続した光ファイバ1
3の一端13aをフォーカスヘッド3内に位置させて、
下方側の開口部3bに臨ませている。光ファイバ13の
他端はフォトダイオード14に臨ませてあり、このフォ
トダイオード14によって光を電気信号に変換して上記
制御装置4に入力するようにしている。本実施例では、
上記光ファイバコネクタ12と光ファイバ13およびフ
ォトダイオード14とによって検出手段15を構成して
いる。したがって、制御装置4によってパルス発振制御
されたレーザ発振器1からのレーザ光線Lは、フォーカ
スヘッド3の集光レンズ2で集光されてから被加工物5
に照射される。そして、検出手段15を構成するフォト
ダイオード14は連続して、つまりパルス発振されるレ
ーザ光線Lの照射時と停止時ともに、レーザ光線Lの照
射によって生じた光を受光するようになっている。この
ときレーザ光線Lの波長は、一例として10600nm
であり、また被加工物5の加工箇所の溶融部分5aから
生じる溶融光L2の波長は300〜900nm程度であ
るので、例えば700nmの波長を検出できるフォトダ
イオード14を用いれば、レーザ光線Lを検出すること
なく溶融部分から生じる溶融光L2のみを検出すること
ができる。しかして、本実施例は、集光レンズ2の焦点
Fの位置が被加工物5の加工箇所の溶融部分と一致して
いるときに溶融光L2が最大になり、かつレーザ光線L
のエネルギ密度も最大になることに着目して、ピアッシ
ング加工の進行に伴って集光レンズ2の焦点Fを移動さ
せるようにしたものである。すなわち、制御装置4は、
被加工物5に対するピアッシング加工中に集光レンズ2
の焦点Fの位置を調整する焦点位置補正部4Aと、ピア
ッシング加工が終了したことを判定するピアッシング終
了判定部4Bと、上記検出手段15の機能の良否を判定
する機能判定部4Cとを備えるとともに、上記各判定部
4B,4Cによる判定結果を表示する表示部4Dを備え
ている。図2に示すように、焦点位置補正部4Aには、
予め所定の基準光量L3を記憶させてあり、焦点位置補
正部4Aは、ピアッシング加工開始後に検出手段15か
ら制御装置4に入力される溶融光L2の光量を上記基準
光量L3と比較して、溶融光L2の光量が基準光量L3
よりも小さくなったら、上記モータ8を回転させて基準
光量L3よりも溶融光L2の光量が大きくなる高さまで
自動的に集光レンズ2の焦点Fを下降させるようにして
いる。また、ピアッシング終了判定部4Bは、ピアッシ
ング加工の終了を判定する基準となるピアッシング終了
判定光量L4を予め記憶しており、ピアッシング加工開
始後に上記検出手段15から制御装置4に入力される溶
融光L2の光量とピアッシング終了判定光量L4とを比
較して、溶融光L2の光量がピアッシング終了判定光量
L4よりも小さくなったときに、ピアッシング加工が終
了したものと判定して、その旨を表示部4Dに表示する
ようになっている。以上の構成において、板厚の厚い被
加工物5にピアッシング加工を施す際の作動を図2ない
し図3に基づいて説明する。先ず、図3(a)に示すよ
うに、ピアッシング加工の開始時には、集光レンズ2の
焦点Fは被加工物5の表面よりもわずかに上方側の高さ
に位置させてあり、その状態からレーザ光線Lを被加工
物5に照射してピアッシング加工を開始する。レーザ光
線Lが照射された被加工物5のピアッシング加工箇所
は、加熱されることによって溶融し、その溶融部分5a
から溶融光L2が発生するようになり、溶融光L2は検
出手段15を介して制御装置4に入力される。この加工
開始直後に制御装置4に入力される溶融光L2の光量
は、図2の左方端の位置に表示したように、上述した基
準光量L3よりも小さくなる。そこで、焦点位置補正部
4Aは、上記モータ8を回転させて基準光量L3よりも
溶融光L2の光量が大きくなる高さまで自動的に集光レ
ンズ2の焦点Fを下降させる。これによって、溶融部分
5aの位置と焦点Fの位置とが一致し、したがって、溶
融部分5aにおけるレーザ光線Lのエネルギ密度が最大
となる(図3(b))。この後、ピアッシング加工が進
んでピアッシング孔が徐々に深くなると、溶融光L2の
光量が小さくなり、図2にL2’で示すようにやがて基
準光量L3よりも小さくなる。このことは、ピアッシン
グ加工が徐々に進行することに伴って焦点Fの位置に対
して溶融部分5aの位置が徐々に下がってきたことを意
味しており、この時点で焦点位置補正部4Aはモータ8
を所要量だけ回転させて溶融光L2の光量が基準光量L
3よりも大きくなる位置まで集光レンズ2の焦点Fの位
置を下降させる(図3(c))。これによって、溶融部
分5aの位置と焦点Fの位置とが一致し、したがって、
溶融部分5aにおけるレーザ光線Lのエネルギ密度が最
大となる。このようにして、ピアッシング加工中に溶融
光L2の光量が基準光量L3よりも小さくなる(図2の
L2’’、L2’’’)毎に、焦点位置補正部4Aは、
集光レンズ2の焦点Fを溶融部分5aと一致する位置に
自動的に下降させる。以上のように本実施例では、板厚
の厚い被加工物5のピアッシング加工の進行に伴って、
集光レンズ2の焦点Fを溶融部分5aに一致させるよう
にしているので、溶融部分5aにおけるレーザ光線Lの
エネルギ密度を最大に維持しながら効率的にピアッシン
グ加工を行うことができる。また、ピアッシング加工が
進行して、やがて溶融光L2の光量がピアッシング終了
判定光量L3よりも小さくなると、上記ピアッシング終
了判定部4Bはピアッシング加工が終了したものと判定
し、その旨を表示手段4Dに表示する。本実施例は、上
述のように構成しているので、板厚の厚い被加工物5に
対して効率的にピアッシング加工を施すことができ、し
たがってピアッシング加工に要する時間を短縮すること
ができる。また、ピアッシング加工の開始から終了まで
の状況をきわめて良好に監視することができる。なお、
上述のようにピアッシング加工が完了して、ピアッシン
グ孔が穿設されたら、そのピアッシング孔の位置から被
加工物5に所要の切断加工を施す。さらに、本実施例で
は、図1に示すように、上記検出手段15によって検出
可能な基準光Jを発生させる基準光発生手段16を設け
てあり、基準光発生手段16で発生させた基準光Jを上
記検出手段15によって検出できるようにしている。そ
して、制御装置4の検出器機能判定部4Cによって、上
記検出手段15が正常に機能しているか否かを判定する
ようにしている。より詳細には、上記検出手段15の光
ファイバ13の一端13aと対向させて、光ファイバコ
ネクタ17によって光ファイバ18の一端18aをフォ
ーカスヘッド3に取り付けている。他方、この光ファイ
バ18の他端は発光ダイオード19に臨ませている。そ
して、図4に示すように、所要時に制御装置4から発光
ダイオード19に対して所定の波長の基準光Jを発生さ
せるようにしている。その基準光Jは光ファイバ18の
一端18aから検出手段15の光ファイバ13の一端1
3aに向けて発光されて、検出手段15によって検出さ
れて制御装置4に入力される。他方、検出器機能判定部
4Cは、検出手段15によって実際に検出した基準光J
の検出光量J’が、正常な範囲であると判断可能な下限
の検出機能判定光量Kを予め記憶している。そして、上
記検出手段15によって実際に検出した基準光Jの検出
光量J’が上記判定光量Kよりも小さい場合に、上記検
出手段15の機能が不良であると判定する様になってい
る。そのときには、その旨、上記表示部4Dに表示する
ようにしている。したがって、本実施例では、検出手段
15を構成する光ファイバ13の一端13aが塵埃等に
よって霞んで、光の受光機能が低下していることを容易
に検出することができる。
【0007】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来に
比較してピアッシング加工に要する時間を短縮すること
ができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略の構成図。
【図2】ピアッシング加工中に検出手段から制御装置に
入力される溶融光の光量の変動を示す図。
【図3】ピアッシング加工の進行過程を示す図。
【図4】検出手段の機能の良否を判定するための説明
図。
【符号の説明】
1…レーザ発振器 2…集光レンズ 3…フォーカスヘッド 4…制御装置 4A…焦点位置補正部 5…被加工物 7…ラック(駆動機構) 8…モータ(駆動機
構) 9…ピニオン(駆動機構) 15…検出手段 L…レーザ光線 L2…溶融光 L3…基準光量

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光線を放射するレーザ発振器と、
    フォーカスヘッド内に収納されるとともにレーザ光線の
    光軸に沿ってフォーカスヘッドに対して相対移動可能な
    集光レンズと、上記集光レンズをフォーカスヘッドに対
    して相対移動させる駆動機構と、上記駆動機構の作動を
    制御する制御装置とを備え、被加工物に対してピアッシ
    ング加工を施してから切断加工を行うようにしたレーザ
    加工機において、 ピアッシング加工を行う際に該ピアッシング加工箇所か
    ら生じる溶融光を受光して、上記制御装置に入力する検
    出手段を設けるとともに、 ピアッシング加工中に上記検出手段から入力される溶融
    光の光量と予め記憶した基準光量とを比較して、検出手
    段から入力される溶融光の光量が基準光量よりも大きく
    なる位置に上記駆動機構を介して集光レンズの焦点位置
    を調整する焦点位置補正部を上記制御装置に設けたこと
    を特徴とするレーザ加工機。
  2. 【請求項2】 上記検出手段によって検出可能な基準光
    を発生させる基準光発生手段を設けるとともに、該基準
    光発生手段によって発生されて検出手段から制御装置に
    入力された基準光と予め記憶した検出機能判定光量とを
    比較して、上記検出手段の機能の良否を判定する検出器
    機能判定部を上記制御装置に設けたことを特徴とする請
    求項1に記載のレーザ加工機。
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