JP2837712B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、レーザビームによってワークにピアス孔
を貫通する際、貫通完了したか否かを検出する音響検出
用センサを備えたレーザ加工装置に関する。

（従来の技術） 従来のレーザ加工装置では、ワークにレーザビームを
照射してピアス孔をあける際に、ピアス孔が貫通したか
否かの検出がなされていないため、あらかじめ長めの貫
通完了時間を設定してNC装置に記憶させておき、そのNC
加工プログラム上で指定された時間に基づいて加工を行
っていた。

（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装置では、ピアス孔貫
通完了時間を十分な長さに設定しなくてはならないので
無駄な時間がかかり、加工時間が長くなってしまうとい
う課題があった。

また、ピアス貫通完了時間の長さは、材質，板厚によ
って異なるので加工の際は、そのための知識を必要とす
る課題があった。

この発明の目的は上記の課題を改良するため、ワーク
にレーザビームがピアス孔を貫通した際、レーザノズル
内に生じる穿孔音響の急激な周波数の変化を音響検出用
センサで検出し、ピアス加工時間の短縮を図ると共に、
オペレータにおける操作性の向上を図ったレーザ加工装
置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は、レーザ発振
器により発振されるレーザビームを集光し、加工すべき
ワークにレーザビームを照射すると共にアシストガスを
噴出するレーザノズルを備えたレーザ加工装置におい
て、上記レーザノズル内でレーザビームを照射されるこ
とのない領域でかつノズル先端から離れた位置に、レー
ザノズル内の穿孔音響の変化を検出する音響検出用セン
サを設けてなるものである。

（作用） この発明のレーザ加工装置によれば、ワークにレーザ
ビームが照射されると共にアシストガスが噴出されて、
ピアス孔を貫通した際に生じるレーザノズル内の穿孔音
響の急激な周波数の変化をセンサによって検出するの
で、その後にNC装置よりレーザ発振器にON信号を与えワ
ークの切断加工を行うことができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

理解を容易にするため、ワークＷにレーザ加工を行な
う一般的なレーザ加工装置１の全体的な構成ついて概略
的に説明する。

第５図を参照するに、レーザ加工装置１はレーザ発振
器３を備えており、このレーザ発振器３はレーザ加工装
置１の方へレーザビームLBを発振するように構成されて
おり、レーザ加工装置１の後部側に装着されている。

レーザ加工装置１は、ベース５、ベース５から垂直に
立設したポスト７およびベース５の上方に水平かつ片持
状にポスト７に支承されたオーバヘッドビーム９等より
構成されている。

ベース５上には、ワークテーブル11が設けられてお
り、このワークテーブル11の上面には、加工すべきシー
ト状の板材（以後、ワークと言う）Ｗを水平に支持する
多数のスライドボール（図示されてない）が回転自在に
装着されている。

前記オーバヘッドビーム９の先端部には、加工ヘッド
組立体13が装着されており、この加工ヘッド組立体13内
には、ミラー組立体15と集光レンズ17が内装されてい
る。

上記ミラー組立体15は、レーザ発振器３から発振され
たレーザビームLBをワークＷの方へ反射するように構成
されている。

集光レンズ17はレーザビームLBを集光し、かつ、ワー
クＷへ噴出されるアシストガスと同軸でもってワークＷ
へレーザビームLBを照射するように配設されている。

したがって、上記構成のレーザ加工装置１は、レーザ
発振器３からのレーザビームLBを受け、加工ヘッド組立
体13の集光レンズ17を介してワークＷへレーザビームLB
を照射するように構成されている。

加工すべきワークＷの移動，位置決めを行うために、
レーザ加工装置１には第１キャリッジ19を移動自在に設
けると共に、ワークＷをクランプするための複数のクラ
ンプ装置23を保持した第２キャリッジ21が設けられてい
る。

第１キャリッジ19は、ベース５の上部両側に互いに平
行に取付けた一対のレール25に移動自在に支承されてお
り、駆動時における加工ヘッド組立体13の直下の加工領
域に対し接近，離反自在である。

クランプ装置23を保持した第２キャリッジ21は、第１
キャリッジ19上に摺動自在に支承されており、前記レー
ル25に対し直交する方向へ駆動によって水平に移動自在
である。

したがって、クランプ装置23に把持されたワークＷ
は、第1,第２キャリッジ19,21の移動により、ワークテ
ーブル11上において加工ヘッド組立体13の下方に移送さ
れることができる。

上記構成において、第1,第２キャリッジ19,21により
ワークＷをワークテーブル11上において加工ヘッド組立
体13の直下に位置することにより、ワークＷはレーザビ
ームLBによって加工される。

勿論、レーザ発振器３により発せられたレーザビーム
LBは、加工ヘッド組立体13へ与えられ、矢印で示すよう
にミラー組立体15によって下方向に指向される。そし
て、集光レンズ17によって集光された後、ワークＷへア
シストガスと共に当てられる。

加工ヘッド組立体13の下部にはレーザノズル27が設け
られている。

レーザノズル27は第１図に示すように、先細りの円錐
状をなし、その直下に位置するワークＷとは、例えば距
離検出用センサ（図示されてない）などのような手段に
よって適切な距離が保たれている。

レーザノズル27の投光口29の大きさは、加工されるワ
ークＷの材質や板厚等によって変更されるようにされて
おり、したがって、ピアス穴31は、投光口29の大きさ
と、ほぼ同じとなる。

レーザノズル27は、内壁33によって内室35と外室37と
に区画された２重構造に形成されており、内室35と外室
37とに、それぞれアシストガスの送入管（以後、単にガ
ス送入管という）39と41とが直接連結されている。

内室35のガス送入管39からはワーク切断用アシストガ
スが、また外室37のガス送入管41からはシールド用アシ
ストガスとが、それぞれ圧力を調整されて供給され、内
室35および外室37内を還流し、噴出口43,45より噴出さ
れる。

ワーク切断用アシストガスは集光レンズ17を保護，冷
却すると共に、ワーク切断の際の溶融物（スパッタ）を
吹き払う役目をし、また、シールド用アシストガスは、
第１図に示すように、切断部の外側で外気（空気）を遮
断する役目を果たすものである。

レーザノズル27における内室35のガス送入管39付近で
レーザビームLBを直接照射されることのない位置でかつ
ノズル先端から離れた位置にブラケット47を設け、この
ブラケット47に音響検出用センサとしての音響検出用マ
イクロホン49が設けられている。

音響検出用マイクロホン（以後、単に音響マイクとい
う）49および、その付属品は、アシストガスによってレ
ーザビームLBの熱から保護され、レーザビームLBの影響
を殆んど受けない状態に置かれているが、輻射熱の影響
を避けるため、本体は、例えば耐熱性の強いテフロン
（登録商標）樹脂素材等によって作られている。

つぎに、この実施例における音響変化によるピアス孔
31貫通の検出について第２図に示すブロック図を参照に
して説明する。

レーザノズル27内の音響マイク49は、信号ケーブル51
によって検出アンプ53に連結され、更に、I/0ユニット5
5に連結される。

検出アンプ53は、レーザ加工装置１の外部に設置され
た強電盤（図示されてない）内に組付けられており、I/
0ユニット55とレーザノズル27の音響マイク49間の交信
制御と音響マイク49の電源の役目をなすものである。

また、I/0ユニット55はNCコンソール内部に組付けら
れ、自動制御装置（以後、NC装置と言う）57の信号の入
出力を行うものである。

I/0ユニット55は、信号ケーブル51によってNC装置に
連結され、更にレーザ加工装置１のレーザ発振器３の作
動源に連結される。

以上の構成により第４図に示すように、まず、ステッ
プS1でワークテーブル11の加工位置にワークＷを位置さ
せると共に、ピアス孔31あけの位置を決める。

ステップS2で検出アンプ53からの音響マイク49のON信
号によってレーザノズル27の内室35内の音響変化を検出
するようにする。

つぎに、ステップS3でレーザ発振器３が起動し、レー
ザビームLBがワークＷへ照射されると共にアシストガス
が噴射されてピアス孔31の加工を開始する。

ステップS4でピアス孔31が貫通すると、内室35内の音
響が変化し、この変化を音響マイク49によって検出し、
検出アンプ53によって急激な周波数の変化を増幅してピ
アス孔貫通信号をI/0ユニット55に出力する。

ステップS5でピアス孔31の貫通完了信号をNC装置に入
力させる。

次に、ステップS6ではレーザ発振器３はNC装置57より
ピアス孔貫通の信号を受けると、レーザ加工装置１が起
動して第３図に示すように、ワークＷを移動し、レーザ
ビームLBによって切断を開始し、所定の形状に切断す
る。

以上、説明してきたように、本実施例のレーザ加工装
置では、ワークテーブル11上に位置決めされたワークＷ
にレーザビームLBによってピアス孔31を貫通した際に生
じる穿孔音響の急激な周波数の変化を検出してからワー
クＷを切断するために、ワークＷの材質，板厚に拘わる
ことなく正確に切断することができる。また、音響検出
用マイクロホン49はスパッタ，粉塵の影響を受けずに安
定した検出が可能となる。

なお、この発明は前述した実施例に限定されることな
く、適宜の変更を行なうことにより、その他の態様で実
施しうるものである。

［発明の効果］ 以上のごとき実施例の説明より理解されるように、要
するに本発明は、レーザ発振器より発振されるレーザビ
ームを集光し、加工すべきワークに上記レーザビームを
照射すると共にアシストガスを噴出するレーザノズルを
備えたレーザ加工装置において、上記レーザノズル内で
レーザビームを照射されることのない領域でかつノズル
先端から離れた位置に、レーザノズル内の穿孔音響の変
化を検出する音響検出用センサを設けた構成である。

上記構成より明らかなように、本発明においては、レ
ーザノズル内でレーザビームを照射されることのない領
域でかつノズル先端から離れた位置に、レーザノズル内
の穿孔音響の変化を検出する音響検出用センサを設けた
構成であるから、レーザビームによってワークにピアス
孔が貫通されたことを検出することができることは勿論
のことであるが、レーザノズル内でかつノズル先端から
離れた位置に音響検出センサを設けた構成であることに
より、ピアス孔が貫通する前においてスパッタ等の吹き
返しが多い場合であってもスパッタ等が音響検出センサ
に付着して損傷するようなことがなく、安定した検出が
可能であると共に音響検出センサの長寿命化を図ること
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を実施したレーザノズルの正面断面
図，第２図は、音響の周波数の変化の検出装置を説明す
るブロック図，第３図は、レーザビームによってワーク
を切断した状態を示す概略平面図，第４図は、レーザ加
工方法の行程を説明するフローチャート図、第５図は、
レーザ発振器を備えたレーザ加工装置の平面図である。 １……レーザ加工装置、３……レーザ発振器、11……ワ
ークテーブル、27……レーザノズル、31……ピアス孔、
49……音響検出用マイクロホン

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ発振器より発振されるレーザビーム
   を集光し、加工すべきワークに上記レーザビームを照射
   すると共にアシストガスを噴出するレーザノズルを備え
   たレーザ加工装置において、上記レーザノズル内でレー
   ザビームを照射されることのない領域でかつノズル先端
   から離れた位置に、レーザノズル内の穿孔音響の変化を
   検出する音響検出用センサを設けたことを特徴とするレ
   ーザ加工装置。