JP3436861B2 - 鋼板のレーザ切断方法及び装置 - Google Patents
鋼板のレーザ切断方法及び装置Info
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- JP3436861B2 JP3436861B2 JP08850297A JP8850297A JP3436861B2 JP 3436861 B2 JP3436861 B2 JP 3436861B2 JP 08850297 A JP08850297 A JP 08850297A JP 8850297 A JP8850297 A JP 8850297A JP 3436861 B2 JP3436861 B2 JP 3436861B2
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- B23P25/003—Auxiliary treatment of workpieces, before or during machining operations, to facilitate the action of the tool or the attainment of a desired final condition of the work, e.g. relief of internal stress immediately preceding a cutting tool
- B23P25/006—Heating the workpiece by laser during machining
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/362—Laser etching
- B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザによる鋼板
の切断技術に関する。
の切断技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】鋼板を切断する方法の一つに、切断部に
レーザビームを集光照射して加熱溶融させて切断加工を
行うレーザ切断法がある。従来の切断法と比較してレー
ザ切断法は、切断面の精度が優れており、加工速度が速
く、熱影響部の深さも低減できるといった利点がある。
レーザビームを集光照射して加熱溶融させて切断加工を
行うレーザ切断法がある。従来の切断法と比較してレー
ザ切断法は、切断面の精度が優れており、加工速度が速
く、熱影響部の深さも低減できるといった利点がある。
【０００３】特に厚み１０〜５０mmの厚鋼板を切断加工
する場合には、必要熱量よりも発振効率の高いＣＯ2 レ
ーザを用いると共に、アシストガスとしてＯ2 ガスを供
給して酸化発熱反応を促進することで、厚鋼板の切断加
工に必要な熱量を得る技術が知られている。
する場合には、必要熱量よりも発振効率の高いＣＯ2 レ
ーザを用いると共に、アシストガスとしてＯ2 ガスを供
給して酸化発熱反応を促進することで、厚鋼板の切断加
工に必要な熱量を得る技術が知られている。
【０００４】さらに、アシストガスとして非常に高純度
の酸素ガスを用いて溶融池の酸化発熱を促進したり、溶
融物の粘性が低くなるように鋼板の成分を調整したりす
る方法、鋼板表面のスケール厚みを均一化したり、鋼板
の製造条件を限定して表面粗さを低減する等の方法（特
開平５−１１２８２１号公報、特開平７−４８６２２号
公報、特開平７−１５５９７５号公報）が提案されてい
るが、これらの技術においてはレーザ以外の要因を改善
することに重点が置かれていた。
の酸素ガスを用いて溶融池の酸化発熱を促進したり、溶
融物の粘性が低くなるように鋼板の成分を調整したりす
る方法、鋼板表面のスケール厚みを均一化したり、鋼板
の製造条件を限定して表面粗さを低減する等の方法（特
開平５−１１２８２１号公報、特開平７−４８６２２号
公報、特開平７−１５５９７５号公報）が提案されてい
るが、これらの技術においてはレーザ以外の要因を改善
することに重点が置かれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし前記公報記載の
技術は、鋼板にレーザ切断のための特殊な特性を付与す
るべく鋼の成分組成や製造条件を調整するものであり、
結果的に鋼板の製造コスト上昇は免れない。したがっ
て、このような鋼板に上述したような利点を有するレー
ザ切断法を適用しても、全体としてはメリットが少な
い。
技術は、鋼板にレーザ切断のための特殊な特性を付与す
るべく鋼の成分組成や製造条件を調整するものであり、
結果的に鋼板の製造コスト上昇は免れない。したがっ
て、このような鋼板に上述したような利点を有するレー
ザ切断法を適用しても、全体としてはメリットが少な
い。
【０００６】また、レーザ切断加工においては高エネル
ギーのＣＯ2 レーザを用いるのが一般的であるが、鋼板
表面におけるレーザビームの吸収率も問題となる。図１
に、鋼板表面にレーザビームを照射した際の、レーザビ
ームの波長と鋼板表面におけるレーザビームの吸収率と
の関係を示す。図１に示すように、例えば波長１．０６
μｍのＹＡＧレーザでは吸収率が３０〜６０％である
が、波長１０．６μｍのＣＯ2 レーザでは吸収率が５〜
２０％と極めて低い。すなわち、高エネルギーのＣＯ2
レーザを鋼板表面に照射しても、図２に示すようにレー
ザビームの大部分は鋼板表面で反射してしまうのであ
る。
ギーのＣＯ2 レーザを用いるのが一般的であるが、鋼板
表面におけるレーザビームの吸収率も問題となる。図１
に、鋼板表面にレーザビームを照射した際の、レーザビ
ームの波長と鋼板表面におけるレーザビームの吸収率と
の関係を示す。図１に示すように、例えば波長１．０６
μｍのＹＡＧレーザでは吸収率が３０〜６０％である
が、波長１０．６μｍのＣＯ2 レーザでは吸収率が５〜
２０％と極めて低い。すなわち、高エネルギーのＣＯ2
レーザを鋼板表面に照射しても、図２に示すようにレー
ザビームの大部分は鋼板表面で反射してしまうのであ
る。
【０００７】本発明は、以上のような従来技術の問題点
に鑑み、被加工物である鋼板に特殊な特性を付与するこ
となく、既存の鋼板にそのまま適用できる汎用性の高い
レーザ切断法であって、しかも被加工物のレーザエネル
ギー吸収率が高い鋼板のレーザ切断法および装置を提供
するものである。
に鑑み、被加工物である鋼板に特殊な特性を付与するこ
となく、既存の鋼板にそのまま適用できる汎用性の高い
レーザ切断法であって、しかも被加工物のレーザエネル
ギー吸収率が高い鋼板のレーザ切断法および装置を提供
するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の通りで
ある。
ある。
【０００９】（１）レーザ照射位置を切断線に沿って移
動しながら、レーザビームを鋼板に照射して切断部を加
熱溶融し、鋼板をレーザ切断する方法において、切断レ
ーザを発生させる切断レーザ発振器と、切断部の溝を形
成する溝形成レーザを発生させる溝形成レーザ発振器と
から伝送された切断及び溝形成レーザの双方を一つの加
工ヘッドで鋼板の切断部に間隔を持たせて集光照射する
とともに、溝形成レーザを照射する位置が切断レーザを
照射する位置よりもレーザ照射位置移動方向前方とする
ことにより、先ず溝形成レーザを切断部に照射して切断
部に溝を形成し、次いで前記溝に切断レーザを照射して
鋼板を切断することを特徴とする鋼板のレーザ切断方
法。
動しながら、レーザビームを鋼板に照射して切断部を加
熱溶融し、鋼板をレーザ切断する方法において、切断レ
ーザを発生させる切断レーザ発振器と、切断部の溝を形
成する溝形成レーザを発生させる溝形成レーザ発振器と
から伝送された切断及び溝形成レーザの双方を一つの加
工ヘッドで鋼板の切断部に間隔を持たせて集光照射する
とともに、溝形成レーザを照射する位置が切断レーザを
照射する位置よりもレーザ照射位置移動方向前方とする
ことにより、先ず溝形成レーザを切断部に照射して切断
部に溝を形成し、次いで前記溝に切断レーザを照射して
鋼板を切断することを特徴とする鋼板のレーザ切断方
法。
【００１０】（２）切断レーザにＣＯ2 レーザを用いた
ことを特徴とする前記（１）記載の鋼板のレーザ切断方
法。
ことを特徴とする前記（１）記載の鋼板のレーザ切断方
法。
【００１１】（３）溝形成レーザの形成する溝の幅が、
鋼板表面における切断レーザ集光径の１．０〜１．５倍
であり、溝形成レーザの形成する溝の深さが鋼板表面か
ら０．０５〜０．２mmであることを特徴とする前記
（１）又は（２）記載の鋼板のレーザ切断方法。
鋼板表面における切断レーザ集光径の１．０〜１．５倍
であり、溝形成レーザの形成する溝の深さが鋼板表面か
ら０．０５〜０．２mmであることを特徴とする前記
（１）又は（２）記載の鋼板のレーザ切断方法。
【００１２】（４）溝形成レーザにパルスレーザを用
い、パルスエネルギーを一定にし、溝が切断部に沿って
連続して形成されるように、切断速度に合わせてパルス
繰り返し周波数を制御することを特徴とする前記
（１）、（２）又は（３）記載の鋼板のレーザ切断方
法。
い、パルスエネルギーを一定にし、溝が切断部に沿って
連続して形成されるように、切断速度に合わせてパルス
繰り返し周波数を制御することを特徴とする前記
（１）、（２）又は（３）記載の鋼板のレーザ切断方
法。
【００１３】（５）切断レーザを発生させる切断レーザ
発振器と、切断部に溝を形成する溝形成レーザを発生さ
せる溝形成レーザ発振器と、前記レーザ発振器からの切
断及び溝形成レーザを伝送するレーザ伝送手段と、前記
レーザ伝送手段からの切断及び溝形成レーザの双方を鋼
板の切断部に間隔を持たせて集光照射する一つの加工ヘ
ッドと、切断及び溝形成レーザの照射位置が切断線に沿
って移動するように加工ヘッド又は被加工物を移動する
駆動手段とを備え、加工ヘッドが溝形成レーザを照射す
る位置が切断レーザを照射する位置よりもレーザ照射位
置移動方向前方である鋼板のレーザ切断装置。
発振器と、切断部に溝を形成する溝形成レーザを発生さ
せる溝形成レーザ発振器と、前記レーザ発振器からの切
断及び溝形成レーザを伝送するレーザ伝送手段と、前記
レーザ伝送手段からの切断及び溝形成レーザの双方を鋼
板の切断部に間隔を持たせて集光照射する一つの加工ヘ
ッドと、切断及び溝形成レーザの照射位置が切断線に沿
って移動するように加工ヘッド又は被加工物を移動する
駆動手段とを備え、加工ヘッドが溝形成レーザを照射す
る位置が切断レーザを照射する位置よりもレーザ照射位
置移動方向前方である鋼板のレーザ切断装置。
【００１４】（６）加工ヘッド上に設けられた単一の集
光レンズによって、切断レーザと溝形成レーザとを厚鋼
板表面にそれぞれ集光照射することを特徴とする前記
（５）記載の鋼板のレーザ切断装置。
光レンズによって、切断レーザと溝形成レーザとを厚鋼
板表面にそれぞれ集光照射することを特徴とする前記
（５）記載の鋼板のレーザ切断装置。
【００１５】本発明が切断加工の対象とする鋼板は、主
として厚鋼板であり、特に板厚１０mm以上の厚鋼板の切
断加工において顕著な効果を奏するものである。上記鋼
板は、通常圧延ままの状態で切断加工に供される。
として厚鋼板であり、特に板厚１０mm以上の厚鋼板の切
断加工において顕著な効果を奏するものである。上記鋼
板は、通常圧延ままの状態で切断加工に供される。
【００１６】このような鋼板の切断には、高出力のＣＯ
2 レーザを用い、Ｏ2 ガスをアシストガスとして併用す
ることが一般的であった。しかし、図１に示すようにＣ
Ｏ2レーザ（波長１０．６μｍ）の吸収率は極めて低
く、レーザエネルギーのごく一部だけしか切断加工に利
用することができなかった。
2 レーザを用い、Ｏ2 ガスをアシストガスとして併用す
ることが一般的であった。しかし、図１に示すようにＣ
Ｏ2レーザ（波長１０．６μｍ）の吸収率は極めて低
く、レーザエネルギーのごく一部だけしか切断加工に利
用することができなかった。
【００１７】そこで本発明では、先ず溝形成レーザを切
断部に照射して切断部に溝を形成し、次いで前記溝に切
断レーザを照射するようにした。本発明による鋼板表面
の切断レーザ照射部を図３に模式的に示す。図３に示す
ように、本発明法では切断レーザ５は溝１５の中に照射
されるため、切断レーザ５は溝１５の内部で多重反射さ
れる。したがって、図２に示したように鋼板表面で反射
したレーザがそのまま発散する従来例に比べると、本発
明法は切断レーザエネルギーの吸収率が高い。
断部に照射して切断部に溝を形成し、次いで前記溝に切
断レーザを照射するようにした。本発明による鋼板表面
の切断レーザ照射部を図３に模式的に示す。図３に示す
ように、本発明法では切断レーザ５は溝１５の中に照射
されるため、切断レーザ５は溝１５の内部で多重反射さ
れる。したがって、図２に示したように鋼板表面で反射
したレーザがそのまま発散する従来例に比べると、本発
明法は切断レーザエネルギーの吸収率が高い。
【００１８】本発明は、鋼板表面での吸収率が低い切断
レーザを用いて行う切断加工において、切断レーザの吸
収率を高める効果を奏する。したがって、出力は高いが
吸収率の低いレーザ、例えばＣＯ2 レーザを切断レーザ
として用いる場合に本発明の効果は特に高い。
レーザを用いて行う切断加工において、切断レーザの吸
収率を高める効果を奏する。したがって、出力は高いが
吸収率の低いレーザ、例えばＣＯ2 レーザを切断レーザ
として用いる場合に本発明の効果は特に高い。
【００１９】本発明では、図３に示すように切断レーザ
５を溝１５の内部で多重反射させることでレーザの吸収
率を向上させるものである。したがって、溝１５の幅は
鋼板表面における切断レーザ集光径の１．０〜１．５倍
とすることが好ましい。溝の幅が切断レーザ集光径の
１．０倍未満では多重反射の影響が小さいため本発明の
効果が十分に得られず、溝の幅を切断レーザ集光径の
１．５倍超としては多重反射現象が期待できないためで
ある。また、溝１５の深さは鋼板表面から０．０５〜
０．２mmとすることが好ましい。０．０５mm未満では多
重反射によるレーザ吸収率の向上が十分でなく、０．２
mm超としても効果が飽和するためである。
５を溝１５の内部で多重反射させることでレーザの吸収
率を向上させるものである。したがって、溝１５の幅は
鋼板表面における切断レーザ集光径の１．０〜１．５倍
とすることが好ましい。溝の幅が切断レーザ集光径の
１．０倍未満では多重反射の影響が小さいため本発明の
効果が十分に得られず、溝の幅を切断レーザ集光径の
１．５倍超としては多重反射現象が期待できないためで
ある。また、溝１５の深さは鋼板表面から０．０５〜
０．２mmとすることが好ましい。０．０５mm未満では多
重反射によるレーザ吸収率の向上が十分でなく、０．２
mm超としても効果が飽和するためである。
【００２０】本発明は、溝形成レーザを特に限定するも
のではないが、鋼板表面での吸収率が高い短波長のレー
ザを用いることはエネルギー効率の面から好ましいであ
ろう。また溝形成レーザには、ピークパワーの高いパル
スレーザを用いるとよい。その理由は、被照射材の局部
を選択的に高速に蒸発させる必要があり、レーザビーム
としては高エネルギー密度とするためである。エネルギ
ー密度が低いと熱拡散部分が広がり、溝形成での深さが
浅くなり、溝幅の変動が大きくなる。具体的には、例え
ばピーク出力５〜５０ｋＷ程度のＣＯ2 パルスレーザや
ＹＡＧパルスレーザを用いるとよい。
のではないが、鋼板表面での吸収率が高い短波長のレー
ザを用いることはエネルギー効率の面から好ましいであ
ろう。また溝形成レーザには、ピークパワーの高いパル
スレーザを用いるとよい。その理由は、被照射材の局部
を選択的に高速に蒸発させる必要があり、レーザビーム
としては高エネルギー密度とするためである。エネルギ
ー密度が低いと熱拡散部分が広がり、溝形成での深さが
浅くなり、溝幅の変動が大きくなる。具体的には、例え
ばピーク出力５〜５０ｋＷ程度のＣＯ2 パルスレーザや
ＹＡＧパルスレーザを用いるとよい。
【００２１】そして、本発明で溝形成レーザにパルスレ
ーザを用いる場合には、パルスエネルギーを一定にし、
溝が切断線に沿って連続するように、切断速度に合わせ
てパルス繰り返し周波数を制御するとよい。溝が断続的
であると、切断レーザの吸収率が不安定となり、安定し
た切断加工が困難になるおそれがあるからである。
ーザを用いる場合には、パルスエネルギーを一定にし、
溝が切断線に沿って連続するように、切断速度に合わせ
てパルス繰り返し周波数を制御するとよい。溝が断続的
であると、切断レーザの吸収率が不安定となり、安定し
た切断加工が困難になるおそれがあるからである。
【００２２】本発明のレーザ切断装置は、切断レーザ発
振器と溝形成レーザ発振器とを備え、加工ヘッドが切断
レーザと溝形成レーザとの双方を鋼板表面の被加工部に
集光照射する構成となっており、溝形成レーザの照射位
置を切断レーザの照射位置よりも先行させることで、溝
形成とレーザ切断加工を連続的に行うものである。
振器と溝形成レーザ発振器とを備え、加工ヘッドが切断
レーザと溝形成レーザとの双方を鋼板表面の被加工部に
集光照射する構成となっており、溝形成レーザの照射位
置を切断レーザの照射位置よりも先行させることで、溝
形成とレーザ切断加工を連続的に行うものである。
【００２３】本発明の装置によれば、溝形成レーザによ
って溝を形成してから切断レーザの照射を行うため、切
断レーザの吸収率が高く、効率よくレーザ切断加工を行
うことができる。また、レーザ切断工程と同一の工程で
溝形成が可能なため、レーザ切断の前に溝形成工程を別
に設ける必要もない。さらに本発明の装置によれば、切
断レーザを照射する加工ヘッドと溝加工レーザを照射す
る加工ヘッドとが一体であるため、加工ヘッド駆動機構
等の複雑・大型化をもたらすこともない。
って溝を形成してから切断レーザの照射を行うため、切
断レーザの吸収率が高く、効率よくレーザ切断加工を行
うことができる。また、レーザ切断工程と同一の工程で
溝形成が可能なため、レーザ切断の前に溝形成工程を別
に設ける必要もない。さらに本発明の装置によれば、切
断レーザを照射する加工ヘッドと溝加工レーザを照射す
る加工ヘッドとが一体であるため、加工ヘッド駆動機構
等の複雑・大型化をもたらすこともない。
【００２４】また、溝形成レーザの照射後、直ちに切断
レーザを照射するため、鋼板表面の温度上昇により切断
レーザ吸収率がさらに向上するという効果もある。
レーザを照射するため、鋼板表面の温度上昇により切断
レーザ吸収率がさらに向上するという効果もある。
【００２５】切断レーザの集光・照射と、溝形成レーザ
の集光・照射とは、同じ集光レンズを用いて行うように
してもよい。このような場合には、両レーザが集光レン
ズに入射する角度を変えることで、レーザの集光位置を
調整することができる。
の集光・照射とは、同じ集光レンズを用いて行うように
してもよい。このような場合には、両レーザが集光レン
ズに入射する角度を変えることで、レーザの集光位置を
調整することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図４は、本発明法の概略斜視図である。図４にお
いて、１は被加工物である鋼板、５は切断レーザ、７は
溝形成レーザ、９はアシストガスノズル、１５は溝形成
レーザによって形成された溝をそれぞれ示している。
する。図４は、本発明法の概略斜視図である。図４にお
いて、１は被加工物である鋼板、５は切断レーザ、７は
溝形成レーザ、９はアシストガスノズル、１５は溝形成
レーザによって形成された溝をそれぞれ示している。
【００２７】切断レーザ５としては、例えば５〜２５ｋ
Ｗ出力の連続波ＣＯ2 レーザを用いる。このようなレー
ザは、発振器出側でのビーム径が通常２０〜７０mmであ
り、これを加工ヘッドの集光光学系で鋼板表面に０．２
〜０．６mm径に集光することで、鋼板表面における切断
レーザ集光部１１でのパワー密度は１０〜１８ＭＷ／ｃ
ｍ2 となる。
Ｗ出力の連続波ＣＯ2 レーザを用いる。このようなレー
ザは、発振器出側でのビーム径が通常２０〜７０mmであ
り、これを加工ヘッドの集光光学系で鋼板表面に０．２
〜０．６mm径に集光することで、鋼板表面における切断
レーザ集光部１１でのパワー密度は１０〜１８ＭＷ／ｃ
ｍ2 となる。
【００２８】一方、溝形成レーザ７としては、例えばピ
ーク出力１０〜５０ｋＷのＣＯ2 レーザを用いる。この
ようなレーザは、発振器出側でのビーム径１０〜３０m
m、これを０．２〜０．４mm径に集光することで、溝形
成レーザのパワー密度は３０〜４０ＭＷ／ｃｍ2 とな
る。
ーク出力１０〜５０ｋＷのＣＯ2 レーザを用いる。この
ようなレーザは、発振器出側でのビーム径１０〜３０m
m、これを０．２〜０．４mm径に集光することで、溝形
成レーザのパワー密度は３０〜４０ＭＷ／ｃｍ2 とな
る。
【００２９】これらのレーザを鋼板切断部の表面に集光
すると共に、加工ヘッド又は被加工物を移動する駆動手
段によってレーザ照射位置を切断線に沿って移動させ
る。なお、この図面では鋼板１を矢印方向に搬送するこ
とで切断加工を行う例を示している。ここで、レーザ照
射位置の鋼板に対する移動速度としては、１〜１００
（ｍ/min）とするのが好ましい。これは厚板製造ライン
の通板速度に匹敵し、ラインの生産能力を最大限に発揮
することができる。
すると共に、加工ヘッド又は被加工物を移動する駆動手
段によってレーザ照射位置を切断線に沿って移動させ
る。なお、この図面では鋼板１を矢印方向に搬送するこ
とで切断加工を行う例を示している。ここで、レーザ照
射位置の鋼板に対する移動速度としては、１〜１００
（ｍ/min）とするのが好ましい。これは厚板製造ライン
の通板速度に匹敵し、ラインの生産能力を最大限に発揮
することができる。
【００３０】鋼板１の表面に切断レーザ５を直接照射し
ても、ＣＯ2 レーザのような長波長レーザは鋼板表面で
の吸収率が悪い。これに対して本発明は、溝１５の内部
に切断レーザ５を照射することで、溝１５の内部で切断
レーザ５を多重反射させて吸収率を向上させるものであ
る。
ても、ＣＯ2 レーザのような長波長レーザは鋼板表面で
の吸収率が悪い。これに対して本発明は、溝１５の内部
に切断レーザ５を照射することで、溝１５の内部で切断
レーザ５を多重反射させて吸収率を向上させるものであ
る。
【００３１】また図４には、アシストガスノズル９を用
いてアシストガスを供給する場合を例示しているが、ア
シストガスとしてはＯ2 ガスを主成分とするガスを用い
ることが好ましい。アシストガスは、図４に示すように
加工方向前方から後方に向かうように供給する。なお、
アシストガスにＯ2 ガスを用いると、切断面に酸化物が
残留する場合がある。これを防ぐためにはアシストガス
にＯ2 を含有しないガスを用いればよいが、このように
すると溶融金属の酸化発熱は期待できないため、より高
出力の切断レーザを用いる必要がある。
いてアシストガスを供給する場合を例示しているが、ア
シストガスとしてはＯ2 ガスを主成分とするガスを用い
ることが好ましい。アシストガスは、図４に示すように
加工方向前方から後方に向かうように供給する。なお、
アシストガスにＯ2 ガスを用いると、切断面に酸化物が
残留する場合がある。これを防ぐためにはアシストガス
にＯ2 を含有しないガスを用いればよいが、このように
すると溶融金属の酸化発熱は期待できないため、より高
出力の切断レーザを用いる必要がある。
【００３２】図５は、単一の集光レンズによって、切断
レーザと溝形成レーザとを鋼板表面に集光照射する方法
を示す図面である。図５において、Ｌ1 は切断レーザ５
の中心線、Ｌ2 は溝形成レーザ７の中心線、２１は集光
レンズ、Ｌ0 は集光レンズの光軸、２３はビーム合成
器、２５，２７はミラーである。ここで、ミラー２５に
入射した切断レーザ５は反射されてビーム合成器２５に
伝送され、溝形成レーザ７も同様にしてビーム合成器２
５に伝送される。
レーザと溝形成レーザとを鋼板表面に集光照射する方法
を示す図面である。図５において、Ｌ1 は切断レーザ５
の中心線、Ｌ2 は溝形成レーザ７の中心線、２１は集光
レンズ、Ｌ0 は集光レンズの光軸、２３はビーム合成
器、２５，２７はミラーである。ここで、ミラー２５に
入射した切断レーザ５は反射されてビーム合成器２５に
伝送され、溝形成レーザ７も同様にしてビーム合成器２
５に伝送される。
【００３３】この際、ビーム合成器２３出側において、
切断レーザ５の中心線Ｌ1 と溝形成レーザ７の中心線Ｌ
2 とが光軸Ｌ0 と平行になるように設定したミラー２
５，２７の位置を基準の位置として、この位置からミラ
ー２５，２７をそれぞれ矢印の方向にθ1 ，θ2 だけ軸
３１，３３を中心として回転させれば、両レーザは光軸
Ｌ0 と平行でなくなり、両レーザの集光位置が集光レン
ズ２１の焦点位置からずれる。θ1 ，θ2 を適宜調整す
ることで、溝形成レーザ集光部１３と切断レーザ集光部
１１との間に間隔を持たせて鋼板表面に集光することが
できる。
切断レーザ５の中心線Ｌ1 と溝形成レーザ７の中心線Ｌ
2 とが光軸Ｌ0 と平行になるように設定したミラー２
５，２７の位置を基準の位置として、この位置からミラ
ー２５，２７をそれぞれ矢印の方向にθ1 ，θ2 だけ軸
３１，３３を中心として回転させれば、両レーザは光軸
Ｌ0 と平行でなくなり、両レーザの集光位置が集光レン
ズ２１の焦点位置からずれる。θ1 ，θ2 を適宜調整す
ることで、溝形成レーザ集光部１３と切断レーザ集光部
１１との間に間隔を持たせて鋼板表面に集光することが
できる。
【００３４】
【実施例】図６は、本発明のレーザ切断装置の一実施例
を示す図面である。この複合レーザ切断装置は、主とし
て切断レーザ発振器４２、溝形成レーザ発振器４３、切
断レーザ伝送光学系４５、溝形成レーザ伝送光学系４
７、加工ヘッド４９、鋼板搬送装置４１からなってい
る。
を示す図面である。この複合レーザ切断装置は、主とし
て切断レーザ発振器４２、溝形成レーザ発振器４３、切
断レーザ伝送光学系４５、溝形成レーザ伝送光学系４
７、加工ヘッド４９、鋼板搬送装置４１からなってい
る。
【００３５】切断レーザ発振器４２は、出力１０ｋＷ、
強度分布ドーナツモードのcwＣＯ2レーザであり、レー
ザ出側におけるビーム径は６０mmである。溝形成レーザ
発振器４３は平均出力１ｋＷ、パルスエネルギー１００
ｍＪ、繰り返し周波数１０ｋＨｚ、強度分布ドーナツモ
ードのＱスイッチＣＯ2 レーザであり、レーザ出側にお
けるビーム径は２０mmである。
強度分布ドーナツモードのcwＣＯ2レーザであり、レー
ザ出側におけるビーム径は６０mmである。溝形成レーザ
発振器４３は平均出力１ｋＷ、パルスエネルギー１００
ｍＪ、繰り返し周波数１０ｋＨｚ、強度分布ドーナツモ
ードのＱスイッチＣＯ2 レーザであり、レーザ出側にお
けるビーム径は２０mmである。
【００３６】切断レーザ発振器４２から出射された切断
レーザ５は、ミラー２４，２５よりなる切断レーザ伝送
光学系４５によって、ビーム合成器２３に伝送される。
溝形成レーザ発振器４２から出射された溝形成レーザ５
も、同様にミラー２４，２５よりなる溝形成レーザ伝送
光学系４７によって、ビーム合成器２３に伝送される。
レーザ５は、ミラー２４，２５よりなる切断レーザ伝送
光学系４５によって、ビーム合成器２３に伝送される。
溝形成レーザ発振器４２から出射された溝形成レーザ５
も、同様にミラー２４，２５よりなる溝形成レーザ伝送
光学系４７によって、ビーム合成器２３に伝送される。
【００３７】ビーム合成器２３は２枚のミラーを備えて
おり、これらのミラーで入射した切断レーザ５及び溝形
成レーザ７を加工ヘッド４９に設けられた集光レンズ２
１に向けて反射・伝送する。この際、ミラー２５，２７
を調整して、切断レーザ５は集光レンズ２１の光軸と平
行になるようにし、溝形成レーザ７は集光レンズ２１の
光軸に対してθ＝７°の角度を持たせるようにする。な
お、θは図５のθ2として定義した角度をいうものとす
る。ビーム合成器２３から出射した切断レーザ５と溝形
成レーザ７とは、加工ヘッド４９上に設けられた集光レ
ンズ２１に入射し、鋼板１の表面に照射される。
おり、これらのミラーで入射した切断レーザ５及び溝形
成レーザ７を加工ヘッド４９に設けられた集光レンズ２
１に向けて反射・伝送する。この際、ミラー２５，２７
を調整して、切断レーザ５は集光レンズ２１の光軸と平
行になるようにし、溝形成レーザ７は集光レンズ２１の
光軸に対してθ＝７°の角度を持たせるようにする。な
お、θは図５のθ2として定義した角度をいうものとす
る。ビーム合成器２３から出射した切断レーザ５と溝形
成レーザ７とは、加工ヘッド４９上に設けられた集光レ
ンズ２１に入射し、鋼板１の表面に照射される。
【００３８】集光レンズ２１は、焦点距離１２７mmのＺ
ｎＳｅレンズであり、集光レンズ２１から鋼板１表面ま
での距離は、１２７mmである。切断レーザ５は集光レン
ズ２１の光軸と平行なため、切断レーザ集光部１１は集
光レンズ２１の焦点位置であり、集光ビーム径は４００
μｍである。一方、溝形成レーザ７は集光レンズ２１の
光軸に対してθ＝７°傾いているため、焦点位置から１
６mmずれて鋼板１に集光され、そのビーム径は４１５×
４２０μｍである。
ｎＳｅレンズであり、集光レンズ２１から鋼板１表面ま
での距離は、１２７mmである。切断レーザ５は集光レン
ズ２１の光軸と平行なため、切断レーザ集光部１１は集
光レンズ２１の焦点位置であり、集光ビーム径は４００
μｍである。一方、溝形成レーザ７は集光レンズ２１の
光軸に対してθ＝７°傾いているため、焦点位置から１
６mmずれて鋼板１に集光され、そのビーム径は４１５×
４２０μｍである。
【００３９】加工ヘッド４９にはガス供給口３３が設け
られており、図示しないガス供給装置から酸素ガスを供
給する。
られており、図示しないガス供給装置から酸素ガスを供
給する。
【００４０】加工ヘッド４９の加工進行方向手前側に
は、アシストガスノズル９が設けられている。アシスト
ガスノズル３５には、図示しないアシストガス供給装置
が接続されており、アシストガスである９９％Ｏ2 ガス
をレーザ照射位置に５０°の角度をもって吹き付けるこ
とができる。
は、アシストガスノズル９が設けられている。アシスト
ガスノズル３５には、図示しないアシストガス供給装置
が接続されており、アシストガスである９９％Ｏ2 ガス
をレーザ照射位置に５０°の角度をもって吹き付けるこ
とができる。
【００４１】以上のようにして鋼板１の表面に切断レー
ザ５と溝形成レーザ７とを、１６mmの間隔で照射する。
ここで鋼板１は、鋼板搬送装置４１によって図７の矢印
方向に搬送されるため、鋼板１の表面では先ず溝形成レ
ーザ７によって幅４２０μｍ、深さ０．１mmの溝１５が
形成され、切断レーザ５は溝１５内に照射される。した
がって、切断レーザ５は溝１５内部で多重反射して高い
吸収率をもって鋼板の切断加工に供される。また、レー
ザの吸収率が安定しているため、レーザ切断をより高精
度に行うことができる。
ザ５と溝形成レーザ７とを、１６mmの間隔で照射する。
ここで鋼板１は、鋼板搬送装置４１によって図７の矢印
方向に搬送されるため、鋼板１の表面では先ず溝形成レ
ーザ７によって幅４２０μｍ、深さ０．１mmの溝１５が
形成され、切断レーザ５は溝１５内に照射される。した
がって、切断レーザ５は溝１５内部で多重反射して高い
吸収率をもって鋼板の切断加工に供される。また、レー
ザの吸収率が安定しているため、レーザ切断をより高精
度に行うことができる。
【００４２】以上のように構成された装置によって、鋼
板搬送装置４１の鋼板搬送速度を５ｍ／min として厚さ
２０mmの普通鋼の切断を行ったところ、切断加工の直線
度は１／１０００００mmであった。
板搬送装置４１の鋼板搬送速度を５ｍ／min として厚さ
２０mmの普通鋼の切断を行ったところ、切断加工の直線
度は１／１０００００mmであった。
【００４３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、被加工材に特別な処理を施すことなく、従来の鋼
板に対応可能であって、かつ高エネルギーレーザの被加
工物への吸収率が高いため、レーザ加工の有利な点を十
分に生かしたレーザ切断加工が実現できる。
れば、被加工材に特別な処理を施すことなく、従来の鋼
板に対応可能であって、かつ高エネルギーレーザの被加
工物への吸収率が高いため、レーザ加工の有利な点を十
分に生かしたレーザ切断加工が実現できる。
【図１】レーザビームの波長と鋼板表面におけるレーザ
ビームの吸収率との関係を示す図表である。
ビームの吸収率との関係を示す図表である。
【図２】高エネルギーのＣＯ2 レーザを鋼板表面に照射
した際の模式図である。
した際の模式図である。
【図３】本発明による鋼板表面における切断レーザ照射
部の模式図である。
部の模式図である。
【図４】本発明法の概略斜視図である。
【図５】単一の集光レンズによって、切断レーザと溝形
成レーザとを鋼板表面に集光照射する方法を示す図面で
ある。
成レーザとを鋼板表面に集光照射する方法を示す図面で
ある。
【図６】本発明の複合レーザ切断装置の一実施例を示す
図面である。
図面である。
Ｌ0 集光レンズの光軸
Ｌ1 切断レーザの中心線
Ｌ2 溝形成レーザの中心線
１ 鋼板
３ スケール
５ 切断レーザ
７ 溝形成レーザ
９ アシストガスノズル
１１ 切断レーザ集光部
１３ 溝形成レーザ集光部
１５ 溝
１７ 被切断部
２１ 集光レンズ
２３ ビーム合成器
２４，２５，２６，２７ ミラー
３１ ケーシング
３３ ガス供給口
４１ 鋼板搬送装置
４２ 切断レーザ発振器
４３ 溝形成レーザ発振器
４５ 切断レーザ伝送光学系
４７ 溝形成レーザ伝送光学系
４９ 加工ヘッド
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−236984（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−112683（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−10970（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−234686（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 26/00 - 26/42
Claims (6)
- 【請求項１】 レーザ照射位置を切断線に沿って移動し
ながら、レーザビームを鋼板に照射して切断部を加熱溶
融し、鋼板をレーザ切断する方法において、切断レーザ
を発生させる切断レーザ発振器と、切断部の溝を形成す
る溝形成レーザを発生させる溝形成レーザ発振器とから
伝送された切断及び溝形成レーザの双方を一つの加工ヘ
ッドで鋼板の切断部に間隔を持たせて集光照射するとと
もに、溝形成レーザを照射する位置が切断レーザを照射
する位置よりもレーザ照射位置移動方向前方とすること
により、先ず溝形成レーザを切断部に照射して切断部に
溝を形成し、次いで前記溝に切断レーザを照射して鋼板
を切断することを特徴とする鋼板のレーザ切断方法。 - 【請求項２】 切断レーザにＣＯ2 レーザを用いたこと
を特徴とする請求項１記載の鋼板のレーザ切断方法。 - 【請求項３】 溝形成レーザの形成する溝の幅が、鋼板
表面における切断レーザ集光径の１．０〜１．５倍であ
り、溝形成レーザの形成する溝の深さが鋼板表面から
０．０５〜０．２mmであることを特徴とする請求項１又
は２記載の鋼板のレーザ切断方法。 - 【請求項４】 溝形成レーザにパルスレーザを用い、パ
ルスエネルギーを一定にし、溝が切断部に沿って連続し
て形成されるように、切断速度に合わせてパルス繰り返
し周波数を制御することを特徴とする請求項１、２又は
３記載の鋼板のレーザ切断方法。 - 【請求項５】 切断レーザを発生させる切断レーザ発振
器と、切断部に溝を形成する溝形成レーザを発生させる
溝形成レーザ発振器と、前記レーザ発振器からの切断及
び溝形成レーザを伝送するレーザ伝送手段と、前記レー
ザ伝送手段からの切断及び溝形成レーザの双方を鋼板の
切断部に間隔を持たせて集光照射する一つの加工ヘッド
と、切断及び溝形成レーザの照射位置が切断線に沿って
移動するように加工ヘッド又は被加工物を移動する駆動
手段とを備え、加工ヘッドが溝形成レーザを照射する位
置が切断レーザを照射する位置よりもレーザ照射位置移
動方向前方である鋼板のレーザ切断装置。 - 【請求項６】 加工ヘッド上に設けられた単一の集光レ
ンズによって、切断レーザと溝形成レーザとを厚鋼板表
面にそれぞれ集光照射することを特徴とする請求項５記
載の鋼板のレーザ切断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08850297A JP3436861B2 (ja) | 1997-04-07 | 1997-04-07 | 鋼板のレーザ切断方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08850297A JP3436861B2 (ja) | 1997-04-07 | 1997-04-07 | 鋼板のレーザ切断方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10277763A JPH10277763A (ja) | 1998-10-20 |
| JP3436861B2 true JP3436861B2 (ja) | 2003-08-18 |
Family
ID=13944610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08850297A Expired - Fee Related JP3436861B2 (ja) | 1997-04-07 | 1997-04-07 | 鋼板のレーザ切断方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3436861B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE358547T1 (de) * | 2003-05-13 | 2007-04-15 | Lasag Ag | Laser punktschweissverfahren und -vorrichtung zum wirksamen prüfen der schweissqualität |
| JP5025158B2 (ja) * | 2006-04-27 | 2012-09-12 | 日立造船株式会社 | レーザ加工方法及び装置 |
| WO2014085818A1 (en) * | 2012-11-30 | 2014-06-05 | Shiloh Industries, Inc. | Method of forming a weld notch in a sheet metal piece |
| CN106181060A (zh) * | 2016-07-10 | 2016-12-07 | 上海大学 | 一种激光切割tc4钛合金板的方法 |
-
1997
- 1997-04-07 JP JP08850297A patent/JP3436861B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10277763A (ja) | 1998-10-20 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030430 |
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