JP3640450B2 - レーザ加工機のアシストガス発生装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アシストガスとして窒素ガスを用いるレーザ加工機の、アシストガス発生装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工機は、ステンレス鋼などの鉄板をシャープに切断でき、かつ、複雑な形状のワークを精度良く加工できる加工機として、様々な分野で多く使用されている。レーザ加工機による金属板等の切断の方法は、その加工対象の金属板に予め設定された所定の図形の軌跡に沿って加工ヘッド先端のノズルからレーザ光を照射して加工対象金属を溶融する。それと同時に、酸素ガスや窒素ガス等のいわゆるアシストガスを同じくノズルから噴出して上記溶融した金属を吹き飛ばし、切断加工しているのが一般的になっている。
【０００３】
ステンレス鋼等を切断する場合のアシストガスとしては、酸素ガス、圧縮空気または窒素ガスの三種類のガスを切断目的や加工ワークの用途等に応じて選択しながら使用している。例えば、特開平７−１６７８３号公報には図３に示されるようなレーザ加工機が提案されており、以下、図３に基づいて説明する。
加工ヘッド８の先端には、ノズル９が設けられる。加工ヘッド８の内部からノズル９の先端に貫通する図示していない貫通孔を設け、図示していない外部のレーザ発振器からレーザ加工機内の所定の光路及び上記貫通孔を介してレーザビームを照射するようにしている。また、加工ヘッド８の内部にはアシストガス供給用の通路が設けられており、この通路には加工ヘッド８に接続されたガス管４４を経由してガスが供給される。そして、供給されたアシストガスはノズル９の先端からレーザビームの照射と共に噴射される。
【０００４】
ガス管４４には、低圧用ガス管４７及び高圧用ガス管５０がそれぞれ低圧用圧力調整器４８及び高圧用圧力調整器４９を介して接続されている。高圧用ガス管５０には、酸素ガスボンベ４５ａ、窒素ガスボンベ４５ｂ及びエアコンプレッサ４５ｃからのガス供給路がそれぞれ切換弁４６ａ、４６ｂ、４６ｃを介して接続されている。また、低圧用ガス管４７には酸素ガスボンベ４５ａからのガス供給路が切換弁４６ｄを介して接続されている。さらに、上記各切換弁４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄの操作ソレノイド、及び低圧用圧力調整器４８、高圧用圧力調整器４９の操作ソレノイドは図示していない制御装置に接続されている。この制御装置は、切換弁４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄの切り換えを行い、また低圧用圧力調整器４８、高圧用圧力調整器４９の圧力値を設定するものである。
【０００５】
次に、このような構成のレーザ加工機の作用を説明する。作業者は、加工開始前に、使用するアシストガスの種類及び加工対象ワーク４１の板厚等を上記制御装置に入力する。上記制御装置は、加工開始すると、加工対象ワーク４１の所定の開始位置に加工ヘッド８を移動し、この位置でノズル９からレーザビームを照射すると同時に、アシストガスとして酸素ガスをノズル９から噴射する。ここで、ピアッシング時のガス圧を低圧に設定してあると仮定すると、上記制御装置は切換弁４６ｄの操作ソレノイドに切換指令を出力して低圧用ガス管４７に酸素ガスを供給する。また、制御装置は上記設定された圧力値に応じた指令信号を低圧用圧力調整器４８に出力し、低圧用ガス管４７からガス管４４に供給されるアシストガスの圧力を上記圧力値に調整する。これによって、所定の圧力値でピアッシングが行われる。
【０００６】
ピアッシングが完了した後、制御装置は上記入力したアシストガスの種類に対応して切換弁４６ａ、４６ｂ、４６ｃを切り換えることにより、必要なアシストガスを高圧用ガス管５０に送給する。このとき、制御装置は、上記入力された加工対象ワーク４１の板厚に対応して予め設定されている圧力値に応じた指令信号を高圧用圧力調整器４９に出力する。これによって、高圧用ガス管５０からガス管４４に供給されるアシストガスの圧力を上記圧力値に調整する。こうして、選択されたアシストガスを所定の圧力値でノズル９から噴射して加工が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなレーザ加工において、各アシストガスの切断方法は以下のような特徴を持っている。
1)酸素ガスを用いる方法では、加工対象金属を酸素で燃やして吹き飛ばすことになるので、必然的に切断面が酸化して黒くなり、加工上面に焼けが発生する。また、アシストガスの使用流量が多いので、ランニングコストが高くなる。
2)圧縮空気を用いる方法では、ランニングコストは低減できるが、上記と同様の理由によって、圧縮空気中の酸素で切断面の酸化と加工上面の焼けが発生する。また、溶融金属が下に落ちず、ドロスが発生することがある。
【０００８】
3)窒素ガスを用いる方法では、切断面の酸化は見られず、加工上面の焼けも発生しないので、加工後の外観品質が非常に良い。また、表面の酸化皮膜が無いので、加工後のワークを溶接し易い。一方、アシストガスの使用流量が多く、窒素ガスボンベの費用が高いためランニングコストが高くなる。
このように、上記の三つの方法では加工後の外観品質及び溶接の容易性等から考慮すると、窒素ガスによる切断方法が最も望ましく、従来からこの方法は広く用いられている。
【０００９】
しかしながら、窒素ガスを用いる方法は、上述のようにランニングコストが高いために、そのコストに見合うような付加価値の高いワークに対してのみ使用されることが多い。このため、その他の一般のワークに対しても使用可能な安いコストで窒素ガスによる切断ができるようなレーザ加工機が強く望まれている。
また、従来の窒素ガスによる方法ではアシストガスの使用流量が多いため、窒素ガスボンベを使用している方法では一日の内に窒素ガスボンベを交換する頻度が非常に多くなる。ガスボンベの容量の大きさ及び使用頻度によるが、例えば数十分毎に５０リットルボンベ一本を使用する場合がある。このために、窒素ガスボンベの交換に要する時間が多くなるという問題がある。
【００１０】
さらに、従来の窒素ガスを使用した切断では、窒素純度が好ましくは９９．９８％以上のものを使用する方が切断後の外観品質が良いが、窒素ガスボンベは規格上では９９．５％以上、実用上では９９．９５％〜９９．９９％の間にばらついている。したがって、実際に窒素ガスボンベを使用して切断した場合には、品質上にバラツキが発生して品質不良となることもある。このため、窒素純度を安定させて切断できるようなレーザ加工機が要望されている。
【００１１】
一方、上記の問題を解決するために、空気から窒素をつくり出す図示していない窒素ガス発生装置を用いる方法も採用されている。この窒素ガス発生装置は活性炭の一種である吸着剤を有しており、この吸着剤の表面には孔が開いている。この孔は、窒素ガス分子の大きさより大きく、かつ、酸素ガス分子の大きさより小さいものである。この吸着剤に圧縮空気を押しつけると、上記孔の中に酸素ガス分子が押し込まれ、残された空気中の窒素ガスの濃度が高くなる。この窒素ガスを外部に取り出して窒素ガス槽に溜めておき、切断時にこの窒素ガス槽から供給するようにしている。
【００１２】
レーザ加工機での切断時に要求される窒素ガスの純度は前述のように好ましくは９９．９８％以上が必要なので、上記のような窒素ガス発生装置を稼働開始してから所定の純度まで高めるまでには時間を要している。このため、その間切断作業ができないという問題がある。
また、上記窒素ガスの純度は酸素濃度計により測定しているが、実際の作業時には作業者が目視により判断しながら窒素ガスを吐出させており、純度の精度及び目視確認の作業効率に問題があった。
【００１３】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、窒素ガスでの無酸化切断によって外観品質を向上し、窒素ガスの純度を安定させて品質を安定させると共に、ランニングコストを安くでき、かつ、レーザ加工機を稼働開始後直ちに切断加工が可能となるレーザ加工機のアシストガス発生装置およびその制御方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記の目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工機のアシストガス発生装置は、
空気中から窒素ガスを分離し、窒素ガスを発生させ蓄積させる窒素ガス発生装置２０と、窒素ガス発生装置２０の出口側に配設されたガス濃度検出手段２及びガス供給ライン開閉手段３とを備え、加工時にノズル９からレーザ光を照射すると共に、ガス供給ライン開閉手段３を開いて窒素ガス発生装置２０が発生した窒素ガスをアシストガスとしてノズル９から噴射するレーザ加工機のアシストガス発生装置において、
ガス濃度検出手段２からの濃度信号に基づいて、ガス供給ライン開閉手段３を開閉し、かつ、レーザ加工機の稼働を制御する制御装置１２
を備えた構成としている。
【００１５】
上記のように、窒素ガス発生装置により発生させた窒素ガスの濃度が所定値以上になるまで待ち、所定値以上になったときにガス供給ライン開閉手段を開いて窒素ガス発生装置の窒素ガスをアシストガスとして使用する。よって、安いランニングコストで、かつ、純度の高い窒素ガスによるレーザ加工が可能となり、これにより切断面が酸化せずに安定した外観品質が得られる。また、窒素ガスボンベを使用しないのでボンベの交換が不要となり、よって作業性を向上できる。さらに、窒素ガスの純度を常時監視し、所定値以上になったら自動的にその窒素ガスをアシストガスとして使用するので、作業性を向上できる。
【００１６】
また、上記レーザ加工機のアシストガス発生装置は、
空気中から窒素ガスを分離し、窒素ガスを発生させ蓄積させる窒素ガス発生装置２０と、窒素ガス発生装置２０の出口側に配設されたガス濃度検出手段２及びガス供給ライン開閉手段３とを備え、加工時にノズル９からレーザ光を照射すると共に、ガス供給ライン開閉手段３を開いて窒素ガス発生装置２０が発生した窒素ガスをアシストガスとしてノズル９から噴射するレーザ加工機のアシストガス発生装置において、
ガス供給ライン開閉手段３を介して窒素ガス発生装置２０からの窒素ガスをノズル９に供給するガス発生装置用供給ラインと、ガス供給ライン開閉手段３とノズル９の間で合流し、かつ、ボンベ用ガス供給ライン開閉手段３１を介して窒素ガスボンベ３０からの窒素ガスをノズル９に供給するボンベ用供給ラインと、
ガス濃度検出手段２からの濃度信号に基づいて窒素ガス発生装置２０で発生させた窒素ガスの濃度が下限設定値以上になったか否かを判定し、下限設定値より小さいときはガス供給ライン開閉手段３を閉じてボンベ用ガス供給ライン開閉手段３１を開き、前記窒素ガス濃度が下限設定値以上になったときはガス供給ライン開閉手段３を開いてボンベ用ガス供給ライン開閉手段３１を閉じる制御装置１２とを備えている。
【００１７】
上記構成にすると、レーザ加工機を始動し、窒素ガス発生装置が発生させる窒素ガスの濃度が所定の下限設定値より小さい場合には、制御装置は窒素ガスボンベに連通するボンベ用ガス供給ライン開閉手段を開き、窒素ガスボンベからの窒素ガスをアシストガスとして使用して切断加工を行う。また、窒素ガス発生装置が発生させる窒素ガス濃度が所定の下限設定値以上になった場合は、制御装置は前記ボンベ用ガス供給ライン開閉手段を閉じ、かつ、窒素ガス発生装置に連通するガス供給ライン開閉手段を開き、窒素ガス発生装置からの窒素ガスをアシストガスとして使用して切断加工を行う。
この結果、前述の請求項と同様に、安いランニングコストで、かつ、純度の高い窒素ガスによるレーザ加工が可能となり、これにより切断面が酸化せずに安定した外観品質が得られる。また、窒素ガスボンベのガス使用量が少なくなるのでボンベの交換頻度が少なくなり、よって作業性を向上できる。そして、窒素ガスの純度を常時監視し、所定値以上になったら自動的にその窒素ガスをアシストガスとして使用するので、作業性を向上できる。さらに、窒素ガス発生装置からの窒素ガス濃度が所定値になるまでの間切断開始を待つ必要がなく、稼働開始後直ちに切断作業を開始できるので、作業性及び機械稼働率を向上できる。
【００１８】
上記レーザ加工機のアシストガス発生装置において、前記アシストガス発生装置２０の入口側には空気圧縮手段１および空気圧力検出手段１１を配設し、出口側には排気手段４を配設した構成としている。
【００１９】
上記構成にしたので、制御装置は、空気圧縮手段により圧縮した空気の圧力値を空気圧力検出手段から入力し、窒素ガス発生装置が正常に窒素ガスを発生できるような所定の圧力値以上になったか否を判断する。所定の圧力値以上になったら、窒素ガス発生装置は圧縮空気を入力して窒素ガスを発生させる。この窒素ガスの濃度を前記ガス濃度検出手段によって検出し、窒素ガス濃度が所定の下限設定値以上にないときは、制御装置は窒素ガス発生装置の出口側の排気手段を開いて窒素ガス発生装置内のガスを排気する。このようにして、純度の高い窒素ガスのみをアシストガスとして使用する。この結果、切断面の外観品質のバラツキが無くなり、安定した品質が得られる。
【００２０】
また、上記レーザ加工機のアシストガス発生装置において、前記ガス濃度検出手段２は、窒素ガス濃度を検出する窒素ガス濃度検出手段とすると共に、
前記制御装置１２は、前記窒素ガス濃度検出手段からの濃度信号に基づいて窒素ガスの濃度が所定の下限設定値以上になったか否かを判定し、下限設定値以上になったときはガス供給ライン開閉手段３を開き、窒素ガス発生装置２０により発生させた窒素ガスによるレーザ加工を開始する構成としている。
【００２１】
また、上記レーザ加工機のアシストガス発生装置において、前記ガス濃度検出手段２は、酸素ガス濃度を検出する酸素ガス濃度検出手段とすると共に、
前記制御装置１２は、前記酸素ガス濃度検出手段からの濃度信号に基づいて酸素ガスの濃度が所定の上限設定値以上になったか否かを判定し、上限設定値以上になったときはガス供給ライン開閉手段３を開き、窒素ガス発生装置２０により発生させた窒素ガスによるレーザ加工を開始する構成としている。
【００２２】
上記構成にしたので、窒素ガスの濃度を直接検出したり、または酸素ガスの濃度から窒素ガスの濃度が推定される。この窒素ガス濃度が所定の上限設定値以上になったときにアシストガスとして使用するので、純度の高い窒素ガスが得られ、この結果、切断面の外観品質のバラツキが無くなり、安定した品質が得られる。
【００２３】
また、本発明に係わるレーザ加工機のアシストガス制御方法は、
空気中から窒素ガスを分離して窒素ガスを発生させると共に、加工時にはノズル９からレーザ光を照射し、かつ、発生した窒素ガスをアシストガスとしてノズル９から噴射するレーザ加工機のアシストガス制御方法において、
前記発生させた窒素ガスの濃度が下限設定値以上になったときに、空気中から分離した窒素ガスによりレーザ加工する制御方法としている。
【００２４】
また、上記レーザ加工機のアシストガス制御方法は、
窒素ガス発生装置２０により空気中から窒素ガスを分離して窒素ガスを発生させると共に、加工時にはノズル９からレーザ光を照射し、かつ、発生した窒素ガスあるいは窒素ボンベよりの窒素ガスをアシストガスとしてノズル９から噴射するレーザ加工機のアシストガス制御方法において、
窒素ガス発生装置２０により発生させた窒素ガスの濃度が所定の下限設定値より小さいときは、窒素ガスボンベ３０からの窒素ガスを供給し、また、前記発生させた窒素ガスの濃度が所定の下限設定値以上のときは、窒素ガス発生装置２０からの窒素ガスを供給し、アシストガスを選択的に使用してレーザ加工する制御方法としてもよい。
【００２５】
また、上記レーザ加工機のアシストガス制御方法において、
前記窒素ガス発生装置２０により発生させた窒素ガスの濃度が所定の下限設定値より小さいときは、この所定下限設定値に到達するまで窒素ガス発生装置２０からの窒素ガスを外部に排気する制御方法としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るレーザ加工機のアシストガス発生装置およびその制御方法について、図１及び図２を参照して詳述する。ここで、従来技術の図３で説明した構成と同じものには同一の番号を付けて説明を省く。
【００２７】
図１は、アシストガス発生装置の概略構成図である。
窒素ガスの原料である空気を圧縮する手段（以後、空気圧縮手段と言う）の一例であるエアコンプレッサ１は、窒素ガス発生装置２０の入口側に接続されている。その窒素ガス発生装置２０の出口側には、ガス濃度を検出するガス濃度検出手段２、ガス供給ライン開閉手段の一例である第１のソレノイドバルブ３及び排気手段の一例である第２のソレノイドバルブ４が並列して接続されている。なお、窒素ガス発生装置２０は所定の圧力範囲以内で機能するようになっているので、エアコンプレッサ１の圧縮空気の圧力が所定値以上にならないように、エアコンプレッサ１はアンロードバルブ等を内蔵している。
【００２８】
ガス濃度検出手段２は、窒素ガス発生装置２０の出力ガス中の窒素ガス濃度が所定値以上になったか否かを検出するものである。よって、例えば窒素ガス濃度を直接検出する窒素ガス濃度検出手段を使用したり、あるいは酸素ガス濃度を検出する酸素ガス濃度検出手段を使用することができる。
前述のようにレーザ加工機のアシストガスとしては、品質上好ましい窒素ガス濃度は一般には９９．９８％以上の純度が必要とされているため、下限設定値は９９．９８％である。したがって、酸素ガス濃度検出手段で酸素ガス濃度を検出する場合には０．０２％以下であることが要求される。
【００２９】
第１のソレノイドバルブ３からのガス供給管路は、加工ヘッド８に供給するガス圧を調整する空電レギュレータ７を介してレーザ加工機の加工ヘッド８内部のアシストガス供給用通路（図示せず）に接続されている。加工ヘッド８の先端には、レーザビームの照射と共に上記アシストガスが噴射されるノズル９を有している。第１のソレノイドバルブ３の弁は、その操作ソレノイド部に指令信号が入力されてないときは、バネ力によって（ロ）位置にあるように付勢されている。この（ロ）位置には、窒素ガス発生装置２０から空電レギュレータ７側へ窒素ガスが流入しないように、逆止弁が内蔵されている。
【００３０】
第２のソレノイドバルブ４からのガス供給管路は、減圧弁５及びサイレンサ６を介して大気に導かれている。これは、窒素ガス発生装置２０から出力されるガスの窒素ガス濃度が所定値に達していない場合に、このガスを減圧し、かつ、防音しながら大気中に排気するためである。第２のソレノイドバルブ４の弁は、上記と同様にその操作ソレノイド部に指令信号が入力されてないときは、バネ力によって（ロ）位置にあるように付勢されている。また、この（ロ）位置には、窒素ガス発生装置２０から上記大気中への排気ラインへ窒素ガスが流出しないように、逆止弁が内蔵されている。
【００３１】
エアコンプレッサ１と窒素ガス発生装置２０との間には、圧縮空気の圧力を検出する手段の一例として圧力計１０及び圧力スイッチ１１が接続されている。圧力スイッチ１１は圧縮空気の圧力が予め設定された所定の圧力値以上になったとき出力接点信号を例えばオンするものであり、この出力接点信号は圧力信号として制御装置１２に入力される。なお、圧力検出手段としては、例えば検出した圧力値を圧力値データとして出力するような圧力センサ等を使用してもよい。
【００３２】
窒素ガス発生装置２０は、第３のソレノイドバルブ２１と、活性炭槽２２と、吸着槽２３と、製品槽２４と、フィルタ２５とからなっている。エアコンプレッサ１からの圧縮空気の管路は第３のソレノイドバルブ２１を経由して活性炭槽２２の入力側に接続され、活性炭槽２２の出力側は第１のフィルタ２５を介して吸着槽２３に接続される。この吸着槽２３の出力は、製品槽２４及び第２のフィルタ２６を介して窒素ガス発生装置２０の出力管路に導かれている。
第３のソレノイドバルブ２１の弁は、その操作ソレノイド部に指令信号が入力されてないときは、バネ力によって（ロ）位置にあるように付勢されている。また、この（ロ）位置には、エアコンプレッサ１から窒素ガス発生装置２０へ空気が入らないように、逆止弁が内蔵されている。
【００３３】
窒素ガス発生装置２０の稼働開始当初の純度は低いので、使用可能な所定の純度に達するまでに時間を要する。よって、その待ち時間の間に切断作業を実施できるように、窒素ガス発生装置２０による窒素ガス供給ラインに並行して、窒素ガスボンベ３０による窒素ガス供給ラインを設けている。すなわち、窒素ガスボンベ３０から第３のフィルタ２７を介してボンベ用ガス供給ライン開閉手段の一例である第４のソレノイドバルブ３１が接続されている。そして、第４のソレノイドバルブ３１からのガス供給管路は、前記第１のソレノイドバルブ３のガス供給管路と並列に空電レギュレータ７の入力ポート側に接続されている。第４のソレノイドバルブ３１の弁は、その操作ソレノイド部に指令信号が入力されてないときは、バネ力によって（ロ）位置にあるように付勢されている。この（ロ）位置には、窒素ガスボンベ３０から空電レギュレータ７側へ窒素ガスが流入しないように、逆止弁が内蔵されている。
【００３４】
アシストガス発生装置を制御する制御装置１２には、圧力スイッチ１１からの圧力信号及びガス濃度検出手段２からのガス濃度信号が入力されている。また、制御装置１２は、第１のソレノイドバルブ３、第２のソレノイドバルブ４、第３のソレノイドバルブ２１及び第４のソレノイドバルブ３１の各操作ソレノイド部に接続されており、切換信号をこの各操作ソレノイド部に出力して対応するソレノイドを切り換える。さらに、空電レギュレータ７のソレノイド部には従来技術で説明した切断時のアシストガスの圧力設定値に応じた指令信号が制御装置１２から出力されるようになっている。また、制御装置１２はコンプレッサ１に起動指令を出力する。
制御装置１２は、例えば一般的なマイクロコンピュータを主体に構成したコンピュータシステム等によって構成されたものでもよい。
【００３５】
なお、図１には窒素ガスの供給ラインのみを記載しているが、その他の酸素ガス及び圧縮空気の供給ラインを有していてもよい。ここでは、本発明に係わるアシストガス発生装置を説明するのに必要な構成だけを記述している。
【００３６】
次に、アシストガス発生装置の制御方法について、図２に示すフローチャートの一例を参照して説明する。
（ステップ１０２）まず、アシストガスとして窒素ガスが選択される。
（ステップ１０３）次に、加工対象金属の板厚や材質、ピアッシング及び切断等の加工種類に合わせてアシストガスの圧力値が選択される。この圧力値に基づいて、制御装置１２は空電レギュレータ７に設定圧力指令を与える。
（ステップ１０４）エアコンプレッサ１を起動する。
（ステップ１０５）エアコンプレッサ１から吐出される圧縮空気の圧力が所定の圧力値以上か否かを判定する。すなわち、圧力スイッチ１１から出力接点信号を入力し、この信号がオンか否かを判定する。そして、吐出圧力空気の圧力が所定値以上（上記接点信号がオン）のときはステップ１１０に進み、そうでない（上記接点信号がオフ）のときはステップ１０６に進む。
なお、このステップ５の処理は、窒素ガス発生装置２０の入力圧縮空気の圧力が所定値より小さいときは、窒素ガス発生装置２０が正常に機能しないためである。本発明者らの使用する窒素ガス発生装置２０においては、９kg/cm2以上にする必要がある。
【００３７】
（ステップ１０６）コントローラ１２は指令信号を出力し、第４のソレノイドバルブ３１を（イ）位置にして窒素ボンベ３０のガス供給ラインを開き、ノズル９から窒素ガスを噴射する。同時に、第１のソレノイドバルブ３を（ロ）位置にして窒素ガス発生装置２０のガス供給ラインを閉じ、第２のソレノイドバルブ４を（イ）位置にして排気ラインを開いて製品槽２４内の窒素ガスを大気中に排気する。このとき、上記のノズル９から噴射される窒素ガスは空電レギュレータ７によって設定された圧力値に調整される。
また、第３のソレノイドバルブ２１を（ロ）位置にして、エアコンプレッサ１の吐出空気が窒素ガス発生装置２０に入らないようにする。
（ステップ１０７）レーザ発振器から発振されたレーザ光をノズル９から加工対象金属に照射し、切断作業を開始する。
【００３８】
（ステップ１０８）制御装置１２はガス濃度検出手段２から窒素ガス濃度又は酸素ガス濃度のデータを入力し、窒素ガス発生装置２０から供給されるガスの窒素濃度が所定値以上か否かを判定する。本フローチャートでは、ガス濃度検出手段２として酸素濃度計を使用した場合を表しており、酸素濃度が０．０２％以下か否かを判定している。酸素濃度が０．０２％以下でないときはそのまま切断作業を続行してステップ１１４へ進み、０．０２％以下のときはステップ１０９へ進む。
（ステップ１０９）コントローラ１２は指令信号を出力し、第４のソレノイドバルブ３１を（ロ）位置に切り換えて窒素ボンベ３０のガス供給ラインを閉じる。と同時に、第２のソレノイドバルブ４を（ロ）位置に切り換えて大気中への排出ラインを閉じると共に、第１のソレノイドバルブ３を（イ）位置に切り換えて窒素ガス発生装置２０のガス供給ラインを開く。これによって、アシストガスの供給は窒素ガスボンベ３０から窒素ガス発生装置２０に切り換えられる。このとき、ノズル９から噴射される窒素ガスは空電レギュレータ７によって設定された圧力値に調整される。この後、作業を終了するまで切断作業を進め、ステップ１１４へ進む。
【００３９】
（ステップ１１０）エアコンプレッサ１の吐出空気圧が所定値以上になったので、コントローラ１２は指令信号を出力して第３のソレノイドバルブ２１を（イ）位置に切り換え、窒素発生装置２０の稼働を開始する。また、第１のソレノイドバルブ３を（ロ）位置にして窒素ガス発生装置２０のガス供給ラインを閉じ、、第２のソレノイドバルブ４を（イ）位置にして排気ラインを開いて製品槽２４内の窒素ガスを大気中に排気する。
（ステップ１１１）制御装置１２はガス濃度検出手段２から窒素ガス濃度又は酸素ガス濃度のデータを入力し、窒素ガス発生装置２０から供給されるガスの窒素濃度が所定値以上か否かを判定する。前述の通りガス濃度検出手段２として酸素濃度計を使用しているので、本フローチャートでは酸素濃度が０．０２％以下かどうかを判定している。酸素濃度が０．０２％以下でないときはステップ１０６へ進み、０．０２％以下のときはステップ１１２へ進む。
【００４０】
（ステップ１１２）コントローラ１２は指令信号を出力し、第４のソレノイドバルブ３１を（ロ）位置に切り換え、窒素ボンベ３０のガス供給ラインを閉じる。と同時に、第２のソレノイドバルブ４を（ロ）位置に切り換えて大気中への排出ラインを閉じると共に、第１のソレノイドバルブ３を（イ）位置に切り換えて窒素ガス発生装置２０のガス供給ラインを開く。これによって、窒素ガス発生装置２０が加工ヘッド８へ窒素ガスを供給することになる。このとき、ノズル９から噴射される窒素ガスは空電レギュレータ７によって設定された圧力値に調整される。
（ステップ１１３）レーザ発振器から発振されたレーザ光をノズルから加工対象金属に照射し、切断作業を開始する。
【００４１】
（ステップ１１４）レーザ発振器から発振されたレーザ光をノズルから加工対象金属に照射し、切断作業を終了する。
（ステップ１１５）窒素ボンベ３０による切断のときは、コントローラ１２は指令信号を出力して第４のソレノイドバルブ３１を（ロ）位置に切り換え、窒素ボンベ３０のガス供給ラインを閉じる。また、窒素ガス発生装置２０による切断のときは、第１のソレノイドバルブ３を（ロ）位置に切り換えて窒素ガス発生装置２０のガス供給ラインを閉じる。
【００４２】
このようにして、コンプレッサ１から吐出された圧縮空気圧が所定値以下のとき、または窒素ガス発生装置２０から供給されるガスの窒素ガス濃度が所定値以上になっていないときは、窒素ガスボンベ３０による切断を行う。したがって、窒素ガス発生装置２０が所定値以上の純度の窒素ガスを供給できるようになるまでの間でも切断が可能となる。よって、機械稼働率が上がり、生産性が向上する。
そして、窒素ガス発生装置２０の窒素ガスが所定値以上の純度になったら、窒素ガスボンベ３０から窒素ガス発生装置２０に切り換えてアシストガスを供給する。したがって、切断に必要な窒素ガスの大部分は窒素ガス発生装置２０から供給することができる。窒素ガス発生装置２０は空気中から窒素ガスを分離して供給するので、非常に安いランニングコストで純度の高く安定した窒素ガスをアシストガスとして使用できる。この結果、レーザ加工機の無酸化切断により表面の黒色化や焼けがなく、安定した外観品質が得られる。また、窒素ボンベを交換する頻度が非常に少なくなる。
【００４３】
窒素ガス発生装置２０の窒素ガスの純度が所定値以上になったか否かをコントローラ１２が判断し、所定値以上になったら自動的に窒素ガスボンベ３０から窒素ガス発生装置２０に切り換えてアシストガスを供給する。これによって、作業時に作業者が確認作業をする必要がなくなる。
【００４４】
なお、上記実施例では、窒素ガス発生装置２０と窒素ガスボンベ３０とを並列に配設しているが、窒素ガス発生装置２０だけを使用する場合は、窒素ガス濃度が所定値以上になるまで待ち、所定値以上になったらレーザ加工を開始してもよい。これにより、窒素ガス発生装置２０による窒素ガスを使用してランニングコストが安く、切断面品質が良いレーザ加工機を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアシストガス発生装置の概略構成図である。
【図２】本発明のアシストガス発生装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】従来のレーザ加工機におけるアシストガス発生装置のブロック図である。
【符号の説明】
１…エアコンプレッサ、２…ガス濃度検出手段、３…第１のソレノイドバルブ、４…第２のソレノイドバルブ、５…減圧弁、６…サイレンサ、７…空電レギュレータ、８…加工ヘッド、９…ノズル、１０…圧力計、１１…圧力スイッチ、１２…制御装置、２０…窒素ガス発生装置、２１…第３のソレノイドバルブ、２２…活性炭槽、２３…吸着槽、２４…製品槽、２５…第１のフィルタ、２６…第２のフィルタ、２７…第３のフィルタ、３０…窒素ガスボンベ、３１…第４のソレノイドバルブ、４１…加工対象ワーク、４４…ガス管、４５ａ…酸素ガスボンベ、４５ｂ…窒素ガスボンベ、４５ｃ…エアコンプレッサ、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ…切換弁、４７…低圧用ガス管、４８…低圧用圧力調整器、４９…高圧用圧力調整器、５０…高圧用ガス管。
【発明の属する技術分野】
本発明は、アシストガスとして窒素ガスを用いるレーザ加工機の、アシストガス発生装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工機は、ステンレス鋼などの鉄板をシャープに切断でき、かつ、複雑な形状のワークを精度良く加工できる加工機として、様々な分野で多く使用されている。レーザ加工機による金属板等の切断の方法は、その加工対象の金属板に予め設定された所定の図形の軌跡に沿って加工ヘッド先端のノズルからレーザ光を照射して加工対象金属を溶融する。それと同時に、酸素ガスや窒素ガス等のいわゆるアシストガスを同じくノズルから噴出して上記溶融した金属を吹き飛ばし、切断加工しているのが一般的になっている。
【０００３】
ステンレス鋼等を切断する場合のアシストガスとしては、酸素ガス、圧縮空気または窒素ガスの三種類のガスを切断目的や加工ワークの用途等に応じて選択しながら使用している。例えば、特開平７−１６７８３号公報には図３に示されるようなレーザ加工機が提案されており、以下、図３に基づいて説明する。
加工ヘッド８の先端には、ノズル９が設けられる。加工ヘッド８の内部からノズル９の先端に貫通する図示していない貫通孔を設け、図示していない外部のレーザ発振器からレーザ加工機内の所定の光路及び上記貫通孔を介してレーザビームを照射するようにしている。また、加工ヘッド８の内部にはアシストガス供給用の通路が設けられており、この通路には加工ヘッド８に接続されたガス管４４を経由してガスが供給される。そして、供給されたアシストガスはノズル９の先端からレーザビームの照射と共に噴射される。
【０００４】
ガス管４４には、低圧用ガス管４７及び高圧用ガス管５０がそれぞれ低圧用圧力調整器４８及び高圧用圧力調整器４９を介して接続されている。高圧用ガス管５０には、酸素ガスボンベ４５ａ、窒素ガスボンベ４５ｂ及びエアコンプレッサ４５ｃからのガス供給路がそれぞれ切換弁４６ａ、４６ｂ、４６ｃを介して接続されている。また、低圧用ガス管４７には酸素ガスボンベ４５ａからのガス供給路が切換弁４６ｄを介して接続されている。さらに、上記各切換弁４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄの操作ソレノイド、及び低圧用圧力調整器４８、高圧用圧力調整器４９の操作ソレノイドは図示していない制御装置に接続されている。この制御装置は、切換弁４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄの切り換えを行い、また低圧用圧力調整器４８、高圧用圧力調整器４９の圧力値を設定するものである。
【０００５】
次に、このような構成のレーザ加工機の作用を説明する。作業者は、加工開始前に、使用するアシストガスの種類及び加工対象ワーク４１の板厚等を上記制御装置に入力する。上記制御装置は、加工開始すると、加工対象ワーク４１の所定の開始位置に加工ヘッド８を移動し、この位置でノズル９からレーザビームを照射すると同時に、アシストガスとして酸素ガスをノズル９から噴射する。ここで、ピアッシング時のガス圧を低圧に設定してあると仮定すると、上記制御装置は切換弁４６ｄの操作ソレノイドに切換指令を出力して低圧用ガス管４７に酸素ガスを供給する。また、制御装置は上記設定された圧力値に応じた指令信号を低圧用圧力調整器４８に出力し、低圧用ガス管４７からガス管４４に供給されるアシストガスの圧力を上記圧力値に調整する。これによって、所定の圧力値でピアッシングが行われる。
【０００６】
ピアッシングが完了した後、制御装置は上記入力したアシストガスの種類に対応して切換弁４６ａ、４６ｂ、４６ｃを切り換えることにより、必要なアシストガスを高圧用ガス管５０に送給する。このとき、制御装置は、上記入力された加工対象ワーク４１の板厚に対応して予め設定されている圧力値に応じた指令信号を高圧用圧力調整器４９に出力する。これによって、高圧用ガス管５０からガス管４４に供給されるアシストガスの圧力を上記圧力値に調整する。こうして、選択されたアシストガスを所定の圧力値でノズル９から噴射して加工が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなレーザ加工において、各アシストガスの切断方法は以下のような特徴を持っている。
1)酸素ガスを用いる方法では、加工対象金属を酸素で燃やして吹き飛ばすことになるので、必然的に切断面が酸化して黒くなり、加工上面に焼けが発生する。また、アシストガスの使用流量が多いので、ランニングコストが高くなる。
2)圧縮空気を用いる方法では、ランニングコストは低減できるが、上記と同様の理由によって、圧縮空気中の酸素で切断面の酸化と加工上面の焼けが発生する。また、溶融金属が下に落ちず、ドロスが発生することがある。
【０００８】
3)窒素ガスを用いる方法では、切断面の酸化は見られず、加工上面の焼けも発生しないので、加工後の外観品質が非常に良い。また、表面の酸化皮膜が無いので、加工後のワークを溶接し易い。一方、アシストガスの使用流量が多く、窒素ガスボンベの費用が高いためランニングコストが高くなる。
このように、上記の三つの方法では加工後の外観品質及び溶接の容易性等から考慮すると、窒素ガスによる切断方法が最も望ましく、従来からこの方法は広く用いられている。
【０００９】
しかしながら、窒素ガスを用いる方法は、上述のようにランニングコストが高いために、そのコストに見合うような付加価値の高いワークに対してのみ使用されることが多い。このため、その他の一般のワークに対しても使用可能な安いコストで窒素ガスによる切断ができるようなレーザ加工機が強く望まれている。
また、従来の窒素ガスによる方法ではアシストガスの使用流量が多いため、窒素ガスボンベを使用している方法では一日の内に窒素ガスボンベを交換する頻度が非常に多くなる。ガスボンベの容量の大きさ及び使用頻度によるが、例えば数十分毎に５０リットルボンベ一本を使用する場合がある。このために、窒素ガスボンベの交換に要する時間が多くなるという問題がある。
【００１０】
さらに、従来の窒素ガスを使用した切断では、窒素純度が好ましくは９９．９８％以上のものを使用する方が切断後の外観品質が良いが、窒素ガスボンベは規格上では９９．５％以上、実用上では９９．９５％〜９９．９９％の間にばらついている。したがって、実際に窒素ガスボンベを使用して切断した場合には、品質上にバラツキが発生して品質不良となることもある。このため、窒素純度を安定させて切断できるようなレーザ加工機が要望されている。
【００１１】
一方、上記の問題を解決するために、空気から窒素をつくり出す図示していない窒素ガス発生装置を用いる方法も採用されている。この窒素ガス発生装置は活性炭の一種である吸着剤を有しており、この吸着剤の表面には孔が開いている。この孔は、窒素ガス分子の大きさより大きく、かつ、酸素ガス分子の大きさより小さいものである。この吸着剤に圧縮空気を押しつけると、上記孔の中に酸素ガス分子が押し込まれ、残された空気中の窒素ガスの濃度が高くなる。この窒素ガスを外部に取り出して窒素ガス槽に溜めておき、切断時にこの窒素ガス槽から供給するようにしている。
【００１２】
レーザ加工機での切断時に要求される窒素ガスの純度は前述のように好ましくは９９．９８％以上が必要なので、上記のような窒素ガス発生装置を稼働開始してから所定の純度まで高めるまでには時間を要している。このため、その間切断作業ができないという問題がある。
また、上記窒素ガスの純度は酸素濃度計により測定しているが、実際の作業時には作業者が目視により判断しながら窒素ガスを吐出させており、純度の精度及び目視確認の作業効率に問題があった。
【００１３】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、窒素ガスでの無酸化切断によって外観品質を向上し、窒素ガスの純度を安定させて品質を安定させると共に、ランニングコストを安くでき、かつ、レーザ加工機を稼働開始後直ちに切断加工が可能となるレーザ加工機のアシストガス発生装置およびその制御方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記の目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工機のアシストガス発生装置は、
空気中から窒素ガスを分離し、窒素ガスを発生させ蓄積させる窒素ガス発生装置２０と、窒素ガス発生装置２０の出口側に配設されたガス濃度検出手段２及びガス供給ライン開閉手段３とを備え、加工時にノズル９からレーザ光を照射すると共に、ガス供給ライン開閉手段３を開いて窒素ガス発生装置２０が発生した窒素ガスをアシストガスとしてノズル９から噴射するレーザ加工機のアシストガス発生装置において、
ガス濃度検出手段２からの濃度信号に基づいて、ガス供給ライン開閉手段３を開閉し、かつ、レーザ加工機の稼働を制御する制御装置１２
を備えた構成としている。
【００１５】
上記のように、窒素ガス発生装置により発生させた窒素ガスの濃度が所定値以上になるまで待ち、所定値以上になったときにガス供給ライン開閉手段を開いて窒素ガス発生装置の窒素ガスをアシストガスとして使用する。よって、安いランニングコストで、かつ、純度の高い窒素ガスによるレーザ加工が可能となり、これにより切断面が酸化せずに安定した外観品質が得られる。また、窒素ガスボンベを使用しないのでボンベの交換が不要となり、よって作業性を向上できる。さらに、窒素ガスの純度を常時監視し、所定値以上になったら自動的にその窒素ガスをアシストガスとして使用するので、作業性を向上できる。
【００１６】
また、上記レーザ加工機のアシストガス発生装置は、
空気中から窒素ガスを分離し、窒素ガスを発生させ蓄積させる窒素ガス発生装置２０と、窒素ガス発生装置２０の出口側に配設されたガス濃度検出手段２及びガス供給ライン開閉手段３とを備え、加工時にノズル９からレーザ光を照射すると共に、ガス供給ライン開閉手段３を開いて窒素ガス発生装置２０が発生した窒素ガスをアシストガスとしてノズル９から噴射するレーザ加工機のアシストガス発生装置において、
ガス供給ライン開閉手段３を介して窒素ガス発生装置２０からの窒素ガスをノズル９に供給するガス発生装置用供給ラインと、ガス供給ライン開閉手段３とノズル９の間で合流し、かつ、ボンベ用ガス供給ライン開閉手段３１を介して窒素ガスボンベ３０からの窒素ガスをノズル９に供給するボンベ用供給ラインと、
ガス濃度検出手段２からの濃度信号に基づいて窒素ガス発生装置２０で発生させた窒素ガスの濃度が下限設定値以上になったか否かを判定し、下限設定値より小さいときはガス供給ライン開閉手段３を閉じてボンベ用ガス供給ライン開閉手段３１を開き、前記窒素ガス濃度が下限設定値以上になったときはガス供給ライン開閉手段３を開いてボンベ用ガス供給ライン開閉手段３１を閉じる制御装置１２とを備えている。
【００１７】
上記構成にすると、レーザ加工機を始動し、窒素ガス発生装置が発生させる窒素ガスの濃度が所定の下限設定値より小さい場合には、制御装置は窒素ガスボンベに連通するボンベ用ガス供給ライン開閉手段を開き、窒素ガスボンベからの窒素ガスをアシストガスとして使用して切断加工を行う。また、窒素ガス発生装置が発生させる窒素ガス濃度が所定の下限設定値以上になった場合は、制御装置は前記ボンベ用ガス供給ライン開閉手段を閉じ、かつ、窒素ガス発生装置に連通するガス供給ライン開閉手段を開き、窒素ガス発生装置からの窒素ガスをアシストガスとして使用して切断加工を行う。
この結果、前述の請求項と同様に、安いランニングコストで、かつ、純度の高い窒素ガスによるレーザ加工が可能となり、これにより切断面が酸化せずに安定した外観品質が得られる。また、窒素ガスボンベのガス使用量が少なくなるのでボンベの交換頻度が少なくなり、よって作業性を向上できる。そして、窒素ガスの純度を常時監視し、所定値以上になったら自動的にその窒素ガスをアシストガスとして使用するので、作業性を向上できる。さらに、窒素ガス発生装置からの窒素ガス濃度が所定値になるまでの間切断開始を待つ必要がなく、稼働開始後直ちに切断作業を開始できるので、作業性及び機械稼働率を向上できる。
【００１８】
上記レーザ加工機のアシストガス発生装置において、前記アシストガス発生装置２０の入口側には空気圧縮手段１および空気圧力検出手段１１を配設し、出口側には排気手段４を配設した構成としている。
【００１９】
上記構成にしたので、制御装置は、空気圧縮手段により圧縮した空気の圧力値を空気圧力検出手段から入力し、窒素ガス発生装置が正常に窒素ガスを発生できるような所定の圧力値以上になったか否を判断する。所定の圧力値以上になったら、窒素ガス発生装置は圧縮空気を入力して窒素ガスを発生させる。この窒素ガスの濃度を前記ガス濃度検出手段によって検出し、窒素ガス濃度が所定の下限設定値以上にないときは、制御装置は窒素ガス発生装置の出口側の排気手段を開いて窒素ガス発生装置内のガスを排気する。このようにして、純度の高い窒素ガスのみをアシストガスとして使用する。この結果、切断面の外観品質のバラツキが無くなり、安定した品質が得られる。
【００２０】
また、上記レーザ加工機のアシストガス発生装置において、前記ガス濃度検出手段２は、窒素ガス濃度を検出する窒素ガス濃度検出手段とすると共に、
前記制御装置１２は、前記窒素ガス濃度検出手段からの濃度信号に基づいて窒素ガスの濃度が所定の下限設定値以上になったか否かを判定し、下限設定値以上になったときはガス供給ライン開閉手段３を開き、窒素ガス発生装置２０により発生させた窒素ガスによるレーザ加工を開始する構成としている。
【００２１】
また、上記レーザ加工機のアシストガス発生装置において、前記ガス濃度検出手段２は、酸素ガス濃度を検出する酸素ガス濃度検出手段とすると共に、
前記制御装置１２は、前記酸素ガス濃度検出手段からの濃度信号に基づいて酸素ガスの濃度が所定の上限設定値以上になったか否かを判定し、上限設定値以上になったときはガス供給ライン開閉手段３を開き、窒素ガス発生装置２０により発生させた窒素ガスによるレーザ加工を開始する構成としている。
【００２２】
上記構成にしたので、窒素ガスの濃度を直接検出したり、または酸素ガスの濃度から窒素ガスの濃度が推定される。この窒素ガス濃度が所定の上限設定値以上になったときにアシストガスとして使用するので、純度の高い窒素ガスが得られ、この結果、切断面の外観品質のバラツキが無くなり、安定した品質が得られる。
【００２３】
また、本発明に係わるレーザ加工機のアシストガス制御方法は、
空気中から窒素ガスを分離して窒素ガスを発生させると共に、加工時にはノズル９からレーザ光を照射し、かつ、発生した窒素ガスをアシストガスとしてノズル９から噴射するレーザ加工機のアシストガス制御方法において、
前記発生させた窒素ガスの濃度が下限設定値以上になったときに、空気中から分離した窒素ガスによりレーザ加工する制御方法としている。
【００２４】
また、上記レーザ加工機のアシストガス制御方法は、
窒素ガス発生装置２０により空気中から窒素ガスを分離して窒素ガスを発生させると共に、加工時にはノズル９からレーザ光を照射し、かつ、発生した窒素ガスあるいは窒素ボンベよりの窒素ガスをアシストガスとしてノズル９から噴射するレーザ加工機のアシストガス制御方法において、
窒素ガス発生装置２０により発生させた窒素ガスの濃度が所定の下限設定値より小さいときは、窒素ガスボンベ３０からの窒素ガスを供給し、また、前記発生させた窒素ガスの濃度が所定の下限設定値以上のときは、窒素ガス発生装置２０からの窒素ガスを供給し、アシストガスを選択的に使用してレーザ加工する制御方法としてもよい。
【００２５】
また、上記レーザ加工機のアシストガス制御方法において、
前記窒素ガス発生装置２０により発生させた窒素ガスの濃度が所定の下限設定値より小さいときは、この所定下限設定値に到達するまで窒素ガス発生装置２０からの窒素ガスを外部に排気する制御方法としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るレーザ加工機のアシストガス発生装置およびその制御方法について、図１及び図２を参照して詳述する。ここで、従来技術の図３で説明した構成と同じものには同一の番号を付けて説明を省く。
【００２７】
図１は、アシストガス発生装置の概略構成図である。
窒素ガスの原料である空気を圧縮する手段（以後、空気圧縮手段と言う）の一例であるエアコンプレッサ１は、窒素ガス発生装置２０の入口側に接続されている。その窒素ガス発生装置２０の出口側には、ガス濃度を検出するガス濃度検出手段２、ガス供給ライン開閉手段の一例である第１のソレノイドバルブ３及び排気手段の一例である第２のソレノイドバルブ４が並列して接続されている。なお、窒素ガス発生装置２０は所定の圧力範囲以内で機能するようになっているので、エアコンプレッサ１の圧縮空気の圧力が所定値以上にならないように、エアコンプレッサ１はアンロードバルブ等を内蔵している。
【００２８】
ガス濃度検出手段２は、窒素ガス発生装置２０の出力ガス中の窒素ガス濃度が所定値以上になったか否かを検出するものである。よって、例えば窒素ガス濃度を直接検出する窒素ガス濃度検出手段を使用したり、あるいは酸素ガス濃度を検出する酸素ガス濃度検出手段を使用することができる。
前述のようにレーザ加工機のアシストガスとしては、品質上好ましい窒素ガス濃度は一般には９９．９８％以上の純度が必要とされているため、下限設定値は９９．９８％である。したがって、酸素ガス濃度検出手段で酸素ガス濃度を検出する場合には０．０２％以下であることが要求される。
【００２９】
第１のソレノイドバルブ３からのガス供給管路は、加工ヘッド８に供給するガス圧を調整する空電レギュレータ７を介してレーザ加工機の加工ヘッド８内部のアシストガス供給用通路（図示せず）に接続されている。加工ヘッド８の先端には、レーザビームの照射と共に上記アシストガスが噴射されるノズル９を有している。第１のソレノイドバルブ３の弁は、その操作ソレノイド部に指令信号が入力されてないときは、バネ力によって（ロ）位置にあるように付勢されている。この（ロ）位置には、窒素ガス発生装置２０から空電レギュレータ７側へ窒素ガスが流入しないように、逆止弁が内蔵されている。
【００３０】
第２のソレノイドバルブ４からのガス供給管路は、減圧弁５及びサイレンサ６を介して大気に導かれている。これは、窒素ガス発生装置２０から出力されるガスの窒素ガス濃度が所定値に達していない場合に、このガスを減圧し、かつ、防音しながら大気中に排気するためである。第２のソレノイドバルブ４の弁は、上記と同様にその操作ソレノイド部に指令信号が入力されてないときは、バネ力によって（ロ）位置にあるように付勢されている。また、この（ロ）位置には、窒素ガス発生装置２０から上記大気中への排気ラインへ窒素ガスが流出しないように、逆止弁が内蔵されている。
【００３１】
エアコンプレッサ１と窒素ガス発生装置２０との間には、圧縮空気の圧力を検出する手段の一例として圧力計１０及び圧力スイッチ１１が接続されている。圧力スイッチ１１は圧縮空気の圧力が予め設定された所定の圧力値以上になったとき出力接点信号を例えばオンするものであり、この出力接点信号は圧力信号として制御装置１２に入力される。なお、圧力検出手段としては、例えば検出した圧力値を圧力値データとして出力するような圧力センサ等を使用してもよい。
【００３２】
窒素ガス発生装置２０は、第３のソレノイドバルブ２１と、活性炭槽２２と、吸着槽２３と、製品槽２４と、フィルタ２５とからなっている。エアコンプレッサ１からの圧縮空気の管路は第３のソレノイドバルブ２１を経由して活性炭槽２２の入力側に接続され、活性炭槽２２の出力側は第１のフィルタ２５を介して吸着槽２３に接続される。この吸着槽２３の出力は、製品槽２４及び第２のフィルタ２６を介して窒素ガス発生装置２０の出力管路に導かれている。
第３のソレノイドバルブ２１の弁は、その操作ソレノイド部に指令信号が入力されてないときは、バネ力によって（ロ）位置にあるように付勢されている。また、この（ロ）位置には、エアコンプレッサ１から窒素ガス発生装置２０へ空気が入らないように、逆止弁が内蔵されている。
【００３３】
窒素ガス発生装置２０の稼働開始当初の純度は低いので、使用可能な所定の純度に達するまでに時間を要する。よって、その待ち時間の間に切断作業を実施できるように、窒素ガス発生装置２０による窒素ガス供給ラインに並行して、窒素ガスボンベ３０による窒素ガス供給ラインを設けている。すなわち、窒素ガスボンベ３０から第３のフィルタ２７を介してボンベ用ガス供給ライン開閉手段の一例である第４のソレノイドバルブ３１が接続されている。そして、第４のソレノイドバルブ３１からのガス供給管路は、前記第１のソレノイドバルブ３のガス供給管路と並列に空電レギュレータ７の入力ポート側に接続されている。第４のソレノイドバルブ３１の弁は、その操作ソレノイド部に指令信号が入力されてないときは、バネ力によって（ロ）位置にあるように付勢されている。この（ロ）位置には、窒素ガスボンベ３０から空電レギュレータ７側へ窒素ガスが流入しないように、逆止弁が内蔵されている。
【００３４】
アシストガス発生装置を制御する制御装置１２には、圧力スイッチ１１からの圧力信号及びガス濃度検出手段２からのガス濃度信号が入力されている。また、制御装置１２は、第１のソレノイドバルブ３、第２のソレノイドバルブ４、第３のソレノイドバルブ２１及び第４のソレノイドバルブ３１の各操作ソレノイド部に接続されており、切換信号をこの各操作ソレノイド部に出力して対応するソレノイドを切り換える。さらに、空電レギュレータ７のソレノイド部には従来技術で説明した切断時のアシストガスの圧力設定値に応じた指令信号が制御装置１２から出力されるようになっている。また、制御装置１２はコンプレッサ１に起動指令を出力する。
制御装置１２は、例えば一般的なマイクロコンピュータを主体に構成したコンピュータシステム等によって構成されたものでもよい。
【００３５】
なお、図１には窒素ガスの供給ラインのみを記載しているが、その他の酸素ガス及び圧縮空気の供給ラインを有していてもよい。ここでは、本発明に係わるアシストガス発生装置を説明するのに必要な構成だけを記述している。
【００３６】
次に、アシストガス発生装置の制御方法について、図２に示すフローチャートの一例を参照して説明する。
（ステップ１０２）まず、アシストガスとして窒素ガスが選択される。
（ステップ１０３）次に、加工対象金属の板厚や材質、ピアッシング及び切断等の加工種類に合わせてアシストガスの圧力値が選択される。この圧力値に基づいて、制御装置１２は空電レギュレータ７に設定圧力指令を与える。
（ステップ１０４）エアコンプレッサ１を起動する。
（ステップ１０５）エアコンプレッサ１から吐出される圧縮空気の圧力が所定の圧力値以上か否かを判定する。すなわち、圧力スイッチ１１から出力接点信号を入力し、この信号がオンか否かを判定する。そして、吐出圧力空気の圧力が所定値以上（上記接点信号がオン）のときはステップ１１０に進み、そうでない（上記接点信号がオフ）のときはステップ１０６に進む。
なお、このステップ５の処理は、窒素ガス発生装置２０の入力圧縮空気の圧力が所定値より小さいときは、窒素ガス発生装置２０が正常に機能しないためである。本発明者らの使用する窒素ガス発生装置２０においては、９kg/cm2以上にする必要がある。
【００３７】
（ステップ１０６）コントローラ１２は指令信号を出力し、第４のソレノイドバルブ３１を（イ）位置にして窒素ボンベ３０のガス供給ラインを開き、ノズル９から窒素ガスを噴射する。同時に、第１のソレノイドバルブ３を（ロ）位置にして窒素ガス発生装置２０のガス供給ラインを閉じ、第２のソレノイドバルブ４を（イ）位置にして排気ラインを開いて製品槽２４内の窒素ガスを大気中に排気する。このとき、上記のノズル９から噴射される窒素ガスは空電レギュレータ７によって設定された圧力値に調整される。
また、第３のソレノイドバルブ２１を（ロ）位置にして、エアコンプレッサ１の吐出空気が窒素ガス発生装置２０に入らないようにする。
（ステップ１０７）レーザ発振器から発振されたレーザ光をノズル９から加工対象金属に照射し、切断作業を開始する。
【００３８】
（ステップ１０８）制御装置１２はガス濃度検出手段２から窒素ガス濃度又は酸素ガス濃度のデータを入力し、窒素ガス発生装置２０から供給されるガスの窒素濃度が所定値以上か否かを判定する。本フローチャートでは、ガス濃度検出手段２として酸素濃度計を使用した場合を表しており、酸素濃度が０．０２％以下か否かを判定している。酸素濃度が０．０２％以下でないときはそのまま切断作業を続行してステップ１１４へ進み、０．０２％以下のときはステップ１０９へ進む。
（ステップ１０９）コントローラ１２は指令信号を出力し、第４のソレノイドバルブ３１を（ロ）位置に切り換えて窒素ボンベ３０のガス供給ラインを閉じる。と同時に、第２のソレノイドバルブ４を（ロ）位置に切り換えて大気中への排出ラインを閉じると共に、第１のソレノイドバルブ３を（イ）位置に切り換えて窒素ガス発生装置２０のガス供給ラインを開く。これによって、アシストガスの供給は窒素ガスボンベ３０から窒素ガス発生装置２０に切り換えられる。このとき、ノズル９から噴射される窒素ガスは空電レギュレータ７によって設定された圧力値に調整される。この後、作業を終了するまで切断作業を進め、ステップ１１４へ進む。
【００３９】
（ステップ１１０）エアコンプレッサ１の吐出空気圧が所定値以上になったので、コントローラ１２は指令信号を出力して第３のソレノイドバルブ２１を（イ）位置に切り換え、窒素発生装置２０の稼働を開始する。また、第１のソレノイドバルブ３を（ロ）位置にして窒素ガス発生装置２０のガス供給ラインを閉じ、、第２のソレノイドバルブ４を（イ）位置にして排気ラインを開いて製品槽２４内の窒素ガスを大気中に排気する。
（ステップ１１１）制御装置１２はガス濃度検出手段２から窒素ガス濃度又は酸素ガス濃度のデータを入力し、窒素ガス発生装置２０から供給されるガスの窒素濃度が所定値以上か否かを判定する。前述の通りガス濃度検出手段２として酸素濃度計を使用しているので、本フローチャートでは酸素濃度が０．０２％以下かどうかを判定している。酸素濃度が０．０２％以下でないときはステップ１０６へ進み、０．０２％以下のときはステップ１１２へ進む。
【００４０】
（ステップ１１２）コントローラ１２は指令信号を出力し、第４のソレノイドバルブ３１を（ロ）位置に切り換え、窒素ボンベ３０のガス供給ラインを閉じる。と同時に、第２のソレノイドバルブ４を（ロ）位置に切り換えて大気中への排出ラインを閉じると共に、第１のソレノイドバルブ３を（イ）位置に切り換えて窒素ガス発生装置２０のガス供給ラインを開く。これによって、窒素ガス発生装置２０が加工ヘッド８へ窒素ガスを供給することになる。このとき、ノズル９から噴射される窒素ガスは空電レギュレータ７によって設定された圧力値に調整される。
（ステップ１１３）レーザ発振器から発振されたレーザ光をノズルから加工対象金属に照射し、切断作業を開始する。
【００４１】
（ステップ１１４）レーザ発振器から発振されたレーザ光をノズルから加工対象金属に照射し、切断作業を終了する。
（ステップ１１５）窒素ボンベ３０による切断のときは、コントローラ１２は指令信号を出力して第４のソレノイドバルブ３１を（ロ）位置に切り換え、窒素ボンベ３０のガス供給ラインを閉じる。また、窒素ガス発生装置２０による切断のときは、第１のソレノイドバルブ３を（ロ）位置に切り換えて窒素ガス発生装置２０のガス供給ラインを閉じる。
【００４２】
このようにして、コンプレッサ１から吐出された圧縮空気圧が所定値以下のとき、または窒素ガス発生装置２０から供給されるガスの窒素ガス濃度が所定値以上になっていないときは、窒素ガスボンベ３０による切断を行う。したがって、窒素ガス発生装置２０が所定値以上の純度の窒素ガスを供給できるようになるまでの間でも切断が可能となる。よって、機械稼働率が上がり、生産性が向上する。
そして、窒素ガス発生装置２０の窒素ガスが所定値以上の純度になったら、窒素ガスボンベ３０から窒素ガス発生装置２０に切り換えてアシストガスを供給する。したがって、切断に必要な窒素ガスの大部分は窒素ガス発生装置２０から供給することができる。窒素ガス発生装置２０は空気中から窒素ガスを分離して供給するので、非常に安いランニングコストで純度の高く安定した窒素ガスをアシストガスとして使用できる。この結果、レーザ加工機の無酸化切断により表面の黒色化や焼けがなく、安定した外観品質が得られる。また、窒素ボンベを交換する頻度が非常に少なくなる。
【００４３】
窒素ガス発生装置２０の窒素ガスの純度が所定値以上になったか否かをコントローラ１２が判断し、所定値以上になったら自動的に窒素ガスボンベ３０から窒素ガス発生装置２０に切り換えてアシストガスを供給する。これによって、作業時に作業者が確認作業をする必要がなくなる。
【００４４】
なお、上記実施例では、窒素ガス発生装置２０と窒素ガスボンベ３０とを並列に配設しているが、窒素ガス発生装置２０だけを使用する場合は、窒素ガス濃度が所定値以上になるまで待ち、所定値以上になったらレーザ加工を開始してもよい。これにより、窒素ガス発生装置２０による窒素ガスを使用してランニングコストが安く、切断面品質が良いレーザ加工機を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアシストガス発生装置の概略構成図である。
【図２】本発明のアシストガス発生装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】従来のレーザ加工機におけるアシストガス発生装置のブロック図である。
【符号の説明】
１…エアコンプレッサ、２…ガス濃度検出手段、３…第１のソレノイドバルブ、４…第２のソレノイドバルブ、５…減圧弁、６…サイレンサ、７…空電レギュレータ、８…加工ヘッド、９…ノズル、１０…圧力計、１１…圧力スイッチ、１２…制御装置、２０…窒素ガス発生装置、２１…第３のソレノイドバルブ、２２…活性炭槽、２３…吸着槽、２４…製品槽、２５…第１のフィルタ、２６…第２のフィルタ、２７…第３のフィルタ、３０…窒素ガスボンベ、３１…第４のソレノイドバルブ、４１…加工対象ワーク、４４…ガス管、４５ａ…酸素ガスボンベ、４５ｂ…窒素ガスボンベ、４５ｃ…エアコンプレッサ、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ…切換弁、４７…低圧用ガス管、４８…低圧用圧力調整器、４９…高圧用圧力調整器、５０…高圧用ガス管。
Claims (8)
- 空気中から窒素ガスを分離し、窒素ガスを発生させ蓄積させる窒素ガス発生装置(20)と、窒素ガス発生装置(20)の出口側に配設されたガス濃度検出手段(2) 及びガス供給ライン開閉手段(3) とを備え、加工時にノズル(9) からレーザ光を照射すると共に、ガス供給ライン開閉手段(3) を開いて窒素ガス発生装置(20)が発生した窒素ガスをアシストガスとしてノズル(9) から噴射するレーザ加工機のアシストガス発生装置において、
ガス濃度検出手段(2) からの濃度信号に基づいて、ガス供給ライン開閉手段(3) を開閉し、かつ、レーザ加工機の稼働を制御する制御装置(12)
を備えたことを特徴とするレーザ加工機のアシストガス発生装置。 - 空気中から窒素ガスを分離し、窒素ガスを発生させ蓄積させる窒素ガス発生装置(20)と、窒素ガス発生装置(20)の出口側に配設されたガス濃度検出手段(2) 及びガス供給ライン開閉手段(3) とを備え、加工時にノズル(9) からレーザ光を照射すると共に、ガス供給ライン開閉手段(3) を開いて窒素ガス発生装置(20)が発生した窒素ガスをアシストガスとしてノズル(9) から噴射するレーザ加工機のアシストガス発生装置において、
ガス供給ライン開閉手段(3) を介して窒素ガス発生装置(20)からの窒素ガスをノズル(9) に供給するガス発生装置用供給ラインと、ガス供給ライン開閉手段(3) とノズル(9) の間で合流し、かつ、ボンベ用ガス供給ライン開閉手段(31)を介して窒素ガスボンベ(30)からの窒素ガスをノズル(9) に供給するボンベ用供給ラインと、
ガス濃度検出手段(2) からの濃度信号に基づいて窒素ガス発生装置(20)で発生させた窒素ガスの濃度が下限設定値以上になったか否かを判定し、下限設定値より小さいときはガス供給ライン開閉手段(3) を閉じてボンベ用ガス供給ライン開閉手段(31)を開き、前記窒素ガス濃度が下限設定値以上になったときはガス供給ライン開閉手段(3) を開いてボンベ用ガス供給ライン開閉手段(31)を閉じる制御装置(12)と
を備えたことを特徴とするレーザ加工機のアシストガス発生装置。 - 前記アシストガス発生装置(20)の入口側には空気圧縮手段(1) および空気圧力検出手段(11)を配設し、出口側には排気手段(4) を配設したことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機のアシストガス発生装置。
- 前記ガス濃度検出手段(2) は、窒素ガス濃度を検出する窒素ガス濃度検出手段とすると共に、
前記制御装置(12)は、前記窒素ガス濃度検出手段からの濃度信号に基づいて窒素ガスの濃度が所定の下限設定値以上になったか否かを判定し、下限設定値以上になったときはガス供給ライン開閉手段(3) を開き、窒素ガス発生装置(20)により発生させた窒素ガスによるレーザ加工を開始する
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工機のアシストガス発生装置。 - 前記ガス濃度検出手段(2) は、酸素ガス濃度を検出する酸素ガス濃度検出手段とすると共に、
前記制御装置(12)は、前記酸素ガス濃度検出手段からの濃度信号に基づいて酸素ガスの濃度が所定の上限設定値以上になったか否かを判定し、上限設定値以上になったときはガス供給ライン開閉手段(3) を開き、窒素ガス発生装置(20)により発生させた窒素ガスによるレーザ加工を開始する
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工機のアシストガス発生装置。 - 空気中から窒素ガスを分離して窒素ガスを発生させると共に、加工時にはノズル(9) からレーザ光を照射し、かつ、発生した窒素ガスをアシストガスとしてノズル(9) から噴射するレーザ加工機のアシストガス制御方法において、
前記発生させた窒素ガスの濃度が下限設定値以上になったときに、空気中から分離した窒素ガスによりレーザ加工する
ことを特徴とするレーザ加工機のアシストガス制御方法。 - 窒素ガス発生装置(20)により空気中から窒素ガスを分離して窒素ガスを発生させると共に、加工時にはノズル(9) からレーザ光を照射し、かつ、発生した窒素ガスあるいは窒素ボンベよりの窒素ガスをアシストガスとしてノズル(9) から噴射するレーザ加工機のアシストガス制御方法において、
窒素ガス発生装置(20)により発生させた窒素ガスの濃度が所定の下限設定値より小さいときは、窒素ガスボンベ(30)からの窒素ガスを供給し、また、前記発生させた窒素ガスの濃度が所定の下限設定値以上のときは、窒素ガス発生装置(20)からの窒素ガスを供給し、アシストガスを選択的に使用してレーザ加工する
ことを特徴とするレーザ加工機のアシストガス制御方法。 - 前記窒素ガス発生装置(20)により発生させた窒素ガスの濃度が所定の下限設定値より小さいときは、この所定下限設定値に到達するまで窒素ガス発生装置(20)からの窒素ガスを外部に排気する
ことを特徴とする請求項７記載のレーザ加工機のアシストガス制御方法。
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