JP4499246B2 - レーザ加工方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ワークにレ−ザ加工を行うレ−ザ加工方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ワークにレ−ザ加工を行うレ−ザ加工方法において、厚板のレ−ザ加工、特にステンレス鋼に高圧N2ガスを用いてレ−ザ切断を行った際、製品不良を減らし、2次的に集光レンズ、ノズルの損傷防止を図るべく、加工不安定時に発生しやすいプラズマ光を早い段階でセンシングして加工不良を軽減しょうとするプラズマセンシングシステムP.S.S(Plasma Sensing System)が知られている。そして、このP.S.Sでの加工不良を軽減するロジックは、つぎの2段階となっている。
【0003】
(1)、軽度のプラズマ光発生のときには、プラズマ光発生が消失するまで、わずかに切断速度を低下させると、切断は回復し通常の切断速度で行われる。
【0004】
(2)、重度のプラズマ光発生のときには、プラズマ光発生が完全に静まるまで、機械の移動軸をしばらく停止させる。切断は、その後、低下された切断速度で、アプロ−チしながら継続される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上述した従来のP.S.Sでは、ステンレス鋼の高圧N2ガスでの切断時に発生し易いプラズマ光を検出して、発生の程度(プラズマ光強度の大小)により、レ−ザ加工機の切断速度を低下させたり、あるいは停止させたりして安定切断に導くようにしている。
【0006】
しかしながら、このシステムの不具合は、プラズマ現象が発生したとき、プラズマ現象を検出して、軸速度を低下または停止させるのみで、能動的にその現象を抑制するような閉ル−プで制御するシステムとなっていない。
【0007】
すなわち、軸速度を停止せしめた時点で既に数百mmの切断不良域を生成せしめている。
【0008】
したがって、例えば薄板材を高速で切断する場合について説明すると、図11に示されているように、機械系の加減速を考慮した場合の切断速度vと時間tとの関係において、今、機械系の加速度をα、切断速度をv1、および加速時間をt1
とすると、
t1=v1/α ........(1)となる。
【0009】
また、加速時間をt1に達するまでの走行距離をll、一定時間t2に達するまでの走行距離をl2とすると、
【数1】
そこで、α=0.7G=6860(mm/s2)の機械系で、高速切断v1=20(m/min)、等速時間=t2−t1=1(sec)のとき、全走行距離l=ll+l2=341(mm)となる。
【0010】
以上の結果より、従来の技術においては、一度不良切断が発生した場合には、不良切断距離は容易に数百mmとなり、著しく不良品を形成する結果となってしまう。
【0011】
この発明の目的は、高圧アシストガスで加工するレ−ザ加工において、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的にプラズマ光の発生を抑制して不良切断をなくするようにしたレ−ザ加工方法およびその装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1によるこの発明のレ−ザ加工方法は、レ−ザ発振器から出力されたレ−ザビ−ムを複数の曲率可変ミラ−で反射させた後、レ−ザ加工ヘッド内の集光レンズで集光せしめ、ついで、アシストガスを伴い、この集光レンズで集光されたレ−ザビ−ムを加工すべきワークへ向けて照射せしめてワークにレ−ザ加工を行うレ−ザ加工方法において、前記ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を反射光検出装置で検出し、この検出された実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とを制御装置内で比較し、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう曲率制御装置で前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ発振器の近傍に設けられた曲率可変ミラ−の曲率を制御せしめることを特徴とするものである。
【0013】
したがって、ワークにレ−ザ加工を行ったときに、ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を反射光検出装置で検出する。そして、この検出された実際の反射光の検出値が制御装置に取り込まれる。制御装置には予め設定した反射光の設定値が記憶されているから、制御装置で実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とが比較される。その結果、実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう曲率制御装置で前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ発振器の近傍に設けられた曲率可変ミラ−の曲率が制御される。
【0014】
而して、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的にプラズマ光の発生が抑制されて不良切断がなくなる。
【0015】
請求項2によるこの発明のレ−ザ加工方法は、レ−ザ発振器から出力されたレ−ザビ−ムを複数の曲率可変ミラ−で反射させた後、レ−ザ加工ヘッド内の集光レンズで集光せしめ、ついで、アシストガスを伴い、この集光レンズで集光されたレ−ザビ−ムを加工すべきワークへ向けて照射せしめてワークにレ−ザ加工を行うレ−ザ加工方法において、前記ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を反射光検出装置で検出し、この検出された実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とを制御装置内で比較し、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう曲率制御装置で前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ加工ヘッドの近傍に設けられた曲率可変ミラ−の曲率を制御せしめることを特徴とするものである。
【0016】
したがって、ワークにレ−ザ加工を行ったときに、ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を反射光検出装置で検出する。そして、この検出された実際の反射光の検出値が制御装置に取り込まれる。制御装置には予め設定した反射光の設定値が記憶されているから、制御装置で実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とが比較される。その結果、実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう曲率制御装置で前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ加工ヘッドの近傍に設けられた曲率可変ミラ−の曲率が制御される。
【0017】
而して、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的にプラズマ光の発生が抑制されて不良切断がなくなる。
【0018】
請求項3によるこの発明のレ−ザ加工方法は、レ−ザ発振器から出力されたレ−ザビ−ムを複数の曲率可変ミラ−で反射させた後、レ−ザ加工ヘッド内の集光レンズで集光せしめ、ついで、アシストガスを伴い、この集光レンズで集光されたレ−ザビ−ムを加工すべきワークへ向けて照射せしめてワークにレ−ザ加工を行うレ−ザ加工方法において、前記ワークの切断箇所にプラズマが発生した場合、圧力センサでアシストガスの圧力を検出し、この検出された実際のアシストガスの圧力検出値と予め設定したアシストガスの設定値とを制御装置内で比較し、前記実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より大であると判断された場合には、前記実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より小となるようアシストガス圧制御装置で前記レ−ザ加工ヘッド内に供給されるアシストガスを制御せしめることを特徴とするものである。
【0019】
したがって、ワークにレ−ザ加工を行ったときに、ワークの切断箇所に発生したプラズマが発生した場合には、圧力センサでアシストガスの圧力が検出される。そして、この検出された実際のアシストガスの圧力検出値が制御装置に取り込まれる。制御装置には予め設定したアシストガスの設定値が記憶されているから、制御装置で実際のアシストガスの圧力検出値と予め設定したアシストガスの設定値とが比較される。その結果、実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より大であると判断された場合には、実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より小となるようアシストガス圧制御装置で前記レ−ザ加工ヘッド内に供給されるアシストガスが制御される。
【0020】
而して、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的にプラズマ光の発生が抑制されて不良切断がなくなる。
【0021】
請求項4によるこの発明のレ−ザ加工方法は、請求項3記載のレ−ザ加工方法において、加工速度と入力エネルギ−が一定となるようにパワ−コントロ−ル制御装置で加工速度と入力エネルギ−を制御せしめることを特徴とするものである。
【0022】
したがって、請求項3記載のレ−ザ加工方法において、さらに、加工速度と入力エネルギ−が一定となるようにパワ−コントロ−ル制御装置で加工速度と入力エネルギ−が制御される。
【0023】
而して、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的により一層のプラズマ光の発生が抑制されて不良切断がなくなる。
【0024】
請求項5によるこの発明のレ−ザ加工装置は、レ−ザ発振器から出力されたレ−ザビ−ムを複数の曲率可変ミラ−で反射させた後、レ−ザ加工ヘッド内の集光レンズで集光せしめ、ついで、アシストガスを伴い、この集光レンズで集光されたレ−ザビ−ムを加工すべきワークへ向けて照射せしめてワークにレ−ザ加工を行うレ−ザ加工装置において、前記ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を検出する反射光検出装置と、この検出された実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とを比較する制御装置と、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ発振器の近傍に設けられた第1曲率可変ミラ−の曲率を制御せしめる曲率制御装置と、を備えてなることを特徴とするものである。
【0025】
したがって、ワークにレ−ザ加工を行ったときに、ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を反射光検出装置で検出する。そして、この検出された実際の反射光の検出値が制御装置に取り込まれる。制御装置には予め設定した反射光の設定値が記憶されているから、制御装置で実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とが比較される。その結果、実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう曲率制御装置で前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ発振器の近傍に設けられた第1曲率可変ミラ−の曲率が制御される。
【0026】
而して、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的にプラズマ光の発生が抑制されて不良切断がなくなる。
【0027】
請求項6によるこの発明のレ−ザ加工装置は、レ−ザ発振器から出力されたレ−ザビ−ムを複数の曲率可変ミラ−で反射させた後、レ−ザ加工ヘッド内の集光レンズで集光せしめ、ついで、アシストガスを伴い、この集光レンズで集光されたレ−ザビ−ムを加工すべきワークへ向けて照射せしめてワークにレ−ザ加工を行うレ−ザ加工装置において、前記ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を検出する反射光検出装置と、この検出された実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とを比較する制御装置と、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ加工ヘッドの近傍に設けられた第2曲率可変ミラ−の曲率を制御せしめる曲率制御装置と、を備えてなることを特徴とするものである。
【0028】
したがって、ワークにレ−ザ加工を行ったときに、ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を反射光検出装置で検出する。そして、この検出された実際の反射光の検出値が制御装置に取り込まれる。制御装置には予め設定した反射光の設定値が記憶されているから、制御装置で実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とが比較される。その結果、実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう曲率制御装置で前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ加工ヘッドの近傍に設けられた第2曲率可変ミラ−の曲率が制御される。
【0029】
而して、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的にプラズマ光の発生が抑制されて不良切断がなくなる。
【0030】
請求項7によるこの発明のレ−ザ加工装置は、レ−ザ発振器から出力されたレ−ザビ−ムを複数の曲率可変ミラ−で反射させた後、レ−ザ加工ヘッド内の集光レンズで集光せしめ、ついで、アシストガスを伴い、この集光レンズで集光されたレ−ザビ−ムを加工すべきワークへ向けて照射せしめてワークにレ−ザ加工を行うレ−ザ加工装置において、前記ワークの切断箇所にプラズマが発生した場合、アシストガスの圧力を検出する圧力センサと、この検出された実際のアシストガスの圧力検出値と予め設定したアシストガスの設定値とを比較する制御装置と、前記実際のアシストガスの圧力検出値値が予め設定したアシストガスの設定値より大であると判断された場合には、前記実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より小となるよう前記レ−ザ加工ヘッド内に供給されるアシストガスを制御せしめるアシストガス圧制御装置と、を備えてなることを特徴とするものである。
【0031】
したがって、ワークにレ−ザ加工を行ったときに、ワークの切断箇所に発生したプラズマが発生した場合には、圧力センサでアシストガスの圧力が検出される。そして、この検出された実際のアシストガスの圧力検出値が制御装置に取り込まれる。制御装置には予め設定したアシストガスの設定値が記憶されているから、制御装置で実際のアシストガスの圧力検出値と予め設定したアシストガスの設定値とが比較される。その結果、実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より大であると判断された場合には、実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より小となるようアシストガス圧制御装置で前記レ−ザ加工ヘッド内に供給されるアシストガスが制御される。
【0032】
而して、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的にプラズマ光の発生が抑制されて不良切断がなくなる。
【0033】
請求項8によるこの発明のレ−ザ加工装置は、請求項7記載のレ−ザ加工装置において、加工速度と入力エネルギ−が一定となるように加工速度と入力エネルギ−を制御せしめるパワ−コントロ−ル制御装置、を備えてなることを特徴とするものである。
【0034】
したがって、請求項7記載のレ−ザ加工装置において、さらに、加工速度と入力エネルギ−が一定となるようにパワ−コントロ−ル制御装置で加工速度と入力エネルギ−が制御される。
【0035】
而して、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的により一層のプラズマ光の発生が抑制されて不良切断がなくなる。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0037】
図1を参照するに、レ−ザ加工装置1は、レ−ザ発振器3を備えており、このレ−ザ発振器3内には出力ミラ−5並びに複数のミラ−7、9が設けられていると共に前記レ−ザ発振器3の前方近傍には複数のミラ−11、13並びに曲率可変ミラ−15が設けられている。
【0038】
加工すべきワークWの上方にはX軸方向、Y軸方向へ移動自在なレ−ザ加工ヘッド17が設けられている。しかも、このレ−ザ加工ヘッド17内には集光レンズ19が備えられている。そして、前記レ−ザ加工ヘッド17は、X軸モ−タ21にリンクして図示省略のXキャレッジによりX軸方向へ、Y軸モ−タ23にリンクして図示省略のYキャレッジによりY軸方向へ移動されるようになっている。なお、Xキャレッジ、Yキャレッジの駆動は例えばラックアンドピニオンあるいはボ−ルネジによって行われる。前記Xキャレッジにはミラ−25が設けられていると共に前記Yキャレッジにはミラ−27と曲率可変ミラ−29が設けられている。
【0039】
また、前記レ−ザ加工ヘッド17内にアシストガスとしての一例のN2高圧ガスを供給するためのアシストガス供給装置31が設けられており、このアシストガス供給装置31と前記レ−ザ加工ヘッド17とは配管33で接続されていると共にこの配管33の途中にはアシストガス圧制御装置35が設けられている。さらに、前記レ−ザ加工ヘッド17には圧力センサ37が接続されている。
【0040】
上記構成により、レ−ザ発振器3の出力ミラ−5、複数のミラ−7、9を経て出力されたレ−ザ光LBは複数のミラ−11、13、曲率可変ミラ−15を経て、さらに、ミラ−25、曲率可変ミラ−29およびミラ−27を経てレ−ザ加工ヘッド17内に備えられた集光レンズ19で集光される。この集光レンズ19で集光されたレ−ザ光LBは、加工すべきワークWへ向けて照射される。このレ−ザ光LBの照射と共にアシストガス供給装置31から送り出されたN2高圧ガスは、配管33をとおりアシストガス圧制御装置35でアシストガス圧が制御されてレ−ザ加工ヘッド17から加工すべきワークWへ向けて噴射されて、ワークWにレ−ザ加工が行われてワークWから例えば製品Gが得られることになる。
【0041】
前記製品Gを切断加工する際に、切断箇所からプラズマ光Pが発生したときに、その反射光の情報は、前記ミラ−27に近接した位置に設けられた光ファイバ−39に入射され、フォトダイオ−ド41により検出され、反射光検出装置43でモニタ(計測および解析)され、その検出情報が制御装置45に取り込まれるようになっている。この制御装置45には曲率制御装置47が接続されており、制御装置45から出力される0〜10Vのアナログ信号により曲率制御装置47を介して前記曲率可変ミラ−15および曲率可変ミラ−29のミラ−曲率を変化させることができるようになっている。さらに、この曲率制御装置47は制御装置45の信号選択により、数10〜数100Hzまでのミラ−面の振動機能を有している。
【0042】
レ−ザ加工時のアシストガス圧制御は、前記制御装置45により0〜10Vのアナログ信号にて、アシストガス圧制御装置35を介して、低圧から高圧まで比較的に制御することができるようになっている。
【0043】
また、前記制御装置45にはパワ−コントロ−ル制御装置49が接続されており、パワ−コントロ−ル制御装置49で加工速度と入力エネルギ−が一定となるように制御せしめている。
【0044】
前記制御装置45は、図2に示されているように、CPU51を備えており、このCPU51には種々のデ−タを入力せしめるためのキ−ボ−ドのごとき入力装置53が接続されていると共に種々のデ−タを出力するためのCRTのごとき表示装置55が接続されている。また、前記CPU51には予め設定した反射光の設定値を記憶せしめておく反射光の設定値・メモリ57が接続されていると共にこの反射光の設定値・メモリ57に予め記憶された反射光の設定値と反射光検出装置43で検出された実際の反射光の検出値とを比較判断する反射光の比較判断装置59が接続されている。
【0045】
さらに、前記CPU51には予め設定したアシストガスの設定値を記憶せしめておくアシストガスの設定値・メモリ61が接続されていると共にこのアシストガスの設定値・メモリ61に予め記憶されたアシストガスの設定値と圧力センサ37で検出された実際のアシストガスの検出値とを比較判断するアシストガスの比較判断装置63が接続されている。
【0046】
前記CPU51には前記X軸モ−タ21、Y軸モ−タ23、アシストガス圧制御装置35、圧力センサ37、反射光検出装置43、曲率制御装置47およびパワ−コントロ−ル制御装置49が接続されている。
【0047】
ワークWにレ−ザ加工を行ったときに、切断箇所から発生したプラズマ光Pに基づく不良切断が発生した場合には、次の手段で不良切断が回避される。
【0048】
(1).曲率可変ミラ−15および曲率可変ミラ−29による不良切断回避方法
図3に示されたフロ−チャ−トにおいて、ステップS1で図4に示したごとくワークWの切断箇所にプラズマ光P発生の有無を判断する。すなわち、反射光検出装置43で実際の反射光を検出し、この検出された実際の反射光が制御装置45の反射光の比較判断装置59に取り込まれる。この反射光の比較判断装置59には反射光の設定値・メモリ57に記憶されている予め設定した反射光の設定値が取り込まれているから、反射光の比較判断装置59で実際の反射光と予め設定した反射光の設定値とが比較判断される。そして、実際の反射光が予め設定した反射光の設定値より小の場合には図5に示されているように、切断は良好であるから、ステップS2に進んで加工が継続される。実際の反射光が予め設定した反射光の設定値より大の場合には図5に示されているように、切断は不良であるから、ステップS3に進んで曲率可変ミラ−15または曲率可変ミラ−29の曲率が変更される。そして、ステップS4で再度図4に示したごとくワークWの切断箇所にプラズマ光P発生の有無がステップS1と同様に行われて、プラズマ光Pが発生していると判断された場合にはステップS3に戻って再度曲率可変ミラ−15または29の曲率が変更される。ステップS4でプラズマ光Pが発生していないと判断された場合にはステップS5に進み加工が継続される。
【0049】
前記ステップS3で曲率可変ミラ−15の曲率を変更させる具体的な例について説明すると、ワークWの切断箇所にプラズマ光Pが発生した場合には、集光ビ−ムが金属蒸気プラズマの高圧下では、図6(B)に示されているように、ガス屈折率が増大し、光散乱に至り、ワークWを溶融・蒸発させるための充分なパワ−密度が形成されないので、図1に示されている加工点より遠方にある(=2500mm程度)曲率可変ミラ−15の曲率を変更して、集光レンズ19に入射する光を拡大ビ−ムDが得られるよう図6(A)の状態から図7の状態に修正(1.25D)することで、散乱により拡大された集光ビ−ムを抑制させることができる。
【0050】
次に、前記ステップS3で曲率可変ミラ−29の曲率を変更させる具体的な例について説明すると、図1に示されている加工点に近い位置(1000mm)に配置した曲率可変ミラ−29では、ビ−ム径の変化は少なく、焦点位置を7〜8mmの範囲で変化させることが可能となる。今、この特性を利用して図8(A)の状態から図8(B)の状態のごとく曲率可変ミラ−29を数10〜数100Hzのオ−ダ−で振動させると、加工点のプラズマ発生による不安定な溶融・蒸発状態を変化させることができる。特に、焦点位置が上下振動することで、切断カ−フ内の溶融金属の対流現象で、金属の粘性が低下し、ドロス離脱が容易となる。
【0051】
(2).アシストガス圧を制御することによるによる不良切断回避方法
図9に示されたフロ−チャ−トにおいて、ステップS6で図4に示したごとくワークWの切断箇所にプラズマ光P発生の有無を判断する。すなわち、圧力センサ37で実際のアシストガス圧を検出し、この検出された実際のアシストガス圧が制御装置45のアシストガスの比較判断装置63に取り込まれる。このアシストガスの比較判断装置63にはアシストガス圧の設定値・メモリ61に記憶されている予め設定したアシストガス圧の設定値が取り込まれているから、アシストガスの比較判断装置63で実際のアシストガス圧と予め設定したアシストガス圧の設定値とが比較判断される。そして、実際のアシストガス圧が予め設定したアシストガス圧の設定値より小の場合には、切断は良好であるから、ステップS7に進んで加工が継続される。実際のアシストガス圧が予め設定したアシストガス圧の設定値より大の場合には、切断は不良であるから、ステップS8に進んでアシストガス圧が下がるよう変更される。そして、ステップS9で再度ワークWの切断箇所にプラズマ光P発生の有無がステップS6と同様に行われて、プラズマ光Pが発生していると判断された場合にはステップS8に戻って再度アシストガス圧が下がるよう変更される。ステップS8でプラズマ光Pが発生していないと判断された場合にはステップS10に進み加工が継続される。
【0052】
前記ステップS8でアシストガス圧を下げるよう変更させる具体的な例について説明すると、ワークWとしてステンレスを使い、アシストガスとして高圧N2を使って切断加工を行った場合には、プラズマが発生し易い状況、次のとおりである。
【0053】
(A).図10に示されているように、ピアス後、切断▲1▼→切断▲2▼へ移行するときの立ち上がりa部
(B).切断▲5▼→切断▲6▼(さらに切断▲2▼→切断▲3▼,切断▲3▼→切断▲4▼,切断▲4▼→切断▲5▼)へ移行するときのコ−ナ−b部
などのように、切断方向が変化するコ−ナ−部を起点にして発生する傾向がある。
【0054】
N2ガスによる高圧切断では、酸化反応によるO2切断と異なり、溶融物の粘性が高いため、切断コ−ナ−部では、切断方向が変化するために、ドロスが滞留し易く(窒息状態)、結果として切断カ−フ内のアシストガス圧が上昇し、プラズマ現象が発生し易い状況となる。
【0055】
したがって、コ−ナ−部での「アシストガス圧を下げる」制御や一度プラズマ加工が発生した場合の「アシストガス圧を下げる」制御は、加工安定化につながるものである。
【0056】
このガス圧力制御と共に加工速度と入力エネルギ−が一定となるように前記パワ−コントロ−ル制御装置49で制御することも併用することで、コ−ナ−部あるいはエッジの多い製品加工においては高品質、安定加工を期待することができる。
【0057】
以上の結果から、不良製品の低下、切断品質の高品質、安定加工(コ−ナ−・エッジ部)並びにト−タル加工時間の短縮(マシンの停止時間をなくす)を図ることができる。
【0058】
なお、この発明は、前述した発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。
【0059】
【発明の効果】
以上のごとき発明の実施の形態の説明より理解されるように、請求項1の発明によれば、ワークにレ−ザ加工を行ったときに、ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を反射光検出装置で検出する。そして、この検出された実際の反射光の検出値が制御装置に取り込まれる。制御装置には予め設定した反射光の設定値が記憶されているから、制御装置で実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とが比較される。その結果、実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう曲率制御装置で前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ発振器の近傍に設けられた曲率可変ミラ−の曲率を制御せしめることができる。
【0060】
而して、曲率可変ミラーの曲率を変更して、集光レンズに入射するビーム径を拡大することで光散乱によるエネルギー密度の低下を防ぐ。従って、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的にプラズマ光の発生を抑制せしめて不良切断をなくすることができると共に切断品質の高品質、安定加工並びにト−タル加工時間の短縮(マシンの停止時間をなくす)を図ることができる。
【0061】
請求項2の発明によれば、ワークにレ−ザ加工を行ったときに、ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を反射光検出装置で検出する。そして、この検出された実際の反射光の検出値が制御装置に取り込まれる。制御装置には予め設定した反射光の設定値が記憶されているから、制御装置で実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とが比較される。その結果、実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう曲率制御装置で前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ加工ヘッドの近傍に設けられた曲率可変ミラ−の曲率を制御せしめることができる。
【0062】
而して、焦点距離を変化させることで、切断カーフ内の溶融金属の粘性を低下させ、ドロス排出が容易となる。従ってプラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的にプラズマ光の発生を抑制せしめて不良切断をなくすることができると共に切断品質の高品質、安定加工並びにト−タル加工時間の短縮(マシンの停止時間をなくす)を図ることができる。
【0063】
請求項3の発明によれば、ワークにレ−ザ加工を行ったときに、ワークの切断箇所に発生したプラズマが発生した場合には、圧力センサでアシストガスの圧力が検出される。そして、この検出された実際のアシストガスの圧力検出値が制御装置に取り込まれる。制御装置には予め設定したアシストガスの設定値が記憶されているから、制御装置で実際のアシストガスの圧力検出値と予め設定したアシストガスの設定値とが比較される。その結果、実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より大であると判断された場合には、実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より小となるようアシストガス圧制御装置で前記レ−ザ加工ヘッド内に供給されるアシストガスを制御せしめることができる。
【0064】
而して、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的にプラズマ光の発生を抑制せしめて不良切断をなくすることができると共に切断品質の高品質、安定加工(コ−ナ−・エッジ部)並びにト−タル加工時間の短縮(マシンの停止時間をなくす)を図ることができる。
【0065】
請求項4の発明によれば、請求項3記載のレ−ザ加工方法において、さらに、加工速度と入力エネルギ−が一定となるようにパワ−コントロ−ル制御装置で加工速度と入力エネルギ−を制御せしめることができる。
【0066】
而して、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的により一層のプラズマ光の発生を抑制せしめて不良切断をなくすることができると共に切断品質の高品質、安定加工並びにト−タル加工時間の短縮(マシンの停止時間をなくす)を図ることができる。
【0067】
請求項5の発明によれば、ワークにレ−ザ加工を行ったときに、ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を反射光検出装置で検出する。そして、この検出された実際の反射光の検出値が制御装置に取り込まれる。制御装置には予め設定した反射光の設定値が記憶されているから、制御装置で実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とが比較される。その結果、実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう曲率制御装置で前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ発振器の近傍に設けられた曲率可変ミラ−の曲率を制御せしめることができる。
【0068】
而して、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的にプラズマ光の発生を抑制せしめて不良切断をなくすることができると共に切断品質の高品質、安定加工並びにト−タル加工時間の短縮(マシンの停止時間をなくす)を図ることができる。
【0069】
請求項6の発明によれば、ワークにレ−ザ加工を行ったときに、ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を反射光検出装置で検出する。そして、この検出された実際の反射光の検出値が制御装置に取り込まれる。制御装置には予め設定した反射光の設定値が記憶されているから、制御装置で実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とが比較される。その結果、実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう曲率制御装置で前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ加工ヘッドの近傍に設けられた曲率可変ミラ−の曲率を制御せしめることができる。
【0070】
而して、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的にプラズマ光の発生を抑制せしめて不良切断をなくすることができると共に切断品質の高品質、安定加工並びにト−タル加工時間の短縮(マシンの停止時間をなくす)を図ることができる。
【0071】
請求項7の発明によれば、ワークにレ−ザ加工を行ったときに、ワークの切断箇所に発生したプラズマが発生した場合には、圧力センサでアシストガスの圧力が検出される。そして、この検出された実際のアシストガスの圧力検出値が制御装置に取り込まれる。制御装置には予め設定したアシストガスの設定値が記憶されているから、制御装置で実際のアシストガスの圧力検出値と予め設定したアシストガスの設定値とが比較される。その結果、実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より大であると判断された場合には、実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より小となるようアシストガス圧制御装置で前記レ−ザ加工ヘッド内に供給されるアシストガスを制御せしめることができる。
【0072】
而して、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的にプラズマ光の発生を抑制せしめて不良切断をなくすることができると共に切断品質の高品質、安定加工(コ−ナ−・エッジ部)並びにト−タル加工時間の短縮(マシンの停止時間をなくす)を図ることができる。
【0073】
請求項8の発明によれば、請求項5記載のレ−ザ加工方法において、さらに、加工速度と入力エネルギ−が一定となるようにパワ−コントロ−ル制御装置で加工速度と入力エネルギ−を制御せしめることができる。
【0074】
而して、プラズマ光発生による不良切断時に、単に切断速度を低下したり、軸を停止するのでなく、能動的により一層のプラズマ光の発生を抑制せしめて不良切断をなくすることができると共に切断品質の高品質、安定加工並びにト−タル加工時間の短縮(マシンの停止時間をなくす)を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のレ−ザ加工装置を説明する説明図である。
【図2】レ−ザ加工装置を制御せしめる制御ブロック構成図である。
【図3】プラズマ発生をなくするためのフロ−チャ−ト図である。
【図4】プラズマの発生状態を示した図である。
【図5】プラズマの発生状態の抑制を反射強度で説明する説明図である。
【図6】曲率可変ミラ−の制御でプラズマの発生状態の抑制を説明する説明図である。
【図7】曲率可変ミラ−の制御でプラズマの発生状態の抑制を説明する説明図である。
【図8】曲率可変ミラ−の制御でプラズマの発生状態の抑制を説明する説明図である。
【図9】プラズマ発生をなくするための他のフロ−チャ−ト図である。
【図10】アシストガス圧の制御でプラズマの発生状態の抑制を説明する説明図である。
【図11】従来のレ−ザ加工を行なったときの切断速度と時間との関係を示した図である。
【符号の説明】
1 レ−ザ加工装置
3 レ−ザ発振器
15 曲率可変ミラ−
17 レ−ザ加工ヘッド
19 集光レンズ
29 曲率可変ミラ−
31 アシストガス供給装置
35 アシストガス圧制御装置
37 圧力センサ
43 反射光検出装置
45 制御装置
47 曲率制御装置
57 反射光の設定値・メモリ
59 反射光の比較判断装置
61 アシストガスの設定値・メモリ
63 アシストガスの比較判断装置
Claims (8)
- レ−ザ発振器から出力されたレ−ザビ−ムを複数の曲率可変ミラ−で反射させた後、レ−ザ加工ヘッド内の集光レンズで集光せしめ、ついでアシストガスを伴い、この集光レンズで集光されたレ−ザビ−ムを加工すべきワークへ向けて照射せしめてワークにレ−ザ加工を行うレ−ザ加工方法において、前記ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を反射光検出装置で検出し、この検出された実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とを制御装置内で比較し、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう曲率制御装置で前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ発振器の近傍に設けられた曲率可変ミラ−の曲率を制御せしめることを特徴とするレ−ザ加工方法。
- レ−ザ発振器から出力されたレ−ザビ−ムを複数の曲率可変ミラ−で反射させた後、レ−ザ加工ヘッド内の集光レンズで集光せしめ、ついでアシストガスを伴い、この集光レンズで集光されたレ−ザビ−ムを加工すべきワークへ向けて照射せしめてワークにレ−ザ加工を行うレ−ザ加工方法において、前記ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を反射光検出装置で検出し、この検出された実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とを制御装置内で比較し、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう曲率制御装置で前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ加工ヘッドの近傍に設けられた曲率可変ミラ−の曲率を制御せしめることを特徴とするレ−ザ加工方法。
- レ−ザ発振器から出力されたレ−ザビ−ムを複数の曲率可変ミラ−で反射させた後、レ−ザ加工ヘッド内の集光レンズで集光せしめ、ついでアシストガスを伴い、この集光レンズで集光されたレ−ザビ−ムを加工すべきワークへ向けて照射せしめてワークにレ−ザ加工を行うレ−ザ加工方法において、前記ワークの切断箇所にプラズマが発生した場合、圧力センサでアシストガスの圧力を検出し、この検出された実際のアシストガスの圧力検出値と予め設定したアシストガスの設定値とを制御装置内で比較し、前記実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より大であると判断された場合には、前記実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より小となるようアシストガス圧制御装置で前記レ−ザ加工ヘッド内に供給されるアシストガスを制御せしめることを特徴とするレ−ザ加工方法。
- 加工速度と入力エネルギ−が一定となるようにパワ−コントロ−ル制御装置で加工速度と入力エネルギ−を制御せしめることを特徴とする請求項3記載のレ−ザ加工方法。
- レ−ザ発振器から出力されたレ−ザビ−ムを複数の曲率可変ミラ−で反射させた後、レ−ザ加工ヘッド内の集光レンズで集光せしめ、ついでアシストガスを伴い、この集光レンズで集光されたレ−ザビ−ムを加工すべきワークへ向けて照射せしめてワークにレ−ザ加工を行うレ−ザ加工装置において、前記ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を検出する反射光検出装置と、この検出された実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とを比較する制御装置と、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ発振器の近傍に設けられた第1曲率可変ミラ−の曲率を制御せしめる曲率制御装置と、を備えてなることを特徴とするレ−ザ加工装置。
- レ−ザ発振器から出力されたレ−ザビ−ムを複数の曲率可変ミラ−で反射させた後、レ−ザ加工ヘッド内の集光レンズで集光せしめ、ついでアシストガスを伴い、この集光レンズで集光されたレ−ザビ−ムを加工すべきワークへ向けて照射せしめてワークにレ−ザ加工を行うレ−ザ加工装置において、前記ワークの切断箇所に発生したプラズマの反射光を検出する反射光検出装置と、この検出された実際の反射光の検出値と予め設定した反射光の設定値とを比較する制御装置と、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より大であると判断された場合には、前記実際の反射光の検出値が予め設定した反射光の設定値より小となるよう前記複数の曲率可変ミラ−のうち前記レ−ザ加工ヘッドの近傍に設けられた第2曲率可変ミラ−の曲率を制御せしめる曲率制御装置と、を備えてなることを特徴とするレ−ザ加工装置。
- レ−ザ発振器から出力されたレ−ザビ−ムを複数の曲率可変ミラ−で反射させた後、レ−ザ加工ヘッド内の集光レンズで集光せしめ、ついでアシストガスを伴い、この集光レンズで集光されたレ−ザビ−ムを加工すべきワークへ向けて照射せしめてワークにレ−ザ加工を行うレ−ザ加工装置において、前記ワークの切断箇所にプラズマが発生した場合、アシストガスの圧力を検出する圧力センサと、この検出された実際のアシストガスの圧力検出値と予め設定したアシストガスの設定値とを比較する制御装置と、前記実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より大であると判断された場合には、前記実際のアシストガスの圧力検出値が予め設定したアシストガスの設定値より小となるよう前記レ−ザ加工ヘッド内に供給されるアシストガスを制御せしめるアシストガス圧制御装置と、を備えてなることを特徴とするレ−ザ加工装置。
- 加工速度と入力エネルギ−が一定となるように加工速度と入力エネルギ−を制御せしめるパワ−コントロ−ル制御装置、を備えてなることを特徴とする請求項7記載のレ−ザ加工装置。
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