JP6535478B2 - レーザ光によるワークの前処理方法及びレーザ加工機 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光によるワークの前処理方法及びレーザ加工機に係り、特に、曲げ加工又は溶接の前にワークに対して行う酸化被膜層やメッキ層などの表面付着層の除去処理を、短時間に実行できるレーザ光によるワークの前処理方法及びレーザ加工機に関する。

母材の表面にめっき層や酸化被膜層などの表面付着層が形成されたワークに対して加工を施す際には、一般的に、少なくとも加工部位を含む範囲の表面付着層を予め除去する前処理が行われる。
例えば、熱間圧延鋼板などのワークを曲げ加工する場合、表面の酸化被膜層が剥離して金型に付着する場合がある。酸化被膜層が金型に付着すると、以降の曲げ加工における鋼板の滑りが悪くなって製品に傷がつく、金型の寿命が短くなる、などの不具合が生じ得る。
また、熱間圧延鋼板に通電を利用するスポット溶接やスタッド溶接をする場合、表面の酸化被膜層が絶縁材として作用するため、酸化被膜層は除去されていることが望まれる。

そのため、前処理として、曲げ加工に際しては、山側となる面の曲げ部位近傍の酸化被膜層を、またスポット溶接やスタッド溶接に際しては、溶接部位近傍の酸化被膜層を、手作業によりサンダーやワイヤブラシなどで予め除去しておくことが行われている。

一方で、レーザ加工機が導入されている加工現場も多く、特許文献１には、亜鉛メッキ鋼板を溶接する際の前処理として、溶接部位の亜鉛メッキ層を、焦点位置をずらしたレーザ光の照射によって除去する技術が開示されている。

特開昭６３−１１２０８８号公報

前処理としての表面付着層の除去を、サンダーやワイヤブラシを用いた手作業で行う方法は、粉塵が多量に出ること、作業者の負担が大きいという点で改善が望まれる。
また、前処理としての表面付着層の除去を、手作業ではなく特許文献１のようにレーザ光で行うと、作業者の負担はほとんど生じないものの、除去範囲が広い場合には、加工ヘッドを多数回往復移動させるなどで移動時間が長くなり、効率の点で改善が望まれる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、表面付着層を短時間で除去できるレーザ光によるワーク前処理方法及びレーザ加工機を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は次の手順、構成を有する。
１） ワークの表面付着層をレーザ光の照射によって除去する、レーザ光によるワークの前処理方法において、
前記レーザ光を、パルス幅が１００ピコ秒以下であって焦点位置での光束が長さＤｃの線分状となるパルスレーザ光とし、
前記パルスレーザ光を前記表面付着層に合焦させるステップと、
前記表面付着層に合焦させ長さＤｃの線分状の前記光束として照射している前記パルスレーザ光を回動して、前記表面付着層を長さＤｃと等しい直径の円形に除去する除去ステップと、を含むことを特徴とするレーザ光によるワークの前処理方法である。
２） ワークの表面付着層の所定範囲をレーザ光を照射しながら移動させることによって除去する、レーザ光によるワークの前処理方法において、
前記レーザ光を、パルス幅が１００ピコ秒以下であって焦点位置での光束が長さＤｃの線分状となるパルスレーザ光とし、
前記パルスレーザ光を前記表面付着層に合焦させるステップと、
前記パルスレーザ光の移動方向をＹ方向としたときに、前記所定範囲の第１の方向の幅Ｄｂが前記長さＤｃと等しい場合に前記第１の方向を前記Ｙ方向と直交するＸ方向に設定し、前記幅Ｄｂが前記長さＤｃよりも小さい場合に前記光束を回動して前記光束の前記Ｘ方向の長さを前記長さＤｃと等しく設定する照射幅調整ステップと、
前記照射幅調整ステップの後に、前記パルスレーザ光を前記Ｙ方向に移動して前記表面付着層の前記所定範囲を除去する除去ステップと、
を含むことを特徴とするレーザ光によるワークの前処理方法である。
３） ワークの表面付着層を除去するレーザ光を出射する除去用加工ヘッドと、
後工程で前記ワークに曲げ加工が施される場合に、前記曲げ加工における曲げ半径及びダイ金型の幅寸法を含む加工情報に基づいて前記ワークの表面付着層の除去範囲を求めると共に、前記除去用加工ヘッドから前記ワークに向け出射するレーザ光の光束形状と照射経路とを前記除去範囲に応じて設定する制御部と、
を備えたレーザ加工機である。
４） 前記ワークが載置されるワークテーブルと、
前記ワークテーブルに載置された前記ワークを切断するレーザ光を出射する切断用加工ヘッドと、
前記除去用加工ヘッドを、前記レーザ光を前記ワークに合焦させた状態で前記ワークに沿って移動させる駆動部と、
を備え、
前記除去用加工ヘッドは、
前記レーザ光を、パルス幅が１００ピコ秒以下であって焦点位置での光束形状が線分状となるパルスレーザ光として出射すると共に、出射した前記パルスレーザ光を前記ワークテーブルに載置された前記ワークの表面に合焦可能であることを特徴とする３）に記載のレーザ加工機である。
５） 前記除去用加工ヘッドは、シリンドリカルレンズを有し、前記パルスレーザ光は、前記シリンドリカルレンズを通して焦点位置での光束形状が線分状になることを特徴とする４）に記載のレーザ加工機である。
６） 前記シリンドリカルレンズを、前記シリンドリカルレンズの中心軸線まわりに回動させる回動部を備えていることを特徴とする５）に記載のレーザ加工機である。
７） 前記除去用加工ヘッドと前記切断用加工ヘッドとは、前記駆動部により一体的に移動することを特徴とする４）〜６）のいずれか一つに記載のレーザ加工機である。

本発明によれば、表面付着層を短時間で除去できる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工機の実施例であるレーザ加工機１の全体構成を説明するための斜視図である。 図２は、レーザ加工機１の構成を説明するためのブロック図である。 図３は、レーザ加工機１に備えられた前処理ヘッド３ｅの構成を説明するための模式的斜視図である。 図４は、曲げ加工の前処理を説明するための側方視の断面図であり、（ａ）は、切断加工品Ｗａをダイ金型ＫＤに載置した状態を示し、（ｂ）は、切断加工品Ｗａに対しダイ金型ＫＤとパンチ金型ＫＰにより曲げ加工が施されている途中の状態を示した図である。 図５は、前処理ヘッド３ｅによる切断加工品２ａの前処理途中の状態を説明するための模式的斜視図である。 図６は、集光部ＬＢｅ２の照射幅調整を説明するための図である。 図７は、レーザ加工機１によって得られた前処理品Ｗｂを説明するための斜視図である。 図８は、スタッド溶接の前処理を説明するための斜視図であり、（ａ）は、切断加工品ＷａにナットＮをスタッド溶接した後の状態を示し、（ｂ）は、被膜除去部Ｗａ３の形成途中の状態を示し、（ｃ）は、被膜除去部Ｗａ３を形成した後の状態を示した図である。 図９は、被膜除去部Ｗａ３を矩形に形成する方法を説明するための斜視図であり、（ａ）は、矩形の被膜除去部Ｗａ３の形成途中の状態を示し、（ｂ）は、矩形の被膜除去部Ｗａ３を形成した後の状態を示した図である。 図１０は、被膜除去部Ｗａ３を平行四辺形に形成する方法を説明するための平面図であり、（ａ）は、平行四辺形の被膜除去部Ｗａ３の形成途中の状態を示し、（ｂ）は、平行四辺形の被膜除去部Ｗａ３を形成した後の状態を示した図である。 図１１は、すみ肉溶接による重ね継手を形成する場合の前処理について説明する断面図である。 図１２は、曲げ加工の前処理の変形例を説明するための側方視の断面図であり、（ａ）は、切断加工品Ｗａをダイ金型ＫＤに載置した状態を示し、（ｂ）は、切断加工品Ｗａに対しダイ金型ＫＤとパンチ金型ＫＰにより曲げ加工が施されている途中の状態を示した図である。 図１３は、曲げ加工の前処理の変形例で得られた前処理品Ｗｂ１を説明するための斜視図である。

本発明の実施の形態に係るレーザ加工機の実施例として、レーザ加工機１を図１及び図２を参照して説明する。

レーザ加工機１は、ファイバレーザ加工機である。
レーザ加工機１は、レーザ光源であるファイバレーザ発振器２と、ファイバレーザ発振器２から出力されたレーザ光をワークＷに照射してワークＷに切断加工や前処理（詳細は後述）などを施す本体部３と、レーザ加工機１の全体の動作を制御する制御部４ａ及び記憶部４ｂを有する制御装置４と、を含んで構成されている。

制御装置４には、外部のデータサーバ等から加工プログラムを含む加工情報が供給される。加工情報には、加工プログラムの他に、加工するワークＷの材質，加工寸法，或いは前処理情報などのレーザ加工機１で施す加工に必要な情報と、レーザ加工機１での加工後に行う二次加工に関する二次加工情報と、が含まれる。
二次加工は、例えば曲げ加工や溶接加工である。
供給された加工情報は記憶部４ｂに記憶され、制御部４ａにより参照される。

ファイバレーザ発振器２は、切断用発振器２ａと前処理用発振器２ｂとを有する。
切断用発振器２ａは、レーザ光を、例えば０．２〜５０ｍｓのパルス幅のパルスレーザとして出力可能である。
前処理用発振器２ｂは、レーザ光を、例えば１００ピコ秒以下のパルス幅のパルスレーザとして出力可能である。この範囲のパルス幅を有するパルスレーザ光は、いわゆる短パルスレーザ光、超短パルスレーザ光などと称される。
ファイバレーザ発振器２の動作は、制御部４ａにより制御される。

本体部３は、ワークＷが載置される矩形領域の載置部３ａ１を有するワークテーブル３ａと、ワークテーブル３ａに設けられ、載置部３ａ１を短手方向（Ｙ方向）で跨ぎ、上方に凸となるアーチ状のＸ軸キャリッジ３ｂと、を有している。
Ｘ軸キャリッジ３ｂは、Ｘ駆動部５ａ（図２参照）によりＸ方向に移動可能とされている。
Ｘ軸キャリッジ３ｂには、Ｙ軸キャリッジ３ｃがＹ方向に移動可能に取り付けられている。Ｙ軸キャリッジ３ｃは、Ｙ駆動部５ｂ（図２参照）によりＹ方向に移動する。
Ｙ軸キャリッジ３ｃには、切断ヘッド３ｄ及び切断ヘッド３ｄに一体並設された前処理ヘッド３ｅが、Ｚ駆動部５ｃ（図２参照）によりＺ方向（Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向）に移動可能に取り付けられている。
すなわち、切断ヘッド３ｄと前処理ヘッド３ｅとは、Ｘ駆動部５ａ及びＹ駆動部５ｂの動作によって一体的に移動する。
Ｘ駆動部５ａ，Ｙ駆動部５ｂ，及びＺ駆動部５ｃの動作は、制御部４ａにより制御される。その際、各駆動部５ａ〜５ｃの動作情報は、各駆動部５ａ〜５ｃに備えられたエンコーダ等により制御部４ａにフィードバックされる。
切断ヘッド３ｄは、ワークＷ切断するための切断加工用ヘッドである。
前処理ヘッド３ｅは、前処理として後述するワークの表面付着層除去をするための除去用加工ヘッドである。

切断用発振器２ａと切断ヘッド３ｄとの間は、プロセスファイバ６ａで接続されている。切断ヘッド３ｄには、プロセスファイバ６ａを通して切断用発振器２ａから出力されたレーザ光が供給される
前処理用発振器２ｂと前処理ヘッド３ｅとの間は、プロセスファイバ６ｂで接続されている。前処理ヘッド３ｅには、プロセスファイバ６ｂを通して前処理用発振器２ｂから出力された短パルス或いは超短パルスのレーザ光が供給される。

切断ヘッド３ｄは、切断用発振器２ａから供給されたレーザ光に対し所定の光学的処理を施して、ノズル３ｄ１から下方の載置部３ａ１に向けレーザ光ＬＢｄを照射する。レーザ光ＬＢｄのビーム横断面形状は、円形となるように光学処理されている。
前処理ヘッド３ｅは、前処理用発振器２ｂから供給されたパルスレーザ光に対し所定の光学的処理を施して、ノズル３ｅ１から下方の載置部３ａ１に向けパルスレーザ光ＬＢｅを照射する。パルスレーザ光ＬＢｅのビームの横断面形状は、略細長矩形となるように光学処理されている。以下、パルスレーザ光ＬＢｅを、単にレーザ光ＬＢｅとも称する。

次に、前処理ヘッド３ｅの構成例を、模式的斜視図である図３を主に参照して説明する。
前処理ヘッド３ｅは、シリンドリカルレンズ７と、シリンドリカルレンズ７を保持し周面にギヤ８ａが形成されたレンズホルダ８と、レンズホルダ８のギヤ８ａに歯合するピニオン９ａが出力軸９ｂに取り付けられたモータ９と、を有している。モータ９の動作は制御部４ａにより制御される。

シリンドリカルレンズ７は、円筒面なる凸面７ａと平面７ｂとが対向して横断面形状が一定となる柱状を呈する。
シリンドリカルレンズ７は、レンズホルダ８によって、平面７ｂが下方側で水平となるように保持されている。
シリンドリカルレンズ７の光軸（平面）に含まれる中心軸線ＣＬ１はノズル３ｅ１の中心軸線と一致し、中心軸線ＣＬ１上の上方には、プロセスファイバ６ｂの端部を含む前群光学系３ｅ２が配置されている。中心軸線ＣＬ１は、シリンドリカルレンズ７の光軸（平面状）の中央位置において平面７ｂに直交する仮想線である。

この構成において、前処理用発振器２ｂからプロセスファイバ６ｂを介して供給されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ７に対し前群光学系３ｅ２から中心軸線ＣＬ１に沿ってレーザ光ＬＢｅ１として入光し、シリンドリカルレンズ７における屈折で、楔状の光束を呈するレーザ光ＬＢｅとして下方に出射するようになっている。
レーザ光ＬＢｅは、シリンドリカルレンズ７の主点位置Ｐから下方に距離ｆだけ隔てた焦点位置Ｆにおいて、光束形状が線分状となるように集光する。この線分状に集光した部分を集光部ＬＢｅ２とする。
前群光学系３ｅ２は、例えばビームエキスパンダを有して焦点調節機能を備え、焦点位置Ｆを上下に移動できるようになっている。この焦点調節は制御部４ａによって制御される。

シリンドリカルレンズ７は、モータ９の回転によりレンズホルダ８と共に中心軸線ＣＬ１まわりに回動する（矢印ＤＲａ参照）。この回動方向は、モータ９の回転方向に応じて決まる。
シリンドリカルレンズ７は横断面形状が一定となる柱状であるから、主点は線分となる。レンズホルダ８を回動させてこの線分の延在方向をＸ方向にした状態（図３に示される状態）を、以下、基準状態と称する。
レンズホルダ８とピニオン９ａを備えたモータ９とを含んで、シリンドリカルレンズ７を回動させる回動部ＫＫが構成される。

以上の構成を有するレーザ加工機１によってワークＷを切断する場合は、レーザ光ＬＢｄの合焦のため、Ｚ駆動部５ｃを動作させて切断ヘッド３ｄを上下させる、或いは切断ヘッド３ｄの光学系（図示せず）による焦点調節を行い、切断ヘッド３ｄからレーザ光ＬＢｄをワークＷに合焦するように照射する。
このレーザ光ＬＢｄの照射と共に、図１に示されるＸ軸キャリッジ３ｂ及びＹ軸キャリッジ３ｃを、それぞれＸ方向及びＹ方向に任意に移動させることで、所望の経路で切断が行われる。

レーザ加工機１によって切断加工した切断加工品Ｗａに、さらに曲げ加工或いは溶接を行う場合、このレーザ加工機１を用い、前処理として必要な範囲の表面付着層を除去する。この前処理は、切断加工の前後いずれに行ってもよい。
表面付着層は、例えば、母材の表面に形成されためっき層或いは酸化被膜層である。
次に、この前処理について説明する。ここでは、切断加工して得たワークＷａ（以下、切断加工品Ｗａとも称する）に対し前処理を行うこととし、曲げ加工の前処理の場合、溶接の例としてスタッド溶接の前処理の場合、の順に説明する。

（曲げ加工の前処理の場合）
例えば、レーザ加工機１で切断加工した切断加工品Ｗａを、曲げ加工機によってＶ曲げする場合について、図４（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
図４（ａ）は、曲げ加工のために、切断加工品Ｗａを曲げ加工機のダイ金型ＫＤに載置した状態を示し、図４（ｂ）は、切断加工品Ｗａに対し、ダイ金型ＫＤとパンチ金型ＫＰとの協働によって曲げ加工が施されている途中の状態が示されている。

切断加工品Ｗａは、母材Ｗａａの両面に表面付着層として酸化被膜層Ｗａ２が形成されている。酸化被膜層Ｗａ２の厚さは、理解容易のため厚く誇張して記載されている。

図４（ａ）に示される、切断加工品Ｗａがダイ金型ＫＤに載置された状態では、切断加工品Ｗａのダイ金型ＫＤ側の面Ｗａ１における、ダイ金型ＫＤと接触する二ヶ所の金型接触範囲ＡＲａが、擦れなどによって酸化被膜層Ｗａ２の剥離が生じ得る。
また、図４（ｂ）に示される曲げ加工状態では、面Ｗａ１は曲げの外側となり、面Ｗａ１の曲げによって曲げ半径に対応した凸曲面となる範囲ＡＲｂが、酸化被膜層Ｗａ２の剥離が生じ得る。

ここで範囲ＡＲｂは、二ヶ所の金型接触範囲ＡＲａの間に位置する。
そこで、二ヶ所ある金型接触範囲ＡＲａの両外側間の距離Ｄａに対し、片側αを余裕分として両側の２αを加えた距離Ｄｂ（Ｄｂ＝Ｄａ＋２α）の幅で、切断加工品Ｗａの面Ｗａ１の酸化被膜層Ｗａ２を除去する前処理を行う。距離Ｄａは、ダイ金型ＫＤの厚さに相当する。

図５は、前処理途中の状態を模式的に示す斜視図である。
前処理では、まず、ワークテーブル３ａの載置部３ａ１に、切断加工品Ｗａを、面Ｗａ１を上向きとし曲げ加工における曲げ線ＬＮｍがＹ方向となるように載置する。曲げ線ＬＮｍは仮想線である。
次に、前処理ヘッド３ｅを、中心軸線ＣＬ１が曲げ線ＬＮｍと交わる位置に移動し、ノズル３ｅ１からレーザ光ＬＢｅを切断加工品Ｗａの面Ｗａ１に照射しながら、曲げ線ＬＮｍに沿う経路でＹ方向に移動させる。

図６に示されるように、基準状態において、レーザ光ＬＢｅの集光部ＬＢｅ２の長さＤｃ（図３も参照）が、酸化被膜層Ｗａ２を除去しようとする範囲の幅である距離Ｄｂよりも大きい場合、制御部４ａは、モータ９を駆動してレンズホルダ８を回動させ（矢印ＤＲｂ）、集光部ＬＢｅ２のＸ方向の距離を距離Ｄｂにする。
この集光部ＬＢｅ２のＸ方向の距離と除去範囲幅の距離Ｄｂとを一致させる調整を、以下、照射幅調整と称する。
長さＤｃが距離Ｄｂと等しい場合、照射幅調整は不要であり、基準状態でＹ方向に移動する。
長さＤｃが距離Ｄｂよりも短い場合は、照射経路としての複数回のＹ方向の移動を、それぞれの照射位置をＸ方向にずらして行う。これにより。所望の除去範囲幅で酸化被膜層Ｗａ２を除去することができる。
すなわち、いずれの場合も、線分状の集光部ＬＢｅ２を、その線分の延びる方向と交わる方向に移動させる。
これにより、スポット状のレーザ光を移動させる場合と比べて短時間に広範囲の酸化被膜を除去できる。

レーザ光ＬＢｅは、パルス幅が例えば１００ピコ秒以下の短パルスレーザ或いは超短パルスレーザである。これにより、前処理用発振器２ｂの発振出力を調整し、レーザ光ＬＢｅを、例えば、除去すべき酸化被膜層Ｗａ２に合焦して照射することで、いわゆるレーザピーニングの作用と同様に超高圧のプラズマを発生させ、その発生に伴う衝撃波と急速加熱による膨張とによって表面の酸化被膜層Ｗａ２を、剥離させることができる。
すなわち、集光部ＬＢｅ２が通過した範囲の酸化被膜層Ｗａ２が剥離して母材Ｗａａが露出した被膜除去部Ｗａ３が得られる。

レーザ加工機１を用い、前処理ヘッド３ｅによるレーザ光ＬＢｅの照射を、切断加工品Ｗａの曲げ線ＬＮｍに沿って対向縁間に亘り行うことで、図７に示されるような帯状の被膜除去部Ｗａ３が形成された前処理品Ｗｂが得られる。
この前処理品Ｗｂを曲げ線ＬＮｍに沿って曲げ加工しても、剥離する虞のある範囲の酸化被膜層Ｗａ２が予め除去されているので、製品に傷がつく、金型の寿命が短くなる、などの不具合が生じることはない。
また、線分状の集光部ＬＢｅ２の照射範囲が除去範囲となるので、広い範囲の除去が、前処理ヘッド３ｅの１回の直動又は少ない回数の直動で可能となる。従って、高効率で表面付着層である酸化被膜層Ｗａ２を除去できる。

二次加工である曲げ加工に対応して前処理を行う切断加工品Ｗａの形状，物性などの加工情報と、曲げ位置，曲げ長さ，曲げ半径，ダイ金型及びパンチ金型の寸法等の二次加工情報とは、前処理に必要な情報（前処理情報）として予め記憶部４ｂに記憶されている。
制御部４ａは、記憶部４ｂに記憶された前処理情報を参照して前処理用発振器２ｂ，Ｘ〜Ｚ駆動部５ａ〜５ｃ，及びモータ９の動作を制御する。

（スタッド溶接の前処理の場合）
次に、レーザ加工機１で切断加工した切断加工品Ｗａに対して、スタッドやナットなどの部材をスタッド溶接する場合の前処理について、図８（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。

図８（ａ）は、切断加工品Ｗａに、ナットＮをスタッド溶接した後の状態を示している。具体的には、ナットＮの中心軸線ＣＬ２を中心とする直径Ｄｄの範囲について、酸化被膜層Ｗａ２を除去した被膜除去部Ｗａ３が形成されている。
この被膜除去部Ｗａ３は、例えば次のように形成することができる。

図８（ｂ）に示されるように、制御部４ａは、ノズル３ｅ１の中心軸線ＣＬ１が、ナットＮの溶接位置の中心軸線ＣＬ２と合致するように、前処理ヘッド３ｅを移動する。併せてレンズホルダ８を基準状態とする。
そして、制御部４ａは、レーザ光ＬＢｅを、酸化被膜層Ｗａ２に合焦させるように照射する。
次いで、制御部４ａは、モータ９を駆動してレンズホルダ８を回動させる（矢印ＤＲｃ）。これにより、酸化被膜層Ｗａ２に照射された集光部ＬＢ２ｅは、回動と共に扇状に照射済み範囲を拡張していく。すなわち、レーザ光ＬＢｅの照射経路は弧状となる。

図８（ｂ）は、この回動途中の角度θａだけ回動した状態が斜視図として示されている。
図８（ｂ）に示されるように、集光部ＬＢ２ｅが回動照射された範囲は、曲げ加工の前処理の場合と同様に、衝撃波と急速加熱による膨張とによって酸化被膜層Ｗａ２が剥離し、母材Ｗａａが露出した被膜除去部Ｗａ３となっている。
レンズホルダ８を３６０°回動させると、集光部ＬＢｅ２の照射範囲が円形となる。すなわち、直径Ｄｄの値が集光部ＬＢ２ｅの長さＤｃの値と等しい円形の被膜除去部Ｗａ３が得られる〔図８（ｃ）参照〕。

スタッド溶接に際して前処理を行う切断加工品Ｗａの形状，物性，溶接位置，溶接する部材等の前処理に必要な前処理情報は、予め記憶部４ｂに記憶されている。制御部４ａは、前処理情報を参照して前処理用発振器２ｂ，Ｘ〜Ｚ駆動部５ａ〜５ｃ，及びモータ９の動作を制御する。

被膜除去部Ｗａ３は、円形に限らず、他の種々の形状に形成することができる。
例えば、被膜除去部Ｗａ３を矩形に形成する例が、模式的斜視図である図９に示される。
図９（ａ）に示されるように、集光部ＬＢｅ２がＸ方向を向くようにレンズホルダ８を基準状態とし、レーザ光ＬＢｅを酸化被膜層Ｗａ２に合焦させて回動させず維持したままＹ方向に移動させる。
これにより、図９（ｂ）に示される、母材Ｗａａが露出した平面視で矩形の被膜除去部Ｗａ３を有する前処理品Ｗｂが得られる。

また、被膜除去部Ｗａ３を平行四辺形で形成する例が、模式的平面図である図１０に示される。
図１０（ａ）に示されるように、集光部ＬＢｅ２がＸ方向に対し所望の角度θｂで傾くように、レンズホルダ８を基準状態から所望の角度θｂだけ回動した状態とし、レーザ光ＬＢｅを酸化被膜層Ｗａ２に合焦させてその状態を維持したままＹ方向に移動させる。
これにより、図１０（ｂ）に示される、母材Ｗａａが露出した平面視で平行四辺形の被膜除去部Ｗａ３を有する前処理品Ｗｂが得られる。

上述のように、レーザ加工機１を用い、前処理ヘッド３ｅによるレーザ光ＬＢｅの照射を切断加工品Ｗａの溶接位置に応じた所定範囲に行いつつ、レンズホルダ８の回動と前処理ヘッド３ｅのＹ方向の移動とのいずれかの動作、又は組み合わせ動作を行うことで、所望形状の被膜除去部Ｗａ３が形成された前処理品Ｗｂが得られる。
この被膜除去部Ｗａ３は、線分状の集光部ＬＢｅ２の照射範囲として形成されるので、従来の円形スポット状の集光部を用いた場合と比べて、広い範囲の除去が短時間に行える。従って、高効率で表面付着層である酸化被膜層Ｗａ２を除去できる。
得られた前処理品Ｗｂは、溶接位置を含むその近傍範囲が、母材Ｗａａの露出した被膜除去部Ｗａ３とされているので、スポット溶接或いはスタッド溶接等の通電を利用した溶接を良好に行うことができる。

また、通電を利用した溶接以外の、いわゆる突き当て溶接、すみ肉溶接を行う場合にも、予め必要な範囲の表面付着層を除去した被膜除去部を形成しておくことで、溶接を良好に行うことができる。
これについて、図１１に示されるように、すみ肉溶接による重ね継手を形成する場合を例にして説明する。

この例は、レーザ加工機１を用いて二枚の切断加工品Ｗｄ１，Ｗｄ２を切断形成し、それぞれの端部同士を重ねあわせて重ね継手を形成するものである。
重ね合わせる範囲を、それぞれの端部から距離Ｄｆの範囲とすると、切断加工品Ｗｄ１，Ｗｄ２それぞれの重ね合わせられる面において、端部から、距離Ｄｆに溶接のビードＢＤの脚長Ｄｇを加えた値に余裕分を加えた距離Ｄｅ１，Ｄｅ２の範囲について、前処理として表面付着層Ｗｅ１，Ｗｅ２を除去し、被膜除去部Ｗｆ１，Ｗｆ２を形成しておく。
これにより、切断加工品Ｗｄ１，Ｗｄ２の重ね合わせ範囲と、ビードＢＤの形成される範囲と、が、母材の露出した範囲となる。そのため、重ね合わせの精度が高く、溶接が良好に行える。

この被膜除去部Ｗｆ１，Ｗｆ２は比較的広い面積を必要とするが、その形成も、線分状の集光部ＬＢｅ２の照射範囲として形成でき、集光部ＬＢｅ２の光束形状が円形スポットの場合と比べて短時間で行える。従って、高効率で表面付着層を除去できる。

曲げ加工の前処理と溶接の前処理とのいずれにおいても、制御部４ａは、前処理ヘッド３ｅを移動中、前処理ヘッド３ｅから出射したレーザ光ＬＢｅの切断加工品Ｗａの表面付着層Ｗａ２への合焦を維持するようにＺ駆動部５ｃ或いは前群光学系３ｅ２を制御する。

上述のように、レーザ加工機１は、レーザ加工機１での加工後にワークに施される二次加工（曲げ加工、溶接加工など）の加工内容に基づいて、必要な範囲の表面付着層Ｗａ２を除去する。
表面付着層Ｗａ２の除去範囲の取得や除去に関する可変条件の最適化設定は、例えば、外部の自動プログラミング装置（図示せず）又はレーザ加工機１の制御部４ａで行う。

前者の場合、自動プログラミング装置において、予め二次加工の加工内容、例えば、曲げ加工について曲げ半径及びダイ金型ＫＤの幅寸法、溶接加工については被溶接物の外形形状、に基づいて、表面付着層の除去範囲を算出する。また、可変条件として、除去のために照射するレーザ光ＬＢｅの光束形状及び照射経路を最適化し設定する。
そして、算出した除去範囲、並びに、設定した光束形状及び照射経路を含む表面付着層除去加工プログラムを作成し、通常のワーク切断加工プログラムと共に、制御装置４に読み込ませて適宜実行させる。

後者の場合、制御部４ａは、自動プログラミング装置から送出された通常のワーク切断加工プログラムを含む加工情報と、二次加工情報と、を読み込み、これらの情報に基づいて、表面付着層の除去範囲を算出する。また、可変条件として、除去のために照射するレーザ光の光束形状及び照射経路を最適化して設定する。
そして、算出した除去範囲、並びに、設定した光束形状及び照射経路を含む表面付着層除去加工プログラムを作成し適宜実行する。

本発明の実施例は、上述した手順、構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよい。
切断ヘッド３ｄと前処理ヘッド３ｅとは、一体的に移動するものに限定されない。それぞれ独立してＸ方向及びＹ方向に移動可能に構成してもよい。
回動部ＫＫにおけるシリンドリカルレンズ７を回動させる構造は、ギヤ及びモータを用いるものに限らない。他の回動手段で構成してもよい。
表面付着層の例として、めっき層或いは酸化被膜層を説明したが、母材，めっき層，酸化被膜層の表面に貼付した保護フィルムも、同様に除去できるので、表面付着層として扱ってよい。

表面付着層の除去範囲の設定において、実施例では、ダイ金型ＫＤの幅に対応する距離Ｄａに余裕分２αを加えた、（Ｄａ＋２α）の幅すべてを除去する例を説明した。
これに限らず、図１２に示されるように、ワークＷがダイ金型ＫＤと接触する一対の金型接触範囲ＡＲａの内側にそれぞれ余裕分β１を設定すると共に、曲げの範囲ＡＲｂの外側にもそれぞれ余裕分β２を設定してもよい
例えば、ダイ金型ＫＤの幅が比較的広い場合、或いは、ダイ金型の幅に対して曲げ半径が比較的小さい場合は、一対の余裕分β１の内側間距離である距離Ｄｈ１が、曲げの範囲ＡＲｂの幅方向の延面距離ＡＲｂ１（図４参照）に一対の余裕分β２×２を加えた延面距離Ｄｈ２よりも大きくなる。
この場合、図１３に示されるように、金型接触範囲ＡＲａに余裕分（α＋β１）を含めて対応する被膜除去部Ｗａ３ａの一対と、曲げの範囲ＡＲｂに余裕分（β２×２）を含めた延面距離Ｄｈ２に対応する被膜除去部Ｗａ３ｂと、の三か所に独立した除去範囲を設ける。すなわち、帯状の被膜除去部Ｗａ３ａの一対と被膜除去部Ｗａ３ｂとが形成された前処理品Ｗｂ１が得られる。
これにより、表面付着層の除去が実質的に必要な範囲のみを除去するので、前処理効率が向上する。

１ レーザ加工機
２ ファイバレーザ発振器
２ａ 切断用発振器、 ２ｂ 前処理用発振器
３ 本体部
３ａ ワークテーブル、 ３ａ１ 載置部、 ３ｂ Ｘ軸キャリッジ
３ｃ Ｙ軸キャリッジ、 ３ｄ 切断ヘッド、 ３ｄ１ ノズル
３ｅ 前処理ヘッド、 ３ｅ１ ノズル、 ３ｅ２ 前群光学系
４ 制御装置、 ４ａ 制御部、 ４ｂ 記憶部
５ａ Ｘ駆動部、 ５ｂ Ｙ駆動部、 ５ｃ Ｚ駆動部
６ａ，６ｂ プロセスファイバ
７ シリンドリカルレンズ、 ７ａ 凸面、 ７ｂ 平面
８ レンズホルダ、 ８ａ ギヤ
９ モータ、 ９ａ ピニオン、 ９ｂ 出力軸
ＡＲａ 金型接触範囲、 ＡＲｂ 範囲
ＢＤ ビード
ＣＬ１，ＣＬ２ 中心軸線
Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｆ，Ｄｅ１，Ｄｅ２，ｆ 距離、 Ｄｃ 長さ
Ｄｄ 直径、 Ｄｇ 脚長
Ｆ 焦点位置
ＫＫ 回動部
ＫＤ ダイ金型、 ＫＰ パンチ金型
ＬＢｄ，ＬＢｅ，ＬＢｅ１ レーザ光、 ＬＢｅ２ 集光部
ＬＮｍ 曲げ線
Ｎ ナット
Ｐ 主点位置
Ｗ ワーク
Ｗａ，Ｗｄ１，Ｗｄ２ 切断加工品、 Ｗａａ 母材、 Ｗａ１ 面
Ｗａ２ 酸化被膜層（表面付着層）、 Ｗａ３ 被膜除去部
Ｗｂ，Ｗｂ１ 前処理品、 Ｗｅ１，Ｗｅ２ 表面付着層
Ｗｆ１，Ｗｆ２ 被膜除去部
θａ，θｂ 角度

Claims (7)

1. ワークの表面付着層をレーザ光の照射によって除去する、レーザ光によるワークの前処理方法において、
   前記レーザ光を、パルス幅が１００ピコ秒以下であって焦点位置での光束が長さＤｃの線分状となるパルスレーザ光とし、
   前記パルスレーザ光を前記表面付着層に合焦させるステップと、
   前記表面付着層に合焦させ長さＤｃの線分状の前記光束として照射している前記パルスレーザ光を回動して、前記表面付着層を長さＤｃと等しい直径の円形に除去する除去ステップと、を含むことを特徴とするレーザ光によるワークの前処理方法。
2. ワークの表面付着層の所定範囲をレーザ光を照射しながら移動させることによって除去する、レーザ光によるワークの前処理方法において、
   前記レーザ光を、パルス幅が１００ピコ秒以下であって焦点位置での光束が長さＤｃの線分状となるパルスレーザ光とし、
   前記パルスレーザ光を前記表面付着層に合焦させるステップと、
   前記パルスレーザ光の移動方向をＹ方向としたときに、前記所定範囲の第１の方向の幅Ｄｂが前記長さＤｃと等しい場合に前記第１の方向を前記Ｙ方向と直交するＸ方向に設定し、前記幅Ｄｂが前記長さＤｃよりも小さい場合に前記光束を回動して前記光束の前記Ｘ方向の長さを前記長さＤｃと等しく設定する照射幅調整ステップと、
   前記照射幅調整ステップの後に、前記パルスレーザ光を前記Ｙ方向に移動して前記表面付着層の前記所定範囲を除去する除去ステップと、
   を含むことを特徴とするレーザ光によるワークの前処理方法。
3. ワークの表面付着層を除去するレーザ光を出射する除去用加工ヘッドと、
   後工程で前記ワークに曲げ加工が施される場合に、前記曲げ加工における曲げ半径及びダイ金型の幅寸法を含む加工情報に基づいて前記ワークの表面付着層の除去範囲を求めると共に、前記除去用加工ヘッドから前記ワークに向け出射するレーザ光の光束形状と照射経路とを前記除去範囲に応じて設定する制御部と、
   を備えたレーザ加工機。
4. 前記ワークが載置されるワークテーブルと、
   前記ワークテーブルに載置された前記ワークを切断するレーザ光を出射する切断用加工ヘッドと、
   前記除去用加工ヘッドを、前記レーザ光を前記ワークに合焦させた状態で前記ワークに沿って移動させる駆動部と、
   を備え、
   前記除去用加工ヘッドは、
   前記レーザ光を、パルス幅が１００ピコ秒以下であって焦点位置での光束形状が線分状となるパルスレーザ光として出射すると共に、出射した前記パルスレーザ光を前記ワークテーブルに載置された前記ワークの表面に合焦可能であることを特徴とする請求項３記載のレーザ加工機。
5. 前記除去用加工ヘッドは、シリンドリカルレンズを有し、前記パルスレーザ光は、前記シリンドリカルレンズを通して焦点位置での光束形状が線分状になることを特徴とする請求項４記載のレーザ加工機。
6. 前記シリンドリカルレンズを、前記シリンドリカルレンズの中心軸線まわりに回動させる回動部を備えていることを特徴とする請求項５記載のレーザ加工機。
7. 前記除去用加工ヘッドと前記切断用加工ヘッドとは、前記駆動部により一体的に移動することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のレーザ加工機。

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