JP7293700B2 - LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER PROCESSING METHOD - Google Patents

LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER PROCESSING METHOD Download PDF

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本発明は、ワークにレーザビームを照射して溝の形成、切断などの加工を行うレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関するものである。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for irradiating a laser beam onto a work to perform processing such as groove formation and cutting.

ワーク(加工対象物)に溝を形成する手法の一つとしては、レーザビームを用いる手法が従来提案されている。これは、ワークにレーザビームを照射して、レーザビームが照射される個所(以下、レーザビームの照射個所という)に生じるワークの母材の溶融材を、アシストガス用のノズルから吹き付けるアシストガスにより吹き飛ばして除去し、この処理をワークにおける溝の形成予定個所に沿い連続的に実施することで、ワークに溝を形成する手法である(たとえば、特許文献1参照)。 As one method for forming grooves in a work (object to be processed), a method using a laser beam has been conventionally proposed. This is done by irradiating the workpiece with a laser beam and blowing the melted material of the base material of the workpiece generated at the location where the laser beam is irradiated (hereinafter referred to as the laser beam irradiation location) from the assist gas nozzle. This is a method of forming grooves in a workpiece by blowing away and removing the particles, and continuously performing this process along the locations where the grooves are to be formed in the workpiece (see, for example, Patent Document 1).

この手法では、レーザビームは、集光レンズを通して、ワークの表面に対して直交する方向から、ワークの表面よりやや奥で集光するように照射するものとされている。 In this method, a laser beam is irradiated through a condensing lens from a direction orthogonal to the surface of the work so as to be condensed slightly behind the surface of the work.

特開平5-131286号公報JP-A-5-131286

ところで、ワークにレーザビームを照射して溝を形成するレーザ加工では、使用可能なレーザビームの出力、ワークの材質と溶融温度と内部構造などのワークの性状、および、加工速度や加工環境などの条件によっては、1度のレーザ加工でワークに形成可能な溝の深さが、計画している溝の深さに到達しない可能性がある。 By the way, in laser processing, which irradiates a laser beam on a workpiece to form grooves, there are various factors such as the usable laser beam output power, workpiece material, melting temperature, workpiece properties such as internal structure, and processing speed and processing environment. Depending on the conditions, there is a possibility that the depth of the groove that can be formed in the workpiece by one laser processing does not reach the planned depth of the groove.

その対策として、本発明者等は、ワークに対し溝形成のレーザ加工を複数パス繰り返し行うことで、ワークに形成する溝の深さを次第に増加させて、所望する深さの溝を形成することを考えた。 As a countermeasure, the present inventors gradually increase the depth of the grooves formed in the work by repeatedly performing multiple passes of laser processing for groove formation on the work to form grooves of a desired depth. thought.

しかし、従来のレーザ加工による溝の形成手法は、たとえ、ワークにおける1つの個所にレーザ加工を複数パス繰り返し実施したとしても、ワークに形成した溝の深さを増加させることは難しい、というのが実状である。 However, it is difficult to increase the depth of the groove formed in the workpiece with the conventional method of forming grooves by laser processing, even if multiple passes of laser processing are repeatedly performed on one location on the workpiece. It is the actual situation.

すなわち、従来のレーザ加工による溝形成手法は、レーザビームがワークの表面よりやや奥で集光するようにして、レーザビームを、エネルギーが集中する焦点の位置または焦点付近でワークに照射するようにしている。そのため、ワークでは、レーザビームの照射個所に溶融材が生じる範囲は、通常、大きくても数ミリメートル程度になる。更に、レーザビームは、ワークの表面に対して直交する方向から照射しているので、溝は、ワークの表面における溝の開口部から、ワークの表面に対して垂直な方向に沿ってワークの内部へ延びるように形成される。したがって、ワークに形成された溝は、断面形状が、ワークの表面の開口部での溝幅が数ミリメートル程度で、且つ開口部から底部に向けて徐々に溝幅の寸法が減少する、幅の狭いV字形の溝となる。 In other words, in the conventional groove forming method by laser processing, the laser beam is condensed slightly deeper than the surface of the workpiece, and the laser beam is irradiated to the workpiece at or near the focal point where the energy is concentrated. ing. Therefore, in the workpiece, the area where the molten material is generated at the laser beam irradiation point is usually several millimeters at most. Furthermore, since the laser beam is irradiated from the direction perpendicular to the surface of the work, the grooves are formed inside the work along the direction perpendicular to the surface of the work from the openings of the grooves on the surface of the work. formed to extend to Therefore, the cross-sectional shape of the groove formed in the work is such that the width of the groove at the opening on the surface of the work is about several millimeters, and the width of the groove gradually decreases from the opening toward the bottom. A narrow V-shaped groove results.

この溝の形状は、ワークの表面における溝の開口部を通して照射されるレーザビームによる溶融と、アシストガスの吹き付けによる溶融材の除去とが行われた結果、形成されたものである。 The shape of this groove is formed as a result of melting by a laser beam irradiated through the opening of the groove on the surface of the workpiece and removal of the molten material by blowing assist gas.

したがって、従来のレーザ加工による溝形成手法では、1パス目でワークに形成された前記のような幅の狭いV字形の溝に対し、2パス目として、開口部を通して1パス目と同様のレーザビームの照射を行ったとしても、溝の底部を更に溶融させることは難しい。 Therefore, in the conventional groove forming method by laser processing, in the second pass, the same laser beam as in the first pass is applied through the opening to the narrow V-shaped groove formed in the work in the first pass. Even with beam irradiation, it is difficult to further melt the bottom of the groove.

しかも、2パス目のレーザ加工は、レーザビームが集光する焦点の位置を、1パス目よりも溝の奥側にずらすことも難しい。これは、焦点に到達する以前のレーザビームのビーム径が増すと、レーザビームと、1パス目に形成された溝の側壁との干渉が生じるためである。 Moreover, in the second pass laser processing, it is also difficult to shift the position of the focal point of the laser beam condensed to the deeper side of the groove than in the first pass. This is because interference between the laser beam and the side walls of the groove formed in the first pass occurs when the beam diameter of the laser beam before reaching the focal point increases.

よって、従来は、ワークに対しレーザビームの照射による溝形成加工を複数パス行って溝を形成する手法については特に提案されていない。 Therefore, conventionally, there has been no particular proposal for a method of forming grooves by performing a plurality of passes of groove forming processing by irradiating a laser beam on a workpiece.

そこで、本発明は、ワークに対しレーザビームの照射による溝形成加工を複数パスで行って、溝の深さを次第に増加させる加工を行うことができる、レーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供しようとするものである。 Accordingly, the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method capable of performing groove forming processing by irradiating a laser beam to a work in multiple passes to gradually increase the depth of the groove. It is something to do.

本発明は、前記課題を解決するために、マニピュレータを備えたロボットと、前記マニピュレータの先端側に取り付けられた加工ヘッドと、前記加工ヘッドに接続されたレーザ発振器と、制御装置と、前記加工ヘッドからのレーザビームの照射個所にアシストガスを吹き付けるガスノズルと、溝検出装置と、を備え、前記制御装置は、ワークについて溝の形成予定個所が設定される機能と、前記加工ヘッドを、前記ワークに形成する前記溝の長手方向に沿わせて移動させる動作が、レーザ加工の1つのパスとして設定される機能と、1層Mパス(Mは3以上の整数)のレーザ加工が設定される機能と、形成予定の前記溝の溝幅方向をx軸方向、前記溝の長手方向をy軸方向、前記溝の深さ方向をz軸方向として、前記ワークにおける前記溝の形成予定個所に、前記x軸方向に並べてM個のパス加工位置を設定するパス加工位置設定機能と、前記各パス加工位置に対して前記パスを実行するための指令を前記マニピュレータへ与える機能と、前記x軸方向の配列順序が1番目のパス加工位置およびM番目のパス加工位置について前記レーザ加工を行うときには、前記加工ヘッドを互いに前記x軸方向逆向きに傾ける端部加工制御機能と、を備えた構成を有するレーザ加工装置とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a robot equipped with a manipulator, a processing head attached to the tip side of the manipulator, a laser oscillator connected to the processing head, a control device, and the processing head. a gas nozzle for blowing an assist gas onto a portion irradiated with a laser beam from the laser beam; and a groove detection device. A function in which the operation of moving along the longitudinal direction of the groove to be formed is set as one pass of laser processing, and a function in which laser processing of one layer M passes (M is an integer of 3 or more) is set. , the width direction of the groove to be formed is defined as the x-axis direction, the longitudinal direction of the groove is defined as the y-axis direction, and the depth direction of the groove is defined as the z-axis direction. A pass machining position setting function for setting M pass machining positions arranged in the axial direction, a function for giving a command to the manipulator to execute the pass for each of the pass machining positions, and an array in the x-axis direction. and an end processing control function of tilting the processing head in opposite directions in the x-axis direction when performing the laser processing on the first pass processing position and the Mth pass processing position. Processing equipment.

前記制御装置は、前記パス加工位置設定機能で前記x軸方向に並べて設定されたM個のパス加工位置について、前記x軸方向の配列順序が1番目のパス加工位置のレーザ加工は、隣接する前記x軸方向の配列順序が2番目のパス加工位置のレーザ加工よりも後に実施するという条件と、前記x軸方向の配列順序がM番目のパス加工位置のレーザ加工は、隣接する前記x軸方向の配列順序が(M-1)番目のパス加工位置のレーザ加工よりも後に実施するという条件とが共に満たされるように、レーザ加工を行う加工順序を設定する加工順序設定機能と、前記x軸方向の配列順序が前記2番目から前記(M-1)番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときに、前記加工ヘッドを、前記レーザビームの照射方向が、前記z軸および前記y軸の双方に平行な平面に沿う姿勢に制御する中間部加工制御機能と、を更に備えた構成としてもよい。 With respect to the M pass machining positions set side by side in the x-axis direction by the pass machining position setting function, the controller controls that the laser machining at the pass machining position that is arranged first in the x-axis direction is adjacent to The condition that the arrangement order in the x-axis direction is performed after the laser processing at the second pass processing position, and the laser processing at the pass processing position whose arrangement order in the x-axis direction is M-th are the adjacent x-axis a processing order setting function for setting a processing order in which laser processing is performed so that the arrangement order of directions is performed after the laser processing at the (M−1)th pass processing position, and the x When laser processing is performed on the pass processing positions whose arrangement order in the axial direction is the second to the (M−1)th, the processing head is arranged so that the irradiation direction of the laser beam is the z-axis and the y-axis. and an intermediate portion processing control function for controlling the orientation along planes parallel to both sides.

前記加工ヘッドは、前記レーザビームを先端側の開口を通して外部へ照射するノズルを備え、更に、前記レーザビームの焦点が前記ノズルの前記開口の位置に配置された構成を備えた構成としてもよい。 The processing head may include a nozzle that irradiates the laser beam to the outside through an opening on the tip side, and further, may have a configuration in which the focal point of the laser beam is arranged at the position of the opening of the nozzle.

前記加工ヘッドは、前記レーザビームを先端側の開口を通して外部へ照射するノズルを備え、更に、パージガスを前記ノズルの前記開口を通して外部に吹き出す機能を備えた構成としてもよい。 The processing head may have a nozzle for irradiating the laser beam to the outside through an opening on the tip side, and may further have a function for blowing off the purge gas to the outside through the opening of the nozzle.

また、レーザビームを照射する加工ヘッドを、ワークに形成する溝の長手方向に沿わせて移動させる動作を、レーザ加工の1つのパスとして、制御装置に、前記ワークについて溝の形成予定個所が設定される処理と、前記制御装置に、1層Mパス(Mは3以上の整数)のレーザ加工が設定される処理と、前記制御装置が、形成予定の前記溝の溝幅方向をx軸方向、前記溝の長手方向をy軸方向、前記溝の深さ方向をz軸方向として、前記ワークにおける前記溝の形成予定個所に、前記x軸方向に並べてM個のパス加工位置を設定する処理と、前記制御装置が、前記各パス加工位置にて前記パスを実行するための指令をマニピュレータへ与える処理と、を行い、更に、前記制御装置は、前記x軸方向の配列順序が1番目のパス加工位置およびM番目のパス加工位置について前記レーザ加工を行うときには、前記加工ヘッドを互いに前記x軸方向逆向きに傾く姿勢に制御する処理を行うレーザ加工方法とする。 Further, the operation of moving the processing head that irradiates the laser beam along the longitudinal direction of the groove to be formed in the work is one pass of laser processing, and the location where the groove is to be formed in the work is set in the control device. a process in which one-layer M passes (M is an integer of 3 or more) of laser processing are set in the controller; and the controller controls the groove width direction of the groove to be formed in the x-axis direction , the longitudinal direction of the groove is defined as the y-axis direction, and the depth direction of the groove is defined as the z-axis direction. and a process in which the control device gives a command for executing the pass at each of the pass machining positions to the manipulator. When the laser processing is performed on the pass processing position and the M-th pass processing position, the laser processing method controls the processing heads so that they are tilted in opposite directions to each other in the x-axis direction.

本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法によれば、ワークに対しレーザビームの照射による溝形成加工を複数パスで行って、溝の深さを次第に増加させる加工を行うことができる。 According to the laser processing apparatus and the laser processing method of the present invention, groove formation processing can be performed on the workpiece by irradiating the laser beam with a plurality of passes to gradually increase the depth of the groove.

レーザ加工装置の第1実施形態を示す概略側面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic side view which shows 1st Embodiment of a laser processing apparatus. 加工ヘッドを拡大して示す側面図である。It is a side view which expands and shows a processing head. 加工ヘッドのノズルの先端付近を更に拡大して示す切断側面図である。It is a cut side view which further expands and shows the front-end|tip vicinity of the nozzle of a processing head. ワークにレーザ加工を行う加工ヘッドの姿勢を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the attitude|position of the processing head which laser-processes a workpiece|work. 既に形成された溝の底部にレーザ加工を行う加工ヘッドの姿勢を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the attitude|position of the processing head which performs laser processing on the bottom part of the already formed groove|channel. 1層3パスのレーザ加工を行う場合に、制御装置により溝の形成予定個所に溝幅方向に並べて設定される3つのパス加工位置を示す概要図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing three pass processing positions set side by side in the groove width direction by a control device at a groove formation planned location when one-layer three-pass laser processing is performed; 各パス加工位置のうち、配列順序が1番目と最後のパス加工位置にレーザ加工を行うときの加工ヘッドによるレーザビームの照射方向の設定を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the setting of the irradiation direction of the laser beam by the processing head when laser processing is performed on the first and last pass processing positions among the pass processing positions. 1層4パスのレーザ加工を行う場合に、溝幅方向に並べて設定される4つのパス加工位置を示す概要図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing four pass processing positions set side by side in the groove width direction when performing one-layer four-pass laser processing. 1層5パスのレーザ加工を行う場合に、溝幅方向に並べて設定される5つのパス加工位置を示す概要図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing five pass processing positions set side by side in the groove width direction when performing five-pass laser processing for one layer;

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1は、レーザ加工装置の第1実施形態を示す概略側面図である。図2は、レーザ加工装置の加工ヘッドを拡大して示す側面図である。図3は、加工ヘッドにおけるノズルの先端付近を更に拡大して示す切断側面図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic side view showing a first embodiment of a laser processing apparatus. FIG. 2 is a side view showing an enlarged processing head of the laser processing apparatus. FIG. 3 is a further enlarged cut side view showing the vicinity of the tip of the nozzle in the processing head.

図4は、レーザ加工装置における加工ヘッドの姿勢を示すもので、図4(a)は、1層3パスのレーザ加工を行うためにワークにおける溝の形成予定個所に溝幅方向に並べて設定される3つのパス加工位置のうち、溝幅方向の配列順序が2番目のパス加工位置のレーザ加工を行うときの状態を示す図、図4(b)は、溝幅方向の配列順序が1番目のパス加工位置のレーザ加工を行うときの状態を示す図、図4(c)は、溝幅方向の配列順序が3番目のパス加工位置のレーザ加工を行うときの状態を示す図である。図5は、レーザ加工装置における加工ヘッドの姿勢を示すもので、図5(a)は、ワークに形成された溝の底部に溝幅方向に並べて設定される3つのパス加工位置のうち、溝幅方向の配列順序が2番目のパス加工位置のレーザ加工を行うときの状態を示す図、図5(b)は、溝幅方向の配列順序が1番目のパス加工位置のレーザ加工を行うときの状態を示す図、図5(c)は、溝幅方向の配列順序が3番目のパス加工位置のレーザ加工を行うときの状態を示す図である。図6は、1層3パスのレーザ加工を行う場合に、制御装置によりワークにおける溝の形成予定個所に設定される3つのパス加工位置を示す概要図である。 FIG. 4 shows the posture of the processing head in the laser processing apparatus. FIG. 4(b) shows the state when laser processing is performed at the pass machining position that is second in the groove width direction arrangement order among the three pass machining positions that are arranged in the groove width direction. FIG. FIG. 4(c) is a diagram showing a state when laser processing is performed at the pass processing position of which the arrangement order in the groove width direction is the third. FIG. 5 shows the posture of the processing head in the laser processing apparatus. FIG. 5B is a diagram showing the state when laser processing is performed at the pass processing position whose arrangement order in the width direction is the second, and FIG. FIG. 5(c) is a diagram showing the state when laser processing is performed at the third pass processing position in the arrangement order in the groove width direction. FIG. 6 is a schematic diagram showing three pass processing positions set by the control device at positions where grooves are to be formed in a work when one-layer three-pass laser processing is performed.

本実施形態のレーザ加工装置は、図1に符号1で示すもので、マニピュレータ3を備えたロボット2と、マニピュレータ3の先端側にエンドエフェクタとして取り付けられた加工ヘッド4と、加工ヘッド4に光ファイバ5を介して接続されたレーザ発振器6と、制御装置7と、アシストガス9の噴射を行うガスノズル8と、溝検出装置としてのカメラ10と、を備えた構成とされている。 The laser processing apparatus of this embodiment is indicated by reference numeral 1 in FIG. It has a configuration including a laser oscillator 6 connected via a fiber 5, a control device 7, a gas nozzle 8 for injecting an assist gas 9, and a camera 10 as a groove detection device.

なお、説明の便宜上、ワーク100は、加工ヘッド4によるレーザ加工で溝103を形成する面を表面101といい、その逆側の面を裏面102という。 For convenience of explanation, the surface of the work 100 on which the grooves 103 are formed by the laser processing by the processing head 4 is called the front surface 101 , and the opposite surface is called the back surface 102 .

また、ワーク100に形成予定の溝103、および、ワーク100に形成された溝103に関して、溝幅方向は、図4(a)に示すように、x軸方向という。なお、x軸は、溝103の溝幅方向の一方の端部104から、溝幅方向の他方の端部105へ向かう方向を、x軸の正方向とする。したがって、x軸を基準にすると、溝103におけるx軸の負方向の端部は、端部104であり、x軸の正方向の端部は、端部105である。また、溝103がワーク100の表面101に沿って延びる溝長手方向は、図2に示すように、y軸方向という。更に、ワーク100の表面101を基準とする溝103の深さ方向は、図2、図4(a)に示すように、z軸方向という。なお、x軸方向、y軸方向、z軸方向は、ワーク100の姿勢や、ワーク100に形成する溝103に依存して定まる方向であって、いずれも、ワールド座標系や、ロボット2に備えた座標系を基準とするものではない。たとえば、ワーク100の表面101に曲がった形状の溝103を形成する場合は、溝103の長手方向の各個所ごとに、x軸方向およびy軸方向は変化する。また、ワーク100の表面101の傾斜などに応じて、x軸方向およびy軸方向は水平方向に限定されず、z軸方向は鉛直方向に限定されない。また、x軸、y軸、z軸についての正方向と負方向は、逆に設定してもよいことは勿論である。 Regarding the grooves 103 to be formed in the workpiece 100 and the grooves 103 formed in the workpiece 100, the groove width direction is referred to as the x-axis direction, as shown in FIG. 4(a). As for the x-axis, the direction from one end 104 of the groove 103 in the groove width direction to the other end 105 in the groove width direction is defined as the positive direction of the x-axis. Therefore, with respect to the x-axis, the negative x-axis end of the groove 103 is the end 104 and the positive x-axis end is the end 105 . Further, the groove longitudinal direction in which the groove 103 extends along the surface 101 of the workpiece 100 is referred to as the y-axis direction, as shown in FIG. Further, the depth direction of the groove 103 with respect to the surface 101 of the workpiece 100 is referred to as the z-axis direction, as shown in FIGS. 2 and 4(a). Note that the x-axis direction, y-axis direction, and z-axis direction are directions determined depending on the posture of the work 100 and the grooves 103 formed in the work 100, and all of them are in the world coordinate system or prepared for the robot 2. It is not based on the coordinate system For example, when forming curved grooves 103 on the surface 101 of the workpiece 100, the x-axis direction and the y-axis direction change at each point in the longitudinal direction of the grooves 103. FIG. Further, depending on the inclination of the surface 101 of the workpiece 100, the x-axis direction and the y-axis direction are not limited to the horizontal direction, and the z-axis direction is not limited to the vertical direction. Also, the positive and negative directions of the x-axis, y-axis, and z-axis may of course be reversed.

更に、レーザビーム11を照射する加工ヘッド4を、図2に示すように、レーザビーム11の照射個所に生じる溶融材15を、ガスノズル8から吹き付けるアシストガス9により吹き飛ばす処理を行いながら、ワーク100に形成すべき溝103の長手方向に沿わせて移動させる動作は、レーザ加工のパスという。このレーザ加工のパスが1回行われると、ワーク100には、レーザビーム11の照射個所が移動した経路に沿い、ワーク100の母材が除去された溝が1条形成される。このようにレーザ加工の1回のパスで形成される溝は、以下、単位溝という。単位溝は、ワーク100に形成予定の溝103に比して、x軸方向の幅寸法が狭く、且つ、z軸方向の深さ寸法が小さい。 Furthermore, as shown in FIG. 2, the processing head 4 that irradiates the laser beam 11 is blown off the molten material 15 generated at the irradiation point of the laser beam 11 by the assist gas 9 that is blown from the gas nozzle 8. The operation of moving along the longitudinal direction of the groove 103 to be formed is called a laser processing pass. When this laser processing pass is performed once, a single groove is formed in the workpiece 100 from which the base material of the workpiece 100 has been removed along the path along which the irradiated portion of the laser beam 11 moves. A groove formed by one pass of laser processing in this manner is hereinafter referred to as a unit groove. The unit groove has a narrower width in the x-axis direction and a smaller depth in the z-axis direction than the groove 103 to be formed in the workpiece 100 .

加工ヘッド4を、ワーク100の表面101からの距離はほぼ変化させずに、加工ヘッド4によるレーザビーム11の照射個所の位置を、x軸方向に単位溝の幅寸法よりも小さく設定された或る寸法ずつずらしながら、レーザ加工のパスを複数回行うと、ワーク100には、前記単位溝がx軸方向に複数条繋がった状態で形成される。この状態は、ワーク100では、z軸方向の深さ寸法が前記単位溝とほぼ同様で、且つ、x軸方向に前記単位溝が複数条繋がった幅寸法を有する、ワーク100の表面101に沿う層状の領域について、ワーク100の母材の除去が行われた状態である。したがって、この状態で、ワーク100は、表面101から、前記層状の領域に対応する断面形状の溝が形成された状態となる。 The position of the laser beam 11 irradiated by the processing head 4 is set to be smaller than the width of the unit groove in the x-axis direction, while the distance from the surface 101 of the workpiece 100 is substantially unchanged. When the passes of laser processing are performed a plurality of times while shifting each dimension, a plurality of unit grooves are formed in the workpiece 100 in a state of being connected in the x-axis direction. In this state, in the work 100, the depth dimension in the z-axis direction is substantially the same as the unit grooves, and the width dimension is a plurality of the unit grooves connected in the x-axis direction, along the surface 101 of the work 100. The layered region is in a state where the base material of the work 100 has been removed. Therefore, in this state, the workpiece 100 is in a state in which a groove having a cross-sectional shape corresponding to the layered region is formed from the surface 101 .

そこで、本明細書では、前記したように、加工ヘッド4を、ワーク100の表面101からの距離はほぼ変化させずに、加工ヘッド4によるレーザビーム11の照射位置をx軸方向に前記所定の寸法ずつずらしながら、レーザ加工のパスをn回(nは2以上の整数)行い、ワーク100に前記層状の領域に対応する断面形状の溝を形成する加工を、1層nパスのレーザ加工という。また、nは、1層当たりのパス数という。更に、ワーク100にて、1層nパスのレーザ加工を行う前に、各パスのレーザ加工で個別の単位溝が形成される予定の位置は、各パスに個別に対応するパス加工位置という。 Therefore, in the present specification, as described above, the irradiation position of the laser beam 11 by the processing head 4 is shifted in the x-axis direction to the above-described predetermined position while the distance from the surface 101 of the workpiece 100 is not substantially changed. Laser machining is performed n times (where n is an integer equal to or greater than 2) while shifting the size, and a groove having a cross-sectional shape corresponding to the layered region is formed in the workpiece 100. This is called 1-layer n-pass laser machining. . Also, n is referred to as the number of passes per layer. Furthermore, the positions at which individual unit grooves are to be formed in each pass of the laser processing of the workpiece 100 before performing n-pass laser processing of one layer are referred to as pass processing positions individually corresponding to each pass.

ロボット2は、マニピュレータ3による加工ヘッド4の動作範囲および角度調整範囲が、加工ヘッド4を後述する所定の姿勢で、ワーク100における溝103の形成個所の全長に亘り移動させる場合の加工ヘッド4の動作範囲と角度調整範囲を含むように設定されている。 The robot 2 moves the working head 4 over the entire length of the groove 103 on the workpiece 100 in a predetermined posture, which will be described later. It is set up to include a working range and an angular adjustment range.

加工ヘッド4は、内部に、レーザ発振器6より光ファイバ5を介して伝送されるレーザ光を、レーザビーム11として集光させるレンズ、集光ミラーなどの図示しない集光光学系を備えている。なお、レーザビーム11は、図示する便宜上、ドットのハッチングを付して示す(図3、図4(a)(b)(c)、図5(a)(b)(c)も同様)。 The processing head 4 internally includes a condensing optical system (not shown) such as a lens and a condensing mirror for condensing the laser beam 11 transmitted from the laser oscillator 6 through the optical fiber 5 . For convenience of illustration, the laser beam 11 is hatched with dots (the same applies to FIGS. 3, 4(a), 4(b), and 5(c), 5(a), 5(b), and 5(c)).

更に、加工ヘッド4は、図3に示すように、集光光学系により集光されたレーザビーム11を、先端側の開口13を通して外部へ照射するノズル12を備えている。 Further, as shown in FIG. 3, the processing head 4 is provided with a nozzle 12 that irradiates the laser beam 11 condensed by the condensing optical system to the outside through an opening 13 on the tip side.

加工ヘッド4は、集光光学系により集光させるレーザビーム11の焦点が、ノズル12の開口13の位置に配置されるように、集光光学系の焦点距離が設定されていることが好ましい。これは、以下の理由による。 The focal length of the condensing optical system of the processing head 4 is preferably set so that the focal point of the laser beam 11 condensed by the condensing optical system is arranged at the position of the opening 13 of the nozzle 12 . This is for the following reasons.

図示しないが、ワーク100をレーザ切断する加工の場合は、ワーク100には表面101から裏面102に貫通する溝が形成されることになる。そのため、ワーク100におけるレーザビーム11の照射個所に生じる溶融材は、既に形成されている溝を通してワーク100の裏面102側へ吹き飛ばして除去することができる。 Although not shown, in the case of laser cutting the workpiece 100 , a groove penetrating from the front surface 101 to the rear surface 102 is formed in the workpiece 100 . Therefore, the melted material generated at the irradiated portion of the work 100 with the laser beam 11 can be removed by blowing it off to the rear surface 102 side of the work 100 through the already formed groove.

これに対し、図2に示すように、ワーク100に裏面102に貫通しない溝103を形成する加工の場合は、レーザビーム11の照射個所から吹き飛ばされる溶融材15は、溝103からワーク100の表面101側に排出されるようになる。したがって、ワーク100に溝103を形成する加工を行う際、加工ヘッド4が配置されているワーク100の表面101側の環境は、吹き飛ばされた溶融材15が飛散する可能性のある環境になる。 On the other hand, as shown in FIG. 2, in the case of processing to form a groove 103 that does not penetrate through the back surface 102 of the work 100, the molten material 15 blown off from the irradiation point of the laser beam 11 is blown off from the groove 103 to the surface of the work 100. It comes to be discharged to the 101 side. Therefore, when the work 100 is processed to form the grooves 103, the environment on the side of the surface 101 of the work 100 where the processing head 4 is arranged becomes an environment in which the blown molten material 15 may scatter.

この環境では、加工ヘッド4のノズル12の開口13は、飛散した溶融材15が加工ヘッド4に侵入する経路になる可能性がある。そして、万一、加工ヘッド4に飛散した溶融材15が侵入した場合は、集光光学系を含む光学系の損傷につながる可能性がある。 In this environment, the opening 13 of the nozzle 12 of the working head 4 can become a path for the splashed molten material 15 to enter the working head 4 . If the scattered molten material 15 enters the processing head 4, it may damage the optical system including the condensing optical system.

したがって、本実施形態のレーザ加工装置1は、ワーク100に溝103を形成する加工を実施するためには、飛散した溶融材15が加工ヘッド4のノズル12の開口13に到達すること、あるいは、飛散した溶融材15がノズル12の開口13から加工ヘッド4に侵入すること、を抑制する対策が重要になる。 Therefore, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment, in order to process the workpiece 100 to form the grooves 103, the scattered molten material 15 must reach the opening 13 of the nozzle 12 of the processing head 4, or It is important to take measures to prevent the scattered molten material 15 from entering the processing head 4 through the opening 13 of the nozzle 12 .

そこで、本実施形態における加工ヘッド4は、レーザビーム11の焦点がノズル12の開口13の位置に配置された構成とすることにより、レーザビーム11の焦点がノズル12の開口13以外の位置に配置された構成と比較して、ノズル12の開口13の開口面積を小さく設定することができるようにしてある。これにより、本実施形態における加工ヘッド4は、飛散した溶融材15が開口13から加工ヘッド4の内部へ侵入する虞を抑制することができる。 Therefore, the processing head 4 in this embodiment is configured such that the focal point of the laser beam 11 is arranged at the position of the opening 13 of the nozzle 12, so that the focal point of the laser beam 11 is arranged at a position other than the opening 13 of the nozzle 12. The opening area of the opening 13 of the nozzle 12 can be set smaller than that of the configuration described above. As a result, the processing head 4 according to the present embodiment can suppress the risk of the scattered molten material 15 entering the processing head 4 through the opening 13 .

なお、加工ヘッド4は、設定されたスポットのサイズでワーク100に対してレーザビーム11を照射することができれば、レーザビーム11の焦点がノズル12の開口13の位置に配置される構成のみに限定されないことは勿論である。 If the processing head 4 can irradiate the workpiece 100 with the laser beam 11 with the set spot size, the focus of the laser beam 11 is limited to the position of the opening 13 of the nozzle 12. Of course not.

更に、加工ヘッド4は、少なくともノズル12の内部空間に、図示しないパージガス供給部からパージガス14が供給される構成を備えることが好ましい。パージガス14としては、たとえば、空気が0.6~0.7MPaの圧力で加工ヘッド4の内部空間に供給される。これにより、加工ヘッド4は、図3に示すように、パージガス供給部から供給されたパージガス14をノズル12の開口13を通して外部に吹き出す機能を備えることができる。したがって、この構成によれば、加工ヘッド4は、ノズル12の開口13に、外向きのパージガス14のガス流れを形成できるため、飛散した溶融材15が開口13から加工ヘッド4の内部へ侵入する可能性を、更に抑制することができる。なお、パージガス14のガス種と、供給圧力は、前記した例に限定されず、適宜変更してもよいことは勿論である。 Further, the processing head 4 preferably has a configuration in which the purge gas 14 is supplied to at least the internal space of the nozzle 12 from a purge gas supply unit (not shown). As the purge gas 14, for example, air is supplied to the internal space of the processing head 4 at a pressure of 0.6-0.7 MPa. Thereby, the processing head 4 can have a function of blowing out the purge gas 14 supplied from the purge gas supply section to the outside through the opening 13 of the nozzle 12, as shown in FIG. Therefore, according to this configuration, the processing head 4 can form an outward gas flow of the purge gas 14 in the opening 13 of the nozzle 12 , so that the scattered molten material 15 enters the processing head 4 through the opening 13 . Possibilities can be further suppressed. It goes without saying that the type of gas of the purge gas 14 and the supply pressure are not limited to the above examples, and may be changed as appropriate.

また、加工ヘッド4は、ノズル12から、ワーク100におけるレーザビーム11の照射個所までの距離(以下、ノズル・ワーク間距離という)が大きければ大きいほど、レーザビーム11の照射個所から飛散した溶融材15が加工ヘッド4の開口13に到達する可能性は小さくなる。 Further, the processing head 4 increases the distance from the nozzle 12 to the point irradiated with the laser beam 11 on the workpiece 100 (hereinafter referred to as the distance between the nozzle and the workpiece), the more the molten material scattered from the point irradiated with the laser beam 11. 15 is less likely to reach the opening 13 of the machining head 4 .

そこで、本実施形態のレーザ加工装置1は、ノズル・ワーク間距離を、一例を後述するように、或る寸法に設定してある。これにより、本実施形態のレーザ加工装置1は、このノズル・ワーク間距離の大きさに基づいて、飛散した溶融材15が加工ヘッド4のノズル12の開口13に到達することを抑制することができる。 Therefore, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment, the distance between the nozzle and the work is set to a certain dimension as an example will be described later. As a result, the laser processing apparatus 1 of the present embodiment can suppress the scattered molten material 15 from reaching the opening 13 of the nozzle 12 of the processing head 4 based on the size of the distance between the nozzle and the workpiece. can.

更に、本実施形態では、ワーク100におけるレーザビーム11の照射個所で行われるアシストガス9による溶融材15を吹き飛ばす処理に対し、ノズル12から吹き出すパージガス14のガス流れが影響することを抑制することも目的として、ノズル・ワーク間距離を、前記或る寸法に設定している。 Furthermore, in the present embodiment, the gas flow of the purge gas 14 blown out from the nozzle 12 can be prevented from affecting the process of blowing off the molten material 15 by the assist gas 9 at the irradiation point of the laser beam 11 on the workpiece 100. For the purpose, the nozzle-to-work distance is set to the certain dimension.

なお、本実施形態のレーザ加工装置1は、ノズル・ワーク間距離の大きさに基づいて、飛散した溶融材15が加工ヘッド4の開口13に到達する可能性を抑制できる場合は、加工ヘッド4は、パージガス14をノズル12の開口13から外部に吹き出す機能を備える構成に限定されないことは勿論である。 Note that the laser processing apparatus 1 of the present embodiment can suppress the possibility that the scattered molten material 15 reaches the opening 13 of the processing head 4 based on the size of the nozzle-work distance. is, of course, not limited to the configuration having the function of blowing out the purge gas 14 from the opening 13 of the nozzle 12 .

本実施形態では、レーザビーム11の焦点がノズル12の開口13の位置に配置されているので、ノズル12から外部に向けて照射されるレーザビーム11は、ノズル12からの距離が増加するにしたがって、ビーム径が次第に拡大する。この距離とビーム径との関係は、加工ヘッド4の集光光学系による焦点距離などに依存している。 In the present embodiment, the focal point of the laser beam 11 is located at the position of the opening 13 of the nozzle 12, so the laser beam 11 emitted from the nozzle 12 toward the outside has an increasing distance from the nozzle 12. , the beam diameter gradually expands. The relationship between this distance and the beam diameter depends on the focal length of the condensing optical system of the processing head 4 and the like.

そこで、本発明では、たとえば、ノズル・ワーク間距離が約150mmの状態で、ワーク100におけるレーザ加工による溝103の形成個所に、レーザビーム11が、約10mmのビーム径のスポットとして照射されるように、加工ヘッド4の集光光学系が設定されている。また、この状態で、ワーク100におけるレーザビーム11の照射個所に、ワーク100の母材の溶融材15が生じるように、レーザビーム11のエネルギーが設定されている。 Therefore, in the present invention, for example, the nozzle-work distance is about 150 mm, and the laser beam 11 is irradiated as a spot with a beam diameter of about 10 mm to the groove 103 formed in the work 100 by laser processing. , a condensing optical system of the processing head 4 is set. Further, in this state, the energy of the laser beam 11 is set so that the melted material 15 of the base material of the work 100 is generated at the location of the work 100 irradiated with the laser beam 11 .

前記所定のノズル・ワーク間距離の保持は、加工ヘッド4を保持するマニピュレータ3の動作によって実現すればよく、このマニピュレータ3の動作は、制御装置7の指令で制御すればよい。 The predetermined nozzle-to-work distance may be maintained by the operation of the manipulator 3 that holds the machining head 4 , and the operation of the manipulator 3 may be controlled by a command from the control device 7 .

これにより、本実施形態のレーザ加工装置1では、ワーク100に対して加工ヘッド4よりレーザビーム11を照射すると、ワーク100におけるレーザビーム11の照射個所に、照射されたレーザビーム11のスポットに対応するサイズの溶融池を形成することができる。 Thus, in the laser processing apparatus 1 of this embodiment, when the workpiece 100 is irradiated with the laser beam 11 from the processing head 4, the irradiated portion of the laser beam 11 on the workpiece 100 corresponds to the spot of the irradiated laser beam 11. It is possible to form a molten pool of a size that

本実施形態のレーザ加工装置1は、ワーク100に溝103を形成する加工を行うときには、後述するように、マニピュレータ3の動作により、加工ヘッド4をワーク100に対して溝長手方向に相対移動させて、レーザビーム11の照射個所を、ワーク100における溝103の形成予定個所および形成個所に沿い移動させる。 The laser processing apparatus 1 of this embodiment moves the processing head 4 relative to the work 100 in the groove longitudinal direction by the operation of the manipulator 3, as will be described later, when performing processing to form the groove 103 in the work 100. Then, the irradiation location of the laser beam 11 is moved along the formation planned location and the formation location of the groove 103 in the workpiece 100 .

この際、本実施形態のレーザ加工装置1は、たとえば、ワーク100を基準とする加工ヘッド4の相対移動方向が図1、図2に矢印Dで示す方向の場合、加工ヘッド4からワーク100に対してレーザビーム11を照射する方向が、矢印Dの方向の前方側へ斜めに向くように、加工ヘッド4を傾斜姿勢とすることが好ましい。この傾斜姿勢は、以下、加工ヘッド4の前進角姿勢という。なお、図1、図2では、矢印Dの方向は、y軸の正方向としてあるが、複数パスのレーザ加工を行う場合は、溝103の長手方向に沿い往復動作させる加工ヘッド4の往路と復路で、順次異なるパスのレーザ加工を行う場合があるので、矢印Dの方向がy軸の負方向の場合もあることは勿論である。 At this time, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment, for example, when the direction of relative movement of the processing head 4 with respect to the work 100 is the direction indicated by the arrow D in FIGS. On the other hand, it is preferable to set the processing head 4 in an inclined posture so that the direction of irradiation with the laser beam 11 is slanted forward in the direction of the arrow D. As shown in FIG. This tilted attitude is hereinafter referred to as the forward angle attitude of the machining head 4 . 1 and 2, the direction of arrow D is the positive direction of the y-axis. Since there are cases where different passes of laser processing are sequentially performed on the return path, the direction of arrow D may, of course, be the negative direction of the y-axis.

加工ヘッド4の前進角姿勢は、加工ヘッド4を保持するマニピュレータ3の動作によって実現すればよく、このマニピュレータ3の動作は、制御装置7の指令で制御すればよい。 The forward angular attitude of the machining head 4 may be realized by the operation of the manipulator 3 holding the machining head 4 , and the operation of the manipulator 3 may be controlled by commands from the control device 7 .

これにより、本実施形態のレーザ加工装置1では、加工ヘッド4の位置が、ワーク100にレーザビーム11が照射される位置、すなわち、ワーク100における溶融材15の飛散が行われる位置に対し、ワーク100の表面101の垂直方向に配置されることを回避することができる。 As a result, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment, the position of the processing head 4 is different from the position where the workpiece 100 is irradiated with the laser beam 11, that is, the position where the molten material 15 is scattered on the workpiece 100. It can be avoided to be arranged perpendicular to the surface 101 of 100 .

よって、この構成によれば、加工ヘッド4の位置が、ワーク100にレーザビーム11が照射される位置に対し、ワーク100の表面101の垂直方向に配置される構成と比較して、ワーク100におけるレーザビーム11の照射個所から飛散する溶融材15が、加工ヘッド4のノズル12の開口13に到達する可能性を、抑制することができる。 Therefore, according to this configuration, the position of the processing head 4 is arranged in the direction perpendicular to the surface 101 of the work 100 with respect to the position where the work 100 is irradiated with the laser beam 11. It is possible to suppress the possibility that the molten material 15 scattered from the irradiation point of the laser beam 11 reaches the opening 13 of the nozzle 12 of the processing head 4 .

ガスノズル8は、加工ヘッド4によるワーク100に対するレーザビーム11の照射個所よりも矢印Dの方向の後方側に、レーザビーム11の照射個所に向く姿勢で配置されている。この姿勢で、ガスノズル8は、支持部材16を介して加工ヘッド4に取り付けられている。ガスノズル8の基端側は、図示しないアシストガス9の供給部に、アシストガスライン17を介して接続されている。これにより、ガスノズル8は、ワーク100に対し加工ヘッド4が相対移動して、ワーク100におけるレーザビーム11の照射個所が移動するときに、その照射個所に追従して移動しながら、レーザビーム11の照射による溶融材15の発生個所に向けてアシストガス9を吹き付けることができる。なお、アシストガス9のガス種と、吹付量は、従来実施されているか、または、従来提案されている、レーザビームを用いてワークに溝を形成する加工手法で用いられるアシストガスと同様のガス種と、吹付量に適宜設定すればよい。 The gas nozzle 8 is disposed on the rear side in the direction of the arrow D from the irradiation point of the laser beam 11 on the workpiece 100 by the processing head 4 in a posture facing the irradiation point of the laser beam 11 . In this posture, the gas nozzle 8 is attached to the processing head 4 via the support member 16 . A base end side of the gas nozzle 8 is connected to a supply portion for an assist gas 9 (not shown) via an assist gas line 17 . As a result, when the processing head 4 moves relative to the workpiece 100 and the irradiation location of the laser beam 11 on the workpiece 100 moves, the gas nozzle 8 moves to follow the irradiation location and emits the laser beam 11. Assist gas 9 can be blown toward a location where molten material 15 is generated by irradiation. The gas type and spray amount of the assist gas 9 are the same as the assist gas used in the conventionally practiced or conventionally proposed processing method of forming grooves in a workpiece using a laser beam. It may be appropriately set according to the seed and the amount of spraying.

これにより、本実施形態のレーザ加工装置1では、ワーク100におけるレーザビーム11の照射個所に生じる溶融材15を、ガスノズル8より吹き付けるアシストガス9の流れに乗せて、図2に示すように、溝103から矢印Dの方向に先行する側へ吹き飛ばして除去することができる。よって、この構成によっても、ワーク100におけるレーザビーム11の照射個所から飛散する溶融材15が、加工ヘッド4のノズル12の開口13に到達する可能性を、抑制することができる。 As a result, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment, the molten material 15 generated at the irradiation site of the laser beam 11 on the work 100 is carried on the flow of the assist gas 9 blown from the gas nozzle 8, and as shown in FIG. It can be removed by blowing away from 103 to the side preceding in the direction of arrow D. Therefore, even with this configuration, it is possible to suppress the possibility that the molten material 15 scattering from the irradiated portion of the workpiece 100 with the laser beam 11 reaches the opening 13 of the nozzle 12 of the processing head 4 .

更に、本実施形態におけるガスノズル8は、図2の矢印Dの方向、および、ガスノズル8の長手方向の双方に垂直な方向の寸法を、ノズル幅寸法とする。このガスノズル8のノズル幅寸法は、図4(a)では、図上、ガスノズル8の左右方向の幅寸法となる。図4(a)に示すように、ガスノズル8のノズル幅寸法は、ワーク100に形成する溝103の溝幅寸法に比して小さく設定されている。これは、本実施形態のレーザ加工装置1は、ワーク100に形成する溝103の深さが次第に深くなると、加工ヘッド4から溝103の底部にレーザビーム11を照射することになるため、それに対応してガスノズル8を溝103に挿入して配置できるようにするためである。なお、図4(a)では、加工ヘッド4に取り付けられているガスノズル8とカメラ10は、便宜上、破線で示している(図4(b)(c)、図5(a)(b)(c)も同様)。 Furthermore, the gas nozzle 8 in this embodiment has a nozzle width dimension that is perpendicular to both the direction of arrow D in FIG. The nozzle width dimension of the gas nozzle 8 is the width dimension of the gas nozzle 8 in the horizontal direction in FIG. 4(a). As shown in FIG. 4A, the nozzle width dimension of the gas nozzle 8 is set smaller than the groove width dimension of the groove 103 formed in the workpiece 100 . This is because the laser processing apparatus 1 of this embodiment irradiates the laser beam 11 from the processing head 4 to the bottom of the groove 103 as the depth of the groove 103 formed in the workpiece 100 gradually increases. The reason is that the gas nozzle 8 can be inserted and arranged in the groove 103 by doing so. 4(a), the gas nozzle 8 and the camera 10 attached to the processing head 4 are indicated by dashed lines for convenience (FIGS. 4(b) and 4(c), FIGS. 5(a) and 5(b) ( c) as well).

なお、ガスノズル8は、ワーク100におけるレーザビーム11の照射個所に生じる溶融材15にアシストガス9を吹き付けることができるようにしてあれば、ガスノズル8の形状と配置は、図示した形状と配置に限られないことは勿論である。 If the gas nozzle 8 can spray the assist gas 9 onto the molten material 15 generated at the laser beam 11 irradiated portion of the workpiece 100, the shape and arrangement of the gas nozzle 8 are limited to those shown in the figure. Of course not.

カメラ10は、ワーク100に形成された溝103を撮影し、撮影した溝103の情報を、制御装置7に送る機能を備えている。 The camera 10 has a function of photographing the grooves 103 formed in the workpiece 100 and sending information of the photographed grooves 103 to the control device 7 .

本実施形態では、カメラ10は、図1、図2に示すように、加工ヘッド4からワーク100にレーザビーム11が照射される個所に対して矢印Dの方向の前方側の領域を撮影する姿勢で、加工ヘッド4にブラケット18を介して取り付けられている。したがって、本実施形態におけるカメラ10は、マニピュレータ3の動作により加工ヘッド4と共にカメラ10を移動させることで、カメラ10による撮影範囲を、ワーク100に形成された溝103に向けて配置することができる。なお、このマニピュレータ3の動作によるカメラ10の移動は、制御装置7からマニピュレータ3へ与える指令で制御すればよい。 In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the camera 10 is in a posture of photographing an area in front of the location where the laser beam 11 is irradiated from the processing head 4 to the workpiece 100 in the direction of arrow D. , and attached to the machining head 4 via a bracket 18 . Therefore, by moving the camera 10 together with the processing head 4 by the operation of the manipulator 3, the imaging range of the camera 10 can be arranged toward the groove 103 formed in the workpiece 100. . The movement of the camera 10 by the operation of the manipulator 3 may be controlled by a command given from the control device 7 to the manipulator 3. FIG.

なお、カメラ10は、ワーク100に形成された溝103を、動作する加工ヘッド4およびマニピュレータ3に遮られることなく撮影することができれば、加工ヘッド4以外の個所に支持された構成としてもよいことは勿論である。また、本実施形態のレーザ加工装置1は、ワーク100に形成する溝103の長さや配置に対応するために、複数のカメラ10を備える構成としてもよいことは勿論である。 Note that the camera 10 may be supported at a location other than the machining head 4 as long as the camera 10 can photograph the groove 103 formed in the workpiece 100 without being blocked by the operating machining head 4 and the manipulator 3. is of course. Further, the laser processing apparatus 1 of this embodiment may of course be configured to include a plurality of cameras 10 in order to correspond to the length and arrangement of the grooves 103 formed in the workpiece 100 .

次に、制御装置7の機能の説明と共に、本実施形態のレーザ加工装置1で実施するレーザ加工方法について説明する。 Next, along with the description of the functions of the control device 7, the laser processing method performed by the laser processing apparatus 1 of the present embodiment will be described.

制御装置7は、本実施形態のレーザ加工装置1を用いてワーク100に溝103を形成する作業を行うときには、図4(a)に示すように、ワーク100について、一点鎖線で示す如き溝103の形成予定個所と、形成予定の深さが設定される機能を備えている。 When the laser processing apparatus 1 of the present embodiment is used to form the grooves 103 in the work 100, the control device 7 forms the grooves 103 in the work 100 as shown by a dashed line as shown in FIG. 4(a). It has a function of setting the planned formation location and the planned formation depth.

また、制御装置7は、溝103の形成を1層Mパス(Mは3以上の整数)のレーザ加工で行うかという点も設定される機能を備えている。なお、1パスのレーザ加工で形成される単位溝の幅寸法と深さ寸法との比にもよるが、溝103の形成予定の深さが大きくなるにしたがって、1層当たりのパス数Mの設定値は大きくなる傾向にある。 The control device 7 also has a function of setting whether the groove 103 is formed by one-layer M-pass laser processing (M is an integer equal to or greater than 3). Although it depends on the ratio between the width dimension and the depth dimension of the unit groove formed by one-pass laser processing, the number of passes M per layer increases as the depth to be formed of the groove 103 increases. The set value tends to be large.

ところで、1パスのレーザ加工でワーク100に形成される単位溝の幅寸法と深さ寸法は、加工ヘッド4からワーク100に対して照射するレーザビーム11のスポットのサイズ、レーザビーム11の照射によりワーク100に吸収されるエネルギー、ワーク100の母材の性状などの条件から、自ずと定まる。これにより、本実施形態のレーザ加工装置1においては、単位溝の幅寸法を基に、複数条の単位溝をx軸方向に繋げて形成するために必要な、パス加工位置の1パスごとのx軸方向の変位量が明らかになると共に、1層当たりのパス数Mの設定値を基に、形成予定の溝103のx軸方向の溝幅寸法が定まる。あるいは、本実施形態のレーザ加工装置1では、形成予定の溝103に所望するx軸方向の溝幅寸法を基にして、1層当たりのパス数Mを定めるようにしてもよい。 By the way, the width dimension and depth dimension of the unit groove formed in the work 100 by one-pass laser processing depend on the size of the spot of the laser beam 11 irradiated from the processing head 4 to the work 100 and the irradiation of the laser beam 11. It is naturally determined from conditions such as the energy absorbed by the work 100 and the properties of the base material of the work 100 . As a result, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment, based on the width dimension of the unit groove, each pass of the pass processing position required to connect and form a plurality of unit grooves in the x-axis direction. Along with the amount of displacement in the x-axis direction being clarified, the groove width dimension in the x-axis direction of the groove 103 to be formed is determined based on the set value of the number of passes M per layer. Alternatively, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment, the number of passes M per layer may be determined based on the desired groove width dimension in the x-axis direction of the groove 103 to be formed.

一例として、本実施形態では、制御装置7に、1層3パスのレーザ加工が設定された場合の例を示す。この場合、1層3パスのレーザ加工でワーク100に形成される溝103は、図4(a)に示すように、x軸方向の溝幅寸法が、1パスのレーザ加工で形成される単位溝の幅寸法の2倍か、2倍以上の範囲、よって、加工ヘッド4からワーク100に照射されるレーザビーム11のスポットのビーム径を基準にすると、該ビーム径の2倍以上に設定される。 As an example, in this embodiment, an example in which laser processing of one layer and three passes is set in the control device 7 will be described. In this case, the groove 103 formed in the workpiece 100 by one-layer three-pass laser processing has a groove width dimension in the x-axis direction, as shown in FIG. It is set to be twice the width of the groove or more than twice the width of the groove. be.

図示しないが、制御装置7は、加工ヘッド4からのレーザビーム11の照射のオンとオフとを切り替える機能、および、ガスノズル8からのアシストガス9の噴射のオンとオフとを切り替える機能を備えている。 Although not shown, the control device 7 has a function of switching on and off the irradiation of the laser beam 11 from the processing head 4 and a function of switching on and off the injection of the assist gas 9 from the gas nozzle 8. there is

制御装置7は、ワーク100に対し溝103を形成する加工を行うときには、加工ヘッド4を前記した前進角姿勢に保持するための指令を、マニピュレータ3へ与える機能を備えている。 The control device 7 has a function of giving a command to the manipulator 3 to hold the machining head 4 in the above-described forward angle posture when machining the workpiece 100 to form the groove 103 .

また、制御装置7は、レーザビーム11を照射する加工ヘッド4を、ワーク100に形成する溝103の長手方向に沿わせて移動させる動作が、レーザ加工の1つのパスとして設定され、設定されたパスを実行するための指令を、マニピュレータ3へ与える機能を備えている。 In addition, the control device 7 sets the operation of moving the processing head 4 that irradiates the laser beam 11 along the longitudinal direction of the groove 103 formed in the workpiece 100 as one pass of laser processing. It has a function of giving the manipulator 3 a command for executing a pass.

更に、制御装置7は、パス加工位置設定機能と、加工順序設定機能と、中間部加工制御機能と、端部加工制御機能としての第1の端部加工制御機能および第2の端部加工制御機能と、を備えている。 Furthermore, the control device 7 has a path machining position setting function, a machining order setting function, an intermediate part machining control function, and a first end part machining control function and a second end part machining control function as end part machining control functions. It has functions and

パス加工位置設定機能は、制御装置7が、1層3パスのレーザ加工とされた設定に基づいて、図6に示すように、ワーク100に対し、x軸方向に3つのパス加工位置Pa1,Pa2,Pa3を並べて設定する機能である。この際、各パス加工位置Pa1,Pa2,Pa3は、個別に形成予定の二点鎖線で示す単位溝Ga1,Ga2,Ga3同士が、x軸方向に繋がるように、各パス加工位置Pa1,Pa2,Pa3の端部同士が重なる配置で設定される。このように、各パス加工位置Pa1,Pa2,Pa3が定まると、制御装置7では、各パス加工位置Pa1,Pa2,Pa3に、個別に対応する単位溝Ga1,Ga2,Ga3を形成するためのノズル・ワーク間距離を決めることができる。 As shown in FIG. 6, the control device 7 sets three pass processing positions Pa1, Pa1, This function sets Pa2 and Pa3 side by side. At this time, the pass machining positions Pa1, Pa2, and Pa3 are arranged so that the unit grooves Ga1, Ga2, and Ga3, which are scheduled to be formed individually and indicated by the two-dot chain lines, are connected to each other in the x-axis direction. It is set in an arrangement in which the ends of Pa3 overlap each other. Once the pass machining positions Pa1, Pa2 and Pa3 are determined in this manner, the controller 7 controls nozzles for forming unit grooves Ga1, Ga2 and Ga3 corresponding to the pass machining positions Pa1, Pa2 and Pa3.・The distance between workpieces can be determined.

加工順序設定機能は、パス加工位置設定機能でx軸方向に並べて設定された3つのパス加工位置Pa1,Pa2,Pa3について、次の第1と第2の順序設定条件が共に満たされるように、レーザ加工を行う加工順序を設定する機能である。 The machining order setting function is configured so that the following first and second order setting conditions are both satisfied for the three pass machining positions Pa1, Pa2, and Pa3 set in the x-axis direction by the pass machining position setting function. This function sets the processing order for laser processing.

第1の順序設定条件は、x軸方向の配列順序が1番目のパス加工位置Pa1のレーザ加工を、隣接するx軸方向の配列順序が2番目のパス加工位置Pa2のレーザ加工よりも後に実施するという条件である。 The first order setting condition is that the laser processing at the pass processing position Pa1 having the first arrangement order in the x-axis direction is performed after the laser processing at the adjacent pass processing position Pa2 having the second arrangement order in the x-axis direction. It is a condition that

第2の順序設定条件は、x軸方向の配列順序が最後のパス加工位置のレーザ加工を、隣接するx軸方向の配列順序が最後から2番目のパス加工位置のレーザ加工よりも後に実施するという条件である。この第2の条件は、本実施形態の場合は、x軸方向の配列順序が3番目のパス加工位置Pa3のレーザ加工を、隣接するx軸方向の配列順序が2番目のパス加工位置Pa2のレーザ加工よりも後に実施するという条件となる。 The second order setting condition is that the laser processing of the pass processing position whose arrangement order in the x-axis direction is the last is performed after the laser processing of the adjacent pass processing position whose arrangement order is the penultimate in the x-axis direction. This is the condition. In the case of the present embodiment, the second condition is that the laser processing at the pass processing position Pa3, which is the third in the arrangement order in the x-axis direction, is performed at the adjacent pass processing position Pa2, which is the second in the arrangement order in the x-axis direction. The condition is that it is performed after the laser processing.

したがって、本実施形態では、これら2つの順序設定条件が共に満たされるのは、パス加工位置Pa2の加工順序が1番目の場合のみである。そこで、制御装置7は、加工順序設定機能により、たとえば、パス加工位置Pa2、パス加工位置Pa1、パス加工位置Pa3の順に、加工順序を設定する。なお、パス加工位置Pa1とパス加工位置Pa3の加工順序は、入れ替えてもよいことは勿論である。 Therefore, in the present embodiment, both of these two order setting conditions are satisfied only when the machining order of the path machining position Pa2 is the first. Therefore, the control device 7 uses the machining order setting function to set the machining order, for example, in the order of the pass machining position Pa2, the pass machining position Pa1, and the pass machining position Pa3. It goes without saying that the processing order of the path machining position Pa1 and the path machining position Pa3 may be interchanged.

中間部加工制御機能は、制御装置7が、先ず、x軸方向の配列順序が1番目と、配列順序が最後である3番目とを除く中間部のパス加工位置、本実施形態では、パス加工位置Pa2を特定する。その後、制御装置7は、中間部のパス加工位置として特定されたパス加工位置Pa2についてレーザ加工を行うときには、図4(a)に示すように、加工ヘッド4を、レーザビーム11の照射方向が、z軸およびy軸(図2参照)の双方に平行な平面に沿う姿勢に制御する機能である。 The intermediate portion machining control function is such that the control device 7 first determines the path machining positions of the intermediate portion excluding the first position in the arrangement order in the x-axis direction and the third position in the arrangement order, which is the last position in the arrangement order. Identify the position Pa2. After that, when laser processing is performed on the pass processing position Pa2 specified as the intermediate pass processing position, the control device 7 controls the processing head 4 so that the irradiation direction of the laser beam 11 is set as shown in FIG. , to control the posture along a plane parallel to both the z-axis and the y-axis (see FIG. 2).

したがって、制御装置7は、この中間部加工制御機能で制御される加工ヘッド4の姿勢と、パス加工位置Pa2に単位溝Ga2を形成するために必要とされるノズル・ワーク間距離の情報とを基に、パス加工位置Pa2を対象としてレーザ加工を行う場合の加工ヘッド4の姿勢と移動経路とを定めることができる。制御装置7は、パス加工位置Pa2を対象とするパスを実行するための指令をマニピュレータ3へ与えるときには、前記のように定めた加工ヘッド4の姿勢と移動経路の情報を含む指令を、マニピュレータ3へ与える機能を備えている。 Therefore, the control device 7 stores the attitude of the machining head 4 controlled by the intermediate part machining control function and information on the nozzle-to-work distance required to form the unit groove Ga2 at the pass machining position Pa2. Based on this, it is possible to determine the posture and movement path of the processing head 4 when laser processing is performed on the path processing position Pa2. When the controller 7 gives a command to the manipulator 3 to execute a pass targeting the pass machining position Pa2, the controller 7 sends the manipulator 3 a command including information on the attitude and movement path of the machining head 4 determined as described above. It has the function of giving

これにより、本実施形態のレーザ加工装置1は、図4(a)に示すように、1層3パスのレーザ加工の工程では、先ず、ワーク100における溝103の形成予定個所にて、パス加工位置Pa2に対するレーザ加工が行うことができる。 As a result, as shown in FIG. 4( a ), the laser processing apparatus 1 of the present embodiment first performs pass processing at a location where the groove 103 is to be formed in the workpiece 100 in the step of laser processing with three passes for one layer. Laser processing can be performed for the position Pa2.

この場合、図4(a)に示すように、ワーク100は、加工ヘッド4によるパス加工位置Pa2を対象とするレーザ加工が行われると、溝103の形成予定個所におけるパス加工位置Pa2に対応する個所で、且つ表面101の近傍のハッチングを付した部分について、母材が除去されて、単位溝Ga2が形成される。 In this case, as shown in FIG. 4A, when the laser processing is performed on the work 100 targeting the pass processing position Pa2 by the processing head 4, the work 100 corresponds to the pass processing position Pa2 at the location where the groove 103 is to be formed. The base material is removed at the hatched portion near the surface 101 to form the unit groove Ga2.

この状態で、本実施形態のレーザ加工装置1では、ワーク100に形成された単位溝Ga2を、カメラ10で撮影して検出することが可能になる。 In this state, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment, the unit groove Ga2 formed in the workpiece 100 can be photographed by the camera 10 and detected.

そこで、制御装置7は、カメラ10で撮影した単位溝Ga2の情報を受け取り、画像処理により、単位溝Ga2におけるx軸の負方向の端部と正方向の端部とを求める機能を備えている。 Therefore, the control device 7 has a function of receiving the information of the unit groove Ga2 photographed by the camera 10 and obtaining the negative end and the positive end of the x-axis of the unit groove Ga2 by image processing. .

第1の端部加工制御機能は、図4(b)に示すように、加工ヘッド4により、溝103の形成予定個所におけるx軸の負方向の端部104側のパス加工位置Pa1を対象とするレーザ加工を行う場合に、制御装置7が実行する機能である。 As shown in FIG. 4(b), the first end machining control function targets the pass machining position Pa1 on the side of the end 104 in the negative direction of the x-axis at the location where the groove 103 is to be formed by the machining head 4. This function is executed by the control device 7 when laser processing is performed.

制御装置7は、第1の端部加工制御機能では、図4(b)に示すように、x軸方向の配列順序が1番目のパス加工位置Pa1についてレーザ加工を行うときに、加工ヘッド4を、レーザビーム11の照射方向が、z軸およびy軸(図2参照)の双方に平行な平面よりもx軸の負方向に傾く姿勢に制御する。この際、制御装置7は、図7(a)に示すように、カメラ10(図1参照)の撮影情報から求めた単位溝Ga2のx軸の負方向の端部のx座標がx1、単位溝Ga2の深さ寸法から求まる単位溝Ga2の底部のz座標がz1の場合、二点鎖線で示す加工ヘッド4によるレーザビーム11の照射方向を、座標(x1,z1)に向けた傾斜姿勢に配置することが好ましい。このようにすれば、制御装置7は、加工ヘッド4の傾斜姿勢を定める制御を容易に実現することができる。 In the first end processing control function, the control device 7 controls the processing head 4 when laser processing is performed for the pass processing position Pa1 that is the first in the array order in the x-axis direction, as shown in FIG. 4(b). is controlled so that the irradiation direction of the laser beam 11 is inclined in the negative direction of the x-axis with respect to a plane parallel to both the z-axis and the y-axis (see FIG. 2). At this time, as shown in FIG. 7A, the control device 7 sets the x coordinate of the end of the unit groove Ga2 in the negative direction of the x axis obtained from the photographing information of the camera 10 (see FIG. 1) to x1. When the z-coordinate of the bottom of the unit groove Ga2 obtained from the depth dimension of the groove Ga2 is z1, the irradiation direction of the laser beam 11 by the processing head 4 indicated by the two-dot chain line is tilted toward the coordinates (x1, z1). Arrangement is preferred. In this way, the control device 7 can easily implement control for determining the tilted attitude of the machining head 4 .

したがって、制御装置7は、この第1の端部加工制御機能で制御される加工ヘッド4の傾斜姿勢と、パス加工位置Pa1に単位溝Ga1を形成するために必要とされるノズル・ワーク間距離の情報とを基に、パス加工位置Pa1を対象としてレーザ加工を行う場合の加工ヘッド4の傾斜姿勢と移動経路とを定めることができる。制御装置7は、パス加工位置Pa1を対象とするパスを実行するための指令をマニピュレータ3へ与えるときには、前記のように定めた加工ヘッド4の傾斜姿勢と移動経路の情報を含む指令を、マニピュレータ3へ与える機能を備えている。 Therefore, the control device 7 controls the inclination attitude of the machining head 4 controlled by the first end machining control function and the nozzle-to-work distance required to form the unit groove Ga1 at the path machining position Pa1. , the tilting posture and movement path of the processing head 4 when laser processing is performed on the path processing position Pa1 as a target can be determined. When the controller 7 gives a command to the manipulator 3 for executing a pass targeting the pass machining position Pa1, the controller 7 sends the manipulator 3 a command including information on the tilt attitude and movement path of the machining head 4 determined as described above. It has a function to give to 3.

これにより、本実施形態のレーザ加工装置1は、図4(b)に示すように、ワーク100における溝103の形成予定個所にて、パス加工位置Pa1に対するレーザ加工を行うことができる。 As a result, the laser processing apparatus 1 of the present embodiment can perform laser processing on the path processing position Pa1 at the location where the groove 103 is to be formed on the workpiece 100, as shown in FIG. 4B.

この場合、図4(b)に示すように、ワーク100は、加工ヘッド4によるパス加工位置Pa1を対象とするレーザ加工が行われると、溝103の形成予定個所におけるx軸の負方向の端部104側のパス加工位置Pa1に対応する個所で、且つ表面101の近傍のハッチングを付した部分について、母材が除去されて、単位溝Ga1が、パス加工位置Pa2に先に形成されている単位溝Ga2のx軸の負方向側に繋がった状態で形成される。 In this case, as shown in FIG. 4(b), when the workpiece 100 is laser-machined at the path machining position Pa1 by the machining head 4, the edge of the negative direction of the x-axis at the location where the groove 103 is planned to be formed. At a portion corresponding to the pass machining position Pa1 on the part 104 side and in the hatched portion near the surface 101, the base material is removed and the unit groove Ga1 is formed first at the pass machining position Pa2. It is formed in a state of being connected to the unit groove Ga2 on the negative direction side of the x-axis.

第2の端部加工制御機能は、図4(c)に示すように、加工ヘッド4により、溝103の形成予定個所におけるx軸の正方向の端部105側のパス加工位置Pa3を対象とするレーザ加工を行う場合に、制御装置7が実行する機能である。 As shown in FIG. 4(c), the second end machining control function targets the pass machining position Pa3 on the end 105 side in the positive direction of the x-axis at the location where the groove 103 is to be formed by the machining head 4. This function is executed by the control device 7 when laser processing is performed.

制御装置7は、第2の端部加工制御機能では、図4(c)に示すように、x軸方向の配列順序が最後のパス加工位置である配列順序が3番目のパス加工位置Pa3についてレーザ加工を行うときに、加工ヘッド4を、レーザビーム11の照射方向が、z軸およびy軸(図2参照)の双方に平行な平面よりもx軸の正方向に傾く姿勢に制御する。この際、制御装置7は、図7(b)に示すように、カメラ10(図1参照)の撮影情報から求めた単位溝Ga2のx軸の正方向の端部のx座標がx2、単位溝Ga2の深さ寸法から求まる単位溝Ga2の底部のz座標がz1の場合、二点鎖線で示す加工ヘッド4によるレーザビーム11の照射方向を、座標(x2,z1)に向けた傾斜姿勢に配置することが好ましい。このようにすれば、制御装置7は、加工ヘッド4の傾斜姿勢を定める制御を容易に実現することができる。 In the second end machining control function, the control device 7 controls the pass machining position Pa3, which is the third pass machining position in the x-axis direction arrangement order, as shown in FIG. 4(c). When laser processing is performed, the processing head 4 is controlled so that the irradiation direction of the laser beam 11 is inclined in the positive direction of the x-axis from a plane parallel to both the z-axis and the y-axis (see FIG. 2). At this time, as shown in FIG. 7B, the control device 7 sets the x coordinate of the positive end of the unit groove Ga2 obtained from the photographing information of the camera 10 (see FIG. 1) to x2 and the unit When the z-coordinate of the bottom of the unit groove Ga2 obtained from the depth dimension of the groove Ga2 is z1, the irradiation direction of the laser beam 11 by the processing head 4 indicated by the two-dot chain line is tilted toward the coordinates (x2, z1). Arrangement is preferred. In this way, the control device 7 can easily implement control for determining the tilted attitude of the machining head 4 .

したがって、制御装置7は、この第2の端部加工制御機能で制御される加工ヘッド4の傾斜姿勢と、パス加工位置Pa3に単位溝Ga3を形成するために必要とされるノズル・ワーク間距離の情報とを基に、パス加工位置Pa3を対象としてレーザ加工を行う場合の加工ヘッド4の傾斜姿勢と移動経路とを定めることができる。制御装置7は、パス加工位置Pa3を対象とするパスを実行するための指令をマニピュレータ3へ与えるときには、前記のように定めた加工ヘッド4の傾斜姿勢と移動経路の情報を含む指令を、マニピュレータ3へ与える機能を備えている。 Therefore, the control device 7 controls the tilting attitude of the machining head 4 controlled by the second end machining control function and the nozzle-to-work distance required to form the unit groove Ga3 at the path machining position Pa3. , the tilting attitude and movement path of the processing head 4 when laser processing is performed on the path processing position Pa3 as a target can be determined. When the control device 7 gives a command to the manipulator 3 to execute a pass targeting the pass machining position Pa3, the control device 7 sends the manipulator a command including information on the inclination attitude and movement path of the machining head 4 determined as described above. It has a function to give to 3.

これにより、本実施形態のレーザ加工装置1は、図4(c)に示すように、ワーク100における溝103の形成予定個所にて、パス加工位置Pa3に対するレーザ加工を行うことができる。 As a result, the laser processing apparatus 1 of the present embodiment can perform laser processing on the path processing position Pa3 at the location where the groove 103 is to be formed in the workpiece 100, as shown in FIG. 4(c).

この場合、図4(c)に示すように、ワーク100は、加工ヘッド4によるパス加工位置Pa3を対象とするレーザ加工が行われると、溝103の形成予定個所におけるx軸の正方向の端部105側のパス加工位置Pa3に対応する個所で、且つ表面101の近傍のハッチングを付した部分について、母材が除去されて、単位溝Ga3が、パス加工位置Pa2に先に形成されている単位溝Ga2のx軸の正方向側に繋がった状態で形成される。 In this case, as shown in FIG. 4(c), when the workpiece 100 is laser-machined at the path machining position Pa3 by the machining head 4, the edge of the positive direction of the x-axis at the location where the groove 103 is to be formed. In the portion corresponding to the pass machining position Pa3 on the part 105 side and in the hatched portion near the surface 101, the base material is removed and the unit groove Ga3 is formed first at the pass machining position Pa2. It is formed in a state of being connected to the positive direction side of the x-axis of the unit groove Ga2.

これにより、本実施形態のレーザ加工装置1では、1層3パスのレーザ加工として、加工ヘッド4により、パス加工位置Pa2、パス加工位置Pa1、パス加工位置Pa3を対象とするレーザ加工を、順次実施することができる。 As a result, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment, the processing head 4 sequentially performs laser processing targeting the pass processing position Pa2, the pass processing position Pa1, and the pass processing position Pa3 as the one-layer, three-pass laser processing. can be implemented.

したがって、各パス加工位置Pa1,Pa2,Pa3を対象とする1層3パスのレーザ加工の処理が終了すると、ワーク100には、図5(a)に示すように、一点鎖線で示す溝103の形成予定個所に、表面101から、x軸方向に溝103に所望される溝幅寸法を備えてはいるが、所望する深さには達していない状態の溝103が形成される。なお、本実施形態の場合は、パス加工位置Pa1のレーザ加工を行うときに、加工ヘッド4によるレーザビーム11の照射方向を座標(x1,z1)に向け、また、パス加工位置Pa3のレーザ加工を行うときに、加工ヘッド4によるレーザビーム11の照射方向を座標(x2,z1)に向けることが好ましいとした。しかし、厳密には、目標が同じでも、加工ヘッド4の傾斜姿勢の角度が異なれば、ワーク100におけるレーザビーム11が照射される位置は変化する。よって、本実施形態の場合は、ワーク100に形成される溝103の溝幅寸法は、パス加工位置Pa1とパス加工位置Pa3のレーザ加工を行うときの加工ヘッド4の傾斜姿勢の角度の影響を受けた状態で決まる。 Therefore, when the one-layer, three-pass laser processing for the respective pass processing positions Pa1, Pa2, and Pa3 is completed, the work 100 has grooves 103 indicated by dashed lines in FIG. 5(a). A groove 103 having a desired width dimension for the groove 103 in the x-axis direction from the surface 101 but not reaching a desired depth is formed at the planned formation location. In the case of the present embodiment, when the path processing position Pa1 is laser-processed, the irradiation direction of the laser beam 11 by the processing head 4 is directed to the coordinates (x1, z1), and the path processing position Pa3 is laser-processed. , it is preferable that the irradiation direction of the laser beam 11 by the processing head 4 is directed to the coordinates (x2, z1). Strictly speaking, however, even if the target is the same, the position irradiated with the laser beam 11 on the work 100 changes if the angle of the tilting attitude of the processing head 4 is different. Therefore, in the case of the present embodiment, the groove width dimension of the groove 103 formed in the workpiece 100 does not influence the angle of the inclination attitude of the processing head 4 when laser processing is performed at the pass processing position Pa1 and the pass processing position Pa3. Depends on how you received it.

更に、この溝103は、パス加工位置Pa1には、レーザビーム11を、照射方向をx軸の負方向に傾けた状態で照射し、パス加工位置Pa3には、レーザビーム11を、照射方向をx軸の正方向に傾けた状態で照射しているので、形成された溝103は、ワーク100の表面101から溝103の底部まで、x軸方向の溝幅寸法がほぼ同様となる。この状態で、本実施形態のレーザ加工装置1では、ワーク100に形成された溝103を、カメラ10で撮影して検出することが可能になる。 Further, the groove 103 irradiates the laser beam 11 to the path processing position Pa1 with the irradiation direction inclined in the negative direction of the x-axis, and irradiates the laser beam 11 to the path processing position Pa3 in the irradiation direction. Since the irradiation is performed while being inclined in the positive direction of the x-axis, the formed groove 103 has substantially the same groove width in the x-axis direction from the surface 101 of the workpiece 100 to the bottom of the groove 103 . In this state, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment, the groove 103 formed in the workpiece 100 can be photographed by the camera 10 and detected.

そこで、制御装置7は、カメラ10で撮影した溝103の情報を受け取り、画像処理により、溝103の底部におけるx軸の負方向の端部と正方向の端部とを求める機能を備えている。次いで、制御装置7は、図5(a)に示すように、それまでに形成された溝103の底部を対象として、前記したと同様の1層3パスのレーザ加工を再度開始する機能を備えている。 Therefore, the control device 7 has a function of receiving information of the groove 103 photographed by the camera 10 and obtaining the negative end and the positive end of the x-axis at the bottom of the groove 103 by image processing. . Next, as shown in FIG. 5(a), the control device 7 has a function of restarting the same one-layer three-pass laser processing as described above targeting the bottom of the groove 103 formed so far. ing.

これにより、本実施形態のレーザ加工装置1は、図5(a)(b)(c)に示すように、ワーク100の表面101から既に形成されている溝103の底部に、図4(a)(b)(c)に示したと同様に、x軸方向に3つのパス加工位置Pa1,Pa2,Pa3を並べて設定して、それぞれのパス加工位置Pa1,Pa2,Pa3に対してレーザビーム11の照射を行う1層3パスのレーザ加工を行うことができる。したがって、既に形成された溝103の底部で、更に、層状の領域の母材を除去して、より深い溝103を形成する加工を行うことができる。この際、ワーク100に既に形成されている溝103は、x軸方向の溝幅寸法が、加工ヘッド4からワーク100に照射されるレーザビーム11のスポットのビーム径の2倍以上となっている。そのため、既に形成された溝103では、ワーク100の表面101における溝103の開口部から、溝103の底部に設定されたパス加工位置Pa1に、レーザビーム11を、照射方向をx軸の負方向に傾けた状態で照射すること、および、パス加工位置Pa3に、レーザビーム11を、照射方向をx軸の正方向に傾けた状態で照射することに支障は生じない。 As a result, as shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, the laser processing apparatus 1 of the present embodiment has the bottom of the groove 103 already formed from the surface 101 of the workpiece 100, as shown in FIG. ) (b) and (c), three path machining positions Pa1, Pa2, and Pa3 are set side by side in the x-axis direction, and the laser beam 11 is directed to each of the path machining positions Pa1, Pa2, and Pa3. It is possible to perform laser processing of one layer and three passes for irradiation. Therefore, at the bottom of the groove 103 that has already been formed, processing can be performed to form a deeper groove 103 by further removing the base material in the layered region. At this time, the groove width dimension in the x-axis direction of the groove 103 already formed in the work 100 is at least twice the beam diameter of the spot of the laser beam 11 irradiated from the processing head 4 to the work 100. . Therefore, in the already formed groove 103, the laser beam 11 is irradiated from the opening of the groove 103 on the surface 101 of the workpiece 100 to the path processing position Pa1 set at the bottom of the groove 103, and the irradiation direction is the negative direction of the x-axis. and irradiating the path processing position Pa3 with the laser beam 11 with the irradiation direction tilted in the positive direction of the x-axis.

したがって、本実施形態のレーザ加工装置1は、1層3パスのレーザ加工を、既設の溝103の底部に対して更に行うことで、溝103の深さを次第に増加させる加工を行うことができる。 Therefore, the laser processing apparatus 1 of the present embodiment can perform processing to gradually increase the depth of the groove 103 by further performing one-layer three-pass laser processing on the bottom of the existing groove 103. .

制御装置7は、ワーク100に形成される溝103の深さが、計画している深さに達するまで、加工ヘッド4による1層3パスのレーザ加工を繰り返し行うようにすればよい。これにより、ワーク100には、溝103の形成予定個所に、設定された幅と深さを有する溝103が形成される。 The control device 7 may repeat the one-layer three-pass laser processing by the processing head 4 until the depth of the groove 103 formed in the workpiece 100 reaches the planned depth. As a result, the groove 103 having the set width and depth is formed in the work 100 at the place where the groove 103 is to be formed.

このように、本実施形態のレーザ加工装置1は、1層3パスのレーザ加工で、レーザビーム11のスポットのビーム径の2倍以上の溝幅寸法を有する溝103を形成し、更に、既に形成された溝103の底部を対象として、1層3パスのレーザ加工を行うことで、次第に深い溝103を形成することができる。 As described above, the laser processing apparatus 1 of the present embodiment forms the groove 103 having a groove width dimension of at least twice the beam diameter of the spot of the laser beam 11 by one-layer three-pass laser processing. The bottom of the formed groove 103 is subjected to one-layer three-pass laser processing, so that the groove 103 can be formed gradually deeper.

更に、本実施形態のレーザ加工装置1は、ワーク100に、表面101から裏面102に達する溝103の形成を計画して、溝103の形成予定個所に対して、1層3パスのレーザ加工を繰り返し行う処理を実施するようにしてもよい。この手法によれば、本実施形態のレーザ加工装置1は、ワーク100を、溝103の形成個所で切断する加工を実施することができる。 Furthermore, the laser processing apparatus 1 of the present embodiment plans to form a groove 103 reaching from the front surface 101 to the back surface 102 in the work 100, and performs laser processing of 1 layer 3 passes on the planned formation location of the groove 103. You may make it carry out the process performed repeatedly. According to this technique, the laser processing apparatus 1 of the present embodiment can cut the workpiece 100 at the formation location of the groove 103 .

本実施形態のレーザ加工装置1では、制御装置7は、第1の端部加工制御機能および第2の端部加工制御機能による端部加工制御機能により、x軸方向の配列順序が1番目のパス加工位置Pa1および3番目のパス加工位置Pa3についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッド4を互いにx軸方向の逆向きに傾く姿勢に制御することができる。たとえば、制御装置7は、x軸方向の配列順序が1番目のパス加工位置Pa1についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッド4を、レーザビーム11の照射方向がx軸の負方向に傾く姿勢に制御し、x軸方向の配列順序が3番目のパス加工位置Pa3についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッド4を、レーザビーム11の照射方向がx軸の正方向に傾く姿勢に制御する。したがって、本実施形態のレーザ加工装置1では、ワーク100に既に形成された溝103の内側の空間を利用して、溝103の両側壁を形成しているワーク100の母材に干渉されることなく、加工ヘッド4から、溝103の底部に設定される各パス加工位置Pa1,Pa2,Pa3に、レーザビーム11を照射することができる。このため、本実施形態のレーザ加工装置1は、1層3パスのレーザ加工を順次繰り返し行うことで、ワーク100に形成された溝103の底部に、新たな溶融材15を生じさせるこができ、その溶融材15をガスノズル8から吹き付けるアシストガス9により吹き飛ばすことで、溝103の深さを順次深くする加工を実施することができる。 In the laser processing apparatus 1 of the present embodiment, the control device 7 has the first end processing control function and the second end processing control function, and the arrangement order in the x-axis direction is the first. When laser processing is performed for the pass processing position Pa1 and the third pass processing position Pa3, the processing head 4 can be controlled to tilt in opposite directions in the x-axis direction. For example, the control device 7 controls the processing head 4 so that the irradiation direction of the laser beam 11 is tilted in the negative direction of the x-axis when laser processing is performed on the pass processing position Pa1 that is the first in the x-axis direction arrangement order. However, when laser processing is performed for the pass processing position Pa3 that is third in the arrangement order in the x-axis direction, the processing head 4 is controlled so that the irradiation direction of the laser beam 11 is tilted in the positive direction of the x-axis. Therefore, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment, the space inside the groove 103 already formed in the work 100 is used to prevent interference with the base material of the work 100 forming both side walls of the groove 103. Instead, the laser beam 11 can be irradiated from the processing head 4 to each of the pass processing positions Pa1, Pa2, and Pa3 set at the bottom of the groove 103. FIG. Therefore, the laser processing apparatus 1 of the present embodiment can generate a new molten material 15 at the bottom of the groove 103 formed in the workpiece 100 by sequentially repeating three-pass laser processing for one layer. By blowing off the molten material 15 with the assist gas 9 sprayed from the gas nozzle 8, the depth of the groove 103 can be progressively increased.

[第1実施形態の応用例]
前記第1実施形態では、制御装置7に、1層3パスのレーザ加工が設定された場合の例について説明した。これに対し、制御装置7は、1層4パス、1層5パスなど、1層当たりのパス数がより多く設定される機能を備えていてもよい。
[Application example of the first embodiment]
In the first embodiment, an example in which the controller 7 is set to perform three-pass laser processing for one layer has been described. On the other hand, the control device 7 may have a function of setting a larger number of passes per layer, such as 4 passes per layer or 5 passes per layer.

そこで、第1実施形態の応用例では、前記第1実施形態で示した1層3パスの場合の構成を、1層4パス、5パス、あるいはそれ以上の多パスの場合にも応用して適用できるように、Mを3以上の任意の整数として、1層Mパスの場合に一般化して説明する。具体的には、制御装置7に、1層Mパスのレーザ加工が設定される場合に、制御装置7が備える機能について説明する。 Therefore, in the application example of the first embodiment, the configuration for the case of 1 layer 3 passes shown in the first embodiment is applied to the case of 1 layer 4 passes, 5 passes, or more passes. As applicable, the description is generalized to the case of 1-layer M-passes, where M is any integer greater than or equal to 3. Specifically, the functions of the control device 7 when one-layer M-pass laser processing is set in the control device 7 will be described.

制御装置7は、パス加工位置設定機能と、加工順序設定機能と、中間部加工制御機能と、端部加工制御機能としての第1の端部加工制御機能および第2の端部加工制御機能と、を備える。 The control device 7 has a path machining position setting function, a machining order setting function, an intermediate machining control function, and a first edge machining control function and a second edge machining control function as edge machining control functions. , provided.

パス加工位置設定機能は、制御装置7が、1層Mパスのレーザ加工とされた設定に基づいて、ワーク100に対し、x軸方向にM個のパス加工位置を並べて設定する機能である。この際、各パス加工位置は、個別に形成予定の単位溝同士が、x軸方向に繋がるように設定される。 The pass machining position setting function is a function in which the control device 7 sets M pass machining positions side by side in the x-axis direction for the workpiece 100 based on the setting of one-layer M-pass laser machining. At this time, each pass machining position is set so that the unit grooves to be individually formed are connected in the x-axis direction.

加工順序設定機能は、パス加工位置設定機能でx軸方向に並べて設定されたM個のパス加工位置について、次の第1と第2の順序設定条件が共に満たされるように、レーザ加工を行う加工順序を設定する機能である。 The machining order setting function performs laser machining so that the following first and second order setting conditions are both satisfied for the M pass machining positions set in parallel in the x-axis direction by the pass machining position setting function. This function sets the machining order.

第1の順序設定条件は、x軸方向の配列順序が1番目のパス加工位置のレーザ加工を、隣接するx軸方向の配列順序が2番目のパス加工位置のレーザ加工よりも後に実施するという条件である。 The first order setting condition is that the laser processing of the pass processing position having the first arrangement order in the x-axis direction is performed after the laser processing of the adjacent pass processing position having the second arrangement order in the x-axis direction. It is a condition.

第2の順序設定条件は、x軸方向の配列順序が最後、すなわちM番目のパス加工位置のレーザ加工を、隣接するx軸方向の配列順序が最後から2番目、すなわち前記配列順序が(M-1)番目のパス加工位置のレーザ加工よりも後に実施するという条件である。 The second order setting condition is that the arrangement order in the x-axis direction is the last, that is, laser processing at the M-th pass processing position, and the arrangement order in the adjacent x-axis direction is the second from the end, that is, the arrangement order is (M -1) The condition is that the laser processing is performed after the laser processing of the th pass processing position.

加工順序設定機能では、前記第1と第2の順序設定条件が満たされれば、その他の加工順序は、たとえば、マニピュレータ3による加工ヘッド4の動作の効率化を図るなどの観点から、任意に設定してよい。 In the machining order setting function, if the first and second order setting conditions are satisfied, other machining orders can be arbitrarily set from the viewpoint of, for example, improving the efficiency of the operation of the machining head 4 by the manipulator 3. You can

たとえば、図8に示すように、1層4パスの場合は、x軸方向に並べて4つのパス加工位置Pb1,Pb2,Pb3,Pb4が設定される。この場合、制御装置7の加工順序設定機能は、パス加工位置Pb1の加工順序がパス加工位置Pb2よりも後で、且つパス加工位置Pb4の加工順序がパス加工位置Pb3よりも後であれば、その他の加工順序は任意に設定してよい。 For example, as shown in FIG. 8, in the case of 4 passes for 1 layer, 4 pass machining positions Pb1, Pb2, Pb3, and Pb4 are set side by side in the x-axis direction. In this case, if the machining order of the path machining position Pb1 is after the path machining position Pb2 and the machining order of the path machining position Pb4 is after the path machining position Pb3, the machining order setting function of the control device 7 Other processing orders may be set arbitrarily.

たとえば、パス加工位置Pb2とパス加工位置Pb3は、いずれの加工順序が先であってもよい。この場合、パス加工位置Pb2とパス加工位置Pb3のうち、加工順序が先とされる一方が、1番目の加工順序に設定される。具体的には、1層4パスの場合の加工順序は、各パス加工位置の符号のみを並べて示すと、Pb2,Pb1,Pb3,Pb4と、Pb2,Pb3,Pb1,Pb4と、Pb2,Pb3,Pb4,Pb1と、Pb3,Pb2,Pb1,Pb4と、Pb3,Pb2,Pb4,Pb1と、Pb3,Pb4,Pb2,Pb1のうちのいずれかに設定される。 For example, the path machining position Pb2 and the path machining position Pb3 may be processed in any order. In this case, one of the path machining position Pb2 and the path machining position Pb3, which is given the first machining order, is set as the first machining order. Specifically, the order of machining in the case of 1-layer 4-pass is as follows: Pb2, Pb1, Pb3, Pb4; Pb2, Pb3, Pb1, Pb4; Pb2, Pb3; Any one of Pb4, Pb1, Pb3, Pb2, Pb1, Pb4, Pb3, Pb2, Pb4, Pb1, and Pb3, Pb4, Pb2, Pb1 is set.

また、たとえば、図9に示すように、1層5パスの場合は、x軸方向に並べて5つのパス加工位置Pc1,Pc2,Pc3,Pc4,Pc5が設定される。この場合、制御装置7の加工順序設定機能は、パス加工位置Pc1の加工順序がパス加工位置Pc2よりも後で、且つパス加工位置Pc5の加工順序がパス加工位置Pc4よりも後であれば、その他の加工順序は任意に設定してよい。 For example, as shown in FIG. 9, in the case of 5 passes for 1 layer, 5 pass machining positions Pc1, Pc2, Pc3, Pc4, and Pc5 are set side by side in the x-axis direction. In this case, if the machining order of the path machining position Pc1 is after the path machining position Pc2 and the machining order of the path machining position Pc5 is after the path machining position Pc4, the machining order setting function of the control device 7 Other processing orders may be set arbitrarily.

1層5パスの場合は、パス加工位置Pc1とパス加工位置Pc2の加工順序の条件、および、パス加工位置Pc4とパス加工位置Pc5の加工順序の条件は、前記した1層4パスの場合におけるパス加工位置Pb1とパス加工位置Pb2の加工順序の条件、および、パス加工位置Pb3とパス加工位置Pb4の加工順序の条件と同様である。したがって、1層5パスの場合にて、パス加工位置Pc3を除いた4つのパス加工位置Pc1,Pc2,Pc4,Pc5についての加工順序の並べ方は、前記した1層4パスの場合の加工順序と同様に、6通りの設定が可能である。すなわち、1層5パスの場合におけるパス加工位置Pc1,Pc2,Pc4,Pc5の加工順序の並べ方は、各パス加工位置の符号のみで示すと、Pc2,Pc1,Pc4,Pc5と、Pc2,Pc4,Pc1,Pc5と、Pc2,Pc4,Pc5,Pc1と、Pc4,Pc2,Pc1,Pc5と、Pc4,Pc2,Pc5,Pc1と、Pc4,Pc5,Pc2,Pc1と、のいずれかに設定することができる。ところで、パス加工位置Pc3については、加工順序の設定に関わる条件は特にない。そのため、パス加工位置Pc3の加工順序は、前記したパス加工位置Pc1,Pc2,Pc4,Pc5についての6通りの加工順序の並べ方のそれぞれに対して、加工順序が1番目となるように加えた設定としてもよいし、2番目または3番目または4番目のいずれかとなるように挿入した設定としてもよいし、5番目となるように加えた設定としてもよい。よって、1層5パスの場合は、パス加工位置Pc2とパス加工位置Pc3とパス加工位置Pc4のうちのいずれかが、1番目の加工順序に設定される。 In the case of 1 layer 5 passes, the conditions for the machining order of the pass machining position Pc1 and the pass machining position Pc2 and the conditions for the machining order of the pass machining position Pc4 and the pass machining position Pc5 are the same as in the case of the 1 layer 4 passes described above. The conditions for the machining order of the pass machining positions Pb1 and Pb2 and the conditions for the machining order of the pass machining positions Pb3 and Pb4 are the same. Therefore, in the case of 1 layer 5 passes, the processing order for the 4 pass machining positions Pc1, Pc2, Pc4, and Pc5 excluding the pass machining position Pc3 is the same as the machining order in the case of 1 layer 4 passes described above. Similarly, 6 different settings are possible. That is, the processing order of the pass machining positions Pc1, Pc2, Pc4, and Pc5 in the case of five passes for one layer is indicated by the reference numerals of the respective pass machining positions, Pc2, Pc1, Pc4, and Pc5, Pc2, Pc4, and Pc2, Pc4, Can be set to any of Pc1, Pc5, Pc2, Pc4, Pc5, Pc1, Pc4, Pc2, Pc1, Pc5, Pc4, Pc2, Pc5, Pc1, Pc4, Pc5, Pc2, Pc1 . By the way, for the path machining position Pc3, there is no particular condition for setting the machining order. Therefore, the machining order of the path machining position Pc3 is set so that the machining order is the first in each of the six ways of arranging the machining orders of the path machining positions Pc1, Pc2, Pc4, and Pc5. may be inserted to be the second, third, or fourth, or may be added to be the fifth. Therefore, in the case of one layer and five passes, one of the pass machining position Pc2, the pass machining position Pc3, and the pass machining position Pc4 is set as the first machining order.

中間部加工制御機能は、制御装置7が、x軸方向の配列順序が1番目と、配列順序がM番目とを除く中間部のパス加工位置、すなわち、x軸方向の配列順序が2番目から(M-1)番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときには、図4(a)に示したと同様に、加工ヘッド4を、レーザビーム11の照射方向が、z軸およびy軸(図2参照)の双方に平行な平面に沿う姿勢に制御する機能である。 The intermediate portion machining control function is such that the control device 7 controls the pass machining positions of the intermediate portion excluding the 1st and Mth arrayed orders in the x-axis direction, that is, the 2nd to 2nd pass machining positions in the x-axis direction. When laser processing is performed for the (M−1)-th pass processing position, as shown in FIG. ) to control the posture along a plane parallel to both.

第1の端部加工制御機能は、制御装置7が、x軸方向の配列順序が1番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッド4を、図4(b)に示したと同様に、レーザビーム11の照射方向が、z軸およびy軸(図2参照)の双方に平行な平面よりもx軸の負方向に傾く姿勢に制御する機能である。この際、制御装置7は、図7(a)に示したと同様に、x軸方向の配列順序が2番目のパス加工位置に形成されている単位溝のx軸の負方向の端部のx座標と、該単位溝の底部のz座標とを基に、そのx座標とz座標とを備える位置に加工ヘッド4によるレーザビーム11の照射方向が向くように、加工ヘッド4の傾斜姿勢を定めることが好ましい。 The first end processing control function is that when the controller 7 performs laser processing on the pass processing position that is the first in the array order in the x-axis direction, the processing head 4 is moved to the position shown in FIG. , the irradiation direction of the laser beam 11 is controlled so as to tilt in the negative direction of the x-axis from a plane parallel to both the z-axis and the y-axis (see FIG. 2). At this time, as shown in FIG. 7( a ), the control device 7 controls the x-direction of the negative x-direction end of the unit groove formed at the second pass machining position in the x-axis direction. Based on the coordinates and the z-coordinate of the bottom of the unit groove, the tilting attitude of the machining head 4 is determined so that the irradiation direction of the laser beam 11 from the machining head 4 is directed to the position having the x-coordinate and the z-coordinate. is preferred.

第2の端部加工制御機能は、制御装置7が、x軸方向の配列順序がM番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッド4を、図4(c)に示したと同様に、レーザビーム11の照射方向が、z軸およびy軸(図2参照)の双方に平行な平面よりもx軸の正方向に傾く姿勢に制御する機能である。この際、制御装置7は、図7(b)に示したパス加工位置Pa3のレーザ加工の場合と同様に、x軸方向の配列順序が(M-1)番目のパス加工位置に形成されている単位溝のx軸の正方向の端部のx座標と、該単位溝の底部のz座標とを基に、そのx座標とz座標とを備える位置に加工ヘッド4によるレーザビーム11の照射方向が向くように、加工ヘッド4の傾斜姿勢を定めることが好ましい。 The second end processing control function is that when the controller 7 performs laser processing on the M-th pass processing position in the x-axis direction arrangement order, the processing head 4 is controlled as shown in FIG. 4(c). , the irradiation direction of the laser beam 11 is controlled so as to tilt in the positive direction of the x-axis from a plane parallel to both the z-axis and the y-axis (see FIG. 2). At this time, as in the case of the laser processing at the pass processing position Pa3 shown in FIG. Based on the x-coordinate of the end of the unit groove in the positive direction of the x-axis and the z-coordinate of the bottom of the unit groove, the processing head 4 irradiates the laser beam 11 at the position having the x-coordinate and the z-coordinate. It is preferable to determine the tilted posture of the processing head 4 so that the direction is directed.

これにより、本応用例のレーザ加工装置1では、制御装置7は、第1の端部加工制御機能および第2の端部加工制御機能による端部加工制御機能により、x軸方向の配列順序が1番目のパス加工位置およびM番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッド4を互いにx軸方向の逆向きに傾く姿勢に制御することができる。 As a result, in the laser processing apparatus 1 of this application example, the control device 7 controls the arrangement order in the x-axis direction by the edge processing control function based on the first edge processing control function and the second edge processing control function. When laser processing is performed for the first pass processing position and the Mth pass processing position, the processing heads 4 can be controlled to tilt in opposite directions in the x-axis direction.

したがって、本応用例のレーザ加工装置1は、1層Mパスのレーザ加工を行うことができるため、第1実施形態のレーザ加工装置1と同様に使用して、同様の効果を得ることができる。 Therefore, since the laser processing apparatus 1 of this application example can perform single-layer M-pass laser processing, it can be used in the same manner as the laser processing apparatus 1 of the first embodiment, and can obtain similar effects. .

なお、本開示のレーザ加工装置、および、レーザ加工方法は、前記実施形態および応用例にのみ限定されるものではない。 Note that the laser processing apparatus and laser processing method of the present disclosure are not limited only to the above-described embodiments and application examples.

図1に示したロボット2のマニピュレータ3の関節数、形状、サイズ、および、エンドエフェクタである加工ヘッド4の形状、サイズは、図示するための便宜上のものであり、図示したものに限定されない。 The number of joints, shape, and size of the manipulator 3 of the robot 2 shown in FIG. 1, and the shape and size of the processing head 4, which is an end effector, are for convenience of illustration and are not limited to those shown.

また、ロボット2は、ワーク100に形成する溝103の全長に亘り、加工ヘッド4を前記した所定の傾斜姿勢で移動させる機能を備えていれば、ワーク100に形成する溝103が延びる方向と、ロボット2の配置は、任意に設定してよい。また、たとえば、ロボット2は、マニピュレータ3が取り付けられているベースが可動する形式であってもよい。 If the robot 2 has a function of moving the machining head 4 in the above-described predetermined inclined posture over the entire length of the groove 103 formed in the work 100, the direction in which the groove 103 formed in the work 100 extends, Arrangement of the robot 2 may be set arbitrarily. Further, for example, the robot 2 may be of a type in which the base to which the manipulator 3 is attached is movable.

ワーク100に形成する溝103の溝幅寸法は、1層3パスの場合は、ワーク100に照射されるレーザビーム11のスポットのビーム径に対する比率が2倍以上として説明したが、これらは寸法例である。 Regarding the groove width dimension of the groove 103 formed in the work 100, in the case of 1 layer 3 passes, the ratio of the beam diameter of the spot of the laser beam 11 irradiated to the work 100 is 2 times or more, but these are examples of dimensions. is.

溝103の溝幅の寸法は、大きくすればするほど、溝103の側壁との干渉を避けた状態で、溝103の底部に、1層Mパス(Mは3以上の整数)のレーザ加工のためのレーザビーム11の照射を実施しやすくなるが、溝103を形成するために除去するワーク100の母材の量が多くなるため、より多くのエネルギーと時間が必要になる。 The larger the groove width of the groove 103 is, the more M-pass (M is an integer equal to or greater than 3) laser processing is applied to the bottom of the groove 103 while avoiding interference with the side wall of the groove 103. However, the amount of the base material of the workpiece 100 to be removed to form the grooves 103 is increased, so more energy and time are required.

一方、溝103の溝幅の寸法は、小さくすればするほど、溝103を形成するために除去するワーク100の母材の量が少なくなるが、溝103の底部を対象として1層Mパスのレーザ加工のためにレーザビーム11を照射するときに、溝103の側壁との干渉を避け難くなる。 On the other hand, the smaller the groove width of the groove 103, the smaller the amount of the base material of the workpiece 100 to be removed to form the groove 103. When irradiating the laser beam 11 for laser processing, it becomes difficult to avoid interference with the side wall of the groove 103 .

よって、溝103の溝幅寸法の設定値は、加工ヘッド4から照射するレーザビーム11を、溝103の側壁と干渉させることなく、溝103の底部に設定される1層Mパスのレーザ加工を実施できるという条件が満たされる範囲で、前記した以外の寸法に変更してもよいことは勿論である。この場合であっても、溝103を形成する加工に要するエネルギーと時間を抑制するという点から考えると、溝103の溝幅寸法は、できるだけ小さくすることが好ましい。 Therefore, the set value of the groove width dimension of the groove 103 is such that the laser beam 11 irradiated from the processing head 4 does not interfere with the side wall of the groove 103, and the one-layer M-pass laser processing set at the bottom of the groove 103 is performed. It goes without saying that the dimensions may be changed to those other than those described above as long as the condition of being practicable is satisfied. Even in this case, considering the energy and time required for processing to form the groove 103, it is preferable to make the groove width dimension of the groove 103 as small as possible.

前記各実施形態および応用例では、溝検出装置は、カメラ10を例示したが、ワーク100に形成された溝103または溝103の底部、あるいは、単位溝について、x軸の負方向の端部と、正方向の端部を検出することができれば、視覚センサ、3Dスキャナなど、カメラ10以外の任意の形式の溝検出装置を採用してもよい。したがって、制御装置7は、溝検出装置より受け取る情報の形式に応じて、ワーク100に形成された溝103や単位溝の位置を特定する処理を適宜行う機能を備えるものとすればよい。この構成によっても、本開示のレーザ加工装置およびレーザ加工方法は、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。 In each of the above-described embodiments and application examples, the camera 10 was used as an example of the groove detection device. Any type of groove detection device other than the camera 10, such as a visual sensor, a 3D scanner, or the like, may be employed as long as it can detect the edge in the positive direction. Therefore, the control device 7 may have a function of appropriately performing processing for identifying the positions of the grooves 103 formed in the workpiece 100 and the unit grooves according to the format of the information received from the groove detection device. Also with this configuration, the laser processing apparatus and laser processing method of the present disclosure can obtain effects similar to those of the above-described embodiment.

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。 It goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

なお、本開示のレーザ加工装置およびレーザ加工方法の更に別の応用としては、ワークにおける溝の形成予定個所に、1層2パスのレーザ加工を順次繰り返し行うことで、溝を形成することも可能である。この場合は、本開示のレーザ加工装置における制御装置は、先ず、ワークにおける溝の形成予定個所に、2つのパス加工位置をx軸方向に並べて設定する。その後、制御装置は、x軸方向の配列順序が1番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッドを、レーザビームの照射方向が、z軸およびy軸(図2参照)の双方に平行な平面よりもx軸の負方向に傾く姿勢に制御し、x軸方向の配列順序が2番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッドを、レーザビームの照射方向が、z軸およびy軸(図2参照)の双方に平行な平面よりもx軸の正方向に傾く姿勢に制御するようにすればよい。 As a further application of the laser processing apparatus and laser processing method of the present disclosure, it is also possible to form a groove by sequentially repeating laser processing of one layer and two passes at a location where a groove is to be formed in a work. is. In this case, the controller in the laser processing apparatus of the present disclosure first sets two pass processing positions side by side in the x-axis direction at the groove formation planned location on the work. After that, when laser processing is performed at the pass processing position that is the first in the array order in the x-axis direction, the control device moves the processing head so that the irradiation direction of the laser beam is aligned with both the z-axis and the y-axis (see FIG. 2). When the posture is controlled to tilt in the negative direction of the x-axis with respect to the parallel plane, and laser processing is performed on the second pass processing position in the array order in the x-axis direction, the processing head is set so that the irradiation direction of the laser beam is aligned with the z-axis. and the y-axis (see FIG. 2).

2 ロボット、3 マニピュレータ、4 加工ヘッド、6 レーザ発振器、7 制御装置、9 アシストガス、8 ガスノズル、10 カメラ(溝検出装置)、100 ワーク、103 溝、104 端部、105 端部、Pa1,Pa2,Pa3 パス加工位置、Pb1,Pb2,Pb3,Pb4 パス加工位置、Pc1,Pc2,Pc3,Pc4,Pc5 パス加工位置 2 robot, 3 manipulator, 4 processing head, 6 laser oscillator, 7 control device, 9 assist gas, 8 gas nozzle, 10 camera (groove detection device), 100 workpiece, 103 groove, 104 end, 105 end, Pa1, Pa2 , Pa3 path machining position, Pb1, Pb2, Pb3, Pb4 path machining position, Pc1, Pc2, Pc3, Pc4, Pc5 path machining position

Claims (5)

マニピュレータを備えたロボットと、
前記マニピュレータの先端側に取り付けられた加工ヘッドと、
前記加工ヘッドに接続されたレーザ発振器と、
制御装置と、
前記加工ヘッドからのレーザビームの照射個所にアシストガスを吹き付けるガスノズルと、
溝検出装置と、を備え、
前記制御装置は、
ワークについて溝の形成予定個所が設定される機能と、
前記加工ヘッドを、前記ワークに形成する前記溝の長手方向に沿わせて移動させる動作が、レーザ加工の1つのパスとして設定される機能と、
1層Mパス(Mは3以上の整数)のレーザ加工が設定される機能と、
形成予定の前記溝の溝幅方向をx軸方向、前記溝の長手方向をy軸方向、前記溝の深さ方向をz軸方向として、前記ワークにおける前記溝の形成予定個所に、前記x軸方向に並べてM個のパス加工位置を設定するパス加工位置設定機能と、
前記各パス加工位置に対して前記パスを実行するための指令を前記マニピュレータへ与える機能と、
前記x軸方向の配列順序が1番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときに、前記加工ヘッドを前記レーザビームの照射方向が前記z軸および前記y軸の双方に平行な平面よりも前記x軸の負方向に傾け、前記配列順序がM番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときに、前記加工ヘッドを前記レーザビームの照射方向が前記平面よりも前記x軸の正方向に傾ける端部加工制御機能と、を備えたこと
を特徴とするレーザ加工装置。
a robot with a manipulator,
a processing head attached to the tip side of the manipulator;
a laser oscillator connected to the processing head;
a controller;
a gas nozzle for blowing an assist gas onto a location irradiated with the laser beam from the processing head;
a groove detection device,
The control device is
A function of setting a planned groove formation location for a workpiece;
A function in which an operation of moving the processing head along the longitudinal direction of the groove formed in the workpiece is set as one pass of laser processing;
A function in which laser processing of one layer M passes (M is an integer of 3 or more) is set;
Assuming that the groove width direction of the groove to be formed is the x-axis direction, the longitudinal direction of the groove is the y-axis direction, and the depth direction of the groove is the z-axis direction, the x-axis A path machining position setting function that sets M number of path machining positions arranged in a direction;
a function of giving a command to the manipulator to execute the path for each of the path machining positions;
When laser processing is performed at the pass processing position whose arrangement order in the x-axis direction is the first, the processing head is positioned so that the irradiation direction of the laser beam is closer to the x-axis than the plane parallel to both the z-axis and the y-axis. an end portion tilted in the negative direction of the axis and tilting the irradiation direction of the laser beam in the positive direction of the x-axis with respect to the plane when laser processing is performed at the M-th pass processing position in the arrangement order A laser processing device comprising: a processing control function;
前記制御装置は、
前記パス加工位置設定機能で前記x軸方向に並べて設定されたM個のパス加工位置について、前記x軸方向の配列順序が1番目のパス加工位置のレーザ加工は、隣接する前記x軸方向の配列順序が2番目のパス加工位置のレーザ加工よりも後に実施するという条件と、前記x軸方向の配列順序がM番目のパス加工位置のレーザ加工は、隣接する前記x軸方向の配列順序が(M-1)番目のパス加工位置のレーザ加工よりも後に実施するという条件とが共に満たされるように、レーザ加工を行う加工順序を設定する加工順序設定機能と、
前記x軸方向の配列順序が前記2番目から前記(M-1)番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときに、前記加工ヘッドを、前記レーザビームの照射方向が、前記平面に沿う姿勢に制御する中間部加工制御機能と、を更に備えた
請求項1に記載のレーザ加工装置。
The control device is
For the M pass machining positions set side by side in the x-axis direction by the pass machining position setting function, the laser machining at the pass machining position that is arranged first in the x-axis direction is performed on the adjacent x-axis direction. The condition that the arrangement order is performed after the laser processing at the second pass processing position, and the laser processing at the pass processing position with the M-th arrangement order in the x-axis direction are that the arrangement order in the adjacent x-axis direction is a processing order setting function for setting the processing order in which laser processing is performed so that the condition that the laser processing is performed after the laser processing at the (M−1)th pass processing position is both satisfied;
When laser processing is performed at pass processing positions from the second to the (M−1)th in the x-axis direction arrangement order, the processing head is placed in a posture in which the irradiation direction of the laser beam is along the plane. The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising an intermediate portion processing control function for controlling.
前記加工ヘッドは、前記レーザビームを先端側の開口を通して外部へ照射するノズルを備え、更に、前記レーザビームの焦点が前記ノズルの前記開口の位置に配置された構成を備えた
請求項1または2に記載のレーザ加工装置。
3. The processing head comprises a nozzle for irradiating the laser beam to the outside through an opening on the tip side, and further comprising a configuration in which a focal point of the laser beam is arranged at the position of the opening of the nozzle. The laser processing device according to .
前記加工ヘッドは、前記レーザビームを先端側の開口を通して外部へ照射するノズルを備え、更に、パージガスを前記ノズルの前記開口を通して外部に吹き出す機能を備えた
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
4. The processing head according to any one of claims 1 to 3, wherein the processing head has a nozzle that irradiates the laser beam to the outside through an opening on the tip side, and further has a function of blowing off a purge gas to the outside through the opening of the nozzle. 3. The laser processing device according to the item.
レーザビームを照射する加工ヘッドを、ワークに形成する溝の長手方向に沿わせて移動させる動作を、レーザ加工の1つのパスとして、
制御装置に、前記ワークについて溝の形成予定個所が設定される処理と、
前記制御装置に、1層Mパス(Mは3以上の整数)のレーザ加工が設定される処理と、
前記制御装置が、形成予定の前記溝の溝幅方向をx軸方向、前記溝の長手方向をy軸方向、前記溝の深さ方向をz軸方向として、前記ワークにおける前記溝の形成予定個所に、前記x軸方向に並べてM個のパス加工位置を設定する処理と、
前記制御装置が、前記各パス加工位置にて前記パスを実行するための指令をマニピュレータへ与える処理と、を行い、
更に、前記制御装置は、前記x軸方向の配列順序が1番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときに、前記加工ヘッドを前記レーザビームの照射方向が前記z軸および前記y軸の双方に平行な平面よりも前記x軸の負方向に傾く姿勢に制御し、前記配列順序がM番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときに、前記加工ヘッドを前記レーザビームの照射方向が前記平面よりも前記x軸の正方向に傾く姿勢に制御する処理を行うこと
を特徴とするレーザ加工方法。
The operation of moving a processing head that irradiates a laser beam along the longitudinal direction of a groove formed in a workpiece is defined as one pass of laser processing.
a process of setting a groove formation scheduled location for the work in a control device;
A process in which laser processing of one layer M passes (M is an integer of 3 or more) is set in the control device;
The control device controls the groove width direction of the groove to be formed in the x-axis direction, the longitudinal direction of the groove in the y-axis direction, and the depth direction of the groove in the z-axis direction. a process of setting M pass machining positions arranged in the x-axis direction;
a process in which the control device gives a command to a manipulator to execute the pass at each pass machining position;
Further , the control device moves the processing head so that the irradiation direction of the laser beam is in both the z-axis and the y-axis when laser processing is performed on the pass processing position that is arranged first in the x-axis direction. When the posture is controlled to be tilted in the negative direction of the x-axis from the parallel plane, and laser processing is performed at the M-th pass processing position in the arrangement order, the irradiation direction of the laser beam is shifted from the plane to the processing head. A laser processing method characterized by performing a process of controlling the posture to tilt in the positive direction of the x-axis .
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