JPH03118989A - レーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザ光によってワークの切断加工を行うレ
ーザ加工方法に関し、主として比較的厚いワークの加工
に適用され、穴あけ開始時における加工を最適な状態に
制御する加工方法に関する。

［従来技術］ 一般にこの種のレーザ加工においては、第１図で示すよ
うに、レーザ発振器１がら出力されたレーザ光りはミラ
ー２等で光案内され加工ヘッド３に装着されているレン
ズ４に入射し、このレンズ４によってノズル５より外方
の焦点Ｐに集光する。

また、ノズル５よりレーザ光りと同軸状にアシストガス
を噴出させワークＷを加工する。加工ヘッド３は加工経
路に従ってサーボ制御回路６により例えばＸ、Ｙ、Ｚの
３軸制御される。同時に、ノズル５或はノズル５近傍に
設けたギャップセンサ７によってノズル５先端からワー
クＷ表面までの距離すなわちギャップ量が検出されギャ
ップコントローラ８により加工時にギャップ量が常に一
定となるようにノズル５高さが制御される。

レーザ加工は、切断加工のスタート点で穴あけ加工すな
わちビアツシングを行う必要がある０例えば、ビアツシ
ング時のレーザ出力を切断時と同じ条件とした場合には
、レーザ出力が強過ぎるため、穴があかないうちにワー
クＷ内部にレーザ光りの熱が蓄積されて溶融金属ができ
易くそれが突然−度に飛び散って爆発が起き、そのため
に溶融金属がレンズ４にまで跳ね上がり、レンズ４を破
損し寿命を低下させるなどの危険性があった。

このような爆発を防止するために、従来では、ピアッシ
ング時のレーザ出力値は切断加工時の出力値よりも低い
値に設定し、かつピアッシング開始からピアッシング終
了まで一定出力でピアッシングを行っていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、この爆発を生じさせない程度の低い出力値でピ
アッシング開始からピアッシング終了まで一定出力でピ
アッシングを行った場合、レーザ出力が弱過ぎるため、
ピアッシングの効率が悪くピアッシング時間が長くかか
り、したがって加工能率を低下させていた。特に、板厚
が９ｍｍ以上の比較的厚いワークについてはそれが顕著
に現われる。実際に、板厚１２ｍｍの鋼板を従来の方法
でピアッシングしたところ、ビアツシング完了まで４０
〜６０秒と、かなりの長い時間がかかり、かつ時間のば
らつきも大きかった。

［問題点を解決するための手段］ そこで本発明は、低いレーザ出力でピアッシングを開始
し、爆発の発生し易いピアッシング初期を過ぎたあとは
最終的にピアッシング効果の高い最適出力値でビアツシ
ングが行えるようにレーザ出力を制御することにより、
爆発を防げかつビアツシング効果も高めてビアツシング
時間を短縮できるようにしたものである。

また本発明は、ビアツシングの進行とともに上記出力制
御と同時にアシストガスの圧力制御も行うことにより、
出力変化に応じた最適なガス圧条件でしかもビアツシン
グ初期の溶融金属の跳ね上がりを極力押えることができ
るようにしたものである。

またさらに本発明は、ビアツシングの進行とともに上記
出力制御と同時にギャップ量の制御も行うことにより、
最適ギャップ条件で出力を有効に使い、ピアッシング効
果を一層高めることができるようにしたものである。

［作用］ 第１の方法として、第２図で示すように、レーザ発振制
御回路９によってレーザ発振器１から出力するレーザ光
りの出力を制御しながらレーザ加工を行う。すなわち、
予め設定されたビアツシング時の最適レーザ出力値Ｑ２
よりも低い出力値Ｑ１からピアッシング開始し、ピアッ
シング時間Ｔ内における所定時間を内で徐々にレーザ出
力を上記ピアッシング時の最適レーザ出力値Ｑ２まで上
昇させ、この後はピアッシング時間Ｔ終了までレーザ出
力を一定に保ち、ピアッシング時間Ｔ終了により加工時
のレーザ出力値Ｑ３に移行させるように、レーザ出力を
制御する。

これにより、ピアッシング初期の爆発を防止でき溶融金
属の跳ね上がりによるレンズ等の破損を防止できるとと
もに、徐々にピアッシングに最適な出力値まで上昇され
るため、急激な出力変化による衝撃もなく、安定したか
つ効率よいピアッシングが行える。

また、この方法によると、例えば、板厚１２ｍｍの鋼板
のワークＷを実際に加工した場合、ピアッシング開始か
らピアッシングが完全に完了するまでの時間は約２０〜
３０秒しかかからなかった。

したがって、ピアッシング時間Ｔを従来の約１／２に短
縮することができる。

さらに、ピアッシングから加工に至って常に最適出力条
件のもとて質の高い加工が行える。

また第２の方法として、上記の出力制御と同時に、第３
図で示すように、アシストガス供給装置１０を介してア
シストガスのガス圧力を制御しながらレーザ加工を行う
、すなわち、予め設定されたピアッシング時の最適ガス
圧力値Ａ２よりも低いガス圧力値Ａ１からピアッシング
開始し、ビアツシング開始からピアッシング時間Ｔ内に
おける所定時間を内で徐々にガス圧力を上記ビアツシン
グ時の最適ガス圧力値Ａ２まで上昇させ、この後はピア
ッシング時間Ｔ終了までガス圧力を一定に保ち、ピアッ
シング時闇Ｔ終了により加工時のアシストガス圧力値Ｑ
３に移行させるように、アシストガス圧力を制御する。

これにより、ビアツシングの進行とともにレーザ出力に
応じた最適なガス圧条件が維持されるため、ピアッシン
グが良好に行えるとともに、ビアツシング初期のワーク
Ｗへのガスの吹き付は力を抑えたので、溶融金属の跳ね
上がりが極力抑えられてノズル５やレンズ４への付着や
汚損を防止でき、ノズル５やレンズ４の寿命をさらに向
上できる。

さらに、ピアッシングから加工に至って常に最適出力条
件と同時に最適ガス圧条件のもとで一層質の高い加工が
行える。

また第３の方法として、上記の出力制御と同時に、ＮＣ
装置１１からサーボ制御回路６を介して加工ヘッド３を
Ｚ軸すなわち光軸方向へ動かすことによりノズル５先端
とワークＷ表面との間のギャップ量を、第４図で示すよ
うに制御しながらピアッシングを行う。すなわち、ピア
ッシング開始時のギャップ量Ｇ１をピアッシング時間Ｔ
終了時のギャップ量Ｇ２よりも高く設定し、ビアツシン
グ開始からピアッシング時間Ｔ終了まで徐々にギャップ
量を上記ピアッシング時間Ｔ終了時のギャップ値Ｇ２ま
で下げ、ピアッシング時間Ｔ終了により加工時のギャッ
プ量Ｇ３に移行させるように、ギャップ量を制御する。

つまり、ピアッシングの進行とともにレーザ光りの焦点
Ｐを徐々にワークＷ内部に追い込んで行くように制御す
る。

これにより、ビアッシンク開始時はノズル５をワークＷ
表面から離し例えばワークＷ表面に焦点Ｐを置くように
することにより、集光スポット径が小さくワークＷ表面
に集中してレーザ光Ｌｔ−照射でき、ピアッシング能力
が向上する。そして、このピアッシングの進行とともに
焦点Ｐを穴内部に追い込んでいくことにより、ピアッシ
ング終了まで最適な焦点位置を保ちながら、しかも最適
条件に制御されているレーザ光りの出力を常に有効に使
用でき、より一層質の良い穴をより短時間であ６けるこ
とができる。

この方法によると、例えば、板厚１２ｍｍの銅板のワー
クＷを実際に加工した場合、ピアッシング開始からピア
ッシングが完全に完了するまでの時間は約１５〜２０秒
しかかからなかった。したがって、ピアッシング時間Ｔ
を従来の約１／３に短縮することができ、第１の方法だ
けよりもさらに短縮できることになる。

また、ギャップ量をビアツシング終了までに徐々にピア
ッシング終了時の最適なギャップ値Ｇ３に下げられるた
め、殆どの場合その後の切断加工に最適なギャップ量Ｇ
３に近い位置まで移動できるので、ビアツシング時間Ｔ
終了から切断加工時のギャップ量Ｇ３への移行において
急激なギャップ量変化による衝撃もなく、より安定した
かつ効率よい加工が行える。すなわち、ピアッシングか
ら加工に至って常に最適出力条件のもとで最適ギャップ
条件でレーザ出力を有効に使い、ピアッシング効果を一
層高め、加工効率がより向上される。

もちろん、上記したレーザ出力制御とガス圧力制御とギ
ャップ量制御とを全て併行することで、質のよいかつ効
率よいピアッシングが確実に保障され、レーザ加工の効
率の向上に極めてその効力を発揮するものである。

なお、上記第１および第２の方法において、ピアッシン
グ時のレーザ出力およびアシストガス圧力の変化のため
の時間ｔは、ワークＷの厚さや材質等によりピアッシン
グの進行がばらつくため、加工に応じてそれぞれ最適な
時間に設定する。

また、各時点におけるレーザ出力値Ｑ１、Ｑ２、Ｇ３、
アシストガス圧力値Ａ１、Ａ２、Ａ３、およびギャップ
量Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３についても、ワークＷの厚さや材質
等によりそれぞれ加工条件が異なるため、加工に応じて
それぞれ最適な値に設定する。

［発明の効果］ 本発明の方法によるレーザ出力制御によれば、ピアッシ
ング初期の爆発を防止でき溶融金属の跳ね上がりによる
レンズ等の破損を防止できるとともに、徐々にピアッシ
ングに最適な出力値まで上昇されるため、急激な出力変
化による衝撃もなく、安定したかつ効率よいピアッシン
グが行え、ピアッシング時間が短縮できる。ピアッシン
グから加工に至って常に最適出力条件のもとで質の高い
加工が行える。

また上記のレーザ出力制御と同時に、アシストガスの圧
力制御も行うことにより、ピアッシングの進行とともに
レーザ出力に応じた最適なガス圧条件が維持されるため
、ピアッシングが良好に行えるとともに、ピアッシング
初期のワークへのガスの吹き付は力を抑えたので、溶融
金属の跳ね上がりが極力抑えられてノズルやレンズへの
付着や汚損を防止でき、ノズルやレンズの寿命をさらに
向上できる。ピアッシングから加工に至って常に最適出
力条件と同時に最適ガス圧条件のもとで一層質の高い加
工が行える。

また上記のレーザ出力制御と同時に、ギャップ量制御も
行うことにより、ピアッシング開始時はノズルをワーク
表面から離し例えばワーク表面に焦点を置くようにする
ことにより、集光スポット径が小さくワーク表面に集中
してレーザ光を照射でき、ピアッシング能力が向上する
。そして、このピアッシングの進行とともに焦点を穴内
部に追い込んでいくことにより、ピアッシング終了まで
最適な焦点位置を保ちながら、しかも最適条件に制御さ
れているレーザ光の出力を常に有効に使用でき、より一
層質の良い穴をより短時間であけることができる。さら
に、ギャップ量をピアッシング終了までに徐々にピアッ
シング終了時の最適なギャップ値に下げられるため、殆
どの場合その後の切断加工に最適なギャップ値に近い位
置まで移４゜ 動できるので、ビアツシング時間終了から切断加工時の
ギャップ量への移行において急激なギャップ量変化によ
る衝撃もなく、より安定したかつ効率よい加工が行える
。すなわち、ビアツシングから加工に至って常に最適出
力条件のもとで最適ギャップ条件でレーザ出力を有効に
使い、ビアツシング効果を一層高め、加工効率がより向
上される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法が用いられるレーザ加工装置の制
御系の構成図、第２図はレーザ出力の制御方法を示す図
、第３図はアシストガス圧力の制御方法を示す図、第４
図はギャップ量の制御方法を示す図である。 Ｌ・・・レーザ光、Ｑｌ・・・ビアツシング開始時のレ
ーザ出力値、Ｇ２・・・ビアツシング時の最適レーザ出
力値、Ｇ３・・・加工時のレーザ出力値、Ａ１・・・ビ
アツシング開始時のガス圧力値、Ａ２・・・ビアツシン
グ時の最適ガス圧力値、Ａ３・・・加工時のガス圧力値
、Ｇ１・・・ピアッシング開始時のギャップ量、Ｇ２・
・・ピアッシング終了時のギャップ量、Ｇ３・・・加工
時のギャップ量、Ｔ・・・ビアッシンク時間、ｔ・・・
所定時間、Ｗ・・・ワーク。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光によってワークの切断加工を行うレーザ
   加工方法において、予め設定されたピアッシング時の最
   適レーザ出力値よりも低いレーザ出力値からピアッシン
   グ開始し、ピアッシング時間内における所定時間内で徐
   々にレーザ出力を上記ピアッシング時の最適レーザ出力
   値まで上昇させ、この後はピアッシング時間終了までレ
   ーザ出力を一定に保ち、ピアッシング時間終了により加
   工時のレーザ出力値に移行させるようにレーザ出力を制
   御することを特徴とするレーザ加工方法。
2. （２）予め設定されたピアッシング時の最適アシストガ
   ス圧力値よりも低いガス圧力値からピアッシング開始し
   、ピアッシング時間内における所定時間内で徐々にガス
   圧力を上記ピアッシング時の最適ガス圧力値まで上昇さ
   せ、この後はピアッシング時間終了までガス圧力を一定
   に保ち、ピアッシング時間終了により加工時のアシスト
   ガス圧力値に移行させるようにアシストガスのガス圧力
   を制御することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工
   方法。
3. （３）レーザノズル先端とワーク表面との間のギャップ
   量をピアッシング開始からピアッシング時間内で徐々に
   下げ、ピアッシング時間終了により加工時のギャップ量
   に移行させるようにギャップ量を制御することを特徴と
   する請求項１記載のレーザ加工方法。