JPH03281076A

JPH03281076A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH03281076A
Application number: JP2076658A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Asano; 浩浅野
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1991-12-11
Anticipated expiration: 2013-09-21
Also published as: JP2800946B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、スパッタの発生状況を観察することにより、
材質を判別し、かっレーザ加工条件を最適化するレーザ
加工装置に関する。

（従来の技術）従来のレーザ加工装置としては、実験データによりレー
ザ加工条件の一覧表を予め作成し、これをテーブルデー
タとして登録しておいて、被加工材の材質及び板厚に応
じたデータを検索することにより、レーザパワー、パル
ス周波数、デユーティ比などのレーザ出力条件、及びア
シストガス橿、加工速度などから成るレーザ加工条件を
確定するようにした例がある。

一方、このようにして設定されるレーザ加工条件も、現
状では条件データが不足していたり、材質指定されてい
ない被加工材に対し、必ずしも最適のレーザ加工条件が
設定されず、加工不良が生ずることがあった。

また、最適のレーザ加工条件が設定されていない場合に
は、レーザ加工中、被加工材から熱溶断によるスパッタ
が飛散し、このスパッタが冷却して粉塵となり、各種部
材に付着し、機械や部品を汚染し、機械動作に支障を来
たすことがあった。

具体例には、例えばレーザ・パンチ複合加工機において
、熱切断加工中に発生した粉塵がパンチング加工部の金
型上面に飛散すると、パンチング加工時においてワーク
下面に付いて製品不良となってしまう。また、金型が装
着されていないタレットステーションでは金型を装着す
る際、粉塵が付着していると金型がステーション内てカ
ジリ現象を起こすということもあった。

そこで、熱切断加工中に発生した粉塵が飛散してタレッ
トの合芯塵などに付着した場合、タレット外周のショッ
トビン穴に、ショットピンに形成したエヤノズルからエ
ヤーを吹付けたり、エヤーを吸引したりして粉塵を吹き
飛ばしたり、あるいは吸引する手段が採られていた。

（発明が解決しようとする課題）上記の如く、従来のレーザ加工装置では、データテーブ
ルによりレーザ加工条件が設定されるが、データネ足の
こともあり、必ずしも最適のレーザ加工条件が設定され
ていなかった。

また、最適のレーザ加工条件が設定されていない場合に
は、スパッタを多く飛散し、機械や製品を汚染するとい
う問題点があった。

そこで、本発明は、スパッタを有効利用し、この発生状
況を観察することにより、最適のレーザ加工条件を設定
することができるレーザ加工装置をｍｔｘすることを目
的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記課題を解決する本発明は、被加工材にレーザビーム
を照射し前記被加工材を熱切断するレーザ加工機におい
て、前記被加工材の材質及び板厚に応じレーザ加工条件を定
めるデータテーブルと、前記被加工材の材質及び板厚に応じ、前記データテーブ
ルから検索されたレーザ加工条件を設定するレーザ加工
条件設定手段と、レーザ加工の実行中、前記被加工材から出力されるスパ
ッタの色を検出するスパッタ色検出手段と、レーザ加工の実行中、前記被加工材から出力されるスパ
ッタの強度を検出するスパッタ強度検出手段と、前記スパッタ色検出手段で検出されるスパッタの色から
被加工材の材質を判別する材質判別手段と、前記スパッタ強度検出手段で検出されたスパッタ強度か
らレーザ加工条件をより最適方向に移行させる加工条件
適正化手段を備えたことを特徴とする。

また、前記スパッタ強度検出手段は、照度センサまたは
及び赤外線センサで構成されることを特徴とする。

また、前記スパッタ強度検出手段は、レーザセンタに対
しワーク円周上の異なる位置にそれぞれ設けられること
を特徴とする。

（作用）本発明のレーザ加工装置は、上記構成であるので、スパ
ッタ色から材質判定でき、スパッタ強度から最適のレー
ザ加工条件を推定することができる。

また、スパッタ強度検出手段として照度または及び赤外
線量を検出するセンサを用いる場合には、両センサの検
出結果を用いて、例えばファジー推論することにより、
より適正なレーザ加工条件を設定することが可能となる
。

また、スパッタ強度を異なる２位置で検出する場合には
、例えば雨検出結果をそれぞれのしきい値と比較し、各
検出結果が各しきい値を超えるが否かの判別により最適
方向へ向かうオフセット量を変更させることができ、各
強度検出結果に応じて迅速に最適レーザ加工条件を見出
すことができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第２図を参照するに、本発明の一実施例に係るレーザ加
工装置の一例としてのパンチ・レーザ複合加工機１は、
下部フレーム３と、この下部フレーム３の両側に立設さ
れたサイドフレーム５Ｒ。

５Ｌと、このサイドフレーム５Ｒ，５Ｌ上に設けられた
上部フレーム７とからなる凹型形状のフレームで構成さ
れている。

この下部フレーム３と上部フレーム７との間隙部にはパ
ンチング加工部９と、このパンチング加工部９に近接し
てレーザ加工部１１が備えられている。すなわち、パン
チング加工部９は上部フレーム７に回転自在に支承され
た回転軸１３に装着された上部タレット１５と、下部フ
レーム３に回転自在に支承された回転軸１７に装着され
た下部タレット１９などで構成されている。

この上部タレット１５と下部タレット１９は円盤状に構
成されており、かつ、それぞれが相対向して設けられて
いる。また、上部タレット１５の円周上には適宜な間隔
で複数のパンチ（図示省略）が装着されていると共に、
下部タレット１９の円周上における前記パンチと対応し
た位置には、複数のダイ（図示省略）が装着されている
。また、上部タレット１５と下部タレット１９とは図示
省略の駆動装置により同期を取って旋回され、−点鎖線
で示した加工位置に複数のパンチ・ダイから所望のパン
チとダイとが割出されて位置決めされるようになってい
る。

つまり、上部タレット１５と下部タレット１９は、あた
かも一体の如く、常に位置決めの回動割出しが行われる
とともに、パンチ中心とダイ中心の位置決めは第３図お
よび第４図に示されているように、上部フレーム７側に
出入可能に設けられたショットビン２１と上部タレット
１５の合芯圧２３によって確保される。

ショットビン２１は短い長さの先細まりのテーパ状をな
し、上部タレット１５の側面にあけられた複数の合芯圧
２３に、ショットビン２１と合致する形状のテーバ溝を
もったブツシュ２５が嵌着されている。

さらに、第２図において、−点鎖線で示した加工位置の
上部フレーム７には図示を省略しであるが、パンチを打
圧するストライカと、このストライカを上下動させる駆
動装置と、が設けられている。

上記構成により、加工位置に割出されたパンチとダイと
の協働により、ワークＷにパンチング加工が行われるこ
ととなる。

前記下部フレーム３上の右側にはワークテーブル２７が
設けられたており、このワークテーブル２７にはＹ軸方
向（第２図において左右方向）へ移動自在なキャレッジ
ベース２９が設けられている。

キャレッジベース２９にはＸ軸方向（第２図において紙
面に対して直交する方向）へ延伸した平行な複数のガイ
ドレール３１が設けられている。

このガイドレール３１には、ガイド部材３３を介してＸ
軸方向へ移動自在なキャレッジ３５が取付けられている
。このキャレッジ３５にはワークＷをクランプするワー
ククランプ３７が固定されている。

上記構成により、キャレッジベース２９が図示省略の駆
動モータによりＹ軸方向に移動され、キャレッジ３５は
図示省略の駆動モータによりガイドレール３１に案内さ
れながらＸ軸方向へ移動される。

これにより、ワーククランプ３７にクランプされたワー
クＷはＸ軸、Ｙ軸方向に移動されて、ワークＷの所望位
置がパンチング加工部９の加工位置に位置決めされる。

次いで、パンチとダイとの協働によりワークＷの所望位
置にパンチング加工されることとなる。

前記門型フレームのサイドフレーム５Ｌの左側には、レ
ーザ加工部１１のうちのレーザ発振器３９が設けられて
いる。このレーザ発振器３９の上部にはＹ軸方向へ延伸
した光軸フレーム４１が片持式に取付けられている。

この先軸フレーム４１の先端内にはペンドミラー４３が
備えられている。また、光軸フレーム４１の先端下部に
はＺ軸方向（第３図において上下方向）へ延伸したレー
ザ加工ヘッド４５が設けられている。しかも、このレー
ザ加工ヘッド４５の下端にはノズル４７が装着されてい
る。

上記構成により、レーザ発振器３９で発振されたレーザ
ビームＬＢは光軸フレーム４１内を通りペンドミラー４
３で折曲げられ、レーザ加工ヘッド４５の下端に装着さ
れたノズル４７からアシストガス（不活性ガス）と共に
、ワーククランプ３７にクランプされたワークＷに照射
されて所望の形状に熱切断加工されることとなる。

ワークＷにレーザビームＬＢを照射して熱切断加工を行
うと、大なり小なりスパッタが発生する。

そのスパッタが冷却された結果としての粉塵を除去する
ため、前記パンチング加工部９の近傍であるレーザ加工
ヘッド４５に粉塵清掃装置４つが設けられいてる。

より詳細には、第１図に示されているように、レーザ加
工ヘッド４５の側壁には、ブラシ位置決め用シリンダ５
１の後端に形成されたフランジ５３がビン５５によって
ヒンジ状に取付けられ、そのピストンロッド５７の先端
はエヤーモータ取付用ブラケット５９の上部に設けられ
た取付座６１にビン６３によってヒンジ状に取付けられ
ている。

エヤーモータ取付用ブラケット５９の後端は、レーザ加
工ヘッド４５の側壁にビン６５によってヒンジ状に取付
けられている。

エヤーモータ取付用ブラケット５９の先端にはエヤーモ
ータ６７が固定されており、エヤーモータ６７の回転軸
６９には粉塵除去用ブラシ７１が取付けられている。

レーザ加工作業時、粉塵清掃装置４９は、二点鎖線によ
って示すようにレーザ加工ヘッド４５に垂直状態に保持
されている。

粉塵処理装置４９は、以上のように構成されているので
、レーザ加工時に発生した粉塵が合芯座２３に付着した
場合、その粉塵を除去するため、自動運転中のプログラ
ムに割込ませ、運転を停止させて機械を原点に復帰させ
、ブラシ位置決め用シリンダ５１を起動させてピストン
ロッド５７を伸長させ、エヤーモータ取付用ブラケット
５９を、ビン５５を軸として片持ち状に傾倒させて、第
１゜図の実線で示す状態にする。この際、合芯座２３の
位置に粉塵除去用ブシ７１を合致させるため、ブラシ位
置決め用シリンダ５１の作動を調整させる。

粉塵除去用ブラシ７１の位置が決まったら、ブラシ位置
決め用シリンダ５１の作動を停止させ、エヤーモータ６
７を起動して粉塵除去用ブラシ７１を回転させて上部タ
レット１５の合芯座２３に嵌設させたブツシュ２５の内
面を磨動させて粉塵を除去する。

１つの合芯座２３の粉塵除去が終ると、タレットを回転
させて、次の合芯座２３の粉塵除去を行い、全部終了す
ると、上記とは逆に作動させて粉塵清掃装置４９を元の
位置に復帰させる。

そして、割込み停止させたプログラム運転を再開させる
。

粉塵清掃装置４９の作用を示すと、第５図において、ま
ず、ステップ５０１てＮＣ装置の操作パネル（いずれも
図示省略）のモード選択スイッチをＯＮにし、自動操作
モードにし、自動運転を開始する。ここで、通常は自動
的な加工が為される。

ステップ５０２では、レーザ切断加工作業において、プ
ログラムの積算時間計で時間を計測し、積算時間が設定
時間にな７たら次のステップ５０３へ進む。

ステップ５０３では、自動運転中のプログラムに割込ま
せて運転を停止させ、機械を原点に復帰させ、レーザ加
工ヘッド４５を降下させる。

ステップ５０４では、ブラシ位置決め用シリンダ５１を
作動させて、粉塵清掃装置４９を片持状に傾斜させ、調
整しながら上部タレット１５の合芯塵２３に合致させ、
エヤーモータ６７を起動させ、合芯塵２３に嵌設させた
ブツシュ２５の内面を粉塵除去用ブラシ７１によって自
動清掃する。

次いで、ステップ５０５では、金型、タレットの全合芯
圧２３．２３・・・のブツシュ２５をすべて清掃する。

ステップ５０６では、全部終了すると、上記とは逆に作
動させて粉塵清掃装置４９を元の位置に復帰させ、割込
み停止させたプログラム運転を再開させ、レーザ切断加
工作業を継続する。

再度第１図において、本例では、前記レーザ加工ヘッド
４５のレーザセンタ７３より外方に距離Ｌｌ、Ｌ２だけ
伸びるアーム７５．７７を設け、その先端にスパッタ７
９を検出するスペクトラ分析センサＳ１、照度センサＳ
２、赤外線センサＳ３から成るセンサ群を設ける。距Ｍ
Ｌ１は例えば２００ｍｍ、Ｌ２は例えば３００１１Ｉ＋
１とされる。

長さＬｌのアーム７５の先端に取付けられたセンサ群を
グループ１、距離Ｌ２のアーム７５の先端に取付けられ
たセンサ群を第２グループとする。

各グループのセンサＧＳｉ、ＧＳ２は、それぞれレーザ
加工ヘッド４５の回りに複数個（例えば３個）設けられ
る。各センサＳｌ、Ｓ２．Ｓ３は、自己の直下に到来す
るスパッタ７９の状態を検出可能とされる。

距離Ｌ１は、スパッタが飛散しても許容される距離であ
る。距離Ｌ２は、スパッタが飛散し過ぎの状態を示す境
界を示す距離である。

スペクトラ分析センサＳ１は、スパッタ７９の色を検出
し、現在切断されているワークの材質を判別する。照度
センサＳ２はスパッタ７９の明るさを検出する。赤外線
センサＳ３は、スパッタの赤外線量からスパッタ大きさ
を検出する。

各センサＳｌ、Ｓ２．Ｓ３はアンプを介してＮＣ装置と
接続されている。

上記構成のセンサ５１．、Ｓ２．Ｓ３において、本例で
は、照度センサＳ２及び赤外線センサＳ２の検出結果は
、それぞれ自己に設定されたしきい値と比較され、検出
値がしきい値より大なるとき、オンの状態信号を出力す
るものとする。

第６図に、最適のレーザ加工条件を設定するための処理
フローを示した。

まず、ステップ６０１で、ＮＣ操作パネルにおいてセン
サ電源オンとされ、自動モード（テープメモリ）とする
と、ステップ６０２へ移行し、自動運転中及びレーザモ
ードが判別され、レーザモードでステップ６０３へ移行
する。

ステップ６０３では、実加工する材質、板厚が指定され
ているか否かを判別し、指定されていない場合には、ス
テップ６０４へ移行する。

ステップ６０４では、板材質または仮板厚を決定し、次
のステップ６０５へ移行し、ここで、仮決定された材質
、板厚に応じレーザ加工条件を仮決定する。板厚の仮決
定では、より厚めの板厚を決定する。

ステップ６０６ては、仮決定のレーザ加工条件てトライ
切断する。このとき、次いでステップ６０７では、スペ
クトラ分析センサＳ１により材質判別し、スペクトラ分
析状態に応じ材質グループ内でのレーザ加工条件により
適正化できる場合には、ステップ６０８へ移行し、同一
材質グループ内でレーザ加工条件を修正する。

ステップ６０７で材質判別でき、かつ比較的良好なレー
ザ加工条件を設定できれば、ステップ６１０へ移行する
。

一方、前記のステップ６０３で材質及び板厚の指定があ
る場合には、ステップ６０９へ移行シ、データテーブル
の検索によりレーザ加工条件を設定し、ステップ６１０
へ移行する。

ステップ６１０ては、スパッタ強度を検出する第１グル
ープのセンサＧ１のうち照度センサｓ２及び赤外線セン
サＳ３が共にオンしているが否がを判別し、いずれかが
オフまたは共にオフであればステップ６１１へ移行して
、この条件のまま切断を続行する。また、現在のワーク
条件下についてのレーザ加工条件が未登録である場合に
は、最適条件テーブルへの書き込みを行いデータテープ
ルを補足する。

次に、ステップ６１０で第１グループのセンサＧＳＩが
共にオンである場合には、スパッタが多く飛散している
ので、ステップ６１２へ移行し、次の判別処理を行う。

ステップ６１２では、第２グループのセンサＧＳ２のう
ち、照度センサＳ２．赤外線センサＳ３が共にオンして
いるか否かを判別し、いずれか１つまたは両方がオフの
場合には、稀かにスパッタが多すぎるとしてステップ６
１３へ移行し、ここで、次候補のレーザ加工条件を設定
し、切断トライし、ステップ６１０へ返る。

また、ステップ６１２で第２グループの両センサＳ２．
Ｓ３が共にオンしている場合には、スパッタがより多く
飛散し過ぎであるとして、次候補のレーザ加工条件を設
定し、切断トライし、ステップ６１０へ返る。

ステップ６１３．６１４で立てられる次候補は、両ステ
ップの現在状態に応じて、スパッタが距離Ｌ１までは飛
散しないであろうと推定される１っのレーザ加工条件で
ある。

したがって、本例では、第１図に示す距離Ｌｌ。

Ｌ２と、各センサＳ２．Ｓ３で比較されるしきい値を適
正にすることにより、スパッタが距ＭＬ２を超えて遠く
まで飛散しているようなレーザ加工条件をスパッタを距
離Ｌ１以内に押えるレーザ加工条件に迅速に適正化して
ゆくことができる。

上記処理では、照度センサＳ２及び赤外線センサＳ３が
共にオンしているか否かでスパッタ強度を判別したが、
照度センサＳ２のオン・オフ及び赤外線センサＳ３のオ
ン・オフを別々に判別し、より小さく区分された強度領
域毎にレーザ加工条件の次候補を選択するようにしても
よい。

また、第１図に示すように、センサのグループを２つと
したが、グループ数をより大とし、各グループのセンサ
による比較結果の組合せにより、各組合せ毎に最適のレ
ーザ加工条件を設定するようにしてもよい。

さらに、上記実施例では、各センサの検出値をしきい値
と比較し、そのオン信号で現在状態を判別したが、各セ
ンサの検出値をそのまま用い、ファジー推論により最適
のレーザ加工条件を推定するようにしてもよい。

また、上記実施例では、レーザ加工ヘッド４５にアーム
７５．７７を設はセンサＳｌ、Ｓ２．Ｓ３を取付けたが
、センサ取付は場所はこれに限定されるものではない。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、適宜の
設計的変更を行うことにより、適宜の態様で実施し得る
ものである。

［発明の効果］以上の通り、本発明は特許請求の範囲に記載の通りのレ
ーザ加工装置であるので、スパッタの色及び強度を検出
することにより、最適のレーザ加工条件を自動的に設定
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２１ｉ！Ｈの■矢視部の拡大正面図、第２図
は本発明のレーザ加工装置の一実施例としてのレーザ・
パンチ複合加工機の正面図、第３図はパンチ中心とダイ
中心の位置決め用ショットビンと合芯圧を示す１部切欠
き平面図、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ矢視図、第５図
はブツシュ清掃処理のフローチャート、第６図は最適レ
ーザ加工条件の設定処理方式を示すフローチャートであ
る。１・・・パンチ・レーザ複合加工機９・・・パンチング加工部１１・・・レーザ加工部　　１５・・・上部タレット１
９・・下部タレット　　　２３・・・合芯圧２５・・・
ブツシュ　　４５・・レーザ加工ヘッド４７・・・ノズ
ル　　　４９・・・粉塵清掃装置７１・・・粉塵除去用
ブラシＷ・・・ワーク　　　ＬＢ・・・レーザビームＧＳ１・
・・第１グループのセンサＧＳ２・・・第２グループのセンサＳ１・・・スペクトラ分析センサＳ２・・・照度センサＳ３・・・赤外線センサ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被加工材にレーザビームを照射し前記被加工材を
熱切断するレーザ加工機において、前記被加工材の材質及び板厚に応じレーザ加工条件を定
めるデータテーブルと、前記被加工材の材質及び板厚に応じ、前記データテーブ
ルから検索されたレーザ加工条件を設定するレーザ加工
条件設定手段と、レーザ加工の実行中、前記被加工材から出力されるスパ
ッタの色を検出するスパッタ色検出手段と、レーザ加工の実行中、前記被加工材から出力されるスパ
ッタの強度を検出するスパッタ強度検出手段と、前記スパッタ色検出手段で検出されるスパッタの色から
被加工材の材質を判別する材質判別手段と、前記スパッタ強度検出手段で検出されたスパッタ強度か
らレーザ加工条件をより最適方向に移行させる加工条件
適正化手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
（２）請求項１において、前記スパッタ強度検出手段は
、照度センサまたは及び赤外線センサで構成されること
を特徴とするレーザ加工装置。
（３）請求項１において、前記スパッタ強度検出手段は
、レーザセンタに対しワーク円周上の異なる位置にそれ
ぞれ設けられることを特徴とするレーザ加工装置。