JPH04127987A - レーザ加工装置 - 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〕 本発明は金属材料の切断に使用されるレーザ加工装置に
関し、特に切断開始点での穴開は加工を高速かつ安全に
行うレーザ加工装置に関する。

〔従来の技術〕

レーザによる切断加工は、ワークの切断個所にレーザビ
ームを照射し、同時にアシストガスを吹きつけて行って
いる。その切断開始点では穴開は加工を行う必要がある
。

金属材料に穴開は加工を行う際には、アシストガスに酸
素を用い、レーザによる熱エネルギ加工に酸化反応を協
働させるようにしている。このだと、ワークのレーザビ
ーム照射面は局部的な熱加工の集合状態になり、熱暴走
を生じやすい。−度熱暑走が生じると、溶融金属が沸騰
して飛赦し、集光レンズに傷が付き、加工不能となって
いた。

したがって、これを防止し、穴開は加工を安定にかつ安
全に行うために、非常に小さな周波数とデユーティを持
つパルスを用いてパルス加工を行っている。さらに、低
い圧力のアシストガスを用いている。

一方、高反射材料への穴開は加工は、レーザビームの反
射光が発振器側に戻るために大変危険である。このため
、高反射材料への穴開は加工は積極的には行われていな
かった。穴開は加工を行う際には、このような危険を回
避する必要があり、上述したパルス加工と低い圧力のア
シストガスという加工条件で行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような加工条件は設定が非常に微妙で、時
間を要していた。さらに、パルス加工で行うため穴開は
加工に長時間を要していた。ワークの板厚が厚くなると
、この傾向はさらに顕著になる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、切
断開始点における穴開は加工を高速にかつ安全に行うこ
とができるレーザ加工装置を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、レーザビームを
照射してワークを切断加工するレーザ加工装置において
、前記レーザビームを前記ワークに集光させる集光ノズ
ルと、前記集光ノズルによって集光した前記レーザビー
ムの光軸の前記ワークに対する傾き角度を、前記切断加
工の加工段階に応じて制御する傾き角度制御手段と、を
有することを特徴とするレーザ加工装置が、提供される
。

〔作用〕

集光ノズルはレーザビームをワークに集光させる。傾き
角度制御手段は、集光ノズルによって集光したレーザビ
ームの光軸のワークに対する傾き角度を、切断加工の加
工段階に応じて制御する。

例えば、傾き角度制御手段は、光軸の傾き角度を、切断
加工開始点での穴開は加工時には所定傾き角に、穴開は
加工完了後の切断加工時には垂直に保つように制御する
。

このため、穴開は加工時に溶融金属が熱暴走によって飛
散しても集光レンズに傷が付かない。また、高反射材料
の穴開は加工において、反射光が発振器側に戻らないた
め安全である。したがって、パルス加工でなく連続圧力
で加工を行うことができる。その結果、穴開は加工を高
速にかつ安全に行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて脱すする。

第１図は本発明のレーザ加工装置が穴開は加工位置に位
置決めされた状態を示す図である。図において、レーザ
加工装置の加工へラド１はＺ軸２及び集光ノズル３から
成る。

集光ノズル３の上方にサーボモータ４が設けられ、集光
ノズル３とサーボモータ４との間にギヤ５及び６が設け
られている。集光ノズル３はＮＣ制御され、サーボモー
タ４の回転に応じて傾斜する。

集光ノズル３にはプロテクタ７が取り付けられている。

レーザビーム１５は、Ｚ軸２に固定された反射鏡８、集
光ノズル３内の反射鏡９及び集光レンズ１０を経て、ワ
ーク１１の穴開は加工位置１２に導かれる。このときの
レーザビーム１５とワーク１１は垂直である。

第２図はレーザ加工装置によって穴開は加工が行われる
状態を示す図である。

レーザ加工装置は、穴開は加工を聞始する際に、集光ノ
ズル３を第１図の状態から第２図の状態に傾斜させる。

この集光ノズル３の傾きに応じて、レーザビーム１５が
ワーク１１に対して傾斜する。

その傾き角度は例えば１５度〜２５度に設定される。こ
のとき、ワーク１１の位置もＮＣ制御され、集光ノズル
３が傾斜しても、ワーク１１の穴開は加工位置１２とレ
ーザビーム１５によって照射される位置とが常時一致す
るようになっている。

レーザ加工装置は、穴開は加工をレーザビーム１５が傾
斜した状態で行う。穴開は加工が完了すると、上述した
集光ノズル３を傾斜させるときの動作を逆に行って集光
ノズル３を垂直に戻す。この動作はレーザビーム１５を
照射したままで行われる。集光ノズル３が垂直に保たれ
ると、切断加工を開始する。

このように、切断加工開始時の穴開は加工は、レーザビ
ーム１５がワーク１１に対して傾斜した状態で行われる
。このため、レーザビーム１５がワーク１１に照射され
て穴開は加工位置１２に熱暴走が発生し溶融金属が飛散
したとしても、溶融金属はプロテクタ７に肖たるだけで
ある。したがって、集光レンズ１０は溶融金属によって
何ら影響を受けず、傷を付けられることもない。また、
集光レンズ１０の寿命も長くなる。この場合、プロテク
タ７はオペレータの安全にも役立っている。

さらに、ワーク１１が高反射材料、例えば銅、アルミニ
ウム、真鍮またはこれらの合金である場合、レーザビー
ム１５の反射光は、溶融金属と同様にプロテクタ７に当
たるだけである。したがって、反射光が集光レンズ１０
を経由してレーザ発振器側に戻る危険性はなく、安全に
穴開は加工を行うことができる。

この結果、従来、穴開は加工を安定にかつ安全に行うた
めになされていたパルス加工を行う必要がなく、レーザ
発振器の最大出力を利用して連続出力で加工を行うこと
ができる。このため、穴開は加工を高速にかつ安全に行
うことができる。

例えば、出力２ＫＷの炭酸ガスレーザを用いて、板厚１
４ｍｍの軟鋼に穴開は加工を行う場合、従来のパルス加
工（周波数４５ヘルツ、デユーティ２０％）では、約３
０秒要していたが、本発明のレーザ加工装置では、連続
出力による加工によって、約１秒で処理することができ
た。

また、板厚１９ｍｍの軟鋼に穴開は加工を行う場合、従
来のパルス加工では、約２分要していたが、本発明のレ
ーザ加工装置では、連続出力による加工によって、アシ
ストガスの圧力を少し高く設定するだけで約１秒で処理
することができた。

さらに、高反射材料の中で最も加工しにくい銅について
、従来は加工不可能であった板厚４［ｌ］ｒＢの穴開は
加工も、２ＫＷの連続出力による加工によって、約２秒
で処理することができ、他に何らの損傷も与えなかった
。

第３図は本発明のレーザ加工装置の全体構成を概略的に
示す図である。図において、プロセッサ３１は図示され
ていないＲＯＭに格納された制御プログラムに基づいて
、メモリ４０に格納された加ニブログラムを読みだし、
レーザ加工装置全体の動作を制御する。出力制御回路３
２は内部にＤ／Ａコンバータを内蔵しており、プロセッ
サ３１から圧力された出力指令値を電流指令値に変換し
て圧力する。励起用電源３３は商用電源を整流した後、
スイッチング動作を行って高周波の電圧を発生し、電流
指令値に応じた高周波電流をレーザ発振器の放電管３４
に供給する。

放電管３４の内部にはレーザガス１９が循環しており、
励起用電源３３から高周波電圧が印加されると放電を生
じてレーザガス１９が励起される。

リア鏡３５は反射率９９．５％のゲルマニウム（Ｇｅ）
製の鏡、８力鏡３６は反射率６５％のジンクセレン（Ｚ
ｎＳｅ）製の鏡であり、これらはファブリペロ−型共振
器を構成し、励起されたレーザガス分子から放出される
１０．６μｍの光を増幅して一部を出力鏡３６からレー
ザビーム（レーザ光）１５として外部に８力する。

８カされたレーザビーム１５は、後述するシャッタ２３
ａが開いている時には、ペンダミラー２８で方向を変え
、Ｚ軸２、集光ノズル３を経由し、ｉ光レンズ１０によ
って０．２ｍｍ以下のスポットに集光されてワーク１１
の表面に照射される。

メモリ４０は加ニブログラム、各種のパラメータ等を格
納する不揮発性メモリであり、バッテリバックアップさ
れたＣＭＯ３が使用される。なお、この他にシステムプ
ログラムを格納するＲＯＭ、−時的にデータを格納する
ＲＡＭがあるが、本図ではこれらを省略しである。

位置制御回路４１はプロセッサ３１の指令によってサー
ボアンプ４２を介してサーボモータ４３を回転制御し、
ボールスクリュー４４及びナツト４５によってテーブル
４６の移動を制御し、ワーク１１の位置を制御する。図
では１軸のみを表示しであるが、実際には複数の制御軸
がある。

位置制御回路５１はプロセッサ３１の指令によってサー
ボアンプ５２を介してサーボモータ４を回転制御し、集
光ノズル３の傾き角度制御を行う。

表示装置４８にはＣＲＴあるいは液晶表示装置等が使用
される。

送風機２０にはルーツブロワが使用され、レーザガス１
９を冷却器２１ａ及び２１ｂを通して循環する。冷却器
２１ａはレーザ発振を行って高温となったレーザガス１
９を冷却するための冷却器であり、冷却器２１ｂは送風
器２０による圧縮熱を除去するための冷却器である。

シャッタ制御回路２２はプロセッサ３１の指令に基づい
てシャッタ２３ａを開閉する。シャッタ２３ａは表面に
金メツキが施された銅板またはアルミ板で構成されてお
り、閉時には出力鏡３６から出力されたレーザビーム１
５を反射してビームアブソーバ２３ｂに吸収させる。シ
ャッタ２３ａを聞くとレーザビーム１５がワーク１１に
照射される。

パワーセンサ２４は熱電あるいは光電変換素子等で構成
され、リア鏡３５から一部透過して出力されたレーザ光
を入力してレーザビーム１５の出力パワーを測定する。

Ａ／Ｄ変換器２５はパワーセンサ２４の出力をディジタ
ル値に変換してプロセッサ３１に入力する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、切断加工開始時の穴開
は加工を、レーザビームをワークに対して傾斜させた状
態で行うように構成したので、溶融金属が飛散しても、
集光レンズは溶融金属によって何ら影響を受けず、傷を
付けられることもない。また、ワークが高反射材料の場
合、レーザビームの反射光は、集光レンズを経由してレ
ーザ発振器側に戻る危険性はなく、安全に穴開は加工を
行うことができる。

このため、従来、穴開は加工を安定にかつ安全に行った
於になされていたパルス加工を行う必要がなく、レーザ
発振器の最大出力を利用して連続出力で加工を行うこと
ができる。したがって、切断加工開始時の穴開は加工を
高速にかつ安全に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ加工装置が穴開は加工位置に位
置決めされた状態を示す図、 第２図はレーザ加工装置が穴開は加工を行う状態を示す
図、 第３図は本発明のレーザ加工装置の全体構成を概略的に
示す図である。 ３°・　　　°集光ノズル サーボモータ ギヤ プロテクタ 集光レンズ ワーク 穴開は加工位置 レーザビーム ＰＵ 位置制御回路 ４２．５２ サーボアンプ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザビームを照射してワークを切断加工するレ
   ーザ加工装置において、 前記レーザビームを前記ワークに集光させる集光ノズル
   と、 前記集光ノズルによって集光した前記レーザビームの光
   軸の前記ワークに対する傾き角度を、前記切断加工の加
   工段階に応じて制御する傾き角度制御手段と、 を有することを特徴とするレーザ加工装置。
2. （２）前記傾き角度制御手段は、前記光軸の傾き角度を
   、切断加工開始点での穴開け加工時には所定傾き角に、
   前記穴開け加工完了後の切断加工時には垂直に保つよう
   に構成されていることを特徴とする請求項１記載のレー
   ザ加工装置。
3. （３）前記切断加工開始点での穴開け加工完了後、前記
   光軸の傾き角度を垂直に保ち、前記切断加工を開始する
   際に、前記レーザビームは照射され続けていることを特
   徴とする請求項２記載のレーザ加工装置。
4. （４）前記傾き角度制御手段は、前記光軸の傾き角度制
   御を、前記集光ノズルの傾き角度を制御することによっ
   て行うことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置
   。
5. （５）前記傾き角度制御手段は、前記光軸の傾き角度を
   制御して変更する際に、前記ワークの穴開け加工位置と
   前記レーザビームによって照射される位置とが常時一致
   するように、前記光軸の傾き角度及び前記ワークを制御
   することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
6. （６）前記傾き角度制御手段は数値制御装置であること
   を特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
7. （７）前記集光ノズルに溶融金属の飛散を防止するため
   のプロテクタを設けたことを特徴とする請求項１記載の
   レーザ加工装置。
8. （８）前記穴開け加工は連続出力で行われることを特徴
   とする請求項１記載のレーザ加工装置。