JPH0549396B2 - - Google Patents

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JPH0549396B2
JPH0549396B2 JP2311447A JP31144790A JPH0549396B2 JP H0549396 B2 JPH0549396 B2 JP H0549396B2 JP 2311447 A JP2311447 A JP 2311447A JP 31144790 A JP31144790 A JP 31144790A JP H0549396 B2 JPH0549396 B2 JP H0549396B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はレーザー加工装置に係り、詳しくは比
較的厚い鋼板等に対する切断加工、溶接加工を行
うための加工装置に関するものである。
〈従来の技術〉 レーザー光を利用して鋼板等の鉄系金属、アル
ミニウム等の非鉄金属等の被加工材を切断、溶
接、マーキング等の加工を施し、或いはアクリル
板等の合成樹脂材料を切断、彫刻する加工が一般
的に実施されている。
従来より提供されているレーザー発振器は比較
的出力が小さく、薄板に対する加工のみが行われ
ている。然し、最近に至り出力の大きなレーザー
発振器が開発され、比較的厚い板の加工も実施し
得るようになつてきている。
例えば鋼板を切断する場合には、集光レンズを
有し且つアシストガスとしての酸素ガスを噴射す
るトーチを用い、前記レンズによつてレーザー光
を集光して鋼板の表面或いはその近傍にスポツト
を形成し、このレーザー光に沿つて酸素ガスを噴
射しつつ、予め設定された切断線に沿つて移動さ
せることで鋼板を切断している。前記切断は、レ
ーザー光のエネルギによる鋼板母材の瞬間的な溶
融、蒸発と、酸素ガスによる溶融母材の急激な酸
化、及び酸化生成物の鋼板からの排除と、を極め
て短時間で連続的に行うことで実施される。
レーザー発振器から出射されるレーザー光は平
行光線では無く、僅かな広がり角度を有してい
る。このため、レーザー発振器とトーチとの距離
が変化すると、この変化に応じて鋼板の表面に形
成されるスポツトの径が変化し、定常的な切断を
実施し得なくなる。
従つて、鋼板等の被加工材に対し二次元的な切
断、溶接、彫刻等の加工を実施するレーザー加工
装置にあつては、被加工材の表面に対するレーザ
ー光の集光位置を常に一定位置に維持し得るよう
に、即ち、被加工材の表面に於けるレーザー光の
集光径（スポツト径）を一定に維持し得るように
構成されているものが多い。
〈発明が解決しようとする課題〉 一般にレーザー光を用いて鋼板等の被加工材に
対する切断、溶接等の加工を実施する場合、レー
ザー光を細く絞つた状態で被加工材に照射するこ
とが効率良く加工し得るとされている。
然し、本発明者が厚鋼板に対する切断実験を行
つた結果、レーザー光を単に細く絞るのみでは切
断面の品質を良好な状態に維持して厚板に対する
切断を行うことが出来ないということが判明し
た。この原因は、レーザー光を細く絞つて鋼板に
照射し同時に酸素ガスを噴射した場合、レーザー
光の照射点にエネルギが集中し、母材を狭い範囲
で急激に溶融、蒸発させ、同時にこの点から母材
の燃焼を開始させることが出来るが、母材の溶融
面積が少なく且つ母材の燃焼量が少ないため、母
材に対する加熱が充分で無いことにあるものと思
われる。
本発明の目的は、厚板に対して円滑な加工を施
すことが出来るレーザー加工装置を提供すること
にある。
〈課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するために本発明に係るレーザ
ー加工装置は、レールに沿つて移動し得るサドル
に該レールと直交するクロスガーターを設け、か
つ前記サドルにマルチモードのレーザー光を出射
するレーザー発振器を搭載し、更にレーザー光を
被加工材に照射すると共にアシストガスを噴射す
るトーチを前記レールと直交する方向に移動可能
な如く前記クロスガーターに搭載してなるレーザ
ー加工装置に於いて、焦点距離の異なる複数個の
レンズを前記トーチに着脱自在に装着し、前記レ
ーザー発振器から出射されるレーザー光をレール
の敷設方向に屈折させる屈折部材と前記屈折され
たレーザー光を更にレールの敷設方向に反射屈折
させる反転装置とを夫々前記サドル上に設け、前
記トーチに装着された焦点距離の異なる複数個の
レンズに応じて反転装置がサドルに沿つて移動す
る範囲を規定し得る規定手段を前記サドル上に設
け、更に前記トーチの移動量に応じて前記反転装
置を移動させる駆動部材を設けて構成したもので
ある。
〈作用〉 上記手段によれば、厚板に対する切断、溶接等
の加工を円滑に実施することが出来、且つ良好な
品質を維持することが出来る。
鋼板に対する切断が、レーザー光による母材の
溶融、蒸発という物理的なプロセスと、酸素ガス
による溶融母材の急激な酸化（母材の燃焼）とい
う化学的なプロセスと、酸素ガスによる酸化生成
物の母材からの排除という物理的なプロセスから
なり、特に母材の燃焼を継続させるためには鋼板
を厚さ方向に加熱することが必須であること、及
び鋼板の厚さが厚くなるに従つて酸化生成物の量
が増大するため、切断溝の幅も大きくなることは
周知である。
従つて、トーチからマルチモードのレーザー光
を鋼板に照射することによつて、該レーザー光に
於ける半径方向に分布した最大エネルギ部分によ
り鋼板を面状に溶融、蒸発させ、このレーザー光
の出射と同時に酸素ガスを照射することで面状に
溶融した部分を燃焼させると共に、酸素ガスによ
つて燃焼生成物を母材から排除しつつ、トーチを
レールの敷設方向及びこの方向と直角方向に移動
させることで厚板を所望の形状に切断することが
出来る。
本発明者の実験の結果、マルチモードのレーザ
ー光では、レーザー発振器とトーチとの距離を一
定の値に維持しておくことが必要であることが判
明している。このため、レーザー発振器から出射
されたレーザー光を屈折部材によつてレールの敷
設方向に屈折させると共に、反転装置によつて折
り返し反転させた迂回路を構成し、トーチの移動
量に応じて反転装置を移動させることによつて迂
回路の長さを調整することで、レーザー発振器と
トーチとの距離を常に一定長に維持することが出
来る。
また実験の結果、レーザー発振器とトーチとの
距離は、トーチに装着されるレンズの焦点距離に
応じて変化することも判明している。このため、
トーチに装着されたレンズに応じて反転装置の移
動範囲を規定するための規定手段を設けることに
よつて、トーチに装着されたレンズに応じた最適
なレーザー光路長を設定することが出来る。
〈実施例〉 以下上記手段を適用したレーザー加工装置の一
実施例について図を用いて説明する。
第１図は本発明に係るレーザー加工装置の全体
斜視説明図である。
図に於いて、所定の間隔を持つて平行に敷設さ
れたレール１にサドル２、クロスガーター３から
なるフレーム４が載置されている。このフレーム
４は図示しないモーターによつて駆動されてレー
ル１の敷設方向（Ｘ方向）に移動し得るように構
成されている。
クロスガーター３はレール１と直交方向（Ｙ方
向）に配設されており、このクロスガーター３に
複数のクロスレール３ａがＹ方向に沿つて固着さ
れている。クロスレール３ａにはキヤリツジ５が
配設されており、このキヤリツジ５はクロスガー
ター３に取り付けたモーター６ａ及びボールネジ
等の伝導部材６ｂによつてクロスレール３ａに沿
つて移動し得るように構成されている。
キヤリツジ５にはレール１の間に配置された鋼
板等の被加工材７にレーザー光を照射すると共
に、図示しない供給手段から供給される酸素ガス
を噴射するトーチ８が取り付けられている。
従つて、トーチ８はフレーム４のＸ方向への移
動と、キヤリツジ５のＹ方向への移動とを合成さ
れて所望の方向に移動することが可能である。
マルチモードのレーザー光を出射するレーザー
発振器９はサドル２に取り付けられている。前記
レーザー発振器９とトーチ８との間には複数のミ
ラー１１ａ〜１１ｆを配置して構成したレーザー
光路１０が構成されており、この光路１０によつ
てレーザー発振器９とトーチ８との距離を常に一
定長さに維持し得るように構成している。
即ち、サドル２には２枚のミラー１１ｃ，１１
ｄを対向配置して構成した反転装置１２が配設さ
れており、またサドル２には前記反転装置１２を
移動させるための駆動部材となるモーター１３ａ
及びボールネジ等の伝導部材１３ｂが設けられて
いる。前記伝導部材１３ｂはレール１の敷設方向
と平行に配置され、この伝導部材１３ｂに反転装
置１２に設けた図示しないナツトを螺合させるこ
とによつて、反転装置１２をレール１の方向に移
動させるように構成している。そしてキヤリツジ
５を移動させるモーター６ａの駆動量と一定の比
率でモーター１３ａを駆動することによつて、反
転装置１２を移動させることで、レーザー発振器
９とトーチ８との間の距離を常に一定長さとなる
ようにしている。即ち、キヤリツジ５の矢印ａ方
向への移動に応じて反転装置１２を矢印ｃ方向に
移動させ、またキヤリツジ５の矢印ｂ方向への移
動に応じて反転装置１２を矢印ｄ方向に移動させ
ることで、レーザー発振器９とトーチ８との距離
を常に一に維持している。
従つて、レーザー発振器９から出射されたマル
チモードのレーザー光は屈折部材となるミラー１
１ａ，１１ｂによつてレール１の敷設方向に屈折
され、ミラー１１ｃ，１１ｄからなる反転装置１
２によつて再びレール１と平行に反転屈折され
る。そしてミラー１１ｅによつてトーチ８の方向
に屈折されてトーチ８に設けたミラー１１ｆに至
り、該トーチ８に着脱可能に装着されたレンズ８
ａによつて集光されて被加工材７に照射される。
トーチ８にはマルチモードのレーザー光を集光
するためのレンズ８ａが着脱可能に装着されてい
る。そして被加工材７の厚さ、材質等の条件に応
じて焦点距離254mm（10インチ）のレンズ、焦点
距離190.5mm（7.5インチ）のレンズ、或いは焦点
距離127mm（５インチ）のレンズを選択してトー
チ８に装着している。
トーチ８に装着されるレンズ８ａの焦点距離が
変化すると、この焦点距離の変化に応じてレーザ
ー発振器９とトーチ８との距離を変化させること
が必要となる。
このため、本実施例では反転装置１２を移動さ
せる伝導部材１３ｂの近傍に該反転装置１２の移
動範囲を規定するための規定部材となるセンサー
１４ａ〜１４ｃを設けている。このセンサー１４
ａ〜１４ｃとしては、反転装置１２と接触して信
号を発生するスイツチ、或いは反転装置１２を非
接触状態で検知して信号を発生するスイツチ等を
用いることが可能である。そしてセンサー１４ａ
をトーチ８に焦点距離254mm（10インチ）のレン
ズを装着したときのレーザー発振器９とトーチ８
との距離に対応する位置にセツトすると共に、セ
ンサー１４ｂを焦点距離190.5mm（7.5インチ）の
レンズに対応する位置にセツトし、更にセンサー
１４ｃを焦点距離127mm（５インチ）のレンズに
対応する位置にセツトし、被加工材７に対する加
工の実施に先立つてトーチ８に装着されたレンズ
８ａの焦点距離の情報を図示しない制御部に入力
し、センサー１４ａ〜１４ｃの何れかを選択する
ことによつて、レーザー発振器９とトーチ８との
距離を使用されるレンズ８ａに応じて最適な距離
に維持することが可能である。
尚、本実施例ではフレーム４を移動させる図示
しないモーター、キヤリツジを移動させるモータ
ー６ａ、反転装置１２を移動させるモーター１３
ａの回転方向及び回転量を夫々数値制御装置によ
つて制御することで、予め入力された図形情報、
板厚情報等に応じてトーチ８の移動方向及び移動
速度を制御し得るように構成している。
上記の如く構成したレーザー加工装置を用いて
被加工材７を切断する場合には、先ず数値制御装
置に切断すべき図形情報、被加工材７の板厚情
報、レンズ８ａの焦点距離情報等を入力し、トー
チ８を被加工材７の所定位置に移動させ、レーザ
ー発振器９からマルチモードのレーザー光を出射
すると同時にアシストガスとして酸素ガスを噴射
して切断を開始し、その後、フレーム４、キヤリ
ツジ５を入力された情報に応じてＸ，Ｙ方向に移
動させることによつて、所定の図形を切断するこ
とが可能である。そしてキヤリツジ５のＹ方向へ
の移動量に応じてモーター１３ａを駆動して反転
装置１２を移動させることによつて、レーザー発
振器９とトーチ８との距離を一定長さに維持する
ことが可能である。
本実施例では、サドル２に１組の反転装置１２
を設けているが、この数に限定するものでは無
く、２組以上の反転装置１２を設けても良い。
また本実施例ではトーチ８からマルチモードの
レーザー光を出射して被加工材７を切断する加工
装置について説明したが、被加工材７が溶接部材
である場合には、マルチモードのレーザー光を用
いることによつて溶け込み深さの深い溶接作業を
実施することが可能である。この場合、アシスト
ガスとしてはアルゴンガス、炭酸ガス等の不活性
ガスを用いるのが良い。
〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように本発明に係るレーザ
ー加工装置によれば、マルチモードのレーザー光
を用いることで厚板に対する切断、溶接等の加工
を効率良く実施することが出来、且つ品質の良い
仕上げ面を得ることが出来る。
またレーザー光の光路をレールの敷設方向に反
転屈折させることで迂回路を構成し、キヤリツジ
の移動に応じて前記迂回路を構成する反転屈折部
材を移動させることで、トーチの位置にかかわら
ずレーザー発振器とトーチとの距離を一定に維持
することが出来る。
また反転装置の移動範囲を規定手段によつて規
定することで、トーチに装着されたレンズに応じ
た最適なレーザー光路長を設定することが出来る
等の特徴を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係るレーザー加工装置の全体
斜視説明図である。 １はレール、２はサドル、３ａはクロスレー
ル、４はフレーム、５はキヤリツジ、６ａ，１３
ａはモーター、６ｂ，１３ｂは伝導部材、７は被
加工材、８はトーチ、８ａはレンズ、９はレーザ
ー発振器、１０はレーザー光路、１１ａ〜１１ｆ
はミラー、１２は反転装置、１４ａ〜１４ｃはセ
ンサーである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ レールに沿つて移動し得るサドルに該レール
    と直交するクロスガーターを設け、かつ前記サド
    ルにマルチモードのレーザー光を出射するレーザ
    ー発振器を搭載し、更にレーザー光を被加工材に
    照射すると共にアシストガスを噴射するトーチを
    前記レールと直交する方向に移動可能な如く前記
    クロスガーターに搭載してなるレーザー加工装置
    に於いて、焦点距離の異なる複数個のレンズを前
    記トーチに着脱自在に装着し、前記レーザー発振
    器から出射されるレーザー光をレールの敷設方向
    に屈折させる屈折部材と前記屈折されたレーザー
    光を更にレールの敷設方向に反射屈折させる反転
    装置とを夫々前記サドル上に設け、前記トーチに
    装着された焦点距離の異なる複数個のレンズに応
    じて反転装置がサドルに沿つて移動する範囲を規
    定し得る規定手段を前記サドル上に設け、更に前
    記トーチの移動量に応じて前記反転装置を移動さ
    せる駆動部材を設けて構成したことを特徴とした
    レーザー加工装置。
JP2311447A 1990-11-19 1990-11-19 レーザー加工装置 Granted JPH04182090A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2311447A JPH04182090A (ja) 1990-11-19 1990-11-19 レーザー加工装置
US07/793,660 US5237151A (en) 1990-11-19 1991-11-18 Laser processing apparatus
EP91310612A EP0487283B1 (en) 1990-11-19 1991-11-18 Laser processing apparatus
AT91310612T ATE112200T1 (de) 1990-11-19 1991-11-18 Gerät zur laserbearbeitung.
DE69104326T DE69104326T2 (de) 1990-11-19 1991-11-18 Gerät zur Laserbearbeitung.

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JP2311447A JPH04182090A (ja) 1990-11-19 1990-11-19 レーザー加工装置

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Publication Number Publication Date
JPH04182090A JPH04182090A (ja) 1992-06-29
JPH0549396B2 true JPH0549396B2 (ja) 1993-07-26

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ID=18017330

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2311447A Granted JPH04182090A (ja) 1990-11-19 1990-11-19 レーザー加工装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5237151A (ja)
EP (1) EP0487283B1 (ja)
JP (1) JPH04182090A (ja)
AT (1) ATE112200T1 (ja)
DE (1) DE69104326T2 (ja)

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