JPH06155063A - Laser beam cutting method - Google Patents
Laser beam cutting methodInfo
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- JPH06155063A JPH06155063A JP4339784A JP33978492A JPH06155063A JP H06155063 A JPH06155063 A JP H06155063A JP 4339784 A JP4339784 A JP 4339784A JP 33978492 A JP33978492 A JP 33978492A JP H06155063 A JPH06155063 A JP H06155063A
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- Japan
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- laser
- laser beam
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
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- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、電気機器に使用する
絶縁物の切断加工を高速度かつ高品質に行うための電気
機器用絶縁物のレーザー切断方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser cutting method for an insulating material for an electric device for cutting an insulating material used for an electric device at high speed and with high quality.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図５は例えば特開昭６２−２４０１８４
号公報に示された従来のレーザー切断方法である。図に
おいて、ＣＯ2レーザーの連続波ビームのようなレーザ
ービーム１は、集光レンズ２で集光されて被切断絶縁物
５に高エネルギーのレーザー光として照射される。この
レーザービーム照射により被切断絶縁物５から発生した
分解生成ガスは、Ｎ2のようなアシストガス３によりブ
ローアウトされ、安定した切断が維持される。このアシ
ストガス３はガスジェットノズル４により被切断点に吹
き付けられる。レーザービーム１は全反射鏡８及び部分
反射鏡９を内蔵した共振器７から発振され、ベントミラ
ー１０で屈曲される。１１は共振器７に対してのパワー
コントロールを行う電源盤、１２はレーザーガス交換ユ
ニット、１３は冷却ユニットである。ＮＣ制御盤１４
は、Ｘ-Ｙテーブル６の速度制御を行うとともに電源盤
７へ速度信号を伝達し、Ｘ−Ｙテーブル６上に固定され
た被切断絶縁物５は、上記ＮＣ制御により速度及び位置
制御される。2. Description of the Related Art FIG. 5 shows, for example, JP-A-62-240184.
It is the conventional laser cutting method disclosed in Japanese Patent Publication No. In the figure, a laser beam 1 such as a continuous wave beam of a CO 2 laser is condensed by a condenser lens 2 and applied to the insulator 5 to be cut as high energy laser light. The decomposition product gas generated from the insulating material 5 to be cut by this laser beam irradiation is blown out by the assist gas 3 such as N 2 , and stable cutting is maintained. The assist gas 3 is sprayed onto the cut point by the gas jet nozzle 4. The laser beam 1 is oscillated from a resonator 7 containing a total reflection mirror 8 and a partial reflection mirror 9, and is bent by a bent mirror 10. Reference numeral 11 is a power board for power control of the resonator 7, 12 is a laser gas exchange unit, and 13 is a cooling unit. NC control panel 14
Controls the speed of the XY table 6 and transmits a speed signal to the power board 7, and the insulating material 5 fixed on the XY table 6 is controlled in speed and position by the NC control. .
【０００３】次に上記装置の動作について説明する。レ
ーザービーム１を集光し被切断絶縁物５に照射して、良
質の切断面をもって切断するためには、切断速度に対応
した適切なレーザー出力が必要となる。図６は、６.４
ｍｍ厚さのプレスボード(被切断絶縁物)の切断速度とレ
ーザー出力の関係からみた切断面を品質評価したもので
ある。図において、 領域Ａ：レーザービームのエネルギーが不足するため
(レーザー出力不足)、またはレーザー加工速度過大のた
めに、プレスボードの下部に未切断部が残る領域。 領域Ｂ：プレスボードは一応完全に切断されるが、切断
溝下部でのアシストガスの流れが不十分になる部分が存
在し、このため若干の炭化物の生成がみられる領域。 領域Ｃ：切断面に炭化物の生成がなく、高品質な切断が
できる領域。 領域Ｄ：プレスボードの加工速度が遅すぎるので、レー
ザービームの集光分布の視野の影響により、切断面の上
部に熱酸化反応により若干の炭化物が生成する領域。 領域Ｅ：プレスボードの加工速度が更に遅くなると、熱
酸化反応の時間が長く温度が高くなるので、炭化物が肉
眼でも明確に判別できるようになる領域。 以上のように、プレスボードの厚さに応じたＣＯ2レー
ザーの出力と切断速度の組合せ条件により、切断面に炭
化物を生成させない良好な領域が存在する。従って、レ
ーザービーム１による被切断絶縁物５の切断速度を検出
し、この切断速度に対応して電源盤１１からのパワーコ
ントロールによって共振器７から発振するレーザーの出
力を最適出力に可変制御することにより、良質の切断面
を有する絶縁物切断が可能となる。Next, the operation of the above device will be described. In order to focus the laser beam 1 and irradiate the insulating material 5 to be cut, and to cut with a good-quality cut surface, an appropriate laser output corresponding to the cutting speed is required. Figure 6 shows 6.4
This is a quality evaluation of the cut surface viewed from the relationship between the cutting speed and the laser output of a press board (insulator to be cut) having a thickness of mm. In the figure, area A: Due to lack of laser beam energy
An area where an uncut part remains at the bottom of the press board due to (laser output shortage) or excessive laser processing speed. Region B: The press board is completely cut, but there is a portion where the flow of assist gas is insufficient at the lower part of the cutting groove, and as a result, some carbide is generated. Region C: A region where high-quality cutting is possible without the formation of carbide on the cut surface. Region D: A region where a small amount of carbide is generated due to a thermal oxidation reaction at the upper part of the cut surface due to the influence of the visual field of the focused distribution of the laser beam because the processing speed of the pressboard is too slow. Region E: A region where the carbides can be clearly discriminated by the naked eye because the thermal oxidation reaction time is long and the temperature is high when the pressboard processing speed is further reduced. As described above, depending on the combination conditions of the output of the CO 2 laser and the cutting speed depending on the thickness of the press board, there is a good region where carbide is not generated on the cut surface. Therefore, the cutting speed of the insulating material 5 to be cut by the laser beam 1 is detected, and the output of the laser oscillated from the resonator 7 is variably controlled to the optimum output by the power control from the power board 11 corresponding to this cutting speed. Thereby, it becomes possible to cut an insulator having a good cut surface.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来のレーザー切断方
法においては、切断速度を検出し、切断する板厚に応じ
たレーザー出力を制御するものとしているが、板厚が厚
くなると切断速度とレーザー出力の制御のみでは良質な
切断部の品質が得られなかった。また、被切断物の板厚
をあらかじめ指定入力しないと、切断速度に応じたその
板厚のレーザー出力が決定できない等の問題点があっ
た。In the conventional laser cutting method, the cutting speed is detected and the laser output is controlled according to the plate thickness to be cut. However, when the plate thickness becomes thick, the cutting speed and the laser output are increased. It was not possible to obtain a good quality of the cut part only by controlling. Further, there is a problem that the laser output of the plate thickness corresponding to the cutting speed cannot be determined unless the plate thickness of the object to be cut is designated in advance.
【０００５】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、被切断物の板厚が異なって
も、常にその板厚に対応した最適な焦点位置と、その切
断速度に合ったレーザー出力の組合せ条件をリアルタイ
ムでコントロールすることにより、電気絶縁的により安
定した良質の切断面を得ることができるレーザー切断方
法を提供する。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. Even if the plate thickness of the object to be cut is different, the optimum focus position corresponding to the plate thickness and the cutting speed thereof are always provided. Provided is a laser cutting method capable of obtaining a more stable cut surface that is more electrically insulating and stable by controlling in real time the combination conditions of laser outputs that match the above.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザー
切断方法は、被切断物の板厚を検出して、その板厚に応
じた最適な焦点位置を決めて、次にこの焦点位置に対応
した切断速度とレーザー出力を供給するものである。A laser cutting method according to the present invention detects a plate thickness of an object to be cut, determines an optimum focus position according to the plate thickness, and then corresponds to this focus position. It provides the cutting speed and laser power.
【０００７】[0007]
【作用】この発明におけるレーザー切断方法では、レー
ザービームのエネルギー密度(パワー密度)が最も大きく
なる点である焦点位置を制御することにより、被切断物
の板厚が異なっても、レーザービームの照射エネルギー
を効率的に被切断部に与えることができ、切断部への熱
的影響を最小限に抑えることができる。In the laser cutting method according to the present invention, by controlling the focus position, which is the point where the energy density (power density) of the laser beam becomes the maximum, even if the plate thickness of the object to be cut differs, Energy can be efficiently applied to the cut portion, and the thermal influence on the cut portion can be minimized.
【０００８】[0008]
実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において、１はレーザービーム(例えばＣＯ2
レーザーの連続波ビーム)であり、全反射鏡８及び部分
反射鏡９を内蔵した発振器７から発振され、ベントミラ
ー１０で屈曲されかつ集光レンズ２で集光されて、被切
断絶縁物５上に高エネルギーのレーザー光として照射さ
れる。３はビーム照射により絶縁物から発生したガスを
ブローアウトして安定した切断を維持するためのＮ2等
のアシストガス、４はアシストガス３をジェット状に被
切断点に吹き付けるガスジェットノズルである。６は被
切断絶縁物５を固定するＸ-Ｙテーブルであり、ＮＣ制
御盤１４のＮＣ制御により速度及び位置制御される。１
１はレーザー発振器７のパワーコントロールを行うため
の電源盤、１２はレーザーガス交換ユニット、１３は冷
却ユニットである。３０は被切断絶縁物５の厚さを測定
するための厚さセンサであり、この厚さセンサ３０の測
定出力はＮＣ制御盤１４に送られ、ここで被切断物の板
厚に応じた最適焦点位置を設定する。そして倣い装置２
０によって、この最適焦点位置を常に維持して切断す
る。Example 1. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, 1 is a laser beam (for example, CO 2
Continuous wave beam of a laser), which is oscillated by an oscillator 7 having a total reflection mirror 8 and a partial reflection mirror 9, is bent by a bent mirror 10 and is condensed by a condenser lens 2, and is placed on an insulator 5 to be cut. Is irradiated with high energy laser light. Reference numeral 3 is an assist gas such as N 2 for blowing out gas generated from an insulator by beam irradiation to maintain stable cutting, and 4 is a gas jet nozzle for spraying the assist gas 3 in a jet shape to a cut point. . Reference numeral 6 is an XY table for fixing the insulating material 5 to be cut, and its speed and position are controlled by the NC control of the NC control board 14. 1
1 is a power supply panel for controlling the power of the laser oscillator 7, 12 is a laser gas exchange unit, and 13 is a cooling unit. Reference numeral 30 denotes a thickness sensor for measuring the thickness of the insulating material 5 to be cut, and the measurement output of the thickness sensor 30 is sent to the NC control board 14 where the optimum output according to the plate thickness of the cutting material. Set the focus position. And the copying apparatus 2
With 0, the optimum focus position is always maintained for cutting.
【０００９】図４は、厚さ１.６ｍｍ，３.２ｍｍ，６.
４ｍｍのプレスボードを、レーザー光の焦点位置を変え
て切断した時の分離可能な限界レーザー出力を示したも
のである。焦点位置が被切断物の表面にある場合を±０
ｍｍとし、これより上側を＋(プラス)、下側を−(マイ
ナス)として表示した。この結果から分かるように同一
板厚のプレスボードでも焦点位置が異なると切断可能な
限界レーザー出力に差があることがわかる。図３は、図
１によるレーザー切断加工機のレーザービームモード
(シングルモード)の強度分布を示したものである。ビー
ムモードの強度分布は焦点位置(図３のＢ−Ｂ断面)が最
も強く、焦点より下側(マイナス)になる程、ビームモー
ドが崩れていることがわかる(例えば図３のＣ−Ｃ断
面)。レーザー切断は熱エネルギーによる加工法であ
り、切断部への投入エネルギーを全て切断作用だけに利
用しかつ最小のエネルギーで切断することが、被切断物
の熱的変質を防ぐ条件となる。すなわち、各板厚ごとに
分離可能な最小限のレーザー出力で切断するためには、
各板厚に対応して最適な焦点位置を設定して、レーザー
ビームのエネルギーを有効に活用することが必要であ
る。FIG. 4 shows the thicknesses of 1.6 mm, 3.2 mm and 6.
It shows the limitable laser output that can be separated when a 4 mm press board is cut by changing the focal position of laser light. ± 0 when the focus position is on the surface of the cut object
mm, and the upper side and the lower side were displayed as + (plus) and-(minus), respectively. As can be seen from this result, there is a difference in the limit laser output that can be cut even if the press positions of the same plate thickness are different. FIG. 3 is a laser beam mode of the laser cutting machine according to FIG.
It shows the intensity distribution of (single mode). The intensity distribution of the beam mode is strongest at the focus position (cross section B-B in FIG. 3), and it can be seen that the beam mode collapses toward the lower side (minus) of the focus (for example, cross section C-C in FIG. 3). ). Laser cutting is a processing method using thermal energy, and it is a condition to prevent thermal deterioration of the material to be cut by using all the energy input to the cutting portion only for the cutting action and cutting with the minimum energy. That is, in order to cut with the minimum laser output that can be separated for each plate thickness,
It is necessary to set the optimum focus position corresponding to each plate thickness and effectively utilize the energy of the laser beam.
【００１０】即ち、本実施例では、被切断絶縁物５の厚
さを厚さセンサ３０により測定し、この厚さセンサ３０
の測定出力をＮＣ制御盤１４に送り、レーザー加工ヘッ
ドを制御して板厚に応じた最適焦点位置を設定する。そ
して、倣い装置２０によって、この最適焦点位置を常に
維持しながら、この最適焦点位置とレーザー切断速度に
合ったレーザー出力を選定して被切断絶縁物５をレーザ
ー切断する。ここで、従来のレーザー切断速度及びレー
ザー出力に加え、更に最適焦点位置の条件を管理するこ
とにより、レーザー切断面は図２のように評価すること
ができる。図２において、領域Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅは図４の
場合と同様である。斜線部は従来の最適条件領域であ
り、太線部が本実施例の焦点距離を加味した場合の切断
面の熱的変質の最も少ない最適条件である。このよう
に、電気絶縁材料を切断する場合、切断速度及びレーザ
ー出力の条件に加え、その板厚に応じた焦点距離をコン
トロールすることにより、より安定した切断品質を得る
ことができる。That is, in the present embodiment, the thickness of the insulating material 5 to be cut is measured by the thickness sensor 30, and the thickness sensor 30
Is sent to the NC control board 14 to control the laser processing head to set the optimum focus position according to the plate thickness. Then, while the optimum focus position is always maintained by the copying apparatus 20, the laser output that matches the optimum focus position and the laser cutting speed is selected to laser-cut the insulating material 5. Here, in addition to the conventional laser cutting speed and laser output, the laser cutting surface can be evaluated as shown in FIG. 2 by controlling the conditions of the optimum focus position. In FIG. 2, areas A, B, C, D and E are the same as those in FIG. The shaded portion is the conventional optimum condition region, and the thick portion is the optimum condition in which the thermal deterioration of the cut surface is the smallest when the focal length of this embodiment is taken into consideration. In this way, when cutting the electrically insulating material, more stable cutting quality can be obtained by controlling the focal length according to the plate thickness in addition to the conditions of the cutting speed and the laser output.
【００１１】その他の実施例．上記実施例では、被切断
物(プレスボード)５をＸ−Ｙテーブル６に固定し，ＮＣ
制御盤１４の操作によりＸ−Ｙテーブル６を速度制御す
るものを示したが、ＸＹテーブル６を速度制御せずに、
照射レーザーヘッドを速度制御しても良く、被切断物５
と照射レーザーヘッド間の相対速度、即ち切削速度を制
御すれば構わない。また、上記実施例ではＣＯ2連続発
振レーザー光とプレスボードの組み合わせについて説明
したが、レーザー光源としてＣＯ2レーザー以外にＹＡ
Ｇレーザー、Ａｒレーザー、エキシマレーザーの連続波
又はパルス発振であっても良い。更に、プレスボードが
他の絶縁物であっても、図２に示したと同様の良質の切
断加工面が得られる領域が、レーザーの種類、絶縁物の
材質および厚み等をパラメータとして存在し、上記実施
例と同様の効果を奏する。Other Embodiments In the above embodiment, the object to be cut (press board) 5 is fixed to the XY table 6, and NC
Although the one in which the speed of the XY table 6 is controlled by operating the control panel 14 is shown, the speed of the XY table 6 is not controlled.
The irradiation laser head may be speed-controlled, and the object to be cut 5
It suffices to control the relative speed between the irradiation laser head and the irradiation laser head, that is, the cutting speed. Further, in the above embodiment, the combination of the CO 2 continuous wave laser light and the press board was explained, but as the laser light source, other than the CO 2 laser, YA
It may be continuous wave or pulse oscillation of G laser, Ar laser, excimer laser. Further, even if the press board is made of another insulator, a region where a high-quality cut surface similar to that shown in FIG. 2 can be obtained has parameters such as the type of laser, the material of the insulator and the thickness thereof. The same effect as the embodiment is obtained.
【００１２】[0012]
【発明の効果】以上のように、この発明によるレーザー
切断方法では、被切断物の板厚を測定し、その板厚にあ
った最適焦点位置を決定し、この焦点位置と切断速度に
対応したレーザー出力を補正制御するようにしたので、
切断するためだけにレーザーエネルギーを投入すること
ができ、電気絶縁材として熱的影響の少ない良品質な切
断面が得られると共に、省エネルギーの効果も達成す
る。As described above, in the laser cutting method according to the present invention, the plate thickness of the object to be cut is measured, the optimum focus position corresponding to the plate thickness is determined, and the focus position and the cutting speed are dealt with. Since the laser output is corrected and controlled,
Laser energy can be input only for cutting, a good quality cut surface with little thermal influence as an electric insulating material can be obtained, and energy saving effect can be achieved.
【図１】この発明の実施例１に使用するレーザー切断装
置を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a laser cutting device used in a first embodiment of the present invention.
【図２】この発明の実施例１により切断したプレスボー
ドの切断品質評価領域を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a cutting quality evaluation region of a pressboard cut according to Example 1 of the present invention.
【図３】この発明の実施例１によるレーザービームモー
ド分布を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a laser beam mode distribution according to the first embodiment of the present invention.
【図４】この発明の実施例１によるプレスボードの板厚
に対する焦点位置とレーザー出力の関係を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the focal position and the laser output with respect to the plate thickness of the pressboard according to the first embodiment of the present invention.
【図５】従来のレーザー切断装置を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a conventional laser cutting device.
【図６】従来のレーザー切断法におけるプレスボードの
切断品質評価領域を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a cutting quality evaluation region of a press board in a conventional laser cutting method.
１ レーザービーム ２ 集光レンズ ３ アシストガス ４ ジェットノズル ５ 被切断絶縁物 ６ Ｘ−Ｙテーブル ７ レーザー発振器 ８ 全反射鏡 ９ 部分反射鏡 １０ ベントミラー １１ 電源盤 １２ レーザーガス交換ユニット １３ 冷却ユニット １４ ＮＣ制御盤 ２０ 倣い装置 ３０ 厚さセンサ 1 Laser Beam 2 Condenser Lens 3 Assist Gas 4 Jet Nozzle 5 Insulator to be Cut 6 XY Table 7 Laser Oscillator 8 Total Reflector 9 Partial Reflector 10 Vent Mirror 11 Power Board 12 Laser Gas Exchange Unit 13 Cooling Unit 14 NC Control panel 20 Copying device 30 Thickness sensor
Claims (2)
る方法であって、被切断物の厚みを測定し、厚みに対応
したレーザービームの最適焦点位置を設定する工程と、
この焦点位置に対応したレーザー切断速度及びレーザー
出力により、被切断物をレーザー切断する工程からなる
レーザー切断方法。1. A method of cutting an object to be cut with a laser beam, the step of measuring the thickness of the object to be cut, and setting an optimum focus position of the laser beam corresponding to the thickness,
A laser cutting method comprising a step of laser cutting an object to be cut with a laser cutting speed and a laser output corresponding to the focal position.
定してレーザー切断する請求項１記載のレーザー切断方
法。2. The laser cutting method according to claim 1, wherein the laser beam is cut with the focus position set within the thickness of the object to be cut.
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