JPH06246466A - レーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 被加工物５に対するピアッシング孔の穿設の
際に、ブローアップ判定部４Ｃによってブローアップの
危険性があることが検出されたら、制御装置４は、当初
予定していた切断加工時におけるレーザ光線Ｌの出力を
所要の値だけ低下させ、その低下させた後の出力値のレ
ーザ光線Ｌによって被加工物５に切断加工を施すように
なっている。 【効果】 切断加工中にブローアップが生じることを防
止することができるので、連続的な切断加工を行うこと
ができる。したがって、従来に比較して切断加工に要す
る時間を短縮することができるとともに、被加工物５の
切断面が粗雑にならず、精度の高い切断加工を行うこと
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ加工方法に関し、
より詳しくは切断加工中の被加工物にブローアップが発
生することを防止できるようにしたレーザ加工方法に関
する。

【従来の技術】従来、レーザ光線を被加工物に照射して
切断加工を行う際に、該被加工物の温度が上昇すること
に伴って加工部分にブローアップ（溶融物が吹き上げら
れる現象）が生じる頻度が高くなることは知られてい
る。そして、従来では、上述のように切断加工中にブロ
ーアップが生じた場合には、一旦切断加工を中断し加工
部分の温度が低下した後、切断加工を再開するようにし
ている。

【発明が解決しようとする課題】このように、従来で
は、切断加工中にブローアップが発生する度に切断加工
を中断していたので、切断加工完了までに時間が掛かる
という欠点があり、しかも切断加工完了後の被加工物
は、切断加工を中断した箇所の切断面が粗雑になって加
工精度が悪くなるという欠点があった。

【課題を解決するための手段】このような事情に鑑み、
本発明は、レーザ光線を放射するレーザ発振器と、この
レーザ発振器から放射されたレーザ光線を被加工物に向
けて照射するフォーカスヘッドと、被加工物における加
工部分にブローアップが発生する危険性があることを検
出するブローアップ検出装置とを備え、切断加工開始前
に行なわれる被加工物に対するピアッシング孔の穿設の
際に、上記ブローアップ検出装置によってブローアップ
の危険性があることが検出されたら、当初予定していた
切断加工時におけるレーザ光線の出力を所要の値だけ低
下させ、その低下させた後の出力値のレーザ光線によっ
て被加工物に切断加工を施すレーザ加工方法を提供する
ものである。

【作用】このような構成によれば、ピアッシング孔を穿
設した後に、被加工物の切断加工に移行しても、切断加
工中における被加工物にブローアップが生じることを防
止することができる。これにより切断加工を中断する必
要がなく、連続的な切断加工を行うことができる。その
ため、上述した従来に比較して切断加工に要する時間を
短縮することができる。しかも、連続的な切断加工を行
うことができることにより、切断加工完了後において被
加工物の切断面が粗雑にならず、従来に比較して精度の
高い切断加工を行うことができる。

【実施例】以下、本発明をパルス発振型のレーザ加工機
に適用した実施例について説明すると、図１において、
レーザ加工機は、レーザ光線Ｌをパルス発振するレーザ
発振器１と、このレーザ発振器１から発振されたレーザ
光線Ｌを集光する集光レンズ２を収納したフォーカスヘ
ッド３とを備えており、上記レーザ発振器１は制御装置
４によってパルス発振制御されるようになっている。上
記フォーカスヘッド３は図示しない昇降機構によって昇
降されるようになっており、またフォーカスヘッド３と
被加工物５を載置した図示しない加工テーブルとを適宜
の駆動機構によって水平面内で相互に直交する方向に相
対移動させることにより、上記被加工物５に所要のレー
ザ加工を施すことができるようになっている。上記フォ
ーカスヘッド３には光ファイバコネクタ６を取付けてあ
り、この光ファイバコネクタ６を介してこれに接続した
光ファイバ７の一端７ａをフォーカスヘッド３内に臨ま
せている。上記光ファイバ７の他端は光ファイバコネク
タ８を介してフォトダイオード９に臨ませてあり、この
フォトダイオード９によって検出光を電気信号に変換し
制御装置４に入力するようにしている。そして、上記両
コネクタ６、８と光ファイバ７およびフォトダイオード
９によって検出手段１０を構成している。したがって、
上記制御装置４によってパルス発振制御されたレーザ発
振器１からのレーザ光線Ｌは、フォーカスヘッド３の集
光レンズ２で集光されて被加工物５に照射されるように
なる。そして検出手段１０を構成するフォトダイオード
９は連続して、つまりパルス発振されるレーザ光線Ｌの
照射時と停止時ともに、レーザ光線Ｌの照射によって生
じた光を受けるようになる。このときレーザ光線Ｌの波
長は、一例として１０６００ｎｍであり、また被加工物
５の溶融部分から生じる光Ｌ２の波長は３００〜９００
ｎｍ程度であるので、例えば７００ｎｍの波長を検出で
きるフォトダイオード９を用いれば、レーザ光線Ｌを検
出することなく溶融部分から生じる光Ｌ２のみを検出す
ることができる。なお、被加工物５の溶融部分から生じ
る光Ｌ２は光量が弱く、被加工物５より直接受光するよ
りも、集光レンズ２により反射された溶融光を、光ファ
イバ７の一端７ａの先端面を集光レンズ２に向け斜め上
方に傾斜させ受光した方が検出光量が増加し、また塵埃
等による損傷も防止できる。次に、制御装置４は、ピア
ッシングが終了したことを判定するピアッシング判定部
４Ａと、被加工物５の切断加工中に切断不良が生じたこ
とを判定する切断不良判定部４Ｂと、レーザ加工中にブ
ローアップが発生する危険性があることを判定するブロ
ーアップ判定部４Ｃと、さらに上記検出手段１０の機能
の良否を判定する検出器機能判定部４Ｄとを備えてい
る。また、制御装置４は、上記各判定部４Ａないし４Ｄ
による判定結果を表示する表示部４Ｅを備えている。ピ
アッシング判定部４Ａは、図２に示すように、ピアッシ
ングの終了を判定する基準となるピアッシング終了判定
光量Ａをあらかじめ記憶している。そして、実際に被加
工物５にレーザ光線Ｌを照射してピアッシング孔を穿設
する時に、上記検出手段１０から制御装置４に入力され
る検出光量と、上記ピアッシング終了判定光量Ａとを比
較するようになっている。より詳細には、制御装置４
は、ピアッシング加工時（ピアッシング孔の穿設時）に
は、ピアッシング加工に好適な条件でレーザ発振器１を
パルス発振制御させ、それと同時に上記検出手段１０に
よって光量を検出している。このとき制御装置４は、ピ
アッシング終了判定光量Ａに対してはフォトダイオード
９によって検出した検出光量をそのまま比較値として用
いている。すなわち、ピアッシングが終了して被加工物
５にピアッシング孔が穿設される前までは、レーザ光線
Ｌの照射時Ｂにおける検出光量Ｃは大きく、上記ピアッ
シング終了判定光量Ａを越えるようになる。これに対し
て、被加工物５にピアッシング孔が穿設されると、レー
ザ光線Ｌの照射時Ｂにおける検出光量Ｃが小さくなって
上記ピアッシング終了判定光量Ａ以下となるので、この
時にピアッシング判定部４Ａはピアッシング終了と判定
するようにしている。そして、ピアッシング判定部４Ａ
によってピアッシング終了と判定された場合には、その
旨、上記表示部４Ｅに表示されるとともに、制御装置４
は、ピアッシング終了と判定された後に直ちに、又は複
数回のピアッシングの終了を確認した後に、上記レーザ
発振器１によるピアッシング加工を終了するようになっ
ている。次に、切断不良判定部４Ｂは、被加工物５の切
断加工中に切断不良となったことを判定するための切断
不良判定光量Ｄをあらかじめ記憶している。そして、切
断不良判定部４Ｂは、実際に被加工物５にレーザ光線Ｌ
を照射して切断加工する時に、上記検出手段１０から制
御装置４に入力される検出光量と、上記切断不良判定光
量Ｄとを比較するようになっている。つまり、図３に示
すように、制御装置４は、上記ピアッシング加工時の場
合と同様に、予め記憶した切断加工に好適な条件でレー
ザ発振器１をパルス発振制御させ、それと同時に上記検
出手段１０によって光量を検出している。そして、切断
加工時において、被加工物５がレーザ光線Ｌによって正
常に切断されているときには、レーザ光線Ｌの照射時Ｂ
における検出光量Ｅは小さいので、上記切断不良判定光
量Ｄを越えることはない。これに対して、被加工物５が
完全に切断されない切断不良時には、レーザ光線Ｌの照
射時Ｂにおける検出光量Ｅが大きくなって上記切断不良
判定光量Ｄ以上となるので、その時に上記切断不良判定
部４Ｂは切断不良と判定するようにしている。そして、
切断不良判定部４Ｂによって切断不良と判定した場合に
は、その旨、上記表示部４Ｅに表示されるとともに、制
御装置４は、その後に直ちに上記レーザ発振器１による
レーザ光線の照射を停止させる。次に、上記ブローアッ
プ判定部４Ｃは、図４に示すように、被加工物５の加工
部分にブローアップの危険性があることを判定するため
のブローアップ判定光量Ｆをあらかじめ記憶している。
そして、ブローアップ判定部４Ｃは、ブローアップ判定
光量Ｆに対してはレーザ光線Ｌの照射時Ｂではなく、照
射時Ｂの中間の照射停止時Ｇにおける検出光量Ｈを比較
値として用いている。すなわち、通常はレーザ光線Ｌの
照射時Ｂの中間の照射停止時Ｇでは被加工物５の溶融物
がアシストガスによって除去されて冷却されるので、正
常な状態では、レーザ光線Ｌの照射停止時Ｇにおける検
出光量Ｉは小さく、ブローアップ判定光量Ｆを越えるこ
とはない。これに対して、上記溶融部分の除去が不完全
となって徐々に熱が被加工物５に蓄積されて被加工物５
の温度が上昇すると、上記照射停止時Ｇにおける検出光
量Ｉが増大する。上記ブローアップ判定部４Ｃは、その
照射停止時Ｇにおける検出値を積分しており、その積分
して得た検出光量Ｉがブローアップ判定光量Ｆを越えた
ら、ブローアップ判定部４Ｃは、ブローアップに至る前
に、ブローアップの危険性ありと判定する。そして、そ
の際には、上記表示部４Ｅによって、その旨、表示する
ようになっている。その際には制御装置４によってレー
ザ発振器１の作動が一時停止されるので、被加工物５に
対するレーザ加工が中断される。そして、被加工物５の
加工部分が自然冷却されると、制御装置４によってレー
ザ発振器１が作動されるので、レーザ加工が再開され
る。なお、上記ブローアップの危険性は、ピアッシング
加工時だけでなく、切断加工時にも検出することができ
る。また、レーザ発振器１を連続発振制御する場合には
上記実施例の場合よりもブローアップ判定光量Ｆを大き
く設定し、レーザ光線Ｌの照射時Ｂにおける検出光量Ｈ
とブローアップ判定光量Ｆとを比較すればよい。ところ
で、図５に曲線Ｘで示すように、レーザ加工中における
被加工物５の加工部分の表面温度が２００℃を越える
と、加工部分にブローアップが発生する頻度が極端に高
くなる。そして、この様にブローアップが発生する頻度
が極端に高くなると、レーザ加工中にブローアップが発
生する毎に加工部分が自然冷却されるまでレーザ加工を
中断する必要がある。そのため、曲線Ｙで示すように、
被加工物５の表面温度が２００℃以上では、切断加工完
了後における被加工物５の切断面の粗度が大きくなる。
本実施例では、図５に示した被加工物５の加工部分の表
面温度が上昇するとブローアップの発生頻度が高くなる
ことを考慮した上で、上述したブローアップ判定部４Ｃ
を間接的な温度センサとして利用するようにしている。
そして、ピアッシング加工時にブローアップ判定部４Ｃ
がブローアップ発生の危険性があることを検出したら、
それに基づいて、当初予定していた切断加工時における
レーザ光線Ｌの出力を所要の値だけ低下させるようにし
ている。すなわち、図１に示すように、本実施例の制御
装置４には上記ブローアップ判定部４Ｃにカウンタ４Ｆ
を接続してあり、このカウンタ４Ｆによって、ピアッシ
ング加工を行った時に、上記ブローアップ判定部４Ｃが
ブローアップ発生の危険性ありと判定する回数をカウン
トするようにしている。また上記カウンタ４Ｆには設定
器４Ｇを接続してあり、この設定器４Ｇによって設定し
た回数だけ、上記カウンタ４Ｆによってブローアップ判
定部４Ｃによる判定回数がカウントされたら、制御装置
４は、当初予定していた切断加工時におけるレーザ光線
Ｌの出力を、所要の値だけ低下させるようにしている。
そして、上述したピアッシング加工の完了および、切断
加工用のレーザ光線Ｌの出力調整が完了したら、その低
下させた後のレーザ光線Ｌの出力値によって被加工物５
に切断加工を行うようにしている。このような構成によ
れば、ピアッシング加工後に、被加工物５の切断加工に
移行しても、レーザ光線Ｌの出力は上述した値に低下さ
せてあるので、切断加工中に被加工物５の表面温度が上
昇することを抑制してブローアップの発生を防止するこ
とができる。そのため、ブローアップ発生によって切断
加工を中断する必要がなく連続的な切断加工を行うこと
ができる。したがって、従来に比較して切断加工に要す
る時間を短縮することができる。また、切断加工完了後
において被加工物５の切断面が粗雑にならないので、従
来に比較して精度の高い切断加工を行うことができる。
なお、上記実施例では、設定器４Ｇによって切断加工時
の出力を低下させる際のカウンタ４Ｆのカウント数を設
定するようにしているが、この設定器４Ｇを省略して、
ピアッシング加工時にブローアップの危険性をカウンタ
４Ｆが１回カウントした時点で、制御装置４によって、
当初予定していた切断加工時のレーザ光線Ｌの出力を所
要量だけ低下させ、その低下させた出力で切断加工を行
うようにしても良い。また、本実施例では、検出手段１
０と制御装置４のブローアップ判定部４Ｃとによって、
実質的にブローアップ発生の危険性を検出するブローア
ップ検出装置を構成しているが次のような構成であって
も良い。すなわち、実質的に被加工物５の加工部分にブ
ローアップ発生の危険性があることを検出出来るブロー
アップ検出装置であればどのような構成であっても良
く、その場合には、該ブローアップ検出装置によってピ
アッシング加工時におけるブローアップの発生の危険性
を検出して制御装置４に入力し、これに基づいて制御装
置４は当初予定していた切断加工時のレーザ光線Ｌの出
力を低下させるようにしても良い。さらに本実施例で
は、図１に示すように、上記検出手段１０によって検出
可能な基準光Ｊを発生させる基準光発生手段１３を設け
てあり、基準光発生手段１３で発生させた基準光Ｊを上
記検出手段１０によって検出できるようにしている。そ
して、制御装置４の検出器機能判定部４Ｄによって、上
記検出手段１０が正常に機能しているか否かを判定する
ようにしている。より詳細には、上記検出手段１０の光
ファイバ７の一端７ａと対向させて、光ファイバコネク
タ１４によって光ファイバ１５の一端１５ａを取り付け
ている。この光ファイバ１５の他端は、光ファイバコネ
クタ１６によって発光ダイオード１７に臨ませている。
そして、所要時に制御装置４から発光ダイオード１７に
対して所定の波長の基準光Ｊを発生させるようにしてあ
り、その時には、基準光Ｊは光ファイバ１５の一端１５
ａから検出手段１０の光ファイバ７の一端７ａに向けて
発光される。そして、検出手段１０は、上記基準光Ｊを
検出した検出光を制御装置に入力する。他方、図６に示
すように、検出器機能判定部４Ｄは、検出手段１０によ
って実際に検出した基準光Ｊの検出光量Ｊ’が、正常な
範囲であると判断可能な下限の検出機能判定光量Ｋを予
め記憶している。そして、上記検出手段１０によって実
際に検出した基準光Ｊの検出光量Ｊ’が上記判定光量Ｋ
よりも小さい場合に、上記検出手段１０の機能が不良で
あると判定する様になっている。そのときには、その
旨、上記表示部４Ｅに表示するようにしている。したが
って、本実施例では、検出手段１０を構成する光ファイ
バ７の一端７ａが塵埃等によって霞んで、光の受光機能
が低下していることを容易に検出することができる。上
述した本実施例によれば、被加工物５にレーザ加工を施
すに当たって、ピアッシング加工の開始から所要のレー
ザ加工の終了までの加工の状況をきわめて良好に監視す
ることができる。しかも、基準光発生手段１３と検出器
機能判定部４Ｄとを設けたことによって、検出手段１０
の機能不良までも容易に検出することができる。なお、
上記実施例では検出手段１０は、レーザ光線Ｌの波長と
異なる波長を有する光を検出するようになっているが、
全ての波長の光を検出し、そこからレーザ光線Ｌの波長
を除去するような検出手段を用いてもよい。また、上記
光ファイバ７のフォーカスヘッド３内に臨ませた端部７
ａは、被加工物５に向けて配設してもよい。

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来に
比較して切断加工に要する時間を短縮することができる
とともに、精度の高い切断加工を行うことができるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略の構成図。

【図２】ピアッシングの終了を検出するための説明図。

【図３】切断不良を検出するための説明図。

【図４】ブローアップの危険性を検出するための説明
図。

【図５】ブローアップの発生頻度と被加工物の表面温度
および切断面の粗度との関係を示す図。

【図６】検出手段１０の機能の良否を検出するための説
明図。

【符号の説明】

１…レーザ発振器 ３…フォーカスヘッド ４…制御装置 ５…被加工物 ４Ｃ…ブローアップ判定部（ブローアップ検出装置） １０…検出手段（ブローアップ検出装置） Ｌ…レーザ光線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光線を放射するレーザ発振器と、
   このレーザ発振器から放射されたレーザ光線を被加工物
   に向けて照射するフォーカスヘッドと、被加工物におけ
   る加工部分にブローアップが発生する危険性があること
   を検出するブローアップ検出装置とを備え、 切断加工開始前に行なわれる被加工物に対するピアッシ
   ング孔の穿設の際に、上記ブローアップ検出装置によっ
   てブローアップの危険性があることが検出されたら、当
   初予定していた切断加工時におけるレーザ光線の出力を
   所要の値だけ低下させ、その低下させた後の出力値のレ
   ーザ光線によって被加工物に切断加工を施すことを特徴
   とするレーザ加工方法。
2. 【請求項２】 レーザ光線の出力が、上記ブローアップ
   検出装置によるブローアップの危険性の検出頻度に応じ
   て低下されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ
   加工方法。