JPH0694080B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、レーザ光による被加工物の切断において、
切断加工に先立って行われるピアッシング加工の終了を
検知することができるレーザ加工装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 第２図は従来のレーザ加工装置を示す構成図であり、図
において、（１）はレーザ加工を数値データにて制御す
る数値制御装置（以下、NC装置と称す）、（２）はNC装
置（１）の指令に基づいてレーザ光（３）を発振するレ
ーザ発振器であり、全反射鏡（４）と部分反射鏡（５）
間でレーザ発振が行われる。（3a）は発振したレーザ光
が全反射鏡（４）を僅かに透過した微弱なレーザ光、
（６）はレーザ光（３）を所定の方向に屈曲する反射ミ
ラー、（７）はレーザ光（３）を集光して被加工物
（８）上に照射する集光レンズ、（９）は集光レンズ
（７）を保持するとともに加工に要する補助ガス（10）
を噴射する加工ヘッド、（11）は被加工物（８）を載置
する剣山ピン（12）を備えた加工テーブルであり、NC装
置（１）によってＸ−Ｙ方向の移動制御がなされる。
（13）は被加工物（８）の表面で反射したレーザ光
（３）の反射光、（14）はレーザ光を均一に拡散反射す
る積分球、（15）は拡散したレーザ光の熱を感知して電
気信号に変換する焦電素子から成る出力センサであり、
その電気信号はNC装置（１）に出力される。

次に動作について説明する。先ず、NC装置（１）の数値
データに基づいてレーザ発振器（２）からレーザ光
（３）を発振する。このレーザ光（３）は反射ミラー
（６）で折り返されて加工ヘッド（９）内の集光レンズ
（７）まで導かれ、集光レンズ（７）によって集光され
る。

一方、加工テーブル（11）に設けられた剣山ピン（12）
の上に被加工物（８）を載置して、集光レンズ（７）に
よって集光されたレーザ光（３）の焦点を被加工物
（８）の表面に合わせ、かつ、加工ヘッド（９）から補
助ガス（10）を噴射することによって被加工物（８）の
切断加工を行う。

ところで、レーザ光（３）による被加工物（８）の切断
加工においては、加工に先立ち、被加工物（８）に穴を
貫通させる、いわゆるピアッシング加工が必要となる。
このピアッシング加工に際しては、被加工物（８）の材
質や板厚によってレーザ光（３）が被加工物（８）を貫
通する時間、つまりピアッシング時間が相違するため、
予めピアッシング時間を設定してNC装置（１）に入力し
ておき、このピアッシング時間が経過した後に加工ヘッ
ド（９）又は加工テーブル（11）を移動させることによ
って切断加工が行われる。

なお、ピアッシング加工では、ピアッシングが完全に終
了する前に切断加工に移行すると、被加工物（８）のバ
ーニング（爆発）が生じるため、ピアッシング時間は被
加工物（８）のピアッシング時間のばらつき範囲の最大
値より長目に設定されている。

次に、レーザ光（３）の出力検出動作について説明す
る。前述したようにレーザ光（３）は、全反射鏡（４）
と部分反射鏡（５）間の共振により部分反射鏡（５）か
ら出力され、反射ミラー（６）及び集光レンズ（７）を
介して被加工物（８）上に照射される。このとき、全反
射鏡（４）と部分反射鏡（５）間の共振によって発振す
るレーザ光は、僅かではあるが全反射鏡（４）を透過
し、微弱なレーザ光（3a）として積分球（14）に入射す
ることになる。ここで微弱なレーザ光（3a）は均一に拡
散反射され、その一部が出力センサ（15）によって検出
される。出力センサ（15）は検出した拡散反射光の熱
（温度）を感知して電気信号に変換し、これをNC装置
（１）に出力する。出力センサ（15）が検出する拡散反
射光の大きさは、レーザ発振器（２）の出力の大きさに
比例して変化するため、出力センサ（15）の出力をモニ
タすることによりレーザ発振器（２）の出力が制御され
る。

一方、被加工物（８）の表面で反射した反射光（13）
も、その一部はレーザ光（３）と同軸上を帰還し、全反
射鏡（４）を透過して積分球（14）に入射することにな
るが、反射光（13）は微小で、かつ、高周波で変化する
ため、出力センサ（15）では検出されない。

第２図に示す従来のレーザ加工装置は以上のように構成
されていたいるので、ピアッシング時間を被加工物
（８）のピアッシング時間のばらつき範囲の最大値よ
り、長く設定しなければならず、ピアッシング加工が終
了しても直ちに切断加工に移行できない。この結果、加
工に要する補助ガス（10）の消費量が増大し、特に、ピ
アッシング加工の多い場合にはそれが顕著で、ランニン
グコストの高騰を招くとともに全体の加工時間が増加す
るという問題点があった。

この問題点を解決するため、特開昭63−108980号公報に
は、レーザ加工ヘッドと被加工物を介して対向する位置
に光検知センサを設け、ピアッシング加工終了時に被加
工物を透過するレーザ光をこの光検知センサにて検知す
ることによりピアッシング加工終了を検知するものが開
示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のものは以上のように構成されていたので、被加工
物の下部に位置する光検知センサがスパッタの影響を受
けて受光部が早期に劣化し、光検知センサがレーザ光を
直接受けることと相俟って光検知センサの耐久性に問題
があった。

また光検知センサが加工ヘッドと同一の動きをしなけれ
ば、ピアッシング加工終了を検知できないので、加工ヘ
ッドがＸ−Ｙ方向に動くタイプのレーザ加工機に上記公
報に開示の発明を適用しようとするときには、光検知セ
ンサを保持する部分も、加工ヘッドの動きに応じてＸ−
Ｙ方向に動くものとする必要があり、装置が複雑なもの
となった。

この発明は、上述のような問題点を解決するためになさ
れたもので、ランニングコストの低減及び加工時間の短
縮を図ることができ、且つピアッシング加工終了を検知
する光検知センサの長寿命化を図ることのできるレーザ
加工装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器と、こ
のレーザ発振器の全反射鏡側に設けられ、全反射鏡を透
過するレーザ光を検出するレーザ出力制御用センサと、
このセンサの出力に基づいてレーザ出力制御を行うレー
ザ出力制御手段とを備えてなるレーザ加工装置におい
て、上記レーザ出力制御用センサの取り付け部に設けら
れ、被加工物上に照射されるレーザ光の光軸と同軸上を
上記レーザ発振器を介して帰還する上記レーザ光の反射
光を検知して信号を出力する高速光電素子と、この高速
光電素子の検知信号をモニタしてピアッシング加工終了
の有無を判断し、この判断結果に基づく信号を出力する
ピアッシングモニタ装置とを備えてなり、上記反射光の
帰還が無いことを検出した時点でピアッシング加工終了
として切断加工に移行する構成としたものである。

［作用］ この発明においては、高速光電素子により被加工物表面
でのレーザ光の反射の有無が検知され、その検知信号が
ピアッシングモニタ装置によってモニタされる。

［発明の実施例］ 以下この発明の一実施例を第１図を用いて説明する。即
ち図において、（20）は光を感知して電気信号に変換す
る、例えば検知応答時間が10msec以下と非常に早いAu−
Ge素子等の高速光電素子で、出力センサ（15）が固定さ
れた積分球（14）に固定されている。（21）は反射光
（13）の有・無の信号をモニタするピアッシングモニタ
装置である。なお、他の構成については従来のものと同
様のものであるので説明を省略する。

上記構成のものにおいては、レーザ発振の過程で全反射
鏡（４）から僅かに出力する微弱なレーザ光（3a）を出
力センサ（15）にて検出し、この検出結果に基づいてレ
ーザ発振器（２）の出力を制御するとともに、被加工物
（８）へ照射するレーザ光（３）の反射光（13）を高速
光電素子（20）により検出し、そしてこの高速光電素子
（20）の検出信号を、ピアッシングモニタ装置（21）に
よりモニタしてピアッシング加工の終了を検出するもの
である。

即ち、ピアッシング加工時、被加工物（８）に照射され
たレーザ光（３）は、被加工物（８）の表面で反射し、
反射光（13）となって出力レーザ光（３）と同軸上を帰
還する。そして、全反射鏡（４）を透過して積分球（1
4）に入射し、ここで均一に拡散反射される。拡散反射
する反射光（13）は高速光電素子（20）によって検知さ
れ、その検出信号がピアッシングモニタ装置（21）に出
力される。また、被加工物（８）に穴が貫通した時点で
反射光（13）は無くなるので、ピアッシングモニタ装置
（21）は反射光（13）無しの信号をモニタすることにな
る。

なお、全反射鏡（４）と部分反射鏡（５）間でレーザ発
振が行われている限りにおいては、全反射鏡（４）から
微弱なレーザ光（3a）が出力されるので、積分球（14）
には絶えず微弱なレーザ光（3a）が入射していることに
なる。従って、高速光電素子（20）によって微弱なレー
ザ光（3a）も検知されて、その検知信号がピアッシング
モニタ装置（21）に出力されることになる。ところが、
ピアッシング加工時における、被加工物（８）の表面で
反射した反射光（13）は、130KHZ〜140KHZ程度の高周波
であるので、ピアッシングモニタ装置（21）には、その
反射光（13）は高周波で変化する状況として入力される
ことになる。従って、ピアッシングモニタ装置（21）
は、高周波で変化する状況の有無を判断すれば、即ち、
入力が高周波で変化する状況であれば、ピアッシング加
工中であり、また入力が高周波で変化する状況からその
状況が無くなればピアッシング完了であることが判断で
きる。

また、高速光電素子（20）で検出される反射光（13）
は、ビームスプリッタを通過しないので、ほぼ全光量が
出力レーザ光（３）と同軸上を帰還する反射光（13）と
なり、従って、高速光電素子（20）の反射光検出量が最
も多く、検出精度が良好である。また高速光電素子（2
0）で検出される反射光（13）は、ビームスプリッタを
介していないので、ビームスプリッタのコーディングの
劣化による高速光電素子（20）の検出光量減少というよ
うな問題も生じない。

また、高速光電素子（20）を、従来より出力モニタ用と
して使用している積分球（14）に付随させているので、
高速光電素子（20）を積分球（14）とともに取り扱うこ
とができるようになり、ひいてはその検出構成が簡単な
ものとなる。

また、この実施例においては、反射光（13）をレーザ発
振器（２）の全反射鏡（４）側で検出するように構成さ
れているので、反射光（13）を検出するために、高価な
ビームスプリッタを用いる必要がなく、安価に構成でき
る。因に反射光（13）をレーザ発振器（２）の部分反射
鏡（５）側で検出できるように構成する場合、高価なビ
ームスプリッタが必要となり、また積分球（14）が部分
反射鏡（５）側にあったとしても、ビームスプリッタの
特性上、高速光電素子（20）を積分球（14）部分に取り
付けすることができず、その検出構成が複雑なものとな
る。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、レーザ発振器と、この
レーザ発振器の全反射鏡側に設けられ、全反射鏡を透過
するレーザ光を検出するレーザ出力制御用センサと、こ
のセンサの出力に基づいてレーザ出力制御を行うレーザ
出力制御手段とを備えてなるレーザ加工装置において、
上記レーザ出力制御用センサの取り付け部に設けられ、
被加工物上に照射されるレーザ光の光軸と同軸上を上記
レーザ発振器を介して帰還する上記レーザ光の反射光を
検知して信号を出力する高速光電素子と、この高速光電
素子の検知信号をモニタしてピアッシング加工終了の有
無を判断し、この判断結果に基づく信号を出力するピア
ッシングモニタ装置とを備えてなり、上記反射光の帰還
が無いことを検出した時点でピアッシング加工終了とし
て切断加工に移行する構成としたので、加工に要する補
助ガスの浪費を防いでランニングコストの低減を図るこ
とができるとともに、加工時間の短縮を図ることができ
る。またピアッシング加工終了を検知する高速光電素子
が、スパッタの影響を受けることが無くなるとともに、
出力レーザ光を直接受けないようになり、よって高速光
電素子の長寿命化を図ることができる。

また、高速光電素子で検出される反射光は、ビームスプ
リッタを通過しないので、ほぼ全光量が出力レーザ光と
同軸上を帰還する反射光となり、従って、高速光電素子
の反射光検出量が最も多く、検出精度が良好である。

また高速光電素子で検出される反射光は、ビームスプリ
ッタを介していないので、ビームスプリッタのコーティ
ングの劣化による高速光電素子の検出光量減少というよ
うな問題も生じない。

また、高速光電素子を、従来より使用しているレーザ出
力制御用センサの取り付け部に付随させているので、高
速光電素子をレーザ出力制御用センサとともに取り扱う
ことができるようになり、ひいてはその検出構成が簡単
なものとなる。

更にまた、反射光をレーザ発振器の全反射鏡側で検出す
るように構成されているので、その反射光を検出するた
めに、高価なビームスプリッタを用いる必要がなく、安
価に構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるレーザ加工装置を示
す構成図、第２図は従来のレーザ加工装置を示す構成図
である。 図において、（３）はレーザ光、（８）は被加工物、
（13）は反射光、（20）は高速光電素子、（21）はピア
ッシングモニタ装置である。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ発振器と、このレーザ発振器の全反
   射鏡側に設けられ、全反射鏡を透過するレーザ光を検出
   するレーザ出力制御用センサと、このセンサの出力に基
   づいてレーザ出力制御を行うレーザ出力制御手段とを備
   えてなるレーザ加工装置において、上記レーザ出力制御
   用センサの取り付け部に設けられ、被加工物上に照射さ
   れるレーザ光の光軸と同軸上を上記レーザ発振器を介し
   て帰還する上記レーザ光の反射光を検知して信号を出力
   する高速光電素子と、この高速光電素子の検知信号をモ
   ニタしてピアッシング加工終了の有無を判断し、この判
   断結果に基づく信号を出力するピアッシングモニタ装置
   とを備えてなり、上記反射光の帰還が無いことを検出し
   た時点でピアッシング加工終了として切断加工に移行す
   る構成としたことを特徴とするレーザ加工装置。