JPH07132385A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワークの一部を切り落とすときに、無駄な加
工時間を省略できるレーザ加工装置を提供することを目
的とする。 【構成】 図において、加工プログラム２５は位置決め
を行わずに、ワークを切り落とすようにプログラムされ
ている。計測器１９はワーク９の物理量を計測する。ワ
ーク落下検出手段２１は、計測器１９の計測結果と基準
量２４とを比較し、レーザ加工によりワークが切断され
落下したことを検出する。そして、ワーク９が切断され
落下したことを検出したワーク落下検出手段２１は、加
工プログラム制御手段２２に対しワーク落下検出信号を
出力する。ワーク落下検出信号を受け取った加工プログ
ラム制御手段２２は、加工プログラム実行手段２３に対
しジャンプ信号を出力する。ジャンプ信号を受け取った
加工プログラム実行手段２３は、実行中の命令を終了
し、次のブロックの実行を開始する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザビームによって切
断加工を行うレーザ加工装置に関し、特に高速にワーク
の切り落としができるレーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＯ₂ ガスレーザ等のガスレーザ発振装
置は、高効率で高出力が得られるためレーザ加工装置に
広く使用されるようになってきた。特に、その高速化に
したがって、従来パンチプレス等で抜き落としていた丸
穴、角穴等もレーザ加工装置によって切断加工するよう
になってきている。そして、レーザ加工装置では、パン
チプレスのような、抜き型が不要であるので、加工プロ
グラムの作成のみで切断加工を行うことができる。

【０００３】レーザ加工装置では、レーザビームが集光
されるワーク上の位置をスポットと呼び、そのスポット
を移動させることにより、レーザ加工装置はワークを任
意の形状に切断している。このスポットの移動は数値制
御装置により制御され、その数値制御装置の指令通りの
軌跡をたどるように構成されている。そして、コーナ部
や切断終了部においては、スポットの位置と、目的の位
置とを厳密に一致させる必要がある。このように、極め
て正確な位置にスポットを移動させるために、目的の位
置においてスポットの移動を一旦停止させている。この
様に、スポットの移動を正確な位置で止めることを、イ
グザクトストップとよぶ。

【０００４】図６は従来のレーザ加工装置で円形切断を
行ったときの切断の軌跡を示す図である。この図におい
て、レーザ加工装置は点Ｐａ１で切断を開始し、点Ｐａ
２に向かって切断していく。次に、点Ｐａ２でスポット
のイグザクトストップを行った後、点Ｐａ２からさら
に、円Ｃａ１を時計回りで切断する。円形に切断してい
き点Ｐａ２に戻ってくると、もう一度点Ｐａ２でスポッ
トのイグザクトストップを行う。この二度目のイグザク
トストップのときに、ワークが切り落とされる。このよ
うに、二度のイグザクトストップによって、円形の切断
を確実に実行する。

【０００５】図７は従来のレーザ加工装置でイグザクト
ストップをせずに円形切断を行ったときの切断の軌跡を
示す図であり、（Ａ）は３６０°の円弧を指令した場合
の軌跡を示し、（Ｂ）は３６０°を超える円弧を指令し
た場合の軌跡を示す。この図では、レーザ加工装置は点
Ｐｂ２でスポットのイグザクトストップを行わない、と
いう点において図６の場合と異なる。図７（Ａ）におい
て、レーザ加工装置は点Ｐｂ１から点Ｐｂ２に向かって
切断を開始する。このとき、移動中のスポットを、停止
させずに方向転換させた場合、そのスポットの移動に
は、縦方向と横方向の加減速の遅れが生じる。そのた
め、スポットは点Ｐｂ２まで到達せずに、曲線を描きだ
し、切断するべき円Ｃｂ１の円周上の一点であるＰｂ３
に移動する。Ｐｂ３は、切断するべき円Ｃｂ１の円周上
を点Ｐｂ２から時計回りに少しずれた位置にある点であ
る。点Ｐｂ３からさらに、円Ｃｂ１を時計回りで切断す
る。そして、点Ｐｂ２で切断を終了する。。この場合、
レーザ加工装置での切断の軌跡が交差する部分も、重な
り合う部分も無い。そのため、ワークを円形に切り落と
すことは出来ない。

【０００６】図７（Ｂ）では、（Ａ）の場合と異なり、
点Ｐｂ２で切断を終了せずに、さらに点Ｐｂ４まで切断
する。点Ｐｂ４は、点Ｐｂ３よりさらに円周上を時計回
りにずれた位置にある点である。図７（Ｂ）において、
レーザ加工装置は点Ｐｂ１から点Ｐｂ２に向かって切断
を開始する。そして、加減速の遅れのため曲線を描きな
がら点Ｐｂ３に達する。点Ｐｂ３から、円Ｃｂ１を時計
回りで切断する。さらに点Ｐｂ４まで切断する。この様
にすることにより、イグザクトストップを行わずにワー
クを円形に切断できる。しかし、点Ｐｂ３でワークが切
り落とされるため、点Ｐｂ３から点Ｐｂ４までの距離の
分だけ、余分に加工することになる。

【０００７】図８は従来のレーザ加工装置で直線加工で
切断を行ったときの切断の軌跡を示す図である。この図
において、レーザ加工装置は、４本の直線によって囲ま
れた短形Ｑａを時計回りに切断するため、以下のような
加工を行うように制御されている。レーザ加工装置は点
Ｐａ５から点Ｐａ６に向かって切断を開始する。点Ｐａ
６でイグザクトストップを行なわず、加減速の遅れがあ
るため曲線を描きながら点Ｐａ８に達する。そして、ワ
ーク上を直線加工で切断していく。次に、９０°方向を
変えた後、また直線加工で切断を行っていく。同様に、
９０°方向を変えた後、直線加工で切断を行っていく、
という動作をレーザ加工装置があと３回繰り返すことに
より、最後にはレーザビームのスポットが点Ｐａ６に戻
ってくる。そして、点Ｐａ６を通過して点Ｐａ７まで切
断を行う。点Ｐａ８に到達したときに短形Ｑａが切り落
とされる。この様にして、レーザ加工装置は、４本の直
線によって囲まれた領域を切断する。なお、コーナの曲
線は加減速の遅れによって発生するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上の説明の様に、ワ
ークの一部を切断をするためには、スポットのイグザク
トストップが必要になる。しかし、レーザビームのスポ
ットのイグザクトストップを行うためには、レーザ加工
装置のＸＹ送り機構を一旦停止しなければならず、一旦
停止させる分だけ加工時間が延びてしまう。

【０００９】一方、スポットのイグザクトストップを行
わなかった場合、レーザ加工装置での切断の軌跡が、交
差する部分も、重なり合う部分も無いため、ワークを切
り落とすことが出来ない。従って、確実にワークの一部
を切り落とすには、図７（Ｂ）及び図８に示すように重
複した切断加工を施す必要がある。この重複部分は切り
落としを確実にするために余裕をもたせる必要がある。
このため、ワークの一部が落下した後も切断加工が行わ
れ、無駄な加工時間が含まれていた。

【００１０】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、無駄な加工時間を省略できるレーザ加工装置
を提供することを目的とする。

【００１１】

【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、レーザビームで切断加工を行うレーザ加
工装置において、レーザ切断により、ワークの一部が切
り離されて落下することによって変化する物理量を計測
する計測装置と、前記物理量と基準量を比較し、ワーク
の一部が落下したことを検出し、ワーク落下検出信号を
出力するワーク落下検出手段と、前記ワーク落下検出信
号によって、ジャンプ信号を出力する加工プログラム制
御手段と、前記ジャンプ信号によって、実行中のブロッ
クの実行を終了して、次のブロックを実行する加工プロ
グラム実行手段と、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。

【００１２】

【作用】計測装置は、レーザ切断により、ワークの一部
が切り離されて落下することによって変化する物理量を
計測する。ワーク落下検出手段は、計測装置で計測され
た物理量と基準量を比較し、ワークの一部が落下したこ
とを検出すると、ワーク落下検出信号を出力する。加工
プログラム制御手段は、ワーク落下検出手段が出力した
ワーク落下検出信号を受けることによってジャンプ信号
を出力する。加工プログラム実行手段は、加工プログラ
ム制御手段から出力されたジャンプ信号によって、実行
中のブロックの実行を終了して、次のブロックを実行す
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明のレーザ加工装置のハードウェア
構成図である。プロセッサ（ＣＰＵ）１は、読み取り専
用メモリ（ＲＯＭ）２に格納された制御プログラムに基
づいて、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３に格納さ
れた加工プログラムを読み出し、ＮＣレーザ装置全体の
動作を制御する。本発明を実行するための加工プログラ
ム、及びその他のパラメータもこのメモリ３内に格納さ
れている。Ｉ／Ｏユニット４は、ＣＰＵ１からのオンオ
フ信号をレーザ発振器５に送る。レーザ発振器５は、オ
ンオフ信号に従ってレーザ発振器５の出力を制御する。
レーザ発振器５より出力されたレーザビーム６は、反射
鏡７で反射してレーザ加工機８へ送られる。

【００１４】レーザ加工機８は、ワーク９を固定するテ
ーブル１０と、ワーク９にレーザビームを照射させる加
工ヘッド１１とを備えている。加工ヘッド１１に導入さ
れたレーザビーム６は、加工ヘッド１１により焦点を絞
られワーク９に照射される。レーザ加工機８には、テー
ブル１０をＸ軸、Ｙ軸の２方向への移動を制御するため
のサーボモータ１２、１３が設けられている。また、加
工ヘッド１１の上下の移動を制御するためのサーボモー
タ１４が設けられている。これらのサーボモータ１２、
１３および１４は、それぞれサーボアンプ１５、１６お
よび１７に接続されており、ＣＰＵ１からの軸制御信号
に従って回転が制御される。また、レーザ加工機８への
指示は、ＣＲＴ／ＭＤＩ装置１８を介して行われる。計
測装置１９は、ワーク９のから放射される光の量を計測
しておりその計測結果はＣＰＵ１に送られる。ＣＰＵ１
は、計測装置１９での測定結果の変動を監視することに
より、ワーク９の一部が切り落とされたことを検出す
る。

【００１５】図１は本発明のレーザ加工装置の構成を示
すブロック図である。図においてレーザ発振器５は、例
えば炭酸ガスレーザであり、数値制御装置２０からの命
令によって出力するレーザビーム６の強さが制御されて
いる。レーザ発振器５から出力されたレーザビーム６
は、反射鏡７で反射され加工ヘッド１１に導入される。
加工ヘッド１１に導入されたレーザビーム６は、集光レ
ンズ１１ａで集光された後、ワーク９に照射される。ワ
ーク９はテーブル１０に固定されている。サーボモータ
３０は、ボールネジ３１とナット３２とを介して、その
回転をテーブル１０に伝達する。図示されているサーボ
モータの他に、図示されていないサーボモータが２個あ
る。それら３個のサーボモータにより、レーザビーム６
が集光されたワーク９上のスポットをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸
それぞれの方向に移動させるように構成されている。

【００１６】計測装置１９は加工ヘッド１１に設けら
れ、レーザ加工中にワーク９から放射される光の量を検
出する。その計測装置１９の計測結果は、数値制御装置
２０のワーク落下検出手段２１に伝達されるように構成
されている。ワーク落下検出手段２１はワーク９より放
射される光の量が減ることにより、ワーク９が落下した
ことを検出する。そして、ワーク落下検出手段２１は、
ワーク９の切断が終了したことを検出すると、加工プロ
グラム制御手段２２にワーク落下検出信号を伝達する。
加工プログラム制御手段２２は、ワーク落下検出信号を
受け取ると、加工プログラム実行手段２３に対してジャ
ンプ信号を出力する。加工プログラム実行手段２３は、
通常は加工プログラム２５の内容を読み取り、プログラ
ムの命令通りにレーザ発振器５やサーボモータ３０を制
御することにより、ワーク９を任意の形状に切断してい
く。このときの加工プログラム２５は、加工途中におい
てイグザクトストップを行わないようにプログラムされ
ている。そして、加工プログラム実行手段２３は、ジャ
ンプ信号を受け取った場合には実行中の加工を終了さ
せ、次の加工を開始させる。

【００１７】この様な構成において、円形の切断を行う
ときの動作を説明する。図３は本発明のレーザ加工装置
により円形切断を行ったときの切断の軌跡を示す図であ
る。レーザ加工装置は点Ｐ１より点Ｐ２に向かって切断
を開始する。次に、点Ｐ２ではイグザクトストップを行
わずに、時計方向に円Ｃ１の切断が行われる。なお、ワ
ーク９を移動させるときの加減速の遅れがあるため、切
断の軌跡は曲線を描きながら切断するべき円Ｃ１の円周
上の軌道にのる。切断の軌跡が、切断するべき円Ｃ１の
円周上の軌道にのった点をＰ３とする。そして、加工プ
ログラムは円形に切断していき点Ｐ２を通りすぎ、点Ｐ
４まで切断していくようにプログラムされている。つま
り、３６０°を超える円を切断するようにプログラムさ
れている。

【００１８】図１に戻り、加工プログラム実行手段２３
は、加工プログラム２５の命令を読み取り、点Ｐ１から
加工を開始する。そして、図３で示したような軌跡でワ
ーク９を切断していく。ワーク９を円形に切断してい
き、点Ｐ２を通過し、点Ｐ３に達するとワーク９が円形
に切断され円の内部が落下する。計測装置１９で計測し
ているワーク９から放射される光の量の変化が、ワーク
落下検出手段２１に送られる。ワーク落下検出手段２１
はワーク９の切断が終了したことを検出し、加工プログ
ラム制御手段２２にワーク落下検出信号を伝達する。加
工プログラム制御手段２２は、加工プログラム実行手段
に対しジャンプ信号を伝達することにより、実行中の円
弧補間を強制終了し、次の加工プログラムを実行する。

【００１９】この様にすることにより、点Ｐ３から点Ｐ
４までの切断加工をする必要がなくなり、加工時間をか
なり短縮できる。開けるべき穴の大きさが大きいほど、
全体の加工時間に対する無駄な加工時間の割合が大きく
なる。このように無駄な加工時間を省くことにより、レ
ーザ加工装置の行う加工全体を高速化することができ
る。

【００２０】上記の例では、計測装置１９はワークから
放射される光を検出する計測装置としたが、計測装置１
９は加工用ノズルに設けられ、加工用ノズルの先端とワ
ーク９間の電気容量の変化を計測する装置とすることも
できる。この場合、ワーク９が落下することにより、加
工用ノズルの先端とワーク９との距離が変化し、加工用
ノズルの先端とワーク９との間の電気容量もまた変化す
る。ワーク落下検出手段２１は、その電気容量の変化を
検出することにより、ワーク９の落下を検出する。

【００２１】また、計測装置１９は加工用ノズルに設け
られ、加工用ノズルの先端でのインダクタンスの変化を
検出する装置とすることもできる。この場合、ワーク９
が落下することにより、加工用ノズルの先端とワーク９
との距離が変化し、加工用ノズルの先端のおいてインダ
クタンスが変化する。ワーク落下検出手段２１は、その
インダクタンスの変化を検出することにより、ワーク９
の落下を検出する。

【００２２】また、計測装置１９は加工用ノズルに設け
られ、加工用ノズルの先端からワーク９に向かって超音
波を発信し、その反射波の変化を検出する装置とするこ
ともできる。この場合、ワーク９が落下することによ
り、加工用ノズルの先端にとどく超音波の反射波が急激
に減る。ワーク落下検出手段２１は、その反射波の変化
を検出することにより、ワーク９の落下を検出する。

【００２３】また、計測装置１９は加工用ノズルに設け
られ、加工用ノズルの先端とワーク９間の磁力の変化を
検出する装置とすることもできる。この場合、ワーク９
が落下することにより、加工用ノズルの先端とワーク９
の間の磁力が弱まる。ワーク落下検出手段２１は、その
磁力の変化を検出することにより、ワーク９の落下を検
出する。

【００２４】また、加工プログラム制御手段２２は、ワ
ーク落下検出信号を受け取ることによってレーザビーム
の出力を止める信号を出し、レーザビームの照射を終了
するように構成することもできる。

【００２５】図３に示す軌跡で円形切断を行うようにプ
ログラムされた、加工プログラム２５の例を図４に示
す。シーケンスナンバーＮ０１０のブロックは、レーザ
ビーム６が集光されるワーク９上のスポットを点Ｐ１
（Ｘ１，Ｙ１）に来るように移動（Ｇ００）する。

【００２６】シーケンスナンバーＮ０１１のブロック
は、Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２）に向かい直線補間（Ｇ０１）を
行い、レーザ出力は１０００Ｗ（Ｓ１０００）、レーザ
のパルス周波数１００Hz（Ｐ１００）、パルスのオンデ
ューティ８０％（Ｑ８０）、送り速度８０００mm／ｍｉ
ｎ（８０００）、でワーク９を切断していく。

【００２７】シーケンスナンバーＮ０１２のブロックの
Ｉの値（ｘ）とＪの値（ｙ）は、Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２）か
らの、切断するべき円Ｃ１の中心の位置を、それぞれＸ
軸方向、Ｙ軸方向の距離で表している。そして、シーケ
ンスナンバーＮ０１２のブロックでは，時計方向の円弧
補間（Ｇ０２）を行い、ｘとｙとで示された点を中心と
する円Ｃ１を切断していく。

【００２８】シーケンスナンバーＮ０１３のブロック
は、シーケンスナンバーＮ０１２のブロックで行った円
弧補間（Ｇ０２）を点Ｐ４（Ｘ４，Ｙ４）まで行う。シ
ーケンスナンバーＮ０１４のブロックは、次に加工を行
う図示されていない位置（Ｘ５，Ｙ５）へ移動（Ｇ０
０）する。

【００２９】このような図１のレーザ加工装置の加工プ
ログラム実行手段２３は、シーケンスナンバーＮ０１２
のブロックまでは、加工プログラム２５の命令通りに実
行していく。そして、シーケンスナンバーＮ０１３のブ
ロックを実行中に円Ｃ１が切り落とされる。そのとき、
加工プログラム実行手段２３は、加工プログラム制御手
段よりジャンプ信号を受け取り実行中のプログラムを終
了する。次に、加工プログラム実行手段２３はシーケン
スナンバーＮ０１４のブロックの実行を開始することに
より、レーザビーム６が集光されるワーク９上のスポッ
トを、次の加工場所へ移動する。

【００３０】図５は本発明のレーザ加工装置で直線加工
で切断を行ったときの切断の軌跡を示す図である。この
図において、レーザ加工装置は、４本の直線によって囲
まれた短形Ｑを時計回りに切断するため、以下のような
加工を行う。

【００３１】レーザ加工装置は点Ｐ５から点Ｐ６に向か
い切断を開始する。切断の軌跡は、点Ｐ６に達する前に
曲線を描きだし、点Ｐ７で切断するべき直線上に乗る。
このレーザ加工装置はワーク９上を直線加工で切断して
いき、９０°方向を変えた後、また直線加工で切断を行
っていく。同様に、９０°方向を変えた後、直線加工で
切断を行っていく、という動作をレーザ加工装置があと
３回繰り返すことにより、レーザビームのスポットは点
Ｐ６に戻ってくる。レーザ加工装置は点Ｐ６で切断を終
了せず、点Ｐ８に向かって切断を続ける。スポットが点
Ｐ７に達した時点で、ワーク９が切り落とされ切断が終
了する。そして、次のブロックの実行が開始される。こ
のようにして、直線により囲まれた短形Ｑを切断するこ
とができる。すなわち、点Ｐ７と点Ｐ８の間の切断加工
を省略できる。

【００３２】また、直線と円弧とを組み合わせた切断を
行う場合でも、イグザクトストップを行わずに切断をす
ることができる。レーザ加工装置が行う加工の大部分
は、直線による切断、円弧による切断、若しくは直線と
円弧との組み合わせからなる切断である。つまり、この
様なレーザ加工装置を用いることにより殆どの切断にお
いて加工時間を短縮でき、加工全体の所要時間をかなり
短縮することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、ワーク
の一部が切断によって落下したことを検出し、実行中の
ブロックを中止して、次のブロックを実行するように構
成したので、無駄な加工時間を省略して、加工時間を短
縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ加工装置の構成を示すブロック
図である。

【図２】本発明のレーザ加工装置のハードウェア構成図
である。

【図３】本発明のレーザ加工装置により円形切断を行っ
たときの切断の軌跡を示す図である。

【図４】本発明のレーザ加工装置で円形切断を行うとき
の加工プログラムの例である。

【図５】本発明のレーザ加工装置で直線加工で切断を行
ったときの切断の軌跡を示す図である。

【図６】従来のレーザ加工装置で円形切断を行ったとき
の切断の軌跡を示す図である。

【図７】従来のレーザ加工装置でイグザクトストップを
せずに円形切断を行ったときの切断の軌跡を示す図であ
り、（Ａ）は３６０°の円弧を指令した場合の軌跡を示
し、（Ｂ）は３６０°を超える円弧を指令した場合の軌
跡を示す。

【図８】従来のレーザ加工装置で直線加工で切断を行っ
たときの切断の軌跡を示す図である。

【符号の説明】

１９ 計測装置 ２１ ワーク落下検出手段 ２２ 加工プログラム制御手段 ２３ 加工プログラム実行手段 ２４ 基準量

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームで切断加工を行うレーザ加
   工装置において、 レーザ切断により、ワークの一部が切り離されて落下す
   ることによって変化する物理量を計測する計測装置と、 前記物理量と基準量を比較し、ワークの一部が落下した
   ことを検出し、ワーク落下検出信号を出力するワーク落
   下検出手段と、 前記ワーク落下検出信号によって、ジャンプ信号を出力
   する加工プログラム制御手段と、 前記ジャンプ信号によって、実行中のブロックの実行を
   終了して、次のブロックを実行する加工プログラム実行
   手段と、 を有することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 前記計測装置は加工中の前記ワークから
   放射される光の量を検出する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。
3. 【請求項３】 前記計測装置は加工用ノズルに設けら
   れ、前記加工用ノズルの先端とワーク間の電気容量の変
   化を計測する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。
4. 【請求項４】 前記計測装置は、加工ノズルに設けら
   れ、前記加工用ノズルの先端とワーク間のインダクタン
   スの量を計測する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。
5. 【請求項５】 前記計測装置は、加工用ノズルに設けら
   れ、超音波による反射波を計測する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。
6. 【請求項６】 前記計測装置は、加工用ノズルに設けら
   れ、前記加工用ノズルの先端とワーク間の磁力の量を計
   測する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. 【請求項７】 前記実行中のブロックは３６０°を越え
   る円弧指令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。
8. 【請求項８】 前記実行中のブロックは直線加工指令で
   あることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
9. 【請求項９】 前記ワーク落下検出信号によって、前記
   レーザビームの照射を終了するように構成したことを特
   徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。