JPH07256477A - 炭酸ガスレーザ加工装置 - Google Patents

炭酸ガスレーザ加工装置

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JPH07256477A
JPH07256477A JP6047579A JP4757994A JPH07256477A JP H07256477 A JPH07256477 A JP H07256477A JP 6047579 A JP6047579 A JP 6047579A JP 4757994 A JP4757994 A JP 4757994A JP H07256477 A JPH07256477 A JP H07256477A
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JP
Japan
Prior art keywords
mild steel
cutting
spot diameter
steel plate
carbon dioxide
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Pending
Application number
JP6047579A
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English (en)
Inventor
Takuma Kato
琢磨 加藤
Doukei Chiyou
同慶 張
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 軟鋼板の炭酸ガスレーザ切断において、厚い
軟鋼板でも安定してドロスの付着のない良質な切断を行
う。 【構成】 炭酸ガスレーザ発振器1、外部光学系ユニッ
ト2、加工トーチ3、アシストガス4、加工テーブル
6、数値制御装置7を具備し、軟鋼板表面の照射スポッ
ト径を0.2mm以上、軟鋼板裏面における仮想的なレ
ーザ光のスポット径を3mm以下に調節する照射スポッ
ト径・位置検出装置8を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は軟鋼板の切断、孔開け等
に用いる炭酸ガスレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、特開平5−253686号公報に
示すようなレーザ加工装置は切断、孔開けをはじめ多方
面で適用されるが、最も用途の多いのは切断加工であ
り、金属加工分野において重要な位置を占めるようにな
ってきた。軟鋼板のレーザ切断では、薄板の精密切断、
中厚板の高速切断、および厚板切断の需要が高まってい
る。
【0003】従来、軟鋼板のレーザ切断は以下のように
行われていた。図8は従来の炭酸ガスレーザ加工装置の
概略側面図である。1は炭酸ガスレーザ発振器、2は外
部光学系ユニット、3は加工トーチ、4はアシストガ
ス、5は軟鋼板、6は加工テーブル、7は数値制御装置
である。そして、炭酸ガスレーザ発振器1から出たレー
ザ光は外部光学系ユニット2を通って加工テーブル6に
固定された軟鋼板5の表面に集光される。また、集光ビ
ームの照射により溶融した軟鋼はアシストガス4で吹き
飛ばされる。この構成により加工テーブル6が数値制御
装置7で運動軌跡や送り速度を制御されつつ動くことに
より、軟鋼板5が切断される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の加工条
件の設定には、(1)加工トーチ3のノズル先端(以下
単にノズル先端と記す)と軟鋼板5間の距離に対する切
断速度、(2)ノズル先端とレーザ光焦点位置間の距離
に対するノズル先端と軟鋼板5間の距離、(3)ノズル
先端と軟鋼板5間の距離に対するアシストガス圧力、の
各関係がそれぞれ最適となるように切断速度、ノズル先
端と軟鋼板5間の距離、ノズル先端とレーザ光焦点位置
間の距離、アシストガス圧力を試行錯誤的に変えなが
ら、あらゆる数値の組み合わせで試し切りを行って切断
可能となる数値の組み合わせの範囲を探し、その範囲の
中央を加工条件として設定していた。この条件設定法は
非常に時間と労力のかかる方法であった。
【0005】また、軟鋼の板厚が厚くなるにつれてドロ
スの付着のない良質切断可能な加工条件範囲は狭まり、
特に集光ビームの状態により切断状況を大きく左右さ
れ、加工は不安定になりがちである。
【0006】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、厚い軟鋼板でも安定してドロスの付着のない良質な
切断が可能な炭酸ガスレーザ加工装置の提供を第一の目
的とする。
【0007】また、加工条件設定時間を短縮することを
第二の目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の炭酸ガスレーザ加工装置は、軟鋼板表面で
のレーザ光の照射スポット径を0.2mm以上、軟鋼板
裏面におけるレーザ光の仮想的なスポット径を3mm以
下に調節する手段を備えたものである。
【0009】また、試し切り用軟鋼板を傾斜して保持す
る照射スポット径・位置検出装置を備え、試し切り用軟
鋼板を傾斜方向に切断することにより、最小切断幅から
焦点位置を検出し、所望のスポット径に相当する切断幅
の位置から焦点はずし量を簡易的に検出するものであ
る。
【0010】また、照射スポット径・位置検出装置とし
て、焦点深度に応じて試し切り用軟鋼板の傾斜度を調整
できるような保持角度調整手段を備えたものである。
【0011】また、試し切り用軟鋼板を固定した加工テ
ーブルまたは加工トーチをX方向またはY方向およびZ
方向に低速かつ一定速度で移動させる手段を備え、水平
に固定された試し切り用軟鋼板を切断したときの最小切
断幅から焦点位置を検出し、その位置から所望の照射ス
ポット径に対応する照射位置を簡便に調節するものであ
る。
【0012】
【作用】上記構成において本発明の炭酸ガスレーザ加工
装置では、照射スポット径を0.2mm以上にすること
により、切断時のドロスの流出・除去がスムーズになる
ような切断幅が得られるため、良好な切断ができる。ま
た、板裏面相当位置でのスポット径を3mm以下に抑え
ることで鉄の酸化反応熱による溶融範囲が狭まり、板の
下部での鉄の溶融量が少なくなる。従って、レーザ切断
時のエネルギはより少量の鉄に吸収され、ドロスは高温
となって粘性が低くなるのでドロスの流出・除去が容易
となり、より高速で安定した切断が可能となる。
【0013】また、緩く傾斜した試し切り用軟鋼板を切
断すると切断位置が上下方向に移動するため照射スポッ
ト径が変化し、それに伴って切断幅が変化する。切断幅
から照射スポット径を推定できるため、照射スポット位
置の調節が簡便となる。
【0014】また、集光レンズの焦点距離により焦点は
ずし量に対するスポット径の変化率が異なるため、スポ
ット径の広がり具合に応じて試し切り用軟鋼板の傾斜度
を調節できるよう、傾斜度の調節機構を設けることで照
射スポット位置の検出を容易ならしめるものである。
【0015】また、Z軸の制御手段を設け、加工トーチ
または加工テーブルをZ方向に低速かつ一定速度で送り
ながら水平に固定した試し切り用軟鋼板を切断すること
で照射スポット径を変化させ、切断幅から照射スポット
位置を容易に検出できる。
【0016】
【実施例】以下に本発明の一実施例について図1〜図7
を参照しながら説明する。なお従来例で説明したものと
同一構成部材には同一番号を用いる。図1は本発明の炭
酸ガスレーザ加工装置の概略側面図である。図1におい
て、1は高速軸流型の炭酸ガスレーザ発振器、2はフェ
ーズリターダや反射鏡と集光レンズからなる外部光学系
ユニット、3は加工トーチ、4は高純度酸素からなるア
シストガス、5は軟鋼板(SS400、厚さ12m
m)、6はX−Y型の加工テーブル、7は数値制御装
置、8は軟鋼板5のそばに固定した照射スポット径・位
置検出装置であり、試し切り用軟鋼板は厚さ1.6mm
で傾斜度は1/20である。
【0017】炭酸ガスレーザ発振器1を出力2kWで連
続発振させ、レーザ光を外部光学系ユニット2を通して
加工トーチ3内へ導き、加工トーチ3内の集光レンズに
より照射スポット径・位置検出装置8に集光させる。集
光レンズは焦点距離が5インチのZnSe平凸レンズを
用いている。このとき、数値制御装置7で設定した一定
の送り速度(3m/分)で加工テーブル6を直線移動さ
せることにより、照射スポット径・位置検出装置8の試
し切り用軟鋼板が切断される。このときの最小切断幅位
置より上側の切断幅の広い位置に直径0.4mmのピン
ゲージを挿入して切断幅の狭い方向に移動させ、止まる
位置が切断幅0.4mmの位置であり、これを照射スポ
ット径に対する薄板の切断幅の比率1.4で除した0.
29mmがその位置での照射スポット径(全エネルギの
約86%を包含する直径であり、ガウスビームでは強度
が中心強度の1/e2を包含する直径、但し、eは自然
対数である。)と推定される。なお、この位置から軟鋼
板5の裏面相当位置である12mm下でのスポット径は
2mmであった。この照射スポット径にて軟鋼板5を切
断すると、ドロスの付着のない良質な切断ができる。
【0018】この場合、アシストガス4は加工トーチ3
内からノズルのついたトーチ先端部へ向かって吹き出さ
れる。これにより、鉄の酸化反応を補助して酸化反応熱
による鉄の溶融を促進し、ガス圧によりドロスを吹き飛
ばし、加工トーチ3内にはスラグやヒュームが侵入しな
いようにしている。加工トーチ3内部でのアシストガス
圧力は0.4kg/cm2、ノズル−ワーク距離を1.
5mm、ノズル径を2mmに設定した。
【0019】図2は軟鋼板表面でのレーザ光の照射スポ
ット径と最大切断速度の関係を示す図で、軟鋼板5の板
厚が9mmの場合、照射スポット径が0.2mmのとき
最大切断速度は1.5m/分、照射スポット径が0.7
mmのとき最大切断速度は0.6m/分、板厚が12m
mの場合、照射スポット径が0.2mmのとき最大切断
速度は1.1m/分、照射スポット径が0.7mmのと
き最大切断速度は0.5m/分であった。
【0020】図3は軟鋼板裏面相当位置でのスポット径
と最大切断速度の関係を示す図で、軟鋼板5の板厚が9
mmの場合、スポット径が1mmのとき最大切断速度は
1.5m/分、スポット径が2.6mmのとき最大切断
速度は0.6m/分、板厚が12mmの場合、スポット
径が1.5mmのとき最大切断速度は1.1m/分、ス
ポット径が3mmのとき最大切断速度は0.5m/分で
あった。
【0021】従って、上記最大切断速度以下で9〜12
mmの厚さの軟鋼板を切断する場合、照射スポット径を
0.2〜0.7mm、軟鋼板裏面相当位置でのスポット
径を1〜3mmとすることで良好な切断が可能であっ
た。
【0022】なお、レーザ出力を0.5kW〜3kW、
ノズル先端と軟鋼板5間の距離を0.5〜3mmとし
た。
【0023】図4は照射スポット径と切断幅の関係を示
す図で、一次比例の関係があり、切断幅から照射スポッ
ト径を推定できるため、照射スポット位置の調節が簡便
となる。
【0024】図5は照射スポット径・位置検出装置とし
て、保持角度調整手段の斜視図で、試し切り用軟鋼板9
を角度調整ねじ10で傾斜を調整し、焦点距離の大小に
応じて傾斜を変えるものである。
【0025】図6および図7は炭酸ガスレーザ発振器の
出力鏡および終端鏡の絞り用リングを示す図で、レーザ
光の集光スポット径が所望の照射スポット径まで絞れて
いないときに、炭酸ガスレーザ発振器の出力鏡11およ
び終端鏡12に絞り用リング13を入れ、リング内径を
調節することによりビームスポット径を調整することが
できる。なお、薄肉リング14を重ねてリング内径を微
調整することで、ビームスポット径をさらに正確に調整
できる。
【0026】上記実施例において、ピンゲージの代わり
に加工トーチ3の横にスケール付き光学顕微鏡を取り付
け、切断幅が0.4mmの位置を検出することもでき
る。また、集光レンズの焦点距離を5インチの代わりに
7.5インチまたは10インチのものを用いてもよい。
【0027】なお、試し切り用軟鋼板9の厚さを1.2
mm、2.3mm、3.2mmとしても良質な切断が可
能である。
【0028】また、試し切り用軟鋼板9を3軸数値制御
テーブルに固定し、Z軸を0.3m/分で上向きに移動
させつつ、切断速度3m/分で試し切り用軟鋼板を切断
したときの切断幅を、ピンゲージまたはスケール付き顕
微鏡で測定して0.4mmの切断幅位置を検出し、その
場所でのZ軸の座標から照射スポット径・位置を検出す
ることも可能である。
【0029】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、軟鋼板表面でのレーザ光の照射スポット径を0.2
mm以上、かつ軟鋼板裏面におけるレーザ光の仮想的な
スポット径を3mm以下に調節することにより、厚さ9
mm以上の軟鋼板でも安定してドロスの付着のない良質
な切断をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の炭酸ガスレーザ加工装置の
概略側面図
【図2】同、軟鋼板表面でのレーザ光の照射スポット径
と最大切断速度の関係を示す図
【図3】同、軟鋼板裏面相当位置でのスポット径と最大
切断速度の関係を示す図
【図4】同、照射スポット径と軟鋼薄板の切断幅の関係
を示す図
【図5】同、保持角度調整手段の斜視図
【図6】同、炭酸ガスレーザ発振器の出力鏡の絞り用リ
ングを示す断面図
【図7】同、炭酸ガスレーザ発振器の終端鏡の絞り用リ
ングを示す断面図
【図8】従来の炭酸ガスレーザ加工装置の概略側面図
【符号の説明】
1 炭酸ガスレーザ発振器 2 外部光学系ユニット 3 加工トーチ 4 アシストガス 5 軟鋼板 6 加工テーブル 7 数値制御装置 8 照射スポット径・位置検出装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B23K 26/14 Z

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭酸ガスレーザ発振器、外部光学系ユニ
    ット、加工テーブル、加工トーチ、アシストガス、数値
    制御装置を具備し、軟鋼板表面でのレーザ光の照射スポ
    ット径を0.2mm以上、かつ軟鋼板裏面における前記
    レーザ光の仮想的なスポット径を3mm以下に調節する
    手段を備えた炭酸ガスレーザ加工装置。
  2. 【請求項2】 炭酸ガスレーザ発振器、外部光学系ユニ
    ット、加工テーブル、加工トーチ、アシストガス、数値
    制御装置を具備し、試し切り用軟鋼板を傾斜して保持す
    る照射スポット径・位置検出装置を備え、試し切り用の
    軟鋼板を傾斜方向に切断することにより最小切断幅から
    焦点位置を検出し、所望のスポット径に相当する切断幅
    の位置から焦点はずし量を簡易的に検出するようにした
    炭酸ガスレーザ加工装置。
  3. 【請求項3】 照射スポット径・位置検出装置として、
    焦点深度に応じて試し切り用軟鋼板の傾斜度を調整する
    保持角度調整手段を備えた請求項2記載の炭酸ガスレー
    ザ加工装置。
  4. 【請求項4】 炭酸ガスレーザ発振器、外部光学系ユニ
    ット、加工テーブル、加工トーチ、アシストガス、数値
    制御装置を具備し、試し切り用軟鋼板を固定した加工テ
    ーブルまたは加工トーチを上下方向に一定速度で移動さ
    せる手段を備え、水平に固定された試し切り用軟鋼板を
    切断したときの最小切断幅から焦点位置を検出し、その
    位置から所望のスポット径に対応する照射位置を簡易的
    に探すようにした炭酸ガスレーザ加工装置。
JP6047579A 1994-03-18 1994-03-18 炭酸ガスレーザ加工装置 Pending JPH07256477A (ja)

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JP6047579A JPH07256477A (ja) 1994-03-18 1994-03-18 炭酸ガスレーザ加工装置

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JPH07256477A true JPH07256477A (ja) 1995-10-09

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11565345B2 (en) 2016-11-22 2023-01-31 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Laser processing device and laser processing method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11565345B2 (en) 2016-11-22 2023-01-31 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Laser processing device and laser processing method

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