JPH0852579A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面の品質状況が一定でないワークの切断に
おいても、切断面を高品質に保ちながら短時間で切断を
行うことができるようにする。 【構成】 ワーク表面監視手段３１は、ワーク３３０の
表面における材質の状態をモニタし、良否検出信号とし
て出力する。加工状況判別手段１３は、良否検出信号を
解析し、ワーク３３０の表面の状況を判別する。加工条
件設定手段１４は、複数の加工条件データ１４ａ、１４
ｂを有しており、ワーク３３０の表面の状況におうじた
加工条件データを、複数の加工条件データの中から選択
し、その加工条件で切断加工を実行させる。これによ
り、表面の品質状況が一定でないワークの切断において
も、切断面を高品質に保ちながら短時間で切断を行うこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加工プログラムに従って
レーザ加工を行うレーザ加工装置に関し、特に表面の状
況が一定でないワークの加工を行うレーザ加工装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工装置は数値制御装置で制御さ
れており、数値制御装置で加工プログラムを解読するこ
とにより、レーザ加工装置の加工条件が決められる。加
工条件としては、送り速度、レーザ出力、パルス周波
数、パルスデューティ、アシストガス圧等である。

【０００３】このようなレーザ加工装置で鋼板の切断を
行う場合に、鋼板の表面の状況が一定でない場合があ
る。具体的に鋼板の表面の状況が変化する場所として
は、鋼板を覆うスケールの上に塗装されている部分、ス
ケールに傷があり鋼板の地肌が露出している部分、錆が
出ている部分等である。これらの場所において、正常な
場所と同じ速度で切断を行うと、切断面粗度の低下、裏
面へのドロスの付着、バーニング等により加工不良が引
き起こされる。従って、レーザ切断性能の著しい低下を
招いてしまう。しかも、市場で一般的に流通している鋼
板の表面には、傷、錆、鋼板識別のためのマーキング用
塗料が存在するのが普通である。

【０００４】従来は、鋼板の表面に状況が一定でない場
所がある場合には、安定して切断加工ができる範囲の加
工条件でワークの切断を行うか、不良箇所の少ない鋼板
を使用するか、あるいは予め塗装や錆を落として使用す
る等の対策を取っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、安定して切断
加工ができる範囲の加工条件でワークの切断を行うため
には、切断速度を遅くしなければならない。また、不良
箇所の少ない鋼板のみを使用するのは、鋼板の材料費が
高くなり不経済である。さらに、予め塗装や錆を落とし
て使用するのは、手間がかかりすぎる。

【０００６】このように、鋼板に僅かな不良があるため
に、レーザ加工装置の性能に見合った速度での切断を行
うことができず、遅い速度で切断を行わざるを得ないと
いう問題点があった。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、表面の品質状況が一定でないワークの切断に
おいても、切断面を高品質に保ちながら短時間で切断を
行うことができるレーザ加工装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【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、加工プログラムに従ってレーザ加工を行
うレーザ加工装置において、ワークの表面の状況をモニ
タし、良否検出信号を出力するワーク表面監視手段と、
前記良否検出信号を解析し、前記ワークの表面の状況を
判別する加工状況判別手段と、複数の加工条件データを
保持しており、前記ワークの表面の状況に適した加工条
件データを用いて加工を行わせる加工条件設定手段と、
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。

【０００９】

【作用】ワーク表面監視手段は、ワークの表面における
材質の状態を検出し、良否検出信号として出力する。加
工状況判別手段は、良否検出信号を解析し、ワークの表
面の材質の状況を判別する。加工条件設定手段は、ワー
クの表面の材質の状況に応じた加工条件データを複数の
加工条件データの中から選択し、その加工条件で切断を
実行させる。

【００１０】これにより、表面の品質状況が一定でない
ワークの切断においても、切断面を高品質に保ちながら
短時間で切断を行うことができる。

【００１１】

【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１は本発明のレーザ加工装置の概略構成を示
すブロック図である。レーザ加工機３０において、加工
ヘッド３０６には光学的特性を利用してワーク３３０表
面をモニタするワーク表面監視手段３１が設けられてい
る。このワーク表面監視手段３１は、ワーク３３０に対
し光を発する投光機３１ａと、ワーク３３０からの反射
光を受け取る受光器３１ｂとで構成される。受光器３１
ｂが受け取った光の色（波長）や強度は、良否検出信号
として数値制御装置１０内の表面状況判別手段に送られ
る。この良否検出信号は、ワーク３３０表面の状況が正
常な場合と、不良があった場合とで変化する。

【００１２】数値制御装置１０において、表面状況判別
手段１３は、受け取った良否検出信号を解析することに
より、ワーク表面の状況を判断する。また、前処理演算
手段１２は加工プログラム１１を解析する。加工条件設
定手段１４は、加工プログラム１１で指令された複数の
加工条件データ１４ａ、１４ｂを保持しており、表面状
況判別手段１３が判断したワーク表面の状況により、適
当な加工条件データを設定する。数値制御装置１０は、
この設定された加工条件データに従って、レーザ加工機
３０の動作を制御する。つまり、ワーク３３０表面が正
常な場合には、高速の切断を行い、傷等の不良があった
場合には、安定して切断加工ができる範囲の加工条件で
ワークの切断を行う。

【００１３】また、ワーク監視位置制御手段１５は、レ
ーザ加工機３０を制御する情報の中で、加工ヘッドのＸ
軸、Ｙ軸方向の移動量により、加工ヘッド３０６の移動
方向を計算する。そして、ワーク表面監視手段３１がワ
ークの表面の状況の変化をモニタする位置が、常に進行
方向の前方に位置するように制御する。

【００１４】図２は本発明のレーザ加工装置の全体構成
を示す図である。図において、レーザ加工装置は、数値
制御装置１０、レーザ発振器２０及びレーザ加工機３０
から構成される。

【００１５】数値制御装置１０は、プロセッサ１００を
中心に構成されている。ＲＯＭ１０１にはＥＰＲＯＭあ
るいはＥＥＲＯＭが使用され、システムプログラムが格
納される。また、不揮発性メモリ１０２にはバッテリバ
ックアップされたＣＭＯＳが使用され、電源切断後も保
持すべき加工プログラムや本発明に係るプログラム、各
種パラメータ等が格納される。これらのシステムプログ
ラム、加工プログラム、各種パラメータ等は、数値制御
装置１０の電源投入時にＲＡＭ１０３に転送され格納さ
れる。プロセッサ１００は、ＲＡＭ１０３に格納された
システムプログラムに基づいて、加工プログラムを読み
出し、装置全体の動作を制御する。

【００１６】Ｉ／Ｏユニット１０４は、プロセッサ１０
０からの制御信号を変換してレーザ発振器２０に送る。
レーザ発振器２０は、変換された制御信号に従ってパル
ス状のレーザビームを出射する。このレーザビームは、
導光路３０１、ミラーユニット３０２、導光路３０３、
ミラーユニット３０４、導光路３０５、及び加工ヘッド
３０６を経て、ノズル３０７からワーク３３０に照射さ
れる。

【００１７】ノズル３０７には、ワーク３３０の表面の
状況を監視するためのセンサが設けられている。さら
に、ノズル３０７は回転機構を有しており、数値制御装
置１０内のサーボアンプ１１１によって回転制御され
る。

【００１８】数値制御装置１０にはＣＲＴ／ＭＤＩ１０
５が接続されており、このＣＲＴ／ＭＤＩ１０５を用い
て各種のプログラムやデータが対話形式で入力される。
レーザ加工機３０は、導光路３０３、ミラーユニット３
０２、３０４等を支持する支持枠３１０と、テーブル３
２３を支持するテーブル支持台３２０とから構成され
る。支持枠３１０の先端側には、加工ヘッド移動機構３
５０が設けられる。加工ヘッド３０６は、伸縮自在のテ
レスコープである導光路３０５の先端に設けられ、加工
ヘッド移動機構３５０内のサーボモータの回転に応じて
Ｚ方向に移動する。

【００１９】テーブル支持台３２０の基礎台３２１上に
は、テーブル３２２が設けられ、さらにそのテーブル３
２２上にはテーブル３２３が設けられている。テーブル
３２２及び３２３は、各下端側に設けられたサーボモー
タから成る移動機構３４１、３４２によって、Ｘ方向及
びＹ方向にそれぞれ移動する。ワーク３３０は、テーブ
ル３２３上に固定されてＸＹ平面内で自在に移動可能と
なる。

【００２０】上記の加工ヘッド移動機構３５０、移動機
構３４１及び３４２に備えられた各サーボモータは、数
値制御装置１０側のサーボアンプ１０８、１０９及び１
１０にそれぞれ接続されており、プロセッサ１００から
の軸制御信号に従ってその回転が制御される。テーブル
３２２、３２３及び加工ヘッド３０６は、その回転に応
じて移動する。ノズル３０７から照射されたレーザビー
ムは、テーブル３２２及び３２３の移動に応じてワーク
３３０上に軌跡を描き、ワーク３３０を所定形状に切断
する。

【００２１】図３は加工ヘッドを示す図である。この図
は、ワーク３３０の切断状況を示している。ワーク３３
０上には、錆３３０ｂやマーキング３３０ａがある。マ
ーキング３３０ａは、塗料で書き込まれている。

【００２２】加工ヘッド３０６の先端のノズル３０７に
は、センサ３０８が設けられている。このセンサ３０８
は、ワーク３３０に光を照射し、その反射光の色や強度
を計測している。各色の強度信号は数値制御装置１０に
送られ解析される。つまり、反射光の強度信号が、ワー
クの表面状況を判断するための良否検出信号である。

【００２３】また、サーボモータ３０９によりノズル３
０７は回転する。サーボモータ３０９は、数値制御装置
１０内のサーボアンプ１１１で回転制御されている。こ
のような加工ヘッド３０６により、ワーク３３０を切断
する際には、センサ３０８は、常に走査方向前方に位置
するように制御される。そして、加工部が錆３３０ｂや
マーキング３３０ａの位置にさしかかると、センサ３０
８が感知する反射光に変化が生じる。その反射光の変化
は各色ごとの強度信号として、数値制御装置１０に送信
される。数値制御装置１０では強度信号を解析して、加
工条件を、そのワークの状況に適した加工条件に切り替
える。

【００２４】このようにして、表面の状況が一定でない
ワーク３３０の切断であっても、高速に切断可能な部分
では高速の切断を行い、表面に傷等がある場合には切断
品質を良好に保てるような加工条件で切断を行うことが
できる。

【００２５】図４はセンサの構成例を示す図である。セ
ンサ３０８は、投光器３０８ａによって光を出力する。
投光器３０８ａ内の光源には白熱光が用いられ、出力さ
れる光は白色光である。出力された光は集光レンズ３０
８ｇにより集光され、ワーク３３０に照射される。

【００２６】ワーク３３０からの反射光は、ハーフミラ
ー３０８ｅによって方向を変えられ、さらにハーフミラ
ー３０８ｆにより、受光器３０８ｂと受光器３０８ｃの
方向に分岐させられる。受光器３０８ｂに入力する光
は、赤色のみを通すフィルタ３０８ｄを介して入力す
る。従って、受光器３０８ｅでは、赤色の反射光の強度
をモニタすることができる。一方、受光器３０８ｃで
は、反射光全ての強度をモニタする。これらの受光器３
０８ｂ、３０８ｃでモニタした結果は、強度信号として
数値制御装置に転送される。

【００２７】次に、図４に示したセンサから送られた強
度信号により、ワークの表面の状況を数値制御装置でど
のように判断するかを説明する。図５は鋼板表面の状況
と反射光の関係を示す図である。この図では、鋼板表面
の状況として、正常な状態の場所、マキーング（塗装）
された場所、錆の発生している場所、及び傷（スケール
がない）のある場所について示している。これらの各状
況について肉眼による色彩、投光器から当てられた光の
反射光を示している。

【００２８】正常な状態の場所では、肉眼で見える色彩
が灰黒色（スケールの色）である。そのときの反射光
は、全体的に弱い光であり、灰黒色である。マーキング
のある場所では、肉眼で見える色彩は白色である。その
ときの反射光は全体的に強い光であり、白色である。

【００２９】錆のある場所では、肉眼で見える色彩は赤
色である。そのときの反射光は全体的に弱い光であり、
赤色である。傷のある場所では、肉眼で見えるのは金属
光沢である。そのときの反射光は強い全反射（白色）で
ある。

【００３０】このデータから分かるように、図４に示し
たセンサでワーク表面をモニタした場合、ワーク表面が
正常な場所では、受光器３０８ｃの検知する光は弱く、
受光器３０８ｂの検知する赤の光も弱い。錆のある場所
では、受光器３０８ｃの検知する光は弱く、受光器３０
８ｂの検知する赤の光は強い。マーキングあるいは傷の
ある場所では、受光器３０８ｃの検知する光は強いが、
受光器３０８ｂの検知する赤の光は弱い。

【００３１】ここで、厚さ１６ｍｍの鋼板を切断する際
の加工条件をワーク表面が正常な場所と、その他の何ら
かの異常の有る場所とに分け、加工条件の切替え例を説
明する。

【００３２】図６はワーク表面の状況に対する加工条件
の切替え例を示す図である。ワーク表面が正常な場所
（受光器３０８ｃの検知する光が弱く、受光器３０８ｂ
の検知する赤の光も弱い場合）では、高速の切断を行う
加工条件（ピーク出力：３ｋｗ、パルスデューティ：Ｃ
Ｗ、送り速度：１２００ｍｍ／ｍｉｎ、アシストガス圧
力：０．５ｂａｒ）を与える。なお、ＣＷとは連続出力
のことである。その他の場合には、速度を落として、加
工品質を保つような加工条件（ピーク出力：３ｋｗ、パ
ルスデューティ：６０％；パルス周波数：５００Ｈｚ、
送り速度：７５０ｍｍ／ｍｉｎ、アシストガス圧力：
０．４ｂａｒ）を与える。

【００３３】このように、加工ヘッドにワークの表面の
状況を監視するためのセンサを設け、そのセンサが感知
したデータにより加工条件を変えるようにしたため、ワ
ークの表面の状況の変化に伴い、その状況に応じた加工
条件でワークの切断をすることができる。そのため、ワ
ーク表面の品質が良好な場合には高速の切断を行うこと
ができ、ワーク表面の品質が不良な場合には加工品質を
保つことができるような加工条件で切断を行うことがで
きる。その結果、ワーク表面の品質が一定でなくても高
品質の切断を短時間で行うことができる。

【００３４】また、数値制御装置を用いて、センサを常
にレーザビームの走査方向の前方に位置させることによ
り、複雑な加工を行う場合においてもワークの表面の状
況を常に監視することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、ワーク
の表面の状況を監視し、ワークの表面の状況に応じて、
適した加工条件で加工を行うようにしたため、表面の品
質が一定でないワークの切断であっても、高品質の切断
を短時間で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ加工装置の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図２】本発明のレーザ加工装置の全体構成を示す図で
ある。

【図３】加工ヘッドを示す図である。

【図４】センサの構成例を示す図である。

【図５】鋼板表面の状況と反射光の関係を示す図であ
る。

【図６】ワーク表面の状況に対する加工条件の切替え例
を示す図である。

【符号の説明】

１０ 数値制御装置 １１ 加工プログラム １２ 前処理演算手段 １３ 表面状況判別手段 １４ 加工条件設定手段 １４ａ、１４ｂ 加工条件データ １５ ワーク監視位置制御手段 ３０ レーザ加工機 ３１ ワーク表面監視手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工プログラムに従ってレーザ加工を行
   うレーザ加工装置において、 ワークの表面の状況をモニタし、良否検出信号を出力す
   るワーク表面監視手段と、 前記良否検出信号を解析し、前記ワークの表面の状況を
   判別する加工状況判別手段と、 複数の加工条件データを保持しており、前記ワークの表
   面の状況に適した加工条件データを用いて加工を行わせ
   る加工条件設定手段と、 を有することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 前記ワーク表面監視手段がモニタするべ
   きワーク上の位置が、常に加工ヘッドの進行方向の前方
   に位置するように制御するワーク監視位置制御手段をさ
   らに有す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】 前記ワーク表面監視手段は、光を前記ワ
   ークの表面に当て、その反射光の色、及び強度を測定す
   ることにより、ワークの表面の状況をモニタすることを
   特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
4. 【請求項４】 前記加工条件設定手段は、ワークの表面
   の状況が正常なときには、高速切断の為の加工条件デー
   タを設定し、ワークの表面の状況が不良であるときに
   は、品質保持の為の加工条件データを設定することを特
   徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。