JPH09206975A - レーザ加工方法およびレーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工方法およびレーザ加工装置

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JPH09206975A
JPH09206975A JP8014225A JP1422596A JPH09206975A JP H09206975 A JPH09206975 A JP H09206975A JP 8014225 A JP8014225 A JP 8014225A JP 1422596 A JP1422596 A JP 1422596A JP H09206975 A JPH09206975 A JP H09206975A
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融 村井
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彰 浦川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚板のレーザ切断において、ピアシング後の
切断加工で不良の原因となっているピアシング時に被加
工物表面上に飛散する溶融金属を切断する方向以外に飛
散させ、加工不良の発生を防止すること。 【解決手段】 レーザ加工方法として、加工ヘッドを、
レーザビームの集光点が被加工物表面から離れた位置で
かつ上記被加工物表面上のピアシング点の真上と異なる
ピアシング開始位置に位置決めする工程と、上記ピアシ
ング開始位置に位置決めされた上記加工ヘッドを上記ピ
アシング点へ近づけるときに、上記レーザビームの照射
とアシストガスの噴射とを行ないながら、上記加工ヘッ
ドを上記被加工物表面に平行な移動方向と上記被加工物
表面に垂直な移動方向とに同時に移動させることにより
上記集光点を上記ピアシング点へ近づける工程、とを有
するもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームのエ
ネルギを利用して加工を行なうレーザ加工方法、及びレ
ーザ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のレーザ加工方法を行なうレーザ加
工装置を図１４に示す。図においてレーザ発振器１から
出射されるレーザビームＬはミラー２等で案内されて加
工ヘッド３のレンズ４に入射され、このレンズ４によっ
てノズル５の下方の焦点において集光される。又、加工
ヘッド３にはアシストガス供給装置６からアシストガス
が供給され、そのアシストガスＡがノズル５からレーザ
ビームＬと同軸上に照射されて、被加工物Ｗが加工され
る。
【０００３】前記加工ヘッド３はサーボ制御回路７によ
って加工経路に沿って、例えばＸ，Ｙ，Ｚ方向といった
複数軸方向へ制御される。これと同時に、ノズル５ある
いはノズル５の近傍に設けられたギャップセンサ８によ
り、ノズル５の先端から被加工物Ｗの表面までの距離が
検出され、その検出データに基づいてギャップコントロ
ーラ９により、加工時のギャップ量が予め設定された値
になるようにノズル５の高さが制御される。
【０００４】また、被加工物Ｗ上にピアシングを行なう
場合、図１４に示すＮＣ装置１０により、サーボ制御回
路７を介して加工ヘッド３のＺ軸方向すなわち光軸方向
に移動させて、ノズル５の先端と被加工物Ｗの表面との
距離を制御する。それと同時に、図１４に示すレーザ発
振制御回路１１により、レーザ発振器１から出力される
レーザビームＬの出力値を制御しながら以下に示すレー
ザ加工を行なう。
【０００５】レーザ加工は一般的に加工開始点（スター
ト部）に貫通穴を開けるピアシングを行なう行程と、こ
のピアシング後に貫通した穴からスタートして任意形状
に切断加工を行なう行程とからなる。板厚が３．２ｍｍ
を超える金属材料を被加工物としてレーザで切断する場
合は、被加工物へのレーザビームの照射と酸素アシスト
ガスの噴射とを行ない加工を実施する。アシストガスに
酸素ガスを用いるのは、被加工物の酸化発熱反応を発生
させ加工効率を高めるためであり、被加工物の板厚が大
きなものを切断する場合や、切断速度を高める場合に使
用する。軟鋼材料において、板厚が大きくなるほど加工
中の酸素純度が加工能力を高めるために重要になること
から、ビームとアシストガスとの出口となるノズル出口
の周囲に、さらに別途酸素ガスの出口を設けて加工を行
なう二重ノズルや出口が複数ある多重ノズルを用いて加
工を行なう。従来、軟鋼材料の厚板の加工時間に占める
ピアシングの貫通穴を開ける時間が多大であるため、生
産性を上げるためにはピアシング時間短縮が大きな課題
であった。そのためピアシング時間短縮のために検討が
幾つかなされており、例えば特開昭６０−２４０３９３
での例を以下に示す。
【０００６】図１５において、５はノズル、Ｌはレーザ
ビーム、Ｗは被加工物、Ｏはレーザビームの焦点（スポ
ット）、Ｐはピアシング位置である。ピアシング時に
は、レーザビームＬの焦点Ｏを被加工物Ｗから上方にず
らした位置に設置し、レーザビームＬの照射と酸素アシ
ストガスの噴射を同時に行ない、ピアシング点Ｐを加熱
し、次に、ノズル５を被加工物Ｗの表面に近づける。ノ
ズル５の下降に伴い、被加工物Ｗの下面まで溶解温度近
くに加熱される。ビームＬの焦点Ｏが被加工物Ｗの表面
まで下降すると、被加工物Ｗは加熱されているため、瞬
時に穴が形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ加工方法
は以上のような行程をとるため、加工対象が軟鋼材料の
場合に板厚６ｍｍ以上になると、加熱によって溶解する
体積が多くなりすぎ、加工ヘッド降下時に被加工物下方
に排出されるべき溶解金属の一部が上方側すなわち加工
ヘッド側に吹き出してしまう。上方に吹き出した金属の
一例として、図１６に、板厚１２ｍｍの軟鋼（ＳＳ４０
０）に従来加工方法でピアシングを実施したときの材料
表面で溶融金属が飛散した状態を示す。図１６に示すよ
うに、貫通穴周囲に堆積したり、加工ヘッドのノズル穴
周囲に付着してしまう。ピアシング後の切断加工の行程
で、貫通穴周囲に堆積した溶融金属上を加工ヘッドが通
過してしまう場合が生じ、その際レーザビームの異常反
射・吸収が発生したり、アシストガス流れに乱れを生じ
させ、切断品質を著しく低下させる、という問題点があ
った。また、被加工物の貫通穴周囲から溶融金属が上方
に向かって噴出し、ノズルに付着することがある。ノズ
ルはアシストガスの噴出口であり、溶融金属の付着によ
って加工の方向によってガスの流れが不均一になる。ま
た、ノズルは被加工物とノズルの間隔（距離）を検出す
るためのセンサーとしての機能を有する場合もあり、従
って溶解金属が付着した場合には、センサーとしての機
能を有効に果たすことができなくなる、という問題点も
あった。
【０００８】ノズル中心の周囲にガス吹き出し口を設け
た二重ノズル若しくは多重ノズル等の厚板加工用のノズ
ルは、中心ノズル周囲のノズルからも酸素ガスを噴射し
て加工能力・品質を高める。図１７は特開平１−１８１
９９１に示された二重ノズルである。図において、５１
は中心ノズル、５２は外側ノズルである。このようなノ
ズル５０を用いて、加工ヘッドを降下させるピアシング
を行なうと、外側ノズル５２の可燃性ガスの噴射位置ま
でピアシング穴径が広がり、当然被加工物上部に飛散す
る溶融金属の量も著しく増え、次行程の切断における加
工不良を発生させる。図１８は板厚１２ｍｍのＳＳ４０
０に二重ノズルでピアシングを実施したときの表面側穴
径と裏面側穴径を示す。両側ピアシング穴径とも、一穴
ノズルでの場合に比べて約２倍に拡大している。
【０００９】本発明の目的は、軟鋼材料の厚板にピアシ
ングを実施する際に、被加工物表面の貫通穴周囲に堆積
する溶融金属を、次行程の切断する領域から外れた領域
に発生させると同時に、溶融金属をノズルに付着させ
ず、切断不良の発生を防止することができる加工方法を
提供すること、及び、二重ノズルもしくは多重ノズルに
よるピアシングにおいて、被加工物表面に飛散する溶融
金属の量を低減させるレーザ加工方法を提供することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ加
工方法は、（１）加工ヘッドを、レーザビームの集光点
が被加工物表面から離れた位置でかつ上記被加工物表面
上のピアシング点の真上と異なるピアシング開始位置に
位置決めする工程、（２）上記ピアシング開始位置に位
置決めされた上記加工ヘッドを上記ピアシング点へ近づ
けるときに、上記レーザビームの照射とアシストガスの
噴射とを行ないながら、上記加工ヘッドを上記被加工物
表面に平行な移動方向と上記被加工物表面に垂直な移動
方向とに同時に移動させることにより上記集光点を上記
ピアシング点へ近づける工程、とを有するものである。
【００１１】また、レーザビームの光軸方向と異なる方
向にガスを噴出するサイドノズルを加工ヘッド先端に設
け、ピアシング時もしくはピアシング終了後に加工物表
面上のピアシング部に上記サイドノズルからガスを噴出
する工程を有するものである。
【００１２】また、加工ヘッドをピアシング点へ近づけ
るときの軌跡の被加工物表面への投影が、ピアシング完
了後の切断線と重ならないものである。
【００１３】また、集光レーザビームの出射およびアシ
ストガスの噴射をするための第１のノズルと、この第１
のノズルの外周に上記第１のノズルを取り囲むように設
けられた第２のノズルを有する二重ノズルを用いて切断
加工を行なうレーザ加工方法において、（１）加工ヘッ
ドを、上記レーザビームの集光点が被加工物表面上のピ
アシング点から離れたピアシング開始位置に位置決めす
る工程、（２）上記ピアシング開始位置に位置決めされ
た上記加工ヘッドを上記ピアシング点へ近づけるとき
に、上記レーザビームの照射と上記第１のノズルからの
みの酸素アシストガスの噴射を行ないながら、上記集光
点を上記ピアシング点へと移動させる工程、（３）ピア
シング完了後、上記第１のノズル及び上記第２のノズル
から上記酸素アシストガスの噴射を行なう工程、とを有
するものである。
【００１４】また、集光レーザビームの出射およびアシ
ストガスの噴射をするための第１のノズルと、この第１
のノズルの外周に上記第１のノズルを取り囲むように設
けられた第２のノズルを有する二重ノズルを用いて切断
加工を行なうレーザ加工方法において、（１）加工ヘッ
ドを、上記レーザビームの集光点を被加工物表面から離
れた位置でかつ上記被加工物表面上のピアシング点の真
上と異なるピアシング開始位置に位置決めする工程、
（２）上記ピアシング開始位置に位置決めされた上記加
工ヘッドを上記ピアシング点へ近づけるときに、上記レ
ーザビームの照射と上記第１のノズルからのみの酸素ア
シストガスの噴射を行ないながら、上記加工ヘッドを上
記ピアシング点へと上記被加工物表面に平行な方向と上
記被加工物表面に垂直な方向とに同時に移動させること
により上記集光点を上記ピアシング点へ近づける工程、
（３）ピアシング完了後、上記第１のノズル及び上記第
２のノズルから酸素アシストガスの噴射を行なう工程、
とを有するものである。
【００１５】さらに、ピアシング開始位置に位置決めさ
れた加工ヘッドをピアシング点へ近づけるときに、レー
ザビームの照射と第１のノズルからのみの酸素アシスト
ガスの噴射を行ないながら、集光点を上記ピアシング点
へと近づける工程で、第２のノズルからはエアーもしく
は窒素ガスの噴射を行ないながら、上記加工ヘッドを上
記ピアシング点へ近づけるものである。
【００１６】また、この発明に係るレーザ加工装置は、
レーザビームを集光光学部品を用いて集光し被加工物に
照射するとともに、アシストガスを加工点に噴射して上
記被加工物の加工を行なうレーザ加工装置において、切
断加工開始部の加工プログラムを先読みし、この切断加
工開始部の切断方向を演算し、この切断方向と切断加工
の開始点に関し一定の位置関係にあるピアシング開始点
を演算して求めるピアシング位置演算回路を有するもの
である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．以下、この発明の第１の実施の形
態を、図に基づいて説明する。図１は本実施の形態によ
る加工ヘッドの動作の概要図、図２は動作内容を示す図
（フローチャート）である。図１において加工ヘッド３
は、そのときの焦点位置が被加工物Ｗ上方となるＰ
（ａ，ｂ，ｃ）点に設定され、被加工物Ｗ表面ではレー
ザビームが広い面積をもって照射され、被加工物を加熱
した後、加工ヘッド３を下降方向と水平方向にそれぞれ
同時に移動し、Ｏ（０，０，０）点に達する。この場合
の被加工物表面と同一平面内での移動方向はピアシング
後に切断が行われる方向と一致させる。ピアシングの進
行過程で発生し被加工物Ｗ表面に飛散する溶融金属Ｓ
は、加工ヘッド３の移動するＸ方向とは逆方向に飛散、
堆積する。そのため次行程の切断では、堆積した溶融金
属Ｓ上を通過し不良発生の危険性がなくなる。図２にお
いて、（ａ）スタートではＮＣ装置１０での演算が開始
される。（ｂ）加工条件設定ではピアシング条件とそれ
に続く切断条件をＮＣ装置のデータベースから検出す
る。（ｃ）加工形状プログラム読み込みでは加工形状の
認識を行なう。（ｄ）ピアシング位置演算ではピアシン
グ後の切断方向を判断し、ピアシング時に飛散する溶融
金属を切断方向と逆方向に飛散するような位置をピアシ
ング開始位置Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）とし加工ヘッド３の水平
方向移動量Ｘと垂直方向移動量Ｚを決定する。（ｅ）加
工の実行では、（ｅ１）で加工ヘッドが切断開始位置Ｏ
（０，０，０）よりＸ，Ｚずれた点Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）に
移動する。次に（ｅ２）で出力・パルス周波数・パルス
デュティー・アシストガス圧などのピアシング条件を実
行しながら点Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）からＯ（０，０，０）へ
加圧ヘッドが移動する。（ｆ）では切断条件の出力・パ
ルス周波数・パルスデュティー・アシストガス圧などを
実行しながら切断を行なう。
【００１８】ピアシング後に行なう切断の方向はＮＣ装
置１０によりプログラムブロックの先読み機能で認識
し、切断方向に対し上記加工ヘッドの移動方向が演算さ
れる。またこのＮＣ装置１０によって被加工物Ｗの材質
や板厚に応じて最適なピアシング位置ＯとＰの関係が演
算され実行される。なお、上記動作内容において、
（ｂ）加工条件の検出、（ｃ）加工形状プログラムの読
み込みなどの順序やヘッドの移動が曲線補間など、指定
どおりでなくてもこの実施の形態の効果に影響はない。
【００１９】また、上述の実施の形態１において、加工
ヘッド３は焦点位置が被加工物Ｗ上方のＰ（ａ，ｂ，
ｃ）点に設定され、被加工物Ｗ表面ではレーザビームが
広い面積をもって照射され、被加工物を加熱した後、加
工ヘッド３を下降方向と水平方向にそれぞれ同時に移動
しＯ（０，０，０）点に達する。この場合の被加工物表
面と同一平面内での移動方向はピアシング後に切断が行
われる方向と一致させる。しかし、実際には、ピアシン
グの進行過程で発生する被加工物Ｗ表面に飛散する溶融
金属Ｓは、ピアシング後の切断線以外の領域に堆積して
いれば、切断には影響しない。図３にはピアシング穴ｈ
とピアシング後に切断する切断方向とを示し、溶融金属
が堆積しても切断に影響を及ぼさない領域ｇを斜線で示
した。また、図４に、図３における切断方向と同一方向
の角度を０として、加工ヘッドの移動する角度をθとし
た場合の、切断が良好に行なわれる確率を示す。加工は
板厚１６ｍｍの軟鋼材料を１０回加工し、不良無しに加
工できる確率を調べた。図４から判るように、ピアシン
グ時に加工ヘッドを降下させ近づける方向に関しては、
加工ヘッドの移動の軌跡の被加工物表面への投影が、ピ
アシング完了後の切断線と重ならないような略全ての方
向で、良好な加工が可能である。
【００２０】発明の実施の形態２．次に、この発明の第
２の実施の形態を、図に基づいて説明する。図５は第２
の実施の形態による加工ヘッドの動作の概要図、図６は
動作内容を示す図である。図５において、サイドノズル
１２が組み合わされた加工ヘッド３は焦点位置が被加工
物Ｗの上方に設定され、被加工物表面ではレーザビーム
Ｌが広い面積をもって照射され、被加工物Ｗを加熱した
後、加工ヘッド３の下降方向にＺと水平方向にＸそれぞ
れ同時に移動する。この場合のＸ方向はピアシング後に
切断が行われる方向と一致させる。ピアシングの進行過
程で発生し被加工物表面に飛散する溶融金属Ｓは、加工
ヘッドの移動するＸ方向とは逆方向に飛散し堆積する。
さらにサイドノズル１２から噴射したガスは、堆積した
溶融金属Ｓをピアシング穴周囲から吹き飛ばす。そのた
め次行程の切断では、堆積した溶融金属Ｓ上を通過し不
良発生の率が極めて低くなる。図６において、（ａ）ス
タートではＮＣ装置１０での演算が開始される。（ｂ）
加工条件設定ではピアシング条件とそれに続く切断条件
をＮＣ装置のデータベースから検出する。（ｃ）加工形
状プログラム読み込みでは加工形状の認識を行なう。
（ｄ）ピアシング位置演算ではピアシング後の切断方向
を判断し、ピアシング時に飛散する溶融金属を切断方向
と逆方向に飛散するような位置をピアシング開始位置Ｐ
（ａ，ｂ，ｃ）としＸとＺを決定する。（ｅ）加工の実
行では、（ｅ１）で加工ヘッドが切断開始位置Ｏ（０，
０，０）よりＸ，Ｚずれた点Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）に移動す
る。次に（ｅ２）で出力・パルス周波数・パルスデュテ
ィー・アシストガス圧などのピアシング条件を実行しな
がら点Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）からＯ（０，０，０）へ加工ヘ
ッドが移動する。（ｅ３）ではサイドノズルからエアー
ガスを噴射し、被加工物表面に堆積している溶融・凝固
金属を吹き飛ばす。（ｆ）では切断条件の出力・パルス
周波数・パルスデュティー・アシストガス圧などを実行
しながら切断を行なう。なお、上記動作内容において、
（ｂ）加工条件の検出、（ｃ）加工形状プログラムの読
み込みなどの順序は指定どおりでなくても本発明の効果
に影響はない。（ｅ３）のガス種はエアーでなくともコ
ストの安価なガスであればどんな種類でもよい。また、
アシストガスの噴射方向は切断方向と特定の関係を持た
せる必要はなくあらゆる角度から行っても同等の効果が
得られる。
【００２１】発明の実施の形態３．次に、この発明の第
３の実施の形態を、図に基づいて説明する。図７は厚板
切断用に用いられているレーザビームとアシストガスを
同時噴射する第１の出口（Ａ）と加工部を酸素ガスでシ
ールドするための酸素ガスを噴射する第２の出口（Ｂ）
とを持つノズルの断面図である。厚板切断では切断速度
を向上させるためや切断面粗さを良好にするために、出
口（Ｂ）からでる酸素ガスは重要な役割を果たす。しか
し、従来例ではピアシング時においても、常に出口
（Ａ）と出口（Ｂ）との両方から酸素ガスがでていた。
図８にこの実施の形態による動作例を示す。図８におい
て、（ａ）スタートではＮＣ装置１０での演算が開始さ
れる。（ｂ）加工条件設定ではピアシング条件とそれに
続く切断条件をＮＣ装置のデータベースから検出する。
（ｃ）加工形状プログラム読み込みでは加工形状の認識
を行なう。（ｄ）ピアシング条件設定でノズル出口
（Ｂ）からのガス噴出の停止指令を読み込む。（ｅ）加
工の実行では、（ｅ１）で出力・パルス周波数・パルス
デュティー・アシストガス圧などのピアシング条件を出
口（Ａ）からのみ実行し、かつノズル（Ｂ）からのガス
の噴射を停止する。（ｅ２）では切断条件の出力・パル
ス周波数・パルスデュティー・ノズル出口（Ａ）のアシ
ストガス圧・ノズル出口（Ｂ）からのアシストガス圧な
どを実行しながら切断を行なう。図１２はこの実施の形
態により１２ｍｍ板厚のＳＳ４００を加工した結果であ
る。図１８の従来方法で加工した結果に比べて穴径は小
さくなっており、良好な結果が得られた。
【００２２】なお、上記動作内容において、（ｂ）加工
条件の検出、（ｃ）加工形状プログラムの読み込みなど
順序は指定どおりでなくても本発明の効果に影響はな
い。
【００２３】発明の実施の形態４．次に、この発明の第
４の実施の形態を、図に基づいて説明する。上述の第３
の実施の形態では二重ノズルの加工においてピアシング
時に、出口（Ｂ）から酸素ガスの噴射を停止させてピア
シング穴拡大の防止を行ったが、さらに穴径を小さくす
るためには酸化反応を抑制するためのガスをノズル
（Ｂ）から噴射させることが必要である。図９に、第４
の実施の形態の動作例を示す。図９において、（ａ）ス
タートではＮＣ装置１０での演算が開始される。（ｂ）
加工条件設定ではピアシング条件とそれに続く切断条件
をＮＣ装置のデータベースから検出する。（ｃ）加工形
状プログラム読み込みでは加工形状の認識を行なう。
（ｄ）ピアシング条件設定でノズル出口（Ｂ）からの噴
出ガスの種類・圧力の停止指令を読み込む。（ｅ）加工
の実行では、（ｅ１）で出力・パルス周波数・パルスデ
ュティー・アシストガス圧などのピアシング条件を出口
（Ａ）から実行し、かつノズル（Ｂ）から噴出のガス種
類・圧力を実行する。（ｆ）では切断条件の出力・パル
ス周波数・パルスデュティー・ノズル出口（Ａ）のアシ
ストガス圧・ノズル出口（Ｂ）からのアシストガス圧な
どを実行しながら切断を行なう。
【００２４】なお、上記動作内容において、（ｂ）加工
条件の検出、（ｃ）加工形状プログラムの読み込みなど
の順序は指定どおりでなくても本発明の効果に影響はな
い。ピアシング時にノズル出口（Ｂ）から噴射するガス
の種類はエアーもしくは窒素ガス、アルゴンガス、また
は酸素ガスとそれぞれのガスとの混合ガスなどでも同様
の効果が得られる。
【００２５】発明の実施の形態５．次に、この発明の第
５の実施の形態を、図に基づいて説明する。図１０はこ
の実施の形態の動作例を示す図である。図１０におい
て、（ａ）スタートではＮＣ装置１０での演算が開始さ
れる。（ｂ）加工条件設定ではピアシング条件とそれに
続く切断条件をＮＣ装置のデータベースから検出する。
（ｃ）加工形状プログラム読み込みでは加工形状の認識
を行なう。（ｄ）ピアシング位置演算ではピアシング後
の切断方向を判断し、ピアシング時に飛散する溶融金属
を切断方向と逆方向に飛散するような位置をピアシング
開始位置Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）としＸとＺを決定する。
（ｅ）ピアシング条件設定でノズル出口（Ｂ）からの噴
出ガスの種類・圧力の停止指令を読み込む。（ｆ）加工
の実行では、（ｆ１）で加工ヘッドが切断開始位置Ｏ
（０，０，０）よりＸ，Ｚずれた点Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）に
移動する。次に（ｆ２）で出力・パルス周波数・パルス
デュティー・アシストガス圧などのピアシング条件を出
口（Ａ）からのみ実行しながら点Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）から
Ｏ（０，０，０）へ加工ヘッドが移動する。このときノ
ズル（Ｂ）からのガスの噴射を停止する。（ｇ）では切
断条件の出力・パルス周波数・パルスデュティー・ノズ
ル出口（Ａ）のアシストガス圧・ノズル出口（Ｂ）から
のアシストガス圧などを実行しながら切断を行なう。
【００２６】なお、上記動作内容において、（ｂ）加工
条件の検出、（ｃ）加工形状プログラムの読み込みなど
の順序は指定どおりでなくても本発明の効果に影響はな
い。
【００２７】発明の実施の形態６．次に、この発明の第
６の実施の形態を、図に基づいて説明する。上述の第５
の実施の形態では、二重のノズルの加工においてピアシ
ング時に、出口（Ｂ）から酸素ガスの噴射を停止させて
ピアシング穴拡大の防止を行ったが、さらに穴径を小さ
くするためには酸化反応を抑制するためのガスをノズル
（Ｂ）から噴射させることが必要である。図１１はこの
実施の形態の動作例を示す図である。図１１において、
（ａ）スタートではＮＣ装置１０での演算が開始され
る。（ｂ）加工条件設定ではピアシング条件とそれに続
く切断条件をＮＣ装置のデータベースから検出する。
（ｃ）加工形状プログラム読み込みでは加工形状の認識
を行なう。（ｄ）ピアシング位置演算ではピアシング後
の切断方向を判断し、ピアシング時に飛散する溶融金属
を切断方向と逆方向に飛散するような位置をピアシング
開始位置Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）としＸとＺを決定する。
（ｅ）ピアシング条件設定でノズル出口（Ｂ）からの噴
出ガスの種類・圧力の噴出指令を読み込む。（ｆ）加工
の実行では、（ｆ１）で加工ヘッドが切断開始位置Ｏ
（０，０，０）よりＸ，Ｚずれた点Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）に
移動する。次に（ｆ２）でノズル出口（Ａ）からの出力
・パルス周波数・パルスデュティー・アシストガス圧な
どのピアシング条件、出口（Ｂ）からのガス種類とガス
圧を実行しながら点Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）からＯ（０，０，
０）へ加工ヘッドが移動する。（ｇ）では切断条件の出
力・パルス周波数・パルスデュティー・ノズル出口
（Ａ）のアシストガス圧・ノズル出口（Ｂ）からの酸素
アシストガス圧などを実行しながら切断を行なう。
【００２８】なお、上記動作内容において、（ｂ）加工
条件の検出、（ｃ）加工形状プログラムの読み込みなど
の順序は指定どおりでなくても本発明の効果に影響はな
い。ピアシング時にノズル出口（Ｂ）から噴射するガス
の種類はエアーもしくは窒素ガス、アルゴンガスなどで
同様の効果が得られる。
【００２９】以上の方法をとるため、被加工物Ｗ表面の
貫通穴周囲に溶融金属の盛り上がりの除去が短時間で行
なうことができ、かつ加工不良の誘発を全く起こさず、
ピアシング後の切断加工において、ギャップセンサ８は
被加工物Ｗとの間で正確な距離検出を行ない、安定した
ギャップコントロールのもとで被加工物Ｗの切断が円滑
に行われる。
【００３０】なお、上記例で示したＺ軸高さ、レーザ発
振出力、アシストガス圧、およびサイドガス圧とピアシ
ングとの切断条件の関係は、被加工物の材質、板厚によ
って様々なパターンがあり、本実施形態ではその一例を
示したままである。また、ＮＣ装置による動作の実行の
順序は加工に支障のない限り変更が可能である。
【００３１】発明の実施の形態７．次に、この発明の第
７の実施の形態を、図１３に基づいて説明する。図にお
いて、１はレーザ発振器、２はレーザビームを誘導する
ためのベンドミラー、１１はレーザ発振制御回路、１０
はＮＣ装置、１３はＮＣ装置内に設けられたピアシング
位置演算回路である。ＮＣ制御装置内１０に設けられた
加工プログラムを先読みする機能により、ピアシング位
置、切断方向、被加工物材質・板厚、加工ヘッドの上昇
・降下位置を演算し、最適位置に加工ヘッドを設定す
る。なお本実施の形態では演算装置をＮＣ内に設けてピ
アシング位置を演算させたが、本機能を加工プログラム
を作成する自動プログラミング装置に持たせることによ
っても同一の効果が得られる。
【００３２】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。
【００３３】被加工物を切断するレーザ加工において、
加工開始のピアシングで発生する被加工物表面への溶融
金属の飛散を、その後の切断する際に加工不良を起こさ
ないために、切断の進行方向とは別方向に飛散させる。
切断品質を向上させるための二重ノズルをピアシング時
に外側ノズルから噴出させるガスを停止させるか、エア
ー・窒素・アルゴン等のガスを噴出させ、ピアシング穴
の拡大を防止する。これにより、被加工物のピアシング
後の切断加工を良好に行なうことができ、不良の発生を
減少することができると共に、高品質な被加工物の仕上
がり品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施の形態の加工法を行な
う加工機を説明するための断面図である。
【図２】 図１の加工機の動作内容である。
【図３】 本発明で加工した結果を説明する図である。
【図４】 本発明による加工結果の良好度を説明する図
である。
【図５】 この発明の第２の実施の形態による加工ヘッ
ドの動作の概要図である。
【図６】 図３の加工機の動作内容である。
【図７】 この発明の第３の実施の形態によるノズルの
断面図である。
【図８】 図５の加工機の動作例を示す図である。
【図９】 この発明の第４の実施の形態による動作例を
示す図である。
【図１０】 この発明の第５の実施の形態による動作例
を示す図である。
【図１１】 この発明の第６の実施の形態による動作例
を示す図である。
【図１２】 本発明で加工した結果を説明する図であ
る。
【図１３】 本発明による加工機を説明する図である。
【図１４】 レーザ加工装置を説明する図である。
【図１５】 従来の加工方法を説明する図である。
【図１６】 従来の加工方法で加工した結果を説明する
図である。
【図１７】 従来のレーザ加工装置を説明する図であ
る。
【図１８】 従来の加工方法で加工した結果を説明する
図である。
【符号の説明】
１ レーザ発振器、３ 加工ヘッド、５ ノズル、６
アシストガス供給装置、７ サーボ制御回路、８ ギャ
ップセンサー、１０ ＮＣ装置、１１ レーザ発振器制
御回路、１２ サイドノズル、Ｌ レーザビーム、Ａ
アシストガス、Ｗ 被加工物（被加工材）、ｈ 貫通
穴、Ｓ 被加工物表面に飛散した溶融金属。
【手続補正書】
【提出日】平成８年１０月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】
【発明の実施の形態】 発明の実施の形態１．以下、この発明の第１の実施の形
態を、図に基づいて説明する。図１は本実施の形態によ
る加工ヘッドの動作の概要図、図２は動作内容を示す図
（フローチャート）である。図１において加工ヘッド３
は、そのときの焦点位置が被加工物Ｗ上方となるＰ
（ａ，ｂ，ｃ）点に設定され、被加工物Ｗ表面ではレー
ザビームが広い面積をもって照射され、被加工物を加熱
した後、加工ヘッド３を下降方向と水平方向にそれぞれ
同時に移動し、Ｏ（０，０，０）点に達する。この場合
の加工ヘッド３の動きの軌跡の、被加工物表面への投影
の移動方向はピアシング後に切断が行われる方向と一致
させる。ピアシングの進行過程で発生し被加工物Ｗ表面
に飛散する溶融金属Ｓは、加工ヘッド３の移動するＸ方
向とは逆方向に飛散、堆積する。そのため次工程の切断
では、加工ヘッド３が堆積した溶融金属Ｓ上を通過する
ことによる不良発生の危険性がなくなる。図２におい
て、（ａ）スタートではＮＣ装置１０での演算が開始さ
れる。（ｂ）加工条件設定ではピアシング条件とそれに
続く切断条件をＮＣ装置のデータベースから検出する。
（ｃ）加工形状プログラム読み込みでは加工形状の認識
を行なう。（ｄ）ピアシング位置演算ではピアシング後
の切断方向を判断し、ピアシング時に飛散する溶融金属
を切断方向と逆方向に飛散するような位置をピアシング
開始位置Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）とし加工ヘッド３の水平方向
移動量Ｘと垂直方向移動量Ｚを決定する。（ｅ）加工の
実行では、（ｅ１）で加工ヘッドが切断開始位置Ｏ
（０，０，０）よりＸ，Ｚずれた点Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）に
移動する。次に（ｅ２）で出力・パルス周波数・パルス
デュティー・アシストガス圧などのピアシング条件を実
行しながら点Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）からＯ（０，０，０）へ
加工ヘッドが移動する。（ｆ）では切断条件の出力・パ
ルス周波数・パルスデュティー・アシストガス圧などを
実行しながら切断を行なう。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】また、上述の実施の形態１において、加工
ヘッド３は焦点位置が被加工物Ｗ上方のＰ（ａ，ｂ，
ｃ）点に設定され、被加工物Ｗ表面ではレーザビームが
広い面積をもって照射され、被加工物を加熱した後、加
工ヘッド３を下降方向と水平方向にそれぞれ同時に移動
しＯ（０，０，０）点に達する。この場合の加工ヘッド
３の動きの軌跡の、被加工物表面への投影の移動方向は
ピアシング後に切断が行われる方向と一致させる。しか
し、実際には、ピアシングの進行過程で発生する被加工
物Ｗ表面に飛散する溶融金属Ｓは、ピアシング後の切断
線以外の領域に堆積していれば、切断には影響しない。
図３にはピアシング穴ｈとピアシング後に切断する切断
方向とを示し、溶融金属が堆積しても切断に影響を及ぼ
さない領域ｇを斜線で示した。また、図４に、図３にお
ける切断方向と同一方向の角度を０として、加工ヘッド
の移動する角度をθとした場合の、切断が良好に行なわ
れる確率を示す。加工は板厚１６ｍｍの軟鋼材料を１０
回加工し、不良無しに加工できる確率を調べた。図４か
ら判るように、ピアシング時に加工ヘッドを降下させ近
づける方向に関しては、加工ヘッドの移動の軌跡の被加
工物表面への投影が、ピアシング完了後の切断線と重な
らないような略全ての方向で、良好な加工が可能であ
る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】発明の実施の形態２．次に、この発明の第
２の実施の形態を、図に基づいて説明する。図５は第２
の実施の形態による加工ヘッドの動作の概要図、図６は
動作内容を示す図である。図５において、サイドノズル
１２が組み合わされた加工ヘッド３は焦点位置が被加工
物Ｗの上方に設定され、被加工物表面ではレーザビーム
Ｌが広い面積をもって照射され、被加工物Ｗを加熱した
後、加工ヘッド３の下降方向にＺと水平方向にＸそれぞ
れ同時に移動する。この場合のＸ方向はピアシング後に
切断が行われる方向と一致させる。ピアシングの進行過
程で発生し被加工物表面に飛散する溶融金属Ｓは、加工
ヘッドの移動するＸ方向とは逆方向に飛散し堆積する。
さらにサイドノズル１２から噴射したガスは、堆積した
溶融金属Ｓをピアシング穴周囲から吹き飛ばす。そのた
め次工程の切断では、加工ヘッド３が堆積した溶融金属
Ｓ上を通過することによる不良発生の率が極めて低くな
る。図６において、（ａ）スタートではＮＣ装置１０で
の演算が開始される。（ｂ）加工条件設定ではピアシン
グ条件とそれに続く切断条件をＮＣ装置のデータベース
から検出する。（ｃ）加工形状プログラム読み込みでは
加工形状の認識を行なう。（ｄ）ピアシング位置演算で
はピアシング後の切断方向を判断し、ピアシング時に飛
散する溶融金属を切断方向と逆方向に飛散するような位
置をピアシング開始位置Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）としＸとＺを
決定する。（ｅ）加工の実行では、（ｅ１）で加工ヘッ
ドが切断開始位置Ｏ（０，０，０）よりＸ，Ｚずれた点
Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）に移動する。次に（ｅ２）で出力・パ
ルス周波数・パルスデュティー・アシストガス圧などの
ピアシング条件を実行しながら点Ｐ（ａ，ｂ，ｃ）から
Ｏ（０，０，０）へ加工ヘッドが移動する。（ｅ３）で
はサイドノズルからエアーガスを噴射し、被加工物表面
に堆積している溶融・凝固金属を吹き飛ばす。（ｆ）で
は切断条件の出力・パルス周波数・パルスデュティー・
アシストガス圧などを実行しながら切断を行なう。な
お、上記動作内容において、（ｂ）加工条件の検出、
（ｃ）加工形状プログラムの読み込みなどの順序は指定
どおりでなくても本発明の効果に影響はない。（ｅ３）
のガス種はエアーでなくともコストの安価なガスであれ
ばどんな種類でもよい。また、アシストガスの噴射方向
は切断方向と特定の関係を持たせる必要はなくあらゆる
角度から行っても同等の効果が得られる。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （１）加工ヘッドを、レーザビームの集
    光点が被加工物表面から離れた位置でかつ上記被加工物
    表面上のピアシング点の真上と異なるピアシング開始位
    置に位置決めする工程、（２）上記ピアシング開始位置
    に位置決めされた上記加工ヘッドを上記ピアシング点へ
    近づけるときに、上記レーザビームの照射とアシストガ
    スの噴射とを行ないながら、上記加工ヘッドを上記被加
    工物表面に平行な移動方向と上記被加工物表面に垂直な
    移動方向とに同時に移動させることにより上記集光点を
    上記ピアシング点へ近づける工程、とを有することを特
    徴とするレーザ加工方法。
  2. 【請求項２】 レーザビームの光軸方向と異なる方向に
    ガスを噴出するサイドノズルを加工ヘッド先端に設け、
    ピアシング時もしくはピアシング終了後に加工物表面上
    のピアシング部に上記サイドノズルからガスを噴出する
    工程を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ
    加工方法。
  3. 【請求項３】 加工ヘッドをピアシング点へ近づけると
    きの軌跡の被加工物表面への投影が、ピアシング完了後
    の切断線と重ならないことを特徴とする請求項１または
    ２のいずれかに記載のレーザ加工方法。
  4. 【請求項４】 集光レーザビームの出射およびアシスト
    ガスの噴射をするための第１のノズルと、この第１のノ
    ズルの外周に上記第１のノズルを取り囲むように設けら
    れた第２のノズルを有する二重ノズルを用いて切断加工
    を行なうレーザ加工方法において、（１）加工ヘッド
    を、上記レーザビームの集光点が被加工物表面上のピア
    シング点から離れたピアシング開始位置に位置決めする
    工程、（２）上記ピアシング開始位置に位置決めされた
    上記加工ヘッドを上記ピアシング点へ近づけるときに、
    上記レーザビームの照射と上記第１のノズルからのみの
    酸素アシストガスの噴射を行ないながら、上記集光点を
    上記ピアシング点へと移動させる工程、（３）ピアシン
    グ完了後、上記第１のノズル及び上記第２のノズルから
    上記酸素アシストガスの噴射を行なう工程、とを有する
    ことを特徴とするレーザ加工方法。
  5. 【請求項５】 集光レーザビームの出射およびアシスト
    ガスの噴射をするための第１のノズルと、この第１のノ
    ズルの外周に上記第１のノズルを取り囲むように設けら
    れた第２のノズルを有する二重ノズルを用いて切断加工
    を行なうレーザ加工方法において、（１）加工ヘッド
    を、上記レーザビームの集光点を被加工物表面から離れ
    た位置でかつ上記被加工物表面上のピアシング点の真上
    と異なるピアシング開始位置に位置決めする工程、
    （２）上記ピアシング開始位置に位置決めされた上記加
    工ヘッドを上記ピアシング点へ近づけるときに、上記レ
    ーザビームの照射と上記第１のノズルからのみの酸素ア
    シストガスの噴射を行ないながら、上記加工ヘッドを上
    記ピアシング点へと上記被加工物表面に平行な方向と上
    記被加工物表面に垂直な方向とに同時に移動させること
    により上記集光点を上記ピアシング点へ近づける工程、
    （３）ピアシング完了後、上記第１のノズル及び上記第
    ２のノズルから酸素アシストガスの噴射を行なう工程、
    とを有することを特徴とするレーザ加工方法。
  6. 【請求項６】 ピアシング開始位置に位置決めされた加
    工ヘッドをピアシング点へ近づけるときに、レーザビー
    ムの照射と第１のノズルからのみの酸素アシストガスの
    噴射を行ないながら、集光点を上記ピアシング点へと近
    づける工程で、第２のノズルからはエアーもしくは窒素
    ガスの噴射を行ないながら、上記加工ヘッドを上記ピア
    シング点へ近づけることを特徴とする請求項４または５
    のいずれかに記載のレーザ加工方法。
  7. 【請求項７】 レーザビームを集光光学部品を用いて集
    光し被加工物に照射するとともに、アシストガスを加工
    点に噴射して上記被加工物の加工を行なうレーザ加工装
    置において、切断加工開始部の加工プログラムを先読み
    し、この切断加工開始部の切断方向を演算し、この切断
    方向と切断加工の開始点に関し一定の位置関係にあるピ
    アシング開始点を演算して求めるピアシング位置演算回
    路を有することを特徴とするレーザ加工装置。
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