JPH10277763A - Method and device for cutting steel plate by laser - Google Patents
Method and device for cutting steel plate by laserInfo
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- JPH10277763A JPH10277763A JP9088502A JP8850297A JPH10277763A JP H10277763 A JPH10277763 A JP H10277763A JP 9088502 A JP9088502 A JP 9088502A JP 8850297 A JP8850297 A JP 8850297A JP H10277763 A JPH10277763 A JP H10277763A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザによる鋼板
の切断技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for cutting a steel sheet by laser.
【０００２】[0002]
【従来の技術】鋼板を切断する方法の一つに、切断部に
レーザビームを集光照射して加熱溶融させて切断加工を
行うレーザ切断法がある。従来の切断法と比較してレー
ザ切断法は、切断面の精度が優れており、加工速度が速
く、熱影響部の深さも低減できるといった利点がある。2. Description of the Related Art One of the methods for cutting a steel sheet is a laser cutting method in which a laser beam is condensed and radiated onto a cutting portion to be heated and melted for cutting. Compared with the conventional cutting method, the laser cutting method has advantages in that the accuracy of the cut surface is excellent, the processing speed is high, and the depth of the heat affected zone can be reduced.
【０００３】特に厚み１０〜５０mmの厚鋼板を切断加工
する場合には、必要熱量よりも発振効率の高いＣＯ2 レ
ーザを用いると共に、アシストガスとしてＯ2 ガスを供
給して酸化発熱反応を促進することで、厚鋼板の切断加
工に必要な熱量を得る技術が知られている。[0003] In particular, when cutting a thick steel plate having a thickness of 10 to 50 mm, a CO 2 laser having an oscillation efficiency higher than the required calorie is used, and an O 2 gas is supplied as an assist gas to promote an oxidative heat generation reaction. Accordingly, a technique for obtaining a calorific value necessary for cutting a thick steel plate is known.
【０００４】さらに、アシストガスとして非常に高純度
の酸素ガスを用いて溶融池の酸化発熱を促進したり、溶
融物の粘性が低くなるように鋼板の成分を調整したりす
る方法、鋼板表面のスケール厚みを均一化したり、鋼板
の製造条件を限定して表面粗さを低減する等の方法（特
開平５−１１２８２１号公報、特開平７−４８６２２号
公報、特開平７−１５５９７５号公報）が提案されてい
るが、これらの技術においてはレーザ以外の要因を改善
することに重点が置かれていた。[0004] Furthermore, a method of promoting oxidation heat generation of a molten pool using an extremely high-purity oxygen gas as an assist gas, or adjusting a composition of a steel sheet so as to lower the viscosity of a molten material, Methods of reducing the surface roughness by making the scale thickness uniform or limiting the production conditions of the steel sheet (JP-A-5-112821, JP-A-7-48622, JP-A-7-155975) are known. Although proposed, these techniques have focused on improving factors other than lasers.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし前記公報記載の
技術は、鋼板にレーザ切断のための特殊な特性を付与す
るべく鋼の成分組成や製造条件を調整するものであり、
結果的に鋼板の製造コスト上昇は免れない。したがっ
て、このような鋼板に上述したような利点を有するレー
ザ切断法を適用しても、全体としてはメリットが少な
い。However, the technique described in the above publication is to adjust the composition of the steel and the production conditions so as to impart special properties for laser cutting to the steel sheet.
As a result, an increase in the manufacturing cost of the steel sheet is unavoidable. Therefore, even if the laser cutting method having the above-mentioned advantages is applied to such a steel sheet, there is little merit as a whole.
【０００６】また、レーザ切断加工においては高エネル
ギーのＣＯ2 レーザを用いるのが一般的であるが、鋼板
表面におけるレーザビームの吸収率も問題となる。図１
に、鋼板表面にレーザビームを照射した際の、レーザビ
ームの波長と鋼板表面におけるレーザビームの吸収率と
の関係を示す。図１に示すように、例えば波長１．０６
μｍのＹＡＧレーザでは吸収率が３０〜６０％である
が、波長１０．６μｍのＣＯ2 レーザでは吸収率が５〜
２０％と極めて低い。すなわち、高エネルギーのＣＯ2
レーザを鋼板表面に照射しても、図２に示すようにレー
ザビームの大部分は鋼板表面で反射してしまうのであ
る。In laser cutting, a high-energy CO 2 laser is generally used. However, the absorptance of a laser beam on the surface of a steel sheet also poses a problem. FIG.
Fig. 2 shows the relationship between the wavelength of the laser beam and the absorptivity of the laser beam on the surface of the steel sheet when the surface of the steel sheet is irradiated with the laser beam. As shown in FIG.
In the case of a μm YAG laser, the absorption is 30 to 60%, while in the case of a CO 2 laser having a wavelength of 10.6 μm, the absorption is 5 to 60%.
It is extremely low at 20%. That is, high energy CO 2
Even if the laser is irradiated on the surface of the steel plate, most of the laser beam is reflected on the surface of the steel plate as shown in FIG.
【０００７】本発明は、以上のような従来技術の問題点
に鑑み、被加工物である鋼板に特殊な特性を付与するこ
となく、既存の鋼板にそのまま適用できる汎用性の高い
レーザ切断法であって、しかも被加工物のレーザエネル
ギー吸収率が高い鋼板のレーザ切断法および装置を提供
するものである。[0007] In view of the above problems of the prior art, the present invention provides a highly versatile laser cutting method that can be applied to existing steel sheets without imparting special properties to the steel sheet to be processed. Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for laser cutting a steel plate having a high laser energy absorption rate of a workpiece.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の通りで
ある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is as follows.
【０００９】（１）レーザ照射位置を切断線に沿って移
動しながら、レーザビームを鋼板に照射して切断部を加
熱溶融し、鋼板をレーザ切断する方法において、先ず溝
形成レーザを切断部に照射して切断部に溝を形成し、次
いで前記溝に切断レーザを照射して鋼板を切断すること
を特徴とする鋼板のレーザ切断方法。(1) In a method of irradiating a laser beam to a steel sheet to heat and melt a cut portion while moving a laser irradiation position along a cutting line and laser cutting the steel plate, first, a groove forming laser is applied to the cut portion. A laser cutting method for a steel sheet, comprising irradiating a groove in a cut portion by irradiating the groove, and then irradiating the groove with a cutting laser to cut the steel sheet.
【００１０】（２）切断レーザにＣＯ2 レーザを用いた
ことを特徴とする前記（１）記載の鋼板のレーザ切断方
法。(2) The laser cutting method for a steel sheet according to the above (1), wherein a CO 2 laser is used as the cutting laser.
【００１１】（３）溝形成レーザの形成する溝の幅が、
鋼板表面における切断レーザ集光径の１．０〜１．５倍
であり、溝形成レーザの形成する溝の深さが鋼板表面か
ら０．０５〜０．２mmであることを特徴とする前記
（１）又は（２）記載の鋼板のレーザ切断方法。(3) Groove formation The width of the groove formed by the laser is
Wherein the depth of the groove formed by the groove forming laser is 0.05 to 0.2 mm from the surface of the steel sheet, which is 1.0 to 1.5 times the focused diameter of the cutting laser on the surface of the steel sheet. The laser cutting method for a steel sheet according to 1) or 2).
【００１２】（４）溝形成レーザにパルスレーザを用
い、パルスエネルギーを一定にし、溝が切断部に沿って
連続して形成されるように、切断速度に合わせてパルス
繰り返し周波数を制御することを特徴とする前記
（１）、（２）又は（３）記載の鋼板のレーザ切断方
法。(4) To control the pulse repetition frequency in accordance with the cutting speed so that a pulse laser is used as the groove forming laser, the pulse energy is kept constant, and the groove is formed continuously along the cut portion. The laser cutting method for a steel sheet according to the above (1), (2) or (3), wherein
【００１３】（５）切断レーザを発生させる切断レーザ
発振器と、切断部に溝を形成する溝形成レーザを発生さ
せる溝形成レーザ発振器と、前記レーザ発振器からの切
断及び溝形成レーザを伝送するレーザ伝送手段と、前記
レーザ伝送手段からの切断及び溝形成レーザの双方を鋼
板の切断部に照射する加工ヘッドと、切断及び溝形成レ
ーザの照射位置が切断線に沿って移動するように加工ヘ
ッド又は被加工物を移動する駆動手段とを備え、加工ヘ
ッドが溝形成レーザを照射する位置が切断レーザを照射
する位置よりもレーザ照射位置移動方向前方である鋼板
のレーザ切断装置。(5) A cutting laser oscillator for generating a cutting laser, a groove forming laser oscillator for generating a groove forming laser for forming a groove in a cutting portion, and a laser transmission for transmitting the cutting and groove forming laser from the laser oscillator. Means, a processing head for irradiating the cutting portion of the steel sheet with both the cutting and groove forming laser from the laser transmission means, and a processing head or a cover such that the irradiation position of the cutting and groove forming laser moves along the cutting line. A laser cutting apparatus for a steel sheet, comprising: driving means for moving a workpiece, wherein a position at which the processing head irradiates the groove forming laser is ahead of a position at which the cutting laser is radiated, in a laser irradiation position moving direction.
【００１４】（６）加工ヘッド上に設けられた単一の集
光レンズによって、切断レーザと溝形成レーザとを厚鋼
板表面にそれぞれ集光照射することを特徴とする前記
（５）記載の鋼板のレーザ切断装置。(6) The steel plate according to (5), wherein the cutting laser and the groove forming laser are respectively condensed and irradiated on the surface of the thick steel plate by a single condensing lens provided on the processing head. Laser cutting equipment.
【００１５】本発明が切断加工の対象とする鋼板は、主
として厚鋼板であり、特に板厚１０mm以上の厚鋼板の切
断加工において顕著な効果を奏するものである。上記鋼
板は、通常圧延ままの状態で切断加工に供される。The steel sheet to be cut by the present invention is mainly a thick steel sheet, and has a remarkable effect particularly in cutting a thick steel sheet having a thickness of 10 mm or more. The steel sheet is usually subjected to a cutting process in an as-rolled state.
【００１６】このような鋼板の切断には、高出力のＣＯ
2 レーザを用い、Ｏ2 ガスをアシストガスとして併用す
ることが一般的であった。しかし、図１に示すようにＣ
Ｏ2レーザ（波長１０．６μｍ）の吸収率は極めて低
く、レーザエネルギーのごく一部だけしか切断加工に利
用することができなかった。For cutting such a steel plate, a high-output CO
It has been common practice to use two lasers together with O 2 gas as an assist gas. However, as shown in FIG.
The absorptance of the O 2 laser (wavelength 10.6 μm) was extremely low, and only a small part of the laser energy could be used for cutting.
【００１７】そこで本発明では、先ず溝形成レーザを切
断部に照射して切断部に溝を形成し、次いで前記溝に切
断レーザを照射するようにした。本発明による鋼板表面
の切断レーザ照射部を図３に模式的に示す。図３に示す
ように、本発明法では切断レーザ５は溝１５の中に照射
されるため、切断レーザ５は溝１５の内部で多重反射さ
れる。したがって、図２に示したように鋼板表面で反射
したレーザがそのまま発散する従来例に比べると、本発
明法は切断レーザエネルギーの吸収率が高い。Therefore, in the present invention, first, a groove forming laser is applied to the cutting portion to form a groove in the cutting portion, and then the cutting laser is applied to the groove. FIG. 3 schematically shows a cutting laser irradiation section of the steel sheet surface according to the present invention. As shown in FIG. 3, in the method of the present invention, since the cutting laser 5 is irradiated into the groove 15, the cutting laser 5 is multiple-reflected inside the groove 15. Therefore, as compared with the conventional example in which the laser reflected on the steel plate surface diverges as shown in FIG. 2, the method of the present invention has a higher absorptivity of the cutting laser energy.
【００１８】本発明は、鋼板表面での吸収率が低い切断
レーザを用いて行う切断加工において、切断レーザの吸
収率を高める効果を奏する。したがって、出力は高いが
吸収率の低いレーザ、例えばＣＯ2 レーザを切断レーザ
として用いる場合に本発明の効果は特に高い。The present invention has the effect of increasing the absorptivity of the cutting laser in the cutting work performed by using the cutting laser having a low absorptance on the steel sheet surface. Therefore, the effect of the present invention is particularly high when a laser having a high output but a low absorption rate, for example, a CO 2 laser is used as a cutting laser.
【００１９】本発明では、図３に示すように切断レーザ
５を溝１５の内部で多重反射させることでレーザの吸収
率を向上させるものである。したがって、溝１５の幅は
鋼板表面における切断レーザ集光径の１．０〜１．５倍
とすることが好ましい。溝の幅が切断レーザ集光径の
１．０倍未満では多重反射の影響が小さいため本発明の
効果が十分に得られず、溝の幅を切断レーザ集光径の
１．５倍超としては多重反射現象が期待できないためで
ある。また、溝１５の深さは鋼板表面から０．０５〜
０．２mmとすることが好ましい。０．０５mm未満では多
重反射によるレーザ吸収率の向上が十分でなく、０．２
mm超としても効果が飽和するためである。In the present invention, as shown in FIG. 3, the cutting laser 5 is subjected to multiple reflection inside the groove 15, thereby improving the laser absorptance. Therefore, it is preferable that the width of the groove 15 be 1.0 to 1.5 times the diameter of the focused laser beam on the steel sheet surface. If the width of the groove is less than 1.0 times the diameter of the cut laser beam, the effect of the present invention cannot be sufficiently obtained because the effect of multiple reflection is small, and the width of the groove is set to more than 1.5 times the diameter of the cut laser beam. This is because the multiple reflection phenomenon cannot be expected. The depth of the groove 15 is 0.05 to
Preferably, it is 0.2 mm. If the thickness is less than 0.05 mm, the improvement in laser absorptance due to multiple reflection is not sufficient,
This is because the effect is saturated even if it exceeds mm.
【００２０】本発明は、溝形成レーザを特に限定するも
のではないが、鋼板表面での吸収率が高い短波長のレー
ザを用いることはエネルギー効率の面から好ましいであ
ろう。また溝形成レーザには、ピークパワーの高いパル
スレーザを用いるとよい。その理由は、被照射材の局部
を選択的に高速に蒸発させる必要があり、レーザビーム
としては高エネルギー密度とするためである。エネルギ
ー密度が低いと熱拡散部分が広がり、溝形成での深さが
浅くなり、溝幅の変動が大きくなる。具体的には、例え
ばピーク出力５〜５０ｋＷ程度のＣＯ2 パルスレーザや
ＹＡＧパルスレーザを用いるとよい。Although the present invention does not particularly limit the groove forming laser, it is preferable from the viewpoint of energy efficiency to use a short-wavelength laser having a high absorptivity on the steel sheet surface. As the groove forming laser, a pulse laser having a high peak power is preferably used. The reason is that it is necessary to selectively evaporate a local portion of the irradiation target material at a high speed, and the laser beam has a high energy density. When the energy density is low, the heat diffusion portion spreads, the depth in forming the groove becomes shallow, and the fluctuation of the groove width increases. Specifically, for example, a CO 2 pulse laser or a YAG pulse laser having a peak output of about 5 to 50 kW may be used.
【００２１】そして、本発明で溝形成レーザにパルスレ
ーザを用いる場合には、パルスエネルギーを一定にし、
溝が切断線に沿って連続するように、切断速度に合わせ
てパルス繰り返し周波数を制御するとよい。溝が断続的
であると、切断レーザの吸収率が不安定となり、安定し
た切断加工が困難になるおそれがあるからである。When a pulse laser is used as the groove forming laser in the present invention, the pulse energy is kept constant,
The pulse repetition frequency may be controlled in accordance with the cutting speed so that the grooves are continuous along the cutting line. If the grooves are intermittent, the absorptance of the cutting laser becomes unstable, and stable cutting may be difficult.
【００２２】本発明のレーザ切断装置は、切断レーザ発
振器と溝形成レーザ発振器とを備え、加工ヘッドが切断
レーザと溝形成レーザとの双方を鋼板表面の被加工部に
集光照射する構成となっており、溝形成レーザの照射位
置を切断レーザの照射位置よりも先行させることで、溝
形成とレーザ切断加工を連続的に行うものである。The laser cutting apparatus according to the present invention includes a cutting laser oscillator and a groove forming laser oscillator, and the processing head condenses and irradiates both the cutting laser and the groove forming laser to a portion to be processed on the surface of the steel sheet. The irradiation position of the groove forming laser precedes the irradiation position of the cutting laser, so that the groove formation and laser cutting are performed continuously.
【００２３】本発明の装置によれば、溝形成レーザによ
って溝を形成してから切断レーザの照射を行うため、切
断レーザの吸収率が高く、効率よくレーザ切断加工を行
うことができる。また、レーザ切断工程と同一の工程で
溝形成が可能なため、レーザ切断の前に溝形成工程を別
に設ける必要もない。さらに本発明の装置によれば、切
断レーザを照射する加工ヘッドと、レーザを照射する加
工ヘッドとが一体であるため、加工ヘッド駆動機構等の
複雑・大型化をもたらすこともない。According to the apparatus of the present invention, since the cutting laser is irradiated after forming the groove by the groove forming laser, the absorptance of the cutting laser is high and the laser cutting can be performed efficiently. Further, since grooves can be formed in the same step as the laser cutting step, there is no need to separately provide a groove forming step before laser cutting. Further, according to the apparatus of the present invention, the processing head for irradiating the cutting laser and the processing head for irradiating the laser are integrated, so that the processing head drive mechanism and the like do not become complicated and large.
【００２４】また、溝形成レーザの照射後、直ちに切断
レーザを照射するため、鋼板表面の温度上昇により切断
レーザ吸収率がさらに向上するという効果もある。Further, since the cutting laser is irradiated immediately after the irradiation of the groove forming laser, there is an effect that the cutting laser absorptivity is further improved by the temperature rise of the steel sheet surface.
【００２５】切断レーザの集光・照射と、溝形成レーザ
の集光・照射とは、同じ集光レンズを用いて行うように
してもよい。このような場合には、両レーザが集光レン
ズに入射する角度を変えることで、レーザの集光位置を
調整することができる。The focusing and irradiation of the cutting laser and the focusing and irradiation of the groove forming laser may be performed using the same focusing lens. In such a case, the laser focusing position can be adjusted by changing the angle at which both lasers enter the focusing lens.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図４は、本発明法の概略斜視図である。図４にお
いて、１は被加工物である鋼板、５は切断レーザ、７は
溝形成レーザ、９はアシストガスノズル、１５は溝形成
レーザによって形成された溝をそれぞれ示している。Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 4 is a schematic perspective view of the method of the present invention. 4, reference numeral 1 denotes a steel plate as a workpiece, 5 denotes a cutting laser, 7 denotes a groove forming laser, 9 denotes an assist gas nozzle, and 15 denotes a groove formed by the groove forming laser.
【００２７】切断レーザ５としては、例えば５〜２５ｋ
Ｗ出力の連続波ＣＯ2 レーザを用いる。このようなレー
ザは、発振器出側でのビーム径が通常２０〜７０mmであ
り、これを加工ヘッドの集光光学系で鋼板表面に０．２
〜０．６mm径に集光することで、鋼板表面における切断
レーザ集光部１１でのパワー密度は１０〜１８ＭＷ／ｃ
ｍ2 となる。As the cutting laser 5, for example, 5 to 25 k
A W output continuous wave CO 2 laser is used. Such a laser usually has a beam diameter on the exit side of the oscillator of 20 to 70 mm, and the laser beam is condensed on the surface of the steel sheet by a condensing optical system of a processing head.
By condensing to a diameter of ~ 0.6 mm, the power density at the cutting laser condensing part 11 on the surface of the steel plate is 10 to 18 MW / c.
m 2 .
【００２８】一方、溝形成レーザ７としては、例えばピ
ーク出力１０〜５０ｋＷのＣＯ2 レーザを用いる。この
ようなレーザは、発振器出側でのビーム径１０〜３０m
m、これを０．２〜０．４mm径に集光することで、溝形
成レーザのパワー密度は３０〜４０ＭＷ／ｃｍ2 とな
る。On the other hand, as the groove forming laser 7, for example, a CO 2 laser having a peak output of 10 to 50 kW is used. Such a laser has a beam diameter of 10 to 30 m on the exit side of the oscillator.
m, by condensing this to a diameter of 0.2 to 0.4 mm, the power density of the groove forming laser becomes 30 to 40 MW / cm 2 .
【００２９】これらのレーザを鋼板切断部の表面に集光
すると共に、加工ヘッド又は被加工物を移動する駆動手
段によってレーザ照射位置を切断線に沿って移動させ
る。なお、この図面では鋼板１を矢印方向に搬送するこ
とで切断加工を行う例を示している。ここで、レーザ照
射位置の鋼板に対する移動速度としては、１〜１００
（ｍ/min）とするのが好ましい。これは厚板製造ライン
の通板速度に匹敵し、ラインの生産能力を最大限に発揮
することができる。These lasers are focused on the surface of the steel plate cutting portion, and the laser irradiation position is moved along the cutting line by a driving means for moving the processing head or the workpiece. Note that this drawing shows an example in which the steel sheet 1 is conveyed in the direction of the arrow to perform cutting. Here, the moving speed of the laser irradiation position with respect to the steel plate is 1 to 100
(M / min). This is comparable to the threading speed of the thick plate production line, and can maximize the production capacity of the line.
【００３０】鋼板１の表面に切断レーザ５を直接照射し
ても、ＣＯ2 レーザのような長波長レーザは鋼板表面で
の吸収率が悪い。これに対して本発明は、溝１５の内部
に切断レーザ５を照射することで、溝１５の内部で切断
レーザ５を多重反射させて吸収率を向上させるものであ
る。Even if the cutting laser 5 is directly applied to the surface of the steel sheet 1, a long-wavelength laser such as a CO 2 laser has a poor absorption rate on the steel sheet surface. On the other hand, in the present invention, the cutting laser 5 is irradiated inside the groove 15 so that the cutting laser 5 is multiple-reflected inside the groove 15 to improve the absorptance.
【００３１】また図４には、アシストガスノズル９を用
いてアシストガスを供給する場合を例示しているが、ア
シストガスとしてはＯ2 ガスを主成分とするガスを用い
ることが好ましい。アシストガスは、図４に示すように
加工方向前方から後方に向かうように供給する。なお、
アシストガスにＯ2 ガスを用いると、切断面に酸化物が
残留する場合がある。これを防ぐためにはアシストガス
にＯ2 を含有しないガスを用いればよいが、このように
すると溶融金属の酸化発熱は期待できないため、より高
出力の切断レーザを用いる必要がある。FIG. 4 shows a case in which the assist gas is supplied by using the assist gas nozzle 9, but it is preferable to use a gas mainly composed of O 2 gas as the assist gas. The assist gas is supplied from the front to the rear in the processing direction as shown in FIG. In addition,
When an O 2 gas is used as the assist gas, an oxide may remain on the cut surface. In order to prevent this, a gas containing no O 2 may be used as the assist gas. However, in this case, heat generated by oxidization of the molten metal cannot be expected. Therefore, it is necessary to use a higher output cutting laser.
【００３２】図５は、単一の集光レンズによって、切断
レーザと溝形成レーザとを鋼板表面に集光照射する方法
を示す図面である。図５において、Ｌ1 は切断レーザ５
の中心線、Ｌ2 は溝形成レーザ７の中心線、２１は集光
レンズ、Ｌ0 は集光レンズの光軸、２３はビーム合成
器、２５，２７はミラーである。ここで、ミラー２５に
入射した切断レーザ５は反射されてビーム合成器２５に
伝送され、溝形成レーザ７も同様にしてビーム合成器２
５に伝送される。FIG. 5 is a drawing showing a method of condensing and irradiating a cutting laser and a groove forming laser on the surface of a steel sheet by a single condensing lens. In FIG. 5, L 1 is a cutting laser 5.
Centerline, L 2 is the center line of the groove forming the laser 7, 21 a condenser lens, L 0 is the optical axis of the condensing lens 23 is a beam combiner, 25 and 27 are mirror. Here, the cutting laser 5 incident on the mirror 25 is reflected and transmitted to the beam combiner 25, and the groove forming laser 7 is similarly processed by the beam combiner 2.
5 is transmitted.
【００３３】この際、ビーム合成器２３出側において、
切断レーザ５の中心線Ｌ1 と溝形成レーザ７の中心線Ｌ
2 とが光軸Ｌ0 と平行になるように設定したミラー２
５，２７の位置を基準の位置として、この位置からミラ
ー２５，２７をそれぞれ矢印の方向にθ1 ，θ2 だけ軸
３１，３３を中心として回転させれば、両レーザは光軸
Ｌ0 と平行でなくなり、両レーザの集光位置が集光レン
ズ２１の焦点位置からずれる。θ1 ，θ2 を適宜調整す
ることで、溝形成レーザ集光部１３と切断レーザ集光部
１１との間に間隔を持たせて鋼板表面に集光することが
できる。At this time, on the exit side of the beam combiner 23,
The center line L 1 of the cutting laser 5 and the center line L of the groove forming laser 7
Mirror 2 2 and is set to be parallel to the optical axis L 0
If the mirrors 25 and 27 are rotated around the axes 31 and 33 by θ 1 and θ 2 in the directions of the arrows from the positions of the mirrors 25 and 27 in the directions indicated by the arrows, respectively, the lasers are positioned at the optical axis L 0 . As a result, the focusing positions of both lasers are shifted from the focal position of the focusing lens 21. By appropriately adjusting θ 1 and θ 2 , light can be condensed on the surface of the steel plate with an interval between the grooved laser condensing section 13 and the cutting laser condensing section 11.
【００３４】[0034]
【実施例】図６は、本発明のレーザ切断装置の一実施例
を示す図面である。この複合レーザ切断装置は、主とし
て切断レーザ発振器４２、溝形成レーザ発振器４３、切
断レーザ伝送光学系４５、溝形成レーザ伝送光学系４
７、加工ヘッド４９、鋼板搬送装置４１からなってい
る。FIG. 6 is a drawing showing an embodiment of the laser cutting apparatus of the present invention. This composite laser cutting apparatus mainly includes a cutting laser oscillator 42, a groove forming laser oscillator 43, a cutting laser transmission optical system 45, and a groove forming laser transmission optical system 4.
7, a processing head 49 and a steel plate transporting device 41.
【００３５】切断レーザ発振器４２は、出力１０ｋＷ、
強度分布ドーナツモードのcwＣＯ2レーザであり、レー
ザ出側におけるビーム径は６０mmである。溝形成レーザ
発振器４３は平均出力１ｋＷ、パルスエネルギー１００
ｍＪ、繰り返し周波数１０ｋＨｚ、強度分布ドーナツモ
ードのＱスイッチＣＯ2 レーザであり、レーザ出側にお
けるビーム径は２０mmである。The cutting laser oscillator 42 has an output of 10 kW,
This is a cwCO 2 laser in the intensity distribution donut mode, and the beam diameter on the laser output side is 60 mm. The groove forming laser oscillator 43 has an average output of 1 kW and a pulse energy of 100.
This is a Q-switched CO 2 laser of mJ, a repetition frequency of 10 kHz, and an intensity distribution donut mode, and the beam diameter on the laser exit side is 20 mm.
【００３６】切断レーザ発振器４２から出射された切断
レーザ５は、ミラー２４，２５よりなる切断レーザ伝送
光学系４５によって、ビーム合成器２３に伝送される。
溝形成レーザ発振器４２から出射された溝形成レーザ５
も、同様にミラー２４，２５よりなる溝形成レーザ伝送
光学系４７によって、ビーム合成器２３に伝送される。The cutting laser 5 emitted from the cutting laser oscillator 42 is transmitted to the beam combiner 23 by a cutting laser transmission optical system 45 composed of mirrors 24 and 25.
Groove forming laser 5 emitted from groove forming laser oscillator 42
Is also transmitted to the beam combiner 23 by the groove forming laser transmission optical system 47 including the mirrors 24 and 25.
【００３７】ビーム合成器２３は２枚のミラーを備えて
おり、これらのミラーで入射した切断レーザ５及び溝形
成レーザ７を加工ヘッド４９に設けられた集光レンズ２
１に向けて反射・伝送する。この際、ミラー２５，２７
を調整して、切断レーザ５は集光レンズ２１の光軸と平
行になるようにし、溝形成レーザ７は集光レンズ２１の
光軸に対してθ＝７°の角度を持たせるようにする。な
お、θは図４のθ2 として定義した角度をいうものとす
る。ビーム合成器２３から出射した切断レーザ５と溝形
成レーザ７とは、加工ヘッド４９上に設けられた集光レ
ンズ２１に入射し、鋼板１の表面に照射される。The beam synthesizer 23 has two mirrors. The cutting laser 5 and the groove forming laser 7 incident on these mirrors are focused on the focusing lens 2 provided on the processing head 49.
Reflect and transmit toward 1. At this time, mirrors 25 and 27
Is adjusted so that the cutting laser 5 is parallel to the optical axis of the condenser lens 21 and the groove forming laser 7 has an angle of θ = 7 ° with respect to the optical axis of the condenser lens 21. . Note that θ refers to the angle defined as θ 2 in FIG. The cutting laser 5 and the groove forming laser 7 emitted from the beam combiner 23 enter the condenser lens 21 provided on the processing head 49 and irradiate the surface of the steel plate 1.
【００３８】集光レンズ２１は、焦点距離１２７mmのＺ
ｎＳｅレンズであり、集光レンズ２１から鋼板１表面ま
での距離は、１２７mmである。切断レーザ５は集光レン
ズ２１の光軸と平行なため、切断レーザ集光部１１は集
光レンズ２１の焦点位置であり、集光ビーム径は４００
μｍである。一方、溝形成レーザ７は集光レンズ２１の
光軸に対してθ＝７°傾いているため、焦点位置から１
６mmずれて鋼板１に集光され、そのビーム径は１００×
１２０μｍである。The condenser lens 21 has a focal length of 127 mm.
The distance from the condenser lens 21 to the surface of the steel plate 1 is 127 mm. Since the cutting laser 5 is parallel to the optical axis of the condensing lens 21, the cutting laser condensing section 11 is at the focal position of the condensing lens 21, and the condensed beam diameter is 400
μm. On the other hand, since the groove forming laser 7 is inclined by θ = 7 ° with respect to the optical axis of the condenser lens 21, the groove forming laser 7 is shifted from the focal position by 1 °.
It is focused on the steel plate 1 with a shift of 6 mm, and its beam diameter is 100 ×
120 μm.
【００３９】加工ヘッド４９にはガス供給口３３が設け
られており、図示しないガス供給装置から酸素ガスを供
給する。The processing head 49 is provided with a gas supply port 33, and supplies oxygen gas from a gas supply device (not shown).
【００４０】加工ヘッド４９の加工進行方向手前側に
は、アシストガスノズル９が設けられている。アシスト
ガスノズル３５には、図示しないアシストガス供給装置
が接続されており、アシストガスである９９％Ｏ2 ガス
をレーザ照射位置に５０°の角度をもって吹き付けるこ
とができる。An assist gas nozzle 9 is provided on the front side of the processing head 49 in the processing direction. An assist gas supply device (not shown) is connected to the assist gas nozzle 35, and 99% O 2 gas, which is an assist gas, can be blown at a laser irradiation position at an angle of 50 °.
【００４１】以上のようにして鋼板１の表面に切断レー
ザ５と溝形成レーザ７とを、１６mmの間隔で照射する。
ここで鋼板１は、鋼板搬送装置４１によって図７の矢印
方向に搬送されるため、鋼板１の表面では先ず溝形成レ
ーザ７によって幅１２０μｍ、深さ０．１mmの溝１５が
形成され、切断レーザ５は溝１５内に照射される。した
がって、切断レーザ５は溝１５内部で多重反射して高い
吸収率をもって鋼板の切断加工に供される。また、レー
ザの吸収率が安定しているため、レーザ切断をより高精
度に行うことができる。As described above, the surface of the steel plate 1 is irradiated with the cutting laser 5 and the groove forming laser 7 at an interval of 16 mm.
Here, since the steel sheet 1 is conveyed in the direction of the arrow in FIG. 7 by the steel sheet conveying device 41, first, a groove 15 having a width of 120 μm and a depth of 0.1 mm is formed on the surface of the steel sheet 1 by the groove forming laser 7. 5 is irradiated into the groove 15. Therefore, the cutting laser 5 is subjected to multiple reflection inside the groove 15 and is provided with a high absorptance for cutting the steel sheet. Further, since the laser absorptivity is stable, laser cutting can be performed with higher accuracy.
【００４２】以上のように構成された装置によって、鋼
板搬送装置４１の鋼板搬送速度を５ｍ／min として厚さ
２０mmの普通鋼の切断を行ったところ、切断加工の直線
度は１／１０００００mmであった。When the steel sheet conveying device 41 cuts a 20 mm-thick ordinary steel sheet at a conveying speed of 5 m / min using the above-configured apparatus, the linearity of the cutting process is 1/100000 mm. Was.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、被加工材に特別な処理を施すことなく、従来の鋼
板に対応可能であって、かつ高エネルギーレーザの被加
工物への吸収率が高いため、レーザ加工の有利な点を十
分に生かしたレーザ切断加工が実現できる。As described above in detail, according to the present invention, it is possible to cope with a conventional steel plate and to apply a high energy laser to a workpiece without performing any special treatment on the workpiece. Laser absorptance is high, so that laser cutting can be realized by making full use of the advantages of laser processing.
【図１】レーザビームの波長と鋼板表面におけるレーザ
ビームの吸収率との関係を示す図表である。FIG. 1 is a chart showing the relationship between the wavelength of a laser beam and the absorptivity of the laser beam on the steel sheet surface.
【図２】高エネルギーのＣＯ2 レーザを鋼板表面に照射
した際の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram when a surface of a steel sheet is irradiated with a high energy CO 2 laser.
【図３】本発明による鋼板表面における切断レーザ照射
部の模式図である。FIG. 3 is a schematic view of a cutting laser irradiation section on the surface of a steel sheet according to the present invention.
【図４】本発明法の概略斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view of the method of the present invention.
【図５】単一の集光レンズによって、切断レーザと溝形
成レーザとを鋼板表面に集光照射する方法を示す図面で
ある。FIG. 5 is a view showing a method of converging and irradiating a cutting laser and a groove forming laser on a steel sheet surface by a single condenser lens.
【図６】本発明の複合レーザ切断装置の一実施例を示す
図面である。FIG. 6 is a view showing an embodiment of a composite laser cutting device according to the present invention.
Ｌ0 集光レンズの光軸 Ｌ1 切断レーザの中心線 Ｌ2 溝形成レーザの中心線 １ 鋼板 ３ スケール ５ 切断レーザ ７ 溝形成レーザ ９ アシストガスノズル １１ 切断レーザ集光部 １３ 溝形成レーザ集光部 １５ 溝 １７ 被切断部 ２１ 集光レンズ ２３ ビーム合成器 ２４，２５，２６，２７ ミラー ３１ ケーシング ３３ ガス供給口 ４１ 鋼板搬送装置 ４２ 切断レーザ発振器 ４３ 溝形成レーザ発振器 ４５ 切断レーザ伝送光学系 ４７ 溝形成レーザ伝送光学系 ４９ 加工ヘッドL 0 Optical axis of focusing lens L 1 Center line of cutting laser L 2 Center line of groove forming laser 1 Steel plate 3 Scale 5 Cutting laser 7 Groove forming laser 9 Assist gas nozzle 11 Cutting laser focusing section 13 Groove forming laser focusing section REFERENCE SIGNS LIST 15 groove 17 section to be cut 21 condensing lens 23 beam combiner 24, 25, 26, 27 mirror 31 casing 33 gas supply port 41 steel plate transport device 42 cutting laser oscillator 43 groove forming laser oscillator 45 cutting laser transmission optical system 47 groove forming Laser transmission optical system 49 Processing head
Claims (6)
ながら、レーザビームを鋼板に照射して切断部を加熱溶
融し、鋼板をレーザ切断する方法において、先ず溝形成
レーザを切断部に照射して切断部に溝を形成し、次いで
前記溝に切断レーザを照射して鋼板を切断することを特
徴とする鋼板のレーザ切断方法。In a method of irradiating a steel beam with a laser beam while moving a laser irradiation position along a cutting line to heat and melt a cut portion and laser cutting the steel plate, first, a groove forming laser is irradiated to the cut portion. Forming a groove in the cut portion, and then irradiating the groove with a cutting laser to cut the steel sheet.
を特徴とする請求項１記載の鋼板のレーザ切断方法。2. The method according to claim 1, wherein a CO 2 laser is used as the cutting laser.
表面における切断レーザ集光径の１．０〜１．５倍であ
り、溝形成レーザの形成する溝の深さが鋼板表面から
０．０５〜０．２mmであることを特徴とする請求項１又
は２記載の鋼板のレーザ切断方法。3. The width of a groove formed by a groove forming laser is 1.0 to 1.5 times the focused diameter of the cutting laser on the steel sheet surface, and the depth of the groove formed by the groove forming laser is from the steel sheet surface. 3. The laser cutting method for a steel sheet according to claim 1, wherein the thickness is 0.05 to 0.2 mm.
ルスエネルギーを一定にし、溝が切断部に沿って連続し
て形成されるように、切断速度に合わせてパルス繰り返
し周波数を制御することを特徴とする請求項１、２又は
３記載の鋼板のレーザ切断方法。4. A pulse laser is used as a groove forming laser, a pulse energy is kept constant, and a pulse repetition frequency is controlled in accordance with a cutting speed so that grooves are continuously formed along a cutting portion. The method for laser cutting a steel sheet according to claim 1, 2 or 3.
器と、切断部に溝を形成する溝形成レーザを発生させる
溝形成レーザ発振器と、前記レーザ発振器からの切断及
び溝形成レーザを伝送するレーザ伝送手段と、前記レー
ザ伝送手段からの切断及び溝形成レーザの双方を鋼板の
切断部に照射する加工ヘッドと、切断及び溝形成レーザ
の照射位置が切断線に沿って移動するように加工ヘッド
又は被加工物を移動する駆動手段とを備え、加工ヘッド
が溝形成レーザを照射する位置が切断レーザを照射する
位置よりもレーザ照射位置移動方向前方である鋼板のレ
ーザ切断装置。5. A cutting laser oscillator for generating a cutting laser, a groove forming laser oscillator for generating a groove forming laser for forming a groove in a cutting portion, and a laser transmitting means for transmitting a cutting and groove forming laser from the laser oscillator. And a processing head for irradiating the cutting portion of the steel sheet with both the cutting and groove forming laser from the laser transmission means, and a processing head or a workpiece so that the irradiation position of the cutting and groove forming laser moves along the cutting line. A laser cutting device for a steel sheet, comprising: a driving unit for moving an object; and a position at which the processing head irradiates the groove forming laser is located ahead of a position at which the cutting laser is radiated, in a laser irradiation position moving direction.
ンズによって、切断レーザと溝形成レーザとを厚鋼板表
面にそれぞれ集光照射することを特徴とする請求項５記
載の鋼板のレーザ切断装置。6. The laser for a steel sheet according to claim 5, wherein a cutting laser and a groove forming laser are respectively condensed and irradiated on the surface of the steel plate by a single condenser lens provided on the processing head. Cutting device.
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|---|---|---|---|
| JP08850297A JP3436861B2 (en) | 1997-04-07 | 1997-04-07 | Laser cutting method and apparatus for steel sheet |
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-
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- 1997-04-07 JP JP08850297A patent/JP3436861B2/en not_active Expired - Fee Related
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