JPH11784A - Laser beam machine - Google Patents
Laser beam machineInfo
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- JPH11784A JPH11784A JP9153244A JP15324497A JPH11784A JP H11784 A JPH11784 A JP H11784A JP 9153244 A JP9153244 A JP 9153244A JP 15324497 A JP15324497 A JP 15324497A JP H11784 A JPH11784 A JP H11784A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ加工装置
に係り、更に詳しくは、レーザビームを被加工物上で走
査させながら加工を行うレーザ加工装置に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus, and more particularly, to a laser processing apparatus that performs processing while scanning a workpiece with a laser beam.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、被加工物を加工線に沿って切
断したり、穴開けあるいは焼き入れ等の熱加工処理を施
す際に、レーザビームを用いたレーザ加工装置が使用さ
れている。2. Description of the Related Art Conventionally, a laser processing apparatus using a laser beam has been used when performing thermal processing such as cutting, drilling, or quenching a workpiece along a processing line.
【0003】この種のレーザ加工装置に用いられるレー
ザビームは、レーザ発振器を使って出力される指向性の
良いコヒーレントな光であるため、レンズなどで集光さ
せるとレーザ光の波長程度まで小さく絞れることから、
非常にエネルギー密度の高い微小熱源を得ることができ
る。A laser beam used in this type of laser processing apparatus is coherent light having good directivity and output using a laser oscillator. Therefore, when condensed by a lens or the like, the laser beam can be narrowed down to about the wavelength of the laser light. From that
A very small heat source having a high energy density can be obtained.
【0004】このため、この微小熱源を被加工物の表面
に照射すると、照射された材料の局部が瞬間的に昇温し
て、溶熱蒸発させて穴開けしたり、切断したり、また、
溶接や焼き入れ等の熱加工を行うことができる。これら
のレーザ熱加工は、材料や加工内容に合わせて加工エネ
ルギー密度と照射時間等を調節することにより行われて
いる。For this reason, when the surface of the workpiece is irradiated with the minute heat source, the temperature of a local portion of the irradiated material is instantaneously increased, and the material is heated and evaporated to form a hole or cut.
Thermal processing such as welding and quenching can be performed. These laser thermal processings are performed by adjusting the processing energy density, the irradiation time, and the like according to the material and the processing content.
【0005】例えば、図8には、従来におけるレーザ加
工装置70の概略構成を示すブロック図が示され、図に
おいて、レーザ加工装置70は、レーザビームLBを発
生させるビーム発生部72と、そのレーザビームLBを
走査させて被加工物96の加工位置に照射しながらレー
ザ熱加工を行うビーム走査部74とを備えている。For example, FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional laser processing apparatus 70. In the figure, the laser processing apparatus 70 includes a beam generating section 72 for generating a laser beam LB, A beam scanning unit 74 that performs laser thermal processing while scanning the beam LB to irradiate the processing position of the workpiece 96.
【0006】図8に示されるように、ビーム発生部72
は、レーザ発振器76と発振器制御部78とを備え、発
振器制御部78で設定されたビーム出力や周波数などの
出力指令値に従ってレーザ発振器76が制御されて、所
望のレーザビームLBが出力される。この出力されたレ
ーザビームLBは、ベンドミラー80で屈折されてビー
ム走査部74に入力される。[0006] As shown in FIG.
Includes a laser oscillator 76 and an oscillator control unit 78. The laser oscillator 76 is controlled in accordance with an output command value such as a beam output and a frequency set by the oscillator control unit 78, and a desired laser beam LB is output. The output laser beam LB is refracted by the bend mirror 80 and is input to the beam scanning unit 74.
【0007】レーザビームLBが入力されたビーム走査
部74では、集光部82とスキャナ駆動部84とスキャ
ナ制御部86とを備えており、スキャナ駆動部84は、
さらにスキャニングミラー(X軸)88と、スキャナモ
ータ(X軸)90と、スキャニングミラー(Y軸)92
と、スキャナモータ(Y軸)94とを備えている。従っ
て、ビーム走査部74に入力されたレーザビームLB
は、レンズなどの集光部82で集光された後、スキャナ
駆動部84のスキャニングミラー88とスキャニングミ
ラー92とで反射されて被加工物96上に照射される。[0007] The beam scanning section 74 to which the laser beam LB has been input includes a condensing section 82, a scanner driving section 84, and a scanner control section 86. The scanner driving section 84
Further, a scanning mirror (X-axis) 88, a scanner motor (X-axis) 90, and a scanning mirror (Y-axis) 92
And a scanner motor (Y-axis) 94. Therefore, the laser beam LB input to the beam scanning unit 74
Is condensed by a condensing unit 82 such as a lens, is reflected by a scanning mirror 88 and a scanning mirror 92 of a scanner driving unit 84, and is irradiated onto a workpiece 96.
【0008】その際、スキャニングミラー88および9
2は、スキャナ制御装置86で設定された振幅および周
波数に従ってスキャナ駆動部84内のスキャナモータ
(X軸)90およびスキャナモータ(Y軸)94を駆動
制御することにより動作され、それらスキャニングミラ
ー88および92の動作に応じてレーザビームLBが被
加工物96上でX軸・Y軸方向に走査されていた。At this time, scanning mirrors 88 and 9
2 operates by controlling the driving of a scanner motor (X-axis) 90 and a scanner motor (Y-axis) 94 in the scanner driving section 84 in accordance with the amplitude and frequency set by the scanner control device 86. The laser beam LB was scanned on the workpiece 96 in the X-axis and Y-axis directions in accordance with the operation of 92.
【0009】例えば、スキャナ制御部86により正弦波
形または三角波形を用いてスキャナモータ(X軸)90
とスキャナモータ(Y軸)94とを同時制御する場合
は、レーザビームLBを円形または四角形に走査するこ
とが可能である。For example, a scanner motor (X-axis) 90 using a sine waveform or a triangular waveform by the scanner control unit 86.
When the scanner and the scanner motor (Y-axis) 94 are simultaneously controlled, the laser beam LB can be scanned in a circular or square shape.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のレーザ加工装置は構成されているが、以下に述べるよ
うな課題を有している。As described above, the conventional laser processing apparatus is constituted, but has the following problems.
【0011】すなわち、従来のビーム走査部74とビー
ム発生部72とは、それぞれの制御部であるスキャナ制
御部86と発振器制御部78とにより各々単独で制御が
なされていたため、例えば、レーザビームLBを2軸
(例えば、X軸・Y軸)方向に走査させるビーム走査部
を用いて、円形に走査させながら自由曲線を描いて加工
する場合、ビーム軌跡が同一位置を何度も通過して、入
熱過多によるアンダーカットや入熱の不均等による加工
不良が発生したり、走査振幅の大きい溶接では溶融池が
レーザビームに引っ張られて偏りアンダーカットが発生
するという不都合があった。That is, since the conventional beam scanning section 74 and beam generating section 72 are independently controlled by the scanner control section 86 and the oscillator control section 78, respectively, for example, the laser beam LB Is processed by drawing a free curve while scanning in a circle using a beam scanning unit that scans in two axes (for example, the X axis and the Y axis). Undercuts due to excessive heat input and processing defects due to uneven heat input occur, and welding with a large scanning amplitude has a disadvantage that a molten pool is pulled by a laser beam and a biased undercut occurs.
【0012】そこで、加工線に対して直交する一軸方向
にビーム走査を行って入熱を均等化するという方法は行
われていたが、従来のビーム走査部74では、ビームの
走査方向を単独で制御していたため、例えば、不図示の
加工テーブル上に被加工物96を載置して移動しながら
加工する際に、その移動方向に同期させて走査方向を変
えることはできなかった。Therefore, a method of performing beam scanning in one axial direction perpendicular to the processing line to equalize the heat input has been performed. However, in the conventional beam scanning unit 74, the beam scanning direction is independently set. For example, when the workpiece 96 is placed on a processing table (not shown) and processed while being moved, the scanning direction cannot be changed in synchronization with the moving direction.
【0013】つまり、ビーム走査部74が有する走査軸
系と同一の方向、例えば、X軸方向またはY軸方向のみ
の加工線に対して直交方向に走査させることは対応可能
であるが、X軸方向とY軸方向とを合成したベクトル方
向の自由曲線から成る加工線には対応できないという不
都合があった。That is, it is possible to perform scanning in the same direction as the scanning axis system of the beam scanning unit 74, for example, in the direction orthogonal to the processing line in only the X-axis direction or the Y-axis direction. There is an inconvenience that it cannot correspond to a processing line composed of a free curve in the vector direction obtained by combining the direction and the Y-axis direction.
【0014】また、レーザ発振器76から出力されたレ
ーザビームLBは、レーザ発振器76の種類やその特性
に応じてビーム形状やビームスポット形状が楕円形とな
るものがあるため、加工方向の違いによって加工溝幅や
溶接ビード幅などを一定に保つことができないという不
都合があった。The laser beam LB output from the laser oscillator 76 has an elliptical beam shape or beam spot shape depending on the type of the laser oscillator 76 and its characteristics. There was a disadvantage that the groove width and the weld bead width could not be kept constant.
【0015】この発明は、かかる従来技術の有する不都
合に鑑みてなされたもので、被加工物の加工線が自由曲
線であっても常に加工線に対して直交方向にビーム走査
を行って、被加工物の加工線に対する均等な入熱制御を
可能とし、加工品質の向上を図ることのできるレーザ加
工装置を得ることを第1の目的とする。The present invention has been made in view of the inconvenience of the prior art, and always performs beam scanning in a direction orthogonal to the processing line even if the processing line of the workpiece is a free curve. It is a first object of the present invention to provide a laser processing apparatus capable of uniformly controlling heat input to a processing line of a workpiece and improving processing quality.
【0016】また、レーザビームのビーム形状を適正な
ビーム形状に自動的に補正して、被加工物の加工線に対
する適正な入熱制御を可能とし、加工品質の向上を図る
ことのできるレーザ加工装置を得ることを第2の目的と
する。In addition, laser processing which automatically corrects a beam shape of a laser beam to an appropriate beam shape, enables appropriate heat input control to a processing line of a workpiece, and improves processing quality. A second object is to obtain a device.
【0017】さらに、レーザビームのビームスポット形
状を適正なビームスポット形状に自動的に補正して、被
加工物の加工線に対する適正な入熱制御を可能とし、加
工品質の向上を図ることのできるレーザ加工装置を得る
ことを第3の目的とする。Further, the beam spot shape of the laser beam is automatically corrected to an appropriate beam spot shape, so that appropriate heat input control to the processing line of the workpiece can be performed, and the processing quality can be improved. A third object is to obtain a laser processing device.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係るレーザ加工装置にあっては、レーザ
ビームを発生させるビーム発生手段と、前記ビーム発生
手段から発生したレーザビームを集束させこれを走査し
ながら被加工物に照射するビーム走査手段とを備えたレ
ーザ加工装置において、前記被加工物を載置し前記ビー
ム走査手段から照射されるレーザビームとほぼ直交する
面内の少なくとも2軸方向に移動可能なテーブルと、前
記テーブルを移動量や移動速度に関する移動指令値に基
づいて加工線に沿って移動制御するテーブル制御手段と
を備え、前記ビーム走査手段が、集束されたレーザビー
ムを少なくとも直交する2軸の走査軸で走査させるスキ
ャナ駆動部と、前記テーブル制御手段の移動指令値に基
づいて前記被加工物の加工線に対して前記レーザビーム
が常に直交方向に走査されるように前記スキャナ駆動部
を制御するスキャナ制御部とを備えたことを特徴として
いる。In order to achieve the above object, in a laser processing apparatus according to the present invention, a beam generating means for generating a laser beam, and a laser beam generated from the beam generating means are focused. And a beam scanning means for irradiating the workpiece while scanning the same, at least in a plane substantially perpendicular to the laser beam emitted from the beam scanning means and placed on the workpiece A table movable in two axial directions, and a table control means for controlling the movement of the table along a processing line based on a movement command value relating to a movement amount and a movement speed, wherein the beam scanning means comprises a focused laser. A scanner driving unit that scans the beam with at least two orthogonal scanning axes; and the processing target based on a movement command value of the table control unit. It is characterized in that a scanner control unit for controlling the scanner drive unit so that the laser beam is always scanned in a direction perpendicular to the processing line of.
【0019】この発明によれば、被加工物を載置して移
動させるテーブルがテーブル制御手段により移動量や移
動速度に関する移動指令値に基づいて加工線に沿って移
動制御され、ビーム走査手段のスキャナ制御部が、テー
ブル制御手段の移動指令値に基づいて集束されたレーザ
ビームを被加工物の加工線に対して常に直交方向に走査
されるようにスキャナ駆動部が制御される。例えば、ビ
ーム走査部と被加工物とを相対的に移動させるテーブル
制御手段の移動量や移動速度などを移動指令値としてス
キャナ制御部で制御を行い、この移動指令値に基づいて
自動的にX軸方向およびY軸方向のビーム走査量と各軸
の波形位相とを制御して、被加工物の加工線に対し常に
直交した1軸方向のビーム走査を得るようにしたもので
ある。このため、自由曲線のように加工方向が変化する
加工線であっても、常に均等な入熱制御を行う行うこと
が可能となり、アンダーカットや入熱の不均等による加
工不良等が発生しない、加工品質の良好なレーザ加工を
行うことができる。According to the present invention, the table on which the workpiece is placed and moved is controlled by the table control means along the processing line based on the movement command value relating to the movement amount and the movement speed, and the beam scanning means is controlled by the table control means. The scanner drive unit is controlled such that the scanner control unit always scans the focused laser beam in the direction orthogonal to the processing line of the workpiece based on the movement command value of the table control unit. For example, the scanner control unit controls the movement amount and the movement speed of the table control means for relatively moving the beam scanning unit and the workpiece as a movement command value, and automatically sets X based on the movement command value. By controlling the beam scanning amount in the axial direction and the Y-axis direction and the waveform phase of each axis, beam scanning in one axis direction that is always orthogonal to the processing line of the workpiece is obtained. For this reason, even with a processing line in which the processing direction changes like a free curve, it is possible to always perform uniform heat input control, and processing defects such as undercut and uneven heat input do not occur. Laser processing with good processing quality can be performed.
【0020】つぎの発明に係るレーザ加工装置にあって
は、前記ビーム発生手段で発生させたレーザビームのビ
ーム形状を検出するビーム形状センサをさらに備え、前
記ビーム発生手段が、光を発振させてレーザビームを出
力するレーザ発振器と、所定の出力指令値に基づいて前
記レーザ発振器のビーム出力や発振周波数を制御する発
振器制御部とで構成され、前記スキャナ制御手段は、前
記ビーム形状センサから出力されるビーム形状データ
と、前記発振器制御部の出力指令値に基づく基準となる
ビーム形状データとを比較し、その差分のビーム形状を
疑似的に補正するように所定の振り幅でレーザビームを
走査させる指令値を導いて前記スキャナ駆動部を制御す
ることを特徴としている。The laser processing apparatus according to the next invention further comprises a beam shape sensor for detecting a beam shape of the laser beam generated by the beam generating means, wherein the beam generating means oscillates light. A laser oscillator that outputs a laser beam, and an oscillator control unit that controls a beam output and an oscillation frequency of the laser oscillator based on a predetermined output command value, wherein the scanner control unit is output from the beam shape sensor. Is compared with the beam shape data serving as a reference based on the output command value of the oscillator control unit, and the laser beam is scanned with a predetermined swing width so as to quasi-correctly correct the difference beam shape. The scanner drive unit is controlled by deriving a command value.
【0021】この発明によれば、ビーム形状センサによ
りビーム発生手段から発生したレーザビームのビーム形
状が検出され、スキャナ制御手段は、そのビーム形状セ
ンサで検出されたビーム形状データと、ビーム発生手段
を構成するレーザ発振器のビーム出力や発振周波数を制
御する発振器制御部の出力指令値に基づく基準となるビ
ーム形状データとを比較し、その差分のビーム形状を疑
似的に補正するようにスキャナ駆動部を制御して所定の
振り幅でレーザビームを走査させるようにする。このた
め、ビーム発生手段から発生したビーム形状が基準のビ
ーム形状と異なっていても、レーザビームを所定の振り
幅で走査することにより疑似的に補正することにより、
被加工物の加工線に対する適正な入熱制御が可能とな
り、加工品質の向上を図ることができる。According to the present invention, the beam shape of the laser beam generated from the beam generating means is detected by the beam shape sensor, and the scanner control means stores the beam shape data detected by the beam shape sensor and the beam generating means. The scanner driving unit compares the beam output of the laser oscillator and the reference beam shape data based on the output command value of the oscillator control unit that controls the oscillation frequency, and pseudo-corrects the difference beam shape. The laser beam is scanned with a predetermined swing width under control. For this reason, even if the beam shape generated by the beam generating means is different from the reference beam shape, the laser beam is scanned at a predetermined swing width to perform a pseudo correction, whereby
Appropriate heat input control to the processing line of the workpiece can be performed, and the processing quality can be improved.
【0022】つぎの発明に係るレーザ加工装置にあって
は、前記基準となるビーム形状データは、所定の径から
成る円形のビーム形状を示すデータであることを特徴と
している。In the laser processing apparatus according to the next invention, the reference beam shape data is data indicating a circular beam shape having a predetermined diameter.
【0023】この発明によれば、円形のビーム形状デー
タに基づいてレーザビームが補正されるため、走査方向
に関わらず常に加工幅の変わらない適正なレーザ加工を
行うことができる。According to the present invention, since the laser beam is corrected based on the circular beam shape data, appropriate laser processing can be performed without changing the processing width regardless of the scanning direction.
【0024】つぎの発明に係るレーザ加工装置にあって
は、前記ビーム発生手段で発生させたレーザビームのビ
ーム形状を検出するビーム形状センサをさらに備え、前
記スキャナ制御手段は、前記ビーム形状センサから出力
されるビーム形状データに基づいて、このビーム形状の
レーザビームを所定のビーム軌跡で走査させて得られる
ビームスポット形状データと、基準となるビームスポッ
ト形状データとを比較し、その差分のビームスポット形
状を補正するように前記スキャナ駆動部によるレーザビ
ームのビーム軌跡を補正制御することを特徴としてい
る。In the laser processing apparatus according to the next invention, the apparatus further comprises a beam shape sensor for detecting a beam shape of the laser beam generated by the beam generating means, and the scanner control means comprises: Based on the output beam shape data, the beam spot shape data obtained by scanning the laser beam having this beam shape along a predetermined beam locus is compared with the reference beam spot shape data, and a difference beam spot is obtained. It is characterized in that a beam locus of a laser beam is corrected and controlled by the scanner driving unit so as to correct the shape.
【0025】この発明によれば、ビーム形状センサによ
りビーム発生手段から発生したレーザビームのビーム形
状が検出され、スキャナ制御手段は、そのビーム形状デ
ータに基づいて、レーザビームを所定のビーム軌跡で走
査させて得られるビームスポット形状データと、基準と
なるビームスポット形状データとを比較し、その差分の
ビームスポット形状を補正するようにスキャナ駆動部を
制御してレーザビームのビーム軌跡が補正制御される。
このため、レーザビームを所定のビーム軌跡で走査する
ことによって得られるビームスポットの形状がビーム形
状等の影響により変形しても、これを補正して適正なビ
ームスポット形状が得られることから、被加工物の加工
線に対する適正な入熱制御が可能となり、加工品質の向
上を図ることができる。According to the present invention, the beam shape of the laser beam generated from the beam generating means is detected by the beam shape sensor, and the scanner control means scans the laser beam with a predetermined beam locus based on the beam shape data. The beam spot shape data obtained by the comparison is compared with the reference beam spot shape data, and the scanner driver is controlled so as to correct the difference beam spot shape, and the beam locus of the laser beam is corrected and controlled. .
Therefore, even if the shape of the beam spot obtained by scanning the laser beam with a predetermined beam trajectory is deformed due to the influence of the beam shape or the like, the beam spot can be corrected and an appropriate beam spot shape can be obtained. Appropriate heat input control to the processing line of the workpiece becomes possible, and the processing quality can be improved.
【0026】つぎの発明に係るレーザ加工装置にあって
は、前記基準となるビームスポット形状データは、所定
の径から成る円形のビームスポット形状を示すデータで
あることを特徴としている。In the laser processing apparatus according to the next invention, the reference beam spot shape data is data indicating a circular beam spot shape having a predetermined diameter.
【0027】この発明によれば、円形のビームスポット
形状のデータに基づいてレーザビームのビーム軌跡が補
正されるため、走査方向に関わらず常に加工幅の変わら
ない適正なレーザ加工を行うことができる。According to the present invention, since the beam trajectory of the laser beam is corrected based on the data of the circular beam spot shape, proper laser processing can be performed without changing the processing width regardless of the scanning direction. .
【0028】つぎの発明に係るレーザ加工装置にあって
は、前記ビーム発生手段は、炭酸ガスレーザを発生させ
るレーザ発振器を備えていることを特徴としている。In the laser processing apparatus according to the next invention, the beam generating means is provided with a laser oscillator for generating a carbon dioxide laser.
【0029】この発明によれば、レーザ熱加工に適した
出力の大きい炭酸ガスレーザをレーザ発振器に用いたた
め、被加工物に対する均等な入熱制御の要求に応えるこ
とができる。According to the present invention, since a carbon dioxide laser having a large output suitable for laser thermal processing is used for a laser oscillator, it is possible to meet the demand for uniform heat input control to a workpiece.
【0030】[0030]
【発明の実施の形態】以下、この発明に係るレーザ加工
装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the laser processing apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0031】(実施の形態1)図1には、実施の形態1
に係るレーザ加工装置10のブロック図が示され、図2
には、加工速度とビーム走査との関係を説明する概念図
が示され、図3には、被加工物上の加工線とレーザビー
ムの走査方向とを説明する斜視図が示されている。実施
の形態1に係るレーザ加工装置10は、炭酸(CO2 )
ガスレーザを用いて溶接等を行うレーザ熱加工を行うレ
ーザ加工装置として実施したものである。(Embodiment 1) FIG. 1 shows Embodiment 1
FIG. 2 is a block diagram of the laser processing apparatus 10 according to FIG.
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a relationship between a processing speed and beam scanning, and FIG. 3 is a perspective view illustrating a processing line on a workpiece and a scanning direction of a laser beam. The laser processing apparatus 10 according to the first embodiment is provided with carbon dioxide (CO 2 ).
The present invention is implemented as a laser processing apparatus that performs laser thermal processing such as welding using a gas laser.
【0032】このレーザ加工装置10は、図1におい
て、レーザビームLBを発生させるビーム発生手段とし
てのビーム発生部12と、そのレーザビームLBを走査
させて被加工物40の加工線上を照射しながら熱加工を
施して溶接等を行うビーム走査手段としてのビーム走査
部14とを備えている。In FIG. 1, the laser processing apparatus 10 includes a beam generating unit 12 as a beam generating means for generating a laser beam LB, and scans the laser beam LB to irradiate a processing line of a workpiece 40 with the laser beam LB. A beam scanning unit 14 is provided as a beam scanning unit that performs thermal processing and performs welding or the like.
【0033】ビーム発生部12は、ここでは炭酸(CO
2 )ガスをレーザ物質として、これに高電圧を印加して
励起させた後、基底順位に移行する際に各原子から放出
される光を発振させてコヒーレントなレーザビームを取
り出すレーザ発振器20と、出力指令値に基づいてレー
ザ発振器20に対してビーム出力や周波数などを制御し
てレーザビームLBを出力する発振器制御部78とを備
えている。Here, the beam generating unit 12 is provided with a carbon dioxide (CO)
2 ) a laser oscillator 20 for generating a coherent laser beam by oscillating light emitted from each atom when a gas is used as a laser substance and a high voltage is applied thereto to excite the laser substance and shift to a base order; An oscillator control unit 78 that controls a beam output, a frequency, and the like to the laser oscillator 20 based on the output command value and outputs a laser beam LB.
【0034】また、ビーム走査部14は、ビーム発生部
12から出力されベンドミラー24で屈折されたレーザ
ビームLBを集光させる光学系から成る集光部26と、
集光されたレーザビームLBを所定方向に走査させるス
キャナ駆動部28と、このスキャナ駆動部28の駆動状
態を制御するスキャナ制御部30とを備えている。ここ
では、ビーム走査部14にガルバノメータを用いてい
る。The beam scanning unit 14 includes a light condensing unit 26 composed of an optical system for condensing the laser beam LB output from the beam generating unit 12 and refracted by the bend mirror 24.
The scanner drive unit 28 scans the focused laser beam LB in a predetermined direction, and the scanner control unit 30 controls the drive state of the scanner drive unit 28. Here, a galvanometer is used for the beam scanning unit 14.
【0035】さらに、スキャナ駆動部28は、集光部2
6で集光されたレーザビームLBをX軸方向に走査させ
るスキャニングミラー32と、それを駆動するスキャナ
モータ34、およびレーザビームLBをY軸方向に走査
させるスキャニングミラー36と、それを駆動するスキ
ャナモータ38とを備えている。Further, the scanner driving unit 28 is
6, a scanning mirror 32 for scanning the laser beam LB focused in the X-axis direction, a scanner motor 34 for driving the same, a scanning mirror 36 for scanning the laser beam LB in the Y-axis direction, and a scanner for driving the same. And a motor 38.
【0036】また、実施の形態1では、加工対象物であ
る被加工物40は、加工テーブル16上に移動可能に載
置されている。この加工テーブル16は、X軸およびY
軸などの2軸以上の移動軸を有しており、被加工物40
を把持して固定した状態で2次元面内を自由に移動させ
ることができる。In the first embodiment, the workpiece 40, which is the object to be processed, is movably mounted on the processing table 16. This processing table 16 has an X-axis
It has two or more axes of movement such as axes,
Can be freely moved in a two-dimensional plane in a state where it is gripped and fixed.
【0037】そして、この加工テーブル16の移動制御
を行うテーブル制御手段としてのテーブル制御部18に
は、通常NC(数値制御装置)が用いられる。このNC
には、予め加工プログラムが登録されており、この加工
プログラムに従って移動指令が設定され、その値を用い
て所定の加工処理制御が行われる。加工プログラムに
は、加工速度や加工形状データなどもプログラム化され
ており、そのプログラム設定データによりNCで軸演算
制御が実施され、各種の加工動作が行われる。An NC (Numerical Control Unit) is usually used for the table controller 18 as a table controller for controlling the movement of the processing table 16. This NC
, A machining program is registered in advance, and a movement command is set according to the machining program, and a predetermined machining process control is performed using the value. In the machining program, machining speed, machining shape data, and the like are also programmed, and axis calculation control is performed by the NC according to the program setting data, and various machining operations are performed.
【0038】実施の形態1では、テーブル制御装置18
から出力される指令値をスキャナ制御部30に入力する
ことにより、加工線の進行方向を判定し常に加工進行方
向に対しビーム走査が直角となるように制御するもので
ある。In the first embodiment, the table controller 18
By inputting the command value output from the scanner control unit 30 into the scanner control unit 30, the traveling direction of the processing line is determined, and control is performed so that the beam scanning is always perpendicular to the processing progress direction.
【0039】つぎに、実施の形態1に係る特徴的な構成
要素であるスキャナ制御部30におけるレーザビームL
Bの走査量の制御について図2を用いて説明する。この
スキャナ制御部30が含まれるビーム走査部14には、
ガルバノメータが用いられている。Next, the laser beam L in the scanner control unit 30 which is a characteristic component according to the first embodiment.
Control of the scanning amount B will be described with reference to FIG. The beam scanning unit 14 including the scanner control unit 30 includes:
Galvanometers are used.
【0040】まず、加工テーブル16の移動速度(加工
速度)は、図2に示されるように、X軸移動速度をX
2、Y軸移動速度をY1とした場合の合成速度Fとな
り、加工テーブル16の移動方向に対して直交方向に走
査させるビーム走査の振り幅Aは、X軸スキャニング量
のX1とY軸スキャニング量のY2との合成スキャニン
グ量として表される。First, as shown in FIG. 2, the moving speed (working speed) of the working table 16 is the X-axis moving speed.
2. The combined speed F is obtained when the Y-axis moving speed is Y1, and the swing width A of the beam scanning for scanning in the direction perpendicular to the moving direction of the processing table 16 is X1 of the X-axis scanning amount and Y-axis scanning amount. Is expressed as a combined scanning amount with Y2.
【0041】ここで、加工テーブル16の移動軸方向と
ビーム走査の走査軸方向とを同一軸方向とした場合は、
ビーム走査の振り幅Aに対するスキャニングミラー(X
軸)32およびスキャニングミラー(Y軸)36のそれ
ぞれの走査量は、次式(1)、(2)の関係となる。Here, when the moving axis direction of the processing table 16 and the scanning axis direction of the beam scanning are the same axis direction,
Scanning mirror (X
The scanning amount of each of the (axis) 32 and the scanning mirror (Y-axis) 36 has a relationship represented by the following equations (1) and (2).
【0042】[0042]
【数1】 (Equation 1)
【0043】従って、上述した関係式に相当するよう
に、各スキャニングミラーの走査軸の走査量(振幅量)
を変化させることにより、加工線に対して常に直交した
ビーム走査を実現することが可能となる。Accordingly, the scanning amount (amplitude amount) of the scanning axis of each scanning mirror is equivalent to the above-mentioned relational expression.
, It is possible to realize beam scanning that is always orthogonal to the processing line.
【0044】また、ここではスキャナ制御部30からス
キャナ駆動部28に対するビーム走査指令は、X軸とY
軸とでは同一周波数の指令値としている。そして、加工
テーブル16の移動方向が第1象限(X軸、Y軸共にプ
ラス方向に移動)および第3象限(X軸、Y軸共にマイ
ナス方向に移動)の場合は、スキャニングミラー(X
軸)32とスキャニングミラー(Y軸)36との振幅波
形を同位相とし、加工テーブル16の移動方向が第2象
限(X軸がマイナス方向、Y軸がプラス方向に移動)お
よび第4象限(X軸がプラス方向、Y軸がマイナス方向
に移動)の場合は、スキャニングミラー(X軸)32と
スキャニングミラー(Y軸)38の振幅波形の位相を1
80°ずらすことにより、常に加工線に対して直交する
方向にビーム走査を行うことができる。Here, the beam scanning command from the scanner control unit 30 to the scanner driving unit 28 is based on the X-axis and the Y-axis.
The command value of the same frequency is used for the axis. When the moving direction of the processing table 16 is the first quadrant (the X axis and the Y axis move in the plus direction) and the third quadrant (the X axis and the Y axis move in the minus direction), the scanning mirror (X
The amplitude waveforms of the scanning axis (axis) 32 and the scanning mirror (Y axis) 36 have the same phase, and the moving direction of the processing table 16 is the second quadrant (the X axis moves in the negative direction, the Y axis moves in the positive direction) and the fourth quadrant ( When the X axis moves in the plus direction and the Y axis moves in the minus direction), the phase of the amplitude waveform of the scanning mirror (X axis) 32 and the scanning mirror (Y axis) 38 is set to 1
By shifting by 80 °, beam scanning can always be performed in a direction orthogonal to the processing line.
【0045】つぎに、動作について説明する。図1にお
いて、ビーム発生部12の発振器制御装置22で設定さ
れたビーム出力や周波数などの出力指令値に従ってレー
ザ発振器20からレーザビームLBが出力される。この
レーザビームLBは、ベンドミラー24で被加工物40
の方向へ屈折され、ビーム走査部14の集光部26で集
光されて細く絞られ、スキャナ駆動部28でX軸・Y軸
方向に走査されながら被加工物40上の加工線に照射さ
れる。Next, the operation will be described. In FIG. 1, a laser beam LB is output from a laser oscillator 20 in accordance with an output command value such as a beam output and a frequency set by an oscillator control device 22 of a beam generation unit 12. This laser beam LB is applied to the workpiece 40 by the bend mirror 24.
, Is condensed by the condensing unit 26 of the beam scanning unit 14, is narrowed down, and is irradiated on a processing line on the workpiece 40 while being scanned in the X-axis and Y-axis directions by the scanner driving unit 28. You.
【0046】ここで、ビーム走査部14では、テーブル
制御部18より移動指令値として入力される加工テーブ
ル16の移動量や速度などと共に、スキャナ制御部30
で設定されたレーザビームの振幅および周波数に従っ
て、上式(1)および(2)に基づいてX軸方向および
Y軸方向のビーム走査量と各軸の波形位相を自動的に制
御することにより、被加工物40の加工線に対して常に
直交方向にレーザビームを走査させるように、スキャナ
駆動部28内のスキャナモータ(X軸)34およびスキ
ャナモータ(Y軸)38を駆動制御し、スキャニングミ
ラー(X軸)32およびスキャニングミラー(Y軸)3
6を動作させて、レーザビームLBを走査させる。Here, in the beam scanning unit 14, the scanner control unit 30 includes the movement amount and speed of the processing table 16 input as the movement command value from the table control unit 18.
By automatically controlling the beam scanning amount in the X-axis direction and the Y-axis direction and the waveform phase of each axis based on the above equations (1) and (2) according to the amplitude and frequency of the laser beam set in The scanner motor (X-axis) 34 and the scanner motor (Y-axis) 38 in the scanner drive unit 28 are driven and controlled so that the laser beam is always scanned in a direction orthogonal to the processing line of the workpiece 40, and the scanning mirror is operated. (X axis) 32 and scanning mirror (Y axis) 3
6 is operated to scan the laser beam LB.
【0047】図3には、この加工テーブル16上に載置
された被加工物40の加工線44に対して常に直交方向
にレーザビームLBが走査されるように走査制御され、
加工処理が行われている状態が示されている。In FIG. 3, scanning control is performed so that the laser beam LB is always scanned in a direction orthogonal to the processing line 44 of the workpiece 40 placed on the processing table 16.
The state where the processing is being performed is shown.
【0048】以上説明したように、実施の形態1による
と、図3に示されるように、加工線42が自由曲線を描
く場合であっても、レーザビームLBは、常に加工線4
2に対して直交する方向に走査されるため、加工幅を常
に均一にすることができるとともに、被加工物の加工線
に対して偏りのない均等な入熱制御が可能となることか
ら、加工品質の高いレーザ加工を行うことができる。As described above, according to the first embodiment, as shown in FIG. 3, even when the processing line 42 draws a free curve, the laser beam LB always outputs the processing line 4.
Since scanning is performed in a direction orthogonal to 2, the processing width can always be made uniform, and the heat input can be controlled evenly with respect to the processing line of the workpiece. High quality laser processing can be performed.
【0049】なお、実施の形態1では、スキャナ制御部
30に予め条件データを設定するようにしたが、これに
限定されるものではなく、スキャナ制御部30と発振器
制御部22とテーブル制御部18とを1つの制御装置と
して、加工プログラム上で条件データを設定するように
しても良い。これにより、1つの加工プログラム内で軸
移動条件の変化に応じてレーザビームの走査振り幅や周
波数等を変化させることも可能となる。In the first embodiment, the condition data is set in the scanner control unit 30 in advance. However, the present invention is not limited to this. The scanner control unit 30, the oscillator control unit 22, the table control unit 18 May be set as one control device to set condition data on a machining program. This makes it possible to change the scanning amplitude, frequency, and the like of the laser beam in accordance with a change in the axis movement condition within one processing program.
【0050】(実施の形態2)つぎに、実施の形態2を
図4および図5に基づいて説明する。ここで、前述した
実施の形態1と同一若しくは同等の構成部分については
同一の符号を付すとともにその説明を簡略化し若しくは
省略するものとする。(Embodiment 2) Next, Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. Here, the same reference numerals are given to the same or equivalent components as in the first embodiment, and the description thereof will be simplified or omitted.
【0051】図4には、実施の形態2に係るレーザ加工
装置50のブロック図が示され、図5には、ビーム形状
の補正状態を説明する図が示されている。FIG. 4 is a block diagram of a laser processing apparatus 50 according to the second embodiment, and FIG. 5 is a view for explaining a beam shape correction state.
【0052】この実施の形態2に係るレーザ加工装置5
0の特徴的な構成は、ここでは図4に示されるように、
レーザビームLBを導く光路上にレーザビームLBの伝
搬経路を変更するためのベンドミラー24が配置され、
このベンドミラー24にレーザビーム13が反射される
際に、ビーム径を検出するビーム形状センサとしてのビ
ームセンサ52が設けられている点にある。Laser processing apparatus 5 according to Embodiment 2
0, as shown in FIG.
A bend mirror 24 for changing a propagation path of the laser beam LB is arranged on an optical path for guiding the laser beam LB,
The point is that a beam sensor 52 as a beam shape sensor for detecting a beam diameter when the laser beam 13 is reflected by the bend mirror 24 is provided.
【0053】このビームセンサ52の具体的な構成は、
図4では詳細に図示されていないが、4個以上の温度セ
ンサ、または4個以上の光センサで構成されており、ビ
ーム形状の偏り(例えば、図5(a)に示される楕円の
ビーム形状の潰れ具合)を温度分布または輝度分布に基
づくアナログ値として検出するものである。The specific configuration of the beam sensor 52 is as follows.
Although not shown in detail in FIG. 4, it is composed of four or more temperature sensors or four or more optical sensors, and the beam shape is deviated (for example, the elliptical beam shape shown in FIG. 5A). Is detected as an analog value based on a temperature distribution or a luminance distribution.
【0054】ビームセンサ52で検出されたビーム形状
データは、スキャナ制御部56においてビームの偏り方
向および偏り量が算出され、この算出データとビーム発
生部58の発振器制御部22からの出力指令値とが比較
される。この発振器制御部22からの出力指令値には、
ビーム発生部58から発生させる基準となるビーム形状
データが含まれている。From the beam shape data detected by the beam sensor 52, the direction and amount of deflection of the beam are calculated by the scanner control unit 56, and the calculated data, the output command value from the oscillator control unit 22 of the beam generation unit 58, and the Are compared. The output command value from the oscillator control unit 22 includes
The beam shape data serving as a reference to be generated from the beam generation unit 58 is included.
【0055】従って、上述したビームセンサ52で検出
されたビーム形状データと、発振器制御部22からの出
力指令値とをスキャナ制御部56で比較することによ
り、実際にビーム発生部58から出力されたレーザビー
ムのビーム形状が適正な形状であるか否かを適正に判別
することができる。Therefore, by comparing the beam shape data detected by the above-described beam sensor 52 with the output command value from the oscillator control unit 22 by the scanner control unit 56, the beam shape data actually output from the beam generation unit 58 is obtained. It is possible to properly determine whether or not the beam shape of the laser beam is an appropriate shape.
【0056】例えば、図5(a)に示される楕円のビー
ム形状をしたレーザビームは、紙面上下方向(例えば、
Y軸方向)や紙面左右方向(例えば、X軸方向)に同じ
振れ幅で走査した場合であっても、ビーム形状自体が縦
長の楕円形状をしていると走査方向によって加工範囲が
変わってくる。For example, a laser beam having an elliptical beam shape shown in FIG.
Even when scanning is performed with the same deflection width in the Y-axis direction or the horizontal direction of the paper (for example, the X-axis direction), if the beam shape itself is a vertically long elliptical shape, the processing range changes depending on the scanning direction. .
【0057】このため、円形に近いビーム形状が理想的
であることから、図5(a)に示されるビーム形状を図
5(b)に示されるように紙面の上下方向と左右方向の
径とが同じになるように、レーザビームを周期的に振幅
させて疑似的に円形に近いビーム形状を得るようにする
ものである。For this reason, since the beam shape close to a circle is ideal, the beam shape shown in FIG. 5A is changed to the diameter in the vertical and horizontal directions of the paper surface as shown in FIG. 5B. The laser beam is periodically oscillated so as to obtain a pseudo-circular beam shape.
【0058】つぎに、その動作について説明する。レー
ザ発振器20から出力されたレーザビームLBは、レー
ザ発振器20の種類や特性によりビーム形状が楕円とな
るものがある。これを補正する場合は、まず、レーザビ
ームLBの光路上に配置されたレーザビームの形状を検
出するビームセンサ52により、ベンドミラー24にレ
ーザビームLBが反射される際のビーム径が検出され
る。Next, the operation will be described. Some laser beams LB output from the laser oscillator 20 have an elliptical beam shape depending on the type and characteristics of the laser oscillator 20. When correcting this, first, the beam diameter when the laser beam LB is reflected by the bend mirror 24 is detected by the beam sensor 52 that detects the shape of the laser beam disposed on the optical path of the laser beam LB. .
【0059】そして、スキャナ制御部56は、このビー
ムセンサ52で検出されたビーム径に基づいてビームの
偏り方向と偏り量とを算出したビーム形状データと、発
振器制御部22からの出力指令値との比較を行い、レー
ザビームを振幅させる方向と、その振り幅および各走査
軸の波形位相を算出する。The scanner control unit 56 calculates the beam direction and the beam deflection based on the beam diameter detected by the beam sensor 52, and outputs the beam shape data and the output command value from the oscillator control unit 22. Are calculated, and the direction in which the laser beam is amplitude, the swing width thereof, and the waveform phase of each scanning axis are calculated.
【0060】この算出結果は、図5(b)に示されるよ
うに、レーザビームLBを紙面左右方向(走査方向)に
小刻みに走査させることにより、円形に近い疑似的なビ
ーム形状を得るためのビーム補正データとなる。As shown in FIG. 5B, this calculation result is obtained by scanning the laser beam LB in small increments in the left-right direction (scanning direction) on the paper surface to obtain a pseudo-circular beam shape. It becomes beam correction data.
【0061】スキャナ制御部56は、この算出されたビ
ーム補正データに基づいてスキャナ駆動部28内のスキ
ャナモータ(X軸)34およびスキャナモータ(Y軸)
38を駆動制御し、スキャニングミラー(X軸)32お
よびスキャニングミラー(Y軸)36を動作させること
により、ビーム形状が円形になるようビーム形状を補正
する走査が行われる。The scanner controller 56 controls the scanner motor (X-axis) 34 and the scanner motor (Y-axis) in the scanner driver 28 based on the calculated beam correction data.
By controlling the driving of the scanning mirror 38 and operating the scanning mirror (X-axis) 32 and the scanning mirror (Y-axis) 36, scanning for correcting the beam shape is performed so that the beam shape becomes circular.
【0062】例えば、実施の形態2において、ビーム形
状が補正したレーザビームを用いて被加工物の切断や溶
接を行う場合は、集光したときのレーザビームのビーム
ウエストは、約0.2mm以下となる。For example, in the second embodiment, when a workpiece is cut or welded using a laser beam whose beam shape has been corrected, the beam waist of the focused laser beam is about 0.2 mm or less. Becomes
【0063】また、熱処理を行う場合において、レーザ
ビームをディフォーカスしても、微妙にビームモードを
補正するものであることから、その補正指令としての走
査量は、1.0mm以下で良い。上述したように、ビー
ム形状を補正することができるため、加工方向が変わっ
ても加工溝幅や溶接ビード幅などが変化させずに一定に
保つことができる。In the case of performing the heat treatment, even if the laser beam is defocused, the beam mode is finely corrected. Therefore, the scanning amount as the correction command may be 1.0 mm or less. As described above, since the beam shape can be corrected, even when the processing direction changes, the processing groove width, the weld bead width, and the like can be kept constant without changing.
【0064】以上説明したように、実施の形態2による
と、図5(a)に示されるように、ビーム発生部58か
ら出力されるレーザビームLBのビーム形状に偏り(楕
円形状)があり、これを走査しながらレーザ加工を行う
場合でも、レーザビームをスキャナ制御部56により所
定の振れ幅と振れ方向に微小走査させて制御することに
より、図5(b)に示されるように、基準となる円形に
近いビーム形状に補正することが可能となる。このた
め、加工方向や走査方向が変わっても被加工物の加工線
に対して適切な幅で入熱制御を行うことが可能となり、
加工品質の高いレーザ加工を行うことができる。As described above, according to the second embodiment, as shown in FIG. 5A, the beam shape of the laser beam LB output from the beam generating unit 58 is biased (elliptical shape). Even when laser processing is performed while scanning the laser beam, the laser beam is finely scanned by the scanner control unit 56 in a predetermined swing width and shake direction, and the laser beam is controlled as shown in FIG. It is possible to correct the beam shape to a circular shape. Therefore, even if the processing direction or the scanning direction changes, it is possible to perform heat input control with an appropriate width with respect to the processing line of the workpiece,
Laser processing with high processing quality can be performed.
【0065】(実施の形態3)つぎに、実施の形態3を
図6および図7に基づいて説明する。ここで、前述した
実施の形態1および2と同一若しくは同等の構成部分に
ついては同一の符号を付すとともにその説明を簡略化し
若しくは省略するものとする。(Embodiment 3) Next, Embodiment 3 will be described with reference to FIGS. Here, the same or equivalent components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.
【0066】図6には、実施の形態3に係るレーザ加工
装置60のブロック図が示され、図7には、ビームスポ
ット形状の補正状態を説明する図が示されている。FIG. 6 is a block diagram of a laser processing apparatus 60 according to the third embodiment, and FIG. 7 is a diagram for explaining a correction state of the beam spot shape.
【0067】上述した実施の形態2に記載したように、
レーザ発振器20の種類や特性によりビーム形状が楕円
のように変形したものがあると、このビームを用いて一
定のビーム軌跡を繰り返し描いて一定の領域(形状)を
持ったビームスポットBSを形成した場合、ビーム形状
の変形に応じて形成されるビームスポット形状もビーム
軌跡と異なる形状になることがあった。このため、実施
の形態3では、このビーム形状が変形しても、所望のビ
ームスポット形状が得られるように補正を行うものであ
る。As described in the second embodiment,
If a beam shape is deformed like an ellipse depending on the type or characteristics of the laser oscillator 20, a beam spot BS having a certain area (shape) is formed by repeatedly drawing a certain beam locus using this beam. In this case, the beam spot shape formed according to the deformation of the beam shape may have a shape different from the beam locus. Therefore, in the third embodiment, correction is performed so that a desired beam spot shape can be obtained even if the beam shape is deformed.
【0068】実施の形態3の特徴的な構成は、スキャナ
制御部64が、ビームセンサ52で検出されたビーム径
のデータに基づいてビームの偏り方向および偏り量を算
出し、周囲温度やレーザビームLBによるベンドミラー
24の温度上昇などの外的要因も合わせて補正されるよ
うに、レーザビームLBをスキャナ駆動部28で振幅さ
せる方向、振り幅および各走査軸の波形位相を算出し、
このモード補正データに従ってスキャナ駆動部28を制
御するようにした点である。The characteristic configuration of the third embodiment is that the scanner control unit 64 calculates the direction and amount of deflection of the beam based on the data of the beam diameter detected by the beam sensor 52, and calculates the ambient temperature and the laser beam. The direction in which the laser beam LB is amplitude by the scanner driving unit 28, the swing width, and the waveform phase of each scanning axis are calculated so that external factors such as a temperature rise of the bend mirror 24 due to LB are also corrected.
The point is that the scanner driving unit 28 is controlled according to the mode correction data.
【0069】つぎに、動作について説明する。まず、上
述した実施の形態2と同じビームセンサ52を用いてビ
ーム発生部66から発生されたレーザビームのビーム径
を検出する。スキャナ制御部64は、このビームセンサ
52で検出されたビーム径に基づいて、ビームの偏り方
向および偏り量を算出して、ビーム形状を把握する。こ
こで把握されたビーム形状は、図7(a)のハッチング
で示される楕円のレーザビームLBの形状である。Next, the operation will be described. First, the beam diameter of the laser beam generated from the beam generator 66 is detected using the same beam sensor 52 as in the second embodiment. The scanner controller 64 calculates the direction and amount of deviation of the beam based on the beam diameter detected by the beam sensor 52, and grasps the beam shape. The beam shape grasped here is the shape of the elliptical laser beam LB indicated by hatching in FIG.
【0070】つぎに、スキャナ制御部64は、そのレー
ザビームをスキャナ駆動部28を制御して一定のビーム
軌跡(図7(b)に示される例えば円形)を描くように
すると、図7(a)の破線の外形に示されるように、ビ
ーム形状が楕円であってビーム軌跡が円形であると、形
成されるビームスポットBSも楕円となることが分か
る。この楕円のビームスポットを用いて被加工物上で加
工用の走査を行うと、ビームスポットBS径が紙面の上
下方向と左右方向とで異なるため、走査方向が変化する
と走査幅も変わってしまい、安定した加工幅を確保する
ことができなくなる。Next, the scanner control unit 64 controls the scanner driving unit 28 so that the laser beam draws a constant beam locus (for example, a circle shown in FIG. 7B). As shown in the outline of the broken line in ()), when the beam shape is elliptical and the beam trajectory is circular, the beam spot BS formed is also elliptical. When scanning for processing is performed on the workpiece using the elliptical beam spot, the beam spot BS diameter is different between the vertical direction and the horizontal direction on the paper surface, so that when the scanning direction changes, the scanning width also changes, It becomes impossible to secure a stable processing width.
【0071】そこで、実施の形態3では、スキャナ制御
部64に予め登録されている基準となるビームスポット
BSの外形形状(例えば、円形)と比較して、ビームの
走査軌跡を補正する補正量C1を算出するようにする。
具体的には、図7(a)に示されるように、1つのレー
ザビームLBの楕円形状の上下方向の径と、左右方向の
径との差の1/2がビームスポットBSの外形の補正量
C1と等しくなる。Therefore, in the third embodiment, the correction amount C1 for correcting the beam scanning trajectory by comparing with the outer shape (for example, a circle) of the reference beam spot BS registered in advance in the scanner controller 64 is compared. Is calculated.
Specifically, as shown in FIG. 7A, half of the difference between the vertical diameter of the elliptical shape of one laser beam LB and the horizontal diameter is correction of the outer shape of the beam spot BS. It is equal to the quantity C1.
【0072】従って、スキャナ制御部64は、ビームセ
ンサ52によって把握したレーザビームLBの上下方向
の径と左右方向の径との差を算出し、これを1/2とし
た量を補正量C1として図7(d)のようにビーム走査
軌跡の補正が行われる。この補正量C1に基づいてスキ
ャナ駆動部28内のスキャナモータ(X軸)34および
スキャナモータ(Y軸)38が駆動制御して、スキャニ
ングミラー(X軸)32およびスキャニングミラー(Y
軸)36を動作させ、補正後の走査軌跡でレーザビーム
LBを走査させる。Accordingly, the scanner control section 64 calculates the difference between the vertical diameter and the horizontal diameter of the laser beam LB grasped by the beam sensor 52, and halves the difference as the correction amount C1. The beam scanning locus is corrected as shown in FIG. The scanner motor (X-axis) 34 and the scanner motor (Y-axis) 38 in the scanner drive unit 28 are driven and controlled based on the correction amount C1, and the scanning mirror (X-axis) 32 and the scanning mirror (Y
Axis 36 is operated to scan the laser beam LB with the corrected scanning locus.
【0073】これにより、図7(c)に示されるよう
に、使用するレーザビームLBが楕円形状をしていて
も、図7(d)のように補正したビームの走査軌跡を通
るため、基準となるビームスポットBSの外形形状と同
じ円形とすることが可能になった。このため、円形のビ
ームスポットBSを用いて加工用の走査を行う場合は、
加工方向や走査方向が変化しても被加工物の加工面に対
して均等になるとともに、常に一定の幅で入熱制御を行
うことができるため、加工についての安定化が図れる加
工品質の高いレーザ加工を行うことができる。Accordingly, as shown in FIG. 7C, even if the laser beam LB used has an elliptical shape, it passes through the scanning locus of the beam corrected as shown in FIG. It is possible to have the same circular shape as the outer shape of the beam spot BS. Therefore, when scanning for processing is performed using the circular beam spot BS,
Even if the processing direction or scanning direction changes, it becomes uniform to the processing surface of the workpiece, and the heat input control can always be performed with a constant width. Laser processing can be performed.
【0074】なお、実施の形態3では、レーザビームL
Bのビーム形状に基づいてビームの走査軌跡の補正を行
ったが、レーザビームLBのビーム形状だけでなく、周
囲温度やレーザビームLBによるベンドミラー24の温
度上昇などの外的要因も合わせて補正するように、レー
ザビームの振幅方向、振り幅および各軸の波形位相を算
出するようにしても良い。In the third embodiment, the laser beam L
The scanning locus of the beam was corrected based on the beam shape of B, but not only the beam shape of the laser beam LB but also external factors such as the ambient temperature and the temperature rise of the bend mirror 24 caused by the laser beam LB. Thus, the amplitude direction, swing width, and waveform phase of each axis of the laser beam may be calculated.
【0075】[0075]
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係るレ
ーザ加工装置によれば、自由曲線のように加工方向が変
化する加工線であっても、常に均等な入熱制御を行う行
うことが可能となるので、アンダーカットや入熱の不均
等による加工不良等が発生しない、加工品質の良好なレ
ーザ加工を行うことができる。As described above, according to the laser processing apparatus of the present invention, even in a processing line in which the processing direction changes like a free curve, uniform heat input control can always be performed. Since laser processing can be performed, laser processing with good processing quality and no processing failure due to undercut or uneven heat input does not occur.
【0076】つぎの発明に係るレーザ加工装置によれ
ば、ビーム発生手段から発生したビーム形状が基準のビ
ーム形状と異なっていても、レーザビームを所定の振り
幅で走査することにより疑似的に補正することができる
ので、被加工物の加工線に対する適正な入熱制御が可能
となり、加工品質の向上を図ることができる。According to the laser processing apparatus of the next invention, even if the beam shape generated by the beam generating means is different from the reference beam shape, the laser beam is scanned with a predetermined swing width to perform pseudo correction. Therefore, appropriate heat input control to the processing line of the workpiece can be performed, and the processing quality can be improved.
【0077】つぎの発明に係るレーザ加工装置によれ
ば、円形のビーム形状データに基づいてレーザビームが
補正されるので、走査方向に関わらず常に加工幅の変わ
らない適正なレーザ加工を行うことができる。According to the laser processing apparatus of the next invention, since the laser beam is corrected based on the circular beam shape data, it is possible to always perform appropriate laser processing without changing the processing width regardless of the scanning direction. it can.
【0078】つぎの発明に係るレーザ加工装置によれ
ば、レーザビームを所定のビーム軌跡で走査することに
よって得られるビームスポットの形状がビーム形状等の
影響により変形しても、これを補正して適正なビームス
ポット形状が得られるので、被加工物の加工線に対する
適正な入熱制御が可能となり、加工品質の向上を図るこ
とができる。According to the laser processing apparatus of the next invention, even if the shape of the beam spot obtained by scanning the laser beam with a predetermined beam locus is deformed due to the influence of the beam shape or the like, this is corrected. Since an appropriate beam spot shape can be obtained, appropriate heat input control to the processing line of the workpiece can be performed, and the processing quality can be improved.
【0079】つぎの発明に係るレーザ加工装置によれ
ば、円形のビームスポット形状のデータに基づいてレー
ザビームのビーム軌跡が補正されるので、走査方向に関
わらず常に加工幅の変わらない適正なレーザ加工を行う
ことができる。According to the laser processing apparatus of the next invention, the beam trajectory of the laser beam is corrected based on the data of the circular beam spot shape, so that an appropriate laser beam whose processing width does not always change regardless of the scanning direction. Processing can be performed.
【0080】つぎの発明に係るレーザ加工装置によれ
ば、レーザ熱加工に適した出力の大きい炭酸ガスレーザ
をレーザ発振器に用いるので、被加工物に対する均等な
入熱制御の要求に応えることができる。According to the laser processing apparatus of the next invention, since a carbon dioxide laser having a large output suitable for laser thermal processing is used for the laser oscillator, it is possible to meet the demand for uniform heat input control to the workpiece.
【図1】 この発明の実施の形態1に係るレーザ加工装
置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
【図2】 加工速度とビーム走査との関係を示す概念図
である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a relationship between a processing speed and beam scanning.
【図3】 被加工物上の加工線とレーザビームの走査方
向とを示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a processing line on a workpiece and a scanning direction of a laser beam.
【図4】 この発明の実施の形態2に係るレーザ加工装
置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a laser processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
【図5】 ビーム形状の補正状態を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a correction state of a beam shape.
【図6】 この発明の実施の形態3に係るレーザ加工装
置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
【図7】 ビームスポット形状の補正状態を示す説明図
である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a correction state of a beam spot shape.
【図8】 従来におけるレーザ加工装置の概略構成を示
すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a conventional laser processing apparatus.
10 レーザ加工装置、12 ビーム発生部(ビーム発
生手段)、14 ビーム走査部(ビーム走査手段)、1
6 加工テーブル(テーブル)、18 テーブル制御部
(テーブル制御手段)、20 レーザ発振器、22 発
振器制御部、28 スキャナ駆動部、30 スキャナ制
御部、40 被加工物、42 加工線、50 レーザ加
工装置、52 ビームセンサ(ビーム形状センサ)、5
6 スキャナ制御部、58 ビーム発生部(ビーム発生
手段)、LB レーザビーム、BS ビームスポット。Reference Signs List 10 laser processing device, 12 beam generating unit (beam generating unit), 14 beam scanning unit (beam scanning unit), 1
6 processing table (table), 18 table control section (table control means), 20 laser oscillator, 22 oscillator control section, 28 scanner drive section, 30 scanner control section, 40 workpiece, 42 processing line, 50 laser processing apparatus, 52 beam sensor (beam shape sensor), 5
6 Scanner controller, 58 beam generator (beam generator), LB laser beam, BS beam spot.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 徹志 東京都千代田区大手町二丁目6番2号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 宇佐美 勉 東京都千代田区大手町二丁目6番2号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 松原 節男 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tetsushi Ono 2-6-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Mitsubishi Electric Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Tsutomu Usami 2--6, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo 2. Mitsubishi Electric Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Setsuo Matsubara 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Electric Corporation
Claims (6)
段と、前記ビーム発生手段から発生したレーザビームを
集束させこれを走査しながら被加工物に照射するビーム
走査手段とを備えたレーザ加工装置において、 前記被加工物を載置し前記ビーム走査手段から照射され
るレーザビームとほぼ直交する面内の少なくとも2軸方
向に移動可能なテーブルと、 前記テーブルを移動量や移動速度に関する移動指令値に
基づいて加工線に沿って移動制御するテーブル制御手段
とを備え、 前記ビーム走査手段が、 集束されたレーザビームを少なくとも直交する2軸の走
査軸で走査させるスキャナ駆動部と、 前記テーブル制御手段の移動指令値に基づいて前記被加
工物の加工線に対して前記レーザビームが常に直交方向
に走査されるように前記スキャナ駆動部を制御するスキ
ャナ制御部と、 を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。1. A laser processing apparatus comprising: a beam generating means for generating a laser beam; and a beam scanning means for converging a laser beam generated from the beam generating means and irradiating a workpiece while scanning the laser beam. A table on which the workpiece is placed and movable in at least two axial directions in a plane substantially orthogonal to the laser beam emitted from the beam scanning means; and A table control means for controlling the movement along the processing line, wherein the beam scanning means scans the focused laser beam with at least two orthogonal scanning axes, and a movement of the table control means The scanner so that the laser beam is always scanned in a direction orthogonal to a processing line of the workpiece based on a command value. Laser processing apparatus comprising: the scanner control unit, the controlling the moving parts.
ビームのビーム形状を検出するビーム形状センサをさら
に備え、 前記ビーム発生手段が、光を発振させてレーザビームを
出力するレーザ発振器と、所定の出力指令値に基づいて
前記レーザ発振器のビーム出力や発振周波数を制御する
発振器制御部とで構成され、 前記スキャナ制御部は、前記ビーム形状センサから出力
されるビーム形状データと、前記発振器制御部の出力指
令値に基づく基準となるビーム形状データとを比較し、
その差分のビーム形状を疑似的に補正するように所定の
振り幅でレーザビームを走査させる指令値を導いて前記
スキャナ駆動部を制御することを特徴とする請求項1に
記載のレーザ加工装置。A beam shape sensor for detecting a beam shape of the laser beam generated by the beam generation means, wherein the beam generation means oscillates light and outputs a laser beam; An oscillator control unit that controls a beam output and an oscillation frequency of the laser oscillator based on an output command value.The scanner control unit includes: a beam shape data output from the beam shape sensor; and an oscillator control unit. Compare with the reference beam shape data based on the output command value,
2. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the scanner drive unit is controlled by deriving a command value for scanning the laser beam with a predetermined swing width so as to quasi-correctly correct the difference beam shape. 3.
定の径から成る円形のビーム形状を示すデータであるこ
とを特徴とする請求項2に記載のレーザ加工装置。3. The laser processing apparatus according to claim 2, wherein the reference beam shape data is data indicating a circular beam shape having a predetermined diameter.
ビームのビーム形状を検出するビーム形状センサをさら
に備え、 前記スキャナ制御部は、前記ビーム形状センサから出力
されるビーム形状データに基づいて、このビーム形状の
レーザビームを所定のビーム軌跡で走査させて得られる
ビームスポット形状データと、基準となるビームスポッ
ト形状データとを比較し、その差分のビームスポット形
状を補正するように前記スキャナ駆動部によるレーザビ
ームのビーム軌跡を補正制御することを特徴とする請求
項1に記載のレーザ加工装置。4. The apparatus according to claim 1, further comprising a beam shape sensor configured to detect a beam shape of the laser beam generated by the beam generating unit, wherein the scanner controller controls the beam shape based on the beam shape data output from the beam shape sensor. The beam spot shape data obtained by scanning the laser beam having the beam shape along a predetermined beam locus is compared with the reference beam spot shape data, and the scanner driving unit is configured to correct the difference beam spot shape. 2. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the beam locus of the laser beam is corrected and controlled.
タは、所定の径から成る円形のビームスポット形状を示
すデータであることを特徴とする請求項4に記載のレー
ザ加工装置。5. The laser processing apparatus according to claim 4, wherein the reference beam spot shape data is data indicating a circular beam spot shape having a predetermined diameter.
を発生させるレーザ発振器を備えていることを特徴とす
る請求項1〜5のいずれか一つに記載のレーザ加工装
置。6. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein said beam generating means includes a laser oscillator for generating a carbon dioxide laser.
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- 1997-06-11 JP JP15324497A patent/JP3526175B2/en not_active Expired - Fee Related
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