JPS6224885A - レ−ザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はレーザ加工装置、とくに例えば複雑な形状の
板金部品の鋭角切断等においても、高品質、高精度のレ
ーザ加工が行なえる装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第６図は従来のレーザ加工装置を示す構成図である。図
において、（１）はレーザ発振器５（２１はレーザ光、
　（３１ｒｉレ一ザ元（３）の方間を変える全反射鏡。

（４）にレーザ光（３）を集束する集光レンズ、（５）
は加工テーブル、（６１Ｕ加工テーブル（５）上Ｋｇｌ
ｆｔさ几る被加工物、（７）は加工テーブル（５１Ｘ軸
方向に移動させる駆動モータ、（８）は加工テーブル（
５）をＹ軸方向に移動させる駆動モータ、（９）はレー
ザ発振器（１）および加工テーブル（５）を側倒するＮ
Ｏ装置である。

次に動作について説明する。レーザ発振器（１）から放
出さｎたレーザ光（２）に、被加工物（６）に対して垂
＠に照射さｎるべく全反射鏡＋３１　Ｖｃより折り曲げ
らｎる。その後レーザ光（２）は集光レンズ（４１によ
り小さなスポット径に集束さル、被加工物（６）に照射
さ几る。ここで、Ｗ加工物（６）ニ加工テーブル（５）
に支持さｎており、Ｘ軸駆動モータ（７）およびＹｅｌ
ｌ躯動モータ（８）で加工テーブル（５）が移動するこ
とによって複離な形状の切断ができる。そして、ＮＯ装
置（９）によジレーザ元振１ｆｌｌ、　　Ｘ軸駆動モー
タ（７）およびＹＭ駆動モータ（８）の動作を制御して
いる。

（発明が解決しようとする問題点〕 従来のレーザ加工装置は９以上のように構成さｎてお９
．レーザ出力や出力形態が固定さ几てしまうため微細切
断箇所が熱影響を受けやすく、切断品質が不安定で精度
の低下を招くという問題点があった。例えば、第７図に
従来のレーザ加工装置による形状切断例を示す平面図で
おり、切断方向が変る角部（ａ）、　（０１，ＣＣ１，
・・・（匂では第８図に示すように、横軸の時間−）に
対して縦軸の実速度。

すなわち被加工物（６）に照射さ几るレーザ光（２１の
被加工物（６）に対する相対移動速度（Ｖ蝕）が遅くな
るためにレーザ出カ一定で切断していくと、特に鋭角切
断動所（ａ）、　、　（Ｑ）および微細切断箇所（ｉ）
、　Ｕなどにおいて入熱過多となり、熱飽和による溶損
ｓｃ！３が生じて、切胡面粗さや切断溝幅などの切断品
質が不安定で精度が低下する。

また、抜刀ロエ物（６）の材質、板厚および切断形状が
与えら几ると、その都度、試行錯誤しながら最適切断条
件を求めなけ几ばならず、マンパワーの負担が大きく、
シかも刀ロエ所安時間が長くかかるという問題点がめっ
た。

この発明に、上記のような問題点を屏泊するためになさ
ｆ’したもので２例えば複雑な形状の板金部品の鋭角切
断箇所などにおいても熱飽和による溶損の少ない高品質
、篩楕度のレーザ刀ロエができ。

しかも加工所要時間を短縮できると共に自動的に安定し
た加工が行なえるレーザ加工装置を提供することを目的
としている。

〔問題点ン屡決するための手段〕

この発明に係るレーザ加工装置は、被加工物に照射さｎ
るレーザ光の上記被加工物に対する相対移動速度を検出
する相対移動速度挽出装置と、上記相対移動速度検出装
置の検出信号より速度ベクトルを演算する速度ベクトル
演算回路と、上記被加工物のオ買および板厚に応じた上
記相対移動速度に対する最適レーザ出力および＠過パル
ス周波数のデータに基づいて、那工時に上記速度ベクト
ル演算回路の出力信号よＶ＝通レーザ出力および最適パ
ルス鞠波数を演算する最適値演算回路と。

この最適値演算回路の出力信号に基づいて、レーザ発振
器の出刃を制御するレーザ出力制御回路および上記レー
ザ発振器のパルス周波数を制御するパルス周波数制御１
ｇｌ路とを倫えたものである。

（作用」 この発明における最適憧挾算回路は、被加工物の材質お
よび板厚の信号を入力するだけで相対移動速度に対する
最適レーザ出力朱件および最適パルス尚腋数宋件乞自動
的に設定でき、上記被加工物に対するレーザ光の相対移
動速度に応じて最適レーザ出力値および最適パルス周波
数値を演算し決定する。また、レーザ出力制御回路およ
びパルス周波数制御回路は、上記最適値演算回路の出力
信号に基づいてレーザ発振器の出力およびパルス周波数
を自動的に制御するので１例えば複雑な形状の板金部品
の鋭角切断などにおいても熱飽和による溶損の少ない　
高品質、高精度なレーザ加工が行なえ、しかも加工所要
時間を短縮できると共に安定した加工が可能となる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図をもとに説明する。なお
、前述した従来の実施例と対応する箇所には同一符号を
付しその説明に省略する。

第１図にこの発明の一実施例によるレーザ加工装置な示
すブロック構成図であり１図において５ＨＨｘ＠ｍｇ’
ｒ−−タ（７）に取付けら几ており、被加工物ｔ６１　
Ｋ照射さ几るレーザ光（２）の被加工物（６）に対する
Ｘ軸力向の相対移動速度な徳山するＸ軸相対移動速反検
出装置、α１１はＹｅ駆動モータ（８）に取付けらルて
おり、レーザ光（２）の仮加工物＋６１　Ｖｃ対するＹ
軸方向の相対移動速度を検出するＹ軸相対移動速度検出
装置、σ２はＸ軸およびＹ軸相対移動速度検出装置（１
α、αυの検出信号より速度ベクトルを演算する速度ベ
クトル演算回路、αｊは被加工物（６）の材質および板
厚に応じた上記相対移動速度に対する最適レーザ出力お
よび最適パルス周波数を記憶し、この最適レーザ出力お
よび最通パルス周波数のデータに基づいて、速度ベクト
ル演算回路α２の出力信号より最適レーザ出力値および
最適パルス周波数値を演算し決定する最適値演算回路、
（１４は最適値演算回路０の出力信号に基づいて、レー
ザ発振器［１１の出力を制御するレーザ出力制御回路。

（１５に同碌に最適１直演算回路ｕ３からの出力信号に
基づいて、レーザ発振器（１）のパルス周波数を制御す
るパルスＦ＠波数制御回路である。第２図は最適値演算
回路α３Ｖｃ記憶さ几た相対移動速度（ｍ７ｆａｘ）に
対する最適レーザ出力（Ｗ）ａ９を示す特性図の一例で
あり、　縦ｍは平均レーザ出力である。こルは予め求め
たファインカット領域より抽出したものである。

・図中、領域（Ａ）はレーザ出力がパルス、領域（Ｂ）
は連続出力形態で出力さ几、速度Ｖｃで切換わる。第３
図は最適値演算回路ｆ１３１Ｋ記隼さルた相対移動速度
に対する最適パルス周波数（Ｈｚ）、＠を示す！性図の
一例であり、こｎは予め求めた良好な切断兜粗さの領域
より抽出したものである。なお、最適〕； 値演算回路０には各材質、各版厚に応じた相朽ヤ勤速度
に対する最適レーザ出力および最適パルス周波数が記憶
さｎている。

次に動作について第１図〜第３図を参照しながら説明す
る。被加工物（６）の材質および板厚を最適値演算回路
αｊにインプットすると、被加工物（６）の材質および
板厚に応じた相対移動速度■に対する最適レーザ出力Ｐ
＝ａＶ＋ｂ（ただしａ、　　ｂには質および板Ｊｌ［よ
って決まる定数）、並びに相対移動速度ＶＶｃ対する最
適パルス周波数Ｆ＝ＣＶ＋ｄ（ただしｃ、　　（ｌに材
質および板厚によって決まる定ｖ、）が自動的に設定さ
ｎる。次いで、被加工物（６）を支持する加工テーブル
（５）ヲ移動させるＸ軸駆動モータ（７）とＸ軸駆動モ
ータ（８）の回転数がら。

Ｘ軸およびＹ軸相対移動速度検出装置αＣ１αυにより
そ几ぞ几の軸方向の相対移動速度ＶＸおよびｖｙ？：検
出し、速度ベクトル演算回路（１６により１【７７；７
７−の演算をして実速度、すなわち被加工物（６）に照
射さ几るレーザ光（２１の被加工物（６１Ｋ対する相対
移動速度ｖｉの信号を最適値演算回路０３に出力する。

最適値演算回路０では、前述のようにして選定さｎた最
適レーザ出力条件Ｐ＝ａＶ十すおよび最適パルス周波数
条件Ｆ＝ＣＶ＋ｄに基づいて６上記相対移動速度Ｖｉよ
り最適レーザ出力Ｐ１および最適パルス周波数Ｂ’ｉ’
に決定する。

レーザ出力制御回路Ｉおよびパルス周波数制御回路俣９
でに、最適値演算回路αりの出力信号に基づいてレーザ
発奈器（１）の電源を制御することにより。

レーザ出力およびパルス周波数を制御する。その後、従
来技術の場合と同じようにレーザ光（２）が被加工物（
６）に照射される なお、第４図は上記相対移動速度ｖ１に応じてレーザ光
（２）の出力形態を切り換えることを説明するための説
明図である。最適値演算回路αＪでは以下に詳しく説明
するように、仮加工物（６）の相対移動速度ｖｌＫ応じ
て、高速領域では連続出方、低速領域ではパルス出力と
いうように、レーザ出力値の制御と共に出力形態の切り
換えも行なっている。すなわち相対移動速度■１が演算
さ几ると。

第２図の特注図より求めらｎすでに各材質、各板厚につ
いて最適値演算回路Ｂ３ＶＣ記憶さ几ている出力形態切
換点の速度Ｖｃと上記相対移動速度Ｖ１が比較さｎる。

その結果、相対移動速度ｖ１の方が大きい場合は、出力
形態は連続となり最適レーザ出力値Ｐ１＝ａＶ１＋ｂの
式で与えらｎる。一方。

相対移動速度ｖ１の力が小さい場合は、出力形態はパル
スとなり最適レーザ出力値は以下に説明するように、良
好な切断面粗さを安定して得るためＰａという一定した
平均レーザ出力で与えらｎる。

なお、上記平均出力は熱飽和による溶損の少ない切断下
限界の出力値である。第２図の特性図より予め記憶して
いる最適レーザ出力条件を表わす直線は前述のように、
レーザ切断面の下側にかえりが生じないファインカット
領域から抽出したものであるが、切断品質を左右する切
断面粗さはレーザ出力を一定にしたときに、第５図に示
すように連続出力の場合の切断面粗さくμｍ）　（１！
ｌは低速領域で粗、高速領域で精、−力パルス出力の場
合の切断面粗さＱｌｌは逆に、低速領域で精、高速領域
で粗となることから、実際の切断速度に応じて出力形態
を切υ換えることは、よＶ高品質のレーザ切断を可能と
するために重要なファクターである。次いで、第３図の
＃！ｆ注図より予め記憶している最適パルス周波数条件
を表わす画線は前述のように。

例えば２０μｍＲ７以下の良好な切断面粗さの領域から
抽出したものであるが、出力形態がパルス出力の場合の
上記切断面粗さｒ２〃は切断速度が高速になるのに応じ
て、パルス周Ｖ数が圓い場合が粗。

パルス周波数が高い場合が精となることから、実際の切
断速度に応じてパルス周波数を制御することは、４！に
鋭角切断箇所および微細切断箇所などにおいて、より安
定した尚品質のレーザ切断を可能とするために、こＣも
まｆｃ重女なファクターである。

このようにして、適正なレーザ出力や出力形態さらにパ
ルス周波数に制御するので、安定した高品質、制精度の
レーザ切断が自動的に行なえる。

なお、上記実施例では加工テーブル（５）を移動させた
場合について説明したが、レーザ光（２）を移動させて
もよい。

また、上記実施例でに出力形態が連続出力のときの最適
レーザ出力およびパルス出力のときの最適パルス周波数
を直森で表わした場合について説明したが　こｎらに曲
線でめってもよい。

また、上記実施例でに、レーザ発振器（１）の出力形態
？：遅遅出出力よびパルス出力間で切り換えた場＆につ
いて説明したが、材質、板厚および相対移動速度などの
条件によっては！、ＩＪり換えない場合でも上記実施例
と同様の効果？：奏する。

さらに、上記実権例では被加工物（６）を二次元的に＃
動さぜた場合について説明したが、被加工物を三次元、
ｂるいにそｎ以上の次元で移動させる場合でも０合成さ
ｆした速置ベクトル証に応じてレーザ光（２）の出力、
出力形態およびパルス周波数を制御すｎば、上記実施例
と同様の幼果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によｎば、被加工物に照射さｎ
るレーザ光の上記被加工物に対する相対移動速度を検出
する相対移動速度検出装置と、上記相対移動速度検出装
置からの検出信号よジ速度ベクトルを演算する速度ベク
トル演算回路と、上記抜刀ロエ物の材質および板厚に応
じ念上記相対移動速度に対する最適レーザ出力および最
適パルス周波数のデータＫＭづいて、上記速度ベクトル
演算回路の出力信号より最適レーザ出力および最適パル
ス周波数を演算する最適値演算回路と、この最適値演算
回路の出力信号ＶＣ基づいて、レーザ発振器の出力’！
′ａｉｌＪ　御するレーザ出力制御回路および上記レー
ザ発振器のパルス周波数を制御するパルス周波数制御回
路とを備えたので０例えば複雑な形状の板金部品の切断
ｄ！所などにおいても熱飽和による溶損の少ない高品質
、高精度のレーザ加工を可能とし、しかも加工所要時間
を短縮できると共に、自動的に安定した加工が行なえる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にょるレーザ加工装置を示
すブロック構成図、第２図はこの発明の一実施例に係わ
る相対移動速度に対する最適レーザ出力を示す特注図、
第３図はこの発明の一実施例に係る相対移動速度に対す
る最適パルス周波数を示す％性図、第４図は相対移動速
度に応じてレーザ光の出力形態を切り換えることを説明
する説明図、第５図は出力形態によって相対移動速度に
対する切断面粗さの特注が異なることを説明する特性図
、第６図に従来のレーザ加工装置を示す構成図、第７図
は従来のレーザ加工装置、による切断加工例を示す平面
図、第８図に第７図の加工例における時間に対する相対
移動速度の関係な示す特性図である。 図において、（１）はレーザ発振器、（２）はレーザ光
。 （６）は被加工物、　ｔｌＱにＸ軸相対移鯛速度検出装
置。 αυはＹ軸相対移動速度検出装置、ａｚは速度ベクトル
演算回路、ａ３は最適値演算回路、ｔｌ（はレーザ出力
制御回路、（１つにパルス周波数制御回路であるなお１
図中、同一符号は同−父に相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ発振器より発生したレーザ光を被加工物に
   照射して加工を行なうものにおいて、上記レーザ光の上
   記被加工物に対する相対移動速度を検出する相対移動速
   度検出装置、上記相対移動速度検出装置の検出信号より
   速度ベクトルを演算する速度ベクトル演算回路、上記被
   加工物の材質及び板厚に応じた、上記相対移動速度に対
   する最適レーザ出力及び最適パルス周波数のデータに基
   づいて、加工時に上記速度ベクトル演算回路の出力信号
   より最適レーザ出力及び最適パルス周波数を演算する最
   適値演算回路、並びにこの最適値演算回路の出力信号に
   基づいて、上記レーザ発振器の出力を制御するレーザ出
   力制御回路及び上記レーザ発振器のパルス周波数を制御
   するパルス周波数制御回路を備えたことを特徴とするレ
   ーザ加工装置。
2. （２）最適値演算回路はレーザ光の出力形態を、相対移
   動速度が所定値より大のときは連続、小のときはパルス
   出力形態、に切換える特許請求の範囲第１項記載のレー
   ザ加工装置。