JPWO2019188155A1 - レーザ切断加工装置及びレーザ切断加工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[レーザ切断加工装置の構成]
図1は、本実施形態に係るレーザ切断加工装置101の構成を示す模式図である。図1に示すように、レーザ切断加工装置101は、レーザ発振器102と、レーザ加工ロボット130と、コントローラ105と、切断加工条件設定装置(ティーチングペンダント)106とを備える。レーザ加工ロボット130は、レーザ加工ヘッド103とマニピュレータ104とを有している。
図2は、加工条件テーブル作成のためのデータ収集手順のフローチャートである。また、図3は、異なる材質及び板厚に対して所定の切断面形状が得られるワークの切断速度とレーザ出力との範囲を示す図である。また、図4は、板厚1mmのステンレス鋼に対して所定の切断面形状が得られるワークの切断速度とレーザ出力との範囲を示す図である。なお、図4は、図3に示す複数のグラフのうち、左上に示すグラフに対応している。
P:レーザ出力
V:切断速度
A,B,C:定数
一方、図4に示すように、有効範囲外に切断速度及びレーザ出力を設定すると、切断面にドロスが付着したり(図4中に△で表示)、ワーク108の切断そのものができない(図4中に×で表示)場合がある。例えば、レーザ発振器102の最大出力が4kW、切断されるワーク108の材質がアルミ合金(A5052)、板厚が3.0mmである場合は、レーザ発振器102を連続発振させても、ワーク108を切断することはできなかった(図3の上から2段目かつ左から3番目のグラフを参照)。また、図4には示していないが、切断面形状が不良であったり(図4中の□の説明参照)、エッジ(バリ)が発生したりする場合(図4中の◇の説明参照)も、切断速度及びレーザ出力は有効範囲外にある。なお、ドロスとは、レーザ切断加工時にワーク108が溶けて、レーザ光109の照射側と反対側の面付近に付着する溶融物のことをいう。
図7は、レーザ切断加工手順のフローチャートである。また、図8は、加工条件の見直しによる、切断速度の使用可能範囲と切断速度及びレーザ出力の有効範囲との重なり具合の変化を示す概念図である。まず、図7を用いてレーザ切断加工手順全体の流れを説明し、後に図8を用いて、処理の詳細を具体的に説明する。なお、図2に示す手順でデータが収集され、制御部120のコントローラ105の記憶部110に加工条件テーブル群が保存された状態で、ワーク108を図7に示すレーザ切断加工手順にてレーザ切断加工するものとする。
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ切断加工装置101は、レーザ発振器102から出力されたレーザ光109を伝送ファイバ107及びレーザ加工ロボット130の先端に取付けられたレーザ加工ヘッド103を介してワーク108に照射し、ワーク108を切断するように構成されている。
図9は、本実施形態に係る切断方向に対するレーザ加工ヘッド103の傾斜状態の模式図である。
図11は、本実施形態に係るレーザ切断加工手順のフローチャートである。また、図12は、サブテーブルの作成手順の概念図であり、図13は、ナビゲーションテーブルの作成手順の概念図であり、図14は、ナビゲーションテーブルの選択手順の概念図である。
102 レーザ発振器
103 レーザ加工ヘッド
104 マニピュレータ
105 コントローラ
106 切断加工条件設定装置(ティーチングペンダント)
107 伝送ファイバ
108 ワーク
109 レーザ光
110 記憶部
111 演算・処理部
112 入力部
113 表示部
120 制御部
130 レーザ加工ロボット
θ 傾斜角
θs 側方傾斜角
Claims (9)
- レーザ発振器から出力されたレーザ光を伝送ファイバ及びレーザ加工ロボットの先端に取付けられたレーザ加工ヘッドを介してワークに照射し、前記ワークを切断するレーザ切断加工装置であって、
前記レーザ加工ロボット及び前記レーザ発振器の動作を制御する制御部を備え、
前記レーザ加工ロボットには、所定の軌跡精度で移動可能である速度範囲が予め定められ、前記速度範囲に基づいて、前記ワークの切断速度の使用可能範囲が設定されており、
前記制御部に設けられた記憶部には、切断加工条件に関する加工条件テーブルが複数保存されており、
前記加工条件テーブルは、前記ワークの材質及び板厚に関連付けられたパラメータとして、レーザ発振周波数と、レーザ出力と、レーザ出力デューティーと、前記切断速度の前記使用可能範囲と、前記ワークの切断面が所定の仕上がり条件を満たすように設定された前記切断速度及び前記レーザ出力で画定される有効範囲と、前記有効範囲の下側境界に関する近似式とを、少なくとも含み、
前記制御部は、前記記憶部に保存された複数の前記加工条件テーブルの中から、前記ワークの前記切断速度と前記レーザ出力とが所定の条件を満たすように前記加工条件テーブルを選択し、選択された前記加工条件テーブルに基づいて前記ワークが切断加工されるよう前記レーザ加工ロボット及び前記レーザ発振器の動作を制御することを特徴とするレーザ切断加工装置。 - 請求項1に記載のレーザ切断加工装置において、
選択された前記加工条件テーブルに含まれる前記有効範囲と前記切断速度の前記使用可能範囲との重なりが所定の範囲未満である場合は、前記レーザ発振周波数及び前記レーザ出力デューティーの少なくとも一方を変更して、前記有効範囲と前記切断速度の前記使用可能範囲との重なりが前記所定の範囲以上になるように、前記加工条件テーブルを再選択し、
前記制御部は、再選択された前記加工条件テーブルに基づいて前記ワークが切断加工されるよう前記レーザ加工ロボット及び前記レーザ発振器の動作を制御する
ことを特徴とするレーザ切断加工装置。 - 請求項1または2に記載のレーザ切断加工装置において、
前記加工条件テーブルの前記パラメータは、前記ワークの切断方向に対する前記レーザ加工ヘッドの傾斜角にも関連付けられており、
前記制御部は、前記レーザ加工ヘッドの先端が、前記レーザ加工ヘッドの後端よりも前記ワークの切断方向に沿って前方に位置した前進状態で、かつ前記傾斜角が0°以上30°以下の範囲で前記ワークが切断加工されるよう前記レーザ加工ロボット及び前記レーザ発振器の動作を制御することを特徴とするレーザ切断加工装置。 - 制御部によって動作が制御されるレーザ発振器から出力されたレーザ光を伝送ファイバ及び前記制御部によって動作が制御されるレーザ加工ロボットの先端に取付けられたレーザ加工ヘッドを介してワークに照射し、前記ワークを切断するレーザ切断加工方法であって、
前記ワークの材質及び板厚を含むレーザ切断加工時の基本条件の入力を受け付ける基本条件入力ステップと、
前記基本条件入力ステップで入力された前記基本条件と、前記制御部内の記憶部に保存され、前記レーザ切断加工に関する各種パラメータを有する加工条件テーブルを複数含んでなる加工条件テーブル群とを照合し、所望の前記レーザ切断加工に対応する前記加工条件テーブルを選択する加工条件テーブル選択ステップと、
前記加工条件テーブル選択ステップで選択された前記加工条件テーブルに基づいて前記レーザ切断加工の加工条件を設定する加工条件設定ステップと、
前記加工条件設定ステップで設定された加工条件において、前記ワークの切断速度が所定の条件を満たすかどうかを判断する切断速度判断ステップと、
前記切断速度判断ステップでの判断結果に基づいて前記ワークが切断加工されるよう前記レーザ加工ロボット及び前記レーザ発振器の動作を制御する切断加工ステップと、を有することを特徴とするレーザ切断加工方法。 - 請求項4に記載のレーザ切断加工方法において、
前記切断速度判断ステップでは、前記ワークの前記切断速度が、前記レーザ加工ロボットに予め定められた速度範囲に基づいて設定された使用可能範囲かどうか、または、前記ワークの切断面が所定の仕上がり条件を満たすように設定された前記切断速度及びレーザ出力で画定される有効範囲と前記切断速度の前記使用可能範囲との重なりが所定の範囲以上であるかどうかを判断することを特徴とするレーザ切断加工方法。 - 請求項5に記載のレーザ切断加工方法において、
レーザ発振周波数及びレーザ出力デューティーのいずれか一方を変更して前記加工条件テーブルを再選択する加工条件テーブル再選択ステップと、
前記切断速度を前記使用可能範囲の最大値である切断最大速度に設定する切断速度設定ステップと、
前記加工条件テーブル再選択ステップで再選択された前記加工条件テーブルに保存された前記切断速度に対するレーザ出力下限値の近似式を抽出し、前記近似式における前記切断最大速度での前記レーザ出力を切断加工時の前記レーザ出力に設定するレーザ出力設定ステップと、をさらに有し、
前記切断速度判断ステップでの判断が肯定的であれば、前記切断加工ステップにおいて、前記加工条件設定ステップで設定された加工条件に基づいて前記ワークを切断加工させ、
前記切断速度判断ステップでの判断が否定的であれば、
前記切断加工ステップにおいて、前記切断速度設定ステップ及びレーザ出力設定ステップでそれぞれ設定された前記切断速度及び前記レーザ出力に基づいて前記ワークを切断加工させることを特徴とするレーザ切断加工方法。 - 請求項4ないし6のいずれか1項に記載のレーザ切断加工方法において、
前記基本条件は、前記ワークの切断方向に対する前記レーザ加工ヘッドの傾斜角をさらに含み、
前記加工条件テーブルの各種パラメータは、前記ワークの切断方向に対する前記レーザ加工ヘッドの前記傾斜角にも関連付けられており、
前記切断加工ステップにおいて、前記レーザ加工ヘッドの先端が、前記レーザ加工ヘッドの後端よりも前記ワークの切断方向に沿って前方に位置した前進状態で、かつ前記傾斜角が0°以上30°以下の範囲で前記ワークが切断加工されるよう前記レーザ加工ロボット及び前記レーザ発振器の動作を制御することを特徴とするレーザ切断加工方法。 - 請求項4ないし7のいずれか1項に記載のレーザ切断加工方法において、
前記加工条件テーブル選択ステップでは、前記ワークの切断軌跡全体において、所定の間隔をあけて位置する2つの教示点間における前記基本条件と前記加工条件テーブル群とを照合して、所望の前記レーザ切断加工に対応する前記加工条件テーブルの組み合わせを複数選択し、
前記レーザ切断加工方法は、
前記加工条件テーブルに、前記2つの教示点間を切断加工するときの加工時間と加工時電力とを関連付けてサブテーブルを作成するサブテーブル作成ステップと、
前記サブテーブルの組み合わせのそれぞれに、前記切断軌跡全体にわたって積算された加工時総時間及び加工時総電力を関連付けて複数のナビゲーションテーブルを作成するナビゲーションテーブル作成ステップと、
前記レーザ切断加工における所望の仕様に応じて、複数の前記ナビゲーションテーブルから前記レーザ切断加工に使用する前記ナビゲーションテーブルを選択するナビゲーションテーブル選択ステップと、をさらに有し、
前記切断加工ステップでは、前記ナビゲーションテーブル選択ステップで選択された前記ナビゲーションテーブルに含まれる前記加工条件に基づいて前記ワークが切断加工されるよう前記レーザ加工ロボット及び前記レーザ発振器の動作を制御することを特徴とするレーザ切断加工方法。 - 請求項8に記載のレーザ切断加工方法において、
前記ナビゲーションテーブル選択ステップでは、前記加工時総時間、前記加工時総電力及び前記ワークの切断面形状の確認結果の少なくとも1つに基づいて、使用する前記ナビゲーションテーブルを選択することを特徴とするレーザ切断加工方法。
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