WO2015156119A1 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工装置およびレーザ加工方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2015156119A1
WO2015156119A1 PCT/JP2015/058893 JP2015058893W WO2015156119A1 WO 2015156119 A1 WO2015156119 A1 WO 2015156119A1 JP 2015058893 W JP2015058893 W JP 2015058893W WO 2015156119 A1 WO2015156119 A1 WO 2015156119A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
workpiece
processing
optical axis
laser beam
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/058893
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
直幸 中村
孝洋 中井
輝章 福岡
瀬口　正記
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to JP2016512651A priority Critical patent/JP6116757B2/ja
Publication of WO2015156119A1 publication Critical patent/WO2015156119A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting

Definitions

  • the present invention is executed by a laser processing apparatus including a laser oscillator that emits laser light, a processing head main body that irradiates a workpiece to be processed with laser light emitted from the laser oscillator, and the laser processing apparatus.
  • the present invention relates to a laser processing method.
  • the cutting slit width can be increased without changing the beam diameter by cutting while rotating the laser optical axis (optical axis). As a result, it is possible to improve the processing speed, improve the cutting quality, and increase the maximum workable plate thickness.
  • the laser processing head of the laser processing apparatus described in Patent Document 1 has a decentering optical system that decenters the laser beam LB from the optical axis of the condensing optical system at a position below the laser beam condensing optical system. It is provided on a hollow rotating shaft.
  • the laser processing head is provided with a decentering optical system at an inclination angle ⁇ with respect to the optical axis of the condensing optical system, and at the same time as passing an assist gas through the laser beam from the decentering optical system.
  • An assist gas nozzle for injecting coaxially is provided.
  • the laser processing head is provided with an air turbine that rotationally drives a hollow rotary shaft having an eccentric optical system around the optical axis, and the optical axis position is determined by the eccentric optical system and the air turbine. Laser processing is performed while rotating.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a laser processing apparatus and a laser processing method capable of suppressing variations in processing quality.
  • a laser processing apparatus includes a laser oscillator that emits laser light, a processing head main body that irradiates a workpiece to be processed with laser light emitted from the laser oscillator, laser output from the laser oscillator, and a work from the processing head main body. And a control unit that controls the position of the laser beam irradiated onto the workpiece, the control unit specifying the laser beam with respect to the workpiece while moving the processing head body relative to the workpiece.
  • the machining head main body is controlled so as to oscillate at a period of, and the laser output is controlled to be modulated while being synchronized in accordance with a change in oscillation of the laser light at a specific period.
  • the laser processing method according to the present invention is executed by a laser processing apparatus including a laser oscillator that emits laser light and a processing head body that irradiates a workpiece to be processed with the laser light emitted from the laser oscillator.
  • a laser processing method comprising: controlling a machining head main body so that a laser beam swings with respect to a workpiece at a specific cycle while moving the machining head main body relative to the workpiece; And controlling to modulate the laser output of the laser light in synchronization with the change in the oscillation of the laser light.
  • the laser light is controlled to oscillate at a specific period, and the laser output of the laser light controlled to oscillate at the specific period is changed according to the change in the oscillation of the laser light. And a configuration for performing modulation while synchronizing.
  • the laser processing apparatus and the laser processing method which can suppress the dispersion
  • the same reference numerals are assigned to the same elements, and duplicate descriptions are omitted.
  • the surface on which cutting (welding) is performed is defined as the xy plane
  • the machining direction is defined as the plus direction of the x axis
  • the direction perpendicular to the xy plane is defined as the z axis.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the laser processing apparatus according to the first embodiment includes a laser oscillator 10, a transmission optical system 20, a processing head body 30, and a control unit 40.
  • the transmission optical system 20 transmits the laser light L emitted from the laser oscillator 10 into the processing head main body 30 via, for example, an optical fiber or a plurality of mirrors (not shown). Further, the processing head body 30 includes a processing lens 31 and a nozzle 32. Note that the type of the laser beam L may be, for example, a solid laser or a CO2 laser.
  • the laser light L transmitted to the processing head body 30 passes through the processing lens 31 and the nozzle 32 and is placed on a processing table together with a processing gas (not shown) supplied to the inside of the processing head body 30.
  • the work W is condensed and irradiated.
  • the processing head body 30 is configured to be able to move freely in the horizontal plane (xy plane) with respect to the workpiece W. Therefore, when the machining head body 30 is driven, the optical axis of the laser light L can be moved or rotated.
  • the control unit 40 is connected to the laser oscillator 10 and the machining head body 30, and controls the laser output of the laser oscillator 10 and the driving of the machining head body 30 based on the type of workpiece W and machining conditions. That is, according to the instruction
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the control unit 40 of the laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the control unit 40 includes a laser output command generation unit 41, a periodic movement command generation unit 42, a periodic vibration center position command generation unit 43, and a synchronization command generation unit 44.
  • the laser output command generation unit 41 generates a command for controlling the laser output of the laser light L.
  • the periodic movement command generator 42 generates a command for controlling the rotation period of the optical axis of the laser light L.
  • the periodic vibration center position command generation unit 43 generates a command for controlling the rotation center position of the optical axis of the laser light L.
  • the synchronization command generation unit 44 operates the laser oscillator 10 and the machining head body 30 based on the command values acquired from the laser output command generation unit 41, the periodic movement command generation unit 42, and the periodic vibration center position command generation unit 43, respectively.
  • a control signal is output to control each of the signals so that these control signals are synchronized.
  • control unit 40 By configuring the control unit 40 in this way, the optical axis of the laser light L can be moved or rotated, and the magnitude of the laser output can be changed according to the optical axis position.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the rotation trajectory of the optical axis of the laser beam L focused and irradiated onto the workpiece W when the laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention performs cutting processing.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the relative speed of the optical axis and the laser output of the laser light L focused and irradiated on the workpiece W from the laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a circle drawn by a solid line indicates the rotation trajectory of the optical axis of the laser beam L, and an arrow in the circle indicates the direction of rotation.
  • a circle drawn with a broken line indicates an irradiation range of the laser light L irradiated to the workpiece W as the optical axis of the laser light L rotates.
  • the machining head body 30 moves at a constant machining speed F in the + x direction (machining direction) with respect to the workpiece W, and the optical axis rotation radius. Rotates at r and rotational angular velocity ⁇ . As the machining head body 30 rotates in this manner, the optical axis of the laser light L rotates.
  • the processing speed F, the optical axis rotation radius r, and the rotation angular speed ⁇ are determined based on the type of workpiece W and processing conditions.
  • cutting proceeds by melting the metal by laser irradiation and discharging the molten metal by assist gas (processing gas).
  • processing gas processing gas
  • the melting of the metal is mainly performed by the beam forward in the processing direction, and heat is supplied to the molten metal by the beam behind the processing direction.
  • the discharge trace of molten metal becomes a drag line and appears on the cut surface.
  • the viscosity of the molten metal has a negative correlation with the temperature, this viscosity increases when a sufficient amount of heat cannot be supplied to the molten metal.
  • the slit width at the time of cutting can be increased by rotating the laser optical axis. Therefore, the processing gas can be supplied to the bottom or tip of the cutting, and the maximum processing plate thickness is increased as compared with the case where the laser optical axis is not rotated.
  • the present inventor has found that the processing quality differs on the left and right surfaces with respect to the processing direction for the following reasons. That is, for example, when processing is performed while rotating the optical axis of the laser beam L clockwise by a CW wave (Continuous Wave) as shown in FIG. 3, the cut surface on the left side with respect to the processing direction (cutting direction). Since the relative speed of the laser light L with respect to the workpiece W is different between the (cut surface on the point A side in FIG. 4) and the cut surface on the right side (the cut surface on the point B side in FIG. 4), We found that the processing quality is different.
  • CW wave Continuous Wave
  • the machining head main body 30 moves at the machining speed F in the + x direction (machining direction) with respect to the workpiece W, as well as the optical axis rotation radius r and the rotation angular velocity ⁇ , as in FIG. It shall be rotated at.
  • the laser beam L moves with respect to the workpiece W at the processing speed F,
  • the magnitude of the rotational speed is r ⁇ .
  • the direction of the processing speed F and the rotational speed r ⁇ are the same. Therefore, the relative speed of the laser beam L with respect to the workpiece W is F + r ⁇ at the position where the left cut surface and the irradiation range of the laser beam L are in contact with the cutting direction, which is the maximum.
  • the laser light L moves with respect to the workpiece W at the processing speed F and the magnitude of the rotation speed Is r ⁇ .
  • the direction of the processing speed F and the rotational speed r ⁇ are opposite.
  • the relative speed of the laser light L with respect to the workpiece W is F ⁇ r ⁇ , which is the minimum.
  • the relative speed of the laser beam L with respect to the workpiece W is abbreviated as “the relative speed of the laser beam L”.
  • the relative speeds of the laser beams L are different on the left and right cut surfaces with respect to the cutting direction, and the difference between the relative speeds is 2 r ⁇ at the maximum. Further, as the optical axis of the laser beam L rotates, the irradiation range of the laser beam also moves, and the relative speed of the laser beam L also changes. In other words, when the optical axis position changes due to the rotation of the optical axis of the laser light L, the relative speed of the laser light L changes.
  • the relative speed of the laser beam L (processing speed F when the optical axis does not rotate) is an important parameter in maintaining quality. That is, for example, when the relative speed is higher than an appropriate speed, the irradiation time of the laser light L per work unit volume decreases. Therefore, the amount of heat input to the workpiece W becomes insufficient, causing a processing defect such as dross adhering or cutting the workpiece W. On the other hand, when the relative speed is slower than an appropriate speed, the irradiation time of the laser light L per unit volume of the work increases. Accordingly, the amount of heat input to the workpiece W is increased, and the processing quality of the cut surface is greatly reduced.
  • the laser output is changed in accordance with the relative speed of the laser light L that changes depending on the optical axis position of the laser light L, and the heat input to the workpiece W is made uniform at all irradiation positions. I am doing so.
  • the laser output is modulated and controlled while synchronizing the laser output with the change in the relative velocity of the laser light L that changes in accordance with the optical axis position of the laser light L.
  • the relative speed of the laser beam L is the fastest at the position where the optical axis position of the laser beam L is in contact with the cutting surface on the left side with respect to the cutting direction and the irradiation range of the laser beam L.
  • control is performed so that the laser output becomes the maximum value.
  • the relative speed of the laser beam L is the slowest. Control to be the minimum value.
  • the laser output is modulated with a sine wave in accordance with the relative speed of the laser light L that changes depending on the optical axis position of the laser light L, and the optical axis of the laser light L is moved.
  • laser output are controlled synchronously. That is, the control unit 40 controls the machining head body 30 to be rotationally driven with the optical axis rotation radius r and the rotation angular velocity ⁇ determined based on the type of workpiece W and the machining conditions, and the optical axis of the laser beam L. Control is performed so as to change the laser output in accordance with the position.
  • control unit 40 By controlling the control unit 40 in this way, it becomes possible to irradiate the laser beam L with a laser output corresponding to the relative speed of the laser beam L, and uniformize the heat input to the workpiece W at all irradiation positions. be able to. Therefore, even when processing is performed by rotating the optical axis of the laser beam L, the processing quality can be made equal on the left and right cut surfaces with respect to the cutting direction, and a high-quality cut surface can be obtained. Can be maintained.
  • the laser output is modulated with a sine wave in order to synchronize the change in the relative velocity of the laser light L and the laser output
  • the present invention provides such a modulation method. It is not limited to.
  • the laser output may be modulated with a waveform obtained by adding a pulse component to a triangular wave or CW component.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing another example of the relationship between the relative speed of the optical axis and the laser output of the laser light L focused and irradiated on the workpiece W from the laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the optical axis position where the relative speed of the laser light L is the highest can be controlled so that the laser output becomes the maximum value, and the optical axis position where the relative speed of the laser light L becomes the slowest. Then, the laser output can be controlled to a minimum value. In this way, by changing the laser output according to the optical axis position of the laser beam L, the processing quality can be made equal on the left cut surface and the right cut surface with respect to the cutting direction. It becomes possible to maintain a simple cut surface.
  • the processing head main body is controlled so that the laser beam oscillates with respect to the work at a specific cycle while the processing head main body is moved relative to the work, and the specific cycle.
  • Control is performed so that the laser output is modulated in synchronization with the change in the oscillation of the laser beam.
  • the optical axis position of the laser beam is specified by rotating the optical axis position of the laser beam irradiated to the workpiece on the workpiece processing surface while moving the processing head body relative to the workpiece.
  • Control is performed so as to oscillate at a period, and control is performed so as to modulate the laser output in synchronization with a change in the relative speed of the optical axis position of the laser beam with respect to the workpiece.
  • the amount of heat input of the laser beam to the workpiece is constant regardless of the direction of change in the relative position of the machining head body with respect to the workpiece.
  • the amount of heat input to W can be kept equal, and the processing quality can be made equivalent.
  • Embodiment 2 FIG. In the first embodiment, the case where the optical axis of the laser beam L is rotated by the processing head main body 30 being rotationally driven has been described. In contrast, in Embodiment 2 of the present invention, a case will be described in which the optical axis of the laser light L is rotated by moving the processing lens 31 without rotating the processing head main body 30.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing an outline of the laser processing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the configuration of the processing head body 30 since the configuration of the processing head body 30 is different from that of the first embodiment, the configuration of the processing head body 30 will be mainly described.
  • Laser light L emitted from the laser oscillator 10 passes through the processing lens 31 and the nozzle 32 of the processing head main body 30, and is condensed and irradiated onto the workpiece W together with the processing gas.
  • the processing head main body 30 is configured to further include an optical axis decentering mechanism 33 and a focus adjusting mechanism 34 whose driving is controlled by the control unit 40, and a protective glass 35.
  • the optical axis eccentric mechanism 33 can move the processing lens 31 with respect to the xy plane perpendicular to the laser irradiation direction. Then, as a result of moving the processing lens 31 by the optical axis decentering mechanism 33, the optical axis of the laser light L can be decentered. That is, the relative position between the opening center of the nozzle 32 and the optical axis of the laser beam L can be changed by the optical axis eccentric mechanism 33.
  • the focus adjustment mechanism 34 moves the optical axis eccentricity mechanism 33 with respect to the laser irradiation direction.
  • the focal position of the laser beam L irradiated onto the workpiece W can be moved in the laser irradiation direction by the optical axis eccentric mechanism 33 and the focus adjustment mechanism 34 and is perpendicular to the optical axis of the laser beam L. It can be moved in the xy plane.
  • the optical axis decentering mechanism 33 for example, as shown in FIG. 6, it is conceivable to arrange four piezoelectric elements at intervals of 90 degrees around the processing lens 31.
  • the processing lens 31 can move on the xy plane perpendicular to the optical axis of the laser light L by controlling the force applied to the processing lens 31 from these four piezoelectric elements. can do.
  • a protective glass 35 is disposed between the processing lens 31 and the nozzle 32 of the processing head main body 30.
  • the protective glass 35 encloses the processing gas so as not to enter the processing lens 31 side. Further, the protective glass 35 prevents processing gas pressure from being applied to the processing lens 31. As a result, for example, even when the processing gas is at a high pressure exceeding 2 atm as in nitrogen cutting, the position of the processing lens 31 can be changed without hindering the driving of the processing lens 31. Accordingly, it is possible to decenter the optical axis of the laser beam L or move the focal position during laser processing.
  • the optical axis rotation radius r of the laser light L when the optical axis rotation radius r of the laser light L is a minute distance of about several millimeters, the optical axis of the laser light L can be rotated only by moving the processing lens 31. Is possible. Therefore, when the optical axis is rotated, the machining head main body 30 does not need to be rotationally driven (circular movement), so that the optical axis of the laser light L can be rotated with energy saving compared to the first embodiment. it can.
  • the center of the optical axis can be decentered with respect to the center of the nozzle opening of the nozzle 32. As a result, efficient processing is possible as compared with the first embodiment.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the flow of the processing gas when the center of the optical axis is decentered with respect to the center of the nozzle opening of the laser processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 7A a case is considered in which cutting is performed with the nozzle center of the nozzle and the laser optical axis aligned, as in the laser processing apparatus of the first embodiment.
  • the cutting front is formed in the vicinity of the laser optical axis, the region in the processing direction directly under the nozzle is not processed. Therefore, a part of the assist gas injected from the nozzle 32 hits the surface of the workpiece W that has not been processed and diffuses forward in the processing direction. Since the assist gas diffused forward in the processing direction does not contribute to the processing, the assist gas is wasted.
  • FIG. 7B a case is considered in which cutting is performed with the optical axis decentered in the processing direction as in the second embodiment.
  • the center of the opening of the nozzle 32 is located behind the laser optical axis in the machining direction, the amount of assist gas that diffuses forward in the machining direction can be reduced.
  • the consumption amount of the assist gas can be suppressed by decentering the optical axis center with respect to the nozzle opening center of the nozzle 32 as described above. Further, by reducing the amount of assist gas diffused forward in the processing direction, the assist gas can be efficiently supplied to the lower part of the cutting front as shown in FIG. As a result, the molten metal discharge capacity is improved, and the processing speed and quality can be improved.
  • processing head body 30 of the laser processing apparatus is not limited to the configuration shown in FIG. In other words, any configuration can be used as long as the processing lens 31 can be moved in the laser irradiation direction and can be moved to the xy plane perpendicular to the optical axis of the laser light L. May be.
  • the distance between the tip of the nozzle 32 and the processing head body 30 can be changed, so that the focus position can be changed. Adjustments may be made.
  • the protective glass 35 is not an essential structural requirement.
  • the protective glass 35 does not have to be disposed if the processing gas pressure is limited to processing that requires a low pressure of about 1 atm, such as mild steel cutting.
  • the optical axis eccentric mechanism and the optical axis eccentric mechanism that change the relative position between the center of the nozzle opening and the optical axis of the laser light by decentering the optical axis of the laser light.
  • the processing head main body is configured to have a focus adjustment mechanism that moves the focal position of the laser light to a plane perpendicular to the irradiation direction of the laser light and the optical axis of the laser light. Also, by controlling the operations of the optical axis eccentricity mechanism and the focus adjustment mechanism of the machining head body, the optical axis of the laser beam is rotated, and the optical axis position of the laser beam is controlled to swing at a specific cycle. To do.
  • the optical axis rotation radius r of the laser beam L is a minute distance of about several millimeters
  • the optical axis of the laser beam can be rotated only by moving the processing lens.
  • the optical axis of the laser beam L can be rotated with energy saving as compared with the first embodiment.
  • the center of the optical axis can be decentered with respect to the center of the nozzle opening of the nozzle, the processing can be performed more efficiently than in the first embodiment.
  • Embodiment 3 In the first and second embodiments, the operation of the laser processing apparatus has been described with reference to cutting processing as an example of laser processing. In contrast, in the third embodiment of the present invention, the operation of the laser processing apparatus will be described with reference to welding as an example of laser processing.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the rotation trajectory of the optical axis of the laser beam L focused and irradiated onto the workpiece W when the laser processing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention performs welding.
  • the laser output is modulated in accordance with the relative speed of the laser light L that changes depending on the optical axis position of the laser light L, and the light of the laser light L The movement of the shaft and the laser output are controlled synchronously.
  • FIG. 8 as in FIG. 3, the circle drawn with a solid line indicates the rotation orbit of the optical axis of the laser beam L, and the arrow in the circle indicates the direction of rotation.
  • a circle drawn with a broken line indicates an irradiation range of the laser light L irradiated to the workpiece W as the optical axis of the laser light L rotates.
  • FIG. 8 also shows welding marks formed on the workpiece W during the welding process.
  • the spot diameter of the focused laser beam is very small with respect to the workpiece W to be processed for butt welding. Therefore, it is necessary to keep the range of the dimensional error of the gap between the members to be welded small, and there is a problem that the accuracy management of the dimensional error of the gap between the welding members becomes severe. In addition, the dimensional error of the gap has a problem that welding becomes difficult unless the accuracy is increased as the welding speed increases.
  • the quality of welding changes depending on the relative speed of the laser beam L (processing speed F when the optical axis does not rotate), as in the cutting processing described in the first and second embodiments. To do. Therefore, in the prior art, there is a difference in welding quality due to a difference in the relative speed of the laser beam L between the right side and the left side with respect to the welding direction. Further, since the difference in the relative speed of the laser beam L is a difference in the irradiation time of the laser beam L per unit volume of the workpiece, a difference in the temperature gradient of the workpiece W occurs on the left and right in the processing direction due to the difference in the relative velocity. End up.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a temperature gradient of the workpiece W when welding is performed as laser processing in the third embodiment of the present invention.
  • the vertical axis indicates temperature
  • the horizontal axis indicates a position on a line perpendicular to the processing direction on the surface of the workpiece W.
  • point A in the figure is located on the center line of the welding line
  • points B and C indicate boundaries of the range in which the laser beam L is irradiated by the rotation of the optical axis.
  • the laser beam L moves with respect to the workpiece W at the processing speed F and the magnitude of the rotational speed is r ⁇ .
  • the direction of the processing speed F and the rotational speed r ⁇ are the same. Therefore, at the point B, the relative speed of the laser light L is F + r ⁇ , which is the maximum.
  • the relative speed of the laser beam L is F ⁇ r ⁇ , which is the minimum.
  • the rotational speed is not affected, and the relative speed of the laser light L is F.
  • the temperature gradient of the workpiece W differs between the points BA and AC with the position of the point A as a boundary due to the difference in the relative speed of the laser beam due to the rotation of the optical axis. Further, the temperature gradient between the points AC located on the right side of the welding line is smaller than that between the points BA, and the temperature of the workpiece W is kept high. In addition, since the viscosity of molten metal has a negative correlation with temperature, the higher the temperature, the lower the viscosity.
  • the laser output is changed in accordance with the relative speed of the laser beam L that varies depending on the optical axis position of the laser beam L.
  • the temperature gradient can be made equal so that the welding quality is constant on the left and right of the welding line.
  • the laser output may be modulated not only with a sine wave but also with a triangular wave or a waveform obtained by adding a pulse component to a CW component.
  • the laser processing apparatus of this invention which changes a laser output according to the relative speed of a laser beam is applicable not only to a cutting process but to a welding process. Thereby, in welding processing, the temperature gradient can be made equal so that the welding quality is constant on the left and right of the welding line.
  • Embodiment 4 FIG.
  • the measures for improving the processing quality when the optical axis position of the laser beam L is swung during the laser processing have been described.
  • a measure for improving the processing quality when the focal position of the laser beam L is swung when performing laser processing will be described.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the operation of the laser processing apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • laser processing is performed while swinging the focal position up and down. .
  • the laser output is modulated according to the moving speed of the focal position of the laser beam, which is changed by vertically swinging the focal position of the laser beam in this way, and the moving speed of the focal position and the modulation of the laser output are controlled synchronously. is doing.
  • the processing head main body 30 moves in the + x direction (processing direction) with respect to the workpiece W at the processing speed F, and the laser beam L
  • the focal position of the lens swings up and down with a vertical swing radius r and a swing angular velocity ⁇ .
  • the beam profile in the thickness direction of the workpiece W is made uniform, so that the taper of the cut surface is reduced and high-quality processing is possible. Furthermore, since the slit width is increased as compared with the normal processing, the plate thickness that can be processed increases by performing the processing while swinging the focal position up and down.
  • the machining speed is F
  • the vertical swing radius of the focal position is r
  • the swing angular speed is ⁇ .
  • the moving speed of the focal position is F.
  • the moving speed of the focal position becomes ⁇ (F 2 + r 2 ⁇ 2 ) corresponding to the combined speed of F and r ⁇ . In this way, when the focal position is swung up and down, the moving speed of the focal position becomes the slowest when the focal position is at the upper end or the lower end of the swing, and the focal position is The moving speed is the fastest.
  • the laser output is changed in accordance with the moving speed of the focal position of the laser light L that varies depending on the focal position of the laser light L. Further, when the focal position of the laser beam L is at the center of oscillation, the moving speed of the focal position becomes the fastest, so that the laser output is controlled to be the maximum value. Further, when the focal position of the laser beam L is at the upper end or lower end of the oscillation, the moving speed of the focal position is the slowest, so control is performed so that the laser output becomes the minimum value.
  • the laser output is modulated with a sine wave in accordance with the moving speed of the focal position of the laser light L that varies depending on the focal position of the laser light L, and the focal position of the laser light L is changed.
  • the moving speed and laser output are controlled synchronously. That is, the control unit 40 controls the drive of the machining head body 30 so that the focal position is swung up and down at the up and down swing radius r and the swing angular velocity ⁇ determined based on the type of workpiece W and the processing conditions.
  • the laser oscillator 10 is controlled so as to change the laser output in accordance with the focal position of the laser light L.
  • control unit 40 can control an appropriate laser output with respect to the moving speed of the focal position of the laser light L. As a result, it is possible to perform highly accurate processing without generating periodic streaks corresponding to the vertical swing period. Similar to the first embodiment, the laser output may be modulated not only with a sine wave but also with a triangular wave or a waveform obtained by adding a pulse component to a CW component.
  • the focal position of the laser light irradiated to the workpiece is swung in the vertical direction with respect to the workpiece. Control is performed so that the focal position of the light is oscillated at a specific period, and the laser output is modulated while being synchronized with a change in the moving speed of the focal position of the laser beam with respect to the workpiece.
  • Embodiment 5 In the first to fourth embodiments described above, measures for improving the processing quality when either one of the optical axis position and the focal position of the laser beam L is swung during laser processing have been described.
  • the fifth embodiment of the present invention when performing laser processing, both the optical axis position and the focal position of the laser light L are simultaneously swung, so that the optical axis position is swung circularly.
  • a measure for improving the machining quality when the focal position is swung up and down will be described.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the operation of the laser machining apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • the focal position is swung up and down as in the fourth embodiment, for example, the case where the focal position of the laser beam L moves from the surface position of the workpiece W to the inside is considered.
  • the slit width on the surface of the workpiece W is increased by increasing the beam diameter of the laser light L irradiated on the surface of the workpiece W in accordance with the change of the focal position.
  • the laser beam L irradiated to the inside of the workpiece W being reduced, the laser beam L cannot be sufficiently irradiated to the lower end of the workpiece W. Accordingly, the quality of the cut surface greatly changes in the thickness direction of the workpiece W, and in some cases, the processing quality is lowered as cutting becomes impossible.
  • the dross generated by the irradiation of the laser beam L on the workpiece W is discharged from the slit to the lower side of the workpiece W by the processing gas.
  • the dross scatters to the processing head main body 30 side, and as a result, the processing head main body 30 may be seriously adversely affected.
  • the control unit 40 moves the optical axis position when the focal position of the laser beam L swings up and down. In addition, rocking of the circle is also performed. That is, the control unit 40 controls the driving of the processing head main body 30 so that both the optical axis position and the focal position of the laser light L are simultaneously swung.
  • the focal position can be moved into the workpiece W while increasing the slit width, as shown in FIG. 11 (c).
  • the laser beam L can be irradiated to the lower end of the workpiece W without being attenuated without being reflected by the surface of the workpiece W.
  • the relative speed of the laser light L and the moving speed of the focal position which are changed by controlling both the optical axis position and the focal position of the laser light L to swing simultaneously, are changed.
  • the laser output is modulated accordingly. That is, the control unit 40 determines the rotational speed r ⁇ of the optical axis of the laser light L that changes according to the optical axis position of the laser light L, and the vertical swing speed r ⁇ that changes according to the focal position of the laser light L.
  • the laser output of the laser oscillator 10 and the drive of the processing head main body 30 are controlled so that the laser output is modulated in synchronism with the change in the combined relative speed obtained by combining the processing speed F.
  • the optical axis of the laser light L rotates at the optical axis rotation radius r and the rotation angular velocity ⁇ .
  • the focal point of the laser beam L is swung up and down with a vertical swing radius r and a swing angular velocity ⁇ .
  • the combined relative speed is calculated by combining the rotational speed r ⁇ of the optical axis of the laser light L, the vertical swing speed r ⁇ that changes according to the focal position of the laser light L, and the processing speed F. Is done.
  • control unit 40 is configured to modulate and control the laser output while synchronizing the laser output with the change in the combined relative velocity that changes depending on the positions of the optical axis and the focal point. Specifically, as an example, the control unit 40 controls the laser output to be the maximum value when each of the optical axis and the focal point is at a position where the combined relative speed becomes the maximum value, When the combined relative speed is at the minimum value, the laser output is controlled to be the minimum value.
  • uniform processing quality can be obtained not only in the moving direction of the processing head body 30 but also in the thickness direction of the workpiece W.
  • the optical axis position of the laser beam irradiated to the workpiece is rotated on the workpiece processing surface and the workpiece is irradiated.
  • the optical axis position and the focal position of the laser beam are controlled to swing at a specific cycle, and the rotation of the optical axis position is controlled. Controls the laser output to be modulated in synchronism with the change in the combined relative speed, which combines the speed, the vertical swing speed of the focal position, and the processing speed when the processing head body is moved relative to the workpiece.
  • the amount of heat input of the laser beam to the workpiece can be made constant in the direction perpendicular to the workpiece without depending on the direction of change of the relative position of the processing head main body with respect to the workpiece.
  • the thickness of the workpiece W Uniform processing quality can be obtained even in the direction. Further, it is possible to prevent the dross from scattering to the processing head main body side.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

　レーザ光を出射するレーザ発振器から出射されたレーザ光を加工対象であるワークに照射する加工ヘッド本体を相対移動させながら、ワークに対してレーザ光が特定の周期で揺動するように加工ヘッド本体を駆動制御し、特定の周期でのレーザ光の揺動の変化に応じて、レーザ出力を同期させつつ変調するように、レーザ発振器によるレーザ出力を制御することで、レーザ加工を行ったときに生じるワークの加工品質のばらつきの改善を図った。

Description

レーザ加工装置およびレーザ加工方法
　本発明は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、レーザ発振器から出射されたレーザ光を加工対象であるワークへ照射する加工ヘッド本体とを備えたレーザ加工装置、およびそのレーザ加工装置によって実行されるレーザ加工方法に関するものである。
　従来のレーザ切断加工では、レーザ光軸（光軸）を回転させながら切断することで、ビーム径を変化させることなく切断スリット幅を広げることができる。この結果、加工速度の向上、切断品質の向上、および最大加工可能板厚の増加を実現することができる。
　また、レーザ溶接加工の場合においても同様に、光軸を回転させることで、広範囲にレーザ光を照射することができる。この結果、光軸を回転させない場合の溶接方法に比べて、溶接する部材間の間隙の寸法誤差を厳しく精度管理する必要が無くなる（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１に記載されたレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドには、レーザビーム集光用光学系の下方位置に、レーザビームＬＢを集光用光学系の光軸から偏心させる偏心用光学系が、中空の回転軸に設けられている。また、このレーザ加工ヘッドには、偏心用光学系が集光用光学系の光軸に対して傾斜角度αに設けられるとともに、偏心用光学系からのレーザビームを通過させると同時に、アシストガスを同軸に噴射させるアシストガスノズルが設けられている。さらに、このレーザ加工ヘッドには、偏心用光学系を備えた中空の回転軸を、光軸を軸として回転駆動するエアタービンが設けられ、この偏心用光学系とエアタービンとによって光軸位置を回転させながら、レーザ加工を行う。
特開２０００－１４１０７０号公報
　しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
　特許文献１に記載の従来技術においては、光軸を回転させながらレーザ加工を行う場合、加工対象であるワークに対するレーザ光の相対速度が加工方向に対する左右の面で異なる。この結果、左右の面で加工品質が異なるという問題がある。
　本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、加工品質のばらつきを抑制することのできるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を得ることを目的とする。
　本発明におけるレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、レーザ発振器から出射されたレーザ光を加工対象であるワークへ照射する加工ヘッド本体と、レーザ発振器によるレーザ出力および加工ヘッド本体からワークへ照射されるレーザ光の位置を制御する制御部と、を備えたレーザ加工装置であって、制御部は、ワークに対して加工ヘッド本体を相対移動させながら、ワークに対してレーザ光が特定の周期で揺動するように加工ヘッド本体を制御し、特定の周期でのレーザ光の揺動の変化に応じて、レーザ出力を同期させつつ変調するように制御するものである。
　また、本発明におけるレーザ加工方法は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、レーザ発振器から出射されたレーザ光を加工対象であるワークへ照射する加工ヘッド本体とを備えたレーザ加工装置によって実行されるレーザ加工方法であって、ワークに対して加工ヘッド本体を相対移動させながら、ワークに対してレーザ光が特定の周期で揺動するように加工ヘッド本体を制御するステップと、特定の周期でのレーザ光の揺動の変化に応じて、レーザ光のレーザ出力を同期させつつ変調するように制御するステップと、を備えたものである。
　本発明によれば、レーザ光を特定の周期で揺動するように制御し、特定の周期で揺動するように制御されたレーザ光のレーザ出力を、レーザ光の揺動の変化に応じて、同期させつつ変調する構成を備えた。これにより、加工品質のばらつきを抑制することのできるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を得ることができる。
本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の概略を示す構成図である。 本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置が切断加工を行う際に、ワークへ集光照射するレーザ光の光軸の回転軌道を示す説明図である。 本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置からワークへ集光照射されるレーザ光の、光軸の相対速度とレーザ出力との関係の一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置からワークへ集光照射されるレーザ光の、光軸の相対速度とレーザ出力との関係の別例示す説明図である。 本発明の実施の形態２におけるレーザ加工装置の概略を示す構成図である。 本発明の実施の形態２におけるレーザ加工装置のノズル開口中心に対して光軸中心を偏心させた場合の加工ガスの流れを示す説明図である。 本発明の実施の形態３におけるレーザ加工装置が溶接加工を行う際に、ワークへ集光照射するレーザ光の光軸の回転軌道を示す説明図である。 本発明の実施の形態３において、レーザ加工として溶接加工を行う際のワークの温度勾配を示す説明図である。 本発明の実施の形態４におけるレーザ加工装置の動作を示す説明図である。 本発明の実施の形態５におけるレーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
　以下、本発明によるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図においては、切断加工（溶接加工）を行う面をｘｙ平面とし、加工方向をｘ軸のプラス方向とし、ｘｙ平面に垂直な方向をｚ軸として定義している。
　実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の概略を示す構成図である。本実施の形態１におけるレーザ加工装置は、レーザ発振器１０、伝送光学系２０、加工ヘッド本体３０および制御部４０を備えて構成されている。
　伝送光学系２０は、レーザ発振器１０から出射されたレーザ光Ｌを、例えば、光ファイバーや複数のミラー（図示せず）を介して、加工ヘッド本体３０内に伝送する。また、加工ヘッド本体３０は、加工レンズ３１およびノズル３２を含んで構成されている。なお、レーザ光Ｌの種類としては、例えば、固体レーザであってもよいし、ＣＯ２レーザでもあってもよい。
　加工ヘッド本体３０に伝送されたレーザ光Ｌは、加工レンズ３１およびノズル３２を通過し、加工ヘッド本体３０の内部に供給される加工ガス（図示せず）とともに、加工用のテーブルに載置されたワークＷへ集光照射される。
　加工ヘッド本体３０は、ワークＷに対して水平面（ｘｙ平面）内を自由に移動することが可能な構成となっている。したがって、加工ヘッド本体３０が駆動することで、レーザ光Ｌの光軸を移動させたり、回転させたりすることができる。
　制御部４０は、レーザ発振器１０および加工ヘッド本体３０に接続されており、ワークＷの種類および加工条件に基づいて、レーザ発振器１０のレーザ出力および加工ヘッド本体３０の駆動をそれぞれ制御する。すなわち、制御部４０からの指令に応じて、加工ヘッド本体３０の軌跡およびレーザ出力のタイミングを同期させることで、さまざまな加工を行うことが可能な構成となっている。
　次に、制御部４０の構成例について、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の制御部４０の構成例を示すブロック図である。
　図２において、制御部４０は、レーザ出力指令生成部４１、周期移動指令生成部４２、周期振動中心位置指令生成部４３および同期指令生成部４４を有する。
　レーザ出力指令生成部４１は、レーザ光Ｌのレーザ出力を制御するための指令を生成する。周期移動指令生成部４２は、レーザ光Ｌの光軸の回転周期を制御するための指令を生成する。
　また、周期振動中心位置指令生成部４３は、レーザ光Ｌの光軸の回転中心位置を制御するための指令を生成する。同期指令生成部４４は、レーザ出力指令生成部４１、周期移動指令生成部４２および周期振動中心位置指令生成部４３のそれぞれから取得した指令値に基づいて、レーザ発振器１０および加工ヘッド本体３０の動作をそれぞれ制御すべく制御信号を出力し、これらの制御信号の同期がとられるようにする。
　制御部４０をこのように構成することで、レーザ光Ｌの光軸を移動させたり、回転させたりすることができるとともに、光軸位置に応じてレーザ出力の大きさを変化させることができる。
　次に、本実施の形態１におけるレーザ加工装置の動作について、図３および図４を参照しながら、従来技術と対比して説明する。図３は、本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置が切断加工を行う際に、ワークＷへ集光照射するレーザ光Ｌの光軸の回転軌道を示す説明図である。図４は、本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置からワークＷへ集光照射されるレーザ光Ｌの、光軸の相対速度とレーザ出力との関係の一例を示す説明図である。
　図３において、実線で描かれた円は、レーザ光Ｌの光軸の回転軌道を示し、円中の矢印は、回転の向きを示している。また、破線で描かれた円は、レーザ光Ｌの光軸の回転に伴い、ワークＷに照射されるレーザ光Ｌの照射範囲を示す。
　また、図３に示すように、切断加工が行われる場合には、加工ヘッド本体３０は、ワークＷに対して＋ｘ方向（加工方向）に一定の加工速度Ｆで移動するとともに、光軸回転半径ｒおよび回転角速度ωで回転する。このように加工ヘッド本体３０が回転することで、レーザ光Ｌの光軸が回転する。なお、加工速度Ｆ、光軸回転半径ｒおよび回転角速度ωは、ワークＷの種類および加工条件に基づいて決定される。
　ここで、レーザによる切断加工（金属切断）を行う場合、レーザ照射による金属の溶融と、アシストガス（加工ガス）による溶融金属の排出とによって、切断が進行する。このとき、主に、加工方向前方のビームによって金属の溶融が行われ、加工方向後方のビームによって溶融金属に熱が供給されている。また、溶融金属の排出痕は、ドラグラインとなって切断面に現れる。また、溶融金属の粘性は、温度と負の相関を持つので、溶融金属に十分な熱量を供給することができない場合には、この粘性が増加する。
　溶融金属の粘性の増加に伴い、溶融金属の排出に要する時間も増加するので、切断面下部に行く程、加工方向に対してドラグラインが遅れる。そして、この遅れが一定以上になると加工不良あるいは切断不良が発生するという問題がある。
　また、加工速度の増加に伴い、溶融金属の温度維持に必要な加工方向後方のビームの照射時間が短くなるので、溶融金属の粘性が増加し、ドラグラインの遅れが生じ、加工不良が発生するという問題がある。
　これらの問題を解決するための方法として、例えば、前述の特許文献１に記載の従来技術のように、レーザビーム集光用光学系の下方位置に光軸を偏心させる偏心用光学系と、エアタービンとをレーザ加工ヘッドに設け、偏心用光学系の回転により光軸位置を回転させながら加工をする方法がある。
　このように、レーザ光軸を回転させながら加工をすることで、加工方向に対して後方部分にもレーザ光を照射することができる。したがって、ドロスの温度低下による粘性増加を防ぐことができるので、ドラグラインの遅れを小さくすることができ、加工の高速化が可能となることが期待される。
　また、レーザによる切断加工（金属切断）を行う場合、レーザ出力が一定であると、光学系でほぼ一点に集光されたレーザビームと同軸にアシストガスノズル（ノズル）から切断部に酸素ガスを噴射させて切断を行っている。このような切断方法を用いる場合、厚板の切断時においては、切断の底部または先端部における加工ガスの圧力が弱くなる。したがって、軟鋼切断においては、酸化反応に伴う切断現象が維持できなくなり、ＳＵＳ切断においては、溶融金属を排出するために必要な圧力を維持できないという問題がある。
　このような問題に対しても、レーザ光軸を回転させることで、切断時のスリット幅を増大させることができる。したがって、切断の底部または先端部へ加工ガスを供給することができ、レーザ光軸を回転させない場合に比べて、最大加工板厚が増加する。
　しかしながら、本発明者は、特許文献１に記載の従来技術のように、レーザ出力を一定にした状態で、レーザ光軸を回転させて加工を行う場合、加工方向に対する左右の面（図４における点Ａおよび点Ｂの軌跡に相当）で加工品質が異なるという課題を新たに見出した。
　そして、本発明者は、このような課題を鋭意検討した結果、以下のような理由から加工方向に対する左右の面で加工品質が異なることを見出した。すなわち、例えばＣＷ波（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）によって、図３に示すように、レーザ光Ｌの光軸を時計周りに回転させながら加工を行う場合、加工方向（切断方向）に対して、左側の切断面（図４の点Ａ側の切断面）と右側の切断面（図４の点Ｂ側の切断面）とでは、ワークＷに対するレーザ光Ｌの相対速度が異なるので、加工方向に対する左右の面で加工品質が異なることを見出した。
　そこで、ワークＷに対するレーザ光Ｌの相対速度について、図４を参照しながら説明する。なお、図４においては、先の図３と同様に、加工ヘッド本体３０は、ワークＷに対して＋ｘ方向（加工方向）に加工速度Ｆで移動するとともに、光軸回転半径ｒおよび回転角速度ωで回転するものとする。
　図４に示すように、切断方向に対して左側の切断面とレーザ光Ｌの照射範囲とが接する位置（点Ａ）では、ワークＷに対してレーザ光Ｌが加工速度Ｆで移動するとともに、回転速度の大きさがｒωである。そして、点Ａにおいては、この加工速度Ｆおよびこの回転速度ｒωの向きが同じになる。したがって、切断方向に対して左側の切断面とレーザ光Ｌの照射範囲が接する位置では、ワークＷに対するレーザ光Ｌの相対速度は、Ｆ＋ｒωとなり、最大となる。
　一方、切断方向に対して右側の切断面とレーザ光Ｌの照射範囲とが接する位置（点Ｂ）では、ワークＷに対してレーザ光Ｌが加工速度Ｆで移動するとともに、回転速度の大きさがｒωである。そして、点Ｂにおいては、この加工速度Ｆおよびこの回転速度ｒωの向きが反対になる。したがって、切断方向に対して右側の切断面とレーザ光Ｌの照射範囲とが接する位置では、ワークＷに対するレーザ光Ｌの相対速度は、Ｆ－ｒωとなり、最小となる。なお、以降では、「ワークＷに対するレーザ光Ｌの相対速度」を、「レーザ光Ｌの相対速度」と省略する。
　このように、切断方向に対する左右の切断面上で、レーザ光Ｌの相対速度が異なり、この相対速度の差が最大２ｒωとなる。また、レーザ光Ｌの光軸の回転移動に伴い、レーザ光の照射範囲も移動し、レーザ光Ｌの相対速度も変化する。換言すると、レーザ光Ｌの光軸の回転によって、光軸位置が変化すると、レーザ光Ｌの相対速度が変化する。
　また、レーザ切断において、レーザ光Ｌの相対速度（光軸が回転しない場合には加工速度Ｆ）は、品質を維持するにあたって、重要なパラメータである。すなわち、例えば、この相対速度が適切な速度に対して速い場合、ワーク単位体積あたりのレーザ光Ｌの照射時間が減少する。したがって、ワークＷに対する入熱量不足となり、ドロスが付着する、あるいはワークＷを切断できないといった加工不良が発生する。一方、この相対速度が適切な速度に対して遅い場合、ワーク単位体積あたりのレーザ光Ｌの照射時間が増大する。したがって、ワークＷに対する入熱量が増大し、切断面の加工品質が大きく低下する。
　そこで、本実施の形態１では、レーザ光Ｌの光軸位置によって変化するレーザ光Ｌの相対速度に応じて、レーザ出力を変化させ、全ての照射位置において、ワークＷに対する入熱量を均一にするようにしている。換言すると、図４から分かるように、レーザ光Ｌの光軸位置に応じて変化するレーザ光Ｌの相対速度の変化にレーザ出力を同期させつつ、レーザ出力を変調制御するように構成している。具体的には、一例として、レーザ光Ｌの光軸位置が、切断方向に対して左側の切断面とレーザ光Ｌの照射範囲とが接するような位置では、レーザ光Ｌの相対速度が最も速くなるので、レーザ出力が最大値となるように制御する。一方、レーザ光Ｌの光軸位置が、切断方向に対して右側の切断面とレーザ光Ｌの照射範囲とが接するような位置では、レーザ光Ｌの相対速度が最も遅くなるので、レーザ出力が最小値となるように制御する。
　より具体的には、図４に示すように、レーザ光Ｌの光軸位置によって変化するレーザ光Ｌの相対速度に応じて、正弦波でレーザ出力を変調し、レーザ光Ｌの光軸の移動とレーザ出力とを同期制御する。すなわち、制御部４０は、ワークＷの種類および加工条件に基づいて決定した光軸回転半径ｒおよび回転角速度ωで、加工ヘッド本体３０が回転駆動するように制御するとともに、レーザ光Ｌの光軸位置に応じてレーザ出力を変化させるように制御する。
　このように制御部４０が制御することで、レーザ光Ｌの相対速度に応じたレーザ出力でレーザ光Ｌを照射することが可能となり、全ての照射位置において、ワークＷに対する入熱量を均一にすることができる。したがって、レーザ光Ｌの光軸を回転させて加工を行う際にも、切断方向に対して左側の切断面と右側の切断面で加工品質を同等にすることができ、高品位な切断面を維持することが可能となる。
　なお、本実施の形態１では、レーザ光Ｌの相対速度の変化とレーザ出力とを同期させるために、レーザ出力を正弦波で変調する場合を例示したが、本発明は、このような変調方法に限定されるものではない。例えば、図５に示すように、レーザ出力を、三角波あるいはＣＷ成分にパルス成分を加えた波形で変調するように構成してもよい。図５は、本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置からワークＷへ集光照射されるレーザ光Ｌの、光軸の相対速度とレーザ出力との関係の別例を示す説明図である。
　この図５に示す変調パターンによっても、レーザ光Ｌの相対速度が最も速くなる光軸位置ではレーザ出力が最大値となるように制御できるとともに、レーザ光Ｌの相対速度が最も遅くなる光軸位置ではレーザ出力が最小値となるように制御できる。このように、レーザ光Ｌの光軸位置に応じてレーザ出力を変化させることによっても、切断方向に対して左側の切断面と右側の切断面で加工品質を同等にすることができ、高品位な切断面を維持することが可能となる。
　以上、本実施の形態１によれば、ワークに対して加工ヘッド本体を相対移動させながら、ワークに対してレーザ光が特定の周期で揺動するように加工ヘッド本体を制御し、特定の周期でのレーザ光の揺動の変化に応じて、レーザ出力を同期させつつ変調するように制御する。具体的には、ワークに対して加工ヘッド本体を相対移動させながら、ワークへ照射されるレーザ光の光軸位置を、ワークの加工面において回転させることで、レーザ光の光軸位置が特定の周期で揺動するように制御し、ワークに対するレーザ光の光軸位置の相対速度の変化にレーザ出力を同期させつつ変調するように制御する。これにより、ワークに対する加工ヘッド本体の相対位置の変化方向に寄らず、ワークへのレーザ光の入熱量が一定となり、結果として、加工方向に対する左右の面で、相対速度の違いによらず、ワークＷに対する入熱量を同等に維持することができ、加工品質を同等にすることができる。
　実施の形態２．
　先の実施の形態１では、加工ヘッド本体３０が回転駆動することでレーザ光Ｌの光軸を回転させる場合について説明した。これに対して、本発明の実施の形態２では、加工ヘッド本体３０を回転駆動させることなく、加工レンズ３１を移動させることで、レーザ光Ｌの光軸を回転させる場合について説明する。
　図６は、本発明の実施の形態２におけるレーザ加工装置の概略を示す構成図である。なお、本実施の形態２におけるレーザ加工装置においては、先の実施の形態１と比較して、加工ヘッド本体３０の構成が異なるので、この加工ヘッド本体３０の構成を中心に説明する。
　レーザ発振器１０（図示せず）から出射されたレーザ光Ｌは、加工ヘッド本体３０の加工レンズ３１、ノズル３２を通過し、加工ガスとともにワークＷへ集光照射される。また、加工ヘッド本体３０は、制御部４０によって駆動が制御される光軸偏心機構３３および焦点調整機構３４と、保護ガラス３５とをさらに有するように構成される。
　光軸偏心機構３３は、レーザ照射方向に垂直なｘｙ平面に対して加工レンズ３１を移動させることができる。そして、光軸偏心機構３３によって加工レンズ３１を移動させた結果として、レーザ光Ｌの光軸を偏心させることができる。すなわち、光軸偏心機構３３によって、ノズル３２の開口中心とレーザ光Ｌの光軸との相対位置を変化させることができる。
　また、焦点調整機構３４は、レーザ照射方向に対して光軸偏心機構３３を移動させる。そして、光軸偏心機構３３および焦点調整機構３４によって、ワークＷに照射されるレーザ光Ｌの焦点位置を、レーザ照射方向に移動させることができるとともに、レーザ光Ｌの光軸に対して垂直なｘｙ平面で移動させることができる。
　ここで、光軸偏心機構３３の具体的な構成としては、例えば、図６に示すように、加工レンズ３１を中心に９０度間隔で４つの圧電素子を配置することが考えられる。このような構成において、これら４つの圧電素子から加工レンズ３１に加える力を制御することで、レーザ光Ｌの光軸に対して垂直なｘｙ平面を加工レンズ３１が移動可能となるような構成とすることができる。
　加工ヘッド本体３０の加工レンズ３１とノズル３２との間には、保護ガラス３５が配置されている。そして、この保護ガラス３５によって、加工ガスが加工レンズ３１側へ侵入しないように封入されている。また、この保護ガラス３５によって、加工レンズ３１に加工ガスの圧力がかからないようになる。この結果、例えば、窒素切断のように加工ガスが２気圧を超える高圧の場合であっても、加工レンズ３１の駆動を阻害すること無く、加工レンズ３１の位置変更が可能となる。したがって、レーザ加工中にレーザ光Ｌの光軸の偏心あるいは焦点位置の移動が可能となる。
　このように、本実施の形態２では、レーザ光Ｌの光軸回転半径ｒが数ｍｍ程度の微小な距離であれば、加工レンズ３１の移動のみでレーザ光Ｌの光軸を回転させることが可能である。したがって、光軸を回転させる際に、加工ヘッド本体３０を回転駆動（円運動）させる必要がないので、先の実施の形態１と比べて、省エネルギーでレーザ光Ｌの光軸を回転させることができる。
　また、本実施の形態２では、ノズル３２のノズル開口中心に対して光軸中心を偏心させることが可能になる。この結果、先の実施の形態１に比べて、効率の良い加工が可能となる。
　ここで、ノズル開口中心に対して光軸中心を偏心させた場合の加工ガスの流れについて、図７を参照しながら説明する。図７は、本発明の実施の形態２におけるレーザ加工装置のノズル開口中心に対して光軸中心を偏心させた場合の加工ガスの流れを示す説明図である。
　図７（ａ）に示すように、先の実施の形態１におけるレーザ加工装置のように、ノズルの開口中心とレーザ光軸を一致させて切断加工を行う場合を考える。この場合には、切断フロントがレーザ光軸付近で形成されるので、ノズル直下の加工方向前方の領域が加工されていない。したがって、ノズル３２から噴射されたアシストガスの一部が加工されていないワークＷの表面に当たり、加工方向前方に拡散する。そして、加工方向前方に拡散したアシストガスは、加工に寄与しないので、アシストガスを無駄に消費することになる。
　これに対して、図７（ｂ）に示すように、本実施の形態２のように、加工方向へ光軸を偏心させた状態で切断加工を行う場合を考える。この場合には、ノズル３２の開口中心がレーザ光軸よりも加工方向の後方にあるので、加工方向前方に拡散するアシストガスの量を低減することができる。
　本実施の形態２では、このようにノズル３２のノズル開口中心に対して光軸中心を偏心させることで、アシストガスの消費量を抑制することができる。また、加工方向前方に拡散するアシストガス量を減少させることで、図７に示すように、切断フロントの下部にまで効率よくアシストガスを供給することができる。これにより、溶融金属の排出能力が向上し、加工の高速化、高品位化が可能となる。
　なお、本実施の形態２におけるレーザ加工装置の加工ヘッド本体３０は、図６に示す構成に限定されるものではない。すなわち、加工レンズ３１を、レーザ照射方向に移動させることができるとともに、レーザ光Ｌの光軸に対して垂直なｘｙ平面に移動させることができるような構成であれば、どのような構成であってもよい。
　また、焦点調整機構３４の代わりに、例えば、長さが可変なノズル３２を用いて、ノズル３２の先端と加工ヘッド本体３０との間の距離を変更可能な構成にすることで、焦点位置の調整を行ってもよい。さらに、本実施の形態２では、加工レンズ３１とノズル３２との間に保護ガラス３５を配置する場合を例示したが、保護ガラス３５は、必須の構成要件ではない。例えば、軟鋼切断等、加工ガスの圧力が１気圧程度の低圧で済む加工に限定すれば、保護ガラス３５を配置しなくてもよい。
　以上、本実施の形態２によれば、レーザ光の光軸を偏心させることで、ノズルの開口中心とレーザ光の光軸との相対位置を変化させる光軸偏心機構と、光軸偏心機構を移動させることで、レーザ光の焦点位置を、レーザ光の照射方向およびレーザ光の光軸に対して垂直な平面に移動させる焦点調整機構と、を有するように加工ヘッド本体を構成する。また、加工ヘッド本体の光軸偏心機構および焦点調整機構のそれぞれの動作を制御することで、レーザ光の光軸を回転させ、レーザ光の光軸位置が特定の周期で揺動するように制御する。
　これにより、レーザ光Ｌの光軸回転半径ｒが数ｍｍ程度の微小な距離であれば、加工レンズの移動のみで、レーザ光の光軸を回転させることが可能である。この結果、先の実施の形態１と比べて、省エネルギーでレーザ光Ｌの光軸を回転させることができる。さらに、ノズルのノズル開口中心に対して光軸中心を偏心させることが可能になるので、先の実施の形態１に比べて、効率の良い加工が可能となる。
　実施の形態３．
　先の実施の形態１、２では、レーザ加工として切断加工を例に挙げながら、レーザ加工装置の動作について説明した。これに対して、本発明の実施の形態３では、レーザ加工として溶接加工を例に挙げながら、レーザ加工装置の動作について説明する。
　図８は、本発明の実施の形態３におけるレーザ加工装置が溶接加工を行う際に、ワークＷへ集光照射するレーザ光Ｌの光軸の回転軌道を示す説明図である。本実施の形態３では、先の実施の形態１、２と同様に、レーザ光Ｌの光軸位置によって変化するレーザ光Ｌの相対速度に応じて、レーザ出力を変調し、レーザ光Ｌの光軸の移動とレーザ出力とを同期制御する。
　なお、図８においては、先の図３と同様に、実線で描かれた円は、レーザ光Ｌの光軸の回転軌道を示し、円中の矢印は、回転の向きを示している。また、破線で描かれた円は、レーザ光Ｌの光軸の回転に伴い、ワークＷに照射されるレーザ光Ｌの照射範囲を示す。さらに、図８には、溶接加工の際にワークＷ上に形成される溶接痕も併せて図示している。
　ここで、図８（ａ）に示すように、通常の突合わせ溶接加工においては、付け合せ溶接を行う加工対象のワークＷに対して、集光されたレーザビームのスポット径が極めて微小である。したがって、溶接する部材間の間隙の寸法誤差の範囲を小さく収める必要があり、溶接部材間の間隙の寸法誤差の精度管理が厳しくなるという問題がある。また、この間隙の寸法誤差は、溶接速度が速くなるほど精度を上げなければ溶接が困難になるという問題がある。
　そこで、特許文献１に記載の従来技術においては、図８（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌの光軸を回転させることで、レーザ光Ｌの照射範囲が拡大される。この結果、溶接する部材間の間隙の寸法誤差の許容範囲が拡大し、安定な溶接が可能となる。
　しかしながら、溶接加工の場合も、先の実施の形態１、２で説明した切断加工と同様に、レーザ光Ｌの相対速度（光軸が回転しない場合には加工速度Ｆ）によって溶接の品質が変化する。したがって、従来技術においては、溶接方向に対して右側と左側でレーザ光Ｌの相対速度に違いに起因した溶接の品質の差が生じてしまう。また、レーザ光Ｌの相対速度の差は、ワーク単位体積あたりのレーザ光Ｌの照射時間の差となるので、相対速度の違いによって、加工方向の左右でワークＷの温度勾配に差が生じてしまう。
　この様子を図９に示す。図９は、本発明の実施の形態３において、レーザ加工として溶接加工を行う際のワークＷの温度勾配を示す説明図である。なお、図９（ｂ）においては、縦軸は温度を示し、横軸はワークＷの表面上の加工方向に対して垂直な線上の位置を示す。また、図中の点Ａは、溶接ラインの中心線上に位置し、点Ｂ、Ｃは、それぞれ光軸の回転によってレーザ光Ｌが照射される範囲の境界を示している。
　図９（ａ）に示すように、点Ｂでは、ワークＷに対してレーザ光Ｌが加工速度Ｆで移動するとともに、回転速度の大きさがｒωでる。そして、点Ｂにおいては、この加工速度Ｆおよびこの回転速度ｒωの向きが同じになる。したがって、点Ｂでは、レーザ光Ｌの相対速度は、Ｆ＋ｒωとなり、最大となる。一方、点Ｃでは、レーザ光Ｌの相対速度は、Ｆ－ｒωとなり、最小となる。また、点Ａでは、回転速度の影響がなく、レーザ光Ｌの相対速度は、Ｆとなる。
　また、図９（ｂ）に示すように、光軸の回転によるレーザ光の相対速度の差によって、点Ａの位置を境界として、点ＢＡ間と点ＡＣ間でワークＷの温度勾配が異なる。さらに、溶接ラインの右側に位置する点ＡＣ間は、点ＢＡ間に比べて、温度勾配が小さく、ワークＷの温度が高く保たれている。なお、溶融金属の粘性は、温度に対して負の相関があるため、温度が高いほど粘性が低い。
　ここで、点Ａの位置を境界としてワークＷがある一定温度Ｈ以上を保つ範囲を見ると、点Ａの右側の方が一定温度Ｈ以上を保つ範囲が広いことがわかる（図９（ｂ）参照）。また、この範囲は、溶融金属がある一定以下の粘性を保つことができる範囲でもあるので、溶融金属は、点Ａに対してワークＷの右側に広がることになる。したがって、溶接時に発生する溶融池は、溶接ラインに対して右側（すなわち、レーザ光の相対速度が遅い側）に引きずられることになり、本来の溶接ラインに対して偏った溶接痕ができる。この結果、従来のように、レーザ出力が一定であると、溶接強度不足等の溶接不良の原因となる。
　そこで、本実施の形態３では、先の実施の形態１、２と同様に、レーザ光Ｌの光軸位置によって変化するレーザ光Ｌの相対速度に応じて、レーザ出力を変化させる。このように、レーザ光の相対速度とレーザ出力とを同期制御することで、溶接ラインの左右で溶接品質が一定となるように、温度勾配を等しくすることができる。なお、先の実施の形態１と同様に、レーザ出力の変調は、正弦波だけでなく、三角波あるいはＣＷ成分にパルス成分を加えた波形で変調を行ってもよい。
　以上、本実施の形態３によれば、レーザ光の相対速度に応じてレーザ出力を変化させる本願発明のレーザ加工装置を、切断加工だけでなく、溶接加工にも適用できる。これにより、溶接加工において、溶接ラインの左右で溶接品質が一定となるよう温度勾配を等しくすることができる。
　実施の形態４．
　先の実施の形態１～３では、レーザ加工を行う際に、レーザ光Ｌの光軸位置を揺動させた場合における、加工品質の向上策について説明した。これに対して、本発明の実施の形態４では、レーザ加工を行う際に、レーザ光Ｌの焦点位置を揺動させる場合における、加工品質の向上策について説明する。
　図１０は、本発明の実施の形態４におけるレーザ加工装置の動作を示す説明図である。ここで、本実施の形態４では、先の実施の形態１～３のようにレーザ光Ｌの光軸位置を回転揺動させる代わりに、焦点位置を上下揺動させながらレーザ加工を行っている。そして、このようにレーザ光の焦点位置を上下揺動させることによって変化するレーザ光の焦点位置の移動速度に応じて、レーザ出力を変調し、焦点位置の移動速度とレーザ出力の変調を同期制御している。
　また、図１０に示すように、焦点位置を上下揺動させながら加工を行う場合、加工ヘッド本体３０がワークＷに対して＋ｘ方向（加工方向）に加工速度Ｆで移動するとともに、レーザ光Ｌの焦点位置が上下揺動半径ｒおよび揺動角速度ωで上下揺動する。
　さらに、このような加工が行われることで、ワークＷの厚み方向に対するビームのプロファイルが均一化されるので、切断面のテーパが小さくなり、高品質な加工が可能となる。さらに、通常の加工と比べて、スリット幅が増大するので、焦点位置を上下揺動させながら加工を行うことで、加工可能な板厚が増大する。
　ここで、先の実施の形態１～３と同様に、加工速度をＦ、焦点位置の上下揺動半径をｒ、揺動角速度をωとする。この場合、焦点位置が揺動の上端、あるいは下端にあれば、焦点位置の移動速度がＦとなる。一方、焦点位置が揺動中心にある場合、焦点位置の移動速度がＦとｒωの合成速度に相当する√（Ｆ2＋ｒ2ω2）となる。このように、焦点位置を上下揺動させた場合、焦点位置が揺動の上端若しくは下端にあるときに焦点位置の移動速度が最も遅くなり、焦点位置が揺動中心にあるときに焦点位置の移動速度が最も速くなる。
　また、このような焦点位置の移動速度の差が切断面の品質の差を生む。したがって、上下揺動させながら切断する場合には、上下揺動周期に対応した周期的な条痕が切断面に現れる。
　そこで、本実施の形態４では、レーザ光Ｌの焦点位置によって変化するレーザ光Ｌの焦点位置の移動速度に応じて、レーザ出力を変化させる。また、レーザ光Ｌの焦点位置が揺動中心にある場合には、焦点位置の移動速度が最も速くなるので、レーザ出力が最大値となるように制御する。さらに、レーザ光Ｌの焦点位置が揺動の上端あるいは下端にある場合には、焦点位置の移動速度が最も遅くなるので、レーザ出力が最小値となるように制御する。
　具体的には、図１０に示すように、レーザ光Ｌの焦点位置によって変化するレーザ光Ｌの焦点位置の移動速度に応じて、正弦波でレーザ出力を変調し、レーザ光Ｌの焦点位置の移動速度とレーザ出力とを同期制御する。すなわち、制御部４０は、ワークＷの種類および加工条件に基づいて決定した上下揺動半径ｒおよび揺動角速度ωで、焦点位置が上下に揺動するように加工ヘッド本体３０の駆動を制御するとともに、レーザ光Ｌの焦点位置に応じてレーザ出力を変化させるようにレーザ発振器１０を制御する。
　このように制御部４０が制御することで、レーザ光Ｌの焦点位置の移動速度に対して、適切なレーザ出力を保つことができる。この結果、上下揺動周期に対応した周期的な条痕が発生することなく、高精度な加工を行うことができる。なお、先の実施の形態１と同様に、レーザ出力の変調は、正弦波だけでなく、三角波あるいはＣＷ成分にパルス成分を加えた波形で変調を行ってもよい。
　以上、本実施の形態４によれば、ワークに対して加工ヘッド本体を相対移動させながら、ワークへ照射されるレーザ光の焦点位置を、ワークに対して垂直方向に揺動させることで、レーザ光の焦点位置が特定の周期で揺動するように制御し、ワークに対するレーザ光の焦点位置の移動速度の変化にレーザ出力を同期させつつ変調するように制御する。
　これにより、レーザ光の焦点位置の移動速度に対して、適切なレーザ出力を保つことができ、ワークに対する加工ヘッド本体の相対位置の変化方向と、ワークに垂直な方向とに対して、ワークへのレーザ光の入熱量を一定にすることができる。この結果、上下揺動周期に対応した周期的な条痕が発生することなく、高精度な加工を行うことができる。
　実施の形態５．
　先の実施の形態１～４では、レーザ加工を行う際に、レーザ光Ｌの光軸位置および焦点位置のいずれか一方を揺動させた場合における、加工品質の向上策について説明した。これに対して、本発明の実施の形態５では、レーザ加工を行う際に、レーザ光Ｌの光軸位置および焦点位置の両方を同時に揺動させることで、光軸位置を円揺動させつつ焦点位置を上下揺動させる場合における、加工品質の向上策について説明する。図１１は、本発明の実施の形態５におけるレーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
　ここで、先の実施の形態４のように、焦点位置を上下揺動させる場合において、例えば、ワークＷの表面位置から内部へレーザ光Ｌの焦点位置が移動するときを考える。この場合、ワークＷの表面に着目すると、焦点位置の変化に応じてワークＷの表面に照射されたレーザ光Ｌのビーム径が拡大することで、ワークＷの表面のスリット幅が拡大する。
　しかしながら、スリット幅の拡大速度に対して焦点位置の変化速度が速い場合、すなわち、ワークＷの表面におけるビーム径の変化速度が速い場合に、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、ワークＷの表面でレーザ光Ｌのビームの一部が反射され、ワークＷの内部へ照射されるレーザ光Ｌのエネルギー量が減少する。
　また、ワークＷの表面でのレーザ光Ｌのビーム強度がワークＷの加工閾値を下回るほど焦点位置の変化量が大きい場合にも、同様に、ワークＷの表面でレーザ光Ｌのビームの一部が反射され、ワークＷの内部へ照射されるレーザ光Ｌのエネルギー量が減少する。
　このように、ワークＷの内部へ照射されるレーザ光Ｌのエネルギー量が減少する結果、ワークＷの下端にまで十分にレーザ光Ｌを照射することができない。したがって、ワークＷの厚み方向に渡って切断面の品質が大きく変化し、場合によっては切断不可となるほど加工品質が低下する。
　また、切断加工が正常であると、ワークＷへのレーザ光Ｌの照射によって生成されるドロスは、加工ガスによって、スリットからワークＷの下方へと排出される。一方、切断不可となると、ドロスが排出されるべきスリットが無いので、ドロスは、加工ヘッド本体３０側に飛散し、その結果、加工ヘッド本体３０へ重大な悪影響を及ぼす場合がある。
　そこで、本実施の形態５では、このような課題を解決するために、図１１（ｃ）に示すように、制御部４０は、レーザ光Ｌの焦点位置の上下揺動の際に光軸位置の円揺動も併せて行う。すなわち、制御部４０は、レーザ光Ｌの光軸位置および焦点位置の両方を同時に揺動するように、加工ヘッド本体３０の駆動を制御する。
　このように、加工ヘッド本体３０の駆動が制御されることで、図１１（ｃ）に示すように、スリット幅を拡大させながら焦点位置がワークＷの内部へ移動可能となる。その結果、ワークＷの表面でレーザ光Ｌが反射されることなく、ワークＷの下端にまで減衰無くレーザ光Ｌを照射することが可能になる。
　また、本実施の形態５では、レーザ光Ｌの光軸位置および焦点位置の両方を同時に揺動するように制御されることで変化する、レーザ光Ｌの相対速度と焦点位置の移動速度とに応じてレーザ出力を変調している。すなわち、制御部４０は、レーザ光Ｌの光軸位置に応じて変化するレーザ光Ｌの光軸の回転速度ｒωと、レーザ光Ｌの焦点位置に応じて変化する焦点の上下揺動速度ｒωと、加工速度Ｆとを合成した合成相対速度の変化にレーザ出力を同期させつつ変調するように、レーザ発振器１０のレーザ出力および加工ヘッド本体３０の駆動をそれぞれ制御する。
　なお、ここでいう合成相対速度について、さらに説明する。本実施の形態５では、先の実施の形態１と同様に、レーザ光Ｌの光軸は、光軸回転半径ｒおよび回転角速度ωで回転している。また、先の実施の形態４と同様に、レーザ光Ｌの焦点は、上下揺動半径ｒおよび揺動角速度ωで上下に揺動している。この場合、合成相対速度は、レーザ光Ｌの光軸の回転速度ｒωと、レーザ光Ｌの焦点位置に応じて変化する焦点の上下揺動速度ｒωと、加工速度Ｆとを合成することで算出される。
　このように、制御部４０は、光軸および焦点のそれぞれの位置によって変化する合成相対速度の変化にレーザ出力を同期させつつ、レーザ出力を変調制御するように構成している。具体的には、一例として、制御部４０は、光軸および焦点のそれぞれが、合成相対速度が最大値になるような位置にある場合には、レーザ出力が最大値となるように制御し、合成相対速度が最小値になるような位置にある場合には、レーザ出力が最小値となるように制御する。このような変調パターンでレーザ出力を制御することで、加工ヘッド本体３０の移動方向に寄らず、ワークＷの厚み方向に対しても均一な加工品質を得ることができる。
　以上、本実施の形態５によれば、ワークに対して加工ヘッド本体を相対移動させながら、ワークへ照射されるレーザ光の光軸位置を、ワークの加工面において回転させ、かつワークへ照射されるレーザ光の焦点位置を、ワークに対して垂直方向に揺動させることで、レーザ光の光軸位置および焦点位置のそれぞれが特定の周期で揺動するように制御し、光軸位置の回転速度と、焦点位置の上下揺動速度と、ワークに対して加工ヘッド本体を相対移動させるときの加工速度とを合成した合成相対速度の変化にレーザ出力を、同期させつつ変調するように制御する。
　これにより、ワークに対する加工ヘッド本体の相対位置の変化方向に寄らず、ワークに垂直な方向に対して、ワークへのレーザ光の入熱量を一定にすることができ、結果として、ワークＷの厚み方向に対しても均一な加工品質を得ることができる。また、加工ヘッド本体側へのドロスの飛散を防止することができる。

Claims (8)

  1. 　レーザ光を出射するレーザ発振器と、
    　前記レーザ発振器から出射された前記レーザ光を加工対象であるワークへ照射する加工ヘッド本体と、
    　前記レーザ発振器によるレーザ出力および前記加工ヘッド本体から前記ワークへ照射される前記レーザ光の位置を制御する制御部と、
    　を備えたレーザ加工装置であって、
    　前記制御部は、
    　　前記ワークに対して前記加工ヘッド本体を相対移動させながら、前記ワークに対して前記レーザ光が特定の周期で揺動するように前記加工ヘッド本体を制御し、
    　　前記特定の周期での前記レーザ光の揺動の変化に応じて、前記レーザ出力を同期させつつ変調するように制御する
    　レーザ加工装置。
  2. 　前記制御部は、
    　　前記ワークに対して前記加工ヘッド本体を相対移動させながら、前記ワークへ照射される前記レーザ光の光軸位置を、前記ワークの加工面において回転させることで、前記レーザ光の光軸位置が前記特定の周期で揺動するように制御し、
    　　前記ワークに対する前記レーザ光の光軸位置の相対速度の変化に前記レーザ出力を同期させつつ変調するように制御する
    　請求項１に記載のレーザ加工装置。
  3. 　前記加工ヘッド本体は、
    　　前記レーザ光の光軸を偏心させることで、ノズルの開口中心と前記レーザ光の光軸との相対位置を変化させる光軸偏心機構と、
    　　前記光軸偏心機構を移動させることで、前記レーザ光の焦点位置を、前記レーザ光の照射方向および前記レーザ光の光軸に対して垂直な平面に移動させる焦点調整機構と、
    　を有し、
    　前記制御部は、
    　　前記光軸偏心機構および前記焦点調整機構のそれぞれの動作を制御することで、前記光軸位置が前記特定の周期で揺動するように制御する
    　請求項２に記載のレーザ加工装置。
  4. 　前記制御部は、
    　　前記ワークに対して前記加工ヘッド本体を相対移動させながら、前記ワークへ照射される前記レーザ光の焦点位置を、前記ワークに対して垂直方向に揺動させることで、前記レーザ光の焦点位置が前記特定の周期で揺動するように制御し、
    　　前記ワークに対する前記レーザ光の焦点位置の移動速度の変化に前記レーザ出力を同期させつつ変調するように制御する
    　請求項１に記載のレーザ加工装置。
  5. 　前記制御部は、
    　　前記ワークに対して前記加工ヘッド本体を相対移動させながら、前記ワークへ照射される前記レーザ光の光軸位置を、前記ワークの加工面において回転させ、かつ前記ワークへ照射される前記レーザ光の焦点位置を、前記ワークに対して垂直方向に揺動させることで、前記レーザ光の光軸位置および焦点位置のそれぞれが前記特定の周期で揺動するように制御し、
    　　前記光軸位置の回転速度と、前記焦点位置の上下揺動速度と、前記ワークに対して前記加工ヘッド本体を相対移動させるときの加工速度とを合成した合成相対速度の変化に前記レーザ出力を同期させつつ変調するように制御する
    　請求項１に記載のレーザ加工装置。
  6. 　前記制御部は、
    　　前記レーザ光のレーザ出力を正弦波、三角波、またはＣＷ成分にパルス成分を加えた波形で変調する
    　請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
  7. 　前記レーザ加工は、切断加工あるいは溶接加工である
    　請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
  8. 　レーザ光を出射するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射された前記レーザ光を加工対象であるワークへ照射する加工ヘッド本体とを備えたレーザ加工装置によって実行されるレーザ加工方法であって、
    　前記ワークに対して前記加工ヘッド本体を相対移動させながら、前記ワークに対して前記レーザ光が特定の周期で揺動するように前記加工ヘッド本体を制御するステップと、
    　前記特定の周期での前記レーザ光の揺動の変化に応じて前記レーザ光のレーザ出力を同期させつつ変調するように制御するステップと、
    　を備えたレーザ加工方法。
PCT/JP2015/058893 2014-04-10 2015-03-24 レーザ加工装置およびレーザ加工方法 WO2015156119A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016512651A JP6116757B2 (ja) 2014-04-10 2015-03-24 レーザ加工装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-081166 2014-04-10
JP2014081166 2014-04-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015156119A1 true WO2015156119A1 (ja) 2015-10-15

Family

ID=54287696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/058893 WO2015156119A1 (ja) 2014-04-10 2015-03-24 レーザ加工装置およびレーザ加工方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6116757B2 (ja)
WO (1) WO2015156119A1 (ja)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3056129A1 (fr) * 2016-09-20 2018-03-23 Renault S.A.S Procede de guidage d'un faisceau laser en deplacement rotatif, et dispositif de guidage associe
WO2019176292A1 (ja) * 2018-03-12 2019-09-19 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
WO2020008833A1 (ja) * 2018-07-06 2020-01-09 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
WO2020008827A1 (ja) * 2018-07-06 2020-01-09 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
WO2020021924A1 (ja) * 2018-07-24 2020-01-30 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
WO2020075632A1 (ja) * 2018-10-12 2020-04-16 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP2020066009A (ja) * 2018-10-22 2020-04-30 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP2020066008A (ja) * 2018-10-22 2020-04-30 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機、加工条件の設定方法、及びレーザ加工機の制御装置
WO2020085279A1 (ja) 2018-10-22 2020-04-30 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP2020093277A (ja) * 2018-12-12 2020-06-18 株式会社アマダ レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP2020108897A (ja) * 2019-01-04 2020-07-16 株式会社アマダ レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP2020196036A (ja) * 2019-06-05 2020-12-10 株式会社アマダ 加工プログラム作成装置及び溶融金属の飛散方向決定方法
US20200398373A1 (en) * 2018-01-29 2020-12-24 Bystronic Laser Ag Optical Device for Shaping an Electromagnetic Wave Beam and Use Thereof, Beam Treatment Device and Use Thereof, and Beam Treatment Method
CN112229538A (zh) * 2020-09-14 2021-01-15 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于热力学的方法测量飞秒激光加工材料温度的装置和方法
EP3766629A4 (en) * 2018-03-12 2022-01-05 Amada Co., Ltd. CUTTING MACHINE AND CUTTING METHOD
CN113927158A (zh) * 2021-10-25 2022-01-14 佛山科学技术学院 一种基于功率波形调制的激光焊接工艺方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6923585B2 (ja) 2019-03-18 2021-08-18 ファナック株式会社 機械学習装置、制御装置、レーザ加工機、及び機械学習方法
JP7028820B6 (ja) 2019-03-18 2023-12-19 ファナック株式会社 ワークを切断するレーザ加工方法
JP6989554B2 (ja) 2019-03-18 2022-01-05 ファナック株式会社 ワークを切断するレーザ加工機

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5750296A (en) * 1980-09-12 1982-03-24 Mitsubishi Electric Corp Laser working device
JPH0230391A (ja) * 1988-07-19 1990-01-31 Murata Mach Ltd 板材加工機の熱エネルギ出力制御装置
JPH1071480A (ja) * 1996-08-28 1998-03-17 Nippon Steel Corp めっき鋼板の重ねレーザ溶接方法
JP2010056171A (ja) * 2008-08-26 2010-03-11 Panasonic Electric Works Co Ltd 回路基板の製造装置及びその製造方法
WO2013133415A1 (ja) * 2012-03-09 2013-09-12 株式会社トヨコー レーザー照射装置、レーザー照射システム及び塗膜又は付着物除去方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5750296A (en) * 1980-09-12 1982-03-24 Mitsubishi Electric Corp Laser working device
JPH0230391A (ja) * 1988-07-19 1990-01-31 Murata Mach Ltd 板材加工機の熱エネルギ出力制御装置
JPH1071480A (ja) * 1996-08-28 1998-03-17 Nippon Steel Corp めっき鋼板の重ねレーザ溶接方法
JP2010056171A (ja) * 2008-08-26 2010-03-11 Panasonic Electric Works Co Ltd 回路基板の製造装置及びその製造方法
WO2013133415A1 (ja) * 2012-03-09 2013-09-12 株式会社トヨコー レーザー照射装置、レーザー照射システム及び塗膜又は付着物除去方法

Cited By (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3056129A1 (fr) * 2016-09-20 2018-03-23 Renault S.A.S Procede de guidage d'un faisceau laser en deplacement rotatif, et dispositif de guidage associe
US20200398373A1 (en) * 2018-01-29 2020-12-24 Bystronic Laser Ag Optical Device for Shaping an Electromagnetic Wave Beam and Use Thereof, Beam Treatment Device and Use Thereof, and Beam Treatment Method
JP2022023852A (ja) * 2018-01-29 2022-02-08 バイストロニック レーザー アクチェンゲゼルシャフト 電磁波ビームを整形するための光学装置およびその使用、ビーム処理装置およびその使用、ならびにビーム処理方法
US11953875B2 (en) 2018-03-12 2024-04-09 Amada Co., Ltd. Cutting processing machine and cutting processing method
WO2019176292A1 (ja) * 2018-03-12 2019-09-19 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
EP3766629A4 (en) * 2018-03-12 2022-01-05 Amada Co., Ltd. CUTTING MACHINE AND CUTTING METHOD
JP2020006396A (ja) * 2018-07-06 2020-01-16 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
US11697176B2 (en) 2018-07-06 2023-07-11 Amada Co., Ltd. Laser machining apparatus and laser machining method
US11623301B2 (en) 2018-07-06 2023-04-11 Amada Co., Ltd. Laser machining apparatus and laser machining method
JP2020006397A (ja) * 2018-07-06 2020-01-16 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
WO2020008827A1 (ja) * 2018-07-06 2020-01-09 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
WO2020008833A1 (ja) * 2018-07-06 2020-01-09 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
WO2020021924A1 (ja) * 2018-07-24 2020-01-30 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
WO2020075632A1 (ja) * 2018-10-12 2020-04-16 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP2020059056A (ja) * 2018-10-12 2020-04-16 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
CN112823075A (zh) * 2018-10-12 2021-05-18 株式会社天田集团 激光加工机及激光加工方法
US20210346991A1 (en) * 2018-10-12 2021-11-11 Amada Co., Ltd. Laser machining apparatus and laser machining method
US20210354244A1 (en) * 2018-10-22 2021-11-18 Amada Co., Ltd. Laser machining apparatus and laser machining method
WO2020085279A1 (ja) 2018-10-22 2020-04-30 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
CN112888527A (zh) * 2018-10-22 2021-06-01 株式会社天田集团 激光加工机、加工条件的设定方法以及激光加工机的控制装置
US11975406B2 (en) 2018-10-22 2024-05-07 Amada Co., Ltd. Laser machining apparatus, method for setting machining conditions, and control device for laser machining apparatus
JP2020066009A (ja) * 2018-10-22 2020-04-30 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
US20220001489A1 (en) * 2018-10-22 2022-01-06 Amada Co., Ltd. Laser machining apparatus, method for setting machining conditions, and control device for laser machining apparatus
JP2020066008A (ja) * 2018-10-22 2020-04-30 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機、加工条件の設定方法、及びレーザ加工機の制御装置
WO2020085074A1 (ja) * 2018-10-22 2020-04-30 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機、加工条件の設定方法、及びレーザ加工機の制御装置
JP2020093277A (ja) * 2018-12-12 2020-06-18 株式会社アマダ レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP2020108897A (ja) * 2019-01-04 2020-07-16 株式会社アマダ レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP2020196036A (ja) * 2019-06-05 2020-12-10 株式会社アマダ 加工プログラム作成装置及び溶融金属の飛散方向決定方法
CN112229538A (zh) * 2020-09-14 2021-01-15 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于热力学的方法测量飞秒激光加工材料温度的装置和方法
CN113927158A (zh) * 2021-10-25 2022-01-14 佛山科学技术学院 一种基于功率波形调制的激光焊接工艺方法
CN113927158B (zh) * 2021-10-25 2023-11-17 佛山科学技术学院 一种基于功率波形调制的激光焊接工艺方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6116757B2 (ja) 2017-04-19
JPWO2015156119A1 (ja) 2017-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6116757B2 (ja) レーザ加工装置
JP6799755B2 (ja) レーザ溶接方法
US9757816B2 (en) Machining device and machining method
US9149889B2 (en) Orientating a laser cutting beam
US8592715B2 (en) Hybrid welding method and hybrid welding apparatus
RU2750313C2 (ru) Способ лазерной обработки металлического материала с высоким уровнем динамического управления осями движения лазерного луча по заранее выбранной траектории обработки, а также станок и компьютерная программа для осуществления указанного способа
JP5030512B2 (ja) レーザ加工方法
JP6071640B2 (ja) 加工装置、加工方法
JP2011526210A5 (ja)
CN105772939A (zh) 激光双光束焊接设备及方法
US11117221B2 (en) Laser machining device and laser machining method
JP2005279730A (ja) レーザ切断方法および装置
KR20150126603A (ko) 테이퍼 제어를 위한 빔 각도 및 작업물 이동의 공조
WO2020008827A1 (ja) レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP3534806B2 (ja) レーザ切断方法及びその装置
JP2019123008A (ja) 接合体の製造方法
JP2016055326A (ja) レーザ切断方法及びレーザ切断装置
TW202045289A (zh) 雷射鑽孔裝置及方法
US9931713B2 (en) Laser systems and methods for AOD rout processing
JP2009262182A (ja) レーザ・アーク複合溶接ヘッド
JP2019037997A (ja) レーザクラッディング装置
JP3905732B2 (ja) レーザ加工ヘッド、これを用いるレーザ切断装置及びレーザ切断方法
JP6643442B1 (ja) レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP2015174096A (ja) レーザ切断方法及びレーザ切断装置
JP6808130B2 (ja) レーザ加工方法およびレーザ加工装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15776003

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016512651

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15776003

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1