WO2020036021A1 - レーザ加工機及びレーザ加工方法 - Google Patents

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WO2020036021A1
WO2020036021A1 PCT/JP2019/027431 JP2019027431W WO2020036021A1 WO 2020036021 A1 WO2020036021 A1 WO 2020036021A1 JP 2019027431 W JP2019027431 W JP 2019027431W WO 2020036021 A1 WO2020036021 A1 WO 2020036021A1
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WO
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command signal
movement command
center
nozzle
trajectory
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/027431
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English (en)
French (fr)
Inventor
岳大 永山
和宏 菅野
Original Assignee
株式会社アマダホールディングス
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    • 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
    • B23K26/035—Aligning 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
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser processing machine and a laser processing method for processing a sheet metal by a laser beam.
  • a laser processing machine that cuts a sheet metal with a laser beam emitted from a laser oscillator to produce a product having a predetermined shape has become widespread.
  • the laser processing machine cuts the sheet metal into a predetermined shape by moving the processing head along a surface of the sheet metal by a moving mechanism of the processing head.
  • the laser processing machine bends the sheet metal by bending the cutting progress direction at a corner below a predetermined angle, or when cutting the sheet metal in a curved shape by changing the cutting direction rapidly, the sheet metal cannot be cut at high speed Therefore, the processing time becomes longer. Even when the laser processing machine cuts such a shape, it is required to cut the sheet metal as fast as possible to shorten the processing time.
  • One or more embodiments cutting the sheet metal by bending the cutting direction at a corner not more than a predetermined angle, or even when cutting the sheet metal in a curved shape by changing the cutting direction abruptly, It is an object of the present invention to provide a laser beam machine and a laser beam machining method which can cut a sheet metal at a higher speed than before and can shorten a machining time.
  • a processing head having a circular opening at a distal end, and a nozzle for emitting a laser beam for cutting a sheet metal from the opening is attached.
  • a moving mechanism that relatively moves the processing head with respect to the surface of the sheet metal; and a beam center that is a center of a beam spot at an irradiation position when the laser beam is irradiated on the sheet metal, and a center of the nozzle.
  • a beam displacement mechanism for displacing with respect to the nozzle center, a nozzle trajectory that is a trajectory of the nozzle center, a beam trajectory that is a trajectory of the beam center, a speed of the processing head that moves on the nozzle trajectory, and A movement command signal for controlling a processing direction and a processing speed based on trajectory information including speed information of the beam spot moving on a beam trajectory.
  • a movement control unit to generate, a main movement command signal for controlling a movement direction and a movement speed of the processing head based on the movement command signal, and a control unit for controlling a movement direction and a movement speed of the beam spot.
  • a movement command division unit that generates a sub-movement command signal; a movement mechanism control unit that controls the movement mechanism to relatively move the processing head based on the main movement command signal; And a displacement control unit that controls the beam displacement mechanism so that the beam center is displaced with respect to the nozzle center.
  • a processing head having a circular opening at a tip end and a nozzle for emitting a laser beam for cutting a sheet metal from the opening is attached.
  • a control device for controlling a laser processing machine comprising a nozzle locus which is a locus of the center of the nozzle, a beam locus which is a locus of a center of a beam spot at an irradiation position when the laser beam is irradiated on the sheet metal,
  • a movement command signal for controlling a processing direction and a processing speed based on trajectory information including information on the speed of the processing head moving on a nozzle trajectory and the speed of the beam spot moving on the beam trajectory.
  • a main movement command signal for controlling a moving direction and a moving speed of the processing head based on the movement command signal
  • a sub-movement command signal for controlling a moving direction and a moving speed of the beam spot based on the sub-movement, and relatively moving the processing head based on the main movement command signal
  • a laser processing method is provided for controlling the laser processing machine to cut the sheet metal by displacing a beam center, which is the center of the beam spot, with respect to a nozzle center, which is the center of the nozzle, based on a command signal.
  • the sheet metal is cut by bending the cutting direction at a corner portion equal to or less than a predetermined angle, or the sheet metal is formed by rapidly changing the cutting direction. Even in the case of cutting in a curved shape, the sheet metal can be cut at a higher speed than before, and the processing time can be shortened.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration example of a laser processing machine according to one or more embodiments.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a detailed configuration example of a collimator unit and a processing head in a laser processing machine according to one or more embodiments.
  • FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship between a laser beam and an opening of a nozzle in a reference state.
  • FIG. 4 is a view for explaining displacement of the irradiation position of the laser beam to the sheet metal by the beam displacement mechanism in the laser beam machine according to one or more embodiments.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a positional relationship between the laser beam and the nozzle opening when the optical axis of the laser beam is displaced.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration example of a laser processing machine according to one or more embodiments.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a detailed configuration example of a collimator unit and a processing head in a laser processing machine according
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a functional internal configuration of an NC device included in the laser beam machine according to one or more embodiments.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a nozzle trajectory and a beam trajectory when processing a sheet metal.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a nozzle trajectory and a beam trajectory when processing a sheet metal.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a nozzle trajectory and a beam trajectory when processing a sheet metal.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a laser processing method by the laser processing machine according to one or more embodiments.
  • FIG. 11A is a diagram illustrating an example of the speed in the X-axis direction at each time of the processing head in the movement command signal.
  • FIG. 11B is a diagram illustrating an example of the speed of the processing head in the X-axis direction at each point in time in the delayed movement command signal.
  • FIG. 11C is a diagram illustrating an example of the speed in the X-axis direction at each time of the processing head in the main movement command signal.
  • FIG. 11D is a diagram illustrating an example of the velocity in the X-axis direction at each point of the beam center in the sub-movement command signal.
  • FIG. 12A is a diagram illustrating an example of the speed in the Y-axis direction at each time of the processing head in the movement command signal.
  • FIG. 12B is a diagram illustrating an example of the speed in the Y-axis direction of the processing head at each point in time in the delayed movement command signal.
  • FIG. 12C is a diagram illustrating an example of the speed of the machining head in the Y-axis direction at each point in the main movement command signal.
  • FIG. 12D is a diagram illustrating an example of the velocity in the Y-axis direction at each point of the beam center in the sub-movement command signal.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the distance between the nozzle center and the beam center at each time point.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the distance between the nozzle center and the beam center at each time point.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the distance between the nozzle center and the beam center at each time point.
  • a laser processing machine 100 generates a laser beam and emits the laser beam, a laser processing unit 20, and transmits the laser beam emitted from the laser oscillator 10 to the laser processing unit 20.
  • the laser beam machine 100 also includes an operation unit 40, an NC device 50, a machining program database 60, a machining condition database 70, and an assist gas supply device 80.
  • the NC device 50 is an example of a control device that controls each unit (specifically, the laser oscillator 10, the laser processing unit 20, and the assist gas supply device 80) of the laser processing machine 100.
  • the operation unit 40 outputs instruction information SF corresponding to the operation content to the NC device 50 when the operator operates the operation unit 40.
  • the NC device 50 reads the machining program (NC data) PP from the machining program database 60 and the machining condition CP from the machining condition database 70 based on the instruction information SF.
  • the NC device 50 reads the machining program PP corresponding to the product design model based on the instruction information SF from the machining program database 60.
  • the processing program PP is a program for the laser processing machine 100 to execute the processing of the sheet metal W.
  • the processing conditions CP include processing target information in which material parameters such as the material and thickness of the sheet metal W are specified.
  • the processing conditions CP include processing parameters such as the output of the laser beam, the processing speed, the diameter (nozzle diameter) of the opening 36a of the nozzle 36 described later, and cutting processing information such as the assist gas conditions. .
  • the NC device 50 reads a processing condition CP suitable for a product design model from the processing condition database 70.
  • the NC device 50 controls the laser oscillator 10, the laser processing unit 20, and the assist gas supply device 80 based on the processing program PP and the processing conditions CP.
  • the laser oscillator 10 a laser oscillator that amplifies pump light emitted from a laser diode and emits a laser beam of a predetermined wavelength or a laser oscillator that directly uses a laser beam emitted from a laser diode is preferable.
  • the laser oscillator 10 is, for example, a solid-state laser oscillator, a fiber laser oscillator, a disk laser oscillator, or a direct diode laser oscillator (DDL oscillator).
  • the laser oscillator 10 emits a 1 ⁇ m band laser beam having a wavelength of 900 nm to 1100 nm.
  • the fiber laser oscillator emits a laser beam having a wavelength of 1060 nm to 1080 nm
  • the DDL oscillator emits a laser beam having a wavelength of 910 nm to 950 nm.
  • the laser processing unit 20 includes a processing table 21 on which a sheet metal W to be processed is placed, a gate-shaped X-axis carriage 22, a Y-axis carriage 23, a collimator unit 30 fixed to the Y-axis carriage 23, and a processing head. 35.
  • the sheet metal W is made of, for example, stainless steel. The material and thickness of the sheet metal W are not particularly limited.
  • the X-axis carriage 22 is configured to be movable on the processing table 21 in the X-axis direction.
  • the Y-axis carriage 23 is configured to be movable on the X-axis carriage 22 in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis.
  • the X-axis carriage 22 and the Y-axis carriage 23 serve as a moving mechanism that moves the processing head 35 along the surface of the sheet metal W in the X-axis direction, the Y-axis direction, or any combined direction of the X-axis and the Y-axis. Function.
  • the laser processing machine 100 may be configured so that the position of the processing head 35 is fixed and the sheet metal W moves.
  • the laser processing machine 100 only needs to have a moving mechanism that moves the processing head 35 relative to the surface of the sheet metal W.
  • the processing head 35 has a circular opening 36a at the tip, and a nozzle 36 for emitting a laser beam LB from the opening 36a is attached.
  • the sheet metal W is irradiated with the laser beam LB emitted from the opening 36 a of the nozzle 36.
  • the assist gas supply device 80 supplies the assist gas AG to the processing head 35.
  • the assist gas supply device 80 supplies nitrogen to the processing head 35 as the assist gas AG if the sheet metal W is stainless steel and nitrogen if the sheet metal W is mild steel.
  • the assist gas AG may be a mixed gas of nitrogen and oxygen, and the mixing ratio can be arbitrarily set depending on whether the purpose is to suppress oxidation or to utilize heat of oxidation reaction.
  • the assist gas AG is blown onto the sheet metal W from the opening 36a.
  • the assist gas AG discharges the molten metal in the kerf where the sheet metal W has melted.
  • the collimator unit 30 includes a collimation lens 31 that converts the divergent laser beam LB emitted from the process fiber 12 into parallel light (collimated light).
  • the collimator unit 30 includes a galvano scanner unit 32 and a bend mirror 33 that reflects the laser beam LB emitted from the galvano scanner unit 32 downward in the Z-axis direction perpendicular to the X-axis and the Y-axis.
  • the processing head 35 includes a focusing lens 34 that focuses the laser beam LB reflected by the bend mirror 33 and irradiates the sheet metal W with the laser beam LB.
  • the galvano scanner unit 32 includes a scan mirror 321 that reflects the laser beam LB emitted from the collimation lens 31, and a drive unit 322 that rotates the scan mirror 321 at a predetermined angle. Further, the galvano scanner unit 32 includes a scan mirror 323 that reflects the laser beam LB emitted from the scan mirror 321 and a drive unit 324 that rotates the scan mirror 323 to a predetermined angle.
  • FIG. 3 shows the positional relationship between the laser beam LB and the opening 36a of the nozzle 36 in the reference state.
  • Reference symbol BS indicates a beam spot at an irradiation position when the sheet metal W is irradiated with the laser beam LB.
  • Symbol BC indicates the center of the beam spot BS.
  • the center BC of the beam spot BS is referred to as a beam center BC.
  • the laser beam machine 100 is centered so that the laser beam LB emitted from the opening 36a of the nozzle 36 is located at the center of the opening 36a.
  • the center of the opening 36a coincides with the center of the nozzle 36.
  • the center of the opening 36a and the center of the nozzle 36 are collectively referred to as a nozzle center NC.
  • the beam center BC coincides with the nozzle center NC. Therefore, in the reference state, the laser beam LB is emitted from the nozzle center NC.
  • the galvano scanner unit 32 functions as a beam displacement mechanism that travels inside the processing head 35 and displaces the position of the laser beam LB emitted from the opening 36a within the opening 36a.
  • the drive units 322 and 324 can also cause the scan mirrors 321 and 323 to reciprocate in a predetermined angular range based on the control by the NC device 50, respectively.
  • the galvano scanner unit 32 can vibrate the laser beam LB applied to the sheet metal W. That is, the NC device 50 can also cause the galvano scanner unit 32 to function as a beam vibration mechanism that vibrates the laser beam LB emitted from the opening 36a while traveling in the processing head 35 within the opening 36a.
  • the galvano scanner unit 32 is an example of a beam displacement mechanism and a beam vibration mechanism, and the beam displacement mechanism and the beam vibration mechanism are not limited to the galvano scanner unit 32.
  • FIG. 4 shows a state in which one or both of the scan mirror 321 and the scan mirror 323 are tilted and the position of the laser beam LB applied to the sheet metal W is displaced.
  • a thin solid line bent by the bend mirror 33 and passing through the focusing lens 34 indicates the optical axis of the laser beam LB when the laser processing machine 100 is in the reference state.
  • the angle of the optical axis of the laser beam LB incident on the bend mirror 33 changes by the operation of the galvano scanner unit 32 located in front of the bend mirror 33, and the optical axis is shifted to the center of the bend mirror 33. Get off.
  • the incidence position of the laser beam LB on the bend mirror 33 before and after the operation of the galvano scanner unit 32 is set to the same position.
  • the galvano scanner unit 32 inclines the laser beam LB by the angle ⁇ in the direction opposite to the direction shown in FIG. 4, the irradiation position of the laser beam LB on the sheet metal W is shifted by the distance ⁇ s in the direction opposite to the direction shown in FIG. Can be displaced.
  • FIG. 5 shows a positional relationship between the laser beam LB and the opening 36 a of the nozzle 36 in a state where the optical axis of the laser beam LB is displaced. That is, the distance ⁇ s is a distance between the nozzle center NC and the beam center BC at a position where the sheet metal W is irradiated with the laser beam LB (hereinafter, referred to as an irradiation position), and is a displacement amount of the beam center BC with respect to the nozzle center NC. Equivalent to.
  • the displacement of the beam center BC with respect to the nozzle center NC is simply referred to as the displacement of the beam center BC.
  • the displacement of the beam center BC at the opening 36a of the nozzle 36 is equal to the displacement of the beam center BC at the position where the sheet metal W is irradiated with the laser beam LB. That is, when the beam center BC at the opening 36a of the nozzle 36 is displaced by the distance ⁇ s with respect to the nozzle center NC, the beam center BC at the position where the sheet metal W is irradiated with the laser beam LB is also shifted by the distance ⁇ s with respect to the nozzle center NC. Displacement.
  • the displacement of the beam center BC (the displacement of the laser beam LB) is set so that the distance ⁇ s is smaller than the radius of the opening 36a.
  • the distance ⁇ s is set as the processing condition CP so as to satisfy the relational expression ⁇ s + rb ⁇ ra.
  • the assist gas is blown onto the sheet metal W from the opening 36a.
  • the gas pressure and the flow rate of the assist gas are weak near the inner periphery with respect to the center of the opening 36a. Therefore, when the distance obtained by subtracting the predetermined distance La from the radius ra of the opening 36a is the maximum distance, the distance ⁇ s is preferably set to a value equal to or less than the maximum distance. Specifically, the distance ⁇ s is preferably set as the processing condition CP so as to satisfy the relational expression ⁇ s + rb ⁇ ra ⁇ La.
  • the NC apparatus 50 can displace the beam spot BS formed by irradiating the surface of the sheet metal W with the laser beam LB.
  • the NC device 50 can vibrate the laser beam LB in a predetermined direction in the plane of the sheet metal W to vibrate a beam spot formed on the plane of the sheet metal W.
  • the NC device 50 includes a movement control unit 501, a movement command division unit 503, a movement mechanism control unit 505, and a displacement control unit 506.
  • the movement command dividing unit 503 includes a delay unit 5031, a low-pass filter (hereinafter, LPF) 5032, and a subtractor 5033.
  • LPF low-pass filter
  • the trajectory information TF includes a nozzle trajectory which is a trajectory of the processing head 35 (nozzle center NC) when processing the sheet metal W, a beam trajectory which is a trajectory of the beam spot BS (beam center BC), and a processing head which moves on the nozzle trajectory. It contains information on the speed (moving speed) of 35 (nozzle center NC) and the speed (moving speed) of the beam spot BS (beam center BC) moving on the beam trajectory.
  • the plurality of trajectory information TFs are different from each other in at least one of information of a nozzle trajectory, a beam trajectory, a moving speed of the processing head 35, and a moving speed of the beam spot BS.
  • the operation unit 40 displays the trajectory information TFa, TFb, or TFc.
  • the information indicating the selection is output to the NC device 50 as the instruction information SF.
  • the movement control unit 501 reads the machining program PP including the selected trajectory information TFa, TFb, or TFc from the machining program database 60 based on the instruction information SF, and reads the machining condition CP from the machining condition database 70.
  • FIG. 7 shows the relationship between the nozzle trajectory and the beam trajectory when processing the sheet metal W based on the trajectory information TFa.
  • FIG. 8 shows the relationship between the nozzle trajectory and the beam trajectory when processing the sheet metal W based on the trajectory information TFb.
  • FIG. 9 shows the relationship between the nozzle trajectory and the beam trajectory when the sheet metal W is processed based on the trajectory information TFc. 7 to 9 show a total of three pieces of trajectory information TFa to TFc, the number of trajectory information TF may be two or more, and may be four or more.
  • FIGS. 7, 8, and 9 show that the sheet metal W is cut in the X-axis direction at least in a section from the processing position P1 to the processing position P2, and the cutting direction is bent by 90 degrees at the processing position P2.
  • the machining program PP is set so as to cut in the Y-axis direction in a section from P2 to at least the machining position P3 is shown. That is, FIGS. 7 to 9 show an example of a processing method for cutting the sheet metal W with the corner Wc so that the processing position P2 is located at the tip of the corner Wc of the product.
  • reference numeral NP denotes a nozzle trajectory
  • reference numeral LP denotes a beam trajectory.
  • the nozzle trajectory NP is indicated by a broken line
  • the beam trajectory LP is indicated by a one-dot chain line
  • the outer shape of the product is indicated by a solid line
  • the nozzle 36 and the opening 36a are indicated by a two-dot chain line.
  • the trajectory information TFa indicates that the nozzle trajectory NP passes inside the corner Wc from the machining position P2 corresponding to the tip of the corner Wc, and the beam trajectory LP changes from the machining position P1 to the machining position.
  • the section from P2 to the processing position P3 is set to be a locus in the Y-axis direction in the section from P2 to the processing position P3.
  • the trajectory information TFb indicates that the nozzle trajectory NP passes through the processing position P2 (specifically, the radius of the beam spot BS from the processing position P2) and the beam trajectory LP is processed from the processing position P1.
  • the section from the processing position P2 to the processing position P3 has a locus in the X-axis direction, and the section from the processing position P2 to the processing position P3 has a locus in the Y-axis direction.
  • the trajectory information TFc indicates that the nozzle trajectory NP passes through the gap between the nozzle trajectory NP shown in FIG. 7 and the nozzle trajectory NP shown in FIG. 8, and the beam trajectory LP is processed from the processing position P1.
  • the section from the processing position P2 to the processing position P3 has a locus in the X-axis direction, and the section from the processing position P2 to the processing position P3 has a locus in the Y-axis direction. That is, in the trajectory information TFa to TFc, the nozzle trajectories NP have different trajectories, and the beam trajectory LP has a common trajectory.
  • trajectory information TFa, TFb, or TFc is selected will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 10 and FIGS. 11A to 11D, 12A to 12D, and 13 to 15.
  • the trajectory information TFa, TFb, and TFc are different in the positional relationship between the nozzle trajectory NP and the beam trajectory LP, and move on the beam trajectory LP with the speed of the nozzle center NC moving on the nozzle trajectory NP.
  • a laser processing method in the case where the beam center BC and the speed are common to each other will be described.
  • FIG. 11A shows the velocity in the X-axis direction at each time point in the movement command signal CS when the trajectory information TFa, TFb, or TFc is selected.
  • FIG. 11B shows the velocity in the X-axis direction at each time point in the delayed movement command signal DCS when the trajectory information TFa, TFb, or TFc is selected.
  • FIG. 11C shows the velocity in the X-axis direction at each point in the main movement command signal MCS when the trajectory information TFa, TFb, or TFc is selected.
  • FIG. 11D shows the velocity in the X-axis direction at each time point in the sub-movement command signal SCS when the trajectory information TFa, TFb, or TFc is selected.
  • FIG. 12A shows the velocity in the Y-axis direction at each time point in the movement command signal CS when the trajectory information TFa, TFb, or TFc is selected.
  • FIG. 12B shows the velocity in the Y-axis direction at each time point in the delayed movement command signal DCS when the trajectory information TFa, TFb, or TFc is selected.
  • FIG. 12C shows the velocity in the Y-axis direction at each point in the main movement command signal MCS when the trajectory information TFa, TFb, or TFc is selected.
  • FIG. 12D shows the velocity in the Y-axis direction at each time point in the sub-movement command signal SCS when the trajectory information TFa, TFb, or TFc is selected.
  • the velocities in the X-axis direction and the Y-axis direction at each point in the sub-movement command signal SCS are shown as relative speeds of the beam center BC with respect to the nozzle center NC.
  • FIGS. 13, 14, and 15 show the distance ⁇ s at each time when the trajectory information TFa, TFb, and TFc are selected, that is, the displacement amount of the beam center BC.
  • Time points t1, t2, and t3 shown in FIGS. 11A to 11D, 12A to 12D, and FIGS. 13 to 15 correspond to the processing positions P1, P2, and P3 shown in FIGS. 7 to 9, respectively.
  • the operator operates the operation unit 40 to select arbitrary trajectory information TFa, TFb, or TFc from the plurality of trajectory information TFs in step S1.
  • the operation unit 40 outputs information indicating that the trajectory information TFa, TFb, or TFc is selected to the NC device 50 as the instruction information SF.
  • the movement control unit 501 reads the processing program PP corresponding to the selected trajectory information TFa, TFb, or TFc from the processing program database 60 based on the instruction information SF in step S2, and performs processing from the processing condition database 70. Read the condition CP. In step S3, the movement control unit 501 generates a movement command signal CS including speed control information as shown in FIGS. 11A and 12A based on the machining program PP and the machining conditions CP.
  • the movement command signal CS sets the machining speed in the Y-axis direction to 0 and the machining speed in the X-axis direction to the machining condition CP in the period up to the time point t1.
  • the constant speed movement command for moving the machining position P in the X-axis direction is included as the predetermined speed Vxa based on.
  • the movement command signal CS indicates that the machining speed in the X-axis direction is 0 and the machining speed in the Y-axis direction is a predetermined speed Vya based on the machining condition CP during the period from time t1 to at least time t3. Is moved in the Y-axis direction.
  • the movement control unit 501 generates the movement command signal CS based on the selected trajectory information TF.
  • the movement command signal CS is a movement command signal for controlling the processing direction and the processing speed. Further, movement control section 501 outputs movement command signal CS to movement command division section 503.
  • the movement command signal CS input to the movement command division unit 503 is input to the delay unit 5031 and the LPF 5032.
  • step S4 the delay unit 5031 delays the movement command signal CS by the delay time Tdly from time t1 to time t2 to generate a delayed movement command signal DCS, and the subtractor 5033 Output to
  • the LPF 5032 executes the filtering process (Bessel filter process) that passes only the low-frequency component of the movement command signal CS in step S5, thereby converting the main movement command signal MCS.
  • the main movement command signal MCS is a movement command signal for controlling the moving direction and the moving speed of the processing head 35 (nozzle center NC).
  • the main movement command signal MCS sets the moving speed in the Y-axis direction to 0 and the
  • the predetermined speed Vxa based on the CP includes a constant speed movement command for moving the processing head 35 (nozzle center NC) in the X-axis direction.
  • the main movement command signal MCS includes a movement command for moving the processing head 35 on an arc in a section from the processing position P1 to the processing position P3.
  • the main movement command signal MCS includes a deceleration command for reducing the moving speed of the processing head 35 in the X-axis direction from the predetermined speed Vxa based on the processing condition CP to 0. .
  • the main movement command signal MCS includes an acceleration command for accelerating the processing head 35 in the Y-axis direction so that the moving speed becomes from 0 to a predetermined speed Vya based on the processing condition CP.
  • the main movement command signal MCS sets the moving speed in the X-axis direction to 0 and sets the moving speed in the X-axis direction to the processing condition.
  • the predetermined speed Vya based on the CP includes a constant speed movement command for moving the processing head 35 in the Y-axis direction.
  • the main movement command signal MCS moves the machining head 35 in the X-axis direction, the Y-axis direction, or an arbitrary combined direction of the X-axis and the Y-axis, and the machining heads in the respective sections at the machining positions P1 to P3.
  • the LPF 5032 outputs the main movement command signal MCS to the subtractor 5033 and the movement mechanism control unit 505. Accordingly, the subtractor 5033 receives the delayed movement command signal DCS from the delay device 5031 and the main movement command signal MCS from the LPF 5032.
  • the subtractor 5033 generates the sub-movement command signal SCS by subtracting the main-movement command signal MCS from the delayed-movement command signal DCS in step S6.
  • the sub-movement command signal SCS is a movement command signal for controlling the moving direction and the moving speed of the beam spot BS (beam center BC), and is used to control the beam center BC (beam spot BS) with respect to the nozzle center NC (processing head 35). This is a movement command signal for controlling the displacement direction and the displacement speed.
  • the sub-movement command signal SCS makes the beam center BC coincide with the nozzle center NC and moves the beam center BC in the period up to the time point t1.
  • the sub-movement command signal SCS is transmitted to the nozzle center NC such that the beam spot BS moves in the X-axis direction at the same moving speed as the moving speed in the period from time t1 to time t2 during the period from time t1 to time t1.
  • a displacement command for displacing the center BC is included.
  • the moving speed of beam center BC is smaller than the moving speed of nozzle center NC.
  • the speed is relatively fast in the X-axis direction and relatively slow in the Y-axis direction.
  • the time point t2 shown in FIGS. 11C, 11D, 12C, and 12D corresponds to the time point at which the processing position P2 shown in FIGS. 7 to 9 is processed.
  • the sub-movement command signal SCS includes a displacement command for displacing the beam center BC with respect to the nozzle center NC such that the beam spot BS moves at a predetermined speed in the Y-axis direction during a period from time t2 to time t3. .
  • the moving speed of beam center BC is smaller than the moving speed of nozzle center NC. It is relatively slow in the X-axis direction and relatively fast in the Y-axis direction.
  • the sub-movement command signal SCS sets the beam spot BS such that the beam center BC coincides with the nozzle center NC and the moving speed of the beam center BC becomes the same as the moving speed of the nozzle center NC in a period after the time point t3. Includes a constant speed movement command for moving in the Y-axis direction.
  • the sub-movement command signal SCS causes the galvano scanner unit 32 to move the beam center BC to the X-axis with respect to the nozzle center NC.
  • This is a movement command signal for displacing in the direction, the Y-axis direction, or an arbitrary combined direction of the X-axis and the Y-axis.
  • the acceleration (deceleration) of the beam spot BS (beam center BC) by the galvano scanner unit 32 is orders of magnitude greater than the acceleration (deceleration) of the processing head 35 (nozzle center NC).
  • the speed is shown to change instantaneously.
  • the subtractor 5033 outputs the sub-movement command signal SCS to the displacement control unit 506.
  • the moving mechanism including the X-axis carriage 22 and the Y-axis carriage 23 has driving units 220 and 230 for driving the X-axis carriage 22 and the Y-axis carriage 23, respectively.
  • the moving mechanism control unit 505 moves the processing head 35 by controlling the driving units 220 and 230 based on the main movement command signal MCS in step S7.
  • step S8 the displacement control unit 506 drives the drive units 322 and 324 of the galvano scanner unit 32 based on the sub-movement command signal SCS to move or displace the beam spot BS.
  • FIG. 13 shows the distance (displacement amount of the beam center BC) between the nozzle center NC and the beam center BC at each time when the trajectory information TFa is selected.
  • the distance ⁇ s from the beam center BC becomes maximum.
  • the laser beam machine 100 controls the nozzle path NP based on the path information TFa.
  • the processing head 35 nozzle center NC
  • the main movement command signal MCS has a speed profile as shown in FIGS. 11C and 12C
  • the processing head 35 decelerates in the X-axis direction in a section from the processing position P1 to the processing position P3, and It moves on the nozzle locus NP so as to accelerate in the Y-axis direction.
  • the laser beam machine 100 controls the beam path LP based on the path information TFa.
  • the beam spot BS (beam center BC) moves on the beam locus LP at a set speed based on the sub-movement command signal SCS.
  • the beam center BC is set such that the beam center BC is at the nozzle center during the period up to the time point t1 (the section up to the processing position P1). It moves in the X-axis direction at the same speed as the processing head 35 and coincides with the NC.
  • the beam spot BS has a relatively high moving speed in the X-axis direction with respect to the processing head 35 and the Y-axis. It moves on the beam locus LP so as to be relatively slow in the direction.
  • the beam center BC is displaced with respect to the nozzle center NC according to the distance between the beam trajectory LP and the nozzle trajectory NP at each time point t.
  • the beam spot BS has a relatively slow moving speed in the X-axis direction with respect to the processing head 35 and a Y-axis. It moves on the beam locus LP so as to be relatively fast in the direction.
  • the beam center BC is displaced with respect to the nozzle center NC according to the distance between the beam trajectory LP and the nozzle trajectory NP at each time point t.
  • the beam spot BS moves in the Y-axis direction at the same speed as the processing head 35 with the beam center BC coincident with the nozzle center NC in a period after the time point t3 (a section after the processing position P3).
  • the laser beam machine 100 moves the processing head 35 (nozzle center NC) along the nozzle trajectory NP shown in FIG. 7 with the speed profiles shown in FIGS. 11C and 12C, and By moving (displacing) the beam spot BS (beam center BC) with the velocity profiles shown in FIGS. 11D and 12D along the beam trajectory LP shown in FIG. 7, the sheet metal W is processed to form a corner Wc. .
  • FIG. 14 shows the distance between the nozzle center NC and the beam center BC (the amount of displacement of the beam center BC) at each point in time when the trajectory information TFb is selected.
  • the distance ⁇ s between the nozzle center NC and the beam center BC becomes maximum in the section up to the processing position P1 and in the section after the processing position P3, and the nozzle center NC and the beam center BC at the processing position P2.
  • the NC device 50 determines that the distance ⁇ s satisfies the relational expression ⁇ s + rb ⁇ ra-La based on the machining program PP, the machining condition CP, and the trajectory information TFb until the time t1.
  • the moving mechanism 22 is moved so that the processing head 35 and the beam spot BS move on different paths at the same speed in the X-axis direction. And 23 and the galvano scanner unit 32.
  • the laser beam machine 100 controls the nozzle path NP based on the path information TFb.
  • the processing head 35 nozzle center NC
  • the main movement command signal MCS has a speed profile as shown in FIG. 11C and FIG. 12C, in the section from the processing position P1 to the processing position P3, the processing head 35 decelerates in the X-axis direction and the Y-axis. It moves on the nozzle path NP so as to accelerate in the direction.
  • the laser beam machine 100 controls the beam path LP based on the path information TFb.
  • the beam spot BS (beam center BC) moves on the beam locus LP at a set speed based on the sub-movement command signal SCS.
  • the sub-movement command signal SCS has a velocity profile as shown in FIG. 11D and FIG. 12D
  • the beam center BC moves to the nozzle center NC in the period up to the time point t1 (the section up to the processing position P1).
  • it is displaced by a predetermined distance and moves in the X-axis direction at the same speed as the processing head 35.
  • the beam spot BS has a relatively high moving speed in the X-axis direction with respect to the processing head 35 and the Y-axis. It moves on the beam locus LP so as to be relatively slow in the direction.
  • the beam center BC is displaced with respect to the nozzle center NC according to the distance between the beam trajectory LP and the nozzle trajectory NP at each time point t. At the time point t2, the beam center BC coincides with the nozzle center NC at the processing position P2.
  • the beam spot BS has a relatively slow moving speed in the X-axis direction with respect to the processing head 35 and a Y-axis. It moves on the beam locus LP so as to be relatively fast in the direction.
  • the beam center BC is displaced with respect to the nozzle center NC according to the distance between the beam trajectory LP and the nozzle trajectory NP at each time point t.
  • the beam spot BS is displaced by a predetermined distance with respect to the nozzle center NC, and the beam spot BS moves in the Y-axis direction at the same speed as the processing head 35. Moving.
  • the laser processing machine 100 moves the processing head 35 (nozzle center NC) along the nozzle trajectory NP shown in FIG. 8 with the speed profiles shown in FIGS. 11C and 12C, and A corner Wc is formed by moving (displacing) the beam spot BS (beam center BC) with the velocity profile shown in FIGS. 11D and 12D along the beam locus LP shown in FIG. .
  • FIG. 15 shows the distance between the nozzle center NC and the beam center BC (the amount of displacement of the beam center BC) at each time when the trajectory information TFc is selected.
  • the nozzle trajectory NP is set to pass through a region corresponding to a gap between the nozzle trajectory NP shown in FIG. 7 and the nozzle trajectory NP shown in FIG.
  • the NC device 50 determines, based on the machining program PP, the machining condition CP, and the trajectory information TFc, that the distance ⁇ s satisfies the relational expression ⁇ s + rb ⁇ ra-La in the period up to the time point t1.
  • the moving mechanism 22 and the moving mechanism 22 are arranged so that the processing head 35 and the beam spot BS move in mutually different trajectories at the same speed in the X-axis direction in a state where the beam spot BS is displaced so that the distance becomes 23 and the galvano scanner unit 32.
  • the laser beam machine 100 controls the nozzle path NP based on the path information TFc.
  • the processing head 35 nozzle center NC
  • the main movement command signal MCS has a speed profile as shown in FIG. 11C and FIG. 12C
  • the processing head 35 decelerates in the X-axis direction and the Y-axis. It moves on the nozzle path NP so as to accelerate in the direction.
  • the laser beam machine 100 controls the beam path LP based on the path information TFc.
  • the beam spot BS (beam center BC) moves on the beam locus LP at a set speed based on the sub-movement command signal SCS.
  • the sub-movement command signal SCS has a velocity profile as shown in FIG. 11D and FIG. 12D
  • the beam center BC moves to the nozzle center NC in the period up to the time point t1 (the section up to the processing position P1).
  • it is displaced by a predetermined distance and moves in the X-axis direction at the same speed as the processing head 35.
  • the beam spot BS has a relatively high moving speed in the X-axis direction with respect to the processing head 35 and the Y-axis. It moves on the beam locus LP so as to be relatively slow in the direction.
  • the beam center BC is displaced with respect to the nozzle center NC according to the distance between the beam trajectory LP and the nozzle trajectory NP during a period from time t1 to time t2.
  • the beam center BC is displaced so that the distance ⁇ s changes continuously from the above-mentioned predetermined distance to 0 and further changes from 0 to a predetermined distance satisfying the relational expression ⁇ s + rb ⁇ ra ⁇ La. I do.
  • the beam center BC is displaced with respect to the nozzle center NC according to the distance between the beam trajectory LP and the nozzle trajectory NP during the period from the time point t2 to the time point t3.
  • the beam center BC is displaced so that the distance ⁇ s changes continuously from the above-mentioned predetermined distance to 0 and further changes from 0 to a predetermined distance satisfying the relational expression ⁇ s + rb ⁇ ra ⁇ La. I do.
  • the beam spot BS is displaced by a predetermined distance with respect to the nozzle center NC, and the beam spot BS moves in the Y-axis direction at the same speed as the processing head 35. Moving.
  • the laser beam machine 100 moves the processing head 35 (nozzle center NC) along the nozzle trajectory NP shown in FIG. 9 with the speed profiles shown in FIGS. 11C and 12C, and By moving (displacing) the beam spot BS (beam center BC) with the velocity profiles shown in FIGS. 11D and 12D along the beam locus LP shown in FIG. 9, the sheet metal W is processed to form the corner Wc. .
  • the distance ⁇ s may not satisfy the relational expression ⁇ s + rb ⁇ ra ⁇ La depending on the processing program PP or the processing condition CP.
  • the distance ⁇ s can be smaller than in the processing method when the trajectory information TFa or TFb is selected.
  • the operator selects the trajectory information TFc, so that the distance ⁇ s becomes the relational expression ⁇ s + rb ⁇ ra. -La can be satisfied.
  • the laser beam machine 100 can process the sheet metal W into the same shape as the design model.
  • the sheet metal is cut by bending the cutting direction at a corner not larger than a predetermined angle, or the sheet metal is curved by changing the cutting direction abruptly.
  • the moving direction and the moving speed of the processing head are controlled, and the displacement of the beam spot BS is controlled.
  • the machining head when cutting the sheet metal W by bending the cutting direction at an angle equal to or less than a predetermined angle, the machining head is temporarily stopped or greatly stopped at the corner.
  • the sheet metal W can be cut without deceleration.
  • the sheet metal is cut by bending the cutting direction at a corner not larger than a predetermined angle, or the cutting direction is changed suddenly. Even when the sheet metal is cut in a curved shape, the inertia generated in the processing head can be reduced as compared with the related art. This makes it possible to cut the sheet metal W at a higher speed than in the related art, and to shorten the processing time.
  • the movement command signal CS is generated based on the machining program PP, the machining condition CP, and the trajectory information TF, and the main movement is performed based on the movement command signal CS.
  • a command signal MCS and a sub-movement command signal SCS are generated.
  • the operator can select any trajectory information TFa, TFb, or TFc from the plurality of trajectory information TF.
  • the operator selects the trajectory information TFa, TFb, or TFc suitable for processing from the plurality of trajectory information TFs, and thereby the laser beam machine 100 Can accurately process the sheet metal W into the same shape as the design model.
  • the present invention is not limited to one or more embodiments described above, and can be variously changed without departing from the gist of the present invention.

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Abstract

レーザ加工機（１００）は移動制御部（５０１）と移動指令分割部（５０３）と移動機構制御部（５０５）と変位制御部（５０６）とを備える。移動制御部（５０１）はノズル軌跡（ＮＰ）、ビーム軌跡（ＬＰ）、加工ヘッド（３５）の速度、及び、ビームスポット（ＢＳ）の速度の情報を含む軌跡情報（ＴＦ）に基づいて加工方向及び加工速度を制御する移動指令信号（ＣＳ）を生成する。移動指令分割部（５０３）は移動指令信号（ＣＳ）に基づいて、加工ヘッド（３５）の移動方向及び移動速度を制御する主移動指令信号（ＭＣＳ）、及び、ビームスポット（ＢＳ）の移動方向及び移動速度を制御する副移動指令信号（ＳＣＳ）を生成する。移動機構制御部（５０５）は主移動指令信号（ＭＣＳ）に基づいて加工ヘッド（３５）を移動させる。変位制御部（５０６）は副移動指令信号（ＳＣＳ）に基づいてビームスポット（ＢＳ）を変位させる。

Description

レーザ加工機及びレーザ加工方法
　本開示は、レーザビームによって板金を加工するレーザ加工機及びレーザ加工方法に関する。
　レーザ発振器より射出されたレーザビームによって板金を切断して、所定の形状を有する製品を製作するレーザ加工機が普及している。レーザ加工機は、加工ヘッドの移動機構によって加工ヘッドを板金の面に沿って移動させて、板金を所定の形状に切断する。
特許第６０８７４８３号公報
　移動している加工ヘッドが停止する減速時、または、停止状態にある加工ヘッドが移動を開始する加速時には、大きなイナーシャが発生する。従って、例えば切断進行方向を直角に曲げて板金を切断するときには、加工ヘッドの所定の移動速度（切断速度）を維持したまま角部を切断することはできない。そこで、レーザ加工機は、切断進行方向を所定の角度以下の角度で曲げて板金を切断するときには、角部で加工ヘッドを一旦停止または大幅に減速させた後に加工ヘッドの移動方向を変更する必要がある。レーザ加工機が、ヘアピン形状のように切断進行方向を急激に変更して板金を曲線状に切断する場合も同様である。
　レーザ加工機が切断進行方向を所定の角度以下の角部で曲げて板金を切断したり、切断進行方向を急激に変更して板金を曲線状に切断したりするときには、板金を高速に切断できないので加工時間が長くなってしまう。レーザ加工機がそのような形状を切断する場合でも、板金をできるだけ高速に切断して加工時間を短くすることが求められる。
　１またはそれ以上の実施形態は、切断進行方向を所定の角度以下の角部で曲げて板金を切断したり、切断進行方向を急激に変更して板金を曲線状に切断したりする場合でも、従来よりも板金を高速に切断することができ、加工時間を短くすることができるレーザ加工機及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。
　１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、先端部に円形の開口部を有し、前記開口部より板金を切断するためのレーザビームを射出するノズルが取り付けられている加工ヘッドと、前記板金の面に対して前記加工ヘッドを相対的に移動させる移動機構と、前記レーザビームが前記板金に照射されたときの照射位置におけるビームスポットの中心であるビーム中心を前記ノズルの中心であるノズル中心に対して変位させるビーム変位機構と、前記ノズル中心の軌跡であるノズル軌跡、前記ビーム中心の軌跡であるビーム軌跡、前記ノズル軌跡上を移動する前記加工ヘッドの速度、及び、前記ビーム軌跡上を移動する前記ビームスポットの速度の情報を含む軌跡情報に基づいて、加工方向及び加工速度を制御するための移動指令信号を生成する移動制御部と、前記移動指令信号に基づいて、前記加工ヘッドの移動方向及び移動速度を制御するための主移動指令信号、及び、前記ビームスポットの移動方向及び移動速度を制御するための副移動指令信号を生成する移動指令分割部と、前記主移動指令信号に基づいて、前記加工ヘッドを相対的に移動させるよう前記移動機構を制御する移動機構制御部と、前記副移動指令信号に基づいて、前記ビーム中心が前記ノズル中心に対して変位するよう前記ビーム変位機構を制御する変位制御部とを備えるレーザ加工機が提供される。
　１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、先端部に円形の開口部を有し、前記開口部より板金を切断するためのレーザビームを射出するノズルが取り付けられている加工ヘッドを備えるレーザ加工機を制御する制御装置が、前記ノズルの中心の軌跡であるノズル軌跡、前記レーザビームが前記板金に照射されたときの照射位置におけるビームスポットの中心の軌跡であるビーム軌跡、前記ノズル軌跡上を移動する前記加工ヘッドの速度、及び、前記ビーム軌跡上を移動する前記ビームスポットの速度の情報を含む軌跡情報に基づいて、加工方向及び加工速度を制御するための移動指令信号を生成し、前記移動指令信号に基づいて、前記加工ヘッドの移動方向及び移動速度を制御するための主移動指令信号を生成し、前記移動指令信号に基づいて、前記ビームスポットの移動方向及び移動速度を制御するための副移動指令信号を生成し、前記主移動指令信号に基づいて前記加工ヘッドを相対的に移動させ、かつ、前記副移動指令信号に基づいて前記ビームスポットの中心であるビーム中心を前記ノズルの中心であるノズル中心に対して変位させて前記板金を切断するよう前記レーザ加工機を制御するレーザ加工方法が提供される。
　１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機及びレーザ加工方法によれば、切断進行方向を所定の角度以下の角部で曲げて板金を切断したり、切断進行方向を急激に変更して板金を曲線状に切断したりする場合でも、従来よりも板金を高速に切断することができ、加工時間を短くすることができる。
図１は、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機の全体的な構成例を示す図である。 図２は、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機におけるコリメータユニット及び加工ヘッドの詳細な構成例を示す斜視図である。 図３は、基準の状態におけるレーザビームとノズルの開口部との位置関係を示す図である。 図４は、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機におけるビーム変位機構によるレーザビームの板金への照射位置の変位を説明するための図である。 図５は、レーザビームの光軸を変位させた状態におけるレーザビームとノズルの開口部との位置関係を示す図である。 図６は、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機が備えるＮＣ装置の機能的な内部構成例を示すブロック図である。 図７は、板金を加工するときのノズル軌跡とビーム軌跡との関係を示す図である。 図８は、板金を加工するときのノズル軌跡とビーム軌跡との関係を示す図である。 図９は、板金を加工するときのノズル軌跡とビーム軌跡との関係を示す図である。 図１０は、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機によるレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。 図１１Ａは、移動指令信号における加工ヘッドの各時点のＸ軸方向の速度の一例を示す図である。 図１１Ｂは、遅延移動指令信号における加工ヘッドの各時点のＸ軸方向の速度の一例を示す図である。 図１１Ｃは、主移動指令信号における加工ヘッドの各時点のＸ軸方向の速度の一例を示す図である。 図１１Ｄは、副移動指令信号におけるビーム中心の各時点のＸ軸方向の速度の一例を示す図である。 図１２Ａは、移動指令信号における加工ヘッドの各時点のＹ軸方向の速度の一例を示す図である。 図１２Ｂは、遅延移動指令信号における加工ヘッドの各時点のＹ軸方向の速度の一例を示す図である。 図１２Ｃは、主移動指令信号における加工ヘッドの各時点のＹ軸方向の速度の一例を示す図である。 図１２Ｄは、副移動指令信号におけるビーム中心の各時点のＹ軸方向の速度の一例を示す図である。 図１３は、各時点におけるノズル中心とビーム中心との距離を示す図である。 図１４は、各時点におけるノズル中心とビーム中心との距離を示す図である。 図１５は、各時点におけるノズル中心とビーム中心との距離を示す図である。
　以下、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機及びレーザ加工方法について、添付図面を参照して説明する。
　図１に示すように、レーザ加工機１００は、レーザビームを生成して射出するレーザ発振器１０と、レーザ加工ユニット２０と、レーザ発振器１０より射出されたレーザビームをレーザ加工ユニット２０へと伝送するプロセスファイバ１２とを備える。
　また、レーザ加工機１００は、操作部４０と、ＮＣ装置５０と、加工プログラムデータベース６０と、加工条件データベース７０と、アシストガス供給装置８０とを備える。ＮＣ装置５０は、レーザ加工機１００の各部（具体的にはレーザ発振器１０、レーザ加工ユニット２０、及び、アシストガス供給装置８０）を制御する制御装置の一例である。
　操作部４０は、オペレータが操作部４０を操作することにより、操作内容に応じた指示情報ＳＦをＮＣ装置５０へ出力する。ＮＣ装置５０は、指示情報ＳＦに基づいて、加工プログラムデータベース６０から加工プログラム（ＮＣデータ）ＰＰを読み出し、加工条件データベース７０から加工条件ＣＰを読み出す。
　具体的には、ＮＣ装置５０は、指示情報ＳＦに基づく製品の設計モデルに対応する加工プログラムＰＰを加工プログラムデータベース６０から読み出す。加工プログラムＰＰは、レーザ加工機１００が板金Ｗの加工を実行するためのプログラムである。加工条件ＣＰには、板金Ｗの材質及び厚さ等の材料パラメータが指定された加工対象情報が含まれている。また、加工条件ＣＰには、レーザビームの出力、加工速度、後述するノズル３６の開口部３６ａの直径（ノズル径）等の加工パラメータ、及び、アシストガス条件等の切削加工情報が含まれている。ＮＣ装置５０は、製品の設計モデルに適した加工条件ＣＰを加工条件データベース７０から読み出す。
　ＮＣ装置５０は、加工プログラムＰＰ及び加工条件ＣＰに基づいて、レーザ発振器１０、レーザ加工ユニット２０、及び、アシストガス供給装置８０を制御する。
　レーザ発振器１０としては、レーザダイオードより発せられる励起光を増幅して所定の波長のレーザビームを射出するレーザ発振器、または、レーザダイオードより発せられるレーザビームを直接利用するレーザ発振器が好適である。レーザ発振器１０は、例えば、固体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、ダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）である。
　レーザ発振器１０は、波長９００ｎｍ～１１００ｎｍの１μｍ帯のレーザビームを射出する。ファイバレーザ発振器及びＤＤＬ発振器を例とすると、ファイバレーザ発振器は、波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍのレーザビームを射出し、ＤＤＬ発振器は、波長９１０ｎｍ～９５０ｎｍのレーザビームを射出する。
　レーザ加工ユニット２０は、加工対象物である板金Ｗを載せる加工テーブル２１と、門型のＸ軸キャリッジ２２と、Ｙ軸キャリッジ２３と、Ｙ軸キャリッジ２３に固定されたコリメータユニット３０と、加工ヘッド３５とを有する。板金Ｗは例えばステンレス鋼よりなる。板金Ｗの材料及び板厚は特に限定されない。
　Ｘ軸キャリッジ２２は、加工テーブル２１上でＸ軸方向に移動自在に構成されている。Ｙ軸キャリッジ２３は、Ｘ軸キャリッジ２２上でＸ軸に垂直なＹ軸方向に移動自在に構成されている。Ｘ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３は、加工ヘッド３５を板金Ｗの面に沿って、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、または、Ｘ軸とＹ軸との任意の合成方向に移動させる移動機構として機能する。
　レーザ加工機１００は、加工ヘッド３５を板金Ｗの面に沿って移動させる代わりに、加工ヘッド３５は位置が固定されていて、板金Ｗが移動するように構成されていてもよい。レーザ加工機１００は、板金Ｗの面に対して加工ヘッド３５を相対的に移動させる移動機構を備えていればよい。
　加工ヘッド３５には、先端部に円形の開口部３６ａを有し、開口部３６ａよりレーザビームＬＢを射出するノズル３６が取り付けられている。ノズル３６の開口部３６ａより射出されたレーザビームＬＢは板金Ｗに照射される。
　アシストガス供給装置８０は、アシストガスＡＧを加工ヘッド３５に供給する。アシストガス供給装置８０は、板金Ｗがステンレス鋼であれば窒素を、板金Ｗが軟鋼であれば酸素をアシストガスＡＧとして加工ヘッド３５に供給する。アシストガスＡＧは、窒素と酸素との混合ガスでもよく、その目的が酸化抑制なのか、酸化反応熱を利用するのかによって、混合比を任意に設定できる。板金Ｗの加工時に、アシストガスＡＧは開口部３６ａより板金Ｗへと吹き付けられる。アシストガスＡＧは、板金Ｗが溶融したカーフ内の溶融金属を排出する。
　図２に示すように、コリメータユニット３０は、プロセスファイバ１２より射出された発散光のレーザビームＬＢを平行光（コリメート光）に変換するコリメーションレンズ３１を備える。また、コリメータユニット３０は、ガルバノスキャナユニット３２と、ガルバノスキャナユニット３２より射出されたレーザビームＬＢをＸ軸及びＹ軸に対して垂直なＺ軸方向下方に向けて反射させるベンドミラー３３とを備える。加工ヘッド３５は、ベンドミラー３３で反射したレーザビームＬＢを集束して、板金Ｗに照射する集束レンズ３４を備える。
　ガルバノスキャナユニット３２は、コリメーションレンズ３１より射出されたレーザビームＬＢを反射するスキャンミラー３２１と、スキャンミラー３２１を所定の角度となるように回転させる駆動部３２２とを有する。また、ガルバノスキャナユニット３２は、スキャンミラー３２１より射出されたレーザビームＬＢを反射するスキャンミラー３２３と、スキャンミラー３２３を所定の角度となるように回転させる駆動部３２４とを有する。
　図３は、基準の状態におけるレーザビームＬＢとノズル３６の開口部３６ａとの位置関係を示している。符号ＢＳは、レーザビームＬＢが板金Ｗに照射されたときの照射位置におけるビームスポットを示す。符号ＢＣは、ビームスポットＢＳの中心を示す。以下、ビームスポットＢＳの中心ＢＣをビーム中心ＢＣとする。
　レーザ加工機１００は、ノズル３６の開口部３６ａより射出されるレーザビームＬＢが開口部３６ａの中心に位置するように芯出しされている。開口部３６ａの中心とノズル３６の中心とは一致している。以下、開口部３６ａの中心とノズル３６の中心とを総称して、ノズル中心ＮＣとする。基準の状態では、ビーム中心ＢＣはノズル中心ＮＣと一致している。従って、基準の状態では、レーザビームＬＢは、ノズル中心ＮＣより射出する。ガルバノスキャナユニット３２は、加工ヘッド３５内を進行して開口部３６ａより射出されるレーザビームＬＢの開口部３６ａ内での位置を変位させるビーム変位機構として機能する。
　駆動部３２２及び３２４は、ＮＣ装置５０による制御に基づき、それぞれ、スキャンミラー３２１及び３２３を所定の角度範囲で往復振動させることもできる。スキャンミラー３２１とスキャンミラー３２３とのいずれか一方または双方を往復振動させることによって、ガルバノスキャナユニット３２は、板金Ｗに照射されるレーザビームＬＢを振動させることができる。即ち、ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２を、加工ヘッド３５内を進行して開口部３６ａより射出されるレーザビームＬＢを、開口部３６ａ内で振動させるビーム振動機構として機能させることもできる。
　ガルバノスキャナユニット３２はビーム変位機構及びビーム振動機構の一例であり、ビーム変位機構及びビーム振動機構はガルバノスキャナユニット３２に限定されない。
　図４は、スキャンミラー３２１とスキャンミラー３２３とのいずれか一方または双方が傾けられて、板金Ｗに照射されるレーザビームＬＢの位置が変位した状態を示している。図４において、ベンドミラー３３で折り曲げられて集束レンズ３４を通過する細実線は、レーザ加工機１００が基準の状態であるときのレーザビームＬＢの光軸を示している。
　なお、詳細には、ベンドミラー３３の手前に位置しているガルバノスキャナユニット３２の作動により、ベンドミラー３３に入射するレーザビームＬＢの光軸の角度が変化し、光軸がベンドミラー３３の中心から外れる。図３では、簡略化のため、ガルバノスキャナユニット３２の作動前後でベンドミラー３３へのレーザビームＬＢの入射位置を同じ位置としている。
　ガルバノスキャナユニット３２による作用によって、レーザビームＬＢの光軸が細実線で示す位置から太実線で示す位置へと変位したとする。ベンドミラー３３で反射するレーザビームＬＢが角度θで傾斜したとすると、板金ＷへのレーザビームＬＢの照射位置は距離Δｓだけ変位する。集束レンズ３４の焦点距離をＥＦＬ（Effective Focal Length）とすると、距離Δｓは、関係式Δｓ＝ＥＦＬ×ｓｉｎθにより算出することができる。
　ガルバノスキャナユニット３２がレーザビームＬＢを図４に示す方向とは逆方向に角度θだけ傾ければ、板金ＷへのレーザビームＬＢの照射位置を図４に示す方向とは逆方向に距離Δｓだけ変位させることができる。
　図５は、レーザビームＬＢの光軸を変位させた状態におけるレーザビームＬＢとノズル３６の開口部３６ａとの位置関係を示している。即ち、距離Δｓは、板金ＷにレーザビームＬＢが照射される位置（以下、照射位置とする）におけるノズル中心ＮＣとビーム中心ＢＣとの距離であり、ノズル中心ＮＣに対するビーム中心ＢＣの変位量に相当する。以下、ノズル中心ＮＣに対するビーム中心ＢＣの変位量を、単に、ビーム中心ＢＣの変位量とする。
　ノズル３６の開口部３６ａにおけるビーム中心ＢＣの変位量と、板金ＷへのレーザビームＬＢの照射位置におけるビーム中心ＢＣの変位量とは等しいものとする。即ち、ノズル３６の開口部３６ａにおけるビーム中心ＢＣがノズル中心ＮＣに対して距離Δｓだけ変位する場合に、板金ＷへのレーザビームＬＢの照射位置におけるビーム中心ＢＣもノズル中心ＮＣに対して距離Δｓだけ変位するものとする。
　図５に示すように、ビーム中心ＢＣの変位量（レーザビームＬＢの変位量）は、距離Δｓが開口部３６ａの半径未満となるように設定されている。詳しくは、開口部３６ａの半径をｒａとし、ビームスポットＢＳの半径をｒｂとすると、距離Δｓは、関係式Δｓ＋ｒｂ＜ｒａを満たすように加工条件ＣＰとして設定されている。
　板金Ｗの加工時に、アシストガスは開口部３６ａより板金Ｗへと吹き付けられる。アシストガスは、開口部３６ａの中心部に対して内周付近ではガス圧及び流量が弱くなる。そのため、開口部３６ａの半径ｒａから所定の距離Ｌａだけ減算した距離を最大距離としたとき、距離Δｓは最大距離以下の値に設定することが好ましい。詳しくは、距離Δｓは、関係式Δｓ＋ｒｂ＜ｒａ－Ｌａを満たすように加工条件ＣＰとして設定することが好ましい。
　ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２の駆動部３２２及び３２４を制御することによって、レーザビームＬＢが板金Ｗの面上に照射されることにより形成されるビームスポットＢＳを変位させることができる。また、ＮＣ装置５０は、レーザビームＬＢを板金Ｗの面内の所定の方向に振動させて、板金Ｗの面上に形成されるビームスポットを振動させることができる。
　図６に示すように、ＮＣ装置５０は、移動制御部５０１、移動指令分割部５０３、移動機構制御部５０５、及び、変位制御部５０６を備える。移動指令分割部５０３は、遅延器５０３１、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦ）５０３２、及び、減算器５０３３を有する。
　オペレータは、操作部４０を操作することにより、複数の軌跡情報ＴＦから任意の軌跡情報ＴＦを選択することができる。軌跡情報ＴＦは、板金Ｗを加工するときの加工ヘッド３５（ノズル中心ＮＣ）の軌跡であるノズル軌跡、ビームスポットＢＳ（ビーム中心ＢＣ）の軌跡であるビーム軌跡、ノズル軌跡上を移動する加工ヘッド３５（ノズル中心ＮＣ）の速度（移動速度）、及び、ビーム軌跡上を移動するビームスポットＢＳ（ビーム中心ＢＣ）の速度（移動速度）の情報を含んでいる。複数の軌跡情報ＴＦは、ノズル軌跡、ビーム軌跡、加工ヘッド３５の移動速度、及び、ビームスポットＢＳの移動速度の情報のうち、少なくともいずれかの情報が互いに異なる。
　例えば、複数の軌跡情報ＴＦとして３つの軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、及びＴＦｃからいずれかの軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃが選択された場合、操作部４０は、軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃが選択されたことを示す情報を指示情報ＳＦとしてＮＣ装置５０へ出力する。移動制御部５０１は、指示情報ＳＦに基づいて、加工プログラムデータベース６０から、選択された軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃを含む加工プログラムＰＰを読み出し、加工条件データベース７０から加工条件ＣＰを読み出す。
　図７は、軌跡情報ＴＦａに基づいて板金Ｗを加工する場合のノズル軌跡とビーム軌跡との関係を示している。図８は、軌跡情報ＴＦｂに基づいて板金Ｗを加工する場合のノズル軌跡とビーム軌跡との関係を示している。図９は、軌跡情報ＴＦｃに基づいて板金Ｗを加工する場合のノズル軌跡とビーム軌跡との関係を示している。なお、図７～図９に計３つの軌跡情報ＴＦａ～ＴＦｃを示しているが、軌跡情報ＴＦは２つ以上であればよく、４つ以上であってもよい。
　図７、図８、及び図９は、板金Ｗを、少なくとも加工位置Ｐ１から加工位置Ｐ２までの区間ではＸ軸方向に切断し、加工位置Ｐ２にて切断進行方向を９０度曲げ、さらに加工位置Ｐ２から少なくとも加工位置Ｐ３までの区間ではＹ軸方向に切断するように加工プログラムＰＰが設定されている場合を一例として示している。即ち、図７～図９は、加工位置Ｐ２が製品の角部Ｗｃの先端に位置するように、板金Ｗを角部Ｗｃを有して切断する加工方法の一例を示している。
　図７～図９において、符号ＮＰはノズル軌跡、符号ＬＰはビーム軌跡を示している。図７～図９では、ノズル軌跡ＮＰを破線、ビーム軌跡ＬＰを一点鎖線、製品の外形線を実線、ノズル３６及び開口部３６ａを二点鎖線で示している。
　図７に示すように、軌跡情報ＴＦａは、ノズル軌跡ＮＰが角部Ｗｃの先端に相当する加工位置Ｐ２よりも角部Ｗｃの内側を通過し、かつ、ビーム軌跡ＬＰが加工位置Ｐ１から加工位置Ｐ２までの区間ではＸ軸方向の軌跡となり、加工位置Ｐ２から加工位置Ｐ３までの区間ではＹ軸方向の軌跡となるように設定されている。
　図８に示すように、軌跡情報ＴＦｂは、ノズル軌跡ＮＰが加工位置Ｐ２（詳しくは加工位置Ｐ２からビームスポットＢＳの半径分だけ外側）を通過し、かつ、ビーム軌跡ＬＰが加工位置Ｐ１から加工位置Ｐ２までの区間ではＸ軸方向の軌跡となり、加工位置Ｐ２から加工位置Ｐ３までの区間ではＹ軸方向の軌跡となるように設定されている。
　図９に示すように、軌跡情報ＴＦｃは、ノズル軌跡ＮＰが、図７に示すノズル軌跡ＮＰと図８に示すノズル軌跡ＮＰとの間隙を通過し、かつ、ビーム軌跡ＬＰが加工位置Ｐ１から加工位置Ｐ２までの区間ではＸ軸方向の軌跡となり、加工位置Ｐ２から加工位置Ｐ３までの区間ではＹ軸方向の軌跡となるように設定されている。即ち、軌跡情報ＴＦａ～ＴＦｃは、ノズル軌跡ＮＰが互いに異なる軌跡を有し、ビーム軌跡ＬＰが共通の軌跡を有する。
　図１０に示すフローチャート、図１１Ａ～図１１Ｄ、図１２Ａ～図１２Ｄ、図１３～図１５を用いて、軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃが選択された場合のレーザ加工方法の一例を説明する。具体的には、軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、及びＴＦｃが、ノズル軌跡ＮＰとビーム軌跡ＬＰとの位置関係が互いに異なり、ノズル軌跡ＮＰ上を移動するノズル中心ＮＣの速度とビーム軌跡ＬＰ上を移動するビーム中心ＢＣの速度とが互いに共通する場合のレーザ加工方法について説明する。
　図１１Ａは、軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃが選択された場合の移動指令信号ＣＳにおける各時点のＸ軸方向の速度を示している。図１１Ｂは、軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃが選択された場合の遅延移動指令信号ＤＣＳにおける各時点のＸ軸方向の速度を示している。図１１Ｃは、軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃが選択された場合の主移動指令信号ＭＣＳにおける各時点のＸ軸方向の速度を示している。図１１Ｄは、軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃが選択された場合の副移動指令信号ＳＣＳにおける各時点のＸ軸方向の速度を示している。
　図１２Ａは、軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃが選択された場合の移動指令信号ＣＳにおける各時点のＹ軸方向の速度を示している。図１２Ｂは、軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃが選択された場合の遅延移動指令信号ＤＣＳにおける各時点のＹ軸方向の速度を示している。図１２Ｃは、軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃが選択された場合の主移動指令信号ＭＣＳにおける各時点のＹ軸方向の速度を示している。図１２Ｄは、軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃが選択された場合の副移動指令信号ＳＣＳにおける各時点のＹ軸方向の速度を示している。なお、図１１Ｄ及び図１２Ｄでは、副移動指令信号ＳＣＳにおける各時点のＸ軸方向及びＹ軸方向の速度を、ノズル中心ＮＣに対するビーム中心ＢＣの相対速度として示している。
　図１３、図１４、及び、図１５は、軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、及びＴＦｃがそれぞれ選択された場合の各時点における距離Δｓ、即ち、ビーム中心ＢＣの変位量を示している。図１１Ａ～図１１Ｄ、図１２Ａ～図１２Ｄ、及び、図１３～図１５に示す時点ｔ１、ｔ２、及びｔ３は、図７～図９に示す加工位置Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３にそれぞれ対応する。
　図１０において、オペレータは、ステップＳ１にて、操作部４０を操作することにより、複数の軌跡情報ＴＦから任意の軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃを選択する。操作部４０は、軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃが選択されたことを示す情報を指示情報ＳＦとしてＮＣ装置５０へ出力する。
　移動制御部５０１は、ステップＳ２にて、指示情報ＳＦに基づいて、加工プログラムデータベース６０から、選択された軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃに対応する加工プログラムＰＰを読み出し、加工条件データベース７０から加工条件ＣＰを読み出す。移動制御部５０１は、ステップＳ３にて、加工プログラムＰＰ及び加工条件ＣＰに基づいて、図１１Ａ及び図１２Ａに示すような速度制御情報を含む移動指令信号ＣＳを生成する。
　図７～図９、図１１Ａ、及び図１２Ａに示すように、移動指令信号ＣＳは、時点ｔ１までの期間において、Ｙ軸方向の加工速度を０とし、Ｘ軸方向の加工速度を加工条件ＣＰに基づく所定の速度Ｖｘａとして、加工位置ＰをＸ軸方向に移動させる等速移動指令を含む。また、移動指令信号ＣＳは、時点ｔ１から少なくとも時点ｔ３までの期間において、Ｘ軸方向の加工速度を０とし、Ｙ軸方向の加工速度を加工条件ＣＰに基づく所定の速度Ｖｙａとして、加工位置ＰをＹ軸方向に移動させる等速移動指令を含む。
　即ち、移動制御部５０１は、選択された軌跡情報ＴＦに基づいて移動指令信号ＣＳを生成する。移動指令信号ＣＳは、加工方向及び加工速度を制御するための移動指令信号である。さらに、移動制御部５０１は、移動指令信号ＣＳを移動指令分割部５０３へ出力する。移動指令分割部５０３に入力された移動指令信号ＣＳは、遅延器５０３１とＬＰＦ５０３２とに入力される。
　図１１Ｂ及び図１２Ｂに示すように、遅延器５０３１は、ステップＳ４にて、移動指令信号ＣＳを時点ｔ１から時点ｔ２まで遅延時間Ｔｄｌｙだけ遅延させて遅延移動指令信号ＤＣＳを生成し、減算器５０３３へ出力する。
　図１１Ｃ及び図１２Ｃに示すように、ＬＰＦ５０３２は、ステップＳ５にて、移動指令信号ＣＳにおける低域周波数成分のみを通過させるフィルタリング処理（ベッセルフィルタ処理）を実行することにより、主移動指令信号ＭＣＳを生成する。主移動指令信号ＭＣＳは、加工ヘッド３５（ノズル中心ＮＣ）の移動方向及び移動速度を制御するための移動指令信号である。
　図７～図９、図１１Ｃ、及び図１２Ｃに示すように、主移動指令信号ＭＣＳは、時点ｔ１までの期間において、Ｙ軸方向の移動速度を０とし、Ｘ軸方向の移動速度を加工条件ＣＰに基づく所定の速度Ｖｘａとして、加工ヘッド３５（ノズル中心ＮＣ）をＸ軸方向に移動させる等速移動指令を含む。
　主移動指令信号ＭＣＳは、図７～図９に示すように、加工位置Ｐ１から加工位置Ｐ３までの区間において、加工ヘッド３５を円弧上に移動させる移動指令を含む。主移動指令信号ＭＣＳは、図１１Ｃに示すように、加工ヘッド３５をＸ軸方向に対しては移動速度が、加工条件ＣＰに基づく所定の速度Ｖｘａから０となるように減速させる減速指令を含む。主移動指令信号ＭＣＳは、図１２Ｃに示すように、加工ヘッド３５をＹ軸方向に対しては移動速度が０から加工条件ＣＰに基づく所定の速度Ｖｙａとなるように加速させる加速指令を含む。
　図７～図９、図１１Ｃ、及び図１２Ｃに示すように、主移動指令信号ＭＣＳは、時点ｔ３以降の期間において、Ｘ軸方向の移動速度を０とし、Ｘ軸方向の移動速度を加工条件ＣＰに基づく所定の速度Ｖｙａとして、加工ヘッド３５をＹ軸方向に移動させる等速移動指令を含む。
　即ち、主移動指令信号ＭＣＳは、加工ヘッド３５をＸ軸方向、Ｙ軸方向、またはＸ軸とＹ軸との任意の合成方向に移動させ、かつ、加工位置Ｐ１～Ｐ３における各区間の加工ヘッド３５の移動速度を制御するための移動指令信号である。
　さらに、ＬＰＦ５０３２は、主移動指令信号ＭＣＳを減算器５０３３及び移動機構制御部５０５へ出力する。従って、減算器５０３３には、遅延器５０３１から遅延移動指令信号ＤＣＳが入力され、ＬＰＦ５０３２から主移動指令信号ＭＣＳが入力される。
　図１１Ｄ及び図１２Ｄに示すように、減算器５０３３は、ステップＳ６にて、遅延移動指令信号ＤＣＳから主移動指令信号ＭＣＳを減算することにより、副移動指令信号ＳＣＳを生成する。副移動指令信号ＳＣＳは、ビームスポットＢＳ（ビーム中心ＢＣ）の移動方向及び移動速度を制御するための移動指令信号であり、ノズル中心ＮＣ（加工ヘッド３５）に対するビーム中心ＢＣ（ビームスポットＢＳ）の変位方向及び変位速度を制御するための移動指令信号である。
　図７～図９、図１１Ｄ、及び図１２Ｄに示すように、副移動指令信号ＳＣＳは、時点ｔ１までの期間において、ビーム中心ＢＣをノズル中心ＮＣと一致させ、かつ、ビーム中心ＢＣの移動速度がノズル中心ＮＣの移動速度と同じになるようにビームスポットＢＳをＸ軸方向に移動させる等速移動指令を含む。
　副移動指令信号ＳＣＳは、時点ｔ１から時点ｔ２までの期間において、ビームスポットＢＳが時点ｔ１までの期間における移動速度と同じ移動速度でＸ軸方向に移動するように、ノズル中心ＮＣに対してビーム中心ＢＣを変位させる変位指令を含む。図１１Ｄ及び図１２Ｄに示すように、時点ｔ１から時点ｔ２までの期間（加工位置Ｐ１から加工位置Ｐ２までの区間）では、ビーム中心ＢＣの移動速度は、ノズル中心ＮＣの移動速度に対して、Ｘ軸方向では相対的に速くなり、Ｙ軸方向では相対的に遅くなる。図１１Ｃ、図１１Ｄ、図１２Ｃ、及び図１２Ｄに示す時点ｔ２は、図７～図９に示す加工位置Ｐ２を加工する時点に対応する。
　副移動指令信号ＳＣＳは、時点ｔ２から時点ｔ３までの期間において、ビームスポットＢＳが所定の速度でＹ軸方向に移動するように、ノズル中心ＮＣに対してビーム中心ＢＣを変位させる変位指令を含む。図１１Ｄ及び図１２Ｄに示すように、時点ｔ２から時点ｔ３までの期間（加工位置Ｐ２から加工位置Ｐ３までの区間）では、ビーム中心ＢＣの移動速度は、ノズル中心ＮＣの移動速度に対して、Ｘ軸方向では相対的に遅くなり、Ｙ軸方向では相対的に速くなる。
　副移動指令信号ＳＣＳは、時点ｔ３以降の期間において、ビーム中心ＢＣをノズル中心ＮＣと一致させ、かつ、ビーム中心ＢＣの移動速度がノズル中心ＮＣの移動速度と同じになるようにビームスポットＢＳをＹ軸方向に移動させる等速移動指令を含む。
　即ち、副移動指令信号ＳＣＳは、時点ｔ１から時点ｔ３までの期間（加工位置Ｐ１から加工位置Ｐ３までの区間）において、ガルバノスキャナユニット３２により、ビーム中心ＢＣを、ノズル中心ＮＣに対してＸ軸方向、Ｙ軸方向、または、Ｘ軸とＹ軸との任意の合成方向に変位させるための移動指令信号である。
　なお、ガルバノスキャナユニット３２によるビームスポットＢＳ（ビーム中心ＢＣ）の加速度（減速度）は、加工ヘッド３５（ノズル中心ＮＣ）の加速度（減速度）と比較して桁違いに大きいため、図１１Ｄ及び図１２Ｄの時点ｔ２では、速度が瞬間的に変化するように示している。さらに、減算器５０３３は、副移動指令信号ＳＣＳを変位制御部５０６へ出力する。
　図６に示すように、Ｘ軸キャリッジ２２とＹ軸キャリッジ２３とより構成される移動機構は、Ｘ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３をそれぞれ駆動する駆動部２２０及び２３０を有する。移動機構制御部５０５は、ステップＳ７にて、主移動指令信号ＭＣＳに基づいて駆動部２２０及び２３０を制御することにより、加工ヘッド３５を移動させる。
　変位制御部５０６は、ステップＳ８にて、副移動指令信号ＳＣＳに基づいてガルバノスキャナユニット３２の駆動部３２２及び３２４を駆動して、ビームスポットＢＳを移動させたり変位させたりする。
　図１３は、軌跡情報ＴＦａが選択された場合の各時点におけるノズル中心ＮＣとビーム中心ＢＣとの距離（ビーム中心ＢＣの変位量）を示している。軌跡情報ＴＦａに基づく加工方法では、加工位置Ｐ１まで区間、及び、加工位置Ｐ３以降の区間では、ノズル中心ＮＣとビーム中心ＢＣとが一致（Δｓ＝０）し、加工位置Ｐ２ではノズル中心ＮＣとビーム中心ＢＣとの距離Δｓが最大となる。軌跡情報ＴＦａでは、関係式Δｓ＋ｒｂ＜ｒａ－Ｌａを満たすようにノズル中心ＮＣとビーム中心ＢＣとの最大距離（Δｓ＝ＭＡＸ）が設定されている。
　軌跡情報ＴＦａが選択された場合、ＮＣ装置５０は、加工プログラムＰＰ、加工条件ＣＰ、及び、軌跡情報ＴＦａに基づいて、時点ｔ１までの期間では、ノズル中心ＮＣとビーム中心ＢＣとが一致（Δｓ＝０）し、かつ、加工ヘッド３５とビームスポットＢＳとが互いに同じ速度で同じ軌跡上をＸ軸方向に移動するように、移動機構２２及び２３、及び、ガルバノスキャナユニット３２を制御する。
　レーザ加工機１００は、軌跡情報ＴＦａに基づいてノズル軌跡ＮＰを制御する。図７に示すように、加工ヘッド３５（ノズル中心ＮＣ）は、主移動指令信号ＭＣＳに基づいて、ノズル軌跡ＮＰ上を設定された速度で移動する。主移動指令信号ＭＣＳが、図１１Ｃ、及び、図１２Ｃに示すような速度プロファイルを有する場合、加工ヘッド３５は、加工位置Ｐ１から加工位置Ｐ３までの区間では、Ｘ軸方向に減速し、かつ、Ｙ軸方向に加速するように、ノズル軌跡ＮＰ上を移動する。
　レーザ加工機１００は、軌跡情報ＴＦａに基づいてビーム軌跡ＬＰを制御する。図７に示すように、ビームスポットＢＳ（ビーム中心ＢＣ）は、副移動指令信号ＳＣＳに基づいて、ビーム軌跡ＬＰ上を設定された速度で移動する。副移動指令信号ＳＣＳが、図１１Ｄ、及び、図１２Ｄに示すような速度プロファイルを有する場合、ビームスポットＢＳは、時点ｔ１までの期間（加工位置Ｐ１までの区間）では、ビーム中心ＢＣがノズル中心ＮＣと一致し、かつ、加工ヘッド３５と同じ速度でＸ軸方向に移動する。
　ビームスポットＢＳは、時点ｔ１から時点ｔ２までの期間（加工位置Ｐ１から加工位置Ｐ２までの区間）では、加工ヘッド３５に対して、移動速度がＸ軸方向では相対的に速く、かつ、Ｙ軸方向では相対的に遅くなるように、ビーム軌跡ＬＰ上を移動する。ビーム中心ＢＣは、各時点ｔにおけるビーム軌跡ＬＰとノズル軌跡ＮＰとの距離に応じて、ノズル中心ＮＣに対して変位する。
　ビームスポットＢＳは、時点ｔ２から時点ｔ３までの期間（加工位置Ｐ２から加工位置Ｐ３までの区間）では、加工ヘッド３５に対して、移動速度がＸ軸方向では相対的に遅く、かつ、Ｙ軸方向では相対的に速くなるように、ビーム軌跡ＬＰ上を移動する。ビーム中心ＢＣは、各時点ｔにおけるビーム軌跡ＬＰとノズル軌跡ＮＰとの距離に応じて、ノズル中心ＮＣに対して変位する。
　ビームスポットＢＳは、時点ｔ３以降の期間（加工位置Ｐ３以降の区間）では、ビーム中心ＢＣがノズル中心ＮＣと一致し、かつ、加工ヘッド３５と同じ速度でＹ軸方向に移動する。
　従って、軌跡情報ＴＦａが選択された場合、レーザ加工機１００は、図７に示すノズル軌跡ＮＰに沿って図１１Ｃ及び図１２Ｃに示す速度プロファイルで加工ヘッド３５（ノズル中心ＮＣ）を移動させ、かつ、図７に示すビーム軌跡ＬＰに沿って図１１Ｄ及び図１２Ｄに示す速度プロファイルでビームスポットＢＳ（ビーム中心ＢＣ）を移動（変位）させて板金Ｗを加工することにより、角部Ｗｃを形成する。
　図１４は、軌跡情報ＴＦｂが選択された場合の各時点におけるノズル中心ＮＣとビーム中心ＢＣとの距離（ビーム中心ＢＣの変位量）を示している。軌跡情報ＴＦｂに基づく加工方法では、加工位置Ｐ１まで区間及び加工位置Ｐ３以降の区間では、ノズル中心ＮＣとビーム中心ＢＣとの距離Δｓが最大となり、加工位置Ｐ２ではノズル中心ＮＣとビーム中心ＢＣとが一致（Δｓ＝０）する。軌跡情報ＴＦｂでは、関係式Δｓ＋ｒｂ＜ｒａ－Ｌａを満たすようにノズル中心ＮＣとビーム中心ＢＣとの最大距離（Δｓ＝ＭＡＸ）が設定されている。
　軌跡情報ＴＦｂが選択された場合、ＮＣ装置５０は、加工プログラムＰＰ、加工条件ＣＰ、及び、軌跡情報ＴＦｂに基づいて、時点ｔ１までの期間では、距離Δｓが関係式Δｓ＋ｒｂ＜ｒａ－Ｌａを満たす所定の距離となるようにビームスポットＢＳを変位させた状態で、かつ、加工ヘッド３５とビームスポットＢＳとが互いに同じ速度で互いに異なる軌跡上をＸ軸方向にそれぞれ移動するように、移動機構２２及び２３、及び、ガルバノスキャナユニット３２を制御する。
　レーザ加工機１００は、軌跡情報ＴＦｂに基づいてノズル軌跡ＮＰを制御する。図８に示すように、加工ヘッド３５（ノズル中心ＮＣ）は、主移動指令信号ＭＣＳに基づいて、ノズル軌跡ＮＰ上を設定された速度で移動する。主移動指令信号ＭＣＳが、図１１Ｃ及び図１２Ｃに示すような速度プロファイルを有する場合、加工ヘッド３５は、加工位置Ｐ１から加工位置Ｐ３までの区間では、Ｘ軸方向に減速し、かつ、Ｙ軸方向に加速するように、ノズル軌跡ＮＰ上を移動する。
　レーザ加工機１００は、軌跡情報ＴＦｂに基づいてビーム軌跡ＬＰを制御する。図８に示すように、ビームスポットＢＳ（ビーム中心ＢＣ）は、副移動指令信号ＳＣＳに基づいて、ビーム軌跡ＬＰ上を設定された速度で移動する。副移動指令信号ＳＣＳが、図１１Ｄ及び図１２Ｄに示すような速度プロファイルを有する場合、ビームスポットＢＳは、時点ｔ１までの期間（加工位置Ｐ１までの区間）では、ビーム中心ＢＣがノズル中心ＮＣに対して所定の距離だけ変位し、かつ、加工ヘッド３５と同じ速度でＸ軸方向に移動する。
　ビームスポットＢＳは、時点ｔ１から時点ｔ２までの期間（加工位置Ｐ１から加工位置Ｐ２までの区間）では、加工ヘッド３５に対して、移動速度がＸ軸方向では相対的に速く、かつ、Ｙ軸方向では相対的に遅くなるように、ビーム軌跡ＬＰ上を移動する。ビーム中心ＢＣは、各時点ｔにおけるビーム軌跡ＬＰとノズル軌跡ＮＰとの距離に応じて、ノズル中心ＮＣに対して変位する。ビーム中心ＢＣは、時点ｔ２では、加工位置Ｐ２においてノズル中心ＮＣと一致する。
　ビームスポットＢＳは、時点ｔ２から時点ｔ３までの期間（加工位置Ｐ２から加工位置Ｐ３までの区間）では、加工ヘッド３５に対して、移動速度がＸ軸方向では相対的に遅く、かつ、Ｙ軸方向では相対的に速くなるように、ビーム軌跡ＬＰ上を移動する。ビーム中心ＢＣは、各時点ｔにおけるビーム軌跡ＬＰとノズル軌跡ＮＰとの距離に応じて、ノズル中心ＮＣに対して変位する。
　ビームスポットＢＳは、時点ｔ３以降の期間（加工位置Ｐ３以降の区間）では、ビーム中心ＢＣがノズル中心ＮＣに対して所定の距離だけ変位し、かつ、加工ヘッド３５と同じ速度でＹ軸方向に移動する。
　従って、軌跡情報ＴＦｂが選択された場合、レーザ加工機１００は、図８に示すノズル軌跡ＮＰに沿って図１１Ｃ及び図１２Ｃに示す速度プロファイルで加工ヘッド３５（ノズル中心ＮＣ）を移動させ、かつ、図８に示すビーム軌跡ＬＰに沿って図１１Ｄ及び図１２Ｄに示す速度プロファイルでビームスポットＢＳ（ビーム中心ＢＣ）を移動（変位）させて板金Ｗを加工することにより、角部Ｗｃを形成する。
　図１５は、軌跡情報ＴＦｃが選択された場合の各時点におけるノズル中心ＮＣとビーム中心ＢＣとの距離（ビーム中心ＢＣの変位量）を示している。軌跡情報ＴＦｃに基づく加工方法では、ノズル軌跡ＮＰが、図７に示すノズル軌跡ＮＰと図８に示すノズル軌跡ＮＰとの間隙に相当する領域を通過するように設定されている。軌跡情報ＴＦｃでは、関係式Δｓ＋ｒｂ＜ｒａ－Ｌａを満たすようにノズル中心ＮＣとビーム中心ＢＣとの最大距離（Δｓ＝ＭＡＸ）が設定されている。
　軌跡情報ＴＦｃが選択された場合、ＮＣ装置５０は、加工プログラムＰＰ、加工条件ＣＰ、及び軌跡情報ＴＦｃに基づいて、時点ｔ１までの期間では、距離Δｓが関係式Δｓ＋ｒｂ＜ｒａ－Ｌａを満たす所定の距離となるようにビームスポットＢＳを変位させた状態で、かつ、加工ヘッド３５とビームスポットＢＳとが互いに同じ速度で互いに異なる軌跡上をＸ軸方向にそれぞれ移動するように、移動機構２２及び２３、及び、ガルバノスキャナユニット３２を制御する。
　レーザ加工機１００は、軌跡情報ＴＦｃに基づいてノズル軌跡ＮＰを制御する。図９に示すように、加工ヘッド３５（ノズル中心ＮＣ）は、主移動指令信号ＭＣＳに基づいて、ノズル軌跡ＮＰ上を設定された速度で移動する。主移動指令信号ＭＣＳが、図１１Ｃ及び図１２Ｃに示すような速度プロファイルを有する場合、加工ヘッド３５は、加工位置Ｐ１から加工位置Ｐ３までの区間では、Ｘ軸方向に減速し、かつ、Ｙ軸方向に加速するように、ノズル軌跡ＮＰ上を移動する。
　レーザ加工機１００は、軌跡情報ＴＦｃに基づいてビーム軌跡ＬＰを制御する。図９に示すように、ビームスポットＢＳ（ビーム中心ＢＣ）は、副移動指令信号ＳＣＳに基づいて、ビーム軌跡ＬＰ上を設定された速度で移動する。副移動指令信号ＳＣＳが、図１１Ｄ及び図１２Ｄに示すような速度プロファイルを有する場合、ビームスポットＢＳは、時点ｔ１までの期間（加工位置Ｐ１までの区間）では、ビーム中心ＢＣがノズル中心ＮＣに対して所定の距離だけ変位し、かつ、加工ヘッド３５と同じ速度でＸ軸方向に移動する。
　ビームスポットＢＳは、時点ｔ１から時点ｔ２までの期間（加工位置Ｐ１から加工位置Ｐ２までの区間）では、加工ヘッド３５に対して、移動速度がＸ軸方向では相対的に速く、かつ、Ｙ軸方向では相対的に遅くなるように、ビーム軌跡ＬＰ上を移動する。
　ビーム中心ＢＣは、時点ｔ１から時点ｔ２までの期間では、ビーム軌跡ＬＰとノズル軌跡ＮＰとの距離に応じて、ノズル中心ＮＣに対して変位する。ビーム中心ＢＣは、距離Δｓが上記の所定の距離から０になるまで連続的に変化し、さらに０から関係式Δｓ＋ｒｂ＜ｒａ－Ｌａを満たす所定の距離になるまで連続的に変化するように変位する。
　ビーム中心ＢＣは、時点ｔ２から時点ｔ３までの期間では、ビーム軌跡ＬＰとノズル軌跡ＮＰとの距離に応じて、ノズル中心ＮＣに対して変位する。ビーム中心ＢＣは、距離Δｓが上記の所定の距離から０になるまで連続的に変化し、さらに０から関係式Δｓ＋ｒｂ＜ｒａ－Ｌａを満たす所定の距離になるまで連続的に変化するように変位する。
　ビームスポットＢＳは、時点ｔ３以降の期間（加工位置Ｐ３以降の区間）では、ビーム中心ＢＣがノズル中心ＮＣに対して所定の距離だけ変位し、かつ、加工ヘッド３５と同じ速度でＹ軸方向に移動する。
　従って、軌跡情報ＴＦｃが選択された場合、レーザ加工機１００は、図９に示すノズル軌跡ＮＰに沿って図１１Ｃ及び図１２Ｃに示す速度プロファイルで加工ヘッド３５（ノズル中心ＮＣ）を移動させ、かつ、図９に示すビーム軌跡ＬＰに沿って図１１Ｄ及び図１２Ｄに示す速度プロファイルでビームスポットＢＳ（ビーム中心ＢＣ）を移動（変位）させて板金Ｗを加工することにより、角部Ｗｃを形成する。
　軌跡情報ＴＦａまたはＴＦｂが選択された場合、加工プログラムＰＰまたは加工条件ＣＰによっては、距離Δｓが関係式Δｓ＋ｒｂ＜ｒａ－Ｌａを満たさない場合がある。軌跡情報ＴＦｃが選択された場合の加工方法では、軌跡情報ＴＦａまたはＴＦｂが選択された場合の加工方法よりも距離Δｓを小さくすることができる。
　従って、軌跡情報ＴＦａまたはＴＦｂが選択され、かつ、距離Δｓが関係式Δｓ＋ｒｂ＜ｒａ－Ｌａを満たさなかった場合に、オペレータは、軌跡情報ＴＦｃを選択することにより、距離Δｓが関係式Δｓ＋ｒｂ＜ｒａ－Ｌａを満たすことができる。これにより、レーザ加工機１００は、設計モデルと同じ形状に板金Ｗを加工することができる。
　１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機及びレーザ加工方法では、切断進行方向を所定の角度以下の角部で曲げて板金を切断したり、切断進行方向を急激に変更して板金を曲線状に切断したりするときに、加工ヘッドの移動方向及び移動速度を制御し、かつ、ビームスポットＢＳの変位量を制御する。１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機及びレーザ加工方法によれば、切断進行方向を所定の角度以下の角度で曲げて板金Ｗを切断するときに、角部で加工ヘッドを一旦停止または大幅に減速させることなく、板金Ｗを切断することができる。
　従って、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機及びレーザ加工方法によれば、切断進行方向を所定の角度以下の角部で曲げて板金を切断したり、切断進行方向を急激に変更して板金を曲線状に切断したりする場合でも、加工ヘッドに発生するイナーシャを従来よりも低減することができる。これにより、従来よりも板金Ｗを高速に切断することができ、加工時間を短くすることができる。
　１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機及びレーザ加工方法では、加工プログラムＰＰ、加工条件ＣＰ、及び、軌跡情報ＴＦに基づいて移動指令信号ＣＳを生成し、移動指令信号ＣＳに基づいて主移動指令信号ＭＣＳと副移動指令信号ＳＣＳとを生成する。主移動指令信号ＭＣＳに基づいて加工ヘッドを移動させ、副移動指令信号ＳＣＳに基づいてビームスポットＢＳを移動（変位）させることにより、加工ヘッドに発生するイナーシャを従来よりも低減させ、かつ、板金を設計モデルと同じ形状に加工することができる。
　１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機及びレーザ加工方法では、オペレータは、複数の軌跡情報ＴＦから任意の軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、またはＴＦｃを選択することができる。１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機及びレーザ加工方法によれば、オペレータが複数の軌跡情報ＴＦから加工に適した軌跡情報ＴＦａ、ＴＦｂ、または、ＴＦｃを選択することにより、レーザ加工機１００は、板金Ｗを設計モデルと同じ形状に精度よく加工することができる。
　本発明は以上説明した１またはそれ以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
　本願の開示は、２０１８年８月１７日に出願された特願２０１８－１５３５０７号に記載の主題と関連しており、それらの全ての開示内容は引用によりここに援用される。
 

Claims (8)

  1. 　先端部に円形の開口部を有し、前記開口部より板金を切断するためのレーザビームを射出するノズルが取り付けられている加工ヘッドと、
    　前記板金の面に対して前記加工ヘッドを相対的に移動させる移動機構と、
    　前記レーザビームが前記板金に照射されたときの照射位置におけるビームスポットの中心であるビーム中心を前記ノズルの中心であるノズル中心に対して変位させるビーム変位機構と、
    　前記ノズル中心の軌跡であるノズル軌跡、前記ビーム中心の軌跡であるビーム軌跡、前記ノズル軌跡上を移動する前記加工ヘッドの速度、及び、前記ビーム軌跡上を移動する前記ビームスポットの速度の情報を含む軌跡情報に基づいて、加工方向及び加工速度を制御するための移動指令信号を生成する移動制御部と、
    　前記移動指令信号に基づいて、前記加工ヘッドの移動方向及び移動速度を制御するための主移動指令信号、及び、前記ビームスポットの移動方向及び移動速度を制御するための副移動指令信号を生成する移動指令分割部と、
    　前記主移動指令信号に基づいて、前記加工ヘッドを相対的に移動させるよう前記移動機構を制御する移動機構制御部と、
    　前記副移動指令信号に基づいて、前記ビーム中心が前記ノズル中心に対して変位するよう前記ビーム変位機構を制御する変位制御部と、
    　を備えるレーザ加工機。
  2. 　前記移動制御部は、前記ノズル軌跡、前記ビーム軌跡、前記加工ヘッドの速度、及び、前記ビームスポットの速度の情報のうちの少なくともいずれかの情報が互いに異なる複数の前記軌跡情報のうち、選択された軌跡情報に基づいて、前記移動指令信号を生成する
    　請求項１に記載のレーザ加工機。
  3. 　前記移動指令分割部は、
    　前記移動指令信号を遅延させることによって遅延移動指令信号を生成する遅延器と、
    　前記移動指令信号をフィルタリング処理することによって前記主移動指令信号を生成するローパスフィルタと、
    　前記遅延移動指令信号から前記主移動指令信号を減算することによって前記副移動指令信号を生成する減算器と
    　を有する請求項１または２に記載のレーザ加工機。
  4. 　前記ノズル中心に対する前記ビーム中心の変位量は前記開口部の半径未満となるように設定されている請求項１～３のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工機。
  5. 　先端部に円形の開口部を有し、前記開口部より板金を切断するためのレーザビームを射出するノズルが取り付けられている加工ヘッドを備えるレーザ加工機を制御する制御装置が、
    　前記ノズルの中心の軌跡であるノズル軌跡、前記レーザビームが前記板金に照射されたときの照射位置におけるビームスポットの中心の軌跡であるビーム軌跡、前記ノズル軌跡上を移動する前記加工ヘッドの速度、及び、前記ビーム軌跡上を移動する前記ビームスポットの速度の情報を含む軌跡情報に基づいて、加工方向及び加工速度を制御するための移動指令信号を生成し、
    　前記移動指令信号に基づいて、前記加工ヘッドの移動方向及び移動速度を制御するための主移動指令信号を生成し、
    　前記移動指令信号に基づいて、前記ビームスポットの移動方向及び移動速度を制御するための副移動指令信号を生成し、
    　前記主移動指令信号に基づいて前記加工ヘッドを相対的に移動させ、かつ、前記副移動指令信号に基づいて前記ビームスポットの中心であるビーム中心を前記ノズルの中心であるノズル中心に対して変位させて前記板金を切断するよう前記レーザ加工機を制御する
    　レーザ加工方法。
  6. 　前記制御装置が、
    　前記ノズル軌跡、前記ビーム軌跡、前記加工ヘッドの速度、及び、前記ビームスポットの速度の情報のうちの少なくともいずれかの情報が互いに異なる複数の前記軌跡情報のうち、選択された軌跡情報に基づいて前記移動指令信号を生成する
    　請求項５に記載のレーザ加工方法。
  7. 　前記制御装置が、
    　前記移動指令信号を遅延させることによって遅延移動指令信号を生成し、
    　前記移動指令信号をフィルタリング処理することによって前記主移動指令信号を生成し、
    　前記遅延移動指令信号から前記主移動指令信号を減算することによって前記副移動指令信号を生成する
    　請求項５または６に記載のレーザ加工方法。
  8. 　前記ノズル中心に対する前記ビーム中心の変位量は、前記開口部の半径未満となるように設定されている請求項５～７のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
     
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