(57)【要約】【課題】  ワークにレーザビームの照射による溝形成加工を複数パスで行う。【解決手段】  レーザ加工装置１は、ロボット２のマニピュレータ３に取り付けられた加工ヘッド４と、制御装置７と、アシストガス９用のガスノズル８とを備えた構成を有する。制御装置７は、加工ヘッド４を、ワーク１００に形成する溝１０３の長手方向に移動させる動作をレーザ加工の１つのパスとして実行するようマニピュレータ３を制御する機能を備える。制御装置７は、更に、１層Ｍパス（Ｍは３以上の整数）のレーザ加工が設定されると、溝幅方向をｘ軸方向として並ぶＭ個のパス加工位置のうち、配列順序が１番目のパス加工位置およびＭ番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッド４を互いにｘ軸方向逆向きに傾ける端部加工制御機能を備える。【選択図】図１
2020127952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マニピュレータを備えたロボットと、
前記マニピュレータの先端側に取り付けられた加工ヘッドと、
前記加工ヘッドに接続されたレーザ発振器と、
制御装置と、
前記加工ヘッドからのレーザビームの照射個所にアシストガスを吹き付けるガスノズルと、
溝検出装置と、を備え、
前記制御装置は、
ワークについて溝の形成予定個所が設定される機能と、
前記加工ヘッドを、前記ワークに形成する前記溝の長手方向に沿わせて移動させる動作が、レーザ加工の１つのパスとして設定される機能と、
１層Ｍパス（Ｍは３以上の整数）のレーザ加工が設定される機能と、
形成予定の前記溝の溝幅方向をｘ軸方向、前記溝の長手方向をｙ軸方向、前記溝の深さ方向をｚ軸方向として、前記ワークにおける前記溝の形成予定個所に、前記ｘ軸方向に並べてＭ個のパス加工位置を設定するパス加工位置設定機能と、
前記各パス加工位置に対して前記パスを実行するための指令を前記マニピュレータへ与える機能と、
前記ｘ軸方向の配列順序が１番目のパス加工位置およびＭ番目のパス加工位置について前記レーザ加工を行うときには、前記加工ヘッドを互いに前記ｘ軸方向逆向きに傾ける端部加工制御機能と、を備えたこと
を特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記パス加工位置設定機能で前記ｘ軸方向に並べて設定されたＭ個のパス加工位置について、前記ｘ軸方向の配列順序が１番目のパス加工位置のレーザ加工は、隣接する前記ｘ軸方向の配列順序が２番目のパス加工位置のレーザ加工よりも後に実施するという条件と、前記ｘ軸方向の配列順序がＭ番目のパス加工位置のレーザ加工は、隣接する前記ｘ軸方向の配列順序が（Ｍ−１）番目のパス加工位置のレーザ加工よりも後に実施するという条件とが共に満たされるように、レーザ加工を行う加工順序を設定する加工順序設定機能と、
前記ｘ軸方向の配列順序が前記２番目から前記（Ｍ−１）番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときに、前記加工ヘッドを、前記レーザビームの照射方向が、前記ｚ軸および前記ｙ軸の双方に平行な平面に沿う姿勢に制御する中間部加工制御機能と、を更に備えた
請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記加工ヘッドは、前記レーザビームを先端側の開口を通して外部へ照射するノズルを備え、更に、前記レーザビームの焦点が前記ノズルの前記開口の位置に配置された構成を備えた
請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記加工ヘッドは、前記レーザビームを先端側の開口を通して外部へ照射するノズルを備え、更に、パージガスを前記ノズルの前記開口を通して外部に吹き出す機能を備えた
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
レーザビームを照射する加工ヘッドを、ワークに形成する溝の長手方向に沿わせて移動させる動作を、レーザ加工の１つのパスとして、
制御装置に、前記ワークについて溝の形成予定個所が設定される処理と、
前記制御装置に、１層Ｍパス（Ｍは３以上の整数）のレーザ加工が設定される処理と、
前記制御装置が、形成予定の前記溝の溝幅方向をｘ軸方向、前記溝の長手方向をｙ軸方向、前記溝の深さ方向をｚ軸方向として、前記ワークにおける前記溝の形成予定個所に、前記ｘ軸方向に並べてＭ個のパス加工位置を設定する処理と、
前記制御装置が、前記各パス加工位置にて前記パスを実行するための指令をマニピュレータへ与える処理と、を行い、
更に、前記制御装置は、前記ｘ軸方向の配列順序が１番目のパス加工位置およびＭ番目のパス加工位置について前記レーザ加工を行うときには、前記加工ヘッドを互いに前記ｘ軸方向逆向きに傾く姿勢に制御する処理を行うこと
を特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークにレーザビームを照射して溝の形成、切断などの加工を行うレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ワーク（加工対象物）に溝を形成する手法の一つとしては、レーザビームを用いる手法が従来提案されている。これは、ワークにレーザビームを照射して、レーザビームが照射される個所（以下、レーザビームの照射個所という）に生じるワークの母材の溶融材を、アシストガス用のノズルから吹き付けるアシストガスにより吹き飛ばして除去し、この処理をワークにおける溝の形成予定個所に沿い連続的に実施することで、ワークに溝を形成する手法である（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この手法では、レーザビームは、集光レンズを通して、ワークの表面に対して直交する方向から、ワークの表面よりやや奥で集光するように照射するものとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１３１２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ワークにレーザビームを照射して溝を形成するレーザ加工では、使用可能なレーザビームの出力、ワークの材質と溶融温度と内部構造などのワークの性状、および、加工速度や加工環境などの条件によっては、１度のレーザ加工でワークに形成可能な溝の深さが、計画している溝の深さに到達しない可能性がある。
【０００６】
その対策として、本発明者等は、ワークに対し溝形成のレーザ加工を複数パス繰り返し行うことで、ワークに形成する溝の深さを次第に増加させて、所望する深さの溝を形成することを考えた。
【０００７】
しかし、従来のレーザ加工による溝の形成手法は、たとえ、ワークにおける１つの個所にレーザ加工を複数パス繰り返し実施したとしても、ワークに形成した溝の深さを増加させることは難しい、というのが実状である。
【０００８】
すなわち、従来のレーザ加工による溝形成手法は、レーザビームがワークの表面よりやや奥で集光するようにして、レーザビームを、エネルギーが集中する焦点の位置または焦点付近でワークに照射するようにしている。そのため、ワークでは、レーザビームの照射個所に溶融材が生じる範囲は、通常、大きくても数ミリメートル程度になる。更に、レーザビームは、ワークの表面に対して直交する方向から照射しているので、溝は、ワークの表面における溝の開口部から、ワークの表面に対して垂直な方向に沿ってワークの内部へ延びるように形成される。したがって、ワークに形成された溝は、断面形状が、ワークの表面の開口部での溝幅が数ミリメートル程度で、且つ開口部から底部に向けて徐々に溝幅の寸法が減少する、幅の狭いＶ字形の溝となる。
【０００９】
この溝の形状は、ワークの表面における溝の開口部を通して照射されるレーザビームによる溶融と、アシストガスの吹き付けによる溶融材の除去とが行われた結果、形成されたものである。
【００１０】
したがって、従来のレーザ加工による溝形成手法では、１パス目でワークに形成された前記のような幅の狭いＶ字形の溝に対し、２パス目として、開口部を通して１パス目と同様のレーザビームの照射を行ったとしても、溝の底部を更に溶融させることは難しい。
【００１１】
しかも、２パス目のレーザ加工は、レーザビームが集光する焦点の位置を、１パス目よりも溝の奥側にずらすことも難しい。これは、焦点に到達する以前のレーザビームのビーム径が増すと、レーザビームと、１パス目に形成された溝の側壁との干渉が生じるためである。
【００１２】
よって、従来は、ワークに対しレーザビームの照射による溝形成加工を複数パス行って溝を形成する手法については特に提案されていない。
【００１３】
そこで、本発明は、ワークに対しレーザビームの照射による溝形成加工を複数パスで行って、溝の深さを次第に増加させる加工を行うことができる、レーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、前記課題を解決するために、マニピュレータを備えたロボットと、前記マニピュレータの先端側に取り付けられた加工ヘッドと、前記加工ヘッドに接続されたレーザ発振器と、制御装置と、前記加工ヘッドからのレーザビームの照射個所にアシストガスを吹き付けるガスノズルと、溝検出装置と、を備え、前記制御装置は、ワークについて溝の形成予定個所が設定される機能と、前記加工ヘッドを、前記ワークに形成する前記溝の長手方向に沿わせて移動させる動作が、レーザ加工の１つのパスとして設定される機能と、１層Ｍパス（Ｍは３以上の整数）のレーザ加工が設定される機能と、形成予定の前記溝の溝幅方向をｘ軸方向、前記溝の長手方向をｙ軸方向、前記溝の深さ方向をｚ軸方向として、前記ワークにおける前記溝の形成予定個所に、前記ｘ軸方向に並べてＭ個のパス加工位置を設定するパス加工位置設定機能と、前記各パス加工位置に対して前記パスを実行するための指令を前記マニピュレータへ与える機能と、前記ｘ軸方向の配列順序が１番目のパス加工位置およびＭ番目のパス加工位置について前記レーザ加工を行うときには、前記加工ヘッドを互いに前記ｘ軸方向逆向きに傾ける端部加工制御機能と、を備えた構成を有するレーザ加工装置とする。
【００１５】
前記制御装置は、前記パス加工位置設定機能で前記ｘ軸方向に並べて設定されたＭ個のパス加工位置について、前記ｘ軸方向の配列順序が１番目のパス加工位置のレーザ加工は、隣接する前記ｘ軸方向の配列順序が２番目のパス加工位置のレーザ加工よりも後に実施するという条件と、前記ｘ軸方向の配列順序がＭ番目のパス加工位置のレーザ加工は、隣接する前記ｘ軸方向の配列順序が（Ｍ−１）番目のパス加工位置のレーザ加工よりも後に実施するという条件とが共に満たされるように、レーザ加工を行う加工順序を設定する加工順序設定機能と、前記ｘ軸方向の配列順序が前記２番目から前記（Ｍ−１）番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときに、前記加工ヘッドを、前記レーザビームの照射方向が、前記ｚ軸および前記ｙ軸の双方に平行な平面に沿う姿勢に制御する中間部加工制御機能と、を更に備えた構成としてもよい。
【００１６】
前記加工ヘッドは、前記レーザビームを先端側の開口を通して外部へ照射するノズルを備え、更に、前記レーザビームの焦点が前記ノズルの前記開口の位置に配置された構成を備えた構成としてもよい。
【００１７】
前記加工ヘッドは、前記レーザビームを先端側の開口を通して外部へ照射するノズルを備え、更に、パージガスを前記ノズルの前記開口を通して外部に吹き出す機能を備えた構成としてもよい。
【００１８】
また、レーザビームを照射する加工ヘッドを、ワークに形成する溝の長手方向に沿わせて移動させる動作を、レーザ加工の１つのパスとして、制御装置に、前記ワークについて溝の形成予定個所が設定される処理と、前記制御装置に、１層Ｍパス（Ｍは３以上の整数）のレーザ加工が設定される処理と、前記制御装置が、形成予定の前記溝の溝幅方向をｘ軸方向、前記溝の長手方向をｙ軸方向、前記溝の深さ方向をｚ軸方向として、前記ワークにおける前記溝の形成予定個所に、前記ｘ軸方向に並べてＭ個のパス加工位置を設定する処理と、前記制御装置が、前記各パス加工位置にて前記パスを実行するための指令をマニピュレータへ与える処理と、を行い、更に、前記制御装置は、前記ｘ軸方向の配列順序が１番目のパス加工位置およびＭ番目のパス加工位置について前記レーザ加工を行うときには、前記加工ヘッドを互いに前記ｘ軸方向逆向きに傾く姿勢に制御する処理を行うレーザ加工方法とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法によれば、ワークに対しレーザビームの照射による溝形成加工を複数パスで行って、溝の深さを次第に増加させる加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】レーザ加工装置の第１実施形態を示す概略側面図である。
【図２】加工ヘッドを拡大して示す側面図である。
【図３】加工ヘッドのノズルの先端付近を更に拡大して示す切断側面図である。
【図４】ワークにレーザ加工を行う加工ヘッドの姿勢を説明するための図である。
【図５】既に形成された溝の底部にレーザ加工を行う加工ヘッドの姿勢を説明するための図である。
【図６】１層３パスのレーザ加工を行う場合に、制御装置により溝の形成予定個所に溝幅方向に並べて設定される３つのパス加工位置を示す概要図である。
【図７】各パス加工位置のうち、配列順序が１番目と最後のパス加工位置にレーザ加工を行うときの加工ヘッドによるレーザビームの照射方向の設定を説明するための図である。
【図８】１層４パスのレーザ加工を行う場合に、溝幅方向に並べて設定される４つのパス加工位置を示す概要図である。
【図９】１層５パスのレーザ加工を行う場合に、溝幅方向に並べて設定される５つのパス加工位置を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
【００２２】
［第１実施形態］
図１は、レーザ加工装置の第１実施形態を示す概略側面図である。図２は、レーザ加工装置の加工ヘッドを拡大して示す側面図である。図３は、加工ヘッドにおけるノズルの先端付近を更に拡大して示す切断側面図である。
【００２３】
図４は、レーザ加工装置における加工ヘッドの姿勢を示すもので、図４（ａ）は、１層３パスのレーザ加工を行うためにワークにおける溝の形成予定個所に溝幅方向に並べて設定される３つのパス加工位置のうち、溝幅方向の配列順序が２番目のパス加工位置のレーザ加工を行うときの状態を示す図、図４（ｂ）は、溝幅方向の配列順序が１番目のパス加工位置のレーザ加工を行うときの状態を示す図、図４（ｃ）は、溝幅方向の配列順序が３番目のパス加工位置のレーザ加工を行うときの状態を示す図である。図５は、レーザ加工装置における加工ヘッドの姿勢を示すもので、図５（ａ）は、ワークに形成された溝の底部に溝幅方向に並べて設定される３つのパス加工位置のうち、溝幅方向の配列順序が２番目のパス加工位置のレーザ加工を行うときの状態を示す図、図５（ｂ）は、溝幅方向の配列順序が１番目のパス加工位置のレーザ加工を行うときの状態を示す図、図５（ｃ）は、溝幅方向の配列順序が３番目のパス加工位置のレーザ加工を行うときの状態を示す図である。図６は、１層３パスのレーザ加工を行う場合に、制御装置によりワークにおける溝の形成予定個所に設定される３つのパス加工位置を示す概要図である。
【００２４】
本実施形態のレーザ加工装置は、図１に符号１で示すもので、マニピュレータ３を備えたロボット２と、マニピュレータ３の先端側にエンドエフェクタとして取り付けられた加工ヘッド４と、加工ヘッド４に光ファイバ５を介して接続されたレーザ発振器６と、制御装置７と、アシストガス９の噴射を行うガスノズル８と、溝検出装置としてのカメラ１０と、を備えた構成とされている。
【００２５】
なお、説明の便宜上、ワーク１００は、加工ヘッド４によるレーザ加工で溝１０３を形成する面を表面１０１といい、その逆側の面を裏面１０２という。
【００２６】
また、ワーク１００に形成予定の溝１０３、および、ワーク１００に形成された溝１０３に関して、溝幅方向は、図４（ａ）に示すように、ｘ軸方向という。なお、ｘ軸は、溝１０３の溝幅方向の一方の端部１０４から、溝幅方向の他方の端部１０５へ向かう方向を、ｘ軸の正方向とする。したがって、ｘ軸を基準にすると、溝１０３におけるｘ軸の負方向の端部は、端部１０４であり、ｘ軸の正方向の端部は、端部１０５である。また、溝１０３がワーク１００の表面１０１に沿って延びる溝長手方向は、図２に示すように、ｙ軸方向という。更に、ワーク１００の表面１０１を基準とする溝１０３の深さ方向は、図２、図４（ａ）に示すように、ｚ軸方向という。なお、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向は、ワーク１００の姿勢や、ワーク１００に形成する溝１０３に依存して定まる方向であって、いずれも、ワールド座標系や、ロボット２に備えた座標系を基準とするものではない。たとえば、ワーク１００の表面１０１に曲がった形状の溝１０３を形成する場合は、溝１０３の長手方向の各個所ごとに、ｘ軸方向およびｙ軸方向は変化する。また、ワーク１００の表面１０１の傾斜などに応じて、ｘ軸方向およびｙ軸方向は水平方向に限定されず、ｚ軸方向は鉛直方向に限定されない。また、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸についての正方向と負方向は、逆に設定してもよいことは勿論である。
【００２７】
更に、レーザビーム１１を照射する加工ヘッド４を、図２に示すように、レーザビーム１１の照射個所に生じる溶融材１５を、ガスノズル８から吹き付けるアシストガス９により吹き飛ばす処理を行いながら、ワーク１００に形成すべき溝１０３の長手方向に沿わせて移動させる動作は、レーザ加工のパスという。このレーザ加工のパスが１回行われると、ワーク１００には、レーザビーム１１の照射個所が移動した経路に沿い、ワーク１００の母材が除去された溝が１条形成される。このようにレーザ加工の１回のパスで形成される溝は、以下、単位溝という。単位溝は、ワーク１００に形成予定の溝１０３に比して、ｘ軸方向の幅寸法が狭く、且つ、ｚ軸方向の深さ寸法が小さい。
【００２８】
加工ヘッド４を、ワーク１００の表面１０１からの距離はほぼ変化させずに、加工ヘッド４によるレーザビーム１１の照射個所の位置を、ｘ軸方向に単位溝の幅寸法よりも小さく設定された或る寸法ずつずらしながら、レーザ加工のパスを複数回行うと、ワーク１００には、前記単位溝がｘ軸方向に複数条繋がった状態で形成される。この状態は、ワーク１００では、ｚ軸方向の深さ寸法が前記単位溝とほぼ同様で、且つ、ｘ軸方向に前記単位溝が複数条繋がった幅寸法を有する、ワーク１００の表面１０１に沿う層状の領域について、ワーク１００の母材の除去が行われた状態である。したがって、この状態で、ワーク１００は、表面１０１から、前記層状の領域に対応する断面形状の溝が形成された状態となる。
【００２９】
そこで、本明細書では、前記したように、加工ヘッド４を、ワーク１００の表面１０１からの距離はほぼ変化させずに、加工ヘッド４によるレーザビーム１１の照射位置をｘ軸方向に前記所定の寸法ずつずらしながら、レーザ加工のパスをｎ回（ｎは２以上の整数）行い、ワーク１００に前記層状の領域に対応する断面形状の溝を形成する加工を、１層ｎパスのレーザ加工という。また、ｎは、１層当たりのパス数という。更に、ワーク１００にて、１層ｎパスのレーザ加工を行う前に、各パスのレーザ加工で個別の単位溝が形成される予定の位置は、各パスに個別に対応するパス加工位置という。
【００３０】
ロボット２は、マニピュレータ３による加工ヘッド４の動作範囲および角度調整範囲が、加工ヘッド４を後述する所定の姿勢で、ワーク１００における溝１０３の形成個所の全長に亘り移動させる場合の加工ヘッド４の動作範囲と角度調整範囲を含むように設定されている。
【００３１】
加工ヘッド４は、内部に、レーザ発振器６より光ファイバ５を介して伝送されるレーザ光を、レーザビーム１１として集光させるレンズ、集光ミラーなどの図示しない集光光学系を備えている。なお、レーザビーム１１は、図示する便宜上、ドットのハッチングを付して示す（図３、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）も同様）。
【００３２】
更に、加工ヘッド４は、図３に示すように、集光光学系により集光されたレーザビーム１１を、先端側の開口１３を通して外部へ照射するノズル１２を備えている。
【００３３】
加工ヘッド４は、集光光学系により集光させるレーザビーム１１の焦点が、ノズル１２の開口１３の位置に配置されるように、集光光学系の焦点距離が設定されていることが好ましい。これは、以下の理由による。
【００３４】
図示しないが、ワーク１００をレーザ切断する加工の場合は、ワーク１００には表面１０１から裏面１０２に貫通する溝が形成されることになる。そのため、ワーク１００におけるレーザビーム１１の照射個所に生じる溶融材は、既に形成されている溝を通してワーク１００の裏面１０２側へ吹き飛ばして除去することができる。
【００３５】
これに対し、図２に示すように、ワーク１００に裏面１０２に貫通しない溝１０３を形成する加工の場合は、レーザビーム１１の照射個所から吹き飛ばされる溶融材１５は、溝１０３からワーク１００の表面１０１側に排出されるようになる。したがって、ワーク１００に溝１０３を形成する加工を行う際、加工ヘッド４が配置されているワーク１００の表面１０１側の環境は、吹き飛ばされた溶融材１５が飛散する可能性のある環境になる。
【００３６】
この環境では、加工ヘッド４のノズル１２の開口１３は、飛散した溶融材１５が加工ヘッド４に侵入する経路になる可能性がある。そして、万一、加工ヘッド４に飛散した溶融材１５が侵入した場合は、集光光学系を含む光学系の損傷につながる可能性がある。
【００３７】
したがって、本実施形態のレーザ加工装置１は、ワーク１００に溝１０３を形成する加工を実施するためには、飛散した溶融材１５が加工ヘッド４のノズル１２の開口１３に到達すること、あるいは、飛散した溶融材１５がノズル１２の開口１３から加工ヘッド４に侵入すること、を抑制する対策が重要になる。
【００３８】
そこで、本実施形態における加工ヘッド４は、レーザビーム１１の焦点がノズル１２の開口１３の位置に配置された構成とすることにより、レーザビーム１１の焦点がノズル１２の開口１３以外の位置に配置された構成と比較して、ノズル１２の開口１３の開口面積を小さく設定することができるようにしてある。これにより、本実施形態における加工ヘッド４は、飛散した溶融材１５が開口１３から加工ヘッド４の内部へ侵入する虞を抑制することができる。
【００３９】
なお、加工ヘッド４は、設定されたスポットのサイズでワーク１００に対してレーザビーム１１を照射することができれば、レーザビーム１１の焦点がノズル１２の開口１３の位置に配置される構成のみに限定されないことは勿論である。
【００４０】
更に、加工ヘッド４は、少なくともノズル１２の内部空間に、図示しないパージガス供給部からパージガス１４が供給される構成を備えることが好ましい。パージガス１４としては、たとえば、空気が０．６〜０．７ＭＰａの圧力で加工ヘッド４の内部空間に供給される。これにより、加工ヘッド４は、図３に示すように、パージガス供給部から供給されたパージガス１４をノズル１２の開口１３を通して外部に吹き出す機能を備えることができる。したがって、この構成によれば、加工ヘッド４は、ノズル１２の開口１３に、外向きのパージガス１４のガス流れを形成できるため、飛散した溶融材１５が開口１３から加工ヘッド４の内部へ侵入する可能性を、更に抑制することができる。なお、パージガス１４のガス種と、供給圧力は、前記した例に限定されず、適宜変更してもよいことは勿論である。
【００４１】
また、加工ヘッド４は、ノズル１２から、ワーク１００におけるレーザビーム１１の照射個所までの距離（以下、ノズル・ワーク間距離という）が大きければ大きいほど、レーザビーム１１の照射個所から飛散した溶融材１５が加工ヘッド４の開口１３に到達する可能性は小さくなる。
【００４２】
そこで、本実施形態のレーザ加工装置１は、ノズル・ワーク間距離を、一例を後述するように、或る寸法に設定してある。これにより、本実施形態のレーザ加工装置１は、このノズル・ワーク間距離の大きさに基づいて、飛散した溶融材１５が加工ヘッド４のノズル１２の開口１３に到達することを抑制することができる。
【００４３】
更に、本実施形態では、ワーク１００におけるレーザビーム１１の照射個所で行われるアシストガス９による溶融材１５を吹き飛ばす処理に対し、ノズル１２から吹き出すパージガス１４のガス流れが影響することを抑制することも目的として、ノズル・ワーク間距離を、前記或る寸法に設定している。
【００４４】
なお、本実施形態のレーザ加工装置１は、ノズル・ワーク間距離の大きさに基づいて、飛散した溶融材１５が加工ヘッド４の開口１３に到達する可能性を抑制できる場合は、加工ヘッド４は、パージガス１４をノズル１２の開口１３から外部に吹き出す機能を備える構成に限定されないことは勿論である。
【００４５】
本実施形態では、レーザビーム１１の焦点がノズル１２の開口１３の位置に配置されているので、ノズル１２から外部に向けて照射されるレーザビーム１１は、ノズル１２からの距離が増加するにしたがって、ビーム径が次第に拡大する。この距離とビーム径との関係は、加工ヘッド４の集光光学系による焦点距離などに依存している。
【００４６】
そこで、本発明では、たとえば、ノズル・ワーク間距離が約１５０ｍｍの状態で、ワーク１００におけるレーザ加工による溝１０３の形成個所に、レーザビーム１１が、約１０ｍｍのビーム径のスポットとして照射されるように、加工ヘッド４の集光光学系が設定されている。また、この状態で、ワーク１００におけるレーザビーム１１の照射個所に、ワーク１００の母材の溶融材１５が生じるように、レーザビーム１１のエネルギーが設定されている。
【００４７】
前記所定のノズル・ワーク間距離の保持は、加工ヘッド４を保持するマニピュレータ３の動作によって実現すればよく、このマニピュレータ３の動作は、制御装置７の指令で制御すればよい。
【００４８】
これにより、本実施形態のレーザ加工装置１では、ワーク１００に対して加工ヘッド４よりレーザビーム１１を照射すると、ワーク１００におけるレーザビーム１１の照射個所に、照射されたレーザビーム１１のスポットに対応するサイズの溶融池を形成することができる。
【００４９】
本実施形態のレーザ加工装置１は、ワーク１００に溝１０３を形成する加工を行うときには、後述するように、マニピュレータ３の動作により、加工ヘッド４をワーク１００に対して溝長手方向に相対移動させて、レーザビーム１１の照射個所を、ワーク１００における溝１０３の形成予定個所および形成個所に沿い移動させる。
【００５０】
この際、本実施形態のレーザ加工装置１は、たとえば、ワーク１００を基準とする加工ヘッド４の相対移動方向が図１、図２に矢印Ｄで示す方向の場合、加工ヘッド４からワーク１００に対してレーザビーム１１を照射する方向が、矢印Ｄの方向の前方側へ斜めに向くように、加工ヘッド４を傾斜姿勢とすることが好ましい。この傾斜姿勢は、以下、加工ヘッド４の前進角姿勢という。なお、図１、図２では、矢印Ｄの方向は、ｙ軸の正方向としてあるが、複数パスのレーザ加工を行う場合は、溝１０３の長手方向に沿い往復動作させる加工ヘッド４の往路と復路で、順次異なるパスのレーザ加工を行う場合があるので、矢印Ｄの方向がｙ軸の負方向の場合もあることは勿論である。
【００５１】
加工ヘッド４の前進角姿勢は、加工ヘッド４を保持するマニピュレータ３の動作によって実現すればよく、このマニピュレータ３の動作は、制御装置７の指令で制御すればよい。
【００５２】
これにより、本実施形態のレーザ加工装置１では、加工ヘッド４の位置が、ワーク１００にレーザビーム１１が照射される位置、すなわち、ワーク１００における溶融材１５の飛散が行われる位置に対し、ワーク１００の表面１０１の垂直方向に配置されることを回避することができる。
【００５３】
よって、この構成によれば、加工ヘッド４の位置が、ワーク１００にレーザビーム１１が照射される位置に対し、ワーク１００の表面１０１の垂直方向に配置される構成と比較して、ワーク１００におけるレーザビーム１１の照射個所から飛散する溶融材１５が、加工ヘッド４のノズル１２の開口１３に到達する可能性を、抑制することができる。
【００５４】
ガスノズル８は、加工ヘッド４によるワーク１００に対するレーザビーム１１の照射個所よりも矢印Ｄの方向の後方側に、レーザビーム１１の照射個所に向く姿勢で配置されている。この姿勢で、ガスノズル８は、支持部材１６を介して加工ヘッド４に取り付けられている。ガスノズル８の基端側は、図示しないアシストガス９の供給部に、アシストガスライン１７を介して接続されている。これにより、ガスノズル８は、ワーク１００に対し加工ヘッド４が相対移動して、ワーク１００におけるレーザビーム１１の照射個所が移動するときに、その照射個所に追従して移動しながら、レーザビーム１１の照射による溶融材１５の発生個所に向けてアシストガス９を吹き付けることができる。なお、アシストガス９のガス種と、吹付量は、従来実施されているか、または、従来提案されている、レーザビームを用いてワークに溝を形成する加工手法で用いられるアシストガスと同様のガス種と、吹付量に適宜設定すればよい。
【００５５】
これにより、本実施形態のレーザ加工装置１では、ワーク１００におけるレーザビーム１１の照射個所に生じる溶融材１５を、ガスノズル８より吹き付けるアシストガス９の流れに乗せて、図２に示すように、溝１０３から矢印Ｄの方向に先行する側へ吹き飛ばして除去することができる。よって、この構成によっても、ワーク１００におけるレーザビーム１１の照射個所から飛散する溶融材１５が、加工ヘッド４のノズル１２の開口１３に到達する可能性を、抑制することができる。
【００５６】
更に、本実施形態におけるガスノズル８は、図２の矢印Ｄの方向、および、ガスノズル８の長手方向の双方に垂直な方向の寸法を、ノズル幅寸法とする。このガスノズル８のノズル幅寸法は、図４（ａ）では、図上、ガスノズル８の左右方向の幅寸法となる。図４（ａ）に示すように、ガスノズル８のノズル幅寸法は、ワーク１００に形成する溝１０３の溝幅寸法に比して小さく設定されている。これは、本実施形態のレーザ加工装置１は、ワーク１００に形成する溝１０３の深さが次第に深くなると、加工ヘッド４から溝１０３の底部にレーザビーム１１を照射することになるため、それに対応してガスノズル８を溝１０３に挿入して配置できるようにするためである。なお、図４（ａ）では、加工ヘッド４に取り付けられているガスノズル８とカメラ１０は、便宜上、破線で示している（図４（ｂ）（ｃ）、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）も同様）。
【００５７】
なお、ガスノズル８は、ワーク１００におけるレーザビーム１１の照射個所に生じる溶融材１５にアシストガス９を吹き付けることができるようにしてあれば、ガスノズル８の形状と配置は、図示した形状と配置に限られないことは勿論である。
【００５８】
カメラ１０は、ワーク１００に形成された溝１０３を撮影し、撮影した溝１０３の情報を、制御装置７に送る機能を備えている。
【００５９】
本実施形態では、カメラ１０は、図１、図２に示すように、加工ヘッド４からワーク１００にレーザビーム１１が照射される個所に対して矢印Ｄの方向の前方側の領域を撮影する姿勢で、加工ヘッド４にブラケット１８を介して取り付けられている。したがって、本実施形態におけるカメラ１０は、マニピュレータ３の動作により加工ヘッド４と共にカメラ１０を移動させることで、カメラ１０による撮影範囲を、ワーク１００に形成された溝１０３に向けて配置することができる。なお、このマニピュレータ３の動作によるカメラ１０の移動は、制御装置７からマニピュレータ３へ与える指令で制御すればよい。
【００６０】
なお、カメラ１０は、ワーク１００に形成された溝１０３を、動作する加工ヘッド４およびマニピュレータ３に遮られることなく撮影することができれば、加工ヘッド４以外の個所に支持された構成としてもよいことは勿論である。また、本実施形態のレーザ加工装置１は、ワーク１００に形成する溝１０３の長さや配置に対応するために、複数のカメラ１０を備える構成としてもよいことは勿論である。
【００６１】
次に、制御装置７の機能の説明と共に、本実施形態のレーザ加工装置１で実施するレーザ加工方法について説明する。
【００６２】
制御装置７は、本実施形態のレーザ加工装置１を用いてワーク１００に溝１０３を形成する作業を行うときには、図４（ａ）に示すように、ワーク１００について、一点鎖線で示す如き溝１０３の形成予定個所と、形成予定の深さが設定される機能を備えている。
【００６３】
また、制御装置７は、溝１０３の形成を１層Ｍパス（Ｍは３以上の整数）のレーザ加工で行うかという点も設定される機能を備えている。なお、１パスのレーザ加工で形成される単位溝の幅寸法と深さ寸法との比にもよるが、溝１０３の形成予定の深さが大きくなるにしたがって、１層当たりのパス数Ｍの設定値は大きくなる傾向にある。
【００６４】
ところで、１パスのレーザ加工でワーク１００に形成される単位溝の幅寸法と深さ寸法は、加工ヘッド４からワーク１００に対して照射するレーザビーム１１のスポットのサイズ、レーザビーム１１の照射によりワーク１００に吸収されるエネルギー、ワーク１００の母材の性状などの条件から、自ずと定まる。これにより、本実施形態のレーザ加工装置１においては、単位溝の幅寸法を基に、複数条の単位溝をｘ軸方向に繋げて形成するために必要な、パス加工位置の１パスごとのｘ軸方向の変位量が明らかになると共に、１層当たりのパス数Ｍの設定値を基に、形成予定の溝１０３のｘ軸方向の溝幅寸法が定まる。あるいは、本実施形態のレーザ加工装置１では、形成予定の溝１０３に所望するｘ軸方向の溝幅寸法を基にして、１層当たりのパス数Ｍを定めるようにしてもよい。
【００６５】
一例として、本実施形態では、制御装置７に、１層３パスのレーザ加工が設定された場合の例を示す。この場合、１層３パスのレーザ加工でワーク１００に形成される溝１０３は、図４（ａ）に示すように、ｘ軸方向の溝幅寸法が、１パスのレーザ加工で形成される単位溝の幅寸法の２倍か、２倍以上の範囲、よって、加工ヘッド４からワーク１００に照射されるレーザビーム１１のスポットのビーム径を基準にすると、該ビーム径の２倍以上に設定される。
【００６６】
図示しないが、制御装置７は、加工ヘッド４からのレーザビーム１１の照射のオンとオフとを切り替える機能、および、ガスノズル８からのアシストガス９の噴射のオンとオフとを切り替える機能を備えている。
【００６７】
制御装置７は、ワーク１００に対し溝１０３を形成する加工を行うときには、加工ヘッド４を前記した前進角姿勢に保持するための指令を、マニピュレータ３へ与える機能を備えている。
【００６８】
また、制御装置７は、レーザビーム１１を照射する加工ヘッド４を、ワーク１００に形成する溝１０３の長手方向に沿わせて移動させる動作が、レーザ加工の１つのパスとして設定され、設定されたパスを実行するための指令を、マニピュレータ３へ与える機能を備えている。
【００６９】
更に、制御装置７は、パス加工位置設定機能と、加工順序設定機能と、中間部加工制御機能と、端部加工制御機能としての第１の端部加工制御機能および第２の端部加工制御機能と、を備えている。
【００７０】
パス加工位置設定機能は、制御装置７が、１層３パスのレーザ加工とされた設定に基づいて、図６に示すように、ワーク１００に対し、ｘ軸方向に３つのパス加工位置Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３を並べて設定する機能である。この際、各パス加工位置Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３は、個別に形成予定の二点鎖線で示す単位溝Ｇａ１，Ｇａ２，Ｇａ３同士が、ｘ軸方向に繋がるように、各パス加工位置Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３の端部同士が重なる配置で設定される。このように、各パス加工位置Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３が定まると、制御装置７では、各パス加工位置Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３に、個別に対応する単位溝Ｇａ１，Ｇａ２，Ｇａ３を形成するためのノズル・ワーク間距離を決めることができる。
【００７１】
加工順序設定機能は、パス加工位置設定機能でｘ軸方向に並べて設定された３つのパス加工位置Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３について、次の第１と第２の順序設定条件が共に満たされるように、レーザ加工を行う加工順序を設定する機能である。
【００７２】
第１の順序設定条件は、ｘ軸方向の配列順序が１番目のパス加工位置Ｐａ１のレーザ加工を、隣接するｘ軸方向の配列順序が２番目のパス加工位置Ｐａ２のレーザ加工よりも後に実施するという条件である。
【００７３】
第２の順序設定条件は、ｘ軸方向の配列順序が最後のパス加工位置のレーザ加工を、隣接するｘ軸方向の配列順序が最後から２番目のパス加工位置のレーザ加工よりも後に実施するという条件である。この第２の条件は、本実施形態の場合は、ｘ軸方向の配列順序が３番目のパス加工位置Ｐａ３のレーザ加工を、隣接するｘ軸方向の配列順序が２番目のパス加工位置Ｐａ２のレーザ加工よりも後に実施するという条件となる。
【００７４】
したがって、本実施形態では、これら２つの順序設定条件が共に満たされるのは、パス加工位置Ｐａ２の加工順序が１番目の場合のみである。そこで、制御装置７は、加工順序設定機能により、たとえば、パス加工位置Ｐａ２、パス加工位置Ｐａ１、パス加工位置Ｐａ３の順に、加工順序を設定する。なお、パス加工位置Ｐａ１とパス加工位置Ｐａ３の加工順序は、入れ替えてもよいことは勿論である。
【００７５】
中間部加工制御機能は、制御装置７が、先ず、ｘ軸方向の配列順序が１番目と、配列順序が最後である３番目とを除く中間部のパス加工位置、本実施形態では、パス加工位置Ｐａ２を特定する。その後、制御装置７は、中間部のパス加工位置として特定されたパス加工位置Ｐａ２についてレーザ加工を行うときには、図４（ａ）に示すように、加工ヘッド４を、レーザビーム１１の照射方向が、ｚ軸およびｙ軸（図２参照）の双方に平行な平面に沿う姿勢に制御する機能である。
【００７６】
したがって、制御装置７は、この中間部加工制御機能で制御される加工ヘッド４の姿勢と、パス加工位置Ｐａ２に単位溝Ｇａ２を形成するために必要とされるノズル・ワーク間距離の情報とを基に、パス加工位置Ｐａ２を対象としてレーザ加工を行う場合の加工ヘッド４の姿勢と移動経路とを定めることができる。制御装置７は、パス加工位置Ｐａ２を対象とするパスを実行するための指令をマニピュレータ３へ与えるときには、前記のように定めた加工ヘッド４の姿勢と移動経路の情報を含む指令を、マニピュレータ３へ与える機能を備えている。
【００７７】
これにより、本実施形態のレーザ加工装置１は、図４（ａ）に示すように、１層３パスのレーザ加工の工程では、先ず、ワーク１００における溝１０３の形成予定個所にて、パス加工位置Ｐａ２に対するレーザ加工が行うことができる。
【００７８】
この場合、図４（ａ）に示すように、ワーク１００は、加工ヘッド４によるパス加工位置Ｐａ２を対象とするレーザ加工が行われると、溝１０３の形成予定個所におけるパス加工位置Ｐａ２に対応する個所で、且つ表面１０１の近傍のハッチングを付した部分について、母材が除去されて、単位溝Ｇａ２が形成される。
【００７９】
この状態で、本実施形態のレーザ加工装置１では、ワーク１００に形成された単位溝Ｇａ２を、カメラ１０で撮影して検出することが可能になる。
【００８０】
そこで、制御装置７は、カメラ１０で撮影した単位溝Ｇａ２の情報を受け取り、画像処理により、単位溝Ｇａ２におけるｘ軸の負方向の端部と正方向の端部とを求める機能を備えている。
【００８１】
第１の端部加工制御機能は、図４（ｂ）に示すように、加工ヘッド４により、溝１０３の形成予定個所におけるｘ軸の負方向の端部１０４側のパス加工位置Ｐａ１を対象とするレーザ加工を行う場合に、制御装置７が実行する機能である。
【００８２】
制御装置７は、第１の端部加工制御機能では、図４（ｂ）に示すように、ｘ軸方向の配列順序が１番目のパス加工位置Ｐａ１についてレーザ加工を行うときに、加工ヘッド４を、レーザビーム１１の照射方向が、ｚ軸およびｙ軸（図２参照）の双方に平行な平面よりもｘ軸の負方向に傾く姿勢に制御する。この際、制御装置７は、図７（ａ）に示すように、カメラ１０（図１参照）の撮影情報から求めた単位溝Ｇａ２のｘ軸の負方向の端部のｘ座標がｘ１、単位溝Ｇａ２の深さ寸法から求まる単位溝Ｇａ２の底部のｚ座標がｚ１の場合、二点鎖線で示す加工ヘッド４によるレーザビーム１１の照射方向を、座標（ｘ１，ｚ１）に向けた傾斜姿勢に配置することが好ましい。このようにすれば、制御装置７は、加工ヘッド４の傾斜姿勢を定める制御を容易に実現することができる。
【００８３】
したがって、制御装置７は、この第１の端部加工制御機能で制御される加工ヘッド４の傾斜姿勢と、パス加工位置Ｐａ１に単位溝Ｇａ１を形成するために必要とされるノズル・ワーク間距離の情報とを基に、パス加工位置Ｐａ１を対象としてレーザ加工を行う場合の加工ヘッド４の傾斜姿勢と移動経路とを定めることができる。制御装置７は、パス加工位置Ｐａ１を対象とするパスを実行するための指令をマニピュレータ３へ与えるときには、前記のように定めた加工ヘッド４の傾斜姿勢と移動経路の情報を含む指令を、マニピュレータ３へ与える機能を備えている。
【００８４】
これにより、本実施形態のレーザ加工装置１は、図４（ｂ）に示すように、ワーク１００における溝１０３の形成予定個所にて、パス加工位置Ｐａ１に対するレーザ加工を行うことができる。
【００８５】
この場合、図４（ｂ）に示すように、ワーク１００は、加工ヘッド４によるパス加工位置Ｐａ１を対象とするレーザ加工が行われると、溝１０３の形成予定個所におけるｘ軸の負方向の端部１０４側のパス加工位置Ｐａ１に対応する個所で、且つ表面１０１の近傍のハッチングを付した部分について、母材が除去されて、単位溝Ｇａ１が、パス加工位置Ｐａ２に先に形成されている単位溝Ｇａ２のｘ軸の負方向側に繋がった状態で形成される。
【００８６】
第２の端部加工制御機能は、図４（ｃ）に示すように、加工ヘッド４により、溝１０３の形成予定個所におけるｘ軸の正方向の端部１０５側のパス加工位置Ｐａ３を対象とするレーザ加工を行う場合に、制御装置７が実行する機能である。
【００８７】
制御装置７は、第２の端部加工制御機能では、図４（ｃ）に示すように、ｘ軸方向の配列順序が最後のパス加工位置である配列順序が３番目のパス加工位置Ｐａ３についてレーザ加工を行うときに、加工ヘッド４を、レーザビーム１１の照射方向が、ｚ軸およびｙ軸（図２参照）の双方に平行な平面よりもｘ軸の正方向に傾く姿勢に制御する。この際、制御装置７は、図７（ｂ）に示すように、カメラ１０（図１参照）の撮影情報から求めた単位溝Ｇａ２のｘ軸の正方向の端部のｘ座標がｘ２、単位溝Ｇａ２の深さ寸法から求まる単位溝Ｇａ２の底部のｚ座標がｚ１の場合、二点鎖線で示す加工ヘッド４によるレーザビーム１１の照射方向を、座標（ｘ２，ｚ１）に向けた傾斜姿勢に配置することが好ましい。このようにすれば、制御装置７は、加工ヘッド４の傾斜姿勢を定める制御を容易に実現することができる。
【００８８】
したがって、制御装置７は、この第２の端部加工制御機能で制御される加工ヘッド４の傾斜姿勢と、パス加工位置Ｐａ３に単位溝Ｇａ３を形成するために必要とされるノズル・ワーク間距離の情報とを基に、パス加工位置Ｐａ３を対象としてレーザ加工を行う場合の加工ヘッド４の傾斜姿勢と移動経路とを定めることができる。制御装置７は、パス加工位置Ｐａ３を対象とするパスを実行するための指令をマニピュレータ３へ与えるときには、前記のように定めた加工ヘッド４の傾斜姿勢と移動経路の情報を含む指令を、マニピュレータ３へ与える機能を備えている。
【００８９】
これにより、本実施形態のレーザ加工装置１は、図４（ｃ）に示すように、ワーク１００における溝１０３の形成予定個所にて、パス加工位置Ｐａ３に対するレーザ加工を行うことができる。
【００９０】
この場合、図４（ｃ）に示すように、ワーク１００は、加工ヘッド４によるパス加工位置Ｐａ３を対象とするレーザ加工が行われると、溝１０３の形成予定個所におけるｘ軸の正方向の端部１０５側のパス加工位置Ｐａ３に対応する個所で、且つ表面１０１の近傍のハッチングを付した部分について、母材が除去されて、単位溝Ｇａ３が、パス加工位置Ｐａ２に先に形成されている単位溝Ｇａ２のｘ軸の正方向側に繋がった状態で形成される。
【００９１】
これにより、本実施形態のレーザ加工装置１では、１層３パスのレーザ加工として、加工ヘッド４により、パス加工位置Ｐａ２、パス加工位置Ｐａ１、パス加工位置Ｐａ３を対象とするレーザ加工を、順次実施することができる。
【００９２】
したがって、各パス加工位置Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３を対象とする１層３パスのレーザ加工の処理が終了すると、ワーク１００には、図５（ａ）に示すように、一点鎖線で示す溝１０３の形成予定個所に、表面１０１から、ｘ軸方向に溝１０３に所望される溝幅寸法を備えてはいるが、所望する深さには達していない状態の溝１０３が形成される。なお、本実施形態の場合は、パス加工位置Ｐａ１のレーザ加工を行うときに、加工ヘッド４によるレーザビーム１１の照射方向を座標（ｘ１，ｚ１）に向け、また、パス加工位置Ｐａ３のレーザ加工を行うときに、加工ヘッド４によるレーザビーム１１の照射方向を座標（ｘ２，ｚ１）に向けることが好ましいとした。しかし、厳密には、目標が同じでも、加工ヘッド４の傾斜姿勢の角度が異なれば、ワーク１００におけるレーザビーム１１が照射される位置は変化する。よって、本実施形態の場合は、ワーク１００に形成される溝１０３の溝幅寸法は、パス加工位置Ｐａ１とパス加工位置Ｐａ３のレーザ加工を行うときの加工ヘッド４の傾斜姿勢の角度の影響を受けた状態で決まる。
【００９３】
更に、この溝１０３は、パス加工位置Ｐａ１には、レーザビーム１１を、照射方向をｘ軸の負方向に傾けた状態で照射し、パス加工位置Ｐａ３には、レーザビーム１１を、照射方向をｘ軸の正方向に傾けた状態で照射しているので、形成された溝１０３は、ワーク１００の表面１０１から溝１０３の底部まで、ｘ軸方向の溝幅寸法がほぼ同様となる。この状態で、本実施形態のレーザ加工装置１では、ワーク１００に形成された溝１０３を、カメラ１０で撮影して検出することが可能になる。
【００９４】
そこで、制御装置７は、カメラ１０で撮影した溝１０３の情報を受け取り、画像処理により、溝１０３の底部におけるｘ軸の負方向の端部と正方向の端部とを求める機能を備えている。次いで、制御装置７は、図５（ａ）に示すように、それまでに形成された溝１０３の底部を対象として、前記したと同様の１層３パスのレーザ加工を再度開始する機能を備えている。
【００９５】
これにより、本実施形態のレーザ加工装置１は、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、ワーク１００の表面１０１から既に形成されている溝１０３の底部に、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したと同様に、ｘ軸方向に３つのパス加工位置Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３を並べて設定して、それぞれのパス加工位置Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３に対してレーザビーム１１の照射を行う１層３パスのレーザ加工を行うことができる。したがって、既に形成された溝１０３の底部で、更に、層状の領域の母材を除去して、より深い溝１０３を形成する加工を行うことができる。この際、ワーク１００に既に形成されている溝１０３は、ｘ軸方向の溝幅寸法が、加工ヘッド４からワーク１００に照射されるレーザビーム１１のスポットのビーム径の２倍以上となっている。そのため、既に形成された溝１０３では、ワーク１００の表面１０１における溝１０３の開口部から、溝１０３の底部に設定されたパス加工位置Ｐａ１に、レーザビーム１１を、照射方向をｘ軸の負方向に傾けた状態で照射すること、および、パス加工位置Ｐａ３に、レーザビーム１１を、照射方向をｘ軸の正方向に傾けた状態で照射することに支障は生じない。
【００９６】
したがって、本実施形態のレーザ加工装置１は、１層３パスのレーザ加工を、既設の溝１０３の底部に対して更に行うことで、溝１０３の深さを次第に増加させる加工を行うことができる。
【００９７】
制御装置７は、ワーク１００に形成される溝１０３の深さが、計画している深さに達するまで、加工ヘッド４による１層３パスのレーザ加工を繰り返し行うようにすればよい。これにより、ワーク１００には、溝１０３の形成予定個所に、設定された幅と深さを有する溝１０３が形成される。
【００９８】
このように、本実施形態のレーザ加工装置１は、１層３パスのレーザ加工で、レーザビーム１１のスポットのビーム径の２倍以上の溝幅寸法を有する溝１０３を形成し、更に、既に形成された溝１０３の底部を対象として、１層３パスのレーザ加工を行うことで、次第に深い溝１０３を形成することができる。
【００９９】
更に、本実施形態のレーザ加工装置１は、ワーク１００に、表面１０１から裏面１０２に達する溝１０３の形成を計画して、溝１０３の形成予定個所に対して、１層３パスのレーザ加工を繰り返し行う処理を実施するようにしてもよい。この手法によれば、本実施形態のレーザ加工装置１は、ワーク１００を、溝１０３の形成個所で切断する加工を実施することができる。
【０１００】
本実施形態のレーザ加工装置１では、制御装置７は、第１の端部加工制御機能および第２の端部加工制御機能による端部加工制御機能により、ｘ軸方向の配列順序が１番目のパス加工位置Ｐａ１および３番目のパス加工位置Ｐａ３についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッド４を互いにｘ軸方向の逆向きに傾く姿勢に制御することができる。たとえば、制御装置７は、ｘ軸方向の配列順序が１番目のパス加工位置Ｐａ１についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッド４を、レーザビーム１１の照射方向がｘ軸の負方向に傾く姿勢に制御し、ｘ軸方向の配列順序が３番目のパス加工位置Ｐａ３についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッド４を、レーザビーム１１の照射方向がｘ軸の正方向に傾く姿勢に制御する。したがって、本実施形態のレーザ加工装置１では、ワーク１００に既に形成された溝１０３の内側の空間を利用して、溝１０３の両側壁を形成しているワーク１００の母材に干渉されることなく、加工ヘッド４から、溝１０３の底部に設定される各パス加工位置Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３に、レーザビーム１１を照射することができる。このため、本実施形態のレーザ加工装置１は、１層３パスのレーザ加工を順次繰り返し行うことで、ワーク１００に形成された溝１０３の底部に、新たな溶融材１５を生じさせるこができ、その溶融材１５をガスノズル８から吹き付けるアシストガス９により吹き飛ばすことで、溝１０３の深さを順次深くする加工を実施することができる。
【０１０１】
［第１実施形態の応用例］
前記第１実施形態では、制御装置７に、１層３パスのレーザ加工が設定された場合の例について説明した。これに対し、制御装置７は、１層４パス、１層５パスなど、１層当たりのパス数がより多く設定される機能を備えていてもよい。
【０１０２】
そこで、第１実施形態の応用例では、前記第１実施形態で示した１層３パスの場合の構成を、１層４パス、５パス、あるいはそれ以上の多パスの場合にも応用して適用できるように、Ｍを３以上の任意の整数として、１層Ｍパスの場合に一般化して説明する。具体的には、制御装置７に、１層Ｍパスのレーザ加工が設定される場合に、制御装置７が備える機能について説明する。
【０１０３】
制御装置７は、パス加工位置設定機能と、加工順序設定機能と、中間部加工制御機能と、端部加工制御機能としての第１の端部加工制御機能および第２の端部加工制御機能と、を備える。
【０１０４】
パス加工位置設定機能は、制御装置７が、１層Ｍパスのレーザ加工とされた設定に基づいて、ワーク１００に対し、ｘ軸方向にＭ個のパス加工位置を並べて設定する機能である。この際、各パス加工位置は、個別に形成予定の単位溝同士が、ｘ軸方向に繋がるように設定される。
【０１０５】
加工順序設定機能は、パス加工位置設定機能でｘ軸方向に並べて設定されたＭ個のパス加工位置について、次の第１と第２の順序設定条件が共に満たされるように、レーザ加工を行う加工順序を設定する機能である。
【０１０６】
第１の順序設定条件は、ｘ軸方向の配列順序が１番目のパス加工位置のレーザ加工を、隣接するｘ軸方向の配列順序が２番目のパス加工位置のレーザ加工よりも後に実施するという条件である。
【０１０７】
第２の順序設定条件は、ｘ軸方向の配列順序が最後、すなわちＭ番目のパス加工位置のレーザ加工を、隣接するｘ軸方向の配列順序が最後から２番目、すなわち前記配列順序が（Ｍ−１）番目のパス加工位置のレーザ加工よりも後に実施するという条件である。
【０１０８】
加工順序設定機能では、前記第１と第２の順序設定条件が満たされれば、その他の加工順序は、たとえば、マニピュレータ３による加工ヘッド４の動作の効率化を図るなどの観点から、任意に設定してよい。
【０１０９】
たとえば、図８に示すように、１層４パスの場合は、ｘ軸方向に並べて４つのパス加工位置Ｐｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ３，Ｐｂ４が設定される。この場合、制御装置７の加工順序設定機能は、パス加工位置Ｐｂ１の加工順序がパス加工位置Ｐｂ２よりも後で、且つパス加工位置Ｐｂ４の加工順序がパス加工位置Ｐｂ３よりも後であれば、その他の加工順序は任意に設定してよい。
【０１１０】
たとえば、パス加工位置Ｐｂ２とパス加工位置Ｐｂ３は、いずれの加工順序が先であってもよい。この場合、パス加工位置Ｐｂ２とパス加工位置Ｐｂ３のうち、加工順序が先とされる一方が、１番目の加工順序に設定される。具体的には、１層４パスの場合の加工順序は、各パス加工位置の符号のみを並べて示すと、Ｐｂ２，Ｐｂ１，Ｐｂ３，Ｐｂ４と、Ｐｂ２，Ｐｂ３，Ｐｂ１，Ｐｂ４と、Ｐｂ２，Ｐｂ３，Ｐｂ４，Ｐｂ１と、Ｐｂ３，Ｐｂ２，Ｐｂ１，Ｐｂ４と、Ｐｂ３，Ｐｂ２，Ｐｂ４，Ｐｂ１と、Ｐｂ３，Ｐｂ４，Ｐｂ２，Ｐｂ１のうちのいずれかに設定される。
【０１１１】
また、たとえば、図９に示すように、１層５パスの場合は、ｘ軸方向に並べて５つのパス加工位置Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ３，Ｐｃ４，Ｐｃ５が設定される。この場合、制御装置７の加工順序設定機能は、パス加工位置Ｐｃ１の加工順序がパス加工位置Ｐｃ２よりも後で、且つパス加工位置Ｐｃ５の加工順序がパス加工位置Ｐｃ４よりも後であれば、その他の加工順序は任意に設定してよい。
【０１１２】
１層５パスの場合は、パス加工位置Ｐｃ１とパス加工位置Ｐｃ２の加工順序の条件、および、パス加工位置Ｐｃ４とパス加工位置Ｐｃ５の加工順序の条件は、前記した１層４パスの場合におけるパス加工位置Ｐｂ１とパス加工位置Ｐｂ２の加工順序の条件、および、パス加工位置Ｐｂ３とパス加工位置Ｐｂ４の加工順序の条件と同様である。したがって、１層５パスの場合にて、パス加工位置Ｐｃ３を除いた４つのパス加工位置Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ４，Ｐｃ５についての加工順序の並べ方は、前記した１層４パスの場合の加工順序と同様に、６通りの設定が可能である。すなわち、１層５パスの場合におけるパス加工位置Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ４，Ｐｃ５の加工順序の並べ方は、各パス加工位置の符号のみで示すと、Ｐｃ２，Ｐｃ１，Ｐｃ４，Ｐｃ５と、Ｐｃ２，Ｐｃ４，Ｐｃ１，Ｐｃ５と、Ｐｃ２，Ｐｃ４，Ｐｃ５，Ｐｃ１と、Ｐｃ４，Ｐｃ２，Ｐｃ１，Ｐｃ５と、Ｐｃ４，Ｐｃ２，Ｐｃ５，Ｐｃ１と、Ｐｃ４，Ｐｃ５，Ｐｃ２，Ｐｃ１と、のいずれかに設定することができる。ところで、パス加工位置Ｐｃ３については、加工順序の設定に関わる条件は特にない。そのため、パス加工位置Ｐｃ３の加工順序は、前記したパス加工位置Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ４，Ｐｃ５についての６通りの加工順序の並べ方のそれぞれに対して、加工順序が１番目となるように加えた設定としてもよいし、２番目または３番目または４番目のいずれかとなるように挿入した設定としてもよいし、５番目となるように加えた設定としてもよい。よって、１層５パスの場合は、パス加工位置Ｐｃ２とパス加工位置Ｐｃ３とパス加工位置Ｐｃ４のうちのいずれかが、１番目の加工順序に設定される。
【０１１３】
中間部加工制御機能は、制御装置７が、ｘ軸方向の配列順序が１番目と、配列順序がＭ番目とを除く中間部のパス加工位置、すなわち、ｘ軸方向の配列順序が２番目から（Ｍ−１）番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときには、図４（ａ）に示したと同様に、加工ヘッド４を、レーザビーム１１の照射方向が、ｚ軸およびｙ軸（図２参照）の双方に平行な平面に沿う姿勢に制御する機能である。
【０１１４】
第１の端部加工制御機能は、制御装置７が、ｘ軸方向の配列順序が１番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッド４を、図４（ｂ）に示したと同様に、レーザビーム１１の照射方向が、ｚ軸およびｙ軸（図２参照）の双方に平行な平面よりもｘ軸の負方向に傾く姿勢に制御する機能である。この際、制御装置７は、図７（ａ）に示したと同様に、ｘ軸方向の配列順序が２番目のパス加工位置に形成されている単位溝のｘ軸の負方向の端部のｘ座標と、該単位溝の底部のｚ座標とを基に、そのｘ座標とｚ座標とを備える位置に加工ヘッド４によるレーザビーム１１の照射方向が向くように、加工ヘッド４の傾斜姿勢を定めることが好ましい。
【０１１５】
第２の端部加工制御機能は、制御装置７が、ｘ軸方向の配列順序がＭ番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッド４を、図４（ｃ）に示したと同様に、レーザビーム１１の照射方向が、ｚ軸およびｙ軸（図２参照）の双方に平行な平面よりもｘ軸の正方向に傾く姿勢に制御する機能である。この際、制御装置７は、図７（ｂ）に示したパス加工位置Ｐａ３のレーザ加工の場合と同様に、ｘ軸方向の配列順序が（Ｍ−１）番目のパス加工位置に形成されている単位溝のｘ軸の正方向の端部のｘ座標と、該単位溝の底部のｚ座標とを基に、そのｘ座標とｚ座標とを備える位置に加工ヘッド４によるレーザビーム１１の照射方向が向くように、加工ヘッド４の傾斜姿勢を定めることが好ましい。
【０１１６】
これにより、本応用例のレーザ加工装置１では、制御装置７は、第１の端部加工制御機能および第２の端部加工制御機能による端部加工制御機能により、ｘ軸方向の配列順序が１番目のパス加工位置およびＭ番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッド４を互いにｘ軸方向の逆向きに傾く姿勢に制御することができる。
【０１１７】
したがって、本応用例のレーザ加工装置１は、１層Ｍパスのレーザ加工を行うことができるため、第１実施形態のレーザ加工装置１と同様に使用して、同様の効果を得ることができる。
【０１１８】
なお、本開示のレーザ加工装置、および、レーザ加工方法は、前記実施形態および応用例にのみ限定されるものではない。
【０１１９】
図１に示したロボット２のマニピュレータ３の関節数、形状、サイズ、および、エンドエフェクタである加工ヘッド４の形状、サイズは、図示するための便宜上のものであり、図示したものに限定されない。
【０１２０】
また、ロボット２は、ワーク１００に形成する溝１０３の全長に亘り、加工ヘッド４を前記した所定の傾斜姿勢で移動させる機能を備えていれば、ワーク１００に形成する溝１０３が延びる方向と、ロボット２の配置は、任意に設定してよい。また、たとえば、ロボット２は、マニピュレータ３が取り付けられているベースが可動する形式であってもよい。
【０１２１】
ワーク１００に形成する溝１０３の溝幅寸法は、１層３パスの場合は、ワーク１００に照射されるレーザビーム１１のスポットのビーム径に対する比率が２倍以上として説明したが、これらは寸法例である。
【０１２２】
溝１０３の溝幅の寸法は、大きくすればするほど、溝１０３の側壁との干渉を避けた状態で、溝１０３の底部に、１層Ｍパス（Ｍは３以上の整数）のレーザ加工のためのレーザビーム１１の照射を実施しやすくなるが、溝１０３を形成するために除去するワーク１００の母材の量が多くなるため、より多くのエネルギーと時間が必要になる。
【０１２３】
一方、溝１０３の溝幅の寸法は、小さくすればするほど、溝１０３を形成するために除去するワーク１００の母材の量が少なくなるが、溝１０３の底部を対象として１層Ｍパスのレーザ加工のためにレーザビーム１１を照射するときに、溝１０３の側壁との干渉を避け難くなる。
【０１２４】
よって、溝１０３の溝幅寸法の設定値は、加工ヘッド４から照射するレーザビーム１１を、溝１０３の側壁と干渉させることなく、溝１０３の底部に設定される１層Ｍパスのレーザ加工を実施できるという条件が満たされる範囲で、前記した以外の寸法に変更してもよいことは勿論である。この場合であっても、溝１０３を形成する加工に要するエネルギーと時間を抑制するという点から考えると、溝１０３の溝幅寸法は、できるだけ小さくすることが好ましい。
【０１２５】
前記各実施形態および応用例では、溝検出装置は、カメラ１０を例示したが、ワーク１００に形成された溝１０３または溝１０３の底部、あるいは、単位溝について、ｘ軸の負方向の端部と、正方向の端部を検出することができれば、視覚センサ、３Ｄスキャナなど、カメラ１０以外の任意の形式の溝検出装置を採用してもよい。したがって、制御装置７は、溝検出装置より受け取る情報の形式に応じて、ワーク１００に形成された溝１０３や単位溝の位置を特定する処理を適宜行う機能を備えるものとすればよい。この構成によっても、本開示のレーザ加工装置およびレーザ加工方法は、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【０１２７】
なお、本開示のレーザ加工装置およびレーザ加工方法の更に別の応用としては、ワークにおける溝の形成予定個所に、１層２パスのレーザ加工を順次繰り返し行うことで、溝を形成することも可能である。この場合は、本開示のレーザ加工装置における制御装置は、先ず、ワークにおける溝の形成予定個所に、２つのパス加工位置をｘ軸方向に並べて設定する。その後、制御装置は、ｘ軸方向の配列順序が１番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッドを、レーザビームの照射方向が、ｚ軸およびｙ軸（図２参照）の双方に平行な平面よりもｘ軸の負方向に傾く姿勢に制御し、ｘ軸方向の配列順序が２番目のパス加工位置についてレーザ加工を行うときには、加工ヘッドを、レーザビームの照射方向が、ｚ軸およびｙ軸（図２参照）の双方に平行な平面よりもｘ軸の正方向に傾く姿勢に制御するようにすればよい。
【符号の説明】
【０１２８】
２  ロボット、３  マニピュレータ、４  加工ヘッド、６  レーザ発振器、７  制御装置、９  アシストガス、８  ガスノズル、１０  カメラ（溝検出装置）、１００  ワーク、１０３  溝、１０４  端部、１０５  端部、Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３  パス加工位置、Ｐｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ３，Ｐｂ４  パス加工位置、Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ３，Ｐｃ４，Ｐｃ５  パス加工位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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