(57)【要約】      （修正有）【課題】被加工物に照射するレーザ光と同軸でアシストガスを被加工物に吹き付けることができなくても、レーザ切断によって生じる溶融ガス、ドロス等を除去し、該ドロス等起因のレーザ切断面の品質低下を防止することができるレーザ加工装置及び方法を提供する。【解決手段】レーザ発振器からのレーザ光をリモートヘッド２０で偏向して走査し被加工部材２に照射して加工する際に、前記被加工部材のレーザ光照射面に、前記レーザ光を透過する材料で形成されたレーザ光照射範囲全体を覆う第１の箱体３を配置し、前記被加工部材のレーザ光照射面の裏面に、前記レーザ光照射範囲の裏面に当たる部分全体を覆う第２の箱体４を配置し、前記第１の箱体内が正圧を維持するようにガスを供給するとともに、前記第２の箱体内が前記第１の箱体内より圧力が低い状態を維持するように減圧しながら、レーザ光を被加工部材に照射して加工する。【選択図】図１
2011125877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器からのレーザ光をリモートヘッドで偏向して走査し被加工部材に照射して加工するレーザ加工方法において、
前記被加工部材のレーザ光照射面に、レーザ光入射方向が前記レーザ光を透過する材料で形成されたレーザ光照射範囲全体を覆う第１の箱体を配置し、
前記被加工部材のレーザ光照射面の裏面に、前記レーザ光照射範囲の裏面に当たる部分全体を覆う第２の箱体を配置し、
その後、前記第１の箱体内に前記第１の箱体内が正圧を維持するようにガスを供給するとともに、前記第２の箱体内が前記第１の箱体内より圧力が低い状態を維持するように前記第２の箱体内を減圧しながら、前記リモートヘッドで偏向して走査したレーザ光を被加工部材に照射して加工することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記第１の箱体内と、前記第２箱体内との差圧を一定に保ちながら、前記被加工部材を加工することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
レーザ発振器と、該レーザ発振器からのレーザ光を偏向して走査し被加工部材に照射するリモートヘッドとを有するレーザ加工装置において、
前記被加工部材のレーザ光照射面に配置され、レーザ光入射方向が前記レーザ光を透過する材料で形成されたレーザ光照射範囲全体を覆う第１の箱体と、
前記被加工部材のレーザ光照射面の裏面に配置され、前記レーザ光照射範囲の裏面に当たる部分全体を覆う第２の箱体と、
前記第１の箱体内に、前記第１の箱体内が正圧を維持するようにガスを供給するガス供給手段と、
前記第２の箱体内が前記第１の箱体内より圧力が低い状態を維持するように、前記第２の箱体内を減圧する減圧手段を設けたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
前記第１の箱体内と、前記第２の箱体内の差圧を検知する差圧計を設け、
前記差圧が一定になるように、前記ガス供給手段によるガス供給量及び前記減圧手段による減圧量を調整することを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発振器からのレーザ光をリモートヘッドで偏向して走査し被加工部材に照射して切断するレーザ加工方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属板やプラスチック板等の切断にレーザ光を用いたレーザ切断が使用されている。レーザ切断は、主に、高速加工や同一形状の繰り返し加工が必要な場合に使用される。
【０００３】
図４は、従来のレーザ加工装置の構成の一例を示す斜視図である。
図４に示されるように、レーザ切断装置１０１は、金属板などの被加工部材１０２が載置されるＸＹテーブル１３０と、被加工部材１０２の加工面に対して上方からレーザ光１２４を照射するレーザ加工ヘッド１３４と、レーザ光を発振する発振器１１６と、発振器１１６で発振されたレーザをレーザ加工ヘッド１３４に伝送する光ファイバー１２２と、レーザ加工ヘッド１３４の位置を水平方向に移動させることができる多関節ロボット１３２とを有する。
【０００４】
図４に示したレーザ切断装置１０１を用いて被加工部材１０２を切断する際には、多関節ロボット１３２によりレーザ加工ヘッド１３４の位置を固定し、ＸＹテーブル１３０をＸＹ方向（水平方向）に移動させることで、レーザ光１２４を走査させて被加工部材１０２に照射して所望の形状に切断する。また、ＸＹテーブル１３０を移動させずに固定して、多関節ロボット１３２を駆動してレーザ加工ヘッド１３４を水平方向に移動させることで、レーザ光１２４を走査させて被加工部材１０２に照射して所望の形状に切断することもできる。さらに、ＸＹテーブル１３０をＸＹ方向に移動させながら、多関節ロボット１３２を駆動させてレーザ光１２４を走査させることも可能である。
【０００５】
しかしながら、図４に示したレーザ切断装置１０１においては、多関節ロボット１３２やＸＹテーブル１３０自体が大型なものであるだけでなく、多関節ロボット１３２やＸＹテーブル１３０の駆動制御を行うための制御装置（不図示）も必要となり、装置全体が大型化するという問題がある。また、図４に示したレーザ切断装置においては、多関節ロボット１３２やＸＹテーブル１３０などの大型な機器を移動させてレーザ光１２４の走査を行うため、高速加工時における精度が充分でないという課題もある。
なお、図４に示したレーザ切断装置１０１においては、多関節ロボット１３２又はＸＹテーブル１３０の何れか一方を省略した装置としても、レーザ光１２４の走査は可能であるが、その場合においても多関節ロボット１３２又はＸＹテーブル１３０の何れか一方は必要であるため、装置全体の大型化は避けられない。
【０００６】
そこで、レーザ光の走査方法として長焦点のガルバノミラーなどを使用したリモートヘッドを使用することで、前記多関節ロボットやＸＹテーブルなどの大型な機器が不要となるため、レーザ切断装置全体の小型化が可能となる。また、前記リモートヘッドを使用することで高速加工時における精度も向上する。
【０００７】
図５は、ガルバノヘッドを使用したレーザ切断装置の構成の一例を示す斜視図である。
図５に示されるように、レーザ切断装置１０１’は、被加工部材１０２の加工面に対して上方からレーザ光１２５を走査して照射するガルバノミラーを使用したガルバノヘッド１２０と、ガルバノヘッド１２０を支持する支持台１１８と、レーザ光を発振する発振器１１６と、発振器１１６で発振されたレーザをガルバノヘッド１２０に伝送する光ファイバー１２２とを有する。
【０００８】
図５に示したレーザ切断装置１０１’を用いて被加工部材１０２を切断する際には、ガルバノヘッド１２０によりレーザ光１２５を走査させて被加工部材１０２に照射し、所望の形状に切断する。
【０００９】
しかしながら、図５に示したレーザ切断装置１０１’のように、リモートヘッドを使用したレーザ切断装置を使用して被加工物を切断する場合、リモートヘッドから被加工部材までの距離が大きいため、レーザ光と同軸でアシストガスを被加工物に吹き付けることができない。そのため、レーザ切断によって生じる溶融ガス、ドロス等をアシストガスによって除去することができず、レーザ切断後にドロス等の一部が残留し、切断面の品質が低下する可能性がある。
【００１０】
そこで、レーザ切断面の品質向上のため、被加工物に対するレーザ加工ヘッドの加速度の大きさ又は加速度の時間変化の大きさを制限する技術が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２９０１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、レーザ加工速度に起因するレーザ切断面の品質悪化を防止してレーザ切断面の品質向上を達成するものであって、レーザ切断によって生じる溶融ガス、ドロス等を除去できるものではない。そのため、特許文献１に開示された技術を、リモートヘッドを使用し、レーザ光と同軸でアシストガスを被加工物に吹き付けることができないレーザ切断装置に適用しても、ドロス等が残留することに起因するレーザ切断面の品質低下を防止することはできない。
【００１３】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、レーザ発振器からのレーザ光をリモートヘッドで偏向して走査し被加工部材に照射して加工するものであって、被加工物に照射するレーザ光と同軸でアシストガスを被加工物に吹き付けることができなくても、レーザ加工によって生じる溶融ガス、ドロス等を除去し、該ドロス等起因のレーザ切断面の品質低下を防止することができるレーザ加工装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための方法の発明として、レーザ発振器からのレーザ光をリモートヘッドで偏向して走査し被加工部材に照射して加工するレーザ切断方法において、前記被加工部材のレーザ光照射面に、レーザ光入射方向が前記レーザ光を透過する材料で形成されたレーザ光照射範囲全体を覆う第１の箱体を配置し、前記被加工部材のレーザ光照射面の裏面に、前記レーザ光照射範囲の裏面に当たる部分全体を覆う第２の箱体を配置し、その後、前記第１の箱体内に前記第１の箱体内が正圧を維持するようにガスを供給するとともに、前記第２の箱体内が前記第１の箱体内より圧力が低い状態を維持するように前記第２の箱体内を減圧しながら、前記リモートヘッドで変更して走査したレーザ光を被加工部材に照射して加工することを特徴とする。
ここで、本発明における加工とは、レーザ光を照射することによって被加工部材を貫通する部分が生じる加工のことを意味し、例えば被加工部材の切断、穴あけが該当する。
【００１５】
これにより、第１の箱体内が第２の箱体内よりも圧力が高い状態が維持されるため、レーザ加工中に第１の箱体内（被加工部材のレーザ照射面）から第２の箱体内（被加工部材のレーザ小斜面の裏面）に向けて前記ガスの流れが生じる。該ガスの流れにより、レーザ加工によって生じる溶融ガス、ドロス等を除去し、該ドロス起因のレーザ加工面の品質低下を防止することができる。
即ち、被加工物に照射するレーザ光と同軸でアシストガスを被加工物に吹き付けることができなくても、レーザ加工によって生じる溶融ガス、ドロス等を除去し、該ドロス等起因のレーザ切断面の品質低下を防止することができる。
【００１６】
また、前記第１の箱体内と、前記第２箱体内との差圧を一定に保ちながら、前記被加工部材を加工するとよい。
【００１７】
レーザ加工による加工部分の品質を安定するためには、加工部周辺のガス流速を一定に保つことが必要である。ここで、第１の箱体内から第２の箱体内へ流れるガス流速は、第１の箱体内から第２の箱体内の差圧に比例する。従って、第１の箱体内と第２の箱体内の差圧を一定に保ちながら被加工部材を加工することで、レーザ加工による加工部分の品質を安定させることができる。
【００１８】
また、課題を解決するための装置の発明として、レーザ発振器と、該レーザ発振器からのレーザ光を偏向して走査し被加工部材に照射するリモートヘッドとを有するレーザ加工装置において、
前記被加工部材のレーザ光照射面に配置され、レーザ光入射方向が前記レーザ光を透過する材料で形成されたレーザ光照射範囲全体を覆う第１の箱体と、前記被加工部材のレーザ光照射面の裏面に配置され、前記レーザ光照射範囲の裏面に当たる部分全体を覆う第２の箱体と、前記第１の箱体内に、前記第１の箱体内が正圧を維持するようにガスを供給するガス供給手段と、前記第２の箱体内が前記第１の箱体内より圧力が低い状態を維持するように、前記第２の箱体内を減圧する減圧手段を設けたことを特徴とする。
【００１９】
また、前記第１の箱体内と、前記第２の箱体内の差圧を検知する差圧計を設け、前記差圧が一定になるように、前記ガス供給手段によるガス供給量及び前記減圧手段による減圧量を調整するとよい。
これにより、該差圧計の検知値に基づき前記減圧手段で第２の箱体内を減圧することで、確実に第１の箱体３内から第２の箱体１２の差圧を一定に保つことができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上記載のごとく本発明によれば、レーザ発振器からのレーザ光をリモートヘッドで偏向して走査し被加工部材に照射して加工するものであって、被加工物に照射するレーザ光と同軸でアシストガスを被加工物に吹き付けることができなくても、レーザ加工によって生じる溶融ガス、ドロス等を除去し、該ドロス等起因のレーザ加工面の品質低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例に係るレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】レーザ切断時における第１の箱体内と第２の箱体内の圧力の時間変化を示したグラフである。
【図４】従来のレーザ切断装置の構成の一例を示す斜視図である。
【図５】ガルバノヘッドを使用した従来のレーザ切断装置の構成の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例】
【００２３】
図１は、実施例に係るレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。また図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。
まず、図１及び図２を用いて実施例に係るレーザ加工装置の構成について説明する。
図１に示されるように、レーザ加工装置１は、金属板などの被加工部材２の加工面に対して上方からレーザ光２４を走査して照射するガルバノミラーを使用したガルバノヘッド２０と、ガルバノヘッド２０を支持する支持台１１８と、レーザ光を発振する発振器１６と、発振器１６で発振されたレーザをガルバノヘッド２０に伝送する光ファイバー２２とを有する。
【００２４】
さらに、被加工部材２の切断を行う際には、第１の箱体３、第２の箱体１２、ガスボンベ８、吸引装置１４が配置される。
【００２５】
ここで、第１の箱体３は、被加工部材２のレーザ光２４を照射する加工面（図１においては上面）に、図１にＢで示した被加工部材２のレーザ照射範囲即ち加工範囲全体を覆うように配置される。第１の箱体３は、側面部４と、上面部６とから構成されている。
【００２６】
側面部４は、第１の箱体３の側面を構成するものであって、レーザ光２４の経路に位置しない部位を構成するものである。側面部４を形成する材料は、後述するガスの圧力に耐えうる材料であれば特に限定されるものではなく、例えばコスト、加工の容易性の面での優位性から鉄板、アルミニウム板などを使用するとよい。
【００２７】
また、上面部６は、第１の箱体３の上面を構成するものであって、レーザ光２４の経路上に位置する部分を構成するものである。上面部６を形成する材料は、後述するガスの圧力に耐えうる材料であり、且つレーザ光２４を透過可能なものである必要があり、例えば石英ガラスを使用することができる。
【００２８】
第１の箱体３には、第１の箱体３内にガスを供給可能なガスボンベ８が接続されている。ガスボンベ８から第１の箱体３内に供給されるガスは、後述するレーザ切断時に発生する溶融ガスやドロス等を除去するために使用されるものであって、ＡｒガスやＮ２ガスなどの不活性ガスが使用される。また、被加工部材２が金属である場合には、レーザ光２４の入熱に加えて酸化反応熱を切断のエネルギーに利用するために酸素ガスを使用することもある。
なお、ガスボンベ８と第１の箱体３とを接続する管には、ガスボンベ８から第１の箱体３へのガスの供給を開始又は停止するためのバルブ１０が設けられている。
【００２９】
また、第２の箱体１２は、被加工部材２のレーザ光２４を照射する加工面の裏面（図１においては下面）に、図１にＢで示した被加工部材２のレーザ照射範囲即ち加工範囲の裏面に当たる部分全体を覆うように配置されている。
第２の箱体１２を形成する材料は、後述する吸引に耐えうる材料であれば特に限定されるものではなく、例えばコスト、加工の容易性の面での優位性から鉄板、アルミニウム板などを使用するとよい。
第２の箱体１２には、第２の箱体１２内を吸引する吸引器１４が設けられている。
【００３０】
なお、第１の箱体３の側面部４及び第２の箱体１２の被加工部材２との接触部分を、ゴム等の弾力性のある材料としておくと、側面部４及び第２の箱体１２と被加工部材２との接触部分で隙間ができにくく、後述するガスの漏れが生じにくい。
【００３１】
次に、以上の構成のレーザ加工装置１を用いたレーザ切断方法について説明する。
まず、被加工部材２の加工範囲Ｂがガルバノヘッド２０の下方に位置するように被加工部材２を配置し、その上面に第１の箱体３、下面に第２の箱体１２を配置する。そして、第１の箱体３にバルブ１０が閉状態でガスボンベ８を接続するとともに、第２の箱体１２に吸引器１４を接続する。
【００３２】
次いで、バルブ１０を開とし、ガスボンベ８内のガスを第１の箱体３内を送る。これにより、第１の箱体３内には前記ガスが充填され、内部は正圧となる。
【００３３】
次いで、発振器１６を起動し、レーザ光を発振する。発振器１６では、被加工部材２の板厚、種類、切断時に求められる加工精度などによってレーザの出力等を使い分けてレーザ光を発振する。
【００３４】
発振器１６で発振されたレーザ光は、光ファイバー２２によってガルバノヘッド２０に伝送される。
【００３５】
そして、ガルバノヘッド２０で、レーザ光２４を走査させて被加工部材１０２に照射することで、所望の形状に切断する。
この際、切断が進行し被加工部材２の一部にレーザ光の照射面から裏面まで貫通する部分が生じると、第１の箱体３内のガスが第２の箱体１２内に流れ始める。このとき、吸引器１４によって第２の箱体１２内のガスを吸引し、第２の箱体１２内を減圧する。ガスの吸引は、第１の箱体３内の圧力と、第２の箱体１２内の圧力との差圧が一定になるように吸引する。
【００３６】
図３は、レーザ切断時における第１の箱体３内と第２の箱体１２内の圧力の時間変化を示したグラフである。図３において縦軸は圧力、横軸はレーザ切断開始からの時間を示しており、横軸における０はガルバノヘッド２０から被加工部材２へのレーザ光２４照射開始時を意味する。また表側と注釈を付けた実線は第１の箱体３内の圧力、裏側と注釈をつけた破線は第２の箱体１２内の圧力を意味している。
【００３７】
図３に示したように、レーザ光２４照射開始時（時間０）においては、第１の箱体３内の圧力はガスボンベ８より充填されたガスの存在により大気圧より高い正圧状態となっている。また、第２の箱体１２内の圧力は大気圧となっている。
【００３８】
そして、切断の進行に従い、第１の箱体３内に充填されたガスが第２の箱体１２内に移動し、第１の箱体３内の圧力は低下する。そして、第２の箱体１２内の圧力は、吸引器１４で吸引することにより低下する。つまり、第１の箱体３内の圧力と第２の箱体１２内の圧力は何れも切断の進行に連れて低下する。なお、吸引器１４での吸引速度を調整することで、第１の箱体３内の圧力と第２の箱体１２内の差圧が一定となるように調整する。
【００３９】
以上の構成及び動作により、レーザ切断中に被加工部材２のレーザ照射面から裏面に向けて前記ガスの流れが生じる。該ガスの流れにより、レーザ切断によって生じる溶融ガス、ドロス等を除去し、該ドロス等起因のレーザ切断面の品質低下を防止することができる。このとき、前記ガスの流れによって除去されるドロス等は、ガスの流れとともに第２の箱体１２内に移動し、吸引器１４によって吸引されて回収される。
即ち、被加工物に照射するレーザ光と同軸でアシストガスを被加工物に吹き付けることができなくても、レーザ切断によって生じる溶融ガス、ドロス等を除去し、該ドロス等起因のレーザ切断面の品質低下を防止することができる。
【００４０】
また、レーザ切断による切断部分の品質を安定するためには、切断部周辺のガス流速を一定に保つことが必要である。ここで、第１の箱体３内から第２の箱体１２内へ流れるガス流速は、第１の箱体３内と第２の箱体１２内の差圧に比例する。即ち、レーザ切断時における第１の箱体３内と第２の箱体１２内の差圧を一定に保つことで、切断部周辺のガス流速を一定に保つことができ、レーザ切断による切断部分の品質を安定させることができる。
本発明においては、切断の進行に伴う第１の箱体３内の圧力低下に併せて、第２の箱体１２内を吸引して減圧し、前記差圧を一定に保っているため、レーザ切断による切断部分の品質を安定させることができる。
【００４１】
なお、図１において点線で示したように、第１の箱体３内と第２の箱体１２との差圧を検知する差圧計３２を設け、差圧計３２の検知値を取り込み、差圧計３２による検知値が一定となるように吸引器１４の吸引速度を制御する制御装置を設けると、確実に第１の箱体３内から第２の箱体１２の差圧を一定に保ち、確実にレーザ切断による切断部分の品質を安定させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
レーザ発振器からのレーザ光をリモートヘッドで偏向して走査し被加工部材に照射して切断するものであって、被加工物に照射するレーザ光と同軸でアシストガスを被加工物に吹き付けることができなくても、レーザ切断によって生じる溶融ガス、ドロス等を除去し、該ドロス等起因のレーザ切断面の品質低下を防止することができるレーザ加工装置及び方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  レーザ加工装置
２  被加工部材
３  第１の箱体
８  ガスボンベ（ガス供給手段）
１２  第２の箱体
１４  吸引器（減圧手段）
１６  発振器
２０  ガルバノヘッド（リモートヘッド）
２４  レーザ光
【図１】
2011125877.tif 000003
【図２】
2011125877.tif 000004
【図３】
2011125877.tif 000005
【図４】
2011125877.tif 000006
【図５】
2011125877.tif 000007