(57)【要約】【課題】被切断領域の角部で切断速度を極力減速せずに、角部をアール形状にしなくても、角部を切断するときのアシストガスの流れの乱れに起因する加工不良の発生を低減できるレーザ加工機を提供する。【解決手段】レーザ加工機は、板金Ｗの面上のビームスポットＢｓを振動させるビーム振動機構を備える。レーザ加工機は、板金Ｗにアシストガスを吹き付けながら、板金Ｗより角部Ｃ１を有する被切断領域（製品２００）を切断する。制御装置は、少なくともビームスポットＢｓが角部Ｃ１に到達した以降の第１の距離（距離Ｌ２）だけ、ビームスポットＢｓを切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させるよう、ビーム振動機構を制御する。【選択図】図８
2019155404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを開口より射出するノズルが先端に取り付けられた加工ヘッドと、
前記加工ヘッド内に設けられ、前記レーザビームを集束させて板金に照射して前記板金の面にビームスポットを形成する集束レンズと、
前記板金の面に対する前記加工ヘッドの相対的な位置を移動させる移動機構と、
前記開口より射出される前記レーザビームを前記開口内で振動させて、前記板金の面上の前記ビームスポットを振動させるビーム振動機構と、
前記板金の加工時に、前記開口より前記板金に吹き付けるためのアシストガスを前記加工ヘッドに供給するアシストガス供給装置と、
前記移動機構によって前記加工ヘッドの相対的な位置を移動させて、前記板金に前記レーザビームを照射することによって前記板金より角部を有する被切断領域を切断する際、前記角部で前記ビームスポットが移動する切断進行方向が曲げられるときに、少なくとも前記ビームスポットが前記角部に到達した以降の第１の距離だけ、前記ビームスポットを前記切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させるよう、前記ビーム振動機構を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
前記制御装置は、前記ビームスポットが前記角部より第２の距離だけ手前の位置に到達したら、前記ビームスポットを前記切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させるよう、前記ビーム振動機構を制御することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項３】
前記制御装置は、前記ビームスポットを前記切断進行方向と平行方向の振動成分を含まず、前記切断進行方向と直交する方向の振動成分のみを含む振動パターンで振動させるよう、前記ビーム振動機構を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
前記第１の距離は、前記開口の半径以上の距離であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
【請求項５】
前記第２の距離、前記開口の半径以上の距離であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工機。
【請求項６】
集束したレーザビームをノズルの開口より板金の面に照射し、
前記板金より角部を有する被切断領域を切断するために、前記板金の面に形成されるビームスポットを前記被切断領域の端部に沿って移動させ、
前記ビームスポットの移動によって溶融した溶融金属を排出するよう前記板金にアシストガスを吹き付け、
前記ビームスポットが移動する切断進行方向が前記角部で曲げられるときに、少なくとも前記ビームスポットが前記角部に到達した以降の第１の距離だけ、前記ビームスポットを前記切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させて、前記板金に形成されるカーフ幅を広げる
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項７】
前記ビームスポットが前記角部より第２の距離だけ手前の位置に到達したら、前記ビームスポットを前記切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させて、前記板金に形成されるカーフ幅を広げることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
前記ビームスポットを前記切断進行方向と平行方向の振動成分を含まず、前記切断進行方向と直交する方向の振動成分のみを含む振動パターンで振動させることを特徴とする請求項６または７に記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
前記第１の距離は、前記開口の半径以上の距離であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
前記第２の距離、前記開口の半径以上の距離であることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、ノズルよりレーザビームを射出して板金を切断するときに、ノズルより板金にアシストガスを吹き付けて、カーフ幅内の溶融金属を排出するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−３０３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザ加工機が製品（被切断領域）の例えば９０度またはそれより小さい鋭角の角部を切断するときには、特許文献１に記載されているように角部で切断速度を減速したり、角部を微小なアール形状にしたりして、加工不良の発生を防いでいる。
【０００５】
レーザ加工機が角部においてレーザビームの進行方向を第１の方向から第２の方向へと変化させるとき、第１の方向への切断速度がゼロとなる瞬間が発生する。このとき、レーザ加工機は、切断速度の減速に合わせてレーザ出力及びアシストガスの条件を変化させる。レーザ出力及びアシストガスの条件を変化させたとしても、カーフ幅の向きが角部で変化するので、カーフ幅内のアシストガスの流れが乱れて溶融金属が適切に排出されないことがある。よって、角部の切断で加工不良が発生しやすい。
【０００６】
１またはそれ以上の実施形態は、被切断領域の角部で切断速度を極力減速せずに、角部をアール形状にしなくても、角部を切断するときのアシストガスの流れの乱れに起因する加工不良の発生を低減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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、レーザビームを開口より射出するノズルが先端に取り付けられた加工ヘッドと、前記加工ヘッド内に設けられ、前記レーザビームを集束させて板金に照射して前記板金の面にビームスポットを形成する集束レンズと、前記板金の面に対する前記加工ヘッドの相対的な位置を移動させる移動機構と、前記開口より射出される前記レーザビームを前記開口内で振動させて、前記板金の面上の前記ビームスポットを振動させるビーム振動機構と、前記板金の加工時に、前記開口より前記板金に吹き付けるためのアシストガスを前記加工ヘッドに供給するアシストガス供給装置と、前記移動機構によって前記加工ヘッドの相対的な位置を移動させて、前記板金に前記レーザビームを照射することによって前記板金より角部を有する被切断領域を切断する際、前記角部で前記ビームスポットが移動する切断進行方向が曲げられるときに、少なくとも前記ビームスポットが前記角部に到達した以降の第１の距離だけ、前記ビームスポットを前記切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させるよう、前記ビーム振動機構を制御する制御装置とを備えることを特徴とするレーザ加工機が提供される。
【０００８】
１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、集束したレーザビームをノズルの開口より板金の面に照射し、前記板金より角部を有する被切断領域を切断するために、前記板金の面に形成されるビームスポットを前記被切断領域の端部に沿って移動させ、前記ビームスポットの移動によって溶融した溶融金属を排出するよう前記板金にアシストガスを吹き付け、前記ビームスポットが移動する切断進行方向が前記角部で曲げられるときに、少なくとも前記ビームスポットが前記角部に到達した以降の第１の距離だけ、前記ビームスポットを前記切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させて、前記板金に形成されるカーフ幅を広げることを特徴とするレーザ加工方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
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、被切断領域の角部で切断速度を極力減速せずに、角部をアール形状にしなくても、角部を切断するときのアシストガスの流れの乱れに起因する加工不良の発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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】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】図３は、ビーム振動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４】図４は、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機が板金より矩形状の製品を切断する場合の動作を説明するための図である。
【図５】図５は、通常のレーザ加工方法によって製品の角部を切断するときの切断の仕方を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、レーザビームの平行振動パターンを示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、レーザビームの直交振動パターンを示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、レーザビームの円振動パターンを示す図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、レーザビームの８の字状振動パターンを示す図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、レーザビームのＣ字状振動パターンを示す図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、レーザビームの逆Ｃ字状振動パターンを示す図である。
【図７】図７は、図６Ｂに示す直交振動パターンを用いたときの実際の振動パターンを示す図である。
【図８】図８は、被切断領域が角部を有する製品であるときの１またはそれ以上の実施形態によるレーザ加工方法の第１の例による切断の仕方を示す図である。
【図９】図９は、被切断領域が角部を有する製品であるときの１またはそれ以上の実施形態によるレーザ加工方法の第２の例による切断の仕方を示す図である。
【図１０】図１０は、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る板金からの製品の切断処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、レーザ加工機が板金の内部に矩形の開口を形成する場合の動作を説明するための斜視図である。
【図１２】図１２は、レーザ加工機が板金の内部に矩形の開口を形成する場合の動作を説明するための断面図である。
【図１３】図１３は、通常のレーザ加工機が板金の内部に矩形の開口を形成するときに発生する不具合を説明するための図である。
【図１４】図１４は、被切断領域が角部を有するスクラップであるときの１またはそれ以上の実施形態によるレーザ加工方法の第１の例による切断の仕方を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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において、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。
【００１２】
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の各部を制御する制御装置の一例である。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
レーザ加工ユニット２０は、加工対象の板金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。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。
【００１６】
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の面に対する加工ヘッド３５の相対的な位置を移動させる移動機構を備えていればよい。
【００１７】
加工ヘッド３５には、先端部に円形の開口３６ａを有し、開口３６ａよりレーザビームを射出するノズル３６が取り付けられている。ノズル３６の開口３６ａより射出されたレーザビームは板金Ｗに照射される。アシストガス供給装置８０は、アシストガスとして窒素または空気を加工ヘッド３５に供給する。板金Ｗの加工時に、アシストガスは開口３６ａより板金Ｗへと吹き付けられる。アシストガスは、板金Ｗが溶融したカーフ幅内の溶融金属を排出する。
【００１８】
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をＸ軸及びＹ軸に垂直な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を集束して、板金Ｗに照射する集束レンズ３４を備える。
【００１９】
レーザ加工機１００は、ノズル３６の開口３６ａより射出されるレーザビームが開口３６ａの中心に位置するように芯出しされている。基準の状態では、レーザビームは、開口３６ａの中心より射出する。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３６ａより射出されるレーザビームを、開口３６ａ内で振動させるビーム振動機構として機能する。ガルバノスキャナユニット３２がレーザビームをどのように振動させるかについては後述する。
【００２０】
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。
【００２１】
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ができる。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を振動させる。
【００２２】
ガルバノスキャナユニット３２はビーム振動機構の一例であり、ビーム振動機構は一対のスキャンミラーを有するガルバノスキャナユニット３２に限定されない。
【００２３】
図３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の位置が変位した状態を示している。図３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の光軸を示している。
【００２４】
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へのレーザビームの入射位置を同じ位置としている。
【００２５】
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が角度θで傾斜したとすると、板金Ｗへのレーザビームの照射位置は距離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、ＥＦＬ×ｓｉｎθで計算される。
【００２６】
ガルバノスキャナユニット３２がレーザビームを図３に示す方向とは逆方向に角度θだけ傾ければ、板金Ｗへのレーザビームの照射位置を図３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。距離Δｓは開口３６ａの半径未満の距離であり、好ましくは、開口３６ａの半径から所定の余裕量だけ引いた距離を最大距離とした最大距離以下の距離である。
【００２７】
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、レーザビームを板金Ｗの面内の所定の方向に振動させることができる。レーザビームを振動させることによって、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。
【００２８】
以上のように構成されるレーザ加工機１００は、レーザ発振器１０より射出されたレーザビームによって板金Ｗを切断して所定の形状を有する製品を製作する。板金Ｗより切断される製品は、被切断領域の一例である。
【００２９】
図４に示すように、矩形状の製品２００を製作する場合には、レーザ加工機１００は、板金Ｗの製品２００の外部となる位置にレーザビームによってピアスを開け、ピアス２０１から製品外周の所定の位置までの直線状のアプローチ２０２を切断する。そして、レーザ加工機１００は、アプローチ２０２の製品２００側の端部から製品２００の外周に沿って板金Ｗを切断する。
【００３０】
加工プログラムデータベース６０には、板金Ｗを図４に示すように切断する加工プログラムが記憶されている。ＮＣ装置５０は、加工プログラムデータベース６０より加工プログラムを読み出し、加工条件データベース７０に記憶されている複数の加工条件のいずれかを選択する。ＮＣ装置５０は、読み出した加工プログラム及び選択した加工条件に基づいて板金Ｗを切断するようレーザ加工機１００を制御する。
【００３１】
図５を用いて、図４における角部Ｃ１を切断する場合を例として、通常のレーザ加工方法による切断の仕方を説明する。レーザ加工機１００は、板金Ｗに照射するレーザビームのビームスポットＢｓを製品２００の外周の端部２００ｅに沿って矢印で示す切断進行方向に移動させる。製品２００の周囲には、ほぼビームスポットＢｓの径のカーフ幅Ｋ１を有する溝２０３が形成される。レーザ加工機１００は、角部Ｃ１で切断進行方向を９０度曲げて、引き続き製品２００の端部２００ｅを切断する。切断進行方向を曲げた角部Ｃ１の直後では、アシストガスの流れが乱れて、加工不良が発生しやすい。
【００３２】
そこで、加工不良の発生を防ぐために、角部Ｃ１の直後の所定距離だけ切断速度を減速することが考えられるが、切断速度を減速すると加工時間が長くなるため好ましくない。切断速度を減速した箇所にドロスが付着しやすくなるという不具合もある。加工不良の発生を防ぐために、角部Ｃ１を微小なアール形状にすることが考えられるが、製品２００の本来の形状とは異なってしまうため好ましくない。
【００３３】
次に、製品２００の角部での加工不良の発生を低減させるための具体的な方法を説明する。図６Ａ〜図６Ｆは、ＮＣ装置５０がガルバノスキャナユニット３２によってレーザビームを振動させる振動パターンの例を示している。図６Ａ〜図６Ｆにおいて、板金Ｗの切断進行方向をｘ方向、板金Ｗの面内でｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。ＮＣ装置５０は、操作部４０によるオペレータの指示に従って、いずれかの振動パターンを選択することができる
【００３４】
図６Ａ〜図６Ｆは、振動パターンを理解しやすいよう、加工ヘッド３５をｘ方向に移動させない状態での振動パターンを示している。図６Ａは、ビームスポットＢｓをビームスポットＢｓの進行によって形成された溝２０３内でｘ方向に振動させる振動パターンである。図６Ａに示す振動パターンを平行振動パターンと称することとする。ビームスポットＢｓを切断進行方向と平行方向に振動させる周波数をＦｘ、切断進行方向と直交する方向に振動させる周波数をＦｙとすれば、平行振動パターンはＦｘ：Ｆｙが１：０の振動パターンである。
【００３５】
図６Ｂは、ビームスポットＢｓをｙ方向に振動させる振動パターンである。ビームスポットＢｓをｙ方向に振動させることによって、溝２０３はカーフ幅Ｋ１よりも広いカーフ幅Ｋ２となる。図６Ｂに示す振動パターンを直交振動パターンと称することとする。直交振動パターンは、Ｆｘ：Ｆｙが０：１の振動パターンである。
【００３６】
図６Ｃは、ビームスポットＢｓが円を描くようにビームスポットＢｓを振動させる振動パターンである。ビームスポットＢｓを円形に振動させることによって、溝２０３はカーフ幅Ｋ１よりも広いカーフ幅Ｋ３となる。図６Ｃに示す振動パターンを円振動パターンと称することとする。円振動パターンは、Ｆｘ：Ｆｙが１：１の振動パターンである。
【００３７】
図６Ｄは、ビームスポットＢｓが数字の８を描くようにビームスポットＢｓを振動させる振動パターンである。ビームスポットＢｓを８の字状に振動させることによって、溝２０３はカーフ幅Ｋ１よりも広いカーフ幅Ｋ４となる。図６Ｄに示す振動パターンを８の字状振動パターンと称することとする。８の字状振動パターンは、Ｆｘ：Ｆｙが２：１の振動パターンである。
【００３８】
図６Ｅは、ビームスポットＢｓがアルファベットのＣを描くようにビームスポットＢｓを振動させる振動パターンである。ビームスポットＢｓをＣ字状に振動させることによって、溝２０３はカーフ幅Ｋ１よりも広いカーフ幅Ｋ５となる。図６Ｅに示す振動パターンをＣ字状振動パターンと称することとする。Ｃ字状振動パターンは、Ｆｘ：Ｆｙが２：１の振動パターンである。
【００３９】
図６Ｆは、ビームスポットＢｓがアルファベットのＣを左右反転させた逆Ｃを描くようにビームスポットＢｓを振動させる振動パターンである。ビームスポットＢｓを逆Ｃ字状に振動させることによって、溝２０３はカーフ幅Ｋ１よりも広いカーフ幅Ｋ６となる。図６Ｆに示す振動パターンを逆Ｃ字状振動パターンと称することとする。逆Ｃ字状振動パターンは、Ｆｘ：Ｆｙが２：１の振動パターンである。
【００４０】
実際には、加工ヘッド３５が切断進行方向に移動しながらレーザビームが振動するので、振動パターンは、図６Ａ〜図６Ｆに示す振動パターンに切断進行方向（ｘ方向）の変位を加えた振動パターンとなる。図６Ｂに示す直交振動パターンを例にすると、ビームスポットＢｓはｘ方向に移動しながらｙ方向に振動するので、実際の直交振動パターンは図７に示すような振動パターンとなる。
【００４１】
ＮＣ装置５０は、レーザ加工ユニット２０が製品２００の角部を切断するときに、図６Ｂ〜図６Ｆに示すようなｙ方向の振動成分を含むいずれかの振動パターンを用いて板金Ｗを切断するよう、ガルバノスキャナユニット３２を制御する。
【００４２】
図６Ｂに示す直交振動パターンを用いる場合を例として、レーザ加工ユニット２０が製品２００の角部を具体的にどのように切断するかについて説明する。図８は、１またはそれ以上の実施形態によるレーザ加工方法の第１の例による切断の仕方を示している。図８は、図５と同様に、図４における角部Ｃ１を切断する場合を示している。
【００４３】
図８において、レーザ加工機１００は、板金Ｗに照射するビームスポットＢｓを製品２００の端部２００ｅに沿って矢印で示す切断進行方向に移動させる。製品２００の周囲には、ほぼビームスポットＢｓの径のカーフ幅Ｋ１を有する溝２０３が形成される。レーザ加工機１００は、角部以外の製品２００の周囲を切断するとき、図６Ａに示す平行振動パターンでビームスポットＢｓを振動させてもよい。
【００４４】
ＮＣ装置５０は、ビームスポットＢｓが角部Ｃ１より所定の距離Ｌ１だけ手前の位置に到達したら、ガルバノスキャナユニット３２によって直交振動パターンでレーザビームの振動を開始させる。
【００４５】
レーザ加工機１００は、ビームスポットＢｓが角部Ｃ１より所定の距離Ｌ１だけ手前の位置に到達したら、スキャンミラー３２１及び（または）３２３を即座に最大振幅で振動させてもよいし、振幅を徐々に増大させて所定の時間後に最大振幅となるように振動させてもよい。レーザビームを直交振動パターンで振動させることによって、溝２０３はカーフ幅Ｋ１よりも広いカーフ幅Ｋ２となる。
【００４６】
レーザ加工機１００は、角部Ｃ１で切断進行方向を９０度曲げて、引き続き製品２００の外周を切断する。ＮＣ装置５０は、ビームスポットＢｓが角部Ｃ１より所定の距離Ｌ２だけ進行した位置に到達したら、レーザビームの振動を停止させる。
【００４７】
ＮＣ装置５０は、ビームスポットＢｓが角部Ｃ１より所定の距離Ｌ２だけ進行した位置に到達したら、スキャンミラー３２１及び（または）３２３を即座に基準の角度に戻して振動を停止させてもよいし、振幅を徐々に減少させて所定の時間後に基準の角度に戻して振動を停止させてもよい。
【００４８】
ところで、溝２０３のカーフ幅Ｋ１の部分は、ビームスポットＢｓの径が工具幅である。カーフ幅Ｋ２の部分は、ビームスポットＢｓを直交振動パターンで振動させたときの幅が工具幅である。ＮＣ装置５０は、カーフ幅Ｋ１の溝２０３を形成するとき、ノズル３６の開口３６ａの中心が端部２００ｅよりビームスポットＢｓの半径に相当する距離だけ離れた破線で示す線上に位置するように加工ヘッド３５を移動させる。
【００４９】
ＮＣ装置５０は、カーフ幅Ｋ２の溝２０３を形成するとき、カーフ幅Ｋ１の溝２０３を形成するときと同様に、開口３６ａの中心が端部２００ｅよりビームスポットＢｓの半径に相当する距離だけ離れた破線で示す線上に位置するように加工ヘッド３５を移動させる。そして、ＮＣ装置５０は、カーフ幅Ｋ２の溝２０３を形成するために、ガルバノスキャナユニット３２によってビームスポットＢｓを直交振動パターンで振動させる。
【００５０】
このように、加工ヘッド３５の製品２００の外周切断ラインである端部２００ｅからの距離を一定に保ちながら、レーザビームによる工具幅を変化させることによって、カーフ幅を変化させることが好ましい。ＮＣ装置５０がこのように加工ヘッド３５及びガルバノスキャナユニット３２を制御すれば、ガルバノスキャナユニット３２によるレーザビームの振動のみによってカーフ幅を変化させることができる。従って、加工ヘッド３５の変位を発生させず、過度の慣性振動を抑制して安定した制御系を実現することができる。
【００５１】
図８に示すレーザ加工方法の第１の例によって板金Ｗを切断すれば、ビームスポットＢｓが角部に到達する直前及びビームスポットＢｓの進行方向が角部で曲げられた直後の所定の距離で広いカーフ幅Ｋ２となっていることにより、アシストガスの流れが乱れにくい。よって、第１の例によって板金Ｗを切断すれば、加工不良の発生を低減できる。
【００５２】
図９は、１またはそれ以上の実施形態によるレーザ加工方法の第２の例による切断の仕方を示している。例えば、レーザ加工機１００は、ビームスポットＢｓが角部Ｃ１に到達して切断進行方向を曲げながら、ガルバノスキャナユニット３２によって直交振動パターンでレーザビームの振動を開始する。レーザ加工機１００は、ビームスポットＢｓが角部Ｃ１に到達して切断方向を曲げてから直交振動パターンで振動を開始してもよい。レーザ加工機１００は、ビームスポットＢｓが角部Ｃ１を一旦通り過ぎた後に、角部Ｃ１の頂点から切断方向を曲げて直交振動パターンで振動を開始してもよい。
【００５３】
要するに、レーザ加工機１００は、角部Ｃ１の加工途中または加工直後に工具径を変化させて、図９に示すようなカーフ形状となるように制御すればよい。第２の例では、溝２０３は角部Ｃ１からの距離Ｌ２だけカーフ幅Ｋ２となる。
【００５４】
図９に示すレーザ加工方法の第２の例によって板金Ｗを切断すれば、ビームスポットＢｓの進行方向が製品２００の角部で曲げられた直後の所定の距離で広いカーフ幅Ｋ２となっていることにより、アシストガスの流れが乱れにくい。よって、第２の例によって板金Ｗを切断すれば、加工不良の発生を低減できる。
【００５５】
第１の例と第２の例とを比較すれば、第１の例の方がアシストガスの流れの乱れをより低減させ、加工不良の発生をより低減できるので第１の例の方が好ましい。第２の例でも、図５に示す通常のレーザ加工方法による切断と比較すれば、アシストガスの流れの乱れを低減させ、加工不良の発生を低減できる。
【００５６】
このように、ＮＣ装置５０は、少なくともビームスポットＢｓが角部に到達した以降の第１の距離（距離Ｌ２）だけ、ビームスポットＢｓを切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させるよう、ガルバノスキャナユニット３２を制御すればよい。これに加えて、ＮＣ装置５０は、ビームスポットＢｓが角部より第２の距離（距離Ｌ１）だけ手前の位置に到達したら、ビームスポットＢｓを切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させるよう、ガルバノスキャナユニット３２を制御することが好ましい。
【００５７】
距離Ｌ１及びＬ２は、ノズル３６の開口３６ａの半径以上の距離であることが好ましい。距離Ｌ１と距離Ｌ２とは同じ距離であってもよいし、異なる距離であってもよい。板金Ｗの板厚が厚いほど、距離Ｌ１及びＬ２を長くしてもよい。ビームスポットＢｓの切断進行方向と直交する方向の振動成分の振幅は、板金Ｗの板厚の１．６％以上とするのがよい。
【００５８】
図１０に示すフローチャートを用いて、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機１００及びレーザ加工方法による製品製作のための板金Ｗの切断処理を説明する。図１０は上述した第１の例を採用した場合の処理を示している。図１０では、ピアス及びアプローチの加工の処理を省略している。
【００５９】
図１０において、レーザ加工機１００は、板金Ｗの切断処理を開始すると、ステップＳ１にて、ＮＣ装置５０による制御に基づき、製品外周の切断を開始する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ２にて、切断位置が製品の角部から距離Ｌ１手前の位置に到達したか否かを判定する。切断位置が距離Ｌ１手前の位置に到達していなければ（NO）、ＮＣ装置５０は処理をステップＳ２に戻す。
【００６０】
切断位置が距離Ｌ１手前の位置に到達していれば（YES）、ＮＣ装置５０は、ステップＳ３にて、ガルバノスキャナユニット３２を動作させて、レーザビームのｙ方向への振動を開始させる。ステップＳ３での振動パターンは、図６Ｂ〜図６Ｆに示す振動パターンのうちのいずれかの振動パターンでよい。
【００６１】
ＮＣ装置５０は、ステップＳ４にて、切断位置が製品の角部から距離Ｌ２だけ進行した位置に到達したか否かを判定する。切断位置が製品の角部から距離Ｌ２だけ進行した位置に到達していなければ（NO）、ＮＣ装置５０は処理をステップＳ３に戻す。
【００６２】
切断位置が製品の角部から距離Ｌ２だけ進行した位置に到達していれば（YES）、ＮＣ装置５０は、ステップＳ５にて、ガルバノスキャナユニット３２の動作を停止させて、レーザビームのｙ方向への振動を終了させる。ＮＣ装置５０は、ステップＳ６にて、製品外周の切断が完了したか否かを判定する。製品外周の切断が完了していなければ（NO）、ＮＣ装置５０は処理をステップＳ２に戻す。製品外周の切断が完了していれば（YES）、ＮＣ装置５０は、製品の切断処理を終了させる。
【００６３】
以上、図４に示すように、板金Ｗから矩形状の製品２００を切断する場合について説明したが、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機１００及びレーザ加工方法は次のような場合にも効果を発揮する。図１１または図１２に示すように、板金Ｗの内部に例えば矩形の開口２１１を形成するために、レーザ加工機１００がレーザビームによって板金Ｗの内部の領域２１０を切断して、切断された領域２１０をスクラップとして落下させることがある。スクラップである領域２１０は被切断領域の他の例である。
【００６４】
図示を省略しているが、板金Ｗより領域２１０を切断するときには、領域２１０の内部にピアスを開けて、ピアスから領域２１０の端部のいずれかの位置までアプローチを切断した後に、領域２１０の外周側の端部を切断すればよい。
【００６５】
この場合も、領域２１０の角部を切断するときにアシストガスの流れが乱れて、加工不良が発生しやすい。１μｍ帯のレーザビームによって板金Ｗを切断するとカーフ幅は非常に狭いため、加工不良が発生すると、図１３に示すように、スクラップ（領域２１０）が母材に引っかかって落下しないことがある。この状態で加工ヘッド３５を移動させると、スクラップがノズル３６に接触して、ノズル３６が損傷するおそれがある。
【００６６】
また、板金Ｗが加工テーブル２１上を移動する材料移動型のレーザ加工機の場合には、板金Ｗが加工テーブル２１上を移動したときに、母材に引っかかったスクラップが図示していないカッティングプレートに引っかかることもある。すると、加工不良が発生したり、母材に傷が付いたりする等のおそれがある。
【００６７】
図１１における開口２１１の角部Ｃ１０を切断する場合を例とすると、レーザ加工機１００は図１４に示すように板金Ｗを切断すればよい。図１４において、レーザ加工機１００は、板金Ｗに照射するビームスポットＢｓを領域２１０の端部２１０ｅに沿って矢印で示す切断進行方向に移動させる。領域２１０の周囲には、ほぼビームスポットＢｓの径のカーフ幅Ｋ１を有する溝２１３が形成される。
【００６８】
ＮＣ装置５０は、ビームスポットＢｓが角部Ｃ１０より所定の距離Ｌ１だけ手前の位置に到達したら、ガルバノスキャナユニット３２によって直交振動パターンでレーザビームの振動を開始させる。図８と同様に、加工ヘッド３５の端部２１０ｅからの距離を一定に保ちながら、ガルバノスキャナユニット３２は、ＮＣ装置５０による制御に基づいてビームスポットＢｓを振動させる。レーザビームを直交振動パターンで振動させることによって、溝２１３はカーフ幅Ｋ１よりも広いカーフ幅Ｋ２となる。
【００６９】
レーザ加工機１００は、角部Ｃ１で切断進行方向を９０度曲げて、引き続き製品２００の外周を切断する。ＮＣ装置５０は、ビームスポットＢｓが角部Ｃ１より所定の距離Ｌ２だけ進行した位置に到達したら、レーザビームの振動を停止させる。
【００７０】
板金Ｗより領域２１０を切断する場合も、図９に示す第２の例による切断の仕方で領域２１０を切断してもよい。
【００７１】
このように、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工方法の第１または第２の例によって、板金Ｗの内部に開口２１１を形成するためにスクラップとなる領域２１０を切断することにより、角部を切断するときの加工不良の発生を低減できる。よって、スクラップが母材に引っかかるおそれを低減できる。
【００７２】
以上説明した１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機１００及びレーザ加工方法によれば、被切断領域の角部で切断速度を減速しなくても、角部をアール形状にしなくても、角部を切断するときの加工不良の発生を低減できる。但し、被切断領域の角部で切断速度を減速しても構わないし、意図的に角部をアール形状にしても構わない。仮に、角部で切断速度を減速しても、角部をアール形状にしたとしても、角部において、ビームスポットＢｓを切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させて、板金Ｗに形成されるカーフ幅を広げれば、本発明の範囲内である。
【００７３】
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。
【符号の説明】
【００７４】
１０  レーザ発振器
１２  プロセスファイバ
２０  レーザ加工ユニット
３０  コリメータユニット
３１  コリメーションレンズ
３２  ガルバノスキャナユニット
３３  ベンドミラー
３４  集束レンズ
３５  加工ヘッド
３６  ノズル
３６ａ  開口
４０  操作部
５０  ＮＣ装置（制御装置）
６０  加工プログラムデータベース
７０  加工条件データベース
８０  アシストガス供給装置
１００  レーザ加工機
２００  製品（被切断領域）
２１０  領域（被切断領域）
３２１，３２３  スキャンミラー
３２２，３２４  駆動部
Ｗ  板金
【図１】
2019155404.tif 000003
【図２】
2019155404.tif 000004
【図３】
2019155404.tif 000005
【図４】
2019155404.tif 000006
【図５】
2019155404.tif 000007
【図６Ａ】
2019155404.tif 000008
【図６Ｂ】
2019155404.tif 000009
【図６Ｃ】
2019155404.tif 000010
【図６Ｄ】
2019155404.tif 000011
【図６Ｅ】
2019155404.tif 000012
【図６Ｆ】
2019155404.tif 000013
【図７】
2019155404.tif 000014
【図８】
2019155404.tif 000015
【図９】
2019155404.tif 000016
【図１０】
2019155404.tif 000017
【図１１】
2019155404.tif 000018
【図１２】
2019155404.tif 000019
【図１３】
2019155404.tif 000020
【図１４】
2019155404.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月21日(2019.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを開口より射出するノズルが先端に取り付けられた加工ヘッドと、
前記加工ヘッド内に設けられ、前記レーザビームを集束させて板金に照射して前記板金の面にビームスポットを形成する集束レンズと、
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、
前記開口より射出される前記レーザビームを前記開口内で振動させて、前記板金の面上の前記ビームスポットを振動させるビーム振動機構と、
前記板金の加工時に、前記開口より前記板金に吹き付けるためのアシストガスを前記加工ヘッドに供給するアシストガス供給装置と、
前記移動機構によって前記加工ヘッドを相対的に移動させて、前記板金に前記レーザビームを照射することによって前記板金より角部を有する被切断領域を切断する際、前記角部で前記ビームスポットが移動する切断進行方向が曲げられるときに、少なくとも前記ビームスポットが前記角部に到達した以降の第１の距離だけ前記板金に形成されるカーフ幅を広げるよう、前記ビームスポットを前記切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させるよう前記ビーム振動機構を制御する制御装置と、
を備えるレーザ加工機。
【請求項２】
前記制御装置は、前記ビームスポットが前記角部より第２の距離だけ手前の位置に到達したら、前記第２の距離だけ手前の位置から前記角部までの前記板金に形成されるカーフ幅を広げるよう、前記ビームスポットを前記切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させるよう前記ビーム振動機構を制御する請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項３】
前記制御装置は、前記ビームスポットを前記切断進行方向と平行方向の振動成分を含まず、前記切断進行方向と直交する方向の振動成分のみを含む振動パターンで振動させるよう、前記ビーム振動機構を制御する請求項１または２に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
前記第１の距離は、前記開口の半径以上の距離である請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
【請求項５】
前記第２の距離は、前記開口の半径以上の距離である請求項２に記載のレーザ加工機。
【請求項６】
集束したレーザビームをノズルの開口より板金の面に照射し、
前記板金より角部を有する被切断領域を切断するために、前記板金の面に形成されるビームスポットを前記被切断領域の端部に沿って移動させ、
前記ビームスポットの移動によって溶融した溶融金属を排出するよう前記板金にアシストガスを吹き付け、
前記ビームスポットが移動する切断進行方向が前記角部で曲げられるときに、少なくとも前記ビームスポットが前記角部に到達した以降の第１の距離だけ、前記ビームスポットを前記切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させて、前記板金に形成されるカーフ幅を広げる
レーザ加工方法。
【請求項７】
前記ビームスポットが前記角部より第２の距離だけ手前の位置に到達したら、前記ビームスポットを前記切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させて、前記板金に形成されるカーフ幅を広げる請求項６に記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
前記ビームスポットを前記切断進行方向と平行方向の振動成分を含まず、前記切断進行方向と直交する方向の振動成分のみを含む振動パターンで振動させる請求項６または７に記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
前記第１の距離は、前記開口の半径以上の距離である請求項６〜８のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
前記第２の距離は、前記開口の半径以上の距離である請求項７に記載のレーザ加工方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、レーザビームを開口より射出するノズルが先端に取り付けられた加工ヘッドと、前記加工ヘッド内に設けられ、前記レーザビームを集束させて板金に照射して前記板金の面にビームスポットを形成する集束レンズと、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、前記開口より射出される前記レーザビームを前記開口内で振動させて、前記板金の面上の前記ビームスポットを振動させるビーム振動機構と、前記板金の加工時に、前記開口より前記板金に吹き付けるためのアシストガスを前記加工ヘッドに供給するアシストガス供給装置と、前記移動機構によって前記加工ヘッドを相対的に移動させて、前記板金に前記レーザビームを照射することによって前記板金より角部を有する被切断領域を切断する際、前記角部で前記ビームスポットが移動する切断進行方向が曲げられるときに、少なくとも前記ビームスポットが前記角部に到達した以降の第１の距離だけ前記板金に形成されるカーフ幅を広げるよう、前記ビームスポットを前記切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させるよう前記ビーム振動機構を制御する制御装置とを備えるレーザ加工機が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、集束したレーザビームをノズルの開口より板金の面に照射し、前記板金より角部を有する被切断領域を切断するために、前記板金の面に形成されるビームスポットを前記被切断領域の端部に沿って移動させ、前記ビームスポットの移動によって溶融した溶融金属を排出するよう前記板金にアシストガスを吹き付け、前記ビームスポットが移動する切断進行方向が前記角部で曲げられるときに、少なくとも前記ビームスポットが前記角部に到達した以降の第１の距離だけ、前記ビームスポットを前記切断進行方向と直交する方向の振動成分を含む振動パターンで振動させて、前記板金に形成されるカーフ幅を広げるレーザ加工方法が提供される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
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。