(57)【要約】  レーザ光を出射するレーザ発振器から出射されたレーザ光を加工対象であるワークに照射する加工ヘッド本体を相対移動させながら、ワークに対してレーザ光が特定の周期で揺動するように加工ヘッド本体を駆動制御し、特定の周期でのレーザ光の揺動の変化に応じて、レーザ出力を同期させつつ変調するように、レーザ発振器によるレーザ出力を制御することで、レーザ加工を行ったときに生じるワークの加工品質のばらつきの改善を図った。
2015156119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射された前記レーザ光を加工対象であるワークへ照射する加工ヘッド本体と、
前記レーザ発振器によるレーザ出力および前記加工ヘッド本体から前記ワークへ照射される前記レーザ光の位置を制御する制御部と、
を備えたレーザ加工装置であって、
前記制御部は、
前記ワークに対して前記加工ヘッド本体を相対移動させながら、前記ワークに対して前記レーザ光が特定の周期で揺動するように前記加工ヘッド本体を制御し、
前記特定の周期での前記レーザ光の揺動の変化に応じて、前記レーザ出力を同期させつつ変調するように制御する
レーザ加工装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記ワークに対して前記加工ヘッド本体を相対移動させながら、前記ワークへ照射される前記レーザ光の光軸位置を、前記ワークの加工面において回転させることで、前記レーザ光の光軸位置が前記特定の周期で揺動するように制御し、
前記ワークに対する前記レーザ光の光軸位置の相対速度の変化に前記レーザ出力を同期させつつ変調するように制御する
請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記加工ヘッド本体は、
前記レーザ光の光軸を偏心させることで、ノズルの開口中心と前記レーザ光の光軸との相対位置を変化させる光軸偏心機構と、
前記光軸偏心機構を移動させることで、前記レーザ光の焦点位置を、前記レーザ光の照射方向および前記レーザ光の光軸に対して垂直な平面に移動させる焦点調整機構と、
を有し、
前記制御部は、
前記光軸偏心機構および前記焦点調整機構のそれぞれの動作を制御することで、前記光軸位置が前記特定の周期で揺動するように制御する
請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記ワークに対して前記加工ヘッド本体を相対移動させながら、前記ワークへ照射される前記レーザ光の焦点位置を、前記ワークに対して垂直方向に揺動させることで、前記レーザ光の焦点位置が前記特定の周期で揺動するように制御し、
前記ワークに対する前記レーザ光の焦点位置の移動速度の変化に前記レーザ出力を同期させつつ変調するように制御する
請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記ワークに対して前記加工ヘッド本体を相対移動させながら、前記ワークへ照射される前記レーザ光の光軸位置を、前記ワークの加工面において回転させ、かつ前記ワークへ照射される前記レーザ光の焦点位置を、前記ワークに対して垂直方向に揺動させることで、前記レーザ光の光軸位置および焦点位置のそれぞれが前記特定の周期で揺動するように制御し、
前記光軸位置の回転速度と、前記焦点位置の上下揺動速度と、前記ワークに対して前記加工ヘッド本体を相対移動させるときの加工速度とを合成した合成相対速度の変化に前記レーザ出力を同期させつつ変調するように制御する
請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記レーザ光のレーザ出力を正弦波、三角波、またはＣＷ成分にパルス成分を加えた波形で変調する
請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記レーザ加工は、切断加工あるいは溶接加工である
請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
レーザ光を出射するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射された前記レーザ光を加工対象であるワークへ照射する加工ヘッド本体とを備えたレーザ加工装置によって実行されるレーザ加工方法であって、
前記ワークに対して前記加工ヘッド本体を相対移動させながら、前記ワークに対して前記レーザ光が特定の周期で揺動するように前記加工ヘッド本体を制御するステップと、
前記特定の周期での前記レーザ光の揺動の変化に応じて前記レーザ光のレーザ出力を同期させつつ変調するように制御するステップと、
を備えたレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、レーザ発振器から出射されたレーザ光を加工対象であるワークへ照射する加工ヘッド本体とを備えたレーザ加工装置、およびそのレーザ加工装置によって実行されるレーザ加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ切断加工では、レーザ光軸（光軸）を回転させながら切断することで、ビーム径を変化させることなく切断スリット幅を広げることができる。この結果、加工速度の向上、切断品質の向上、および最大加工可能板厚の増加を実現することができる。【０００３】
また、レーザ溶接加工の場合においても同様に、光軸を回転させることで、広範囲にレーザ光を照射することができる。この結果、光軸を回転させない場合の溶接方法に比べて、溶接する部材間の間隙の寸法誤差を厳しく精度管理する必要が無くなる（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
特許文献１に記載されたレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドには、レーザビーム集光用光学系の下方位置に、レーザビームＬＢを集光用光学系の光軸から偏心させる偏心用光学系が、中空の回転軸に設けられている。また、このレーザ加工ヘッドには、偏心用光学系が集光用光学系の光軸に対して傾斜角度αに設けられるとともに、偏心用光学系からのレーザビームを通過させると同時に、アシストガスを同軸に噴射させるアシストガスノズルが設けられている。さらに、このレーザ加工ヘッドには、偏心用光学系を備えた中空の回転軸を、光軸を軸として回転駆動するエアタービンが設けられ、この偏心用光学系とエアタービンとによって光軸位置を回転させながら、レーザ加工を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１４１０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献１に記載の従来技術においては、光軸を回転させながらレーザ加工を行う場合、加工対象であるワークに対するレーザ光の相対速度が加工方向に対する左右の面で異なる。この結果、左右の面で加工品質が異なるという問題がある。【０００７】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、加工品質のばらつきを抑制することのできるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明におけるレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、レーザ発振器から出射されたレーザ光を加工対象であるワークへ照射する加工ヘッド本体と、レーザ発振器によるレーザ出力および加工ヘッド本体からワークへ照射されるレーザ光の位置を制御する制御部と、を備えたレーザ加工装置であって、制御部は、ワークに対して加工ヘッド本体を相対移動させながら、ワークに対してレーザ光が特定の周期で揺動するように加工ヘッド本体を制御し、特定の周期でのレーザ光の揺動の変化に応じて、レーザ出力を同期させつつ変調するように制御するものである。【０００９】
また、本発明におけるレーザ加工方法は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、レーザ発振器から出射されたレーザ光を加工対象であるワークへ照射する加工ヘッド本体とを備えたレーザ加工装置によって実行されるレーザ加工方法であって、ワークに対して加工ヘッド本体を相対移動させながら、ワークに対してレーザ光が特定の周期で揺動するように加工ヘッド本体を制御するステップと、特定の周期でのレーザ光の揺動の変化に応じて、レーザ光のレーザ出力を同期させつつ変調するように制御するステップと、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、レーザ光を特定の周期で揺動するように制御し、特定の周期で揺動するように制御されたレーザ光のレーザ出力を、レーザ光の揺動の変化に応じて、同期させつつ変調する構成を備えた。これにより、加工品質のばらつきを抑制することのできるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の概略を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の制御部の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置が切断加工を行う際に、ワークへ集光照射するレーザ光の光軸の回転軌道を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置からワークへ集光照射されるレーザ光の、光軸の相対速度とレーザ出力との関係の一例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置からワークへ集光照射されるレーザ光の、光軸の相対速度とレーザ出力との関係の別例示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２におけるレーザ加工装置の概略を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態２におけるレーザ加工装置のノズル開口中心に対して光軸中心を偏心させた場合の加工ガスの流れを示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態３におけるレーザ加工装置が溶接加工を行う際に、ワークへ集光照射するレーザ光の光軸の回転軌道を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態３において、レーザ加工として溶接加工を行う際のワークの温度勾配を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態４におけるレーザ加工装置の動作を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態５におけるレーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明によるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図においては、切断加工（溶接加工）を行う面をｘｙ平面とし、加工方向をｘ軸のプラス方向とし、ｘｙ平面に垂直な方向をｚ軸として定義している。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の概略を示す構成図である。本実施の形態１におけるレーザ加工装置は、レーザ発振器１０、伝送光学系２０、加工ヘッド本体３０および制御部４０を備えて構成されている。
【００１４】
伝送光学系２０は、レーザ発振器１０から出射されたレーザ光Ｌを、例えば、光ファイバーや複数のミラー（図示せず）を介して、加工ヘッド本体３０内に伝送する。また、加工ヘッド本体３０は、加工レンズ３１およびノズル３２を含んで構成されている。なお、レーザ光Ｌの種類としては、例えば、固体レーザであってもよいし、ＣＯ２レーザでもあってもよい。
【００１５】
加工ヘッド本体３０に伝送されたレーザ光Ｌは、加工レンズ３１およびノズル３２を通過し、加工ヘッド本体３０の内部に供給される加工ガス（図示せず）とともに、加工用のテーブルに載置されたワークＷへ集光照射される。
【００１６】
加工ヘッド本体３０は、ワークＷに対して水平面（ｘｙ平面）内を自由に移動することが可能な構成となっている。したがって、加工ヘッド本体３０が駆動することで、レーザ光Ｌの光軸を移動させたり、回転させたりすることができる。
【００１７】
制御部４０は、レーザ発振器１０および加工ヘッド本体３０に接続されており、ワークＷの種類および加工条件に基づいて、レーザ発振器１０のレーザ出力および加工ヘッド本体３０の駆動をそれぞれ制御する。すなわち、制御部４０からの指令に応じて、加工ヘッド本体３０の軌跡およびレーザ出力のタイミングを同期させることで、さまざまな加工を行うことが可能な構成となっている。
【００１８】
次に、制御部４０の構成例について、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の制御部４０の構成例を示すブロック図である。
【００１９】
図２において、制御部４０は、レーザ出力指令生成部４１、周期移動指令生成部４２、周期振動中心位置指令生成部４３および同期指令生成部４４を有する。
【００２０】
レーザ出力指令生成部４１は、レーザ光Ｌのレーザ出力を制御するための指令を生成する。周期移動指令生成部４２は、レーザ光Ｌの光軸の回転周期を制御するための指令を生成する。
【００２１】
また、周期振動中心位置指令生成部４３は、レーザ光Ｌの光軸の回転中心位置を制御するための指令を生成する。同期指令生成部４４は、レーザ出力指令生成部４１、周期移動指令生成部４２および周期振動中心位置指令生成部４３のそれぞれから取得した指令値に基づいて、レーザ発振器１０および加工ヘッド本体３０の動作をそれぞれ制御すべく制御信号を出力し、これらの制御信号の同期がとられるようにする。
【００２２】
制御部４０をこのように構成することで、レーザ光Ｌの光軸を移動させたり、回転させたりすることができるとともに、光軸位置に応じてレーザ出力の大きさを変化させることができる。
【００２３】
次に、本実施の形態１におけるレーザ加工装置の動作について、図３および図４を参照しながら、従来技術と対比して説明する。図３は、本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置が切断加工を行う際に、ワークＷへ集光照射するレーザ光Ｌの光軸の回転軌道を示す説明図である。図４は、本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置からワークＷへ集光照射されるレーザ光Ｌの、光軸の相対速度とレーザ出力との関係の一例を示す説明図である。
【００２４】
図３において、実線で描かれた円は、レーザ光Ｌの光軸の回転軌道を示し、円中の矢印は、回転の向きを示している。また、破線で描かれた円は、レーザ光Ｌの光軸の回転に伴い、ワークＷに照射されるレーザ光Ｌの照射範囲を示す。
【００２５】
また、図３に示すように、切断加工が行われる場合には、加工ヘッド本体３０は、ワークＷに対して＋ｘ方向（加工方向）に一定の加工速度Ｆで移動するとともに、光軸回転半径ｒおよび回転角速度ωで回転する。このように加工ヘッド本体３０が回転することで、レーザ光Ｌの光軸が回転する。なお、加工速度Ｆ、光軸回転半径ｒおよび回転角速度ωは、ワークＷの種類および加工条件に基づいて決定される。
【００２６】
ここで、レーザによる切断加工（金属切断）を行う場合、レーザ照射による金属の溶融と、アシストガス（加工ガス）による溶融金属の排出とによって、切断が進行する。このとき、主に、加工方向前方のビームによって金属の溶融が行われ、加工方向後方のビームによって溶融金属に熱が供給されている。また、溶融金属の排出痕は、ドラグラインとなって切断面に現れる。また、溶融金属の粘性は、温度と負の相関を持つので、溶融金属に十分な熱量を供給することができない場合には、この粘性が増加する。
【００２７】
溶融金属の粘性の増加に伴い、溶融金属の排出に要する時間も増加するので、切断面下部に行く程、加工方向に対してドラグラインが遅れる。そして、この遅れが一定以上になると加工不良あるいは切断不良が発生するという問題がある。
【００２８】
また、加工速度の増加に伴い、溶融金属の温度維持に必要な加工方向後方のビームの照射時間が短くなるので、溶融金属の粘性が増加し、ドラグラインの遅れが生じ、加工不良が発生するという問題がある。
【００２９】
これらの問題を解決するための方法として、例えば、前述の特許文献１に記載の従来技術のように、レーザビーム集光用光学系の下方位置に光軸を偏心させる偏心用光学系と、エアタービンとをレーザ加工ヘッドに設け、偏心用光学系の回転により光軸位置を回転させながら加工をする方法がある。
【００３０】
このように、レーザ光軸を回転させながら加工をすることで、加工方向に対して後方部分にもレーザ光を照射することができる。したがって、ドロスの温度低下による粘性増加を防ぐことができるので、ドラグラインの遅れを小さくすることができ、加工の高速化が可能となることが期待される。
【００３１】
また、レーザによる切断加工（金属切断）を行う場合、レーザ出力が一定であると、光学系でほぼ一点に集光されたレーザビームと同軸にアシストガスノズル（ノズル）から切断部に酸素ガスを噴射させて切断を行っている。このような切断方法を用いる場合、厚板の切断時においては、切断の底部または先端部における加工ガスの圧力が弱くなる。したがって、軟鋼切断においては、酸化反応に伴う切断現象が維持できなくなり、ＳＵＳ切断においては、溶融金属を排出するために必要な圧力を維持できないという問題がある。
【００３２】
このような問題に対しても、レーザ光軸を回転させることで、切断時のスリット幅を増大させることができる。したがって、切断の底部または先端部へ加工ガスを供給することができ、レーザ光軸を回転させない場合に比べて、最大加工板厚が増加する。
【００３３】
しかしながら、本発明者は、特許文献１に記載の従来技術のように、レーザ出力を一定にした状態で、レーザ光軸を回転させて加工を行う場合、加工方向に対する左右の面（図４における点Ａおよび点Ｂの軌跡に相当）で加工品質が異なるという課題を新たに見出した。
【００３４】
そして、本発明者は、このような課題を鋭意検討した結果、以下のような理由から加工方向に対する左右の面で加工品質が異なることを見出した。すなわち、例えばＣＷ波（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）によって、図３に示すように、レーザ光Ｌの光軸を時計周りに回転させながら加工を行う場合、加工方向（切断方向）に対して、左側の切断面（図４の点Ａ側の切断面）と右側の切断面（図４の点Ｂ側の切断面）とでは、ワークＷに対するレーザ光Ｌの相対速度が異なるので、加工方向に対する左右の面で加工品質が異なることを見出した。
【００３５】
そこで、ワークＷに対するレーザ光Ｌの相対速度について、図４を参照しながら説明する。なお、図４においては、先の図３と同様に、加工ヘッド本体３０は、ワークＷに対して＋ｘ方向（加工方向）に加工速度Ｆで移動するとともに、光軸回転半径ｒおよび回転角速度ωで回転するものとする。
【００３６】
図４に示すように、切断方向に対して左側の切断面とレーザ光Ｌの照射範囲とが接する位置（点Ａ）では、ワークＷに対してレーザ光Ｌが加工速度Ｆで移動するとともに、回転速度の大きさがｒωである。そして、点Ａにおいては、この加工速度Ｆおよびこの回転速度ｒωの向きが同じになる。したがって、切断方向に対して左側の切断面とレーザ光Ｌの照射範囲が接する位置では、ワークＷに対するレーザ光Ｌの相対速度は、Ｆ＋ｒωとなり、最大となる。
【００３７】
一方、切断方向に対して右側の切断面とレーザ光Ｌの照射範囲とが接する位置（点Ｂ）では、ワークＷに対してレーザ光Ｌが加工速度Ｆで移動するとともに、回転速度の大きさがｒωである。そして、点Ｂにおいては、この加工速度Ｆおよびこの回転速度ｒωの向きが反対になる。したがって、切断方向に対して右側の切断面とレーザ光Ｌの照射範囲とが接する位置では、ワークＷに対するレーザ光Ｌの相対速度は、Ｆ−ｒωとなり、最小となる。なお、以降では、「ワークＷに対するレーザ光Ｌの相対速度」を、「レーザ光Ｌの相対速度」と省略する。
【００３８】
このように、切断方向に対する左右の切断面上で、レーザ光Ｌの相対速度が異なり、この相対速度の差が最大２ｒωとなる。また、レーザ光Ｌの光軸の回転移動に伴い、レーザ光の照射範囲も移動し、レーザ光Ｌの相対速度も変化する。換言すると、レーザ光Ｌの光軸の回転によって、光軸位置が変化すると、レーザ光Ｌの相対速度が変化する。
【００３９】
また、レーザ切断において、レーザ光Ｌの相対速度（光軸が回転しない場合には加工速度Ｆ）は、品質を維持するにあたって、重要なパラメータである。すなわち、例えば、この相対速度が適切な速度に対して速い場合、ワーク単位体積あたりのレーザ光Ｌの照射時間が減少する。したがって、ワークＷに対する入熱量不足となり、ドロスが付着する、あるいはワークＷを切断できないといった加工不良が発生する。一方、この相対速度が適切な速度に対して遅い場合、ワーク単位体積あたりのレーザ光Ｌの照射時間が増大する。したがって、ワークＷに対する入熱量が増大し、切断面の加工品質が大きく低下する。
【００４０】
そこで、本実施の形態１では、レーザ光Ｌの光軸位置によって変化するレーザ光Ｌの相対速度に応じて、レーザ出力を変化させ、全ての照射位置において、ワークＷに対する入熱量を均一にするようにしている。換言すると、図４から分かるように、レーザ光Ｌの光軸位置に応じて変化するレーザ光Ｌの相対速度の変化にレーザ出力を同期させつつ、レーザ出力を変調制御するように構成している。具体的には、一例として、レーザ光Ｌの光軸位置が、切断方向に対して左側の切断面とレーザ光Ｌの照射範囲とが接するような位置では、レーザ光Ｌの相対速度が最も速くなるので、レーザ出力が最大値となるように制御する。一方、レーザ光Ｌの光軸位置が、切断方向に対して右側の切断面とレーザ光Ｌの照射範囲とが接するような位置では、レーザ光Ｌの相対速度が最も遅くなるので、レーザ出力が最小値となるように制御する。
【００４１】
より具体的には、図４に示すように、レーザ光Ｌの光軸位置によって変化するレーザ光Ｌの相対速度に応じて、正弦波でレーザ出力を変調し、レーザ光Ｌの光軸の移動とレーザ出力とを同期制御する。すなわち、制御部４０は、ワークＷの種類および加工条件に基づいて決定した光軸回転半径ｒおよび回転角速度ωで、加工ヘッド本体３０が回転駆動するように制御するとともに、レーザ光Ｌの光軸位置に応じてレーザ出力を変化させるように制御する。
【００４２】
このように制御部４０が制御することで、レーザ光Ｌの相対速度に応じたレーザ出力でレーザ光Ｌを照射することが可能となり、全ての照射位置において、ワークＷに対する入熱量を均一にすることができる。したがって、レーザ光Ｌの光軸を回転させて加工を行う際にも、切断方向に対して左側の切断面と右側の切断面で加工品質を同等にすることができ、高品位な切断面を維持することが可能となる。
【００４３】
なお、本実施の形態１では、レーザ光Ｌの相対速度の変化とレーザ出力とを同期させるために、レーザ出力を正弦波で変調する場合を例示したが、本発明は、このような変調方法に限定されるものではない。例えば、図５に示すように、レーザ出力を、三角波あるいはＣＷ成分にパルス成分を加えた波形で変調するように構成してもよい。図５は、本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置からワークＷへ集光照射されるレーザ光Ｌの、光軸の相対速度とレーザ出力との関係の別例を示す説明図である。
【００４４】
この図５に示す変調パターンによっても、レーザ光Ｌの相対速度が最も速くなる光軸位置ではレーザ出力が最大値となるように制御できるとともに、レーザ光Ｌの相対速度が最も遅くなる光軸位置ではレーザ出力が最小値となるように制御できる。このように、レーザ光Ｌの光軸位置に応じてレーザ出力を変化させることによっても、切断方向に対して左側の切断面と右側の切断面で加工品質を同等にすることができ、高品位な切断面を維持することが可能となる。
【００４５】
以上、本実施の形態１によれば、ワークに対して加工ヘッド本体を相対移動させながら、ワークに対してレーザ光が特定の周期で揺動するように加工ヘッド本体を制御し、特定の周期でのレーザ光の揺動の変化に応じて、レーザ出力を同期させつつ変調するように制御する。具体的には、ワークに対して加工ヘッド本体を相対移動させながら、ワークへ照射されるレーザ光の光軸位置を、ワークの加工面において回転させることで、レーザ光の光軸位置が特定の周期で揺動するように制御し、ワークに対するレーザ光の光軸位置の相対速度の変化にレーザ出力を同期させつつ変調するように制御する。これにより、ワークに対する加工ヘッド本体の相対位置の変化方向に寄らず、ワークへのレーザ光の入熱量が一定となり、結果として、加工方向に対する左右の面で、相対速度の違いによらず、ワークＷに対する入熱量を同等に維持することができ、加工品質を同等にすることができる。
【００４６】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、加工ヘッド本体３０が回転駆動することでレーザ光Ｌの光軸を回転させる場合について説明した。これに対して、本発明の実施の形態２では、加工ヘッド本体３０を回転駆動させることなく、加工レンズ３１を移動させることで、レーザ光Ｌの光軸を回転させる場合について説明する。
【００４７】
図６は、本発明の実施の形態２におけるレーザ加工装置の概略を示す構成図である。なお、本実施の形態２におけるレーザ加工装置においては、先の実施の形態１と比較して、加工ヘッド本体３０の構成が異なるので、この加工ヘッド本体３０の構成を中心に説明する。
【００４８】
レーザ発振器１０（図示せず）から出射されたレーザ光Ｌは、加工ヘッド本体３０の加工レンズ３１、ノズル３２を通過し、加工ガスとともにワークＷへ集光照射される。また、加工ヘッド本体３０は、制御部４０によって駆動が制御される光軸偏心機構３３および焦点調整機構３４と、保護ガラス３５とをさらに有するように構成される。
【００４９】
光軸偏心機構３３は、レーザ照射方向に垂直なｘｙ平面に対して加工レンズ３１を移動させることができる。そして、光軸偏心機構３３によって加工レンズ３１を移動させた結果として、レーザ光Ｌの光軸を偏心させることができる。すなわち、光軸偏心機構３３によって、ノズル３２の開口中心とレーザ光Ｌの光軸との相対位置を変化させることができる。
【００５０】
また、焦点調整機構３４は、レーザ照射方向に対して光軸偏心機構３３を移動させる。そして、光軸偏心機構３３および焦点調整機構３４によって、ワークＷに照射されるレーザ光Ｌの焦点位置を、レーザ照射方向に移動させることができるとともに、レーザ光Ｌの光軸に対して垂直なｘｙ平面で移動させることができる。
【００５１】
ここで、光軸偏心機構３３の具体的な構成としては、例えば、図６に示すように、加工レンズ３１を中心に９０度間隔で４つの圧電素子を配置することが考えられる。このような構成において、これら４つの圧電素子から加工レンズ３１に加える力を制御することで、レーザ光Ｌの光軸に対して垂直なｘｙ平面を加工レンズ３１が移動可能となるような構成とすることができる。
【００５２】
加工ヘッド本体３０の加工レンズ３１とノズル３２との間には、保護ガラス３５が配置されている。そして、この保護ガラス３５によって、加工ガスが加工レンズ３１側へ侵入しないように封入されている。また、この保護ガラス３５によって、加工レンズ３１に加工ガスの圧力がかからないようになる。この結果、例えば、窒素切断のように加工ガスが２気圧を超える高圧の場合であっても、加工レンズ３１の駆動を阻害すること無く、加工レンズ３１の位置変更が可能となる。したがって、レーザ加工中にレーザ光Ｌの光軸の偏心あるいは焦点位置の移動が可能となる。
【００５３】
このように、本実施の形態２では、レーザ光Ｌの光軸回転半径ｒが数ｍｍ程度の微小な距離であれば、加工レンズ３１の移動のみでレーザ光Ｌの光軸を回転させることが可能である。したがって、光軸を回転させる際に、加工ヘッド本体３０を回転駆動（円運動）させる必要がないので、先の実施の形態１と比べて、省エネルギーでレーザ光Ｌの光軸を回転させることができる。
【００５４】
また、本実施の形態２では、ノズル３２のノズル開口中心に対して光軸中心を偏心させることが可能になる。この結果、先の実施の形態１に比べて、効率の良い加工が可能となる。
【００５５】
ここで、ノズル開口中心に対して光軸中心を偏心させた場合の加工ガスの流れについて、図７を参照しながら説明する。図７は、本発明の実施の形態２におけるレーザ加工装置のノズル開口中心に対して光軸中心を偏心させた場合の加工ガスの流れを示す説明図である。
【００５６】
図７（ａ）に示すように、先の実施の形態１におけるレーザ加工装置のように、ノズルの開口中心とレーザ光軸を一致させて切断加工を行う場合を考える。この場合には、切断フロントがレーザ光軸付近で形成されるので、ノズル直下の加工方向前方の領域が加工されていない。したがって、ノズル３２から噴射されたアシストガスの一部が加工されていないワークＷの表面に当たり、加工方向前方に拡散する。そして、加工方向前方に拡散したアシストガスは、加工に寄与しないので、アシストガスを無駄に消費することになる。
【００５７】
これに対して、図７（ｂ）に示すように、本実施の形態２のように、加工方向へ光軸を偏心させた状態で切断加工を行う場合を考える。この場合には、ノズル３２の開口中心がレーザ光軸よりも加工方向の後方にあるので、加工方向前方に拡散するアシストガスの量を低減することができる。
【００５８】
本実施の形態２では、このようにノズル３２のノズル開口中心に対して光軸中心を偏心させることで、アシストガスの消費量を抑制することができる。また、加工方向前方に拡散するアシストガス量を減少させることで、図７に示すように、切断フロントの下部にまで効率よくアシストガスを供給することができる。これにより、溶融金属の排出能力が向上し、加工の高速化、高品位化が可能となる。
【００５９】
なお、本実施の形態２におけるレーザ加工装置の加工ヘッド本体３０は、図６に示す構成に限定されるものではない。すなわち、加工レンズ３１を、レーザ照射方向に移動させることができるとともに、レーザ光Ｌの光軸に対して垂直なｘｙ平面に移動させることができるような構成であれば、どのような構成であってもよい。
【００６０】
また、焦点調整機構３４の代わりに、例えば、長さが可変なノズル３２を用いて、ノズル３２の先端と加工ヘッド本体３０との間の距離を変更可能な構成にすることで、焦点位置の調整を行ってもよい。さらに、本実施の形態２では、加工レンズ３１とノズル３２との間に保護ガラス３５を配置する場合を例示したが、保護ガラス３５は、必須の構成要件ではない。例えば、軟鋼切断等、加工ガスの圧力が１気圧程度の低圧で済む加工に限定すれば、保護ガラス３５を配置しなくてもよい。
【００６１】
以上、本実施の形態２によれば、レーザ光の光軸を偏心させることで、ノズルの開口中心とレーザ光の光軸との相対位置を変化させる光軸偏心機構と、光軸偏心機構を移動させることで、レーザ光の焦点位置を、レーザ光の照射方向およびレーザ光の光軸に対して垂直な平面に移動させる焦点調整機構と、を有するように加工ヘッド本体を構成する。また、加工ヘッド本体の光軸偏心機構および焦点調整機構のそれぞれの動作を制御することで、レーザ光の光軸を回転させ、レーザ光の光軸位置が特定の周期で揺動するように制御する。
【００６２】
これにより、レーザ光Ｌの光軸回転半径ｒが数ｍｍ程度の微小な距離であれば、加工レンズの移動のみで、レーザ光の光軸を回転させることが可能である。この結果、先の実施の形態１と比べて、省エネルギーでレーザ光Ｌの光軸を回転させることができる。さらに、ノズルのノズル開口中心に対して光軸中心を偏心させることが可能になるので、先の実施の形態１に比べて、効率の良い加工が可能となる。
【００６３】
実施の形態３．
先の実施の形態１、２では、レーザ加工として切断加工を例に挙げながら、レーザ加工装置の動作について説明した。これに対して、本発明の実施の形態３では、レーザ加工として溶接加工を例に挙げながら、レーザ加工装置の動作について説明する。
【００６４】
図８は、本発明の実施の形態３におけるレーザ加工装置が溶接加工を行う際に、ワークＷへ集光照射するレーザ光Ｌの光軸の回転軌道を示す説明図である。本実施の形態３では、先の実施の形態１、２と同様に、レーザ光Ｌの光軸位置によって変化するレーザ光Ｌの相対速度に応じて、レーザ出力を変調し、レーザ光Ｌの光軸の移動とレーザ出力とを同期制御する。
【００６５】
なお、図８においては、先の図３と同様に、実線で描かれた円は、レーザ光Ｌの光軸の回転軌道を示し、円中の矢印は、回転の向きを示している。また、破線で描かれた円は、レーザ光Ｌの光軸の回転に伴い、ワークＷに照射されるレーザ光Ｌの照射範囲を示す。さらに、図８には、溶接加工の際にワークＷ上に形成される溶接痕も併せて図示している。
【００６６】
ここで、図８（ａ）に示すように、通常の突合わせ溶接加工においては、付け合せ溶接を行う加工対象のワークＷに対して、集光されたレーザビームのスポット径が極めて微小である。したがって、溶接する部材間の間隙の寸法誤差の範囲を小さく収める必要があり、溶接部材間の間隙の寸法誤差の精度管理が厳しくなるという問題がある。また、この間隙の寸法誤差は、溶接速度が速くなるほど精度を上げなければ溶接が困難になるという問題がある。
【００６７】
そこで、特許文献１に記載の従来技術においては、図８（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌの光軸を回転させることで、レーザ光Ｌの照射範囲が拡大される。この結果、溶接する部材間の間隙の寸法誤差の許容範囲が拡大し、安定な溶接が可能となる。
【００６８】
しかしながら、溶接加工の場合も、先の実施の形態１、２で説明した切断加工と同様に、レーザ光Ｌの相対速度（光軸が回転しない場合には加工速度Ｆ）によって溶接の品質が変化する。したがって、従来技術においては、溶接方向に対して右側と左側でレーザ光Ｌの相対速度に違いに起因した溶接の品質の差が生じてしまう。また、レーザ光Ｌの相対速度の差は、ワーク単位体積あたりのレーザ光Ｌの照射時間の差となるので、相対速度の違いによって、加工方向の左右でワークＷの温度勾配に差が生じてしまう。
【００６９】
この様子を図９に示す。図９は、本発明の実施の形態３において、レーザ加工として溶接加工を行う際のワークＷの温度勾配を示す説明図である。なお、図９（ｂ）においては、縦軸は温度を示し、横軸はワークＷの表面上の加工方向に対して垂直な線上の位置を示す。また、図中の点Ａは、溶接ラインの中心線上に位置し、点Ｂ、Ｃは、それぞれ光軸の回転によってレーザ光Ｌが照射される範囲の境界を示している。
【００７０】
図９（ａ）に示すように、点Ｂでは、ワークＷに対してレーザ光Ｌが加工速度Ｆで移動するとともに、回転速度の大きさがｒωでる。そして、点Ｂにおいては、この加工速度Ｆおよびこの回転速度ｒωの向きが同じになる。したがって、点Ｂでは、レーザ光Ｌの相対速度は、Ｆ＋ｒωとなり、最大となる。一方、点Ｃでは、レーザ光Ｌの相対速度は、Ｆ−ｒωとなり、最小となる。また、点Ａでは、回転速度の影響がなく、レーザ光Ｌの相対速度は、Ｆとなる。
【００７１】
また、図９（ｂ）に示すように、光軸の回転によるレーザ光の相対速度の差によって、点Ａの位置を境界として、点ＢＡ間と点ＡＣ間でワークＷの温度勾配が異なる。さらに、溶接ラインの右側に位置する点ＡＣ間は、点ＢＡ間に比べて、温度勾配が小さく、ワークＷの温度が高く保たれている。なお、溶融金属の粘性は、温度に対して負の相関があるため、温度が高いほど粘性が低い。
【００７２】
ここで、点Ａの位置を境界としてワークＷがある一定温度Ｈ以上を保つ範囲を見ると、点Ａの右側の方が一定温度Ｈ以上を保つ範囲が広いことがわかる（図９（ｂ）参照）。また、この範囲は、溶融金属がある一定以下の粘性を保つことができる範囲でもあるので、溶融金属は、点Ａに対してワークＷの右側に広がることになる。したがって、溶接時に発生する溶融池は、溶接ラインに対して右側（すなわち、レーザ光の相対速度が遅い側）に引きずられることになり、本来の溶接ラインに対して偏った溶接痕ができる。この結果、従来のように、レーザ出力が一定であると、溶接強度不足等の溶接不良の原因となる。
【００７３】
そこで、本実施の形態３では、先の実施の形態１、２と同様に、レーザ光Ｌの光軸位置によって変化するレーザ光Ｌの相対速度に応じて、レーザ出力を変化させる。このように、レーザ光の相対速度とレーザ出力とを同期制御することで、溶接ラインの左右で溶接品質が一定となるように、温度勾配を等しくすることができる。なお、先の実施の形態１と同様に、レーザ出力の変調は、正弦波だけでなく、三角波あるいはＣＷ成分にパルス成分を加えた波形で変調を行ってもよい。
【００７４】
以上、本実施の形態３によれば、レーザ光の相対速度に応じてレーザ出力を変化させる本願発明のレーザ加工装置を、切断加工だけでなく、溶接加工にも適用できる。これにより、溶接加工において、溶接ラインの左右で溶接品質が一定となるよう温度勾配を等しくすることができる。
【００７５】
実施の形態４．
先の実施の形態１〜３では、レーザ加工を行う際に、レーザ光Ｌの光軸位置を揺動させた場合における、加工品質の向上策について説明した。これに対して、本発明の実施の形態４では、レーザ加工を行う際に、レーザ光Ｌの焦点位置を揺動させる場合における、加工品質の向上策について説明する。
【００７６】
図１０は、本発明の実施の形態４におけるレーザ加工装置の動作を示す説明図である。ここで、本実施の形態４では、先の実施の形態１〜３のようにレーザ光Ｌの光軸位置を回転揺動させる代わりに、焦点位置を上下揺動させながらレーザ加工を行っている。そして、このようにレーザ光の焦点位置を上下揺動させることによって変化するレーザ光の焦点位置の移動速度に応じて、レーザ出力を変調し、焦点位置の移動速度とレーザ出力の変調を同期制御している。
【００７７】
また、図１０に示すように、焦点位置を上下揺動させながら加工を行う場合、加工ヘッド本体３０がワークＷに対して＋ｘ方向（加工方向）に加工速度Ｆで移動するとともに、レーザ光Ｌの焦点位置が上下揺動半径ｒおよび揺動角速度ωで上下揺動する。
【００７８】
さらに、このような加工が行われることで、ワークＷの厚み方向に対するビームのプロファイルが均一化されるので、切断面のテーパが小さくなり、高品質な加工が可能となる。さらに、通常の加工と比べて、スリット幅が増大するので、焦点位置を上下揺動させながら加工を行うことで、加工可能な板厚が増大する。
【００７９】
ここで、先の実施の形態１〜３と同様に、加工速度をＦ、焦点位置の上下揺動半径をｒ、揺動角速度をωとする。この場合、焦点位置が揺動の上端、あるいは下端にあれば、焦点位置の移動速度がＦとなる。一方、焦点位置が揺動中心にある場合、焦点位置の移動速度がＦとｒωの合成速度に相当する√（Ｆ2＋ｒ2ω2）となる。このように、焦点位置を上下揺動させた場合、焦点位置が揺動の上端若しくは下端にあるときに焦点位置の移動速度が最も遅くなり、焦点位置が揺動中心にあるときに焦点位置の移動速度が最も速くなる。
【００８０】
また、このような焦点位置の移動速度の差が切断面の品質の差を生む。したがって、上下揺動させながら切断する場合には、上下揺動周期に対応した周期的な条痕が切断面に現れる。
【００８１】
そこで、本実施の形態４では、レーザ光Ｌの焦点位置によって変化するレーザ光Ｌの焦点位置の移動速度に応じて、レーザ出力を変化させる。また、レーザ光Ｌの焦点位置が揺動中心にある場合には、焦点位置の移動速度が最も速くなるので、レーザ出力が最大値となるように制御する。さらに、レーザ光Ｌの焦点位置が揺動の上端あるいは下端にある場合には、焦点位置の移動速度が最も遅くなるので、レーザ出力が最小値となるように制御する。
【００８２】
具体的には、図１０に示すように、レーザ光Ｌの焦点位置によって変化するレーザ光Ｌの焦点位置の移動速度に応じて、正弦波でレーザ出力を変調し、レーザ光Ｌの焦点位置の移動速度とレーザ出力とを同期制御する。すなわち、制御部４０は、ワークＷの種類および加工条件に基づいて決定した上下揺動半径ｒおよび揺動角速度ωで、焦点位置が上下に揺動するように加工ヘッド本体３０の駆動を制御するとともに、レーザ光Ｌの焦点位置に応じてレーザ出力を変化させるようにレーザ発振器１０を制御する。
【００８３】
このように制御部４０が制御することで、レーザ光Ｌの焦点位置の移動速度に対して、適切なレーザ出力を保つことができる。この結果、上下揺動周期に対応した周期的な条痕が発生することなく、高精度な加工を行うことができる。なお、先の実施の形態１と同様に、レーザ出力の変調は、正弦波だけでなく、三角波あるいはＣＷ成分にパルス成分を加えた波形で変調を行ってもよい。
【００８４】
以上、本実施の形態４によれば、ワークに対して加工ヘッド本体を相対移動させながら、ワークへ照射されるレーザ光の焦点位置を、ワークに対して垂直方向に揺動させることで、レーザ光の焦点位置が特定の周期で揺動するように制御し、ワークに対するレーザ光の焦点位置の移動速度の変化にレーザ出力を同期させつつ変調するように制御する。
【００８５】
これにより、レーザ光の焦点位置の移動速度に対して、適切なレーザ出力を保つことができ、ワークに対する加工ヘッド本体の相対位置の変化方向と、ワークに垂直な方向とに対して、ワークへのレーザ光の入熱量を一定にすることができる。この結果、上下揺動周期に対応した周期的な条痕が発生することなく、高精度な加工を行うことができる。
【００８６】
実施の形態５．
先の実施の形態１〜４では、レーザ加工を行う際に、レーザ光Ｌの光軸位置および焦点位置のいずれか一方を揺動させた場合における、加工品質の向上策について説明した。これに対して、本発明の実施の形態５では、レーザ加工を行う際に、レーザ光Ｌの光軸位置および焦点位置の両方を同時に揺動させることで、光軸位置を円揺動させつつ焦点位置を上下揺動させる場合における、加工品質の向上策について説明する。図１１は、本発明の実施の形態５におけるレーザ加工装置の動作を説明するための説明図である。
【００８７】
ここで、先の実施の形態４のように、焦点位置を上下揺動させる場合において、例えば、ワークＷの表面位置から内部へレーザ光Ｌの焦点位置が移動するときを考える。この場合、ワークＷの表面に着目すると、焦点位置の変化に応じてワークＷの表面に照射されたレーザ光Ｌのビーム径が拡大することで、ワークＷの表面のスリット幅が拡大する。
【００８８】
しかしながら、スリット幅の拡大速度に対して焦点位置の変化速度が速い場合、すなわち、ワークＷの表面におけるビーム径の変化速度が速い場合に、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、ワークＷの表面でレーザ光Ｌのビームの一部が反射され、ワークＷの内部へ照射されるレーザ光Ｌのエネルギー量が減少する。
【００８９】
また、ワークＷの表面でのレーザ光Ｌのビーム強度がワークＷの加工閾値を下回るほど焦点位置の変化量が大きい場合にも、同様に、ワークＷの表面でレーザ光Ｌのビームの一部が反射され、ワークＷの内部へ照射されるレーザ光Ｌのエネルギー量が減少する。
【００９０】
このように、ワークＷの内部へ照射されるレーザ光Ｌのエネルギー量が減少する結果、ワークＷの下端にまで十分にレーザ光Ｌを照射することができない。したがって、ワークＷの厚み方向に渡って切断面の品質が大きく変化し、場合によっては切断不可となるほど加工品質が低下する。
【００９１】
また、切断加工が正常であると、ワークＷへのレーザ光Ｌの照射によって生成されるドロスは、加工ガスによって、スリットからワークＷの下方へと排出される。一方、切断不可となると、ドロスが排出されるべきスリットが無いので、ドロスは、加工ヘッド本体３０側に飛散し、その結果、加工ヘッド本体３０へ重大な悪影響を及ぼす場合がある。
【００９２】
そこで、本実施の形態５では、このような課題を解決するために、図１１（ｃ）に示すように、制御部４０は、レーザ光Ｌの焦点位置の上下揺動の際に光軸位置の円揺動も併せて行う。すなわち、制御部４０は、レーザ光Ｌの光軸位置および焦点位置の両方を同時に揺動するように、加工ヘッド本体３０の駆動を制御する。
【００９３】
このように、加工ヘッド本体３０の駆動が制御されることで、図１１（ｃ）に示すように、スリット幅を拡大させながら焦点位置がワークＷの内部へ移動可能となる。その結果、ワークＷの表面でレーザ光Ｌが反射されることなく、ワークＷの下端にまで減衰無くレーザ光Ｌを照射することが可能になる。
【００９４】
また、本実施の形態５では、レーザ光Ｌの光軸位置および焦点位置の両方を同時に揺動するように制御されることで変化する、レーザ光Ｌの相対速度と焦点位置の移動速度とに応じてレーザ出力を変調している。すなわち、制御部４０は、レーザ光Ｌの光軸位置に応じて変化するレーザ光Ｌの光軸の回転速度ｒωと、レーザ光Ｌの焦点位置に応じて変化する焦点の上下揺動速度ｒωと、加工速度Ｆとを合成した合成相対速度の変化にレーザ出力を同期させつつ変調するように、レーザ発振器１０のレーザ出力および加工ヘッド本体３０の駆動をそれぞれ制御する。
【００９５】
なお、ここでいう合成相対速度について、さらに説明する。本実施の形態５では、先の実施の形態１と同様に、レーザ光Ｌの光軸は、光軸回転半径ｒおよび回転角速度ωで回転している。また、先の実施の形態４と同様に、レーザ光Ｌの焦点は、上下揺動半径ｒおよび揺動角速度ωで上下に揺動している。この場合、合成相対速度は、レーザ光Ｌの光軸の回転速度ｒωと、レーザ光Ｌの焦点位置に応じて変化する焦点の上下揺動速度ｒωと、加工速度Ｆとを合成することで算出される。
【００９６】
このように、制御部４０は、光軸および焦点のそれぞれの位置によって変化する合成相対速度の変化にレーザ出力を同期させつつ、レーザ出力を変調制御するように構成している。具体的には、一例として、制御部４０は、光軸および焦点のそれぞれが、合成相対速度が最大値になるような位置にある場合には、レーザ出力が最大値となるように制御し、合成相対速度が最小値になるような位置にある場合には、レーザ出力が最小値となるように制御する。このような変調パターンでレーザ出力を制御することで、加工ヘッド本体３０の移動方向に寄らず、ワークＷの厚み方向に対しても均一な加工品質を得ることができる。
【００９７】
以上、本実施の形態５によれば、ワークに対して加工ヘッド本体を相対移動させながら、ワークへ照射されるレーザ光の光軸位置を、ワークの加工面において回転させ、かつワークへ照射されるレーザ光の焦点位置を、ワークに対して垂直方向に揺動させることで、レーザ光の光軸位置および焦点位置のそれぞれが特定の周期で揺動するように制御し、光軸位置の回転速度と、焦点位置の上下揺動速度と、ワークに対して加工ヘッド本体を相対移動させるときの加工速度とを合成した合成相対速度の変化にレーザ出力を、同期させつつ変調するように制御する。
【００９８】
これにより、ワークに対する加工ヘッド本体の相対位置の変化方向に寄らず、ワークに垂直な方向に対して、ワークへのレーザ光の入熱量を一定にすることができ、結果として、ワークＷの厚み方向に対しても均一な加工品質を得ることができる。また、加工ヘッド本体側へのドロスの飛散を防止することができる。
【図１】
2015156119.tif 000003
【図２】
2015156119.tif 000004
【図３】
2015156119.tif 000005
【図４】
2015156119.tif 000006
【図５】
2015156119.tif 000007
【図６】
2015156119.tif 000008
【図７】
2015156119.tif 000009
【図８】
2015156119.tif 000010
【図９】
2015156119.tif 000011
【図１０】
2015156119.tif 000012
【図１１】
2015156119.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月28日(2016.4.28)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、レーザ発振器から出射されたレーザ光を加工対象であるワークへ照射する加工ヘッド本体とを備えたレーザ加工装置に関するものである。
【手続補正３】
【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】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、加工品質のばらつきを抑制することのできるレーザ加工装置を得ることを目的とする。
【手続補正４】
【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】
本発明におけるレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、レーザ発振器から出射されたレーザ光を加工対象であるワークへ照射する加工ヘッド本体と、レーザ発振器によるレーザ出力および加工ヘッド本体からワークへ照射されるレーザ光の位置を制御する制御部と、を備えたレーザ加工装置であって、加工ヘッド本体は、レーザ光の光軸を偏心させることで、ノズルの開口中心とレーザ光の光軸との相対位置を変化させる光軸偏心機構と、レーザ光の焦点位置を、レーザ光の照射方向に移動させる焦点調整機構と、を備え、制御部は、光軸偏心機構および焦点調整機構のそれぞれの動作を制御することで、レーザ光の光軸位置および焦点位置のうち少なくとも一方が揺動するように制御し、加工ヘッドの走査方向と、光軸位置または焦点位置の移動方向から、ワークに対するレーザ光の移動方向とワークに対するレーザ光の相対速度を算出し、ワークに対するレーザ光の相対速度に応じてレーザ発振器によるレーザ出力を同期させつつ変調するように制御するものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明によれば、レーザ光を特定の周期で揺動するように制御し、特定の周期で揺動するように制御されたレーザ光のレーザ出力を、レーザ光の揺動の変化に応じて、同期させつつ変調する構成を備えた。これにより、加工品質のばらつきを抑制することのできるレーザ加工装置を得ることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
以下、本発明によるレーザ加工装置を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図においては、切断加工（溶接加工）を行う面をｘｙ平面とし、加工方向をｘ軸のプラス方向とし、ｘｙ平面に垂直な方向をｚ軸として定義している。
【手続補正８】
【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】
レーザ光を出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射された前記レーザ光を加工対象であるワークへ照射する加工ヘッド本体と、
前記レーザ発振器によるレーザ出力および前記加工ヘッド本体から前記ワークへ照射される前記レーザ光の位置を制御する制御部と、
を備えたレーザ加工装置であって、
前記加工ヘッド本体は、
前記レーザ光の光軸を偏心させることで、ノズルの開口中心と前記レーザ光の光軸との相対位置を変化させる光軸偏心機構と、
前記レーザ光の焦点位置を、前記レーザ光の照射方向に移動させる焦点調整機構と、
を備え、
前記制御部は、
前記光軸偏心機構および前記焦点調整機構のそれぞれの動作を制御することで、前記レーザ光の光軸位置および焦点位置のうち少なくとも一方が揺動するように制御し、
加工ヘッドの走査方向と、前記光軸位置または焦点位置の移動方向から、ワークに対するレーザ光の移動方向とワークに対するレーザ光の相対速度を算出し、前記ワークに対するレーザ光の相対速度に応じて前記レーザ発振器によるレーザ出力を同期させつつ変調するように制御する
レーザ加工装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記ワークに対して前記加工ヘッド本体を相対移動させながら、前記ワークへ照射される前記レーザ光の光軸位置を、前記ワークの加工面において回転させ、かつ前記ワークへ照射される前記レーザ光の焦点位置を、前記ワークに対して垂直方向に揺動させることで、前記レーザ光の光軸位置および焦点位置のそれぞれが揺動するように制御し、
加工ヘッドの走査方向と、前記光軸及び焦点位置の移動方向から、ワークに対するレーザ光の移動方向とワークに対するレーザ光の相対速度を算出し、前記ワークに対するレーザ光の相対速度に応じて前記レーザ発振器によるレーザ出力を同期させつつ変調するように制御する
請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記レーザ光のレーザ出力を正弦波、三角波、またはＣＷ成分にパルス成分を加えた波形で変調する
請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記レーザ加工は、切断加工あるいは溶接加工である
請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【国際調査報告】
2015156119.tif 000014
2015156119.tif 000015
2015156119.tif 000016
2015156119.tif 000017