(57)【要約】【課題】所望の厚板を良好に切断加工し得るレーザ切断加工システムを提供する。【解決手段】ＹＡＧレーザで形成した３台のレーザ発振器１乃至３と、各レーザ発振器１乃至３の出力レーザ光をそれぞれ伝送する３本の光ファイバ６乃至８と、各光ファイバ６乃至８に接続され、各光ファイバ６乃至８が伝送したレーザ光をワークに向けて照射することによりワークを切断加工する切断加工ヘッドを有するレーザ切断加工機９と、各レーザ発振器１乃至３の発振・停止制御してレーザ切断加工機９に供給するレーザ光の出力を調整する制御ブロック線図１１とを有し、板厚に応じて出力を取り出すレーザ発振器１乃至３の台数を選択するようにした。【選択図】　図１
2004105972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器で発振したレーザ光を光ファイバで遠隔に伝送してワークを切断するレーザ切断加工システムにおいて、
出力レーザ光を光ファイバで取り出し得るＹＡＧレーザ発振器等の、複数台のレーザ発振器と、
各レーザ発振器の出力レーザ光をそれぞれ伝送する複数本の光ファイバと、
各光ファイバに接続され、各光ファイバが伝送したレーザ光をワークに向けて照射することによりワークを切断加工する切断加工ヘッドと、
各レーザ発振器の発振・停止を制御して切断加工ヘッドに供給するレーザ光の出力を調整する制御手段とを有することを特徴とするレーザ切断加工システム。
【請求項２】
レーザ発振器で発振したレーザ光を光ファイバで遠隔に伝送してワークを切断するレーザ切断加工システムにおいて、
出力レーザ光を光ファイバで取り出し得るＹＡＧレーザ発振器等の、複数台のレーザ発振器と、
各レーザ発振器の出力レーザ光をそれぞれ伝送する複数本の光ファイバと、
各光ファイバに接続され、各光ファイバが伝送したレーザ光をワークに向けて照射することによりワークを切断加工する切断加工ヘッドと、
ワークの板厚を計測する板厚検出手段と、
板厚検出手段で検出した板厚に応じ予め設定しておいた出力レーザ光が切断加工ヘッドに供給されるよう各レーザ発振器の発振・停止を制御する制御手段とを有することを特徴とするレーザ切断加工システム。
【請求項３】
〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するレーザ切断加工システムにおいて、
制御手段は、各レーザ発振器の出力レーザ光の立ち上がり及び立下がりのタイミングが同期するように制御するものであることを特徴とするレーザ切断加工システム。
【請求項４】
〔請求項１〕乃至〔請求項３〕に記載するレーザ切断加工システムにおいて、
切断加工の対象となるワークは極厚板や構造物とし、切断加工ヘッドは、切断対象物の周囲に構築したヘッド移動装置に搭載して切断加工を行い得るように構成したことを特徴とするレーザ切断加工システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ切断加工システムに関し、特にＹＡＧレーザ等、出力レーザ光を光ファイバで遠隔に伝送し得るレーザ切断加工機により極厚板のワーク（構造物を含む）を切断する場合等に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光は、極めて指向性が良く、大きなエネルギを有しているので、小さな点に集光した高エネルギのレーザビームとして鋼板の切断等の加工に汎用されている。かかるレーザ加工機の一種として固体レーザ発振器であるＹＡＧレーザ発振器がある。このＹＡＧレーザ発振器は、レーザ単結晶としてＮｄをドープしたＹＡＧ（イットリュウム、アルミニウム、ガーネット）結晶を用いており、波長が１．０６４μｍの赤外域のレーザ光を、パルスレーザ光又は連続波レーザ光として出力する。ＹＡＧレーザ発振器によるレーザ光は光ファイバによる伝送が可能であるため、ＹＡＧレーザ発振器を用いた溶接加工装置や切断加工装置では、レーザ光を光ファイバにより引き回すことができ、作業場所の選択の自由度及び作業態様の自由度が大きいという特長を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術に係るＹＡＧレーザ発振器はその出力の最大値が比較的小さいのでこれを鋼板の切断加工に用いた場合、その厚さが制限される。
【０００４】
一方、レーザ切断加工機で切断したいワークである鋼板は、近年厚板化の傾向にある。例えば、原子炉の解体にレーザ切断加工機を適用する場合を考えると、８０ｍｍ乃至１００ｍｍの厚板の切断能力が要求される。
【０００５】
ちなみに、一台のレーザ加工装置から多種類のレーザ光を出力して加工に応じた適切なレーザ光を得る従来技術として下記の特許文献１を挙げることができる。これは、複数のレーザ発振器の出力レーザ光を、反射鏡系及び光ファイバ入射光学系で形成した光合成光学系で合成して出力するように構成したものであり、複数のレーザ発振器の選択的な発振・停止制御を行うことにより加工に応じた最適なレーザ光を得ることができるようにしたものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−９７９３９号公報
【０００７】
本発明は、上記従来技術に鑑み、所望の厚板を良好に切断加工し得るレーザ切断加工システムをを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【０００９】
１）　レーザ発振器で発振したレーザ光を光ファイバで遠隔に伝送してワークを切断するレーザ切断加工システムにおいて、
出力レーザ光を光ファイバで取り出し得るＹＡＧレーザ発振器等の、複数台のレーザ発振器と、
各レーザ発振器の出力レーザ光をそれぞれ伝送する複数本の光ファイバと、
各光ファイバに接続され、各光ファイバが伝送したレーザ光をワークに向けて照射することによりワークを切断加工する切断加工ヘッドと、
各レーザ発振器の発振・停止を制御して切断加工ヘッドに供給するレーザ光の出力を調整する制御手段とを有すること。
【００１０】
２）　レーザ発振器で発振したレーザ光を光ファイバで遠隔に伝送してワークを切断するレーザ切断加工システムにおいて、
出力レーザ光を光ファイバで取り出し得るＹＡＧレーザ発振器等の、複数台のレーザ発振器と、
各レーザ発振器の出力レーザ光をそれぞれ伝送する複数本の光ファイバと、
各光ファイバに接続され、各光ファイバが伝送したレーザ光をワークに向けて照射することによりワークを切断加工する切断加工ヘッドと、
ワークの板厚を計測する板厚検出手段と、
板厚検出手段で検出した板厚に応じ予め設定しておいた出力レーザ光が切断加工ヘッドに供給されるよう各レーザ発振器の発振・停止を制御する制御手段とを有すること。
【００１１】
３）　上記１）又は２）に記載するレーザ切断加工システムにおいて、
制御手段は、各レーザ発振器の出力レーザ光の立ち上がり及び立下がりのタイミングが同期するように制御するものであること。
【００１２】
４）　上記１）乃至３）に記載するレーザ切断加工システムにおいて、
切断加工の対象となるワークは極厚板や構造物とし、切断加工ヘッドは、切断対象物の周囲に構築したヘッド移動装置に搭載して切断加工を行い得るように構成したこと。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態に係るレーザ加工システムを示すブロック線図である。同図に示すように、本形態は、３台のレーザ発振器１、２、３と、各レーザ発振器１乃至３の出力レーザ光を重畳するとともに、このレーザ光を遠隔に伝送する光ファイバ６、７、８と、レーザ光を用いて切断加工を行うレーザ切断加工機（切断加工ヘッドを含む）９を有する加工ステージ１０で構成してある。
【００１５】
ここで、光ファイバ６はレーザ発振器１の出力レーザ光のみを伝送する。光ファイバ７はツイン光ファイバで、レーザ発振器１、２の出力レーザ光を重畳して伝送する。したがって、この光ファイバ７からは、レーザ発振器１、２の出力を加算した出力を得ることができる。光ファイバ８はトリプル光ファイバで、レーザ発振器１乃至３の出力レーザ光を重畳して伝送する。したがって、この光ファイバ８からは、レーザ発振器１乃至３の出力を加算した出力を得ることができる。なお、光ファイバ６乃至８の組み合わせは本形態のものに限定する必要はない。切断加工の必要に応じ、適宜組み合わせることができる。また、切断加工ステージも一箇所に限らず複数箇所に設けることもでき、各切断加工ステージで異なる種類の出力レーザ光を得るように構成しても、勿論良い。
【００１６】
制御部１１はプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）で形成してあり、予め組み込んだプログラムに従いレーザ発振器１乃至３の発振・停止を制御するとともに、レーザ切断加工機９にレーザ光を供給する光ファイバ６乃至８の何れかを選択してその出力を制御する。すなわち、加工ステージ１０で切断する鋼板の板厚に応じ、１台のレーザ発振器１の出力のみを使用する場合、２台のレーザ発振器１、２の出力を重畳して使用する場合、３台のレーザ発振器１乃至３の出力を重畳して使用する場合という３つのモードで運転する。これは、レーザ発振器１乃至３の選択的な発振・停止制御とともに、使用する光ファイバ６乃至８の選択により実現する。
【００１７】
切断加工の手順は予めプログラムしておいても良いが、加工機側操作指令盤１４の操作により逐次決定しても良い。このときには、切断加工する鋼材の板厚に応じ、操作員がレーザ加工機１乃至３及び使用する光ファイバ６乃至８の何れかを選択する。
【００１８】
一方、当該切断加工におけるワークである鋼板の近傍に板厚検出センサ１５を配設しておき、この板厚検出センサ１５が検出する板厚に応じ、自動的にレーザ加工機１乃至３及び使用する光ファイバ６乃至８の何れかの選択を自動的に行うようにすることもできる。
【００１９】
さらに、本形態における制御部１１は、各レーザ発振器１乃至３の出力レーザ光の立ち上がり及び立下がりのタイミングが同期するように制御する。これは、レーザ発振器１乃至３の発振及び発振停止指令信号をアナログ電気信号とすることで実現している。すなわち、発振及び発振停止指令信号は、電線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及びＩ／Ｏポート（図示せず。）を介して各レーザ発振器１乃至３に供給される。その他のレーザ発振器１乃至３の制御は、通信回線１３を介した従来のＢＵＳ通信等を利用してこれを行う。
【００２０】
かくして、制御部１７は、レーザ切断加工機９で切断するワークである鋼板の板厚に応じ、このレーザ切断加工機９に供給されるレーザ光のエネルギが適正になるように、各レーザ発振器１乃至３及び光ファイバ６乃至８の選択的な駆動制御等を行う。
【００２１】
かかる本形態によれば、１台のレーザ発振器１乃至３の出力レーザ光では切断できないような板厚の鋼板であっても良好に切断することができる。また、図２に示すように、例えば光ファイバ７、８を介してレーザ発振器１乃至３からの重畳レーザ光を得る場合でも、その立ち上がり及び立下がりは、高精度に一致させることができる。切断加工の場合、レーザ光の立ち上がり及び立下がりを、高精度に一致させることは必ずしも必要ないが、高精度に一致したタイミングで所定の出力のレーザ光が得られた場合は、一度のレーザ光の照射で鋼材に孔を明けることができるので、その分良好な切断加工を行い得る。
【００２２】
本発明における切断加工ヘッドには光ファイバを介してレーザ光を供給するようにしているので、この切断加工ヘッドの取り回しは自由である。したがって、例えば、図３に示すように、切断加工の対象となるワークを原子炉容器１６とし、切断加工ヘッド１７は、前記原子炉容器１６の周囲に構築した走行レール１８をＸ軸（水平）方向及びＹ軸（垂直）方向にそれぞれ移動するロボット１９に搭載して当該原子炉容器１６の解体のための切断加工を行うようにすることもできる。
【００２３】
原子炉容器１６は一般に厚板の鋼板で形成してあるが、本願発明によれば、複数台のレーザ発振器の出力を加算した出力のレーザ光を得ることができるので、このときの切断加工も良好に行うことができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、レーザ発振器で発振したレーザ光を光ファイバで遠隔に伝送してワークを切断するレーザ切断加工システムにおいて、出力レーザ光を光ファイバで取り出し得るＹＡＧレーザ発振器等の、複数台のレーザ発振器と、各レーザ発振器の出力レーザ光をそれぞれ伝送する複数本の光ファイバと、各光ファイバに接続され、各光ファイバが伝送したレーザ光をワークに向けて照射することによりワークを切断加工する切断加工ヘッドと、各レーザ発振器の発振・停止制御して切断加工ヘッドに供給するレーザ光の出力を調整する制御手段とを有するので、
板厚に応じた適切な出力のレーザ光を得ることができる。この結果、単一のレーザ発振器では切断できないような厚板の鋼板であっても良好に切断し得る。この際、レーザ光は光ファイバで供給するようになっているので、取り回しの自由度は従来通り良好にこれを保持し得る。
【００２５】
〔請求項２〕に記載する発明は、レーザ発振器で発振したレーザ光を光ファイバで遠隔に伝送してワークを切断するレーザ切断加工システムにおいて、出力レーザ光を光ファイバで取り出し得るＹＡＧレーザ発振器等の、複数台のレーザ発振器と、各レーザ発振器の出力レーザ光をそれぞれ伝送する複数本の光ファイバと、各光ファイバに接続され、各光ファイバが伝送したレーザ光をワークに向けて照射することによりワークを切断加工する切断加工ヘッドと、ワークの板厚を計測する板厚検出手段と、板厚検出手段で検出した板厚に応じ予め設定しておいた出力レーザ光が切断加工ヘッドに供給されるよう各レーザ発振器の発振・停止を制御する制御手段とを有するので、
〔請求項１〕に記載する発明の作用・効果に加え、ワークの板厚に応じて自動的に最適な出力のレーザ光を照射して所定の切断を行うことができるという効果を奏する。
【００２６】
〔請求項３〕に記載する発明は、〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するレーザ切断加工システムにおいて、制御手段は、各レーザ発振器の出力レーザ光の立ち上がり及び立下がりのタイミングが同期するように制御するものであるので、
〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載する発明の作用・効果に加え、さらに必要な時点で必要なレーザ出力を精確に供給することができ、その分切断加工を良好に行い得る。
【００２７】
〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項１〕乃至〔請求項３〕に記載するレーザ切断加工システムにおいて、切断加工の対象となるワークは極厚板や構造物とし、切断加工ヘッドは、切断対象物の周囲に構築したヘッド移動装置に搭載して切断加工を行い得るように構成したので、
容易且つ迅速に加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ切断加工システムを示すブロック線図である。
【図２】図１に示す各レーザ発振器の出力レーザ光を重畳した状態を示す波形図である。
【図３】切断加工の対象となる原子炉容器と本発明に係るレーザ切断加工システムとの関係を概念的に示す説明図である。
【符号の説明】
１、２、３　　　　レーザ発振器
６、７、８　　　　光ファイバ
９　　　　レーザ切断加工機
１１　　　　制御部
１５　　　　板厚検出センサ
１６　　　　原子炉容器
１７　　　　切断加工ヘッド
１８　　　　走行レール
１９　　　　ロボット
【図１】
2004105972.tif 000003
【図２】
2004105972.tif 000004
【図３】
2004105972.tif 000005