(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを無酸化レーザ加工するレーザ加工装置において、レーザ切断加工時にワーク加工部に発生する紫外線を光検出器により検出し、検出された紫外線の波長が４０５ｎｍにおける紫外線の強度が予め定めた値となったとき、ワークの加工速度を低下させ、前記値より低く設定した値以下になったとき前記加工速度を元の速度に段階的に又は漸増して戻すことを特徴とするレーザ切断加工制御方法。
【請求項２】
ワークを無酸化レーザ加工するレーザ加工装置において、レーザ切断加工時にワーク加工部に発生する紫外線を検出する光検出器を設け、前記光検出器には検出された紫外線の波長が４０５ｎｍにおける紫外線の強度が予め定めた値となったとき、ワークの加工速度を低下させた後に、前記値より低く設定した値以下になったとき前記加工速度を元の速度に段階的に又は漸増して戻す加工速度制御手段を設けたことを特徴とするレーザ切断加工制御装置。
【請求項３】
請求項２において、前記加工速度制御手段は、４０５ｎｍの波長を透過させるフィルタを備えているレーザ切断加工制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はレーザ切断加工制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼板のレーザ切断に際し、切断面を変色させないで、つまり無酸化状態のまま切断する場合には、アシストガスに窒素を使用することが知られている。しかし、切断中に熔融したドロスが窒素ガスで吹き飛ばされないと、ドロスが被切断材に付着してレーザ熱を吸収するため、切断に悪影響のあるプラズマが発生する。プラズマが発生すると、レーザ熱がさらにドロスに吸収され、新たな切断面がドロスで覆われて切断不可能になってしまう。
【０００３】
従来技術では、切断不良になると、切断中の発生音の変化を捉えて切断を中止したり、プラズマ発生の可視光で検出したりするものもある。この従来のレーザ切断加工制御方法として、特開２００１−１３８０８２号公報に示すものが提案されている。この制御方法は、ＮＣ制御のレーザ加工装置において、レーザ切断加工時に少なくともワーク加工部に発生するスパッタの光の色と噴射角度とを加工状態監視モニタで検出する。この検出した切断加工状態での加工条件データと、前記ＮＣ制御装置の記憶装置に登録した良好切断時の加工条件データとを比較する。そして、前記スパッタの光の色と噴射角度が常に良好切断時の状態になるように切断加工条件を自動的に変更するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のレーザ切断加工制御方法は、検出周波数を４段階に分けて、その段階毎に加工条件の焦点位置、レーザ出力、加工速度及びアシストガス圧力を変化させている。しかし、その判断基準が微妙であり、プラズマ発生の初期段階での検出を行うことができないという問題があった。プラズマが発生してしまってからでは、ワークの切断作業を続行するのが遅過ぎて、有効な検出方法とは言えなかった。
【０００５】
この発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、レーザ切断加工中に初期段階で発生するプラズマを確実に検出してワークの切断不良を未然に防止することができるレーザ切断加工制御方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ワークを無酸化レーザ加工するレーザ加工装置において、レーザ切断加工時にワーク加工部に発生する紫外線を光検出器により検出し、検出された紫外線の波長が４０５ｎｍにおける紫外線の強度が予め定めた値となったとき、ワークの加工速度を低下させ、前記値より低く設定した値以下になったとき前記加工速度を元の速度に段階的に又は漸増して戻すことを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、ワークを無酸化レーザ加工するレーザ加工装置において、レーザ切断加工時にワーク加工部に発生する紫外線を検出する光検出器を設け、前記光検出器には検出された紫外線の波長が４０５ｎｍにおける紫外線の強度が予め定めた値となったとき、ワークの加工速度を低下させた後に、前記値より低く設定した値以下になったとき前記加工速度を元の速度に段階的に又は漸増して戻す加工速度制御手段を設けたことを要旨とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記加工速度制御手段は、４０５ｎｍの波長を透過させるフィルタを備えていることを要旨とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すようにレーザビームＬＢを出力するレーザ発振器１１には、図示しない固定案内管及び伸縮案内管を介して反射ミラー１２が連結され、該反射ミラー１２の下方には上下方向に図示しない伸縮案内管及び案内筒１３が連結されている。この案内筒１３の下端部にはノズル１４が連結されている。前記案内筒１３の下端部には集光レンズ１５が収容され、レーザ発振器１１から反射ミラー１２を経て集光レンズ１５に入ったレーザビームＬＢは、集光されてステンレス鋼板等のワークＷに照射され、ワークＷを切断するようになっている。
【００１０】
コンピュータを備えた制御装置１６はリード線１７を介して前記レーザ発振器１１に接続され、レーザ発振器１１のレーザ出力強度を切断しようとするワークＷの材質や厚さに応じて制御するようになっている。又、制御装置１６からはリード線１８を通してＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各サーボモータ１９〜１９に動力と制御信号が出力され、前記ノズル１４をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向にそれぞれ独立して数値制御により移動するようになっている。ノズル１４の水平面内でのＸ，Ｙ軸方向の移動速度は、ワークＷの加工速度として数値制御される。
【００１１】
前記案内筒１３内にはワークＷの切断加工中に発生する初期のプラズマに含まれる紫外線を検出するための第１及び第２光検出器２０，２１が設けられている。第１及び第２光検出器２０，２１には光ファイバー２２を介して混合器２３が接続され、検出された光信号を合成するようにしている。混合器２３には所定の帯域の波長、つまり４０５ｎｍの波長の紫外線を透過させるバンドパスフィルタ２６を備えたフォトセンサ増幅回路２４が接続され、合成された光信号を増幅すようにしている。該フォトセンサ増幅回路２４にはＡ／Ｄ変換回路２５が接続され、光のアナログ信号をディジタル信号に変換するようにしている。前記Ａ／Ｄ変換回路２５は光伝送路２７により前記制御装置１６に接続されている。
【００１２】
なお、ノズル１４からはワークＷを無酸化レーザ加工するため例えば窒素等のアシストガスＧが必要に応じてワークＷのレーザ切断加工部に供給されるようになっている。
【００１３】
次に、前記のように構成した無酸化方式のレーザ切断加工装置を用いてワークＷを切断加工する動作を説明する。
前記ノズル１４は制御装置１６からの制御信号に基づいて、Ｘ軸及びＹ軸サーボモータ１９により所定の移動軌跡に沿って一定の加工速度で移動制御される。このためノズル１４から出力された集光後のレーザビームＬＢによってワークＷが所定の幅（例えば１ｍｍ）で切断される。
【００１４】
この切断動作中に何らかの要因により図２に示すようにワークＷの切断溝Ｗ１の下部に切断不良により非貫通部Ｗ２が生じると、プラズマＰが発生する。このプラズマＰからは初期段階であっても紫外線が発生され、その紫外線が切断溝Ｗ１の隙間からノズル１４に設けられた穴を通して第１光検出器２０及び第２光検出器２１により検出される。両光検出器２０，２１により検出された紫外線は、混合器２３に伝送されて、ここで合成された後に、バンドパスフィルタ２６により所定帯域、つまり４０５ｎｍの波長が検出され、フォトセンサ増幅回路２４によって増幅される。その後、Ａ／Ｄ変換回路２５に伝送され、アナログ信号からディジタル信号に変換される。
【００１５】
上記の所定帯域の波長のうち４０５ｎｍにおける紫外線の強度が予め定めた値、つまり加工速度低下指令値に達すると、光伝送路２７を通して制御装置１６に入力される。そして、プラズマの発生初期段階で、制御装置１６からサーボモータ１９に制御信号が送られて、ワークＷの加工速度が低下される。加工速度が低下されるとプラズマが減衰されて、紫外線が弱められ、その強度が前記予め定めた加工速度低下指令値より低く設定した値、つまり加工速度復帰指令値以下になると、ワークＷの加工速度が徐々に速くなるようにオーバーライドの可変制御され、所定時間経過後に初期（元）の加工速度に復帰される。
【００１６】
図３はワークＷの加工時間の経過と加工速度及び紫外線強度との関係を示す。初期の加工速度Ａにおいてプラズマが発生した場合、低下させる加工速度Ｂは次の式により制御装置１６の演算部により設定される。
【００１７】
Ｂ＝Ａ×オバーライド（％）
又、加工速度を上昇させる過程では、増加速度Δｆ、単位時間Δｔ及び加速度αとすると、次の式に基づいて制御装置１６の演算部により加工速度の上昇が段階的に行われる。
【００１８】
Δｆ＝α・Δｔ
次に、前記のように構成したレーザ切断加工制御装置について、効果を記載する。
【００１９】
（１）前記実施形態では、プラズマの発生初期に第１及び第２光検出器２０，２１により検出された紫外線の波長が４０５ｎｍにおける紫外線の強度が予め設定した加工速度低下指令値に達した時、ノズル１４の加工速度を低下させるようにした。このため、ワークＷの切断不良が発生する前の初期段階で、前記プラズマを消滅させることができ、ワークＷの加工を適正に行うことができる。
【００２０】
（２）前記実施形態では、案内筒１３の集光レンズ１５上方に第１及び第２光検出器２０，２１を収容し、ワークＷの切断溝Ｗ１の底部に発生するプラズマを検出するようにした。このためワークＷの下方においてプラズマを検出する方式と比較して、プラズマ検出装置の構成を小型化できる。
【００２１】
なお、この発明は次のように具体化することもできる。
・前記第１及び第２光検出器２０，２１を一箇所に設けること。又、三箇所以上設けること。
【００２２】
・ワークＷを支持テーブルに固定し、支持テーブルをＸ軸、Ｙ軸方向に数値制御により移動し、この移動速度をワークＷの加工速度とすること。
・加工速度を初期速度に戻すとき漸増するようにすること。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明はレーザ切断加工中に初期段階で発生するプラズマを確実に検出してワークの切断不良を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明を具体化したレーザ切断加工制御装置のブロック回路図。
【図２】  ワークの切断状態を示す断面図。
【図３】  加工時間、加工速度及び紫外線強度の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１１…レーザ発信器、１６…制御装置、２０，２１…第１，第２光検出器、２３…混合器、２４…フォトセンサ増幅回路、２５…Ａ／Ｄ変換回路。
【図１】
0004166450.tif 000002
【図２】
0004166450.tif 000003
【図３】
0004166450.tif 000004