JP7333203B2

JP7333203B2 - レーザ加工機及びレーザ加工方法

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Publication number: JP7333203B2
Application number: JP2019103577A
Authority: JP
Inventors: 藤也石徹白; 秀広相原
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2023-08-24
Anticipated expiration: 2039-06-03
Also published as: JP2020196028A

Description

本発明は、板状のワーク（板金）に対してレーザ加工を行うレーザ加工機、及びワークに対してレーザ加工を行うためのレーザ加工方法に関する。

レーザ加工機は、加工テーブルに支持されたワークに向かってレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドを備えている。レーザ加工ヘッドは、互いに直交する水平方向であるＸ軸方向とＹ軸方向、及び鉛直方向であるＺ軸方向へ加工テーブルに対して相対的に移動可能である。レーザ加工ヘッドは、その先端側に、レーザ光を照射するためのノズルを有している。通常、レーザ光のワーク表面に対する照射角度（入射角度）は９０度に設定されており、換言すれば、レーザ光のＺ軸方向に対する照射角度は０度に設定されている。

レーザ加工ヘッドの適宜位置には、ノズルをワーク表面に対して接近離反する方向であるＺ軸方向へレーザ加工ヘッドと一体的に移動させるノズル移動アクチュエータとしてのＺ軸モータが設けられている。Ｚ軸モータは、ノズルのＺ軸方向の位置を検出する位置センサとしてのエンコーダを有している。また、レーザ加工ヘッドの適宜位置には、ノズルとワークとのギャップ（ノズル先端とワーク表面との距離）を検出するギャップセンサが設けられている。そして、ノズルモータ又はＺ軸モータは、ギャップセンサからの検出結果に基づいて、ノズルとワークとのギャップを一定に保つように制御される。これにより、ワークの厚み（板厚）に応じた加工条件の下で、ワークに対して安定したレーザ加工を行うことができる（特許文献１）。

特開２０１７－１３１８９７号公報

ところで、ワークに反りが有ると、ワークの実際の厚みは変化しないものの、ワークの垂直方向の長さである見かけの厚みが変化する。例えば、ワークの実際の厚みが１６ｍｍであって、ワークの反りの反り角がＸＹ軸平面に対して１５度の場合には、ワークの見かけの厚みは１６．０６ｍｍになる。そのため、ワークの反った部分において、ワークの実際の厚みに応じた加工条件の下でレーザ加工を行うと、ワークの見かけの厚みが実際の厚みよりも厚い分だけ、局所的な切断不良（加工不良）が発生し易くなるという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決するために、ワークに反りが有った場合においても、レーザ光のワーク表面に対する照射角度を一定（例えば９０度）に保つことができる、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。

本発明の第１実施態様に係るレーザ加工機は、加工テーブルに対して相対的に移動可能であって、先端側にノズルを有し、前記加工テーブルに支持された板状のワークに向かってレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドから照射されるレーザ光の照射方向を調整する照射方向調整部と、前記レーザ加工ヘッドの前記加工テーブルに対する相対的な移動量を検出する移動量センサと、前記ノズルのワーク表面に対して接近離反する方向の位置を検出する位置センサと、前記移動量センサからの検出結果及び前記位置センサからの検出結果に基づいて、常時又は微小時間に取得された前記ワークの反り角度に応じ、ギャップセンサにより前記ノズルの先端と前記ワークの表面とのギャップを一定に保った状態で、レーザ加工中に前記レーザ光の前記ワークの表面に対する照射角度が一定になるように前記照射方向調整部を制御する照射方向制御部と、を備えている。

本発明の第１実施態様に係るレーザ加工機は、前記移動量センサからの検出結果及び前記位置センサからの検出結果に基づいて、前記ワークの反り角度を取得する反り角度取得部を備え、前記照射方向制御部は、前記レーザ加工中に、取得された前記ワークの反り角度と同じ角度だけ、レーザ光の照射方向を基準の照射方向に対して傾斜させるものであってもよい。

本発明の第１実施態様に係るレーザ加工機は、前記ノズルをワーク表面に対して接近離反する方向へ移動させるノズル移動アクチュエータと、前記ノズルとワークとのギャップ（前記ノズル先端とワーク表面との距離）を一定に保つように前記ノズル移動アクチュエータを制御するギャップ制御部と、を備えてもよい。また、本発明の第１実施態様に係るレーザ加工機は、前記位置センサからの検出結果に基づいて、ワークの反りの有無を判定する反り判定部を備えてもよい。

本発明の第１実施態様によると、前記ノズルとワークとのギャップ（前記ノズル先端とワーク表面との距離）を一定に保った状態で、前記レーザ加工ヘッドを前記加工テーブルに対して相対的に移動させながら、前記レーザ加工ヘッドからワークに向かってレーザ光を照射する。これにより、ワークに対してレーザ加工を行うことができる。

レーザ加工中に、前記照射方向制御部は、前記移動量センサからの検出結果及び前記位置センサからの検出結果に基づいて、ワーク表面に対するレーザ光の照射角度が一定になるように前記照射方向調整部を制御する。これにより、ワークに反りが有った場合においても、レーザ光のワーク表面に対する照射角度（入射角度）を一定（例えば９０度）に保つことができる。

本発明の第２実施態様に係るレーザ加工方法は、レーザ加工ヘッドのノズルの先端と加工テーブルに支持された板状のワークの表面とのギャップを一定に保った状態で、前記レーザ加工ヘッドを前記加工テーブルに対して相対的に移動させながら、前記レーザ加工ヘッドから前記ワークに向かってレーザ光を照射し、
前記レーザ加工ヘッドの前記加工テーブルに対する相対的な移動量、及び前記ノズルの前記ワークの表面に対して接近離反する方向の位置の変化量に基づいて、常時又は微小時間に前記ワークの反り角度を取得し、レーザ加工中にレーザ光の前記ワークの表面に対する照射角度が一定になるように、前記レーザ加工ヘッドから照射されるレーザ光の照射方向を取得した前記ワークの反り角度に応じて調整（変更）する。

本発明の第２実施態様によると、ワークに反りが有った場合においても、レーザ光のワーク表面に対する照射角度を一定（例えば９０度）に保つことができる。

本発明によれば、ワークに反りが有っても、局所的な切断不良（加工不良）の発生を抑えて、レーザ加工の加工品質の向上を図ることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工機を示す模式図である。図２は、ワークに反りが有る場合において、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工機のレーザ加工ヘッドの移動軌跡（移動の様子）を示す図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工機の制御ブロック図である。図４は、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工機を示す模式図である。図５は、ワークに反りが有る場合において、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工機のレーザ加工ヘッドの移動軌跡を示す図である。図６は、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工機の制御ブロック図である。

以下、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について図１から図６を参照して説明する。

なお、本願の明細書及び特許請求の範囲であって、「設けられる」とは、直接的に設けられることの他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む意である。また、本発明の実施形態において、次のように定義する。「Ｘ軸方向」とは、水平方向の１つのことであり、前後方向とも言う。「Ｙ軸方向」とは、水平方向の１つでかつＸ軸方向に直交する方向のことであり、左右方向とも言う。「Ｚ軸方向」とは、垂直方向（鉛直方向）のことであり、上下方向とも言う。「Ａ軸」とは、Ｚ軸方向に平行な回転軸のことである。「Ｂ軸」とは、Ｚ軸方向に直交する回転軸のことである。「及び／又は」とは、２つのうちのいずれか一方と両方を含む意である。また、図面中、「ＦＦ」は前方向、「ＦＲ」は後方向、「Ｌ」は左方向、「Ｒ」は右方向、「Ｕ」は上方向、「Ｄ」は下方向をそれぞれ指している。

（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工機１０は、板状のワーク（板金）Ｗに対してレーザ加工（切断加工）を行う加工機である。レーザ加工機１０は、ワークＷを支持する加工テーブル１２を備えており、加工テーブル１２は、レーザ加工機１０のベッド（図示省略）に設けられている。加工テーブル１２は、Ｘ軸方向に間隔を置いて配置された複数（１つのみ図示）の支持板１４を有している。各支持板１４は、Ｙ軸方向に延びており、各支持板１４の上部には、ワークＷを点接触で支持するための複数の山型の突起１４ａがＹ軸方向に沿って形成されている。

ベッドには、Ｘ軸キャリッジとしての可動フレーム１６（一部分のみ図示）がＸ軸方向へ移動可能に設けられている。ベッドには、可動フレーム１６をＸ軸方向へ移動させるＸ軸移動アクチュエータとしてのＸ軸モータ１８が設けられている。Ｘ軸モータ１８は、可動フレーム１６のＸ軸方向の移動量を検出するエンコーダ１８ａを有している。また、可動フレーム１６には、Ｙ軸キャリッジ２０がＹ軸方向へ移動可能に設けられている。可動フレーム１６には、Ｙ軸キャリッジ２０をＹ軸方向へ移動させるＹ軸移動アクチュエータとしてのＹ軸モータ２２が設けられている。Ｙ軸モータ２２は、Ｙ軸キャリッジ２０のＹ軸方向の移動量を検出するエンコーダ２２ａを有している。

Ｙ軸キャリッジ２０には、Ｚ軸キャリッジ２４がＺ軸方向へ移動可能に設けられている。Ｙ軸キャリッジ２０の適宜位置には、Ｚ軸キャリッジ２４をＺ軸方向へ移動させるＺ軸移動アクチュエータとしてのＺ軸モータ２６が設けられている。Ｚ軸モータ２６は、Ｚ軸キャリッジ２４のＺ軸方向の移動量（位置）を検出するエンコーダ２６ａを有している。また、Ｚ軸キャリッジ２４には、筒状の回転体２８がＡ軸回りに回転可能に設けられている。Ｚ軸キャリッジ２４の適宜位置には、回転体２８をＡ軸回りに回転させるＡ軸回転手段としてのＡ軸モータ３０が設けられている。Ａ軸モータ３０は、回転体２８のＡ軸回りの回転位置（回転角）を検出するエンコーダ３０ａを有している。

回転体２８には、加工テーブル１２に支持されたワークＷに向かってレーザ光ＬＢを照射するレーザ加工ヘッド３２がＢ軸回りに回転可能に設けられている。レーザ加工ヘッド３２は、その先端側に、レーザ光ＬＢを照射するためのノズル３４を有しており、ノズル３４は、その軸心方向へ移動可能に構成されている。Ｚ軸キャリッジ２４の適宜位置には、レーザ加工ヘッド３２をＢ軸回りに回転させるＢ軸回転手段としてのＢ軸モータ３６が設けられている。Ｂ軸モータ３６は、レーザ加工ヘッド３２のＢ軸回りの回転位置（回転角）を検出するエンコーダ３６ａを有している。

ここで、レーザ加工ヘッド３２は、Ｘ軸モータ１８の駆動により可動フレーム１６と一体的にＸ軸方向へ移動する。レーザ加工ヘッド３２は、Ｙ軸モータ２２の駆動によりＹ軸キャリッジ２０と一体的にＹ軸方向へ移動する。レーザ加工ヘッド３２は、Ｚ軸モータ２６の駆動によりＺ軸キャリッジ２４と一体的にＺ軸方向へ移動する。レーザ加工ヘッド３２は、Ａ軸モータ３０の駆動により回転体２８と一体的にＡ軸回りに回転する。また、エンコーダ１８ａ及びエンコーダ２２ａは、レーザ加工ヘッド３２の水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、又はＸ軸方向とＹ軸方向の合成方向）の移動量を検出する移動量センサに相当する。Ｂ軸モータ３６は、レーザ加工ヘッド３２から照射されるレーザ光ＬＢの照射方向を調整（変更）する照射方向調整部（照射方向変更部）に相当する。エンコーダ３６ａは、前記レーザ光ＬＢの光軸のＺ軸方向に対する角度を検出する角度センサに相当する。

Ｚ軸キャリッジ２４の適宜位置には、ノズル３４をワークＷ表面に対して接近離反する方向（レーザ光の光軸方向）へレーザ加工ヘッド３２に対して移動させるノズル移動アクチュエータとしてのノズルモータ３８が設けられている。ノズルモータ３８は、ノズル３４のワークＷ表面に対して接近離反する方向の位置を検出する位置センサとしてのエンコーダ３８ａを有している。なお、ノズルモータ３８を省略し、Ｘ軸モータ１８、Ｙ軸モータ２２、及びＺ軸モータ２６の制御によってレーザ加工ヘッド３２全体をワークＷ表面に対して接近離反する方向へ移動させてもよい。

図１及び図２に示すように、レーザ加工ヘッド３２の適宜位置には、ノズル３４とワークＷとのギャップ（ノズル３４先端とワークＷ表面との距離）を検出する静電容量式のギャップセンサ４０が設けられている。なお、静電容量式のギャップセンサ４０に代えて、渦電流式のギャップセンサ（図示省略）等の他のギャップセンサを用いてもよい。

図１に示すように、回転体２８及びレーザ加工ヘッド３２は、レーザ光ＬＢを発振するレーザ発振器（図示省略）に光ファイバ４２を介して光学的に接続されている。また、回転体２８内には、光ファイバ４２の射出端から射出されたレーザ光ＬＢをコリメートするコリメートレンズ４４が設けられている。回転体２８内におけるコリメートレンズ４４の射出側には、コリメートされたレーザ光ＬＢを折曲げて射出する第１ベンドミラー４６が設けられている。更に、レーザ加工ヘッド３２内には、第１ベンドミラー４６から射出されたレーザ光ＬＢを折曲げて射出する第２ベンドミラー４８が設けられている。レーザ加工ヘッド３２内における第２ベンドミラー４８の射出側には、ワークＷに向かってレーザ光ＬＢを集束する集束レンズ５０が設けられている。

図３に示すように、レーザ加工機１０は、加工プログラム等に基づいて、Ｘ軸モータ１８、Ｙ軸モータ２２、Ｚ軸モータ２６、Ａ軸モータ３０、Ｂ軸モータ、及びノズルモータ３８等を制御する制御装置５２を備えている。制御装置５２は、１つ又は複数のコンピュータによって構成されており、制御装置５２には、複数のエンコーダ１８ａ，２２ａ，２６ａ，３０ａ，３６ａ，３８ａ及びギャップセンサ４０が接続されている。制御装置５２は、加工プログラム等を記憶するメモリ（図示省略）と、加工プログラムを実行するＣＰＵ（図示省略）とを有している。

制御装置５２のＣＰＵは、加工プログラムを実行することによって、ギャップ制御部５４としての機能、反り判定部５６としての機能、反り角度取得部５８としての機能、及び照射方向制御部６０としての機能を有している。そして、ギャップ制御部５４、反り判定部５６、反り角度取得部５８、及び照射方向制御部６０の内容は、次の通りである。

図２及び図３に示すように、ギャップ制御部５４は、ギャップセンサ４０からの検出結果を監視しながら、レーザ加工中にノズル３４とワークＷとのギャップを一定に保つようにノズルモータ３８を制御する。

反り判定部５６は、位置センサとしてのエンコーダ３８ａからの検出結果に基づいて、ワークＷの反りの有無を判定する。具体的には、ワークＷに反りが発生すると、ノズル３４がワークＷとのギャップを一定に保つように上昇し、エンコーダ３８ａが上昇したノズル３４のワークＷ表面に対して接近離反する方向の位置を検出する。そして、反り判定部５６は、レーザ加工ヘッド３２の水平方向の所定距離の移動量に対する、ノズル３４のワークＷ表面に対して接近離反する方向の位置の変化量（ノズル位置の変化量）が、ワークＷの反りの有無を判定するための判定閾値を越えたか否かを判定する。反り判定部５６は、ノズル位置の変化量が判定閾値を越えていない場合には、ワークＷの反り無しと判定する。反り判定部５６は、ノズル位置の変化量が判定閾値を越えている場合には、ワークＷの反り有りと判定する。

反り角度取得部５８は、ワークＷの反り有りと判定された場合に、移動量センサとしてのエンコーダ１８ａ，２２ａからの検出結果及び位置センサとしてのエンコーダ３８ａからの検出結果に基づいて、ワークＷの反り角度θを演算によって取得する。具体的には、反り角度取得部５８は、下記の関係式（１）に基づいて、ワークＷの反り角度θを演算によって取得する。
θ＝ｔａｎ^-1（ΔＨ／ΔＬ） …関係式（１）
ここで、関係式（１）中のΔＨは、設定した微小時間における、ノズルモータ３８によるノズル３４のワークＷ表面に対して接近離反する方向の位置の変化量の絶対値である。関係式（１）中のΔＬは、設定した微小時間における、Ｘ軸モータ１８及びＹ軸モータ２２によるレーザ加工ヘッド３２の水平方向の移動量（Ｘ軸成分とＹ軸成分の和）の変化量の絶対値である。

照射方向制御部６０は、取得されたワークＷの反り角度θと同じ角度だけ、レーザ加工ヘッド３２から照射されるレーザ光ＬＢの照射方向を基準の照射方向であるＺ軸方向に対して傾斜させるように、エンコーダ３６ａからの検出結果を監視しながらＢ軸モータ３６を制御する（図２の二点鎖線部分と実線部分参照）。ここで、レーザ加工ヘッド３２の水平方向の移動によってノズル３４の高さ（前記接近離反する方向の位置）が高くなる場合には、レーザ光ＬＢの照射方向をレーザ加工ヘッド３２の移動方向に向かってワークＷの反り角度θと同じ角度だけＺ軸方向に対して傾斜させるようにＢ軸モータ３６を制御する。レーザ加工ヘッド３２の水平方向の移動によってノズル３４の高さが低くなる場合には、レーザ光ＬＢの照射方向をレーザ加工ヘッド３２の移動方向の反対側に向かってワークＷの反り角度θと同じ角度だけＺ軸方向に対して傾斜させるようにＢ軸モータ３６を制御する。また、照射方向制御部６０は、Ｂ軸をレーザ加工ヘッド３２の移動方向に直交させるように、エンコーダ３０ａからの検出結果を監視しながらＡ軸モータ３０を制御する。

反り角度取得部５８は、前述のようにＢ軸モータ３６が制御された後、下記の関係式（２）に基づいてワークＷの反り角度θを演算によって取得する。
θ≒ｓｉｎ^-1（ΔＨ／ΔＬ） …関係式（２）
ここで、関係式（２）中のΔＨは、関係式（１）中のΔＨと同じである。関係式（２）中のΔＬは、関係式（１）中のΔＬと同じである。なお、反り角度取得部５８は、前述のようにＢ軸モータ３６が制御された後においても、関係式（１）に基づいてワークＷの反り角度θを演算によって取得してもよい。

照射方向制御部６０は、前述のようにＢ軸モータ３６を制御した後、ノズル位置の変化量が判定閾値を下回った場合には、レーザ光ＬＢの照射方向をＺ軸方向に対して傾斜しないようにＢ軸モータ３６を制御する。

続いて、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法を含めて、本発明の第１実施形態の作用効果について説明する。本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法は、ワークＷに対してレーザ加工（切断加工）を行うための方法であり、照射ステップと、反り判定ステップと、反り角度取得ステップと、照射方向調整ステップ（照射方向変更ステップ）とを備えている。

制御装置５２がＸ軸モータ１８及び／又はＹ軸モータ２２を制御してレーザ加工ヘッド３２を水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、又はＸ軸方向とＹ軸方向の合成方向）へ移動させながら、レーザ加工ヘッド３２からワークＷに向かってレーザ光ＬＢを照射する（照射ステップ）。また、ギャップ制御部５４は、ギャップセンサ４０からの検出結果を監視しながら、ノズル３４とワークＷとのギャップを一定に保つようにノズルモータ３８を制御する。更に、照射方向制御部６０は、Ｂ軸をレーザ加工ヘッド３２の移動方向に直交させるようにＡ軸モータ３０を制御する。これにより、ワークＷの実際の厚みに応じた加工条件の下で、ワークＷに対してレーザ加工を行うことができる。

レーザ加工中に、反り判定部５６は、位置センサとしてのエンコーダ３８ａからの検出結果に基づいて、ワークＷの反りの有無を判定する（反り判定ステップ）。そして、反り角度取得部５８は、ワークＷの反り有りと判定された場合に、移動量センサとしてのエンコーダ１８ａ，２２ａからの検出結果及び位置センサとしてのエンコーダ３８ａからの検出結果に基づいて、ワークＷの反り角度θを演算によって取得する（反り角度取得ステップ）。更に、照射方向制御部６０は、レーザ光ＬＢの照射方向をワークＷの反り角度θと同じ角度だけＺ軸方向に対して傾斜させるようにＢ軸モータ３６を制御する（照射方向調整ステップ）。これにより、ワークに反りが有った場合においても、レーザ光ＬＢをワークＷ表面に対して垂直に照射することができる。換言すれば、レーザ加工中に、レーザ光のワークＷ表面に対する照射角度を一定（本発明の第１実施形態においては、９０度）に保つことができる。

なお、反り判定部５６を省略して、反り角度取得部５８がエンコーダ１８ａ，２２ａ，３８ａからの検出結果に基づいてワークＷの反り角度θを常時演算によって取得してもよい。

従って、本発明の第１実施形態によれば、ワークＷに反りが有っても、局所的な切断不良（加工不良）の発生を抑えて、レーザ加工の加工品質の向上を図ることができる。

（第２実施形態）
図４に示すように、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工機６２は、板状のワークＷに対してレーザ加工を行う加工機であり、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工機１０（図１参照）と同様の構成を有している。そして、レーザ加工機６２の構成のうち、レーザ加工機１０と異なる構成について簡単に説明する。なお、レーザ加工機６２における複数の構成要素のうち、レーザ加工機１０における構成要素と対応するものについては、図面中に同一符号を付してある。

Ｙ軸キャリッジ２０には、加工テーブル１２に支持されたワークＷに向かってレーザ光ＬＢを照射するレーザ加工ヘッド６４がＺ軸方向へ移動可能に設けられている。レーザ加工ヘッド６４は、その先端側に、レーザ光ＬＢを照射するためのノズル６６を有しており、ノズル６６の軸心方向は、Ｚ軸方向になっている。また、Ｙ軸キャリッジ２０の適宜位置には、レーザ加工ヘッド６４をＺ軸方向へ移動させるＺ軸移動アクチュエータとしてのＺ軸モータ６８が設けられている。Ｚ軸モータ６８は、レーザ加工ヘッド６４のＺ軸方向の位置（移動量）を検出するエンコーダ６８ａを有している。

ここで、レーザ加工ヘッド６４は、Ｘ軸モータ１８の駆動により可動フレーム１６と一体的にＸ軸方向へ移動する。レーザ加工ヘッド６４は、Ｙ軸モータ２２の駆動によりＹ軸キャリッジ２０と一体的にＹ軸方向へ移動する。また、Ｚ軸モータ６８は、ノズル６６をワークＷ表面に対して接近離反する方向であるＺ軸方向へ移動させるノズル移動アクチュエータに相当する。エンコーダ１８ａ及びエンコーダ２２ａは、レーザ加工ヘッド６４の水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｘ軸方向とＹ軸方向の合成方向）の移動量を検出する移動量センサに相当する。エンコーダ６８ａは、ノズル６６のＺ軸方向の位置を検出する位置センサに相当する。

図４及び図５に示すように、レーザ加工ヘッド６４の適宜位置には、ノズル６６とワークＷとのギャップを検出する静電容量式のギャップセンサ７０が設けられている。なお、静電容量式のギャップセンサ７０に代えて、渦電流式のギャップセンサ（図示省略）等の他のギャップセンサを用いてもよい。

図４に示すように、レーザ加工ヘッド６４は、レーザ光ＬＢを発振するレーザ発振器（図示省略）に光ファイバ７２を介して光学的に接続されている。レーザ加工ヘッド６４内には、光ファイバ７２の射出端から射出されたレーザ光ＬＢをコリメートするコリメートレンズ７４が設けられている。また、レーザ加工ヘッド６４内におけるコリメートレンズ７４の射出側には、コリメートされたレーザ光ＬＢを２次元走査するガルバノスキャナ７６が設けられている。ガルバノスキャナ７６は、コリメートレンズ７４の射出側に垂直方向に交差する軸心回りに回転可能に設けられた第１ガルバノミラー７８と、第１ガルバノミラー７８を回転させる第１回転駆動手段としての第１ガルバノモータ８０とを備えている。第１ガルバノモータ８０は、第１ガルバノミラー７８の回転角を検出する第１回転角センサとしてのエンコーダ８０ａを有している。ガルバノスキャナ７６は、第１ガルバノミラー７８の射出側に水平な軸心回りに回転可能に設けられた第２ガルバノミラー８２と、第２ガルバノミラー８２を回転させる第２回転駆動手段としての第２ガルバノモータ８４とを備えている。第２ガルバノモータ８４は、第２ガルバノミラー８２の回転角を検出する第２回転角センサとしてのエンコーダ８４ａを有している。

ここで、第１ガルバノミラー７８の回転角及び第２ガルバノミラー８２の回転角を可変（調整）することにより、レーザ加工ヘッド６４から照射されるレーザ光ＬＢの照射方向を調整（変更）することができる。換言すれば、ガルバノスキャナ７６は、レーザ光ＬＢの照射方向を調整（変更）する照射方向調整部（照射方向変更部）に相当する。

レーザ加工ヘッド６４内における第２ガルバノミラー８２の射出側には、２次元走査されたレーザ光ＬＢを折曲げて射出するベンドミラー８６が設けられている。レーザ加工ヘッド６４内におけるベンドミラー８６の射出側には、ワークＷに向かってレーザ光ＬＢを集束する集束レンズ（Ｆθレンズ）８８が設けられている。

図６に示すように、レーザ加工機６２は、加工プログラム等に基づいて、Ｘ軸モータ１８、Ｙ軸モータ２２、Ｚ軸モータ２６、第１ガルバノモータ８０、及び第２ガルバノモータ８４等を制御する制御装置９０を備えている。制御装置９０は、１つ又は複数のコンピュータによって構成されており、制御装置９０には、複数のエンコーダ１８ａ，２２ａ，２６ａ，７６ａ，８０ａ及びギャップセンサ７０が接続されている。制御装置９０は、加工プログラム等を記憶するメモリ（図示省略）と、加工プログラムを実行するＣＰＵ（図示省略）とを有している。

制御装置９０のＣＰＵは、加工プログラムを実行することによって、ギャップ制御部９２としての機能、反り判定部９４としての機能、反り角度取得部９６としての機能、及び照射方向制御部９８としての機能を有している。そして、ギャップ制御部９２、反り判定部９４、反り角度取得部９６、及び照射方向制御部９８の内容は、次の通りである。

図５及び図６に示すように、ギャップ制御部９２は、ギャップセンサ７０からの検出結果を監視しながら、レーザ加工中にノズル６６とワークＷとのギャップを一定に保つようにＺ軸モータ２６を制御する。

反り判定部９４は、位置センサとしてのエンコーダ６８ａからの検出結果に基づいて、ワークＷの反りの有無を判定する。具体的には、ワークＷに反りが発生すると、ノズル６６がワークＷとのギャップを一定に保つように上昇し、エンコーダ６８ａが上昇したノズル６６のＺ軸方向の位置を検出する。反り判定部９４は、レーザ加工ヘッド６４の水平方向の所定距離の移動量に対する、ノズル６６のワークＷ表面に対して接近離反する方向の位置の変化量（ノズル位置の変化量）が、ワークＷの反りの有無を判定するための判定閾値を越えたか否かを判定する。反り判定部９４は、ノズル位置の変化量が判定閾値を越えていない場合には、ワークＷの反り無しと判定する。反り判定部９４は、ノズル位置の変化量が判定閾値を越えている場合には、ワークＷの反り有りと判定する。

反り角度取得部９６は、ワークＷの反り有りと判定された場合に、移動量センサとしてのエンコーダ１８ａ，２２ａからの検出結果及び位置センサとしてのエンコーダ６８ａからの検出結果に基づいて、ワークＷの反り角度θを演算によって取得する。具体的には、反り角度取得部９６は、下記の関係式（３）に基づいて、ワークＷの反り角度θを演算によって取得する。
θ＝ｔａｎ^-1（ΔＨ／ΔＬ） …関係式（３）
ここで、関係式（３）中のΔＨは、設定した微小時間における、Ｚ軸モータ６８によるノズル６６のＺ軸方向の位置の変化量の絶対値である。関係式（３）中のΔＬは、設定した微小時間における、Ｘ軸モータ１８及びＹ軸モータ２２によるレーザ加工ヘッド６４の水平方向の移動量の変化量の絶対値である。

照射方向制御部９８は、取得されたワークＷの反り角度θと同じ角度だけ、レーザ加工ヘッド６４から照射されるレーザ光ＬＢの照射方向を基準の照射方向であるＺ軸方向に対して傾斜させるように、エンコーダ８０ａ，８０ａからの検出結果を監視しながら第１ガルバノモータ８０及び第２ガルバノモータ８４を制御する（図５の二点鎖線部分と実線部分参照）。ここで、レーザ加工ヘッド６４の水平方向の移動によってノズル６６の高さ（Ｚ軸方向の位置）が高くなる場合には、レーザ光ＬＢの照射方向をレーザ加工ヘッド６４の移動方向に向かってワークＷの反り角度θと同じ角度だけＺ軸方向に対して傾斜させるように第１ガルバノモータ８０及び第２ガルバノモータ８４を制御する。レーザ加工ヘッド６４の水平方向の移動によってノズル６６の高さが低くなる場合には、レーザ光ＬＢの照射方向をレーザ加工ヘッド６４の移動方向の反対側に向かってワークＷの反り角度θと同じ角度だけＺ軸方向に対して傾斜させるように第１ガルバノモータ８０及び第２ガルバノモータ８４を制御する。

照射方向制御部９８は、前述のように第１ガルバノモータ８０及び第２ガルバノモータ８４を制御した後、ノズル位置の変化量が判定閾値を下回った場合には、レーザ光ＬＢの照射方向をＺ軸方向に対して傾斜しないように第１ガルバノモータ８０及び第２ガルバノモータ８４を制御する。

続いて、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工方法を含めて、本発明の第２実施形態の作用効果について説明する。本発明の第２実施形態に係るレーザ加工方法は、ワークＷに対してレーザ加工を行うための方法であり、照射ステップと、反り判定ステップと、反り角取得ステップと、照射方向調整ステップ（照射方向変更ステップ）とを備えている。

制御装置９０がＸ軸モータ１８及び／又はＹ軸モータ２２を制御してレーザ加工ヘッド６４を水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、又はＸ軸方向とＹ軸方向の合成方向）へ移動させながら、レーザ加工ヘッド６４からワークＷに向かってレーザ光ＬＢを照射する（照射ステップ）。また、ギャップ制御部９２は、ギャップセンサ７０からの検出結果を監視しながら、ノズル６６とワークＷとのギャップを一定に保つようにＺ軸モータ６８を制御する。これにより、ワークＷの実際の厚みに応じた加工条件の下で、ワークＷに対してレーザ加工を行うことができる。

レーザ加工中に、反り判定部９４は、位置センサとしてのエンコーダ６８ａからの検出結果に基づいて、ワークＷの反りの有無を判定する（反り判定ステップ）。そして、反り角度取得部９６は、ワークＷの反り有りと判定された場合に、移動量センサとしてのエンコーダ１８ａ，２２ａからの検出結果及び位置センサとしてのエンコーダ６８ａからの検出結果に基づいて、ワークＷの反り角度θを演算によって取得する（反り角度取得ステップ）。更に、照射方向制御部９８は、レーザ光ＬＢの照射方向をワークＷの反り角度θと同じ角度だけＺ軸方向に対して傾斜させるように第１ガルバノモータ８０及び第２ガルバノモータ８４を制御する（照射方向調整ステップ）。これにより、ワークに反りが有った場合においても、レーザ光ＬＢをワークＷ表面に対して垂直に照射することができる。換言すれば、レーザ加工中に、レーザ光のワークＷ表面に対する照射角度を一定（本発明の第２実施形態においては、９０度）に保つことができる。

なお、反り判定部９４を省略して、反り角度取得部９６がエンコーダ１８ａ，２２ａ，６８ａからの検出結果に基づいてワークＷの反り角度θを常時演算によって取得してもよい。

従って、本発明の第２実施形態においても、前述の本発明の第１実施形態と同様の効果を奏する。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、次のように態様で実施可能である。

レーザ加工ヘッド３２（６４）をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動可能に構成する代わりに、Ｘ軸方向又はＹ軸方向のうちの一方向へ移動可能に構成してもよい。この場合には、加工テーブル１２をＸ軸方向又はＹ軸方向のうちの他方向へ移動可能に構成する。また、レーザ加工ヘッド３２（６４）をＸ軸方向又はＹ軸方向へ移動不能に構成してもよい。この場合には、加工テーブル１２をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動可能に構成する。つまり、レーザ加工ヘッド３２（６４）を加工テーブル１２に対して相対的にＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動可能であればよい。

そして、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されないものである。

１０レーザ加工機
１２加工テーブル
１４支持板
１４ａ突起
１６可動フレーム（Ｘ軸キャリッジ）
１８Ｘ軸モータ
１８ａエンコーダ（移動量センサ）
２０Ｙ軸キャリッジ
２２Ｙ軸モータ
２２ａエンコーダ（移動量センサ）
２４Ｚ軸キャリッジ
２６Ｚ軸モータ
２６ａエンコーダ
２８回転体
３０Ａ軸モータ
３０ａエンコーダ
３２レーザ加工ヘッド
３４ノズル
３６Ｂ軸モータ（照射方向調整部）
３６ａエンコーダ
３８ノズルモータ（ノズル移動アクチュエータ）
３８ａエンコーダ（位置センサ）
４０ギャップセンサ
４２光ファイバ
４４コリメートレンズ
４６第１ベンドミラー
４８第２ベンドミラー
５０集束レンズ
５２制御装置
５４ギャップ制御部
５６反り判定部
５８反り角度取得部
６０照射方向制御部
６２レーザ加工機
６４レーザ加工ヘッド
６６ノズル
６８Ｚ軸モータ（ノズル移動アクチュエータ）
６８ａエンコーダ（位置センサ）
７０ギャップセンサ
７２光ファイバ
７４コリメートレンズ
７６ガルバノスキャナ
７８第１ガルバノミラー
８０第１ガルバノモータ（照射方向調整部）
８０ａエンコーダ
８２第２ガルバノミラー
８４第２ガルバノモータ（照射方向調整部）
８４ａエンコーダ
８６ベンドミラー
８８集束レンズ
９０制御装置
９２ギャップ制御部
９４反り判定部
９６反り角度取得部
９８照射方向制御部
Ｗワーク（板金）
θ 反り角度

Claims

加工テーブルに対して相対的に移動可能であって、先端側にノズルを有し、前記加工テーブルに支持された板状のワークに向かってレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドから照射されるレーザ光の照射方向を調整する照射方向調整部と、
前記レーザ加工ヘッドの前記加工テーブルに対する相対的な移動量を検出する移動量センサと、
前記ノズルのワーク表面に対して接近離反する方向の位置を検出する位置センサと、
前記移動量センサからの検出結果及び前記位置センサからの検出結果に基づいて、常時又は微小時間に取得された前記ワークの反り角度に応じ、ギャップセンサにより前記ノズルの先端と前記ワークの表面とのギャップを一定に保った状態で、レーザ加工中に前記レーザ光の前記ワークの表面に対する照射角度が一定になるように前記照射方向調整部を制御する照射方向制御部と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工機。
前記移動量センサからの検出結果及び前記位置センサからの検出結果に基づいて、前記ワークの反り角度を取得する反り角度取得部を備え、
前記照射方向制御部は、前記レーザ加工中に、取得された前記ワークの反り角度と同じ角度だけ、レーザ光の照射方向を基準の照射方向に対して傾斜させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
前記ノズルを前記ワークの表面に対して接近離反する方向へ移動させるノズル移動アクチュエータと、
前記ノズルの先端と前記ワークの表面とのギャップを一定に保つように前記ノズル移動アクチュエータを制御するギャップ制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工機。
前記位置センサからの検出結果に基づいて、前記ワークの反りの有無を判定する反り判定部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工機。
レーザ加工ヘッドのノズルの先端と加工テーブルに支持された板状のワークの表面とのギャップを一定に保った状態で、前記レーザ加工ヘッドを前記加工テーブルに対して相対的に移動させながら、前記レーザ加工ヘッドから前記ワークに向かってレーザ光を照射し、
前記レーザ加工ヘッドの前記加工テーブルに対する相対的な移動量、及び前記ノズルの前記ワークの表面に対して接近離反する方向の位置の変化量に基づいて、常時又は微小時間に前記ワークの反り角度を取得し、レーザ加工中にレーザ光の前記ワークの表面に対する照射角度が一定になるように、前記レーザ加工ヘッドから照射されるレーザ光の照射方向を取得した前記ワークの反り角度に応じて調整することを特徴とするレーザ加工方法。