JPH02290685A - レーザ加工機 - Google Patents
レーザ加工機Info
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- JPH02290685A JPH02290685A JP1320676A JP32067689A JPH02290685A JP H02290685 A JPH02290685 A JP H02290685A JP 1320676 A JP1320676 A JP 1320676A JP 32067689 A JP32067689 A JP 32067689A JP H02290685 A JPH02290685 A JP H02290685A
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- Japan
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- laser beam
- laser
- workpiece
- processing machine
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
- B23K26/0853—Devices involving movement of the workpiece in at least two axial directions, e.g. in a plane
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
- B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
- B23K26/0884—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least three axial directions, e.g. manipulators, robots
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はレーザ光によって金属を加工するレーザ加工機
の改良に関するものである。
の改良に関するものである。
［従来の技術］
第１２図（ａ）はＸＳＹＳＺＳＣＳＡの５軸を備えた従
来のレーザ加工機の斜視図、同（ｂ）は加工ヘッドの斜
視図で、図中１はレーザ光を発振するレーザ発振機、２
は加工機本体、３は集光レンズ及び加工ガスノズルを備
えた加工ヘッド、４は加工テーブル、５はレーザ発振機
及び加工機本体を制御する制御装置である。また同図（
ｂ）に示す加工ヘッド３は、上下に移動するＺ軸とＣ軸
とＡ軸とから構成されており、自由な姿勢をとることが
できる。
来のレーザ加工機の斜視図、同（ｂ）は加工ヘッドの斜
視図で、図中１はレーザ光を発振するレーザ発振機、２
は加工機本体、３は集光レンズ及び加工ガスノズルを備
えた加工ヘッド、４は加工テーブル、５はレーザ発振機
及び加工機本体を制御する制御装置である。また同図（
ｂ）に示す加工ヘッド３は、上下に移動するＺ軸とＣ軸
とＡ軸とから構成されており、自由な姿勢をとることが
できる。
また第１３図は上記制御装置５の構成図で、５ａは加工
プログラムを内蔵するメモリ、５ｂはその読出し装置、
５Ｃはバッファ、５ｄはバッファにセットされた命令を
解析する機能、５ｅはその解析に基ずく移動指令生成機
能、５ｆはその移動指令を駆動モータに伝えるモータ制
御機能、５ｇは駆動アンプ、５ｈはモータ、５１はモー
タの回転数を検出する位置検出器である。
プログラムを内蔵するメモリ、５ｂはその読出し装置、
５Ｃはバッファ、５ｄはバッファにセットされた命令を
解析する機能、５ｅはその解析に基ずく移動指令生成機
能、５ｆはその移動指令を駆動モータに伝えるモータ制
御機能、５ｇは駆動アンプ、５ｈはモータ、５１はモー
タの回転数を検出する位置検出器である。
次に第１４図（ａ）により動作について説明する。
レーザ発振機１により発振されたレーザビーム６は、伝
送路内の反射鏡７で反射し、加工ヘッド３の集光レンズ
８によりその焦点位置に極小に集光され、加工に必要な
高エネルギを有するようになる。この集光されたレーザ
ビームを加工テーブル１０上の被加工物９に垂直に照射
することにより、照射面の温度が被加工物の融点に達し
、被加工物９は溶融する。そこで溶融部に加工ガスを吹
き付けて溶融物を除去し加工が行われるのである。なお
１１は加工テーブル１０をＸ．Ｙ平面内で移動制御する
ＮＣ制御装置である。また第１４図（ｂ）で１２はＯリ
ング、１３はレンズ押え、１４は加工ノズル、１５はア
シストガス流入口、１６はアシストガスである。
送路内の反射鏡７で反射し、加工ヘッド３の集光レンズ
８によりその焦点位置に極小に集光され、加工に必要な
高エネルギを有するようになる。この集光されたレーザ
ビームを加工テーブル１０上の被加工物９に垂直に照射
することにより、照射面の温度が被加工物の融点に達し
、被加工物９は溶融する。そこで溶融部に加工ガスを吹
き付けて溶融物を除去し加工が行われるのである。なお
１１は加工テーブル１０をＸ．Ｙ平面内で移動制御する
ＮＣ制御装置である。また第１４図（ｂ）で１２はＯリ
ング、１３はレンズ押え、１４は加工ノズル、１５はア
シストガス流入口、１６はアシストガスである。
上記のように構成された制御装置５は、メモリ５ａに内
蔵する加工すべき形状に応じた加工プログラムにより駆
動モータ５ｈを駆動して被加工物を所定の形状に加工す
るのである。
蔵する加工すべき形状に応じた加工プログラムにより駆
動モータ５ｈを駆動して被加工物を所定の形状に加工す
るのである。
ところでこのようにしてレーザ切断を行うと、被加工物
１０の切断面には第１５図（ａ）に示すような筋目（以
下ドラグライン１７と称する）が発生する。これは微小
なスポットに集光したレーザビーム６のエネルギによっ
て、アシストガス１６と反応した被加工物９が溶融され
、その溶融物がアシストガス流に・より材料中を下向き
に通過して火花１８となって被加工物９の裏面から放出
され、上記溶融物が材料中を通過した跡として、前記ド
ラグライン１７が発生するのである。レーザビーム６は
彼加工物９に対し垂直下方に照射されるが、レーザビー
ム６は被加工物９に対し切断方向に進行するので、上記
ドラグライン１７は図にみるように切断方向に対し斜め
後方に流れるのである。
１０の切断面には第１５図（ａ）に示すような筋目（以
下ドラグライン１７と称する）が発生する。これは微小
なスポットに集光したレーザビーム６のエネルギによっ
て、アシストガス１６と反応した被加工物９が溶融され
、その溶融物がアシストガス流に・より材料中を下向き
に通過して火花１８となって被加工物９の裏面から放出
され、上記溶融物が材料中を通過した跡として、前記ド
ラグライン１７が発生するのである。レーザビーム６は
彼加工物９に対し垂直下方に照射されるが、レーザビー
ム６は被加工物９に対し切断方向に進行するので、上記
ドラグライン１７は図にみるように切断方向に対し斜め
後方に流れるのである。
［発明が解決しようとする課題］
従来のレーザ加工機は上記のように構成されかつ動作す
る。レーザビーム６は常に被加工物９の表面に対して垂
直に照射されるので、切断速度が大きくなればなるほど
ドラグライン１７は第１５図（ｂ）に示すように加工ラ
イン進行方向すなわち切断方向２０とは逆向きに曲り、
したがって被加工物９の裏面から放出される火花１８も
切断方向２０と逆方向に大きく流れる。この結果火花１
８と化した溶融物は被加工物９の裏面から分離しなくな
り、被加工物の裏面にパリ状のドロスｌ９となって多息
に固着する。このため良好な切断が困難となるだけでな
く、それ以上の切断速度を上げることが不可能となる。
る。レーザビーム６は常に被加工物９の表面に対して垂
直に照射されるので、切断速度が大きくなればなるほど
ドラグライン１７は第１５図（ｂ）に示すように加工ラ
イン進行方向すなわち切断方向２０とは逆向きに曲り、
したがって被加工物９の裏面から放出される火花１８も
切断方向２０と逆方向に大きく流れる。この結果火花１
８と化した溶融物は被加工物９の裏面から分離しなくな
り、被加工物の裏面にパリ状のドロスｌ９となって多息
に固着する。このため良好な切断が困難となるだけでな
く、それ以上の切断速度を上げることが不可能となる。
第１６図はその一例である材質ｓ ｐ ｓ ｓ，板厚１
■の被加工物を、集光レンズの焦点距離９．５２５ｃｍ
，レーザ出力１ｋｗ、入射角が被加工物に対して垂直の
条件で切断した場合の切断速度Ｖとドラグライン１７の
流れｍＬとの関係を示す線図である。
■の被加工物を、集光レンズの焦点距離９．５２５ｃｍ
，レーザ出力１ｋｗ、入射角が被加工物に対して垂直の
条件で切断した場合の切断速度Ｖとドラグライン１７の
流れｍＬとの関係を示す線図である。
本例から判るように、切断速度Ｖの増大に伴ってドラグ
ライン流れ量Ｌも増加し、切断速度が１４ｍ／分におい
てＬはｏ．８１以上にも達し、被加工物の裏面から放出
される火花８も、被加工物の裏面とほほ平行に近い状態
となって、切断方向２０とは逆向きの後方へ大きく流れ
ている。この結果火花１８によって生じた溶融物が被加
工物の裏面から容易に分離しなくなり、上記条件におけ
る切断速度Ｖは１４ｍ／分が限度である。このように被
加工物へのレーザビーム照射軸の入射角を垂直とする従
来技術においては、レーザ出力を増大させても切断速度
Ｖは上記以上には上げることはできず、切断速度に限界
が存在するという問題があった。
ライン流れ量Ｌも増加し、切断速度が１４ｍ／分におい
てＬはｏ．８１以上にも達し、被加工物の裏面から放出
される火花８も、被加工物の裏面とほほ平行に近い状態
となって、切断方向２０とは逆向きの後方へ大きく流れ
ている。この結果火花１８によって生じた溶融物が被加
工物の裏面から容易に分離しなくなり、上記条件におけ
る切断速度Ｖは１４ｍ／分が限度である。このように被
加工物へのレーザビーム照射軸の入射角を垂直とする従
来技術においては、レーザ出力を増大させても切断速度
Ｖは上記以上には上げることはできず、切断速度に限界
が存在するという問題があった。
また上記従来の装置においては、加工中の加工ヘッド３
は被加工物９との位置関係は一定であるところから、曲
線を含む形状を加工する場合はプログラム作成に多大の
時間を必要とするため、加工する形状は直線あるいは直
線を組み合わせた簡単な図形に限られ、これが従来装置
の問題点として指摘されていた。
は被加工物９との位置関係は一定であるところから、曲
線を含む形状を加工する場合はプログラム作成に多大の
時間を必要とするため、加工する形状は直線あるいは直
線を組み合わせた簡単な図形に限られ、これが従来装置
の問題点として指摘されていた。
本発明は上記従来装置の上記問題点を解消するためにな
されたもので、切断時加工速度の増大に伴うドロスの付
着を低減し加工速度を大巾に向上させることを可能にす
るとともに、加工プログラムを解読して彼加工物に対し
て常に進行方向に所定の傾斜を保持してレーザビームを
照射することのできるレーザ加工機を提供しようとする
ものである。
されたもので、切断時加工速度の増大に伴うドロスの付
着を低減し加工速度を大巾に向上させることを可能にす
るとともに、加工プログラムを解読して彼加工物に対し
て常に進行方向に所定の傾斜を保持してレーザビームを
照射することのできるレーザ加工機を提供しようとする
ものである。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ加工機に
おいては、 （１）加工ヘッドに複数個の反射鏡と１個の集光レンズ
を備える。
おいては、 （１）加工ヘッドに複数個の反射鏡と１個の集光レンズ
を備える。
（２）加工ヘッドの集光レンズを、レーザビームの光軸
に対する垂直面内に切断方向と平行に移動自在とする。
に対する垂直面内に切断方向と平行に移動自在とする。
などの手段を講じて、加工ヘッドより被加工物へ照射す
るレーザビームの照射角を傾斜させるとともに、 制御装置に上記レーザビームの傾斜角などの情報を記憶
させるためのメモリと、加工方向と姿勢とから傾斜量を
補正する傾斜補正機能とを備え、レーザビームが加工形
状にしたがって移動する際、上記レーザビームの傾斜が
常に加工ライン進行方向に傾斜しているように構成した
。
るレーザビームの照射角を傾斜させるとともに、 制御装置に上記レーザビームの傾斜角などの情報を記憶
させるためのメモリと、加工方向と姿勢とから傾斜量を
補正する傾斜補正機能とを備え、レーザビームが加工形
状にしたがって移動する際、上記レーザビームの傾斜が
常に加工ライン進行方向に傾斜しているように構成した
。
また制御装置に傾斜量演算機能及び物理定数テーブルメ
モリを備え、加工プログラムより被加工物の材質、板厚
及び加工速度などを読取り、それに最適の傾斜量を設定
し得るように構成した。
モリを備え、加工プログラムより被加工物の材質、板厚
及び加工速度などを読取り、それに最適の傾斜量を設定
し得るように構成した。
なおレーザビームの被加工物に対する照射角を傾斜させ
る技術として、既に特開昭６２−２８９３６７号公報に
開示された技術がある。該技術は高反射材料をレーザビ
ームで加工を行う際、照射したレーザビームが高反射材
料の表面で一部反射し、その反射ビームがレーザ発振器
へ戻ってレーザビームの誘導放出を増大させ、所定値以
上の出力を生起させて出力を制御不能とするのを防止す
るために、照射レーザビームの光軸と加工材料面からの
反射光の光軸が一致しないように、レーザビームの被加
工物への照射角が垂直以外の角度を占めるように構成し
たものである。
る技術として、既に特開昭６２−２８９３６７号公報に
開示された技術がある。該技術は高反射材料をレーザビ
ームで加工を行う際、照射したレーザビームが高反射材
料の表面で一部反射し、その反射ビームがレーザ発振器
へ戻ってレーザビームの誘導放出を増大させ、所定値以
上の出力を生起させて出力を制御不能とするのを防止す
るために、照射レーザビームの光軸と加工材料面からの
反射光の光軸が一致しないように、レーザビームの被加
工物への照射角が垂直以外の角度を占めるように構成し
たものである。
該発明はレーザビームの照射角を傾斜させる点で本願発
明に類似するものの、 ■該発明が本願発明と発明の目的が異なり、したがって
被加工物が高反射材料に限定される。
明に類似するものの、 ■該発明が本願発明と発明の目的が異なり、したがって
被加工物が高反射材料に限定される。
■該発明は加工プログラムの解析機能を有せず、したが
って曲線部の加工時に適切な姿勢変更ができないのに対
し、本願発明は加工プログラムの解析機能を備え、曲線
部で滑らかな姿勢変更が可能である。
って曲線部の加工時に適切な姿勢変更ができないのに対
し、本願発明は加工プログラムの解析機能を備え、曲線
部で滑らかな姿勢変更が可能である。
■さらに本願発明は被加工物の材質、厚さ及び加工速度
に応じてレーザビーム照射角の傾斜を変化できるが、該
発明にはその機能はない。
に応じてレーザビーム照射角の傾斜を変化できるが、該
発明にはその機能はない。
などの基本的な相違点がある。
したがって該発明は本願発明とは全く異なる発明である
。
。
［作用］
上記のようにレーザ加工機にょるレーザ加工において、
レーザビームの照射角を常に加工ライン進行方向に所定
角度傾斜させることにより、切断加工時はドラグライン
の曲り量が小さくなり、ドロスの付着を低減させて切断
速度の上昇を可能ならしめるとともに、加工中加工形状
に沿ってレーザビームの照射角を常に加工ライン進行方
向に所定角度傾斜させているので、加工形状の制約を受
けることなく、加工生産性を大きく向上させることとな
る。さらに被加工物の材質、板厚及び加工速度などに最
適の傾斜量を自動的に設定し得るので、経験の少ない作
業員でも操作でき、しかも板厚の大きい被加工物を加工
できる。
レーザビームの照射角を常に加工ライン進行方向に所定
角度傾斜させることにより、切断加工時はドラグライン
の曲り量が小さくなり、ドロスの付着を低減させて切断
速度の上昇を可能ならしめるとともに、加工中加工形状
に沿ってレーザビームの照射角を常に加工ライン進行方
向に所定角度傾斜させているので、加工形状の制約を受
けることなく、加工生産性を大きく向上させることとな
る。さらに被加工物の材質、板厚及び加工速度などに最
適の傾斜量を自動的に設定し得るので、経験の少ない作
業員でも操作でき、しかも板厚の大きい被加工物を加工
できる。
［発明の実施例］
第１図は本発明の一実施例を示すレーザ加工機の加工ヘ
ッドの断面図で、図中３〜２０は従来装置と同一または
相当部品、２１、２２は反射鏡、２３はレーザビームの
入射軸、２４、２５は歯車、２６はモータ、２７は照射
軸である。
ッドの断面図で、図中３〜２０は従来装置と同一または
相当部品、２１、２２は反射鏡、２３はレーザビームの
入射軸、２４、２５は歯車、２６はモータ、２７は照射
軸である。
図にみるように、加工ヘッド内に反射ｖｔ２１、２２を
配置する。反射鏡２１はレーザビーム６の垂直な入射軸
２３に対し４５度傾斜させ、反射鏡２２はレーザビーム
６が入射軸２３に対し所定の角度θだけ傾斜するように
、傾けて配置されている。反射鏡２２、２３を介して反
射したビーム６は集光レンズ８により集光され、被加工
物９に照射される。
配置する。反射鏡２１はレーザビーム６の垂直な入射軸
２３に対し４５度傾斜させ、反射鏡２２はレーザビーム
６が入射軸２３に対し所定の角度θだけ傾斜するように
、傾けて配置されている。反射鏡２２、２３を介して反
射したビーム６は集光レンズ８により集光され、被加工
物９に照射される。
この結果第２図にみるようにドラグライン１７の曲り量
は小さくなり、火花１８の流れ量も小さくドロスの付着
もなくなる。
は小さくなり、火花１８の流れ量も小さくドロスの付着
もなくなる。
第３図はレーザ出力Ｉ ＫＷ，集光レンズ８の焦点距離
を９．５２５ｃｌＩ１，切断速度を１４ｍ／分とし、材
質ｓｐｃｃ，板厚１■の被加工物を直線切断する場合の
レーザビーム入射角θとドラグライン曲り量Ｌとの関係
を示す線図で、入射角θが大きくなるほどドラグライン
の曲りｉＬは小さくなっていることが判る。また第４図
は第３図と同一条件で切断加工したとき、照射軸の入射
角θと切断速度との関係を示す線図で、限界切断速度Ｖ
はθの大きいほど大きくなることが判る。上記例よりレ
ーザビームの照射軸を切断方向へ進ませるように傾斜さ
せて切断することが、ドロス付着量の低減したがって切
断速度の向上に有効であることが明確となった。また上
記例よりθは１０度以下では効果がなく、第３図より２
０〜３０度の間にドラグライン曲り，ＩＬが０となる点
が存在するであろうことが推定される。Ｌはゼロである
ことが理想であるので、加工速度１４ｍ／分では適当な
入射角θは２０〜３０度の間にあることが判る。また第
３図によれば、θく１０度では最高切断可能速度が上が
る。しかし入射角θを大きくすれば最高切断可能速度が
どこまでも大きくなる保証はなく、また被加工物への照
射角度を鋭角に傾斜させたときの低速切断性能は未確認
であるが、１５〜２０ｍ／分程度の実現可能な切断速度
であれば、入射角θは３０度で十分であり、したがって
θが１０〜３０度であれば、従来の切断加工速度を大ｌ
】に向上させることができる。なお第４図にＯ印で示す
切断可能とはドロスや切断精度に関係なく被加工物が離
れることをいう。
を９．５２５ｃｌＩ１，切断速度を１４ｍ／分とし、材
質ｓｐｃｃ，板厚１■の被加工物を直線切断する場合の
レーザビーム入射角θとドラグライン曲り量Ｌとの関係
を示す線図で、入射角θが大きくなるほどドラグライン
の曲りｉＬは小さくなっていることが判る。また第４図
は第３図と同一条件で切断加工したとき、照射軸の入射
角θと切断速度との関係を示す線図で、限界切断速度Ｖ
はθの大きいほど大きくなることが判る。上記例よりレ
ーザビームの照射軸を切断方向へ進ませるように傾斜さ
せて切断することが、ドロス付着量の低減したがって切
断速度の向上に有効であることが明確となった。また上
記例よりθは１０度以下では効果がなく、第３図より２
０〜３０度の間にドラグライン曲り，ＩＬが０となる点
が存在するであろうことが推定される。Ｌはゼロである
ことが理想であるので、加工速度１４ｍ／分では適当な
入射角θは２０〜３０度の間にあることが判る。また第
３図によれば、θく１０度では最高切断可能速度が上が
る。しかし入射角θを大きくすれば最高切断可能速度が
どこまでも大きくなる保証はなく、また被加工物への照
射角度を鋭角に傾斜させたときの低速切断性能は未確認
であるが、１５〜２０ｍ／分程度の実現可能な切断速度
であれば、入射角θは３０度で十分であり、したがって
θが１０〜３０度であれば、従来の切断加工速度を大ｌ
】に向上させることができる。なお第４図にＯ印で示す
切断可能とはドロスや切断精度に関係なく被加工物が離
れることをいう。
なお上記実施例はレーザビームによる切断加工の例であ
るが、本発明は溶接加工にも適用可能である。切断加工
ではドロス付着量の低減と切断速度の向上が実現できる
のに対して、レーザ溶接の場合は溶け込み深さ（溶融し
た深さ）の増大と加工速度の向上といった効果を得るこ
ととなる。
るが、本発明は溶接加工にも適用可能である。切断加工
ではドロス付着量の低減と切断速度の向上が実現できる
のに対して、レーザ溶接の場合は溶け込み深さ（溶融し
た深さ）の増大と加工速度の向上といった効果を得るこ
ととなる。
また上記実施例においては、Ｘ．Ｙテーブルに彼加工物
を保持するものについて説明したが、被加工物と加工ヘ
ッドが相対移動するものについても適用可能である。
を保持するものについて説明したが、被加工物と加工ヘ
ッドが相対移動するものについても適用可能である。
第５図（ａ） 、（ｂ）はレーザビームを傾斜させる他
の実施例を示すレーザ加工機の加工ヘッドの断面図で、
図中３〜２０は従来装置と同一または相当部品、３０、
３１は加工レンズ移動用ねじである。
の実施例を示すレーザ加工機の加工ヘッドの断面図で、
図中３〜２０は従来装置と同一または相当部品、３０、
３１は加工レンズ移動用ねじである。
図にみるように、加工レンズ８は移動用ねじ３０、３１
によりレーザビーム６の光軸に対する垂直面内において
、切断方向２０と平行に移動させることができる。ねじ
３０を緩めねじ３１をしめこむことにより、加工レンズ
８を切断方向２０側に移動させると、加工レンズ８によ
り集光されたレーザビーム６はレンズ８の中心よりΔｌ
だけずれ、この結果第６図に示すようにレーザビーム６
は角度θだけ傾斜することとなる。
によりレーザビーム６の光軸に対する垂直面内において
、切断方向２０と平行に移動させることができる。ねじ
３０を緩めねじ３１をしめこむことにより、加工レンズ
８を切断方向２０側に移動させると、加工レンズ８によ
り集光されたレーザビーム６はレンズ８の中心よりΔｌ
だけずれ、この結果第６図に示すようにレーザビーム６
は角度θだけ傾斜することとなる。
一般に加工レンズ８の平行移動量Δｌとビームの入射角
θとの間には、 Δ ｌ ／ ｆ − ｔ ａ ｎ θ（
ただしｆ：加工レンズの焦点距離） なる関係があり、例えば焦点距離ｆ − ９．５２５ｍ
ｍの加工レンズを使用したときにθ−２０度の入射角を
設定したい場合は Δ１ − ９．５２！ｏａｉ Ｘ ｔ ａ ｎ ２０度
− ３４．７ｒＡｍ となり、この量（ ３４．７１）だけ加工レンズを切断
方向へ移動させる必要がある。
θとの間には、 Δ ｌ ／ ｆ − ｔ ａ ｎ θ（
ただしｆ：加工レンズの焦点距離） なる関係があり、例えば焦点距離ｆ − ９．５２５ｍ
ｍの加工レンズを使用したときにθ−２０度の入射角を
設定したい場合は Δ１ − ９．５２！ｏａｉ Ｘ ｔ ａ ｎ ２０度
− ３４．７ｒＡｍ となり、この量（ ３４．７１）だけ加工レンズを切断
方向へ移動させる必要がある。
一般に第５図や第６図で示すような小さい角度の範囲で
は効果が少ないので、加工レンズは微調整範囲を越えて
大きく移動させる必要がある。このため加工レンズ８が
装着された加工ヘッド３自体を平行移動させるように構
成してもよい。第７図は加工ヘッド３を移動用ねじ３２
、３３により本体２に対して平行移動できるようにした
他の実施例を示すものである。
は効果が少ないので、加工レンズは微調整範囲を越えて
大きく移動させる必要がある。このため加工レンズ８が
装着された加工ヘッド３自体を平行移動させるように構
成してもよい。第７図は加工ヘッド３を移動用ねじ３２
、３３により本体２に対して平行移動できるようにした
他の実施例を示すものである。
上記のようにしてレーザビーム６を加工方向に傾けて入
射させることにより、前記と同様な作用効果が得られる
。
射させることにより、前記と同様な作用効果が得られる
。
前記第１図に示す加工ヘッドにおいては、加工ヘッド３
の上部外周部には、モータ２６ににより駆動される歯車
２４、２５が噛合し、ＮＣ制御装置１１を介して制御さ
れており、加工ヘッド３はレーザビームの入射軸２３の
周りを回動するように構成されている。これは加工方向
が変化した場合、作業者が加工へッド３を回動させて常
にレーザビームが加工方向に傾斜しているようにするた
めのもののである。
の上部外周部には、モータ２６ににより駆動される歯車
２４、２５が噛合し、ＮＣ制御装置１１を介して制御さ
れており、加工ヘッド３はレーザビームの入射軸２３の
周りを回動するように構成されている。これは加工方向
が変化した場合、作業者が加工へッド３を回動させて常
にレーザビームが加工方向に傾斜しているようにするた
めのもののである。
第８図はレーザビーム６をビームの進行方向に常に傾斜
させておくための制御装置の構成図で、５ａ〜５１は従
来の装置と同一または相当部品、５ｊは進行方向に対し
て傾斜すべき角度などの情報を記憶するメモリ、５ｋは
現在の姿勢と傾斜角とから各輔に加えるべき補正量を演
算する傾斜補正機能である。
させておくための制御装置の構成図で、５ａ〜５１は従
来の装置と同一または相当部品、５ｊは進行方向に対し
て傾斜すべき角度などの情報を記憶するメモリ、５ｋは
現在の姿勢と傾斜角とから各輔に加えるべき補正量を演
算する傾斜補正機能である。
図において、プログラムリード機能５ｂはメモリ５ａよ
り加工プログラムを読出しバッファ５Ｃに一時記憶させ
、命令解析機能５ｄはバツファ５Ｃより加工の始点、終
点の座標と、直線、円弧等の移動モードを取り出す。こ
れを基に移動指令生成機能５ｅが一定時間の移動量を計
算し、その情報をモータ制御機能５ｆへ出力する。一方
傾斜補正機能５ｋはメモリ５ｊより傾斜量を読取り、命
令解析機能５ｄが作成した加工の始点、終点より補正ベ
クトルを算出し、その情報をモータ制御機能５ｆに出力
する。なお曲線の場合は円弧の接線方向に補正ベクトル
を生成する。モータ制御機能５ｆは移動指令と補正レベ
ルとからモータ５ｈの位置指令を各サーボアンプ５ｇに
出力する。このようにして第９図（ａ）に示すように加
工ヘッド３は被加工物９に対し常に進行方向に対し所定
角度傾斜して進行する。なお上記実施例においては、モ
ータ制御機能５ｆに補正ベクトルを出力したが、移動指
令生成機能５ｅに出力してもよい。
り加工プログラムを読出しバッファ５Ｃに一時記憶させ
、命令解析機能５ｄはバツファ５Ｃより加工の始点、終
点の座標と、直線、円弧等の移動モードを取り出す。こ
れを基に移動指令生成機能５ｅが一定時間の移動量を計
算し、その情報をモータ制御機能５ｆへ出力する。一方
傾斜補正機能５ｋはメモリ５ｊより傾斜量を読取り、命
令解析機能５ｄが作成した加工の始点、終点より補正ベ
クトルを算出し、その情報をモータ制御機能５ｆに出力
する。なお曲線の場合は円弧の接線方向に補正ベクトル
を生成する。モータ制御機能５ｆは移動指令と補正レベ
ルとからモータ５ｈの位置指令を各サーボアンプ５ｇに
出力する。このようにして第９図（ａ）に示すように加
工ヘッド３は被加工物９に対し常に進行方向に対し所定
角度傾斜して進行する。なお上記実施例においては、モ
ータ制御機能５ｆに補正ベクトルを出力したが、移動指
令生成機能５ｅに出力してもよい。
上記実施例においては、レーザビーム６の被加工物９に
対する傾斜角度はメモリ５ａに記憶された量であり、材
質、厚さ、加工速度などが変化するとその都度書換えて
いるが、これを加工プログラムから読みとって制御する
ことも可能である。
対する傾斜角度はメモリ５ａに記憶された量であり、材
質、厚さ、加工速度などが変化するとその都度書換えて
いるが、これを加工プログラムから読みとって制御する
ことも可能である。
切断用のレーザビームは、集光レンズによって焦点位置
に集光され、被加工物に照射される。このときレーザビ
ームの強度はガウス分布をとり、移動する点光源とみる
ことができる。このときの温度分布は第１０図に示す通
りで板厚方向に温度差がある。この温度差が大きくなる
と照射位置とその下部とで溶融時間のずれを生ずること
となる。
に集光され、被加工物に照射される。このときレーザビ
ームの強度はガウス分布をとり、移動する点光源とみる
ことができる。このときの温度分布は第１０図に示す通
りで板厚方向に温度差がある。この温度差が大きくなる
と照射位置とその下部とで溶融時間のずれを生ずること
となる。
これに対し、レーザビームの照射を進行方向に傾斜させ
ることにより被加工物の進行方向を予熱することとなる
ので、照射位置下部の温度が高くなり溶融時間のずれが
小さくなる。その結果良好な切断が行われることとなる
。
ることにより被加工物の進行方向を予熱することとなる
ので、照射位置下部の温度が高くなり溶融時間のずれが
小さくなる。その結果良好な切断が行われることとなる
。
一般に照射による熱の拡がりは、加熱部の照射位置から
の距離を『、被加工物の熱拡散率をｋ１照射後の時間を
ｔとすれば ｒ−４ｖ’丁了 の関係がある。加工速度をＶとすればビームが距離ｒだ
け進むに要する時間ｔは ｔ ｍ ｒ ／ ｖ したがって ｒ−Ｊ１Ｔフ”『 よって ｒ ＝ １ ６ ｋ ／ ｖ で表すことができる。
の距離を『、被加工物の熱拡散率をｋ１照射後の時間を
ｔとすれば ｒ−４ｖ’丁了 の関係がある。加工速度をＶとすればビームが距離ｒだ
け進むに要する時間ｔは ｔ ｍ ｒ ／ ｖ したがって ｒ−Ｊ１Ｔフ”『 よって ｒ ＝ １ ６ ｋ ／ ｖ で表すことができる。
第１０図は上記レーザビームの傾斜角度を被加工物の材
質や厚さあるいは加工速度から求めるように構成したレ
ーザ加工機の制御の構成図で、図中５ａ〜５ｋは第８図
と同一または相当部品、５ｌはバッファ５ｃから必要な
情報を読取り補正量を演算して、その情報をメモリ５ｊ
に出力する傾斜量計算機能、５ｍは材質毎の熱拡散率を
記憶する物理定数テーブルメモリである。
質や厚さあるいは加工速度から求めるように構成したレ
ーザ加工機の制御の構成図で、図中５ａ〜５ｋは第８図
と同一または相当部品、５ｌはバッファ５ｃから必要な
情報を読取り補正量を演算して、その情報をメモリ５ｊ
に出力する傾斜量計算機能、５ｍは材質毎の熱拡散率を
記憶する物理定数テーブルメモリである。
図において命令を解析してモータの駆動アンプに指令を
与える処理は前記と同様である。傾斜量計算機能５１は
、バッファ５ｃに記憶された加工プログラムより被加工
物の材質や板厚を読取り、物理定数テーブルメモリ５ｍ
をサーチして読取った材質にしたがって熱拡散率ｋを求
め、該熱拡散率ｋと加工速度Ｖとを ｔ−１６ｋ／ｖ２ に代入して移動伝熱量が準安定状態になる時間ｔを算出
し、さらにこのｔを ｒ−ｖｔ に入れて阜安定状態に相当する距離『を求め、この距離
ｒと板厚Ｔとを比較して補正角θを計算しその値をメモ
リ５ｊに記憶させる。このようにして被加工物の材質、
板厚、加工速度に応じた傾斜角を加工プログラムより自
動的に設定することができる。
与える処理は前記と同様である。傾斜量計算機能５１は
、バッファ５ｃに記憶された加工プログラムより被加工
物の材質や板厚を読取り、物理定数テーブルメモリ５ｍ
をサーチして読取った材質にしたがって熱拡散率ｋを求
め、該熱拡散率ｋと加工速度Ｖとを ｔ−１６ｋ／ｖ２ に代入して移動伝熱量が準安定状態になる時間ｔを算出
し、さらにこのｔを ｒ−ｖｔ に入れて阜安定状態に相当する距離『を求め、この距離
ｒと板厚Ｔとを比較して補正角θを計算しその値をメモ
リ５ｊに記憶させる。このようにして被加工物の材質、
板厚、加工速度に応じた傾斜角を加工プログラムより自
動的に設定することができる。
なお本実施例では加工プログラムより材質や板厚を求め
ているが、適当なマンマシン・インタフェースを備えて
図面などから作業員が直接設定してもよい。また補正量
θもその都度計算するのではなく、予めテーブルを作成
しておき、それを検索するようにしてもよい。
ているが、適当なマンマシン・インタフェースを備えて
図面などから作業員が直接設定してもよい。また補正量
θもその都度計算するのではなく、予めテーブルを作成
しておき、それを検索するようにしてもよい。
［発明の効果］
本発明はレーザ加工機において、被加工物に照射するレ
ーザビームを進行方向に傾斜させるようにしたので、ド
ラグラインが流れるのを抑制し、これにより加工速度を
上昇させることが可能となった。
ーザビームを進行方向に傾斜させるようにしたので、ド
ラグラインが流れるのを抑制し、これにより加工速度を
上昇させることが可能となった。
また、加工中加工プログラムを解読して、常に上記進行
方向への傾斜を保持するようにしたので、加工形状が限
定されることなくレーザ加工の生産性を向上させること
となった。
方向への傾斜を保持するようにしたので、加工形状が限
定されることなくレーザ加工の生産性を向上させること
となった。
さらに加工プログラムより被加工物の材質、厚さ及び加
工速度を読取り、それに応じて最適のレーザビームの傾
斜角を自動的に選択し得るように構成したので、経験の
浅い作業員でも容易に加工し得るようになるとともに、
厚仮の加工が容易となった。
工速度を読取り、それに応じて最適のレーザビームの傾
斜角を自動的に選択し得るように構成したので、経験の
浅い作業員でも容易に加工し得るようになるとともに、
厚仮の加工が容易となった。
第１図は本発明の一実施例である加工ヘッドの断面図、
第２図はレーザビームによる切断面の断面図、第３図は
ビーム傾斜角とドラグライン曲り量との関係を示す線図
、第４図はビーム傾斜角と切断速度との関係を示す線図
、第５図は他の実施例を示す加工ヘッドの断面図、第６
図はビーム傾斜の説明図、第７図は他の実施例を示す加
工ヘッドの断面図、第８図は制御装置の構成図、第９図
（ａ）はレーザビームと被加工物との関係を示す側面図
、同（ｂ）はレーザビームの移動を示す説明図、第１０
図はレーザビームによる加熱状態を示す、（ａ）は平面
図、（ｂ）は側面図、第１１図は制御装置の構成図、第
１２図（ａ）は従来のレーザビーム加工機の斜視図、同
（ｂ）は加工ヘッドの斜視図、第１３図は制御装置の構
成図、第１４図（ａ）はレーザビームによる加工説明図
、第１４図（ｂ）は加工ヘッドの断面図、第１５図（ａ
） （ｂ）は切断面の説明図、第１６図は切断速度とド
ラグライン曲り量との関係を示す線図である。 図中１はレーザ光を発振するレーザ発振機、２は加工機
本体、３は集光レンズ及び加工ガスノズルを備えた加工
ヘッド、４は加工テーブル、５はレーザ発振機及び加工
機本体を制御する制御装置、５ａは加工プログラムを内
蔵するメモリ、５ｂはその読みだし装置、５ｃはバッフ
ァ、５ｄはバッファにセットされた命令を解析する機能
、５ｅはその解釈に基ずく移動指令生成機能、５ｆはそ
の移動指令を駆動モータに伝えるモータ制御機能、５ｇ
は駆動アンプ、５ｈはモータ、５ｌは位置検出器、５ｊ
は傾斜量メモリ、５ｋは傾斜補正機能、５ｌは傾斜量演
算機能、５ｍは物理定数テーブルメモリ、６はレーザビ
ーム、８は集光レンズ、９は被加工物、１７はドラグラ
イン、１８は火花、２０′は切断方向を示す矢印、２１
、２２は反射鏡、２３はレーザビームの入射軸、２４、
２５は歯車、２６はモータ、２７は照射軸、３０，３１
は加工レンズ移動用ねじである。 なお図中の同一符号は同一または相当部品を示すものと
する。
第２図はレーザビームによる切断面の断面図、第３図は
ビーム傾斜角とドラグライン曲り量との関係を示す線図
、第４図はビーム傾斜角と切断速度との関係を示す線図
、第５図は他の実施例を示す加工ヘッドの断面図、第６
図はビーム傾斜の説明図、第７図は他の実施例を示す加
工ヘッドの断面図、第８図は制御装置の構成図、第９図
（ａ）はレーザビームと被加工物との関係を示す側面図
、同（ｂ）はレーザビームの移動を示す説明図、第１０
図はレーザビームによる加熱状態を示す、（ａ）は平面
図、（ｂ）は側面図、第１１図は制御装置の構成図、第
１２図（ａ）は従来のレーザビーム加工機の斜視図、同
（ｂ）は加工ヘッドの斜視図、第１３図は制御装置の構
成図、第１４図（ａ）はレーザビームによる加工説明図
、第１４図（ｂ）は加工ヘッドの断面図、第１５図（ａ
） （ｂ）は切断面の説明図、第１６図は切断速度とド
ラグライン曲り量との関係を示す線図である。 図中１はレーザ光を発振するレーザ発振機、２は加工機
本体、３は集光レンズ及び加工ガスノズルを備えた加工
ヘッド、４は加工テーブル、５はレーザ発振機及び加工
機本体を制御する制御装置、５ａは加工プログラムを内
蔵するメモリ、５ｂはその読みだし装置、５ｃはバッフ
ァ、５ｄはバッファにセットされた命令を解析する機能
、５ｅはその解釈に基ずく移動指令生成機能、５ｆはそ
の移動指令を駆動モータに伝えるモータ制御機能、５ｇ
は駆動アンプ、５ｈはモータ、５ｌは位置検出器、５ｊ
は傾斜量メモリ、５ｋは傾斜補正機能、５ｌは傾斜量演
算機能、５ｍは物理定数テーブルメモリ、６はレーザビ
ーム、８は集光レンズ、９は被加工物、１７はドラグラ
イン、１８は火花、２０′は切断方向を示す矢印、２１
、２２は反射鏡、２３はレーザビームの入射軸、２４、
２５は歯車、２６はモータ、２７は照射軸、３０，３１
は加工レンズ移動用ねじである。 なお図中の同一符号は同一または相当部品を示すものと
する。
Claims (5)
- （１）レーザビームを出力するレーザ発振器と、上記レ
ーザビームを集光し被加工物に照射する加工ヘッドと、
被加工物を載置する加工テーブルと、該加工テーブルを
Ｘ、Ｙ平面内で移動制御する制御装置とを備えてなるレ
ーザ加工機が、 上記加工ヘッドより被加工物に照射するレーザビームの
照射角を加工ライン進行方向に傾斜するように構成され
ている ことを特徴とするレーザ加工機。 - （２）上記レーザビームの照射角を傾斜させるための手
段が、加工ヘッド内に備えた複数個の反射鏡と１個の集
光レンズとにより構成されていることを特徴とする請求
項１に記載のレーザ加工機。 - （３）上記レーザビームの照射角を傾斜させるための手
段が、上記レーザビームを集光照射する光学手段及び加
工テーブルのいずれか一方または両方を可動自在にして
構成されている ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。 - （４）レーザビームを出力するレーザ発振器と、上記レ
ーザビームを集光し被加工物に照射する加工ヘッドと、
被加工物を載置する加工テーブルと、該加工テーブルを
Ｘ、Ｙ平面内で移動制御する制御装置とを備えてなるレ
ーザ加工機が、 上記加工テーブルを移動制御する制御装置に加工プログ
ラム解析機能を備え、 加工中加工プログラムを解析することにより、加工形状
に沿って上記レーザビームの照射角を常に加工ライン進
行方向に傾斜するように構成されている ことを特徴とするレーザ加工機。 - （５）上記加工テーブルを移動制御する制御装置に加工
プログラム解析機能とともに傾斜量演算機能及び物理定
数記憶機能を備え、 被加工物の材質、板厚及び加工速度に応じて、上記レー
ザビームの照射角の傾斜を変化させ得るように構成した ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工機。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1320676A JP2603873B2 (ja) | 1989-01-09 | 1989-12-12 | レ−ザ加工機及びレ−ザ加工方法 |
| GB9000067A GB2229125A (en) | 1989-01-09 | 1990-01-03 | Laser beam machine |
| US07/461,505 US5059759A (en) | 1989-01-09 | 1990-01-05 | Laser beam machine |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP251189 | 1989-01-09 | ||
| JP1-43821 | 1989-02-23 | ||
| JP1-2511 | 1989-02-23 | ||
| JP4382189 | 1989-02-23 | ||
| JP1320676A JP2603873B2 (ja) | 1989-01-09 | 1989-12-12 | レ−ザ加工機及びレ−ザ加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02290685A true JPH02290685A (ja) | 1990-11-30 |
| JP2603873B2 JP2603873B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=27275391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1320676A Expired - Lifetime JP2603873B2 (ja) | 1989-01-09 | 1989-12-12 | レ−ザ加工機及びレ−ザ加工方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5059759A (ja) |
| JP (1) | JP2603873B2 (ja) |
| GB (1) | GB2229125A (ja) |
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| JP2019166578A (ja) * | 2018-03-22 | 2019-10-03 | ファナック株式会社 | ロボットの動作プログラムの設定装置、ロボット、およびロボットの制御方法 |
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