JPH03128184A - レーザー切断装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はレーザー光によって被切断材を予め設定された
角度で切断することが出来るレーザー切断装置に関する
ものである。

〈従来の技術〉 鋼板、ステンレス板１合板、プラスチック板等の被切断
材をレーザー光により切断する所謂レーザー切断技術が
開発されている。

最近に至り、レーザー発振装置の出力が増大し、例えば
数十ｍｍの厚さを有する鋼板或いはステンレス板を切断
し得るものが開発されている。

またレーザー光により被加工材を溶接或いは切断するた
めのレーザー加工装置として、例えば特開昭６１−２５
５７８６号公報に示される技術が提案されている。この
技術はレーザートーチの軸線を常に加工ヘッドの軸線と
一致させると共に、レーザートーチを被加工材に対し垂
直に保持し得るように構成したものである。

一方、船の船殻部材或いは鉄構、建築等の構造部材に用
いられる鋼板、鋼管等の鋼材は、主としてガス切断やプ
ラズマ切断によって所定の形状及び寸法に切断されてい
る。

前記鋼材に対する切断は、切断面を調材の表面と直角に
形成する所謂垂直切断と、切断面を鋼材の表面と所定の
角度に形成する傾斜切断とがある。

また傾斜切断としては、第６図に示すように被切断材９
１に開先９２を形成するための開先切断があり、第７図
に示すように被切断材９１の切断面を他の部材９３に当
接させるための当接面９４を形成する所謂メタルタッチ
のための切断がある。

前記の如き傾斜切断は、単に鋼材のみならず例えばプラ
スチック製の板或いは管を用いて構造物を製造する際に
も必要となるものである。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記従来のレーザー加工装置にあっては、レーザートー
チを被加工材の加工面に対し常に垂直を保持するように
構成されている。即ち、被切断材に対し垂直切断を行う
ことを目的として構成されている。このため、従来のレ
ーザー加工装置によって被切断材に対し傾斜切断を実施
しようとする場合、単にレーザートーチに傾斜を与える
のみでは該被切断材を円滑に切断することが困難である
。

即ち、単にレーザートーチを傾斜させた場合には、該ト
ーチの先端と被切断材との距離が増大し、且つレーザー
光の焦点位置が被切断材の表面から離隔することとなり
、円滑な切断を行うことが困難となる。

このため、レーザートーチを被切断材に接近させ、該ト
ーチと被切断材の表面との距離を略一定に保持した状態
でトーチに傾斜を与えて被切断材に対する切断を実施す
ることが必要となる。

然し、この場合にはレーザー加工装置に於けるレーザー
トーチの基準位置と被切断材に於けるレーザー光の照射
位置との間にレーザートーチの傾斜角度に応したズレが
生しることとなり、特に数値制御方式を採用したレーザ
ー切断機にあっては、所定の切断形状に対するプログラ
ムの作成が複雑となる。

本発明の目的は被切断材に対し垂直切断或いは傾斜切断
を実施し得るレーザー切断装置を提供するものである。

〈？１題を解決するための手段〉 上記課題を解決するために本発明に係るレーザ切ｌｔｌ
′ｉ装置は、被切断材にレーザー光を照射して該被切断
材を切断するための切断手段と、前記切断手段をレーザ
ー光光軸の延長上の点を中心として所定の角度に設定す
るための角度設定手段と、前記角度設定手段によって所
定の角度に設定された切断手段の傾斜に応して傾斜角度
及び光路長を可変し得るよう構成したレーザー光を導く
ための光学系とを有して構成されるものである。

く作用〉 上記手段によれば、角度設定手段によって切断手段の傾
斜角度を設定したとき、切断手段の傾斜に応して光学系
の傾斜角度及び光路長が変化することで、レーザー発振
装置から出射されたレーザー光を前記光学系を介して切
断手段に導くことが出来る。そして切断手段から被切断
材に対しレーザー光を照射することで該被切断材を切断
手段の傾斜に応じて傾斜切断することが出来る。

また前記切断手段はレーザー光光軸の延長上の点を中心
として所定の傾斜角度に設定されるため、切断手段が傾
斜した場合であっても、切断装置の基準位置と被切断材
に対するレーザー光の照射位置とを常に一致させること
が出来る。

〈実施例〉 以下上記手段を通用したレーザー切断装置の一実施例に
ついて図を用いて説明する。

第１図は本発明に係るレーザー切断装置の正面説明図、
第２図は側面説明図、第３図は本発明のレーザー切断装
置を用いた切断機の模式説明図、第４図は要部説明図、
第５図は角度を変更した場合の説明図である。

先ず、本発明に係るレーザー切断装置（以下単に「切断
装置」とい、う）Ａを好適に用いることが可能な切断機
の概略構成について説明する。

第３図に於いて、切断装置Ａは、平行に敷設されたレー
ル５１上に載置された走行フレーム５２に搭載されてい
る。走行フレーム５２は図に於けるｙ方向に配設される
と共に、レール５１上をＸ方向に走行可能に構成されて
いる。また走行フレーム５２には、ｙ方向に沿って横行
レール５２ａが設けられている。

前記走行フレーム５２には、ｙ方向に横行可能に構成さ
れた横行キャリッジ５３が配設されている。

横行キャリッジ５３は該キャリッジ５３に配置された横
行モーター５３ａによって駆動されることで横行レール
５２ａに沿ってｙ方向に横行可能に構成されている。

前記横行キャリッジ５３には、昇降モーター５４ａによ
って駆動され２方向に昇降可能に構成された昇降ブラケ
ット５４が配設されている。そして前記昇降ブラケット
５４に設けられた旋回装置５５に切断装置Ａが設けられ
ている。従って、切断装置Ａはｘ、ｙ、ｚの各方向に移
動可能に構成されると共に、Ｚ軸を中心として旋回可能
に構成されている。

尚、図に於いて、５６は走行フレーム５２上に配設され
たレーザー発振装置であり、該装置５６から出射された
レーザー光はレーザー光通路５７を経て切断装置Ａに至
るように構成されている。また５日は制御装置であり、
本実施例では数値制御装置が用いられている。

上記の如く構成された切断機にあっては、制御装置５８
に被切断材Ｂの材質、板厚等に応じた切断速度情報、被
切断材に対する切断プロファイル情報、切断数の情報等
の切断情報を記憶させると共に、切断装置Ａに図示しな
いガス供給装置から酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス
等所定のアシス］・ガスを供給して切断作業をスタート
させると、制御装置５８に予め格納されたプログラムに
従って動作し、被切断材Ｂを切断プロファイルに応じた
形状に切断することが可能である。

次に切断装置Ａについて詳述する。

第１図乃至第４図に於いて、切断装置Ａは、切断手段と
なるトーチ１と、該トーチ１の傾斜角度を設定するため
の角度設定手段となる設定装置２と、通路５７を介して
導かれたレーザー光をトーチ１の傾斜に応じてトーチ１
に導くための光学系３とにより構成されている。

前記トーチｌは、レーザー発振装置５６から出射され、
通路５７及び光学系３を介して導かれたレーザー光をレ
ンズ１ａによって集光し、該レーザー光を被切断材Ｂに
照射することによって被切断材を切断するものである。

トーチｌに設けたレンズｌａは、レーザー光の光軸４に
沿った方向に移動し得るように構成されている。そして
レンズｌａを所望の位置に調整することで、レーザー光
の焦点Ｃの位置を変更し得るように構成している。

トーチｌは、後述する光学系３の第４筒体３４に着脱可
能に取り付けられている。また第４筒体３４はホルダー
１１に着脱可能に取り付けられており、このホルダー１
１が設定装置２を構成するキャリッジ２１に固着されて
いる。

設定装置２は、トーチ１の傾斜角度を所定の角度に設定
するものであり、本実施例では従来よりガス切断機或い
はプラズマ切断機に於いて用いられる公知の設定装置と
同様な装置を用いている。

即ち、設定装置２は扇状に形成されたガイド２２と、前
記ガイド２２に沿って移動可能に構成されたキャリッジ
２１とによって構成されている。

前記ガイド２２は、レーザー光の光軸４の延長上であっ
て、予め設定されたトーチ１によって切断し得る最大板
厚、最大傾斜角度等の値から誘導された位置を中心５と
して円弧状に形成されている。

そしてトーチ１をガイド２２に沿って移動することによ
り、該トーチｌは常にガイド２２の中心５を指向すると
共に、トーチ１の軸心はガイド２２の半径上にある。

前記ガイド２２は昇降ブラケット５４に設けられた旋回
装置５５から垂下されたバー５５ａに固着されている。

またガイド２２の外周上の所定位置には、該ガイド２２
に沿ってラック２２ａが固着されている。

前記キャリフジ２１はガイド２２を上下方向から挾持す
るようにして取り付けられている。またキャリッジ２１
にはモーター２３が固着されており、該モーター２３に
取り付けられたギヤ２３ａを前記ランク２２ａに噛合さ
せると共に、モーター２３を駆動することでキャリッジ
２１をガイド２２に沿って移動し得るように構成されて
いる。

上記の如く構成された設定装置２にあっては、昇降ブラ
ケット５４を２方向に昇降させることで、ガイド２２の
中心５の被切断材Ｂに対する位置を所定位置に設定する
ことが可能である。即ち、被切断材Ｂに対し傾斜切断を
実施する場合、切断プロファイルを切断面の上縁の軌跡
とするか、或いは切断面の下縁の軌跡とするかを設定す
ると共に、該設定に応して被切断材Ｂに対する中心５の
位置を設定することが可能である。

このように、本実施例の切断機では、ガイド２２の中心
５の位置が切断機の基準位置として設定されている。

前記光学系３は第４図に示すように、夫々上字状に形成
された４本の筒体３１〜３４によって構成されている。

前記昇降ブラケット５４には光学系３を支持するための
ホルダー５４ｂが固着されている。前記ホルダー５４ｂ
と同軸上に切断装置Ａを旋回するための旋回装置５５が
設けられている。そしてホルダー５４ｂにレーザー光の
通路５７の端部が固着されており、また旋回装置５５に
光学系３を構成する第１筒体３１が保持されている。

旋回装置１１ｔ５５は旋回モーター５５ｂによって駆動
され、切断袋ｆｉＡをレーザー光の光軸４を中心として
旋回させるものである。

レーザー光の通路５７であって、横行キャリフジ５３と
ホルダー５４ｂとの間は蛇腹３５によって接続されてい
る。従って、切断装置Ａが昇降ブラケ７）５４によって
２方向に昇降する際に於ける通路５７の距離変化を前記
蛇腹３５によって吸収し得るように構成している。

前記第１筒体３１はＬ字状に屈曲して形成されており、
一端が前記旋回装置５５に取り付けられている。この第
１筒体３１は旋回装置５５に取り付けられることで、回
動不能に構成されている。また第１筒体３■の他端には
軸受３６ａが取り付けられている。

第２筒体３２はＬ字状に形成されている。前記第２筒体
３２に形成された一方の筒３２ａの端部は、第１筒体３
１に取り付けた軸受３６ａによって支承されており、こ
れにより、第２筒体３２は第１筒体３１に対し回動可能
に構成されと共に、第１筒体３１によって支持されてい
る。また第２筒体３２の他方の筒３２ｂは、後述する第
３筒体３３に形成された筒３３ａと嵌合されている。

第３筒体３３は前記第２筒体３２と同様にＬ字状に形成
されている。そして第３筒体３３に形成された一方の筒
３３ａは、前記第２筒体３２の筒３２ｂに対し軸方向に
摺動可能に嵌合されている。このため、筒３２ｂの内周
、或いは筒３３ａの外周に厚さの薄い滑り軸受等を設け
ることで、摺動抵抗を軽減することが好ましい。

前記筒３２ｂと筒３３ａとの嵌合部には、外部に蛇腹３
７が設けられている。

前記第３筒体３３に形成された他方の筒３３ｂは、第４
筒体３４に形成された筒３４ｂに取り付けた軸受３６ｂ
によって支承されている。

第４筒体３４はＬ字状に形成されている。そして第４筒
体３４に形成された筒３４ａが、設定装置２のキャリフ
ジ２１に固着されたホルダー１１によって回動不能に支
持されている。また前記筒３４ａの先端にはトーチ１が
取り付けられている。

第４筒体３４に形成された他方の筒３４ｂには軸受３６
ｂが取り付けられている。そして前記軸受３６ｂに第３
筒体３３の筒３３ｂが支承されることで、該第３筒体３
３は第４筒体３４に対し回動可能に支承されると共に、
第４筒体３４によって支持されている。

前記各筒体３１〜３４の屈曲部には、レーザー光を全反
則するためのミラー３８ａ〜３８ｄが夫々光軸４に対し
４５度の角度を持って配設されている。これにより、前
記第１筒体３１乃至第４筒体３４の内部はレーザー光の
導通路３９として構成されている。

レーザー光の導通路３９を前記の如く構成することによ
って、レーザー発振装置５６から出射されたレーザー光
をトーチｌから被切断材Ｂに照射することが可能となる
。

即ち、レーザー光は通路５７を介して第１筒体３１に導
かれ、該筒体３１に配置したごラー３８３によって第２
筒体３２に配置したミラー３８ｂの方向に反射される。

またごラー３８ｂに照射されたレーザー光は、該ミラー
３８ｂによって第３筒体３３に配置したくう−３８Ｃの
方向に反射される。ミラー３８Ｃに照射されたレーザー
光は、該ミラー３８Ｃによって第４筒体３４に配置され
たミラー３８ｄの方向に反射される。そしてミラー３８
ｄに照射されたレーザー光は該ミラー３８ｄによって、
トーチ１に設けたレンズ１ａに導かれると共に、該レン
ズ１ａによって焦点Ｃに集光される。

上記の如く構成したＩＪＪ断装置Ａに於いて、トーチ１
を傾斜させた場合について説明する。

第５図はトーチｌに傾斜を与えた場合に於ける光学系３
の模式説明図である。尚、同図は主としてレーザー光の
光軸４を説明したものである。

図に於いて、二点鎖線はトーチ１を垂直に保持した場合
を示しており、第４図の正面図となるものである。また
実線はトーチｌを４５度傾斜させた場合を示している。

トーチ１に傾斜を付与する場合、設定装置２を構成する
モーター２３に付与すべき傾斜角度に応じて通電するこ
とで該モーター２３を駆動し、キャリッジ２１をガイド
２２に沿って所定量移動させることによって、キャリッ
ジ２１のホルダー１１に取り付けた第４筒体３４を所定
の傾斜角度に設定すると共に、第４筒体３４に取り付け
たトーチ１を所定の角度に傾斜させることが可能である
。

上記の如くトーチｌに所定の傾斜を付与したとき、ガイ
ド２２がレーザー光の光軸４の延長上の点を中心５とし
た扇型に形成されることから、第４筒体３４に於けるミ
ラー３８ｄの位置は、二点鎖線の位置から実線の位置に
変化する。このとき、トーチｌはガイド２２の中心５を
指向すると共にガイド２２の半径上に位置し、且つ第１
筒体３１に設けたミラー３８ａと前記ミラー３８ｄとを
結ぶ直線距離が伸長する。このことは、切断装置Ａに於
けるレーザー光の導通路３９の長さが長くなることを意
味している。

また光学系３を構成する第１筒体３１は昇降ブラケット
５４に固着したホルダー５４ｂに取り付けられており、
該第１筒体３１の角度は変化しない。このため、第４筒
体３４の角度変化に伴うレーザー光の導通路３９の長さ
変化は、第２筒体３２と第３筒体３３との間で吸収する
こととなる。

前記第４筒体３４の角度変化に伴い、第３筒体３３が第
４筒体３４に対し相対的に回動する。このとき、第４筒
体３４に設けたミラー３８ｄと第３筒体３３に設けたミ
ラー３８Ｃは、離隔距離が変化すること無く光軸４を中
心として相対的に回動する。

第４筒体３４の角度変化に伴う第３筒体３３の回動は、
該第３筒体３３の筒３３ａから第２筒体３２の筒３２ｂ
を介して第２筒体３２に伝達される。

第１筒体３１が昇降ブラケット５４に固着されたホルダ
ー５４ｃに取り付けられているため、第２筒体３２は第
１筒体３１に対し回動する。このとき、第１筒体３１に
設けたミラー３８ａと第２筒体３２に設けた多う−３８
ｂは、離隔距離が変化すること無く、ミラー３８ｂがミ
ラー３８ａに対し光軸４を中心として回動する。

前記ミラー３８ｂのミラー３８ａに対する回動角度は、
第４筒体３４、即ちトーチ１の傾斜角度の１／２の値と
なる。

上記の如く、第４筒体３４の傾斜に伴い第２筒体３２及
び第３筒体３３の角度が変化する。そして第２筒体３２
の筒３２ｂと第３筒体３３の筒３３ａとが軸方向に摺動
可能に嵌合されることから、レーザー光の導通路３９の
長さ変化は、核部３２ｂ、３３ａの嵌合部によらて吸収
することが可能となる。

即ち、第４筒体３４の傾斜角度の変化に伴って、第３筒
体３３が第４筒体３４に対し回動しつつ該回動を筒３３
ａを介して第２筒体３２の筒３２ｂに伝達すると共に、
筒３３ａが筒３２ｂに対し軸方向に摺動することでレー
ザー光の導通路３９の長さ変化を吸収することが可能で
ある。

またトーチｌに所定の傾斜角度を付与することで、切断
装置Ａに於けるレーザー光の導通路の長さが変化し、こ
れに伴い焦点Ｃの位置が変化する。

従って、トーチｌの傾斜角度を変化させる毎にレンズｌ
ａの位置を調整して焦点Ｃを設定することが必要となる
。また焦点Ｃの調整に際し、レーザー光の通路５７中に
コリメーター等の調整装置を設け、該調整装置によって
光路長を調整しても良い。

前述の実施例に於いて、設定装置２を構成するキャリッ
ジ２１にモーター２３を設け、１亥モーター２３を駆動
することでトーチｌの傾斜角度を設定するように構成し
たが、例えば第２筒体３２或いは第３筒体３３に回動力
を付与して所定角度に変化させ、第２筒体３２或いは第
３筒体３３の角度変化に応じて第４筒体３４がガイド２
２に沿って移動し得るよう構成しても良い。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明に係る切断装置は、
角度設定手段によって切断手段の傾斜角度を設定したと
き、該切断手段の傾斜に応じて光学系の傾斜角度及び光
路長が変化する。このため、レーザー発振装置から出射
されたレーザー光を前記光学系を介して切断手段に導く
と共に、切断手段から被切断材に対しレーザー光を照射
することで該被切断材を切断手段の傾斜角度に応して傾
斜切断することが出来る。

また切断手段は付与された傾斜角度の値に無関係に常に
設定装置の中心を指向している。従って、常に切断装置
の基準位置と被切断材に対するレーザー光の照射位置と
を一致させることが出来る。

このため、被切断材に対する溶接開先の切断、或いは被
切断材を他の部材に所定の角度を持って当接させるため
の傾斜切断等の切断加工を容易に実施することが出来る
等の特徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るレーザー切断装置の正面説明図、
第２図は側面説明図、第３図は本発明のレーザー切断装
置を用いた切断機の模式説明図、第４図は要部説明図、
第５図は角度を変更した場合の説明図、第６図は開先形
状の説明図、第７図は二部材を所定の角度で当接させる
際の説明図である。 Ａは切断装置、Ｂは被切断材、１はトーチ、ｌａはレン
ズ、１１はホルダー、２は設定装置、２１はキャリッジ
、２２はガイド、２３はモーター、３は光学系、３１は
第１筒体、３２は第２筒体、３３は第３筒体、３４は第
４筒体、３６ａ、３６ｂは軸受、３８ａ〜３８ｄはミラ
ー、３９は導通路、５２は走行フレーム、５３は横行キ
ャリッジ、５４は昇降ブラケット、５４ｂはホルダー、
５５は旋回装置、５６はレーザー発振装置、５７は通路
、５８は制御装置である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被切断材にレーザー光を照射して該被切断材を切断する
   ための切断手段と、前記切断手段をレーザー光光軸の延
   長上の点を中心として所定の角度に設定するための角度
   設定手段と、前記角度設定手段によって所定の角度に設
   定された切断手段の傾斜に応じて傾斜角度及び光路長を
   可変し得るよう構成したレーザー光を導くための光学系
   と、を有することを特徴としたレーザー切断装置。