JPH08267263A - レーザ加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ加工における厚板切断時の加工終端部
の熔け落ちを防止し、切断品質を高めるとともに２次加
工の手間を省略する。 【構成】 終端部近傍をそれまでの切断方向とは逆方向
に切断することで、熱反射を防止する。また、被加工物
の表面温度を計測する温度検出手段２と組み合わせるこ
とで最適な加工距離を演算し、最適な加工条件を選択で
きる。 【効果】 終端部の溶け落ちが低減され高品質の製品が
加工できる。また、被加工物の表面温度を計測すること
で更に高品質で安定した加工が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被加工物の加工終端
部での溶け落ちの防止を目的としたレーザ加工方法及び
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ加工において、被加工物の
加工終端部での溶け落ちを防止する手段として、たとえ
ば、図１３に示すように、まず被加工物にピアシングし
て貫通穴（ピアス）７を形成し、貫通穴（ピアス）７か
らピアスライン８上を切断した後予定の加工軌跡を加工
し終端部手前で加工を終了し、切り離される際に熱集中
で溶け落ちが発生する現象を防止する方法が取られてい
た。このような意図的な切り残しはエンドジョイント９
と呼ばれ一般的に用いられる方法である。

【０００３】また、特開平４−３３７８８号公報に示さ
れたレーザ穴明け加工は、レーザ切断の加工条件パラメ
ータの出力、パルスデューティ、速度、加工ガス圧、を
切断位置に応じて適正制御し被加工物を高品質で加工す
るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ加工方法
は以上のように構成されているので、エンドジョイント
９を設けた場合、加工後２次的な作業として被加工物か
ら製品を抜き出す作業が必要であり、特に厚板ではエン
ドジョイント量も多く、抜き取る作業が困難であった。
また、ジョイント部は凸状になるため、穴加工時などは
精度が悪くなるため、精度を向上させるために後加工を
必要とするという問題点があった。

【０００５】一方、特開平４−３３７８８号公報に示さ
れたレーザ穴明け加工のような場合、図１２に示すよう
に加工の最終段階では既に形成された溝であるピアスラ
イン８に対して切断が進行していくため、切断前面で発
生する熱がピアスライン８で熱反射され、被加工物が適
正な加工条件にならないで、異常高温になり加工不良す
なわち溶け落ちを引き起こすという問題点があった。特
に板厚が大きくなるほどこの現象が生じやすい。

【０００６】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、エンドジョイントを必要とせ
ず、終端部の溶け落ちを防止するレーザ加工方法及び加
工装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ加
工方法は、加工開始点から加工終点に至る加工軌跡に応
じて加工ヘッドを位置決め制御し、被加工物上にレーザ
ビームを照射して所定の形状に切断するレーザ加工方法
において、上記加工ヘッドは上記加工開始点から上記レ
ーザビームを照射し、上記加工終点の所定距離手前の位
置である加工停止点に到達した際一旦上記レーザビーム
の照射を停止し、上記加工ヘッドを上記加工終点に移動
した後上記レーザビームの照射を再開し、上記加工終点
から上記加工停止点に向かって上記加工ヘッドを移動し
切断加工を継続するようにしたものである。

【０００８】また、レーザビームの照射を一旦停止する
前の加工条件と、レーザビームの照射を再開した後の加
工条件が異なるものである。

【０００９】また、加工終点を含む加工終点に近い所定
の位置で被加工物の表面温度を検出し、この検出温度に
基づきレーザビームの照射を一旦停止する加工停止点を
決定するものである。

【００１０】また、加工終点からレーザビームの一旦停
止点まで切断加工するときに、上記一旦停止点近傍の被
加工物表面温度を検出し、この検出温度が予め設定され
た温度に達した時点で、切断加工を終了するものであ
る。

【００１１】この発明に係るレーザ加工装置は、加工開
始点から加工終点に至る加工軌跡に応じて加工ヘッドを
位置決め制御し、被加工物上にレーザビームを照射して
所定の形状に切断するレーザ加工装置において、加工終
了点近傍の被加工物表面温度を検出する温度検出手段
と、この温度検出手段にて得られた温度データに基づ
き、加工終了前に一旦レーザビームの照射を停止する加
工停止点の位置及びレーザビームの照射を再開した後の
加工条件の少なくとも一方を決定する決定手段とを備え
たものである。

【００１２】

【作用】この発明におけるレーザ加工方法は、加工開始
点から加工終点に至る加工軌跡に応じて加工ヘッドを位
置決め制御し、レーザビームを照射して切断するレーザ
加工方法において、加工終点の所定距離手前の位置であ
る加工停止点に到達した際一旦レーザビームの照射を停
止し、加工ヘッドを加工終点に移動した後レーザビーム
の照射を再開し、加工終点から加工停止点に向かって加
工ヘッドを移動し切断加工を継続することにより、ピア
スラインからの熱反射によって加工終点近傍において温
度が異常に上昇するのを防止する。

【００１３】また、レーザビームの照射を一旦停止する
前の加工条件と、レーザビームの照射を再開した後の加
工条件が異なるようにすることにより、ピアスラインか
らの熱反射によって加工終点近傍において温度が異常に
上昇するのをより効果的に防止する。

【００１４】また、加工終点を含む加工終点に近い所定
の位置で被加工物の表面温度を検出し、この検出温度に
基づきレーザビームの照射を一旦停止する加工停止点を
適切に決定する。

【００１５】また、加工終点からレーザビームの一旦停
止点まで切断加工するときに、上記一旦停止点近傍の被
加工物表面温度を検出し、この検出温度が予め設定され
た温度に達した時点で、切断加工を終了するようにし、
加工点の過熱を防止する。

【００１６】この発明におけるレーザ加工装置は、加工
開始点から加工終点に至る加工軌跡に応じて加工ヘッド
を位置決め制御し、被加工物上にレーザビームを照射し
て所定の形状に切断するレーザ加工装置において、加工
終了点近傍の被加工物表面温度を検出する温度検出手段
と、この温度検出手段にて得られた温度データに基づ
き、加工終了前に一旦レーザビームの照射を停止する加
工停止点の位置及びレーザビームの照射を再開した後の
加工条件の少なくとも一方を決定する決定手段とを備え
るようにしたので、加工終点近傍において適切な加工を
実現するのを容易にする。

【００１７】

【実施例】

実施例１．この発明の実施例１によるレーザ加工方法の
小穴加工時の加工経路を図１に示す。図中Ｓ１の工程で
はピアシングをし貫通穴（ピアス）７を形成した後ピア
スライン８上を加工し、更に予定の加工軌跡上を切断し
ている途中である。Ｓ２の工程は加工終点の手前の加工
停止点１０で一旦加工を停止した状態である。更にＳ３
の工程は加工終点または加工終点延長上側の既切断溝に
非照射の状態でビーム照射部たる加工ヘッドが移動した
状態である。Ｓ４の工程は前記移動した地点から一旦停
止位置である加工停止点１０まで切断を再開している状
態である。

【００１８】また、図２に単に切り落とす場合の加工経
路を示す。まずＳ１１の工程は始点から終点までの加工
軌跡上を加工ヘッド１が移動し、切断している途中であ
る。Ｓ１２の工程は加工終点の手前で一旦加工を停止し
た状態である。更にＳ１３の工程は加工終点延長上の空
間（被加工物外）または加工終点に非照射の状態で加工
ヘッド１が移動した状態である。Ｓ１４は前記移動した
地点から照射を再開し一旦停止位置まで切断を行ってい
る状態である。

【００１９】被加工物の加工の終端部の溶け落ち量の定
義を図３に示す。以下溶け落ち量についてはこの図に従
い測定している。図４にこの発明の実施例１によるレー
ザ加工方法の小穴加工時の加工経路に従い切断した場合
と従来通りの加工経路で切断した場合の終端部の溶け落
ち量について比較した結果を示す。この発明によるレー
ザ加工方法の終端溶け落ちが従来の方法に比べて低減し
たことがが明らかである。なお、この場合の加工終点と
一旦停止位置との関係（距離）は、被加工物の材質・板
厚に関係した適正な値が存在するため、各種材質・板厚
に応じた条件を予めＮＣ装置または自動プログラミング
装置に登録しておき自動的に設定できる。

【００２０】実施例２．この発明の実施例２によるレー
ザ加工方法の閉曲線型の加工経路を図５に示すが基本的
に加工経路は実施例１の場合とほぼ同一である。加工経
路の大部分はＣＷ（連続波）で切断することとする。図
６は図５の形状に対してそれぞれ異なる終端処理方法で
軟鋼材料を加工した場合の終端部の溶け落ち量と板厚に
よる変化を示している。図６中のａ．は従来のレーザ加
工方法における切断条件で終端部まで切断した場合、
ｂ．は加工終点までの３ｍｍ程度の間、例えば３０Ｈｚ
程度の低周波パルス条件に切り換えた場合、ｃ．はｂ．
と同一条件をこの発明のレーザ加工方法における経路で
切断した場合である。ａ．，ｂ．に比べてｃ．の溶け落
ち量は約１／４から１／５である。

【００２１】なお、終端部の加工条件の切り換えは加工
ガス圧を下げたり、アシストガスの種類を変更したりし
てもほぼ同一の効果がある。ＣＷによる終端処理を採用
するのは、速度が大きく設定できるため、溶け落ち品質
よりも加工時間短縮が要求される場合に限られる。

【００２２】実施例３．図７に示すような穴加工が多数
ある形状（９００×３００ｍｍ）で、ａ．予め一旦停止
位置を加工終点から３ｍｍの地点とした場合と、ｂ．図
８に示すような温度検出手段２で加工終点を含む加工終
点に近い所定の位置で被加工物の表面温度を検出し、こ
の検出温度に基づきレーザビームの照射を一旦停止する
加工停止点を最適停止位置としてを決定した場合との加
工時間を比較した例を図９に示す。

【００２３】例えば、この時の被加工材、軟鋼ＳＳ４０
０、板厚１６ｍｍで、高速切断部の加工条件として出力
２２００Ｗ、ＣＷ、加工速度０．７ｍ／ｍｉｎ、終端部
の加工条件として出力６００Ｗ、周波数２０Ｈｚ、デュ
ーティ２０％、加工速度０．０３ｍ／ｍｉｎとしたと
き、予め一旦停止位置を加工終点から３ｍｍの地点とし
た場合（ａ）に対して、検出温度に基づいて求められた
レーザビームの照射を一旦停止する最適停止位置は加工
終点から１〜２ｍｍの地点（ｂ）となり、従って加工時
間はａ．の場合９分３０秒、ｂ．の場合７分であった。
なお、板厚により被加工物の熱の蓄積の差が有るため最
適停止位置は異なり、板厚１７ｍｍで１〜２．２ｍｍ、
板厚１９ｍｍで１．５〜２．８ｍｍとなる。３ｍｍ一定
にしていても加工時間が厚板ほど長くなるのは、高速条
件（連続波）での切断速度が異なるため（厚板ほど遅
い）である。

【００２４】実施例４．この発明の実施例４は、一旦加
工停止した後に加工終点まで移動し、再び加工停止点に
向かって切断を行い加工を終了する場合の加工停止点に
向かっての切断距離の適正化について示したものであ
る。この切断の場合、従来のレーザ加工経路の終端の溶
け落ちと比べ規模が小さいが、切断の最後の部分で溶け
落ちが発生する。この溶け落ちを防止するため、切断距
離の短かさや効率から見て、溶け落ちが発生する直前に
切断を停止する方法が良い。切断の残距離は温度の高い
被加工物とアシストガスの反応により、自然に切り落ち
る。

【００２５】この実施例４では、以上のことを安定的に
達成するため、再び加工停止点に向かって切断を行うと
き、加工停止点近傍の温度計測を図８と同様に行い、求
められた加工停止点近傍の温度計測データにより溶け落
ち発生直前に切断を終了する。図１０に温度計測により
加工終了点の適正化を行った場合と、加工終了点を一旦
停止点より常に０．５ｍｍとした場合の溶け落ち量と板
厚の関係を示す。温度計測により加工終了点の適正化を
行うことにより、板厚による溶け落ち量のばらつきが少
なくなり、溶け落ち量も低減している。

【００２６】実施例５．図１１は、この発明の実施例５
によるレーザ加工装置を示す構成図である。レーザ加工
装置は、レーザ発振器４から発振されたレーザビームを
加工ヘツド１により被加工物３の表面に照射し、切断す
る。切断方向や速度はサーボモータ５により被加工物３
を搭載したテーブルを移動することで決まる。このよう
なレーザ加工装置に照射されたレーザビーム近傍の被加
工物３の表面温度を測定するため、テーブル移動用のサ
ーボモータ５に合わせて３６０度全方向測定する例えば
赤外線センサ２ａと温度計測部２ｂからなる温度検出手
段２を設けた。

【００２７】すなわち、常に加工前面近傍の被加工物３
の表面温度を計測するよう設置された温度検出手段２に
より加工終点手前での被加工物３の表面温度の計測を行
い、蓄熱現象により被加工物３の表面温度が予め設定の
温度に達したことを感知した時点で、ビーム照射を止め
る。その状態のまま加工終点または加工終点の延長上の
既切断溝あるいは空間まで移動する。そこで前記測定温
度結果からその表面温度を持つ材料の切断に最適な加工
条件をＮＣ装置６内の加工条件メモリから選択する。次
に、選択した加工条件で先程の一旦ビーム照射停止点ま
で加工を開始する。この時も常に加工前面近傍の被加工
物３の表面温度を計測し、ワークの表面温度が蓄熱によ
りいかなる加工条件でも溶け落ちが発生する温度となっ
た時点で加工を終了する。 また、実施例４のように、
加工終了点を決定するため再加工時にも被加工物３の温
度を温度検出手段２で測定し、測定した被加工物３の温
度データをＮＣ装置６に送り選択した条件での溶け落ち
発生温度のデータと照合し、加工終了点を決定する。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、加工
終点の所定距離手前の位置である加工停止点に到達した
際一旦レーザビームの照射を停止し、加工ヘッドを加工
終点に移動した後レーザビームの照射を再開し、加工終
点から加工停止点に向かって加工ヘッドを移動し切断加
工を継続するようにしたのでピアスラインからの熱反射
によって加工終了点近傍の加工点の温度が異常に上昇し
溶け落ちによる加工不良が発生するのを防止する効果が
ある。

【００２９】また、レーザビームの照射を一旦停止する
前の加工条件と、レーザビームの照射を再開した後の加
工条件が異なるようにしたので、ピアスラインからの熱
反射によって終了点近傍の加工点の温度が異常に上昇し
溶け落ちによる加工不良が発生するのをより効果的に防
止する。

【００３０】また、加工開始点から加工終了点に向かっ
てレーザビームを照射しながら位置決め制御されている
加工ヘッドが加工終了点に近付いた時点で、加工終了点
近傍の被加工物表面温度を検出し、この検出温度に基づ
きレーザビームの照射を一旦停止する停止位置を決定す
るようにしたので、一旦停止点を適切に決定し溶け落ち
量を最小にする効果がある。

【００３１】また、加工終了点からレーザビームの一旦
停止点まで切断加工するときに、上記一旦停止点近傍の
被加工物表面温度を検出し、この検出温度が予め設定さ
れた温度に達した時点で切断加工を終了するようにした
ので、加工点の過熱を防止し過熱に起因する溶け落ちの
発生を防止する。

【００３２】この発明によるレーザ加工装置は、加工終
了点近傍の被加工物表面温度を検出する温度検出手段
と、この温度検出手段にて得られた温度データに基づ
き、加工終了前に一旦レーザビームの照射を停止する加
工停止点の位置及びレーザビームの照射を再開した後の
加工条件の少なくとも一方を決定する決定手段とを備え
るようにしたので、加工終了点近傍において適切な加工
を実現するのを容易にし、溶け落ちの発生を防止し、製
品品質の向上に効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１によるレーザ加工方法の
小穴加工時の加工経路を示す図である。

【図２】 この発明の実施例１によるレーザ加工方法の
切り落とし加工時の加工経路を示す図である。

【図３】 溶け落ち量について定義した図である。

【図４】 この発明の実施例１による切断方法と従来の
通常の切断方法について、溶け落ち量を比較した図であ
る。

【図５】 この発明の実施例２によるレーザ加工方法の
加工経路を示す図である。

【図６】 従来のレーザ加工方法と従来のレーザ加工方
法において終端での加工条件を変えた場合とこの発明の
実施例２によるレーザ加工方法の場合の溶け落ち量につ
いて比較した図である。

【図７】 この発明の実施例３によるレーザ加工方法に
用いる加工形状を示した図である。

【図８】 この発明の実施例３によるレーザ加工方法に
おけるの被加工物のの表面の温度検出の状況を示す図で
ある。

【図９】 終端距離を一定にした場合とこの発明の実施
例３によるレーザ加工方法の場合について加工時間を比
較した図である。

【図１０】 加工終了点を一定にした場合とこの発明の
実施例４によるレーザ加工方法の場合について溶け落ち
量を比較した図である。

【図１１】 この発明の実施例５によるレーザ加工装置
を示す概略構成図である。

【図１２】 ピアスラインと切断時の熱影響を示す説明
図である。

【図１３】 従来のレーザ加工方法の加工経路を示す説
明図である。

【符号の説明】

１ 加工ヘッド、２ 温度検出手段、３ 披加工物、４
レーザ発振器 ５ サーボモータ、６ ＮＣ装置、７ 貫通穴（ピア
ス）、８ ピアスライン、９ エンドジョイント、１０
一旦停止点

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工開始点から加工終点に至る加工軌跡
   に応じて加工ヘッドを位置決め制御し、被加工物上にレ
   ーザビームを照射して所定の形状に切断するレーザ加工
   方法において、上記加工ヘッドは上記加工開始点から上
   記レーザビームを照射し、上記加工終点の所定距離手前
   の位置である加工停止点に到達した際一旦上記レーザビ
   ームの照射を停止し、上記加工ヘッドを上記加工終点に
   移動した後上記レーザビームの照射を再開し、上記加工
   終点から上記加工停止点に向かって上記加工ヘッドを移
   動し切断加工を継続するようにしたことを特徴とするレ
   ーザ加工方法。
2. 【請求項２】 レーザビームの照射を一旦停止する前の
   加工条件と、レーザビームの照射を再開した後の加工条
   件が異なることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加
   工方法。
3. 【請求項３】 加工終点を含む加工終点に近い所定の位
   置で被加工物の表面温度を検出し、この検出温度に基づ
   きレーザビームの照射を一旦停止する加工停止点を決定
   することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ
   加工方法。
4. 【請求項４】 加工終点からレーザビームの一旦停止点
   まで切断加工するときに、上記一旦停止点近傍の被加工
   物表面温度を検出し、この検出温度が予め設定された温
   度に達した時点で、切断加工を終了することを特徴とす
   る請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ加工
   方法。
5. 【請求項５】 加工開始点から加工終点に至る加工軌跡
   に応じて加工ヘッドを位置決め制御し、被加工物上にレ
   ーザビームを照射して所定の形状に切断するレーザ加工
   装置において、加工終了点近傍の被加工物表面温度を検
   出する温度検出手段と、この温度検出手段にて得られた
   温度データに基づき、加工終了前に一旦レーザビームの
   照射を停止する加工停止点の位置及びレーザビームの照
   射を再開した後の加工条件の少なくとも一方を決定する
   決定手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。