JPS5820390A - 複合材料のレ−ザ切断加工装置 - Google Patents
複合材料のレ−ザ切断加工装置Info
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- JPS5820390A JPS5820390A JP56119845A JP11984581A JPS5820390A JP S5820390 A JPS5820390 A JP S5820390A JP 56119845 A JP56119845 A JP 56119845A JP 11984581 A JP11984581 A JP 11984581A JP S5820390 A JPS5820390 A JP S5820390A
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Links
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Classifications
-
- 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
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
- B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
- B23K26/1476—Features inside the nozzle for feeding the fluid stream through the nozzle
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- 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
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- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
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】
本発明は、溶融ｉ１度、気化１度の異なる２１１以上の
材料から構成される、例えば強化繊維と樹脂マトリック
スの如き複合材料をレーザビームを用いて切断するレー
ザ切断加工装置に関するものである。
材料から構成される、例えば強化繊維と樹脂マトリック
スの如き複合材料をレーザビームを用いて切断するレー
ザ切断加工装置に関するものである。
従来一般にレーザで切断加工する場合のし一ザには連続
発振のレーザビームが用いられており、その加工方法の
１つに連続発振するレーザビームを照射し続けると共に
、レーザビームと同軸のノズルから空気、酸素、不活性
ガス等のアシストガスを噴射させ、レーザビームによる
加熱、酸化反応による被加工物の加熱及びアシストガス
の運動エネルギを用いて切断するものがある。また、切
断効果を上げるためレーザビームと同軸的に噴出する酸
！ガスを包囲するように予熱ガスを噴出し、酸素ガスの
外気による影響を除去すると共に被加工物のレーザビー
ムｉよる加熱を補助したり、ノズルにレーザビームを被
加工物に照射したとき発生する蒸発物または発生ガスに
よるビームエネルギの低下を防ぐ機構を設けｉものがあ
る。
発振のレーザビームが用いられており、その加工方法の
１つに連続発振するレーザビームを照射し続けると共に
、レーザビームと同軸のノズルから空気、酸素、不活性
ガス等のアシストガスを噴射させ、レーザビームによる
加熱、酸化反応による被加工物の加熱及びアシストガス
の運動エネルギを用いて切断するものがある。また、切
断効果を上げるためレーザビームと同軸的に噴出する酸
！ガスを包囲するように予熱ガスを噴出し、酸素ガスの
外気による影響を除去すると共に被加工物のレーザビー
ムｉよる加熱を補助したり、ノズルにレーザビームを被
加工物に照射したとき発生する蒸発物または発生ガスに
よるビームエネルギの低下を防ぐ機構を設けｉものがあ
る。
ところで、溶融温度等の興なる２種以上の材料から構成
される複合材料においては、被加工物の切断条件がビー
ムエネルギで加熱して焼切る方法であるので、耐熱性の
高い材料に合わせて一義的に選定される。そしてそのレ
ーザ出力等も高く選ｉされた連続発振のレーザビームが
加工中照射し続けられるために、有機材料をマトリック
スとする低触点の樹脂マトリックス等は切断面が激しく
焼ただれる等の加熱による影響が著しく大きくなり被加
工物に対する材料品質の劣化、切断部精度の低下が避け
られない。このεとは上述のすべての加工方法に共通し
て言える非常に基本的な問題であり、特に切断効果を上
げるために予熱ガスを更に付加する場合は、そ−の効果
の向上に逆行して予熱による材料の加熱領域の増大を招
き、有機織繍とエポキシ系を主とする複合材料ではＳ雑
との界面強度低下の１ＩＩＩｉを更に生じる。・′この
ように従来の連続発振レーザビームによる加工方法では
、強化繊維と樹脂マトリックスから構成されるような複
合材料に対する切断加工にはビームエネルギ構成が不適
切になって良好な切断神工面を得がたい。
される複合材料においては、被加工物の切断条件がビー
ムエネルギで加熱して焼切る方法であるので、耐熱性の
高い材料に合わせて一義的に選定される。そしてそのレ
ーザ出力等も高く選ｉされた連続発振のレーザビームが
加工中照射し続けられるために、有機材料をマトリック
スとする低触点の樹脂マトリックス等は切断面が激しく
焼ただれる等の加熱による影響が著しく大きくなり被加
工物に対する材料品質の劣化、切断部精度の低下が避け
られない。このεとは上述のすべての加工方法に共通し
て言える非常に基本的な問題であり、特に切断効果を上
げるために予熱ガスを更に付加する場合は、そ−の効果
の向上に逆行して予熱による材料の加熱領域の増大を招
き、有機織繍とエポキシ系を主とする複合材料ではＳ雑
との界面強度低下の１ＩＩＩｉを更に生じる。・′この
ように従来の連続発振レーザビームによる加工方法では
、強化繊維と樹脂マトリックスから構成されるような複
合材料に対する切断加工にはビームエネルギ構成が不適
切になって良好な切断神工面を得がたい。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複合
材料における低触点材料の熱影響を極力少なくするよう
にパルス発振させたパルスレーザを用いて、良好な切断
加工面を得ながら最適な加工速度で順次自動的に切断加
工するようにした複合材料のレーザ切断加工装置を提供
することを目的とする。
材料における低触点材料の熱影響を極力少なくするよう
にパルス発振させたパルスレーザを用いて、良好な切断
加工面を得ながら最適な加工速度で順次自動的に切断加
工するようにした複合材料のレーザ切断加工装置を提供
することを目的とする。
以下、本発明を図面に示す実施例を参照して具体的に説
明する。
明する。
まず第１図において符号１は、レーザビームのエネルギ
密度が連続発振時のものに比べて数倍高いエネルギパワ
ーを得ることができるパルスレーザ発振器であり、この
パルスレーザ発振器１から第２図のような尖Ｈのパルス
レーザのビーム２が出力される。そしてこのビーム２は
反射鏡３で方向賓換され、次いで集光レンズ４で集光し
て加工テーブル６上に載置する複合材料５に、所定のパ
ルス発振器１１ｔＴとパルス周波数ｒとでミクロ的に断
続して照射さｋる。また上記集光レンズ４以降の集光す
るビームがノズル１でｍｗ＋され、ノズル１のレンズ４
近傍のへロアａから酸素量の少ないアシストガスが高圧
で供給されるのであり、こうしてそのアシストガスでレ
ンズ４が冷却保護され、且つアシストガスはノズル１に
よりビームと同軸で複合材料５の切断部に高圧噴射して
切削カスを飛散する等の切断能率の向上に寄与する。
密度が連続発振時のものに比べて数倍高いエネルギパワ
ーを得ることができるパルスレーザ発振器であり、この
パルスレーザ発振器１から第２図のような尖Ｈのパルス
レーザのビーム２が出力される。そしてこのビーム２は
反射鏡３で方向賓換され、次いで集光レンズ４で集光し
て加工テーブル６上に載置する複合材料５に、所定のパ
ルス発振器１１ｔＴとパルス周波数ｒとでミクロ的に断
続して照射さｋる。また上記集光レンズ４以降の集光す
るビームがノズル１でｍｗ＋され、ノズル１のレンズ４
近傍のへロアａから酸素量の少ないアシストガスが高圧
で供給されるのであり、こうしてそのアシストガスでレ
ンズ４が冷却保護され、且つアシストガスはノズル１に
よりビームと同軸で複合材料５の切断部に高圧噴射して
切削カスを飛散する等の切断能率の向上に寄与する。
これにより、パルスレーザ発振器１からのパルスレーザ
のビーム２が断続的に照射されると共に酸素量の少ない
アシス（ガスが高圧で噴射されることで、複合材料５の
切断加工では融点の低い樹脂マトリックス等の材料に、
連続発振レーザビームによる。連続加熱に比べて非常に
少ない熱的影響を与えるにすぎなくなり、このような状
態で段階的に孔明けされる。そして照射ビームの径に応
じ０．１７−０．２ｇ＋ｎ’ｉｉ！度の微細な孔が複合
材料５に貫通して穿設され、この孔が切断の一歩となる
。そこで、パルスレーザ発１１から集光レンズ４を経て
複合材料５に至るレーザ照射の位置関係を一定に保持し
、上記孔明けを複合材料５の照射側と反対の側のパルス
感知ｌ１８で感知する等して制御装置９により加工テー
ブル６のモータ１０を駆動し、複合材料５を上述の孔に
対して新たに穿設される孔が若干ラップするように移動
し、この位置で改め賃上述のような孔明けが行われる。
のビーム２が断続的に照射されると共に酸素量の少ない
アシス（ガスが高圧で噴射されることで、複合材料５の
切断加工では融点の低い樹脂マトリックス等の材料に、
連続発振レーザビームによる。連続加熱に比べて非常に
少ない熱的影響を与えるにすぎなくなり、このような状
態で段階的に孔明けされる。そして照射ビームの径に応
じ０．１７−０．２ｇ＋ｎ’ｉｉ！度の微細な孔が複合
材料５に貫通して穿設され、この孔が切断の一歩となる
。そこで、パルスレーザ発１１から集光レンズ４を経て
複合材料５に至るレーザ照射の位置関係を一定に保持し
、上記孔明けを複合材料５の照射側と反対の側のパルス
感知ｌ１８で感知する等して制御装置９により加工テー
ブル６のモータ１０を駆動し、複合材料５を上述の孔に
対して新たに穿設される孔が若干ラップするように移動
し、この位置で改め賃上述のような孔明けが行われる。
すると複合材料５の低触点材料は上述のようなビーム自
体の加熱による熱影響の外に、前回の孔明けの際の熱影
響をもほとんど受けなくなるのであり以下同様に繰り返
して行うことにより第３図の符号１１で示すような切断
部になって切断加工される。
体の加熱による熱影響の外に、前回の孔明けの際の熱影
響をもほとんど受けなくなるのであり以下同様に繰り返
して行うことにより第３図の符号１１で示すような切断
部になって切断加工される。
ところで、上記パルスレーザの発振条件のレーザ出力、
パルス発振時間Ｔ１パルス周波数ｆは、複合材料の材料
特性、板厚、生産ラインに導入した場合の能率、切ｌｌ
ｉ面のや質等！考慮して設定される。複合材料が強化Ｉ
ｌ！報と樹脂マトリックスの場合に実験によると、レー
ザ出力１０００Ｗで発振時間Ｔが３０ｓｓｅｃ、周波数
ｆが３０Ｈ２のとき、発振時間Ｔが１１Ｓｅｌ、周、波
数ｆが５００Ｈｚのとき限界になる。そしてこのような
条件以外ではノゼワー不足、入熱時開が長過ぎて品質的
に焼けが激しく、生産ラインでの加工速度に難点が生じ
ること等が判明した。従って例えば、パルス発振時開Ｔ
はＩｇｇｓｅｃ〜３０１８１３０．パルス周波数ずは３
０Ｈｚ 〜５００ Ｈｚに設定することが望ましい。一
方、アシストガスにおいてはミガス圧が１．０気圧以下
ではレンズの保護及び冷却不良で破損し、８．０気圧以
上になると剛性不足により焦点ボケを生じ、従って、例
えばこれらの１．０〜８．０気圧の範囲であることが望
ましい。
パルス発振時間Ｔ１パルス周波数ｆは、複合材料の材料
特性、板厚、生産ラインに導入した場合の能率、切ｌｌ
ｉ面のや質等！考慮して設定される。複合材料が強化Ｉ
ｌ！報と樹脂マトリックスの場合に実験によると、レー
ザ出力１０００Ｗで発振時間Ｔが３０ｓｓｅｃ、周波数
ｆが３０Ｈ２のとき、発振時間Ｔが１１Ｓｅｌ、周、波
数ｆが５００Ｈｚのとき限界になる。そしてこのような
条件以外ではノゼワー不足、入熱時開が長過ぎて品質的
に焼けが激しく、生産ラインでの加工速度に難点が生じ
ること等が判明した。従って例えば、パルス発振時開Ｔ
はＩｇｇｓｅｃ〜３０１８１３０．パルス周波数ずは３
０Ｈｚ 〜５００ Ｈｚに設定することが望ましい。一
方、アシストガスにおいてはミガス圧が１．０気圧以下
ではレンズの保護及び冷却不良で破損し、８．０気圧以
上になると剛性不足により焦点ボケを生じ、従って、例
えばこれらの１．０〜８．０気圧の範囲であることが望
ましい。
次いで第４図により制御回路９を含む自動化の制御系に
ついて詳記すると、加工テーブル６に装着されるパルス
感知器８からパルスレーザのビームが照射される毎に所
定の波長の信号が出力し、この信号が変換回路１２で電
気的なパルス信号に変換される。ところで、パルスビー
ムの照射数により穿孔状態が予め判明しており、このこ
とを利用して変換回路１２からのパルスが計数回路１３
でカウントされ、一定のパルス数カウントしたと轡穿孔
終了したことが判断されて出力回路１４に信号が出力す
る。出力回路１４は計数回路１３からの信号により一定
時間オンした矩形状の信号Ａを出力するものであり、こ
の信号がモータ駆動回路１５に入力されてモータ１０を
駆動する。一方出り回路１４の信号Ａにおけるダウンエ
ツジＡ′がモータ１０の駆動によるテーブル移動の’１
１！ｍｌに用いられ、このダウンエツジＡ′をとらえて
計数回路１３のカウントが零にリセットされる。
ついて詳記すると、加工テーブル６に装着されるパルス
感知器８からパルスレーザのビームが照射される毎に所
定の波長の信号が出力し、この信号が変換回路１２で電
気的なパルス信号に変換される。ところで、パルスビー
ムの照射数により穿孔状態が予め判明しており、このこ
とを利用して変換回路１２からのパルスが計数回路１３
でカウントされ、一定のパルス数カウントしたと轡穿孔
終了したことが判断されて出力回路１４に信号が出力す
る。出力回路１４は計数回路１３からの信号により一定
時間オンした矩形状の信号Ａを出力するものであり、こ
の信号がモータ駆動回路１５に入力されてモータ１０を
駆動する。一方出り回路１４の信号Ａにおけるダウンエ
ツジＡ′がモータ１０の駆動によるテーブル移動の’１
１！ｍｌに用いられ、このダウンエツジＡ′をとらえて
計数回路１３のカウントが零にリセットされる。
このように構成されることで、複合材料５のパルスレー
ザ等による孔明は状態が計数回路１３で検知されること
になり、孔明けが終るとその計数回路１３の出力信号に
より出力回路１４、モータ駆動回路１５を介してモータ
１０が駆動し、加工テーブル６と共に複合材料５が所定
量移動する。そして複合材料５等が略移動終了した時点
で計数回路１３がリセットされて再びカウントし直し、
こうして新たな孔明は状態の検知が行われる。以下同様
にしてパルスレーザのピー・ムが＠射し続は且つアシス
トガスが噴射し続けるのに対して、一定の孔明は及びそ
れが終った後の複合材料５の移動が交互に連続して自動
的に行われ、且つ無駄のない最適加工速度が得られるの
である。
ザ等による孔明は状態が計数回路１３で検知されること
になり、孔明けが終るとその計数回路１３の出力信号に
より出力回路１４、モータ駆動回路１５を介してモータ
１０が駆動し、加工テーブル６と共に複合材料５が所定
量移動する。そして複合材料５等が略移動終了した時点
で計数回路１３がリセットされて再びカウントし直し、
こうして新たな孔明は状態の検知が行われる。以下同様
にしてパルスレーザのピー・ムが＠射し続は且つアシス
トガスが噴射し続けるのに対して、一定の孔明は及びそ
れが終った後の複合材料５の移動が交互に連続して自動
的に行われ、且つ無駄のない最適加工速度が得られるの
である。
以上説明したように本発明によると、溶融温度等の興な
る２種以上の材料で構成される複合材料をレーザビーム
で切断加工す場合に、レーザにパルスを用い、穿孔を連
続化した切断方式をとり、更に酸素量の少ないアシスト
ガスを噴射して複合材料の低触点材料に対する熱影響を
極力少なくした状態で切断するので、焼付けのない良好
な切断面を得ることができて、品質が向上し、切断部精
度も向上する。
る２種以上の材料で構成される複合材料をレーザビーム
で切断加工す場合に、レーザにパルスを用い、穿孔を連
続化した切断方式をとり、更に酸素量の少ないアシスト
ガスを噴射して複合材料の低触点材料に対する熱影響を
極力少なくした状態で切断するので、焼付けのない良好
な切断面を得ることができて、品質が向上し、切断部精
度も向上する。
また、パルスレーザな用いることを利用して穿孔状態を
検知し、穿孔終了後複合材料を移動することを交互に連
続し、最適加工速度で自動的に行うので、生産ラインで
の作業に適し、安定した品質の維持ができる。パルスレ
ーザによる照射を継続した状態に保ちながら制御するの
で、複合材料の切断に不都合を生じることがなく、制御
もし易い。更にパルスレーザの数をカウントして穿孔状
態を検知するので、確実であり、且つ発振条件。
検知し、穿孔終了後複合材料を移動することを交互に連
続し、最適加工速度で自動的に行うので、生産ラインで
の作業に適し、安定した品質の維持ができる。パルスレ
ーザによる照射を継続した状態に保ちながら制御するの
で、複合材料の切断に不都合を生じることがなく、制御
もし易い。更にパルスレーザの数をカウントして穿孔状
態を検知するので、確実であり、且つ発振条件。
加工速度の弯更にも対処することができる。
第１図は本発明による装置の一実施例を示す全体の構成
図、第２図はパルスレーザの特性線図、第３図は切断状
態を、示す平面図、第４図は本発明の制御系を詳細に示
す回路図である。 １・・・パルスレーザ発振器、２・・・ビーム、５・・
・複合材料、１・・・アシストガス噴射用ノズル、８・
・・パルス感知器、９・・・制御回路、１０・・・移動
用モータ。 特許出願人 富士重工業株式会社 代理人弁理士 小 橋 信 淳 同 弁理士 村 井 進 グ５ カーダ乙
図、第２図はパルスレーザの特性線図、第３図は切断状
態を、示す平面図、第４図は本発明の制御系を詳細に示
す回路図である。 １・・・パルスレーザ発振器、２・・・ビーム、５・・
・複合材料、１・・・アシストガス噴射用ノズル、８・
・・パルス感知器、９・・・制御回路、１０・・・移動
用モータ。 特許出願人 富士重工業株式会社 代理人弁理士 小 橋 信 淳 同 弁理士 村 井 進 グ５ カーダ乙
Claims (1)
- 溶融湯度、気化濃度の興なる２種以上の材料を積層して
構成される複合材料に、所定のパルス発振時間及びパル
ス周波数の条件でパルスレーザのビームを照射して穿孔
するパルスレーザ発振器、該パルスレーザ発振器のビー
ム照射による上記複合材料の穿孔切断部に酸票最の少な
いアシストガスを高圧噴射させるノズル、上記複合材料
のビーム照射側と反対の側に配置されて穿孔後のパルス
レーザのビームを感知、するパルス感知器、該パルス感
知器か゛らの信号により上記複合材料の′穿孔状態を検
知して、穿孔が終了する都度信号を出力する制御回路、
ｌＩｉ制御回路からの出力信号により上記複合材料が載
置される加工テーブルを、前回の穿孔に対して新たに穿
設される孔が若干ラップするように移動°する移動手段
を備えることを特徴とする複合ｉ料のレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56119845A JPS5820390A (ja) | 1981-07-30 | 1981-07-30 | 複合材料のレ−ザ切断加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56119845A JPS5820390A (ja) | 1981-07-30 | 1981-07-30 | 複合材料のレ−ザ切断加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5820390A true JPS5820390A (ja) | 1983-02-05 |
Family
ID=14771682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56119845A Pending JPS5820390A (ja) | 1981-07-30 | 1981-07-30 | 複合材料のレ−ザ切断加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5820390A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60222561A (ja) * | 1984-04-19 | 1985-11-07 | Rohm Co Ltd | 自動車等のエンジン点火装置の保護回路 |
| US5126532A (en) * | 1989-01-10 | 1992-06-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Apparatus and method of boring using laser |
| US5166493A (en) * | 1989-01-10 | 1992-11-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Apparatus and method of boring using laser |
| US5500505A (en) * | 1994-05-09 | 1996-03-19 | General Electric Company | Method for cutting epoxy/carbon fiber composite with lasers |
| WO1997015417A1 (en) * | 1995-10-27 | 1997-05-01 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Method and apparatus for laser cutting materials |
| JP2012192420A (ja) * | 2011-03-15 | 2012-10-11 | Saishin Laser Gijutsu Kenkyu Center:Kk | レーザ加工方法およびレーザ加工装置 |
-
1981
- 1981-07-30 JP JP56119845A patent/JPS5820390A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60222561A (ja) * | 1984-04-19 | 1985-11-07 | Rohm Co Ltd | 自動車等のエンジン点火装置の保護回路 |
| US5126532A (en) * | 1989-01-10 | 1992-06-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Apparatus and method of boring using laser |
| US5166493A (en) * | 1989-01-10 | 1992-11-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Apparatus and method of boring using laser |
| US5500505A (en) * | 1994-05-09 | 1996-03-19 | General Electric Company | Method for cutting epoxy/carbon fiber composite with lasers |
| WO1997015417A1 (en) * | 1995-10-27 | 1997-05-01 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Method and apparatus for laser cutting materials |
| JP2012192420A (ja) * | 2011-03-15 | 2012-10-11 | Saishin Laser Gijutsu Kenkyu Center:Kk | レーザ加工方法およびレーザ加工装置 |
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