JP2003053568A - レーザ切断加工制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークのレーザ加工中に発生するプラズマを
初期段階で検出してワークの切断を適正に行うことがで
きるレーザ切断加工制御方法を提供する。 【解決手段】 案内筒１３の内部に収容された第１及び
第２光検出器２０，２１からワークＷの切断加工中に発
生するプラズマを初期段階で検出して、混合器２３によ
り合成し、フォトセンサ増幅回路２４により増幅する。
プラズマが発生したとき、４０５ｎｍ付近の紫外線の強
度が検出され、その強度が予め定めた加工速度低下指令
値に達すると、制御装置１６からサーボモータ１９に加
工速度の減速信号が出力される。そして、ワークＷの切
断溝内のプラズマが消滅し、紫外線の強度が加工速度復
帰指令値以下となったら加工速度を段階的に上昇させて
再び初期速度の切断作業に切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はレーザ切断加工制
御方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼板のレーザ切断に際し、切
断面を変色させないで、つまり無酸化状態のまま切断す
る場合には、アシストガスに窒素を使用することが知ら
れている。しかし、切断中に熔融したドロスが窒素ガス
で吹き飛ばされないと、ドロスが被切断材に付着してレ
ーザ熱を吸収するため、切断に悪影響のあるプラズマが
発生する。プラズマが発生すると、レーザ熱がさらにド
ロスに吸収され、新たな切断面がドロスで覆われて切断
不可能になってしまう。

【０００３】従来技術では、切断不良になると、切断中
の発生音の変化を捉えて切断を中止したり、プラズマ発
生の可視光で検出したりするものもある。この従来のレ
ーザ切断加工制御方法として、特開２００１−１３８０
８２号公報に示すものが提案されている。この制御方法
は、ＮＣ制御のレーザ加工装置において、レーザ切断加
工時に少なくともワーク加工部に発生するスパッタの光
の色と噴射角度とを加工状態監視モニタで検出する。こ
の検出した切断加工状態での加工条件データと、前記Ｎ
Ｃ制御装置の記憶装置に登録した良好切断時の加工条件
データとを比較する。そして、前記スパッタの光の色と
噴射角度が常に良好切断時の状態になるように切断加工
条件を自動的に変更するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のレーザ切断
加工制御方法は、検出周波数を４段階に分けて、その段
階毎に加工条件の焦点位置、レーザ出力、加工速度及び
アシストガス圧力を変化させている。しかし、その判断
基準が微妙であり、プラズマ発生の初期段階での検出を
行うことができないという問題があった。プラズマが発
生してしまってからでは、ワークの切断作業を続行する
のが遅過ぎて、有効な検出方法とは言えなかった。

【０００５】この発明は、上記従来の技術に存する問題
点を解消して、レーザ切断加工中に初期段階で発生する
プラズマを確実に検出してワークの切断不良を未然に防
止することができるレーザ切断加工制御方法及び装置を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、ワークを無酸化レーザ
加工するレーザ加工装置において、レーザ切断加工時に
ワーク加工部に発生する紫外線を光検出器により検出
し、検出された紫外線の波長が４０５ｎｍ付近における
紫外線の強度が予め定めた値となったとき、ワークの加
工速度を低下させ、前記値より低く設定した値以下にな
ったとき前記加工速度を元の速度に段階的に又は漸増し
て戻すことを要旨とする。

【０００７】請求項２に記載の発明は、ワークを無酸化
レーザ加工するレーザ加工装置において、レーザ切断加
工時にワーク加工部に発生する紫外線を検出する光検出
器を設け、前記光検出器には検出された紫外線の波長が
４０５ｎｍ付近における紫外線の強度が予め定めた値と
なったとき、ワークの加工速度を低下させた後に、前記
値より低く設定した値以下になったとき前記加工速度を
元の速度に段階的に又は漸増して戻す加工速度制御手段
を設けたことを要旨とする。

【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項２におい
て、前記加工速度制御手段は、４０５ｎｍ付近の波長を
透過させるフィルタを備えていることを要旨とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した一実
施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すようにレ
ーザビームＬＢを出力するレーザ発振器１１には、図示
しない固定案内管及び伸縮案内管を介して反射ミラー１
２が連結され、該反射ミラー１２の下方には上下方向に
図示しない伸縮案内管及び案内筒１３が連結されてい
る。この案内筒１３の下端部にはノズル１４が連結され
ている。前記案内筒１３の下端部には集光レンズ１５が
収容され、レーザ発振器１１から反射ミラー１２を経て
集光レンズ１５に入ったレーザビームＬＢは、集光され
てステンレス鋼板等のワークＷに照射され、ワークＷを
切断するようになっている。

【００１０】コンピュータを備えた制御装置１６はリー
ド線１７を介して前記レーザ発振器１１に接続され、レ
ーザ発振器１１のレーザ出力強度を切断しようとするワ
ークＷの材質や厚さに応じて制御するようになってい
る。又、制御装置１６からはリード線１８を通してＸ
軸、Ｙ軸及びＺ軸の各サーボモータ１９〜１９に動力と
制御信号が出力され、前記ノズル１４をＸ軸方向、Ｙ軸
方向及びＺ軸方向にそれぞれ独立して数値制御により移
動するようになっている。ノズル１４の水平面内での
Ｘ，Ｙ軸方向の移動速度は、ワークＷの加工速度として
数値制御される。

【００１１】前記案内筒１３内にはワークＷの切断加工
中に発生する初期のプラズマに含まれる紫外線を検出す
るための第１及び第２光検出器２０，２１が設けられて
いる。第１及び第２光検出器２０，２１には光ファイバ
ー２２を介して混合器２３が接続され、検出された光信
号を合成するようにしている。混合器２３には所定の帯
域の波長、つまり４０５ｎｍ付近の波長の紫外線を透過
させるバンドパスフィルタ２６を備えたフォトセンサ増
幅回路２４が接続され、合成された光信号を増幅すよう
にしている。該フォトセンサ増幅回路２４にはＡ／Ｄ変
換回路２５が接続され、光のアナログ信号をディジタル
信号に変換するようにしている。前記Ａ／Ｄ変換回路２
５は光伝送路２７により前記制御装置１６に接続されて
いる。

【００１２】なお、ノズル１４からはワークＷを無酸化
レーザ加工するため例えば窒素等のアシストガスＧが必
要に応じてワークＷのレーザ切断加工部に供給されるよ
うになっている。

【００１３】次に、前記のように構成した無酸化方式の
レーザ切断加工装置を用いてワークＷを切断加工する動
作を説明する。前記ノズル１４は制御装置１６からの制
御信号に基づいて、Ｘ軸及びＹ軸サーボモータ１９によ
り所定の移動軌跡に沿って一定の加工速度で移動制御さ
れる。このためノズル１４から出力された集光後のレー
ザビームＬＢによってワークＷが所定の幅（例えば１ｍ
ｍ）で切断される。

【００１４】この切断動作中に何らかの要因により図２
に示すようにワークＷの切断溝Ｗ１の下部に切断不良に
より非貫通部Ｗ２が生じると、プラズマＰが発生する。
このプラズマＰからは初期段階であっても紫外線が発生
され、その紫外線が切断溝Ｗ１の隙間からノズル１４に
設けられた穴を通して第１光検出器２０及び第２光検出
器２１により検出される。両光検出器２０，２１により
検出された紫外線は、混合器２３に伝送されて、ここで
合成された後に、バンドパスフィルタ２６により所定帯
域、つまり４０５ｎｍ付近の波長が検出され、フォトセ
ンサ増幅回路２４によって増幅される。その後、Ａ／Ｄ
変換回路２５に伝送され、アナログ信号からディジタル
信号に変換される。

【００１５】上記の所定帯域の波長のうち４０５ｎｍ付
近における紫外線の強度が予め定めた値、つまり加工速
度低下指令値に達すると、光伝送路２７を通して制御装
置１６に入力される。そして、プラズマの発生初期段階
で、制御装置１６からサーボモータ１９に制御信号が送
られて、ワークＷの加工速度が低下される。加工速度が
低下されるとプラズマが減衰されて、紫外線が弱めら
れ、その強度が前記予め定めた加工速度低下指令値より
低く設定した値、つまり加工速度復帰指令値以下になる
と、ワークＷの加工速度が徐々に速くなるようにオーバ
ーライドの可変制御され、所定時間経過後に初期（元）
の加工速度に復帰される。

【００１６】図３はワークＷの加工時間の経過と加工速
度及び紫外線強度との関係を示す。初期の加工速度Ａに
おいてプラズマが発生した場合、低下させる加工速度Ｂ
は次の式により制御装置１６の演算部により設定され
る。

【００１７】Ｂ＝Ａ×オバーライド（％） 又、加工速度を上昇させる過程では、増加速度Δｆ、単
位時間Δｔ及び加速度αとすると、次の式に基づいて制
御装置１６の演算部により加工速度の上昇が段階的に行
われる。

【００１８】Δｆ＝α・Δｔ 次に、前記のように構成したレーザ切断加工制御装置に
ついて、効果を記載する。

【００１９】（１）前記実施形態では、プラズマの発生
初期に第１及び第２光検出器２０，２１により検出され
た紫外線の波長が４０５ｎｍ付近における紫外線の強度
が予め設定した加工速度低下指令値に達した時、ノズル
１４の加工速度を低下させるようにした。このため、ワ
ークＷの切断不良が発生した初期段階で、前記プラズマ
を消滅させることができ、ワークＷの加工を適正に行う
ことができる。

【００２０】（２）前記実施形態では、案内筒１３の集
光レンズ１５上方に第１及び第２光検出器２０，２１を
収容し、ワークＷの切断溝Ｗ１の底部に発生するプラズ
マを検出するようにした。このためワークＷの下方にお
いてプラズマを検出する方式と比較して、プラズマ検出
装置の構成を小型化できる。

【００２１】なお、この発明は次のように具体化するこ
ともできる。 ・前記第１及び第２光検出器２０，２１を一箇所に設け
ること。又、三箇所以上設けること。

【００２２】・ワークＷを支持テーブルに固定し、支持
テーブルをＸ軸、Ｙ軸方向に数値制御により移動し、こ
の移動速度をワークＷの加工速度とすること。 ・加工速度を初期速度に戻すとき漸増するようにするこ
と。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明はレーザ
切断加工中に初期段階で発生するプラズマを確実に検出
してワークの切断不良を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明を具体化したレーザ切断加工制御装
置のブロック回路図。

【図２】 ワークの切断状態を示す断面図。

【図３】 加工時間、加工速度及び紫外線強度の関係を
示すグラフ。

【符号の説明】

１１…レーザ発信器、１６…制御装置、２０，２１…第
１，第２光検出器、２３…混合器、２４…フォトセンサ
増幅回路、２５…Ａ／Ｄ変換回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを無酸化レーザ加工するレーザ加
   工装置において、レーザ切断加工時にワーク加工部に発
   生する紫外線を光検出器により検出し、検出された紫外
   線の波長が４０５ｎｍ付近における紫外線の強度が予め
   定めた値となったとき、ワークの加工速度を低下させ、
   前記値より低く設定した値以下になったとき前記加工速
   度を元の速度に段階的に又は漸増して戻すことを特徴と
   するレーザ切断加工制御方法。
2. 【請求項２】 ワークを無酸化レーザ加工するレーザ加
   工装置において、レーザ切断加工時にワーク加工部に発
   生する紫外線を検出する光検出器を設け、前記光検出器
   には検出された紫外線の波長が４０５ｎｍ付近における
   紫外線の強度が予め定めた値となったとき、ワークの加
   工速度を低下させた後に、前記値より低く設定した値以
   下になったとき前記加工速度を元の速度に段階的に又は
   漸増して戻す加工速度制御手段を設けたことを特徴とす
   るレーザ切断加工制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記加工速度制御手
   段は、４０５ｎｍ付近の波長を透過させるフィルタを備
   えているレーザ切断加工制御装置。