JP2008105073A

JP2008105073A - レーザ加工装置およびレーザ加工方法

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Publication number: JP2008105073A
Application number: JP2006292002A
Authority: JP
Inventors: Takashi Akiyama; 喬秋山; Masahiko Hasegawa; 正彦長谷川; Shigeru Yokoi; 茂横井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: JP4690288B2

Abstract

【課題】加工ノズルの交換を行う場合でも加工品質に優れたレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】交換自在に装着された加工ノズル１５を有する加工ヘッド１３と、加工ヘッド１３に対して加工ノズル１５の着脱交換を行う加工ノズル交換手段１６と、加工ヘッド１３とワーク４とＸＹＺ軸方向の任意の位置に移動するとともに加工ヘッド１３を加工ノズル交換手段１６まで移動する移動手段３０と、複数種の加工ノズル１３とワーク４との間隔に応じた間隔信号の校正値をそれぞれ取得し複数種の加工ノズル１５に対応させて各校正値を蓄積しレーザ加工に応じて複数種の加工ノズル１５から適切な加工ノズル１５を移動手段３０および加工ノズル交換手段１６を制御して加工ヘッド１３に装着させて装着された加工ノズル１５に対応した校正値に基づいて移動手段３０を制御して加工ヘッド１３の位置を制御してレーザ加工を行う制御手段１８とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、異なる材質、異なる板厚にて形成されているワークに対して、長時間の無人運転であっても高品質なレーザ加工を行うことができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関するものである。

従来のレーザ加工装置およびレーザ加工方法におけるレーザ加工では、製品の小型化、高密度化の影響を受け、高品質な微細加工が求められている。レーザ加工での微細加工において、わずかな加工条件の変化が加工品質に及ぼす影響は大きい。そのため一つのワークに対して、細かく設定した加工条件を使い分ける加工方法が求められている。このこと解決する手段として、加工ノズルの自動交換機能を用い、加工条件を優先して加工ノズルの交換を行いレーザ加工する加工方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３３４９２３

従来のレーザ加工装置およびレーザ加工方法において、まず、レーザ加工に使用するワークについて説明する。ワークとしてはテーラドブランク材の利用が増えている。ここでテーラドブランク材の特徴は、（１）製品形状に応じて、強度の必要な部分のみ板厚を厚くする。（２）強度の必要な部分のみ、強い強度の材料を利用する。（３）製品の機能に応じて、異なる材料をつなぎ合わせる。などである。テーラドブランク材を用いるメリットとして、（１）材料の無駄が減る。（２）高価な材料は、機能上必要な箇所のみの使用で良い。などが挙げられる。このように一つのテーラドブランク材には、様々な材質、板厚が混在している。つまりテーラドブランク材を利用すると、一つのワークにも拘わらず、異なる材質や板厚を加工する必要がある。このテーラドブランク材は、そのまま製品として使用するため、バリの発生やワークの傷は製品性能の悪化に直結する。そのため異なる材質や板厚が混在するワークに対して、高品質な加工が求められる。また、テーラドブランク材の利用の増加と平行して、製品の小型化、高密度化が急速に進んでいる。そのためレーザ加工には、様々な種類の微細加工が求められる。さらに、微細加工でのバリの発生やワークの傷は、製品性能の悪化に直結する。そのため様々な種類の微細加工を、高品質に仕上げることが求められる。

よって、次にレーザ加工について説明する。レーザ加工には、様々な加工方法が存在している。例えば、切断の開始位置である穴をあける穴あけ加工や、その穴からワークを切断する切断加工、複数のワークをつなぎ合わせる溶接加工、さらにワークの表面状態を変化させる表面処理加工や、ワークに文字や絵などを記すマーキング加工などである。レーザ加工の開始にあたり、レーザ加工の条件を設定する。レーザ加工の条件とは、レーザ強度やアシストガスの流速、流量、広がりのことである。ワークの材質や板厚、求められる加工品質や加工方法によって、最適なレーザ加工の条件は変わる。このように最適なレーザ加工の条件が変われば、これを満足する加工ノズルの形状も変化する。

しかしながら、加工ノズルの構成部品には加工精度によるバラつきが存在する。そのため加工条件に合わせて加工ノズルを交換した際、加工ノズルとワークとの間隔すなわち垂直方向の距離はバラつく。ここで加工ノズルとワークとの間隔が加工品質に及ぼす影響について説明する。まず、ワークの穴あけ加工や切断加工においては、材料溶融物は加工ノズルの装着された加工ヘッドに向かって飛んでくる。よって、加工ノズルとワークとの間隔が狭い場合、材料溶融物は加工ヘッドに付着する。付着した材料溶融物がワークと接触すると、ワークは傷つく。また、加工ノズルとワークとの間隔がより狭い場合、ワーク表面の凹凸や、ワークの反りなどのため、加工ノズルとワークとが接触し、ワークは傷つく。逆に加工ノズルとワークとの間隔が広い場合、アシストガスはその隙間より大量に漏れ、材料溶融物を吹き飛ばすことができない。そして、吹き飛ばされなかった材料溶融物はワークに付着し、バリとなる。

このように穴あけ加工と切断加工とを例に説明したとおり、加工ノズルとワークとの間隔を適切に保つことは、加工品質の良いレーザ加工を実施する上で、重要である。そして、加工方法やレーザ加工の条件によって、この間隔の最適値は変わる。そこで、テーラドブランク材の利用の増加、ならびに製品の小型化、高密度化の進行する中、レーザ加工の途中であっても、加工ノズルを交換する必要性が高まる。そのたびに加工ノズルとワークとの間隔を微調整する必要がある。このような状況では長時間の無人運転はできず、加工時間の延長は避けられないという問題点があった。

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あり、加工ノズルの交換を行う場合でも加工品質に優れたレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することを目的とする。

この発明は、レーザ光およびアシストガスをワークに対して照射する加工ヘッドにてレーザ加工を行うとともにレーザ加工のアシストガスの条件に応じて複数種の加工ノズルから適切な加工ノズルを加工ヘッドに装着してレーザ加工を行うレーザ加工装置において、レーザ光を発振するレーザ発振手段と、アシストガスを発生するアシストガス発生手段と、交換自在に装着された加工ノズルを有する加工ヘッドと、加工ヘッドに対して加工ノズルの着脱交換を行う加工ノズル交換手段と、加工ヘッドとワークとをレーザ光の光軸に対して直交する平面内で相対的に移動するとともに加工ヘッドとワークとの距離を任意に移動し加工ヘッドを加工ノズル交換手段まで移動する移動手段と、複数種の加工ノズルとワークとの間隔に応じた間隔信号の校正値をそれぞれ取得し複数種の加工ノズルに対応させて各校正値を蓄積しレーザ加工に応じて複数種の加工ノズルから適切な加工ノズルを移動手段および加工ノズル交換手段を制御して加工ヘッドに装着させて装着された加工ノズルに対応した校正値に基づいて移動手段を制御して加工ヘッドの位置を制御してレーザ加工を行う制御手段とを備えたものである。

また、この発明は、交換自在に装着された加工ノズルを有した加工ヘッドにてレーザ光およびアシストガスを用いてレーザ加工を行うとともに複数種の加工ノズルからレーザ加工におけるアシストガスの条件に応じた適切な加工ノズルを選択して加工ヘッドに装着して行うレーザ加工方法において、複数種の加工ノズルの各加工ノズルとワークとの間隔に応じた間隔信号の校正値をそれぞれ取得し、レーザ加工に適切な加工ノズルを加工ヘッドに装着し、加工ヘッドを装着されている加工ノズルの校正値に応じて加工ヘッドとワークとの距離を制御してレーザ加工を行うものである。

この発明のレーザ加工装置は、レーザ光およびアシストガスをワークに対して照射する加工ヘッドにてレーザ加工を行うとともにレーザ加工のアシストガスの条件に応じて複数種の加工ノズルから適切な加工ノズルを加工ヘッドに装着してレーザ加工を行うレーザ加工装置において、レーザ光を発振するレーザ発振手段と、アシストガスを発生するアシストガス発生手段と、交換自在に装着された加工ノズルを有する加工ヘッドと、加工ヘッドに対して加工ノズルの着脱交換を行う加工ノズル交換手段と、加工ヘッドとワークとをレーザ光の光軸に対して直交する平面内で相対的に移動するとともに加工ヘッドとワークとの距離を任意に移動し加工ヘッドを加工ノズル交換手段まで移動する移動手段と、複数種の加工ノズルとワークとの間隔に応じた間隔信号の校正値をそれぞれ取得し複数種の加工ノズルに対応させて各校正値を蓄積しレーザ加工に応じて複数種の加工ノズルから適切な加工ノズルを移動手段および加工ノズル交換手段を制御して加工ヘッドに装着させて装着された加工ノズルに対応した校正値に基づいて移動手段を制御して加工ヘッドの位置を制御してレーザ加工を行う制御手段とを備えたので、加工ノズルの交換を行う場合でも加工品質に優れたレーザ加工を行うことができる。

また、この発明のレーザ加工方法は、交換自在に装着された加工ノズルを有した加工ヘッドにてレーザ光およびアシストガスを用いてレーザ加工を行うとともに複数種の加工ノズルからレーザ加工におけるアシストガスの条件に応じた適切な加工ノズルを選択して加工ヘッドに装着して行うレーザ加工方法において、複数種の加工ノズルの各加工ノズルとワークとの間隔に応じた間隔信号の校正値をそれぞれ取得し、レーザ加工に適切な加工ノズルを加工ヘッドに装着し、加工ヘッドを装着されている加工ノズルの校正値に応じて加工ヘッドとワークとの距離を制御してレーザ加工を行うので、加工ノズルの交換を行う場合でも加工品質に優れたレーザ加工を行うことができる。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明のレーザ加工装置の構成を示した上面図、図２は図１に示したレーザ加工装置の構成を示した側面図、図３は図１に示したレーザ加工装置の加工ノズル交換手段の構成を示した上面図、図４は図３に示した加工ノズル交換手段の構成を示す正面図、図５は図１におけるレーザ加工装置の間隔信号の校正値を取得を説明するための図、図６は図１におけるレーザ加工装置の間隔信号の基準値を取得を説明するための図、図７ないし図９は図１に示したレーザ加工装置のレーザ加工方法を示したフローチャートである。

図において、レーザ加工装置１は、ベッド２上に配設されるパレット３を有し、板状のワーク４が載置されている。ベッド２の長手方向の延長線上にはパレット交換手段５が配置され、次加工用ワーク６を載置した次加工用パレット７が用意されている。ベッド２上の両側には、長手方向に沿って一対のＸ軸ガイドレール８が取り付けられており、Ｘ軸ガイドレール８上には、コラム９がＸ軸方向に移動自在に配設される。コラム９には、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿って一対のＹ軸ガイドレール１０が設けてあり、サドル１１がＹ軸上で移動自在に配設される。サドル１１には、Ｘ軸、Ｙ軸が形成する平面に垂直なＺ軸方向に一対のＺ軸ガイドレール１２が設けてあり、加工ヘッド１３がＺ軸に沿って移動自在に配設されている。

よって、これらＸ軸ガイドレール８、コラム９、Ｙ軸ガイドレール１０、サドル１１、Ｚ軸ガイドレール１２にて、加工ヘッド１３とワーク４とをレーザ光３１の光軸に対して直交する平面内で相対的に移動するとともに加工ヘッド１３とワーク４との距離（垂直方向の距離）を任意に移動し加工ヘッド１３を後述する加工ノズル交換手段１６まで移動する移動手段３０が構成されることとなる。そして、ベッド２に隣接して配設されたレーザ光３１を発振するためのレーザ発振手段１４から送られてくるレーザ光３１およびアシストガス３２を発生するためのアシストガス発生手段２８から発生するアシストガス３２をワーク４に照射する光学系およびガス系を備える。また加工ヘッド１３には、アシストガス３２をワーク４に向けて噴射する交換自在に配設されている加工ノズル１５が配設されている。また、ベッド２の端部には、加工ノズル１５を交換するための加工ノズル交換手段１６が配設されている。加工ノズル交換手段１６の横には、校正用ワーク１７が配設されている。校正用ワーク１７は、タッチセンサ２４を備えている。また、加工ノズル１５をクリーニングするクリーニング手段（図示せず）を備える。

そしてこのレーザ加工装置１の動作を制御する制御手段１８は、ベッド２に隣接して配設され、複数種の加工ノズル１５とワーク４との間隔に応じた間隔信号の校正値をそれぞれ取得し複数種の加工ノズル１５に対応させて各校正値を蓄積しレーザ加工に応じて複数種の加工ノズル１５から適切な加工ノズル１５を移動手段３０および加工ノズル交換手段１６を制御して加工ヘッド１３に装着させて装着された加工ノズル１５に対応した校正値に基づいて移動手段３０を制御して加工ヘッド１３の位置を制御してレーザ加工を行う。加工ノズル交換手段１６は、加工ヘッド１３に対して加工ノズル１５の着脱を行うノズルチェンジマガジン１９を備える。ノズルチェンジマガジン１９の直動動作を力制御にて駆動する直動駆動手段２０を有し、ノズルチェンジマガジン１９はガイド２１に沿ってＺ軸方向に移動可能である。ノズルチェンジマガジン１９は、直動駆動手段２０により加工ヘッド１３にアプローチ後、回転駆動手段２２により回転することにより、加工ノズル１５の取り付け、取り外しを行う。レーザ加工装置１は、加工ノズル交換手段１６に複数のノズルチェンジマガジン１９が予め配設され、この複数のノズルチェンジマガジン１９により複数種の加工ノズル１５が自動で交換され、レーザ加工を行うことが可能となる。

次に加工ヘッド１３とワーク４との間隔に応じて出力される、間隔信号について説明する。尚、ここで言う間隔とは加工ヘッド１３とワーク４と垂直方向の距離のことを指す。他の箇所においても同様の意味を指すものとする。図５に示すように、加工ノズル１５を加工ヘッド１３に取り付けた状態で、加工ヘッド１３を校正用ワーク１７に近づける。このとき加工ヘッド１３は、加工ノズル１５と校正用ワーク１７との間隔に応じて、間隔信号を出力する。本実施の形態では、間隔信号の出力に静電容量センサを利用した場合について説明する。加工ノズル１５を取り付けた状態で、加工ヘッド１３を校正用ワーク１７に近づけ、加工ノズル１５の静電容量を測定する。加工ヘッド１３を上下に駆動すると、静電容量は加工ノズル１５と校正用ワーク１７との間隔に応じて変化する。そこでレーザ加工中に、加工ノズル１５の静電容量が一定になるよう、制御手段１８にて加工ヘッド１３をＺ軸方向に駆動する。これにより加工ノズル１５と校正用ワーク１７との間隔を一定に保つ倣い加工が可能となる。間隔の最適値は、レーザ加工の条件により変わる。高品質なレーザ加工において、レーザ加工の条件が変われば、レーザ加工の条件を満たすよう加工ノズル１５を交換する必要がある。このことより、加工条件に合わせた最適な間隔を保つには、使用する加工ノズル１５ごとに間隔に応じた間隔信号の校正値を設定すれば良い。

次に加工ノズル１５に対する間隔に応じた間隔信号の校正値の設定方法について説明する。図６に示すように、加工ノズル１５を加工ヘッド１３に取り付けた状態で、校正用ワーク１７に設置したタッチセンサ２４の上方に加工ヘッド１３を移動手段３０により駆動する。次にタッチセンサ２４が反応するまで、加工ヘッド１３を下げる。ここでタッチセンサ２４が反応した際の校正用ワーク１７と加工ヘッド１３との距離２５は、予め測定されている。そして、図５に示すように、距離２５に基づいて間隔が最適、すなわち基準間隔２３ｂとなるまで、加工ヘッド１３をＺ軸方向に駆動する。尚、ここで言う最適な間隔は、加工方法やレーザ加工の条件によりまちまちでありその都度設定されているものである。そして、間隔が最適であるときの静電容量を、間隔信号の校正値として制御手段１８に記憶する。求められる加工品質によって違いはあるが、適切な間隔には許容範囲２７がある。許容範囲２７の下限値になるまで、加工ヘッド１３を下げ最小間隔２３ｃとする。例えば、許される許容範囲２７が±０．１ｍｍの場合、加工ヘッド１３を基準間隔２３ｂより−０．１ｍｍ下げる。そしてこのときの静電容量を下限値として制御手段１８に記憶する。今度は逆に、許容範囲２７の上限値になるまで、加工ヘッド１３を上げ最大間隔２３ａとする。例えば、許される許容範囲２７が±０．１ｍｍの場合、下限値にある加工ヘッド１３を０．２ｍｍ上げ、間隔信号の校正値より０．１ｍｍ高い位置にする。そしてこのときの静電容量を、上限値として制御手段１８に記憶する。そしてここではこの静電容量の下限値、基準値、上限値をまとめて、間隔信号の校正値と呼ぶ。それぞれの加工ノズル１５に対する間隔信号の校正値は、レーザ加工前に取得し、上記に示したように制御手段１８に記憶しておく。

次に上記のように構成されたレーザ加工装置１を使用した加工方法について図７に示したフローチャートに基づいて説明する。まず、処理をスタートし、間隔信号の校正値を取得していない加工ノズル１５があるか否かを判定する（図７のステップＳ１）。そして、間隔信号の校正値を取得していない加工ノズル１５が無ければ（Ｎｏ）ステップＳ５に移る。また、間隔信号の校正値を取得していない加工ノズル１５があれば（Ｙｅｓ）、間隔信号の校正値を取得していない加工ノズル１５を、加工ヘッド１３を移動手段３０により所望のノズルチェンジマガジン１９上に移動して、加工ノズル交換手段１６にて加工ヘッド１３に加工ノズル１５を装着する（図７のステップＳ２）。次に、加工ノズル１５を移動手段３０により校正用ワーク１７上に移動させ、間隔信号の校正値を上記に示した方法にて取得し、制御手段１８に記憶する（図７のステップＳ３）。次に、測定が終了した加工ノズル１５を移動手段３０により所望のノズルチェンジマガジン１９上に移動して、加工ノズル交換手段１６にて加工ヘッド１３から加工ノズル１５を取り外してノズルチェンジマガジン１９に戻す（図７のステップＳ４）。そして、ステップＳ１に戻り、まだ間隔信号の校正値を取得してない加工ノズル１５が存在すれば、上記ステップＳ２〜ステップＳ４の処理を繰り返す。次に、全ての加工ノズル１５に対する間隔信号の校正値を取得していれば、実際のレーザ加工に移る。

そして、実際のレーザ加工の条件に適した加工ノズル１５を移動手段３０により所望のノズルチェンジマガジン１９上に移動して加工ノズル交換手段１６にて加工ヘッド１３に加工ノズル１５を装着する（図７のステップＳ５）。次に、制御手段１８は、装着された加工ノズル１５に対する間隔信号の校正値を抽出して利用した倣い加工により、移動手段３０により最適な間隔を保った状態にてレーザ加工を行う（図７のステップＳ６）。次に、使用した加工ノズル１５のクリーニングをクリーニング手段により行う（図７のステップＳ７）。尚、加工ノズル１５のクリーニングの工程は、レーザ加工を行う前に行っても、またレーザ加工を行う前およびレーザ加工を行った後の両方に行っても良いことは言うまでも無い。このようにクリーニングを行うことにより加工ノズル１５にレーザ加工において付着したゴミなどを除去でき、再度この加工ノズル１５を使用する際にゴミなどによる不都合が生じること無く使用することが可能である。次に、加工ヘッド１３を移動手段３０により所望のノズルチェンジマガジン１９上に移動して、加工ノズル交換手段１６にて加工ヘッド１３から加工ノズル１５を取り外してノズルチェンジマガジン１９に加工ノズル１５を戻す（図７のステップＳ８）。次に、別の加工ノズル１５での加工が残っているか否かを判定する（図７のステップＳ９）。そして、別の加工ノズル１５での加工が残っていれば、再びステップＳ５に戻り、上記に示したステップＳ５からステップＳ８までの処理を繰り返す。また、別の加工ノズル１５での加工が残っていなければ、処理を完了する。

また、上記のように構成されたレーザ加工装置１を使用した他のレーザ加工方法について図８に示したフローチャートに基づいて説明する。まず、上記に示したレーザ加工方法と同様の工程、ステップＳ１からステップＳ４を経て複数種の加工ノズル１５に対して間隔信号の校正値を取得する。次に、実際のレーザ加工に移る。そして、実際のレーザ加工の条件に適した不良品で無い加工ノズル１５が存在するか否かを判断する（図８のステップＳ１０）。そして、レーザ加工に使用する加工ヘッド１３が不良品などで使用不可能な場合（Ｎｏ）処理を終了する。また、所望の加工ヘッド１３が存在する場合（Ｙｅｓ）は、その加工ヘッド１３を移動手段３０により所望のノズルチェンジマガジン１９上に移動して、加工ノズル交換手段１６にて加工ヘッド１３に加工ノズル１５を装着する（図８のステップＳ１１）。次に、制御手段１８は、加工ノズル１５に対する間隔信号の新校正値を取得するために、加工ノズル１５を移動手段３０により校正用ワーク１７上に移動させ、間隔信号の校正値を上記に示した方法にて取得する（図８のステップＳ１２）。次に、制御手段１８は事前に取得して格納している校正値と新たに取得した新校正値とが同じであるかを比較する（図８のステップＳ１３）。この比較により、加工ノズル１５にゴミなどが付着していて本来使用に適していない加工ノズル１５か否かを判断することができ、レーザ加工における高品質を保つことが可能となる。また、この工程により、加工ノズル１５によるレーザ加工を行うか否かの判断を行うことができる。また、同じとは全く同一を指すのではなく、許容範囲内であることは言うまでも無い。

次に、校正値と新校正値とが同じ場合（Ｙｅｓ）には、上記に示した場合と同様に、図８のステップＳ６以後の工程を行う。また、校正値と新校正値とが同じでない場合（Ｎｏ）には、装着した加工ノズル１５が汚れている可能性があるため、一端加工ノズル１５をクリーニング手段によりクリーニングを行う（図８のステップＳ１４）。次に、制御手段１８は、再び、加工ノズル１５に対する間隔信号の新校正値を取得するために、加工ノズル１５を移動手段３０により校正用ワーク１７上に移動させ、間隔信号の校正値を上記に示した方法にて取得する（図８のステップＳ１５）。次に、制御手段１８は再び、事前に取得して格納している校正値と新たに取得した新校正値とが同じであるかを比較する（図８のステップＳ１６）。次に、校正値と新校正値とが同じ場合（Ｙｅｓ）には、上記に示した場合と同様に、図８のステップＳ６以後の工程を行う。また、校正値と新校正値とが同じでない場合（Ｎｏ）には、装着した加工ノズル１５はクリーニングを行ったにもかかわらず校正値と新校正値とが一致しないため、加工ノズル１５を不良品と判断してノズルチェンジマガジン１９に戻す（図８のステップＳ１７）。そして再び上記に示したステップＳ１０からの工程を行う。

また、上記のように構成されたレーザ加工装置１を使用した他のレーザ加工方法について図９に示したフローチャートに基づいて説明する。ここでは、上記図８にて示したレーザ加工方法と異なる部分のみを説明する。まず、上記に示したレーザ加工方法と同様の工程、ステップＳ１からステップＳ４を経て複数種の加工ノズル１５に対して間隔信号の校正値を取得する。次に、実際のレーザ加工に移る。そして、所望の加工ノズル１５を加工ヘッド１３に装着する（図９のステップＳ１１）。次に、この加工ノズル１５の使用回数が、前段にて取得した校正値を取得してから後、任意回数目、ｎ回目以上の使用か否かを判断する（図９のステップＳ１８）。この回数は２回目以上にて設定されることが考えられる。この任意回数は、加工ノズル１５の使用回数に応じて新校正値と校正値とを比較するべきか否かを判断するべき回数である。例えば、１回目の場合などは、新校正値と校正値とを再度比較する必要が無いため上記図８にて示した場合より効率的に処理を行うことができる。そして以下において、上記に示した実施の形態１と同様のレーザ加工方法を行うことが可能である。よって、必要に応じて校正値と新校正値との比較を行う、所望のレーザ加工品質を得ることが可能となる。

上記のように構成された実施の形態１のレーザ加工装置およびレーザ加工方法によれば、加工ノズルをレーザ加工の条件に合わせて自動で交換しても、人の手を介すること無く、事前に取得し、記憶している間隔信号の校正値を利用することで、使用する加工ノズルの形状に関係なく、倣い加工により、加工ノズルとワークとの間隔を最適に保つことが可能である。結果として、長時間の無人運転でも、傷やバリの発生といった加工品質の悪化の無い高品質なレーザ加工が可能となる。

尚、上記実施の形態１においてはレーザ加工装置の構成として、ワークを固定し、加工ヘッドがＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向にそれぞれ駆動する構成にて示したが、これに限られることは無く、この構成以外でも、加工ヘッドとワークとが、レーザ光の光軸に対して直交する平面内で、相対的に移動可能であり、さらに加工ヘッドとワークとの距離が、任意に変更可能である構成であれば良いことは言うまでも無く、上記実施の形態１にて示した場合と同様に行うことが可能となり、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができることは言うまでも無い。また、上記実施の形態１では、間隔信号の出力に静電容量センサを利用する場合について示したが、これに限られることは無く、静電容量センサ以外に、例えば超音波センサや、磁気センサなど、加工ノズルと校正用ワークとの距離に応じて信号を出すセンサなどを利用しても良いことは言うまでも無く、上記実施の形態１にて示した場合と同様に行うことが可能となり、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができることは言うまでも無い。

さらに、間隔信号の校正値の取得方法として、上記実施の形態１ではタッチセンサを利用する場合について示したが、これに限られることは無く、例えば加工ノズルと校正用ワークとをゆっくり近づけ、導通したところを間隔信号の校正値とする方法や、ビームセンサを利用し、反応した位置を間隔信号の校正値とする方法など、加工ノズルと校正用ワークとの間隔が正確に取得できる方法などを利用しても良いことは言うまでも無く、上記実施の形態１にて示した場合と同様に行うことが可能となり、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができることは言うまでも無い。

本発明による実施の形態１におけるレーザ加工装置の構成を示した上面図である。図１に示したレーザ加工装置の構成を示した側面図である。図１に示したレーザ加工装置の加工ノズル交換手段の構成を示した上面図である。図３に示した加工ノズル交換手段の構成を示す正面図である。図１におけるレーザ加工装置の間隔信号の校正値の取得を説明するための図である。図１におけるレーザ加工装置の間隔信号の基準値の取得を説明をするための図である。図１に示したレーザ加工装置のレーザ加工方法を示したフローチャートである。図１に示したレーザ加工装置の他のレーザ加工方法を示したフローチャートである。図１に示したレーザ加工装置の他のレーザ加工方法を示したフローチャートである。

符号の説明

１レーザ加工装置、４ワーク、１３加工ヘッド、１４レーザ発振手段、
１５加工ノズル、１６加工ノズル交換手段、１８制御手段、２３間隔、
２８アシストガス発生手段、３０移動手段、３１レーザ光、３２アシストガス。

Claims

レーザ光およびアシストガスをワークに対して照射する加工ヘッドにてレーザ加工を行うとともに上記レーザ加工の上記アシストガスの条件に応じて複数種の加工ノズルから適切な加工ノズルを上記加工ヘッドに装着して上記レーザ加工を行うレーザ加工装置において、上記レーザ光を発振するレーザ発振手段と、上記アシストガスを発生するアシストガス発生手段と、交換自在に装着された上記加工ノズルを有する上記加工ヘッドと、上記加工ヘッドに対して上記加工ノズルの着脱交換を行う加工ノズル交換手段と、上記加工ヘッドとワークとを上記レーザ光の光軸に対して直交する平面内で相対的に移動するとともに上記加工ヘッドとワークとの距離を任意に移動し上記加工ヘッドを上記加工ノズル交換手段まで移動する移動手段と、上記複数種の加工ノズルとワークとの間隔に応じた間隔信号の校正値をそれぞれ取得し上記複数種の加工ノズルに対応させて上記各校正値を蓄積し上記レーザ加工に応じて上記複数種の加工ノズルから適切な加工ノズルを上記移動手段および上記加工ノズル交換手段を制御して上記加工ヘッドに装着させて上記装着された加工ノズルに対応した上記校正値に基づいて上記移動手段を制御して上記加工ヘッドの位置を制御して上記レーザ加工を行う制御手段とを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
上記加工ノズルをクリーニングを行うクリーニング手段を備え、上記制御手段は上記クリーニング手段にて上記加工ノズル交換手段にて交換された上記加工ノズルの上記レーザ加工処理前または上記レーザ加工処理後の何れか少なくとも一方において上記クリーニングを行わせることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
上記制御手段は、上記加工ノズルの上記加工ヘッドへの交換時に上記加工ノズルとワークとの間隔に応じた間隔信号の新校正値を新たに取得して、蓄積されている上記加工ノズルの校正値と取得した上記新校正値との比較を行い上記加工ノズルによる上記レーザ加工を行うか否かの判断を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置。
上記制御手段は、上記新校正値の取得を上記加工ノズルの交換回数が任意回数以上に達すると実施して上記比較を行うことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
交換自在に装着された加工ノズルを有した加工ヘッドにてレーザ光およびアシストガスを用いてレーザ加工を行うとともに複数種の上記加工ノズルから上記レーザ加工における上記アシストガスの条件に応じた適切な上記加工ノズルを選択して上記加工ヘッドに装着して上記レーザ加工を行うレーザ加工方法において、上記複数種の加工ノズルの上記各加工ノズルとワークとの間隔に応じた間隔信号の校正値をそれぞれ取得する工程と、上記レーザ加工に適切な上記加工ノズルを上記加工ヘッドに装着する工程と、上記加工ヘッドを装着されている上記加工ノズルの上記校正値に応じて上記加工ヘッドとワークとの距離を制御してレーザ加工を行う工程とを備えたことを特徴とするレーザ加工方法。
上記レーザ加工処理前または上記レーザ加工処理後の何れか少なくとも一方において上記加工ノズルをクリーニングする工程を備えたことを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工方法。
上記レーザ加工における適切な上記加工ノズルを上記加工ヘッドに装着した後で上記レーザ加工を行う前に上記加工ノズルとワークとの間隔に応じた間隔信号の新校正値を取得して上記校正値と上記新校正値とを比較して上記加工ノズルによる上記レーザ加工を行うか否かの判断を行う工程を備えたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレーザ加工方法。