JP2690184B2 - レーザ加工装置 - Google Patents
レーザ加工装置Info
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- JP2690184B2 JP2690184B2 JP2251266A JP25126690A JP2690184B2 JP 2690184 B2 JP2690184 B2 JP 2690184B2 JP 2251266 A JP2251266 A JP 2251266A JP 25126690 A JP25126690 A JP 25126690A JP 2690184 B2 JP2690184 B2 JP 2690184B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属材料の切断に使用されるレーザ加工装置
に関し、特に切断開始点での穴開け加工を高速かつ安全
に行うレーザ加工装置に関する。
に関し、特に切断開始点での穴開け加工を高速かつ安全
に行うレーザ加工装置に関する。
レーザによる切断加工は、ワークの切断個所にレーザ
ビームを照射し、同時にアシストガスを吹きつけて行っ
ている。その切断開始点では穴開け加工を行う必要があ
る。
ビームを照射し、同時にアシストガスを吹きつけて行っ
ている。その切断開始点では穴開け加工を行う必要があ
る。
金属材料に穴開け加工を行う際には、アシストガスに
酸素を用い、レーザによる熱エネルギ加工に酸化反応を
協働させるようにしている。このため、ワークのレーザ
ビーム照射面は局部的な熱加工の集合状態になり、熱暴
走を生じやすい。一度熱暴走が生じると、溶融金属が沸
騰して飛散し、集光レンズに傷が付き、加工不能となっ
ていた。
酸素を用い、レーザによる熱エネルギ加工に酸化反応を
協働させるようにしている。このため、ワークのレーザ
ビーム照射面は局部的な熱加工の集合状態になり、熱暴
走を生じやすい。一度熱暴走が生じると、溶融金属が沸
騰して飛散し、集光レンズに傷が付き、加工不能となっ
ていた。
したがって、これを防止し、穴開け加工を安定にかつ
安全に行うために、非常に小さな周波数とデューティを
持つパルスを用いてパルス加工を行っている。さらに、
低い圧力のアシストガスを用いている。
安全に行うために、非常に小さな周波数とデューティを
持つパルスを用いてパルス加工を行っている。さらに、
低い圧力のアシストガスを用いている。
一方、高反射材料への穴開け加工は、レーザビームの
反射光が発振器側に戻るために大変危険である。このた
め、高反射材料への穴開け加工は積極的には行われてい
なかった。穴開け加工を行う際には、このような危険を
回避する必要があり、上述したパルス加工と低い圧力の
アシストガスという加工条件で行っている。
反射光が発振器側に戻るために大変危険である。このた
め、高反射材料への穴開け加工は積極的には行われてい
なかった。穴開け加工を行う際には、このような危険を
回避する必要があり、上述したパルス加工と低い圧力の
アシストガスという加工条件で行っている。
しかし、このような加工条件は設定が非常に微妙で、
時間を要していた。さらに、パルス加工で行うため穴開
け加工に長時間を要していた。ワークの板厚が厚くなる
と、この傾向はさらに顕著になる。
時間を要していた。さらに、パルス加工で行うため穴開
け加工に長時間を要していた。ワークの板厚が厚くなる
と、この傾向はさらに顕著になる。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
切断開始点における穴開け加工を高速にかつ安全に行う
ことができるレーザ加工装置を提供することを目的とす
る。
切断開始点における穴開け加工を高速にかつ安全に行う
ことができるレーザ加工装置を提供することを目的とす
る。
本発明では上記課題を解決するために、レーザビーム
を照射してワークを切断加工するレーザ加工装置におい
て、前記レーザビームを前記ワークに集光させる集光ノ
ズルと、前記ワーク表面に対する前記集光ノズルのレー
ザビームを発射する傾き角度を、切断加工開始点での穴
開け加工時には所定傾き角に、前記穴開け加工完了後の
切断加工時には垂直に保つように制御する傾き角度制御
手段と、を有することを特徴とするレーザ加工装置が、
提供される。
を照射してワークを切断加工するレーザ加工装置におい
て、前記レーザビームを前記ワークに集光させる集光ノ
ズルと、前記ワーク表面に対する前記集光ノズルのレー
ザビームを発射する傾き角度を、切断加工開始点での穴
開け加工時には所定傾き角に、前記穴開け加工完了後の
切断加工時には垂直に保つように制御する傾き角度制御
手段と、を有することを特徴とするレーザ加工装置が、
提供される。
傾き角度制御手段は、ワーク表面に対する集光ノズル
のレーザビームを発射する傾き角度を、切断加工開始点
での穴開け加工時には所定傾き角に、穴開け加工完了後
の切断加工時には垂直に保つように制御する。
のレーザビームを発射する傾き角度を、切断加工開始点
での穴開け加工時には所定傾き角に、穴開け加工完了後
の切断加工時には垂直に保つように制御する。
これによって、穴開け加工時に溶融金属が熱暴走によ
って飛散して集光レンズに傷が付くのを防止する。ま
た、高反射材料の穴開け加工において、反射光が発振器
側に戻らないようにする。
って飛散して集光レンズに傷が付くのを防止する。ま
た、高反射材料の穴開け加工において、反射光が発振器
側に戻らないようにする。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明のレーザ加工装置が穴開け加工位置に
位置決めされた状態を示す図である。図において、レー
ザ加工装置の加工ヘッド１はＺ軸２及び集光ノズル３か
ら成る。
位置決めされた状態を示す図である。図において、レー
ザ加工装置の加工ヘッド１はＺ軸２及び集光ノズル３か
ら成る。
集光ノズル３の上方にサーボモータ４が設けられ、集
光ノズル３とサーボモータ４との間にギヤ５及び６が設
けられている。集光ノズル３はNC制御され、サーボモー
タ４の回転に応じて傾斜する。
光ノズル３とサーボモータ４との間にギヤ５及び６が設
けられている。集光ノズル３はNC制御され、サーボモー
タ４の回転に応じて傾斜する。
集光ノズル３にはプロテクタ７が取り付けられてい
る。
る。
レーザビーム15は、Ｚ軸２に固定された反射鏡８、集
光ノズル３内の反射鏡９及び集光レンズ10を経て、ワー
ク11の穴開け加工位置12に導かれる。このときのレーザ
ビーム15とワーク11は垂直である。
光ノズル３内の反射鏡９及び集光レンズ10を経て、ワー
ク11の穴開け加工位置12に導かれる。このときのレーザ
ビーム15とワーク11は垂直である。
第２図はレーザ加工装置で穴開け加工を行う状態を示
す図である。
す図である。
レーザ加工装置は、穴開け加工を開始する際に、集光
ノズル３を第１図の状態から第２図の状態に傾斜させ
る。この集光ノズル３の傾きに応じて、レーザビーム15
がワーク11に対して傾斜する。その傾き角度は例えば15
度〜25度に設定される。このとき、ワーク11の位置もNC
制御され、集光ノズル３が傾斜しても、ワーク11の穴開
け加工位置12とレーザビーム15によって照射される位置
とが常時一致するようになっている。
ノズル３を第１図の状態から第２図の状態に傾斜させ
る。この集光ノズル３の傾きに応じて、レーザビーム15
がワーク11に対して傾斜する。その傾き角度は例えば15
度〜25度に設定される。このとき、ワーク11の位置もNC
制御され、集光ノズル３が傾斜しても、ワーク11の穴開
け加工位置12とレーザビーム15によって照射される位置
とが常時一致するようになっている。
レーザ加工装置は、穴開け加工をレーザビーム15が傾
斜した状態で行う。穴開け加工が完了すると、上述した
集光ノズル３を傾斜させるときの動作を逆に行って集光
ノズル３を垂直に戻す。この動作はレーザビーム15を照
射したままで行われる。集光ノズル３が垂直に保たれる
と、切断加工を開始する。
斜した状態で行う。穴開け加工が完了すると、上述した
集光ノズル３を傾斜させるときの動作を逆に行って集光
ノズル３を垂直に戻す。この動作はレーザビーム15を照
射したままで行われる。集光ノズル３が垂直に保たれる
と、切断加工を開始する。
このように、切断加工開始時の穴開け加工は、レーザ
ビーム15がワーク11に対して傾斜した状態で行われる。
このため、レーザビーム15がワーク11に照射されて穴開
け加工位置12に熱暴走が発生し溶融金属が飛散したとし
ても、溶融金属はプロテクタ７に当たるだけである。し
たがって、集光レンズ10は溶融金属によって何ら影響を
受けず、傷を付けられることもない。また、集光レンズ
10の寿命も長くなる。この場合、プロテクタ７はオペレ
ータの安全にも役立っている。
ビーム15がワーク11に対して傾斜した状態で行われる。
このため、レーザビーム15がワーク11に照射されて穴開
け加工位置12に熱暴走が発生し溶融金属が飛散したとし
ても、溶融金属はプロテクタ７に当たるだけである。し
たがって、集光レンズ10は溶融金属によって何ら影響を
受けず、傷を付けられることもない。また、集光レンズ
10の寿命も長くなる。この場合、プロテクタ７はオペレ
ータの安全にも役立っている。
さらに、ワーク11が高反射材料、例えば銅、アルミニ
ウム、真鍮またはこれらの合金である場合、レーザビー
ム15の反射光は、溶融金属と同様にプロテクタ７に当た
るだけである。したがって、反射光が集光レンズ10を経
由してレーザ発振器側に戻る危険性はなく、安全に穴開
け加工を行うことができる。
ウム、真鍮またはこれらの合金である場合、レーザビー
ム15の反射光は、溶融金属と同様にプロテクタ７に当た
るだけである。したがって、反射光が集光レンズ10を経
由してレーザ発振器側に戻る危険性はなく、安全に穴開
け加工を行うことができる。
この結果、従来、穴開け加工を安定にかつ安全に行う
ためになされていたパルス加工を行う必要がなく、レー
ザ発振器の最大出力を利用して連続出力で加工を行うこ
とができる。このため、穴開け加工を高速にかつ安全に
行うことができる。
ためになされていたパルス加工を行う必要がなく、レー
ザ発振器の最大出力を利用して連続出力で加工を行うこ
とができる。このため、穴開け加工を高速にかつ安全に
行うことができる。
例えば、出力2KWの炭酸ガスレーザを用いて、板厚14m
mの軟鋼に穴開け加工を行う場合、従来のパルス加工
（周波数45ヘルツ、デューティ20％）では、約30秒要し
ていたが、本発明のレーザ加工装置では、連続出力によ
る加工によって、約１秒で処理することができた。
mの軟鋼に穴開け加工を行う場合、従来のパルス加工
（周波数45ヘルツ、デューティ20％）では、約30秒要し
ていたが、本発明のレーザ加工装置では、連続出力によ
る加工によって、約１秒で処理することができた。
また、板厚19mmの軟鋼に穴開け加工を行う場合、従来
のパルス加工では、約２分要していたが、本発明のレー
ザ加工装置では、連続出力による加工によって、アシス
トガスの圧力を少し高く設定するだけで約１秒で処理す
ることができた。
のパルス加工では、約２分要していたが、本発明のレー
ザ加工装置では、連続出力による加工によって、アシス
トガスの圧力を少し高く設定するだけで約１秒で処理す
ることができた。
さらに、高反射材料の中で最も加工しにくい銅につい
て、従来は加工不可能であった板厚4mmの穴開け加工
も、2KWの連続出力による加工によって、約２秒で処理
することができ、他に何らの損傷も与えなかった。
て、従来は加工不可能であった板厚4mmの穴開け加工
も、2KWの連続出力による加工によって、約２秒で処理
することができ、他に何らの損傷も与えなかった。
第３図は本発明のレーザ加工装置の全体構成を概略的
に示す図である。図において、プロセッサ31は図示され
ていないROMに格納された制御プログラムに基づいて、
メモリ40に格納された加工プログラムを読みだし、レー
ザ加工装置全体の動作を制御する。出力制御回路32は内
部にD/Aコンバータを内蔵しており、プロセッサ31から
出力された出力指令値を電流指令値に変換して出力す
る。励起用電源33は商用電源を整流した後、スイッチン
グ動作を行って高周波の電圧を発生し、電流指令値に応
じた高周波電流をレーザ発振器の放電管34に供給する。
に示す図である。図において、プロセッサ31は図示され
ていないROMに格納された制御プログラムに基づいて、
メモリ40に格納された加工プログラムを読みだし、レー
ザ加工装置全体の動作を制御する。出力制御回路32は内
部にD/Aコンバータを内蔵しており、プロセッサ31から
出力された出力指令値を電流指令値に変換して出力す
る。励起用電源33は商用電源を整流した後、スイッチン
グ動作を行って高周波の電圧を発生し、電流指令値に応
じた高周波電流をレーザ発振器の放電管34に供給する。
放電管34の内部にはレーザガス19が循環しており、励
起用電源33から高周波電圧が印加されると放電を生じて
レーザガス19が励起される。リア鏡35は反射率99.5％の
ゲルマニウム（Ge）製の鏡、出力鏡36は反射率65％のジ
ンクセレン（ZnSe）製の鏡であり、これらはファブリペ
ロー型共振器を構成し、励起されたレーザガス分子から
放出される10.6μｍの光を増幅して一部を出力鏡36から
レーザビーム（レーザ光）15として外部に出力する。
起用電源33から高周波電圧が印加されると放電を生じて
レーザガス19が励起される。リア鏡35は反射率99.5％の
ゲルマニウム（Ge）製の鏡、出力鏡36は反射率65％のジ
ンクセレン（ZnSe）製の鏡であり、これらはファブリペ
ロー型共振器を構成し、励起されたレーザガス分子から
放出される10.6μｍの光を増幅して一部を出力鏡36から
レーザビーム（レーザ光）15として外部に出力する。
出力されたレーザビーム15は、後述するシャッタ23a
が開いている時には、ベンダミラー28で方向を変え、Ｚ
軸２、集光ノズル３を経由し、集光レンズ10によって0.
2mm以下のスポットに集光されてワーク11の表面に照射
される。
が開いている時には、ベンダミラー28で方向を変え、Ｚ
軸２、集光ノズル３を経由し、集光レンズ10によって0.
2mm以下のスポットに集光されてワーク11の表面に照射
される。
メモリ40は加工プログラム、各種のパラメータ等を格
納する不揮発性メモリであり、バッテリバックアップさ
れたCMOSが使用される。なお、この他にシステムプログ
ラムを格納するROM、一時的にデータを格納するRAMがあ
るが、本図ではこれらを省略してある。
納する不揮発性メモリであり、バッテリバックアップさ
れたCMOSが使用される。なお、この他にシステムプログ
ラムを格納するROM、一時的にデータを格納するRAMがあ
るが、本図ではこれらを省略してある。
位置制御回路41はプロセッサ31の指令によってサーボ
アンプ42を介してサーボモータ43を回転制御し、ボール
スクリュー44及びナット45によってテーブル46の移動を
制御し、ワーク11の位置を制御する。図では１軸のみを
表示してあるが、実際には複数の制御軸がある。
アンプ42を介してサーボモータ43を回転制御し、ボール
スクリュー44及びナット45によってテーブル46の移動を
制御し、ワーク11の位置を制御する。図では１軸のみを
表示してあるが、実際には複数の制御軸がある。
位置制御回路51はプロセッサ31の指令によってサーボ
アンプ52を介してサーボモータ４を回転制御し、集光ノ
ズル３の傾き角度制御を行う。
アンプ52を介してサーボモータ４を回転制御し、集光ノ
ズル３の傾き角度制御を行う。
表示装置48にはCRTあるいは液晶表示装置等が使用さ
れる。
れる。
送風機20にはルーツブロワが使用され、レーザガス19
を冷却器21a及び21bを通して循環する。冷却器21aはレ
ーザ発振を行って高温となったレーザガス19を冷却する
ための冷却器であり、冷却器21bは送風器20による圧縮
熱を除去するための冷却器である。
を冷却器21a及び21bを通して循環する。冷却器21aはレ
ーザ発振を行って高温となったレーザガス19を冷却する
ための冷却器であり、冷却器21bは送風器20による圧縮
熱を除去するための冷却器である。
シャッタ制御回路22はプロセッサ31の指令に基づいて
シャッタ23aを開閉する。シャッタ23aは表面に金メッキ
が施された銅板またはアルミ板で構成されており、閉時
には出力鏡36から出力されたレーザビーム15を反射して
ビームアブソーバ23bに吸収させる。シャッタ23aを開く
とレーザビーム15がワーク11に照射される。
シャッタ23aを開閉する。シャッタ23aは表面に金メッキ
が施された銅板またはアルミ板で構成されており、閉時
には出力鏡36から出力されたレーザビーム15を反射して
ビームアブソーバ23bに吸収させる。シャッタ23aを開く
とレーザビーム15がワーク11に照射される。
パワーセンサ24は熱電あるいは光電変換素子等で構成
され、リア鏡35から一部透過して出力されたレーザ光を
入力してレーザビーム15の出力パワーを測定する。A/D
変換器25はパワーセンサ24の出力をディジタル値に変換
してプロセッサ31に入力する。
され、リア鏡35から一部透過して出力されたレーザ光を
入力してレーザビーム15の出力パワーを測定する。A/D
変換器25はパワーセンサ24の出力をディジタル値に変換
してプロセッサ31に入力する。
以上説明したように本発明では、切断加工開始時の穴
開け加工を、集光ノズルの方向をワーク表面に対して傾
斜させた状態で行うように構成したので、溶融金属が飛
散しても、穴開け加工時に集光ノズル内の集光レンズは
溶融金属によって何ら影響を受けず、傷を付けられるこ
ともない。
開け加工を、集光ノズルの方向をワーク表面に対して傾
斜させた状態で行うように構成したので、溶融金属が飛
散しても、穴開け加工時に集光ノズル内の集光レンズは
溶融金属によって何ら影響を受けず、傷を付けられるこ
ともない。
また、ワークが高反射材料の場合、レーザビームの反
射光は、集光レンズを経由してレーザ発振器側に戻る危
険性はなく、安全に穴開け加工を行うことができる。
射光は、集光レンズを経由してレーザ発振器側に戻る危
険性はなく、安全に穴開け加工を行うことができる。
このため、従来、穴開け加工を安定にかつ安全に行う
ためになされていたパルス加工を行う必要がなく、レー
ザ発振器の最大出力を利用して連続出力で加工を行うこ
とができる。したがって、切断加工開始時の穴開け加工
を高速にかつ安全に行うことができる。
ためになされていたパルス加工を行う必要がなく、レー
ザ発振器の最大出力を利用して連続出力で加工を行うこ
とができる。したがって、切断加工開始時の穴開け加工
を高速にかつ安全に行うことができる。
第１図は本発明のレーザ加工装置が穴開け加工位置に位
置決めされた状態を示す図、 第２図はレーザ加工装置で穴開け加工を行う状態を示す
図、 第３図は本発明のレーザ加工装置の全体構成を概略的に
示す図である。 ３……集光ノズル ４、43……サーボモータ ５、６……ギヤ ７……プロテクタ 10……集光レンズ 11……ワーク 12……穴開け加工位置 15……レーザビーム 31……CPU 41、51……位置制御回路 42、52……サーボアンプ
置決めされた状態を示す図、 第２図はレーザ加工装置で穴開け加工を行う状態を示す
図、 第３図は本発明のレーザ加工装置の全体構成を概略的に
示す図である。 ３……集光ノズル ４、43……サーボモータ ５、６……ギヤ ７……プロテクタ 10……集光レンズ 11……ワーク 12……穴開け加工位置 15……レーザビーム 31……CPU 41、51……位置制御回路 42、52……サーボアンプ
Claims (6)
- 【請求項１】レーザビームを照射してワークを切断加工
するレーザ加工装置において、 前記レーザビームを前記ワークに集光させる集光ノズル
と、 前記ワーク表面に対する前記集光ノズルのレーザビーム
を発射する傾き角度を、切断加工開始点での穴開け加工
時には所定傾き角に、前記穴開け加工完了後の切断加工
時には垂直に保つように制御する傾き角度制御手段と、 を有することを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項２】前記切断加工開始点での穴開け加工完了
後、前記傾き角度を垂直に保ち、前記切断加工を開始す
る際に、前記レーザビームは照射し続けることを特徴と
する請求項１記載のレーザ加工装置。 - 【請求項３】前記傾き角度制御手段は、前記傾き角度を
制御して変更する際に、前記ワークの穴開け加工位置と
前記レーザビームによって照射される位置とが常時一致
するように、前記光軸の傾き角度及び前記ワークの位置
を制御することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工
装置。 - 【請求項４】前記傾き角度制御手段は数値制御装置であ
ることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。 - 【請求項５】前記集光ノズルに溶融金属の飛散を防止す
るためのプロテクタを設けたことを特徴とする請求項１
記載のレーザ加工装置。 - 【請求項６】前記穴開け加工は連続出力で行われること
を特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2251266A JP2690184B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2251266A JP2690184B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | レーザ加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04127987A JPH04127987A (ja) | 1992-04-28 |
| JP2690184B2 true JP2690184B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=17220230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2251266A Expired - Fee Related JP2690184B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | レーザ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2690184B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5279775A (en) * | 1992-06-10 | 1994-01-18 | Iomega Corporation | Acousto-optical intensity control of laser beam during etching of optical servo information of magnetic media |
| CN103056522A (zh) * | 2012-11-29 | 2013-04-24 | 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 | 一种激光加工中防反射烧损的喷嘴 |
| JP6057778B2 (ja) * | 2013-02-27 | 2017-01-11 | 本田技研工業株式会社 | レーザ加工装置 |
| CN105163897A (zh) * | 2013-03-15 | 2015-12-16 | 伊雷克托科学工业股份有限公司 | 锥度控制的射束角协调及工件运动 |
| DE102022200526A1 (de) | 2022-01-18 | 2022-10-13 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer Struktur auf einem Substrat sowie Vorrichtung zur Strukturherstellung mit einem derartigen Verfahren |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60213388A (ja) * | 1984-04-06 | 1985-10-25 | Mitsubishi Electric Corp | レ−ザ加工装置 |
| JP2603873B2 (ja) * | 1989-01-09 | 1997-04-23 | 三菱電機株式会社 | レ−ザ加工機及びレ−ザ加工方法 |
-
1990
- 1990-09-20 JP JP2251266A patent/JP2690184B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04127987A (ja) | 1992-04-28 |
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