JP3287133B2 - レーザ加工機 - Google Patents
レーザ加工機Info
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Description
アシング加工時間の短縮及びレーザ光の焦点調整の自動
化を行うためのレーザ加工機に関する。
生産性を上げるために、加工時間や調整作業の作業時間
の短縮が求められている。
う場合、最初に被加工物に小孔を開けるピアシング加工
を行ってから切断加工を行う。このピアシング加工の加
工時間は、板厚が増すほど長くなるが、同じ板厚の場合
でも板の材質の変化や表面状態(凹凸や汚れ具合など)
によって加工時間にばらつきが発生する。この加工時間
のばらつきは板厚が増すほど大きくなる傾向にある。し
かし確実にピアシング加工を行うためには、ピアシング
加工の設定時間を、最長のピアシング加工時間より長く
設定しなければならない。この方法では短時間にピアシ
ング加工で貫通しても、すぐには次工程の切断加工に移
れず、無駄時間が発生する。
に、貫通を検出して次工程に移る方法が提案されてい
る。一例としてはピアシング加工中のレーザ光の光軸と
同軸上を帰還するレーザ光の反射光の光量からピアシン
グ加工の貫通を検出するもの(例えば特開平2−165
886号公報)や、ピアシング加工の貫通孔の真下に熱
電対を設置してそのレーザ光受光部の温度などからピア
シング加工の貫通を検出する方法(例えば特開平2−2
05283号公報)が提案されている。
つであるレンズ交換やレンズのクリーニングを行った場
合、レーザ光の焦点位置がメンテナンス前と異なる。そ
こで焦点調整作業を行わなければならないが、この焦点
調整方法として、被加工物にレーザ光を照射してその反
射光の光量から焦点位置を検出するもの(例えば特開昭
59−73192号公報)などがある。
の構成では、反射光から焦点調整やピアシング加工の貫
通を検出する場合、被加工物の材質や被加工物の表面状
態によって反射率が異なるので、焦点調整やピアシング
加工の貫通を正確に検出するのは困難である。
器を設置する場合、加工による粉塵やワークが検出器の
検出面に堆積、落下したりすると、正しく検出できない
危険がある。またピアシング加工で用いられる高出力の
レーザ光を直接検出器に照射するのは、レーザ光に対し
て耐久性の高い構造が検出器に要求される。
て外側の光と内側の光が必ずしも一点に集中するもので
はなく、外側の光は手前に、内側の光はより離れた位置
にて焦点を結ぶため、最適な焦点調整の精度が低下する
という問題点があった。
工の貫通を正確に検出しピアシング加工時間及び焦点調
整作業時間を短縮するためのレーザ加工機を提供するこ
とを目的としている。
に本発明のレーザ加工機は、レーザ光を出力するレーザ
光出力手段と、レーザ光を照射される被加工物の被照射
部の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段
の検出温度からピアシング加工時の貫通を検知する貫通
判定手段からなり、ピアシング加工開始後に検出温度が
急激に低下するとき、ピアシング加工の貫通を検出する
構成とする。
段と、前記レーザ光を集光するレーザ光集光手段と、前
記レーザ光集光手段を駆動する駆動手段と、被加工物の
レーザ光照射部の温度を検出する温度検出手段と、前記
温度検出手段の検出値と前記レーザ光集光手段の位置デ
ータとから焦点距離を演算する焦点距離演算手段とを備
え、前記焦点距離演算手段の演算結果に基づいて前記駆
動手段を駆動させるものである。
部の温度を測定する温度検出手段の検出データを収集
し、この検出データの変化からピアシング加工の貫通を
検出することとなる。
手段の位置データから適切な焦点距離が判断でき、これ
に基づいてレーザ光集光手段を最適の位置に駆動するこ
ととなる。
いて説明する。
ザ加工機の概略構成図である。1はレーザ光2を出力す
るレーザ発振器、2はレーザ発振器1から出力されたレ
ーザ光、3はレーザ光2が内部を伝わるトーチ、4はレ
ーザ光2を集光する集光レンズ、5は集光レンズ4を通
過したレーザ光2が照射されて加工される被加工物、6
はレーザ発振器1、トーチ3、集光レンズ4の位置や加
工プログラムなどを制御するNC制御部、7はNC制御
部6の指令を受けてトーチを駆動するトーチ駆動部、8
はNC制御部6の指令を受けて集光レンズを駆動する集
光レンズ駆動部、9は被加工物5にレーザ光2が照射さ
れる部分の温度を検出し電気信号に変換する温度検出
器、10は温度検出器9が温度を測定するポイントであ
る測定点、11は温度検出器9から出力される検出値を
順次受け取り、受け取った検出値の変化からピアシング
の貫通を判定する貫通判定部である。
赤外線から温度を検出する赤外線温度検出器を用いる
と、測定対象物に接触せずに温度を検出できるが、接触
せずに温度を検出することができるものであれば他のも
のであってもよい。
す。温度検出器9の測定点10はレーザ光2の光軸に位
置し、被加工物5の表面に位置するように調整して、レ
ーザ光照射部と測定点10が一致するようにする。ピア
シング加工時のトーチ3の高さ、集光レンズ4の位置、
レーザ出力、アシストガス圧などのピアシング条件は被
加工物5に最適な値を予め設定しておく。
に移動した後、トーチ3の高さや集光レンズ4の位置を
設定した位置に調整し、設定した加工条件でピアシング
加工を開始する。ピアシング加工の開始と同時に温度検
出器9は測定点10の温度を検出し、検出値を貫通判定
部11に出力する。ピアシング加工を開始すると、レー
ザ光照射部の温度は急激に上昇し、融点まで達すると被
加工物5は溶解し、アシストガスによって吹き飛ばさ
れ、ピアシング加工の深度を増していく。溶解部が被加
工物5の裏面まで達して貫通するとレーザ光2は貫通す
るので、レーザ光2に照射されて高温となる部分はなく
なるので、レーザ光照射部の温度は急激に低下する。温
度検出器9の検出温度はピアシング加工と同時に上昇
し、貫通と同時に急激に低下する。貫通判定部11では
温度検出器9から受け取った検出データの急激な低下で
ピアシング加工時の貫通を判断する。
貫通が判定されると、貫通判定部11からNC制御部6
に信号が出力され、NC制御部6はこの信号を受けてピ
アシング加工を終了し、次工程の加工プログラムの実行
に移行し、レーザ発振器1やトーチ駆動部7、集光レン
ズ駆動部8に新たな指令を出力する。
度や温度変化の割合が異なるので、ピアシング加工の貫
通の判断基準はこれらを考慮して被加工物毎に設定す
る。
ザ光2を直接受けることがなくなり、温度検出器9の寿
命が大幅に伸びることとなる。また、レーザ光の反射で
はなく、レーザ光の照射部分の温度を検出して貫通した
か否かを判断するため、被加工物の表面状態に影響され
ることがなくなる。さらに、レーザ光の照射部分とは離
れた位置より温度検出を行っているため、スパッタ等の
飛散による温度検出器9の汚れを防止することができ、
検出精度の低下を防ぐことが可能となる。さらにまた、
トーチ3と温度検出器9を一体に設けているので、トー
チ3をどこに移動しても、貫通の検出が可能である。
例を図面を用いて説明する。
ザ加工機の概略構成図である。図において実施例1と同
様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
12は温度検出器9の検出値が最大になるときの集光レ
ンズ4の位置データから焦点距離を演算する焦点距離演
算部である。
様に温度検出器9の測定点10はレーザ光2の光軸に位
置し、被加工物5の表面に位置するようにトーチ3の高
さを調整する。
出力し、被加工物5に照射する。なお、このレーザ光2
の出力は被加工物5が溶融しない程度とする。レーザ光
2の照射と同時に温度検出器9は温度検出を開始する。
図3は焦点調整時の集光レンズの動作を示す図である。
図3の構成は図2の構成の一部を取り出して、集光レン
ズ4の位置とレーザ光2の焦点位置の関係を図示したも
のである。図3中の(a)→(b)→(c)のように集
光レンズ4の位置を一定距離ずつ移動させて、被加工物
5に対してレーザ光2の焦点位置を変化させる。
例では以下のように行っている。すなわち、駆動制御手
段たるNC制御部6により、通常焦点位置が判定される
集光レンズ4の位置より若干上部(被加工物5の反対
側)へ集光レンズ4を移動する。そして、まず集光レン
ズ4を被加工物5側に駆動する。集光レンズ4が駆動を
続けると、いずれ被加工物5近傍にまでいたることとな
るが、この段階にいたっても焦点位置を判定できない場
合がありうる。これは例えば当初の集光レンズ4の位置
よりも上部(被加工物5とは反対側)に焦点があった場
合などに起こりうる。そこで、このように被加工物5側
への駆動の際に焦点位置が判定できなかった場合には、
集光レンズ4を反対方向へ駆動させることとしている。
これによって、装置に異常がない限り必ず焦点位置を判
定することができるとともに、通常焦点位置となる部分
を最初に判定するため、迅速な焦点位置判定が可能とな
る。
こともできる。すなわち、駆動制御手段たるNC制御部
6により、まず、集光レンズ4を駆動範囲の最上部(被
加工物5とは反対側)である機械原点に移動する。次に
集光レンズ4を被加工物側に駆動し、焦点位置を演算す
る。このようにすることにより、焦点位置を発見できず
に集光レンズ4を逆に駆動させ同じ部分の焦点位置判定
・演算を行うという無駄な動作がなくなるとともに、装
置に異常がない限りかならず焦点位置を判定することが
できる。これは、特に最初の焦点位置判定の際に役立つ
ものである。
4の移動毎に温度検出器9はレーザ光照射部の温度を測
定し、焦点距離演算部12に記憶する。また焦点距離演
算部12はNC制御部6から集光レンズ4の位置データ
も同時に記憶する。このようにして必要なレーザ光照射
部の温度と集光レンズ4の位置のデータが得られた後、
検出温度が最大となる時の集光レンズ4の位置を検索
し、この位置データから焦点距離を演算するのである。
位置を移動させる際、被加工物5のレーザ光照射部を同
一点とするよりも、トーチ3全体を縦または横方向の水
平方向に一定距離で移動させてレーザ光照射部を変化さ
せた方が、被加工物5のレーザ光照射部やその周辺に熱
が蓄積しないので、正確な温度検出ができる。1回の温
度測定毎の集光レンズ4の移動距離は、求めたい焦点距
離の精度によって選択する。1回の測定毎の水平方向の
移動距離は、長いほど熱影響が少なくなりよい。また集
光レンズ4の移動やトーチ3の水平方向の移動は連続的
に行ってもよい。被加工物5には表面の汚れや傷のない
均一な表面状態のものを使用した方がより正確な温度検
出が可能である。
ザ光2を直接受けることがなくなり、温度検出器9の寿
命が大幅に伸びることとなる。また、温度の変化により
焦点位置を検出する構成としているので、レーザ光の反
射により検出する際に生じる球面収差による焦点位置の
ずれに起因する検出精度の低下という問題が生じない。
の原因によって焦点位置が演算できない場合がありう
る。この場合、本実施例ではレーザ発振器1の出力を停
止させるとともに、警報音を発することとしている。な
お、焦点位置の演算不能の判定は、集光レンズ4の位置
情報によっても、また、集光レンズ4の駆動時間によっ
ても、さらにその他の手段によってもよい。
ことを作業者に知らせることができ、適切なタイミング
により正常な加工状態に復帰することができる。また、
レーザ光2の出力を停止しているので、焦点位置が見つ
からない場合の点検、修理時に作業者が誤ってレーザ光
2に触れてケガをすることがなく、安全なレーザ加工機
を提供することができる。
機の概略構成図である。図において実施例1と同様の構
成については同じ符合を付し、説明を省略する。13は
被加工物5の下方に設置してレーザ光2を照射すると発
光する貫通検出手段である発光部材であり例えば、鉄板
や銅板、アルミ板等の金属板を用いることができるが、
その他の手段を用いてもよい。14は発光部材13が発
した光の光量を検出し電気信号に変換する貫通変化検出
手段である光検出器である。光検出器14はレーザ光2
が直接当たらない場所(例えば被加工物5のすぐ下で、
トーチ3の移動範囲外の位置)に設置する。貫通判定部
15は光検出器14から出力される検出値を順次受け取
り、受け取った検出値の変化から、ピアシング加工の貫
通を判定する。
す。ピアシング加工時のトーチ3の高さ、集光レンズ4
の位置、レーザ出力、アシストガス圧などのピアシング
条件は被加工物5に最適な値を予め設定しておく。
に移動した後、トーチ3の高さや集光レンズ4の位置を
設定した位置に調整し、設定した加工条件でピアシング
加工を開始する。ピアシング加工の開始と同時に光検出
器14は発光部材13の光量を検出し、検出値を貫通判
定部15に出力する。ピアシング加工を開始すると、レ
ーザ光照射部の温度は急激に上昇し、融点まで達すると
被加工物5は溶解し、アシストガスによって吹き飛ばさ
れ、ピアシング加工の深度を増していく。溶解部が被加
工物5の裏面まで達すると、レーザ光2は被加工物5を
貫通する。被加工物5が貫通すると、レーザ光2は被加
工物5を通り抜け、被加工物5の下方に設置した発光部
材13を照射する。発光部材13はレーザ光2の照射に
よって発光する。この光によって光検出器14の検出値
は急激に上昇する。貫通判定部15では検出データが基
準値を越えた時、ピアシング加工時の貫通を判断する。
貫通が判定されると、貫通判定部15からNC制御部6
に信号が出力され、NC制御部6はこの信号を受けてピ
アシング加工を終了し、次工程の加工プログラムの実行
に移行し、レーザ発振器1やトーチ駆動部7、集光レン
ズ駆動部8に新たな指令を出力する。
ので、ピアシング加工の貫通の判断基準はレーザ出力に
よって設定する。
ても(例えば、被加工物を円形に切りとるような場合が
考えられる)発光部材13上であり、光検出器14は発
光部材13とは離れた位置にあるため、光検出器14が
破損することはないとともに、スパッタの飛散等もなく
光検出器14の寿命を大幅に伸ばすことができる。ま
た、被加工物5が落下した場合、従来のように真下に直
接検出器があると、通常検出器は小さいものであるため
被加工物5に覆われて検出が不可能となるが、本参考例
では鉄板等の発光部材13を用いているので、落下した
被加工物5以外の発光部材13上に、貫通したレーザ光
2が拡散して照射されることとなり、貫通の検出が可能
である。さらに、後述の、発光部材13の代わりに発熱
部材を用いてその温度上昇から貫通を検出するものに比
べて、温度はすぐに消えにくいが光は残らないため、多
くの貫通の検出を行うことが可能であるとともに、その
精度を高く維持できる。
光を発生するものを用い、光検出器14の代わりに光の
周波数を検出する光周波数検出器を用いて、発光部材が
発する特定の周波数の検出からピアシング加工の貫通を
検出しても、同様の効果を得ることができるとともに、
さらに、特定周波数の光を検出するため、外部光から分
離しやすく、外部光に影響されにくい。
照射によって発熱する発熱部材を用い、光検出器14の
代わりに発熱部材の温度を検出する温度検出器を用い、
レーザ光照射による発熱部材の温度上昇からピアシング
加工の貫通を検出することも可能であり、この場合に
は、温度検出器の寿命が大幅に伸び、発光部材13を用
いた場合の被加工物落下時におけるのと同様の効果を有
するとともに、外部光の影響を全く遮断することができ
るという効果がある。なお、この場合の発熱部材として
は、鉄板や銅板、アルミ板等の金属板を使用することが
可能であるが、その他の手段を用いてもよい。
に、本発明は温度検出手段を設置し、被加工物のレーザ
光照射部の温度を検出して収集し、このデータからレー
ザ光集光手段の焦点調整やピアシング加工の貫通の判断
が可能となり、被加工物の表面状態にかかわらず確実に
焦点調整やピアシング加工の貫通の検出を行える。
整が可能であり、機器に異常があっても、作業者に異常
発生が知らされて迅速な処理ができ、さらに、点検、修
理時に作業者の安全を確保できる。
概略構成図
概略構成図
成図
Claims (7)
- 【請求項1】 レーザ光を出力するレーザ光出力手段
と、被加工物のレーザ光照射部の温度を前記レーザ光照
射部より離れた位置から検出する温度検出手段と、前記
温度検出手段の検出値からピアシング加工の貫通を検知
する貫通判定手段を備えたレーザ加工機。 - 【請求項2】 貫通判定手段は、ピアシング加工開始後
に温度検出手段の検出値が急激に低下したときに、ピア
シング加工の貫通を検知することを特徴とする請求項1
記載のレーザ加工機。 - 【請求項3】 レーザ光を出力するレーザ光出力手段
と、前記レーザ光を集光するレーザ光集光手段と、前記
レーザ光集光手段を駆動する駆動手段と、被加工物のレ
ーザ光照射部の温度を検出する温度検出手段と、前記温
度検出手段の検出値と前記レーザ光集光手段の位置デー
タとから焦点距離を演算する焦点距離演算手段とを備
え、前記焦点距離演算手段の演算結果に基づいて前記駆
動手段を駆動させるレーザ加工機。 - 【請求項4】 焦点距離演算手段は、温度検出手段の検
出温度が最大になるときの集光レンズの位置データから
焦点距離を演算することを特徴とする請求項3記載のレ
ーザ加工機。 - 【請求項5】 駆動手段がまずレーザ光集光手段を機械
原点に移動しその後前記レーザ光集光手段を駆動するよ
う制御する駆動制御手段を備えた請求項3記載のレーザ
加工機。 - 【請求項6】 駆動手段がまずレーザ光集光手段を被加
工物側に駆動しその後前記レーザ光集光手段を反対方向
に駆動するよう制御する駆動制御手段を備えた請求項3
記載のレーザ加工機。 - 【請求項7】 適切な焦点距離が判定できないときに、
レーザ光出力手段を停止させること、および、警報を発
することの少なくとも一方を行う請求項3記載のレーザ
加工機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24006794A JP3287133B2 (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | レーザ加工機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24006794A JP3287133B2 (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | レーザ加工機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08103879A JPH08103879A (ja) | 1996-04-23 |
JP3287133B2 true JP3287133B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=17054001
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24006794A Expired - Lifetime JP3287133B2 (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | レーザ加工機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3287133B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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DE112012001628B4 (de) * | 2011-04-08 | 2016-04-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Laser-Bearbeitungsvorrichtung |
US9561560B2 (en) * | 2013-03-15 | 2017-02-07 | United Technologies Corporation | Backstrike detection system for laser drilling thin materials |
JP7251904B2 (ja) * | 2019-07-08 | 2023-04-04 | ビアメカニクス株式会社 | レーザ加工方法及レーザ加工装置 |
JP2021030286A (ja) * | 2019-08-28 | 2021-03-01 | 株式会社豊田中央研究所 | レーザ加工方法およびレーザ加工装置 |
-
1994
- 1994-10-04 JP JP24006794A patent/JP3287133B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JPH08103879A (ja) | 1996-04-23 |
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