JP5095041B1

JP5095041B1 - レーザ加工方法

Info

Publication number: JP5095041B1
Application number: JP2012529463A
Authority: JP
Inventors: 浩子高田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: US20130213943A1; JPWO2013121588A1; CN103370165B; DE112012005889T5; WO2013121588A1; CN103370165A

Abstract

レーザ加工の対象とする加工材料を加工テーブルに載置し、加工材料から製品を切り出すための本加工に先立ち、加工材料の試し加工を実施する試し加工工程を含み、試し加工工程は、加工材料に設定されている試し加工領域から、予め設定されている形状の試し加工用切片をレーザ加工により切り出す切り出し工程と、切り出し工程を経た加工材料を対象として試し加工用切片の有無を確認することで、試し加工用切片が加工材料に残存しているか否かを検知する検知工程と、検知工程における検知結果に応じて、本加工への移行の許否を判定する判定工程と、を含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、レーザ加工方法に関する。

従来、レーザ加工において、加工表面に溶融物が生じた場合や、加工表面から溶融物が吹き上がった場合に、加工不良が発生したとして加工を停止させる措置が取られている。例えば、板材から製品を切り出し、落下させるレーザ加工においては、板材の裏面に付着した溶融物によって製品が抜け落ちない状態となることや、板材の裏面までの加工が不十分であるために製品が抜け落ちない状態となることが起こり得る。このような場合に、加工不良とみなされないことにより、製品が抜け落ちない状態のまま加工が継続されることがある。例えば、自動運転による連続加工においては、このような不具合は多くの不良品を生じさせる原因となる。

このような問題に対しては、ワークシュータの下方への加工品の落下を、落下検出手段である振動センサによって検出し、製品の落下が検出されない場合にレーザ加工機の運転を停止させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１７９６９１号公報

ワークシュータの下方への加工品の落下を検出する構成では、加工材料から加工品が正常に抜け落ちていても、加工テーブルから落下検出手段までの間において何らかの原因により加工品が滞留することがあり得る。このため、加工品が加工材料から正常に抜け落ちたか否かについての誤認を生じさせる場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工材料から製品を切り出すレーザ加工において、加工品が加工材料から正常に抜け落ちたか否かを適切に判断可能とし、効率的な加工を可能とするレーザ加工方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザ加工の対象とする加工材料を加工テーブルに載置し、前記加工材料から製品を切り出すための本加工に先立ち、前記加工材料の試し加工を実施する試し加工工程を含み、前記試し加工工程は、前記加工材料に設定されている試し加工領域から、予め設定されている形状の試し加工用切片を前記レーザ加工により切り出す切り出し工程と、前記切り出し工程を経た前記加工材料を対象として前記試し加工用切片の有無を確認することで、前記試し加工用切片が前記加工材料に残存しているか否かを検知する検知工程と、前記検知工程における検知結果に応じて、前記本加工への移行の許否を判定する判定工程と、を含むことを特徴とする。

本発明にかかるレーザ加工方法は、試し加工工程における加工品である試し加工用切片が加工材料に残存しているか否かを、加工材料を対象として直接的に確認することで、試し加工用切片が加工材料から正常に抜け落ちたか否かを適切に判断することができる。試し加工用切片が正常に抜け落ちたことを確認してから本加工へ移行することで、製品が抜け落ちない状態のまま加工が継続されることや、製品が正常に抜け落ちる加工が可能であるにも関わらず本加工への移行を停止させることを抑止可能とする。これにより、加工材料から製品を切り抜くレーザ加工において、加工品が加工材料から正常に抜け落ちたか否かを適切に判断可能とし、効率的な加工を実施できる。

図１は、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工方法を適用するレーザ加工機の構成を示す図である。図２は、加工テーブルに載置された加工材料を示す上面図である。図３は、加工材料から切り出される試し加工用切片の例を示す上面図である。図４は、試し加工用切片が正常に抜け落ちた材料基板に対しギャップを測定する状態を示す概略図である。図５は、実施の形態にかかるレーザ加工方法の手順を説明するフローチャートである。

以下に、本発明にかかるレーザ加工方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工方法を適用するレーザ加工機の構成を示す図である。レーザ加工機１００は、加工テーブル２、左右のコラム４および５、クロスレール６、Ｙ軸ユニット７、Ｚ軸ユニット８、加工ヘッド１０および加工制御装置２０を有する。

加工テーブル２は、ベッド１上にて移動可能に設けられている。加工テーブル２は、レーザ加工の対象とする加工材料が載置される。クロスレール６は、コラム４および５の間に水平に掛け渡されている。Ｙ軸ユニット７は、クロスレール６にてＹ軸方向へ移動可能に設けられている。Ｚ軸ユニット８は、Ｙ軸ユニット７にてＺ軸方向へ移動可能に設けられている。加工ヘッド１０は、Ｚ軸ユニット８に取り付けられている。加工ヘッド１０の先端には、加工ノズル（レーザ用ノズル）が取り付けられている。

加工制御装置２０は、マンマシンインタフェースであって、操作盤２１および画面表示部２２を具備している。画面表示部２２は、例えば液晶パネルである。加工制御装置２０は、図示省略のＸ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータおよびＺ軸サーボモータへの各軸指令によって、加工テーブル２、Ｙ軸ユニット７およびＺ軸ユニット８の位置を制御する。

図２は、加工テーブルに載置された加工材料を示す上面図である。加工材料３０は、例えば、金属材料からなる板材とする。ワークサポート３は、加工テーブル２上にて加工材料３０を支持する。加工材料３０は、互いに間隔を持たせた複数のワークサポート３によって、水平にて支持される。

レーザ加工機１００は、レーザ加工によって加工材料３０から切り抜いた製品を、加工テーブル２上へ落下させる。

本実施形態にかかるレーザ加工方法では、加工テーブル２のワークサポート３上に加工材料３０を載置し、加工材料３０から製品を切り出すための本加工に先立ち、加工材料３０の試し加工を実施する。

レーザ加工機１００は、加工材料３０のうち所定の試し加工領域３１に対して、試し加工を実施する。試し加工領域３１は、例えば、加工材料３０がなす長方形のうち、加工テーブル２への搬入において先頭となる側の一つの隅部に位置する。

次に、図３から図５を参照して、本実施形態にかかるレーザ加工方法の手順を説明する。図５は、本実施の形態にかかるレーザ加工方法の手順を説明するフローチャートである。ステップＳ１では、加工材料３０を加工テーブル２へ搬入する。

加工テーブル２へ加工材料３０が搬入されてから、レーザ加工機１００は、加工を開始する（ステップＳ２）。レーザ加工機１００は、例えばオペレータによる操作盤２１の操作に応じて、レーザ加工のためのＮＣプログラムを読み出し、加工を開始する。レーザ加工機１００は、例えば、オペレータの操作によってステップＳ１およびＳ２を実行する。レーザ加工機１００は、パレットチェンジャーを使用する自動運転により、加工材料３０を搬入および搬出することとしても良い。

レーザ加工機１００は、予め設定された試し加工領域３１へ加工ヘッド１０を移動させ（ステップＳ３）、試し加工工程を開始する。レーザ加工機１００は、試し加工領域３１から試し加工用切片を切り出すレーザ加工を実施する（ステップＳ４）。ステップＳ４は、試し加工工程のうちの切り出し工程である。

図３は、加工材料から切り出される試し加工用切片の例を示す上面図である。試し加工用切片３２は、例えば正八角形をなす。レーザ加工機１００は、予め設定されている正八角形に沿うように試し加工領域３１を切削するレーザ加工を実施する。試し加工用切片３２は、例えば加工材料３０の厚みに関わらず５０ｍｍの幅をなす。試し加工用切片３２は、例えば、加工材料３０の厚みに応じて変更しても良い。試し加工用切片３２は、実際の製品となる形状としても良い。

レーザ加工機１００は、試し加工用切片３２の切り出すレーザ加工を終えると、試し加工用切片３２を切り出した部分の中心位置へ加工ヘッド１０を移動させる（ステップＳ５）。レーザ加工機１００は、加工ヘッド１０を使用する倣い制御により、加工ヘッド１０と、加工材料３０のうち試し加工用切片３２を切り出した部分の中心位置とのギャップを測定する。

レーザ加工機１００は、加工ヘッド１０と加工材料３０とのギャップを電圧として測定する。レーザ加工機１００は、その測定電圧と予め設定された基準値とを比較する（ステップＳ６）。レーザ加工機１００は、測定電圧と基準値とを比較した結果から、加工ヘッド１０の直下における試し加工用切片３２の有無を確認する。

レーザ加工機１００は、切り出し工程を経た加工材料３０を対象として試し加工用切片３２の有無を確認することで、試し加工用切片３２が加工材料３０に残存しているか否かを検知する。

図４は、試し加工用切片が正常に抜け落ちた材料基板に対しギャップを測定する状態を示す概略図である。図中、加工材料３０は断面構成として示している。加工材料３０には、試し加工用切片３２が抜け落ちた跡である開口３３が形成されている。レーザ加工機１００は、開口３３の中心位置の上方に加工ヘッド１０を移動させて、ギャップを測定する。

試し加工用切片３２が正常に抜け落ち、加工材料３０に残存していない場合、測定電圧は、基準値以上となる。測定電圧が基準値以上である場合（ステップＳ６、Ｙｅｓ）、レーザ加工機１００は、本加工へ移行し（ステップＳ７）、加工を続行する。レーザ加工機１００は、本加工により、製品を切り出すための加工を加工材料３０の全体について実施する。

例えば、加工材料３０の裏面における溶融物の付着や、切削が不十分である等の理由で、加工材料３０から試し加工用切片３２が抜け落ちずに残存している場合、測定電圧は、基準値未満となる。測定電圧が基準値未満である場合（ステップＳ６、Ｎｏ）、レーザ加工機１００は、本加工へ移行せず加工を停止する（ステップＳ８）。また、レーザ加工機１００は、例えば画面表示部２２においてエラー表示を行う。

レーザ加工機１００は、検知工程における検知結果に応じて、本加工への移行の許否を判定する。ステップＳ６は、試し加工工程のうちの検知工程および判定工程である。これにより、レーザ加工機１００は、当該加工材料３０に対する加工を終了する。

レーザ加工機１００は、試し加工工程において試し加工用切片３２が加工材料３０に残存する異常を検知した場合に、加工を停止させることで、加工不良を事前に防ぐことができる。レーザ加工機１００は、自動運転により複数の加工材料３０を連続加工する場合は、多くの不良品が発生する事態を効果的に抑制可能とする。レーザ加工機１００は、不良の原因が、例えば、レーザが通過するレンズの汚れやノズルの潰れ等、メンテナンスに拠らなければ復旧が困難であり、自動制御による解決が難しいような場合には、ステップＳ８のように加工を停止させる措置が有効である。

レーザ加工機１００は、試し加工用切片３２が加工材料３０に残存しているか否かを、加工材料３０を対象として直接的に確認することで、試し加工用切片３２が加工材料３０から正常に抜け落ちたか否かを的確に判断可能とする。レーザ加工機１００は、製品が抜け落ちない状態のまま加工が継続されることや、製品が正常に抜け落ちる加工が可能であるにも関わらず本加工への移行を停止させることを抑止可能とする。これにより、レーザ加工機１００は、加工材料３０から製品を切り抜くレーザ加工において、加工品が加工材料３０から正常に抜け落ちたか否かを適切に判断可能とし、効率的な加工を実施することができる。

試し加工用切片３２を八角形とすることで、レーザ加工機１００は、二次元方向における８個の方角について、レーザ加工が正常であるか否かを確認することができる。なお、試し加工用切片３２の形状は、本実施の形態で説明する正八角形以外の形状としても良い。試し加工用切片３２は、例えば円形等としても良い。

本実施の形態のレーザ加工方法は、加工ヘッド１０を使用する倣い制御を試し加工工程に流用することで、複雑な構成の追加を不要とし、試し加工を容易に実現することができる。レーザ加工機１００は、試し加工用切片３２が加工材料３０に残存しているか否かを、加工ヘッド１０を使用するギャップの測定によって検知する場合に限られない。

レーザ加工機１００は、加工材料３０を対象として試し加工用切片３２の有無を確認可能とするいずれの手段を適用することとしても良い。レーザ加工機１００は、例えば、赤外センサによる検出、カメラによる撮影、接触子等での接触による検出等を、試し加工用切片３２の有無の確認に適用しても良い。

レーザ加工機１００は、例えば、加工テーブル２へ加工材料３０が搬入されるごとに試し加工を実施する。レーザ加工機１００は、加工テーブル２へ搬入される全ての加工材料３０に対して試し加工を実施する他、加工テーブル２へ搬入される加工材料３０の一部に対し試し加工を実施することとしても良い。レーザ加工機１００は、例えば、加工テーブル２へ搬入される加工材料３０のうち、所定の数おきの加工材料３０に対し、試し加工を実施することとしても良い。レーザ加工機１００は、一部の加工材料３０に対する試し加工を省略することで、製品加工の効率化を図り得る。

レーザ加工機１００は、例えば、所定の期間おきに、加工材料３０に対する試し加工を実施することとしても良い。また、レーザ加工機１００は、加工を継続する時間を積算し、所定の積算時間おきに試し加工を実施することとしても良い。レーザ加工機１００は、加工におけるレーザ出力を積算し、所定の積算出力おきに試し加工を実施することとしても良い。レーザ加工機１００は、時間経過に応じて、あるいは加工を継続した経過に応じて試し加工を実施することで、部品や運転状態等の経時変化を原因とする加工不良に効果的に対処することが可能となる。

１ベッド
２加工テーブル
３ワークサポート
４、５コラム
６クロスレール
７Ｙ軸ユニット
８Ｚ軸ユニット
１０加工ヘッド
２０加工制御装置
２１操作盤
２２画面表示部
３０加工材料
３１試し加工領域
３２試し加工用切片
３３開口
１００レーザ加工機

Claims

レーザ加工の対象とする加工材料を加工テーブルに載置し、前記加工材料から製品を切り出すための本加工に先立ち、前記加工材料の試し加工を実施する試し加工工程を含み、
前記試し加工工程は、
前記加工材料に設定されている試し加工領域から、予め設定されている形状の試し加工用切片を前記レーザ加工により切り出す切り出し工程と、
前記切り出し工程を経た前記加工材料を対象として前記試し加工用切片の有無を確認することで、前記試し加工用切片が前記加工材料に残存しているか否かを検知する検知工程と、
前記検知工程における検知結果に応じて、前記本加工への移行の許否を判定する判定工程と、を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
前記検知工程において、前記レーザ加工のための加工ヘッドと、前記加工材料のうち前記試し加工用切片を切り出した部分とのギャップを測定し、前記ギャップの測定結果から、前記試し加工用切片の有無を確認することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
前記試し加工用切片の形状を八角形とすることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工方法。