JP5868559B1 - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1にかかるレーザ加工方法を実行するレーザ加工装置を示す装置構成図である。レーザ加工装置100は、ワークWにレーザビームLを照射してピアシング穴hを形成し、ピアシング穴hを加工開始点にしてワークWを切断する装置である。レーザ加工装置100は、レーザビームLを発振するレーザ発振器1、レーザ発振器1から入射するレーザビームLのビーム径を変化させることによりレーザビームLの焦点深度を変更する曲率可変光学部品2、ワークWに対してレーザビームLを照射しアシストガスAを噴射する加工ヘッド3、加工ヘッド3にアシストガスAを供給するアシストガス供給装置6、ワークWの加工点へ向けてサイドガスSを噴射するサイドガスノズル7、サイドガスノズル7にサイドガスSを供給し、ワークWの加工点にサイドガスノズル7から噴射するサイドガスSの圧力であるサイドガスブロー圧を変更可能なサイドガス供給装置8、加工ヘッド3とワークWとの間隔を制御するギャップコントローラ11、XYZの各軸のサーボモータを制御するサーボ制御回路12、数値制御プログラムを実行してレーザビームLの出力と、レーザビームLの焦点深度と、レーザビームLの焦点位置と、ワークWからの加工ヘッド3の高さである加工ヘッド高さと、加工点に供給するサイドガスSの圧力であるサイドガスブロー圧とを制御する制御手段である数値制御装置13及びレーザ発振器1を制御するレーザ発振制御回路14を有する。なお、曲率可変光学部品2の一例を挙げると可変ミラーである。また、焦点深度とはレーザ光を集光した際にできるスポット径が光学的に同じ径であると見なされる範囲を表し、「レイリーの範囲」と称されている定義ではスポット半径の2√2倍の径に拡がるまでの範囲である。
図6は、本発明の実施の形態2にかかるレーザ加工方法を実行するレーザ加工装置の装置構成図である。実施の形態2に係るレーザ加工装置102は、温度センサ15をさらに有する点で実施の形態1にかかるレーザ加工装置100と相違する。温度センサ15は、加工点の周囲のワークWの温度を測定するセンサである。実施の形態2にかかるレーザ加工装置102は、温度センサ15以外の構成要素は実施の形態1にかかるレーザ加工装置100と同様である。
図8は、本発明の実施の形態3にかかるレーザ加工方法を実行するレーザ加工装置の装置構成図である。実施の形態3に係るレーザ加工装置103は、光センサ16をさらに有する点で実施の形態2と相違する。光センサ16は加工点の光強度を検出するセンサである。数値制御装置13は、光センサ16の検出した光強度に基づいて、セルフバーニングの発生及びピアシング穴hの貫通時間を検知可能である。実施の形態3にかかるレーザ加工装置103は、光センサ16以外の構成要素は、実施の形態2にかかるレーザ加工装置102と同様である。
図10は、本発明の実施の形態4にかかるレーザ加工方法を実行するレーザ加工装置の装置構成図である。実施の形態4に係るレーザ加工装置104は、冷却用流体噴射ノズル17をさらに有する点で実施の形態3と相違する。冷却用流体噴射ノズル17はワークWの加工点付近に向けて冷却用流体を噴射するノズルである。冷却用流体の一例には、水を挙げることができる。実施の形態4にかかるレーザ加工装置104の冷却用流体噴射ノズル17以外の構成要素は、実施の形態3と同様である。
Claims (11)
- ワークにレーザビームを照射してピアシング穴を形成し、該ピアシング穴を加工開始点にして前記ワークを切断するレーザ加工方法であって、
前記ワークの上面から中央部に至る非貫通の前記ピアシング穴を形成する第1ピアシング工程と、前記ワークを冷却する冷却工程と、前記ピアシング穴を前記ワークの下面まで貫通させる第2ピアシング工程と、前記ワークを切断する切断工程とを有し、
前記第1ピアシング工程では、前記レーザビームの出力を第1の出力値にし、前記レーザビームの焦点位置をデフォーカス位置にし、前記レーザビームの焦点深度を第1の深度にし、加工点に供給するサイドガスの圧力であるサイドガスブロー圧を第1の圧力値にして前記レーザビームを前記ワークに照射してピアシング加工を行い、
前記第2ピアシング工程では、前記レーザビームの出力を前記第1の出力値よりも小さい第2の出力値にし、前記焦点位置を第1のインフォーカス位置にし、前記焦点深度を前記第1の深度よりも大きい第2の深度にし、前記サイドガスブロー圧を前記第1の圧力値よりも小さい第2の圧力値にした状態から、前記レーザビームの出力を前記第1の出力値よりも小さく前記第2の出力値よりも大きい第3の出力値にし、前記焦点位置を前記第1のインフォーカス位置よりもインフォーカス量が大きい第2のインフォーカス位置にし、前記焦点深度を前記第2の深度よりも大きい第3の深度にした状態まで変化させながら前記レーザビームを前記ワークに照射してピアシング加工を行うことを特徴とするレーザ加工方法。 - 前記第1ピアシング工程では、前記レーザビームを前記ワークへ照射する加工ヘッドの前記ワークからの高さである加工ヘッド高さを第1の高さにし、
前記冷却工程では、前記加工ヘッド高さを前記第1の高さに維持し、
前記第2ピアシング工程では、前記加工ヘッド高さを前記第1の高さよりも低い第2の高さに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。 - 前記冷却工程の実行中に、前記焦点位置を前記デフォーカス位置から前記第1のインフォーカス位置に変更し、前記焦点深度を前記第1の深度から前記第2の深度に変更することを特徴とする請求項2に記載のレーザ加工方法。
- 前記第2ピアシング工程において、前記レーザビームの出力、前記焦点位置及び前記焦点深度を段階的に変化させることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工方法。
- 前記第1ピアシング工程、前記第2ピアシング工程及び前記切断工程の各々に先立って前記ワークの温度を測定し、測定した前記ワークの温度に基づいて、前記第1ピアシング工程、前記第2ピアシング工程及び前記切断工程における前記レーザビームの出力、前記焦点位置、前記焦点深度及び前記サイドガスブロー圧を加工パラメータ調整用関数によって調整して加工を行うことを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工方法。
- 前記第1ピアシング工程及び前記第2ピアシング工程中のセルフバーニングの発生と、加工開始から前記ピアシング穴が貫通するまでに要した貫通時間とを検出し、
前記セルフバーニングの発生を検出したときに前記加工パラメータ調整用関数を時間増加側へ補正し、
前記セルフバーニングの発生を非検出で前記貫通時間が前回よりも長い場合には、前記加工パラメータ調整用関数を時間短縮側へ補正することを特徴とする請求項5に記載のレーザ加工方法。 - 前記第1ピアシング工程、前記第2ピアシング工程及び前記切断工程の各々に先立って、前記ワークに冷却用流体を吹き付けることを特徴とする請求項5又は6に記載のレーザ加工方法。
- ワークにレーザビームを照射してピアシング穴を形成し、該ピアシング穴を加工開始点にして前記ワークを切断するレーザ加工装置であって、
前記レーザビームを発振するレーザ発振器と、
前記レーザビームの焦点深度を変更する曲率可変光学部品と、
前記ワークからの高さである加工ヘッド高さが可変であり、前記ワークに向けて前記レーザビームを照射する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドの内部に設けられ、前記曲率可変光学部品から出射した前記レーザビームの焦点位置を前記加工ヘッド高さとは独立して変更するレンズと、
前記ワークの加工点に噴射するサイドガスの圧力であるサイドガスブロー圧を変更可能なサイドガス供給装置と、
前記レーザビームの出力と、前記焦点深度と、前記焦点位置と、前記加工ヘッド高さと、前記サイドガスブロー圧とを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記ワークの上面から中央部に至る非貫通の前記ピアシング穴を形成する第1ピアシング工程では、前記レーザビームの出力を第1の出力値にし、前記焦点位置をデフォーカス位置にし、前記焦点深度を第1の深度にし、前記サイドガスブロー圧を第1の圧力値にして前記レーザビームを前記ワークに照射してピアシング加工を行い、
前記ピアシング穴を前記ワークの下面まで貫通させる第2ピアシング工程では、前記レーザビームの出力を前記第1の出力値よりも小さい第2の出力値にし、前記焦点位置を第1のインフォーカス位置にし、前記焦点深度を前記第1の深度よりも大きい第2の深度にし、前記サイドガスブロー圧を前記第1の圧力値よりも小さい第2の圧力値にした状態から、前記レーザビームの出力を前記第1の出力値よりも小さく前記第2の出力値よりも大きい第3の出力値にし、前記焦点位置を前記第1のインフォーカス位置よりもインフォーカス量が大きい第2のインフォーカス位置にし、前記焦点深度を前記第2の深度よりも大きい第3の深度にした状態まで変化させながらピアシング加工を行うことを特徴とするレーザ加工装置。 - 前記ワークの温度を測定する温度センサをさらに有し、
前記制御手段は、前記第1ピアシング工程、前記第2ピアシング工程及び前記切断を行う切断工程に先立って前記ワークの温度を前記温度センサにより測定し、測定した前記ワークの温度に基づいて、前記第1ピアシング工程、前記第2ピアシング工程及び前記切断工程における前記レーザビームの出力、前記焦点位置、前記焦点深度及び前記サイドガスブロー圧を加工パラメータ調整用関数によって調整してレーザ加工を行うことを特徴とする請求項8に記載のレーザ加工装置。 - 前記第1ピアシング工程及び前記第2ピアシング工程中のセルフバーニングの発生と、加工開始から前記ピアシング穴が貫通するまでに要した貫通時間とを検出する光センサをさらに有し、
前記制御手段は、前記セルフバーニングの発生を検出したときに前記加工パラメータ調整用関数を時間増加側へ補正し、
前記セルフバーニングの発生を非検出で前記貫通時間が前回よりも長い場合には、前記加工パラメータ調整用関数を時間短縮側へ補正することを特徴とする請求項9に記載のレーザ加工装置。 - 前記ワークに冷却用流体を吹き付ける手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記第1ピアシング工程、前記第2ピアシング工程及び前記切断工程に先立って、前記ワークに前記冷却用流体を吹き付けることを特徴とする請求項9又は10に記載のレーザ加工装置。
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