JP6123469B2 - Laser cutting material manufacturing method and laser cutting method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ切断材料及びレーザ切断方法に関する。 The present invention relates to a laser cutting material and a laser cutting method.
レーザ発振器の発達に伴い、レーザビームを用いて金属材料（例えば軟鋼）を所望の形状に切断するレーザ切断方法が広く用いられるようになってきている。レーザ切断方法は、後処理工程不要、自動化が可能、高速切断が可能といった様々な利点を持つことから、広く産業において、各種金属材料の切断に用いられている。 With the development of laser oscillators, a laser cutting method for cutting a metal material (for example, mild steel) into a desired shape using a laser beam has been widely used. The laser cutting method has various advantages such as no post-processing step, automation, and high-speed cutting. Therefore, the laser cutting method is widely used for cutting various metal materials in industry.
ここで、従来のレーザ切断方法、すなわち従来のレーザ切断装置が行う処理の概要について説明する。レーザ切断装置は、金属材料の表面にレーザビームを集光照射する。ここで、レーザビームは、例えばＣＯ２レーザ発振器等から射出される。集光照射されたレーザビームは、金属材料に吸収される。金属材料は、レーザビームが有する熱エネルギーにより加熱され、溶融する。一方、レーザ切断装置は、アシストガスをレーザビームと同軸方向に吹き付ける。これにより、溶鋼はアシストガスにより金属材料の下方へと排除される。 Here, an outline of processing performed by a conventional laser cutting method, that is, a conventional laser cutting apparatus will be described. The laser cutting device collects and irradiates a laser beam on the surface of a metal material. Here, the laser beam is emitted from, for example, a CO 2 laser oscillator. The focused and irradiated laser beam is absorbed by the metal material. The metal material is heated and melted by the thermal energy of the laser beam. On the other hand, the laser cutting device sprays assist gas in the direction coaxial with the laser beam. Thereby, molten steel is excluded below the metallic material by the assist gas.
ここで、アシストガスとしては、酸素または不活性ガス等が使用される。アシストガスとして酸素を使用した場合、金属材料は、酸素によって酸化され、これにより発生した熱エネルギーによっても溶融する。すなわち、アシストガスとして酸素を用いるレーザ切断装置は、レーザビームによる熱エネルギーと、酸素と金属材料との酸化反応により生じた熱エネルギーとを併用することで、金属材料を溶融させる。 Here, oxygen, an inert gas, or the like is used as the assist gas. When oxygen is used as the assist gas, the metal material is oxidized by oxygen and melted by the heat energy generated thereby. That is, a laser cutting device using oxygen as an assist gas melts a metal material by using both the thermal energy generated by the laser beam and the thermal energy generated by the oxidation reaction between oxygen and the metal material.
そして、レーザ切断装置は、レーザビームの集光点を金属材料上で走査しながら上記の処理を繰り返すことで、金属材料の溶融及び排除を連続的に行う。これにより、レーザ切断装置は、金属材料の切断を行う。 And a laser cutting device repeats said process, scanning the condensing point of a laser beam on a metal material, and performs melting and exclusion of a metal material continuously. As a result, the laser cutting device cuts the metal material.
このようなレーザ切断装置により金属材料のコーナ部を形成する場合、集光点の走査速度が低下する。例えばコーナ部の角度が９０度となる場合、コーナ部の頂点で集光点の移動速度が一旦ゼロとなり、その後、集光点は、コーナ部の頂点に到達するまでの経路と直交する経路上を移動する。 When the metal material corner is formed by such a laser cutting device, the scanning speed of the condensing point decreases. For example, when the angle of the corner portion is 90 degrees, the moving speed of the condensing point once becomes zero at the corner portion vertex, and then the condensing point is on a route orthogonal to the route to reach the corner portion vertex. To move.
このため、レーザビームのコーナ部での照射時間が他の部分よりも長くなるので、レーザビーム及び金属材料の酸化反応による熱エネルギーがコーナ部で過剰になりやすい。このため、コーナ部での金属材料の溶け落ち量が他の切断箇所の溶け落ち量よりも大きくなりやすいという問題があった。 For this reason, since the irradiation time of the laser beam at the corner portion is longer than that at the other portions, thermal energy due to the oxidation reaction of the laser beam and the metal material tends to be excessive at the corner portion. For this reason, there has been a problem that the amount of the metal material burned out at the corner portion is likely to be larger than the amount of the other material cut through.
特許文献１、２には、コーナ部での溶け落ち量を低減することを目的とした技術が開示されている。特許文献１に開示された技術は、コーナ部の角度に基づいて切断条件（レーザビームの出力、レーザビームの時間周波数等）を設定し、設定された切断条件で金属材料を切断する。しかし、同一の金属材料であってもその表面状態は切断箇所によって様々である。そして、コーナ部の表面状態によっても溶け落ち量が変動する。したがって、特許文献１に開示された技術では、コーナ部の角度に応じて切断条件を設定しても、コーナ部の溶け落ち量が低減しない場合があった。 Patent Documents 1 and 2 disclose techniques aimed at reducing the amount of burn-out at a corner portion. The technique disclosed in Patent Document 1 sets cutting conditions (laser beam output, laser beam time frequency, etc.) based on the angle of the corner portion, and cuts the metal material under the set cutting conditions. However, even for the same metal material, the surface state varies depending on the cutting location. The amount of burn-through varies depending on the surface state of the corner portion. Therefore, in the technique disclosed in Patent Document 1, even if the cutting condition is set according to the angle of the corner portion, the amount of burn-out of the corner portion may not be reduced.
一方、特許文献２に開示された技術は、集光点が金属材料のコーナ部形成箇所に差し掛かった際に、集光点を走査線に沿って一旦バックさせることでコーナ部形成箇所を冷却する。そして、この技術は、冷却後のコーナ部形成箇所上で集光点を走査することで、コーナ部を形成する。この技術によれば、コーナ部の溶け落ち量が低減することが期待されるが、コーナ部の形成に非常に時間が掛かり、生産性が悪いという別の問題があった。 On the other hand, the technique disclosed in Patent Document 2 cools the corner portion forming portion by temporarily backing the condensing point along the scanning line when the condensing point reaches the corner portion forming portion of the metal material. . And this technique forms a corner part by scanning a condensing point on the corner part formation location after cooling. According to this technique, it is expected that the amount of burn-through in the corner portion is reduced, but there is another problem that it takes a very long time to form the corner portion and the productivity is poor.
一方、特許文献３、４に開示された技術は、レーザビームの集光点を被切断材料上で振動させながら走査する。この技術によれば、被切断材料の切断面の美観が向上することが期待される。しかし、特許文献３、４は、コーナ部に何ら言及していなかった。 On the other hand, the techniques disclosed in Patent Documents 3 and 4 perform scanning while vibrating the condensing point of the laser beam on the material to be cut. According to this technique, it is expected that the appearance of the cut surface of the material to be cut is improved. However, Patent Documents 3 and 4 do not mention the corner portion at all.
このように、従来のレーザ切断方法では、コーナ部での金属材料の溶け落ち量が他の切断箇所の溶け落ち量よりも大きくなりやすいという問題を根本的に解決することができなかった。 As described above, the conventional laser cutting method cannot fundamentally solve the problem that the amount of burn-out of the metal material at the corner portion is likely to be larger than the amount of burn-out at the other cut portions.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、コーナ部の溶け落ち量を従来よりも低減することが可能な、新規かつ改良されたレーザ切断材料及びレーザ切断方法を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a new and improved laser cutting capable of reducing the amount of corner burn-through as compared with the prior art. It is to provide a material and a laser cutting method.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、レーザビームの集光点を被切断材料上で走査し、被切断材料を切断することでレーザ切断材料を製造するレーザ切断材料の製造方法であって、レーザ発振器でレーザビームを生成する発振ステップと、レーザビームを被切断材料上の集光点に集光させる集光ステップと、集光点にアシストガスを吹きつけ、集光点を被切断材料上で走査する走査ステップと、走査により被切断材料を切断する切断ステップと、を有し、走査ステップでは、集光点の走査方向と直交する方向に、走査の速度に応じた時間周波数と振幅で集光点を振動させることを特徴とする、レーザ切断材料の製造方法が提供される。
In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, the focal point of the laser beam is scanned on the material to be cut, the laser cutting material from which the laser cutting material by cutting the material to be cut The manufacturing method includes an oscillation step of generating a laser beam by a laser oscillator, a condensing step of condensing the laser beam at a condensing point on the material to be cut, and an assist gas is blown to the condensing point to collect the light. A scanning step of scanning a point on the material to be cut, and a cutting step of cutting the material to be cut by scanning. In the scanning step, the scanning direction is set in a direction perpendicular to the scanning direction of the condensing point. A method for producing a laser cutting material is provided, wherein the condensing point is vibrated at a different time frequency and amplitude .
ここで、集光点の振動の時間周波数をｆ（Ｈｚ）、走査の速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、２以上６以下の係数をｃとすると、以下の式（１）が成り立ち、集光点の振動の振幅は、走査の速度をｖ（ｍｍ／ｓ）とすると、以下の式（２）のＡに基づいて決まってもよい。
本発明の他の観点によれば、レーザビームの集光点を被切断材料上で走査し、被切断材料を切断するレーザ切断方法において、レーザ発振器でレーザビームを生成する発振ステップと、レーザビームを被切断材料上の集光点に集光させる集光ステップと、集光点にアシストガスを吹きつけ、集光点を被切断材料上で走査する走査ステップと、走査により被切断材料を切断する切断ステップと、を有し、走査ステップでは、集光点の走査方向と直交する方向に、走査の速度に応じた時間周波数と振幅で集光点を振動させることを特徴とする、レーザ切断方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, in a laser cutting method for scanning a condensing point of a laser beam on a material to be cut and cutting the material to be cut , an oscillation step for generating a laser beam with a laser oscillator, and a laser beam A condensing step for condensing the light at a condensing point on the material to be cut, a scanning step for blowing the assist gas to the condensing point and scanning the condensing point on the material to be cut, and cutting the material to be cut by scanning A cutting step, and in the scanning step, the condensing point is oscillated in a direction orthogonal to the scanning direction of the condensing point with a time frequency and an amplitude corresponding to the scanning speed. A method is provided.
ここで、集光点の振動の時間周波数をｆ（Ｈｚ）、走査の速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、２以上６以下の係数をｃとすると、以下の式（１）が成り立ち、集光点の振動の振幅は、走査の速度をｖ（ｍｍ／ｓ）とすると、以下の式（２）のＡに基づいて決まってもよい。
以上説明したように、本発明によるレーザ切断材料のコーナ部は、集光点を被切断材料上でトーチ部の移動方向と直交する方向に振動させずに走査することで形成されたコーナ部よりも溶け落ち量が少ない。したがって、本発明によるレーザ切断材料は、コーナ部の溶け落ち量を従来よりも低減することができる。 As described above, the corner portion of the laser cutting material according to the present invention is more than the corner portion formed by scanning the condensing point on the material to be cut without vibrating in the direction orthogonal to the moving direction of the torch portion. There is little amount of burn-off. Therefore, the laser cutting material according to the present invention can reduce the amount of burn-out of the corner portion as compared with the conventional case.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
＜１．被切断材料＞
まず、本実施形態の被切断材料Ｗ（図１参照）について説明する。なお、以下の説明において、「被切断材料Ｗの表面」は、被切断材料Ｗの厚さ方向に垂直な２つの平面のうち、レーザビームＬＢ（図２参照）が照射される面を意味する。「被切断材料Ｗの裏面」は、被切断材料Ｗの厚さ方向に垂直な２つの平面のうち、「被切断材料Ｗの表面」に対向する面を意味する。
<1. Material to be cut>
First, the material to be cut W of this embodiment (see FIG. 1) will be described. In the following description, “the surface of the material to be cut W” means a surface irradiated with the laser beam LB (see FIG. 2) among two planes perpendicular to the thickness direction of the material to be cut W. . The “back surface of the material to be cut W” means a surface facing the “surface of the material to be cut W” out of two planes perpendicular to the thickness direction of the material to be cut W.
本実施形態の被切断材料Ｗに求められる要件は以下の２つである。（１）レーザビームＬＢによる熱エネルギーによって溶融する。（２）酸素によって酸化され、これによって発生した熱エネルギーによって溶融する。すなわち、本実施形態に係るレーザ切断方法は、レーザビームＬＢによる熱エネルギーと、酸素と被切断材料Ｗとの反応によって生じた熱エネルギーとを併用することで、被切断材料Ｗを切断するものである。これらの要件を満たす被切断材料Ｗ、すなわち本実施形態に適用可能な被切断材料Ｗとしては、例えば軟鋼が挙げられる。なお、被切断材料Ｗの板厚は特に制限されないが、本実施形態は、板厚が１９ｍｍより大きく２５ｍｍ以下の厚板に特に好適である。本実施形態は、板厚が１９ｍｍより大きく２５ｍｍ以下の厚板を切断した場合であっても、レーザ切断材料（被切断材料ＷをレーザビームＬＢにより切断することで作製される材料）のコーナ部の溶け落ち量を低減することができる。 The requirements required for the material to be cut W of the present embodiment are the following two. (1) Melting is performed by thermal energy generated by the laser beam LB. (2) It is oxidized by oxygen and melted by the heat energy generated thereby. That is, the laser cutting method according to the present embodiment cuts the material to be cut W by using the thermal energy generated by the laser beam LB and the heat energy generated by the reaction between oxygen and the material W to be cut. is there. As the material W to be cut that satisfies these requirements, that is, the material W to be cut applicable to the present embodiment, for example, mild steel may be mentioned. Note that the thickness of the material to be cut W is not particularly limited, but the present embodiment is particularly suitable for a thick plate having a thickness greater than 19 mm and not greater than 25 mm. In this embodiment, even when a thick plate having a plate thickness of more than 19 mm and not more than 25 mm is cut, a corner portion of a laser cutting material (a material produced by cutting the material to be cut W with a laser beam LB). It is possible to reduce the amount of melted-off.
ここで、レーザ切断材料のコーナ部は、互いに異なる方向に伸びる切断面（断面）が交差する箇所、すなわち幾何学上の「角」を構成する部分である。本実施形態では、互いに異なる方向に伸びる切断面が曲面状の切断面（以下、「切断曲面」とも称する）を介して連結される場合、この切断曲面部分もコーナ部に含まれる。この場合、互いに異なる方向に伸びる切断面を長さ方向に延長した面によって幾何学上の「角」が形成される。また、コーナ部の角度は、互いに異なる方向に伸びる切断面（またはこれらの切断面を長さ方向に延長した面）同士が交差する角度である。このように、コーナ部は、互いに異なる方向に伸びる２つの切断面（またはこれらの切断面及び切断曲面）によって構成される。 Here, the corner portion of the laser cutting material is a portion where cutting surfaces (cross sections) extending in different directions intersect, that is, a portion constituting a geometric “corner”. In this embodiment, when cut surfaces extending in different directions are connected via a curved cut surface (hereinafter also referred to as “cut curved surface”), this cut curved surface portion is also included in the corner portion. In this case, a geometrical “corner” is formed by a plane obtained by extending the cut surfaces extending in different directions in the length direction. Further, the angle of the corner portion is an angle at which cut surfaces extending in different directions (or surfaces obtained by extending these cut surfaces in the length direction) intersect each other. Thus, a corner part is comprised by two cut surfaces (or these cut surfaces and cut curved surfaces) extended in a mutually different direction.
＜２．レーザ切断装置の構成＞
次に、図１〜図３にもとづいて、本発明の実施形態に係るレーザ切断装置１の構成について説明する。レーザ切断装置１は、図１に示すように、台車２と、レール３と、レーザ発振器４と、ミラーボックス５ａ〜５ｃと、レーザ導通管５ｄと、レーザ振動部６と、トーチ部７と、制御装置８とを備える。
<2. Configuration of Laser Cutting Device>
Next, based on FIGS. 1-3, the structure of the laser cutting device 1 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. As shown in FIG. 1, the laser cutting device 1 includes a carriage 2, a rail 3, a laser oscillator 4, mirror boxes 5 a to 5 c, a laser conduction tube 5 d, a laser vibrating unit 6, a torch unit 7, And a control device 8.
台車２は、レール３上を図１中Ｘ軸方向（正方向または負方向）に移動するものであり、第１側面部２ａ、第２側面部２ｂ、第１底面部２ｃ、及び第２底面部２ｄを備える。台車２の移動は制御装置８により制御される。第１側面部２ａは、台車２の側面を構成し、レール３の長さ方向に伸びる。第２側面部２ｂは、台車２の側面を構成し、第１側面部２ａの長さ方向の一方の端部に設けられる。第２側面部２ｂの高さは第１側面部２ａの高さよりも大きい。 The carriage 2 moves on the rail 3 in the X-axis direction (positive direction or negative direction) in FIG. 1, and includes a first side surface portion 2a, a second side surface portion 2b, a first bottom surface portion 2c, and a second bottom surface. A portion 2d is provided. The movement of the carriage 2 is controlled by the control device 8. The first side surface portion 2 a constitutes a side surface of the carriage 2 and extends in the length direction of the rail 3. The 2nd side part 2b comprises the side surface of the trolley | bogie 2, and is provided in one edge part of the length direction of the 1st side part 2a. The height of the second side surface portion 2b is larger than the height of the first side surface portion 2a.
第１底面部２ｃは、第１側面部２ａの上端部同士を連結する平面であり、第１底面部２ｃ上にレーザ発振器４及び制御装置８が載せられる。第２底面部２ｄは、第２側面部２ｂの上端部同士を連結する平面であり、第２底面部２ｄ上にミラーボックス５ａ〜５ｃが載せられる。第２底面部２ｄには、第２底面部２ｄを厚さ方向に貫通する貫通穴２ｅが第２底面部２ｄの長さ方向に亘って形成されている。この貫通穴２ｅには、レーザ導通管５ｄが通される。 The first bottom surface portion 2c is a plane that connects the upper end portions of the first side surface portion 2a, and the laser oscillator 4 and the control device 8 are placed on the first bottom surface portion 2c. The 2nd bottom face part 2d is a plane which connects the upper end parts of the 2nd side part 2b, and mirror box 5a-5c is mounted on the 2nd bottom face part 2d. A through hole 2e that penetrates the second bottom surface portion 2d in the thickness direction is formed in the second bottom surface portion 2d along the length direction of the second bottom surface portion 2d. The laser conducting tube 5d is passed through the through hole 2e.
レーザ発振器４は、例えばＣＯ２レーザ発振器であり、レーザビームＬＢをミラーボックス５ａに向けて射出する。ミラーボックス５ａは、第２底面部２ｄの長さ方向の両端部の内、一方の端部に設けられる。ミラーボックス５ａは、ミラーを内蔵しており、ミラーボックス５ａに到達したレーザビームＬＢをミラーボックス５ｂに向けて反射する。 The laser oscillator 4 is, for example, a CO 2 laser oscillator, and emits a laser beam LB toward the mirror box 5a. The mirror box 5a is provided at one end portion of both end portions in the length direction of the second bottom surface portion 2d. The mirror box 5a has a built-in mirror, and reflects the laser beam LB reaching the mirror box 5a toward the mirror box 5b.
ミラーボックス５ｂは、第２底面部２ｄの長さ方向の両端部の内、他方の端部に設けられる。ミラーボックス５ｂは、ミラーを内蔵しており、ミラーボックス５ｂに到達したレーザビームＬＢをミラーボックス５ｃに向けて反射する。すなわち、ミラーボックス５ｂは、レーザビームＬＢの光路長を調整するものである。 The mirror box 5b is provided at the other end portion of both end portions in the length direction of the second bottom surface portion 2d. The mirror box 5b incorporates a mirror and reflects the laser beam LB that has reached the mirror box 5b toward the mirror box 5c. In other words, the mirror box 5b adjusts the optical path length of the laser beam LB.
ミラーボックス５ｃは、ミラーボックス５ａ、５ｂの間に配置される。ミラーボックス５ｃは、ミラーを内蔵しており、ミラーボックス５ｃに到達したレーザビームＬＢをレーザ振動部６に向けて反射する。また、ミラーボックス５ｃは、第２底面部２ｄ上をＹ軸方向（正方向及び負方向）に移動可能となっている。ミラーボックス５ｃの移動は制御装置８によって制御される。レーザ導通管５ｄは、ミラーボックス５ｃの下端部に設けられ、ミラーボックス５ｃとレーザ振動部６とを連結する。また、レーザ導通管５ｄは、ミラーボックス５ｃで反射されたレーザビームＬＢをレーザ振動部６に伝達する。 The mirror box 5c is disposed between the mirror boxes 5a and 5b. The mirror box 5 c incorporates a mirror and reflects the laser beam LB that has reached the mirror box 5 c toward the laser vibrating section 6. The mirror box 5c is movable in the Y-axis direction (positive direction and negative direction) on the second bottom surface portion 2d. The movement of the mirror box 5c is controlled by the control device 8. The laser conducting tube 5d is provided at the lower end portion of the mirror box 5c, and connects the mirror box 5c and the laser vibrating portion 6. Further, the laser conducting tube 5d transmits the laser beam LB reflected by the mirror box 5c to the laser vibrating section 6.
レーザ振動部６は、レーザ導通管５ｄの下端部に設けられる。レーザ振動部６は、図２に示すように、ミラーボックス６ａと、ミラー６ｂ、６ｄと、ミラーホルダー６ｃ、６ｅと、ピエゾ素子６ｆとを備える。ミラーボックス６ａは、中空構造となっており、ミラー６ｂ、６ｄと、ミラーホルダー６ｃ、６ｅと、ピエゾ素子６ｆとを格納する。レーザ振動部６に導入されたレーザビームＬＢは、ミラー６ｂ、６ｄに反射された後、トーチ部７に導入される。 The laser vibrating part 6 is provided at the lower end of the laser conducting tube 5d. As shown in FIG. 2, the laser vibrating section 6 includes a mirror box 6a, mirrors 6b and 6d, mirror holders 6c and 6e, and a piezo element 6f. The mirror box 6a has a hollow structure, and stores mirrors 6b and 6d, mirror holders 6c and 6e, and a piezo element 6f. The laser beam LB introduced into the laser vibrating part 6 is reflected by the mirrors 6 b and 6 d and then introduced into the torch part 7.
ミラー６ｂは、ミラーホルダー６ｃによってミラーボックス６ａ内に固定される。また、ミラー６ｂの反射面は、ミラー６ｄ及び後述する集光レンズ７ｄに対向している。ミラー６ｄは、ミラーホルダー６ｅに固定されている。また、ミラー６ｄの反射面は、ミラー６ｂの反射面に対向している。ミラーホルダー６ｅは、ピエゾ素子６ｆによって互いに直交する２つの回動方向に回動可能となっている。なお、ミラー６ｄはミラーホルダー６ｅと一体となって回動する。ミラーホルダー６ｅ、すなわちミラー６ｄが一方の回動方向（第１の回動方向）に回動することで、レーザビームＬＢの集光点Ｐが図１中Ｘ軸方向に移動する。また、ミラーホルダー６ｅ、すなわちミラー６ｄが他方の回動方向（第２の回動方向）に回動することで、レーザビームＬＢの集光点Ｐが図１中Ｙ軸方向に移動する。ピエゾ素子６ｆは、ミラーホルダー６ｅに設けられており、電気的に伸縮することで、ミラーホルダー６ｅ、すなわちミラー６ｄを２つの回動方向に回動させる。ピエゾ素子６ｆの伸縮、すなわちミラー６ｄの回動は制御装置８によって制御される。 The mirror 6b is fixed in the mirror box 6a by a mirror holder 6c. The reflecting surface of the mirror 6b faces the mirror 6d and a condenser lens 7d described later. The mirror 6d is fixed to the mirror holder 6e. Further, the reflection surface of the mirror 6d faces the reflection surface of the mirror 6b. The mirror holder 6e can be rotated in two rotation directions orthogonal to each other by a piezo element 6f. The mirror 6d rotates together with the mirror holder 6e. As the mirror holder 6e, that is, the mirror 6d rotates in one rotation direction (first rotation direction), the condensing point P of the laser beam LB moves in the X-axis direction in FIG. Further, when the mirror holder 6e, that is, the mirror 6d rotates in the other rotation direction (second rotation direction), the condensing point P of the laser beam LB moves in the Y-axis direction in FIG. The piezo element 6f is provided in the mirror holder 6e, and rotates the mirror holder 6e, that is, the mirror 6d in two rotation directions by electrically expanding and contracting. Expansion and contraction of the piezo element 6 f, that is, rotation of the mirror 6 d is controlled by the control device 8.
制御装置８は、トーチ部７、すなわち集光点ＰをＸＹ軸方向に移動させる一方、集光点Ｐをトーチ部７の移動方向と直交する方向に振動させることで、集光点Ｐの軌跡を正弦波形状とする。具体的には、制御装置８は、ミラーボックス５ｃをＹ軸方向に移動させる際に、ミラー６ｄを第１の回動方向に振動させる。これにより、制御装置８は、トーチ部７をＹ軸方向に進行させ、かつ、集光点ＰをＸ軸方向に振動させる。一方、制御装置８は、台車２をＸ軸方向に移動させる際に、ミラー６ｄを第２の回動方向に振動させる。これにより、制御装置８は、トーチ部７をＸ軸方向に進行させ、かつ、集光点ＰをＹ軸方向に振動させる。これにより、集光点Ｐの軌跡は正弦波形状となる。 The control device 8 moves the torch unit 7, that is, the condensing point P in the XY axis direction, and vibrates the condensing point P in a direction orthogonal to the moving direction of the torch unit 7, thereby causing the locus of the condensing point P. Is a sine wave shape. Specifically, the control device 8 vibrates the mirror 6d in the first rotation direction when moving the mirror box 5c in the Y-axis direction. Thereby, the control apparatus 8 advances the torch part 7 to the Y-axis direction, and vibrates the condensing point P to the X-axis direction. On the other hand, the control device 8 vibrates the mirror 6d in the second rotation direction when the carriage 2 is moved in the X-axis direction. Thereby, the control apparatus 8 advances the torch part 7 to the X-axis direction, and vibrates the condensing point P to the Y-axis direction. Thereby, the locus | trajectory of the condensing point P becomes a sine wave shape.
なお、本実施形態では、ミラー６ｄを２つの回動方向に回動させることとしたが、ミラー６ｄを第１の回動方向（または第２の回動方向）に回動させ、かつ、ミラー６ｂを第２の回動方向（または第１の回動方向）に回動させるようにしてもよい。この場合、ミラーホルダー６ｃにもピエゾ素子が設けられる。また、ミラー６ｂ、６ｄは直接または間接的に水冷されてもよい。また、レーザビームＬＢの伝送方向から見てミラー６ｄの手前のミラー、例えばミラーボックス５ｃに内蔵されたミラーに同様の機能を具備させることでレーザ振動部６を省略し、前記ミラー以降のレーザ光路を直線化してミラーボックス５ｃとトーチ部７とを直結することもできる。その場合、トーチ７の長さを適切な長さに延長して、トーチ７と被切断材料Ｗの距離を適切に保つ必要があることは言うまでもない。 In the present embodiment, the mirror 6d is rotated in two rotation directions. However, the mirror 6d is rotated in the first rotation direction (or the second rotation direction) and the mirror 6d is rotated. You may make it rotate 6b to a 2nd rotation direction (or 1st rotation direction). In this case, a piezo element is also provided in the mirror holder 6c. The mirrors 6b and 6d may be directly or indirectly water cooled. Further, by providing the same function to a mirror in front of the mirror 6d when viewed from the transmission direction of the laser beam LB, for example, a mirror built in the mirror box 5c, the laser vibrating section 6 is omitted, and the laser optical path after the mirror is omitted. And the mirror box 5c and the torch part 7 can be directly connected. In that case, needless to say, it is necessary to extend the length of the torch 7 to an appropriate length and keep the distance between the torch 7 and the material to be cut W appropriately.
トーチ部７は、レーザビームＬＢを被切断材料Ｗに集光照射するものであり、トーチ本体部７ａと、レーザ加工ノズル７ｂと、アシストガス供給口７ｃと、集光レンズ７ｄとを備える。トーチ本体部７ａは、中空構造となっている。トーチ本体部７ａの上端に集光レンズ７ｄが配置され、側面にアシストガス供給口７ｃが配置され、下端（先端）にレーザ加工ノズル７ｂが配置される。レーザビームＬＢは、トーチ本体部７ａの中空部を通ってレーザ加工ノズル７ｂから被切断材料Ｗに集光照射される。 The torch unit 7 condenses and irradiates the material to be cut W with the laser beam LB, and includes a torch main body unit 7a, a laser processing nozzle 7b, an assist gas supply port 7c, and a condensing lens 7d. The torch body portion 7a has a hollow structure. A condensing lens 7d is disposed at the upper end of the torch body 7a, an assist gas supply port 7c is disposed at the side surface, and a laser processing nozzle 7b is disposed at the lower end (tip). The laser beam LB is focused and irradiated on the material W to be cut from the laser processing nozzle 7b through the hollow portion of the torch body portion 7a.
レーザ加工ノズル７ｂは、レーザビームＬＢ及びアシストガスの出口となる開口面である。アシストガス供給口７ｃは、図示しないアシストガス供給装置から供給されるアシストガスをトーチ本体部７ａの中空部に導入する。アシストガスは、酸素ガスとなる。トーチ本体部７ａの中空部に導入されたアシストガスは、レーザ加工ノズル７ｂからレーザビームＬＢと同軸方向に噴射され、被切断材料Ｗに吹きつけられる。 The laser processing nozzle 7b is an opening surface serving as an outlet for the laser beam LB and the assist gas. The assist gas supply port 7c introduces an assist gas supplied from an assist gas supply device (not shown) into the hollow portion of the torch body portion 7a. The assist gas becomes oxygen gas. The assist gas introduced into the hollow portion of the torch body portion 7a is sprayed from the laser processing nozzle 7b in the direction coaxial with the laser beam LB and blown to the material to be cut W.
集光レンズ７ｄは、トーチ本体部７ａ内に導入されたレーザビームＬＢを被切断材料Ｗに集光することで、被切断材料ＷにレーザビームＬＢの集光点Ｐを形成する。また、集光レンズ７ｄは、レーザ振動部６とトーチ部７との隔壁の役割も果たすので、容易にレーザ振動部６の気密性を保つことができる。ここで、集光点Ｐは、被切断材料Ｗの表面に形成してもよく、被切断材料Ｗの内部または上方に形成してもよい。 The condensing lens 7d condenses the laser beam LB introduced into the torch body portion 7a onto the material to be cut W, thereby forming a condensing point P of the laser beam LB on the material to be cut W. Further, since the condenser lens 7d also serves as a partition wall between the laser vibrating part 6 and the torch part 7, the airtightness of the laser vibrating part 6 can be easily maintained. Here, the condensing point P may be formed on the surface of the material to be cut W, or may be formed inside or above the material to be cut W.
制御装置８は、図３に示すように、制御部８ａと、移動速度検出部８ｂと、演算部８ｃと、振動制御部８ｄと、アシストガス制御部８ｅとを備える。ここで、制御装置８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のハードウェア構成を備え、これらのハードウェア構成によって制御部８ａと、移動速度検出部８ｂと、演算部８ｃと、振動制御部８ｄと、アシストガス制御部８ｅとが実現される。すなわち、ＲＯＭには、制御部８ａと、移動速度検出部８ｂと、演算部８ｃと、振動制御部８ｄと、アシストガス制御部８ｅとを実現するために必要なプログラムが記録されており、ＣＰＵは、ＲＯＭに記録されたプログラムを読みだして実行する。これにより、制御部８ａと、移動速度検出部８ｂと、演算部８ｃと、振動制御部８ｄと、アシストガス制御部８ｅとが実現される。 As shown in FIG. 3, the control device 8 includes a control unit 8a, a moving speed detection unit 8b, a calculation unit 8c, a vibration control unit 8d, and an assist gas control unit 8e. Here, the control device 8 includes a hardware configuration such as a CPU, a ROM, and a RAM. With these hardware configurations, a control unit 8a, a moving speed detection unit 8b, a calculation unit 8c, a vibration control unit 8d, The assist gas control unit 8e is realized. That is, the ROM stores a program necessary for realizing the control unit 8a, the moving speed detection unit 8b, the calculation unit 8c, the vibration control unit 8d, and the assist gas control unit 8e. Reads and executes the program recorded in the ROM. Thereby, the control part 8a, the moving speed detection part 8b, the calculating part 8c, the vibration control part 8d, and the assist gas control part 8e are implement | achieved.
制御部８ａは、レーザ切断装置１全体の制御を行う他、以下の処理を行う。すなわち、制御部８ａは、レーザ発振器４からレーザビームＬＢを射出させる。また、制御部８ａは、トーチ部７を予め設定された経路（走査線）、及び移動速さ（送り速さ）に従って移動させる。具体的には、制御部８ａは、台車２及びミラーボックス５ｃを移動させることで、トーチ部７を移動させる。トーチ部７の経路、及び移動速さは例えばレーザ切断装置１のユーザによって予め設定される。また、制御部８ａは、トーチ部７の現在の移動速度（移動速さ及び方向）に関するトーチ部移動速度情報を生成し、移動速度検出部８ｂに出力する。なお、トーチ部７の移動速度は、図１中のＸ軸方向の速度成分と、Ｙ軸方向の速度成分とで示される。 The control unit 8a performs the following processing in addition to controlling the entire laser cutting apparatus 1. That is, the control unit 8a emits the laser beam LB from the laser oscillator 4. Further, the control unit 8a moves the torch unit 7 according to a preset route (scanning line) and a moving speed (feeding speed). Specifically, the control unit 8a moves the torch unit 7 by moving the carriage 2 and the mirror box 5c. The route and moving speed of the torch unit 7 are set in advance by the user of the laser cutting device 1, for example. In addition, the control unit 8a generates torch unit moving speed information related to the current moving speed (moving speed and direction) of the torch unit 7, and outputs the generated information to the moving speed detecting unit 8b. The moving speed of the torch portion 7 is indicated by a speed component in the X-axis direction and a speed component in the Y-axis direction in FIG.
移動速度検出部８ｂは、制御部８ａからトーチ部移動速度情報を取得し、演算部８ｃに出力する。なお、光学式または電磁式の位置センサをレーザ振動部６の下端面（被切断材料Ｗに対向する面）に設けておき、移動速度検出部８ｂは、この位置センサからの信号にもとづいて、トーチ部７の現在の移動速度を算出してもよい。 The moving speed detector 8b acquires the torch moving speed information from the controller 8a and outputs it to the calculator 8c. An optical or electromagnetic position sensor is provided on the lower end surface of the laser vibrating section 6 (surface facing the material to be cut W), and the moving speed detection section 8b is based on a signal from the position sensor. The current moving speed of the torch unit 7 may be calculated.
演算部８ｃは、トーチ部移動速度情報にもとづいて、集光点Ｐの振動の方向と振動の時間周波数、及びピエゾ素子６ｆの駆動電圧を決定する。具体的には、演算部８ｃは、集光点Ｐの振動方向がトーチ部７の移動方向と直交するように、集光点Ｐの振動方向を決定する。 The calculation unit 8c determines the direction of vibration of the condensing point P, the time frequency of the vibration, and the driving voltage of the piezo element 6f based on the torch unit moving speed information. Specifically, the calculation unit 8 c determines the vibration direction of the condensing point P so that the vibration direction of the condensing point P is orthogonal to the moving direction of the torch unit 7.
また、演算部８ｃは、トーチ部７の移動速さと、以下の式（１）とにもとづいて、集光点Ｐの振動の時間周波数を算出（決定）する。 Moreover, the calculating part 8c calculates (determines) the time frequency of the vibration of the condensing point P based on the moving speed of the torch part 7 and the following equation (1).
ここで、ｆは集光点Ｐの振動の時間周波数（Ｈｚ）であり、ｃは定数であり、ｖはトーチ部７の移動速さ（ｍｍ／ｓ）である。 Here, f is a time frequency (Hz) of vibration of the condensing point P, c is a constant, and v is a moving speed (mm / s) of the torch part 7.
ここで、ｃは集光点Ｐの振動の空間周波数、すなわちトーチ部７の移動方向の単位長さ（ｍｍ）あたりに生じるレーザ条痕の数に一致する。したがって、ｃの逆数は、レーザ条痕の幅（ピッチ）に一致する。ｃを大きくすればレーザ条痕のピッチが小さくなり、ｃを小さくすればレーザ条痕のピッチが大きくなる。発明者の実験によれば、ｃは２以上６以下が好ましく、より好ましくはｃ＝４である。ｃ＝４の場合、レーザ条痕のピッチは０．２５（ｍｍ）となる。 Here, c corresponds to the spatial frequency of vibration of the condensing point P, that is, the number of laser striations generated per unit length (mm) in the moving direction of the torch portion 7. Therefore, the reciprocal of c matches the width (pitch) of the laser striations. Increasing c reduces the pitch of the laser striations, and decreasing c increases the pitch of the laser striations. According to the inventors' experiment, c is preferably 2 or more and 6 or less, more preferably c = 4. When c = 4, the pitch of the laser striation is 0.25 (mm).
ここで、レーザ条痕は、被切断材料Ｗの切断面に生じる条痕のうち、目視により１つ１つが識別可能な条痕を意味する。レーザ条痕の形成には、レーザビームＬＢによる熱エネルギーが被切断材料Ｗの酸化反応による熱エネルギーよりも大きく寄与する。レーザ条痕が長いほど、切断面の美観が向上する。本実施形態では、後述するように、集光点Ｐが振動しない（すなわち、集光点Ｐがトーチ部７の移動方向に垂直な方向に振動しない）場合よりもレーザ条痕を長くすることができる。 Here, the laser streak means a streak that can be identified one by one among the streaks generated on the cut surface of the material W to be cut. In the formation of the laser streak, the thermal energy by the laser beam LB contributes more than the thermal energy by the oxidation reaction of the material to be cut W. The longer the laser streak, the better the aesthetic appearance of the cut surface. In this embodiment, as will be described later, the laser streak may be made longer than the case where the condensing point P does not vibrate (that is, the condensing point P does not vibrate in a direction perpendicular to the moving direction of the torch portion 7). it can.
演算部８ｃは、例えば、以下の式（２）にもとづいて、ピエゾ素子６ｆの駆動電圧を算出する。 For example, the calculation unit 8c calculates the drive voltage of the piezo element 6f based on the following equation (2).
ここで、Ａはピエゾ素子６ｆの駆動電圧（Ｖ）であり、ｖはトーチ部７の移動速さ（ｍｍ／ｓ）である。式（２）によれば、トーチ部７の移動速さが大きいほど、ピエゾ素子６ｆの駆動電圧が小さくなる。例えば、トーチ部７の移動速さが５００（ｍｍ／ｍｉｎ）＝８．３３（ｍｍ／ｓ）となる場合、ピエゾ素子６ｆの駆動電圧は１．５（Ｖ）となる。 Here, A is the drive voltage (V) of the piezo element 6f, and v is the moving speed (mm / s) of the torch portion 7. According to Expression (2), the drive voltage of the piezo element 6f decreases as the moving speed of the torch portion 7 increases. For example, when the moving speed of the torch unit 7 is 500 (mm / min) = 8.33 (mm / s), the driving voltage of the piezo element 6f is 1.5 (V).
ここで、ピエゾ素子６ｆの駆動電圧は、集光点Ｐの振幅に対応する値である。ピエゾ素子６ｆの駆動電圧が大きいほど、集光点Ｐの振幅が大きくなる。したがって、トーチ部７の移動速さが大きいほど、集光点Ｐの振幅が小さくなる。例えば、ピエゾ素子６ｆの駆動電圧が１．５（Ｖ）となる場合、集光点Ｐの振幅は８０μｍに設定される。したがって、トーチ部７の移動速さが６２０（ｍｍ／ｍｉｎ）＝１０．３（ｍｍ／ｓ）となる場合、ピエゾ素子６ｆの駆動電圧は式（２）により１．２（Ｖ）となり、集光点Ｐの振幅は８０×１．２／１．５＝６４（μｍ）となる。 Here, the drive voltage of the piezo element 6f is a value corresponding to the amplitude of the condensing point P. The larger the driving voltage of the piezo element 6f, the larger the amplitude of the condensing point P. Therefore, the larger the moving speed of the torch part 7, the smaller the amplitude of the condensing point P. For example, when the drive voltage of the piezo element 6f is 1.5 (V), the amplitude of the condensing point P is set to 80 μm. Therefore, when the moving speed of the torch part 7 is 620 (mm / min) = 10.3 (mm / s), the driving voltage of the piezo element 6f is 1.2 (V) according to the equation (2), The amplitude of the light spot P is 80 × 1.2 / 1.5 = 64 (μm).
なお、集光点Ｐの振幅をレーザビームＬＢのスポット径で除算した値は、０．０４以上０．２以下であることが好ましい。ここで、レーザビームＬＢのスポット径は、被切断材料Ｗの表面のうち、レーザビームＬＢが照射される部分（いわゆるスポット）の直径である。この条件が満たされる場合、被切断材料Ｗ裏面での溶け落ち量が抑制される。 The value obtained by dividing the amplitude of the condensing point P by the spot diameter of the laser beam LB is preferably 0.04 or more and 0.2 or less. Here, the spot diameter of the laser beam LB is a diameter of a portion (so-called spot) irradiated with the laser beam LB in the surface of the material W to be cut. When this condition is satisfied, the amount of burn-out on the back surface of the material W to be cut is suppressed.
演算部８ｃは、上記の各パラメータの他、アシストガス圧を決定してもよい。すなわち、本発明者は、カーフ幅が大きくなるほどアシストガス圧を低下させることで、切断面の美観が向上することを見出した。ここで、カーフ幅は、レーザビームＬＢの集光照射により溶融した部分、すなわちカーフの幅である。本実施形態では、集光点Ｐはトーチ部７の移動方向と直交する方向に振動するので、カーフ幅は集光点Ｐが振動しない場合よりも拡大する。集光点Ｐの振幅が大きいほど、カーフ幅は拡大する。したがって、演算部８ｃは、集光点Ｐの振幅が大きくなるほど、アシストガス圧を小さくする。 The computing unit 8c may determine the assist gas pressure in addition to the above parameters. That is, the present inventor has found that the aesthetic appearance of the cut surface is improved by decreasing the assist gas pressure as the kerf width increases. Here, the kerf width is the width of the part melted by the focused irradiation of the laser beam LB, that is, the kerf width. In this embodiment, since the condensing point P vibrates in a direction orthogonal to the moving direction of the torch portion 7, the kerf width is larger than that when the condensing point P does not vibrate. The kerf width increases as the amplitude of the condensing point P increases. Therefore, the calculation unit 8c decreases the assist gas pressure as the amplitude of the condensing point P increases.
例えば、演算部８ｃは、カーフ幅が０．７ｍｍとなる場合のアシストガス圧を０．０２５ＭＰａに決定し、カーフ幅が０．８２ｍｍとなる場合のアシストガス圧を０．０２０Ｍｐａに決定してもよい。なお、アシストガス圧の具体的な値は、被切断材料Ｗの種類毎に設定される。 For example, the calculation unit 8c may determine the assist gas pressure when the kerf width is 0.7 mm as 0.025 MPa and the assist gas pressure when the kerf width is 0.82 mm as 0.020 MPa. Good. The specific value of the assist gas pressure is set for each type of material to be cut W.
演算部８ｃは、集光点Ｐの振動方向、振動の時間周波数、及びピエゾ素子６ｆの駆動電圧に関する振動制御情報を生成し、振動制御部８ｄに出力する。演算部８ｃは、アシストガス圧を決定した場合には、アシストガス圧に関するアシストガス制御情報を生成し、アシストガス制御部８ｅに出力する。 The calculation unit 8c generates vibration control information regarding the vibration direction of the condensing point P, the time frequency of vibration, and the driving voltage of the piezo element 6f, and outputs the vibration control information to the vibration control unit 8d. When the assist gas pressure is determined, the calculation unit 8c generates assist gas control information related to the assist gas pressure and outputs the assist gas control information to the assist gas control unit 8e.
振動制御部８ｄは、演算部８ｃから与えられた振動制御情報にもとづいて、ピエゾ素子６ｆを駆動する。具体的には、振動制御部８ｄは、集光点Ｐの振動方向がＸ軸方向となる場合、ミラー６ｄが第１の回動方向に振動するように、ピエゾ素子６ｆを駆動する。また、振動制御部８ｄは、ミラー６ｄを集光点Ｐの振動の時間周波数で振動させる。また、振動制御部８ｄは、ピエゾ素子６ｆを振動制御情報が示す駆動電圧で駆動する。アシストガス制御部８ｅは、アシストガスを予め設定されたアシストガス圧及び流量でトーチ本体部７ａ内に導入する。アシストガス制御部８ｅは、アシストガス制御情報が与えられた場合には、アシストガスをアシストガス制御情報が示すアシストガス圧でトーチ本体部７ａ内に導入する。 The vibration control unit 8d drives the piezo element 6f based on the vibration control information given from the calculation unit 8c. Specifically, the vibration control unit 8d drives the piezo element 6f so that the mirror 6d vibrates in the first rotation direction when the vibration direction of the condensing point P is the X-axis direction. Further, the vibration control unit 8d vibrates the mirror 6d at the time frequency of the condensing point P vibration. The vibration control unit 8d drives the piezo element 6f with a drive voltage indicated by the vibration control information. The assist gas control unit 8e introduces the assist gas into the torch body 7a with a preset assist gas pressure and flow rate. When the assist gas control information is given, the assist gas control unit 8e introduces the assist gas into the torch body 7a at the assist gas pressure indicated by the assist gas control information.
＜３．レーザ切断方法＞
次に、レーザ切断装置１の動作、すなわちレーザ切断装置１を用いたレーザ切断方法について説明する。
<3. Laser cutting method>
Next, the operation of the laser cutting device 1, that is, a laser cutting method using the laser cutting device 1 will be described.
制御部８ａは、レーザ発振器４にレーザビームＬＢを射出させる。レーザビームＬＢは、ミラーボックス５ａ〜５ｃ、レーザ振動部６、及びトーチ部７を通って被切断材料Ｗに集光照射される。さらに、制御部８ａは、トーチ部７を予め設定された経路、及び移動速さ（送り速さ）に従って移動させる。また、制御部８ａは、トーチ部７の現在の移動速度に関するトーチ部移動速度情報を生成し、移動速度検出部８ｂに出力する。 The controller 8a causes the laser oscillator 4 to emit a laser beam LB. The laser beam LB is focused and applied to the material to be cut W through the mirror boxes 5 a to 5 c, the laser vibrating unit 6, and the torch unit 7. Furthermore, the control unit 8a moves the torch unit 7 according to a preset route and a moving speed (feeding speed). In addition, the control unit 8a generates torch unit moving speed information related to the current moving speed of the torch unit 7, and outputs the generated information to the moving speed detection unit 8b.
次いで、移動速度検出部８ｂは、制御部８ａからトーチ部移動速度情報を取得し、演算部８ｃに出力する。演算部８ｃは、トーチ部移動速度情報にもとづいて、集光点Ｐの振動方向、振動の時間周波数、及びピエゾ素子６ｆの駆動電圧を決定する。演算部８ｃは、アシストガス圧を決定してもよい。演算部８ｃは、集光点Ｐの振動方向、振動の時間周波数、及びピエゾ素子６ｆの駆動電圧に関する振動制御情報を生成し、振動制御部８ｄに出力する。演算部８ｃは、アシストガス圧を決定した場合には、アシストガス圧に関するアシストガス制御情報を生成し、アシストガス制御部８ｅに出力する。 Next, the moving speed detection unit 8b acquires the torch moving speed information from the control unit 8a and outputs it to the calculation unit 8c. The calculation unit 8c determines the vibration direction of the condensing point P, the time frequency of vibration, and the driving voltage of the piezo element 6f based on the torch unit moving speed information. The calculation unit 8c may determine the assist gas pressure. The calculation unit 8c generates vibration control information regarding the vibration direction of the condensing point P, the time frequency of vibration, and the driving voltage of the piezo element 6f, and outputs the vibration control information to the vibration control unit 8d. When the assist gas pressure is determined, the calculation unit 8c generates assist gas control information related to the assist gas pressure and outputs the assist gas control information to the assist gas control unit 8e.
振動制御部８ｄは、演算部８ｃから与えられた振動制御情報にもとづいて、ピエゾ素子６ｆを駆動する。アシストガス制御部８ｅは、アシストガスを予め設定されたアシストガス圧及び流量でトーチ本体部７ａ内に導入する。アシストガス制御部８ｅは、アシストガス制御情報が与えられた場合には、アシストガスをアシストガス制御情報が示すアシストガス圧でトーチ本体部７ａ内に導入する。トーチ本体部７ａ内に導入されたアシストガスは、レーザ加工ノズル７ｂからレーザビームＬＢと同軸方向に噴射され、被切断材料Ｗに吹きつけられる。 The vibration control unit 8d drives the piezo element 6f based on the vibration control information given from the calculation unit 8c. The assist gas control unit 8e introduces the assist gas into the torch body 7a with a preset assist gas pressure and flow rate. When the assist gas control information is given, the assist gas control unit 8e introduces the assist gas into the torch body 7a at the assist gas pressure indicated by the assist gas control information. The assist gas introduced into the torch main body 7a is sprayed from the laser processing nozzle 7b in the same direction as the laser beam LB and blown to the material W to be cut.
これにより、レーザ切断装置１は、レーザビームＬＢを被切断材料Ｗに集光照射し、レーザビームＬＢの集光点Ｐを被切断材料Ｗ上でトーチ部７の移動方向と直交する方向に振動させながら走査する。これにより、レーザ切断装置１は、被切断材料Ｗを切断する。具体的には、被切断材料Ｗは、レーザビームＬＢの熱エネルギーを吸収することで、溶融する。さらに、レーザ切断装置１は、アシストガス（酸素ガス）をレーザビームＬＢと同軸方向に噴射する。未溶融の被切断材料Ｗは、溶融した被切断材料Ｗ（例えば溶鋼。以下、「溶融材料」とも称する。）から熱エネルギーが与えられ、昇温する。そして、昇温した未溶融の被切断材料Ｗは、酸素ガスによって酸化され、これによって発生した熱エネルギーによっても溶融する。溶融材料は、アシストガスにより被切断材料Ｗの下方から排出される。これにより、被切断材料Ｗが切断される。レーザ切断装置１は、被切断材料Ｗを切断することで、所望の形状のレーザ切断材料を作製する。 Thereby, the laser cutting device 1 condenses and irradiates the material to be cut W with the laser beam LB, and vibrates the condensing point P of the laser beam LB in a direction orthogonal to the moving direction of the torch portion 7 on the material to be cut W. Scan while Thereby, the laser cutting device 1 cuts the material W to be cut. Specifically, the material W to be cut melts by absorbing the thermal energy of the laser beam LB. Further, the laser cutting device 1 injects an assist gas (oxygen gas) in the same direction as the laser beam LB. The unmelted material W to be cut is heated by being given thermal energy from the molten material W (for example, molten steel, hereinafter also referred to as “molten material”). And the unmelted to-be-cut | disconnected material W which heated up is oxidized with oxygen gas, and also melt | dissolves with the heat energy generated by this. The molten material is discharged from below the material to be cut W by the assist gas. Thereby, the material W to be cut is cut. The laser cutting device 1 cuts the material to be cut W to produce a laser cutting material having a desired shape.
ここで、レーザ切断装置１は、レーザビームＬＢの集光点Ｐを被切断材料Ｗ上でトーチ部７の移動方向と直交する方向に振動させるので、カーフの幅を集光点Ｐが振動しない場合よりも大きくすることができる。したがって、レーザ切断装置１は、集光点Ｐが振動しない場合よりも溶融材料を効率よく排出することができる。 Here, since the laser cutting device 1 vibrates the condensing point P of the laser beam LB in the direction orthogonal to the moving direction of the torch portion 7 on the material to be cut W, the condensing point P does not vibrate the width of the kerf. It can be larger than the case. Therefore, the laser cutting device 1 can discharge the molten material more efficiently than when the condensing point P does not vibrate.
さらに、レーザ切断装置１は、レーザビームＬＢの集光点Ｐを被切断材料Ｗ上でトーチ部７の移動方向と直交する方向に振動させるので、被切断材料Ｗの切断面に一定の空間周波数でレーザビームＬＢを接触させることができる。したがって、切断面に形成されるレーザ条痕の幅（ピッチ）を一定にすることができる。ここで、レーザ条痕の幅が一定であるとは、レーザ条痕の最大幅（最大ピッチ）と最小幅（最小ピッチ）との比（最大幅／最小幅）が２未満であることを意味する。 Further, since the laser cutting device 1 vibrates the condensing point P of the laser beam LB in the direction perpendicular to the moving direction of the torch portion 7 on the material to be cut W, a constant spatial frequency is applied to the cut surface of the material to be cut W. Can be brought into contact with the laser beam LB. Therefore, the width (pitch) of the laser striations formed on the cut surface can be made constant. Here, the constant width of the laser stripe means that the ratio (maximum width / minimum width) of the maximum width (maximum pitch) and the minimum width (minimum pitch) of the laser stripe is less than 2. To do.
ここで、レーザ条痕は、上述したように、被切断材料Ｗの切断面に生じる条痕のうち、目視により１つ１つが識別可能な条痕を意味する。レーザ条痕の形成には、レーザビームＬＢによる熱エネルギーが被切断材料Ｗの酸化反応による熱エネルギーよりも大きく寄与する。レーザビームＬＢの熱エネルギーにより溶融する部分は、レーザビームＬＢが通過する部分及びその周辺の一定領域に限られるので、レーザ条痕の各々は目視により区別可能である。一方、昇温した未溶融の被切断材料Ｗはランダムに酸化反応を起こす。したがって、レーザ条痕以外の条痕、すなわち被切断材料Ｗの酸化反応による熱エネルギーがレーザビームＬＢによる熱エネルギーよりも大きく寄与することで形成された条痕は、目視により区別できない。 Here, the laser streak means a streak that can be identified one by one among the streaks generated on the cut surface of the material to be cut W as described above. In the formation of the laser streak, the thermal energy by the laser beam LB contributes more than the thermal energy by the oxidation reaction of the material to be cut W. A portion melted by the thermal energy of the laser beam LB is limited to a portion through which the laser beam LB passes and a fixed region around the portion, so that each laser streak can be distinguished by visual observation. On the other hand, the unmelted material W to be cut whose temperature has been raised causes an oxidation reaction at random. Therefore, the striations other than the laser striations, that is, the striations formed by the thermal energy caused by the oxidation reaction of the material to be cut W contributing more than the thermal energy caused by the laser beam LB cannot be distinguished visually.
このように、レーザ条痕は、切断面の美観に大きく寄与する。本実施形態では、レーザ条痕の幅（ピッチ）を一定にすることができるので、切断面形状が規則的になり、ひいては、切断面の美観が向上する。具体的には、本実施形態のレーザ条痕の最大幅と最小幅との比（最大幅／最小幅）は２未満である。一方、集光点Ｐを振動させずに走査することで形成されるレーザ条痕の最大幅と最小幅との比は２以上となる。詳細は後述する実施例及び比較例にて示す。 Thus, the laser streak greatly contributes to the aesthetic appearance of the cut surface. In this embodiment, since the width (pitch) of the laser striation can be made constant, the shape of the cut surface becomes regular, and as a result, the appearance of the cut surface is improved. Specifically, the ratio (maximum width / minimum width) between the maximum width and the minimum width of the laser striations of the present embodiment is less than 2. On the other hand, the ratio between the maximum width and the minimum width of the laser stripe formed by scanning the condensing point P without oscillating becomes 2 or more. Details will be described in Examples and Comparative Examples described later.
さらに、本実施形態では、レーザ条痕の幅（ピッチ）が一定となるので、レーザ条痕を通る溶融材料の流速が一定となる。すなわち、カーフ内での溶融材料の流れが安定する。これにより、被切断材料Ｗの下方から排出される溶融材料の量がカーフの長さ方向で一定となる。 Furthermore, in this embodiment, since the width (pitch) of the laser striation is constant, the flow rate of the molten material passing through the laser striation is constant. That is, the flow of the molten material in the kerf is stabilized. Thereby, the quantity of the molten material discharged | emitted from the downward direction of the to-be-cut material W becomes fixed in the length direction of a kerf.
一方、集光点Ｐを振動させずに形成したレーザ条痕の幅（ピッチ）はばらつくので、レーザ条痕を通る溶融材料の流速もばらつく。すなわち、溶融材料の流速に脈動が生じる。そして、例えば隣接するレーザ条痕の幅（ピッチ）の比が２倍以上となる領域では、溶融材料がカーフの側方に溢れる。被切断材料Ｗを構成する材料のうち、溶融材料に接触した部分は昇温し、酸化反応を起こす。そして、酸化反応を起こした部分は、当該酸化反応により発生した熱エネルギーによって溶融する。このため、溶け落ちが発生する。また、溶融材料が過剰に生成されるので、カーフ内で溶融材料が詰まる場合がある。カーフ内に詰まった材料は、未溶融の被切断材料Ｗを昇温する。昇温した未溶融の被切断材料Ｗは、酸化反応を起こし、この酸化反応によって発生した熱エネルギーにより溶融する。したがって、溶融材料がさらに過剰になるので、溶け落ち量が増大する他、切断面のえぐれ、セルフバーニングも発生しやすくなる。 On the other hand, since the width (pitch) of the laser streak formed without vibrating the condensing point P varies, the flow rate of the molten material passing through the laser streak also varies. That is, pulsation occurs in the flow rate of the molten material. For example, in a region where the ratio of the width (pitch) of adjacent laser striations is twice or more, the molten material overflows to the side of the kerf. Of the material constituting the material to be cut W, the portion in contact with the molten material is heated to cause an oxidation reaction. And the part which caused the oxidation reaction is melted by the thermal energy generated by the oxidation reaction. For this reason, melt-down occurs. Further, since the molten material is generated excessively, the molten material may be clogged in the kerf. The material clogged in the kerf raises the temperature of the unmelted material W to be cut. The unmelted material W to be cut whose temperature has been raised undergoes an oxidation reaction and is melted by the thermal energy generated by this oxidation reaction. Therefore, since the molten material becomes further excessive, the amount of burn-through increases, and the cut surface is easily eroded and self-burning is likely to occur.
これに対し、本実施形態では、被切断材料Ｗの下方から排出される溶融材料の量がカーフの長さ方向で一定となるので、裏面の溶け落ち量が低減し、切断面のえぐれ、及びセルフバーニングの発生も抑制される。 On the other hand, in the present embodiment, since the amount of the molten material discharged from below the material to be cut W is constant in the length direction of the kerf, the amount of burn-out on the back surface is reduced, the cut surface is chipped, and The occurrence of self-burning is also suppressed.
本実施形態に係るレーザ切断装置１は、特に、コーナ部の形成においても、上述した処理を行う。これにより、レーザ切断装置１は、コーナ部の溶け落ち量を低減することができ、かつ、コーナ部の美観を向上することができる。すなわち、上述したように、レーザ切断装置１が被切断材料Ｗのコーナ部を形成する場合、集光点Ｐのトーチ部７の移動速さが低下する。例えばコーナ部の角度が９０度となる場合、コーナ部の頂点でトーチ部７の移動速さが一旦ゼロとなり、その後、トーチ部は、コーナ部の頂点に到達するまでの経路と直交する経路上を移動する。 The laser cutting device 1 according to the present embodiment performs the above-described processing particularly in forming the corner portion. Thereby, the laser cutting device 1 can reduce the amount of burn-out of the corner portion, and can improve the beauty of the corner portion. That is, as described above, when the laser cutting device 1 forms the corner portion of the material W to be cut, the moving speed of the torch portion 7 at the condensing point P is reduced. For example, when the angle of the corner portion is 90 degrees, the moving speed of the torch portion 7 once becomes zero at the vertex of the corner portion, and then the torch portion is on a route orthogonal to the route until reaching the vertex of the corner portion. To move.
このため、レーザビーム及び被切断材料Ｗの酸化反応による熱エネルギーがコーナ部で過剰になりやすい。しかし、レーザ切断装置１は、集光点Ｐを振動させることで、溶融材料のコーナ部での流れを安定させることができるので、コーナ部の溶け落ち量を低減することができる。 For this reason, the thermal energy due to the oxidation reaction of the laser beam and the material to be cut W tends to be excessive at the corner. However, since the laser cutting device 1 can stabilize the flow of the molten material in the corner portion by vibrating the condensing point P, it is possible to reduce the amount of burn-out of the corner portion.
具体的には、後述する実施例で示されるように、レーザ切断装置１を用いて板厚が１９ｍｍより大きい被切断材料Ｗを切断することで、コーナ部の溶け落ち量を０．３ｍｍ以内に抑えることができる。これに対し、後述する比較例で示されるように、従来の切断方法（集光点Ｐを振動させない切断方法）を用いて板厚が１９ｍｍより大きい被切断材料Ｗを切断した場合、コーナ部の溶け落ち量は０．３ｍｍを大幅に超える。したがって、本実施形態では、板厚が１９ｍｍより大きく、かつコーナ部の溶け落ち量が０．３ｍｍ以下のレーザ切断材料を提供することができる。 Specifically, as shown in the examples described later, by using the laser cutting device 1 to cut the material W to be cut having a plate thickness greater than 19 mm, the amount of burn-out at the corner portion is within 0.3 mm. Can be suppressed. On the other hand, as shown in a comparative example to be described later, when a material to be cut W having a plate thickness of more than 19 mm is cut using a conventional cutting method (a cutting method that does not vibrate the condensing point P), The amount of burn through greatly exceeds 0.3 mm. Therefore, in this embodiment, it is possible to provide a laser cutting material having a plate thickness larger than 19 mm and a corner portion burn-off amount of 0.3 mm or less.
ここで、図４に基づいて、コーナ部の溶け落ち量の評価方法について説明する。すなわち、コーナ部２００を構成する２つの切断面１００、１０１と裏面１０２との交点Ｐ１から、各切断面１００、１０１の下端部（裏面側の端部）のうち、溶け落ちが終了した部分Ｐ２、Ｐ３までの長さＬ１、Ｌ２を測定する。なお、コーナ部が２つの切断面及びこれらを連結する切断曲面により構成される場合には、これらの切断面を長さ方向に延長した面と裏面との交点から、各切断面の下端部のうち、溶け落ちが終了した部分までの長さをコーナ部の長さとして測定する。そして、２つの測定値の内、値が大きいものをコーナ部の溶け落ち量とする。本実施形態に係るレーザ切断材料は、図４の長さＬ１、Ｌ２がいずれも０．３ｍｍ以下となる。 Here, based on FIG. 4, the evaluation method of the amount of burn-through of a corner part is demonstrated. In other words, from the intersection P1 between the two cut surfaces 100, 101 and the back surface 102 constituting the corner portion 200, a portion P2 where the burn-off has been completed among the lower end portions (end portions on the back surface side) of the respective cut surfaces 100, 101. , The lengths L1 and L2 up to P3 are measured. In addition, when a corner part is comprised by two cut surfaces and the cut curved surface which connects these, from the intersection of the surface and back surface which extended these cut surfaces in the length direction, the lower end part of each cut surface Of these, the length up to the end of the burn-out is measured as the length of the corner. Of the two measured values, the one with the larger value is defined as the amount of burn-through at the corner. In the laser cutting material according to the present embodiment, the lengths L1 and L2 in FIG. 4 are both 0.3 mm or less.
また、本実施形態では、レーザ条痕を通る溶融材料の流速が一定となることから、本実施形態のレーザ条痕は、集光点Ｐを振動させずに形成したレーザ条痕よりも長くなる。この点でも、切断面の美観が向上し、かつ、カーフ内での溶融材料の流れが安定する。このように、レーザ条痕の幅（ピッチ）を一定とすること、及びレーザ条痕を長くすることは、裏面の溶け落ち量を低減するための手段であるとともに、切断面の美観を向上するという効果も有する。すなわち、レーザ切断材料には、切断面の美観を向上することが求められている。これに対し、本実施形態では、レーザ条痕を一定にし、かつレーザ条痕を長くすることで、切断面の美観を向上するという目的を達成することができる。 In this embodiment, since the flow rate of the molten material passing through the laser striation is constant, the laser striation of the present embodiment is longer than the laser striation formed without vibrating the condensing point P. . In this respect as well, the appearance of the cut surface is improved and the flow of the molten material in the kerf is stabilized. Thus, making the width (pitch) of the laser striations constant and lengthening the laser striations are means for reducing the amount of burn-out on the back surface, and improve the aesthetics of the cut surface. It also has the effect. That is, the laser cutting material is required to improve the appearance of the cut surface. On the other hand, in this embodiment, the objective of improving the aesthetics of a cut surface can be achieved by making a laser striation constant and lengthening a laser striation.
＜４．レーザ切断材料＞
次に、上記のレーザ切断装置１及びレーザ切断方法により作製されるレーザ切断材料、すなわち本実施形態に係るレーザ切断材料の構成について説明する。
<4. Laser cutting material>
Next, the structure of the laser cutting material produced by the laser cutting apparatus 1 and the laser cutting method described above, that is, the laser cutting material according to this embodiment will be described.
図４に示すように、レーザ切断材料のコーナ部２００の溶け落ち量は、集光点Ｐを被切断材料Ｗ上で振動させずに走査することで形成されたレーザ切断材料（従来のレーザ切断材料）よりもコーナ部の溶け落ち量が少ない。具体的には、本実施形態に係るレーザ切断材料では、板厚が１９ｍｍより大きくても、コーナ部２００の溶け落ち量が０．３ｍｍ以下となる。これに対し、従来のレーザ切断材料では、板厚が１９ｍｍより大きい場合、コーナ部の溶け落ち量が０．３ｍｍを大幅に超える。したがって、本実施形態に係るレーザ切断材料では、コーナ部の美観が従来のレーザ切断材料よりも大幅に向上する。 As shown in FIG. 4, the amount of burn-out of the corner portion 200 of the laser cutting material is determined based on the laser cutting material (conventional laser cutting) formed by scanning the condensing point P without oscillating on the material W to be cut. The amount of corner burn-off is less than that of the material. Specifically, in the laser cutting material according to the present embodiment, even if the plate thickness is greater than 19 mm, the amount of burn-out of the corner portion 200 is 0.3 mm or less. On the other hand, in the conventional laser cutting material, when the plate thickness is larger than 19 mm, the amount of burn-out at the corner portion greatly exceeds 0.3 mm. Therefore, in the laser cutting material according to the present embodiment, the aesthetics of the corner portion is significantly improved as compared with the conventional laser cutting material.
また、本実施形態に係るレーザ切断材料では、切断面（例えば切断面１００、１０１）に形成されるレーザ条痕の幅を一定にすることができる。具体的には、レーザ条痕の最大幅（最大ピッチ）と最小幅（最小ピッチ）との比（最大幅／最小幅）が２未満となる。これに対し、従来のレーザ切断材料では、切断面に形成されるレーザ条痕の幅がばらつく。具体的には、レーザ条痕の最大幅（最大ピッチ）と最小幅（最小ピッチ）との比（最大幅／最小幅）が２以上となる。また、本実施形態に係るレーザ切断材料では、従来のレーザ切断材料よりもレーザ条痕が長くなる。したがって、本実施形態に係るレーザ切断材料では、切断面の美観が従来のレーザ切断材料よりも大幅に向上する。 In the laser cutting material according to the present embodiment, the width of the laser stripe formed on the cut surface (for example, the cut surfaces 100 and 101) can be made constant. Specifically, the ratio (maximum width / minimum width) between the maximum width (maximum pitch) and the minimum width (minimum pitch) of the laser striation is less than 2. On the other hand, in the conventional laser cutting material, the width of the laser stripe formed on the cut surface varies. Specifically, the ratio (maximum width / minimum width) between the maximum width (maximum pitch) and the minimum width (minimum pitch) of the laser striation is 2 or more. Further, in the laser cutting material according to the present embodiment, the laser striation is longer than that of the conventional laser cutting material. Therefore, in the laser cutting material according to the present embodiment, the aesthetic appearance of the cut surface is significantly improved as compared with the conventional laser cutting material.
次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。実施例及び比較例では、被切断材料ＷとしてＳＳ４００黒皮材を用いた。板厚は２５ｍｍであった。また、実施例の切断条件を以下のように設定した。 Next, examples and comparative examples of the present invention will be described. In Examples and Comparative Examples, SS400 black skin material was used as the material to be cut W. The plate thickness was 25 mm. Moreover, the cutting conditions of the examples were set as follows.
集光レンズのｆ（焦点距離）＝８．７５インチ＝２２２．２５（ｍｍ）
レーザ出力：４３００（Ｗ）
パルス周波数：１０００（Ｈｚ）
パルスデューティ：７０％
トーチ部７の移動速さ：６２０ｍｍ／ｍｉｎ
酸素圧力０．２５ｋｇｆ／ｃｍ２＝０．０２５ＭＰａ
倣い高さ（レーザ加工ノズル７ｂから被切断材料Ｗの表面までの距離）：２（ｍｍ）
焦点位置（集光点ＰのＺ座標値。Ｚ軸は図１に示される。また、Ｚ軸の原点は被切断材料Ｗの表面に配置される。）：−０．５ｍｍ
アシストガス流量：８０Ｌ／ｍｉｎ
F (focal length) of the condensing lens = 8.75 inch = 222.25 (mm)
Laser output: 4300 (W)
Pulse frequency: 1000 (Hz)
Pulse duty: 70%
Moving speed of torch part 7: 620 mm / min
Oxygen pressure 0.25 kgf / cm 2 = 0.025 MPa
Scanning height (distance from the laser processing nozzle 7b to the surface of the material W to be cut): 2 (mm)
Focus position (Z coordinate value of the condensing point P. The Z axis is shown in FIG. 1. The origin of the Z axis is arranged on the surface of the material W to be cut.): -0.5 mm
Assist gas flow rate: 80L / min
また、振動条件を以下のように設定した。
集光点Ｐの振動の振幅：６４（μｍ）
集光点Ｐの振動の時間周波数：４１．３（Ｈｚ）
式（１）中のｃ＝４（トーチ部７の移動方向の単位長さ（ｍｍ）あたりにレーザ条痕は４つ形成される。レーザ条痕の幅の理論値は０．２５ｍｍ。）
The vibration conditions were set as follows.
Amplitude of vibration at condensing point P: 64 (μm)
Time frequency of vibration of condensing point P: 41.3 (Hz)
C = 4 in formula (1) (four laser striations are formed per unit length (mm) in the moving direction of the torch portion 7. The theoretical value of the width of the laser striation is 0.25 mm.)
なお、振動条件は、トーチ部７の移動速さが５００（ｍｍ／ｍｉｎ）となる場合に集光点Ｐの振幅が８０μｍとなるように設定された。すなわち、トーチ部７の移動速さが５００（ｍｍ／ｍｉｎ）となる場合のピエゾ素子６ｆの駆動電圧は１．５（Ｖ）となる。したがって、トーチ部７の移動速さが６２０（ｍｍ／ｍｉｎ）となる場合のピエゾ素子６ｆの駆動電圧は１．２（Ｖ）となり、集光点Ｐの振幅は８０×１．２／１．５＝６４（μｍ）となる。さらに、集光点Ｐの振動の時間周波数は、４×６２０／６０＝４１．３（Ｈｚ）となる。 The vibration condition was set so that the amplitude of the condensing point P was 80 μm when the moving speed of the torch portion 7 was 500 (mm / min). That is, when the moving speed of the torch unit 7 is 500 (mm / min), the driving voltage of the piezo element 6f is 1.5 (V). Therefore, when the moving speed of the torch part 7 is 620 (mm / min), the driving voltage of the piezo element 6f is 1.2 (V), and the amplitude of the condensing point P is 80 × 1.2 / 1. 5 = 64 (μm). Furthermore, the time frequency of the vibration of the condensing point P is 4 × 620/60 = 41.3 (Hz).
実施例では、上記の切断条件、振動条件の下で被切断材料Ｗを切断した。また、コーナ部として、９０度の角度のコーナ部を形成した。 In the example, the material to be cut W was cut under the above-described cutting conditions and vibration conditions. Further, a corner portion having an angle of 90 degrees was formed as the corner portion.
比較例では、上記の切断条件の下で（集光点Ｐの振動は行わずに）被切断材料Ｗを切断した。また、コーナ部として、９０度の角度のコーナ部を形成した。 In the comparative example, the material to be cut W was cut under the above-described cutting conditions (without vibrating the condensing point P). Further, a corner portion having an angle of 90 degrees was formed as the corner portion.
実施例により作製されたレーザ切断材料の切断面の写真を図５、６に、比較例により作製されたレーザ切断材料の切断面の写真を図７、８に示す。なお、これらの写真は、レーザ条痕を拡大して示している。また、図５、図７の数値はレーザ条痕の幅（ピッチ）の大きさ（単位はｍｍ）をしめし、図６、図８の数値はレーザ条痕の長さ（単位はｍｍ）を示している。 5 and 6 show photographs of the cut surface of the laser cutting material produced according to the example, and FIGS. 7 and 8 show photographs of the cut surface of the laser cutting material produced according to the comparative example. Note that these photographs show the laser streak enlarged. The numerical values in FIGS. 5 and 7 indicate the width (pitch) of the laser striation (unit: mm), and the numerical values in FIGS. 6 and 8 indicate the length of the laser striation (unit: mm). ing.
図５に示すように、実施例では、レーザ条痕の最大幅が０．２８、最小幅が０．２３となるので、これらの比は１．２となり、２以下となる。さらに、図６に示すように、実施例では、レーザ条痕の長さは最大で４．３ｍｍとなる。また、コーナ部の溶け落ち量は０．２５ｍｍ程度であった。 As shown in FIG. 5, in the example, the maximum width of the laser striation is 0.28 and the minimum width is 0.23. Therefore, the ratio between these is 1.2, which is 2 or less. Furthermore, as shown in FIG. 6, in the example, the maximum length of the laser streak is 4.3 mm. Further, the amount of burn-through at the corner was about 0.25 mm.
一方、図７に示すように、比較例では、レーザ条痕の最大幅が０．３４、最小幅が０．１４となるので、これらの比は２．４となり、２を超える。さらに、図８に示すように、比較例では、レーザ条痕の長さは最大でも２．０（ｍｍ）となる。また、コーナ部の溶け落ち量は０．４５ｍｍ程度であった。 On the other hand, as shown in FIG. 7, in the comparative example, the maximum width of the laser streak is 0.34 and the minimum width is 0.14, so the ratio thereof is 2.4 and exceeds 2. Furthermore, as shown in FIG. 8, in the comparative example, the length of the laser streak is 2.0 (mm) at the maximum. Further, the amount of burn-through at the corner was about 0.45 mm.
以上により、本実施形態によるレーザ切断材料は、集光点Ｐを被切断材料Ｗ上でトーチ部７の移動方向と直交する方向に振動させずに走査することで形成されたレーザ切断材料よりもコーナ部の溶け落ち量が少ない。したがって、本実施形態によるレーザ切断材料は、コーナ部の溶け落ち量を従来よりも低減することができる。特に、本実施形態では、板厚が１９ｍｍより大きい厚板であっても、コーナ部の溶け落ち量を０．３ｍｍ以下にすることができる。 As described above, the laser cutting material according to the present embodiment is more than the laser cutting material formed by scanning the focal point P on the material W to be cut without vibrating in the direction orthogonal to the moving direction of the torch portion 7. The amount of burn-out at the corner is small. Therefore, the laser cutting material according to the present embodiment can reduce the amount of burn-out of the corner portion as compared with the conventional case. In particular, in this embodiment, even if the plate thickness is greater than 19 mm, the amount of burn-through at the corner portion can be set to 0.3 mm or less.
さらに、本実施形態のレーザ切断材料の断面に形成されたレーザ条痕の最大幅と最小幅との比は、集光点Ｐを振動させずに走査することで被切断材料Ｗの断面に形成されたレーザ条痕の最大幅と最小幅との比よりも小さい。すなわち、本実施形態のレーザ条痕の幅（ピッチ）は一定となる。このため、本実施形態では、カーフ内での溶鋼流れが安定するので、コーナ部の溶け落ち量が低減する。さらに、切断面のえぐれ、セルフバーニングの発生も抑制される。さらに、本実施形態では、レーザ切断材料の美観が向上する。 Further, the ratio between the maximum width and the minimum width of the laser streak formed in the cross section of the laser cutting material of the present embodiment is formed in the cross section of the material W to be cut by scanning the condensing point P without vibrating. It is smaller than the ratio of the maximum width and the minimum width of the laser striations. That is, the width (pitch) of the laser striations of this embodiment is constant. For this reason, in this embodiment, since the molten steel flow in a kerf is stabilized, the amount of burn-through of a corner part reduces. In addition, the occurrence of chipping and self-burning is suppressed. Furthermore, in this embodiment, the beauty of the laser cutting material is improved.
さらに、本実施形態のレーザ切断材料の断面に形成されたレーザ条痕は、集光点Ｐを振動させずに走査することで被切断材料Ｗの断面に形成されたレーザ条痕よりも長い。このため、本実施形態では、カーフ内での溶鋼流れが安定するので、コーナ部の溶け落ち量が低減する。さらに、切断面のえぐれ、セルフバーニングの発生も抑制される。さらに、本実施形態では、レーザ切断材料の美観が向上する。 Furthermore, the laser striations formed on the cross section of the laser cutting material of the present embodiment are longer than the laser striations formed on the cross section of the material to be cut W by scanning the condensing point P without vibrating. For this reason, in this embodiment, since the molten steel flow in a kerf is stabilized, the amount of burn-through of a corner part reduces. In addition, the occurrence of chipping and self-burning is suppressed. Furthermore, in this embodiment, the beauty of the laser cutting material is improved.
さらに、本実施形態に係るレーザ切断方法は、集光点Ｐを被切断材料Ｗ上でトーチ部７の移動方向と交差する方向に振動させながら走査することで、被切断材料Ｗのコーナ部を形成する。したがって、本実施形態に係るレーザ切断方法は、コーナ部の溶け落ち量を低減することができる。 Further, in the laser cutting method according to the present embodiment, the corner portion of the material to be cut W is scanned by vibrating the condensing point P on the material to be cut W in a direction intersecting with the moving direction of the torch portion 7. Form. Therefore, the laser cutting method according to the present embodiment can reduce the amount of burn-out at the corner.
さらに、集光点Ｐの振動の時間周波数は、上述した式（１）で示される。これにより、本実施形態に係るレーザ切断方法は、レーザ条痕の幅（ピッチ）を一定とすることができ、かつ、レーザ条痕の長さを集光点Ｐを振動させずに走査することで被切断材料Ｗに形成されたレーザ条痕よりも長くすることができる。 Furthermore, the time frequency of vibration of the condensing point P is expressed by the above-described equation (1). Thereby, the laser cutting method according to the present embodiment can make the width (pitch) of the laser stripe constant, and scan the length of the laser stripe without vibrating the condensing point P. Thus, it can be made longer than the laser streak formed on the material to be cut W.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
例えば、上記実施形態では、集光点Ｐの振動方向をトーチ部７の移動方向と直交する方向としたが、集光点Ｐの振動方向はトーチ部７の移動方向に交差する方向であれば良い。 For example, in the above-described embodiment, the vibration direction of the condensing point P is set to a direction orthogonal to the moving direction of the torch unit 7. However, the vibration direction of the condensing point P is a direction that intersects the moving direction of the torch unit 7. good.
また、上述した実施形態では、被切断材料Ｗとして、軟鋼を挙げたが、被切断材料Ｗは、レーザビームＬＢによる熱エネルギーによって溶融するものであればどのようなものであってもよい。本実施形態は、被切断材料ＷをレーザビームＬＢによる熱エネルギーによって切断（溶断）する際にレーザ条痕の幅を一定にすることによって、溶融材料（溶融した被切断材料Ｗ）を効率よくかつ安定して排出するものである。したがって、被切断材料ＷとしてレーザビームＬＢによる熱エネルギーによって溶融するものを用いることによって、上記の効果が得られる。 In the above-described embodiment, mild steel is used as the material to be cut W. However, the material to be cut W may be any material as long as it is melted by the thermal energy of the laser beam LB. In the present embodiment, when the material to be cut W is cut (fused) by the thermal energy of the laser beam LB, the width of the laser striation is made constant so that the molten material (the melted material W to be cut) is efficiently and It discharges stably. Therefore, by using a material that is melted by the thermal energy of the laser beam LB as the material to be cut W, the above effect can be obtained.
たとえば、被切断材料Ｗは、軟鋼以外の鋼材、例えば高強度鋼、ステンレス鋼であってもよい。ここで、上述した実施例では軟鋼を切断する際のレーザ切断条件を列挙したが、他の鋼材を被切断材料Ｗとする際のレーザ切断条件は以下のとおりである。すなわち、高強度鋼をレーザ切断する場合には、溶鋼を排除するアシストガスとしての酸素ガスの圧力を本実施例よりも高く、レーザ出力も高く、また、必要に応じ送り速度を低く設定すれば良い。それ以外のレーザ切断条件は、上述した実施例と同じでよい。また、ステンレス鋼をレーザ切断する場合は、溶融物を排除するアシストガスを窒素とし、レーザ出力を本実施例よりも高く、また、必要に応じ送り速度を低く設定すれば良い。それ以外のレーザ切断条件は、上述した実施例と同じでよい。また、被切断材料Ｗは、レーザビームＬＢによる熱エネルギーによって溶融するものであれば軟鋼、高強度鋼、及びステンレス鋼以外の鋼材であってもよく、さらには鋼材以外の材料であってもよい。 For example, the material to be cut W may be a steel material other than mild steel, such as high-strength steel or stainless steel. Here, although the laser cutting conditions at the time of cutting mild steel were enumerated in the above-mentioned embodiment, the laser cutting conditions at the time of using other steel materials as the material to be cut W are as follows. That is, when laser cutting high-strength steel, the pressure of oxygen gas as an assist gas for excluding molten steel is higher than in this embodiment, the laser output is higher, and the feed rate is set lower if necessary. good. Other laser cutting conditions may be the same as those in the above-described embodiment. Further, when laser cutting stainless steel, the assist gas for removing the melt is nitrogen, the laser output is higher than in this embodiment, and the feed rate may be set lower as necessary. Other laser cutting conditions may be the same as those in the above-described embodiment. Further, the material W to be cut may be a steel material other than mild steel, high-strength steel, and stainless steel as long as it is melted by the thermal energy by the laser beam LB, and may be a material other than steel material. .
本発明は、レーザビームを用いて被切断材料を切断する技術に適用可能である。 The present invention can be applied to a technique for cutting a material to be cut using a laser beam.
１ レーザ切断装置
２ 台車
３ レール
４ レーザ発振器
５ａ〜５ｃ ミラーボックス
５ｅ 道通管
６ レーザ振動部
６ａ ミラーボックス
６ｂ、６ｄ ミラー
６ｃ、６ｅ ミラーホルダー
６ｆ ピエゾ素子
７ トーチ部
７ａ トーチ本体部
７ｂ レーザ加工ノズル
７ｃ アシストガス供給口
７ｄ 集光レンズ
８ 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser cutting device 2 Carriage 3 Rail 4 Laser oscillator 5a-5c Mirror box 5e Road passage 6 Laser vibration part 6a Mirror box 6b, 6d Mirror 6c, 6e Mirror holder 6f Piezo element 7 Torch part 7a Torch main body part 7b Laser processing nozzle 7c Assist gas supply port 7d Condensing lens 8 Control device
Claims (4)
レーザ発振器でレーザビームを生成する発振ステップと、
前記レーザビームを前記被切断材料上の集光点に集光させる集光ステップと、
前記集光点にアシストガスを吹きつけ、前記集光点を前記被切断材料上で走査する走査ステップと、
前記走査により前記被切断材料を切断する切断ステップと、
を有し、
前記走査ステップでは、前記集光点の走査方向と直交する方向に、前記走査の速度に応じた時間周波数と振幅で前記集光点を振動させることを特徴とする、レーザ切断材料の製造方法。 A laser cutting material manufacturing method for manufacturing a laser cutting material by scanning a condensing point of a laser beam on the cutting material and cutting the cutting material,
An oscillation step of generating a laser beam with a laser oscillator;
A condensing step of condensing the laser beam at a condensing point on the material to be cut;
A scanning step of blowing an assist gas to the condensing point and scanning the condensing point on the material to be cut;
A cutting step of cutting the material to be cut by the scanning;
Have
Wherein in the scanning step, in the direction perpendicular to the scanning direction of the focal point, characterized in that vibrating the focusing point at a time frequency and amplitude corresponding to the speed of the scanning method of laser cutting the material.
前記集光点の振動の振幅は、前記走査の速度をｖ（ｍｍ／ｓ）とすると、以下の式（２）のＡに基づいて決まることを特徴とする、請求項１記載のレーザ切断材料の製造方法。
2. The laser cutting material according to claim 1 , wherein the amplitude of vibration at the condensing point is determined based on A in the following expression (2), where v (mm / s) is the scanning speed. Manufacturing method .
レーザ発振器でレーザビームを生成する発振ステップと、
前記レーザビームを前記被切断材料上の集光点に集光させる集光ステップと、
前記集光点にアシストガスを吹きつけ、前記集光点を前記被切断材料上で走査する走査ステップと、
前記走査により前記被切断材料を切断する切断ステップと、
を有し、
前記走査ステップでは、前記集光点の走査方向と直交する方向に、前記走査の速度に応じた時間周波数と振幅で前記集光点を振動させることを特徴とする、レーザ切断方法。 In the laser cutting method the focal point of the laser beam is scanned on the material to be cut, cutting the material to be cut,
An oscillation step of generating a laser beam with a laser oscillator;
A condensing step of condensing the laser beam at a condensing point on the material to be cut;
A scanning step of blowing an assist gas to the condensing point and scanning the condensing point on the material to be cut;
A cutting step of cutting the material to be cut by the scanning;
Have
In the scanning step, the condensing point is vibrated at a time frequency and an amplitude corresponding to the scanning speed in a direction orthogonal to the scanning direction of the condensing point .
前記集光点の振動の振幅は、前記走査の速度をｖ（ｍｍ／ｓ）とすると、以下の式（２）のＡに基づいて決まることを特徴とする、請求項３に記載のレーザ切断方法。
4. The laser cutting according to claim 3 , wherein the amplitude of vibration at the condensing point is determined based on A in the following formula (2), where v (mm / s) is the scanning speed. Method.
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