JP7470764B1 - レーザ加工機、レーザ加工方法、加工プログラム作成方法、及び加工プログラムの構成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル内部にスパッタが蓄積しにくく、加工可能な状態を長時間継続させることができるレーザ加工機を提供する。【解決手段】制御装置（ＮＣ装置５０）は、加工ヘッド３５を固定の位置とするよう移動機構を制御する。制御装置は、穴を形成する穴形成領域内の加工開始位置でレーザビームをオンするようレーザ発振器１０を制御する。制御装置は、加工開始位置から穴形成領域の端部までレーザビームを移動させてアプローチを形成し、穴形成領域の全周端部に沿ってレーザビームを円形に移動させて、被切断材料（板金Ｗ）に穴を形成するようビーム振動機構（ガルバノスキャナユニット３２）を制御する。制御装置は、加工開始位置でレーザビームの照射を開始する穴の加工開始から穴の形成が完了するまで、ノズル３６の先端と被切断材料の表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の固定の距離とするよう高さ調整機構３８を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工機、レーザ加工方法、加工プログラム作成方法、及び加工プログラムの構成方法に関する。

特許文献１に記載されているように、ガルバノスキャナユニットを備えるレーザ加工機が実用化されている。特許文献１には、加工ヘッドを停止させた状態で、加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口より射出されるレーザビームをガルバノスキャナユニットによって円形に移動させることによって、開口の直径より小さい穴を形成することが記載されている。この開口の直径より小さい穴を形成するレーザ加工方法によれば、加工ヘッドを移動させながら穴を形成するレーザ加工方法と比較して、穴を形成する加工時間を大幅に短くすることができる。

また、特許文献１には、開口の中心でレーザビームをオンし、ガルバノスキャナユニットによって、レーザビームを形成しようとする穴の半径の距離だけ開口の端部の方向に変位させて、レーザビームを円形に移動させることが記載されている。

国際公開第２０２１／１１２０３９号 特開平９－２２０６８３号公報 特開２０１９－１９５８３１号公報 特開平８－１１８０４８号公報

特許文献２に記載のように、加工ヘッドを移動させながら穴を形成するレーザ加工方法においては、ノズルの先端と板金の表面との距離は０．３ｍｍのような極めて近接した距離である。通常、レーザ加工機は、板金より開口を有する製品を切断するとき、開口を形成する領域の内部にピアスを開け、ピアスから開口を形成する領域の端部までアプローチを形成し、開口を形成する領域に沿って板金を切断する。

特許文献３の段落００５１に記載されている事項から、一般的なレーザ加工機による板金の加工は次のように行われることが理解される。レーザ加工機は、ピアスを開けるときにはノズルの先端と板金の表面との距離を通常の切断時における距離よりも長くする。レーザ加工機は、アプローチの形成及び製品の外周または内周を切断する通常の切断時には、ノズルの先端と板金の表面との距離を近接した距離（例えば０．３ｍｍ）とする。

以上の当業者にとって周知の事項を踏まえると、加工ヘッドを停止させた状態で、ガルバノスキャナユニットによってレーザビームを円形に移動させて板金に穴を形成するときには、ノズルの先端と板金の表面までの距離を次のように設定して加工することが考えられる。

レーザ加工機は、ピアスを形成するときのみノズルの先端と板金の表面との距離を比較的長い距離とする。レーザ加工機は、レーザビームを開口の端部の方向に変位させるとき、及びレーザビームを円形に移動させるときには、ノズルの先端と板金の表面との距離を０．３ｍｍのような極めて近接した距離とする。ところが、このようにノズルの先端と板金の表面との距離を変化させるために加工ヘッドを高さ方向に移動させると、加工速度が低下する。そこで、レーザ加工機は、開口の中心でレーザビームをオンしてから穴の切断が完了するまで、ノズルの先端と板金の表面との距離を０．３ｍｍのような極めて近接した距離とすることが考えられる。

本発明者は、開口の中心でレーザビームをオンしてから穴の切断が完了するまでノズルの先端と板金の表面との距離を近接した距離に設定して、加工ヘッドを停止させた状態でレーザ加工機によってレーザビームを円形に移動させて板金に穴を形成する加工を数多く繰り返す検証を行った。すると、ノズル内部にスパッタが蓄積して、加工を継続できなくなるという事態が発生することがあるということが判明した。そこで、加工ヘッドを停止させた状態で板金にノズルの開口の範囲に収まる所定の形状の穴を形成する加工を数多く繰り返しても、ノズルの内部にスパッタが蓄積しにくく、加工可能な状態を長時間継続させることが求められる。

１またはそれ以上の実施形態の第１の態様は、レーザビームを射出するレーザ発振器と、前記レーザ発振器より射出されたレーザビームを開口より射出するノズルが先端に取り付けられた加工ヘッドと、前記加工ヘッドを被切断材料の面に沿って移動させる移動機構と、前記加工ヘッドの高さ方向の位置を調整する高さ調整機構と、前記開口より射出されるレーザビームを前記開口内で振動させるビーム振動機構と、前記レーザ発振器、前記移動機構、前記高さ調整機構、及び前記ビーム振動機構を制御する制御装置とを備え、前記被切断材料に前記開口の範囲に収まる丸穴を形成するとき、前記制御装置は、前記加工ヘッドを固定の位置とするよう前記移動機構を制御し、前記丸穴を形成する穴形成領域内の加工開始位置でレーザビームをオンするよう前記レーザ発振器を制御し、前記加工開始位置から前記穴形成領域の内周端部までレーザビームを円弧状に移動させて先端部が前記内周端部に連結する円弧状のアプローチを形成し、レーザビームを、前記アプローチの先端部でレーザビームが移動する方向に沿った方向で前記内周端部に沿うように移動させ、前記内周端部に沿って円形に移動させることにより、前記被切断材料に前記丸穴を形成するよう前記ビーム振動機構を制御し、前記加工開始位置でレーザビームの照射を開始する前記丸穴の加工開始から前記丸穴の形成が完了するまで、前記ノズルの先端と前記被切断材料の表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の固定の距離とするよう前記高さ調整機構を制御するレーザ加工機を提供する。
１またはそれ以上の実施形態の第２の態様は、レーザビームを射出するレーザ発振器と、前記レーザ発振器より射出されたレーザビームを開口より射出するノズルが先端に取り付けられた加工ヘッドと、前記加工ヘッドを被切断材料の面に沿って移動させる移動機構と、前記加工ヘッドの高さ方向の位置を調整する高さ調整機構と、前記開口より射出されるレーザビームを前記開口内で振動させるビーム振動機構と、前記レーザ発振器、前記移動機構、前記高さ調整機構、及び前記ビーム振動機構を制御する制御装置とを備え、前記被切断材料に前記開口の範囲に収まる丸穴を形成するとき、前記制御装置は、前記加工ヘッドを固定の位置とするよう前記移動機構を制御し、前記丸穴を形成する穴形成領域内の加工開始位置でレーザビームをオンするよう前記レーザ発振器を制御し、前記加工開始位置から前記穴形成領域の内周端部までレーザビームを螺旋状に移動させて先端部が前記内周端部に連結する螺旋状のアプローチを形成し、レーザビームを、前記アプローチの先端部でレーザビームが移動する方向に沿った方向で前記内周端部に沿うように移動させ、前記内周端部に沿って円形に移動させることにより、前記被切断材料に前記丸穴を形成するよう前記ビーム振動機構を制御し、前記加工開始位置でレーザビームの照射を開始する前記丸穴の加工開始から前記丸穴の形成が完了するまで、前記ノズルの先端と前記被切断材料の表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の固定の距離とするよう前記高さ調整機構を制御するレーザ加工機を提供する。

１またはそれ以上の実施形態の第１及び第２の態様によれば、制御装置は、加工ヘッドを固定の位置とするよう移動機構を制御し、被切断材料に、ノズルの開口の範囲に収まる丸穴を形成するようビーム振動機構を制御するから、被切断材料に短時間でノズルの開口の直径より小さい直径を有する丸穴を形成することができる。１またはそれ以上の実施形態の第１及び第２の態様によれば、丸穴の加工開始から丸穴の形成が完了するまで、ノズルの先端と被切断材料の表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の固定の距離とするので、ノズル内部にスパッタが蓄積しにくい。従って、加工可能な状態を長時間継続させることができる。

１またはそれ以上の実施形態の第３の態様は、加工ヘッドを停止させた状態とし、前記加工ヘッドに取り付けられているノズルの先端と被切断材料の表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の固定の距離とし、前記ノズルの開口の範囲に収まる丸穴を形成する穴形成領域内の加工開始位置でレーザビームをオンして前記加工開始位置でレーザビームの照射を開始し、前記加工開始位置から前記穴形成領域の内周端部までレーザビームを円弧状に移動させて先端部が前記内周端部に連結する円弧状のアプローチを形成し、レーザビームを、前記アプローチの先端部でレーザビームが移動する方向に沿った方向で前記内周端部に沿うように移動させ、前記内周端部に沿って円形に移動させることにより、前記被切断材料に前記丸穴を形成するレーザ加工方法を提供する。
１またはそれ以上の実施形態の第４の態様は、加工ヘッドを停止させた状態とし、前記加工ヘッドに取り付けられているノズルの先端と被切断材料の表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の固定の距離とし、前記ノズルの開口の範囲に収まる丸穴を形成する穴形成領域内の加工開始位置でレーザビームをオンして前記加工開始位置でレーザビームの照射を開始し、前記加工開始位置から前記穴形成領域の内周端部までレーザビームを螺旋状に移動させて先端部が前記内周端部に連結する螺旋状のアプローチを形成し、レーザビームを、前記アプローチの先端部でレーザビームが移動する方向に沿った方向で前記内周端部に沿うように移動させ、前記内周端部に沿って円形に移動させることにより、前記被切断材料に前記丸穴を形成するレーザ加工方法を提供する。

１またはそれ以上の実施形態の第３及び第４の態様によれば、加工ヘッドを停止させた状態とし、穴形成領域の全周端部に沿ってレーザビームを円形に移動させて、ノズルの開口の直径より小さい直径を有する丸穴を形成するから、被切断材料に短時間でノズルの開口の直径より小さい直径を有する丸穴を形成することができる。１またはそれ以上の実施形態の第３及び第４の態様によれば、ノズルの先端と被切断材料の表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の固定の距離として、ノズルの開口の直径より小さい直径を有する丸穴を形成するので、ノズル内部にスパッタが蓄積しにくい。従って、加工可能な状態を長時間継続させることができる。

１またはそれ以上の実施形態の第５の態様は、コンピュータ機器が、それぞれ、オペレータによって設定されている、加工ヘッドより射出されるレーザビームを被切断材料に照射して所定の形状の穴を形成するときに、前記加工ヘッドを停止させた状態として、前記加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口の範囲内で前記レーザビームを照射する前記被切断材料上の位置を移動させることによって前記穴を形成するヘッド固定穴加工を実行させることを有効とするか無効とするかを設定する第１の設定条件と、前記ヘッド固定穴加工を実行させることを有効とする対象の穴の形状を設定する第２の設定条件と、前記対象の穴の最小サイズと最大サイズとを設定する第３の設定条件と、前記被切断材料に形成しようとする前記対象の穴の全周端部に沿って、オンとした状態の前記レーザビームを移動させる周回時間を決定する係数を設定する第４の設定条件とに従って、前記第１の設定条件によって前記ヘッド固定穴加工を実行させることが有効に設定され、前記被切断材料に形成しようとする特定の穴の形状が前記第２の設定条件によって設定されている前記ヘッド固定穴加工を実行させることを有効とする対象の穴の形状であり、前記特定の穴のサイズが前記第３の設定条件によって設定されている前記最小サイズ以上、前記最大サイズ以下であるとき、前記特定の穴を形成することを指令するコードに、前記特定の穴のサイズを規定する第１のアドレスワードと、前記ヘッド固定穴加工の実行を指令する第２のアドレスワードと、前記第４の設定条件で設定されている前記係数を示す第３のアドレスワードとを、任意の順で連結させた１文を含むように加工プログラムを作成する加工プログラム作成方法を提供する。

１またはそれ以上の実施形態の第５の態様によれば、ヘッド固定穴加工を実行させる各種の条件を設定した上で、ヘッド固定穴加工によって被切断材料にノズルの開口の範囲内の穴を形成するのに好適な加工プログラムを作成することができる。

１またはそれ以上の実施形態の第６の態様は、レーザビームを射出する加工ヘッドを移動させることによって被切断材料に所定の形状の穴を形成することを指令するコードに、前記穴のサイズを規定する第１のアドレスワードと、前記加工ヘッドを停止させた状態として、前記加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口の範囲内で前記レーザビームを照射する前記被切断材料上の位置を移動させることによって前記穴を形成するヘッド固定穴加工を実行させること指令する第２のアドレスワードと、前記被切断材料に形成しようとする前記穴の全周端部に沿って、オンとした状態の前記レーザビームを移動させる周回時間を決定する係数を示す第３のアドレスワードとを、任意の順で連結させた１文を含むように加工プログラムを構成する加工プログラムの構成方法を提供する。

１またはそれ以上の実施形態の第６の態様によれば、ヘッド固定穴加工用のコードを新たに規定する必要がなく、加工ヘッドを移動させることによって被切断材料に穴を形成することを指令する既存のコードを用いて、ヘッド固定穴加工用の加工プログラムを構成することができる。

１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機及びレーザ加工方法によれば、加工ヘッドを停止させた状態で板金にノズルの開口の範囲に収まる所定の形状の穴を形成する加工を数多く繰り返しても、ノズル内部にスパッタが蓄積しにくく、加工可能な状態を長時間継続させることができる。１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラム作成方法によれば、１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機及びレーザ加工方法に好適な加工プログラムを作成することができる。１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラムの構成方法によれば、１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機及びレーザ加工方法に好適な加工プログラムを構成することができる。

図１は、１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機を示す図である。 図２は、加工ヘッドの高さ方向の位置を調整する高さ調整機構を示す概念図である。 図３は、レーザ加工機におけるコリメータユニット及び加工ヘッドの詳細な構成例を示す斜視図である。 図４は、ビーム振動機構によるレーザビームの板金への照射位置の変位を説明するための図である。 図５Ａは、板金に形成された、ノズルの開口の直径よりも小さい直径を有する穴の一例を示す図である。 図５Ｂは、板金に図５Ａに示す穴が形成される前の穴形成領域を示す図である。 図６Ａは、レーザビームがノズルの開口の直径よりも小さい直径を有する穴を形成するときのレーザビームが描く円弧状の軌跡の第１の例を示す図である。 図６Ｂは、レーザビームがノズルの開口の直径よりも小さい直径を有する穴を形成するときのレーザビームが描く円弧状の軌跡の第２の例を示す図である。 図７は、図６Ａに示す第１の例によって板金にピアス、アプローチ、全周切断溝が形成される過程を示す図である。 図８Ａは、レーザビームがノズルの開口の直径よりも小さい直径を有する穴を形成するときのレーザビームが描く螺旋状の軌跡の第１の例を示す図である。 図８Ｂは、レーザビームがノズルの開口の直径よりも小さい直径を有する穴を形成するときのレーザビームが描く螺旋状の軌跡の第２の例を示す図である。 図８Ｃは、レーザビームがノズルの開口の直径よりも小さい直径を有する穴を形成するときのレーザビームが描く螺旋状の軌跡の第３の例を示す図である。 図８Ｄは、レーザビームがノズルの開口の直径よりも小さい直径を有する穴を形成するときのレーザビームが描く螺旋状の軌跡の第４の例を示す図である。 図９は、ＣＡＭ機器の具体的な構成例を示すブロック図である。 図１０は、ＣＡＭ機器が加工プログラムを作成する前段階で用いる設定画像の一例を示す図である。 図１１は、板金にノズルの開口の直径よりも小さい直径を有する穴を複数形成するための加工プログラムの一例を示す図である。 図１２は、図１１に示す加工プログラムによって板金に複数の穴が形成された状態を示す図である。

１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機は、レーザ発振器、加工ヘッド、移動機構、高さ調整機構、制御装置を備える。レーザ発振器はレーザビームを射出する。加工ヘッドは、前記レーザ発振器より射出されたレーザビームを開口より射出するノズルが先端に取り付けられている。移動機構は、前記加工ヘッドを板金の面に沿って移動させる。高さ調整機構は、前記加工ヘッドの高さ方向の位置を調整する。ビーム振動機構は、前記開口より射出されるレーザビームを前記開口内で振動させる。制御装置は、前記レーザ発振器、前記移動機構、前記高さ調整機構、及び前記ビーム振動機構を制御する。

前記被切断材料に前記開口の範囲に収まる穴を形成するとき、前記制御装置は、前記加工ヘッドを固定の位置とするよう前記移動機構を制御し、前記穴を形成する穴形成領域内の加工開始位置でレーザビームをオンするよう前記レーザ発振器を制御する。前記制御装置は、前記加工開始位置から前記穴形成領域の端部までレーザビームを移動させてアプローチを形成し、前記穴形成領域の全周端部に沿ってレーザビームを移動させて、前記被切断材料に前記穴を形成するよう前記ビーム振動機構を制御する。前記制御装置は、前記加工開始位置でレーザビームの照射を開始する前記穴の加工開始から前記穴の形成が完了するまで、前記ノズルの先端と前記被切断材料の表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の固定の距離とするよう前記高さ調整機構を制御する。

１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工方法は、加工ヘッドを停止させた状態とし、前記加工ヘッドに取り付けられているノズルの先端と被切断材料の表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の固定の距離とし、前記ノズルの開口の範囲に収まる穴を形成する穴形成領域内の加工開始位置でレーザビームをオンして前記加工開始位置でレーザビームの照射を開始し、前記加工開始位置から前記穴形成領域の端部までレーザビームを移動させてアプローチを形成し、前記穴形成領域の全周端部に沿ってレーザビームを移動させて、前記被切断材料に前記穴を形成する。

１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラム作成方法は、加工ヘッドより射出されるレーザビームを被切断材料に照射して所定の形状の穴を形成するときに、前記加工ヘッドを停止させた状態として、前記加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口の範囲内で前記レーザビームを照射する前記被切断材料上の位置を移動させることによって前記穴を形成するヘッド固定穴加工を実行させることを有効とするか無効とするかを設定する。１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラム作成方法は、前記ヘッド固定穴加工を実行させることを有効とする対象の穴の形状を設定し、前記対象の穴の最小サイズと最大サイズとを設定し、前記被切断材料に形成しようとする前記対象の穴の全周端部に沿って、オンとした状態の前記レーザビームを移動させる周回時間を決定する係数を設定する。

１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラム作成方法は、前記ヘッド固定穴加工を実行させることが有効に設定され、前記被切断材料に形成しようとする特定の穴が前記対象の穴で、前記特定の穴のサイズが前記最小サイズ以上、前記最大サイズ以下であるとき、前記特定の穴を形成することを指令するコードに、前記特定の穴のサイズを規定する第１のアドレスワードと、前記ヘッド固定穴加工の実行を指令する第２のアドレスワードと、前記係数を示す第３のアドレスワードと、を、任意の順で連結させた１文を含むように加工プログラムを作成する。

１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラムの構成方法は、レーザビームを射出する加工ヘッドを移動させることによって被切断材料に所定の形状の穴を形成することを指令するコードに、第１のアドレスワードと、第２のアドレスワードと、第３のアドレスワードとを、任意の順で連結させた１文を含むように加工プログラムを構成する。第１のアドレスワードは、前記穴のサイズを規定する。第２のアドレスワードは、前記加工ヘッドを停止させた状態として、前記加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口の範囲内で前記レーザビームを照射する前記被切断材料上の位置を移動させることによって前記穴を形成するヘッド固定穴加工を実行させること指令する。第３のアドレスワードは、前記被切断材料に形成しようとする前記穴の全周端部に沿って、オンとした状態の前記レーザビームを移動させる周回時間を決定する係数を示す。

以下、１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機、レーザ加工方法、加工プログラム作成方法、及び加工プログラムの構成方法について、添付図面を参照して具体的に説明する。まず、図１～図４を用いて、１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機を説明する。図１は、１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機の構成例であるレーザ加工機１００を示す。

図１において、レーザ加工機１００は、レーザ発振器１０、プロセスファイバ１２、レーザ加工ユニット２０、ＮＣ装置５０、アシストガス供給装置８０を備える。レーザ発振器１０は、レーザビームを生成して射出する。プロセスファイバ１２は、レーザ発振器１０より射出されたレーザビームをレーザ加工ユニット２０へと伝送する。ＮＣ装置５０は、レーザ加工機１００の各部を制御する制御装置の一例である。

ＮＣ装置５０には、加工プログラムデータベース６０と、加工条件データベース７０とが接続されている。加工プログラムデータベース６０及び加工条件データベース７０は、ネットワークを介してレーザ加工機１００と接続されていてもよい。加工プログラムデータベース６０には、後述する加工プログラムを作成するＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）機器４０が接続されている。ＣＡＭ機器４０は、ネットワークを介して加工プログラムデータベース６０と接続されていてもよい。加工プログラムデータベース６０は、ＣＡＭ機器４０で作成された加工プログラムを保存する。

ＣＡＭ機器４０は、ＣＡＭプログラムを実行するコンピュータ機器によって構成される。ＣＡＭ機器４０は、１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラム作成方法を実行して加工プログラムを作成する。ＣＡＭ機器４０が作成する加工プログラムについては後述する。

レーザ発振器１０としては、レーザダイオードより発せられる励起光を増幅して所定の波長のレーザビームを射出するレーザ発振器、またはレーザダイオードより発せられるレーザビームを直接利用するレーザ発振器が好適である。レーザ発振器１０は、例えば、固体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、ダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）である。

レーザ発振器１０は、波長９００ｎｍ～１１００ｎｍの１μｍ帯のレーザビームを射出する。ファイバレーザ発振器及びＤＤＬ発振器を例とすると、ファイバレーザ発振器は、波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍのレーザビームを射出し、ＤＤＬ発振器は、波長９１０ｎｍ～９５０ｎｍのレーザビームを射出する。

レーザ加工ユニット２０は、加工対象の被切断材料である板金Ｗを載せる加工テーブル２１と、門型のＸ軸キャリッジ２２と、Ｙ軸キャリッジ２３と、Ｙ軸キャリッジ２３に固定されたコリメータユニット３０と、加工ヘッド３５とを有する。Ｘ軸キャリッジ２２は、加工テーブル２１上でＸ軸方向に移動自在に構成されている。Ｙ軸キャリッジ２３は、Ｘ軸キャリッジ２２上でＸ軸に垂直なＹ軸方向に移動自在に構成されている。Ｘ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３は、加工ヘッド３５を板金Ｗの面に沿って、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、または、Ｘ軸とＹ軸との任意の合成方向に移動させる移動機構として機能する。

加工ヘッド３５を板金Ｗの面に沿って移動させる代わりに、加工ヘッド３５は位置が固定されていて、板金Ｗが移動するように構成されていてもよい。レーザ加工機１００は、板金Ｗの面に対して加工ヘッド３５を相対的に移動させる移動機構を備えていればよい。ＮＣ装置５０は、移動機構（Ｘ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３）による加工ヘッド３５の移動を制御する。

加工ヘッド３５には、先端部に円形の開口３６ａを有し、開口３６ａよりレーザビームを射出するノズル３６が取り付けられている。ノズル３６の開口３６ａより射出されたレーザビームは板金Ｗに照射される。アシストガス供給装置８０は、アシストガスとして窒素、酸素、窒素と酸素との混合気体、または空気を加工ヘッド３５に供給する。板金Ｗの加工時に、アシストガスは開口３６ａより板金Ｗへと吹き付けられる。アシストガスは、板金Ｗが溶融したカーフ幅内の溶融金属を排出する。

図２は、加工ヘッド３５の高さ方向の位置を調整する高さ調整機構３８を示す概念図である。図２に示すように、レーザ加工ユニット２０は、加工ヘッド３５の高さ方向の位置を調整する高さ調整機構３８を有する。高さ方向とは、Ｘ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向である。詳細には、加工ヘッド３５は、ボールねじまたはラック・アンド・ピニオンによってＺ軸方向に移動自在とされ、高さ調整機構３８はサーボモータまたはリニアモータによって加工ヘッド３５をＺ軸方向に移動させる。高さ調整機構３８の少なくとも一部が加工ヘッド３５の内部に存在することがある。

ノズル３６の先端と板金Ｗの表面との距離は、高さ調整機構３８が加工ヘッド３５のＺ軸方向の位置を調整することによって調整される。ＮＣ装置５０は、高さ調整機構３８による加工ヘッド３５のＺ軸方向の位置を制御する。

図３は、レーザ加工機１００におけるコリメータユニット３０及び加工ヘッド３５の詳細な構成例を示す斜視図である。図３に示すように、コリメータユニット３０は、プロセスファイバ１２より射出された発散光のレーザビームを平行光（コリメート光）に変換するコリメーションレンズ３１を備える。また、コリメータユニット３０は、ガルバノスキャナユニット３２と、ガルバノスキャナユニット３２より射出されたレーザビームをＺ軸方向下方に向けて反射させるベンドミラー３３を備える。加工ヘッド３５は、ベンドミラー３３で反射したレーザビームを集束して、板金Ｗに照射する集束レンズ３４を備える。

レーザビームの焦点位置を調整するために、集束レンズ３４は図示していない駆動部及び移動機構によって、板金Ｗに近付く方向及び板金Ｗより離隔する方向に移動自在に構成されている。

レーザ加工機１００は、ノズル３６の開口３６ａより射出されるレーザビームが開口３６ａの中心に位置するように芯出しされている。基準の状態では、レーザビームは、開口３６ａの中心より射出する。ガルバノスキャナユニット３２は、加工ヘッド３５内を進行して開口３６ａより射出されるレーザビームを、開口３６ａ内で振動させるビーム振動機構として機能する。

ガルバノスキャナユニット３２は、コリメーションレンズ３１より射出されたレーザビームを反射するスキャンミラー３２１と、スキャンミラー３２１を所定の角度となるように回転させる駆動部３２２とを有する。また、ガルバノスキャナユニット３２は、スキャンミラー３２１より射出されたレーザビームを反射するスキャンミラー３２３と、スキャンミラー３２３を所定の角度となるように回転させる駆動部３２４とを有する。駆動部３２２及び３２４はモータによって構成することができる。

駆動部３２２及び３２４は、ＮＣ装置５０による制御に基づき、それぞれ、スキャンミラー３２１及び３２３を所定の角度範囲で往復振動させることができる。スキャンミラー３２１とスキャンミラー３２３とのいずれか一方または双方を往復振動させることによって、ガルバノスキャナユニット３２は、板金Ｗに照射されるレーザビームを振動させる。

ガルバノスキャナユニット３２はビーム振動機構の一例であり、ビーム振動機構は一対のスキャンミラーを有するガルバノスキャナユニット３２に限定されない。

図４は、ビーム振動機構によるレーザビームの板金Ｗへの照射位置の変位を説明するための図である。図４は、スキャンミラー３２１とスキャンミラー３２３とのいずれか一方または双方が傾けられて、板金Ｗに照射されるレーザビームの位置が変位した状態を示している。図４において、ベンドミラー３３で折り曲げられて集束レンズ３４を通過する細実線は、レーザ加工機１００が基準の状態であるときのレーザビームの光軸を示している。

なお、詳細には、ベンドミラー３３の手前に位置しているガルバノスキャナユニット３２の作動により、ベンドミラー３３に入射するレーザビームの光軸の角度が変化し、光軸がベンドミラー３３の中心から外れる。図４では、簡略化のため、ガルバノスキャナユニット３２の作動前後でベンドミラー３３へのレーザビームの入射位置を同じ位置としている。

ガルバノスキャナユニット３２による作用によって、レーザビームの光軸が細実線で示す位置から太実線で示す位置へと変位したとする。ベンドミラー３３で反射するレーザビームが角度θで傾斜したとすると、板金Ｗへのレーザビームの照射位置は距離Δｓだけ変位する。集束レンズ３４の焦点距離をＥＦＬ（Effective Focal Length）とすると、距離Δｓは、ＥＦＬ×ｓｉｎθで計算される。

ガルバノスキャナユニット３２がレーザビームを図４に示す方向とは逆方向に角度θだけ傾ければ、板金Ｗへのレーザビームの照射位置を図４に示す方向とは逆方向に距離Δｓだけ変位させることができる。距離Δｓは開口３６ａの半径未満の距離であり、好ましくは、開口３６ａの半径から所定の余裕量だけ引いた距離を最大距離とした最大距離以下の距離である。

ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２の駆動部３２２及び３２４を制御することによって、レーザビームを板金Ｗの面内の所定の方向に振動させることができる。レーザビームを振動させることによって、板金Ｗの面上に形成されるビームスポットを振動させることができる。ガルバノスキャナユニット３２は、ＮＣ装置５０による制御に基づいて、板金Ｗに照射されるレーザビームの位置、即ち、板金Ｗの面上に形成されるビームスポットの位置を移動させることができる。

以上のように構成されるレーザ加工機１００は、レーザ発振器１０より射出されたレーザビームによって板金Ｗを切断して所定の形状を有する製品を作製する。レーザ加工機１００は、レーザビームの焦点を、板金Ｗの上面、上面より所定の距離だけ上方、または上面より所定の距離だけ下方で板金Ｗの板厚内のいずれかの適宜の位置に位置させて、レーザビームを所定の軌跡パターンで振動させながら板金を切断する。

加工プログラムデータベース６０には、板金Ｗを切断するための加工プログラムが記憶されている。ＮＣ装置５０は、加工プログラムデータベース６０より加工プログラムを読み出し、加工条件データベース７０に記憶されている複数の加工条件ファイルのうちのいずれかの加工条件ファイルを選択する。加工条件ファイルには、各種の加工条件が設定されている。ＮＣ装置５０は、読み出した加工プログラムと選択した加工条件ファイルで設定されている加工条件とに基づいて板金Ｗを切断するようレーザ加工機１００を制御する。ＮＣ装置５０が選択する加工条件ファイルは、加工プログラムにおいて指定されている。

以上のように構成されるレーザ加工機１００が、板金Ｗにノズル３６の開口３６ａの範囲に収まる穴を形成する好ましい動作であり、１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工方法を説明する。ここでは、開口３６ａの範囲に収まる穴として、開口３６ａの直径より小さい直径を有する丸穴を例とする。開口３６ａの範囲に収まる穴は、丸穴（真円）に限定されず、長穴、楕円、正方形、長方形、５角形以上の多角形等の任意の形状でよい。

図５Ａは、板金Ｗに形成された、ノズル３６の開口３６ａの直径よりも小さい直径を有する丸穴の一例を示している。図５Ｂは、板金Ｗに図５Ａに示す丸穴が形成される前の穴形成領域を示している。図５Ａに示すように、レーザ加工機１００は、板金Ｗにノズル３６の開口３６ａの直径より小さい直径を有する丸穴ｈ０を形成するとする。図５Ｂに示すように、板金Ｗに丸穴ｈ０を形成する前の丸穴ｈ０を形成する領域を穴形成領域Ａｈ０と称することとする。

ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２によって板金Ｗに照射するレーザビームの位置を変位させない状態で、加工ヘッド３５を穴形成領域Ａｈ０の直上に位置させる。このとき、加工ヘッド３５は、例えば、ノズル３６より射出されるレーザビームが穴形成領域Ａｈ０の中心に照射される位置に位置決めされている。この状態で、ＮＣ装置５０は、レーザビームをオンするようレーザ発振器１０を制御する。すると、図５Ｂに示すように、穴形成領域Ａｈ０内でレーザビームが照射される位置が加工開始位置Ｐ０となる。

ＮＣ装置５０は、加工開始位置Ｐ０でレーザビームの照射を開始した後、丸穴ｈ０の形成が完了するまで、加工ヘッド３５の板金Ｗの面の方向の位置を固定の位置とするようＸ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３を制御する。加工プログラムにおいて、加工ヘッド３５の板金Ｗの面の方向の位置を移動させないことが指令されている。

図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、ＮＣ装置５０がガルバノスキャナユニット３２を制御して板金Ｗに照射されるレーザビームが変位することによって形成される円弧状の軌跡の第１の例及び第２の例を示している。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、板金Ｗに丸穴ｈ０の大きさの穴を形成するには、ビームスポットＢｓを穴形成領域Ａｈ０よりビームスポットＢｓの半径だけ内側に変位した位置を円形に移動させる必要がある。

図６Ａにおいて、ＮＣ装置５０はガルバノスキャナユニット３２を制御して、加工開始位置Ｐ０に位置するビームスポットＢｓが穴形成領域Ａｈ０の端部ｈｅ１まで円弧状の軌跡Ｔａｐ１を描くようにビームスポットＢｓを変位させる。続けて、ＮＣ装置５０はガルバノスキャナユニット３２を制御して、ビームスポットＢｓが穴形成領域Ａｈ０の全周端部（内周端部）に沿って円形に移動して全周の軌跡Ｔｃｃを描くようにビームスポットＢｓを移動させる。

図６Ｂにおいて、ＮＣ装置５０はガルバノスキャナユニット３２を制御して、加工開始位置Ｐ０に位置するビームスポットＢｓが穴形成領域Ａｈ０の端部ｈｅ２まで円弧状の軌跡Ｔａｐ２を描くようにビームスポットＢｓを変位させる。続けて、ＮＣ装置５０はガルバノスキャナユニット３２を制御して、ビームスポットＢｓが穴形成領域Ａｈ０の内周端部である全周端部に沿って円形に移動して全周の軌跡Ｔｃｃを描くようにビームスポットＢｓを移動させる。

ＮＣ装置５０は、加工開始位置Ｐ０でレーザビームの照射を開始して丸穴ｈ０の形成が完了するまで、ノズル３６の先端と板金Ｗの表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の固定の距離とするよう高さ調整機構３８を制御する。これにより、板金Ｗに丸穴ｈ０を形成する加工を数多く繰り返しても、ノズル３６の先端と板金Ｗの表面との距離を０．３ｍｍのような極めて近接した距離とした場合と比較して、ノズル３６の内部にスパッタが蓄積しにくく、加工可能な状態を長時間継続させることができる。

図３では図示を省略しているが、集束レンズ３４とノズル３６との間には、スパッタが集束レンズ３４に付着しないように保護する保護ガラスが配置されている。ノズル３６の先端と板金Ｗの表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下とすることにより、スパッタがノズル３６に飛散する量を減らすことができるので、保護ガラスに飛散するスパッタの量が少なくなり、保護ガラスが汚損しにくくなる。ノズル３６の先端と板金Ｗの表面との距離を１．０ｍｍ以上とするのは、距離を１．０ｍｍ未満とすると、ノズル３６また保護ガラスに飛散するスパッタの量が大幅に増加するためである。ノズル３６の先端と板金Ｗの表面との距離を６．０ｍｍ以下とするのは、距離が６．０ｍｍを超えると板金Ｗに付着するドロスの量が大幅に増加するためである。

ノズル３６の先端と板金Ｗの表面との距離を３．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることが好ましい。ノズル３６の先端と板金Ｗの表面との距離を３．０ｍｍ以上とすれば、ノズル３６また保護ガラスに飛散するスパッタの量を格段に少なくすることができ、加工可能な状態をより長時間継続させることができる。ノズル３６の先端と板金Ｗの表面との距離を５．０ｍｍ以下とすれば、板金Ｗの加工品質をよくすることができる。

ＮＣ装置５０は、加工開始位置Ｐ０で０を超える所定の時間、板金Ｗにレーザビームを照射した後に、レーザビームを穴形成領域Ａｈ０の端部ｈｅ１またはｈｅ２まで移動させるよう、ガルバノスキャナユニット３２を制御することが好ましい。加工開始位置Ｐ０でレーザビームをオンするのと同時にレーザビームを端部ｈｅ１またはｈｅ２まで移動させると、加工開始位置Ｐ０及びその周辺で発生するスパッタが一定の方向に集中して飛散しやすい。これに対して、加工開始位置Ｐ０で０を超える所定の時間、板金Ｗにレーザビームを照射して、加工開始位置Ｐ０に少なくとも所定の深さの凹部が形成されれば、加工開始位置Ｐ０及びその周辺で発生するスパッタが複数の方向に分散しやすくなる。

ＮＣ装置５０は、加工開始位置Ｐ０にピアスが形成されるだけの時間、板金Ｗにレーザビームを照射するよう、ガルバノスキャナユニット３２を制御することが好ましい。一例として、ＮＣ装置５０は、加工開始位置Ｐ０でレーザビームをオンした後、例えば５ｍｓのドウェルを設定することによりレーザビームの位置を５ｍｓだけ変位させないようガルバノスキャナユニット３２を制御する。加工開始位置Ｐ０で例えば５ｍｓのドウェルを設定して、加工開始位置Ｐ０にピアスを形成すれば、スパッタの少なくとも一部が板金Ｗの裏面側に排出され、スパッタが裏面側を含む複数の方向に分散しやすくなる。

図６Ａ及び図６Ｂにおいて、加工開始位置Ｐ０は穴形成領域Ａｈ０の必ずしも中心に位置している必要はない。加工開始位置Ｐ０が穴形成領域Ａｈ０の中心に位置しているとすれば、軌跡Ｔａｐ１及びＴａｐ２は穴形成領域Ａｈ０の半径を直径とする半円とするのがよい。このようにすると、円弧状の軌跡Ｔａｐ１及びＴａｐ２は、全周の軌跡Ｔｃｃに対する接線で軌跡Ｔｃｃと接続するので、端部ｈｅ１またはｈｅ２において形状の崩れがほとんどない、円の形状の精度がよい丸穴ｈ０が形成される。

ＮＣ装置５０は、ビームスポットＢｓを、１周を超えるように円形に移動させるようガルバノスキャナユニット３２を制御する。

加工開始位置Ｐ０でレーザビームの照射を開始して丸穴ｈ０の形成が完了するまでの、ノズル３６の先端と板金Ｗの表面との距離は、加工条件ファイルにおける加工条件の１つとして設定される。ビームスポットＢｓを全周端部に沿って何周周回させるかは、後述する加工プログラムにおいて設定される。

図７は、図６Ａに示す第１の例で、板金ＷにピアスＰｓ、アプローチＡＰ１、全周切断溝Ｃｃが形成される過程を示している。レーザビームは加工開始位置Ｐ０で例えば５ｍｓだけ変位しないので、板金Ｗの加工開始位置Ｐ０にはピアスＰｓが形成される。また、板金Ｗには、ピアスＰｓと連結する円弧状のアプローチＡＰ１が形成される。アプローチＡＰ１はビームスポットＢｓのほぼ直径に相当する幅の溝である。アプローチＡＰ１が穴形成領域Ａｈ０の端部ｈｅ１に到達した後、レーザビームの周回によって穴形成領域Ａｈ０の全周端部が切断されて、全周切断溝Ｃｃが形成される。アプローチＡＰ１が周切断溝Ｃｃに対する接線で周切断溝Ｃｃと連結することにより、円の形状の精度がよい丸穴ｈ０が形成される。

図７において、ＮＣ装置５０は、ビームスポットＢｓを、１周を超える周回量で周回させた後に、例えば端部ｈｅ１においてレーザビームをオフするようレーザ発振器１０を制御したとする。ＮＣ装置５０は、破線の矢印線で示すように、仮にレーザビームをオンとしたらレーザビームが照射させる位置が加工開始位置Ｐ０となるように、ガルバノスキャナユニット３２を、丸穴ｈ０を形成する前の状態に戻すよう制御する。

なお、板金Ｗに１つの丸穴ｈ０を形成する際のレーザビームをオンする時間は、ドウェルの時間、アプローチＡＰ１を形成する時間、ビームスポットＢｓを穴形成領域Ａｈ０の全周端部で周回させる時間によって決まる。

以上のようにして、レーザ加工機１００及びレーザ加工機１００が実行するレーザ加工方法によれば、ＮＣ装置５０は、加工ヘッド３５を固定の位置とするようＸ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３を制御する。この状態で、ＮＣ装置５０は、板金Ｗに、ノズル３６の開口３６ａの直径より小さい直径を有する丸穴ｈ０を形成するようガルバノスキャナユニット３２を制御する。従って、板金Ｗに短時間でノズル３６の開口３６ａの直径より小さい直径を有する丸穴ｈ０を形成することができる。

レーザ加工機１００及びレーザ加工機１００が実行するレーザ加工方法は、丸穴ｈ０の加工開始から丸穴ｈ０の形成が完了するまで、ノズル３６の先端と板金Ｗの表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下としている。従って、レーザ加工機１００及びレーザ加工機１００が実行するレーザ加工方法によれば、スパッタがノズル３６または保護ガラスのような光学部品に飛散する量を減らすことができる。それにより、ノズル３６の内部または光学部品にスパッタが蓄積しにくく、加工可能な状態を長時間継続させることができる。

レーザ加工機１００及びレーザ加工機１００が実行するレーザ加工方法においては、次のようにしてスパッタがノズル３６に飛散する量をさらに減らしている。レーザ加工機１００及びレーザ加工機１００が実行するレーザ加工方法においては、加工開始位置Ｐ０でレーザビームをオンした後に所定時間のドウェルを設定している。従って、加工開始位置Ｐ０に少なくとも所定の深さの凹部（好ましくはピアスＰｓ）が形成され、ビームスポットＢｓは、凹部またはピアスＰｓが形成された後にアプローチＡＰ１を形成するように移動する。これにより、スパッタがノズル３６に飛散する量をさらに減らすことができ、スパッタがノズル３６の内部に蓄積しにくくなり、光学部品が汚損しにくくなる。

加えて、レーザ加工機１００及びレーザ加工機１００が実行するレーザ加工方法においては、アプローチＡＰ１を直線状ではなく円弧状としている。従って、スパッタは、回転しながら飛散することになるので一方向に飛散せず、スパッタが飛散する方向が分散する。これにより、スパッタがノズル３６に飛散する量をさらに減らすことができ、スパッタがノズル３６の内部に蓄積しにくくなり、光学部品が汚損しにくくなる。

図８Ａ～図８Ｄは、図６Ａに示す円弧状の軌跡Ｔａｐ１に代えて、螺旋状のアプローチを形成するための、加工開始位置Ｐ０から穴形成領域Ａｈ０の端部ｈｅ１までの螺旋状の軌跡の第１～第４の例である軌跡Ｔａｐ１１～Ｔａｐ１４を示している。ＮＣ装置５０はガルバノスキャナユニット３２を制御して、螺旋状の軌跡Ｔａｐ１１～Ｔａｐ１４を描くようにビームスポットＢｓを変位させる。板金Ｗに螺旋状のアプローチが形成されると、スパッタが飛散する方向を分散させることができ、スパッタがノズル３６に飛散する量を減らすことができる。

図８Ａ～図８Ｄに示すように、ビームスポットＢｓを加工開始位置Ｐ０から端部ｈｅ１まで螺旋状の軌跡Ｔａｐ１１～Ｔａｐ１４を描くように移動させると、軌跡Ｔａｐ１１～Ｔａｐ１４の端部が全周の軌跡Ｔｃｃと滑らかに接続する。よって、端部ｈｅ１において形状の崩れがほとんどない、円の形状の精度がよい丸穴ｈ０が形成される。図８Ａ～図８Ｄを比較すると、スパッタが飛散する方向を分散させるという観点では、螺旋における巻く量が多い方が好ましく、図８Ｄに示す軌跡Ｔａｐ１４が最も好ましい。

図６Ａ、図６Ｂ、図８Ａ～図８Ｄのいずれにおいても、ＮＣ装置５０は、アプローチにおける先端部が穴形成領域Ａｈ０の端部ｈｅ１またはｈｅ２における接線の方向から端部ｈｅ１またはｈｅ２と接続するようガルバノスキャナユニット３２を制御することが好ましい。

ここで、図９～図１１を参照して、１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラム作成方法、及び加工プログラムの構成方法を説明する。１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラム作成方法及び加工プログラムの構成方法によれば、以上説明したレーザ加工機１００及びレーザ加工機１００が実行するレーザ加工方法に好適な加工プログラムを作成することができ、好適な加工プログラムを構成することができる。

図９は、ＣＡＭ機器４０の具体的な構成例を示している。図１０は、ＣＡＭ機器４０が加工プログラムを作成する前段階で用いる設定画像の一例を示している。ＣＡＭ機器４０は、中央処理装置（以下、ＣＰＵ）４０１、ＣＡＭプログラムを記憶している非一時的な記憶媒体４０２、操作部４０３、表示部４０４を備える。ＣＰＵ４０１は、ＣＡＭプログラムを実行し表示部４０４に図１０に示す設定画像を表示し、設定画像での設定及び各種の条件に応じて加工プログラムを作成する。各種の条件は、使用するレーザ加工機１００、板金Ｗの材料及び板厚、板金Ｗを切断することによって作製しようとする、穴を有する製品の図形データを含む。図形データとは、図示していないＣＡＤ（Computer Aided Design）機器によって作成されるＣＡＤデータである。

加工ヘッド３５を停止させた状態として、加工ヘッド３５の先端に取り付けられたノズル３６の開口３６ａの範囲内でレーザビームを照射する板金Ｗ上の位置を移動させることによって所定の形状の穴を形成する加工をヘッド固定穴加工と称することとする。オペレータは、図１０に示す設定画像において、操作部４０３を操作することによってヘッド固定穴加工を実行させることを有効とするか無効とするかを設定する（第１の設定条件）。図１０において、「ヘッド固定穴加工を実行させることを有効とする」と記載されている項目にチェックを付けることによって、ヘッド固定穴加工を実行させることを有効とすることができる。

オペレータは、図１０に示す設定画像において、操作部４０３を操作することによってヘッド固定穴加工を実行させることを有効とする対象の穴の形状を設定する（第２の設定条件）。図１０に示す例では、丸穴、長丸穴、角穴及び長角穴、及びその他の穴の形状の選択肢が羅列されている。ここでは、丸穴にチェックが付けられて丸穴が対象の穴に設定されている。オペレータは、図１０に示す設定画像において、操作部４０３を操作することによって対象の穴の最小サイズ及び最大サイズを設定する（第３の設定条件）。最小サイズは、ビームスポットＢｓの直径によって決まる、ヘッド固定穴加工で開けることができる最小の直径であってもよい。最大サイズは、開口３６ａの範囲に収まる穴の最大の直径であってもよい。

オペレータは、図１０に示す設定画像において、操作部４０３を操作することによってオーバラップ係数を設定する（第４の設定条件）。オーバラップ係数とは、ヘッド固定穴加工によって板金Ｗに形成しようとする対象の穴の全周端部に沿って、オンとした状態のレーザビームを移動させる周回時間を決定する係数である。オペレータは、図１０に示す設定画像において、操作部４０３を操作することによって加工条件ファイルを指定する加工条件番号を選択する。

図１１は、ＣＰＵ４０１が図１０に示すように設定した設定画像及び各種の設定条件に従って作成した加工プログラムの一例を示している。図１１において、Ｍ１０２は加工しようとしている板金Ｗを指定している。ここでは、板金Ｗは、板厚１．０ｍｍの冷間圧延鋼板であるＳＰＣ－１．０である。図１０では図示を省略しているが、板金Ｗの材料及び板厚は操作部４０３を操作することによって選択されている。“Ｇ９２Ｘ３０７０．Ｙ１５５０．”は、加工ヘッド３５が位置する基準位置（原点位置）を示している。これは、使用するレーザ加工機１００によって決まる。

Ｍ１００は自動的に設定されるコードであり、レーザモードの開始を意味する。Ｅ３は、図１０に示す設定画像において選択された加工条件番号である。加工条件データベース７０に記憶されている加工条件番号Ｅ３の加工条件ファイルにおいて、ノズル３６の先端と板金Ｗの表面との距離が設定されている。

“Ｇ１１２ Ｉ１．５ Ｊ１．５ Ｌ１０ Ｓ３．”におけるＧ１１２は、丸穴を開けることを指令するコードである。このコードは、加工ヘッド３５を移動させることによって板金Ｗに丸穴を開けることを指令するコードと同じコードである。レーザビームを射出する加工ヘッド３５を移動させて所定の形状の穴を形成する加工をヘッド移動穴加工と称することとする。ＣＡＭ機器４０が作成する加工プログラムにおいては、ヘッド移動穴加工とヘッド固定穴加工とで、所定の形状の穴を形成することを指令するコードは同じコードが用いられている。

Ｉ１．５、Ｊ１．５は、それぞれ、丸穴のＸ軸方向の大きさを１．５ｍｍ、丸穴のＹ軸方向の大きさを１．５ｍｍとすることを指令するアドレスワード（第１のアドレスワード）である。丸穴の大きさは図形データにおける丸穴の大きさによって決まる。図形データにおける丸穴の大きさは、図１０に示す設定画像において設定した最小サイズ以上、最大サイズ以下の大きさである。Ｌ１０は、ヘッド固定穴加工の実行を指令するアドレスワード（第２のアドレスワード）である。Ｓ３は、オーバラップ係数を示すアドレスワード（第３のアドレスワード）である。

ここで、アドレスワードＳ３によって周回時間が具体的にどのように決定するかを説明する。図１１においては、最初に、直径１．５ｍｍの丸穴を形成する加工プログラムを示しているが、直径１．０ｍｍの丸穴を形成する場合を例とする。直径１．０ｍｍの丸穴の周長は３．１４ｍｍである。加工条件番号Ｅ３の加工条件ファイルにおいて、加工速度が毎分５４０００ｍｍ（９００ｍｍ／ｓ）に設定されているとする。このとき、レーザビームは、９００／３．１４より１秒当たり２８６．６２４回転する。よって、レーザビームが直径１．０ｍｍの丸穴（穴形成領域）を１周する時間は、１／２８７より０．００３５ｓである。アドレスワードＳ３は、レーザビームが丸穴を１周する時間を３倍することを示し、３×０．００３５ｓより０．０１０５ｓとなる。

アドレスワードＳ３によってレーザビームが丸穴を１周する時間を３倍した時間を周回時間としている理由は次のとおりである。ガルバノスキャナユニット３２におけるスキャンミラー３２１及び３２３は、丸穴の直径が小さくなるほど、駆動部３２２及び３２４による能力的な最大回転角度より低速で回転することを余儀なくされる。これはスキャンミラー３２１及び３２３の２軸は４つの変曲点を通るときに速度がゼロとなり、丸穴の直径が大きければ速度がゼロとなる変曲点間で十分に加速できるが、丸穴の直径が小さければ十分に加速できないからである。

レーザビームが丸穴を１周する時間を３倍した時間を周回時間とすれば、丸穴の直径が小さく、スキャンミラー３２１及び３２３が最大回転角度よりかなり低速で回転したとしても、ガルバノスキャナユニット３２は、レーザビームが丸穴を少なくとも１周するように周回させることができる。ここでは、丸穴を例として説明したが、他の形状の穴の場合も同様である。

“Ｇ１３６ Ｘ１００ Ｙ１００ Ｉ５ Ｊ５ Ｐ１０ Ｋ２ Ｌ１０”におけるＧ１３６は、複数の丸穴を配置するグリッドパターンを設定することを指令するコードである。Ｘ１００及びＹ１００は、最初の丸穴を形成する位置を示している。Ｉ５はＸ軸方向のピッチを５ｍｍとすること、Ｊ５はＹ軸方向のピッチを５ｍｍとすること、Ｐ１０は丸穴のＸ軸方向の個数１０個、Ｋ２は丸穴のＹ軸方向の個数２個を示している。Ｐ１０及びＫ２は、位置Ｘ１００及びＹ１００において形成する最初の丸穴に続けてＸ軸方向に丸穴をさらに１０個形成し、Ｙ軸方向にさらに２個形成することを意味する。これらは、図形データにおける複数の丸穴の個数及び配置の仕方によって決まる。

同様に、“Ｇ１１２ Ｉ２．８ Ｊ２．８ Ｌ１０ Ｓ３．”は、ヘッド固定穴加工で、Ｘ軸方向の大きさを２．８ｍｍ、Ｙ軸方向の大きさを２．８ｍｍとした丸穴を開ける指令を示している。“Ｇ１３６ Ｘ１００ Ｙ２００ Ｉ５ Ｊ５ Ｐ１０ Ｋ２ Ｌ１０”は、Ｘ１００及びＹ２００の位置で最初の丸穴を形成し、Ｘ軸方向のピッチ５ｍｍ、Ｙ軸方向のピッチ５ｍｍ、Ｘ軸方向の個数１０個、Ｙ軸方向の個数２個とすることを示している。Ｍ１０１はレーザモードの終了を意味し、Ｇ５０は加工プログラムの終了を意味する。Ｍ１０１及びＧ５０は自動的に設定される。

以上のように、１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラム作成方法は、図１０に例示するように、加工プログラムを作成する前段階として、ヘッド固定穴加工を実行させることを有効とするか無効とするかを設定し、ヘッド固定穴加工を実行させることを有効とする対象の穴の形状を設定する。さらに、１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラム作成方法は、対象の穴の最小サイズと最大サイズとを設定し、対象の穴の全周端部に沿ってレーザビームを移動させる周回時間を決定するオーバラップ係数を設定する。

１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラム作成方法は、ヘッド固定穴加工を実行させることが有効に設定され、板金Ｗに形成しようとする特定の穴が対象の穴で、特定の穴のサイズが最小サイズ以上、最大サイズ以下であるとき、次のように加工プログラムを作成する。１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラム作成方法は、特定の穴を形成することを指令するコードに、特定の穴のサイズを規定する第１のアドレスワードと、ヘッド固定穴加工の実行を指令する第２のアドレスワードと、オーバラップ係数を示す第３のアドレスワードとを、任意の順で連結させた１文を含むように加工プログラムを作成する。

１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラム作成方法によれば、ヘッド固定穴加工を実行させる各種の条件を設定した上で、ヘッド固定穴加工によって板金Ｗにノズル３６の開口３６ａの範囲内の穴を形成するのに好適な加工プログラムを作成することができる。

１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラムの構成方法は、次のように加工プログラムを構成する。１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラムの構成方法は、ヘッド移動穴加工で使用されている穴を形成することを指令するコードに、第１のアドレスワードと、第２のアドレスワードと、第３のアドレスワードとを、任意の順で連結させた１文を含むように加工プログラムを構成する。

１またはそれ以上の実施形態に係る加工プログラムの構成方法によれば、ヘッド固定穴加工用のコードを新たに規定する必要がなく、加工ヘッド３５を移動させることによって板金Ｗに穴を形成することを指令する既存のコードを用いて、ヘッド固定穴加工用の加工プログラムを構成することができる。

図１１に示す加工プログラムにおいて、“Ｇ１１２ Ｉ１．５ Ｊ１．５ Ｌ１０ Ｓ３．”及び“Ｇ１３６ Ｘ１００ Ｙ１００ Ｉ５ Ｊ５ Ｐ１０ Ｋ２ Ｌ１０”の指令によって、板金Ｗに形成される丸穴を穴ｈ１と称することとする。“Ｇ１１２ Ｉ２．８ Ｊ２．８ Ｌ１０ Ｓ３．”及び“Ｇ１３６ Ｘ１００ Ｙ２００ Ｉ５ Ｊ５ Ｐ１０ Ｋ２ Ｌ１０”の指令によって、板金Ｗに形成される穴を穴ｈ２と称することとする。

図１２は、図１１に示す加工プログラムによって板金Ｗに複数の穴が形成された状態を示している。ＮＣ装置５０が、図１１に示す加工プログラムに従って板金Ｗを加工するようレーザ加工機１００を制御すると、図１２に示すように、板金Ｗには、直径１．５ｍｍの穴ｈ１が３行、直径２．８ｍｍの穴ｈ２が３行形成される。穴ｈ１の１行はＸ軸方向のピッチ５ｍｍで１１個の穴ｈ１を含み、穴ｈ１の３行はＹ軸方向のピッチ５ｍｍで配置されている。穴ｈ２の１行はＸ軸方向のピッチ５ｍｍで１１個の穴ｈ２を含み、穴ｈ２の３行はＹ軸方向のピッチ５ｍｍで配置されている。

図１２に示す全ての穴ｈ１及びｈ２を形成する時間は、加工ヘッド３５の位置を固定した状態で各穴ｈ１及び各穴ｈ２を形成する時間と、隣接する穴ｈ１間で加工ヘッド３５を動かす時間、隣接する穴ｈ２間で加工ヘッド３５を動かす時間、最後の穴ｈ１から最初のｈ２まで加工ヘッド３５を動かす時間の合計の時間となる。この全ての穴ｈ１及びｈ２を形成する時間は、ガルバノスキャナユニット３２によってレーザビームを変位させず、加工ヘッド３５を移動させながら各穴ｈ１及び各穴ｈ２を形成する時間と比較して大幅に短い。

本発明は以上説明した１またはそれ以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

１０ レーザ発振器
１２ プロセスファイバ
２０ レーザ加工ユニット
２１ 加工テーブル
２２ Ｘ軸キャリッジ（移動機構）
２３ Ｙ軸キャリッジ（移動機構）
３０ コリメータユニット
３１ コリメーションレンズ
３２ ガルバノスキャナユニット（ビーム振動機構）
３３ ベンドミラー
３４ 集束レンズ
３５ 加工ヘッド
３６ ノズル
３６ａ 開口
３８ 高さ調整機構
４０ ＣＡＭ機器
５０ ＮＣ装置（制御装置）
６０ 加工プログラムデータベース
７０ 加工条件データベース
８０ アシストガス供給装置
Ｗ 板金

Claims (12)

1. レーザビームを射出するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器より射出されたレーザビームを開口より射出するノズルが先端に取り付けられた加工ヘッドと、
   前記加工ヘッドを被切断材料の面に沿って移動させる移動機構と、
   前記加工ヘッドの高さ方向の位置を調整する高さ調整機構と、
   前記開口より射出されるレーザビームを前記開口内で振動させるビーム振動機構と、
   前記レーザ発振器、前記移動機構、前記高さ調整機構、及び前記ビーム振動機構を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記被切断材料に前記開口の範囲に収まる丸穴を形成するとき、
   前記制御装置は、
   前記加工ヘッドを固定の位置とするよう前記移動機構を制御し、
   前記丸穴を形成する穴形成領域内の加工開始位置でレーザビームをオンするよう前記レーザ発振器を制御し、
   前記加工開始位置から前記穴形成領域の内周端部までレーザビームを円弧状に移動させて先端部が前記内周端部に連結する円弧状のアプローチを形成し、レーザビームを、前記アプローチの先端部でレーザビームが移動する方向に沿った方向で前記内周端部に沿うように移動させ、前記内周端部に沿って円形に移動させることにより、前記被切断材料に前記丸穴を形成するよう前記ビーム振動機構を制御し、
   前記加工開始位置でレーザビームの照射を開始する前記丸穴の加工開始から前記丸穴の形成が完了するまで、前記ノズルの先端と前記被切断材料の表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の固定の距離とするよう前記高さ調整機構を制御する
   レーザ加工機。
2. レーザビームを射出するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器より射出されたレーザビームを開口より射出するノズルが先端に取り付けられた加工ヘッドと、
   前記加工ヘッドを被切断材料の面に沿って移動させる移動機構と、
   前記加工ヘッドの高さ方向の位置を調整する高さ調整機構と、
   前記開口より射出されるレーザビームを前記開口内で振動させるビーム振動機構と、
   前記レーザ発振器、前記移動機構、前記高さ調整機構、及び前記ビーム振動機構を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記被切断材料に前記開口の範囲に収まる丸穴を形成するとき、
   前記制御装置は、
   前記加工ヘッドを固定の位置とするよう前記移動機構を制御し、
   前記丸穴を形成する穴形成領域内の加工開始位置でレーザビームをオンするよう前記レーザ発振器を制御し、
   前記加工開始位置から前記穴形成領域の内周端部までレーザビームを螺旋状に移動させて先端部が前記内周端部に連結する螺旋状のアプローチを形成し、レーザビームを、前記アプローチの先端部でレーザビームが移動する方向に沿った方向で前記内周端部に沿うように移動させ、前記内周端部に沿って円形に移動させることにより、前記被切断材料に前記丸穴を形成するよう前記ビーム振動機構を制御し、
   前記加工開始位置でレーザビームの照射を開始する前記丸穴の加工開始から前記丸穴の形成が完了するまで、前記ノズルの先端と前記被切断材料の表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の固定の距離とするよう前記高さ調整機構を制御する
   レーザ加工機。
3. 前記制御装置は、前記円弧状のアプローチとして、前記穴形成領域の半径を直径とする半円のアプローチを形成するよう前記ビーム振動機構を制御する請求項１に記載のレーザ加工機。
4. 前記制御装置は、前記アプローチにおける先端部が前記内周端部における接線の方向から前記内周端部と接続するよう前記ビーム振動機構を制御する請求項１または２に記載のレーザ加工機。
5. 前記制御装置は、前記加工開始位置で０を超える所定の時間、レーザビームを照射した後に、レーザビームを前記内周端部まで移動させるよう前記ビーム振動機構を制御する請求項１～３のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
6. 加工ヘッドを停止させた状態とし、
   前記加工ヘッドに取り付けられているノズルの先端と被切断材料の表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の固定の距離とし、
   前記ノズルの開口の範囲に収まる丸穴を形成する穴形成領域内の加工開始位置でレーザビームをオンして前記加工開始位置でレーザビームの照射を開始し、
   前記加工開始位置から前記穴形成領域の内周端部までレーザビームを円弧状に移動させて先端部が前記内周端部に連結する円弧状のアプローチを形成し、
   レーザビームを、前記アプローチの先端部でレーザビームが移動する方向に沿った方向で前記内周端部に沿うように移動させ、前記内周端部に沿って円形に移動させることにより、前記被切断材料に前記丸穴を形成する
   レーザ加工方法。
7. 加工ヘッドを停止させた状態とし、
   前記加工ヘッドに取り付けられているノズルの先端と被切断材料の表面との距離を１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の固定の距離とし、
   前記ノズルの開口の範囲に収まる丸穴を形成する穴形成領域内の加工開始位置でレーザビームをオンして前記加工開始位置でレーザビームの照射を開始し、
   前記加工開始位置から前記穴形成領域の内周端部までレーザビームを螺旋状に移動させて先端部が前記内周端部に連結する螺旋状のアプローチを形成し、
   レーザビームを、前記アプローチの先端部でレーザビームが移動する方向に沿った方向で前記内周端部に沿うように移動させ、前記内周端部に沿って円形に移動させることにより、前記被切断材料に前記丸穴を形成する
   レーザ加工方法。
8. 前記円弧状のアプローチとして、前記穴形成領域の半径を直径とする半円のアプローチを形成する請求項６に記載のレーザ加工方法。
9. 前記アプローチにおける先端部が前記内周端部における接線の方向から前記内周端部と接続するよう前記アプローチを形成する請求項６または７に記載のレーザ加工方法。
10. 前記加工開始位置で０を超える所定の時間、レーザビームを照射した後に、レーザビームを前記内周端部まで移動させる請求項６～８のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
11. コンピュータ機器が、
    それぞれ、オペレータによって設定されている
    加工ヘッドより射出されるレーザビームを被切断材料に照射して所定の形状の穴を形成するときに、前記加工ヘッドを停止させた状態として、前記加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口の範囲内で前記レーザビームを照射する前記被切断材料上の位置を移動させることによって前記穴を形成するヘッド固定穴加工を実行させることを有効とするか無効とするかを設定する第１の設定条件と、
    前記ヘッド固定穴加工を実行させることを有効とする対象の穴の形状を設定する第２の設定条件と、
    前記対象の穴の最小サイズと最大サイズとを設定する第３の設定条件と、
    前記被切断材料に形成しようとする前記対象の穴の全周端部に沿って、オンとした状態の前記レーザビームを移動させる周回時間を決定する係数を設定する第４の設定条件と、
    に従って、
    前記第１の設定条件によって前記ヘッド固定穴加工を実行させることが有効に設定され、前記被切断材料に形成しようとする特定の穴の形状が前記第２の設定条件によって設定されている前記ヘッド固定穴加工を実行させることを有効とする対象の穴の形状であり、前記特定の穴のサイズが前記第３の設定条件によって設定されている前記最小サイズ以上、前記最大サイズ以下であるとき、
    前記特定の穴を形成することを指令するコードに、
    前記特定の穴のサイズを規定する第１のアドレスワードと、
    前記ヘッド固定穴加工の実行を指令する第２のアドレスワードと、
    前記第４の設定条件で設定されている前記係数を示す第３のアドレスワードと、
    を、任意の順で連結させた１文を含むように加工プログラムを作成する
    加工プログラム作成方法。
12. レーザビームを射出する加工ヘッドを移動させることによって被切断材料に所定の形状の穴を形成することを指令するコードに、
    前記穴のサイズを規定する第１のアドレスワードと、
    前記加工ヘッドを停止させた状態として、前記加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口の範囲内で前記レーザビームを照射する前記被切断材料上の位置を移動させることによって前記穴を形成するヘッド固定穴加工を実行させること指令する第２のアドレスワードと、
    前記被切断材料に形成しようとする前記穴の全周端部に沿って、オンとした状態の前記レーザビームを移動させる周回時間を決定する係数を示す第３のアドレスワードとを、
    任意の順で連結させた１文を含むように加工プログラムを構成する加工プログラムの構成方法。

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