WO2019188155A1 - レーザ切断加工装置及びレーザ切断加工方法 - Google Patents

レーザ切断加工装置及びレーザ切断加工方法 Download PDF

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WO2019188155A1
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cutting
processing
workpiece
condition
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中川　龍幸
太志 堤
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a laser cutting processing apparatus and a laser cutting processing method.
  • Laser cutting has been widely performed to cut workpieces made of various materials and having different plate thicknesses.
  • the cutting speed and laser output are set in advance before actual processing is performed.
  • the cutting speed in this case is set, for example, by adjusting the work feed speed after fixing the position of the laser processing head.
  • the cutting direction that is, the feeding direction of the workpiece is changed at a bent portion or a corner portion, and therefore it is necessary to accelerate or decelerate the cutting speed in accordance with this direction change.
  • Patent Document 1 when a workpiece is machined along a machining path commanded by a machining program, an actual feed speed that is a relative machining speed between the workpiece and laser light is detected and detected.
  • a laser control method for obtaining a laser output condition corresponding to an actual feed speed is disclosed.
  • this laser control method in order to obtain a laser output condition corresponding to the actual feed speed, a processing condition table in which a plurality of different feed speeds and laser output conditions corresponding to individual feed speeds are associated is stored in the control device. is doing.
  • the present disclosure has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a laser cutting processing apparatus and a laser cutting processing method capable of easily setting cutting processing conditions.
  • a laser cutting processing apparatus irradiates a workpiece with laser light output from a laser oscillator via a transmission fiber and a laser processing head attached to the tip of a laser processing robot
  • a laser cutting processing device for cutting a workpiece comprising a control unit that controls the operation of a laser processing robot and a laser oscillator, the laser processing robot has a predetermined speed range that can be moved with a predetermined trajectory accuracy, Based on the speed range, the usable range of the workpiece cutting speed is set, and the storage unit provided in the control unit stores a plurality of processing condition tables related to the cutting processing conditions. Parameters associated with the workpiece material and plate thickness include laser oscillation frequency, laser output, and laser output duty.
  • the control unit selects the machining condition table from the plurality of machining condition tables stored in the storage unit so that the workpiece cutting speed and the laser output satisfy the predetermined conditions, and the selected machining condition table
  • the operation of the laser processing robot and the laser oscillator is controlled so that the workpiece is cut based on the above.
  • the machining condition table is selected from the previously obtained machining condition table group so as to satisfy the predetermined conditions required for the cutting speed and the laser output, it is easy to set the laser cutting machining conditions. Can be done.
  • a laser cutting processing method includes a laser processing head attached to a laser fiber output from a laser oscillator whose operation is controlled by a control unit and a laser processing robot whose operation is controlled by a control unit. Is a laser cutting processing method for irradiating a workpiece via a workpiece and cutting the workpiece, with a basic condition input step for receiving input of basic conditions at the time of laser cutting processing including the material and thickness of the workpiece, and a basic condition input step.
  • Cutting condition setting step for setting laser cutting machining conditions based on the machining condition table, and cutting for determining whether the workpiece cutting speed satisfies a predetermined condition in the machining conditions set in the machining condition setting step
  • a cutting step for controlling the operations of the laser processing robot and the laser oscillator so that the workpiece is cut and processed based on the determination result in the cutting speed determination step.
  • the laser cutting processing apparatus As described above, according to the laser cutting processing apparatus according to the present disclosure, it is possible to easily set the laser cutting processing conditions. Further, according to the laser cutting processing method according to the present disclosure, it is possible to simply set stable processing conditions with a wide operation margin and perform laser cutting processing of a workpiece.
  • index of a laser cutting process with respect to the inclination-angle of a laser processing head. 10 is a flowchart illustrating a laser cutting processing procedure according to a third embodiment of the present disclosure. It is a conceptual diagram which shows the preparation procedure of a subtable. It is a conceptual diagram which shows the preparation procedure of a navigation table. It is a conceptual diagram which shows the selection procedure of a navigation table.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a laser cutting apparatus 101 according to the present embodiment.
  • the laser cutting processing device 101 includes a laser oscillator 102, a laser processing robot 130, a controller 105, and a cutting processing condition setting device (teaching pendant) 106.
  • the laser processing robot 130 has a laser processing head 103 and a manipulator 104.
  • the laser oscillator 102 is connected to the laser processing head 103 by a transmission fiber 107.
  • the laser oscillator 102 oscillates the laser and outputs the oscillated laser beam 109 to the laser processing head 103 via the transmission fiber 107.
  • the laser processing head 103 emits the laser beam 109 transmitted by the transmission fiber 107 toward the workpiece 108. That is, the laser beam 109 is emitted from the tip of the laser processing head 103 to the workpiece 108.
  • the laser processing head 103 is provided with a connector for attaching the transmission fiber 107.
  • a condensing lens (not shown) for condensing the laser beam 109 transmitted from the transmission fiber 107 to a predetermined spot diameter and other optical system (not shown). Is arranged.
  • the manipulator 104 has a plurality of joint axes, and a motor (not shown) and an encoder (not shown) connected to a controller 105 described later are attached to each joint axis.
  • the laser processing robot 130 rotates a motor attached to each joint shaft of the manipulator 104 in accordance with a command from the controller 105 so that the laser processing head 103 attached to the tip of the laser processing robot 130 draws a desired locus.
  • the manipulator 104 may not be an articulated robot, and may be a parallel link type robot, for example.
  • the controller 105 is connected to the manipulator 104 and controls the operation of the manipulator 104.
  • the controller 105 is connected to a drive component (not shown) mounted on the laser processing head 103 and controls the operation of the laser processing head 103. That is, the controller 105 controls the operation of the laser processing robot 130.
  • the controller 105 is connected to the laser oscillator 102, and the oscillation output (hereinafter sometimes simply referred to as “laser output”), the oscillation frequency, the output duty of laser light (hereinafter simply referred to as “laser output”) in the laser oscillator 102. (Sometimes called "duty").
  • the controller 105 is connected to the cutting process condition setting device 106 and performs bidirectional data communication with the cutting process condition setting device 106.
  • the controller 105 sets a desired cutting processing condition according to the storage unit 110 in which a plurality of cutting processing conditions are stored in a table format, the processing condition table stored in the storage unit 110 and a predetermined input from the operator, And a calculation / processing unit 111 for calculating.
  • the storage unit 110 may be outside the controller 105.
  • the storage unit 110 may be on an external server, a storage medium, or the like.
  • the cutting processing condition setting device (teaching pendant) 106 has an input unit 112 for inputting predetermined data related to cutting processing, and a display unit for displaying cutting processing conditions and information from various sensors (not shown) at the time of cutting processing. 113.
  • the controller 105 and the cutting process condition setting device 106 may be integrated. That is, as long as data can be exchanged between the controller 105 and the cutting processing condition setting device 106, the mounting method is not limited. Further, a display unit may be connected to the controller 105 separately from the display unit 113.
  • the data input format in the input unit 112 is not particularly limited.
  • the data input format in the input unit 112 may be input from a keyboard, a touch panel, or the like, may be input by voice or the like, and may be an interface for sending data from the storage medium or an external server to the storage unit 110.
  • the cutting processing condition setting device 106 may be provided with a calculation / processing unit (not shown) different from the calculation / processing unit 111 so that predetermined calculation processing is executed in accordance with an input from the input unit 112. It may be. In that case, the calculation processing result can also be stored in the storage unit 110.
  • the controller 105 and the cutting processing condition setting device 106 may be collectively referred to as a “control unit 120”.
  • the maximum output of the laser oscillator 102 is set to 4 kW, but is not particularly limited to this, and can be appropriately changed depending on the type of the workpiece 108 and the like.
  • FIG. 2 is a flowchart of a data collection procedure for creating the machining condition table.
  • FIG. 3 is a diagram showing a range of a cutting speed and a laser output of a workpiece that can obtain a predetermined cut surface shape for different materials and plate thicknesses.
  • FIG. 4 is a diagram showing a range of a cutting speed and a laser output of a workpiece that can obtain a predetermined cut surface shape with respect to stainless steel having a plate thickness of 1 mm. 4 corresponds to the graph shown in the upper left of the plurality of graphs shown in FIG.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing changes in the cutting speed setting upper limit value with respect to the cutting locus.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of the storage state of the machining condition table in the storage unit 110.
  • a work 108 having a predetermined material and plate thickness is prepared.
  • an assist gas type at the time of laser cutting is set (step S21).
  • the cut shape of the workpiece is a linear shape, but it may be a circular shape described later. A shape that does not require switching of the cutting speed during cutting is preferred.
  • Processing condition group 1 (first processing condition group) is set as a processing condition for cutting the prepared workpiece 108 (step S22).
  • the processing condition group 1 includes, as parameters, the focal position of the laser beam 109, the distance between the workpiece 108 and the tip of the laser processing head 103, the assist gas pressure, and the discharge diameter of the assist gas. Moreover, although the flow volume of assist gas is also included, this is determined by the gas pressure and discharge diameter of assist gas.
  • the processing condition group 1 includes the type of the condenser lens inside the laser processing head 103 as a parameter.
  • the type of the condensing lens includes information such as the material and shape thereof, for example, whether it is a spherical lens or an aspheric lens.
  • machining condition group 2 (second machining condition group) is set (step S23).
  • the processing condition group 2 includes the laser oscillation frequency and laser output duty of the laser oscillator 102 as parameters.
  • the processing condition group 2 may include other conditions, such as the oscillation wavelength of the laser light 109.
  • the laser output duty is the ratio of the time during which the laser output is turned on to the time during which the laser output is turned off in the oscillation period.
  • These machining condition groups 2 are also stored in the storage unit 110 of the controller 105 in the same manner as the machining condition groups 1.
  • machining condition group 3 (third machining condition group) is set (step S24).
  • the processing condition group 3 includes cutting speed and laser output as parameters.
  • the cutting speed refers to a speed at which the workpiece 108 is cut by the laser beam 109 along a predetermined cutting direction.
  • the laser processing head along a predetermined cutting locus of the workpiece 108. This corresponds to the moving speed at which the tip of 103 moves. In other words, this corresponds to the moving speed at which the tip of the laser processing robot 130 moves along a predetermined cutting locus of the workpiece 108.
  • These machining condition groups 3 are also stored in the storage unit 110 of the controller 105 in the same manner as the machining condition groups 1 and 2.
  • an upper limit and a lower limit are provided for the moving speed.
  • the manipulator 104 is a parallel link robot or the like, an upper limit value of speed is provided for operation adjustment. There is also a finite lower speed limit for moving the tip of the laser processing robot 130.
  • the range between these upper and lower speed limits may be referred to as the “speed range” of the laser processing robot 130.
  • the cutting speed range of the workpiece 108 set based on the “speed range” may be referred to as “usable range”.
  • the “usable range” is a stable state in which, for example, the laser processing robot 130 can stably operate when moving with a predetermined trajectory accuracy along the shape of the workpiece 108 or a predetermined cutting trajectory.
  • the maximum speed included in the usable range may be referred to as “cutting maximum speed”.
  • a cutting test of the workpiece 108 is performed in a state where the processing condition groups 1 to 3 are set in steps S22 to S24 (step S25), and it is confirmed whether or not the cutting portion has a predetermined finish condition after the processing. (Step S26). In step S26, in particular, it is confirmed whether or not the cut surface of the workpiece 108 has a predetermined finish condition.
  • the finishing condition is mainly evaluated by the surface roughness of the cut surface and the presence or absence of dross described later.
  • the cut surface has irregularities of a predetermined height or more, or if dross adheres, it is considered defective, and the surface roughness of the cut surface is less than a predetermined value, or the dross is cut surface If it does not adhere to the surface, it is assumed to be a non-defective product.
  • step S27 it is determined whether or not the cutting speed and the effective range of the laser output are defined.
  • the “effective range” of the cutting speed and the laser output corresponds to a gray area in FIGS. When attention is paid only to the cutting speed, it may be referred to as “effective range of cutting speed”.
  • the effective range of cutting speed and laser output is defined as follows. That is, the laser processing robot 130 does not depend on the shape of the workpiece 108, in other words, for example, when processing a planar workpiece or the like.
  • the laser output of the laser oscillator 102 is changed within the range of the ideal speed that can be operated (speed range) and the maximum output (4 kW in this embodiment) within the range of the ideal speed that can be operated.
  • the cutting process is performed sequentially.
  • a range where the cut surface satisfies a predetermined finishing condition is defined as an effective range of the cutting speed and the laser output.
  • the effective range is determined according to the plate thickness of the workpiece 108.
  • the effective range is wider in the region where the cutting speed is higher. Become. Therefore, when the usable range of the cutting speed of the workpiece 108 based on the speed range that can be moved with a predetermined trajectory accuracy of the laser processing robot 130 is smaller than the effective range, for example, in the direction of the cutting speed axis.
  • Step S27 At least one of the laser oscillation frequency and the laser output duty in the pulse oscillation is changed. Then, Steps S24 to S26 are performed, and the effective range is adjusted so as to overlap the usable range of the workpiece cutting speed (below the maximum usable speed). The change of the laser output duty is applied when the workpiece 108 is a thin plate. This will be further described.
  • the laser oscillation in the laser oscillator 102 is switched from continuous oscillation to pulse oscillation so that the laser output duty is reduced and the amount of heat input to the workpiece 108 is reduced.
  • the laser output duty is preferably about 25% to 50%.
  • the workpiece 108 having a thickness of more than 0.5 mm and 2 mm or less is a thin plate
  • the workpiece 108 having a thickness of 2 mm and 4 mm or less is a middle plate
  • the workpiece 108 having a thickness of 4 mm or more and 6 mm or less is a thick plate.
  • the workpiece 108 having a plate thickness of 0.5 mm may be regarded as a thin plate
  • the workpiece 108 thicker than 6 mm may be regarded as a thick plate.
  • steps S24 to S27 are also performed on the workpieces 108 having different thicknesses, and it is determined whether or not the effective range is defined. If these are repeated and the effective range is defined (step S27: YES), the number of data necessary for the desired laser cutting process on the workpiece 108, that is, the necessary number of effective ranges is obtained (step S28). ).
  • step S30 an approximate expression of the laser output lower limit value with respect to the cutting speed is generated as the processing data (step S30).
  • the relationship between the cutting speed and the laser output used for generating the approximate expression will be described with reference to FIGS.
  • the lower boundary line that defines the effective range of the cutting speed and the laser output is approximated by, for example, a quadratic expression shown in Expression (1), and this approximate expression corresponds to machining data (see FIG. 8).
  • dross refers to a melt that melts when the workpiece 108 melts during laser cutting and adheres to the vicinity of the surface opposite to the side irradiated with the laser beam 109.
  • the upper speed limit (see FIG. 4) varies depending on the shape of the workpiece 108, the cutting locus, and the like. For example, if the workpiece 108 is a flat plate, the upper limit of the cutting speed is higher than when the workpiece 108 is in the shape of a pipe, and if the processing method is trimming, the cutting speed is higher than that of drilling. The upper limit is higher. Also, as shown in FIG. 5, when there are three types of cutting trajectories of the workpiece 108, ie, a circle, an oval, and a rectangle (rectangle), the upper limit value of the cutting speed increases in this order. That is, (the upper speed limit value in a circle)> (the upper speed limit value in an oval)> (the upper speed limit value in a rectangle).
  • the usable range of the cutting speed and the effective range of the cutting speed and the laser output need to overlap each other. This will be described in detail later.
  • the machining condition table is generated by combining the machining condition groups 1 to 3 and the data associated in step S29 with the machining data generated in step S30 and stored in the storage unit 110 (step S31). For example, as shown in FIG. 6, when the type of condensing lens, workpiece material and plate thickness, and assist gas type are set as basic conditions, processing condition groups 1 to 3 associated with the basic conditions are set. Are arranged in a table format and stored in the storage unit 110 as a processing condition table. Further, if the basic conditions are the same and the specifications of the laser cutting processing apparatus 101 are determined, the processing condition group 1 is often fixed.
  • the processing condition group 3 that is, the cutting speed and the laser output
  • the parameters of the processing condition groups 2 and 3 are related in a matrix format.
  • the approximate expression shown in Expression (1) associated with the cutting speed and the effective range of the laser output is also stored in the same processing condition table.
  • FIG. 6 shows an example in which a similar processing condition table is generated according to the type of the condensing lens among the basic conditions and stored in the storage unit 110 as a processing condition table group.
  • a set of machining condition tables arranged using the workpiece material as a cut surface may be generated, and these may be used as a machining condition table group.
  • the processing in steps S29 to S31 is executed by the calculation / processing unit 111 of the controller 105, and the processing result is stored in the storage unit 110.
  • FIG. 7 is a flowchart of the laser cutting processing procedure.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing a change in the overlapping state between the usable range of the cutting speed and the effective range of the cutting speed and the laser output by reviewing the processing conditions.
  • the flow of the entire laser cutting processing procedure will be described with reference to FIG. 7, and the details of the processing will be specifically described later with reference to FIG. 2 is collected by the procedure shown in FIG. 2, and the work condition table group is stored in the storage unit 110 of the controller 105 of the control unit 120.
  • the workpiece 108 is laser cut by the laser cutting processing procedure shown in FIG. It shall be processed.
  • step S71 basic condition input step
  • the basic condition includes teaching (or teaching) data of the cutting locus of the work 108 and the type of the condenser lens.
  • these input basic conditions are stored in the storage unit 110. In this case, temporary storage may be performed.
  • the calculation / processing unit 111 of the controller 105 of the control unit 120 collates the input basic conditions with the processing condition table group stored in the storage unit 110, and selects a processing condition table used at the time of laser cutting. (Step S72: Processing condition table selection step).
  • the calculation / processing unit 111 sets processing condition groups 1 to 3 based on the selected processing condition table. That is, the calculation / processing unit 111 stores the processing condition groups 1 to 3 in a predetermined area of the storage unit 110 (hereinafter also referred to as “working area”, which may be a temporary storage area) (step S73). : Machining condition setting step). The processing conditions are also set in steps S79 and S81, which will be described later. At this time, the corresponding information stored in the work area is rewritten with the newly set information.
  • Step S74 cutting speed determination step. In step S74, it may be determined only whether the set cutting speed is within the usable range (maximum usable speed range), or it is defined by the usable range, the cutting speed, and the laser output. It may be determined only whether the overlap with the effective range is equal to or greater than a predetermined range. The size of the predetermined range will be described later.
  • step S74 If the determination in step S74 is affirmative (step S74: YES), the calculation / processing unit 111 includes the values of the processing condition groups 2 and 3 set in step S73 as the recommended conditions. To 3 are determined (step S75: processing condition determination step). The calculation / processing unit 111 may display the contents of the determined machining condition groups 1 to 3 on the display unit 113.
  • the calculation / processing unit 111 controls the operations of the laser processing robot 130 and the laser oscillator 102 so that the workpiece 108 is cut and processed based on the determined processing condition groups 1 to 3 (step S76: cutting processing step). .
  • step S74 determines whether the laser oscillation frequency and the laser output duty is changed.
  • step S77 determines whether the laser oscillation frequency and the laser output duty is changed.
  • the arithmetic / processing unit 111 reselects the machining condition table based on the change result in step S77 (step S78: machining condition table reselection step including step S77).
  • step S79 cutting speed setting step.
  • an approximate expression stored in the reselected machining condition table in this case, an approximate expression of the laser output lower limit value with respect to the cutting speed, expressed by Expression (1), is extracted (step S80).
  • step S81 laser output setting step. This reason will be described later.
  • step S74 it is determined again whether or not the set cutting speed is within the usable range, or whether or not the overlap between the usable range and the effective range of the cutting speed and the laser output is a predetermined range or more (step). S74). This loop is repeated until the determination in step S74 becomes affirmative. However, when the change of the output duty or the like and the laser output setting based on the approximate expression are completed once, the process may proceed from step S81 to step S75.
  • steps S72 and S78 and the confirmation result in step S75 are displayed on the display unit 113 of the cutting process condition setting device 106 of the control unit 120.
  • a machining condition table in which the usable range of the cutting speed and the effective range of the cutting speed and the laser output do not overlap each other. For example, as shown in the upper left graph of FIG. 8, when a stainless steel thin plate is cut, the laser output duty is 100%, that is, the laser oscillator 102 is continuously oscillated. Then, the workpiece 108 cannot be cut along a predetermined cutting locus and in a state where the cut surface shape is kept good, and it is necessary to review the machining conditions.
  • the laser output duty is reduced, for example, 50%, so that the usable range of the cutting speed and the effective range of the cutting speed and the laser output overlap each other.
  • the usable range of the cutting speed is also obtained when the laser output duty is 100%.
  • the cutting speed and the effective range of the laser output overlap each other.
  • the usable range of the cutting speed and the effective range of the cutting speed and the laser output are in two ranges. The overlap is small. If this overlap is small, there may be a case where a good cut surface shape cannot be obtained due to variations in the operation of the laser processing robot 130 during laser cutting and variations in laser output.
  • the laser output duty is reduced to, for example, 50%, and the cutting speed and the effective range of the laser output are shifted to the lower speed side.
  • the influence of the process variation in the laser cutting processing apparatus 101 can be reduced, and laser cutting processing can be performed with a desired processing quality (see the lower center of FIG. 8 and the lower left graph).
  • the workpiece 108 is a sufficiently thick plate, as shown in the upper right graph of FIG. 8, the usable range of the cutting speed and the effective range of the cutting speed and the laser output overlap each other, and The overlap is large enough. Therefore, there is no need to change the laser output duty (see the graph on the lower right in FIG. 8).
  • the overlap between the cutting speed usage range and the cutting speed and the effective range of the laser output depends on the specifications required for laser cutting processing and the operation of the laser processing robot 130. It is determined as appropriate depending on the allowable range of speed variation and the allowable range of laser output variation. For example, when using a model with a large variation in operation speed as the laser processing robot 130, it is necessary to increase the predetermined range. In addition, when the output fluctuation of the laser oscillator 102 is kept low, the predetermined range can be made small.
  • step S81 the laser output at the maximum cutting speed in the approximate expression represented by the expression (1) is set to the laser output at the time of cutting, for the reason described below.
  • the laser beam 109 When laser cutting the workpiece 108, when the laser beam 109 reaches from the front surface to the back surface of the workpiece 108, the laser beam 109 leaks from the back surface of the workpiece 108. That is, the laser beam 109 is irradiated to the outside of the workpiece 108 through the workpiece 108.
  • the ratio of such leakage light increases, the ratio of reactive power that is not used for laser cutting processing increases, and the processing cost increases. Further, usually, measures are taken so that the leaked light that has passed through the workpiece 108 is not irradiated to surrounding equipment or workers even if it is reflected by a processing jig or the like installed on the back side of the workpiece 108.
  • the laser output at the time of laser cutting is as low as possible, and the lower boundary value of the cutting speed and the effective range of the laser output is set to the laser output to be used. It is preferable.
  • the effective range is demarcated by using the actual measurement values. Therefore, when it is desired to set the laser output between the actual measurement values, it is necessary to perform interpolation. In order to perform this interpolation easily, the laser output is set using the approximate expression shown in Expression (1).
  • the laser cutting processing apparatus 101 transmits the laser light 109 output from the laser oscillator 102 via the transmission fiber 107 and the laser processing head 103 attached to the tip of the laser processing robot 130. It is configured to irradiate the workpiece 108 and cut the workpiece 108.
  • the laser cutting processing apparatus 101 includes a control unit 120 that controls operations of the laser processing robot 130 and the laser oscillator 102.
  • the control unit 120 includes a controller 105 and a cutting processing condition setting device 106 connected thereto. And have.
  • the controller 105 sets and calculates a desired cutting processing condition according to a storage unit 110 that stores a plurality of processing condition tables related to the cutting processing conditions, a processing condition table stored in the storage unit 110, and a predetermined input from an operator. And an arithmetic / processing unit 111 for performing the above-described operation.
  • the cutting process condition setting device 106 includes an input unit 112 for inputting predetermined information related to the cutting process, and a display unit 113 for displaying the cutting process conditions and the like.
  • the laser processing robot 130 has a predetermined speed range in which it can move with a predetermined trajectory accuracy. Based on this speed range, the usable range of the cutting speed of the workpiece 108 in the laser cutting processing apparatus 101 is set. ing.
  • the processing condition table stored in the storage unit 110 of the controller 105 is such that the laser oscillation frequency, the laser output and the laser output duty, the usable range of the cutting speed, and the cut surface of the workpiece 108 satisfy predetermined finishing conditions.
  • the effective range defined by the cutting speed and the laser output set in (1) and the approximate expression related to the lower boundary of the effective range are at least included as values set in accordance with the material and thickness of the workpiece 108.
  • the control unit 120 selects a machining condition table from a plurality of machining condition tables stored in the storage unit 110 so that the cutting speed and the laser output satisfy predetermined conditions, and the workpiece is selected based on the selected machining condition table.
  • the operations of the laser processing robot 130 and the laser oscillator 102 are controlled so that 108 is cut.
  • the cutting speed and the laser output are predetermined conditions from the processing condition table group acquired in advance, that is, the cutting speed and the effective range of the laser output and the cutting speed.
  • the machining condition table is selected so as to satisfy the condition that the usable range of each other overlaps each other. Therefore, the laser cutting process conditions can be easily set.
  • the laser cutting processing device 101 when the overlap between the effective range included in the selected processing condition table and the usable range of the cutting speed is less than a predetermined range, the laser cutting processing device 101 has at least one of the laser oscillation frequency and the laser output duty. And the processing condition table is reselected so that the overlap between the ideal effective range of the cutting speed and the laser output and the usable range of the cutting speed is equal to or greater than a predetermined range. In other words, the laser cutting processing device 101 changes at least one of the laser oscillation frequency and the laser output duty and reselects the processing condition table.
  • the cutting speed is set to the maximum cutting speed that is the maximum value of the usable range
  • the laser output is set to a value at the cutting maximum speed in the approximate expression related to the lower boundary of the cutting speed and the effective range of the laser output.
  • the effective range and cutting speed can be used by repeating these changes, reselection, and setting until the overlap between the ideal effective range of the cutting speed and laser output and the usable range of the cutting speed exceeds the predetermined range.
  • the machining condition table can be reselected so that the overlap with the range is greater than or equal to the predetermined range.
  • the operation margin of the laser cutting processing apparatus 101 can be increased while maintaining the desired processing quality, and stable laser cutting processing can be performed.
  • the laser beam 109 output from the laser oscillator 102 whose operation is controlled by the control unit 120 is used to transmit the laser beam 109 and the laser processing robot 130 whose operation is controlled by the control unit 120.
  • a laser cutting method for irradiating a workpiece 108 via a laser processing head 103 attached to the tip of the workpiece 108 and cutting the workpiece 108 includes the following steps. That is, the laser cutting processing method according to the present embodiment includes a basic condition input step for receiving input of basic conditions at the time of laser cutting including the material and thickness of the workpiece 108, and the basic conditions input in the basic condition input step.
  • the processing condition table corresponding to the desired laser cutting processing is checked by collating with a processing condition table group including a plurality of processing condition tables stored in the storage unit 110 in the control unit 120 and having various parameters relating to laser cutting processing.
  • the machining condition table selection step to be selected the machining condition setting step for setting the machining conditions for laser cutting based on the machining condition table selected in the machining condition table selection step, and the machining conditions set in the machining condition setting step Whether the cutting speed of the workpiece 108 satisfies a predetermined condition, The cutting speed of the workpiece 108 is within a usable range set based on a speed range predetermined for the laser processing robot 130, or the cutting speed set so that the cut surface of the workpiece 108 satisfies a predetermined finishing condition.
  • a cutting speed determination step for determining whether or not the overlap between the effective range defined by the laser output and the usable range of the cutting speed is equal to or greater than a predetermined range, and the workpiece 108 based on the determination result in the cutting speed determination step.
  • a cutting process step for controlling the operations of the laser processing robot 130 and the laser oscillator 102 so as to be cut.
  • the basic conditions when basic conditions such as the material and thickness of the workpiece 108 are determined, the basic conditions are compared with a previously acquired processing condition table group to determine the cutting speed. Cutting is performed after determining whether or not the overlap between the predetermined range, that is, the effective range of the cutting speed and laser output, and the usable range of the cutting speed is equal to or greater than the predetermined range. Therefore, it is possible to simply set stable machining conditions with a wide operation margin and perform laser cutting of the workpiece 108.
  • the laser cutting processing method includes a processing condition table reselecting step for reselecting the processing condition table by changing either the laser oscillation frequency or the laser output duty, and the cutting speed within the usable range.
  • the approximate expression of the laser power lower limit value for the cutting speed stored in the cutting speed setting step that is set to the maximum cutting speed that is the maximum value and the cutting speed table that is reselected in the cutting condition table reselection step is extracted.
  • a laser output setting step for setting the laser output at the cutting maximum speed to the laser output at the time of cutting. If the determination in the cutting speed determination step is affirmative, the workpiece 108 is cut and processed based on the processing conditions set in the processing condition setting step in the cutting processing step.
  • the work is performed based on the cutting speed and laser output as the maximum usable speed set at the cutting speed setting step and the laser output setting step, respectively, at the cutting processing step. 108 is cut.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of an inclined state of the laser processing head 103 with respect to the cutting direction according to the present embodiment.
  • the tilt state of the laser processing head 103 with respect to the workpiece 108 may be changed.
  • the laser processing head 103 can take a plurality of tilted states, for example, a forward state, a backward state, and a straight surface state.
  • the forward state refers to a state in which the tip of the laser processing head 103 is positioned forward in the cutting direction of the workpiece 108 with respect to the rear end, as shown in the upper left diagram of FIG.
  • the forward state is a state in which the optical axis of the laser beam 109 emitted from the laser processing head 103 is inclined by the inclination angle + ⁇ from the vertical direction with respect to the surface of the workpiece 108.
  • the retracted state refers to a state in which the tip of the laser processing head 103 is positioned rearward along the cutting direction of the workpiece 108 from the rear end, as shown in the upper right diagram of FIG. That is, the retracted state refers to a state in which the optical axis of the laser beam 109 emitted from the laser processing head 103 is inclined by an inclination angle ⁇ from the vertical direction with respect to the surface of the workpiece 108.
  • the perpendicular state means a state in which the optical axis of the laser beam 109 emitted from the laser processing head 103 is perpendicular to the surface of the workpiece 108, as shown in the upper diagram in the center of FIG. Note that the inclination angle ⁇ of the laser processing head 103 is a positive direction in the forward state and a negative direction in the reverse state, based on the straightness state.
  • the laser processing head 103 can also be tilted in the direction intersecting the cutting direction of the workpiece 108 (side tilt).
  • the inclined state of the laser processing head 103 is preferably a forward state. This point will be described later.
  • the laser processing head 103 when the laser processing head 103 is tilted, if the tilt angle ⁇ is too large even if the laser processing head 103 is in the forward state, or if the laser processing head 103 is in the retracted state, the cut surface of the workpiece 108 is The finished state of may deteriorate.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a change in the processing quality index of the laser cutting processing with respect to the tilt angle of the laser processing head 103.
  • FIG. 10 shows a state in which the laser machining head 103 has no side inclination, that is, a case where the side inclination angle ⁇ s shown in the lower diagram of FIG. 9 is 0 °.
  • the workpiece 108 is cut.
  • the laser processing head 103 is further tilted so that the surface shape is improved and the straight surface state tilt angle ⁇ is 0 ° to the forward state (tilt angle + ⁇ ), in this case, the range is 0 ° to 30 °.
  • the cut surface shape becomes the best at a predetermined inclination angle.
  • the inclination angle ⁇ is further increased in the positive direction, the cut surface shape starts to deteriorate again.
  • the material and plate thickness of the workpiece 108 and the laser machining head in the machining condition table 103 is associated with the inclination angle.
  • the tilt angle ⁇ of the laser processing head 103 is also one of the important processing conditions in laser cutting, and the tilt angle ⁇ of the laser processing head 103 is set as a processing condition table as one of the basic conditions shown in FIG. By associating with these various parameters, it is possible to more easily set conditions for laser cutting of the workpiece 108.
  • the laser processing head 103 is cut in a forward state, that is, in a state where the tip of the laser processing head 103 is positioned forward along the cutting direction of the workpiece 108 from the rear end.
  • the inclination angle ⁇ of the laser processing head 103 is preferably in the range of 0 ° to 30 °.
  • a thin plate in which molten metal during laser processing is easily discharged in the laser irradiation direction is more preferably laser processing in this forward state.
  • the side inclination angle ⁇ s of the laser processing head 103 is preferably 0 °.
  • the allowable range of operation variation of the laser processing robot 130, the allowable range of mounting variation of the laser processing head 103, and the processing jig In consideration of the permissible range of variation in the installation of the workpiece 108, it may be within ⁇ several degrees.
  • FIG. 11 is a flowchart of the laser cutting processing procedure according to the present embodiment.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram of a sub-table creation procedure
  • FIG. 13 is a conceptual diagram of a navigation table creation procedure
  • FIG. 14 is a conceptual diagram of a navigation table selection procedure.
  • the laser cutting processing conditions are set mainly based on the speed range of the laser processing robot 130, that is, the usable range of the cutting speed, and the effective range defined by the cutting speed and the laser output.
  • the effective range is determined mainly based on the cut surface shape of the workpiece 108.
  • processing tact processing time
  • electric energy used during processing and the like
  • the basic conditions that is, the material and thickness of the workpiece 108 to be machined, the assist gas type, the teaching (or teaching) data of the cutting locus of the workpiece 108, the tilt angle of the laser machining head 103, and the like are input. That is, the cutting process condition setting device 106 of the control unit 120 accepts input of these basic conditions via the input unit 112 (step S111: basic condition input step).
  • the basic condition includes the type of the condenser lens.
  • these input basic conditions are stored in the storage unit 110 of the controller 105. In this case, temporary storage may be performed.
  • the calculation / processing unit 111 of the controller 105 of the control unit 120 collates the basic conditions between adjacent teaching points of the cutting locus with the machining condition table group stored in the storage unit 110, and determines the cutting speed between the teaching points.
  • a plurality of processing condition tables (processing condition table group) in which the laser output is changed are selected (step S112: processing condition table selection step).
  • the cutting speed and the laser output are set according to the flowchart shown in FIG. 7, but in this embodiment, the usable range of the cutting speed, the cutting speed,
  • the overlap of the laser output with the effective range need not be greater than or equal to a predetermined range. Further, it is not necessary to use the laser output at the maximum cutting speed in the approximate expression represented by Expression (1). For example, if the laser output is within the effective range, a laser output value larger than the approximate expression may be used. Further, the amount of change and the number of data for changing the cutting speed and the laser output can be determined as appropriate, and can be changed as necessary.
  • the calculation / processing unit 111 creates a sub-table shown in FIG. Specifically, for each machining condition table selected in step S112, the calculation / processing unit 111 calculates the machining time between the corresponding teaching points and the power used during machining (hereinafter referred to as “power during machining”). calculate. Then, the calculation / processing unit 111 creates a subtable by associating the calculated values with the corresponding processing condition table (step S113: subtable creation step). As shown in FIG. 12, a sub-table is created for each table in the processing condition table group selected in step S112, and the plurality of sub-tables are grouped as a sub-table group for each teaching point. .
  • the calculation / processing unit 111 creates a navigation table shown in FIG. Specifically, the calculation / processing unit 111 selects one subtable from the subtable group for each teaching point created in step S112. Then, the calculation / processing unit 111 performs processing time (hereinafter referred to as “total time during processing”) and power during processing (hereinafter referred to as “total power during processing”) for the selected combination of sub-tables. "). Further, the arithmetic / processing unit 111 creates one navigation table by editing the combination of the selected sub-tables (step S114: navigation table creation step).
  • the arithmetic / processing unit 111 prepares a plurality of combinations of sub-tables by changing a sub-table selected from the sub-table group for each teaching point, and creates a navigation table for each. In this way, a navigation table group is created. Note that a method of selecting a subtable from a subtable group for each teaching point is appropriately determined and can be changed as necessary. Further, the number of navigation tables in the navigation table group is preferably set to a number that can be selected by the operator in step S116 described later, for example, about 3 to 5. It should be noted that a set of values having different total machining times may be prepared and a navigation table may be created for them.
  • a set of values having different total power during processing may be prepared, and a navigation table may be prepared for these. You may make it create.
  • a set of different values for the total machining time and the total machining power may be prepared, and a navigation table may be created for these.
  • FIG. 13 shows a cutting locus having three teaching points (teaching point No. 0, teaching point No. 1, teaching point No. 2) including a cutting processing start point (teaching point No. 0). .
  • Sub-table no. 11 is No. 1 to No.
  • Sub-table no. 21 is selected and the navigation table No. 21 is selected.
  • 11 shows an example of creating. Navigation table No. 11, teaching point no. 0 to No. No. 1 and No. 1 1 to No.
  • the shape of the workpiece 108 is different from that up to 2, and correspondingly, the inclination angle ⁇ of the laser processing head 103 is set to 0 ° in the former and + 20 ° in the latter.
  • the confirmation result of the cut surface shape of the workpiece 108 may be extracted from the machining condition table used to create the navigation table and added to the navigation table.
  • the calculation / processing unit 111 calculates the data in the navigation table, that is, initial conditions, machining condition groups 1 to 3, total machining time, total machining power, etc. It displays on the display part 113 (step S115). If necessary, the confirmation result of the cut surface shape of the workpiece 108 is also displayed. However, it is not necessary to display all the data, and the type of data to be displayed is determined as appropriate, and can be changed as necessary.
  • the display format on the display unit 113 is arbitrary, for example, as shown in FIGS. 3 and 4, if the cutting speed, the laser output, and the confirmation result of the cut surface shape are simultaneously graphed and displayed, the operator It will be easy to understand.
  • step S115 the operator selects a navigation table that conforms to the specifications related to the cutting processing of the workpiece 108, and the processing conditions that are actually used are determined. That is, the cutting process condition setting device 106 receives selection of the navigation table via the input unit 112 (step S116: navigation table selection step).
  • the arithmetic / processing unit 111 controls the operations of the laser processing robot 130 and the laser oscillator 102 so that the workpiece 108 is cut and processed based on the determined processing conditions (step S117: cutting processing step).
  • Step S116 will be further described using a specific example of FIG.
  • an operator inputs desired conditions via the input unit 112 (see “1. Operator desired conditions”).
  • desired conditions In this example, the cut surface shape, total machining time, and total machining power are input.
  • the specifications required for the cut surface shape are good (G: Good) or good (NG: No Good) over the entire cutting trajectory (F: Fair), and the total time during processing and the total power during processing Has entered each desired range.
  • G Good
  • NG No Good
  • F Fair
  • the cut surface shape is only good, and if there is a part that linearly cuts a thick plate that prioritizes the cutting speed, it will be between the corresponding teaching points. It is assumed that the cut surface shape may be Fair.
  • the calculation / processing unit 111 of the controller 105 selects a plurality of corresponding navigation table candidates, and the contents are displayed on the display unit 113 (see “2. Usable Navigation Table Candidate Display”). .
  • three candidates No. 11, 13, 17 are displayed.
  • An operator selects a navigation table from these candidates (see “3. Navigation table No. selection”).
  • no. 13 navigation tables are selected, and by this selection, the processing conditions for laser cutting are determined, and cutting is performed according to the determined processing conditions.
  • the following steps are modified or added to the laser cutting methods shown in the first and second embodiments.
  • the machining condition table selection step step S72 in FIG. 7
  • the basic conditions and the machining condition table group for laser cutting between two adjacent teaching points in the entire cutting locus of the workpiece 108 are set.
  • a plurality of processing condition table combinations corresponding to desired laser cutting processing are selected (step S112 in FIG. 11).
  • a sub-table creating step for creating a sub-table by associating a machining time and a power at the time of machining when cutting between the two teaching points in the machining condition table
  • a navigation table creation step for creating a plurality of navigation tables by associating each combination with the total machining time and the total machining power accumulated over the entire cutting trajectory, and a desired laser cutting machining
  • a navigation table selection step for selecting a navigation table to be used for the laser cutting process from a plurality of navigation tables according to the specifications is further included.
  • the workpiece 108 is cut and processed based on the processing conditions included in the navigation table selected in the navigation table selection step (step S117 in FIG. 11).
  • the laser cutting processing conditions can be easily set as in the methods shown in the first and second embodiments.
  • the operation margin of the laser cutting processing apparatus 101 can be increased and stable laser cutting processing can be performed.
  • the laser cutting processing method it is necessary to perform laser cutting processing of the workpiece 108 with emphasis on items other than the cut surface shape, for example, the total processing time and the total power consumption during processing.
  • the operator himself can easily select a desired table from the plurality of navigation tables stored in the storage unit 110 and set the processing conditions.
  • the navigation table to be used is selected based on at least one of the total processing time, the total power during processing, and the confirmation result of the cut surface shape of the workpiece 108.
  • the navigation table may be selected so as to satisfy the plurality of required specifications.
  • the basic condition is confirmed between adjacent teaching points of the cutting locus, the machining condition table is confirmed, and the sub-table is created.
  • the above steps may be performed between two teaching points that are spaced apart.
  • the calculation / processing unit 111 or the combination of the calculation / processing unit 111 and an external server (not shown) connected thereto has a learning function, sufficient learning experience is given to the calculation / processing unit 111 in advance. By doing so, it is possible to select the processing condition table combination in step S112 and the sub-table combination in step S114 in a short time and with high accuracy.
  • step S116 the navigation table used by the operator is selected.
  • the navigation table may be selected by calculation processing in the calculation / processing unit 111.
  • the navigation table to be used can be selected in a short time and with high accuracy.
  • the laser cutting processing apparatus and laser cutting processing method according to the present disclosure are industrially useful because the processing conditions can be easily set.

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Abstract

レーザ切断加工装置（１０１）は、レーザ加工ロボット（１３０）及びレーザ発振器（１０２）の動作を制御する制御部（１２０）を備える。制御部（１２０）の記憶部（１１０）には加工条件テーブルが複数保存され、各テーブルには、レーザ出力及びそのデューティーと、レーザ加工ロボット（１３０）が所定の軌跡精度で移動可能である既定の速度範囲に基づいて設定されたワーク（１０８）の切断速度の使用可能範囲と、ワーク（１０８）の切断面が所定の仕上がり条件を満たすように設定された切断速度及びレーザ出力の有効範囲とが保存されている。制御部（１２０）は、複数の加工条件テーブルから、切断速度とレーザ出力とが所定の条件を満たすようにテーブルを選択し、選択されたテーブルに基づいてワーク（１０８）の切断加工を制御する。

Description

レーザ切断加工装置及びレーザ切断加工方法
　本開示は、レーザ切断加工装置及びレーザ切断加工方法に関する。
　種々の材質からなり、また異なる板厚を有するワークを切断するために、レーザ切断加工が広く行われてきている。このレーザ切断加工では、切断速度やレーザ出力を予め設定してから実際の加工を行う。この場合の切断速度は、例えば、レーザ加工ヘッドの位置を固定した上でワークの送り速度を調整することで設定される。しかし、実際のワークでは屈曲部分やコーナー部において切断方向、つまり、ワークの送り方向が変更されるため、この方向変更に応じて切断速度を加速または減速する必要がある。
　そこで、例えば、特許文献１には、ワークを加工プログラムにより指令された加工経路に沿って加工する際に、ワークとレーザ光との相対的加工速度である実送り速度を検出して、検出した実送り速度に対応するレーザ出力条件を求めるレーザ制御方法が開示されている。このレーザ制御方法では、実送り速度に対応するレーザ出力条件を求めるために、互いに異なる複数の送り速度と、個々の送り速度に対応するレーザ出力条件とを関連付けた加工条件テーブルを制御装置に記憶している。
特開２００７－２０３３４６号公報
　ところで、近年、複雑な形状のワークを切断加工するために、レーザ加工ヘッドがマニピュレータの先端に接続されたレーザ加工ロボットを用いたレーザ切断加工方法が多く用いられてきている。この方法では、ワークが静止固定された状態で、レーザ加工ロボットを動かして、所定の軌跡上にレーザ光を照射し、ワークを切断する場合が多い。
　しかし、例えば、表面の一部に凹凸を有する形状のワークを切断加工する場合、凹凸部分でレーザ加工ヘッドの傾斜角をワークの表面形状に対応させて大きく変化させる必要がある。このような場合、レーザ加工ロボットの複数の駆動軸を協働して動作させるため、レーザ加工ヘッドの移動軌跡が所定の軌跡よりもぶれやすくなる。従って、レーザ加工ヘッドを低速で移動させる必要がある。一方、平坦な表面においては、切断加工時間を短縮させるため、レーザ加工ヘッドは高速で移動させるのが好ましい。このように、切断軌跡上での教示点毎にレーザ加工ヘッドの移動速度設定を変更する場合のように、変更の頻度が多い場合、この変更に付随してその他の加工条件を変更する必要が生じ、加工条件の設定が煩雑なものとなる。
　そこで、本開示はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は、切断加工条件を簡便に設定可能なレーザ切断加工装置及びレーザ切断加工方法を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本開示に係るレーザ切断加工装置は、レーザ発振器から出力されたレーザ光を伝送ファイバ及びレーザ加工ロボットの先端に取付けられたレーザ加工ヘッドを介してワークに照射し、ワークを切断するレーザ切断加工装置であって、レーザ加工ロボット及びレーザ発振器の動作を制御する制御部を備え、レーザ加工ロボットには、所定の軌跡精度で移動可能である速度範囲が予め定められ、速度範囲に基づいて、ワークの切断速度の使用可能範囲が設定されており、制御部に設けられた記憶部には、切断加工条件に関する加工条件テーブルが複数保存されており、加工条件テーブルは、ワークの材質及び板厚に関連付けられたパラメータとして、レーザ発振周波数と、レーザ出力と、レーザ出力デューティーと、切断速度の使用可能範囲と、ワークの切断面が所定の仕上がり条件を満たすように設定された切断速度及びレーザ出力で画定される有効範囲と、有効範囲の下側境界に関する近似式とを、少なくとも含み、制御部は、記憶部に保存された複数の加工条件テーブルの中から、ワークの切断速度とレーザ出力が所定の条件を満たすように加工条件テーブルを選択し、選択された加工条件テーブルに基づいてワークが切断加工されるようレーザ加工ロボット及びレーザ発振器の動作を制御することを特徴とする。
　この構成によれば、予め取得された加工条件テーブル群の中から、切断速度及びレーザ出力に求められる所定の条件を満たすように加工条件テーブルを選択するため、レーザの切断加工条件の設定を簡便に行うことができる。
　本開示に係るレーザ切断加工方法は、制御部によって動作が制御されるレーザ発振器から出力されたレーザ光を伝送ファイバ及び制御部によって動作が制御されるレーザ加工ロボットの先端に取付けられたレーザ加工ヘッドを介してワークに照射し、ワークを切断するレーザ切断加工方法であって、ワークの材質及び板厚を含むレーザ切断加工時の基本条件の入力を受け付ける基本条件入力ステップと、基本条件入力ステップで入力された基本条件と、制御部内の記憶部に保存され、レーザ切断加工に関する各種パラメータを有する加工条件テーブルを複数含んでなる加工条件テーブル群とを照合し、所望のレーザ切断加工に対応する加工条件テーブルを選択する加工条件テーブル選択ステップと、加工条件テーブル選択ステップで選択された加工条件テーブルに基づいてレーザ切断加工の加工条件を設定する加工条件設定ステップと、加工条件設定ステップで設定された加工条件において、ワークの切断速度が所定の条件を満たすかどうかを判断する切断速度判断ステップと、切断速度判断ステップでの判断結果に基づいてワークが切断加工されるようレーザ加工ロボット及びレーザ発振器の動作を制御する切断加工ステップと、を有することを特徴とする。
　この方法によれば、ワークの材質や板厚等の基本条件と予め取得された加工条件テーブル群とを照合して、切断速度に求められる所定の条件に基づいて切断加工を行う。そのため、動作マージンの広い安定した加工条件を簡便に設定して、ワークのレーザ切断加工を行うことができる。
　以上説明したように、本開示に係るレーザ切断加工装置によれば、レーザの切断加工条件の設定を簡便に行うことができる。また、本開示に係るレーザ切断加工方法によれば、動作マージンの広い安定した加工条件を簡便に設定して、ワークのレーザ切断加工を行うことができる。
本開示の実施形態１に係るレーザ切断加工装置の構成を示す模式図である。 加工条件テーブル作成のためのデータ収集手順を示すフローチャートである。 異なる材質及び板厚に対して所定の切断面形状が得られるワークの切断速度とレーザ出力との範囲を示す図である。 板厚１ｍｍのステンレス鋼に対して所定の切断面形状が得られるワークの切断速度とレーザ出力との範囲を示す図である。 切断軌跡に対する切断速度設定上限値の変化を示す概念図である。 記憶部における加工条件テーブルの格納状態を示す概念図である。 レーザ切断加工手順を示すフローチャートである。 加工条件の見直しによる、切断速度の使用可能範囲と切断速度及びレーザ出力の有効範囲との重なり具合の変化を示す概念図である。 本開示の実施形態２に係る切断方向に対するレーザ加工ヘッドの傾斜状態を示す模式図である。 レーザ加工ヘッドの傾斜角度に対するレーザ切断加工の加工品質指標の変化を示す模式図である。 本開示の実施形態３に係るレーザ切断加工手順を示すフローチャートである。 サブテーブルの作成手順を示す概念図である。 ナビゲーションテーブルの作成手順を示す概念図である。 ナビゲーションテーブルの選択手順を示す概念図である。
　以下、本実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
　（実施形態１）
　［レーザ切断加工装置の構成］
　図１は、本実施形態に係るレーザ切断加工装置１０１の構成を示す模式図である。図１に示すように、レーザ切断加工装置１０１は、レーザ発振器１０２と、レーザ加工ロボット１３０と、コントローラ１０５と、切断加工条件設定装置（ティーチングペンダント）１０６とを備える。レーザ加工ロボット１３０は、レーザ加工ヘッド１０３とマニピュレータ１０４とを有している。
　レーザ発振器１０２は、伝送ファイバ１０７によってレーザ加工ヘッド１０３と接続されている。レーザ発振器１０２はレーザを発振し、発振したレーザ光１０９を、伝送ファイバ１０７を介してレーザ加工ヘッド１０３へ出力する。
　レーザ加工ヘッド１０３は、伝送ファイバ１０７により伝送されたレーザ光１０９をワーク１０８に向けて出射する。すなわち、レーザ光１０９がレーザ加工ヘッド１０３の先端からワーク１０８に出射される。図示しないが、レーザ加工ヘッド１０３には、伝送ファイバ１０７を取付けるためのコネクタが設けられている。また、レーザ加工ヘッド１０３の内部には、伝送ファイバ１０７から伝送されたレーザ光１０９を所定のスポット径に集光するための集光レンズ（図示せず）及びその他の光学系（図示せず）が配設されている。
　マニピュレータ１０４は複数の関節軸を有しており、各関節軸には、後述するコントローラ１０５に接続されたモータ（図示せず）及びエンコーダ（図示せず）が取付けられている。レーザ加工ロボット１３０は、コントローラ１０５からの指令に従って、マニピュレータ１０４の各関節軸に取付けられたモータを回転させ、レーザ加工ロボット１３０の先端に取り付けられたレーザ加工ヘッド１０３を所望の軌跡を描くように移動させる。なお、マニピュレータ１０４は、多関節ロボットでなくてもよく、例えば、パラレルリンクタイプのロボット等であってもよい。
　コントローラ１０５は、マニピュレータ１０４に接続され、マニピュレータ１０４の動作を制御する。また、コントローラ１０５はレーザ加工ヘッド１０３に装着された駆動部品（図示せず）に接続され、レーザ加工ヘッド１０３の動作を制御する。つまり、コントローラ１０５は、レーザ加工ロボット１３０の動作を制御する。また、コントローラ１０５は、レーザ発振器１０２と接続され、レーザ発振器１０２における、発振出力（以下、単に「レーザ出力」と呼ぶことがある）や発振周波数やレーザ光の出力デューティー（以下、単に「レーザ出力デューティー」と呼ぶことがある。）を制御する。また、コントローラ１０５は、切断加工条件設定装置１０６に接続され、切断加工条件設定装置１０６と双方向でデータ通信を行う。コントローラ１０５は、複数の切断加工条件がテーブル形式で保存された記憶部１１０と、記憶部１１０に保存された加工条件テーブルと作業者からの所定の入力とに従って、所望の切断加工条件を設定、演算する演算・処理部１１１とを有する。なお、記憶部１１０は、コントローラ１０５の外部にあってもよい。例えば、コントローラ１０５と有線または無線で双方向にデータ通信を行う場合は、記憶部１１０は、外部サーバー上にあってもよいし、記憶媒体等であってもよい。
　切断加工条件設定装置（ティーチングペンダント）１０６は、切断加工に関する所定のデータを入力する入力部１１２と、切断加工条件や切断加工時の各種センサ（図示せず）からの情報等を表示する表示部１１３とを有する。なお、コントローラ１０５と切断加工条件設定装置１０６とは一体であってもよい。すなわち、コントローラ１０５と切断加工条件設定装置１０６との間でデータのやり取りができれば、その実装方法は問わない。また、表示部１１３とは別にコントローラ１０５に表示部が接続されるようにしてもよい。また、入力部１１２におけるデータ入力形式は特に限定されない。すなわち、入力部１１２におけるデータ入力形式は、キーボードやタッチパネル等からの入力であってもよいし、音声等による入力でもよし、記憶媒体や外部サーバーから記憶部１１０にデータを送る際のインターフェース等であってもよい。また、切断加工条件設定装置１０６に、演算・処理部１１１とは別の演算・処理部（図示せず）が設けられてもよく、入力部１１２からの入力に従って所定の演算処理を実行させるようにしてもよい。その場合、当該演算処理結果を記憶部１１０に記憶させることもできる。なお、以降の説明において、コントローラ１０５と切断加工条件設定装置１０６とをあわせて、「制御部１２０」と呼ぶことがある。また、本実施形態において、レーザ発振器１０２の最大出力は４ｋＷに設定されているが、特にこれに限定されず、ワーク１０８の種類等によって適宜変更されうる。
　［加工条件テーブル作成手順］
　図２は、加工条件テーブル作成のためのデータ収集手順のフローチャートである。また、図３は、異なる材質及び板厚に対して所定の切断面形状が得られるワークの切断速度とレーザ出力との範囲を示す図である。また、図４は、板厚１ｍｍのステンレス鋼に対して所定の切断面形状が得られるワークの切断速度とレーザ出力との範囲を示す図である。なお、図４は、図３に示す複数のグラフのうち、左上に示すグラフに対応している。
　また、図５は、切断軌跡に対する切断速度設定上限値の変化を示す概念図である。図６は、記憶部１１０における加工条件テーブルの格納状態の概念図である。まず、レーザ切断加工に用いる加工条件テーブル作成のためのデータ収集手順について図２を用いて説明する。
　所定の材質及び板厚を有するワーク１０８を準備する。またレーザ切断加工時のアシストガス種を設定する（ステップＳ２１）。なお、データ収集時において、ワークの切断形状は直線状としているが、後述する円形形状等であってもよい。切断加工中に切断速度を切り替える必要の無い形状が好ましい。
　準備されたワーク１０８を切断するための加工条件として、加工条件群１（第１加工条件群）を設定する（ステップＳ２２）。加工条件群１には、パラメータとして、レーザ光１０９の焦点位置やワーク１０８とレーザ加工ヘッド１０３の先端との間の距離やアシストガス圧やアシストガスの吐出径が含まれる。また、アシストガスの流量も含まれるが、これはアシストガスのガス圧及び吐出径によって決定される。さらに、加工条件群１には、パラメータとして、レーザ加工ヘッド１０３内部の集光レンズの種別も含まれる。なお、集光レンズの種別には、その材質や形状等、例えば、球面レンズか非球面レンズか等の情報も含まれる。これら加工条件群１は、入力部１１２を介して切断加工条件設定装置１０６からコントローラ１０５の記憶部１１０に保存される。
　次に、加工条件群２（第２加工条件群）を設定する（ステップＳ２３）。加工条件群２には、パラメータとして、レーザ発振器１０２のレーザ発振周波数及びレーザ出力デューティーが含まれる。なお、加工条件群２には、他の条件、例えば、レーザ光１０９の発振波長等が含まれていてもよい。また、レーザ出力デューティーとは、発振周期におけるレーザ出力がオンとなる時間とオフとなる時間の比をいう。これら加工条件群２も加工条件群１と同様にコントローラ１０５の記憶部１１０に保存される。
　さらに、加工条件群３（第３加工条件群）を設定する（ステップＳ２４）。加工条件群３には、パラメータとして、切断速度及びレーザ出力が含まれる。なお、切断速度とは、所定の切断方向に沿って、ワーク１０８がレーザ光１０９によって切断される速度のことをいい、本実施形態においては、ワーク１０８の所定の切断軌跡に沿ってレーザ加工ヘッド１０３の先端が移動する移動速度に相当する。言いかえると、ワーク１０８の所定の切断軌跡に沿ってレーザ加工ロボット１３０の先端が移動する移動速度に相当する。これら加工条件群３も加工条件群１，２と同様にコントローラ１０５の記憶部１１０に保存される。
　なお、後述するように、レーザ加工ロボット１３０の先端をワーク１０８の外観等の形状または所定の切断軌跡に沿って所定の軌跡精度で移動させる場合、その移動速度には上限及び下限が設けられる。これは、レーザ加工ロボット１３０において、その先端を移動させるには、レーザ加工ロボット１３０の加工姿勢も考慮し、マニピュレータ１０４の複数の関節軸を協働して動作させる必要があり、これらの動作を調整するために速度の上限値を設ける必要があるからである。また、マニピュレータ１０４がパラレルリンクロボット等である場合にも同様に、動作調整のために速度の上限値が設けられる。また、レーザ加工ロボット１３０の先端を移動させるために、有限の速度下限値も存在する。以降の説明において、これら速度上限値及び下限値の間を、レーザ加工ロボット１３０の「速度範囲」と呼ぶことがある。また、この「速度範囲」に基づいて設定されたワーク１０８の切断速度の範囲を「使用可能範囲」と呼ぶことがある。なお、言い換えると、「使用可能範囲」は、ワーク１０８の形状または所定の切断軌跡に沿って所定の軌跡精度で移動させる場合における、レーザ加工ロボット１３０が安定して動作出来るなどの、安定して使用可能な速度範囲である。また、この使用可能範囲に含まれる最大速度を「切断最大速度」と呼ぶことがある。
　ステップＳ２２～Ｓ２４により、加工条件群１～３が設定された状態で、ワーク１０８の切断加工試験を実施し（ステップＳ２５）、加工後に切断部が所定の仕上がり条件になっているかどうかを確認する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６においては、特に、ワーク１０８の切断面が所定の仕上がり条件になっているかどうかを確認する。仕上がり条件は主に、切断面の表面粗さと後述するドロスの有無とで評価される。例えば、切断面に所定の高さ以上の凹凸が形成されていたり、ドロスが付着したりしていれば不良であるとし、切断面の表面粗さが所定値以下であったり、ドロスが切断面に付着していなかったりすれば良品であるとする。
　次に、切断速度及びレーザ出力の有効範囲が画定されたかどうかを判断する（ステップＳ２７）。ステップＳ２４～Ｓ２７を順次繰返すことにより、切断速度及びレーザ出力の有効範囲を画定して行く。なお、切断速度及びレーザ出力の「有効範囲」とは、図３，４における灰色で示された領域に相当する。また、切断速度のみに着目する場合は、「切断速度の有効範囲」と呼ぶことがある。
　切断速度及びレーザ出力の有効範囲は、以下のようにして画定される。すなわち、レーザ加工ロボット１３０がワーク１０８の形状によらずに、言い替えると、例えば平面状のワーク等を加工する場合などであり、ワーク１０８の形状、加工形状、またはレーザ加工ロボット１３０の加工姿勢等に拘束されない状態で、動作可能な理想上の速度の範囲（速度範囲）にて、切断速度を、最大出力（本実施形態では４ｋＷ）までの範囲で、レーザ発振器１０２のレーザ出力をそれぞれ変化させながら、順次切断加工を行っていく。そして、切断面が所定の仕上がり条件を満たす範囲を切断速度及びレーザ出力の有効範囲として画定する。なお、より具体的に説明すると、この有効範囲は、ワーク１０８の板厚に応じて決まり、ワーク１０８の板厚が薄いほど切断速度が速くなり、有効範囲は切断速度が速い側の領域で広くなる。よって、レーザ加工ロボット１３０の所定の軌跡精度で移動可能である速度範囲に基づくワーク１０８の切断速度の使用可能範囲が当該有効範囲に対して、例えば切断速度軸の方向で、小さい領域の場合は（ステップＳ２７：ＮＯ）、パルス発振でのレーザ発振周波数及びレーザ出力デューティーの少なくとも一方を変更する。そして、ステップＳ２４～Ｓ２６を行い、当該有効範囲がワークの切断速度の使用可能範囲（使用可能最大速度以下）と重なるように調整する。レーザ出力デューティーの変更は、ワーク１０８が薄板である場合に適用される。このことについてさらに説明する。
　レーザ発振器１０２を連続発振させて薄板のワーク１０８をレーザ加工する場合、例えば、切断速度が低速域（０．５ｍ／ｍｉｎ～１ｍ／ｍｉｎ程度）では、入熱が過剰となりワーク１０８にドロスが付着する。また、連続発振時にワーク１０８を加工する場合、ワーク１０８の板厚が薄いほど切断速度が速くなり、高精度の加工軌跡を描くようにレーザ加工ロボット１３０が動作できる範囲である使用可能範囲よりも、切断速度及びレーザ出力の有効範囲が相対的に高くなる。このような場合は、レーザ発振器１０２でのレーザ発振を連続発振からパルス発振に切り替えて、レーザ出力デューティーを低下させ、ワーク１０８への入熱量を下げるようにする。レーザ出力デューティーは、２５％～５０％程度とするのが好ましい。なお、本開示において、ワーク１０８の厚みによって、「薄板」、「中板」、「厚板」とそれぞれ呼ぶことがある。例えば、板厚が０．５ｍｍよりも厚く２ｍｍ以下であるワーク１０８を薄板、２ｍｍよりも厚く４ｍｍ以下であるワーク１０８を中板、４ｍｍよりも厚く６ｍｍ以下であるワーク１０８を厚板としている。ただし、板厚が０．５ｍｍであるワーク１０８を薄板とみなし、６ｍｍよりも厚いワーク１０８を厚板とみなしてもよい。
　なお、取得した有効範囲が十分か否かはワーク１０８の材質等により適宜決められる。有効判断が画定されれば、その結果は、加工条件群３に関連付けられてコントローラ１０５の記憶部１１０に保存される。
　なお、図示しないが、ステップＳ２４～Ｓ２７は、異なる板厚のワーク１０８に対しても行われ、有効範囲が画定されたかどうかを判断する。これらが繰り返されて有効範囲が画定されると（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、ワーク１０８に対する所望のレーザ切断加工に必要な数のデータ、つまり必要な数の有効範囲を取得したこととなる（ステップＳ２８）。
　次に、加工条件群１～３及びステップＳ２４～Ｓ２７で収集されたデータに切断速度の使用可能範囲を関連付ける（ステップＳ２９）。次に、加工データとして、切断速度に対するレーザ出力下限値の近似式を生成する（ステップＳ３０）。ここで、近似式の生成に用いられる切断速度及びレーザ出力との関係について、図３，４を用いて説明する。
　上記ステップＳ２１～Ｓ２７の処理により、ワーク１０８の材質及び厚みが設定され、さらに加工条件群１，２が設定された状態で、切断速度とレーザ出力とを変化させて切断加工を行われると、切断面形状が所定の仕上がり条件となる範囲、つまり上記の有効範囲が画定される。
　切断速度及びレーザ出力の有効範囲を画定する下側の境界線は、例えば、式（１）に示す２次式で近似され、この近似式が加工データに相当する（図８参照）。
　Ｐ＝ＡＶ２＋ＢＶ＋Ｃ　・・・（１）
　Ｐ：レーザ出力
　Ｖ：切断速度
　Ａ，Ｂ，Ｃ：定数
　一方、図４に示すように、有効範囲外に切断速度及びレーザ出力を設定すると、切断面にドロスが付着したり（図４中に△で表示）、ワーク１０８の切断そのものができない（図４中に×で表示）場合がある。例えば、レーザ発振器１０２の最大出力が４ｋＷ、切断されるワーク１０８の材質がアルミ合金（Ａ５０５２）、板厚が３．０ｍｍである場合は、レーザ発振器１０２を連続発振させても、ワーク１０８を切断することはできなかった（図３の上から２段目かつ左から３番目のグラフを参照）。また、図４には示していないが、切断面形状が不良であったり（図４中の□の説明参照）、エッジ（バリ）が発生したりする場合（図４中の◇の説明参照）も、切断速度及びレーザ出力は有効範囲外にある。なお、ドロスとは、レーザ切断加工時にワーク１０８が溶けて、レーザ光１０９の照射側と反対側の面付近に付着する溶融物のことをいう。
　前述したように、切断速度には使用可能範囲が存在し、この使用可能範囲、特に速度上限値（図４参照）はワーク１０８自体の形状や切断軌跡等によって変化する。例えば、ワーク１０８が平板であれば、ワーク１０８がパイプ形状であるときよりも切断可能な速度の上限値は高くなり、また、加工方法がトリミングの場合は、穴あけ加工よりも切断可能な速度の上限値は高くなる。また、図５に示すようにワーク１０８の切断軌跡として円形、オーバル、レクタングル（四角形）の３種類がある場合には、切断可能な速度の上限値はこの順で高くなる。つまり（円形での速度上限値）＞（オーバルでの速度上限値）＞（レクタングルでの速度上限値）となる。
　このように、ワーク１０８を所定の切断軌跡に沿って、かつ良好な切断面形状となるようにレーザ切断するためには、切断速度の使用可能範囲と切断速度及びレーザ出力の有効範囲、特に、切断速度の使用可能範囲と切断速度の有効範囲とが互いに重なり合う必要がある。このことについては、後で詳述する。
　加工条件群１～３とステップＳ２９で関連付けされたデータとステップＳ３０で生成された加工データとをあわせて加工条件テーブルを生成し、記憶部１１０に保存する（ステップＳ３１）。例えば、図６に示すように、集光レンズの種別やワークの材質及び板厚、さらにアシストガス種等が基本条件として設定された場合に、この基本条件に関連付けされた加工条件群１～３の組がテーブル形式で整理されて加工条件テーブルとして記憶部１１０に保存される。また、同じ基本条件であり、レーザ切断加工装置１０１の仕様が決まっていれば、加工条件群１は固定されることが多い。一方、加工条件群２，３はワーク１０８の材質や切断軌跡等により変更されうるため、加工条件群２，３の各パラメータにおいて、複数の値が同じテーブルに保存されている。特に、加工条件群３、つまり、切断速度とレーザ出力は切断面形状の確認結果に関連付けられて複数の値が保存されている。また、加工条件群２，３の各パラメータはマトリックス形式で関係付けられている。また、切断速度及びレーザ出力の有効範囲に関連付けられた式（１）に示す近似式等も同じ加工条件テーブルに保存されている。
　また、図６では、基本条件のうち集光レンズの種別によって、同様の加工条件テーブルが生成され、加工条件テーブル群として記憶部１１０に保存されている例を示している。しかしながら、例えば、ワークの材質を切り口として整理された加工条件テーブルの集合体を生成して、これらを加工条件テーブル群としてもよい。なお、ステップＳ２９～Ｓ３１の処理は、コントローラ１０５の演算・処理部１１１で実行されて、処理結果が記憶部１１０に保存される。
　［レーザ切断加工手順］
　図７は、レーザ切断加工手順のフローチャートである。また、図８は、加工条件の見直しによる、切断速度の使用可能範囲と切断速度及びレーザ出力の有効範囲との重なり具合の変化を示す概念図である。まず、図７を用いてレーザ切断加工手順全体の流れを説明し、後に図８を用いて、処理の詳細を具体的に説明する。なお、図２に示す手順でデータが収集され、制御部１２０のコントローラ１０５の記憶部１１０に加工条件テーブル群が保存された状態で、ワーク１０８を図７に示すレーザ切断加工手順にてレーザ切断加工するものとする。
　まず、加工対象となるワーク１０８の材質及び板厚、さらにアシストガス種等の条件、つまり、レーザ切断加工を行う際の基本条件を確認する。すなわち、制御部１２０の切断加工条件設定装置１０６は、入力部１１２を介して、これらの基本条件の入力を受け付ける（ステップＳ７１：基本条件入力ステップ）。なお、ステップＳ７１には記していないが、基本条件には、ワーク１０８の切断軌跡の教示（もしくはティーチング）データや集光レンズの種別も含まれる。また、同時に、入力されたこれらの基本条件は記憶部１１０に保存される。この場合は一時保存であってもよい。
　制御部１２０のコントローラ１０５の演算・処理部１１１は、入力された基本条件と記憶部１１０に保存された加工条件テーブル群とを照合し、このレーザ切断加工時に使用される加工条件テーブルを選択する（ステップＳ７２：加工条件テーブル選択ステップ）。
　演算・処理部１１１は、選択された加工条件テーブルに基づき、加工条件群１～３を設定する。すなわち、演算・処理部１１１は、記憶部１１０の所定領域（以下、「作業領域」とも呼び、この領域は一時記憶領域であってもよい）に加工条件群１～３を保存する（ステップＳ７３：加工条件設定ステップ）。なお、後述するステップＳ７９、Ｓ８１でも加工条件の設定を行うが、この際には、新たに設定される情報で、作業領域に記憶されている対応する情報を書き換えることになる。
　なお、基本条件及びレーザ切断加工装置１０１の仕様が確定しているため、前述したように、加工条件群２，３のそれぞれのパラメータのうち、特定の値がそれぞれ選択される。
　次に、演算・処理部１１１は、設定された切断速度が使用可能範囲内にあるかどうか、あるいは、使用可能範囲と切断速度及びレーザ出力で画定される有効範囲との重なりが所定の範囲以上であるかどうかを判断する（ステップＳ７４：切断速度判断ステップ）。なお、ステップＳ７４では、設定された切断速度が使用可能範囲（使用可能最大速度範囲）内にあるかどうかのみを判断するようにしてもよいし、使用可能範囲と切断速度及びレーザ出力で画定される有効範囲との重なりが所定の範囲以上であるかどうかのみを判断するようにしてもよい。また、この所定範囲の大きさについては後述する。
　ステップＳ７４での判断が肯定的であれば（ステップＳ７４：ＹＥＳ）、演算・処理部１１１は、ステップＳ７３で設定された加工条件群２，３の値を含め、推奨条件として、加工条件群１～３を確定する（ステップＳ７５：加工条件確定ステップ）。なお、演算・処理部１１１は、確定した加工条件群１～３の内容を表示部１１３に表示してもよい。
　そして、演算・処理部１１１は、確定された加工条件群１～３に基づき、ワーク１０８が切断加工されるようレーザ加工ロボット１３０及びレーザ発振器１０２の動作を制御する（ステップＳ７６：切断加工ステップ）。
　一方、ステップＳ７４での判断が否定的であれば（ステップＳ７４：ＮＯ）、レーザ発振周波数及びレーザ出力デューティーの少なくとも一方を変更する（ステップＳ７７）。演算・処理部１１１は、ステップＳ７７での変更結果に基づいて加工条件テーブルを再選択する（ステップＳ７８：ステップＳ７７も含めて加工条件テーブル再選択ステップ）。演算・処理部１１１は、再選択された加工条件テーブルに基づいて、切断速度を使用可能な最大速度（切断最大速度）に設定する（ステップＳ７９：切断速度設定ステップ）。次に、再選択された加工条件テーブルに保存された近似式、この場合は、式（１）で表わされる、切断速度に対するレーザ出力下限値の近似式を抽出する（ステップＳ８０）。
　次に、ステップＳ８０で抽出された近似式における切断最大速度でのレーザ出力を切断加工時のレーザ出力に設定する（ステップＳ８１：レーザ出力設定ステップ）。なお、この理由については、後述する。そして、再度、設定された切断速度が使用可能範囲内にあるかどうか、あるいは、使用可能範囲と切断速度及びレーザ出力の有効範囲との重なりが所定の範囲以上であるかどうかを判断する（ステップＳ７４）。このループは、ステップＳ７４での判断が肯定的になるまで繰り返される。ただし、１回で出力デューティー等の変更及び近似式に基づくレーザ出力設定が完了する場合は、ステップＳ８１からステップＳ７５に進んでもよい。
　なお、ステップＳ７２，Ｓ７８の選択結果やステップＳ７５での確定結果は、制御部１２０の切断加工条件設定装置１０６の表示部１１３に表示される。
　ここで、ステップＳ７７～Ｓ８１での処理内容について、図８を用いて説明する。
　ワーク１０８の材質や板厚によっては、切断速度の使用可能範囲と、切断速度及びレーザ出力の有効範囲とが互いに重なり合わない加工条件テーブルが選択されることがある。例えば、図８の左上のグラフに示すようにステンレス鋼の薄板を切断加工する場合に、レーザ出力デューティーを１００％、つまり、レーザ発振器１０２を連続発振させる。すると、所定の切断軌跡に沿って、かつ切断面形状を良好に保った状態でワーク１０８を切断することができず、加工条件の見直しが必要となる。
　そこで、切断速度の使用可能範囲と、切断速度及びレーザ出力の有効範囲とが互いに重なりあうように、レーザ出力デューティーを小さくする、例えば、５０％に変更する。そうすることで、図８の左下のグラフに示すように、レーザ加工ロボット１３０が動作可能な範囲で切断速度を設定し、かつ所望の加工品質でレーザ切断加工を行うことができる。
　一方、ワーク１０８の板厚が厚くなり、中板(２～４ｍｍ)の場合、図８の中央上側のグラフに示すように、レーザ出力デューティーが１００％のときにも、切断速度の使用可能範囲と、切断速度及びレーザ出力の有効範囲とが互いに重なるようになる。しかし、ワーク１０８の板厚が薄くなるにつれ、切断速度及びレーザ出力の有効範囲が相対的に大きくなるため、切断速度の使用可能範囲と、切断速度及びレーザ出力の有効範囲との２つの範囲の重なりは小さなものとなる。この重なりが小さいと、レーザ切断加工時のレーザ加工ロボット１３０の動作ばらつきやレーザ出力のばらつきによっては、良好な切断面形状を得られない場合が出てくる。このような場合に、レーザ出力デューティーを小さく、例えば、５０％に変更し、切断速度及びレーザ出力の有効範囲を低速度側にシフトさせる。このことにより、レーザ切断加工装置１０１における工程ばらつきの影響を小さくして、所望の加工品質でレーザ切断加工を行うことができる（図８の中央下側、および左下のグラフ参照）。なお、ワーク１０８の板厚が十分に厚い厚板の場合、図８の右上のグラフに示すように、切断速度の使用可能範囲と、切断速度及びレーザ出力の有効範囲とが互いに重なり、かつその重なりが十分に大きい。そのため、レーザ出力デューティーを変更する必要は無い（図８の右下のグラフ参照）。
　なお、切断速度の使用範囲と切断速度及びレーザ出力の有効範囲との重なりに関し、当該重なりが所定の範囲以上となるか否かは、レーザ切断加工に求められる仕様や、レーザ加工ロボット１３０の動作速度のばらつきの許容範囲及びレーザ出力ばらつきの許容範囲等により適宜決められる。例えば、レーザ加工ロボット１３０として、動作速度のばらつきが大きい機種を使用する場合は、上記の所定の範囲を大きく取る必要がある。また、レーザ発振器１０２の出力変動が低く抑えられている場合には、上記の所定の範囲を小さく取ることも可能である。
　また、ステップＳ８１において、式（１）で表わされる近似式における切断最大速度でのレーザ出力を切断加工時のレーザ出力に設定しているが、これは以下に示す理由による。
　ワーク１０８をレーザ切断加工する場合、ワーク１０８の表面から裏面までレーザ光１０９が到達すると、ワーク１０８の裏面からレーザ光１０９が漏れ出てしまう。つまり、ワーク１０８を通過してレーザ光１０９がワーク１０８の外部に照射されることとなる。このような漏れ光の割合が大きくなると、レーザ切断加工に使用されない無効電力の割合が大きくなり、加工コストが増加してしまう。また、通常、ワーク１０８を通過した漏れ光は、ワーク１０８の裏面側に設置された加工治具等で反射されても周囲の機器や作業者に照射されないように処置がなされている。しかし、この漏れ光の割合が大きくなると、ワーク１０８の裏面側に設置された加工治具等の部材を損傷させて、当該部材の交換頻度が高くなる。このことにより、切断加工のランニングコストが増加してしまう。また、部材の損傷の程度によっては、部材表面で不規則に漏れ光が反射され、周囲の機器や作業者に漏れ光が照射されるおそれがあり、特に人体に照射されると危険である。
　このような不具合を回避するために、レーザ切断加工時のレーザ出力は可能な範囲で低いことが好ましく、切断速度及びレーザ出力の有効範囲の下側境界の値を使用されるレーザ出力に設定することが好ましい。ただし、図２に示すフローチャートを用いて説明したように、当該有効範囲は実測値を用いて画定されるため、実測値の間にレーザ出力を設定したい場合には補間を行う必要がある。この補間を簡便に行うために、式（１）に示す近似式を用いてレーザ出力を設定するようにしている。
　なお、図８に示す例では、レーザ出力デューティーのみを変更しているが、切断速度及びレーザ出力の有効範囲をシフトさせるためには、加工条件群２のいずれかのパラメータ、つまり、レーザ発振周波数またはレーザ出力デューティーのいずれか一方、あるいは両方を変更するようにすればよい。
　［効果等］
　以上説明したように、本実施形態に係るレーザ切断加工装置１０１は、レーザ発振器１０２から出力されたレーザ光１０９を伝送ファイバ１０７及びレーザ加工ロボット１３０の先端に取付けられたレーザ加工ヘッド１０３を介してワーク１０８に照射し、ワーク１０８を切断するように構成されている。
　また、レーザ切断加工装置１０１は、レーザ加工ロボット１３０及びレーザ発振器１０２の動作を制御する制御部１２０を備えており、制御部１２０は、コントローラ１０５と、これに接続された切断加工条件設定装置１０６とを有している。コントローラ１０５は、切断加工条件に関する加工条件テーブルを複数保存する記憶部１１０と、記憶部１１０に保存された加工条件テーブルと作業者からの所定の入力とに従って、所望の切断加工条件を設定、演算する演算・処理部１１１とを有している。また、切断加工条件設定装置１０６は、切断加工に関する所定の情報を入力する入力部１１２と、切断加工条件等を表示する表示部１１３とを有している。
　レーザ加工ロボット１３０には、所定の軌跡精度で移動可能である速度範囲が予め定められており、この速度範囲に基づいて、レーザ切断加工装置１０１におけるワーク１０８の切断速度の使用可能範囲が設定されている。
　コントローラ１０５の記憶部１１０に保存されている加工条件テーブルは、レーザ発振周波数と、レーザ出力及びレーザ出力デューティーと、切断速度の使用可能範囲と、ワーク１０８の切断面が所定の仕上がり条件を満たすように設定された切断速度及びレーザ出力で画定される有効範囲と、有効範囲の下側境界に関する近似式とを、ワーク１０８の材質及び板厚に応じて設定された値として少なくとも含んでいる。
　制御部１２０は、記憶部１１０に保存された複数の加工条件テーブルから、切断速度とレーザ出力とが所定の条件を満たすように加工条件テーブルを選択し、選択された加工条件テーブルに基づいてワーク１０８が切断加工されるようレーザ加工ロボット１３０及びレーザ発振器１０２の動作を制御する。
　本実施形態に係るレーザ切断加工装置１０１によれば、予め取得された加工条件テーブル群の中から、切断速度とレーザ出力とが所定の条件、つまり、切断速度及びレーザ出力の有効範囲と切断速度の使用可能範囲とが互いに重なり合う条件を満たすように加工条件テーブルを選択する。そのため、レーザの切断加工条件の設定を簡便に行うことができる。
　また、選択された加工条件テーブルに含まれる有効範囲と切断速度の使用可能範囲との重なりが所定の範囲未満である場合は、レーザ切断加工装置１０１は、レーザ発振周波数及びレーザ出力デューティーの少なくとも一方を変更して、切断速度及びレーザ出力の理想上の有効範囲と切断速度の使用可能範囲との重なりが所定の範囲以上になるように、加工条件テーブルを再選択する。すなわち、レーザ切断加工装置１０１は、レーザ発振周波数及びレーザ出力デューティーの少なくとも一方を変更して、加工条件テーブルを再選択する。そして、切断速度を使用可能範囲の最大値である切断最大速度に設定するとともに、レーザ出力を、切断速度及びレーザ出力の有効範囲の下側境界に関する近似式における切断最大速度での値に設定する。切断速度及びレーザ出力の理想上の有効範囲と切断速度の使用可能範囲との重なりが所定の範囲以上になるまでこれらの変更、再選択、設定を繰り返すことで、有効範囲と切断速度の使用可能範囲との重なりが所定の範囲以上になるように、加工条件テーブルを再選択できる。
　このようにすることで、所望の加工品質を保ちつつ、レーザ切断加工装置１０１の動作マージンを大きく取れ、安定したレーザ切断加工を行うことができる。
　また、本実施形態に係るレーザ切断加工方法は、制御部１２０によって動作が制御されるレーザ発振器１０２から出力されたレーザ光１０９を伝送ファイバ１０７及び制御部１２０によって動作が制御されるレーザ加工ロボット１３０の先端に取付けられたレーザ加工ヘッド１０３を介してワーク１０８に照射し、ワーク１０８を切断するレーザ切断加工方法であって、以下のステップを有している。すなわち、本実施形態に係るレーザ切断加工方法は、ワーク１０８の材質及び板厚を含むレーザ切断加工時の基本条件の入力を受け付ける基本条件入力ステップと、基本条件入力ステップで入力された基本条件と、制御部１２０内の記憶部１１０に保存され、レーザ切断加工に関する各種パラメータを有する加工条件テーブルを複数含んでなる加工条件テーブル群とを照合し、所望のレーザ切断加工に対応する加工条件テーブルを選択する加工条件テーブル選択ステップと、加工条件テーブル選択ステップで選択された加工条件テーブルに基づいてレーザ切断加工の加工条件を設定する加工条件設定ステップと、加工条件設定ステップで設定された加工条件において、ワーク１０８の切断速度が所定の条件を満たすかどうか、この場合は、ワーク１０８の切断速度がレーザ加工ロボット１３０に予め定められた速度範囲に基づいて設定された使用可能範囲かどうか、または、ワーク１０８の切断面が所定の仕上がり条件を満たすように設定された切断速度及びレーザ出力で画定される有効範囲と切断速度の使用可能範囲との重なりが所定の範囲以上であるかどうかを判断する切断速度判断ステップと、切断速度判断ステップでの判断結果に基づいてワーク１０８が切断加工されるようレーザ加工ロボット１３０及びレーザ発振器１０２の動作を制御する切断加工ステップと、を有している。
　本実施形態に係るレーザ切断加工方法によれば、ワーク１０８の材質や板厚等の基本条件が定められると、この基本条件と予め取得された加工条件テーブル群とを照合して、切断速度が所定の条件、つまり、切断速度及びレーザ出力の有効範囲と切断速度の使用可能範囲との重なりが所定の範囲以上であるかどうかを判断してから切断加工を行う。そのため、動作マージンの広い安定した加工条件を簡便に設定して、ワーク１０８のレーザ切断加工を行うことができる。
　また、本実施形態に係るレーザ切断加工方法は、レーザ発振周波数及びレーザ出力デューティーのいずれか一方を変更して加工条件テーブルを再選択する加工条件テーブル再選択ステップと、切断速度を使用可能範囲の最大値である切断最大速度に設定する切断速度設定ステップと、加工条件テーブル再選択ステップで再選択された加工条件テーブルに保存された切断速度に対するレーザ出力下限値の近似式を抽出し、近似式における切断最大速度でのレーザ出力を切断加工時のレーザ出力に設定するレーザ出力設定ステップと、をさらに有している。切断速度判断ステップでの判断が肯定的であれば、切断加工ステップにおいて、加工条件設定ステップで設定された加工条件に基づいてワーク１０８を切断加工させる。一方、切断速度判断ステップでの判断が否定的であれば、切断加工ステップにおいて、切断速度設定ステップ及びレーザ出力設定ステップでそれぞれ設定された使用可能最大速度としての切断速度及びレーザ出力に基づいてワーク１０８を切断加工させる。
　このようにすることで、所望の加工品質を保ちつつ、動作マージンの広い安定した加工条件を簡便に設定して、ワーク１０８のレーザ切断加工を行うことができる。
　（実施形態２）
　図９は、本実施形態に係る切断方向に対するレーザ加工ヘッド１０３の傾斜状態の模式図である。
　切断軌跡の途中でワーク１０８の形状が変化する場合、ワーク１０８に対するレーザ加工ヘッド１０３の傾斜状態を変える場合がある。その場合、レーザ加工ロボット１３０の各関節軸を動作させることで、図９に示すように、レーザ加工ヘッド１０３は複数の傾斜状態、例えば前進状態、後退状態、面直状態を取ることができる。ここで、前進状態とは、図９の左上の図に示すように、レーザ加工ヘッド１０３の先端が、その後端よりもワーク１０８の切断方向に沿って前方に位置した状態をいう。すなわち、前進状態は、レーザ加工ヘッド１０３から出射されるレーザ光１０９の光軸がワーク１０８の表面に対して垂直方向から傾斜角＋θだけ傾いた状態である。また、後退状態とは、図９の右上の図に示すように、レーザ加工ヘッド１０３の先端が、その後端よりもワーク１０８の切断方向に沿って後方に位置した状態をいう。すなわち、後退状態は、レーザ加工ヘッド１０３から出射されるレーザ光１０９の光軸がワーク１０８の表面に対して垂直方向から傾斜角－θだけ傾いた状態をいう。また、面直状態とは、図９の中央上側の図に示すように、レーザ加工ヘッド１０３から出射されるレーザ光１０９の光軸がワーク１０８の表面に対して垂直となる状態をいう。なお、レーザ加工ヘッド１０３の傾斜角θは、面直状態を基準として、前進状態では正方向、後退状態では負方向としている。
　また、図９の下側の図に示すように、ワーク１０８の切断方向と交差する方向にもレーザ加工ヘッド１０３は傾斜しうる（側方傾斜）。なお、進行方向にアシストガスを流すことで効率良く溶融物を排出し、切断面へのドロスの付着量を抑制するために、レーザ加工ヘッド１０３の傾斜状態は前進状態であるのが好ましい。この点については後で述べる。
　一方、レーザ加工ヘッド１０３の傾斜状態において、レーザ加工ヘッド１０３が前進状態であってもその傾斜角θが大きすぎたり、あるいは、レーザ加工ヘッド１０３が後退状態であったりすると、ワーク１０８の切断面の仕上がり状態が悪化することがある。
　図１０は、レーザ加工ヘッド１０３の傾斜角度に対するレーザ切断加工の加工品質指標の変化を示す模式図である。なお、図１０ではレーザ加工ヘッド１０３の側方傾斜は無い状態、つまり、図９の下側の図に示す側方傾斜角θｓが０°の場合を示している。
　図１０に示すように、後退状態（傾斜角が－θ）から傾斜角θが０°の面直状態となるようにレーザ加工ヘッド１０３の傾斜角を変化させて行くと、ワーク１０８の切断面におけるドロス発生頻度は減少する。また、面直状態（傾斜角θが０°）から前進状態（傾斜角＋θ）となるように、レーザ加工ヘッド１０３をさらに傾けていくと、所定の傾斜角度、この場合は２０°でドロス発生頻度が最小となる。一方、さらに傾斜角θを正方向に増加させると、ドロス発生頻度は再び増加し始める。また、切断面形状は、後退状態（傾斜角が－θ）から面直状態（傾斜角θが０°）となるようにレーザ加工ヘッド１０３の傾斜角を変化させて行くと、ワーク１０８の切断面形状は良化し、面直状態傾斜角θが０°）から前進状態（傾斜角＋θ）となるように、レーザ加工ヘッド１０３をさらに傾けていくと、この場合は０°～３０°の範囲の所定の傾斜角で切断面形状は最も良好となる。一方、さらに傾斜角θを正方向に増加させると、切断面形状は再び悪化し始める。なお、ワーク１０８の材質や板厚に応じてドロス発生頻度が低く切断面形状が良好となる傾斜角θの範囲は変化するため、加工条件テーブルにおいて、ワーク１０８の材質や板厚とレーザ加工ヘッド１０３の傾斜角度とは関連付けられている。
　このように、レーザ加工ヘッド１０３の傾斜角θもレーザ切断加工における重要な加工条件の一つであり、図６に示す基本条件の一つとして、レーザ加工ヘッド１０３の傾斜角θを加工条件テーブルの各種パラメータに関連付けておくことで、ワーク１０８のレーザ切断加工の条件設定をより簡便にすることができる。
　なお、図１０から明らかなように、レーザ加工ヘッド１０３は前進状態で、つまり、レーザ加工ヘッド１０３の先端が、その後端よりもワーク１０８の切断方向に沿って前方に位置した状態で切断加工するのが好ましい。かつレーザ加工ヘッド１０３の傾斜角θを０°以上、３０°以下の範囲とすることが好ましい。特に、レーザ加工時の溶融金属がレーザ照射方向に排出されやすい薄板は、この前進状態のレーザ加工がより好ましい。
　また、レーザ加工ヘッド１０３の側方傾斜角θｓは、０°であるのが好ましいが、レーザ加工ロボット１３０の動作ばらつきの許容範囲やレーザ加工ヘッド１０３の取付けばらつきの許容範囲、また、加工治具に対するワーク１０８の設置ばらつきの許容範囲を考慮して±数°以内としてもよい。
　（実施形態３）
　図１１は、本実施形態に係るレーザ切断加工手順のフローチャートである。また、図１２は、サブテーブルの作成手順の概念図であり、図１３は、ナビゲーションテーブルの作成手順の概念図であり、図１４は、ナビゲーションテーブルの選択手順の概念図である。
　実施形態１、２において、レーザ切断加工条件を主にレーザ加工ロボット１３０の速度範囲、つまり切断速度の使用可能範囲と、切断速度とレーザ出力とで画定される有効範囲とに基づいて設定する例を示している。また、主にワーク１０８の切断面形状に基づいて有効範囲を決定している。
　しかし、ワーク１０８のレーザ切断加工において、切断面形状よりも他の項目、例えば、加工タクト（加工時間）や加工時に使用される電力量等が重視される場合もある。このような場合に、レーザ切断加工を行う作業者が、所望の仕様に応じて加工条件を選択できる構成及び方法を本実施形態において説明する。
　まず、基本条件、つまり、加工対象となるワーク１０８の材質及び板厚やアシストガス種やワーク１０８の切断軌跡の教示（もしくはティーチング）データやレーザ加工ヘッド１０３の傾斜角等を入力する。すなわち、制御部１２０の切断加工条件設定装置１０６は、入力部１１２を介して、これらの基本条件の入力を受け付ける（ステップＳ１１１：基本条件入力ステップ）。なお、ステップＳ１１１には記していないが、基本条件には、集光レンズの種別も含まれる。また、同時に、入力されたこれらの基本条件はコントローラ１０５の記憶部１１０に保存される。この場合は一時保存であってもよい。
　制御部１２０のコントローラ１０５の演算・処理部１１１は、切断軌跡の隣り合う教示点間における基本条件と記憶部１１０に保存された加工条件テーブル群とを照合し、教示点間毎に切断速度とレーザ出力とを変化させた複数の加工条件テーブル（加工条件テーブル群）を選択する（ステップＳ１１２：加工条件テーブル選択ステップ）。なお、記憶部１１０に保存された加工条件テーブルにおいて、切断速度やレーザ出力は、図７に示すフローチャートに準じて設定されるが、本実施形態においては、切断速度の使用可能範囲と切断速度及びレーザ出力の有効範囲との重なりが所定の範囲以上である必要は無い。また、式（１）で表わされる近似式における切断最大速度でのレーザ出力を用いる必要も無い。例えば、レーザ出力が当該有効範囲内であれば、当該近似式よりも大きなレーザ出力の値を用いるようにしてもよい。また、切断速度やレーザ出力を変化させる変化量やデータ個数は、適宜決められ、また、必要に応じて変更されうる。
　次に、演算・処理部１１１は、図１２に示すサブテーブルを作成する。具体的には、演算・処理部１１１は、ステップＳ１１２で選択された加工条件テーブル毎に、対応する教示点間での加工時間及び加工時の使用電力（以下、「加工時電力」という）を算出する。そして、演算・処理部１１１は、算出した値をそれぞれ対応する加工条件テーブルに関連付けてサブテーブルを作成する（ステップＳ１１３：サブテーブル作成ステップ）。なお、図１２に示すように、サブテーブルは、ステップＳ１１２で選択された加工条件テーブル群の各テーブルに対してそれぞれ作成され、この複数のサブテーブルは教示点間毎にサブテーブル群としてまとめられる。
　次に、演算・処理部１１１は、図１３に示すナビゲーションテーブルを作成する。具体的には、演算・処理部１１１は、ステップＳ１１２で作成された教示点間毎のサブテーブル群からそれぞれ１つのサブテーブルを選択する。そして、演算・処理部１１１は、選択されたサブテーブルの組み合わせに対して、切断軌跡全体での加工時間（以下、「加工時総時間」という）及び加工時電力（以下、「加工時総電力」という）を算出する。また、演算・処理部１１１は、選択されたサブテーブルの組み合わせを編集して１つのナビゲーションテーブルを作成する（ステップＳ１１４：ナビゲーションテーブル作成ステップ）。また、演算・処理部１１１は、教示点間毎のサブテーブル群から選択されるサブテーブルを変更することにより、サブテーブルの組み合わせを複数準備し、それぞれに対してナビゲーションテーブルを作成する。このようにして、ナビゲーションテーブル群が作成される。なお、教示点間毎のサブテーブル群からサブテーブルを選択するやり方は、適宜決められ、また、必要に応じて変更されうる。また、ナビゲーションテーブル群内のナビゲーションテーブルの個数は、後述するステップＳ１１６で作業者が選択可能な個数、例えば、３個～５個程度とするのが好ましい。なお、加工時総時間の異なる値の組を準備し、これらに対してナビゲーションテーブルを作成するようにしてもよいし、加工時総電力の異なる値の組を準備し、これらに対してナビゲーションテーブルを作成するようにしてもよい。加工時総時間と加工時総電力との異なる値の組を準備し、これらに対してナビゲーションテーブルを作成するようにしてもよい。
　図１３では、切断加工開始点（教示点Ｎｏ．０）を含めて３点の教示点（教示点Ｎｏ．０、教示点Ｎｏ．１、教示点Ｎｏ．２）を有する切断軌跡を示している。同図では、教示点Ｎｏ．０からＮｏ．１までの間はサブテーブルＮｏ．１１が、Ｎｏ．１からＮｏ．２までの間はサブテーブルＮｏ．２１が選択され、ナビゲーションテーブルＮｏ．１１が作成された例を示している。ナビゲーションテーブルＮｏ．１１では、教示点Ｎｏ．０からＮｏ．１までの間と、Ｎｏ．１からＮｏ．２までの間とではワーク１０８の形状が異なっており、これに対応して、レーザ加工ヘッド１０３の傾斜角θが前者で０°、後者で＋２０°となるように設定されている。また、図１３に示すように、ナビゲーションテーブルを作成するのに使用された加工条件テーブルからワーク１０８の切断面形状の確認結果を抽出して、ナビゲーションテーブルに加えるようにしてもよい。
　演算・処理部１１１は、ステップＳ１１４で作成されたナビゲーションテーブル群のそれぞれに対して、ナビゲーションテーブル内のデータ、つまり、初期条件や加工条件群１～３や加工総時間や加工時総電力等を表示部１１３に表示する（ステップＳ１１５）。必要に応じて、ワーク１０８の切断面形状の確認結果も表示する。ただし、全てのデータを表示する必要は無く、表示されるデータの種類は適宜決められ、また、必要に応じて変更されうる。なお、表示部１１３への表示形式は任意であるが、例えば、図３，４に示すように、切断速度とレーザ出力と切断面形状の確認結果とを同時にグラフ化して示すようにすると作業者にとって理解しやすい形式となる。
　ステップＳ１１５で表示された各ナビゲーションテーブルのデータを参照して、ワーク１０８の切断加工に関する仕様に適合するナビゲーションテーブルを作業者が選択し、実際に使用される加工条件が確定される。すなわち、切断加工条件設定装置１０６は、入力部１１２を介して、ナビゲーションテーブルの選択を受け付ける（ステップＳ１１６：ナビゲーションテーブル選択ステップ）。
　そして、演算・処理部１１１は、確定された加工条件に基づき、ワーク１０８が切断加工されるようレーザ加工ロボット１３０及びレーザ発振器１０２の動作を制御する（ステップＳ１１７：切断加工ステップ）。
　ステップＳ１１６について、図１４の具体例を用いてさらに説明する。図１４に示すように、まず、作業者が入力部１１２を介して所望の条件を入力する（「１．作業者希望条件」参照）。この例では、切断面形状と加工時総時間と加工時総電力とを入力している。切断面形状に求められる仕様は、切断軌跡全体にわたって良好（Ｇ：Ｇｏｏｄ）か、良好とも不良（ＮＧ：Ｎｏ　Ｇｏｏｄ）とも言えない状態（Ｆ：Ｆａｉｒ）とし、加工時総時間及び加工時総電力は希望の範囲をそれぞれ入力している。なお、切断面形状については、教示点間毎に要望する仕様を変えて入力するようにしてもよい。例えば、曲面上を蛇行するような複雑な軌跡においては、切断面形状は良好な場合のみとし、切断速度を優先した厚板を直線的に切断する部分があれば、対応する教示点間での切断面形状がＦａｉｒであってもよいとする。
　入力された条件に応じて、コントローラ１０５の演算・処理部１１１が対応するナビゲーションテーブル候補を複数選択し、表示部１１３にその内容が表示される（「２．使用可能ナビゲーションテーブル候補表示」参照）。この例では３つの候補（Ｎｏ．１１，１３，１７）が表示されている。これらの候補の中から作業者がナビゲーションテーブルを選択する（「３．ナビゲーションテーブルＮｏ．選択」参照）。この例では、Ｎｏ．１３のナビゲーションテーブルが選択されており、この選択によりレーザ切断加工の加工条件が確定し、確定された加工条件に従って切断加工が実行される。
　以上説明したように、本実施形態のレーザ切断方法は、実施形態１，２に示すレーザ切断方法に以下のステップが修正または付加される。まず、実施形態１に示す加工条件テーブル選択ステップ（図７のステップＳ７２）において、ワーク１０８の切断軌跡全体において、隣り合う２つの教示点間におけるレーザ切断加工の基本条件と加工条件テーブル群とを照合して、所望のレーザ切断加工に対応する加工条件テーブルの組み合わせを複数選択する（図１１のステップＳ１１２）。
　また、加工条件テーブルに、当該２つの教示点間を切断加工するときの加工時間と加工時電力とを関連付けてサブテーブルを作成するサブテーブル作成ステップ（図１１のステップＳ１１３）と、サブテーブルの組み合わせのそれぞれに、切断軌跡全体にわたって積算された加工時総時間及び加工時総電力を関連付けて複数のナビゲーションテーブルを作成するナビゲーションテーブル作成ステップ（図１１のステップＳ１１４）と、レーザ切断加工における所望の仕様に応じて、複数のナビゲーションテーブルから当該レーザ切断加工に使用するナビゲーションテーブルを選択するナビゲーションテーブル選択ステップ（図１１のステップＳ１１６）と、をさらに有している。また、本実施形態に示す切断加工ステップでは、ナビゲーションテーブル選択ステップで選択されたナビゲーションテーブルに含まれる加工条件に基づいてワーク１０８を切断加工する（図１１のステップＳ１１７）。
　本実施形態に係るレーザ切断加工方法によれば、実施形態１，２に示す方法と同様に、レーザの切断加工条件の設定を簡便に行うことができる。また、所望の加工品質を保ちつつ、レーザ切断加工装置１０１の動作マージンを大きく取れ、安定したレーザ切断加工を行うことができる。
　さらに、本実施形態に係るレーザ切断加工方法によれば、切断面形状以外の項目、例えば、加工時総時間や加工時総電力量を重視してワーク１０８のレーザ切断加工を行う必要がある場合に、これらに関する要求仕様を指定することで、記憶部１１０に保存された複数のナビゲーションテーブルの中から、作業者自身が簡便に所望のテーブルを選択し、加工条件を設定することができる。
　なお、使用するナビゲーションテーブルは、加工総時間、加工時総電力及びワーク１０８の切断面形状の確認結果の少なくとも１つに基づいて選択される。これらの複数の要求仕様を満たすようにナビゲーションテーブルが選択されてもよい。
　なお、本実施形態では、切断軌跡の隣り合う教示点間で基本条件を確認したり、加工条件テーブルを確認したり、サブテーブルを作成したりしたが、特にこれに限られず、所定の間隔をあけて位置する２つの教示点間を対象として、上記のステップを行うようにしてもよい。
　また、演算・処理部１１１または演算・処理部１１１とこれに接続された図示しない外部サーバーとの組み合わせが、学習機能を有する構成であれば、予め十分な学習経験を演算・処理部１１１等にさせることにより、ステップＳ１１２における加工条件テーブルの組み合わせの選択やステップＳ１１４における、サブテーブルの組み合わせの選択を短時間で、かつ精度良く行うことができる。
　また、ステップＳ１１６において、作業者が使用するナビゲーションテーブルを選択するようにしているが、演算・処理部１１１での演算処理によって、ナビゲーションテーブルを選択してもよい。この場合に演算・処理部１１１等が学習機能を有する構成であれば、使用するナビゲーションテーブルの選択を短時間で、かつ精度良く行うことができる。
　本開示に係るレーザ切断加工装置及びレーザ切断加工方法は、加工条件設定を簡便に行えるため、産業用有用である。
１０１　　レーザ切断加工装置
１０２　　レーザ発振器
１０３　　レーザ加工ヘッド
１０４　　マニピュレータ
１０５　　コントローラ
１０６　　切断加工条件設定装置（ティーチングペンダント）
１０７　　伝送ファイバ
１０８　　ワーク
１０９　　レーザ光
１１０　　記憶部
１１１　　演算・処理部
１１２　　入力部
１１３　　表示部
１２０　　制御部
１３０　　レーザ加工ロボット
θ　　　　傾斜角
θｓ　　　側方傾斜角

Claims (9)

  1. 　レーザ発振器から出力されたレーザ光を伝送ファイバ及びレーザ加工ロボットの先端に取付けられたレーザ加工ヘッドを介してワークに照射し、前記ワークを切断するレーザ切断加工装置であって、
    　前記レーザ加工ロボット及び前記レーザ発振器の動作を制御する制御部を備え、
    　前記レーザ加工ロボットには、所定の軌跡精度で移動可能である速度範囲が予め定められ、前記速度範囲に基づいて、前記ワークの切断速度の使用可能範囲が設定されており、
    　前記制御部に設けられた記憶部には、切断加工条件に関する加工条件テーブルが複数保存されており、
    　前記加工条件テーブルは、前記ワークの材質及び板厚に関連付けられたパラメータとして、レーザ発振周波数と、レーザ出力と、レーザ出力デューティーと、前記切断速度の前記使用可能範囲と、前記ワークの切断面が所定の仕上がり条件を満たすように設定された前記切断速度及び前記レーザ出力で画定される有効範囲と、前記有効範囲の下側境界に関する近似式とを、少なくとも含み、
    　前記制御部は、前記記憶部に保存された複数の前記加工条件テーブルの中から、前記ワークの前記切断速度と前記レーザ出力とが所定の条件を満たすように前記加工条件テーブルを選択し、選択された前記加工条件テーブルに基づいて前記ワークが切断加工されるよう前記レーザ加工ロボット及び前記レーザ発振器の動作を制御することを特徴とするレーザ切断加工装置。
  2. 　請求項１に記載のレーザ切断加工装置において、
    　選択された前記加工条件テーブルに含まれる前記有効範囲と前記切断速度の前記使用可能範囲との重なりが所定の範囲未満である場合は、前記レーザ発振周波数及び前記レーザ出力デューティーの少なくとも一方を変更して、前記有効範囲と前記切断速度の前記使用可能範囲との重なりが前記所定の範囲以上になるように、前記加工条件テーブルを再選択し、
    　前記制御部は、再選択された前記加工条件テーブルに基づいて前記ワークが切断加工されるよう前記レーザ加工ロボット及び前記レーザ発振器の動作を制御する
    ことを特徴とするレーザ切断加工装置。
  3. 　請求項１または２に記載のレーザ切断加工装置において、
    　前記加工条件テーブルの前記パラメータは、前記ワークの切断方向に対する前記レーザ加工ヘッドの傾斜角にも関連付けられており、
    　前記制御部は、前記レーザ加工ヘッドの先端が、前記レーザ加工ヘッドの後端よりも前記ワークの切断方向に沿って前方に位置した前進状態で、かつ前記傾斜角が０°以上３０°以下の範囲で前記ワークが切断加工されるよう前記レーザ加工ロボット及び前記レーザ発振器の動作を制御することを特徴とするレーザ切断加工装置。
  4. 　制御部によって動作が制御されるレーザ発振器から出力されたレーザ光を伝送ファイバ及び前記制御部によって動作が制御されるレーザ加工ロボットの先端に取付けられたレーザ加工ヘッドを介してワークに照射し、前記ワークを切断するレーザ切断加工方法であって、
    　前記ワークの材質及び板厚を含むレーザ切断加工時の基本条件の入力を受け付ける基本条件入力ステップと、
    　前記基本条件入力ステップで入力された前記基本条件と、前記制御部内の記憶部に保存され、前記レーザ切断加工に関する各種パラメータを有する加工条件テーブルを複数含んでなる加工条件テーブル群とを照合し、所望の前記レーザ切断加工に対応する前記加工条件テーブルを選択する加工条件テーブル選択ステップと、
    　前記加工条件テーブル選択ステップで選択された前記加工条件テーブルに基づいて前記レーザ切断加工の加工条件を設定する加工条件設定ステップと、
    　前記加工条件設定ステップで設定された加工条件において、前記ワークの切断速度が所定の条件を満たすかどうかを判断する切断速度判断ステップと、
    　前記切断速度判断ステップでの判断結果に基づいて前記ワークが切断加工されるよう前記レーザ加工ロボット及び前記レーザ発振器の動作を制御する切断加工ステップと、を有することを特徴とするレーザ切断加工方法。
  5. 　請求項４に記載のレーザ切断加工方法において、
    　前記切断速度判断ステップでは、前記ワークの前記切断速度が、前記レーザ加工ロボットに予め定められた速度範囲に基づいて設定された使用可能範囲かどうか、または、前記ワークの切断面が所定の仕上がり条件を満たすように設定された前記切断速度及びレーザ出力で画定される有効範囲と前記切断速度の前記使用可能範囲との重なりが所定の範囲以上であるかどうかを判断することを特徴とするレーザ切断加工方法。
  6. 　請求項５に記載のレーザ切断加工方法において、
    　レーザ発振周波数及びレーザ出力デューティーのいずれか一方を変更して前記加工条件テーブルを再選択する加工条件テーブル再選択ステップと、
    　前記切断速度を前記使用可能範囲の最大値である切断最大速度に設定する切断速度設定ステップと、
    　前記加工条件テーブル再選択ステップで再選択された前記加工条件テーブルに保存された前記切断速度に対するレーザ出力下限値の近似式を抽出し、前記近似式における前記切断最大速度での前記レーザ出力を切断加工時の前記レーザ出力に設定するレーザ出力設定ステップと、をさらに有し、
    　前記切断速度判断ステップでの判断が肯定的であれば、前記切断加工ステップにおいて、前記加工条件設定ステップで設定された加工条件に基づいて前記ワークを切断加工させ、
    　前記切断速度判断ステップでの判断が否定的であれば、
    前記切断加工ステップにおいて、前記切断速度設定ステップ及びレーザ出力設定ステップでそれぞれ設定された前記切断速度及び前記レーザ出力に基づいて前記ワークを切断加工させることを特徴とするレーザ切断加工方法。
  7. 　請求項４ないし６のいずれか１項に記載のレーザ切断加工方法において、
    　前記基本条件は、前記ワークの切断方向に対する前記レーザ加工ヘッドの傾斜角をさらに含み、
    　前記加工条件テーブルの各種パラメータは、前記ワークの切断方向に対する前記レーザ加工ヘッドの前記傾斜角にも関連付けられており、
    　前記切断加工ステップにおいて、前記レーザ加工ヘッドの先端が、前記レーザ加工ヘッドの後端よりも前記ワークの切断方向に沿って前方に位置した前進状態で、かつ前記傾斜角が０°以上３０°以下の範囲で前記ワークが切断加工されるよう前記レーザ加工ロボット及び前記レーザ発振器の動作を制御することを特徴とするレーザ切断加工方法。
  8. 　請求項４ないし７のいずれか１項に記載のレーザ切断加工方法において、
    　前記加工条件テーブル選択ステップでは、前記ワークの切断軌跡全体において、所定の間隔をあけて位置する２つの教示点間における前記基本条件と前記加工条件テーブル群とを照合して、所望の前記レーザ切断加工に対応する前記加工条件テーブルの組み合わせを複数選択し、
    　前記レーザ切断加工方法は、
    　前記加工条件テーブルに、前記２つの教示点間を切断加工するときの加工時間と加工時電力とを関連付けてサブテーブルを作成するサブテーブル作成ステップと、
    　前記サブテーブルの組み合わせのそれぞれに、前記切断軌跡全体にわたって積算された加工時総時間及び加工時総電力を関連付けて複数のナビゲーションテーブルを作成するナビゲーションテーブル作成ステップと、
    　前記レーザ切断加工における所望の仕様に応じて、複数の前記ナビゲーションテーブルから前記レーザ切断加工に使用する前記ナビゲーションテーブルを選択するナビゲーションテーブル選択ステップと、をさらに有し、
    　前記切断加工ステップでは、前記ナビゲーションテーブル選択ステップで選択された前記ナビゲーションテーブルに含まれる前記加工条件に基づいて前記ワークが切断加工されるよう前記レーザ加工ロボット及び前記レーザ発振器の動作を制御することを特徴とするレーザ切断加工方法。
  9. 　請求項８に記載のレーザ切断加工方法において、
    　前記ナビゲーションテーブル選択ステップでは、前記加工時総時間、前記加工時総電力及び前記ワークの切断面形状の確認結果の少なくとも１つに基づいて、使用する前記ナビゲーションテーブルを選択することを特徴とするレーザ切断加工方法。
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