JPH04182090A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はレーザー加工装置に係り、詳しくは比較的厚い
鋼板等に対する切断加工、溶接加工を行うための加工装
置に関するものである。

〈従来の技術〉 レーザー光を利用して鋼板等の鉄系金属、アルミニウム
等の非鉄金属等の被加工材を切断、溶接。

マーキング等の加工を施し、或いはアクリル板等の合成
樹脂材料を切断、彫刻する加工が一般的に実施されてい
る。

従来より提供されているレーザー発振器は比較的出力が
小さく、薄板に対する加工のみが行われている。然し、
最近に至り出力の大きなレーザー発振器が開発され、比
較的厚い板の加工も実施し得るようになってきている。

例えば鋼板を切断する場合には、集光レンズを有し且つ
アシストガスとしての酸素ガスを噴射するトーチを用い
、前記レンズによってレーザー光を集光して鋼板の表面
或いはその近傍にスポットを形成し、このレーザー光に
沿って酸素ガスを噴射しつつ、予め設定された切断線に
沿って移動させることで鋼板を切断している。前記切断
は、レーザー光のエネルギによる鋼板母材の瞬間的な溶
融、蒸発と、酸素ガスによる溶融母材の急激な酸化、及
び酸化生成物の鋼板からの排除と、を極めて短時間で連
続的に行うことで実施される。

レーザー発振器から出射されるレーザー光は平行光線で
は無く、僅かな広がり角度を有している。

このため、レーザー発振器とトーチとの距離が変化する
と、この変化に応して鋼板の表面に形成されるスポット
の径が変化し、定常的な切断を実施し得なくなる。

従って、鋼板等の被加工材に対し二次元的な切断、溶接
、彫刻等の加工を実施するレーザー加工装置にあっては
、被加工材の表面に対するレーザー光の集光位置を常に
一定位置に維持し得るように、即ち、被加工材の表面に
於けるレーザー光の集光径（スポット径）を一定に維持
し得るように構成されているものが多い。

〈発明が解決しようとする課題〉 一般にレーザー光を用いて鋼板等の被加工材に対する切
断、溶接等の加工を実施する場合、レーザー光を細く絞
った状態で被加工材に照射することが効率良く加工し得
るとされている。

然し、本発明者が厚鋼板に対する切断実験を行った結果
、レーザー光を単に細く絞るのみでは切断面の品質を良
好な状態に維持して厚板に対する切断を行うことが出来
ないということが判明した。

この原因は、レーザー光を細く絞って鋼板に照射し同時
に酸素ガスを噴射した場合、レーザー光の照射点にエネ
ルギが集中し、母材を狭い範囲で急激に溶融５蒸発させ
、同時にこの点から母材の燃焼を開始させることが出来
るが、母材の溶融面積が少なく且つ母材の燃焼量が少な
いため、母材に対する加熱が充分で無いことにあるもの
と思われる。

本発明の目的は、厚板に対して円滑な加工を施すごとが
出来るレーザー加工装置を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するために本発明に係るレーザー加工装
置は、マルチモードのレーザー光を出射するレーザー発
振器と、前記レーザー光を被加工材に照射すると共に該
レーザー光に沿ってアシストガスを噴射するトーチと、
前記トーチに着脱可能に装着されたレンズと、レールに
沿って移動可能に構成され前記レーザー発振器を搭載す
ると共に前記トーチをレールと直交方向に移動可能に搭
載するフレームと、前記レーザー発振器から出射された
レーザー光をレールの敷設方向に屈折させる屈折部材と
、前記屈折されたレーザー光を更にレールの敷設方向に
反転屈折させる反転屈折部材と、前記反転屈折されたレ
ーザー光をトーチの方向に屈折する屈折部材と、トーチ
の移動量に応じて前記反転屈折部材を移動させる駆動部
材とを有して構成されるものである。

前記レーザー加工装置に於いて、トーチに装着されたレ
ンズに応して反転屈折部材の移動範囲を規定する規定手
段を有することが好ましい。

〈作用〉 上記手段によれば、厚板に対する切断、溶接等の加工を
円滑に実施することが出来、且つ良好な品質を維持する
ことが出来る。

鋼板に対する切断が、レーザー光による母材の溶融、蒸
発という物理的なプロセスと、酸素ガスによる溶融母材
の急激な酸化（母材の燃焼）という化学的なプロセスと
、酸素ガスによる酸化生成物の母材からの排除という物
理的なプロセスからなり、特に母材の燃焼を継続させる
ためには鋼板を厚さ方向に加熱することが必須であるこ
と、及び鋼板の厚さが厚くなるに従って酸化生成物の量
が増大するため、切断溝の幅も大きくなることは周知で
ある。

従って、トーチからマルチモードのレーザー光を鋼板に
照射することによって、該レーザー光に於ける半径方向
に分布した最大エネルギ部分により鋼板を面状に溶融、
蒸発させ、このレーザー光の出射と同時に酸素ガスを噴
射することで面状に溶融した部分を燃焼させると共に、
酸素ガスによって燃焼生成物を母材から排除しつつ、ト
ーチをレールの敷設方向及びこの方向と直角方向に移動
させることで厚板を所望の形状に切断することが出来る
。

本発明者の実験の結果、マルチモードのレーザー光では
、レーザー発振器とトーチとの距離を一定の値に維持し
ておくことが必要であることが判明している。このため
、レーザー発振器から出射されたレーザー光を屈折部材
によってレールの敷設方向に屈折させると共に、反転屈
折部材によって折り返し反転させた迂回路を構成し、ト
ーチの移動量に応じて反転屈折部材を移動させることに
よって迂回路の長さを調整することで、レーザー発振器
とトーチとの距離を常に一定長に維持することが出来る
。

また実験の結果、レーザー発振器とトーチとの距離は、
トーチに装着されるレンズの焦点距離に応して変化する
ことも判明している。このため、トーチに装着されたレ
ンズに応して反転屈折部材の移動範囲を規定するための
規定手段を設けることによって、トーチに装着されたレ
ンズに応じた最適なレーザー光路長を設定することが出
来る。

〈実施例〉 以下上記手段を適用したレーザー加工装置の一実施例に
ついて図を用いて説明する。

第１図は本発明に係るレーザー加工装置の全体斜視説明
図である。

図に於いて、所定の間隔を持って平行に敷設されたレー
ル１にサドル２．クロスガーター３からなるフレーム４
が載置されている。このフレーム４は図示しないモータ
ーによって駆動されてレール１の敷設方向（Ｘ方向）に
移動し得るように構成されている。

クロスガーター３はレール１と直交方向（Ｙ方向）に配
設されており、このクロスガーター３に複数のクロスレ
ール３ａがＹ方向に沿って固着されている。クロスレー
ル３ａにはキャリッジ５が配設されており、このキャリ
、ジ５はクロスガーター３に取り付けたモーター６ａ及
びポールネジ等の伝導部材６ｂによってクロスレール３
ａに沿って移動し得るように構成されている。

キャリッジ５にはレール１の間に配置された鋼板等の被
加工材７にレーザー光を照射すると共に、図示しない供
給手段から供給される酸素ガスを噴射するトーチ８が取
り付けられている。

・従って、トーチ８はフレーム４のＸ方向への移動と、
キャリッジ５のＹ方向への移動とを合成されて所望の方
向に移動することが可能である。

マルチモードのレーザー光を出射するレーザー発振器９
はサドル２に取り付けられている。前記レーザー発振器
９とトーチ８との間には複数のミラー１１ａ〜ｌｌｆを
配置して構成したレーザー光路ｌＯが構成されており、
この光路１ｏによってレーザー発振器９とトーチ８との
距離を常に一定長さに維持し得るように構成している。

即ち、サドル２には２枚のミラー１１ｃ、ｌｉｄを対向
配置して構成した反転屈折部材となる反転装置１２が配
設されており、またサドル２には前記反転装置１２を移
動させるための駆動部材となるモーター１３ａ及びポー
ルネジ等の伝導部材１３ｂが設けられている。前記伝導
部材１３ｂはレールｌの敷設方向と平行に配置され、こ
の伝導部材１３ｂに反転袋［１２に設けた図示しないナ
ンドを螺合させることによって、反転装置１２をレール
１の方向に移動させるように構成している。そしてキャ
リッジ５を移動させるモーター６ａの駆動量と一定の比
率でモーター１３ａを駆動することによって、反転装置
１２を移動させることで、レーザー発振器９とトーチ８
との間の距離を常に一定長さとなるようにしている。即
ち、キャリッジ５の矢印ａ方向への移動に応じて反転装
置１２を矢印Ｃ方向に移動させ、またキャリッジ５の矢
印す方向への移動に応じて反転装置１２を矢印ｄ方向に
移動させることで、レーザー発振器９とトーチ８との距
離を常に−に維持している。

従って、レーザー発振器９から出射されたマルチモード
のレーザー光はミラー１１ａ、ｌｌｂによってレール１
の敷設方向に屈折され、ミラー１１ｃ。

ｌｉｄからなる反転装置１２によって再びレールｌと平
行に反転屈折される。そしてミラーｌｉｅによってトー
チ８の方向に屈折されてトーチ８に設けたミラー１１ｆ
に至り、該トーチ８に着脱可能に装着されたレンズ８ａ
によって集光されて被加工材７に照射される。

トーチ８にはマルチモードのレーザー光を集光するため
のレンズ８ａが着脱可能に装着されている。そして被加
工材７の厚さ、材質等の条件に応して焦点距離１０イン
チのレンズ、焦点距離７．５インチのレンズ、或いは焦
点距離５インチのレンズを選択してトーチ８に装着して
いる。

トーチ８に装着されるレンズ８ａの焦点距離が変化する
と、この焦点距離の変化に応じてレーザー発振器９とト
ーチ８との距離を変化させることが必要となる。

このため、本実施例では反転装置１２を移動させる伝導
部材１３ｂの近傍に該反転装置１２の移動範囲を規定す
るための規定部材となるセンサー１４ａ〜１４ｃを設け
ている。このセンサー１４ａ〜１４ｃとしては、反転装
置１２と接触して信号を発生するスイッチ、或いは反転
装置１２を非接触状態で検知して信号を発生するスイッ
チ等を用いることが可能である。そしてセンサー１４ａ
をトーチ８に焦点距離１０インチのレンズを装着したと
きのレーザー発振器９とトーチ８との距離に対応する位
置にセントすると共に、センサー１４ｂを焦点距離７６
５インチのレンズに対応する位置にセットし、更にセン
サー１４ｃを焦点距離５インチのレンズに対応する位置
にセットし、被加工材７に対する加工の実施に先立って
トーチ８に装着されたレンズ８ａの焦点距離の情報を図
示しない制御部に入力し、センサー１４　ａ　＝１４　
ｃの何れかを選択することによって、レーザー発振器９
とトーチ８との距離を使用されるレンズ８ａに応して最
適な距離に維持することが可能である。

尚、本実施例ではフレーム４を移動させる図示しないモ
ーター、キャリッジを移動させるモーター５ａ、反転装
置１２を移動させるモーター１３ａの回転方向及び回転
量を夫々数値制御装置によって制御することで、予め入
力された図形情報、板厚情報等に応じてトーチ８の移動
方向及び移動速度を制御し得るように構成している。

上記の如く構成したレーザー加工装置を用いて被加工材
７を切断する場合には、先ず数値制御装置に切断すべき
図形情報、被加工材７の板厚情報。

レンズ８ａの焦点距離情報等を入力し、トーチ８を被加
工材７の所定位置に移動させ、レーザー発振器９からマ
ルチモードのレーザー光を出射すると同時にアシストガ
スとして酸素ガスを噴射して切断を開始し、その後、フ
レーム４．キャリッジ５を入力された情報に応じてＸ、
Ｙ方向に移動させることによって、所定の図形を切断す
ることが可能である。そしてキャリッジ５のＹ方向への
移動量に応じてモーター１３ａを駆動して反転装置１２
を移動させることによって、レーザー発振器９とトーチ
８との距離を一定長さに維持することが可能である。

本実施例では、サドル２に１組の反転装置１２を設けて
いるが、この数に限定するものでは無く、２組以上の反
転装置１２を設けても良い。

また本実施例ではトーチ８からマルチモードのレーザー
光を出射して被加工材７を切断する加工装置について説
明したが、被加工材７が溶接部材である場合には、マル
チモードのレーザー光を用いることによって溶は込み深
さの深い溶接作業を実施することが可能である。この場
合、アシストガスとしてはアルゴンガス、炭酸ガス等の
不活性ガスを用いるのが良い。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように本発明に係るレーザー加工装
置によれば、マルチモードのレーザー光を用いることで
厚板に対する切断、溶接等の加工を効率良〈実施するこ
とが出来、且つ品質の良い仕上げ面を得ることが出来る
。

またレーザー光の光路をレールの敷設方向に反転屈折さ
せることで迂回路を構成し、キャリッジの移動に応じて
前記迂回路を構成する反転屈折部材を移動させることで
、トーチの位置にかかわらずレーザー発振器とトーチと
の距離を一定に維持することが出来る。

また反転屈折部材の移動範囲を規定部材によって規定す
ることで、トーチに装着されたレンズに応じた最適なレ
ーザー光路長を設定することが出来る等の特徴を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るレーザー加工装置の全体斜視説明
図である。 １はレール、２はサドル、３ａはクロスレール、４はフ
レーム、５はキャリッジ、６ａ、１３ａはモーター、６
ｂ、１３ｂは伝導部材、７は被加工材、８はトーチ、８
ａはレンズ、９はレーザー発振器、１０はレーザー光路
、ｌｌａ〜ｌｌｆはミラー、１２は反転装置、１４ａ−
１４ｃはセンサーである。 特許出願人　　小池酸素工業株式会社 代　理　人　　弁理士　中周　周吉

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マルチモードのレーザー光を出射するレーザー発
   振器と、前記レーザー光を被加工材に照射すると共にア
   シストガスを噴射するトーチと、前記トーチに着脱可能
   に装着されたレンズと、レールに沿って移動可能に構成
   され前記レーザー発振器を搭載すると共に前記トーチを
   レールと直交方向に移動可能に搭載するフレームと、前
   記レーザー発振器から出射されたレーザー光をレールの
   敷設方向に屈折させる屈折部材と、前記屈折されたレー
   ザー光を更にレールの敷設方向に反転屈折させる反転屈
   折部材と、前記反転屈折されたレーザー光をトーチの方
   向に屈折する屈折部材と、トーチの移動量に応じて前記
   反転屈折部材を移動させる駆動部材とを有することを特
   徴としたレーザー加工装置。
2. （２）トーチに装着されたレンズに応じて反転屈折部材
   の移動範囲を規定する規定手段を有する請求項（１）記
   載のレーザー加工装置。