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    公开号:WO1992006815A1
    申请号:PCT/JP1991/001371
    申请日:1991-10-05
    公开日:1992-04-30
    发明作者:Yoshinori Nakata；Etsuo Yamazaki；Norio Karube；Tsuyoshi Nagamine
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 レーザ加工方法 技 術 分 野
    [0002] 本発明はワークの切断加工に使用されるレーザ加工方法に 関し、 特に鋭角形状部をシャ一プに加工するレーザ加工方法 に関する。 背 景 技 術
    [0003] レーザビームによるワークの切断加工において、 鋭角形状 部を切断する場合、 鋭角形状部は、 過剰な入熱量により過熱 するためにェッ ジ部が溶融して、 シャープに加工できない。 このため、 ループ加工と呼ばれる加工方法が用いられている < 第 7図はループ加工の説明図である。 図に示すように、 鋭角 形状部 5 1を有する加工通路 5 2に沿って切断加工を行う際 は、 鋭角の折り返し点 Cを越えたところまで切断加工を続行 し、 適当な大きさのループ 5 3を描いて折り返し点 Cに戻り 本来の加工通路 5 2に沿って切断加工を再開する。
    [0004] しかし、 このループ加工は、 加工通路 5 2の内側 （鋭角 側） が製品である場合には適用できるが、 加工通路 5 2の外 側 （鈍角側） か 品である場合には適用できない。 さらに、 余分なループ 5 3を描くための加工プログラムを必要とする ( 発 明 の 開 示 本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 ルー プ加工に依らずに鋭角形状部をシャープに加工することがで きるレーザ加工方法を提供することを目的とする。
    [0005] 本発明では上記課題を解決するために、
    [0006] 連続した移動指令とレーザ出力指令とからなる加工プログ ラムに基づいてヮークの切断加工を行うレーザ加工方法にお いて、 実行中の移動指令と次の移動指令を読み取ってワーク の加工通路の角度を演算し、 前記加工通路の角度と予め設定 された設定角度とを比較し、 前記加工通路の角度が前記設定 角度より銳角である場合、 前記実行中の移動指令に基づく加 ェ移動を減速停止させ、 前記加工移動の減速停止に応じて前 記レーザ出力指令を切断加工条件から穴開け加工条件まで変 化させ、 前記穴開け加工条件による穴開け加工終了時に前記 次の移動指令に基づいて前記加工移動を再開し、 前記加工移 動の再開時に、 前記レーザ出力指令を前記加工移動に応じて 前記穴開け加工条件から前記切断加工条件まで変化させるこ とを特徵とするレーザ加工方法が、 提供される。
    [0007] 実行中の移動指令と次の移動指令を読み取ってヮークの加 ェ通路の角度を演算する。 その加工通路の角度と予め設定さ れた設定角度とを比較し、 加工通路の角度が設定角度より鋭 角である場合、 実行中の移動指令に基づく加工移動を減速停 止させる。 その際に、 レーザ出力指令を、 切断加工条件から 穴開け加工条件に変化させる。 その穴開け加工条件で穴開け 加工が行われる。 穴開け加工の終了時に、 次の移動指令に基 づいて加工移動が再開する。 その加工移動の再開時における レーザ出力指令は加工移動に応じて穴開け加工条件から切断 加工条件まで変化する。 図 面 の 簡 単 な 説 明 第 1図 （ a ) は本発明のレーザ加工方法に依る減速判定処 理のフ口一チャー ト、
    [0008] 第 1図 （ b ) は本発明のレーザ加工方法に依るレーザ出力 指令書き換えのフ口一チャー ト、
    [0009] 第 2図は本発明のレーザ加工方法のプロ ック図、
    [0010] 第 3図は本発明のレーザ加工方法を説明するためのタィム ナヤ一 卜、
    [0011] 第 4図は本発明のレーザ加工方法の他の実施例を説明する ためのタイ ムチャー ト、
    [0012] 第 5図は第 4図の実施例を実行するためのレーザ出力指令 書き換えのフローチヤ一 ト、
    [0013] 第 6図は本発明を適用する N C レーザ装置の構成を示した ブロ ッ ク図、
    [0014] 第 7図はループ処理による切断加工の説明図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
    [0015] 第 2図は本発明のレーザ加工方法のプロ ック図である。 加 ェプログラム 1 は解読手段 2によって解読され、 移動指令と レーザ出力指令に分けられる。 移動指令は加減速制御手段 3 を経由して補間手段 4で各軸に分配され、 サーボ手段 5の各 サ一ボモータを制御する。 そのサーボモータによって機械 (テーブル等） が駆動される。
    [0016] レーザ出力指令はレーザビーム制御手段 7においてレーザ 発振器 8への指令信号に変換され、 レーザ発振器 8から出射 されるレーザビームの出力 （レーザ出力） を制御する。 この レーザビームによってワーク 9の切断加工が行われる。
    [0017] レーザビーム制御手段 7は加減速制御手段 3からの信号を 読み取り、 その信号に基づいてレーザ発振器 8に指令信号を 出力し、 レーザ出力を制御する。 その詳細は後述する。
    [0018] 第 3図は本発明のレーザ加工方法を説明するためのタィム チヤ一トである。
    [0019] 先ず、 所定の加工通路 （図示せず） に沿って切断加工が行 われる。 送り速度 Vは移動指令によって V cに制御されてい る。 レーザ出力指令 Aは、 レーザ発振器に供給される高周波 パルス電力のパヮ一 S、 パルス周波数 P及びデュ一ティ比 Q を指令する。 こ こでは、 切断加工条件である A c (例えばパ ヮ一S c = 1 0 0 0 W、 パルス周波数 P c = 1 0 0 0 H z、 デューティ比 Q c = 8 0 % ) に制御されている。
    [0020] 次に、 実行中の移動指令と次の移動指令とから加工通路の 角度を演算する。 その加工通路の角度が設定角度より鋭角で あると判別した場合、 すなわちコーナ部 （銳角形状部） であ ると判別した場合、 実行中の移動指令に基づく送り速度 V c の加工移動を、 時間 Δ Tで減速停止させる。
    [0021] このとき、 レーザ出力指令 Aは送り速度 Vの減速速度の変 化に対応して変化するように制御される。 その結果、 レーザ 出力指令 Aは A cからピアッ シング加工条件である A p (例 えばパヮ一 S p = 5 0 0 W、 パルス周波数 P p = 4 5 H z、 デューティ比 Q p = 1 5 % ) まで変化する。
    [0022] コーナ部では停止して切断加工からピアツ シング加工に移 行するとともに、 ワークにレーザビームが垂直に通るように する。
    [0023] ピアツ シング加工終了後、 次の移動指令を読み取り、 その 移動指令に基づいてコーナ部から再び所定の加工通路に沿つ て移動する。 その際に、 送り速度 Vは加速され、 時間 Δ Τ後 に再び V cに達する。
    [0024] このとき、 レーザ出力指令 Aは送り速度 Vの変化に対応し て変化するように制御され、 A pから A cに変化する。 この レーザ出力指令 A cに基づいて、 再び所定の加工通路に沿つ た切断加工が行われる。
    [0025] このように、 本実施例では、 コーナ部の前後で送り速度 V を減速または加速させる際に、 その送り速度 Vの変化に対応 してレーザ出力指令 Aを変化させるようにした。 このため、 コーナ部での入熱量を適度に制御することができる。 また、 コーナ部で一旦停止してピ了ッ シング加工を行い、 レーザビ ームを垂直に通した後、 送り方向を変えるために、 ワークの 表面から裏面までシャ一プなェッ ジが得られる。 したがって、 ループ加工に依らずコ一ナ部をシャープに加工することがで る。
    [0026] 上記の説明では、 送り速度 Vの減速停止時に、 レーザ出力 指令 Aを切断加工条件の A cからピアッ シング加工条件の A Pまで変化させたが、 レーザ出力指令 Aを A cから一旦、 A cと A pとの中間条件である A i に変化させ、 停止と同時に A iから A pに切り換えるように変化させることもできる。 これによつて、 コーナ部での減速停止時の入熱量をより的確 に制御することができる。
    [0027] 第 1図 （a) は本発明のレーザ加工方法に依る減速判定処 理のフ n—チャー トである。 図において、 Sに続く数値はス テップ審号を示す。
    [0028] 〔S 1〕 レーザ出力指令 Aの単位時間当たりの増分を次式 ( 1 ) に基づいて計算する。
    [0029] Δ S = ( S c - S ) * T s/厶 T
    [0030] Δ Ρ= (P c -P p) - T s /Δ T ( 1 ) Δ Q= ( Q c - Q ) - T s /Δ T
    [0031] 〔S 2〕 次のブロ ック （移動指令） を読み込む。
    [0032] 〔S 3〕 角度計算を行う。
    [0033] [S 4〕 計算角度が設定角度より小さいか否かを判別する。 小さければコーナ部が鋭角であると判別して S 5に進み、 大 きければそのままプログラムを終了する。
    [0034] 〔 S 5〕 減速判定フラグ F 1を 1に設定する。
    [0035] 第 1図 （b) は本発明のレーザ加工方法に依るレーザ出力 指令書き換えのフローチャー トである。 このプログラムは第
    [0036] 1図 （a ) のフローチャートが実行された後に、 時間 1 ZT s毎に行われる。
    [0037] 〔 S 1 1〕 ピアッ シング加工終了判定フラグ F 2が 1である か否かを判別する。 1であれば S 2 2に、 0であれば S 1 2 に進む。
    [0038] 〔 S 1 2〕 ピアツ シング加工条件書き換え終了判定フ ラグ F 3が 1であるか否かを判別する。 1であれば S 2 0に、 0で あれば S 1 3に進む。
    [0039] 〔 S 1 3〕 減速判定フ ラグ F 1が 1であるか否かを判別する。 1であれば S 1 4に進み、 0であればプロダラムを終了する。
    [0040] 〔 S 1 4〕 実行中のプロ ッ ク （移動指令） に基づく加工移動 が所定の減速域に入ったか否かを判別する。 減速域であれば S 1 5に進む。
    [0041] 〔 S 1 5〕 減速指令に基づいて送り速度 Vを制御する。
    [0042] 〔 S 1 6〕 レーザ出力指令 Aを次式 （ 2 ) に基づいて書き換 える。
    [0043] S = S—△ S
    [0044] P = P - Δ P ( 2 )
    [0045] Q= Q- Δ Q
    [0046] 〔 S 1 7〕 減速終了か否かを判別する。 減速終了であれば S 1 8に進み、 減速が終了していなければそのままプロ グラ ム を終了する。
    [0047] 〔 S 1 8〕 レーザ出力指令 Aをピアツ シング加工条件 （ S = S p、 P = P p、 Q= Q p ) に書き換える。
    [0048] C S 1 93 ピアツ シ ング加工条件書き換え終了判定フ ラグ F 3を 1 に設定する。
    [0049] 〔 S 2 0〕 ピアツ シング加工終了か否かを判別する。 終了で あれば S 2 1 に進む。 終了していなければそのままプログラ ムを終了する。 〔 S 2 1 〕 ピアツ シング加工終了判定フ ラ グ F 2を 1 に、 ピ 了ッ シング加工条件書き換え綏了判定フラグ F 3を 0に設定 する。
    [0050] 〔 S 2 2〕 加速指令に基づいて送り速度 Vを制御する。
    [0051] 〔 S 2 3〕 レーザ出力指令 Aを次式 （ 3 ) に基づいて書き換
    [0052] X- ^ o
    [0053] S = S + Δ S
    [0054] P = P +△ P ( 3 )
    [0055] Q = Q + Δ Q
    [0056] 〔 S 2 4〕 加速終了か否かを判別する。 加速終了であれば S 2 5に進み、 加速が終了していなければそのままプログラム を終了する。
    [0057] 〔 S 2 5 〕 レーザ出力指令 Aを切断加工条件 （S = S c、 P = P c、 Q = Q c ) に書き換える。
    [0058] 〔 S 2 6〕 減速判定フラグ F 1及びピアッ シング加工終了判 定フラグ F 2を 0に設定する。
    [0059] 第 4図は本発明のレーザ加工方法の他の実施例を説明する ためのタイ ムチヤ一トである。
    [0060] 第 1の実施例との相違点は、 加工移動の減速停止時におけ るレーザ出力指令 Aが、 減速時に切断加工条件である A cに 保持され、 停止時にピアッ シング加工条件である A pに切り 換えられる点である。
    [0061] この結果、 コーナ部に到達するまでの加工に必要とする熱 を充分に確保することができる。
    [0062] 第 5図は第 4図の実施例を実行するためのレーザ出力指令 書き換えのフ ロ ーチ ャ ー トである。 このプロ グラ ムは、 第 1 図 （ b ) のフ ロ ーチャ ー ト と同様に、 第 1図 （ a ) のフ ロー チャー トが実行された後に、 時間 1 ZT s毎に行われる。 〔 S 3 0〕 ピアツ シング加工終了判定フラグ F 2が 1である か否かを判別する。 1であれば S 3 9に、 0であれば S 3 1 に む。
    [0063] 〔 S 3 1〕 減速判定フラグ F 1が 1であるか否かを判別する。 1であれば S 3 2に進み、 0であればプログラムを終了する。 〔 S 3 2〕 実行中のブ π ック （移動指令） に基づく加工移動 が所定の減速域に入ったか否かを判別する。 減速域であれば
    [0064] S ύ όに む ο
    [0065] 〔 S 3 3〕 減速終了か否かを判別する。 減速^了であれば S 3 5に、 減速が終了していなければ S 3 4に進む。
    [0066] [ S 3 4〕 減速指令に基づいて送り速度 Vを制御する。
    [0067] 〔 S 3 5〕 レーザ出力指令 Aをピアッ シング加工条件 （ S = S p、 P = P p、 Q = Q p ) に書き換える。
    [0068] 〔 S 3 6〕 ピアツ シング加工終了か否かを判別する。 終了で あれば S 3 8に進む。 終了していなければそのままプログラ ムを終了する。
    [0069] 〔 S 3 8〕 ピアツ シング加工終了判定フラグ F 2を 1 に設定 する。.
    [0070] 〔 S 3 9〕 加速指令に基づいて送り速度 Vを制御する。
    [0071] 〔 S 4 0〕 レーザ出力指令 Aを式 （ 3 ) に基づいて書き換え る 0
    [0072] [ S 4 1〕 加速終了か否かを判別する。 加速終了であれば S 4 2に進み、 加速が終了していなければそのままプログラム を終了する。
    [0073] 〔 S 4 2〕 レーザ出力指令 Aを切断加工条件 （ S = S c、 P = P c、 Q= Q c ) に書き換える。
    [0074] 〔 S 4 3〕 減速判定フ ラ グ F 1及びピアッ シング加工終了判 定フラグ F 2を 0に設定する。
    [0075] 第 6図は本発明を適用する N Cレーザ装置の構成を示した ブロ ッ ク図である。 図において、 プロセッサ 6 1 は図示され ていない R OMに格納された制御プログラムに基づいて、 メ モ リ 7 0に格納された加工プログラ ム 1 (第 2図） を読みだ し、 N Cレーザ装置全体の動作を制御する。 第 2図の解読手 段 2、 加減速制御手段 3及び補間手段 4は、 このプロセ ッ サ 6 1及び R OMにおいて実行される。
    [0076] 出力制御回路 6 2は内部に DZAコ ンバータを内蔵してお り、 プロセ ッ サ 6 1から出力された出力指令値を電流指令値 に変換して出力する。 励起用電源 6 3は商用電源を整流した 後、 スィ ッ チ ング動作を行って高周波の電圧を発生し、 電流 指令値に応じた高周波電流を放電管 6 4に供給する。 この出 力制御回路 6 2及び励気用電源 6 3は第 2図のレーザビーム 制御手段を構成する。
    [0077] 放電管 6 4の内部にはレーザガス 7 9が循環しており、 励 気用電源 6 3から高周波電圧が印加されると放電を生じてレ 一ザガス 7 9が励起される。 リア鏡 6 5は反射率 9 9. 5 % のゲルマニウ ム （G e ) 製の鏡、 出力鏡 6 6は反射率 6 5 % のジンクセレン （ Z n S e ) 製の鏡であり、 これらはフアブ リベロ一型共振器を構成し、 励起されたレーザガス分子から 放出される 1 0 . 6 u mの光を増幅して一部を出力鏡 6 6か らレーザ光 6 7 として外部に出力する。
    [0078] 出力されたレーザ光 6 7は、 シャ ツタ 8 3 aが開いている 時には、 ベンダミ ラー 6 8で方向を変え、 集光レンズ 6 9に よって 0 . 2 m m以下のスポッ トに集光されてワーク 9の表 面に照射される。
    [0079] メモリ 7 0は加工プログラム 1、 各種のパラメ 一夕等を格 納する不揮発性メモ リ であり、 ノ、'ッテリバックアツプされた C M O Sが使用される。 なお、 この他にシステムプログラム を格納する R O M、 一時的にデータを格納する R A Mがある が、 本図ではこれらを省略してある。
    [0080] 位置制御回路 Ί 1 はプロセッサ 6 1の指令によってサーボ ア ンプ 7 2を介してサーボモータ Ί 3を回転制御し、 ボール スク リ ュー 7 4及びナッ ト 7 5によってテーブル 7 6 (機械 6 ) の移動を制御し、 ワーク 9の位置を制御する。 図では 1 軸のみを表示してあるが、 実際には複数の制御軸がある。 表 示装置 Ί 8には C R T或いは液晶表示装置等が使用される。
    [0081] 送風機 8 0にはルーツプロヮが使用され、 レーザガス 7 9 を冷却器 8 1 a及び 8 1 bを通して循環する。 冷却器 8 1 a はレーザ発振を行って高温となったレーザガス 7 9を冷却す るための冷却器であり、 冷却器 8 1 bは送風器 8 0による圧 縮熱を除去するための冷却器である。
    [0082] シャ ッタ制御回路 8 2はプロセッサ 6 1の指令に基づいて シャ ツタ 8 3 aを開閉する。 シャ ツタ 8 3 aは表面に金メ ッ キが施された銅板またはアルミ板で構成されており、 閉時に は出力鏡 6 6から出力されたレーザ光 6 7を反射してビーム ァブソーバ 8 3 bに吸収させる。 シャ ツタ 8 3 aを開く とレ —ザ光 6 7がワーク 9に照射される。
    [0083] パワーセ ンサ 8 4は熱電あるいは光電変換素子等で構成さ れ、 リア鏡 6 5から一部透過して出力されたレーザ光を入力 してレーザ光 6 7の出力パワーを測定する。 A Z D変換器 8 5はパワーセ ンサ 8 4の出力をディ ジタル値に変換してプロ セ ッ サ 6 1 に入力する。
    [0084] 上記の説明では、 加工移動の再開時にレーザ出力指令を送 り速度の変化に対応して変化させるようにしたが、 加工移動 再開後所定距離移動するまでの間に、 ピアッ シング加工条件 から切断加工条件まで変化させるように構成することもでき さらに、 上記の説明では、 減速及び加速に要する時間を同
    [0085] ― ( Δ T ) にしたが、 異なるように構成することもできる。
    [0086] 以上説明したように本発明では、 鋭角形状部の前後で送り 速度を減速または加速させる際に、 その送り速度の変化に対 応してレーザ出力指令を変化させるようにした。 このため、 鋭角形状部での入熱量を適度に制御することができる。 また、 鋭角形状部で一旦停止してピアツ シング加工を行い、 レーザ ビームを垂直に通した後、 送り方向を変えるために、 ワーク の表面から裏面までシャ一プなェッジが得られる。
    [0087] したがって、 ループ加工に依らず鋭角形状部をシャープに 加工することができる。
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 囲
    1 . 連続した移動指令とレーザ出力指令とからなる加工プ 口グラムに基づいてワークの切断加工を行う レーザ加工方法 において、
    実行中の移動指令と次の移動指令を読み取ってヮークの加 ェ通路の角度を演算し、
    前記加工通路の角度と予め設定された設定角度とを比較し、 前記加工通路の角度が前記設定角度より銳角である場合、 前記実行中の移動指令に基づく加工移動を減速停止させ、 前記加工移動の減速停止に応じて前記レーザ出力指令を切 断加工条件から穴開け加工条件まで変化させ、
    前記穴開け加工条件による穴開け加工終了時に前記次の移 動指令に基づいて前記加工移動を再開し、
    前記加工移動の再開時に、 前記レーザ出力指令を前記加工 移動に応じて前記穴開け加工条件から前記切断加工条件まで 変化させることを特徴とするレーザ加工方法。
    2 . 前記加工移動の減速停止時におけるレーザ出力指令は、 前記加工移動の減速速度の変化に対応して前記切断加工条件 から前記穴開け加工条件まで直線的に変化することを特徵と する請求項 1記載のレーザ加工方法。
    3 . 前記加工移動の減速停止時におけるレーザ出力指令は、 減速時に減速速度の変化に対応して前記切断加工条件から、 前記切断加工条件と前記穴開け加工条件との中間条件まで変 化し、 停止時に前記穴開け加工条件に切り換えられることを 特徵とする請求項 1記載のレーザ加工方法。
    4 . 前記加工移動の減速停止時におけるレーザ出力指令は、 減速時に前記切断加工条件に保持され、 停止時に前記穴開け 加工条件に切り換えられることを特徴とする請求項 1記載の レーザ加工方法。
    5 . 前記加工移動の再開時におけるレーザ出力指令は、 前 記加工移動の送り速度の変化に対応して前記穴開け加工条件 から前記切断加工条件まで直線的に変化することを特徵とす る請求項 1記載のレーザ加工方法。 .
    6 . 前記加工移動の再開時におけるレーザ出力指令は、 所 定距離の前記加工移動に対応して、 前記穴開け加工条件から 前記切断加工条件まで変化することを特徵とする請求項 1記 載のレーザ加工方法。
    7 . 前記レーザ出力指令は、 パワー、 パルス周波数及びパ ルスデューティの少なく とも一つを含んでいることを特徵と する請求項 1記載のレーザ加工方法。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    1992-04-30| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU NL SE |
    1992-05-22| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1991917344 Country of ref document: EP |
    1992-10-07| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1991917344 Country of ref document: EP |
    1995-12-13| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1991917344 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2/280010||1990-10-18||
    JP2280010A|JP2766389B2|1990-10-18|1990-10-18|レーザ加工方法|EP91917344A| EP0506968B1|1990-10-18|1991-10-05|Method of working with laser beam|
    DE69115464T| DE69115464T2|1990-10-18|1991-10-05|Laserstrahlbearbeitungsverfahren|
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