特許 6186049 多軸制御の容易なレーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6186049

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】多軸制御の容易なレーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/08 20140101AFI20170814BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/08 D

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-132292(P2016-132292)

(22)【出願日】2016年7月4日

【審査請求日】2016年7月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】598072179

【氏名又は名称】株式会社片岡製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100085338

【弁理士】

【氏名又は名称】赤澤 一博

(74)【代理人】

【識別番号】100148910

【弁理士】

【氏名又は名称】宮澤 岳志

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 正美

(72)【発明者】

【氏名】前田 悟

(72)【発明者】

【氏名】村上 正樹

【審査官】 竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平７−１８５８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２９４６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０５９００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加工物を支持し、被加工物をＸ軸方向及びＸ軸方向に対して直交するＹ軸方向に移動させることのできるＸＹステージと、
ＸＹステージを支持し、ＸＹステージ及びこれに支持させた被加工物をＸ軸方向及びＹ軸方に対して直交するＺ軸回りに回動させることのできる回転盤と、
被加工物にレーザ光を照射するレーザ光照射装置と
を具備するレーザ加工装置。

【請求項2】

被加工物に対するレーザ光の照射位置を円弧状の軌道に沿って変位させる走査を行う際、ＸＹステージを介して当該円弧の中心を回転盤の回転中心軸上に配置し、その状態で回転盤によりＸＹステージ及び被加工物を回動させながら、レーザ光照射装置から被加工物にレーザ光を照射する請求項１記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

被加工物に対するレーザ光の照射位置を円弧状の軌道に沿って変位させる走査を行う際、ＸＹステージを介して当該円弧の中心を回転盤の回転中心軸上に配置するのに伴い、レーザ光の焦点を被加工物に対するレーザ光の照射位置に合わせる調整を行う請求項２記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

レーザ光照射装置から被加工物に照射するレーザ光の光軸をＸＹ平面に対して平行または略平行となるように設定している請求項１、２または３記載のレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被加工物にレーザ光を照射して所望の加工を施すレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ加工の用途の一つに、レーザ溶接が挙げられる。レーザ溶接は、主として金属の被加工物にレーザ光を照射し、被加工物を局所的に溶融、凝固させて接合を行うものである。

【0003】

例えば、図２に示すような、上下に分割した半割構造をなす二個の部材４を、両者の境界線６に沿ってレーザ溶接する場合を考える。このような溶接処理では、溶接するべき部材４の側面の位置にレーザ光の焦点を合わせた状態を保ちながら、レーザ光５により溶接線６を一定の速度で走査する。

【0004】

各部材４の側面にはそれぞれ、平板な部位４Ａ、４Ｃ、４Ｉ、４Ｋと、部分円筒面状をなすように丸面取り（フィレット）された隅角の部位４Ｂ、４Ｄ、４Ｈ、４Ｊ、４Ｌとが存在する。各部材４の平板部位４Ａ、４Ｃ、４Ｉ、４Ｋ同士を溶接するときには、単純にレーザ光５の光軸を部材４の側面に対して相対的に平行移動させればよい。一方で、各部材４の隅角部位４Ｂ、４Ｄ、４Ｈ、４Ｊ、４Ｌ同士を溶接するときには、レーザ光５を出射する加工ノズルと丸面取りされた部材４の側面との距離を一定に維持し、かつレーザ光５の光軸と部材４の側面とが交わる角度をも一定に維持するように、部材４の側面に対して相対的にレーザ光５の光軸を変位させる必要がある。

【0005】

下記特許文献１に開示されている従来のレーザ加工装置では、被加工物を支持しつつ被加工物をＺ軸回りに回動させることのできる回転盤をＸＹステージに搭載しており、ＸＹステージを介して被加工物を加工ノズルひいてはレーザ光軸に対してＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させ、また回転盤により被加工物をレーザ光軸に対してＺ軸回りに回動させることが可能となっている。

【0006】

しかしながら、上掲のレーザ加工装置を用いて図２に示す二個の部材４のレーザ溶接を行おうとすると、各部材４の隅角部位４Ｂ、４Ｄ、４Ｈ、４Ｊ、４Ｌ同士を溶接する際、ＸＹステージによる被加工物の移動と、回転盤による被加工物の回動とを同期させて制御しなくてはならなくなる。レーザ光の溶接線に沿った走査速度を一定化するためには、被加工物のＸ軸方向に沿った移動、Ｙ軸方向に沿った移動及びＺ軸回りの回動の合成速度を求めて、その合成速度と目標速度との偏差を縮小するようにＸＹステージ及び回転盤の双方に同時にフィードバックをかけることとなる。従って、演算量が顕著に増大する上、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの加減速を複雑に制御することが要求され、加工品質の向上の妨げともなり得る。また、そのような多軸同期制御コントローラは、非常に高価でもある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１１−１２４３２３号公報（特に、段落００２８ないし００３１及び図８）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、部分円筒面状や部分円錐面状をなす部位を含む被加工物の側面に沿ってレーザ光の照射位置を移動させるレーザ加工を好適に実施し得るレーザ加工装置を、簡便な構成で実現しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した課題を解決するべく、本発明では、被加工物を支持し、被加工物をＸ軸方向及びＸ軸方向に対して直交するＹ軸方向に移動させることのできるＸＹステージと、ＸＹステージを支持し、ＸＹステージ及びこれに支持させた被加工物をＸ軸方向及びＹ軸方に対して直交するＺ軸回りに回動させることのできる回転盤と、被加工物にレーザ光を照射するレーザ光照射装置とを具備するレーザ加工装置を構成した。

【0010】

被加工物に対するレーザ光の照射位置を円弧状の軌道に沿って変位させる走査を行う際には、ＸＹステージを介して当該円弧の中心を回転盤の回転中心軸上に配置し、その状態で回転盤によりＸＹステージ及び被加工物を回動させながら、レーザ光照射装置から被加工物にレーザ光を照射すればよい。

【0011】

なお、被加工物に対するレーザ光の照射位置を円弧状の軌道に沿って変位させる走査を行う際、ＸＹステージを介して当該円弧の中心を回転盤の回転中心軸上に配置するのに伴い、レーザ光の焦点を被加工物に対するレーザ光の照射位置に合わせる調整を行うことがある。

【0012】

レーザ光照射装置から被加工物に照射するレーザ光の光軸をＸＹ平面に対して平行または略平行となるように設定していれば、図２に示す二個の部材のレーザ溶接のような加工を行う場合において、被加工物である部材の側面をＸＹ平面に対して起立させた状態で当該被加工物をＸＹステージに支持させ、これに向けてレーザ光を照射するという形で、高速かつ高精度な加工を実現することが可能である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、部分円筒面状や部分円錐面状をなす部位を含む被加工物の側面に沿ってレーザ光の照射位置を移動させるレーザ加工を好適に実施し得るレーザ加工装置を、簡便な構成で実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態のレーザ加工装置の構成を示す図。

【図2】同実施形態のレーザ加工装置による加工の対象となる被加工物を例示する図。

【図3】同実施形態のレーザ加工装置を用いた被加工物のレーザ加工の手順例を示す図。

【図4】同実施形態のレーザ加工装置を用いた被加工物のレーザ加工の手順例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態のレーザ加工装置は、被加工物を支持するＸＹステージ１と、ＸＹステージ１を支持する回転盤２と、ＸＹステージ１に支持させた被加工物に対して加工用のレーザ光５を照射するレーザ光照射装置３と、ＸＹステージ１、回転盤２及びレーザ光照射装置３を制御する制御装置（図示せず）とを具備する。

【0016】

ＸＹステージ１は、Ｘ軸方向に伸びるレール１０に沿って移動可能なＸ軸ユニット１１と、Ｘ軸ユニット１１上に設けたＹ軸方向に伸びるレール１２に沿って移動可能なＹ軸ユニット１３とを要素とする。Ｘ軸ユニット１１、Ｙ軸ユニット１３はそれぞれ、レール１０、１２に沿って走行するリニアモータ台車を用いてなる。そして、そのＹ軸ユニット１３に、被加工物をクランプ、吸着その他適宜の手段により固定することのできる支持体１４を設けており、支持体１４に支持させた被加工物をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることが可能となっている。支持体１４ひいては被加工物の現在の位置のＸＹ座標、即ちＸ軸ユニット１１の位置座標及びＹ軸ユニット１３の位置座標は、各ユニット１１、１３に付設したリニアエンコーダを介して検出することができる。

【0017】

回転盤２は、ＸＹステージ１を支持しており、モータにより当該ＸＹステージ１をＺ軸回りに正逆回転させることが可能である。ＸＹステージ１ひいては被加工物の現在のＺ軸回りの向き、即ち回転盤２のＺ軸回りの回転量は、回転盤２に付設したリニアエンコーダを介して検出することができる。

【0018】

レーザ照射装置３は、レーザ光源３１と、レーザ光源３１から供給されたレーザ光５を支持体１４に支持させた被加工物に向けて出射させる加工ノズル３３と、レーザ光源３１と加工ノズル３３との間に介在しレーザ光源３１が出力するレーザ光５を加工ノズル３３へと導く光学系３２とを要素とする。レーザ光源３１は、連続波レーザまたはパルスレーザ（連続波に近い、パルス幅の長い高周波レーザでもよい）Ｌを発振する。加工ノズル３３は、被加工物に照射するべきレーザ光５の焦点距離やスポット径を調節するためのレンズ、及びレーザ光５の出射のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるためのシャッタまたはミラー等を内蔵する。加工ノズル３３は、支持体１４に支持される被加工物の側方に位置しており、当該加工ノズル３３から出射するレーザ光５の光軸を回転盤２の回転中心軸２１に対して交差する方向に向けている。特に、本実施形態では、加工ノズル３３から出射するレーザ光５の光軸を、ＸＹ平面に対して平行または略平行となるように設定している。レーザ光源３１から加工ノズル３３に向けてレーザＬを伝搬させる光学系３２は、光ファイバ、ミラー、プリズム、レンズ等の任意の光学要素を用いて構成できる。

【0019】

本実施形態では、加工ノズル３３を不動としており、加工ノズル３３と回転盤２の回転中心軸２１との相対的な位置関係は不変である。また、加工ノズル３３から出射するレーザ光５の光軸は、回転中心軸２１を指向している。

【0020】

制御装置は、例えば汎用的なパーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ワークステーション等、またはプログラマブルコントローラにより構成できる。制御装置は、ＸＹステージ１や回転盤２、レーザ光源３１、加工ノズル３３等と通信可能に接続しており、これらを個別に制御することができる。即ち、制御装置は、被加工物を支持する支持体１４を任意のＸＹ座標に位置づけるための制御信号をＸＹステージ１に入力し、回転盤２を任意の変位量だけＺ軸回りに回転させるための制御信号を回転盤２に入力し、レーザ光源３１が発振するレーザ光５の出力を調節するための制御信号をレーザ光源３１に入力し、並びに、加工ノズル３３からのレーザ光の出射のＯＮ／ＯＦＦやレーザ光５の焦点距離またはスポット径を調節するための制御信号を加工ノズル３３に入力する。

【0021】

本実施形態のレーザ加工装置は、主として被加工物のレーザ溶接を行うために使用することができる。例えば、図２に示すような、上下に分割した半割構造をなす二個の部材４を、両者の境界線６に沿ってレーザ溶接することが可能である。レーザ溶接処理では、溶接するべき部材４の側面の位置にレーザ光の焦点を合わせた状態を保ちながら、レーザ光５により溶接線６を一定の速度で走査する。

【0022】

各部材４の側面にはそれぞれ、平板な部位４Ａ、４Ｃ、４Ｅ、４Ｇ、４Ｉ、４Ｋと、丸面取りされた隅角の部位４Ｂ、４Ｄ、４Ｆ、４Ｈ、４Ｊ、４Ｌとが存在している。出隅の部位４Ｂ、４Ｄ、４Ｆ、４Ｈ、４Ｊは、外側方に向けて凸となる部分円筒面状の凸曲面となっており、入隅４Ｌの部位は、内側方に向けて凹となる部分円筒面状の凹曲面となっている。各部材４の平板部位４Ａ、４Ｃ、４Ｅ、４Ｇ、４Ｉ、４Ｋ同士を溶接するときには、単純にレーザ光５の光軸を部材４の側面に対して相対的に平行移動させればよい。一方で、各部材４の隅角部位４Ｂ、４Ｄ、４Ｆ、４Ｈ、４Ｊ、４Ｌ同士を溶接するときには、レーザ光５を出射する加工ノズル３３と丸面取りされた部材４の側面との距離を一定に維持し、かつレーザ光の光軸Ｌと部材４の側面とが交わる角度をも一定に維持するように、部材４の側面に対して相対的にレーザ光５の光軸を変位させる必要がある。

【0023】

上記の溶接処理を実行するためには、溶接線６が現れる側面がＸＹ平面に対して起立（特に、直立）する姿勢で、被加工物たる溶接対象の部材４を支持体１４に固定する。その上で、加工ノズル３３から出射するレーザ光５を部材４の側面における溶接線６に照射しつつ、その照射位置が溶接線６に沿って移動するように、ＸＹステージ１及び回転盤２を駆動して部材４を加工ノズル３３に対して相対的に変位させる。

【0024】

図３ないし図４に、本実施形態のレーザ加工装置を用いた、上記の溶接処理の手順例を示す。図３及び図４では、未だレーザ光５を照射していない領域、即ち溶接前の領域を実線で表し、レーザ光５を照射した領域、即ち溶接を終えた領域を破線で表している。

【0025】

図３ないし図４に則して述べると、まず、入隅の部位４Ｌとこれに連なる平板な部位４Ａとの境界を起点として、レーザ光５の照射を開始する（図３（Ｉ））。なお、回転盤２の回転中心軸２１からレーザ光５の照射を受ける部材４の側面までの距離が、丸面取りされた出隅の部位４Ｂ、４Ｄ、４Ｆ、４Ｈ、４Ｊ、４Ｌの曲率半径（丸め半径）に合致するよう、予めＸＹステージ１の支持体１４の位置を初期設定しておく。そして、ＸＹステージ１を駆動し、支持体１４に支持させた部材４をレーザ光５の光軸と直交する方向に沿って一定の速度で平行移動させることで、レーザ光５を平板部位４Ａの溶接線６をなぞるように照射する。

【0026】

レーザ光５の照射位置が部材４の平板部位４Ａとこれに連なる出隅部位４Ｂとの境界に到達したならば（図３（II））、次に、レーザ光５を出隅部位４Ｂの溶接線６に照射する。このとき、レーザ光５の照射位置が、部材４に対して相対的に、部分円筒面状をなす出隅部位４Ｂの側面上の円弧軌道に沿って変位することとなる。レーザ光５の照射位置が平板部位４Ａと出隅部位４Ｂとの境界に到達した時点で、当該円弧の中心即ち出隅部位４Ｂの側面に合致する円筒の中心４ｂに回転盤２の回転中心軸２１が重なる。その状態で回転盤２を駆動し、支持体１４に支持させた部材４をＸＹステージ１諸共一定の速度で回転させれば、出隅部位４Ｂの側面にレーザ光５の焦点を合わせた状態を保ちながら、レーザ光５を出隅部位４Ｂの溶接線６をなぞるように照射することができる。

【0027】

レーザ光５の照射位置が部材４の出隅部位４Ｂとこれに連なる平板部位４Ｃとの境界に到達したならば（図３（III））、ＸＹステージ１を駆動して、支持体１４に支持させた部材４をレーザ光５の光軸と直交する方向に沿って一定の速度で平行移動させ、レーザ光５を平板部位４Ｃの溶接線６をなぞるように照射する。

【0028】

レーザ光５の照射位置が部材４の平板部位４Ｃとこれに連なる出隅部位４Ｄとの境界に到達したならば（図３（IV））、引き続き、レーザ光５を出隅部位４Ｄの溶接線６に照射する。このときには、レーザ光５の照射位置が、部材４に対して相対的に、部分円筒面状をなす出隅部位４Ｄの側面上の円弧軌道に沿って変位することとなる。レーザ光５の照射位置が平板部位４Ｃと出隅部位４Ｄとの境界に到達した時点で、当該円弧の中心即ち出隅部位４Ｄの側面に合致する円筒の中心４ｄに回転盤２の回転中心軸２１が重なる。その状態で回転盤２を駆動し、支持体１４に支持させた部材４をＸＹステージ１諸共一定の速度で回転させれば、出隅部位４Ｄの側面にレーザ光５の焦点を合わせた状態を保ちながら、レーザ光５を出隅部位４Ｄの溶接線６をなぞるように照射することができる。

【0029】

以後、平板部位４Ｅ、出隅部位４Ｆ、平板部位４Ｇ、出隅部位４Ｈ、平板部位４Ｉ、出隅部位４Ｊ、平板部位４Ｋの順に、レーザ光５の照射位置を溶接線６に沿って遷移させる。上述した通り、平板部位４Ａ、４Ｃ、４Ｅ、４Ｇ、４Ｉ、４Ｋの溶接線６にレーザ光５を照射する際には、ＸＹステージ１を駆動して支持体１４及び部材４をＸ軸方向及び／またはＹ軸方向に平行移動させ、出隅部位４Ｂ、４Ｄ、４Ｆ、４Ｈ、４Ｊの溶接線６にレーザ光５を照射する際には、回転盤２を駆動して支持体１４及び部材４をＺ軸回りに回転させる。部材４の平板部位４Ａから平板部位４Ｋまでの領域は、ちょうど一筆書きのように一挙にレーザ光５で走査して溶接することが可能である。その間、レーザ光５を出射する加工ノズル３３と、レーザ光５の照射を受ける部材４の側面との間の距離は一定で変化しないため、レーザ光５の焦点距離を変更する必要はない。

【0030】

レーザ光５の照射位置が部材４の平板部位４Ｋとこれに連なる入隅部位４Ｌとの境界に到達したならば（図４（Ｖ））、最後に、レーザ光５を入隅部位４Ｌの溶接線６に照射する。このときには、レーザ光５の照射位置が、部材４に対して相対的に、部分円筒面状をなす入隅部位４Ｌの側面上の円弧軌道に沿って変位することとなる。そのために、当該円弧の中心即ち入隅部位４Ｌの側面に合致する円筒の中心４ｌに回転盤２の回転中心軸２１を重ね合わせ、その状態で回転盤２を駆動して、支持体１４に支持させた部材４をＸＹステージ１諸共一定の速度で回転させる。

【0031】

尤も、レーザ光５の照射位置が平板部位４Ｋと入隅部位４Ｌとの境界に到達した時点では、回転盤２の回転中心軸２１が当該円弧軌道の中心４ｌからずれている。従って、加工ノズル３３からのレーザ光５の出射を一旦停止し、ＸＹステージ１を駆動して、入隅部位４Ｌの溶接線６の円弧の中心４ｌが回転盤２の回転中心軸２１に重なるように支持体１４及び部材４を移動させる（図４（VI））。しかる後、加工ノズル３３からのレーザ光５の出射を再開し（図４（VII））、回転盤２を駆動して支持体１４に支持させた部材４を一定の速度で回転させる。これにより、入隅部位４Ｌの側面にレーザ光５の焦点を合わせた状態を保ちながら、レーザ光５を入隅部位４Ｌの溶接線６をなぞるように照射することができる。但し、部材４の入隅部位４Ｌにレーザ光５を照射するときと、他の部位４Ａ〜４Ｋにレーザ光５を照射するときとでは、加工ノズル３３からレーザ光５の照射を受ける部材４の側面までの距離が異なる。このため、入隅部位４Ｌにレーザ光５を照射する際には、予めレーザ光５の焦点距離を変更する必要がある。結果として、部材４の側面の各部位４Ａ〜４Ｌを取り囲むように一周連続した溶接線６の溶接が完了する（図４（VIII））。

【0032】

本実施形態では、被加工物を支持し、被加工物をＸ軸方向及びＸ軸方向に対して直交するＹ軸方向に移動させることのできるＸＹステージ１と、ＸＹステージ１を支持し、ＸＹステージ１及びこれに支持させた被加工物をＸ軸方向及びＹ軸方に対して直交するＺ軸回りに回動させることのできる回転盤２と、被加工物にレーザ光５を照射するレーザ光照射装置３とを具備するレーザ加工装置を構成した。

【0033】

本実施形態によれば、ＸＹステージ１による被加工物の平行移動と、回転盤２による被加工物の回動とを同時に行わずともよく、ＸＹステージ１及び回転盤２の同期制御が不要となる。従って、レーザ光５の光軸に対する被加工物の相対的な変位を高速かつ高精度に制御することが可能となり、加工品質の向上に寄与し得る。制御装置における演算量も徒に増大しない。また、高価な多軸同期制御コントローラを採用せずに済む。

【0034】

被加工物に対するレーザ光５の照射位置を円弧状の軌道に沿って変位させる走査を行う際には、ＸＹステージ１を介して当該円弧の中心４ｂ、４ｄ、４ｆ、４ｈ、４ｊ、４ｌを回転盤２の回転中心軸２１上に配置する。そして、その状態で、回転盤２によりＸＹステージ１及び被加工物をレーザ光５の光軸と交差（特に、直交）する軸回りに回動させながら、レーザ光照射装置３から被加工物にレーザ光５を照射する。

【0035】

加えて、被加工物に対するレーザ光５の照射位置を円弧状の軌道に沿って変位させる走査を行う際には、ＸＹステージ１を介して当該円弧の中心４ｌを回転盤２の回転中心軸２１上に配置するのに伴い、レーザ光５の焦点を被加工物に対するレーザ光５の照射位置に合わせる調整を行い、その上で回転盤２によりＸＹステージ１及び被加工物をレーザ光５の光軸と交差する軸回りに回動させつつ、レーザ光照射装置３から被加工物にレーザ光５を照射する。

【0036】

図３及び図４に示す例では、部材４の平板部位４Ａ、４Ｃ、４Ｅ、４Ｇ、４Ｉ、４Ｋ及び出隅部位４Ｂ、４Ｄ、４Ｆ、４Ｈ、４Ｊにレーザ光５を照射するときと、部材４の入隅部位４Ｌにレーザ光５を照射するときとで、加工ノズル３３から部材４の側面までの距離が変化する。これは、出隅部位４Ｂ、４Ｄ、４Ｆ、４Ｈ、４Ｊの側面上の溶接線６の円弧の中心４ｂ、４ｄ、４ｆ、４ｈ、４ｊが部材４の内側に位置するのに対し、入隅部位４Ｌの側面上の溶接線６の円弧の中心４ｌが部材４の外側に位置することによる。それ故、部材４の他の部位４Ａ〜４Ｋにレーザ光５を照射するときと、入隅部位４Ｌにレーザ光５を照射するときとで、レーザ光５の焦点距離を変更し、以てレーザ光５の焦点が常に部材４の側面に合うようにしている。

【0037】

レーザ加工中に加工ノズル３３から被加工物の側面までの距離が変化するのは、被加工物の形状に出隅の部位と入隅の部位とが混在する場合に限られない。被加工物が、側面の曲率半径が相異なる複数の隅角部位を有しているときにも、同様の事情が生じる。即ち、曲率半径の大きい隅角部位の側面に沿った円弧軌道の中心を回転盤２の回転中心軸２１上に配置するときと、曲率半径の小さい隅角部位の側面に沿った円弧軌道の中心を回転盤２の回転中心軸２１上に配置するときとで、加工ノズル３３から被加工物の側面までの距離が変化するため、レーザ光５の焦点をレーザ光５の照射を受ける被加工物の側面に合わせる処置を行う必要があるのである。

【0038】

本実施形態のレーザ加工装置では、被加工物のある隅角部位と他の隅角部位とにそれぞれレーザ光５を照射して加工を施すに際し、ある隅角部位の側面上の円弧軌道に沿ってレーザ光５を照射した後、その円弧軌道の中心と他の隅角部位の側面上の円弧軌道の中心とを結ぶ線分に沿って回転盤２の回転中心軸２１を変位させるように、ＸＹステージ１及びこれに支持させた被加工物を直線的に移動させる。さらに、他の隅角部位の側面上の円弧軌道の中心を回転盤２の回転中心軸２１に合致させるのに同期して、レーザ光５の焦点が他の隅角部位の側面に合うようにレーザ光５の焦点距離を調整する。その上で、他の隅角部位の側面上の円弧軌道に沿ってレーザ光５を照射する。レーザ光５の焦点距離は、レーザ光５を照射する対象の隅角部位の側面から円弧軌道の中心までの距離、即ち対象の隅角部位の側面の曲率半径によって決定でき（回転中心軸２１上に円弧軌道の中心を配置した状態で加工を施すことから）、ＸＹステージ１が運搬する被加工物の現在位置のＸＹ座標の影響を受けない。つまり、レーザ光５の焦点距離の制御は、ＸＹステージ１の制御とは独立して行うことが可能である。そして、部分円筒面状または部分円錐面状の側面形状を有した隅角部位のレーザ加工では、ＸＹステージ１を駆動せず、回転盤２のみを駆動して、当該側面上の円弧軌道に沿ったレーザ光５の照射を実行することができる。

【0039】

本実施形態のレーザ加工装置では、レーザ光照射装置３から被加工物に照射するレーザ光５の光軸の向きをＸＹ平面に対して平行または略平行となるように設定しており、ＸＹ平面に対して非平行であるように起立（特に、直立）した被加工物の側面の加工に好適となる。

【0040】

本実施形態のレーザ加工装置は、被加工物のレーザ溶接の用途に供することができる。

【0041】

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、加工ノズル３３に内蔵したレンズの位置を操作することを通じて、加工ノズル３３から出射するレーザ光５の焦点距離を調整し、以てレーザ光５の焦点が常に被加工物の側面に合うように（図３及び図４に示す例で言えば、部材４の入隅部位４Ｌにレーザ光５を照射するときと、他の部位４Ａ〜４Ｋにレーザ光５を照射するときとで、レーザ光５の焦点距離を変更）していた。これ以外に、加工ノズル３３自体を例えばサーボモータやステッピングモータ等によりレーザ光５の光軸と平行に変位可能に構成しておき、加工ノズル３３の位置を変位させることを通じて、レーザ光５の焦点を常に被加工物の側面に合わせるようにしてもよい。

【0042】

また、本発明に係るレーザ加工装置の用途は、レーザ溶接には限定されない。

【0043】

その他、各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0044】

本発明は、被加工物にレーザ光を照射して所望の加工を施すレーザ加工装置に適用できる。

【符号の説明】

【0045】

１…ＸＹステージ
２…回転盤
２１…回転中心軸
３…レーザ光照射装置
４…被加工物
４ｂ、４ｄ、４ｆ、４ｈ、４ｊ、４ｌ…円弧状の軌道の中心
５…レーザ光

【要約】

【課題】部分円筒面状や部分円錐面状をなす部位を含む被加工物の側面に沿ってレーザ光の照射位置を移動させるレーザ加工を好適に実施し得るレーザ加工装置を、簡便な構成で実現する。
【解決手段】被加工物を支持し、被加工物をＸ軸方向及びＸ軸方向に対して直交するＹ軸方向に移動させることのできるＸＹステージと、ＸＹステージを支持し、ＸＹステージ及びこれに支持させた被加工物をＸ軸方向及びＹ軸方に対して直交するＺ軸回りに回動させることのできる回転盤と、被加工物にレーザ光を照射するレーザ光照射装置とを具備するレーザ加工装置を構成した。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】