特許 6643442 レーザ加工機及びレーザ加工方法

(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】6643442

(24)【登録日】2020年1月8日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】レーザ加工機及びレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/38 20140101AFI20200130BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20200130BHJP

   B23K 26/04 20140101ALI20200130BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/38 A

   B23K26/082

   B23K26/04

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-193150(P2018-193150)

(22)【出願日】2018年10月12日

【審査請求日】2019年7月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】390014672

【氏名又は名称】株式会社アマダホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】杉山 明彦

【審査官】 黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／１５６１１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平７−２３６９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３００８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−３６２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１８５４１５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザビームを射出する加工ヘッドと、
前記レーザビームを集束させて板金に照射して前記板金の面にビームスポットを形成する集束レンズと、
前記板金の面に沿って、前記板金に対して前記加工ヘッドを相対的に移動させる移動機構と、
前記移動機構によって前記加工ヘッドを相対的に移動させながら前記板金に前記レーザビームを照射して前記板金を切断するときに、前記レーザビームを振動させるビーム振動機構と、
前記板金に照射される前記レーザビームの焦点を前記板金の面に直交する直交方向に移動させる焦点移動機構と、
前記焦点を前記直交方向の所定の位置に位置させるために、前記焦点移動機構を制御する焦点位置制御部と、
前記焦点位置制御部が前記焦点の前記直交方向の位置を変更するよう前記焦点移動機構を制御したとき、前記焦点の前記直交方向の位置に応じて、前記レーザビームを振動させる振幅を変化させるよう前記ビーム振動機構を制御するビーム振動機構制御部と、
を備えるレーザ加工機。

【請求項2】

前記レーザビームの進行方向の位置に応じたビーム径を示すビームプロファイルデータを保持するデータ保持部をさらに備え、
前記ビーム振動機構制御部は、前記ビームプロファイルデータを参照して、前記レーザビームを振動させる振幅を決定する
請求項１に記載のレーザ加工機。

【請求項3】

前記焦点が前記直交方向の基準位置に位置しているときに前記ビーム振動機構が前記レーザビームを振動させる振幅が基準振幅として設定されており、
前記ビームプロファイルデータに基づき、前記焦点が前記基準位置に位置しているときの前記板金の面上のビームスポットのビーム径が第１のビーム径、前記焦点が前記基準位置以外の所定の位置に位置しているときの前記板金の面上のビームスポットのビーム径が第２のビーム径であるとき、前記ビーム振動機構制御部は、前記レーザビームの焦点が前記基準位置以外の所定の位置に位置しているとき、前記レーザビームを、前記基準振幅から、前記第２のビーム径から前記第１のビーム径を減算した差分値を減算した振幅で振動させるよう前記ビーム振動機構を制御する
請求項２に記載のレーザ加工機。

【請求項4】

集束レンズによって集束させたレーザビームを板金の面に照射し、
前記板金を切断するために、前記板金の面に対するレーザビームの照射位置を相対的に移動させ、
前記板金を切断するときに、前記レーザビームを所定の振動パターンで振動させ、
前記レーザビームの焦点を前記板金の面に直交する直交方向に移動させたとき、前記焦点の前記直交方向の位置に応じて、前記レーザビームを前記振動パターンで振動させる振幅を変化させる
レーザ加工方法。

【請求項5】

データ保持部に記憶されている、前記レーザビームの進行方向の位置に応じたビーム径を示すビームプロファイルデータを参照して、前記レーザビームを振動させる振幅を決定する請求項４に記載のレーザ加工方法。

【請求項6】

前記焦点が前記直交方向の基準位置に位置しているときの前記振動パターンの振幅が基準振幅として設定されており、
前記ビームプロファイルデータに基づき、前記焦点が前記基準位置に位置しているときの前記板金の面上のビームスポットのビーム径が第１のビーム径、前記焦点が前記基準位置以外の所定の位置に位置しているときの前記板金の面上のビームスポットのビーム径が第２のビーム径であるとき、前記焦点が前記基準位置以外の所定の位置に位置しているとき、前記レーザビームを、前記基準振幅から、前記第２のビーム径から前記第１のビーム径を減算した差分値を減算した振幅で振動させる
請求項５に記載のレーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザビームによって板金を加工するレーザ加工機及びレーザ加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ発振器より射出されたレーザビームによって板金を切断して、所定の形状を有する製品を製作するレーザ加工機が普及している。非特許文献１には、レーザビームを所定の振動パターンで振動させながら板金を切断することが記載されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】JANUARY 2017 The FABRICATOR 67, Shaping the beam for the best cut

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

レーザ加工機によって板金を切断するとき、レーザビームの焦点を板金の面に直交する方向の所定の位置に位置させる。具体的には、レーザ加工機は、レーザビームの焦点を板金のちょうど上面に位置させて板金を切断することがある。レーザ加工機は、レーザビームの焦点を板金の上面より所定の距離だけ上方に位置させて板金を切断することがある。レーザ加工機は、レーザビームの焦点を板金の上面より所定の距離だけ下方で板金の板厚内に位置させて板金を切断することがある。

【0005】

このように、レーザ加工機は、レーザビームの焦点の板金に対する相対的な位置を適宜に設定して板金を切断する。本発明は、レーザビームを所定の振動パターンで振動させながら板金を切断するとき、レーザビームの焦点を板金の面に直交する方向に移動させても板金を良好に切断することができるレーザ加工機及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、レーザビームを射出する加工ヘッドと、前記レーザビームを集束させて板金に照射して前記板金の面にビームスポットを形成する集束レンズと、前記板金の面に沿って、前記板金に対して前記加工ヘッドを相対的に移動させる移動機構と、前記移動機構によって前記加工ヘッドを相対的に移動させながら前記板金に前記レーザビームを照射して前記板金を切断するときに、前記レーザビームを振動させるビーム振動機構と、前記板金に照射される前記レーザビームの焦点を前記板金の面に直交する直交方向に移動させる焦点移動機構と、前記焦点を前記直交方向の所定の位置に位置させるために、前記焦点移動機構を制御する焦点位置制御部と、前記焦点位置制御部が前記焦点の前記直交方向の位置を変更するよう前記焦点移動機構を制御したとき、前記焦点の前記直交方向の位置に応じて、前記レーザビームを振動させる振幅を変化させるよう前記ビーム振動機構を制御するビーム振動機構制御部とを備えるレーザ加工機を提供する。

【0007】

本発明は、集束レンズによって集束させたレーザビームを板金の面に照射し、前記板金を切断するために、前記板金の面に対するレーザビームの照射位置を相対的に移動させ、前記板金を切断するときに、前記レーザビームを所定の振動パターンで振動させ、前記レーザビームの焦点を前記板金の面に直交する直交方向に移動させたとき、前記焦点の前記直交方向の位置に応じて、前記レーザビームを前記振動パターンで振動させる振幅を変化させるレーザ加工方法を提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明のレーザ加工機及びレーザ加工方法によれば、レーザビームを所定の振動パターンで振動させながら板金を切断するとき、レーザビームの焦点を板金の面に直交する方向に移動させても板金を良好に切断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、一実施形態のレーザ加工機の全体的な構成例を示す図である。

【図2】図２は、一実施形態のレーザ加工機におけるコリメータユニット及び加工ヘッドの詳細な構成例を示す斜視図である。

【図3】図３は、ビーム振動機構によるレーザビームの板金への照射位置の変位を説明するための図である。

【図4】図４は、レーザビームの平行振動パターンを示す図である。

【図5】図５は、レーザビームの直交振動パターンを示す図である。

【図6】図６は、図５に示す直交振動パターンを用いたときの実際の振動パターンを示す図である。

【図7】図７は、一実施形態のレーザ加工機の詳細な構成例を示す部分ブロック図である。

【図8】図８は、一実施形態のレーザ加工機が保持するビームプロファイルデータを概念的に示す図である。

【図9】図９は、従来技術と一実施形態とで、レーザビームの焦点を基準位置から移動させた状態の振動パターンにおけるレーザビームの振幅を比較して示す図である。

【図10】図１０は、従来技術と一実施形態とで、レーザビームの焦点を基準位置から移動させたときの板金の切断結果を比較して示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、一実施形態のレーザ加工機及びレーザ加工方法について、添付図面を参照して説明する。図１において、レーザ加工機１００は、レーザビームを生成して射出するレーザ発振器１０と、レーザ加工ユニット２０と、レーザ発振器１０より射出されたレーザビームをレーザ加工ユニット２０へと伝送するプロセスファイバ１２とを備える。

【0011】

また、レーザ加工機１００は、操作部４０と、ＮＣ装置５０と、加工プログラムデータベース６０と、加工条件データベース７０と、アシストガス供給装置８０とを備える。ＮＣ装置５０は、レーザ加工機１００の各部を制御する制御装置の一例である。

【0012】

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

【0013】

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

【0014】

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

【0015】

加工ヘッド３５を板金Ｗの面に沿って移動させる代わりに、加工ヘッド３５は位置が固定されていて、板金Ｗが移動するように構成されていてもよい。レーザ加工機１００は、板金Ｗの面に対して加工ヘッド３５を相対的に移動させる移動機構を備えていればよい。

【0016】

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

【0017】

図２に示すように、コリメータユニット３０は、プロセスファイバ１２より射出された発散光のレーザビームを平行光（コリメート光）に変換するコリメーションレンズ３１を備える。また、コリメータユニット３０は、ガルバノスキャナユニット３２と、ガルバノスキャナユニット３２より射出されたレーザビームをＸ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向下方に向けて反射させるベンドミラー３３を備える。加工ヘッド３５は、ベンドミラー３３で反射したレーザビームを集束して、板金Ｗに照射する集束レンズ３４を備える。

【0018】

ここでは図示を省略しているが、レーザビームの焦点位置を調整するために、集束レンズ３４は集束レンズ駆動部３４０（図７参照）によって、板金Ｗに近付く方向及び板金Ｗより離隔する方向に移動自在に構成されている。

【0019】

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

【0020】

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

【0021】

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

【0022】

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

【0023】

図３は、スキャンミラー３２１とスキャンミラー３２３とのいずれか一方または双方が傾けられて、板金Ｗに照射されるレーザビームの位置が変位した状態を示している。図３において、ベンドミラー３３で折り曲げられて集束レンズ３４を通過する細実線は、レーザ加工機１００が基準の状態であるときのレーザビームの光軸を示している。

【0024】

なお、詳細には、ベンドミラー３３の手前に位置しているガルバノスキャナユニット３２の作動により、ベンドミラー３３に入射するレーザビームの光軸の角度が変化し、光軸がベンドミラー３３の中心から外れる。図３では、簡略化のため、ガルバノスキャナユニット３２の作動前後でベンドミラー３３へのレーザビームの入射位置を同じ位置としている。

【0025】

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

【0026】

ガルバノスキャナユニット３２がレーザビームを図３に示す方向とは逆方向に角度θだけ傾ければ、板金Ｗへのレーザビームの照射位置を図３に示す方向とは逆方向に距離Δｓだけ変位させることができる。距離Δｓは開口３６ａの半径未満の距離であり、好ましくは、開口３６ａの半径から所定の余裕量だけ引いた距離を最大距離とした最大距離以下の距離である。

【0027】

ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２の駆動部３２２及び３２４を制御することによって、レーザビームを板金Ｗの面内の所定の方向に振動させることができる。レーザビームを振動させることによって、板金Ｗの面上に形成されるビームスポットを振動させることができる。

【0028】

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

【0029】

図４及び図５を用いて、ＮＣ装置５０がガルバノスキャナユニット３２によってレーザビームを振動させる振動パターンの例を説明する。板金Ｗの切断進行方向をｘ方向、板金Ｗの面内でｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。ＮＣ装置５０は、操作部４０によるオペレータの指示に従って、いずれかの振動パターンを選択することができる。加工条件データベース７０に記憶されている加工条件に振動パターンが設定されている場合には、ＮＣ装置５０は、加工条件で設定されている振動パターンを選択する。

【0030】

図４及び図５は、振動パターンを理解しやすいよう、加工ヘッド３５をｘ方向に移動させない状態での振動パターンを示している。図４は、ビームスポットＢｓをビームスポットＢｓの進行によって形成された溝Ｗｋ内でｘ方向に振動させる振動パターンである。図４に示す振動パターンを平行振動パターンと称することとする。ビームスポットＢｓを切断進行方向と平行方向に振動させる周波数をＦｘ、切断進行方向と直交する方向に振動させる周波数をＦｙとすれば、平行振動パターンはＦｘ：Ｆｙが１：０の振動パターンである。

【0031】

図５は、ビームスポットＢｓをｙ方向に振動させる振動パターンである。ビームスポットＢｓをｙ方向に振動させることによって、溝Ｗｋはカーフ幅Ｋ１よりも広いカーフ幅Ｋ２となる。図５に示す振動パターンを直交振動パターンと称することとする。直交振動パターンは、Ｆｘ：Ｆｙが０：１の振動パターンである。

【0032】

ＮＣ装置５０は、レーザビームを、ｘ方向の振動とｙ方向の振動とを組み合わせた振動パターンで振動させてもよい。他の振動パターンの第１の例は、ビームスポットＢｓが円を描くようにレーザビームを円形に振動させる円振動パターンである。他の振動パターンの第２の例は、ビームスポットＢｓが数字の８を描くようにレーザビームを８の字状に振動させる８の字状振動パターンである。他の振動パターンの第３の例は、ビームスポットＢｓがアルファベットのＣを描くようにレーザビームを振動させるＣ字状振動パターンである。

【0033】

実際には、加工ヘッド３５が切断進行方向に移動しながらレーザビームが振動するので、振動パターンは、図４もしくは図５に示す振動パターン、または図示していない他の振動パターンに切断進行方向（ｘ方向）の変位を加えた振動パターンとなる。図５に示す直交振動パターンを例にすると、ビームスポットＢｓはｘ方向に移動しながらｙ方向に振動するので、実際の直交振動パターンは図６に示すような振動パターンとなる。

【0034】

次に、レーザ加工機１００がレーザビームを所定の振動パターンで振動させながら板金Ｗを切断するとき、レーザビームの焦点を板金Ｗの面に直交する方向に移動させても板金Ｗを良好に切断するための具体的な構成を説明する。

【0035】

図７に示すように、ＮＣ装置５０は、ガルバノ制御部５０１と、焦点位置制御部５０２と、データ保持部５０３を備える。ガルバノ制御部５０１には、加工ヘッド３５をＸ方向とＹ方向とを組み合わせたいずれの方向に移動させるかを示す移動ベクトル情報と、振動パターン選択信号とが供給される。移動ベクトル情報に基づいて、板金Ｗの切断進行方向であるｘ方向と、それに直交するｙ方向とが決まる。

【0036】

ガルバノ制御部５０１は、振動パターン選択信号で選択された振動パターンでレーザビームを振動させるよう、ガルバノスキャナユニット３２の駆動部３２２及び３２４のうちのいずれか一方または双方を制御する。ガルバノ制御部５０１は、ビーム振動機構を制御するビーム振動機構制御部の一例である。

【0037】

焦点位置制御部５０２は、加工条件で設定された焦点位置となるように集束レンズ駆動部３４０を制御する。集束レンズ駆動部３４０は、板金Ｗに照射されるレーザビームの焦点を板金Ｗの面に対する直交方向に移動させる焦点移動機構の一例である。集束レンズ３４を移動させる以外の方法でレーザビームの焦点位置を調整するように構成されていてもよい。

【0038】

焦点位置制御部５０２が焦点を移動させるよう集束レンズ駆動部３４０を制御したとき、焦点位置制御部５０２は焦点を上方または下方のどちらの方向にどの程度移動させたかを示す焦点移動情報をガルバノ制御部５０１に供給する。後述するように、ガルバノ制御部５０１は、焦点移動情報に基づいて駆動部３２２及び３２４を制御する。

【0039】

データ保持部５０３には、ビームプロファイルデータが保持されている。図８は、ビームプロファイルデータを概念的に示している。ビームプロファイルデータは、収束光のレーザビームがビームウエストで最も集束し、その後に発散するときの、レーザビームの進行方向の各位置におけるビーム径を示している。データ保持部５０３は、レーザビームの進行方向に例えば１ｍｍごとの間隔のビーム径をビームプロファイルデータとして保持すればよい。

【0040】

レーザビームの焦点であるビームウエストが板金Ｗのちょうど上面に位置している、いわゆるジャストフォーカスの状態をＦＰ＝０．０であるとする。ビームウエストにおけるビーム径は１２０μｍであるとする。焦点を板金Ｗより上方に例えば２．０ｍｍの距離に移動させると、板金Ｗの上面には、ＦＰ＝＋２．０の位置のビーム径のビームスポットＢｓが照射される。このときのビーム径は例えば１４８μｍである。同様に、焦点を板金Ｗより下方に例えば２．０ｍｍの距離に移動させると、板金Ｗの上面には、ＦＰ＝−２．０の位置のビーム径のビームスポットＢｓが照射される。このときのビーム径も１４８μｍである。

【0041】

ガルバノ制御部５０１が駆動部３２２及び３２４を制御してビームスポットＢｓを図４または図５のように振動させる距離は、板金Ｗの上面にＦＰ＝０．０の位置のビーム径が照射されているジャストフォーカスの状態を前提として設定されている。

【0042】

図９に示すように、図５に示す直交振動パターンを例とすると、レーザビームがＦＰ＝０．０のジャストフォーカスの状態において、ｙ方向の振幅が基準振幅Ｑｙ０に設定されているとする。図９においては、理解を容易にするため、基準振幅Ｑｙ０を図５よりも誇張して図示している。また、ＦＰ＝０．０のときのビーム径とＦＰ＝＋２．０のときのビーム径とを実際の大きさの比よりも誇張して図示している。

【0043】

焦点位置制御部５０２がＦＰ＝＋２．０とするよう集束レンズ駆動部３４０を制御すると、ビーム径が１４８μｍとなる。従来技術においては、レーザビームの焦点が板金Ｗの面の直交方向のどの位置にあってもレーザビームを振動させる振幅は基準振幅Ｑｙ０である。従って、板金Ｗへのレーザビームのｙ方向の照射範囲は、ＦＰ＝０．０のときのｙ方向の照射範囲ｙ０よりも広くなってしまう。

【0044】

本実施形態においては、ガルバノ制御部５０１は、ビームプロファイルデータを参照し、焦点位置制御部５０２から供給された焦点移動情報に基づいて、ｙ方向の照射範囲ｙ０を維持するように、レーザビームのｙ方向の振幅をＱｙ２とするよう駆動部３２２または３２４を制御する。

【0045】

ＦＰ＝０．０におけるビーム径をｒ０、ＦＰ＝＋２．０におけるビーム径をｒ２と一般化すると、ガルバノ制御部５０１は、Ｑｙ２＝Ｑｙ０−（ｒ２−ｒ０）なる計算式によって振幅Ｑｙ２を決定すればよい。

【0046】

即ち、ビームプロファイルデータに基づき、レーザビームの焦点が基準位置に位置しているときの板金Ｗの面上のビームスポットＢｓのビーム径が第１のビーム径、焦点が基準位置以外の所定の位置に位置しているときの板金Ｗの面上のビームスポットＢｓのビーム径が第２のビーム径であるとする。ＦＰ＝０．０を基準位置とするのが好適である。ガルバノ制御部５０１は、レーザビームの焦点が基準位置以外の所定の位置に位置しているとき、レーザビームを、基準振幅Ｑｙ０から、第２のビーム径から第１のビーム径を減算した差分値を減算した振幅で振動させるよう、ガルバノスキャナユニット３２を制御すればよい。

【0047】

図９においては、図５に示す直交振動パターンを例としたが、図４に示す平行振動パターンまたは他の振動パターンであっても同様に、ガルバノ制御部５０１は、板金Ｗに対する焦点の相対的な位置に応じて振幅を変化させる。

【0048】

以上のように、本実施形態によれば、レーザビームの焦点を移動させても、各振動パターンの振幅を変化させるので、ビームスポットＢｓが振動方向の両端部に位置したときのレーザビームの照射範囲を一定とすることができる。レーザビームの照射範囲とは、ビームスポットＢｓが振動方向の両端部に位置しているときの両外側間の距離である。本実施形態によれば、予め設定した照射範囲を維持することができるので、レーザビームの焦点を移動させても板金Ｗを良好に切断することができる。

【0049】

特に、直交振動パターンのように板金Ｗを切断するときに形成される溝Ｗｋのカーフ幅を設定している場合、レーザビームの焦点を移動させることによってカーフ幅が変化するのは好ましくない。本実施形態によれば、カーフ幅を変化させることなく板金Ｗを切断することができる。

【0050】

ところで、本実施形態によれば、焦点を板金Ｗの面の直交方向に移動させたときに板金Ｗを切断することができる範囲を拡大することができるという効果も奏する。図１０は、板金Ｗとして板厚１２ｍｍの軟鋼を、直交振動パターンを用いて、ＦＰ＝０．０〜＋７．０として焦点位置を１．０ｍｍずつ異ならせて切断したときの実験結果を示している。

【0051】

図１０に示すように、従来技術においては、焦点の直交方向の位置にかかわらず、振幅Ｑｙを４００μｍで一定にしている。図１０において、「良好」とは切断面の品質よく板金Ｗを切断できた場合、「可」とは切断面の品質はさほどよくないが板金Ｗを切断できた場合、「不可」とは板金Ｗを切断できなかった場合を示している。振幅Ｑｙを４００μｍで一定にした従来技術の場合、ＦＰ＝０．０〜＋７．０で、それぞれ、可、良好、良好、良好、可、不可、不可、不可という結果が得られた。

【0052】

本実施形態においては、ＦＰ＝０．０における振幅Ｑｙを基準振幅Ｑｙ０の４００μｍとして、ＦＰ＝＋１．０〜＋７．０で、それぞれ、振幅Ｑｙを３９８、３８８、３６６、３４３、３１９、２９３、２６９μｍとした。ＦＰ＝０．０〜＋７．０で、それぞれ、可、良好、良好、良好、良好、可、可、不可という結果が得られた。このように、本実施形態によれば、板金Ｗを切断することができる範囲を拡大することができる。また、本実施形態によれば、板金Ｗを良好に切断することができる範囲を拡大することができる。

【0053】

図１０においては板金Ｗとして軟鋼を用いて実験した結果を示しているが、レーザビームの照射範囲を維持するという趣旨から逸脱しないので、板金Ｗがステンレス鋼またはアルミニウム合金であっても同様の効果を得ることができる。

【0054】

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

【符号の説明】

【0055】

１０ レーザ発振器
２０ レーザ加工ユニット
２２ Ｘ軸キャリッジ（移動機構）
２３ Ｙ軸キャリッジ（移動機構）
３０ コリメータユニット
３１ コリメーションレンズ
３２ ガルバノスキャナユニット（ビーム振動機構）
３３ ベンドミラー
３４ 集束レンズ
３５ 加工ヘッド
３６ ノズル
４０ 操作部
５０ ＮＣ装置
６０ 加工プログラムデータベース
７０ 加工条件データベース
８０ アシストガス供給装置
１００ レーザ加工機
３２１，３２３ スキャンミラー
３２２，３２４ 駆動部
３４０ 集束レンズ駆動部（焦点移動機構）
５０１ ガルバノ制御部（ビーム振動機構制御部）
５０２ 焦点位置制御部
５０３ データ保持部
Ｗ 板金

【要約】

【課題】レーザビームを所定の振動パターンで振動させながら板金を切断するとき、レーザビームの焦点を板金の面に直交する方向に移動させても板金を良好に切断することができるレーザ加工機を提供する。
【解決手段】ガルバノスキャナユニット３２は、加工ヘッドを板金Ｗに対して相対的に移動させながら板金Ｗにレーザビームを照射して板金Ｗを切断するときに、レーザビームを振動させる。集束レンズ駆動部３４０は、板金Ｗに照射されるレーザビームの焦点を板金Ｗの面に直交する直交方向に移動させる。焦点位置制御部５０２は、レーザビームの焦点を直交方向の所定の位置に位置させるために、集束レンズ駆動部３４０を制御する。ガルバノ制御部５０１は、焦点の直交方向の位置に応じて、レーザビームを振動させる振幅を変化させるようガルバノスキャナユニット３２を制御する。
【選択図】図７

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】