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JP6519211B2 - Laser cutting apparatus and laser cutting method - Google Patents
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JP6519211B2 - Laser cutting apparatus and laser cutting method - Google Patents

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  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

本発明は、高出力のレーザ光線を照射し、金属を切断するレーザ切断装置、特に遠隔装置により金属を切断するレーザ切断装置及びレーザ切断方法に関するものである。   The present invention relates to a laser cutting apparatus that irradiates high-power laser beams and cuts metal, and more particularly to a laser cutting apparatus and a laser cutting method that cuts metal by a remote device.

工場等でレーザ切断を行う場合、切断対象物の加工点の後方に遮光板や水槽等を予め設置し、切断対象物の後方に位置する保護対象物が切断されない様にするのが一般的である。   When laser cutting is performed at a factory etc., it is common practice to install a light shielding plate, a water tank, etc. in front of the processing point of the object to be cut so that the object to be protected located behind the object is not cut. is there.

然し乍ら、原子力施設内等、作業者が立入れない場所では、切断対象物の後方に遮光板や水槽等を設置できない場合があり、この場合には作業者がカメラ等で切断対象物を視認しながら、遠隔操作により他の保護対象物を損傷させない様、レーザ光線の照射方向や出力を調整する必要があった。   However, in places where workers do not enter, such as in a nuclear facility, it may not be possible to install a light shield or a water tank behind the object to be cut. In this case, the worker visually recognizes the object to be cut with a camera or the like. However, it has been necessary to adjust the irradiation direction and output of the laser beam so as not to damage other protected objects by remote control.

又、従来では、遠隔操作されるレーザ切断装置の加工ヘッド先端を中心とした保護エリアを設定し、保護エリア内に切断対象物以外の構造物が存在するかどうかを確認し、保護エリア内に切断対象物以外の構造物が存在する場合には、加工ヘッドの移動の制限、或は切断処理の制限等を行うものもあった。   Also, conventionally, a protected area centered on the processing head end of the remotely operated laser cutting apparatus is set, and it is confirmed whether or not a structure other than the object to be cut exists in the protected area, and the protected area is In the case where there is a structure other than the object to be cut, there are cases in which the movement of the processing head is restricted, or the restriction of the cutting process is performed.

然し乍ら、従来の保護エリアは加工ヘッドの先端を中心とした球状であり、レーザ光線の照射方向以外の方向も保護エリアとして設定され、又保護エリアの大きさはレーザ光線の出力に拘わらず一定であり、レーザ光線により保護対象が損傷する虞れがない場合でも、保護エリアに構造物が干渉したと見なされる為、実用的なシステムとは言えなかった。   However, the conventional protection area is spherical around the tip of the processing head, directions other than the irradiation direction of the laser beam are set as the protection area, and the size of the protection area is constant regardless of the laser beam output. Even if there is no risk that the protective object will be damaged by the laser beam, it is considered that the structure has interfered with the protected area, so it was not a practical system.

尚、特許文献1には、砂時計形の公称危険領域がレーザ光線の焦点を中心としてレーザ光線の周囲に設けられ、前記公称危険領域内に手がある時に、安全装置がレーザ光線の強度を待機レベルに低下させる構成が開示されている。   It is noted in U.S. Pat. No. 5,075,095 that an hourglass-shaped nominally dangerous area is provided around the laser beam centered on the focal point of the laser beam, and the safety device waits for the intensity of the laser beam when the hand is within the nominally dangerous area. An arrangement to reduce to the level is disclosed.

特開2007−61910号公報JP 2007-61910 A

本発明は斯かる実情に鑑み、遠隔操作によるレーザ切断処理の作業効率の向上を図るレーザ切断装置及びレーザ切断方法を提供するものである。   SUMMARY OF THE INVENTION In view of such circumstances, the present invention provides a laser cutting apparatus and a laser cutting method for improving the working efficiency of a laser cutting process by remote control.

本発明は、切断対象物にレーザ光線を照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ光線の照射と停止、及び出力値を制御するレーザ発振制御部と、前記レーザ加工ヘッドの位置情報を取得する位置情報取得部と、前記レーザ光線の光軸と同心であり、該レーザ光線を含む円錐状の保護領域を設定する保護領域設定部と、保護対象物の位置情報が記憶された記憶部と、前記保護領域への前記保護対象物の侵入を検知する検知部と、演算制御部とを具備し、該演算制御部は、前記検知部から検知信号が出力されると、前記レーザ発振制御部に前記レーザ加工ヘッドからの前記レーザ光線の照射を停止させるレーザ切断装置に係るものである。   According to the present invention, a laser processing head for irradiating a laser beam to an object to be cut, a laser oscillation control unit for controlling irradiation and stop of the laser beam, and an output value, and position information for acquiring position information of the laser processing head An acquisition unit, a protection region setting unit which is concentric with the optical axis of the laser beam and sets a conical protection region including the laser beam, a storage unit in which position information of a protection target is stored, and the protection The detection unit detects an intrusion of the protection object into the area, and an operation control unit, and the operation control unit outputs the detection signal to the laser oscillation control unit when the detection signal is output from the detection unit. The present invention relates to a laser cutting device for stopping the irradiation of the laser beam from the processing head.

又本発明は、前記保護領域は、前記レーザ光線の照射範囲よりも大きくなる様設定されたレーザ切断装置に係るものである。   Further, the present invention relates to a laser cutting apparatus in which the protected area is set to be larger than the irradiation range of the laser beam.

又本発明は、前記保護領域は、前記レーザ光線の出力値の増減に基づき拡大縮小される様設定されたレーザ切断装置に係るものである。   Further, the present invention relates to the laser cutting apparatus in which the protection area is set to be scaled based on increase and decrease of the output value of the laser beam.

又本発明は、前記保護領域の設定条件として、前記レーザ光線の広がり角と、該レーザ光線の出力値と、前記レーザ加工ヘッドの移動速度とを含み、更に前記保護領域は、前記レーザ光線が直接前記保護対象物に照射された場合に、該保護対象物の上昇温度ΔTが所定値未満となる様に、前記レーザ光線の出力値、前記レーザ加工ヘッドの移動速度が設定されたレーザ切断装置に係るものである。   Further, according to the present invention, the setting conditions of the protected area include the spread angle of the laser beam, the output value of the laser beam, and the moving speed of the laser processing head, and the protected area is the laser beam. A laser cutting apparatus in which the output value of the laser beam and the moving speed of the laser processing head are set such that the rising temperature ΔT of the protection object is less than a predetermined value when the protection object is directly irradiated. Pertaining to

又本発明は、前記保護領域の設定条件として、前記レーザ光線の広がり角と、前記レーザ加工ヘッドの先端からの距離とを含み、更に前記保護領域は、前記レーザ光線が直接前記保護対象物に照射された場合に、該保護対象物の上昇温度ΔTが所定値未満となる様に、前記レーザ加工ヘッドの先端からの距離が設定されたレーザ切断装置に係るものである。   Further, according to the present invention, the setting condition of the protected area includes the spread angle of the laser beam and the distance from the tip of the laser processing head, and the protected area directly corresponds to the protected object. The present invention relates to a laser cutting apparatus in which the distance from the tip of the laser processing head is set such that the temperature increase ΔT of the object to be protected is less than a predetermined value when it is irradiated.

更に又本発明は、所定の広がり角のレーザ光線を照射して切断対象物を切断するレーザ切断方法であって、前記レーザ光線の光軸と同心に該レーザ光線を含む円錐状の保護領域を設定し、保護対象物が前記保護領域に侵入した場合に前記レーザ光線の照射を停止させるレーザ切断方法に係るものである。   Furthermore, the present invention is directed to a laser cutting method for irradiating a laser beam of a predetermined spread angle to cut an object to be cut, which comprises a conical protective area including the laser beam concentrically with the optical axis of the laser beam. The present invention relates to a laser cutting method in which the irradiation with the laser beam is stopped when the object to be protected enters the protected area.

本発明によれば、切断対象物にレーザ光線を照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ光線の照射と停止、及び出力値を制御するレーザ発振制御部と、前記レーザ加工ヘッドの位置情報を取得する位置情報取得部と、前記レーザ光線の光軸と同心であり、該レーザ光線を含む円錐状の保護領域を設定する保護領域設定部と、保護対象物の位置情報が記憶された記憶部と、前記保護領域への前記保護対象物の侵入を検知する検知部と、演算制御部とを具備し、該演算制御部は、前記検知部から検知信号が出力されると、前記レーザ発振制御部に前記レーザ加工ヘッドからの前記レーザ光線の照射を停止させるので、前記レーザ加工ヘッドの側方や基端側等、レーザ切断とは関係のない箇所に位置する前記保護対象物によって切断処理が中断されることがなく、前記レーザ加工ヘッドの移動可能な範囲が広がると共に、作業効率の向上を図ることができる。   According to the present invention, a laser processing head for irradiating a laser beam to a cutting object, a laser oscillation control unit for controlling irradiation and stop of the laser beam, and an output value, and position information of the laser processing head are acquired. A position information acquisition unit, a protection region setting unit concentric with the optical axis of the laser beam, and setting a conical protection region including the laser beam, and a storage unit in which position information of a protection target is stored; A detection unit that detects the entry of the protection object into the protection area, and an arithmetic control unit are provided, and the arithmetic control unit outputs the detection signal to the laser oscillation control unit when the detection unit outputs the detection signal. Since the irradiation of the laser beam from the laser processing head is stopped, the cutting process is interrupted by the protection target located at a position unrelated to the laser cutting, such as the side or proximal side of the laser processing head. It is no, the movable range of the laser processing head is widened, it is possible to improve the work efficiency.

又本発明によれば、所定の広がり角のレーザ光線を照射して切断対象物を切断するレーザ切断方法であって、前記レーザ光線の光軸と同心に該レーザ光線を含む円錐状の保護領域を設定し、保護対象物が前記保護領域に侵入した場合に前記レーザ光線の照射を停止させるので、レーザ切断とは関係のない箇所に位置する前記保護対象物により切断処理が中断されることがなく、前記レーザ加工ヘッドの移動可能な範囲が広がると共に、作業効率の向上を図ることができるという優れた効果を発揮する。   Further, according to the present invention, there is provided a laser cutting method for irradiating a laser beam of a predetermined spread angle to cut an object to be cut, wherein a conical protective region including the laser beam concentrically with the optical axis of the laser beam. Is set, and the irradiation of the laser beam is stopped when the object to be protected enters the protected area, so that the cutting process may be interrupted by the object to be protected located at a place unrelated to the laser cutting. In addition, the movable range of the laser processing head is expanded, and the excellent effect that the working efficiency can be improved is exhibited.

本発明の実施例に係るレーザ切断装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the laser cutting device which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る保護領域を示す説明図である。It is an explanatory view showing a protection field concerning an example of the present invention. 本発明の実施例に係るレーザ切断装置による切断処理を示す説明図である。It is an explanatory view showing cutting processing by a laser cutting device concerning an example of the present invention.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

先ず、図1に於いて、本発明の実施例に係るレーザ切断装置1について説明する。   First, referring to FIG. 1, a laser cutting apparatus 1 according to an embodiment of the present invention will be described.

該レーザ切断装置1は、レーザ加工ヘッド3と、駆動部4と、レーザ発振制御部5と、位置情報取得部6と、保護領域設定部7と、記憶部8と、検知部9と、演算制御部11と、表示部12、入力部13及び操作部14とを有している。   The laser cutting apparatus 1 includes a laser processing head 3, a drive unit 4, a laser oscillation control unit 5, a position information acquisition unit 6, a protected area setting unit 7, a storage unit 8, a detection unit 9, and calculation. A control unit 11, a display unit 12, an input unit 13, and an operation unit 14 are provided.

前記レーザ加工ヘッド3は、高出力のレーザ光線2を切断対象物に照射し、該切断対象物を切断するものであり、図示しないクレーン等の移動機構により3軸方向に移動可能に、又所要の方向に回転可能に設けられている。前記駆動部4は、各軸に対してそれぞれアクチュエータとして例えばモータを有する。各軸のモータの協働により前記移動機構を介し3次元方向に移動させ、或は回転させる様になっている。   The laser processing head 3 irradiates the object to be cut with a high power laser beam 2 to cut the object to be cut, and can be moved in three axial directions by a moving mechanism such as a crane (not shown), or is required It is provided rotatably in the direction of. The drive unit 4 has, for example, a motor as an actuator for each axis. The motor of each axis cooperates to move or rotate in a three-dimensional direction through the moving mechanism.

前記レーザ発振制御部5は、前記レーザ加工ヘッド3より照射される前記レーザ光線2の照射と停止を制御し、該レーザ光線2の出力値等を制御するものであり、又後述する前記検知部9からの検知信号に基づき前記レーザ光線2の照射を停止させる様になっている。   The laser oscillation control unit 5 controls irradiation and stop of the laser beam 2 emitted from the laser processing head 3 and controls an output value of the laser beam 2 and the like, and the detection unit described later The irradiation of the laser beam 2 is stopped on the basis of the detection signal from 9.

前記位置情報取得部6は、例えば前記駆動部4の駆動量を検出するセンサを有し、該センサにより検出された前記駆動部4の駆動量を基に、後述する3次元の基準座標上の既知の位置、例えば原点に対する前記レーザ加工ヘッド3の位置を取得できる。   The position information acquisition unit 6 has, for example, a sensor that detects the drive amount of the drive unit 4, and on a three-dimensional reference coordinate, which will be described later, based on the drive amount of the drive unit 4 detected by the sensor. It is possible to acquire the position of the laser processing head 3 with respect to a known position, for example, the origin.

前記保護領域設定部7は、前記レーザ光線2の広がり角や、前記操作部14より入力された前記レーザ光線2の出力値や保護対象物の材質、移動速度等を基に、前記レーザ加工ヘッド3の先端部より前記レーザ光線2の照射方向に広がる円錐状の保護領域15(図2参照)を設定する。尚、該保護領域15の軸心は前記レーザ光線2の光軸と同心であり、広がり角θ′を有している(図2参照)。   The protective area setting unit 7 sets the laser processing head based on the spread angle of the laser beam 2, the output value of the laser beam 2 input from the operation unit 14, the material of the object to be protected, the moving speed, and the like. A conical protection area 15 (see FIG. 2) which spreads in the irradiation direction of the laser beam 2 from the tip end of 3 is set. The axial center of the protective area 15 is concentric with the optical axis of the laser beam 2 and has a spread angle θ '(see FIG. 2).

又、前記記憶部8には、例えば前記レーザ加工ヘッド3の初期位置を原点とする3次元座標系が格納されると共に、保護対象物である各種構造物の前記3次元座標系上の座標データが格納され、前記位置情報取得部6により取得された前記レーザ加工ヘッド3の位置情報が格納されている。   Further, the storage unit 8 stores, for example, a three-dimensional coordinate system having an initial position of the laser processing head 3 as an origin, and coordinate data on the three-dimensional coordinate system of various structures to be protected. Are stored, and the position information of the laser processing head 3 acquired by the position information acquisition unit 6 is stored.

前記検知部9は、前記位置情報取得部6により検出された前記レーザ加工ヘッド3の位置情報と、前記保護領域設定部7により設定された前記保護領域15と、前記記憶部8に格納された保護対象物の3次元座標データを基に、前記保護領域15内への保護対象物の侵入を検知し、検知信号を出力する様になっている。   The detection unit 9 stores the position information of the laser processing head 3 detected by the position information acquisition unit 6, the protected area 15 set by the protected area setting unit 7, and the storage unit 8. An intrusion of the protection object into the protection area 15 is detected based on three-dimensional coordinate data of the protection object, and a detection signal is output.

前記表示部12は、前記レーザ加工ヘッド3や切断対象物等を撮影するカメラの映像や、前記レーザ加工ヘッド3の先端部に形成された前記保護領域15等が表示される。又、前記入力部13は、前記レーザ加工ヘッド3より照射される前記レーザ光線2の出力値、前記レーザ加工ヘッド3の移動速度、保護対象物の材質等、前記保護領域15を設定する為の各種情報を入力可能となっている。更に、前記操作部14は、例えばキーボード、タッチパネル等であり、前記駆動部4に駆動指示を出力し、前記レーザ加工ヘッド3の操作を行う様になっている。   The display unit 12 displays an image of a camera for photographing the laser processing head 3, an object to be cut, etc., the protected area 15 formed at the tip of the laser processing head 3, and the like. Further, the input unit 13 is used to set the protective area 15 such as an output value of the laser beam 2 irradiated from the laser processing head 3, a moving speed of the laser processing head 3, a material of an object to be protected, It is possible to input various information. Furthermore, the operation unit 14 is, for example, a keyboard, a touch panel or the like, and outputs a drive instruction to the drive unit 4 to operate the laser processing head 3.

次に、図2に於いて、前記保護領域15の設定方法について説明する。尚、図2中、Laは前記保護領域15の高さを示し、rは該保護領域15の底面の半径を示し、r′は前記レーザ光線2のビーム径を示し、θは前記保護領域15の広がり角を示し、θ′は前記レーザ光線2の広がり角を示している。尚、θ′は前記レーザ加工ヘッド3に内蔵された光学系により決定されるものであり、既知となっている。   Next, referring to FIG. 2, a method of setting the protection area 15 will be described. In FIG. 2, La represents the height of the protective area 15, r represents the radius of the bottom of the protective area 15, r ′ represents the beam diameter of the laser beam 2, and θ represents the protective area 15. Represents the spread angle of the laser beam 2. Θ ′ is determined by an optical system incorporated in the laser processing head 3 and is known.

本実施例では、保護対象物の材質をSUS(ステンレス)としている。前記保護領域15の高さLaは、所定の出力値の前記レーザ光線2を保護対象物に10秒間照射した際に、保護対象物の表面温度が300℃に到達しない距離となる様設定される。又、前記保護領域15の半径rは、前記レーザ加工ヘッド3に内蔵される光学系の広がり角θ′により決定される前記レーザ光線2のビーム径r′よりも大きくなる様、例えば半径r′の1.2倍となる様設定される。尚、前記レーザ光線2の照射時間、前記保護対象物の表面温度、前記保護領域15の半径rと前記レーザ光線2のビーム径r′との関係については、上記の値に限定されるものではなく、例えば保護対象物の材質等に応じて適宜設定される。   In the present embodiment, the material of the object to be protected is SUS (stainless steel). The height La of the protective area 15 is set such that the surface temperature of the object to be protected does not reach 300 ° C. when the object to be protected is irradiated for 10 seconds with the laser beam 2 having a predetermined output value. . Also, the radius r of the protective area 15 is larger than the beam diameter r 'of the laser beam 2 determined by the spread angle θ' of the optical system incorporated in the laser processing head 3, eg, radius r ' It is set to be 1.2 times of. The relationship between the irradiation time of the laser beam 2, the surface temperature of the object to be protected, the radius r of the protective area 15 and the beam diameter r 'of the laser beam 2 is limited to the above values. For example, according to the material etc. of a protection subject, it sets suitably.

ここで、保護対象物表面の上昇温度ΔTは以下の式で表すことができる。   Here, the temperature rise ΔT of the surface of the object to be protected can be expressed by the following equation.

ΔT=(2H/K)(κt/π)1/2 ΔT = (2H / K) (κt / π) 1/2

上記式中、Hは熱流束を示し、KはSUSの熱伝導率(W/m・K)を示し、κはSUSの熱拡散係数を示し、tは経過時間(s)を示している。尚、経過時間tは単位面積当たりの保護対象物への前記レーザ光線2の照射時間であり、該レーザ光線2のビーム径r′と前記レーザ加工ヘッド3の移動速度から求めることができる。該レーザ加工ヘッド3の移動速度は一定としてもよいし、処理毎に設定する様にしてもよい。又、安全性の観点から、前記保護領域15の設定に於いて、経過時間tを実際の経過時間よりも長く取るのが望ましい。   In the above equation, H represents a heat flux, K represents a thermal conductivity of SUS (W / m · K), κ represents a thermal diffusion coefficient of SUS, and t represents an elapsed time (s). The elapsed time t is the irradiation time of the laser beam 2 to the object to be protected per unit area, and can be obtained from the beam diameter r 'of the laser beam 2 and the moving speed of the laser processing head 3. The moving speed of the laser processing head 3 may be constant or may be set for each process. Further, from the viewpoint of safety, it is desirable to set the elapsed time t longer than the actual elapsed time in setting the protection area 15.

又、熱流束H及び熱拡散係数κは以下の式で表すことができる。   The heat flux H and the thermal diffusion coefficient κ can be expressed by the following equations.

H=I(1−RS)   H = I (1-RS)

κ=K/ρC   κ = K / ρC

上記式中、Iは前記レーザ光線2の出力値を該レーザ光線2の断面積で割ることで得られるビーム強度(W/m2 )を示し、RSはSUSの表面反射率を示し、ρはSUSの密度(kg/m3 )を示し、CはSUSの比熱(kJ/kg・K)を示している。尚、前記レーザ光線2のビーム強度Iは、ビーム中心に強度が集中する不均一な分布であるが、本実施例ではビーム強度Iは照射面内に於いて均一として説明する。 In the above equation, I represents the beam intensity (W / m 2 ) obtained by dividing the output value of the laser beam 2 by the cross-sectional area of the laser beam 2, RS represents the surface reflectivity of SUS, and ρ represents The density (kg / m 3 ) of SUS is shown, and C shows the specific heat (kJ / kg · K) of SUS. The beam intensity I of the laser beam 2 is a non-uniform distribution in which the intensity is concentrated at the center of the beam, but in the present embodiment, the beam intensity I will be described as being uniform in the irradiation surface.

又、上記式のうち、熱伝導率K、密度ρ、比熱C、表面反射率RS、即ち熱拡散係数κと表面反射率RSは、保護対象物の材質によって決定される既知の値であり、上昇温度ΔTは300℃未満に設定された設定温度から保護対象物の現在の表面温度を引いた既知の値である。   Further, among the above formulas, the thermal conductivity K, the density ρ, the specific heat C, the surface reflectance RS, that is, the thermal diffusion coefficient κ and the surface reflectance RS are known values determined by the material of the object to be protected The rising temperature ΔT is a known value obtained by subtracting the current surface temperature of the object to be protected from the set temperature set to less than 300 ° C.

従って、ビーム強度Iと経過時間tにより上昇温度がΔTとなる様な保護対象物への入熱量が決定されるので、前記入力部13を介して前記レーザ光線2の出力値、或は該レーザ光線2の出力値と前記レーザ加工ヘッド3の移動速度が入力されることで、前記レーザ光線2のビーム径r′が決定される。   Therefore, the amount of heat input to the object to be protected such that the temperature rise is ΔT is determined by the beam intensity I and the elapsed time t, so the output value of the laser beam 2 or the laser via the input unit 13 The beam diameter r ′ of the laser beam 2 is determined by inputting the output value of the light beam 2 and the moving speed of the laser processing head 3.

該レーザ光線2のビーム径r′が決定されることで、前記保護領域15の半径rが決定される。又、ビーム径r′と既知の広がり角θ′により、tanθ′/2=r′/Laの関係から、該保護領域15の高さLaが決定される。更に、該保護領域15の高さLaと半径rにより、tanθ/2=r/Laの関係から、該保護領域15の広がり角θが決定され、該保護領域15の大きさが決定される。   By determining the beam diameter r 'of the laser beam 2, the radius r of the protective area 15 is determined. Also, the height La of the protective region 15 is determined from the relationship of tan θ ′ / 2 = r ′ / La, based on the beam diameter r ′ and the known spread angle θ ′. Further, the spread angle θ of the protective area 15 is determined from the relationship of tan θ / 2 = r / La by the height La and the radius r of the protective area 15, and the size of the protective area 15 is determined.

尚、前記レーザ光線2の出力値と、該レーザ光線2のビーム径r′との関係を予め関連付けてデータベース化し、前記レーザ光線2の出力が入力された際に、前記データベースを用いて前記レーザ光線2のビーム径r′を求める様にしてもよい。データベースを用いることで処理時間の短縮を図ることができる。   The relationship between the output value of the laser beam 2 and the beam diameter r 'of the laser beam 2 is associated in advance to form a database, and when the output of the laser beam 2 is input, the laser is used using the database. The beam diameter r 'of the light beam 2 may be determined. Processing time can be shortened by using a database.

又、前記レーザ光線2の出力を小さくすることで、前記保護領域15の底面の断面積を小さくすることができ、図3に示される様に、前記レーザ光線2の出力を増減させることで、前記保護領域15の拡大縮小を行うことができる。   Further, by reducing the output of the laser beam 2, the cross-sectional area of the bottom of the protective region 15 can be reduced, and as shown in FIG. 3, the output of the laser beam 2 is increased or decreased. The protection area 15 can be scaled.

尚、ビーム強度Iが所定値以下となる様に、前記レーザ光線2の既知の広がり角θ′と前記レーザ加工ヘッド3の先端からの距離Laに基づき、保護対象物16(図3参照)が入らない大きさの前記保護領域15を設定してもよい。   The object to be protected 16 (see FIG. 3) is based on the known spread angle θ ′ of the laser beam 2 and the distance La from the tip of the laser processing head 3 so that the beam intensity I becomes equal to or less than a predetermined value. You may set the said protection area | region 15 of the magnitude | size which does not enter.

次に、図3に於いて、前記レーザ切断装置1の動作について説明する。   Next, the operation of the laser cutting device 1 will be described with reference to FIG.

先ず始めに、前記入力部13よりレーザ光線2の出力値が設定されることで、前記保護領域設定部7が前記レーザ光線2の広がり角、該レーザ光線2の出力値、前記保護対象物16の材質等を基に、前記レーザ加工ヘッド3の先端より前記レーザ光線2の照射方向に広がる円錐状の前記保護領域15を設定する。   First, by setting the output value of the laser beam 2 from the input unit 13, the protective area setting unit 7 sets the spread angle of the laser beam 2, the output value of the laser beam 2, the protection object 16. The conical protection area 15 which spreads in the irradiation direction of the laser beam 2 from the tip of the laser processing head 3 is set based on the material and the like of the above.

該保護領域15の設定後、作業者が前記表示部12に表示されたカメラ映像等を参照し、前記操作部14を介して前記レーザ加工ヘッド3を切断対象物17を切断可能な位置迄移動させる。   After setting the protection area 15, the operator refers to the camera image or the like displayed on the display unit 12 and moves the laser processing head 3 to a position where the object 17 to be cut can be cut through the operation unit 14 Let

この時、前記レーザ加工ヘッド3の位置情報は、前記位置情報取得部6によりリアルタイムで取得され、前記記憶部8に格納される。   At this time, positional information of the laser processing head 3 is acquired in real time by the positional information acquisition unit 6 and stored in the storage unit 8.

前記レーザ発振制御部5より前記レーザ光線2の照射指示が出力されると、前記レーザ加工ヘッド3より前記レーザ光線2が照射され、前記切断対象物17のレーザ切断が行われる。   When the irradiation instruction of the laser beam 2 is output from the laser oscillation control unit 5, the laser beam 2 is irradiated from the laser processing head 3, and the cutting of the object to be cut 17 is performed.

切断処理中、前記レーザ加工ヘッド3の位置がリアルタイムで演算され、前記保護領域15の位置が演算され、前記検知部9により前記レーザ加工ヘッド3の先端に形成された前記保護領域15の位置情報と前記保護対象物16の位置情報との比較がリアルタイムで行われており、前記保護領域15への前記保護対象物16の侵入が検知された際には、前記検知部9より検知信号が出力される。   During the cutting process, the position of the laser processing head 3 is calculated in real time, the position of the protection area 15 is calculated, and position information of the protection area 15 formed at the tip of the laser processing head 3 by the detection unit 9 And the position information of the protection object 16 are compared in real time, and when the intrusion of the protection object 16 into the protection area 15 is detected, a detection signal is output from the detection unit 9 Be done.

該検知部9から検知信号が出力されると、前記演算制御部11が前記レーザ発振制御部5に前記レーザ光線2の停止指示を出力させ、前記レーザ加工ヘッド3から照射される前記レーザ光線2が停止される。   When a detection signal is output from the detection unit 9, the calculation control unit 11 causes the laser oscillation control unit 5 to output a stop instruction of the laser beam 2, and the laser beam 2 emitted from the laser processing head 3. Is stopped.

この状態で、前記切断対象物17の切断処理を続行する場合には、前記入力部13を介して前記レーザ光線2の出力値を低下させ、前記保護領域15内に前記保護対象物16が入らない様、前記保護領域15を縮小させ保護領域15′とする。それに伴い、前記入力部13を介して前記レーザ加工ヘッド3の移動速度を低下させ、経過時間tを増加させることで、即ち前記切断対象物17に対する前記レーザ光線2の照射時間を増加させることで、切断に必要な入熱量が確保でき、前記切断対象物17の切断処理を続行することができる。   In this state, when the cutting process of the object to be cut 17 is continued, the output value of the laser beam 2 is decreased via the input unit 13, and the object to be protected 16 enters the protective area 15. The protective area 15 is reduced so as to form a protective area 15 '. Accordingly, the moving speed of the laser processing head 3 is decreased via the input unit 13 to increase the elapsed time t, that is, the irradiation time of the laser beam 2 to the object 17 to be cut is increased. The heat input necessary for cutting can be secured, and the cutting process of the object to be cut 17 can be continued.

上述の様に、本実施例では、前記保護対象物16の誤切断を防止する為の前記保護領域15の形状を、前記レーザ加工ヘッド3の先端部から前記レーザ光線2の照射方向に向って広がる円錐状とし、略該レーザ光線2を含む範囲に限定している。   As described above, in the present embodiment, the shape of the protection area 15 for preventing the erroneous cutting of the protection object 16 is directed from the tip of the laser processing head 3 in the irradiation direction of the laser beam 2. It is in the form of an expanding cone and is limited to a range substantially including the laser beam 2.

従って、前記レーザ加工ヘッド3の側方や基端側等、レーザ切断とは関係のない箇所に位置する前記保護対象物16によって切断処理が中断されることがなく、前記レーザ加工ヘッド3の移動可能な範囲を広げることができ、切断停止の範囲、頻度をを少なくすることができ、作業効率の向上を図ることができる。   Therefore, the cutting process is not interrupted by the protection target 16 located at a position unrelated to the laser cutting, such as the side or proximal side of the laser processing head 3, and the movement of the laser processing head 3 is not performed. The possible range can be expanded, the range and frequency of cutting stop can be reduced, and the working efficiency can be improved.

又、前記保護領域15は、前記レーザ加工ヘッド3に内蔵された光学系の広がり角θ′及び前記レーザ光線2のビーム径r′を基に設定されるので、前記レーザ加工ヘッド3の先端側であっても、切断処理に拘わらない箇所に位置する前記保護対象物16によって切断処理が中断されるのを防止することができる。   Further, since the protective area 15 is set based on the spread angle θ ′ of the optical system incorporated in the laser processing head 3 and the beam diameter r ′ of the laser beam 2, the tip side of the laser processing head 3 is Even in this case, it is possible to prevent the cutting process from being interrupted by the protection target 16 located at a place regardless of the cutting process.

又、前記保護領域15の底面の半径rは、前記レーザ光線2のビーム径r′よりも大きくなる様設定され、前記保護領域15が実際のレーザ光線2の照射範囲よりも大きくなっているので、前記保護領域15に前記保護対象物16が侵入した際に、該保護対象物16に対して前記レーザ光線2が照射されるのを防止することができる。   Further, the radius r of the bottom surface of the protective area 15 is set to be larger than the beam diameter r ′ of the laser beam 2, and the protective area 15 is larger than the irradiation range of the actual laser beam 2. When the object to be protected 16 intrudes into the protected area 15, the laser beam 2 can be prevented from being irradiated to the object to be protected 16.

又、前記保護領域15の設定の際に、経過時間tを実際の時間よりも長くする。即ち、前記レーザ光線2の保護対象物への照射時間を多めに見積もることで、何らかの不具合により前記レーザ光線2が設定よりも長く保護対象物に照射された場合であっても、保護対象物の誤切断を抑制でき、安全性を向上させることができる。   When setting the protection area 15, the elapsed time t is made longer than the actual time. That is, by estimating the irradiation time of the laser beam 2 to the object to be protected longer, even if the laser beam 2 is irradiated to the object to be protected longer than the setting due to some problems, Erroneous cutting can be suppressed and safety can be improved.

更に、前記レーザ光線2の出力値の増減により、前記保護領域15の拡大縮小が可能となっているので、固定された配管等、保護対象物16が移動できないものである場合でも、該保護対象物16を前記保護領域15内に侵入させることなく切断処理を続行させることができる。   Furthermore, since the protection area 15 can be expanded or shrunk by increasing or decreasing the output value of the laser beam 2, the protection target is protected even when the protection target 16 can not move, such as fixed piping. The cutting process can be continued without intruding the object 16 into the protected area 15.

1 レーザ切断装置 2 レーザ光線
3 レーザ加工ヘッド 4 駆動部
5 レーザ発振制御部 6 位置情報取得部
7 保護領域設定部 8 記憶部
9 検知部 11 演算制御部
15 保護領域 16 保護対象物
17 切断対象物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 laser cutting device 2 laser beam 3 laser processing head 4 drive part 5 laser oscillation control part 6 position information acquisition part 7 protected area setting part 8 storage part 9 detection part 11 arithmetic control part 15 protected area 16 protected object 17 cut object

Claims (6)

切断対象物にレーザ光線を照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ光線の照射と停止、及び出力値を制御するレーザ発振制御部と、前記レーザ加工ヘッドの位置情報を取得する位置情報取得部と、前記レーザ光線の光軸と同心であり、該レーザ光線を含む円錐状の保護領域を設定する保護領域設定部と、保護対象物の位置情報が記憶された記憶部と、前記保護領域への前記保護対象物の侵入を検知する検知部と、演算制御部とを具備し、該演算制御部は、前記検知部から検知信号が出力されると、前記レーザ発振制御部に前記レーザ加工ヘッドからの前記レーザ光線の照射を停止させることを特徴とするレーザ切断装置。   A laser processing head for irradiating a laser beam to the object to be cut, a laser oscillation control unit for controlling the irradiation and stop of the laser beam, and an output value, and a position information acquisition unit for acquiring position information of the laser processing head; A protection area setting unit which is concentric with the optical axis of the laser beam and sets a conical protection area including the laser beam, a storage unit in which position information of the object to be protected is stored, and the protection area A detection unit for detecting intrusion of a protection target and an arithmetic control unit are provided, and the arithmetic control unit outputs the detection signal to the laser oscillation control unit from the laser processing head when the detection signal is output from the detection unit. A laser cutting apparatus characterized by stopping irradiation of the laser beam. 前記保護領域は、前記レーザ光線の照射範囲よりも大きくなる様設定された請求項1のレーザ切断装置。   The laser cutting device according to claim 1, wherein the protective area is set to be larger than the irradiation range of the laser beam. 前記保護領域は、前記レーザ光線の出力値の増減に基づき拡大縮小される様設定された請求項1又は請求項2のレーザ切断装置。   The laser cutting device according to claim 1 or 2, wherein the protected area is set to be scaled based on increase or decrease of the output value of the laser beam. 前記保護領域の設定条件として、前記レーザ光線の広がり角と、該レーザ光線の出力値と、前記レーザ加工ヘッドの移動速度とを含み、更に前記保護領域は、前記レーザ光線が直接前記保護対象物に照射された場合に、該保護対象物の上昇温度ΔTが所定値未満となる様に、前記レーザ光線の出力値、前記レーザ加工ヘッドの移動速度が設定された請求項1〜請求項3のうちいずれか1項に記載のレーザ切断装置。   The setting conditions of the protected area include the spread angle of the laser beam, the output value of the laser beam, and the moving speed of the laser processing head, and in the protected area, the laser beam is directly the protected object The laser beam output value and the moving speed of the laser processing head are set such that the temperature T of the object to be protected is less than a predetermined value when the laser beam is irradiated to The laser cutting device according to any one of the above. 前記保護領域の設定条件として、前記レーザ光線の広がり角と、前記レーザ加工ヘッドの先端からの距離とを含み、更に前記保護領域は、前記レーザ光線が直接前記保護対象物に照射された場合に、該保護対象物の上昇温度ΔTが所定値未満となる様に、前記レーザ加工ヘッドの先端からの距離が設定された請求項1〜請求項3のうちいずれか1項に記載のレーザ切断装置。   The setting condition of the protected area includes the spread angle of the laser beam and the distance from the tip of the laser processing head, and the protected area is the case where the object to be protected is directly irradiated with the laser beam. The laser cutting apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the distance from the tip of the laser processing head is set such that the temperature increase ΔT of the object to be protected is less than a predetermined value. . 所定の広がり角のレーザ光線を照射して切断対象物を切断するレーザ切断方法であって、前記レーザ光線の光軸と同心に該レーザ光線を含む円錐状の保護領域を設定し、リアルタイムで演算された該保護領域の位置情報と予め取得された保護対象物の位置情報との比較に基づき前記保護領域内への前記保護対象物の侵入を検知し、該保護対象物が前記保護領域に侵入した場合に前記レーザ光線の照射を停止させることを特徴とするレーザ切断方法。 A laser cutting method of irradiating a laser beam of a predetermined spread angle to cut a cutting object, setting a conical protective area including the laser beam concentrically with the optical axis of the laser beam, and operating in real time Intrusion of the protected object into the protected area is detected based on comparison between the position information of the protected area and the position information of the protected object acquired in advance, and the protected object intrudes into the protected area And stopping the irradiation of the laser beam when it occurs.
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