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JP6809345B2 - Laser processing equipment and laser processing method - Google Patents
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JP6809345B2 - Laser processing equipment and laser processing method - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method.

レーザ加工装置は、被加工物にレーザ光を照射して被加工物の一部を溶融させて切断加工を行っており、この切断加工に際して溶融物をアシストガスにより被加工物から除去することが行われている。このようなレーザ加工装置を用いて、アルミニウムを主成分とする被加工物を切断加工する際、アシストガスを供給しても被加工物の裏面側に溶融物が付着したまま固化する場合がある。この固化物であるドロスが被加工物に付着した場合、例えば、手作業又は除去装置を用いてこのドロスを除去する工程が必要となる。これに対して、アシストガスとして窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いることで、ドロスの付着量を低減する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 The laser machining apparatus irradiates the workpiece with laser light to melt a part of the workpiece to perform cutting, and during this cutting, the melt can be removed from the workpiece with an assist gas. It is done. When cutting a work piece containing aluminum as a main component using such a laser processing device, the melt may solidify with the melt adhering to the back surface side of the work piece even if an assist gas is supplied. .. When the dross, which is a solidified product, adheres to the work piece, a step of removing the dross by hand or by using a removing device is required. On the other hand, there is known a technique for reducing the amount of dross adhering by using a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas as an assist gas (see, for example, Patent Document 1).

特許第4869640号公報Japanese Patent No. 4869640

上記の特許文献1のレーザ加工装置では、アシストガスとして窒素ガスの濃度が99.5体積%〜99.9体積%ある窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを供給することで、ドロスの付着を低減できる旨の記載がある。ただし、特許文献1には、レーザ光の種類について言及されていない。近年では、ファイバレーザから出力されるレーザ光により被加工物を切断するレーザ加工装置が提供されている。本発明者の実験により、このようなファイバレーザから出力されるレーザ光により被加工物を切断する場合、窒素ガスと酸素ガスの混合比率を特許文献1に示すような範囲に設定すると、ドロスが大量に付着してしまうことが確認された。 In the laser processing apparatus of Patent Document 1 described above, dross adheres by supplying a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas having a nitrogen gas concentration of 99.5% by volume to 99.9% by volume as an assist gas. There is a description that it can be reduced. However, Patent Document 1 does not mention the type of laser light. In recent years, a laser processing apparatus for cutting a workpiece by a laser beam output from a fiber laser has been provided. According to the experiment of the present inventor, when the workpiece is cut by the laser light output from such a fiber laser, if the mixing ratio of nitrogen gas and oxygen gas is set to the range shown in Patent Document 1, dross is generated. It was confirmed that a large amount of it adhered.

以上のような事情に鑑み、本発明は、ファイバレーザから出力されるレーザ光によりアルミニウムを主成分とする被加工物を切断加工する際に、ドロスの付着量を低減することが可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention is laser processing capable of reducing the amount of dross adhered when cutting a workpiece containing aluminum as a main component by laser light output from a fiber laser. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a laser processing method.

本発明に係るレーザ加工装置は、アルミニウムを主成分とする被加工物にレーザ光を照射しながら被加工物にアシストガスを供給して被加工物を切断加工するレーザ加工装置であって、レーザ光を出力するファイバレーザを備えるレーザ出力部と、レーザ出力部からのレーザ光を、被加工物の表面を単焦点位置として集光する照射部と、アシストガスとして酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを被加工物に供給する供給部と、を備える。 The laser processing apparatus according to the present invention is a laser processing apparatus that cuts a workpiece by supplying assist gas to the workpiece while irradiating the workpiece containing aluminum as a main component with laser light. A laser output unit equipped with a fiber laser that outputs light, an irradiation unit that collects the laser light from the laser output unit with the surface of the workpiece as a single focal point position, and an oxygen gas concentration of 0.7 as an assist gas. It is provided with a supply unit for supplying a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas, which is by volume% to 1.7% by volume, to the workpiece.

また、レーザ光は、波長が1080nmであってもよい。また、供給部から供給されるアシストガスの酸素濃度又は窒素濃度を測定する濃度センサと、アシストガスにおける酸素ガス又は窒素ガスの濃度を調整する調整部と、濃度センサの測定結果に応じて調整部を操作する制御部と、を備えてもよい。また、供給部は、酸素ガスの濃度が1.0体積%〜1.5体積%である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスをアシストガスとして被加工物に供給してもよい。また、照射部は、被加工物の表面におけるレーザ光の径がほぼ100μmとなるようにレーザ光を集光してもよい。また、被加工物に対してレーザ光の照射位置を移動させる移動部を備え、移動部による被加工物とレーザ光との相対速度が、毎分5m〜毎分20mの範囲であってもよい。また、被加工物の板厚は、1.5mm〜4.0mmであってもよい。 Further, the laser beam may have a wavelength of 1080 nm. In addition, a concentration sensor that measures the oxygen concentration or nitrogen concentration of the assist gas supplied from the supply unit, an adjustment unit that adjusts the concentration of oxygen gas or nitrogen gas in the assist gas, and an adjustment unit according to the measurement result of the concentration sensor. It may be provided with a control unit for operating the above. Further, the supply unit may supply a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas having an oxygen gas concentration of 1.0% by volume to 1.5% by volume to the workpiece as an assist gas. Further, the irradiation unit may collect the laser light so that the diameter of the laser light on the surface of the workpiece is approximately 100 μm. Further, a moving portion for moving the irradiation position of the laser beam with respect to the workpiece may be provided, and the relative speed between the workpiece and the laser beam due to the moving portion may be in the range of 5 m / min to 20 m / min. .. Further, the plate thickness of the work piece may be 1.5 mm to 4.0 mm.

また、本発明に係るレーザ加工方法は、アルミニウムを主成分とする被加工物にレーザ光を照射しながら被加工物にアシストガスを供給して被加工物を切断加工するレーザ加工方法であって、ファイバレーザによりレーザ光を出力することと、出力されたレーザ光を、被加工物の表面を単焦点位置として集光することと、アシストガスとして窒素ガスの濃度が98.3体積%〜99.3体積%である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを被加工物に供給することと、を含む。 Further, the laser processing method according to the present invention is a laser processing method for cutting a work piece by supplying an assist gas to the work piece while irradiating the work piece containing aluminum as a main component with laser light. , The laser light is output by the fiber laser, the output laser light is focused on the surface of the work piece as a single focal point position, and the concentration of nitrogen gas as an assist gas is 98.3% by volume to 99. Includes supplying the workpiece with a mixed gas of 3% by volume of nitrogen gas and oxygen gas.

本発明者は、ファイバレーザにより出力したレーザ光を照射して被加工物を切断加工する際、アシストガスとして酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを被加工物に供給することにより、ドロスの付着量を低減することが可能であることを見出した。したがって、本発明に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法によれば、アシストガスとして酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを被加工物に供給する供給部を備えるため、ファイバレーザにより出力したレーザ光を照射して被加工物を切断加工する際、ドロスの付着量を低減することが可能となる。 The present inventor irradiates a laser beam output by a fiber laser to cut a work piece, and as an assist gas, nitrogen gas and oxygen having an oxygen gas concentration of 0.7% by volume to 1.7% by volume. It has been found that it is possible to reduce the amount of dross adhered by supplying a mixed gas with gas to the work piece. Therefore, according to the laser processing apparatus and the laser processing method according to the present invention, a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas having an oxygen gas concentration of 0.7% by volume to 1.7% by volume is processed as an assist gas. Since the supply unit for supplying the object is provided, it is possible to reduce the amount of dross adhered when cutting the workpiece by irradiating the laser beam output by the fiber laser.

また、レーザ光の波長が1080nmである場合、波長1080nmは、ファイバレーザにより出力するレーザ光の主な波長であり、この波長のレーザ光を用いるときでもドロスの付着量を確実に低減することができる。また、供給部から供給されるアシストガスの酸素濃度又は窒素濃度を測定する濃度センサと、アシストガスにおける酸素ガス又は窒素ガスの濃度を調整する調整部と、濃度センサの測定結果に応じて調整部を操作する制御部と、を備える場合、アシストガスにおける窒素ガスの濃度を上記範囲に自動的に調整することができ、容易かつ確実にドロスの付着量を低減することができる。また、供給部が、酸素ガスの濃度が1.0体積%〜1.5体積%である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスをアシストガスとして被加工物に供給する場合、ドロスの付着量を0またはほぼ0にすることができる。また、照射部により、被加工物の表面におけるレーザ光の径がほぼ100μmとなるようにレーザ光を集光する場合においても、確実にドロスの付着量を低減することができる。また、被加工物に対してレーザ光の照射位置を移動させる移動部を備え、移動部による被加工物とレーザ光との相対速度が、毎分5m〜毎分20mの範囲である場合においても、確実にドロスの付着量を低減することができる。また、被加工物の板厚が、1.5mm〜4.0mmである場合、確実にドロスの付着量を低減することができる。 Further, when the wavelength of the laser light is 1080 nm, the wavelength of 1080 nm is the main wavelength of the laser light output by the fiber laser, and even when the laser light of this wavelength is used, the amount of dross adhered can be reliably reduced. it can. In addition, a concentration sensor that measures the oxygen concentration or nitrogen concentration of the assist gas supplied from the supply unit, an adjustment unit that adjusts the concentration of oxygen gas or nitrogen gas in the assist gas, and an adjustment unit according to the measurement result of the concentration sensor. When the control unit for operating the above is provided, the concentration of nitrogen gas in the assist gas can be automatically adjusted within the above range, and the amount of dross adhered can be easily and surely reduced. Further, when the supply unit supplies a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas having an oxygen gas concentration of 1.0% by volume to 1.5% by volume as an assist gas to the work piece, the amount of dross adhered is increased. It can be 0 or almost 0. Further, even when the laser beam is focused by the irradiation unit so that the diameter of the laser beam on the surface of the workpiece is approximately 100 μm, the amount of dross adhered can be reliably reduced. Further, even when a moving portion for moving the laser beam irradiation position with respect to the workpiece is provided and the relative speed between the workpiece and the laser beam due to the moving portion is in the range of 5 m / min to 20 m / min. , The amount of dross adhered can be surely reduced. Further, when the plate thickness of the work piece is 1.5 mm to 4.0 mm, the amount of dross adhered can be reliably reduced.

本実施形態に係るレーザ加工装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the laser processing apparatus which concerns on this embodiment. レーザ加工装置により被加工物に照射されるレーザ光の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the laser beam which irradiates a work piece with a laser processing apparatus. レーザ加工装置を用いて被加工物を加工する際の切断部分の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cut part at the time of processing a workpiece by using a laser processing apparatus. レーザ加工装置により被加工物を加工する場合において、窒素濃度と被加工物に付着するドロス量との関係を、被加工物とレーザ光との相対速度毎に示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the nitrogen concentration and the dross amount adhering to a work piece for each relative velocity of a work piece and a laser beam when the work piece is machined by a laser processing apparatus. レーザ加工装置により被加工物を加工する場合において、窒素濃度と被加工物に付着するドロス量との関係を、被加工物の板厚毎に示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the nitrogen concentration and the amount of dross adhering to a work piece for each plate thickness of a work piece when the work piece is machined by a laser processing apparatus. 本実施形態に係るレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the laser processing method which concerns on this Embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。以下の各図において、XYZ座標系を用いて図中の方向を説明する。このXYZ座標系においては、水平面に平行な平面をXY平面とする。このXY平面に平行な任意の方向をX方向と表記し、X方向に直交する方向をY方向と表記する。また、XY平面に垂直な方向はZ方向と表記する。X方向、Y方向及びZ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が+方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this. Further, in the drawings, in order to explain the embodiment, the scale is appropriately changed and expressed, such as drawing a part in a large or emphasized manner. In each of the following figures, the directions in the figure will be described using the XYZ coordinate system. In this XYZ coordinate system, a plane parallel to the horizontal plane is defined as an XY plane. An arbitrary direction parallel to the XY plane is referred to as the X direction, and a direction orthogonal to the X direction is referred to as the Y direction. Further, the direction perpendicular to the XY plane is referred to as the Z direction. In each of the X direction, the Y direction, and the Z direction, the direction of the arrow in the drawing is the + direction, and the direction opposite to the direction of the arrow is the − direction.

図1は、実施形態に係るレーザ加工装置の一例を示す図である。このレーザ加工装置100は、レーザ光Lを出射して被加工物Wを切断することが可能である。図1に示すように、レーザ加工装置100は、レーザヘッド10、レーザ出力部20、ヘッド移動部(移動部)30、アシストガス供給部(供給部)40、及び制御部50を備えている。レーザヘッド10は、レーザ出力部20に接続されており、レーザ出力部20から出力されたレーザ光Lを収束して被加工物Wに向けて出射する。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a laser processing apparatus according to an embodiment. The laser processing apparatus 100 can emit the laser beam L to cut the workpiece W. As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus 100 includes a laser head 10, a laser output unit 20, a head moving unit (moving unit) 30, an assist gas supply unit (supply unit) 40, and a control unit 50. The laser head 10 is connected to the laser output unit 20, and converges the laser light L output from the laser output unit 20 and emits the laser light L toward the workpiece W.

レーザヘッド10は、ヘッド本体11と、ノズル12とを有する。ヘッド本体11は、ヘッド移動部30によりX方向、Y方向及びZ方向に移動可能である。ヘッド本体11は、レーザ光Lを照射するための照射部13を有する。照射部13は、コリメートレンズ13aと、保護ガラス13bと、集光レンズ13cとを有する。コリメートレンズ13aは、後述するレーザ出力部20の光伝送体22の先端から発散して出射されるレーザ光Lを平行光に形成する。図1では、コリメートレンズ13aとして1つの光学素子(レンズ)を示しているが、複数の光学素子が組み合わされて使用されてもよい。 The laser head 10 has a head body 11 and a nozzle 12. The head main body 11 can be moved in the X direction, the Y direction, and the Z direction by the head moving portion 30. The head body 11 has an irradiation unit 13 for irradiating the laser beam L. The irradiation unit 13 has a collimating lens 13a, a protective glass 13b, and a condensing lens 13c. The collimating lens 13a forms the laser light L diverged and emitted from the tip of the optical transmitter 22 of the laser output unit 20 described later as parallel light. Although FIG. 1 shows one optical element (lens) as the collimating lens 13a, a plurality of optical elements may be used in combination.

集光レンズ13cは、コリメートレンズ13aにより平行光に形成されたレーザ光Lを、被加工物Wの表面Waを単焦点位置として集光し、被加工物Wの表面にスポットSを形成する。保護ガラス13bは、集光レンズ13cに対してノズル12側に配置され、レーザ光Lにより被加工物Wが溶融して飛散した際に集光レンズ13cに溶融物が付着するのを防止する。図2は、被加工物Wの表面に形成されたスポットSの一例を示す図である。図2に示すように、スポットSは、円形状であるが、これに限定されず、例えば、楕円形状、長円形状、または多角形状など、他の形状であってもよい。集光レンズ13cは、被加工物Wの表面WaにおけるスポットSの径Rが、例えば、ほぼ100μmとなるようにレーザ光Lを集光する。図1では、集光レンズ13cとして1つの光学素子を示しているが、複数の光学素子が組み合わされて使用されてもよい。 The condensing lens 13c condenses the laser beam L formed in parallel light by the collimated lens 13a with the surface Wa of the workpiece W as the single focal point position, and forms a spot S on the surface of the workpiece W. The protective glass 13b is arranged on the nozzle 12 side with respect to the condenser lens 13c, and prevents the melt from adhering to the condenser lens 13c when the workpiece W is melted and scattered by the laser beam L. FIG. 2 is a diagram showing an example of a spot S formed on the surface of the workpiece W. As shown in FIG. 2, the spot S has a circular shape, but is not limited to this, and may have another shape such as an elliptical shape, an oval shape, or a polygonal shape. The condensing lens 13c condenses the laser beam L so that the diameter R of the spot S on the surface Wa of the workpiece W is, for example, approximately 100 μm. Although FIG. 1 shows one optical element as the condenser lens 13c, a plurality of optical elements may be used in combination.

ノズル12は、ノズル口15を有する。先端側を小径とした円錐台形の筒状体が用いられ、ヘッド本体11の下端に取り付けられる。ノズル12は、集光レンズ13cにより集光されたレーザ光Lをノズル口15から被加工物Wに向けて出射する。ノズル12は、集光されるレーザ光Lに応じて、先端に向けて径が小さくなっている。なお、ノズル12は、交換可能であってもよい。ノズル12は、XY平面に平行な断面において円形状に形成されているが、これに限定されず、楕円形状、長円形状、または多角形状であってもよい The nozzle 12 has a nozzle port 15. A conical trapezoidal tubular body with a small diameter on the tip side is used, and is attached to the lower end of the head body 11. The nozzle 12 emits the laser beam L focused by the condenser lens 13c from the nozzle opening 15 toward the workpiece W. The diameter of the nozzle 12 decreases toward the tip according to the focused laser beam L. The nozzle 12 may be replaceable. The nozzle 12 is formed in a circular shape in a cross section parallel to the XY plane, but is not limited to this, and may be an elliptical shape, an oval shape, or a polygonal shape.

また、ノズル12は、後述するガス供給管44を介してアシストガス供給部40に接続される。ノズル12は、アシストガス供給部40からガス供給管44を介して供給されたアシストガスGを、ノズル口15から被加工物Wに向けて吐出する。ノズル12は、レーザ光Lの出射部として機能し、かつ、アシストガスの吐出部として機能する。なお、1つのノズル12でレーザ光Lの出射及びアシストガスGの吐出を行うことに限定されない。例えば、ノズル12からレーザ光Lを出射し、ノズル12とは別の部材からアシストガスGを吐出させてもよい。 Further, the nozzle 12 is connected to the assist gas supply unit 40 via the gas supply pipe 44 described later. The nozzle 12 discharges the assist gas G supplied from the assist gas supply unit 40 via the gas supply pipe 44 from the nozzle port 15 toward the workpiece W. The nozzle 12 functions as a emitting portion of the laser beam L and also functions as a discharging portion of the assist gas. The single nozzle 12 is not limited to emitting the laser beam L and discharging the assist gas G. For example, the laser beam L may be emitted from the nozzle 12, and the assist gas G may be discharged from a member different from the nozzle 12.

レーザ出力部20は、レーザ発振器21と、光伝送体22とを備えている。レーザ出力部20は、例えば、ファイバレーザである。レーザ発振器21は、励起光を出射する不図示の光源を備え、励起光を増幅して、例えば、波長が1080nmのレーザ光Lを出射する。レーザ発振器21は、制御部50の制御に基づいてレーザ光Lの出力を調整可能である。レーザ発振器21は、レーザ光Lを光伝送体22に出射する。光伝送体22は、例えば、光ファイバなどが用いられ、レーザ発振器21から出射したレーザ光Lをレーザヘッド10の照射部13に伝送する。 The laser output unit 20 includes a laser oscillator 21 and an optical transmitter 22. The laser output unit 20 is, for example, a fiber laser. The laser oscillator 21 includes a light source (not shown) that emits excitation light, amplifies the excitation light, and emits, for example, laser light L having a wavelength of 1080 nm. The laser oscillator 21 can adjust the output of the laser beam L based on the control of the control unit 50. The laser oscillator 21 emits the laser beam L to the optical transmitter 22. For example, an optical fiber or the like is used in the optical transmitter 22, and the laser beam L emitted from the laser oscillator 21 is transmitted to the irradiation unit 13 of the laser head 10.

ヘッド移動部30は、レーザヘッド10をX方向、Y方向及びZ方向に移動させる。ヘッド移動部30は、例えば、X方向に移動可能なガントリと、ガントリに対してY方向に移動可能なスライダと、スライダに対してZ方向に移動可能な昇降部と、で構成される。ヘッド移動部30は、それぞれの駆動源を駆動することによりレーザヘッド10をX方向、Y方向、及びZ方向の所定位置に移動させ、被加工物W上の任意の位置に位置決めすることができる。ただし、ヘッド移動部30の構成はこれに限定されず、レーザヘッド10を移動させることが可能な任意の構成を適用可能であり、例えば、ロボットアームまたはマニュピレータ等によりレーザヘッド10を保持するような構成であってもよい。 The head moving unit 30 moves the laser head 10 in the X direction, the Y direction, and the Z direction. The head moving portion 30 is composed of, for example, a gantry that can move in the X direction, a slider that can move in the Y direction with respect to the gantry, and an elevating portion that can move in the Z direction with respect to the slider. The head moving unit 30 can move the laser head 10 to a predetermined position in the X direction, the Y direction, and the Z direction by driving each drive source, and can position the laser head 10 at an arbitrary position on the workpiece W. .. However, the configuration of the head moving unit 30 is not limited to this, and any configuration capable of moving the laser head 10 can be applied, for example, the laser head 10 is held by a robot arm, a manipulator, or the like. It may be a configuration.

アシストガス供給部40は、窒素ガス供給源41と、酸素ガス供給源42と、調整部43と、ガス供給管44と、濃度センサ17とを有する。窒素ガス供給源41は、アシストガスを構成する窒素ガスを調整部43に供給する。窒素ガス供給源41は、例えば、窒素ガスボンベ、あるいは工場等に既設の窒素ガスライン等が用いられる。酸素ガス供給源42は、アシストガスを構成する酸素ガスを調整部43に供給する。酸素ガス供給源42は、酸素ガスを含むガスを供給可能であればよく、例えば空気を供給する構成であってもよい。 The assist gas supply unit 40 includes a nitrogen gas supply source 41, an oxygen gas supply source 42, an adjustment unit 43, a gas supply pipe 44, and a concentration sensor 17. The nitrogen gas supply source 41 supplies the nitrogen gas constituting the assist gas to the adjusting unit 43. As the nitrogen gas supply source 41, for example, a nitrogen gas cylinder, an existing nitrogen gas line in a factory or the like is used. The oxygen gas supply source 42 supplies the oxygen gas constituting the assist gas to the adjusting unit 43. The oxygen gas supply source 42 may be configured to supply air, for example, as long as it can supply a gas containing oxygen gas.

調整部43は、窒素ガス供給源41から供給される窒素ガスと、酸素ガス供給源42から供給される酸素ガスとを混合してアシストガスGを生成する。調整部43は、窒素ガス供給源41から供給される窒素ガスの流量と、酸素ガス供給源42から供給される酸素ガスの流量とを調整することにより、アシストガスGにおける窒素ガスの濃度を調整する。調整部43による調整は、例えば、窒素ガスのみを供給する状態から酸素ガスの流量を増加させることにより行う。 The adjusting unit 43 mixes the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply source 41 with the oxygen gas supplied from the oxygen gas supply source 42 to generate the assist gas G. The adjusting unit 43 adjusts the concentration of nitrogen gas in the assist gas G by adjusting the flow rate of the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply source 41 and the flow rate of the oxygen gas supplied from the oxygen gas supply source 42. To do. The adjustment by the adjusting unit 43 is performed, for example, by increasing the flow rate of oxygen gas from the state of supplying only nitrogen gas.

調整部43は、アシストガスGとして、例えば、酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%である混合ガスを生成する。この場合、アシストガスGにおける窒素ガスの濃度は、約98.3体積%〜99.3体積%である。なお、調整部43は、アシストガスGとして、例えば、酸素ガスの濃度が1.0体積%〜1.5体積%である混合ガスを生成することが可能である。この場合、アシストガスGにおける窒素ガスの濃度は、約98.5体積%〜99.0体積%である。調整部43は、生成した混合ガスを、ガス供給管44を介してレーザヘッド10のノズル12に供給する。 As the assist gas G, the adjusting unit 43 generates, for example, a mixed gas having a concentration of oxygen gas of 0.7% by volume to 1.7% by volume. In this case, the concentration of nitrogen gas in the assist gas G is about 98.3% by volume to 99.3% by volume. The adjusting unit 43 can generate, for example, a mixed gas having an oxygen gas concentration of 1.0% by volume to 1.5% by volume as the assist gas G. In this case, the concentration of nitrogen gas in the assist gas G is about 98.5% by volume to 99.0% by volume. The adjusting unit 43 supplies the generated mixed gas to the nozzle 12 of the laser head 10 via the gas supply pipe 44.

ガス供給管44は、調整部43により調整されたアシストガスGをノズル12内に供給する。濃度センサ17は、ガス供給管44の一部に配置される。濃度センサ17は、ノズル12に供給されるアシストガスGの酸素濃度又は窒素濃度を測定する。濃度センサ17としては、公知の酸素濃度計、窒素濃度計等が用いられる。本実施形態において、濃度センサ17は、酸素濃度を測定する酸素濃度計が用いられる。濃度センサ17は、測定結果を制御部50に出力する。濃度センサ17と制御部50とは、無線または有線により接続されている。なお、濃度センサ17は、ガス供給管44の一部に配置されることに限定されない。例えば、濃度センサ17は、ノズル12内に配置されてもよいし、調整部43内に配置されてもよい。また濃度センサ17は、酸素濃度計に代えて、窒素濃度を測定する窒素濃度計が用いられてもよい。また、濃度センサ17を設置するか否かは任意であり、濃度センサ17はなくてもよい。 The gas supply pipe 44 supplies the assist gas G adjusted by the adjusting unit 43 into the nozzle 12. The concentration sensor 17 is arranged in a part of the gas supply pipe 44. The concentration sensor 17 measures the oxygen concentration or the nitrogen concentration of the assist gas G supplied to the nozzle 12. As the concentration sensor 17, a known oxygen concentration meter, nitrogen concentration meter, or the like is used. In the present embodiment, the concentration sensor 17 uses an oxygen concentration meter that measures the oxygen concentration. The concentration sensor 17 outputs the measurement result to the control unit 50. The concentration sensor 17 and the control unit 50 are connected wirelessly or by wire. The concentration sensor 17 is not limited to being arranged in a part of the gas supply pipe 44. For example, the density sensor 17 may be arranged in the nozzle 12 or in the adjusting unit 43. Further, as the concentration sensor 17, a nitrogen concentration meter for measuring the nitrogen concentration may be used instead of the oxygen concentration meter. Further, it is optional whether or not the density sensor 17 is installed, and the density sensor 17 may not be installed.

制御部50は、レーザ発振器21、ヘッド移動部30、及びアシストガス供給部40(調整部43)等の動作を制御する。制御部50は、CPU(Central Processing Unit)などの演算処理装置と、不図示の主記憶装置や補助記憶装置などの記憶装置とを有している。記憶装置には、例えば加工プログラム等の各種プログラムや、被加工物Wの加工条件など、各種情報が格納されている。制御部50は、記憶装置等から加工プログラム読み出し、この加工プログラムに従ってレーザヘッド10、ヘッド移動部30、調整部43などを動作させ、レーザ光Lにより被加工物Wの一部を切断して製品を形成させる。加工プログラムは、製品の寸法に沿うようなレーザヘッド10の移動経路や移動速度の他に、例えば被加工物Wの材質や厚さなどの加工条件に応じたレーザ光Lの出力、アシストガスGの噴出量、アシストガスGの窒素濃度又は酸素濃度などを含んでもよい。 The control unit 50 controls the operations of the laser oscillator 21, the head moving unit 30, the assist gas supply unit 40 (adjusting unit 43), and the like. The control unit 50 has an arithmetic processing unit such as a CPU (Central Processing Unit) and a storage device such as a main storage device and an auxiliary storage device (not shown). The storage device stores various information such as various programs such as a processing program and processing conditions of the workpiece W. The control unit 50 reads a machining program from a storage device or the like, operates the laser head 10, the head moving section 30, the adjusting section 43, etc. according to this machining program, and cuts a part of the workpiece W by the laser beam L to produce a product. To form. The machining program includes the output of laser light L and the assist gas G according to the machining conditions such as the material and thickness of the workpiece W, in addition to the moving path and moving speed of the laser head 10 that conform to the dimensions of the product. The ejection amount of the assist gas G, the nitrogen concentration of the assist gas G, the oxygen concentration, and the like may be included.

本実施形態において、被加工物Wは、アルミニウムを主成分とする板状部材である。被加工物Wの板厚tは、例えば1.5mm〜4.0mmである。被加工物Wは、加工パレットPに載置された状態で加工される。加工パレットPは、例えば、被加工物Wを載置する鋸歯状、波形状、または剣山状の載置部Paを有する。加工パレットPは、載置部Paの上端部に被加工物Wを載置した状態で被加工物Wを搬送可能である。 In the present embodiment, the workpiece W is a plate-shaped member containing aluminum as a main component. The plate thickness t of the workpiece W is, for example, 1.5 mm to 4.0 mm. The workpiece W is processed while being placed on the processing pallet P. The processing pallet P has, for example, a sawtooth-shaped, wavy, or sword-shaped mounting portion Pa on which the workpiece W is placed. The processing pallet P can convey the workpiece W in a state where the workpiece W is placed on the upper end of the mounting portion Pa.

図3は、レーザ加工装置100を用いて被加工物Wを加工する際の切断部分の一例を示す図である。図3に示すように、レーザ加工装置100を用いて被加工物Wを切断加工する際、レーザ光Lにより被加工物Wの表面Waから被加工物Wの一部を溶融させ、この溶融物をアシストガスGにより下方に吹き飛ばすようにしている。ただし、被加工物Wの裏面Wb側に溶融物が付着したまま固化する場合がある。この固化物であるドロスDが被加工物Wに残った場合、例えば、手作業又は除去装置を用いてこのドロスDを除去する工程が必要となる。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a cut portion when the workpiece W is machined by using the laser machining apparatus 100. As shown in FIG. 3, when cutting the workpiece W using the laser processing apparatus 100, a part of the workpiece W is melted from the surface Wa of the workpiece W by the laser beam L, and this melt is formed. Is blown downward by the assist gas G. However, there is a case where the melt is solidified with the melt adhering to the back surface Wb side of the workpiece W. When the solidified dross D remains on the workpiece W, for example, a step of removing the dross D by hand or by using a removing device is required.

これに対して、本発明者は、レーザ出力部20(ファイバレーザ)により出力したレーザ光Lを照射して被加工物Wを切断加工する際、アシストガスGとして酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを被加工物Wに供給することにより、ドロスの付着量(図3に示す高さH。以下、ドロス量と表記する。)を低減することが可能であることを見出した。 On the other hand, the present inventor irradiates the laser beam L output by the laser output unit 20 (fiber laser) to cut the workpiece W, and the concentration of the oxygen gas as the assist gas G is 0.7. By supplying a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas, which is by volume% to 1.7% by volume, to the workpiece W, the amount of dross adhered (height H shown in FIG. 3; hereinafter, referred to as dross amount). It was found that it is possible to reduce.).

図4は、本実施形態に係るレーザ加工装置100により被加工物Wを加工する場合において、窒素濃度と被加工物に付着するドロス量との関係を、被加工物Wとレーザ光Lとの相対速度毎に示すグラフである。図4の縦軸はドロス量(単位mm)を示し、横軸は窒素濃度(単位%)を示している。なお、図4では、被加工物Wの板厚tが1.5mmである場合について示している。 FIG. 4 shows the relationship between the nitrogen concentration and the amount of dross adhering to the workpiece when the workpiece W is machined by the laser machining apparatus 100 according to the present embodiment. It is a graph which shows for each relative velocity. The vertical axis of FIG. 4 shows the amount of dross (unit: mm), and the horizontal axis shows the nitrogen concentration (unit:%). Note that FIG. 4 shows a case where the plate thickness t of the workpiece W is 1.5 mm.

図4に示すように、被加工物Wとレーザ光Lとの相対速度を毎分5m、毎分10m、毎分15m、及び毎分20mとした場合、いずれの場合にも、アシストガスGの酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%となる範囲において、ドロス量(すなわち付着したドロスの長さ)が約0.03mm以下になることが確認される。 As shown in FIG. 4, when the relative velocities of the workpiece W and the laser beam L are 5 m / min, 10 m / min, 15 m / min, and 20 m / min, the assist gas G is used in all cases. It is confirmed that the amount of dross (that is, the length of the adhering dross) is about 0.03 mm or less in the range where the concentration of oxygen gas is 0.7% by volume to 1.7% by volume.

また、図4に示すように、被加工物Wとレーザ光Lとの相対速度が毎分5m、毎分10m、毎分15m、及び毎分20mのいずれの場合にも、アシストガスGの酸素ガスの濃度が1.0体積%〜1.5体積%となる範囲において、ドロスの付着量が約0.01mm以下になることが確認される。また、被加工物Wとレーザ光Lとの相対速度が毎分10mである場合、アシストガスGの酸素ガスの濃度が1.0体積%〜1.5体積%となる範囲において、ドロス量がほぼ0mmになることが確認される。 Further, as shown in FIG. 4, when the relative speeds of the workpiece W and the laser beam L are 5 m / min, 10 m / min, 15 m / min, and 20 m / min, the oxygen of the assist gas G is oxygen. It is confirmed that the amount of dross adhered is about 0.01 mm or less in the range where the gas concentration is 1.0% by volume to 1.5% by volume. Further, when the relative velocity between the workpiece W and the laser beam L is 10 m / min, the amount of dross is in the range where the oxygen gas concentration of the assist gas G is 1.0% by volume to 1.5% by volume. It is confirmed that it becomes almost 0 mm.

具体的には、被加工物Wとレーザ光Lとの相対速度を毎分5mとした場合、アシストガスGの酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%となる範囲において、ドロス量が約0.03mm以下になることが確認される。また、アシストガスGの酸素ガスの濃度が1.0体積%〜1.5体積%となる範囲において、ドロス量が約0.01mmになることが確認される。 Specifically, when the relative velocity between the workpiece W and the laser beam L is 5 m / min, the oxygen gas concentration of the assist gas G is in the range of 0.7% by volume to 1.7% by volume. It is confirmed that the dross amount is about 0.03 mm or less. Further, it is confirmed that the dross amount is about 0.01 mm in the range where the oxygen gas concentration of the assist gas G is 1.0% by volume to 1.5% by volume.

また、被加工物Wとレーザ光Lとの相対速度を毎分10mとした場合、アシストガスGの酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%となる範囲において、ドロス量が約0.02mm以下になることが確認される。また、アシストガスGの酸素ガスの濃度が1.0体積%〜1.5体積%となる範囲において、ドロス量がほぼ0mmになり、ドロスがほぼ残存しないことが確認される。 Further, when the relative velocity between the workpiece W and the laser beam L is 10 m / min, the amount of dross is in the range where the oxygen gas concentration of the assist gas G is 0.7% by volume to 1.7% by volume. It is confirmed that it is about 0.02 mm or less. Further, it is confirmed that the amount of dross becomes almost 0 mm in the range where the concentration of the oxygen gas of the assist gas G is 1.0% by volume to 1.5% by volume, and almost no dross remains.

また、被加工物Wとレーザ光Lとの相対速度を毎分15mとした場合、アシストガスGの酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%となる範囲において、ドロス量が約0.02mm以下になることが確認される。また、アシストガスGの酸素ガスの濃度が1.0体積%〜1.5体積%となる範囲において、ドロスの付着量が約0.01mmになることが確認される。 Further, when the relative velocity between the workpiece W and the laser beam L is 15 m / min, the amount of dross is in the range where the oxygen gas concentration of the assist gas G is 0.7% by volume to 1.7% by volume. It is confirmed that it is about 0.02 mm or less. Further, it is confirmed that the amount of dross adhered is about 0.01 mm in the range where the oxygen gas concentration of the assist gas G is 1.0% by volume to 1.5% by volume.

また、被加工物Wとレーザ光Lとの相対速度を毎分20mとした場合、アシストガスGの酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%となる範囲において、ドロス量が約0.02mm以下になることが確認される。また、アシストガスGの酸素ガスの濃度が1.0体積%〜1.5体積%となる範囲において、ドロス量が約0.01mmになることが確認される。 Further, when the relative velocity between the workpiece W and the laser beam L is 20 m / min, the dross amount is in the range where the oxygen gas concentration of the assist gas G is 0.7% by volume to 1.7% by volume. It is confirmed that it is about 0.02 mm or less. Further, it is confirmed that the dross amount is about 0.01 mm in the range where the oxygen gas concentration of the assist gas G is 1.0% by volume to 1.5% by volume.

図5は、本実施形態に係るレーザ加工装置100により被加工物Wを加工する場合において、窒素濃度と被加工物Wに付着するドロス量との関係を、被加工物Wの板厚t毎に示すグラフである。図5の縦軸はドロス量(単位mm)を示し、横軸は窒素濃度(単位%)を示している。なお、図5では、被加工物Wとレーザ光Lとの相対速度が毎分10mである場合について示している。 FIG. 5 shows the relationship between the nitrogen concentration and the amount of dross adhering to the workpiece W when the workpiece W is machined by the laser machining apparatus 100 according to the present embodiment for each plate thickness t of the workpiece W. It is a graph shown in. The vertical axis of FIG. 5 shows the amount of dross (unit: mm), and the horizontal axis shows the nitrogen concentration (unit:%). Note that FIG. 5 shows a case where the relative speed between the workpiece W and the laser beam L is 10 m / min.

図5に示すように、被加工物Wの板厚tを1.5mm、2.0mm、4.0mmとした場合、いずれの場合においても、アシストガスGの酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%となる範囲において、ドロス量(すなわち付着したドロスの長さ)が約0.1mm以下になることが確認される。 As shown in FIG. 5, when the plate thickness t of the workpiece W is 1.5 mm, 2.0 mm, and 4.0 mm, the oxygen gas concentration of the assist gas G is 0.7 volume in any case. It is confirmed that the amount of dross (that is, the length of the adhering dross) is about 0.1 mm or less in the range of% to 1.7% by volume.

具体的には、被加工物Wの板厚tを1.5mmとした場合、アシストガスGの酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%となる範囲において、ドロス量が約0.03mm以下になることが確認される。また、アシストガスGの酸素ガスの濃度が1.0体積%〜1.5体積%となる範囲において、ドロス量がほぼ0mmになり、ドロスがほぼ残存しないことが確認される。 Specifically, when the plate thickness t of the workpiece W is 1.5 mm, the amount of dross is about in the range where the oxygen gas concentration of the assist gas G is 0.7% by volume to 1.7% by volume. It is confirmed that it is 0.03 mm or less. Further, it is confirmed that the amount of dross becomes almost 0 mm in the range where the concentration of the oxygen gas of the assist gas G is 1.0% by volume to 1.5% by volume, and almost no dross remains.

また、被加工物Wの板厚tを2.0mmとした場合、アシストガスGの酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%となる範囲において、ドロス量が約0.08mm以下になることが確認される。また、アシストガスGの酸素ガスの濃度が1.0体積%〜1.5体積%%となる範囲において、ドロス量が約0.02mmになることが確認される。 Further, when the plate thickness t of the workpiece W is 2.0 mm, the dross amount is about 0.08 mm in the range where the oxygen gas concentration of the assist gas G is 0.7% by volume to 1.7% by volume. It is confirmed that: Further, it is confirmed that the dross amount is about 0.02 mm in the range where the oxygen gas concentration of the assist gas G is 1.0% by volume to 1.5% by volume%.

また、被加工物Wの板厚tを4.0mmとした場合、アシストガスGの酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%となる範囲において、ドロス量が約0.1mm以下になることが確認される。また、アシストガスGの酸素ガスの濃度が1.0体積%〜1.5体積%となる範囲において、ドロス量が約0.05mmになることが確認される。 Further, when the plate thickness t of the workpiece W is 4.0 mm, the dross amount is about 0.1 mm in the range where the oxygen gas concentration of the assist gas G is 0.7% by volume to 1.7% by volume. It is confirmed that: Further, it is confirmed that the dross amount is about 0.05 mm in the range where the oxygen gas concentration of the assist gas G is 1.0% by volume to 1.5% by volume.

次に、上記したレーザ加工装置100の動作について図6を用いて説明する。図6のフローチャートの説明に際して適宜図1〜図3を用いる。制御部50は、設定された加工プログラムを実行し、レーザヘッド10を動作させて被加工物Wの切断加工を開始させる。制御部50は、レーザ加工装置100を統括制御してもよく、この場合、レーザ加工装置100の加工領域に対する被加工物Wの搬入または搬出などの動作も併せて制御する。すなわち、被加工物Wを載置した加工パレットPの移動についても制御部50により制御してもよい。 Next, the operation of the laser processing apparatus 100 described above will be described with reference to FIG. In the explanation of the flowchart of FIG. 6, FIGS. 1 to 3 are appropriately used. The control unit 50 executes the set machining program and operates the laser head 10 to start cutting the workpiece W. The control unit 50 may control the laser machining apparatus 100 in an integrated manner. In this case, the control unit 50 also controls operations such as loading or unloading of the workpiece W with respect to the machining region of the laser machining apparatus 100. That is, the movement of the processing pallet P on which the workpiece W is placed may also be controlled by the control unit 50.

被加工物Wは、加工パレットPに載置された状態でレーザ加工装置100の加工領域に搬入される。制御部50は、アシストガスGとして酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%である混合ガスを調整部43に調整させ、ガス供給管44を介してノズル12にこの混合ガスを供給する。図6に示すように、アシストガスGは、ノズル12から吐出され、被加工物Wの表面Waに供給される(ステップST01)。なお、制御部50は、酸素ガスの濃度が1.0体積%〜1.5体積%となる範囲となるように調整部43を制御してもよい。 The workpiece W is carried into the machining area of the laser machining apparatus 100 in a state of being placed on the machining pallet P. The control unit 50 causes the adjusting unit 43 to adjust a mixed gas having an oxygen gas concentration of 0.7% by volume to 1.7% by volume as the assist gas G, and causes the nozzle 12 to adjust the mixed gas via the gas supply pipe 44. To supply. As shown in FIG. 6, the assist gas G is discharged from the nozzle 12 and supplied to the surface Wa of the workpiece W (step ST01). The control unit 50 may control the adjustment unit 43 so that the concentration of oxygen gas is in the range of 1.0% by volume to 1.5% by volume.

この状態で、濃度センサ17は、調整部43からノズル12に供給されるアシストガスGの窒素ガス又は酸素ガスの濃度を測定する(ステップST02)。ステップST02において、濃度センサ17は、ノズル12に供給されるアシストガスG、すなわち、被加工物Wに供給される直前のアシストガスGの窒素ガス又は酸素ガスの濃度を測定することにより、アシストガスGに含まれる窒素ガス又は酸素ガスの濃度を高精度に測定できる。濃度センサ17により測定された測定結果は、制御部50に出力される。 In this state, the concentration sensor 17 measures the concentration of nitrogen gas or oxygen gas of the assist gas G supplied from the adjusting unit 43 to the nozzle 12 (step ST02). In step ST02, the concentration sensor 17 measures the concentration of the assist gas G supplied to the nozzle 12, that is, the nitrogen gas or oxygen gas of the assist gas G immediately before being supplied to the workpiece W, thereby causing the assist gas. The concentration of nitrogen gas or oxygen gas contained in G can be measured with high accuracy. The measurement result measured by the concentration sensor 17 is output to the control unit 50.

制御部50は、濃度センサ17による測定結果が設定範囲の値であるか否かを判定する(ステップST03)。ステップST03において、制御部50は、測定結果に基づいて酸素ガスの濃度を算出する。制御部50は、算出結果が例えば0.7体積%〜1.7体積%の範囲内である場合、濃度センサ17の測定結果が設定範囲であると判定する(ステップST03のYES)。また、制御部50は、算出結果が例えば0.7体積%〜1.7体積%の範囲外である場合、濃度センサ17の測定結果が設定範囲ではないと判定する(ステップST03のNO)。なお、制御部50は、酸素ガスの濃度の設定範囲を1.0体積%〜1.5体積%として上記判定を行ってもよい。 The control unit 50 determines whether or not the measurement result by the concentration sensor 17 is a value in the set range (step ST03). In step ST03, the control unit 50 calculates the oxygen gas concentration based on the measurement result. When the calculation result is in the range of, for example, 0.7% by volume to 1.7% by volume, the control unit 50 determines that the measurement result of the concentration sensor 17 is in the set range (YES in step ST03). Further, when the calculation result is out of the range of, for example, 0.7% by volume to 1.7% by volume, the control unit 50 determines that the measurement result of the concentration sensor 17 is not in the set range (NO in step ST03). The control unit 50 may make the above determination by setting the setting range of the oxygen gas concentration to 1.0% by volume to 1.5% by volume.

制御部50は、濃度センサ17の測定結果が設定範囲ではないと判定した場合(ステップST03のYES)、調整部43においてアシストガスGの窒素ガス又は酸素ガスの濃度を調整させる(ステップST04)。ステップST04において、制御部50は、例えば、濃度センサ17の測定結果に基づく酸素ガス濃度の算出結果が1.7体積%(又は1.5体積%)を上回る場合、アシストガスGの酸素ガス濃度を低下させるように調整部43を制御する。 When the control unit 50 determines that the measurement result of the concentration sensor 17 is not within the set range (YES in step ST03), the control unit 50 causes the adjustment unit 43 to adjust the concentration of nitrogen gas or oxygen gas of the assist gas G (step ST04). In step ST04, for example, when the calculation result of the oxygen gas concentration based on the measurement result of the concentration sensor 17 exceeds 1.7% by volume (or 1.5% by volume), the control unit 50 determines the oxygen gas concentration of the assist gas G. The adjusting unit 43 is controlled so as to reduce.

また、制御部50は、例えば、上記した酸素ガス濃度の算出結果が0.7体積%(又は1.0体積%)を下回る場合、アシストガスGの酸素ガス濃度を上昇させるように調整部43を制御する。調整部43は、制御部50からの制御により、アシストガスGの窒素ガスの濃度又は酸素ガスの濃度を調整し、調整後のアシストガスGをノズル12に供給する(ステップST04)。なお、ステップST01〜ステップST04は、後述するステップST05及びST06より後に実行されてもよいし、同時に実行されてもよい。すなわち、レーザ出力部20からレーザ光Lから出力した後にアシストガスGの供給及び酸素ガス又は窒素ガス濃度の調整が実行されてもよいし、レーザ出力部20からレーザ光Lから出力すると同時にアシストガスGの供給及び酸素ガス又は窒素ガス濃度の調整が実行されてもよい。 Further, for example, when the calculation result of the oxygen gas concentration described above is less than 0.7% by volume (or 1.0% by volume), the control unit 50 increases the oxygen gas concentration of the assist gas G so as to increase the oxygen gas concentration 43. To control. The adjusting unit 43 adjusts the nitrogen gas concentration or the oxygen gas concentration of the assist gas G under the control of the control unit 50, and supplies the adjusted assist gas G to the nozzle 12 (step ST04). It should be noted that steps ST01 to ST04 may be executed after steps ST05 and ST06, which will be described later, or may be executed at the same time. That is, the assist gas G may be supplied and the oxygen gas or nitrogen gas concentration may be adjusted after the laser output unit 20 outputs from the laser light L, or the assist gas may be output from the laser light L from the laser output unit 20 at the same time. The supply of G and the adjustment of the oxygen gas or nitrogen gas concentration may be carried out.

一方、制御部50は、濃度センサ17の測定結果が設定範囲であると判定した場合(ステップST05のYES)、レーザ出力部20のレーザ発振器21を駆動させ、レーザ発振器21からレーザ光Lを出力させる(ステップST05)。ステップST05において、レーザ発振器21は、出力したレーザ光Lを光伝送体22に出射する。レーザ光Lは、光伝送体22からレーザヘッド10の照射部13に伝送される。 On the other hand, when the control unit 50 determines that the measurement result of the concentration sensor 17 is within the set range (YES in step ST05), the control unit 50 drives the laser oscillator 21 of the laser output unit 20 and outputs the laser beam L from the laser oscillator 21. (Step ST05). In step ST05, the laser oscillator 21 emits the output laser light L to the optical transmitter 22. The laser light L is transmitted from the optical transmitter 22 to the irradiation unit 13 of the laser head 10.

レーザヘッド10において、照射部13は、光伝送体22から伝送されたレーザ光Lを集光し、ほぼ100μmの径を有するスポットSとして被加工物Wの表面Waに照射する(ステップST06)。レーザ光LのスポットSの設定は、照射部13の集光レンズ13cによって設定されてもよいし、被加工物Wに対するレーザヘッド10の高さ(Z方向の位置により設定されてもよい。ステップST06によりレーザ光Lが照射されることにより、被加工物Wの切断加工を開始する(ステップST07)。 In the laser head 10, the irradiation unit 13 collects the laser light L transmitted from the optical transmitter 22 and irradiates the surface Wa of the workpiece W as a spot S having a diameter of about 100 μm (step ST06). The spot S of the laser beam L may be set by the condenser lens 13c of the irradiation unit 13, or may be set by the height of the laser head 10 with respect to the workpiece W (depending on the position in the Z direction). When the laser beam L is irradiated by ST06, the cutting process of the workpiece W is started (step ST07).

ステップST07において、制御部50は、被加工物Wを加工パレットPに載置した状態でレーザヘッド10から被加工物Wにレーザ光Lを照射し、上記のように調整されたアシストガスGを供給する。制御部50は、この状態でレーザヘッド10を被加工物Wに対してX方向又はY方向に、例えば毎分5m〜毎分20mの移動速度で相対移動させることにより、被加工物Wを切断加工する。被加工物Wは、レーザ光Lにより切断加工された後、例えば加工パレットPに載置された状態のままレーザ加工装置100から搬出される。 In step ST07, the control unit 50 irradiates the workpiece W with the laser beam L from the laser head 10 with the workpiece W placed on the machining pallet P, and applies the assist gas G adjusted as described above. Supply. In this state, the control unit 50 cuts the workpiece W by moving the laser head 10 relative to the workpiece W in the X or Y direction, for example, at a moving speed of 5 m / min to 20 m / min. Process. The workpiece W is cut by the laser beam L and then carried out from the laser processing apparatus 100 while being placed on the processing pallet P, for example.

以上のように、本実施形態に係るレーザ加工装置100及びレーザ加工方法は、アシストガスGとして酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを被加工物Wに供給するアシストガス供給部40を備えるため、レーザ出力部20(ファイバレーザ)により出力したレーザ光Lを照射して被加工物Wを切断加工する際、ドロスの付着量を低減することが可能となる。これにより、被加工物Wの切断後においてバリ取り等の後処理を軽減あるいは不要とし、加工効率を向上させることができる。 As described above, the laser processing apparatus 100 and the laser processing method according to the present embodiment are a mixture of nitrogen gas and oxygen gas having an oxygen gas concentration of 0.7% by volume to 1.7% by volume as the assist gas G. Since the assist gas supply unit 40 that supplies gas to the workpiece W is provided, the amount of dross adhered when the workpiece W is cut by irradiating the laser beam L output by the laser output unit 20 (fiber laser). Can be reduced. This makes it possible to reduce or eliminate post-treatment such as deburring after cutting the workpiece W, and improve processing efficiency.

以上、実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明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の変更が可能である。例えば、上記した実施形態では、レーザ光Lの波長が1080nmの場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、レーザ光Lの波長は、1030nm〜1100nmの範囲における他の値であってもよい。 Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above description, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the case where the wavelength of the laser beam L is 1080 nm has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the wavelength of the laser beam L may be another value in the range of 1030 nm to 1100 nm.

また、上記した実施形態では、1つの濃度センサ17を配置した構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、濃度センサ17は、ガス供給管44の他に、ノズル12内及び調整部43等の複数個所に配置されてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the configuration in which one density sensor 17 is arranged has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the concentration sensor 17 may be arranged in a plurality of places such as the nozzle 12 and the adjusting unit 43 in addition to the gas supply pipe 44.

また、上記した実施形態では、アシストガスGにおける酸素ガス又は窒素ガスの濃度を調整する際、濃度センサ17の測定結果に応じて制御部50によって調整部43を制御する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、制御部50は、窒素ガス供給源41から調整部43に供給される窒素ガスの流量と、酸素ガス供給源42から調整部43に供給される酸素ガス(又は空気)の流量とに基づいて酸素ガス又は窒素ガスの濃度を推定し、この推定結果に基づいて調整部43を制御してもよい。また、制御部50によって調整部43を制御することに限定されず、例えば、作業者による手作業により調整部43を操作して、アシストガスGの酸素ガス又は窒素ガスの濃度を調整してもよい。この場合、濃度センサ17の値が、例えば表示部等により表示され、この表示を見ながら作業者が調整部43を操作してアシストガスGの酸素ガス又は窒素ガスの濃度を調整してもよい。 Further, in the above-described embodiment, when adjusting the concentration of oxygen gas or nitrogen gas in the assist gas G, a case where the adjustment unit 43 is controlled by the control unit 50 according to the measurement result of the concentration sensor 17 will be described as an example. However, it is not limited to this. For example, the control unit 50 is based on the flow rate of nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply source 41 to the adjustment unit 43 and the flow rate of oxygen gas (or air) supplied from the oxygen gas supply source 42 to the adjustment unit 43. The concentration of oxygen gas or nitrogen gas may be estimated, and the adjusting unit 43 may be controlled based on the estimation result. Further, the control unit 50 is not limited to controlling the adjustment unit 43, and for example, the adjustment unit 43 may be manually operated by an operator to adjust the concentration of oxygen gas or nitrogen gas of the assist gas G. Good. In this case, the value of the concentration sensor 17 is displayed by, for example, a display unit or the like, and the operator may operate the adjusting unit 43 while observing this display to adjust the concentration of oxygen gas or nitrogen gas of the assist gas G. ..

また、上記した実施形態では、照射部13により、被加工物Wの表面Waにおけるレーザ光LのスポットSの径Rがほぼ100μmとなるようにレーザ光Lを集光する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、スポットSの径Rが100μm以下に設定されてもよいし、スポットSの径Rが100μm以上に設定されてもよい。 Further, in the above-described embodiment, a case where the irradiation unit 13 collects the laser beam L so that the diameter R of the spot S of the laser beam L on the surface Wa of the workpiece W is approximately 100 μm is given as an example. As described above, the present invention is not limited to this, and the diameter R of the spot S may be set to 100 μm or less, or the diameter R of the spot S may be set to 100 μm or more.

また、上記した実施形態では、ヘッド移動部30による被加工物Wとレーザ光LのスポットSとの相対速度が、毎分5m〜毎分20mの範囲を例に挙げて説明したが、これに限定されない。被加工物Wとレーザ光LのスポットSとの相対速度は、毎分5m以下であってもよいし、毎分20m以上であってもよい。また、上記した実施形態では、レーザヘッド10がヘッド移動部30により被加工物Wに対して移動する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、レーザヘッド10に対して被加工物Wが移動する構成であってもよいし、レーザヘッド10と被加工物Wとの双方が移動する構成であってもよい。 Further, in the above-described embodiment, the relative speed between the workpiece W by the head moving portion 30 and the spot S of the laser beam L has been described by taking as an example a range of 5 m / min to 20 m / min. Not limited. The relative velocity between the workpiece W and the spot S of the laser beam L may be 5 m / min or less, or 20 m / min or more. Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the laser head 10 moves with respect to the workpiece W by the head moving portion 30 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the workpiece W may be moved with respect to the laser head 10, or both the laser head 10 and the workpiece W may be moved.

また、上記した実施形態では、被加工物Wの板厚tが、1.5mm〜4.0mmである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。被加工物Wの板厚tは、1.5mm以下であってもよいし、4.0mm以上であってもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where the plate thickness t of the workpiece W is 1.5 mm to 4.0 mm has been described as an example, but the present invention is not limited to this. The plate thickness t of the workpiece W may be 1.5 mm or less, or 4.0 mm or more.

D・・・ドロス
G・・・アシストガス
L・・・レーザ光
R・・・径
S・・・スポット
t・・・板厚
W・・・被加工物
Wb・・・裏面
10・・・レーザヘッド
11・・・ヘッド本体
12・・・ノズル
13・・・照射部
15・・・ノズル口
17・・・濃度センサ
20・・・レーザ出力部
30・・・ヘッド移動部(移動部)
40・・・アシストガス供給部(供給部)
43・・・調整部
44・・・ガス供給管
50・・・制御部
100・・・レーザ加工装置
D ... Dross G ... Assist gas L ... Laser light R ... Diameter S ... Spot t ... Plate thickness W ... Work piece Wb ... Back side 10 ... Laser Head 11 ... Head body 12 ... Nozzle 13 ... Irradiation unit 15 ... Nozzle port 17 ... Density sensor 20 ... Laser output unit 30 ... Head moving unit (moving unit)
40 ... Assist gas supply unit (supply unit)
43 ... Adjustment unit 44 ... Gas supply pipe 50 ... Control unit 100 ... Laser processing device

Claims (8)

アルミニウムを主成分とする被加工物にレーザ光を照射しながら前記被加工物にアシストガスを供給して前記被加工物を切断加工するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を出力するファイバレーザを備えるレーザ出力部と、
前記レーザ出力部からの前記レーザ光を、前記被加工物の表面を単焦点位置として集光する照射部と、
前記アシストガスとして酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを前記被加工物に供給する供給部と、を備える、レーザ加工装置。
A laser processing device that cuts the work piece by supplying assist gas to the work piece while irradiating the work piece containing aluminum as a main component with laser light.
A laser output unit including a fiber laser that outputs the laser beam,
An irradiation unit that collects the laser light from the laser output unit with the surface of the work piece as a single focal point position.
A laser processing apparatus including a supply unit for supplying a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas having a concentration of oxygen gas of 0.7% by volume to 1.7% by volume as the assist gas to the work piece.
前記レーザ光は、波長が1080nmである、請求項1に記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser beam has a wavelength of 1080 nm. 前記供給部から供給される前記アシストガスの酸素濃度又は窒素濃度を測定する濃度センサと、
前記アシストガスにおける酸素ガス又は窒素ガスの濃度を調整する調整部と、
前記濃度センサの測定結果に応じて前記調整部を操作する制御部と、を備える、請求項1又は請求項2に記載のレーザ加工装置。
A concentration sensor that measures the oxygen concentration or nitrogen concentration of the assist gas supplied from the supply unit, and
An adjusting unit that adjusts the concentration of oxygen gas or nitrogen gas in the assist gas,
The laser processing apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a control unit that operates the adjusting unit according to the measurement result of the concentration sensor.
前記供給部は、酸素ガスの濃度が1.0体積%〜1.5体積%である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスをアシストガスとして前記被加工物に供給する、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 The supply unit supplies a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas having an oxygen gas concentration of 1.0% by volume to 1.5% by volume to the work piece as an assist gas, according to claims 1 to 1. The laser processing apparatus according to any one of 3. 前記照射部は、前記被加工物の表面における前記レーザ光の径がほぼ100μmとなるように前記レーザ光を集光する、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the irradiation unit collects the laser light so that the diameter of the laser light on the surface of the work piece is approximately 100 μm. .. 前記被加工物に対して前記レーザ光の照射位置を移動させる移動部を備え、
前記移動部による前記被加工物と前記レーザ光との相対速度が、毎分5m〜毎分20mの範囲である、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
A moving portion for moving the irradiation position of the laser beam with respect to the workpiece is provided.
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the relative speed between the work piece and the laser beam by the moving portion is in the range of 5 m / min to 20 m / min.
前記被加工物の板厚は、1.5mm〜4.0mmである、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the plate thickness of the workpiece is 1.5 mm to 4.0 mm. アルミニウムを主成分とする被加工物にレーザ光を照射しながら前記被加工物にアシストガスを供給して前記被加工物を切断加工するレーザ加工方法であって、
ファイバレーザによりレーザ光を出力することと、
出力された前記レーザ光を、前記被加工物の表面を単焦点位置として集光することと、
前記アシストガスとして酸素ガスの濃度が0.7体積%〜1.7体積%である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを前記被加工物に供給することと、を含む、レーザ加工方法。
A laser processing method in which an assist gas is supplied to a work piece while irradiating a work piece containing aluminum as a main component with a laser beam to cut the work piece.
Outputting laser light with a fiber laser and
Focusing the output laser light on the surface of the work piece as a single focal point position
A laser processing method comprising supplying a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas having a concentration of oxygen gas of 0.7% by volume to 1.7% by volume as the assist gas to the work piece.
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