JP2021058909A - レーザー加工ヘッド及びレーザー加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、自身と加工対象物とのギャップを測定するための静電容量センサの検出部として機能するレーザー加工ヘッドにおいて、加工対象物とのギャップの大きさに起因して自身に溜まる電荷量をより正確にできるレーザー加工ヘッドの提供を目的とする。【解決手段】本発明のレーザー加工ヘッド２４は、一端から入射したレーザー光を他端から加工対象物ＰＯに向けて照射させ、加工対象物ＰＯとでコンデンサを構成し、自身と加工対象物ＰＯとのギャップＧを測定するための静電容量センサ７０の検出部として機能する筒体１００と、筒体１００の外周を囲む第１部分１１１、及び、筒体１００に対し筒体１００の前記一端側に配置され、筒体１００の軸方向から見て筒体１００の前記一端側の端面１０４Ａの少なくとも一部の範囲に重なる第２部分１１６を有するガード電極１１０（シールド部材の一例）と、を備える。【選択図】図２Ｂ
Description
本発明は、レーザー加工ヘッド及びレーザー加工装置に関する。
板材等の加工対象物にレーザー加工ヘッドからレーザー光を照射して加工対象物を加工するレーザー加工装置が知られている（特許文献１及び２参照）。そして、これらのレーザー加工装置では、レーザー加工ヘッドを電極とすることでレーザー加工ヘッドに静電容量センサの検出部としての機能を持たせ、その機能を利用して加工ヘッドと加工対象物とのギャップを一定に保ちながら加工するようになっている。具体的には、これらのレーザー加工装置は、レーザー加工ヘッドの一部である電極に蓄えられる電荷量を例えば電圧等の電気信号により検出することで間接的にギャップを測定するようになっている。
ところで、上記のような静電容量センサの検出部としての機能を有するレーザー加工ヘッドは、加工動作時に外部から電気的ノイズを受けると、その一部である電極に蓄えられる電荷量が変動し得る。その結果、電気的ノイズを受ける影響が大きいほど、レーザー加工ヘッドは静電容量センサの検出部として正確に電荷量を蓄えることができなくなる。これに伴い、このようなレーザー加工ヘッドを備えるレーザー加工装置は、電気的ノイズに起因して電荷量が変動する分、ギャップの測定精度が低くなる。
本発明は、自身と加工対象物とのギャップを測定するための静電容量センサの検出部として機能するレーザー加工ヘッドにおいて、加工対象物とのギャップの大きさに起因して自身に溜まる電荷量をより正確にできるレーザー加工ヘッドの提供を目的とする。
本発明のレーザー加工ヘッドは、一端から入射したレーザー光を他端から加工対象物に向けて照射させる導電性の筒体であって、前記加工対象物とでコンデンサを構成し、自身と前記加工対象物とのギャップを測定するための静電容量センサの検出部として機能する筒体と、前記筒体の外周を前記一端から前記他端側に亘って囲む第１部分、及び、前記筒体に対し前記筒体の前記一端側に配置され、前記筒体の軸方向から見て前記筒体の前記一端側の端面の少なくとも一部の範囲に重なりつつレーザー光が通過するための貫通孔が形成されている第２部分を有するシールド部材と、を備える。
本発明のレーザー加工装置は、前記レーザー加工ヘッドと、前記加工対象物に対して前記レーザー加工ヘッドを相対的に移動させる移動部と、前記筒体とで前記静電容量センサを構成する静電容量センサ本体と、前記加工対象物の加工プログラムに従い前記移動部の動作を制御する制御部であって、前記静電容量センサにより測定した前記ギャップに基づいて前記移動部の動作を補正する制御部と、を備える。
本発明のレーザー加工ヘッドは、自身と加工対象物とのギャップを測定するための静電容量センサの検出部として機能するレーザー加工ヘッドにおいて、加工対象物とのギャップの大きさに起因して自身に溜まる電荷量をより正確にできる。
本発明のレーザー加工装置によれば、加工対象物を高精度に加工することができる。
≪概要≫
以下、本発明の第１及び第２実施形態並びに複数の変形例について、これらの記載順で説明する。また、参照するすべての図面では同様の機能を有する構成要素に同様の符号を付し、明細書では適宜説明を省略する。
以下、本発明の第１及び第２実施形態並びに複数の変形例について、これらの記載順で説明する。また、参照するすべての図面では同様の機能を有する構成要素に同様の符号を付し、明細書では適宜説明を省略する。
≪第１実施形態≫
第１実施形態について、図１、図２Ａ、図２Ｂ及び図３を参照しながら説明する。まず、本実施形態のレーザー加工装置１０（図１参照）の構成（全体構成）について説明する。次いで、本実施形態の要部であるレーザー加工ヘッド２４（図２Ａ及び図２Ｂ参照）の構成（要部構成）について説明する。次いで、レーザー加工ヘッド２４を構成するセンサ電極１００及びガード電極１１０（図２Ａ及び図２Ｂ参照）が関連する静電容量センサ７０について説明する。次いで、本実施形態のレーザー加工装置１０を用いた加工対象物ＰＯ（図１参照）の加工動作について説明する。次いで、本実施形態の効果について説明する。
第１実施形態について、図１、図２Ａ、図２Ｂ及び図３を参照しながら説明する。まず、本実施形態のレーザー加工装置１０（図１参照）の構成（全体構成）について説明する。次いで、本実施形態の要部であるレーザー加工ヘッド２４（図２Ａ及び図２Ｂ参照）の構成（要部構成）について説明する。次いで、レーザー加工ヘッド２４を構成するセンサ電極１００及びガード電極１１０（図２Ａ及び図２Ｂ参照）が関連する静電容量センサ７０について説明する。次いで、本実施形態のレーザー加工装置１０を用いた加工対象物ＰＯ（図１参照）の加工動作について説明する。次いで、本実施形態の効果について説明する。
＜全体構成＞
図１は、本実施形態のレーザー加工装置１０を用いて加工対象物ＰＯを加工している状態を示す概略図である。全体構成の説明については、図１を参照しながら説明する。
レーザー加工装置１０は、加工対象物ＰＯを加工プログラムＰＰに従い加工する機能を有する。具体的には、レーザー加工装置１０は、加工対象物ＰＯに、レーザー光（図示省略）を照射して加工対象物ＰＯを切断、加工対象物ＰＯからその一部を分離等する機能を有する。ここで、図１に図示した加工対象物ＰＯの形状は、一例であり、レーザー光が照射されることで加工することができれば、図１の場合と異なる形状であっても構わない。
レーザー加工装置１０は、一例として、レーザー加工部２０と、台３０と、移動機構４０（移動部の一例）と、制御システム５０と、入力装置６０とを備えている。
図１は、本実施形態のレーザー加工装置１０を用いて加工対象物ＰＯを加工している状態を示す概略図である。全体構成の説明については、図１を参照しながら説明する。
レーザー加工装置１０は、加工対象物ＰＯを加工プログラムＰＰに従い加工する機能を有する。具体的には、レーザー加工装置１０は、加工対象物ＰＯに、レーザー光（図示省略）を照射して加工対象物ＰＯを切断、加工対象物ＰＯからその一部を分離等する機能を有する。ここで、図１に図示した加工対象物ＰＯの形状は、一例であり、レーザー光が照射されることで加工することができれば、図１の場合と異なる形状であっても構わない。
レーザー加工装置１０は、一例として、レーザー加工部２０と、台３０と、移動機構４０（移動部の一例）と、制御システム５０と、入力装置６０とを備えている。
〔レーザー加工部〕
レーザー加工部２０は、制御システム５０により制御されて、加工対象物ＰＯに向けてレーザー光を照射する機能を有する。レーザー加工部２０は、光源部２２と、レーザー加工ヘッド２４とを有する。
光源部２２は、レーザー発振器２２Ａと、光ケーブル２２Ｂと、集光部２２Ｃとを有する。集光部２２Ｃは、長尺なケース２２Ｃ１と、コリメータレンズ２２Ｃ２と、集光レンズ２２Ｃ３とを有し、ケース２２Ｃ１にコリメータレンズ２２Ｃ２及び集光レンズ２２Ｃ３を収容している。そして、光源部２２では、レーザー発振器２２Ａが発振したレーザー光を、光ケーブル２２Ｂに伝搬させ、コリメータレンズ２２Ｃ２及び集光レンズ２２Ｃ３を透過させて、レーザー加工ヘッド２４に出射させるように構成されている。
レーザー加工ヘッド２４は、一例として長尺とされている。レーザー加工ヘッド２４は、集光部２２Ｃの一端側に自身の一端側が嵌め込まれて又は固定されて、集光部２２Ｃに取り付けられている。
なお、光源部２２とでレーザー加工部２０を構成するレーザー加工ヘッド２４は、本実施形態の要部であることから、後述する。
レーザー加工部２０は、制御システム５０により制御されて、加工対象物ＰＯに向けてレーザー光を照射する機能を有する。レーザー加工部２０は、光源部２２と、レーザー加工ヘッド２４とを有する。
光源部２２は、レーザー発振器２２Ａと、光ケーブル２２Ｂと、集光部２２Ｃとを有する。集光部２２Ｃは、長尺なケース２２Ｃ１と、コリメータレンズ２２Ｃ２と、集光レンズ２２Ｃ３とを有し、ケース２２Ｃ１にコリメータレンズ２２Ｃ２及び集光レンズ２２Ｃ３を収容している。そして、光源部２２では、レーザー発振器２２Ａが発振したレーザー光を、光ケーブル２２Ｂに伝搬させ、コリメータレンズ２２Ｃ２及び集光レンズ２２Ｃ３を透過させて、レーザー加工ヘッド２４に出射させるように構成されている。
レーザー加工ヘッド２４は、一例として長尺とされている。レーザー加工ヘッド２４は、集光部２２Ｃの一端側に自身の一端側が嵌め込まれて又は固定されて、集光部２２Ｃに取り付けられている。
なお、光源部２２とでレーザー加工部２０を構成するレーザー加工ヘッド２４は、本実施形態の要部であることから、後述する。
〔台〕
台３０は、一例として上面が平面とされ、上面に加工対象物ＰＯを配置させる基台とされている。台３０は、加工動作時に、その上面に配置される加工対象物ＰＯを、固定冶具（図示省略）により自身に固定させるようになっている。
なお、本実施形態のレーザー加工装置１０を用いた加工動作時には、台３０をグランド（ＧＮＤ）に接地させて、台３０を介して加工対象物をＧＮＤに接地可能としてもよく、また、加工対象物ＰＯを直接ＧＮＤに接地するようにしてもよい。
台３０は、一例として上面が平面とされ、上面に加工対象物ＰＯを配置させる基台とされている。台３０は、加工動作時に、その上面に配置される加工対象物ＰＯを、固定冶具（図示省略）により自身に固定させるようになっている。
なお、本実施形態のレーザー加工装置１０を用いた加工動作時には、台３０をグランド（ＧＮＤ）に接地させて、台３０を介して加工対象物をＧＮＤに接地可能としてもよく、また、加工対象物ＰＯを直接ＧＮＤに接地するようにしてもよい。
〔移動機構〕
移動機構４０は、制御システム５０により制御されて、加工対象物ＰＯ（又は台３０）に対してレーザー加工部２０を移動させる機能を有する。
移動機構４０は、一例として、駆動源４２と、アーム部４４（リンク機構の一例）と、微調整部４６とを有する。
駆動源４２は、後述するアーム部４４の各構成要素を駆動させる機能を有する。
アーム部４４は、第１リンク４４Ａと、第２リンク４４Ｂと、第３リンク４４Ｃと、第１ジョイント４４Ｄと、第２ジョイント４４Ｅと、第３ジョイント４４Ｆとを有する。
第１リンク４４Ａ、第２リンク４４Ｂ及び第３リンク４４Ｃは、それぞれ、各リンクの軸に対して旋回可能に構成されている。また、第２リンク４４Ｂは、第１ジョイント４４Ｄによって第１リンク４４Ａに対して回転可能に構成されている。第３リンク４４Ｃは、第２ジョイント４４Ｅによって第２リンク４４Ｂに対して回転可能に構成されている。
微調整部４６は、第３リンク４４Ｃに対して第３ジョイント４４Ｆを介して取り付けられるとともに光源部２２の集光部２２Ｃに取り付けられている。そして、微調整部４６は、集光部２２Ｃをその軸方向に沿って移動させる（集光部２２Ｃの軸方向での位置を微調整する）ようになっている。
以上の構成により、移動機構４０は、集光部２２Ｃ（及び集光部２２Ｃに取り付けられているレーザー加工ヘッド２４）の姿勢及び位置を３次元で変更させる、いわゆる６軸ロボットとして機能する。そして、制御システム５０により制御される移動機構４０は、駆動源４２によりアーム部４４の姿勢を変更させることで、加工対象物ＰＯに対するレーザー加工部２０の相対位置及び相対角度を変更させるようになっている。
移動機構４０は、制御システム５０により制御されて、加工対象物ＰＯ（又は台３０）に対してレーザー加工部２０を移動させる機能を有する。
移動機構４０は、一例として、駆動源４２と、アーム部４４（リンク機構の一例）と、微調整部４６とを有する。
駆動源４２は、後述するアーム部４４の各構成要素を駆動させる機能を有する。
アーム部４４は、第１リンク４４Ａと、第２リンク４４Ｂと、第３リンク４４Ｃと、第１ジョイント４４Ｄと、第２ジョイント４４Ｅと、第３ジョイント４４Ｆとを有する。
第１リンク４４Ａ、第２リンク４４Ｂ及び第３リンク４４Ｃは、それぞれ、各リンクの軸に対して旋回可能に構成されている。また、第２リンク４４Ｂは、第１ジョイント４４Ｄによって第１リンク４４Ａに対して回転可能に構成されている。第３リンク４４Ｃは、第２ジョイント４４Ｅによって第２リンク４４Ｂに対して回転可能に構成されている。
微調整部４６は、第３リンク４４Ｃに対して第３ジョイント４４Ｆを介して取り付けられるとともに光源部２２の集光部２２Ｃに取り付けられている。そして、微調整部４６は、集光部２２Ｃをその軸方向に沿って移動させる（集光部２２Ｃの軸方向での位置を微調整する）ようになっている。
以上の構成により、移動機構４０は、集光部２２Ｃ（及び集光部２２Ｃに取り付けられているレーザー加工ヘッド２４）の姿勢及び位置を３次元で変更させる、いわゆる６軸ロボットとして機能する。そして、制御システム５０により制御される移動機構４０は、駆動源４２によりアーム部４４の姿勢を変更させることで、加工対象物ＰＯに対するレーザー加工部２０の相対位置及び相対角度を変更させるようになっている。
〔制御システム〕
制御システム５０は、一例として、制御部５２と、記憶部５４と、静電容量センサ本体５６（以下、センサ本体５６という。）とを有する。
制御部５２は、一例として、プログラマブルロジックコントローラ（programmable logic controller）とされている。
記憶部５４は、加工対象物ＰＯをレーザー加工装置１０により加工するための加工プログラムＰＰを記憶している。
センサ本体５６は、レーザー加工ヘッド２４が備える、後述するセンサ電極１００（図２Ａ及び図２Ｂ参照、筒体の一例）とで静電容量センサ７０を構成する。センサ本体５６は、センサ電極１００に必要な電力を供給する電源５６Ａ（図３参照）を有する。ここで、本実施形態では、電源５６Ａは、一例として、一定の電流が流れるように電圧を印加する交流電源（いわゆる定電流電源）とされている。静電容量センサ７０は、加工動作時に、レーザー加工ヘッド２４（又はセンサ電極１００）と加工対象物ＰＯとのギャップＧを測定するようになっている。
なお、制御システム５０の具体的な機能については、後述する加工動作の説明の中で説明する。また、静電容量センサ７０の具体的な構成については要部構成の説明の中で後述する。
制御システム５０は、一例として、制御部５２と、記憶部５４と、静電容量センサ本体５６（以下、センサ本体５６という。）とを有する。
制御部５２は、一例として、プログラマブルロジックコントローラ（programmable logic controller）とされている。
記憶部５４は、加工対象物ＰＯをレーザー加工装置１０により加工するための加工プログラムＰＰを記憶している。
センサ本体５６は、レーザー加工ヘッド２４が備える、後述するセンサ電極１００（図２Ａ及び図２Ｂ参照、筒体の一例）とで静電容量センサ７０を構成する。センサ本体５６は、センサ電極１００に必要な電力を供給する電源５６Ａ（図３参照）を有する。ここで、本実施形態では、電源５６Ａは、一例として、一定の電流が流れるように電圧を印加する交流電源（いわゆる定電流電源）とされている。静電容量センサ７０は、加工動作時に、レーザー加工ヘッド２４（又はセンサ電極１００）と加工対象物ＰＯとのギャップＧを測定するようになっている。
なお、制御システム５０の具体的な機能については、後述する加工動作の説明の中で説明する。また、静電容量センサ７０の具体的な構成については要部構成の説明の中で後述する。
〔入力装置〕
入力装置６０は、レーザー加工装置１０を動作させるためのユーザインターフェイスとされている。入力装置６０の具体的な機能については、後述する加工動作の説明の中で説明する。
入力装置６０は、レーザー加工装置１０を動作させるためのユーザインターフェイスとされている。入力装置６０の具体的な機能については、後述する加工動作の説明の中で説明する。
以上が、第１実施形態のレーザー加工装置１０の全体構成についての説明である。
＜要部構成＞
次に、本実施形態の要部構成（レーザー加工ヘッド２４の構成）について、図２Ａ及び図２Ｂを参照しつつ説明する。ここで、図２Ａ及び図２Ｂはそれぞれ本実施形態のレーザー加工ヘッド２４の横断面図であって、図２Ａは斜視断面図、図２Ｂは正面図である。
次に、本実施形態の要部構成（レーザー加工ヘッド２４の構成）について、図２Ａ及び図２Ｂを参照しつつ説明する。ここで、図２Ａ及び図２Ｂはそれぞれ本実施形態のレーザー加工ヘッド２４の横断面図であって、図２Ａは斜視断面図、図２Ｂは正面図である。
レーザー加工ヘッド２４は、集光部２２Ｃ（図１参照）が出射するレーザー光を、集光部２２Ｃ側から自身を挟んで集光部２２Ｃ側の反対側に案内する機能と、静電容量センサ７０の一部（後述する検出部）としての機能とを有する。
レーザー加工ヘッド２４は、一例として、円錐状とされ、その底面側で集光部２２Ｃに取り付けられている（図１参照）。
レーザー加工ヘッド２４は、後述する複数の部品で構成されており当該複数の部品は一例としてねじ（図示省略）により一体的に固定されているが、ねじによる固定部分以外の部分は、その軸（軸Ｏ）に対して対象形状とされている。
以下、レーザー加工ヘッド２４の軸方向における上記底面側を「軸方向の一端側」とし、軸方向における上記底面側と反対側（先端側）を「軸方向の他端側」として、本実施形態について説明する。なお、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、レーザー加工ヘッド２４には、軸方向の一端から他端に亘り軸Ｏに沿って貫通している。
レーザー加工ヘッド２４は、一例として、円錐状とされ、その底面側で集光部２２Ｃに取り付けられている（図１参照）。
レーザー加工ヘッド２４は、後述する複数の部品で構成されており当該複数の部品は一例としてねじ（図示省略）により一体的に固定されているが、ねじによる固定部分以外の部分は、その軸（軸Ｏ）に対して対象形状とされている。
以下、レーザー加工ヘッド２４の軸方向における上記底面側を「軸方向の一端側」とし、軸方向における上記底面側と反対側（先端側）を「軸方向の他端側」として、本実施形態について説明する。なお、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、レーザー加工ヘッド２４には、軸方向の一端から他端に亘り軸Ｏに沿って貫通している。
次に、レーザー加工ヘッド２４の具体的な構成について、図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら説明する。レーザー加工ヘッド２４は、センサ電極１００と、ガード電極１１０（シールド部材の一例）と、第１絶縁部１２０と、第２絶縁部１３０と、第３絶縁部１４０とを有する。
〔センサ電極〕
センサ電極１００は、前述したレーザー加工ヘッド２４の２つの機能を果たすための機能部品とされている。センサ電極１００は、一例として、中央部１０２と、基部１０４（センサ電極１００の軸方向の一端側の部分の一例）と、先端部１０６とを有する。中央部１０２、基部１０４及び先端部１０６は、それぞれ、導電性とされている。すなわち、センサ電極１００は導電性とされている。また、中央部１０２、基部１０４及び先端部１０６は、それぞれ、中央が貫通した部材とされている。
センサ電極１００は、前述したレーザー加工ヘッド２４の２つの機能を果たすための機能部品とされている。センサ電極１００は、一例として、中央部１０２と、基部１０４（センサ電極１００の軸方向の一端側の部分の一例）と、先端部１０６とを有する。中央部１０２、基部１０４及び先端部１０６は、それぞれ、導電性とされている。すなわち、センサ電極１００は導電性とされている。また、中央部１０２、基部１０４及び先端部１０６は、それぞれ、中央が貫通した部材とされている。
中央部１０２は、一例として、軸方向の一端側から他端側に亘ってその内周径及び外周径が徐々に小さくなる、円錐状の筒とされている。基部１０４は、一例として、寸胴状の筒とされている。先端部１０６は、一例として、横断面が十字状の筒とされている。そして、中央部１０２の軸方向の一端には基部１０４が繋がっており、他端側には先端部１０６が繋がっている。本実施形態では、中央部１０２と基部１０４とは一例として一体的に形成されており、中央部１０２と先端部１０６とは一例として別部材とされている。そして、先端部１０６は、中央部１０２における軸方向の他端側の内周に嵌め込まれて、中央部１０２に固定されている。そのため、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４は、一例として、先端部１０６を中央部１０２から取り外すことで、先端部１０６が交換可能とされている。
なお、センサ電極１００は、静電容量センサ７０の一部としての機能するために、加工動作時に、対向する加工対象物ＰＯ（図１参照）とで平板コンデンサを構成するようになっている（この場合、平板コンデンサを構成する誘電体層は、センサ電極１００と加工対象物ＰＯとの間の空気層である。）。そして、センサ電極１００には、センサ本体５６の電源５６Ａから電力が供給される（又は一定の電流が流れるように電圧が印加される）ようになっている。
〔ガード電極〕
ガード電極１１０は、加工動作時にセンサ電極１００が加工対象物ＰＯとで平行電場を形成し易くする機能（平行電場を形成するためのサポート機能）と、加工動作時にセンサ電極１００が外部からの電気的ノイズを受け難くする機能（シールド機能）とを有する。
ガード電極１１０は、外観上、軸方向の一端側に位置する寸胴状の部分（後述する寸胴部１１３と第３部分１１４との組み合せ）と、当該寸胴状の部分から軸方向の他端側に亘って位置する円錐状の部分（後述する円錐部１１２）とを有する筒とされている。そして、ガード電極１１０は、センサ電極１００に対して非接触を維持した状態で、全体的にセンサ電極１００を囲んでいる。
ガード電極１１０は、加工動作時にセンサ電極１００が加工対象物ＰＯとで平行電場を形成し易くする機能（平行電場を形成するためのサポート機能）と、加工動作時にセンサ電極１００が外部からの電気的ノイズを受け難くする機能（シールド機能）とを有する。
ガード電極１１０は、外観上、軸方向の一端側に位置する寸胴状の部分（後述する寸胴部１１３と第３部分１１４との組み合せ）と、当該寸胴状の部分から軸方向の他端側に亘って位置する円錐状の部分（後述する円錐部１１２）とを有する筒とされている。そして、ガード電極１１０は、センサ電極１００に対して非接触を維持した状態で、全体的にセンサ電極１００を囲んでいる。
ガード電極１１０は、一例として、第１部分１１１と、第２部分１１６と、第３部分１１４（他の部材の一例）とを有する。第１部分１１１、第２部分１１６及び第３部分１１４は、それぞれ、導電性とされている。すなわち、ガード電極１１０は導電性とされている。また、第１部分１１１、第２部分１１６及び第３部分１１４は、それぞれ、中央が貫通した部材とされている。
〈第１部分〉
第１部分１１１は、センサ電極１００の外周を軸方向の一端から他端側に亘って囲む部分とされている。第１部分１１１は、センサ電極１００の中央部１０２の外周を囲む円錐部１１２と、基部１０４の外周を囲む寸胴部１１３とを有する。なお、円錐部１１２は、軸方向の一端側から他端側に亘ってその内周径及び外周径が徐々に小さくなる、円錐状の筒とされている。円錐部１１２と寸胴部１１３とは、一例として一体的に形成されている。
第１部分１１１は、センサ電極１００の外周を軸方向の一端から他端側に亘って囲む部分とされている。第１部分１１１は、センサ電極１００の中央部１０２の外周を囲む円錐部１１２と、基部１０４の外周を囲む寸胴部１１３とを有する。なお、円錐部１１２は、軸方向の一端側から他端側に亘ってその内周径及び外周径が徐々に小さくなる、円錐状の筒とされている。円錐部１１２と寸胴部１１３とは、一例として一体的に形成されている。
〈第２部分〉
第２部分１１６は、円板状とされ、その中央に貫通孔１６０が形成されている部分とされている。第２部分１１６は、センサ電極１００に対し軸方向の一端側に配置されている。そして、第２部分１１６は、一例として、軸方向から見て、センサ電極１００の軸方向の一端側の端面１０４Ａの全範囲に重なっている。別言すると、第２部分１１６は、軸方向から見て、基部１０４よりも基部１０４の内側にはみ出している。さらに別言すると、第２部分１１６の貫通孔１６０の周縁は、軸方向から見て、端面１０４Ａの内周縁（基部１０４の貫通孔の周縁）に囲まれている。
なお、第２部分１１６の貫通孔１６０は、集光部２２Ｃ（図１参照）から出射されたレーザー光が通過するためのものとされている。また、第２部分１１６の全外周縁は、第１部分１１１（又は寸胴部１１３）と第３部分１１４を介して間接的に第１部分１１１（又は寸胴部１１３）の周方向全周に亘って繋がっている。
第２部分１１６は、円板状とされ、その中央に貫通孔１６０が形成されている部分とされている。第２部分１１６は、センサ電極１００に対し軸方向の一端側に配置されている。そして、第２部分１１６は、一例として、軸方向から見て、センサ電極１００の軸方向の一端側の端面１０４Ａの全範囲に重なっている。別言すると、第２部分１１６は、軸方向から見て、基部１０４よりも基部１０４の内側にはみ出している。さらに別言すると、第２部分１１６の貫通孔１６０の周縁は、軸方向から見て、端面１０４Ａの内周縁（基部１０４の貫通孔の周縁）に囲まれている。
なお、第２部分１１６の貫通孔１６０は、集光部２２Ｃ（図１参照）から出射されたレーザー光が通過するためのものとされている。また、第２部分１１６の全外周縁は、第１部分１１１（又は寸胴部１１３）と第３部分１１４を介して間接的に第１部分１１１（又は寸胴部１１３）の周方向全周に亘って繋がっている。
〈第３部分〉
第３部分１１４は、第１部分１１１（又は寸胴部１１３）における軸方向の一端から第２部分１１６よりも軸方向の一端側の位置まで延在する筒とされている。具体的には、第３部分１１４は、寸胴部１１３の軸方向の一端が、軸方向の一端側に延びたような筒とされている。そのため、第３部分１１４は、軸方向から見て、センサ電極１００を囲んでいる。
なお、第３部分１１４の内周径は、一例として、第２部分１１６の外周径と同じ径とされている。そのため、本実施形態では、第２部分１１６は、第３部分１１４の貫通孔に嵌め込まれている。
第３部分１１４は、第１部分１１１（又は寸胴部１１３）における軸方向の一端から第２部分１１６よりも軸方向の一端側の位置まで延在する筒とされている。具体的には、第３部分１１４は、寸胴部１１３の軸方向の一端が、軸方向の一端側に延びたような筒とされている。そのため、第３部分１１４は、軸方向から見て、センサ電極１００を囲んでいる。
なお、第３部分１１４の内周径は、一例として、第２部分１１６の外周径と同じ径とされている。そのため、本実施形態では、第２部分１１６は、第３部分１１４の貫通孔に嵌め込まれている。
〔第１絶縁部、第２絶縁部及び第３絶縁部〕
第１絶縁部１２０、第２絶縁部１３０及び第３絶縁部１４０は、センサ電極１００とガード電極１１０とを絶縁させた状態で、センサ電極１００に対してガード電極１１０を位置決めする機能を有する。すなわち、第１絶縁部１２０、第２絶縁部１３０及び第３絶縁部１４０は、それぞれ、絶縁性を有する位置決め部材とされている。
第１絶縁部１２０は、中央に貫通孔が形成されている円板状の部材とされている。そして、第１絶縁部１２０の一部はセンサ電極１００の中央部１０２の他端側の部分とガード電極１１０の円錐部１１２の他端側の部分とに挟まれつつ、他の一部が円錐部１１２の他端とセンサ電極１００の先端部１０６とに挟まれている。
第２絶縁部１３０は、寸胴状の筒とされ、その内周面をセンサ電極１００の基部１０４の全外周に接触させた状態で基部１０４を囲みつつ、その外周面をガード電極１１０の寸胴部１１３の全内周に接触させた状態で寸胴部１１３に囲まれている。
第３絶縁部１４０は、中央に貫通孔が形成されている、円板状の部材とされ、軸方向における、センサ電極１００（又は基部１０４）と第２部分１１６との間に配置され、第２部分１１６をセンサ電極１００に対して位置決めしている。なお、第３絶縁部１４０の貫通孔は、一例として、第２部分１１６の貫通孔１６０と同じ径とされている。
第１絶縁部１２０、第２絶縁部１３０及び第３絶縁部１４０は、センサ電極１００とガード電極１１０とを絶縁させた状態で、センサ電極１００に対してガード電極１１０を位置決めする機能を有する。すなわち、第１絶縁部１２０、第２絶縁部１３０及び第３絶縁部１４０は、それぞれ、絶縁性を有する位置決め部材とされている。
第１絶縁部１２０は、中央に貫通孔が形成されている円板状の部材とされている。そして、第１絶縁部１２０の一部はセンサ電極１００の中央部１０２の他端側の部分とガード電極１１０の円錐部１１２の他端側の部分とに挟まれつつ、他の一部が円錐部１１２の他端とセンサ電極１００の先端部１０６とに挟まれている。
第２絶縁部１３０は、寸胴状の筒とされ、その内周面をセンサ電極１００の基部１０４の全外周に接触させた状態で基部１０４を囲みつつ、その外周面をガード電極１１０の寸胴部１１３の全内周に接触させた状態で寸胴部１１３に囲まれている。
第３絶縁部１４０は、中央に貫通孔が形成されている、円板状の部材とされ、軸方向における、センサ電極１００（又は基部１０４）と第２部分１１６との間に配置され、第２部分１１６をセンサ電極１００に対して位置決めしている。なお、第３絶縁部１４０の貫通孔は、一例として、第２部分１１６の貫通孔１６０と同じ径とされている。
以上が、本実施形態の要部構成（レーザー加工ヘッド２４の構成）についての説明である。
＜静電容量センサ＞
次に、センサ電極１００及びガード電極１１０が関連する静電容量センサ７０について、図１及び図３を参照しながら説明する。ここで、図３は、本実施形態の静電容量センサ７０の原理図である。
次に、センサ電極１００及びガード電極１１０が関連する静電容量センサ７０について、図１及び図３を参照しながら説明する。ここで、図３は、本実施形態の静電容量センサ７０の原理図である。
静電容量センサ７０は、センサ電極１００と、ガード電極１１０と、センサ本体５６とを有する。センサ電極１００は、加工動作時に、対向する加工対象物ＰＯとで平板コンデンサを構成する（図３における中心電極を構成する。）。この場合、平板コンデンサを構成する誘電体層は、センサ電極１００と加工対象物ＰＯとの間の空気層である。ガード電極１１０は、中心電極に相当するセンサ電極１００と同電位となるように電圧が印加されることにより、平板コンデンサを構成するセンサ電極１００と加工対象物ＰＯとの間に平行電場を形成し易くする。
センサ本体５６は、一例として、電源５６Ａと、電圧モニタ５６Ｂと、バッファアンプ５６Ｃとを有している。電源５６Ａは、交流定電流源（そのインピーダンスの角周波数をω、電流をＩとする。）とされている。電源５６Ａの一端側の端子は中心電極であるセンサ電極１００に接続され、他端側の端子は加工対象物ＰＯに接続されるようになっている。電圧モニタ５６Ｂは、平板コンデンサを構成するセンサ電極１００と加工対象物ＰＯとの間の電圧をモニタするようになっている。また、本実施形態では、電源５６Ａからガード電極１１０へは、バッファアンプ５６Ｃを介して電圧が印加されるようになっている。
ここで、中心電極であるセンサ電極１００と加工対象物ＰＯとの間の静電容量をＣ、センサ電極１００と加工対象物ＰＯとの間の空気層の誘電率をε、センサ電極１００（後述する先端部１０６の端面１０６Ａ（図２Ａ参照））と加工対象物ＰＯとの間のギャップをＧ、センサ電極１００の加工対象物ＰＯに向く面の面積、すなわち、先端部１０６の端面１０６Ａの面積をＡとすると、これらの関係は、下記の（式１）で表すことができる。
（式１） Ｃ＝（ε×Ａ）／Ｇ
また、前述のとおり、電源５６Ａを交流定電流源とすることで、電圧モニタ５６Ｂがモニタリングする電圧Ｖは、下記の（式２）で表すことができる。
（式２） Ｖ＝Ｉ／（ω×Ｃ）
そして、（式１）及び（式２）から下記の（式３）を求めることができる。
（式３） Ｖ＝｛Ｉ／（ω×ε×Ａ）｝×Ｇ
以上より、電圧モニタ５６Ｂでモニタリングされる電圧Ｖを検出すること、すなわち、センサ電極１００に蓄えられる電荷量を検出することで、間接的にギャップＧを測定できるようになっている。
（式１） Ｃ＝（ε×Ａ）／Ｇ
また、前述のとおり、電源５６Ａを交流定電流源とすることで、電圧モニタ５６Ｂがモニタリングする電圧Ｖは、下記の（式２）で表すことができる。
（式２） Ｖ＝Ｉ／（ω×Ｃ）
そして、（式１）及び（式２）から下記の（式３）を求めることができる。
（式３） Ｖ＝｛Ｉ／（ω×ε×Ａ）｝×Ｇ
以上より、電圧モニタ５６Ｂでモニタリングされる電圧Ｖを検出すること、すなわち、センサ電極１００に蓄えられる電荷量を検出することで、間接的にギャップＧを測定できるようになっている。
以上が、本実施形態の静電容量センサ７０についての説明である。
＜加工動作＞
次に、本実施形態の加工動作について図面を参照しながら説明する。
まず、加工者は、台３０（図１参照）の定められた位置に加工対象物ＰＯをセットする。
次いで、加工者は、入力装置６０（図１参照）に加工対象物ＰＯに関する情報（形状、材質等）のデータ（以下、加工データという。）を入力する。その結果、加工データは加工プログラムとして制御システム５０の記憶部５４に記憶される。そして、加工者が加工動作をスタートさせるためのスイッチ（図示省略）をオンにすると、制御部５２がレーザー加工装置１０を作動させる。
次に、本実施形態の加工動作について図面を参照しながら説明する。
まず、加工者は、台３０（図１参照）の定められた位置に加工対象物ＰＯをセットする。
次いで、加工者は、入力装置６０（図１参照）に加工対象物ＰＯに関する情報（形状、材質等）のデータ（以下、加工データという。）を入力する。その結果、加工データは加工プログラムとして制御システム５０の記憶部５４に記憶される。そして、加工者が加工動作をスタートさせるためのスイッチ（図示省略）をオンにすると、制御部５２がレーザー加工装置１０を作動させる。
具体的には、制御部５２は、加工プログラムＰＰに従い移動機構４０を動作させる。また、制御部５２は、加工プログラムＰＰに従いレーザー加工部２０の集光部２２Ｃを制御して集光部２２Ｃに定められたタイミングでレーザー光を照射させる。これに伴い、レーザー光はレーザー加工ヘッド２４の先端部１０６（図２Ａ及び図２Ｂ参照）から加工対象物ＰＯに向けて出射される。その結果、レーザー光が照射された加工対象物ＰＯは溶融して切断される。
また、加工動作と並行して、静電容量センサ７０の電源５６Ａ（図３参照）はレーザー加工ヘッド２４を構成するセンサ電極１００及びガード電極１１０にそれぞれ電圧を印加しながら、電圧モニタ５６Ｂはセンサ電極１００と加工対象物ＰＯとの間の電圧Ｖをモニタリングする。これに伴い、電圧モニタ５６Ｂは、前述の（式３）に基づいて、モニタリングした電圧ＶからギャップＧを算出（測定）する。電圧モニタ５６Ｂが測定したギャップＧに関する情報は定められたタイミング（例えば０．００１秒等）で制御部５２に送信される。
ここで、制御部５２は、受信したギャップＧに関する情報から得られる実際のギャップＧが加工プログラムＰＰ上の理想のギャップＧに対して定められた範囲（定められた下限から定められた上限までの範囲）を超えている場合、実際のギャップＧを理想のギャップＧとなるように移動機構４０の動作を補正する。具体的には、制御部５２は、移動機構４０を用いてレーザー加工部２０の姿勢、位置等を変更する。
なお、制御部５２は、受信した情報から実際のギャップＧが加工プログラムＰＰ上の理想のギャップＧに対して定められた範囲内である場合、ギャップＧの補正を行うことなく、レーザー加工装置１０に加工動作を継続させる。
なお、制御部５２は、受信した情報から実際のギャップＧが加工プログラムＰＰ上の理想のギャップＧに対して定められた範囲内である場合、ギャップＧの補正を行うことなく、レーザー加工装置１０に加工動作を継続させる。
そして、制御部５２が加工プログラムＰＰに従う加工対象物ＰＯの切断が終了して移動機構４０を用いてレーザー加工部２０を初期位置に戻すと、加工動作が終了する。
以上が、本実施形態の加工動作についての説明である。
＜効果＞
次に、本実施形態の効果について説明する。
次に、本実施形態の効果について説明する。
〔第１の効果〕
第１の効果は、ガード電極１１０が第１部分１１１に加えて第２部分１１６を有することの効果である。第１の効果については、本実施形態を後述する比較形態（図示省略）と比較して説明する。なお、比較形態の構成において本実施形態の構成要素と同等の構成要素を用いる場合は、比較形態の構成の説明に本実施形態の構成要素と同じ名称及び符号を用いる。
第１の効果は、ガード電極１１０が第１部分１１１に加えて第２部分１１６を有することの効果である。第１の効果については、本実施形態を後述する比較形態（図示省略）と比較して説明する。なお、比較形態の構成において本実施形態の構成要素と同等の構成要素を用いる場合は、比較形態の構成の説明に本実施形態の構成要素と同じ名称及び符号を用いる。
比較形態のレーザー加工ヘッドは、ガード電極１１０が第１部分１１１のみで構成されている点以外は本実施形態のレーザー加工ヘッド２４と同等な形態とされている。そのため、比較形態のレーザー加工ヘッドの場合、センサ電極１００の径方向の外側からの電気的ノイズはガード電極１１０に相当する第１部分１１１によりシールドされる（低減される）。しかしながら、比較形態の場合、センサ電極１００はセンサ電極１００における軸方向の一端側からの電気的ノイズを受ける。その結果、比較形態の場合、当該電気的ノイズに起因してセンサ電極１００が蓄える電荷量が変動する。すなわち、比較形態の場合、センサ電極１００が蓄える電荷量の変動分、ギャップＧの測定精度が低くなってしまう。
これに対して、本実施形態の場合、ガード電極１１０は第１部分１１１に加えて第２部分１１６を有する（図２Ａ及び図２Ｂ参照）。そのため、本実施形態の場合、センサ電極１００における軸方向の一端側からの電気的ノイズは第２部分１１６によりシールドされる（低減される）。
したがって、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４は、比較形態のレーザー加工ヘッドに比べて、加工対象物ＰＯとのギャップＧの大きさに起因してレーザー加工ヘッド２４（又はセンサ電極１００）に溜まる電荷量をより正確にできる。そのため、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４は、比較形態に比べて、ギャップＧを高精度に測定することができる。これに伴い、本実施形態のレーザー加工装置１０は、比較形態のレーザー加工ヘッドを備えるレーザー加工装置に比べて、加工対象物ＰＯを高精度に加工することができる。
〔第２の効果〕
第２の効果は、第２部分１１６が軸方向から見てセンサ電極１００の端面１０４Ａの全範囲に重なっていることの効果である。
第２の効果は、第２部分１１６が軸方向から見てセンサ電極１００の端面１０４Ａの全範囲に重なっていることの効果である。
例えば、後述する図５Ａに示される第１変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｂ（レーザー加工装置１０Ｂ）の場合、第２部分１１６は軸方向から見てセンサ電極１００の端面１０４Ａの一部に重なっているが残りの一部に重なっていない。そのため、第１変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｂの場合、センサ電極１００における軸方向の一端側からの電気的ノイズの一部が第２部分１１６にシールドされずにセンサ電極１００に到達し得る。
ただし、第１変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｂ（レーザー加工装置１０Ｂ）は、前述の比較形態との関係において、第１の効果を奏する構成といえる。したがって、第１変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｂ（レーザー加工装置１０Ｂ）は、本発明の技術的範囲に属する形態である。
ただし、第１変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｂ（レーザー加工装置１０Ｂ）は、前述の比較形態との関係において、第１の効果を奏する構成といえる。したがって、第１変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｂ（レーザー加工装置１０Ｂ）は、本発明の技術的範囲に属する形態である。
これに対して、本実施形態の場合、第２部分１１６が軸方向から見てセンサ電極１００の端面１０４Ａの全範囲に重なっている（図２Ｂ参照）。そのため、本実施形態の場合、第１変形例の場合に比べて、センサ電極１００における軸方向の一端側からの電気的ノイズの一部がセンサ電極１００に到達し難い。
したがって、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４は、第１変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｂに比べて、加工対象物ＰＯとのギャップＧの大きさに起因してレーザー加工ヘッド２４（又はセンサ電極１００）に溜まる電荷量をより正確にできる。これに伴い、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４は、第１変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｂに比べて、ギャップＧを高精度に測定することができ、更に、本実施形態のレーザー加工装置１０は、第１変形例のレーザー加工装置１０Ｂに比べて、加工対象物ＰＯを高精度に加工することができる。
ここで、本実施形態の場合、第２部分１１６の貫通孔１６０の周縁は、軸方向から見て、端面１０４Ａの内周縁（基部１０４の貫通孔の周縁）に囲まれている。すなわち、第２部分１１６は、軸方向から見て、基部１０４よりも基部１０４の内側にはみ出している。
したがって、本実施形態の場合、第２部分１１６の貫通孔１６０と基部１０４の貫通孔とが同一周面を形成している構成（図示省略）に比べて、センサ電極１００における軸方向の一端側からの電気的ノイズをシールドし易い（第２の効果を奏し易い）といえる。
したがって、本実施形態の場合、第２部分１１６の貫通孔１６０と基部１０４の貫通孔とが同一周面を形成している構成（図示省略）に比べて、センサ電極１００における軸方向の一端側からの電気的ノイズをシールドし易い（第２の効果を奏し易い）といえる。
〔第３の効果〕
第３の効果は、ガード電極１１０が第１部分１１１及び第２部分１１６に加え、更に第３部分１１４を有することの効果である。
第３の効果は、ガード電極１１０が第１部分１１１及び第２部分１１６に加え、更に第３部分１１４を有することの効果である。
例えば、後述する図５Ｂに示される第２変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｃ（レーザー加工装置１０Ｃ）の場合、ガード電極１１０Ｃが第３部分１１４を有していない。そのため、第２変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｃの場合、センサ電極１００における軸方向の一端側であって軸Ｏに対して傾斜する方向からの電気的ノイズの一部がセンサ電極１００に到達し得る。
ただし、第２変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｃ（レーザー加工装置１０Ｃ）は、前述の比較形態との関係において、第１の効果を奏する構成といえる。したがって、第２変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｃ（レーザー加工装置１０Ｃ）は、本発明の技術的範囲に属する形態である。
ただし、第２変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｃ（レーザー加工装置１０Ｃ）は、前述の比較形態との関係において、第１の効果を奏する構成といえる。したがって、第２変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｃ（レーザー加工装置１０Ｃ）は、本発明の技術的範囲に属する形態である。
これに対して、本実施形態の場合、ガード電極１１０は第３部分１１４を有する（図２Ａ及び図２Ｂ参照）。そのため、本実施形態の場合、第２変形例の場合に比べて、センサ電極１００における軸方向の一端側であって軸Ｏに対して傾斜する方向からの電気的ノイズの一部がセンサ電極１００に到達し難い。
したがって、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４は、第２変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｃに比べて、加工対象物ＰＯとのギャップＧの大きさに起因してレーザー加工ヘッド２４（又はセンサ電極１００）に溜まる電荷量をより正確にできる。これに伴い、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４は、第２変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｃに比べて、ギャップＧを高精度に測定することができ、更に、本実施形態のレーザー加工装置１０は、第１変形例のレーザー加工装置１０Ｃに比べて、加工対象物ＰＯを高精度に加工することができる。
〔第４の効果〕
第４の効果は、センサ電極１００の中央部１０２及びガード電極１１０の第１部分１１１が軸方向の一端側から他端側に亘って径が小さくなる円錐状とされている（図２Ａ及び図２Ｂ参照）ことの効果である。
本実施形態の場合、上記構成により、レーザー加工ヘッド２４の先端側の外径が軸方向の一端側から他端側（先端側）に亘って徐々に細くなるように設計されている。そのため、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４を用いれば、加工対象物ＰＯに比較的狭い隙間の部分を加工する場合であっても、当該隙間にレーザー加工ヘッド２４の先端部分を配置して加工動作を行うことができる。
第４の効果は、センサ電極１００の中央部１０２及びガード電極１１０の第１部分１１１が軸方向の一端側から他端側に亘って径が小さくなる円錐状とされている（図２Ａ及び図２Ｂ参照）ことの効果である。
本実施形態の場合、上記構成により、レーザー加工ヘッド２４の先端側の外径が軸方向の一端側から他端側（先端側）に亘って徐々に細くなるように設計されている。そのため、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４を用いれば、加工対象物ＰＯに比較的狭い隙間の部分を加工する場合であっても、当該隙間にレーザー加工ヘッド２４の先端部分を配置して加工動作を行うことができる。
〔第５の効果〕
第５の効果は、加工動作時に加工対象物ＰＯと対向する先端部１０６が中央部１０２に嵌め込まれており（図２Ａ及び図２Ｂ参照）、先端部１０６が中央部１０２から取り外し可能とされていることの効果である。
例えば、何らかの原因により先端部１０６の端面１０６Ａに絶縁性の部材が付着すると、同じギャップＧであっても上記（式１）の値（端面１０６Ａと加工対象物ＰＯと間の静電容量Ｃ）が変動してしまう。また、例えば、何らかの原因により先端部１０６の形状が変形すると（端面１０６Ａの面積が変動すると）、同じギャップＧであっても上記（式１）の値が変動してしまう。
このような場合に、本実施形態では、レーザー加工ヘッド２４自体を交換することなく、先端部１０６のみを交換することができる。
第５の効果は、加工動作時に加工対象物ＰＯと対向する先端部１０６が中央部１０２に嵌め込まれており（図２Ａ及び図２Ｂ参照）、先端部１０６が中央部１０２から取り外し可能とされていることの効果である。
例えば、何らかの原因により先端部１０６の端面１０６Ａに絶縁性の部材が付着すると、同じギャップＧであっても上記（式１）の値（端面１０６Ａと加工対象物ＰＯと間の静電容量Ｃ）が変動してしまう。また、例えば、何らかの原因により先端部１０６の形状が変形すると（端面１０６Ａの面積が変動すると）、同じギャップＧであっても上記（式１）の値が変動してしまう。
このような場合に、本実施形態では、レーザー加工ヘッド２４自体を交換することなく、先端部１０６のみを交換することができる。
以上が、本実施形態の効果についての説明である。また、以上が、第１実施形態についての説明である。
≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態について、図４Ａ及び図４Ｂを参照しながら説明する。ここで、図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ本実施形態のレーザー加工装置１０Ａを構成するレーザー加工ヘッド２４Ａであって、図４Ａは斜視断面図、図４Ｂは正面図である。
以下、本実施形態については、主に図４Ａ及び図４Ｂを参照しながら説明する。本実施形態における第１実施形態との相違点についてのみ説明する。なお、本実施形態の構成において第１実施形態の構成要素と同等の構成要素を用いる場合、本実施形態の構成の説明に第１実施形態の構成要素と同じ名称及び符号を用いて説明する。
次に、第２実施形態について、図４Ａ及び図４Ｂを参照しながら説明する。ここで、図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ本実施形態のレーザー加工装置１０Ａを構成するレーザー加工ヘッド２４Ａであって、図４Ａは斜視断面図、図４Ｂは正面図である。
以下、本実施形態については、主に図４Ａ及び図４Ｂを参照しながら説明する。本実施形態における第１実施形態との相違点についてのみ説明する。なお、本実施形態の構成において第１実施形態の構成要素と同等の構成要素を用いる場合、本実施形態の構成の説明に第１実施形態の構成要素と同じ名称及び符号を用いて説明する。
＜第１実施形態との構成上の相違点＞
本実施形態のレーザー加工装置１０Ａは、第１実施形態のレーザー加工装置１０のレーザー加工ヘッド２４（図１、図２Ａ及び図２Ｂ並びに図３参照）がレーザー加工ヘッド２４Ａとなっている点で、レーザー加工装置１０と相違する。具体的には、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４Ａは、レーザー加工ヘッド２４におけるガード電極１１０を構成する第２部分１１６（図２Ａ及び図２Ｂ参照）が第２部分１１６Ａに変更されている。
より具体的には、本実施形態では、第２部分１１６Ａの貫通孔１６０の径が第１実施形態の第２部分１１６の貫通孔１６０の径よりも小さくなるように変更されている。また、第２部分１１６Ａは、軸方向における第２部分１１６Ａから第１部分１１１の一端側の部分に亘る範囲に延在して配置されている円筒１１６Ａ１（他の筒体の一例）を有する。具体的には、円筒１１６Ａ１は、一例として、軸方向の一端から他端に亘って寸胴部１１３に囲まれている。円筒１１６Ａ１は、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、その内周径が第２部分１１６Ａの貫通孔１６０の径と同じ径とされている。別の見方をして円筒１１６Ａ１を第２部分１１６Ａにおける円筒１１６Ａ１以外の部分とは別の部分として捉えると、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４Ａは、第１実施形態のレーザー加工ヘッド２４の第２部分１１６（図２Ａ及び図２Ｂ参照）が第２部分１１６Ａ及び円筒１１６Ａ１との組合せに変更されているといえる。
そして、円筒１１６Ａ１には、レーザー加工ヘッド２４Ａの軸方向の一端から入射して他端から加工対象物ＰＯに向けて照射されるレーザー光が通過するようになっている。
なお、本実施形態の円筒１１６Ａ１は、前述のとおり、第２部分１１６Ａの一部であるから、導電性を有する。また、円筒１１６Ａ１は、センサ電極１００とは電気的に導通していない。
以上が、本実施形態における第１実施形態との構成上の相違点である。
本実施形態のレーザー加工装置１０Ａは、第１実施形態のレーザー加工装置１０のレーザー加工ヘッド２４（図１、図２Ａ及び図２Ｂ並びに図３参照）がレーザー加工ヘッド２４Ａとなっている点で、レーザー加工装置１０と相違する。具体的には、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４Ａは、レーザー加工ヘッド２４におけるガード電極１１０を構成する第２部分１１６（図２Ａ及び図２Ｂ参照）が第２部分１１６Ａに変更されている。
より具体的には、本実施形態では、第２部分１１６Ａの貫通孔１６０の径が第１実施形態の第２部分１１６の貫通孔１６０の径よりも小さくなるように変更されている。また、第２部分１１６Ａは、軸方向における第２部分１１６Ａから第１部分１１１の一端側の部分に亘る範囲に延在して配置されている円筒１１６Ａ１（他の筒体の一例）を有する。具体的には、円筒１１６Ａ１は、一例として、軸方向の一端から他端に亘って寸胴部１１３に囲まれている。円筒１１６Ａ１は、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、その内周径が第２部分１１６Ａの貫通孔１６０の径と同じ径とされている。別の見方をして円筒１１６Ａ１を第２部分１１６Ａにおける円筒１１６Ａ１以外の部分とは別の部分として捉えると、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４Ａは、第１実施形態のレーザー加工ヘッド２４の第２部分１１６（図２Ａ及び図２Ｂ参照）が第２部分１１６Ａ及び円筒１１６Ａ１との組合せに変更されているといえる。
そして、円筒１１６Ａ１には、レーザー加工ヘッド２４Ａの軸方向の一端から入射して他端から加工対象物ＰＯに向けて照射されるレーザー光が通過するようになっている。
なお、本実施形態の円筒１１６Ａ１は、前述のとおり、第２部分１１６Ａの一部であるから、導電性を有する。また、円筒１１６Ａ１は、センサ電極１００とは電気的に導通していない。
以上が、本実施形態における第１実施形態との構成上の相違点である。
＜第２実施形態との加工動作上の相違点＞
本実施形態の加工動作は、制御部５２がレーザー加工部２０の集光部２２Ｃを制御して集光部２２Ｃにレーザー光を照射させると（図１参照）、レーザー加工ヘッド２４Ａを通過するレーザー光が円筒１１６Ａ１の内側を通過する点以外は、本実施形態の場合と同様である。
以上が、本実施形態における第１実施形態との加工動作上の相違点である。
本実施形態の加工動作は、制御部５２がレーザー加工部２０の集光部２２Ｃを制御して集光部２２Ｃにレーザー光を照射させると（図１参照）、レーザー加工ヘッド２４Ａを通過するレーザー光が円筒１１６Ａ１の内側を通過する点以外は、本実施形態の場合と同様である。
以上が、本実施形態における第１実施形態との加工動作上の相違点である。
＜効果＞
次に、本実施形態の効果について説明する。
前述のとおり、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４Ａは、軸方向における第２部分１１６Ａから第１部分１１１の一端側の部分に亘る範囲に延在して配置されている円筒１１６Ａ１を有する。そのため、本実施形態の場合、第１実施形態（図２Ａ及び図２Ｂ参照）の場合に比べて、センサ電極１００における軸方向の一端側であって軸Ｏに対して傾斜する方向からの電気的ノイズの一部がセンサ電極１００に到達し難い。
したがって、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４Ａは、第１実施形態のレーザー加工ヘッド２４に比べて、加工対象物ＰＯとのギャップＧの大きさに起因してレーザー加工ヘッド２４Ａ（又はセンサ電極１００）に溜まる電荷量をより正確にできる。これに伴い、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４Ａは、第１実施形態のレーザー加工ヘッド２４に比べて、ギャップＧを高精度に測定することができ、更に、本実施形態のレーザー加工装置１０Ａは、第１実施形態のレーザー加工装置１０に比べて、加工対象物ＰＯを高精度に加工することができる。
本実施形態の他の効果は、第１実施形態の効果（前述の第１〜第４の効果）と同様である。
以上が、本実施形態の効果についての説明である。
次に、本実施形態の効果について説明する。
前述のとおり、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４Ａは、軸方向における第２部分１１６Ａから第１部分１１１の一端側の部分に亘る範囲に延在して配置されている円筒１１６Ａ１を有する。そのため、本実施形態の場合、第１実施形態（図２Ａ及び図２Ｂ参照）の場合に比べて、センサ電極１００における軸方向の一端側であって軸Ｏに対して傾斜する方向からの電気的ノイズの一部がセンサ電極１００に到達し難い。
したがって、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４Ａは、第１実施形態のレーザー加工ヘッド２４に比べて、加工対象物ＰＯとのギャップＧの大きさに起因してレーザー加工ヘッド２４Ａ（又はセンサ電極１００）に溜まる電荷量をより正確にできる。これに伴い、本実施形態のレーザー加工ヘッド２４Ａは、第１実施形態のレーザー加工ヘッド２４に比べて、ギャップＧを高精度に測定することができ、更に、本実施形態のレーザー加工装置１０Ａは、第１実施形態のレーザー加工装置１０に比べて、加工対象物ＰＯを高精度に加工することができる。
本実施形態の他の効果は、第１実施形態の効果（前述の第１〜第４の効果）と同様である。
以上が、本実施形態の効果についての説明である。
また、以上が第２実施形態についての説明である。
以上のとおり、本発明について前述の第１及び第２実施形態を一例として説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲には、例えば、下記のような形態（変形例）も含まれる。
例えば、第１実施形態の説明では、レーザー加工装置１０（図１参照）が、レーザー加工部２０と、台３０と、移動機構４０と、制御システム５０と、入力装置６０とを備えているとした。しかしながら、本発明のレーザー加工装置は、少なくとも、レーザー加工部２０と、移動機構４０と、制御システム５０とを備えていればよい。以上の点は、第２実施形態及び後述する変形例の場合についても同様である。
また、第１実施形態の説明では、移動機構４０（図１参照）が、制御システム５０により制御されて、固定されている加工対象物ＰＯ（又は台３０）に対してレーザー加工部２０を６軸方向に移動させる機能を有するとした。しかしながら、移動機構４０は、加工対象物ＰＯに対してレーザー加工ヘッド２４を相対移動させることができればよい。例えば、移動機構４０は、固定されているレーザー加工部２０に対して台３０を６軸方向に移動可能にしてもよい。以上の点は、第２実施形態及び後述する変形例の場合についても同様である。
また、第１実施形態の説明では、移動機構４０（図１参照）は、駆動源４２と、アーム部４４と、微調整部４６とを有し、駆動源４２により駆動されるアーム部４４が集光部２２Ｃを３次元に移動させ、微調整部４６が集光部２２Ｃの軸方向での位置を微調整するとした。そして、微調整部４６はアーム部４４及び集光部２２Ｃに取り付けられているとした。しかしながら、例えば、移動機構４０が、制御システム５０により制御されて、固定されている加工対象物ＰＯ（又は台３０）に対してレーザー加工部２０を６軸方向に移動させ、微調整部４６が、台３０を定められた直線方向に移動させるようにしてもよい。また、例えば、移動機構４０が、レーザー加工部２０に対して台３０を６軸方向に移動させ、微調整部４６が、レーザー加工部２０をその軸方向に移動させるようにしてもよい。
また、第１実施形態の説明では、センサ電極１００（図２Ａ及び図２Ｂ参照）が、中央部１０２と、基部１０４と、先端部１０６とを有するとした。また、中央部１０２と基部１０４とは一体的に形成されており、中央部１０２と先端部１０６とは別部材とされているとした。しかしながら、これらの関係は、前述の説明のとおりでなくてもよい。例えば、中央部１０２と基部１０４とは別部材であってもよいし、中央部１０２と先端部１０６とは一体的に形成されていてもよい。また、中央部１０２、基部１０４及び先端部１０６は一体的に形成されていてもよい。以上の点は、第２実施形態及び変形例の場合についても同様である。
また、第１実施形態の説明では、ガード電極１１０の第２部分１１６は、軸方向から見て、センサ電極１００の軸方向の一端側の端面１０４Ａの全範囲に重なっているとして説明した（図２Ｂ参照）。しかしながら、第１実施形態の第２の効果での説明のとおり、図５Ａに示される第１変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｂ（レーザー加工装置１０Ｂ）のように、第２部分１１６の一部が軸方向から見てセンサ電極１００の端面１０４Ａの一部に重なっていればよい。以上の点は、第２実施形態及び変形例の場合についても同様である。
また、第１実施形態の説明では、ガード電極１１０が第３部分１１４を有するとした（図２Ａ及び図２Ｂ参照）。しかしながら、第１実施形態の第３の効果での説明のとおり、図５Ｂに示される第２変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｃ（レーザー加工装置１０Ｃ）のように、ガード電極１１０Ｃが第３部分１１４を有していなくてもよい。以上の点は、第２実施形態及び変形例の場合についても同様である。
また、第２実施形態の説明では、円筒１１６Ａ１は軸方向の一端から他端に亘って寸胴部１１３に囲まれているとした（図４Ａ及び図４Ｂ参照）。しかしながら、円筒１１６Ａ１は軸方向における第２部分１１６Ａから第１部分１１１に亘る範囲に延在して配置されていてもよい。例えば、図５Ｃに示される第３変形例のレーザー加工ヘッド２４Ｄ（レーザー加工装置１０Ｄ）のように、円筒１１６Ａ１の軸方向の他端が寸胴部１１３の軸方向の他端よりも軸方向の他端側に位置するように、円筒１１６Ａ１が第２部分１１６Ａから延在していてもよい。以上の点は、変形例の場合についても同様である。
また、第１実施形態の説明では、センサ電極１００とガード電極１１０とを絶縁させつつセンサ電極１００に対してガード電極１１０を位置決めするために、レーザー加工ヘッド２４は、第１絶縁部１２０、第２絶縁部１３０及び第３絶縁部１４０を有するとした（図２Ａ及び図２Ｂ参照）。しかしながら、センサ電極１００とガード電極１１０とを絶縁させつつセンサ電極１００に対してガード電極１１０を位置決めすることができれば、第１絶縁部１２０、第２絶縁部１３０及び第３絶縁部１４０の形状、位置等は、第１実施形態の場合と異なる形状、位置等であってもよい。また、センサ電極１００とガード電極１１０とを絶縁させつつセンサ電極１００に対してガード電極１１０を位置決めすることができれば、例えば、第３絶縁部１４０がなくてもよい。以上の点は、第２実施形態及び変形例の場合についても同様である。
１０ レーザー加工装置
１０Ａ レーザー加工装置
１０Ｂ レーザー加工装置
１０Ｃ レーザー加工装置
１０Ｄ レーザー加工装置
２０ レーザー加工部
２２ 集光部
２２Ａ レーザー発振器
２２Ｂ 光ケーブル
２２Ｃ 集光部
２２Ｃ１ ケース
２２Ｃ２ コリメータレンズ
２２Ｃ３ 集光レンズ
２４ レーザー加工ヘッド
２４Ａ レーザー加工ヘッド
２４Ｂ レーザー加工ヘッド
２４Ｃ レーザー加工ヘッド
２４Ｄ レーザー加工ヘッド
３０ 台
４０ 移動機構
４２ 駆動源
４４ アーム部
４４Ａ 第１リンク
４４Ｂ 第２リンク
４４Ｃ 第３リンク
４４Ｄ 第１ジョイント
４４Ｅ 第２ジョイント
４４Ｆ 第３ジョイント
４６ 微調整部
５０ 制御システム
５２ 制御部
５４ 記憶部
５６ 静電容量センサ本体（センサ本体）
５６Ａ 高圧電源
５６Ｂ 電圧モニタ
５６Ｃ バッファアンプ
６０ 入力装置
７０ 静電容量センサ
１００ センサ電極
１０２ 中央部
１０４ 基部
１０４Ａ 端面
１０６ 先端部
１０６Ａ 端面
１１０ ガード電極
１１０Ｃ ガード電極
１１１ 第１部分
１１２ 円錐部
１１３ 寸胴部
１１４ 第３部分
１１６ 第２部分
１１６Ａ 第２部分
１１６Ａ１ 円筒（他の筒体の一例）
１２０ 第１絶縁部
１３０ 第２絶縁部（位置決め部材の一例）
１４０ 第３絶縁部
１６０ 貫通孔
Ｇ ギャップ
Ｏ 軸
ＰＯ 加工対象物
ＰＰ 加工プログラム
Ｖ 電圧
１０Ａ レーザー加工装置
１０Ｂ レーザー加工装置
１０Ｃ レーザー加工装置
１０Ｄ レーザー加工装置
２０ レーザー加工部
２２ 集光部
２２Ａ レーザー発振器
２２Ｂ 光ケーブル
２２Ｃ 集光部
２２Ｃ１ ケース
２２Ｃ２ コリメータレンズ
２２Ｃ３ 集光レンズ
２４ レーザー加工ヘッド
２４Ａ レーザー加工ヘッド
２４Ｂ レーザー加工ヘッド
２４Ｃ レーザー加工ヘッド
２４Ｄ レーザー加工ヘッド
３０ 台
４０ 移動機構
４２ 駆動源
４４ アーム部
４４Ａ 第１リンク
４４Ｂ 第２リンク
４４Ｃ 第３リンク
４４Ｄ 第１ジョイント
４４Ｅ 第２ジョイント
４４Ｆ 第３ジョイント
４６ 微調整部
５０ 制御システム
５２ 制御部
５４ 記憶部
５６ 静電容量センサ本体（センサ本体）
５６Ａ 高圧電源
５６Ｂ 電圧モニタ
５６Ｃ バッファアンプ
６０ 入力装置
７０ 静電容量センサ
１００ センサ電極
１０２ 中央部
１０４ 基部
１０４Ａ 端面
１０６ 先端部
１０６Ａ 端面
１１０ ガード電極
１１０Ｃ ガード電極
１１１ 第１部分
１１２ 円錐部
１１３ 寸胴部
１１４ 第３部分
１１６ 第２部分
１１６Ａ 第２部分
１１６Ａ１ 円筒（他の筒体の一例）
１２０ 第１絶縁部
１３０ 第２絶縁部（位置決め部材の一例）
１４０ 第３絶縁部
１６０ 貫通孔
Ｇ ギャップ
Ｏ 軸
ＰＯ 加工対象物
ＰＰ 加工プログラム
Ｖ 電圧
Claims (11)
- 一端から入射したレーザー光を他端から加工対象物に向けて照射させる導電性の筒体であって、前記加工対象物とでコンデンサを構成し、自身と前記加工対象物とのギャップを測定するための静電容量センサの検出部として機能する筒体と、
前記筒体の外周を前記一端から前記他端側に亘って囲む第１部分、及び、前記筒体に対し前記筒体の前記一端側に配置され、前記筒体の軸方向から見て前記筒体の前記一端側の端面の少なくとも一部の範囲に重なりつつレーザー光が通過するための貫通孔が形成されている第２部分を有するシールド部材と、
を備えるレーザー加工ヘッド。 - 前記第２部分は、前記軸方向から見て、前記端面の全範囲に重なっている、
請求項１に記載のレーザー加工ヘッド。 - 前記貫通孔の周縁は、前記軸方向から見て、前記端面の内周縁に囲まれている、
請求項１又は２に記載のレーザー加工ヘッド。 - 前記第２部分の全外周縁は、前記第１部分と直接又は他の部材を介して間接的に前記第１部分の周方向全周に亘って繋がっている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザー加工ヘッド。 - 前記シールド部材は、前記第１部分における前記軸方向の前記一端から前記第２部分よりも前記一端側の位置まで延在する筒とされる第３部分を有する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザー加工ヘッド。 - 前記第３部分は、前記軸方向から見て、前記筒体を囲んでいる、
請求項５に記載のレーザー加工ヘッド。 - 前記第２部分と前記筒体の前記一端側の部分との間に配置され、前記第２部分を前記筒体に対して位置決めする絶縁性の位置決め部材、
を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザー加工ヘッド。 - 前記軸方向における前記第２部分から少なくとも前記第１部分の前記一端側の部分に亘る範囲に配置され、導電性を有し、前記一端から入射して前記他端から前記加工対象物に向けて照射されるレーザー光を通過させる他の筒体、
を備える請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザー加工ヘッド。 - 前記筒体及び前記第１部分は、前記一端側から前記他端側に亘って径が小さくなる円錐状とされている、
請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザー加工ヘッド。 - 請求項１〜９のいずれか１項に記載のレーザー加工ヘッドと、
前記加工対象物に対して前記レーザー加工ヘッドを相対的に移動させる移動部と、
前記筒体とで前記静電容量センサを構成する静電容量センサ本体と、
前記加工対象物の加工プログラムに従い前記移動部の動作を制御する制御部であって、前記静電容量センサにより測定した前記ギャップに基づいて前記移動部の動作を補正する制御部と、
を備えるレーザー加工装置。 - 前記移動部は、駆動源及び前記駆動源により姿勢が変更されるリンク機構を有し、前記加工対象物に対する前記レーザー加工ヘッドの角度を相対的に変更可能とされている、
請求項１０に記載のレーザー加工装置。
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|---|---|---|---|
| JP2019184448A JP2021058909A (ja) | 2019-10-07 | 2019-10-07 | レーザー加工ヘッド及びレーザー加工装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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