JP2743752B2 - レーザ加工装置 - Google Patents
レーザ加工装置Info
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- JP2743752B2 JP2743752B2 JP5022066A JP2206693A JP2743752B2 JP 2743752 B2 JP2743752 B2 JP 2743752B2 JP 5022066 A JP5022066 A JP 5022066A JP 2206693 A JP2206693 A JP 2206693A JP 2743752 B2 JP2743752 B2 JP 2743752B2
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Description
【産業上の利用分野】本発明はレーザ加工装置に関し、
より詳しくは被加工物と加工ヘッドとの間の距離を検出
する静電容量センサを備えたレーザ加工装置の改良に関
する。
より詳しくは被加工物と加工ヘッドとの間の距離を検出
する静電容量センサを備えたレーザ加工装置の改良に関
する。
【従来の技術】従来、レーザ加工装置として、レーザ光
線を被加工物に照射する加工ヘッドと、上記加工ヘッド
を昇降させる昇降機構と、上記昇降機構の作動を制御す
る制御装置と、被加工物と加工ヘッドとの間の距離を検
出して、その検出信号を上記制御装置に入力する静電容
量センサとを備え、被加工物と加工ヘッドとの間の距離
を所定の間隔に維持して被加工物に所要のレーザ加工を
施すようにしたものは知られている。
線を被加工物に照射する加工ヘッドと、上記加工ヘッド
を昇降させる昇降機構と、上記昇降機構の作動を制御す
る制御装置と、被加工物と加工ヘッドとの間の距離を検
出して、その検出信号を上記制御装置に入力する静電容
量センサとを備え、被加工物と加工ヘッドとの間の距離
を所定の間隔に維持して被加工物に所要のレーザ加工を
施すようにしたものは知られている。
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上述した従
来のレーザ加工装置において、例えばアルミニウムやス
テンレスを無酸素状態で加工する場合に被加工物の加工
部分にプラズマが発生し、そのプラズマによって上記静
電容量センサによる検出信号が不正確になる。より詳細
には、レーザ光線がパルスレーザである場合には、上記
静電容量センサによる検出信号もレーザ光線のパルスの
周期に対応した波形の周期的な信号となる。このよう
に、従来の装置では、被加工物の加工部分に発生するプ
ラズマによって静電容量センサが悪影響を受け、静電容
量センサの検出信号を基に制御装置によって昇降機構の
作動を制御すると、被加工物と加工ヘッドとの間の距離
を所定の間隔に維持することができず、したがって、被
加工物に加工不良が生じるという欠点があった。
来のレーザ加工装置において、例えばアルミニウムやス
テンレスを無酸素状態で加工する場合に被加工物の加工
部分にプラズマが発生し、そのプラズマによって上記静
電容量センサによる検出信号が不正確になる。より詳細
には、レーザ光線がパルスレーザである場合には、上記
静電容量センサによる検出信号もレーザ光線のパルスの
周期に対応した波形の周期的な信号となる。このよう
に、従来の装置では、被加工物の加工部分に発生するプ
ラズマによって静電容量センサが悪影響を受け、静電容
量センサの検出信号を基に制御装置によって昇降機構の
作動を制御すると、被加工物と加工ヘッドとの間の距離
を所定の間隔に維持することができず、したがって、被
加工物に加工不良が生じるという欠点があった。
【課題を解決するための手段】上述した事情に鑑み、本
発明は、レーザ光線を被加工物に照射する加工ヘッド
と、上記加工ヘッドを昇降させる昇降機構と、上記昇降
機構の作動を制御する制御装置と、被加工物と加工ヘッ
ドとの間の距離を検出して、その検出信号を上記制御装
置に入力する静電容量センサとを備え、被加工物と加工
ヘッドとの間の距離を所定の間隔に維持して被加工物に
所要のレーザ加工を施すようにしたレーザ加工装置にお
いて、レーザ加工を施す際にプラズマが発生する被加工
物の材質、板厚ごとに、上記静電容量センサから制御装
置に入力される検出信号を演算する演算部を上記制御装
置に設けるとともに、上記演算部によって演算して求め
た検出信号をもとに該検出信号とは逆位相の信号を発生
させ、実際に被加工物に対してレーザ加工が開始されて
静電容量センサから制御装置に検出信号が入力された
ら、該検出信号に上記逆位相となる信号を加算する信号
加算回路を制御装置に設け、制御装置は、上記信号加算
回路によって加算した結果得られる合成の信号に基づい
て上記昇降機構の作動を制御する様に構成したものであ
る。また、第２の発明は、レーザ光線を被加工物に照射
する加工ヘッドと、上記加工ヘッドを昇降させる昇降機
構と、上記昇降機構の作動を制御する制御装置と、被加
工物と加工ヘッドとの間の距離を検出して、その検出信
号を上記制御装置に入力する静電容量センサとを備え、
被加工物と加工ヘッドとの間の距離を所定の間隔に維持
して被加工物に所要のレーザ加工を施すようにしたレー
ザ加工装置において、レーザ加工を施す際にプラズマが
発生する被加工物の材質、板厚ごとに、上記静電容量セ
ンサから制御装置に入力される検出信号を求めてそれら
を予め制御装置に記憶するとともに、レーザ加工を施す
際に被加工物の材質、板厚が制御装置に入力されたら、
上記予め記憶した検出信号の中から該入力された被加工
物の材質、板厚に対応する検出信号を選択し、該選択し
た検出信号をもとにそれとは逆位相の信号を発生させ、
実際に被加工物に対してレーザ加工が開始されて静電容
量センサから制御装置に検出信号が入力されたら、該検
出信号に上記逆位相となる信号を加算する信号加算回路
を制御装置に設け、制御装置は、上記信号加算回路によ
って加算した結果得られる合成の信号に基づいて上記昇
降機構の作動を制御する様に構成したものである。
発明は、レーザ光線を被加工物に照射する加工ヘッド
と、上記加工ヘッドを昇降させる昇降機構と、上記昇降
機構の作動を制御する制御装置と、被加工物と加工ヘッ
ドとの間の距離を検出して、その検出信号を上記制御装
置に入力する静電容量センサとを備え、被加工物と加工
ヘッドとの間の距離を所定の間隔に維持して被加工物に
所要のレーザ加工を施すようにしたレーザ加工装置にお
いて、レーザ加工を施す際にプラズマが発生する被加工
物の材質、板厚ごとに、上記静電容量センサから制御装
置に入力される検出信号を演算する演算部を上記制御装
置に設けるとともに、上記演算部によって演算して求め
た検出信号をもとに該検出信号とは逆位相の信号を発生
させ、実際に被加工物に対してレーザ加工が開始されて
静電容量センサから制御装置に検出信号が入力された
ら、該検出信号に上記逆位相となる信号を加算する信号
加算回路を制御装置に設け、制御装置は、上記信号加算
回路によって加算した結果得られる合成の信号に基づい
て上記昇降機構の作動を制御する様に構成したものであ
る。また、第２の発明は、レーザ光線を被加工物に照射
する加工ヘッドと、上記加工ヘッドを昇降させる昇降機
構と、上記昇降機構の作動を制御する制御装置と、被加
工物と加工ヘッドとの間の距離を検出して、その検出信
号を上記制御装置に入力する静電容量センサとを備え、
被加工物と加工ヘッドとの間の距離を所定の間隔に維持
して被加工物に所要のレーザ加工を施すようにしたレー
ザ加工装置において、レーザ加工を施す際にプラズマが
発生する被加工物の材質、板厚ごとに、上記静電容量セ
ンサから制御装置に入力される検出信号を求めてそれら
を予め制御装置に記憶するとともに、レーザ加工を施す
際に被加工物の材質、板厚が制御装置に入力されたら、
上記予め記憶した検出信号の中から該入力された被加工
物の材質、板厚に対応する検出信号を選択し、該選択し
た検出信号をもとにそれとは逆位相の信号を発生させ、
実際に被加工物に対してレーザ加工が開始されて静電容
量センサから制御装置に検出信号が入力されたら、該検
出信号に上記逆位相となる信号を加算する信号加算回路
を制御装置に設け、制御装置は、上記信号加算回路によ
って加算した結果得られる合成の信号に基づいて上記昇
降機構の作動を制御する様に構成したものである。
【作用】このような構成によれば、レーザ加工中にプラ
ズマが発生する被加工物をレーザ加工する際には、プラ
ズマによって静電容量センサの検出信号が不正確であっ
ても、制御装置は、上記信号加算回路によって加算した
結果得られる合成した信号に基づいて昇降機構の作動を
制御する。これにより、被加工物の加工部分に発生する
プラズマの影響を受けることなく、被加工物と加工ヘッ
ドとの距離を所定の間隔に維持してレーザ加工を施すこ
とができる。したがって、プラズマが発生する被加工物
であっても加工不良を生じることなく良好なレーザ加工
を施すことができる。
ズマが発生する被加工物をレーザ加工する際には、プラ
ズマによって静電容量センサの検出信号が不正確であっ
ても、制御装置は、上記信号加算回路によって加算した
結果得られる合成した信号に基づいて昇降機構の作動を
制御する。これにより、被加工物の加工部分に発生する
プラズマの影響を受けることなく、被加工物と加工ヘッ
ドとの距離を所定の間隔に維持してレーザ加工を施すこ
とができる。したがって、プラズマが発生する被加工物
であっても加工不良を生じることなく良好なレーザ加工
を施すことができる。
【実施例】以下図示実施例について本発明を説明する
と、図１において、１は被加工物２を載置してＸＹ方向
に移動可能な加工テーブルであり、この加工テーブル１
の上方位置には被加工物２にレーザ光線Ｌを照射する加
工ヘッド３を設けている。加工ヘッド３は図示しない支
持フレームに設けたモータ４とねじ軸５からなる昇降機
構６によって昇降されるようになっており、それによっ
て加工ヘッド３の下端部と被加工物２との間の距離を調
整できるようになっている。上記加工テーブルをＸＹ方
向に移動させる図示しない駆動源および上記昇降機構６
を構成するモータ４は、制御装置７によって作動を制御
されるとともに、レーザ光線Ｌを放射するレーザ発振器
８も制御装置７によって作動を制御されるようになって
いる。上記加工ヘッド３の下端部には、従来公知の静電
容量センサ９を設けてあり、この静電容量センサ９は加
工テーブル１上に載置した被加工物２と加工ヘッド３の
下端部との間の距離を検出し、検出した距離を信号に変
換して上記制御装置７に入力するようになっている。上
記制御装置７には、被加工物２の材質、板厚、レーザ加
工の種類等の加工条件に応じて最適なレーザ光線Ｌの出
力およびパルスの周期、加工テーブルのＸＹ方向におけ
る移動速度、さらに被加工物２と加工ヘッド３の下端部
との間の距離等のデータが予め記憶されている。そし
て、上述した構成において、被加工物２に切断等のレー
ザ加工を施す際に、被加工物２の材質、板厚、レーザ加
工の種類等の加工条件が決定されて、それらが制御装置
７に入力されると、制御装置７は予め記憶したデータの
中から入力されたレーザ加工条件に対応するデータを選
択する。次に、制御装置７は、上記加工テーブル１の駆
動源の作動を制御して該加工テーブル１をＸＹ方向に移
動させて、上記加工ヘッド３を被加工物２における加工
開始位置の上方に位置させる。この後、制御装置７は、
昇降機構６の作動を制御して被加工物２と加工ヘッド３
の下端部との距離が所定の距離となる高さ位置に加工ヘ
ッド３を停止させる。次に、制御装置７は、レーザ発振
器８を作動させると同時に、加工テーブル１の駆動源を
介して加工テーブル１をＸＹ方向に移動させるので、レ
ーザ光線Ｌが加工テーブル１上の被加工物２に照射され
つつ、被加工物２と加工ヘッド３とがＸＹ方向に相対移
動されるので、被加工物２に対して切断、溶接等の所要
のレーザ加工を施すことができる。また、このレーザ加
工中においては、被加工物２と加工ヘッド３の下端部と
の距離が静電容量センサ９によって検出されるととも
に、その検出値は信号に変換されて制御装置７に入力さ
れる。そして、制御装置７は、この静電容量センサ９か
ら入力される静電容量センサ９の検出信号によって被加
工物２と加工ヘッド３の下端部との距離を確認すること
ができ、該距離が所定の距離と異なるときには、該所定
の距離となるように上記昇降機構６の作動を制御して加
工ヘッド３の高さ位置を調整するようになっている。上
述した構成とそれに基づく作動は、従来公知のレーザ加
工装置と変わるところはない。ところで、上述した構成
を備えた従来の装置では、レーザ加工中にプラズマが発
生する被加工物２を加工する場合に、プラズマによって
上記静電容量センサ９が悪影響を受け、それによって被
加工物２に加工不良が生じていた。より詳細には、例え
ば被加工物２がアルミニウムやステンレスであって、そ
れを無酸化切断する場合には、被加工物２の切断加工中
にプラズマが発生し、そのプラズマによって上記静電容
量センサ９による検出値が不正確になる。そして、特に
本実施例のように、被加工物２に照射するレーザ光線Ｌ
がパルスレーザである時には、図２の下から２段目に示
すように、プラズマによる影響を受けた静電容量センサ
９の検出信号は、レーザ発振器８から放射されるレーザ
光線Ｌのパルスの周期に対応した波形の周期的な信号と
なる。そのため、従来の装置では、このようなプラズマ
による影響を受けた静電容量センサ９の検出信号がその
まま制御装置７に入力されることになる。そして、制御
装置７はその静電容量センサ９から入力される検出信号
に基づいて、上記昇降機構６の作動を制御して加工ヘッ
ド３の高さ位置を調整する。したがって、従来では、被
加工物２にプラズマが発生するレーザ加工を行う場合に
は、被加工物２に切断不良や溶接不良が生じるという欠
点が指摘されていたものである。本実施例では、このよ
うな従来の問題点に鑑み、プラズマが発生する被加工物
２のレーザ加工を行うに際して、プラズマによる影響を
受けることなく良好なレーザ加工を行うことができるよ
うに構成したものである。本実施例の詳細な説明を行う
前に、先ず本願発明の前提となる上記従来の問題点につ
いてより詳細に説明する。すなわち、本願の発明者がレ
ーザ加工中に発生するプラズマによる影響を分析したと
ころ、図３の（Ａ）ないし（Ｄ）に示すような結果を得
た。つまり、図３の（Ａ）に示すように、レーザ光線の
パルスの周期ＶＬと、プラズマの影響を受けた静電容量
センサ９の検出信号の振動周期ＦＣＧとは右上りの直線
で表現される比例関係にあることが判明した。換言する
と、レーザ光線Ｌのパルス周期ＶＬは、或るレーザ加工
を行う際には一定なので、上記静電容量センサ９の検出
信号の振動周期ＦＣＧも一定となることを意味してい
る。また、プラズマの影響を受けた静電容量センサ９の
検出信号の振動の振幅ＶＣＧと、加工ヘッド３の下端部
と被加工物２間の距離Ｄとの間には図３の（Ｂ）に示す
ように、右下がりの曲線で示される関係にあり、加工ヘ
ッド３の下端部と被加工物２間の距離Ｄが小さくなるほ
ど静電容量センサ９の検出信号の振動の振幅ＶＣＧが大
きくなることを示している。さらに、プラズマの影響を
受けた静電容量センサ９の検出信号の振動の振幅ＶＣＧ
と、レーザ光線Ｌのパルスのピーク値Ｐとの間には、図
３の（Ｃ）に示すように右上りの曲線で表示される関係
があり、また、プラズマの影響を受けた静電容量センサ
９の検出信号の振動の振幅ＶＣＧと、レーザ光線Ｌのパ
ルス幅Ｗとの間には、図３の（Ｄ）に示すような右上り
の曲線で表示される関係があることが判明した。そし
て、図３の（Ａ）ないし（Ｄ）に示した関係は、次のよ
うな関数として表現することができる。図３の（Ａ）に
示す関係（レーザ光線Ｌのパルスの周期ＶＬと静電容量
センサ９の検出信号の振動の周期ＦＣＧとの関係）は、
ＦＣＧ＝ｆ（ＶＬ）となる。また、図３の（Ｂ）に示す
関係（静電容量センサ９の検出信号の振動の振幅ＶＣＧ
と、加工ヘッド３の下端部と被加工物２間の距離Ｄとの
関係）は、ＶＣＧ１＝ｆ（Ｄ）となる。また、図３の
（Ｃ）に示す関係（静電容量センサ９の検出信号の振動
の振幅ＶＣＧと、レーザ光線Ｌのパルスのピーク値Ｐと
の関係）は、ＶＣＧ２＝ｆ（Ｐ）となる。さらに、図３
（Ｄ）に示す関係（静電容量センサ９の検出信号の振動
の振幅ＶＣＧと、レーザ光線Ｌのパルスの幅Ｗとの関
係）は、ＶＣＧ３＝ｆ（Ｗ）となる。そして、既に上述
したように、レーザ光線Ｌのパルスの周期ＶＬと静電容
量センサ９の検出信号の振動の周期ＦＣＧとの関係（図
３の（Ａ）の関係）は、ＦＣＧ＝ｆ（ＶＬ）となり、し
かもレーザ加工する際のレーザ光線Ｌのパルスの周期Ｖ
Ｌは一定なので、静電容量センサ９の検出信号の振動の
周期ＦＣＧも一定となり、したがって、ＦＣＧ＝ｆ（Ｖ
Ｌ）による演算結果は一定となる。ここで、このＦＣＧ
＝ｆ（ＶＬ）を第１式とする。他方、静電容量センサ９
の検出信号の振動の振幅ＶＣＧについては、さらに次の
ように表現することができる。すなわち、ＶＣＧ＝ＶＣ
Ｇ１＊ＶＣＧ２＊ＶＣＧ３＝ｆ（Ｄ）＊ｆ（Ｐ）＊ｆ
（Ｗ） ここで、これを第２式とする。そして、図３の
（Ｂ）ないし（Ｄ）に横軸として取った値（距離Ｄ，パ
ルスのピーク値Ｐ、パルス幅Ｗ）は、被加工物２の材
質、板厚によって異なるものであり、したがって、上記
ＶＣＧ＝ＶＣＧ１＊ＶＣＧ２＊ＶＣＧ３＝ｆ（Ｄ）＊ｆ
（Ｐ）＊ｆ（Ｗ）によって得られる値、つまり静電容量
センサ９の検出信号の振幅ＶＣＧは、被加工物２の各材
質、板厚によって異なる。上述した図３の（Ａ）ないし
（Ｄ）に表現された分析結果から得られる結論を端的に
表現すると、或るレーザ加工を行う際のレーザ光線Ｌの
パルスの周期ＶＬは一定なので、プラズマの影響を受け
た静電容量センサ９による検出信号の波の周期ＦＣＧは
一定となり、被加工物２の板厚、材質が特定できれば、
静電容量センサ９による検出信号の波の振幅ＶＣＧを特
定することができ、したがって、静電容量センサ９によ
る検出信号を特定することができる。そして、本実施例
では、このような知見に基づいて、上記制御装置７を改
良することにより、レーザ加工中にプラズマが発生する
被加工物２であっても良好なレーザ加工を行うようにし
たものである。すなわち、本実施例の制御装置７は、演
算部７Ａと、信号発生器７Ｂと、信号加算回路７Ｃとを
備えている。演算部７Ａは、被加工物２の材質、板厚が
制御装置７に入力されると、それに対応するプラズマ発
生時の静電容量センサ９による検出信号を演算するよう
になっている。つまり、演算部７Ａは、上記第１式 Ｆ
ＣＧ＝ｆ（ＶＬ）および第２式 ＶＣＧ＝ｆ（Ｄ）＊ｆ
（Ｐ）＊ｆ（Ｗ）とを基に所定の計算モジュール７ａに
よって、静電容量センサ９による検出信号を演算する。
上述のように、レーザ加工中はレーザ光線Ｌのパルス周
期ＶＬは一定なので、上記第１式 ＦＣＧ＝ｆ（ＶＬ）
による演算結果（静電容量センサ９による検出信号の周
期ＦＣＧ）は一定である。他方、静電容量センサ９によ
る検出信号の振幅ＶＣＧは被加工物２の材質、板厚によ
って異なるので、加工すべき各被加工物２の材質、板厚
に応じて上記第２式によって、振幅ＶＣＧを演算し、こ
の検出信号の振幅ＶＣＧと周期ＦＣＧとをもとに所定の
計算モジュール７ａによって、静電容量センサ９による
検出信号を演算する。このようにして、演算部７Ａは加
工すべき被加工物２に生じるプラズマの影響を受けた静
電容量センサ９による検出信号を演算するとともに、そ
の検出信号を信号発生器７Ｂに伝達する。信号発生器７
Ｂは、上記演算部７Ａから検出信号が伝達されると、図
２の上から２段目に示すように、該検出信号とは逆位相
の信号Ｓ１を発生させるとともに、その発生させた信号
Ｓ１を信号加算回路７Ｃに入力する。信号加算回路７Ｃ
は信号発生器７Ｂから入力された信号Ｓ１を記憶すると
ともに、実際にレーザ加工が開始されてから上記静電容
量センサ９が実際に検出した検出信号が制御装置７に入
力されると、該静電容量センサ９から制御装置７に入力
された検出信号に上記信号発生器７Ｂからの信号Ｓ１を
加算し、それによって得られる合成の信号Ｓ２を求める
ようになっている。換言すると、信号加算回路７Ｃは、
静電容量センサ９から制御装置７に入力される検出信号
に対して、それとは逆位相の信号Ｓ１を加算して、合成
の信号Ｓ２を求める。その結果、図２の最下方に示す様
に、波形の振動がない合成の信号Ｓ２を得ることができ
る。そして、制御装置７は、信号加算回路７Ｃによって
得た合成の信号Ｓ２に基づいて、上記昇降機構６の作動
を制御して加工ヘッド３の高さ位置を調整する。そのた
め、プラズマが発生する被加工物２であっても、レーザ
加工中に被加工物２と加工ヘッド３との間の距離を一定
に維持することができ、したがって、加工不良を起こす
ことなく、良好なレーザ加工を行うことができる。な
お、上記実施例においては、加工すべき被加工物２の材
質、板厚が制御装置７に入力されてから上記演算部７Ａ
によって、静電容量センサ９によって検出される信号を
演算するようにしているが、次のような構成でもよい。
つまり、演算部７Ａによって、予め加工すべき被加工物
２の材質、板厚ごとに静電容量センサ９によって検出さ
れる信号を演算し、それらを予め演算部７Ａに記憶して
おき、実際に加工すべき被加工物２の材質、板厚が制御
装置７に入力されたら、既に記憶している上記信号の中
から制御装置７に入力された材質、板厚に対応する静電
容量センサ９の信号を選択し、その選択した信号を上述
した信号発生器７Ｂに伝達し、以後、上記第１実施例と
同様に信号発生器７Ｂおよび信号加算回路７Ｃによる処
理を行えばよい。このような構成であっても上述した実
施例と同様の作用、効果を得ることができる。
と、図１において、１は被加工物２を載置してＸＹ方向
に移動可能な加工テーブルであり、この加工テーブル１
の上方位置には被加工物２にレーザ光線Ｌを照射する加
工ヘッド３を設けている。加工ヘッド３は図示しない支
持フレームに設けたモータ４とねじ軸５からなる昇降機
構６によって昇降されるようになっており、それによっ
て加工ヘッド３の下端部と被加工物２との間の距離を調
整できるようになっている。上記加工テーブルをＸＹ方
向に移動させる図示しない駆動源および上記昇降機構６
を構成するモータ４は、制御装置７によって作動を制御
されるとともに、レーザ光線Ｌを放射するレーザ発振器
８も制御装置７によって作動を制御されるようになって
いる。上記加工ヘッド３の下端部には、従来公知の静電
容量センサ９を設けてあり、この静電容量センサ９は加
工テーブル１上に載置した被加工物２と加工ヘッド３の
下端部との間の距離を検出し、検出した距離を信号に変
換して上記制御装置７に入力するようになっている。上
記制御装置７には、被加工物２の材質、板厚、レーザ加
工の種類等の加工条件に応じて最適なレーザ光線Ｌの出
力およびパルスの周期、加工テーブルのＸＹ方向におけ
る移動速度、さらに被加工物２と加工ヘッド３の下端部
との間の距離等のデータが予め記憶されている。そし
て、上述した構成において、被加工物２に切断等のレー
ザ加工を施す際に、被加工物２の材質、板厚、レーザ加
工の種類等の加工条件が決定されて、それらが制御装置
７に入力されると、制御装置７は予め記憶したデータの
中から入力されたレーザ加工条件に対応するデータを選
択する。次に、制御装置７は、上記加工テーブル１の駆
動源の作動を制御して該加工テーブル１をＸＹ方向に移
動させて、上記加工ヘッド３を被加工物２における加工
開始位置の上方に位置させる。この後、制御装置７は、
昇降機構６の作動を制御して被加工物２と加工ヘッド３
の下端部との距離が所定の距離となる高さ位置に加工ヘ
ッド３を停止させる。次に、制御装置７は、レーザ発振
器８を作動させると同時に、加工テーブル１の駆動源を
介して加工テーブル１をＸＹ方向に移動させるので、レ
ーザ光線Ｌが加工テーブル１上の被加工物２に照射され
つつ、被加工物２と加工ヘッド３とがＸＹ方向に相対移
動されるので、被加工物２に対して切断、溶接等の所要
のレーザ加工を施すことができる。また、このレーザ加
工中においては、被加工物２と加工ヘッド３の下端部と
の距離が静電容量センサ９によって検出されるととも
に、その検出値は信号に変換されて制御装置７に入力さ
れる。そして、制御装置７は、この静電容量センサ９か
ら入力される静電容量センサ９の検出信号によって被加
工物２と加工ヘッド３の下端部との距離を確認すること
ができ、該距離が所定の距離と異なるときには、該所定
の距離となるように上記昇降機構６の作動を制御して加
工ヘッド３の高さ位置を調整するようになっている。上
述した構成とそれに基づく作動は、従来公知のレーザ加
工装置と変わるところはない。ところで、上述した構成
を備えた従来の装置では、レーザ加工中にプラズマが発
生する被加工物２を加工する場合に、プラズマによって
上記静電容量センサ９が悪影響を受け、それによって被
加工物２に加工不良が生じていた。より詳細には、例え
ば被加工物２がアルミニウムやステンレスであって、そ
れを無酸化切断する場合には、被加工物２の切断加工中
にプラズマが発生し、そのプラズマによって上記静電容
量センサ９による検出値が不正確になる。そして、特に
本実施例のように、被加工物２に照射するレーザ光線Ｌ
がパルスレーザである時には、図２の下から２段目に示
すように、プラズマによる影響を受けた静電容量センサ
９の検出信号は、レーザ発振器８から放射されるレーザ
光線Ｌのパルスの周期に対応した波形の周期的な信号と
なる。そのため、従来の装置では、このようなプラズマ
による影響を受けた静電容量センサ９の検出信号がその
まま制御装置７に入力されることになる。そして、制御
装置７はその静電容量センサ９から入力される検出信号
に基づいて、上記昇降機構６の作動を制御して加工ヘッ
ド３の高さ位置を調整する。したがって、従来では、被
加工物２にプラズマが発生するレーザ加工を行う場合に
は、被加工物２に切断不良や溶接不良が生じるという欠
点が指摘されていたものである。本実施例では、このよ
うな従来の問題点に鑑み、プラズマが発生する被加工物
２のレーザ加工を行うに際して、プラズマによる影響を
受けることなく良好なレーザ加工を行うことができるよ
うに構成したものである。本実施例の詳細な説明を行う
前に、先ず本願発明の前提となる上記従来の問題点につ
いてより詳細に説明する。すなわち、本願の発明者がレ
ーザ加工中に発生するプラズマによる影響を分析したと
ころ、図３の（Ａ）ないし（Ｄ）に示すような結果を得
た。つまり、図３の（Ａ）に示すように、レーザ光線の
パルスの周期ＶＬと、プラズマの影響を受けた静電容量
センサ９の検出信号の振動周期ＦＣＧとは右上りの直線
で表現される比例関係にあることが判明した。換言する
と、レーザ光線Ｌのパルス周期ＶＬは、或るレーザ加工
を行う際には一定なので、上記静電容量センサ９の検出
信号の振動周期ＦＣＧも一定となることを意味してい
る。また、プラズマの影響を受けた静電容量センサ９の
検出信号の振動の振幅ＶＣＧと、加工ヘッド３の下端部
と被加工物２間の距離Ｄとの間には図３の（Ｂ）に示す
ように、右下がりの曲線で示される関係にあり、加工ヘ
ッド３の下端部と被加工物２間の距離Ｄが小さくなるほ
ど静電容量センサ９の検出信号の振動の振幅ＶＣＧが大
きくなることを示している。さらに、プラズマの影響を
受けた静電容量センサ９の検出信号の振動の振幅ＶＣＧ
と、レーザ光線Ｌのパルスのピーク値Ｐとの間には、図
３の（Ｃ）に示すように右上りの曲線で表示される関係
があり、また、プラズマの影響を受けた静電容量センサ
９の検出信号の振動の振幅ＶＣＧと、レーザ光線Ｌのパ
ルス幅Ｗとの間には、図３の（Ｄ）に示すような右上り
の曲線で表示される関係があることが判明した。そし
て、図３の（Ａ）ないし（Ｄ）に示した関係は、次のよ
うな関数として表現することができる。図３の（Ａ）に
示す関係（レーザ光線Ｌのパルスの周期ＶＬと静電容量
センサ９の検出信号の振動の周期ＦＣＧとの関係）は、
ＦＣＧ＝ｆ（ＶＬ）となる。また、図３の（Ｂ）に示す
関係（静電容量センサ９の検出信号の振動の振幅ＶＣＧ
と、加工ヘッド３の下端部と被加工物２間の距離Ｄとの
関係）は、ＶＣＧ１＝ｆ（Ｄ）となる。また、図３の
（Ｃ）に示す関係（静電容量センサ９の検出信号の振動
の振幅ＶＣＧと、レーザ光線Ｌのパルスのピーク値Ｐと
の関係）は、ＶＣＧ２＝ｆ（Ｐ）となる。さらに、図３
（Ｄ）に示す関係（静電容量センサ９の検出信号の振動
の振幅ＶＣＧと、レーザ光線Ｌのパルスの幅Ｗとの関
係）は、ＶＣＧ３＝ｆ（Ｗ）となる。そして、既に上述
したように、レーザ光線Ｌのパルスの周期ＶＬと静電容
量センサ９の検出信号の振動の周期ＦＣＧとの関係（図
３の（Ａ）の関係）は、ＦＣＧ＝ｆ（ＶＬ）となり、し
かもレーザ加工する際のレーザ光線Ｌのパルスの周期Ｖ
Ｌは一定なので、静電容量センサ９の検出信号の振動の
周期ＦＣＧも一定となり、したがって、ＦＣＧ＝ｆ（Ｖ
Ｌ）による演算結果は一定となる。ここで、このＦＣＧ
＝ｆ（ＶＬ）を第１式とする。他方、静電容量センサ９
の検出信号の振動の振幅ＶＣＧについては、さらに次の
ように表現することができる。すなわち、ＶＣＧ＝ＶＣ
Ｇ１＊ＶＣＧ２＊ＶＣＧ３＝ｆ（Ｄ）＊ｆ（Ｐ）＊ｆ
（Ｗ） ここで、これを第２式とする。そして、図３の
（Ｂ）ないし（Ｄ）に横軸として取った値（距離Ｄ，パ
ルスのピーク値Ｐ、パルス幅Ｗ）は、被加工物２の材
質、板厚によって異なるものであり、したがって、上記
ＶＣＧ＝ＶＣＧ１＊ＶＣＧ２＊ＶＣＧ３＝ｆ（Ｄ）＊ｆ
（Ｐ）＊ｆ（Ｗ）によって得られる値、つまり静電容量
センサ９の検出信号の振幅ＶＣＧは、被加工物２の各材
質、板厚によって異なる。上述した図３の（Ａ）ないし
（Ｄ）に表現された分析結果から得られる結論を端的に
表現すると、或るレーザ加工を行う際のレーザ光線Ｌの
パルスの周期ＶＬは一定なので、プラズマの影響を受け
た静電容量センサ９による検出信号の波の周期ＦＣＧは
一定となり、被加工物２の板厚、材質が特定できれば、
静電容量センサ９による検出信号の波の振幅ＶＣＧを特
定することができ、したがって、静電容量センサ９によ
る検出信号を特定することができる。そして、本実施例
では、このような知見に基づいて、上記制御装置７を改
良することにより、レーザ加工中にプラズマが発生する
被加工物２であっても良好なレーザ加工を行うようにし
たものである。すなわち、本実施例の制御装置７は、演
算部７Ａと、信号発生器７Ｂと、信号加算回路７Ｃとを
備えている。演算部７Ａは、被加工物２の材質、板厚が
制御装置７に入力されると、それに対応するプラズマ発
生時の静電容量センサ９による検出信号を演算するよう
になっている。つまり、演算部７Ａは、上記第１式 Ｆ
ＣＧ＝ｆ（ＶＬ）および第２式 ＶＣＧ＝ｆ（Ｄ）＊ｆ
（Ｐ）＊ｆ（Ｗ）とを基に所定の計算モジュール７ａに
よって、静電容量センサ９による検出信号を演算する。
上述のように、レーザ加工中はレーザ光線Ｌのパルス周
期ＶＬは一定なので、上記第１式 ＦＣＧ＝ｆ（ＶＬ）
による演算結果（静電容量センサ９による検出信号の周
期ＦＣＧ）は一定である。他方、静電容量センサ９によ
る検出信号の振幅ＶＣＧは被加工物２の材質、板厚によ
って異なるので、加工すべき各被加工物２の材質、板厚
に応じて上記第２式によって、振幅ＶＣＧを演算し、こ
の検出信号の振幅ＶＣＧと周期ＦＣＧとをもとに所定の
計算モジュール７ａによって、静電容量センサ９による
検出信号を演算する。このようにして、演算部７Ａは加
工すべき被加工物２に生じるプラズマの影響を受けた静
電容量センサ９による検出信号を演算するとともに、そ
の検出信号を信号発生器７Ｂに伝達する。信号発生器７
Ｂは、上記演算部７Ａから検出信号が伝達されると、図
２の上から２段目に示すように、該検出信号とは逆位相
の信号Ｓ１を発生させるとともに、その発生させた信号
Ｓ１を信号加算回路７Ｃに入力する。信号加算回路７Ｃ
は信号発生器７Ｂから入力された信号Ｓ１を記憶すると
ともに、実際にレーザ加工が開始されてから上記静電容
量センサ９が実際に検出した検出信号が制御装置７に入
力されると、該静電容量センサ９から制御装置７に入力
された検出信号に上記信号発生器７Ｂからの信号Ｓ１を
加算し、それによって得られる合成の信号Ｓ２を求める
ようになっている。換言すると、信号加算回路７Ｃは、
静電容量センサ９から制御装置７に入力される検出信号
に対して、それとは逆位相の信号Ｓ１を加算して、合成
の信号Ｓ２を求める。その結果、図２の最下方に示す様
に、波形の振動がない合成の信号Ｓ２を得ることができ
る。そして、制御装置７は、信号加算回路７Ｃによって
得た合成の信号Ｓ２に基づいて、上記昇降機構６の作動
を制御して加工ヘッド３の高さ位置を調整する。そのた
め、プラズマが発生する被加工物２であっても、レーザ
加工中に被加工物２と加工ヘッド３との間の距離を一定
に維持することができ、したがって、加工不良を起こす
ことなく、良好なレーザ加工を行うことができる。な
お、上記実施例においては、加工すべき被加工物２の材
質、板厚が制御装置７に入力されてから上記演算部７Ａ
によって、静電容量センサ９によって検出される信号を
演算するようにしているが、次のような構成でもよい。
つまり、演算部７Ａによって、予め加工すべき被加工物
２の材質、板厚ごとに静電容量センサ９によって検出さ
れる信号を演算し、それらを予め演算部７Ａに記憶して
おき、実際に加工すべき被加工物２の材質、板厚が制御
装置７に入力されたら、既に記憶している上記信号の中
から制御装置７に入力された材質、板厚に対応する静電
容量センサ９の信号を選択し、その選択した信号を上述
した信号発生器７Ｂに伝達し、以後、上記第１実施例と
同様に信号発生器７Ｂおよび信号加算回路７Ｃによる処
理を行えばよい。このような構成であっても上述した実
施例と同様の作用、効果を得ることができる。
【発明の効果】以上のように、本発明によればプラズマ
が発生する被加工物であっても加工不良を生じることな
く良好なレーザ加工を施すことができるという効果が得
られる。
が発生する被加工物であっても加工不良を生じることな
く良好なレーザ加工を施すことができるという効果が得
られる。
【図１】本発明の一実施例を示す概略の構成図
【図２】本発明の各構成要素等において生じる信号の関
係を示す図
係を示す図
【図３】静電容量センサの検出信号とレーザ光線のパル
ス周期等との関係を示す図
ス周期等との関係を示す図
２ 被加工物 ３ 加工ヘッド ６ 昇降
機構 ７ 制御装置 ７Ａ 演算部 ７Ｂ 信号
発生器 ７Ｃ 信号加算回路 ９ 静電容量センサ
機構 ７ 制御装置 ７Ａ 演算部 ７Ｂ 信号
発生器 ７Ｃ 信号加算回路 ９ 静電容量センサ
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ光線を被加工物に照射する加工ヘ
ッドと、上記加工ヘッドを昇降させる昇降機構と、上記
昇降機構の作動を制御する制御装置と、被加工物と加工
ヘッドとの間の距離を検出して、その検出信号を上記制
御装置に入力する静電容量センサとを備え、被加工物と
加工ヘッドとの間の距離を所定の間隔に維持して被加工
物に所要のレーザ加工を施すようにしたレーザ加工装置
において、 レーザ加工を施す際にプラズマが発生する被加工物の材
質、板厚ごとに、上記静電容量センサから制御装置に入
力される検出信号を演算する演算部を上記制御装置に設
けるとともに、 上記演算部によって演算して求めた検出信号をもとに該
検出信号とは逆位相の信号を発生させ、実際に被加工物
に対してレーザ加工が開始されて静電容量センサから制
御装置に検出信号が入力されたら、該検出信号に上記逆
位相となる信号を加算する信号加算回路を制御装置に設
け、 制御装置は、上記信号加算回路によって加算した結果得
られる合成の信号に基づいて上記昇降機構の作動を制御
することを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項２】 レーザ光線を被加工物に照射する加工ヘ
ッドと、上記加工ヘッドを昇降させる昇降機構と、上記
昇降機構の作動を制御する制御装置と、被加工物と加工
ヘッドとの間の距離を検出して、その検出信号を上記制
御装置に入力する静電容量センサとを備え、被加工物と
加工ヘッドとの間の距離を所定の間隔に維持して被加工
物に所要のレーザ加工を施すようにしたレーザ加工装置
において、 レーザ加工を施す際にプラズマが発生する被加工物の材
質、板厚ごとに、上記静電容量センサから制御装置に入
力される検出信号を求めてそれらを予め制御装置に記憶
するとともに、 レーザ加工を施す際に被加工物の材質、板厚が制御装置
に入力されたら、上記予め記憶した検出信号の中から該
入力された被加工物の材質、板厚に対応する検出信号を
選択し、該選択した検出信号をもとにそれとは逆位相の
信号を発生させ、実際に被加工物に対してレーザ加工が
開始されて静電容量センサから制御装置に検出信号が入
力されたら、該検出信号に上記逆位相となる信号を加算
する信号加算回路を制御装置に設け、 制御装置は、上記信号加算回路によって加算した結果得
られる合成の信号に基づいて上記昇降機構の作動を制御
することを特徴とするレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5022066A JP2743752B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5022066A JP2743752B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | レーザ加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06210476A JPH06210476A (ja) | 1994-08-02 |
| JP2743752B2 true JP2743752B2 (ja) | 1998-04-22 |
Family
ID=12072528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5022066A Expired - Lifetime JP2743752B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | レーザ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2743752B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP4828316B2 (ja) | 2006-06-13 | 2011-11-30 | 三菱電機株式会社 | レーザ加工機用のギャップ検出装置及びレーザ加工システム並びにレーザ加工機用のギャップ検出方法 |
| EP2776207B1 (en) * | 2011-11-10 | 2019-03-27 | IPG Photonics Corporation | Dynamic height adjusting system and method for a head assembly of a laser processing system |
| CN102528288B (zh) * | 2012-02-17 | 2014-05-21 | 上海柏楚电子科技有限公司 | 一种数字式闭环控制电容调高系统的方法 |
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| JP7054265B2 (ja) * | 2018-02-19 | 2022-04-13 | 株式会社小田原エンジニアリング | レーザ溶接方法及びレーザ溶接システム |
| CN114535844B (zh) * | 2022-03-31 | 2024-03-19 | 华工法利莱切焊系统工程有限公司 | 一种激光切割头工作距离监控系统及方法 |
-
1993
- 1993-01-14 JP JP5022066A patent/JP2743752B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06210476A (ja) | 1994-08-02 |
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