JP2780907B2 - レーザ溶接用ハイトセンサ信号の処理方法と処理装置 - Google Patents
レーザ溶接用ハイトセンサ信号の処理方法と処理装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工機のハイト
センサに関し、特にレーザ加工機の静電容量式ハイトセ
ンサの出力信号処理に関する。
センサに関し、特にレーザ加工機の静電容量式ハイトセ
ンサの出力信号処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ加工機において、レーザ光を加工
対象物に照射する直前にレーザ光の集光が行なわれる。
加工対象物を切断する時は、加工対象物表面でレーザ光
をなるべく小さなスポット径に絞り、単位面積当たりの
エネルギを増大させることが好ましい。
対象物に照射する直前にレーザ光の集光が行なわれる。
加工対象物を切断する時は、加工対象物表面でレーザ光
をなるべく小さなスポット径に絞り、単位面積当たりの
エネルギを増大させることが好ましい。
【０００３】加工対象物を溶接する時は、溶接領域を加
熱するため、多少デフォーカス（焦合外れ）にすること
が好ましい。このような焦合制御は、レーザ加工におけ
る加工品質を左右する重要な要因の１つである。
熱するため、多少デフォーカス（焦合外れ）にすること
が好ましい。このような焦合制御は、レーザ加工におけ
る加工品質を左右する重要な要因の１つである。
【０００４】このような焦合状態の制御のため、切断用
レーザ加工機にはハイトセンサを備えることが多い。ハ
イトセンサはレーザ光と共に、酸素ガスを吹き出すノズ
ル先端と加工対象物間の距離（ハイト）を検出し、集光
用レンズを含むハイトセンサヘッドの高さを調整する。
ハイトセンサとしては、種々の理由から静電容量式ハイ
トセンサが多く用いられている。
レーザ加工機にはハイトセンサを備えることが多い。ハ
イトセンサはレーザ光と共に、酸素ガスを吹き出すノズ
ル先端と加工対象物間の距離（ハイト）を検出し、集光
用レンズを含むハイトセンサヘッドの高さを調整する。
ハイトセンサとしては、種々の理由から静電容量式ハイ
トセンサが多く用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】溶接用のレーザ加工機
においては、切断用レーザ加工機で使用できる静電容量
式ハイトセンサがノイズのために使えなくなる。
においては、切断用レーザ加工機で使用できる静電容量
式ハイトセンサがノイズのために使えなくなる。
【０００６】切断も溶接も行なえるレーザ加工機におい
ては、多くの場合、ハイトセンサが備えられているが、
溶接時には、ハイトセンサを使用すると、センサの出力
信号にノイズが生じて、焦合制御が誤動作することが一
般に知られている。
ては、多くの場合、ハイトセンサが備えられているが、
溶接時には、ハイトセンサを使用すると、センサの出力
信号にノイズが生じて、焦合制御が誤動作することが一
般に知られている。
【０００７】ノイズ除去のため、ローパスフィルタのよ
うなフィルタを介在させることやノイズ的変化を検出し
たら一定時間前のセンサ出力をホールドすること等が提
案されている。しかし、いずれの方式も有効な手段とは
なり得ていない。
うなフィルタを介在させることやノイズ的変化を検出し
たら一定時間前のセンサ出力をホールドすること等が提
案されている。しかし、いずれの方式も有効な手段とは
なり得ていない。
【０００８】本発明の目的は、レーザ溶接時にもハイト
センサヘッドと加工対象物間の距離を有効に検出するこ
とのできるハイトセンサ信号の処理方法を提供すること
である。
センサヘッドと加工対象物間の距離を有効に検出するこ
とのできるハイトセンサ信号の処理方法を提供すること
である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ溶接用ハ
イトセンサ信号処理方法は、パルス波レーザにより溶接
加工を行なう場合の静電容量式ハイトセンサから出力す
るハイトセンサ信号の処理方法であって、パルス波レー
ザの出力を表す第１の信号を受け、レーザ光が消滅する
時間を検出する工程と、レーザ光が消滅している所定時
間内に静電容量式ハイトセンサから出力され、センサヘ
ッドと加工対象物との間の距離を表す第２の信号を受
け、複数回のサンプリングを行なう工程と、サンプリン
グした複数個の第２の信号の時間変化に基づき、第２の
信号の収束値を予測する工程と、予測された収束値をハ
イト信号として供給する工程とを含む。
イトセンサ信号処理方法は、パルス波レーザにより溶接
加工を行なう場合の静電容量式ハイトセンサから出力す
るハイトセンサ信号の処理方法であって、パルス波レー
ザの出力を表す第１の信号を受け、レーザ光が消滅する
時間を検出する工程と、レーザ光が消滅している所定時
間内に静電容量式ハイトセンサから出力され、センサヘ
ッドと加工対象物との間の距離を表す第２の信号を受
け、複数回のサンプリングを行なう工程と、サンプリン
グした複数個の第２の信号の時間変化に基づき、第２の
信号の収束値を予測する工程と、予測された収束値をハ
イト信号として供給する工程とを含む。
【００１０】
【作用】静電容量式ハイトセンサは、レーザ光が照射さ
れていない時には、ハイトセンサヘッドと加工対象物と
の間の距離を正確に表すハイトセンサ信号を出力するこ
とができる。パルス波レーザを照射している時には、ハ
イトセンサ信号に多くのノイズが発生し、ハイトセンサ
信号から直接被加工物の位置を知ることはできなくな
る。
れていない時には、ハイトセンサヘッドと加工対象物と
の間の距離を正確に表すハイトセンサ信号を出力するこ
とができる。パルス波レーザを照射している時には、ハ
イトセンサ信号に多くのノイズが発生し、ハイトセンサ
信号から直接被加工物の位置を知ることはできなくな
る。
【００１１】しかしながら、レーザ光が消滅している時
間内においては、ハイトセンサ信号は一定値に向かって
収束する傾向にある。この収束値を予測することによ
り、信頼できるハイト信号を得ることができる。
間内においては、ハイトセンサ信号は一定値に向かって
収束する傾向にある。この収束値を予測することによ
り、信頼できるハイト信号を得ることができる。
【００１２】
【実施例】図１に本発明の実施例によるレーザ加工機を
示す。レーザ発振器７から発したレーザ光は、鏡等で構
成される光学系を介して焦合制御機構５に導入され、静
電容量式ハイトセンサヘッド１を通って加工対象物２上
に照射される。
示す。レーザ発振器７から発したレーザ光は、鏡等で構
成される光学系を介して焦合制御機構５に導入され、静
電容量式ハイトセンサヘッド１を通って加工対象物２上
に照射される。
【００１３】レーザ発振器７は、たとえばＹＡＧレーザ
であり、パルス発振によって、たとえば約５０Ｈｚのパ
ルス状レーザ光を発生する。焦合制御機構５は、レーザ
光集光用のレンズを含み、静電容量式ハイトセンサヘッ
ド１を通って収束するレーザ光を形成する。
であり、パルス発振によって、たとえば約５０Ｈｚのパ
ルス状レーザ光を発生する。焦合制御機構５は、レーザ
光集光用のレンズを含み、静電容量式ハイトセンサヘッ
ド１を通って収束するレーザ光を形成する。
【００１４】加工対象物２は、レーザ光により加工され
る対象物であり、たとえば溶接されるべき２つの鉄部材
である。ハイトセンサヘッド１は、センサヘッドと加工
対象物との間の距離を検出し、ハイトセンサアンプ３を
介してハイトセンサ出力信号を信号処理装置４に供給す
る。
る対象物であり、たとえば溶接されるべき２つの鉄部材
である。ハイトセンサヘッド１は、センサヘッドと加工
対象物との間の距離を検出し、ハイトセンサアンプ３を
介してハイトセンサ出力信号を信号処理装置４に供給す
る。
【００１５】信号処理装置４には、レーザ発振器制御装
置８からレーザ光の発振波形を表す信号も入力されてい
る。信号処理装置４は、レーザ発振器制御装置８から入
力するレーザ光波形信号に基づき、レーザ光が照射され
ていず、ハイトセンサ１がその出力を一定の規則に従っ
て徐々に変化させる期間を選択し、その期間内にハイト
センサアンプ３から供給されるハイトセンサ出力信号を
少なくとも複数回サンプリングする。
置８からレーザ光の発振波形を表す信号も入力されてい
る。信号処理装置４は、レーザ発振器制御装置８から入
力するレーザ光波形信号に基づき、レーザ光が照射され
ていず、ハイトセンサ１がその出力を一定の規則に従っ
て徐々に変化させる期間を選択し、その期間内にハイト
センサアンプ３から供給されるハイトセンサ出力信号を
少なくとも複数回サンプリングする。
【００１６】これらサンプリング信号は、時間の変化と
共に次第に収束値に収束するとの仮定の元に解析され、
その収束すべき予測値が演算される。演算された収束予
測値は、焦合制御機構制御装置６に供給され、焦合制御
機構５を駆動してレーザ光の焦合状態を調整する。
共に次第に収束値に収束するとの仮定の元に解析され、
その収束すべき予測値が演算される。演算された収束予
測値は、焦合制御機構制御装置６に供給され、焦合制御
機構５を駆動してレーザ光の焦合状態を調整する。
【００１７】図２は、図１のレーザ加工機に用いる信号
処理装置のより詳細な構成を示す。図２（Ａ）は、その
ハードウェア構成を示し、図２（Ｂ）は、機能ブロック
を示す。
処理装置のより詳細な構成を示す。図２（Ａ）は、その
ハードウェア構成を示し、図２（Ｂ）は、機能ブロック
を示す。
【００１８】図２（Ａ）において、バスライン１０には
ＣＰＵ１６、ＲＯＭ１４、ＲＡＭ１５、デジタル／アナ
ログ変換器１１、アナログ／デジタル変換器１２、１３
等が接続されている。
ＣＰＵ１６、ＲＯＭ１４、ＲＡＭ１５、デジタル／アナ
ログ変換器１１、アナログ／デジタル変換器１２、１３
等が接続されている。
【００１９】レーザ発振器制御装置から供給されるレー
ザ光波形信号は、Ａ／Ｄ１２に入力され、ハイトセンサ
アンプ３から供給されるハイトセンサ計測信号は、Ａ／
Ｄ１３に入力される。
ザ光波形信号は、Ａ／Ｄ１２に入力され、ハイトセンサ
アンプ３から供給されるハイトセンサ計測信号は、Ａ／
Ｄ１３に入力される。
【００２０】ＣＰＵ１６は、ＲＯＭ１４内に記憶された
プログラムに従って、レーザ光波形信号およびハイトセ
ンサ計測信号に基づく演算を行ない、変位出力信号を形
成してＤ／Ａ１１を介して外部に出力する。なお、ＲＡ
Ｍ１５は、ＲＯＭ１４に記憶されたプログラムに従って
変位出力信号を演算する際のレジスタ等に用いられる。
プログラムに従って、レーザ光波形信号およびハイトセ
ンサ計測信号に基づく演算を行ない、変位出力信号を形
成してＤ／Ａ１１を介して外部に出力する。なお、ＲＡ
Ｍ１５は、ＲＯＭ１４に記憶されたプログラムに従って
変位出力信号を演算する際のレジスタ等に用いられる。
【００２１】図２（Ｂ）は、図２（Ａ）で示すハードウ
ェア構成にしたがって実現される機能ブロックを示す。
レーザ光波形信号は、入力端子２１ａを介してタイミン
グ回路２２に供給される。タイミング回路２２は、レー
ザ光波形信号に基づき、レーザ光が照射している時間お
よびレーザ光が照射していない時間を検出する。
ェア構成にしたがって実現される機能ブロックを示す。
レーザ光波形信号は、入力端子２１ａを介してタイミン
グ回路２２に供給される。タイミング回路２２は、レー
ザ光波形信号に基づき、レーザ光が照射している時間お
よびレーザ光が照射していない時間を検出する。
【００２２】タイミング回路２２は、レーザ光が照射し
ているときにノイズが発生した場合、そのノイズが消滅
するのに必要な時間を考慮し、レーザ光が消滅している
所定時間内に複数回のサンプリング信号を発生する。
ているときにノイズが発生した場合、そのノイズが消滅
するのに必要な時間を考慮し、レーザ光が消滅している
所定時間内に複数回のサンプリング信号を発生する。
【００２３】このサンプル信号は、ハイトセンサ検出信
号を端子２１ｂを介して受けるサンプリング回路２３に
供給され、ハイトセンサ計測信号のサンプリングが行な
われる。サンプリングされたハイトセンサ計測信号は、
そのまま収束値演算回路２５に供給されると共に、１次
差分回路２６にも供給される。
号を端子２１ｂを介して受けるサンプリング回路２３に
供給され、ハイトセンサ計測信号のサンプリングが行な
われる。サンプリングされたハイトセンサ計測信号は、
そのまま収束値演算回路２５に供給されると共に、１次
差分回路２６にも供給される。
【００２４】１次差分回路は、ハイトセンサ計測信号の
時間変化に対する１次差分を算出し、収束値演算回路２
５に供給すると共に、２次差分回路２７に供給する。２
次差分回路２７は、１次差分信号の差分を算出し、収束
値演算回路２５に供給する。
時間変化に対する１次差分を算出し、収束値演算回路２
５に供給すると共に、２次差分回路２７に供給する。２
次差分回路２７は、１次差分信号の差分を算出し、収束
値演算回路２５に供給する。
【００２５】このようにして、収束値演算回路２５は、
ハイトセンサ計測信号およびその１次差分、２次差分を
受け、以下に詳細に説明する演算を行なってハイト信号
を形成し、出力端子２８を介してハイト信号を供給す
る。なお、タイマ回路２９は、他の構成要素の動作を制
御するクロック信号等を発生する。
ハイトセンサ計測信号およびその１次差分、２次差分を
受け、以下に詳細に説明する演算を行なってハイト信号
を形成し、出力端子２８を介してハイト信号を供給す
る。なお、タイマ回路２９は、他の構成要素の動作を制
御するクロック信号等を発生する。
【００２６】図１に戻って、レーザ加工機が溶接を行な
う場合、ハイトセンサヘッド１は加工対象物２の表面
上、約７〜１０ｍｍ程度の高さに配置される。また、レ
ーザ発振器７から出力されたパルスレーザ光は、焦合制
御機構５内の集光レンズを介して収束され、加工対象物
２表面上に照射される。なお、ハイトセンサヘッド１内
部からは、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを吹
き出し、溶接部の酸化等を防止する。
う場合、ハイトセンサヘッド１は加工対象物２の表面
上、約７〜１０ｍｍ程度の高さに配置される。また、レ
ーザ発振器７から出力されたパルスレーザ光は、焦合制
御機構５内の集光レンズを介して収束され、加工対象物
２表面上に照射される。なお、ハイトセンサヘッド１内
部からは、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを吹
き出し、溶接部の酸化等を防止する。
【００２７】図３は、溶接加工時のレーザ光波形とハイ
トセンサ出力電圧波形の例を示す。レーザ光波形は、レ
ーザ発振器制御装置８から得られる信号であり、レーザ
光強度に対応する。
トセンサ出力電圧波形の例を示す。レーザ光波形は、レ
ーザ発振器制御装置８から得られる信号であり、レーザ
光強度に対応する。
【００２８】ハイトセンサ出力電圧は、ハイトセンサア
ンプを介して得られるハイトセンサの出力電圧であり、
本来は矢印で示したハイトに対応する電圧に保持される
べき信号であるが、レーザ光照射により大きなノイズが
発生している。
ンプを介して得られるハイトセンサの出力電圧であり、
本来は矢印で示したハイトに対応する電圧に保持される
べき信号であるが、レーザ光照射により大きなノイズが
発生している。
【００２９】このノイズ発生は、図においては、１回お
きのレーザ光照射に対応して深く落ち込むノイズが発生
し、残りのレーザ光照射に対しては、浅く落ち込むノイ
ズとなっているが、これらのノイズは基本的には不規則
に発生する。
きのレーザ光照射に対応して深く落ち込むノイズが発生
し、残りのレーザ光照射に対しては、浅く落ち込むノイ
ズとなっているが、これらのノイズは基本的には不規則
に発生する。
【００３０】図から明らかなように、溶接加工時のハイ
トセンサ出力電圧をハイトを表す信号として取り扱う
と、レーザ加工機は全く正常動作を行なわないようにな
ってしまう。
トセンサ出力電圧をハイトを表す信号として取り扱う
と、レーザ加工機は全く正常動作を行なわないようにな
ってしまう。
【００３１】なお、ハイトセンサ出力電圧は、ハイトセ
ンサが加工対象物に近付くと低くなり、遠ざかると高く
なるが、ハイトセンサが加工対象物に接触する危険性を
有する距離になった時には、リレースイッチにより−Ｖ
にオフセットされるようにされている。
ンサが加工対象物に近付くと低くなり、遠ざかると高く
なるが、ハイトセンサが加工対象物に接触する危険性を
有する距離になった時には、リレースイッチにより−Ｖ
にオフセットされるようにされている。
【００３２】溶接現象を考察すると、レーザ光を照射し
たときに被加工物表面近傍において雰囲気ガスがプラズ
マ化し、被加工物表面からはスパッタリング現象等によ
り、溶融物の飛散が生じている。
たときに被加工物表面近傍において雰囲気ガスがプラズ
マ化し、被加工物表面からはスパッタリング現象等によ
り、溶融物の飛散が生じている。
【００３３】発生したプラズマがハイトセンサヘッドと
被加工物表面を短絡する状態になると、ハイトセンサは
ハイトセンサヘッドが被加工物と衝突したのと同等の信
号を発生するものと考えられる。レーザ光が消滅する
と、発生していたプラズマも消滅する。
被加工物表面を短絡する状態になると、ハイトセンサは
ハイトセンサヘッドが被加工物と衝突したのと同等の信
号を発生するものと考えられる。レーザ光が消滅する
と、発生していたプラズマも消滅する。
【００３４】本発明者は、レーザ光消滅後ハイトセンサ
出力電圧がどのように回復していくかを考察した。図４
は、レーザ光波形信号とハイトセンサ出力電圧とを拡大
して示すと共に、本発明の実施例による収束値予測方式
による処理を説明するための図面である。
出力電圧がどのように回復していくかを考察した。図４
は、レーザ光波形信号とハイトセンサ出力電圧とを拡大
して示すと共に、本発明の実施例による収束値予測方式
による処理を説明するための図面である。
【００３５】レーザ光は周波数５０Ｈｚで発振し、発光
時間は１回当たり数ｍｓｅｃである。レーザ光発光の周
期は２０ｍｓｅｃである。レーザ光が消滅している期間
内においては、ハイトセンサ出力電圧は徐々に真の値に
近付いていくが、真の値に到達する前に、次のレーザ光
が照射され、再びノイズが発生する。なお、真の値は、
ハイトセンサとは別の手段により計測したハイトセンサ
のヘッドと加工対象物との間の距離である。
時間は１回当たり数ｍｓｅｃである。レーザ光発光の周
期は２０ｍｓｅｃである。レーザ光が消滅している期間
内においては、ハイトセンサ出力電圧は徐々に真の値に
近付いていくが、真の値に到達する前に、次のレーザ光
が照射され、再びノイズが発生する。なお、真の値は、
ハイトセンサとは別の手段により計測したハイトセンサ
のヘッドと加工対象物との間の距離である。
【００３６】本発明者は、プラズマによるハイトセンサ
ヘッドと加工対象物との短絡現象が生じた後に、測定値
が真の値に近付く波形は、以下の式で近似できるものと
仮定した。
ヘッドと加工対象物との短絡現象が生じた後に、測定値
が真の値に近付く波形は、以下の式で近似できるものと
仮定した。
【００３７】
【数１】 ｖ（ｔ）＝｛ｖ* （ｔ）−ｖ0 ｝｛１−ｅｘｐ（−αｔ）｝＋ｖ0 …（１） ここで、ｖ* （ｔ）測定すべき真の値であり、ｖ0 は測
定開始時のオフセット電圧を示す。また、αは復帰時の
時定数を示す。
定開始時のオフセット電圧を示す。また、αは復帰時の
時定数を示す。
【００３８】数式（１）において、測定する時間内で
は、ｖ* （ｔ）＝ｖ* （０）＝定数と仮定すると、
は、ｖ* （ｔ）＝ｖ* （０）＝定数と仮定すると、
【００３９】
【数２】 ｄｖ（ｔ）／ｄｔ＝α｛ｖ* （０）−ｖ0 ｝ｅｘｐ（−αｔ） …（２）
【００４０】
【数３】 ｄ2 ｖ（ｔ）／ｄｔ2 ＝−α2 ｛ｖ* （０）−ｖ0 ｝ｅｘｐ（−αｔ） ＝−α・ｄｖ（ｔ）／ｄｔ …（３）
【００４１】
【数４】 ∴ α＝−｛ｄ2 ｖ（ｔ）／ｄｔ2 ｝／｛ｄｖ（ｔ）／ｄｔ｝ …（４） 数式（１）を変形し、数式（２）を代入すると、
【００４２】
【数５】 ｖ（ｔ）＝ｖ* （ｔ）−ｖ0 ＋ｖ0 −ｅｘｐ（−αｔ）｛ｖ* （ｔ）−ｖ0 ｝ ＝ｖ* （ｔ）−ｅｘｐ（−αｔ）〔｛ｖ* （ｔ）−ｖ* （０）｝ ＋｛ｖ* （０）−ｖ0 ｝〕 ＝ｖ* （ｔ）−（１／α）ｄｖ（ｔ）／ｄｔ−ｅｘｐ（−αｔ） ｛ｖ* （ｔ）−ｖ* （０）｝ …（５） となる。
【００４３】数式（５）より、
【００４４】
【数６】 ｖest （ｔ）＝ｖ（ｔ）＋（１／α）｛ｄｖ（ｔ）／ｄｔ｝ ＝ｖ（ｔ）−｛ｄｖ（ｔ）／ｄｔ｝2 ／｛ｄ2 ｖ（ｔ） ／ｄｔ2 ｝ …（６） とおけば、第１次予測値ｖest （ｔ）が得られる。この
とき、真の値ｖ* （ｔ）との誤差ｅ（ｔ）は、
とき、真の値ｖ* （ｔ）との誤差ｅ（ｔ）は、
【００４５】
【数７】 ｅ（ｔ）＝ｖ* （ｔ）−ｖest （ｔ） ＝ｅｘｐ（−αｔ）｛ｖ* （ｔ）−ｖ* （０）｝ …（７） となる。
【００４６】数式（２）、（３）において、ｖ* （０）
＞ｖ0 が期待されるから、 ｄｖ（ｔ）／ｄｔ＞０、ｄ2 ｖ（ｔ）／ｄｔ2 ＜０ が期待される。これらの関係を満たさない測定値は除外
する方がよい。
＞ｖ0 が期待されるから、 ｄｖ（ｔ）／ｄｔ＞０、ｄ2 ｖ（ｔ）／ｄｔ2 ＜０ が期待される。これらの関係を満たさない測定値は除外
する方がよい。
【００４７】また、レーザ光発振中およびレーザ光消滅
後、一定期間内は短絡現象によってハイトセンサ出力電
圧は自由な振る舞いが制限されているため、これらの期
間内のサンプリングを行なっても、真の値の推定は困難
である。
後、一定期間内は短絡現象によってハイトセンサ出力電
圧は自由な振る舞いが制限されているため、これらの期
間内のサンプリングを行なっても、真の値の推定は困難
である。
【００４８】そこで、図４に示すように、レーザ光波形
がピークに達した後、所定期間内はＨＯＬＤ期間として
サンプリングを中止し、その後ハイトセンサ出力電圧の
サンプリングを一定期間毎に行なう。ハイトセンサ出力
電圧が３回連続すると、予測値ｖest （ｔ）が算出でき
る。その後、サンプリングが行なわれる度に新しい予測
値が算出できる。誤差ｅ（ｔ）、時間ｔの経過と共に小
さくなり、ｖest は収束することが予測される。
がピークに達した後、所定期間内はＨＯＬＤ期間として
サンプリングを中止し、その後ハイトセンサ出力電圧の
サンプリングを一定期間毎に行なう。ハイトセンサ出力
電圧が３回連続すると、予測値ｖest （ｔ）が算出でき
る。その後、サンプリングが行なわれる度に新しい予測
値が算出できる。誤差ｅ（ｔ）、時間ｔの経過と共に小
さくなり、ｖest は収束することが予測される。
【００４９】予測値がある程度収束した後、収束値を決
定し、ハイトセンサの出力すべき信号として決定する。
なお、このようにして決定した真の値は、次のサンプリ
ング予測期間も保持し、前述の誤差信号ｅ（ｔ）を計算
するために用いる。
定し、ハイトセンサの出力すべき信号として決定する。
なお、このようにして決定した真の値は、次のサンプリ
ング予測期間も保持し、前述の誤差信号ｅ（ｔ）を計算
するために用いる。
【００５０】一旦、真の値ｖ* （ｔ）が得られた後は、
予測値と前回の真の値との差も算出し、差がある程度以
上大きい場合は、得た予測値を除外する等の処理を行な
うことも予測精度向上に有効である。
予測値と前回の真の値との差も算出し、差がある程度以
上大きい場合は、得た予測値を除外する等の処理を行な
うことも予測精度向上に有効である。
【００５１】以上の解析に基づき、ハイトセンサ出力電
圧として、 ｖ＝ＶSPAN｛１−ｅｘｐ（−αｔ）｝＋Ｖoffset を仮定し、 ｘ＝ｖ、ｙ＝ｄｖ／ｄｔ＝αＶSPANｅｘｐ（−αｔ） ＝α（ＶSPAN＋Ｖoffset）−αｘ とし、両者の関係を調べた。関数ｙの傾きとして係数α
が得られることが期待される。
圧として、 ｖ＝ＶSPAN｛１−ｅｘｐ（−αｔ）｝＋Ｖoffset を仮定し、 ｘ＝ｖ、ｙ＝ｄｖ／ｄｔ＝αＶSPANｅｘｐ（−αｔ） ＝α（ＶSPAN＋Ｖoffset）−αｘ とし、両者の関係を調べた。関数ｙの傾きとして係数α
が得られることが期待される。
【００５２】図５は、このｘ＝ｖの値と、ｙ＝ｄｖ／ｄ
ｔの関係を示したグラフである。破線がｙの漸近線を示
す。図５に示されるように、ハイトセンサ出力電圧ｖ
が、約−８Ｖから約−５Ｖの間の期間においては、予測
値はほぼ漸近線に接近して集中している。
ｔの関係を示したグラフである。破線がｙの漸近線を示
す。図５に示されるように、ハイトセンサ出力電圧ｖ
が、約−８Ｖから約−５Ｖの間の期間においては、予測
値はほぼ漸近線に接近して集中している。
【００５３】したがって、上述の方法によってハイトセ
ンサ出力電圧が回復する期間内において、３回のサンプ
リングを行ない、予測値を求めることにより、真の値に
近い値を算出することが可能である。さらに、サンプリ
ングを繰り返して予測値を求めれば、予測値の誤差も次
第に減少して、真の値に収束することが期待される。
ンサ出力電圧が回復する期間内において、３回のサンプ
リングを行ない、予測値を求めることにより、真の値に
近い値を算出することが可能である。さらに、サンプリ
ングを繰り返して予測値を求めれば、予測値の誤差も次
第に減少して、真の値に収束することが期待される。
【００５４】前回の測定により得られた収束値との誤差
を求め、この収束値との誤差がある程度以上大きい予測
値を排除すること等により、予測の精度は向上する。し
たがって、図２（Ｂ）に示す回路図において、サンプリ
ング回路２３によって一定期間内のハイトセンサ計測信
号をサンプリングし、１次差分回路２６、２次差分回路
２７によって１次差分、２次差分を算出し、サンプリン
グ信号と共に収束値演算回路２５に供給し、図４に示す
ような予測値ｖest を演算し、さらに予測値の収束値を
演算することにより、出力端子２８から真の値に近いハ
イト信号を供給することが可能となる。
を求め、この収束値との誤差がある程度以上大きい予測
値を排除すること等により、予測の精度は向上する。し
たがって、図２（Ｂ）に示す回路図において、サンプリ
ング回路２３によって一定期間内のハイトセンサ計測信
号をサンプリングし、１次差分回路２６、２次差分回路
２７によって１次差分、２次差分を算出し、サンプリン
グ信号と共に収束値演算回路２５に供給し、図４に示す
ような予測値ｖest を演算し、さらに予測値の収束値を
演算することにより、出力端子２８から真の値に近いハ
イト信号を供給することが可能となる。
【００５５】なお、レーザパルス光と次のレーザパルス
光との間に多数のサンプリングを行ない、多数の予測値
を算出した時は、これらの予測値の中でさらに偏差を算
出し、偏差の大きいデータを除外して予測値を求める等
の演算を行なうこともできる。
光との間に多数のサンプリングを行ない、多数の予測値
を算出した時は、これらの予測値の中でさらに偏差を算
出し、偏差の大きいデータを除外して予測値を求める等
の演算を行なうこともできる。
【００５６】従来のフィルタリングやピークホールドに
よれば除外されていた期間のハイトセンサ出力電圧を利
用することにより、信頼性の高いハイト信号を得ること
が可能になった。
よれば除外されていた期間のハイトセンサ出力電圧を利
用することにより、信頼性の高いハイト信号を得ること
が可能になった。
【００５７】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
静電容量式ハイトセンサの出力がノイズによって大きく
変化した後、定常状態に向かって徐々に変化する部分の
データを利用することにより、信頼性の高いハイト信号
を得ることができる。レーザ溶接加工中もハイト信号を
利用することにより、レーザ溶接工程がより高信頼性、
高精度をもって行なえる。
静電容量式ハイトセンサの出力がノイズによって大きく
変化した後、定常状態に向かって徐々に変化する部分の
データを利用することにより、信頼性の高いハイト信号
を得ることができる。レーザ溶接加工中もハイト信号を
利用することにより、レーザ溶接工程がより高信頼性、
高精度をもって行なえる。
【図１】本発明の実施例によるレーザ加工機の構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】図１のレーザ加工機における信号処理装置の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図３】溶接加工時のレーザ光波形信号とハイトセンサ
出力電圧波形の例を示すグラフである。
出力電圧波形の例を示すグラフである。
【図４】実施例による収束値予測演算を説明するための
レーザ光波形とハイとセンサ出力電圧の拡大図である。
レーザ光波形とハイとセンサ出力電圧の拡大図である。
【図５】ハイトセンサ出力電圧差分値のハイトセンサ出
力電圧に対する関係を示すグラフである。
力電圧に対する関係を示すグラフである。
１ 静電容量式ハイトセンサヘッド ２ 加工対象物 ３ ハイトセンサアンプ ４ 信号処理装置 ５ 焦合制御機構 ６ 焦合制御機構制御装置 ７ レーザ発振器 ８ レーザ発振器制御装置 １０ バスライン １１ デジタル／アナログ変換器 １２、１３ アナログ／デジタル変換器 １４ ＲＯＭ １５ ＲＡＭ １６ ＣＰＵ ２１ 入力端子 ２２ タイミング回路 ２３ サンプリング回路 ２５ 収束値演算回路 ２６ １次差分回路 ２７ ２次差分回路 ２８ 出力端子 ２９ タイマ
Claims (3)
- 【請求項１】 パルス波レーザにより溶接加工を行なう
場合の静電容量式ハイトセンサから出力するハイトセン
サ信号の処理方法であって、 パルス波レーザの出力を表す第１の信号を受け、レーザ
光が消滅する時間を検出する工程と、 レーザ光が消滅している所定時間内に静電容量式ハイト
センサから出力され、センサヘッドと加工対象物との間
の距離を表す第２の信号を受け、複数回のサンプリング
を行なう工程と、 サンプリングした複数個の第２の信号の時間変化に基づ
き、第２の信号の収束値を予測する工程と、 予測された収束値をハイト信号として供給する工程とを
含むレーザ溶接用ハイトセンサ信号処理方法。 - 【請求項２】 前記予測工程が第２の信号の時間変化を
検出する工程と時間変化の時間変化を検出する工程とを
含む請求項１記載のレーザ溶接用ハイトセンサ信号処理
方法。 - 【請求項３】 パルス発光式レーザ装置の出力を表す第
１の信号と静電容量式ハイトセンサから出力され、セン
サヘッドと加工対象物との間の距離を表す第２の信号と
を受ける入力端子と、 第１の信号に基づきレーザ光が消滅している所定時間内
に第２の信号を複数回サンプリングするサンプリング回
路と、 サンプリングした第２の信号を時間の関数として分析
し、第２の信号が指数関数的に変化するとの前提の下に
第２の信号の変化が収束する収束値を予測する回路と、 前記収束値をハイト信号として出力する端子とを有する
レーザ溶接用ハイトセンサ信号の処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5097958A JP2780907B2 (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | レーザ溶接用ハイトセンサ信号の処理方法と処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5097958A JP2780907B2 (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | レーザ溶接用ハイトセンサ信号の処理方法と処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06304770A JPH06304770A (ja) | 1994-11-01 |
| JP2780907B2 true JP2780907B2 (ja) | 1998-07-30 |
Family
ID=14206185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5097958A Expired - Lifetime JP2780907B2 (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | レーザ溶接用ハイトセンサ信号の処理方法と処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2780907B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111774722B (zh) * | 2020-06-30 | 2022-07-01 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种基于激光系统电容传感器反馈信号衰变的智能控制方法 |
-
1993
- 1993-04-23 JP JP5097958A patent/JP2780907B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06304770A (ja) | 1994-11-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980421 |