JP2800949B2 - レーザ加工機のノズル芯出し装置 - Google Patents

レーザ加工機のノズル芯出し装置

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【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、レーザ加工機のノズル芯出し装置に関す
る。
(従来の技術) レーザ加工機では、良好なレーザ加工を行うため、レ
ーザビームを照射するノズルの中心をレーザビームの中
心線上に合わせることが必要である。
一般に、ノズル中心がレーザビームの中心線に対して
ずれている場合には、アシストガスの噴射の関係で、ピ
アス加工時にノズルのずれている方向と反対の方向に多
くのスパッタを飛散することが知られている。すなわ
ち、ピアス加工のセンターに対しノズルがずれている側
からより多くのアシストガスを噴射するので、その反対
方向により多くのスパッタが飛散する。
このように、ノズル中心がレーザビームの中心線から
ずれている場合には、レーザ加工が不均質となり、加工
品質が不良となる。
そこで、従来は、ピアス加工を実施し、そのときのス
パッタの方向を目視して、手動操作でノズル中心をレー
ザビームの中心線上に合わせるノズル芯出し作業が行わ
れていた。
この手動によるノズルの芯出し作業は、スパッタ飛散
方向を見て調整ボルトを操作し、スパッタがより多い方
向にノズルを調整移動させるというものである。
具体的には、試験片を非クランプ状態で加工ヘッドの
下に持って行き、スパッタ飛散方向を目視してボルト調
整し、再度試験片を移動させてピアス加工させ、ボルト
調整することを繰り返していた。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記の如き従来よりの手動によるノズ
ル芯出し作業にあっては、加工ヘッドにオペレータが近
づかなければならないので危険性があり、施行錯誤の調
整に多くの時間を要し、調整結果がオペレータの技量に
よって左右されるという調整精度上の問題があった。
そこで、本発明は、ノズルの芯出しを自動的に行うこ
とができるレーザ加工機のノズル芯出し装置を提供する
ことを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 上記課題を解決する本発明は、レーザ加工ヘッドに備
えたノズルからレーザビームを照射することにより被加
工物にレーザ加工を施すレーザ加工機のノズル芯出し装
置において、 前記加工ヘッドに対し前記ノズルを前記レーザビーム
の照射方向と直交する面内で移動させるノズル移動手段
を設け、 前記ノズルの複数外周位置で前記被加工物から飛散す
るスパッタ量を検出するスパッタ検出手段を設け、 前記スパッタ検出手段で検出されるスパッタが前記レ
ーザビームの中心線に対し均質となるよう前記ノズル移
動手段を介して前記ノズルを調整移動させる調整制御手
段を設けたことを特徴とする。
(作用) 本発明のレーザ加工機のノズル芯出し装置は、上記構
成であるので、スパッタ検出手段で加工時のスパッタを
検出し、調整制御手段でスパッタ飛散がレーザビームの
中心線に対して均質となるようノズル移動手段を介して
ノズルを調整移動させ、自動的に芯出しを行う。
この自動的な芯出しは、試験的なピアス加工時におい
て実行できることは勿論、実際加工におけるピアス処理
時にも行うことができる。
(実施例) 第1図(a)は本発明を実施したレーザ加工ヘッドの
縦断面図、第1図(b)は第1図(a)と直交する方向
についての縦断面図、第2図は上記レーザ加工ヘッドの
底面図に調整制御装置を接続して示すノズル芯出し装置
のシステム構成図である。
第1図(a)(b)において、円筒状のレーザ加工ヘ
ッド1の中心には、図示しないレーザ発振器から発振出
力された未集光のレーザビームLBが入力されるようにな
っており、該レーザビームLBはヘッド中心位置に備えた
集光レンズ2により集光され、被加工物(ワーク)Wに
照射されるようになっている。加工ヘッド1の本体側面
からは、アシストガスAGが導入されるようになってい
る。
一方、本例のレーザ加工ヘッド1では、加工ヘッド1
の本体に対し前記レーザビームLBの照射方向と直交する
平面上の一方向Yに移動自在とされるノズルホルダ3が
設けられている。また、このノズルホルダ3に対し前記
方向Yと直交する方向Xに移動自在のノズルホルダ4が
設けられ、このノズルホルダ4の下面にノズル5が固定
的に設けられている。各ノズルホルダ3,4の中心部は中
空状とされ、前記レーザビームLBはこの中空部を介して
ノズル5の先端部分に明けられた比較的小さな孔部に案
内されるようになっている。
前記加工ヘッド1の本体部分には、前記ノズルホルダ
3の側部に設けたナット部に螺合されるねじ6を回転駆
動し、前記ノズルホルダ3をY方向に移動させる小型の
モータMYが設けられている。また、前記ノズルホルダ3
には、前記ノズルホルダ4の側部に設けたナット部に螺
合されるねじ7を回転駆動し、前記ノズルホルダ4をX
方向に移動させる小型のモータMXが設けられている。
したがって、本例の加工ヘッド1では、モータMY,MX
を回転駆動することにより、ノズルホルダ3,4をY,X方向
にそれぞれ移動させることができ、両モータを適宜量だ
け調整駆動することにより、前記ノズル5を平面X,Y上
で適宜量だけ調整動作させることが可能である。各ノズ
ルホルダ3,4の最大動作範囲は、例えば3〜5mm程度であ
る。これ以上であってもよい。最小動作単位は0.1〜0.2
mm程度で十分である。このため、前記モータMX,MYは、
必ずしもサーボモータとする必要はない。
また、前記加工ヘッド1の本体側部には、前記レーザ
ビームLBの中心線に対し対称的に配置され、ヘッド下端
からワークWを臨む4本の光ファイバ8が設けられてい
る。各光ファイバ8の下端には、前記レーザビームLBの
焦点位置のワークWから飛散するスパッタの光量を適正
に検出するために、集光用の受光部9(9A,9B,9C,9D)
が設けられている。本例の受光部9は、光ファイバ8の
径より大きい径のガラス部材で構成されており、その先
端は加工ヘッド1の下端から稀かに突出されて配置され
ている。
したがって、各受光部9で集光されたスパッタ光は光
ファイバ8を介して適正に検出される。
第2図に示すように、調整制御装置は、前記集光部9
で集光されたスパッタ光を光ファイバ8を介して入力
し、光量に応じた電圧信号に変換する光電変換装置10
(10A,10B,10C,10D)と、これら光電変換装置10が出力
する電圧信号を入力し比較する比較装置11と、該比較装
置11の比較結果に基いて各モータMX,MYを駆動するドラ
イバ12X,12Yに駆動信号を分配する分配装置13を備えて
構成されている。
第3図及び第4図に上記比較装置11及び分配装置13が
行う処理の内容を示した。
第3図はピアス加工についての芯出し処理を示すフロ
ーチャートである。ここでのピアス加工は芯出しのため
の試験加工であるとする。
まず、初期において、ワークWはNC装置で駆動される
ワーククランプ装置(図示せず)でクランプされた状態
にあり、該NC装置には、動作制御のためのプログラムが
組み込まれている。
ステップ301では、ピアス加工を実行する。すなわ
ち、第1図においてレーザビームLBが出力され、集光さ
れたレーザビームLBが固定のワークWに照射され、ワー
クWに1つの穴が明けられる。このとき、ワークWの上
面からスパッタが飛散する。
そこで、ステップ302では、各集光部9で集光された
各位置でのスパッタ光を光電変換装置10で電圧変換し、
この検出値を比較装置11に入力する。
ステップ303では、光電変換装置10より入力された検
出値を比較装置11で比較する。
ここでの比較処理は、各検出値IA,IB,IC,IDがほぼ等
しいか否かを比較するもので、ほぼ等しくない場合に
は、ステップ304へ移行して検出値の大きい方、すなわ
ちスパッタ光の明るい方へノズル5を寄せるよう、モー
タMX,MYを光量の差に応じた量だけ駆動する。
各モータMX,MYの駆動量は、光量の差に対応させて予
め作成したテーブルデータを用いて定めるようにすれば
よい。
また、分配装置13は、第2図に示す受光部9の配置関
係から、各軸XYの分配量を定めればよい。
ステップ304に次いでのステップ305では、ワークWを
少しだけ移動させ、ステップ301,302へ移行して再度ピ
アス加工を行い、光量測定し、ステップ303でスパッタ
飛散が均質となったことを確認する。
ステップ303で各検出値がほぼ等しくなったことによ
り、スパッタ飛散が均質であること、すなわちノズル5
の中心がレーザビームLBの中心線上にあることを確認
し、芯出し作業を終了する。
第4図は実際加工のピアス加工において実行される芯
出し処理のフローチャートである。これは、実際加工、
例えば一枚のワークから多数の製品をレーザにて切断加
工するとき、各製品に対しては製品の内または外側にピ
アス加工を施してのち製品加工に入るので、このときの
各ピアス加工でノズル5の芯出し調整を行うようにした
ものである。
ステップ401でピアス加工の実施を待ち、ステップ402
〜404で、第3図のステップ302〜304と同様の芯出し処
理を行う。ただし、本例は1回限りのピアス加工におい
て微調整を行うものであるので、第3図のステップ305
に相当する処理はない。
ノズル5の調整量、すなわち各モータMX,MYの駆動量
は第3図に示したと同様に定められるが、本例では、大
きな調整は、かえって逆効果を得ることがあるので調整
量を十分小さく定めておくのがよい。また、1回のピア
ス加工に対して都度調整するのではなく、複数回(例え
ば3回)のピアス加工につき、その平均値でもって調整
するようにしてもよい。さらに、より最適な調整を行う
ため、ファジィ推論により調整量を定めるようにしても
よい。
この場合のファジィ推論としては、検出値IA,IB,IC,I
Dのうち対向配置される集光部9についての検出値の
差、すなわち IA−IC,IB−ID のメンバーシップ関数を定め、その他適宜のメンバーシ
ップ関数を定め各対向方向に対するモータの駆動量を定
めるような方式が考えられる。
以上により、本発明の一実施例に係るレーザ加工機の
ノズル調整装置では、受光部9及び光ファイバ8を介し
てレーザビームLBの中心線の回りに飛散するスパッタの
光量を検出することができ、ピアス時のスパッタがレー
ザビームLBの中心線の回りに均質に飛散されるようノズ
ル5を自動的に調整することができる。
したがって、ノズル5を自動調整できるので、オペレ
ータが加工ヘッド1に近づく必要がなく、ノズル芯出し
を安全に行うことができる。また、ノズル調整量をスパ
ッタ光量に応じて行うので調整量が適切となり、高精度
の調整を迅速に行うことができる。
さらに、第4図に示すように実際加工時のデータを用
いて微調整できるので、長時間の使用に対しても熱的歪
などによる歪を吸収できる。
上記実施例では、ノズル移動手段としてノズルホルダ
3,4と、これらノズルホルダ3,4を移動させるモータMX,M
Yの例を示したが、ノズル移動手段はこれに限定される
ものではない。すなわち、例えばノズル5を基部に対し
その先端孔部を揺動自在に構成し、揺動動作によって芯
出しを行うようにしてもよい。また、ねじ6,7に代えて
クサビ部材を移動させ、このクサビ部材の移動によって
ノズルホルダ3,4を移動させるようにしてもよい。さら
に電気モータMX,MY以外のアクチュエータを使用するこ
ともできる。
また、上記実施例では、スパッタ検出手段としての光
ファイバ8に受光部9を設けたが、受光部9には通常時
のスパッタ飛来を防止するために、カバー部材を設けて
もよい。また、受光部9は第1図(a)に示されるもの
に限定されるものではなく、要するにスパッタ光を光フ
ァイバ8に入力できれば良い。
さらに、上記実施例では、調整制御手段としての比較
装置11及び分配装置13をNC装置と独立させて設けたが、
これら機能をNC装置の内部に組み込むことも可能であ
る。
〔発明の効果〕
以上の通り、本発明は特許請求の範囲に記載の通りの
レーザ加工機のノズル芯出し装置であるので、ノズル芯
出しを安全、高精度、高速に自動的に行える。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明を実施したレーザ加工ヘッドの縦
断面図、第1図(b)は第1図(a)と直交する方向に
ついての縦断面図、第2図は上記レーザ加工ヘッドの底
面図に制御装置を接続して示すノズル芯出し装置のシス
テム構成図、第3図は試験的なピアス加工による芯出し
処理を示すフローチャート、第4図は実際ピアス加工に
よる芯出し処理を示すフローチャートである。 1……レーザ加工ヘッド 2……レーザビームの集光レンズ 3……(Y方向移動用)ノズルホルダ 4……(X方向移動用)ノズルホルダ 5……ノズル 8……光ファイバ 9……受光部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ加工ヘッドに備えたノズルからレー
    ザビームを照射することにより被加工物にレーザ加工を
    施すレーザ加工機のノズル芯出し装置において、 前記加工ヘッドに対し前記ノズルを前記レーザビームの
    照射方向と直交する面内で移動させるノズル移動手段を
    設け、 前記ノズルの複数外周位置で前記被加工物から飛散する
    スパッタ量を検出するスパッタ検出手段を設け、 前記スパッタ検出手段で検出されるスパッタが前記レー
    ザビームの中心線に対し均質となるよう前記ノズル移動
    手段を介して前記ノズルを調整移動させる調整制御手段
    を設けたことを特徴とするレーザ加工機のノズル芯出し
    装置。
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