JP3051652B2 - 加工装置における加工ヘッドの高さ制御装置及び高さ制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザ、プラズマ、
ガス等により金属の切断、溶接あるいは穿孔作業等を行
う加工装置に用いられる加工ヘッドにおいて、該加工ヘ
ッド先端部（ノズル）とワーク間の距離を一定の間隔に
保持するための加工ヘッドの高さ制御装置及び高さ制御
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の加工ヘッドの高さ制御装置とし
て、加工ヘッドと同期して移動制御されるセンサをワー
クに接触させて加工ヘッド先端部（ノズル）とワーク間
の高さを制御する接触式の高さ制御装置が提案されてい
る。又、ワークに対し所定の間隔を保持してセンサを加
工ヘッドに設け、センサとワークとの間の例えば静電容
量を検出して、加工ヘッド先端部とワーク間の高さを制
御する非接触式の高さ制御装置も提案されている。

【０００３】前者の高さ制御装置はセンサの接触子がワ
ークに接触するので、鏡面仕上げされたワークを損傷す
る反面、ワークに接触子を直接当てるので、加工ヘッド
の高さ制御が確実に行われるという利点がある。反対
に、後者の高さ制御装置はワークの鏡面を損傷しないと
いう利点がある。

【０００４】通常は一つの切断加工装置の加工ヘッドに
対しワークや加工の種類に応じて前者と後者のセンサの
どちらか適切なセンサを装着するようにしている。この
センサは加工ヘッドの動作に追従して該ヘッドと同じ姿
勢のまま移動されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えばレー
ザ加工装置では、レーザの焦点位置がワークの切断しよ
うとする上面に正確に一致していないと、切断作業が円
滑に行われない。加工ヘッド及びセンサがワークに対し
て垂直に位置している場合には、センサによるワークの
高さ位置を正確に検出して加工ヘッドによるレーザ加工
を適正に行うことができる。しかし、ワークに対し加工
ヘッドを傾斜して、ワークを斜めに切断して傾面を形成
する例えば開先加工作業を行う場合には、接触式のセン
サも非接触式のセンサにも次のような問題点がある。

【０００６】すなわち、接触式のセンサの場合には、セ
ンサの接触子がワークに対して傾斜するため、ワークの
高さを正確に検出できず、接触子をシリンダにより退避
位置に持ち上げなければならない。そして、加工ヘッド
のワークからの高さを数値制御装置の制御盤を操作し
て、適宜設定した高さを保持しつつ加工ヘッドを動作し
て加工作業が行われる。この結果、加工ヘッドから照射
されるレーザの焦点がワークの上面と一致せず、切断不
可能か切断面が粗くなるという問題があった。

【０００７】又、非接触式の静電容量センサの場合に
は、平面に対向していたセンサが切断ワークの直角角部
に対応するため、センサが検出する静電容量が変化し
て、ワークの高さを正確に検出できず、センサを不作動
状態に切り換えなければならない。

【０００８】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものであって、第１の目
的は、例えば開先加工等の場合にもワークの高さを正確
に検出して加工ヘッドとワークとの距離を一定にして加
工精度を向上することができる加工装置における加工ヘ
ッドの高さ制御装置及び制御方法を提供することにあ
る。

【０００９】この発明の第２の目的は上記第１の目的に
加えて、前記加工ヘッドのノズル先端とワークとの距離
を自動的に一定にして加工精度を向上することができる
加工装置における加工ヘッドの高さ制御装置を提供する
ことにある。

【００１０】この発明の第３の目的は上記第１の目的に
加えて、加工ヘッドのノズル先端とワークとの距離を安
価な機構により一定にして加工精度を向上することがで
きる加工装置における加工ヘッドの高さ制御装置を提供
することにある。

【００１１】この発明の第４の目的は上記第３の目的に
加えて、垂直状態保持機構及び等距離保持機構の構成を
簡素化してコストダウンを図ることができる加工装置に
おける加工ヘッドの高さ制御装置を提供することにあ
る。

【００１２】この発明の第５の目的は上記第４の目的に
加えて、垂直状態保持機構の構成を簡素化してコストダ
ウンを図ることができる加工装置における加工ヘッドの
高さ制御装置を提供することにある。

【００１３】この発明の第６の目的は上記第５の目的に
加えて、垂直状態保持機構の構成をさらに簡素化してコ
ストダウンを図ることができる加工装置における加工ヘ
ッドの高さ制御装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記目的を達成するために、ワークに対し切断等の加工
を行う加工ヘッドを備え、該加工ヘッドをワークに対し
Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に相対移動する機構を
設け、加工ヘッドはヘッド本体に垂直面内で傾動機構に
より傾動可能に支持され、さらに、前記加工ヘッドにワ
ークの上面に垂直に対向して該ワークの位置を検出する
センサを設け、該センサからの検出信号に基づいて加工
ヘッドのワーク上面からの高さを一定に制御する制御手
段を備えた加工装置において、前記加工ヘッドが傾動機
構により傾動されたとき、前記センサの姿勢をワーク上
面に対して垂直状態に保持する垂直状態保持機構を設け
るという手段をとっている。

【００１５】請求項２記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項１において、前記加工ヘッドから出力
される加工媒体の焦点座標とセンサの検出点座標との垂
直面内での加工ヘッドの傾角変化による垂直方向への距
離変化を演算して加工ヘッドのＺ軸方向の移動量を補正
する移動量補正手段を設けるという手段をとっている。

【００１６】請求項３記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項１において、前記センサの垂直状態保
持機構は、前記加工ヘッドから出力される加工媒体の焦
点座標とセンサの検出点座標との垂直方向の距離を同じ
に保持する等距離保持機構を備えている。

【００１７】請求項４記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項３において、前記センサの垂直状態保
持機構及び等距離保持機構は、前記ヘッド本体に対し垂
直面内で傾動可能に支持した被動レバーと、前記加工ヘ
ッドを水平軸線の回りで傾動可能に支持する傾動ホルダ
に連結された駆動レバーと、前記両レバーに連結された
揺動リンクとにより平行四節リンクを構成し、前記被動
レバーの下端部に支持軸を介してセンサを装着し、該セ
ンサの支持軸と平行四節リンク機構との間に該平行四節
リンク機構の動作を利用してセンサを被動レバーに対し
相対回動する機構を設けて構成している。

【００１８】請求項５記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項４において、前記センサを被動レバー
に対し相対回動する機構は、被動レバーと揺動リンクと
を連結する連結ピンを揺動リンクに固定し、かつ該連結
ピンを被動レバーに相対回動可能に貫通するとともに、
該連結ピンに固定された駆動子と前記支持軸に固定され
た従動子とを動力伝達部材により連結して構成してい
る。

【００１９】請求項６記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項５において、前記駆動子及び従動子を
タイミングプーリ又はスプロケットホイールとし、動力
伝達部材をタイミングベルト又はチェーンとしている。

【００２０】請求項７記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記セン
サをワークに接触する接触式のものとしている。請求項
８記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項７
において、前記センサはセンサ本体に垂直方向への往復
動可能に支持された昇降体と、該昇降体に支持されてワ
ークに接触する接触子と、前記昇降体の垂直方向の動き
を電気信号に変換する変換素子とにより構成している。

【００２１】請求項９記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項８において、前記変換素子をポテンシ
ョメータとしている。請求項１０記載の発明は、上記目
的を達成するために、請求項８において、前記昇降体及
び接触子を作動位置と退避位置との間で切り換える切換
機構を備えている。

【００２２】請求項１１記載の発明は、上記目的を達成
するために、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記セ
ンサをワークに接触しない非接触式のものとしている。
請求項１２記載の発明は、上記目的を達成するために、
請求項１〜１１のいずれかにおいて、加工ヘッドはレー
ザ発生器からのレーザ光をノズルからワークに照射する
ように構成している。

【００２３】請求項１３記載の発明は、上記目的を達成
するために、請求項１〜１２のいずれかにおいて、ヘッ
ド本体と傾動用ブラケットとの間には加工ヘッドを水平
方向に旋回させる旋回機構を装設している。

【００２４】請求項１４記載の発明は、上記目的を達成
するために、ワークに対し、加工ヘッドを垂直状態で接
近するとともに、センサをワークの上面に垂直状態で接
触あるいは近傍に配設して、センサの検出信号により加
工ヘッドのワーク上面からの高さを所定値に制御しつつ
ワークの切断、溶接あるいは穿孔作業を行い、次に、セ
ンサを垂直状態に保持したまま加工ヘッドを垂直面内で
傾斜させるとともに、加工ヘッドとセンサをワークに接
近してセンサの検出信号により加工ヘッドのワークから
の高さを一定に制御しつつワークの切断、溶接あるいは
穿孔作業を行うという手段をとっている。

【００２５】

【作 用】請求項１記載の発明においては、ワークに対
し加工ヘッドとセンサが垂直に対向した状態でセンサに
より検出されたワークの上面の高さ信号は制御手段に入
力されて加工ヘッドのワーク上面からの高さが一定に制
御されてワークが精度よく加工される。

【００２６】傾動機構により加工ヘッドが傾動される
と、垂直状態保持機構によりセンサはワークに対し垂直
に対向した状態に保持される。このため、ワークの上面
の高さが正確に検出され、このセンサからの信号により
加工ヘッドのワーク上面からの高さが一定に制御され、
ワークが精度よく加工される。

【００２７】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明の作用に加えて、加工ヘッドの傾動動作による加工
ヘッドから出力される加工媒体の焦点座標とセンサの検
出点座標をワーク上面に対向した垂直方向の距離変化が
演算補正手段により補正されて制御手段に入力され、加
工媒体の焦点座標とワークとの距離を所定値に一定に保
持して加工するので、ワークの加工精度を向上すること
ができる。

【００２８】請求項３記載の発明では、等距離保持機構
により加工媒体の焦点座標とセンサの検出点座標との垂
直方向の距離が同じに保持されるので、演算補正手段を
設けることなく安価な機構により加工媒体の焦点座標を
ワークの表面に一致させて加工するのでワークの加工精
度を向上することができる。

【００２９】請求項４記載の発明では、加工ヘッドが傾
動機構により傾動されると、平行四節リンク機構の駆動
レバーが傾動されて、揺動リンクを介して被動レバーが
傾動される。その後、被動レバーに支持されたセンサは
平行四節リンク機構の動作に連動して被動レバーに対し
相対回動され、結果的にセンサが垂直状態に保持される
とともに、加工媒体の焦点座標とセンサの検出点座標と
の垂直面内での距離が同じに保持される。このため、加
工ヘッドが傾斜してもワークの高さが正確に検出され、
加工媒体の焦点座標をワークの表面に一致させて加工す
るのでワークの加工精度を向上することができ、垂直状
態保持機構及び等距離保持機構の構成を簡素化してコス
トダウンを図ることができる。

【００３０】請求項５記載の発明では、請求項４記載の
発明の作用に加えて、被動レバーが傾動されると、揺動
リンクが揺動され、該揺動リンクに固定された連結ピン
が揺動される。このため、該連結ピンの駆動子から動力
伝達部材を介して従動子が作動され、支持軸が回動さ
れ、駆動レバーの傾動に係わらず、センサは垂直状態に
保持される。

【００３１】請求項６記載の発明では、連結ピンの回動
によりタイミングプーリ又はスプロケットが回動され、
ベルト又はチェーンを介して被動タイミングプーリ又は
スプロケットが回動され、センサの支持軸が相対回動さ
れる。このため、センサの検知部はワークに対して垂直
状態に保持される。

【００３２】請求項７記載の発明では、請求項１〜６の
いずれかの作用に加えて、ワークに対しセンサが接触さ
れるので、ワークの高さ検出精度が向上する。請求項８
記載の発明では、請求項７記載の発明の作用に加えて、
ワークに接触する接触子の動作により昇降体が作動され
て変換素子によりワークの高さの検出信号が制御手段に
送られる。そして、加工ヘッドのワーク上面からの高さ
が一定に制御される。

【００３３】請求項９記載の発明では、請求項８記載の
発明の作用に加えて、切換機構により接触子の位置が作
動位置と退避位置との間で切り換えられる。請求項１０
記載の発明では、請求項８記載の発明の作用に加えて、
変換素子の構成を簡素化することができる。

【００３４】請求項１１記載の発明は、請求項１〜６の
いずれかに記載の発明の作用に加えて、ワークの表面の
損傷を防止することができる。請求項１２記載の発明
は、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明の作用に加
えて、ワークの加工をレーザにより容易に行うことがで
きる。

【００３５】請求項１３記載の発明は、請求項１〜１２
のいずれかに記載の発明の作用に加えて、加工ヘッドを
水平方向に旋回させてワークの加工を容易に行うことが
できる。

【００３６】請求項１４記載の発明は、例えば開先加工
等の場合にもワークの高さを正確に検出して加工ヘッド
のノズル先端とワークとの距離を一定にして加工精度を
向上することができるという優れた効果を奏する。

【００３７】

【実施例】以下、この発明をレーザ切断加工装置の加工
ヘッドの高さ制御装置及び高さ制御方法に具体化した一
実施例を図面に従って説明する。

【００３８】図８に示すように、機台フレーム１１には
加工されるワークを支持する支持テーブル１２がＸ軸
（前後）方向の往復動可能に装設されている。前記機台
フレーム１１の側面にはコラム１３が立設され、該コラ
ム１３にはＺ軸サドル１４がＺ軸（上下）方向の往復動
可能に装着されている。前記Ｚ軸サドル１４にはＹ軸サ
ドル１５がＹ軸（左右）方向の往復動可能に装着されて
いる。前記Ｙ軸サドル１５には加工ヘッド１６が装着さ
れ、前記コラム１３にはレーザ加工装置の各種動作を制
御するための制御ボックス１７が設けられ、操作パネル
１８が設けられている。

【００３９】次に、前記Ｙ軸サドル１５に装着された加
工ヘッド１６を図１〜図３を中心に説明する。前記Ｙ軸
サドル１５には加工ヘッド１６のヘッド本体２１が固定
されている。該ヘッド本体２１には筒状部２２が一体に
形成され、該筒状部２２にはベアリング２３を介して旋
回軸筒２４が垂直軸線の回りで水平方向の旋回可能に支
持されている。該旋回軸筒２４内にはレーザ発振器２５
から出力されたレーザの光路２６が形成されている。

【００４０】前記旋回軸筒２４には図３に示すようにエ
ルボ状の水平旋回用ブラケット３１がボルトにより固定
されている。該ブラケット３１は縦筒部３２と横筒部３
３とから構成されている。前記横筒部３３の先端面には
同じくエルボ状の傾動用ブラケット３５が装着され、該
ブラケット３５の基端部には取付筒３６がボルトにより
固定され、該取付筒３６はベアリング３７により横筒部
３３の内周面に回転可能に支持されている。前記取付筒
３６の一端部には該筒３６の離脱防止用のストッパ３８
が螺合固定されている。

【００４１】図１，２に示すように前記横筒部３３の外
周部には傾動用モータ３９が固定され、その出力軸には
駆動歯車４０が取り付けられている。一方前記傾動用ブ
ラケット３５には円環状の被動歯車４１が図３に示すよ
うにボルトにより固定され、前記モータ３９により駆動
歯車４０が回転されると、被動歯車４１を介して傾動用
ブラケット３５が横筒部３３の中心軸線Ｏ１の回りで、
垂直方向に０°〜９０°の範囲で旋回動作される。

【００４２】前記傾動用ブラケット３５の先端開口部に
は集光レンズ４３を内蔵したレンズホルダ４２が下向き
に固定され、該ホルダ４２の先端部にはレーザをワーク
１９に案内するノズル４４が取り付けられている。

【００４３】前記縦筒部３２及び傾動用ブラケット３５
には光路２６を通るレーザを直角に変向して前記集光レ
ンズ４３に導くためのミラー４５，４６が配設されてい
る。前記ノズル４４から外部に出力された加工媒体とし
てのレーザは、該ノズルの下方近傍で集光レンズ４３の
焦点距離に応じた所定の位置で焦点を結ぶ。従って、こ
のレーザの焦点をワーク１９の上面１９１に一致させる
ことによりワークが精度よく切断される。なお、前記焦
点はノズル４４から一定の距離離れた位置に結ばれるの
で、加工動作中常に焦点をワークの表面に一致させるこ
とは、ノズル４４をワーク１９の上面１９１から一定高
さに保持することと同義である。この実施例では前者の
表現を用いることとした。

【００４４】上述のようにレーザの焦点は、ワークの加
工動作中は常にワーク表面に一致させる必要がある。こ
のワークの高さの基準データを得るため、加工ヘッド１
６の近傍にはワーク１９の上面１９１の高さを検出する
ためのワーク高さ検出装置５１が設けられている。この
ワーク高さ検出装置５１を説明する。

【００４５】図１，４に示すように、前記横筒部３３の
上部外周には被動レバー５２の上端部が連結ピン５３に
より垂直面内で傾動可能に連結されている。前記傾動用
ブラケット３５の基端外周下部には駆動レバー５４が該
ブラット３５と同期して軸線Ｏ１を中心に垂直面内で傾
動するように取り付けられている。該駆動レバー５４に
は揺動リンク５５の一端が連結ピン５６により揺動可能
に連結されている。前記被動レバー５２の中間部には前
記揺動リンク５５の他端部が連結ピン５７により揺動可
能に連結されている。

【００４６】図６に示すように前記駆動レバー５４の中
心軸線Ｏ１と、連結ピン５３の中心軸線Ｏ２との距離
（Ｏ１Ｏ２）は、連結ピン５６の中心軸線Ｏ３と、連結
ピン５７の中心軸線Ｏ４との距離（Ｏ３Ｏ４）と等し
い。又、前記中心軸線Ｏ１とＯ３との距離（Ｏ１Ｏ３）
は、中心軸線Ｏ２とＯ４との距離（Ｏ２Ｏ４）と等し
い。従って、横筒部３３、傾動用ブラケット３５、被動
レバー５２、駆動レバー５４、揺動リンク５５及び連結
ピン５３，５６，５７等は、二つの中心軸線Ｏ１，Ｏ２
を固定節とし、二つの中心軸線Ｏ３，Ｏ４を可動節とす
る平行四節リンク機構５８を構成している。

【００４７】図１，４に示すように、前記被動レバー５
２の下端部にはワーク１９の上面に接触してその高さを
検出するためのセンサ６１が装着されている。該センサ
６１はレバー５２の下端部に回動可能に支持された水平
の支持軸６２の先端部に取り付けられている。該支持軸
６２と前記連結ピン５７との間には後述するようにセン
サ６１を常に垂直状態に保持する機構８０が設けられて
いる。

【００４８】前記支持軸６２の先端部に固定されたホル
ダ６３には、アリ溝６４が形成されていて、昇降体６５
が該アリ溝６４に沿って上下方向の往復動可能に支持さ
れている。前記昇降体６５の下部にはワーク１９の上面
に接触する接触子６６が取り付けられている。

【００４９】前記ホルダ６３の内側上部にはポテンショ
メータ６７が収容され、その感知子６８が前記昇降体６
５の上面に接触されている。前記感知子６８はコイルバ
ネ６９により昇降体６５に押圧されている。そして、前
記接触子６６がワーク１９の上面１９１に接触した状態
で加工ヘッド１６をＸ軸又はＹ軸方向に移動させて切断
加工を行っている最中に、ワークの高さが変動すると、
ポテンショメータ６７の出力電圧が基準電圧を離れて変
化する。この電圧変化量がワークの高さデータとして後
述する図９に示す制御装置９１に供給されてワーク１９
の上面にレーザの焦点が一致するように加工ヘッド１６
のＺ軸方向の移動量（高さ）が制御される。

【００５０】前記ホルダ６３にはエアシリンダ７０が下
向きに固定され、そのロッド７１は、前記昇降体６５に
止着した作動子７２に貫通されている。前記ロッド７１
の下端部には前記作動子７２に当接可能に係止ナット７
３が螺合されている。そして、ワークの高さ検出を必要
としない場合には、エアシリンダ７０が作動されると、
係止ナット７３が作動子７２に係止されて昇降体６５が
上方に移動され、前記接触子６６がワーク１９から離隔
されてセンサ６１が不作動状態に切り換えられる。

【００５１】次に、前記加工ヘッド１６の傾動時に平行
四節リンク機構５８とともに前記センサ６１を常に垂直
状態に保持して、接触子６６をワーク１９の上面に垂直
に対応させる垂直状態保持機構８０を、図４，図６，図
７に基づいて説明する。

【００５２】前記連結ピン５７は図７に示すように大径
部５７１、小径部５７２及び鍔部５７３により形成さ
れ、大径部５７１は揺動リング５５の孔５５１に貫通さ
れ、鍔部５７３はボルト８５により被動リンク５５に締
付固定される。前記連結ピン５７の大径部５７１は被動
レバー５２の孔５２１に回動可能に貫通され、小径部５
７２には駆動子としてのタイミングプーリ８１が嵌合固
定されている。このプーリ８１は歯部８６１を備えたプ
ーリ本体８６、歯部８６１の両側を規制する一対のリン
グ８７とからなり、セットボルト８９を本体８６に螺合
して小径部５７２に押圧することにより固定されてい
る。プーリ本体８６にはリング８７の抜け止め用のサー
クリップ９０が嵌合されている。

【００５３】一方、図４に示すように前記被動レバー５
２下端部の支持軸６２の右端部には、プーリ８１と同様
に構成された被動子としてのタイミングプーリ８２がプ
ーリ８１と同じ径で構成されて嵌合固定されている。前
記両プーリ８１，８２には動力伝達部材としてのタイミ
ングベルト８３が掛装されている。

【００５４】図６に示すように、加工ヘッド１６の傾動
中心Ｏ１と前記ノズル４４から出力されたレーザの焦点
座標Ｑとを結ぶ直線は、Ｚ軸（垂直）方向を指向し、被
動レバー５２の傾動中心軸線Ｏ２と支持軸６２の中心軸
線Ｏ５とを結ぶ直線は、Ｚ軸（垂直）方向と平行であ
る。又、ワーク１９の上面１９１は水平に設置されてい
る。

【００５５】従って、前記傾動用モータ３９の作動によ
り駆動レバー５４が図６に実線で示す位置から同図に鎖
線で示す位置に傾動されると、平行四節リンク機構５８
の揺動リンク５５が固定節の軸線Ｏ１，Ｏ２を結ぶ線分
に対し平行移動される。すると、駆動レバー５４の傾角
が変化した分、被動レバー５２に対するセンサ６１の傾
角が連結ピン５７、プーリ８１，ベルト８３，プーリ８
２の作用により同じ回転角度だけ変化するので、結果的
にセンサ６１はワーク１９に対して垂直状態に保持され
たままとなる。

【００５６】図６において前記ノズル４４から出力され
たレーザの焦点座標Ｑと、前記接触子６６の検出点座標
Ｐとは、加工ヘッド１６が垂直位置から傾斜位置に傾動
されると、座標Ｑ´，Ｐ´に変化する。しかし、前記タ
イミングベルト８３として市販のものを使用しても前記
座標Ｑ，Ｐの水平方向の距離ａと、座標Ｑ´，Ｐ´の水
平方向の距離ａ´とは加工に支障を来すほど変化はな
い。又、前記座標Ｑ，Ｐの垂直方向の距離ｂと、座標Ｑ
´，Ｐ´の垂直方向の距離ｂ´とは殆ど変化はなく、ワ
ークの加工に支障がない。符号ａ，ａ´、ｂ，ｂ´は図
示していない。

【００５７】次に、レーザ加工装置の制御回路を図９に
基づいて説明する。制御装置９１にはレーザ加工装置の
加工ヘッド１６のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の動作及び水平
旋回動作、垂直方向の傾動動作等を制御するとともに、
各種の演算動作を行うための中央演算処理装置（ＣＰ
Ｕ）９２が設けられている。ＣＰＵ９２には各種の動作
プログラム、固定データ等を記憶するためのリードオン
リメモリ（ＲＯＭ）９３及び演算されたデータ等を記憶
するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４が接続され
ている。

【００５８】前記ＣＰＵ９２には入力インターフェース
９５を介して前記ポテンショメータ６７及び各種の動作
を指示するための操作スイッチ群９７が接続されてい
る。スイッチ群９７としてＸ軸方向スイッチ９８、Ｙ軸
方向スイッチ９９、Ｚ軸方向スイッチ１００、水平旋回
スイッチ１０１、傾動スイッチ１０２、レーザスイッチ
１０３、開先加工スイッチ１０４及び開先角度の設定ス
イッチ１０５等がある。同じくＣＰＵ９２には出力イン
ターフェース９６及び駆動回路１１１を介して前記支持
テーブル１２をＸ軸方向に往復動するモータ１１２、Ｙ
軸サドル１５をＹ軸方向に往復動するモータ１１３、Ｚ
軸サドル１４をＺ軸方向に往復動するモータ１１４、水
平旋回駆動モータ１１５、前記傾動用モータ３９及び前
記レーザ発振器２５等が接続されている。

【００５９】次に、前記のように構成したレーザ加工装
置について、その動作を説明する。最初に、加工ヘッド
１６を垂直に保持した状態で、ワーク１９を切断加工す
る方法を説明する。

【００６０】図１，図１０は加工ヘッド１６及びセンサ
６１がワーク１９の上面から離隔されて、垂直方向に保
持された停止状態を示す。この状態において、Ｚ軸方向
スイッチ１００を操作してＺ軸方向駆動モータ１１４を
動作し、Ｚ軸サドル１５を下降する。すると、加工ヘッ
ド１６及びセンサ６１がワーク１９の上面に向かって接
近され、センサ６１の接触子６６が図１１に示すように
ワーク１９の上面に接触する。接触子６６の接触により
図４に示す昇降体６５がホルダ６３のアリ溝６４に沿っ
て上方に相対移動され、ポテンショメータ６７の感知子
６７が上方に所定量相対移動される。この結果、ポテン
ショメータ６７の出力電圧が基準電圧Ｖｓになり、駆動
モータ１１４が停止されて、加工ヘッド１６のノズル４
４の先端が図１１に示すようにワーク１９の上面から所
定距離だけ離れた位置で停止される。この状態で加工ヘ
ッド１６から出力されるレーザの焦点がワーク１９の上
面１９１に一致させることができる。

【００６１】次に、Ｘ軸方向スイッチ９８を操作して、
Ｘ軸方向駆動モータ１１２を起動すると、Ｘ軸支持テー
ブル１２がＸ軸方向へ移動される。又、レーザスイッチ
１０３を操作してレーザ発振器２５を動作すると、レー
ザが旋回軸筒２４、旋回用ブラケット３１、傾動用ブラ
ケット３５及びホルダ４２内の光路２６をミラー４５，
４６の反射作用により偏向されながら、集光レンズ４３
へ導かれ、ノズル４４からワーク１９の上面に照射さ
れ、ワーク１９がＸ軸方向に切断される。（図１２参
照）このとき、ワーク１９の高さが変化してセンサ６１
のポテンショメータ６７から出力される電圧が基準電圧
Ｖｓを離れて変化すると、Ｚ軸方向駆動モータ１１４が
作動されて、加工ヘッド１６が上方又は下方に移動さ
れ、ワーク１９の上面１９１にレーザの焦点が一致する
ように制御される。このため、ワーク１９の切断加工が
精度よく確実に行われる。

【００６２】なお、Ｙ軸方向スイッチ９９がオンされて
Ｙ軸方向駆動モータ９９が動作されると、加工ヘッド１
６がＹ軸方向へ移動され、ワーク１９がＹ軸方向に切断
され、水平旋回スイッチ１０１が動作されて、旋回用モ
ータ１１５が作動されると、加工ヘッド１６が水平方向
に旋回動作される。

【００６３】上述したワーク１９のレーザによる切断動
作は手動操作スイッチに代えて、自動切断加工用のスイ
ッチ（図示略）を操作することにより、予め設定された
制御プログラムに基づいて自動的に行うこともできる。

【００６４】次に、図１２に示すように切断されたワー
ク１９の切断端面１９２に傾斜面を形成する開先加工に
ついて説明する。図１２は加工ヘッドのノズル４４がワ
ーク１９に対して垂直に保持されるとともに、所定の形
状にワーク１９が切断された状態を示す。この状態でス
イッチ１００´がオンされると、Ｚ軸方向駆動モータ１
１４が起動されて、加工ヘッド１６が図１３に示すよう
に所定高さ上昇して停止される。

【００６５】次に、角度設定スイッチ１０５を操作して
開先角度をたとば例えば４５°に設定するとともに、開
先加工用のスイッチ１０４をオンすると、傾動用モータ
３９が起動され、前述した動作により加工ヘッド１６は
図１４に示すように傾斜状態となり、センサ６１は前述
した垂直状態保持機構８０の作用により垂直状態のまま
斜め上方に持ち上げられる。

【００６６】加工ヘッド１６の傾角、つまり開先傾面の
傾角は例えば４５°に選択される。この角度４５°の場
合には、レーザの焦点座標Ｑ´の水平方向の変位距離が
求められる。このため変位距離に応じてＹ軸方向駆動モ
ータ１１３が所定回転数だけ作動されて図１５に示すよ
うにレーザの焦点座標Ｑ´が前記ワーク１９の切断端面
１９２と対応する上方位置に移動される。

【００６７】次に、Ｚ軸方向スイッチ１００が作動され
て、モータ１１４が起動されると、前述したように、加
工ヘッド１６が傾斜角度に対してＺ軸移動量を補正した
後、下降し、かつセンサ６１が垂直状態のまま下降され
る。そして、センサ６１の接触子６６がワーク１９の上
面１９１に接触して微量下降されると、前述したように
加工ヘッド１６及びセンサ６１が停止される。図１６に
示すように加工ヘッド１６のレーザの焦点座標Ｑ´の高
さがワーク１９の切断端面１９２の上縁１９３に一致す
る。

【００６８】最後に、加工ヘッド１６からレーザ光を前
記上縁１９３に照射しつつ、加工ヘッド１６をＸ軸方向
に相対移動して、ワーク１９に傾角が４５°の斜面を加
工する。このとき、センサ６１の接触子６６がワーク１
９の上面１９１に対し垂直状態で接触し、ワーク１９の
高さを正確に検出することができるので、加工ヘッド１
６のノズル４４の上縁１９３と焦点座標Ｑ´との距離を
一定に保持して加工することができ、開先加工を精度良
く効果的に行うことができる。

【００６９】さて、前記実施例では加工ヘッド１６を往
復傾動するモータ３９の動力を利用して平行四節リンク
機構５８を作動させ、その被動レバー５２の先端部に設
けた、センサ６１を加工ヘッド１６の傾動に係わらず垂
直状態保持機構８０により常に垂直状態に保持するよう
に構成した。このため、接触子６６をワーク１９の上面
１９１に対し垂直に対向してワークの高さを正確に検出
することができ、この検出データに基づいて焦点座標Ｑ
´をワーク１９の上縁１９３に一致することができ、ワ
ークに傾面を精度よく加工することができる。

【００７０】又、前記実施例では平行四節リンク機構５
８の揺動リンク５５に連結ピン５７を固定し、そのピン
５７に駆動タイミングプーリ８１を固定し、センサ６１
を支持する支持軸６２には駆動タイミングプーリ８１と
同径の被動タイミングプーリ８２を嵌合固定し、両プー
リ８１，８２にベルト８３を掛装して垂直状態保持機構
８０及び等距離保持機構を形成した。このため、加工ヘ
ッド１６の傾角が変化しても、前記両座標Ｑ，Ｐ、Ｑ
´，Ｐ´の前記間隔ａ，ａ´、ｂ，ｂ´の変動は無視で
きる程度に少なく、ワーク１９の高さを精度よく検出す
ることができる。

【００７１】とろこで、前記実施例では両座標Ｑ，Ｐの
垂直方向の距離が加工ヘッド１６の傾角が変化してもほ
ぼ一定になるようにしたが、例えば前記傾角の変化に従
って距離ｂ，ｂ´が無視できない程度に直線的或いは曲
線状に変化する場合には、この変化データをＲＯＭ９３
に予め記憶させておき、傾角の変化に基づいてＣＰＵ９
２によりその変化量を補正する演算を行って加工ヘッド
１６のＺ軸方向の移動量を調整する。そして、レーザの
焦点座標Ｑ´をワーク１９の上縁１９３に一致するよう
にする。

【００７２】この場合には、前記ＣＰＵ９２、ＲＯＭ９
３及びＲＡＭ９４等は上述の補正演算手段としての機能
を備える。なお、この発明は前記各実施例の構成に限定
されるものではなく、次のように具体化することも可能
である。

【００７３】（１）前記実施例では水平旋回モータによ
り加工ヘッド１６を水平旋回動作するようにしたが、こ
れを省略した加工装置に具体化すること。 （２）前記実施例では、レーザ加工装置に具体化した
が、プラズマ、ガス切断等金属の切断を主とする切断加
工装置に具体化すること。

【００７４】（３）前記実施例では加工ヘッド１６の傾
動モータ３９の動力を利用してセンサ６１を垂直状態に
保持する動作を行うようにしたが、専用の駆動源を用い
てもよい。

【００７５】（４）連結ピン５７、プーリ８１，８２及
びベルト８３により垂直状態保持機構８０を形成した
が、これに代えて、レバーとリンク機構（図示略）を使
用すること。

【００７６】（５）前記実施例では接触式のセンサ６１
を使用したが、これに代えて例えば静電容量の変化によ
りワークの高さを検出するセンサを使用すること。 （６）レーザ、プラズマ、ガス等の加工媒体に代えてカ
ッター、砥石等を使用した加工装置に具体化すること。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は特許請
求の範囲の欄に記載したように構成したので、次のよう
な効果がある。

【００７８】請求項１記載の発明は、例えば開先加工等
の場合にもワークの高さを正確に検出して加工ヘッドの
ノズル先端とワークとの距離を一定にして加工精度を向
上することができるという優れた効果を奏する。

【００７９】請求項２記載の発明は請求項１記載の発明
の効果に加えて、加工ヘッドのノズル先端とワークとの
距離を所定値に一定に保持して加工するので、加工精度
を向上することができる。

【００８０】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明の効果に加えて、加工ヘッドのノズル先端とワークと
の距離を安価な機構により一定にして加工精度を向上す
ることができる。

【００８１】請求項４記載の発明は請求項３記載の発明
の効果に加えて、垂直状態保持機構及び等距離保持機構
の構成を簡素化してコストダウンを図ることができる。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明の効果に加
えて、垂直状態保持機構の構成を簡素化してコストダウ
ンを図ることができる。

【００８２】請求項６記載の発明は、請求項５記載の発
明の効果に加えて、垂直状態保持機構の構成をさらに簡
素化してコストダウンを図ることができる。請求項７記
載の発明は請求項１〜６記載の発明の効果に加えて、ワ
ークの高さ検出をさらに正確に行うことができる。

【００８３】請求項８記載の発明は、請求項７記載の発
明の効果に加えて、演算補正手段の動作を円滑に行い、
ワークの高さ検出を円滑に行うことができる。請求項９
記載の発明は、請求項８記載の発明の効果に加えて、セ
ンサのコストを低減することができる。

【００８４】請求項１０記載の発明は、請求項８記載の
発明の効果に加えて、センサの不要な場合に退避するこ
とができる。請求項１１記載の発明は、請求項１〜６の
いずれかに記載の発明の効果に加えて、ワークの表面の
損傷を防止することができる。

【００８５】請求項１２記載の発明は、請求項１〜１１
のいずれかに記載の発明の効果に加えて、ワークの加工
をレーザにより容易に行うことができる。請求項１３記
載の発明は、請求項１〜１２のいずれかに記載の発明の
効果に加えて、加工ヘッドを水平方向に旋回させてワー
クの加工を容易に行うことができる。

【００８６】請求項１４記載の発明は、例えば開先加工
等の場合にもワークの高さを正確に検出して加工ヘッド
のノズル先端とワークとの距離を一定にして加工精度を
向上することができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明をレーサ加工装置に具体化した一例を
示す正断面図。

【図２】 加工ヘッドの傾斜状態を示す正断面図。

【図３】 加工ヘッド断面図。

【図４】 加工ヘッドのワーク高さ検出装置の断面図。

【図５】 ワークセンサと加工ヘッドとの関係を示す平
断面図。

【図６】 ワーク検出装置の略体説明図。

【図７】 平行四節リンク機構の部分拡大分解斜視図。

【図８】 レーザ加工装置の略体斜視図。

【図９】 加工装置の制御装置を示すブロック図。

【図１０】 ワーク、加工ヘッド及び接触子との関係を
示す部分正面図。

【図１１】 ワーク、加工ヘッド及び接触子との関係を
示す部分正面図。

【図１２】 ワーク、加工ヘッド及び接触子との関係を
示す部分正面図。

【図１３】 ワーク、加工ヘッド及び接触子との関係を
示す部分正面図。

【図１４】 ワーク、加工ヘッド及び接触子との関係を
示す部分正面図。

【図１５】 ワーク、加工ヘッド及び接触子との関係を
示す部分正面図。

【図１６】 ワーク、加工ヘッド及び接触子との関係を
示す部分正面図。

【符号の説明】

１２…Ｘ軸支持テーブル、１４…Ｚ軸サドル、１５…Ｙ
軸サドル、１６…加工ヘッド、１９…ワーク、２５…レ
ーザ発振器、３５…傾動用ブラケット、３９…傾動用モ
ータ、４２…レンズホルダー、４４…ノズル、５１…ワ
ーク高さ検出装置、５２…被動レバー、５３，５６，５
７…連結ピン、５４…駆動レバー、５８…平行四節リン
ク機構、６１…センサ、６２…支持軸、６３…ホルダ
ー、６５…昇降体、６６…接触子、６７…ポテンショメ
ータ、６８…感知子、８０…垂直状態保持機構、８１…
駆動子としてのタイミングプーリ、８２…被動子として
のタイミングプーリ、８３…動力伝達部材としてのタイ
ミングベルト、９１…制御装置、９２…中央演算処理装
置、９８〜１０５…スイッチ、１１２〜１１４…モー
タ。

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークに対し切断等の加工を行う加工ヘ
   ッドを備え、該加工ヘッドをワークに対しＸ軸方向、Ｙ
   軸方向及びＺ軸方向に相対移動する機構を設け、加工ヘ
   ッドはヘッド本体に垂直面内で傾動機構により傾動可能
   に支持され、さらに、前記加工ヘッドにワークの上面に
   垂直に対向して該ワークの位置を検出するセンサを設
   け、該センサからの検出信号に基づいて加工ヘッドのワ
   ーク上面からの高さを一定に制御する制御手段を備えた
   加工装置において、 前記加工ヘッドが傾動機構により傾動されたとき、前記
   センサの姿勢をワーク上面に対して垂直状態に保持する
   垂直状態保持機構を設けた加工装置における加工ヘッド
   の高さ制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記加工ヘッドから
   出力される加工媒体の焦点座標とセンサの検出点座標と
   の垂直面内での加工ヘッドの傾角変化による垂直方向へ
   の距離変化を演算して加工ヘッドのＺ軸方向の移動量を
   補正する移動量補正手段を設けた加工ヘッドの高さ制御
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記センサの垂直状
   態保持機構は、前記加工ヘッドから出力される加工媒体
   の焦点座標とセンサの検出点座標との垂直方向の距離を
   同じに保持する等距離保持機構を備えている加工装置に
   おける加工ヘッドの高さ制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記センサの垂直状
   態保持機構及び等距離保持機構は、前記ヘッド本体に対
   し垂直面内で傾動可能に支持した被動レバーと、前記加
   工ヘッドを水平軸線の回りで傾動可能に支持する傾動ホ
   ルダに連結された駆動レバーと、前記両レバーに連結さ
   れた揺動リンクとにより平行四節リンクを構成し、前記
   被動レバーの下端部に支持軸を介してセンサを装着し、
   該センサの支持軸と平行四節リンク機構との間に該平行
   四節リンク機構の動作を利用してセンサを被動レバーに
   対し相対回動する機構を設けて構成されている加工装置
   における加工ヘッドの高さ制御装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記センサを被動レ
   バーに対し相対回動する機構は、被動レバーと揺動リン
   クとを連結する連結ピンを揺動リンクに固定し、かつ該
   連結ピンを被動レバーに相対回動可能に貫通するととも
   に、該連結ピンに固定された駆動子と前記支持軸に固定
   された従動子とを動力伝達部材により連結して構成され
   ている加工装置における加工ヘッドの高さ制御装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記駆動子及び従動
   子はタイミングプーリ又はスプロケットホイールであ
   り、動力伝達部材はタイミングベルト又はチェーンであ
   る加工装置における加工ヘッドの高さ制御装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかにおいて、前記
   センサはワークに接触する接触式のものである加工装置
   における加工ヘッドの高さ制御装置。
8. 【請求項８】 請求項７において、前記センサはセンサ
   本体に垂直方向への往復動可能に支持された昇降体と、
   該昇降体に支持されてワークに接触する接触子と、前記
   昇降体の垂直方向の動きを電気信号に変換する変換素子
   とにより構成されている加工装置における加工ヘッドの
   高さ制御装置。
9. 【請求項９】 請求項８において、前記変換素子はポテ
   ンショメータである加工装置における加工ヘッドの高さ
   制御装置。
10. 【請求項１０】 請求項８において、前記昇降体及び接
    触子を作動位置と退避位置との間で切り換える切換機構
    を有している加工装置における加工ヘッドの高さ制御装
    置。
11. 【請求項１１】 請求項１〜６のいずれかにおいて、前
    記センサはワークに接触しない非接触式のものである加
    工装置における加工ヘッドの高さ制御装置。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれかにおいて、
    加工ヘッドはレーザ発生器からのレーザ光をノズルから
    ワークに照射するように構成された加工装置における加
    工ヘッドの高さ制御装置。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１２のいずれかにおいて、
    ヘッド本体と傾動用ブラケットとの間には加工ヘッドを
    水平方向に旋回させる旋回機構が装設されている加工装
    置における加工ヘッドの高さ制御装置。
14. 【請求項１４】 ワークに対し、加工ヘッドを垂直状態
    で接近するとともに、センサをワークの上面に垂直状態
    で接触あるいは近傍に配設して、センサの検出信号によ
    り加工ヘッドのワーク上面からの高さを所定値に制御し
    つつワークの切断、溶接あるいは穿孔作業を行い、次
    に、センサを垂直状態に保持したまま加工ヘッドを垂直
    面内で傾斜させるとともに、加工ヘッドとセンサをワー
    クに接近してセンサの検出信号により加工ヘッドのワー
    クからの高さを一定に制御しつつワークの切断、溶接あ
    るいは穿孔作業を行うことを特徴とする加工装置におけ
    る加工ヘッドの高さ制御方法。