JP3356043B2 - レーザ加工装置用距離検出器 - Google Patents

レーザ加工装置用距離検出器

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ加工装置
におけるレーザ光の焦点位置または加工ノズルの高さを
検出するために使用されるレーザ加工装置用距離検出器
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、レーザ加工装置でレーザ加工す
るときには、被加工物の材質や板厚により、レーザ出
力、パルス周波数、アシストガス圧力、焦点位置、ノズ
ル高さ等の加工条件が設定され、加工時には適切な条件
を維持する必要がある。特に、焦点位置及びノズル高さ
は加工に敏感な条件であり、正確さを確保する必要があ
る。
【０００３】また、レーザ加工は線分加工であり、レー
ザ光を被加工物に対して相対的に走査しながら加工する
ときには、被加工物の位置を認識して、リアルタイムに
焦点位置とノズル高さを調整する必要がある。この焦点
位置とノズル高さを検出する方法として、ノズルの先端
部に距離検出器を装着する方法が一般に採用されてい
る。更に、集光レンズと加工ノズルはレーザ加工装置の
同一架台に取付けられるのが普通であるから、焦点位置
とノズル高さを被加工物に対して個別に測定するのでは
なく、ノズル先端と被加工物との相対距離を測定する距
離検出器によって、ノズル高さを認識し、集光レンズの
位置とノズル先端の相対位置を認識するのが一般的であ
る。
【０００４】近年、レーザ加工の用途拡大に伴い、意匠
用のアルミニウムやステンレス等の金属平板加工材料を
加工するニーズも増加しつつある。このため、焦点位置
やノズルの高さを測定する距離検出器としては非接触型
のものが、接触傷防止の面から好んで使用されており、
特に、静電容量を利用した距離検出器が多用されてい
る。また、レーザ加工の高速性から応答速度が速い距離
検出器が要求されており、機械式のものよりも静電容量
を利用した距離検出器が有利となっている現状がある。
【０００５】このような、静電容量を利用した距離検出
器は、通常、ノズル先端に電気的に交流信号を印加した
検出電極を配設し、被加工物との間の静電容量に従って
変化する交流信号を検出することで、加工ノズル先端の
検出電極と被加工物の間の静電容量を求めて、検出電極
と被加工物の距離に相当する直流信号が交流信号から形
成されている。この直流信号は、その後、制御装置に供
給され、その供給された制御装置は、直流信号に従って
ノズル、即ち、検出電極と被加工物との距離を目的の距
離に維持するように制御している。
【０００６】具体的には、レーザ加工装置は、一般に、
レーザ光を集光してそのビームスポットを被加工物に照
射し、材料を瞬時に溶融または昇華して飛散させること
で除去加工（主に、切断等）を行っている。このため、
通常は、レーザ光を集光するための集光レンズまたは集
光ミラーを備え、更に、溶融または昇華した材料を飛散
させるためにアシストガスを吹付けるための加工ノズル
を備えている。
【０００７】また、検出電極と被加工物の間の静電容量
を求めるための交流信号として、正弦波交流を用いるこ
とが一般的である。この場合、その静電容量に対応する
信号として、検出電極の電圧を検出する方法が採用され
ている。前記検出電極の電圧の振幅Ｖは、周波数ｆの電
流（電流の振幅）Ｉの正弦波交流電流源を検出電極に加
えるとき、未知の静電容量を静電容量Ｃとすれば、次式
で与えられる。 Ｖ＝２πｆＣ・ｉ 検出された検出電極の電圧は、上記振幅Ｖを持つ周波数
ｆの正弦波交流となるため、実際には、この正弦波交流
を整流して振幅Ｖに比例した直流信号に変換している。
【０００８】一般に、レーザ加工装置のノズルの先端は
操作性の面から小さくする必要があり、そこに取付けら
れる検出電極のサイズも小さいものである必要がある。
このため、検出電極と被加工物の間の静電容量は、非常
に微弱となり、通常、１ｐＦ以下の静電容量となること
が知られている。また、交流信号の周波数は、レーザ加
工装置の性能上から規定される応答周波数から決まり、
通常、１０ｋＨｚ以上の周波数が使用されている。微弱
な静電容量Ｃによって変換された検出電圧は、非常に外
乱の影響を受けやすいために、整流後の直流信号は、更
に、低域フィルタを通して、外乱のもつ高周波成分を除
去している。
【０００９】次に、前述した従来のレーザ加工装置用距
離検出器の具体的回路の事例を説明する。図１１は第１
の従来のレーザ加工装置用距離検出器の全体の構成を示
す説明図である。図において、交流定電流源７は、ｉ＝
Ｉ・ｓｉｎ２πｆｔの出力を発生するものであり、ここ
で、Ｉは電流の振幅、ｔは時間、ｆは周波数である。レ
ーザ光４が通過する周囲に配設した環状の検出電極１は
ノズル３の先端に配設され、そこに定電流ｉを供給し、
被加工物２との間の静電容量Ｃで変換された電圧を電圧
検出回路８で検出し、更に、整流回路９で交流信号を直
流信号に変換し、この直流信号は高周波成分を含むの
で、低域フィルタ１０で不要な高周波成分を除去し、距
離検出出力ｖo を得ている。これによって、検出された
検出電極１の電圧は、収光（焦点）位置６とノズル高さ
を被加工物２に対して測定し、ノズル３の先端と被加工
物２との相対距離を測定する距離検出器によって、ノズ
ル高さを認識し、図示しない集光レンズの位置とノズル
先端の相対位置を決定している。
【００１０】図１２は第２の従来のレーザ加工装置用距
離検出器の全体の構成を示す説明図で、図１３は第３の
従来のレーザ加工装置用距離検出器の全体の構成を示す
説明図である。図中、上記従来例と同一符号及び記号
は、上記従来例の構成部分と同一または相当する構成部
分を示すものである。図１２において、交流定電流源７
は、ｉ＝Ｉ・ｓｉｎ２πｆｔの出力を発生するものであ
る。検出電極１はノズル３の先端に配設されており、そ
こに定電流ｉを供給し、被加工物２との間の静電容量Ｃ
で変換された電圧を電圧検出回路８で検出し、整流回路
９で交流信号を直流信号に変換し、この直流信号は高周
波成分を含むので、更に、低域フィルタ１０で不要な高
周波成分を除去し、距離検出出力ｖo を得ている。これ
によって、検出された検出電極１の電圧は、収光位置６
とノズル高さを被加工物２に対して測定し、ノズル３の
先端と被加工物２との相対距離を測定する距離検出器に
よって、ノズル高さを認識し、図示しない集光レンズの
位置とノズル先端の相対位置を決定している。ここで、
検出電極１に加える交流信号源は、正弦波の交流定電流
源ばかりでなく、正弦波の交流定電圧源でもよい。図１
３はその事例である。
【００１１】図１３において、交流定電圧源７Ａは、ｖ
＝Ｖ・ｓｉｎ２πｆｔの出力を発生するものである。検
出電極１はノズル３の先端に配設されており、交流定電
圧源７Ａからそこに電流ｉo を供給し、被加工物２との
間の静電容量Ｃに供給される電流ｉo は、変流器１３で
検出し、変流器１３で検出した電流を電流検出回路１４
でその電流値に比例した電圧に変換し、その電流検出回
路１４の出力を、整流回路９で交流信号を直流信号に変
換し、この直流信号は高周波成分を含むので、更に、低
域フィルタ１０で不要な高周波成分を除去し、距離検出
出力ｖo を得ている。これによって、検出された検出電
極１の電圧は、収光位置６とノズル高さを被加工物２に
対して測定し、ノズル３の先端と被加工物２との相対距
離を測定する距離検出器によって、ノズル高さを認識
し、集光レンズの位置とノズル先端の相対位置を決定し
ている。この実施例の場合、検出電極１に流れ込む検出
電流ｉo は、 ｉo ＝Ｖ／２πｆＣ となる。ただし、印加する電圧の振幅をＶ、周波数を
ｆ、未知の静電容量をＣである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の距離
検出器は、加工中に発生するスパッタ、プラズマによる
外乱に対して、低域フィルタ１０では外乱のもつ周波数
成分の一部しか除去できず、完全に距離検出器の誤差要
因を除去することができなかった。特に、アルミニウ
ム、ステンレス等の材質の加工ニーズが高まる中で、一
方では、これらの材質はレーザ加工するとき、レーザ光
照射部分においてプラズマやスパッタが発生し易く、ノ
ズル部分に取付けられた検出電極１と被加工物２との間
の静電容量Ｃを利用した距離検出器は、そのプラズマや
スパッタの影響を受け、誤動作する要因を含んでいる。
【００１３】このような距離検出器の誤動作は、レーザ
加工の加工不良を起こすばかりだけでなく、最悪の場合
には、被加工物２とノズル３との衝突を起し、被加工物
２の損傷やレーザ加工装置自体の破損を引き起こす可能
性がある。一方、近年の省力化のニーズにより、レーザ
加工の自動運転が行われており、加工の信頼性が重要と
なってきている。
【００１４】そこで、本発明は、レーザ加工中のプラズ
マやスパッタが発生しても、それによる影響を受けるこ
となく距離測定でき、信頼性の高いレーザ加工装置用距
離検出器の提供を課題とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための部】請求項１にかかるレーザ加
工装置用距離検出器は、レーザ発振器から発射されたレ
ーザの光束を光学集光部材で集光し、その収光位置と被
加工物に関する距離を静電容量を利用した位置検出器で
検出し、前記収光位置と前記被加工物間の距離を制御し
ながら、その集光した光束を被加工物に照射してレーザ
加工を行うレーザ加工装置において、前記収光位置と前
記被加工物に関する距離を静電容量を利用して検出する
位置検出器は、前記被加工物との間に静電容量を形成す
る検出電極と、前記検出電極に入力する交流信号を発生
する入力信号発生部と、前記被加工物と前記検出電極間
に入力された前記交流信号を検出する信号検出部と、前
記信号検出部により検出された前記交流信号と前記入力
信号発生部で発生した前記交流信号との周波数を一致さ
せて演算する演算部とを具備するものである。
【００１６】請求項２にかかるレーザ加工装置用距離検
出器の前記入力信号発生部は、交流定電流源としたもの
である。
【００１７】請求項３にかかるレーザ加工装置用距離検
出器の前記入力信号発生部は、交流定電圧源としたもの
である。
【００１８】請求項４にかかるレーザ加工装置用距離検
出器の前記入力信号発生部は、特定の周波数の正弦波交
流としたものである。
【００１９】請求項５にかかるレーザ加工装置用距離検
出器の前記演算部は、前記入力信号発生部で発生した信
号と乗算する乗算器及び前記乗算器の乗算結果を平滑す
る平滑部を具備するものである。
【００２０】請求項６にかかるレーザ加工装置用距離検
出器の前記演算部は、前記入力信号発生部で発生した前
記交流信号の位相を検出し、前記位相により同期整流す
るものである。
【００２１】請求項７にかかるレーザ加工装置用距離検
出器の前記演算部の演算は、前記入力信号発生部で発生
した交流信号の位相を推移させる移相回路によって位相
を制御して行うものである。
【００２２】請求項８にかかるレーザ加工装置用距離検
出器の前記演算部の演算は、前記信号検出部で検出した
前記検出信号の位相を推移させる移相回路によって位相
を制御して行うものである。
【００２３】請求項９にかかるレーザ加工装置用距離検
出器の前記演算部の演算は、前記入力信号発生部で発生
した交流信号のタイミングまたは位相をもとに、前記検
出信号をサンプリングするものである。
【００２４】請求項１０にかかるレーザ加工装置用距離
検出器の前記入力信号発生部は、位相の異なる２系統の
交流信号を発生し、前記２系統のうちの一方を検出電極
に入力し、他方を前記演算部の演算入力として用いるも
のである。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態のレー
ザ加工装置用距離検出器について、図を用いて説明す
る。なお、図中、上記各従来例と同一符号及び記号は、
上記各従来例の構成部分と同一または相当する構成部分
を示すものであり、図示を省略した構造部分について
は、図９の従来例の構造を引用するものである。
【００２６】実施の形態１．図１は本発明の第１の実施
の形態のレーザ加工装置用距離検出器の全体の構成を示
す説明図である。図２は本発明の第１の実施の形態のレ
ーザ加工装置用距離検出器における交流電圧源の出力波
形と電圧検出回路によって検出される出力波形の一例を
示す説明図、図３は本発明の第１の実施の形態のレーザ
加工装置用距離検出器における電圧検出回路から出力さ
れる信号の周波数スペクトルの一例を示す説明図であ
る。図１において、交流電圧源１５は定電圧源として使
用されるものであるが、本発明を実施する場合には周波
数、振幅電圧が安定している正弦波発振器であればよ
い。定電流増幅回路１６は入力電圧に比例した交流定電
流を出力するものである。また、演算回路２１はオペア
ンプ等の演算増幅器等からなる。そして、電圧検出回路
８は検出電極１に発生する電圧（電圧降下）を検出する
ものである。ここで、検出電極１に入力する交流信号を
発生する交流電圧源１５及び定電流増幅回路１６は、本
実施の形態の入力信号発生部を構成する。
【００２７】本実施の形態のレーザ加工装置用距離検出
器は、レーザ発振器から発射されたレーザ光４の光束を
光学集光部材で集光し、その収光位置６と被加工物２に
関する距離を静電容量Ｃを利用した距離検出器１００で
検出し、収光位置６と被加工物２間の距離を制御しなが
ら、その集光した光束を被加工物２に照射してレーザ加
工を行うレーザ加工装置において、収光位置６と被加工
物２に関する距離を静電容量Ｃを利用して検出する距離
検出器１００は、被加工物２との間に静電容量Ｃを形成
する検出電極１と、検出電極１に入力する交流信号を発
生する交流電圧源１５及び定電流増幅回路１６からなる
入力信号発生部と、被加工物２と検出電極１間に入力さ
れた交流信号を検出する電圧検出回路８からなる信号検
出部と、電圧検出回路８からなる信号検出部により検出
された交流信号と交流電圧源１５及び定電流増幅回路１
６からなる入力信号発生部で発生した交流信号との周波
数を一致させて演算する演算回路２１からなる演算部と
を具備するものである。
【００２８】このように構成された本実施の形態のレー
ザ加工装置用距離検出器は、交流電圧源１５で発生した
交流信号は定電流増幅回路１６に入力され、その定電流
増幅回路１６は入力電圧に比例した交流定電流を出力
し、検出電極１に供給する。このとき、検出電極１の電
圧は電圧検出回路８に印加されるが、電圧検出回路８の
入力インピーダンスは非常に大きく、電圧検出回路８に
流入する電流の値は無視できる。特に、検出電極１の静
電容量Ｃと比較したとき、電圧検出回路８の入力インピ
ーダンスは無限大に近いから、電圧検出回路８に流入す
る電流の値は無視できる。検出電極１には、供給された
交流定電流と被加工物２との間の静電容量Ｃに従った交
流電圧Ｖｃが発生する。その関係は次式で表される。 Ｖｃ＝ｉ／２πｆＣ この電圧検出回路８によって検出され出力は演算回路２
１に入力され、演算回路２１は交流電圧源１５の信号も
入力されており、この２つの交流信号を演算して距離情
報出力として正確な検出出力ｖo を得ている。
【００２９】即ち、演算回路２１では、電圧検出回路８
によって検出される出力の成分のうち交流電圧源１５の
波形と相関の大きさを演算している。例えば、図２に示
すように、交流電圧源１５として正弦波交流を用いた場
合には、経験上図示するようなノイズ成分を含んだ電圧
検出回路８の出力が得られることが分かっている。この
ときの演算回路２１の出力としては、同じ周波数の正弦
波波形のみの成分の大きさが得られることとなる。即
ち、図３で示すようなノイズのスペクトルが電圧検出回
路８の出力に含まれている場合、静電容量の検出に必要
な交流電圧源１５と同じ周波数ｆのスペクトルのみを抽
出することができる。このことは、被加工物２との間の
静電容量Ｃに従った交流電圧Ｖｃから、交流電圧源１５
と相関のないノイズ成分は演算出力から除去されること
を示している。このため、レーザ加工中のプラズマやス
パッタが発生しても、それによる影響を受けることなく
距離測定でき、信頼性の高い距離検出器１００が得られ
る。
【００３０】実施の形態２．図４は本発明の第２の実施
の形態のレーザ加工装置用距離検出器の全体の構成を示
す説明図である。図１の実施の形態のレーザ加工装置用
距離検出器では、電圧検出回路８によって検出され出力
と交流電圧源１５の検出信号との位相が一致しない場合
には、検出感度が低下し、Ｓ／Ｎ比が低下する。しか
し、周波数が高く、被加工物２と検出電極１との間の静
電容量Ｃを測定するものであり、しかも、電圧検出回路
８の増幅処理時間が交流電圧源１５の信号を直接導入す
るタイミングと必ずしも一致しない場合があるので、こ
の場合には、図４の実施の形態のように、位相調整を行
い、両位相を一致させればよい。図４において、図１の
実施の形態と同じく、交流電圧源１５は基準の波形発生
源として使用されるものであり、定電流増幅回路１６は
入力電圧に比例した交流電流を出力するものである。ま
た、電圧検出回路８は検出電極１に発生する電圧（電圧
降下）を検出するものである。移相回路１７は入力した
交流電圧源１５の位相をシフトして所定の位相に進相ま
たは遅相処理して出力するものである。ここで、検出電
極１に入力する交流信号を発生する交流電圧源１５及び
定電流増幅回路１６は、本実施の形態の入力信号発生部
を構成する。また、電圧検出回路８からなる信号検出部
により検出された交流信号と入力信号発生部の交流電圧
源１５で発生した交流信号との周波数及び位相を一致さ
せて演算する移相回路１７及び同期整流回路１８は、本
実施の形態の演算部を構成する。
【００３１】本実施の形態のレーザ加工装置用距離検出
器は、レーザ発振器から発射されたレーザ光４の光束を
光学集光部材で集光し、その収光位置６と被加工物２に
関する距離を静電容量Ｃを利用した距離検出器２００で
検出し、収光位置６と被加工物２間の距離を制御しなが
ら、その集光した光束を被加工物２に照射してレーザ加
工を行うレーザ加工装置において、収光位置６と被加工
物２に関する距離を静電容量Ｃを利用して検出する距離
検出器２００は、被加工物２との間に静電容量Ｃを形成
する検出電極１と、検出電極１に入力する交流信号の波
形を発生する交流電圧源１５及び定電流増幅回路１６か
らなる入力信号発生部と、被加工物２と検出電極１間に
入力された交流信号を検出する電圧検出回路８からなる
信号検出部と、電圧検出回路８からなる信号検出部によ
り検出された交流信号と入力信号発生部の交流電圧源１
５で発生した交流信号との周波数及び位相を一致させて
演算する移相回路１７及び同期整流回路１８からなる演
算部とを具備するものである。
【００３２】このように構成された本実施の形態のレー
ザ加工装置用距離検出器は、交流電圧源１５で発生した
交流定電圧ｓｉｎ２πｆｔは定電流増幅回路１６に入力
され、その定電流増幅回路１６は入力電圧に比例した交
流電流を出力し、検出電極１に供給する。このとき、検
出電極１の電圧ｖｃは、ｖｃ＝ｉ／２πｆＣとして電圧
検出回路８に印加されるが、電圧検出回路８の入力イン
ピーダンスは非常に大きく、電圧検出回路８に流入する
電流の値は無視できる。電圧検出回路８で検出された電
圧は、同期整流回路１８に入力され、同期整流回路１８
では移相回路１７の信号の位相情報をもとに電圧検出回
路８の検出信号を同期整流し、その移相回路１７を通過
した特定の周波数のみの信号を整流し、他の周波数成分
を除去する。また、同期整流回路１８の出力は低域フィ
ルタ１０に入力され不要な高周波成分を除去し、距離情
報出力として正確な検出出力ｖo を得ている。したがっ
て、電圧検出回路８によって検出され出力と交流電圧源
１５を移相回路１７を介して検出された出力は、互いに
周波数及び位相が一致しており、同期整流回路１８では
移相回路１７の信号の位相情報をもとに電圧検出回路８
の検出信号を同期整流により抽出でき、同期整流回路１
８の出力として低域フィルタ１０に入力される不要な高
周波成分を除去し、距離情報出力として正確な検出出力
ｖo を得ることができる。
【００３３】即ち、図１の実施の形態と同様に、検出電
極１に交流電圧源１５に比例した電流が供給されるが、
電圧検出回路８で検出された電圧を同期整流回路１８に
入力し、また、交流電圧源１５の電圧を移相回路１７で
位相シフトして同期整流回路１８に入力し、同期整流回
路１８では移相回路１７の信号の位相情報をもとに電圧
検出回路８の検出信号を同期整流し、同期整流回路１８
の出力は低域フィルタ１０に入力され不要な高周波成分
を除去するものである。したがって、電圧検出回路８に
よって検出された出力と交流電圧源１５の出力を移相回
路１７を介して位相シフトさせて検出された出力は、互
いに周波数及び位相が一致しており、両者のタイミング
を正確に抽出でき、互いの周波数及び位相を一致させた
同期整流ができるから、信号に混入するノイズ成分が重
畳していても、周波数が一致しないため、それを除去で
きるから、ノイズ成分の影響を無視できる検出が可能と
なる。
【００３４】実施の形態３．図５は本発明の第３の実施
の形態のレーザ加工装置用距離検出器の全体の構成を示
す説明図である。図５は図４に示した実施の形態のレー
ザ加工装置用距離検出器における同期整流回路１８を乗
算回路１９に置換えたものである。ここで、検出電極１
に入力する交流信号を発生する交流電圧源１５及び定電
流増幅回路１６は、本実施の形態の入力信号発生部を構
成する。また、電圧検出回路８からなる信号検出部によ
り検出された交流信号と入力信号発生部の交流電圧源１
５で発生した交流信号との周波数及び位相を一致させて
乗算する移相回路１７及び乗算回路１９は、本実施の形
態の演算部を構成する。
【００３５】本実施の形態のレーザ加工装置用距離検出
器は、レーザ発振器から発射されたレーザ光４の光束を
光学集光部材で集光し、その収光位置６と被加工物２に
関する距離を静電容量Ｃを利用した距離検出器３００で
検出し、収光位置６と被加工物２間の距離を制御しなが
ら、その集光した光束を被加工物２に照射してレーザ加
工を行うレーザ加工装置において、収光位置６と被加工
物２に関する距離を静電容量Ｃを利用して検出する距離
検出器３００は、被加工物２との間に静電容量Ｃを形成
する検出電極１と、検出電極１に入力する交流信号を発
生する交流電圧源１５及び定電流増幅回路１６からなる
入力信号発生部と、被加工物２と検出電極１間に入力さ
れた交流信号を検出する電圧検出回路８からなる信号検
出部と、電圧検出回路８からなる信号検出部により検出
された交流信号と入力信号発生部の交流電圧源１５で発
生した交流信号との周波数及び位相を一致させて演算す
る移相回路１７及び乗算回路１９からなる演算部とを具
備するものである。
【００３６】このように構成された本実施の形態のレー
ザ加工装置用距離検出器は、交流電圧源１５で発生した
交流信号は定電流増幅回路１６に入力され、その定電流
増幅回路１６は入力電圧に比例した交流電流を出力し、
検出電極１に供給する。このとき、検出電極１の電圧ｖ
ｃは、ｖｃ＝ｉ／２πｆＣとして電圧検出回路８に印加
されるが、電圧検出回路８の入力インピーダンスは非常
に大きいことから、電圧検出回路８に流入する電流の値
は無視でき、電圧検出回路８で検出された電圧は乗算回
路１９に入力され、乗算回路１９では移相回路１７によ
って同位相とされた交流電圧源１５の情報をもとに乗算
し、振幅が大きい信号相互を乗算して、その出力を低域
フィルタ１０に入力している。このとき、乗算回路１９
により電圧検出回路８で検出された電圧と交流電圧源１
５の信号とを乗算し、互いに振幅の大きい乗算の結果に
より、全体として雑音の存在を低く抑えることができ、
距離情報出力として正確な検出出力ｖo を得ている。
【００３７】故に、乗算回路１９により電圧検出回路８
で検出された電圧と交流電圧源１５の信号とを乗算し、
互いに振幅の大きい乗算の結果により、全体として雑音
の存在を低く抑えることができるから、乗算回路１９の
演算により、プラズマやスパッタの影響による外乱によ
る影響が全体に比較して少なくなり、レーザ加工中のプ
ラズマやスパッタが発生しても、それによる影響を受け
ることなく距離測定でき、信頼性の高い距離検出器が得
られる。
【００３８】実施の形態４．図６は本発明の第４の実施
のレーザ加工装置用距離検出器の全体の構成を示す説明
図である。図６は図４に示した実施の形態のレーザ加工
装置用距離検出器における同期整流回路１８をアナログ
ゲート及び所定の周期でゲートを開閉する閾値回路等か
らなるサンプリング回路２０に置換えたものである。こ
こで、検出電極１に入力する交流信号を発生する交流電
圧源１５及び定電流増幅回路１６は、本実施の形態の入
力信号発生部を構成する。また、電圧検出回路８からな
る信号検出部により検出された交流信号と入力信号発生
部の交流電圧源１５で発生した交流信号との周波数及び
位相を一致させて演算する移相回路１７及びサンプリン
グ回路２０は、本実施の形態の演算部を構成する。
【００３９】本実施の形態のレーザ加工装置用距離検出
器は、レーザ発振器から発射されたレーザ光４の光束を
光学集光部材で集光し、その収光位置６と被加工物２に
関する距離を静電容量Ｃを利用した距離検出器４００で
検出し、収光位置６と被加工物２間の距離を制御しなが
ら、その集光した光束を被加工物２に照射してレーザ加
工を行うレーザ加工装置において、収光位置６と被加工
物２に関する距離を静電容量Ｃを利用して検出する距離
検出器４００は、被加工物２との間に静電容量Ｃを形成
する検出電極１と、検出電極１に入力する交流信号を発
生する交流電圧源１５及び定電流増幅回路１６からなる
入力信号発生部と、被加工物２と検出電極１間に入力さ
れた交流信号を検出する電圧検出回路８からなる信号検
出部と、電圧検出回路８からなる信号検出部により検出
された交流信号と入力信号発生部の交流電圧源１５で発
生した交流信号との周波数及び位相を一致させて演算す
る移相回路１７及びサンプリング回路２０からなる演算
部とを具備するものである。
【００４０】このように構成された本実施の形態のレー
ザ加工装置用距離検出器は、交流電圧源１５で発生した
交流信号は定電流増幅回路１６に入力され、その定電流
増幅回路１６は入力電圧に比例した交流電流を出力し、
検出電極１に供給する。このとき、検出電極１の電圧ｖ
ｃは、ｖｃ＝ｉ／２πｆＣとして電圧検出回路８に印加
されるが、電圧検出回路８の入力インピーダンスは非常
に大きいことから、電圧検出回路８に流入する電流の値
は無視でき、電圧検出回路８で検出された電圧はサンプ
リング回路２０に入力され、サンプリング回路２０では
移相回路１７によって同位相とされた交流電圧源１５の
情報をもとに所定の周期、例えば、振幅が１／５以上の
領域の周期でサンプリングし、その出力を低域フィルタ
１０に入力し、不要な高周波成分を除去し、距離情報出
力として正確な検出出力ｖo を得ている。したがって、
サンプリング回路２０により電圧検出回路８で検出され
た電圧を所定の周期のみ、例えば、振幅が大きい周期の
みサンプリングし、ＳＮ比の大きい領域のみを抽出し、
その出力を低域フィルタ１０に入力し、不要な高周波成
分を除去した正確な検出出力ｖo としている。
【００４１】故に、本実施の形態では、交流電圧源１５
の信号は移相回路１７に通して位相をシフトし、サンプ
リング回路２０に導かれており、サンプリング回路２０
は電圧検出回路８で検出した信号を、交流電圧源１５の
信号の位相を参照してサンプリングしており、交流電圧
源１５の信号は移相回路１７に通して位相をシフトし
て、任意の範囲でサンプリングされるから、サンプリン
グ領域を振幅が大きい周期とすれば、相対的にＳＮ比を
大きくすることができる。また、ノイズ成分はサンプリ
ングタイミングに合わないので後段の低域フィルタで除
去され、Ｓ／Ｎ比が向上する。なお、移相回路１７の位
相シフト量によって、サンプリングする領域を変更で
き、出力感度の調整を行うこともできる。
【００４２】実施の形態５．図７は本発明の第５の実施
のレーザ加工装置用距離検出器の全体の構成を示す説明
図である。図７は図４に示した実施の形態のレーザ加工
装置用距離検出器における検出電極１に供給する入力信
号を定電流源から直接供給する定電圧の供給に置換えた
ものである。交流定電圧源１５Ａは、Ｖ・ｓｉｎ２πｆ
ｔの出力を発生するものである。被加工物２との間の静
電容量Ｃに供給される電流ｉo は、変流器（ＣＴ）１３
で検出し、変流器１３で検出した電流ｉo を電流検出回
路１４でその電流値に比例した電圧に変換するものであ
る。ここで、検出電極１に入力する交流信号を発生する
交流定電圧源１５Ａは、本実施の形態の入力信号発生部
を構成する。また、変流器１３及び電流検出回路１４か
らなる信号検出部により検出された交流信号と入力信号
発生部の交流定電圧源１５Ａで発生した交流信号との周
波数及び位相を一致させて演算する移相回路１７及び同
期整流回路１８は、本実施の形態の演算部を構成する。
【００４３】本実施の形態のレーザ加工装置用距離検出
器は、レーザ発振器から発射されたレーザ光４の光束を
光学集光部材で集光し、その収光位置６と被加工物２に
関する距離を静電容量Ｃを利用した距離検出器５００で
検出し、収光位置６と被加工物２間の距離を制御しなが
ら、その集光した光束を被加工物２に照射してレーザ加
工を行うレーザ加工装置において、収光位置６と被加工
物２に関する距離を静電容量Ｃを利用して検出する距離
検出器５００は、被加工物２との間に静電容量Ｃを形成
する検出電極１と、検出電極１に入力する交流信号を発
生する交流定電圧源１５Ａからなる入力信号発生部と、
被加工物２と検出電極１間に入力された交流信号を検出
する変流器１３及び電流検出回路１４からなる信号検出
部と、変流器１３及び電流検出回路１４からなる信号検
出部により検出された交流信号と入力信号発生部の交流
定電圧源１５Ａで発生した交流信号との周波数及び位相
を一致させて演算する移相回路１７及び同期整流回路１
８からなる演算部とを具備するものである。
【００４４】このように構成された本実施の形態のレー
ザ加工装置用距離検出器は、交流定電圧源１５Ａで発生
した交流定電圧Ｖ・ｓｉｎ２πｆｔは、検出電極１に印
加される。被加工物２と検出電極１の間の静電容量Ｃに
供給される電流ｉo は、変流器１３で検出し、変流器１
３で検出した電流ｉo を電流検出回路１４でその電流値
に比例した電圧に変換し、その電流検出回路１４の出力
を同期整流回路１８に入力し、同期整流回路１８では移
相回路１７の信号の位相情報をもとに電流検出回路１４
の検出信号を、周波数及び位相が一致する範囲で電流検
出回路１４の出力を抽出する同期整流を行う。移相回路
１７の信号の位相情報をもとに電圧検出回路８の検出信
号を同期整流し、更に、同期整流回路１８の出力を低域
フィルタ１０に入力することにより、不要な高周波成分
を無視できる距離情報出力として正確な検出出力ｖo を
得ている。したがって、電流検出回路１４によって検出
され出力と交流定電圧源１５Ａを移相回路１７を介して
検出された出力は、互いに周波数及び位相が一致してお
り、同期整流回路１８では移相回路１７の信号の位相情
報をもとに電圧検出回路８の検出信号を同期整流するこ
とにより、同期整流回路１８の出力として低域フィルタ
１０に入力される信号は、不要な高周波成分を除去した
距離情報出力となる。
【００４５】即ち、図４の実施の形態と同様に、検出電
極１に交流定電圧源１５Ａに比例した電流が供給される
が、変流器１３及び電流検出回路１４で検出された電圧
を同期整流回路１８に入力し、また、交流定電圧源１５
Ａの電圧を移相回路１７で位相シフトして同期整流回路
１８に入力し、同期整流回路１８では移相回路１７の信
号の位相情報をもとに変流器１３及び電流検出回路１４
の検出信号を同期整流し、同期整流回路１８の出力は移
相回路１７の周波数及び位相で特定され、電流検出回路
１４の所定の周波数成分の振幅のみが低域フィルタ１０
に入力され不要な高周波成分を除去することができる。
したがって、電圧検出回路８によって検出された出力と
交流定電圧源１５Ａの出力を移相回路１７を介して位相
シフトさせて検出された出力は、互いに周波数及び位相
が一致しており、両者のタイミングが一致する成分のみ
を正確に抽出でき、互いの周波数及び位相を一致させ、
位相・周波数の一致しないノイズ成分を除去できるか
ら、レーザ加工中のプラズマやスパッタが発生しても、
それによる影響を受けることなく距離測定でき、信頼性
の高い距離検出器が得られる。
【００４６】故に、検出電極１に交流定電圧源１５Ａか
ら定電圧を印加し、変流器１３で検出電極１に流れる電
流を検出し、その検出電流は電流検出回路１４で電圧に
変換され同期整流回路１８で交流定電圧源１５Ａの位相
をもとに同期整流される。このとき、同期整流回路１８
に入力される位相信号は、交流定電圧源１５Ａの電圧が
移相回路１７を通ったものであり、同期整流に必要なだ
け位相シフトしているから、移相回路１７で特定された
周波数及び位相が合致した電流検出回路１４の信号のみ
を抽出でき、ノイズを最小限に抑えた出力を得ることが
できる。
【００４７】実施の形態６．図８は本発明の第６の実施
の形態のレーザ加工装置用距離検出器の全体の構成を示
す説明図である。図８は図４に示した実施の形態のレー
ザ加工装置用距離検出器における移相回路１７を電圧検
出回路８の出力側に接続したものである。ここで、検出
電極１に入力する交流信号を発生する交流電圧源１５及
び定電流増幅回路１６は、本実施の形態の入力信号発生
部を構成する。また、電圧検出回路８からなる信号検出
部により検出された交流信号と入力信号発生部の交流電
圧源１５で発生した交流信号との周波数及び位相を一致
させて演算する移相回路１７及び同期整流回路１８は、
本実施の形態の演算部を構成する。
【００４８】本実施の形態のレーザ加工装置用距離検出
器は、レーザ発振器から発射されたレーザ光４の光束を
光学集光部材で集光し、その収光位置６と被加工物２に
関する距離を静電容量Ｃを利用した距離検出器６００で
検出し、収光位置６と被加工物２間の距離を制御しなが
ら、その集光した光束を被加工物２に照射してレーザ加
工を行うレーザ加工装置において、収光位置６と被加工
物２に関する距離を静電容量Ｃを利用して検出する距離
検出器６００は、被加工物２との間に静電容量Ｃを形成
する検出電極１と、検出電極１に入力する交流信号を発
生する交流電圧源１５及び定電流増幅回路１６からなる
入力信号発生部と、被加工物２と検出電極１間に入力さ
れた交流信号を検出する電圧検出回路８からなる信号検
出部と、電圧検出回路８からなる信号検出部により検出
された交流信号と入力信号発生部の交流電圧源１５で発
生した交流信号との周波数及び位相を一致させて演算す
る移相回路１７及び同期整流回路１８からなる演算部と
を具備するものである。
【００４９】このように構成された本実施の形態のレー
ザ加工装置用距離検出器は、交流電圧源１５で発生した
交流定電圧Ｖ・ｓｉｎ２πｆｔは定電流増幅回路１６に
入力され、その定電流増幅回路１６は入力電圧に比例し
た交流定電流ｉを出力し、検出電極１に供給する。この
とき、検出電極１の電圧ｖｃは、ｖｃ＝ｉ／２πｆＣと
して電圧検出回路８に印加されるが、電圧検出回路８の
入力インピーダンスは非常に大きく、電圧検出回路８に
流入する電流の値は無視できる。電圧検出回路８で検出
された電圧は、移相回路１７で位相調整されて同期整流
回路１８に入力され、同期整流回路１８では移相回路１
７で位相調整された信号と交流電圧源１５で発生した交
流定電圧の位相情報をもとに同期整流される。また、同
期整流回路１８の出力は低域フィルタ１０に入力され不
要な高周波成分を除去し、距離情報出力として正確な検
出出力ｖo を得ている。したがって、電圧検出回路８の
移相回路１７を介して検出された出力と、交流電圧源１
５から検出された出力は、互いに周波数及び位相が一致
しており、同期整流回路１８では移相回路１７で位相シ
フトされた電圧検出回路８の検出信号を交流電圧源１５
から検出された出力は同期整流することにより、同期整
流回路１８の出力として低域フィルタ１０に入力される
信号は、電圧検出回路８の移相回路１７を介して検出さ
れた出力から、交流電圧源１５から検出された出力と同
一周波数及び位相成分の抽出により、不要な高周波成分
を除去した所定の周波数成分のみの整流信号となり、距
離情報出力として正確な検出出力ｖo を得ることができ
る。
【００５０】即ち、図４の実施の形態と同様に、検出電
極１に交流電圧源１５に比例した電流が供給されるが、
電圧検出回路８で検出された電圧自体を移相回路１７で
位相シフトして同期整流回路１８に入力し、また、交流
電圧源１５の電圧を直接同期整流回路１８に入力し、同
期整流回路１８では交流電圧源１５の位相情報をもとに
電圧検出回路８の検出信号を移相回路１７を介して同期
整流し、同期整流回路１８の出力は低域フィルタ１０に
入力され不要な高周波成分を除去した正確な検出出力ｖ
o となる。したがって、電圧検出回路８から移相回路１
７を介して検出された出力と交流電圧源１５の出力は、
互いに周波数及び位相が一致しており、両者のタイミン
グを正確に抽出でき、互いの周波数及び位相を一致さ
せ、周波数・位相の一致しない不要ノイズ成分を除去で
きるから、レーザ加工中のプラズマやスパッタが発生し
ても、それによる影響を受けることなく距離測定でき、
信頼性の高い距離検出器が得られ、ノイズを最小限に抑
えた出力を得ることができる。
【００５１】実施の形態７．図９は本発明の第７の実施
の形態のレーザ加工装置用距離検出器の全体の構成を示
す説明図である。また、図１０は本発明の第７の実施の
形態のレーザ加工装置用距離検出器の正弦波発振回路の
構成を示す説明図である。図９において、図４の実施の
形態と基本的構成は共通するが、相違点は、交流電圧源
１５を位相の異なった２つの交流を出力する２系統出力
交流発振回路２２とした構成にある。２系統出力交流発
振回路２２のｃｏｓ２πｆｔ端子は検出電極１に接続さ
れており、また、ｓｉｎ２πｆｔ端子は同期整流回路１
８に入力されている。ｃｏｓ２πｆｔ端子とｓｉｎ２π
ｆｔ端子を有する２系統出力交流発振回路２２は、具体
的に示すと、図１０のような回路構成を有している。
【００５２】図１０はオペアンプＯＰ１とオペアンプＯ
Ｐ２を有し、ｓｉｎ２πｆｔ端子から正弦波及びｃｏｓ
２πｆｔ端子から余弦波を出力するものであり、オペア
ンプＯＰ１側は二次ＶＣＶＳ（voltage controlled vol
tage souce) 低域アクティブフイルタ回路８１を構成
し、オペアンプＯＰ２側は実用積分回路８２を構成し、
両者で不平衡型出力のｓｉｎ／ｃｏｓ発振回路を構成し
ている。２系統出力交流発振回路２２の回路動作は、実
用積分回路８２によって２７０度の位相遅れの出力を発
生し、二次ＶＣＶＳ低域アクティブフイルタ回路８１で
９０度の遅れの出力を発生し、正帰還により発振させる
ものである。この発振周波数ｆは、 ｆ＝１／２π（Ｒ1 ・Ｒ2 ・Ｃ1 ・Ｃ2 ）1/2 ただし、Ｃ2 ＝２Ｃ1 、Ｃ1 ＝Ｃ3 、Ｒ1 ＝Ｒ2 であ
る。なお、図１０のツェナーダイオードＺD1及びＺD2は
発振の安定化のために用いている。ここで、検出電極１
に入力する交流信号を発生する２系統出力交流発振回路
２２の一方のｃｏｓ２πｆｔ出力及び定電流増幅回路１
６は、本実施の形態の入力信号発生部を構成する。ま
た、電圧検出回路８からなる信号検出部により検出され
た交流信号と入力信号発生部の２系統出力交流発振回路
２２の他方のｓｉｎ２πｆｔ出力との周波数及び位相を
一致させて演算する同期整流回路１８は、本実施の形態
の演算部を構成する。
【００５３】本実施の形態のレーザ加工装置用距離検出
器は、レーザ発振器から発射されたレーザ光４の光束を
光学集光部材で集光し、その収光位置６と被加工物２に
関する距離を静電容量Ｃを利用した距離検出器７００で
検出し、収光位置６と被加工物２間の距離を制御しなが
ら、その集光した光束を被加工物２に照射してレーザ加
工を行うレーザ加工装置において、収光位置６と被加工
物２に関する距離を静電容量Ｃを利用して検出する距離
検出器７００は、被加工物２との間に静電容量Ｃを形成
する検出電極１と、検出電極１に入力する交流信号を発
生する２系統出力交流発振回路２２の一方の出力及び定
電流増幅回路１６からなる入力信号発生部と、被加工物
２と検出電極１間に入力された２系統出力交流発振回路
２２の他方の交流信号を検出する電圧検出回路８からな
る信号検出部と、電圧検出回路８からなる信号検出部に
より検出された交流信号と入力信号発生部の２系統出力
交流発振回路２２の一方の出力で発生した一致する交流
信号を演算する同期整流回路１８からなる演算部とを具
備するものである。
【００５４】このように構成された本実施の形態のレー
ザ加工装置用距離検出器は、２系統出力交流発振回路２
２のｃｏｓ２πｆｔ端子で発生した交流定電圧Ｖｃｏｓ
２πｆｔは定電流増幅回路１６に入力され、その定電流
増幅回路１６は入力電圧に比例した交流電流を出力し、
検出電極１に供給する。このとき、検出電極１の電圧
は、電圧検出回路８に印加されるが、電圧検出回路８の
入力インピーダンスは非常に大きく、電圧検出回路８に
流入する電流の値は無視できる。電圧検出回路８で検出
された電圧は同期整流回路１８に入力され、同期整流回
路１８では２系統出力交流発振回路２２のｓｉｎ２πｆ
ｔ端子で発生した交流定電圧Ｖ・ｓｉｎ２πｆｔの位相
情報をもとに電圧検出回路８の検出信号を同期整流す
る。ここで、２系統出力交流発振回路２２のｓｉｎ２π
ｆｔ端子で発生した交流の周波数及び位相によって、電
圧検出回路８の検出信号の抽出を行うことから、不要な
ノイズ成分を除去できる。そして、同期整流回路１８の
出力は低域フィルタ１０に入力され、距離情報出力とし
て正確な検出出力ｖo を得ている。したがって、電圧検
出回路８によって検出されたｃｏｓ２πｆｔ端子の出力
と２系統出力交流発振回路２２のｓｉｎ２πｆｔ端子の
出力は、互いに周波数が一致し、位相が９０度ずれてい
るから、同期整流回路１８では２系統出力交流発振回路
２２のｓｉｎ２πｆｔ端子の出力信号の位相情報をもと
に、容量性の回路の電圧検出回路８の検出信号を同期整
流することにより、互いに周波数及び位相が一致し、同
期整流回路１８の出力として低域フィルタ１０に入力さ
れる不要な高周波成分を除去し、距離情報出力として検
出出力ｖo を得ることができる。
【００５５】即ち、図４の実施の形態と同様に、検出電
極１に２系統出力交流発振回路２２のｃｏｓ２πｆに比
例した電流が供給されるが、電圧検出回路８で検出され
た電圧を同期整流回路１８に入力し、また、２系統出力
交流発振回路２２のｓｉｎ２πｆｔ端子の電圧を同期整
流回路１８に入力し、同期整流回路１８では２系統出力
交流発振回路２２のｓｉｎ２πｆｔ端子の周波数及び位
相情報をもとに電圧検出回路８の検出信号を同期整流す
ることにより特定の周波数成分のみを抽出し、同期整流
回路１８の出力は低域フィルタ１０に入力され不要な高
周波成分を除去するものである。したがって、電圧検出
回路８によって検出された出力と２系統出力交流発振回
路２２のｓｉｎ２πｆｔ端子の出力は、互いに周波数及
び位相が一致しており、両者のタイミングを正確に抽出
でき、同期整流回路１８の出力として低域フィルタ１０
に入力される不要な高周波成分を除去した所定の周波数
成分のみを整流した信号となり、距離情報出力として正
確な検出出力ｖo を得ることができる。
【００５６】故に、電圧検出回路８からの出力と２系統
出力交流発振回路２２のｓｉｎ２πｆｔ端子の出力は、
互いに周波数及び位相が一致しており、両者のタイミン
グを正確に抽出でき、互いの周波数及び位相を一致さ
せ、周波数・位相の一致しない不要なノイズ成分を除去
できるから、レーザ加工中のプラズマやスパッタが発生
しても、それによる影響を受けることなく距離測定で
き、信頼性の高い距離検出器が得られ、ノイズを最小限
に抑えた出力を得ることができる。このように、入力交
流信号源として位相の異なる２系統の交流出力信号を持
つ２系統出力交流発振回路２２の一方は、定電流増幅回
路１６を通して検出電極１に入力され、他方は同期整流
回路１８に入力されている。これにより、検出される電
圧と同じ位相と同期整流回路１８の参照信号との位相を
合わせることができる。例えば、図１０に示すような不
平衡型出力のｓｉｎ／ｃｏｓ発振回路を使用することが
できる。このとき２系統出力交流発振回路２２のｓｉｎ
２πｆｔ端子の出力とｃｏｓ２πｆｔ端子の出力の位相
差は９０度であるので、検出される電圧と同期整流回路
１８の参照信号と位相を一致させることができる。
【００５７】上記実施の形態の各入力信号発生部は、交
流定電流源等の交流安定化電源からなる交流電圧源１５
及び交流定電圧源１５Ａを使用する事例で説明したが、
交流電圧源１５は定電流増幅回路１６と共に定電流源を
構成するものであるから、本発明を実施する場合の入力
信号発生部は、交流定電流源または交流定電圧源の何れ
を使用してもよい。
【００５８】上記実施の形態の各入力信号発生部は、特
定の周波数の正弦波の交流としたものであるが、本発明
を実施する場合には、必ずしも正弦波に限定されるもの
ではなく、三角波、矩形波等の特殊波形を用いることが
できる。しかし、特定の周波数の正弦波の交流とした場
合には、高調波が重畳していないので、基本周波数以外
の周波数を除去することができる。
【００５９】上記実施の第３の形態の演算部は、入力信
号発生部で発生した信号と乗算する乗算回路１９及び乗
算回路１９の乗算結果を平滑する低域フィルタ１０から
なる平滑回路を具備するものであるが、本発明を実施す
る場合には、他の実施の形態に対してもこの構成を演算
部として使用することができる。特に、低域フィルタ１
０からなる平滑回路では、直流成分として正確な距離検
出情報を得ることができるから、レーザ加工装置の各種
制御が容易である。
【００６０】上記実施の第２，５，６，７の形態の演算
部は、入力信号発生部で発生した交流信号の位相を検出
し、その位相により同期整流するものであるが、本発明
を実施する場合には、他の実施の形態においても、入力
信号発生部で発生した交流信号の位相を検出し、その位
相により同期整流する演算部の構成を採用することがで
きる。特に、本発明の実施の形態のように、入力信号発
生部で発生した交流信号の位相を検出し、その位相によ
り同期整流するものでは、周波数及び位相を一致させる
ことにより、該当する周波数及び位相入力信号のみを抽
出し、レーザ加工時のプラズマやスパッタから誘発され
る検出信号への外乱を除去することができる。
【００６１】上記実施の第２乃至５の形態の演算部の演
算は、前記入力信号発生部で発生した交流信号の位相を
位相シフトさせる移相回路１７によって位相を制御して
行うものであり、また、上記実施の第６の形態の演算部
の演算は、前記信号検出部で検出した前記検出信号の位
相を推移させる移相回路１７によって位相を制御するも
のであるが、本発明を実施する場合には、前記入力信号
発生部で発生した交流信号の位相を位相シフトさせても
よいし、前記信号検出部で検出した前記検出信号の位相
を位相シフトさせてもよい。何れにせよ、移相回路１７
によって入力信号発生部で発生した交流信号の位相と信
号検出部で検出した検出信号の位相を合致させるもので
あるから、レーザ加工時のプラズマやスパッタから誘発
される高周波の外乱を効率良く除去することができる。
【００６２】上記実施の第４の形態の演算部の演算は、
入力信号発生部で発生した交流信号のタイミングまたは
位相をもとに、前記検出信号をサンプリングするもので
あるが、本発明を実施する場合には、他の実施の形態に
おいても、演算部の演算として検出信号をサンプリング
する回路構成とすることができる。このとき、検出信号
の所定の振幅を抽出でき、レーザ加工時のプラズマやス
パッタから誘発される外乱が相対的に小さくなる信号、
即ち、ＳＮ比が大きくなる信号を任意に選択することが
できる。
【００６３】上記実施の第７の形態の入力信号発生部
は、位相の異なる２系統の交流信号を発生し、前記２系
統のうちの一方を検出電極１に入力し、他方を前記演算
部の演算入力として用いるものであるが、本発明を実施
する場合には、他の実施の形態においても、位相の異な
る２系統の交流信号を発生し、前記２系統のうちの一方
を検出電極１に入力し、他方を前記演算部の演算入力と
して用いることができる。特に、２系統出力交流発振回
路２２として、図１０に示すような不平衡型出力のｓｉ
ｎ／ｃｏｓ発振回路または平衡型出力のｓｉｎ／ｃｏｓ
発振回路を使用した場合には、出力として９０度の位相
差を持っており、容量性の検出には好適な回路となり、
移相回路１７等が不要となり、同期整流回路１８または
乗算回路１９、サンプリング回路２０と組合せることに
より、効率良くプラズマやスパッタから誘発される高周
波の外乱を除去できる。
【００６４】上記実施の形態では、入力信号発生部また
は演算部の変形例を説明したが、本発明を実施する場合
には、前述した入力信号発生部と演算部を互いに組替え
て使用することができる。
【００６５】
【発明の効果】以上のように、請求項１のレーザ加工装
置用距離検出器においては、レーザ発振器から発射され
たレーザの光束を光学集光部材で集光し、その収光位置
と被加工物に関する距離を静電容量を利用した距離検出
器で検出し、前記収光位置と前記被加工物間の距離を制
御しながら、その集光した光束を被加工物に照射してレ
ーザ加工を行うレーザ加工装置における前記距離検出器
は、前記被加工物との間に静電容量を形成する検出電極
と、前記検出電極に入力する交流信号を発生する入力信
号発生部と、前記被加工物と前記検出電極間に入力され
た前記交流信号を検出する信号検出部と、前記信号検出
部により検出された前記交流信号と前記入力信号発生部
で発生した前記交流信号との周波数を一致させて演算す
る演算部とを具備するものである。したがって、検出電
極に加える入力交流信号の情報を利用して検出信号の中
から入力交流信号に関係のある成分のみを演算部で取出
すことが可能となり、レーザ加工時の不要なプラズマ、
スパッタから誘発される検出信号への外乱を除去するこ
とができる。故に、レーザ加工中のプラズマ、スパッタ
が発生しても、それによる影響を受けることなく距離測
定ができ、距離測定結果の信頼性を高くすることができ
る。
【００６６】請求項２のレーザ加工装置用距離検出器に
おいては、請求項１の前記入力信号発生部を、交流定電
流源としたものであり、請求項１の効果に加えて、検出
される交流電圧の振幅は検出電極と被加工物との間の静
電容量に反比例し、前記静電容量によって発生する検出
電極の電圧降下を簡単に求めることができ、それによ
り、検出電極と被加工物との距離を正確に簡単に求める
ことができる。
【００６７】請求項３のレーザ加工装置用距離検出器に
おいては、請求項１の前記入力信号発生部を、交流定電
圧源としたものであり、請求項１の効果に加えて、供給
される交流電流の振幅は検出電極と被加工物との間の静
電容量に比例するから、検出電極と被加工物との間の静
電容量に供給される電流により、前記静電容量の変化、
即ち、検出電極と被加工物との距離を簡単に求めること
ができる。
【００６８】請求項４のレーザ加工装置用距離検出器に
おいては、請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の
前記入力信号発生部は、特定の周波数の正弦波交流とし
たものであるから、検出に使用する基本周波数に高調波
（高周波）が重畳していないから、レーザ加工中のプラ
ズマ、スパッタが発生したときの高周波成分との区別が
容易になり、距離測定結果の信頼性を高くすることがで
きる。また、入力交流信号は正弦波の交流を用いている
ことから、位相の検出や位相シフトを容易に行うことが
できる。
【００６９】請求項５のレーザ加工装置用距離検出器に
おいては、請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の
前記演算部が前記入力信号発生部で発生した信号と乗算
する乗算器及び前記乗算器の乗算結果を平滑する平滑部
を具備するものであり、請求項１乃至請求項４の何れか
１つに記載の効果に加えて、乗算回路により電圧検出回
路で検出された電圧と交流電圧源の信号とを乗算し、互
いに振幅の大きい乗算結果により、全体としてプラズ
マ、スパッタの影響による雑音の存在を低く抑えること
ができ、距離情報出力として正確な検出出力を得ること
ができる。
【００７０】請求項６のレーザ加工装置用距離検出器に
おいては、請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の
前記演算部が、前記入力信号発生部で発生した前記交流
信号の位相を検出し、前記位相により同期整流するもの
であるから、請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載
の効果に加えて、同期整流するにより検出信号から入力
交流信号に起因して発生する成分のみを抽出することが
でき、基本周波数に重畳するプラズマ、スパッタによる
外乱の影響を抑えることができる。また、検出信号と入
力交流信号の位相調整を行うことで、同期整流の感度を
調整でき、当然、感度を最良の状態にすることができ
る。
【００７１】請求項７のレーザ加工装置用距離検出器に
おいては、請求項５または請求項６に記載の前記演算部
の演算は、前記入力信号発生部で発生した交流信号の位
相シフトさせる移相回路によって位相を制御して行うも
のであるから、請求項５または請求項６に記載の効果に
加えて、移相回路によって入力信号発生部で発生した交
流信号の位相と信号検出部で検出した検出信号の位相を
合致させるものであるから、レーザ加工時のプラズマ、
スパッタから誘発される高周波の外乱を効率良く除去す
ることができる。また、演算部において検出電極に注入
する入力交流信号と検出電極から検出される交流信号と
の位相差を調整でき、その検出感度を調整することがで
きる。そして、検出信号と入力交流信号の位相との位相
のずれを補正することができ、この位相調整を行うこと
で、同期整流、乗算、サンプリング等の演算の感度を調
整でき、最良の状態にすることもできる。
【００７２】請求項８のレーザ加工装置用距離検出器に
おいては、請求項５または請求項６に記載の前記演算部
の演算は、前記信号検出部で検出した前記検出信号の位
相を推移させる移相回路によって位相を制御して行うも
のであるから、請求項５または請求項６に記載の効果に
加えて、移相回路によって入力信号発生部で発生した交
流信号の位相と信号検出部で検出した検出信号の位相を
合致させるものであるから、レーザ加工時のプラズマ、
スパッタから誘発される高周波の外乱を効率良く除去す
ることができる。また、演算部において検出電極に注入
する入力交流信号と検出電極から検出される交流信号と
の位相差を調整でき、その検出感度を調整することがで
きる。そして、検出信号と入力交流信号の位相との位相
のずれを補正することができ、この位相調整を行うこと
で、同期整流、乗算、サンプリング等の演算の感度を調
整でき、最良の状態にすることもできる。
【００７３】請求項９のレーザ加工装置用距離検出器に
おいては、請求項５または請求項６に記載の前記演算部
の演算を、前記入力信号発生部で発生した交流信号のタ
イミングまたは位相をもとに、前記検出信号をサンプリ
ングするものであるから、請求項５または請求項６の何
れか１つに記載の効果に加えて、前記入力信号発生部で
発生した交流信号のタイミングにより任意の範囲でサン
プリングできるから、サンプリング領域を振幅が大きい
周期とすれば、相対的にＳＮ比を大きくすることができ
る。そして、移相回路の位相シフト量によって、サンプ
リングする領域を変更でき、出力感度の調整を行うこと
もできる。
【００７４】請求項１０のレーザ加工装置用距離検出器
においては、請求項１乃至請求項５及び請求項９の前記
入力信号発生部は、位相の異なる２系統の交流信号を発
生し、前記２系統のうちの一方を検出電極に入力し、他
方を前記演算部の演算入力として用いるものであるか
ら、請求項１乃至請求項５及び請求項９の何れか１に記
載の効果に加えて、移相回路を設けなくとも、検出出力
の位相と同期整流回路の参照信号との位相を一致させる
ことができるので、同期整流回路の出力を最適に調整す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の第１の実施の形態のレーザ加
工装置用距離検出器の全体の構成を示す説明図である。
【図２】 図２は本発明の第１の実施の形態のレーザ加
工装置用距離検出器における交流電圧源の出力波形と電
圧検出回路の出力波形の一例を示す説明図である。
【図３】 図３は本発明の第１の実施の形態のレーザ加
工装置用距離検出器における電圧検出回路から出力され
る信号の周波数スペクトルの一例を示す説明図である。
【図４】 図４は本発明の第２の実施の形態のレーザ加
工装置用距離検出器の全体の構成を示す説明図である。
【図５】 図５は本発明の第３の実施の形態のレーザ加
工装置用距離検出器の全体の構成を示す説明図である。
【図６】 図６は本発明の第４の実施の形態のレーザ加
工装置用距離検出器の全体の構成を示す説明図である。
【図７】 図７は本発明の第５の実施の形態のレーザ加
工装置用距離検出器の全体の構成を示す説明図である。
【図８】 図８は本発明の第６の実施の形態のレーザ加
工装置用距離検出器の全体の構成を示す説明図である。
【図９】 図９は本発明の第７の実施の形態のレーザ加
工装置用距離検出器の全体の構成を示す説明図である。
【図１０】 図１０は本発明の第７の実施のレーザ加工
装置用距離検出器の正弦波発振回路の構成を示す説明図
である。
【図１１】 図１１は第１の従来のレーザ加工装置用距
離検出器の全体の構成を示す説明図である。
【図１２】 図１２は第２の従来のレーザ加工装置用距
離検出器の全体の構成を示す説明図である。
【図１３】 図１３は第３の従来のレーザ加工装置用距
離検出器の全体の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 検出電極、２ 被加工物、３ ノズル、４ レーザ
光、８ 電圧検出回路、１０ 低域フィルタ、１４ 電
流検出回路、１５ 交流定電圧源、１６ 定電流増幅回
路、１７ 移相回路、１８ 同期整流回路、１９ 乗算
回路、２０ サンプリング回路、２１ 演算回路、２２
２系統出力交流発振回路、Ｃ 静電容量、１００，２
００，３００，４００，５００，６００，７００ 距離
検出器、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−216053（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−210476（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−218569（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−331089（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/04 G01B 7/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ発振器から発射されたレーザの光
    束を光学集光部材で集光し、その収光位置と被加工物に
    関する距離を静電容量を利用した位置検出器で検出し、
    前記収光位置と前記被加工物間の距離を制御しながら、
    その集光した光束を被加工物に照射してレーザ加工を行
    うレーザ加工装置において、 前記収光位置と前記被加工物に関する距離を静電容量を
    利用して検出する位置検出器は、 前記被加工物との間に静電容量を形成する検出電極と、 前記検出電極に入力する交流信号を発生する入力信号発
    生部と、 前記被加工物と前記検出電極間に入力された前記交流信
    号を検出する信号検出部と、 前記信号検出部により検出された前記交流信号と前記入
    力信号発生部で発生した前記交流信号との周波数を一致
    させて演算する演算部とを具備することを特徴とするレ
    ーザ加工装置用距離検出器。
  2. 【請求項２】 前記入力信号発生部は、交流定電流源を
    有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装
    置用距離検出器。
  3. 【請求項３】 前記入力信号発生部は、交流定電圧源を
    有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装
    置用距離検出器。
  4. 【請求項４】 前記入力信号発生部は、特定の周波数の
    正弦波の交流としたことを特徴とする請求項１乃至請求
    項３の何れか１つに記載のレーザ加工装置用距離検出
    器。
  5. 【請求項５】 前記演算部は、前記入力信号発生部で発
    生した信号と乗算する乗算回路及び前記乗算回路の乗算
    結果を平滑する平滑回路を具備することを特徴とする請
    求項１乃至請求項４の何れか１つに記載のレーザ加工装
    置用距離検出器。
  6. 【請求項６】 前記演算部は、前記入力信号発生部で発
    生した前記交流信号の位相を検出し、前記位相により同
    期整流することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何
    れか１つに記載のレーザ加工装置用距離検出器。
  7. 【請求項７】 前記演算部の演算は、前記入力信号発生
    部で発生した交流信号の位相を位相シフトさせる移相回
    路によって位相を制御して行うことを特徴とする請求項
    ５または請求項６に記載のレーザ加工装置用距離検出
    器。
  8. 【請求項８】 前記演算部の演算は、前記信号検出部で
    検出した前記検出信号の位相シフトさせる移相回路によ
    って位相を制御して行うことを特徴とする請求項５また
    は請求項６に記載のレーザ加工装置用距離検出器。
  9. 【請求項９】 前記演算部の演算は、前記入力信号発生
    部で発生した交流信号のタイミングまたは位相をもと
    に、前記検出信号をサンプリングすることを特徴とする
    請求項５または請求項６に記載のレーザ加工装置用距離
    検出器。
  10. 【請求項１０】 前記入力信号発生部は、位相の異なる
    ２系統の交流信号を発生し、前記２系統のうちの一方を
    検出電極に入力し、他方を前記演算部の演算入力として
    用いることを特徴とする請求項５または請求項６に記載
    のレーザ加工装置用距離検出器。
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