JP5941087B2 - 電源障害時に加工ノズルを退避するレーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工装置に関する。

ワークにレーザ光を照射する加工ノズルを備えたレーザ加工装置において、ワークに対し切断等のレーザ加工を行う間、加工ノズルの先端とワークの被加工面との間の距離（本願で「ギャップ」と称する）を一定に維持するためのギャップ制御を実行しながら、加工ノズルとワークとを相対移動させる構成が知られている。ギャップ制御の下でレーザ加工を行っている最中に、例えば停電や電圧低下のような電源障害が生じると、ギャップセンサの誤動作や安全ブレーキの起動遅れ等に起因して、加工ノズルが意図せずワークに衝突することが危惧される。

加工ノズルが意図せずワークに衝突することを防止できるレーザ加工装置は、種々提案されている。例えば特許文献１は、レーザ加工機において、加工ヘッドを上下動させるための駆動装置の電源がＯＦＦになったときに、駆動装置が駆動するボールねじの回転を、ばね付勢した係止部材により停止させる加工ヘッド下降防止装置を備えた構成を開示する。

また特許文献２は、レーザ加工装置において、加工ヘッドを有する可動部に設けたストッパと、加工ヘッドのガイドを有する固定部に設けたストッパとの当接により、加工ヘッドの位置決め及びずり落ち防止を行う構成を開示する。可動部及び固定部のいずれか一方のストッパは、他方のストッパとの当接位置を変位できる構成を有している。

実公平３−４４３８８号公報 特許第２７５１７６６号公報

レーザ加工実行中のギャップの寸法は、加工条件等によって異なるが、例えば数ｍｍ程度である。このような狭小なギャップを維持している最中に電源障害が生じた場合、加工ノズルの移動を機械構造的に強制停止することでワークへの衝突を防止する従来の手法は、信頼性を欠く懸念が有る。そこで、レーザ加工実行中に電源障害が生じたときに、ギャップを自動的に拡大できるようにすることが望まれている。

本発明の一態様は、ワークにレーザ光を照射する加工ノズルと、加工ノズルとワークとを相対移動させる駆動機構と、加工ノズルとワークとの間のギャップを測定するギャップセンサと、ギャップセンサの測定値を参照して、レーザ加工実行中のギャップを第１寸法に維持するよう駆動機構を制御するための操作量を演算するギャップ制御部と、電源から供給される電力を監視して、電力に異常が生じたときにギャップ制御部に異常検出信号を送る電力監視部と、レーザ加工実行中にギャップ制御部に異常検出信号が送られたときに、ギャップが第１寸法から拡大するように、ギャップ制御部の制御動作を切り替える制御動作切替部と、を具備し、制御動作切替部は、予め設定した第１寸法と予め第１寸法よりも大きく設定した第２寸法とのいずれかを、ギャップの目標値として選択する目標値選択部を備え、レーザ加工実行中にギャップ制御部に異常検出信号が送られたときに、目標値選択部は、第１寸法に代えて第２寸法を選択し、ギャップ制御部は、ギャップを第２寸法に維持するよう駆動機構を制御するための操作量を演算する、レーザ加工装置である。
本発明の他の態様は、ワークにレーザ光を照射する加工ノズルと、加工ノズルとワークとを相対移動させる駆動機構と、加工ノズルとワークとの間のギャップを測定するギャップセンサと、ギャップセンサの測定値を参照して、レーザ加工実行中のギャップを第１寸法に維持するよう駆動機構を制御するための操作量を演算するギャップ制御部と、電源から供給される電力を監視して、電力に異常が生じたときにギャップ制御部に異常検出信号を送る電力監視部と、レーザ加工実行中にギャップ制御部に異常検出信号が送られたときに、ギャップが第１寸法から拡大するように、ギャップ制御部の制御動作を切り替える制御動作切替部と、を具備し、制御動作切替部は、ギャップセンサの測定値と予め第１寸法よりも小さく設定したノズル退避用の指令値とのいずれかを、ギャップ制御部が参照するフィードバック情報として選択する情報選択部を備え、レーザ加工実行中にギャップ制御部に異常検出信号が送られたときに、情報選択部は、測定値に代えて指令値を選択し、ギャップ制御部は、指令値を参照して操作量を演算する、レーザ加工装置である。

一態様に係るレーザ加工装置によれば、停電や電圧低下等の電源障害が生じたときに、制御動作切替部が、電力監視部からの異常検出信号に直ちに反応してギャップ制御部の制御動作を切り替えることで、ギャップ制御の一環としてギャップをレーザ加工実行中の第１寸法から任意の寸法に拡大することができる。ギャップをレーザ加工実行中の第１寸法よりも拡大することで、加工ノズルが意図せずワークに衝突することを防止できる。加工ノズルの移動を機械構造的に強制停止することでワークへの衝突を防止する従来の手法のような、強制停止のための追加設備は不要である。

レーザ加工装置の基本的構成を示す機能ブロック図である。 一実施形態によるレーザ加工装置の構成を示す機能ブロック図である。 他の実施形態によるレーザ加工装置の構成を示す機能ブロック図である。 電源障害時の加工ノズルの動作制御フローを示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一態様によるレーザ加工装置１０の基本的構成を示す。レーザ加工装置１０は、ワークＷにレーザ光Ｌを照射する加工ノズル１２と、加工ノズル１２とワークＷとを相対移動させる駆動機構１４と、加工ノズル１２とワークＷとの間のギャップを測定するギャップセンサ１６と、ギャップセンサ１６の測定値Ｇを参照して、レーザ加工実行中のギャップを目標値に維持するよう駆動機構１４を制御するための操作量を演算するギャップ制御部１８とを備える。

レーザ加工装置１０は、レーザ発振器（図示せず）から出射されたレーザ光Ｌを所定の光路に導いて集光する光学要素を内蔵した加工ヘッド（図示せず）を備え、加工ヘッドの先端に加工ノズル１２が設置される。加工ノズル１２は、レーザ光Ｌを任意の焦点距離でワークＷに照射することができるとともに、アシストガス供給源（図示せず）から供給されたアシストガスをワークＷに吹き付けることができる。

駆動機構１４は、加工ノズル１２とワークＷとを、互いに接近及び離反する方向へ択一的に移動させる構成を有する。また駆動機構１４は、加工ノズル１２とワークＷとを、ワーク表面に沿った方向へ相対移動させる構成を有する。例えば、駆動機構１４は、直交３軸座標系における指令値に従い、３個の制御軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）がそれぞれに動作することで、加工ノズル１２とワークＷとを３次元的に相対移動させることができる。この場合、駆動機構１４は、各制御軸にサーボモータ及び動力伝達機構を備えることができる。個々の制御軸は、加工ノズル１２とワークＷとのいずれか一方又は双方に設定できる。例えば、加工ノズル１２を備えた加工ヘッド（図示せず）をＺ軸で駆動してワークＷに対し鉛直方向へ移動させ、ワークＷを固定したワークテーブル（図示せず）をＸ軸及びＹ軸で駆動して加工ノズル１２に対し水平方向へ移動させる構成を採用できる。

ギャップセンサ１６は、例えば非接触式の変位センサから構成され、加工ノズル１２の先端とワークＷの被加工面との間の最短距離（すなわちギャップ）を測定する。ギャップセンサ１６は、レーザ加工装置１０がワークＷに対し切断等のレーザ加工を行う間、ギャップの寸法を継続的に測定し、その測定値Ｇを実時間のフィードバック情報としてギャップ制御部１８に送る。

ギャップ制御部１８は、数値制御装置等の制御装置（図示せず）の一機能として構成される。ギャップ制御部１８は、レーザ加工装置１０がワークＷに対し切断等のレーザ加工を行う間、ギャップセンサ１６の測定値Ｇを継続的に参照して、予め定めた目標値にギャップが維持されるように駆動機構１４を制御するための操作量を演算する。レーザ加工実行中のギャップの目標値を、本願で「第１寸法」と称する。レーザ加工装置１０がワークＷに対し切断等のレーザ加工を行う間、ギャップ制御部１８を含む制御装置は、ギャップ制御部１８が演算した操作量（すなわちギャップを第１寸法に維持するための操作量）に対応する指令を、駆動機構１４に与える。駆動機構１４は当該指令に従い、加工ノズル１２とワークＷとを互いに接近又は離反する方向へ移動させて、ギャップを第１寸法に維持するように動作する。ギャップ制御部１８が演算した操作量に基づく制御を、本願で「ギャップ制御」と称する。

レーザ加工装置１０は、図示しない補足的構成として、加工ノズル１２とワークＷとを互いに接近及び離反する方向へ択一的に移動させる制御軸（以下、Ｚ軸）の動作位置を検出するＺ軸位置センサと、Ｚ軸位置センサの検出値を参照して、加工ノズル１２及びワークＷのＺ軸位置を目標値に維持するよう駆動機構１４を制御するための操作量を演算するＺ軸位置制御部とを備えることができる。駆動機構１４は、Ｚ軸位置制御部が演算した操作量に対応する指令に従い、例えば、加工ノズル１２を所定の待機位置からワーク加工開始位置へ移動させたり、加工ノズル１２をワーク加工完了位置から所定の待機位置へ移動させたりすることができる。

またレーザ加工装置１０は、図示しない補足的構成として、加工ノズル１２とワークＷとをワーク表面に沿った方向へ相対移動させる制御軸（以下、Ｘ軸及びＹ軸）の動作位置を検出するＸ軸位置センサ及びＹ軸位置センサと、Ｘ軸位置センサ及びＹ軸位置センサの検出値をそれぞれが参照して、加工ノズル１２及びワークＷのＸ軸位置及びＹ軸位置を目標値に維持するよう駆動機構１４を制御するための操作量をそれぞれに演算するＸ軸位置制御部及びＹ軸位置制御部とを備えることができる。駆動機構１４は、Ｘ軸位置制御部及びＹ軸位置制御部が演算した操作量に対応する指令に従い、例えば、ワークＷに対して加工ノズル１２をワーク加工開始位置からワーク加工完了位置まで所定の加工経路に沿って移動させることができる。レーザ加工装置１０は、Ｘ軸及びＹ軸の位置制御を実行すると同時にＺ軸のギャップ制御を実行することで、ワークＷに対し所定のレーザ加工を行うことができる。

再び図１を参照すると、レーザ加工装置１０は、電源からレーザ加工装置１０に供給される電力を監視して、電力に異常が生じたときにギャップ制御部１８に異常検出信号Ｆを送る電力監視部２０と、レーザ加工実行中にギャップ制御部１８に異常検出信号Ｆが送られたときに、ギャップが第１寸法から拡大するように、ギャップ制御部１８の制御動作を切り替える制御動作切替部２２とを備える。

電力監視部２０は、レーザ加工装置１０の電源部（図示せず）に付設されるＩＣ等の電子回路から構成される。電力監視部２０は、商用電源から電源部を介してレーザ加工装置１０に供給される電力を常時監視し、停電や電圧低下等の電源障害が生じたときに直ちに異常検出信号Ｆを出力する。

制御動作切替部２２は、数値制御装置等の制御装置（図示せず）の一機能として構成される。制御動作切替部２２は、ギャップ制御部１８が有する諸機能の一つでもあり、後述するように、電力監視部２０から異常検出信号Ｆを受信したときに、ギャップ制御部１８が行う前述した操作量の演算処理を、レーザ加工実行中の演算処理から異常検出時の演算処理に変更する（すなわち制御動作を切り替える）。ギャップ制御部１８は、電力監視部２０から異常検出信号Ｆを受信したときに、異常検出時の演算処理によって、駆動機構１４にギャップを目標値に維持させるための操作量を演算する。駆動機構１４は、異常検出時の演算処理によって演算された操作量に対応する指令に従い、加工ノズル１２とワークＷとを互いに離反する方向へ移動させて、ギャップを、第１寸法よりも大きい任意の寸法に拡大する。

レーザ加工装置１０は、図示しない補足的構成として、平時に商用電源から電源部を介してレーザ加工装置１０に供給される電力を蓄える蓄電部を有することができる。蓄電部は、予め定めた蓄電容量を有し、停電や電圧低下等の電源障害が生じたときに、電源部に代わって、蓄電容量に応じた電力をレーザ加工装置１０に供給する。レーザ加工装置１０は、蓄電部からの電力を消尽するまでの間に、ギャップ制御部１８が前述した異常検出時の演算処理を行い、駆動機構１４がギャップを第１寸法から任意の寸法に拡大する。

一般に、レーザ加工装置がギャップ制御を実行している間は、ギャップ制御部がギャップを目標値に維持しようとするので、ギャップを拡大することが困難である。そこで、停電や電圧低下等の電源障害が生じたときに、制御装置がギャップ制御をＺ軸位置制御に切り替えて、ギャップを拡大するための演算を行うことが考えられる。しかし、ギャップ制御をＺ軸位置制御に切り替えて演算するには時間を要するので、蓄電部の蓄電容量によっては演算結果が出るまでに電力を消尽してしまい、結果としてギャップを拡大できなくなることが懸念される。

これに対し、上記構成を有するレーザ加工装置１０によれば、停電や電圧低下等の電源障害が生じたときに、制御動作切替部２２が、電力監視部２０からの異常検出信号Ｆに直ちに反応してギャップ制御部１８の制御動作を切り替えることで、ギャップ制御の一環としてギャップをレーザ加工実行中の第１寸法から任意の寸法に拡大することができる。ギャップ制御部１８の制御動作の切り替えは、ギャップ制御からＺ軸位置制御への切り替えに比較して短時間で実施できるから、蓄電部から供給される電力を消尽するまでの間に、駆動機構１４が加工ノズル１２とワークＷとを互いに離反するＺ軸方向へ移動させて、ギャップを任意の寸法に拡大することができる。ギャップをレーザ加工実行中の第１寸法よりも拡大することで、加工ノズル１２が意図せずワークＷに衝突することを確実に防止できる。加工ノズルの移動を機械構造的に強制停止することでワークへの衝突を防止する従来の手法のような、強制停止のための追加設備は不要である。

図２は、一実施形態によるレーザ加工装置３０の構成を示す。レーザ加工装置３０は、前述したレーザ加工装置１０が具備する基本的構成を同様に具備するものであって、対応する構成要素には共通する参照符号を付してその詳細説明を省略する。

レーザ加工装置３０は、加工ノズル１２、駆動機構１４、ギャップセンサ１６、ギャップ制御部１８、電力監視部２０及び制御動作切替部２２を備える。レーザ加工装置３０はまた、加工ノズル１２を備えた加工ヘッド３２、ギャップ制御部１８を含む数値制御装置等の制御装置３４、電源部３６及び蓄電部３８を備える。レーザ加工装置３０は、直交３軸座標系における加工経路指令を含む加工プログラムに従って動作し、ワークＷに対して切断等のレーザ加工を実施する。加工プログラムには、Ｚ軸に対する位置制御とギャップ制御との切替指令も含まれる。

駆動機構１４は、加工ヘッド３２をワークＷに接近及び離反する方向へ択一的に移動させるＺ軸サーボモータ４０及びＺ軸動力伝達装置４２を有する。Ｚ軸サーボモータ４０には、Ｚ軸の動作位置を検出するＺ軸位置センサ（例えばエンコーダ）４４が付設される。駆動機構１４はまた、ワークＷを固定したワークテーブル（図示せず）を加工ノズル１２に対し水平方向へ移動させるＸ軸サーボモータ及びＸ軸動力伝達装置並びにＹ軸サーボモータ及びＹ軸動力伝達装置を有する。図２では、駆動機構１４のＸ軸及びＹ軸の構成を省略する。

ギャップセンサ１６は、加工ノズル１２の先端に装着されて、加工ノズル１２の先端とワークＷの被加工面との間のギャップを測定し、測定値Ｇを実時間のフィードバック情報としてギャップ制御部１８に送る。

制御装置３４は、Ｚ軸移動量計算部４６とＺ軸サーボ制御部４８とを有する。Ｚ軸移動量計算部４６は、ギャップ制御部１８とＺ軸位置制御部５０とを含む。Ｚ軸位置制御部５０は、例えば制御装置３４の記憶部（図示せず）に格納された加工プログラムを読み出して、加工プログラムに含まれるＺ軸の加工経路指令を解析し、補間処理を経てＺ軸移動指令（つまりＺ軸位置制御の操作量）を出力する。Ｚ軸移動量計算部４６はまた、加工プログラムに含まれる位置制御とギャップ制御との切替指令に従い、移動量（操作量）の計算機能をギャップ制御部１８とＺ軸位置制御部５０とで切り替える切替処理部５２を含む。

切替処理部５２は、加工ノズル１２を所定の待機位置からワーク加工開始位置へ移動させる間、及び加工ノズル１２をワーク加工完了位置から所定の待機位置へ移動させる間、Ｚ軸位置制御部５０をＺ軸サーボ制御部４８に接続し、それによりＺ軸移動量計算部４６は、Ｚ軸位置制御部５０が算出した移動量（操作量）をＺ軸サーボ制御部４８に与える。加工ノズル１２がワーク加工開始位置へ到達すると、切替処理部５２は、加工プログラムに含まれる切替指令に従い、移動量（操作量）の計算機能をＺ軸位置制御部５０からギャップ制御部１８に切り替える。ワークＷに対して加工ノズル１２をワーク加工開始位置からワーク加工完了位置まで所定の加工経路に沿って移動させる間、切替処理部５２は、ギャップ制御部１８をＺ軸サーボ制御部４８に接続し、それによりＺ軸移動量計算部４６は、ギャップ制御部１８が算出した移動量（操作量）をＺ軸サーボ制御部４８に与える。加工ノズル１２がワーク加工完了位置へ到達すると、切替処理部５２は、加工プログラムに含まれる切替指令に従い、移動量（操作量）の計算機能をギャップ制御部１８からＺ軸位置制御部５０に切り替える。

Ｚ軸サーボ制御部４８は、Ｚ軸移動量計算部４６が算出したギャップ制御の操作量又はＺ軸位置制御の操作量（いずれも位置指令）を演算処理して速度指令を出力する位置処理部５４と、速度指令を演算処理してトルク指令を出力する速度処理部５６と、トルク指令を演算処理して電流指令を出力する電流処理部５８とを有する。制御装置３４は、Ｚ軸サーボ制御部４８が出力した電流指令、トルク指令又は速度指令を、Ｚ軸指令値Ｃとして駆動機構１４のＺ軸サーボモータ４０に与える。Ｚ軸位置センサ４４は、Ｚ軸サーボモータ４０の動作位置を検出し、検出値Ｐをフィードバック情報として位置処理部５４に送る。

制御装置３４はまた、Ｘ軸移動量計算部及びＸ軸サーボ制御部、並びにＹ軸移動量計算部及びＹ軸サーボ制御部を有する。Ｘ軸移動量計算部及びＹ軸移動量計算部は、ギャップ制御部１８及び切替処理部５２を含まない一方、Ｚ軸位置制御部５０と同様のＸ軸位置制御部及びＹ軸位置制御部をそれぞれに含む。Ｘ軸サーボ制御部及びＹ軸サーボ制御部は、Ｚ軸サーボ制御部４８と同様の構成を有する。制御装置３４は、Ｘ軸サーボ制御部及びＹ軸サーボ制御部がそれぞれに出力したＸ軸指令値及びＹ軸指令値を、駆動機構１４のＸ軸サーボモータ（図示せず）及びＹ軸サーボモータ（図示せず）にそれぞれ与える。図２では、制御装置３４のＸ軸及びＹ軸の構成を省略する。

制御装置３４はさらに、図示しない補足的構成として、加工ヘッド３２の集光光学系の移動指令、レーザ発振器（図示せず）のレーザ出力やオンオフの指令、アシストガス供給源（図示せず）のガス圧力やオンオフの指令等を出力できる。

ギャップ制御部１８は、制御動作切替部２２と、駆動機構１４にギャップを目標値に維持させるための操作量を演算する操作量演算部６０とを有する。制御動作切替部２２は、レーザ加工実行中のギャップの目標値として予め設定した第１寸法６２と、予め第１寸法６２よりも大きく設定した第２寸法６４とのいずれかを、ギャップの目標値として選択する目標値選択部６６を備える。第１寸法６２及び第２寸法６４は、例えば制御装置３４の記憶部（図示せず）に格納される。

目標値選択部６６は、レーザ加工装置３０がワークＷに対し切断等のレーザ加工を行う間は、ギャップの目標値として第１寸法６２を選択する。操作量演算部６０は、レーザ加工装置３０がワークＷに対し切断等のレーザ加工を行う間は、第１寸法６２と、ギャップセンサ１６から送られた測定値Ｇ（Ａ／Ｄ変換後の値）との偏差に基づき、操作量を演算する。このように第１寸法６２は、操作量演算部６０がギャップ制御のための操作量を演算する際の標準値である。Ｚ軸サーボ制御部４８は、操作量演算部６０が第１寸法６２を目標値として演算したギャップ制御の操作量に対応するＺ軸指令値Ｃを、Ｚ軸サーボモータ４０に対し出力する。Ｚ軸サーボモータ４０は、このＺ軸指令値Ｃに従い、加工ノズル１２をＺ軸方向へ移動させて、ギャップを第１寸法６２に維持するように動作する。

電力監視部２０は、商用電源６８から電源部３６を介してレーザ加工装置３０に供給される電力を常時監視する。商用電源６８に停電や電圧低下等の電源障害が生じたときは、電力監視部２０がそれを検知して、直ちに異常検出信号Ｆをギャップ制御部１８に対し出力する。電源障害が生じたときには、予め定めた蓄電容量を有する蓄電部３８が、電源部３６に代わって、蓄電容量に応じた電力Ｓをレーザ加工装置３０に供給する。

レーザ加工装置３０がワークＷに対し切断等のレーザ加工を行っている間に、電力監視部２０からギャップ制御部１８に異常検出信号Ｆが送られると、目標値選択部６６は、第１寸法６２に代えて第２寸法６４を、ギャップの目標値として選択する。操作量演算部６０は、第２寸法６４と、ギャップセンサ１６から送られた測定値Ｇ（Ａ／Ｄ変換後の値）との偏差に基づき、操作量を演算する。すなわちギャップ制御部１８は、電力監視部２０から異常検出信号Ｆを受信したときに、ギャップを第２寸法６４に維持するよう駆動機構１４を制御するための操作量を演算する。Ｚ軸サーボ制御部４８は、操作量演算部６０が第２寸法６４を目標値として演算したギャップ制御の操作量に対応するＺ軸指令値Ｃを、Ｚ軸サーボモータ４０に対し出力する。Ｚ軸サーボモータ４０は、このＺ軸指令値Ｃに従い、加工ノズル１２をワークＷから離反するＺ軸方向へ移動（すなわち退避）させて、ギャップを第２寸法６４に維持するように動作する。

上記構成を有するレーザ加工装置３０によれば、商用電源６８に停電や電圧低下等の電源障害が生じたときに、制御動作切替部２２の目標値選択部６６が、電力監視部２０からの異常検出信号Ｆに直ちに反応して、ギャップの目標値を第１寸法６２から第２寸法６４に変更することで、ギャップ制御部１８の制御動作によりギャップをレーザ加工実行中の第１寸法６２から第２寸法６４に拡大することができる。目標値の変更によるギャップ制御部１８の制御動作の切り替えは、目標値選択部６６が目標値を第１寸法６２から第２寸法６４に変更するだけであって、操作量演算部６０はレーザ加工実行中と同様の演算処理を行うものであるから、切替処理部５２によるギャップ制御部１８からＺ軸位置制御部５０への切り替え及びＺ軸位置制御部５０によるＺ軸移動指令の演算に要する時間に比較して、短時間で実施できる。よってレーザ加工装置３０によれば、蓄電部３８から供給される電力Ｓを消尽するまでの間に、Ｚ軸サーボモータ４０が加工ノズル１２をワークＷから離反するＺ軸方向へ移動させて、ギャップを第２寸法６４に維持することができる。ギャップをレーザ加工実行中の第１寸法６２よりも大きい第２寸法６４に維持することで、加工ノズル１２が意図せずワークＷに衝突することを確実に防止できる。

図３は、他の実施形態によるレーザ加工装置７０の構成を示す。レーザ加工装置７０は、前述したレーザ加工装置１０が具備する基本的構成を同様に具備するものであって、対応する構成要素には共通する参照符号を付してその詳細説明を省略する。またレーザ加工装置７０は、前述したレーザ加工装置３０に対し、電源障害が生じたときにギャップ制御部１８が実行するギャップ制御の構成が異なることを除き、同様の構成を具備するものであって、対応する構成要素には共通する参照符号を付してその詳細説明を省略する。

レーザ加工装置７０は、加工ノズル１２、駆動機構１４、ギャップセンサ１６、ギャップ制御部１８、電力監視部２０及び制御動作切替部２２を備える。レーザ加工装置７０はまた、加工ヘッド３２、数値制御装置等の制御装置３４、電源部３６及び蓄電部３８を備える。レーザ加工装置７０は、直交３軸座標系における加工経路指令を含む加工プログラムに従って動作し、ワークＷに対して切断等のレーザ加工を実施する。

駆動機構１４は、加工ヘッド３２をワークＷに接近及び離反する方向へ択一的に移動させるＺ軸サーボモータ４０及びＺ軸動力伝達装置４２を有する。Ｚ軸サーボモータ４０には、Ｚ軸の動作位置を検出するＺ軸位置センサ（例えばエンコーダ）４４が付設される。図３では、駆動機構１４のＸ軸及びＹ軸の構成を省略する。

制御装置３４は、Ｚ軸移動量計算部４６とＺ軸サーボ制御部４８とを有する。Ｚ軸移動量計算部４６は、ギャップ制御部１８、Ｚ軸位置制御部５０及び切替処理部５２を含む。切替処理部５２は、加工プログラムに含まれる位置制御とギャップ制御との切替指令に従い、移動量（操作量）の計算機能をギャップ制御部１８とＺ軸位置制御部５０とで切り替える。Ｚ軸サーボ制御部４８は、位置処理部５４、速度処理部５６及び電流処理部５８を有する。制御装置３４は、Ｚ軸サーボ制御部４８が出力した電流指令、トルク指令又は速度指令を、Ｚ軸指令値Ｃとして駆動機構１４のＺ軸サーボモータ４０に与える。図３では、制御装置３４のＸ軸及びＹ軸の構成を省略する。

ギャップ制御部１８は、制御動作切替部２２と操作量演算部６０とを有する。制御動作切替部２２は、ギャップセンサ１６の測定値Ｇと予め第１寸法６２よりも小さく設定したノズル退避用の指令値７２とのいずれかを、ギャップ制御部１８が参照するフィードバック情報として選択する情報選択部７４を備える。第１寸法６２及び指令値７２は、例えば制御装置３４の記憶部（図示せず）に格納される。

情報選択部７４は、レーザ加工装置７０がワークＷに対し切断等のレーザ加工を行う間は、ギャップ制御部１８が参照するフィードバック情報としてギャップセンサ１６の測定値Ｇ（Ａ／Ｄ変換後の値）を選択する。操作量演算部６０は、レーザ加工装置７０がワークＷに対し切断等のレーザ加工を行う間は、目標値として予め設定された第１寸法６２と、ギャップセンサ１６から送られた測定値Ｇとの偏差に基づき、操作量を演算する。Ｚ軸サーボ制御部４８は、操作量演算部６０がギャップセンサ１６の測定値Ｇをフィードバック情報として演算したギャップ制御の操作量に対応するＺ軸指令値Ｃを、Ｚ軸サーボモータ４０に対し出力する。Ｚ軸サーボモータ４０は、このＺ軸指令値Ｃに従い、加工ノズル１２をＺ軸方向へ移動させて、ギャップを第１寸法６２に維持するように動作する。

電力監視部２０は、商用電源６８から電源部３６を介してレーザ加工装置７０に供給される電力を常時監視する。商用電源６８に停電や電圧低下等の電源障害が生じたときは、電力監視部２０がそれを検知して、直ちに異常検出信号Ｆをギャップ制御部１８に対して出力する。電源障害が生じたときには、予め定めた蓄電容量を有する蓄電部３８が、電源部３６に代わって、蓄電容量に応じた電力Ｓをレーザ加工装置７０に供給する。

レーザ加工装置７０がワークＷに対し切断等のレーザ加工を行っている間に、電力監視部２０からギャップ制御部１８に異常検出信号Ｆが送られると、情報選択部７４は、ギャップセンサ１６の測定値Ｇに代えてノズル退避用の指令値７２を、ギャップ制御部１８が参照するフィードバック情報として選択する。操作量演算部６０は、第１寸法６２と指令値７２との偏差に基づき、操作量を演算する。すなわちギャップ制御部１８は、電力監視部２０から異常検出信号Ｆを受信したときに、ノズル退避用の指令値７２をフィードバック情報として参照して、ギャップを第１寸法６２に維持するよう駆動機構１４を制御するための操作量を演算する。Ｚ軸サーボ制御部４８は、操作量演算部６０が指令値７２をフィードバック情報として演算したギャップ制御の操作量に対応するＺ軸指令値Ｃを、Ｚ軸サーボモータ４０に対し出力する。Ｚ軸サーボモータ４０は、このＺ軸指令値Ｃに従い、加工ノズル１２をＺ軸方向へ移動させる。

ここで、ノズル退避用の指令値７２は、第１寸法６２よりも小さい固定値であるから、Ｚ軸サーボモータ４０が加工ノズル１２をＺ軸方向へ移動させても、第１寸法６２と指令値７２との偏差は不変であり、ギャップ制御部１８が算出する操作量は一定の正の値を維持する。したがって、Ｚ軸サーボ制御部４８は、ギャップが拡大する方向のＺ軸指令値Ｃを出力し続けることになる。その結果、Ｚ軸サーボモータ４０は、ギャップが拡大する方向のＺ軸指令値Ｃに従い、加工ノズル１２をワークＷから離反するＺ軸方向へ移動（すなわち退避）させて、ギャップを第１寸法６２から拡大するように動作する。

上記構成を有するレーザ加工装置７０によれば、商用電源６８に停電や電圧低下等の電源障害が生じたときに、制御動作切替部２２の情報選択部７４が、電力監視部２０からの異常検出信号Ｆに直ちに反応して、ギャップ制御部１８が参照するフィードバック情報をギャップセンサ１６の測定値Ｇからノズル退避用の指令値７２に変更することで、ギャップ制御部１８の制御動作によりギャップをレーザ加工実行中の第１寸法６２から任意の寸法に拡大することができる。フィードバック情報の変更によるギャップ制御部１８の制御動作の切り替えは、情報選択部７４がフィードバック情報を測定値Ｇから指令値７２に変更するだけであって、操作量演算部６０はレーザ加工実行中と同じ演算処理を行うものであるから、切替処理部５２によるギャップ制御部１８からＺ軸位置制御部５０への切り替え及びＺ軸位置制御部５０によるＺ軸移動指令の演算に要する時間に比較して、短時間で実施できる。よってレーザ加工装置７０によれば、蓄電部３８から供給される電力Ｓを消尽するまでの間に、Ｚ軸サーボモータ４０が加工ノズル１２をワークＷから離反するＺ軸方向へ移動させて、ギャップを任意の寸法に拡大することができる。ギャップをレーザ加工実行中の第１寸法６２よりも拡大することで、加工ノズル１２が意図せずワークＷに衝突することを確実に防止できる。特にレーザ加工装置７０によれば、電源障害が生じたときにギャップセンサ１６とギャップ制御部１８との接続を切るので、ギャップセンサ１６の検出範囲や稼働状態に無関係にギャップを拡大することができる。

上記構成においては、ノズル退避用の指令値７２を、ギャップセンサ１６の近接側の検出限界値に相当する値に設定することができる。この構成により、目標値である第１寸法６２とノズル退避用の指令値７２との偏差を確保することができる。

レーザ加工装置７０は、加工ノズル１２とワークＷとのＺ軸方向の相対位置を検出する位置検出部（Ｚ軸位置センサ４４）を備えている。レーザ加工装置７０においては、ギャップ制御部１８が、Ｚ軸位置センサ４４が検出したＺ軸サーボモータ４０の動作位置の検出値Ｐを参照するとともに、予め第１寸法６２よりも大きく設定した第２寸法７６（例えば制御装置３４の記憶部（図示せず）に格納）を参照するように構成できる。この場合、ギャップ制御部１８は、Ｚ軸位置センサ４４の検出値Ｐが第２寸法７６に対応する値に達したときに、操作量演算部６０が出力する操作量を零にする制御動作を実行する。この構成によれば、電力監視部２０からの異常検出信号Ｆを受けてギャップ制御部１８が一定の正の操作量を出力し、Ｚ軸サーボモータ４０が加工ノズル１２をワークＷから離反するＺ軸方向へ移動させているときに、ギャップが第２寸法７６に到達した時点でＺ軸サーボモータ４０を停止させ、ギャップを所定の第２寸法７６に維持することができる。第２寸法７６は、ギャップセンサ１６の検出範囲よりも大きい値に設定できる。

図４は、レーザ加工装置３０、７０で遂行される電源障害時の加工ノズル１２の動作制御フローを示す。まずステップＳ１で、電力監視部２０が電源部３６の供給電力を監視する。ステップＳ２で、電力監視部２０が、電源部３６の供給電力に異常が生じたか否かを判断し、異常が生じていない場合はステップＳ１に戻って監視を続行する。ステップＳ２で供給電力に異常が生じたと判断した場合、電力監視部２０は、ギャップ制御部１８に異常検出信号Ｆを送る。制御装置３４は、電力監視部２０からギャップ制御部１８に異常検出信号Ｆが送られると、ステップＳ３で、加工プログラムに従いレーザ加工を実行している最中か否かを判断する。レーザ加工を実行していなければ、ステップＳ１に戻り、電力監視部２０が電源部３６の監視を続行する。ステップＳ３でレーザ加工を実行している最中と判断した場合、ステップＳ４で、制御動作切替部２２が、ギャップ制御における目標値を第１寸法６２から第２寸法６４に切り替える（図２）か、或いはギャップ制御におけるフィードバック情報をギャップセンサ１６の測定値Ｇからノズル退避用の指令値７２に切り替える（図３）。そしてステップＳ５で、Ｚ軸サーボモータ４０が加工ノズル１２をワークＷから離反する退避方向へ移動する。

１０、３０、７０ レーザ加工装置
１２ 加工ノズル
１４ 駆動機構
１６ ギャップセンサ
１８ ギャップ制御部
２０ 電力監視部
２２ 制御動作切替部
３４ 制御装置
３６ 電源部
３８ 蓄電部
４０ Ｚ軸サーボモータ
４４ Ｚ軸位置センサ
４６ Ｚ軸移動量計算部
４８ Ｚ軸サーボ制御部
６０ 操作量演算部
６２ 第１寸法
６４、７６ 第２寸法
６６ 目標値選択部
７２ ノズル退避用の指令値
７４ 情報選択部

Claims (4)

1. ワークにレーザ光を照射する加工ノズルと、
   前記加工ノズルとワークとを相対移動させる駆動機構と、
   前記加工ノズルとワークとの間のギャップを測定するギャップセンサと、
   前記ギャップセンサの測定値を参照して、レーザ加工実行中の前記ギャップを第１寸法に維持するよう前記駆動機構を制御するための操作量を演算するギャップ制御部と、
   電源から供給される電力を監視して、電力に異常が生じたときに前記ギャップ制御部に異常検出信号を送る電力監視部と、
   レーザ加工実行中に前記ギャップ制御部に前記異常検出信号が送られたときに、前記ギャップが前記第１寸法から拡大するように、前記ギャップ制御部の制御動作を切り替える制御動作切替部と、を具備し、
   前記制御動作切替部は、予め設定した前記第１寸法と予め前記第１寸法よりも大きく設定した第２寸法とのいずれかを、前記ギャップの目標値として選択する目標値選択部を備え、
   レーザ加工実行中に前記ギャップ制御部に前記異常検出信号が送られたときに、前記目標値選択部は、前記第１寸法に代えて前記第２寸法を選択し、前記ギャップ制御部は、前記ギャップを前記第２寸法に維持するよう前記駆動機構を制御するための操作量を演算する、レーザ加工装置。
2. ワークにレーザ光を照射する加工ノズルと、
   前記加工ノズルとワークとを相対移動させる駆動機構と、
   前記加工ノズルとワークとの間のギャップを測定するギャップセンサと、
   前記ギャップセンサの測定値を参照して、レーザ加工実行中の前記ギャップを第１寸法に維持するよう前記駆動機構を制御するための操作量を演算するギャップ制御部と、
   電源から供給される電力を監視して、電力に異常が生じたときに前記ギャップ制御部に異常検出信号を送る電力監視部と、
   レーザ加工実行中に前記ギャップ制御部に前記異常検出信号が送られたときに、前記ギャップが前記第１寸法から拡大するように、前記ギャップ制御部の制御動作を切り替える制御動作切替部と、を具備し、
   前記制御動作切替部は、前記ギャップセンサの測定値と予め前記第１寸法よりも小さく設定したノズル退避用の指令値とのいずれかを、前記ギャップ制御部が参照するフィードバック情報として選択する情報選択部を備え、
   レーザ加工実行中に前記ギャップ制御部に前記異常検出信号が送られたときに、前記情報選択部は、前記測定値に代えて前記指令値を選択し、前記ギャップ制御部は、前記指令値を参照して前記操作量を演算する、レーザ加工装置。
3. 前記指令値が、前記ギャップセンサの近接側の検出限界値である、請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記加工ノズルとワークとの相対位置を検出する位置検出部を具備し、
   前記ギャップ制御部は、前記位置検出部の検出値が、予め前記第１寸法よりも大きく設定した第２寸法に対応する値に達したときに、前記操作量を零にする、請求項２又は３に記載のレーザ加工装置。

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