JP6719264B2

JP6719264B2 - レーザ加工装置および状態検出装置

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Publication number: JP6719264B2
Application number: JP2016088205A
Authority: JP
Inventors: 輝章福岡; 浩嘉大村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2036-04-26
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Description

本発明は、レーザ加工ノズルとワークの間の状態を検出するための状態検出装置を用いたレーザ加工装置および状態検出装置に関するものである。

レーザ加工中にプラズマが発生すると、センサ電圧が加工ノズルとワークとの間隙長に関係なく変動するが、特許文献１では、電気抵抗を監視することで、プラズマを容易に検出することが出来る。従って、プラズマを検出した際に、例えば加工ヘッドの送り速度を減速させることで、プラズマの発生を抑制することが出来るので、レーザ加工における倣い制御を安定して機能させることが出来る。

また、特許文献２には、センサ電極とワークピースの間隔を測定する方法が開示されており、加工中に発生するプラズマの影響を軽減するために、加工ノズルとワークピースとの間に発生するプラズマをオーミック抵抗としてモデル化し、加工ノズルとワークピースとの間の静電容量をキャパシタンスとしてモデル化して、ギャップ幅を検出している。

特開２００５−２１９０９３号公報特開２０００−２３４９０３号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、簡単な構成でプラズマの検出を行うことができるものの、特に加工ヘッドを高速動作した場合は、加工ノズルとワークとの間隙長を測定することは困難である。

また、特許文献２の方法では、特に、薄いステンレス鋼板の加工など、強いプラズマが頻繁に発生する加工の場合、プラズマの影響による誤検出を避けるために、精度よく状態検出を行おうとすると、加工速度を低く抑えなければならない。このため、作業効率が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、加工速度を低下させることなく、プラズマの状態を測定することができ、作業効率が低下するのを抑えることのできるレーザ加工装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工装置は、加工ノズルに設けられた測定電極とワークの間に参照信号を供給するための信号生成回路と、測定電極とワークの間の状態に応じて変化する電気信号を測定するための測定回路と、測定電極とワークの間に発生するプラズマを抵抗成分と静電容量成分の並列回路としてモデル化して第１のモデルとして算出するとともに、測定電極とワークの間のギャップを静電容量成分としてモデル化して第２のモデルとして算出するモデル演算部と、加工送り速度指令値およびギャップ幅の指令を含む加工条件を生成する加工条件生成部と、加工送り速度指令値およびギャップ幅の指令を含む加工条件を生成する加工条件生成部と、プラズマの静電容量成分およびギャップの静電容量成分を合成した静電容量成分とプラズマの抵抗成分との関係を、加工送り速度指令値から定まる加工速度に応じて補正することによって、第１のモデルおよび第２のモデルを補正する補正演算部と、補正された第１のモデルと補正された第２のモデルとを用いて測定電極とワークとのギャップ幅を演算しギャップ情報として出力するギャップ演算部と、ギャップ幅の指令をギャップ情報に基づいて補正する倣い制御部とを備える。

この発明によれば、加工速度を低下させることなく、プラズマの状態を測定することができ、作業効率が低下するのを抑えることのできるレーザ加工装置を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１の状態検出装置を用いたレーザ加工装置の構成図実施の形態１の状態検出装置の測定部の等価回路を示す図低速度時のプラズマ発生時の測定データの変化の簡略図高速度時のプラズマ発生時の測定データの変化の簡略図低速度時のプラズマ発生時のギャップ補正データの簡略図高速度時のプラズマ発生時のギャップ補正データの簡略図補正演算部追加後の高速度時のプラズマ発生時のギャップ補正データの簡略図実施の形態２の状態検出装置を用いたレーザ加工装置の構成図実施の形態３の状態検出装置を用いたレーザ加工装置の構成図

以下に、本発明に係るレーザ加工装置および状態検出装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる状態検出装置１を用いたレーザ加工装置１００を示す構成図である。図示しない加工ヘッドの先端には、レーザ発振器３０から供給されるレーザ光を照射するための加工ノズル３が設けられる。レーザ加工の際、加工ノズル３は、加工対象であるワーク４に接近し、焦点位置で加工できるように位置決めされる。

実施の形態１のレーザ加工装置１００は、加工ノズル３とワーク４との状態を検出する状態検出装置１と、状態検出装置１の検出結果に基づき、加工ノズル３を位置決めすべく、加工ノズル３とワーク４との間のギャップの最適値を算出する数値制御装置２とを備える。

加工位置決め制御は、状態検出装置１の出力に基いて、レーザ加工装置１００に搭載されている数値制御装置２により実施される。状態検出装置１では、加工条件を用いてセンサのモデル演算結果を補正することにより、より正確なプラズマのモデルを算出し、モデルに基づきギャップの計算を行う。

状態検出装置１は、信号生成回路１０と、測定回路１１と、モデル演算部１２を備える。状態検出装置１は、加工ノズル３とワーク４の間に発生するプラズマ６を、抵抗成分と静電容量成分の並列回路としてモデル化し、第１のモデルを算出する。そして加工ノズル３の測定電極３ａとワーク４の間のギャップを静電容量成分としてモデル化し、第２のモデルを算出する。

信号生成回路１０は、一定の周波数を有する交流参照信号を生成し、加工ノズル３とワーク４との間に供給する。実施の形態１の状態検出装置では、加工ノズル３に別途測定電極３ａが設けられている。なお加工ノズル３に別途測定電極３ａが設けられている場合は、測定電極３ａとワーク４との間に交流参照信号を供給する。交流参照信号には、正弦波あるいは方形波をはじめとする交流信号を用いる。

加工ノズル３とワーク４との間の静電容量を高精度に求めるためには、参照信号は、例えば、１００ｋＨｚ以上のある程度高い周波数をもつのが好ましい。

参照信号を測定電極３ａに供給した場合、測定電極３ａとワーク４との間の状態に応じて、測定回路１１を流れる信号が変化する。測定電極３ａとワーク４の間の状態は、ギャップ幅あるいはプラズマ量をはじめとする物理的状態である。

測定電極３ａとワーク４との間の状態に応じて変化した信号を測定回路１１で測定し、測定回路１１の出力を、モデル演算部１２では、加工ノズル３とワーク４の間に発生するプラズマ６を抵抗成分６Ｒと静電容量成分６Ｃの並列回路のかたちでモデル化するとともに、測定電極３ａとワーク４の間のギャップを静電容量成分６Ｃのかたちでモデル化している。

加工ノズル３および、加工ノズル３に対向するワーク４は、あたかも電極間に空気層が介在するコンデンサであるとみなすことができる。加工ノズル３とワーク４間のギャップによる静電容量は、加工ノズル３に相当する上側の電極板５ａと、ワーク４に相当する下側の電極板５ｂとを有する。

加工ノズル３とワーク４との間のギャップの幅が変化すると、コンデンサ５の容量が変化する。従って、コンデンサ５の容量を測定することによって、加工ノズル３とワーク４との間のギャップの幅を算出できるため、コンデンサ５はギャップセンサとして機能する。

上側の電極板５ａとしてモデル化される加工ノズル３は、状態検出装置１の測定回路１１に接続される。下側の電極板５ｂとして機能するワーク４は、通常、グランド電位となるように接地される。

なお、ここでは、加工ノズル３自体を測定電極３ａに用いる例を説明するが、加工ノズル３先端に別途センサ電極を取り付けて、センサ電極を測定電極として、ワーク４との間の静電容量を検出することも可能である。

レーザ光をワーク４に照射すると、加工条件によっては加工ノズル３とワーク４との間にプラズマ６が発生することがある。プラズマ６は、従来のような抵抗成分のみでなく、実施の形態１のレーザ加工装置１００ではインピーダンス回路としてモデル化している。

特に、実施の形態１の状態検出装置１では、図２に等価回路図を示すように、加工ノズル３とワーク４との間を、抵抗成分と静電容量成分の並列回路でモデル化し、第１のモデルとしている。従って、加工ノズル３とワーク４との間は、プラズマ６による抵抗成分６Ｒ、プラズマ６による静電容量成分６Ｃ、およびギャップによるコンデンサ５の静電容量成分５Ｃが並列接続されていることになる。そこで、加工ノズル３とワーク４との間の電気的特性を計測することによって、加工ノズル３とワーク４との間の状態を観測することができる。また、加工ノズル３に設けられた測定電極３ａとワーク４との間をモデル化し、第２のモデルとしている。

実施の形態１のレーザ加工装置１００の状態検出装置１では、加工ノズル３はケーブルＣｂを介して測定回路１１に接続されている。測定回路１１は、ケーブルＣｂの芯線Ｃｂ１を介して加工ノズル３側の中心と接続されている。測定回路１１の出力には、ケーブルＣｂによる静電容量成分および抵抗成分が付加された信号を得ることができる。しかし、ケーブルの静電容量成分は既知であるため、その差分の静電容量を計算することは容易である。ケーブルＣｂの外被Ｃｂ２には、検出信号と同位相の信号を付加しており、測定におけるガード電極として機能しており、電極とワーク間以外の静電容量が検出されることを防いでいる。従って、加工ノズル３とワーク４との間に形成される静電容量の測定精度を向上させることができる。なお、ケーブルＣｂの外被Ｃｂ２は、同軸ケーブルの外部導体、金属シースに相当する。測定回路１１は、加工ノズル３とワーク４との間に形成される静電容量成分および抵抗成分を測定することで、加工ノズル３とワーク４間の状態を判定し、加工ノズル３とワーク４との間のギャップを検出することができる。

また、数値制御装置２は、加工条件生成部２０と、加工条件生成部の出力と、モデル演算部１２で求めたモデルとを入力変数とし、モデルの補正を行う補正演算部２１と、補正演算部２１の出力に基づきギャップ幅を算出するギャップ演算部２２と、倣い制御部２３と、実際にギャップ幅およびＸＹ方向のスキャン速度を送出する制御部２４とを有している。

ギャップ演算部２２は、モデルの補正を行う補正演算部２１の出力に基づき検出対象であるギャップ幅を出力する。

倣い制御部２３は、ギャップ演算部２２から送られたギャップ情報と、加工条件生成部２０で作られたギャップの指令と比較してＺ軸方向の指令の補正値を計算する。倣い制御部２３から出力された補正値を加工条件生成部２０から出力されたギャップ指令値に合わせてＺ軸制御部２４Ｚに送ることにより、ギャップを指令した幅に保つことができる。実施の形態１においてＺ方向は加工ノズル３とワーク４との垂直方向とし、ＸＹ方向とは、水平方向とし、図示しないワーク搬送台の移動方向をＸＹ方向とした。

図３および図４に加工中のプラズマ発生によるプラズマの抵抗成分と、プラズマ静電容量成分と加工ノズル３とワーク４間のギャップの静電容量成分とを合成した静電容量成分とを測定した結果を示す。横軸は抵抗成分の逆数、縦軸は静電容量成分である。縦軸方向の変化を近似した直線を近似直線ａ，ｂで示す。図３は加工速度が低速である場合、図４は加工速度が高速である場合の近似曲線を示す図である。近似直線ａはｙ＝１．９７５×１０^-08ｘ-２．００７×１０^-14。近似直線ｂはｙ＝１．６０４×１０^-08ｘ-１．２２４×１０^-14。図より、変化を近似した直線の傾きは、若干異なることが分かる。近似式は、最小二乗近似により求めている。従来の状態検出装置では、合成した静電容量成分の変化を近似した近似直線の傾きを加工速度に関係なく一定であるとみなして、プラズマ６が発生した時のギャップの静電容量の変化を補正してきた。つまり、近似直線ａ，ｂのズレは、加工速度が変化した場合、傾きが若干変化することから補正にズレが生じ、ギャップの計算がずれることを示唆している。図３から図７において、加工速度が高速である場合の加工速度を、加工速度が低速である場合の加工速度の１．５倍程度に速度を設定し測定を行った。

図５および、図６に加工速度が変化した時のギャップ計算のズレについて、簡略化して示す。図５は加工速度が低速である場合、図６は加工速度が高速である場合である。横軸には時間、左側の第１縦軸にはギャップ、右側の第２縦軸には、ギャップ間の抵抗成分の逆数を示している。プラズマ補正ありは曲線Ｐａ、プラズマ補正なしは曲線Ｐｎ、ギャップ間の抵抗成分の逆数は曲線Ｐｒで示す。Ｔiはレーザ照射区間である。プラズマ補正ありとプラズマ補正なしの要素は左側の第１縦軸、ギャップ間の抵抗成分の逆数は右側の第２縦軸を用いている。

レーザ照射されていない時は、プラズマが発生していないため、ギャップは１ｍｍ程度に保たれている。また、プラズマの抵抗成分がないためにギャップ間の抵抗成分は無限大になり、ギャップ間の抵抗成分の逆数は０に近い値となる。

レーザ照射すると、プラズマが発生し、ギャップ間の静電容量成分と抵抗とに変化が生じる。また、ギャップは補正をしない場合、実際のギャップ幅よりも狭くなっていると検出してしまっている。そこで、ギャップ幅をプラズマの抵抗成分の逆数を用いて補正する。図５で示すように、加工速度が低速である場合は、レーザ照射中も１ｍｍ程度になるように補正が効いている。

しかし、傾きが一定であるとした場合、図６に示すように加工速度が高速となればプラズマが大きく生成され、ギャップの抵抗成分は小さくなるため、抵抗成分の逆数分大きくなる。従って、より大きく補正してしまい、状態検出装置は実際よりもギャップが広がっているように検出してしまう。よって加工条件によってプラズマの大きさが変わる場合にモデルを補正する手段が必要になる。

実施の形態１では、従来の方式では状態検出装置内で実施していた、ギャップの計算を数値制御装置２内に移し、補正演算部２１でモデルを補正し、ギャップ演算部２２でギャップ演算を行う。実施の形態１のレーザ加工装置１００では、状態検出装置１からギャップのモデル情報を、アナログデータ、若しくはデジタルデータのかたちで、数値制御装置２に送り、数値制御装置２内では、補正演算部２１にて加工条件生成部２０から受け取った加工送り速度指令値、レーザ出力指令値、ギャップ指令値、焦点位置指令値をはじめとする加工条件を基にモデルを補正する。例えば図３，図４から分かるような補正演算部２１は、プラズマ抵抗成分の変化の係数を加工速度によって補正する。

ギャップ演算部２２では、補正したモデルを入力変数とし、検出対象であるギャップ幅を出力変数とする。図７にモデルの補正を行った場合の計算結果について、簡略化して示す。図７においてもプラズマ補正ありは曲線Ｐａ、プラズマ補正なしは曲線Ｐｎ、ギャップ間の抵抗成分の逆数は曲線Ｐｒで示す。Ｔiはレーザ照射区間である。モデルの補正をし、ギャップを算出することで、図６の場合と同じようにプラズマが発生した場合でも、ギャップ計算の出力は１ｍｍ程度に保つことができる。

制御部２４の内、Ｚ軸制御部２４Ｚは、加工条件生成部２０から受け取ったギャップ指令値に基づき、加工ノズル３のＺ軸方向の高さを補正する。

ギャップ演算部２２で、出力されたギャップ幅を基に、倣い制御部２３でＺ軸の指令を補正し、ギャップ幅を一定に保つ。以上のように、加工条件によりモデルを補正する補正演算部２１を持つことにより、加工条件によりプラズマのモデルが変化した場合でも、より正確にギャップのモデル化が可能になる。従って、プラズマが発生しても正しく補正されたギャップ幅を得ることができ、加工速度を落とすことなく、加工が可能になる。

レーザ発振器３０は、加工条件生成部２０から受け取ったレーザ出力指令値に基いてレーザ発振を行いレーザ加工のための出力を加工ノズル３に供給する。

制御部２４の内ＸＹ軸制御部２４ＸＹは、加工条件生成部２０から受け取った加工送り速度指令値に基づき、加工ノズル３のＸＹ軸方向２５ＸＹの搬送速度を補正する。

実施の形態１の状態検出装置３０を用いたレーザ加工装置１００によれば、加工条件によりプラズマのモデルが変化した場合でも、正確にギャップを得ることができる。

また、実施の形態１の状態検出装置３０を用いたレーザ加工装置１００によれば、処理が多い計算部分をすべて数値制御装置に持たせることができる、加えて、条件を送るための通信方式を追加する必要がないので、検出装置自体は構成を簡易なものにすることができる。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２の状態検出装置１を用いたレーザ加工装置１００Ｓを示す構成図である。実施の形態２のレーザ加工装置１００Ｓが、実施の形態１のレーザ加工装置１００と異なる点は、実施の形態１のレーザ加工装置１００では数値制御部２に設けられていた補正演算部２１とギャップ演算部２２とが、状態検出装置１Ｓに設けられた点である。実施の形態２のレーザ加工装置１００Ｓにおける数値制御部２Ｓは、倣い制御部２３で、状態検出装置１Ｓに設けられたギャップ演算部２２から送られたギャップ情報と、加工条件生成部２０で作られたギャップ指令値と比較してＺ軸方向の指令の補正値を計算する。実施の形態２のレーザ加工装置１００Ｓの他の構成については、実施の形態１のレーザ加工装置１００と同様であるため、ここでは説明を省略する。なお同一部位には同一符号を付した。

実施の形態２のレーザ加工装置１００Ｓでは、加工ヘッドの先端には、レーザ発振器３０から供給されるレーザ光を照射するための加工ノズル３が設けられる。レーザ加工の際、加工ノズル３は、加工対象であるワーク４に接近し、焦点位置で加工できるように位置決めされる。これらの制御は、レーザ加工装置１００Ｓに搭載されている数値制御装置２により実施される。実施の形態２のレーザ加工装置１００Ｓによれば、演算を状態検出装置に任せることができるので、数値制御装置側の演算リソースを節減することができるという効果を奏する。

実施の形態２では、数値制御装置２内の加工条件生成部２０より加工送り速度指令値、レーザ出力指令値、ギャップ指令値、焦点位置をはじめとする加工条件を状態検出装置１Ｓに送信する。送信された情報を基に補正演算部２１はモデル演算部１２で演算したモデルを補正し、ギャップ演算部２２は補正したモデルを入力とし、検出対象であるギャップ幅を出力する。出力したギャップ幅はアナログデータ、若しくはデジタルデータで数値制御装置２Ｓに送出される。数値制御装置２Ｓ内では、倣い制御部２３は、状態検出装置１Ｓから送られたギャップ幅と、加工条件生成部２０で作られたギャップ指令値と比較してＺ軸の指令の補正値を計算する。倣い制御部２３から出力された補正値を加工条件生成部２０から出力された指令値に合わせてＺ軸制御部２４Ｚに送ることにより、Ｚ軸２５Ｚ方向の位置決めを行い、ギャップを指令した幅に保つことができる。実施の形態１と同様に、加工条件によりモデルを補正する補正演算部２１を持つことにより、より正確にギャップのモデル化が可能になり、プラズマ６が発生しても速度を落とすことなく加工を行うことが可能になる。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３の状態検出装置３０を用いたレーザ加工装置１００Ｐを示す構成図である。実施の形態３のレーザ加工装置１００Ｐが、実施の形態２のレーザ加工装置１００Ｓと異なる点は、実施の形態２の数値制御部２Ｓは、実施の形態２の数値制御部２Ｓには設けられていない補正量演算部２５を備えた点である。補正量演算部２５は、加工条件生成部２０の出力に接続されている。

実施の形態３のレーザ加工装置１００Ｐでは、数値制御装置２Ｐ内に設けられた補正量演算部２５が、加工条件生成部２０より加工送り速度指令値、レーザ出力指令値、ギャップ指令値、焦点位置をはじめとする加工条件を受け、モデルの補正量を計算する。補正量演算部２５での演算されたモデルの補正量は状態検出装置１Ｐに送信される。補正量演算部２５で算出された補正量を基に補正演算部２１はモデル演算部１２で演算されたモデルを補正し、ギャップ演算部２２は補正されたモデルを入力とし、ギャップ演算部２２は、検出対象であるギャップ幅を出力する。出力されたギャップ幅は、アナログデータ、若しくはデジタルデータで数値制御装置２Ｐに送出される。数値制御装置２Ｐ内では、倣い制御部２３が、状態検出装置１Ｐから送信されたギャップ情報と、加工条件生成部２０で作られたギャップ指令値とを比較してＺ軸の指令の補正値を計算する。倣い制御部２３から出力された補正値を加工条件生成部２０から出力された指令値に合わせてＺ軸制御部２４Ｚに送ることにより、ギャップを司令した幅に保つ。

実施の形態３のレーザ加工装置１００Ｐの他の構成については、実施の形態２のレーザ加工装置１００Ｓと同様であるため、ここでは説明を省略する。なお同一部位には同一符号を付した。実施の形態３のレーザ加工装置においても、実施の形態１，２のレーザ加工ヘッドの先端には、レーザ発振器３０から供給されるレーザ光を照射するための加工ノズル３が設けられる。レーザ加工の際、加工ノズル３は、加工対象であるワーク４に接近し、焦点位置で加工できるように位置決めされる。これらの制御は、レーザ加工装置に搭載されている数値制御装置２Ｐにより実施される。

実施の形態３のレーザ加工装置では、数値制御装置２内の加工条件生成部２０より加工条件を受け、モデルの補正量を計算する補正量演算部２５を持つ。補正量演算部２５での演算結果を状態検出装置１Ｐに送信し、補正量演算部２５で算出された補正量を基に補正演算部２１はモデル演算部１２で演算したモデルを補正し、ギャップ演算部２２は補正したモデルを入力とし、検出対象であるギャップ幅を出力する。出力したギャップのデータはアナログデータ、若しくはデジタルデータで数値制御装置２Ｐに送る。数値制御装置２Ｐ内には、状態検出装置１から送られたギャップ情報と、加工条件生成部２０で作られたギャップの指令と比較してＺ軸の指令の補正値を計算する倣い制御部２３があり、倣い制御部２３から出力された補正値を加工条件生成部２０から出力された指令値に合わせてＺ軸制御部２４Ｚに送ることにより、ギャップを司令した幅に保つことができる。実施の形態１および２と同様に、加工条件によりモデルを補正する補正演算部２１を持つことにより、より正確にギャップのモデル化が可能になり、プラズマ６が発生しても速度を落とすことなく加工が可能になる。加えて、実施の形態３のレーザ加工装置では、数値制御装置２Ｐ内の補正量演算部２５で算出された補正量を基に補正演算部２１はモデル演算部１２で演算したモデルを補正するため、状態検出装置１Ｐ内の計算量をさらに削減することができるという利点もある。

なお、加工ヘッドには、レーザ発振器から出力されるレーザ光をワークに導くための光学系が設けられ、先端には加工ノズルが設けられているが、ここでは光学系および加工ヘッドには図示を省略している。

以上説明したように、実施の形態１から３のレーザ加工装置によれば、加工条件を用いてセンサのモデル演算結果を補正することにより、より正確なプラズマのモデルを基にギャップの計算が可能になり、加工速度を落とすことなく加工を実行できるという効果を奏する。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ｓ，１Ｐ状態検出装置、２，２Ｓ，２Ｐ数値制御装置、３加工ノズル、３ａ測定電極、４ワーク、５コンデンサ、５ａ，５ｂ電極板、６プラズマ、１０信号生成回路、１１測定回路、１２モデル演算部、２０加工条件生成部、２１補正演算部、２２ギャップ演算部、２３倣い制御部、２４制御部、２４ＸＹＸＹ軸制御部、２４ＺＺ軸制御部、２５補正量演算部、２５ＸＹＸＹ軸、２５ＺＺ軸、３０レーザ発振器、１００，１００Ｓ，１００Ｐレーザ加工装置。

Claims

加工ノズルに設けられた測定電極とワークの間に参照信号を供給するための信号生成回路と、
前記測定電極と前記ワークの間の状態に応じて変化する電気信号を測定するための測定回路と、
前記測定電極と前記ワークの間に発生するプラズマを、抵抗成分と静電容量成分の並列回路としてモデル化して第１のモデルとして算出するとともに、前記測定電極と前記ワークの間のギャップを静電容量成分としてモデル化して第２のモデルとして算出するモデル演算部と、
加工送り速度指令値およびギャップ幅の指令を含む加工条件を生成する加工条件生成部と、
前記プラズマの静電容量成分および前記ギャップの静電容量成分を合成した静電容量成分と前記プラズマの抵抗成分との関係を、前記加工送り速度指令値から定まる加工速度に応じて補正することによって、前記第１のモデルおよび前記第２のモデルを補正する補正演算部と、
補正された前記第１のモデルと補正された前記第２のモデルとを用いて前記測定電極と前記ワークとのギャップ幅を演算しギャップ情報として出力するギャップ演算部と、
前記ギャップ幅の指令を前記ギャップ情報に基づいて補正する倣い制御部と
を備えるレーザ加工装置。
前記モデル演算部は、前記静電容量成分の変化量が前記プラズマの抵抗成分の逆数の変化量に比例する関係となるように前記第１のモデルおよび前記第２のモデルを算出し、
前記補正演算部は、前記静電容量成分の変化量と前記プラズマの抵抗成分の逆数の変化量との比率を前記加工速度に応じて変化させることにより前記第１のモデルおよび前記第２のモデルを補正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。
前記倣い制御部は、前記ギャップ幅を一定に保つように前記ギャップ幅の指令を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
前記測定電極と前記ワークとの状態を検出する状態検出装置と、前記状態検出装置の検出結果に基づき前記加工ノズルを位置決めすべく前記ギャップ幅の最適値を算出する数値制御装置とを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
前記数値制御装置は、前記加工条件生成部、前記補正演算部、前記ギャップ演算部および前記倣い制御部を含み、前記状態検出装置は、前記信号生成回路、前記測定回路および前記モデル演算部を含むことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
前記数値制御装置は、前記加工条件生成部および前記倣い制御部を含み、前記状態検出装置は、前記信号生成回路、前記測定回路、前記モデル演算部、前記補正演算部および前記ギャップ演算部を含むことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
前記加工条件には、レーザ出力指令値およびレーザ照射の焦点位置がさらに含まれることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
加工ノズルに設けられた測定電極とワークの間に参照信号を供給するための信号生成回路と、
前記測定電極と前記ワークの間の状態に応じて変化する電気信号を測定するための測定回路と、
前記測定電極と前記ワークの間に発生するプラズマを、抵抗成分と静電容量成分の並列回路としてモデル化して第１のモデルとして算出するとともに、前記測定電極と前記ワークの間のギャップを静電容量成分としてモデル化して第２のモデルとして算出するモデル演算部と、
前記プラズマの静電容量成分および前記ギャップの静電容量成分を合成した静電容量成分と前記プラズマの抵抗成分との関係を、加工速度に応じて補正することによって、前記第１のモデルおよび前記第２のモデルを補正する補正演算部と、
補正された前記第１のモデルと補正された前記第２のモデルとを用いて前記測定電極と前記ワークとのギャップ幅を演算するギャップ演算部と
を備える状態検出装置。