JPH01278981A - レーザ加工機のフォーカスヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はレーザ加工機のフォーカスヘッドに関し、より
詳しくは静電容量センサとダメージセンサとを備えるフ
ォーカスヘッドに関する。

「従来の技術」 従来、フォーカスヘッドと被加工物との間隔を一定に制
御するために、静電容量センサを用いることが知られて
いる。そして通常、静電容量センサを備えたフォーカス
ヘッドは、ハウジングに設けられて先端部から被加工物
に向けてレーザ光線を照射するノズルと、このノズルの
先端部に絶縁して設けた中心電極と、この中心電極に電
気的に接続され、中心電極と被加工物との間の静電容量
を検出して該中心電極と被加工物との間隔を一定に制御
する制御装置とを備えている。

ところで、上記被加工物が立体物の場合等に、被加工物
のレーザ加工部分以外の部分が中心電極に近接するとそ
れに伴なフて静電容量が変動するので、該中心電極とレ
ーザ加工部分との間隔測定に誤差が発生するようになる
。このため従来、上記中心電極を囲み、かつ該中心電極
に対して絶縁したガード電極を設け、上記レーザ加工部
分以外の部分が中心電極に接近しても上記ガード電極で
その影響を遮断して、検出精度を向上させることが行な
われている（特開昭６２−８９５９２号公報）。

また、従来のダメージセンサは、ノズルが被加工物等に
衝突した際にそれを検出してそれ以上のノズルと被加工
物との相対移動を停止させ、それによってフォーカスヘ
ッドが破損されるのを防止するものである。このダメー
ジセンサは、通常、上記ノズルをハウジングに揺動可能
に設け、該ノズルが被加工物等に衝突してハウジングに
対して所定量以上揺動された際に、その揺動をマイクロ
スイッチやエア式スイッチで検出できるようにしている
（実開昭６２−１０９８５号公報）。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、従来のレーザ加工機のフォーカスヘッド
においては、上記静電容量センサとダメージセンサとは
全く別個に設けられており、それが結果的にコストアッ
プの一要因となっていた。

「課題を解決するための手段」 本発明はそのような事情に鑑み、上述した静電容量セン
サを備えたレーザ加工機のフォーカスヘッドにおいて、
すなわちハウジングに設けられて先端部から被加工物に
向けてレーザ光線を照射するノズルと、このノズルの先
端部に絶縁して設けた中心電極と、この中心電極を囲み
、かつ該中心電極に対して絶縁して設けたガード電極と
、上記中心電極に電気的に接続曇れ、中心電極と被加工
物との間の静電容量を検出して該中心電極と被加工物と
の間隔を一定に制御する制御装置とを備えたレーザ加工
機のフォーカスヘッドにおいて、 第１の構成として、上記ガード電極をノズル又はハウジ
ングに対して絶縁するとともに、該ガード電極と被加工
物とをそれぞれ電源回路に接続して、該ガード電極と被
加工物との接触を検出可能としたものである。

また第２の構成として、上述のレーザ加工機のフォーカ
スヘッドにおいて、上記ノズルとハウジングとを絶縁す
るとともに、該ノズルをハウジングに揺動可能に設けて
該ノズルがハウジングに対して所定量以上揺動した際に
両者を接触可能とし、さらに該ノズルとガード電極とを
電気的に接続するとともに、該ノズルとハウジングとを
それぞれ電源回路に接続して、該ノズルとハウジングと
の接触を検出可能としたものである。

「作用」 上記第１の構成によれば、静電容量センサに用いられて
いるガード電極をそのままダメージセンサとして用いる
ことができ、しかも被加工物がガード電極に接触した瞬
間にそれを検出することができるため、従来のダメージ
センサのようにノズルをハウジングに揺動可能に設ける
必要がないという利点がある。

しかしながら、特にフォーカスヘッドと被加工物の相対
移動速度が大きい場合には、ノズルをハウジングに揺動
可能に設けることが望ましく、特にそのような構成とす
る場合に、さらに上記第２の構成としておけば、上述の
効果を得ることが可能であることに加えて、例えば導電
性を有しない被加工物を加工する場合であっても、ノズ
ルの所定量以上の揺動から該ノズルと被加工物等の障害
物との衝突を検出できるので、ダメージセンサとして利
用することができる。

「実施例」 以下図示実施例について本発明を説明すると、レーザ加
工機のフォーカスヘッド１は、筒状金属製のハウジング
２と、このハウジング２内にホルダ３を介して取付けた
集光レンズ４と、さらに上記ハウジング２の下端部に取
付けた金属製のノズル５とを備えている。

上記ハウジング２の軸部に鉛直下方に向けて導入された
レーザ光線りは、上記集光レンズ４で集光され、上記ノ
ズル５の軸部を通過して被加工物６に照射されるように
なフている。またこの際、上記ハウジング２内にアシス
トガス供給通路７を介してアシストガスが導入され、こ
のアシストガスも上記ノズル５の軸部を流通してレーザ
光線りの照射位置に供給されるようになっている。

上記ハウジング２は図示しない昇降機構によって昇降さ
れ、またこのハウジング２と上記被加工物６を載置した
図示しない加工テーブルとを適宜の駆動機構によって水
平面内で相互に直交する方向に相対移動させることによ
り、上記被加工物６の任意の位置に所要のレーザ加工を
施すことができるようにしている。

上記ノズル５の下部先端には、ノズル５と導電性を有す
る被加工物６との間の間隔を測定するための中心電極ｌ
Ｏを絶縁体１１を介して取付けてあり、該中心電極ｌＯ
を制御装置１２の一部を構成する発掘装置１３に接続し
ている。この発振装置１３は、上記中心電極ｌＯと被加
工物６の加工部６ａとの間の間隙変化に伴なう静電容量
の変化を、発振周波数の変化として検出し、上記制御装
置１２はその検出値に基づいて上述した昇降機構を制御
し、中心電極１０と加工部６ａとの間隔が一定となるよ
うにフォーカスヘッド１を昇降させるようになっている
。

また、上記ノズル５の下部先端には中心電極ｌＯを囲む
ガード電ｇ＋１４を取付けてあり、このガード電極１４
によって例えば被加工物６の突起部６ｂが中心電極１０
に接近しても、上記中心電極１０と加工部６ａとの間の
静電容量に影響を受ることのないようにしている。上記
ガード電極１４は上記絶縁体１１により中心電極１０に
対して絶縁して設けているが、ノズル５には電気的に接
続している。

然して、上記ノズル５の上端部外周には環状の絶縁体１
５を取付けてあり、該絶縁体１５を上記ハウジング２の
一部を構成する金属製の筒状パイプ１６内に嵌合すると
ともに、該筒状パイプ１６の下端部に半径方向内方に向
けて形成したフランジ部１６ａ上に載置させている。そ
してハウジング２と絶縁体１５との間にばね１７を弾装
することにより、通常はノズル５の軸心をハウジング２
の軸心に一致させた図示状態に維持し、ノズル５に上記
突起部６ｂ等が当接した際には、上記ばね１７に抗して
ノズル５を揺動させることができるようにしている。

さらに、上記絶縁体１５とノズル５との間に金属製のプ
レート１８を決着し、ノズル５の軸心がハウジング２の
軸心に一致した図示状態ではプレート１８を筒状パイプ
１６から離隔させているが、ノズル５が筒状パイプ１６
に対して所定量以上揺動した際には、プレート１８を筒
状パイプ１６に接触させて電気的に接続するようにして
いる。

そして上記ハウジング２および筒状パイプ１δをアース
電極としてこれに上記被加工物を電気的に接続するとと
もに、該アース電極を上記制御装置１２の電源回路１９
に接続している。他方、上記ノズル５およびガード電極
１４も上記電源回路１９に接続し、それによってガード
電極１４と被加工物６とが接触したこと、およびノズル
５側のプレート１８とハウジング２側の筒状パイプ１６
とが接触したことを上記制御装置１２で検出できるよう
にしている。

以上の構成において、被加工物６が導電性を有する場合
には、先ず該被加工物６をアース電極であるハウジング
２に接続する。このとき、被加工物６を電源回路１９の
アース電極側に直接接続してもよいことは勿論である。

そしてこの状態でレーザ加工を行なえば、上記制御装置
１２は発振装置１３からの検出信号を入力しながら上記
中心電極１０と被加工物６との間隙を一定に保って該被
加工物６にレーザ加工を施す。

この状態では、前述したように中心電極１０はガード電
極１４に囲まれているので、被加工物６の突起部６ｂが
中心電極１０に接近しても中心電極ｌＯと加工部６ａと
の間の静電容量に影響を受ることがなく、したがって中
心電極１０と加工部６ａとの間隙を常に一定に保ちなか
らレーザ加工を施すことができる。

そしてティーチングミスや被加工物６のセットミス等に
より、上記突起部６ｂがガード電極１４若しくはノズル
５に接触した際には、ノズル５、ガード電極１４、被加
工物６およびハウジング２を介して閉回路が形成される
ので、上記制御装置１２は直ちにフォーカスヘッド１と
被加工物６との相対移動を停止させるとともに、レーザ
発振を停止させる。

またこの際、フォーカスヘッド１と被加工物６との相対
移動速度が大きくて上記突起部６ｂとガード電極１４若
しくはノズル５とが接触した後に両者が相対移動したと
しても、上記ノズル５がハウジング２に対して揺動する
ことができるので、該ノズル５やガード電極１４が破損
されることがない。

これに対し、被加工物６が非導電性材料である場合には
、該被加工物６と中心電極８との間隙を検出できないこ
ととなるが、フォーカスヘッド１の高さを一定に維持し
たままレーザ加工を施すことが可能である。

そしてこの場合には、ガード電極１４若しくはノズル５
が被加工物６の突起部６ｂに接触した場合には、上述の
場合と異なりその接触を直ちに検出することはできない
が、該接触によってノズル５が筒状バイブ１６に対して
所定量以上揺動されると、ノズル５側のプレート１８が
筒状バイブ１６に接触するので、ノズル５、プレート１
８、筒状バイブ１６およびハウジング２を介して閉回路
が形成されるようになる。

したがってこの場合にも、上記制御装置１２によって直
ちにフォーカスヘッド１と被加工物６との相対移動が停
止されるとともに、レーザ発振も停止される。

このようなノズル５の揺動による衝突の検出は、導電性
材料からなる被加工物６を加工している最中に、ノズル
５がその被加工物６以外の非導電性材料からなる障害物
に衝突した際においても有効である。

なお、上記実施例では、ノズル５をハウジング２に対し
て揺動可能としているが、導電性材料の被加工物６を加
工する場合にはより簡単に、ガード電極１４に電気的に
接続したノズル５をハウジング２に絶縁体を介して固定
し、又はハウジング２に固定したノズル５にガード電極
１４を絶縁体を介して固定し、そのガード電極１４と被
加工物６とをそれぞれ電源回路１９に接続して、該ガー
ド電極と被加工物との接触を検出できるようにしてもよ
い。

「発明の効果」 以上のように、ガード電極をノズル又はハウジングに対
して絶縁するとともに、該ガード電極と被加工物とをそ
れぞれ電源回路に接続して該ガード電極と被加工物との
接触を検出可能とした本発明によれば、静電容量センサ
に用いられているガード電極をそのままダメージセンサ
として用いることができ、しかも被加工物がガード電極
に接触した瞬間にそれを検出することができるため、従
来のダメージセンサのようにノズルをハウジングに揺動
可能に設ける必要がないという効果が得られる。

また、ノズルとハウジングとを絶縁するとともに、該ノ
ズルをハウジングに揺動可能に設けて該ノズルがハウジ
ングに対して所定量以上揺動した際に両者を接触可能と
し、さらに該ノズルとガード電極とを電気的に接続する
とともに、該ノズルとハウジングとをそれぞれ電源回路
に接続して、該ノズルとハウジングとの接触を検出可能
とじたものにあフては、被加工物が導電性材料からなる
場合にはこれを電源に接続することによって上記と実質
的に同一の効果を得ることができるとともに、被加工物
が非導電性材料からなる場合であってもノズル所定量以
上の揺動によって該被加工物を含む障害物との衝突を検
出することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示す部分断面系統図である。 １・・・フォーカスヘッド　２・・・ハウジング５・・
・ノズル　　　　　　６・・・被加工物１０−・・中心
電極　　　　　１１．１５−・・絶縁体１２−・・制御
装置　　　　　１３−・・発掘装置１４−・・ガード電
極　　　　１６・・・筒状パイプｔ　ａ−・・プレー）
　　　　　　１９−・・電源回路Ｌ・・・レーザ光線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハウジングに設けられて先端部から被加工物に向
   けてレーザ光線を照射するノズルと、このノズルの先端
   部に絶縁して設けた中心電極と、この中心電極を囲み、
   かつ該中心電極に対して絶縁して設けたガード電極と、
   上記中心電極に電気的に接続され、中心電極と被加工物
   との間の静電容量を検出して該中心電極と被加工物との
   間隔を一定に制御する制御装置とを備えたレーザ加工機
   のフォーカスヘッドにおいて、 上記ガード電極をノズル又はハウジングに対して絶縁す
   るとともに、該ガード電極と被加工物とをそれぞれ電源
   回路に接続して、該ガード電極と被加工物との接触を検
   出可能としたことを特徴とするレーザ加工機のフォーカ
   スヘッド。
2. （２）上記ノズルをハウジングに揺動可能に設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のレーザ加工
   機のフォーカスヘッド。
3. （３）ハウジングに設けられて先端部から被加工物に向
   けてレーザ光線を照射するノズルと、このノズルの先端
   部に絶縁して設けた中心電極と、この中心電極を囲み、
   かつ該中心電極に対して絶縁して設けたガード電極と、
   上記中心電極に電気的に接続され、中心電極と被加工物
   との間の静電容量を検出して該中心電極と被加工物との
   間隔を一定に制御する制御装置とを備えたレーザ加工機
   のフォーカスヘッドにおいて、 上記ノズルとハウジングとを絶縁するとともに、該ノズ
   ルをハウジングに揺動可能に設けて該ノズルがハウジン
   グに対して所定量以上揺動した際に両者を接触可能とし
   、さらに該ノズルとガード電極とを電気的に接続すると
   ともに、該ノズルとハウジングとをそれぞれ電源回路に
   接続して、該ノズルとハウジングとの接触を検出可能と
   したことを特徴とするレーザ加工機のフォーカスヘッド
   。