JPH02187293A - レーザ加工機の加工ヘッドの制御方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はレーザ加工機の加工ヘッドの制御方法に関する
。

（従来の技術） 一般に、レーザ加工では、ワークと加工ヘッドとの距離
を一定に保持することが必要である。

このため、従来は、加工ヘッドに距離センサを設け、該
センサにてワークまでの距離を検出することにより、ワ
ークまでの距離を一定にするよう加工ヘッドを制御する
ことが行なわれていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来よりのレーザ加工機の加工ヘッドの
制御方法にあっては、加工ヘッドに取付けた距離センサ
の検出信号に基づいて加工ｌ＼ラッドらワークまでの距
離を一定とするよう制御するものであったため、距離セ
ンサの特性により検出距離に誤差を生じ、この誤差を取
り除くために多くの手間を要するという問題点があった
。

例えば、距離センサが容量式のセンサである場合、ワー
クの材質の相違により、センサの製造ロフトにより、或
いは加工ヘッドのノズル部の交換により、或いは環境に
より、その特性が異なるので、これら条件が変化する毎
にセンサの調整を必要としていた。ノズル交換によりセ
ンサ特性が異なるのは、ノズル部がセンサの感知部に供
用されているからである。

また、上記の調整は、所定厚みのゲージを用いて所定位
置に制御された加工ヘッドからワークまでの間の稀かの
ギャップを確認する方式であるため、定点での補正しか
行なえず、距離を可変と１〜だ場合には異なる位置で大
きな誤差を生ずるという問題点があった。

さらに、上記のノズル交換は、レーザ加工時の高温及び
スパッタによる破損に応じ頻繁に行われるので、その度
にセンサ調整作業が必要であり、手間が大であると共に
その分加工効率まで低下させてしまうという問題点があ
った。

そこで、本発明は、材質変更やノズル交換など条件変化
に対してセンサ調整を自動的に行うことにより、加工ヘ
ッドからワークまでの距離を正確に一定とするよう制御
することができるレーザ加工機の加工ヘッドの制御方法
を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決する本発明のレーザ加工機の加工ヘッド
の制御方法は、第１図にその概要をフローチャートで示
すように、レーザ加工機の加工ヘッドにノズル部を検知
部としワークまでの距離を検出する容量式の距離センサ
を設け（ステップＳ１）、前記ワークから前記距離セン
サまでの距離を一定に保持した状態で前記加工ヘッドか
ら出力されるレーザビームにより前記ワークをレーザ加
工するレーザ加工機の加工ヘッドの制御方法において、
前記加工ヘッドを前記ワークに接近させつつ前記距離セ
ンサが出力する発振周波数ｆを検出しくステップＳ２）
、前記発振周波数が予め定めたしきい値ｆＯに到達する
ことで前記加工ヘッドが前記ワークに略接触したことを
検知して前記加工ヘッドを一時停止させ（ステップＳ３
）、この一時停止の位置を前記加工ヘッドの基準位置と
して前記加工ヘッドを所定の微小ピッチΔＰで前記ワー
クより離反させ（ステップＳ４）、前記加工ヘッドの各
離反位置毎に前記距離センサが出力する発振周波数ｆ、
を記録することにより、前記加工ヘッドの移動距離Ｚに
対する発振周波数ｆのテーブルデータを作成しくステッ
プＳ７）、作成されたテーブルデータに基づいて前記加
工ヘッドから前記ワークまでの距離Ｚを一定（Ｚｏ　）
に制御する（ステップＳ８）ことを特徴とする。

（作用） 本発明のレーザ加工機の加工ヘッドの制御方法では、加
工ヘッドにノズル部を検知部とする容量式の距離センサ
を設け、該センサの発振周波数ｆが予め定めたしきい値
ｆＯを超えることで加工ヘッドがワークに略接触したこ
とを検出する。又、この位置から所定の微小ピッチ△Ｐ
で加工へ、ラドを離反させつつ各ピッチ位置で発振周波
数ｆ、を検出し、距離Ｚ及び発振周波数ｆ１のテーブル
データを作成し、以後、作成されたテーブルデータに基
づいて距離Ｚを検出し、加工ヘッドからワークまでの距
離Ｚを所定の装定距離ＺＯにするよう加工ヘッドを制御
する。

（実施例） 第１図を参照するに、総括的に符号１で示されるレーザ
加工機は、例えば炭酸ガスレーザ発振器のごとき適宜の
レーザ発振器３と適宜に連結されている。レーザ発振器
３は二股的なものであって、レーザビームＬＢをレーザ
加工機１の方向へ照射するように構成されている。

レーザ加工機１は、ベース５と、ベース５の一端部に垂
直に設けられたボスト７と、ベース５の上方位置に水平
にかつボスト７に片持時に支持されたオーバーへラドビ
ーム９により構成されている。ベース５の上部には、加
工すべく水平におかれた板状のワークＷを支持するワー
クテーブル１１が設けられている。前記オーバーへラド
ビーム９の先端部には、加工ヘッド１３が設けられてい
る。この加工ヘッド１３は、ミラー組立体１５、集光レ
ンズ１７およびノズルユニット１９を備えている。上記
ミラー組立体１５は、レーザ発振器３から照射されたレ
ーザビームＬＢを集光レンズ１７およびノズルユニット
１９を経てワークＷの方向へ反射するように構成されて
おり、ノズルユニット１９はワークＷに対するレーザビ
ームＬＢの照射と同時に適宜にアシストガスをワークＷ
へ噴射するように構成されている。

加工すべきワークＷの移動位置決めを行なうために、レ
ーザ加工機１は水平面上で一方向（Ｙ方向）に移動自在
な第１キヤリツジ２１およびこれに対し直角方向（Ｘ方
向）に移動自在な第２キヤリツジ２３を備えている。こ
の第２キヤリツジ２３は第１キヤリツジ２１上に摺動自
在に支承されており、かつワークＷを把持するためのワ
ーククランプ装置２５を複数備えている。

上記第１キヤリツジ２１は、ベース５の」二部に互に平
行に固定された一対の１７−ル２７に摺動自在に支承さ
れており、前記加工ヘッド１３の直下の加工領域に対し
て接近離反自在である。

より詳細には、第１キヤリツジ２１は、本実施例におい
ては第２キヤリツジ２３およびワーククランプ装置２５
を前記加工領域に対し接近離反する方向へ移動するため
に、サーボモータ２９（モータＭＹとも呼ぶ）、リード
スクリュー３１およびナツト部材３３よりなる駆動機構
によってワークテーブル１１の上面に沿って水平に移動
するよう構成されている。また、ワーククランプ装置２
５を備えた第２キヤリツジ２３は第１キヤリツジ２１に
支承されており、図示を省略したサーボモータＭＹによ
り前記レール２７に対し直交する方向へ水平に移動する
ように構成されている。

したがって、ワーククランプ装置２５に把持されたワー
クＷは、第１．第２キャリッジ２１．２３を移動するこ
とにより、ワークテーブル１１上で前記加工ヘッド１３
の下方位置へ移動することができる。

上記加工ヘッド１３の下方位置に位置決めされたワーク
Ｗは、レーザ発振器３から発振され、かつ加工ヘッド１
３を経て照射されるレーザビームＬＢによって加工され
る。

第２図を参照するに、前記加工ヘッド１３は、図示しな
いサーボモータＭＺにより昇降動作される昇降筒部材３
５と、この内部に回転不能でかつ上下に摺動自在とされ
た摺動筒部材３７を備えて成る。

前記摺動筒部材３７の下端には前記集光レンズ１７が固
定され、その途中にはノズルユニット１９を誤って他部
材に衝突させた場合、加工ヘッド１３全体を破損させな
いためのくびれを備えた仲介部材３７Ａが介在されてい
る。

前記摺動筒部材３７の上端にはねじが切られ、その外周
にはこのねじに螺合するナツト部材３９が回動自在に螺
合されている。又、ナツト部材３９の外周にはウオーム
４１と噛合されるウオームギヤ４５が設けられている。

さらに、第３図に第２図の一部側面図として示されるよ
うに、ウオーム４１はハスバ歯車４７．４９を介してモ
ータＭ　＋、により回転駆動されるようになっている。

したがって、第３図に示すモータＭＬを回転させること
により、ウオーム４１を介してナツト部材３９を回転さ
せることができ、これにより集光レンズ１７の焦点調整
のため摺動筒部材３７を昇降筒部材３５に対し上下動さ
せることができるものである。

前記ノズルユニット１９は、ノズルチップ５１をブツシ
ュ５３に螺合して成る銅製のノズル５５と、前記ブツシ
ュ５３のフランジ部をセラミックス製のリング状のスペ
ーサ５７を介してナツト部材５９の締付力によりセンサ
ボディ６１に固定するセラミックス製のノズルホルダ６
３とで構成されている。

ノズルチップ５１はブツシュ５３に螺合されているだけ
であるので、容易に交換可能である。ノズルホルダ６３
の内周面には、ブツシュ５３をセンサのミキサ回路（第
５図参照）に接続するためのメタライズパターンが形成
されている。

以上の構成に係るレーザ加工機１では、第１及び第２キ
ャリッジ２１．２３の移動によりワークＷをワークテー
ブル１１上で位置決めし、サーボモータＭ、の駆動によ
り加工ヘッド１３のノズルユニット１９のノズルチップ
５１の先端をワークＷに接近させ、モータＭＬの駆動に
より焦点調整された集光レンズ１７を介して１ノーザビ
ームＬＢをワークＷに照射することによりワークＷの切
断加工を行うことができる。

第５図に示すように、上記レーザ加工機１を制御する制
御装置は、ＮＣ装置６５を主体として構成され、これに
ノズル５５と接合されるミキサ回路６７が２軸コントロ
ーラ６９を介して接続されている。

Ｚ軸コントローラ６９は、ＮＣ装置６５から指令された
距離Ｚ３のデジタル信号を、検出された距離のアナログ
信号Ｚと比較し、その差△Ｚをデジタル信号でＮＣ装置
６５へ帰還させる゛回路である。

ここに、この帰還信号△ＺはＮＣ装置６５の手動パルス
発生器７１のパルス出力端子へ出力されるように接続さ
れている。

すなわち、手動パルス発生器７１は、手動操作において
ハンドル回転量に比例するパルス信号をＮＣ装置６５の
Ｚ軸制御部へ出力するものであるから、Ｚ軸コントロー
ラ６つより帰還されたパルス信号ΔＺにより、ＮＣ装置
６５からサーボモータＭ、へ量△Ｚに応じた駆動指令を
出力することができる。

第６図はノズル５５よりミキサ回路へ出力される発振周
波数ｆの説明図、第７図はミキサ回路の発振周波数Ｆの
説明図である。図において、ｆＯ＋ＦＯは各周波数ｆ、
Ｆに対し設定されるしきい値である。

第８はテーブルデータ作成処理を示すフローチャートで
ある。

ステップ８０１でサーボモータＭｚを駆動し、第３図に
示す昇降筒部材３５をゆっくりと下降させると、第６図
に示す発振周波数ｆが次第に小さくなり（第７図の発振
周波数Ｆは大となる）、ついには予め定めたしきい値ｔ
’ｏ又はＦＯに到達する。

しきい値ｆｏ、Ｆｏは十分小さく又は十分大きく定めた
値であるので、ステップ８０２で加工ヘッド１９がワー
クＷに接触したと認定することができる。すなわち、こ
の時点で加工ヘッド１９とワークＷとは実際には接触し
ていないが、このときの加工ヘッド１９とワークＷとの
距離は０．０５〜０．０１ｎｍ程度であるので、この状
態を接触（略接触とも呼ぶ）したと見做すことができる
。

ステップ８０３では、この位置を加工ヘッド１９の原点
に設定し、ステップ８０４でＺ軸を例えば５μｍ単位で
上昇させ、ステップ８０５てセンサ信号（発振周波数ｆ
又はＦ）を記憶し、これをステップ８０６で全補正範囲
（例えば５１Ｉｌｌ！１区間）終了するのを確認してテ
ーブルデータの作成処理を終了する。

以上の処理により設定された加工原点を基準として、０
〜５ｍａの距離Ｚに対する発振周波数のテーブルデータ
が完成される。

第９図に以上により作成されたテーブルデータを用いて
の加工ヘッドの制御方式を示した。

ステップ９０１では、現在の加工が通常加工であるかク
リーンカット加工であるかをＮＣプログラムの内容によ
り判別する。通常加工では、距離Ｚを１．５１に制御す
るものとする。又クリーンカットでは、通常加工より、
より精密な切断を行うことを目的として、レーザビーム
ＬＢの出力を変更すると共に距離Ｚを０．３ｍｍに制御
するものである。

そこで、ステップ９０２，９０３では各加工に対応した
距離指令値Ｚ５をＮＣ装置６５にセットし、この指令Ｚ
、をＺ軸コントローラ１９に指令する。

すると、Ｚ軸コントローラ６９は、ステップ９０４〜９
０６で前記テーブルデータを用いてミキサ回路６７が検
出した距離Ｚと比較し、ステップ９０６．９０７でその
差△２に応じたパルス信号を前記手動パルス発生器７１
の出力端子へ出力する。

これにより、ＮＣ装置６５のＺ軸制御部は入力されたパ
ルス信号△２に応じてサーボモータＭ２に駆動指令△Ｚ
を出力し、加工ヘッド１９を指令値ＺＳへ補正動作させ
る。

以上の処理により、ＮＣ装置６５ヘセツトされた指令値
Ｚｓにより、指令の位置Ｚｓへ加工ヘッド１９を移動さ
せることができる。

このとき、距離Ｚの検出はワークＷの上端を基準として
前記のテーブルデータを用いてノズル５５により検出さ
れているので、距離Ｚにはほとんど誤差が含まれておら
ず、加工ヘッド１９を正確に１．５ｍｏ＋又は０．３１
！ｌｌ１１位置へ制御できる。

前記集光レンズ１７は、距離Ｚの変更に伴い、モータＭ
Ｌの駆動により、ワークＷに対してレーザビームＬＢを
焦光するよう自動的に位置調整される。

又、加工経路の途中で１．５ｍｌ１１から０．３ｍａ＋
へ又はその逆に制御できるので、適宜ＮＣプログラムに
その旨を記載することでレーザ加工を所望の形で高精度
に実施することができる。

さらに、第８図によるテーブルデータの作成処理はワー
クの変更毎に容易に全自動で実施することができるので
、例えば鉄材からアルミ材への材質変更に対し容易に対
処し得るというように、材質変更、板厚変化、ノズル交
換、環境変化など加工条件の変更に応じて容易に対処で
きる。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、適宜
の設計的変更を行うことにより、適宜の聾様で実施し得
るものである。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明は、特許請求の範囲に記載の通りの
レーザ加工機の加工ヘッドの制御方法であるので、材質
変更やノズル交換など条件変化に対してセンサ調整を自
動的に行うことにより、加工ヘッドからワークまでの距
離を正確に一定とするよう制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ加工機の加工ヘッドの制御方法
の概要を示すフローチャート、第２図以下は実施例を示
し、第２図はレーザ加工機の側面図、第３図は加工ヘッ
ドの構造を詳細に示す拡大断面図、第４図はウオームギ
ヤの詳細を示す右側面図、第５図は制御装置のブロック
図、第６図はセンサ出力としての発振周波数の説明図、
第７図はミキサ回路が出力する発振周波数の説明図、第
８図はテーブルデータ作成処理のフローチャート、第９
図は加工ヘッドの制御方式を示すフローチャートである
。 １３・・・加工ヘッド １７・・・集光レンズ ３５・・・昇降筒部材 ３７・・・摺動筒部材 ５５・・・ノズル Ｗ・・・ワーク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ加工機の加工ヘッドにノズル部を検知部と
   しワークまでの距離を検出する容量式の距離センサを設
   け、前記ワークから前記距離センサまでの距離を一定に
   保持した状態で前記加工ヘッドから出力されるレーザビ
   ームにより前記ワークをレーザ加工するレーザ加工機の
   加工ヘッドの制御方法において、 前記加工ヘッドを前記ワークに接近させつつ前記距離セ
   ンサが出力する発振周波数を検出し、前記発振周波数が
   予め定めたしきい値に到達することで前記加工ヘッドが
   前記ワークに略接触したことを検知して前記加工ヘッド
   を一時停止させ、この一時停止の位置を前記加工ヘッド
   の基準位置として前記加工ヘッドを所定の微小ピッチで
   前記ワークより離反させ、 前記加工ヘッドの各離反位置毎に前記距離センサが出力
   する発振周波数を記録することにより、前記加工ヘッド
   の移動距離に対する発振周波数のテーブルデータを作成
   し、 作成されたテーブルデータに基づいて前記加工ヘッドか
   ら前記ワークまでの距離を一定に制御することを特徴と
   するレーザ加工機の加工ヘッドの制御方法。
2. （２）請求項（１）に記載のレーザ加工機の加工ヘッド
   の制御方法において、前記加工ヘッドから前記ワークま
   での距離を一定とする制御は、通常加工やクリーンカッ
   ト加工など加工方式の相違により同一ワークでも別の距
   離値が設定されることを特徴とするレーザ加工機の加工
   ヘッドの制御方法。