JPH0252191A - レーザ加工機の倣い制御装置 - 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） この発明は、集光レンズの焦点をワーク表面に自動的に
追従して設定するレーザ加工殿にあける倣い制御装置の
改烏に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の装置として第４図に示すものがあった。

図において、１はレーザ発振器（図示省略）から射出さ
れるレーザビーム、ａは集光レンズにより集束さｒした
レーク”ヒーム１の焦点、３は固定部に保持された支持
フレーム、４は支持フレーム３に取りつけた昇降七−夕
、５は支持フレーム３に対して昇降自在に嵌合させたｈ
ｕ］Ｌヘツｌ〜、６は昇降モータ４に連結した下向きの
送り１１シ軸、７は加工ヘッド５を保持するホルダー、
８は送りねじ４１１６を螺合したホルダー７のナツト部
、９は加工ヘッド５のスライド部、１０は加工ヘッド５
の先端に取りつけたノズル、１１は加工ヘッド５の内部
に設けたレンズホルダー、１２はホルダー７に取りつけ
た差動トランス、１３は差動トランス１２のプランジャ
、１４はホルダー７のスライド部に昇降自在に嵌合した
スライド棒であり、プランジャー１３を介して差動トラ
ンス１２に上下方向の変位量を伝達するものである。１
５はスライド棒１４に取りつけプローブ、Ｗはレーザビ
ームによって加工されるワーク、１６はワークＷを取り
つけるＸ−Ｙテーブルで、このＸ−Ｙテーブル１６はＮ
Ｃ制御装置（図示省略）によって制御駆動される各軸の
サーボモータ（図示省略）により、二次元平面内を運動
する。このＸ−Ｙテーブル１６の面に対し、レーザビー
ム１の光軸は垂直であり、また、レーリ“ヒーム１は「
ワーク〜ｌの表面に焦点を結ばれている。さらに、差動
トランス１２はプランジャー１３の変位に比例する信号
を制御手段、例えば、サーボアンプ（図示省略）に送り
、この１ノー小アンプは受は取った信号出力により昇降
モータ４を制御スする。

次に、この従来装置の動作について説明する。

まず、レーザビーム］は集光レンズ２（こよって、ワー
クＷ上に集光され、焦点ａを結ぶ。次に、Ｘ−Ｙテーブ
ル１６を所定の形状プログラムｔこ従ってＮＣ駆動する
と、ワークＷは、その形状に切断加工される。この切断
加［［を効果的に行／よう為には、レーザビーム１の焦
点ａが正確にワークＷの表面に結ばれていなければなら
ない。

例えば、ワークＷが曲面である場合、Ｘ−Ｙテーブル１
６の移動につれて、プローブ１５はワークＷに接して上
トする。

このブロー１１５の変位は、スライド捧１４およびプラ
ンジャー１３を介して差動トランス１２に伝えられ、差
動１〜ランス１２は、この変位量に比例した信号をサー
ボアンプ（図示省略）に出力する。このサーボアンプは
、その信号に基づいて昇降モータ４を駆動１−る。そし
て、この昇降モータ４の駆動により送りねじ軸６が回転
され、ホルダー７と共に加工ヘッド５がプローブ１５の
変位に追従して上下し、焦点ａが常にワークＷの表面で
結ばれるように制御される。

（発明が解決しようとする課題） 上記の制御装置では、加工中において加工ヘッド５が絶
えずワーク〜■の表面を追跡し、ヘッド高さを所定高さ
に保持することができるしので、この点においてほとん
ど問題はないが、所定位置ｌこワークがセットされてい
なかった０、或いはプログラム作成ミスなど、何らかの
１星回でワーク端からプローブか外れてしまうことがお
る。

而して、従来装置ではこのような作業範囲を越える」−
うな不測の事態に月１６手段がとられていないため、前
記の場合、ヘッド全体か急速に下降し、プローブ或いは
ｌ＼ラッドテーブルに接触して損傷したり、また′７−
−ブル面をレーザ切断するような不具合を生ずる。

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、適
正な作業範囲を設定しておき、この作業範囲を越えると
ぎこれを検出し、加工ヘッドを補正する方向に制御して
支障なくシー１１加工を行な゛うことかできる倣い制御
、ｔ！Ｉ装置を提供することを目的としたものである。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、この発明は次のようにし
たしのである。

すなわら、この発明１こ係るレーザ加］二機の倣い制御
装置は、ｊ−プルに取りつけた１ノータと、このワーク
に向けてレーリ゛光を照射する加Ｔ／＼ツトを対面させ
、加Ｊヘッド側を昇降させることにより、シー１ｆ光の
集束位置を適正に制御するレーザ加工機において、前記
レーザ光を集束する集光レンズの焦点位置近傍１ご、ワ
ークに接触して表面を倣う接触ｆを配設し、この接触子
の変位を検出し、その変位量に応じた検出信号を出力ｆ
る検出手段を設け、さら１こ検出手段に接触子との対応
間隔を積極的に変位させる外部操作手段を設（）、前記
接触子の変位と検出手段の両方の変位により、面記加エ
ヘッドの昇降モータを制御するようにしたものである。

（作用） そして、通常の作襞範囲においては、上記した従来説明
と同様にワークの表面に接触子を倣わせて追従動作を行
ない、；頃調なレーザ加工を行なうＪ−うにしたもので
ある。また、接触子がワークから外れて急速に下降端に
落Ｆするときは、定位置の外部操作手段が作動して検出
手段のみを債（へ的に降−ド方向へ作動ざｌる。この動
きは接触子と検出手段との間隔を接近して変位け８適正
に補正する方向に作用するもので、適正な倣い変位量に
達したとき、検出手段からの検出信号か「０１となり、
１１１１工ｌ＼ツドの下降動作は停止し、その位置で安
定保持される。従って、接触子、加工ヘッドの過大降下
がなく安全か確保てきる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例の図面について具体的に説明
する。なお、この一実施例において、前記した従来装置
と同一または相当部分については同一の符号を付してあ
り、重複した説明は省略する。

１７は加工ヘッド５の前側（第１図左方位置）に取りつ
けたシリンダ、１８はシリンダ１７の下部にスライドベ
アリング１９を介して昇降自在に設けた変位伝達軸、　
２０は変位伝達軸１８の下端に取付ステイ２１を介して
取りつけた接触子で、この接触子２０はほぼＵ字形断面
を有しており、中心部にレーザじ−ム１の通過孔２２を
設ける。２３は前記変位伝達軸１８の上端にフランジ２
４を介しで取りつけた反射板、２５はシリング１７の上
方位置に配置した半導体レーザ式の変位検出手段で、検
出光すを前記反ｔ３１仮２３に向けて照ｑ４させてあり
、反射板２３の位置（品さ）によって異なる受光位置を
フ／ｌトダイづ一ドＰ　（ＰＳＤ）で捉え、そこからの
出力電流Ｉａ、ｌ　ｂにより接触子２０の変位量を検出
する。（第３図）上記検出光すの投光部と受光部を含む
検出手段２５は、シリング１７内に富時は定直して］祐
えられるが、タト部操作によって反ｑ・ｌ仮２３に接近
するへ向、さらには離反する方向に移動でさる五′う（
ごなっている１゜ ２６１．１シリング１７の上りに突出して設けたブラケ
ッｌ−，２７は水Ｔｉの支持ビン２８によっで、ブラケ
ッ１〜２６に回動可能に（μ安した作動レバーで、この
作動レバー２７は一方の自由端をシリング中心上方に突
出させ、他方の自由端を前方へ突出させている。２９は
下端の取付数３０に前記検出手段２５を固定した背降軸
て、シリング１７の上端に設けたスライドベアリング３
１によって昇降可能に支持される。上記η１降＠２９の
上・藺には、水平の連結ビン３２か￥３２されており、
この沖拮ピン３２を前記作動レバー２７の〜喘に設けた
係合溝３３に＋’＆合さＵる。３４は前記作動レバー２
７の上辺に添わせて設けた板ばねで、前部一端を作動レ
バー２７に固着する。３５は上記板ばね３４の自由端部
に下向きに取りつけたストッパーボルトで、下端を作動
レバー２７を挿通してブラケット２６に当接している。

しかして、検出手段２５はその自重と板ばね３４の作用
によって、作動レバー２７に時計方向の回転傾向を与え
るもので、この回動傾向は仮ばね３４を介してストッパ
−ボルト３５て規制され、この規制位置に検出手段２５
が保持される。３６は基部を支持フレーム３うに固定し
て設けた昇降方向の取付（仝、３７および３８は作動レ
バー２７の他端に対応させて上下に設けた当接片、３９
は同じく作動レバーの他端に対応させた空圧シリングで
、上向きに突出するピストンロットーの下側に臨ませた
ものである。

次に昇降−Ｅ−タ４の電気制御系について説明する。

）つ）出手段２５のフォトダイオードＰから出力された
変位検出信号）ａ、ｉｂはフィルター処理された後に、
各々引線回路１−およびｈＯ算回路ＮＧこ入力され、比
較回路Ｑて基準レベルと比較される。そして、比較回路
Ｑから変位置に比例したアナログ電圧として出力され、
駆動増幅回路Ｋを介して昇降モータ４に与えられる。そ
して、フィードバック制御（二上り、前記アＬロゲ電ｆ
１差がｒＯ］になる方向に昇降［−々４か回転１１制御
される。

この実施例では、第′１図のように定位置の検出手段２
５と、ト降端の反則２３との間隔か距離已になるとき、
「Ｉａ＝１ｂ、：どなるように基・ｉ（レベルを定める
もので、距離りのと３☆位♀を「Ｏ」とみなす。

次（こ、この実施例の動作についで説明する。

ＪシＩ−１加工（こん貞っτ））ＥＩ　Ｔノ＼ツド５は
待機位置にあるか、この侍（幾位置に設定覆るには、図
示しない電磁弁を操作しＣ′？ソ斤シクシリンダ３９動
させ、そのビス１〜ンロ・月−を上方）＼突出する。こ
うすると、仮ばね３４を抗して作動レバー２７かｕ＋Ｔ
、’ｒ＋方向に回転するもので、検出手段２５が定位置
から下降する。この場合、検出手段２５と下降端にある
反ｑ４仮２３との間隔か基準距離ｆＬ、Ｊ、り小ざくな
り、ｒｌａ＞Ｉｂｊとなるので、この出力信号により、
昇降モータ４は上昇方向へ回転する。従って、加二「ヘ
ッド５、接触子２０を含むホルダー７か上昇する。この
上背中において、作動レバー２７が上部の当接片３７の
位置に至ると、作動レバー２７かこれ（二当接し、空圧
シリンダ３９に抗して反時計方向に回転される。この回
転運動により、検出＋ＦＵか下降して反＠４板２３との
間隔か縮まり、基準距離乞となるので、昇降モータ４は
回転を停止する。従って、加］［ヘッド５、接触子２０
はそこの位置に保持される。

進んで、Ｘ−Ｙテーブル１６のＮＣ駆動によって、ワー
クＷか移動し、加工開始位置にきたとき、前記Ｉ）（１
エヘツドをワク＼・Ｖの位置に下降し、加工に備えさせ
る。

ぞれには、空圧シリング３つを操作し、ピストンロット
を収Ｘ１（Ｉ作動さげる。こうすると、検出手段２５が
定１ひ置へ復帰しながら反則板２３との間隔を基準距離
りより広げるので、−、ｌａ＜ｉｂＪとなり、昇降モー
タ４はＦ降方向へ回転する。このＦ降回転によって、（
＆触子２０がワークＷの表面に達する。そして、ざらに
ｈ［１エヘツド５が加Ｔするとき、接触子２０が寸法ｄ
だけ上昇し、検出１段２５と反射板２３との間隔を基準
距離りとするので、昇降モータ４は回転を１宇止する。

１この停止位置においで、加工ヘッド５の集光レンズ２
ｆｔワークＷの表面に焦点を結ぶように設定される。

レーク“ビーム１をワークＷ上に集光させ、ワークＷを
動かして切断加工を行なうことは従来例と同様で必る。

ザなわら、ワ−りＷか曲面の場合、Ｘ−Ｙテーブル１６
の移動につれて接触子２０はワークに接して上下する。

この接触子２０の変位は、変位伝達軸１８を介して反射
板２３に伝えられる。検出手段２５は、その変位量に比
例した出力電流１ａ、ＩＬ、＞に生ずるもので、この出
力差に基づいて昇降七−夕４を駆動する。これにより、
加二［ヘッド５か接触子２０の変位にｊＯ従して上下す
るもので、焦点ａが常にワーク＼・〜ｌの表面で結ばれ
る。

次に、何らかの原因で接触子２０がワークＷからタトれ
、２速に下降端に落下した場合、検出下段２５がその変
位を検出して、追従方向すなわら、下りへ／Ｊｌｌ　Ｉ
ヘッド５を移Ｖ）さｌる。

このｊｌ［１エヘツ１〜５の７１０　Ｔ中において、作
ＩＪレバー２７かト部の当１ｉ２片３８の位置に至ると
、仮ばね３４に抗して時計方向に回動７る。これにより
、検出手段２５か定位置から下すに作動し、反射板２３
との間隔を阜準距渾１虱とするので、昇降−Ｅ−タ４は
回転を停止する。（につて、ｈｎエヘッド５は下降を停
止し、その位置に保持される。このため、加工ヘラＩ−
がテーブル１６に突入してしまうようなことがない。

なお、上記の下部当接片３８の位置は、接触子２０およ
び加工ヘッド５の許容下降限に予め合わせて設定してお
くものでおる。

以上か一実施例の動作説明であるが、上記の各機構に加
えて、下部当接片３８の取付位置にリミットスイッチを
配設しておき、このリミットスイッチの検出出力によっ
て空圧シリンダ３９を突出方向に作動させ、検出手段と
接触子の間隔を聞いて、これにより昇降モータ４を上昇
回転するようにしてもよい。また、このときＮＣ制伶０
系を操作してＸ−Ｙチー−ｆルの作動停車、レーザビー
ムの照射停止を行なうようにしてもよい。

さらに、本実施例では検出手段として、半導体レーリ゛
光を用いｌこ光電スイッチを採用したか、従来例のよう
にに動１ヘランスを採用しても何ら支障はない。

（発明の効果） 上記のように本発明に係るレーザｈ（１１機の倣い１＋
’ｌ　６１［１装置によれば、加工中においでワークの
表面に接触子か倣い、この変位に追従して加工ヘッドが
上下するもので、常にワークの表面にレーデど−ム焦点
を、結んで、的確な加工を行イｆうことかできる。また
、作業範囲を越えて接触子か動作するときは、外部操作
手段によって検出手段側を債（車的に作動させ、加工ヘ
ッドの昇降を制御することがてきるので、支障なくレー
ザ加工を行なうことができる特色８発揮できる。

４、

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係るレーザ加工機の倣い制御装置の一実
施例を示すもので、第１図は縦断側面図　第２図は電気
制御る。 １：レーザビーム　ａ：焦点　２：集光レンズ　３：支
持フレーム　４：昇降モータ　５：ｊ用エヘッド　７：
ホルグＷ：ワーク　１６　：　Ｘ　−Ｙテーブル　１７
：シリング　２０接触子　２３：反ｑ旧反　２５：検出
下段　２７：作動レバー　３７３８：当接片　３９：空
圧シリング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 テーブルに取りつけたワークと、このワークに向けてレ
   ーザ光を照射する加工ヘッドを対向させ、加工ヘッド側
   を昇降させることにより、レーザ光の集束位置を適正に
   制御するレーザ加工機において、 前記、レーザ光を集束する集光レンズの焦点位置近傍に
   、ワークに接触して表面を倣う接触子を配設し、この接
   触子の変位を検出し、その変位量に応じた検出信号を出
   力する検出手段を設け、さらに前記検出手段に、接触子
   との対応間隔を積極的に変位させる外部操作手段を設け
   、前記接触子の変位と検出手段の両方の変位により、前
   記加工ヘッドの昇降モータを制御するようにしてなるレ
   ーザ加工機の倣い制御装置。