JPH03254383A - レーザ加工用ノズルの傾斜角度検出方法 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は被加工ワークの加工点に向けてレーザ光を出
射するレーザ加工用ノズルの傾斜角度検出方法に関する
。

（従来の技術） レーザヘッドに設けられたレーザ加工用ノズルからレー
ザ光を出射させてレーザ加工を行う場合、このノズルの
中心軸線と被加工ワークの加工点における法線とが一致
していなければ良好な加工を行うことができない。つま
り、被加工ワークの加工点を通る上記ノズルの中心軸線
が被加工ワークに対して垂直でなければ、レーザ光によ
って加工される被加工ワークの相対的な厚さが増大する
ことになるから、加工不良を招く原因となる。

従来、このような問題を解決するために、たとえば特開
昭６０−７２６９２号公報に示される手段が採用されて
いた。この公報に示されたレーザ加工装置は加工ヘッド
と検知装置とを備えている。

加工ヘッドは加工用のレーザ光が出射されるノズルを有
し、検知装置は上記ノズルから出射される加工用のレー
ザ光を加工点の法線方向に合致させるための検知部を有
する。この検知部は４つのＨｅ−Ｎｅレーザ装置と、こ
れらレーザ装置がら出射された位置決め用のガイド光を
１点に交差させるためのプリズムと、このガイド光が１
点で交差したのち被加工物を照射する部位を撮像する撮
像装置とから構成されている。そして、この撮像装置か
らの撮像信号を表示する表示器に描かれた基準線と基準
円とに各ガイド光のスポットを合わせることで加工用の
レーザ光の光軸を被加工物の加工点の法線方向と一致さ
せることができるようになっている。

しかしながら、このような方法によると、検知装置には
複数のレーザ装置やプリズム、さらには撮像装置などを
装備しなければならないから、大型化や複雑化を招くこ
とになる。しかも検知装置が大型、複雑化すると、加工
ヘッドと一体化することができず、別体としなければな
らないから、それによって全体の構成が複雑化するばか
りか、検知装置、◆大型化や複雑化するということがあ
った。

（発明が解決しようとする課題） このように従来は加工ヘッド（レーザ加工用ノズル）と
は別に検知装置を設けなければならなかったので、全体
の構成が複雑化したり、検知装置の大型化を招くなどの
ことがあった。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その目
的とするところは、レーザ加工用ノズルと別に検知装置
を設けずに、上記レーザ加工用ノズルの軸線を加工点か
らの法線に対して一致させることができるようにしたレ
ーザ加工用ノズルの傾斜角度検出方法を提供することに
ある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段及び作用）上記課題を解決
するためにこの発明は、被加工ワークの加工点を通るレ
ーザ加工用ノズルの中心軸線を上記加工点から所定寸法
オフセットさせ、ついで上記ノズルを上記加工点を通る
元の中心軸線を中心にして上記被加工ワークに対し相対
的に回転させながら、上記ノズルの先端部に設けられた
静電容量型のセンサで被加工ワークまでの距離の変化を
検出し、その検出信号にもとづいて上記ノズルの傾斜角
度を求める。

このような検出方法によれば、レーザ加工用ノズルを回
転させることでその傾斜角度を求めることができるから
、傾斜角度を求めるための専用の検知装置を必要としな
い。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第５図はロボット装置１を示し、このロボット装置１は
回動自在に連結された複数のアーム２を有する。先端の
アーム２には加工ヘッド３が設けられ、この加工ヘッド
３は上記複数のアーム２によって三次元的に駆動させる
ことができるようになっている。

上記加工ヘッド３の先端にはレーザ加工用ノズル４が設
けられている。このノズル４は第６図に示すように先端
部に透孔４ａを有するテーバ部５が形成されているとと
もに、内部には加工用のレーザ光あるいは位置決め用の
ガイド光を収束する集光レンズ６が保持されている。上
記レーザ光あるいはガイド光は上記加工ヘッド３に接続
された光ファイバ７によって上記ノズル４に導入される
よになっている。また、上記ノズル４の先端面には被加
工ワーク８との距離を非接触で検出する静電容量型のリ
ング状に形成されたセンサ９が電気的に絶縁されて設け
られている。

上記ノズル４内に入射したレーザ光あるいはガイド光は
上記集光レンズ６で収束されてノズル４の先端の透孔４
ａから出射して上記被加工ワーク８の加工点Ａを照射す
る。また、ノズル４にはアシストガスの供給バイブ１１
が接続され、ノズル４に供給されたアシストガスは上記
透孔４ａから被加工ワーク８に向けて噴出するようにな
っている。

上記センサ９からの出力はアンプ１２で増幅されたのち
、演算表示部１３に入力される。この演算表示部１３は
上記センサ９からの検出信号によって上記被加工ワーク
８の加工点Ａからの法線りに対する上記ノズル４の中心
軸線０１の傾き角度を演算する演算機能と、上記センサ
９が検出する距離の変化を表示するオシロスコープなど
の表示機能とを備えている。

上記ノズル４の上記法線りに対する傾きを検出する場合
には、まずノズル４からガイド光を出射させ、そのガイ
ド光を被加工ワーク８の加工点Ａに合致させる。つまり
、ノズル４の中心軸線０１を上記加工点Ａに合わせる。

このとき、第１図と第２図とに示すように被加工ワーク
８の上面に上記性腺りに直交、つまり被加工ワーク８の
上面に沿う基準線Ｓを仮定し、この基準線Ｓと、上記ノ
ズル４の中心軸線０１を被加工ワーク８の上面に投影し
たときの投影線０１　′とがなす角度をΔα、上記中心
軸線０１と法線りとがなす角度をΔβとする。

つぎに、上記ノズル４の中心軸線０１を上記基準線Ｓの
方向に所定寸法平行にオフセットする。

そのときのオフセット量を６ｇ１オフセツト中心軸線を
０２とする。そして、オフセット中心軸線０２と上記基
準線Ｓとの交点Ｂを始点として上記ノズル４を元の中心
軸線０１を中心にしてたとえば第２図に矢印で示す反時
計方向に回転させる。

このときの上記交点Ｂからの回転角度をθとする。

上記被加工ワーク８が平面である場合、上記ノズル４の
先端と被加工ワーク８との間の距離の元の位置（中心軸
線０１とオフセット中心軸０２とが一致しているとき）
からのずれ量（距離の変化量）ΔＸは、 ΔＸ−−−６舎◆ｃｏｓθ十Δα）・ｓｉｎΔβ・・・
（１）式 となる。ノズル４を中心軸線０□を中心にして回転角度
θが０〜２πの範囲で回転させると、その時の上記ずれ
量ΔＸの変化は第３図に示すように正弦曲線となる。ず
れ量ΔＸの最大値ΔＸ　ｗａｘは、ΔＸ　１ａＸ−Δ１
）−ｓｉｎΔβ　　−（２）式したがって、上記センサ
９によりノズル４と被加工ワーク８との間のずれ量の最
大値ΔＸ　ｗａｘを知ることができるから、その値ΔＸ
　ｗａｘを上記（２）式に代入すれば、ノズル４の法線
りに対する傾きΔβを求めることができる。

法線りに対する傾き角度Δβが求められたなら、その信
号が演算表示部１３から図示しないロボットコントロー
ラに人力され、このコントローラによってロボット装置
１のアーム２が駆動制御されてノズル４の傾きが補正さ
れる。つまり、ノズル４の中心軸線０１が法線りに一致
させられる。

このような検出方法に際し、仮にノズル４が法線りに対
して傾いていなければ、ノズル４を中心軸線０１を中心
にして回転させたときのノズル４と被加工ワーク８との
間の距離は一定、つまりずれ量ΔＸは一定となるから、
センサ９が検出するずれ量ΔＸの変化は正弦曲線となら
ず、直線となる。したがって、演算表示部１３にはセン
サ４からの検出信号によって直線が描かれることになる
から、ノズル４が法線りに対して傾いている場合、演算
表示部１３に描かれる曲線が直線となるよう演算表示部
１３を目視しながらノズル４の傾きを補正することによ
っても、ノズル４の中心軸線０、を法線りと一致させる
ことができる。

第４図はセンサ９からの出力と時間との関係を示す。同
図中Ｃ−Ｄの範囲はセンサ９を被加工ワーク８に対して
基準距離まで近付けたときの上記センサからの出力の変
化を示す。Ｄ−Ｈにおける基準距離の範囲でノズル４を
上述したように所定距離オフセットして回転させると、
上記ノズル４が法線りに対して傾斜していれば、円Ｚで
囲むように出力が正弦曲線を描いて変動することが判別
できる。

なお、この発明は上記一実施例に限定されず、その要旨
を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

たとえば、上記一実施例ではノズル４を所定寸法オフセ
ットさせた位置（オフセット中心軸線０２）を中心にし
て回転させることでずれ量ΔＸを検出したが、ノズルの
中心軸線０．を被加工ワーク８の加工点Ａから所定寸法
オフセットさせた状態で被加工ワーク８をその加工点Ａ
を中心にして回転させることでずれ量ΔＸを検出するよ
うにしても、上記ノズル４の傾きを求めることができる
。つまり、ノズル４は被加工ワーク８に対して相対的に
回転させれば、ずれ量ΔＸを検出することができる。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、先端部に被加工ワ
ークとの距離を検出するセンサが設けられたノズルの中
心軸線を被加工ワークの加工点に対して所定寸法オフセ
ットさせ、このノズルをオフセットさせる前の元の中心
軸線を中心にし被加工ワークに対して相対的に回転させ
ることで、上記センサが検出する被加工ワークとの距離
の変化からノズルの傾きを求めるようにした。したがっ
て、従来のようにノズルの傾きを求めるために専用の検
知装置を設けずにすむから、全体の構成が簡略化するば
かりか、正確かつ容易にノズルの傾きを検出することが
できる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、第１図は被加工ワー
クの法線に対するノズルの傾き状態の説明図、第２図は
ノズルのずれ量を求めるための説明図、第３図は上記ず
れ量に応じたセンサからの信号が描くグラフ、第４図は
センサからの出力と時間との関係のグラフ、第５図はロ
ボット装置の概略図、第６図はノズルの断面図である。 ４・・・ノズル、８・・・被加工ワーク、９・・・セン
サ、Ａ・・・加工点、０１・・・ノズルの中心軸線、０
２・・・オフセットされたノズルの中心軸線、Ｌ・・・
法線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被加工ワークの加工点を通るレーザ加工用ノズルの中心
   軸線を上記加工点から所定寸法オフセットさせ、ついで
   上記ノズルを上記加工点を通る元の中心軸線を中心にし
   て上記被加工ワークに対し相対的に回転させながら、上
   記ノズルの先端部に設けられた静電容量型のセンサで被
   加工ワークまでの距離の変化を検出し、その検出信号に
   もとづいて上記ノズルの傾斜角度を求めることを特徴と
   するレーザ加工用ノズルの傾斜角度検出方法。