JPH0386386A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、レーザ加工装置等に用いられる倣い制御装置
に係り、゛特に通常の加工状態時には加工ノズルと被加
工物との距離を所定の一定値に保つ倣い制御を行う倣い
制御装置に係る。

（従来の技術） 例えば、レーザ加工装置に於ては、被加工物に対するレ
ーザ光の焦点位置及びアシストガス圧を一定に保つため
に、レーザ光を放射し且つアシストガスを噴出する加工
ノズルと被加工物との間の距離を所定の一定値に保つ必
要がある。

このことに鑑みて、加工ノズルの先端部に渦電流式等の
距離検出手段を有し、この距離検出手段によって加工ノ
ズルと被加工物との間の距離を常時検出し、これに応じ
て加工ノズルと被加工物との間の距離を所定の一定値に
保つべくサーボ制御手段によって加工ノズルと被加工物
との相対位置を制御するよう構成された倣い制御装置が
既に提案されており、これは、例えば、特開昭６２−２
２２１０１号公報に示されている。

（発明が解決しようとする課題） レーザ加工装置等に於ては、加工ノズルと被加工物との
適正距離は数ミリメートルと非常に短いことが多く、こ
のため、加工中に生じるスパッタ等の溶解金属が飛散す
ると、これが加工ノズルの先端部に設けられている距離
検出手段に付着する現象が生じる虞れがある。距離検出
手段に溶解金属等が付着すると、この金属によって距離
検出手段は加工ノズルと被加工物との間の距離を正常に
検出できなくなり、倣い制御が適切に行われなくなる。

この様なことから、従来は上述の如き事態が生じると、
倣い制御を停止させているが、この時に溶解したスパッ
タが長時間に亘って距離検出手段に多量に付着したまま
になると、距離検出手段の内部温度が著しく上昇し、こ
れによって距離検出手段の耐久性が低下し、またこれが
破損する虞れが生じる。

レーザ加工に於ては、レーザビームの発振部の調整不良
時、レーザビーム反射鏡、集光レンズ等の調整が不充分
な時等、特に板厚の厚い被加工物の加工時、ピアス加工
時等に於て多大なスパッタが発生する虞れがある。

本発明は、上述の如き不具合に鑑み、距離検出手段をス
パッタ等より保護し、距離検出手段の耐久性の低下及び
破損を回避することができる改良された倣い制御装置を
提供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上述の如き目的は、本発明によれば、第１図に示されて
いる如く、加工ノズルＡの先端部に設けられ加工ノズル
Ａと被加工物Ｗとの間の距離を検出する距離検出手段Ｂ
と、前記距離検出手段Ｂにより検出される距離に応じて
前記加工ノズルＡと前記被加工物Ｗとの間の距離を所定
値に保つべく該両者の相対位置を制御するサーボ制御手
段Ｃとを有する倣い制御装置に於て、前記距離検出手段
Ｂにより検出される前記加工ノズルＡと前記被加工物Ｗ
との間の距離を正規の状態についてのものと比較するこ
とにより前記距離検出手段Ｂの異常を検出する異常検出
手段りと、前記異常検出手段りにより前記距離検出手段
Ｂが異常であることが検出された時には前記加工ノズル
Ａと前記被加工物Ｗとの距離を前記所定値以上に増大さ
せる退避制御手段Ｅとを有していることを特徴とする倣
い制御装置によって達成される。

（作用） 上述の如き構成によれば、スパッタ等の付着による異常
時には加工ノズルと共に距離検出手段が被加工物より離
れる方向へ自動的に退避するようになり、これによって
距離検出手段に対するスパッタの影響がなくなり、距離
検出手段に多くのスパッタが付着することが未然に回避
されるようになる。

（実施例） 以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。

第２図は本発明による倣い制御装置が適用されるレーザ
加工装置の一例を示している。第２図に於て、符号１は
レーザ加工装置全体を示しており、レーザ加工装Ｗ１１
は、レーザビーム発生装置３、レーザ強度調整装置、制
御装置７等を有する装置本体９と、ワークテーブル１１
と、装置本体９より延出されてワークテーブル１１の上
方を水平に延在する上部水平アーム１３と、上部水平ア
ーム１３の先端に設けられたレーザ加工ヘッド１５と、
レーザ加工ヘッド１５の下端部に上下動可能に取付けら
れた加工ノズル１７と、ワークテーブル１１上にて板状
の被加工物Ｗの支持及びこれの平面移動を行うワークク
ランプ装置１９とを有している。

加工ノズル１７は、レーザビーム発生装置３よりのレー
ザビームを強度調整装置５、反射鏡２１、集光レンズ２
３を経て与えられ、これをワークテーブル１１上の被加
工物Ｗに対し放射すると共に図示されていないアシスト
ガス供給装置よりのアシストガスを前記被加工物Ｗに対
し噴出するようになっている。

第３図に示されている如く、加工ノズル１７の先端部に
は距離センサ２５が取付けられている。

距離センサ２５は、渦電流式のものでありグラファイト
製の内側部材２５ａとセラミックス製の外側部材２５ｂ
とにより内部に円錐状の空洞部を有する戴頭円錐形状を
なし、加工ノズル１７の円錐部１７ａに同心に装着され
ている。内側部材２５ａと外側部材２５ｂとによる戴頭
円錐形状部分には距離検出用コイルＬ、と温度補償用コ
イルＬ２とが上下に所定距離をおいて互いに同心に配置
されている。

コイルＬ、とＬ２は信号ケーブル２７によってブリッジ
回路２つ（第４図参照）に接続されている。ブリッジ回
路２９は、一般的構造のブリッジ回路により構成され、
コイルＬ、と被加工物Ｗとの距離に応じた電圧信号を増
幅回路６５の入力端子Ｔ１に与えるようになっている。

尚、渦電流式の距離センサ２５及びブリッジ回路２９に
ついて、より詳細な説明が必要であるならば、特開昭６
２−２２２１０１号公報を参照されたい。

第４図は本発明による倣い制御装置を含むレーザ加工装
置の制御装置７の一例を示している。制御装置７は、一
般的構造のマイクロコンピュータを含む主制御部３１と
、ワーク位置制御部３３と、ノズル高さ制御部３５と、
パルス信号処理部３７とを含んでいる。

主制御部３１は予め定められた制御プログラムに基づい
て各制御部に対し制御指令信号を出力するようになって
いる。主制御部３１はワーク位置制御部３３に対しては
ワーク位置指令信号Ｓ　（Ｘ。

Ｙ）を出力するようになっており、このワーク位置指令
信号Ｓ　（Ｘ、Ｙ）は被加工物Ｗを所定形状に切断する
ために、ワーククランプ装置１つの平面移動軌跡を指令
するものである。主制御部３１はノズル高さ制御部３５
に対してはノズル高さ指令信号Ｓ　（Ｚ）を出力するよ
うになっており、ノズル高さ指令信号Ｓ　（Ｚ）は加工
ノズル１７の高さをワークテーブル１１に対して指定す
るものであり、一般的には、被加工物Ｗに反りがないこ
とを想定して、通常加工状態時にはワークテーブル１１
上に載置された被加工物Ｗの高さにレーザビームの焦点
が合うよう、ノズル高さ指令するものである。

ワーク位置制！１１部３３は、指令信号Ｓ　（Ｘ、Ｙ）
を与えられて所定の補間を行い、Ｘ軸部動部３９とＹ軸
部動部４１の各々へ駆動信号を出力するようになってい
る。Ｘ軸部動部３９及びＹ軸部動部４１は、各々サーボ
増幅器により構成され、ワーク位置制御部３３よりの駆
動信号に基づいてＸ軸サーボモータＭｘとＹ軸サーボモ
ータＭｙの駆動を行うようになっている。サーボモータ
ＭｘとＭｙはワーククランプ装置１９を前後、左右に移
動させるサーボモータであり、この各々にはロータリエ
ンコーダＥｘ、Ｅｙが取付けられており、ロータリエン
コーダＥｘ、Ｅｙは移動結果をＸ軸部動部３９或いはＹ
軸部動部４１に帰還するようになっている。これにより
ワーククランプ装置１９に支持された被加工物Ｗは指定
のＸＳ７位置に所定速度をもってフィードバック制御の
下に移動されることになる。

ノズル高さ制御部３５は、主制御部３１より高さ指令信
号Ｓ　（Ｚ）を与えられ、通常の加工状態時に於ては、
所定の指令高さＺｏに補正値（偏差値）±Δ２を加算し
、ノズル高さ所定値ＺｍＺ。

±ΔＺとなるように２軸駆動部４３へ駆動信号を出力す
るようになっている。２軸駆動部４３は、サーボ増幅器
により構成され、ノズル高ぎ制御部３５よりの制御信号
に基づいてＺ軸サーボモータＭｘを駆動するようになっ
ている。Ｚ軸サーボモータＭｘは加工ノズル１７を上下
方向に移動させるサーボモータであり、このサーボモー
タＭｚにはロータリエンコーダＥｚが取付けられている
。

ロータリエンコーダＥｚは加工ノズル１７の上下動結果
を２軸駆動部４３に帰還するようになっている。これに
より加工ノズル１７はノズル高さ２−Ｚｏ±Δ２になる
ように所定速度をもってフィードバック制御のらとに上
下動されることになる。

パルス信号処理部３７は、ノズル高さ制御部３５に補正
値±Δ２を与えるものであり、スイッチ３９によって手
動パルス発生器４１或いはパルス制御回路４３Ａのいず
かに選択的に接続され、これらよりパルス信号ｐｈ或い
はＰａを与えられ、所定時間内に入力されたパルス信号
ｐｈ或いはＰａの積分値に基づいて補正値±ΔＺを演算
するようになっている。

パルス制御回路４３Ａは第５図にその具体例が示されて
いる。パルス制御回路４３Ａは、加算増幅器４５と、絶
対値増幅器４７と、方向判別器４つと、上限設定器５１
と、下限設定器５３と、Ｖ／Ｆ変換器５５と、倣い幅増
幅器５７と、ＮＡＮＤゲート回路５９と、分周器６１と
、もう一つのＮＡＮＤゲート回路６３とを有している。

加算増幅器４５は、入力端子Ｔ２に増幅回路６５（第４
図参照）より検出距離電圧ｅａを、もう一つの入力端子
Ｔ３に倣い距離設定用の標準電圧ｅｓが入力されるよう
になっている。この標準電圧ｅｓは、加工ノズル１７に
取付けられた距離センサ２５と被加工物Ｗとの倣い距離
を、例えば１゜５１１Ｉ１１と設定しようとする時、距
離センサ２５がこの高さにある時に出力する電圧に相当
する電圧に設定されるものである。

尚、増幅回路６５（第４図参照）は、一般的なものであ
り、入力端子Ｔ１に与えられるブリッジ回路２つよりの
電圧信号を増幅して検出距離電圧ｅａを出力するもので
ある。

加算増幅器４５は、上述の如く入力端子Ｔ２に検出距離
電圧ｅａを、もう一つの入力端子Ｔ３に標準電圧ｅｓを
各々与えられて検出距離電圧ｅａの標準電圧ｅｓに対す
る偏差電圧Δｅを出力するようになっている。

絶対値増幅器４７は、偏差電圧Δｅの絶対値を増幅し、
これをＶ／Ｆ変換器５５及び倣い幅設定器５７の各々へ
出力するようになっている。

Ｖ／Ｆ変換器５５は、絶対値増幅器４７よりの増幅電圧
をその電圧に比例した周波数のパルス信号に変換し、こ
れを二人力端子型のＮＡＮＤゲート回路５つの一方の入
力端子へ出力するようになっている。

倣い幅設定器５７は、絶対値増幅器４７より増幅電圧を
、入力端子ＴＢより倣い幅を定める所定電圧ｅｆを与え
られ、前記増幅電圧が前記所定電圧ｅｆの範囲にある時
には出力信号を“０“とじ、前記増幅電圧が所定電圧ｅ
ｆを超える時には１゜を出力するようになっている。

従って、ＮＡＮＤゲート回路５９は、絶対値増幅器４７
が出力する電圧が倣い範囲、例えば±１ｍｍを定める電
圧ｅｆ内にある時にのみＶ／Ｆ変換器５５よりの所定周
波数のパルス信号を分周器６１へ出力するようになる。

方向判別器４つは、加算増幅器４５が出力する偏差電圧
Δｅの正負符号を検出し、これをＮＡＮＤゲート回路６
３の一つの入力端子に出力するようになっている。

ＮＡＮＤゲート回路６−３はもう一つの入力端子に分周
器６１よりのパルス信号を与えられ、方向判別器４つよ
りの正負符号に基づいて分周器６１より与えられるパル
ス信号に正負の符号を与えるようになる。

第６図はＮＡＮＤゲート回路６３が出力端子Ｔ７へ出力
するパルス信号Ｐａの出力特性を示している。ＮＡＮＤ
ゲート回路６３が出力するパルス信号Ｐａの周波数は、
標準電圧ｅｓを零点とし検出距離電圧ｅａに比例して急
勾配にて変化し、Ｖ／Ｆ変換器５５の規制電圧に相当す
る距離で飽和する原点（倣い点）零に対して対称的な変
化特性をもって変化する。このパルス信号Ｐａの周波数
は、数値的には制御幅ＣＤ（±２００μｍ程度）に対し
てｎＫＨｚ　（但しｎ：１〜３）程度であってよい。Ｎ
ＡＮＤゲート回路６３が出力するパルス信号Ｐａは出力
端子Ｔ７に与えられ、これはスイッチ３つによってパル
ス信号処理部３７に選択的に与えられる。

上限設定値５１は、入力端子Ｔ４より倣い制御の上限距
離に相当する電圧ｅｕを与えられると共に加算増幅器４
５より偏差電圧Δｅを与えられ、この両電圧の比較より
距離センサ２５と被加工物Ｗとの間の距離が予め定めら
れた上限値より大きいか否かを判別し、大きい時にはハ
イレベルとなる信号を出力端子Ｔ８へ出力するようにな
っている。

下限設定値５３は、入力端子Ｔ５より倣い制御の下限距
離に相当する電圧ｅｄを与えられると共に加算増幅器４
５より偏差電圧Δｅを与えられ、この両電圧の比較より
距離センサ２５と被加工物Ｗとの距離が下限値より小さ
いか否かを判別し、前記距離が下限値より小さい時には
ハイレベル信号を出力端子Ｔ９へ出力するようになって
いる。

出力端子Ｔ８とＴ９の信号は、各々主制御部３１に与え
られ、主制御部３１に於ける制御プログラムに従って上
限値超え制御、下限値超え制御或いは第６図に示されて
いる如きフローチャートに従って異常時退避制御が行わ
れるようになっている。

主制御部３１は出力端子Ｔ８とＴ９のいずれよりもハイ
レベル信号を与えられていない時には通常の加工状態時
として所定の指令高さ信号Ｚｏをノズル高さ制御部３５
へ出力するようになっている。これによりこの状態下に
於ては、ノズル高さ制御部３５は主制御部３１より所定
の指令高さ信号Ｚｏを与えられ、またパルス信号処理部
３７より補正値信号±ΔＺを与えられ、これによって距
離センサ２５、換言すれば加工ノズル１７と被加工物Ｗ
との間の距離を常時標準距離に保つように作用する。

主制御部３１は出力端子Ｔ８よりハイレベル信号を与え
られている時には上述の如き通常時制御に代えて上限値
超え制御を実行するようになっており、この上限値超え
制御実行時は距離センサ２５、換言すれば加工へラド１
７が被加工物Ｗより相当上方の位置にある時であり、こ
の時には比較的速い速度にて加工ノズル１７を前記倣い
制御時の標準距離にまで近付ける制御が実行される。

主制御部３１が出力端子Ｔ９よりハイレベル信号を与え
られている時は距離センサ２５、換言すれば加工ノズル
１７が被加工物Ｗに対し下限値を超えて接近したと判断
された時であり、この時は被加工物Ｗの孔等の開口上に
加工ノズル１７が位置した場合であり、通常の倣い制御
を禁止してノズル高さをこの時の状態に維持して加工ノ
ズル１７が被加工物Ｗの開口部上を通過し得るようにす
る。

第７図は、ピアス時における異常検出方式を示すフロー
チャートである。

ステップ７０１でピアスが開始されると、加工ノズル１
７は被加工物Ｗに対しレーザビームを照射する。

このとき、ステップ７０２では距離検出し、この距離り
を主制御部３１に与える。この距離は、一般的には、設
定値ｆｌｏでなくてはならない筈である。

そこで、ステップ７０３では、所定値Ｄｏと検出値ｐを
比較し、ρ＜ｆｌｏのとき、ステップ７０４でスパッタ
付着を検出し、ステップ７０５で異常処理を実行する。

異常処理は、ＣＲＴへの報知と、レーザビームの照射を
停止し加工ノズル１７を上昇させる工程から成る。

ステップ７０３での異常検出は、単なる距離比較手では
なく、変化の速度を比較したり、或いは変化のカーブ（
パターン）を監視するものであってもよい。

ピアス時以外のモードでも、第８図のステップ８０１〜
８０５に示すように第７図゛で説明したと同様手順でス
パッタ付着を検出し、異常処理することができる。

以上に於ては、本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、
本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であることは当
業者にとって明らかであろつＯ ［発明の効果］ 上述の如き実施例の説明より理解されるように、本発明
による倣い制御装置に於ては、距離検出手段に対するス
パッタ等の付着による異常時には加工ノズルと共に距離
検出手段が被加工物より離れる方向へ自動的に退避する
ようになり、これによって距離検出手段に対するスパッ
タの影響がなくなり、距離検出手段に多くのスパッタが
付着することが回避されるようになり、距離検出手段が
スパッタの熱の為に耐久性を低下すること或いは破損す
ることが未然に回避されるようになる。

【図面の簡単な説明】

３１１１図は本発明による倣い制御装置のクレーム対応
図、第２図は本発明による倣い制御装置が適用されるレ
ーザ加工装置の一例を示す正面図、第３図はレーザ加工
装置の加工ノズルに設けられる距離センサの一例を示す
縦断面図、第４図は本発明による倣い制御装置を含むレ
ーザ加工装置の制御装置の一例を示すブロック線図、第
５図は第４図に示された制御装置に用いられるパルス制
御回路の一例を示すブロック線図、第６図はパルス信号
の周波数特性を示すグラフ、第７図及び第８図は本発明
による倣い制御装置に用いられる制御プログラムの一例
を示すフローチャートである。 １・・・レーザ加工装置　　１１・・・ワークテーブル
１７・・・加工ノズル　　　２５・・・距離センサ２９
・・・ブリッジ回路　　３１・・・主制御部３５・・・
ノズル高さ制御部 ３７・・・パルス信号処理部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加工ノズルの先端部に設けられ該加工ノズルと被加工物
   との間の距離を検出する距離検出手段と、前記距離検出
   手段により検出される距離に応じて前記加工ノズルと前
   記被加工物との間の距離を所定値に保つべく該両者の相
   対位置を制御するサーボ制御手段とを有する倣い制御装
   置に於て、前記距離検出手段により検出される前記加工
   ノズルと前記被加工物との間の距離を正規の状態につい
   てのものと比較することにより前記距離検出手段の異常
   を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段により前
   記距離検出手段が異常であることが検出された時には前
   記加工ノズルと前記被加工物との距離を前記所定値以上
   に増大させる退避制御手段とを有していることを特徴と
   する倣い制御装置。