JPH04300085A - レ−ザ加工機の焦点位置制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ加工機の焦点位置
の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工機は、レーザを集光する集光
レンズを内蔵したトーチを、テーブル上に取付けたワー
クに対して垂直軸方向（Ｚ軸方向）に移動して、レーザ
ビームの焦点をワーク表面近傍にセットして加工を行な
う。トーチ先端には、先細のテーパを有するノズルをと
りつけ、ノズル先端からレーザビームとともにアシスト
ガスを噴射して加工を促進する。ノズルは、ワーク表面
で反射されるレーザ光がトーチ内に逆流して集光レンズ
を損傷するのを防止するとともに、加工部にアシストガ
スを最適に噴射して熔融物質を除去する機能を有しワー
ク表面との距離・レーザビームの焦点との距離を調整す
る必要がある。レーザ加工に際しては、ワーク上の加工
開始点に穴明けを施す、いわゆるピアシングを必要とす
る。

【０００３】ピアシングの場合には、ワーク上の一点の
位置に穴をあけるので、連続したカッティング加工の場
合とは異なる焦点位置を設定する場合がある。また、特
にワークの厚さ寸法が大の場合には、ピアシング時に、
レーザビームの焦点位置をワークに対する加工深さに応
じてＺ軸方向へ移動することにより加工効率を向上する
ことができる。いずれの場合においても、トーチをＺ軸
方向へ移動するのに伴ない、ノズルの位置も調整する必
要が生ずる。

【０００４】特開昭５７−１５９２８５号公報には、ノ
ズルと集光レンズのＺ軸方向の位置を自動的に設定する
装置が開示されており、また、特開昭６１−２１９４９
２号公報には、厚板のピアシング加工において加工中に
レーザビームの焦点位置を変化させることができる装置
が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術にあっては
、レーザ加工機のＮＣ制御装置のプログラム中でレーザ
ビームの焦点位置のＺ軸方向の位置を調整することはで
きなかった。本発明は、プログラム中で焦点の位置制御
を指令することができる制御装置を提供するものである
。

【０００６】

【課題を解決するための手段】レーザ加工機のトーチ先
端に装備するノズルは、サーボ機構によりトーチ本体に
対して軸線位置を調整自在に構成する。制御装置は、ト
ーチの制御部と、ノズルの制御部と、ならい制御部と、
主演算部と、加工プログラムメモリと、加工条件データ
ベースと、ワーク焦点間距離データベースとを備える。 ピアシングやカッテイングの際のワークとレーザビーム
の焦点間距離を予めデータベース内に設定し、プログラ
ム中で焦点の位置の自動制御の開始と解除をコードによ
り指定する。

【０００７】

【実施例】図１は本発明を実施するレーザ加工機のトー
チ先端部の構成を示す。トーチ本体１０は、円筒状の構
造を有し、図示しないサドルに対して軸Ｚ１方向に移動
自在に支持されている。

【０００８】トーチ本体１０の内部には集光レンズ１２
がとりつけてあり、レーザ光源からミラー等の光学系を
介して供給される平行光のレーザ光２０Ａを集束光２０
Ｂに屈折させ、焦点２０Ｃを結ばせる。トーチ本体１０
の先端部には、摺動筒３０がトーチ本体１０の軸線に沿
った軸Ｚ２方向に摺動自在に嵌装される。

【０００９】摺動筒３０の先端部には、ノズル５０が固
着される。このノズル５０は先細のテーパ形状を有し、
先端部５２からレーザビーム２０Ｄとアシストガスを噴
射する。アシストガスは、図示しないアシストガス供給
装置を介してノズル５０内部へ供給される。摺動筒３０
には、ノズル移動装置４０が装備される。ノズル移動装
置４０はサーボモータ４４と、サーボモータ４４により
駆動されるピニオンギヤ４２を有し、ピニオンギヤ４４
はトーチ本体１０の外側に固着したラックギヤ１４に噛
合う。したがって、サーボモータ４４を回動させること
により、ピニオンギヤ４２の回転量に応じて、摺動筒３
０と一体のノズル５０を軸Ｚ２に移動させることができ
る。

【００１０】集光レンズ１２で集束されるレーザビーム
２０Ｂの焦点２０Ｃとワーク７０の表面７２との間のワ
ーク焦点間距離をｘとし、ノズル５０の先端５２とワー
ク表面７２との間の距離をｔとすると、ノズル先端５２
と焦点２０Ｃとの間のノズル焦点間距離は、Ｘ−ｔとな
る。ピアシングや加工の際にはこのワーク焦点間距離や
ノズル焦点間距離を材質や板厚に応じて調整する必要が
ある。本発明の制御装置にあっては、この調整をプログ
ラム中で自動的に実行するものである。トーチ１０には
ワーク表面７２の変化に応じてノズルワーク焦点間距離
ｔを一定に保つならい装置（図示せず）が装備される

【
００１１】図２は、制御装置の構成を示すブロック図で
ある。ＮＣ制御装置１００は、表示装置１１０やキーボ
ード１２０に連結されるとともに、各制御部に連結され
る。Ｚ軸サーボ制御部２００は、アンプ２１０を介して
Ｚ軸駆動用モータ２２０に連結され、トーチ１０全体を
軸Ｚ１に沿って制御する。ノズル駆動サーボ制御部３０
０は、アンプ３１０を介してノズル駆動モータ４４に連
結され、摺動筒３０と一体のノズル５０を軸Ｚ２に沿っ
て制御する。ならい制御部４００は、アンプ４１０を介
してならい装置４２０に連結される。ならい装置はスタ
イラスを有し、ワーク表面に接触してワーク表面とノズ
ルとの間の距離を検出する。ならい制御部４００に付設
するデイジタルスイッチ４３０は、ノズルワーク間距離
を手動で設定する際に使用する。制御装置は、主演算部
１５０加工プログラムメモリ１６０、ワーク焦点間距離
やノズル焦点間距離のデータを収納するデータベース１
７０、加工条件データベース１８０を備える。

【００１２】図３及び図４は制御処理のフローを示す。 ステップ１０００でスタートした処理は、ステップ１０
１０で焦点位置の設定等を実行する。図５は、画面上で
のピアシング条件設定の例を示すもので、図示の例では
ピアシング条件を３回にわけて設定する。それぞれの回
数に応じて、ワーク焦点間距離、レーザの周波数デュー
ティー比、ピアシング時間を設定する。

【００１３】図５で、焦点位置ｘは、ワーク表面をゼロ
とし、ワーク表面上方をプラス値、下方をマイナス値と
する。すなわち、ピアシングの第１の焦点位置ｘ１は＋
２．０ｍｍ、第２の焦点位置ｘ２は０．０ｍｍ、第３の
焦点位置ｘ３は−２．０ｍｍとなる。このピアシング条
件にあっては、第１の焦点位置から第２の焦点位置に移
動する際に、軸Ｚ１は下方へ２．０ｍｍ移動する。そこ
で、この移動に応じてノズルを上昇させて、ノズル先端
とワークの干渉を防止する必要がある。本発明装置にあ
っては、ノズル移動装置４０によって自動的にノズル５
０を軸Ｚ２に沿って上昇させて、この干渉を避けること
ができる。第２の焦点位置から第３の焦点位置への移動
の際にも、同様の制御が実行される。

【００１４】図６は、加工条件の設定の例を示すもので
、板厚と材質に応じてワーク焦点間距離を設定する。 これらのデータの設定が完了すると、ステップ１０２０
へ進み、ならい装置によるノズルとワーク間の距離を設
定する。ステップ１０３０で加工プラグラムをスタート
し、ステップ１０４０でならい制御をスタートする。ス
テップ１０５０でピアシングをスタートし、ステップ１
０６０では、図５で設定したピアシング条件の第１の焦
点位置へトーチを移動する距離が演算される。

【００１５】この演算結果に基いて、ステップ１０７０
でトーチをピアシングの第１の焦点位置まで移動するの
と平行して、ステップ１０８０で制御装置によるノズル
ワーク間の距離を設定値に自動的に補正する。ステップ
１０９０では、ピアシングの第１の焦点位置でピアシン
グを実行する。焦点位置を第２の位置以下に変更してピ
アシングを実行する場合には、ステップ１１００で第２
の焦点位置までのトーチの移動距離を演算し、ステップ
１１１０でトーチを移動するとともに、ステップ１１２
０で制御装置によりノズルワーク間距離を設定値に自動
的に補正する。

【００１６】ステップ１１３０では、第２の焦点位置で
ピアシングを実行し、以下必要に応じてステップ１１４
０で第Ｎの焦点位置でのピアシングを実行し、ステップ
１１５０でピアシングを完了する。ワークへのピアシン
グが完了すると、ステップ１１６０で加工をスタートし
、ステップ１１７０では、図６で設定した加工焦点位置
へのトーチ移動距離を自動的に演算する。ステップ１１
８０で加工焦点位置への移動を実行するとともに、ステ
ップ１１９０で制御装置によりノズルワーク間距離を設
定値に自動的に補正する。ステップ１２００で加工を実
行し、ステップ１２１０で加工の終了を確認する。ステ
ップ１２２０でならい制御を解除し、ステップ１２３０
で処理を終了する。

【００１７】図７は、本発明の制御装置を利用したプロ
グラムの例を示す。レーザ加工機のＮＣ装置へ指令する
コードと、各コードに対応する操作処理の内容は、図７
に示すとおりである。符号Ｎ１で示すコードＧＹＹは、
ピアシングサイクルにおける焦点位置の制御開始を指令
するもので、プログラム中の任意の位置にこのコードを
挿入することにより、予め設定した焦点位置に自動的に
制御される。符号Ｎ２で示すコードＧＺＺは、加工の際
の焦点位置の制御開始を指令するコードである。符号Ｎ
３で示すコードＧＸＸは、コードＧＹＹ、ＧＺＺで指令
した焦点位置の制御を解除する指令を与えるものである
。したがって、コードＧＹＹ、コードＧＺＺとコードＧ
ＸＸの間の処理は、焦点が設定されたピアシング又はカ
ッティング位置に自動的に制御された状態で実行される
。

【００１８】

【発明の効果】本発明は以上のように、レーザ加工機に
おいて、レーザビームの集光レンズを装備してＺ軸方向
に移動し、レーザビームの焦点とワークとの間の距離を
制御するトーチと、トーチに対して摺動可能にとりつけ
られて、サーボ機構によりトーチに対するＺ軸方向の位
置を制御し得るノズルとを備え、レーザビームの焦点位
置をプログラム中で設定できるように構成したものであ
る。そこで、ワークの材質、板厚、加工条件等に応じて
、予め、ピアシングやカッティングの際の最適な焦点位
置に関するデータを制御装置のデータベース内に設定し
ておき、プログラム中で使用するコードとして用意され
た焦点位置の制御開始と制御解除のコードをプログラム
の任意の位置に挿入することによりワークに対する焦点
位置とノズル位置を自動的に調整することができる。 したがって、レーザ加工の効率を向上することができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するレーザ加工機のトーチとノズ
ルの構成を示す説明図。

【図２】制御装置のブロック図。

【図３】制御処理を示すフロー図。

【図４】制御処理を示すフロー図。

【図５】ピアシング条件を示す表。

【図６】加工条件を示す表。

【図７】プログラムリスト。

【符号の説明】

１０　　トーチ １２　　集光レンズ ３０　　摺動筒 ４０　　ノズル移動装置 ５０　　ノズル ７０　　ワーク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ワークを載置するテーブルと、ワーク
   に対して垂直な軸線に沿って摺動自在に配設されるレー
   ザビームの集光レンズを装備したトーチと、トーチの軸
   線上の位置を制御する装置と、トーチをワークの上面の
   高さにならって制御するならい制御装置と、トーチ先端
   にトーチの軸線に沿って摺動自在に嵌装された摺動筒と
   一体のノズルと、トーチに対するノズルの位置を制御す
   る装置とを備えてなるレーザ加工機の焦点位置制御装置
   。
2. 【請求項２】　　レーザ加工機の制御装置は、トーチの
   制御部と、ノズルの制御部と、ならい制御部と、主演算
   部と、加工プログラムメモリと、加工条件データベース
   と、ワーク焦点間距離データベースとを備え、加工プロ
   グラム中で指定される焦点位置制御開始コードと、焦点
   位置制御解除コードの間で焦点位置の自動制御を実行す
   るレーザ加工機の焦点位置制御装置。