JPH05146879A - プラズマ加工機のノズル装置 - Google Patents

プラズマ加工機のノズル装置

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JPH05146879A
JPH05146879A JP3124409A JP12440991A JPH05146879A JP H05146879 A JPH05146879 A JP H05146879A JP 3124409 A JP3124409 A JP 3124409A JP 12440991 A JP12440991 A JP 12440991A JP H05146879 A JPH05146879 A JP H05146879A
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JP
Japan
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work
signal
distance
nozzle
counter
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JP3124409A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Ishizawa
一裕 石澤
Hiromichi Yokono
浩通 横野
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PHOTONICS KK
TOYO DENSHI KK
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PHOTONICS KK
TOYO DENSHI KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノズル先端とワーク間の距離を静電容量で検
出する時、検出された信号に応じたフィードバック信号
をシールド電極に送出し、静電容量の検出手段をデジタ
ルカウンタで行い、且つマイコンによるきめ細かな制御
を可能とする。 【構成】 オシレータ部2とカウンタ3とマイコン4a
を含んだ制御部4から構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマによる加工機
のノズル先端から照射してワークを加工するプラズマ加
工機において、ノズル先端とワーク間の距離を静電容量
によって検出するための電極を備えたノズル装置の改良
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】プラズマ加工機は、加工精度を維持する
ためワークとプラズマの焦点位置を一定に保つことが必
要である。そのため、従来からノズルとワーク間の距離
を維持する手段として、ノズル先端の電極とワーク間の
距離に応じた静電容量を検出して、この検出量に基づい
てノズルを上下に駆動する方法があった。この方法は、
ワークに対して距離を非接触で検出できるため加工には
きわめて有効な手段である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、外部の
影響により静電容量が増加し、静電容量の検出が異常に
増加してワーク間の距離が広がる方向に制御されてしま
う欠点があった。そのため、(1)レーザー加工機におい
て、静電容量検出用のセンサ電極の周側面をブリッジ回
路に接続してセンサ電極と同電位で取り囲むことによ
り、センサ電極からの電気力線を全て光軸と平行に向け
るようにしたものがある(実開62ー113882)。
また(2)センサ電極とシールド電極の取り付け位置や構
造を変化させてワークとの静電容量の指向性を高めてい
るものもある(特開64ー20986、平2ー1658
89等)。上記(1)の考案は、指向性が高めることがで
きるがワークが立体的であるものに対しては有効な手段
であるがセンサ電極とシールド電極とを同電位にするこ
とによる指向性の向上をはかるものであって、きめ細か
な制御ができず且つワークとの距離の微少な変化に対し
ても機敏に反応しないという欠点がある。
【0004】本発明は、これらの問題に鑑みてなされた
ものであり、ワークとノズル先端の垂直方向の距離から
生ずる静電容量の微少な変化にも即座に対応できるプラ
ズマ加工機のノズル装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明者は、ノズル先端とワーク間の距離
から生じた静電容量の変化を周波数の変化に直して計数
し、この計数された値に基づいてノズル先端とワーク間
の距離を制御し、且つこの周波数の信号に基づいて一定
の値の信号をフイードバックしてセンサ電極のシールド
へ加えるプラズマ加工機のノズル装置に着目した。
【0006】即ち、本発明の特徴とするところは、「ノ
ズル先端に設けたセンサ電極と、このセンサ電極の外側
に設けたシールド電極と、センサ電極とシールド電極と
の間に介在された絶縁部とからなるプラズマ加工機のノ
ズル装置において、(1)このノズル装置には前記センサ
電極と接続したオシレータと、(2)このオシレータから
の信号を計数するカウンタと、(3)ノズル先端とワーク
間の距離に応じた信号を出力する制御部とを備えたこと
を特徴とするプラズマ加工機のノズル装置にし、オシレ
ータには、(4)センサ電極とワーク間の静電容量に基づ
いて周波数変調する位相回路部と、(5)この位相回路部
からの信号を増幅する入力アンプと、(6)入力アンプか
らの信号をシールド電極にフイードバックする帰還アン
プと、(7)入力アンプからの信号を増幅する出力アンプ
とを備えたことを特徴とするプラズマ加工機のノズル装
置にし、(8)カウンタには、デジタルカウンタを備えた
ことを特徴とし、(9)制御部には、マイコンとD/A変
換器とを備え、(10)マイコンには、ノズル先端とワーク
間で発生する静電容量のうち基準となる値を設定するプ
リセット部と、(11)このプリセット部で設定された値と
上記カウンタからの値を比較する手段と、(12)プラズマ
発生時に生ずる静電容量の変化分を予め算出してノズル
先端とワーク間の距離を一定に設定するためのオフセッ
ト部と、(13)ノズル先端とワーク間の距離の最大最小値
を設定する許容範囲部とを備えたことを特徴とするプラ
ズマ加工機のノズル装置。」である。
【0007】上記(1)(4)(5)(6)(7)に示したオシレータ
は、センサ電極からの信号の位相をずらして周波数を変
化させ且つ増幅するものである。そして増幅された周波
数に応じた信号を設定してシールド電極にフイードバッ
クする。そのため、ノズル先端とワーク間の距離から検
出する静電容量に対して、加工する外部環境等に応じて
シールド電極への信号をきめ細かに変化させることがで
きる。
【0008】上記(2)(8)に示したカウンタは、周波数カ
ウンタで構成され、オシレータで周波数変調された信号
の位相に基づいたパルスを発生させる。そしてこのパル
スを一定周期毎に計数して制御部に出力するものであ
る。そのため余分なノイズ等を削除でき、ノズル先端と
ワーク間の距離に応じた正確なデジタル値を検出するこ
とを可能とする。
【0009】上記(3)(9))10)(11)(12)(13)に示した制
御部は、(2)で示したカウンタから出力されたパルスの
計数値と、予めノズル先端とワーク間の距離に適正な値
を設定しておいて比較した差の信号を出力するようにす
ることにより距離の微少な変化に対応でき、しかも加工
をする外部環境等に応じたきめ細かな制御を可能とす
る。また、予め設定する値は、過去の集積したデータを
自動的に読み出すようにしてもよく、その都度、加工に
必要なデータを入力するようにしてもよい。
【0010】
【実施例】本発明における実施例を図1を参照にして説
明する。図1は、本発明の実施例のノズル装置とワーク
の距離を検出するブロック図である。プラズマ加工機の
ノズル装置は、センサ電極1aとシールド電極部1bか
らなる電極部1と、位相回路2aと入力アンプ2dと帰
還アンプ2cと出力アンプ2eからなるオシレータ2
と、カウンタ3と、マイコン4aとプリセッ4bとオフ
セット部4cと許容範囲部4dとD/A変換器4eから
なる制御部4とで構成されていて、以下詳細に説明す
る。
【0011】電極部1は、ワーク1cとの距離を静電容
量で検出するセンサ電極1bとセンサ電極1bを遮蔽す
ることによりワークとの指向性を高めるためのシールド
電極1bから構成されている。そして、このシールド電
極1bは、従来例であれば接地されていたが本発明にお
いてはセンサ電極1bとワーク間の距離から生ずる静電
容量に基づいた信号から検出された信号をフイードバッ
クして検出する静電容量の指向性を高めている。そし
て、フイードバックする信号の割合は適宜変化させるこ
とができるようになっている。
【0012】オシレータ2は、センサ電極1bで検出し
た静電容量を周波数変調して一定レベルのアナログ値に
変換する。先ず、センサ電極1bで検出した静電容量は
同軸ケーブル1dの中心線を介して位相回路2aに入力
される。ここで、位相回路2aは、図示していないがコ
イルと複数のコンデンサから構成されていて、センサ電
極1bで検出した静電容量とコイルと複数のコンデンサ
に基づいた周波数が得られる回路である。
【0013】尚、位相回路2aに使用されているコンデ
ンサは、周囲温度によって影響を受けた部品等を補償す
る温度補償コンデンサ2bを使用することにより安定性
を高めることができる。位相回路2aにより周波数変調
された信号は、増幅するために入力アンプ2dに入力さ
れる。入力アンプ2dは、ノズル先端とワーク間の静電
容量により位相を変化させられた信号によって、それと
は別の電源から与えられる電力を制御する増幅器であ
る。増幅された信号は、帰還アンプ2cと出力アンプ2
eの入力信号となる。
【0014】帰還アンプ2cは、ワークとの間隔で生じ
た静電容量の値に応じて敏速にシールド電極1aに信号
をフイードバックするための増幅器である。そのためス
イッチング・スピードが早く且つ温度の影響も少ないパ
ワーMOSFETを使用した増幅器であることが好まし
いが反応に早くて温度の安定性が高いものであればどの
ような回路でもよい。
【0015】出力アンプ2eは、入力アンプ2dで増幅
されたワークからの静電容量を一定値以上の信号のみを
取り出して増幅するとともに一定電圧値によるアナログ
値の信号にするための増幅器である。ここで増幅された
信号はカウンタ3に出力される。
【0016】カウンタ3は、図示していないがデジタル
カウンタから成り、パルスの数を計数するカウンタでも
パルスの間隔を計数するカウンタでもよい。具体的に
は、周波数カウンタおよび周期カウンタ等が使用され、
出力アンプ2eからのパルスに変換されたワークとノズ
ル先端との距離のデータは、パルス間隔を計数して得ら
れ、叉は、一定の周期を設定して計数されて得られる。
この計数されるタイミングのクロックは、後述するマイ
コン4aと同期がとられている。そして、図示していな
いがマイコンの制御のもとに信号は、入出力するように
なっている。従って、本来ならば、A/D変換器により
アナログ値からデジタル値に変換されるものであるが、
カウンタ3は入力される周波数変調されたデータの位相
値を加工機の状態、加工の外部環境等に応じて自由に設
定して、パルス値を得ることができるようになってい
る。カウンタ3bによって計数された値は制御部4に送
られる。
【0017】制御部4は、デジタル値を比較等するマイ
コン4aと、基準となる値を設定するプリセット部4b
と、加工をしている時と加工をしていない時とでは静電
容量が変化するためにその補正をするためのオフセット
部4cと、デジタル値により変換できる電圧値の範囲を
設定する許容範囲部4dと、デジタル値をアナログ値に
変換するD/A変換器4eとから構成されている。マイ
コン4aは、カウンタ3で計数された値と予めワークと
の距離から算出した静電容量の値とを比較してその差を
算出し、差だけのデジタル値を出力するものである。そ
して、マイコン4aの制御によって得られたデータは、
デジタル値のまま出力することもできるし、A/D変換
器4eを通してアナログ値としても出力できるようにな
っている。
【0018】
【発明の効果】上記説明したような構成にすることによ
る本発明によれば、(1)静電容量の検出誤差をきわめて
少なくすることができる。(2)きめ細かな制御によりシ
ールドへの電圧をかけることができるためノズル先端と
ワーク間の垂直方向の静電容量の検出の向上が図れる。
(3)周波数変調してデジタル値によって得ることが出来
るため、ノズル先端とワーク間から生じた静電容量の検
出を確実にできる。(4)さらに本発明の構成にすること
によってプラズマ加工機に限らずレーザ加工機等のワー
クを加工する加工機の全てに適用することができる。従
って、本発明の実用上の価値は大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】ノズルの先端とワークの距離を検出するブロッ
ク図である。
【符号の説明】
1 電極部 1a センサ電極 1b シールド電極 1c ワーク 1d 同軸ケーブル 2 オシレータ 2a 位相回路 2b 温度補償コンデンサ 2c 帰還アンプ 2d 入力アンプ 2e 出力アンプ 3 カウンタ 4 制御部 4a マイコン 4b プリセット部 4c オフセット部 4d 許容範囲部 4e D/A変換器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ノズル先端に設けたセンサ電極と、この
    センサ電極の外側に設けたシールド電極と、センサ電極
    とシールド電極との間に介在された絶縁部とからなるプ
    ラズマ加工機のノズル装置において、このノズル装置が
    前記センサ電極と接続したオシレータと、このオシレー
    タからの信号を計数するカウンタと、ノズル先端とワー
    ク間の距離に応じた信号を出力する制御部とを備えたこ
    とを特徴とするプラズマ加工機のノズル装置。
  2. 【請求項2】 オシレータがセンサ電極とワーク間の静
    電容量に基づいて周波数変調する位相回路部と、この位
    相回路部からの信号を増幅する入力アンプと、入力アン
    プからの信号をシールド電極にフイードバックする帰還
    アンプと、入力アンプからの信号を増幅する出力アンプ
    とを備えたことを特徴とする請求項1記載のプラズマ加
    工機のノズル装置。
  3. 【請求項3】 カウンタがデジタルカウンタを備えたこ
    とを特徴とする請求項1記載のプラズマ加工機のノズル
    装置。
  4. 【請求項4】 制御部がマイコンとD/A変換器とを備
    えたことを特徴とする請求項1記載のプラズマ加工機の
    ノズル装置。
  5. 【請求項5】 マイコンがノズル先端とワーク間で発生
    する静電容量のうち基準となる値を設定するプリセット
    部と、このプリセット部で設定された値と上記カウンタ
    からの値を比較する手段と、プラズマ発生時に生ずる静
    電容量の変化分を予め算出してノズル先端とワーク間の
    距離を一定に設定するオフセット部と、ノズル先端とワ
    ーク間の距離の最大最小値を設定する許容範囲部とを備
    えたことを特徴とする請求項4記載のプラズマ加工機の
    ノズル装置。
JP3124409A 1991-04-30 1991-04-30 プラズマ加工機のノズル装置 Pending JPH05146879A (ja)

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