JPH05185263A - レーザ加工機の倣い制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 照射ヘッドの高さ制御を、開口を有するワー
クに対し開口を通過する経路で切断加工する場合でも、
開口の口縁に照射ヘッドを衝突させることなく行う。 【構成】 昇降動作する照射ヘッド１に、ワークＷとの
間隔ｄを非接触で検出する変位センサ２を設ける。この
変位センサ２の検出値ｖi に応答して間隔ｄを一定に制
御する倣い制御手段17を設ける。ワークＷの板厚別に照
射ヘッド昇降位置の下限値ｖd を設定した下限値設定手
段18を設ける。変位センサ２の検出値ｖiが下限値ｖd
を越えたときに現在高さに維持する現在高さ維持制御手
段19を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】この発明は、レーザ加工機の照射ヘッドを
ワークの表面に対して一定の適正高さに制御する倣い制
御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ切断では、良好な切断のために焦
点をワーク表面に保つ必要があり、またワーク表面に傷
を付けないために、レーザ光を照射する照射ヘッドはワ
ークと非接触にする必要がある。このため従来、図５に
示すように照射ヘッド51に変位センサ52を設け、変位セ
ンサ52の検出値に応答して照射ヘッド51を昇降モータ
（図示せず）により昇降させ、照射ヘッド51の先端とワ
ークWaの表面との間隔ｄを一定に制御するようにしてい
る。変位センサ52には非接触でワークWaとの間隔ｄを検
出できる静電容量方式のもの等が採用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザ加工
機による切断加工において、図６に示すようにワークWa
に設けられた開口59を通過する経路ａで切断加工を行う
場合がある。この場合に、上記制御方式のように単に照
射ヘッド51との間隔ｄが一定になるように制御するだけ
では、ワークWa下のテーブルに対しても同じ間隔ｄを保
とうとするので、図５（Ｂ）のように開口59に照射ヘッ
ド51が落ち込むことになる。このように落ち込みが生じ
ると、同図に鎖線で示すように、開口59の口縁59ａに照
射ヘッド51が接近したときに、照射ヘッド51が上昇する
前に口縁59ａに突き当たり、照射ヘッド51やワークWaを
損傷する。そのため、開口59を通過する経路で切断する
ことができないという問題点がある。

【０００４】この発明の目的は、開口を有するワークに
対し開口を通過する経路で切断加工する場合でも、開口
の口縁に衝突させることなく照射ヘッドの高さ制御を行
うことのできるレーザ加工機の倣い制御装置を提供する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の構成を実施例
に対応する図１と共に説明する。この発明は、レーザ加
工機の照射ヘッドをワークの表面に対して一定の適正高
さに制御する倣い制御装置である。この倣い制御装置
を、昇降可能な照射ヘッド（１）に設けられてワーク
（Ｗ）との間隔（ｄ）を非接触で検出する変位センサ
（２）と、この変位センサ（２）の検出値（ｖi ）に応
答して前記間隔（ｄ）を一定に制御する倣い制御手段
（17）と、板厚別に照射ヘッド昇降位置の下限値（ｖd
）を設定した下限値設定手段（18）と、前記変位セン
サ（２）の検出値（ｖi ）が前記下限値（ｖd ）を越え
たときに現在高さに維持する現在高さ維持制御手段（1
9）とで構成する。

【０００６】

【作用】この構成によると、照射ヘッド（１）がワーク
（Ｗ）の表面上を通過するときには、変位センサ（２）
の検出値（ｖi ）に応答する倣い制御手段（17）の制御
によって、照射ヘッド（１）とワーク（Ｗ）との間隔が
一定に保たれる。照射ヘッド（１）がワーク（Ｗ）の開
口上方に差し掛かると、変位センサ（２）の検出値（ｖ
i ）が下限値（ｖd ）を越えるので、これに応答する現
在高さ維持制御手段（19）の制御によって、照射ヘッド
（１）は開口に差し掛かる直前の高さに維持される。

【０００７】

【実施例】この発明の一実施例を図１ないし図４に基づ
いて説明する。図２に示すように、この倣い制御装置で
昇降制御されるレーザ加工機はタレットパンチプレスと
複合したものであり、タレット７を設置したフレーム８
の上面にレーザ発振器９を設置し、フレーム８内に昇降
自在に設けたガイド筒10の先端に、レーザ光を照射する
照射ヘッド１が設けられている。パンチ駆動用のラム11
は、照射ヘッド１の後方に位置する。

【０００８】フレーム８の前方には、固定テーブル13ａ
とスライドテーブル13ｂとからなるワークテーブル13が
設けてあり、スライドテーブル13ｂは、キャリッジ14と
共に、ベッド15のレール16上を前後（Ｙ軸方向）に駆動
される。キャリッジ14には横方向（Ｘ軸方向）に進退駆
動されるワークホルダ（図示せず）が設けてあり、これ
らキャリッジ14とワークホルダの移動により、ワークテ
ーブル13上のワークを前後左右に送り可能である。

【０００９】図１に示すように、照射ヘッド１を設けた
ガイド筒10は、ボールねじ６ａとサーボモータ12とから
なる昇降装置６により昇降駆動可能である。照射ヘッド
１は、対物レンズとアシストガスの噴出口（いずれも図
示せず）を有する筒状のものであり、先端に変位センサ
２が設けられている。変位センサ２は、ワークテーブル
13上のワークＷとの間隔ｄを非接触で検出するものであ
り、静電容量方式のものが用いられる。すなわち、変位
センサ２は、照射ヘッド１の先端面に設けた電極とワー
クＷとの間の静電容量の変化により変位を検出するもの
であり、高周波電源（図示せず）に接続されて、静電容
量に応じた出力電圧が得られる。

【００１０】変位センサ２の出力電圧はセンサアンプ３
で増幅され、その増幅電圧ｖi は次段の制御部４に入力
される。この制御部４は、入力されてくる電圧ｖｉに応
答して、ワークＷと照射ヘッド１との間をワークＷの板
厚に応じて予め設定されている一定間隔ｄに制御する倣
い制御手段17と、入力されてくる上記電圧ｖi をワーク
Ｗの板厚に応じて予め設定されている上限電圧値ｖu お
よび下限電圧値ｖd と比較する上下限設定手段18と、上
記入力電圧ｖi が上限電圧ｖu を上回るとき、および下
限電圧ｖd を下回るときに照射ヘッド１を現在高さに維
持する制御をお行う現在高さ維持制御手段19とで構成さ
れている。上記電圧ｖi は照射ヘッド１の高さに比例し
て増減し、上記上限電圧値ｖu は高さ制御で許容できる
照射ヘッド１の上限高さに対応する電圧ｖi の値に、ま
た上記下限電圧値ｖd は高さ制御において許容できる照
射ヘッド１の下限高さに対応する電圧ｖi の値に設定さ
れている。これら上限電圧値ｖu および下限電圧値ｖd
は、板厚別に例えば各々４種類設定される。

【００１１】倣い制御手段17は、センサアンプ３から送
られてくる電圧ｖi を一定周期でサンプリングするサン
プリング回路20と、サンプリングされた電圧値ｖo を更
新しながら保持するサンプルホールド回路21と、保持さ
れた電圧値ｖo と照射ヘッド１の適正高さに対応する目
標電圧値ｖref との差分を演算し、その差分に応じた値
だけ照射ヘッド１を昇降させる指令を出力する昇降指令
回路22とで構成される。

【００１２】昇降指令回路22から出力される昇降指令は
サーボコントローラ５に送られ、この昇降指令に応答す
るサーボコントローラ５によって昇降装置６のサーボモ
ータ12が回転駆動される。上記現在高さ維持制御手段19
による現在高さ維持制御は、倣い制御手段17におけるサ
ンプリング回路20の動作を選択的に停止させることによ
って行われる。

【００１３】制御部４の制御は、タレットパンチプレス
全体の制御を行う数値制御装置ＮＣによって行われる。
また、上下限設定手段18に設定される上限電圧値ｖu ，
下限電圧値ｖd 、および倣い制御手段17の昇降指令回路
22で用いられる適正高さに対応する目標電圧値ｖref
は、切断加工に供されるワークＷの板厚に応じて異なる
ので、これらの値はワークＷの板厚が変わる度に、上記
数値制御装置ＮＣから与えられる。

【００１４】上記構成によるレーザ切断動作を説明す
る。図３（Ａ）に実線で示すように、照射ヘッド１がワ
ークＷの上方にあるときは、変位センサ２の出力に応じ
て、照射ヘッド１とワークＷとの間隔ｄが一定に保たれ
るように、サーボモータ12による照射ヘッド１の昇降制
御が行われる。

【００１５】すなわち、変位センサ２の出力電圧はセン
サアンプ３で増幅され、その増幅電圧ｖi が制御部４に
おいて、倣い制御手段17のサンプリング回路20により図
４（Ａ）に示すサンプリング信号の立ち上がりのタイミ
ングでサンプリングされ、そのサンプリング電圧値ｖo
が次段のサンプルホールド回路21で保持される。保持さ
れた電圧値ｖo は、次段の昇降指令回路22において適正
高さに対応する目標電圧値ｖref と比較され、その差分
だけ照射ヘッド１を昇降すべき指令が出力されサーボコ
ントローラ５に与えられる。これによりワークＷとの間
隔ｄが一定となるように照射ヘッド１の高さが制御され
る。

【００１６】上記制御動作の場合、照射ヘッド１がワー
クＷの上方にあるので、センサアンプ３から出力される
電圧ｖi は制御部４の上下限設定手段18に設定されてい
る下限電圧値ｖd から上限電圧値ｖu までの範囲内にあ
り、このとき上下限設定手段18からの出力は図４（Ｂ）
に示すようにローレベルとなる。これに応答して、現在
高さ維持制御手段19は、倣い制御手段17のサンプリング
回路20を動作可能の状態に維持する。したがって、この
とき倣い制御手段17による前記制御動作が可能である。

【００１７】照射ヘッド１が図３（Ａ）に鎖線位置Ｐで
示すように、ワークＷの開口23に入りかけたときは、変
位センサ２の出力電圧が急激に変化し、センサアンプ３
から倣い制御手段17および上下限設定手段18に入力され
る電圧ｖi は図４（Ｃ）に示すように上下限設定手段18
に設定されている下限電圧値ｖd を大きく下回ることに
なり、このときの上下限設定手段18の出力は図４（Ｂ）
に示すようにハイレベルとなる。この出力に応答して、
現在高さ維持制御手段19が倣い制御手段17のサンプリン
グ回路20の動作を停止させる。このため、サンプルホー
ルド回路21には、図４（Ｃ）に破線で示すように直前の
サンプリング電圧値ｖo が保持される。この状態は、ワ
ークＷの開口23上を通過する間，継続することになる。
その結果、サーボモータ12は停止状態にロックされ、照
射ヘッド１は開口23に入る前の高さを維持して開口23を
通過する。したがって、図３（Ａ）に鎖線位置Ｑで示す
ように、照射ヘッド１が開口23からワークＷの上面に達
するときに、開口23の口縁23ａに衝突するのを防止でき
る。

【００１８】照射ヘッド１が開口23の口縁23ａを過ぎる
ときに、変位センサ２の出力は再度急激に変化するた
め、センサアンプ３からの電圧ｖi が大きくなり、上下
限設定手段18に設定されている下限電圧値ｖd から上限
電圧値ｖu までの範囲内の値に戻る。その結果、現在高
さ維持制御手段19によるサンプリング回路20の動作停止
が解除され、倣い制御手段17による照射ヘッド１の高さ
制御が再開される。このように、開口23の口縁23ａに照
射ヘッド１が衝突することなく、開口23を通過する経路
で、ヘッド高さ制御を行いながら切断加工が行える。

【００１９】なお、ワークＷの端部から加工を行う場合
は、図３（Ｂ）に実線で示すように、照射ヘッド１を一
旦ワークＷの上に配置し、鎖線で示すようにワークＷの
端部から外れる位置に移動させた後に、再度ワークＷ側
へ移動させる。このように、ワークＷの端部から外れさ
せた後も、照射ヘッド１は開口23を通過する場合と同様
に高さ維持を行う。そのため、照射ヘッド１とワークＷ
との間隔ｄを適正高さに調整した状態で、端部からの切
断加工を開始できる。

【００２０】また、前記実施例では変位センサ２として
静電容量方式のものを使用したが、変位センサ２は非接
触で精度良く検出できるものであれば良く、渦電流方式
の変位センサ等を使用することもできる。

【００２１】

【発明の効果】この発明は、昇降可能な照射ヘッドに設
けられてワークとの間隔を非接触で検出する変位センサ
と、この変位センサの検出値に応答して前記間隔を一定
に制御する倣い制御手段と、板厚別に照射ヘッド昇降位
置の下限値を設定した下限値設定手段と、前記変位セン
サの検出値が前記下限値を越えたときに現在高さに維持
する現在高さ維持制御手段とを設けたため、開口を有す
るワークに対し開口を通過する経路で切断加工する場合
でも、開口の口縁に衝突させることなく照射ヘッドの高
さ制御を正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である倣い制御装置の制御
系のブロック図である。

【図２】その倣い制御装置によって制御されるレーザ加
工機の外観斜視図である。

【図３】そのレーザ加工機の動作説明図である。

【図４】その倣い制御装置の動作を示すタイミングチャ
ートである。

【図５】従来例の動作説明図である。

【図６】その加工経路を示す平面図である。

【符号の説明】

１…照射ヘッド、２…変位センサ、３…センサアンプ、
４…制御部、６…昇降装置、17…倣い制御手段、18…上
下限設定手段、19…現在高さ維持制御手段、20…サンプ
リング回路、21…サンプルホールド回路、22…昇降指令
回路、23…開口、23ａ…口縁、Ｗ…ワーク、ｖi …入力
電圧、ｖu …上限電圧値、ｖd …下限電圧値

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 昇降可能な照射ヘッドに設けられてワー
   クとの間隔を非接触で検出する変位センサと、この変位
   センサの検出値に応答して前記間隔を一定に制御する倣
   い制御手段と、板厚別に照射ヘッド昇降位置の下限値を
   設定した下限値設定手段と、前記変位センサの検出値が
   前記下限値を越えたときに現在高さに維持する現在高さ
   維持制御手段とを備えたレーザ加工機の倣い制御装置。