JPH05285680A - レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｚ軸倣い動作異常により機械が停止しても、
安全状態を確保すると共に作業を再起動させることによ
り連続無人運転が可能なレーザ加工機を提供する。 【構成】 加工ヘッド２１をワークテーブル５上に載置
されたワークＷに対してＸ軸，Ｙ軸方向に相対的に移動
位置決めし、さらに加工ヘッド２１をＺ軸方向（上下方
向）へ移動位置決めした後レーザ加工を行う。加工時に
は、加工ヘッドに設けられているＺ軸倣い装置３１のセ
ンサＣが、加工ヘッド２１とワークＷとの間隔（Ｚ軸方
向距離）を検知しながらレーザ加工を行っているので、
間隔が所望値異常となる異常状態（Ｚ軸倣い異常とい
う）を検出した場合には、ＣＮＣ装置２７の安全停止機
能手数によりレーザ加工機１を停止させる。そして、異
常状態を回避させた後、ＣＮＣ装置２７の自己復帰機能
手数によりレーザ加工機１の加工を再起動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はレーザ加工機に係り、
さらに詳しくは、加工ヘッドがワークに近づき過ぎるい
わゆるＺ軸倣い異常時に機械を停止させる安全停止機能
手数を有するレーザ加工機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工機は、例えば、加工ヘッドが
装備されたキャリッジをワークテーブル上に載置された
ワークに対してＸ軸方向およびＹ軸方向に位置決めし、
さらに加工ヘッドをこのキャリッジに対してＺ軸方向
（上下方向）に位置決めする。そして、レーザ発振装置
から発振されたレーザ光を、アシストガスと共に加工ヘ
ッドの先端に装着されているノズルヘッドからワークに
向けて照射し、このレーザ光によってワークを切断する
ものである。

【０００３】従って、所望のレーザ加工を行うには、加
工中のレーザ光の焦点を一定に保つ必要がある。すなわ
ち、ノズルヘッドとワークとの距離を一定にする必要が
あり、このために加工中にノズルヘッドのＺ軸方向位置
を制御するセンサを備えたＺ軸倣い装置というものが設
けられている。

【０００４】このＺ軸倣い装置に備えられたセンサによ
り、ワークのそりや歪みによるＺ軸方向位置の変化を検
出し、切断不良の発生を防いで安定な切断を実現するも
のである。

【０００５】従来のＺ軸倣い装置には、ノズルヘッドと
ワークの距離を一定に保つほか、ワークとノズルヘッド
の接触時等のいわゆる倣い異常が発生した時には機械を
停止させる機能がある。すなわち、安全停止機能手数で
あり、ノズルヘッドに設けられているセンサが、常時ノ
ズルヘッドとワークの間隔を検出して異常に接近した場
合や接触した場合にはアラーム信号を制御装置に発して
レーザ加工機の作動を停止させる。これにより、レーザ
加工機が故障したり損傷したりすることを回避するので
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術にあっては、Ｚ軸倣い装置の安全停止機
能手数が異常時にレーザ加工機の作動を停止することに
より機械を保護する役目を果たすものの、通常の加工時
の熱によるワークの歪みや噴出されるアシストガスによ
るワークのバタツキを異常時として検出することがしば
しば起こる。つまり、ワークの歪みやバタツキによるノ
ズルヘッドとワークの間隔の変化をＺ軸倣い装置が異常
時の状態として検出してレーザ加工機を停止させる。こ
のため、レーザ加工機を頻繁に停止させるので連続的な
無人運転ができないという問題が生じていた。

【０００７】この発明の目的は、このような従来の技術
に着目してなされたものであり、Ｚ軸倣い動作の異常に
より機械が停止しても、自動的に異常状態を解消すると
共に作業を再起動させることにより連続無人運転が可能
なレーザ加工機を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ加
工機は、前述の目的を達成するために、レーザ加工用の
加工ヘッドをワークテーブル上に載置されたワークに対
してＸ軸，Ｙ軸方向へ相対的に位置決めすると共に、加
工ヘッドとワークとの間隔を検出するセンサを備えると
共に、加工ヘッドに設けられたＺ軸倣い装置からの信号
により制御装置が加工ヘッドのＺ軸方向位置を制御する
レーザ加工機であって、前記Ｚ軸倣い装置がに備えられ
たセンサ加工ヘッドとワークとの間隔が所望値より異常
であることを検出した場合にレーザ加工機を停止させる
安全停止機能手数と、異常状態を解消すると共にレーザ
加工機を再起動させる自己復帰機能手数とを、前記制御
装置に設けてなるものである。

【０００９】

【作用】この発明に係るレーザ加工機によれば、加工ヘ
ッドをワークテーブル上に載置されたワークに対してＸ
軸，Ｙ軸方向へ相対的に移動位置決めし、さらに加工ヘ
ッドをＺ軸方向（上下方向）へ移動位置決めした後レー
ザ加工を行う。加工時には、加工ヘッドに設けられてい
るＺ軸倣い装置のセンサが、加工ヘッドとワークとの間
隔（Ｚ軸方向距離）を検知しながらレーザ加工を行って
いるので、間隔が所望値より異常となる異常状態（Ｚ軸
倣い異常という）を検出した場合には、制御装置の安全
停止機能手数によりレーザ加工機を停止させる。そし
て、制御装置の自己復帰機能手数の働きにより、異常状
態を解消させた後にレーザ加工機の加工を再起動させ、
連続運転を行う。

【００１０】

【実施例】以下この発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００１１】図７には、この発明に係るレーザ加工機１
が示してある。ベース３上にはワークＷを載置するため
のワークテーブル５が図示しない駆動装置によりＸ軸方
向へ移動位置決め自在に設けられている。このワークテ
ーブル５内部には、Ｘ軸方向に所定間隔で設けられた支
持部材５ａの上面にＹ軸方向に所定の間隔で上向きにワ
ーク支持柱５ｂが多数設けられている。また、ワークテ
ーブル５を跨いで上方には門型形状をした門型フレーム
７が設けられている。

【００１２】門型フレーム７は、ベース３の左右両側で
土台９に立設された左右フレーム１１，１３と、左右フ
レーム１１，１３の上端を連結する上部フレーム１５か
ら構成されている。上部フレーム１５には、Ｙ軸方向に
移動自在なＹ軸キャリッジ１７が設けられており、図示
しない駆動装置により上部フレーム１５に沿ってＹ軸方
向へ移動し、位置決めされる。

【００１３】Ｙ軸キャリッジ１７には、Ｚ軸サーボモー
タ１９（図１参照）によりＺ軸方向へ移動自在な加工ヘ
ッド２１が設けられている。この加工ヘッド２１の下端
部には、レーザビームＬＢを照射するためのノズルヘッ
ド２３が装着されている。従って、加工ヘッド２１をＺ
軸方向へ移動させて位置決めすることによりノズルヘッ
ド２３とワークＷとの間隔を調整する。

【００１４】一方、右フレーム１３の外側には、図示省
略のレーザビームＬＢを発振させるためのレーザ発振装
置が設けられている。このレーザ発振装置から導波管２
５が上部フレーム１５に沿ってＹ軸キャリッジ１７へ至
り、加工ヘッド２１の先端に装着されているノズルヘッ
ド２３に接続されている。この導波管２５はＹ軸キャリ
ッジ１７内では伸縮自在となっている。

【００１５】従って、レーザ発振装置において発振され
たレーザビームＬＢは、導波管２５を通って加工ヘッド
２１に至り、ノズルヘッド２３からワークＷに向かって
照射されることになる。

【００１６】また、前記門型フレーム７には、制御装置
としてのＣＮＣ装置２７が設けられている。このＣＮＣ
装置２９は、前述のように加工ヘッド２１をワークＷに
対する移動位置決め、及びノズルヘッド２３とワークＷ
との間隔の制御を行うためのものである。

【００１７】図１を併せて参照するに、加工ヘッド２１
は、例えば、ギヤ等の伝達装置２９を介してＺ軸サーボ
モータ１９によりＺ軸方向へ移動位置決めされている。
そして、加工ヘッド２１に装着されているノズルヘッド
２３の先端には、すでに公知のセンサＣが取付けられて
いて、ノズルヘッド２３のセンサＣに接続されたＺ軸倣
い装置３１が加工ヘッド２１に設けられている。さら
に、Ｚ軸倣い装置３１はＣＮＣ装置２７に接続されてい
る。

【００１８】Ｚ軸倣い装置３１は、ノズルヘッド２３の
センサＣから送られてくる信号Ｌ１に基づいてノズルヘ
ッド２３とワークＷとの間隔を検知し、異常状態である
か否かを判断して信号Ｌ２をＣＮＣ装置２９に送る。

【００１９】以上の構成より、レーザ加工を行う場合に
は、ワークテーブル５にワークＷを載置固定し、ＣＮＣ
装置２７の制御によりワークテーブル５をＸ軸方向へ、
また加工ヘッド２１をＹ軸方向へ移動位置決めする。さ
らに、ＣＮＣ装置２７は、Ｚ軸倣い装置３１からの倣い
状態信号Ｌ２に基づいてＺ軸サーボモータ１９を駆動
し、ノズルヘッド２３とワークＷとの間隔が所望量とな
るように加工ヘッド２１をＺ軸方向へ移動位置決めす
る。そして、レーザ発振装置から発せられたレーザビー
ムＬＢをノズルヘッド２３からワークＷに向かって照射
してレーザ加工を行う。

【００２０】次に、図２〜図６に基づいて、Ｚ軸倣い異
常時の安全停止と停止状態からの復帰動作について説明
する。

【００２１】図６において、レーザ加工中にノズルヘッ
ド２３とワークＷが近づきすぎたり接触したりすると
（図２に示す状態）、ノズルヘッド２３のセンサＣから
の信号Ｌ１によりＺ軸倣い装置３１がＺ軸倣い異常の発
生を検出する。そして、Ｚ軸倣い装置３１よりアラーム
信号として信号Ｌ２がＣＮＣ装置２７へ出力され、ＣＮ
Ｃ装置２７が加工プログラムを一時安全停止させる（ス
テップＳ１）。この時、レーザビームＬＢは、加工ヘッ
ド２１の移動が停止したのを確認してからオフとするよ
うにする。

【００２２】ステップＳ１で発生したＺ軸倣い異常が連
続して所定回数（Ｎ回とする）未満か否かを判断し（ス
テップＳ２）、Ｎ回未満であれば次のステップに移る。
もし、Ｎ回以上連続してＺ軸倣い異常が発生している場
合には、自己復帰動作異常（Ｓ１２ステップ）としてレ
ーザ加工機１を停止させる（ステップＳ１３）。これ
は、復帰動作を繰り返してもすぐにＺ軸倣い異常となる
場合には、異常加工と判断しレーザ加工機１を安全停止
させるのである。

【００２３】ステップＳ２においてＮ回以下と判断され
た場合は、レーザ加工機１を制御するＮＣモードを自動
から手動に切替えて、ＣＮＣ装置２７のシーケンスプロ
グラムにて自己リセットでＺ軸倣い装置３１のＺ軸倣い
異常アラームを解除する（ステップＳ３）。

【００２４】一時停止状態となったＣＮＣ装置２７は、
加工ヘッド２１をＺ軸倣い異常が発生した位置よりも１
５ｍｍ上昇させてノズルヘッド２３を安全位置へ退避さ
せる（図３に示す状態）。この加工ヘッド２１の上昇
は、ＣＮＣ装置２７内のシーケンスプログラムにて手動
モードを介して行う（ステップＳ４）。

【００２５】加工ヘッド２１の下降速度を低速（１０ｍ
ｍ／ｍｉｎ）に設定すると共に、アシストガスのエアを
オンとして噴出させる（ステップＳ５）。このアシスト
ガスのエアは、溶けたワークＷをふき飛ばすためのもの
である。

【００２６】加工ヘッド２１の下降（図４に示す状態）
を開始し（ステップＳ６）、加工ヘッド２１のＺ軸方向
位置を確認しながら（ステップＳ７）下降を続け、加工
ヘッド２１の位置が異常に下がった場合には自己復帰動
作異常（Ｓ１２ステップ）としてレーザ加工機１を停止
させる（ステップＳ１３）。

【００２７】ノズルヘッド２３のセンサによりＺ軸倣い
装置３１がワークＷを検出するまで加工ヘッド２１の下
降を続けるが（ステップＳ８）、ワークＷを検出すると
加工ヘッド２１の下降を停止する（ステップＳ９）。す
なわち、ＣＮＣ装置２７内シーケンスプログラムにて手
動モードを介して加工ヘッド２１を下降させ、ワークＷ
とノズルヘッド２３が所定の間隔まで接近したことをＺ
軸倣い装置３３のセンサＣが検出したら下降を停止させ
る。

【００２８】加工ヘッド２１が停止した時点でアシスト
ガスのエアをオフとしＮＣモードを手動から自動へ切り
換える（ステップＳ１０）。

【００２９】Ｚ軸倣い装置３１による制御を有効（ワー
クＷとノズルヘッド２３の距離を一定に制御）にし、Ｚ
軸倣い異常により中断した加工プログラムを再起動させ
て通常のレーザ加工を行う（図５に示す状態）。レーザ
加工の再開は、レーザ発振装置２５の出力が安定してか
ら加工ヘッド２１の移動を再開させるシーケンスとする
（ステップＳ１１）。

【００３０】このように、加工時には、加工ヘッド２１
に設けられているＺ軸倣い装置３１のセンサが、加工ヘ
ッド２１とワークＷとの間隔を検知しながらレーザ加工
を行っているので、間隔が所望値より異常となる異常状
態を検出した場合には、ＣＮＣ装置２７が安全停止機能
手数によりレーザ加工機１を停止させる。そして、ＣＮ
Ｃ装置２７の自己復帰機能手数の働きにより、加工ヘッ
ド２１を一旦引上げて異常状態を解消した後、ゆっくり
した速度で徐々に加工ヘッド２１を降下させ、Ｚ軸倣い
装置３１が所定の間隔に達したことを検出してから再び
レーザ加工機１の加工を再起動させるので、機械の安全
を確保すると共に無人による連続運転を行うことができ
る。

【００３１】尚、上記実施例においては、ワークＷをＸ
軸方向へ移動させ、加工ヘッド２１をＹ軸方向へ移動位
置決めさせる場合について説明したが、これに限らず、
加工ヘッド２１をＸ軸，Ｙ軸方向へ移動位置決めさせて
もよいし、また、ワークＷをＸ軸，Ｙ軸方向へ移動位置
決めさせるようにしてもかまわない。

【００３２】

【発明の効果】この発明に係るレーザ加工機は以上説明
したような構成のものであり、加工ヘッドをワークテー
ブル上に載置されたワークに対してＸ軸，Ｙ軸方向に相
対的に移動位置決めし、さらに加工ヘッドをＺ軸方向
（上下方向）へ移動位置決めした後レーザ加工を行う。
そして、加工時には、加工ヘッドに設けられているＺ軸
倣い装置のセンサが、加工ヘッドとワークとの間隔を検
知しながらレーザ加工を行っているので、間隔が所望値
より異常となる異常状態を検出した場合には、制御装置
の安全停止機能手数によりレーザ加工機を停止させる。
その後、制御装置の自己復帰機能手数の働きにより、異
常状態を解消させた後にレーザ加工機の加工を再起動さ
せる。これらの停止及び復帰動作を制御装置に備えられ
たプログラムにより自動的に行うため、従来のように作
業者による復帰作業が必要でなくなり、無人による連続
運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るレーザ加工機のＺ軸倣い装置を
示す説明図である。

【図２】Ｚ軸倣い異常時の加工ヘッドとワークの関係を
示す説明図である。

【図３】加工ヘッドを退避させた状態を示す説明図であ
る。

【図４】加工ヘッドを退避位置から徐々に下降させる状
態を示す説明図である。

【図５】レーザ加工を再開した状態を示す説明図であ
る。

【図６】倣い異常時における自己復帰機能の動作を示す
フローチャートである。

【図７】レーザ加工機の全体を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ レーザ加工機 ５ ワークテーブル ２１ 加工ヘッド ２９ ＣＮＣ装置（制御装置） ３３ Ｚ軸倣い装置 Ｗ ワーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ加工用の加工ヘッドをワークテー
   ブル上に載置されたワークに対してＸ軸，Ｙ軸方向へ相
   対的に位置決めすると共に、加工ヘッドとワークとの間
   隔を検出するセンサを備えると共に加工ヘッドに設けら
   れたＺ軸倣い装置からの信号により制御装置が加工ヘッ
   ドのＺ軸方向位置を制御するレーザ加工機であって、前
   記Ｚ軸倣い装置に備えられたセンサが加工ヘッドとワー
   クとの間隔が所望値より異常であることを検出した場合
   にレーザ加工機を停止させる安全停止機能手数と、異常
   状態を解消すると共にレーザ加工機を再起動させる自己
   復帰機能手数とを、前記制御装置に設けてなることを特
   徴とするレーザ加工機。