JPH06155055A - レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トーチ部分の機構が簡単でティーチングポイ
ントを増すことなく工作物に対してレーザ光により切断
・溶接などの加工を良好に行うこと。 【構成】 レーザ加工機のトーチＴにはその先端と工作
物Ｗとの間の距離を検出するセンサが配設されている。
このセンサからのセンサデータに基づき、ティチングポ
イント間の補間点では上記距離を機械的に変更するので
はなく、補間点毎の距離に対応してレーザ出力値が補正
されて加工が進行される。このように可動部のないセン
サをトーチＴに配設するだけで良いため、６軸制御のレ
ーザ加工機であっても搭載可能となり、上記補間点にお
ける良好な加工を達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作物に対してレーザ
光により切断・溶接などの加工を行うレーザ加工機に関
する。

【０００２】

【従来技術】従来、三次元レーザ加工機により、例え
ば、自動車部品におけるフェンダーやルーフなどのトリ
ミング、穴切断などの加工を実施している。このときの
レーザ光の出力加減は、ユーザプログラムのプログラム
命令により予め設定された出力値に調整している。又、
レーザ加工機は、レーザ光の出力調整の他、レーザ光を
出力するトーチ先端と工作物表面との間の距離を直動型
ギャップセンサにより一定に保持し良好な加工が実施さ
れるようにしている。上記直動型ギャップセンサは、セ
ンサ及びモータなどの可動部が一体の構成から成り、レ
ーザ加工機のトーチ部分に取り付けられる。この直動型
ギャップセンサは、レーザ加工機のティーチングポイン
トにおける座標位置及び姿勢制御とは独立にアプローチ
方向（レーザ光の照射方向）に対してトーチ先端を移動
することができる。即ち、トーチ先端と工作物表面との
間の距離がティーチングポイント間の補間点毎にセンサ
により求められ、可動部によるトーチ部分の移動により
それら補間点におけるアプローチ方向の距離（高さ）が
補正されるのである。このような直動型ギャップセンサ
を有するレーザ加工機としては、特開昭５９−２２３１
８９号公報「レーザ加工装置」にて開示されたようなも
のが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うな直動型ギャップセンサが取り付け可能であるのは、
５軸制御の三次元レーザ加工機（５軸機）までが主であ
った。この理由としては、６軸制御の三次元レーザ加工
機（以下、６軸機という）のようにアーム先端に３つの
軸を有し座標位置及び姿勢制御するものでは、元々アー
ム先端の機構が複雑であり更に直動型ギャップセンサの
機構を取り付けることができないからである。このた
め、６軸機ではティーチングポイント間の補間点におけ
るアプローチ方向の距離補正をすることが難しく、工作
物の加工途中においてレーザ光の出力値の不適合による
ドロス（dross:加工屑）などが加工部分に発生し易いと
いう問題があった。このようなドロスの発生は、結果的
に工作物の加工不良を招くのである。上記ドロスをなく
すためにはティーチングポイントを増加したりする必要
が生じ、全加工時間が増大するという問題があった。

【０００４】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、トーチ部
分の機構が簡単でティーチングポイントを増すことなく
工作物に対してレーザ光により切断・溶接などの加工を
良好に行うことが可能なレーザ加工機を提供することで
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、トーチ先端よりレーザ発振器からのレ
ーザ光を工作物に照射し加工するレーザ加工機におい
て、前記工作物表面と前記トーチ先端との距離を検出す
る検出手段と、該検出手段により検出された距離の変化
量に基づいて前記レーザ発振器の出力値を補正する補正
手段とを備えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用及び効果】上記の手段によれば、工作物表面とト
ーチ先端との間の距離が検出され、その変化量に基づい
てレーザ発振器の出力値が補正される。このため、トー
チには距離を検出する検出手段のみを配設するだけの簡
単な機構で良く、アプローチ方向の距離（高さ）を補正
するためのモータなどの可動部を必要としない。これに
より、アーム先端に３つの軸を有して複雑な機構の６軸
機などにも搭載可能な構成となり、本発明のレーザ加工
機を使用することによりティーチングポイント間の補間
点においても良好な加工を行うことができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は本発明に係るレーザ加工機として直交座
標型６軸制御のレーザ加工機の全体構成を示した斜視図
である。レール１２はレール１０，１１に案内されて、
サーボモータ（図示略）により駆動され、第１軸（Ｘ
軸）方向に移動する。キャリア１３はレール１２上に慴
動自在に配設されており、サーボモータＭ２により回転
される送り螺子１４により、第２軸（Ｙ軸）方向に移動
する。キャリア１３には慴動子１５が配設されており、
その慴動子１５は図示しない送り螺子機構により第３軸
（Ｚ軸）方向に移動するようになっている。そして、慴
動子１５の先端部には第４軸、第５軸、第６軸それぞれ
の回りに旋回する作業ヘッド１６が配設されている。
又、作業ヘッド１６の先端にはレーザ光を放射する加工
工具であるトーチＴが配設されている。又、１はレーザ
発振器であり、それにより発振されたレーザ光は、ミラ
ー２，３，４と導光路５，６とによってキャリア１３に
導かれる。そして、そのレーザ光はトーチＴから加工物
Ｗに対して放射される。

【０００８】第２図は同実施例に係るレーザ加工機の数
値制御装置の構成を示したブロックダイヤグラムであ
る。２０はマイクロコンピュータ等から成る中央処理装
置である。この中央処理装置２０には、メモリ２５、サ
ーボモータを駆動するためのサーボＣＰＵ２２ａ〜２２
ｆ、ジョグ運転の指令、教示点の指示等を行う操作盤２
６が接続されている。ロボットに取付けられた各軸駆動
用のサーボモータＭ１〜Ｍ６は、それぞれサーボＣＰＵ
２２ａ〜２２ｆによって駆動される。上記サーボＣＰＵ
２２ａ〜２２ｆのそれぞれは、中央処理装置２０から出
力される出力角度データθ１〜θ６と、サーボモータＭ
１〜Ｍ６に連結されたエンコーダＥ１〜Ｅ６の出力α１
〜α６との間の偏差を算出し、この算出された偏差の大
きさに応じた速度で各サーボモータＭ１〜Ｍ６を回転さ
せるように作動する。上記メモリ２５には、ロボットを
教示点等の座標位置データに従って動作させるためのプ
ログラムが記憶されたＰＡ領域とロボットの座標位置と
そのときの姿勢を表す教示点データを記憶するＰＤＡ領
域とが設けられており、教示モードにおいて、複数の教
示点における座標位置データと姿勢データとが記憶され
る。又、メモリ２５のＰＤＡ領域には、後述のセンサデ
ータＤa に対するレーザ光出力値Ｐi の関係を表したマ
ップが記憶されている。そして、中央処理装置２０から
は、レーザ光出力値Ｐi に対応する出力信号がレーザ発
振器１に出力される。

【０００９】図３は、上記トーチＴを説明した拡大断面
図である。トーチＴは主として、トーチ本体部３０とノ
ズル４０の２つの部分から成る。トーチ本体部３０の上
方には、レーザ光を集光する図示しない集光レンズが保
持されている。トーチ本体部３０の円錐形部は、内側に
中心電極部３１、その外周に絶縁層３３を介して取り付
けられたガード電極部３２から成る３重構造にて構成さ
れている。従って、中心電極部３１とガード電極部３２
とは絶縁層３３により完全に電気的に絶縁されている。
ノズル４０は銅により形成され、トーチ本体部３０の中
心電極部３１と螺合するネジ部４１、レーザ光照射口４
４を有する円錐部４２及びネジ部４１と円錐部４２の中
間に位置する円筒形の鍔部４３から成る。ノズル４０は
レーザ光照射口４４付近を僅かに露出させた状態でセラ
ミックから成る絶縁被膜４５により円錐部４２から鍔部
４３まで被覆されている。

【００１０】更に、この絶縁被膜４５は、円錐部４２及
び鍔部４３の両端を僅かに露出させた状態でステンレス
から成る金属被膜４６により被覆されている。従って、
ノズル４０と金属被膜４６とは電気的に絶縁され、トー
チ本体部３０と同様の絶縁体を介して２つの導電体から
成る３層構造となっている。ここにおける絶縁被膜４５
と金属被膜４６との被覆方法は溶射によるものである。
ノズル４０は、トーチ本体部３０とネジ部４１により螺
合されている。この時、螺合部分を介して、トーチ本体
部３０の中心電極部３１とノズル４０とは導通するよう
になっている。又、同時に、トーチ本体部３０のガード
電極部３２の先端が金属被膜４６に接触することにより
両者が導通するようになっている。

【００１１】次に、図４に基づき、本実施例のレーザ加
工機におけるトーチＴ先端と工作物Ｗ表面との間の距離
を測定するセンサ部分の電気的構成について説明する。
交流発振器５０は、アースされた工作物Ｗとノズル４０
及び工作物Ｗと金属被膜４６の間に電場を発生させるた
め、トーチ本体部３０の中心電極部３１とガード電極部
３２に接続されている（以下、工作物Ｗとノズル４０と
の間に発生する電場を中心電場、工作物Ｗと金属被膜４
６との間に発生する電場をガード電場という）。そし
て、工作物Ｗ表面とノズル４０先端との間の距離Ｄの変
化による中心電場の静電容量の変化を直流電圧の変化と
して捉えるために整流機能と増幅機能とを有する距離検
出用アンプ５１が中心電極部３１に接続されている。距
離検出用アンプ５１からの出力信号であるセンサデータ
Ｄa が中央処理装置２０に入力される。

【００１２】次に、本実施例装置で使用されている中央
処理装置２０の処理手順を示した図５のフローチャート
に基づき、図６を参照して説明する。尚、図６(a) は上
述のトーチＴ先端とワークＷとの距離を測定するセンサ
において基準位置をＤ₀ としたときの計測範囲（上限：
Ｄ_U,下限：Ｄ_L ）を示した説明図であり、図６(b) はセ
ンサデータＤa とレーザ出力値Ｐi との関係を示したマ
ップである。ここで、レーザ出力値の補正量ΔＰは工作
物Ｗ表面とノズル４０先端との間の距離Ｄの一次関数：
ΔＰ＝α(Ｄ−Ｄ₀)で与えられている。尚、αはユーザ
設定による定数である。先ず、ステップ１００で、初期
設定として基準位置Ｄ₀ に対するレーザ出力値Ｐ₀ がユ
ーザによるプログラム命令により与えられる。次にステ
ップ１０２に移行して、レーザ出力が開始されるまで待
って、ステップ１０４に移行する。ステップ１０４で
は、その時のレーザ出力値Ｐ₀ が読み込まれる。

【００１３】そして、ステップ１０６に移行し、測定さ
れた距離に対応するセンサからの出力信号であるセンサ
データＤa が読み込まれる。このセンサデータＤa と基
準位置Ｄ₀ との偏差ΔＤが求められ、その偏差ΔＤに対
するレーザ出力値の補正量ΔＰが図６(b) のマップから
求められる。次にステップ１０８に移行して、レーザ出
力値の補正値が次式により算出される。

【数１】Ｐi＝Ｐ₀＋ΔＰ 次にステップ１１０に移行して、ステップ１０８で算出
されたレーザ出力値Ｐi をレーザ発振器１に出力する。
次にステップ１１２に移行して、加工終了点まで到達し
てレーザ出力が終了であるか否かが判定される。このレ
ーザ出力の補正は補間周期毎に行われ、ステップ１１２
での判定がNOであれば、上述のステップ１０４に戻りス
テップ１０４からステップ１１２までの処理が繰り返し
実行される。そして、ステップ１１２で、加工終了点ま
で到達すると本プログラムを終了する。

【００１４】上述したように、本発明に係るレーザ加工
機ではトーチ先端と工作物との間の距離を検出してレー
ザ光出力値を補正変更することにより加工が進行され
る。このため、ティーチングポイント間の補間点では工
作物に対するトーチの高さ位置を変更する必要がない。
従って、本発明に係るレーザ加工機としては加工先端部
分の構成が簡単となるため、先端部分に３つの軸を備え
複雑な機構を有する６軸機も採用でき、良好なレーザ加
工を施すことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的な一実施例に係るレーザ加工機
として直交座標型６軸制御のレーザ加工機の全体構成を
示した斜視図である。

【図２】同実施例に係るレーザ加工機の数値制御装置の
構成を示したブロックダイヤグラムである。

【図３】同実施例装置に係るトーチの構成を示した拡大
断面図である。

【図４】同実施例装置に係るトーチにおけるセンサデー
タ出力を説明するための図である。

【図５】同実施例装置で使用されているＣＰＵの処理手
順を示したフローチャートである。

【図６】センサデータに対するレーザ光出力値の関係を
示した説明図である。

【符号の説明】

１…レーザ発振器 ２０…ＣＰＵ ２５…メモリ Ｔ…トーチ Ｗ…工作物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トーチ先端よりレーザ発振器からのレー
   ザ光を工作物に照射し加工するレーザ加工機において、 前記工作物表面と前記トーチ先端との距離を検出する検
   出手段と、 前記検出手段により検出された距離の変化量に基づいて
   前記レーザ発振器の出力値を補正する補正手段とを備え
   たことを特徴とするレーザ加工機。