JPH06226480A - レーザヘッド高さ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 切断加工において、ワークに傷を付けること
なく非接触で間隔一定の制御を行う場合に、ワークの穴
を通過する加工を、レーザヘッドが穴に落ち込むことな
く良好に行えるようにする。 【構成】 レーザヘッド６に設けられた静電容量型の変
位センサ２１の検出値で、平板状ワークＷの表面に対す
るレーザヘッド高さを一定に制御する倣い制御手段２６
を有するものに適用する。上記構成において、レーザヘ
ッド６から下方に突出してワークＷに接触可能な接触検
出センサ２３を設ける。レーザ加工の開始前に、接触検
出センサ２３をワークＷに接触させて接触時のレーザヘ
ッド高さから下限値Ｚ１を設定する下限設定サイクル制
御手段２７を設ける。また、レーザヘッド高さが下限設
定値Ｚ１以下となる間の下降方向の倣い制御を無効とす
る現状高さ維持手段２９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、板状ワークの切断加
工を行うレーザ加工機におけるレーザヘッド高さ制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザによる切断加工では、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、切断用レ
ーザ加工機では、ワーク表面に接する倣い部材を設けて
ワーク表面に対するレーザヘッド高さを一定に制御する
機構が一般に装備されている。これにより、板状ワーク
に生じている波状湾曲の凹凸に対して、精度良くレーザ
ヘッド位置を保つことができる。しかし、倣い部材を摺
接させると、ワーク表面に微細な傷が付くことがあり、
鏡面加工仕上げ板のような傷付きを極度に嫌うワーク
や、傷の生じ易い材質のワークでは、前記の倣い部材が
使用できない。

【０００３】このため、図７に示すように非接触の変位
センサを備えたものも開発されている。すなわち、レー
ザヘッド５１の先端に変位センサ５２を設け、変位セン
サ５２の検出値に応じてレーザヘッド５１をサーボモー
タ（図示せず）により昇降させ、レーザヘッド５１の先
端とワークＷａの表面との間隔ｄを一定に倣い制御する
ようにしている。変位センサ５２には静電容量式のもの
等が採用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図８に示すよ
うに、ワークＷａに設けられた穴５９を通過する経路ｃ
で切断加工を行うことがあり、このような場合、単に間
隔ｄが一定になるように制御するだけでは、図７（Ｂ）
のようにレーザヘッド５１が穴５９に落ち込む。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、穴
５９の縁５９ａにレーザヘッド５１が到ったときに、レ
ーザヘッド５１が上昇する前に縁５９ａに干渉し、レー
ザヘッド５１やワークＷａを損傷する。そのため、穴５
９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。

【０００５】この発明の目的は、非接触でワークに傷付
けることなく間隔一定の制御が行え、かつレーザヘッド
の穴への落ち込みを生じることなく、穴を通過する切断
加工が行えるレーザヘッド高さ制御方法を提供すること
である。

【０００６】

【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。この高さ制御装置は、
レーザヘッド（６）に設けられた非接触式の変位センサ
（２１）の出力に応じてレーザヘッド（６）の高さ制御
を行う倣い制御手段（２６）を備えたものに適用され
る。上記構成の装置において、レーザヘッド（６）から
下方に突出してワーク（Ｗ）に接触可能な接触検出セン
サ（２３）を設け、この接触検出センサ（２３）をワー
ク（Ｗ）に接触させて接触時のレーザヘッド高さから下
限値（Ｚ１）を設定する下限設定サイクル制御手段（２
７）を設ける。また、レーザヘッド高さが下限設定値
（Ｚ１）以下となる倣い制御を無効とする現状高さ維持
手段（２９）を設ける。

【０００７】

【作用】加工の開始に先立って、下限設定サイクル制御
手段（２７）の指令により、レーザヘッド（６）を下降
させてワーク（Ｗ）の穴（Ｗｈ）のない箇所に接触検出
センサ（２３）を接触させる。この接触時のレーザヘッ
ド高さから下限値（Ｚ１）を設定する。この後、倣い制
御手段（２６）による隙間一定の倣い制御を行いなが
ら、レーザヘッド（６）による切断加工を行う。

【０００８】レーザヘッド（６）がワーク（Ｗ）の穴
（Ｗｈ）の位置に来ると、変位センサ（２１）がワーク
（Ｗ）から遠く離れたことと同じ状態となって変位検出
値が大きくなり、レーザヘッド（６）が下降する。この
とき、レーザヘッド（６）が前記の下限設定値（Ｚ１）
の高さまで下降すると、現状高さ維持手段（２９）の指
令により倣い制御が無効とされ、現状高さが維持され
る。レーザヘッド（６）が穴（Ｗｈ）を通過して再びワ
ーク（Ｗ）の上方に位置し、変位センサ（２１）の変位
検出値が小さくなると、レーザヘッド（６）の上昇が行
われる。そのため、レーザヘッド（６）は下限設定値
（Ｚ１）よりも高い位置となり、上下両方向の倣いが再
開される。このように、倣い制御によるレーザヘッド位
置の下限値（Ｚ１）が規制され、前記下限値（Ｚ１）以
下にレーザヘッド（６）が下降しないように制御される
ことにより、ワーク（Ｗ）に形成された穴（Ｗｈ）を通
過する経路で切断加工が行える。

【０００９】

【実施例】この発明の一実施例を図１ないし図６に基づ
いて説明する。図２はこの実施例のレーザヘッド高さ制
御装置を適用するレーザ加工機の平面図である。このレ
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１を設置したフレーム２の上面に、レー
ザ発振器３から導かれたレーザダクト４を配置し、パン
チ駆動用ラム５によるパンチ位置の前方にレーザヘッド
６を設けてある。

【００１０】フレーム２の前方には、固定テーブル７ａ
とスライドテーブル７ｂとからなるワークテーブル７が
設けてあり、スライドテーブル７ｂはキャリッジ８と共
に、ベッド９のレール１０上を前後（Ｙ軸方向）に移動
自在である。キャリッジ８にはワークホルダ１１の取付
けられたクロススライド１２が横（Ｘ軸方向）移動自在
に搭載してある。キャリッジ８およびクロススライド１
２は、それぞれＹ軸サーボモータ１４およびＸ軸サーボ
モータ１３により送りねじ１６，１５を介して進退駆動
される。これらキャリッジ８およびクロススライド１２
の移動により、ワークホルダ１１に把持されたワークＷ
がワークテーブル７上にレーザヘッド６およびパンチ用
ラム５に対して縦横に送られる。

【００１１】図１に示すように、レーザヘッド６を設け
たガイド筒１７は、送りねじ１９とＺ軸サーボモータ１
８とからなる昇降装置２０により昇降駆動可能である。
レーザヘッド６の先端には静電容量型の非接触式の変位
センサ２１が設けてある。変位センサ２１は、センサ電
極と金属製ワークＷとの隙間に生じる静電容量の変化に
より、両者間の高さＨに応じた変位検出値Ｖをセンサア
ンプ２２から電圧値として出力するものである。高さＨ
と変位検出値Ｖとは略比例関係にある。なお、この実施
例では、高さＨが１．５mmとなるときに、変位検出値Ｖ
が零となるようにセンサアンプ２２を設定してある。

【００１２】また、レーザヘッド６のガイド筒１７に
は、接触検出センサ２３が、レーザヘッド６の先端より
も下方に突出する作用位置と非突出状態となる格納位置
との２位置に上下位置切替え可能に設けてあり、シリン
ダ装置等のセンサ昇降装置２４で昇降させられる。接触
センサ２３は、ワークＷに接触したことを電流の導通に
より検出するものであり、通電検出器２３ａを有してい
る。ワークホルダ１１は前記の通電のためにアースして
ある。

【００１３】図１において制御系を説明する。ＮＣ装置
２５は、このレーザ・タレットパンチ複合機の全体を制
御する装置であり、その機能手段の一部として倣い制御
手段２６と下限決定サイクル制御手段２７とが設けてあ
る。倣い制御手段２６は、変位センサ２１の変位検出値
Ｖに応じた速度指令値をＺ軸サーボモータ１８に出力
し、高さＨが一定（前記の設定例では１．５mm）になる
ように制御する手段である。

【００１４】この倣い制御手段２６と変位センサ２１の
センサアンプ２２との間に、変位検出値Ｖの信号処理を
行って倣い制御手段２６に処理済変位検出値Ｖｂを出力
する穴認識制御装置２８が設けてある。穴認識制御装置
２８は、プログラマブルコントローラ（図示せず）の一
部の機能手段、または独立して設けられたＣＰＵおよび
メモリ装置等からなる制御装置であり、その記憶プログ
ラムとハードウェアにより、現状高さ維持手段２９が構
成される。なお、変位検出値Ｖの信号処理は、サンプリ
ング値をＡ／Ｄ変換して行い、処理後にＤ／Ａ変換して
処理済変位検出値Ｖｂとして出力する。

【００１５】現状高さ維持手段２９は、Ｚ軸サーボモー
タ１８に付設された位置検出器３０の出力からレーザヘ
ッド６の高さ位置（Ｚ座標）を監視し、Ｚ座標が下限設
定値Ｚ１以下になる間は、処理済変位検出値Ｖｂとし
て、上昇指令となる値（負の電圧値）だけを出力する手
段である。すなわち、この手段２９は、Ｚ座標が下限設
定値Ｚ１以下になる間に、変位検出値Ｖとして正の値
（上昇指令となる値）が入力されたときは、零ボルト信
号（現状高さを維持させる値）を出力する。

【００１６】下限決定サイクル制御手段２７は、ＮＣ装
置２５で実行させる加工プログラムの一部とＮＣ装置２
５のハードウェアとで構成される。この手段２７は、レ
ーザ加工の開始前に、ワークＷのパンチ穴（Ｗｈ）が形
成されていない箇所を指定してレーザヘッド６を下降さ
せ、接触検出センサ２３がワークＷに接触したときのＺ
軸座標値を取り込んで、現状高さ維持手段２９の下限設
定値Ｚ１として設定する手段である。

【００１７】図３は、図１のＮＣ装置２５に実行させる
加工プログラム３１の一部を示す。この加工プログラム
３１において、データｓ１はプログラム名称、指令ｓ２
はパンチ加工指令を示す。指令ｓ３は下限決定サイクル
を行わせる指令であり、そのＸ，Ｙ軸の軸送り指令部分
「Ｘ−Ｙ−」には、パンチ穴Ｗｈのない場所を記述して
おく。同指令ｓ３の指令部分「Ｍ△△」は、レーザヘッ
ド６を下降させて接触検出センサ２３のオン時にＺ座標
を読み取り、下限設定値記憶部２９ａに転送する指令で
ある。指令ｓ４は、ワークＷの最初のレーザ加工の指令
を示す。

【００１８】上記構成の動作を説明する。図３の加工プ
ログラム３１に従い、パンチ加工の終了後に、まず図４
（Ａ）および図５（Ａ）に示すように下限設定値Ｚ１を
定める。すなわち、レーザヘッド６がパンチ穴Ｗｈのな
い位置に来るようにワークＷを軸送りした後、Ｚ軸を下
降させ（図５のステップＳ１）、接触検出センサ２３が
ワークＷに接触すると（Ｓ２）、Ｚ軸の下降を停止する
と共に（Ｓ３）、Ｚ軸座標値を読み取り、その座標値を
下限値Ｚ１として設定する（Ｓ４）。なお、接触検出セ
ンサ２３は、この下限設定サイクルの間だけ下方へ突出
させ、あるいはレーザ加工の開始に伴って上昇位置に退
避させる。

【００１９】この後、図４（Ｂ）および図５（Ｂ）のよ
うに倣いモードでレーザ加工を行う。この倣いモード
（図４のステップＲ１）では、位置検出器３０から得ら
れるＺ軸座標値が下限設定値Ｚ１よりも大きいときのみ
倣い制御を有効とし、Ｚ１以下であるときは倣い制御を
無効とする。この有効／無効の制御は、現状高さ維持手
段２９により行われる。倣い制御を無効とするのは、レ
ーザヘッド６を下降させる方向の倣いだけであり、上昇
方向の倣いは常に有効とされる。無効時は、前記のよう
に処理済検出値Ｖｂとして零ボルト信号を出力し、倣い
制御手段２６からはＺ軸サーボモータ１８を停止させる
指令を出力する。

【００２０】このため、次のようにパンチ穴Ｗｈを通過
するレーザ加工が行える。図６（Ａ）において、曲線ａ
は、ワークＷに対するレーザヘッド６の実際の高さを示
す。ワークＷにはレーザヘッド６の移動経路に穴Ｗｈが
形成されている。ワークＷは、湾曲を省略して完全に平
端な状態に図示してある。同図（Ｂ）の曲線ｂは、ワー
ク位置とセンサアンプ２２の変位検出値Ｖとの関係を示
す。同図において、レーザヘッド６（図１）が穴Ｗｈに
至るまでは、レーザヘッド６の高さ（Ｚ軸座標）が下限
設定値（Ｚ１）よりも大きく、変位検出値Ｖに応じた隙
間一定の倣い制御が行われる。レーザヘッド６が穴Ｗｈ
に差しかかると、変位センサ２１がワークＷから遠く離
れたことと同じ状態となって変位検出値Ｖが曲線ｂ１部
分で示すように大きくなり、レーザヘッドが下降する。
このとき、レーザヘッド６が下限設定値（Ｚ１）まで下
降すると、倣い制御が無効とされ、現状高さが維持され
る。

【００２１】レーザヘッド６が穴Ｗｈを通過して再びワ
ークＷの上方に位置し、変位センサ２１の変位検出値が
小さくなると、レーザヘッド６の上昇が行われる。その
ため、レーザヘッド６は下限設定値Ｚ１よりも高い位置
となり、上下両方向の倣いが再開される。なお、図６
（Ｂ）に曲線部分ｂ２〜ｂ４で示すような変位検出値Ｖ
の瞬間変動は、穴認識処理手段２８における適宜の信号
処理手段で無視され、円滑なレーザ加工が行われる。

【００２２】この高さ制御装置によると、このように倣
い制御によるレーザヘッド６の下限値が規制されるた
め、ワークＷに形成された穴Ｗｈにレーザヘッド６が落
ち込むことなく、穴Ｗｈを通過する経路で切断加工が行
える。レーザヘッド６の下限値Ｚ１は、前記のように接
触検出センサ２３で実際のワーク表面を検出して設定す
るため、信頼性の高い検出が行え、またこのように下限
値Ｚ１を設定して高さ一定制御を行うので、制御が簡単
である。

【００２３】なお、前記実施例では、現状高さ維持手段
２９は、ＮＣ装置２５へ入力する処理済変位検出値Ｖｂ
の制御によって下降方向の倣い制御を無効とするように
したが、現状高さ維持手段２９は、Ｚ座標が下限設定値
Ｚ１以下となる間だけ、ＮＣ装置２５における軸送り制
御手段に下降方向のインタロックをかけて、レーザヘッ
ド６の現状高さ維持を行わせるものとしても良い。

【００２４】

【発明の効果】この発明のレーザヘッド高さ制御装置
は、非接触型変位センサによる間隔一定の倣い制御にお
いて、レーザヘッド下降位置の下限値を設定し、下限値
よりも下降する倣い制御を無効とする現状高さ維持手段
を設けたため、ワークの湾曲に対する間隔一定制御を非
接触で行ってワークを傷付けることなく間隔一定の良好
な加工が行え、しかもワークに通常に生じている湾曲と
加工穴とを判別し、穴内へのレーザヘッドの落ち込みを
防止して穴を通過する切断加工を行うことができる。ま
た、下限値の設定は、レーザヘッドに設けた接触検出セ
ンサをワークに接触させて設定するようにしたため、下
限値を適正な値に設定して信頼性の高い制御が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかるレーザヘッド高さ
制御装置の概念構成のブロック図である。

【図２】そのレーザ加工機の平面図である。

【図３】加工プログラム例の説明図である。

【図４】下限設定時およびレーザ加工時の動作説明図で
ある。

【図５】下限設定サイクルおよびレーザ加工動作の流れ
図である。

【図６】レーザヘッド高さと変位検出値との関係を示す
グラフである。

【図７】従来例の動作説明図である。

【図８】同従来例の穴通過経路の説明図である。

【符号の説明】

６…レーザヘッド、７…ワークテーブル、１１…ワーク
ホルダ、１８…Ｚ軸サーボモータ、２１…変位センサ、
２３…接触検出センサ、２５…ＮＣ装置、２６…倣い制
御手段、２７…下限設定サイクル制御手段、２９…現状
高さ維持手段、Ｈ…高さ、Ｗ…ワーク、Ｗｈ…穴

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザヘッドに設けられた非接触式の変
   位センサの出力に応答してレーザヘッドの高さ制御を行
   う倣い制御手段と、レーザヘッドに下方へ突出可能に設
   けられてワークに接触可能な接触検出センサと、この接
   触検出センサをワークに接触させて接触時のレーザヘッ
   ド高さから下限値を設定する下限設定サイクル制御手段
   と、レーザヘッド高さが前記下限値以下となる間の下降
   方向の倣い制御を無効とする現状高さ維持手段とを備え
   たレーザヘッド高さ制御装置。