JPH06312283A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】加工対象物の形状等に左右されることなく、加
工対象物とノズル間の距離を一定に保持する機能と、バ
ーニング現象を検出する機能とを兼ね備えたレーザー加
工装置を提供する。 【構成】ピアシングセンサーとハイトセンサーアンプと
を備えたレーザー加工装置に、被加工対象物を切断加工
中に発生する被加工対象物の溶解からの反射光をピアシ
ングセンサーでも検出することによって被加工対象物に
存在する凹凸部及びバーニング現象の発生の両方を検出
するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加工対象物をレーザー光
線で加工するためのピアシングセンサーと、ノズル先端
と加工対象物との間隔を一定に維持するためのハイトセ
ンサーアンプとを備えたレーザー加工装置であり、詳し
くはピアシングセンサーを切断加工中でも作動させるよ
うにしたレーザー加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来におけるレーザー加工装置のピアシ
ングセンサー及びハイトセンサーアンプについて図を参
照にして説明する。ここで、レーザー光により被加工対
象物を切断加工する場合、先ずピアシングが行なわれ
る。このピアシングの工程は所定時間を予め設定したピ
アシング時間経過後に通常の切断工程に自動的に移行す
る。従って、ピアシングに要する時間は被加工対象物の
板厚、材質、照射されるレーザーの出力等によりバラツ
キがある。

【０００３】これを解決するために、被加工対象物の加
工反対側にセンサーを設けてレーザー光を検出するよう
にした装置、又は同一出願人から出願されている特願平
３ー１２１９２９号はノズル先端に反射される被加工対
象物から反射光の変化を検出して被加工対象物のピアシ
ングを検出する方法が提案されている。

【０００４】又、被加工対象物とノズル先端との間隔を
一定に維持するためのハイトセンサーアンプは、レーザ
ー光線が照射するノズル先端と被加工対象物との距離間
に発生する静電容量を検出してその間隔を維持する手法
が周知である。この静電容量に基づいてノズル先端と被
加工対象物との間隔を維持する手法を前進させた提案が
同一出願人から特願平４ー１９１２９３号に開示されて
いる。この提案は静電容量値を電圧値に変換して距離を
算出するものである。

【０００５】即ち、このピアシングセンサー及びハイト
センサーアンプを備えたレーザー加工装置は、図５に示
すように、レーザー加工装置本体２と、ピアシングセン
サー１４と、ハイトセンサーアンプ２０とから構成され
ている。

【０００６】レーザー加工装置本体２は、ピアシングセ
ンサー１４及びハイトセンサーアンプ２０の制御によ
り、被加工対象物Ａに対してピアシング工程及び切断加
工をするために、被加工対象物Ａとノズル先端との距離
を所定間隔に維持させるものであり、レーザー発振部３
と、ミラー部４と、トーチ部５と、ピアシングセンサー
部６と、ハイトセンサーノズル部７と、集光レンズ１２
と、Ｚ軸サーボモーター１３とから構成されている。

【０００７】ピアシングセンサー１４は、レーザー加工
装置本体２のトーチ部５のノズル先端と被加工対象物Ａ
との間隔を所定距離に維持して被加工対象物Ａの適宜位
置に小さな穴を開けるものであり、フォトダイオード１
５と、増幅器１６と、コンパレーター１７と、リトリガ
ブルマルチバイブレーター１８と、フォトカプラ１９と
から構成されている。

【０００８】このように構成されたレーザー加工装置の
ピアシングセンサー１４の動作及びその機能は、被加工
対象物Ａの溶解による反射光を受光して、その変化に基
づいてピアシングの終了を検出することができる。

【０００９】ハイトセンサーアンプ２０は、レーザー光
線で被加工対象物Ａを加工中における被加工対象物Ａと
トーチ部５のノズル先端との間隔を適正に維持するため
のものであり、ハイトセンサー部２１とプラズマ検出部
２６とから構成されている。

【００１０】ハイトセンサーアンプ２０は、振幅が高け
ればプラズマ検出部２６を介して接続端子Ｃからプラス
の電圧を出力し、振幅が低ければマイナスの電圧を出力
する。そして、予め設定された値と近似又は等しければ
ＯＶの電圧を出力し、該出力された電圧はレーザー加工
装置本体２のＺ軸サーボモーター１３に供給されてレー
ザー加工装置本体２のトーチ部５のノズルが被加工対象
物Ａとの適正な距離に制御されることとなる。

【００１１】プラズマ検出部２６は、通常のレーザー光
線の加工中には起こり得ない静電容量の変化分、即ち基
準範囲値以上の変化分を検出するものであり、現在値ホ
ールド回路２７と、切換スイッチ２８、２９と、２つの
ローパスフィルター２４、２５と、減算回路３２と、ウ
インドコンパレーター３３と、ディレイタイマ３４とか
ら構成されている。

【００１２】このような構成からなるプラズマ検出部２
６は、先ず切換スイッチ２９を一方の入力端子２９ａ側
に切換えることによって、ハイトセンサー部２１の信号
処理回路２５からの被加工対象物Ａとトーチ部５のノズ
ル先端との間で生じた静電容量値に基づいて変換した電
圧をレーザー加工装置本体２のＺ軸サーボモーター１３
に供給してトーチ部５のノズル先端と被加工対象物Ａと
の間隔を、例えプラズマ等が発生した場合であっても、
適正状態に維持するための制御をすることができる。

【００１３】即ち、プラズマが発生したことをウインド
コンパレーター３３で検出してディレイタイマ３４を働
かせることにより切換スイッチ２９を他方の入力端子２
９ｂ側に切換えることによって、現在値ホールド回路２
７によりプラズマの発生した直前に供給されているＺ軸
サーボモーター６への電圧値、又はＧＮＤの電位を接続
端子Ｃを介してレーザー加工装置本体２のＺ軸サーボモ
ーター１３に供給する。

【００１４】このトーチ部５のノズル先端と被加工対象
物Ａとの距離（Ｔ）から得られた電圧値によって、レー
ザー加工装置本体２のＺ軸サーボモーター１３を駆動さ
せ、この電圧値を得るための基準となる適正電圧値は、
例えば０Ｖや５Ｖ等に適宜設定することができ、この設
定された適正電圧値に対応した電圧をＺ軸サーボモータ
ー１３に送ることによって適正距離（Ｔ）を維持する。
もし、適正電圧値が０Ｖであれば、接地ＧＮＤ側にし、
その他の適正電圧値であれば、現在値ホールド回路２７
からの信号に基づく電圧をＺ軸サーボモーター１３に供
給すればプラズマが発生した時であっても、距離（Ｔ）
は維持されることになる。

【００１５】従って、ディレイタイマ３４によって所定
時間（バーニング現象によるプラズマが終了するであろ
う時間）に設定してあれば、プラズマ等の発生している
時間は現状の被加工対象物Ａとトーチ部５のノズル先端
との距離関係を直前の適正位置の状態に復旧維持するこ
とができる。

【００１６】このように静電容量から得られた電圧の変
化をレーザー加工装置本体２のＺ軸サーボモーター１３
に加えて、トーチ部５のノズル先端と被加工対象物Ａと
の適正位置を制御し、常にレーザー光線の焦点を被加工
対象物Ａの表面で結ぶようにして最適加工位置を保つよ
うにする。

【００１７】この最適加工位置のトーチ部５のノズル先
端と被加工対象物Ａとの距離（Ｔ）を維持する電圧値
は、予め定められた最適電圧値を基準にして決定され
て、レーザー加工装置本体２のＺ軸サーボモーター１３
に供給される。

【００１８】また、レーザー光線による加工中にプラズ
マ等が発生した場合には、トーチ部５の中心電極９によ
り得られる静電容量は急激に大きな値（基準範囲値以上
の値）になる。従って、この静電容量を振幅に変換され
た信号（検波回路２４からの出力信号）を常時監視する
ことによって、プラズマ等の発生を監視することができ
る。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術によるピアシングセンサー及びハイトセンサーア
ンプを備えたレーザー加工装置は、被加工対象物Ａに穴
がある場合と、被加工対象物Ａに反りまたは曲面が有る
場合、及びバーニング現象が生じた場合との識別ができ
ないため、正確な加工ができないと云う問題点があっ
た。

【００２０】又、ピアシングセンサーはピアシング終了
後においては何ら機能していないため、所謂バーニング
現象の発生を検出するのはハイトセンサーアンプによる
ノズル先端と被加工対象物の間で生じる静電容量による
変化分の検出のみにより判断していると云う問題点があ
る。

【００２１】従って、被加工対象物の形状や異物等に関
わらず、加工中における被加工対象物の加工状態を検出
することに解決しなければならない課題を有している。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るレーザー加工装置は、ノズル先端と被
加工対象物との間隔を一定に保持するハイトセンサーア
ンプと、ピアシングの際に前記被加工対象物の溶解によ
る反射光に基づいてピアシング状態を検出するピアシン
グセンサーとを備え、前記ピアシングセンサーは前記被
加工対象物を切断加工の際に生じる反射光を検出するよ
うにしたことである。又、被加工対象物を切断加工の際
に、ハイトセンサーアンプによるノズル先端と被加工対
象物との間隔から生じる静電容量の検出と共に、ピアシ
ングセンサーによる被加工対象物の溶解による反射光の
検出とを組み合わせて切断加工状態を検出すること；ピ
アシングセンサーは、切断加工の際に被加工対象物の溶
解から生じる反射光に基づいて被加工対象物の凹凸部及
びバーニング現象を検出すること；ノズル先端と被加工
対象物との間隔を適正位置に保持した後に被加工対象物
の凹部を検出した時にノズル先端と被加工対象物との間
隔を前記適正位置に維持すること；被加工対象物を切断
加工の際にバーニング現象が発生した時に、前記ノズル
先端をバーニング現象の検出した直前の状態に維持する
こと、又はノズル先端を被加工対象物から遠ざかる方向
に移動させるレーザー加工装置である。

【００２３】

【作用】上記構成により、本発明に係るレーザー加工装
置は、ノズル先端と被加工対象物との間の距離を一定に
保持しながらピアシング工程及び切断加工する際に、切
断加工工程においてもピアシングセンサーを作動させて
被加工対象物からの反射光を検出することによって、ハ
イトセンサーアンプと組み合わせた検出が可能となり、
加工対象物の穴部、凹凸部、反り面、バーニング現象等
の検出を正確に行なうことができるようになる。

【００２４】加工対象物の凹部を検出した時に加工対象
物とノズル先端との間隔を適正位置に維持すること、及
び加工対象物を加工の際にバーニング現象が発生した時
にノズル先端を加工対象物から遠ざかる方向に移動させ
るようにすることによって、加工対象物の凹部への突入
及び凸部への激突、又はバーニング現象が発生した時に
加工対象物の不良切断を回避することができるようにな
る。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１〜図４を
参照して説明する。尚、図５を用いて説明した従来技術
と同一のものには同一番号を付し、且つ適宜引用して説
明する。本発明に係るレーザー加工装置は、図１に示す
ように、レーザー加工装置本体２と、ピアシングセンサ
ー１４と、ハイトセンサーアンプ２０と、処理ユニット
３５と、数値制御（ＮＣ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎ
ｔｏｒｏｌ）３６とから構成されている。

【００２６】レーザー加工装置本体２は、レーザー発振
部３と、ミラー部４と、トーチ部５と、ピアシングセン
サー部６と、ハイトセンサーノズル部７と、集光レンズ
１２と、Ｚ軸サーボモーター１３とから構成されてい
る。

【００２７】レーザー発振部３は、被加工対象物をレー
ザー光で切断する所定の強さのレーザー光線を照射する
ものであり、その照射方向はミラー部５になるように予
め設定されている。

【００２８】ミラー部４は、レーザー発振部２からのレ
ーザー光線をトーチ部５を介して被加工対象物に照射す
るようにレーザー光線の進行方向を予め設定するもので
あり、トーチ部５の上方の位置に設けられている。

【００２９】トーチ部５は、被加工対象物Ａにレーザー
光線を照射するものであり、ピアシングセンサー部６
と、ハイトセンサーノズル部７と、集光レンズ１２とを
備えた構造になっている。

【００３０】ピアシングセンサー部６は、被加工対象物
Ａにレーザー光線Ｂを照射した反射光を受光できる適宜
位置に複数の受光部６ａを備えた構造である。例えばこ
の受光部６ａは、図に示すように、トーチ部５の内部で
あって、ミラー部４と集光レンズ１２との間に配設さ
れ、レーザー光線による反射光を受光できる適切な位置
に設定されている。この受光部６ａはファイバーケーブ
ルを介して途中で１箇所にする分岐部６ｂに接続され、
該分岐部６ｂの出力側はピアシングセンサー１４の入力
側に接続されている。即ち、複数の受光部６ａで得られ
た被加工対象物からの反射光は分岐部６ｂにより集合さ
れてピアシングセンサー１４に入力される。

【００３１】このように受光部６ａに用いられるセンサ
は、被加工対象物Ａが溶解するときに発生する可視光線
（３８０乃至７８０ｎｍの周波数帯域）を採光できる多
成分のグラス・ファイバーを用い、且つ平均的な安定し
た採光をとるために受光部６ａを複数箇所に配設した多
分岐ファイバである。そしてこの受光部６ａは、トーチ
部５内に設けてもよく、トーチ部５外であってもピアシ
ング時に発生する可視光線が採光できる場所であれば設
置場所はどこでもよい。

【００３２】ハイトセンサーノズル部７は、ガード電極
８と中心電極９とから構成され、ガード電極８と中心電
極９とは絶縁材１０を介して組み込まれており、被加工
物対象物Ａとハイトセンサーノズル部７の先端との距離
（間隔）を静電容量により検出できる構造になってい
る。

【００３３】即ち、このハイトセンサーノズル部７のガ
ード電極８は、トーチ部５のノズル先端の周囲に嵌着さ
れていて、被加工対象物Ａとの静電容量を検出するため
の基準となる電位電極であり、同軸ケーブル１１のシー
ルドに接続されている。

【００３４】又、ハイトセンサーノズル部７の中心電極
９は、被加工対象物Ａとの間に生ずる静電容量を検出す
るための電極であり、同軸ケーブル１１の心線に接続さ
れ、ガード電極８から生じた基準となる電位と共にハイ
トセンサーアンプ２０に送られる。

【００３５】集光レンズ１２は、レーザー発振部３から
発射されたレーザー光線Ｂを被加工対象物Ａに集光させ
るレンズであり、ハイトセンサーノズル部７で検出され
た静電容量に基づいたトーチ部５のノズル先端と被加工
対象物Ａとの間隔の設定距離に基づいてその焦点距離が
定められている。

【００３６】Ｚ軸サーボモーター１３は、所定電圧によ
りトーチ部５を上下に駆動させて被加工対象物Ａとトー
チ部５のノズル先端との距離を調節するモーターであ
り、その電圧はハイトセンサーアンプ２０からの制御に
よる。

【００３７】ピアシングセンサー１４は、フォトダイオ
ード１５と、増幅器１６と、コンパレーター１７と、リ
トリガブルマルチバイブレーター１８と、フォトカプラ
１９とから構成されている。

【００３８】フォトダイオード１５は、被加工対象物Ａ
から反射される反射光を複数の受光部６ａで受光した反
射光を電気信号に変換するものであり、その入力側は分
岐部６ｂの出力側に接続され、その出力側は増幅器１６
の入力側に接続されている。

【００３９】増幅器１６は、フォトダイオード１５で得
られた反射光によるアナログ信号を増幅すると共に矩形
波信号として出力するものであり、その出力側はコンパ
レーター１７の入力側に接続されている。

【００４０】コンパレーター１７は、予め所定値を設定
できるシュレシュホールドを設けることができ、レーザ
ー加工装置の特性、加工環境、被加工対象物Ａの種類等
に対応させて適宜設定変更できるようになっており、そ
の出力側はリトリガブルマルチバイブレーター１８の入
力側に接続されている。

【００４１】リトリガブルマルチバイブレーター１８
は、ホールド・オーバーであり、被加工対象物Ａの溶解
による反射光が一定でないために必要なもので、溶解に
よる反射光が瞬断等しても充分に長く設定できる調整可
能なホールド・オーバーである。従って、被加工対象物
Ａからの反射光の瞬断を回避することができると共に、
リトリガブルマルチバイブレーター１８がタイムアウト
した時が所謂ピアシングの終了と判断することができ
る。このリトリガブルマルチバイブレーター１８の出力
側はフォトカプラ１９に接続されている。

【００４２】フォトカプラ１９は、電気信号→光→電気
信号に変換して、電気的に絶縁された状態で出力するも
のであり、その出力側が適宜制御部に接続されている。

【００４３】このように構成されたレーザー加工装置の
ピアシングセンサー１４の動作及びその機能は、被加工
対象物Ａの溶解による反射光を受光して、その変化に基
づいてピアシングの終了を検出することができる。

【００４４】即ち、図２に示すように、ピアシングセン
サー部６で得られた信号（図１のＡ点の波形）は、ピア
シングセンサー１４のフォトダイオード１５に入力され
光信号から電気信号に変換され増幅器１６で増幅され
る。

【００４５】増幅された電気信号（図１のＡ点の波形）
は、予め設定されているシュレシュホールド（図２の点
線）の一定値以上であればコンパレーター１７により抽
出される（図１のＢ点の波形）。

【００４６】この抽出された電気信号（図１のＢ点の波
形）は、ホールド・オーバーの機能を有するリトリガブ
ルマルチバイブレーター１８に入力され、ハイレベルの
パルス信号が発生している所定時間内に新たなハイレベ
ルのパルス信号がくればリトリガーされて継続してハイ
レベルのパルス信号を維持する（図１のＣ点の波形）。

【００４７】そしてこのハイレベルのパルス信号は、コ
ンパレーター１７で増幅器１６からの出力信号（図１の
Ａ点の波形）が瞬断されてもリトリガブルマルチバイブ
レーター１８からの出力信号はハイレベルのパルス信号
を維持できるようになっている（図１のＡ点の波形の
ａ、ｂ及び間隔ｔ）。

【００４８】このようにして例えピアシング中に被加工
対象物Ａの溶解の一時的な変化にまどわされることなく
正確なピアシング状態を検出することができる。

【００４９】そして、コンパレーター１７からのハイレ
ベルのパルス信号（図１のＢ点の波形）が出力しなくな
った時、即ち増幅器１６の出力信号（図２のｃ、ｄ、
ｅ）がシュレシュホールド値以下の信号であれば増幅器
１６の出力信号で得られた最後のハイレベルのパルス信
号（図２のｆ）からホールド時間帯経過後（図２のＣ点
のｔ２）に維持されているリトリガブルマルチバイブレ
ーター１８の出力側のハイレベルのパルス信号（図１の
Ｃ点の波形）はホールドオーバーで設定されている所定
時間（図２のｔ２）経過後にローレベルの信号となり、
このローレベルになったことを検出してピアシングの終
了と判断することができる。

【００５０】次にレーザーで被加工対象物Ａを加工中に
おける被加工対象物Ａとトーチ部５のノズル先端との間
隔を適正に維持するためのハイトセンサーアンプについ
て説明する。

【００５１】ハイトセンサーアンプ２０は、図１に示す
ように、ハイトセンサー部２１とプラズマ検出部２６と
から構成されている。

【００５２】ハイトセンサー部２１は、被加工対象物Ａ
とトーチ部５のノズル先端との間隔で生じる静電容量値
を電圧に変換するものであり、増幅器２２と、発振器２
３と、検波回路２４と、信号処理回路２５とから構成さ
れている。

【００５３】増幅器２２は、レーザー加工装置本体２の
トーチ部５の中心電極９と被加工対象物Ａとの間で生じ
た静電容量を発振器２３の振幅変化に変換する交流増幅
器であり、該増幅器２２で所定値に増幅された信号は検
波回路２４に入力される。

【００５４】検波回路２４は、増幅器２２で増幅された
信号の振幅検波を行う。即ち、レーザー加工装置本体２
のトーチ部５の中心電極９から得られた静電容量値の
内、所定の振幅成分を抽出し、該抽出された信号は信号
処理回路２５に入力される。

【００５５】信号処理回路２５は、レーザー加工装置本
体２のトーチ部５の中心電極９と被加工対象物Ａとの距
離によって生じた静電容量値に基づいて得られた所定の
周波数の振幅成分から所定の電圧値に変換する回路であ
る。

【００５６】即ち、振幅が高ければプラズマ検出部２６
を介して接続端子Ｃからプラスの電圧を出力し、振幅が
低ければマイナスの電圧を出力する。そして、予め設定
された値と近似又は等しければＯＶの電圧を出力し、該
出力された電圧はレーザー加工装置本体２のＺ軸サーボ
モーター１３に供給されてレーザー加工装置本体２のト
ーチ部５のノズルが被加工対象物Ａとの適正な距離に制
御されることとなる。

【００５７】次にプラズマ検出部２６の構成について説
明する。このプラズマ検出部２６は、図４に示すよう
に、通常のレーザー光線の加工中には起こり得ない静電
容量の変化分、即ち基準範囲値以上の変化分を検出する
ものであり、現在値ホールド回路２７と、切換スイッチ
２８、２９と、２つのローパスフィルター２４、２５
と、減算回路３２と、ウインドコンパレーター３３と、
ディレイタイマ３４とから構成されている。

【００５８】現在値ホールド回路２７は、ハイトセンサ
ー部２１の検波回路２４で検出された信号、即ちレーザ
ー加工装置本体２のトーチ部５の中心電極９と被加工対
象物Ａとの間の静電容量を振幅成分に変換された信号を
入力してホールドしておく回路であり、その入力側は検
波回路２４の出力側に接続され、その出力側は切換スイ
ッチ２８の一端に接続されている。

【００５９】切換スイッチ２８は、所謂２連スイッチで
あって、接地ＧＮＤ又は現在ホールド回路２７からの信
号との取捨選択をするものであり、その一方側の入力端
子２８ａは現在値ホールド回路２３の出力側に接続さ
れ、他方側は接地ＧＮＤに接続され、その出力端子の両
端子は共に連結されて切換スイッチ２９の他方の入力端
子に接続されている。

【００６０】切換スイッチ２９は、制御端子を備えた２
個の入力端子と１個の出力端子を有するＹ型端子で構成
され、例えばバーニング現象が発生した場合等にディレ
イタイマ３４で発生する所定時間帯だけ切り換わるもの
であり、その一方の入力端子２９ａはハイトセンサー部
２１の信号処理回路２５の出力側に接続され、他方の入
力端子２９ｂは切換スイッチ２８の出力側に接続され、
その出力側はレーザー加工装置本体２のＺ軸サーボモー
ター１３に接続されている接続端子Ｃに接続されてい
る。

【００６１】ローパスフィルター３０、３１は、レーザ
ー加工装置本体２の検波回路２４で生成された振幅成分
の内、レーザー光線による加工中に生じたバーニング現
象等により発生したプラズマ等によりトーチ部５のノズ
ル先端と被加工対象物Ａの間で生じた静電容量が異常に
大きく発生した場合に生じる振幅成分（基準範囲値以上
の変化分）を抽出するフィルターであり、その入力端子
はハイトセンサー部２１の検波回路２４の出力側に夫々
接続され、その出力側は減算回路３２の入力側に夫々接
続されている。

【００６２】減算回路３２は、ローパスフィルター３
０、３１によって抽出された各振幅成分を夫々のローパ
スフィルター３０とローパスフィルター３１とからの振
幅を減算することによって差分を算出する回路から構成
されており、その入力側はローパスフィルター３０、３
１の夫々に接続され、その出力側はウインドコンパレー
ター３３の入力側に接続されている。

【００６３】ウインドコンパレーター３３は、所定値か
らなるシュレシュホールド値を設け、該シュレシュホー
ルド値よりも前記減算回路３２で算出されたローパスフ
ィルター３０とローパスフィルター３１との振幅の差を
モニターして、シュレシュホールド値以上の値であれば
基準範囲値以上の変化が発生したものと判断する、即ち
バーニング現象等によるプラズマが発生した異常状態で
あると判断するものであり、その出力側はディレイタイ
マ３４の入力側に接続されている。

【００６４】ディレイタイマ３４は、前記ウインドコン
パレーター３３がバーニング現象等のプラズマが発生し
た信号を受信すると予め定められている所定時間だけ切
換スイッチを作動させるタイマであり、その出力側は切
換スイッチ２９の制御端子に接続されている。

【００６５】このように接続状態を有するプラズマ検出
部２６は、先ず切換スイッチ２９を一方の入力端子２９
ａ側に切換えることによって、ハイトセンサー部２１の
信号処理回路２５からの被加工対象物Ａとトーチ部５の
ノズル先端との間で生じた静電容量値を変換した電圧を
レーザー加工装置本体２のＺ軸サーボモーター１３に供
給してトーチ部５のノズル先端と被加工対象物Ａとの間
隔を、たとえプラズマ等が発生した場合であっても、適
正状態に維持するための制御をすることができる。

【００６６】即ち、バーニング現象等が発生したことを
ウインドコンパレーター３３で検出してディレイタイマ
３４を働かせることにより切換スイッチ２９を他方の入
力端子２９ｂ側に切換えることによって、現在値ホール
ド回路２７によりプラズマの発生した直前に供給されて
いるＺ軸サーボモーター６への電圧値、又はＧＮＤの電
位を接続端子Ｃを介してレーザー加工装置本体２のＺ軸
サーボモーター１３に供給する。

【００６７】このトーチ部５のノズル先端と被加工対象
物Ａとの距離（Ｔ）から得られた電圧値によって、レー
ザー加工装置本体２のＺ軸サーボモーター１３を駆動さ
せ、この電圧値を得るための基準となる適正電圧値は、
例えば０Ｖや５Ｖ等に適宜設定することができ、この設
定された適正電圧値に対応した電圧をＺ軸サーボモータ
ー１３に送ることによって適正距離（Ｔ）を維持する。
もし、適正電圧値が０Ｖであれば、接地ＧＮＤ側にし、
その他の適正電圧値であれば、現在値ホールド回路２７
からの信号に基づく電圧をＺ軸サーボモーター１３に供
給すればプラズマが発生した時であっても、距離（Ｔ）
は維持されることになる。

【００６８】従って、ディレイタイマ３４によって所定
時間（バーニング現象によるプラズマが終了するであろ
う時間）に設定してあれば、プラズマ等の発生している
時間は現状の被加工対象物Ａとトーチ部５のノズル先端
との距離関係を現状の状態で維持することができる。

【００６９】このように静電容量から得られた電圧の変
化をレーザー加工装置本体２のＺ軸サーボモーター１３
に加えて、トーチ部５のノズル先端と被加工対象物Ａと
の適正位置を制御し、常にレーザー光線の焦点を被加工
対象物Ａの表面で結ぶようにして最適加工位置を保つよ
うにする。

【００７０】この最適加工位置のトーチ部５のノズル先
端と被加工対象物Ａとの距離（Ｔ）を維持する電圧値
は、予め定められた最適電圧値を基準にして決定され
て、レーザー加工装置本体２のＺ軸サーボモーター１３
に供給される。

【００７１】従って、トーチ部５のノズル先端が被加工
対象物Ａに近接時には、最適電圧値に対してマイナスの
電圧がレーザー加工装置本体２のＺ軸サーボモーター１
３に供給されて、レーザー加工装置トーチ部５のノズル
先端は被加工対象物Ａから遠ざかる方向に動く。

【００７２】また、被加工対象物Ａがトーチ部５のノズ
ル先端から離れ過ぎの場合には、最適電圧値に対してプ
ラスの電圧がレーザー加工装置本体２のＺ軸サーボモー
ター１３に供給され、レーザー加工装置本体２のＺ軸サ
ーボモーター１３によってトーチ部５のノズル先端は被
加工対象物Ａに近接する方向に動く。

【００７３】このようにして、プラズマ等の発生してい
ない通常状態においては、常にトーチ部５のノズル先端
と被加工対象物Ａとの距離を一定に保つことができる。

【００７４】また、レーザー光線による加工中にバーニ
ング現象等によりプラズマ等が発生した場合には、トー
チ部５の中心電極９により得られる静電容量は急激に大
きな値（基準範囲値以上の値）になる。従って、この静
電容量を振幅に変換された信号（検波回路２４からの出
力信号）を常時監視することによって、プラズマ等の発
生を監視することができる。

【００７５】尚、静電容量を振幅に変換された単位時間
当りの変化成分によってプラズマ等の発生を検出するよ
うにしているが、ハイトセンサー部２１の信号処理回路
２５から出力される電圧の変化に基づいた検出方法でも
よい。

【００７６】ここで振幅成分の変化に基づいた検出方法
は、プラズマ検出部２６のローパスフィルター３０、３
１に入力することによって行われる。

【００７７】即ち、ローパスフィルター３０及びローパ
スフィルター３１は、夫々異なったカットオフ周波数を
持つローパスフィルターである。従って、この両者のフ
ィルター３０、３１から得られた各振幅成分の差分を算
出し（減算回路３２で算出された振幅）、該算出された
振幅成分が予め設定されているシュレシュホールド値以
上（基準範囲値以上）であれば、プラズマが発生したと
判断する。

【００７８】そして、プラズマが発生したと判断したな
らば、プラズマの発生が終了するのに十分な時間内にお
いて、現状のレーザー加工装置本体２のトーチ部５のノ
ズル先端と被加工対象物Ａとの距離（Ｔ）を維持するこ
とによって被加工対象物Ａに対してトーチ部５のノズル
先端が衝突するなどの不都合を回避することができるの
である。尚、バーニング現象の発生原因はレーザー光線
の焦点のずれ、被加工対象物Ａ中の異物等の他にアシス
トガスの有無、種類、圧力等も関係している。ここでア
シストガスとは被加工対象物Ａの溶融物を吹き飛ばすた
めのガスである。

【００７９】処理ユニット３５は、ピアシングセンサー
１４から被加工対象物Ａを加工中の反射光による反射光
アナログ信号を入力すると共に、ハイトセンサーアンプ
２０からも適正電圧値を入力して、レーザー加工装置本
体２のＺ軸サーボモーター１３を制御するものであり、
その入力側はピアシングセンサー１４の出力側とハイト
センサーアンプ２０の出力側に夫々接続され、その出力
側は複数の信号ラインを介して数値制御３６に接続され
ている。

【００８０】この信号ラインは、図１に示すように、ア
ナログＡ信号、アンログＢ信号、ピアシング信号、バー
ニングアラーム信号及びエマージェンシー信号から構成
されている。 尚、この信号ラインは適宜設定変更でき
る構造になっており、その動作開始時期は図３に示すよ
うになっている。

【００８１】アナログＡ信号は、図３に示すように、被
加工対象物Ａを加工するためにレーザー加工装置本体２
のトーチ部５のノズル先端を被加工対象物Ａ方向に近づ
けて、その間隔を設定するアプローチ開始からアプロー
チ終了工程まで選択される信号である。

【００８２】アナログＢ信号は、ピアシング終了から被
加工対象物Ａの加工が終了するまで選択される信号であ
る。

【００８３】ピアシング信号は、ピアシングが開始して
からピアシングの終了を検知する信号である。

【００８４】バーニングアラーム信号は、所謂バーニン
グ現象を検出するための信号であり、ピアシングの開始
から被加工対象物Ａの加工が終了するまで選択されてい
る信号である。

【００８５】エマージェンシー信号は、トーチ部５のノ
ズル先端が被加工対象物Ａに異常接触した状態及びケー
ブル切断等の発生を監視する信号であり、ピアシング開
始する以前の所謂アプローチの開始前にアクティブにな
り、電源が供給されている間はこのアクティブ状態を維
持する。

【００８６】このような信号ラインからの信号に基づい
て処理ユニット３５は適宜レーザー加工装置本体２のＺ
軸サーボモーター１３に制御電圧を送りトーチ部５の被
加工対象物Ａとの適切な距離を維持することができるの
である。

【００８７】次に、ピアシング工程が終了して被加工対
象物Ａの切断加工工程中におけるピアシングセンサー１
４からの反射光アナログ信号を受信して適宜Ｚ軸サーボ
モーター１３を制御する方法について説明する。

【００８８】先ず、図４に示すように、被加工対象物Ａ
の途中の位置に穴部Ｈが存在しているとする。今、ピア
シング工程が完了して切断加工工程に入るとピアシング
センサー１４はそのままピアシングセンサー部６で受光
された反射光を電圧に変換されている。この電圧値は、
図示されていないがピアシングセンサー１４の増幅器１
６から取り出した反射光アナログ信号である。

【００８９】この反射光アナログ信号は、図４に示すよ
うに、増幅器１６からの出力信号（図１のＡ点）であ
り、被加工対象物Ａに何の異常状態がない場合には、波
形３７ａ〜３７ｆに示すように略同一の大きさからなる
波形を形成する。もし、被加工対象物Ａに穴部Ｈにさし
かかると反射光アナログ信号の波形は３７ｇのように、
そのゲインは変化した状態となり、その後穴部Ｈの期間
（Ｊ）は出力信号は発生しなくなるか、又は格段にレベ
ルが下がる。その後穴部Ｈを経過後に正常な波形３７ｈ
〜３７ｌを出力する。この反射光アナログ信号に基づい
てコンパレーター信号が作成される。

【００９０】即ち、コンパレーター信号は、図１に示す
コンパレーター１７の出力信号であって前記反射光アナ
ログ信号のシュレシュホールド値以上の信号に基づいて
発生する矩形波（図１のＢ点）である。

【００９１】このように切断加工中であって、被加工対
象物Ａからの反射光がない場合、即ち穴部Ｈの場合には
反射光アナログ信号の波形はなくなるから、コンパレー
ター信号の波形３８ａ〜３８ｇは反射光アナログ信号の
波形３７ａ〜３７ｇに基づいた矩形波が発生するがその
後間隔（Ｊ）だけ波形が発生しないで穴部Ｈを経過後に
再び波形３８ｈ〜３８ｌ…と発生する。

【００９２】一方、ハイトセンサーアンプ２０の状態
は、図４に示すように、切断加工工程になると被加工対
象物Ａの溶解による反射光によりハイレベルになったコ
ンパレーター信号にトリガーされてホールド状態からア
クティブ状態になる。

【００９３】このホールド状態とは、前記プラズマ検出
部２６で説明したように０Ｖ、適正電圧値、又は直前適
正電圧値に維持されていることである。又、アクティブ
状態とは、現在の被加工対象物Ａとトーチ部５のノズル
先端との間隔から得られた静電容量の値に基づいてＺ軸
サーボモーター１３に供給される制御電圧を適宜制御可
能にすることである。

【００９４】従って、ハイトセンサー状態がアクティブ
になると被加工対象物Ａとトーチ部５のノズル先端との
距離は適宜適正な距離に維持されて加工することができ
る。もし、図４に示す穴部Ｈになるとコンパレーター信
号はなくなり、波形３８ｇにトリガーされた設定時間
（ｔ）経過後にアクティブ状態からホールド状態にな
る。

【００９５】即ち、切断加工中にピアシングセンサー１
４により穴部Ｈを検出することによって、自動的に直前
の適正電圧値を維持することができるので穴部Ｈに突入
することを防止することができる。

【００９６】この切断加工中におけるピアシングセンサ
ー１４による被加工対象物Ａの溶解による反射光による
制御については、バーニングの検出についても容易に行
なうことができる。

【００９７】即ち、図４で示して穴部Ｈのかわりにバー
ニング現象が発生したことをピアシングセンサー１４で
検出するようにすればよい。この場合には反射光は逆に
大きくなるはずであるから図２で示したシュレシュホー
ルド値を予めバーニング検出用の値に設定しておく必要
があると共に、ピアシングセンサー１４がアクティブ状
態からホールド状態になった時には、バーニング現象が
発生した直前状態に維持するか、又は被加工対象物Ａか
ら遠ざかる方向に回避させる制御が必要になる。

【００９８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るレー
ザー加工装置は、ピアシングセンサーとハイトセンサー
アンプとを備えたレーザー加工装置で被加工対象物を切
断加工する際にピアシングセンサーを動作させておき被
加工対象物からの溶解による反射光及びバーニング現象
が発生した時に反射光を検出するようにすると共に、ハ
イトセンサーアンプによる被加工対象物とノズル先端と
の間隔から生じる静電容量による制御とを組み合わせて
被加工対象物とノズル先端との間隔の維持をするように
したことによって、被加工対象物の異物、凹部、反り面
等を正確に検出することができると共に、バーニング現
象を正確に検出することができるため自動化及び無人化
の進展に大いに寄与することができると云う極めて優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザー加工装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図２】同ピアシングセンサーの動作を示したタイミン
グチャート図である。

【図３】同ピアシング及び切断加工工程の処理を示すタ
イミングチャート図である。

【図４】同ピアシングセンサーによる被加工対象物を切
断加工中の一例を示したタイミングチャート図である。

【図５】従来技術におけるレーザー加工装置の構成を示
すブロック図である。

【符号の説明】

２ レーザー加工装置本体 ３ レーザー発振部 ４ ミラー部 ５ トーチ部 ６ ピアシングセンサー部 ７ ハイトセンサーノズル部 ８ ガード電極 ９ 中心電極 １０ 絶縁材 １１ 同軸ケーブル １２ 集光レンズ １３ Ｚ軸サーボモーター １４ ピアシングセンサー １５ フォトダイオード １６ 増幅器 １７ コンパレーター １８ リトリガブルマルチバイブレーター １９ フォトカプラ ２０ ハイトセンサーアンプ ２１ ハイトセンサー部 ２２ 増幅器 ２３ 発振器 ２４ 検波回路 ２５ 信号処理回路 ２６ プラズマ検出部 ２７ 現在値ホールド回路 ２８ 切換スイッチ ２９ 切換スイッチ ３０ ローパスフィルター ３１ ローパスフィルター ３２ 減算回路 ３３ ウインドコンパレーター ３４ ディレイタイマ ３５ 処理ユニット ３６ 数値制御

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル先端と被加工対象物との間隔を一
   定に保持するハイトセンサーアンプと、ピアシングの際
   に前記被加工対象物の溶解による反射光に基づいてピア
   シング状態を検出するピアシングセンサーとを備え、 前記ピアシングセンサーは前記被加工対象物を切断加工
   の際に生じる反射光を検出するようにしたことを特徴と
   するレーザー加工装置。
2. 【請求項２】 前記被加工対象物を切断加工の際に、前
   記ハイトセンサーアンプによるノズル先端と被加工対象
   物との間隔から生じる静電容量の検出と共に、前記ピア
   シングセンサーによる被加工対象物の溶解による反射光
   の検出とを組み合わせて切断加工状態を検出することを
   特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
3. 【請求項３】 前記ピアシングセンサーは、切断加工の
   際に前記被加工対象物の溶解から生じる反射光に基づい
   て被加工対象物の凹凸部及びバーニング現象を検出する
   ことを特徴とする請求項１、又は２に記載のレーザー加
   工装置。
4. 【請求項４】 前記ノズル先端と被加工対象物との間隔
   を適正位置に保持した後に前記被加工対象物の凹部を検
   出した時に前記ノズル先端と被加工対象物との間隔を前
   記適正位置に維持することを特徴とする請求項１、２、
   又は３に記載のレーザー加工装置。
5. 【請求項５】 前記被加工対象物を切断加工の際にバー
   ニング現象が発生した時に、前記ノズル先端をバーニン
   グ現象の検出した直前の状態に維持すること、又は前記
   被加工対象物から遠ざかる方向に移動させることを特徴
   とする請求項１、２、３又は４に記載のレーザー加工装
   置。