JPH07276070A - レーザヘッドの倣いセンサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 接触式センサー及び非接触式センサーの両方
をレーザヘッドに配置して、ワークに応じて倣いセンサ
ーを選択して加工できるレーザ加工機を得る。 【構成】 ワークの加工面に接触して倣い動作を行う接
触式センサー２７と、前記ワークの加工面に接触せずに
倣い動作を行う非接触式センサー２０と、これら接触式
センサー２７及び非接触式センサー２０を選択して使用
するための切り換え装置とを備え、前記接触式センサー
のプローブ２９で非接触式センサー２０の周囲を囲むよ
うに配置し、該接触式センサー２７は差動トランスを利
用し、非接触式センサーは静電容量を利用したセンサー
とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は板材ワークを切断加工す
るレーザ加工機のレーザヘッドの構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザー加工機は、レーザトーチのノズ
ルとワークの間の距離を一定にして焦点がワーク表面に
位置するようにして良好な切断加工ができるようにして
いる。このノズルとワークの間の距離を一定に保つため
に、レーザヘッドに倣いセンサーを設けて、ワークの微
小な凹凸や湾曲を検知して、ワーク表面に追随するよう
に昇降制御して確実に切断できるようにしていた。この
倣いセンサーとしては接触式センサーと非接触式センサ
ーが用いられ、接触式センサーはワーク表面に接触子を
位置させて、ワークを移動させると、接触子がワーク面
上を摺接してその昇降を電気信号に変換してノズルを昇
降制御し、また、非接触式センサーは静電容量型のセン
サーをノズル周囲に配置またはノズル自体を静電容量セ
ンサーとして、ワークとセンサーの間の静電容量を一定
となるようにノズルを昇降制御していた。

【０００３】しかし、上記接触式センサーを用いて倣い
制御を行うと、接触子がワーク上面に接触しているため
に、ワーク表面に傷を付けることがあり、表面が軟らか
い材質や鏡面仕上したワーク等の場合には接触式センサ
ーでの倣い制御ができなかった。また、静電容量式の非
接触式センサーを用いて倣い制御ができるのは、導電性
の金属に限られていた。そのために、従来はワークの材
質に応じて、レーザ加工作業の開始前に上記センサーを
付け替えて対応していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような付け替え
は、ワークの材質が変わる度に行う必要があるので、多
品種を扱う作業環境では特に、本来の加工作業が付け替
え作業のために頻繁に中断される事になり、能率低下の
一因となっていた。そこで、本発明は以上のような付け
替え作業を不要にしたレーザ加工機を提供する。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】本発明の解決すべき課題は
以上の如くであり、次に該課題を解決する為の手段を説
明する。即ち、ワークの加工面に接触して倣い動作を行
う接触式センサーと、前記ワークの加工面に接触せずに
倣い動作を行う非接触式センサーと、これら接触式セン
サー及び非接触式センサーを選択して使用するための切
り換え装置とを備え、前記接触式センサーのプローブで
非接触式センサーの周囲を囲むように配置し、該接触式
センサーは差動トランスを利用し、非接触式センサーは
静電容量を利用したセンサーとしたものである。

【０００６】

【作用】次に作用を説明する。上記手段を用いることに
よって、切断加工開始時に導電性のワークか非導電性の
ワークかを判断して、非接触式センサーか接触式センサ
ーかを選択し、そのセンサーによってワークの凹凸や湾
曲を検知してそのワーク表面に追随して加工する。この
加工時に非接触式センサーは接触式センサーのプローブ
に囲まれることによって、作業時に障害物から保護され
る。

【０００７】

【実施例】次に本発明の一実施例について説明する。図
１はレーザ加工機の平面図、図２はレーザヘッドの断面
図と制御ブロック図であり、図１において本実施例のレ
ーザ加工機はパンチプレスとの複合機であり、その構成
から説明すると、下部フレーム１と該下部フレーム１後
部に立設したコラム前方に突出した上部フレーム２にそ
れぞれタレット３を上下対向して配置し、該上下のタレ
ット３に数組のパンチとダイを装着して、ラム４の昇降
駆動によってパンチを下降させて孔明け加工できるよう
にしている。一方、上部フレーム２の上面にレーザ発振
器６から導かれたレーザダクト５が設けられ、該レーザ
ダクト５前端を前記ラム４前部に配置したレーザヘッド
７に連通している。

【０００８】前記下部フレーム１前部上にはセンターテ
ーブル８を固定して配置し、該センターテーブル８の両
側にサイドテーブル９Ｌ・９Ｒを配置して、該サイドテ
ーブル９Ｌ・９Ｒはキャリッジ１０と連結されてレール
上に配置し、モーターＭ２を駆動させることによってネ
ジ軸を回動して、サイドテーブル９Ｌ・９Ｒとキャリッ
ジ１０を同時に前後（Ｙ軸）方向に摺動可能としてい
る。また、前記キャリッジ１０のレール上にはクロスス
ライド１１を配置して、キャリッジ１０の一側に設けた
モーターＭ１の駆動によってレール上を左右（Ｘ軸）方
向に摺動可能に配置している。そして、該クロススライ
ド１１の後部には板材等のワークを挟持するワークホル
ダー１２・１２が配設されて、このワークホルダー１２
・１２によって挟持されたワークＷはクロススライド１
１の左右（Ｘ軸）方向の摺動と、サイドテーブル９Ｌ・
９Ｒの前後（Ｙ軸）方向の摺動によって縦横任意位置へ
搬送可能として、パンチ又はレーザによって板金加工で
きるようにしている。

【０００９】前記レーザヘッド７は図２に示すように、
前記レーザダクト５に連通する上部のガイド筒１４を昇
降装置１５のロッド１５ａと固定して、該昇降装置１５
はサーボモーター１５ａの駆動によってロッド１５ａを
伸縮しレーザヘッド７を昇降できるようにしている。但
し、ロッドの代わりにネジ軸を回動してレーザヘッド７
を昇降できるようにすることもできる。前記サーボモー
ター１５ａはコントローラ１６と接続され、後述するワ
ークＷの変位を検知するセンサーからの信号をコントロ
ーラ１６で演算して、ワークＷの表面高さに追随して昇
降するように制御している。

【００１０】そして、前記レーザヘッド７は上部の軸心
部にレーザビームを集光させるレンズ１７が配設され、
該レンズ１７の焦点がワークＷ表面になるようにし、前
記レーザヘッド７下端にはノズル２０が配設されてお
り、該ノズル２０は電極として非接触式センサーを兼ね
ており、取付筒２１に取り付けられて出力用のコネクタ
２２に接続され、アンプ２４を介してコントローラ１６
と接続されている。そして、前記ノズル２０の周囲はガ
ード電極２３によって囲まれており、該ガード電極２３
はノズル２０からワークＷへの電界に指向性を持たせ
て、ノズル２０からあらゆる方向への電界の発生を防止
して、外部からの影響を受けることなく所定のワーク面
のみ検知できるようにして、正確にノズル２０の高さを
検知できるようにしている。なお、ノズル２０とガード
電極の間は絶縁されている。

【００１１】このようにして、前記ノズル２０は導電性
のワークＷとの間に生じる静電容量が一定になるように
制御する。つまり、静電容量型のセンサーは導電性の金
属にのみ検知できるものであって、導電性の金属の場合
にはノズル２０とワークＷとの間に静電容量が発生し、
その静電容量は面積に比例し、電極間の距離に反比例す
る。よって、ノズル２０とワークＷの間の距離が変化す
るとその電圧も変化することになるので、その電圧を検
出してアンプ２４により増幅して、コントローラ１に入
力し、変位が０となるように前記サーボモーター１５ｂ
を駆動してワークＷからの高さが一定となるように制御
している。尚、本実施例では、最適高さ（１．５ｍｍ）
の場合出力が０Ｖとなるようにしている。

【００１２】また、ガイド筒１４側面には昇降装置２６
と上下位置検出センサー２７が付設され、該昇降装置２
６はソレノイドまたはシリンダー（空圧または油圧また
は電動シリンダー）より構成されて前記コントローラ１
６と接続され、上下位置検出センサー２７は光学式や磁
気式のリニアエンコーダや電磁誘導型の差動トランス等
が用いられて、アンプ３１を介してコントローラ１６と
接続されている。

【００１３】また、該昇降装置２６の昇降ロッド２６ａ
及び上下位置検出センサー２７の昇降ロッド２７ａ下端
にはプローブリング２９が固設され、該昇降ロッド２６
ａ・２７ａの中途部はリニアベアリング３０・３０によ
って支持されて横振れ等が生じないようにし、該昇降ロ
ッド２７ａ（又は昇降ロッド２６ａ）にナット３２を螺
装して、該ナット３２とリニアベアリング３０の間の昇
降ロッド２７ａ上にスプリング３３を外嵌してプローブ
リング２９を下方へ付勢して、検出時にワークＷと常に
接するようにしている。該プローブリング２９は中央に
開口部２９ａを設けて、該開口部２９ａ内を前記レーザ
ヘッド７が貫通できるようにして、昇降時にレーザヘッ
ド７と干渉しないようにし、プローブリング２９下面は
ワークＷと摺接する時に傷付けないように滑らかな部材
にて構成されている。

【００１４】そして、前記コントローラ１６はレーザ加
工機全体を制御する手段のうちの倣い制御部であって、
加工時にはまず、レーザヘッド７を下降させて、ノズル
２０との間に静電容量が生じるとそのワークＷは導電性
のものと判断でき、静電容量が発生しない、設定値より
小さい時は非導電性のワークＷと判断し、導電性のワー
クＷの場合には、昇降装置２６を作動して昇降ロッド２
６ａを上昇し、プローブリング２９を上昇させておい
て、前記モーターＭ１・Ｍ２を駆動してワークＷをＸ方
向または、Ｙ方向に移動させながらレーザ発振器６から
のレーザにより所望の形状に切断加工する時に、非接触
センサーであるノズル２０でワークＷの高さを検知し
て、コントローラ１６でその高さを設定高さと比較演算
して、設定高さとなるように昇降装置１５のサーボモー
ター１５ｂを作動させて、レーザヘッド７を昇降させ
る。

【００１５】また、非導電性のワークＷの切断加工の場
合には昇降装置２６を作動して昇降ロッド２６ａを下降
し、接触センサーであるプローブリング２９をワークＷ
上に接触させて、前記モーターＭ１・Ｍ２の駆動により
ワークＷをＸ方向または、Ｙ方向に移動させると、プロ
ーブリング２９がワークＷ表面の高さに追随して昇降
し、その変位は上下位置検出センサー２７によって検知
され、コントローラ１６によって演算されて、前記同様
に設定高さとなるように昇降装置１５のサーボモーター
１５ｂを作動させて、レーザヘッド７を昇降させる。以
上の実施例によると、ノズル２０で導電性または非導電
性のワークであるかを検知して両センサーを自動的に選
択するので、例えば加工する前に制御部にワークの種類
を設定入力して両センサーを選択する形式に比べると、
ワーク種類の入力作業が不要である。また、ワークの表
面が絶縁物等で保護されている場合や保護膜が形成され
ている場合等であっても、自動的にセンサーが選択され
て、ワークの種類の設定を変更する必要がなく、効率良
く作業ができる。但し、ノズル２０で導電性と非導電性
を検知することなく、加工作業の前にオペレータが選択
スイッチを切り換えるように構成して実施できる事は勿
論である。

【００１６】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、次の
ような効果を奏するのである。即ち、請求項１の如く構
成したので、加工すべきワークに応じて接触式センサー
と非接触式センサーが選択され、倣い装置を付け替える
必要がなく、機械を停止することなく連続的に両方式を
切り換えて使用でき、効率良く作業ができるようになっ
た。

【００１７】また、請求項２の如く、接触式センサーの
プローブで非接触式センサーの周囲を囲むように構成し
たので、前記プローブのみを丈夫に構成するだけで、他
の構成物やワークやワークの孔等との衝突による非接触
式センサーの破損をも防止できる。

【００１８】請求項３の如く、接触式センサーとして差
動トランスを利用したので、ストロークを大きくとるこ
とができて、精度も十分得られ、非接触式センサーとし
て静電容量を利用したので、導電性部材と非導電性部材
を判別することができ、接触式と非接触式のセンサーの
選択ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ加工機の平面図である。

【図２】レーザヘッドの断面図と制御ブロック図であ
る。

【符号の説明】

Ｗ ワーク ６ レーザ発振器 ７ レーザヘッド １５ 昇降装置 １６ コントローラ ２０ ノズル（非接触式センサー） ２６ 昇降装置 ２７ 上下位置検出センサー（差動トランス） ２９ プローブリング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークの加工面に接触して倣い動作を行
   う接触式センサーと、前記ワークの加工面に接触せずに
   倣い動作を行う非接触式センサーと、これら接触式セン
   サー及び非接触式センサーを選択して使用するための切
   り換え装置とを備えたレーザヘッドの倣いセンサー。
2. 【請求項２】 接触式センサーのプローブで非接触式セ
   ンサーの周囲を囲むように配置した請求項１記載のレー
   ザヘッドの倣いセンサー。
3. 【請求項３】 接触式センサーが差動トランスを利用し
   たセンサーであり、非接触式センサーが静電容量を利用
   したセンサーである請求項１又は請求項２記載のレーザ
   ヘッドの倣いセンサー。