JPH08141768A - レーザー加工装置の加工ヘッド - Google Patents

レーザー加工装置の加工ヘッド

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JPH08141768A
JPH08141768A JP6281994A JP28199494A JPH08141768A JP H08141768 A JPH08141768 A JP H08141768A JP 6281994 A JP6281994 A JP 6281994A JP 28199494 A JP28199494 A JP 28199494A JP H08141768 A JPH08141768 A JP H08141768A
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JP
Japan
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nozzle
cooling water
workpiece
laser beam
assist gas
Prior art date
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Pending
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JP6281994A
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English (en)
Inventor
Jun Iwasaki
潤 岩崎
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Amada Co Ltd
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Amada Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 デッドゾーンが少なく被加工材上の障害物と
干渉しない静電容量センサーを備えた材料冷却式レーザ
ー加工ヘッドの提供。 【構成】 レーザー光とアシストガスとが通過可能にア
シストガス噴射口を形成したノズルの先端部の周囲に、
被加工材との間隙を非接触で検出する静電容量センサー
の円環状平板状電極を前記ノズルと同軸に配置すると共
に、該円環状平板状電極の下面と前記ノズルの下端面と
を同一平面に配置したことを特徴とするレーザー加工装
置の加工ヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は被加工材との距離を非接
触で測定するための静電容量式センサーを備えたレーザ
ー加工装置の加工ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】レーザー加工装置によってレーザー加工
を行う場合、加工ヘッドのノズルの先端と被加工物との
間隙が変化するとレーザービームの焦点位置が変化して
切断品質が不均一になるのでこの間隙を一定に維持する
必要がある。前記間隙を一定に制御するための手段には
色々の手段があるが静電容量方式または渦電流方式がよ
く利用されている。
【0003】また、レーザーで金属の厚板を切断加工す
る場合には、切断部分の熱影響部分をできる限り少なく
して良好な切断品質で切断するために、切断部分の周囲
を水冷しながら切断する加工ヘッドが使用されている。
図2は、このような加工ヘッドの例であり、この加工ヘ
ッドの構成において本件発明に関係する部分についてそ
の概要を説明する。
【0004】図2に示した加工ヘッド20は、集光レン
ズ(図示省略)を取付けた加工ヘッド本体21の下方位
置に、切断加工時に使用される冷却水を噴射するアウタ
ーノズル23が取付けられている。このアウターノズル
23の下端部には水路29から給水される冷却用水の噴
出口が設けられている。このアウターノズル23の内側
には切断加工時に使用されるアシストガス(酸素、窒
素、空気など)を被加工材Wに噴射するインナーノズル
ノズル25が取付けられている。なおこのインナーノズ
ルノズル25のアシストガス噴出口27は前記アウター
ノズル23から若干突出させて設けられている。
【0005】前記噴出口27からは、アシストガスが噴
射されると共にレーザービームが被加工材Wのほぼ表面
に焦点を結ぶように照射される。またそれと同時に前記
アウターノズル23からは冷却水が噴出され、レーザー
切断部の周囲は冷却されながらレーザー切断が進行する
ようになっている。
【0006】また前記アウターノズル23の周囲には、
被加工材追従部材31が前記加工ヘッド本体21の胴部
のブッシュ33に上下方向に摺動可能に設けられ、この
被加工材追従部材31の下面には回転自在のボール35
が複数箇所に埋設されている。
【0007】上記構成において被加工材追従部材31
は、その自重によって被加工材Wの方向に付勢されてい
るので前記ボール35は常時被加工材Wに接触してい
る。従って被加工材Wに反りがあれば、被加工材追従部
材31はその反りに合わせて上下動することになる。
【0008】また被加工材Wの表面と前記インナーノズ
ル25の先端との間隙Dを検出するための静電容量セン
サー39は、前記アウターノズル23から噴出される冷
却水の影響を避けるために、前記被加工材追従部材31
の外周の上方位置に設けると共に、この静電容量センサ
ー39に間隙Gをおいて対峙する板状の被検知体37が
設けられている。なお該被検知体37と静電容量センサ
ー39との間隙Gと、前記ノズル27の先端と被加工材
Wとの間隙Dとは等しくなるように予め調整されてい
る。
【0009】上記構成において、前記被検知体37と静
電容量センサー39との間隙Gが設定された値になるよ
うに、図示しない制御手段と加工ヘッド駆動手段とによ
り制御されているものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、アシス
トガスと共に冷却水を用いる従来の加工ヘッドにおいて
は、被加工材Wの反りに追従して上下動する被加工材追
従部材31がアウターノズル23の周囲に設けられてい
るので、被加工材Wを加工できる範囲が制限され、いわ
ゆるデッドゾーンが大きくなるという問題がある。
【0011】また被加工材Wに反りがあって、被加工材
追従部材31に設けられた複数のボール35の内、被加
工材追従部材31に埋設されたの片側のボールにしか被
加工材Wが接触しない場合には、インナーノズル25と
被加工材追従部材31に埋設されたボールとが離れてい
るため、インナーノズル25の位置における間隙Dに誤
差(設定値より大となる)が生じるという問題がある。
【0012】また被加工材上の突起物などの障害物が前
記被加工材追従部材31またはボール35に衝突して加
工ヘッドが損傷されるなどの問題がある。
【0013】またアシストガスと共に冷却水を用いる従
来の加工ヘッドにおいては、被加工材Wの表面とノズル
25の先端との間隙Dを検出するための静電容量センサ
ー39は、アウターノズル23から噴出される冷却水の
影響を避けるために、被加工材追従部材31の外周の上
方位置に設けねばならず構造が複雑になるという問題が
ある。
【0014】さらに、従来の加工ヘッドにおいては加工
ヘッドの上下摺動部にレーザー加工時の粉塵が侵入し動
きがスムーズにいかなくなるなどの問題もあった。
【0015】本発明は上述の如き問題点に鑑みてなされ
たものであり、本発明の目的はレーザー加工時に冷却水
を使用する加工ヘッドにおいて、加工ヘッド周囲のデッ
ドゾーンの少ない構造が簡単な静電容量センサーを備え
たレーザー加工ヘッドを提供することである。また被加
工材上に多少の突起物などの障害物があっても加工ヘッ
ドと干渉しない静電容量センサーを備えたレーザー加工
ヘッドを提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明のレーザー加工ヘッドは、レーザー光LBとア
シストガスとが通過可能にアシストガス噴射口9を形成
したノズル5の先端部の周囲に、被加工材Wとの間隙D
を非接触で検出する静電容量センサー17の円環状平板
状電極21を前記ノズル5と同軸に配置すると共に、該
円環状平板状電極21の下面と前記ノズル5の下端面と
を同一平面に配置してなるものである。
【0017】また、前記ノズル5には冷却水を噴射する
ための環状の冷却水噴射口11を設けるかまたは複数の
冷却水噴出孔11を円環状に設けることが望ましい。
【0018】
【作用】本発明のレーザー加工装置の加工ヘッドは、円
環状の平板状電極をノズルの周囲に同軸に配置する構成
としたので、静電容量センサーの平板状電極に対して冷
却水が直接的にかかることがない。
【0019】また、加工部から平板状電極までの距離が
短かいのでノズルと被加工材との間隙の測定誤差が小さ
くなった。
【0020】また加工ヘッドが被加工材に接触していな
い簡明な構造のため、被加工材上の突起物などの障害物
が加工ヘッド衝突して加工ヘッドが損傷することを極力
避けられると共に加工範囲が従来に比較して拡大した。
【0021】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を用いて説
明する。図1はレーザー加工装置のレーザー加工ヘッド
部の一部を示した図面である。なおこのレーザー加工ヘ
ッドは、例えば光軸移動タイプのレーザー加工装置の場
合には、加工ヘッド位置決め装置(図示省略)によっ
て、X,Y軸方向の任意の位置に位置決できるようにな
っているものである。
【0022】さて図1に示す筒状のレーザー加工ヘッド
1には、レーザー光LBを集光する凸レンズまたは凹面
鏡などの光学系3が適宜な位置に保持されている。適宜
な位置とは、この光学系3の焦点がレーザー加工ヘッド
1の下方の位置に取付けられたノズル5の外部にくるよ
うな位置である。また光学系3より下方のレーザー加工
ヘッド1の適宜な位置には、前記アシストガスを供給す
るアシストガス供給口7が設けられている。
【0023】前記ノズル5は下方に行くにしたがって小
径となるように形成されており、その先端には切断加工
時に使用されるアシストガス(酸素、窒素、空気など)
を被加工材Wに噴射するアシストガス噴射口9が設けら
れている。またこのノズル5の前記噴射口9の周囲に
は、冷却水を噴射するための環状の冷却水噴射口11が
設けられている。なお上記冷却水噴射口11へは冷却水
が給水口13から給水路15を経由して図示しない給水
ポンプから給水されるようになっている。なお前記冷却
水噴射口11は環状に設けずに多数の噴出孔を環状に設
けても同様な冷却効果を得ることができる。
【0024】前記レーザー加工ヘッド1の下方の外壁に
は静電容量センサー装置17が加工ヘッド1と電気的に
絶縁された状態で取付けられている。この静電容量セン
サー装置17からは交換が容易なセンサー端子19が前
記ノズル5の先端部まで延長されている。このセンサー
端子19の先端部19Aは面積Sの円環状の平板状電極
21に形成されており、この円環状の平板状電極21を
前記ノズル5の周囲に同軸に配置すると共に、該円環状
の平板状電極21の下面と前記ノズル5の下端面とが同
一平面に配置されている。この円環状の平板状電極21
と被加工材Wとは間隙Dをもって対峙していて静電容量
Cを有するコンデンサーを形成している。なお前記円環
状の平板状電極21の形状は円環に限られるものではな
く例えば中空の多角形平板電極にしてもよい。また平板
電極はアルミニウムの板材を打抜き加工またはレーザー
加工して、折曲げ機などで曲げたものを利用すれば安価
であると同時に破損した時でも簡単に入手できる。
【0025】上記構成における静電容量センサーでの前
記間隙Dの検出原理を簡単に説明する。周知のように、
コンデンサーを形成する両極間の絶縁体の誘電率をε、
電極面積をS、極間距離をDとするとき静電容量Cは一
般に次の式 C=(ε*S)/D で与えられる。ここで、 ε=ε0 *ε ε0 :真空の誘電率、ε:比誘電率である。
【0026】また一般にインダクタンス(L)と静電容
量(C)とからなる共振回路の共振周波数f0 は次の式 f0 =1/{2π(L*C)1/2 } で与えられる。
【0027】静電容量センサーでの前記間隙Dを検出す
るには上記の関係式を利用している。前記ノズル7の下
端面と被加工材Wとの距離Dが変化すると、すなわち静
電容量センサーの静電容量Cが変化するので、上記の共
振周波数f0 を求める式においての静電容量Cを変化さ
せることになり、その結果、共振周波数f0 が変化する
ことになる。従って、この共振周波数f0 を検出するこ
とにより、前記ノズル5の下端面と被加工材Wとの間の
間隙Dを検出することができることになる。
【0028】実際には、図示しない制御装置により、加
工ヘッド1を上下方向(Z軸)に駆動するサーボモータ
を、上述の静電容量センサー17において検出された間
隙Dの値が常に設定値になるように制御して、ノズル5
の下端面と被加工材Wとの間隙を制御するものである。
【0029】以上の構成において、前記ノズル5のアシ
ストガス噴射口9からアシストガスを噴射させると共に
レーザー光LBを被加工材Wに照射し、前記冷却水噴射
口11から噴射する冷却水により被加工材Wの切断部近
傍を冷却しながらレーザー加工がなされる。一方、被加
工材Wとノズル5との間隙Dは上記構成の静電容量セン
サー17により設定された間隙Dが正確に維持される。
なお被加工材Wの切断部近傍に噴射された冷却水は、水
噴霧の状態で噴出される上にアシストガスのジェットと
レーザーの熱エネルギーによって瞬時に気化されるので
静電容量センサーの測定にはほとんど影響がない。
【0030】なおまた本発明のレーザー加工装置の加工
ヘッドは、光軸移動タイプのレーザー加工装置または光
軸固定タイプのどちらのレーザー加工装置にも利用する
ことができるものである。
【0031】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように本発明
は、静電容量センサーの電極にノズルからの冷却水が直
接かからないように、円環状の平板状電極をノズルの周
囲に同軸に配置する構成としたので、レーザー加工ヘッ
ドの構成をコンパクトにすることができる。その結果、
従来の冷却水を使用したレーザー加工ヘッドに比較して
被加工材の加工領域を拡大することができる。
【0032】また本発明よれば、静電容量センサーの電
極をノズルの周囲に同軸に配置する構成としたので被加
工材上の障害物にレーザー加工ヘッドが干渉することが
ない。
【0033】また本発明よれば、静電容量センサーの電
極とノズルとが同軸に配置されている上に、加工部から
電極までの距離が短いので静電容量センサーの測定精度
が向上する。
【0034】さらにまた、円環状の平板状電極は製作が
簡単で安価でありユーザーでも作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるレーザー加工ヘッドの実施例。
【図2】従来のレーザー加工ヘッドの例。
【符号の説明】
1 レーザー加工ヘッド 3 光学系 5 ノズル 9 アシストガス噴射口 11 冷却水噴射口 17 静電容量センサー装置 21 平板状電極 D 間隙 LB レーザー光 W 被加工材

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザー光LBとアシストガスとが通過
    可能にアシストガス噴射口9を形成したノズル5の先端
    部の周囲に、被加工材Wとの間隙Dを非接触で検出する
    静電容量センサー17の円環状平板状電極21を前記ノ
    ズル5と同軸に配置すると共に、該円環状平板状電極2
    1の下面と前記ノズル5の下端面とを同一平面に配置し
    たことを特徴とするレーザー加工装置の加工ヘッド。
  2. 【請求項2】 前記ノズル5に冷却水を噴射するための
    環状の冷却水噴射口11を設けたことを特徴とする請求
    項1に記載のレーザー加工装置の加工ヘッド。
  3. 【請求項3】 前記ノズル5に冷却水を噴射するための
    複数の冷却水噴出孔11を円環状に設けたことを特徴と
    する請求項1に記載のレーザー加工装置の加工ヘッド。
JP6281994A 1994-11-16 1994-11-16 レーザー加工装置の加工ヘッド Pending JPH08141768A (ja)

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