JPH08174261A - レーザ加工用補助ガスの制御方法およびその装置 - Google Patents

レーザ加工用補助ガスの制御方法およびその装置

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JPH08174261A
JPH08174261A JP6325242A JP32524294A JPH08174261A JP H08174261 A JPH08174261 A JP H08174261A JP 6325242 A JP6325242 A JP 6325242A JP 32524294 A JP32524294 A JP 32524294A JP H08174261 A JPH08174261 A JP H08174261A
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JP
Japan
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pressure
control circuit
gas
command
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JP6325242A
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Shunei Kato
俊英 加藤
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Amada Co Ltd
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Amada Co Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1488Means for protecting nozzles, e.g. the tip surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高価な流量制御装置を用いずに、圧力指令に
より圧力または質量流量を制御することにより、あらゆ
るレーザー加工用の補助ガスを制御するようにしたレー
ザー加工用補助ガスの制御方法およびその装置を提供す
ることにある。 【構成】 複数の補助ガスから選択された補助ガスの圧
力または質量流量を比例制御弁11により制御すると共
に、比例制御弁11から吐出部25までの制御回路を、
圧力指令制御回路15と流量指令制御回路17とに分岐
して吐出部25から補助ガスを吐出するレーザ加工補助
ガスの制御方法にして、前記圧力指令制御回路15をバ
イパス回路とし、吐出部25に設けた圧力センサー41
からの圧力値を制御装置43,45にフィードバックし
て圧力を制御し、流量指令制御回路11中に設けた質量
流量センサー35からの流量値を制御装置43,45に
フィードバックし流量を制御することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ワークにレーザー加
工を行う際のレーザー加工用補助ガスの制御方法および
その装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザーを用いた加工は、切断加工、溶
接加工、熱処理加工、マーキング加工など多岐にわたっ
ている。従来は、切断には切断用加工機、溶接には溶接
用加工機など、加工目的に応じた加工機を用いてそれぞ
れの加工を行っていた。
【0003】しかし、技術の発展に伴い、一つのレーザ
ー加工機で複数の加工が行える多目的レーザー加工機が
求められている。
【0004】ほとんどのレーザー加工には、アシストガ
ス、またはシールドガスと呼ばれる加工用補助ガスが用
いられるが、加工方法によって、使用目的が異なり、こ
れにより、使用するガス吐出ノズルの内径、ガスの種
類、計量方法、使用量も異なっている。
【0005】例えば、切断加工においては、補助ガスは
レーザーにより溶融された金属を除去する目的で用いら
れ、ノズル内径はφ1〜3mmである。また、ガスの種
類は、酸素、窒素、エアなどが主に用いられる。切断加
工に寄与するパラメータは吐出ガスの運動エネルギーで
あるが、計量方法はノズル吐出部の圧力(加工ヘッド内
部の圧力)を以て定量化され、実際に使用されるガスの
質量流量は50〜500Nl/minである。
【0006】溶接加工においては、補助ガスは溶融面の
酸化、変色を防ぐ目的に使用され、主にノズル内径がφ
5mm以上のものが用いられる。また、用途上ガスの種
類は不活性ガスである、アルゴンガス、ヘリウムガスな
どが用いられる。計量方法は一般的に質量流量を以て定
量化され、実際に使用される質量流量は25〜100N
l/minである。
【0007】レーザー加工機の取り扱いを容易なものと
するため、補助ガスの圧力制御についてはフィードバッ
クを取り入れた自動制御化が進んでいるが、流量制御に
おいては、流量制御装置(弁)が高価なことから、面積
式(フロート式)流量計などを用いた簡易手動方式によ
り制御されていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の技術では、圧力は自動制御化されつつあるが、流量
制御は手動による制御が一般的であり、流量計のフロー
トの変異を目視により読み取り、手動でバルブ開度を制
御するため、設定値の変更が正確に行われないという問
題があった。また、加工段階における流量の設定は使用
者によるため、調整時間が必要であり、かつ誤った設定
による加工の失敗などがあった。
【0009】この発明の目的は、高価な流量制御装置を
用いずに、圧力指令により圧力または質量流量を制御す
ることにより、あらゆるレーザー加工用の補助ガスを制
御するようにしたレーザー加工用補助ガスの制御方法お
よびその装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1による発明のレーザー加工用補助ガスの制御
方法は、複数の補助ガスから選択された補助ガスの圧力
または質量流量を比例制御弁により制御すると共に、比
例制御弁から吐出部までの制御回路を、圧力指令制御回
路と流量指令制御回路とに分岐して吐出部から補助ガス
を吐出するレーザ加工補助ガスの制御方法にして、前記
圧力指令制御回路をバイパス回路とし、吐出部に設けた
圧力センサーからの圧力値を制御装置にフィードバック
して圧力を制御し、流量指令制御回路中に設けた質量流
量センサーからの流量値を制御装置にフィードバックし
流量を制御することを特徴とするものである。
【0011】請求項2による発明のレーザー加工用補助
ガスの制御装置は、複数の補助ガスから指定された補助
ガスを選択するガス種類選択弁と、このガス種類選択弁
により選択された補助ガスの圧力または質量流量を制御
する比例制御弁と、この比例制御弁で制御された補助ガ
スの圧力を制御する圧力指令制御回路と、前記比例制御
弁で制御された補助ガスの質量流量を制御する流量指令
制御回路と、補助ガスを吐出する吐出部と、この吐出部
に設けた圧力センサからの圧力値をフィードバックして
圧力を制御すると共に、前記流量指令制御回路中に設け
た質量流量センサーからの流量値をフィードバックして
流量を制御する制御装置と、を備えてなることを特徴と
するものである。
【0012】
【作用】以上のような請求項1および2による発明のレ
ーザー加工用ガスの制御方法およびその装置とすること
により、複数の補助ガスから選択された補助ガスは選択
された補助ガス用のガス種類選択弁を開せて比例制御弁
へ送られ、この比例制御弁により補助ガスの圧力または
質量流量が制御される。
【0013】この比例制御弁で圧力を制御された補助ガ
スは圧力指令制御回路を通って吐出部から吐出される。
そして吐出部に設けられた圧力センサで検出された圧力
値を制御装置にフィードバックして、この制御装置で検
出された圧力値と指令圧力値との圧力差を演算し、修正
した値を指令値として比例制御弁へ指令されて制御され
る。
【0014】前記比例制御弁で流量を制御された補助ガ
スは流量指令制御回路を通って吐出部から吐出される。
そして、流量指令制御回路に設けられた質量流量センサ
で検出された流量値を制御装置にフィードバックして、
この制御装置で検出された流量値と指令流量値との流量
差を演算し、修正した値を指令値として比例制御弁へ指
令されて制御される。
【0015】而して、高価な流量制御装置を用いずに圧
力指令により圧力または質量流量を自動的に制御するこ
とができる。
【0016】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基いて詳細
に説明する。
【0017】図1を参照するに、レーザー加工用補助ガ
スの制御装置は、例えば酸素ガス、窒素ガス、アルゴン
ガス、圧縮空気(エア)用の圧力源1A,1B,1C,
1Dを備えており、この圧力源1A,1B,1C,1D
には配管3A,3B,3C,3Dを介してガス種類選択
弁としてのガス種類選択電磁弁5A,5B,5C,5D
が接続されている。
【0018】この各ガス種類選択電磁5A,5B,5
C,5Dには配管7A,7B,7C,7Dの一端が接続
されていると共にこの配管7A,7B,7C,7Dの他
端には配管9の一端が接続されている。しかもこの配管
9の他端には比例制御弁11が接続されている。前記配
管7A,7B,7C,7Dの途中にはチェック弁13
A,13B,13C,13Dが設けられている。
【0019】前記比例制御弁11には制御回路としての
圧力指令制御回路15と流量指令制御回路17が接続さ
れている。すなわち、圧力指令制御回路15の一部を構
成する圧力制御回路選択電磁弁19が前記比例制御弁1
1に配管21を介して接続されている。
【0020】前記圧力制御回路選択電磁弁19には配管
23の一端が接続されていると共にこの配管23の他端
には吐出部としてのノズル25が接続されている。この
ノズル25の先端には噴射口27が設けられている。
【0021】前記流量指令制御回路17の一部を構成す
る流量制御回路選択電磁弁29には配管31の一端が接
続されていると共に配管31の他端は前記配管21の途
中に接続されている。前記流量制御回路選択電磁弁29
には配管33を介して質量流量センサ35が接続されて
いる。この質量流量センサ35には配管37の一端が接
続されていると共にこの配管37の他端は前記配管23
の途中に接続されている。前記配管37の途中には固定
絞り弁39が設けられている。
【0022】前記ノズル25には圧力センサ41が接続
されていると共にこの圧力センサ41には制御装置とし
てのCNC装置43のCPU装置(演算装置)45が接
続されている。また質量流量センサ35は前記CPU装
置45に接続されている。さらに前記比例制御弁11も
CPU装置45に接続されている。
【0023】前記質量流量センサ35は、主に用いられ
るアルゴンガスを基準に構成され、他の流体の場合には
係数演算による変換値を用いる。指令圧力と実流量との
関係は、予め測定を行い、流量に対する圧力値を求め、
CPU装置(演算装置)45のメモリに記憶される。指
令方法としては、CNC装置43などが用いられ、CP
U装置(演算装置)45に制御方法、ガスの種類、指令
数値、ガス吐出信号が入力される。
【0024】上記構成により、CNC装置43を用い、
CNC装置(演算装置)45には制御方法、ガスの種
類、指令数値が入力される。これらの条件が入力される
と、CNC装置(演算装置)45はこれらの情報を一旦
メモリに記憶させる。
【0025】そして圧力制御を行う場合には、圧力制御
回路選択電磁弁19が開いて指令された圧力値を、電圧
または電流に変換して比例制御弁11に指令する。ガス
吐出信号により、選択された種類のガスのガス種類選択
電磁弁5A〜5Dのうち1つが開く。
【0026】圧力センサ41より入力される電圧また電
流を変換して現在の値をCNC装置(演算装置)45の
メモリに記憶せしめる。指令値との圧力差をCNC装置
(演算装置)45で演算し、修正した値を指令値として
比例制御弁11に指令が出されることになる。そして比
例制御弁11で圧力が制御されて選択されたガスが適正
なノズル25の噴射口27から噴射されることになる。
【0027】流量制御を行う場合には、ガスの種類によ
る質量の違いをCNC装置(演算装置)45で演算し、
ガスの種類に適正な質量流量に補正する。そして流量制
御回路選択電磁弁29が開いて指令された流量値に対応
する圧力をCNC装置(演算装置)45で演算し、電圧
または電流に変換して比例制御弁11に指令する。ガス
吐出信号により、選択された種類のガスのガス種類選択
電磁弁5A〜5Dのうちの1つが開く。
【0028】質量流量センサ35より入力された電圧ま
たは電流を変換し、CNC装置(演算装置)45のメモ
リに一旦記憶される。補正された流量値を指令流量値と
比較してその差をCNC装置(演算装置)45で演算
し、圧力値に変換されて比例制御弁11に指令が出され
ることになる。比例制御弁11で圧力が制御されて選択
されたガスが適正な流量でノズル25の噴射口27から
噴射されることになる。
【0029】前記流量指令制御回路17では配管33に
圧力P1 を発生させ、比例制御弁11により圧力P1
変化させることにより固定絞り弁39から流れる気体の
流量が制御されるものである。
【0030】したがって、高価な流量制御装置を用いず
に、圧力指令により圧力または質量流量を制御すること
により、あらゆレーザー加工用の補助ガスを制御させる
ことができる。
【0031】なお、この発明は、前述した実施例に限定
されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他
の態様で実施し得るものである。
【0032】
【発明の効果】以上のごとき実施例の説明より理解され
るように、請求項1および2による発明によれば、高価
な流量御装置を用いずに、圧力指令により圧力または質
量流量を制御することにより、あらゆるレーザー加工用
の補助ガスを制御させことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を実施する一実施例のレーザー加工用
補助ガスの制御装置の構成ブロック図である。
【符号の説明】
1A〜1D 圧力源 5A〜5D ガス種類選択電磁弁 11 比例制御弁 15 圧力指令制御回路 17 流量指令制御回路 19 圧力制御回路選択電磁弁 25 ノズル(吐出部) 29 流量制御回路選択電磁弁 35 質量流量センサ 39 固定絞り弁 41 圧力センサ 43 CNC装置(制御装置) 45 CPU装置(演算装置)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の補助ガスから選択された補助ガス
    の圧力または質量流量を比例制御弁により制御すると共
    に、比例制御弁から吐出部までの制御回路を、圧力指令
    制御回路と流量指令制御回路とに分岐して吐出部から補
    助ガスを吐出するレーザ加工補助ガスの制御方法にし
    て、前記圧力指令制御回路をバイパス回路とし、吐出部
    に設けた圧力センサーからの圧力値を制御装置にフィー
    ドバックして圧力を制御し、流量指令制御回路中に設け
    た質量流量センサーからの流量値を制御装置にフィード
    バックし流量を制御することを特徴とするレーザー加工
    用補助ガスの制御方法。
  2. 【請求項2】 複数の補助ガスから指定された補助ガス
    を選択するガス種類選択弁と、このガス種類選択弁によ
    り選択された補助ガスの圧力または質量流量を制御する
    比例制御弁と、この比例制御弁で制御された補助ガスの
    圧力を制御する圧力指令制御回路と、前記比例制御弁で
    制御された補助ガスの質量流量を制御する流量指令制御
    回路と、補助ガスを吐出する吐出部と、この吐出部に設
    けた圧力センサからの圧力値をフィードバックして圧力
    を制御すると共に、前記流量指令制御回路中に設けた質
    量流量センサーからの流量値をフィードバックして流量
    を制御する制御装置と、を備えてなることを特徴とする
    レーザー加工用補助ガスの制御装置。
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