JPH11254161A - レーザー加工装置及び加工ヘッド駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ発生によるギャップセンサーの誤動
作を防止し、加工不良を無くして製品歩留まりの向上を
図ること。 【解決手段】 ギャップセンサーの検出結果に基づい
て、加工ヘッドと被加工物との間の距離を所望間隔に保
持するように制御する加工ヘッド駆動方法において、パ
ルスレーザーのレーザー出力がオフのときにのみ、ギャ
ップセンサーによる検出を行い、その検出結果に基づい
て、被加工物に対する加工ヘッドの相対的位置を制御自
在とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー加工装置
及び加工ヘッド駆動方法に関し、詳細には、プラズマ発
生によるギャップセンサーの誤動作を防止し、加工不良
を無くして歩留まりの向上を図るようにしたレーザー加
工装置及び加工ヘッド駆動方法を提供することにある。

【０００２】

【従来の技術】レーザー発振器から発振され集光したレ
ーザー光を、アシストガスと共に加工ヘッド先端からワ
ークに向けて照射し、そのレーザー光によってワークを
切断等するようにしたレーザー加工装置としては、例え
ば特開平５−２８５６８０号公報等に開示されたものが
知られている。

【０００３】通常、レーザー加工装置は、加工ヘッドと
ワーク間の対向距離（ギャップ又はクリアランス）を検
出するギャップセンサーを有しており、このギャップセ
ンサーからの検出結果に基づいて、該加工ヘッドと該ワ
ーク間のギャップを所定値となるように保ちながら加工
を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザー光
と共に噴出するアシストガスの種類や加工方法によって
は、加工部においてプラズマが発生することがある。プ
ラズマの発生は、レーザーエネルギーがワークに伝わる
ことを阻害するばかりではなく、ギャップセンサーに誤
動作を与える原因にもなっている。

【０００５】すなわち、加工部にプラズマが発生する
と、加工ヘッドとワーク間が導通し、該加工ヘッドが該
ワークに接している状態と同じになって、ギャップセン
サーに誤動作が生じる。その結果、レーザー加工は不安
定となって加工不良を引き起こし、歩留まりの低下が生
じる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】プラズマは、例えば図３
に示すように、パルスレーザーのレーザー出力がオンに
されたときにのみ発生しており、オフ状態のときには発
生していない。この一方、ギャップセンサーによる検出
は、通常、ある一定のサンプリング周期で行っており、
プラズマが発生している時も、発生していない時もギャ
ップのコントロールを行っている。そのため、プラズマ
発生時にサンプリングすると、ギャップセンサーが誤っ
て動作してしまう。

【０００７】そこで本発明は、プラズマが生じないとき
に、ギャップセンサーによる検出を行い、その検出結果
に基づいて上記加工ヘッドのギャップを制御して、プラ
ズマ発生によるギャップセンサーの誤動作を防止し、加
工不良を無くして製品歩留まりの向上を図るようにした
ものである。

【０００８】具体的には、パルスレーザーのレーザー出
力がオフのときにのみ上記ギャップセンサーによる検出
を行い、その検出結果に基づいて、上記被加工物に対す
る加工ヘッドの相対的位置を制御自在とする。

【０００９】このように、レーザー出力がオフのときに
のみギャップセンサーによる検出を行うと、プラズマが
発生していないときに検出が行え、加工ヘッドとワーク
間の正確な対向距離が検出される。そのため、加工ヘッ
ドとワーク間の対向距離を所定値に保った状態で、該ワ
ークに対して安定したレーザー加工を行うことができ、
加工不良を防止できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１１】本実施形態は、本発明を、集光レンズにて
集光したレーザー光を、アシストガスと共に照射してワ
ークを切断等するレーザー加工装置及び加工ヘッド駆動
方法に適用して、プラズマ発生によるギャップセンサー
の誤動作を防止し、加工不良を無くして歩留まりの向上
を図るようにしたものである。

【００１２】本実施形態のレーザー加工装置は、図１に
示すように、被加工物であるワーク１にレーザー加工を
行う加工ヘッド３と、該加工ヘッド３にレーザー光を出
力するレーザー発振器１１と、該加工ヘッド３と該ワー
ク１間の対向距離を検出するギャップセンサー５と、該
ギャップセンサー５による検出タイミングをコントロー
ルするセンサーコントローラー７と、レーザー光を出力
する指令を上記レーザー発振器１１に出力すると共に、
サンプリング指令を上記センサーコントローラー７に出
力する制御部であるＮＣ装置９とを備えている。

【００１３】上記加工ヘッド３は、図１に示すように、
レーザー発振器１１から発振され集光されたレーザー光
を、アシストガスと共にヘッド先端からワーク１に向け
て照射し、その照射したレーザー光によって該ワーク１
を切断等するものである。かかる加工ヘッド３は、図示
しないキャリッジによってＹ軸方向に移動自在とされる
と共に、上記ＮＣ装置９により制御されたＺ軸サーボモ
ータ（図示は省略する）によってＺ軸方向に上下動自在
とされている。

【００１４】なお、上記ワーク１は、図示しないワーク
テーブル装置のクランパーにクランプされて、Ｘ軸方向
及びＹ軸方向共に位置決めされて駆動されるようになさ
れている。

【００１５】上記レーザー発振器１１は、上記ＮＣ装置
９に接続されており、該ＮＣ装置９からの指令を受けて
レーザー光を、上記加工ヘッド３に出力するようになっ
ている。

【００１６】上記ギャップセンサー５は、図１に示すよ
うに、上記加工ヘッド３に設けられており、該加工ヘッ
ド３の先端と上記ワーク１間の対向距離を検出するよう
になっている。本実施形態では、加工ヘッド先端とワー
ク１間のＸ軸方向における垂直距離を検出する。そし
て、上記ギャップセンサー５により検出された検出結果
は、上記センサーコントローラー７を介してＮＣ装置９
に出力されるようになされている。

【００１７】上記センサーコントローラー７は、図１に
示すように、上記ＮＣ装置９に接続されており、このセ
ンサーコントローラー７には、上記ギャップセンサー５
による検出を行うサンプリング指令が該ＮＣ装置９から
出力されるようになされている。従って、上記センサー
コントローラー７は、上記ＮＣ装置９からのサンプリン
グ指令に基づいて、上記ギャップセンサー５による検出
を制御するようになっている。

【００１８】上記ＮＣ装置９は、レーザー光を出力しそ
のレーザー光を加工ヘッド３に出力する指令をレーザー
発振器１１に出力するようになっている。レーザー発振
器１１への指令は、レーザー光を出力するための出力指
令の他、レーザー光を出力するタイミングを出すパルス
及びデューティ等の指令も含む。例えば、レーザー光の
駆動タイミングを示す波形図は、図２に示す通りであ
る。

【００１９】また、上記ＮＣ装置９は、上記ギャップセ
ンサー５による検出を行うためのサンプリング指令を、
上記センサーコントローラー７に出力するようになって
いる。かかるサンプリング指令は、上記レーザー発振器
１１へ出力するパルスの周波数及びデューティの指令に
同期して、図２に示すように、レーザー出力がオフとな
るとき（図２中横棒で示す位置）にのみ出力する。

【００２０】次に、上記構成のレーザー加工装置におけ
る加工ヘッド駆動方法について、図１及び図２を参照し
て説明する。

【００２１】上記レーザー発振器１１は、ＮＣ装置９か
らの指令による図２に示す駆動タイミングに応じてレー
ザー光を出力する。出力されたレーザー光は、所望のス
ポット径に集光されて上記加工ヘッド３に出力された
後、上記ワーク１の所望位置に照射される。そして、レ
ーザー光の照射と共にアシストガスが噴出されて、該レ
ーザー光により該ワーク１に所望の加工がなされる。

【００２２】上記加工ヘッド３によってワーク１にレー
ザー加工が行われている際には、上記ギャップセンサー
５によって上記加工ヘッド３と上記ワーク１間の対向距
離が検出され、その検出結果に基づいて、該加工ヘッド
３と該ワーク１との相対的位置が制御されるようになさ
れている。

【００２３】このとき、上記ギャップセンサー５による
検出は、上記レーザー発振器１１へ出力するパルスの周
波数及びデューティの指令に同期して、図２に示すよう
に、レーザー出力がオフのときにのみ、サンプリング指
令をセンサーコントローラー７に出力して行う。

【００２４】このように、レーザー出力がオフのときに
のみギャップセンサー５によってギャップの検出を行え
ば、プラズマが発生していない時にギャップの検出が行
え、正確なギャップの検出が行える。これにより、その
正確な検出結果に基づいて、上記加工ヘッド３を上記ワ
ーク１に対して所望間隔に保持した状態とすることがで
き、プラズマ発生によるギャップセンサー５の誤動作を
防止できる。従って、上記加工ヘッド３による安定した
加工により、加工不良が無くなり、製品歩留まりの向上
が図れる。

【００２５】以上、本発明を適用した具体的な一実施形
態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制
限されることなく種々の変更が可能である。

【００２６】上述の実施形態では、本発明をレーザー加
工装置に適用したが、プラズマ発生がギャップセンサー
に影響を与えるような全ての場合に、本発明を適用する
ことができる。

【００２７】また、上述の実施形態では、加工ヘッド３
をワーク１に対して垂直に下降させるようにしたが、例
えば垂直に位置決めしたワーク１に対して、ロボット等
により加工ヘッド３を水平に接近させる装置構成の場合
においても、本発明を適用することで同様の効果が得ら
れる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２９】本発明によれば、レーザー出力がオフのと
きにのみギャップセンサーによる検出を行い、その検出
結果に基づいて、被加工物に対する加工ヘッドの相対的
位置を制御自在となしているので、マプラズマ発生によ
るギャップセンサーの誤動作が防止でき、ギャップセン
サーによる正確なギャップコントロールを行うことがで
きる。従って、加工ヘッドによる加工が安定し、加工不
良が無くなり、製品歩留まりを大幅に向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のレーザー加工装置を示すブロック
図である。

【図２】本実施形態のレーザー加工装置におけるレーザ
ー駆動タイミングを示す波形図である。

【図３】従来のレーザー加工装置におけるレーザー駆動
タイミングを示す波形図である。

【符号の説明】

１ ワーク ３ 加工ヘッド ５ ギャップセンサー ７ センサーコントローラー ９ ＮＣ装置 １１ レーザー発振器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工ヘッドによって被加工物にレーザー
   加工を行うに際し、該加工ヘッドと該被加工物間の対向
   距離を検出するギャップセンサーの検出結果に基づい
   て、該加工ヘッドと該被加工物との間の距離を所望間隔
   に保持するように制御する加工ヘッド駆動方法におい
   て、 上記被加工物の加工時でパルスレーザーのオフ時間に、
   上記ギャップセンサーによる検出を行い、その検出結果
   に基づいて、該被加工物に対する上記加工ヘッドの相対
   的位置を制御自在とすることを特徴とする加工ヘッド駆
   動方法。
2. 【請求項２】 加工ヘッドによって被加工物にレーザー
   加工を行うに際し、該加工ヘッドと該被加工物間の対向
   距離を検出するギャップセンサーの検出結果に基づい
   て、該加工ヘッドと該被加工物との間の距離を所望間隔
   に保持するように制御自在となすレーザー加工装置にお
   いて、 パルスレーザーのレーザー出力がオフのときにのみ上記
   ギャップセンサーによる検出を行い、その検出結果に基
   づいて、上記被加工物に対する上記加工ヘッドの相対的
   位置を制御自在に構成してあることを特徴とするレーザ
   ー加工装置。
3. 【請求項３】 レーザー光を照射して被加工物にレーザ
   ー加工を行う加工ヘッドと、 上記加工ヘッドにレーザー光を出力するレーザー発振器
   と、 上記加工ヘッドと上記ワーク間の対向距離を検出するギ
   ャップセンサーと、 上記ギャップセンサーによる検出タイミングをコントロ
   ールするセンサーコントローラーと、 レーザー光を出力する指令を上記レーザー発振器に出力
   すると共に、サンプリング指令を上記センサーコントロ
   ーラーに出力する制御部とを備えており、 上記レーザー発振器によるレーザー出力がオフのときに
   のみ、上記サンプリング指令を上記センサーコントロー
   ラーに出力し、上記ギャップセンサーから得られた検出
   結果に基づいて、上記被加工物に対する上記加工ヘッド
   の相対的位置を制御自在に構成してあることを特徴とす
   るレーザー加工装置。