JPS62192292A - レ−ザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザ加工装置に係り、更に詳細には加工ヘッ
ドの先端側にギャップセンサを備えたレーザ加工装置に
関するものである。

［従来の技術］ 従来、レーザ加工装置として加工ヘッドの先端側にギャ
ップセンサを備えたものが知られている。

その加工ヘッドを光軸方向に移動させる駆動装置が設け
られ、しかも該駆動装置の制御は、レーザ加工装置全体
の他の駆動装置を制御している主数値制御装置で行なわ
れている。そのため、ギャップセンサーからの出力を主
数値制御装置にＪ：す、演算または割込み処理を行なっ
ているから、各軸の位貿決め指令に対して補正を施して
いた。

［発明が解決しようとする問題点］ したがって、主数値制御装置の演算速瓜に応答速度が支
配されるため、応答速度が遅く、かつレーザ加工装置特
に５軸レーザ加工装置の場合、数値制御装置が複雑にな
るという問題があった。

本発明の目的は上記事情に鑑み問題を解決するために提
案されたものであって、ギヤップセンリ−の応答を速く
すると共に加工ヘッドを駆動する駆動装置への負荷を抑
制するようにしたレーザ加工装置を提供するものである
。

［問題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、ジー１ア加工装置
における加工ヘッドの先端側にギャップセンサを備え、
加工ヘッドの上方部に加工ヘッドを光軸方向に移動さけ
る駆動装置を設り、加工ヘッドの角度変化に関係なく駆
動装置にかかる負荷を抑制するカウンタバランス装置を
、前記駆動装置に内蔵せしめたことを特徴とするもので
ある。

［作用１ 本発明のレーザ加＝［装置を採用することにより、加工
ヘッドを光軸方向に移動させる際、加工ヘッドの駆動装
置にがかる０荷を抑制づ−る。その結果、ギャップセン
サのセンシング応答速度が速くなる。

「実施例」 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図、第２図および第３図を参照するに、床１の床面
上に複数本例えば４本のコラム３が立設しである。該−
」ラム３上には支持プレート５が載置しである。支持プ
レート５の両側上の第３図において左右方向であるＸ軸
方向に複数本例えば２本のＸ軸ガイド７が取（１けられ
ている。２本のＸ軸ガイド７間には複数本例えば２本の
サポートプレ−１−〇を第２図において左右方向である
Ｙ軸方向に取付（］てあり、ザボー１へプレート９はＸ
軸ガイド７をサポートしている。２本のＸ軸ガイド７−
トにまたがってＸ軸方向に移動するＸ軸ギヤレツジ１１
が取付りられ、該Ｘ軸ギヤレツジ１１にはＹ軸キＶレッ
ジ１３が載せられている。Ｙ軸ギヤ１ノッジ１３はＸ軸
ギヤレツジ１１の脇に平行に設置ノられたガイド１５面
に沿ってＹ軸方向に移動される。Ｙ軸キ【！レッジ１３
のほぼ中央部にあって鉛直方向であるＸ軸方向に７軸コ
ラム１７が取イ」（）られ、しかもＺ軸］ラム１７はＹ
軸ギヤレツジ１３内に装着されたガイドに沿ってＸ軸方
向に移動するようになついる。Ｚ軸コラム１７の先端側
には第１図および第３図に示されていいるように加工ヘ
ッド１９が取付けられている。

レーザビームは加工ヘッド１９の先端に第１図に示づ“
如く取付けられたノズルチップ２１から照射される。第
２図に示されているようにＸ軸ガイド７問およびサポー
トプレート９間にあって下方に設けられたワーキングエ
リア２３内にワークＷが載置される。各装置を被うため
のセフティキャビン２５が機械本体の周囲に設けられて
いる。機械本体の外側には第１図および第２図に明らか
な如く空圧コニット装置２７．数値制御装間２９および
レーザ発振器電源装＠３１が配設され、数値制御装置２
９は図示省略のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各駆動装置と連
結され、各駆動を制御している。

第１図および第２図に示すように右側のクーボー１〜プ
レート９上にレーザ発振器ヘッド３３が取付けられ、前
記レーザ発振器電源装置３１に連結管３５を介して連結
されている。

次に、Ｚ軸ロラム１７の下方部には加工ヘッド１９が取
付りられている。より詳細には第４図および第５図に示
されているように、Ｚ軸コラム１７の下部には中空支持
ブロック３７が取付けられている。該中空支持ブロック
３７には鉛直方向へ延伸した中空円筒体３９が嵌入し一
体化しである。

中空支持ブロック３７の中央部から下部に向１ノだ部分
にギヤ４１がベアリング４３を介して支承され、ギヤ４
１の下方の中空円筒体３９には回転体１！Ｉ５が嵌合さ
れている。該回転体４５の上部を円盤状の押え部材４７
で押えている。中空円筒体３９ど回転体４５の下部間に
はベアリング４９が介在されている。中空支持ブロック
３７の第４図において右側には回転体４５を回転させる
駆動モータ（Ａ軸駆動モータと呼ぶ。）５１が設けであ
る。

該△軸駆動モータ５１の出力軸にはビニオン５３が取付
（プられ、前記ギヤ４１と噛合し合っている。ギヤ４１
およびビニオン５３をカバーするために、円盤状リング
５５が押え部材４７上に一体化されている。したがって
、Ａ軸駆動モータ５１を駆動せることにより、ビニオン
５３．ギヤ４１を介して回転体４５が矢印の如く回転さ
れることになる。なお、中空円筒体３９の下部にはペア
リング４９を押えるための中空の押えナツト５７が回転
体４５の下方部に嵌入されている。

第４図から明らかなように、回転体４５の下方右側部に
形成された傾斜部４５Ａには第１のミラー５つを支承し
ている支持プレート６１が取付けられ、該支持プレート
６１の外側には第１の放熱器６３が取付けられている。

回転体４５の下方左側部４５Ｂ内には、ベアリング６５
Ａ、６５Ｂを介して前記加工ヘッド１つ内に設（ジられ
た固定筒状体６７の筒状突起部６９が回転自在に支承さ
れている。該筒状突起部６つの左側にはギヤ７１が嵌合
しである。該ギヤ７１には第５図に示されているように
ビニオン７３が噛合し合っている。該ビニオン７３は駆
動モータ（Ｂ軸駆動モータと呼ぶ。）７５の出力軸に取
付けられている。したがって、Ｂ軸駆動モータ７５を駆
動させると、ビニオン７３．ギヤ７１を介して筒状体６
７が筒状突起部６９の軸心を中心にして回転されること
により加工ヘッド１９が回転される。なお、前述したＡ
軸駆動モータ５１とＢ軸駆動モータ７５の駆動制御はＸ
軸、Ｙ軸およびＺ軸における駆動モータの駆動制御と同
様に、レーザ加工装置の主数値制御装置２９によって制
御されている。

筒状体６７の上部左側に形成された傾斜部６７Δには第
２のミラー７７を支承している支持プレー１〜７９が取
イ」けられ、該支持プレー１〜７９の外側には第２の放
熱器８１が取付けられている。該第２の放熱器８１を被
うごとく加工ヘッド１つのスライダ部材８３が取付（プ
られている。該スライダ部材８３の上部には加工ヘッド
１９を光軸方向に移動させるための駆動モータ（Ｃ軸駆
動モータと呼ぶ。）８５が取付けられている。Ｃ軸駆動
モータ８５には第４図および第５図から明らかなように
、出力軸を介してビニオン８７が取付けられ、該ビニオ
ン８７にはラック８９が噛合し合っている。ラック８９
は前記ギヤ７１に一体化された取付プレート９１に固定
されている。

筒状体６７の下部内とスライダ部材８３の下部を支持し
ている支持部月内の間には加工ヘッド１９のスライダ部
材８３を−Ｊ＝下に移動させるだめの案内をする案内部
材９３が嵌合されている。さらに、第５図に示す如くリ
ニアガイド９５がスライダ部材８３に取付１プである。

スライダ部材８３の下部には例えば静電容量型のギャッ
プセンサ９７を支持する中空のホルダ９９が一体的に取
付けられている。ギヤップレンザ９７はホルダ９９にボ
ルト１０１で固定しである。

ギャップセンサ９７の先端部にはノズルチップ２１が装
着されている。したがって、Ｃ軸駆動モータ８５を駆動
させると、ビニオン８７が回転する。ビニオン８７はラ
ック８９と噛合し、かつラック８９が取付プレート９１
に固定しているためＣ軸駆動モータ８５自体が上下動す
る。Ｃ軸駆動モータ８５が上下動することによりスライ
ダ部材８３がＣ軸駆動モータ８５に一体化されているか
ら、スライダ部材８３が案内部材９３とリニアガイド９
５に案内されて上下動する。スライダ部材８３が上下動
することによりホルダ９９を介してギャップセンサ９７
が上下動されることになる。

なお、Ｃ軸駆動モータ８５の制御は前述したＡ軸駆動モ
ータ５１やＢ軸駆動モータ７５の制御と独立して主数値
制御装置２９とは別個の後述する制御装置で制御される
。さらに、第４図に示されている如く回転体４５の下部
左側には位置検知センサ１０３が取付けられ、加工ヘッ
ド１９の上下動する位置を検知している。ギャップセン
サ９７のホルダ９９内には集光レンズ１０５を保持する
円筒形状の保持部材１０７が嵌入しである。したがって
、レーザビームＬ　Ｂは第１図および第２図に示されて
いるレーザ発振器ヘッド３３から出力され、Ｚ軸コラム
１７２回転体４５内を通って、第１のミラー５９で直角
に反射され、ざらに第２のミラー７７でも直角に下方へ
反射される。次いで、レーザビームＬＢは集光レンズ１
０５で集光され、ノズルデツプ２１より第４図に示す如
く照射されてワークＷにレーザ加工が施されることにな
る。

加工ヘッド１９を光軸方向に移動さじるＣ軸駆動モータ
８５には、第６図に示されているように、トルクモータ
１０９が内蔵されている。該トルクモータ１０９のトル
クモータ軸１１１の一端側にポテンションメータ１１３
が直結され、またトルクモータ軸１１１の他端側にカウ
ンタバランス装置のカウンタバランスうず巻ばね１１５
が直結されている。したがって、カウンタバランスうず
巻ばね１１５によって加工ヘッド１９自体の自重を支え
、Ｂ軸駆動モータ７５で回動づ−る加工ヘッド１９の角
度に関係なく、Ｃ軸駆動モータ８５にかかる負荷を抑制
しているのである。

加工ヘッド１９内には第６図に示す如く、変調回路基板
１１７および発振回路基板１１９が内蔵され、ギャップ
センサ９７からテフロンケーブル１２１により発振回路
基板１１９に導かれている。

なお、テフロンケーブル１２１はレーザビームＬＢの反
射熱に耐えられる材質となっている。

したがって、ギャップセンサ９７でワークＷとのギャッ
プｇを検知し、常に後述するセン゛す゛コントロールユ
ニツ１〜１２３でギャップ９を一定に保持しているので
ある。

ギャップセンサ゛９７によるワークＷとのギャップｇの
制御は主数値制御装置２９から独立したセンサコントロ
ールユニット１２３で制御されている。より詳細には第
７図および第８図に、ギャップ９の変化に対応して、加
工ヘッド１９を駆動するためのフィードバック信号生成
の流れが示しである。適正なギャップｇにノズルデツプ
２１が位置する時、第７図にお（ブるアナログ入力は、
ＯＶとなりＣ軸駆動モータ８５は駆動しない。しかし、
ワークＷの変形、位置決め誤差などにより、ギャップＱ
が変化した旧、第８図に示す如く、ギャップセンサ９７
とワークＷ間の電気容量Ｃが変化する。電気容量Ｃは、
Ｃ−ε・ｓ／ｇ　（但し、ε：誘電串、Ｓ：面積１ｇ　
：ギャップ（距離））のちとに算出される。この電気容
量Ｃの変化量をセンザコントロールユニツｈ　１２３の
発振回路１１９に取り込むことにより、発振周波数ｆが
変化する。

発振周波数ｆは、ｆ−１，／２７ｃハ］ワ（但シ１−：
インダクタンス）で求められる。この発振周波数ｆが変
調回路１１７に取り込まれ、変調回路１１７により発振
回路１１９で発生し１ｃ周波数の変化分Δｆだ（プを取
り出し、デジタル矩形波に変化した後、周波数カウンタ
回路１２５に取り込まれる。この周波数カウンタ回路１
２５では、あるＶンプリング時間内に入り込む矩形波の
数をカウントすることにより、パラレルのデジタル信号
が生成される。

このデジタル信号をＤ／Ａコンバータ１２７に入力する
ことにより、ギャップセンサ９７の位置フィードバック
としての電圧を出力する。一方、上記位置フィードバッ
クによりトルクモータ１０９が起動すると、その］へ］
ルクモータ軸１１に直結されたボテンシ」ンメータ１１
３からの出力電圧に変化が生じ、その過渡状態に発生す
る電圧を、速度フィードバックどし、前記位置フィード
バック信号との差によって、ザーボ増幅器１２９に対す
る基準電圧とする。その結果、トルクモータ１０９が回
転し、ある設定された適正ギャップにノズルチップ２１
が位置決めされた時、位置フィードバックすなわちセン
サコントロールユニツ１−１２３からの出力がＯｖとな
りＣ＠駆動モータ８５は停止する。な（＋５、センサコ
ントロールユニット１２３に連結されているＣＮＣ入出
カニニット１＝１２− ３１は上述の機能を有効あるいは無効にするためのスイ
ッチの役割を果すのである。したがって、ギャップセン
サ９７はノズルチップ２１とワークＷ間のギャップｇを
検知し、センサコントロールユニット１２３で常に予め
決めた一定のギャップに保持するようＣ軸駆動モータ８
５を制御し、ワークＷにレーザ加工が施されるのである
。

［効果］ 以上のごとき実施例の説明から理解されるように、本発
明によれば、加工ヘッド先端側にギャップセン４ノーを
備えたレーザ加工装置で、加工ヘッドを光軸方向に移動
さける駆動装置にカウンタバランス装置を内蔵せしめて
いるから、加工ヘッドの角度変化に関係なく駆動装置に
かかる負荷を抑制し、かつ、加工ヘッド自体の制御を単
独に行なっているから、ギャップセンサのセンシング応
答速度が速くできる。また複雑な立体形状の製品を加工
する時、ワークの製品寸法のバラツキ、加工中の変形に
対して迅速に加工ヘッドを追従させることができる。し
かも、ギャップセンサの出ノｊを高周波検出で行なって
いるので高速に追従できるので高速加工が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案によるレーデ加工装置ｕの正面図である
。 第２図は第１図の平面図である。 第３図は第１図の側面図である。 第４図は加工ヘッドまわりの正面断面図である。 第５図は第４図におけるＶ矢視の一部断面図である。 第６図は加工ヘッドの駆動状態を示した説明図である。 第７図はギヤップレンサの制御を説明するブロック図で
ある。 第８図はセンサコントロールユニット部のブロック図で
ある。 ［図面の主要部を表わす符号の説明］ １９・・・加工ヘッド　　　２１・・・ノズルデツプ２
９・・・主数値制御装置　８５・・・Ｃ軸駆動モータ９
７・・・ギヤップセンザ　１０９・・・１へルクモータ
１１３・・・ポテンションメータ １１５・・・カウンタバランスうず巻ばね１２３・・・
セン１ノコントロールユニットリ−゛、゛：

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ加工装置における加工ヘッドの先端側にギ
   ャップセンサを備え、加工ヘッドの上方部に加工ヘッド
   を光軸方向に移動させる駆動装置を設け、加工ヘッドの
   角度変化に関係なく駆動装置にかかる負荷を抑制するカ
   ウンタバランス装置を、前記駆動装置に内蔵せしめたこ
   とを特徴とするレーザ加工装置
2. （２）カウンタバランス装置がうず巻ばねであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のレーザ加工装
   置
3. （３）駆動装置が主数値制御装置と別系統の制御装置に
   よつて制御されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載のレーザ加工装置。