JPS6221486A - センサの回転制御方式 - 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〕 この発明は、レーザ加工機の加工ヘッドに取り付けられ
、そして光を利用してワーク間の高さを測定する非接触
式センサの回転制御方式に関するものである。

〔従来の技術〕

従来この種のセンサとして、加工用レーザ光とは波長の
異なる光、例えば半導体レーザ光の反射を利用した第５
図のものがあった。

第５図は従来のセンサを示す構造断面図である。

第５図において、（１）Ｖ１投光のための半導体レーザ
。

（２）は半導体レーザ（１）からの光を絞るための投光
レンズである。（３）は対象ワーク面、（４）は反射し
た光を絞るための受光レンズ、（５）は半導体装置検出
器である。前記半導体装置検出器（５）は通称Ｐｏ５ｉ
ｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　　略
してＰＳＤと呼ばれているもので、この面上には受光レ
ンズ（４）で絞られた反射光が結像される。（６）はレ
ンズ（２）及び（４）を保護するための保護ガラスであ
る。

本発明は、センサ自身の改良ではないので、このセンサ
の動作原理については簡単に説明することにする。第６
図は、第５図に示したセンサ（ＬＯをレーザ加工機の加
工ヘット創メに取り付けた場合の側面図である。図にお
いて加工ヘッドα廓の先端が対象ワーク（３）に対して
高さく６）を変えると、それに応じて第５図に示したＰ
　８　Ｄ（５）上の結像位置（３）が変わる。この結像
位置の変化ＶｉＰ　Ｓ　Ｄ（５）の両端に発生する電流
を検出することによって求めることができる。したがっ
て、予め高さく６）の変化と結像位置Ｘとの関係を較正
しておけば、上記の電流から結像位置（２）がわかり、
結果として高さく６）の値がわかることになる。以上が
このセンサの測定原理である。すなわち、従来はこの第
６図のように、センサαｑけ加工ヘッドＣ１，）に固定
されていた。

なお、このセンサを取り付ける理由は、レーザ加工機に
よる対象ワーク（３）の切断加工中にこのワークと加工
ヘッドとの高さを最適値に維持するためである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来は、加工ヘッドにセンサが固定てれていたため、第
６図に示すようにセンサαｑが加工ヘッドク９の進行方
向（矢印ｍ方向）に対して、後方に位置した状態でレー
ザ切断加工を行うと、対象ワーク（３）の切断空隙にセ
ンサ０１１の計測用レーザ光が大部分入ってし普い、反
射する光量が極端に少なくなる。１だ、１ノ−ザ切断に
よる溶融部分からは、いろいろな波長が混じった白色光
が発生する。このため、センサの受光レンズ（４）には
、計測用の反射光の他にこの白色光が入ってくる。この
計測用のレーザ光は、投光の時点で約１０〜２０ｍｗの
出力であり、一方加工用レーザ光は約５００ｗ〜１．０
ＯＯＷもあるので、ソース（反射光）とノイズ（白色光
）との比すなわちＳ／Ｎ比が非常に悪くなり、計測が不
可能となるという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、切断加工中は、常にセンサが加工ヘッドの
進行方向（つまり切断方向）の前方の位置にあるように
したものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この制御方式によれば、加工ヘッドの中心つまり加工用
レーザ光のスポット点よりわずか前方（例えば２〜３ｍ
ｍ前方）の点を計測するようにセンサを回転させたもの
である。

〔作用〕

この発明においては、センサか加工ヘッドの進行方向に
対して常に前方にあるので、加工用レーザ光が切断後の
空隙の幅に入ることはない。

〔発明の実施例〕

１Ｍ下、　とノセンサの制御方式の一実施例について説
明する。第１図はセンサの回転機構を示す側面図で、（
１）けセンサαｑを取り付けた歯車、（ハ）は駆動用モ
ータで、これはステッピングモータあるいは直流モータ
でもよい。＠はモータ（ハ）の軸に取シ付けられた歯車
で、レーザ加工機の制御装置（図示せず）からの指令に
より、モータ（ハ）の回転駆動が制御される。なお、歯
車の代わりにベルトナトを用いても機能的には同じであ
る。ここでセンサの制御例を２つあげてこれを説明する
。

（１）平板の２次元レーザ加工機（第２図参照）これは
平板（対象物ワーク）を取り付けたテーブルが、直交２
軸Ｘ、Ｙを同時に動かし、そして加工ヘッドが取り付け
られている２＠は単に固定または高さの倣いだけに用い
る場合である。

第２図に示すように、ベクトル八方向に切断するときは
、ベクトルＡの成分（ＡＸ、Ａｙ）を用いて、センサの
回転角θを θ＝　ｔａｎ　　（Ａｙ／Ａｘ）　　　（ＡｘΦＯ）　
　　・［１）とすればよい。任意の形状な切断すると＠
は。

ポイント・ポイント間を直接補間をするように制御する
ので、進行方向ベクトルＡは形状に応じて制御装置内で
計算でれる。

（２）５軸の３次元レーザ加工機の場合（第３図参照） 第５図は５軸の６次元レーザ加工機の軸構成を示した模
式図である。この例の場合は、直交・６軸（ｘ、ｙ、ｚ
）　、加工ヘッドの姿勢軸（α。

β）およびセンサの回転角（θ）の関係式は以下のよう
になる。

０＝ｔａｎ−１ａｌ　ｓｉｎ　−（ａｔ　ｇｉｎα＋Ｂ
、　ｃｏｓａ）ｃｏａｌ　、、−〔３〕ａｔｃｏｓα−
Ｂ、ｓｉｎα ここに、ａｌ　ｔ　＆ｔ　ｒ　ａｍけセンサの取り付は
方向を示す単位ベクトル（ａ）の成分である（第４図参
照）。

加工ヘッドの進行方向ベクトル（ト））の単位ベクトル
（ｅ）は ｅ　＝　Ｅ　／　ｌ　Ｅ　１ 加工ヘッドの姿勢ベクトル（ｆ）は なお、直交３軸、姿勢軸（α、β）は、通常ロボット・
レーザ加工機において用いられているティーチングプレ
イバック方式の駆動方式を採用してそれぞれ駆動される
。したがってＮＣ制御装置の構成については説明を省略
する。

加工途中に角（θ）を式（１］、［２）、［３）ｔ、た
がって、ＮＣ装置内の演算処理ユニットで計算し、そし
てセンサ回転用のモータＱ１）１にそれに応じて回転さ
せる。これに併せてこのセンサの対象ワークからの高さ
の情報をもとにしてこの高さを所定の一定値に制御する
。

この実施例では、レーザ加工機のセンサを回転制御する
場合について示したが、その他の加工機、ロボット等で
進行方向の前方にセンサが位置するように該センサを回
転制御する方法として利用することができる。

〔発明の効果〕

非接触式の光を利用するセンサを加工中に進行方向の前
方に位置するように目動的に回転制御するので、加工用
レーザ光によるノイズの影響がなくなり、また、切断し
た後の空隙の中に計測光が入って測定不可能になること
が防止でき、センサとして利用する上で著しく信頼性が
向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるレーザ加工機の構造
を示す側面図、第２図〜第４図はその動作を説明するた
めの模式図、第５図は従来のセンサの構造を示す側面図
、第６図は従来のレーザ加工機を示す側面図である。 図において、（１）は半導体レーザ、＜２）　Ｖｉ投光
Ｌし　ンズ、（３）は対象ワーク、（４）は受光レンズ
、（５）は半導体装置検出器（ＰＳＤ）、（６）は保護
ガラス、αｑはセンサ、ＣＩやけ加工ヘッド、（ハ）は
駆動モータである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 ←４Ｉｌ−惜 ＋、Ｉ値徊 ♀８さ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ加工機の加工ヘッドと対象ワーク間の高さ
   を測定するための光を利用したセンサにおいて、レーザ
   加工中に加工用のレーザスポット点より進行方向に対し
   てわずか前方の点を測定すべくセンサを回転させること
   を特徴とするセンサの回転制御方式。
2. （２）前記レーザ加工機の加工ヘッドは２次元的に制御
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセ
   ンサの回転制御方式。
3. （３）前記レーザ加工機の加工ヘッドは５軸の３次元的
   に制御されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のセンサの回転制御方式。