WO2019176294A1 - レーザ加工機におけるノズル芯出し装置及びノズル芯出し方法 - Google Patents

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WO2019176294A1
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laser beam
opening
nozzle
output value
sensor output
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PCT/JP2019/001955
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山梨　貴昭
厚司 舟木
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株式会社アマダホールディングス
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    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head

Definitions

  • the present disclosure relates to a nozzle centering device and a nozzle centering method in a laser processing machine that processes a sheet metal with a laser beam.
  • the following method is used as an adjustment method for adjusting the laser beam to be positioned at the center point of the nozzle opening.
  • An adjusting mechanism is provided for moving the focusing lens or nozzle in a direction perpendicular to the optical axis of the laser beam. The operator moves the focusing lens or nozzle by the adjusting mechanism so that the laser beam is positioned at the center point of the opening. As an example, the operator attaches a tape to the tip of the nozzle and irradiates a low-power laser beam to check whether the laser beam is positioned at the center point of the opening.
  • the focusing lens or nozzle is repeatedly moved by the adjustment mechanism. As a result of confirmation, if the laser beam is positioned at the center point of the opening, the centering of the nozzle is completed.
  • One or more embodiments are intended to provide a nozzle centering device and a nozzle centering method in a laser processing machine capable of automating nozzle centering.
  • a beam displacement mechanism for displacing a laser beam emitted from an opening of a nozzle attached to the tip of a processing head, and a laser beam emitted from the opening
  • An optical sensor that generates a sensor output value corresponding to the intensity of the incident laser beam
  • a beam displacement control unit that controls displacement of the laser beam by the beam displacement mechanism
  • the beam displacement control unit includes the beam displacement Based on the sensor output value generated by the optical sensor when the laser beam is irradiated to at least three points of the end of the opening contacting the inner peripheral surface of the processing head by controlling the displacement of the laser beam by the mechanism.
  • a center calculation unit that detects positions of at least three points and calculates a center point of the opening based on the detected positions of the at least three points;
  • the beam displacement control unit is a nozzle centering device in a laser processing machine that controls the beam displacement mechanism so that the laser beam emitted from the opening is positioned at the center point calculated by the center calculation unit.
  • a beam displacement mechanism for displacing a laser beam emitted from an opening of a nozzle attached to the tip of a processing head, and a laser beam emitted from the opening
  • An optical sensor that generates a sensor output value corresponding to the intensity of the incident laser beam, and a laser beam positioned at an arbitrary position in the opening is displaced by the radius of the opening, and the arbitrary position
  • a beam displacement control unit that controls the beam displacement mechanism so as to circulate around the center, and whether or not the sensor output value generated by the optical sensor when the laser beam circulates is within a set range
  • a direction of deviation of the arbitrary position with respect to the center point of the opening is calculated
  • a nozzle centering device in a laser processing machine comprising a deviation direction calculation unit that determines that a laser beam is located at a center point of the opening when it is determined that a sensor output value is within the set range.
  • the laser beam emitted from the opening of the nozzle attached to the tip of the processing head is in contact with the inner peripheral surface of the processing head by a beam displacement mechanism.
  • Displacement is performed so as to irradiate at least three points at the end of the opening, the laser beam emitted from the opening is received by an optical sensor, a sensor output value corresponding to the intensity of the received laser beam is generated, and a center calculation unit Detecting a position of the at least three points based on a sensor output value generated by the optical sensor, calculating a center point of the opening based on the detected position of the at least three points, and a beam displacement controller
  • a laser beam machine that controls the beam displacement mechanism so that the laser beam emitted from the opening is positioned at the center point calculated by the center calculation unit. Nozzle centering method is provided that.
  • the laser beam that is located at an arbitrary position in the opening of the nozzle attached to the tip of the processing head and is emitted from the opening is subjected to beam displacement.
  • the mechanism is displaced by the radius of the opening, circulates around the arbitrary position, the laser beam emitted from the opening is received by an optical sensor, and a sensor output value corresponding to the intensity of the received laser beam is generated.
  • the deviation direction calculation unit determines whether the sensor output value generated by the optical sensor when the laser beam is circling is within a set range, and the deviation direction calculation unit is configured to output the sensor output.
  • the laser beam nozzle centering method in determining laser processing machine are located at the center point of the opening is provided.
  • the centering of the nozzle can be automated.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration example of a laser processing machine including a nozzle centering device according to one or more embodiments.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a detailed configuration example of a collimator unit and a processing head included in the laser processing machine.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the displacement of the irradiation position of the laser beam on the sheet metal by the beam displacement mechanism provided in the laser processing machine.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of an optical sensor unit included in the laser processing machine.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a first procedure of the nozzle centering method according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a waveform diagram showing the displacement of the laser beam and the sensor output value generated by the optical sensor according to the first procedure shown in FIG.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a second procedure according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a third procedure according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating the first embodiment.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a procedure of a nozzle centering method according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a procedure of a nozzle centering method according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating a procedure of a nozzle centering method according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing an example of an abnormal shape of the nozzle opening.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing a state in which a laser beam circulates along the end of the nozzle opening shown in FIG.
  • FIG. 15A is a waveform diagram showing a sensor output value generated when a laser beam is circulated along an end of an opening of a nozzle having a normal opening shape.
  • FIG. 15B is a waveform diagram showing a sensor output value generated when the laser beam circulates along the end portion of the nozzle opening shown in FIG. 13.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating a nozzle centering method according to the fifth embodiment.
  • FIG. 17 shows a state in which the laser beam circulates along the end of the opening in a state where the position of the laser beam coincides with the center point of the opening of the nozzle in the nozzle centering method according to the sixth embodiment.
  • FIG. 18 is a waveform diagram showing the displacement of the laser beam shown in FIG. 17 and the sensor output value generated by the optical sensor when the laser beam is displaced as shown in FIG.
  • FIG. 19 is a conceptual diagram illustrating a state in which the laser beam circulates along the end portion of the opening in the sixth embodiment in a state where the position of the laser beam does not coincide with the center point of the opening of the nozzle.
  • FIG. 20 is a waveform diagram showing the displacement of the laser beam shown in FIG. 19 and the sensor output value generated by the optical sensor when the laser beam is displaced as shown in FIG. FIG.
  • FIG. 21A is a waveform diagram illustrating a sensor output value generated when the position of the laser beam is shifted in the + X direction with respect to the center point of the nozzle opening in the sixth embodiment.
  • FIG. 21B is a waveform diagram showing a sensor output value generated when the position of the laser beam is shifted in the ⁇ X direction with respect to the center point of the nozzle opening in the sixth embodiment.
  • FIG. 21C is a waveform diagram illustrating sensor output values generated when the position of the laser beam is shifted in the + Y direction with respect to the center point of the nozzle opening in the sixth embodiment.
  • 21C is a waveform diagram illustrating a sensor output value generated when the position of the laser beam is shifted in the ⁇ Y direction with respect to the center point of the nozzle opening in the sixth embodiment.
  • FIG. 21E is a waveform diagram illustrating sensor output values generated when the position of the laser beam is shifted in the + X and + Y directions with respect to the center point of the nozzle opening in the sixth embodiment.
  • FIG. 21F is a waveform diagram illustrating sensor output values generated when the position of the laser beam is deviated in the + X and ⁇ Y directions with respect to the center point of the nozzle opening in the sixth embodiment.
  • FIG. 21G is a waveform diagram illustrating sensor output values generated when the position of the laser beam is shifted in the ⁇ X and + Y directions with respect to the center point of the nozzle opening in the sixth embodiment.
  • FIG. 21H is a waveform diagram illustrating sensor output values generated when the position of the laser beam is shifted in the ⁇ X and ⁇ Y directions with respect to the center point of the nozzle opening in the sixth embodiment.
  • FIG. 22 is a flowchart illustrating a nozzle centering method according to the sixth embodiment.
  • FIG. 23 is a waveform diagram illustrating an example of a change in a waveform in which a sensor output value that does not fall within the set range according to the sixth embodiment falls within the set range.
  • FIG. 24 is a flowchart illustrating a nozzle centering method according to the seventh embodiment.
  • FIG. 25 is a conceptual diagram illustrating a partial procedure of the nozzle centering method according to the seventh embodiment.
  • FIG. 26 is a flowchart illustrating a nozzle centering method according to the eighth embodiment.
  • FIG. 27 is a conceptual diagram illustrating a partial procedure of the nozzle centering method according to the eighth embodiment.
  • FIG. 28 is a conceptual diagram showing a part of the procedure of the nozzle centering method according to the eighth embodiment in the case where the nozzle diameter of the nozzle attached to the machining head is different from the nozzle diameter set in the machining conditions.
  • FIG. 29 is a conceptual diagram illustrating a nozzle centering method according to the ninth embodiment.
  • FIG. 29 is a conceptual diagram illustrating a nozzle centering method according to the ninth embodiment.
  • FIG. 30 is a conceptual diagram illustrating a nozzle centering method according to the tenth embodiment.
  • FIG. 31 is a block diagram illustrating a functional internal configuration example of an NC apparatus that executes the nozzle centering method according to the first to fifth, ninth, and tenth embodiments.
  • FIG. 32 is a block diagram illustrating a functional internal configuration example of an NC apparatus that executes the nozzle centering method according to the sixth to eighth embodiments.
  • FIG. 33 is a diagram showing a parallel vibration pattern of a laser beam.
  • FIG. 34 is a diagram showing an orthogonal vibration pattern of a laser beam.
  • a nozzle centering device and a nozzle centering method in a laser processing machine will be described with reference to the accompanying drawings.
  • FIG. 1 the overall configuration and operation of a laser processing machine 100 that includes a nozzle centering device according to one or more embodiments and executes the nozzle centering method according to one or more embodiments will be described. .
  • a laser processing machine 100 includes a laser oscillator 10 that generates and emits a laser beam, a laser processing unit 20, and a process fiber 12 that transmits the laser beam emitted from the laser oscillator 10 to the laser processing unit 20.
  • the laser processing machine 100 includes an operation unit 40, a display unit 42, an NC device 50, a processing program database 60, a processing condition database 70, an assist gas supply device 80, and an optical sensor unit 90.
  • the NC device 50 is an example of a control device that controls each part of the laser processing machine 100.
  • the optical sensor unit 90 is disposed at a position adjacent to the end of the processing table 21 in the laser processing unit 20.
  • the optical sensor unit 90 may be provided in a nozzle changer that automatically replaces a nozzle 36 described later, or may be provided independently of the nozzle changer.
  • the optical sensor unit 90 and the NC device 50 constitute a part of the nozzle centering device.
  • the laser oscillator 10 is preferably a laser oscillator that amplifies excitation light emitted from a laser diode and emits a laser beam having a predetermined wavelength, or a laser oscillator that directly uses a laser beam emitted from a laser diode.
  • the laser oscillator 10 is, for example, a solid laser oscillator, a fiber laser oscillator, a disk laser oscillator, or a direct diode laser oscillator (DDL oscillator).
  • the laser oscillator 10 emits a 1 ⁇ m band laser beam having a wavelength of 900 nm to 1100 nm.
  • the fiber laser oscillator emits a laser beam having a wavelength of 1060 nm to 1080 nm
  • the DDL oscillator emits a laser beam having a wavelength of 910 nm to 950 nm.
  • the laser processing unit 20 includes a processing table 21 on which a sheet metal W to be processed is placed, a portal X-axis carriage 22, a Y-axis carriage 23, a collimator unit 30 fixed to the Y-axis carriage 23, and a processing head 35.
  • the sheet metal W may be stainless steel or mild steel, and the material is not limited.
  • the X-axis carriage 22 is configured to be movable on the processing table 21 in the X-axis direction.
  • the Y-axis carriage 23 is configured to be movable in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis on the X-axis carriage 22.
  • the X-axis carriage 22 and the Y-axis carriage 23 serve as a moving mechanism that moves the machining head 35 along the surface of the sheet metal W in the X-axis direction, the Y-axis direction, or any combination direction of the X-axis and the Y-axis. Function.
  • the position of the machining head 35 may be fixed and the sheet metal W may be moved.
  • the laser processing machine 100 only needs to include a moving mechanism that moves the processing head 35 relative to the surface of the sheet metal W.
  • the moving mechanism moves the processing head 35 above the optical sensor unit 90.
  • the moving mechanism may move the optical sensor unit 90 to the lower side of the processing head 35.
  • the processing head 35 is provided with a nozzle 36 having a circular opening 36a at the tip and emitting a laser beam from the opening 36a.
  • the laser beam emitted from the opening 36 a of the nozzle 36 is applied to the sheet metal W.
  • the assist gas supply device 80 supplies nitrogen to the processing head 35 as the assist gas when the sheet metal W is stainless steel and when the sheet metal W is mild steel. At the time of processing the sheet metal W, the assist gas is blown onto the sheet metal W through the opening 36a.
  • a mixed gas containing nitrogen and oxygen can be used as an assist gas depending on the processing intention.
  • the collimator unit 30 includes a collimation lens 31 that converts a diverging laser beam emitted from the process fiber 12 into parallel light (collimated light).
  • the collimator unit 30 includes a galvano scanner unit 32 and a bend mirror 33 that reflects the laser beam emitted from the galvano scanner unit 32 downward in the Z-axis direction perpendicular to the X-axis and the Y-axis.
  • the processing head 35 includes a focusing lens 34 that focuses the laser beam reflected by the bend mirror 33 and irradiates the sheet metal W.
  • the focusing lens 34 can be adjusted in position in the optical axis direction.
  • the focusing lens 34 functions as a focusing point adjustment mechanism that adjusts the focusing point of the laser beam irradiated onto the sheet metal W.
  • the laser processing machine 100 is centered so that the laser beam emitted from the opening 36a of the nozzle 36 is positioned at the center point of the opening 36a. After the centering operation is completed, in the reference state, the laser beam is emitted from the center point of the opening 36a.
  • the galvano scanner unit 32 includes a scan mirror 321 that reflects the laser beam emitted from the collimation lens 31 and a drive unit 322 that rotates the scan mirror 321 at a predetermined angle.
  • the galvano scanner unit 32 includes a scan mirror 323 that reflects the laser beam emitted from the scan mirror 321 and a drive unit 324 that rotates the scan mirror 323 at a predetermined angle.
  • the galvano scanner unit 32 functions as a beam displacement mechanism that moves through the machining head 35 to displace the position of the laser beam emitted from the opening 36a.
  • the beam displacement mechanism forms part of the nozzle centering device.
  • the driving units 322 and 324 can reciprocate the scan mirrors 321 and 323 in a predetermined angle range based on the control by the NC device 50, respectively.
  • the galvano scanner unit 32 can vibrate the laser beam applied to the sheet metal W by reciprocally vibrating one or both of the scan mirror 321 and the scan mirror 323.
  • the NC device 50 causes the galvano scanner unit 32 to function as a beam vibration mechanism that vibrates the laser beam emitted from the opening 36a while traveling in the processing head 35 when the sheet metal W is processed. You can also.
  • the galvano scanner unit 32 is an example of a beam displacement mechanism and a beam vibration mechanism, and the beam displacement mechanism and the beam vibration mechanism are not limited to the galvano scanner unit 32.
  • FIG. 3 shows a state in which one or both of the scan mirror 321 and the scan mirror 323 is tilted and the position of the laser beam applied to the sheet metal W is displaced.
  • the case where the sheet metal W is irradiated with the laser beam is shown, but the same applies to the case where the optical sensor unit 90 is irradiated with the laser beam.
  • a thin solid line bent by the bend mirror 33 and passing through the focusing lens 34 indicates the optical axis of the laser beam when the laser processing machine 100 is in the reference state.
  • the angle of the optical axis of the laser beam incident on the bend mirror 33 is changed by the operation of the galvano scanner unit 32 located in front of the bend mirror 33, and the optical axis is changed from the center of the bend mirror 33. Come off.
  • the incident position of the laser beam on the bend mirror 33 is the same before and after the operation of the galvano scanner unit 32.
  • the optical axis of the laser beam is displaced from the position indicated by the thin solid line to the position indicated by the thick solid line by the action of the galvano scanner unit 32. If the laser beam reflected by the bend mirror 33 is tilted at an angle ⁇ , the irradiation position of the laser beam on the sheet metal W is displaced by a distance ⁇ s.
  • the focal length of the focusing lens 34 is EFL (EffectiveEFocal Length)
  • the distance ⁇ s is calculated as EFL ⁇ sin ⁇ .
  • the galvano scanner unit 32 tilts the laser beam by an angle ⁇ in the direction opposite to the direction shown in FIG. 3, the irradiation position of the laser beam on the sheet metal W is displaced by a distance ⁇ s in the direction opposite to the direction shown in FIG. be able to.
  • the distance ⁇ s can be longer than the radius of the opening 36a.
  • the optical sensor unit 90 includes a protective glass 91, a filter 92, and an optical sensor 93.
  • the protective glass 91, the filter 92, and the optical sensor 93 are arranged at predetermined intervals in the laser beam traveling direction indicated by the alternate long and short dash line.
  • the protective glass 91 is provided to prevent the optical sensor 93 from being soiled.
  • the surface of the protective glass 91 is preferably provided with an antireflection coating.
  • the filter 92 functions as a band-pass filter that transmits the measurement light detected by the optical sensor 93 and blocks the others.
  • the filter 92 functions as an attenuation filter that attenuates the measurement light.
  • the filter 92 may have a function of causing only the component that travels substantially orthogonal to the surface of the filter 92 out of the incident measurement light to enter the optical sensor 93.
  • the filter 92 may have a function of converting the wavelength of the laser beam into the wavelength of visible light and making it incident on the optical sensor 93.
  • the optical sensor 93 includes a light receiving surface having an area larger than the area of the opening 36 a of the nozzle 36.
  • the optical sensor 93 detects the position (coordinates) of the incident laser beam.
  • the optical sensor 93 generates a sensor output value corresponding to the intensity of the emitted laser beam.
  • the optical sensor 93 can be composed of a photodiode.
  • a diffusion plate may be disposed between the filter 92 and the optical sensor 93.
  • a bend mirror may be disposed in the optical sensor unit 90, and a laser beam having a bent traveling direction may be incident on the optical sensor 93.
  • the configuration of the optical sensor unit 90 is not limited to the configuration shown in FIG.
  • the NC device 50 moves the machining head 35 to above the optical sensor unit 90.
  • the NC device 50 controls the laser oscillator 10 so as to emit a laser beam having a power lower than the power of the laser beam applied to the sheet metal W when the sheet metal W is processed.
  • the processing head 35 irradiates the optical sensor unit 90 with a low-power laser beam as measurement light.
  • the NC apparatus 50 performs the centering operation of the nozzle 36 using the sensor output value detected by the optical sensor unit 90.
  • the sensor output value from the optical sensor unit 90 is converted into a digital value in the NC device 50 or by an external A / D converter as necessary, and used for performing a centering operation. .
  • specific examples of the centering operation will be described.
  • FIG. 5 conceptually shows a state in which the laser beam passes through the opening 36a of the nozzle 36 when viewed from the inside of the nozzle 36 toward the opening 36a.
  • reference symbol LBa indicates a beam cross section in a plane including the opening 36 a of the laser beam traveling in the nozzle 36. It is assumed that the position of the laser beam is shifted in the + X direction and the ⁇ Y direction with respect to the center point 36 ctr of the opening 36 a.
  • the NC device 50 controls the galvano scanner unit 32 so as to displace the laser beam in the + X direction, for example, as indicated by a right-pointing arrow in FIG.
  • FIG. 6A shows the position of the laser beam in the + X or ⁇ X direction.
  • FIG. 6B shows a waveform of the sensor output value generated when the laser beam is displaced.
  • the optical sensor 93 is hardly irradiated with the laser beam. Therefore, as shown in FIG. Drops to near zero.
  • the NC device 50 detects that the position X1 in the X direction shown in FIG. 6A when the sensor output value is equal to or less than the threshold value Th set in the vicinity of 0 is one end portion of the opening 36a.
  • the end portion of the opening 36a is a portion of the opening 36a that is in contact with the inner peripheral surface of the processing head 35.
  • the laser beam when a laser beam as measurement light is applied to the inner peripheral surface of the nozzle 36, the laser beam is absorbed or reflected by the nozzle 36.
  • the laser beam reflected by the inner peripheral surface of the nozzle 36 becomes scattered light.
  • the filter 92 does not have the angle selectivity of the measurement light, the intensity of the scattered light detected by the optical sensor 93 is a small part of the total light intensity of the measurement light. Therefore, the sensor output value generated when the scattered light enters the optical sensor 93 is significantly lower than the sensor output value generated when the measurement light passes through the opening 36a and enters the optical sensor 93.
  • the NC apparatus 50 After stopping the displacement of the laser beam when the laser beam reaches the inner peripheral surface of the nozzle 36, the NC apparatus 50 causes the galvano scanner unit to displace the laser beam in the ⁇ X direction as shown by the left-pointing arrow in FIG. 32 is controlled.
  • the sensor output value decreases to near zero again as shown in FIG. 6B.
  • the NC device 50 detects that the position X2 in the X direction shown in FIG. 6A when the sensor output value is equal to or less than the threshold Th is the other end of the opening 36a.
  • the NC device 50 calculates the center position X0 of the line connecting the position X1 and the position X2, and controls the galvano scanner unit 32 to displace the laser beam to the center position X0.
  • the beam cross section LBa is displaced from the position indicated by the two-dot chain line to the position indicated by the solid line.
  • the NC device 50 In the state where the laser beam is located at the center position X0, the NC device 50, as shown by an upward arrow in FIG. 7, for example, the + Y direction in the direction orthogonal to the line connecting the position X1 and the position X2.
  • the galvano scanner unit 32 is controlled so as to be displaced to the position.
  • the NC device 50 detects that the position Y1 (see FIG. 8) in the Y direction when the sensor output value becomes equal to or less than the threshold value Th is one end of the opening 36a.
  • the NC apparatus 50 causes the galvano scanner unit to displace the laser beam in the -Y direction as indicated by a downward arrow in FIG. 32 is controlled.
  • the NC device 50 detects that the position Y2 in the Y direction (see FIG. 8) when the sensor output value is equal to or less than the threshold value Th is the other end of the opening 36a.
  • the NC device 50 calculates the center position Y0 of the line connecting the position Y1 and the position Y2.
  • the center position Y0 corresponds to the center point 36ctr shown in FIG.
  • the NC device 50 controls the galvano scanner unit 32 so as to displace the laser beam to the central position Y0. Thereby, the centering of the nozzle 36 is completed.
  • the NC device 50 moves the machining head 35 above the optical sensor unit 90 in step S ⁇ b> 101.
  • the NC device 50 irradiates the optical sensor unit 90 with a laser beam (measurement light).
  • step S103 the NC device 50 displaces the laser beam in the + X direction by the galvano scanner unit 32, and stops the displacement when the sensor output value becomes equal to or less than the threshold value Th.
  • the NC device 50 holds the position X1 in the X direction where the displacement is stopped.
  • step S104 the NC device 50 displaces the laser beam in the ⁇ X direction by the galvano scanner unit 32, and stops the displacement when the sensor output value becomes equal to or less than the threshold value Th.
  • the NC device 50 holds the position X2 in the X direction where the displacement is stopped.
  • the NC device 50 calculates the center position X0 in the X direction based on the position X1 and the position X2 in step S105. Step S103 and step S104 may be reversed. In step S106, the NC apparatus 50 displaces the laser beam by the galvano scanner unit 32 so that the position of the laser beam is located at the center position X0 in the X direction.
  • step S107 the NC device 50 displaces the laser beam in the + Y direction by the galvano scanner unit 32, and stops the displacement when the sensor output value becomes equal to or less than the threshold value Th.
  • the NC device 50 holds the position Y1 in the Y direction where the displacement is stopped.
  • step S108 the NC device 50 displaces the laser beam in the ⁇ Y direction by the galvano scanner unit 32, and stops the displacement when the sensor output value becomes equal to or less than the threshold value Th.
  • the NC device 50 holds the position Y2 in the Y direction where the displacement is stopped.
  • step S109 the NC device 50 calculates the center position Y0 in the Y direction based on the position Y1 and the position Y2. Step S107 and step S108 may be reversed.
  • step S110 the NC device 50 displaces the laser beam by the galvano scanner unit 32 so that the position of the laser beam is located at the center position Y0 in the Y direction. With the above processing, the centering of the nozzle 36 is completed.
  • step S111 the NC device 50 stops the laser beam irradiation and ends the process.
  • the center position Y0 in the Y direction is calculated after calculating the center position X0 in the X direction.
  • the center position X0 in the X direction may be calculated after calculating the center position Y0 in the Y direction.
  • the NC device 50 may display on the display unit 42 that the centering of the nozzle 36 has been completed and notify the operator.
  • step S111 it is not necessary to continue the laser beam irradiation from step S102 to step S111. It is only necessary to detect a position where the sensor output value is equal to or less than the threshold value Th, and the laser beam may be switched on and off at an appropriate timing between step S102 and step S111.
  • a laser beam (not shown) is located at an arbitrary position (initial position) in the opening 36a.
  • the NC device 50 uses the galvano scanner unit 32 to displace the laser beam in an arbitrary direction twice so as to detect both ends of the opening 36a at different angles.
  • the NC device 50 detects and holds the positions P1 and P2 by the first displacement, and detects and holds the positions P3 and P4 by the second displacement.
  • the NC device 50 detects the intersection point P0 of the straight line orthogonal to the center position of the line connecting the positions P1 and P2 and the straight line orthogonal to the center position of the line connecting the positions P3 and P4 as the center point 36ctr of the opening 36a.
  • the NC device 50 controls the galvano scanner unit 32 so that the laser beam positioned at the initial position is positioned at the intersection point P0. Thereby, the centering of the nozzle 36 is completed.
  • the center point 36ctr is detected based on the four points at the end of the opening 36a.
  • the center point 36ctr can be detected based on the three points at the end.
  • the NC device 50 detects and holds the positions P5 and P6 by the first displacement, and detects and holds the position P7 by the second displacement passing through the position P5, for example.
  • the NC device 50 detects the intersection point P0 of the straight line orthogonal to the center position of the line connecting the positions P5 and P6 and the straight line orthogonal to the center position of the line connecting the positions P5 and P7 as the center point 36ctr of the opening 36a.
  • the NC device 50 controls the galvano scanner unit 32 so that the laser beam positioned at the initial position is positioned at the intersection point P0. Thereby, the centering of the nozzle 36 is completed.
  • the NC device 50 causes the galvano scanner unit 32 to displace the laser beam in an arbitrary direction so as to detect two points at the end of the opening 36a.
  • the NC device 50 detects and holds the positions P11 and P12 by the first displacement.
  • the first displacement may be in the X direction or the Y direction.
  • the NC device 50 uses the galvano scanner unit 32 to displace the laser beam so as to detect the end of the opening 36a in a direction that passes through the position P12 and is perpendicular to the line connecting the positions P11 and P12.
  • the NC device 50 detects and holds the position P13 by the second displacement.
  • the NC device 50 calculates the center position P0 of the line connecting the position P11 and the position P13, and detects the center point 36ctr of the opening 36a.
  • the NC device 50 controls the galvano scanner unit 32 so as to displace the laser beam located at the initial position to the central position P0. Thereby, the centering of the nozzle 36 is completed.
  • FIG. 13 shows an example of an abnormality in the shape of the opening 36a.
  • a foreign matter 37 adheres to the inner peripheral surface of the nozzle 36, and a part of the inner peripheral surface of the nozzle 36 is cut out to form a recess 38.
  • the foreign matter 37 is a spatter that is solidified by adhesion of molten metal scattered during processing of the sheet metal W, and the recess 38 is formed by the scattered molten metal surrounding the inner peripheral surface of the nozzle 36.
  • the NC apparatus 50 uses the galvano scanner unit 32 to displace the laser beam located at the center point 36 ctr of the opening 36 a by, for example, the + X direction by the radius r of the opening 36 a.
  • the distance of the radius r here is a distance in a plane including the opening 36a where the beam cross section LBa is located.
  • the distance of the radius r is not limited to the exact distance of the radius r, and may be a selected distance among distances having a certain width corresponding to the radius r. Depending on the shape of the nozzle 36, the optimum radius r may be different.
  • the NC device 50 causes the galvano scanner unit 32 to circulate the laser beam at least once around the center point 36 ctr, and then returns it to the center point 36 ctr.
  • the laser beam When the laser beam is displaced by the galvano scanner unit 32, the laser beam travels toward the optical sensor unit 90 with a predetermined angle that is not perpendicular to the plane including the opening 36a. Therefore, the position where the laser beam is displaced by the radius r of the opening 36a is detected by the optical sensor 93 as a position where the laser beam is displaced by a distance obtained by adding a slight distance to the radius r.
  • the sensor output value is measured during the period from time t1 to time t2 when the laser beam circulates. Is almost constant.
  • the NC device 50 determines that the nozzle 36 is normal if the sensor output value is within the set range of the threshold values Th1 and Th2.
  • the sensor output value is substantially constant during the time from time t1 to time t2.
  • the threshold value Th1 may be exceeded or the threshold value Th2 may be exceeded.
  • the presence of the foreign matter 37 increases the number of laser beams that are blocked, so that the sensor output value has a recess 370 that is less than the threshold Th2, and the presence of the depression 38 reduces the number of laser beams that are blocked, so that the sensor output value exceeds the threshold Th1.
  • Part 380 is generated.
  • the NC device 50 determines that the nozzle 36 is abnormal if the sensor output value is not within the set range of the threshold values Th1 and Th2.
  • a method for detecting an abnormal shape of the nozzle 36 according to the fifth embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. It is assumed that centering of the nozzle 36 is completed by any one of the first to fourth embodiments before the start of detection of the shape abnormality is instructed.
  • the NC device 50 acquires the nozzle diameter (the diameter of the opening 36a) in step S501.
  • the NC device 50 can acquire the nozzle diameter according to the processing conditions stored in the processing condition database 70 and selected by the operation unit 40.
  • the NC device 50 moves the machining head 35 above the optical sensor unit 90 in step S502.
  • the NC device 50 irradiates the optical sensor unit 90 with a laser beam (measurement light) in step S503.
  • Step S502 (or steps S502 and S503) is omitted when an abnormality in the shape of the nozzle 36 is detected following the centering operation of the nozzle 36.
  • the NC apparatus 50 uses the galvano scanner unit 32 to displace the laser beam in the + X direction by the radius r of the opening 36a in step S504, and in step S505, circulates the laser beam and acquires the sensor output value.
  • the direction in which the laser beam is displaced by the radius r in step S504 is not limited to the + X direction, and may be any direction.
  • the NC device 50 determines whether or not the sensor output value is within the set range in step S506. If the sensor output value is within the set range (YES), the NC device 50 notifies that the nozzle 36 is normal in step S507, and shifts the processing to step S509. If the sensor output value is not within the predetermined range (NO), the NC device 50 notifies that the nozzle 36 is abnormal in step S508, and shifts the processing to step S509. As an example, the NC device 50 may display a determination result on whether the nozzle 36 is normal or abnormal on the display unit 42.
  • the NC apparatus 50 returns the laser beam to the center point 36 ctr of the nozzle 36 in step S509, stops the laser beam irradiation in step S510, and ends the process.
  • the NC apparatus 50 causes the galvano scanner unit 32 to move the laser beam in the + X direction by the radius of the opening 36a and return it to the center point 36ctr.
  • the sensor output value becomes a substantially constant value Vm within the set range of the threshold values Th1 to Th2 during the time from the time t1 to the time t2 when the laser beam circulates.
  • the shape of the nozzle 36 is normal.
  • FIG. 19 shows an example of a state in which the laser beam is not positioned at the center point 36ctr of the opening 36a before the nozzle 36 is centered.
  • FIG. 19 shows a state in which the laser beam is displaced in the + X and + Y directions with respect to the center point 36 ctr.
  • the sensor output value does not become the constant value Vm in the time from time t1 to time t2, and the inner peripheral surface of the nozzle 36 A range in which the sensor output value becomes small due to being blocked by the sensor and a range in which the sensor output value becomes large without being blocked occurs.
  • the filter 92 in the optical sensor unit 90 is configured to transmit only a specific wavelength in the measurement light and to allow only light traveling straight to enter the optical sensor 93. Then, as shown in FIG. 20B, the sensor output value can be a waveform with a clear maximum value Vmax and minimum value Vmin. When the laser beam is not located at the center point 36ctr of the opening 36a, the sensor output value does not fall within the setting range of the threshold values Th1 and Th2.
  • the range in which the sensor output value becomes smaller and the range in which the sensor output value becomes larger vary depending on the direction in which the laser beam deviates from the center point 36 ctr. Therefore, the direction of laser beam deviation can be determined based on the positions of the maximum value Vmax and the minimum value Vmin.
  • FIGS. 21A to 21D show waveforms of sensor output values when the laser beam is shifted in the + X direction, the ⁇ X direction, the + Y direction, and the ⁇ Y direction, respectively.
  • FIGS. 21E to 21H show waveforms of sensor output values when the laser beam is shifted in the + X and + Y directions, the + X and ⁇ Y directions, the ⁇ X and + Y directions, and the ⁇ X and ⁇ Y directions, respectively.
  • FIG. 21E is the same as FIG.
  • the NC device 50 can calculate the direction of laser beam deviation based on the waveform of the sensor output value as shown in FIGS. 21A to 21H. Even if the positions of the maximum value Vmax and the minimum value Vmin do not appear clearly in the sensor output value, the center position of the range where the sensor output value becomes small can be set as the direction of deviation.
  • a nozzle centering method for the nozzle 36 according to the sixth embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
  • the laser beam is located at an initial position which is an arbitrary position in the opening 36a.
  • the NC device 50 acquires the nozzle diameter in step S601.
  • the NC device 50 moves the machining head 35 above the optical sensor unit 90 in step S602.
  • the NC device 50 irradiates the optical sensor unit 90 with a laser beam (measurement light) in step S603.
  • the NC device 50 uses the galvano scanner unit 32 to displace the laser beam located at the initial position in the + X direction by the radius r of the opening 36a in step S604, and in step S605, the laser beam circulates to the sensor. Get the output value.
  • the direction in which the laser beam is displaced by the distance of radius r in step S604 is not limited to the + X direction, and may be any direction.
  • the NC device 50 determines whether or not the sensor output value is within the set range in step S606. If the sensor output value is within the set range, the initial position is the center point 36ctr of the opening 36a, and if the sensor output value is not within the set range, the initial position is shifted from the center point 36ctr of the opening 36a. That is. If the sensor output value is within the set range (YES), the NC device 50 returns the laser beam to the center point 36ctr of the nozzle 36 in step S609, stops the laser beam irradiation in step S610, End the process.
  • the NC device 50 calculates the angle ⁇ a as the deviation direction in step S607.
  • the NC device 50 uses the galvano scanner unit 32 to displace the laser beam located at the initial position in a direction to reduce the deviation by a predetermined distance, and returns the process to step S604.
  • the NC apparatus 50 may displace the laser beam in the direction of an angle ( ⁇ a + 180) that is the direction opposite to the calculated direction of deviation.
  • the predetermined distance in step S608 is, for example, 0.02 mm.
  • step S606 it is determined in step S606 that the sensor output value is within the set range, and the alignment of the nozzle 36 is completed through steps S609 and S610.
  • FIG. 23 shows an example of the waveform of the sensor output value when shifted in the ⁇ X and + Y directions shown in FIG. 21G.
  • the waveform shown in FIG. 23A has a smaller amplitude as shown in FIG.
  • the waveform shown in FIG. 23B is further reduced in amplitude as shown in FIG. 23C and falls within the set range.
  • a nozzle centering method for the nozzle 36 according to the seventh embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
  • the laser beam is located at an initial position which is an arbitrary position in the opening 36a.
  • Steps S701 to S707 shown in FIG. 24 are the same as steps S601 to S607 shown in FIG.
  • step S708 the NC device 50 uses the galvano scanner unit 32 to displace the laser beam in the direction of the angle ⁇ a until the sensor output value falls within the set range, and calculates the distance L1. After calculating the distance L1, the NC device 50 returns the laser beam to the original position.
  • step S709 the NC device 50 uses the galvano scanner unit 32 to displace the laser beam in the direction opposite to the angle ⁇ a until the sensor output value falls within the set range, and calculates the distance L2. After calculating the distance L2, the NC device 50 returns the laser beam to the original position.
  • FIG. 25 shows an example of processing for calculating the displacement of the laser beam and the distances L1 and L2 in steps S708 and S709.
  • step S710 the NC device 50 uses the galvano scanner unit 32 to displace the laser beam in the direction of the angle ⁇ a by a distance (L1-L2) / 2. Since the distance (L1-L2) / 2 is a negative value, the position of the laser beam is displaced in the direction opposite to the angle ⁇ a. As a result, the laser beam approaches the center point 36ctr of the opening 36a.
  • step S711 the NC device 50 causes the galvano scanner unit 32 to circulate the laser beam with a radius (L1 + L2) / 2, and acquires a sensor output value.
  • step S712 the NC device 50 determines whether or not the sensor output value is within the set range. If the sensor output value is within the set range, it means that the laser beam has been displaced from the initial position to the center point 36 ctr by the processing of steps S707 to S710. If the sensor output value is not within the set range, the laser beam This means that the displacement is insufficient.
  • the NC apparatus 50 If the sensor output value is within the set range in step S712 (YES), the NC apparatus 50 returns the laser beam to the center point 36ctr of the nozzle 36 in step S713, and the laser beam is irradiated in step S714. Stop and end processing.
  • step S712 If the sensor output value is not within the set range in step S712 (NO), the NC device 50 returns the process to step S707 and repeats the processes in steps S707 to S712. By repeating the processes of steps S707 to S712, the laser beam is displaced from the initial position to the center point 36ctr, and the centering of the nozzle 36 is completed through steps S713 and S714.
  • a nozzle centering method of the nozzle 36 according to the eighth embodiment will be described using the flowchart shown in FIG.
  • the laser beam is located at an initial position which is an arbitrary position in the opening 36a.
  • Steps S801 to S807 shown in FIG. 26 are the same as steps S601 to S607 shown in FIG.
  • NC device 50 calculates an average value Va of the maximum value Vmax and the minimum value Vmin of the sensor output value in step S808.
  • the NC apparatus 50 uses the galvano scanner unit 32 to displace the laser beam in the direction of the angle ⁇ a until the sensor output value reaches the average value Va.
  • the laser beam When the position of the laser beam is displaced in the direction of the angle ⁇ a until the sensor output value reaches the average value Va, the laser beam almost reaches the inner peripheral surface of the nozzle 36.
  • step S810 the NC apparatus 50 causes the galvano scanner unit 32 to displace the laser beam by the radius r of the opening 36a in the direction opposite to the angle ⁇ a from the position displaced in step S809.
  • FIG. 27 shows an example of processing for displacing the laser beam in steps S809 and S810.
  • step S811 the NC device 50 causes the galvano scanner unit 32 to circulate the laser beam to acquire a sensor output value.
  • step S812 the NC device 50 determines whether or not the sensor output value is within the setting range. If the sensor output value is within the set range, the laser beam is displaced from the initial position to the center point 36 ctr. If the sensor output value is not within the set range, the laser beam is displaced to the center point 36 ctr. That is not.
  • the NC apparatus 50 If the sensor output value is within the set range in step S812 (YES), the NC apparatus 50 returns the laser beam to the center point 36ctr of the nozzle 36 in step S813, and the laser beam is irradiated in step S814. Stop and end processing.
  • the NC device 50 determines whether or not the state in which the sensor output value is outside the set range has been repeated a predetermined number of times in step S815. If it has not been repeated a predetermined number of times (NO), the NC device 50 returns the process to step S807 and repeats the processes of steps S807 to S812.
  • the NC apparatus 50 repeats the processes of steps S807 to S812, so that the laser beam is centered at 36 ctr. It is displaced to. Therefore, it is determined in step S812 that the sensor output value is within the set range, and the centering of the nozzle 36 is completed through steps S713 and S714.
  • FIG. 28 shows a case where the nozzle diameter of the nozzle 36 attached to the machining head 35 is larger than the nozzle diameter set in the machining conditions, and the same applies when the magnitude relationship is reversed. If the nozzle diameter of the nozzle 36 attached to the processing head 35 is different from the nozzle diameter set in the processing conditions, the sensor output value is repeatedly outside the set range.
  • step S815 if the sensor output value is outside the set range in step S815 and repeats a predetermined number of times (YES), the NC device 50 notifies that the nozzle diameter is different in step S816, and the process proceeds to step S813. To migrate. At this time, in step S813, instead of returning the laser beam to the center point 36ctr, the initial position or the position where the initial position is slightly corrected may be returned.
  • the centering of the nozzle 36 can be completed.
  • the operator can be notified that the nozzle diameter is different.
  • the NC apparatus 50 displaces the laser beam by the galvano scanner unit 32 so as to scan the entire inner peripheral surface of the nozzle 36. Thereby, the NC apparatus 50 can detect the shape and size of the opening 36a and the center point 36ctr.
  • the NC device 50 displaces the laser beam by the galvano scanner unit 32 so that the entire inner peripheral surface of the nozzle 36 is scanned circularly with a plurality of diameters. Thereby, the NC apparatus 50 can detect the shape and size of the opening 36a and the center point 36ctr.
  • the nozzle 36 centering method (and the shape abnormality determination method) according to the first to fifth, ninth and tenth embodiments can be executed by configuring the NC device 50 as shown in FIG.
  • the NC device 50 includes an A / D converter 501, a data holding unit 502, a center calculation unit 503, a beam displacement control unit 504, a movement mechanism control unit 505, a shape determination unit 506, and a display control unit 507 as functional internal configurations.
  • the moving mechanism control unit 505 controls the driving units 220 and 230 of the X-axis carriage 22 and the Y-axis carriage 23 which are moving mechanisms,
  • the processing head 35 is moved above the optical sensor unit 90.
  • the NC device 50 controls the laser oscillator 10 so as to emit a low-power laser beam.
  • the movement mechanism control unit 505 notifies the beam displacement control unit 504 that the movement of the machining head 35 has been completed.
  • the beam displacement control unit 504 When the processing head 35 is moved above the optical sensor unit 90 and the laser beam is irradiated onto the optical sensor unit 90, the beam displacement control unit 504, as described in the first to fifth, ninth and tenth embodiments, The laser beam emitted from the opening 36a of the nozzle 36 is displaced.
  • the A / D converter 501 converts the sensor output value supplied from the optical sensor 93 into a digital signal.
  • the data holding unit 502 holds the sensor output value converted into a digital signal.
  • the center calculation unit 503 detects the positions of at least three points based on the sensor output values held in the data holding unit 502 when the laser beam is applied to at least three points at the end of the opening 36a, and at least the detected points are detected. Based on the positions of the three points, the center point 36ctr of the opening 36a is calculated.
  • the data holding unit 502 holds position information necessary in the process of calculating the center point 36 ctr.
  • the data holding unit 502 holds information indicating the positions X0, X1, X2, Y1, and Y2.
  • the data holding unit 502 holds information indicating the positions P1 to P4.
  • the data holding unit 502 holds information indicating the positions P5 to P7.
  • the data holding unit 502 holds position information of a plurality of points at the end of the opening 36a.
  • the beam displacement control unit 504 controls the drive units 322 and 324 of the galvano scanner unit 32 which is a beam displacement mechanism so that the laser beam emitted from the opening 36a is positioned at the center point 36ctr calculated by the center calculation unit 503. . Thereby, the centering of the nozzle 36 is completed.
  • the beam displacement control unit 504 When determining whether or not the shape of the nozzle 36 (opening 36a) is normal as in the fifth embodiment, the beam displacement control unit 504 applies the laser beam positioned at the center point 36ctr to the radius of the opening 36a.
  • the drive units 322 and 324 are controlled so as to be displaced by r and circulate around the center point 36 ctr.
  • the beam displacement control unit 504 acquires information indicating the nozzle diameter from the processing condition database 70.
  • the shape determining unit 506 generates a normal shape of the nozzle 36 based on whether or not the sensor output value generated when the laser beam is circulating and supplied from the data holding unit 502 is within the set range. It is determined whether or not.
  • the display control unit 507 may control the display unit 42 to display a character or an image indicating that the centering has been completed.
  • the display control unit 507 may control the display unit 42 to display characters or images indicating the determination result by the shape determination unit 506.
  • the centering method of the nozzle 36 according to Examples 6 to 8 can be executed by configuring the NC device 50 as shown in FIG.
  • the NC device 50 includes an A / D converter 501, a data holding unit 502, a deviation direction calculation unit 508, a beam displacement control unit 504, a movement mechanism control unit 505, and a display control unit 507 as functional internal configurations.
  • FIG. 32 the description of common parts with FIG. 31 may be omitted.
  • the beam displacement control unit 504 controls the drive units 322 and 324 so that the laser beam located at an arbitrary initial position in the opening 36a is displaced by the radius r and circulates around the initial position.
  • the deviation direction calculation unit 508 determines whether the sensor output value generated when the laser beam is circling and supplied from the data holding unit 502 is within the set range. If the deviation direction calculation unit 508 determines that the sensor output value is within the set range, it determines that the laser beam is located at the center point 36 ctr.
  • the deviation direction calculation unit 508 determines that the sensor output value is not within the set range, the deviation direction calculation unit 508 calculates the direction of deviation of the initial position with respect to the center point 36 ctr.
  • the beam displacement control unit 504 controls the drive units 322 and 324 so that the laser beam positioned at the initial position is displaced by a predetermined distance in a direction opposite to the direction of deviation from the initial position. As a result, the laser beam is displaced from the initial position to the correction position.
  • the beam displacement control unit 504 controls the driving units 322 and 324 so that the laser beam positioned at the correction position is displaced by the radius r and circulates around the correction position.
  • the deviation direction calculation unit 508 determines whether or not the sensor output value is within the set range. If the deviation direction calculation unit 508 determines that the sensor output value is within the set range, it determines that the laser beam is located at the center point 36 ctr.
  • the deviation direction calculation unit 508 determines that the sensor output value is not within the set range, the deviation direction calculation unit 508 calculates the direction of deviation of the correction position with respect to the center point 36 ctr.
  • the beam displacement control unit 504 controls the drive units 322 and 324 so as to further displace the correction position in a direction to reduce the deviation.
  • the beam displacement control unit 504 repeats control for displacing the correction position in a direction opposite to the direction of deviation until the deviation direction calculation unit 508 determines that the sensor output value is within the set range. As a result, the laser beam is displaced from the initial position to the center point 36ctr, and the centering of the nozzle 36 is completed.
  • the laser processing machine 100 cuts the sheet metal with the laser beam.
  • the galvano scanner unit 32 also functions as a beam vibration mechanism that vibrates the laser beam.
  • the laser beam machine 100 can cut the sheet metal while vibrating the laser beam by the galvano scanner unit 32.
  • 33 and 34 show examples of vibration patterns for vibrating the laser beam.
  • the cutting progress direction of the sheet metal W is the x direction
  • the direction orthogonal to the x direction in the plane of the sheet metal W is the y direction.
  • 33 and 34 show vibration patterns in a state where the machining head 35 is not moved in the x direction so that the vibration patterns can be easily understood.
  • the galvano scanner unit 32 based on control by the NC device 50, converts the beam spot Bs into the groove Wk formed by the progression of the beam spot Bs in the x direction as a first example of the vibration pattern. Vibrate. This vibration pattern is referred to as a parallel vibration pattern.
  • the groove Wk formed in the sheet metal W without vibrating the laser beam has a kerf width K1.
  • the beam spot Bs vibrates in the groove Wk, so that the kerf width K1 does not change.
  • the galvano scanner unit 32 vibrates the beam spot Bs in the y direction as a second example of the vibration pattern based on the control by the NC device 50.
  • This vibration pattern is referred to as an orthogonal vibration pattern.
  • the groove Wk has a kerf width K2 wider than the kerf width K1.
  • both the parallel vibration pattern shown in FIG. 33 and the orthogonal vibration pattern shown in FIG. 34 are actually shown in FIG. 33 or FIG. 34 because the laser beam vibrates while the machining head 35 moves in the cutting progress direction.
  • the vibration pattern is obtained by adding a displacement in the cutting progress direction (x direction) to the vibration pattern.
  • the distance ⁇ s shown in FIG. 3 is less than the radius r of the opening 36a, and preferably the radius of the opening 36a.
  • the distance is equal to or less than the maximum distance with the maximum distance obtained by subtracting a predetermined margin from r.
  • the sheet metal W can be cut at high speed.
  • the laser beam machine 100 oscillates the laser beam with the orthogonal vibration pattern by the galvano scanner unit 32 when cutting the sheet metal, the sheet metal W can be cut at high speed with good cutting surface quality even if the sheet thickness is thick.
  • the laser processing machine 100 may include the galvano scanner unit 32 in order to increase the cutting speed of the sheet metal W or improve the quality of the cut surface. In this case, it is not necessary to provide the galvano scanner unit 32 exclusively for performing the centering of the nozzle 36.
  • the laser beam machine 100 includes the galvano scanner unit 32, the optical sensor unit 90 is provided, and the NC device 50 can execute the nozzle centering method of any of the first to tenth embodiments by software (computer program). Therefore, the cost increase is slight.
  • the present invention is not limited to the one or more embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
  • the centering of the nozzle 36 may be performed by a control device that cooperates with the NC device 50 different from the NC device 50.
  • the use of hardware and software when configuring the nozzle centering device is arbitrary.
  • the configuration in the NC apparatus 50 shown in FIG. 31 or 32 may be configured by a circuit (integrated circuit).

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Abstract

ビーム変位機構（ガルバノスキャナユニット３２）は、加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口より射出されるレーザビームを変位させる。光センサ（９３）は、入射されるレーザビームの強度に応じたセンサ出力値を生成する。ビーム変位制御部（５０４）は、ビーム変位機構によるレーザビームの変位を制御する。中心算出部（５０３）は、ビーム変位制御部（５０４）がビーム変位機構によるレーザビームの変位を制御してレーザビームが開口の端部の少なくとも３点に照射されたとき、光センサ（９３）が生成したセンサ出力値に基づいて少なくとも３点の位置を検出し、検出した少なくとも３点の位置に基づいて、開口の中心点を算出する。ビーム変位制御部（５０４）は、開口より射出されるレーザビームを、中心算出部（５０３）が算出した中心点に位置させるようにビーム変位機構を制御する。

Description

レーザ加工機におけるノズル芯出し装置及びノズル芯出し方法
　本開示は、レーザビームによって板金を加工するレーザ加工機におけるノズル芯出し装置及びノズル芯出し方法に関する。
　レーザ発振器より射出されたレーザビームによって板金を切断して、所定の形状を有する製品を製作するレーザ加工機が普及している。板金を良好に加工するには、加工ヘッドの先端に装着されているノズルの円形の開口の中心点にレーザビームを位置させるよう調整することが必要である（特許文献１または２参照）。レーザビームを開口の中心点に位置させることをノズルの芯出しと称している。
特開２００３－２２５７８７号公報 特開２０１１－１１５８０６号公報
　ノズルの開口の中心点にレーザビームを位置させるよう調整する調整方法として、次のような方法が用いられている。集束レンズまたはノズルをレーザビームの光軸と直交する方向に移動させる調整機構が設けられる。オペレータは、レーザビームが開口の中心点に位置するように調整機構によって集束レンズまたはノズルを移動させる。一例として、オペレータは、ノズルの先端にテープを貼って低パワーのレーザビームを照射して、レーザビームが開口の中心点に位置しているか否かを確認する。
　確認の結果、レーザビームが開口の中心点に位置していなければ、調整機構による集束レンズまたはノズルの移動を繰り返す。確認の結果、レーザビームが開口の中心点に位置していれば、ノズルの芯出しが完了する。
　このような手作業によるノズルの芯出し作業、及び、レーザビームが開口の中心点に位置しているか否かの目視による確認作業は煩雑である。ノズルの芯出し作業を正確に行うにはオペレータの熟練度を高める必要があり、熟練度の低いオペレータにとっては容易ではない。ノズルの芯出しを自動化することが望まれる。
　１またはそれ以上の実施形態は、ノズルの芯出しを自動化することができるレーザ加工機におけるノズル芯出し装置及びノズル芯出し方法を提供することを目的とする。
　１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口より射出されるレーザビームを変位させるビーム変位機構と、前記開口より射出されたレーザビームが入射され、入射されるレーザビームの強度に応じたセンサ出力値を生成する光センサと、前記ビーム変位機構によるレーザビームの変位を制御するビーム変位制御部と、前記ビーム変位制御部が前記ビーム変位機構によるレーザビームの変位を制御してレーザビームが前記加工ヘッドの内周面に接する前記開口の端部の少なくとも３点に照射されたとき、前記光センサが生成したセンサ出力値に基づいて前記少なくとも３点の位置を検出し、検出した前記少なくとも３点の位置に基づいて、前記開口の中心点を算出する中心算出部とを備え、前記ビーム変位制御部は、前記開口より射出されるレーザビームを、前記中心算出部が算出した前記中心点に位置させるように前記ビーム変位機構を制御するレーザ加工機におけるノズル芯出し装置が提供される。
　１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口より射出されるレーザビームを変位させるビーム変位機構と、前記開口より射出されたレーザビームが入射され、入射されるレーザビームの強度に応じたセンサ出力値を生成する光センサと、前記開口内の任意の位置に位置しているレーザビームを前記開口の半径だけ変位させ、前記任意の位置を中心として周回させるように前記ビーム変位機構を制御するビーム変位制御部と、レーザビームが周回しているときに前記光センサが生成したセンサ出力値が設定範囲内に収まっているか否かを判定し、前記センサ出力値が設定範囲内に収まっていないと判定したとき、前記開口の中心点に対する前記任意の位置のずれの方向を算出し、前記センサ出力値が前記設定範囲内に収まっていると判定したとき、レーザビームは前記開口の中心点に位置していると判定するずれ方向算出部とを備えるレーザ加工機におけるノズル芯出し装置が提供される。
　１またはそれ以上の実施形態の第３の態様によれば、加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口より射出されるレーザビームを、ビーム変位機構によって、前記加工ヘッドの内周面に接する前記開口の端部の少なくとも３点に照射するように変位させ、前記開口より射出されたレーザビームを光センサによって受光し、受光したレーザビームの強度に応じたセンサ出力値を生成し、中心算出部が、前記光センサが生成したセンサ出力値に基づいて前記少なくとも３点の位置を検出し、検出した前記少なくとも３点の位置に基づいて、前記開口の中心点を算出し、ビーム変位制御部が、前記開口より射出されるレーザビームを、前記中心算出部が算出した前記中心点に位置させるように前記ビーム変位機構を制御するレーザ加工機におけるノズル芯出し方法が提供される。
　１またはそれ以上の実施形態の第４の態様によれば、加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口内の任意の位置に位置しており、前記開口より射出されるレーザビームを、ビーム変位機構によって、前記開口の半径だけ変位させ、前記任意の位置を中心として周回させ、前記開口より射出されたレーザビームを光センサによって受光し、受光したレーザビームの強度に応じたセンサ出力値を生成し、ずれ方向算出部が、レーザビームが周回しているときに前記光センサが生成したセンサ出力値が設定範囲内に収まっているか否かを判定し、前記ずれ方向算出部が、前記センサ出力値が設定範囲内に収まっていないと判定したとき、前記開口の中心点に対する前記任意の位置のずれの方向を算出し、前記ずれ方向算出部が、前記センサ出力値が前記設定範囲内に収まっていると判定したとき、レーザビームは前記開口の中心点に位置していると判定するレーザ加工機におけるノズル芯出し方法が提供される。
　１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機におけるノズル芯出し装置及びノズル芯出し方法によれば、ノズルの芯出しを自動化することができる。
図１は、１またはそれ以上の実施形態のノズル芯出し装置を備えるレーザ加工機の全体的な構成例を示す図である。 図２は、レーザ加工機が備えるコリメータユニット及び加工ヘッドの詳細な構成例を示す斜視図である。 図３は、レーザ加工機が備えるビーム変位機構によるレーザビームの板金への照射位置の変位を説明するための図である。 図４は、レーザ加工機が備える光センサユニットの構成例を示す断面図である。 図５は、実施例１によるノズル芯出し方法の第１の手順を示す概念図である。 図６は、図５に示す第１の手順によるレーザビームの変位及び光センサが生成するセンサ出力値を示す波形図である。 図７は、実施例１の第２の手順を示す概念図である。 図８は、実施例１の第３の手順を示す概念図である。 図９は、実施例１を示すフローチャートである。 図１０は、実施例２によるノズル芯出し方法の手順を示す概念図である。 図１１は、実施例３によるノズル芯出し方法の手順を示す概念図である。 図１２は、実施例４によるノズル芯出し方法の手順を示す概念図である。 図１３は、ノズルの開口の形状異常の例を示す概念図である。 図１４は、図１３に示すノズルの開口の端部に沿ってレーザビームを周回させている状態を示す概念図である。 図１５Ａは、開口の形状が正常なノズルの開口の端部に沿ってレーザビームを周回させたときに生成されるセンサ出力値を示す波形図である。 図１５Ｂは、図１３に示すノズルの開口の端部に沿ってレーザビームを周回させたときに生成されるセンサ出力値を示す波形図である。 図１６は、実施例５によるノズル芯出し方法を示すフローチャートである。 図１７は、実施例６によるノズル芯出し方法において、レーザビームの位置がノズルの開口の中心点と一致している状態で、開口の端部に沿ってレーザビームを周回させている状態を示す概念図である。 図１８は、図１７に示すレーザビームの変位及び図１７に示すようにレーザビームを変位させたときに光センサが生成するセンサ出力値を示す波形図である。 図１９は、実施例６において、レーザビームの位置がノズルの開口の中心点と一致していない状態で、開口の端部に沿ってレーザビームを周回させている状態を示す概念図である。 図２０は、図１９に示すレーザビームの変位及び図１９に示すようにレーザビームを変位させたときに光センサが生成するセンサ出力値を示す波形図である。 図２１Ａは、実施例６において、レーザビームの位置がノズルの開口の中心点に対して＋Ｘ方向にずれたときに生成されるセンサ出力値を示す波形図である。 図２１Ｂは、実施例６において、レーザビームの位置がノズルの開口の中心点に対して－Ｘ方向にずれたときに生成されるセンサ出力値を示す波形図である。 図２１Ｃは、実施例６において、レーザビームの位置がノズルの開口の中心点に対して＋Ｙ方向にずれたときに生成されるセンサ出力値を示す波形図である。 図２１Ｄは、図２１Ｃは、実施例６において、レーザビームの位置がノズルの開口の中心点に対して－Ｙ方向にずれたときに生成されるセンサ出力値を示す波形図である。 図２１Ｅは、実施例６において、レーザビームの位置がノズルの開口の中心点に対して＋Ｘ及び＋Ｙ方向にずれたときに生成されるセンサ出力値を示す波形図である。 図２１Ｆは、実施例６において、レーザビームの位置がノズルの開口の中心点に対して＋Ｘ及び－Ｙ方向にずれたときに生成されるセンサ出力値を示す波形図である。 図２１Ｇは、実施例６において、レーザビームの位置がノズルの開口の中心点に対して－Ｘ及び＋Ｙ方向にずれたときに生成されるセンサ出力値を示す波形図である。 図２１Ｈは、実施例６において、レーザビームの位置がノズルの開口の中心点に対して－Ｘ及び－Ｙ方向にずれたときに生成されるセンサ出力値を示す波形図である。 図２２は、実施例６によるノズル芯出し方法を示すフローチャートである。 図２３は、実施例６によって設定範囲内に収まっていないセンサ出力値が設定範囲内に収まっていく波形の変化の例を示す波形図である。 図２４は、実施例７によるノズル芯出し方法のを示すフローチャートである。 図２５は、実施例７によるノズル芯出し方法の一部の手順を示す概念図である。 図２６は、実施例８によるノズル芯出し方法を示すフローチャートである。 図２７は、実施例８によるノズル芯出し方法の一部の手順を示す概念図である。 図２８は、加工ヘッドに取り付けられているノズルのノズル径が加工条件で設定されているノズル径と異なる場合の実施例８によるノズル芯出し方法の一部の手順を示す概念図である。 図２９は、実施例９によるノズル芯出し方法を示す概念図である。 図３０は、実施例１０によるノズル芯出し方法を示す概念図である。 図３１は、実施例１～５、９及び１０によるノズル芯出し方法を実行するＮＣ装置の機能的な内部構成例を示すブロック図である。 図３２は、実施例６～８によるノズル芯出し方法を実行するＮＣ装置の機能的な内部構成例を示すブロック図である。 図３３は、レーザビームの平行振動パターンを示す図である。 図３４は、レーザビームの直交振動パターンを示す図である。
　以下、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機におけるノズル芯出し装置及びノズル芯出し方法について、添付図面を参照して説明する。図１を用いて、１またはそれ以上の実施形態のノズル芯出し装置を備え、１またはそれ以上の実施形態のノズル芯出し方法を実行するレーザ加工機１００の全体的な構成及び動作を説明する。
　図１において、レーザ加工機１００は、レーザビームを生成して射出するレーザ発振器１０と、レーザ加工ユニット２０と、レーザ発振器１０より射出されたレーザビームをレーザ加工ユニット２０へと伝送するプロセスファイバ１２とを備える。
　また、レーザ加工機１００は、操作部４０と、表示部４２と、ＮＣ装置５０と、加工プログラムデータベース６０と、加工条件データベース７０と、アシストガス供給装置８０と、光センサユニット９０とを備える。ＮＣ装置５０は、レーザ加工機１００の各部を制御する制御装置の一例である。
　光センサユニット９０は、レーザ加工ユニット２０における加工テーブル２１の端部に隣接した位置に配置されている。光センサユニット９０は、後述するノズル３６を自動的に交換するノズルチェンジャに設けられていてもよいし、ノズルチェンジャとは独立して設けられていてもよい。光センサユニット９０及びＮＣ装置５０は、ノズル芯出し装置の一部を構成する。
　レーザ発振器１０としては、レーザダイオードより発せられる励起光を増幅して所定の波長のレーザビームを射出するレーザ発振器、またはレーザダイオードより発せられるレーザビームを直接利用するレーザ発振器が好適である。レーザ発振器１０は、例えば、固体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、ダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）である。
　レーザ発振器１０は、波長９００ｎｍ～１１００ｎｍの１μｍ帯のレーザビームを射出する。ファイバレーザ発振器及びＤＤＬ発振器を例とすると、ファイバレーザ発振器は、波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍのレーザビームを射出し、ＤＤＬ発振器は、波長９１０ｎｍ～９５０ｎｍのレーザビームを射出する。
　レーザ加工ユニット２０は、加工対象の板金Ｗを載せる加工テーブル２１と、門型のＸ軸キャリッジ２２と、Ｙ軸キャリッジ２３と、Ｙ軸キャリッジ２３に固定されたコリメータユニット３０と、加工ヘッド３５とを有する。板金Ｗはステンレス鋼であっても、軟鋼であってもよく、材料は限定されない。
　Ｘ軸キャリッジ２２は、加工テーブル２１上でＸ軸方向に移動自在に構成されている。Ｙ軸キャリッジ２３は、Ｘ軸キャリッジ２２上でＸ軸に垂直なＹ軸方向に移動自在に構成されている。Ｘ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３は、加工ヘッド３５を板金Ｗの面に沿って、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、または、Ｘ軸とＹ軸との任意の合成方向に移動させる移動機構として機能する。
　加工ヘッド３５を板金Ｗの面に沿って移動させる代わりに、加工ヘッド３５は位置が固定されていて、板金Ｗが移動するように構成されていてもよい。レーザ加工機１００は、板金Ｗの面に対して加工ヘッド３５を相対的に移動させる移動機構を備えていればよい。
　後述するノズル３６の芯出し作業時に、移動機構は、加工ヘッド３５を光センサユニット９０の上方へと移動させる。または、移動機構は、光センサユニット９０を加工ヘッド３５の下方へと移動させてもよい。
　加工ヘッド３５には、先端部に円形の開口３６ａを有し、開口３６ａよりレーザビームを射出するノズル３６が取り付けられている。ノズル３６の開口３６ａより射出されたレーザビームは板金Ｗに照射される。アシストガス供給装置８０は、アシストガスとして、板金Ｗがステンレス鋼であれば窒素を、板金Ｗが軟鋼であれば酸素を加工ヘッド３５に供給する。板金Ｗの加工時に、アシストガスは開口３６ａより板金Ｗへと吹き付けられる。なお、いずれの鋼種においても、加工意図に応じて窒素と酸素とを含む混合ガスをアシストガスとして用いることができる。
　図２に示すように、コリメータユニット３０は、プロセスファイバ１２より射出された発散光のレーザビームを平行光（コリメート光）に変換するコリメーションレンズ３１を備える。また、コリメータユニット３０は、ガルバノスキャナユニット３２と、ガルバノスキャナユニット３２より射出されたレーザビームをＸ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向下方に向けて反射させるベンドミラー３３を備える。加工ヘッド３５は、ベンドミラー３３で反射したレーザビームを集束して、板金Ｗに照射する集束レンズ３４を備える。
　集束レンズ３４は、光軸方向の位置を調整可能とされている。集束レンズ３４は、板金Ｗに照射されるレーザビームの集束点を調整する集束点調整機構として機能する。
　後に詳述するノズル３６の芯出し作業によって、レーザ加工機１００は、ノズル３６の開口３６ａより射出されるレーザビームが開口３６ａの中心点に位置するように芯出しされている。芯出し作業の完了後、基準の状態では、レーザビームは開口３６ａの中心点より射出される。
　ガルバノスキャナユニット３２は、コリメーションレンズ３１より射出されたレーザビームを反射するスキャンミラー３２１と、スキャンミラー３２１を所定の角度となるように回転させる駆動部３２２とを有する。また、ガルバノスキャナユニット３２は、スキャンミラー３２１より射出されたレーザビームを反射するスキャンミラー３２３と、スキャンミラー３２３を所定の角度となるように回転させる駆動部３２４とを有する。
　ガルバノスキャナユニット３２は、加工ヘッド３５内を進行して開口３６ａより射出されるレーザビームの開口３６ａ内での位置を変位させるビーム変位機構として機能する。ビーム変位機構は、ノズル芯出し装置の一部を構成する。
　駆動部３２２及び３２４は、ＮＣ装置５０による制御に基づき、それぞれ、スキャンミラー３２１及び３２３を所定の角度範囲で往復振動させることもできる。スキャンミラー３２１とスキャンミラー３２３とのいずれか一方または双方を往復振動させることによって、ガルバノスキャナユニット３２は、板金Ｗに照射されるレーザビームを振動させることができる。即ち、ＮＣ装置５０は、板金Ｗの加工時に、ガルバノスキャナユニット３２を、加工ヘッド３５内を進行して開口３６ａより射出されるレーザビームを、開口３６ａ内で振動させるビーム振動機構として機能させることもできる。
　ガルバノスキャナユニット３２はビーム変位機構及びビーム振動機構の一例であり、ビーム変位機構及びビーム振動機構はガルバノスキャナユニット３２に限定されない。
　図３は、スキャンミラー３２１とスキャンミラー３２３とのいずれか一方または双方が傾けられて、板金Ｗに照射されるレーザビームの位置が変位した状態を示している。ここでは、レーザビームを板金Ｗに照射した場合を示すが、レーザビームを光センサユニット９０に照射した場合も同様である。図３において、ベンドミラー３３で折り曲げられて集束レンズ３４を通過する細実線は、レーザ加工機１００が基準の状態であるときのレーザビームの光軸を示している。
　なお、詳細には、ベンドミラー３３の手前に位置しているガルバノスキャナユニット３２の作動により、ベンドミラー３３に入射するレーザビームの光軸の角度が変化し、光軸がベンドミラー３３の中心から外れる。図３では、簡略化のため、ガルバノスキャナユニット３２の作動前後でベンドミラー３３へのレーザビームの入射位置を同じ位置としている。
　ガルバノスキャナユニット３２による作用によって、レーザビームの光軸が細実線で示す位置から太実線で示す位置へと変位したとする。ベンドミラー３３で反射するレーザビームが角度θで傾斜したとすると、板金Ｗへのレーザビームの照射位置は距離Δｓだけ変位する。集束レンズ３４の焦点距離をＥＦＬ（Effective Focal Length）とすると、距離Δｓは、ＥＦＬ×ｓｉｎθで計算される。
　ガルバノスキャナユニット３２がレーザビームを図３に示す方向とは逆方向に角度θだけ傾ければ、板金Ｗへのレーザビームの照射位置を図３に示す方向とは逆方向に距離Δｓだけ変位させることができる。距離Δｓは開口３６ａの半径より長い距離とすることができる。
　図４に示すように、光センサユニット９０は、保護ガラス９１と、フィルタ９２と、光センサ９３とを備える。保護ガラス９１と、フィルタ９２と、光センサ９３とは、一点鎖線にて示すレーザビームの進行方向に、互いに所定の間隔を有して配置されている。
　保護ガラス９１は、光センサ９３の汚れを防止するために設けられている。保護ガラス９１の表面には反射防止コーティングが施されていることが好ましい。フィルタ９２は、光センサ９３が検出する測定光を透過させて、それ以外を遮断するバンドパスフィルタとして機能する。また、フィルタ９２は、測定光を減衰させる減衰フィルタとして機能する。フィルタ９２は、入射した測定光のうち、フィルタ９２の面にほぼ直交して進行する成分のみを光センサ９３に入射させる機能を有していてもよい。また、フィルタ９２は、レーザビームの波長を可視光の波長に波長変換して光センサ９３に入射させる機能を有していてもよい。
　光センサ９３は、ノズル３６の開口３６ａの面積よりも大きい面積を有する受光面を備える。光センサ９３は、入射するレーザビームの位置（座標）を検出する。光センサ９３にレーザビームが入射されると、光センサ９３は射されるレーザビームの強度に応じたセンサ出力値を生成する。光センサ９３は、フォトダイオードで構成することができる。
　フィルタ９２と光センサ９３との間に、拡散板を配置してもよい。光センサユニット９０内にベンドミラーを配置して、進行方向を曲げたレーザビームを光センサ９３に入射してもよい。光センサユニット９０の構成は、図４に示す構成に限定されない。
　オペレータが操作部４０によって芯出し作業の開始を指示すると、ＮＣ装置５０は、加工ヘッド３５を光センサユニット９０の上方へと移動させる。ノズル３６の芯出し作業時に、ＮＣ装置５０は、板金Ｗの加工時に板金Ｗに照射するレーザビームのパワーよりも低いパワーのレーザビームを射出するようレーザ発振器１０を制御する。
　加工ヘッド３５は、低パワーのレーザビームを測定光として光センサユニット９０に照射する。ＮＣ装置５０は、光センサユニット９０が測定光を検出したセンサ出力値を用いてノズル３６の芯出し作業を実行する。光センサユニット９０からのセンサ出力値は、必要に応じて、ＮＣ装置５０内で、または、外部のＡ／Ｄ変換器によってデジタル値に変換されて、芯出し作業を実行するために利用される。以下、芯出し作業の具体的な実施例を説明する。
　図５は、ノズル３６の内部から開口３６ａ側を見て、レーザビームがノズル３６の開口３６ａを通過する状態を概念的に示している。図７以降のノズル３６を示す図においても同様である。図５において、符号ＬＢａは、ノズル３６内を進行するレーザビームの開口３６ａを含む平面におけるビーム断面を示す。レーザビームの位置は、開口３６ａの中心点３６ｃｔｒに対して、＋Ｘ方向及び－Ｙ方向にずれているとする。
　ＮＣ装置５０は、図５に右向き矢印で示すように、レーザビームを例えば＋Ｘ方向に変位させるようガルバノスキャナユニット３２を制御する。図６の（ａ）は、レーザビームの＋Ｘまたは－Ｘ方向の位置を示している。図６の（ｂ）は、レーザビームを変位させたときに生成されるセンサ出力値の波形を示している。
　図５において、レーザビームが＋Ｘ方向に変位してノズル３６の内周面に到達すると、光センサ９３にほとんどレーザビームが照射されなくなるので、図６の（ｂ）に示すように、センサ出力値は０近くまで低下する。ＮＣ装置５０は、センサ出力値が０近傍に設定した閾値Ｔｈ以下となった時点の図６の（ａ）に示すＸ方向の位置Ｘ１が開口３６ａの一方の端部であると検出する。開口３６ａの端部とは、開口３６ａのうち、加工ヘッド３５の内周面に接している部分である。
　ここで、測定光としてのレーザビームがノズル３６の内周面に照射されると、レーザビームはノズル３６に吸収されるか、または反射する。ノズル３６の内周面で反射したレーザビームは散乱光となる。上記のようにフィルタ９２が透過させる測定光の角度選択性を有すれば散乱光は光センサ９３にほとんど入射されず、光センサ９３が生成するセンサ出力値は０近くまで低下する。フィルタ９２が測定光の角度選択性を有していなくても、光センサ９３が検出する散乱光の強度は測定光の全光強度のうちのごく一部である。よって、散乱光が光センサ９３に入射したときに生成されるセンサ出力値は、測定光が開口３６ａを通過して光センサ９３に入射したときに生成されるセンサ出力値よりも大幅に低下する。
　レーザビームがノズル３６の内周面に到達したらレーザビームの変位を停止させた後、ＮＣ装置５０は、図５に左向き矢印で示すように、レーザビームを－Ｘ方向に変位させるようガルバノスキャナユニット３２を制御する。
　同様に、レーザビームが－Ｘ方向に変位してノズル３６の内周面に到達すると、図６の（ｂ）に示すように、センサ出力値は再び０近くまで低下する。ＮＣ装置５０は、センサ出力値が閾値Ｔｈ以下となった時点の図６の（ａ）に示すＸ方向の位置Ｘ２が開口３６ａの他方の端部であると検出する。
　図７に示すように、ＮＣ装置５０は、位置Ｘ１と位置Ｘ２とを結ぶ線の中央位置Ｘ０を算出し、レーザビームを中央位置Ｘ０に変位させるようガルバノスキャナユニット３２を制御する。図７において、ビーム断面ＬＢａは二点鎖線で示す位置から実線で示す位置へと変位する。
　ＮＣ装置５０は、レーザビームが中央位置Ｘ０に位置している状態で、図７に上向き矢印で示すように、レーザビームを、位置Ｘ１と位置Ｘ２とを結ぶ線と直交する方向の例えば＋Ｙ方向に変位させるようガルバノスキャナユニット３２を制御する。同様に、ＮＣ装置５０は、センサ出力値が閾値Ｔｈ以下となった時点のＹ方向の位置Ｙ１（図８参照）が開口３６ａの一方の端部であると検出する。
　レーザビームがノズル３６の内周面に到達したらレーザビームの変位を停止させた後、ＮＣ装置５０は、図７に下向き矢印で示すように、レーザビームを－Ｙ方向に変位させるようガルバノスキャナユニット３２を制御する。ＮＣ装置５０は、センサ出力値が閾値Ｔｈ以下となった時点のＹ方向の位置Ｙ２（図８参照）が開口３６ａの他方の端部であると検出する。
　図８に示すように、ＮＣ装置５０は、位置Ｙ１と位置Ｙ２とを結ぶ線の中央位置Ｙ０を算出する。中央位置Ｙ０は、図５に示す中心点３６ｃｔｒに相当する。ＮＣ装置５０は、レーザビームを中央位置Ｙ０に変位させるようガルバノスキャナユニット３２を制御する。これによって、ノズル３６の芯出しが完了する。
　図９に示すフローチャートを用いて、実施例１によるノズル芯出し方法を説明する。図９において、ＮＣ装置５０は、操作部４０によって芯出し作業の開始が指示されると、ステップＳ１０１にて、加工ヘッド３５を光センサユニット９０の上方へと移動させる。ＮＣ装置５０は、ステップＳ１０２にて、レーザビーム（測定光）を光センサユニット９０に照射する。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ１０３にて、レーザビームをガルバノスキャナユニット３２によって＋Ｘ方向へと変位させて、センサ出力値が閾値Ｔｈ以下となったら、変位を停止させる。ＮＣ装置５０は、変位を停止させたＸ方向の位置Ｘ１を保持する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ１０４にて、レーザビームをガルバノスキャナユニット３２によって－Ｘ方向へと変位させて、センサ出力値が閾値Ｔｈ以下となったら、変位を停止させる。ＮＣ装置５０は、変位を停止させたＸ方向の位置Ｘ２を保持する。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ１０５にて、位置Ｘ１と位置Ｘ２とに基づいてＸ方向の中央位置Ｘ０を算出する。ステップＳ１０３とステップＳ１０４とは逆であってもよい。ＮＣ装置５０は、ステップＳ１０６にて、レーザビームの位置がＸ方向の中央位置Ｘ０に位置するように、レーザビームをガルバノスキャナユニット３２によって変位させる。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ１０７にて、レーザビームをガルバノスキャナユニット３２によって＋Ｙ方向へと変位させて、センサ出力値が閾値Ｔｈ以下となったら、変位を停止させる。ＮＣ装置５０は、変位を停止させたＹ方向の位置Ｙ１を保持する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ１０８にて、レーザビームをガルバノスキャナユニット３２によって－Ｙ方向へと変位させて、センサ出力値が閾値Ｔｈ以下となったら、変位を停止させる。ＮＣ装置５０は、変位を停止させたＹ方向の位置Ｙ２を保持する。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ１０９にて、位置Ｙ１と位置Ｙ２とに基づいてＹ方向の中央位置Ｙ０を算出する。ステップＳ１０７とステップＳ１０８とは逆であってもよい。ＮＣ装置５０は、ステップＳ１１０にて、レーザビームの位置がＹ方向の中央位置Ｙ０に位置するように、レーザビームをガルバノスキャナユニット３２によって変位させる。以上の処理によってノズル３６の芯出しが完了する。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ１１１にて、レーザビームの照射を停止させて、処理を終了させる。図９においては、Ｘ方向の中央位置Ｘ０を算出した後にＹ方向の中央位置Ｙ０を算出しているが、Ｙ方向の中央位置Ｙ０を算出した後にＸ方向の中央位置Ｘ０を算出してもよい。ＮＣ装置５０は、表示部４２にノズル３６の芯出しが完了した旨を表示して、オペレータに通知してもよい。
　図９において、ステップＳ１０２からステップＳ１１１までの間、レーザビームを照射し続けている必要はない。センサ出力値が閾値Ｔｈ以下となる位置を検出できればよく、ステップＳ１０２からステップＳ１１１までの間の適時のタイミングでレーザビームのオンとオフとを切り替えてもよい。
　図１０において、図示していないレーザビームは開口３６ａ内の任意の位置（当初位置）に位置している。ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２によって、レーザビームを任意の方向に、互いに異なる角度で２回、開口３６ａの両端部を検出するように変位させる。
　図１０に示すように、ＮＣ装置５０は、１回目の変位によって位置Ｐ１及びＰ２を検出して保持し、２回目の変位によって位置Ｐ３及びＰ４を検出して保持する。ＮＣ装置５０は、位置Ｐ１及びＰ２を結ぶ線の中央位置に直交する直線と、位置Ｐ３及びＰ４を結ぶ線の中央位置に直交する直線との交点Ｐ０を開口３６ａの中心点３６ｃｔｒと検出する。
　ＮＣ装置５０は、当初位置に位置しているレーザビームを交点Ｐ０に位置させるようガルバノスキャナユニット３２を制御する。これによって、ノズル３６の芯出しが完了する。
　実施例２においては開口３６ａの端部の４点に基づいて中心点３６ｃｔｒを検出しているが、図１１に示すように、端部の３点に基づいて中心点３６ｃｔｒを検出することができる。図１１に示すように、ＮＣ装置５０は、１回目の変位によって位置Ｐ５及びＰ６を検出して保持し、例えば位置Ｐ５を通る２回目の変位によって位置Ｐ７を検出して保持する。ＮＣ装置５０は、位置Ｐ５及びＰ６を結ぶ線の中央位置に直交する直線と、位置Ｐ５及びＰ７を結ぶ線の中央位置に直交する直線との交点Ｐ０を開口３６ａの中心点３６ｃｔｒと検出する。
　ＮＣ装置５０は、当初位置に位置しているレーザビームを交点Ｐ０に位置させるようガルバノスキャナユニット３２を制御する。これによって、ノズル３６の芯出しが完了する。
　図１２に示すように、ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２によって、レーザビームを任意の方向に、開口３６ａの端部の２点を検出するように変位させる。ＮＣ装置５０は、１回目の変位によって位置Ｐ１１及びＰ１２を検出して保持する。１回目の変位はＸ方向であってもよいし、Ｙ方向であってもよい。
　ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２によって、レーザビームを、位置Ｐ１２を通り、位置Ｐ１１及びＰ１２を結ぶ線と直交する方向に、開口３６ａの端部を検出するように変位させる。ＮＣ装置５０は、２回目の変位によって位置Ｐ１３を検出して保持する。
　ＮＣ装置５０は、位置Ｐ１１と位置Ｐ１３とを結ぶ線の中央位置Ｐ０を算出して、開口３６ａの中心点３６ｃｔｒを検出する。ＮＣ装置５０は、当初位置に位置しているレーザビームを中央位置Ｐ０に変位させるようガルバノスキャナユニット３２を制御する。これによって、ノズル３６の芯出しが完了する。
　以上説明した実施例１～４においては、ノズル３６の芯出し作業のみを実行したが、ノズル３６の芯出しを完了させた後に、ノズル３６（開口３６ａ）の形状の異常を検出するようにしてもよい。図１３は、開口３６ａの形状の異常の例を示している。ノズル３６の内周面に異物３７が付着し、ノズル３６の内周面の一部が欠けて窪み３８が形成されている。例えば、異物３７は板金Ｗの加工時に飛散した溶融金属が付着して固化したスパッタであり、窪み３８は飛散した溶融金属がノズル３６の内周面をえぐることによって形成される。
　図１４に示すように、ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２によって、開口３６ａの中心点３６ｃｔｒに位置しているレーザビームを開口３６ａの半径ｒだけ例えば＋Ｘ方向に変位させる。ここでの半径ｒの距離とは、ビーム断面ＬＢａが位置している開口３６ａを含む平面における距離である。レーザビームを開口３６ａの半径ｒだけ変位させると、レーザビームのほぼ半分の光がノズル３６の内周面で遮られる状態となる。
　半径ｒの距離とは厳密な半径ｒの距離に限定されるものではなく、半径ｒに相当するある幅を持った距離のうち、選択された距離であってもよい。ノズル３６の形状に応じて、最適な半径ｒが異なっていてもよい。
　ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２によって、レーザビームを、中心点３６ｃｔｒを中心として少なくとも１周、周回させた後に、中心点３６ｃｔｒに戻す。
　なお、レーザビームをガルバノスキャナユニット３２によって変位させると、レーザビームは開口３６ａを含む平面に対して直角ではない所定の角度を有して光センサユニット９０に向けて進行していく。よって、レーザビームが開口３６ａの半径ｒだけ変位した位置は、光センサ９３によって、レーザビームが半径ｒにわずかな距離を加算した距離だけ変位した位置として検出される。
　図１５Ａに示すように、ノズル３６の内周面に異物３７または窪み３８がなく、開口３６ａの形状が正常であれば、レーザビームを周回させる時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間において、センサ出力値はほぼ一定となる。ＮＣ装置５０は、センサ出力値が閾値Ｔｈ１～Ｔｈ２の設定範囲内であれば、ノズル３６は正常であると判定する。
　図１５Ｂに示すように、ノズル３６の内周面に異物３７または窪み３８が存在して、開口３６ａの形状が異常であれば、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間において、センサ出力値はほぼ一定とならず、閾値Ｔｈ１を超えたり、閾値Ｔｈ２を下回ったりすることがある。異物３７が存在すると遮られるレーザビームが多くなるので、センサ出力値に閾値Ｔｈ２を下回る凹部３７０が生じ、窪み３８が存在すると遮られるレーザビームが少なくなるので、センサ出力値に閾値Ｔｈ１を超える凸部３８０が生じる。
　ＮＣ装置５０は、センサ出力値が閾値Ｔｈ１～Ｔｈ２の設定範囲内になければ、ノズル３６は異常であると判定する。
　図１６に示すフローチャートを用いて、実施例５によるノズル３６の形状異常の検出方法を説明する。形状異常の検出開始が指示される前に、実施例１～４のいずれかによってノズル３６の芯出しが完了しているとする。図１６において、ＮＣ装置５０は、操作部４０によって形状異常の検出開始が指示されると、ステップＳ５０１にて、ノズル径（開口３６ａの直径）を取得する。ＮＣ装置５０は、加工条件データベース７０に記憶されていて操作部４０によって選択された加工条件によって、ノズル径を取得することができる。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ５０２にて、加工ヘッド３５を光センサユニット９０の上方へと移動させる。ＮＣ装置５０は、ステップＳ５０３にて、レーザビーム（測定光）を光センサユニット９０に照射する。ノズル３６の芯出し作業に続けてノズル３６の形状異常を検出する場合には、ステップＳ５０２（またはステップＳ５０２及びＳ５０３）は省略される。
　ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２によって、ステップＳ５０４にて、レーザビームを開口３６ａの半径ｒだけ＋Ｘ方向に変位させ、ステップＳ５０５にて、レーザビームを周回させてセンサ出力値を取得する。ステップＳ５０４にてレーザビームを半径ｒ分の距離変位させる方向は＋Ｘ方向に限定されず、任意の方向でよい。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ５０６にて、センサ出力値が設定範囲内にあるか否かを判定する。センサ出力値が設定範囲内にあれば（YES）、ＮＣ装置５０は、ステップＳ５０７にて、ノズル３６は正常であることを通知して、処理をステップＳ５０９に移行させる。センサ出力値が所定の範囲内になければ（NO）、ＮＣ装置５０は、ステップＳ５０８にて、ノズル３６は異常であることを通知して、処理をステップＳ５０９に移行させる。一例として、ＮＣ装置５０は、表示部４２にノズル３６が正常であるか異常であるかの判定結果を表示すればよい。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ５０９にて、レーザビームをノズル３６の中心点３６ｃｔｒに戻し、ステップＳ５１０にて、レーザビームの照射を停止して、処理を終了させる。
　図１７に示すように、ノズル３６の芯出しが完了しており、レーザビームが開口３６ａの中心点３６ｃｔｒに位置しているとする。図１８の（ａ）に示すように、ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２によって、レーザビームを開口３６ａの半径だけ＋Ｘ方向に変位させて周回させた後に中心点３６ｃｔｒに戻す。すると、図１８の（ｂ）に示すように、レーザビームを周回させる時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間において、センサ出力値は閾値Ｔｈ１～Ｔｈ２の設定範囲内のほぼ一定値Ｖｍとなる。ここでは、ノズル３６の内周面に異物３７または窪み３８はなく、ノズル３６の形状は正常であるとする。
　図１９は、ノズル３６の芯出し前の状態で、レーザビームが開口３６ａの中心点３６ｃｔｒに位置していない状態の一例を示している。図１９は、レーザビームが中心点３６ｃｔｒに対して＋Ｘ及び＋Ｙ方向に変位した状態を示している。図１７と同様に、図２０の（ａ）に示すようにレーザビームを周回させると、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間においてセンサ出力値は一定値Ｖｍとはならず、ノズル３６の内周面によって遮られてセンサ出力値が小さくなる範囲と、遮られずにセンサ出力値が大きくなる範囲が発生する。
　光センサユニット９０におけるフィルタ９２を、測定光における特定の波長のみを透過させ、直進する光のみを光センサ９３に入射させるように構成する。すると、図２０の（ｂ）に示すように、センサ出力値を最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎとが明確な波形とすることができる。レーザビームが開口３６ａの中心点３６ｃｔｒに位置していないとき、センサ出力値は閾値Ｔｈ１～Ｔｈ２の設定範囲内に収まらない。
　レーザビームが中心点３６ｃｔｒからずれる方向によって、センサ出力値が小さくなる範囲と大きくなる範囲が変化するから、最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎの位置に基づいてレーザビームのずれの方向を判別できる。
　図２１Ａ～図２１Ｄは、それぞれ、レーザビームが、＋Ｘ方向、－Ｘ方向、＋Ｙ方向、－Ｙ方向にずれたときのセンサ出力値の波形を示している。図２１Ｅ～図２１Ｈは、それぞれ、レーザビームが、＋Ｘ及び＋Ｙ方向、＋Ｘ及び－Ｙ方向、－Ｘ及び＋Ｙ方向、－Ｘ及び－Ｙ方向にずれたときのセンサ出力値の波形を示している。図２１Ｅは、図２０の（ｂ）と同じである。
　ＮＣ装置５０は、図２１Ａ～図２１Ｈに示すようなセンサ出力値の波形に基づいて、レーザビームのずれの方向を算出することができる。仮に、センサ出力値に最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎの位置が明確に現れない場合であっても、センサ出力値が小さくなる範囲の中央位置をずれの方向とすることができる。
　図２２に示すフローチャートを用いて、実施例６によるノズル３６のノズル芯出し方法を説明する。レーザビームは開口３６ａ内の任意の位置である当初位置に位置している。ＮＣ装置５０は、芯出し作業の開始が指示されると、ステップＳ６０１にて、ノズル径を取得する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ６０２にて、加工ヘッド３５を光センサユニット９０の上方へと移動させる。ＮＣ装置５０は、ステップＳ６０３にて、レーザビーム（測定光）を光センサユニット９０に照射する。
　ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２によって、ステップＳ６０４にて、当初位置に位置しているレーザビームを開口３６ａの半径ｒだけ＋Ｘ方向に変位させ、ステップＳ６０５にて、レーザビームを周回させてセンサ出力値を取得する。ステップＳ６０４にてレーザビームを半径ｒ分の距離変位させる方向は＋Ｘ方向に限定されず、任意の方向でよい。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ６０６にて、センサ出力値が設定範囲内にあるか否かを判定する。センサ出力値が設定範囲内にあれば、当初位置は開口３６ａの中心点３６ｃｔｒということであり、センサ出力値が設定範囲内になければ、当初位置は開口３６ａの中心点３６ｃｔｒとずれているということである。センサ出力値が設定範囲内にあれば（YES）、ＮＣ装置５０は、ステップＳ６０９にて、レーザビームをノズル３６の中心点３６ｃｔｒに戻し、ステップＳ６１０にて、レーザビームの照射を停止して、処理を終了させる。
　ステップＳ６０６にてセンサ出力値が設定範囲内になければ（NO）、ＮＣ装置５０は、ステップＳ６０７にて、ずれの方向としての角度θａを算出する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ６０８にて、ガルバノスキャナユニット３２によって、当初位置に位置しているレーザビームを所定の距離だけずれを低減させる方向に変位させて、処理をステップＳ６０４に戻す。具体的には、ＮＣ装置５０は、レーザビームを、算出されたずれの方向とは反対方向である角度（θａ＋１８０）の方向に変位させればよい。ステップＳ６０８における所定の距離は例えば０．０２ｍｍである。
　ＮＣ装置５０がステップＳ６０４～Ｓ６０８の処理を繰り返すことにより、レーザビームの回転中心位置は開口３６ａの中心点３６ｃｔｒにほぼ一致し、センサ出力値は設定範囲内となる。これにより、ステップＳ６０６にてセンサ出力値が設定範囲内にあると判定され、ステップＳ６０９及びＳ６１０を経て、ノズル３６の芯出しが完了する。
　図２３は、レーザビームの当初位置が開口３６ａの中心点３６ｃｔｒとずれていて、ＮＣ装置５０がステップＳ６０４～Ｓ６０８の処理を繰り返すことにより、設定範囲内に収まっていないセンサ出力値が設定範囲内に収まっていく波形の変化の例を示している。図２３の（ａ）は、図２１Ｇに示す－Ｘ及び＋Ｙ方向にずれたときのセンサ出力値の波形を例としている。
　ＮＣ装置５０がステップＳ６０４～Ｓ６０８の処理を繰り返すことにより、図２３の（ａ）に示す波形は図２３の（ｂ）に示すように振幅が小さくなっていく。ＮＣ装置５０がさらにステップＳ６０４～Ｓ６０８の処理を繰り返すことにより、図２３の（ｂ）に示す波形は図２３の（ｃ）に示すように振幅がさらに小さくなって設定範囲内に収まる。
　図２４に示すフローチャートを用いて、実施例７によるノズル３６のノズル芯出し方法を説明する。レーザビームは開口３６ａ内の任意の位置である当初位置に位置している。図２４に示すステップＳ７０１～Ｓ７０７は、図２２に示すステップＳ６０１～Ｓ６０７と同じであり、説明を省略する。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ７０８にて、ガルバノスキャナユニット３２によって、レーザビームをセンサ出力値が設定範囲内の値となるまで角度θａの方向に変位させて、距離Ｌ１を算出する。ＮＣ装置５０は、距離Ｌ１を算出したらレーザビームを元の位置に戻す。ＮＣ装置５０は、ステップＳ７０９にて、ガルバノスキャナユニット３２によって、レーザビームをセンサ出力値が設定範囲内の値となるまで角度θａとは反対方向に変位させて、距離Ｌ２を算出する。ＮＣ装置５０は、距離Ｌ２を算出したらレーザビームを元の位置に戻す。
　図２５は、ステップＳ７０８及びＳ７０９におけるレーザビームの変位、及び、距離Ｌ１及びＬ２の算出の処理の一例を示している。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ７１０にて、ガルバノスキャナユニット３２によって、レーザビームを角度θａの方向に距離（Ｌ１－Ｌ２）／２だけ変位させる。距離（Ｌ１－Ｌ２）／２は負の値となるので、レーザビームの位置は角度θａとは反対方向に変位される。これによって、レーザビームは開口３６ａの中心点３６ｃｔｒへと近付く。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ７１１にて、ガルバノスキャナユニット３２によってレーザビームを半径（Ｌ１＋Ｌ２）／２で周回させて、センサ出力値を取得する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ７１２にて、センサ出力値が設定範囲内にあるか否かを判定する。センサ出力値が設定範囲内にあれば、ステップＳ７０７～Ｓ７１０の処理によってレーザビームが当初位置から中心点３６ｃｔｒへと変位したということであり、センサ出力値が設定範囲内になければ、レーザビームの変位が不足しているということである。
　ステップＳ７１２にてセンサ出力値が設定範囲内にあれば（YES）、ＮＣ装置５０は、ステップＳ７１３にて、レーザビームをノズル３６の中心点３６ｃｔｒに戻し、ステップＳ７１４にて、レーザビームの照射を停止して、処理を終了させる。
　ステップＳ７１２にてセンサ出力値が設定範囲内になければ（NO）、ＮＣ装置５０は処理をステップＳ７０７に戻して、ステップＳ７０７～Ｓ７１２の処理を繰り返す。テップＳ７０７～Ｓ７１２の処理を繰り返すことにより、レーザビームは当初位置から中心点３６ｃｔｒへと変位し、ステップＳ７１３及びＳ７１４を経て、ノズル３６の芯出しが完了する。
　図２６に示すフローチャートを用いて、実施例８によるノズル３６のノズル芯出し方法を説明する。レーザビームは開口３６ａ内の任意の位置である当初位置に位置している。図２６に示すステップＳ８０１～Ｓ８０７は、図２２に示すステップＳ６０１～Ｓ６０７と同じであり、説明を省略する。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ８０８にて、センサ出力値の最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎとの平均値Ｖａを算出する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ８０９にて、ガルバノスキャナユニット３２によって、レーザビームをセンサ出力値が平均値Ｖａとなるまで角度θａの方向に変位させる。レーザビームの位置をセンサ出力値が平均値Ｖａとなるまで角度θａの方向に変位させると、レーザビームはほぼノズル３６の内周面に到達する。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ８１０にて、ガルバノスキャナユニット３２によって、レーザビームを、ステップＳ８０９で変位させた位置から、角度θａとは反対方向に開口３６ａの半径ｒだけ変位させる。図２７は、ステップＳ８０９及びＳ８１０におけるレーザビームを変位させる処理の一例を示している。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ８１１にて、ガルバノスキャナユニット３２によってレーザビームを周回させてセンサ出力値を取得する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ８１２にて、センサ出力値が設定範囲内にあるか否かを判定する。センサ出力値が設定範囲内にあれば、レーザビームは当初位置から中心点３６ｃｔｒへと変位したということであり、センサ出力値が設定範囲内になければ、レーザビームは中心点３６ｃｔｒへと変位していないということである。
　ステップＳ８１２にてセンサ出力値が設定範囲内にあれば（YES）、ＮＣ装置５０は、ステップＳ８１３にて、レーザビームをノズル３６の中心点３６ｃｔｒに戻し、ステップＳ８１４にて、レーザビームの照射を停止して、処理を終了させる。
　ステップＳ８１２にてセンサ出力値が設定範囲内になければ（NO）、ＮＣ装置５０は、ステップＳ８１５にて、センサ出力値が設定範囲外の状態を所定回数繰り返したか否かを判定する。所定回数繰り返していなければ（NO）、ＮＣ装置５０は、処理をステップＳ８０７に戻して、ステップＳ８０７～Ｓ８１２の処理を繰り返す。
　加工ヘッド３５に取り付けられているノズル３６のノズル径が加工条件で設定されているノズル径と同じであれば、ＮＣ装置５０がテップＳ８０７～Ｓ８１２の処理を繰り返すことにより、レーザビームは中心点３６ｃｔｒへと変位する。よって、ステップＳ８１２にてセンサ出力値が設定範囲内にあると判定され、ステップＳ７１３及びＳ７１４を経て、ノズル３６の芯出しが完了する。
　しかしながら、図２８に示すように、加工ヘッド３５に取り付けられているノズル３６のノズル径が加工条件で設定されているノズル径と異なると、ＮＣ装置５０がステップＳ８０７～Ｓ８１２の処理を繰り返してもレーザビームは中心点３６ｃｔｒへと変位しない。図２８は、加工ヘッド３５に取り付けられているノズル３６のノズル径が加工条件で設定されているノズル径よりも大きい場合を示しており、大小関係が逆の場合も同様である。加工ヘッド３５に取り付けられているノズル３６のノズル径が加工条件で設定されているノズル径と異なると、センサ出力値が設定範囲外の状態が繰り返される。
　そこで、ステップＳ８１５にてセンサ出力値が設定範囲外の状態を所定回数繰り返していれば（YES）、ＮＣ装置５０は、ステップＳ８１６にて、ノズル径が異なることを通知して、処理をステップＳ８１３に移行させる。このとき、ステップＳ８１３においては、レーザビームを中心点３６ｃｔｒに戻すのではなく、当初位置または当初位置をわずかに補正した程度の位置に戻せばよい。
　実施例８によれば、加工ヘッド３５に取り付けられているノズル３６のノズル径が加工条件で設定されているノズル径と同じであれば、ノズル３６の芯出しを完了させることができる。実施例８によれば、加工ヘッド３５に取り付けられているノズル３６のノズル径が加工条件で設定されているノズル径と異なれば、オペレータにノズル径が異なることを通知することができる。
　図２９に示すように、ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２によって、ノズル３６の内周面の全体を走査するようにレーザビームを変位させる。これによって、ＮＣ装置５０は、開口３６ａの形状、大きさ、及び中心点３６ｃｔｒを検出することができる。
　図３０に示すように、ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２によって、ノズル３６の内周面の全体を複数の径で円形に走査するようにレーザビームを変位させる。これによって、ＮＣ装置５０は、開口３６ａの形状、大きさ、及び中心点３６ｃｔｒを検出することができる。
　実施例１～５、９及び１０によるノズル３６の芯出し方法（及び形状異常の判定方法）は、ＮＣ装置５０を図３１に示すように構成することによって実行できる。ＮＣ装置５０は、機能的な内部構成として、Ａ／Ｄ変換器５０１、データ保持部５０２、中心算出部５０３、ビーム変位制御部５０４、移動機構制御部５０５、形状判定部５０６、表示制御部５０７を有する。
　図３１において、オペレータが操作部４０によって芯出し作業の開始を指示すると、移動機構制御部５０５は、移動機構であるＸ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３の駆動部２２０及び２３０を制御して、加工ヘッド３５を光センサユニット９０の上方へと移動させる。ＮＣ装置５０は、低パワーのレーザビームを射出するようレーザ発振器１０を制御する。移動機構制御部５０５は、ビーム変位制御部５０４に加工ヘッド３５の移動が完了したことを通知する。
　加工ヘッド３５が光センサユニット９０の上方へと移動してレーザビームが光センサユニット９０に照射されると、ビーム変位制御部５０４は、実施例１～５、９及び１０で説明したように、ノズル３６の開口３６ａより射出されるレーザビームを変位させる。
　Ａ／Ｄ変換器５０１は、光センサ９３から供給されたセンサ出力値をデジタル信号に変換する。データ保持部５０２は、デジタル信号に変換されたセンサ出力値を保持する。中心算出部５０３は、レーザビームが開口３６ａの端部の少なくとも３点に照射されたとき、データ保持部５０２に保持されたセンサ出力値に基づいて少なくとも３点の位置を検出し、検出した少なくとも３点の位置に基づいて、開口３６ａの中心点３６ｃｔｒを算出する。
　また、データ保持部５０２は、中心点３６ｃｔｒを算出する過程で必要な位置情報を保持する。実施例１においては、データ保持部５０２は、位置Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２を示す情報を保持する。実施例２においては、データ保持部５０２は、位置Ｐ１～Ｐ４を示す情報を保持する。実施例３においては、データ保持部５０２は、位置Ｐ５～Ｐ７を示す情報を保持する。実施例９及び１０においては、データ保持部５０２は、開口３６ａの端部の複数の点の位置情報を保持する。
　ビーム変位制御部５０４は、開口３６ａより射出されるレーザビームを、中心算出部５０３が算出した中心点３６ｃｔｒに位置させるようにビーム変位機構であるガルバノスキャナユニット３２の駆動部３２２及び３２４を制御する。これによって、ノズル３６の芯出しが完了する。
　実施例５のようにノズル３６（開口３６ａ）の形状が正常であるか否かを判定する場合には、ビーム変位制御部５０４は、中心点３６ｃｔｒに位置しているレーザビームを開口３６ａの半径ｒだけ変位させ、中心点３６ｃｔｒを中心として周回させるように駆動部３２２及び３２４を制御する。ビーム変位制御部５０４には、加工条件データベース７０からノズル径を示す情報を取得する。
　形状判定部５０６は、レーザビームが周回しているときに生成されて、データ保持部５０２から供給されたセンサ出力値が設定範囲内に収まっているか否かに基づいて、ノズル３６の形状が正常であるか否かを判定する。
　表示制御部５０７は、ノズル３６の芯出しが完了したら、表示部４２に芯出しが完了したことを示す文字または画像を表示するよう制御してもよい。表示制御部５０７は、表示部４２に形状判定部５０６による判定結果を示す文字または画像を表示するよう制御してもよい。
　実施例６～８によるノズル３６の芯出し方法は、ＮＣ装置５０を図３２に示すように構成することによって実行できる。ＮＣ装置５０は、機能的な内部構成として、Ａ／Ｄ変換器５０１、データ保持部５０２、ずれ方向算出部５０８、ビーム変位制御部５０４、移動機構制御部５０５、表示制御部５０７を有する。図３２において、図３１と共通部分の説明を省略することがある。
　ビーム変位制御部５０４は、開口３６ａ内の任意の当初位置に位置しているレーザビームを半径ｒだけ変位させ、その当初位置を中心として周回させるように駆動部３２２及び３２４を制御する。ずれ方向算出部５０８は、レーザビームが周回しているときに生成されて、データ保持部５０２から供給されたセンサ出力値が設定範囲内に収まっているか否かを判定する。ずれ方向算出部５０８は、センサ出力値が設定範囲内に収まっていると判定すれば、レーザビームは中心点３６ｃｔｒに位置していると判定する。
　ずれ方向算出部５０８は、センサ出力値が設定範囲内に収まっていないと判定すれば、中心点３６ｃｔｒに対する当初位置のずれの方向を算出する。ビーム変位制御部５０４は、当初位置に位置しているレーザビームを当初位置からずれの方向とは反対方向へと所定の距離だけ変位させるように駆動部３２２及び３２４を制御する。これによって、レーザビームは当初位置から補正位置へと変位する。
　同様に、ビーム変位制御部５０４は、補正位置に位置しているレーザビームを半径ｒだけ変位させ、その補正位置を中心として周回させるように駆動部３２２及び３２４を制御する。ずれ方向算出部５０８は、センサ出力値が設定範囲内に収まっているか否かを判定する。ずれ方向算出部５０８は、センサ出力値が設定範囲内に収まっていると判定すれば、レーザビームは中心点３６ｃｔｒに位置していると判定する。
　ずれ方向算出部５０８は、センサ出力値が設定範囲内に収まっていないと判定すれば、中心点３６ｃｔｒに対する補正位置のずれの方向を算出する。ビーム変位制御部５０４は、ずれを低減させる方向に補正位置をさらに変位させるように駆動部３２２及び３２４を制御する。ビーム変位制御部５０４は、ずれ方向算出部５０８が、センサ出力値が設定範囲内に収まっていると判定するまで、ずれの方向とは反対方向へと補正位置を変位させる制御を繰り返す。これによってレーザビームは当初位置から中心点３６ｃｔｒへと変位して、ノズル３６の芯出しが完了する。
　以上のようにノズル３６の芯出しが完了した後、レーザ加工機１００は、レーザビームによって板金を切断する。前述のように、ガルバノスキャナユニット３２は、レーザビームを振動させるビーム振動機構としても機能する。レーザ加工機１００は、ガルバノスキャナユニット３２によってレーザビームを振動させながら、板金を切断することができる。
　図３３及び図３４は、レーザビームを振動させる振動パターンの例を示している。板金Ｗの切断進行方向をｘ方向、板金Ｗの面内でｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。図３３及び図３４は、振動パターンを理解しやすいよう、加工ヘッド３５をｘ方向に移動させない状態での振動パターンを示している。
　図３３に示すように、ガルバノスキャナユニット３２は、ＮＣ装置５０による制御に基づいて、振動パターンの第１の例として、ビームスポットＢｓをビームスポットＢｓの進行によって形成された溝Ｗｋ内でｘ方向に振動させる。この振動パターンを平行振動パターンと称することとする。
　レーザビームを振動させない状態で板金Ｗに形成される溝Ｗｋはカーフ幅Ｋ１を有する。レーザビームを平行振動パターンで振動させると、ビームスポットＢｓは溝Ｗｋ内で振動するので、カーフ幅Ｋ１は変化しない。
　図３４に示すように、ガルバノスキャナユニット３２は、ＮＣ装置５０による制御に基づいて、振動パターンの第２の例として、ビームスポットＢｓをｙ方向に振動させる。この振動パターンを直交振動パターンと称することとする。直交振動パターンを用いると、溝Ｗｋはカーフ幅Ｋ１よりも広いカーフ幅Ｋ２となる。
　なお、図３３に示す平行振動パターン、図３４に示す直交振動パターンのいずれも、実際には、加工ヘッド３５が切断進行方向に移動しながらレーザビームが振動するので、図３３または図３４に示す振動パターンに切断進行方向（ｘ方向）の変位を加えた振動パターンとなる。
　レーザ加工機１００が板金Ｗを切断する際に、ガルバノスキャナユニット３２がレーザビームを振動させるときの図３に示す距離Δｓは開口３６ａの半径ｒ未満の距離であり、好ましくは、開口３６ａの半径ｒから所定の余裕量だけ引いた距離を最大距離とした最大距離以下の距離である。
　レーザ加工機１００が板金Ｗを切断する際にガルバノスキャナユニット３２によって平行振動パターンでレーザビームを振動させると、板金Ｗを高速に切断することができる。レーザ加工機１００が板金を切断する際にガルバノスキャナユニット３２によって直交振動パターンでレーザビームを振動させると、板厚が厚くても板金Ｗを高速に切断面の品質がよく切断することができる。
　このように、レーザ加工機１００は、板金Ｗの切断速度を速くしたり、切断面の品質を向上させたりするために、ガルバノスキャナユニット３２を備えることがある。この場合、ノズル３６の芯出しを実行するため専用にガルバノスキャナユニット３２を設ける必要がない。レーザ加工機１００がガルバノスキャナユニット３２を備える場合には、光センサユニット９０を設けて、ソフトウェア（コンピュータプログラム）によってＮＣ装置５０に実施例１～１０のいずれかのノズル芯出し方法を実行させればよいため、コストアップはわずかである。
　本発明は以上説明した１またはそれ以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。ノズル３６の芯出しを、ＮＣ装置５０とは別のＮＣ装置５０と連携する制御装置で実行してもよい。ノズル芯出し装置を構成する際のハードウェアとソフトウェアとの使い分けは任意である。図３１または図３２に示すＮＣ装置５０内の構成を回路（集積回路）で構成してもよい。
　本願の開示は、２０１８年３月１２日に出願された特願２０１８－０４４１０７号に記載の主題と関連しており、それらの全ての開示内容は引用によりここに援用される。

Claims (10)

  1. 　加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口より射出されるレーザビームを変位させるビーム変位機構と、
    　前記開口より射出されたレーザビームが入射され、入射されるレーザビームの強度に応じたセンサ出力値を生成する光センサと、
    　前記ビーム変位機構によるレーザビームの変位を制御するビーム変位制御部と、
    　前記ビーム変位制御部が前記ビーム変位機構によるレーザビームの変位を制御してレーザビームが前記加工ヘッドの内周面に接する前記開口の端部の少なくとも３点に照射されたとき、前記光センサが生成したセンサ出力値に基づいて前記少なくとも３点の位置を検出し、検出した前記少なくとも３点の位置に基づいて、前記開口の中心点を算出する中心算出部と、
    　を備え、
    　前記ビーム変位制御部は、前記開口より射出されるレーザビームを、前記中心算出部が算出した前記中心点に位置させるように前記ビーム変位機構を制御する
    　レーザ加工機におけるノズル芯出し装置。
  2. 　前記ビーム変位制御部は、レーザビームを第１の方向に変位させるよう前記ビーム変位機構を制御し、
    　前記中心算出部は、レーザビームが前記第１の方向に変位されたときの前記開口の端部の第１及び第２の点を検出して、前記第１及び第２の点を結ぶ第１の線の第１の中央位置を算出し、
    　前記ビーム変位制御部は、さらに、レーザビームを前記第１の中央位置を通って前記第１の線と直交する第２の方向に変位させるよう前記ビーム変位機構を制御し、
    　前記中心算出部は、さらに、レーザビームが前記第２の方向に変位されたときの前記開口の端部の第３及び第４の点を検出して、前記第３及び第４の点を結ぶ第２の線の第２の中央位置を前記中心点として算出し、
    　前記ビーム変位制御部は、前記開口より射出されるレーザビームを、前記第２の中央位置に位置させるように前記ビーム変位機構を制御する
    　請求項１に記載のレーザ加工機におけるノズル芯出し装置。
  3. 　前記ビーム変位制御部は、前記中心点に位置しているレーザビームを前記開口の半径だけ変位させ、前記中心点を中心として周回させるように前記ビーム変位機構を制御し、
    　レーザビームが周回しているときに前記光センサが生成したセンサ出力値が設定範囲内に収まっているか否かに基づいて、前記開口の形状が正常であるか否かを判定する形状判定部をさらに備える
    　請求項１または２に記載のレーザ加工機におけるノズル芯出し装置。
  4. 　加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口より射出されるレーザビームを変位させるビーム変位機構と、
    　前記開口より射出されたレーザビームが入射され、入射されるレーザビームの強度に応じたセンサ出力値を生成する光センサと、
    　前記開口内の任意の位置に位置しているレーザビームを前記開口の半径だけ変位させ、前記任意の位置を中心として周回させるように前記ビーム変位機構を制御するビーム変位制御部と、
    　レーザビームが周回しているときに前記光センサが生成したセンサ出力値が設定範囲内に収まっているか否かを判定し、前記センサ出力値が設定範囲内に収まっていないと判定したとき、前記開口の中心点に対する前記任意の位置のずれの方向を算出し、前記センサ出力値が前記設定範囲内に収まっていると判定したとき、レーザビームは前記開口の中心点に位置していると判定するずれ方向算出部と、
    　を備えるレーザ加工機におけるノズル芯出し装置。
  5. 　前記ずれ方向算出部が、前記センサ出力値が設定範囲内に収まっていないと判定したとき、前記センサ出力値が前記設定範囲内に収まっていると判定するまで、前記ビーム変位制御部は、前記開口内のレーザビームを前記任意の位置から前記ずれ方向算出部によって算出されたずれの方向とは反対方向へと変位させるように前記ビーム変位機構を制御する請求項４に記載のレーザ加工機におけるノズル芯出し装置。
  6. 　加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口より射出されるレーザビームを、ビーム変位機構によって、前記加工ヘッドの内周面に接する前記開口の端部の少なくとも３点に照射するように変位させ、
    　前記開口より射出されたレーザビームを光センサによって受光し、受光したレーザビームの強度に応じたセンサ出力値を生成し、
    　中心算出部が、前記光センサが生成したセンサ出力値に基づいて前記少なくとも３点の位置を検出し、検出した前記少なくとも３点の位置に基づいて、前記開口の中心点を算出し、
    　ビーム変位制御部が、前記開口より射出されるレーザビームを、前記中心算出部が算出した前記中心点に位置させるように前記ビーム変位機構を制御する
    　レーザ加工機におけるノズル芯出し方法。
  7. 　前記ビーム変位制御部が、レーザビームを第１の方向に変位させるよう前記ビーム変位機構を制御し、
    　前記中心算出部が、レーザビームが前記第１の方向に変位されたときの前記開口の端部の第１及び第２の点を検出して、前記第１及び第２の点を結ぶ第１の線の第１の中央位置を算出し、
    　前記ビーム変位制御部が、さらに、レーザビームを前記第１の中央位置を通って前記第１の線と直交する第２の方向に変位させるよう前記ビーム変位機構を制御し、
    　前記中心算出部が、さらに、レーザビームが前記第２の方向に変位されたときの前記開口の端部の第３及び第４の点を検出して、前記第３及び第４の点を結ぶ第２の線の第２の中央位置を前記中心点として算出し、
    　前記ビーム変位制御部が、前記開口より射出されるレーザビームを、前記第２の中央位置に位置させるように前記ビーム変位機構を制御する
    　請求項６に記載のレーザ加工機におけるノズル芯出し方法。
  8. 　前記ビーム変位制御部が、前記中心点に位置しているレーザビームを前記開口の半径だけ変位させ、前記中心点を中心として周回させるように前記ビーム変位機構を制御し、
    　形状判定部が、レーザビームが周回しているときに前記光センサが生成したセンサ出力値が設定範囲内に収まっているか否かに基づいて、前記開口の形状が正常であるか否かを判定する
    　請求項６または７に記載のレーザ加工機におけるノズル芯出し方法。
  9. 　加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口内の任意の位置に位置しており、前記開口より射出されるレーザビームを、ビーム変位機構によって、前記開口の半径だけ変位させ、前記任意の位置を中心として周回させ、
    　前記開口より射出されたレーザビームを光センサによって受光し、受光したレーザビームの強度に応じたセンサ出力値を生成し、
    　ずれ方向算出部が、レーザビームが周回しているときに前記光センサが生成したセンサ出力値が設定範囲内に収まっているか否かを判定し、
    　前記ずれ方向算出部が、前記センサ出力値が設定範囲内に収まっていないと判定したとき、前記開口の中心点に対する前記任意の位置のずれの方向を算出し、
    　前記ずれ方向算出部が、前記センサ出力値が前記設定範囲内に収まっていると判定したとき、レーザビームは前記開口の中心点に位置していると判定する
    　レーザ加工機におけるノズル芯出し方法。
  10. 　前記ずれ方向算出部が、前記センサ出力値が設定範囲内に収まっていないと判定したとき、前記センサ出力値が前記設定範囲内に収まっていると判定するまで、ビーム変位制御部が、前記開口内のレーザビームを前記任意の位置から前記ずれ方向算出部によって算出されたずれの方向とは反対方向へと変位させるように前記ビーム変位機構を制御する請求項９に記載のレーザ加工機におけるノズル芯出し方法。
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