JPH03133589A - レーザ加工方法 - 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、加工ガスを噴射するとともにレーザ光を照
射する加工ヘッドを、ワークから所定の距離に保持して
加工を行うレーザ加工方法に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、レーザ加工においては、レーザ発振器から放射
されたレーザ光を集光レンズで集光してノズル先端から
ワークに照射することで、切断又は溶接等の加工が行わ
れている。そして、加工に際しては、加工精度を維持す
るためにワークとレーザ光の焦点位置を一定に保つこと
が必要とされている。

このため、ワークとノズル先端間の距離なセンサにより
検出し、この検出信号に基づいてノズルを駆動制御する
方法がある。第３図は非接触式の検出センサとして、例
えば静電容量式センサを備えた加工ヘッドの駆動系を示
す構成図であり、図において、（１１はレーザ光（２）
を出力するレーザ発振器、（３）はレーザ光（２）を集
光する集光レンズ（図示せず）を具備した加工ヘッドで
、その先端部に５よ静電容量検出のための電極であるノ
ズル（４）が設けられている。ｆｓ）は制御部であり、
ノズル「４）とワーク（９）間で検出された検出信号（
５ａ）を反転する反転アンプ（５ｂ）および加工条件に
応じてレーザ光の焦点位置を調整することが可能な回路
（５ｄ）を有する制御回路（５ｃ）から構成される装る
。（６）は制御回路（５Ｃ）から出力された信号によっ
てサーボモータ（７）を制御するサーボアンプ。

（８）は加工ヘッド（３）をレーザ光の光軸方向に駆動
するボールネジである。なお、焦点位置調整回路（５ｄ
）には、レーザ加工における所定のレーザ光の焦点位置
が予め設定されている。

次に、上記の構成によるレーザ加工方法について述べる
。

レーザ発振器（１）から出力されたレーザ光（２）は、
図示しない光学系により加工ヘッド（３）まで導かれ、
集光レンズで集光されてノズル（４）からワーク（９）
上に照射される。また、ノズル（４）からは加工促進の
ために加工ガスが加工部分に噴射され、この状態で加工
ヘッド（３）とワーク（９）を相対的に移動することで
所望の加工が行われることになる。

ところで、電極であるノズル（４）とアースされたワー
ク（９）間に電圧を印加することによって、ノズル（４
）とワーク（９）間には静電容量が発生する。この静電
容量はノズル（４）とワーク（９）間の距離に応じて変
化することから、検出された静電容量を管理すれば加工
ヘッド（３）の位置制御を行うことができることになる
。

そこで、従来の方法では第３図に示すように。

ノズル（４）とワーク（９）間の静電容量をセンサによ
り検出し、これを電気信号に変換して検出信号（５ａ）
として制御部（５）に送る。制御部（５）では、検出信
号（５ａ）を反転アンプ（５ｂ）を介して制御回路（５
ｃ）に出力し、ここで、検出信号（５ａ）が焦点位置調
整回路（５ｄ）における所定の設定値（焦点位置）と比
較され、比較値がゼロになる様に制御信号をサーボアン
プ（６）に出力する。これによってサーボモータ（７）
が駆動し、加工ヘッド（３）が光軸方向に移動制御され
る。

このような制御を行うことにより、加工ギャップである
ノズル（４）とワーク（９）間の距離が、常に一定に保
持された状態でレーザ加工を行うことができるのである
。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のレーザ加工方法は以上のように行われているので
、特に、アルミやステンレスを無酸化にて加工するとき
に、焦点位置近傍においてプラズマが発生し、このプラ
ズマによって加工ヘッド（３）とワーク（９）が短絡す
るために静電容量の検出が不可能となる。また、小径穴
の多い加工では、ワク（９）が抜は落ちた後の静電容量
が急激に変化するために、焦点位置がズして加工不良を
起こしたり、加工ヘッド（３）が穴に突込むなどの問題
点があった。

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、加工ヘッドとワーク間の静電容量が急激に変
化した場合でも、加工不良および加工ヘッドの損傷を防
ぐことができるレーザ加工方法を得ることを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るレーザ加工方法は、非接触にて検出され
た加工ヘッド先端とワーク間の距離に対応する信号をサ
ンプリングし、このサンプリングした信号が第１の所定
値を超えた場合はレーザ出力および加工ヘッドの駆動を
停止するとともに、サンプリングした信号が第２の所定
値を超えた場合はサンプリング前の信号を保持して加工
ｌ＼ラッド駆動系に出力するようにしたものである。

［作用〕 この発明においては、加工ヘッド先端とワーク間の検出
信号をサンプリングして各設定値と比較することにより
、加工ヘッド先端とワーク間の検出信号の変化に対応し
た信号が出力される。

【発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明によるレーザ加工方法を示すフローチャー
ト、第２図はこの発明による方法を達成するための構成
図である。なお、第２図において、サンプリング回路（
１０）以外は従来の構成と同一であるので詳細な説明は
省略する。サンプリング回路（１０）は、制御部（５）
から出力されたノズル（４）とワーク（９）間の静電容
量に対応する検出信号（５ａ）を常にサンプリングして
保持するとともに、検出信号（５ａ）の単位時間当りの
変化率の所定値を有しており、この所定値は、サンプリ
ングした検出信号（５ａ）の単位時間当りの変化率の大
きさによって異なる信号を出力する必要があるために、
第１の所定値（１０ａ）および第２の所定値（１０ｂｌ
に区分されている。

次に、上記の構成によるレーザ加工方法を第１図を参照
しながら説明する。

従来と同様にして、ノズル（４）とワーク（９）間の静
電容量は電気信号に変換され、検出信号（５ａ）として
制御部（５）に取込まれる（ステップ２０）。

このとき、サンプリング回路（１０）は検出信号（５ａ
）の単位時間当りの変化率をサンプリングしくステップ
２１）、予め設定されている所定値（１０ａ）　、　（
ｌｏｂｌとの比較を行う（ステップ２２．２４）６今、
何らかの理由によってノズル（４）とヘッド（９）間の
静電容量（つまり、検出信号）が星位時間内に急激に変
化したとすると、サンプリング回路（１０）はその変化
率が第１の所定値（１０ａｌを超えているか否かを判断
しくステップ２２）、その結果、第１の所定値（ｌｏａ
ｆを超えていれば、レーザ出力および加工ヘッド（３）
の駆動を停止すべく、レザ発振器（１）とサーボアンプ
（６）に信号を出力する（ステップ２３）。一方、第１
の所定値（ｌｏａｌ以下であれば、つぎに第２の所定値
（１０ｂ）を超えているか否かを判断する（ステップ２
４）。そして、検出信号（５ａ）の単位時間当りの変化
率が第２の所定値（１０ｂｌ　を超えている場合は、サ
ンプリング回路（１０）がサンプリングしている検出信
号（５ａ）のサンプリング前の信号を保持して、反転ア
ンプ（５ｂ）を介して制御回路（５ｃ）に出力する（ス
テップ２５）。

制御回路（５ｃ）では、焦点位置調整回路（５ｄ）に予
め設定されている所定の焦点位置と、反転アンプ（５ｂ
）から出力された上記信号とを比較しくステップ２６）
、比較結果がゼロになるように加工ヘッド（３）を駆動
すべくサーボアンプ（６）に制御信号を出力する（ステ
ップ２７）。

なお、サンプリング回路（１０）は、検出信号（５ａ）
の出力を保持する一方で、常時検出信号（５ａ）をモニ
タしており、出力を保持している間にサンプリング信号
の変化率が第２の所定値（１０ｂ）以下になった場合は
、保持を解除して検出信号（５ａ）をそのまま反転アン
プ（５ｂ）に出力しくステップ２８）、以後、上記と同
様の動作を行う（ステップ２６．２７）。

また、検出信号（５ａ）の単位時間当りの変化率が第２
の所定値（ｆｏｂ）以下であれば、検出信号（５ａ）を
そのまま反転アンプ（５ｂ）を介して制御回路（５Ｃ）
に出力することになる（ステップ２８）。

これによって、ノズル（４）とワーク（９）間の静電容
量が単位時間内に急激に変化しても、ノズル（４）とワ
ーク（９）間の距離が所定値に維持されるため、円滑な
レーザ加工を行うことが可能になるのである。なお、静
電容量の単位時間当りの変化率の度合いによっては、加
工ヘッド（３）の保護を図るために加工を停止するとい
うことは前述のとおりである。

ところで、上記実施例ではノズル（４）とワーク（９）
間の静電容量の経時変化をサンプリングしているが、静
電容量を電気信号に変換した後の信号を１例えば微分回
路を通して連続的な変化率としたものをモニタするよう
にしてもよい。

また、上記の実施例ではノズル（４）とワーク（９）間
の距離を静電容量によって検出しているが、他の電磁的
容量、例えば渦電流や磁気であっても同様の効果を奏す
る。

〔発明の効果Ｊ 以上のようにこの発明によれば、非接触にて検出された
加工ヘッド先端とワーク間の距離に対応する信号をサン
プリングし、このサンプリングした信号が第１の所定値
を超えた場合はレーザ出力および加工ヘッドの駆動を停
止するとともに、サンプリングした信号が第２の所定値
を超えた場合はサンプリング前の信号を保持して加工ヘ
ッドの駆動系に出力するようにしたので、加工ヘッド先
端とワーク間の距離に対応する信号が急激に変化した場
合でも、加工不良および加工ヘッドの損傷を招くことの
ないレーザ加工方法が得られるという効果がある。

【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方法のフ
ロー図、第２図はこの発明の方法による構成図、第３図
は従来のレーザ加工方法による虜成図である。 図において、（３）は加工ヘッド、（４）はノズル、（
５ａ）は検出信号、（９）はワーク、（１０）はサンプ
リング回路、（１０ａｌ　は第１の所定値、（１０ｂｌ
は第２の所定値である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 非接触にて検出された加工ヘッド先端とワーク間の距離
   に対応する信号をサンプリングし、このサンプリングし
   た信号が第１の所定値を超えた場合はレーザ出力および
   加工ヘッドの駆動を停止するとともに、サンプリングし
   た信号が第２の所定値を超えた場合はサンプリング前の
   信号を保持して加工ヘッドの駆動系に出力することを特
   徴とするレーザ加工方法。