JPH04367385A - レーザ加工機 - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、相対移動される被加工
物に対しレーザ光を光学系による集光状態で照射するよ
うにしたレーザ加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工機は、レーザ発振器から出力
されたレーザ光をレーザ加工ヘッドに導き、その加工ヘ
ッド内部に設けられたレンズ等の集光光学系により集光
し、エネルギ密度の高い焦点付近の集光状態のレーザ光
を被加工物に照射して加工を行うようにしたものである
。

【０００３】このようなレーザ加工の中で、特に材料を
切断加工をする場合には、レーザ光の集光位置と被加工
物の加工面との相対的な位置関係を正確に制御すること
が切断能力を決める重要な点である。

【０００４】この場合、例えば、被加工物或の加工動作
を、加工ヘッドをレーザ光の光軸方向と直角方向に移動
させながら行うため、被加工物の加工面が凹凸を有する
場合や、微妙に変形している場合には、レーザ光の集光
位置と被加工物の加工面との光軸方向の距離が大きく変
動しないように、これに追随して被加工物或は加工ヘッ
ドを移動制御させて両者の相対的位置関係が所定範囲内
に入るように制御する必要がある。

【０００５】そして、上述の相対位置関係を測定するた
めの手段としては、例えば、被加工物と加工ヘッドとの
間の距離に応じて変化する静電容量を検出する非接触形
のセンサや、被加工物の加工面と接触状態でその距離に
応じた差動トランスの出力を得るようにした或は接触形
のセンサとがある。

【０００６】上述の場合、非接触形のセンサは、距離の
センシングと異物との衝突を検出する点で多機能である
が、そのため高価になるものであり、一方、接触形のセ
ンサは、距離のセンシングのみの単機能であるが、安価
である。従って、一般には、何れかの方式のセンサを必
要に応じて用いるようにしている。

【０００７】これにより、何れのセンサを用いた場合で
も、被加工物の加工面にうねりを有するものに対しても
、これに追随して距離を検出してレーザ光の集光位置と
加工面との間の距離を移動制御して確実に切断加工を行
うことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
センサのうち、接触形のものを用いる場合には、次のよ
うな不具合を生ずることがあった。即ち、例えば、被加
工物の加工面に異物が付着しているような場合や切断後
の残材が加工面とセンサのヘッドとの間に挟まったよう
な場合に、センサヘッドと加工面との間の相対位置関係
が狂ったり、或は異物にセンサヘッドが衝突して加工ヘ
ッド自体の動きに障害が起きたりする場合がある。

【０００９】このような場合には、センサによる検出出
力が異常となり、正常な位置検出が出来なくなるため、
レーザ光による切断加工が困難になる。従って、装置を
停止してこのような不具合を取り除く必要があるが、上
述のように接触形のセンサを用いている場合には、相対
的な位置関係の制御を行うだけであったので、このよう
な異常状態を検出できない不具合があった。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みて成されたもの
で、その目的は、被加工物の加工面と加工ヘッドとの間
の位置を接触形のセンサを用いて検出することにより制
御してレーザ加工を行う場合でも、位置検出機能のみな
らず、異常状態をも検出することができるようにしたレ
ーザ加工機を提供するにある。 ［発明の構成］

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、相対移動され
る被加工物に対しレーザ光を光学系による集光状態で照
射するようにしたレーザ加工機を対象とするものであり
、前記被加工物の加工面と前記レーザ光による適正加工
位置との間の距離を接触状態で検出するセンサと、この
センサの検出出力に基いて前記被加工物の加工面を適正
加工領域に移動制御すると共にその検出出力の変化率と
変化量の最大値とに基いて異常状態を判断する制御手段
とを具備したところに特徴を有する。

【００１２】

【作用】本発明のレーザ加工機によれば、相対移動する
被加工物に対してレーザ光を集光状態で照射して加工を
行い、このとき、制御手段は、センサからの検出出力に
基いて被加工物の加工面を適正加工位置に移動させなが
ら適切な加工動作を実施する。

【００１３】このように加工動作を行う場合に、センサ
の検出出力が急激な変化をしたり或は変化量が大きくな
ったりするときに、制御手段は、その変化率及び変化量
に基いて、例えば次のようにして異常動作をしているか
否かを判断する。

【００１４】即ち、まず、変化量の大小は加工面との変
位の程度を示すものであり、被加工物の加工面にうねり
等の緩やかな凹凸が有ってその変化量が徐々に大きくな
ると、正常なレーザ加工を行うための適性領域から外れ
てしまうことになり、加工が難しくなる。そこで、その
変化量に基づいて被加工物と加工ヘッドとの相対的な距
離を修正して適性領域内に入るように制御する。

【００１５】ところが、上述と異なり、加工面と加工ヘ
ッドとの間に異物等が挟まったり或は異物と衝突したり
するような場合には、センサの検出出力が急激に大きく
なり、変化量だけでなくその微分値つまり変化率も大き
くなる。そこで、制御手段は、このように大きな変化率
を伴う変位をする状態を、上述の場合と区別して異常状
態と判断し、その旨を表示出力したり或は装置の停止信
号等を出力する。

【００１６】これにより、変化量のみならず変化率の値
の両者に基づいて加工ヘッドによるレーザ加工の状態を
判断するので、被加工物の加工面のうねり等による変位
と異物等が挟まれる異常な状態とを区別して検出するこ
とができ、より的確なレーザ加工を行うことができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００１８】図１は加工ヘッド１の概略的な構成を示し
ており、図示しないレーザ発振器から光学系を介して導
かれたレーザ光は、集光レンズ２により集光された状態
で先端部分１ａから出力され、加工テーブル上に載置さ
れた被加工物３の加工面３ａに照射されるようになって
いる。

【００１９】環状をなすセンサヘッド４は、加工ヘッド
１の先端部分１ａを取り囲むように位置し、被加工物３
の加工面３ａと接触状態でその上下動に伴って上下方向
に移動可能に配設されている。このセンサヘッド４の上
下動による機械的な変化量は、加工ヘッド１の側部に設
けられた差動トランス５に伝達されるようになっており
、差動トランス５により、変化量を示す電気的な検出信
号として出力されるようになっている。そして、センサ
ヘッド４と差動トランス５とによりセンサ６が構成され
ている。つまり、センサ６は加工ヘッド１と被加工物３
との間の相対的な距離を検出しているのである

【００２
０】制御手段たる制御回路７は、差動トランス５から検
出信号が与えられるようになっており、後述するように
その検出信号に応じて、駆動機構８を介して加工ヘッド
１の上下方向の位置を制御すると共に、レーザ光による
被加工物３の加工状態が異常であるか否かの判断をする
ようになっている。次に、本実施例の作用について図２
及び図３をも参照しながら説明する。

【００２１】制御回路７は、被加工物３の加工工程に応
じて加工テーブルを水平方向に移動させ、加工ヘッド１
から照射されるレーザ光により加工面３ａを加工してゆ
く。このとき、加工ヘッド１と被加工物３の加工面３ａ
との間の距離は、センサ６により検出されており、加工
面３ａが常に適正位置となるように加工ヘッド１を上下
方向に移動制御している。

【００２２】この場合、センサ６による検出信号は、加
工面３ａがレーザ加工するときの適正位置にある状態で
、例えば５（Ｖ）の値となるように設定されており、加
工面３ａがうねりを生じていたり或は異物等の付着によ
り加工ヘッド１との間の距離が変動すると、図２に示す
ように、０（Ｖ）から１０（Ｖ）の範囲で正比例の関係
で変動するようになっている。

【００２３】尚、制御回路７におけるレーザ加工状態を
判断する基準として、変化量の最大値は例えばＥ（Ｖ）
に設定されており、また、変化率はＦ（Ｖ／秒）が設定
されている。

【００２４】さて、上述のようなレーザ加工を行うにあ
たって、被加工物３の加工面３ａの状態が正常であると
き、つまり、加工面３ａにうねりが生じていたり異物等
が付着していない状態であるときには、図３（ａ）に示
すように、センサ６による検出信号の値は常に５（Ｖ）
となり、加工ヘッド１の上下方向への移動制御を行うこ
となくレーザ加工が行われる。

【００２５】ところが、被加工物３の加工面３ａに異物
等が付着している場合、例えば、穴あけ加工時に発生し
たスラグ，切断加工時の切断カス或は置忘れた残材等が
ある場合には、センサ６による検出出力は図３（ｂ）に
示すように、変化量がＥ（Ｖ）を超えるＣ（Ｖ）となる
と共に変化率がＦ（Ｖ／秒）を超えるＡ（Ｖ／秒）とな
る。これにより、制御手段７は、被加工物３の加工面３
ａの状態の異常を判断して、異常発生を示す信号を出力
する。この場合、例えば、レーザ加工を停止すると共に
報知をする等により、異常状態のままレーザ加工動作が
進行して故障或は事故が発生することを防止する。

【００２６】次に、センサ６による検出信号が図３（ｃ
）に示すように、緩やかな変化を示す場合がある。 これは、例えば被加工物３の加工面３ａがうねり等を生
じていることにより、レーザ加工の進行に伴なって徐々
に変化量が増減する等の原因によるものであるので、そ
の変化量が最大値Ｅ（Ｖ）を超える場合でも、変化率は
最大値Ｆ（Ｖ／秒）を超えないＢ（Ｖ／秒）程度である
ことが多い。従って、制御回路７は、これを異常状態と
判断することはなく、加工ヘッド１を駆動回路８を介し
て適正位置に駆動制御してレーザ加工動作を継続するよ
うになっている。

【００２７】尚、前述した異物等が挟まれた状態でも、
その変化量が小さく図３（ｄ）に示すように、最大値Ｅ
（Ｖ）を超えないＣ′（Ｖ）程度である場合には、変化
率がＡ（Ｖ／秒）であっても異常と判断することなく加
工ヘッド１を駆動回路８を介して適正位置に駆動制御し
てレーザ加工動作を継続するようになっている。

【００２８】このような本実施例によれば、接触式のセ
ンサ６により加工ヘッド１と被加工物３の加工面３ａと
の相対距離を検出し、検出信号の変化量の最大値と変化
率の最大値との両者に基づいて被加工物３の加工面３ａ
の異常状態を判断するようにしたので、単に加工面３ａ
のうねり等による緩やかな変化率を示す場合は異常と判
断することなく、しかも、異物等による異常状態を確実
に検出して装置を保護するべく、異常検出信号を出力す
ることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ加
工機によれば、センサにより被加工物の加工面とレーザ
光による加工適正位置との間の距離を接触状態で検出し
、制御手段により、その検出出力の変化率と変化量の最
大値とに基づいて異常状態を判断するようにしたので、
簡単な構成で被加工物の位置検出のみならず異物等によ
りレーザ加工動作が異常状態となるのを検出することが
できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す要部の概略的構成の側
面図

【図２】センサ検出出力と変化量との相関関係を示す図

【図３】被加工物の加工面の種々の状態におけるセンサ
検出出力の時間推移を示す図

【符号の説明】

１は加工ヘッド、２は集光レンズ、３は被加工物、３ａ
は加工面、４はセンサヘッド、５は差動トランス、６は
センサ、７は制御回路（制御手段）、８は駆動回路であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　相対移動される被加工物に対しレーザ
   光を光学系による集光状態で照射するようにしたレーザ
   加工機において、前記被加工物の加工面と前記レーザ光
   による適正加工位置との間の距離を接触状態で検出する
   センサと、このセンサの検出出力に基いて前記被加工物
   の加工面を適正加工領域に移動制御すると共にその検出
   出力の変化率と変化量の最大値とに基いて異常状態を判
   断する制御手段とを具備してなるレーザ加工機。