JPH05293686A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマが発生するレーザ加工時でも、加工
ヘッドと被加工物との距離を常に一定に制御することの
できるレーザ加工装置を得ること。 【構成】 加工ヘッド２８のノズルを、第１のノズル２
９と、第１のノズル２９の外周にノズル隙間３４を介し
て配設され第１のノズル２９と電気的に絶縁された第２
のノズル３１とにより二重構造に構成し、また第２のノ
ズル３１を絶縁ノズル３２とその外周に設けた金属ノズ
ル３３とにより形成し、さらにこの金属ノズル３３をプ
ラズマ１９に対して十分離して保持させる。 レーザ加
工時に発生したプラズマ１９は金属ノズル３３に接触せ
ず、この金属ノズル３３と被加工物９との間で正しく静
電容量１２が検出され、加工ヘッド２８の高さを常に一
定に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ加工装置に係り、
さらに詳しくは、電磁的静電容量を正確に検出して加工
ヘッドと被加工物との距離を常に一定に制御するレーザ
加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来のレーザ加工装置の一例を示
すブロック図、図４は図３の要部拡大断面図である。図
において、１はレーザ発振器、２はレーザ発振器１から
出力されたレーザ光、３はレーザ光２を反射させてその
進行方向を変えるベンドミラーである。４はレーザ光２
を集光、照射する加工ヘッド、５は加工ヘッド４の先端
部にセラミック等の絶縁物６を介して取付けられた金属
製ノズルである。７は加工ヘッド４内に設けられたレー
ザ光２を集光するための加工レンズ、８はレーザ光２の
焦点位置、９は被加工物である。１０はノズル５に設け
られた加工ガス導入口、１１は加工ガス導入口１０から
供給され、ノズル５からレーザ光２と同軸状に吹き出す
酸素、窒素、アルゴン等からなる加工ガスである。

【０００３】１２はノズル５と被加工物９との間に生じ
る静電容量、１３は静電容量検出器、１４は加工ヘッド
４の高さを設定する高さ設定器、１５は加工ヘッド４を
上下方向に駆動するモータ、１６は静電容量検出器１３
の出力信号と高さ設定器１４からの信号を受け、モータ
１５を駆動して加工ヘッド４の高さを一定に制御する制
御装置である。

【０００４】次に、上記のように構成したレーザ加工装
置の作用を説明する。レーザ発振器１からレーザ光２が
出力されると、レーザ光２はベンドミラー３によって曲
げられ、加工ヘッド４内に導入される。次いで、レーザ
光２は加工ヘッド４内に設けられた加工レンズ７によっ
て集光され、焦点位置８に焦点を結ぶ。このとき、焦点
位置８の近傍には被加工物９が位置し、その位置でレー
ザ光２により被加工物９の切断または熔接等のレーザ加
工がおこなわれる。

【０００５】一方、絶縁されたノズル５と被加工物９と
の間には電磁的な静電容量１２があり、この静電容量１
２は、ノズル５の先端部と被加工物９との間の距離によ
って、すなわち加工ヘッド４の高さによって変化する。
この値は静電容量検出器１３で検出され、ここで電気信
号に変換される。そして、静電容量検出器１３からの出
力信号と高さ設定器１４からの信号は、制御装置１６に
送られる。こうして制御装置１６は、高さ設定器１４に
設定された加工ヘッド４の高さに対応する静電容量１２
を保つように、駆動信号をモータ１５に出力し、モータ
１５を回転させて加工ヘッド４の高さを一定に制御す
る。このようにして、被加工物９が歪んでいてもノズル
５と被加工物９との距離を一定に保つ。

【０００６】図５は従来の加工ヘッドのノズル部分の他
の一例を示す要部拡大断面図である。１７は加工ヘッド
４の先端部に取付けられた絶縁ノズルで、セラミック等
の絶縁物で構成されている。１８は絶縁ノズル１７のさ
らに先端部に取付けられた電極で、金属を蒸着または接
着等して形成してある。１２は絶縁ノズル１７の先端部
に取付けられた電極１８と被加工物９との間に生じる静
電容量である。上記のように構成したレーザ加工装置の
作用は、絶縁ノズル１７の先端部に取付けられた電極１
８と被加工物９との間に存在する静電容量１２ａの値を
静電容量検出器１３で検出する以外は、図３、図４で示
した場合と同様である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成した
従来のレーザ加工装置では、熔接または切断等のレーザ
加工をおこなうと、ノズル５（図４）または絶縁ノズル
１７の電極１８（図５）の先端部側に位置するレーザ光
２の焦点位置８の近傍において、金属プラズマ１９が発
生する。この金属プラズマ１９は電気的に導通状態にな
り、このためノズル５と被加工物９との間に生じる静電
容量１２又は絶縁ノズル１７の電極１８と被加工物９と
の間に生じる静電容量１２ａが変化し、ノズル高さの制
御に誤動作を生じる場合があり、このため、加工ヘッド
４の高さを常に一定に制御できないという問題があっ
た。

【０００８】図６は上記の問題を解決するため、レーザ
加工時にプラズマが発生してもノズルと被加工物との間
の静電容量が変化しない、従来のレーザ加工装置の一例
を示す要部縦断面図である（特公昭６４ー２２４９０号
公報）。このレーザ加工装置は、加工ヘッド４ａの下部
に絶縁物２０を介してノズル２１を設け、このノズル２
１の被加工物９側に、レーザ加工時に発生したプラズマ
１９がノズル２１と直接接触しない大きさの凹部２２を
設けたものである。この発明はノズル２１の先端部に凹
部２２を構成しているが、プラズマ１９と静電容量１２
との接触を十分に阻止するものではなく、このためプラ
ズマ１９の発生による静電容量１２の変化によって生じ
るノズル高さ制御の誤動作を十分防ぐものとはいえな
い。

【０００９】また、図７は、静電容量を検出してノズル
と被加工物との間隔を一定に制御する従来のレーザ加工
装置の一例を示す要部縦断面図である（特開平３ー６６
４８９号公報）。このレーザ加工装置は、レーザ光２を
照射するノズル２３の内側に第１の電極２４と、この第
１の電極２４の外側を覆う絶縁部２５と、この絶縁部２
５の先端部の一部を除く外周に形成された第２の電極２
６と、この第２の電極２６に着脱自在に係合すると共に
絶縁部２５の先端部外周に設けられた電極係合体２７と
を備えたものである。しかしながらこの発明は、ノズル
ダメージを受けたノズルの復旧が迅速かつ容易におこな
えるレーザ加工装置のノズルに関するもので、プラズマ
発生による静電容量１２の変化によって生じるノズル高
さ制御の誤動作を防ぐものではない。

【００１０】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、レーザ加工時にプラズマが発生してもプラ
ズマによるノズル高さ制御の誤動作を阻止し、加工ヘッ
ドと被加工物との距離を常に一定かつ安定に制御できる
レーザ加工装置を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるレーザ加
工装置は、加工ヘッドを、レーザ光を案内すると共に加
工ガスを供給する第１のノズルと、第１のノズルの外周
にアシトガスを供給するノズル隙間を介在して配設され
た第２のノズルとから構成すると共に、第２のノズルを
絶縁ノズルとこの外側に設けられた金属ノズルとから構
成し、第２のノズルを構成する金属ノズルと被加工物と
の間の静電容量を検出して加工ヘッドの高さを一定に制
御するようにしたものである。

【００１２】また本発明にかかるレーザ加工装置は、第
１のノズルの先端部と第２のノズルを構成する金属ノズ
ル先端部との間に生じる静電容量Ｃ１と、被加工物と第
２のノズルを構成する金属ノズルの先端部との間に生じ
る静電容量Ｃ２との間で、Ｃ１＜＜Ｃ２の条件を満足す
るようにしたものである。

【００１３】さらに本発明にかかるレーザ加工装置は、
集光手段で集光した被加工物の加工点と第２のノズルを
構成する金属ノズルの先端部の距離を、レーザ加工時に
発生するプラズマに接触しない距離を保つようにしたも
のである。

【００１４】さらに本発明にかかるレーザ加工装置は、
ノズル隙間の上部にアシストガス整流フィルターを取り
付けたものである。

【００１５】

【作用】レーザ加工時に発生したプラズマは第２のノズ
ルを構成する金属ノズルに接触せず、この金属ノズルと
被加工物との間で正しい静電容量が検出され、加工ヘッ
ドの高さは常に一定に制御される。

【００１６】

【実施例】

実施例１ 図１は本発明実施例の要部を示す縦断面図、図２は図１
の一部を拡大した縦断面図である。なお、図３〜図５の
従来例と同一部分には同じ符号を付し、説明を省略す
る。２８はレーザ加工装置の加工ヘッド、２９は加工ヘ
ッド２８の内側に設けられ、レーザ光を案内する第１の
ノズルである。３０は第１のノズル２９に設けられた加
工ガス導入口で、ここから第１のノズル２９内に酸素、
窒素、アルゴン等の加工ガス３０ａが供給され、集光さ
れるレーザ光２と同軸状になって吹き出す。

【００１７】３１は第１のノズル２９の外周に第１のノ
ズル２９と電気的に絶縁して配設された第２のノズル、
３２は第２のノズル３１の内側部を構成する絶縁ノズ
ル、３３は第２のノズル３１の外側部を構成する静電容
量検出用の金属ノズルである。３４は第１のノズル２９
と第２のノズル３１との間に設けられたノズル隙間、３
５は加工に必要な例えばアルゴンからなるアシストガス
３５ａをノズル隙間３４に流すアシストガス導入口であ
る。３６はアシストガス導入口３５からノズル隙間３４
を通って流れ出るアシストガス３５ａが、被加工物９に
対し均一に流れるように整流するため、ノズル隙間３４
内に設けられたアシストガス整流フィルターである。

【００１８】１２は第２のノズル３１を構成する金属ノ
ズル３３と被加工物９との間に生じる静電容量である。
なお、図２に示すように、第１のノズル２９の先端部と
第２のノズル３１を構成する金属ノズル３３との間の静
電容量Ｃ１は、金属ノズル３３と被加工物９との間の静
電容量Ｃ２より十分小さくしてある（Ｃ１＜＜Ｃ２）。
また、第２のノズル３２を構成する金属ノズル３３の先
端部は、加工時に発生するプラズマ１９が金属ノズル３
３の先端部に接触しないように、被加工物９の加工点と
十分な距離が保持されている。

【００１９】次に上記のように構成した第１の実施例の
作用を説明する。図３で示した場合と同様に、レーザ発
振器１からレーザ光２が出力され、このレーザ光２は図
１に示す加工ヘッド２８内に設けられた加工レンズ７に
よって集光され、焦点位置８に焦点を結ぶ。焦点位置８
の近傍には被加工物９が位置し、ここでレーザ光２によ
り被加工物９のレーザ加工がおこなわれる。このとき、
図１、図２に示すように、第２のノズル３１を構成する
金属ノズル３３と被加工物９との間には加工ヘッド２８
の高さによって変化する静電容量１２があり、この値は
図３で示した場合と同様に静電容量検出器１３で検出さ
れる。

【００２０】ところで、第１のノズル２９の先端部の焦
点位置８の近傍では、レーザ光２により加熱された被加
工物９から金属蒸気が蒸発し、プラズマ１９が発生す
る。このとき、第２のノズル３１を構成する金属ノズル
３３と第１のノズル２９との間は十分離れているので、
プラズマ１９は金属ノズル３３に直接に接触せず、金属
ノズル３３と被加工物９との間の静電容量１２はプラズ
マ１９によって変化しない。

【００２１】こうして、静電容量１２を検出した静電容
量検出器１３からの信号と高さ設定器１４からの信号
は、制御装置１６に送られる。制御装置１６は、高さ設
定器１４に設定された加工ヘッド２８の高さに対応する
静電容量１２を保つように、駆動信号をモータ１５に出
力し、モータ１５を回転させて加工ヘッド２８の高さを
常に一定に制御する。このようにして、被加工物９が歪
んでいても加工ヘッド２８の高さを常に一定に保つこと
ができ、レーザ光２の焦点位置８を被加工物９に正確に
当てることができる。

【００２２】なお、第２のノズル３１を構成する金属ノ
ズル３３と被加工物９との間の静電容量１２は、焦点位
置８を中心にしてリング状の検出範囲を持つ。このた
め、金属ノズル３３が被加工物９に面する表面積を従来
のものと等しく設定すれば、例えば図４に示す従来のノ
ズル５と同等の検出感度を有することになる。

【００２３】一方、上記のように構成したレーザ加工装
置で熔接加工をおこなうときには、二重シールドガスノ
ズルを使用する。このときアシストガス３５ａは、アシ
ストガス導入口３５からノズル隙間３４に導入されたア
シストガス整流フィルター３６を通り、ここで均等に整
流され加工ヘッド２８の先端部から吹き出し、被加工物
９に対して均一に流れ、酸素を確実に遮断して安定した
熔接をおこなう。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
はレーザ加工時に発生したプラズマがノズルと直接接触
しないように第２のノズルを構成する金属電極を設けた
ので、レーザ加工時にプラズマが発生してもノズルと被
加工物との間の静電容量が変化しないために、加工ヘッ
ドの高さを常に一定に制御することができ、精度の高い
レーザ加工をおこなうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の要部を示す縦断面図である。

【図２】図１の一部を拡大した縦断面図である。

【図３】従来のレーザ加工装置の一例を示すブロック図
である。

【図４】図３のノズル部分の要部拡大縦断面図である。

【図５】従来のノズル部分の他の一例を示す要部拡大断
面図である。

【図６】従来のレーザ加工装置の別の一例を示す要部縦
断面である。

【図７】従来のレーザ加工装置のさらに別の一例を示す
要部縦断面図である。

【符号の説明】

２ レーザ光 ７ 加工レンズ ８ 焦点位置 ９ 被加工物 １２ 静電容量 １９ プラズマ ２８ 加工ヘッド ２９ 第１のノズル ３０ａ 加工ガス ３１ 第２のノズル ３２ 絶縁ノズル ３３ 金属ノズル ３４ ノズル隙間 ３５ａ アシトガス ３６ アシストガス整流フィルター

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集光手段により集光したレーザ光を被加
   工物に照射すると共に、前記被加工物の加工部に加工ガ
   スを供給して前記被加工物を加工する加工ヘッドを有す
   るレーザ加工装置において、 前記加工ヘッドを、前記レーザ光を案内すると共に前記
   加工ガスを供給する第１のノズルと、絶縁ノズルと該絶
   縁ノズルの外周に設けた金属ノズルからなり、前記第１
   のノズルの外周にアシトガスを供給するノズル隙間を介
   して配設された第２のノズルとによって構成し、 前記第２のノズルを構成する金属ノズルと前記被加工物
   との間の静電容量を検出して前記加工ヘッドの高さを制
   御するように構成したことを特徴とするレーザ加工装
   置。
2. 【請求項２】 第１のノズルの先端部と第２のノズルを
   構成する金属ノズルの先端部との間に生ずる静電容量Ｃ
   １と、被加工物と前記第２のノズルを構成する金属ノズ
   ルの先端との間に生ずる静電容量Ｃ２が、Ｃ１＜＜Ｃ２
   の条件を満足することを特徴とする請求項１記載のレー
   ザ加工装置。
3. 【請求項３】 集光手段で集光した被加工物の加工点
   と、第２のノズルを構成する金属ノズルの先端部との間
   を、レーザ加工時に発生するプラズマに接触しない距離
   を保つように構成したことを特徴とする請求項２記載の
   レーザ加工装置。
4. 【請求項４】 ノズル隙間内にアシストガス整流フィル
   ターを配設したことを特徴とする請求項１記載のレーザ
   加工装置。