JPS603994A - レ−ザ加工機のｚ軸制御装置 - 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】 この発明はレーザ加工機における被加工材料（以下、ワ
ークと呼ぶ）とヘッドとの距離を制御する制御装置に関
し、特に、少なくとも３個の距離測定センサを用いてレ
ーザビーム線上でのり−クとヘッドとの距離を間接的に
測定し、又、１１１１記セン１すが非接触式である場合
にはワーク種別或いは同一ワーク上での反射率の相違を
考慮し、？ｊ’＋　１”１所定の距離を保つことができ
るようにしたｂの（ある。

一般に、レーザ加工機におけるワークとヘッドとの距離
は、レーザビーム線（以下、この方向をＺ軸方向と呼ぶ
）上でワークに焦点を合わせ所定間隔を保持するよう制
御している。例えば平板状ワークの切断加工においては
、ベッド上のワークから一定距離を置いてヘッドを配し
、レーザビームの強度は一定として一定距離を保ちなが
らワーク或いはヘッドを水平方向（ＸＹ方向）に相対的
に等速運動さけるが如くである。一般には定められたワ
ーク形状に従い、ヘッドを一定距離に保つべく数値制御
装置にＪ、リプログラム指令している。

ところが、ワークの歪み又はソリ等の不規則な変位、或
いは、余りにも複雑な形状等に対してはプログラムＪ−
ることが出来ない。このような場合にはワークの歪み一
１５ソリを少なくづべくフリーベアを有するヘッドで強
制的に押えつけて加工を行なったり、或いは、ワークと
の距離を測定するセンサを設けてＺ軸指令値を補正する
こと答が行なわれていた。

しかし、強制力を与える方法は平板状ワークに限定され
ると共に加工表面に傷を生じ、又、プロダラム出来ない
ような複雑な形状に対し−（は河らの対策が出来ない。

距離測定センサを用いて７軸指令を補正する方式のもの
にあっても接触式のけフサ１個を用いたものである。該
センサはレーザビーム線上に置くことはできないのでそ
の測定値は不正確なものであった。又、該センサが加」
二穴に落ち込んだり、ワーク端部より外れたりした場合
には即座に加工を中止しなければならず、反目動的な不
完全なものであった。

なお、ワークと加工ヘッドとの距離を変えることなくレ
ーザビームの焦点を変更Ｊる方式１Ｊ占えられるが、例
えばレーをア切断加工においてはアシスｉ〜ガスのノズ
ルもワーク表面より一定の高さに保たなＣ）ればならな
いのでヘッド自体の調Ｔｈ’４　Ｉｆｆ構も必要である
。

Ｚ　（７）　発明Ｌｉ　上記従来技１ｉＪ　（７）　ｌ
？＋ｌＮ　点’に改善ｎ６　１ので、レーザビーム線上
のワークとヘッドとの距離を間接的に測定すると共に、
又該距離測定ピンサを非接触式とする場合にはワーク種
別或いは同一ワーク上での反射率の相違を考慮し常時所
定の距離を保つことかできるレーザ加工機のＺ軸制御装
置を提供することを目的とする。

上記目的を）掌成するためのこの発明に係るレーザ加工
機のＺ軸制御装置の特徴とすることころは、第１に、位
置決め指令によりＺ軸を駆動して被加工材料とヘッドと
の距離を制御するレーザ加工機において、前記レーザ加
工機のヘッド側に被加工材料との距ηｆを測定する距離
測定センサーを少なくとも３個設け、該各センサの検出
値によりレーザビーム線上での被加工々Ａ料とヘッドと
の距離を間接的に樟出し、該惇出された距離により前記
位置決め指令を補正する補正手段を備えたこと、又、第
２にレーザ加工機のヘッド側に被加工材料との距離を測
定する非接触式距離測定センサを少なくとも３個設（）
、各レン１すの検出値を被加工材料の反射率測定値に応
じて基準の反射率での値に換算し、該換算された値によ
り前記位置決め指令を補正する補正手段を備えたことに
ある。

以下、この２つの発明について５つの実施例を掲げ詳細
に説明ツる。

レーザ加Ｉ　４８の一例を第１図に側面図で示づ。

レーザ加工傭１はディスプレイ装置付きの数値制御装置
３を有し、この数値制御装置からの指令を受けてレーザ
ビーム発生装置５からレーザビームを発生する。レーザ
ビームの強度はチョッパ等強度調整装置７を介して行な
われ、強面調整されたレーザビーム９は反射鏡１１によ
りヘッド１３に導かれる。一方、ベッド１５上に涌かれ
た１ノークＷはクランプ装＠１７に把持され、前記数値
制御装置からの指令を受けてレーザビーム方向（７軸）
に垂直な平面ＸＹ方向に移動制御される。４＋：例示図
面ではヘッド１３を上下に移動してワークＷとヘッド１
３との距離を調節しているが、ヘッド１３を固定し、ベ
ッド１５の方を上下動さけることもできる。ＸＹ及びＺ
軸共に適宜な制御方式によリナーボ機構で制御している
。

第１実施例を説明する。第２図は歪或いはソリのあるワ
ークＷを切断加工するに際し、Ｚ軸位同決め指令手段１
９にヘッド１３に設けたセンサＤからの検出値を用いて
補正を与え、サーボモータＭでサーボ軸２１をイ１す御
している状況を示す。第４図はヘッド部の詳細断面図を
示す。第５図はヘッド部の底面図を示ず、ヘッド１３に
は等間隔で３個の光学式非接触距離測定センサＤ＋　、
Ｄ２　。

Ｄ３を設【プている。該センサは、発光ダイオードから
発光された光波をワークに当て、その反射光をフＡトト
ランジスタで受け、その受光ωをアナログ電圧として検
出するものである。第２図におけるセンサＤはこの３個
のセンサの総称である。

各センサにスパッタ及びレーナ敗乱光をｇ蔽すると共に
外部光線を′４蔽する！！蔽根板２３設けている。なお
、第４図、第５図に示ずセンサＤ４は後述する実施例で
使用Ｊ”るものである。

第３図は第１実施例を説明するブロック図である。ヘッ
ド位置決め指令手段１９の指令信号を受けてヘッドサー
ボ制御手段２５に制御信号を発生し、サーボモータＭの
駆動結果をエンコーダ等位置検出器Ｄｏで検出しフィー
ドバック制御している。このヘッド位置決め指令を、距
離測定センサＤの検出信号により補正値締出手段２９て
補正ωを算出し、補正手段３１で補正する。ここにセン
サＤの尊出値とはセンサＤ＋　、Ｄ２．１−）３の検出
値平均を示し、例えば第５図のように各センサが等配位
置で正三角形の各頂点に設けられた１月合には単純平均
値で良い。

ワークが平板状であり、第２図に示ＩＪ：うにソリが生
じている場合の例を掲げて上記構成によるＺ軸制御動作
について説明する。ヘッド位置決め指令はワークＷと各
距離測定センサとの距離を３０ｍｍＧこ指令していると
Ｊる。加工が開始され、ヘッド若しくはくはワークがＸ
Ｙ移動を開始７る。

曲線的なソリのあるワークＷは距離測定センサＤ＋　、
Ｄ２．０３の設けられている微小範囲に関しでは平面的
であると見ることができる。従っＣ１この単純平均値を
用いればレーザビームの中心点。、。ワー、Ｗよ。４□
カ、わ８、。６゜、０工。　１値が例えば３２ｍｍであ
ればヘッド位置決め指令ｈｔｉヲー２＋ｎ＋ｎｔ４正Ｌ
、２８ｒｎｍｃアレハ＋　２ｍｎ１ｉｌｉ正１ｚば良い
。この平均値は距離測定センサが１個の場合と比べより
正確である。この補正による追従範囲は例えば±５１１
ＩＩＩｌの如く定めてお（プばよい。従って、ヘッド位
置決め指令された指令曲線の上下に所定範囲内で補正を
加えることが可能である。

又、３個の距離測定センサの内１個が異常値を示したと
してもその値は平均値にとり入れず残りの２個のセンサ
の平均値を用いることもでき、或いは前に測定した値を
小−ルドしておき、異常検出時の測定値は無視すること
もできる。このような異常飴を示ず例としては、既に加
工した穴等を前記距離測定センサが検出した場合、或い
は、ワーク端部より外れた場合等がある。なお、ワーク
が薄い場合、例えば０．６１１１ｍ１４１２の場合、こ
のワークＪ：り外れた距離測定センサの検出値は異常値
として発見できない状態が考えられるが、この場合には
ワークを載置するデープル１５の表面を１１状としてお
き、測定対象に入らないようにすることで防止できる。

又、非接触式光学セン゛りに対してはテーブル表面を黒
色塗装しておき反則率を極端に変化させることで異常値
であることを承りこともできる。

本実施例の他の適用例としては、プログラムネ可能な形
状にも追従させられることが掲げられる。

例えば３ｉｎカーブを変形したような曲線があるとする
と、先ず、この変形３ｉｎカーブを３ｉｎカーｊ若しく
は三角波形等で近似して７軸指令をしておく。距離測定
センサによりこのＺ軸指令を例えば±５ＩＩＩＩｌｌで
補正制御づ−ることができるので、前記変形Ｓｉｎカー
ブの軌跡を正確に描かＵることが可能となる。

なお、この第１実施例においては、非接触町（光学セン
サ°を用いて説明したが、光学式に限定されるものでは
なく、適宜な取付けの設計的変更をｉｉなえば接触式で
もよい。又、この他の非接触式センサとしては、静電容
量式、高周波式、磁気式、（うず電流式を含む）、音波
式、空気圧式、ぞの他の距離測定用センサを用いること
が可能である。

又、第５図において正三角形の各頂点に配置した゛上記
実施例に限定されるものではなく、少なくとも３個の距
離測定センサを適宜配列して、その配列条件からシー１
Ｆビーム線上でのワークとの距離をＣ１定できればいず
れの配列でも良い。

次に第２の実施例を３１明する。これは、第１実ｈＩ！
ｉ例で示した非接触ｊＸ光学センザ或いは音波式センサ
等反射率に影響される距離測定センサを用いた場合に、
ワークの種別による反射率の相違を考慮できるようにし
たものである。即ち、非接触式レンジ−が、光学式或は
音波式の如く反則率に影響される場合には、この反射率
に応じて検出量の換ｃ卓を行なうものである。例えばワ
ークＡの反則率をａ、ワークＢの反射率をｂ（ａ＞ｂ）
とすると、ワークＢの距離測定はンリ−の検出量は一般
に減小する。ワークＡ及びワークＢの反射率は予め知る
ことができ、或いは、予め測定づ−ることかできる。

従ってワークＡからワークＢに変更する際、第６図補正
値算出手段２９の算出基準値を波形処理手段３３で増幅
処理すれば良い。算出基準値を変更された補正値算出手
段２９は反則率に応じて適正な補正値を算出することが
できる。測定反射率は予め表にしておき、ワーク種別に
より選定して数値制ＯＤ装置に入力すれば良い。

第３実施例は第２実施例における測定反射率を、特に、
反射率測定センサを加えて測定してめＪ、うとするもで
ある。反射率測定センサは、例えば前記距離測定用の光
学はンサと同一のものをワークから一定間隔を置いて前
記少なくとも３個の距離測定レンジと別個に設ければそ
の検出値がワークにより相違することから間接的に測定
することができる。又、或いは、測定距離に鈍感な光学
セン（）をヘッドに設置ノ、該センサ”の測定値よりワ
ーク反ｒＪＪ率を測定Ｊることも可能である。ヘッドに
反射率測定センサを設ければ単にワークが変更された時
のみにとどまらず同一ワーク上での油のＦｉれなどによ
る反射率の変化を検出でき、この反Ｉ’ｌｌ率に応じて
所定の補正値をＲｆＵ＝ｌることがでさる。

第４実施例を説明する。第７図に非接触光学式センサの
、ワークの距離Ｚと検出電圧Ｖとの１１！１係　１を示
づ゛。第４図、第５図に示すように距離測定センサＤ＋
　、θ２．Ｄ３に加えて非接触光学式の比較センサＤ４
を高さ位置をずらせて（例えば５ｎ＋ｍ上）設けている
。距離測定セン’７Ｄとの検出差電圧を、反射率１００
％でＶ＋　ｏ　ｏ　、反射率５０％でＶ５Ｑとする。（
Ｖ＋　ｏ　Ｏ＞Ｖ５　ｏ　）この時Ｇ−Ｖ５０／Ｖ１ｏ
ｏとし、この数値を用いて反射率の相違による距離測定
じンサＤの検出値を基準の反射率（例えば１００％）に
換算して所定距離を得るべく補正するものである。音波
式センサについても同様に表わＪ−ことができる。

第８図に第４実施例の詳細ブロック図を示づ。

距離測定センサＤ＋　、Ｄ２　、Ｄ３及び比較センサＤ
４の検出出力電圧をマルチプレクサ３５に入力Ｊ−る。

距離測定セン１ノＩ）＋　、Ｄ２　、Ｄ３は、波形処理
指令４つの指令を受ける波形処理手段３３と連絡される
。各センサの入ノｊ値は微小時間毎に適時選択抽出され
アナログ・デジタル変換器３７に入る。次いにの変換さ
れたデジタル値をノ〕装置３つを介してコンピュータに
入力する。ノイズ除去手段４１では距離測定センサＤ＋
　、Ｄ２　、Ｄ３から送られてくるデジタル量を過去の
変化状況がらみて余りにも極端な変化を生じている場合
にはその値をノイズとして除去リ−る。このデータ除去
によりデータが欠除した分に関しては例えば００に測定
されたデジタル量をホールドして用いるようにする。又
、第１実施例で説明したように距離測定センサが既に加
工された穴位置を測定して異常検出値を測定してしまっ
たような場合にも、このノイズ除去手段で除去すること
ができる。

次いでバッファカウンタ４３に検出デジタル間を一時収
納しておく。検出Ｚ値決定手段４５では所定のｉｔ　８
手段（例えば単純平均）によりバッフ７カウンタ４３に
送られてきたデジタル間を処理し、ワークとセンサとの
距離をめる。ならいＡンオフ検知部４７で第１実施例で
示したＺ軸指定距＃ｔ３０ｍｍに対する上限及び下限Ｃ
ある例えば１５ｍｍを管理する。検出７値決定手段４５
　’（Ｉ；７出された距離Ｚが上限或いは下限を越える
場合に【、１この限界内に補正を止めるようにする。補
正１＋ｆＪ　１１出手段２９で補正値が算出され、補正
手段３１にその補正量を指令覆る。

本実施例では前記Ｇの値に基づき波形処理手段３３に指
令を与えている。即ち、第７図において、距離演１定セ
ンザＤが反射率１００％で検出１Ｒ圧■１を１９でいた
とする。ワークが変更され反射率が５０％になったとづ
゛ると波形処理手段３３に何らのイミ号を与えない場合
には反射率１０’Ｏ％での電圧Ｖ１を得るため距１ｉｉ
ｌｌ　Ｚを小さくしなければならない。そこで、Ｇをゲ
インとして波形処理指令４９の基準電圧値を反射率５０
％ではＶ２に変更づ。

ることとしている。波形処理手段３３に距離測定センサ
Ｄ＋　、Ｄ２．０３の検出電圧を増幅リ−るよう指令す
る。なお、この波形処理指令４９０基準イ１号はヘッド
位置決め指令値に関連して定められているものである。

この第４実施例によれば反射率を直接測定Ｊ゛ることな
く位置をずらせた比較センサＤ４の検出器を用いて、距
離測定センサーＤとの検出差電圧を測定し基準反射率で
の測定■に１！ｉ！！算している。この他、波形処理を
行なうことなく、上記Ｇの値を用いてコンピュータ内の
検出Ｚ値決定４５を反比例的に制御することが可能であ
ることが第７図より明らかである。即ち、各反射率での
第７図曲線は例えばＶ＋ｏｏとＶ２Ｏとの差電圧を一義
的に定めでいるので、距離測定セン１すのある測定（１
をこの時の比較センサの測定値と比較し、この差電圧を
７Ｊｌることにより基準反射率での値に模停づることを
行なうことがコンピュータ内でも可能である。

次に第５実施例を示Ｊ。これは第４図、第５図において
第３実施例の反射率測定センサ乃至第４実施例の比較セ
ンサＤ４をヘッド１３のワークに対する相対的進行方向
５１の先頭位四と！するもので（ある。即ち、ワーク進
行方向は予めプログラムにより解っているので、ヘッド
１３を適宜旋回さＵ、加工前のワーク反射率を測定しＣ
ゆくものである。これから加エリ−るワークの反射率４
先たつで知ることができるので、より適宜な制御を可能
とすることができる。なお、ヘッドにアシスト力２　！
　ｌｚ）　４”＊’ｒ″Ｉ１１　（７）　；ｔ；　−ｘ
““ｌ直５・３６０１°範囲内での旋回は可能である。

上記５つの実施例により明らかなように、少なくとも３
個の距離測定センサ゛を用いて、又、ワークの反射率を
利用センサに応じて直接若しくは間接的に知ることが可
能な機能を更に備えたこのに明に係るレーク”加工抵の
Ｚ軸制御装置によれば、レーザビーム線上のワークとヘ
ッドとの距離測定を間接的に測定すると共に、ワーク種
別或いは同一ワーク上での反射率の相違を前売し常時所
定の距！ｉ’ＪＩを保つことができるレーザ加工機の７
軸制御装置を提供Ｊ−ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はシー１Ｆ加工医の側面図、 第２図はレーザー加工状況を示す説明図、第３図は第１
実施例を示すｙ２．成ブロック図、第４図はヘット部の
ｍ断「１１図、 第５図はヘッド部の底面図、 第６図は第２、第３、第５実施例の共通構成ブロック図
、 第７図は非接触工学センサの距離−電圧特性図、第８図
は第４実施例の構成ブロック図。 １・・・レーザ加工機　３・・・数値制御装置５・・・
レーザビーム発生装置 ９・・・レーザビーム　１３・・・ヘッド１９・・・ヘ
−ラド位置決め指令手段 ２３・・・遮蔽板　２９・・・補正（Ｋｉ＆１出手段３
１・・・補正手段　３３・・・波形処理手段Ｄｏ・・・
フィードバック用検出器 Ｄ＋　、Ｄ２　、Ｄ３・・・距離測定センサＤ４・・・
比較レンチ（第４図、第５図では反ｆ４Ｊ率測定センザ
の取イ］位置を符号０４ で同時に示している。） 特許出願人　株　式　会　社ア　マ　グ第２図 第３甲 第４　図 第５図 手続ネｔｆｉ正書（自発） ３．補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所（居所）　神奈川県伊勢原市石田２００番地氏名（
名称）　株式会社　ア　マ　ダ 代表者　天　１）　勇 虎ノ門第−ビル５階 ５、補正の対象 （１）　願書の発明の名称の欄 （２）添付図面 ６、補正の内容 （１）願書の発明名称の欄に、 「レーザー加工機のＺ軸制御装置」 とあるのを、 ［レーザ加工機のＺ軸制御装置」 と補正する。 （２）　図面を浄囚図面（内容に変更なし）の通り補正
する。 ７、添付肉類の目録

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　位置決め指令によりＺ軸を駆動して被加工材料
   とヘッドとの距離を制御するレーザー加工機において、
   前記レーザー加工機のヘッド側に被加工材料との距離を
   測定する距離測定センサを少なくとも３個設け、該各セ
   ンザの検出によりレーザビーム線上での被加工材料とヘ
   ッドとの距離を綽出し、該算出された距離により前記（
   Ｚ軸）位置決め指令を補正する補正手段を備えたことを
   特徴とするレーザ加工機のＺ軸制御装置。
2. （２）位置決め指令によりＺ軸を駆動して液加Ｉ　ＨＡ
   料とヘッドとの距離を制御するレーザ加工機において、
   レーザ加工機のヘッド側に被加工材料との距離を測定す
   る非接触式距離測定センサを少なくとも３個設け、該各
   センサの検出値を被加工材料の反射率測定値に応じ゛Ｃ
   基準の反則率での値に換棹し、該換算された値により前
   記Ｚ軸位回状め指令を補正する補正手段を備えたことを
   特徴とＪるレーザ加工機Ｚ軸制御装置。
3. （３）　レーザ加工機のヘッド側に被加工材料との距離
   を測定する非接触式の距離測定セン１ノを少なくとも３
   個設けると共に該各センザと取（ｑ（ｊ高さ位置をずら
   せて非接触式の比較はン１ノーを設（］、前記距離測定
   セセンサの検出値と該比較センサの検出値との数値差を
   基準反射率での当該数値差と比較し、前記距離測定セン
   サの検出値を基準反則率での値に換し１することを特徴
   とする特許請求の範囲２に記載しｌζレーザ加工加工機
   のＺ軸側ＯＩＩ装置。