JP3054464B2

JP3054464B2 - レーザ加工機

Info

Publication number: JP3054464B2
Application number: JP3129947A
Authority: JP
Inventors: 勇一森田; 明夫島田
Original assignee: 株式会社日平トヤマ
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 2000-06-19
Anticipated expiration: 2015-06-19
Also published as: JPH04356395A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー加工機に関
し、特にノズルに供給されるアシストガス等のガス圧制
御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のレーザー加工機においては、ノ
ズルの先端からワークに対してレーザ光を出射するとと
もに、アシストガス等のガスを噴出することにより、ワ
ークの切断加工等を行うようになっている。この場合、
ノズルから噴出されるガスの圧力はワークの材質や厚さ
等の加工条件に応じて最適な圧力に設定調節される。

【０００３】そして、ノズルに供給されるガスの圧力は
電空レギュレータ等のレギュレータにより調節されるよ
うになっており、そのレギュレータから吐出されるガス
の圧力はＮＣ装置等のコントローラからのガス圧指令に
基づいて設定されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、通常レギュ
レータにおいては低圧域での圧力制御が不安定であり、
図２に示すように一般的なレギュレータでは同レギュレ
ータから吐出されるガスの圧力（２次圧）が約０．５〜
０．８Ｋｇ／ｃｍ²以下の場合、その吐出圧を一定に保
つことができず、安定したレーザ加工を行うことができ
なくて加工精度を低下させてしまうという問題があっ
た。

【０００５】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたものであって、その目的は、レギュレータの設定圧
が低圧であっても、正確なガス圧制御を行うことができ
て加工精度を向上させることのできるレーザ加工機を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明では、レンズにより集光されたレーザ
光をワークに対して出射するとともに、内部に供給され
たアシストガス等のガスを前記ワークに対して噴出する
ノズルと、前記ノズルに供給されたガス圧を検出する検
出器と、前記ノズルに供給される前記ガスの管路に接続
され、供給ガスの圧力を外部指令に基づいて調節するレ
ギュレータと、前記ノズルとレギュレータとの間の管路
に接続され、同管路を開閉する電磁弁と、その電磁弁と
並列をなすように前記管路に接続された絞り弁と、前記
レギュレータに入力される指令圧力が所定値より大きい
ときには前記電磁弁を開放させ、指令圧力が所定値以下
のときには前記電磁弁を閉鎖させる制御手段とを有し、
前記レギュレータに入力される指令圧力が所定値より大
きいときにはレギュレータからノズルに供給されるガス
が電磁弁を通過し、指令圧力が所定値以下のときにはガ
スが前記絞り弁を通過するように前記電磁弁を閉鎖して
前記指令圧力と前記検出器によって検出されたガス圧と
が一致するようにレギュレータを作動して前記レギュレ
ータの２次側圧力が所定値以上になるようにしたもので
ある。

【０００７】

【０００８】

【作用】従って、本発明によれば、レギュレータに入力
される指令圧力が所定値以下のときには、制御手段によ
り電磁弁が閉鎖されて、レギュレータからノズルに供給
されるガスが絞り弁を通過して減圧される。そして、ノ
ズルから噴出されるガスの圧力は検出器で検出されて、
その検出信号が制御器に入力される。そして、制御器に
より、検出されたガス圧と指令圧力とが一致するように
レギュレータを作動してフィードバック制御され、レギ
ュレータの２次側圧力が所定値以上となるようにした。
従って、レギュレータに入力される指令圧力が所定値以
下の場合であっても、レギュレータの２次側圧力が所定
値以上のガス圧となり、レギュレータの圧力制御を、低
圧域、つまり不安定な領域で行う必要がなく、安定した
圧力制御を行うことができる。

【０００９】又、外部からの指令圧力が所定値より大き
い場合には、制御手段により電磁弁が開放されて、レギ
ュレータからの吐出ガスが絞り弁を通過することなくノ
ズルに供給される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面に
基づいて説明する。図１に示すように、ノズルホルダ１
はその内部にレーザ光を集光するためのレンズ２を嵌着
支持し、その下部には先端に噴出口３を有するノズル４
が螺着支持されている。ガス供給口５はノズルホルダ１
の一側壁に開口形成され、ノズル４の内部空間に連通し
ている。検出器としての圧力センサ６はノズル４の内部
空間に臨むように、同ノズル４の側壁に取り付けられて
いる。

【００１１】管路７はその一端が前記ノズルホルダ１の
ガス供給口５に接続され、他端が互いに並列に接続され
た３つの電磁弁８，９，１０に接続されている。アシス
トガスとしては通常、酸素、空気、窒素等が用いられ、
それらのアシストガスはそれぞれ図示しないガス供給部
に収容されている。そして、各ガス供給部は各電磁弁
８，９，１０に接続され、図示しないＮＣ装置のコント
ローラからの切替指令によって各電磁弁８，９，１０が
選択的に開閉動作されて所要のアシストガスが管路７へ
送られる。

【００１２】電空レギュレータ等よりなるレギュレータ
１１は管路７中に接続されている。制御器１８はレギュ
レータ１１に内蔵され、この制御器１８は前記コントロ
ーラからのガスの圧力指令信号を受け、それに基づいて
送給されてきたアシストガスが所要圧力に調節されて吐
出されるように、レギュレータ１１の作動を制御する。
又、制御器１８はアナログラッチ回路１６を介して前記
圧力センサ６に電気的に接続されている。そして圧力セ
ンサ６で検出された圧力信号がアナログラッチ回路１６
を介して制御器１８にフィードバックされて、制御器１
８はその圧力センサ６による検出圧力が前記指令圧力と
一致するように、レギュレータ１１をフィードバック制
御する。

【００１３】開閉切替用の直動式電磁弁１２は前記ノズ
ルホルダ１とレギュレータ１１との間の管路７中に接続
され、その電磁弁１２の出力側には逆止用の直動式電磁
弁１３がその出力側を電磁弁１２に対向させて接続され
ている。そして、前記コントローラからの切替指令によ
って、両電磁弁１２，１３は同時に開閉動作される。直
動式電磁弁１４は前記レギュレータ１１と直動式電磁弁
１２との間の管路７中に接続され、可変絞り弁１５がこ
の電磁弁１４と並列をなすように管路７に接続されてい
る。

【００１４】比較器１７は圧力指令に基づいて、前記直
動式電磁弁１４を開閉制御する。即ち、この実施例にお
いて比較器１７は、入力される指令圧力が０．８Ｋｇ／
ｃｍ ²以下の場合は電磁弁１４を閉鎖制御し、０．８Ｋ
ｇ／ｃｍ²より大きい場合は同電磁弁１４を開放制御す
る。この実施例においては、前記圧力センサ６、制御器
１８及び比較器１７により制御手段が構成されている。

【００１５】ピアッシングガスの管路１９は前記電磁弁
８の入力側管路とガス供給口５との間に接続され、ピア
ッシングガスとしての酸素がこの管路１９を介してノズ
ル４内に供給される。この管路１９中には電空レギュレ
ータ等よりなるレギュレータ２０が接続されている。そ
のレギュレータ２０に内蔵された制御器２３は前記コト
ローラからのガスの圧力指令信号を受け、それに基づい
て送給されてきたピアッシングガスの圧力が所要圧力に
調節されて吐出されるように、レギュレータ２０の作動
を制御する。開閉切替用の直動式電磁弁２１は前記ノズ
ルホルダ１とレギュレータ２０との間の管路１９中に接
続され、その電磁弁２１の出力側には逆止用の直動式電
磁弁２２がその出力側を電磁弁２１に対向させて接続さ
れている。そして、前記コントローラからの切替指令に
よって、両電磁弁２１，２２は同時に開閉動作される。

【００１６】尚、前記アナログラッチ回路１６は、アシ
スト動作の終了後にピアッシング動作が開始された場合
に、そのアシスト動作の終了直前における圧力センサ６
からのアシストガスの圧力検出信号を次のアシスト動作
の開始時まで保持しておくためのものである。つまり、
ピアッシング動作の終了後にアシスト動作が開始された
場合には、そのアシスト動作開始時にレギュレータ１１
にフィードバックされる圧力センサ６の検出信号が、ピ
アッシング動作終了直前のピアッシングガスの圧力検出
信号であるため、アシスト動作開始直後においては正確
な圧力制御ができないが、アナログラッチ回路１６を設
けることによりそれを防止できる。

【００１７】次に、上記のように構成されたレーザ加工
機の作用を説明する。さて、この実施例のレーザ加工機
においては、コントローラからの指令に基づき、ピアッ
シングガスの管路１９中の開閉切替用及び逆止用の直動
式電磁弁２１，２２が同時に開放動作されるとともに、
同じくコントローラから入力される設定圧力指令に基づ
き、レギュレータ２０は送給されてきたピアッシングガ
スの圧力を設定圧力に調節して吐出する。そして、ピア
ッシングガスが管路１９を介してガス供給口５からノズ
ル４内に供給される。そして、供給されたピアッシング
ガスが噴出口３から図示しないワークに対して噴出され
るとともに、レンズ２で集光されたレーザ光が同じく噴
出口３からワークに対して出射され、ワークに所定のピ
アッシングが行われる。このとき、ピアッシングガスの
一部がアシストガスの管路７へ逆流しても閉鎖状態の逆
向きの直動式電磁弁１３によってその逆流が完全に阻止
される。

【００１８】ピアッシングが終了すると、コントローラ
からの指令に基づき、前記両電磁弁２１，２２が同時に
閉鎖動作され、その後、同じくコントローラからの指令
に基づき、アシストガスの管路７中の開閉切替用及び逆
止用の直動式電磁弁１２，１３が同時に開放動作される
とともに、電磁弁８，９，１０が選択的に開放動作され
て、所要のアシストガスが管路７に送られる。そして、
同じくコントローラから入力される設定圧力指令に基づ
き、レギュレータ１１は送給されてきたアシストガスの
圧力を設定圧力に調節して吐出する。

【００１９】ここで、指令された設定圧力が０．８Ｋｇ
／ｃｍ²より大きい場合は、比較器１７により直動式電
磁弁１４が開放制御され、アシストガスが可変絞り弁１
５を通ることなく電磁弁１４を通ってガス供給口５から
ノズル４内に供給される。そして、供給されたアシスト
ガスが噴出口３から図示しないワークに対して噴出され
るとともに、レンズ２で集光されたレーザ光が同じく噴
出口３からワークに対して出射され、ワークに所定のレ
ーザ加工が行われる。このとき、アシストガスの一部が
ピアッシングガスの管路１９へ逆流しても閉鎖状態の逆
向きの直動式電磁弁２２によってその逆流が完全に阻止
される。

【００２０】又、このとき、ノズル４では、噴出される
アシストガスの圧力が圧力センサ６によって常に検出さ
れ、その圧力センサ６の検出信号はレギュレータ１１の
制御器１８にフィードバックされる。そして、制御器１
８により、圧力センサ６による検出圧力が前記コントロ
ーラからの指令圧力と一致するように、レギュレータ１
１からのアシストガスの吐出圧が自動制御される。

【００２１】従って、例えばノズル４の先端とワークと
の間のギャップの変化等に伴う圧力変動が生じたり、図
２に示すように、レギュレータ１１への指令圧力を上昇
させたり下降させたりするときに、同レギュレータ１１
の２次側圧力にヒステリシスによる誤差ΔＰが生じたり
した場合でも、圧力センサ６で検出されたノズル４内部
の圧力に基づいてレギュレータ１１をフィードバック制
御することにより、ノズル４からのアシストガスの噴出
圧が常に設定圧力に保たれるようにガス供給量が制御さ
れるため、高い精度でレーザ加工を行うことができる。

【００２２】又、コントローラから指令された設定圧力
が０．８Ｋｇ／ｃｍ²以下の場合は、比較器１７により
直動式電磁弁１４が閉鎖制御され、アシストガスが可変
絞り弁１５を通ってノズル４内に供給される。ここで、
可変絞り弁１５の流量比が１０：１にされたものと仮定
すると、ノズル４から噴出されるアシストガスの圧力は
設定圧力のほぼ１０分の１となる。そして、そのノズル
４内の圧力が圧力センサ６によって検出され、その検出
信号がレギュレータ１１の制御器１８にフィードバック
されると、制御器１８により、圧力センサ６による検出
圧力が前記コントローラからの指令圧力と一致するよう
に、レギュレータ１１からのアシストガスの吐出圧がほ
ぼ１０倍に高められる。

【００２３】つまり、コントローラからレギュレータ１
１に対して指令された設定圧力が低圧の場合において
は、ノズル４に供給されるアシストガスの圧力を可変絞
り弁１５によりレギュレータ１１の吐出圧よりも低く
し、そのノズル４内の圧力が設定圧となるようにレギュ
レータ１１をフィードバック制御することにより、結果
的にレギュレータ１１から吐出されるアシストガスの圧
力を大きくすることができる。従って、ノズル４から低
圧のアシストガスを噴出させる場合においても、レギュ
レータ１１からの吐出圧を、レギュレータ１１の圧力制
御特性の良好な圧力領域にまで高めることができ、安定
した圧力制御を行うことができて、低圧のアシストガス
によるレーザ加工も高い精度で行うことができる。この
ため、ワークの材質や厚さ等の加工条件に応じてアシス
トガスを最適な圧力に設定調節できるともに、どのよう
な圧力領域においても安定した圧力制御を行うことがで
きて、高い精度でレーザ加工を行うことができ、多種の
ワークに対する加工の自由度を高めることができる。
又、図２に示すように、レギュレータ１１への指令圧力
を上昇させたり下降させたりするときに同レギュレータ
１１の２次側圧力にヒステリシスによる誤差ΔＰが生じ
たりした場合でも、ノズル４から噴出される減圧された
アシストガスの圧力はその誤差ΔＰもほぼ１０分の１に
圧縮されるので、加工精度の向上に寄与できる。

【００２４】尚、この発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、可変絞り弁１５の流量比を適宜変
更してもよい。又、図２に鎖線で示すように、ピアッシ
ングガスの管路１９中に直動式電磁弁２４及び可変絞り
弁２５を設けて、ピアッシングガスについても前記アシ
ストガスの圧力制御と同様な圧力制御を行うように構成
してもよい。この場合には前記アシスト側と同様に、ア
ナログラッチ回路、比較器、制御器を設ける必要があ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、レ
ギュレータの設定圧が低圧の場合においては、ノズルに
供給されるガスの圧力を可変絞り弁によりレギュレータ
の吐出圧よりも低くし、そのノズル内の圧力が設定圧と
なるようにレギュレータをフィードバック制御すること
により、結果的にレギュレータから吐出されるガスの圧
力を同レギュレータの圧力制御特性の良好な圧力領域に
まで高めることができるので、ノズルに供給されるガス
の圧力が低圧であっても、正確なガス圧制御を行うこと
ができて加工精度を向上させることができるという優れ
た効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を具体化したレーザ加工機の一実施例
を示す回路構成図である。

【図２】コントローラからの指令圧力とレギュレータの
２次側圧力との関係、及びその２次側圧力と可変絞り弁
により減圧した圧力との関係を示す図である。

【符号の説明】

２レンズ、４ノズル、６制御手段を構成する検出
器としての圧力センサ、７管路、１１レギュレー
タ、１４直動式電磁弁、１５可変絞り弁、１７制
御手段を構成する比較器、１８同じく制御手段を構成
する制御器。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/14 G05D 16/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レンズにより集光されたレーザ光をワー
クに対して出射するとともに、内部に供給されたアシス
トガス等のガスを前記ワークに対して噴出するノズル
と、前記ノズルに供給されたガス圧を検出する検出器と、前記ノズルに供給される前記ガスの管路に接続され、供
給ガスの圧力を外部指令に基づいて調節するレギュレー
タと、前記ノズルとレギュレータとの間の管路に接続され、同
管路を開閉する電磁弁と、その電磁弁と並列をなすように前記管路に接続された絞
り弁と、前記レギュレータに入力される指令圧力が所定値より大
きいときには前記電磁弁を開放させ、指令圧力が所定値
以下のときには前記電磁弁を閉鎖させる制御手段とを有
し、前記レギュレータに入力される指令圧力が所定値よ
り大きいときにはレギュレータからノズルに供給される
ガスが電磁弁を通過し、指令圧力が所定値以下のときに
はガスが前記絞り弁を通過するように前記電磁弁を閉鎖
して前記指令圧力と前記検出器によって検出されたガス
圧とが一致するようにレギュレータを作動して前記レギ
ュレータの２次側圧力が所定値以上になるようにしたこ
とを特徴とするレーザ加工機。