JPH0335030B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はレーザ加工機のフオーカスヘツドに関
し、より詳しくは静電容量センサとダメージセン
サとを備えるフオーカスヘツドに関する。

「従来の技術」 従来、フオーカスヘツドと被加工物との間隔を
一定に制御するために、静電容量センサを用いる
ことが知られている。そして通常、静電容量セン
サを備えたフオーカスヘツドは、ハウジングに設
けられて先端部から被加工物に向けてレーザ光線
を照射するノズルと、このノズルの先端部に絶縁
して設けた中心電極と、この中心電極に電気的に
接続され、中心電極と被加工物との間の静電容量
を検出して該中心電極と被加工物との間隔を一定
に制御する制御装置とを備えている。

ところが、上記被加工物が立体物の場合等に、
被加工物のレーザ加工部分以外の部分が中心電極
に近接するとそれに伴なつて静電容量が変動する
ので、該中心電極とレーザ加工部分との間隔測定
に誤差が発生するようになる。このため従来、上
記中心電極を囲み、かつ該中心電極に対して絶縁
したガード電極を設け、上記レーザ加工部分以外
の部分が中心電極に接近しても上記ガード電極で
その影響を遮断して、検出精度を向上させること
が行なわれている（特開昭62−89592号広報）。

また、従来のダメージセンサは、ノズルが被加
工物等に衝突した際にそれを検出してそれ以上の
ノズルと被加工物との相対移動を停止させ、それ
によつてフオーカスヘツドが破損されるのを防止
するものである。このダメージセンサは、通常、
上記ノズルをハウジングに揺動可能に設け、該ノ
ズルが被加工物等に衝突してハウジングに対して
所定量以上揺動された際に、その揺動をマイクロ
スイツチやエア式スイツチで検出できるようにし
ている（実開昭62−10985号公報）。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、従来のレーザ加工機のフオーカ
スヘツドにおいては、上記静電容量センサとダメ
ージセンサとは全く別個に設けられており、それ
が結果的にコストアツプの一要因となつていた。

「課題を解決するための手段」 本発明はそのような事情に鑑み、上述した静電
容量センサを備えたレーザ加工機のフオーカスヘ
ツドにおいて、すなわちハウジングに設けられて
先端部から被加工物に向けてレーザ光線を照射す
るノズルと、このノズルの先端部に絶縁して設け
た中心電極と、この中心電極を囲み、かつ該中心
電極に対して絶縁して設けたガード電極と、上記
中心電極に電気的に接続され、中心電極と被加工
物との間の静電容量を検出して該中心電極と被加
工物との間隔を一定に制御する制御装置とを備え
たレーザ加工機のフオーカスヘツドにおいて、 第１の構成として、上記ガード電極をノズル又
はハウジングに対して絶縁するとともに、該ガー
ド電極と被加工物とをそれぞれ電源回路に接続し
て、該ガード電極と被加工物との接触を検出可能
としたものである。

また第２の構成として、上記のレーザ加工機の
フオーカスヘツドにおいて、上記ノズルとハウジ
ングとを絶縁するとともに、該ノズルをハウジン
グに揺動可能に設けて該ノズルがハウジングに対
して所定量以上揺動した際に両者を接触可能と
し、さらに該ノズルとガード電極とを電気的に接
続するとともに、該ノズルとハウジングとをそれ
ぞれ電源回路に接続して、該ノズルとハウジング
との接触を検出可能としたものである。

「作用」 上記第１の構成によれば、静電容量センサに用
いられているガード電極をそのままダメージセン
サとして用いることができ、しかも被加工物がガ
ード電極に接触した瞬間にそれを検出することが
できるため、従来のダメージセンサのようにノズ
ルをハウジングに揺動可能に設ける必要がないと
いう利点がある。

しかしながら、特にフオーカスヘツドと被加工
物の相対移動速度が大きい場合には、ノズルをハ
ウジングに揺動可能に設けることが望ましく、特
にそのような構成とする場合に、さらに上記第２
の構成としておけば、上述の効果を得ることが可
能であることに加えて、例えば導電性を有しない
被加工物を加工する場合であつても、ノズルの所
定量以上の揺動から該ノズルと被加工物等の障害
物との衝突を検出できるので、ダメージセンサと
して利用することができる。

「実施例」 以下図示実施例について本発明を説明すると、
レーザ加工機のフオーカスヘツド１は、筒状金属
製のハウジング２と、このハウジング２内にホル
ダ３を介して取付けた集光レンズ４と、さらに上
記ハウジング２の下端部に取付けた金属製のノズ
ル５とを備えている。

上記ハウジング２の軸部に鉛直下方に向けて導
入されたレーザ光線Ｌは、上記集光レンズ４で集
光され、上記ノズル５の軸部を通過して被加工物
６に照射されるようになつている。またこの際、
上記ハウジング２内にアシストガス供給通路７を
介してアシストガスが導入され、このアシストガ
スも上記ノズル５の軸部を流通してレーザ光線Ｌ
の照射位置に供給されるようになつている。

上記ハウジング２は図示しない昇降機構によつ
て昇降され、またこのハウジング２と上記被加工
物６を載置した図示しない加工テーブルとを適宜
の駆動機構によつて水平面内で相互に直交する方
向に相対移動させることにより、上記被加工物６
の任意の位置に所要のレーザ加工を施すことがで
きるようにしている。

上記ノズル５の下部先端には、ノズル５と導電
性を有する被加工物６との間の間隔を測定するた
めの中心電極１０を絶縁体１１を介して取付けて
あり、該中心電極１０を制御装置１２の一部を構
成する発振装置１３に接続している。この発振装
置１３は、上記中心電極１０と被加工物６の加工
物６ａとの間の間隙変化に伴なう静電容量の変化
を、発振周波数の変化として検出し、上記制御装
置１２はその検出値に基づいて上述した昇降機構
を制御し、中心電極１０と加工物６ａとの間隔が
一定となるようにフオーカスヘツド１を昇降させ
るようになつている。

また、上記ノズル５の下部先端には中心電極１
０を囲むガード電極１４を取付けてあり、このガ
ード電極１４によつて例えば被加工物６の突起部
６ａが中心電極１０に接近しても、上記中心電極
１０と加工部６ａとの間の静電容量に影響を受け
ることのないようにしている。上記ガード電極１
４は上記絶縁体１１により中心電極１０に対して
絶縁して設けているが、ノズル５には電気的に接
続している。

然して、上記ノズル５の上端部外周に環状の絶
縁体１５を取付けてあり、該絶縁体１５を上記ハ
ウジング２の一部を構成する金属製の筒状パイプ
１６内に嵌合するとともに、該筒状パイプ１６の
下端部に半径方向内方に向けて形成したフランジ
部１６ａ上に載置させている、そしてハウジング
２と絶縁体１５との間にばね１７を弾装すること
により、通常はノズル５の軸心をハウジング２の
軸心に一致させた図示状態に維持し、ノズル５に
上記突起部６ｂ等が当接した際には、上記ばね１
７に抗してノズル５を揺動させることができるよ
うにしている。

さらに、上記絶縁体１５とノズル５との間に金
属製のプレート１８を挟着し、ノズル５の軸心が
ハウジング２の軸心に一致した図示状態ではプレ
ート１８を筒状パイプ１６から離隔させている
が、ノズル５が筒状パイプ１６に対して所定量以
上揺動した際には、プレート１８を筒状パイプ１
６に接触させて電気的に接続するようにしてい
る。

そして上記ハウジング２および筒状パイプ１６
をアース電極としてこれに上記被加工物を電気的
に接続するとともに、該アース電極を上記制御装
置１２の電源回路１９に接続している。他方、上
記ノズル５およびガード電極１４も上記電源回路
１９に接続し、それによつてガード電極１４と被
加工物６とが接触したこと、およびノズル５側の
プレート１８とハウジング２側の筒状パイプ１６
とが接触したことを上記制御装置１２で検出でき
るようにしている。

以上の構成において、被加工物６が導電性を有
する場合には、先ず該被加工物６をアース電極で
あるハウジング２に接続する。このとき、被加工
物６を電源回路１９のアース電極側に直接接続し
てもよいことは勿論である。そしてこの状態でレ
ーザ加工を行なえば、上記制御装置１２は発振装
置１３からの検出信号を入力しながら上記中心電
極１０と被加工物６との間隙を一定に保つて該被
加工物６にレーザ加工を施す。

この状態では、前述したように中心電極１０は
ガード電極１４に囲まれているので、被加工物６
の突起部６ｂが中心電極１０に接近しても中心電
極１０と加工部６ａとの間の静電容量に影響を受
ることがなく、したがつて中心電極１０と加工部
６ａとの間隙を常に一定に保ちながらレーザ加工
を施すことができる。

そしてテイーチングミスや被加工物６のセツト
ミス等により、上記突起部６ｂがガード電極１４
若しくはノズル５に接触した際には、ノズル５、
ガード電極１４、被加工物６およびハウジング２
を介して閉回路が形成されるので、上記制御装置
１２は直ちにフオーカスヘツド１と被加工物６と
の相対移動を停止させるとともに、レーザ発振を
停止させる。

またこの際、フオーカスヘツド１と被加工物６
との相対移動速度が大きくて上記突起部６ｂとガ
ード電極１４若しくはノズル５と接触した後に両
者が相対移動したとしても、上記ノズル５がハウ
ジング２に対して揺動することができるので、該
ノズル５やガード電極１４が破損されることがな
い。

これに対し、被加工物６が非導電性材料である
場合には、該被加工物６と中心電極８との間隙を
検出できないこととなるが、フオーカスヘツド１
の高さを一定に維持したままレーザ加工を施すこ
とが可能である。

そしてこの場合には、ガード電極１４若しくは
ノズル５が被加工物６の突起部６ｂに接触した場
合には、上述の場合と異なりその接触を直ちに検
出することはできないが、該接触によつてノズル
５が筒状パイプ１６に対して所定量以上揺動され
ると、ノズル５側のプレート１８が筒状パイプ１
６に接触するので、ノズル５、プレート１８、筒
状パイプ１６およびハウジング２を介して閉回路
が形成されるようになる。

したがつてこの場合にも、上記制御装置１２に
よつて直ちにフオーカスヘツド１と被加工物６と
の相対移動が停止されるとともに、レーザ発振も
停止される。

このようなノズル５の揺動による衝突の検出
は、導電性材料からなる被加工物６を加工してい
る最中に、ノズル５がその被加工物６以外の非導
電性材料からなる障害物に衝突した際においても
有効である。

なお、上記実施例では、ノズル５をハウジング
２に対して揺動可能としているが、導電性材料の
非加工物６を加工する場合にはより簡単に、ガー
ド電極１４に電気的に接続したノズル５をハウジ
ング２に絶縁体を介して固定し、又はハウジング
２に固定したノズル５にガード電極１４を絶縁体
を介して固定し、そのガード電極１４を被加工物
６とをそれぞれ電源回路１９に接続して、該ガー
ド電極と被加工物との接触を検出できるようにし
てもよい。

「発明の効果」 以上のように、ガード電極をノズル又はハウジ
ングに対して絶縁するとともに、該ガード電極と
被加工物とをそれぞれ電源回路に接続して該ガー
ド電極と被加工物との接触を検出可能とした本発
明によれば、静電容量センサに用いられているガ
ード電極をそのままダメージセンサとして用いる
ことができ、しかも被加工物がガード電極に接触
した瞬間にそれを検出することができるため、従
来のダメージセンサのようにノズルをハウジング
に揺動可能に設ける必要がないという効果が得ら
れる。

また、ノズルとハウジングとを絶縁するととも
に、該ノズルをハウジングに揺動可能に設けて該
ノズルがハウジングに対して所定量以上揺動した
際に両者を接触可能とし、さらに該ノズルとガー
ド電極とを電気的に接続するとともに、該ノズル
とハウジングとをそれぞれ電源回路に接続して、
該ノズルとハウジングとの接触を検出可能とした
ものにあつては、被加工物が導電性材料からなる
場合にはこれを電源に接続することによつて上記
と実質的に同一の効果を得ることができるととも
に、被加工物が非導電性材料からなる場合であつ
てもノズル所定量以上の揺動によつて該被加工物
を含む障害物との衝突を検出することができると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示す部分断面系統図で
ある。 １……フオーカスヘツド、２……ハウジング、
５……ノズル、６……被加工物、１０……中心電
極、１１，１５……絶縁体、１２……制御装置、
１３……発振装置、１４……ガード電極、１６…
…筒状パイプ、１８……プレート、１９……電源
回路、Ｌ……レーザ光線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジングに設けられて先端部から被加工物
   に向けてレーザ光線を照射するノズルと、このノ
   ズルの先端部に絶縁して設けた中心電極と、この
   中心電極を囲み、かつ該中心電極に対して絶縁し
   て設けたガード電極と、上記中心電極に電気的に
   接続され、中心電極と被加工物との間の静電容量
   を検出して該中心電極と被加工物との間隔を一定
   に制御する制御装置とを備えたレーザ加工機のフ
   オーカスヘツドにおいて、 上記ガード電極をノズル又はハウジングに対し
   て絶縁するとともに、該ガード電極と被加工物と
   をそれぞれ電源回路に接続して、該ガード電極と
   被加工物との接触を検出可能としたことを特徴と
   するレーザ加工機のフオーカスヘツド。 ２ 上記ノズルをハウジングに揺動可能に設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   レーザ加工機のフオーカスヘツド。 ３ ハウジングに設けられて先端部から被加工物
   に向けてレーザ光線を照射するノズルと、このノ
   ズルの先端部に絶縁して設けた中心電極と、この
   中心電極を囲み、かつ該中心電極に対して絶縁し
   て設けたガード電極と、上記中心電極に電気的に
   接続され、中心電極と被加工物との間の静電容量
   を検出して該中心電極と被加工物との間隔を一定
   に制御する制御装置とを備えたレーザ加工機のフ
   オーカスヘツドにおいて、 上記ノズルとハウジングとを絶縁するととも
   に、該ノズルをハウジングに揺動可能に設けて該
   ノズルがハウジングに対して所定量以上揺動した
   際に両者を接触可能とし、さらに該ノズルとガー
   ド電極とを電気的に接続するとともに、該ノズル
   とハウジングとをそれぞれ電源回路に接続して、
   該ノズルとハウジングとの接触を検出可能とした
   ことを特徴とするレーザ加工機のフオーカスヘツ
   ド。