JPH0563272B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、レーザ加工装置における加工ヘツ
ド位置制御装置に関する。

［発明の技術的背景およびその問題点］ レーザ加工装置では一般にレーザビームを加工
素材の所定の位置にフオーカスが来るように加工
ヘツドの位置を調整する装置が設けられている。
ところが、このような従来のレーザ加工装置にお
ける加工ヘツドの位置調整装置は加工素材を一旦
加工テーブル上にセツトし、レーザビームのフオ
ーカスを決定するように加工ヘツドの位置を調整
した後は加工素材が上下しないものとし、次に加
工ヘツドの位置変更信号が来るまでは一定のフオ
ーカス位置を保持するようになつている。

ところが、このような加工ヘツド位置制御装置
の場合には、加工素材がシートメタルのように広
く、その中間部で波打があるような場合でもその
加工素材の変化によらず常に予め定められた位置
にフオーカスが固定されたままであり、フオーカ
スがずれてしまつて良好なカツテイングが得られ
ない場合があつた。

［発明の目的］ この発明は、このような従来の問題に鑑みてな
されたものであつて、加工素材の表面形状に追隋
して加工ヘツドの位置を調整し、加工ヘツドのレ
ーザ照射孔から加工素材表面までのクリアランス
が常に一定になるようにコントロールし、良好な
レーザ加工が得られるようにしたレーザ加工装置
における加工ヘツド位置制御装置を提供するもの
である。

［発明の概要］ この発明は、加工素材に対してレーザビームを
照射すると共にアシストガスを噴射するレーザ照
射孔とガス噴射孔とを有する加工ヘツドを前記加
工素材に対して接近離反自在に設け、前記アシス
トガスの噴射孔の周囲にアシストガスの反射圧力
を検知する複数の検知孔を設けると共に、検知さ
れた反射圧力を基準圧力値と比較演算し、その圧
力差に応じて加工ヘツドの位置を制御する位置制
御装置を設けたことを特徴とするレーザ加工装置
における加工ヘツド位置制御装置であつて、アシ
ストガスが加工素材に当り反射して来るその圧力
値を基準圧力値と比較することによりレーザ照射
孔と加工素材表面との間のクリアランスを算出
し、そのクリアランスが常に一定になるように加
工ヘツド位置制御を行ない、良好なレーザ加工が
できるようにするものである。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例の加工ヘツドの断
面を示し、第２図はその加工ヘツドの位置制御装
置の回路ブロツク図を示す。加工ヘツド１はテレ
スコーピツク機構部３、ヘツド回転機構部５、エ
アサーボ機構部７、レンズマウント部９、アシス
トガス供給部１１及びノズル部１３によつて構成
されている。

テレスコーピツク機構部３は外気からの埃の侵
入を遮断して、加工ヘツド１の上下移動を可能に
する部分である。

ヘツド回転機構部５はウオームギア減速装置に
よつて構成され、エアサーボシリンダ１５のシー
ル部１７とシリンダ１５内面とのコンタクトが常
に動摩擦係数にて接触しているように低速度回転
を与えるためのものである。そしてこのヘツド回
転機構部５によりエアサーボシリンダ１５の動作
時のヒステリシスが最小になり、微小なエア圧力
でも動作させることができるようにしている。

エアサーボ機構部７はエアサーボシリンダ１５
内の第１室１９、第２室２１の圧力差により加工
ヘツド１を上下に移動させる部分であり、エア供
給口２３、フイードバツクエア供給口２５から第
１室１９、第２室２１それぞれにエアを供給する
ことにより加工ヘツド１の上下位置を調整するの
である。

レンズマウント部には軸受２７、ボールブツシ
ユ２９が設けられており、エアサーボシリンダ１
５の回転を支持すると共に、シヤフト３１をガイ
ドとして加工ヘツド１全体の上下移動を行なわせ
る。このレンズマウント部９にはレーザビームの
集光用レンズ３３が取付けられている。

アシストガス供給部１１にはアシストガス供給
口３５が設けられており、アシストガスを加工ヘ
ツド１の内部に導入する。

ノズル部１３はアシストガス供給部１１に対し
て捩込まれて取付けられており、ガス噴射孔兼レ
ーザビーム照射孔３７を中央に有し、その周囲に
４つの反射圧力検知孔としてのセンシング用ポー
ト３９が設けられている。

図に示さないレーザ発振器から導入されるレー
ザビームはこの第１図において加工ヘツド１の中
央部を通り、集光用レンズ３３によつて集光さ
れ、レーザビーム照射孔３７から下方の加工素材
Ｗ上に照射される。

またアシストガス供給口３５から供給されて来
るアシストガスはガス噴射孔３７から加工素材Ｗ
上に噴射され、レーザビームによる溶融物を吹き
飛す作用をなす。

アシストガスの加工素材からの反射圧力のセン
シングポート３９からの反射圧力の電気的に処理
は第２図に基づいて行なわれる。つまりガス噴射
孔３７から噴射されたアシストガスの反射圧力は
各センシング用ポート３９を通して得られる反射
圧力を増幅器４１ａ，ｂ，ｃ，ｄによつて増幅し
た後、圧力センサ４３ａ，ｂ，ｃ，ｄによつて検
知し、増幅器４５に入力する。増幅器４５は圧力
センサ４３ａ，ｂ，ｃ，ｄからの検知圧力をアナ
ログ量としてマイクロプロセツサ４７に与える。

マイクロプロセツサ４７では各圧力センサ４３
ａ，ｂ，ｃ，ｄからの圧力値のうち最大の圧力値
のみを正確なセンシング圧力とし、その圧力を基
準圧力と比較し、加工ヘツドの必要調整値を算出
する。そしてその算出値はアンプ４９ａ，ｂ，ｃ
を通してエアサーボ機構部７の圧力形電空比例弁
５１ａ，ｂ，ｃの制御信号として与えられる。

電空比例弁５１ｂ，ｃはそれぞれエアサーボシ
リンダ１５の第１室１９、第２室２１に対する圧
縮空気の供給量を制御するものであり、マイクロ
プロセツサ４７による位置制御信号に応じてエア
サーボシリンダ１５を制御するのである。なお、
各増幅器４５、アンプ４９ａ，ｂ，ｃに対しては
定電圧電源装置５３から電力が供給される。

なお上記実施例において反射圧力センシング用
ポート３９をガス噴射孔兼レーザビーム照射孔３
７の周りに４箇所設けたのは次の理由による。つ
まり第３図に示すように加工素材Ｗのレーザ加工
部近傍に切り抜き部５５や切断部５７がある場
合、アシストガスの反射圧力はその切り抜き部５
５や切断部５７において小さな値しか得られず、
実際のレーザ切断を行なう部分５９に対して見掛
け上クリアランスが極めて大きくなつたものとセ
ンスされてしまう。したがつてこの切り抜き部５
５や切断部５７の反射圧力を利用して位置制御を
行なうならば正確な位置制御は行なえないことに
なる。そのため、複数のポート３９ａ，ｂ，ｃ，
ｄを設け、その内最大の反射圧力のみを正確なセ
ンシング圧力として採用し、その反射圧力を基準
圧力値と比較し、加工ヘツドの位置制御を行なう
のである。

上記レーザ加工装置における加工ヘツド位置制
御装置の動作を次に説明する。レーザビームの加
工素材Ｗに対するフオーカスの調整はエアサーボ
機構部７においてエアサーボシリンダ１５の第１
室１９、第２室２１にそれぞれエア供給口２３，
２５を通して供給される圧縮空気の量によつて上
下に調整する。この時エアシリンダ１５が微小な
空気圧の変動にも応答することができるようヘツ
ド回転機構部５によつて加工ヘツド１を常に回転
させておき、静摩擦がエアサーボシリンダ１５の
部分に働かないようにする。こうしてレーザビー
ムは加工ヘツド１の中央部を通つて集光用レンズ
３３において集光され、加工素材Ｗ上の所定の位
置に照射しその部分を切断するのである。アシス
トガス供給部１１において供給口３５から供給さ
れるアシストガスはアシストガス噴射孔３７から
加工素材Ｗ上に噴射され、レーザビームによつて
溶かされた部分を吹き飛ばすのである。

ここでアシストガスが加工素材Ｗに当つて反射
して来るその反射圧力が各反射圧力センシング用
ポート３９に導入され、レーザ加工中常時反射圧
力を圧力センサ４３ａ，ｂ，ｃ，ｄによつてセン
シングする。

この圧力センサ４３ａ，ｂ，ｃ，ｄによつて得
られた反射圧力が最適クリアランスの時に得られ
る圧力値として与えられる基準圧力値に対して開
離している場合、マイクロプロセツサ４７はその
変化分によつてクリアランスを小さくするかある
いは大きくする方向に加工ヘツド１を移動すべく
アンプ４９ａ，ｂ，ｃに対して制御信号を与え、
圧力形電空比例弁５１ａ，ｂ，ｃを制御し、エア
サーボシリンダ１５を所望の方向に駆動させ、加
工ヘツド１の位置を調整するのである。

なお上記実施例においては反射圧力センシング
ポート３９を４箇所に設けたが、このポートの位
置及び数は限定されるものではなく、必要に応じ
複数個のポートを所望の位置に設けることができ
る。

［発明の効果］ この発明は、アシストガスの噴射孔の周囲にア
シストガスの反射圧力を検知する複数の検知孔を
設け、検知された圧力を基準圧力値と比較演算
し、その圧力差に応じて加工ヘツドの位置を制御
するものであるため、加工素材の表面状態が波打
つていて加工ヘツド先端のノズル部との間のクリ
アランスがレーザ加工中に変化するような場合て
も、そのクリアランスの変化に対応して加工ヘツ
ドの位置を制御することができ、良好なレーザ加
工を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の断面図、第２図
は同上実施例の回路ブロツク図、第３図は同上実
施例の作用説明図である。 １……加工ヘツド、７……エアサーボ機構部、
９……レンズマウント部、１１……アシストガス
供給部、１３……ノズル部、１５……エアサーボ
シリンダ、１９……第１室、２１……第２室、３
３……集光用レンズ、３５……アシストガス供給
口、３７……ガス噴射孔兼レーザビーム噴射孔、
３９……反射圧力センシング用ポート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加工素材に対してレーザビームを照射すると
   共にアシストガスを噴射するレーザ照射孔とガス
   噴射孔とを有する加工ヘツドを前記加工素材に対
   して接近離反自在に設け、前記アシストガスの噴
   射孔の周囲にアシストガスの反射圧力を検知する
   複数の検知孔を設けると共に、検知された反射圧
   力を基準圧力値と比較演算し、その圧力差に応じ
   て加工ヘツドの位置を制御する位置制御装置を設
   けたことを特徴とするレーザ加工装置における加
   工ヘツド位置制御装置。