JP2000052076A

JP2000052076A - レーザー加工装置及び加工ヘッド駆動方法

Info

Publication number: JP2000052076A
Application number: JP10224860A
Authority: JP
Inventors: Shigetaka Kobayashi; 栄貴小林
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】加工ヘッドのワークへのアプローチを高速且
つ安定させ、トータル加工時間を大幅に短縮して、生産
性の向上を図ること。【解決手段】加工ヘッド１にギャップセンサーを設
け、該ギャップセンサーにより該加工ヘッド先端とワー
ク間の静電容量を検出する。そして、その検出された静
電容量が予め決められた静電容量基準値（倣い範囲点に
おける静電容量値）に達するまでは、該加工ヘッド１を
高速で該ワーク３へと接近させ、該検出された静電容量
が該静電容量基準値を越えたところからは、該加工ヘッ
ド１を低速で該ワーク３へと接近させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー加工装置
及びレーザー加工装置における加工ヘッド駆動方法に関
し、詳細には、加工ヘッドのワークへのアプローチを高
速且つ安定させて加工時間の短縮化を図るようにしたレ
ーザー加工装置及び加工ヘッド駆動方法を提供すること
にある。

【０００２】

【従来の技術】レーザー発振装置から発振されたレーザ
ー光を、アシストガスと共に加工ヘッド先端からワーク
に向けて照射し、そのレーザー光によってワークを切断
等するようにしたレーザー加工装置としては、例えば特
開平５−２８５６８０号公報等に開示されたものが知ら
れている。

【０００３】レーザー加工装置には、加工ヘッドをワー
クに対してＺ軸方向（上下方向）に上下動自在に制御す
るために、ギャップセンサーが設けられている。かかる
ギャップセンサーは、上記ワークに対する加工ヘッドの
Ｚ軸方向における位置を検出するようになっている。そ
して、このギャップセンサーからの加工ヘッドの位置情
報に基づいて、上記加工ヘッドが上記ワークに対して上
下動自在に駆動制御されるようになされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これまでの
レーザー加工装置においては、外乱ノイズによる影響を
少なくし切断を安定させるために、加工ヘッドがワーク
に対して高い位置から該ワークに接近する時（これをア
プローチという）の速度を、該ワークに接近した時に突
っ込まない低速度としている。そのため、アプローチを
含めたトータルの加工時間がかかり生産性の向上が図れ
ない。

【０００５】そこで、ゲインの調整によってアプローチ
の時だけスピードを上げることも可能であるが、これま
での構成において単にゲインを調整しただけでは、オー
バーシュートしてワークに突っ込んでしまう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、加工ヘ
ッドのワークへのアプローチを高速且つ安定させてトー
タル加工時間を大幅に短縮するために、ある点を境にし
て加工ヘッドの速度を変化させるようにした。

【０００７】具体的には、加工ヘッド先端とワーク間の
静電容量を検出するギャップセンサーを、該加工ヘッド
に設ける。そして、上記加工ヘッドの各位置における上
記ギャップセンサーより検出された静電容量から、加工
ヘッド先端とワーク間の距離（これをギャップという）
を求め、これらをグラフ（図４参照）にする。このグラ
フ（特性図）によると、静電容量とギャップとの間には
比例関係があり、また、加工ヘッドがワークに対してあ
る一定距離以上離れるとこれらの比例関係が崩れてギャ
ップを測定できなくなる点（この点を以下、倣い範囲点
といい、そのときの静電容量値を静電容量基準値とい
う）がある。このため、上記加工ヘッドは、ワークに接
近すると、上記倣い範囲点を必ず通過する。

【０００８】本発明は、この特性を利用して、上記倣い
範囲点を境にして加工ヘッドの接近速度を変化させる。
つまり、図３に示すように、倣い範囲点（静電容量基準
値）に達するまでは加工ヘッド１を高速でワーク３へと
接近させ、倣い範囲点を過ぎたら加工ヘッド１を低速で
ワーク３へと接近させる。これによって、加工ヘッドの
ワークへのアプローチが高速且つ安定し、トータル加工
時間が大幅に短縮する。ここで言う高速とは、低速での
速度に対する２倍以上の速度を指す。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１０】本実施形態は、本発明を、レーザー光を照
射してワークを切断等するレーザー加工装置及びこの装
置に用いられる加工ヘッド駆動方法に適用して、加工ヘ
ッドのワークへのアプローチを高速且つ安定させてトー
タル加工時間を大幅に短縮するようにしたものである。
また、本実施形態では、加工ヘッドをワークに対して垂
直方向（Ｚ軸方向）に上下動させるようにしたレーザー
加工装置の例である。

【００１１】先ず、本実施形態のレーザー加工装置につ
いて、図１ないし図４を参照して説明する。本実施形態
のレーザー加工装置は、図１に示すように、加工ヘッド
１と、この加工ヘッド１に設けられたギャップセンサー
５と、コントローラ７及び演算部９を備えた制御部１１
と、Ｚ軸サーボモータ１３とからなる。

【００１２】上記加工ヘッド１は、図１に示すように、
レーザー発振装置から発振されたレーザー光を、アシス
トガスと共にヘッド先端からワーク３に向けて照射し、
該レーザー光によってワーク３を切断等するものであ
る。かかる加工ヘッド１は、図示しないキャリッジによ
ってＹ軸方向に移動自在とされると共に、上記制御部１
１により制御されたＺ軸サーボモータ１３によってＺ軸
方向に上下動自在とされている。

【００１３】なお、上記ワーク３は、図示しないワーク
テーブル装置のクランパーにクランプされて、Ｘ軸方向
及びＹ軸方向共に位置決めされて駆動されるようになさ
れている。または、上記加工ヘッド１がＸ軸方向、Ｙ軸
方向に移動する。さらには、Ｘ軸は加工ヘッド１、Ｙ軸
はワーク３等の組み合わせによって移動する。

【００１４】上記ギャップセンサー５は、図１に示すよ
うに、上記加工ヘッド１の先端と上記ワーク３間の静電
容量を検出する。そして、このギャップセンサー５は、
上記加工ヘッド１の先端寄りに設けられ、その検出結果
をコントローラ７に出力するようになっている。

【００１５】上記コントローラ７は、図１に示すよう
に、上記ギャップセンサー５により検出された静電容量
から、上記加工ヘッド先端と上記ワーク３間の垂直距離
（ギャップ）Ｈ１を求め、その結果を演算部９に出力す
るようになっている。

【００１６】上記演算部９は、上記コントローラ７によ
り求められた上記垂直距離Ｈ１と、上記加工ヘッド１に
よってワーク３にレーザー加工を行う加工位置（図３中
の指令ギャップ位置）における予め決められた垂直距離
Ｈ２との差を演算するようになっている。そして、この
演算部９は、その演算結果に基づいてＺ軸サーボモータ
１３を駆動させることにより、上記加工ヘッド１を上下
動自在に制御している。

【００１７】上記制御部１１では、上述したように、上
記ギャップセンサー５により検出された静電容量が予め
決められた静電容量基準値（図４中倣い範囲点における
静電容量値）に達するまでは、上記加工ヘッド１を高速
で上記ワーク３へと接近（この例では下降）させ、該検
出された静電容量が該静電容量基準値を越えたところか
らは、該加工ヘッド１を低速で該ワーク３へと接近させ
るように制御している。

【００１８】上記加工ヘッド１の下降速度変化は、プロ
グラム中で行うのではなく、上記演算部９で自動的に行
うようにしている。このため、プログラム指令による遅
れがなく、滑らかに速度が切り替わる。なお、プログラ
ム中で倣い範囲点までと、それ以下を分けて指令するこ
ともできるが、この方法では、ＮＣの演算遅れが発生す
ると共に、必ず倣い範囲点で加工ヘッド１を減速停止さ
せなければならず、該加工ヘッド１のワーク３へのアプ
ローチを速くできない。

【００１９】上記加工ヘッド１の駆動制御は、アプロー
チする時だけに使用し、実際のレーザー加工中には行わ
ない。レーザー加工中に行うと、加工ヘッド１が穴及び
ワーク３の端面にきた時に、ギャップセンサー５から検
出された静電容量が倣い範囲点を通るため、該加工ヘッ
ド１の下降速度が上がり、該加工ヘッド１がワーク３に
衝突する等して装置を壊す可能性がある。

【００２０】次に、上記構成のレーザー加工装置におけ
る加工ヘッド駆動方法について、図２に示すフローチャ
ートを参照して説明する。

【００２１】図２のフローチャートは、ステップＳ１に
おいて電源が投入されることでスタートとなり、ステッ
プＳ２において、Ｚ軸サーボモータ１３が加工ヘッド１
を高速でワーク３へと下降させる。加工ヘッド１を下降
させている間は、常時ギャップセンサー５によって静電
容量を検出すると共に、コントローラ７によりその静電
容量から加工ヘッド先端とワーク間の垂直距離を求め、
該垂直距離と加工位置における予め決められた垂直距離
との差を演算部９によって演算する。

【００２２】そして、ステップＳ３において、制御部１
１が、ギャップセンサー５により検出された静電容量が
倣い範囲点（静電容量基準値）を越えたか否かを判定
し、ＮＯの場合は、倣い範囲点を越えるまでステップＳ
３のルーチンを繰り返し実行し、ＹＥＳの場合は、ステ
ップＳ４に進む。つまり、倣い範囲点に達するまで、上
記加工ヘッド１を高速で下降させる。上記加工ヘッド１
の下降速度としては、加工機のＺ軸駆動系によるため、
好ましい速度は特にないが、早い方が良い。このよう
に、上記加工ヘッド１を制御することで、該加工ヘッド
１のワーク３へのアプローチを速くすることができる。

【００２３】ステップＳ４では、ステップＳ２とは異な
り、Ｚ軸サーボモータ１３によって加工ヘッド１を低速
でワーク３へと下降させる。つまり、加工ヘッド１がワ
ーク３にある程度接近したところからは、ゆっくりと下
降させることによって、該加工ヘッド１のワーク３への
衝突を防止させる。ここでの加工ヘッド１の下降速度
は、やはり加工機のＺ軸駆動系によるため、好ましい速
度は特にないが、早い方が良い。

【００２４】次に、ステップＳ５に進み、ステップＳ５
において、上記加工ヘッド１を、Ｚ軸サーボモータ１３
によって予め決めておいた位置（指令ギャップ位置）に
到達させる。そして、この位置で加工ヘッド１を位置決
めした後、上記加工ヘッド１により上記ワーク３に対し
て加工プログラムに基づいてレーザー加工を行う。

【００２５】このように、加工ヘッド１に設けたギャッ
プセンサー５により該加工ヘッド先端とワーク３間の静
電容量を検出し、その検出された静電容量が予め決めら
れた静電容量基準値に達するまでは、該加工ヘッド１を
高速で該ワーク３へと下降させ、該検出された静電容量
が該静電容量基準値を越えたところからは、該加工ヘッ
ド１を低速で該ワーク３へと下降させているので、該加
工ヘッド１のワーク３へのアプローチが高速且つ安定
し、トータル加工時間を大幅に短縮することができる。
また、加工ヘッド１がオーバーシュートして、ワーク３
に突っ込んでしまうといった事故も発生しない。

【００２６】以上、本発明を適用した具体的な一実施形
態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制
限されることなく種々の変更が可能である。

【００２７】上述の実施形態では、上記した制御方法に
より、加工ヘッド１を指令ギャップ位置に到達させ、そ
の位置でワーク３にレーザー加工を行ったが、図５のフ
ローチャートに示すように、加工ヘッド１を指令ギャッ
プ位置に位置決めした後は、ステップＳ６においてこの
位置（Ｘ軸、Ｙ軸及びＸ軸の座標値）を記憶しておき、
ステップＳ７に進んで、このステップＳ７においてワー
ク３にレーザー加工を行う。

【００２８】そして、次のアプローチでは、加工ヘッド
１が最初の加工開始点位置にあるか否かを判定し、ＮＯ
であればステップＳ９に進み、ＹＥＳであれば前述した
図２に示すフローを繰り返す。ステップＳ９では、前加
工位置における加工ヘッド１のＸ軸及びＹ軸の座標値
が、次に加工する位置のＸ軸及びＹ軸の座標値に対して
一定量以上離れているか否かを判定し、ＮＯの場合はス
テップＳ１０に進み、ＹＥＳの場合は図２に示すフロー
を繰り返す。

【００２９】ステップＳ１０では、前加工位置での加工
ヘッド１の位置が記憶されているため、Ｚ軸サーボモー
タ１３を駆動させて、例えば図３中点線で示す位置にあ
る加工ヘッド１を、指令ギャップ到達位置まで早送り位
置決めにて下降させる。

【００３０】このようにすれば、次にレーザー加工すべ
き部分でのアプローチをより速くすることができる。従
って、加工ヘッド１のワーク３に対するアプローチを高
速且つ安定して行うことができ、加工時間の大幅な短縮
を図ることができる。

【００３１】また、上述の実施形態では、加工ヘッド１
をワーク３に対して垂直に下降させるようにしたが、例
えば垂直に位置決めしたワーク３に対して、ロボット等
により加工ヘッド１を水平に接近させる装置構成の場合
においても、本発明を適用することで同様の効果が得ら
れる。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３３】本発明によれば、加工ヘッドに設けたギャ
ップセンサーにより該加工ヘッド先端とワーク間の静電
容量を検出し、その検出された静電容量が予め決められ
た静電容量基準値に達するまでは、該加工ヘッドを高速
で該ワークへと接近させ、該検出された静電容量が該静
電容量基準値を越えたところからは、該加工ヘッドを低
速で該ワークへと接近させているので、該加工ヘッドの
ワークへのアプローチが高速且つ安定し、トータル加工
時間を大幅に短縮することができ、生産性を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のレーザー加工装置を示すブロック
図である。

【図２】本実施形態のレーザー加工装置における加工ヘ
ッドを駆動制御するためのフローチャートである。

【図３】本実施形態のレーザー加工装置における加工ヘ
ッドのワークに対する位置関係を示す模式図である。

【図４】静電容量に対する加工ヘッド先端とワーク間の
垂直距離を表す特性図である。

【図５】本実施形態のレーザー加工装置における加工ヘ
ッドを駆動制御する他の例を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１加工ヘッド３ワーク５ギャップセンサー７コントローラ９演算部１１制御部１３Ｚ軸サーボモータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工ヘッドにギャップセンサーを設け、
該ギャップセンサーにより該加工ヘッド先端とワーク間
の静電容量を検出し、その検出された静電容量が予め決
められた静電容量基準値に達するまでは、該加工ヘッド
を高速で該ワークへと接近させ、該検出された静電容量
が該静電容量基準値を越えたところからは、該加工ヘッ
ドを低速で該ワークへと接近させるように制御するため
の制御部を備えていることを特徴とするレーザー加工装
置。
【請求項２】加工ヘッド先端とワーク間の静電容量を
検出する、加工ヘッドに設けられたギャップセンサー
と、上記ギャップセンサーにより検出された静電容量が予め
決められた静電容量基準値に達するまでは、上記加工ヘ
ッドを高速で上記ワークへと接近させ、該検出された静
電容量が該静電容量基準値を越えたところからは、該加
工ヘッドを低速で該ワークへと接近させるように制御す
るための制御部とを備えており、上記制御部には、上記ギャップセンサーにより検出され
た静電容量から上記加工ヘッド先端と上記ワーク間の距
離を求めるコントローラと、このコントローラにより求
められた上記距離と、該加工ヘッドによって該ワークに
レーザー加工を行う加工位置における予め決められた距
離との差を演算する演算部とが設けられており、その演
算結果に基づいて上記加工ヘッドを上記ワークに対して
接近駆動してなることを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項３】上記静電容量基準値は、予め求めておい
た上記加工ヘッドの各位置における上記ギャップセンサ
ーより検出された静電容量に対する上記加工ヘッド先端
と上記ワーク間の距離を表す特性図から求められる、該
距離と静電容量値とが比例関係を示す範囲の最大値付近
の領域であることを特徴とする請求項１又は２記載のレ
ーザー加工装置。
【請求項４】加工ヘッドに設けられたギャップセンサ
ーにより該加工ヘッド先端とワーク間の静電容量を検出
し、その検出された静電容量が予め決められた静電容量
基準値に達するまでは、該加工ヘッドを高速で該ワーク
へと接近させ、該検出された静電容量が該静電容量基準
値を越えたところからは、該加工ヘッドを低速で該ワー
クへと接近するように制御することを特徴とするレーザ
ー加工装置における加工ヘッド駆動方法。