JPH03165989A - レーザ加工装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザ加工時、ノズル先端にてワークとの間
の静電容量を検出することによりノズル先端とワーク間
のギャップ量をコントロールするようにしたレーザ加工
装置に関する。

［発明の詳細な説明］ 従来、この種のレーザ加工装置は第６図で示すように、
レーザ発振器１から出力されたレーザ光１−はミラー２
によって加工ヘッド３内の集光レンズ４に導かれ、この
集光レンズ４によって集光されてワークＷ表面近傍に焦
点Ｐを結び、レーザ加工が行われる。ノズル５の先端部
にはノズル先端とワークＷとの間のギャップ量Ｇを静電
容量にて検出する電極６が設けられ、この電極６にて検
出された静電容量はギャップ量検出装置７へ送られ電気
信号に変換される。この電気信号はギャップ量設定装置
８へ送られ、ここで設定されたギャップ値に対応する基
準信号に基づいてギャップ量Ｇが適正となるようにノズ
ル高さ調整機構１９を駆動し、ギャップコントロールを
行っている。

レかレ、従来の構造では、溶接または切断等のレーザ加
工を行った場合に、ノズル５先端と焦点位置Ｐとの間に
発生するプラズマにより、電極６が検出する静電容量に
大きな影響を与える。つまり、プラズマが電極６に接近
したり接触したりするため、電Ｉ＃ｌ６は常に不安定な
プラズマの影響によりギャップ量に比例した静電容量を
検出するととができなかった。したがって、この検出値
がこのままギャップ量設定装置８に送られ、ノズル高さ
調整機構２１が駆動された際、ノズル５は上下に細かく
振動するハンチング現象を起こしてしまい、良好な加工
が期待できないという問題点があった。

このような問題点を解決するために、例えば特開昭６４
−２２４９０号公報（第７図に示す）において、ノズル
５先端に設けたリング状の電極６にノズル下方にて光軸
側に集中するプラズマを避けるごとく下方に開口した凹
部６ａを形或してプラズマとの接触を防止することによ
り、プラズマが発生してもギャップ量を一定に制御でき
るようにしたレーザ加工装置が提案されている。

しかしながら、このような構造においても、例えばプラ
ズマの大きさによっては、仮りに電極６との接触は避け
れても、電極６がその内周面からプラズマの影響を受け
、検出値が変化する。したがって正確なギャップ量を検
出できなかった。プラズマによる検出値への影響は、こ
れにおいても完全には避け得ないものであった。

そこで、本発明は、ギャップ量検出用の第１電極の内側
に第２電Ｆｉ！を設けただけの簡単な構成で、ワークと
の間の静電容量の検出にプラズマが影響することなく、
常に正確なギャップコントロールが行えるレーザ加工装
置を提供することを目的とするものである。

［問題を解決するための手段］ 本発明は、ノズルに設けた環状のギャップ検出用の第１
電極の他に、この第１電極より内側において、絶縁部を
介して環状の第２電極を設け、この第２電極によって第
１電極をプラズマから電磁的に遮蔽することにより、プ
ラズマが発生してもプラズマの影響を受けることなく、
第１電極の電気力線を常にワークに向けて平行線で作用
させるようにし、よって正確なギャップ量が検出でき、
高精度なギャップコントロールを行えるようにしたもの
である。

［作用］ レーザ加工時、ノズル先端とワーク上の焦点位置との間
に発生するプラズマに対し、第２電極の電気力線がプラ
ズマを包囲するために、第１電極とはプラズマから完全
に電磁的に遮蔽され、第１電極の電気力線はワークに向
かって平行線となって作用する。したがって、第１電極
はプラズマに影響されることなく、常にワークとの間の
静電容量を正確に検出できるためギャップコントロール
が正確に行え、ギャップ量を常に適正に保持できる。

［実施例］ 以下に、本発明のレーザ加工装置について具体的実施例
を挙げて説明する。

第１図は、本発明装置に係わるノズル先端の構造を示す
拡大断面図、第２図はギャップコントロールの回路構或
を示すブロック図、第３図は高周波発振回路を示す回路
図、、第４図は各電極からの電気力線を示す説明図であ
る。

第１図で示すように、ノズル９にノズル先端とワークＷ
との間の静電容量を検出するための環状の第１電極Ａを
設け、この第１電極Ａの内周に絶縁部１０を設け、さら
にこの絶縁部１０の内周に上記第１電極Ａをレーザ加工
時に発生する高熱のプラズマから電磁的に遮蔽するため
の環状の第２電極Ｂを設けている。すなわち、このノズ
ル９は外周より第１電極Ａ、絶縁部１０、第２電極Ｂの
３層構造となっている。

そして、この第１電極Ａおよび第２電極Ｂは例えば同軸
ケーブルの第１電線１２および第２電線１３を介して高
周波発振回路１１に接続する。

この高周波発振回路１１は、第３図で示すように、発振
器２０、高人力インビーダンスパツファ一２１、２２お
よび高安定抵抗２３等よりなり、上記第２電極Ｂに対し
第１電源Ａと同位相でほぼ同電位の電圧を印加している
。

すなわち、発振器２０で発振した高周波信号は高安定抵
抗２３と上記第１電極Ａによる静電容量ｃＬに加えられ
る。この静電容量ｃＬのインピーダンスはノズル９とワ
ークＷとの間のギャップ量により変化するため、Ｊ点の
電圧が変化する。Ｊ点の電圧は高入力インビーダンスパ
ツファ−２２によりＫ点に同位相で同電位の信号として
伝わる。

また、この高入力インビーダンスパッファ−２２により
上記第２電極Ｂによる静電容量ｃｙのインピーダンスが
変化してもＫ点の電圧変化はない。

第２図で示すように、この高周波発振回路１１はギャッ
プ量検出回路１４に接続され、このギャップ量検出回路
１４は上記高周波発振回路１１からの静電容量変化に基
づく交流信号を整流し、ギャップ量をアナログ電圧とし
て取り出し、ギャップ量設定回路１５へ検出信号を送る
。

そして、ギャップ量設定回路１５は上記検出信号とここ
で設定された設定信号とに基づいてギャップ量のコント
ロール信号をサーボアンプ１６へ送り、ノズル高さ調整
用のサーポモータ１７が駆動されることにより、ノズル
９先端とワークＷとの間のギャップ量を常に適正に保持
するようにノズル９を光軸方向に移動調整するようにな
っている。

このように、第１電極Ａと第２電極Ｂの電位を同一もし
くは略等しくしたため、各電極Ａ，Ｂからの対ワークＷ
間との電気力線の分布は電気力線７ 同志が互いに反発し合うことにより、第１電極Ａからの
電気力線を第４図に示すように光軸に平行な向きに集中
させることができる。つまり、第２電極Ｂは第１電極Ａ
に対し中心部で発生するプラズマの電磁的ゆらぎから守
るいわゆるガードリングとしての働きをなす。

また、レーザ加工時、ワークＷ上方でかつノズル下方の
中央付近のプラズマにより、第２電極Ｂとプラズマ間で
静電容量ＣＹが変化するが、上述のようにギャップ量検
出回路１４の出力値には何ら影響を与えるものではない
。また、第１電極Ａと第２電極Ｂ間の静電容量ＣＡも発
生するが、Ｃ６はごく僅かでありかつ一定の値であるた
め、ギャップ量検出のための静電容量検出には支障がな
い。

したがって、ギャップ量検出回路１４の出力値は、第１
電極Ａと、この第１電極Ａがらの上記平行に作用する電
気力鯨に垂直なワークＷ面との間で検出される静電容量
ＣＬの変化量によってのみ決まる。

８ このように、第２１ｉ＠ｉＢより外周に位置する第１電
極Ａの電気力線は、プラズマに対しては何ら影響を受け
ず、第２電極Ｂによる電磁的ガードにより、その電気力
線は常に平行線に保たれ、静電容量ＣＬのみがこの第１
電極Ａにて検出される。

したがって、プラズマの発生に関係なく、第１電極Ａは
ノズル９先端とワークＷ間の静電容量変化を正確に検出
でき、常に適正なノズル９とワークＷ間のギャップ量検
出を行うことができる。

さらに、第５図で示すように、第１図のノズル９の第１
電極Ａに対しさらにその外周側面を覆うように、絶縁部
１８を介して環状の電極Ｄを設け、この電極Ｄをノズル
９゜内側に設けた上記第２電極Ｂと電気的に導通させ第
２電極Ｂと同様にいわゆるガードリンクの働きをさせる
ようにしたノズル９“を用いることにより、一層正確な
ギャップコントロールを可能とする。

すなわち、レーザ加工時ノズル９゜がワークなどの突出
部Ｗａに接近した場合、第１電極Ａの外周側面は電極Ｄ
で覆われているために、この電極９ Ｄのガードリングの働きによって第１電極Ａの電気力線
の外側部分に対しても全て光軸に平行な向きに集中させ
ることができ、第１電極八の側面より突出部Ｗａ’・ど
の間の静電容量を拾うことがない。

このとき、電極Ｄと突出部Ｗａとの間に静電容量ＣＺが
発生するが、この静電容量ＣＺは前記ＣＹと同様に、ギ
ャップ量検出回路１４の出力値には何ら影響を与えるも
のではない。

これにより、凹凸のある複雑な立体形状のワークＷに対
してもノズル９゛側面からの静電容量を拾うことなく、
かつ内側の第２電極Ｂのガードリングの作用でプラズマ
との間の静電容量を拾うことなく、より一層正確かつ安
定したギャップ量検出が行え、よって高精度なギャップ
コントロールを行える。

なお、第１図または第５図において、第１電極Ａ、第２
電極Ｂおよび電極Ｄはそれぞれ金属材料にて形或するが
、絶縁部１０、１８についてはセラミックス等絶縁材料
にて形成することができる他、より絶縁性を高めるため
各電極Ａ％Ｂ，Ｄと１　０ 対向する面にそれぞれ絶縁被膜を形威し、さらには絶縁
空間を形成してスパッタ等による金属ブリッジの付着を
防止するような構造にすることもできる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、ノズルに設けた環状の
ギャップ検出用の第１電極の他に、この第１電極より内
側において、絶縁部を介してｆｌｌ状の第２電極を設け
、この第２電極によって第１電極をプラズマから電磁的
に遮蔽するようにしたので、レーザ加工時、ノズル先端
とワーク上の焦点位置との間でプラズマが発生しても、
第２電極の電気力線がプラズマを包囲するために、第１
電極はプラズマから完全に電磁的に遮蔽され、第１電極
の電気力線はワークに向かって常に平行線となって作用
し、したがって、第１電極はプラズマに影響されること
なく、常にワークとの間の静電容量を正確に検出でき、
よってギャップコントロールが正確に行え、ギャップ量
を常に適正に保持できる。

１１

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ加工装置に係わるノズル先端の
構造を示す拡大断面図、第２図はギャップコントロール
の回路構或を示すブロック図、第３図は高周波発振回路
を示す回路図、第４図はギャップ量検出時の各電極から
の電気力線を示す説明図、第５図は他の実施例としての
ノズル先端の構造を示す拡大断面図、第６図は従来のレ
ーザ加工装置を示す図、第７図は従来の改良型ノズル先
端の構造を示す拡大断面図である。 ９・・・ノズル、１０・・・絶縁部、１１・・・高周波
発振回路、Ａ・・・第１電極、Ｂ・・・第２電極、Ｗ・
・・ワーク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ノズル先端とワークとの間の静電容量を検出する
   ことによりノズル先端とワーク間のギャップ量をコント
   ロールするようにしたレーザ加工装置において、ノズル
   に上記静電容量を検出するための環状の第１電極を設け
   、この第１電極の内周に絶縁部を設け、さらにこの絶縁
   部の内周に上記第１電極を加工時に発生するプラズマか
   ら電磁的に遮蔽するための環状の第２電極を設けたこと
   を特徴とするレーザ加工装置。