JPH0321828Y2 - - Google Patents
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- JPH0321828Y2 JPH0321828Y2 JP1985204593U JP20459385U JPH0321828Y2 JP H0321828 Y2 JPH0321828 Y2 JP H0321828Y2 JP 1985204593 U JP1985204593 U JP 1985204593U JP 20459385 U JP20459385 U JP 20459385U JP H0321828 Y2 JPH0321828 Y2 JP H0321828Y2
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 6
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
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- 230000001846 repelling effect Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
産業上の利用分野
本考案は、レーザ光を集光レンズで集光し、ノ
ズル先端から照射してワークを加工するレーザ加
工機において、ノズル先端とワーク間の距離を静
電容量によつて検出するための電極を備えたノズ
ル装置に関するものである。
ズル先端から照射してワークを加工するレーザ加
工機において、ノズル先端とワーク間の距離を静
電容量によつて検出するための電極を備えたノズ
ル装置に関するものである。
従来の技術
一般に、この種レーザ加工機においては、加工
精度を維持するために、ワークとレーザ光の焦点
位置を一定に保つことが必要とされている。
精度を維持するために、ワークとレーザ光の焦点
位置を一定に保つことが必要とされている。
このため、従来からノズルとワーク間の距離
（ギヤツプ量）を維持する手段として、ノズル先
端の電極により、上記ギヤツプ量を静電容量とし
て検出し、その検出量に応じてノズルを上下に駆
動する方法があつた。この方法は、ワークに対し
そのギヤツプ量を非接触で検出できるため二次元
平面の加工には極めて有効な手段であつた。
（ギヤツプ量）を維持する手段として、ノズル先
端の電極により、上記ギヤツプ量を静電容量とし
て検出し、その検出量に応じてノズルを上下に駆
動する方法があつた。この方法は、ワークに対し
そのギヤツプ量を非接触で検出できるため二次元
平面の加工には極めて有効な手段であつた。
しかしながら、第６図で示すような立体的なワ
ークＷを例えばＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順に切断加工す
る場合、Ａ点では第７図ａで示すようにノズルＮ
と光軸に対し垂直なワーク面W1との間の静電容
量CLが検出できるのに対し、ワークＷの折曲げ
部近傍のＢ点およびＣ点では第７図ｂで示すよう
にノズルＮと光軸に対し垂直なワーク面W1との
間の静電容量CLに加え、ノズルＮ側面からワー
ク立体面W2に対する静電容量CXも同時に検出さ
れるため静電容量が増加し、第８図で示すように
Ａ点やＤ点における本来のギヤツプ量ＧよりもＢ
点とＣ点でのギヤツプ量が広がる方向に制御され
てしまう欠点があつた。しかも、ノズルＮ側面と
ワークＷ間の静電容量CXはワークＷの形状によ
り一定しないため、ノズル高さを一定に保持する
ことが困難であつた。
ークＷを例えばＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順に切断加工す
る場合、Ａ点では第７図ａで示すようにノズルＮ
と光軸に対し垂直なワーク面W1との間の静電容
量CLが検出できるのに対し、ワークＷの折曲げ
部近傍のＢ点およびＣ点では第７図ｂで示すよう
にノズルＮと光軸に対し垂直なワーク面W1との
間の静電容量CLに加え、ノズルＮ側面からワー
ク立体面W2に対する静電容量CXも同時に検出さ
れるため静電容量が増加し、第８図で示すように
Ａ点やＤ点における本来のギヤツプ量ＧよりもＢ
点とＣ点でのギヤツプ量が広がる方向に制御され
てしまう欠点があつた。しかも、ノズルＮ側面と
ワークＷ間の静電容量CXはワークＷの形状によ
り一定しないため、ノズル高さを一定に保持する
ことが困難であつた。
考案の目的およびその解決手段
ここに、本考案の目的はノズル先端とワーク間
の静電容量の検出にノズル側面からの影響を受け
ることなく、立体的なワークに対しても常に正確
なギヤツプ量検出ができ、したがつてノズルとワ
ーク間の正確なギヤツプコントロールにより良好
な加工が行えることにある。
の静電容量の検出にノズル側面からの影響を受け
ることなく、立体的なワークに対しても常に正確
なギヤツプ量検出ができ、したがつてノズルとワ
ーク間の正確なギヤツプコントロールにより良好
な加工が行えることにある。
そこで、本考案はノズル先端に設けた静電容量
検出用の第１電極の周側面を第１電極と同電位の
第２電極で取り囲むことにより、第１電極からの
電気力線を全て光軸と平行に向けるようにしたも
のである。
検出用の第１電極の周側面を第１電極と同電位の
第２電極で取り囲むことにより、第１電極からの
電気力線を全て光軸と平行に向けるようにしたも
のである。
考案の構成
以下、本考案の構成を第１図および第２図によ
り具体的に説明する。
り具体的に説明する。
１はレーザ加工機のレーザ光軸方向に駆動され
るノズルで、このノズル１は内部に集光レンズ
（図示せず）を一体に保持し、先端部にはそれぞ
れワークＷと対向する面を有する第１電極２およ
びこの第１電極２の周側面を取り囲むようにリン
グ状の第２電極３が絶縁部材４を介してたがいに
電気的にに絶縁されて取り付けられている。
るノズルで、このノズル１は内部に集光レンズ
（図示せず）を一体に保持し、先端部にはそれぞ
れワークＷと対向する面を有する第１電極２およ
びこの第１電極２の周側面を取り囲むようにリン
グ状の第２電極３が絶縁部材４を介してたがいに
電気的にに絶縁されて取り付けられている。
上記第１電極２は中央にレーザビームおよびア
シストガスを噴射する噴射孔５を有し、かつ第２
図で示すような静電容量検出用のブリツジ回路６
に接続され、ワークＷとの間の静電容量Ｃを検出
するようになつている。
シストガスを噴射する噴射孔５を有し、かつ第２
図で示すような静電容量検出用のブリツジ回路６
に接続され、ワークＷとの間の静電容量Ｃを検出
するようになつている。
また、上記第２電極３は上記ブリツジ回路６の
電源側すなわち高周波発振回路７に接続されてい
る。
電源側すなわち高周波発振回路７に接続されてい
る。
この高周波発振回路７は、上記ブリツジ回路６
への電源および同期整流回路８の同期電源を供給
するとともに、上記第２電極３に対し第１電極２
と同位相でほぼ同電位の電圧を印加している。
への電源および同期整流回路８の同期電源を供給
するとともに、上記第２電極３に対し第１電極２
と同位相でほぼ同電位の電圧を印加している。
また、上記同期整流回路８はブリツジ回路６か
らの不平衡出力を直流に変換して制御回路９へ送
り、この制御回路９にてノズル駆動機構１０を制
御しノズル１先端とワークＷとのギヤツプ量を一
定に保持するようにノズルを上下駆動させるよう
になつている。
らの不平衡出力を直流に変換して制御回路９へ送
り、この制御回路９にてノズル駆動機構１０を制
御しノズル１先端とワークＷとのギヤツプ量を一
定に保持するようにノズルを上下駆動させるよう
になつている。
考案の作用
次に、本装置の動作を説明する。
第２図に示すように、ブリツジ回路６はC1＋
△Ｃ、C2、C3、C4の複数のコンデンサにより構
成されている。C3、C4は固定コンデンサ、C2は
ブリツジのバランス用の可変コンデンサ、C1＋
△Ｃは第１電極２とワークＷ間で検出される静電
容量Ｃである。C1は第１電極２とワークＷ間の
距離をＤ、ワークＷ間の距離をＤ、ワークＷと対
向する第１電極２の底面積をＳ、誘電率をεとす
ると、 C1＝εS／Ｄ で表される。また、△Ｃは第１電極２とワークＷ
間の距離が△Ｄだけ変化したときの静電容量の変
化分で、 △Ｃ＝εS／Ｄ＋△Ｄ−εS／Ｄ＝−εS／Ｄ・△Ｄ／Ｄ
＋△Ｄ…(1) で表される。
△Ｃ、C2、C3、C4の複数のコンデンサにより構
成されている。C3、C4は固定コンデンサ、C2は
ブリツジのバランス用の可変コンデンサ、C1＋
△Ｃは第１電極２とワークＷ間で検出される静電
容量Ｃである。C1は第１電極２とワークＷ間の
距離をＤ、ワークＷ間の距離をＤ、ワークＷと対
向する第１電極２の底面積をＳ、誘電率をεとす
ると、 C1＝εS／Ｄ で表される。また、△Ｃは第１電極２とワークＷ
間の距離が△Ｄだけ変化したときの静電容量の変
化分で、 △Ｃ＝εS／Ｄ＋△Ｄ−εS／Ｄ＝−εS／Ｄ・△Ｄ／Ｄ
＋△Ｄ…(1) で表される。
今、第１電極２とワークＷ間の加工に適した所
定距離がＤであるとき、C3＝C4、C1＝C2となる
ようにC2を調整するとブリツジ回路６からの出
力e0は0Vとなり、このときの制御回路９の出力
も０となり、ノズル１は静止している。
定距離がＤであるとき、C3＝C4、C1＝C2となる
ようにC2を調整するとブリツジ回路６からの出
力e0は0Vとなり、このときの制御回路９の出力
も０となり、ノズル１は静止している。
次に、第１電極２とワークＷ間の距離が△Ｄだ
け変化すると、e0の値は、 e0＝（C2／C2＋C4−C1＋△Ｃ／（C1＋△Ｃ）＋C3）・Ei
sinωt となり、C3＝C4、C1＝C2であるから、 e0＝（C1／C1＋C3−C1＋△Ｃ／（C1＋△Ｃ）＋C3）・Ei
sinωt となる。但し、Eisinωtはブリツジ回路６の電源
電圧である。
け変化すると、e0の値は、 e0＝（C2／C2＋C4−C1＋△Ｃ／（C1＋△Ｃ）＋C3）・Ei
sinωt となり、C3＝C4、C1＝C2であるから、 e0＝（C1／C1＋C3−C1＋△Ｃ／（C1＋△Ｃ）＋C3）・Ei
sinωt となる。但し、Eisinωtはブリツジ回路６の電源
電圧である。
ここで、C1＜＜C3、△Ｃ＜＜C1の条件内であ
れば、 e0＝−△Ｃ／C3・Eisinωt …(2) となり、(2)式に(1)式を代入すると、 e0＝εS／Ｄ・△Ｄ／Ｄ＋△Ｄ・１／C3・Eisinωt となり、ブリツジ回路６の出力電圧e0は変位△Ｄ
に応じて電圧が変化し△Ｄの符合がそれぞれ正、
負の値となることにより、位相が同相または180
度異なつた高周波電圧として得られる。
れば、 e0＝−△Ｃ／C3・Eisinωt …(2) となり、(2)式に(1)式を代入すると、 e0＝εS／Ｄ・△Ｄ／Ｄ＋△Ｄ・１／C3・Eisinωt となり、ブリツジ回路６の出力電圧e0は変位△Ｄ
に応じて電圧が変化し△Ｄの符合がそれぞれ正、
負の値となることにより、位相が同相または180
度異なつた高周波電圧として得られる。
この電圧を同期整流することにより、変位△Ｄ
に応じた直流電圧が得られ、たとえばノズル１先
端とワークＷ間の距離Ｄが広がる方向すなわち△
Ｄが正のとき出力電圧が正、またＤが縮む方向す
なわち△Ｄが負のとき出力電圧も負となる同期整
流回路８を構成し、制御回路９および駆動機構１
０により、同期整流回路８の出力が正のときはノ
ズル１を下降させ、また同期整流回路８の出力が
負のときはノズル１を上昇させるようにフイード
バツクループが構成されている。
に応じた直流電圧が得られ、たとえばノズル１先
端とワークＷ間の距離Ｄが広がる方向すなわち△
Ｄが正のとき出力電圧が正、またＤが縮む方向す
なわち△Ｄが負のとき出力電圧も負となる同期整
流回路８を構成し、制御回路９および駆動機構１
０により、同期整流回路８の出力が正のときはノ
ズル１を下降させ、また同期整流回路８の出力が
負のときはノズル１を上昇させるようにフイード
バツクループが構成されている。
一方、第２電極３にはブリツジ回路６の電源電
圧が印加されており、その電圧をEisinωtとする
と第１電極２に加えられている電圧すなわちＱ点
での電圧eqは、 eq＝C3／C3＋（C1＋△Ｃ）・Eisinωt で表され、C1＜＜C3、△Ｃ＜＜C1の条件下では、 eq＝Eisinωt となり、第１電極２と第２電極３の電位は等しい
といえる。
圧が印加されており、その電圧をEisinωtとする
と第１電極２に加えられている電圧すなわちＱ点
での電圧eqは、 eq＝C3／C3＋（C1＋△Ｃ）・Eisinωt で表され、C1＜＜C3、△Ｃ＜＜C1の条件下では、 eq＝Eisinωt となり、第１電極２と第２電極３の電位は等しい
といえる。
この状態での対ワークＷ間との電気力線の分布
は電気力線同志が互いに反発し合うことにより第
４図のようになり、第３図のような第２電極３の
ない場合のときに比べ、第１電極２からの電気力
線は光軸に平行な向きに集中させることができ
る。
は電気力線同志が互いに反発し合うことにより第
４図のようになり、第３図のような第２電極３の
ない場合のときに比べ、第１電極２からの電気力
線は光軸に平行な向きに集中させることができ
る。
したがつて、静電容量Ｃは第１電極２と第１電
極２から電気力線に垂直なワーク面W1との間で
検出され、その値はC1＋△Ｃであり、また第２
電極３とワークＷ間の静電容量CYおよび第１電
極２と第２電極３の静電容量CAも発生するが、
第５図の等価回路で明らかなようにCYはこのブ
リツジ回路６の電源部に加えられたものに過ぎず
e0の値には何等影響を与えるものではなく、また
CAは固定の値であるうえCA＜＜C3であるので、
C1＋△Ｃの検出にほとんど無関係である。
極２から電気力線に垂直なワーク面W1との間で
検出され、その値はC1＋△Ｃであり、また第２
電極３とワークＷ間の静電容量CYおよび第１電
極２と第２電極３の静電容量CAも発生するが、
第５図の等価回路で明らかなようにCYはこのブ
リツジ回路６の電源部に加えられたものに過ぎず
e0の値には何等影響を与えるものではなく、また
CAは固定の値であるうえCA＜＜C3であるので、
C1＋△Ｃの検出にほとんど無関係である。
考案の効果
以上説明したように、ノズル先端に第１電極お
よびこの第１電極の周側面を取り囲むように第２
電極をそれぞれ電気的に絶縁させて設け、第１電
極を静電容量検出用のブリツジ回路に接続すると
ともに第２電極を上記ブリツジ回路の電源に接続
して第１電極２と同電位としたので、第２電極か
らワークに向けて発生する電気力線が、第１電極
からワーク面に向けて放射状に発生する電気力線
に対して外周側から作用し、ノズル先端面での第
１電極からの電気力線を常に光軸方向と平行にな
るように集中させることができる。よつて、たと
えノズルがワークの突出部に近づいたとしても、
光軸に対し垂直下に位置するワーク面に対しノズ
ル先端から第１電極の電気力線がワークの一定面
積内に集中して静電容量の検出が行われる。した
がつて、立体的で複雑なワークであつてもノズル
側面の状態に影響されることなく、ノズルとワー
ク間の正確なギヤツプ量が測定できるため、常に
適正なギヤツプ量で良好なレーザ加工を行うこと
ができる。
よびこの第１電極の周側面を取り囲むように第２
電極をそれぞれ電気的に絶縁させて設け、第１電
極を静電容量検出用のブリツジ回路に接続すると
ともに第２電極を上記ブリツジ回路の電源に接続
して第１電極２と同電位としたので、第２電極か
らワークに向けて発生する電気力線が、第１電極
からワーク面に向けて放射状に発生する電気力線
に対して外周側から作用し、ノズル先端面での第
１電極からの電気力線を常に光軸方向と平行にな
るように集中させることができる。よつて、たと
えノズルがワークの突出部に近づいたとしても、
光軸に対し垂直下に位置するワーク面に対しノズ
ル先端から第１電極の電気力線がワークの一定面
積内に集中して静電容量の検出が行われる。した
がつて、立体的で複雑なワークであつてもノズル
側面の状態に影響されることなく、ノズルとワー
ク間の正確なギヤツプ量が測定できるため、常に
適正なギヤツプ量で良好なレーザ加工を行うこと
ができる。
第１図は本考案のノズル装置を示す断面図、第
２図はブリツジ回路を示す電気回路図、第３図は
従来の電極からの電気力線を示す図、第４図は本
装置による電気力線を示す図、第５図は等価回路
の回路図、第６図乃至第８図は従来の欠点を説明
するための図で、第６図はワーク加工例を示す斜
視図、第７図ａは第６図中Ａ、Ｄ点加工時におけ
る正面図、第７図ｂは第６図中Ｂ、Ｃ点加工時に
おける正面図、第８図は第６図各点位置に対しギ
ヤツプ量の変化を示すグラフである。 １……ノズル、２……第１電極、……第２電
極、６……ブリツジ回路。
２図はブリツジ回路を示す電気回路図、第３図は
従来の電極からの電気力線を示す図、第４図は本
装置による電気力線を示す図、第５図は等価回路
の回路図、第６図乃至第８図は従来の欠点を説明
するための図で、第６図はワーク加工例を示す斜
視図、第７図ａは第６図中Ａ、Ｄ点加工時におけ
る正面図、第７図ｂは第６図中Ｂ、Ｃ点加工時に
おける正面図、第８図は第６図各点位置に対しギ
ヤツプ量の変化を示すグラフである。 １……ノズル、２……第１電極、……第２電
極、６……ブリツジ回路。
Claims (1)
- 少なくともノズル先端にそれぞれワークと対向
する面を有する第１電極およびこの第１電極の周
側面を取り囲むように第２電極をたがいに電気的
に絶縁させて設け、上記第１電極をノズル先端と
ワーク間の距離を静電容量として検出するブリツ
ジ回路に接続し、上記第２電極を上記ブリツジ回
路の電源に接続して上記第１電極と同電位にし、
第１電極とワーク間の電気力線を光軸と平行な向
きに集中させるようにしたことを特徴とするレー
ザ加工機のノズル装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985204593U JPH0321828Y2 (ja) | 1985-12-28 | 1985-12-28 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985204593U JPH0321828Y2 (ja) | 1985-12-28 | 1985-12-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62113882U JPS62113882U (ja) | 1987-07-20 |
| JPH0321828Y2 true JPH0321828Y2 (ja) | 1991-05-13 |
Family
ID=31170593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1985204593U Expired JPH0321828Y2 (ja) | 1985-12-28 | 1985-12-28 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0321828Y2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4918376A (en) * | 1989-03-07 | 1990-04-17 | Ade Corporation | A.C. capacitive gauging system |
| DE4205759C2 (de) * | 1992-02-25 | 1993-12-02 | Weidmueller Interface | Düse zur Bearbeitung von Nichtmetallen |
| JP2551547B2 (ja) * | 1992-03-27 | 1996-11-06 | 澁谷工業株式会社 | レーザ加工機のフォーカスヘッド |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5514195A (en) * | 1978-07-07 | 1980-01-31 | Precitec Gmbh | Device for measuring distance between workpiece metal and tool |
| JPS5744487A (en) * | 1980-09-01 | 1982-03-12 | Amada Eng & Service | Working head device for laser working device |
-
1985
- 1985-12-28 JP JP1985204593U patent/JPH0321828Y2/ja not_active Expired
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5514195A (en) * | 1978-07-07 | 1980-01-31 | Precitec Gmbh | Device for measuring distance between workpiece metal and tool |
| JPS5744487A (en) * | 1980-09-01 | 1982-03-12 | Amada Eng & Service | Working head device for laser working device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62113882U (ja) | 1987-07-20 |
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