JPH1029083A - Nozzle height sensor for laser beam machine - Google Patents
Nozzle height sensor for laser beam machineInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置に
おいて、レーザ光を出射するノズルを被加工物に対して
所定の距離に保つための位置検出器として用いるハイト
センサの改良に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a height sensor used as a position detector for keeping a nozzle for emitting laser light at a predetermined distance from a workpiece in a laser processing apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザ加工装置は、レーザ共振器から出
力されたレーザ光を集光レンズを通してトーチに導き、
トーチ先端に取付けたノズル部から被加工物に出射して
加工するものであるが、このとき、レーザ光の集束位置
を被加工物の表面に対して所定の位置に保つ必要があ
る。このためにノズル先端と被加工物との間隔を常に所
定の距離に保つようにトーチの位置を制御する工夫がな
されており、このためにはノズルと被加工物表面との間
隔を検出することが必要となる。通常、この間隔検出の
ための機構をハイトセンサと呼び、ノズル先端と被加工
物表面との距離とこれら両者間の静電容量とが反比例す
ることを利用して検出している。2. Description of the Related Art A laser processing apparatus guides a laser beam output from a laser resonator to a torch through a condenser lens.
The laser beam is emitted from the nozzle attached to the tip of the torch to the workpiece, and the workpiece is processed. At this time, it is necessary to keep the focusing position of the laser beam at a predetermined position with respect to the surface of the workpiece. For this reason, a device has been devised to control the position of the torch so that the distance between the nozzle tip and the workpiece is always kept at a predetermined distance. For this purpose, it is necessary to detect the distance between the nozzle and the surface of the workpiece. Is required. Usually, a mechanism for detecting the distance is called a height sensor, and the distance is detected by utilizing the fact that the distance between the tip of the nozzle and the surface of the workpiece and the capacitance therebetween are inversely proportional.
【０００３】図３に従来のハイトセンサの例を示す。同
図において、１１はレーザ加工用トーチであり、図示を
省略したレーザ共振器からのレーザ光を集光レンズ１３
にて集束し、先端のノズル１２から被加工物１に向かっ
て出射する。またトーチ１１は図示しない駆動手段によ
って加工線に沿って移動されるとともに被加工物１に対
して垂直方向に位置制御される。２はトーチ先端のノズ
ル１２の近傍に設けられたセンサ電極であり、被加工物
１との間に両者間の距離ｄによって定まる静電容量Ｃｘ
を形成する。７は演算回路部であり、定周波数の正弦波
交流電圧Ｖｓを発生する発振回路７２と、前記距離ｄに
相当する出力電圧Ｖｏを演算する演算回路７１と、発振
回路７２の出力電流を電圧信号に変換する変換回路６と
から構成されている。変換回路６は、抵抗器６２と前記
抵抗器６２の両端の電位差を検出する電圧検出回路６１
とから構成されている。また、図中Ｃｆは演算回路部７
とセンサ電極２との間を接続するケ−ブル３と、被加工
物１または大地との間に形成される浮遊容量を示す。FIG. 3 shows an example of a conventional height sensor. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a laser processing torch, which collects laser light from a laser resonator (not shown) into a condenser lens 13.
And exits from the nozzle 12 at the tip toward the workpiece 1. The torch 11 is moved along a processing line by a driving unit (not shown), and the position of the torch 11 is vertically controlled with respect to the workpiece 1. Reference numeral 2 denotes a sensor electrode provided near the nozzle 12 at the tip of the torch, and a capacitance Cx between the sensor electrode and the workpiece 1 determined by a distance d between the two.
To form Reference numeral 7 denotes an arithmetic circuit unit, which includes an oscillation circuit 72 that generates a constant frequency sine wave AC voltage Vs, an arithmetic circuit 71 that calculates an output voltage Vo corresponding to the distance d, and a voltage signal that outputs an output current of the oscillation circuit 72. And a conversion circuit 6 for converting the data into The conversion circuit 6 includes a resistor 62 and a voltage detection circuit 61 for detecting a potential difference between both ends of the resistor 62.
It is composed of In the figure, Cf is the arithmetic circuit unit 7
FIG. 3 shows a stray capacitance formed between a cable 3 connecting between the sensor electrode 2 and a workpiece 1 or the ground.
【０００４】図３の装置において、演算回路部７の発振
回路７２からの出力電流Ｉは、抵抗器６２、ケーブル
３、浮遊容量Ｃｆを通り大地へ流れるルートと、抵抗器
６２、ケーブル３、センサ電極２、静電容量Ｃｘ、被加
工物１を通り大地へ流れるルートとがある。この結果、
センサ電極２と被加工物１との間の電圧、即ち静電容量
Ｃｘの端子電圧Ｖｘは発振回路７２の出力電圧をＶｓ、
抵抗器６２の端子電圧をＶｒとすると、 Ｖｘ＝Ｖｓ−Ｖｒ （１） である。また、抵抗器６２の抵抗値をＲとするとこの抵
抗器６２を流れる電流Ｉは、 Ｉ＝Ｖｒ／Ｒ （２） である。ここで、静電容量Ｃｘの端子電圧Ｖｘは、この
電流Ｉによって静電容量Ｃｘと浮遊容量Ｃｆとの並列回
路に発生する電圧に等しいから Ｖｘ＝（１／（ｊω（Ｃｘ＋Ｃｆ）））・Ｉ （３） また、式（２）および式（３）より Ｖｘ＝（１／（ｊω（Ｃｘ＋Ｃｆ）））・（Ｖｒ／Ｒ） （４） となる。（但し、ｊは虚数単位、ωは角周波数）式
（１）および式（４）より ｊω（Ｃｘ＋Ｃｆ）＝Ｖｒ／（Ｒ（Ｖｓ−Ｖｒ）） （５） となる。ここで演算回路７１は、発振回路７２の出力電
圧Ｖｓと抵抗器６２の端子電圧Ｖｒとを入力とし、出力
電圧Ｖｏを Ｖｏ＝Ｖｒ／（Ｖｓ−Ｖｒ） （６） として求める演算回路である。したがって、式（５）お
よび式（６）より Ｖｏ＝ｊωＲ（Ｃｘ＋Ｃｆ） ＝Ａ（Ｃｘ＋Ｃｆ） （但し、Ａ＝ｊωＲ） （７） となる。式（７）において、発振回路７２の出力電圧Ｖ
ｓの角周波数ωおよび抵抗値Ｒは夫々定数であるため、
演算回路７１の出力電圧Ｖｏは静電容量Ｃｘと浮遊容量
Ｃｆとの和に比例した値となる。ここで、ケーブル３の
長さや引回し状態が変化しないと仮定すると浮遊容量Ｃ
ｆは一定である。したがって既知の距離ｄ1 ，ｄ2 に対
する演算回路７１の出力電圧Ｖｏ1 ，Ｖｏ2 を測定する
ことによって浮遊容量Ｃｆを知ることができる。このよ
うにして求めた浮遊容量Ｃｆを用いて未知の距離ｄに対
する静電容量Ｃｘを知ることができる。In the apparatus shown in FIG. 3, the output current I from the oscillation circuit 72 of the arithmetic circuit section 7 passes through the resistor 62, the cable 3, the stray capacitance Cf to the ground, the resistor 62, the cable 3, and the sensor. There is a route that flows to the ground through the electrode 2, the capacitance Cx, and the workpiece 1. As a result,
The voltage between the sensor electrode 2 and the workpiece 1, that is, the terminal voltage Vx of the capacitance Cx is obtained by setting the output voltage of the oscillation circuit 72 to Vs.
Assuming that the terminal voltage of the resistor 62 is Vr, Vx = Vs-Vr (1) When the resistance value of the resistor 62 is R, the current I flowing through the resistor 62 is I = Vr / R (2) Here, since the terminal voltage Vx of the capacitance Cx is equal to the voltage generated in the parallel circuit of the capacitance Cx and the stray capacitance Cf by the current I, Vx = (1 / (jω (Cx + Cf))) · I (3) From the equations (2) and (3), Vx = (1 / (jω (Cx + Cf))) · (Vr / R) (4) (Where j is an imaginary unit and ω is an angular frequency) From Expressions (1) and (4), jω (Cx + Cf) = Vr / (R (Vs−Vr)) (5) Here, the arithmetic circuit 71 is an arithmetic circuit that receives the output voltage Vs of the oscillation circuit 72 and the terminal voltage Vr of the resistor 62 as inputs, and obtains the output voltage Vo as Vo = Vr / (Vs−Vr) (6). Therefore, from the equations (5) and (6), Vo = jωR (Cx + Cf) = A (Cx + Cf) (where A = jωR) (7) In the equation (7), the output voltage V
Since the angular frequency ω and the resistance value R of s are constants,
The output voltage Vo of the arithmetic circuit 71 has a value proportional to the sum of the capacitance Cx and the stray capacitance Cf. Here, assuming that the length and the routing state of the cable 3 do not change, the stray capacitance C
f is constant. Therefore, the stray capacitance Cf can be known by measuring the output voltages Vo 1 and Vo 2 of the arithmetic circuit 71 for the known distances d 1 and d 2 . Using the stray capacitance Cf thus obtained, the capacitance Cx for an unknown distance d can be known.
【０００５】また、センサ電極２と被加工物１の表面と
の間の距離ｄの変化量Δｄと、静電容量Ｃｘの変化量Δ
Ｃｘとは反比例の関係がある。それ故、演算回路７１の
出力電圧Ｖｏの変化量ΔＶｏとΔＣｘとの間には、浮遊
容量Ｃｆが一定であると仮定するなら、式（７）より ΔＶｏ＝ＡΔＣｘ （８） が成立する。したがって、浮遊容量Ｃｆが一定であると
仮定するなら、出力電圧Ｖｏおよびその変化量ΔＶｏか
ら静電容量Ｃｘおよびその変化量ΔＣｘを知ることがで
きる。したがって、出力電圧Ｖｏとその変化量ΔＶｏを
求めることによって、式（７）および式（８）からセン
サ電極２と被加工物１の表面との間の距離ｄとその変化
量Δｄを１／Ｃｘおよび１／ΔＣｘの関数として求める
ことができる。Further, a change amount Δd of the distance d between the sensor electrode 2 and the surface of the workpiece 1 and a change amount Δ
There is an inverse relationship with Cx. Therefore, if it is assumed that the stray capacitance Cf is constant between the change amount ΔVo of the output voltage Vo of the arithmetic circuit 71 and ΔCx, ΔVo = AΔCx (8) is established from Expression (7). Therefore, assuming that the stray capacitance Cf is constant, the capacitance Cx and the change ΔCx can be known from the output voltage Vo and the change ΔVo. Therefore, the distance d between the sensor electrode 2 and the surface of the workpiece 1 and the change amount Δd are calculated as 1 / Cx by calculating the output voltage Vo and the change amount ΔVo from Expressions (7) and (8). And 1 / ΔCx.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記従来装置において
は、距離ｄおよびその変化量Δｄは浮遊容量Ｃｆが一定
であるという条件が成立する限りにおいては式（７）お
よび式（８）から静電容量Ｃｘおよびその変化量ΔＣｘ
の関数となり、演算回路７１の出力電圧Ｖｏとその変化
量ΔＶｏによって直接的に求めることができる。しかる
に、センサ電極２と被加工物１との間の静電容量Ｃｘは
数ピコファラッド［ＰＦ］程度の値であるのに対して、
ケーブル３と被加工物１または大地との間の浮遊容量Ｃ
ｆは数ピコファラッド［ＰＦ］ないし数１０ピコファラ
ッド［ＰＦ］の値となり、式（７）に占める割合が極め
て大きい。さらにこの浮遊容量Ｃｆはケーブル３の引回
し方や取付け等によって異なり、特にトーチ１１をロボ
ットに取付けて加工線に沿って移動させるときは、ケー
ブル３と大地との位置関係が刻々と変化するために浮遊
容量Ｃｆもこれに伴って大きく変化する。浮遊容量Ｃｆ
が変化すると式（７）によって静電容量Ｃｘが求められ
なくなり、また式（８）が成立しなくなるので静電容量
Ｃｘおよびその変化量ΔＣｘを知ることができず、セン
サ電極２と被加工物１の表面との間の距離ｄおよびその
変化量Δｄを正確に求めることができない。またトーチ
１１を固定とし、被加工物１をＸＹテーブル等に乗せて
移動させるものにおいても保守・点検等においてケーブ
ル３を取り替えたときにはやはり浮遊容量Ｃｆが変化
し、正確な距離を検出するためにはその都度調整をやり
直すことが必要となる。In the above-mentioned conventional device, the distance d and the variation Δd are determined by the equations (7) and (8) as long as the condition that the stray capacitance Cf is constant is satisfied. Capacitance Cx and its variation ΔCx
And can be directly obtained from the output voltage Vo of the arithmetic circuit 71 and the variation ΔVo. However, while the capacitance Cx between the sensor electrode 2 and the workpiece 1 is about several picofarads [PF],
Stray capacitance C between cable 3 and workpiece 1 or ground
f is a value of several picofarads [PF] to several tens picofarads [PF], and the ratio of f in Expression (7) is extremely large. Further, the stray capacitance Cf varies depending on the manner of routing and attachment of the cable 3, particularly when the torch 11 is attached to the robot and moved along the processing line, since the positional relationship between the cable 3 and the ground changes every moment. In addition, the stray capacitance Cf also changes greatly with this. Stray capacitance Cf
Is changed, the capacitance Cx is no longer calculated by the equation (7), and the equation (8) is not satisfied. Therefore, the capacitance Cx and the change ΔCx thereof cannot be known, and the sensor electrode 2 and the workpiece The distance d from the first surface and the change amount Δd cannot be accurately obtained. Also, in the case where the torch 11 is fixed and the workpiece 1 is moved on an XY table or the like, the stray capacitance Cf changes when the cable 3 is replaced for maintenance / inspection or the like. Needs to be re-adjusted each time.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は上記従来装置の
問題点を解決して、センサ電極と被加工物との間の静電
容量を正確に検出するために、以下の構成からなるレー
ザ加工装置用ノズルハイトセンサを提案するものであ
る。すなわち、センサ電極と被加工物との間に定周波数
の正弦波交流電圧を供給する発振回路と、センサ電極に
近接して取付けた前記センサ電極と前記被加工物との間
の静電容量に流れる電流を電圧信号に変換する変換回路
と、前記発振回路の出力電圧および前記変換回路の出力
電圧を入力として前記センサ電極と前記被加工物との間
の静電容量を演算する演算回路とを備えたものである。
さらにこの演算回路としては、前記発振回路の出力信号
Ｖｓと前記変換回路の出力信号Ｖｒとを入力として、出
力信号Ｖｏが次式 Ｖｏ＝Ｖｒ／（Ｖｓ−Ｖｒ）＝ＡＣｘ （但し、Ａ
は定数） となる回路であり、この出力信号Ｖｏから前記静電容量
Ｃｘを得ることができる。また前記変換回路は、前記静
電容量Ｃｘを流れる電流を検出する電流検出素子と、こ
の電流検出素子の両端の電位差を検出する電圧検出回路
とから構成される。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems of the conventional apparatus, and in order to accurately detect the capacitance between a sensor electrode and a workpiece, a laser having the following structure is provided. A nozzle height sensor for a processing apparatus is proposed. That is, an oscillation circuit for supplying a constant frequency sine wave AC voltage between the sensor electrode and the workpiece, and a capacitance between the sensor electrode and the workpiece mounted close to the sensor electrode. A conversion circuit that converts a flowing current into a voltage signal, and a calculation circuit that calculates an electrostatic capacitance between the sensor electrode and the workpiece by using an output voltage of the oscillation circuit and an output voltage of the conversion circuit as inputs. It is provided.
Further, in this arithmetic circuit, the output signal Vs of the oscillation circuit and the output signal Vr of the conversion circuit are input, and the output signal Vo is expressed by the following equation: Vo = Vr / (Vs-Vr) = ACx (where A
Is a constant), and the capacitance Cx can be obtained from the output signal Vo. The conversion circuit includes a current detection element that detects a current flowing through the capacitance Cx, and a voltage detection circuit that detects a potential difference between both ends of the current detection element.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態を示す
図である。同図において４はセンサ電極２に近接して取
付けた変換回路であり、センサ電極２と被加工物１との
間の静電容量Ｃｘを流れる電流を電圧信号に変換する回
路である。また、５は定周波数の正弦波交流電圧Ｖｓを
供給する発振回路５２と、前記センサ電極２と被加工物
１との両者間の距離ｄに相当する出力電圧Ｖｏを演算す
る演算回路５１とから構成される演算回路部である。同
図においてその他は図３に示した従来装置と同機能のも
のに同符号を付して詳細な説明は省略する。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 4 denotes a conversion circuit which is mounted close to the sensor electrode 2, and converts a current flowing through the capacitance Cx between the sensor electrode 2 and the workpiece 1 into a voltage signal. Reference numeral 5 denotes an oscillation circuit 52 for supplying a sine wave AC voltage Vs having a constant frequency, and an arithmetic circuit 51 for calculating an output voltage Vo corresponding to a distance d between the sensor electrode 2 and the workpiece 1. This is an arithmetic circuit unit configured. In the figure, those having the same functions as those of the conventional apparatus shown in FIG.
【０００９】同図の装置においては、ケ−ブル３と大地
との間の浮遊容量Ｃｆに発振回路５２からの出力電流が
分流しても変換回路４には静電容量Ｃｘを流れる電流に
相当する電圧のみが検出されるので、ケーブル３と大地
との間の浮遊容量Ｃｆに影響されることなくセンサ電極
２と被加工物１との間の正確な静電容量Ｃｘの検出が可
能となる。In the device shown in FIG. 1, even when the output current from the oscillation circuit 52 is shunted to the stray capacitance Cf between the cable 3 and the ground, the conversion circuit 4 corresponds to the current flowing through the capacitance Cx. Is detected, accurate detection of the capacitance Cx between the sensor electrode 2 and the workpiece 1 is possible without being affected by the stray capacitance Cf between the cable 3 and the ground. .
【００１０】図２は図１において、変換回路４と演算回
路部５との動作を説明するためにノズル等の変換回路４
および演算回路部５に直接関係しない部分の図示を省略
した図である。同図において、変換回路４は発振回路５
２からの出力電流Ｉを検出する発振回路５２とセンサ電
極２との間に接続された電流検出素子、例えば抵抗器４
２と、この抵抗器４２の両端の電位差を検出する電圧検
出回路４１とから構成されている。電圧検出回路４１
は、抵抗器Ｒ１ないしＲ４とオペアンプＯＰ１ないしＯ
Ｐ３とから構成された差動増幅回路である。一般的に、
この差動増幅回路の抵抗器Ｒ１ないしＲ４の抵抗値は同
じ値である。また、オペアンプＯＰ１ないしＯＰ３のマ
イナス側の入力端子とプラス側の入力端子の電位はほぼ
同電位であり、この２端子間のインピーダンス、すなわ
ち入力インピーダンスは非常に大きい（理想オペアンプ
では無限大）。したがって、電圧検出回路４１では、抵
抗器４２の両端の電位差を検出してこの電位差に等しい
電圧信号をケ−ブル３１を経由し、演算回路５１に出力
する。すなわち、変換回路４は、静電容量Ｃｘを流れる
電流に相当する電圧を出力する。FIG. 2 is a circuit diagram showing the operation of the conversion circuit 4 and the operation circuit section 5 in FIG.
FIG. 3 is a diagram in which parts not directly related to the arithmetic circuit unit 5 are omitted. In the figure, a conversion circuit 4 includes an oscillation circuit 5
Current detecting element, for example, a resistor 4 connected between an oscillation circuit 52 for detecting an output current I from
2 and a voltage detection circuit 41 for detecting a potential difference between both ends of the resistor 42. Voltage detection circuit 41
Are resistors R1 to R4 and operational amplifiers OP1 to O
P3. Typically,
The resistance values of the resistors R1 to R4 of this differential amplifier circuit are the same. Further, the potentials of the negative input terminal and the positive input terminal of the operational amplifiers OP1 to OP3 are substantially the same, and the impedance between these two terminals, that is, the input impedance is very large (infinite in an ideal operational amplifier). Therefore, the voltage detection circuit 41 detects the potential difference between both ends of the resistor 42 and outputs a voltage signal equal to this potential difference to the arithmetic circuit 51 via the cable 31. That is, the conversion circuit 4 outputs a voltage corresponding to the current flowing through the capacitance Cx.
【００１１】図２の装置において、発振回路５２からの
出力電流Ｉは、ケーブル３、浮遊容量Ｃｆを通り大地へ
流れるルートと、ケーブル３、抵抗器４２、センサ電極
２、静電容量Ｃｘ、被加工物１を通り大地へ流れるルー
トとがある。すなわち、静電容量Ｃｘを流れる電流のみ
が抵抗器４２へ流れる。したがって、抵抗器４２を流れ
る電流Ｉは抵抗器４２の抵抗値をＲ、抵抗器の端子電圧
をＶｒとすれば、 Ｉ＝Ｖｒ／Ｒ （９） となる。また、センサ電極２と被加工物１との間の電圧
Ｖｘは、 Ｖｘ＝Ｖｓ−Ｖｒ （１０） である。この電圧Ｖｘは抵抗器４２に流れる電流Ｉによ
って静電容量Ｃｘに発生する電圧に等しいから Ｖｘ＝（１／（ｊω・Ｃｘ））・Ｉ （但しｊは虚数単
位、ωは角周波数） となり、式（９）を代入すると、 Ｖｘ＝（１／（ｊω・Ｃｘ））・（Ｖｒ／Ｒ） （１１） となる。式（１０）および式（１１）から ｊω・Ｃｘ＝Ｖｒ／（Ｒ（Ｖｓ−Ｖｒ）） （１２） となる。したがって演算回路部５の演算回路５１は、前
述した電圧検出回路４１からの出力電圧Ｖｒと発振回路
５２の出力電圧Ｖｓとを入力として、Ｖｒ／（Ｖｓ−Ｖ
ｒ）を演算し出力する演算回路とすれば、その出力電圧
をＶｏとすると式（１２）より、 Ｖｏ＝Ｖｒ／（Ｖｓ−Ｖｒ） ＝ｊω・Ｒ・Ｃｘ ＝ＡＣｘ （但し、Ａ＝ｊω・Ｒ） （１３） となる。ここで、式（１３）において、角周波数ωおよ
び抵抗値Ｒは夫々定数であるため、演算回路５１の出力
電圧Ｖｏは静電容量Ｃｘの値に比例する。またこの静電
容量Ｃｘは、センサ電極２と被加工物１との間の距離ｄ
に反比例するから、演算回路５１によって距離ｄの値を
ケーブル３と被加工物１または大地との間の浮遊容量Ｃ
ｆに関係なく検出することができる。In the apparatus shown in FIG. 2, the output current I from the oscillation circuit 52 passes through the cable 3, the stray capacitance Cf, the route flowing to the ground, the cable 3, the resistor 42, the sensor electrode 2, the capacitance Cx, and the output current. There is a route that flows through the workpiece 1 to the ground. That is, only the current flowing through the capacitance Cx flows to the resistor 42. Therefore, assuming that the resistance value of the resistor 42 is R and the terminal voltage of the resistor is Vr, the current I flowing through the resistor 42 is I = Vr / R (9). The voltage Vx between the sensor electrode 2 and the workpiece 1 is as follows: Vx = Vs−Vr (10) Since this voltage Vx is equal to the voltage generated in the capacitance Cx by the current I flowing through the resistor 42, Vx = (1 / (jω · Cx)) · I (where j is an imaginary unit and ω is an angular frequency). By substituting equation (9), Vx = (1 / (jω · Cx)) · (Vr / R) (11) From Expressions (10) and (11), jω · Cx = Vr / (R (Vs−Vr)) (12) Therefore, the arithmetic circuit 51 of the arithmetic circuit section 5 receives the output voltage Vr from the voltage detection circuit 41 and the output voltage Vs of the oscillation circuit 52 as inputs and obtains Vr / (Vs−V
Assuming that the arithmetic circuit calculates and outputs r), the output voltage is Vo, and from equation (12), Vo = Vr / (Vs−Vr) = jω · R · Cx = ACx (where A = jω · R) (13) Here, in equation (13), since the angular frequency ω and the resistance value R are constants, the output voltage Vo of the arithmetic circuit 51 is proportional to the value of the capacitance Cx. The capacitance Cx is the distance d between the sensor electrode 2 and the workpiece 1.
Is inversely proportional to the stray capacitance C between the cable 3 and the workpiece 1 or the ground by the arithmetic circuit 51.
It can be detected regardless of f.
【００１２】なお、発振回路５２からの出力電流Ｉを検
出する電流検出素子の一例として抵抗器４２を使用した
が、前記抵抗器４２を他の電流検出素子の例えばコンデ
ンサに置き換えても、コンデンサと抵抗器との組合わせ
等に置き換えても、演算回路５１の出力電圧Ｖｏは静電
容量Ｃｘに比例した出力となり、静電容量Ｃｘおよびそ
の変化量ΔＣｘに反比例する距離ｄおよびその変化量Δ
ｄを直接的に検出することができるのは勿論である。Although the resistor 42 is used as an example of a current detecting element for detecting the output current I from the oscillation circuit 52, even if the resistor 42 is replaced with another current detecting element, for example, a capacitor, Even if it is replaced with a combination with a resistor or the like, the output voltage Vo of the arithmetic circuit 51 becomes an output proportional to the capacitance Cx, and the distance d and the change Δ are inversely proportional to the capacitance Cx and the change ΔCx.
Needless to say, d can be directly detected.
【００１３】また、上記においては変換回路４のみをセ
ンサ電極２に近接して設けたが、演算回路部５もセンサ
電極２に近接して設けるようにすればケーブル３から混
入するノイズをなくすことができる。Further, in the above description, only the conversion circuit 4 is provided close to the sensor electrode 2, but if the arithmetic circuit section 5 is also provided close to the sensor electrode 2, noise entering from the cable 3 can be eliminated. Can be.
【００１４】[0014]
【発明の効果】本発明のハイトセンサは上記の通りであ
るので、ケーブルの浮遊容量の影響を全く受けず正確な
検出が可能である。それ故、レーザトーチをロボットに
取付けて２次元や３次元の加工線に沿って移動させると
きにも全く誤差を生じることがない。また、保守・点検
等において、ケーブルを取り替えた場合においても何ら
調整し直す必要がなく常に安定した検出精度が確保でき
るものである。Since the height sensor of the present invention is as described above, accurate detection is possible without any influence of the stray capacitance of the cable. Therefore, no error occurs when the laser torch is attached to the robot and moved along a two-dimensional or three-dimensional processing line. In addition, even when the cable is replaced in maintenance and inspection, there is no need to make any adjustments, and stable detection accuracy can always be ensured.
【図１】本発明のハイトセンサの実施の形態を示す図で
ある。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a height sensor of the present invention.
【図２】本発明のハイトセンサに用いる変換回路と演算
回路部との例を他の部分を一部省略して示した図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing an example of a conversion circuit and an arithmetic circuit unit used in the height sensor of the present invention, with other parts being partially omitted.
【図３】従来のハイトセンサの例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a conventional height sensor.
１ 被加工物 ２ センサ電極 ３，３１ ケーブル ４，６ 変換回路 ５，７ 演算回路部 １１ トーチ １２ ノズル １３ 集光レンズ ４１，６１ 電圧検出回路 ４２，６２ 抵抗器 ５１，７１ 演算回路 ５２，７２ 発振回路 Ｃｘ センサ電極と被加工物との間の静電容量 Ｃｆ ケーブルと大地（被加工物）との間の浮遊容量 Ｖｏ 演算回路の出力電圧 Ｖｓ 発振回路の出力電圧 ｄ センサ電極と被加工物との間の距離 Ｒ１ないしＲ４ 抵抗器 ＯＰ１ないしＯＰ３ オペアンプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Workpiece 2 Sensor electrode 3, 31 Cable 4, 6 Conversion circuit 5, 7 Calculation circuit part 11 Torch 12 Nozzle 13 Condensing lens 41, 61 Voltage detection circuit 42, 62 Resistor 51, 71 Calculation circuit 52, 72 Oscillation Circuit Cx Capacitance between sensor electrode and workpiece Cf Stray capacitance between cable and ground (workpiece) Vo Output voltage of arithmetic circuit Vs Output voltage of oscillation circuit d Sensor electrode and workpiece Distance between R1 to R4 Resistor OP1 to OP3 Operational amplifier
Claims (3)
工物との間の距離を検出するためのレーザ加工装置用ノ
ズルハイトセンサにおいて、前記ノズル先端部近傍に取
りつけたセンサ電極と、前記センサ電極と被加工物との
間に定周波数の正弦波交流電圧を供給する発振回路と、
前記センサ電極に近接して取付けた前記センサ電極と前
記被加工物との間の静電容量に流れる電流を電圧信号に
変換するための変換回路と、前記発振回路の出力電圧と
前記変換回路の出力電圧とを入力として前記センサ電極
と前記被加工物との間の静電容量を演算する演算回路と
を具備したレーザ加工装置用ノズルハイトセンサ。1. A nozzle height sensor for a laser processing apparatus for detecting a distance between a nozzle tip emitting a laser beam and a workpiece, a sensor electrode mounted near the nozzle tip, and the sensor An oscillation circuit for supplying a constant frequency sine wave AC voltage between the electrode and the workpiece,
A conversion circuit for converting a current flowing through a capacitance between the sensor electrode attached to the sensor electrode and the workpiece into a voltage signal, and an output voltage of the oscillation circuit and a conversion circuit of the conversion circuit. A nozzle height sensor for a laser processing apparatus, comprising: an arithmetic circuit that calculates an electrostatic capacitance between the sensor electrode and the workpiece by using an output voltage as an input.
号Ｖｓと前記変換回路の出力信号Ｖｒとを入力として出
力信号 Ｖｏ＝Ｖｒ／（Ｖｓ−Ｖｒ） を得る請求項１に記載のレーザ加工装置用ノズルハイト
センサ。2. The laser processing according to claim 1, wherein the arithmetic circuit receives an output signal Vs of the oscillation circuit and an output signal Vr of the conversion circuit as inputs and obtains an output signal Vo = Vr / (Vs−Vr). Nozzle height sensor for equipment.
ンサ電極との間に接続された電流検出素子と、前記電流
検出素子の両端の電位差を検出する電圧検出回路とから
なる請求項１に記載のレーザ加工装置用ノズルハイトセ
ンサ。3. The conversion circuit according to claim 1, wherein the conversion circuit includes a current detection element connected between the oscillation circuit and the sensor electrode, and a voltage detection circuit for detecting a potential difference between both ends of the current detection element. A nozzle height sensor for a laser processing apparatus according to the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8203004A JPH1029083A (en) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | Nozzle height sensor for laser beam machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8203004A JPH1029083A (en) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | Nozzle height sensor for laser beam machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1029083A true JPH1029083A (en) | 1998-02-03 |
Family
ID=16466745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8203004A Pending JPH1029083A (en) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | Nozzle height sensor for laser beam machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1029083A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007060008A1 (en) * | 2005-11-25 | 2007-05-31 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Laser machining nozzle |
| JP2011227094A (en) * | 2011-08-01 | 2011-11-10 | Mitsubishi Electric Corp | State detecting device and laser processing device |
-
1996
- 1996-07-12 JP JP8203004A patent/JPH1029083A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007060008A1 (en) * | 2005-11-25 | 2007-05-31 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Laser machining nozzle |
| JP2011227094A (en) * | 2011-08-01 | 2011-11-10 | Mitsubishi Electric Corp | State detecting device and laser processing device |
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