JPH1029083A - レーザ加工装置用ノズルハイトセンサ - Google Patents
レーザ加工装置用ノズルハイトセンサInfo
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- JPH1029083A JPH1029083A JP8203004A JP20300496A JPH1029083A JP H1029083 A JPH1029083 A JP H1029083A JP 8203004 A JP8203004 A JP 8203004A JP 20300496 A JP20300496 A JP 20300496A JP H1029083 A JPH1029083 A JP H1029083A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ加工装置用ノズルハイトセンサにお
いて、センサ電極と被加工物との間の静電容量を正確に
検出すること。 【解決手段】 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
間の静電容量を流れる電流を電圧信号に変換するための
変換回路と、前記発振回路と前記変換回路との出力とか
らセンサ電極と被加工物との間の静電容量を演算する演
算回路とを備えたレーザ加工装置用ノズルハイトセン
サ。
いて、センサ電極と被加工物との間の静電容量を正確に
検出すること。 【解決手段】 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
間の静電容量を流れる電流を電圧信号に変換するための
変換回路と、前記発振回路と前記変換回路との出力とか
らセンサ電極と被加工物との間の静電容量を演算する演
算回路とを備えたレーザ加工装置用ノズルハイトセン
サ。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ある。
【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。
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。
【図３】従来のハイトセンサの例を示す図である。
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
Claims (3)
- 【請求項１】 レーザ光を出射するノズル先端部と被加
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。 - 【請求項２】 前記演算回路は、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＝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。 - 【請求項３】 前記変換回路は、前記発振回路と前記セ
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8203004A JPH1029083A (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | レーザ加工装置用ノズルハイトセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8203004A JPH1029083A (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | レーザ加工装置用ノズルハイトセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1029083A true JPH1029083A (ja) | 1998-02-03 |
Family
ID=16466745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8203004A Pending JPH1029083A (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | レーザ加工装置用ノズルハイトセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1029083A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007060008A1 (de) * | 2005-11-25 | 2007-05-31 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Laserbearbeitungsdüse |
| JP2011227094A (ja) * | 2011-08-01 | 2011-11-10 | Mitsubishi Electric Corp | 状態検出装置およびレーザ加工装置 |
-
1996
- 1996-07-12 JP JP8203004A patent/JPH1029083A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007060008A1 (de) * | 2005-11-25 | 2007-05-31 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Laserbearbeitungsdüse |
| JP2011227094A (ja) * | 2011-08-01 | 2011-11-10 | Mitsubishi Electric Corp | 状態検出装置およびレーザ加工装置 |
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