(57)【要約】【課題】キャリブレーションプレートにノズルの先端が接触する際の衝撃を吸収することで、ノズル等の損傷の防止を図ると共にキャリブレーションに要する時間の短縮を図るレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法を提供する。【解決手段】上下変位自在に設けたキャリブレーションプレートＷＡの下側に導電材料製の圧縮コイルバネ４０を配置し、バネ４０の付勢力によりキャリブレーションプレートＷＡをストッパ３５に押し当て、キャリブレーションプレートＷＡの上面をＺ軸方向の定位置に保持する。この状態で早送りでノズル２０を下降させてノズル２０の先端をキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触させる。以降は、ノズル２０の下降を停止させた上で所定量だけ上昇させ、その後、速度を落として下降させて、ノズル２０の先端をキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触させ、その位置をＺ軸方向のノズル２０のゼロ点と設定する。【選択図】図２
2015104736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向をＺ軸方向とするとき、ワークに対して上方からレーザビームを照射するノズルをＺ軸方向に昇降自在に備えると共に、前記ノズルの先端とその下方に位置するワークとの間のギャップを検出するセンサを備えたレーザ加工ヘッドと、
上面がＺ軸方向の定位置に位置するように保持され、前記センサのキャリブレーション時に、前記ノズルを下降させてノズルの先端を前記上面に接触させることで、接触した位置をＺ軸方向の基準点として設定するためのキャリブレーション用の基準部材と、
を備えたレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法であって、
前記キャリブレーション用の基準部材を上下変位自在に設けると共に、前記キャリブレーション用の基準部材を該基準部材とは別に設けられた弾性部材により上方に向けて付勢し、この付勢力により前記キャリブレーション用の基準部材をストッパに押し当てることによって、前記キャリブレーション用の基準部材の上面をＺ軸方向の前記定位置に保持し、
キャリブレーション時に、
（１）前記ノズルを第１の下降速度で下降させ、前記ノズルの先端を前記キャリブレーション用の基準部材の上面に接触させる工程と、
（２）前記ノズルの先端が前記キャリブレーション用の基準部材の上面に接触したことを検出する接触検出信号が出力された段階で、前記ノズルの下降を停止させる工程と、
（３）前記ノズルの下降を停止させた後、前記接触検出信号が解除されるまで前記ノズルを上昇させる工程と、
（４）前記接触検出信号が解除された段階で、前記第１の下降速度よりも小さな第２の下降速度で前記ノズルを下降させ、前記ノズルの先端が前記キャリブレーション用の基準部材の上面に再接触したことを検出する接触検出信号が出力されたとき、前記ノズルの下降を停止させ、この停止位置をＺ軸方向の基準点として設定する工程と、
（５）前記基準点の設定後、前記ノズルを上昇させ、前記基準点を基準にして複数のＺ軸方向における前記ノズルの位置と前記センサの出力との相関関係を設定する工程と、
を順に行うことを特徴とするレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法であって、
前記第１の下降速度を、少なくとも２段階に調整し、
前記ノズルの先端が、前記キャリブレーション用の基準部材の上面に対し所定距離だけ近接した位置に到達するまでの第１区間は下降速度を大とし、
前記ノズルの先端が、前記所定距離だけ近接した位置から前記キャリブレーション用の基準部材の上面に接触するまでの第２区間は前記第１区間よりも下降速度を小とすることを特徴とするレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法であって、
前記（２）のノズルの先端が前記キャリブレーション用の基準部材の上面に接触したことを検出する接触検出信号が出力された段階で、前記ノズルの下降を停止させる工程においては、前記弾性部材を撓ませることにより、前記キャリブレーション用の基準部材を所定量だけ押し下げたところで、前記ノズルの下降を停止させることを特徴とするレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法であって、
前記（２）のノズルの先端が前記キャリブレーション用の基準部材の上面に接触したことを検出する接触検出信号が出力された段階で、前記ノズルの下降を停止させる工程においては、前記接触検出信号が出力された時点で前記ノズルの下降を停止させることを特徴とするレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法であって、
前記（４）の前記第２の下降速度にて前記ノズルを下降させ、前記キャリブレーション用の基準部材の上面に前記ノズルの先端を再接触させるときの前記ノズルの下降は、予め設定された微小変位量刻みで行うことを特徴とするレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法であって、
前記弾性部材が、導電性材料で作成された圧縮コイルバネよりなり、前記キャリブレーション用の基準部材の下側に、該基準部材と導通した状態で配置されていることを特徴とするレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法。
【請求項７】
鉛直方向をＺ軸方向とするとき、ワークに対して上方からレーザビームを照射するノズルをＺ軸方向に昇降自在に備えると共に、前記ノズルの先端とその下方に位置するワークとの間のギャップを検出するセンサを備えたレーザ加工ヘッドと、
上面がＺ軸方向の定位置に位置するように保持され、前記センサのキャリブレーション時に、前記ノズルを下降させてノズルの先端を前記上面に接触させることで、接触した位置をＺ軸方向の基準点として設定するためのキャリブレーション用の基準部材と、
を備えたレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション装置であって、
前記キャリブレーション用の基準部材を上下変位自在に設けると共に、前記キャリブレーション用の基準部材を該基準部材とは別に設けられた弾性部材により上方に向けて付勢し、この付勢力により前記キャリブレーション用の基準部材をストッパに押し当てることによって、前記キャリブレーション用の基準部材の上面をＺ軸方向の前記定位置に保持することを特徴とするレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション装置。
【請求項８】
鉛直方向をＺ軸方向とするとき、ワークに対して上方からレーザビームを照射するノズルをＺ軸方向に昇降自在に備えると共に、前記ノズルの先端とその下方に位置するワークとの間のギャップを検出するセンサを備えたレーザ加工ヘッドと、
上面がＺ軸方向の定位置に位置するように保持され、前記センサのキャリブレーション時に、前記ノズルを下降させてノズルの先端を前記上面に接触させることで、接触した位置をＺ軸方向の基準点として設定するためのキャリブレーション用の基準部材と、
を備えたレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション装置であって、
前記キャリブレーション用の基準部材を上下変位自在に設けると共に、前記キャリブレーション用の基準部材を該基準部材とは別に設けられた弾性部材により上方に向けて付勢し、この付勢力により前記キャリブレーション用の基準部材をストッパに押し当てることによって、前記キャリブレーション用の基準部材の上面をＺ軸方向の前記定位置に保持し、
かつ、キャリブレーション時に、
（１）前記ノズルを第１の下降速度で下降させ、前記ノズルの先端を前記キャリブレーション用の基準部材の上面に接触させる工程と、
（２）前記ノズルの先端が前記キャリブレーション用の基準部材の上面に接触したことを検出する接触検出信号が出力された段階で、前記ノズルの下降を停止させる工程と、
（３）前記ノズルの下降を停止させた後、前記接触検出信号が解除されるまで前記ノズルを上昇させる工程と、
（４）前記接触検出信号が解除された段階で、前記第１の下降速度よりも小さな第２の下降速度で前記ノズルを下降させ、前記ノズルの先端が前記キャリブレーション用の基準部材の上面に再接触したことを検出する接触検出信号が出力されたとき、前記ノズルの下降を停止させ、この停止位置をＺ軸方向の基準点として設定する工程と、
（５）前記基準点の設定後、前記ノズルを上昇させ、前記基準点を基準にして複数のＺ軸方向における前記ノズルの位置と前記センサの出力との相関関係を設定する工程と、
を順に行うキャリブレーション制御手段を備えることを特徴とするレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション装置であって、
前記弾性部材が、導電性材料で作成された圧縮コイルバネよりなり、前記キャリブレーション用の基準部材の下側に、該基準部材と導通した状態で配置されていることを特徴とするレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法及びレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工機は、レーザ加工ヘッドのノズルの先端からワークに向けてレーザビームを照射することにより、ワークを切断したり溶接したりする。このようなレーザ加工機では、ノズルの先端からワークの表面までの距離（以下「ギャップ」または「ノズルギャップ」という）が変動すると、加工面にムラが生じる等の問題が発生する。
【０００３】
そのため、ノズルの先端からワークの表面までのギャップを、レーザ加工ヘッドに装備したセンサで測定し、センサの検出距離が一定となるように、レーザ加工ヘッドを制御するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、この種のセンサによってノズルの先端からワークの表面までの距離を測定する場合、予め、実際のノズルギャップとセンサの出力の関係の整合をとるために、キャリブレーション（較正）を行っておく必要がある。
【０００５】
従来のキャリブレーション方法を以下に説明する。
【０００６】
まず、レーザ加工機には、レーザ加工ヘッドとキャリブレーション用の基準部材（以下「キャリブレーションプレート」という）とが備わっている。レーザ加工ヘッドは、鉛直方向をＺ軸方向とするとき、ワークに対して上方からレーザビームを照射するノズルをＺ軸方向に昇降自在に備える（一般には、レーザ加工ヘッドそのものがＺ軸方向に昇降自在に備わっていることで、ノズルが昇降自在になっている）と共に、ノズルの先端とその下方に位置するワークとの間のギャップを検出するセンサを備えている。
【０００７】
また、キャリブレーションプレートは、センサのキャリブレーション時に、ノズルを下降させてノズルの先端を上面に接触させることで、接触した位置をＺ軸方向の基準点（通常はゼロ点）として設定するためのものであり、上面がＺ軸方向の定位置に位置するように保持固定されている。
【０００８】
図９〜図１４は、従来のキャリブレーション動作の説明図である。
【０００９】
図９において、符号２０で示すものはレーザ加工ヘッドのノズルであり、このノズル２０はＺ軸方向に昇降自在とされている。レーザ加工ヘッドのノズル２０は、キャリブレーションプレートＷＡの上方に位置決めされており、キャリブレーションプレートＷＡは支持部材３０に固定されている。
【００１０】
キャリブレーションを行う場合は、図９に示すように、レーザ加工ヘッドのノズル２０を早送りで下降させ（矢印Ａの動作）、ノズル２０の先端とキャリブレーションプレートＷＡの上面との間のギャップＧが適当な大きさになったところ（ノズル２０の先端がキャリブレーションプレートＷＡの上面に近づいたところ）で、衝突回避のためノズル２０の下降を一旦停止させる。
【００１１】
次に、図１０に示すように、微小変位量ｈ１刻みでノズル２０を下降させ（矢印Ｂの動作）、ノズル２０の先端をキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触させる。
【００１２】
そして、図１１に示すように、ノズル２０の先端がキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触してタッチ信号（ノズル２０の先端がキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触したことを電気的に検出する接触検出信号）が出力されたところで、ノズル２０の下降を停止させる。
【００１３】
ノズル２０の先端をキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触させる下降動作に際しては、下降速度を大きくする（微小変位量ｈ１の刻みを大きくする）と、ノズル２０の先端をキャリブレーションプレートＷＡの上面に早く接触させることができるが、接触時の衝撃が大きくなる。一方、下降速度を小さくする（微小変位量ｈ１の刻みを小さくする）と、接触時の衝撃は小さくなるが、接触するまでの下降時間が多くかかる。
【００１４】
そこで、接触時の衝撃が過大にならないように、また、下降時間が過大にかからないように、ノズル２０の下降速度を調整している。
【００１５】
しかし、それでも、固定されているキャリブレーションプレートＷＡに対して、下降するノズル２０の先端を当てることになるので、接触した際に、衝撃が生じると共に、キャリブレーションプレートＷＡが固定された状態のまま少し下方へ撓む（図１１中の矢印で示す撓みの方向を示す）。
【００１６】
従って、この段階では、撓んでいない時のキャリブレーションプレートＷＡの上面のＺ軸方向の座標が正確には判らない。
【００１７】
そこで、図１２に示すように、キャリブレーションプレートＷＡの撓みを解消するために一旦ノズル２０を僅かな高さだけ上昇させ、その位置から今度は、先ほどの１回目の下降に際しての矢印Ｂで示した微小変位量ｈ１の刻みよりも更に小さい微小変位量ｈ２（ｈ２は、ｈ１の５分の１から１０分の１くらいの値）の刻みでノズル２０を下降させる（矢印Ｄで示す動作）。
【００１８】
そして、図１３に示すように、ノズル２０の先端がキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触してタッチ信号（ノズル２０の先端がキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触したことを電気的に検出する接触検出信号）が出力されたところで、ノズル２０の下降を停止させ、その時のノズル２０のＺ軸方向の座標を基準点（ゼロ点）として認識する。
【００１９】
その後は、図１４に示すように、ノズル２０を上昇させつつ、前記基準点を基準にして複数のＺ軸方向におけるノズルの位置（例えば、３段階＋最大遠点）とセンサの出力との相関関係を測定して、測定結果を図示しない制御装置に設定する（矢印Ｅで示す動作）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開平１１−１２３５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ところで、前述した従来のキャリブレーション方法では、図９に示すように、早送りでノズル２０を下降させた後に、ノズル２０がキャリブレーションプレートＷＡに近づいた位置で一旦ノズルの下降を停止させ、その位置から、図１０に示すように、接触時の衝撃が大きくならないように微速でノズル２０を下降させて、ノズル２０の先端をキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触させるようにしているので、キャリブレーション時間が長くかかってしまうという課題があった。また、１回目の下降で、ノズル２０の先端をキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触させた際に、衝撃によりノズル２０やキャリブレーションプレートＷＡを損傷するおそれがあった。
【００２２】
本発明は、上記事情を考慮し、キャリブレーション用の基準部材にノズルの先端が接触する際の衝撃を吸収することにより、ノズル等の損傷の防止を図ると共に、キャリブレーションに要する時間の短縮を図ることができるレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法及びレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、鉛直方向をＺ軸方向とするとき、ワークに対して上方からレーザビームを照射するノズルをＺ軸方向に昇降自在に備えると共に、前記ノズルの先端とその下方に位置するワークとの間のギャップを検出するセンサを備えたレーザ加工ヘッドと、上面がＺ軸方向の定位置に位置するように保持され、前記センサのキャリブレーション時に、前記ノズルを下降させてノズルの先端を前記上面に接触させることで、接触した位置をＺ軸方向の基準点として設定するためのキャリブレーション用の基準部材と、を備えたレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法であって、前記キャリブレーション用の基準部材を上下変位自在に設けると共に、前記キャリブレーション用の基準部材を該基準部材とは別に設けられた弾性部材により上方に向けて付勢し、この付勢力により前記キャリブレーション用の基準部材をストッパに押し当てることによって、前記キャリブレーション用の基準部材の上面をＺ軸方向の前記定位置に保持し、キャリブレーション時に、（１）前記ノズルを第１の下降速度で下降させ、前記ノズルの先端を前記キャリブレーション用の基準部材の上面に接触させる工程と、（２）前記ノズルの先端が前記キャリブレーション用の基準部材の上面に接触したことを検出する接触検出信号が出力された段階で、前記ノズルの下降を停止させる工程と、（３）前記ノズルの下降を停止させた後、前記接触検出信号が解除されるまで前記ノズルを上昇させる工程と、（４）前記接触検出信号が解除された段階で、前記第１の下降速度よりも小さな第２の下降速度で前記ノズルを下降させ、前記ノズルの先端が前記キャリブレーション用の基準部材の上面に再接触したことを検出する接触検出信号が出力されたとき、前記ノズルの下降を停止させ、この停止位置をＺ軸方向の基準点として設定する工程と、（５）前記基準点の設定後、前記ノズルを上昇させ、前記基準点を基準にして複数のＺ軸方向における前記ノズルの位置と前記センサの出力との相関関係を設定する工程と、を順に行うことを特徴とする。
【００２４】
請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法であって、前記第１の下降速度を、少なくとも２段階に調整し、前記ノズルの先端が、前記キャリブレーション用の基準部材の上面に対し所定距離だけ近接した位置に到達するまでの第１区間は下降速度を大とし、前記ノズルの先端が、前記所定距離だけ近接した位置から前記キャリブレーション用の基準部材の上面に接触するまでの第２区間は前記第１区間よりも下降速度を小とすることを特徴とする。
【００２５】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法であって、前記（２）のノズルの先端が前記キャリブレーション用の基準部材の上面に接触したことを検出する接触検出信号が出力された段階で、前記ノズルの下降を停止させる工程においては、前記弾性部材を撓ませることにより、前記キャリブレーション用の基準部材を所定量だけ押し下げたところで、前記ノズルの下降を停止させることを特徴とする。
【００２６】
請求項４の発明は、請求項１または２に記載のレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法であって、前記（２）のノズルの先端が前記キャリブレーション用の基準部材の上面に接触したことを検出する接触検出信号が出力された段階で、前記ノズルの下降を停止させる工程においては、前記接触検出信号が出力された時点で前記ノズルの下降を停止させることを特徴とする。
【００２７】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法であって、前記（４）の前記第２の下降速度にて前記ノズルを下降させ、前記キャリブレーション用の基準部材の上面に前記ノズルの先端を再接触させるときの前記ノズルの下降は、予め設定された微小変位量刻みで行うことを特徴とする。
【００２８】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション方法であって、前記弾性部材が、導電性材料で作成された圧縮コイルバネよりなり、前記キャリブレーション用の基準部材の下側に、該基準部材と導通した状態で配置されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項７の発明は、鉛直方向をＺ軸方向とするとき、ワークに対して上方からレーザビームを照射するノズルをＺ軸方向に昇降自在に備えると共に、前記ノズルの先端とその下方に位置するワークとの間のギャップを検出するセンサを備えたレーザ加工ヘッドと、上面がＺ軸方向の定位置に位置するように保持され、前記センサのキャリブレーション時に、前記ノズルを下降させてノズルの先端を前記上面に接触させることで、接触した位置をＺ軸方向の基準点として設定するためのキャリブレーション用の基準部材と、を備えたレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション装置であって、前記キャリブレーション用の基準部材を上下変位自在に設けると共に、前記キャリブレーション用の基準部材を該基準部材とは別に設けられた弾性部材により上方に向けて付勢し、この付勢力により前記キャリブレーション用の基準部材をストッパに押し当てることによって、前記キャリブレーション用の基準部材の上面をＺ軸方向の前記定位置に保持することを特徴とする。
【００３０】
請求項８の発明は、鉛直方向をＺ軸方向とするとき、ワークに対して上方からレーザビームを照射するノズルをＺ軸方向に昇降自在に備えると共に、前記ノズルの先端とその下方に位置するワークとの間のギャップを検出するセンサを備えたレーザ加工ヘッドと、上面がＺ軸方向の定位置に位置するように保持され、前記センサのキャリブレーション時に、前記ノズルを下降させてノズルの先端を前記上面に接触させることで、接触した位置をＺ軸方向の基準点として設定するためのキャリブレーション用の基準部材と、を備えたレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション装置であって、前記キャリブレーション用の基準部材を上下変位自在に設けると共に、前記キャリブレーション用の基準部材を該基準部材とは別に設けられた弾性部材により上方に向けて付勢し、この付勢力により前記キャリブレーション用の基準部材をストッパに押し当てることによって、前記キャリブレーション用の基準部材の上面をＺ軸方向の前記定位置に保持し、かつ、キャリブレーション時に、（１）前記ノズルを第１の下降速度で下降させ、前記ノズルの先端を前記キャリブレーション用の基準部材の上面に接触させる工程と、（２）前記ノズルの先端が前記キャリブレーション用の基準部材の上面に接触したことを検出する接触検出信号が出力された段階で、前記ノズルの下降を停止させる工程と、（３）前記ノズルの下降を停止させた後、前記接触検出信号が解除されるまで前記ノズルを上昇させる工程と、（４）前記接触検出信号が解除された段階で、前記第１の下降速度よりも小さな第２の下降速度で前記ノズルを下降させ、前記ノズルの先端が前記キャリブレーション用の基準部材の上面に再接触したことを検出する接触検出信号が出力されたとき、前記ノズルの下降を停止させ、この停止位置をＺ軸方向の基準点として設定する工程と、（５）前記基準点の設定後、前記ノズルを上昇させ、前記基準点を基準にして複数のＺ軸方向における前記ノズルの位置と前記センサの出力との相関関係を設定する工程と、を順に行うキャリブレーション制御手段を備えることを特徴とする。
【００３１】
請求項９の発明は、請求項７又は８に記載のレーザ加工機におけるセンサのキャリブレーション装置であって、前記弾性部材が、導電性材料で作成された圧縮コイルバネよりなり、前記キャリブレーション用の基準部材の下側に、該基準部材と導通した状態で配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１の発明によれば、１回目にノズルを下降させてノズルの先端をキャリブレーション用の基準部材の上面に接触させた際に、キャリブレーション用の基準部材を付勢している弾性部材が撓むことで、接触時の衝撃を吸収することができる。従って、ノズルやキャリブレーション用の基準部材に、衝撃による損傷を与えるおそれがない。また、キャリブレーション用の基準部材側に衝撃吸収作用があるため、衝撃の心配をすることなく、最初にノズルを下降させてノズルの先端をキャリブレーション用の基準部材の上面に接触させる際のノズルの下降速度を大きく設定することができ、途中で敢えて衝撃を避けるために微速に落とす必要がなくなる。従って、キャリブレーション時間の短縮を図ることができる。
【００３３】
請求項２の発明によれば、１回目にノズルを下降させてノズルの先端をキャリブレーション用の基準部材の上面に接触させるまでの下降速度（第１の下降速度）を、少なくとも２段階に調整し、最初の段階は速度大で下降させ、次に、キャリブレーション用の基準部材に近づいた段階で速度小で下降させるので、最初の段階の速度をかなりの高速に設定することができ、それだけキャリブレーション時間の短縮を図ることができる。
【００３４】
請求項３の発明によれば、弾性部材を撓ませることにより、キャリブレーション用の基準部材を所定量だけ押し下げたところでノズルの下降を停止させるので、確実な接触状態をノズルの変位量によって確認してから、ノズルの上昇に転じることができる。
【００３５】
請求項４の発明によれば、接触検出信号が出力された時点でノズルの下降を停止させるので、弾性部材を過大に撓ませることなく、ノズルの上昇に転じることができ、無駄時間を減らすことができる。
【００３６】
請求項５の発明によれば、最終的にノズルの先端をキャリブレーション用の基準部材の上面に接触させて、この接触位置を基準点として設定する際のノズルの下降を、予め設定された微小変位量刻みで行うので、接触位置を精度良く基準点として設定することができる。
【００３７】
請求項６の発明によれば、キャリブレーション用の基準部材を付勢する弾性部材として導電性材料で作成された圧縮コイルバネを使用しており、この圧縮コイルバネをキャリブレーション用の基準部材の下側に該基準部材と導通した状態で配置しているので、簡単な構成でキャリブレーション時間の短縮が図れる。また、キャリブレーション用の基準部材を容易にグランドに導通させることができる。
【００３８】
請求項７及び８の発明によれば、請求項１の発明のキャリブレーション方法を制御手段によって自動で行うことができる。
【００３９】
請求項９の発明によれば、キャリブレーション用の基準部材を付勢する弾性部材として導電性材料で作成された圧縮コイルバネを使用しており、この圧縮コイルバネをキャリブレーション用の基準部材の下側に該基準部材と導通した状態で配置しているので、簡単な構成でキャリブレーション時間の短縮が図れる。また、キャリブレーション用の基準部材を容易にグランドに導通させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態のキャリブレーション方法の工程を説明するための側面図である。
【図２】図１の次の工程を説明するための側面図である。
【図３】図２の次の工程を説明するための側面図である。
【図４】図３の次の工程を説明するための側面図である。
【図５】図４の次の工程を説明するための側面図である。
【図６】本発明の実施形態のキャリブレーション方法を実施するためのレーザ加工機の側面図である。
【図７】図６のレーザ加工機の平面図である。
【図８】図６のレーザ加工機のレーザ加工ヘッド周辺の構成を示す側面図である。
【図９】従来のキャリブレーション方法の工程を説明するための側面図である。
【図１０】図９の次の工程を説明するための側面図である。
【図１１】図１０の次の工程を説明するための側面図である。
【図１２】図１１の次の工程を説明するための側面図である。
【図１３】図１２の次の工程を説明するための側面図である。
【図１４】図１３の次の工程を説明するための側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００４２】
図１〜図５は実施形態のキャリブレーション方法の工程を説明するための側面図、図６及び図７はそのキャリブレーション方法を実施するためのレーザ加工機の側面図及び平面図、図８は同レーザ加工機のレーザ加工ヘッド周辺の構成を示す側面図である。
【００４３】
図６及び図７に示すように、水平面内で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に垂直な鉛直方向をＺ軸方向とするとき、板材加工機としてのこのレーザ加工機は、ワークＷを載置する加工テーブル１の上方に、Ｘ、Ｙ、Ｚ空間内の任意の位置に移動位置決め自在のレーザ加工ヘッド２を備えている。
【００４４】
加工テーブル１の四隅には支柱３が立設され、その上方には矩形のフレーム４が装架され、フレーム４には、レーザ加工ヘッド２を３次元空間内で移動させるためのサーボ機構が設けられている。
【００４５】
即ち、フレーム４には、Ｘ軸方向に移動自在のＸ軸キャリッジ５が設けられ、両Ｘ軸キャリッジ５間には、例えば、ボールネジの駆動によりＹ軸方向に移動自在とされるＹ軸キャリッジ６を備えた移動フレームが設けられ、Ｙ軸キャリッジ６には、レーザ加工ヘッド２を上下方向（Ｚ軸方向）に昇降させるＺ軸駆動機構が内蔵されている。
【００４６】
フレーム４の一側にはレーザ発振器７が配置され、ここで発生されたレーザビームは適宜の伝送手段を介してレーザ加工ヘッド２の先端方向（鉛直方向下方）に導かれる。レーザビームは、レーザ加工ヘッド２の内部に設けられた焦光レンズで集光され、ワークＷ上に焦点を結ぶ。これにより、ワークＷを所望の形状に切断するなどのレーザ加工が行なわれる。また、レーザ発振器７の近傍には、ＮＣ装置８が配置され、強電盤９を介して加工機側と接続されている。
【００４７】
加工テーブル１上の所定位置には、導電材料で構成され、上面が一定高さになるように保持されたキャリブレーションプレート（キャリブレーション用の基準部材）ＷＡが設置されている。
【００４８】
次にキャリブレーション装置について説明する。
【００４９】
図８に示すように、レーザ加工ヘッド２の先端部には、ワークＷに対して上方からレーザビームを照射するノズル２０が設けられている。このノズル２０の上部には、センサコーン２１を経由してケーブル等によりセンサコントローラ２２と接続されている。当該ノズル２０からその下方に位置するワークＷまでのギャップ（「ノズルギャップ」ともいう）Ｇを、静電容量等の電気特性との相関関係に基づいて検出するセンサＳ（ノズル２０とセンサコーン２１で構成）が設けられている。このセンサSは、センサコントローラ２２を介して制御装置（キャリブレーション制御手段）２３に電気的に接続されている。なお、センサSは、静電容量や渦電流や作動トランス等の電気特性を利用したセンサであればよく、特にそのタイプについては限定されない。
【００５０】
また、レーザ加工ヘッド２は、レーザ加工機の本体に上下方向に延伸されたボールねじ２５に螺合されており、このボールねじ２５がモータ２６（Ｚ軸駆動装置）により回転駆動されて昇降自在に設けられている。モータ２６の回転軸には、レーザ加工ヘッド２の上下方向の移動量変化を検出してレーザ加工ヘッド２の上下方向の位置を測定するためにエンコーダ２７等の加工ヘッド移動量検出装置が設けられており、この加工ヘッド移動量検出装置は制御装置２３に電気的に接続されている。
【００５１】
制御装置２３は、センサコントローラ２２を介してセンサSからの検出信号とエンコーダ２７によるレーザ加工ヘッド２の移動量の検出データに基づいて、ノズルギャップＧの制御を行う。例えば、センサSが静電容量式センサである場合は、ワークＷとノズル２０との距離が変化するとセンサSの静電容量が変化し、この静電容量は電圧等の電気特性値の変化に変換される。ノズルギャップＧの制御が行われるためには、ノズルギャップＧと電圧の相関関係を明らかにするためのキャリブレーションが必要である。このキャリブレーションは、通常、ギャップＧの大きさ毎の電圧値を測定して、ノズルギャップＧと電圧との正常な相関関係を求める。その基準として、最初にノズル２０の先端のＺ軸方向におけるゼロ点の検出が行われる。キャリブレーションプレートＷＡは、キャリブレーション時のゼロ点検出に用いられる。
【００５２】
このキャリブレーション装置においては、キャリブレーションプレートＷＡの上面がＺ軸方向の定位置に位置するように保持されており、センサSのキャリブレーション時に、ノズル２０を下降させてノズル２０の先端をキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触させることで、接触した位置をＺ軸方向の基準点（ゼロ点）として設定する。
【００５３】
キャリブレーションプレートＷＡは、キャリブレーションの基準となる導電性材料よりなる部材であり、ここでは、図１に示すように、上下変位自在に設けられている。そして、このキャリブレーションプレートＷＡは、それとは別にその下側に設けられた導電材料製の圧縮コイルバネ（弾性部材）４０により上方に向けて付勢され、この付勢力によりキャリブレーションプレートＷＡがストッパ３５に押し当てられており、これにより、キャリブレーションプレートＷＡの上面がＺ軸方向の定位置に保持されている。
【００５４】
次に、制御装置２３によって自動的に実行されるキャリブレーション方法について、図１〜図５を用いて説明する。キャリブレーションは次の工程順に行われる。
【００５５】
（１）図１に示す工程。まず、制御装置２３は、ノズル２０を第１の下降速度（早送り速度）で下降させ、ノズル２０の先端をキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触させる（矢印Ａの動作）。
【００５６】
（２）図２に示す工程。次に、ノズル２０の先端がキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触したことを検出する接触検出信号が出力（タッチ信号がＯＮ）された時点で、あるいは、圧縮コイルバネ４０を撓ませることにより、キャリブレーションプレートＷＡを所定量だけ押し下げたところで、ノズル２０の下降を停止させる。
【００５７】
（３）図３に示す工程。次に、ノズル２０の下降を停止させた後、接触検出信号が解除（タッチ信号がＯＦＦ）されるまでノズル２０を上昇させる（矢印Ｂの動作）。このときの上昇速度は高速に設定することができる。
【００５８】
（４）図４に示す工程。次に、接触検出信号が解除（タッチ信号がＯＦＦ）された段階で、第１の下降速度よりも小さな第２の下降速度（微速）でノズル２０を下降させ（矢印Ｃの動作）、ノズル２０の先端がキャリブレーションプレートＷＡの上面に再接触したことを検出する接触検出信号が出力された段階で、ノズル２０の下降を停止させ、この停止位置をＺ軸方向の基準点（ノズル２０のゼロ点）として設定する。この第２の下降速度にてノズル２０を下降させ、キャリブレーションプレートＷＡの上面にノズル２０の先端を接触させるときのノズル２０の下降は、予め設定された微小変位量ｈ２刻みで行う。
【００５９】
（５）図５に示す工程。次に、基準点の設定後、ノズル２０を上昇させ、基準点を基準にして複数（例えば３段階）のＺ軸方向におけるノズル２０の位置とセンサSの出力との相関関係を設定する（矢印Ｄの動作）。
【００６０】
このように、キャリブレーションを実施することにより、図２に示すように、１回目にノズル２０を下降させてノズル２０の先端をキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触させた際に、キャリブレーションプレートＷＡを上方に付勢している圧縮コイルバネ４０が撓むことで、接触時の衝撃を吸収することができる。従って、ノズル２０やキャリブレーションプレートに、衝撃による損傷を与えるおそれがない。また、キャリブレーションプレートＷＡ側に衝撃吸収作用があるため、衝撃の心配をすることなく、最初にノズル２０を下降させてノズル２０の先端をキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触させる際のノズル２０の下降速度（第１の下降速度）を大きく設定することができ、途中で敢えて衝撃を避けるために微速に落とす必要がなくなる。その結果、キャリブレーション時間の短縮を図ることができる。
【００６１】
特に、最終的にノズル２０の先端をキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触させて、この接触位置を基準点として設定する際のノズル２０の下降（第２の下降速度での下降）を、予め設定された微小変位量ｈ２刻みで行うので、接触位置を精度良く基準点として設定することができる。
【００６２】
また、キャリブレーションプレートＷＡを付勢する弾性部材として、導電性材料で作成された圧縮コイルバネ４０を使用しており、この圧縮コイルバネ４０をキャリブレーションプレートＷＡの下側に該プレートＷＡと導通した状態で配置しているので、簡単な構成でキャリブレーション時間の短縮が図れる。また、キャリブレーションプレートＷＡを容易にグランドに導通させることができる。
【００６３】
また、前記（２）の工程において、接触検出信号が出力された時点でノズル２０の下降を停止させるようにした場合は、圧縮コイルバネ４０を過大に撓ませることなく、ノズル２０の上昇に転じることができ、無駄時間を減らすことができる。
【００６４】
また、前記（２）の工程において、圧縮コイルバネ４０を撓ませることにより、キャリブレーションプレートＷＡを所定量だけ押し下げたところでノズル２０の下降を停止させるようにした場合は、確実な接触状態をノズル２０の変位量によって確認してから、ノズル２０の上昇に転じることができる。
【００６５】
なお、前記最初にノズル２０を下降させるときの下降速度である第１の下降速度を、少なくとも２段階に調整し、ノズル２０の先端が、キャリブレーションプレートＷＡの上面に対し所定距離だけ近接した位置に到達するまでの第１区間は下降速度を大とし、ノズル２０の先端が、所定距離だけ近接した位置からキャリブレーションプレートＷＡの上面に接触するまでの第２区間は第１区間よりも下降速度を小とするように調整すれば、最初の段階の速度をかなりの高速に設定することができ、それだけキャリブレーション時間の短縮を図ることができる。
【００６６】
また、前記実施形態では、キャリブレーションプレートＷＡの下側に弾性部材として圧縮コイルバネ４０を配置した場合を示したが、その他の種類のバネやショックアブソーバなどの弾性部材を使用することも可能である。但し、キャリブレーションプレートＷＡをグランドと導通させるため、設置する弾性部材は導体であることが必要である。
【００６７】
さらに、前記実施形態では、キャリブレーション用の基準部材として、キャリブレーションプレートを挙げたが、必ずしもプレート状の部材でなくてもよく、上面が基準面として使用できるものであればよい。
【符号の説明】
【００６８】
２  レーザ加工ヘッド
２０  ノズル
２３  制御装置（キャリブレーション制御手段）
３５  ストッパ
４０  圧縮コイルバネ（弾性部材）
S  センサ
Ｗ  ワーク
ＷＡ  キャリブレーションプレート（キャリブレーション用の基準部材）
Ｇ  ギャップ（ノズルギャップ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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