(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器により発振されたレーザビームを加工ヘッドに導き、このレーザビームを加工ヘッドの先端に設けられているノズルからワークに照射してレーザ加工を行うＹＡＧレーザ加工機における溶接線検出方法において、前記ノズルに備えた静電容量式のセンサで静電容量の変化からノズルとワークとの間隔を測定することによりワークからのノズルの高さを検出して前記加工ヘッドを所定の高さに設定した後、加工ヘッドの高さを前記所定高さに一定として前記加工ヘッドを、ワークの角継手の溶接線に対して横切る方向で角継手の角部から外れる外方向へ移動させてノズルに対向するワークの面積変化を検出することにより角継手の角部を検出し、この角部から板厚分だけ内側位置を角継手の溶接線位置として検出すること、を特徴とするＹＡＧレーザ加工機における溶接線検出方法。
【請求項２】
レーザ発振器により発振されたレーザビームを加工ヘッドに導き、このレーザビームを加工ヘッドの先端に設けられているノズルからワークに照射してレーザ加工を行うＹＡＧレーザ加工機における溶接線検出装置であって、前記加工ヘッドのノズルに備えたセンサ部と、このセンサ部に貯えられる静電容量を電圧の形で出力するセンサコントローラと、このセンサコントローラからの電圧と前記センサ部との高さの関係および前記電圧と面積変化の関係を記憶してあるデータベースと、このデータベースに記憶されているデータと前記センサコントローラからの電圧に基づいて加工ヘッドの高さを求めると共に、この加工ヘッドの高さを一定として求めた面積変化から角継手におけるワークの角部を検出して溶接線位置を求める比較・演算部と、を備えていることを特徴とするＹＡＧレーザ加工機における溶接線検出装置。
【請求項３】
前記センサ部において、前記ノズルを中心電極とし、このノズルを保持するノズルホルダをガード電極とすること、を特徴とする請求項２記載のＹＡＧレーザ加工機における溶接高さ・溶接線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＹＡＧレーザ加工機における溶接線検出方法およびＹＡＧレーザ加工機における溶接線検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４を参照するに、レーザ加工機１においては、レーザ発振器３により発振されたレーザビームは、光ファイバ５により加工ロボットや直交座標移動装置等に取り付けられてワークＷ上方の所定位置に位置決めされている加工ヘッド７の上部に送られる。
【０００３】
加工ヘッド７では、図示省略のコリメータレンズによりレーザ光が平行光線とされた後、集光レンズ９により集光されて、ノズル１１からワークＷの表面に照射すると共にアシストガスを吹き付けてレーザ加工を行うものである。なお、集光レンズ９とワークＷの間には、スパッタ等から保護するための保護ガラス１３が設けられている。
【０００４】
この時、レーザ加工機１における溶接線ＷＬの位置および溶接高さの検出は、加工ヘッド７の側面に取り付けられたレーザセンサカメラ１５により行われ、加工機やロボットにフィードバックすることにより行われている。このレーザセンサカメラ１５では、加工点ＰＫの近傍のワークＷに半導体レーザ光１７を照射して、溶接線ＷＬを検出するものである。
【０００５】
あるいは、図５を参照するに、加工ヘッド７の側面に取り付けられたＣＣＤカメラ１９により画像を取り込み、画像処理を施して溶接線ＷＬの検出を行って、加工機やロボットにフィードバックしている。すなわち、照明用光源２１から光をワークＷの溶接線ＷＬへ照射し、照らされているワークＷ表面をＣＣＤカメラ１９により撮像するものである。
【０００６】
この他、レーザ変位センサ、超音波センサ、接触式変位センサ等により溶接高さを検出し、加工機やロボットにフィードバックすることも行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の図４に示されているようなレーザセンサカメラ１５を用いた場合や、図５に示されているようなＣＣＤカメラ１９を用いた場合には、センサヘッドが大きくなるので狭隘部に入りにくいという問題がある。
【０００８】
また、図４のレーザセンサカメラ１５を用いた場合には、ステンレスやアルミニウム等の高反射材に対しては多重反射するため検出が不安定となるという問題がある。同様に、図５のＣＣＤカメラ１９を用いる場合でも、ステンレスやアルミニウム等の高反射材については撮像が困難となり、撮像データから溶接線を明確に判定することができないという問題がある。
【０００９】
このため、溶接線ＷＬを検出するセンサとは別に溶接高さの検出装置を設ける必要があり、加工ヘッドの周囲にセンサを複数個取り付けなければならないようになって、加工ヘッドの機能性を阻害するおそれがある。
【００１０】
また、センサによっては、その特性から溶接線ＷＬの検出ができないような状態も発生する。すなわち、レーザ変位センサでは高反射材を検出しにくいし、超音波センサは角度変化に弱く、接触式変位センサは形状により測定できない場合が発生するという問題がある。
【００１１】
この発明の目的は、以上のような従来の技術に着目してなされたものであり、コンパクトな装置によりステンレスやアルミニウム等の高反射材においても安定して溶接高さおよび溶接線の検出をすることのできるＹＡＧレーザ加工機における溶接線検出方法およびＹＡＧレーザ加工機における溶接線検出装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１によるＹＡＧレーザ加工機における溶接線検出方法は、レーザ発振器により発振されたレーザビームを加工ヘッドに導き、このレーザビームを加工ヘッドの先端に設けられているノズルからワークに照射してレーザ加工を行うＹＡＧレーザ加工機における溶接線検出方法において、前記ノズルに備えた静電容量式のセンサで静電容量の変化からノズルとワークとの間隔を測定することによりワークからのノズル高さを検出して前記加工ヘッドを所定の高さに設定した後、加工ヘッドの高さを前記所定高さに一定として前記加工ヘッドを、ワークの角継手の溶接線に対して横切る方向で角継手の角部から外れる外方向へ移動させてノズルに対向するワークの面積変化を検出することにより角継手の角部を検出し、この角部から板厚分だけ内側位置を角継手の溶接線位置として検出すること、を特徴とするものである。
【００１３】
従って、レーザ発振器により発振されたレーザ光をワークに向けて照射するノズルの高さを、ノズルに備えた静電容量式のセンサで検出し、加工ヘッドを所定の高さに設定した後、高さを一定として加工ヘッドを、ワークの角継手の溶接線に対して横切る方向で角継手の角部から外れる外方向へ移動させて角継手における角部を検出し、この角部から板厚分だけ内側位置に溶接線があることを検出する。
【００１４】
請求項２によるＹＡＧレーザ加工機における溶接線検出装置では、レーザ発振器により発振されたレーザビームを加工ヘッドに導き、このレーザビームを加工ヘッドの先端に設けられているノズルからワークに照射してレーザ加工を行うＹＡＧレーザ加工機における溶接線検出装置であって、前記加工ヘッドのノズルに備えたセンサ部と、このセンサ部に貯えられる静電容量を電圧の形で出力するセンサコントローラと、このセンサコントローラからの電圧と前記センサ部との高さの関係および前記電圧と面積変化の関係を記憶してあるデータベースと、このデータベースに記憶されているデータと前記センサコントローラからの電圧に基づいて加工ヘッドの高さを求めると共に、加工ヘッドの高さを一定として求めた面積変化から角継手におけるワークの角部を検出して溶接線位置を求める比較・演算部と、を備えてなることを特徴とするものである。
【００１５】
従って、レーザ発振器により発振されたレーザ光をワークに向けて照射するノズルの高さを、このノズルに備えたセンサ部により検出してセンサコントローラから電圧の形で出力し、このセンサコントローラからの電圧を用いてデータベースに記憶されている高さと電圧の関係から比較・演算部がノズルの所定高さを検出する。また、ノズルの高さを一定として加工ヘッドを移動させ、センサコントローラからの電圧を用いてデータベースに記憶されている面積変化と電圧の関係から比較・演算部が角継手における角部を検出し、溶接線位置を検出する。
【００１６】
請求項３によるＹＡＧレーザ加工機の溶接線検出装置では、請求項２記載のＹＡＧレーザ加工機の溶接線検出装置において、前記ノズルを中心電極とし、このノズルを保持するノズルホルダをガード電極とすること、を特徴とするものである。
【００１７】
従って、ガード電極であるノズルホルダが、中心電極であるノズルの指向性を高める。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１には、この発明に係るＹＡＧレーザ加工機における溶接高さ・溶接線検出装置２３が示されている。なお、レーザ加工ヘッド７の構造等については既に概略を述べたので、同じ部位には同じ符号を付すこととして重複する説明は省略する。
【００２０】
前記加工ヘッド７の下端には加工ヘッドアッシイ２５が取り付けられており、この加工ヘッドアッシイ２５にはノズル１１（中心電極）を保持するノズルホルダ２７（ガード電極）が絶縁部品で電気的に絶縁されて取り付けられている。
【００２１】
このノズルホルダ２７にはコネクタ端子台２９が取り付けられており、ノズルホルダ２７であるガード電極(同軸ケーブルのシールド線)が同軸ケーブル３１により接続されている。従って、ノズルホルダ２７がガード電極となっている。また、ノズルホルダ２７の下端には、ノズル１１が絶縁部品で電気的に絶縁されて取り付けられている。
【００２２】
前記同軸ケーブル３１の中心線はノズル１１に接続されている。従って、ノズル１１が中心電極となっている。なお、ワークＷを設置する定盤にグランドが接続されており、ワークＷはセンサグランドに接続されている。
【００２３】
コネクタ端子台２９から出た同軸ケーブル３１はセンサコントローラ３３に接続されており、このセンサコントローラ３３では静電容量を電圧で出力して加工機制御装置３５にデータを送信する。
【００２４】
すなわち、ガード電極であるノズルホルダ２７および中心電極であるノズル１１を備えたセンサ部３７が、ワークＷに対して距離や面積が変化することにより静電容量が変化するので、この静電容量の変化をセンサコントローラ３３が検出し、機械加工機制御装置３５がセンサコントローラ３３から送られてきた静電容量から距離を検出する。
【００２５】
ノズル１１の表面積とノズル１１に対向するワークＷの面積が一定であれば、静電容量の変化により距離を検出することができるが、逆に、ワークＷの表面からノズル１１までの距離が一定であれば面積の変化を検出することができるからである。
【００２６】
図１には、前記機械加工機制御装置３５の構成が示されている。この機械加工機制御装置３５では、中央処理装置であるＣＰＵ３９に、種々の入力データを入力するためのキーボードのごとき入力手段４１およびデータを表示するためのＣＲＴのごとき出力手段４３が接続されている。
【００２７】
また、ＣＰＵ３９には、自動プログラミング装置やティーチング等により作成された加工プログラムを記憶してある加工プログラムメモリ４５、センサコントローラ３３から送られてくる電圧と、センサ部３７が検出した高さや面積変化との関係を記憶してあるデータベース４７が接続されている。さらに、ＣＰＵ３９には、センサコントローラ３３から送られてくる電圧とデータベース４７に記憶されている電圧を比較して高さや面積変化を求める比較・演算部４９が接続されている。
【００２８】
また、ＣＰＵ３９には、前記加工ヘッド７をワークＷに対して相対的にＸ軸方向へ移動させるべく指令するＸ軸指令部５１、Ｙ軸方向へ移動させるべく指令するＹ軸指令部５３、およびＺ軸方向へ移動させるべく指令するＺ軸指令部５５が接続されており、移動を指令するのみならず、加工ヘッド７の位置を検出することもできるようになっている。
【００２９】
次に、図２および図３を参照して溶接高さや溶接線位置の検出動作について説明する。
【００３０】
センサ部３７の静電容量をセンサコントローラ３３が電圧の形で機械加工機制御装置３５に送信すると、機械加工機制御装置３５では、受け取ったデータを用いて以下のようにして高さおよび溶接線位置の補正を行う。
【００３１】
図２（Ａ）を参照するに、まずＸ軸指令部５１およびＹ軸指令部５３の指令により加工ヘッド７を各ティーチングポイントに移動させ、角継手における角部ＫＤの内側（図２(Ａ)および図３中左側）で高さを検出する。Ｚ軸指令部５５の指令により設定高さになるように加工ヘッド７を昇降させて調整する。すなわち、例えば角部ＫＤから２０ｍｍ程度内側や、ノズル１１がワークＷからはずれない位置において高さを検出し、検出されたデータと加工ヘッド７の高さを比較して自動で補正を行う。
【００３２】
ワークＷに対するノズル１１の高さを一定にして、ノズル１１がワークＷの角継手における角部ＫＤから外れる外方向（図２(Ａ)および図３中右側）へ移動させながら、センサコントローラ３３の出力電圧を機械加工機制御装置３５に送る。図２（Ｂ）のグラフに示されているように、ノズル１１と継手の位置によりワークＷに対向するノズル１１の面積が変化するため電圧がリニアに変化し、図２（Ｂ）に示すように、角部ＫＤでの電圧値が０になるように設定しておけば角部ＫＤの位置が検出されるので、溶接位置が検出可能となる。実際の溶接位置は、角継手の角部ＫＤよりも板厚分内側となるようにパラメータを設定する。
【００３３】
このようにして、各ティーチングポイントでの加工ヘッドの高さと溶接線位置の補正を実施して、全プログラムに対する補正プログラムを作成する。また、加工ヘッドの高さ方向の検出は、加工中でも可能なため、リアルタイムに検出し、補正するようにしてもよい。
【００３４】
以上の結果から、加工ヘッド７のノズル１１をセンサとし、この一つのセンサで加工ヘッドの高さおよび溶接線位置を検出することができるので、加工ヘッド７回りをコンパクト化できる。また、ノズル１１がセンシング部となるため、加工点ＰＫ近傍での検出が可能となり、高精度な検出が可能となる。
【００３５】
また、静電容量式のセンサを用いることにより、ステンレスやアルミニウム等の高反射材における溶接線や加工ヘッドの高さを安定して検出することができる。
【００３６】
また、ノズル１１と継手の位置関係から静電容量の変化を検出して、まず高さを検出し、所定の加工ヘッドの高さ状態で溶接線位置を検出するので、溶接線位置を高精度で検出することができる。
【００３７】
なお、この発明は前述の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。すなわち、加工ヘッドの高さの違いによる溶接線位置のデータをデータテーブル（パラメータ）として持っていることにより、各ティーチングポイントで加工ヘッドの高さを調整せずに溶接線位置の検出を行うことができる。これにより、測定時間の短縮化を図ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によるＹＡＧレーザ加工機における溶接線検出方法では、レーザ発振器により発振されたレーザ光をワークに向けて照射するノズルの高さを、ノズルに備えた静電容量式のセンサで検出し、加工ヘッドを所定の高さに設定した後、高さを一定として加工ヘッドをワークの角継手の溶接線に対して横切る方向で角継手の角部から外れる外方向へ移動させて角部を検出し、この角部から板厚分だけ内側位置に溶接線があることを検出するので、ノズル位置において一つのセンサで加工ヘッドの高さと溶接線位置を検出することができる。また、静電容量型のセンサを用いるので、高反射材に対しても安定した検出を行うことができる。
【００３９】
請求項２の発明によるＹＡＧレーザ加工機における溶接線検出装置では、レーザ発振器により発振されたレーザ光をワークに向けて照射するノズルの高さを、このノズルに備えたセンサ部で検出してセンサコントローラから電圧の形で出力し、このセンサコントローラからの電圧を用いてデータベースに記憶されている高さと電圧の関係から比較・演算部がノズルの高さを検出する。また、ノズルの高さを一定として加工ヘッドを移動させ、センサコントローラからの電圧を用いてデータベースに記憶されている面積変化と電圧の関係から比較・演算部が角継手における角部を検出し、溶接線位置を検出するので、ノズル位置において一つのセンサで加工ヘッドの高さと溶接線位置を検出することができる。また、静電容量型のセンサを用いるので、高反射材に対しても安定した検出を行うことができる。
【００４０】
請求項３の発明によるＹＡＧレーザ加工機の溶接線検出装置では、ガード電極であるノズルホルダが、中心電極であるノズルの指向性を高めるので、高精度の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るＹＡＧレーザ加工機における溶接高さ・溶接線検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  (Ａ)はこの発明に係るＹＡＧレーザ加工機における溶接高さ・溶接線検出方法を示す説明図、（Ｂ）は測定結果の一例を示すグラフである。
【図３】図１に示されている溶接高さ・溶接線検出装置による検出動作を示す説明図である。
【図４】従来より知られているレーザセンサカメラを用いた溶接高さ・溶接線検出装置を示す斜視図である。
【図５】従来より知られているＣＣＤカメラを用いた溶接高さ・溶接線検出装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  レーザ加工機
３  レーザ発振器
７  加工ヘッド
１１  ノズル
２３  溶接高さ・溶接線検出装置
２７  ノズルホルダ
３３  センサコントローラ
３７  センサ部
４７  データベース
４９  比較・演算部
Ｗ  ワーク
ＷＬ  溶接線
ＫＤ  角部
【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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