(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工ヘッドにおけるノズルからアシストガスを噴射しつつレーザ光を照射することにより、ワークに対してレーザ加工を行うレーザ加工機において、
アシストガスの圧力を調整するレギュレータと、
アシストガスの実圧力を検出する圧力センサと、
アシストガスの目標圧力と上記圧力センサによって検出された実圧力とに基づいて上記レギュレータの開き量をクローズドループ制御したり、アシストガスの目標圧力に基づいて上記レギュレータの開き量をオープンループ制御したりするレギュレータ制御部と、
上記レギュレータ制御部に電気的に接続され、予め設定されたアシストガスの目標圧力に対する上記レギュレータの初期開き量を示す固定テーブルと、目標圧力に対する上記レギュレータの初期開き量を示しかつ上記クローズドループ制御時におけるアシストガスの目標圧力に対する上記レギュレータの実開き量に書換可能な書換テーブルとを記憶する記憶部とを備えてあって、
更に、上記レギュレータ制御部は、アシストガスの目標圧力が変化するときに、上記レギュレータの制御をクローズドループ制御からオープンループ制御に一時的に切換えるようにすると共に、アシストガスの目標圧力が上記書換テーブルにある場合には上記書換テーブルに基づいて上記レギュレータの開き量を制御し、更にアシストガスの目標圧力が上記書換テーブルにない場合には上記固定テーブルに基づいて上記レギュレータの開き量を制御するように構成してなることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
上記レギュレータ制御部は、上記レギュレータの制御をオープンループ制御に切換えてから所定時間が経過すると、上記レギュレータの制御をクローズドループ制御へ戻すように構成してなることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項３】
上記レーザ加工ヘッド内のアシストガスを排気する排気バルブと、
この排気バルブの開閉を制御する排気バルブ制御部とを備えてあって、
更に、上記排気バルブ制御部は、アシストガスの目標圧力が現在の目標圧力から現在の目標圧力の値よりも低い値に変化するときに上記排気バルブを一時的に開くように制御すると共に、上記圧力センサにより検出される実圧力から低い値の目標圧力を引いた圧力差が所定の圧力差になると上記排気バルブを復帰して閉じるように構成してなることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
上記レギュレータ制御部は、アシストガスの目標圧力が現在の目標圧力から現在の目標圧力の値よりも低い値に変化して、上記レギュレータの制御をオープンループ制御に切換えてから所定時間が経過するか、或いは上記排気バルブを復帰して閉じると、上記レギュレータの制御をクローズドループ制御へ戻すように構成してなることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工ヘッドにおけるノズルからアシストガスを噴射しつつレーザ光を照射することにより、ワークに対してレーザ加工を行うレーザ加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工機によってレーザ加工を行う場合には、レーザ加工ヘッドにおけるノズルからレーザ光を照射する他、アシストガスを噴射することがよく知られている。ここで、従来のアシストガスを噴射するための構成について簡単に説明すると、以下のようになる。
【０００３】
即ち、レーザ加工機おけるレーザ加工ヘッドにはガス回路の一端が接続してあり、このガス回路の他端にはアシストガスを貯えるアシストガスボンベが接続してある。上記ガス回路の途中にはアシストガスの圧力を調整するレギュレータが配設してあり、上記レーザ加工ヘッドにはアシストガスの実圧力を検出する圧力センサが設けてある。
【０００４】
上記レーザ加工機はレギュレータ制御部を備えており、このレギュレータ制御部は、アシストガスの目標圧力と上記圧力センサによって検出された実圧力とに基づいて上記レギュレータの開き量をクローズドループ制御したり、アシストガスの目標圧力に基づいて上記レギュレータの開き量をオープンループ制御するものである。ここで、アシストガスの目標圧力に対する上記レギュレータの初期開き量（アシストガスの目標圧力と上記レギュレータの初期開き量の関係）は予め設定されている。
【０００５】
上記構成により、レーザ加工を行っている間において、アシストガスの目標圧力が一定のときには、上記レギュレータ制御部によってアシストガスの目標圧力と上記圧力センサによって検出された実圧力とに基づいて上記レギュレータの開き量をクローズドループ制御する。
【０００６】
また、アシストガスの目標圧力が変化するときには、アンダーシュート又はオーバーシュートを軽減するために、上記レギュレータ制御部によって上記レギュレータの制御をクローズドループ制御からオープンループ制御に一時的に切換えてアシストガスの実圧力を目標圧力に近づける。そして、クローズドループ制御に復帰させて、アシストガスの実圧力を目標圧力になるように上記レギュレータの開き量を制御する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、予め設定された、アシストガスの目標圧力に対する上記レギュレータの初期開き量が適切でない場合には、アシストガスの目標圧力が変化してオープンループ制御に切換えた際にアシストガスの実圧力を目標圧力に近づけることができない。そのため、上記レギュレータの制御をクローズドループ制御に戻した際に、アシストガスの目標圧力の変化によって生じるアンダーシュート又はオーバーシュートを十分に軽減することができず、アシストガスの実圧力が不安定になると共に、アシストガスの実圧力が目標圧力になるまでに時間を要し、作業能率が悪化する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、請求項１に記載の発明にあっては、レーザ加工ヘッドにおけるノズルからアシストガスを噴射しつつレーザ光を照射することにより、ワークに対してレーザ加工を行うレーザ加工機において、
アシストガスの圧力を調整するレギュレータと、
アシストガスの実圧力を検出する圧力センサと、
アシストガスの目標圧力と上記圧力センサによって検出された実圧力とに基づいて上記レギュレータの開き量をクローズドループ制御したり、アシストガスの目標圧力に基づいて上記レギュレータの開き量をオープンループ制御したりするレギュレータ制御部と、
上記レギュレータ制御部に電気的に接続され、予め設定されたアシストガスの目標圧力に対する上記レギュレータの初期開き量を示す固定テーブルと、目標圧力に対する上記レギュレータの初期開き量を示しかつ上記クローズドループ制御時におけるアシストガスの目標圧力に対する上記レギュレータの実開き量に書換可能な書換テーブルとを記憶する記憶部とを備えてあって、
更に、上記レギュレータ制御部は、アシストガスの目標圧力が変化するときに、上記レギュレータの制御をクローズドループ制御からオープンループ制御に一時的に切換えるようにすると共に、アシストガスの目標圧力が上記書換テーブルにある場合には上記書換テーブルに基づいて上記レギュレータの開き量を制御し、更にアシストガスの目標圧力が上記書換テーブルにない場合には上記固定テーブルに基づいて上記レギュレータの開き量を制御するように構成してなることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明特定事項によると、レーザ加工を行っている間において、アシストガスの目標圧力が一定のときには、上記レギュレータ制御部によってアシストガスの目標圧力と上記圧力センサによって検出された実圧力とに基づいて上記レギュレータの開き量をクローズドループ制御する。
【００１０】
また、アシストガスの目標圧力が変化するときには、上記レギュレータ制御部によって上記レギュレータの制御をクローズドループ制御からオープンループ制御に一時的に切換える。ここで、アシストガスの目標圧力が上記書換テーブルにある場合には上記書換テーブルに基づいて上記レギュレータの開き量を制御し、アシストガスの目標圧力が上記書換テーブルにない場合には上記固定テーブルに基づいて上記レギュレータの開き量を制御する。
【００１１】
そして、上記レギュレータの制御をオープンループ制御に切換えた後に、上記レギュレータの制御をクローズドループ制御に適宜に戻す。ここで、上記書換テーブルにおけるアシストガスの目標圧力に対する上記レギュレータの初期開き量がクローズドループ制御時におけるアシストガスの目標圧力に対する上記レギュレータの実開き量と相違する場合には、クローズドループ制御時におけるアシストガスの目標圧力に対する上記レギュレータの実開き量に書換る。
【００１２】
請求項２に記載の発明にあっては、請求項１に記載の発明特定事項の他に、上記レギュレータ制御部は、上記レギュレータの制御をオープンループ制御に切換えてから所定時間が経過すると、上記レギュレータの制御をクローズドループ制御へ戻すように構成してなることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明特定事項によると、請求項１に記載の発明特定事項による作用の他に、上記レギュレータの制御をオープンループ制御に切換えてから所定時間が経過すると、上記レギュレータの制御をクローズドループ制御へ戻す。
【００１４】
請求項３に記載の発明にあっては、請求項１に記載の発明特定事項の他に、上記レーザ加工ヘッド内のアシストガスを排気する排気バルブと、
この排気バルブの開閉を制御する排気バルブ制御部とを備えてあって、
更に、上記排気バルブ制御部は、アシストガスの目標圧力が現在の目標圧力から現在の目標圧力の値よりも低い値に変化するときに上記排気バルブを一時的に開くように制御すると共に、上記圧力センサにより検出される実圧力から低い値の目標圧力を引いた圧力差が所定の圧力差になると上記排気バルブを復帰して閉じるように構成してなることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明特定事項によると、請求項１に記載の発明特定事項による作用の他に、レーザ加工を行っている間において、アシストガスの目標圧力が低い値の目標圧力に変化するときには、上記排気バルブ制御部によって上記排気バルブを開くように制御する。そして、上記圧力センサにより検出される実圧力から上記低い値の目標圧力を引いた圧力差が所定の圧力差になると、上記排気バルブ制御部によって上記排気バルブを復帰して閉じるように制御する。
【００１６】
請求項４に記載の発明にあっては、請求項３に記載の発明特定事項の他に、上記レギュレータ制御部は、アシストガスの目標圧力が現在の目標圧力から現在の目標圧力の値よりも低い値に変化して、上記レギュレータの制御をオープンループ制御に切換えてから所定時間が経過するか、或いは上記排気バルブを復帰して閉じると、上記レギュレータの制御をクローズドループ制御へ戻すように構成してなることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明特定事項によると、請求項３に記載の発明特定事項による作用の他に、アシストガスの目標圧力が低い値の目標圧力に変化して、上記レギュレータの制御をオープンループ制御に切換えてから所定時間が経過するか、或いは上記排気バルブを復帰して閉じると、上記レギュレータの制御をクローズドループ制御へ戻す。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係わるレーザ加工機１は、レーザ加工ヘッド３におけるノズル５からアシストガスＧを噴射しつつレーザ光ＬＢを照射することにより、板状のワークＷに対してレーザ加工を行うものであって、以下、本発明の実施の形態の要部について詳細に説明する。
【００１９】
レーザ加工機１におけるレーザ加工ヘッド３にはガス回路７の一端が接続してあり、このガス回路７の他端にはアシストガスＧを貯えるアシストガスボンベ９が接続してある。ガス回路７の途中にはアシストガスＧの圧力を調整する電空レギュレータ１１が配設してあり、レーザ加工ヘッド３にはアシストガスＧの実圧力を検出する圧力センサ１３が設けてある。更に、レーザ加工ヘッド３には排気バルブ１５が設けてあり、この排気バルブ１５はレーザ加工ヘッド３内のアシストガスＧを排気するものである。
【００２０】
アシストガスＧの圧力制御等を行うため、レーザ加工機１は、ガスコントローラ１７と、このガスコントローラ１７に電気的に電気的に接続したＮＣ装置１９を備えている。ガスコントローラ１７は電空レギュレータ制御部２１、排気バルブ制御部２３、記憶部２５を備えている。
【００２１】
電空レギュレータ制御部２１は、アシストガスＧの目標圧力と圧力センサ１３によって検出された実圧力とに基づいて電空レギュレータ１１の開き量をクローズドループ制御したり、アシストガスＧの目標圧力に基づいて電空レギュレータ１１の開き量をオープンループ制御したりするものである。排気バルブ制御部２３は、電空レギュレータ制御部２１に電気的に接続され、排気バルブ１５の開閉を制御するものである。
【００２２】
また、記憶部２５は、電空レギュレータ制御部２１及び排気バルブ制御部２３に電気的に接続され、予め設定された固定テーブルTB1及び書換可能な書換テーブルTB2を記憶するものである。ここで、固定テーブルTB1は、図２（ａ）に示すように、アシストガスＧの目標圧力に対する電空レギュレータ１１の初期開き量（アシストガスＧの目標圧力と電空レギュレータ１１の初期開き量の関係）を示すテーブルであって、書換テーブルTB2は、図２（ｂ）に示すように、アシストガスＧの目標圧力に対する電空レギュレータ１１の初期開き量（アシストガスＧの目標圧力と電空レギュレータ１１の開き量の関係）を示しかつクローズドループ制御時におけるアシストガスＧの目標圧力に対する電空レギュレータ１１の実開き量に書換可能（例えばアシストガスＧの目標圧力1.5Pに対する電空レギュレータの初期開き量1.5hであって電空レギュレータ１１の実開き量が1.55hのときに開き量1.5hを実開き量1.55hに書換可能）なテーブルである。
【００２３】
更に、電空レギュレータ制御部２１、排気バルブ制御部２３は次のような構成を有している。
【００２４】
即ち、電空レギュレータ制御部２１は、アシストガスＧの目標圧力が変化するときに、電空レギュレータ１１の制御をクローズドループ制御からオープンループ制御に一時的に切換えるようにすると共に、アシストガスＧの目標圧力が書換テーブルにある場合には書換テーブルTB2に基づいて電空レギュレータ１１の開き量を制御し、アシストガスＧの目標圧力が書換テーブルTB2にない場合には固定テーブルTB1に基づいて電空レギュレータ１１の開き量を制御するように構成してある。また、電空レギュレータ制御部２１は、電空レギュレータ１１の制御をオープンループ制御に切換えてから所定時間が経過すると、電空レギュレータ１１の制御をクローズドループ制御へ戻すように構成してある。ここで、所定時間は、オープンループ制御時に固定テーブルTB1に基づいて電空レギュレータ１１の開き量を制御した場合にはT1で、オープンループ制御時に書換テーブルTB2に基づいて電空レギュレータ１１の開き量を制御した場合にはT2（T2＜T1）である。
【００２５】
排気バルブ制御部２３は、アシストガスＧの目標圧力が現在の目標圧力から現在の目標圧力の値よりも低い値に変化するときに排気バルブ１５を一時的に開くように制御すると共に、圧力センサ１３により検出される実圧力から低い値の目標圧力を引いた圧力差が所定の圧力差になると、排気バルブ１５を復帰して閉じるように制御するように構成してある。ここで、上記所定の圧力差は、オープンループ制御時に固定テーブルTB1に基づいて電空レギュレータ１１の開き量を制御した場合にはΔP1で、オープンループ制御時に書換テーブルTB2に基づいて電空レギュレータ１１の開き量を制御した場合にはΔP2（ΔP2＜ΔP1）である。
【００２６】
更に、電空レギュレータ制御部２１は、アシストガスＧの目標圧力が高い目標圧力から低い目標圧力に変化して、圧力センサ１３により検出される実圧力から低い目標圧力を引いた圧力差が所定の圧力差ΔP1（又はΔP2）になるか、或いは電空レギュレータ１１の制御をオープンループ制御に切換えてから所定時間T1（又はT2）が経過すると、電空レギュレータ１１の制御をクローズドループ制御へ戻すように構成してある。
【００２７】
次に、本発明の実施の形態の作用について、図３から図６に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２８】
レーザ加工ヘッド３におけるノズル５からアシストガスＧを噴射しつつレーザ光ＬＢを照射することにより、板状のワークＷに対してレーザ加工（例えばピアスレーザ加工、通常レーザ切断加工等）を行う。
【００２９】
レーザ加工を行っている間において、ＮＣ装置１９からガスコントローラ１７に目標圧力が指令され（図３におけるステップ１）、アシストガスＧの目標圧力が一定のとき（変化しないとき）には、電空レギュレータ制御部２１によってアシストガスＧの目標圧力と圧力センサ１３によって検出された実圧力に基づいて電空レギュレータ１１の開き量をクローズドループ制御する（図３におけるステップ２，３）。
【００３０】
また、通常レーザ切断加工からピアスレーザ加工へ移行すること等によってアシストガスＧの目標圧力が現在の目標圧力から現在の目標圧力の値よりも低い値に変化するときには、電空レギュレータ制御部２１によって電空レギュレータ１１の制御をクローズドループ制御からオープンループ制御に一時的に切換える（図３におけるステップ２，４，図４におけるステップ５，６，７）。ここで、アシストガスＧの目標圧力が書換テーブルTB2にある場合には書換テーブルTB2に基づいて電空レギュレータ１１の開き量を制御し（図４におけるステップ６）、アシストガスＧの目標圧力が書換テーブルTB2にない場合には固定テーブルTB1に基づいて電空レギュレータ１１の開き量を制御する（図４におけるステップ７）。
【００３１】
更に、排気バルブ制御部２３によって排気バルブ１５を一時的に開くように制御する（図４におけるステップ８，９）。そして、圧力センサ１３により検出される実圧力から低い値の目標圧力を引いた圧力差が前記所定の圧力差ΔP1（又はΔP2）になると、排気バルブ制御部２３によって排気バルブ１５を復帰して閉じるように制御する（図４におけるステップ１０，１１）。そして、電空レギュレータ１１の制御をオープンループ制御に切換えてから所定時間T1（又はT2）が経過するか、或いは排気バルブ１５を復帰して閉じると、電空レギュレータ１１の制御をクローズドループ制御へ戻す（図４におけるステップ８，１１，図６におけるステップ１２）。
【００３２】
一方、ピアスレーザ加工から通常レーザ切断加工へ移行すること等によってアシストガスＧの目標圧力が低い値の目標圧力に変化するときには（図３におけるステップ２，４）、排気バルブ１５を開くことなく、電空レギュレータ１１の制御をオープンループ制御に切換えてから所定時間T1（T2）が経過すると、電空レギュレータの制御をクローズドループ制御へ戻す（図５におけるステップ１３，１４，１５，１６，図６におけるステップ１２）。なお、アシストガスＧの１つの目的である溶融した金属を排除してピアス穴を穿孔するために、ピアスレーザ加工前半からピアス加工後半へ移行することによってアシストガスＧの目標圧力が現在の目標圧力から現在の目標圧力の値よりも高い値の目標圧力に変化するときも、上記と同様の制御を行う。
【００３３】
電空レギュレータ１１の制御をクローズドループ制御に切換えてから書換テーブルTB2におけるアシストガスＧの目標圧力に対する電空レギュレータ１１の初期開き量がクローズドループ制御時におけるアシストガスＧの目標圧力に対する電空レギュレータ１１の実開き量と相違する場合には、クローズドループ制御時におけるアシストガスＧの目標圧力に対する電空レギュレータ１１の実開き量に書換る（図６におけるステップ１７）。
【００３４】
なお、レーザ加工が終了するまで、上述の作用を繰り返して行う（図６におけるステップ１８）。
【００３５】
以上のごとき、本発明の実施の形態によれば、アシストガスＧの目標圧力が変化してオープンループ制御に切換えた際に、原則として書換テーブルTB2に基づいて電空レギュレータ１１の開き量を制御しているため、アシストガスＧの実圧力を目標圧力に近づけることができる。そのため、電空レギュレータ１１の制御をクローズドループ制御に戻した際に、アシストガスＧの目標圧力の変化によって生じるアンダーシュート又はオーバーシュートを十分に軽減することができ、アシストガスＧの実圧力が安定すると共に、アシストガスＧの実圧力が短期間で目標圧力になり、作業能率が向上する。
【００３６】
また、アシストガスＧの目標圧力が低い値の目標圧力に変化するとき排気バルブ１５を一時的に開いて、圧力センサ１３により検出される実圧力から低い値の目標圧力を引いた圧力差が所定の圧力差ΔP1（又はΔP2）になると排気バルブ１５を復帰して閉じるように制御するため、レーザ加工ヘッド３内のアシストガスＧの圧力が安定して、アシストガスＧの実圧力が短時間に上記低い目標圧力になって、作業能率がより一層向上する。
【００３７】
更に、レーザ加工中に、ノズル５を交換したことによってアシストガスＧの目標圧力と電空レギュレータ１１の開き量の関係が変化した場合であっても、オープンループ制御時におけるアシストガスＧの目標圧力に対する電空レギュレータ１１の実開き量を書換テーブルに書換ることにより、ノズル５が変化するごとにテーブルを用意する必要がなくなる。
【００３８】
なお、本発明は、前述の如き、発明の実施の形態に限るものでなく、種々の態様で実施可能である。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の発明によれば、アシストガスの目標圧力が変化してオープンループ制御に切換えた際に、原則として上記書換テーブルに基づいて前記レギュレータの開き量を制御しているため、アシストガスの実圧力を目標圧力に近づけることができる。そのため、上記レギュレータの制御をクローズドループ制御に戻した際に、アシストガスの目標圧力の変化によって生じるアンダーシュート又はオーバーシュートを十分に軽減することができ、アシストガスの実圧力が安定すると共に、アシストガスの実圧力が短期間で目標圧力になり、作業能率が向上する。
【００４０】
また、請求項３又は請求項４に記載の発明によれば、アシストガスの目標圧力が現在の目標圧力から現在の目標圧力の値よりも低い値に変化するとき上記排気バルブを一時的に開いて、上記圧力センサにより検出される実圧力から低い値の目標圧力を引いた圧力差が所定の圧力差になると上記排気バルブを復帰して閉じるように制御するため、上記レーザ加工ヘッド内のアシストガスの圧力が安定して、アシストガスの実圧力が短時間に上記低い目標圧力になって、作業能率がより一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係わるレーザ加工機におけるレーザ加工ヘッドのノズルからアシストガスを噴射するための構成を説明する図である。
【図２】  図２（ａ）は、記憶部に記憶された固定テーブルを示す図であり、図２（ｂ）は、記憶部に記憶された書換テーブルを示す図である。
【図３】  本発明の実施の形態の作用を示すフローチャートである。
【図４】  本発明の実施の形態の作用を示すフローチャートである。
【図５】  本発明の実施の形態の作用を示すフローチャートである。
【図６】  本発明の実施の形態の作用を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  レーザ加工機
３  レーザ加工ヘッド
５  ノズル
１１  電空レギュレータ
１３  圧力センサ
１５  排気バルブ
１７  ガスコントローラ
２１  電空レギュレータ制御部
２３  排気バルブ制御部
２５  記憶部
【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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【図６】
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