專利名稱：激光加工用的間隙檢測(cè)裝置及方法、激光加工用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)輸出激光加工機(jī)中的激光的噴頭與由該激光加工的加工對(duì)象物之間的間隙的間隙檢測(cè)裝置、間隙檢測(cè)方法以及激光加工用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，關(guān)于激光加工提出了各種技術(shù)。例如，在專利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)了檢測(cè)輸出激光加工機(jī)中的激光的噴頭與作為加工對(duì)象物的工件之間的間隙的技術(shù)。另外，在專利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)了抑制在激光加工用中發(fā)生的等離子，謀求噴頭與工件之間的靜電電容穩(wěn)定的技術(shù)。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)2000-234903號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開(kāi)平4-356391號(hào)公報(bào)在上述的專利文獻(xiàn)1的技術(shù)中，把對(duì)于傳感器電極的輸入信號(hào)的頻率選擇成由激光加工中發(fā)生的等離子產(chǎn)生的阻抗成為純電阻的值，通過(guò)從噴頭與工件之間的間隙產(chǎn)生的阻抗與在激光加工中發(fā)生的等離子產(chǎn)生的阻抗的合成阻抗去除純電阻，降低等離子對(duì)于間隙檢測(cè)的影響。然而，即使非常注意地選擇對(duì)于傳感器電極的輸入信號(hào)的頻率，但是由于在由等離子產(chǎn)生的阻抗中除去電阻成分以外還包括微小的靜電電容成分，因此在專利文獻(xiàn)1的技術(shù)中，也不能夠完全排除等離子對(duì)于間隙檢測(cè)的影響。從而，難以高精度地檢測(cè)噴頭與工件之間的間隙。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是為解決上述的問(wèn)題而完成的，目的在于提供能夠高精度地檢測(cè)輸出激光加工機(jī)中的激光的噴頭與加工對(duì)象物之間的間隙的技術(shù)。
本發(fā)明的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置，檢測(cè)輸出激光加工機(jī)中的激光的噴頭與由該激光加工的加工對(duì)象物之間的間隙，具備求合成阻抗的倒數(shù)的合成導(dǎo)納即合成導(dǎo)納取得單元，該合成導(dǎo)納取得單元合成依賴于上述間隙的間隙靜電電容與依賴于對(duì)上述加工對(duì)象物的激光加工中發(fā)生的等離子的等離子阻抗的阻抗；根據(jù)上述合成導(dǎo)納的虛部，求上述間隙靜電電容與在上述等離子阻抗中包含的靜電電容成分之和即合成靜電電容的合成靜電電容取得單元；根據(jù)上述合成導(dǎo)納的實(shí)部，求在上述等離子阻抗中包含的電阻成分的電阻成分取得單元；使用表示上述電阻成分與上述靜電電容成分的關(guān)系的模型和由上述電阻成分取得單元求出的上述電阻成分，求上述靜電電容成分的靜電電容成分取得單元；從上述合成靜電電容減去上述靜電電容成分，求上述間隙靜電電容的間隙靜電電容取得單元；根據(jù)由上述間隙靜電電容取得單元求出的上述間隙靜電電容，求上述間隙的間隙取得單元。
另外，本發(fā)明的激光加工系統(tǒng)，具備具有輸出激光的噴頭的激光加工機(jī)；以及檢測(cè)由上述激光加工的加工對(duì)象物與上述噴頭之間的間隙的間隙檢測(cè)裝置，其中，上述間隙檢測(cè)裝置具備求合成阻抗的倒數(shù)的合成導(dǎo)納即合成導(dǎo)納取得單元，該合成導(dǎo)納取得單元合成依賴于上述間隙的間隙靜電電容與依賴于對(duì)上述加工對(duì)象物的激光加工中發(fā)生的等離子的等離子阻抗的阻抗；根據(jù)上述合成導(dǎo)納的虛部，求上述間隙靜電電容與在上述等離子阻抗中包含的靜電電容成分之和即合成靜電電容的合成靜電電容取得單元；根據(jù)上述合成導(dǎo)納的實(shí)部，求在上述等離子阻抗中包含的電阻成分的電阻成分取得單元；使用表示上述電阻成分與上述靜電電容成分的關(guān)系的模型和由上述電阻成分取得單元求出的上述電阻成分，求上述靜電電容成分的靜電電容成分取得單元；從上述合成靜電電容減去上述靜電電容成分，求上述間隙靜電電容的間隙靜電電容取得單元；根據(jù)由上述間隙靜電電容取得單元求出的上述間隙靜電電容，求上述間隙的間隙取得單元。
另外，本發(fā)明的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)方法，該間隙檢測(cè)方法檢測(cè)輸出激光加工機(jī)中的激光的噴頭與由該激光加工的加工對(duì)象物之間的間隙，具備(a)求合成阻抗的倒數(shù)即合成導(dǎo)納的工序，該合成阻抗合成依賴于上述間隙的間隙靜電電容與依賴于對(duì)上述加工對(duì)象物的激光加工中發(fā)生的等離子的等離子阻抗的阻抗；(b)根據(jù)上述合成導(dǎo)納的虛部，求上述間隙靜電電容與在上述等離子阻抗中包含的靜電電容成分之和即合成靜電電容的工序；(c)根據(jù)上述合成導(dǎo)納的實(shí)部，求在上述等離子阻抗中包含的電阻成分的工序；(d)使用表示上述電阻成分與上述靜電電容成分的關(guān)系的模型和在上述工序(c)中求出的上述電阻成分，求上述靜電電容成分的工序；(e)從上述合成靜電電容減去上述靜電電容成分，求上述間隙靜電電容的工序、(f)根據(jù)上述間隙靜電電容，求上述間隙的工序。
依據(jù)本發(fā)明的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置、激光加工系統(tǒng)以及激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)方法，由于不僅考慮等離子阻抗中包含的電阻成分，還考慮包含在其中的靜電電容成分，求噴頭與加工對(duì)象物之間的間隙，因此能夠抑制在激光加工中發(fā)生的等離子對(duì)于該間隙的檢測(cè)產(chǎn)生的影響。由此，能夠高精度地檢測(cè)該間隙。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的激光加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的間隙檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的間隙檢測(cè)方法的流程圖。
圖4是表示合成導(dǎo)納特性的曲線圖。
圖5是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的間隙檢測(cè)方法的流程圖。
圖6是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的間隙檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的間隙檢測(cè)裝置的變形例的結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的間隙檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的間隙檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的信號(hào)處理單元的動(dòng)作的流程圖。
圖11是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的激光加工系統(tǒng)的校準(zhǔn)動(dòng)作的流程圖。
圖12是表示間隙靜電電容與間隙的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施形態(tài)1圖1是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的激光加工機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，本實(shí)施形態(tài)1的激光加工系統(tǒng)具備在作為加工對(duì)象物的金屬板等工件50上照射激光、加工該成品50的激光加工機(jī)1、測(cè)定激光加工機(jī)1中的后述的噴頭4與工件50之間的間隙的間隙檢測(cè)裝置20。
激光加工機(jī)1具備受理由用戶輸入的各種信息的操作面板2。通過(guò)用戶在操作面板2上進(jìn)行操作，能夠向激光加工機(jī)1輸入工件50的材質(zhì)或者厚度等加工條件等。另外，在激光加工機(jī)1中，在加工頭6的頂端安裝輸出激光的噴頭4，在該噴頭4的周圍，經(jīng)由絕緣材料安裝保護(hù)電極5。而且，在激光加工機(jī)1中，設(shè)置使加工頭6移動(dòng)的加工機(jī)控制器3。激光加工機(jī)1由加工機(jī)控制器3移動(dòng)加工頭6的同時(shí)，用從噴頭4輸出的激光加工工件50。
圖2是表示間隙檢測(cè)裝置20的結(jié)構(gòu)的圖。在對(duì)于工件50進(jìn)行激光加工時(shí)，為了把激光的焦距調(diào)節(jié)到所希望的位置以使以最佳的強(qiáng)度對(duì)于工件50照射激光，需要適當(dāng)?shù)乜刂戚敵黾す獾膰婎^4與工件50之間的間隙d。為此，需要高精度地檢測(cè)間隙d。在本實(shí)施形態(tài)1的間隙檢測(cè)裝置20中能夠高精度地檢測(cè)間隙d。間隙檢測(cè)裝置20把檢測(cè)出的間隙d的值輸出到激光加工機(jī)1的加工機(jī)控制器3。加工機(jī)控制器3根據(jù)從間隙檢測(cè)裝置20接收的間隙d的值控制加工頭6。由此，把噴頭4與工件50之間的間隙的保持為適當(dāng)?shù)闹?，在激光加工中以最佳的?qiáng)度向工件50照射激光。
如圖2所示，間隙檢測(cè)裝置20具備安裝了中心電極電纜26以及保護(hù)電極電纜27的間隙檢測(cè)裝置主體21。間隙檢測(cè)裝置主體21具備生成并輸出輸入信號(hào)Vin的信號(hào)生成單元22、接受并輸出輸入信號(hào)Vin的緩沖電路23、根據(jù)來(lái)自緩沖電路23的輸出信號(hào)Vout求間隙d的信號(hào)處理單元24、基準(zhǔn)電阻Rref。輸入信號(hào)Vin是正弦波或者三角波等交流信號(hào)。信號(hào)生成單元22的輸出端子與基準(zhǔn)電阻Rref的一端連接。緩沖電路23例如由運(yùn)算放大器構(gòu)成。在該運(yùn)算放大器的正輸入端子上連接基準(zhǔn)電阻Rref的另一端，在負(fù)輸入端子上連接該運(yùn)算放大器的輸出端子。即，該運(yùn)算放大器起到電壓跟隨電路的作用，接受基準(zhǔn)電阻Rref另一端的信號(hào)直接作為輸出信號(hào)Vout，輸出到信號(hào)處理單元24。
另外，基準(zhǔn)電阻Rref的另一端經(jīng)過(guò)中心電極電纜26與激光加工機(jī)1內(nèi)的中心電極40連接。在本例子中，噴頭40起到中心電極40的作用。中心電極40與工件50起到電容器作用，構(gòu)成依賴于間隙d的間隙靜電電容Cg。從而，如果間隙d變化，則間隙靜電電容Cg變化。間隙檢測(cè)裝置主體21的信號(hào)處理單元24求間隙靜電電容Cg，從所求出的間隙靜電電容Cg求間隙d。另外，在本例子中，噴頭4雖然起到中心電極40的作用，但也可以設(shè)置成根據(jù)間隙d，使與工件50的距離變化的中心電極40在噴頭4附近，與該噴頭4獨(dú)立地與工件50相對(duì)。
這里，如果使噴頭4與工件50相對(duì)移動(dòng)進(jìn)行激光加工，則根據(jù)加工條件，在噴頭4與工件50之間發(fā)生等離子。該等離子作用成在中心電極40與工件50之間構(gòu)成阻抗Zp。即，在中心電極40與工件50之間形成依賴于該等離子的阻抗Zp(以下，稱為「等離子阻抗Zp 」)。從而，正在進(jìn)行激光加工時(shí)，在中心電極電纜40與工件50之間，形成相互并聯(lián)連接的間隙靜電電容Cg和等離子阻抗Zp，基準(zhǔn)電阻Rref可認(rèn)為電氣上與間隙靜電電容Cg和等離子阻抗Zp的合成阻抗Z連接。而且，在激光加工過(guò)程中由于工件50接地，因此在電氣上，在信號(hào)生成單元22的輸出端子與接地電壓之間串聯(lián)連接基準(zhǔn)電阻Rref和合成阻抗。由此，在與基準(zhǔn)電阻Rref的另一端連接的緩沖電路23中把輸入信號(hào)Vin分壓后輸入，從緩沖電路23輸出輸入信號(hào)Vin的分壓信號(hào)。
在激光加工機(jī)1內(nèi)的保護(hù)電極電纜5上連接保護(hù)電極電纜27。而且，在保護(hù)電極電纜27上連接緩沖電路23的輸出端子。從而，中心電極電纜26的電壓與保護(hù)電極電纜27的電壓幾乎相等。在本例子中，中心電極電纜26和保護(hù)電極電纜27構(gòu)成同心電纜25，同心電纜25的中心導(dǎo)體是中心電極電纜26，包圍該中心導(dǎo)體的外側(cè)導(dǎo)體是保護(hù)電極電纜27。從而，能夠使同心電纜25的中心導(dǎo)體與外側(cè)導(dǎo)體的電壓幾乎相等。由此，能夠降低把間隙檢測(cè)裝置主體21和激光加工機(jī)1連接起來(lái)的電纜中的雜散電容在檢測(cè)間隙d時(shí)產(chǎn)生的影響。
下面，詳細(xì)地說(shuō)明信息處理單元24中的間隙的檢測(cè)方法。圖3是表示本實(shí)施形態(tài)1的間隙檢測(cè)方法的流程圖。如圖3所示，首先在步驟s1中，信號(hào)處理單元24求從輸入信號(hào)Vin到輸出信號(hào)Vout的傳遞函數(shù)F(s)。在傳遞函數(shù)F(s)中代入了s＝j(luò)ω的F(jω)稱為頻率傳遞函數(shù)。這里，j表示虛數(shù)單位，ω表示角頻率。另外，在本例中，輸入信號(hào)Vin的信息預(yù)先存儲(chǔ)在信號(hào)處理單元24中。信號(hào)處理單元24采樣從緩沖電路23輸出的輸出信號(hào)Vout，根據(jù)由此得到的數(shù)據(jù)和預(yù)先存儲(chǔ)的輸入信號(hào)Vin的數(shù)據(jù)求傳遞函數(shù)F(s)。在步驟s1中，不需要對(duì)于所有的頻帶求傳遞函數(shù)F(s)，只要至少求一個(gè)角頻率ω下的頻率傳遞函數(shù)F(jω)即可。然而，由于為了取得間隙靜電電容Cg而求出傳遞函數(shù)F(s)，因此需要留意間隙靜電電容Cg對(duì)于間隔的變化的靈敏度，求某個(gè)程度高的頻帶下的值。在本例中，求大于等于數(shù)10kHz的頻帶下的頻率傳遞函數(shù)F(jω)。因此，把對(duì)于信號(hào)處理單元24中的輸出信號(hào)Vout的采樣頻率設(shè)定為充分高的值，另外，在信號(hào)生成單元22中，生成輸入信號(hào)Vin使得包括該頻帶的成分。
接著，在步驟s2中，信號(hào)處理單元24從所求出的傳遞函數(shù)F(s)求作為合成阻抗Z的倒數(shù)的合成導(dǎo)納Z-1。即，信號(hào)處理單元24起到求合成導(dǎo)納Z-1的合成導(dǎo)納取得單元的作用。這里，也不需要求所有頻帶中的合成導(dǎo)納Z-1，只要至少求一個(gè)頻帶下的合成導(dǎo)納Z-1即可。
這里，把從信號(hào)生成單元22的輸出到緩沖電路23的輸出的系統(tǒng)視為電氣電路，用以下的公式(1)的數(shù)學(xué)模型表現(xiàn)從輸入信號(hào)Vin到輸出信號(hào)Vout的傳遞函數(shù)F(s)。
數(shù)5F(s)=Vout(s)Vin(s)=A(s)1+Rref(1Z(s)+1X(s))......(1)]]>其中，公式(1)中的A(s)以及X(s)是根據(jù)實(shí)際使用的緩沖電路23以及同心電纜25的種類或形成基準(zhǔn)電阻Rref和緩沖電路23的基板的特性決定的參數(shù)。另外，Vin(s)、Vout(s)、Z(s)分別表示輸入信號(hào)Vin、輸出信號(hào)Vout、合成阻抗Z。在本例中，參數(shù)A(s)、X(s)的值預(yù)先存儲(chǔ)在信號(hào)處理單元24中。這些參數(shù)A(s)、X(s)的值與在步驟s1中求出的傳遞函數(shù)F(s)相同，只要知是所使用的頻率下的值即可。
在上述公式(1)中，合成阻抗Z(s)以及參數(shù)X(s)都以倒數(shù)的形式存在。如從后述的說(shuō)明所明確的那樣，合成阻抗Z(s)以及參數(shù)X(s)處理為倒數(shù)有各種優(yōu)點(diǎn)，十分方便。在步驟s2中，求作為合成阻抗Z(s)的倒數(shù)的合成導(dǎo)納Z(s)-1正是為了這一點(diǎn)。
在公式(1)中，如果在s中代入jω，則成為以下的公式(2)。
數(shù)6F(jω)=A(jω)1+Rref(Z(jω)-1+X(jω)-1)......(2)]]>為了從頻率傳遞函數(shù)F(jω)求其頻率下的合成導(dǎo)納Z(jω)-1，把公式(2)像以下那樣變形。
數(shù)7Z(jω)-1=(A(jω)F(jω)-1)1Rref-X(jω)-1......(3)]]>在步驟s2中，信號(hào)處理單元24把所求出的頻率傳遞函數(shù)F(jω)的值、參數(shù)A(jω)、X(jω)的值和基準(zhǔn)電阻Rref的值代入到公式(3)，求合成導(dǎo)納Z(jω)-1。另外，基準(zhǔn)電阻Rref的值預(yù)先存儲(chǔ)在信號(hào)處理單元24中。
接著，在步驟s3中，信號(hào)處理單元24從所求出的合成導(dǎo)納Z(jω)-1求間隙靜電電容Cg。在說(shuō)明該步驟s3中的處理之前，首先說(shuō)明在激光加工機(jī)中發(fā)生的等離子的特性。
合成導(dǎo)納Z(jω)-1能夠使用間隙靜電電容Cg、作為等離子阻抗Zp(jω)的倒數(shù)的等離子導(dǎo)納Zp(jω)，用以下的公式(4)表示。
數(shù)8Z(jω)-1＝Zp(jω)-1+jωCg ......(4)而且，等離子阻抗Zp(jω)由于能夠考慮成是電阻成分Rp與靜電電容成分Cp并聯(lián)連接的電路的合成阻抗，因此公式(4)能夠變形為以下的公式(5)。
數(shù)9Z(jω)-1=(1Rp+jωCp)+jωCg]]>=1Rp+jω(Cg+Cp)......(5)]]>而且，如果取Rp＝R、Cg+Cp＝C，則公式(5)能夠變形成以下的公式(6)。
數(shù)10
這樣，合成導(dǎo)納Z(jω)-1能夠考慮為是電阻值R的電阻元件、電容C的電容器并聯(lián)連接了的電路的合成阻抗的倒數(shù)。
在上述的步驟s2中求出的合成阻抗導(dǎo)納Z(jω)-1由于是復(fù)數(shù)，因此如公式(6)表示的那樣，能夠分開(kāi)成實(shí)部R-1和虛部ωC。而且，在橫軸表示實(shí)部R-1、縱軸表示以角頻率ω除虛部ωC的值即C的R-1-C平面中，如果繪制在步驟s2中求出的合成導(dǎo)納Z(jω)-1，能夠分析在激光加工用發(fā)生的等離子的特性。另外在橫軸為實(shí)軸、縱軸為虛軸的復(fù)平面中，繪制合成導(dǎo)納Z(jω)-1，也能夠分析在激光加工用中發(fā)生的等離子的特性。
圖4是表示繪制了合成導(dǎo)納Z(jω)-1的R-1-C平面的圖。圖4中的實(shí)線100表示把間隙d保持為恒定的同時(shí)逐漸提高加工速度時(shí)的合成導(dǎo)納Z(jω)-1的特性。另外，圖4中，為了參考，代替等離子阻抗，在停止發(fā)出激光而靜止的噴頭4與工件50之間實(shí)際插入電阻元件，在間隙d恒定的狀態(tài)下使該電阻元件的電阻值變化時(shí)的合成導(dǎo)納Z(jω)-1的特性用虛線101表示。
從圖4中的實(shí)線100以及虛線101能夠理解，在噴頭4與工件50之間發(fā)生等離子的情況下和在噴頭4與工件50之間夾住電阻元件的情況下，合成導(dǎo)納Z(jω)-1的特性顯示出不同的舉動(dòng)。從而，從其結(jié)果可以理解，在噴頭4與工件50之間發(fā)生的等離子沒(méi)有作為純電阻發(fā)生作用，在阻抗Zp(jω)中包括靜電電容成分。
如實(shí)線100所示的那樣，如果加大加工速度，即加大所發(fā)生的等離子的強(qiáng)度，則1/R的值和C的值都增大，在R-1-C平面中表示的合成導(dǎo)納Z(jω)-1的特性雖然有輕微的傾斜但幾乎線性地變化。圖4中，為了容易理解夸張地表示出其斜率。從圖4的結(jié)果成立以下的關(guān)系式(7)。
數(shù)11Δ(Z(jω)-1)CcomponentΔ(Z(jω)-1)R-1coponent=k......(7)]]>公式(7)左邊的分母以及分子分別表示1/R的增加量以及C的增加量，右邊的k表示圖4所示的合成導(dǎo)納Z(jω)-1的特性的斜率。從而，對(duì)于任意強(qiáng)度的等離子成立以下的關(guān)系式(8)。
數(shù)12CpRp-1=Rp·Cp=k......(8)]]>公式(8)是表示等離子導(dǎo)納Zp(jω)-1的特性的模型式，換句話講，是表示等離子阻抗Zp(jω)中包含的電阻成分Rp與靜電電容成分Cp的關(guān)系的模型式。在步驟s3中，使用該模型式求間隙靜電電容Cg。另外，參數(shù)k的值預(yù)先存儲(chǔ)在信號(hào)處理單元24中。分析的結(jié)果，使用頻率1MHz的激光加工工件50時(shí)的k的值在10-9ΩF到10-8ΩF的范圍內(nèi)。在步驟s3中使用的參數(shù)k的值設(shè)定為大于等于10-9ΩF小于等于10-8ΩF。
圖5是詳細(xì)地表示步驟s3中的處理的流程圖。如圖5所示，首先在步驟s31中，信號(hào)處理單元24從所求出的合成導(dǎo)納Z(jω)-1的實(shí)部求電阻成分Rp的倒數(shù)Rp-1。接著在步驟s32中，信號(hào)處理單元24在所求出的倒數(shù)Rp-1上乘以預(yù)先存儲(chǔ)的參數(shù)k的值求靜電電容成分Cp。另外，在步驟s31中以倒數(shù)的形式求電阻成分Rp，也可以直接求電阻成分Rp，在步驟s32中，用電阻成分Rp除參數(shù)k的值，求靜電電容成分Cp。
接著在步驟s33中，信號(hào)處理單元24從合成導(dǎo)納Z(jω)-1的虛部求作為間隙靜電電容Cg與靜電電容成分Cp之和的合成靜電電容Cc(＝Cg+Cp)。而且，在步驟s34中，信號(hào)處理單元24從合成靜電電容Cc減去靜電電容成分Cp求間隙靜電電容Cg。
這樣，信號(hào)處理單元24起到求電組成分Rp的電阻成分取得單元的作用，同時(shí)，起到求靜電電容成分Cp的靜電電容成分取得單元的作用。另外，信號(hào)處理單元24起到求合成靜電電容Cc的合成靜電電容取得單元的作用的同時(shí)，起到求間隙靜電電容Cg的間隙靜電電容取得單元的作用。
另外在本例中，作為表示等離子導(dǎo)納Zp(jω)-1的特性的模型，使用了公式(8)的模型式，也可以使用在事先的實(shí)驗(yàn)中得到的、表示電阻成分Rp與靜電電容成分Cp的對(duì)應(yīng)關(guān)系的查用表。這種情況下，信號(hào)處理單元24預(yù)先存儲(chǔ)該查用表，從該查用表取得與在步驟s31中求出的電阻成分Rp相對(duì)應(yīng)的靜電電容成分Cp。
參照?qǐng)D3，如果在步驟s3中求出間隙靜電電容Cg，則在步驟s4中，信號(hào)處理單元24從間隙靜電電容Cg生成表示間隙d的值的檢測(cè)間隙信號(hào)Vd。間隙靜電電容Cg與間隙d的對(duì)應(yīng)關(guān)系由于根據(jù)加工頭6的形狀、噴頭4的形狀、同心電纜25的長(zhǎng)度等而變化，因此需要事先根據(jù)實(shí)驗(yàn)取得該對(duì)應(yīng)關(guān)系。而且，生成表示所取得的該對(duì)應(yīng)關(guān)系的查用表，預(yù)先存儲(chǔ)在信號(hào)處理單元24中。信號(hào)處理單元24參照該查用表，取得與所求出的間隙靜電電容Cg相對(duì)應(yīng)的間隙d的值，輸出表示該值的檢測(cè)間隙信號(hào)Vd?；蛘?，也可以事先生成表示該對(duì)應(yīng)關(guān)系的近似曲線式，信號(hào)處理單元24通過(guò)把所求出的間隙靜電電容Cg的值代入到該近似曲線式，求間隙d的值。
從信號(hào)處理單元24輸出的檢測(cè)間隙信號(hào)Vd經(jīng)過(guò)未圖示的電纜輸入到激光加工機(jī)1的加工機(jī)控制器3。加工機(jī)控制器3根據(jù)檢測(cè)間隙信號(hào)Vd控制加工頭6，使得噴頭4與工件50之間的間隙d成為適當(dāng)?shù)闹怠?br> 如上所述，在本實(shí)施形態(tài)1中，不僅考慮等離子電阻Zp中包含的電阻成分Rp，還考慮其中包含的靜電電容成分Cp，求噴頭4與工件50之間的間隙d。
另一方面，在上述專利文獻(xiàn)1的技術(shù)中，由于僅考慮電阻成分，因此在所求出的間隙靜電電容Cg中包括靜電電容成分Cp。從而，不能夠充分地排除激光加工中發(fā)生的等離子對(duì)于間隙d的檢測(cè)產(chǎn)生的影響，不能夠高精度地檢測(cè)間隙d。
在本實(shí)施形態(tài)1中，由于把靜電電容成分Cp也考慮在內(nèi)求間隙d，因此能夠抑制激光加工用中發(fā)生的等離子對(duì)于間隙d的檢測(cè)產(chǎn)生的影響。由此，能夠高精度地檢測(cè)該間歇d。
另外，在本實(shí)施形態(tài)1中，作為表示電阻成分Rp與靜電電容成分Cp的關(guān)系的模型，使用公式(8)的模型式。該模型式由于單純而且可靠地表現(xiàn)電阻成分Rp與靜電電容成分Cp的關(guān)系，因此能夠容易而且正確地求靜電電容成分Cp。另外，能夠容易地在間隙檢測(cè)裝置20中安裝求靜電電容成分Cp的功能。
另外，如上所述，作為表示電阻成分Rp與靜電電容成分Cp的關(guān)系的模型，通過(guò)使用表示電阻成分Rp與靜電電容成分Cp的對(duì)應(yīng)關(guān)系的查用表，能夠容易而且正確地求靜電電容成分Cp，能夠容易地在間隙檢測(cè)裝置20中安裝求靜電電容成分Cp的功能。
另外，在本實(shí)施形態(tài)1中，使用公式(2)中表示的頻率傳遞函數(shù)F(jω)求合成導(dǎo)納Z(jω)-1。公式(2)的頻率傳遞函數(shù)F(jω)由于單純而且正確地表現(xiàn)從輸入信號(hào)Vin到輸出信號(hào)Vout的傳遞函數(shù)，因此能夠容易而且正確地求合成導(dǎo)納Z(jω)-1。另外，能夠容易地在間隙檢測(cè)裝置20中安裝求合成導(dǎo)納Z(jω)-1的功能。
實(shí)施形態(tài)2圖6是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的間隙檢測(cè)裝置20的結(jié)構(gòu)的圖。本實(shí)施形態(tài)2的間隙檢測(cè)裝置20在上述實(shí)施形態(tài)1的間隙檢測(cè)裝置20中，還具備輸入?yún)?shù)k的值的輸入單元30。
輸入單元30具有例如包括操作按鈕等的操作單元，通過(guò)用戶在該操作單元進(jìn)行操作，能夠把參數(shù)k的值輸入到間隙檢測(cè)裝置主體21。輸入到輸入單元30中的參數(shù)k的值輸入到信號(hào)處理單元24。信號(hào)處理單元24把預(yù)先存儲(chǔ)的參數(shù)k的值變換成所輸入的值，在以后的間隙d的檢測(cè)中使用該輸入的值。關(guān)于其它的結(jié)構(gòu)由于與實(shí)施形態(tài)1的間隙檢測(cè)裝置20相同，因此省略其說(shuō)明。
一般，在激光加工用中發(fā)生的等離子的特性根據(jù)激光加工機(jī)1設(shè)定的間隙d的值、工件50的材質(zhì)和厚度、所使用的加工氣體等加工條件而變化。從而，根據(jù)加工條件，上述的圖4所示的等離子導(dǎo)納Zp-1的特性變化，該特性的斜率變化。實(shí)際運(yùn)用了實(shí)施形態(tài)1的激光加工系統(tǒng)的結(jié)果，確認(rèn)了根據(jù)特別設(shè)定的間隙d的值而該特性的斜率的值變化。在本實(shí)施形態(tài)2的間隙檢測(cè)裝置20中，由于能夠從外部輸入?yún)?shù)k的值，因此能夠根據(jù)加工條件，容易使參數(shù)k的值變化。其結(jié)果，能夠更高精度地檢測(cè)間隙d。
另外，在本實(shí)施形態(tài)2中，在間隙檢測(cè)裝置20中直接從外部輸入?yún)?shù)k的值，但也可以從激光加工機(jī)1把參數(shù)k的值輸入到間隙檢測(cè)裝置20。圖7是表示這種情況下的激光加工機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。如圖7所示，激光加工機(jī)1的加工機(jī)控制器3把參數(shù)k的值輸入到間隙檢測(cè)裝置20的信號(hào)處理單元24。當(dāng)用戶通過(guò)在操作面板2上進(jìn)行操作，能夠把參數(shù)k的值輸入到加工機(jī)控制器3，輸入到加工機(jī)控制器3的參數(shù)k的值輸出到信號(hào)處理單元24。
這樣，通過(guò)從激光加工機(jī)1一側(cè)把參數(shù)k的值輸入到間隙檢測(cè)裝置20，能夠根據(jù)加工條件容易輸入?yún)?shù)k的值。
另外，在上述的例子中，參數(shù)k的值由用戶輸入，而加工機(jī)控制器3也可以根據(jù)經(jīng)過(guò)操作面板2輸入的加工條件自動(dòng)地決定參數(shù)k的值。加工機(jī)控制器3通過(guò)預(yù)先存儲(chǔ)表示加工條件與參數(shù)k的對(duì)應(yīng)關(guān)系的查用表，能夠從所輸入的加工條件決定參數(shù)k的值。
實(shí)施形態(tài)3圖8是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的間隙檢測(cè)裝置20的結(jié)構(gòu)的圖。本實(shí)施形態(tài)3的間隙檢測(cè)裝置20在上述實(shí)施形態(tài)1的間隙檢測(cè)裝置20中，進(jìn)而具備跨接銷31以及跨接塊32。
跨接銷31能夠把基準(zhǔn)電阻Rref的兩端短路。如果在跨接銷31上安裝跨接塊32中，則基準(zhǔn)電阻Rref的兩端短路。如果這樣做，則輸入信號(hào)Vin直接輸入到緩沖電路23。從而，緩沖電路23的輸出信號(hào)Vout成為與輸入信號(hào)Vin相同，信號(hào)處理單元24能夠直接觀測(cè)輸入信號(hào)Vin。關(guān)于其它的結(jié)構(gòu)由于與實(shí)施形態(tài)1相同，因此省略其說(shuō)明。
原本輸入信號(hào)Vin是已知的，但是有時(shí)在多個(gè)間隙檢測(cè)裝置20之間發(fā)生偏差。特別是，在用模擬元件構(gòu)成信號(hào)生成單元22的情況下，根據(jù)該模擬元件的特性的個(gè)體差，在輸入信號(hào)Vin中易于發(fā)生偏差。
在本實(shí)施形態(tài)3的間隙檢測(cè)裝置20中，由于設(shè)置能夠把基準(zhǔn)電阻Rref兩端短路的跨接銷31，因此在信號(hào)處理單元24中能夠直接觀測(cè)輸入信號(hào)Vin。從而，即使在輸入信號(hào)Vin中發(fā)生偏差的情況下，也能夠使該輸入信號(hào)Vin的正確的信息存儲(chǔ)到信號(hào)處理單元24中。另外，通過(guò)使用信號(hào)處理單元24中的輸入信號(hào)Vin的觀測(cè)結(jié)果，能夠容易地進(jìn)行出廠時(shí)對(duì)于本間隙檢測(cè)裝置20的調(diào)整。
實(shí)施形態(tài)4圖9是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的激光加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。本實(shí)施形態(tài)是的激光加工系統(tǒng)在上述實(shí)施形態(tài)1的激光加工系統(tǒng)中，搭載更新參數(shù)A(jω)、X(jω)的值的校準(zhǔn)功能。
本實(shí)施形態(tài)4的加工機(jī)控制器3每隔預(yù)定時(shí)間、或者若通過(guò)操作面板2從用戶接受了執(zhí)行校準(zhǔn)的通知，則成為校準(zhǔn)模式。校準(zhǔn)模式的加工機(jī)控制器3如圖9所示，把校準(zhǔn)執(zhí)行信號(hào)CB輸出到間隙檢測(cè)裝置主體21。校準(zhǔn)執(zhí)行信號(hào)CB輸入到信號(hào)處理單元24。
圖10是表示本實(shí)施形態(tài)4的信號(hào)處理單元24的動(dòng)作的流程圖。如圖10所示，信號(hào)處理單元24在執(zhí)行了上述的步驟s1～s4以后，在步驟s5中如果輸入校準(zhǔn)執(zhí)行信號(hào)CB，則在步驟s6中更新參數(shù)A(jω)、X(jω)的值。即，信號(hào)處理單元24起到更新參數(shù)A(jω)、X(jω)的值的參數(shù)更新單元的作用。
圖11是表示本實(shí)施形態(tài)4的激光加工系統(tǒng)整體中的校準(zhǔn)動(dòng)作的流程圖。如圖11所示，如果開(kāi)始校準(zhǔn)模式，則在步驟s51中，加工機(jī)控制器3控制加工頭6，把噴頭4與工件50之間的間隙d設(shè)定成預(yù)定值。而且，加工機(jī)控制器3把所設(shè)定的表示間隙d的值的信號(hào)與校準(zhǔn)執(zhí)行信號(hào)CB一起輸出到間隙檢測(cè)裝置20。
校準(zhǔn)執(zhí)行信號(hào)CB如果輸入到間隙檢測(cè)裝置20，則在步驟s52中，信號(hào)處理單元24取得與從加工機(jī)控制器3通知的間隙d的值相對(duì)應(yīng)的間隙靜電電容Cg。信號(hào)處理單元24如上所述，由于存儲(chǔ)表示間隙d與間隙靜電電容Cg的對(duì)應(yīng)關(guān)系的查用表，因此通過(guò)參照該查用表，能夠取得在步驟s51中設(shè)定的間隙d的值下的間隙靜電電容Cg。
接著，在步驟s53中，信號(hào)處理單元24觀測(cè)輸出信號(hào)Vout，與上述步驟s1相同，求從輸入信號(hào)Vin到輸出信號(hào)Vout的頻率傳遞函數(shù)F(jω)。進(jìn)而，信號(hào)處理單元24使用上述的公式(5)求合成導(dǎo)納Z(jω)-1。在校準(zhǔn)模式下，由于沒(méi)有從噴頭4輸出激光，因此在噴頭4與工件50之間不發(fā)生等離子。從而，能夠認(rèn)為電阻成分Rp無(wú)限大、靜電電容成分Cp為0。由此，校準(zhǔn)模式下的合成導(dǎo)納Z(jω)-1與jωCg相等。信號(hào)處理單元24在公式(5)中，在Rp-1以及Cp中代入0，在Cg中代入所取得的值，求合成導(dǎo)納Z(jω)-1。而且，信號(hào)處理單元24成對(duì)地存儲(chǔ)所求出的頻率傳遞函數(shù)F(jω)的值與合成導(dǎo)納Z(jω)-1的值。
接著，在步驟s54中，信號(hào)處理單元24判定是否得到了預(yù)定數(shù)量的F(jω)以及Z(jω)-1的值的組合。在步驟s54中，如果判定為得到了預(yù)定數(shù)量的F(jω)以及Z(jω)-1的值的組合則執(zhí)行步驟s55。
另一方面，在步驟s54中，如果判定為沒(méi)有得到預(yù)定數(shù)量的F(jω)以及Z(jω)-1的值的組合，則信號(hào)處理單元24向加工機(jī)控制器3通知其意思。加工機(jī)控制器3如果被通知到該意思，則再次執(zhí)行步驟s51。在該步驟s51中，把間隙d設(shè)定成與在上一次步驟s51中設(shè)定的值不同的值。而且，加工機(jī)控制器3向間隙檢測(cè)裝置20通知新設(shè)定的間隙d的值。然后，間隙檢測(cè)裝置20的信號(hào)處理單元24再次執(zhí)行步驟s52，取得與新設(shè)定的間隙d的值相對(duì)應(yīng)的間隙靜電電容Cg。而且，信號(hào)處理單元24再次執(zhí)行步驟s53，求F(jω)以及Z(jω)-1的值的新組合。
在步驟s55中，信號(hào)處理單元24把在步驟s53中求出的F(jω)以及Z(jω)-1的值按各組代入到上述的公式(2)中，由此，代入相互不同的組合F(jω)以及Z(jω)-1的值，可以得到分別包括未知的A(jω)和X(jω)-1的多個(gè)公式(2)。而且，在步驟s56中，信號(hào)處理單元24把在步驟s55中得到的多個(gè)公式(2)作為聯(lián)立方程式，從該聯(lián)立方程式例如使用最小二乘法求A(jω)和X(jω)-1的值。這里，為了求未知的2個(gè)A(jω)以及X(jω)-1的值，該聯(lián)立方程式只要至少用2個(gè)公式(2)構(gòu)成即可。從而，在步驟s53中，只要至少求兩組F(jω)以及Z(jω)-1的值即可。
信號(hào)處理單元24如果求A(jω)以及X(jω)-1的值，則向加工機(jī)控制器3通知其意思。由此，結(jié)束校準(zhǔn)模式。信號(hào)處理單元24在檢測(cè)間隙d時(shí)，在上述的步驟s2中使用在校準(zhǔn)模式下求出的A(jω)以及X(jω)-1的值。
如上所述，在本實(shí)施形態(tài)4的間隙檢測(cè)裝置20中，如果輸入校準(zhǔn)執(zhí)行信號(hào)CB，則由于更新參數(shù)A(jω)、X(jω)的值，因此即使在系統(tǒng)中產(chǎn)生了溫度變化或者隨時(shí)間的變化的情況下，也能夠可靠地抑制激光加工用中發(fā)生的等離子對(duì)于間隙d的檢測(cè)產(chǎn)生的影響，能夠高精度地檢測(cè)該間歇d。
另外，也可以把Vin(jω)、A(jω)作為一個(gè)參數(shù)B(jω)掌握。這種情況下，能夠把上述公式(1)變形如下。
數(shù)13Vout(jω)=B(jω)1+Rref(Z(jω)-1+X(jω)-1)......(9)]]>信號(hào)處理單元24在校準(zhǔn)模式下，代替取得多組F(jω)以及Z(jω)-1的值的組合，而取得多組輸出信號(hào)Vout(jω)以及合成導(dǎo)納Z(jω)-1的值的組合。而且，使用上述公式(9)，求B(jω)以及X(jω)-1的值。信號(hào)處理單元24如果結(jié)束校準(zhǔn)模式，則使用所求出的B(jω)以及X(jω)-1的值和公式(9)，求合成導(dǎo)納Z(jω)-1。
這樣，通過(guò)使用公式(9)求合成導(dǎo)納Z(jω)-1，不需要輸入信號(hào)Vin的信息。而且，通過(guò)變更參數(shù)B(jω)、X(jω)的值，即使在輸入信號(hào)Vin變動(dòng)的情況下，也能夠正確地求合成導(dǎo)納Z(jω)-1，能夠高精度地檢測(cè)間隙d。另外，即使在系統(tǒng)中發(fā)生了溫度變化或者隨時(shí)間的變化的情況下也能夠可靠地抑制激光加工用中發(fā)生的等離子對(duì)于間隙d的檢測(cè)產(chǎn)生的影響，能夠高精度地檢測(cè)該間隙d。
實(shí)施形態(tài)5在本實(shí)施形態(tài)5中，說(shuō)明在上述的步驟s1中求頻率傳遞函數(shù)F(jω)方法的一個(gè)例子。在本實(shí)施形態(tài)5中，使用表示輸入信號(hào)Vin與輸出信號(hào)Vout的關(guān)系的時(shí)序模型式求頻率傳遞函數(shù)F(jω)。下面詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。
在本實(shí)施形態(tài)5中，使用三角函數(shù)波的輸入信號(hào)Vin，設(shè)頻率為f(Hz)。而且，在信號(hào)處理單元24中，用輸入信號(hào)Vin的頻率f的4倍即4f采樣輸出信號(hào)Vout。這樣的4倍過(guò)(over)采樣的優(yōu)點(diǎn)之一是當(dāng)輸入信號(hào)Vin在三角函數(shù)波下成為穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，能夠從時(shí)序數(shù)據(jù)容易地求頻率傳遞函數(shù)F(jω)。
如果把輸入信號(hào)Vin的第k個(gè)采樣數(shù)據(jù)u記為uk，同樣，把輸出信號(hào)Vout的第k個(gè)采樣數(shù)據(jù)y記為yk，則當(dāng)系統(tǒng)處在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，用時(shí)序數(shù)據(jù)表示了輸入信號(hào)Vin與輸出信號(hào)Vout的關(guān)系的時(shí)序模型式能夠用以下的公式(10)表現(xiàn)。
數(shù)14yk＝a0uk+a1uk-1......(10)而且，使用公式(10)的系數(shù)a0、a1，頻率傳遞函數(shù)F(jω)能夠用以下的公式(11)表示。
數(shù)15F(jω)＝a0-ja1......(11)式中，ω＝2πf。
在信號(hào)處理單元24中，預(yù)先存儲(chǔ)以4f的采樣頻率采樣了輸入信號(hào)Vin時(shí)的輸入信號(hào)Vin的采樣數(shù)據(jù)u。作為取得輸入信號(hào)Vin的采樣數(shù)據(jù)u的方法，例如，使用上述圖8所示的間隙檢測(cè)裝置20，使得信號(hào)處理單元24能夠直接觀測(cè)輸入信號(hào)Vin，通過(guò)信號(hào)處理單元24以4f的采樣頻率采樣輸出信號(hào)Vout，其結(jié)果能夠得到輸入信號(hào)Vin的采樣數(shù)據(jù)u。
信號(hào)處理單元24在上述的步驟s1中，用4f的采樣頻率采樣輸出信號(hào)Vout，取得輸出信號(hào)Vout的采樣數(shù)據(jù)y。而且，信號(hào)處理單元24把所存儲(chǔ)的采樣數(shù)據(jù)uk、uk-1和所取得的采樣數(shù)據(jù)yk代入到公式(10)，取得以系數(shù)a0、a1為未知數(shù)的公式(10)。信號(hào)處理單元24使用至少3個(gè)采樣數(shù)據(jù)u、至少2個(gè)采樣數(shù)據(jù)y，至少準(zhǔn)備2個(gè)以系數(shù)a0、a1為未知數(shù)的公式(10)，使用至少由2個(gè)公式(10)組成的聯(lián)立方程式，求系數(shù)a0、a1的值。系數(shù)a0、a1的值例如能夠用最小二乘法求出。信號(hào)處理單元24如果求出系數(shù)a0、a1的值，則把它們代入到公式(11)求頻率傳遞函數(shù)F(jω)。
另外，假定在輸入信號(hào)Vin與輸出信號(hào)Vout之間發(fā)生了偏移，這種情況下，代替公式(10)，也能夠使用包括系數(shù)c的以下的公式(12)。
數(shù)16yk＝a0uk+a1uk-1+C ......(12)這種情況下，使用至少4個(gè)采樣數(shù)據(jù)u、至少3個(gè)采樣數(shù)據(jù)y，準(zhǔn)備至少3個(gè)以系數(shù)a0、a1為未知數(shù)的公式(10)，使用由至少3個(gè)公式(10)組成的聯(lián)立方程式，求系數(shù)a0、a1的值。
如上所述，在本實(shí)施形態(tài)5中，由于使用表示輸入信號(hào)Vin與輸出信號(hào)Vout的關(guān)系的時(shí)序模型式求頻率傳遞函數(shù)F(jω)，因此能夠簡(jiǎn)單地求頻率傳遞函數(shù)F(jω)。即，能夠在間隙檢測(cè)裝置20中容易地安裝上述的步驟s1的處理。
實(shí)施形態(tài)6在本實(shí)施形態(tài)6中，說(shuō)明上述的步驟s4中的求間隙d的方法的一個(gè)例子。在本實(shí)施形態(tài)6中，使用表示間隙d與間隙靜電電容Cg的關(guān)系的指數(shù)函數(shù)模型，從靜電電容Cg求間隙d。
圖12是表示使用實(shí)施形態(tài)1的間隙檢測(cè)裝置20求出的間隙靜電電容Cg與實(shí)際的間隙d的關(guān)系的圖。圖12中，橫軸表示在信號(hào)處理單元24中求出的間隙靜電電容Cg的值，縱軸用對(duì)數(shù)表示實(shí)際的間隙d的值。如圖12所示，能夠用指數(shù)函數(shù)近似地表示間隙靜電電容Cg與間隙d的關(guān)系。
信號(hào)處理單元24存儲(chǔ)表示間隙靜電電容Cg與間隙d的關(guān)系的指數(shù)函數(shù)式或者用指數(shù)函數(shù)近似時(shí)的間隙靜電電容Cg與間隙d的對(duì)應(yīng)關(guān)系的查用表。信號(hào)處理單元24在上述的步驟s4中，使用該指數(shù)函數(shù)式或者該查用表，從間隙靜電電容Cg求間隙d。
如果參照?qǐng)D12的曲線圖，則其間隙靜電電容Cg當(dāng)間隙d為大約0.8mm時(shí)成為0，在間隙d比0.8mm大的范圍內(nèi)成為負(fù)的值。這是在執(zhí)行進(jìn)行間隙d的檢測(cè)的系統(tǒng)的系統(tǒng)同定時(shí)，以在噴頭4與工件50之間夾持電阻值為已知的電阻元件的同時(shí)把間隙d設(shè)定為0.8mm時(shí)的間隙靜電電容Cg的值為基準(zhǔn)(0)，決定了上述參數(shù)A(jω)、X(jω)的值的結(jié)果。在圖12的曲線圖中，間隙靜電電容Cg的值表示為與間隙d設(shè)定成0.8mm時(shí)的值的差分。這樣，在間隙檢測(cè)裝置20中，不一定需要求間隙靜電電容Cg的絕對(duì)值，也可以求以某間隙d的值為基準(zhǔn)時(shí)的與該值下的間隙靜電電容Cg的值的差分。
如上所述，在本實(shí)施形態(tài)6中，由于使用表示間隙d與間隙靜電電容Cg的關(guān)系的指數(shù)函數(shù)模型，從間隙靜電電容Cg求間隙d，因此能夠簡(jiǎn)單地求間隙d。即，能夠在間隙檢測(cè)裝置20中容易地安裝上述的步驟s4的處理。
另外，如在實(shí)施形態(tài)1中也敘述過(guò)的那樣，間隙靜電電容Cg與間隙d的關(guān)系由于根據(jù)加工頭6的形狀、噴頭4的形狀等變化，因此在不能夠用指數(shù)函數(shù)充分地近似該關(guān)系的情況下，也可以進(jìn)行基于多項(xiàng)式的近似。或者，也可以把間隙靜電電容Cg的值的范圍劃分成多個(gè)，在該多個(gè)劃分之間進(jìn)行不同的近似。或者，如在實(shí)施形態(tài)1中也使用過(guò)的那樣，不進(jìn)行近似而使用直接表示間隙靜電電容Cg與間隙d的對(duì)應(yīng)關(guān)系的查用表。
權(quán)利要求
1.一種激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置，該間隙檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出激光加工機(jī)中的激光的噴頭與由該激光加工的加工對(duì)象物之間的間隙，其特征在于具備求合成阻抗的倒數(shù)即合成導(dǎo)納的合成導(dǎo)納取得單元，該合成阻抗為合成依賴于上述間隙的間隙靜電電容與依賴于對(duì)上述加工對(duì)象物的激光加工中發(fā)生的等離子的等離子阻抗的阻抗；根據(jù)上述合成導(dǎo)納的虛部，求上述間隙靜電電容與在上述等離子阻抗中包含的靜電電容成分之和即合成靜電電容的合成靜電電容取得單元；根據(jù)上述合成導(dǎo)納的實(shí)部，求在上述等離子阻抗中包含的電阻成分的電阻成分取得單元；使用表示上述電阻成分與上述靜電電容成分的關(guān)系的模型和由上述電阻成分取得單元求出的上述電阻成分，求上述靜電電容成分的靜電電容成分取得單元；從上述合成靜電電容減去上述靜電電容成分，求上述間隙靜電電容的間隙靜電電容取得單元；根據(jù)由上述間隙靜電電容取得單元求出的上述間隙靜電電容，求上述間隙的間隙取得單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置，其特征在于，上述靜電電容成分取得單元作為上述模型使用以下的公式Rp·Cp＝k式中，Rp上述電阻成分Cp上述靜電電容成分k參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置，其特征在于，上述靜電電容成分取得單元作為上述模型使用表示上述電阻成分與上述靜電電容成分的對(duì)應(yīng)關(guān)系的查用表。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置，其特征在于，上述參數(shù)k的值設(shè)定為大于等于10-9ΩF、小于等于10-8ΩF。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置，其特征在于，還具備輸入上述參數(shù)k的值的輸入單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置，其特征在于還具備生成經(jīng)由基準(zhǔn)電阻向中心電極輸入的輸入信號(hào)并輸出的信號(hào)生成單元，該中心電極在與上述加工對(duì)象物之間構(gòu)成上述間隙靜電電容；接收上述基準(zhǔn)電阻中的上述中心電極側(cè)的一端中的信號(hào)，輸出到上述靜電電容成分取得單元的緩沖電路，上述靜電電容成分取得單元使用以下的公式求上述合成導(dǎo)納F(jω)=A(jω)1+Rref(Z(jω)-1+X(jω)-1)]]>式中，j虛數(shù)單位ω角頻率Rref上述基準(zhǔn)電阻F(jω)從上述輸入信號(hào)到上述緩沖電路的輸出信號(hào)的頻率傳遞函數(shù)Z(jω)-1上述合成導(dǎo)納A(jω)、X(jω)參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置，其特征在于還具備生成經(jīng)由基準(zhǔn)電阻向中心電極輸入的輸入信號(hào)并輸出的信號(hào)生成單元，該中心電極在與上述加工對(duì)象物之間構(gòu)成上述間隙靜電電容；接收上述基準(zhǔn)電阻中的上述中心電極側(cè)的一端中的信號(hào)，輸出到上述靜電電容成分取得單元的緩沖電路，上述靜電電容成分取得單元使用以下的公式求上述合成導(dǎo)納Vout(jω)=B(jω)1+Rref(Z(jω)-1+X(jω)-1)]]>式中，j虛數(shù)單位ω角頻率Rref上述基準(zhǔn)電阻Vout(jω)上述緩沖電路的輸出信號(hào)Z(jω)-1上述合成導(dǎo)納B(jω)、X(jω)參數(shù)
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置，其特征在于還具備能夠把上述基準(zhǔn)電阻的兩端短路的跨接銷。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置，其特征在于還具備如果輸入預(yù)定的信號(hào)，則更新上述參數(shù)A(jω)、X(jω)的值的參數(shù)更新單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置，其特征在于還具備如果輸入預(yù)定的信號(hào)，則更新上述參數(shù)B(jω)、X(jω)的值的參數(shù)更新單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置，其特征在于，上述靜電電容成分取得單元使用表示上述輸入信號(hào)與上述輸出信號(hào)的關(guān)系的時(shí)序模型式，求上述頻率傳遞函數(shù)F(jω)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置，其特征在于，上述靜電電容成分取得單元作為代入到上述時(shí)序模型式中的時(shí)序數(shù)據(jù)，使用以上述輸入信號(hào)的頻率的整數(shù)倍頻率采樣上述輸入信號(hào)以及上述輸出信號(hào)得到的采樣數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)裝置，其特征在于，上述間隙取得單元使用表示上述間隙與上述間隙靜電電容的關(guān)系的指數(shù)函數(shù)模型，根據(jù)上述間隙靜電電容求上述間隙。
14.一種激光加工系統(tǒng)，具備具有輸出激光的噴頭的激光加工機(jī)；以及檢測(cè)由上述激光加工的加工對(duì)象物與上述噴頭之間的間隙的間隙檢測(cè)裝置；上述間隙檢測(cè)裝置具備求合成阻抗的倒數(shù)即合成導(dǎo)納的合成導(dǎo)納取得單元，該合成阻抗為合成依賴于上述間隙的間隙靜電電容與依賴于對(duì)上述加工對(duì)象物的激光加工中發(fā)生的等離子的等離子阻抗的阻抗；根據(jù)上述合成導(dǎo)納的虛部，求上述間隙靜電電容與在上述等離子阻抗中包含的靜電電容成分之和即合成靜電電容的合成靜電電容取得單元；根據(jù)上述合成導(dǎo)納的實(shí)部，求在上述等離子阻抗中包含的電阻成分的電阻成分取得單元；使用表示上述電阻成分與上述靜電電容成分的關(guān)系的模型和由上述電阻成分取得單元求出的上述電阻成分，求上述靜電電容成分的靜電電容成分取得單元；從上述合成靜電電容減去上述靜電電容成分，求上述間隙靜電電容的間隙靜電電容取得單元；根據(jù)由上述間隙靜電電容取得單元求出的上述間隙靜電電容，求上述間隙的間隙取得單元。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光加工機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，上述激光加工機(jī)把在求上述靜電電容成分時(shí)使用的參數(shù)的值輸入到上述間隙檢測(cè)裝置，上述靜電電容成分取得單元作為上述模型使用以下的公式Rp·Cp＝k式中，Rp上述電阻成分Cp上述靜電電容成分k上述參數(shù)。
16.一種激光加工機(jī)用的間隙檢測(cè)方法，該間隙檢測(cè)方法檢測(cè)輸出激光加工機(jī)中的激光的噴頭與由該激光加工的加工對(duì)象物之間的間隙，其特征在于具備(a)求合成阻抗的倒數(shù)即合成導(dǎo)納的工序，該合成阻抗為合成依賴于上述間隙的間隙靜電電容與依賴于對(duì)上述加工對(duì)象物的激光加工中發(fā)生的等離子的等離子阻抗的阻抗；(b)根據(jù)上述合成導(dǎo)納的虛部，求上述間隙靜電電容與在上述等離子阻抗中包含的靜電電容成分之和即合成靜電電容的工序；(c)根據(jù)上述合成導(dǎo)納的實(shí)部，求在上述等離子阻抗中包含的電阻成分的工序；(d)使用表示上述電阻成分與上述靜電電容成分的關(guān)系的模型和在上述工序(c)中求出的上述電阻成分，求上述靜電電容成分的工序；(e)從上述合成靜電電容減去上述靜電電容成分，求上述間隙靜電電容的工序；(f)根據(jù)上述間隙靜電電容求上述間隙的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠高精度地檢測(cè)輸出激光加工機(jī)中的激光的噴頭與加工對(duì)象物之間的間隙的激光加工用的間隙檢測(cè)裝置及方法、激光加工用系統(tǒng)。信號(hào)處理單元(24)求間隙靜電電容Cg與等離子阻抗Zp的合成阻抗Z的倒數(shù)，從該倒數(shù)的虛部求作為間隙靜電電容Cg與等離子阻抗中包含的靜電電容成分之和的合成靜電電容，從該倒數(shù)的實(shí)部求等離子阻抗中包含的電阻成分，間隙檢測(cè)裝置(20)使用表現(xiàn)等離子阻抗的倒數(shù)的特性的模型和電阻成分求靜電電容成分，從合成靜電電容減去該靜電電容成分求間隙靜電電容Cg，間隙檢測(cè)裝置(20)從所求出的間隙靜電電容Cg求間隙。
文檔編號(hào)B23K26/42GK101089546SQ20061016423
公開(kāi)日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者巖田高明, 大村浩嘉, 今井祥人, 高橋悌史 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社