專利名稱：激光加工裝置用距離檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用于激光加工裝置中檢測激光焦點位置或加工噴嘴高度的激光加工裝置用距離檢測器一般說，在用激光加工裝置進行激光加工時，有必要根據(jù)被加工物的材質(zhì)和板厚設(shè)定激光輸出、脈沖頻率、輔助氣體壓力、焦點位置、噴嘴高度等加工條件，維持加工中的合適條件。特別是焦點位置和噴嘴高度為加工中的敏感條件，有必要確保其正確度。
激光加工是線段加工，在將激光對被加工物一邊作相對掃描一邊進行加工時，有必要認識被加工物的位置，實時地調(diào)整焦點位置和噴嘴高度。
作為檢測該焦點位置和噴嘴高度的方法，一般采用在噴嘴的前端部安裝距離檢測器的方法。通常聚光透鏡與加工噴嘴被裝在激光加工裝置的同一臺架上，因此無需相對于被加工物分開測定焦點位置與噴嘴高度，一般使用測定噴嘴頭部與被加工物相對距離的距離檢測器，認識噴嘴高度，認識聚光透鏡的位置與噴嘴頭部的相對位置。
隨著近年來激光加工用途的擴大，加工設(shè)計圖案用的鋁和不銹鋼等金屬平板加工材料的要求也不斷增加。因此，作為測定焦點位置和噴嘴高度的距離檢測器，從防止接觸損傷方面出發(fā)，喜歡使用非接觸型的距離檢測器，特別較多用利用靜電電容量的距離檢測器?，F(xiàn)狀是，從激光加工的高速性出發(fā)，要求應(yīng)答速度快的距離檢測器，利用靜電電容量的距離檢測器比機械式的更為有利。
這樣的利用靜電容量的距離檢測器，在噴嘴頭部上配設(shè)檢測電極，將交流電信號加到該檢測電極上。然后，通過檢測依照檢測電極與被加工物之間靜電電容量變化的交流信號，求出檢測電極與被加工物之間的靜電電容量，根據(jù)所述交流信號形成與檢測電極和被加工物的距離相當?shù)闹绷餍盘枴＝又鴮⒃撝绷餍盘柟┙o控制裝置，控制裝置進行控制，使依變于直流信號的噴嘴高度位置即檢測電極與被加工物之間的距離保持在目的距離上。
具體地說，激光加工裝置通常將激光聚焦并將其束點照到被加工物上，通過瞬時熔融或升華材料并使之飛散，進行切除(主要為切斷)加工。因此，一般包括用來聚焦激光的聚光透鏡或聚光反射鏡，而且包括為使熔融或升華的材料飛散噴射輔助氣體用的加工噴嘴。
作為求出檢測電極與被加工物之間靜電電容量的交流信號，一般采用正弦波交流信號。這種場合，作為該靜電電容量對應(yīng)的信號，采用檢測檢測電極電壓的方法，。用頻率為f、振幅i的交流電流加到檢測電極時，取未知的靜電電容量為C，則所述檢測電極的電壓V由下式給出V=2πfC·i經(jīng)檢測得到的檢測電極的電壓為具有所述振幅V、頻率f的正弦波交流信號，因此在實際中整流該正弦波交流信號變換為與振幅V成比例的直流信號。
激光加工裝置的噴嘴的頭部一般根據(jù)操作性要求做得小，裝于其上的檢測電極的尺寸也有必要是小尺寸的。因此，檢測電極與被加工物之間的靜電電容量非常小，通常為1pF以下。根據(jù)由激光加工裝置的性能規(guī)定的響應(yīng)頻率決定交流信號的頻率，通常使用10kHz以上的頻率。
根據(jù)微弱靜電電容量C變換得到的檢測電壓，極易受到外界干擾的影響，因此，整流后的直流信號進一步通過低頻濾波器以除去有干擾的高頻成分。
下面說明上述現(xiàn)有激光加工裝置用距離檢測器的具體電路例。


圖14表示第1種現(xiàn)有激光加工裝置用距離檢測器的整體結(jié)構(gòu)說明圖。圖15為概略地示出第1種現(xiàn)有激光加工裝置用距離檢測器的整體結(jié)構(gòu)說明圖。
圖14中，交流恒流源7產(chǎn)生i=I·sin2πfi的輸出，這里，I為電流的振幅，t為時間、f為頻率。環(huán)形檢測電極1是噴嘴3的前端，且配設(shè)在激光4通過范圍的周圍。將恒定電流i從電流源7供給檢測電極1，用電壓檢測電路8檢測由檢測電極1與被加工物2之間的靜電電容C變換的電壓(電流信號)，而且用整流電路9將該交流信號變換為直流信號。該直流信號含有高頻成分，因此用低頻濾波器濾除不需的要高頻成分，得到距離檢測輸出Vo。
借助于此，利用檢測電極1的檢測電壓測定對于被加工物2的聚焦(焦點)位置6和噴嘴離被加工物2的高度。也就是說，利用距離檢測器測定噴嘴3的前端與被加工物2之間的相對距離，認識噴嘴高度。然后決定未圖示的聚光透鏡的位置與噴嘴前端的相對位置。
這里，加在檢測電極1上的交流信號源，不但可用正弦波的交流恒流源，也可用正弦波交流恒壓源。圖16為其一例，表示第2種現(xiàn)有激光加工裝置用距離檢測器的整體結(jié)構(gòu)說明圖。圖16中與上述第1種現(xiàn)有例相同符號和記號，表示與上述第1種現(xiàn)有例的結(jié)構(gòu)部分相同或相當?shù)慕Y(jié)構(gòu)部分。
圖16中，交流恒壓源7A產(chǎn)生v=V·sin2πft的輸出。與第1現(xiàn)有例相同，檢測電極1配設(shè)在噴嘴3的前端，將電流io從交流恒壓源7A供給檢測電極1。而且用變流器13檢測供給在檢測電極1與被加工物2之間的靜電電容量C上的電流io，用電流檢測電路14將經(jīng)變流器13檢測的電流變換成與其電流值成比例的電壓，由整流電路9將該電流檢測電路14的輸出(交流信號)變換為直流信號。該直流信號由于含有高頻成分，故進一步用低頻濾波器101濾除不需要的高頻成分，得到距離檢測輸出VO。
借助于此，利用檢測電極1的檢測電壓，與第1現(xiàn)有技術(shù)相同地相對被加工物2測定聚光位置6與噴嘴高度。然后，認識噴嘴高度，決定聚光透鏡的位置與噴嘴前端的相對位置。
在該實施例場合，流入檢測電極1的檢測電流io為io=V/27πfC其中，取所加電壓的振幅為V，頻率為f，未知的靜電電容量為C。
在這樣的現(xiàn)有距離檢測器中，對于由加工中產(chǎn)生的濺射、等離子氣體引起的干擾，低頻濾波器只能濾除有干擾頻率成分的一部分，不能全部地除去距離檢測器的誤差主要因素。
特別是在鋁、不銹鋼等材料加工要求的增長中，一方面，在這些材料的激光加工時，激光照射部分易產(chǎn)生等離子氣體和濺射。利用安裝在噴嘴部分上的檢測電極1與被加工物2之間的靜電電容量C的距離檢測器受到該等離子氣體和濺射的影響，含有產(chǎn)生誤動作的主要因素。
這樣的距離檢測器的誤動作，不但引起激光加工的加工不良，而且在最壞情況下引起被加工物2與噴嘴3的沖撞，有可能引起被加工物2的損傷或激光加工裝置本身的破壞。
另一方面，由于幾年來省力化的要求，激光加工進行自動操作，加工的可靠性變得重要起來。
因此，本發(fā)明的課題在于提供，即使在激光加工中產(chǎn)生等離子體氣體或濺射也能不受其影響地測定激光焦點位置或噴嘴高度的高可靠性的激光加工裝置用距離檢測器。
權(quán)利要求1有關(guān)的激光加工裝置用距離檢測器，用于一邊利用靜電電容量檢測激光的聚光位置與被加工物之間距離，控制所述聚光位置與所述被加工物之間的距離，一邊將經(jīng)聚光的光束照射被加工物進行激光加工的激光加工裝置中，其特征在于包括形成與所述被加工物之間靜電電容量的檢測電極；發(fā)生輸入到所述檢測電極的交流信號作為輸入信號的輸入信號發(fā)生部；檢測按照所述所述被加工物與所述檢測電極之間的靜電電容量變化的交流信號作為檢測信號的信號檢測部；以及輸入來自所述輸入信號發(fā)生部的所述輸入信號，同時輸入來自所述信號檢測部的所述檢測信號，在所述檢測信號中提取并演算與所述輸入信號頻率一致的成分，發(fā)生表示所述焦點位置與被加工物之間距離的距離信息輸出的演算部。
權(quán)利要求2有關(guān)的激光加工裝置用距離檢測器的所述輸入信號發(fā)生部具有交流恒流源。
權(quán)利要求3有關(guān)的激光加工裝置用距離檢測器的所述輸入信號發(fā)生部具有交流恒壓源。
權(quán)利要求4有關(guān)的激光加工裝置用距離檢測器的所述輸入信號發(fā)生部的輸出是特定頻率的正弦波交流信號。
權(quán)利要求5有關(guān)的激光加工裝置用距離檢測器的所述演算部檢測所述輸入信號的相位，并用所述相位同步整流所述檢測信號。
權(quán)利要求6有關(guān)的激光加工裝置用距離檢測器的所述演算部，包括對所述輸入信號與所述檢測信號進行乘法運算的乘法電路和平滑所述乘法電路的乘法運算結(jié)果的平滑電路。
權(quán)利要求7有關(guān)的激光加工裝置用距離檢測器的所述演算部根據(jù)所述輸入信號的定時或相位，取樣所述檢測信號，進行所述演算。
權(quán)利要求8有關(guān)的激光加工裝置用距離檢測器的所述演算部進一步包括移相電路，利用所述移相電路移動并控制所述輸入信號的相位，基于經(jīng)相位控制的輸入信號進行對所述檢測信號的演算。
權(quán)利要求9有關(guān)的激光加工裝置用距離檢測器的所述演算部進一步包括移相電路，利用所述移相電路移動并控制所述檢測信號的相位，基于所述輸入信號進行對經(jīng)相位控制的檢測信號的演算。
權(quán)利要求10有關(guān)的激光加工裝置用距離檢測器的所述輸入信號發(fā)生部產(chǎn)生相位不同的2系統(tǒng)的交流信號，所述2系統(tǒng)交流信號之一輸入到檢測電極，另一輸入到所述演算部。
圖1示出本發(fā)明第1實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)說明圖。
圖2示出本發(fā)明第1實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器的交流電壓源的輸出波形與電壓檢測電路的輸出波形的一例說明圖。
圖3示出由本發(fā)明第1實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器的電壓檢測電路輸出的信號頻譜的一例說明圖。
圖4示出本發(fā)明第2實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)說明圖。
圖5示出實施形態(tài)2的距離檢測器200的動作一例的波形圖。
圖6示出本發(fā)明第3實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)說明圖。
圖7示出實施形態(tài)3的距離檢測器300的動作一例的波形圖。
圖8示出本發(fā)明第4實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)說明圖。
圖9示出實施形態(tài)4的距離檢測器400的動作一例的波形圖。
圖10示出本發(fā)明第5實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)說明圖。
圖11示出本發(fā)明第6實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)說明圖。
圖12示出本發(fā)明第7實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)說明圖。
圖13示出本發(fā)明第7實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器的正弦波振蕩電路構(gòu)成說明圖。
圖14示出第1現(xiàn)有激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)說明圖。
圖15概要地示出第1現(xiàn)有激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)說明圖。
圖16概要地示出第2現(xiàn)有激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)說明圖。[符號說明]1檢測電極2 被加工物
3 噴嘴4 激光8 電壓檢測電路10 低頻濾波器14 電流檢測電路15 交流電壓源15A 交流恒壓源 16 恒流放大電路17 移相電路18 同步整流電路19 乘法電路20 取樣電路21 運算電路22 2系統(tǒng)輸出交流振蕩電路C 靜電電容量100、200、300、400、500、600、700距離檢測器以下用圖說明本發(fā)明實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器。圖中，與上述各現(xiàn)有例相同的符號和記號表示與上述各現(xiàn)有例的構(gòu)成部分相同或相當?shù)臉?gòu)成部分，有關(guān)省略圖示的構(gòu)造部分能采用圖14的現(xiàn)有例的構(gòu)造。而且各實施例的同一結(jié)構(gòu)上標注同一符號并省略其說明。[實施形態(tài)1]圖1示出本發(fā)明第1實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器的整體結(jié)構(gòu)說明圖。
本實施形態(tài)的距離檢測器100適用于激光加工裝置。該激光加工裝置用光學聚光部件對激光振蕩器出射的激光4的光束進行聚光，用距離檢測器100利用靜電電容量C檢測從聚光位置6到被加工物2的距離。而且，一邊控制聚光位置6與被加工物2之間的距離，一邊將該經(jīng)聚光的激光束照射被加工物2進行加工。如圖1所示，距離檢測器100包括檢測電極1、交流電壓源15和恒流放大電路16構(gòu)成的輸入信號發(fā)生部、電壓檢測電路8構(gòu)成的信號檢測部和演算電路21構(gòu)成的演算部。檢測電極1與被加工物2之間形成靜電電容量C。所述交流電壓源15和恒流源放大電路16發(fā)生輸入到檢測電極1交流信號(交流電流)作為輸入信號。輸入于被加工物2與檢測電極1之間的交流電流由靜電電容量C變換，作為電壓(壓降)發(fā)生在檢測電極1上。電壓檢測電路8檢測該交流信號(電壓)作為檢測信號。
雖然使用交流電壓源15作為恒壓源，但在實施本發(fā)明的場合，交流電壓源15只要是頻率、振幅電壓穩(wěn)定的正弦波振蕩器就行。恒流源放大電路16輸出與輸入電壓成比例的交流恒定電流。演算電路21由運放等運算放大器組成。演算電路21輸入由輸入信號發(fā)生部15、16發(fā)生的交流信號作為基準信號，在所述檢測信號中提取并演算與所述基準信號頻率一致的成分(相關(guān)成分)，產(chǎn)生表示聚光位置6與被加工物2之間的距離的距離信息輸出。
在這樣構(gòu)成的本實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器100中，由交流電壓源15發(fā)生的交流恒定電壓V sin2πft輸入恒流源放大電路16，該電路16輸出與輸入電壓成正比的交流恒流電流i，供給檢測電極1。這時，檢測電極1的電壓雖加到電壓檢測電路8，但電壓檢測電路8的輸入阻抗非常大。特別是與檢測電路1的靜電電容量C的電抗相比時，電壓檢測電路8的輸入阻抗接近無限大，因此流入電壓檢測電路8的電流值能夠忽略不計。也就是說，從恒流源放大電路16輸出的交流電流i實質(zhì)上全部注入檢測電極上。在檢測電極上，按照所供給的交流恒流i與被加工物2之間的靜電容容量C產(chǎn)生交流電壓Vc。其關(guān)系表示如下式Vc=i/2πfC電壓檢測電路8檢測、放大該交流電壓Vc，將該輸出交流信號作為檢測信號輸入到演算電路21。在演算電路21中事先也輸入交流電壓源15的輸出交流信號作為基準信號，演算電路21演算這2個交流信號，得到作為距離信息輸出的正確的檢測輸出Vo。
圖2示出本發(fā)明第1實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器的交流電壓源的輸出波形與由電壓檢測電路檢測的輸出波形的一例說明圖。圖3示出從本發(fā)明第1實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器的電壓檢測電路輸出的信號頻譜的一例說明圖。
在演算電路21中，在從電壓檢測電路8的輸出交流信號中，提取與交流電壓源15的輸出交流信號波形相關(guān)的某一成分，演算其大小。例如，如圖2所示，采用正弦波交流信號作為交流電壓源15的輸出信號的場合，從經(jīng)驗上可理解得到含有圖示那樣噪聲成分的電壓檢測電路8的輸出交流信號。然而，作為這時的演算電路21的輸出，在電壓檢測電路8的輸出交流信號中，僅得到具有與交流電壓源15的輸出交流信號相同頻率的正弦波波形成分的大小。也就是說，在由電壓檢測電路8的輸出交流信號所含的圖3所示那樣的噪聲頻譜(頻率成分)的場合，用演算電路21能夠在其輸出交流信號中，僅提取與對靜電電容量C的檢測必要的交流電壓源15的發(fā)生信號相同頻率f的頻譜(頻率成分)。這表示，在檢測電極1按照靜電電容量C產(chǎn)生的交流電壓Vc中，與交流電壓源15的輸出不相關(guān)的噪聲成分從演算輸出中被除去。因此，即使激光加工中發(fā)生等離子氣體和濺射，也能不受其影響地進行距離測定，得到可靠性高的距離檢測器100。
下面，用以下的實施形態(tài)具體說明與上述演算電路20相當?shù)难菟悴康母鞣N例子。例如，作為演算部能使用同步檢測電路，作為同步檢測電路能使用同步整流電路。也可使用乘法電路代替同步整流電路。而且作為演算部還可使用取樣電路。無論如何，只要從檢測檢測電極1輸出的檢測電路的輸出中，提取并演算輸出交流源的輸出頻率相同的頻率成分就可。作為演算部也可在所述同步整流電路等中組合移相器，使檢測電路的輸出信號相位與交流源的輸出信號相位一致之后，進行同步整流。這種場合，能提高演算部的檢測輸出的靈敏度，能增大檢測輸出Vo的S/N比。[實施形態(tài)2]圖4示出本發(fā)明第2實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)說明圖。
在圖1的實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器100中，從電壓檢測電路8的輸出信號與從交流電壓源15的輸出信號的相位不一致時，檢測靈敏度下降，S/N比降低。但是從電壓檢測電路8的輸出信號是頻率高的、用于測定被加工物2與檢測電極1之間的靜電電容量C的信號。而且，電壓檢測電路8的放大處理時間有與交流電壓源15的信號直接導入演算電路21的定時未必一致的場合。在這種場合，如圖4所示的第2實施形態(tài)，只要將電壓檢測電路8的輸出信號與交流電壓源15的輸出信號的相位進行調(diào)整，使兩者相位一致就可。
本實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器200，與實施形態(tài)1一樣適用于激光加工裝置。而且，距離檢測器200利用靜電電容量C檢測聚光位置6與被加工物2有關(guān)的距離。該距離檢測器200包括檢測電極1、交流電壓源15、恒流放大電路16、電壓檢測電路8、移相電路17和同步整流電路18。
實施形態(tài)2與實施形態(tài)1相同，使用交流電壓源15作為基準波發(fā)生源。移相電路17移動來自輸入的交流電壓源15的交流信號的相位，進行規(guī)定的相位超前或遲后處理并輸出。同步整流電路18輸入通過移相電路17的交流電壓源15的輸出信號作為同步信號(基準信號)，同步于交流電壓源15的輸出信號整流電壓檢測電路8的輸出信號(檢測信號)。低通濾波器10連接到同步整流電路18上以平滑經(jīng)同步整流的檢測信號。
上述移相電路17和同步整流電路18組成實施形態(tài)2的演算部，在使所述檢測信號與所述輸入信號(基準信號)的相位一致的狀態(tài)下，從檢測信號中提取與基準信號頻率一致的成分加以演算。也就是說，演算部從電壓檢測電路8的輸出中只提取并輸出與交流電壓源15的輸出相關(guān)的某一頻率成分。這里，除去不要的高頻成分和噪聲成分。進而，低通濾波器10濾除在通過同步整流電路18的檢測信號中含有的、用同步整流電路18沒有除去的不需要的高頻成分和噪聲成分。
實施形態(tài)2中也與實施形態(tài)1中一樣，將與交流電壓源15的輸出電壓成比例的交流恒定電流i供給檢測電極1。然后由電壓檢測電路8檢測檢測電極1的電壓Vc=i/2πfC，該輸出交流信號輸入演算部的同步整流電路18。另一方面，用移相電路17移相交流電壓源15的交流電壓信號，輸入同步整流電路18。同步整流電路18根據(jù)移相電路17的信號相位信息同步整流電壓檢測電路8的檢測信號。也就是說，這時電壓檢測電路8的檢測信號輸出與通過移相電路17的交流電壓源15的基準信號輸出，其頻率與相位互相一致。由此，同步整流電路18從檢測信號中整流與其同相的基準信號的頻率相同的信號，除去其他頻率成分。即在檢測輸出中僅提取與靜電電容量C的值對應(yīng)的成分，而除去其他高頻成分。而且，經(jīng)同步整流的檢測輸出變得足夠大，提高檢測靈敏度。進而，同步整流電路18的輸出被輸入低通濾波器10，在上述的基礎(chǔ)上，濾除不需要的高頻成分。
如上所述，能夠進行使電壓檢測電路8的檢測輸出與交流電壓源15的輸出的頻率和相位相一致的同步整流。由此，混入檢測電極1的檢測信號的噪聲成分即使重疊在電壓檢測電路8的檢測輸出中，由于其噪聲成分與檢測輸出的頻率不一致，因此能用同步整流電路18除去，最終能用低通濾波器10完全除去。結(jié)果，能忽略噪聲成分的影響進行檢測。結(jié)果能獲得正確的檢測輸出Vo作為距離信息輸出。
以下詳細說明演算部，同步整流電路18例如作為同步信號同步于交流電壓源15的輸出，開關(guān)控制FET等的開關(guān)元件，從電壓檢測電路8的輸出波形中提取任意相位部分。即是，同步整流電路18在交流電壓源15的輸出為正時，接通開關(guān)元件，提取其間的電壓檢測電路8的輸出。然后，低通濾波器10平滑同步整流電路18的輸出，輸出直流電壓Vo。這時，低通濾波器10積分電壓檢測電路8的輸出信號與交流電壓源15的輸出信號，輸出對應(yīng)其相位差φ的電壓Vo作為檢測輸出。例如，相位差φ為零時，作為檢測輸出得到與電壓檢測電路8的輸出振幅對應(yīng)的最大輸出值；相位差φ為π/2時，輸出值為零。由于兩輸出如上述那樣為同相，因此低通濾波器10輸出最大值。
而且，同步整流電路18如上述那樣在兩輸出信號的相位差φ為π/2時，其輸出為零。因此也能進行相位φ的檢測。由此，在實施形態(tài)2中，參照用同步整流電路18檢得的相位φ，用移相電路17移相交流電壓源15的輸出信號，能使與電壓檢測電路8的輸出信號達到同相。
圖5示出實施形態(tài)2的距離檢測器200的動作一例的波形圖。
距離檢測器的200如圖5(a)及(b)所示那樣電壓檢測電路8的輸出V8的相位只比交流電壓源15的輸出V15相位滯后φ的場合，用移相電路17將輸出V15只延遲相位差延遲φ，如圖5(c)所示。在通過移相電路17的交流電壓源15的輸出V17與檢測電路8的輸出V8取同相的狀態(tài)下，同步整流輸出V18。于是，同步整流電路18的輸出V18和低通濾波器10的輸出V10成為如圖5(d)和(e)所示，低通濾波器10輸出對應(yīng)靜電電容量C的值的直流電壓Vo。這時，重疊在檢測輸出V8的高頻成分(高次諧波)和噪聲成分由于與交流電壓源15的輸出V15或V17的頻率不一致，并不相關(guān)，所以先用同步整流電路18除去，進而由低通濾波器10除去。[實施形態(tài)3]圖6示出本發(fā)明第3實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器的整體結(jié)構(gòu)說明圖。
圖6所示的距離檢測器300將圖4所示的實施形態(tài)2的距離檢測器200的同步整流電路18置換成乘法電路19。但是，距離檢測器300與實施形態(tài)2相同，對電壓檢測電路8的輸出信號(檢測信號)與交流電壓源15的輸出信號(輸入信號至基淮信號)的相位進行調(diào)整，以使兩信號在相位一致狀態(tài)下輸入乘法電路19。
移相電路17和乘法電路19組成實施形態(tài)3的演算部，在檢測信號與基準信號的相位一致狀態(tài)下，從檢測信號提取并演算與基準信號頻率一致的成分。
實施形態(tài)3也與實施形態(tài)2一樣，電壓檢測電路8的輸出信號輸出乘法電路19。另一方面，基于用移相電路17取得同相位的交流電壓源15的輸出信息，乘法電路19將交流電壓源15的輸出與電壓檢測電路8的輸出相乘。也就是說，乘法電路19將大振幅信號互相相乘，并將其輸出輸入低通濾波器10。結(jié)果能將作為整體存在的噪聲抑制到較低的程度，獲得正確的檢測輸出Vo作為距離信息輸出。
因此，通過乘法電路19的運算，由起因于等離子氣體和濺射引起的影響與整體干擾的影響相比變得較小，即使激光加工中發(fā)生等離子氣體和濺射也能不受其影響地進行距離測定。結(jié)果得到高可靠性的距離檢測器。
下面詳細說明實施形態(tài)3的演算部。乘法電路19將電壓檢測電路8的輸出信號乘以經(jīng)移相的交流電壓源15的輸出信號。這時，與交流電壓源15的輸出中頻率不一致的高頻成分和噪聲成分被除去。進而用低通濾波器10除去乘法電路19輸出中不需要的高頻成分及噪聲成分。然后，低通濾波器10平滑乘法運算的輸出，輸出直流電壓VO。這時，低通濾波器10輸出對應(yīng)于檢測信號與基準信號的相位差φ的電壓VO。例如，兩者的相位差φ為零時得到對應(yīng)電壓檢測電路8輸出振幅的最大值的輸出值，相位差φ為π/2時輸出值為零。又，由于兩輸出如上所述那樣取為同相，因此低通濾波器10輸出最大值。
這時，與上述實施形態(tài)2一樣，乘法電路19中參照經(jīng)檢測的相位差φ，用移相電路17移相交流電壓源15的輸出信號，能使與電壓檢測電路8的輸出信號同相。
圖7示出實施形態(tài)3的距離檢測器300動作一例的波形圖。
距離檢測器300，如圖7(a)和(b)所示，在使經(jīng)過移相電路17的交流電壓源15的輸出V17與電壓檢測電路8的輸出V8同相的狀態(tài)下，使輸出V17和輸出V8相乘。這樣一來，乘法電路19的輸出V19和低通濾波器10的輸出V10成為如圖7(c)和(d)所示那樣，由低通濾波器10輸出與靜電電容量C對應(yīng)的值的直流電壓VO。這時，重疊在檢測輸出V8的高頻成分和噪聲成分因與交流電壓源15的輸出V15或V17中的頻率不一致而并不相關(guān)，故先是用乘法電路19去除，繼而由低通濾波器10去除。加之，輸出V8與輸出V15(輸出V17)相乘，因此得到更大的檢測輸出。[實施形態(tài)4]圖8示出本發(fā)明第4實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)的說明圖。
示于圖8的距離檢測器400，將實施形態(tài)2的距離檢測器200的同步整流電路18置換成由模擬門和在規(guī)定周期開閉該門的閾值電路等組成的取樣電路20。然后，距離檢測器400與第2實施形態(tài)一樣地進行檢測信號與基準信號的相位調(diào)整，在兩信號的相位一致狀態(tài)下輸入到取樣電路20。
也就是說，移相電路17和取樣電路20組成實施形態(tài)4的演算部，在使檢測信號與基準信號的相位一致的狀態(tài)下從檢測信號中提取并演算與基準信號頻率一致的成分。
實施形態(tài)4也與實施形態(tài)2同樣，電壓檢測電路8的輸出信號被輸入取樣電路20。另一方面，取樣電路20基于用移相電路17取得同相位的交流電壓源15的輸出信息，以規(guī)定的周期對電壓檢測電路8的檢測輸出取樣。例如，如上所述，取樣電路20以提取電壓檢測電路8的檢測輸出最大振幅值的1/5以上區(qū)域那樣的周期和取樣時間進行取樣，并將其輸出輸入于低通濾波器10，去除不需要的高頻成分，得到正確的檢測輸出VO作為距離信息輸出。
也就是說，用取樣電路20在規(guī)定的周期對由電壓檢測電路8檢測的電壓僅取樣所需的相位部分，例如僅取樣振幅值大的相位部分。也即用取樣電路20僅提取信號噪聲比(S/N)大的區(qū)域。
如上所述，實施形態(tài)4中交流電壓源1 5的信號也通過移相電路17移相，導入取樣電路20。而且，取樣電路20參照交流電壓源15的信號相位并在任意區(qū)域上對電壓檢測電路8的檢測信號進行取樣。因而，能夠調(diào)整取樣區(qū)域，取得相對大的S/N。而且，由于噪聲成分的周期與取樣時刻乃至取樣周期(交流電壓源15的輸出周期)并不一致，因此在后級的低通濾波器中加以去除，進一步提高了S/N。即是說，取樣電路20中僅檢測取樣頻率及其高次諧波頻率附近的頻率成分。
又，通過適當調(diào)整移相電路17的相移量，能改變?nèi)拥膮^(qū)域，也能進行輸出靈敏度的調(diào)整。然而，如上述那樣如取電壓檢測電路8的輸出與交流電壓源15的輸出為同相，則能達到最佳的輸出靈敏度。
下面詳細說明實施形態(tài)4的演算部。取樣電路20與經(jīng)移相的交流電壓源15的輸出信號同步地對電壓檢測電路8的輸出信號進行取樣。這時與交流電壓源15輸出中其頻率不一致的高頻成分和噪聲成分被除去。而且取樣電路20的輸出由低通濾波器10除去不需要的高頻成分和噪聲成分。此外，低通濾波器10平滑取樣輸出，輸出直流電壓VO。這時，低通濾波器輸出與檢測信號和基準信號的相位差φ對應(yīng)的電壓VO。例如兩者的相位差φ為零時得到最大輸出值，相位差φ為π/2時，輸出值為零。又，由于如上那樣取兩輸出為同相，因此通濾波器10輸出最大值。
這時，與上述實施形態(tài)2同樣，參照取樣電路20中檢測到的相位差φ，用移相電路17對交流電壓源15的輸出信號移相，能使與電壓檢測電路8的輸出信號同相。
圖9示出實施形態(tài)4的距離檢測器400的動作一例波形圖。
距離檢測器400在使經(jīng)過移相電路17的交流電壓源15的輸出V17與電壓檢測電路8的輸出V8同相的狀態(tài)下，取樣輸出V8。這時，取樣電路20根據(jù)交流電壓源15的輸出V17的相位或規(guī)定的時刻取樣輸出V8。例如，如圖9(a)和(b)所示，取樣電路20在與輸出V17和輸出V8同一周期上發(fā)生規(guī)定脈沖寬度的取樣脈沖。而且，取樣脈沖取輸出V8的振幅最大值為中心值的范圍設(shè)定上升沿與下降沿的時刻為好，以便只提取S/N大的信號部分。例如，以輸出V8最大振幅值的1/5以上的值作為閾值，通過閾值電路開關(guān)控制模擬門進行取樣。
這樣，取樣電路20的輸出V20和低通濾波器1O的輸出V10成為如圖9(c)和9(d)所示那樣，由低通濾波器10輸出與靜電電容量C對應(yīng)的值的直流電壓VO。這時，重疊在檢測輸出V8上的高頻成分及噪聲成分，由于與交流電壓源15的輸出V15或V17中頻率不一致而并不相關(guān)，故先是由取樣電路20除去，繼而由低通濾波器10除去。加之，由于只取樣輸出V8中振幅值大的范圍，因此得到只在S/N大的范圍提取的檢測輸出。[實施形態(tài)5]圖10示出本發(fā)明第5實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)的說明圖。
實施形態(tài)5的距離檢測器500，將由實施形態(tài)2的距離檢測器200的恒定電流i供給檢測電極1的輸入交流信號置換為直接供給檢測電極1的恒定電壓。交流恒定電壓源15A產(chǎn)生V·sin2πft的交流恒定電壓輸出，依照該交流恒定電壓，電流io被供給檢測電極1與被加工物之間的靜電電容量C。而且，距離檢測器500用變流器(CT)13檢測其值隨靜電電容量C的值變化的電流io，用電流檢測電路14將由變流器13檢測的電流io變換成與該電流值成比例的電壓，作為檢測信號輸出之。
這里，本實施形態(tài)的輸入信號發(fā)生部由上述交流恒壓源15A構(gòu)成。信號檢測部由變流器13和電流檢測電路14構(gòu)成。演算部與實施形態(tài)2相同，由移相電路17和同步整流電路18構(gòu)成。而且，演算部在使所述檢測信號與基準信號的相位一致的狀態(tài)下，從檢測信號中提取并演算與基準信號中頻率一致的成分。
實施形態(tài)5的距離檢測器500將交流恒定電壓源15A的交流恒定電壓加到檢測電極1，由變流器13檢測電流io，進而由電流檢測電路14輸出與電流值成比例的電壓。將該電流檢測電路14的輸出輸入到同步整流電路18，在同步整流電路18中與實施形態(tài)2同樣，基于移相電路17的信號相位信息，在頻率和相位與交流恒定電壓源15A的輸出(基準信號)一致的范圍內(nèi)對提取的電流檢測電路14的輸出(檢測信號)進行同步整流。將同步整流電路18的輸出輸入到低通濾波器10。
從而，電流檢測電路14的輸出與通過移相電路17的交流恒定電源15A的輸出，其頻率與相位均互相一致，被輸入到低頻濾波器10的信號其不需要的高頻成分及噪聲成分被除去。而且在低通濾波器10中也除去高頻成分和噪聲成分。結(jié)果，得到能忽略高頻成分和噪聲成分的正確的檢測輸出Vo作為距離信息輸出。
也就是說，與實施形態(tài)2一樣，與交流恒定電壓源15A成比例的電流供給檢測電極1。另一方面，同步整流電路18的輸出由移相電路17的輸出中頻率和相位所規(guī)定與限制，由電流檢測電路14輸入到低通濾波器10的只是規(guī)定頻率成分的振幅，即只是必要的檢測輸出。
從而，因為從電流檢測電路14的檢測輸出中能夠除去與通過移相電路17的交流恒定電壓源15A的輸出中相位、頻率不一致的高頻成分和噪聲成分，因此即使激光加工中發(fā)生等離子氣體和濺射，也能不受其影響地測定距離，得到可靠性高的距離檢測器。
而且，因為只對基準信號作同步整流必要的移相，因此只能夠提取其頻率和相位與由移相電路17特定的頻率和相位一致的電流檢測電路14的信號，能夠得到將噪聲抑制到最低限度的檢測輸出。[實施形態(tài)6]圖11示出本發(fā)明第6實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)說明圖。
圖11的距離檢測器600將實施形態(tài)2的距離檢測器200中的移相電路17接到電壓檢測電路8的輸出側(cè)而不接到交流電壓源15的輸出側(cè)。
在實施形態(tài)6的距離檢測器600中，由電壓檢測電路8檢測的電壓由移相電路17進行相位調(diào)整輸入到同步整流電流18。也就是說，電壓檢測電路8的檢測信號與交流電壓源15的發(fā)生信號(基準信號)同相位。同步整流電路18根據(jù)交流電壓源15的交流恒定電壓信號的相位信息對來自移相電路17的檢測信號進行同步整流。同步整流電路18的輸出被輸入到低通濾波器10，除去不需要的高頻成分和噪聲成分，得到正確的檢測輸出Vo作為距離信息輸出。
從而，交流電壓源15發(fā)生的輸出與通過移相電路17的電壓檢測電路8的檢測輸出，頻率和相位互相一致。由此，與實施形態(tài)2一樣，從電壓檢測電路8的檢測輸出中能夠只提取與交流電壓源15的輸出相同頻率和相同相位成分。結(jié)果，作為同步整流電路18的輸出被輸入低通濾波器10的信號僅為除去不需要的高頻成分和噪聲成分的規(guī)定的頻率成分的整流信號，能得到正確的檢測輸出Vo作為距離信息輸出。
也就是說，由電壓檢測電路8檢測的電壓本身用移相電路17進行移相，輸入同步整流電路18，而且將交流電壓源15的電壓直接輸入同步整流電路18。同步整流電路18根據(jù)交流電壓源15的相位信息對通過移相電路17的電壓檢測電路8的檢測信號進行同步整流。
從而，從檢測輸出中能除去與交流電壓源15輸出中頻率、相位不一致的高頻成分和不需要的噪聲成分，因此即使激光加工中發(fā)生等離子氣體和濺射，也能不受其影響地進行距離測定，得到可靠性高的距離檢測器，能得到將噪聲抑制到最低限度的檢測輸出。[實施形態(tài)7]圖12示出本發(fā)明第7實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器整體結(jié)構(gòu)說明圖。圖13示出本發(fā)明第7實施形態(tài)的激光加工裝置用距離檢測器的正弦波振蕩電路結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖12的距離檢測器700與實施形態(tài)2的距離檢測器200的基本結(jié)構(gòu)相同，其不同點在于采用輸出相位不同的2個交流信號的2系統(tǒng)輸出交流振蕩電路22代替交流電壓源15。2系統(tǒng)輸出交流振蕩電路22的cos2πft端子接到檢測電極1,sin2πfi端子接到同步整流電路18。
具有cos2πft端子和sin2πft端子的2系統(tǒng)輸出交流振蕩電路22具體地說有如圖13那樣的結(jié)構(gòu)。
圖13的電路有運放OP1和運放OP2，從sin2πft端子輸出正弦波，從cos2πft端子輸出余弦波，運放OP1側(cè)構(gòu)成2級VCVS(壓控電壓源)低通有源濾波器電路81，運放OP2側(cè)構(gòu)成實用積分電路82，用兩者構(gòu)成不平衡型輸出的sin/cos振蕩電路。
2系統(tǒng)輸出交流振蕩電器22電路工作原理是，由實用積分電路82發(fā)生270度相位延遲的輸出，由二極VCVS低通有源濾波器電路81發(fā)生延遲90度的輸出，通過正反饋產(chǎn)生振蕩。其振蕩頻率f為f=1/2π(R1·R2·C1·C2)1/2其中C2=2C1,C1=C3,R1=R2。
又，圖13的齊納二極管ZD1在和ZD2用來使振蕩穩(wěn)定。
這里，發(fā)生輸入于檢測電極1的交流信號的2系統(tǒng)輸出交流振蕩電路22的cos2πft輸出和恒定電流放大電路16構(gòu)成本實施例的輸入信號發(fā)生部。同步整流電路18構(gòu)成本實施形態(tài)的演算部，在使電壓輸出電路8的檢測輸出與2系統(tǒng)輸出交流振蕩電路22的sin2πft輸出的相位一致的狀態(tài)下，從檢測輸出中提取并演算與sin2πft輸出中頻率一致的成分。
實施形態(tài)7的距離檢測器700中，在2系統(tǒng)輸出交流振蕩電路22的cos2πft端子發(fā)生的交流恒定電壓V·cos2πft輸入到恒電流放大電路16。放大電路16輸出與輸入電壓成正比的交流電流，供給檢測電極1。由電壓檢測電路8檢測的電壓輸入同步整流電路18。在同步整流電路18中根據(jù)在2系統(tǒng)輸出交流振蕩電路22的sin2πft端子發(fā)生的交流恒定電壓V·sin2πft的相位信息，對電壓檢測電路8的檢測信號進行同步整流。這里，由于根據(jù)在2系統(tǒng)輸出交流振蕩電路22的sin2πft端子發(fā)生的交流恒定電壓的頻率和相位進行電壓檢測電路8的檢測信號的提取，因此能夠除去檢測信號中所含的不需要的高頻成分和噪聲成分。然后，同步整流電路18的輸出被輸入低通濾波器10，得到正確的檢測輸出VO作為距離信息輸出。
這里，由電壓檢測電路8檢測的cos2πft端子的輸出與2系統(tǒng)輸出交流振蕩電路22的sin2πft端子的輸出，頻率互相一致。而且，cos2πft端子的輸出的相位比sin2πft端子輸出的相位超前90度。另一方面，向電壓檢測電路8的輸入系統(tǒng)由于是檢測靜電電容量C的容性電路，因此用電壓檢測電路8檢測的電壓，相位比交流電源電壓遲后90度。從而在同步整流電路18中，電壓檢測電路8的輸出與sin2πft端子的輸出，頻率和相位互相一致。結(jié)果與實施形態(tài)2一樣能夠從同步整流電路18的輸出中除去不需要的高頻成分和噪聲成分。
也就是說，由于本發(fā)明的檢測器檢測靜電電容量C這一事實，因此著眼于用電壓檢測電路8檢測的電壓比交流電源電壓相位滯后90度這一點，在實施形態(tài)7中，在交流電壓源階段中，對檢測電極1預先供給相位超前90度的電流。這樣一來，即使不設(shè)移相電路17，在同步整流電路18中輸入相位滯后90度的檢測輸出，結(jié)果檢測輸出與電源輸出也同相位。
由此，能夠用同步整流電路18提取特定頻率成分并將整流后的信號輸入低通濾波器10，能夠除去高頻成分和噪聲成分，得到正確的檢測輸出VO作為距離信息輸出。
因此，由于用同步整流電路18能除去頻率、相位不一致的不需要成分，所以即使在激光加工中發(fā)生等離子氣體和濺射，也能不受其影響地進行距離測定，能夠得到可靠性高的距離檢測器，得到將噪聲抑制在最低限度的檢測輸出。
又，如上所述，為了使檢測電壓信號與同步整流電路18的基準信號的相位一致，例如除了圖13所示的不平衡輸出的sin/cos振蕩電路之外，也能使用平衡型輸出的sin/cos振蕩電路等、具有90度相差的2系統(tǒng)的其他交流振蕩電路。
上述各實施形態(tài)，作為各輸入信號發(fā)生部，以使用交流電壓源15或交流恒壓源15A的交流恒定電流源等交流穩(wěn)定電源組成的事例進行說明，但由于交流電壓源15與恒定電流放大電路16一起構(gòu)成恒定電流源，所以實施本發(fā)明的場合的輸入信號發(fā)生部使用交流恒定電流源或交流恒定電壓源的哪一種都可以。
上述實施形態(tài)的各輸入信號發(fā)生部的輸出雖然取用特定頻率的正弦波交流信號，但在實施本發(fā)明的場合中，不一定限定正弦波，可以用三角波、矩形波等特殊波形。然而在使用特定頻率的正弦波交流信號的場合，輸入信號發(fā)生部的輸出中使用于檢測中的基本頻率上沒有疊加高次諧波，所以可以除去基頻率以外的頻率。這樣，容易與激光加工中發(fā)生等離子氣體、濺射時的高頻成分相區(qū)別，能提高距離測定結(jié)果的可靠性。此外，通過用正弦波交流信號作為輸入交流信號，能畜易進行相位檢測和相移。
上述實施的第3形態(tài)中，由乘法電路和低通濾波器10組成的平滑電路構(gòu)成演算部。在實施本發(fā)明的場合中，對實施形態(tài)5～7等其他實施形態(tài)也能使用這一結(jié)構(gòu)作為演算部。特別是在由低通濾波器10組成的平滑電路中，由于能夠得到正確的距離檢測信息作為直流成分，所以激光加工裝置的各種控制是容易的。
上述實施的第2、5、6、7形態(tài)是在演算部中檢測輸入信號發(fā)生部的電源輸出的相位，根據(jù)該相位同步整流檢測輸出的。然而在實施本發(fā)明的場合中，對于實施形態(tài)1、其他實施形態(tài)也能采用有關(guān)的演算部結(jié)構(gòu)。特別是，在采用有關(guān)演算部結(jié)構(gòu)中，通過用演算部使檢測輸出與電源輸出的頻率和相位一致，僅提取與電源輸出對應(yīng)的頻率和相位的輸入信號，能夠除去由激光加工時的等離子氣體和濺射引起的對檢測信號的干擾。而且，對演算部能調(diào)整注入檢測電極1的輸入交流信號與從檢測電極1檢測得到的交流信號之間的相位差，可調(diào)整其檢測靈敏度。然后，能校正檢測信號與輸入交流信號的相位偏差，通過這一相位調(diào)整，能調(diào)整同步整流、乘法運算、取樣等演算的靈敏度，也能達到最佳狀態(tài)。
在上述實施形態(tài)2至5的演算部的演算中，用移相電路17使移動所述輸入信號發(fā)生部發(fā)生的交流信號的相位，并控制相位，另一方面，在上述實施形態(tài)6中演算部的演算中，用移相電路17使移動所述信號檢測部檢測的所述檢測信號的相位并加以控制。然而在實施本發(fā)明的場合中，移相兩信號中哪一個都可以?？傊捎谑怯靡葡嚯娐?7使兩信號的相位一致，因此能夠有效地除去由激光加工時等離子氣體和濺射引起的高頻干擾。
在用移相電路來達到同相的場合，除上述參照同步整流電路、乘法電路、取樣電路等信號進行移相以外，當然也可使用已知的其他方法。此外，如實施形態(tài)7中所述，檢測輸出與電源輸出通常有90度相差，所以移相電路17中也可設(shè)為進行90度相移的結(jié)構(gòu)，則不必參照同步整流電路18等的相位信息，作為同相。這種場合，電路結(jié)構(gòu)變得簡單。還有，實際中在這種場合還由于電壓檢測電路的頻率特性和同軸電纜影響等因素，有必要對移相電路17的相位作某些調(diào)整。因此，考慮到這些因素，最好預先決定用移相電路17移相的程度。
在上述實施形態(tài)2～7中，雖然假設(shè)電源輸出與檢測輸出是同相，但是即使在這些相位不完全一致的場合，盡管靈敏度下降，但也能從檢測輸出中只提取與電源輸出相關(guān)的某種成分，能得到初期的效果。
上述實施形態(tài)4的演算部，是根據(jù)輸入信號發(fā)生部發(fā)生的交流信號的定時或相位取樣所述檢測信號演算的，但在實施本發(fā)明的場合中，對實施形態(tài)5～7、其他實施形態(tài)，也可采用取樣檢測信號的電路結(jié)構(gòu)作為演算部。這種場合，能提取檢測信號的規(guī)定相位部分的振幅，能任意選擇和提取激光加工時的等離子氣體和濺射引起的干擾相對小的信號，即信號噪聲比(S/N)大的信號。
上述實施的第7形態(tài)的輸入信號發(fā)生部，發(fā)生相位不同的2系統(tǒng)的交流信號，所述2系統(tǒng)中一方輸入檢測電極1，另一方輸入演算部，但在實施本發(fā)明的場合，對于實施形態(tài)1～6等、其他實施形態(tài)也能采用有關(guān)的結(jié)構(gòu)。特別是，作為2系統(tǒng)輸出交流振蕩電路22，在使用圖13所示的不平衡型輸出的sin/cos振蕩電路或平衡型輸出的sin/cos振蕩電路的場合，2輸出具有90度的相位差，成為容性檢測中十分適宜的電路，移相電路17不再需要，通過將有關(guān)輸入信號發(fā)生部與同步整流電路18、乘法電路19或取樣電路20相結(jié)合，能高效地除去由等離子氣體和濺射引起的高頻干擾。
在上述實施形態(tài)中，雖然對輸入信號發(fā)生中或演算部的各種變形例作了說明，但在實施本發(fā)明的場合，能夠互相組合替換使用所述輸入信號發(fā)生部的各種示例和演算部的各種示例。如上所述，對于權(quán)利要求1的激光加工裝置用距離檢測器，利用加于檢測電極的輸入信號的信息，用演算部從檢測信號中僅提取與輸入信號相關(guān)的某種成分成為可能，能除去由激光加工時的不需要的等離體氣體、濺射引起的對檢測信號的干擾。因此，即使激光加工中發(fā)生等離子體、濺射，也能不受其影響地進行距離測定，能提高距離測定結(jié)果的可靠性。
對于權(quán)利要求2的激光加工裝置用距離檢測器，在權(quán)利要求1的效果的基礎(chǔ)上，還由于檢測的交流電壓的振幅跟檢測電極與被加工物之間的靜電電容量成比例，因此能簡單求出由靜電電容發(fā)生的檢測電極的壓降，借此能正確、簡單地求得檢測電極與被加工物之間的距離。
對于權(quán)利要求3所述的激光加工裝置用距離檢測器，在權(quán)利要求1至2的任一個效果的基礎(chǔ)上，還由于所供給的交流電流的振幅跟檢測電極與被加工物之間的靜電電容量成比例，因此通過供給檢測電極與被加工物之間的靜電電容量的電流，能簡單地求出所述靜電電容量的變化，即檢測電極與被加工物之間的距離。
對于權(quán)利要求4的激光加工裝置用距離檢測器，由于輸入發(fā)生部輸出的用于檢測中的基本頻率上沒有重疊高次諧波，因此與激光加工中等離子氣體、濺射發(fā)生時的高頻成分的區(qū)別變得容易，能提高距離測定結(jié)果的可靠性。此外，由于輸入信號采用正弦波交流信號，能容易地進行相位檢測和移相。
對于權(quán)利要求5的激光加工裝置用距離檢測器，在權(quán)利要求1所述的效果的基礎(chǔ)上，通過同步整流能只提取起因于檢測信號中輸入信號發(fā)生的成分，能抑制重疊在基頻上的等離子氣體、濺射引起的干擾影響。通過進行檢測信號與輸入信號的相位調(diào)整，能調(diào)整同步整流的靈敏度，當然能最佳狀態(tài)地決定靈敏度。
對權(quán)利要求6的激光加工裝置用距離檢測器，在權(quán)利要求1所述效果的基礎(chǔ)上，還由于用乘法電路對檢測信號與輸入信號相乘，因此能輸出振幅大的相乘結(jié)果用于檢測，能將作為整體存在的等離子氣體、濺射影響引起的噪聲抑制得較低，能得到正確的檢測輸出作為距離信息輸出。
對于權(quán)利要求7的激光加工裝置，在權(quán)利要求1所述效果的基礎(chǔ)上，還由于能夠通過所述輸入信號的定時在任意范圍內(nèi)取樣，因此如果把取樣區(qū)域取作振幅大的區(qū)域，則能使相對的信噪比較大。而且通過移相能變更進行取樣的區(qū)域，能調(diào)整輸出靈敏度。
對于權(quán)利要求8的激光加工裝置用距離檢測器，在權(quán)利要求5至7中任一項所述效果的基礎(chǔ)上，還能通過移相電路使輸入信號的相位與檢測信號的相位相一致，能有效地除去激光加工時的等離子氣體、濺射引起的高頻干擾。而且在演算部能調(diào)整注入檢測電極的輸入交流信號與從檢測電極檢測的交流信號之間的相差即能校正檢測信號與輸入信號的相位偏差，因此，通過該相位調(diào)整能調(diào)整檢測靈敏度即同步整流、相乘、取樣等演算的靈敏度，能決定最佳狀態(tài)。
對于權(quán)利要求9的激光加工裝置用距離檢測器，在權(quán)利要求5至7中任一項所述效果的基礎(chǔ)上，還能通過移相電路使輸出信號的相位與檢測信號的相位相一致，能有效地除去激光加工時的等離子氣體、濺射引起的高頻干擾。而且在演算部能調(diào)整注入檢測電極的輸入交流信號與從檢測電極檢測的交流信號之間的相差，即能校正檢測信號與輸入交流信號的相位偏差，因此，通過該相位調(diào)整能調(diào)整檢測靈敏度即同步整流、相乘、取樣等演算的靈敏度，能決定最佳狀態(tài)。
對于權(quán)利要求10的激光加工裝置用距離檢測器，在權(quán)利要求5至7中任一項所述效果的基礎(chǔ)上，還由于即使不設(shè)移相電路，也能使檢測信號的相位與從輸入信號發(fā)生部輸入演算部的信號的相位相一致，因此，電路結(jié)構(gòu)簡單，且能最佳地調(diào)整同步整流、相乘、或取樣的演算輸出。
權(quán)利要求
1．一種激光加工裝置用距離檢測器，用于一邊利用靜電電容量檢測激光的聚光位置與被加工物之間距離，控制所述聚光位置與所述被加工物之間的距離，一邊將經(jīng)聚光的光束照射被加工物進行激光加工的激光加工裝置中，其特征在于包括與所述被加工物之間形成靜電電容量的檢測電極；發(fā)生輸入到所述檢測電極的交流信號的輸入信號發(fā)生部；檢測按照所述所述被加工物與所述檢測電極之間的靜電電容量變化的交流信號作為檢測信號的信號檢測部；以及輸入所述輸入信號發(fā)生部產(chǎn)生的所述輸入信號作為基準信號，從所述信號檢測部所檢測的所述檢測信號中，提取并演算與所述輸入信號發(fā)生部輸入的所述基準信號頻率一致的成分的演算部。
2．如權(quán)利要求1所述的激光加工裝置用距離檢測器，其特征在于所述輸入信號發(fā)生部具有交流恒流源。
3．如權(quán)利要求1所述的激光加工裝置用距離檢測器，其特征在于所述輸入信號發(fā)生部具有交流恒壓源。
4．如權(quán)利要求1～3中任一項所述的激光加工裝置用距離檢測器，其特征在于所述輸入信號發(fā)生部的輸出是特定頻率的正弦波交流信號。
5．如權(quán)利要求1所述的激光加工裝置用距離檢測器，其特征在于所述演算部檢測所述輸入信號的相位，并用所述相位同步整流所述檢測信號。
6．如權(quán)利要求1所述的激光加工裝置用距離檢測器，其特征在于所述演算部包括對所述輸入信號與所述檢測信號進行乘法運算的乘法電路和平滑所述乘法電路的乘法運算結(jié)果的平滑電路。
7．如權(quán)利要求1所述激光加工裝置用距離檢測器，其特征在于所述演算部根據(jù)所述輸入信號的定時或相位，取樣所述檢測信號，進行所述演算。
8．如權(quán)利要求5～7中任一項所述的激光加工裝置用距離檢測器，其特征在于所述演算部進一步包括移相電路，利用所述移相電路移動并控制所述輸入信號的相位，基于經(jīng)相位控制的輸入信號進行對所述檢測信號的演算。
9．如權(quán)利要求5～7中任一項所述的激光加工裝置用距離檢測器，其特征在于所述演算部進一步包括移相電路，利用所述移相電路移動并控制所述檢測信號的相位，基于所述輸入信號進行對經(jīng)相位控制的檢測信號的演算。
10．如權(quán)利要求5～7中任一項所述的激光加工裝置用距離檢測器，其特征在于所述輸入信號發(fā)生部產(chǎn)生相位不同的2系統(tǒng)的交流信號，所述2系統(tǒng)交流信號之一輸入到所述檢測電極，另一輸入到所述演算部。
全文摘要
本發(fā)明提供不受激光加工產(chǎn)生等離子氣體和濺射影響的測定距離的高可靠性的激光加工裝置用距離檢測器。由與被加工物2之間形成靜電電容量C的檢測電極,發(fā)生輸入到檢測電極1的交流信號的交流電壓源15和恒流源放大電路16組成的輸入信號發(fā)生部,檢測被加工物2與檢測電極1之間發(fā)生的交流信號的電壓檢測電路8組成的信號檢測部,以及在由信號檢測部檢測到的交流信號中提取并演算與用輸入信號發(fā)生部所發(fā)生的交流信號頻率一致的成分的演算電路組成。
文檔編號G01B7/02GK1220931SQ9812606
公開日1999年6月30日 申請日期1998年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月26日
發(fā)明者鉾館俊之, 田中健太郎 申請人:三菱電機株式會社