CN103764339B - 激光加工机 - Google Patents

Abstract

具有：主控制部，其执行NC程序；激光振荡器，其对应于来自主控制部的指示而振荡形成激光；距离传感器，其对喷嘴与被加工物之间的距离（L）进行测量；传感器数据处理部，其对距离传感器的测量值进行采样；以及仿形控制部，其基于从传感器数据处理部输入的距离传感器的测量值，以使距离（L）保持恒定的方式，使加工头移动，传感器数据处理部以比主控制部的动作周期短的动作周期对测量值进行采样，在内孔加工中被加工物的贯穿孔的部分被切掉，从而距离（L）变为大于规定值的情况下，向激光振荡器输出停止信号，使激光的振荡停止。

Description

激光加工机

技术领域

本发明涉及一种激光加工机。

背景技术

通过激光加工进行的内孔加工，是通过在作为端材被切掉的部分上设定加工开始点，从加工开始点朝向作为贯穿孔的缘部的部分切入，以沿着缘部的方式照射激光而进行的。

在激光加工中，切断槽虽然较细但依然具有宽度，并且，通过从加工喷嘴喷出的气体压力而对被切断材施加力，因此，在内孔加工时端材侧被切掉的定时（timing）比喷嘴到达加工路径末端的定时早。因此，在加工末端附近，重复地照射激光，因此激光的照射过剩，导致末端部变色，这在品质上成为问题。

激光加工中的槽宽由于设定的切断条件或周围环境等的影响而不同，因此，难以始终维持恒定。因此，不能将NC程序编写为，在端材被切掉的定时停止激光照射。

在专利文献1中公开了通过喷嘴前端的接近传感器等，对已靠近切断部结束点这一情况进行检测的技术。

在专利文献2中公开了为了在加工结束点附近不停止加工而将异常检测信号无效化的技术。

专利文献1：日本特开平9-136183号公报

专利文献2：日本特开平6-269970号公报

发明内容

然而，在专利文献1中是通过对辅助气体条件等响应时间较长的参数进行变更，从而试图改善品质，因此，不需要高速的处理速度。为了防止末端变色而需要在1msec量级下进行处理，因此，难以利用在专利文献1中公开的技术进行应对，处理速度成为课题。

专利文献2中公开的技术是，为了将加工停止这一情况本身无效化，而对加工将要结束时的控制方法进行变更，对加工品质的提高没有贡献。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于得到一种激光加工机，该激光加工机能够防止·减轻内孔切断时在加工末端附近发生变色。

为了解决上述课题，实现目的，本发明是一种激光加工机，其依照NC程序进行内孔加工，内孔加工是指，一边使安装有喷嘴的加工头大致环状地移动，一边将激光照射在被加工物上，在被加工物上形成贯穿孔，激光加工机的特征在于，具有：主控制部，其执行NC程序；激光振荡器，其对应于来自主控制部的指示，振荡形成激光；距离传感器，其对喷嘴与被加工物之间的距离进行测量；传感器数据处理部，其对距离传感器的测量值进行采样；以及仿形控制部，其基于从传感器数据处理部输入的距离传感器的测量值，以使喷嘴与被加工物之间的距离保持恒定的方式，使加工头移动，传感器数据处理部以比主控制部的动作周期短的动作周期对距离传感器的测量值进行采样，在内孔加工中被加工物的贯穿孔的部分被切掉，从而喷嘴与被加工物之间的距离变为大于规定值的情况下，将停止信号输出至激光振荡器，使激光振荡器停止激光的振荡。

发明的效果

根据本发明，实现下述效果：防止或减轻激光加工中内孔切断时的加工末端部的变色，提高切断品质，并且，能够省略或减少切断后的二次加工的工作量。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的激光加工机的实施方式1的结构的图。

图2A是表示内孔加工中的加工路径的一个例子的图。

图2B是表示内孔加工中的加工路径的一个例子的图。

图3是表示内孔加工时的激光加工机的动作流程的流程图。

图4是表示变更加工条件的一个例子的图。

图5是表示现有激光加工机的结构的图。

图6是示意地表示利用现有的激光加工机进行内孔加工时的激光输出的变化的一个例子的图。

图7是表示实施方式2所涉及的激光加工机的内孔加工时的动作流程的流程图。

具体实施方式

以下，基于附图，详细说明本发明所涉及的激光加工机的实施方式。此外，本发明并不受本实施方式限定。

实施方式1

图1是表示本发明所涉及的激光加工机的实施方式1的结构的图。激光加工机100具有NC单元10、传感器数据处理部18、距离传感器19、X伺服控制部20、Y伺服控制部21、Z伺服控制部22、X伺服电动机23、Y伺服电动机24、Z伺服电动机25、激光振荡器26及气体控制装置27。NC单元10具有主控制部13、加工机控制部14、位置控制部15及仿形控制部17。

距离传感器19对喷嘴28与被加工物12之间的距离L进行测量。距离传感器19的方式存在多种，在以下的说明中，以电容式传感器的情况为例。但是，当然也可使用光学式传感器等电容式以外的传感器。传感器数据处理部18以比主控制部13短的动作周期从距离传感器19对传感器数据（与距离传感器19和被加工物12之间的电容对应的电压值）进行采样。传感器数据处理部18在采样得到的传感器数据小于规定值的情况（即，喷嘴28和被加工物12之间的距离大于规定值的情况）下，向激光振荡器26输出停止命令。

X、Y、Z各轴的伺服电动机23～25具有各轴的位置检测器。

基于图1，对依照NC程序进行加工的情况下的控制进行说明。主控制部13以1个程序块为单位分别对加工用NC程序进行解析，将与程序的指令内容对应的信息提供给后段的各控制部。

在程序指令是进行激光、加工气体、工件夹具的ON/OFF等针对激光振荡器26、气体控制装置27的指令的情况下，将指令信息提供给加工机控制部14。加工机控制部14对应于指令信息，将信号提供给激光振荡器26、气体控制装置27。激光振荡器26、气体控制装置27对应于指令信号，执行激光输出的ON/OFF、加工气体电磁阀的ON/OFF等。另外，相反地，来自激光振荡器26、气体控制装置27的限位开关和各种传感器等的信号经由加工机控制部14传递至主控制部13，NC单元10能够获知激光振荡器26、气体控制装置27的状况。

在程序指令为位置指令的情况下，主控制部13将移动位置、移动速度等信息提供给位置控制部15。位置控制部15对应于所提供的信息，对移动距离进行计算，向X、Y轴分配并将移动量输出至X伺服控制部20及Y伺服控制部21。另外，同时还通过与所指示的移动距离相对地输出的移动量、剩余的移动距离、来自X伺服控制部20、Y伺服控制部21的信息进行实际位置等的管理。X伺服控制部20及Y伺服控制部21对X伺服电动机23及Y伺服电动机24进行驱动，使加工头7相对于被加工物12相对移动。这样，加工头7依照程序所指示的形状移动并进行加工。另外，相反地，位置控制部15将位置、输出的移动量和剩余的移动距离等信息传递至主控制部13。

接着，对仿形功能的控制进行说明。在程序指令为仿形功能的ON/OFF指令的情况下，主控制部13将指令信息提供给仿形控制部17。如果仿形控制部17被指示打开仿形功能，则对从传感器数据处理部18输入的距离L的信息和预先设定的规定距离进行比较，以使其差消失的方式向Z轴伺服控制部22输出移动量。Z伺服控制部22驱动Z伺服电动机25，使加工头7上下移动。距离传感器19输出与喷嘴28和被加工物12的距离L对应的传感器数据，传感器数据经由传感器数据处理部18被反馈至仿形控制部17。这样，如果由于被加工物12的变形等而距离L变化，则传感器数据变化，对应于该变化，Z轴位置变化，加工头7与被加工物12的距离L始终保持为所设定的规定距离。另外，相反地，仿形控制部17将仿形状况的信息传递至主控制部13。

接着，对内孔加工时的动作进行说明。图2A及图2B是表示内孔加工的一个例子的图，图2A是表示内孔加工中的加工路径的一个例子，图2B示意地表示端材被切掉的瞬间的被加工物的状态。图2A所示的加工路径为，将A点作为加工开始点，向被加工物12照射激光，朝向成为孔的缘部的B点切入，其后，以包围作为端材12a被切掉的这部分的方式，沿孔的缘部再次到达B点。激光具有宽度，在该基础上，由于从喷嘴喷出的气体压力而对被加工物12施加力，因此，如图2B所示，在喷嘴28到达加工路径末端之前，端材12a被切掉。在现有的激光加工机中按照这种加工路径进行内孔加工的情况下，在从作为加工开始点的A点切入时和在加工将要结束而从C点侧切入时，B点的附近被激光照射2次，存在由于第2次的激光照射而使被加工物12发生变色的问题。

图3是表示内孔加工时的激光加工机100的动作流程的流程图。在激光加工中，主控制部13对加工头7到达加工末端附近的规定位置（例如图2的C点）这一情况进行监视（步骤S101）。这里的规定位置在加工用NC程序中进行定义。直至到达加工末端附近的规定位置为止（步骤S101为否），继续在通常的加工条件（连续波）下进行激光加工（步骤S101）。如果加工头7到达规定位置（步骤S101为是），则主控制部13变更加工条件，以使得脉冲间隔大于或等于传感器数据处理部18的动作周期（步骤S102）。具体而言，经由位置控制部15向X伺服控制部20及Y伺服控制部21发送指示，使加工头7的移动速度降低。另外，主控制部13经由加工机控制部14向激光振荡器26发送指示，将激光的振荡方法从连续振荡变更为脉冲振荡，并且，将振荡频率设为小于或等于传感器数据处理部18的动作周期（采样周期）。另外，使激光的占空比降低。通过以上述方式变更加工条件，从而能够提高端材切掉位置的检测精度（空间分辨率）。

变更加工条件后，传感器数据处理部18对来自距离传感器19的输出进行监视（步骤S103）。在通过内孔加工而将端材12a切掉的情况下，距离传感器19与被加工物12之间的电容成为零，因此，对应于电容，从距离传感器19向传感器数据处理部18输入的电压成为零。因此，如果从距离传感器19输入的电压小于规定值，则传感器数据处理部18判断为端材12a被切掉。直至切掉端材12a为止（步骤S103为否），以在步骤S102中变更后的加工条件继续进行激光加工（步骤S103）。

如果检测到端材12a被切掉（步骤S103为是），则传感器数据处理部18向激光振荡器26输出停止命令（步骤S104）。通过将激光的振荡方法变更为脉冲振荡，从而只要处于产生下一个脉冲之前的期间，则在任意定时下发出停止命令都能防止发生变色。

激光振荡器26对应于来自传感器数据处理部18的停止命令，停止激光振荡（步骤S105）。

在激光振荡器26停止激光振荡后，主控制部13依照NC程序，使加工头7移动至加工末端（步骤S106）。主控制部13向激光振荡器26发出振荡形成激光的指令，但对应于来自传感器数据处理部18的停止命令，激光振荡器26将指令取消，因此不会振荡形成激光。

图4是示意地表示内孔加工时的激光输出变化的一个例子的图。在图中，虚线的脉冲表示由于来自传感器数据处理部18的停止命令，激光振荡器26停止振荡的情况。由于在时刻T1，加工头7到达加工末端附近的特定位置，因此，将激光的振荡方法从连续振荡切换至脉冲振荡。另外，由于在时刻T2，传感器数据处理部18检测到端材12a被切掉，因此在时刻T2及其之后，在直至加工头7到达加工末端的时刻T3为止的期间停止激光振荡。

为了比较，对现有的激光加工机中基于距离传感器的传感器数据使激光振荡器停止的情况下的动作进行说明。图5是表示现有的激光加工机的结构的图。图6是示意地表示利用现有的激光加工机进行内孔加工时的激光输出变化的一个例子的图。在现有的激光加工机150中，在切掉了端材12a时，传感器数据处理部68从距离传感器69获取到的数据被输出至仿形控制部67，然后从仿形控制部67输出至主控制部63。对应于输入了端材12a被切掉时的传感器数据这一情况，主控制部63为了使激光振荡器76停止，而经由加工机控制部64向激光振荡器76发送停止命令，使激光振荡停止。因此，动作周期较长的主控制部63中的处理成为瓶颈，不能在切掉端材12a后、产生下一个脉冲激光之前，使激光振荡器76停止。即，即使与实施方式1所涉及的激光加工机100同样地，在加工头57到达加工末端附近的特定位置的时刻T1，将激光的振荡方法从连续振荡切换至脉冲振荡，在时刻T2由传感器数据处理部68检测到端材12a被切掉，也会在直至加工头57到达加工末端的时刻T3为止的期间继续进行激光振荡。因此，在现有的激光加工机150中，在加工末端的附近被加工物12发生变色。

如上所述，根据本实施方式，在内孔加工时通过距离传感器检测出端材12a被切掉这一情况后，使激光的振荡停止，因此，能够防止在加工末端附近被加工物发生变色。由此，能够省略用于去除变色部分的二次加工的工作量。

实施方式2

本发明所涉及的激光加工机的实施方式2的结构与实施方式1相同。图7是表示实施方式2所涉及的激光加工机100的内孔加工时的动作流程的流程图。在本实施方式的动作中，在加工末端附近，不进行加工条件的变更。即，成为将与图3中的步骤S101及步骤S102相当的处理省略的动作，步骤S201～步骤S204中的处理与实施方式1中的步骤S103～S106的处理相同。

在本实施方式中，如果传感器数据处理部18的动作周期比通常激光加工中的振荡周期短，则即使不进行加工条件的变更，也能够在检测到端材12a被切掉这一情况后迅速地使激光振荡停止，与实施方式1同样地获得防止加工末端附近变色的效果。另外，即使传感器数据处理部18的动作周期比通常的激光加工中的振荡周期长，但由于传感器数据处理部18的动作周期比主控制部13的处理周期短，因此，也能够在比图5所示的现有激光加工机150更早的定时下向激光振荡器26发出停止命令，由此获得减轻加工末端附近发生变色的效果。因此，本实施方式所涉及的激光加工机100能够省略或减少用于去除变色部分的二次加工的工作量。

工业实用性

如上所述，本发明所涉及的激光加工机由于能够防止·减轻在内孔加工的加工末端附近发生变色，因此是有用的。

标号的说明

10NC单元，12被加工物，12a端材，13主控制部，14加工机控制部，15位置控制部，17仿形控制部，18传感器数据处理部，19距离传感器，20X伺服控制部，21Y伺服控制部，22Z伺服控制部，23X伺服电动机，24Y伺服电动机，25Z伺服电动机，26激光振荡器，27气体控制装置，28喷嘴，100激光加工机。

Claims (3)

1.一种激光加工机，其依照NC程序进行内孔加工，该内孔加工是指，一边使安装有喷嘴的加工头大致环状地移动，一边将激光照射在被加工物上，在该被加工物上形成贯穿孔，

该激光加工机的特征在于，具有：

主控制部，其执行所述NC程序；

激光振荡器，其对应于来自所述主控制部的指示，振荡形成所述激光；

距离传感器，其对所述喷嘴与所述被加工物之间的距离进行测量；

传感器数据处理部，其对所述距离传感器的测量值进行采样；以及

仿形控制部，其基于从所述传感器数据处理部输入的所述距离传感器的测量值，以使所述喷嘴与所述被加工物之间的距离保持恒定的方式，使所述加工头移动，

所述激光振荡器与所述传感器数据处理部直接连接，

所述传感器数据处理部以比所述主控制部的动作周期短的动作周期对所述距离传感器的测量值进行采样，在所述内孔加工中所述被加工物的所述贯穿孔的部分被切掉，从而所述喷嘴与所述被加工物之间的距离变为大于规定值的情况下，将停止信号直接输出至所述激光振荡器，使该激光振荡器停止所述激光的振荡，以使得所述内孔加工的加工末端附近不会由于被激光照射2次而发生变色。

2.根据权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，

所述主控制部直至所述加工头到达由所述NC程序指定的所述内孔加工的加工末端附近的规定位置为止，使所述激光振荡器以比所述传感器数据处理部的动作周期短的振荡周期来振荡形成激光，在所述加工头到达所述加工末端附近的规定位置时，将所述激光振荡器的振荡周期设为大于或等于所述传感器数据处理部的动作周期，与所述激光振荡器的振荡周期相匹配地对所述加工头的移动速度进行变更。

3.根据权利要求2所述的激光加工机，其特征在于，

所述主控制部直至所述加工头到达所述加工末端附近的规定位置为止，使所述激光振荡器以连续振荡的方式振荡形成所述激光，在所述加工头到达所述加工末端附近的规定位置后，使所述激光振荡器以脉冲振荡的方式振荡形成所述激光。