CN104668770A - 缩短趋近时间的激光加工装置的控制装置以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种缩短趋近时间的激光加工装置的控制装置以及控制方法。本发明的激光加工装置的控制装置具备：定位完成判定部，其判定是否完成了喷嘴的定位；完成判定预估部，其判定是否是喷嘴的定位完成的预估；以及后工序判定部，其在是喷嘴的定位完成的预估时，判定是否能够执行后工序。当在喷嘴的定位完成的预估的状态下能够执行后工序时，在判定为是喷嘴的定位完成的预估时立即执行后工序。此外，在不能执行后工序时，等待至喷嘴的定位完成后执行后工序。

Description

缩短趋近时间的激光加工装置的控制装置以及控制方法
技术领域
本发明涉及一种激光加工装置的控制装置以及控制方法。
背景技术
当使用激光加工装置开始激光加工时，执行将放射激光的喷嘴定位在从工件仅远离预定的距离的目标位置上的趋近工序。一般的激光加工装置在喷嘴的定位完成的时刻结束趋近工序，向后工序转移。
图10A～图10D是表示激光加工装置中的喷嘴的趋近动作的图。图10A示出了将平坦板材的工件W配置在预先决定的位置上的理想的例子。为了执行后工序，将喷嘴NZ定位在从工件W仅远离目标间隙量的目标位置T上。此时，因预先知道工件W的位置以及目标间隙量，因此按照位置指令移动喷嘴NZ即可，能够在短时间内进行正确的定位。
然而，在实际的应用例中，大多情况下事先不知道工件W处于何种状态。例如图10B表示工件W向上弯曲的状态。这样的情况下，需要检测工件W与喷嘴NZ之间的未知的间隙量，根据检测出的间隙量使喷嘴NZ移动至目标位置T为止。
然而，在一般使用的静电容量方式或光学式间隙传感器中，当喷嘴NZ离开工件W，则间隙量的检测精度下降。此外，由于基于间隙量的检测、间隙量的喷嘴NZ的位置控制，可能产生延迟。由此，有时因喷嘴NZ的减速变慢从而产生下冲(undershoot)的情况。那么，例如在工件W的弯曲显著的情况(图10C)、周围的部件(例如伴随切断加工而产生的切断片)以在工件W的上方突出的状态而被放置的情况，喷嘴NZ有可能与工件W等发生冲突。
如果以低速度执行趋近动作，则在图10C以及图10D所示的情况下也能回避喷嘴NZ的冲突。然而，如果始终以低速度执行趋近动作，则效率明显下降。此外，如果喷嘴NZ简单地仅与工件W等进行物理接触，不会使工件产生不良损失，而能够继续执行加工工序。另一方面，在开始伴随激光照射等的后工序后如果喷嘴NZ与工件W接触，则工件W的融化物附着在工件W的其他部位上，从而有可能在广范围内产生工件W的不良损失。此时，需要追加去除不能使用的工件W等的工序，修复时需要较多的时间。因此，希望能够回避工件的不良损失风险的同时尽快在短时间内结束喷嘴的趋近工序。
在JP-A-9-308979中公开了如下结构的激光加工装置，其缩短从退避位置至模拟动作的基准位置为止的趋近动作所需要的时间。在该激光加工装置中，根据按照预先决定的趋近速度以及减速度而决定的停止距离和由间隙传感器得到的基准位置为止的距离，控制开始减速动作的时刻。
在JP-A-2004-1067中公开了如下结构的激光加工装置，其缩短从第一工序结束点到之后执行的第二工序的开始点为止的移动时间。在该激光加工装置中，按照定位指令使加工喷嘴移动至针对工件仅远离预定的间隙量的位置为止，之后按照利用了传感器检测出的间隙量的反馈的间隙控制来控制加工喷嘴的动作。
在JP-A-2000-052076中公开了使加工头的趋近速度高速化并稳定化而构成的激光加工装置。在该激光加工装置中，进行控制以便在通过间隙传感器能够测定加工头与工件之间的间隙量的范围为止使加工头高速地移动，之后将趋近动作切换成低速。
此外，在JP-A-2011-210245、JP-A-10-260734、JP-A-9-190968、JP-A-2002-318361以及JP-A-2012-084631中公开了不是以控制激光加工装置为目的的，一般的驱动控制相关的各种技术。
然而，即使采用JP-A-9-308979、JP-A-2004-1067以及JP-A-2000-052076中公开的激光加工装置的控制方法，为了终止趋近工序，依然需要针对目标间隙量的位置定位喷嘴。因此，需要进一步缩短趋近时间。
发明内容
根据本发明的第一方式，一种对具备放射激光的喷嘴的激光加工装置的动作进行控制的控制装置，具备：目标间隙量指定部，其指定与执行激光加工时的所述喷嘴与工件之间的距离对应的目标间隙量以及针对所述目标间隙量的精度；间隙量检测部，其检测所述喷嘴与所述工件之间的实际的间隙量；喷嘴位置控制部，其根据所述目标间隙量以及所述实际的间隙量来控制所述喷嘴的位置；定位完成判定部，其按照所述目标间隙量以及针对所述目标间隙量的所述精度来判定所述喷嘴的定位是否完成；完成预估判定部，其判定是否是所述喷嘴的定位完成的预估；以及后工序判定部，其在是所述喷嘴的定位完成的预估时，判定是否能够执行应当在所述喷嘴的定位后执行的后工序，该控制装置构成为，当通过所述后工序判定部判定为能够执行所述后工序时，在通过所述完成预估判定部判定为是所述喷嘴的定位完成的的预估时刻执行所述后工序，并且构成为，当通过所述后工序判定部判定为不能执行所述后工序时，在通过所述定位完成判定部判定为所述喷嘴的定位完成的时刻，执行所述后工序。
根据本发明的第二方式，在第一方式的控制装置中，所述喷嘴位置控制部构成为，不管基于所述后工序判定部的判定结果如何，继续所述喷嘴的位置控制，所述定位完成判定部构成为，不管基于所述后工序判定部的判定结果如何，继续所述喷嘴的定位完成的判定。
根据本发明的第三方式，在第一或第二方式的控制装置中，所述完成预估判定部构成为，根据所述喷嘴是否与所述工件接触以及所述喷嘴的动作状态相关的信息，判定是否是所述喷嘴的定位完成的预估。
根据本发明的第四方式，在第一至第三方式的任意一个控制装置中，所述完成预估判定部根据所述喷嘴是否与所述工件接触以及所述喷嘴的动作是否至少反转了一次，判定是否是所述喷嘴的定位完成的预估。
根据本发明的第五方式，在第一至第四方式的任意一个控制装置中，根据通过所述目标间隙量指定部指定的所述目标间隙量以及针对所述目标间隙量的所述精度来设定目标间隙范围，所述定位完成判定部在通过所述完成预估判定部判定为是所述喷嘴的定位完成的预估之后，在所述喷嘴的实际的位置被包含在所述目标间隙范围内的时刻，判定为所述喷嘴的定位完成。
根据本发明的第六方式，在第一至第四方式的任意一个控制装置中，根据通过所述目标间隙量指定部指定的所述目标间隙量以及针对所述目标间隙量的所述精度来设定目标间隙范围，所述定位完成判定部在通过所述完成预估判定部判定为是所述喷嘴的定位完成的预估之后，在所述喷嘴的实际的位置被包含在所述目标间隙范围内，并且，所述喷嘴的动作至少反转了一次的时刻，判定为所述喷嘴的定位完成。
根据本发明的第七方式，以预定的精度将放射激光的喷嘴针对工件定位在仅远离目标间隙量的位置上的激光加工装置的控制方法，包括：按照所述目标间隙量以及针对所述目标间隙量决定的所述精度来判定所述喷嘴的定位是否完成；判定是否是所述喷嘴的定位完成的预估；以及当是所述喷嘴的定位完成的预估时，判定是否能够执行应当在所述喷嘴的定位后执行的后工序，当判定为能够执行所述后工序时，在判定为是所述喷嘴的定位完成的预估时执行所述后工序，当判定为不能执行所述后工序时，在判定为时所述喷嘴的定位完成时执行所述后工序。
根据本发明的第八方式，在第七方式的控制方法中，当判定为是所述定位完成的预估时，不管是否能够执行所述后工序的判定结果，继续所述喷嘴的定位动作以及判定所述喷嘴的定位是否完成。
根据本发明的第九方式，在第七或第八方式的控制方法中，根据所述喷嘴是否与所述工件接触以及所述喷嘴的动作状态相关的信息，判定是否是所述喷嘴的定位完成的预估。
根据本发明的第十方式，在第七至第九方式的任一个控制方法中，根据所述喷嘴是否与所述工件接触以及所述喷嘴的动作是否至少反转了一次，判定是否是所述喷嘴的定位完成的预估。
根据本发明的第十一方式，在第七至第十方式的任意一个控制方法中，根据所述目标间隙量以及针对所述目标间隙量决定的所述精度来设定目标间隙范围，判定为是所述喷嘴的定位完成的预估之后，在所述喷嘴的被包含在所述目标间隙范围内的时刻，判定为所述喷嘴的定位完成。
根据本发明的第十二方式，在第七至第十方式的任意一个控制方法中，根据所述目标间隙量以及针对所述目标间隙量决定的所述精度来设定目标间隙范围，判定为是所述喷嘴的定位完成的预估之后，所述喷嘴的位置被包含在所述目标间隙范围内，并且，在所述喷嘴的动作至少反转了一次的时刻，判定为所述喷嘴的定位完成。
参照附图所示的本发明的例示的实施方式的详细的说明，使这些以及其他本发明的目的、特征以及优点更加明确。
附图说明
图1是表示能够应用本发明的激光加工装置的结构例的概要图。
图2是表示本发明的一实施方式的控制装置的结构的框图。
图3是表示本发明的一实施方式的控制装置的处理流程的流程图。
图4是说明与第一实施例对应的激光加工装置的控制处理的图表。
图5A是在第一实施例中执行的工序表。
图5B是表示在第一实施例中执行的工序的所需时间的表。
图6是说明与第二实施例对应的激光加工装置的控制处理的图表。
图7A是在第二实施例中执行的工序表。
图7B是表示在第二实施例中执行的工序的所需时间的表。
图8是说明与第三实施例对应的激光加工装置的控制处理的图表。
图9是表示在第三实施例中执行的工序的所需时间的表。
图10A是表示激光加工装置中的喷嘴的趋近动作的图。
图10B是表示激光加工装置中的喷嘴的趋近动作的图。
图10C是表示激光加工装置中的喷嘴的趋近动作的图。
图10D是表示激光加工装置中的喷嘴的趋近动作的图。
图11A是表示激光加工装置中的喷嘴的趋近动作的图。
图11B是表示激光加工装置中的喷嘴的趋近动作的图。
图12是说明通过激光加工装置执行的切断加工的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。为了帮助理解本发明，将图示的实施方式的构成要素的缩尺适当地进行了变更。
参照图1，对激光加工装置的结构进行说明。图1是表示能够应用本发明的激光加工装置的结构例的概要图。以能够从喷嘴NZ放射从未图示的激光振荡器输出的激光的方式构成激光加工装置LA。喷嘴NZ还能够喷射辅助气体。通过由控制装置10动作控制的伺服电动机M向Z轴方向驱动激光加工装置LA的喷嘴NZ。由此，喷嘴NZ接近工件W或远离工件W。另外，将对应的伺服电动机组装在激光加工装置LA上以便在X轴方向以及Y轴方向也能够驱动喷嘴NZ，但这些并未在图1中示出。激光加工装置LA通过将喷嘴NZ向X轴方向以及Y轴方向驱动，能够沿着相对工件W平行的平行面移动的同时从工件W切断加工预定的产品形状。
在激光加工装置LA，将间隙传感器GS安装在喷嘴NZ的近旁。间隙传感器GS能够测定喷嘴NZ与工件W之间的距离，即能够测定间隙量G而构成。此外，在伺服电动机M上安装编码器E，从而能够检测出与喷嘴NZ的位置、速度、加速度等的动作相关的信息。
接着，对激光加工装置中的喷嘴的定位动作进行说明。图11A是表示喷嘴的趋近动作的图。图示的喷嘴NZ1～NZ4分别表示与定位动作关联地移动的喷嘴。喷嘴NZ1表示结束了最近的加工工序的状态。喷嘴NZ2表示向退避位置移动的状态。喷嘴NZ3表示被定位在加工开始点S上方的状态。喷嘴NZ4表示完成了针对工件W的定位的状态。
如图所示，使喷嘴NZ1向Z轴方向移动，移动到退避位置以便远离工件W(喷嘴NZ 2的状态)。退避位置是指假设的工件W的反转或能够充分地回避工件W周围的障碍物的位置。然后，使喷嘴NZ2在X轴方向以及Y轴方向移动，定位在通过加工程序指定的加工开始点S的上方(喷嘴NZ3的状态)。当完成了针对加工开始点S的上方的定位时，接着开始趋近动作，使喷嘴NZ3向Z轴方向移动以便接近工件W，定位在从工件W仅远离目标间隙量的目标位置T上(喷嘴NZ4的状态)。
另外，如图11B所示，也可以在相对于加工开始点S的上方的喷嘴NZ的定位完成前开始趋近动作。图11B的喷嘴NZ3’虽然没有完成向加工开始点S的上方的定位，但表示开始了喷嘴的趋近动作状态，即开始了Z轴方向的移动的状态。具体而言，即使在工件W的反转或在工件W周围存在障碍物，在视为通过间隙传感器能够回避喷嘴的冲突的情况下，控制为开始喷嘴NZ的趋近动作。另外，能够回避喷嘴NZ的冲突的情况是指，在将喷嘴下降到应当考虑冲突的可能性的高度为止以前，完成向加工开始点S的上方的定位的情况，或者存在冲突的可能性时使喷嘴充分减速到能够立即停止的程度为止的情况。在后述的实施方式中，虽然采用从完成向加工开始点S的上方的定位后开始趋近动作的与图11A对应的方式，但并不局限于此，也可以采用参照图11B说明的方式。
图12是说明通过激光加工装置执行的切断加工的图。在相对工件W定位了喷嘴NZ的状态下，通过喷嘴NZ向工件W照射激光LS。向工件W的加工开始点照射激光LS，执行穿孔。接着，将通过穿孔形成的贯通孔A作为起点来切断加工工件W，形成切割部B。然后，沿着产品部分的形状C(图示的例子中为L字状)来切断加工工件W。图中的箭头表示喷嘴NZ的移动方向。
图2是表示本发明的一实施方式的控制装置的结构的框图。如图所示，控制装置10具备：目标间隙量指定部12、间隙量检测部14、喷嘴位置控制部16、定位完成判定部18、完成预估判定部20、后工序判定部22以及工序控制部24。
控制装置10具有公知的硬件结构，其包括：能够存储加工程序等的ROM、按照程序执行各种运算处理的CPU、临时存储运算结果的RAM、输入单元(例如鼠标以及键盘)、显示单元(例如液晶显示器)以及用于与外部设备以及电动机M等收发信号的接口。
目标间隙量指定部12指定执行趋近工序后的后工序时的与喷嘴NZ和工件W之间的距离对应的目标间隙量而构成。此外，目标间隙量指定部12指定针对目标间隙量的精度而构成。目标间隙量是执行后工序时的喷嘴NZ与工件W之间的最佳的距离。例如，根据从喷嘴NZ放射的激光的焦点距离来设定目标间隙量。向喷嘴位置控制部16输出目标间隙量，并在位置控制喷嘴NZ时使用目标间隙量。
针对目标间隙量的精度表示以目标间隙量为基准的偏差量，根据针对目标间隙量需要何种程度的精度来设定针对目标间隙量的精度。在定位完成判定部18中，如后所述在判定是否完成了喷嘴NZ的定位时使用针对目标间隙量的精度。当要求正确的定位时，设定该精度使得来自目标间隙量的偏差量变小。
另外，本说明书中的“后工序”是指，伴随在趋近工序后应当执行的激光加工的工序。即，“后工序”并不局限于激光加工，例如穿孔、切断以及焊接等，还可以包括这些激光加工附带执行的各种准备工序以及后处理。
间隙量检测部14构成为，与间隙传感器GS协作来检测喷嘴NZ与工件W之间的实际的间隙量G。此外，间隙量检测部14也可以构成为，如后述那样检测出喷嘴NZ与工件W接触。将通过间隙量检测部14检测出的间隙量G输出给喷嘴位置控制部16。同样，将表示喷嘴NZ与工件W接触的通知信息从间隙检测部14输出给喷嘴位置控制部16。
喷嘴位置控制部16构成为，根据由目标间隙量指定部12指定的目标间隙量和由间隙量检测部14检测出的实际的间隙量来控制喷嘴NZ的位置。具体而言，喷嘴位置控制部16计算出目标间隙量与实际的间隙量之间的偏差量，即喷嘴NZ的位置偏差量，在得到的位置偏差量上乘上预定的增益来生成针对电动机M的位置指令。将在喷嘴位置控制部16计算出的位置偏差量输出给定位完成判定部18以及完成预估判定部20。
喷嘴位置控制部16构成为，还与电动机M的编码器E协作来取得喷嘴NZ的位置、速度、加速度、加加速度等的喷嘴NZ的控制信息。将这些喷嘴NZ的控制信息输出给定位完成判定部18以及完成预估判定部20。
定位完成判定部18构成为，判定喷嘴NZ的定位是否完成。例如，定位完成判定部18根据在目标间隙量指定部12指定的针对目标间隙量的精度和从喷嘴位置控制部16输出的位置偏差量来执行判定处理。将基于定位完成判定部18的判定结果输出给工序控制部24。
完成预估判定部20判定是否是喷嘴NZ的定位完成的预估。完成预估判定部20例如根据从喷嘴位置控制部16输出的位置偏差量和喷嘴NZ的动作状态相关的信息来执行判定处理。喷嘴NZ的动作状态相关的信息可以包括：位置、速度、加速度以及加加速度。将基于完成预估判定部20的判定结果输出给工序控制部24。
后工序判定部22构成为，根据后工序的内容来判定在喷嘴NZ的定位完成预估的状态下是否能够执行该后工序。从工序控制部24输出判定对象和应当执行的后工序相关的信息。将基于后工序判定部22的判定结果输出给工序控制部24。
工序控制部24构成为，执行在趋近工序结束后执行的各种后工序。虽然后工序包括：使激光振荡器从省电模式的待机状态恢复到可动作的状态的恢复指令的发送、使辅助气体的供给阀开放的开放指令的发送、使激光振荡器的机械闸门开放的开放指令的发送、用于执行穿孔的执行指令的发送、用于执行切割部的切断的执行指令的发送以及用于执行产品部分的切断的执行指令的发送，但并不局限于此。
接着，参照图3对通过本发明的一实施方式的控制装置10执行的处理进行说明。图3是表示控制装置10的处理流程的流程图。
启动前状态的激光加工装置LA的喷嘴NZ在从工件W充分远离的退避位置进行待机。当在步骤S11中开始趋近动作时，按照预先决定的控制程序来驱动伺服电动机M，喷嘴NZ从退避位置向工件W移动。此时，喷嘴NZ充分接近工件W，喷嘴NZ接近通过间隙传感器GS能够检测喷嘴NZ与工件W之间的间隙量G的范围内为止，喷嘴NZ例如以预先决定的恒定的速度移动。一旦通过间隙传感器GS能够检测出间隙量G，则根据由间隙量检测部14检测出的实际的间隙量G和由目标间隙量指定部12指定的目标间隙量来控制伺服电动机M的动作。此时，按照由喷嘴位置控制部16生成的位置指令来控制伺服电动机M。
接着，在步骤S12中，通过完成预估判定部20判定是否是喷嘴NZ的定位完成的预估。例如可以根据喷嘴NZ是否与工件W接触，或者是否反转了喷嘴NZ的趋近动作，或者喷嘴NZ的动作状态相关的信息，例如位置、速度、加速度以及加加速度等，执行步骤S12中的判定处理。
在预定的控制周期重复执行步骤S12中的判定处理，直到判定为是定位完成的预估为止。然而，也可以以如下方式构成控制装置10：在判定为是定位完成的预估之前，当通过间隙量检测部14检测出喷嘴NZ与工件W接触时，中断喷嘴NZ的趋近动作。并且，此时，例如可以驱动伺服电动机M以便使喷嘴NZ返回到退避位置为止，而不需要执行以后的处理。
当在步骤S12中判定为是定位完成的预估时，向步骤S13前进。在步骤S13中，通过后工序判定部22来判定在定位完成预估的状态下是否也能够执行在喷嘴NZ的趋近工序后应当执行的后工序。例如，在产品部分的切断工序前执行的穿孔或切割部的切断工序中，不需要喷嘴NZ的正确的定位。此外，为了开始激光加工而需要的准备工序，例如来自喷嘴NZ的辅助气体的阀的开放工序、作为安全装置的机械闸门的开放工序也都是不需要喷嘴NZ的正确的定位的后工序。
在步骤S13中，当判定为能够执行后工序时，向步骤S14前进，执行该后工序。然后，向在步骤S14中执行的后工序的下次工序转移(步骤S15)。接着，返回到步骤S14，对下次应当执行的后工序判定是否能够在定位完成预估的状态下执行。另外，即使在步骤S13中的判定结果为“是”且执行后工序的情况下，也要注意继续执行喷嘴NZ的趋近动作。因此，在步骤S14中执行后工序的期间，也继续趋近动作直到完成喷嘴NZ的定位为止。
另一方面，在步骤S13中，当判定为在定位完成预估的状态下不能执行判定对象的后工序，即如果不是喷嘴NZ的定位完成后则不能执行该后工序时，向步骤S16前进。在步骤S16中，通过定位完成判定部18判定喷嘴NZ的定位是否完成。当步骤S16中的判定结果为“否”时，继续趋近动作而不是执行后工序。
在步骤S16中，当判定为喷嘴NZ的定位完成时，向步骤S17前进，执行后工序。
根据所述的实施方式的控制装置以及控制方法，即使是相对工件的喷嘴的正确的定位没有完成的状态，在定位完成预估的状态下，执行能够在此时执行的后工序。由此，缩短执行后工序为止所需要的时间，即缩短趋近工序所需要的时间。此外，当要求正确地定位喷嘴时，直到完成定位为止，使激光加工装置维持待机状态而不执行后工序。由此，能够防止加工不良，因此能够回避工件的不良损失危险。此外，根据本发明，只有将能够完成定位的可能性较高的情况判定为是定位完成的预估。由此，明确了在执行后工序后开始不能完成定位，因此能够防止已经执行的后工序成为浪费。如上所述，根据本实施方式，能够保证确实地执行需要的加工的同时缩短结束趋近工序所需要的时间，因此提高生产效率。
接着，对利用了所述的实施方式的控制装置10的第一实施例进行说明。在本实施例中，使用激光加工装置切断加工了厚度为3mm的不锈钢钢板。使用的激光加工装置是搭载了额定输出为4kW的CO2激光的激光加工装置。将通过目标间隙量指定部12指定的目标间隙量设定成1.0mm，将针对目标间隙量的精度设定成±0.5mm。此外，在定位完成判定部18设定在针对目标间隙量的指定精度范围内，即在间隙量0.5mm～1.5mm的范围内停留0.1秒以上的情况作为定位完成的条件。
在本实施例中，在完成预估判定部20设定在趋近动作中喷嘴不与工件接触，并且喷嘴的动作反转作为定位完成预估的条件。另外，当喷嘴与工件接触时，从间隙量检测部14输出接触通知信息，经由喷嘴位置控制部16输出给完成预估判定部20。喷嘴动作的“反转”是指，参照图1说明的喷嘴的Z轴方向中的移动方向从负方向往正方向变化，或者从正方向往负方向变化，不直接地对X轴方向以及Y轴方向中的动作产生影响。
图4是说明与第一实施例对应的激光加工装置的控制处理的图表。图表的横轴表示时间，图表的纵轴表示喷嘴与工件之间的间隙量。图中的点线表示目标间隙量Pt(本实施例中为1.0mm)，一对虚线表示以目标间隙量Pt为基准指定的定位的精度范围ΔPt(本实施例中为0.5mm～1.5mm)。
在现有技术中，在能够确认完成了喷嘴的定位后执行后工序。本实施例中的定位完成条件是指，如上所述地在指定的精度范围ΔPt内停留0.1秒以上。因此，在从进入指定的精度范围ΔPt内的时刻t1开始经过了指定时间tj的时间t2中，视为喷嘴的定位完成。然后，一旦确定了喷嘴的定位完成，则依次执行应当在趋近工序后执行的后工序。根据按照现有技术执行的比较例，在开始趋近动作之后的经过时间分别为t1＝0.3秒、t2＝0.4秒，到开始后工序为止需要0.4秒。
对此，根据按照本实施例进行控制的激光加工装置，将喷嘴不与工件接触而是在喷嘴的趋近动作反转的时刻te视为定位完成预估。在此，可以将通过间隙量检测部14检测出的间隙量从减少转为增大的时刻视为产生了趋近动作的反转。一旦确定是定位完成预估，则判定是否能够执行应当在趋近工序后执行的后工序。当能够执行后工序时，从视为是定位完成预估的时刻te开始进行后工序。因此，如图4所示，根据本实施例，比现有技术提前执行后工序。在本实施例中，te＝0.2秒，与现有技术中的0.4秒相比，趋近时间缩短了0.2秒。
另外，执行了是否能够执行后工序的判定工序后，无论该判定结果如何，与现有技术同样地继续喷嘴的定位动作。此外，在定位完成预估的时刻判定为后工序不能执行时，进行待机直到喷嘴的定位完成为止。因此，此时与现有技术同样在时刻t2开始后工序。
图5A是与在第一实施例中执行的加工程序对应的工序表。在该工序表中记载了各工序的所需时间。此外，在该工序表中记载有关于应当在趋近工序后执行的后工序是否需要在执行工序前完成喷嘴的定位。另外，对相同的工序编号分配的多个工序表示同时并行地执行这些工序。即，当同时执行的这些工序中所需时间最长的工序结束时，向下一个工序编号的工序转移。此外，对趋近工序的所需时间同时记述了基于本实施例以及现有技术的比较例。
对与第一实施例对应的工序进行详细地说明。当开始属于第一部分的工序时，喷嘴在Z轴方向保持退避位置的同时，在X轴方向以及Y轴方向定位在加工开始点上(工序N10)。作为结果，将喷嘴定位在加工开始点的上方。完成工序N10所需要的时间是3.0秒。
接着，执行喷嘴的趋近工序(工序N11)。在本实施例中，在紧接着趋近工序后执行的工序N12是使激光振荡器从省电模式的待机状态恢复到能够动作的状态的恢复动作以及辅助气体的供给阀的开放动作。工序N12是如图所示那样即使没有完成喷嘴的定位也能够执行的工序。因此，根据本实施例，如参照图4的说明所示，控制装置10的工序控制部24在喷嘴的定位完成预估的时刻te开始工序N12。其结果是，从时刻te，即趋近动作开始后的0.2秒向工序N12转移。对此，当按照现有技术喷嘴的定位完成后在时刻t2执行后工序时，趋近工序所需要的时间是0.4秒。
在工序N12中，同时执行上述两个动作，在所需时间较长的激光振荡器的恢复动作完成的1.0秒后向下一个工序N13转移。
工序N13是激光振荡器的机械闸门的开放动作。接着的工序N14以及N15是作为工件的切断工序的准备阶段执行的穿孔、切割部的切断加工。这些工序N13～N15都是在定位完成预估的状态下能够执行的工序。因此，不需要中断工序N12～N15，而能够连续地执行。
工序N16是要求较高加工精度的产品部分的切断加工。因此，需要在喷嘴的定位完成后执行工序N16。然而，在向工序N16转移的时刻已经完成了喷嘴的定位，因此工序控制部24不需要中断动作而立即执行工序N16。
图5B是表示在第一实施例中执行的工序的合计所需时间的表。根据本实施例，能够在合计9.1秒执行第一部分。因此，与比较例的9.3秒相比，能够将所需时间缩短0.2秒。
紧接着第一部分执行第二部分。因此，与第一部分不同，如果不将激光加工装置的激光振荡器向省电状态转移，则不能执行恢复动作。然而，为了防止将喷嘴移动至下一个加工开始点为止的期间无端地消耗气体，插入闭塞辅助气体的供给阀的闭塞动作(工序N20)。此外，由于安全上的理由而闭塞激光振荡器的机械闸门(工序N20)。并且，在工序N20中在Z轴方向将喷嘴定位在退避位置，在X轴方向以及Y轴方向将喷嘴定位在加工开始点。其结果是，将喷嘴定位在加工开始点的上方。针对加工开始点上方的定位与针对目标间隙量的定位不同，不需要较高的精度。
接着执行趋近工序(工序N21)。在喷嘴的定位完成预估的状态下，也能够执行紧接着第二部分的趋近工序而执行的工序N22。因此，在本实施例中，在定位完成预估的时刻te(参照图4)执行工序N22。此外，工序N23以及N24同样可以在喷嘴的定位完成预估的状态下执行，因此接着工序N22连续执行这些工序。
工序N25虽然是应当在喷嘴的定位完成后执行的工序，但在工序N25的时刻针对目标间隙量的喷嘴的定位已经完成。因此，接着之前的工序N24立即执行工序N25。如图5B所示，执行第二部分所需要的时间是4.3秒，与现有技术相比能够缩短0.2秒。
在第三部分中，从第二部分的结束时的位置到下一个加工开始点为止移动所需要的时间较短，因此与第二部分不同，省略辅助气体的供给阀的闭塞动作以及机械闸门的闭塞动作。因此，在工序N30中仅执行向加工开始点上方的定位。
在喷嘴的定位完成预估的时刻，能够执行工序N31中的趋近工序后执行的穿孔(工序N32)以及继续执行的切割部的切断加工(工序N33)。具体而言，当针对由厚度3mm的不锈钢钢板构成的本实施例的工件的穿孔以及切割部的切断加工如果在间隙量2mm的范围内，则能够不影响产品的品质而执行。因此，判定为即使在定位完成预估的状态下也能够通过后工序判定部22执行这些工序。
因此，在第三部分中，在定位完成预估时刻te(参照图4)向后工序转移后执行工序N32以及N33，因此，结果上缩短趋近工序所需要的时间。此外，接着这些的工序N34虽然是喷嘴的定位完成所需要的工序，但在工序N34的时刻喷嘴的定位已经完成，因此，在工序N33后立即执行工序N34。
参照图5B，执行第三部分所需要的时间是8.3秒，与现有技术相比能够缩短0.2秒。因此，根据本实施例，与比较例相比，能够将第一部分～第三部分的合计的所需时间缩短0.6秒，即约3％的时间。
接着，对使用了控制装置10的第二实施例进行说明。在第二实施例中，使用激光加工装置切断加工了厚度1mm的软钢制的板材。所使用的激光加工装置是搭载了额定输出为4kW的CO2激光的激光加工装置。将通过目标间隙量指定部12指定的目标间隙量设定成2.0mm，将针对目标间隙量的精度设定成±0.5mm。此外，在定位完成判定部18设定在针对目标间隙量的指定精度范围内，即间隙量1.5mm～2.5mm的范围内停留0.1秒以上的情况作为定位完成的条件。
在本实施例中，计算出在趋近动作中喷嘴向工件移动时的下冲量，比较得到的下冲量与目标间隙量，当下冲量小于目标间隙量时，判定为是定位完成预估。下冲量根据喷嘴到达目标间隙量的位置时的速度，计算出在喷嘴的动作反转为止的期间喷嘴向工件移动的预测距离。
在本实施例中，根据表示通过实验事先求出的喷嘴的速度与下冲量的关系的采样数据群，通过插值计算来计算出在完成预估判定部20中所利用的下冲量。当控制装置的计算处理能力较高时，也可以考虑从喷嘴位置控制部16得到的喷嘴的加速度，或者加速度以及加加速度来正确地计算出下冲量。一般的状态为，在喷嘴到达目标间隙量的位置的时刻，通过间隙量检测部14检测出正确的间隙量。因此，如本实施例所示，即使根据事先的实验结果或预测来判定定位完成的预估，也能够回避喷嘴与工件产生冲突等的危险。
图6是说明与第二实施例对应的激光加工装置的控制处理的图表。图6是与说明第一实施例时所参照的图4对应的图。在本实施例中，当喷嘴通过目标间隙量Pt时刻中的下冲量US小于目标间隙量Pt时，判定为是喷嘴的定位完成的预估。因此，根据第二实施例，比第一实施例提前，具体而言在从趋近动作开始的经过时间te＝0.15秒判定为是喷嘴的定位完成预估。因此，如果在定位完成预估时刻能够执行接着趋近工序而执行的后工序，则与现有技术的比较例相比，能够提前0.25秒开始后工序。
另外，在本实施例中，不管后工序判定部22的判定结果如何，继续针对目标间隙量的喷嘴的定位动作。因此，在t2＝0.4秒的时刻，通过定位完成判定部18判定为定位完成。
图7A是与在第二实施例中执行的加工程序对应的工序表。图7A是与说明第一实施例时所参照的图5A对应的图。与第一实施例相比，在本实施例中，工件的厚度较薄，不执行加工开始点中的穿孔而能够执行切割部的切断，因此应当注意不能执行穿孔。
根据本实施例，如上所述开始趋近动作后的0.15秒后，判定为是定位完成预估。在定位完成预估的状态下能够执行第一部分中的趋近工序后的工序N212。因此，以0.15秒结束与趋近动作对应的工序N211，向下一个的工序N212转移。然而，如上所述，在执行工序N212以后也继续针对目标间隙量定位喷嘴的定位动作本身这一点与已经说明的点相同。
在工序N212中，同时并行执行从省电状态的恢复动作和辅助气体供给阀的开放动作。并且，完成这些中所需时间最长的恢复动作的1.0秒后向下一个的工序N213转移。在定位完成预估的状态下也能够分别执行工序N213以及下一个的工序N214。因此，立即执行这些工序。
在第一部分的最后的工序N215中，执行喷嘴的定位完成所需要的产品部分的切断加工。然而，在工序N215的时刻喷嘴的定位已经完成，因此结果是通过工序控制部24立即执行工序N215。
图7B是按每个部分表示在第二实施例中执行的工序的所需时间的表。如图7B所示，与应用了现有技术的比较例相比，在第一部分中能够缩短0.25秒的时间。
在第二部分中也与第一部分同样，在本实施例中，能够将从工序N221的趋近工序向下一个的工序N222转移时所需要的时间缩短0.25秒。
紧接着第二部分执行第三部分，在短时间内能够实现与第三部分对应的到加工开始点上方为止的移动。因此，省略向省电状态转移，省略辅助气体供给阀的闭塞动作以及机械闸门的闭塞动作。因此，不需要在趋近工序结束后执行与从省电状态的恢复动作、辅助气体供给阀的开放动作以及机械闸门的开动动作对应的工序。
此外，如上所述，在本实施例中省略了穿孔，因此紧接着工序N231的趋近工序执行工序N232的切割部的切断加工。在定位完成预估的状态下也能够执行切割部的切断加工。因此，从判定为是定位完成预估的时刻，即开始趋近动作的0.15秒后向工序N232转移。
接着的工序N233是需要在喷嘴的定位完成的状态下执行的产品部分的切断工序。并且，虽然喷嘴的定位完成需要0.4秒，但在工序N232的执行完成后的时刻仅经过了0.35秒，没有完成喷嘴的定位。因此，不是立即执行工序N233，而是待机直到判定为喷嘴的定位完成为止。具体而言，停止0.05秒后，执行工序N233。如上所述，在第三部分中，虽然发生了0.05秒的停止时间，但与比较例相比，在工序N231的趋近工序中能够缩短0.25秒，因此作为结果能够缩短0.2秒的时间。
当再次参照图7B时，根据本实施例，在第一部分以及第二部分中能够分别实现缩短0.25秒的时间，在第三部分中能够缩短0.2秒的时间。作为结果，能够缩短合计0.7秒，约5％的时间。
接着，对利用了控制装置10的第三实施例进行说明。第三实施例使用与第二实施例相同的激光加工装置，同样地切断加工了厚度为1mm的软钢制的板材。目标间隙量、针对目标间隙量的精度以及基于完成预估判定部20的判定条件也与第二实施例相同。
然而，将本实施例的定位完成判定部22设定成：在判定为是定位完成的预估后，在喷嘴进入针对目标间隙量的指定精度的范围内的时刻判定为定位完成。一旦判定为是定位完成预估时，通过经验可知之后的喷嘴的间隙量有衰减振动的同时向目标间隙量渐进的倾向。本实施例希望利用该事实，提前判定定位完成。
图8是说明与第三实施例对应的激光加工装置的控制处理的图表。图8是与第一实施例中的图4以及第二实施例中的图6对应的图。即，在本实施例中，与第二实施例相同，判定为在时间te是定位完成预估。然后，在时间te以后初次进入间隙量1.5mm～2.5mm的指定精度ΔPt内的时间t3判定为定位完成。这样变更了定位完成判定部18的判定条件的结果，在本实施例中能够判定在t3＝0.22秒定位完成。
考虑使用实际安装有按照本实施例而构成的定位完成判定部18的控制装置10，执行与第二实施例相同的加工程序。此时，在第二实施例和第三实施例，第一部分以及第二部分的执行结果相同。然而，在第三实施例中不会产生在第二实施例中执行第三部分的工序N233前插入的0.05秒的待机时间。即，在第三实施例的情况下，通过定位完成判定部18向工序控制部24通知向工序N233转移的时刻定位已经完成的情况。因此，工序控制部24在工序N232之后立即执行工序N233。
图9是表示在第三实施例中执行的工序的合计所需时间的表。根据本实施例，能够在3.85秒执行第三部分。然而，与比较例相比，第一部分以及第二部分一起作为整体将所需时间缩短了0.75秒。
作为第三实施例的变形例，也可以指定不同的定位完成判定条件。例如，也可以根据图8的时间t3中的喷嘴的动作状态相关的信息，考虑将预测的过冲量作为判定条件。例如，按照与第二实施例关联地说明的、预测下冲量的状态，根据时间t3中的喷嘴的速度、加速度以及加加速度等来预测过冲量。例如，也可以考虑预测的过冲量是否被包含在指定的精度范围ΔPt内。或者，也可以在判定为是定位完成预估后，并且在指定的精度范围ΔPt内喷嘴的动作至少反转了一次的情况下，判定为定位完成。这样的变形例在要求比较严格的定位精度的情况下有效。根据这些变形例，比第二实施例的情况更提前通知定位完成的判定，因此在结果上能够期待消除或降低在第二实施例的第三部分中产生的0.05秒的待机时间的效果。
发明效果
根据具备上述结构的发明，在是喷嘴的定位完成的预估时，如果在定位完成预估的状态下能够执行后工序，则即使没有完成喷嘴的定位也能够执行该后工序。由此，能够无需等待喷嘴的定位完成而提前执行可以执行的工序。因此，结果上能够得到与缩短趋近动作完成所需要的时间相同的效果。此外，只有在喷嘴的定位完成的可能性较高的情况下才判定为是定位完成预估，因此能够回避不必要地执行后工序。
以上，对本发明的各种实施方式以及变形例进行了说明，但本领域的技术人员应当明白即使通过其他实施方式以及变形例也能够得到本发明所希望的作用效果。尤其，在不脱离本发明的范围的情况下，能够删除或置换所述的实施方式以及变形例的构成要素，还能够附加公知的手段。此外，本领域的技术人员应当明白，通过任意组合在本说明书中明示或暗示地公开的多个实施方式的特征也能够实现本发明。

Claims (12)

1.一种控制装置(10)，其对具备放射激光的喷嘴(NZ)的激光加工装置(LA)的动作进行控制，其特征在于，
具备：
目标间隙量指定部(12)，其指定与执行激光加工时的所述喷嘴(NZ)与工件(W)之间的距离对应的目标间隙量(Pt)以及针对所述目标间隙量(Pt)的精度；
间隙量检测部(14)，其检测所述喷嘴(NZ)与所述工件(W)之间的实际的间隙量(G)；
喷嘴位置控制部(16)，其根据所述目标间隙量(Pt)以及所述实际的间隙量(G)来控制所述喷嘴(NZ)的位置；
定位完成判定部(18)，其按照所述目标间隙量(Pt)以及针对所述目标间隙量(Pt)的所述精度，判定所述喷嘴(NZ)的定位是否完成；
完成预估判定部(20)，其判定是否是所述喷嘴(NZ)的定位完成的预估；以及
后工序判定部(22)，其在是所述喷嘴(NZ)的定位完成的预估时，判定是否是能够执行应当在所述喷嘴(NZ)的定位后执行的后工序，
所述控制装置构成为，
当通过所述后工序判定部(22)判定为能够执行所述后工序时，在通过所述完成预估判定部(20)判定为是所述喷嘴(NZ)的定位完成的预估的时刻，执行所述后工序，并且，
当通过所述后工序判定部(22)判定为不能执行所述后工序时，在通过所述定位完成判定部(18)判定为所述喷嘴(NZ)的定位完成的时刻，执行所述后工序。
2.根据权利要求1所述的控制装置(10)，其特征在于，
所述喷嘴位置控制部(16)构成为，不管基于所述后工序判定部(22)的判定结果如何，继续所述喷嘴(NZ)的位置控制，
所述定位完成判定部(18)构成为，不管基于所述后工序判定部(22)的判定结果如何，继续所述喷嘴(NZ)的定位完成的判定。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置(10)，其特征在于，
所述完成预估判定部(20)构成为，根据所述喷嘴(NZ)是否与所述工件(W)接触以及所述喷嘴(NZ)的动作状态相关的信息，判定是否是所述喷嘴(NZ)的定位完成的预估。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的控制装置(10)，其特征在于，
所述完成预估判定部(20)构成为，根据所述喷嘴(NZ)是否与所述工件(W)接触以及所述喷嘴(NZ)的动作是否至少反转了一次，判定是否是所述喷嘴(NZ)的定位完成的预估。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的控制装置(10)，其特征在于，
根据通过所述目标间隙量指定部(12)指定的所述目标间隙量(Pt)以及针对所述目标间隙量(Pt)的所述精度来设定目标间隙范围(ΔPt)，
所述定位完成判定部(18)构成为，在通过所述完成预估判定部(20)判定为是所述喷嘴(NZ)的定位完成的预估之后，在所述喷嘴(NZ)的实际位置被包含在所述目标间隙范围(ΔPt)内的时刻，判定为所述喷嘴(NZ)的定位完成。
6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的控制装置(10)，其特征在于，
根据通过所述目标间隙量指定部(12)指定的所述目标间隙量(Pt)以及针对所述目标间隙量(Pt)的所述精度来设定目标间隙范围(ΔPt)，
所述定位完成判定部(18)构成为，在通过所述完成预估判定部判定为是所述喷嘴(NZ)的定位完成的预估之后，在所述喷嘴(NZ)的实际的位置被包含在所述目标间隙范围(ΔPt)内，并且，在所述喷嘴(NZ)的动作至少反转了一次的时刻，判定为所述喷嘴(NZ)的定位完成。
7.一种激光加工装置(LA)的控制方法，其以预定的精度将放射激光的喷嘴(NZ)定位在针对工件(W)仅远离预定的目标间隙量(Pt)的位置上，该激光加工装置(LA)的控制方法的特征在于，
包括：
按照所述目标间隙量(Pt)以及针对所述目标间隙量(Pt)而决定的所述精度，判定所述喷嘴(NZ)的定位是否完成；
判定是否是所述喷嘴(NZ)的定位完成的预估；以及
当是所述喷嘴(NZ)的定位完成的预估时，判定是否能够执行应当在所述喷嘴(NZ)的定位后执行的后工序，
当判定为能够执行所述后工序时，在判定为是所述喷嘴(NZ)的定位完成的预估时执行所述后工序，
当判定为不能执行所述后工序时，在判定为所述喷嘴(NZ)的定位完成时执行所述后工序。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，
当判定为是所述定位完成的预估时，不管是否是能够执行所述后工序的判定结果，继续所述喷嘴(NZ)的定位动作以及判定所述喷嘴(NZ)的定位是否完成。
9.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，
根据所述喷嘴(NZ)是否与所述工件(W)接触以及所述喷嘴(NZ)的动作状态相关的信息，判定是否是所述喷嘴(NZ)的定位完成的预估。
10.根据权利要求7至9中的任意一项所述的控制方法，其特征在于，
根据所述喷嘴(NZ)是否与所述工件(W)接触以及所述喷嘴(NZ)的动作是否至少反转了一次，判定是否是所述喷嘴(NZ)的定位完成的预估。
11.根据权利要求7至10中的任意一项所述的控制方法，其特征在于，
根据所述目标间隙量(Pt)以及针对所述目标间隙量(Pt)而决定的所述精度来设定目标间隙范围(ΔPt)，
判定为是所述喷嘴(NZ)的定位完成的预估之后，在所述喷嘴(NZ)的位置被包含在所述目标间隙范围(ΔPt)内的时刻，判定为所述喷嘴(NZ)的定位完成。
12.根据权利要求7至10中的任意一项所述的控制方法，其特征在于，
根据所述目标间隙量(Pt)以及针对所述目标间隙量(Pt)而决定的所述精度来设定目标间隙范围(ΔPt)，
判定为是所述喷嘴(NZ)的定位完成的预估之后，所述喷嘴(NZ)的位置被包含在所述目标间隙范围(ΔPt)内，并且，在所述喷嘴(NZ)的动作至少反转了一次的时刻，判定为所述喷嘴(NZ)的定位完成。
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