CN104942433A - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

一种激光加工装置，具有：加工喷嘴，其用于对工件照射激光；致动器，其使加工喷嘴与工件相对移动；距离检测器，其检测加工喷嘴与工件之间的间隙；电力异常检测部，其检测从电源部供给的电力的异常；间隙控制部，其在激光加工执行过程中基于由距离检测器检测出的检测值来控制致动器，以进行将间隙控制为目标值的间隙控制；以及切换控制部，其在激光加工执行过程中通过电力异常检测部检测出电力的异常之前，使间隙控制有效，当在激光加工执行过程中通过电力异常检测部检测出电力的异常时，使间隙控制无效。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及一种在对激光加工机的电力供给由于停电等而被切断时使加工喷嘴退避的激光加工装置。
背景技术
一般来说，在激光加工中，一边利用间隙(gap)传感器来检测喷嘴与工件之间的距离并基于其检测值来进行间隙控制，一边加工工件。因此，存在以下担忧：当由于停电等而发生供给电力的异常时，间隙传感器进行误动作，基于间隙传感器的错误的检测值进行间隙控制而加工喷嘴与工件碰撞。
已知如下一种装置：在对激光加工机的电力供给由于停电等而被切断时，防止因加工头下落引起的加工头与工件的碰撞。例如日本实公平03-044388号公报(JP03-044388Y)公开了构成为如下结构的装置：在加工喷嘴的升降用的滚珠丝杠的下部设置液压缸，当由于停电而液压油从液压缸的缸室流出时，通过弹簧力使卡定构件向上方移动。通过该结构，卡定构件的卡定部与滚珠丝杠下部的被卡定构件的被卡定部相卡合，滚珠丝杠的旋转被阻止。
另外日本专利第2751766号公报(JP2751766B)公开了构成为如下结构的装置：从与加工头成一体的可动部突出设置止挡件，并且在该止挡件的下方配置加工位置调整用的另外的止挡件。通过该结构，当由于停电而加工头下落时，止挡件之间相抵接，从而防止加工头与工件的碰撞。
发明内容
上述的以往装置以机械方式阻止加工头的下落，因此需要追加结构部件，招致成本的上升。
本发明的一个方式是激光加工装置，该激光加工装置具有：加工喷嘴，其用于对工件照射激光；致动器，其使加工喷嘴与工件相对移动；距离检测器，其检测加工喷嘴与工件之间的间隙；电力异常检测部，其检测从电源部供给的电力的异常；间隙控制部，其在激光加工执行过程中基于由距离检测器检测出的检测值来控制致动器，以进行将间隙控制为目标值的间隙控制；以及切换控制部，其在激光加工执行过程中通过电力异常检测部检测出电力的异常之前，使间隙控制有效，当在激光加工执行过程中通过电力异常检测部检测出电力的异常时，使间隙控制无效。
根据一个方式所涉及的激光加工装置，在检测出供给电力的异常之前使间隙控制有效，当检测出供给电力的异常时使间隙控制无效，因此能够以廉价的结构来防止在发生停电时等加工喷嘴与工件碰撞。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的激光加工装置的整体结构的图，
图2是表示一个实施方式所涉及的激光加工装置的主要控制结构的框图，
图3是表示图2的激光加工装置的切换控制部中的处理的一例的流程图，
图4是表示图3的处理的变形例的流程图，以及
图5是表示图2的激光加工装置的变形例的框图。
具体实施方式
下面，参照图1～图5来说明本发明的实施方式。图1是表示一个实施方式所涉及的激光加工装置100的整体结构的图。激光加工装置100具备：激光加工机1；激光振荡器2，其生成激光并输出到激光加工机1；以及控制装置(例如数控装置)3，其控制激光加工机1和激光振荡器2。
激光加工机1能够是具有用于照射激光的加工喷嘴10(图2)的五轴激光加工机。五轴的激光加工机1例如具有X轴用、Y轴用、Z轴用、A轴用以及C轴用的致动器11，通过致动器11的驱动，加工喷嘴10相对于工件W沿正交的三轴(X轴、Y轴、Z轴)和旋转的两轴(A轴、C轴)的方向相对移动。由此，能够变更工件W的加工部位，基于加工程序对工件W进行期望的激光加工。此外，本实施方式所涉及的激光加工装置100能够在加工、医疗、测量等广泛的领域中使用。
在激光加工中，从加工喷嘴10的顶端部到工件W的加工部位的距离(以下将其称为间隙)对加工质量产生影响。因而，在进行激光加工的情况下，需要同时进行用于变更工件W的加工部位的致动器11的控制(位置控制)和用于将间隙保持为固定的致动器11的控制(间隙控制)。在本申请中，将通过位置控制来控制的致动器11称为第一致动器11A，将通过间隙控制来控制的致动器11称为第二致动器11B。例如，在加工XY平面上的工件W的情况下(参照图2)，第一致动器11A是X轴用及Y轴用致动器，第二致动器11B是Z轴用致动器。
图2是表示一个实施方式所涉及的激光加工装置100的主要控制结构的框图。激光加工装置100具有：前述的加工喷嘴10和控制装置3；电源部4，其与商用电源连接；蓄电部5，其蓄积从电源部4供给的电力；电力异常检测部6，其检测从电源部4供给的电力的异常；以及距离检测器7，其检测间隙L。电力异常检测部6例如能够由电流计或电压计构成，当电流或电压的检测值低于预先决定的阈值时，检测出电力供给的异常。距离检测器7例如能够由非接触式的间隙传感器构成。
在图2中，作为第二致动器11B(Z轴用致动器)的一例，示出了对滚珠丝杠11a进行旋转驱动的伺服电动机。加工喷嘴10随着滚珠丝杠11a的旋转而接近或远离工件W的加工部位Wa，由此间隙L发生变化。利用位置检测器8来检测加工喷嘴10的Z轴位置。位置检测器8例如能够由检测伺服电动机的旋转量的编码器构成。此外，图1所示的第一致动器11A(X轴用致动器、Y轴用致动器)也能够由对滚珠丝杠进行旋转驱动的伺服电动机构成，能够具有编码器等位置检测器。
来自蓄电部5的电力被供给到控制装置3。控制装置3具有：移动量运算部31，其运算加工喷嘴10相对于工件W的Z轴的相对的目标移动量；以及伺服控制部32，其根据由移动量运算部31运算出的目标移动量来控制第二致动器11B(伺服电动机)。
移动量运算部31具有：程序读取部311，其读取加工程序；程序分析部312，其对读取出的加工程序的加工路径指令进行分析；插值处理部313，其对由程序分析部312分析得到的加工路径指令进行插值处理；输出部314，其对伺服控制部32输出移动指令；切换控制部315，其进行位置控制与间隙控制的切换处理；电路切换部316，其根据来自切换控制部315的指令在位置控制用电路与间隙控制用电路之间切换控制电路；A/D转换部317，其对从距离检测器7输出的信号进行A/D转换；以及间隙控制电路318，其基于经由A/D转换部317输入的来自距离检测器7的信号来进行间隙控制。
间隙控制电路318根据距离检测器7的检测值来输出使间隙L保持为规定的目标值La的移动指令。切换控制部315通过输出开(ON)信号来将电路切换部316的开关316a切换到位置a。由此，来自间隙控制电路318的移动指令被输出到伺服控制部32，间隙控制变得有效。另一方面，切换控制部315通过输出关(OFF)信号来将电路切换部316的开关316a切换到位置b。由此来自间隙控制电路318的移动指令被切断，间隙控制变得无效，第二致动器11B按加工程序的位置指令进行动作。
提供到程序读取部311的加工程序包括：用于在间隙控制开始前使加工喷嘴10相对于工件W相对移动到初始位置的移动指令；以及用于在激光加工执行过程中使加工喷嘴10相对于工件W相对移动的移动指令(以下称为加工指令)。在间隙控制开始前，电路切换部316的开关316a切换到位置b，按照移动指令控制第一致动器11A(图1)和第二致动器11B，加工喷嘴10移动到初始位置。当定位到了各轴上的加工开始位置时，根据写入到加工程序中的间隙控制的模式启动指令，切换控制部315对电路切换部316输出开指令。由此电路切换部316的开关316a切换到位置a，针对第二致动器11B的间隙控制中的移动指令变得有效。在间隙控制过程中，按照加工指令对第一致动器11A进行位置控制，加工喷嘴10相对于工件W相对移动。在加工指令中，没有写入用于第二致动器11B的移动指令，第二致动器11B在间隙控制过程中由间隙控制电路318来控制。
伺服控制部32具有位置处理部321、速度处理部322以及电流处理部323，根据由位置检测器8检测出的检测值来对第二致动器11B进行反馈控制。间隙控制电路318与伺服控制部32协作，构成对第二致动器11B进行间隙控制的间隙控制部。另外，程序分析部312、插值处理部313以及输出部314与伺服控制部32协作，构成对第二致动器11B进行位置控制的位置控制部。对第一致动器11A进行位置控制的位置控制部的结构与第二致动器11B的位置控制部的结构相同。
此外，图2的移动量运算部31是与第二致动器11B对应的控制结构。对于第一致动器11A，不需要间隙控制，因此省略了切换控制部315、电路切换部316、A/D转换部317以及间隙控制电路318。因而，在第一致动器11A用的移动控制部(与移动控制部31相当)中，从输出部(与输出部314相当)输出的移动指令(加工指令)直接被输入到伺服控制部(与伺服控制部32相当)，根据移动指令来对第一致动器11A(伺服电动机)进行反馈控制。
图3是表示切换控制部315中的处理的一例的流程图。例如当开始根据来自间隙控制电路318的指令进行间隙控制时，开始该流程图所示的处理。因而，在初始状态下，切换控制部315输出开信号来使电路切换部316的开关316a切换到位置a，间隙控制变得有效。
在步骤S1中，读入来自电力异常检测部6的信号。即，监视供给电源的状态。在步骤S2中，判定电力异常检测部6是否检测出了供给电源的异常。在电力异常检测部6检测出供给电源的异常的情况下进入到步骤S3，在电力异常检测部6未检测出供给电源的异常的情况下返回到步骤S1。
在步骤S3中，基于来自程序读取部311的信号，判定是否正在执行间隙控制，因而判定是否正在执行程序运转(按照加工程序的激光加工)。在程序运转执行过程中的情况下进入到步骤S4，在不是程序运转执行过程中的情况下返回到步骤S1。在步骤S4中，识别出供给电源的异常后的切换控制部315对电路切换部316输出关信号。通过由切换控制部315对电路切换部316输出关信号，电路切换部316的开关316a被切换到位置b，间隙控制变得无效。
说明本实施方式所涉及的激光加工装置100的主要动作。在程序运转的执行过程中，基于加工程序输出第一致动器11A的移动指令，基于来自位置检测器的信号对第一致动器11A进行反馈控制(位置控制)。由此，加工喷嘴10相对于工件W相对移动，工件W的加工部位Wa被变更。
此时，对电源部4供给规定的电力。电路切换部316的开关316a被切换到位置a，根据来自间隙控制电路318的移动指令来控制第二致动器11B。基于来自距离检测器7的信号对第二致动器11B进行反馈控制(间隙控制)。由此，激光加工执行过程中的间隙L被保持为固定，从激光振荡器2提供的激光束以固定的强度照射到加工部位Wa，能够对工件W进行高质量的激光加工。
当对激光加工机1的电力供给由于停电等而被切断时，电力异常检测部6检测出供给电力的异常。由此切换控制部315对电路切换部316输出关信号，开关316a被切换到位置b(步骤S4)。其结果，来自间隙控制电路318的移动指令被切断，间隙控制变得无效。
当电路切换部316被切换到位置b时，对伺服控制部32输入来自输出部314的指令，变成基于加工程序的移动指令(位置控制)对第二致动器11B进行控制的状态。然而，如上所述，在加工程序中没有写入用于第二致动器11B的移动指令，因此第二致动器11B停止驱动。由此，即使在发生停电时距离检测器7误动作而将大于规定的目标值La的间隙作为检测值输出，加工喷嘴10也不会接近工件W，能够防止加工喷嘴10与工件W的碰撞。
在上述实施方式中，在加工程序中没有写入间隙控制过程中的第二致动器11B的移动指令，因此在电力异常检测部6检测出电力异常时，第二致动器11B的驱动被停止。与此相对，也可以将如下的移动指令预先写入到加工程序中：在电力异常检测部6检测出电力异常时，使加工喷嘴10从工件W退避到预先决定的规定位置。
图4是表示作为这种变形例的移动量运算部31中的处理的一例的流程图。此外，移动量运算部31包括切换控制部315，在图中对与图3所示的步骤相同的步骤标注相同的标记。
如图4所示，当在步骤S4中取消间隙控制时，进入到步骤S5。在步骤S5中，输出部314按照加工程序输出了第二致动器11B的移动指令(定位指令)，因此伺服控制部32对第二致动器11B进行位置控制来使加工喷嘴10退避到规定位置。在例如图2所示那样将加工喷嘴10配置于工件W的上方的情况下，使加工喷嘴10上升到规定位置。由此加工喷嘴10从工件W退避，能够可靠地防止加工喷嘴10与工件W的干扰。在该结构中，输出部314和伺服控制部32作为在检测出电力异常时按照加工程序使加工喷嘴10移动到预先决定的退避位置的退避控制部而发挥功能。
此外，对控制装置3和第二致动器11B供给来自蓄电部5的电力。因而，即使在从商用电源对电源部4的电力供给由于停电等而被切断的情况下，也能够进行上述的图3和图4的处理。
本实施方式能够起到如下那样的效果。
(1)激光加工装置100具备：加工喷嘴10，其用于对工件W照射激光；致动器11，其使加工喷嘴10相对于工件W相对移动；控制装置3，其控制致动器11；距离检测器7，其检测加工喷嘴10与工件W之间的间隙L；电源部4；以及电力异常检测部6，其检测从电源部4供给的电力的异常。控制装置3具有：间隙控制电路318，其基于由距离检测器7检测出的检测值来控制致动器11，以进行将加工喷嘴10与工件W的加工部位Wa之间的间隙L控制为目标值的间隙控制；输出部314，其在进行间隙控制时基于加工程序来输出致动器11的移动指令以变更工件W的加工部位Wa；以及切换控制部315，其以在由电力异常检测部6检测出电力的异常之前使间隙控制有效、当由电力异常检测部6检测出电力的异常时使间隙控制无效的方式切换电路切换部316。由此能够以廉价的结构来防止在发生停电时等加工喷嘴10与工件W碰撞。在以机械方式阻止加工喷嘴10与工件W的碰撞的情况下，需要追加结构部件，但是在本实施方式中，无需追加结构部件，能够廉价地构成激光加工装置100。
(2)致动器11具有基于加工程序来控制的第一致动器11A和由间隙控制电路318控制的第二致动器11B。当电路切换部316根据来自切换控制部315的指令而切换到位置b时，第二致动器11B根据加工程序的位置指令进行动作。本实施方式的激光加工装置100具备位置控制用的第一致动器11A以及在位置控制用的指令下和间隙控制用的指令下均动作的第二致动器11B，因此能够一边进行间隙控制，一边基于加工程序容易地变更工件W的加工部位Wa。
(3)当通过电力异常检测部6检测出电力的异常而根据来自切换控制部315的指令切换了电路切换部316时，由于在加工程序中没有写入间隙控制过程中的第二致动器11B的移动指令，因此第二致动器11B停止驱动。由此，能够可靠地避免加工喷嘴10与工件W的碰撞，安全性提高。
(4)当在检测出电力异常时利用来自蓄电部5的电力来控制第二致动器11B使得加工喷嘴10从工件W退避到预先决定的位置(图4)时，安全性进一步提高。
此外，在上述实施方式中，根据来自作为间隙控制部的间隙控制电路318的指令，基于由距离检测器7检测出的检测值来将加工喷嘴10与工件W的加工部位Wa之间的距离(间隙L)控制(间隙控制)为目标值，并且根据从与程序分析部312、插值处理部313以及输出部314相当的位置控制部输出的移动指令(加工指令)，一边进行间隙控制一边基于加工程序来变更(位置控制)工件W的加工部位Wa。并且，根据来自切换控制部315的指令来切换电路切换部316，由此使得在通过电力异常检测部6检测出电力的异常之前使间隙控制有效，当通过电力异常检测部6检测出电力的异常时使间隙控制无效。然而，作为控制致动器11的控制部的控制装置3的结构不限于上述的结构。
在上述实施方式中，将由位置控制部控制的第一致动器11A与位置控制部和间隙控制部中的哪一个都可以控制的第二致动器11B分开设置，但是间隙控制过程中的第一致动器和第二致动器的控制方式不限于上述的方式。
在上述实施方式中，在检测出电力异常时将控制电路从间隙控制用电路切换到位置控制用电路，停止输出第二致动器11B的移动指令，由此停止第二致动器11B的驱动，但是也可以在检测出电力异常时对第二致动器11B输出停止指令。在上述变形例(图4)中，在检测出电力异常时，利用来自蓄电部5的电力来控制第二致动器11B，基于加工程序使加工喷嘴10从工件W退避到预先决定的位置，但是退避控制部的结构不限于此。图5是表示图2所示的结构的变形例的框图，示出了退避控制部的其它结构。
如图5所示，除了图2的结构以外，移动量运算部31还具有：输出部331，其输出退避指令；电路切换部332，其切换电路以对伺服控制部32输出位置指令或退避指令；以及切换控制部333，其进行位置指令与退避指令的切换处理来切换电路切换部332。切换控制部333在间隙控制前将电路切换部332的开关332a切换到位置a。另外，如上所述，在间隙控制前电路切换部316的开关316a被切换到位置b。由此对伺服控制部32输出来自加工程序的移动指令，按照移动指令对第二致动器11B进行控制，加工喷嘴10向初始位置移动。在间隙控制过程中即激光加工执行过程中，电路切换部332的开关332a维持为位置a，电路切换部316的开关316a被切换到位置a。当在间隙控制过程中通过电力异常检测部6输出异常检测信息时，电路切换部316的开关316a切换到位置b，并且切换控制部333将电路切换部332的开关332a切换到位置b。由此对伺服控制部32输出来自输出部331的退避指令，按照退避指令对第二致动器11B进行位置控制，加工喷嘴10从工件W退避。在该结构中，输出部331和伺服控制部32作为退避控制部而发挥功能。此外，也可以与图5不同，将退避控制部设置于控制装置3的外部，从控制装置3的外部对第二致动器11B输出退避指令。
在上述实施方式中，将激光加工机1设为五轴激光加工机进行了说明，但是只要使从加工喷嘴射出的激光照射到工件来加工工件，则激光加工机1也可以为五轴以外的加工机，激光加工机的结构不限于上述的结构。
以上，说明了本发明的实施方式，但是本领域技术人员会理解能够不脱离前述的权利要求书的公开范围地进行各种修正和变更。

Claims (4)

1.一种激光加工装置，其特征在于，具有：
加工喷嘴，其用于对工件照射激光；
致动器，其使上述加工喷嘴与工件相对移动；
距离检测器，其检测上述加工喷嘴与工件之间的间隙；
电力异常检测部，其检测从电源部供给的电力的异常；
间隙控制部，其在激光加工执行过程中基于由上述距离检测器检测出的检测值来控制上述致动器，以进行将上述间隙控制为目标值的间隙控制；以及
切换控制部，其在激光加工执行过程中通过上述电力异常检测部检测出电力的异常之前，使上述间隙控制有效，当在激光加工执行过程中通过上述电力异常检测部检测出电力的异常时，使上述间隙控制无效。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
还具备位置控制部，在进行上述间隙控制时，该位置控制部基于加工程序来控制上述致动器以变更上述工件的加工部位，
上述致动器具有由上述位置控制部控制的第一致动器和由上述间隙控制部控制的第二致动器。
3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，
当在激光加工执行过程中通过上述电力异常检测部检测出电力的异常时，使上述第二致动器停止。
4.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，还具备：
蓄电部，其蓄积从上述电源部供给的电力；以及
退避控制部，在激光加工执行过程中通过上述电力异常检测部检测出电力的异常时，该退避控制部利用来自上述蓄电部的电力来控制上述第二致动器，使得上述加工喷嘴从上述工件退避到预先决定的位置。
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