CN105382412A - 具有高速定位功能的激光加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有高速定位功能的激光加工装置。控制激光加工机的数值控制装置在使加工头接近工件的方向(Z轴方向)进行动作时,如果间隙传感器检测出加工头和工件之间的间隙量则切换为间隙控制,由此来回避加工头与工件的碰撞。这时,能够使用模式切换单元选择是使用间隙传感器的检测值通过间隙控制进行使加工头接近工件的动作、还是通过使加工头移动到由参数决定的位置来进行使加工头接近工件的动作。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有高速定位功能的激光加工机。
背景技术
具有如下技术:在激光加工机的加工中,为了一边躲避障碍物一边从加工结束点高速移动到下一个加工点,在加工结束点使加工头自动地从工件后退,随着接近下一个加工点而使加工头接近工件。在该现有技术中,为了使加工头高速上升、下降,按照设定为参数的上升/下降速度、后退位置、下降开始位置、减速开始位置进行控制。
在通过基于来自间隙传感器的信号的控制使加工头从下降开始位置进行了下降时,下降速度变慢,因此以设定为参数的下降速度使加工头下降到减速开始位置。基于从间隙传感器输出的信号的控制在加工头到达减速开始位置之后有效。
图7表示日本特开2004-1067号公报中表示的加工头的移动方法。
如果加工头40到达加工形状的加工结束点Pe,则加工头40沿着加工头40的轨迹Lh进行移动。即,使加工头40以预定速度向上方(Z轴方向)移动预定量,如果加工头40达到预先设定的高度,则使X、Y轴向下一个加工形状的加工开始方向移动。如果加工头40到达下降开始位置P1,则向着工件的下一个加工开始位置(下一个加工开始点Ps)开始下降。当使加工头接近下一个加工开始位置时,例如使加工头40接近下一个加工开始位置的附近,当达到减速开始位置时,使用用于测定与加工头40和工件44之间的距离(间隙量)对应的物理量的间隙传感器(未图示),一边避免加工头40和工件44的碰撞一边使加工头40移动到希望的加工位置。
上述技术不考虑平面加工以外的用途,将平面轴(XY轴)的定位作为对象。因此,会有以下的问题。
(I)当使加工头接近工件时,下降到通过参数决定的位置,因此当工件的高度(Z轴方向)不同时(即,工件的高度在途中变化的情况),存在与工件发生碰撞的危险性。如图8所示,存在由于工件44的挠曲等,下一个加工开始位置比加工结束位置(加工结束点Pe)高的情况。这时,在现有技术中,由于通过参数设定而决定的加工头的减速开始位置,如果(定位的结束位置的)下一个加工开始位置高则在加工头40接近加工开始位置时与工件44碰撞。
(II)另外,由于只考虑了平面轴(X轴、Y轴),因此到下一个程序块的加工点的定位指令无法适用于固定在旋转轴上的管状工件(从旋转中心O到外周面的距离围绕旋转轴不同的形状的工件)的激光加工。当通过管加工变更加工面时,如图9所示,通过以下步骤进行指令。
(1)一度取消间隙控制。
(2)使加工头后退。
(3)变更加工面
(4)再次启动间隙控制。
为了解决上述(I)的问题,在日本特开2008-110389号公报中记载的激光加工装置中,在使加工头接近工件时一边启动间隙控制一边接近工件,在检测出工件的时刻停止加工头,由此防止加工头和工件的碰撞。
不过,在上述的激光加工装置中,在检测出工件的时刻停止加工头,因此无法应对工件的高度时刻变化的情况(参照图9)。
发明内容
因此,本发明鉴于上述现有技术的问题点提供一种激光加工机,当被加工的工件的高度方向不同时,或者在加工安装在旋转轴上的工件时,能够防止加工头与工件发生碰撞。
本发明的激光加工机具备:间隙传感器,其检测加工头和工件之间的间隙量;间隙控制轴,其根据上述间隙传感器检测出的间隙量进行控制从而将加工中的间隙量维持在固定值;以及加工进给轴,其使上述加工头相对于上述工件相对地移动从而使上述加工头沿加工形状移动,上述激光加工机还具备工件检测单元和间隙控制单元。该工件检测单元在使上述加工头从加工结束点移动到下一个加工开始点时,在上述加工结束点,在使上述间隙控制轴在上述加工头离开上述工件的方向上移动了预定量后,在进行使该加工头接近上述工件的动作时,根据来自上述间隙传感器的信号检测上述工件的存在。此外,上述间隙控制单元在通过上述工件检测单元检测出上述工件时,通过间隙控制进行上述间隙控制轴的控制。
上述加工进给轴包含使上述工件固定并旋转的旋转轴。
根据本发明,能够提供一种激光加工机,在被加工的工件的高度方向不同时,或者在对安装在旋转轴上的工件进行加工时,能够防止加工头与工件发生碰撞。
附图说明
通过参照附图说明以下的实施例,本发明的上述以及其他的目的和特征变得明确。在这些附图中:
图1是说明本发明的激光加工装置的激光加工方法的第一方式的图。
图2是说明本发明的激光加工装置的激光加工方法的第二方式的图。
图3是本发明的激光加工机的第一实施方式的框图。
图4是本发明的激光加工机的第二实施方式的框图。
图5是说明执行图1所示的激光加工方法的数值控制装置和通过该数值控制装置进行控制的本发明的激光加工机的图。
图6是说明执行图2所示的激光加工方法的数值控制装置和通过该数值控制装置进行控制的本发明的激光加工机的图。
图7是说明现有技术文献中公开的激光加工方法的图。
图8是说明工件的高度在途中发生变化时的现有技术的激光加工方法的图。
图9是说明工件旋转时的现有技术的激光加工方法的图。
具体实施方式
首先,使用图1说明本发明的激光加工装置的激光加工方法的第一方式。
在对位于下一个加工开始点Ps比加工结束点Pe高的位置的工件44进行激光加工时,通过间隙控制进行加工动作,由此控制喷嘴的位置使其与工件44的距离保持一定,因此能够防止加工头40的喷嘴与工件发生碰撞。
在工件44的加工结束点Pe使加工头40在Z轴方向上升。当加工头40上升了预定距离时开始驱动平面轴(X轴、Y轴),使加工头40向下一个加工开始点Ps移动。如果加工头40上升到预先设定的高度则停止Z轴方向的移动,转移到仅平面轴(X轴、Y轴)的移动。在指令平面轴的驱动的程序块,如果根据程序块的剩余移动量检测出加工头40到达下一个加工开始点Ps附近,则开始加工头40的下降。
接着,使用图2说明本发明的激光加工装置的激光加工方法的第二方式。
在通过管加工变更加工面的情况下,加工头40仅通过向旋转轴的定位指令自动进行后退、恢复动作。
(1)使加工头40后退所设定的移动量。
(2)一边使加工头40后退到设定位置,一边开始旋转轴Ra的定位指令。
(3)如果旋转轴Ra的定位指令接近终点,则开始加工头40的下降。并且,如果间隙传感器(未图示)检测出工件则切换为基于间隙控制进行的控制。通过切换为基于间隙控制进行的控制,避免加工头40与工件发生碰撞。
(4)进行基于间隙控制进行的控制。
使用图3说明本发明的激光加工机的第一实施方式。
控制激光加工机10的数值控制装置10具备移动量计算部61、伺服控制部62、间隙控制部70。移动量计算部61进行对激光加工进行指令的程序60中记述的加工路径指令的解析,将通过解析得到的移动指令输出给伺服控制部62。伺服控制部62进行位置控制和速度控制的处理,将电流指令输出给伺服放大器63。伺服放大器63根据来自伺服控制部62的指令驱动伺服电动机64。加工头40按照伺服电动机64的驱动在Z轴方向上下移动。
在加工头40上安装用于测定加工头40和工件44之间的距离的间隙传感器42。从该间隙传感器42输出的信号通过A/D转换器66转换为数字信号,并输入到间隙控制部70的加工头的位置指令运算部78。
间隙控制部70具备:后退代码读入部71、程序块的剩余移动量计算部72、后退判定部73、存储为了使加工头后退而预先设定为参数的后退数据的后退数据存储部74、下降判定部75、下降模式判定部76、存储为了使加工头40进行加工而预先设定为参数的下降数据的下降数据存储部77以及加工头的位置指令运算部78。
后退代码读入部71通过移动量计算部61进行的加工路径的解析,在对为了向下一个加工开始点移动而使加工头后退的指令代码进行了解析时,读入该解析后的后退代码。如果在后退代码读入部71读入使加工头后退的后退代码,则在程序块的剩余移动量计算部72中开始计算程序块的剩余移动量。
这里,说明程序块的剩余移动量。按照指令到下一个加工点的移动的定位指令,开始加工头40的移动。并且,程序块的剩余移动量计算部72通过累积从移动量计算部61输出的移动指令,计算程序块的剩余移动量。该程序块的剩余移动量是从加工头40的当前位置直到定位指令所指令的加工开始点的距离所对应的量与电动机的延迟相加得到的量。
如果通过程序块的剩余移动量计算部72开始计算程序块的剩余移动量,则后退判定部73将为了使加工头40后退而预先设定为参数并存储在后退数据存储部74中的后退数据输出给加工头的位置指令运算部78。
下降判定部75在通过程序块的剩余移动量计算部72计算的程序块的剩余移动量比预先设定的值低时,对下降模式判定部76进行指令,
·把预先设定为参数并存储在下降数据存储部77中的下降数据输出到加工头的位置指令运算部78,或者
·把根据来自间隙传感器42的输出使加工头40接近工件44的基于来自间隙传感器42的信号进行间隙控制的指令输出给加工头的位置指令运算部78。
可以在下降模式判定部76预先设定选择基于下降数据的控制或基于从间隙传感器42输出的信号的控制中的任意一个模式,也可以根据由后退代码读入部71读入的后退代码进行指定。
加工头的位置指令运算部78根据从后退数据存储部74输入的后退数据、从下降数据存储部77输入的下降数据或者通过A/D转换器66将从间隙传感器42输出的信号进行转换后的数据中的任意一个数据,运算用于执行加工头40的位置控制的加工头40的位置指令。
加工头的位置指令运算部78在使加工头40接近工件44的Z轴方向进行动作时,如果间隙传感器42检测出工件44,则通过切换为间隙控制来回避对工件44的碰撞。这时,能够对加工头的位置指令运算部78追加基于模式的切换单元来选择(切换)是通过间隙控制(间隙传感器42的检测值)进行使加工头40接近工件44的动作、还是进行使加工头40直到通过参数决定的位置为止接近工件44的动作。
例如,加工头的位置指令运算部78
·在从后退数据存储部74输入了后退数据的情况下,将基于该后退数据的加工头40的位置指令输出到伺服控制部62,
·在从下降数据存储部77输入了下降数据的情况下,将基于该下降数据的加工头的位置指令输出到伺服控制部62,此外
·在从下降模式判定部76输入了间隙控制指令的情况下,将基于通过A/D转换器66将从间隙传感器42输出的信号进行转换后的数据的加工头40的位置指令输出给伺服控制部62。
通过本发明在使加工头40在接近工件44的Z轴方向进行动作时,如果间隙传感器42检测出工件44,则通过切换为间隙距离来回避对工件44的碰撞。这时,追加基于模式的切换单元来选择(切换)是通过间隙控制(间隙传感器的检测值)进行使加工头40接近工件44的动作、还是进行使加工头40直到通过参数决定的位置为止接近工件44的动作。由此,在为平滑的工件的情况下,能够快速下降到参数设定值,即使在管加工那样的特殊形状的工件的情况下也能够安全地下降。
使用图4说明本发明的激光加工机的第二实施方式。该激光加工机具备通过旋转轴(旋转中心O)使工件旋转的机构。
即使是任意的第三轴的定位指令也使用上述激光加工方法的第一方式(图1),由此即使是管加工那样的特殊形状的工件也能够使用现有技术,能够缩短循环时间。
接着,使用图5、图6说明执行上述激光加工方法的第一方式(图1)、第二方式(图2)的控制的激光加工机的控制装置。
首先,使用图5说明本发明的控制激光加工机的数值控制装置的第一方式。
控制激光加工机的数值装置由数值控制装置10构成。该数值控制装置10以处理器(CPU)11为中心而构成,在该处理器11中经由总线24与ROM12、RAM14、由电池后备供电的SRAM等构成的非易失性存储器13、输入输出接口15和17、带显示装置MDI(手动输入装置)16、加工进给轴的X轴和Y轴的轴控制电路19,20以及间隙控制轴的Z轴的轴控制电路21连接。并且,各轴控制电路19~21经由未图示的伺服放大器与各轴伺服电动机31~33连接。
在ROM12中存储控制激光加工机30整体的系统程序。在非易失性存储器13中存储使用带显示装置MDI116生成的加工程序或者经由未图示的输入接口而输入的加工程序。
RAM14用于各种处理中的数据的暂时存储等。在输入输出接口15连接激光振荡器50,经由输入输出接口15将来自处理器11的输出控制信号发送给激光振荡器50。激光振荡器50根据输出控制信号射出激光束51,通过弯曲反射镜52反射后发送到加工头40。激光束51通过加工头40被聚光后从安装在加工头40上的焊枪41的前端照射工件44。
在加工头40的焊枪41中设置有测定焊枪41的前端点和工件44之间的距离(间隙)的间隙传感器42。将间隙传感器42的输出信号经由数值控制装置10内的A/D转换器(将模拟信号转换为数字信号的转换器)18输出到输入输出接口17。
激光加工机机构部37具备:X轴伺服电动机31,其在X轴方向(垂直于图5的纸面的方向)驱动安装了工件44的工作台43;Y轴伺服电动机32,其在与X轴方向垂直的Y轴方向驱动工作台43;以及Z轴伺服电动机33,其在与上述X轴以及Y轴垂直的Z轴方向驱动加工头40和焊枪41(构成间隙控制轴)。
X轴、Y轴伺服电动机31、32驱动工作台43,Z轴伺服电动机33用于调整焊枪41的前端点和工件44之间的距离、即间隙。X轴伺服电动机31与数值控制装置10的X轴控制电路19连接,Y轴伺服电动机32与Y轴控制电路20连接,Z轴伺服电动机33与Z轴控制电路21连接。
另外,在各轴伺服电动机31、32、33上安装有检测位置/速度的脉冲编码器等位置/速度检测器,将各个伺服电动机31、32、33的位置/速度反馈给各轴控制电路19、20、21。各轴控制电路19、20、21根据来自处理器(CPU)11的指令和位置/速度的反馈信号,将轴的移动指令输出给未图示的各轴伺服放大器。该各轴伺服放大器放大该移动指令来控制各轴伺服电动机31、32、33的位置/速度。各轴控制电路19、20、21还根据未图示的电流检测器的反馈信号执行电流控制。
接着,使用图6说明本发明的控制激光加工机的数值控制装置的第二方式。
该数值控制装置和上述第一方式的数值控制装置(图5)的不同点在于,该方式的数值控制装置还具备A轴的结构部,其包括在通过X轴伺服电动机31、Y轴伺服电动机32驱动的工作台43上使管等工件44旋转的A轴伺服电动机34。
X轴、Y轴伺服电动机31、32驱动工作台43,Z轴伺服电动机33用于调整焊枪41的前端点和工件44之间的距离、即间隙,并且,A轴伺服电动机34用于使工件44旋转。
X轴伺服电动机31与数值控制装置10的X轴控制电路19连接,Y轴伺服电动机32与Y轴控制电路20连接,Z轴伺服电动机33与Z轴控制电路21连接。A轴伺服电动机34与A轴控制电路22连接。另外,各伺服电动机经由未图示的伺服放大器与各轴控制电路连接。
另外,在各轴伺服电动机31、32、33、34上安装有检测位置/速度的脉冲编码器等位置/速度检测器,将各个伺服电动机31、32、33、34的位置/速度反馈给各轴控制电路19、20、21、22。各轴控制电路19、20、21、22根据来自处理器(CPU)11的指令和位置/速度的反馈信号,将轴的移动指令输出给未图示的各轴伺服放大器,该各伺服轴放大器放大该移动指令来控制各轴伺服电动机31、32、33、34的位置/速度。各轴控制电路19、20、21、22还根据未图示的电流检测器的反馈信号执行电流控制。
Claims (2)
1.一种激光加工机,其具备:间隙传感器,其检测加工头和工件之间的间隙量;间隙控制轴,其根据上述间隙传感器检测出的间隙量进行控制从而将加工中的间隙量维持在固定值;以及加工进给轴,其使上述加工头相对于上述工件相对地移动从而使上述加工头沿加工形状移动;
上述激光加工机的特征在于,还具备:
工件检测单元,其在使上述加工头从加工结束点移动到下一个加工开始点时,在上述加工结束点,在使上述间隙控制轴在上述加工头离开上述工件的方向上移动了预定量后,在进行使该加工头接近上述工件的动作时,根据来自上述间隙传感器的信号检测上述工件的存在;和
间隙控制单元,其在通过上述工件检测单元检测出上述工件时,通过间隙控制进行上述间隙控制轴的控制。
2.根据权利要求1所述的激光加工机,其特征在于,
上述加工进给轴包含使上述工件固定并旋转的旋转轴。
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