JP2011034501A - 加工ヘッド落下防止機能を備えた数値制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工ヘッドに備えられた変位センサからの出力信号に基づいて、加工ヘッドの先端側にワークが存在しなくなった時に該加工ヘッドが急激に落下することを防止する。
【解決手段】変位センサの検出値から算出した加工ヘッドの移動速度、あるいは加速度のいずれか１つの値が予め設定された落下と判断するそれぞれの基準値を超えた時、加工ヘッドの先端側にワークが存在しないと判断し、予め設定された落下マシンロック状態を解除する基準検出値を超えた時、ワークが存在すると判断するワーク検出手段と、ワーク検出手段により加工ヘッドの先端側にワークが存在しないと判断された場合、加工ヘッドの落下方向の移動を禁止する落下方向マシンロック手段と、ワーク検出手段により加工ヘッドの先端側にワークが存在すると判断された場合、落下方向マシンロック手段により落下方向の移動を禁止した状態を解除する落下方向マシンロック解除手段と、を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、加工ヘッドに備えられた変位センサを用いて、加工ヘッドの先端とワークとの間隔を一定に保ちながらワークの切断加工を行う機械を制御する数値制御装置に関する。

レーザ加工機では、ワークと焦点の位置関係を、またプラズマ溶断機では電極とワークとの間隙を、それぞれ所定の範囲内に保持する必要がある。このため、これらの工作機械には、ワークと加工ヘッドとの間の距離（加工ヘッドの高さ）を変位センサにより検出し、検出して得られた高さデータを加工ヘッドの高さを位置決めする軸にフィードバックして、加工ヘッドの高さを一定に保つようにした倣い制御システムが用いられている。

図１１に示されるように、変位センサ６を用いて加工ヘッド２の先端とワークＷとの間隔を一定に保ちながら加工を行う切断加工において、ある形状の加工後に他の形状を加工する途中に切断加工によって切り落とされた穴Ｗｈｏｌｅが存在する場合がある。なお、穴Ｗｈｏｌｅとは、図１１に示されるように、板状のワークＷの端部が後退した形状の部位も穴Ｗｈｏｌｅとして扱う。

図１１は、穴ありワークを、落下防止制御を行わずに加工を行った場合の加工ヘッド２の落下を説明する図である。加工機によって加工されるワークＷは、切断加工などによって切り落とされた穴Ｗｈｏｌｅを有する。穴Ｗｈｏｌｅの左端部をＷｅ１、右端部をＷｅ２と称する。この場合、突如左端部Ｗｅ１から、加工ヘッド２直下にワークＷが存在しないこととなり、その状況に応じた倣い制御を行うべく、加工ヘッド２は急速に落下していく。

そうすると、変位センサ６や加工ヘッド２がワークＷと衝突し、ワークＷである板材、変位センサ６、加工ヘッド２などの加工機を破損させてしまう問題が生じる。このような問題を解決する技術として、特許文献１や特許文献２には、加工ヘッド２をワークＷの穴Ｗｈｏｌｅに落下させないために、実際の加工ヘッド２の位置と予め設定されている位置（落下基準位置）とを比較し、実際の加工ヘッド２の位置が設定されている位置より低い位置まで下がったことを検出して、加工ヘッド２がワークＷへの接近方向へ移動を行わないように制御する技術が開示されている（図１１参照）。また、特許文献３には、光学式近接スイッチなどによるワーク検出装置を用いてワークの有無を判断し、ワークに接近する方向に加工ヘッドの移動を行わないようにする技術が開示されている。

特開平６−２２６４８０号公報 特開平１０−３２８８６８号公報 特開平７−１１２３４８号公報

背景技術で説明した特許文献１や特許文献２に開示される加工ヘッド２の位置情報を用いた落下防止制御の場合、波状に湾曲したワークＷでは、加工ヘッド２の先端とワークＷとの間隔が一定にならず、加工ヘッド２が位置により移動を制限されると、加工不良が発生する問題がある。また、加工ヘッド２が設定されている位置（落下基準位置）よりも実際に低くならないと停止できないため、急激に加工ヘッド２が落下する場合に対応できないなどの問題がある。さらに、特許文献３に開示されるワーク検出装置を用いる技術では、変位センサ２とともにワーク検出装置を配置する必要があり、加工機械のコストアップや複雑化の問題があった。

そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、加工ヘッドに備えられた変位センサを用い該変位センサからの出力信号に基づいて、加工ヘッドの先端側にワークが存在しなくなった時に該加工ヘッドが急激に落下することを防止し、加工ヘッドの先端とワークとの間隔を一定に保ちながらワークに穴があっても継続して切断加工を行う機械を制御する数値制御装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、加工ヘッドに備えられた変位センサを用いて加工ヘッドの先端とワークとの間隔を一定に保ちながら該ワークの切断加工を行う機械を制御する数値制御装置において、前記変位センサの検出値、または該検出値から算出した前記加工ヘッドの移動速度、あるいは、加速度の少なくともいずれか１つの値が、予め設定された落下と判断するそれぞれの基準値を超えた時、前記加工ヘッドの先端側に前記ワークが存在しないと判断し、予め設定された落下マシンロック状態を解除する基準検出値を超えた時、前記加工ヘッドの先端側に前記ワークが存在すると判断するワーク検出手段と、前記ワーク検出手段により前記加工ヘッドの先端側に前記ワークが存在しないと判断された場合、前記加工ヘッドの落下方向の移動を禁止する落下方向マシンロック手段と、前記ワーク検出手段により前記加工ヘッドの先端側に前記ワークが存在すると判断された場合、前記落下方向マシンロック手段により落下方向の移動を禁止した状態を解除する落下方向マシンロック解除手段と、を有することを特徴とする加工ヘッド落下防止機能を備えた数値制御装置である。

請求項２に係る発明は、前記ワーク検出手段により前記加工ヘッドの先端側に前記ワークが存在しないと判断された場合、前記加工ヘッドを予め設定された距離を上昇させる加工ヘッド退避手段を有することを特徴とする請求項１に記載の加工ヘッド落下防止機能を備えた数値制御装置である。
請求項３に係る発明は、予め設定された時間分、加工ヘッドの位置情報を逐次記憶する加工ヘッド位置記憶手段と、該加工ヘッド位置記憶手段に記憶された位置情報の平均値を逐次算出し平常時加工ヘッド位置情報を求める平常時加工ヘッド位置算出手段と、前記ワーク検出手段により前記加工ヘッドの先端側に前記ワークが存在しないと判断された場合、前記平常時加工ヘッド位置算出手段により求めた平常時加工ヘッド位置情報に予め設定された微調整量を加算し、前記加工ヘッドを退避させる退避手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の加工ヘッド落下防止機能を備えた数値制御装置である。

請求項４に係る発明は、前記ワーク検出手段により前記加工ヘッドの先端側に前記ワークが存在するが、落下方向の移動を禁止した状態を解除する基準値に達していない場合、次のブロックの加工開始時に、加工ヘッドの落下方向の移動を禁止した状態の解除を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の加工ヘッド落下防止機能を備えた数値制御装置である。

本発明により、加工ヘッドに備えられた変位センサを用い該変位センサからの出力信号に基づいて、加工ヘッドの先端側にワークが存在しなくなった時に該加工ヘッドが急激に落下することを防止し、加工ヘッドの先端とワークとの間隔を一定に保ちながらワークの切断加工を行う機械を制御する数値制御装置を提供できる。

本発明の一実施形態を説明する図である。 本発明の倣い制御の作用を説明する図である。 本発明により穴ありワークの加工を行った場合を説明する図である。 本発明において加工ヘッド退避手段を備え、ワークの加工を行った場合を説明する図である。 加工ヘッド退避手段を備えることが必要なことを説明する図である。 次ブロックの開始も落下方向マシンロックを解除する条件とすることを説明する図である。 本発明における落下防止処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 本発明における退避動作を行う落下防止処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 本発明における平常時加工ヘッド位置情報を求め退避動作を行い、次ブロックの加工開始時に加工ヘッドの落下方向の移動を禁止した状態の解除を行う処理を含むアルゴリズムを示すフローチャートである。 本発明における平常時加工ヘッド位置情報を求め退避動作を行う処理を含むアルゴリズムを示すフローチャートである。 穴ありワークを、落下防止制御を行わずに加工を行った場合の加工ヘッドの落下を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を説明する図であり、符号１は、加工ヘッド落下防止機能を有する数値制御装置（以下、「数値制御装置」という）の要部の機能ブロック図である。なお、加工ヘッド２の制御軸に係る機能ブロックを中心に説明し、ワークＷと加工ヘッド２の水平方向の相対的な移動を行う制御軸、各制御軸を制御する位置制御の機能については記載していない。

加工すべき板状のワークＷの上方にレーザ加工機などの機械の加工ヘッド２が配置されていると共に、加工ヘッド２はその先端にノズル４を有する。この加工ヘッド２とワークＷとは、図１において紙面に対して直交する方向と紙面の左右方向に相対的に移動自在になっている。さらに、加工ヘッド２は紙面上下方向に相対的に移動自在であり、加工ヘッド２はＺ軸モータ８によって上下方向に移動可能である。Ｚ軸モータ８には位置検出装置１０が内蔵されている。位置検出装置１０はＺ軸における加工ヘッド２の位置を検出し、数値制御装置１にフィードバックする（図示省略）。

加工ヘッド２には、ノズル４とワークＷとの離間距離を検出する静電容量式、渦電流式などの変位センサ６を備えられている。変位センサ６は、加工ヘッド２に取り付けられたノズル４の先端とワークＷの表面との距離を測定する装置であって、静電容量式、渦電流式など種々な方式の装置を用いることができる。図１では加工ヘッド２に変位センサ６が取り付けられているが、ノズル４の周囲に配置するようにしてもよい。変位センサ６は加工ヘッド落下防止制御部１４に接続され、変位センサ６の検出信号は加工ヘッド落下防止制御部１４に入力する。

加工ヘッド落下防止制御部１４は、数値制御部１６からの倣い起動指令を受けて、加工ヘッド落下防止機能を有する倣い制御を実行する。すなわち、加工ヘッド落下防止制御部１４は、変位センサ６からの検出信号を受けて、加工ヘッド２のワークＷの表面からの高さが所定の範囲内に保持されるように、Ｚ軸モータ８を駆動するサーボアンプ（図示せず）に駆動信号を出力するモータ制御部１２に速度指令値Ｖを出力する。

この場合、加工ヘッド２の高さを変位センサ６の検出値Ｉｈと制御目標値Ｉｈ₀との偏差量（Ｉｈ−Ｉｈ₀）に応じた値に加工ヘッド２は倣い制御される。一般的に、加工ヘッド２の制御軸（Ｚ軸モータ８）への速度指令値Ｖは、Ｖ＝Ｋ×（Ｉｈ−Ｉｈ₀）とすることにより、実現できる。ここで、Ｋはゲインである。

次に、図２を用いて本発明の倣い制御の作用を説明する。図２（ａ）に示されるように、加工ヘッド落下防止制御部１４は、数値制御部１６からの倣い起動信号を受け取って起動する。加工ヘッド落下防止制御部１４は、数値制御部１６から出力される制御目標値Ｉｈ₀と変位センサ６で検出される検出値Ｉｈに基づいて速度指令値Ｖを生成し、モータ制御部１２に速度指令値Ｖを出力し、モータ制御部１２は加工ヘッド２の制御軸（Ｚ軸モータ８）を駆動制御する。

加工ヘッド落下防止制御部１４は、変位センサ６からの検出信号に基づいて穴ＷｈｏｌｅやワークＷの端部を検出する機能を備えている（図３参照）。加工ヘッド落下防止制御部１４は、ワークＷを倣い制御による加工中に、加工ヘッド２が穴Ｗｈｏｌｅやワークの端部に達した場合には、落下方向にマシンロック状態とするため、速度指令値Ｖ（＝０）をモータ制御部１２に出力する。その結果、加工ヘッド２が急激に落下するような動作を防止することができる。再び、ワークＷ上に加工ヘッド２が相対的に移動すると、加工ヘッド落下防止制御部１４は落下方向マシンロックを終了し、加工ヘッド２の上下方向の移動を可能とし、倣い制御が行われる。
また、図２（ｂ）は、加工ヘッド２が穴Ｗｈｏｌｅ上に達した場合、加工ヘッド２を上方に退避させる場合の１つの例の作用を説明する図である。退避手段が図２（ｂ）に限定されるわけではない。加工ヘッド２が通常の倣い状態にあれば、加工ヘッド２とワークＷとの間隙の距離に対応した速度指令値Ｖを速度制御部に出力し、加工ヘッド２を退避させる場合、退避させる量に対応した位置指令値を位置制御部に出力し、一方、マシンロック状態（速度指令値Ｖ＝０）となり、位置指令値として与えられた分だけ移動することになる。なお、モータ８に内蔵された位置・速度検出装置からの位置・速度のフィードバックについては図示していない。

図３は、本発明により穴ありワークの加工を行った場合を説明する図である。加工機によって加工されるワークＷは、切断加工などによって切り落とされた穴Ｗｈｏｌｅを有する。図３では、穴Ｗｈｏｌｅの左端部をＷｅ１、右端部をＷｅ２と称する。加工機が加工プログラムの現ブロックに従って制御され、加工ヘッド２がワークＷに対して紙面左側から右側へ相対的に移動しながら、ワークＷの切断などの加工を行う状態を示している。なお、センサ検出値Ｉｈ、速度指令値Ｖ、加速度値αの各グラフは、図１１と同様に、紙面下側から紙面上側に向かって数値が増加する方向としている。

加工ヘッド２が穴Ｗｈｏｌｅの左端部Ｗｅ１に達すると、加工ヘッド２の直下にワークＷが存在しない状態であるので、変位センサ６から出力されるセンサ検出値Ｉｈは、左端部Ｗｅ１で急激に低下し、加工ヘッド２の直下にワークＷが存在する状態となる右端部Ｗｅ２で急激に上昇する。加工ヘッド落下防止制御部１４（図１，図２）は、変位センサ６からの出力であるセンサ検出値が落下基準検出値Ｉｈｔｈより小さくなった場合には加工ヘッド２の直下にワークＷは無いと判断できる。または、変位センサ６からの検出値Ｉｈを元に、速度指令値Ｖや加速度値αを算出する。そして、速度指令値Ｖが落下基準速度値Ｖｔｈより小さくなった場合、あるいは、加速度値αが落下基準加速度値αｔｈより小さくなった場合には、加工ヘッド２の直下にワークＷが存在しないと判断する。そして、検出値Ｉｈが予め設定した基準検出値Ｉｈｃｏｍより大きくなると落下方向マシンロック状態を解除される。

図４は、本発明において加工ヘッド退避手段を備え、ワークの加工を行った場合を説明する図である。変位センサ６の検出値Ｉｈに基づいて加工ヘッド２の落下方向の移動と判断された場合には、予め設定された量（加工ヘッド退避調整量）だけ加工ヘッド２を上方に向かってワークＷから遠ざける方向の移動を制御軸（Ｚ軸モータ８）に指令する。

図５は、図４で説明した加工ヘッド退避手段を備えることが必要なことを説明する図である。加工ヘッド２の落下の直前で、落下基準加速度値αｔｈを下回らずに徐々に加工ヘッド位置が下がっていった場合などにおいて、加工ヘッド２を平常時加工ヘッド位置まで退避（上昇）させないでワークの加工を継続した場合、加工ヘッド２が穴Ｗｈｏｌｅを通過する際に、穴の他端に干渉する場合がある。そのため、平常時加工ヘッド位置まで退避させる必要がある。退避位置は、ワークＷなどの諸条件により、平常時加工ヘッド位置に調整量を加えた位置とすることができる。

ここで、平常時加工ヘッド位置について説明する。加工ヘッド２の先端側にワークＷが存在する場合、加工機は加工ヘッド２の倣い制御を行いながらワークＷの加工を行う。倣い制御が行われている時には、加工ヘッド２は変位センサ６からの検出信号に基づいて、ワークＷから所定距離離れた位置に加工ヘッド２が維持される。この加工ヘッド２の位置のデータを予め設定された時間分、制御周期毎に数値制御装置内の記憶装置に記憶する。そして、予め設定された時間分の加工ヘッド２の位置のデータの平均値を求め、求められた値を平常時加工ヘッド位置の値とする。

図６は、変位センサ６からの検出値Ｉｈが落下方向マシンロック状態を解除する予め設定した基準検出値Ｉｈｃｏｍより小さく、落下方向マシンロック状態とする落下基準検出値Ｉｈｔｈより大きい場合は、次ブロックの開始も落下方向マシンロックを解除する条件とすることを説明する図である。
加工ヘッド２を上方に退避させる動作を行い、あるいは、スクラップが跳ね上がった場合に加工ヘッド２が上方に追従する場合がありうることから、予め設定した基準検出値Ｉｈｃｏｍは、落下基準検出値Ｉｈｔｈより設定される。
変位センサ６からの検出値Ｉｈが、予め数値制御装置１に設定した落下方向マシンロック状態を解除する基準検出値を超えたことで穴Ｗｈｏｌｅを通過したと判断し、マシンロックを解除する方法だけでは解除できない状況がありうる。この状況を想定し、加工を継続するために、次ブロックの開始時に解除することも条件に加える。

中抜き切断を行った場合、通常、スクラップは下へ抜け落ちる。この時、倣い制御を入れたままの状態であれば、加工ヘッドもスクラップと一緒に下がり、落下方向マシンロック状態となる。
しかし、スクラップが下へ抜け落ちず中途半端に片側だけ落ち、反対側が跳ね上がる場合がある。この場合、加工ヘッド２は倣い制御を継続して跳ね上がりに対応し上昇する。このような状況で加工ヘッドが上昇すると、変位センサ６からの検出値Ｉｈが予め設定した落下方向マシンロック状態を解除する予め設定した基準検出値Ｉｈｃｏｍを超えないことがある。この場合、変位センサ６からの検出値Ｉｈの判断だけでは、落下方向マシンロックを解除できない。このような事態を回避するため、次ブロックの開始時を落下方向マシンロックの解除する条件に加え、更に、落下基準検出値Ｉｈｔｈを落下方向マシンロックの解除する条件とした。図６に示される処理は、後述する図１０のフローチャートに示されるアルゴリズムの処理で行われる。

次に、図７に示される本発明における落下防止処理のアルゴリズムを示すフローチャートを各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＳ１］変位センサの検出値Ｉｈを読み取る。
●［ステップＳＳ２］速度指令値Ｖを算出し、数値制御装置内の記憶装置に記憶する。速度指令値Ｖは、上述した速度指令値Ｖを算出する演算式を用いることによって求めることができる。
●［ステップＳＳ３］ＳＳ２で算出した速度指令値Ｖは、加工ヘッドの落下方向の指令であるか否かを判断し、落下方向の指令である場合にはステップＳＳ４へ移行し、落下方向の指令ではない場合にはステップＳＳ１１へ移行する。落下方向の指令であるか否かは、ステップＳＳ２で求めた速度指令値Ｖの符号から判断することができる。
●［ステップＳＳ４］落下方向マシンロック中（落下方向マシンロックフラグＦ＝１）であるか否か判断し、落下方向マシンロック中（Ｆ＝１）の場合にはステップＳＳ８へ移行し、落下方向マシンロック中でない（Ｆ＝０）場合にはステップＳＳ５へ移行する。

●［ステップＳＳ５］ステップＳＳ２で今回算出した速度指令値Ｖと前回の制御周期で算出した速度指令値Ｖとの差分である速度指令値変化量を算出し、該速度指令値変化量を制御周期で除算することによって加速度値αを算出する。なお、速度指令値変化量は、前回の制御周期に限定されず、設定された制御周期前の速度指令値との差分として求めてもよい。
●［ステップＳＳ６］ステップＳＳ５で算出した加速度値αは落下基準加速度値αｔｈを下回ったか否か判断し、下回った場合にはステップＳＳ７へ移行し、下回っていない場合にはステップＳＳ１１へ移行する。
●［ステップＳＳ７］速度指令値Ｖ（＝０）とし、落下方向マシンロックを開始する（落下方向マシンロックフラグＦ＝１とする。なお、該フラグＦは初期状態Ｆ＝０である）。

●［ステップＳＳ８］ステップＳＳ１で読み取った変位センサの検出値Ｉｈは、予め設定した基準検出値Ｉｈｃｏｍより大きいか否か判断し、大きい場合にはステップＳＳ９へ移行し、大きくない場合にはステップＳＳ１０へ移行する。
●［ステップＳＳ９］落下方向マシンロックを終了する（落下方向マシンロックフラグＦ＝０に戻す）。
●［ステップＳＳ１０］速度指令値Ｖ（＝０）とする（落下方向マシンロック）。補足して説明すると、制御周期毎にステップＳＳ２において速度指令値Ｖが算出されるが、この算出された値を用いるのではなく、速度指令値Ｖを“０”とし、落下方向のマシンロックを実行する。
●［ステップＳＳ１１］速度指令値Ｖをモータ制御部に出力する。
●［ステップＳＳ１２］加工プログラム終了か否か判断し、終了でない場合にはステップＳＳ１へ戻り処理を継続し、加工プログラム終了の場合には、この処理を終了する。

上述したフローチャートについて補足して説明する。ステップＳＳ６で加速度値αが落下基準加速度値αｔｈを下回ったか否かで判断している。これに替えて、ステップＳＳ６で、変位センサ６の検出値Ｉｈと落下基準検出値Ｉｈｔｈを下回ったか否かで判断したり、速度指令値Ｖが落下基準速度値Ｖｔｈより下回ったかで判断したり、あるいは、３つの判断処理の組み合わせとしてもよい。

ステップＳＳ８では、変位センサ６の検出値Ｉｈを予め設定した基準検出値より大きいか否かで判断している。これに替えて、ステップＳＳ８で、速度指令値Ｖが予め設定した基準速度値より大きいか否かで判断したり、加速度値αが予め設定した基準加速度値より大きいか否かで判断したり、あるいは、３つの判断処理の組み合わせとしてもよい。

図７に示されるフローチャートによる処理を図３に当てはめて説明する。穴Ｗｈｏｌｅの左端部Ｗｅ１を加工ヘッド２が右方向に移動すると、変位センサ６で検出された検出値Ｉｈを基に算出された速度指令値Ｖ（ステップＳＳ１，ステップＳＳ２）は、加工ヘッド２を落下させる方向の速度指令であるから、加速度値αを求める（ステップＳＳ３〜ステップＳＳ５）。加速度値αは落下基準加速度値αｔｈを下回るので、落下方向マシンロックを開始し（Ｆ＝１）、算出された速度指令値をモータ制御部１２に出力する（ステップＳＳ６〜ステップＳＳ１２）。

次に、加工ヘッド２が穴Ｗｈｏｌｅの上側を横方向に相対的に移動している時を考える。この時、変位センサ６で検出された検出値を基に算出された速度指令値Ｖは、加工ヘッド２を落下させる方向の速度指令である（ステップＳＳ１〜ステップＳＳ３）。そして、加工ヘッド２が穴Ｗｈｏｌｅの上側を横方向に移動する時には、落下方向マシンロック中（Ｆ＝１）であるので、予め設定された基準検出値との比較がなされる（ステップＳＳ４，ステップＳＳ８）。加工ヘッド２がワークＷの右端部Ｗｅ２に達していなければ、変位センサ６の検出値は予め設定した基準検出値より大きくないので、速度指令値Ｖを“０”とすることにより落下方向マシンロックを行い、この速度指令値Ｖ（＝０）をモータ制御部１２に出力する。

そして、加工ヘッド２がワークＷの右端部Ｗｅ２に達すると、加工ヘッド２の先端側にワークＷが存在することになる。変位センサ６の検出値Ｉｈを基に算出される速度指令値Ｖは、加工ヘッド２を落下させる場合の指令と落下させない場合の指令が起こりうる。速度指令値が落下させない場合、この速度指令値を倣い制御部に出力する。また、速度指令値が落下させる場合、落下方向マシンロック中と判断される。そして、変位センサ６の検出値が落下基準検出値より大きくなり、落下方向マシンロック（Ｆ＝０）を終了し、速度指令値がモータ制御部１２に出力される。

次に、図８に示される本発明における退避動作を行う落下防止処理のアルゴリズムを示すフローチャートを、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＴ１］変位センサの検出値Ｉｈを読み取る。
●［ステップＳＴ２］速度指令値Ｖを算出し、数値制御装置内の記憶装置に記憶する。速度指令値Ｖは、上述した速度指令値Ｖを算出する演算式を用いることによって求めることができる。
●［ステップＳＴ３］ＳＴ２で算出した速度指令値Ｖは、加工ヘッドの落下方向の指令であるか否かを判断し、落下方向の指令である場合にはステップＳＴ４へ移行し、落下方向の指令ではない場合にはステップＳＴ１２へ移行する。落下方向の指令であるか否かは、ステップＳＴ２で求めた速度指令値Ｖの符号から判断することができる。
●［ステップＳＴ４］落下方向マシンロック中（落下方向マシンロックフラグＦ＝１）であるか否か判断し、落下方向マシンロック中（Ｆ＝１）の場合にはステップＳＴ９へ移行し、落下方向マシンロック中でない（Ｆ＝０）場合にはステップＳＴ５へ移行する。

●［ステップＳＴ５］ステップＳＴ２で今回算出した速度指令値Ｖと前回の制御周期で算出した速度指令値Ｖとの差分である速度指令値変化量を算出し、該速度指令値変化量を制御周期で除算することによって加速度値αを算出する。なお、速度指令値変化量は、前回の制御周期に限定されず、設定された制御周期前の速度指令値との差分として求めてもよい。
●［ステップＳＴ６］ステップＳＴ５で算出した加速度値αは落下基準加速度値αｔｈを下回ったか否か判断し、下回った場合にはステップＳＴ７へ移行し、下回っていない場合にはステップＳＴ１２へ移行する。
●［ステップＳＴ７］速度指令値Ｖ（＝０）とし、落下方向マシンロックを開始する（落下方向マシンロックフラグＦ＝１とする。なお、該フラグＦは初期状態Ｆ＝０である）。
●［ステップＳＴ８］予め設定された距離加工ヘッドを上昇させ、加工ヘッドを退避させる。加工ヘッドの現在位置情報はモータに取り付けられた位置検出装置から数値制御装置１にフィードバックされている。この現在位置情報と予め設定された距離情報に基づき、移動指令を位置制御による指令としてモータ制御部に出力する。

●［ステップＳＴ９］ステップＳＴ１で読み取った変位センサの検出値Ｉｈは、予め設定した基準検出値Ｉｈｃｏｍより大きいか否か判断し、大きい場合にはステップＳＴ１０へ移行し、大きくない場合にはステップＳＴ１１へ移行する。
●［ステップＳＴ１０］落下方向マシンロックを終了する（落下方向マシンロックフラグＦ＝０に戻す）。
●［ステップＳＴ１１］速度指令値Ｖ（＝０）とする（落下方向マシンロック）。補足して説明すると、制御周期毎にステップＳＴ２において速度指令値Ｖが算出されるが、この算出された値を用いるのではなく、速度指令値Ｖを“０”とし、落下方向のマシンロックを実行する。
●［ステップＳＴ１２］速度指令値Ｖをモータ制御部に出力する。
●［ステップＳＴ１３］加工プログラム終了か否か判断し、終了でない場合にはステップＳＴ１へ戻り処理を継続し、加工プログラム終了の場合には、この処理を終了する。

次に、図９に示される本発明における平常時加工ヘッド位置情報を求め退避動作を行う処理を含むアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＵ１］変位センサの検出値Ｉｈを読み取る。
●［ステップＳＵ２］速度指令値Ｖを算出し、数値制御装置内の記憶装置に記憶する。速度指令値Ｖは、速度指令値Ｖを算出する演算式を用いることによって求めることができる。
●［ステップＳＵ３］落下方向の指令であるか否かを判断し、落下方向の指令である場合にはステップＳＵ４へ移行し、落下方向の指令ではない場合にはステップＳＵ１３へ移行する。落下方向の指令であるか否かは、ステップＳＵ２で求めた速度指令値Ｖの符号から判断することができる。
●［ステップＳＵ４］落下方向マシンロック中（落下方向マシンロックフラグＦ＝１）であるか否か判断し、落下方向マシンロック中の場合（Ｆ＝１）にはステップＳＵ１０へ移行し、落下方向マシンロック中でない場合（Ｆ＝０）にはステップＳＵ５へ移行する。

●［ステップＳＵ５］ステップＳＵ２で今回算出した速度指令値Ｖと前回の制御周期で算出した速度指令値Ｖとの差分である速度指令値変化量を算出し、該速度指令値変化量を制御周期で除算することによって加速度値αを算出する。なお、速度指令値変化量は、前回の制御周期に限定されず、設定された制御周期前の速度指令値との差分として求めてもよい。
●［ステップＳＵ６］ステップＳＵ５で算出した加速度値αは落下基準加速度値αｔｈを下回ったか否か判断し、下回った場合にはステップＳＵ７へ移行し、下回っていない場合にはステップＳＵ１３へ移行する。
●［ステップＳＵ７］速度指令値Ｖ（＝０）とし、落下方向マシンロックを開始する（落下方向マシンロックフラグＦ＝１とする。なお、該フラグＦは初期状態Ｆ＝０である）。
●［ステップＳＵ８］平常時加工ヘッド位置値を算出する。ステップＳＵ１３に記載されるように、加工ヘッド２の位置の値が制御周期毎に記憶されており、記憶された加工ヘッド２の位置の値の平均値を算出し、得られた値を平常時加工ヘッド位置の値とする。
●［ステップＳＵ９］ステップＳＵ８で算出した平常時加工ヘッド位置値に調整量を加算し、加算して得られた位置に加工ヘッド２を退避させる。図８に示される退避処理と同様な位置制御による退避処理である。

●［ステップＳＵ１０］ステップＳＵ１で読み取った変位センサの検出値Ｉｈは、予め設定した基準検出値Ｉｈｃｏｍより大きいか否か判断し、大きい場合にはステップＳＵ１１へ移行し、大きくない場合にはステップＳＵ１２へ移行する。
●［ステップＳＵ１１］落下方向マシンロックを終了する（落下方向マシンロックフラグＦ＝０に戻す）。
●［ステップＳＵ１２］速度指令値Ｖ（＝０）とする（落下方向マシンロック）。補足して説明すると、制御周期毎にステップＳＵ２において速度指令値Ｖが算出されるが、この算出された値を用いるのではなく、速度指令値Ｖを“０”とし、落下方向のマシンロックを実行する。
●［ステップＳＵ１３］加工ヘッド位置の値を記憶する。加工ヘッド位置の値は、予め設定された時間分、数値制御装置内の記憶装置に記憶される。
●［ステップＳＵ１４］速度指令値Ｖをモータ制御部に出力する。
●［ステップＳＵ１５］加工プログラム終了か否か判断し、終了でない場合にはステップＳＵ１へ戻り処理を継続し、加工プログラム終了の場合には、この処理を終了する。

次に、図１０に示される本発明における平常時加工ヘッド位置情報を求め退避動作を行い、次ブロックの加工開始時に加工ヘッドの落下方向の移動を禁止した状態の解除を行う処理を含むアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。なお、図６を参照すると理解し易い。
●［ステップＳＶ１］変位センサの検出値Ｉｈを読み取る。
●［ステップＳＶ２］速度指令値Ｖを算出し、数値制御装置内の記憶装置に記憶する。速度指令値Ｖは、速度指令値Ｖを算出する演算式を用いることによって求めることができる。
●［ステップＳＶ３］落下方向の指令であるか否かを判断し、落下方向の指令である場合にはステップＳＶ４へ移行し、落下方向の指令ではない場合にはステップＳＶ１５へ移行する。落下方向の指令であるか否かは、ステップＳＶ２で求めた速度指令値Ｖの符号から判断することができる。

●［ステップＳＶ４］落下方向マシンロック中（落下方向マシンロックフラグＦ＝１）であるか否か判断し、落下方向マシンロック中の場合（Ｆ＝１）にはステップＳＶ１０へ移行し、落下方向マシンロック中でない場合（Ｆ＝０）にはステップＳＶ５へ移行する。
●［ステップＳＶ５］ステップＳＶ２で今回算出した速度指令値Ｖと前回の制御周期で算出した速度指令値Ｖとの差分である速度指令値変化量を算出し、該速度指令値変化量を制御周期で除算することによって加速度値αを算出する。なお、速度指令値変化量は、前回の制御周期に限定されず、設定された制御周期前の速度指令値との差分として求めてもよい。
●［ステップＳＶ６］ステップＳＶ５で算出した加速度値αは落下基準加速度値αｔｈを下回ったか否か判断し、下回った場合にはステップＳＶ７へ移行し、下回っていない場合にはステップＳＶ１５へ移行する。
●［ステップＳＶ７］落下方向マシンロックを開始する（Ｆ＝１）。
●［ステップＳＶ８］平常時加工ヘッド位置値を算出する。ステップＳＶ１５に記載されるように、加工ヘッド２の位置の値が制御周期毎に記憶されており、記憶された加工ヘッド２の位置の値の平均値を算出し、得られた値を平常時加工ヘッド位置の値とする。
●［ステップＳＶ９］ステップＳＶ８で算出した平常時加工ヘッド位置値に調整量を加算し、加算して得られた位置に加工ヘッド２を退避させる。図８に示される退避処理と同様な位置制御による退避処理である。

●［ステップＳＶ１０］ステップＳＶ１で読み取った変位センサの検出値Ｉｈは、予め設定した基準検出値Ｉｈｃｏｍより大きいか否か判断し、大きい場合にはステップＳＶ１３へ移行し、大きくない場合にはステップＳＶ１１へ移行する。
●［ステップＳＶ１１］次のブロックの開始か否か判断し、開始の場合にはステップＳＶ１２へ移行し、開始でない場合にはステップＳＶ１４へ移行する。
●［ステップＳＶ１２］ステップＳＶ１で読み取った変位センサの検出値Ｉｈは、予め設定した落下基準検出値Ｉｈｔｈより小さいか否か判断し、小さい場合にはステップＳＶ１４へ移行し、小さくない場合にはステップＳＶ１３へ移行する。
●［ステップＳＶ１３］落下方向マシンロックを終了する（落下方向マシンロックフラグＦ＝０に戻す）。
●［ステップＳＶ１４］速度指令値Ｖ（＝０）とする（落下方向マシンロック）。補足して説明すると、制御周期毎にステップＳＶ２において速度指令値Ｖが算出されるが、この算出された値を用いるのではなく、速度指令値Ｖを“０”とし、落下方向のマシンロックを実行する。
●［ステップＳＶ１５］加工ヘッド位置の値を記憶する。加工ヘッド位置の値は、予め設定された時間分、数値制御装置内の記憶装置に記憶される。
●［ステップＳＶ１６］速度指令値Ｖをモータ制御部に出力する。
●［ステップＳＶ１７］加工プログラム終了か否か判断し、終了でない場合にはステップＳＶ１へ戻り処理を継続し、加工プログラム終了の場合には、この処理を終了する。

ここで、加工ヘッドの位置の値について、補足して説明する。数値制御装置１は、各制御軸の現在の位置を格納した現在位置レジスタを備えている。現在位置レジスタには位置検出装置１０からフィードバックされたＺ制御軸の位置データが格納されている。まず、加工機は倣い制御に移行する前、加工開始点に加工ヘッド２をワークＷに対して相対的に移動させる。この移動が終了した時の各軸の座標値を現在位置レジスタに格納する。

なお、図３〜図６、図１１において、紙面上側から下側に向かって数値が大きくなるように設定すると、図７〜図１０のフローチャートにおいて、ステップＳＳ６，ＳＴ６，ＳＵ６，ＳＶ６の下回ったは、上回ったに表現が変更され、ステップＳＳ８，ＳＴ９，ＳＵ１０，ＳＶ１０の大きいかは、小さいかに表現が変更される。

上述したように、本発明は、加工ヘッドに取付けられた変位センサ６の検出信号を元に、倣い加工中に加工ヘッド直下にワークが存在しなくなったことを、変位センサ６から得られる検出信号が、加工ヘッド２とワークＷとの距離が予め設定された距離を超えて離間するのか、または、加工ヘッド２とワークＷとが予め設定された速度を超えて離れるのか、または、加工ヘッド２とワークＷとが予め設定された加速度を超えて遠ざかる方向に加速するのか、に基づいて検出することが可能である。そして、再度、加工ヘッド直下にワークが存在するようになったことを、変位センサ６から得られる検出信号が、加工ヘッド２とワークＷとの距離が予め設定された距離を超えて接近するのか、または、加工ヘッド２とワークＷとが予め設定された速度を超えて接近するのか、または、加工ヘッド２とワークＷとが予め設定された加速度を超えて近づく方向に加速するのか、に基づいて検出することが可能である。

１ 加工ヘッド落下防止機能を有する数値制御装置
２ レーザ加工ヘッド
４ ノズル
６ 変位センサ
８ Ｚ軸モータ
１０ 位置検出装置
１２ モータ制御部
１４ 加工ヘッド落下防止制御部
１６ 数値制御部
Ｗ ワーク
Ｗｈｏｌｅ 穴
Ｗｅ１ 左端部
Ｗｅ２ 右端部
Ｆ 落下方向マシンロックフラグ
Ｖ 速度指令値
α 加速度値
Ｉｈ 検出値
Ｉｈ₀ 制御目標値
Ｉｈｔｈ 落下基準検出値
Ｉｈｃｏｍ 予め設定した基準検出値
Ｖｔｈ 落下基準速度値
αｔｈ 落下基準加速度値

Claims (4)

1. 加工ヘッドに備えられた変位センサを用いて加工ヘッドの先端とワークとの間隔を一定に保ちながら該ワークの切断加工を行う機械を制御する数値制御装置において、
   前記変位センサの検出値、または該検出値から算出した前記加工ヘッドの移動速度、あるいは、加速度の少なくともいずれか１つの値が、予め設定された落下と判断するそれぞれの基準値を超えた時、前記加工ヘッドの先端側に前記ワークが存在しないと判断し、予め設定された落下マシンロック状態を解除する基準検出値を超えた時、前記加工ヘッドの先端側に前記ワークが存在すると判断するワーク検出手段と、
   前記ワーク検出手段により前記加工ヘッドの先端側に前記ワークが存在しないと判断された場合、前記加工ヘッドの落下方向の移動を禁止する落下方向マシンロック手段と、
   前記ワーク検出手段により前記加工ヘッドの先端側に前記ワークが存在すると判断された場合、前記落下方向マシンロック手段により落下方向の移動を禁止した状態を解除する落下方向マシンロック解除手段と、
   を有することを特徴とする加工ヘッド落下防止機能を備えた数値制御装置。
2. 前記ワーク検出手段により前記加工ヘッドの先端側に前記ワークが存在しないと判断された場合、前記加工ヘッドを予め設定された距離を上昇させる加工ヘッド退避手段を有することを特徴とする請求項１に記載の加工ヘッド落下防止機能を備えた数値制御装置。
3. 予め設定された時間分、加工ヘッドの位置情報を逐次記憶する加工ヘッド位置記憶手段と、
   該加工ヘッド位置記憶手段に記憶された位置情報の平均値を逐次算出し平常時加工ヘッド位置情報を求める平常時加工ヘッド位置算出手段と、
   前記ワーク検出手段により前記加工ヘッドの先端側に前記ワークが存在しないと判断された場合、前記平常時加工ヘッド位置算出手段により求めた平常時加工ヘッド位置情報に予め設定された微調整量を加算し、前記加工ヘッドを退避させる退避手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の加工ヘッド落下防止機能を備えた数値制御装置。
4. 前記ワーク検出手段により前記加工ヘッドの先端側に前記ワークが存在するが、落下方向の移動を禁止した状態を解除する基準値に達していない場合、次のブロックの加工開始時に、加工ヘッドの落下方向の移動を禁止した状態の解除を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の加工ヘッド落下防止機能を備えた数値制御装置。

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