JP2011206821A - 加工制御装置およびレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロープ用のポイントを把握した上で、所望の長さでの出力スロープアップ、出力スロープダウンを実施するための加工条件を容易に設定可能とする加工制御装置およびレーザ加工装置を得ること。
【解決手段】レーザによる溶接加工を実施するレーザ加工装置である３次元レーザ加工機１００を制御するための加工制御装置３０であって、溶接加工を開始する際の加工条件および溶接加工を終了する際の加工条件の少なくとも一方を、被加工物の各溶接箇所に対して一括して設定するための加工条件設定手段を有し、加工条件設定手段は、溶接加工を開始する位置から出力スロープアップを終了する位置までの区間長さと、出力スロープダウンを開始する位置から前記溶接加工を終了する位置までの区間長さと、の少なくとも一方を設定するための区間長さ設定手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザによる溶接加工のための加工制御装置およびレーザ加工装置に関する。

レーザによる溶接加工では、溶接加工を開始する位置から加工位置の移動に伴ってビーム出力を増加させて（出力スロープアップ）、ある一定の出力で継続して加工を施した後、加工を終了する位置に移動するまでビーム出力を減少させる（出力スロープダウン）制御が一般に行われている。出力スロープアップを終了する位置と出力スロープアップを開始する位置とを逐一教示ポイントとして指定を要する場合、溶接加工を施す箇所ごとに、加工の開始位置および終了位置とスロープ用の２点を合わせて４つの教示ポイントの指定と、スロープ指令の作成とを要することとなる。また、修正を行う場合は溶接箇所の１つずつについて教示ポイントの位置修正を要することになる。このようなティーチングプログラムの作成負担の軽減を目的として、例えば特許文献１には、記憶装置に予め記憶させたスロープ時間（ピアス時間）を読み出すことで、データ入力作業を省略する技術が提案されている。

特開平８−２６７２５５号公報

ピアス時間が指定されても、加工開始位置から出力スロープアップを終了する位置までの区間長さ、出力スロープダウンを開始する位置から加工終了位置までの区間長さは、別途設定された加工速度次第で異なってくる。出力スロープアップ、出力スロープダウンを所望の長さで実施するためには、加工速度を用いた換算によって求められたピアス時間を指定することとなる。このため、スロープ用のポイントを把握した上で、所望の長さでの出力スロープアップ、出力スロープダウンを実施するための加工条件の設定が困難である場合が生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スロープ用のポイントを把握した上で、所望の長さでの出力スロープアップ、出力スロープダウンを実施するための加工条件を容易に設定可能とする加工制御装置およびレーザ加工装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザによる溶接加工を実施するレーザ加工装置を制御するための加工制御装置であって、前記溶接加工を開始する際の加工条件および前記溶接加工を終了する際の加工条件の少なくとも一方を、被加工物の各溶接箇所に対して一括して設定するための加工条件設定手段を有し、前記加工条件設定手段は、前記溶接加工を開始する位置から出力スロープアップを終了する位置までの区間長さと、出力スロープダウンを開始する位置から前記溶接加工を終了する位置までの区間長さと、の少なくとも一方を設定するための区間長さ設定手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、スロープ用のポイントを把握した上で、所望の長さでの出力スロープアップ、出力スロープダウンを実施するための加工条件を容易に設定できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる３次元レーザ加工機の構成を示す図である。 図２は、加工ヘッドの構成の一例を示す図である。 図３は、教示ポイントと出力波形との関係を示す図である。 図４は、ワークに形成される加工痕の形状の例を示す図である。 図５は、加工制御装置の加工条件設定手段を示すブロック図である。 図６は、加工条件設定手段により設定された加工条件の表示例を示す図である。 図７は、加工制御装置のうち、加工条件設定手段における設定に応じた制御を実施するための構成を示すブロック図である。

以下に、本発明にかかる加工制御装置およびレーザ加工装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる３次元レーザ加工機の構成を示す図である。図１では、３次元レーザ加工機１００の構成例を斜視図として示している。３次元レーザ加工機１００は、各教示ポイントの位置および角度に応じて加工ヘッド９を移動させながらワーク５０の３次元レーザ溶接を行うレーザ加工装置である。

３次元レーザ加工機１００は、ベッド１上にＸ軸方向に移動可能に設けられたワークテーブル２と、左右のコラム４、５間に水平に掛け渡されたクロスレール６と、クロスレール６にＹ軸方向に移動可能に設けられたＹ軸ユニット７と、Ｙ軸ユニット７にＺ軸方向に移動可能に設けられたＺ軸ユニット８と、Ｚ軸ユニット８に取り付けられた加工ヘッド９と、加工ヘッド９の先端部に取り付けられた加工ノズル（レーザ用ノズル）１０と、コンピュータ式の加工制御装置３０を有している。

加工制御装置３０は、マンマシンインタフェースとして、操作盤１１Ａおよび画面表示部１１Ｂを具備している。画面表示部１１Ｂは、例えばＣＲＴ等である。ワークテーブル２、Ｙ軸ユニット７、Ｚ軸ユニット８は、それぞれ、図示省略のＸ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータ、Ｚ軸サーボモータによって駆動され、加工制御装置３０からの各軸指令によって位置制御される。

加工ヘッド９は、従来のものと同様に構成されている。図２は、加工ヘッドの構成の一例を示す図である。加工ヘッド９は、Ｚ軸ユニット８の先端に軸受部材１３によってＺ軸の中心軸周りに回転可能な回転軸１４と、回転軸１４の先端に軸受部材１５によって取り付けられてＺ軸に対して直交した軸を中心に回転可能な姿勢軸１６とを有し、姿勢軸１６の先端に加工ノズル１０が取り付けられている。回転軸１４はＣ軸サーボモータ１７によって回転駆動され、姿勢軸１６はＡ軸サーボモータ１８によって回転駆動される。

Ｘ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータ、Ｚ軸サーボモータ（図示省略）、Ｃ軸サーボモータ１７、Ａ軸サーボモータ１８は、それぞれ加工制御装置３０からの駆動信号によって駆動される。また、各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｃ軸、Ａ軸）のサーボモータは、ティーチングデータに従ってワークテーブル２上のワーク（被加工物）５０に対する加工ノズル１０の離間距離を一定に保持しながらレーザ光のスポットが加工線周りを倣うと共に加工ノズル１０の方向がワーク５０の表面に対してほぼ垂直（法線）となるよう加工制御装置３０によって制御される。これにより、回転軸１４および姿勢軸１６を回転させた際に、加工点を不変とすることが可能となる。

図３は、教示ポイントと出力波形との関係を示す図である。図３に示すグラフの縦軸はレーザのビーム出力、横軸はワーク５０に対する加工ノズル１０の移動長さを表している。溶接加工を開始する位置（１）からの開始制御区間Ｌ１は、加工位置の移動に伴って出力を増加させる（出力スロープアップ）。開始制御区間Ｌ１の終点となる位置（２）は、出力スロープアップを終了する位置である。位置（２）からは、ある一定の出力で継続して溶接加工を施す。

一方、溶接加工を終了する位置（４）までの終了制御区間Ｌ２は、加工位置の移動に伴って出力を減少させる（出力スロープダウン）。終了制御区間Ｌ２の起点となる位置（３）は、出力スロープダウンを開始する位置である。

図４は、ワークに形成される加工痕の形状の例を示す図である。加工方向に対して垂直な方向における加工痕５１の幅は、位置（１）から位置（２）までの開始制御区間Ｌ１では、加工方向へ移動するに従って広がり、位置（２）から位置（３）までの区間において略一定となる。また、位置（３）から位置（４）までの終了制御区間Ｌ２では、加工痕５１の幅は、加工方向へ移動するに従って狭められる。出力スロープアップおよび出力スロープダウンの実施によりビーム出力を漸次変化させることで、加工開始位置と加工終了位置におけるダマの発生を抑制することができる。

図５は、加工制御装置の加工条件設定手段を示すブロック図である。図６は、加工条件設定手段により設定された加工条件の表示例を示す図である。加工条件設定手段２０は、溶接加工を開始する際の加工条件と溶接加工を終了する際の加工条件とを、ワーク５０の各溶接箇所に対して一括して設定する。加工条件設定手段２０によって設定された加工条件は、例えば、画面表示部１１Ｂに表示される。

加工条件設定手段２０は、有効／無効切り換え手段２１、区間長さ設定手段２２、区間条件設定手段２３を備える。有効／無効切り換え手段２１は、加工条件設定手段２０において設定されている加工条件の有効および無効を切り換えるための切り換え手段である。有効／無効切り換え手段２１は、溶接加工を開始する際の加工条件および溶接加工を終了する際の加工条件のそれぞれに対して、有効および無効を切り換える。加工条件の表示中、有効／無効設定表示欄３１には、開始制御、終了制御のそれぞれについて、加工条件が有効および無効のいずれであるかが表示される。

区間長さ設定手段２２は、開始制御区間Ｌ１の区間長さと、終了制御区間Ｌ２の区間長さとを設定する。加工条件の表示中、区間長さ設定表示欄３２には、開始制御区間Ｌ１について設定された区間長さと、終了制御区間Ｌ２について設定された区間長さとが表示される。

区間条件設定手段２３は、開始制御区間Ｌ１における出力条件と、終了制御区間Ｌ２における出力条件とを設定する。開始制御区間Ｌ１における出力条件としては、例えば、位置（２）における出力値を設定する。終了制御区間Ｌ２における出力条件としては、例えば、位置（４）における出力値を設定する。加工条件の表示中、区間条件設定表示欄３３には、開始制御区間Ｌ１について設定された出力条件と、終了制御区間Ｌ２について設定された出力条件とが表示される。

図７は、加工制御装置のうち、加工条件設定手段における設定に応じた制御を実施するための構成を示すブロック図である。加工条件有効／無効判定部４１は、加工条件設定手段２０において設定されている加工条件が有効および無効のいずれであるかを判定する。加工条件有効／無効判定部４１が加工条件は有効であると判定した場合に、移動距離計算部４２および条件スロープ変更部４３は、以下に説明する処理を実行する。

移動距離計算部４２は、溶接加工を開始してからの、ワーク５０に対する加工ノズル１０の移動長さを計算する。条件スロープ変更部４３は、移動距離計算部４２で算出された移動長さに応じて、ビーム出力を調整する。これにより、移動指令に従って加工位置を移動させるのに伴い、図３に示すような出力の自動調整を実施する。

区間長さ設定手段２２における開始制御区間Ｌ１の区間長さと終了制御区間Ｌ２の区間長さとの設定により、ティーチングプログラムは、出力スロープアップ終了（位置（２））、出力スロープダウン開始（位置（３））の２つの教示ポイントの指定と、スロープ指令との削除が可能となる。また、出力スロープアップと出力スロープダウンとを実施する長さを修正する場合は、溶接箇所の１つずつの教示ポイントの修正をせずに、区間長さ設定手段２２の区間長さ設定の変更による一括修正が可能となる。

さらに、加工制御装置３０は、区間長さ設定手段２２による区間長さの設定を可能とすることで、出力スロープアップ、出力スロープダウンを所望の長さで実施する場合に、加工速度を用いた換算などをせずに、スロープ用のポイントを把握した上で、加工条件を容易に設定することが可能となる。

なお、加工条件有効／無効判定部４１が加工条件は無効であると判定した場合は、加工制御装置３０は、加工条件設定手段２０で設定された加工条件以外の条件に従って３次元レーザ加工機１００を制御する。この場合、加工制御装置３０は、例えば、位置（２）および（３）が既に設定されている従来のティーチングプログラムを実行することとしても良い。

加工制御装置３０は、加工開始の加工条件が無効である場合、出力スロープアップを行わず、加工開始から出力を一定とする制御を実行することとしても良い。また、加工制御装置３０は、加工終了の加工条件が無効である場合、出力スロープダウンを行わず、加工終了まで出力を一定とする制御を実行することとしても良い。加工制御装置３０は、有効／無効切り換え手段２１によって、加工開始と加工終了とで有効および無効を別々に切り換えることができる。

なお、加工条件設定手段２０は、開始制御および終了制御の双方について加工条件を設定するものである場合に限られず、開始制御および終了制御の少なくとも一方について加工条件を設定可能であれば良いものとする。区間長さ設定手段２２は、開始制御区間Ｌ１および終了制御区間Ｌ２の双方の区間長さを設定するものである場合に限られず、開始制御区間Ｌ１および終了制御区間Ｌ２の少なくとも一方について区間長さを設定可能であれば良いものとする。

加工条件設定手段２０は、開始制御および終了制御におけるピアス時間を設定可能としても良い。例えば、加工条件設定手段２０は、区間長さ設定手段２２における区間長さの設定がなされていない場合は、設定されたピアス時間に基づいて、加工開始の加工条件と加工終了の加工条件とを設定することとしても良い。区間長さ設定手段２２における区間長さの設定とピアス時間の設定との双方がなされている場合は、加工条件設定手段２０は、いずれの設定を優先することとしても良い。

以上のように、本発明にかかる加工制御装置およびレーザ加工装置は、出力スロープアップ、出力スロープダウンを所望の長さとしてレーザ加工を実施する場合に有用である。

１０ 加工ノズル
１１Ｂ 画面表示部
２０ 加工条件設定手段
２１ 有効／無効切り換え手段
２２ 区間長さ設定手段
２３ 区間条件設定手段
３０ 加工制御装置
５０ ワーク
５１ 加工痕
１００ ３次元レーザ加工機
Ｌ１ 開始制御区間
Ｌ２ 終了制御区間

Claims (4)

1. レーザによる溶接加工を実施するレーザ加工装置を制御するための加工制御装置であって、
   前記溶接加工を開始する際の加工条件および前記溶接加工を終了する際の加工条件の少なくとも一方を、被加工物の各溶接箇所に対して一括して設定するための加工条件設定手段を有し、
   前記加工条件設定手段は、前記溶接加工を開始する位置から出力スロープアップを終了する位置までの区間長さと、出力スロープダウンを開始する位置から前記溶接加工を終了する位置までの区間長さと、の少なくとも一方を設定するための区間長さ設定手段を有することを特徴とする加工制御装置。
2. 前記加工条件設定手段は、前記加工条件設定手段において設定されている前記加工条件の有効および無効を切り換えるための切り換え手段を有することを特徴とする請求項１に記載の加工制御装置。
3. 前記切り換え手段は、前記溶接加工を開始する際の前記加工条件および前記溶接加工を終了する際の前記加工条件のそれぞれに対して、有効および無効を切り換え可能であることを特徴とする請求項２に記載の加工制御装置。
4. レーザによる溶接加工を実施するレーザ加工装置であって、
   前記溶接加工を開始する際の加工条件および前記溶接加工を終了する際の加工条件の少なくとも一方を、被加工物の各溶接箇所に対して一括して設定するための加工条件設定手段を有し、
   前記加工条件設定手段は、前記溶接加工を開始する位置から出力スロープアップを終了する位置までの区間長さと、出力スロープダウンを開始する位置から前記溶接加工を終了する位置までの区間長さと、の少なくとも一方を設定するための区間長さ設定手段を有することを特徴とするレーザ加工装置。

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