JP2023136047A - 制御ユニット、レーザー加工装置、制御ユニットの制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】加工精度の低下を防ぐことが可能な加工軌跡を求める制御ユニットを提供する。
【解決手段】制御ユニットであって、対象物を加工する加工装置における指令経路を補間して第１の軌跡を算出する補間部と、対象物の加工条件に基づいて、第１の軌跡において加減速及び加減速に基づいた所定期間の静止を行うための演算を行うことで、補間部が算出した第１の軌跡から第２の軌跡を算出する軌跡算出部と、を有する、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御ユニット、レーザー加工装置、制御ユニットの制御方法、及びプログラムに関するものである。

工作機械やレーザー加工機等の機械を用いて加工を行う場合、工作物に対する工具の位置が指令された経路上を沿うように制御することが行われる。この制御は、軌跡制御とも呼ばれ、一般に機械の各可動軸の実際の位置が指令経路から求めた各可動軸の位置指令に追従するようにサーボ制御を行うことにより行われる。

軌跡制御を行う上での問題点として、各可動軸の制御系の応答遅れなどに起因して、実際の軌跡が指令された加工における経路からずれてしまうという問題がある。特に、不連続に接続された直線で構成されるコーナ形状軌跡では、加工装置の制御性能を超えた過大な加減速を実現できず、例えば、図９に例示しているようにコーナが内回りする現象が生じてしまう。一般に、このようなコーナ加工の内回り現象は加工形状が本来の形状と一致しなくなるため好ましくない。

例外として、微小線分を不連続に接続することで曲線のような加工を行う、自由形状軌跡という軌跡が存在する。自由形状軌跡の場合、コーナに内回り現象が発生することで滑らかに加工を行えるため、多少の内回りが許容される。コーナ加工の内回り現象を抑制するための方法としては、装置の加工速度を下げる、または加工ブロックごとに駆動を停止させる、といった方法が存在する。

特許文献１においては、コーナを含む加工軌跡に対して加減速演算を行うとともに、サーボ制御部における制御演算を予行して補正ベクトルを演算し、軌跡の位置を補正する方法が開示されている。

特表２０１３－１４０６７９号公報

しかしながら、装置の加工速度を下げる方法は加工時間の増加に対して内回り現象の低減効果が小さい。内回り現象の原因の多くは加工の加減速にあるため、その時間積分である加工速度を単純に下げるだけでは不要な時間遅延が発生してしまう。

また、加工ブロックごとに制御を停止させる方法は、コーナの内回り現象を回避することに対しては有効だが、停止時間を試行錯誤で調整する場合、加工ブロック同士の交わる角度や速度等によって停止時間の決定に時間がかかる。さらに特許文献１による方法では、コーナの内回り現象を回避するための加減速演算を行わないため、加工するコーナの角度が鋭角になるほど制御結果からの位置補正が困難になり加工精度が低下してしまう課題がある。

そこで本発明においては、加工精度の低下を防ぐことが可能な加工軌跡を求める制御ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての制御ユニットは、対象物を加工する加工装置における指令経路を補間して第１の軌跡を算出する補間部と、対象物の加工条件に基づいて、第１の軌跡において加減速及び加減速に基づいた所定期間の静止を行うための演算を行うことで、補間部が算出した第１の軌跡から第２の軌跡を算出する軌跡算出部と、を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、加工精度の低下を防ぐことが可能な加工軌跡を求める制御ユニットを提供することができる。

本実施例に係るレーザー加工装置の構成を例示的に説明するブロック図である。 本実施例に係る情報処理装置の内部構成を例示的に説明するブロック図である。 本実施例に係る指令経路の例を平面上に示した図である。 図３における指令経路を補完した目標軌跡を平面上に示した例と、第１軸サーボ制御部と第２軸サーボ制御部における目標軌跡の例を示した図である。 本実施例に係る再構築軌跡を算出するフローチャートの一例である。 単一のピーク信号に３区間の移動平均を行ったときの例と、複数のピーク信号が干渉しないよう静止時間を挿入したうえで３区間の移動平均を繰り返し行ったときの図の例である。 本実施例に係る目標軌跡に基づき算出した同期演算軌跡を平面上に示した例と、各サーボ制御部における同期演算軌跡の例を示した図である。 本実施例に係る同期演算軌跡に基づき算出した再構築軌跡を平面上に示した例と、各サーボ制御部における再構築軌跡の例を示した図である。 指令した経路に対して加工に内回り現象が生じる例を示した図である。

以下に、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について実施例や図を用いて説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略ないし簡略化する。

＜実施例＞

図１は、本実施例に係るレーザー加工装置１００の構成を例示するブロック図である。レーザー加工装置１００は、対象物（被加工物）にレーザー光を照射して対象物を加工する装置である。以下、図１を参照して本実施例に係るレーザー加工装置１００の構成を説明する。

本実施例のレーザー加工装置１００は、軌跡制御ユニット１０、第１軸サーボ制御部４１、第２軸サーボ制御部４２、レーザー制御部４３、レーザー光源（不図示）、モータ（不図示）等を含む。図１に図示する機能ブロックとして指令補間部１と軌跡再構築部２は、後述するＣＰＵ１１により実行され得る機能であって、当該各部はＣＰＵ１１と同義である。

本実施例における軌跡制御ユニット１０は、指令補間部１、軌跡再構築部２、軸分配部３を含む。

指令補間部１（補間部）は、外部ユニット５０より与えられたレーザー加工装置１００における指令経路の補間を行う。指令経路は、ＮＣプログラムなどの形式で機械の可動部軌跡の軌跡上の座標値である。例えば、対象物を実際に加工する時に、レーザー加工装置１００のレーザー（加工対象物にレーザーが当たる点）が通過する経路である。

指令補間部１は、指令経路における座標値間を設定された時間情報に基づき直線、円弧、スプライン等で補間して指令経路に基づいた加工位置の軌跡である目標軌跡（第１の軌跡）を算出する。そして、指令補間部１は、算出した目標軌跡を軌跡再構築部２に送信する。本実施例では、レーザー加工装置１００における指令経路とは、加工する対象物を実際に加工する時にレーザーが通過する経路、即ち実際に加工していない間の経路は除かれている情報であり、時間情報或いは速度情報を含んでいない。また、軌跡は、ＮＣプログラムなどの形式で機械の可動部軌跡の軌跡上の座標値に加え、座標間における時間情報や速度情報を含む。尚、本実施例では、指令経路はレーザー加工を行う際のレーザーの照射点の経路であり、軌跡は、レーザー加工を行う際のレーザーの照射点の軌跡（又はそれと同等のもの）である。

軌跡再構築部２（軌跡算出部）は、外部ユニット５０より与えられた加工条件に基づいて、指令補間部１より送信された目標軌跡に対して動作タイミングの調整を行う同期演算を行う。加えて、軌跡の加減速を調整する加減速演算を行う。尚、同期演算は加工条件及び少なくとも１つ以上の調整パラメータに基づいて行ってもよい。外部ユニット５０は、本実施例では例えば、情報処理装置２００内のソフトウェアである。しかし、これに限らず情報処理装置２００の外部装置におけるソフトウェアであってもよく、その場合当該外部装置と情報処理装置２００は回線を介して接続される。

軌跡再構築部２は、目標軌跡に対して同期演算と加減速演算を行うことで、再構築軌跡を演算する。軌跡再構築部２は、再構築軌跡を算出後、軸分配部３に算出した再構築軌跡を送信する。尚、加工条件として、例えば、各サーボ制御部（第１軸サーボ制御部４１、第２軸サーボ制御部４２）やレーザー加工装置１００等の特性、加速度限界、使用者の設定する要求等が挙げられる。軌跡再構築部２は、上記した同期演算を行う際は、同期演算部としての機能し、上記の加減速演算を行う際には、加減速演算部としても機能する。

尚、図１に示される指令補間部１と軌跡再構築部２は、後述する記憶部１６に記憶されたコンピュータプログラムを実行させることによって実現されている。しかし、それらの一部又は全部をハードウェアで実現するようにしても構わない。ハードウェアとしては、例えば、専用回路（ＡＳＩＣ）やプロセッサ（リコンフィギュラブルプロセッサ、ＤＳＰ）などを用いることができる。

軸分配部３（コントローラ）は、軌跡再構築部２より送信された再構築軌跡を対応する第１軸サーボ制御部４１、第２軸サーボ制御部４２、及びレーザー制御部４３に対して夫々の再構築軌跡を位置指令として送信する。

第１軸サーボ制御部４１及び第２軸サーボ制御部４２は、軸分配部３より夫々位置指令が与えられた後、当該位置指令に基づきサーボ制御演算を行う。第１軸サーボ制御部４１と第２軸サーボ制御部４２には、夫々レーザー加工装置１００における加工位置を移動させるモータ等の回転機が接続されている。モータ等の回転機は、レーザー加工装置１００のレーザー照射位置を移動させるための駆動機構（移動機構）としても機能する。第１軸サーボ制御部４１と第２軸サーボ制御部４２は、各々が接続されたモータに対してモータ駆動トルクを出力するドライバとして機能する。

尚、本実施例においては２軸のサーボ制御部を例に説明を行う。しかし、説明の都合上、２軸にしているのであって、２軸に限定されるわけではなく、一般にＮ軸（例えば、単軸、３軸、または５軸など）の軌跡制御でも実施することできる。

レーザー制御部４３は、ＣＰＵやメモリ（記憶部）などを含み、少なくとも１つのコンピュータで構成され、レーザー加工装置１００の各構成要素に回線を介して接続される。また、レーザー制御部４３は、メモリに格納されたプログラムに従って、レーザー加工装置１００の全体の各構成要素の動作等を統括的に制御する。

レーザー制御部４３は、軌跡再構築部２で再構築された再構築軌跡に基づき、レーザー光源と複数の可動軸のモータを制御してレーザー光源から照射されるレーザー光を走査する。また、本実施例では、指令補間部１及び軌跡再構築部２を含む情報処理装置２００と、軸分配部３と、第１軸サーボ制御部４１と、第２軸サーボ制御部４２と、レーザー制御部４３は回線を通じて夫々接続されている。

図２は、本実施例に係る軌跡制御ユニット１０に含まれる情報処理装置２００の内部構成を例示的に説明するブロック図である。情報処理装置２００は、少なくとも１つのコンピュータ等で構成される。

情報処理装置２００は、ＣＰＵ１１、ＲＡＭ１２、ＲＯＭ１３、入力部１４、表示部１５、記憶部１６、通信ＩＦ（インターフェイス）１７を有する。情報処理装置２００の各要素は、システムバス１８を介して相互に通信可能に接続されている。

ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１は、情報処理装置２００の各動作を統括的に制御する中央演算装置である。ＣＰＵ１１は、記憶部１６に記憶されたプログラムを読み出して軌跡制御ユニット１０の各種処理を実行する。情報処理装置２００のＣＰＵ１１は、指令補間部１、軌跡再構築部２を含む。尚、軌跡制御ユニット１０は、ＣＰＵ１１とは別のハードウェア（またはソフトウェア）により、図２に図示している指令補間部１と軌跡再構築部２の機能を実行してもよい。

ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２は、ＣＰＵ１１のデータの一時的な記憶場所として機能する主記憶装置である。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１３は、各種プログラム、各種設定データ等を記憶する補助記憶装置である。

入力部（操作部）１４は、ユーザによる入力等を受け付けたり、映像データを入力したりする。入力部１４は、タッチパネル、マウス、キーボード、コントローラ等から構成され、情報処理装置２００のユーザにより操作される。表示部１５は、ディスプレイ等の表示媒体である。記憶部１６は、装置の動作や処理に係る制御プログラム等を記憶する不揮発性の記憶装置（記憶媒体）である。尚、ＣＰＵ１１が、記憶部１６からプログラムを読み出して実行することで、例えば、情報処理装置２００において各機能部の機能が実現される。通信ＩＦ１７は、本装置（情報処理装置２００）と他の装置との通信を制御する。

前述のように構成された装置において、装置に電源が投入されると、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１３に格納された起動プログラムに従って、記憶部１６から制御プログラム等をＲＡＭ１２に読み込む。ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１２に読み込んだ制御プログラム等に従い処理を実行することによって、情報処理装置２００の機能を実現する。即ち、情報処理装置２００のＣＰＵ１１が制御プログラム等に基づき処理を実行することによって、情報処理装置２００の機能構成及び動作が実現される。

以下に、図３～図８を参照して本実施例における再構築軌跡の算出及び各部の演算の詳細について説明する。図３は、本実施例に係る指令経路の例を平面上に示した図である。

図３に示す始点Ｐ_０（Ｘ_０、Ｙ_０）から速度ｖ_１で移動し、コーナＰ_１（Ｘ_１、Ｙ_１）を通過後は速度ｖ_１で移動し、終点Ｐ_２（Ｘ_０、Ｙ_１）で停止するようなコーナ経路を有する軌跡が軌跡制御ユニット１０に与えられた場合を例として以下に記載する。この時、ｘ位置は第１軸サーボ制御部４１の駆動に対応し、ｙ位置は第２軸サーボ制御部４２の駆動に対応する。

図４は、図３における指令経路を補完した目標軌跡を平面上に示した例と、第１軸サーボ制御部４１と第２軸サーボ制御部４２における目標軌跡の例を示した図である。図４（Ａ）は、図３における指令経路を補完した目標軌跡を平面上に示した一例の図である。図４（Ｂ）は、第１軸サーボ制御部４１における目標軌跡の一例を示す図である。図４（Ｃ）は、第２軸サーボ制御部４２における目標軌跡の一例を示す図である。尚、第１軸サーボ制御部４１と第２軸サーボ制御部４２における目標軌跡は、図３（Ａ）における目標軌跡に基づく軌跡である。

再構築軌跡（第２の軌跡）の算出に際し、まず、指令補間部１は、外部ユニット５０から取得した指令経路の補間を行うことで、目標軌跡（第１の軌跡）を算出する（補間工程）。指令補間部１が行う補間としては、指令経路から図４（Ａ）に示すような複数の補間点群を用いて指令経路を補間し、目標軌跡を算出する。尚、指令補間部１は、点群による補間ではなくベクトルとなる補間をしてもよい。尚、ここでいう点群は、所定の同一時間間隔ごとの加工位置（例えば、加工するための工具の位置、或いは加工するためのレーザーが照射される位置等）を示す点群である。また、この加工位置とは、レーザー照射方向と垂直な面内における位置（加工対象物近傍の２次元的な位置）、或いは工具或いは工具ホルダの２次元的な位置であり、奥行き方向の位置を含まないことが望ましい。

さらに指令補間部１は、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示すように第１軸サーボ制御部４１及び第２軸サーボ制御部４２における指令経路を補完して目標軌跡を算出する。尚、図４では直線補間としているが、補間の方法には、直線補間・円弧補間・スプライン補間などがある。補間における補間周期は、軌跡制御ユニット１０の仕様として定められた一定の周期であり、一般には数ｍｓ以下の短い周期を用いる。補間周期が短いほうが、精度の高い軌跡制御が可能となるが、演算に用いるプロセッサ等の処理負荷が大きくなる。指令補間部１は、指令経路の補間を行った後、補間後の目標軌跡を軌跡再構築部２に送信する。

次に、軌跡再構築部２は、指令補間部１から送信された目標軌跡において軌跡の加減速を演算し、当該加減速に基づいて所定期間の静止を行うための演算を実施することで目標軌跡を再構築する。当該演算で目標規軌跡を再構築することで、対象物のコーナ加工で生じる内回り現象を最小限の遅延時間で回避する最適化軌跡である再構築軌跡（第２の軌跡）を算出することができる。以下に、軌跡再構築部２が目標軌跡から再構築軌跡を算出する処理（第２の軌跡算出工程）について図５を参照して説明する。図５は、本実施例に係る再構築軌跡を算出するフローチャートの一例である。

尚、図５のフローチャートにおいては、ＳＡ０１～ＳＡ１１は、軌跡再構築部２が行う同期演算の処理を示している。ＳＡ１２～ＳＡ１３は軌跡再構築部２が行う加減速演算の処理を示している。再構築軌跡は、同期演算と加減速演算を組み合わせて算出をする。尚、図５のフローチャートで示す各動作（処理）は、ＣＰＵ１１が記憶部１６に格納されているプログラムを展開しＣＰＵ１１が実行することにより実現される。

まず、ＳＡ０１では、取得した加工条件に基づき目標軌跡における加減速の閾値である加減速閾値ａ_Ｍを算出する。加減速閾値は、第１軸サーボ制御部４１や第２軸サーボ制御部４２の動作が急加速または急減速するような目標軌跡を検知するための閾値である。加減速閾値ａ_Ｍが目標軌跡にコーナが含まれるかどうかを判別する条件となる。本実施例においては、第１軸サーボ制御部４１と第２軸サーボ制御部４２の駆動が不安定になる電流印加が必要である加減速を閾値と定める。尚、目標軌跡における加速度の閾値を本実施例の閾値（加速閾値）として定めてもよい。

従って、上記の加減速閾値ａ_Ｍは、加工条件に含まれる第１軸サーボ制御部４１と第２軸サーボ制御部４２のサーボ制御における電流印加の最大値Ｉ_Ｍ、モータのトルク定数Ｋ_ｔ、イナーシャＪより以下の式（１）のように算出する。

ただし、加減速閾値ａ_Ｍの決定方法は上記の式（１）に限定されるものではなく、例えば加工条件自体に加減速閾値が含まれてもよいし、複数の加工条件から仮想的な制御演算を行って算出してもよい。

次に、ＳＡ０２では、目標軌跡を走査する時刻（走査時刻）を初期化する。走査時刻は、補間周期を単位として、後述するＳＡ０３～ＳＡ０８のステップ（工程）を進行した後、ＳＡ０９でインクリメントされ、目標軌跡の終端を判定するまで増加する。

次に、ＳＡ０３では、目標軌跡に対して、走査時刻ごとの軌跡加速度を算出する。目標軌跡は、指令経路が一定周期で補間された離散データであるから、中心差分または複素関数などを用いて数値微分を行うことで算出する。

次に、ＳＡ０４では、数値微分によって得られた走査時刻ごとの軌跡加速度を上記した式（１）によって算出した加減速閾値ａ_Ｍと比較して加減速閾値ａ_Ｍが超過していないか判定する。即ち、第１軸サーボ制御部４１及び第２軸サーボ制御部４２における目標軌跡の軌跡加速度のうち少なくとも片方の軌跡で加減速閾値ａ_Ｍを超える走査時刻を１つでも検知したか否かを判定する。

比較の結果、何れかの走査時刻における第１軸サーボ制御部４１及び第２軸サーボ制御部４２の目標軌跡の少なくとも片方の軌跡加速度が加減速閾値ａ_Ｍを超過していると判定した場合はＳＡ０５に進む。比較の結果、第１軸サーボ制御部４１及び第２軸サーボ制御部４２の目標軌跡の何れの走査時刻においても両方の軌跡加速度が加減速閾値ａ_Ｍを超過していないと判定した場合はＳＡ０９に進む。この判定処理により、目標軌跡におけるコーナを検出することが可能となる。この時、必ずしも第１軸サーボ制御部４１及び第２軸サーボ制御部４２の目標軌跡の両方が加減速閾値ａ_Ｍを超過している必要はなく、一方が超過していればコーナとして判定する。

次に、ＳＡ０５では、目標軌跡における点群間の各軌跡加速度が加減速閾値ａ_Ｍを超えないように静止を行うための時間である好適静止時間（第１の静止時間）を算出する。好適静止時間は、加減速演算をしたときに加減速超過時間前後に生じる加減速時間と他の加減速時間との干渉が少なくなり、最大で干渉が生じなくなるような静止時間である。従って、好適静止時間は上記の点群間において夫々異なり、軌跡加速度が加減速閾値ａ_Ｍを超えない点群間は好適静止時間を算出しない。そして、好適静止時間の算出において、目標軌跡における軌跡の曲がる角度（コーナ等における角度）や軌跡の直線長さに応じて、静止を行うための時間の長さは変化する。

この好適静止時間の算出により、必要最低限の遅延時間でコーナ加工の内回り現象を回避することが可能になる。また、本実施例においては、ＣＰＵ１１によって、軌跡（目標軌跡）の加減速閾値ａ_Ｍから好適静止時間（停止時間）を自動で決定することができるため、好適静止時間を試行錯誤で調整する場合と比べ作業時間を大幅に短縮することができる。

尚、好適静止時間の算出方法は加減速演算の手法によって異なるため、ここでは例として、以下に２つの加減速演算手法を挙げる。

まず１つ目の加減速演算手法は、時刻ｔにおける入力ｘ［ｔ］、出力ｙ［ｔ］に対して以下の式（２）で表される小区間の移動平均を目標軌跡全体に繰り返し適用することで加減速を行う手法である。

図６は、上記の式（２）による移動平均を目標軌跡全体に繰り返し適用した場合の一例を示している。図６（Ａ）、図６（Ｂ）、及び図６（Ｃ）は単一のピーク信号に３区間の移動平均を行った様子を示す一例の図である。図６（Ｄ）、図６（Ｅ）は、複数のピーク信号が干渉しないように好適静止時間を挿入したうえで３区間の移動平均を繰り返し行った様子を示す一例の図である。

図６（Ａ）に示すような単一のピーク信号に対し、上記の式（２）による移動平均を適用した場合、図６（Ｂ）や図６（Ｃ）に示すように実行を繰り返す（移動平均を繰り返し適用）たびに一定の影響範囲が広がっていく。

従って、図６（Ｄ）の場合など、ピーク信号が複数ある入力信号では、移動平均を繰り返し行ったとき他のピーク信号に影響が干渉する。例えば、これが第１軸サーボ制御部４１及び第２軸サーボ制御部４２の目標軌跡における加速度であれば、加減速超過時間の干渉によってコーナの内回り現象が生じることになる。そのため、目標軌跡が内回りすることを前提とする自由形状軌跡でない場合は好ましくない。

このような干渉は、図６（Ｅ）のように移動平均の影響範囲に応じてピーク信号の前後に値０（ゼロ）の時間を挿入することで防ぐことができる。この時間は、移動平均の繰り返し回数から必要最小限の大きさを算出することが可能である。

したがって好適静止時間は、目標軌跡に対して上記の式（２）の移動平均を繰り返し適用した際に、軌跡加速度の加減速超過時間同士が干渉しないための必要最小限の時間であり、実行する移動平均の繰り返し回数から算出する。

移動平均の繰り返し回数は、加減速超過時間が加減速閾値ａ_Ｍを超過する割合を繰り返し移動平均によるピーク値の低減割合と比較することで必要最小限な値を一意に算出できる。そのため、好適静止時間も夫々の加減速超過時間において一意に算出することが可能である。

次に、２つ目の加減速演算手法として、以下の式（３）で表されるガウス関数を目標軌跡に畳み込み演算することで加減速を行う手法を示す。

上記の式（３）の場合、ガウス関数の影響範囲を表すσの最適値から好適静止時間を算出する。時間長Ｎ、時刻ｔにおける入力ｘ［ｔ］に対して上記式（３）を畳み込み演算したとき、出力ｙ［ｔ］は以下の式（４）で表される。

出力ｙ［ｔ］が加減速閾値ａ_Ｍを下回るためのσは未知の入力であるｘ［ｔ］に依存するため解析的に算出できないが、σが充分小さいとき、具体的にはσがｘ［ｔ］の時間長Ｎより小さいとき、ｙ［ｔ］はσと比例する。すなわち、上記の式（４）の積分項をＥ［ｔ］、ｙ［ｔ］が最大である時刻をt_Ｍとしたとき、以下の式（５）が成立する。

従って、まず、σをＮ以下の実数値に設定して目標軌跡に上記の式（３）のガウス関数を畳み込み演算し、得られたｙ［ｔ_Ｍ］からＥ［ｔ_Ｍ］を算出する。そして、Ｅ［ｔ_Ｍ］を比例係数として、Ｅ［ｔ_Ｍ］＝ａ_Ｍａｘとなるためのσを算出することで、σの最適値が算出できる。

ガウス関数がインパルス信号を時間方向に広げる影響範囲は時間長Ｎだが、実際にはσに依存して０に漸近するため、好適静止時間はσを用いて算出するのが好ましい。

図５に戻り、次に、ＳＡ０６では、ＳＡ０５で算出した好適静止時間に基づいて、挿入静止時間を決定する。ここで、挿入静止時間は、好適静止時間と外部ユニット５０より与えられた調整パラメータを演算して決定する。調整パラメータとして、例えば、軌跡の加工速度に関する係数、加工時間に関する係数、モータの動作停止時間を調整する動作停止係数等がある。この調整パラメータを操作することにより、使用者は軌跡の再構築で生じる時間遅延量を滑らかに変更できる。

例えば、軌跡の再現性を重視したい加工の場合は好適静止時間をそのまま挿入静止時間とする。また、軌跡の加工速度を重視したい加工の場合は、好適静止時間と調整パラメータに基づき、挿入静止時間を算出する。この場合、軌跡の加工速度を重視させるため、挿入静止時間は好適静止時間より長い時間となる。尚、挿入静止時間も好適静止時間と同様に、軌跡加速度が加減速閾値ａ_Ｍを超えないように静止を行うための時間である。そのため、挿入静止時間も第１の静止時間とすることができる。本実施例においては、事前に何を重視するかを予め設定しておき、挿入静止時間を算出して決定する。しかしこれに限らず、ユーザが算出された好適静止時間に基づき、挿入静止時間を設定するようにしてもよい。

尚、このとき調整パラメータは、最適化の度合いを表す係数として好適静止時間に乗除算してもよい。さらに、手動調整時間として加減算してもよいし、複数の調整パラメータを組み合わせて演算してもよいし、使用者の調整がより直感的になるように加工条件との演算を行ったうえで演算してもよい。これにより、鋭角の加工で精度を低下させずに鋭角及び鈍角のどちらでも等しく高精度に加工することができる。ここで、自由形状軌跡では最適化によって加工時間が伸びる場合もあるため、調整パラメータで精度を下げて高速化できるようにしている。

次に、ＳＡ０７では、ＳＡ０６で算出した挿入静止時間のいずれかを目標軌跡の該当する走査時刻に対して等しく挿入する処理（同期演算）を行うことで目標軌跡を補間し、同期演算軌跡を算出する。

図７は、図３に示す本実施例の目標軌跡に基づき算出した同期演算軌跡を平面上に示した例と、各サーボ制御部における同期演算軌跡の例を示した図である。図７（Ａ）は、図３に示す目標軌跡に基づき算出した同期演算軌跡を平面上に示した一例の図である。図７（Ｂ）は、第１軸サーボ制御部４１における同期演算軌跡の一例を示す図である。図７（Ｃ）は、第２軸サーボ制御部４２における同期演算軌跡の一例を示す図である。

ここで、上記のように挿入静止時間を目標軌跡の走査時刻に挿入する処理を行うことで、例えば図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示している夫々のサーボ制御部の軌跡が、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）示しているような軌跡とすることができる。尚、同期演算は第１軸サーボ制御部４１及び第２軸サーボ制御部４２の目標軌跡に対して等しく行うため、例えば、図４（Ａ）に対する図７（Ａ）のように、軌跡の位置は変化しない。

図５に戻り、次に、ＳＡ０８では、同期演算軌跡（補間した第１の軌跡）の走査時刻に挿入された挿入静止時間分、走査時刻に加算を加える。次に、ＳＡ０９では、同期演算軌跡または目標軌跡の走査時刻を補間周期分加算する（走査時刻をインクリメントする）。

次に、ＳＡ１０では、目標軌跡の終端に到達したかどうかを判定する。判定の結果、目標軌跡の終端に到達していない場合、ＳＡ１１に進む。目標軌跡の終端に到達している場合、ＳＡ１２に進む。

次に、ＳＡ１１では、同期演算軌跡または目標軌跡に基づき目標軌跡を再設定する。再設定した後、ＳＡ０３に戻り、ＳＡ０３～ＳＡ１０の処理を繰り返す。目標軌跡を再設定する理由としては、上記の同期演算によって時間長及び軌跡加速度に変化が生じるためである。

次に、ＳＡ１２では、同期演算軌跡または目標軌跡の走査時刻ごとの軌跡加速度を算出する。ＳＡ１２における軌跡加速度の算出はＳＡ０３の処理を同様であるため説明を省略する。

次に、ＳＡ１３では、ＳＡ１２で算出した走査時刻ごとの軌跡加速度と加減速閾値ａ_Ｍを比較し、同期演算軌跡または目標軌跡における全ての走査時刻で当該軌跡加速度が加減速閾値ａ_Ｍを超過しているか否かを判定する。全ての走査時刻で当該軌跡加速度が加減速閾値ａ_Ｍを超過していない場合、当該軌跡を再構築軌跡（第２の軌跡）として決定し、処理を終了する。何れかの走査時刻で軌跡加速度が加減速閾値ａ_Ｍを超過している場合、ＳＡ１４に進む。

次に、ＳＡ１４では、算出した同期演算軌跡または目標軌跡に対して加減速演算を行う。そして、加減速演算後、ＳＡ１２に戻り、ＳＡ１２と同様の処理を行う。ここで、ＳＡ１４で行う加減速演算は、軌跡再構築部で好適静止時間を算出するために使用した加減速手法と一致させる。例えば、上記に示した移動平均による手法では、加減速閾値を下回るまで式（２）の移動平均を繰り返し実行する。一方、ガウス関数による手法では、算出したσを用いたガウス関数データを生成し、同期演算軌跡または目標軌跡に畳み込み演算する。これらの加減速演算を行うと、図８に示すようにコーナ近傍で必要最小限に減速・停止し、加減速閾値ａ_Ｍを超えない加減速で直線区間を駆動する再構築軌跡（第２の軌跡）が得られる。このように算出した再構築軌跡は、目標軌跡と比較して、好適静止時間（または挿入静止時間）が異なる特徴がある（通常は静止時間が長い）。加えて、好適静止時間（または挿入静止時間）の前後（静止前後）の加速度が異なる（通常は小さい（低い））ことが多いという特徴がある。

図８は、図７に示す本実施例の同期演算軌跡に基づき算出した最適化軌跡を平面上に示した例と、各サーボ制御部における最適化軌跡の例を示した図である。図８（Ａ）は、図７の同期演算軌跡に基づき算出した最適化軌跡を平面上に示した一例の図である。図８（Ａ）は、第１軸サーボ制御部４１における最適化軌跡の一例を示す図である。図８（Ｃ）は、第２軸サーボ制御部４２における最適化軌跡の一例を示す図である。

軸分配部３は、軌跡再構築部２より第１軸サーボ制御部４１、第２軸サーボ制御部４２夫々の再構築軌跡が与えられると当該再構築軌跡を位置指令として、第１軸サーボ制御部４１、第２軸サーボ制御部４２、及びレーザー制御部４３に夫々送信する。尚、この際における送信は、補間周期ごとに送信してもよいし、いくつかのデータをまとめて送信してもよい。

算出した再構築軌跡に基づき、第１軸サーボ制御部４１と第２軸サーボ制御部４２は、各々が接続されたモータに対してモータ駆動トルクを出力し、レーザー制御部４３がレーザー光源を制御してレーザー光を走査することで、対象物の加工を行う。これにより、コーナ加工で生じる内回り現象を最低限の遅延時間で回避するよう軌跡を最適化し、軌跡再現性と遅延時間のバランスを使用者が容易かつ滑らかに調整できる軌跡制御ユニット１０を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。また、上述の実施形態を組み合わせて実施してもよい。

また、上述した実施例における制御の一部または全部を上述した実施例の機能を実現するコンピュータプログラムをネットワークまたは各種記憶媒体を介してレーザー加工装置１００または情報処理装置２００等に供給するようにしてもよい。そしてそのレーザー加工装置１００または情報処理装置２００等におけるコンピュータ（またはＣＰＵ等）がプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。その場合、そのプログラム、該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。

１ 指令補間部
２ 軌跡再構築部
３ 軸分配部
１０ 軌跡制御ユニット
４１ 第１軸サーボ制御部
４２ 第２軸サーボ制御部
４３ レーザー制御部
１００ レーザー加工装置
２００ 情報処理装置

Claims (15)

1. 対象物を加工する加工装置における指令経路を補間して第１の軌跡を算出する補間部と、
   前記対象物の加工条件に基づいて、前記第１の軌跡において加減速及び前記加減速に基づいた所定期間の静止を行うための演算を行うことで、前記補間部が算出した前記第１の軌跡から第２の軌跡を算出する軌跡算出部と、を有する、
   ことを特徴とする制御ユニット。
2. 前記補間部は、複数の点群を用いて前記指令経路を補間して前記第１の軌跡を算出することを特徴とする請求項１に記載の制御ユニット。
3. 前記軌跡算出部は、前記第２の軌跡の演算において、前記第１の軌跡の曲がる角度に応じて、前記静止を行うための時間の長さを変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の制御ユニット。
4. 前記軌跡算出部は、前記第２の軌跡の演算において、前記加工条件に基づき前記第１の軌跡における加速度の閾値である加速閾値を算出することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の制御ユニット。
5. 前記軌跡算出部は、前記第２の軌跡の演算において、前記第１の軌跡における前記加速度を算出することを特徴とする請求項４に記載の制御ユニット。
6. 前記軌跡算出部は、前記加速度が前記加速閾値を超えないように前記静止を行うための第１の静止時間を算出することを特徴とする請求項５に記載の制御ユニット。
7. 前記軌跡算出部は、少なくとも１つのパラメータと前記第１の静止時間に基づいて前記第１の軌跡を補間することを特徴とする請求項６に記載の制御ユニット。
8. 前記パラメータは、前記対象物の加工における加工速度に関する係数の情報または加工時間の情報の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項７に記載の制御ユニット。
9. 加工装置における、対象物を加工する加工位置の第１の軌跡を求める補間部と、
   前記加工位置を移動させる１つ以上の移動機構の少なくとも１つの静止時間を、前記第１の軌跡に応じて変更した第２の軌跡を求める軌跡算出部と、
   を備えることを特徴とする制御ユニット。
10. 前記第１の軌跡と前記第２の軌跡とは、前記移動機構の静止時間及び静止前後の加減速時における加速度とが互いに異なる、ことを特徴とする請求項９に記載の制御ユニット。
11. 対象物をレーザーで加工するレーザー加工装置において、
    レーザー光源と、
    前記レーザー光源からのレーザー光を走査する制御部と、を有し、
    前記制御部は、請求項１～１０のいずれか１項に記載の制御ユニットが算出した前記第２の軌跡に基づいて、前記レーザー光を走査することで前記対象物を加工することを特徴とするレーザー加工装置。
12. 制御ユニットの制御方法であって、
    対象物を加工する加工装置における指令経路を補間して第１の軌跡を算出する補間工程と、
    前記対象物の加工条件に基づいて、前記第１の軌跡において加減速及び前記加減速に基づいた所定期間の静止を行うための演算を行うことで、前記補間工程で算出した前記第１の軌跡から第２の軌跡を算出する第２の軌跡算出工程と、を有する、
    ことを特徴とする制御ユニットの制御方法。
13. 加工装置における、対象物を加工する加工位置の第１の軌跡を求める補間工程と、
    前記加工位置を移動させる１つ以上の移動機構の少なくとも１つの静止時間を、前記第１の軌跡に応じて変更した第２の軌跡を求める軌跡算出工程と、
    を備えることを特徴とする制御ユニットの制御方法。
14. 制御ユニットの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    対象物を加工する加工装置における指令経路を補間して第１の軌跡を算出し、
    前記対象物の加工条件に基づいて、前記第１の軌跡において加減速及び前記加減速に基づいた所定期間の静止を行うための演算を行うことで、前記第１の軌跡から第２の軌跡を算出する、
    ことを特徴とするプログラム。
15. 制御ユニットの制御をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    加工装置における、対象物を加工する加工位置の第１の軌跡を求める工程と、
    前記加工位置を移動させる１つ以上の移動機構の少なくとも１つの静止時間を、前記第１の軌跡に応じて変更した第２の軌跡を求める工程と、
    を備えることを特徴とするプログラム。
    
    

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