JP2577256B2 - 切断加工機の制御方法 - Google Patents

切断加工機の制御方法

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JP2577256B2
JP2577256B2 JP1136457A JP13645789A JP2577256B2 JP 2577256 B2 JP2577256 B2 JP 2577256B2 JP 1136457 A JP1136457 A JP 1136457A JP 13645789 A JP13645789 A JP 13645789A JP 2577256 B2 JP2577256 B2 JP 2577256B2
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寿夫 石田
一雅 吉間
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Shin Meiva Industry Ltd
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、ワークの表面と切断トーチとの相互の距
離を所定の値に保つための距離センサを備えた切断加工
機の制御方法に関する。
(従来の技術) プレス成型された板金などのワークを所望の形状に切
断する切断加工機として、たとえばレーザービームを発
生する自動切断ロボットなどが広く採用されている。こ
のような切断加工機において、切断を効率よく行うため
には、切断トーチとワークとの相互の距離を所定の値に
保つことが要求される。そこで、切断作業中に切断トー
チとワークとの相互の距離を所定の値に保つための相互
距離制御装置(以下、「距離センサ」と呼ぶ。)を備え
た切断加工機が実用に供されている。
距離センサには、たとえば切断トーチの先端とワーク
の表面との静電容量に基づいて相互距離を測るタイプが
ある。
(発明が解決しようとする課題) しかし、ワークを切断する際に、その切断開始時にお
いて、次のように距離センサが誤動作する場合がある。
切断開始時には、切断トーチをワーク上の1点に向けて
しばらくの間停止させ、レーザー光がワークを貫通する
まで照射を続ける(以下、このような動作を「ピアシン
グ」と呼ぶ。)ピアシング時においては、距離センサに
よる距離の測定値が実際の距離よりも短くなってしま
い、さらには、切断トーチがワークに近づき過ぎたこと
を示すエラー信号が距離センサから出力される場合があ
る。
ピアシング時における距離センサの誤動作は、次のよ
うにして発生すると推定される:第6図は、ピアシング
時におけるワークと切断トーチの状態を示す概念図であ
る。距離センサHSはトーチTの先端部に設けられてお
り、ワークWとの間の静電容量の変化を測定し、これに
基づいてワーク表面からの距離の変化を検出する。トー
チTから出射されたレーザ光LBがワークWの表面に照射
されると、ワークWの表面の温度が上昇し、ワークWを
構成する金属が蒸発する。蒸発した金属ガスMGは、トー
チ側に吹返してくる。距離センサHSがこの金属ガスMGに
さらされると、静電容量が変化して誤作動が起こると考
えられる。なお、ワークWに穴があいた後では、金属ガ
スMGはトーチ側からワーク表面へ吹きつけられるアシス
トガスによってワークWの反対側に吹きとばされてい
く。従って、ピアシングが終り、通常の切断を行う場合
には、距離センサの誤動作は起こらない。
(発明の目的) この発明は、従来技術における上述の課題を解決する
ためになされたものであり、ピアシング時において距離
センサの誤作動が発生しても、切断作業を円滑に進める
ことのできる切断加工機の制御方法を提供することを目
的とする。
(課題を解決するための手段) 上述の課題を解決するため、この発明では、ワークの
表面と切断トーチとの相互距離を一定に保つための距離
センサを備えた切断加工機の制御方法であって、切断開
始にあたって前記ワークに穴をあけるためのピアシング
動作においては、前記距離センサの出力信号に基づいた
制御を停止し前記切断トーチを静止させた状態で前記ワ
ークに穴をあけ、前記ピアシング動作の終了後における
切断動作において、前記ワークの表面と前記切断トーチ
との相互距離を前記距離センサで検知しながら一定に保
つように相互距離を制御しつつ、前記ワークの切断を行
う。
(作用) ピアシング動作の時には距離センサによる切断トーチ
とワークとの相互の距離の制御を行わないので、ピアシ
ング動作中に距離センサの誤作動が発生しても、その影
響を受けずに切断が進められる。
(実施例) A.実施例の構成の概要 第1図は、この発明を適用するロボットの一例として
の、直角座標型レーザ切断ロボットの機構的構成を示す
概略斜視図である。同図において、このロボットRBは、
基台1の上に、図示しないモータM1によってX方向(水
平方向)に移動自在な移動台2を有しており、この移動
台2の上にワーク(図示せず)を載置する。基台1の両
側方に垂直に設置されたコラム3の頂部にはビーム4が
架設され、このビーム4には、図のZ方向(垂直方向)
に延びるとともに、モータM2によってY方向に移動自在
な移動コラム5が設けられている。
また、この移動コラム5の下端には、モータM3によっ
てZ方向に上下するモータM4が設けられている。これに
よって、移動コラム5の中心軸から偏心した位置に設け
られているアーム6が図のθ方向に回転する。また、こ
のアーム6の下端側方にはモータM5が設けられており、
これによってエンドエフェクタとしてのレーザトーチT
が図のψ方向に回転する。さらに、このレーザトーチT
を利用して、レーザトーチTとワークWの表面との距離
を検出するハイトセンサHS(後述する。)が形成されて
いる。
レーザトーチTには、レーザ発振装置7からのレーザ
ビームがレーザガイドパイプ8を通して与えられる。ま
た、制御装置9には、後述するトーチ距離制御装置やマ
イクロコンピュータなどが内蔵されており、操作盤10に
は、キーボードやディスプレイ等が設けられている。さ
らに、外部コンピュータ11は種々のデータの入出力やデ
ータ処理を行なうためのものであり、CRT12やキーボー
ド13などを備えている。
第2図は、第1図に示したロボットRBの電気的構成の
概略ブロック図である。第2図において、制御装置9に
内臓されたマイクロコンピュータ21には、バスBLを介し
て、以下の各機器などが接続されている。
上記モータM1〜M5や、これらのモータM1〜M5の回転角
を検知するエンコーダE1〜E5(第1図中には図示せず)
を含んだ機構駆動系23 レーザ発振装置7 操作盤10 外部コンピュータ11 レーザトーチTには、レーザ発振装置7からレーザビ
ームが与えらえるほか、レーザトーチTの先端部に設け
られたハイトセンサHSを用いて、レーザトーチTとワー
クWとの相対的距離がトーチ距離制御装置22によって検
出される。なお、このシステムは、上位のホストシステ
ム(図示せず)の制御下で動作させることもできる。
B.レーザトーチTの詳細構造 第3図は、上述したレーザトーチTの詳細を示す部分
断面図である。図において、レーザトーチTの円筒状の
ハウジング40の下部は、その下端にあるトーチ孔43に向
かって円錐状に内外径が減少するノズルチップ41となっ
ている。トーチ孔43部分におけるノズルチップ41の外周
部は、ワークWと対向する部分の平面積を大きくしたハ
イトセンサHSとされている。また、ハウジング40内には
レンズ42が設けられており、レーザ発振装置7から与え
られたレーザビームLBがレンズ42で絞られてワークWに
照射される。
ハイトセンサHSは、レーザトーチTがワークWに向け
られると、ワークWとノズルチップ41のクリアランスl
の差を静電容量の変化で検知するセンサである。すなわ
ち、予め設定したレーザトーチTとワークWの相対的距
離に対して、両者が互いに近づくと静電容量が増大し、
逆に両者が互いに離れると静電容量が減少する。従っ
て、レーザトーチTとアーム6とを電気的に絶縁してお
き、ハイトセンサHSで検出された静電容量を所定の基準
値と比較すれば、レーザトーチTとワークWとの実際の
相対的距離が予め設定された相対的距離に対して小さい
か大きいかを判断することができる。
この実施例においては、後述するように、このハイト
センサHSによる検出データに基づいてレーザトーチTと
ワークWとの相対的距離が常に一定となるように、トー
チ距離制御装置22がレーザトーチTの動作を制御する。
C.トーチ距離制御装置の構成 第4図は本発明の一実施例を適用するトーチ距離制御
装置に関連した部分の電気的構成を更に詳細に示すブロ
ック図である。
図において、マイクロコンピュータ9は主制御部91と
切断制御部92と位置指令制御部93とを備えている。切断
制御部92は、レーザー発振装置7によるレーザビームLB
の発振タイミングを制御する役割を有する。また、ピア
シング時にはトーチ距離制御部22に対して与えるピアシ
ング状態信号SpをHレベルに立上げる。位置指令制御部
93は、機構駆動系23内のサーボ制御部231に対して位置
指令信号αを与える役割を有する。
トーチ距離制御装置22は、ハイトセンサユニット221
と、アンドゲート部222と、インバータ223とを備えてい
る。ハイトセンサユニット221は、レーザトーチT先端
のハイトセンサHSと接続されてハイトセンサHSとワーク
Wとの間の静電容量を測定する。そして、静電容量の変
化に基づいて、レーザトーチTとワークWとの相互距離
の変化量を位置補正信号Δαとして出力する。また、
ハイトセンサ221は静電容量が所定の限界値以上になる
と、エラー信号SeをLレベルからHレベルに立上げる。
このエラー信号Seは、実質的にレーザトーチTとワーク
Wとの相互距離が所定の値以下になったことを示す。
アンドゲート部222は、2つのアンドゲート222aと222
bとを備えている。アンドゲート222aと222bには、ハイ
トセンサユニット221から出力された位置補正信号Δα
とエラー信号Seとがそれぞれ入力される。さらに、こ
れらのアンドゲート222aと222bには、インバータ223に
よって反転されたピアシング状態信号▲▼がそれぞ
れ入力されている。そして、アンドゲート222aと222bの
出力信号Sa,Sbは、それぞれ位置指令制御部93と主制御
部91とに与えられている。
D.切断時の制御方法 第5図は、切断時におけるトーチ距離制御装置の動作
を示すタイミングチャートである。図において、時刻t1
からt3まではピアシングの状態を示し、時刻t3以降は切
断が進行している状態を示している。
まず、時刻t0においてピアシングが開始されると、切
断制御部92が発生するピアシング状態信号SpがHレベル
となる。切断制御部92は同時にレーザー発振装置7にレ
ーザビームLBを発振させる。この間、位置指令制御部93
は、ワークW上の一点(切断開始点)に向けてレーザト
ーチTを静止させた状態に保つように、サーボ制御部23
1に一定の位置指令信号αを出力している。
ピアシング時においても、ハイトセンサユニット221
は、距離補正信号αを周期的に更新しつつ出力してい
る。しかし、インバータ223の出力▲▼はピアシン
グの期間中Lレベルに保たれているので、これを受けた
アンドゲート222aは距離補正信号αが通過するのを阻
止する。従って、ハイトセンサユニット221から出力さ
れた距離補正信号αはピアシングの期間中には位置指
令制御部93に供給されない。すなわち、アンドゲート22
2aの出力Saは、ピアシング期間中は必ず補正値“0"を示
すレベルに保たれる。
レーザトーチTを静止させたままレーザビームLBの照
射を続けると、時刻t1においてハイトセンサユニット22
1で検出される静電容量が所定の限界値以上となり、エ
ラー信号SeがHレベルに立上る。しかし、このエラー信
号Seも、インバータ223の出力▲▼とアンドがとら
れるので、ピアシングの期間中には主制御部91に与えら
れない。すなわち、ピアシング期間中は、アンドゲート
222bの出力Sbは必ずLレベルに保たれる。なお、レーザ
ビームLBの照射をさらに続けると、時刻t2においてワー
クWに穴があき、エラー信号SeはLレベルに立下がる。
時刻t3では、ピアシング状態信号SpがLレベルに立下
がるとともに、レーザトーチTが予め記憶されていたテ
ィーチングデータに従って動きはじめ、切断が進行す
る。時刻t0からt3までの時間は、レーザビームLBの照射
によってワークWに穴があくのに十分な時間を考慮し
て、予めオペレータの入力によって切断制御部92内に設
定されている。時刻t3以降では、インバータ223の出力
▲▼はHレベルとなるので、位置補正信号Δα
エラー信号Seとはアンドゲート部222をそのまま通過し
て、そのまま位置指令制御部93と主制御部91とにそれぞ
れ与えられる。位置指令制御部93はアンドゲート222aの
出力Sa(=Δα)を受けて、レーザトーチTの座標値
をクリアランスlの方向に補正し、補正された位置指令
信号αをサーボ制御部231に与える。すなわち、レー
ザトーチTとワークWとのクリアランスlが一定値に保
たれるように、相互距離一定制御が行われる。一方、主
制御部91は、レーザトーチTとワークWとが近づき過ぎ
た場合に、Hレベルとなったアンドゲートの出力Sb(=
Se)を受けて、切断ロボットRBの動作を中止する。
以上のように、トーチ距離制御装置22のアンドゲート
部222とインバータ223とは、ピアシング時にはハイトセ
ンサ221からの出力信号Δαi,Seを阻止するとともに、
その後の切断進行時にはこれらの出力信号Δαi,Seをそ
のまま制御部93,91に与えるための信号制御手段を構成
している。
なお、ハイトセンサHSは、本実施例の静電容量検知式
のものに限らず、磁気的または光学的な測長手段を用い
てもよい。
また、切断ツールとしては、レーザビームに限らず、
プラズマ(エアプラズマ,酸素プラズマ)など、他の種
類のものを用いたものでもよい。
(発明の効果) 以上説明したように、この発明によれば、ピアシング
動作時には距離センサによる切断トーチとワークとの相
互の距離の制御を行わないので、ピアシング動作中に距
離センサの誤動作が発生しても、その影響を受けず、切
断作業を円滑に進めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明を適用するロボットRBの機構的構成
の概略を示す斜視図、 第2図は、第1図のロボットRBの電気的構成を示すブロ
ック図、 第3図は、レーザトーチTの詳細構成を示す部分断面
図、 第4図は、トーチ距離制御装置などの電気的構成を示す
ブロック図、 第5図は、本発明の一実施例における動作を示すタイミ
ングチャート、 第6図は、ピアシング動作を示す概念図である。 RB……ロボット、9……制御装置、 22……トーチ距離制御装置、 221……ハイトセンサユニット、 222……アンドゲート部、 223……インバータ、T……レーザトーチ、 W……ワーク、HS……ハイトセンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 浩年 兵庫県宝塚市新明和町1番1号 新明和 工業株式会社産業機械事業部内 (56)参考文献 特開 昭61−219492(JP,A) 特開 昭60−154892(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ワークの表面と切断トーチとの相互距離を
    一定に保つための距離センサを備えた切断加工機の制御
    方法であって、 切断開始にあたって前記ワークに穴をあけるためのピア
    シング動作においては、前記距離センサの出力信号に基
    づいた制御を停止し前記切断トーチを静止させた状態で
    前記ワークに穴をあけ、 前記ピアシング動作の終了後における切断動作におい
    て、前記ワークの表面と前記切断トーチとの相互距離を
    前記距離センサで検知しながら一定に保つように相互距
    離を制御しつつ、前記ワークの切断を行うことを特徴と
    する切断加工機の制御方法。
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