JP2617931B2 - ワーク加工装置の加工速度設定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、加工ヘッドの最適加工速度を短時間に決
定できるワーク加工装置の加工速度設定方法に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来より、レーザ光等を用いてワークを切断加工又は
溶接加工する装置はよく知られており、一般に、ワーク
上の加工線を予めティーチングしておいてその通りに加
工するティーチングプレイバック方式が用いられてい
る。又、この種の加工装置は、加工中における加工ヘッ
ドの姿勢及びワークまでの距離を適性に保つ必要がある
ため、通常、Ｘ、Ｙ、Ｚ、α及びβの５軸を有し、これ
らの軸を、対応する５つのモータを介して駆動制御して
いる。

第３図は一般的なワーク加工装置を示すブロック図で
あり、図において、（10）は後述する複数の駆動軸及び
モータを有する３次元移動可能な加工装置本体、（１）
は加工機本体（10）の駆動部となるアーム（10a）に取
り付けられた加工ヘッド、Ｋは加工ヘッド（１）から放
射されるレーザ光Ｌにより加工されるワークＷ上の加工
線である。

（30）はCPU及びメモリ等（共に図示せず）を備え、
加工機本体（10）を駆動するための加工プログラム指令
に基づいて駆動信号Ｍを出力するNC制御部であり、加工
線Ｋの軌跡を示すポイントデータやレーザ光Ｌの出力等
が設定されたティーチングプログラムが格納されてい
る。

（50）は加工線Ｋのティーチングデータに基づいて加
工プログラムを生成し、予めNC制御部（30）内のメモリ
に格納するためのデータ処理部である。（60）は操作ス
イッチ等（図示せず）を備えた操作盤であり、加工機本
体（10）を駆動するときの初期設定指令及び動作指令等
を手動操作によりNC制御部（30）に入力するようになっ
ている。

（70）はハンドルヘルド形のキーボードからなるティ
ーチングボックスであり、加工機本体（10）に対する駆
動指令等を、手動操作によりNC制御部（30）に入力する
ようになっている。

又、第４図は第３図中の加工機本体（10）の軸構成を
示す概略斜視図である。図において、（11）はアーム
（10a）を駆動端に位置するβ軸、（12）はβ軸（11）
に接続されたα軸、（13）はα軸（12）に接続されたＺ
軸であり、これらはアーム（10a）を構成している。
又、加工ヘッド（１）は、β軸（11）の先端に取り付け
られ、ワークＷ上の加工線Ｋに沿って進行するようにな
っている。

（２）はモータ（M5）を介してβ軸（11）を矢印β方
向に回転させるためのβ軸受、（３）はモータ（M4）を
介してα軸（12）を矢印α方向に回転させるためのα軸
受である。

（４）はモータ（M3）を介して加工ヘッド（１）を矢
印Ｚ方向に移動させるためのＺ軸受、（５）はモータ
（M2）を介して加工ヘッド（１）を矢印Ｙ方向に移動さ
せるためのＹ軸受、（６）はモータ（M1）を介して加工
ヘッド（１）を矢印Ｘ方向に移動させるためのＸ軸受で
ある。

尚、上記モータ（M1）〜（M5）は、NC制御部（30）か
らの駆動信号Ｍにより駆動され、ワークＷに対する加工
ヘッド（１）の距離を一定に保持しながらレーザ光Ｌの
スポットが加工線Ｋを倣うと共に、加工ヘッド（１）の
姿勢がワーク表面に対しほぼ垂直となるように制御され
ている。

次に、第３図及び第４図に示した加工装置を用いた従
来のワーク加工装置の加工速度設定方法について説明す
る。尚、周知の方法で加工線Ｋの座標ティーチングが行
なわれ、このティーチングデータに基づく加工プログラ
ムがNC制御部（30）に予め格納されているものとする。

いま、第５図のように湾曲したワークＷを例にとり、
加工ヘッド（１）を矢印Ａ、Ｂ、Ｃに沿って進行させな
がら、加工線K1、K2、K3を切断加工する場合を考える。

まず、加工線K1を矢印Ａに沿って切断する場合は、α
軸（12）を加工線K1と平行に保持し且つβ軸（11）をワ
ークＷの傾斜に合わせて回転させながら、又、加工線K2
を矢印Ｂに沿って切断する場合は、α軸（12）を加工線
K2と平行に保持し且つβ軸（11）をＺ軸と平行に保持し
ながら、共にアーム（10a）全体を加工線K1及びK2（例
えばＹ軸）方向に進行させればよい。

次に、加工線K3を矢印Ｃに沿って切断する場合は、α
軸（12）を加工線K3と直角に保持し且つβ軸（11）をワ
ークＷの傾斜に合わせて回転させると共に、Ｚ軸をワー
クＷの傾斜に合わせて上下駆動させながら、アーム（10
a）全体を加工線K3（例えばＸ軸）方向に進行させれば
よい。

このとき、Ｘ、Ｙ、Ｚ、α、βの５軸の各速度制限を
考慮しながら、進行中の加工ヘッド（１）の線速度即ち
加工速度を決定する必要がある。

従って、予め操作盤（60）又はティーチングボックス
（70）から適当な速度値をNC制御部（30）に入力し、実
際に加工機本体（10）を駆動して移動可能であるか否か
を確認する。もし、５軸のうちのいずれかの速度制限に
かかった場合は、更に低い速度値を入力して再び移動可
能かの確認作業を繰り返し、移動可能であることを確認
した後にワークＷの加工を行なう。

例えば、加工線K3の湾曲部などのコーナ部を加工する
場合は、加工ヘッド（１）の姿勢変化が大きくなるの
で、加工機本体（10）内の各モータ速度の制限により加
工速度は低くなる。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のワーク加工装置の加工速度設定方法は以上のよ
うに、速度入力をオペレータの手動作業で行い、実際に
加工機本体（10）を駆動して移動可能であるかを確認し
ていたので、多くの時間及び労力を必要とするという問
題点があった。

又、このような確認作業の繰り返し数を減らすために
加工ヘッド（１）の最大移動可能速度より大幅に低めの
速度値を設定する場合が多く、加工時間が長くかかり高
速化が計れないという問題点があった。

更に、例えば特開昭61−26107号公報に参照されるよ
うに、各軸の速度が上限を超過する場合に全軸の速度が
上限を超えなくなるまで、段階的にロボット先端の運動
を減じさせる制御方法も提案されているが、各軸の速度
目標値が上限を超過したときのみ上限以下に減じさせる
ため、常に最適な最大速度に設定することができないと
いう問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、最適加工速度を自動的に且つ短時間で決定
することのできるワーク加工装置の加工速度設定方法を
得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係るワーク加工装置の加工速度設定方法
は、複数の軸を有する加工機本体と、この加工機本体の
アームの先端部に設けられた加工ヘッドと、この加工ヘ
ッドを駆動制御するためのティーチングプログラムが格
納されたNC制御部と、このNC制御部に接続されたデータ
処理部とを備え、データ処理部内に、複数の軸に関する
各速度制限に対応した最大移動速度と、加工ヘッドの送
り速度に関する速度設定間隔とが予め設定されているワ
ーク加工装置の加工速度設定方法において、ティーチン
グプログラムをNC制御部からデータ処理部に伝送するス
テップと、ティーチングプログラム並びにワークの形
状、材質及び厚さに基づいて、加工ヘッドの送り速度に
関する最大加工速度を初期設定するステップと、ティー
チングプログラム内のデータに基づいて、加工ヘッドの
移動範囲を設定するステップと、加工ヘッドの送り速度
に関する速度設定値を最大加工速度に設定するステップ
と、速度設定値で加工ヘッドを駆動した場合をシミュレ
ートするステップと、シミュレートによる複数の軸に関
する各速度設定値が各速度制限に対応した最大移動速度
に越えるか否かを判別するステップと、複数の軸のうち
の少なくとも１つに関する速度設定値が最大移動速度を
越える場合に、加工ヘッドの送り速度に関する速度設定
値を速度設定間隔ずつ減じるステップと、複数の軸に関
する速度設定値が最大移動速度を越えない場合に、加工
ヘッドの送り速度に関する速度設定値を最適の加工速度
として設定するステップとを含むものである。

［作用］ この発明においては、オフライン時のバッチ処理によ
りデータ処理部が、ティーチングプログラムに基づいて
加工中の移動シミュレーションを行い、加工ヘッドの送
り速度（以下、加工用の送り速度を、単に「送り速度」
という）に関する速度設定値を最大速度としたときに、
加工ヘッド駆動用の各軸の移動速度がオーバースピード
であるか否か（各軸毎の速度制限を越えたか否か）を判
別し、オーバースピードの場合には加工ヘッドの速度設
定値を最大速度から所定量（速度設定間隔）ずつ順次減
じさせ、オーバースピードでなくなったときの加工ヘッ
ドの速度設定値を最適の加工速度として設定し、自動的
且つ短時間に加工ヘッドの最適加工速度を決定する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。
尚、この発明を実施するための加工装置としては第３図
及び第４図に示したものを用い、データ処理部（50）内
のプログラムが変更されていればよい。

第１図はこの発明の一実施例を示すフローチャート
図、第２図は加工線Ｋ上の移動範囲を示す説明図であ
る。ここで、初期入力データとして、５軸の各速度制限
に対応した各最大移動速度（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に関
しては1000mm/分、α、β軸に関しては90゜／秒、）加
工ヘッド（１）の最低速度V₀（例えば、10mm/分）及び
速度設定間隔ΔＶ（後述する）並びにモータ（M1）〜
（M5）の速度制限（値）は、データ処理部（50）内に予
め設定されているものとする。

まず、NC制御部（30）内のティーチングプログラムを
データ処理部（50）へ伝送する（ステップS1）。

次に、データ処理部（50）において、最大空送り速度
V_1MAX（例えば、3000mm/分）及び最大加工速度V
_2MAX（例えば、2000mm/分）を設定し、同時に変数ｉを
ｉ＝１に初期設定する（ステップS2）。

尚、ここで設定される最大加工速度V_2MAXの値は、ワ
ークＷの形状材質及び厚さ、並びにティーチングプログ
ラムで設定されるレーザ光Ｌの出力等によって異なる。

次に、ティーチングプログラム内のデータに基づい
て、Ｎ個のポイントデータP₁〜P_nのうちのｉ番目及びｉ
＋１番目の２点Pi、Pi₊₁のデータからレーザ光スポット
の移動範囲を設定し、この移動範囲における５軸の各移
動量を計算する（ステップS3）。

そして、この移動範囲が空送り範囲であるか否かを判
別し（ステップS4）、もし空送り範囲であれば、速度設
定値Viを最大空送り速度V_1MAXに設定し（ステップS
5）、又、空送りでなく加工範囲であれば、加工ヘッド
（１）の移動速度（送り速度）に関する速度設定値Viを
最大加工速度V_2MAXに設定する（ステップS6）。

次に、２点Pi、Pi₊₁間の速度設定値Viが最低速度V₀以
上であるか否かを判別し（ステップS7）、最低速度V₀よ
り小さければ異常終了となる。

一方、速度設定値Viが最低速度V₀以上であれば、この
速度設定値Viで加工ヘッド（１）を駆動した場合をシミ
ュレートする（ステップS8）。そして、５軸に関して、
それぞれの最大移動速度を越えてオーバースピードとな
るか否か、即ち加工機本体（10）が動作可能か否かを判
別する（ステップS9）。

もし、加工ヘッド（１）を駆動且つ位置決めするモー
タ（M1）〜（M5）のうちの少なくとも１つが速度制限に
かかり、各軸の速度設定値が最大移動速度を越えてオー
バースピードと判別された場合は、速度設定値Viを速度
設定間隔ΔＶだけ減じて（ステップS10）、ステップS7
に戻る。

このときの速度設定間隔ΔＶは、速度設定値Viに応じ
た値に設定されており、例えば、速度設定値Viが、 3000mm/分〜1000mm/分の範囲では100mm/分、 1000mm/分〜100mm/分の範囲では50mm/分、 100mm/分〜10mm/分の範囲では10mm/分、 となっている。

一方、ステップS9において、速度設定値Viが各軸のオ
ーバースピードを招くことがない、即ち、各軸の移動速
度がいずれも各速度制限（最大移動速度）を越えること
がない（このときの速度が各軸の最大加工速度である）
と判別されたときは、そのときの速度設定値Viを加工速
度として設定する（ステップS11）。そして、変数ｉを
インクリメントして（ステップS12）、変数ｉが最終ポ
イントまでのポイントデータ数Ｎに達しているか否かを
判別し（ステップS13）、Ｎに達していなければステッ
プS3に戻る。

一方、ポイントデータ数Ｎに達していれば、ポイント
データP₁〜Pn間の各移動範囲に対する速度設定値V₁〜Vn
_-1が加工速度として設定された新しいティーチングプロ
グラムを、NC制御部（30）へ伝送し（ステップS14）、
正常終了する。

このように、処理操作性が容易で且つ自由度の高いオ
ンライン時のバッチ処理において、加工ヘッド（１）の
送り速度及び加工速度をシミュレーションし、予め規定
されている最大速度（空送り時、加工送り時を区別）を
基準として、各ポイントでの加工ヘッド（１）の送り速
度に関する動作可能な最大速度を算出し、そのシミュレ
ーション算出結果を加工プログラム上に設定する。即
ち、あたかも実際に加工しているかのように各ポイント
間の移動速度をシミュレーションすることにより最適速
度を設定し、これを各ポイント間の加工ヘッド（１）の
送り速度及び各軸の移動速度として、そのままプログラ
ムに付加する。

こうしてオフライン時に予め設定された送り速度を用
いて、実際の加工時において、個々の軸の速度制限に対
応した最大移動速度を越えることなくワーク加工装置を
動作させることができる。実際の動作中においては、テ
ィーチングプログラムにより設定された加工機の軌跡は
変わることがなく、加工ヘッド（１）は、教示されたポ
イントデータに基づいて高速に動作する。このとき、各
軸のモータ（M1）〜（M5）は、それぞれ速度制限を越え
ない許容範囲内で駆動され、目標軌跡に沿って加工ヘッ
ド（１）を可能な限り大きい速度で移動させることにな
る。

又、このときのオフライン処理は、制御装置とは独立
したパーソナルコンピュータ等の計算機でも可能であ
り、算出結果を制御装置に伝送して利用する手段も可能
である。従って、例えば減速処理を行うためのハードウ
ェアを必要とせず、制御装置のCPUを利用したソフトウ
ェアで処理可能である。又、レーザ加工においては加工
時と早送り（空送り）時との許容速度が異なるが、各許
容速度を変更することができる。

尚、複数の軸で構成された制御装置は、各軸の速度を
ベクトル合成して移動速度を決定するが、このことは周
知の技術であり、ここでは特に詳述していない。一般
に、三次元加工装置の送り速度とは各軸速度の合成を示
しており、各軸速度を規定することによって送り速度が
規定されることも周知の事実である。

従って、ステップS9でオーバースピードでない（即
ち、NO）と判定された場合の、複数の軸に関する最大加
工速度とは、各軸の最大加工速度の合成速度のことであ
る。つまり、オーバースピード（速度制限）については
各軸毎に判定されるが、設定速度は、軌跡を変更するこ
とのない合成速度で与えられる。

又、上記実施例では、加工ヘッド（１）が、ポイント
データに基づくPTP（Point−to−point）教示により駆
動制御される場合について説明したが、CP（Continuous
Pass）制御、２点間の直線補間や円弧補間による駆動
制御、又は、制御サンプル時間毎に加工ヘッド先端（移
動点）及び各軸の移動量を計算する通常のソフトターボ
制御であっても、適用できることは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、複数の軸を有する加
工機本体と、この加工機本体のアームの先端部に設けら
れた加工ヘッドと、この加工ヘッドを駆動制御するため
のティーチングプログラムが格納されたNC制御部と、こ
のNC制御部に接続されたデータ処理部とを備え、データ
処理部内に、複数の軸に関する各速度制限に対応した最
大移動速度と、加工ヘッドの送り速度に関する速度設定
間隔とが予め設定されているワーク加工装置の加工速度
設定方法において、ティーチングプログラムをNC制御部
からデータ処理部に伝送するステップと、ティーチング
プログラム並びにワークの形状、材質及び厚さに基づい
て、加工ヘッドの送り速度に関する最大加工速度を初期
設定するステップと、ティーチングプログラム内のデー
タに基づいて、加工ヘッドの移動範囲を設定するステッ
プと、加工ヘッドの送り速度に関する速度設定値を最大
加工速度に設定するステップと、速度設定値で加工ヘッ
ドを駆動した場合をシミュレートするステップと、シミ
ュレートによる複数の軸に関する各速度設定値が各速度
制限に対応した最大移動速度に越えるか否かを判別する
ステップと、複数の軸のうちの少なくとも１つに関する
速度設定値が最大移動速度を越える場合に、加工ヘッド
の送り速度に関する速度設定値を速度設定間隔ずつ減じ
るステップと、複数の軸に関する速度設定値が最大移動
速度を越えない場合に、加工ヘッドの送り速度に関する
速度設定値を最適の加工速度として設定するステップと
を含み、ティーチングプログラムに基づいて、データ処
理部が、加工ヘッド駆動用の各軸の移動速度がオーバー
スピードであるか否かをシミュレーションにより判別
し、オーバースピードの場合には速度設定値を最大速度
から所定量ずつ順次減じさせ、オーバースピードでなく
なったときの速度設定値を最適の加工速度として設定す
るようにしたので、最適の加工速度を自動的且つ短時間
で決定することのできるワーク加工装置の加工速度設定
方法が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を説明するためのフローチ
ャート図、第２図は第１図内の移動範囲を示す説明図、
第３図はこの発明が適用される一般的なワーク加工装置
を示すブロック図、第４図は第３図内の加工機本体の軸
構成を示す概略斜視図、第５図は加工されるワークの一
例を示す斜視図である。 （１）……加工ヘッド、（10）……加工機本体 （10a）……アーム、（30）……NC制御部 （50）……データ処理部、Ｗ……ワーク Ｋ……加工線、Vi……速度設定値 V_1MAX……最大空送り速度 V_2MAX……最大加工速度 ΔＶ……速度設定間隔（所定量） S1……ティーチングプログラムをデータ処理部に伝送す
るステップ S2……最大加工速度を初期設定するステップ S3……加工ヘッドの移動範囲を設定するステップ S6……速度設定値を最大加工速度に設定するステップ S8……シミュレーションを行うステップ S9……オーバースピードを判別するステップ S10……速度設定値を減じるステップ S11……加工速度を設定するステップ 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の軸を有する加工機本体と、この加工
   機本体のアームの先端部に設けられた加工ヘッドと、こ
   の加工ヘッドを駆動制御するためのティーチングプログ
   ラムが格納されたNC制御部と、このNC制御部に接続され
   たデータ処理部とを備え、前記データ処理部内に、前記
   複数の軸に関する各速度制限に対応した最大移動速度
   と、前記加工ヘッドの送り速度に関する速度設定間隔と
   が予め設定されているワーク加工装置の加工速度設定方
   法において、 前記ティーチングプログラムを前記NC制御部から前記デ
   ータ処理部に伝送するステップ（S1）と、 前記ティーチングプログラム並びにワークの形状、材質
   及び厚さに基づいて、前記加工ヘッドの送り速度に関す
   る最大加工速度を初期設定するステップ（S2）と、 前記ティーチングプログラム内のデータに基づいて、前
   記加工ヘッドの移動範囲を設定するステップ（S3）と、 前記加工ヘッドの送り速度に関する速度設定値を前記最
   大加工速度に設定するステップ（S6）と、 前記速度設定値で前記加工ヘッドを駆動した場合をシミ
   ュレートするステップ（S8）と、 前記シミュレートによる前記複数の軸に関する各速度設
   定値が前記各速度制限に対応した最大移動速度に越える
   か否かを判別するステップ（S9）と、 前記複数の軸のうちの少なくとも１つに関する速度設定
   値が前記最大移動速度を越える場合に、前記加工ヘッド
   の送り速度に関する速度設定値を前記速度設定間隔ずつ
   減じるステップ（S10）と、 前記複数の軸に関する速度設定値が前記最大移動速度を
   越えない場合に、前記加工ヘッドの送り速度に関する速
   度設定値を最適の加工速度として設定するステップ（S1
   1）と、 を含むことを特徴とするワーク加工装置の加工速度設定
   方法。