JP2686286B2 - ３次元レーザ制御装置 - Google Patents
３次元レーザ制御装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は６軸制御による３次元レーザ制御装置に係
り、特に倣いを行う切断トーチ方向の倣い軸を焦点距離
の偏差に応じて指令できる３次元レーザ制御装置に関す
る。
り、特に倣いを行う切断トーチ方向の倣い軸を焦点距離
の偏差に応じて指令できる３次元レーザ制御装置に関す
る。
＜従来技術＞ 曲面の同時５軸制御によるレーザ切断において切断ト
ーチはＸ軸,Y軸,Z軸及び水平回転軸（Ｂ軸），垂直回転
軸（Ｃ軸）の同時５軸制御が可能である。レーザ切断加
工方法としては、（ｉ）焦点レンズとワーク間の距離を
検出する距離センサを用いる方法と、（ii）該センサを
用いない方法がある。距離センサを用いない加工方法に
おいては、トーチ中心軸ベクトルが法線方向を向くよう
に、かつ焦点レンズとワーク間距離が基準距離（例えば
焦点距離）となるように同時５軸制御のNCデータを作成
し、該NCデータに基いてトーチを移動して切断加工を行
う。即ち、切断トーチ先端位置を特定するための３次元
曲面上の点列を求め、該曲面上の点列における法線ベル
トルを求め、この法線ベクトルと切断トーチ先端位置
（X,Y,Z）と基準距離とに基づいて周知の計算式により
切断トーチの回転中心位置（x,y,z）及び水平、垂直回
転位置（b,c）を計算し、これらx,y,z,b,cを用いて同時
５軸制御用のNCデータを作成して切断加工を行う。
ーチはＸ軸,Y軸,Z軸及び水平回転軸（Ｂ軸），垂直回転
軸（Ｃ軸）の同時５軸制御が可能である。レーザ切断加
工方法としては、（ｉ）焦点レンズとワーク間の距離を
検出する距離センサを用いる方法と、（ii）該センサを
用いない方法がある。距離センサを用いない加工方法に
おいては、トーチ中心軸ベクトルが法線方向を向くよう
に、かつ焦点レンズとワーク間距離が基準距離（例えば
焦点距離）となるように同時５軸制御のNCデータを作成
し、該NCデータに基いてトーチを移動して切断加工を行
う。即ち、切断トーチ先端位置を特定するための３次元
曲面上の点列を求め、該曲面上の点列における法線ベル
トルを求め、この法線ベクトルと切断トーチ先端位置
（X,Y,Z）と基準距離とに基づいて周知の計算式により
切断トーチの回転中心位置（x,y,z）及び水平、垂直回
転位置（b,c）を計算し、これらx,y,z,b,cを用いて同時
５軸制御用のNCデータを作成して切断加工を行う。
距離センサを用いる加工方法においては、レンズの焦
点位置がレーザ加工の切断結果に大きく影響するので、
焦点レンズとワーク間距離を測定する距離センサを設け
ると共に、切断トーチをその中心軸方向に移動させる倣
い軸としてのＷ軸を設け、検出距離と焦点距離の偏差に
応じてＷ軸により切断トーチを移動させ、焦点レンズと
ワーク間の距離が基準距離となるように倣い制御してレ
ーザ加工を行っている。このようなＷ軸制御では、前者
の場合のように複雑な計算が不要なため加工面の形状に
即応できるという利点がある。
点位置がレーザ加工の切断結果に大きく影響するので、
焦点レンズとワーク間距離を測定する距離センサを設け
ると共に、切断トーチをその中心軸方向に移動させる倣
い軸としてのＷ軸を設け、検出距離と焦点距離の偏差に
応じてＷ軸により切断トーチを移動させ、焦点レンズと
ワーク間の距離が基準距離となるように倣い制御してレ
ーザ加工を行っている。このようなＷ軸制御では、前者
の場合のように複雑な計算が不要なため加工面の形状に
即応できるという利点がある。
第４図をＷ軸を備えた６軸制御レーザ加工機の概略構
造を示す断面図であり、11は切断トーチ、12は焦点レン
ズである。レーザ発振部13より射出されたレーザ光LB
は、ベントミラー14〜17により折り曲げられて、切断ト
ーチ11から加工面へ伝送される。図示構造物全体はX,Y,
Z方向に移動可能であり、しかもα軸およびβ軸を中心
に回転可能に構成され、更に前述したように切断トーチ
11の先端部（焦点レンズ12を含む）は、図示しない機構
により切断トーチ中心軸方向のＷ軸に沿って移動可能に
構成され、加工面との距離を一定に保つようになってい
る。
造を示す断面図であり、11は切断トーチ、12は焦点レン
ズである。レーザ発振部13より射出されたレーザ光LB
は、ベントミラー14〜17により折り曲げられて、切断ト
ーチ11から加工面へ伝送される。図示構造物全体はX,Y,
Z方向に移動可能であり、しかもα軸およびβ軸を中心
に回転可能に構成され、更に前述したように切断トーチ
11の先端部（焦点レンズ12を含む）は、図示しない機構
により切断トーチ中心軸方向のＷ軸に沿って移動可能に
構成され、加工面との距離を一定に保つようになってい
る。
＜発明が解決しようとする課題＞ ところで、上記のような倣い制御を行うＷ軸は機構上
大きなストロークを取れないので（通常ストロークＳは
数mm）、加工面が大きく撓んでいるような場合には切断
トーチ11が加工面に追従できず、換言すればレーザ光LB
を加工面に集中できず、切断に際して不具合を生ずると
いう問題点があった。
大きなストロークを取れないので（通常ストロークＳは
数mm）、加工面が大きく撓んでいるような場合には切断
トーチ11が加工面に追従できず、換言すればレーザ光LB
を加工面に集中できず、切断に際して不具合を生ずると
いう問題点があった。
以上から本発明の目的は、倣い制御に必要十分なスト
ロークを軸切換により達成できる３次元レーザ制御装置
を提供することである。
ロークを軸切換により達成できる３次元レーザ制御装置
を提供することである。
＜課題を解決するための手段＞ 第１図は本発明の３次元レーザ制御装置のブロック構
成図である。
成図である。
１は距離センサ、２はA/D変換器、３は距離識別回
路、４は加算回路、５は速度制御部、６は倣い軸指令手
段、７は倣い軸切換部、８はＷ軸駆動回路、９はＺ軸駆
動回路、11は切断トーチ（レーザノズル）、12は焦点レ
ンズ、WKはワーク、Δｌは距離偏差である。
路、４は加算回路、５は速度制御部、６は倣い軸指令手
段、７は倣い軸切換部、８はＷ軸駆動回路、９はＺ軸駆
動回路、11は切断トーチ（レーザノズル）、12は焦点レ
ンズ、WKはワーク、Δｌは距離偏差である。
＜作用＞ 切断トーチ11の焦点レンズ12とワーク（WK）加工面の
距離を検出する距離センサ１と、プログラムからの指令
あるいは操作盤からの指令に応じて倣い制御に用いる軸
を指令する倣い軸指令手段６を設け、距離センサ１から
得られる検出距離と基準距離（焦点距離）との偏差Δｌ
がＷ軸の可動ストロークＳ内であり倣い可能であれば、
倣い軸指令手段６の指令により倣い軸切換部７をしてＷ
軸を倣い軸として用い、倣い制御における焦点レンズ12
とワーク加工面の距離を一定に保ってワークWKの加工を
行う。一方、距離センサ１から得られる検出距離と基準
距離との偏差ΔｌがＷ軸の可動ストロークＳを越えるよ
うであれば、倣い軸指令手段６の指令により倣い軸切換
部７をしてＷ軸方向に移動可能な軸、例えばＺ軸を倣い
軸として用い、倣い制御における焦点レンズ12とワーク
加工面の距離を一定に保ってワークWKの加工を行う。
距離を検出する距離センサ１と、プログラムからの指令
あるいは操作盤からの指令に応じて倣い制御に用いる軸
を指令する倣い軸指令手段６を設け、距離センサ１から
得られる検出距離と基準距離（焦点距離）との偏差Δｌ
がＷ軸の可動ストロークＳ内であり倣い可能であれば、
倣い軸指令手段６の指令により倣い軸切換部７をしてＷ
軸を倣い軸として用い、倣い制御における焦点レンズ12
とワーク加工面の距離を一定に保ってワークWKの加工を
行う。一方、距離センサ１から得られる検出距離と基準
距離との偏差ΔｌがＷ軸の可動ストロークＳを越えるよ
うであれば、倣い軸指令手段６の指令により倣い軸切換
部７をしてＷ軸方向に移動可能な軸、例えばＺ軸を倣い
軸として用い、倣い制御における焦点レンズ12とワーク
加工面の距離を一定に保ってワークWKの加工を行う。
＜実施例＞ 第１図は本発明の３次元レーザ制御装置のブロック構
成図である。
成図である。
図において、１は距離センサであり、切断トーチ（レ
ーザノズル）11の焦点レンズ12とワーク（WK）加工面の
距離を検出する。２はA/D変換器であり、距離センサ１
から出力されたアナログの距離情報（電圧）をデジタル
値に変換する。３は距離識別回路であり、A/D変換器２
から出力されたデジタルの距離情報に基いて切断トーチ
11の焦点レンズ12とワーク（WK）加工面の距離を識別す
る。４は加算回路であり、識別された距離が基準距離に
対して有する偏差（距離偏差Δｌ）を算出する。５は速
度制御部であり、距離偏差Δｌを零とするために倣い軸
を移動させる速度信号を出力する。
ーザノズル）11の焦点レンズ12とワーク（WK）加工面の
距離を検出する。２はA/D変換器であり、距離センサ１
から出力されたアナログの距離情報（電圧）をデジタル
値に変換する。３は距離識別回路であり、A/D変換器２
から出力されたデジタルの距離情報に基いて切断トーチ
11の焦点レンズ12とワーク（WK）加工面の距離を識別す
る。４は加算回路であり、識別された距離が基準距離に
対して有する偏差（距離偏差Δｌ）を算出する。５は速
度制御部であり、距離偏差Δｌを零とするために倣い軸
を移動させる速度信号を出力する。
６は倣い軸指令手段であり、プログラムからの指令あ
るいは操作盤からの指令に応じて倣い制御に用いる軸を
指令する。なお、加算回路４から出力される距離偏差Δ
ｌがＷ軸の可動ストロークＳを越えることがなければ、
Ｗ軸が倣い軸として指令され、該距離偏差ΔｌがＷ軸の
可動ストロークＳを越えれば、Ｗ軸方向に移動可能な
軸、例えばＺ軸が倣い軸として指令される。７は倣い軸
切換部であり、倣い軸指令手段６の指令に応じて倣い軸
の速度信号をＷ軸駆動回路８またはＺ軸駆動回路９へ出
力させる。Ｗ軸駆動回路８およびＺ軸駆動回路９は、ワ
ークWKの加工の際に焦点レンズ12とワーク加工面の距離
を一定に保つように、それぞれの倣い軸における切断ト
ーチ11の位置を可変させる。
るいは操作盤からの指令に応じて倣い制御に用いる軸を
指令する。なお、加算回路４から出力される距離偏差Δ
ｌがＷ軸の可動ストロークＳを越えることがなければ、
Ｗ軸が倣い軸として指令され、該距離偏差ΔｌがＷ軸の
可動ストロークＳを越えれば、Ｗ軸方向に移動可能な
軸、例えばＺ軸が倣い軸として指令される。７は倣い軸
切換部であり、倣い軸指令手段６の指令に応じて倣い軸
の速度信号をＷ軸駆動回路８またはＺ軸駆動回路９へ出
力させる。Ｗ軸駆動回路８およびＺ軸駆動回路９は、ワ
ークWKの加工の際に焦点レンズ12とワーク加工面の距離
を一定に保つように、それぞれの倣い軸における切断ト
ーチ11の位置を可変させる。
第２図に示すような形状のワーク板WK1をレーザ切断
する方法を説明する。なお、トーチ中心方向はＺ軸と平
行となっており、従って自動焦点調整軸となるＷ軸方向
はＺ軸方向と等しくなっているものとする。また、NC指
令はX,Y平面の２軸指令で与えられ、Ｚ軸方向には倣い
制御が行われるものとする。
する方法を説明する。なお、トーチ中心方向はＺ軸と平
行となっており、従って自動焦点調整軸となるＷ軸方向
はＺ軸方向と等しくなっているものとする。また、NC指
令はX,Y平面の２軸指令で与えられ、Ｚ軸方向には倣い
制御が行われるものとする。
まず、Ｗ軸を加工領域AR1における倣い軸としてプロ
グラム（あるいは操作盤）から指令する。これにより倣
い軸切換部７は、加工領域AR2での距離偏差ΔｌをＷ軸
の駆動により減殺し、焦点レンズ12とワーク板WK1加工
面（正しくはワーク中心点）の距離を、レーザの最大パ
ワーが得られるレンズの焦点距離に規定する。
グラム（あるいは操作盤）から指令する。これにより倣
い軸切換部７は、加工領域AR2での距離偏差ΔｌをＷ軸
の駆動により減殺し、焦点レンズ12とワーク板WK1加工
面（正しくはワーク中心点）の距離を、レーザの最大パ
ワーが得られるレンズの焦点距離に規定する。
切断加工が進行し、加工領域がAR1からAR2へと移り、
Ｗ軸のストロークでは倣いができなくなったら、加工領
域AR2への移動前にストロークの大きなＺ軸を加工領域A
R2における倣い軸としてプログラム（あるいは操作盤）
から指令する。倣い軸切換部７は、加工領域AR2での距
離偏差ΔｌをＺ軸の駆動により減殺し、焦点レンズ12と
ワーク板WK1加工面の距離を、レーザの最大パワーが得
られるレンズの焦点距離に規定する。このように倣い軸
をプログラムあるいは操作盤から指令し、焦点レンズ12
とワーク板WK1加工面の距離を一定に保ってワーク板WK1
の加工を行う。なお、距離偏差ΔｌとストロークＳの大
小に応じて自動的に軸切換を行うようにもできる。
Ｗ軸のストロークでは倣いができなくなったら、加工領
域AR2への移動前にストロークの大きなＺ軸を加工領域A
R2における倣い軸としてプログラム（あるいは操作盤）
から指令する。倣い軸切換部７は、加工領域AR2での距
離偏差ΔｌをＺ軸の駆動により減殺し、焦点レンズ12と
ワーク板WK1加工面の距離を、レーザの最大パワーが得
られるレンズの焦点距離に規定する。このように倣い軸
をプログラムあるいは操作盤から指令し、焦点レンズ12
とワーク板WK1加工面の距離を一定に保ってワーク板WK1
の加工を行う。なお、距離偏差ΔｌとストロークＳの大
小に応じて自動的に軸切換を行うようにもできる。
上記のように必要に応じて倣い軸を指令できるので、
倣い軸のストロークを大きくとれる。
倣い軸のストロークを大きくとれる。
第３図は本発明による円筒形ワークの切断加工方法を
説明するための図であり、円筒形ワークの側面に円形の
開口部を設けるものとする。なお、トーチ中心軸はＺ軸
と平行となっており、しかもNC指令はX,Yの２軸指令と
なっているものとする。本発明においては、例えば距離
偏差が小さい切断範囲ＡおよびＣの加工プログラムで倣
い軸としてＷ軸を指令し、Ｚ軸方向の距離偏差が大きい
切断範囲ＢおよびＤの加工プログラムで倣い軸として切
断点の方線方向の軸を指令する。このようにNC指令によ
りX,Yの２軸を位置決めするだけで、Ｚ軸に関する位置
は、距離センサ１から得られる距離偏差Δｌに基づき、
倣い制御により規定される。また、ワークへのアプロー
チに際して、ストロークの大きな軸を指令することによ
り、安全に位置を規定することも可能である。
説明するための図であり、円筒形ワークの側面に円形の
開口部を設けるものとする。なお、トーチ中心軸はＺ軸
と平行となっており、しかもNC指令はX,Yの２軸指令と
なっているものとする。本発明においては、例えば距離
偏差が小さい切断範囲ＡおよびＣの加工プログラムで倣
い軸としてＷ軸を指令し、Ｚ軸方向の距離偏差が大きい
切断範囲ＢおよびＤの加工プログラムで倣い軸として切
断点の方線方向の軸を指令する。このようにNC指令によ
りX,Yの２軸を位置決めするだけで、Ｚ軸に関する位置
は、距離センサ１から得られる距離偏差Δｌに基づき、
倣い制御により規定される。また、ワークへのアプロー
チに際して、ストロークの大きな軸を指令することによ
り、安全に位置を規定することも可能である。
なお、第３図において倣い軸をＺ軸に最初から固定し
てもよい。
てもよい。
＜発明の効果＞ 以上本発明によれば、焦点レンズとワーク加工面の距
離を検出する距離センサと、検出距離を基準距離に等し
くするためのフィードバック回路と、Ｗ軸駆動回路なら
びにＷ軸に同一方向にトーチを移動させるＺ軸駆動回路
と、プログラムからの指令あるいは操作盤からの指令あ
るいは検出距離の大きさに応じて倣い制御に用いる軸を
指令する倣い軸指令手段と、フィードバック回路出力を
指令された軸に応じた駆動回路に入力する倣い軸切換部
を設け、距離センサから得られる距離の偏差がＷ軸の可
動ストローク内であれば、倣い軸指令手段の指令により
Ｗ軸を倣い軸として用い、距離の偏差がＷ軸の可動スト
ロークを越えるようであれば、倣い軸指令手段の指令に
よりＷ軸方向に移動可能な軸を倣い軸として用いるよう
に構成したから、倣い制御に必要なストロークを有する
倣い軸を焦点距離の偏差に応じて指令できる。
離を検出する距離センサと、検出距離を基準距離に等し
くするためのフィードバック回路と、Ｗ軸駆動回路なら
びにＷ軸に同一方向にトーチを移動させるＺ軸駆動回路
と、プログラムからの指令あるいは操作盤からの指令あ
るいは検出距離の大きさに応じて倣い制御に用いる軸を
指令する倣い軸指令手段と、フィードバック回路出力を
指令された軸に応じた駆動回路に入力する倣い軸切換部
を設け、距離センサから得られる距離の偏差がＷ軸の可
動ストローク内であれば、倣い軸指令手段の指令により
Ｗ軸を倣い軸として用い、距離の偏差がＷ軸の可動スト
ロークを越えるようであれば、倣い軸指令手段の指令に
よりＷ軸方向に移動可能な軸を倣い軸として用いるよう
に構成したから、倣い制御に必要なストロークを有する
倣い軸を焦点距離の偏差に応じて指令できる。
第１図は本発明を実現できる３次元レーザ制御装置のブ
ロック構成図、 第２図は本発明の加工方法を説明するための図、 第３図は本発明による円筒形ワークの切断加工方法を説
明するための図、 第４図はレーザ加工機の概略構造を示す断面図である。 １……距離センサ、 ２……A/D変換器、 ３……距離識別回路、 ４……加算回路、 ５……速度制御部、 ６……倣い軸指令手段、 ７……倣い軸切換部、 ８……Ｗ軸駆動回路、 ９……Ｚ軸駆動回路、 11……切断トーチ（レーザノズル）、 12……焦点レンズ、 WK……ワーク、 Δｌ……距離偏差。
ロック構成図、 第２図は本発明の加工方法を説明するための図、 第３図は本発明による円筒形ワークの切断加工方法を説
明するための図、 第４図はレーザ加工機の概略構造を示す断面図である。 １……距離センサ、 ２……A/D変換器、 ３……距離識別回路、 ４……加算回路、 ５……速度制御部、 ６……倣い軸指令手段、 ７……倣い軸切換部、 ８……Ｗ軸駆動回路、 ９……Ｚ軸駆動回路、 11……切断トーチ（レーザノズル）、 12……焦点レンズ、 WK……ワーク、 Δｌ……距離偏差。
Claims (1)
- 【請求項１】自動焦点調整軸となるＷ軸の倣い制御によ
り焦点レンズとワーク加工面の距離を一定に保って該ワ
ークの加工を行う３次元レーザ制御装置において、 焦点レンズとワーク加工面の距離を検出する距離センサ
と、検出距離を基準距離に等しくするためのフィードバ
ック回路と、Ｗ軸駆動回路ならびにＷ軸と同一方向にト
ーチを移動させるＺ軸駆動回路と、プログラムからの指
令あるいは操作盤からの指令あるいは検出距離の大きさ
に応じて倣い制御に用いる軸を指令する倣い軸指令手段
と、フィードバック回路出力を指令された軸に応じた駆
動回路に入力する倣い軸切換部を有することを特徴とす
る３次元レーザ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63194196A JP2686286B2 (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | ３次元レーザ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63194196A JP2686286B2 (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | ３次元レーザ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0246992A JPH0246992A (ja) | 1990-02-16 |
| JP2686286B2 true JP2686286B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=16320550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63194196A Expired - Fee Related JP2686286B2 (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | ３次元レーザ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2686286B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5032081B2 (ja) * | 2006-09-29 | 2012-09-26 | オークマ株式会社 | 工作機械における加工制御方法及び加工情報作成方法 |
-
1988
- 1988-08-03 JP JP63194196A patent/JP2686286B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0246992A (ja) | 1990-02-16 |
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