JP5642104B2 - Lens driving system and laser processing apparatus - Google Patents
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本発明は、加工ノズルのノズル軸に対してレーザビームの光軸を偏心させる制御装置、レンズ駆動システムおよびレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a control device, a lens driving system, and a laser processing apparatus that decenter an optical axis of a laser beam with respect to a nozzle axis of a processing nozzle.
レーザ加工装置は、レーザビームで溶解・蒸発させた材料をアシストガスで排出することにより、被加工物(材料)の加工を行なう。このようなレーザ加工装置では、このアシストガスの作用が、切断速度や切断面品質に影響を与える。例えば、被加工物が厚いほど切断面から溶融物を取り除きにくくなる。また、被加工物の切断面に十分な気流がないと切断速度が遅くなり、バリやドロスが生じてしまう。このため、加工ノズルのノズル軸(ノズル中心)に対してレーザビームの光軸(レーザビーム中心)をレーザ加工進行方向と同方向に偏心させることで、面粗さや加工速度を向上させる方法が用いられている。 The laser processing apparatus processes a workpiece (material) by discharging a material dissolved and evaporated by a laser beam with an assist gas. In such a laser processing apparatus, the action of the assist gas affects the cutting speed and the cut surface quality. For example, the thicker the workpiece, the more difficult it is to remove the melt from the cut surface. Also, if there is not enough airflow on the cut surface of the workpiece, the cutting speed will be slow, and burrs and dross will occur. For this reason, a method of improving the surface roughness and processing speed by decentering the optical axis (laser beam center) of the laser beam in the same direction as the laser processing progress direction with respect to the nozzle axis (nozzle center) of the processing nozzle is used. It has been.
特許文献1に記載されているレーザ加工機のレーザビームノズル装置は、通常固定されているレーザビームノズルをレーザビーム中心に対して任意の加工進行方向に偏心させることができる機構を有している。 The laser beam nozzle device of a laser beam machine described in Patent Document 1 has a mechanism that can decenter a normally fixed laser beam nozzle in an arbitrary machining progress direction with respect to the laser beam center. .
また、複数の駆動軸を有する機構において、それぞれの駆動軸の動的挙動が相互に干渉することにより、それぞれの駆動軸の位置決め精度が悪化することが知られている。特許文献2に記載の制御装置は、工具を互いに直交する3方向へ動作させる3つの軸(X,Y,Z軸メカ)のそれぞれの動的挙動が相互に及ぼす影響を示す伝達関数を用いて、それらの干渉を補償するための補正値を変位量として算出している。そして、算出した変位量を用いて目標変位量を補正している。
It is also known that in a mechanism having a plurality of drive shafts, the dynamic behavior of each drive shaft interferes with each other, thereby deteriorating the positioning accuracy of each drive shaft. The control device described in
上記前者および後者の技術では、薄板加工を行なう場合に、加工品質を損なう可能性があったので、薄板加工時にはレーザビームの光軸を加工ノズルのノズル軸に一致させるように加工レンズを位置決めする必要があった。しかしながら、薄板加工は厚板加工に比べて加工ヘッドが高速・高加速度で移動するので、加工ヘッドの動的挙動がレンズ駆動装置に影響を及ぼす。このため、薄板加工の際には、レンズ駆動装置の位置決め精度を悪化させ、加工レンズが固定されているレーザ加工装置よりもレーザビームの位置決め精度が劣化するという問題があった。 In the former and the latter techniques, there is a possibility that the processing quality may be impaired when processing a thin plate. Therefore, when processing a thin plate, the processing lens is positioned so that the optical axis of the laser beam coincides with the nozzle axis of the processing nozzle. There was a need. However, since the processing head moves at a higher speed and higher acceleration in the thin plate processing than in the thick plate processing, the dynamic behavior of the processing head affects the lens driving device. For this reason, in the thin plate processing, there is a problem that the positioning accuracy of the lens driving device is deteriorated and the positioning accuracy of the laser beam is deteriorated as compared with the laser processing device to which the processing lens is fixed.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高加速度で加工ヘッドが移動する場合においてもレーザビームの位置決め精度の劣化を抑制した制御装置、レンズ駆動システムおよびレーザ加工装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is possible to obtain a control device, a lens driving system, and a laser processing apparatus that suppress deterioration of positioning accuracy of a laser beam even when the processing head moves at high acceleration. Objective.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザ発振器から発振されたレーザビームを被加工物に照射する加工ヘッドを駆動させるための位置指令を、加工プログラムを用いて生成し、前記加工ヘッドを駆動する加工ヘッド駆動装置に対して出力する加工ヘッド指令生成部と、前記加工ヘッド内に配置されて前記レーザビームを集光する加工レンズを駆動するレンズ駆動装置と、前記加工ヘッドが有する加工ノズルのノズル中心に対してレーザビーム中心を偏心させるための偏心指令を、前記加工プログラムを用いて生成して出力する偏心指令生成部と、前記加工ヘッドの動的挙動に起因する前記レンズ駆動装置への外乱を補償するための外乱補償指令を、前記加工プログラムに応じた前記加工ヘッドの加速度に基づいて生成して出力する補償部と、を備え、前記レンズ駆動装置は、前記偏心指令と前記外乱補償指令とに基づき、前記加工プログラムに応じて駆動した前記加工ヘッドの動的挙動に起因した外乱を補償しながら、前記偏心指令に前記加工レンズの位置が一致するよう前記加工レンズを駆動することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention generates a position command for driving a machining head that irradiates a workpiece with a laser beam oscillated from a laser oscillator, using a machining program. A machining head command generating unit that outputs to a machining head driving device that drives the machining head, a lens driving device that drives a machining lens that is arranged in the machining head and focuses the laser beam, and Due to the dynamic behavior of the machining head, and the eccentric command generator for generating and outputting the eccentric command for decentering the laser beam center with respect to the nozzle center of the machining nozzle of the machining head. raw said disturbance compensation command for compensating for the disturbance to the lens driving device, based on the acceleration of the machining head in accordance with the machining program to be And and a compensation unit for outputting, the lens driving device, based on said eccentric command and said disturbance compensation command, compensate for the disturbance caused by the dynamic behavior of the machining head driven in accordance with the machining program However, the processing lens is driven so that the position of the processing lens matches the eccentricity command .
本発明によれば、高加速度で加工ヘッドが移動する場合においてもレーザビームの位置決め精度の劣化を抑制することが可能になるという効果を奏する。 According to the present invention, even when the machining head moves with high acceleration, it is possible to suppress the deterioration of the positioning accuracy of the laser beam.
以下に、本発明に係る制御装置、レンズ駆動システム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、これら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。 Hereinafter, embodiments of a control device, a lens driving system, and a laser processing device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。レーザ加工装置101は、レーザ発振器30と、数値制御装置1Xと、加工ヘッド6Xと、を含んで構成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a laser processing apparatus according to the first embodiment. The
レーザ発振器30は、レーザビーム13を発振する。レーザ発振器30から出力されたレーザビーム13は、反射ミラー(図示せず)などを用いて加工ヘッド6Xに導かれる。加工ヘッド6Xは、加工レンズ12などを備えており、加工レンズ12でレーザビーム13を集光して被加工物40に照射する。加工ヘッド6Xへは、アシストガスが供給され、加工ヘッド6Xからアシストガスが送出される。加工ヘッド6Xから送出されたアシストガスは、被加工物40上のレーザビーム13の照射位置に吹き付けられる。
The laser oscillator 30 oscillates the
数値制御装置1Xは、レンズ駆動制御装置としての機能を有しており、加工プログラムに基づいて、加工ヘッド6Xおよびレーザ発振器30の動作を制御する。レーザ加工装置101では、数値制御装置1Xと加工ヘッド6Xとからなるシステムが、レンズ駆動システム(レーザ照射位置制御機構)として動作する。
The
図2は、実施の形態1に係るレンズ駆動システムの構成を示す図である。レンズ駆動システム100Aは、加工ヘッド6Xと加工レンズ12の位置を制御することにより、被加工物40に照射するレーザビーム13の位置を制御する。レンズ駆動システム100Aは、数値制御装置1Xの一例である数値制御装置1Aと、加工ヘッド6Xの一例である加工ヘッド6Aとを備えている。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the lens driving system according to the first embodiment. The lens driving system 100 </ b> A controls the position of the
数値制御装置1Aは、加工ヘッド6Aを制御するコンピュータなどであり、加工ヘッド6Aの位置や加工レンズ12の位置を制御する。数値制御装置1Aは、加工プログラム記憶部2、加工ヘッド指令生成部3A、外乱推定・補償部4A、偏心指令生成部5を有している。加工ヘッド6Aは、加工ヘッド駆動装置7とレンズ駆動装置8Aを有している。
The numerical controller 1A is a computer or the like that controls the processing head 6A, and controls the position of the processing head 6A and the position of the
レンズ駆動システム100Aでは、外乱推定・補償部4Aと偏心指令生成部5とを有した装置(数値制御装置1Aなど)が、レンズ駆動装置8A(加工レンズ12)を制御するレンズ制御装置として動作し、加工ヘッド指令生成部3Aが、加工ヘッド駆動装置7(加工ヘッド6X)を制御する加工ヘッド制御装置として動作する。換言すると、数値制御装置1Aは、レンズ駆動装置8Aおよび加工ヘッド駆動装置7を制御する制御装置として動作する。
In the
数値制御装置1Aの加工プログラム記憶部2は、加工プログラムを記憶するメモリなどである。加工プログラムには、被加工物の加工位置や加工条件などが含まれている。加工ヘッド指令生成部3Aは、加工プログラム記憶部2から加工プログラムを読み出して、加工プログラムに応じた加工ヘッドへの加速度指令を算出する。また、加工ヘッド指令生成部3Aは、加速度指令から加工ヘッドへの位置指令を生成する。加工ヘッド指令生成部3Aは、生成した位置指令を加工ヘッド駆動装置7に送り、算出した加速度指令を外乱推定・補償部4Aに送る。
The machining
本実施の形態の外乱推定・補償部4Aは、加工ヘッド6Aの動的挙動によるレンズ駆動装置8Aへの外乱を推定し、外乱を補償する。具体的には、外乱推定・補償部4Aは、加速度指令に基づいて外乱補償指令を生成し、生成した外乱補償指令をレンズ駆動装置8Aに送る。外乱補償指令は、加工ヘッド6Aの加工速度に応じて動作が遅れる加工レンズ12に対し、加工レンズ12の動作の遅れを解消させるための指令である。換言すると、外乱補償指令は、加工速度の影響を打ち消す指令である。
The disturbance estimation /
偏心指令生成部5は、加工プログラム記憶部2から加工プログラムを読み出して、加工プログラムに応じた加工ヘッド6Aへの偏心指令を生成する。偏心指令は、加工ヘッド6Xが備える加工ノズル(後述のレーザビームノズル10)のノズル軸に対してレーザビーム13の光軸を偏心させる指令である。偏心指令生成部5は、生成した偏心指令をレンズ駆動装置8Aに送る。
The eccentric
加工ヘッド6Aの加工ヘッド駆動装置7は、加工ヘッド6Aを駆動させる装置である。加工ヘッド駆動装置7は、加工ヘッド指令生成部3Aからの位置指令に従って、加工ヘッド6AをXYZ方向(3次元方向)に移動させる。
The machining
レンズ駆動装置8Aは、加工レンズ12を駆動させる装置である。レンズ駆動装置8Aは、外乱推定・補償部4Aからの外乱補償指令と、偏心指令生成部5からの偏心指令と、に基づいて、加工レンズ12の位置をXY方向(2次元方向)に移動させる。
The lens driving device 8 </ b> A is a device that drives the
つぎに、レーザ加工装置101によるレーザ加工処理手順について説明する。数値制御装置1Aでは、加工ヘッド指令生成部3Aが加工プログラム記憶部2から加工プログラムを読み出して、加工プログラムに応じた加工ヘッドへの加速度指令を算出する。加工ヘッド指令生成部3Aは、算出した加速度指令を外乱推定・補償部4Aに送る。
Next, a laser processing procedure performed by the
また、加工ヘッド指令生成部3Aは、加工プログラムに応じた加工ヘッド6Aへの位置指令を生成する。このとき、加工ヘッド指令生成部3Aは、算出した加速度指令を2回積分することによって、位置指令を生成する。加工ヘッド指令生成部3Aは、生成した位置指令を加工ヘッド駆動装置7に送る。
Further, the machining head command generation unit 3A generates a position command to the machining head 6A according to the machining program. At this time, the machining head command generation unit 3A generates a position command by integrating the calculated acceleration command twice. The machining head command generation unit 3 </ b> A sends the generated position command to the machining
図3は、加速度指令から生成される位置指令の生成処理手順を示す図である。加工ヘッド指令生成部3Aは、加工プログラムから算出した加速度指令を積分器17で積分することにより、加速度指令から速度指令を導出する。さらに、加工ヘッド指令生成部3Aは、導出した速度指令を積分器18で積分することにより、速度指令から位置指令を生成する。 FIG. 3 is a diagram showing a procedure for generating a position command generated from the acceleration command. The machining head command generation unit 3A derives a speed command from the acceleration command by integrating the acceleration command calculated from the machining program with the integrator 17. Further, the machining head command generating unit 3A generates a position command from the speed command by integrating the derived speed command with the integrator 18.
加工ヘッド指令生成部3Aが生成した位置指令は、加工ヘッド駆動装置7へ入力される。加工ヘッド駆動装置7は、加工ヘッド指令生成部3Aからの位置指令に従って、加工ヘッド6AをXYZ方向に移動させる。
The position command generated by the processing head command generation unit 3 </ b> A is input to the processing
また、偏心指令生成部5は、加工プログラム記憶部2から加工プログラムを読み出して、加工プログラムに応じた偏心指令を生成する。偏心指令生成部5は、生成した偏心指令をレンズ駆動装置8Aに送る。レンズ駆動装置8Aは、偏心指令および外乱補償指令に基づいて、レーザビームノズル10のノズル軸に対してレーザビーム13の光軸を所定量だけレーザ加工進行方向と同方向に偏心させる。
The eccentric
図4は、加工ヘッドの断面構成を示す図である。なお、図4では、加工ヘッド駆動装置7の図示を省略している。また、図4では、レンズ駆動装置8Aのうちレンズアクチュエータ11以外の図示を省略している。
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the machining head. In FIG. 4, the machining
加工ヘッド6Aは、レーザビームノズル10、レンズアクチュエータ11、加工レンズ12を具備している。レーザビームノズル10は、加工ヘッド6Aの一方の端部(レーザビーム13の出射側)に取り付けられている。レーザビームノズル10は、開口部が被加工物40に指向しており、加工レンズ12で集光されたレーザビーム13を被加工物40側に送出する。レンズアクチュエータ11は、加工レンズ12の位置(XYZ方向)を制御する。
The processing head 6A includes a
レーザビーム13は、加工ヘッド6Aに入ると、加工レンズ12によって収束され、レーザビームノズル10から出射されて被加工物40に照射される。厚板切断時(被加工物40が厚板である場合)には、加工進行方向16と加工レンズ移動方向15とが一致するように加工レンズ12がレンズアクチュエータ11によって移動させられる。これにより、レーザビームノズル中心9(ノズル軸)に対してレーザビーム中心14(レーザビームの光軸)が偏心する。
When the
外乱推定・補償部4Aは、加工ヘッド指令生成部3Aから送られてくる加速度指令に基づいて、レンズ駆動装置8Aへの外乱補償指令を生成する。外乱推定・補償部4Aは、生成した外乱補償指令をレンズ駆動装置8Aに送る。
The disturbance estimation /
図5は、外乱補償の処理手順を説明するための図である。図5では、外乱推定・補償部4Aおよびレンズ駆動装置8Aの構成と、指令などの流れを示している。外乱推定・補償部4Aは、外乱推定演算器19と推力遅れ補償器20を備えている。また、レンズ駆動装置8Aは、位置・速度制御器21、推力制御系22、レンズアクチュエータ11、減算器31、加算器32を備えている。
FIG. 5 is a diagram for explaining a processing procedure for disturbance compensation. FIG. 5 shows the configuration of the disturbance estimation /
外乱推定・補償部4Aでは、加速度指令が入力されると、外乱推定演算器19が加速度指令に基づいて、レンズ駆動装置8Aへの影響を推力として算出する。この推力は、外乱推定演算器19から推力遅れ補償器20に送られる。推力遅れ補償器20は、外乱推定演算器19からの推力に基づいて、推力制御系22の遅れを解消するための外乱補償指令を生成し、推力制御系22に送る。
In the disturbance estimation /
レンズ駆動装置8Aでは、偏心指令が入力されると、減算器31が偏心指令からレンズ位置を減算する。レンズ位置は、レンズアクチュエータ11から減算器31に送られてくるものである。位置・速度制御器21は、減算結果(偏心指令とレンズ位置との差)に基づいて、推力指令を生成し、加算器32に送る。推力指令は、推力制御系22に推力を出力させる指令であり、加工プログラムに応じた位置に加工レンズ12を移動させるための指令である。
In the
加算器32は、推力遅れ補償器20から送られてくる外乱補償指令と、位置・速度制御器21から送られてくる推力指令と、を足し合わせる。外乱補償指令は、推力指令に足し合わされる指令値であり、通常動作の推力指令を加工ヘッド6A(加工レンズ12)の加速度に応じて補正するための補正推力指令値である。別言すれば、外乱補償指令は、推力制御系22の遅れを補償するための指令である。換言すると、外乱補償指令は、加工ヘッド6Aの加速度に応じて発生する加工レンズ12の位置ずれを補正するための指令である。
The
加算器32は、外乱補償指令と推力指令とを足し合わせたものを総推力指令として推力制御系22へ送る。これにより、推力制御系22へは、総推力指令が入力される。推力制御系22は、総推力指令に応じた推力をレンズアクチュエータ11へ与える。
The
レンズアクチュエータ11は、推力によって加工レンズ12の位置を移動させる。これにより、加工レンズ12の位置が変化し、レーザビーム中心14が変化する。レンズアクチュエータ11は、加工レンズ12の位置をレンズ位置として減算器31に送る。
The
本実施の形態では、加工ヘッド6Aの動的挙動に起因するレンズ駆動装置8Aへの外乱を補償するよう加工レンズ12の位置を移動させているので、加工ヘッド6Aの移動中であっても所望の位置にレーザビーム中心14を移動させることが可能となる。これにより、加工レンズ12の固定されている従来装置と比べて、レーザビーム13の位置決め精度が劣化しにくくなる。
In the present embodiment, since the position of the
なお、本実施の形態では、加工ヘッド指令生成部3Aが、加工プログラムから加速度指令を算出し、加速度指令から位置指令を生成する場合について説明したが、加工ヘッド指令生成部3Bは、加工プログラムから位置指令を算出し、位置指令から加速度指令を生成してもよい。
In the present embodiment, the case where the machining head command generation unit 3A calculates the acceleration command from the machining program and generates the position command from the acceleration command has been described. However, the machining head
また、本実施の形態では、推力遅れ補償器20が、外乱補償指令を加算器32に入力する場合について説明したが、推力遅れ補償器20は、外乱補償指令を位置指令(位置補正指令)に変換させてから減算器31に入力してもよい。この場合、2つの積分器を外乱推定・補償部4Aに配置しておく。そして、推力遅れ補償器20から出力された外乱補償指令を、第1の積分器で積分して速度指令とする。さらに、この速度指令を、第2の積分器で積分して位置指令とし、この位置指令を減算器31に入力する。減算器31は、偏心指令に位置指令を加えたものからレンズ位置を減算して、位置・速度制御器21に入力する。
In the present embodiment, the case where the thrust delay compensator 20 inputs a disturbance compensation command to the
このように、実施の形態1によれば、レンズ駆動システム100Aは、加工ヘッド6Aの動的挙動が与えるレンズ駆動装置8Aへの影響を外乱補償指令によって補償している。これにより、厚板加工の際の角部加工や薄板加工などの高加速度で加工ヘッド6Aが移動する場合においても、レーザビーム13の位置決め精度の劣化を抑制することが可能になる。したがって、被加工物40の加工品質を向上させることができる。
Thus, according to the first embodiment, the
実施の形態2.
つぎに、図6を用いてこの発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2では、予め加工プログラムを用いたレーザ加工を実施しておき、このときの加工ヘッド6Aの加速度を加速度計等で測定し学習しておく。そして、測定結果(後述の加速度学習データD1)を記憶しておき、測定結果を用いて外乱補償指令を生成する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, laser processing using a processing program is performed in advance, and the acceleration of the processing head 6A at this time is measured and learned with an accelerometer or the like. Then, the measurement result (acceleration learning data D1 described later) is stored, and a disturbance compensation command is generated using the measurement result.
図6は、実施の形態2に係るレンズ駆動システムの構成を示す図である。図6の各構成要素のうち図2に示す実施の形態1のレンズ駆動システム100Aと同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。 FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a lens driving system according to the second embodiment. Among the constituent elements in FIG. 6, constituent elements that achieve the same functions as those of the lens driving system 100 </ b> A of Embodiment 1 shown in FIG. 2 are given the same numbers, and redundant descriptions are omitted.
レンズ駆動システム100Bは、数値制御装置1Xの一例である数値制御装置1Bと、加工ヘッド6Xの一例である加工ヘッド6Aとを備えている。数値制御装置1Bは、加工ヘッド6Aを制御するコンピュータなどであり、加工ヘッド6Aの位置や加工レンズ12の位置を制御する。
The
数値制御装置1Bは、加工プログラム記憶部2、加工ヘッド指令生成部3B、加速度学習データ記憶部23、外乱補償部4B、偏心指令生成部5を有している。レンズ駆動システム100Bでは、外乱補償部4Bと偏心指令生成部5とを有した装置が、レンズ駆動装置8Aを制御するレンズ制御装置として動作する。
The numerical control device 1B includes a machining
加工ヘッド指令生成部3Bは、加工プログラム記憶部2から加工プログラムを読み出して、加工プログラムに応じた加工ヘッドへの位置指令を生成する。加速度学習データ記憶部23は、加速度計(図示せず)等で予め測定(学習)しておいた加工ヘッド6Aの加速度データを、加速度学習データD1(図示せず)として記憶するメモリなどである。
The machining head
本実施の形態では、レーザ加工装置101が、予め加工プログラム記憶部2内の加工プログラムを用いたレーザ加工を実施しておく。このときの加工ヘッド6Aの加速度を、加速度計等で測定しておき、測定結果を、加速度学習データD1として加速度学習データ記憶部23内に格納しておく。
In the present embodiment, the
そして、この後に加工プログラム記憶部2内の加工プログラムを用いてレーザ加工を行う際には、外乱補償部4Bは、加速度学習データ記憶部23内の加速度学習データD1を用いて、外乱補償指令を生成する。そして、外乱補償部4Bは、生成した外乱補償指令をレンズ駆動装置8Aに送る。また、偏心指令生成部5は、偏心指令をレンズ駆動装置8Aに送る。これにより、加工ヘッド6Aは、実施の形態1の加工ヘッド6Aと同様の動作を行う。
Then, when performing laser machining using the machining program in the machining
なお、本実施の形態では、予めレーザ加工を実施して加速度学習データD1を取得する場合について説明したが、予めコンピュータなどが加工プログラムを用いて加速度データD2(図示せず)を算出しておいてもよい。この場合、外乱補償部4Bは、算出した加速度データD2を用いて外乱補償指令を生成する。加速度データD2の算出は、数値制御装置1B以外のコンピュータが予め行ってもよいし、外乱補償部4Bが予め行ってもよい。
In this embodiment, the case where the laser processing is performed in advance to acquire the acceleration learning data D1 has been described. However, a computer or the like previously calculates acceleration data D2 (not shown) using a processing program. May be. In this case, the
また、予め外乱補償指令を生成しておき、数値制御装置1B内で記憶しておいてもよい。この場合、外乱補償部4Bは、記憶しておいた外乱補償指令をレンズ駆動装置8Aに送る。予め生成しておく外乱補償指令は、以前に外乱推定・補償部4Aや外乱補償部4Bからレンズ駆動装置8Aに出力されたものであってもよいし、加速度学習データD1や加速度データD2を用いて予め算出したものであってもよい。
Also, a disturbance compensation command may be generated in advance and stored in the numerical controller 1B. In this case, the
このように、実施の形態2によれば、レンズ駆動システム100Bは、加工ヘッド6Aの動的挙動が与えるレンズ駆動装置8Aへの影響を外乱補償指令によって補償している。これにより、実施の形態1と同様に、厚板加工の際の角部加工や薄板加工などの高加速度で加工ヘッド6Aが移動する場合においても、レーザビーム13の位置決め精度の劣化を抑制することが可能になる。
As described above, according to the second embodiment, the
また、予め記憶しておいた加速度学習データD1を用いて外乱補償指令を生成するので、算出される加速度指令と加工ヘッド6Aの実加速度との間の誤差に対しても外乱補償することが可能となる。 In addition, since the disturbance compensation command is generated using the acceleration learning data D1 stored in advance, it is possible to compensate for the error between the calculated acceleration command and the actual acceleration of the machining head 6A. It becomes.
また、予め記憶しておいた加速度学習データD1を用いて外乱補償指令を生成するので、簡易な構成の数値制御装置1Bで容易にレーザビーム13の位置決め精度の劣化を抑制することが可能になる。
In addition, since the disturbance compensation command is generated using the acceleration learning data D1 stored in advance, it is possible to easily suppress the deterioration of the positioning accuracy of the
実施の形態3.
つぎに、図7および図8を用いてこの発明の実施の形態3について説明する。実施の形態3では、加工プログラムから加工ヘッド6Xの加速度指令を先読みし、先読み結果に基づいて、外乱補償を行うタイミングを加工ヘッド6Xに指示する。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the third embodiment, the acceleration command of the
図7は、実施の形態3に係るレンズ駆動システムの構成を示す図である。図7の各構成要素のうち図2に示す実施の形態1のレンズ駆動システム100Aと同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。 FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a lens driving system according to the third embodiment. Among the constituent elements in FIG. 7, constituent elements that achieve the same functions as those of the lens driving system 100 </ b> A of Embodiment 1 shown in FIG. 2 are given the same numbers, and redundant descriptions are omitted.
レンズ駆動システム100Cは、数値制御装置1Xの一例である数値制御装置1Cと、加工ヘッド6Xの一例である加工ヘッド6Cとを備えている。数値制御装置1Cは、加工ヘッド6Cを制御するコンピュータなどであり、加工ヘッド6Cの位置や加工レンズ12の位置を制御する。
The
数値制御装置1Cは、加工プログラム記憶部2、加工ヘッド指令生成部3A、外乱推定・補償部4A、偏心指令生成部5、補償タイミング演算部24を有している。レンズ駆動システム100Cでは、外乱推定・補償部4Aと偏心指令生成部5と補償タイミング演算部24とを有した装置(数値制御装置1Cなど)が、レンズ駆動装置8Cを制御するレンズ制御装置として動作する。
The numerical control device 1C includes a machining
補償タイミング演算部24は、加工プログラム記憶部2内の加工プログラムから加工ヘッド6Cの加速度指令を先読みし、先読み結果に基づいて、外乱補償を行うタイミングをレンズ駆動装置8Cに指示する。
The compensation
数値制御装置1Cとレンズ駆動装置8Cとの間の通信周期が、推力制御系22の制御周期よりも長い場合、加工レンズ12の実際の加速に、外乱補償指令が間に合わない場合がある。本実施の形態では、補償タイミング演算部24が、加工プログラムから加工ヘッド6Cの加速度指令を先読みしている。これにより、補償タイミング演算部24は、加工ヘッド6Cの加速度の変化を事前に把握できる。
If the communication cycle between the numerical control device 1C and the lens driving device 8C is longer than the control cycle of the thrust control system 22, the disturbance compensation command may not be in time for the actual acceleration of the
補償タイミング演算部24は、外乱補償指令を開始または終了するタイミングと外乱補償指令を入力する期間を補償タイミングとしてレンズ駆動装置8C(推力制御系22側)に入力する。補償タイミングは、レンズ駆動装置8Cに外乱補償指令を取り込ませるタイミングであり、加工ヘッド6Cが加速を開始または終了するタイミングに応じて設定されている。
The compensation
外乱補償指令の入力開始/入力停止を切替える周期は、数値制御装置1Cと加工ヘッド6Cとの間の通信周期よりも短い周期であり、例えば推力制御系22の制御周期と同じ周期である。外乱補償指令の入力開始/入力停止を切替える周期は、例えば、数値制御装置1Cと加工ヘッド6Cとの間の通信周期の10分の1である。 The cycle for switching the input start / stop of the disturbance compensation command is shorter than the communication cycle between the numerical control device 1C and the machining head 6C, and is, for example, the same cycle as the control cycle of the thrust control system 22. The cycle for switching the input start / stop of the disturbance compensation command is, for example, 1/10 of the communication cycle between the numerical controller 1C and the machining head 6C.
これにより、補償タイミング演算部24は、数値制御装置1Cと加工ヘッド6Cとの間の通信周期よりも短い周期で、外乱補償指令の入力開始と入力停止を加算器32に切替えさせる。換言すると、補償タイミング演算部24は、加工ヘッド6Cが実際に加速度を変化させるタイミングに応じた適切なタイミングで外乱補償指令を開始または終了させる。
Thereby, the compensation
図8は、数値制御装置とレンズ駆動装置との間の通信周期と、推力制御系の制御周期とを説明するための図である。図8の横軸は時間であり、縦軸は加速度指令に対応する外乱補償指令である。図8では、数値制御装置1Cと加工ヘッド6C(レンズ駆動装置8C)との間の通信周期(位置指令および偏心指令の通信周期)を通信周期Tcomで示している。また、外乱補償指令を推力制御系22側に入力するタイミング(期間)を、補償タイミングTcomp1,Tcomp2で示している。 FIG. 8 is a diagram for explaining a communication cycle between the numerical controller and the lens driving device and a control cycle of the thrust control system. The horizontal axis in FIG. 8 is time, and the vertical axis is a disturbance compensation command corresponding to the acceleration command. In FIG. 8, a communication cycle (communication cycle of position command and eccentricity command) between the numerical control device 1C and the machining head 6C (lens driving device 8C) is indicated by a communication cycle Tcom . The timing (period) at which the disturbance compensation command is input to the thrust control system 22 is indicated by compensation timings T comp1 and T comp2 .
本実施の形態の補償タイミング演算部24は、加工ヘッド6Cが加速度を変化させるタイミングに対応した補償タイミングTcomp1,Tcomp2をレンズ駆動装置8C(加算器32)に入力する。これにより、推力制御系22には、外乱推定・補償部4Aからの補償タイミングTcomp1,Tcomp2で外乱補償指令が入力される。
The compensation
推力制御系22の制御周期で補償タイミングTcomp1,Tcomp2を与えることで、外乱補償の時間分解能を向上できる。これにより、数値制御装置1Cとレンズ駆動装置8Cとの間の通信周期Tcomが、推力制御系22の制御周期よりも長い場合であっても、実施の形態1とほぼ同等の効果が得られる。 By providing the compensation timings T comp1 and T comp2 in the control cycle of the thrust control system 22, the time resolution of disturbance compensation can be improved. As a result, even when the communication cycle T com between the numerical control device 1C and the lens driving device 8C is longer than the control cycle of the thrust control system 22, substantially the same effect as in the first embodiment can be obtained. .
このように、実施の形態3によれば、レンズ駆動システム100Cは、加工プログラムから加工ヘッド6Cの加速度指令を先読みし、先読み結果に基づいて、外乱補償を行うタイミングを加工ヘッド6Cに指示しているので、厚板加工の際の角部加工や薄板加工などの高加速度で加工ヘッド6Cが移動する場合においても、レーザビーム13の位置決め精度の劣化を抑制することが可能になる。
As described above, according to the third embodiment, the
また、数値制御装置1Cと加工ヘッド6Cとの間の通信周期よりも短い周期で外乱補償の開始・終了を指示するので、外乱補償の時間分解能を向上でき、その結果、適切なタイミングで外乱補償を行うことが可能となる。 Further, since the start / end of disturbance compensation is instructed at a cycle shorter than the communication cycle between the numerical controller 1C and the machining head 6C, the time resolution of the disturbance compensation can be improved, and as a result, the disturbance compensation can be performed at an appropriate timing. Can be performed.
実施の形態4.
つぎに、図9を用いてこの発明の実施の形態4について説明する。実施の形態4では、加速度学習データを用いて外乱補償指令を生成するとともに、加工プログラムから加工ヘッド6Xの加速度指令を先読みし、先読み結果に基づいて、外乱補償を行うタイミングを加工ヘッド6Xに指示する。すなわち、実施の形態4の数値制御装置は、実施の形態2の数値制御装置1Bが補償タイミング演算部24を備えた構成となっている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, a disturbance compensation command is generated using the acceleration learning data, the acceleration command of the
図9は、実施の形態4に係るレンズ駆動システムの構成を示す図である。図9の各構成要素のうち図2に示す実施の形態1のレンズ駆動システム100Aや図7に示す実施の形態3のレンズ駆動システム100Cと同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a lens driving system according to the fourth embodiment. 9, the same reference numerals are given to components that achieve the same functions as the
レンズ駆動システム100Dは、数値制御装置1Xの一例である数値制御装置1Dと、加工ヘッド6Xの一例である加工ヘッド6Cとを備えている。数値制御装置1Dは、加工ヘッド6Cを制御するコンピュータなどであり、加工ヘッド6Cの位置や加工レンズ12の位置を制御する。数値制御装置1Dは、加工プログラム記憶部2、加工ヘッド指令生成部3B、加速度学習データ記憶部23、外乱補償部4B、偏心指令生成部5、補償タイミング演算部24を有している。レンズ駆動システム100Dでは、外乱補償部4Bと偏心指令生成部5と補償タイミング演算部24とを有した装置(数値制御装置1Dなど)が、レンズ駆動装置8Cを制御するレンズ制御装置として動作する。
The
本実施の形態では、実施の形態2と同様に、加速度学習データD1を用いて外乱補償指令を生成する。また、実施の形態3と同様に、補償タイミング演算部24が、加工プログラムから加工ヘッド6Cの加速度指令を先読みし、補償タイミングをレンズ駆動装置8Cに送る。
In the present embodiment, as in the second embodiment, a disturbance compensation command is generated using the acceleration learning data D1. Similarly to the third embodiment, the compensation
これにより、レンズ駆動装置8Cは、加工ヘッド6Cが加速するタイミングに合わせて外乱補償指令を推力制御系22側に入力する。なお、補償タイミング演算部24は、加速度学習データ記憶部23内の加速度学習データD1を用いて、補償タイミングを生成してもよい。
Accordingly, the lens driving device 8C inputs a disturbance compensation command to the thrust control system 22 side in accordance with the timing at which the machining head 6C is accelerated. The compensation
このように、実施の形態4によれば、レンズ駆動システム100Dは、加工プログラムから加工ヘッド6Cの加速度指令を先読みし、先読み結果に基づいて、外乱補償を行うタイミングを加工ヘッド6Cに指示しているので、厚板加工の際の角部加工や薄板加工などの高加速度で加工ヘッド6Cが移動する場合においても、レーザビーム13の位置決め精度の劣化を抑制することが可能になる。
As described above, according to the fourth embodiment, the
以上のように、本発明に係る制御装置、レンズ駆動システムおよびレーザ加工装置は、加工ノズルのノズル軸に対してレーザビームの光軸を偏心させるレーザ加工に適している。 As described above, the control device, the lens driving system, and the laser processing apparatus according to the present invention are suitable for laser processing in which the optical axis of the laser beam is decentered with respect to the nozzle axis of the processing nozzle.
1A〜1D,1X 数値制御装置
3A,3B 加工ヘッド指令生成部
4A 外乱推定・補償部
4B 外乱補償部
5 偏心指令生成部
6A,6C,6X 加工ヘッド
7 加工ヘッド駆動装置
8A,8C レンズ駆動装置
9 レーザビームノズル中心
10 レーザビームノズル
11 レンズアクチュエータ
12 加工レンズ
13 レーザビーム
14 レーザビーム中心
22 推力制御系
23 加速度学習データ記憶部
24 補償タイミング演算部
30 レーザ発振器
40 被加工物
100A〜100D レンズ駆動システム
101 レーザ加工装置
1A to 1D, 1X
Claims (7)
前記加工ヘッド内に配置されて前記レーザビームを集光する加工レンズを駆動するレンズ駆動装置と、
前記加工ヘッドが有する加工ノズルのノズル中心に対してレーザビーム中心を偏心させるための偏心指令を、前記加工プログラムを用いて生成して出力する偏心指令生成部と、
前記加工ヘッドの動的挙動に起因する前記レンズ駆動装置への外乱を補償するための外乱補償指令を、前記加工プログラムに応じた前記加工ヘッドの加速度に基づいて生成して出力する補償部と、
を備え、
前記レンズ駆動装置は、前記偏心指令と前記外乱補償指令とに基づき、前記加工プログラムに応じて駆動した前記加工ヘッドの動的挙動に起因した外乱を補償しながら、前記偏心指令に前記加工レンズの位置が一致するよう前記加工レンズを駆動することを特徴とするレンズ駆動システム。 Processing that generates, using a processing program, a position command for driving a processing head that irradiates a workpiece with a laser beam oscillated from a laser oscillator, and outputs the command to a processing head driving device that drives the processing head A head command generation unit;
A lens driving device for driving a processing lens disposed in the processing head and condensing the laser beam;
An eccentricity command generating unit that generates and outputs an eccentricity command for decentering a laser beam center with respect to a nozzle center of a processing nozzle included in the processing head; and
A compensator for generating and outputting a disturbance compensation command for compensating for disturbance to the lens driving device due to the dynamic behavior of the machining head based on the acceleration of the machining head according to the machining program;
Equipped with a,
The lens driving device, based on the eccentricity command and the disturbance compensation command, compensates for the disturbance caused by the dynamic behavior of the machining head driven according to the machining program, and outputs the machining lens to the eccentricity command. A lens driving system, wherein the processing lens is driven so that the positions coincide with each other .
前記補償部は、前記算出された加速度を用いて、前記外乱補償指令を生成することを特徴とする請求項1に記載のレンズ駆動システム。 The machining head command generation unit calculates an acceleration of the machining head based on the machining program, generates a position command of the machining head using the calculated acceleration,
The lens driving system according to claim 1, wherein the compensation unit generates the disturbance compensation command using the calculated acceleration.
前記加工ヘッド内に配置されて前記レーザビームを集光する加工レンズを駆動するレンズ駆動装置と、
前記加工ヘッドを駆動させるための位置指令を出力するとともに、前記加工ヘッドが有する加工ノズルのノズル中心に対してレーザビーム中心を偏心させるための偏心指令を出力する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記位置指令を、加工プログラムを用いて生成する加工ヘッド指令生成部と、
前記偏心指令を、前記加工プログラムを用いて生成する偏心指令生成部と、
前記加工ヘッドの動的挙動に起因する前記レンズ駆動装置への外乱を補償するための外乱補償指令を前記加工ヘッドの加速度に基づいて生成して出力する補償部と、
を有し、
前記レンズ駆動装置は、前記偏心指令と前記外乱補償指令とに基づき、前記加工プログラムに応じて駆動した前記加工ヘッドの動的挙動に起因した外乱を補償しながら、前記偏心指令に前記加工レンズの位置が一致するよう前記加工レンズを駆動することを特徴とするレンズ駆動システム。 A machining head drive device for driving a machining head that irradiates a workpiece with a laser beam oscillated from a laser oscillator; and
A lens driving device for driving a processing lens disposed in the processing head and condensing the laser beam;
Outputs a position command for driving the pre-Symbol processing head, and a control unit for outputting the eccentricity command for decentering the laser beam center with respect to the nozzle center of the processing nozzle having the pre-Symbol machining head,
With
The controller is
A machining head command generator for generating the position command using a machining program;
An eccentricity command generator that generates the eccentricity command using the machining program;
A compensator for generating and outputting a disturbance compensation command for compensating a disturbance to the lens driving device due to the dynamic behavior of the machining head based on the acceleration of the machining head;
I have a,
The lens driving device, based on the eccentricity command and the disturbance compensation command, compensates for the disturbance caused by the dynamic behavior of the machining head driven according to the machining program, and outputs the machining lens to the eccentricity command. A lens driving system, wherein the processing lens is driven so that the positions coincide with each other .
前記レンズ駆動装置が前記加工レンズを駆動する際の推力制御周期は、自装置と前記レンズ駆動装置との間の通信周期よりも短いことを特徴とする請求項5に記載のレンズ駆動システム。 Based on the acceleration of the processing head, further includes a compensation timing calculation unit that generates a compensation timing that is a timing for causing the lens driving device to take in the disturbance compensation command, and outputs the compensation timing to the lens driving device,
6. The lens driving system according to claim 5, wherein a thrust control cycle when the lens driving device drives the processing lens is shorter than a communication cycle between the device and the lens driving device.
前記レーザ発振器から発振されたレーザビームを被加工物に照射する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドを駆動する加工ヘッド駆動装置と、
前記加工ヘッド内に配置されて前記レーザビームを集光する加工レンズを駆動するレンズ駆動装置と、
前記加工ヘッドを駆動させるための位置指令を出力するとともに、前記加工ヘッドが有する加工ノズルのノズル中心に対してレーザビーム中心を偏心させるための偏心指令を出力する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記位置指令を、加工プログラムを用いて生成する加工ヘッド指令生成部と、
前記偏心指令を、前記加工プログラムを用いて生成する偏心指令生成部と、
前記加工ヘッドの動的挙動に起因する前記レンズ駆動装置への外乱を補償するための外乱補償指令を前記加工ヘッドの加速度に基づいて生成して出力する補償部と、
を有し、
前記レンズ駆動装置は、前記偏心指令と前記外乱補償指令とに基づき、前記加工プログラムに応じて駆動した前記加工ヘッドの動的挙動に起因した外乱を補償しながら、前記偏心指令に前記加工レンズの位置が一致するよう前記加工レンズを駆動することを特徴とするレーザ加工装置。 A laser oscillator for oscillating a laser beam;
A processing head for irradiating a workpiece with a laser beam oscillated from the laser oscillator;
A machining head drive device for driving the machining head;
A lens driving device for driving a processing lens disposed in the processing head and condensing the laser beam;
Outputs a position command for driving the pre-Symbol processing head, and a control unit for outputting the eccentricity command for decentering the laser beam center with respect to the nozzle center of the processing nozzle having the pre-Symbol machining head,
With
The controller is
A machining head command generator for generating the position command using a machining program;
An eccentricity command generator that generates the eccentricity command using the machining program;
A compensator for generating and outputting a disturbance compensation command for compensating a disturbance to the lens driving device due to the dynamic behavior of the machining head based on the acceleration of the machining head;
I have a,
The lens driving device, based on the eccentricity command and the disturbance compensation command, compensates for the disturbance caused by the dynamic behavior of the machining head driven according to the machining program, and outputs the machining lens to the eccentricity command. A laser processing apparatus, wherein the processing lens is driven so that the positions coincide with each other .
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