JP6758552B1 - 加工不具合検出装置、レーザ切断加工装置および放電加工装置 - Google Patents

Abstract

加工不具合検出装置（３０）は、加工時に加工点で発生する加工光を計測する加工光計測部（３１）と、加工点で発生する加工音を計測する加工音計測部（３２）と、加工で加工不具合が発生したかどうかを判定する演算部（４０）と、を備える。演算部（４０）は、特徴量抽出部（４１）と、判定値算出部（４３）と、判定部（４８）と、を有する。特徴量抽出部（４１）は、加工光計測部（３１）で計測された加工光信号から加工光特徴量を抽出し、加工音計測部（３２）で計測された加工音信号から加工音特徴量を抽出する。判定値算出部（４３）は、加工光特徴量と加工音特徴量とに基づいて合成不具合判定値を算出する。判定部（４８）は、合成不具合判定値を判定基準値と比較して加工不具合が発生したかどうかを判定する。

Description

本発明は、レーザ切断加工および放電加工などの加工の不具合を検出する加工不具合検出装置、レーザ切断加工装置および放電加工装置に関する。

レーザ溶接加工では、溶接加工の良不良の判断は、溶接物の外観の観察からでは困難であり、溶接断面を調べることによって行われる。しかし、溶接加工後に溶接断面を調べるのは現実的ではない。そこで、特許文献１には、レーザ溶接時に発生する加工光および加工音の少なくとも一方についてセンサで計測を行い、計測された加工光および加工音の少なくとも一方の強度または振幅を含む特徴量を、レーザ溶接が正常に行われた場合の適正値と比較して加工不具合の検出を行うレーザ溶接方法が開示されている。

特開２００７−２５３１９７号公報

しかしながら、特許文献１は、レーザ溶接加工に関する技術であり、レーザ切断加工に関する技術ではない。レーザ切断加工では、切断物の良不良の判断は、切断物の外観の観察によって行われる。しかし、切断途中に軽微な加工不良が発生した場合には、レーザ切断加工中には切断物の良不良の判断を行うことができず、レーザ切断加工の完了後に判断しなければならない。そのため、レーザ切断加工の途中でも切断物の良不良の判断を行うことができる技術が求められていた。また、被加工物の材質または板厚を含む加工条件が変更されると、センサで取得される特徴量にばらつきが生じることがある。特許文献１に記載の技術では、適正値はレーザ溶接が正常に行われた場合のセンサの計測値に基づいて算出されるが、適正値の算出の際にこのような特徴量のばらつきが考慮されていない。そのため、特徴量のばらつきが生じると妥当な適正値を設定できず、加工不具合の検出精度を高めることができないという問題があった。また、レーザ切断加工だけではなく、放電加工などの他の加工においても、加工条件が変更された場合の加工不具合の検出を従来に比して高めることができる技術が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工条件が変更された場合でも加工不具合の検出を従来に比して高めることができる加工不具合検出装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の加工不具合検出装置は、加工時に加工点で発生する加工光を計測する加工光計測部と、加工点で発生する加工音を計測する加工音計測部と、加工で加工不具合が発生したかどうかを判定する演算部と、を備える。演算部は、特徴量抽出部と、判定値算出部と、判定部と、を有する。特徴量抽出部は、加工光計測部で計測された加工光信号から加工光特徴量を抽出し、加工音計測部で計測された加工音信号から加工音特徴量を抽出する。判定値算出部は、加工光特徴量と加工音特徴量とに基づいて合成不具合判定値を算出する。判定部は、合成不具合判定値を判定基準値と比較して加工不具合が発生したかどうかを判定する。判定値算出部は、加工光特徴量および加工音特徴量に、加工条件に応じて定められた重み付けを行って合成することにより合成不具合判定値を算出する。

本発明にかかる加工不具合検出装置は、加工条件が変更された場合でも加工不具合の検出を従来に比して高めることができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるレーザ切断加工装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態１のレーザ切断加工時の加工点周辺の様子を模式的に示す図 実施の形態１の切断スリットと加工光計測部との間の配置の一例を示す図 加工光計測部を通り、切断スリットの延在方向に垂直な面Ｐで図３に示した被加工物と加工光計測部とを切断した面で、切断スリットが一定の幅を有する場合の一例を示す図 加工光計測部を通り、切断スリットの延在方向に垂直な面Ｐで図３に示した被加工物と加工光計測部とを切断した面で、切断スリットが一定の幅を有する場合の一例を示す図 実施の形態１によるレーザ切断加工の不具合の種類による加工光および加工音での相対的な検知精度の一例を示す図 実施の形態１による重み付け情報の一例を示す図 実施の形態１による演算部のハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態２にかかるレーザ切断加工装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態２による重み付け情報の一例を示す図 実施の形態３にかかるレーザ切断加工装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態４にかかるレーザ切断加工装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態５による重み付け情報の一例を示す図 実施の形態６にかかるワイヤ放電加工装置の構成の一例を模式的に示す図 被加工物の厚さが厚い場合の放電加工時の加工開始時の状況の一例を模式的に示す図 被加工物の厚さが厚い場合の放電加工時の図１５よりも加工が進んだ状況の一例を模式的に示す図 被加工物の厚さが薄い場合の放電加工時の加工が進んだ状況の一例を模式的に示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる加工不具合検出装置、レーザ切断加工装置および放電加工装置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。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるレーザ切断加工装置の構成の一例を模式的に示す図である。レーザ切断加工装置１は、被加工物１００にレーザ光Ｌを照射して加工を行うレーザ切断加工部１０と、レーザ切断加工部１０でのレーザ切断加工の不具合を検出する加工不具合検出装置である加工不具合検出部３０と、を備える。

レーザ切断加工部１０は、被加工物１００を載置するステージ１１と、レーザ光Ｌを出力するレーザ発振器１２と、レーザ発振器１２からのレーザ光Ｌを被加工物１００に集光させる加工ヘッド１３と、レーザ発振器１２から加工ヘッド１３へとレーザ光Ｌを伝播させる光ファイバ１４と、を有する。

レーザ発振器１２の種類は限定されない。レーザ発振器１２の一例は、炭酸ガスレーザ等の気体レーザ、ファイバレーザ発振器またはＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）結晶を励起媒体とするＹＡＧレーザ等の固体レーザである。また、レーザ発振器１２は、レーザダイオードの光をそのまま利用するダイレクトダイオードレーザであってもよい。

加工ヘッド１３は、レーザ光Ｌを被加工物１００へ集光する光学系１３１と、レーザ切断加工時に被加工物１００にレーザ光Ｌが照射される加工点に加工ガスを供給する加工ノズル１３２と、を有する。加工ノズル１３２から加工ガスを供給することで、レーザ光Ｌにより溶融した金属ドロスが吹き飛ばされる。加工ガスの一例は、酸素または窒素である。酸素ガスを加工ガスとして供給することで、酸化反応による加工が促進される。窒素ガスを加工ガスとして供給することで、加工面の酸化防止によって、加工面の品質の向上を図ることができる。なお、加工ノズル１３２には、加工ガスが供給される図示しない加工ガス供給部が接続されている。また、レーザ切断加工部１０で形状加工を実施する場合には、加工ヘッド１３とステージ１１との間の相対的位置関係を変更する少なくとも１つ以上の図示しない駆動装置が設けられる。

加工不具合検出部３０は、レーザ切断加工部１０が被加工物１００をレーザ切断加工中であるときに発生する光および音を計測し、この計測結果に基づいてレーザ切断加工に不具合が発生していないかを判定する。加工不具合検出部３０は、加工光計測部３１と、加工音計測部３２と、演算部４０と、を備える。

加工光計測部３１は、レーザ切断加工中に高温となった被加工物１００の表面または被加工物１００の表面周辺に発生するプラズマからの加工光を計測し、計測した加工光を時系列に並べた加工光信号を演算部４０に出力する。加工光計測部３１は、光センサまたは分光器を搭載する。光センサの一例は、フォトダイオード、光電子管、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）センサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）センサである。分光器の一例は、スペクトル分光器である。

図２は、実施の形態１のレーザ切断加工時の加工点周辺の様子を模式的に示す図である。加工光計測部３１は、加工点で発生する加工光を計測することができるように配置されていればよい。加工光計測部３１は、図１に示されるように、加工ノズル１３２の外部に設けられてもよいし、図２に示されるように、加工ノズル１３２の内部に設けられてもよい。これらの場合において、加工光計測部３１は、被加工物１００に対してレーザ光Ｌが照射される側に設置される。また、これらの場合において、ハーフミラーを含む光学系を用いて、加工点からの加工光が加工光計測部３１に導かれるようにしてもよい。切断スリット１０１で発生する加工不具合またはレーザ光Ｌが照射されている斜めの面である切断フロント１０２の情報が加工光の信号光強度の変化として計測される。

図１に戻り、加工音計測部３２は、レーザ切断加工中に加工点周辺で発生する加工音を計測し、計測した加工音を時系列に並べた加工音信号を演算部４０に出力する。加工音計測部３２は、加工音検出センサを搭載する。加工音検出センサの一例は、マイクである。加工音計測部３２は、加工ヘッド１３の外部で加工点の周辺に設置される。

加工点周辺で発生する加工音は、主に、ノズル通過音、ガス散逸音、あるいは切断部通過音である。ノズル通過音は、加工ガスの流れが加工ノズル１３２を通過する際に発生する音である。ガス散逸音は、加工ガスの流れが加工ノズル１３２の先端と被加工物１００との隙間を通過して周囲に散逸する際に発生する音である。切断部通過音は、図２に示されるように、レーザ切断中に被加工物１００に形成される切断スリット１０１と呼ばれる細い隙間を加工ガスの流れが通過する際に発生する音である。切断スリット１０１は加工状況によって、幅または加工点でのテーパ形状が変化するため、加工ガスが流れる流路形状が変化し、この変化が、加工音、特に切断部通過音の変化として計測される。

図１に戻り、演算部４０は、加工光計測部３１からの加工光信号および加工音計測部３２からの加工音信号を用いて、レーザ切断加工での加工不具合の発生の検出を判定する。

演算部４０は、特徴量抽出部４１と、不具合判定情報記憶部４２と、判定値算出部４３と、重み付け情報記憶部４６と、判定基準値記憶部４７と、判定部４８と、を備える。

特徴量抽出部４１は、加工光特徴量抽出部４１１と、加工音特徴量抽出部４１２と、を有する。加工光特徴量抽出部４１１は、加工光計測部３１から得られる時系列の加工光信号を解析し、加工の特性を示す加工光特徴量を抽出する。加工光特徴量の一例は、時系列の加工光信号の強度を平均化した平均加工光信号強度、平均加工光信号強度で規格化された加工光信号の分散である加工光の変動係数である。

加工音特徴量抽出部４１２は、加工音計測部３２から得られる時系列の加工音信号を解析し、加工の特性を示す加工音特徴量を抽出する。加工音特徴量の一例は、時系列の加工音信号の強度を平均化した平均加工音信号強度、平均加工音信号強度で規格化された加工音信号の分散である加工音の変動係数である。

不具合判定情報記憶部４２は、加工不具合が発生したときの特徴量を示す不具合判定情報を記憶する。レーザ切断加工で検出することが望まれる加工不具合の一例は、切断部閉塞による加工不具合および切断面内の加工不具合である。切断部閉塞による加工不具合には、レーザ光Ｌで加熱された被加工物１００が溶融した金属ドロスが切断スリット１０１を塞ぐことによって発生するバーニングまたはガウジングがある。また、切断面内の加工不具合には、切断面内の被加工物１００中の不純物またはレーザ光Ｌの強度不足、強度過多もしくは不安定性、あるいは溶融金属表面の溶融不安定性によるドロス排出が不連続となって生じるキズまたは荒れがある。

不具合判定情報では、これらの切断部閉塞による加工不具合および切断面内の加工不具合を検出するために、加工不具合の種類と不具合判定基準値とが対応付けられている。不具合判定基準値は、抽出した特徴量が加工不具合と判定される基準である。切断部閉塞による不具合のときに抽出される加工光の変動係数および加工音の変動係数を切断部閉塞の不具合に対応付けたものは、不具合判定情報の一例である。また、切断面の不具合のときに観測される加工光の変動係数および加工音の変動係数を切断面の不具合に対応付けたものは、不具合判定情報の一例である。なお、ここでは、不具合の種類として、切断部閉塞による不具合と、切断面内の不具合と、を例示したが、加工光および加工音によって検出することができるものであれば、このほかの不具合が含まれてもよい。この他の不具合として、金属ドロスが切断スリット下端で固化したドロス付着が挙げられる。

判定値算出部４３は、加工光特徴量および加工音特徴量に、加工条件に応じて定められた重み付けを行って合成することにより合成不具合判定値を算出する。実施の形態１では、判定値算出部４３は、加工光特徴量および加工音特徴量を用いて算出された加工光不具合判定値および加工音不具合判定値に、加工条件による重み付けを行うことによって合成不具合判定値を算出する。判定値算出部４３は、加工光特徴量および加工音特徴量のそれぞれについて不具合判定値を算出する不具合判定値算出部４４と、加工光の不具合判定値と加工音の不具合判定値とを重み付けして合成不具合判定値を算出する合成不具合判定値算出部４５と、を有する。

不具合判定値算出部４４は、加工光不具合判定値算出部４４１と、加工音不具合判定値算出部４４２と、を有する。加工光不具合判定値算出部４４１は、加工光特徴量抽出部４１１で抽出された加工光特徴量と、不具合判定情報中の不具合判定基準値と、を比較し、加工不具合の発生の可能性の度合いを示す加工光不具合判定値を算出する。加工光不具合判定値の一例は、加工光特徴量と、不具合判定情報中の加工光の不具合判定基準値と、の間の一致度である。

加工音不具合判定値算出部４４２は、加工音特徴量抽出部４１２で抽出された加工音特徴量と、不具合判定情報中の不具合判定基準値と、を比較し、不具合の発生の度合いを示す加工音不具合判定値を算出する。加工音不具合判定値の一例は、加工音特徴量と、不具合判定情報中の加工音の不具合判定基準値と、の間の一致度である。

なお、不具合判定情報に複数種類の加工不具合がある場合には、加工光不具合判定値算出部４４１および加工音不具合判定値算出部４４２は、すべての種類の加工不具合に対して加工光および加工音の不具合判定値を算出し、最も一致度の高いものを選択する。また、最も一致度の高い不具合判定値が閾値未満である場合には、加工光不具合判定値算出部４４１および加工音不具合判定値算出部４４２は、不具合が発生していないと判定してもよい。つまり、一致度がある閾値未満の場合には不具合が発生していないものとし、このような場合には、後述する合成不具合判定値算出部４５での合成不具合判定値の算出を行わないようにすることができる。

以下に、レーザ切断加工中における加工光を用いた加工不具合の判定の容易さについて説明する。上記したように、加工光計測部３１は、加工ヘッド１３の内側または加工ヘッド１３の外側周辺の、被加工物１００に対してレーザ光Ｌが照射される側に配置されている。

切断部閉塞による加工不具合であるバーニングまたはガウジングの際には、加工中に発生する金属ドロスは、良好切断時のように図２の切断スリット１０１が形成された被加工物１００の下方には排出されずに、被加工物１００の表面の加工点周辺に留まったままとなる。そのため、加工点周辺に留まった金属ドロスはレーザ光Ｌの照射を受けることになるので、被加工物１００の表面の加工点周辺の溶融金属は非常に高温となり、強い加工光が発生する。つまり、加工光計測部３１では容易に加工光を計測することができ、加工光特徴量抽出部４１１では加工光の高い光信号光強度を得ることができる。その結果、加工光不具合判定値算出部４４１では、加工光を用いた金属ドロスによる加工不具合の判定を容易に行うことが可能である。

一方、切断面内の加工不具合であるキズまたは荒れに対しては、板厚または加工不具合が発生する部位によって、判定容易度が異なる。図２で、加工ノズル１３２の加工ノズル出口１３２ａから、レーザ光Ｌと加工ガスとが被加工物１００の加工点に供給される。レーザ光Ｌにより溶融した溶融金属は自重、表面張力または加工ガスによって下方に流れていく。図２の例では、被加工物１００に対して、加工ヘッド１３を相対的に左方向に移動させることで、被加工物１００の表面上のエッジで挟まれる切断スリット１０１が形成される。以上のようにして、切断加工が行われる。

この切断スリット１０１中で、レーザ光Ｌが照射されている斜めの面が切断フロント１０２である。切断加工中には、切断フロント１０２の表面には溶融金属が存在している。溶融金属の温度が低い場合には粘性が高く、表面張力が大きくなるため、この粘性および表面張力に打ち勝つ溶融金属の自重が大きくなるまで、図２の下方には排出されない。溶融が進行し溶融金属の体積が大きく自重が大きくなると、溶融金属の自重は粘性および表面張力に打ち勝ち、図２の下方に排出される。この場合、一度に排出される体積が大きくなるために、切断フロント１０２の表面の面粗さが大きくなり、キズまたは荒れなどが発生しやすくなる。これに対して、溶融金属の温度が高い場合には、溶融金属の粘性が低くなるため、この粘性および表面張力に打ち勝つための溶融金属の自重あるいは体積はより小さくても、図２の下方に排出される。この場合、一度に排出される体積が小さくなるために、切断フロント１０２の表面の面粗さは小さくなり、キズまたは荒れなどは発生し難くなる。つまり、一度に排出される溶融金属の体積が小さい程、切断面の面粗さは小さくなり、切断面の面粗さ、キズまたは荒れは、切断フロント１０２の温度に依存する。なお、この場合の溶融金属の温度の高低および体積の大小は、レーザ切断加工の対象となる被加工物１００の材質と、使用される加工ガスと、に依存するものである。特に、溶融金属の温度の高低および体積の大小は、溶融金属の材質の温度に対する粘性と、溶融金属の密度に依存する。

また、切断フロント１０２は、溶融金属の組成、酸化状態もしくは温度分布で決まる粘性分布、厚さ分布または密度分布により決定される固有振動数で振動するので、加工状態に応じて切断フロント１０２上の溶融金属の表面形状が変化する。レーザ光Ｌが照射されている切断フロント１０２は高温であるために、対応する放射分布を持ち切断フロント１０２の振動に合わせて、加工光も照射方向を変化させる。さらに、切断フロント１０２から放出される溶融金属またはプラズマもまた高温であるために、切断スリット１０１内あるいは被加工物１００の加工点の周辺の上方にて加工光を発生させる。

このような加工点周辺で発生する加工光は、切断フロント１０２の情報を多く持っており、この加工光を計測することで加工状況を推測できる。図２で示したような切断スリット幅に対して被加工物１００の厚さが薄い場合には、加工光計測部３１中のセンサから、切断フロント１０２が観察可能である。そのため、加工光によって切断スリット１０１内に発生するキズまたは荒れを高精度に判定することができる。

これに対して、被加工物１００に形成された切断スリット１０１の幅に対して、被加工物１００の厚さが厚い場合について説明する。図３は、実施の形態１の切断スリットと加工光計測部との間の配置の一例を示す図である。図３に示されるように、加工光計測部３１は、加工点が観察される位置に配置される。なお、ここで被加工物１００の厚さに対して厚い場合とする際の厚さは、被加工物１００の種類または加工条件に依存するものである。一例では、被加工物１００の厚さが薄い場合を９ｍｍ以下であるとし、厚い場合を１９ｍｍ以上であるとし、中間的な厚さを有する場合を９ｍｍよりも大きく１９ｍｍよりも小さいものとすることができる。あるいは、一例として、切断スリット幅をＷとし、被加工物１００の厚さをＴとし、切断スリット幅に対する被加工物１００の厚さの比率をＴ／Ｗとした場合には、被加工物１００の厚さが薄い場合をＴ／Ｗが１５以下であるとし、厚い場合をＴ／Ｗが２０以上であるとし、中間的な厚さを有する場合をＴ／Ｗが１５よりも大きく２０よりも小さいものとすることができる。

図４は、加工光計測部を通り、切断スリットの延在方向に垂直な面Ｐで図３に示した被加工物と加工光計測部とを切断した面で、切断スリットが一定の幅を有する場合の一例を示す図である。切断スリット１０１の幅に対して被加工物１００の厚さが厚い場合には、切断スリット１０１の下部で発生する加工光は、図４に示されるように、加工光計測部３１に到達するまでに厚くて狭い切断スリット１０１を通過する必要があるので、加工光計測部３１に到達可能な立体角は小さくなる。つまり、加工光計測部３１で計測できる加工光の強度は小さくなり、検出精度は低くなってしまう。

図５は、加工光計測部を通り、切断スリットの延在方向に垂直な面Ｐで図３に示した被加工物と加工光計測部とを切断した面で、切断スリットが一定の幅を有する場合の一例を示す図である。図５に示されるような、被加工物１００の厚さ方向の中間部にくびれ状の形状を持つ切断スリット１０１の場合には、切断スリット１０１の中間部よりも下方で発生する加工光は、加工光計測部３１に直線的に到達することはできない。そのため、くびれ状の形状よりも下の位置で発生した加工不具合を加工光によって検出することはより困難となる。

したがって、切断スリット１０１内の加工不具合によって発生する加工光を加工光計測部３１で計測する場合には、切断スリット１０１の上部の加工不具合によって発生する加工光の方が下部の加工不具合部によって発生する加工光よりも計測は容易である。これに応じて、切断スリット１０１の上部で発生するキズまたは荒れの検知精度と比較して、下部に発生するキズまたは荒れの検知精度は相対的に低くなる。ただし、切断スリット１０１の下部であっても、隙間を塞ぐほど大きなキズまたは荒れの場合には、この部位からの加工光は検出可能であり、検知精度は高くなる。

つぎに、レーザ切断加工中における加工音を用いた加工不具合の判定の容易さについて説明する。前述のように、ノズル通過音、ガス散逸音、または切断部通過音に着目し、加工状況によって切断スリット１０１の幅または形状が変化することで加工ガスが流れる流路形状が変化し、これが加工音の変化として加工音計測部３２で計測される。

切断部閉塞による加工不具合であるバーニングまたはガウジングの際には、切断スリット１０１が溶融金属で塞がれるために、切断スリット１０１に加工ガスが全く流れなくなる。つまり、バーニングまたはガウジングの発生後には、切断部通過音が観測されなくなる。このように、バーニングまたはガウジングの発生前後での加工音の変化は著しく、加工音による加工不具合の判定は容易である。

また、切断面内の加工不具合であるキズまたは荒れに対しては、板厚または加工不具合が発生する部位によって、判定容易度が異なる。図３のように切断スリット幅に対して被加工物１００の厚さが厚い場合には、加工ガスとレーザ切断加工によって生じた加工面との間の相互作用する距離が長くなり、加工音信号が強くなる。そのため、切断スリット１０１の下部でのキズまたは荒れの加工不具合が発生した場合に、切断スリット１０１内全体の加工ガスの流れ状況が変化する。その結果、加工音の大きな変化として、切断面に発生する加工不具合を計測することが可能である。

逆に、図２のように切断スリット１０１幅に対して被加工物１００の厚さが薄い場合には、加工ガスと加工面との間の相互作用する距離が短い。そのため、加工音信号変化は弱く、切断面に発生する加工不具合の検知精度は相対的に低くなる。

図６は、実施の形態１によるレーザ切断加工の不具合の種類による加工光および加工音での相対的な検知精度の一例を示す図である。この図は、上記した内容をまとめたものである。切断部閉塞による加工不具合の場合には、加工光および加工音ともに高精度で不具合を検知することができる。切断面内の加工不具合の場合には、切断スリット幅に対して被加工物１００の厚さが厚い場合には、加工光では加工不具合を検知する精度は低くなるが、加工音では、高精度で不具合を検知することができる。ただし、切断スリット１０１の上部からの加工光を用いる場合には、高精度で不具合を検知することができ、下部からの加工光を用いる場合には、不具合の検知精度は低下する。また、切断スリット幅に対して被加工物１００の厚さが薄い場合には、加工光では高精度で不具合検知することができるが、加工音では不具合を検知する精度は低くなる。

図１に戻り、合成不具合判定値算出部４５は、加工光不具合判定値、加工音不具合判定値、および重み付け量を用いて、合成不具合判定値を算出する。このとき、合成不具合判定値算出部４５は、加工条件データ７１に対する重み付け量を、重み付け情報記憶部４６の重み付け情報から取得する。重み付け情報については、後述する。合成不具合判定値は、加工光不具合判定値および加工音不具合判定値にそれぞれ重み付け量を乗算して、足し合わせたものである。

重み付け情報記憶部４６は、被加工物１００をレーザ切断加工する場合の加工条件に対して、加工光不具合判定値および加工音不具合判定値の重み付け量を定めた重み付け情報を記憶する。図７は、実施の形態１による重み付け情報の一例を示す図である。この例では、加工条件として、被加工物１００の板厚が例示されている。板厚は、絶対的な厚さでもよいし、切断スリット幅に対する被加工物１００の板厚の比である相対的な厚さでもよい。そして、それぞれの板厚の範囲に対して、加工光不具合判定値および加工音不具合判定値の重み付け量が定められている。

上記したように、加工光計測による加工不具合判定、または加工音計測による加工不具合判定では、被加工物１００の厚さ等の加工条件、あるいは加工不具合の発生状況によって検知精度が高くなったり、低くなったりする。したがって、加工光による検知精度と加工音による検知精度はそれぞれ一定では無く、加工条件によって異なることになる。そのため、場合によっては、加工光計測だけによる加工不具合判定、あるいは加工音計測だけによる加工不具合判定では十分な精度を確保できないことになる。

また、図６で示したように、切断面内の加工不具合を検出する場合で、切断スリット１０１の幅に対して被加工物１００の厚さが厚い場合には、加工光計測による検知精度が低くなることに反し、加工音計測による検知精度は高くなる。逆に、切断スリット１０１の幅に対して被加工物１００の厚さが薄い場合には、加工光計測による検知精度が高くなることに反し、加工音計測による検知精度が低くなるという、正反対の挙動を示す。

そこで、本実施の形態では、被加工物１００の板厚が薄い場合、図７の例では、板厚がｘｘ［ｃｍ］未満の場合には、加工音不具合判定値算出部４４２の判定では、加工不具合の検知精度を高くできないので、この加工音不具合判定値に対して重み付けを小さくするとともに、加工光不具合判定値に対する重み付けを大きくとるようにしている。その結果、加工不具合の発生について検知精度の高い結果が得られる。

また、被加工物１００の板厚が厚い場合、図７の例では、板厚がｘｘ［ｃｍ］以上の場合には、切断スリット１０１の上部の加工不具合の発生箇所では、加工光不具合判定値によって高精度に加工不具合を判定することができるが、切断スリット１０１の下部の加工不具合の発生箇所では、加工光不具合判定値による検知精度は低くなる。一方、加工音不具合判定結果を用いる場合には、加工不具合の発生箇所に関わらず、精度よく不具合の発生の判定を行うことができる。そこで、このような場合には、加工光不具合判定値に対する重み付けを小さくするとともに、加工音不具合判定値に対する重み付けを大きくしている。その結果、加工不具合の発生について検知精度の高い結果が得られる。このように、実施の形態１では、加工光不具合判定値を用いた加工不具合の発生の可能性についての検知精度と、加工音不具合判定値を用いた加工不具合の発生の可能性についての検知精度と、の間の相対的な検知精度の高低に応じた重み付け量が加工条件ごとに予め決定される。

なお、このような重み付けとしても、加工光計測および加工音計測による検知精度がともに高い切断部閉塞による加工不具合を高精度に検知することができる。つまり、このような重み付けでも、切断部閉塞による加工不具合の検知精度が落ちることはない。その結果、切断面内の加工不具合での検知精度の高低について定められた重み付け量が、加工条件全体のものに適用されている。

また、図７の例では、加工条件が被加工物１００の板厚であり、板厚によって加工光不具合判定値および加工音不具合判定値が変わる場合を示した。この他にも、被加工物１００の材質、表面状態、レーザ光Ｌの出力、加工ガス圧、送り速度によっても、加工光不具合判定値および加工音不具合判定値の検知精度が変わることもある。

一例として、加工光不具合判定結果は、加工ガス圧の変化に対して検知精度が大きく変わらず検知精度が高いが、加工ガス圧が高い場合の加工音不具合判定結果は、低い場合に比して検知精度が低くなることもある。また、一例として、加工音不具合判定結果は、送り速度の変化に対して検知精度が大きく変わらず検知精度が高いが、送り速度が大きい場合の加工光不具合判定結果は、小さい場合に比して検知精度が高くなることもある。そのため、被加工物１００の材質、板厚、表面状態、レーザ光Ｌの出力、加工ガス圧、送り速度を組み合わせた加工条件に対して、加工不具合ごとに重み付け量を定めてもよい。加工条件としては、その他にレーザ光Ｌの集光径、被加工物１００の表面に対する集光点の位置、加工ノズル１３２の形状、加工ノズル１３２と被加工物１００との間の距離なども考慮して、加工不具合ごとに重み付け量を定めてもよい。

図１に戻り、判定基準値記憶部４７は、レーザ切断加工で不具合が発生しているか否かを合成不具合判定値によって判定するための判定基準値を記憶する。この例では、判定基準値は、レーザ切断加工で不具合が発生していることを示す合成不具合判定値の範囲を示すものとする。判定基準値は、実験によって取得した良好なレーザ切断加工時の合成不具合判定値および加工不具合が発生しているレーザ切断加工時の合成不具合判定値を用いて決定される。

判定部４８は、合成不具合判定値を判定基準値と比較し、レーザ切断加工時に加工不具合が発生しているか否かを判定する。すなわち、判定部４８は、不具合が発生していることを示す判定基準値の範囲内に合成不具合判定値がある場合には、不具合が発生していると判定し、判定基準値の範囲外に合成不具合判定値がある場合には、不具合が発生していないと判定する。そして、判定部４８は、判定結果８１を出力する。一例として、判定部４８は、レーザ切断加工部１０を制御する制御部に出力する。不具合が発生しているという判定を受けた場合には、レーザ切断加工部１０の制御部は、レーザ切断加工を一時停止する。

以上のように加工条件によって、加工光不具合判定値および加工音不具合判定値に対する重み付けを変更することで、判定部４８は、安定して加工不具合を高精度に検出することができる。

ここで、演算部４０のハードウェア構成について説明する。図８は、実施の形態１による演算部のハードウェア構成の一例を示す図である。演算部４０は、入出力インタフェース４０１と、メモリ４０２と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０３と、を備える。

入出力インタフェース４０１は、加工光計測部３１および加工音計測部３２からの信号の入力を受け付けたり、判定部４８によってレーザ切断加工で加工不具合が発生していると判定された場合に、レーザ切断加工部１０に出力したりする。

メモリ４０２は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせをプログラムとして格納する。メモリ４０２は、レーザ切断加工中に不具合が生じているかを判定するプログラムを含む。また、メモリ４０２は、加工光計測部３１および加工音計測部３２での計測結果である信号を記憶する。さらに、メモリ４０２は、加工条件データと、不具合判定情報と、重み付け情報と、判定基準値と、を記憶する。メモリ４０２は、不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、または光磁気ディスクによって構成される。不揮発性または揮発性の半導体メモリとしては、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）、またはＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically EPROM）が用いられる。メモリ４０２によって不具合判定情報記憶部４２、重み付け情報記憶部４６および判定基準値記憶部４７の機能が実現される。

ＣＰＵ４０３は、メモリ４０２に記憶された計測結果、加工条件データ、不具合判定情報、重み付け情報および判定基準値を用いて、メモリ４０２に格納されたプログラムを実行して、レーザ切断加工部１０で実行中のレーザ切断加工の加工不具合の判定を行う。ＣＰＵ４０３によって、特徴量抽出部４１、判定値算出部４３および判定部４８の機能が実現される。

つぎに、このような構成の加工不具合検出部３０を備えるレーザ切断加工装置１での動作について、図１を参照しながら説明する。レーザ切断加工部１０は、予め設定された加工条件にしたがって被加工物１００に対してレーザ切断加工を行う。レーザ切断加工の最中には、加工光計測部３１によって加工点で発生する加工光が計測され、加工音計測部３２によって加工点で発生する加工音が計測される。レーザ切断加工部１０の加工条件は、加工条件データ７１として、加工不具合検出部３０に入力される。

加工光計測部３１での計測結果である加工光信号は加工光特徴量抽出部４１１へと渡され、加工光特徴量抽出部４１１は、加工光信号から特徴量を抽出する。加工光不具合判定値算出部４４１は、抽出された特徴量と、不具合判定情報記憶部４２中の不具合判定情報と、を用いて加工光不具合判定値を算出する。加工光不具合判定値算出部４４１は、加工光不具合判定値を合成不具合判定値算出部４５に出力する。

加工音計測部３２での計測結果である加工音信号は加工音特徴量抽出部４１２へと渡され、加工音特徴量抽出部４１２は、加工音信号から特徴量を抽出する。加工音不具合判定値算出部４４２は、抽出された特徴量と、不具合判定情報記憶部４２中の不具合判定情報と、を用いて加工音不具合判定値を算出する。加工音不具合判定値算出部４４２は、加工音不具合判定値を合成不具合判定値算出部４５に出力する。

合成不具合判定値算出部４５は、加工条件データ７１に対応する重み付け量を重み付け情報記憶部４６から取得する。そして、合成不具合判定値算出部４５は、加工光不具合判定値と加工音不具合判定値とにそれぞれ重み付け係数を掛けた後、足し合わせた合成不具合判定値を算出し、判定部４８に出力する。

その後、判定部４８は、合成不具合判定値が判定基準値記憶部４７の加工不具合が発生していることを示す判定基準値の範囲に存在するか否かを判定し、判定結果８１を出力する。合成不具合判定値が判定基準値の範囲に存在する場合には、判定部４８は、レーザ切断加工時に加工不具合が発生していると判定する。また、合成不具合判定値が判定基準値の範囲に存在しない場合には、判定部４８は、レーザ切断加工時に不具合が発生していないと判定する。

なお、上記した説明では、加工条件として、被加工物１００の厚さが薄い場合と厚い場合とで重み付け量を変える場合を示したが、被加工物１００の厚さに応じて、重み付け量を変えるとともに、加工光計測部３１および加工音計測部３２を使い分けてもよい。すなわち、中間的な厚さについては、加工光計測部３１および加工音計測部３２での計測結果から得られる各加工不具合判定値に対して重み付けを用いて合成不具合判定値が算出されるが、厚板については、加工音計測部３２での計測結果から得られる加工音不具合判定値のみが用いられ、薄板については、加工光計測部３１での計測結果から得られる加工光不具合判定値のみが用いられるといった加工不具合判定が行われてもよい。これは加工条件としての板厚に応じて、加工音による加工音不具合判定値と加工光による加工光不具合判定値とを足し合わせる際の重み付け量を１または０と極端に設定した場合に相当する。中間的な厚さ以外の厚さである場合には、判定処理で使用されるのは、加工光計測部３１および加工音計測部３２のいずれかの信号のみでよいので、加工不具合判定を行う計算処理が軽くなり、より短時間で判定を行うことができる。

実施の形態１では、加工光の特徴量から算出した加工光不具合判定結果と、加工音の特徴量から算出した加工音不具合判定結果と、のそれぞれに加工条件に応じて定められた重み付けを行って足し合わせた合成判定値を算出する。そして、加工不具合が発生していることを示す判定基準値の範囲内に合成判定値がある場合に、レーザ切断加工に加工不具合が発生していると判定した。これによって、被加工物１００の材質、厚さ、表面状態、レーザ出力、送り速度等の加工条件に応じて、検知精度が高くなるセンサによる判定結果の重み付け量が高められ、検知精度が低くなるセンサによる判定結果の重み付けが低められる。その結果、レーザ切断加工の不具合に対する検知精度を高めることができる。つまり、加工条件に応じてレーザ切断加工の加工特性を示す特徴量の適正値が変動するような場合でも、加工不具合の検出を行うことができるという効果を有する。

実施の形態２．
実施の形態１では、加工光の特徴量から算出した加工光不具合判定結果と、加工音の特徴量から算出した加工音不具合判定結果と、のそれぞれに加工条件に応じて定められた重み付けを行って足し合わせた合成判定値を算出した。実施の形態２では、加工条件と加工不具合の種類に応じて重み付けを行う場合について説明する。

図９は、実施の形態２にかかるレーザ切断加工装置の構成の一例を模式的に示す図である。実施の形態２では、合成不具合判定値算出部４５に、加工条件データ７１に加えて加工不具合の種類を示す加工不具合データ７２が入力される。

重み付け情報記憶部４６は、加工条件および加工不具合の種類の組み合わせに対して重み付け量を設定した重み付け情報を記憶する。図１０は、実施の形態２による重み付け情報の一例を示す図である。重み付け情報では、加工条件および加工不具合の種類の組み合わせに対して、重み付け量が設定されている。この例では、加工条件として、被加工物１００の板厚が用いられている。また、加工不具合の種類は、加工不具合の種類を大きく分類した第１分類と、第１分類の中でさらに細かく分類した第２分類と、を含む。第１分類は、切断部閉塞による加工不具合と、切断面内の加工不具合と、を含む。また、図６で示したように、切断面内の加工不具合で板厚が厚い場合の加工光による検知精度は、加工不具合の発生場所によって、異なる。そこで、図１０の例では、加工条件の板厚がｘｘ［ｃｍ］よりも大きい場合の切断面内の加工不具合の場合には、第２分類で上部および下部に分類して、細かく重み付け量が設定されるようにしている。

板厚＞ｘｘ［ｃｍ］の場合または板厚＜ｘｘ［ｃｍ］の場合で、切断部閉塞による加工不具合の場合には、上記したように加工光および加工音ともに高精度で加工不具合を検出することができるので、重み付けが同等となっている。

板厚＜ｘｘ［ｃｍ］の場合で切断面内の加工不具合の場合には、上記したように加工音による加工不具合の検知精度は、加工光による加工不具合の検知精度に比して相対的に低くなるので、加工光の方が重み付け量を大きくしている。

板厚＞ｘｘ［ｃｍ］の場合かつ切断面内の加工不具合の場合で、切断スリット１０１の上部におけるキズまたは荒れについては、加工光不具合判定値算出部４４１および加工音不具合判定値算出部４４２で検出可能であるため、重み付けが同等とされる。

これに対し、板厚＞ｘｘ［ｃｍ］の場合かつ切断面内の加工不具合の場合で、切断スリット１０１の下部におけるキズまたは荒れについては、加工光不具合判定値算出部４４１では検出精度が低いので重み付けが小さくされ、加工音不具合判定値算出部４４２では検出精度が高いので重み付けが大きくされることで、合成不具合判定値による検知精度を高めることができる。

ただし、切断面上の小さい傷の検出では、切断フロント形状の変化が軽微となり加工音では切断スリット内の流路断面積の傷発生による断面積変化が小さいために加工音としての変化は小さく検出精度が低くなることに対し、加工光では瞬間的に切断フロントが加工光計測部３１の方に向かうために高い検知精度で検出可能である。

図９に戻り、合成不具合判定値算出部４５は、合成不具合判定値を算出するとき、加工条件データ７１および加工不具合データ７２の組み合わせに対応する重み付け量を、重み付け情報から取得する。そして、合成不具合判定値算出部４５は、加工光不具合判定値、加工音不具合判定値、および重み付け量を用いて、合成不具合判定値を算出する。

なお、その他の構成は、実施の形態１と同一であるので、その説明を省略する。また、演算部４０での処理も、実施の形態１で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態２では、加工条件および加工不具合の組み合わせに応じて、加工光不具合判定値および加工音不具合判定値に対する重み付け量を設定した。そして、合成不具合判定値算出部４５は、それぞれの加工不具合に応じて合成不具合判定値を出力する。これによって、加工不具合の状況をより詳細に判定することができるので、より高精度な加工条件の調整ができるようになるという効果を有する。

また、検出すべき加工不具合に応じて、計測する時系列信号の状況が変化する。そのため、検出したい加工不具合に応じて、時系列信号の特徴量の重み付けまたは不具合判定値の重み付けを変更することで、対応する加工不具合ごとに検知精度を高めることが可能となる。

実施の形態３．
実施の形態１，２では、時系列の加工光信号から特徴量を抽出することで、この特徴量から加工光不具合判定値を算出し、同様に時系列の加工音信号から特徴量を抽出することで、この特徴量から加工音不具合判定値を算出し、この２つの不具合判定値に対して、加工条件またはこれに加えて加工不具合の種類に応じて重み付けを行った合成不具合判定値を算出していた。実施の形態３では、加工光信号から抽出した加工光特徴量と、加工音信号から抽出した加工音特徴量と、から加工条件またはこれに加えて加工不具合の種類について定められた合成特徴量を抽出し、この合成特徴量を用いて合成不具合判定値を算出する場合を説明する。

図１１は、実施の形態３にかかるレーザ切断加工装置の構成の一例を模式的に示す図である。実施の形態３では、判定値算出部４３ａの構成が、実施の形態１，２とは異なる。判定値算出部４３ａは、合成特徴量抽出部４９と、合成不具合判定値算出部４５と、を有する。

合成特徴量抽出部４９は、加工光特徴量抽出部４１１により抽出された加工光特徴量および加工音特徴量抽出部４１２により抽出された加工音特徴量に対して、加工条件データ７１またはこれに加えて加工不具合データ７２について定められた演算処理を行って合成特徴量を抽出する。演算処理として、加工光特徴量および加工音特徴量の重み付けされた和、積または比などを例示することができる。また、合成特徴量の一例は、加工光の変動係数と加工音の変動係数との２変数の関数である。関数としては、実施の形態１，２で説明したように、加工条件またはこれに加えて加工不具合の種類に応じて重み付けを加味した２変数の和、または最大値を選択するものであってもよい。このような合成特徴量の変動から切断フロント１０２の振動状況等を高精度に評価することができるので、加工不具合判定についても高精度に判定可能となる。また、上記した例では、加工光特徴量と加工音特徴量とを組合せた合成特徴量を示したが、実施の形態がこれに限定されるものではない。合成特徴量は、異なる加工光特徴量を組み合わせたものであってもよいし、異なる加工音特徴量を組み合わせたものであってもよい。この場合には、加工光特徴量抽出部４１１は、ｍ（ｍは自然数）種類の加工光特徴量を抽出し、加工音特徴量抽出部４１２は、ｎ（ｎは自然数）種類の加工音特徴量を抽出する。ただし、ｍおよびｎの少なくとも一方は２以上の自然数とする。そして、合成特徴量抽出部４９は、ｍ種類の加工光特徴量およびｎ種類の加工音特徴量を用いて加工条件データ７１またはこれに加えて加工不具合データ７２について定められ得た演算処理を行うことによって、合成特徴量を求める。なお、合成特徴量抽出部４９は、重み付け情報記憶部４６の重み付け情報を参照することができる。

不具合判定情報記憶部４２で記憶される不具合判定情報は、加工不具合が発生する合成特徴量の範囲を示すものであり、加工条件および加工不具合の種類の組み合わせに対して、不具合判定基準値となる合成特徴量が定められている。

合成不具合判定値算出部４５は、合成特徴量を用いて合成加工不具合判定を行う。具体的には、合成特徴量と、不具合判定情報記憶部４２中の加工条件データ７１と加工不具合データ７２との組み合わせに対応する不具合判断基準値と、を比較し、不具合の発生度合いを示す合成不具合判定値を算出する。

なお、その他の構成は、実施の形態１と同一であるので、その説明を省略する。また、演算部４０での処理も、実施の形態１で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態３では、加工光特徴量および加工音特徴量の両方を考慮した合成特徴量を算出し、合成特徴量を用いてレーザ切断加工の加工不具合を判定した。これによって、加工光計測部３１および加工音計測部３２からの特徴量を考慮した、実施の形態１，２の場合に比してより特徴量空間の自由度をより高めることができる。つまり、より加工不具合判定に適合する特徴量の選定の自由度を高めることができる。その結果、レーザ切断加工の加工不具合の検知精度をより高めることができる。

実施の形態４．
実施の形態１から実施の形態３では、各特徴量から算出した不具合判定値あるいは各特徴量を、加工条件または検出したい加工不具合の種類に対して予め設定した重み付け量を用いて、合成不具合判定値を算出していた。ところが、レーザ切断加工装置を使用する各ユーザによって、あるいは被加工物をレーザ切断加工によって切断した部材の適用用途によって、許容可能な加工不具合レベルは異なる。そのため、予め設定した重み付けによる加工不具合判定結果では厳しすぎて、この加工不具合判定結果に基づいて加工条件を調整すると、ユーザが望む加工速度を設定することができないことがある。反対に、予め設定した重み付けによる加工不具合判定結果は緩すぎて、特定のユーザにとっては満足できる切断面品質に到達できない可能性がある。つまり、ユーザごとまたは加工用途ごとに、加工不具合の閾値が異なる。そこで、実施の形態４では、ユーザごとまたは加工用途ごとに加工不具合の閾値、すなわち重み付け量を変えることができるレーザ切断加工装置について説明する。

図１２は、実施の形態４にかかるレーザ切断加工装置の構成の一例を模式的に示す図である。実施の形態４では、判定値算出部４３ｂの構成が、実施の形態１，２とは異なる。判定値算出部４３ｂは、機械学習部５０をさらに有する。

機械学習部５０は、学習部５１と、データ取得部５２と、を備える。学習部５１は、機械学習により、入力と結果のデータの組を学習する。学習部５１の機械学習のアルゴリズムとしてはどのようなものを用いてもよいが、例えば、教師あり学習のアルゴリズムを用いることができる。データ取得部５２は、学習部５１における入力として、加工光不具合判定値算出部４４１からの加工光不具合判定値と、加工音不具合判定値算出部４４２からの加工音不具合判定値と、加工条件データ７１と、加工不具合状態値７３と、を学習部５１へ入力する。加工不具合状態値７３は、ユーザによるレーザ切断加工の加工結果を判断した評価値である。

学習部５１は、上記した入力を教師データとして与えることで重み付け量を学習する。これによって、ユーザが所望する加工不具合判定結果へとより一致させる重み付け量が求められる。このようにして求められた重み付け量は、重み付け情報記憶部４６に記憶される。

教師データの与え方としては、予め必要な数の加工光および加工音の時系列データと、被加工物１００の切断面品質状況と、を準備しておき、ユーザが所望する加工不具合の閾値を選ぶことで、教師データとしてもよい。あるいは、ユーザが実際に加工を行いながら、各加工結果に切断面品質に対する加工不具合状態値７３のユーザ評価を与えることで学習させてもよい。

なお、その他の構成は、実施の形態１，２と同一であるので、その説明を省略する。また、演算部４０での加工不具合の発生の有無の判定処理も、実施の形態１で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態４では、機械学習部５０で、加工光不具合判定値と、加工音不具合判定値と、加工条件データ７１と、加工不具合状態値７３と、を用いて、重み付け量を学習させた。これによって、ユーザごとまたは加工用途ごとに、加工不具合の閾値を選択することができるという効果を有する。

実施の形態５．
実施の形態４では、ユーザごとまたは加工用途ごとに、加工不具合の閾値を選択できるようにしたが、実施の形態５では、レーザ切断加工において、優先する項目のそれぞれについて、加工条件と加工不具合の種類の組み合わせごとに、重み付け量を準備しておく場合を説明する。

実施の形態５にかかるレーザ切断加工装置１の構成は、実施の形態１から実施の形態４に示したものとすることができる。ただし、重み付け情報記憶部４６に記憶される重み付け情報は、優先する内容について、加工条件またはこれに加えて加工不具合の種類ごとに重み付け量が定められたものとなる。

図１３は、実施の形態５による重み付け情報の一例を示す図である。図１３では、図１０の内容に優先内容という項目が追加されている。優先内容は、レーザ切断加工において相対する選択肢を示すものである。相対する選択肢の一例は、速度優先であるか、加工品質優先であるか、である。図１３に示されるように、優先内容と加工条件と加工不具合の種類の組み合わせごとに、重み付け量が設定される。このようにしておくことで、ユーザは加工する際に、各自の所望する優先度に従って加工不具合検出を行うことができるようになる。一例として、加工条件と加工不具合の種類が決まっている場合に、速度を優先したいときには、重み付け情報の中から、対応する重み付け量が加工不具合検出部３０に設定される。

図１３では、速度優先と加工品質優先の２択の例を示したが、２つの項目間に中間レベルを設けることで、加工用途に従って選択できるようにしてもよい。これによって、加工用途に従って変わる許容加工品質レベルを満たしながら、より最速な切断加工を簡単に選択できるようになる。また、選択肢としては、上記した２項目以外に加工安定性優先等を加えた３項目としてもよいし、更に他の項目を増やしてもよい。

実施の形態５では、重み付け情報記憶部４６には、優先内容、加工条件および加工不具合の種類の組み合わせごとに、重み付け量を設定した重み付け情報が記憶される。そして、ユーザが優先したい内容と、加工条件および加工不具合の種類の組み合わせと、について定められた重み付け量によって加工不具合の判定を行うようにした。これによって、ユーザによって、あるいは加工の目的について定められた加工不具合の判定を行うことができるという効果を有する。

実施の形態６．
実施の形態１から５までは加工装置としてレーザ切断加工装置に関する形態を示した。実施の形態６では、加工装置としてワイヤ放電加工装置に加工不具合検出装置を適用した形態について示す。

図１４は、実施の形態６にかかるワイヤ放電加工装置の構成の一例を模式的に示す図である。なお、実施の形態１と同一の構成要素には、同一の符号を付して、その説明を省略する。ワイヤ放電加工装置２００は、加工液中で被加工物１００に近接したワイヤ２０２からの放電パルスにより加工を行う放電加工部２０１と、放電加工部２０１での放電加工の不具合を検出する加工不具合検出装置である加工不具合検出部２３０と、を備える。

放電加工部２０１は、被加工物１００を載置するステージ１１と、放電パルスを被加工物１００に印加する電極であるワイヤ２０２と、電源２０５と、ワイヤ２０２が繰り出されるワイヤボビン２０６と、ワイヤ２０２に接触する一対の給電子２０３と、ワイヤ２０２を支持する一対のダイス２０４と、を有する。ワイヤ２０２は、被加工物１００において加工したい位置に予め定められた距離を置いて配置される。電源２０５は、給電子２０３とステージ１１とに接続され、給電子２０３すなわちワイヤ２０２と被加工物１００との間にパルス電圧を印加する。パルス電圧は、ワイヤ２０２と被加工物１００との間で放電を生じさせる放電パルス電圧である。放電加工部２０１は、ワイヤボビン２０６から繰り出されたワイヤ２０２を被加工物１００へ向けて走行させる送給ローラ２０７と、ワイヤ２０２を回収する回収ローラ２０９と、被加工物１００を通過したワイヤ２０２を回収ローラ２０９へ向けて走行させる下部ローラ２０８と、を有する。また放電加工部２０１で形状加工を実施する場合には、ワイヤ２０２と被加工物１００との間の相対的位置関係を変更する少なくとも１つ以上の図示しない駆動装置が設けられる。

加工不具合検出部２３０は、実施の形態１から５と同様に、放電加工部２０１が被加工物１００を放電加工中に発生する光および音を計測し、この計測結果に基づいて放電加工に不具合が発生していないかを判定する。加工不具合検出部２３０は、実施の形態１から５と同様に、加工光計測部２３１と、加工音計測部２３２と、演算部４０と、を備える。

加工光計測部２３１は、放電加工時に、被加工物１００とワイヤ２０２との間に印加された放電電圧によって発生する放電パルスにより発せられる加工光を計測し、計測した加工光を時系列に並べた加工光信号を演算部４０に出力する。加工光計測部２３１は、実施の形態１から５の加工光計測部３１と同様であり、光センサまたは分光器を搭載する。

加工音計測部２３２は、放電加工時に加工点周辺で発生する加工音を計測し、計測した加工音を時系列に並べた加工音信号を演算部４０に出力する。ここで、加工音の緒言について説明を加える。ワイヤ２０２から被加工物１００へ放電パルス電流が流れる際に、電流が被加工物１００を加工する際の音が加工音として計測される。あるいは、このとき、放電発生点付近の加工液は数千度の高温となることから、急速に気化爆発して気泡が生成される。これに伴い付近の加工液は急激な圧力変化を受けることになり、これが超音波の衝撃波として伝搬し、加工音として計測される。

ここで、ワイヤ２０２から被加工物１００へ印加する放電パルス電流が大きいと、放電により被加工物１００から除去される金属の量も多くなるため、加工速度は速くなるが、表面粗さは大きくなる。また、放電タイミングは、ワイヤ２０２と被加工物１００との距離により自発的に決定されるため、放電反力を受けて振動するワイヤ２０２の状況により異なるとともに、ワイヤ２０２が被加工物１００に近づいた際の放電は強くなり、遠い場合の放電は弱くなる。したがって、加工光および加工音は、放電エネルギ、放電タイミング、放電持続時間および放電波形に依存した時系列データとなる。

実施の形態１から５のレーザ加工装置の場合と同様に、演算部４０において、加工音特徴量および加工光特徴量が抽出されたのち、それぞれ、あるいはこれらを組み合わせた特徴量に対して加工不具合が判定される。放電加工装置の場合には、演算部４０は、各放電パルス印加時に、計測される加工光および加工音の時系列データに対して、強度、強度ばらつき、周波数、タイミングばらつき等の特徴量を抽出して、分析する。その結果、放電集中による火花放電を検知し、ワイヤ断線、被加工面でのキズ発生、あるいは面粗さ劣化等を判定することができる。なお、図１４では、演算部４０は、実施の形態１に示した演算部４０と同一の構成を有する場合を示した。しかし、演算部４０は、実施の形態１から５のいずれかの構成を有するものであればよい。

実施の形態１から５のレーザ加工装置の場合と同様に、被加工物１００の厚さおよび形状、並びに発生する不具合に応じて、加工音または加工光による良否判定の容易度が異なる。

まず、放電加工中における加工光の計測について説明を行う。図１５は、被加工物の厚さが厚い場合の放電加工時の加工開始時の状況の一例を模式的に示す図である。図１６は、被加工物の厚さが厚い場合の放電加工時の図１５よりも加工が進んだ状況の一例を模式的に示す図である。通常のワイヤ放電加工装置２００の切断溝幅は、ワイヤ２０２の直径に被加工物１００とワイヤ２０２とのギャップの２倍を足したもの相当になる。ワイヤ２０２は、通常０．０２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の直径を有するものが使用されるために、切断溝幅は広くても約０．５ｍｍ程度となる。このため、図１５に示されるように、切断した長さである切り込み量が短い場合には、被加工物１００の厚さが厚い場合であっても切り込みの開口部から加工光を計測することが容易である。しかし、図１６に示されるように加工が進行して切り込み量が長い場合には、スリット幅が狭いために徐々に開口部から加工光を計測することが困難となっていく。特に、被加工物１００の厚さ方向における中心部から下方の位置で発生した放電による加工光を計測することは難しくなる。

図１７は、被加工物の厚さが薄い場合の放電加工時の加工が進んだ状況の一例を模式的に示す図である。図１７は、図１６と同様の状況であるが、被加工物１００の厚さが図１６の場合に比して薄い場合を示している。図１７に示されるように、被加工物１００の厚さが薄い場合には、切り込み量が長い場合であっても加工光を計測することは容易であり、加工不具合の発生の判定を行うことが可能である。以上の説明において、被加工物１００の厚さの厚い、薄いは、一例では、実施の形態１で説明した内容を準用することができる。

つぎに、放電加工中における加工音の計測について説明を行う。加工音についてはマイク等で空気中を伝搬する音を検出するほか、被加工物１００の内部を伝搬する音波を被加工物１００の表面に設置したセンサを用いて計測することができる。また、複数のセンサを使用すると音波を検知した時間差によって放電が発生した位置を特定することができる。したがって、加工音計測では被加工物１００の厚さ、放電が発生した位置に関わらず、計測することが可能である。ただし、加工音計測では、加工光計測と比較して計測できる周波数が低いため、放電波形に対応する高分解能な波形解析は困難である。そのため、例えば１マイクロ秒以下の短パルスの放電の解析に対しては加工音計測に比して加工光計測の方が有利となる。

なお、実施の形態６におけるワイヤ放電加工装置２００における加工不具合の発生の判定は、実施の形態１から５で示したものと同様であるので、説明を省略する。

また、実施の形態６においては、ワイヤ放電加工装置２００の例について説明したが、電極としてワイヤ２０２の代わりに金型を用いる型彫放電加工装置に対して加工不具合検出装置を適用すれば、同様に電流集中による電極の劣化または加工面粗さの劣化等の検知が容易となる。以上のように、ワイヤ放電加工装置２００および型彫放電加工装置を含む放電加工装置について、実施の形態１から５の加工不具合検出装置を適用することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ レーザ切断加工装置、１０ レーザ切断加工部、１１ ステージ、１２ レーザ発振器、１３ 加工ヘッド、１４ 光ファイバ、３０，２３０ 加工不具合検出部、３１，２３１ 加工光計測部、３２，２３２ 加工音計測部、４０ 演算部、４１ 特徴量抽出部、４２ 不具合判定情報記憶部、４３，４３ａ，４３ｂ 判定値算出部、４４ 不具合判定値算出部、４５ 合成不具合判定値算出部、４６ 重み付け情報記憶部、４７ 判定基準値記憶部、４８ 判定部、４９ 合成特徴量抽出部、５０ 機械学習部、５１ 学習部、５２ データ取得部、７１ 加工条件データ、７２ 加工不具合データ、７３ 加工不具合状態値、８１ 判定結果、１００ 被加工物、１３１ 光学系、１３２ 加工ノズル、２００ ワイヤ放電加工装置、２０１ 放電加工部、２０２ ワイヤ、２０３ 給電子、２０４ ダイス、２０５ 電源、２０６ ワイヤボビン、２０７ 送給ローラ、２０８ 下部ローラ、２０９ 回収ローラ、４１１ 加工光特徴量抽出部、４１２ 加工音特徴量抽出部、４４１ 加工光不具合判定値算出部、４４２ 加工音不具合判定値算出部。

Claims (14)

1. 加工時に加工点で発生する加工光を計測する加工光計測部と、
   前記加工点で発生する加工音を計測する加工音計測部と、
   前記加工で加工不具合が発生したかどうかを判定する演算部と、
   を備え、
   前記演算部は、
   前記加工光計測部で計測された加工光信号から加工光特徴量を抽出し、前記加工音計測部で計測された加工音信号から加工音特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
   前記加工光特徴量と前記加工音特徴量とに基づいて合成不具合判定値を算出する判定値算出部と、
   前記合成不具合判定値を判定基準値と比較して前記加工不具合が発生したかどうかを判定する判定部と、
   を有し、
   前記判定値算出部は、前記加工光特徴量および前記加工音特徴量に、加工条件に応じて定められた重み付けを行って合成することにより前記合成不具合判定値を算出することを特徴とする加工不具合検出装置。
2. 加工時に加工点で発生する加工光を計測する加工光計測部と、
   前記加工点で発生する加工音を計測する加工音計測部と、
   前記加工で加工不具合が発生したかどうかを判定する演算部と、
   を備え、
   前記演算部は、
   前記加工光計測部で計測された加工光信号から加工光特徴量を抽出し、前記加工音計測部で計測された加工音信号から加工音特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
   前記加工光特徴量と前記加工音特徴量とに基づいて合成不具合判定値を算出する判定値算出部と、
   前記合成不具合判定値を判定基準値と比較して前記加工不具合が発生したかどうかを判定する判定部と、
   を有し、
   前記判定値算出部は、前記加工光特徴量および前記加工音特徴量を用いて算出した加工光不具合判定値および加工音不具合判定値に加工条件に応じて定められた重み付けを行って前記合成不具合判定値を算出することを特徴とする加工不具合検出装置。
3. 前記判定値算出部は、前記加工条件および前記加工不具合の種類の組み合わせと重み付け量とを対応させた重み付け情報を参照して、前記加工における加工条件データと検出したい前記加工不具合の種類を示す加工不具合データとの組み合わせについて定められた前記重み付け量を用いて前記合成不具合判定値を算出することを特徴とする請求項２に記載の加工不具合検出装置。
4. 前記判定値算出部は、検出したい前記加工不具合の種類に応じて、前記加工光計測部からの前記加工光信号と前記加工音計測部からの前記加工音信号と、を使い分けて前記合成不具合判定値を算出することを特徴とする請求項３に記載の加工不具合検出装置。
5. 前記加工光不具合判定値および前記加工音不具合判定値は、前記加工光特徴量および前記加工音特徴量と、前記加工光特徴量および前記加工音特徴量が加工不具合であると判定される不具合判定基準値と、の間の一致度であり、
   前記判定値算出部は、前記加工光不具合判定値および前記加工音不具合判定値を、すべての種類の加工不具合に対して算出し、最も一致度の高い前記加工光不具合判定値および前記加工音不具合判定値が予め設定された閾値未満である場合に、前記加工不具合は発生していないと判定することを特徴とする請求項２に記載の加工不具合検出装置。
6. 前記判定値算出部は、前記加工光特徴量および前記加工音特徴量を加工条件または加工条件に加えて加工不具合の種類に応じて定められた演算処理を行った合成特徴量を用いて前記合成不具合判定値を算出することを特徴とする請求項１に記載の加工不具合検出装置。
7. 前記特徴量抽出部は、ｍ（ｍは自然数）種類の前記加工光特徴量およびｎ（ｎは自然数）種類の前記加工音特徴量を抽出し、
   前記判定値算出部は、ｍ種類の前記加工光特徴量およびｎ種類の前記加工音特徴量を用いて前記加工条件または前記加工条件に加えて前記加工不具合の種類に応じて定められた前記演算処理を行って前記合成特徴量を算出し、
   ｍおよびｎのうち少なくとも一方は２以上の自然数であることを特徴とする請求項６に記載の加工不具合検出装置。
8. 前記演算部は、前記加工光特徴量、前記加工音特徴量および前記加工条件を学習する機械学習部をさらに備えることを特徴とする請求項３または４に記載の加工不具合検出装置。
9. 前記機械学習部は、前記重み付け量をさらに学習することを特徴とする請求項８に記載の加工不具合検出装置。
10. 前記重み付け情報は、前記加工で優先する優先内容と、前記加工条件と、前記加工不具合の種類と、の組み合わせごとに、前記重み付け量を有することを特徴とする請求項３に記載の加工不具合検出装置。
11. 前記加工がレーザ切断加工であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の加工不具合検出装置。
12. 請求項１１に記載の加工不具合検出装置と、
    前記レーザ切断加工の対象となる被加工物を載置するステージと、
    レーザ発振器と、
    前記レーザ発振器からのレーザ光を前記加工点に照射する加工ヘッドと、
    を備えることを特徴とするレーザ切断加工装置。
13. 前記加工が放電加工であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の加工不具合検出装置。
14. 請求項１３に記載の加工不具合検出装置と、
    前記放電加工の対象となる被加工物を載置するステージと、
    前記被加工物において加工したい位置に予め定められた距離を置いて配置される電極と、
    放電パルス電圧を前記ステージと前記電極との間に印加する電源と、
    を備えることを特徴とする放電加工装置。

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