JP7328474B1 - Numerical controller - Google Patents
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Abstract
本開示の一態様に係る数値制御装置は、制御周期毎に、ギャップ検出器の検出値に基づいて、加工点からワークの表面に垂直な方向に所定の設定距離だけオフセットした位置を特定する1または複数の数値からなる特定値群である理想特定値群を算出する理想特定値群算出部と、理想特定値群に基づいて、実際に加工ヘッドを配置する位置を示す特定値群である実行特定値群を算出する実行特定値群算出部と、を備え、実行特定値群算出部は、現在の理想特定値群と1周期前の実行特定値群に対する関係を示す評価値が所定の基準値以下である場合には、現在の実行特定値群を現在の理想特定値群と同じ特定値群とし、現在の理想特定値群の評価値が基準値を超える場合には、現在の実行特定値群を加工点からの距離が設定距離でありかつ評価値が基準値と等しくなる特定値群とする。A numerical control device according to one aspect of the present disclosure specifies a position offset by a predetermined set distance in a direction perpendicular to the surface of a workpiece from a machining point based on a detection value of a gap detector for each control cycle. Alternatively, an ideal specific value group calculation unit that calculates an ideal specific value group that is a specific value group consisting of a plurality of numerical values, and an execution that is a specific value group that indicates the position where the machining head is actually arranged based on the ideal specific value group and an execution specific value group calculation unit for calculating the specific value group, wherein the execution specific value group calculation unit uses the evaluation value indicating the relationship between the current ideal specific value group and the execution specific value group one cycle before as a predetermined criterion. value, the current execution specific value group is set to the same specific value group as the current ideal specific value group, and if the evaluation value of the current ideal specific value group exceeds the reference value, the current execution specific value group Let the value group be a specific value group in which the distance from the machining point is the set distance and the evaluation value is equal to the reference value.
Description
本発明は、数値制御装置に関する。 The present invention relates to numerical controllers.
一般的に、加工ヘッドとワークを相対移動させてワークを加工する際には、ワークから加工ヘッドを一定の距離だけオフセットすることが要求される。例として、レーザ加工では、レーザの焦点距離に対応して、加工ヘッドのオフセット距離を比較的厳密に保持することが望まれる。加工ヘッドのオフセットを精密に一定距離に保つために、加工ヘッドに設けた検出器により加工ヘッドとワークの距離を検出し、加工ヘッドとワークの距離を一定に保つよう加工ヘッドの位置を調整することが提案されている(例えば特許文献1参照)。
In general, when machining a workpiece by relatively moving the machining head and the workpiece, it is required to offset the machining head from the workpiece by a certain distance. As an example, in laser machining, it is desirable to maintain a relatively tight offset distance of the machining head relative to the focal length of the laser. In order to precisely maintain the offset of the processing head at a constant distance, a detector installed in the processing head detects the distance between the processing head and the work, and the position of the processing head is adjusted to keep the distance between the processing head and the work constant. has been proposed (see
加工ヘッドのオフセットは、ワークの表面の加工点における法線方向に行うことが望まれる。ワークの表面形状によっては加工点における法線方向が急峻に変化する可能性があり、加工装置に異常な振動を生じさせるおそれがある。 It is desirable to offset the machining head in the normal direction of the machining point on the surface of the workpiece. Depending on the surface shape of the workpiece, the normal direction at the machining point may change sharply, which may cause abnormal vibrations in the machining apparatus.
本開示の一態様に係る数値制御装置は、ワークを加工する加工ヘッドと、前記ワークと前記加工ヘッドを相対移動させる駆動機構と、前記ワークと前記加工ヘッドの距離を検出するギャップ検出器と、を備える加工装置を制御する数値制御装置であって、前記加工ヘッドにより加工を行う前記ワーク上の加工点の位置を変化させるよう前記ワークと前記加工ヘッドを相対移動させる移動制御部と、制御周期毎に、前記ギャップ検出器の検出値に基づいて、前記加工点から前記ワークの表面に垂直な方向に所定の設定距離だけオフセットした位置を特定する1または複数の数値からなる特定値群である理想特定値群を算出する理想特定値群算出部と、前記理想特定値群に基づいて、実際に前記加工ヘッドを配置する位置を示す特定値群である実行特定値群を算出する実行特定値群算出部と、を備え、前記実行特定値群算出部は、現在の前記理想特定値群と1周期前の前記実行特定値群に対する関係を示す評価値が所定の基準値以下である場合には、現在の実行特定値群を現在の前記理想特定値群と同じ特定値群とし、現在の前記理想特定値群の前記評価値が前記基準値を超える場合には、現在の実行特定値群を前記加工点からの距離が前記設定距離でありかつ前記評価値が前記基準値と等しくなる特定値群とする。 A numerical control device according to an aspect of the present disclosure includes a machining head for machining a workpiece, a drive mechanism for relatively moving the workpiece and the machining head, a gap detector for detecting the distance between the workpiece and the machining head, A movement control unit for relatively moving the work and the processing head so as to change the position of the processing point on the work to be processed by the processing head, and a control cycle A specific value group consisting of one or more numerical values that specifies a position offset by a predetermined set distance in a direction perpendicular to the surface of the workpiece from the machining point based on the detection value of the gap detector for each. An ideal specific value group calculation unit that calculates an ideal specific value group, and an execution specific value that calculates an execution specific value group, which is a specific value group indicating a position where the machining head is actually arranged, based on the ideal specific value group. and a group calculation unit, wherein the execution specific value group calculation unit calculates when an evaluation value indicating a relationship between the current ideal specific value group and the execution specific value group one cycle before is equal to or less than a predetermined reference value. sets the current execution specific value group to the same specific value group as the current ideal specific value group, and if the evaluation value of the current ideal specific value group exceeds the reference value, the current execution specific value group be a specific value group in which the distance from the machining point is the set distance and the evaluation value is equal to the reference value.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本開示の一実施形態に係る数値制御装置20を備える加工システム1の模式的構成図である。加工システム1は、加工装置10と、加工装置10を制御する数値制御装置20と、を備える。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
加工装置10は、ワークWを加工する加工ヘッド11と、ワークWを保持するワーク保持部12と、ワーク保持部12に保持されるワークWと加工ヘッド11とを相対移動させる駆動機構13と、ワークWと加工ヘッド11の距離を検出するギャップ検出器14と、を備える。
The
加工ヘッド11は、例えばワークWにレーザを照射するレーザヘッド、回転工具を有する切削加工ヘッド等とされ得る。加工ヘッド11の出力、例えばレーザ光の強度、回転工具のトルク等は、数値制御装置20によって調整され得るよう構成されることが好ましい。
The
ワーク保持部12は、ワークWを保持することができればよく、例えばテーブル、チャック等を有する構成とされ得る。図示する実施形態において、ワーク保持部12は、ワークWを保持し、駆動機構13により回転させられるチャックを有することが企図される。
The
駆動機構13は、加工ヘッド11によりワークWを加工する加工点を移動させるよう加工ヘッド11とワークWを相対移動させ得るよう構成される。本実施形態において、駆動機構13は、ワーク保持部12を回転させることによりワークWを回転させて、加工ヘッド11が対向するワークW上の加工点の位置を変化させる回転駆動機構131を含む。図示する実施形態において、回転駆動機構131は、ワーク保持部12に保持されるワークWを紙面に垂直な軸Cを中心に回転させる。また、駆動機構13は、加工ヘッド11とワークWとの距離を調整可能に構成される。本実施形態では、駆動機構13は、加工ヘッド11の位置および向きを変化させる複数の駆動軸を有する直交座標系駆動機構132を含む。なお、駆動機構13は、これらの構成に限られず、例えば加工ヘッド11またはワーク保持部12を移動させる多関節ロボット等を含むものなど、任意の構成とされ得る。
The
ギャップ検出器14は、高精度に加工ヘッド11とワークWの距離を測定するために、加工ヘッド11に配設されることが好ましい。ギャップ検出器14としては、例えば静電容量センサ、レーザセンサ、超音波センサ等を用いることができる。
The
数値制御装置20は、メモリ、プロセッサ(CPU)、入出力インターフェイス等を有し、適切な制御プログラムを実行する1または複数のコンピュータ装置によって実現され得る。以下に説明する数値制御装置20の構成要素は、数値制御装置20の機能(プロセッサの動作)を類別したものであって、物理構成およびプログラム構成において明確に区分できるものでなくてもよい。
数値制御装置20は、移動制御部21と、理想特定値群算出部22と、実行特定値群算出部23と、ギャップ制御部24と、出力調整部25と、を備える。
The
移動制御部21は、加工ヘッド11により加工を行うワークW上の加工点の位置を変化させるようワークWと加工ヘッド11を相対移動させる。本実施形態おいて、移動制御部21は、ワーク保持部12のチャックを回転させることにより、ワークWを軸Cを中心に回転させることで、加工ヘッド11に対向する加工点の位置を移動させることが企図される。しかしながら、移動制御部21は、ワークWおよび加工ヘッド11の少なくとも一方の位置を変化させるよう加工装置10を動作させることによって、加工点を移動させてもよい。
The
理想特定値群算出部22は、制御周期毎に、ギャップ検出器14の検出値に基づいて、加工点からワークWの表面に垂直な方向に所定の設定距離だけオフセットした位置、つまり加工ヘッド11の理想的な位置を特定する1または複数の数値からなる特定値群である理想特定値群を算出する。加工ヘッド11の位置は工具等を除く本体の先端部の位置とされ得る。なお、「特定値群」は、加工ヘッド11の位置を表す1以上の数値の集合であり、加工点の位置を基準とする単一の角度、ベクトル等であってもよく、移動しない座標系における座標等であってもよい。「特定値群」は、制御周期の1周期における加工ヘッド11の移動を把握しやすいよう、加工点の位置を始点とするベクトルであることが好ましい。
The ideal specific value
理想特定値群算出部22は、加工ヘッド11およびワークWの移動を考慮して、ワークWの表面の加工点における向きを算出する。具体的には、理想特定値群算出部22は、1周期前のギャップ検出器14の検出値と、今回のギャップ検出器14の検出値と、1周期前から現在までの加工ヘッド11およびワークWの移動量と、に基づいて、1周期前の加工点が現在どこにあるかを特定することができる。さらに、理想特定値群算出部22は、1周期前の加工点と現在の加工点とを結ぶ直線の傾きが現在の加工点におけるワークWの面方向として、加工点から所定の設定距離だけ離間した位置を算出することができる。
The ideal specific
実行特定値群算出部23は、理想特定値群に基づいて、実際に加工ヘッド11を配置する位置を示す特定値群である実行特定値群を算出する。実行特定値群算出部23は、現在の理想特定値群が示す位置と1周期前の実行特定値群が示す位置とが大きく離間している場合には、現在の理想特定値群が示す位置よりも1周期前の実行特定値群が示す位置に近い位置を特定する実行特定値群を設定する。これにより、加工ヘッド11の急峻な移動を抑制し、加工装置10の異常な振動を防止する。
The execution specific value
具体的には、実行特定値群算出部23は、現在の理想特定値群と1周期前の実行特定値群に対する関係を示す評価値が所定の基準値以下である場合には、現在の実行特定値群を現在の理想特定値群と同じ特定値群とし、現在の理想特定値群の評価値が基準値を超える場合には、現在の実行特定値群を加工点からの距離が設定距離でありかつ評価値が基準値と等しくなる特定値群とするよう構成される。 Specifically, when the evaluation value indicating the relationship between the current ideal specific value group and the execution specific value group one cycle before is equal to or less than a predetermined If the specified value group is the same specified value group as the current ideal specified value group, and the evaluation value of the current ideal specified value group exceeds the reference value, the current execution specified value group is set at the set distance from the processing point. and the evaluation value is equal to the reference value.
「評価値」は、比較的簡単で理想特定値群のベクトルと実行特定値群のベクトルの角度差、理想特定値群のベクトルと実行特定値群のベクトルの差分ベクトルの大きさ、理想特定値群が示す位置と実行特定値群が示す位置との距離等とされ得る。中でも、評価値としてベクトルの角度差を算出すれば、加工ヘッド11の移動量を比較的容易かつ正確に把握できる。この場合、基準値は、理想特定値群のベクトルと実行特定値群のベクトルの角度差の上限値であるが、ユーザが基準値を設定する際に分かりやすいよう、現在の理想特定値群が示す加工ヘッド11の位置と1周期前の実行特定値群が示す加工ヘッド11の位置との距離の上限値としてユーザにより設定される値から算出されてもよい。
The "evaluation value" is relatively simple, and is the angle difference between the vector of the ideal specific value group and the vector of the execution specific value group, the magnitude of the difference vector between the vector of the ideal specific value group and the vector of the execution specific value group, and the ideal specific value. It can be the distance between the position indicated by the group and the position indicated by the execution specific value group. Among others, the amount of movement of the
特定値群が加工点から加工ヘッド11を配置する位置までの3次元ベクトルである場合の、実行特定値群算出部23による加工点からの距離が設定距離でありかつ評価値であるベクトルの角度差が基準値と等しくなる特定値群の算出方法の一例について、図2を参照しながらさらに詳しく説明する。図2は、ワークWの回転によって加工点が移動し、ワークWが角部を有することによって加工点におけるワークWの表面の向きおよび加工点の移動速度が変化する例を示す。
When the specific value group is a three-dimensional vector from the processing point to the position where the
図2は、現在の理想特定値群のベクトルをV1i、1周期前の理想特定値群と一致する実行特定値群のベクトルV0e、新たに設定される実行特定値群のベクトルV1eとし、各ベクトルのX、Y、Z方向の各成分にはx,y,zの添え字を付して区別する。また、ベクトルの角度差の基準値はθとする。 FIG. 2 shows a current ideal specific value group vector V1i, an execution specific value group vector V0e that matches the ideal specific value group one cycle before, a newly set execution specific value group vector V1e, and each vector The X-, Y-, and Z-direction components of are attached with x, y, and z subscripts for distinction. Also, the reference value of the angle difference between the vectors is assumed to be θ.
新たな実行特定値群のベクトルV1eは、1周期前の実行特定値群のベクトルV0eを、このベクトルV0eと現在の理想特定値群のベクトルをV1iの両方に垂直な軸を中心に基準値である角度θだけ回転することにより算出される。このために、先ず、ベクトルV0eを回転するための中心軸となるベクトルverを、次の数式1のように、ベクトルV0eとベクトルをV1iの外積として算出する。
The vector V1e of the new execution specific value group is obtained by dividing the vector V0e of the execution specific value group one cycle before, this vector V0e and the current ideal specific value group vector into V1i with reference values centered on the axis perpendicular to both V1i. It is calculated by rotating by a certain angle θ. For this purpose, first, the vector ver, which is the central axis for rotating the vector V0e, is calculated as the outer product of the vector V0e and the vector V1i, as shown in
続いて、次の数式2のように、ベクトルverの大きさnormを算出し、続く数式3のようにベクトルverの各成分をベクトルの大きさをnormで除することにより単位ベクトルVuに変換する。 Subsequently, the magnitude norm of the vector ver is calculated as in the following formula 2, and each component of the vector ver is converted into a unit vector Vu by dividing the vector magnitude by the norm as in the following formula 3. .
この単位ベクトルVuを用いて、次の数式4のように、ベクトルV0eを角度θだけ回転することで、現在の制御周期における実行特定値群のベクトルV1eを算出することができる。 By using this unit vector Vu and rotating the vector V0e by the angle θ as shown in the following Equation 4, the vector V1e of the execution specific value group in the current control cycle can be calculated.
また、基準値を現在の理想特定値群のベクトルV1iが示す加工ヘッド11の位置(ベクトルV1iの終点)と1周期前の実行特定値群のベクトルV0eが示す前記加工ヘッド11の位置(ベクトルV0eの終点)との距離の上限値Dとして与えられる場合、設定距離をGとすると、ベクトルの角度差θは、次の数式5で表すことができる。
Also, the reference values are the position of the
ギャップ制御部24は、現在の実行特定値群が示す位置に加工ヘッド11を配置する。より詳しくは、ギャップ制御部24は、現在の実行特定値群が示す位置に加工ヘッド11を配置するために必要な駆動機構13の各軸の駆動量を算出し、駆動機構13を制御する。
The
出力調整部25は、実行特定値群が示す位置を加工ヘッド11が通過するときの加工点の移動速度の算出、および加工点の移動速度を考慮した加工ヘッドの出力の調整を行う。より詳しくは、出力調整部25は、加工点の移動速度が小さい場合には加工ヘッドの出力、例えばレーザの強度を低下させ、加工点の移動速度が大きい場合には加工ヘッドの出力を増大させる。これによって、加工点におけるワークWの加工度を均等にできる。
The
以上のように、数値制御装置20を備える加工システム1は、1制御周期における加工ヘッド11の移動量を抑制できるので、振動を抑制して正確な加工を行うことができる。
As described above, the
上記実施形態および変形例に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
数値制御装置(20)は、ワーク(W)を加工する加工ヘッド(11)と、ワーク(W)と加工ヘッド(11)を相対移動させる駆動機構(13)と、ワーク(W)と加工ヘッド(11)の距離を検出するギャップ検出器(14)と、を備える加工装置(11)を制御する数値制御装置(20)であって、加工ヘッド(11)により加工を行うワーク上の加工点の位置を変化させるようワーク(W)と加工ヘッド(11)を相対移動させる移動制御部(21)と、制御周期毎に、ギャップ検出器(14)の検出値に基づいて、加工点からワーク(W)の表面に垂直な方向に所定の設定距離だけオフセットした位置を特定する1または複数の数値からなる特定値群である理想特定値群を算出する理想特定値群算出部(22)と、理想特定値群に基づいて、実際に加工ヘッド(11)を配置する位置を示す特定値群である実行特定値群を算出する実行特定値群算出部(23)と、を備え、実行特定値群算出部(23)は、現在の理想特定値群と1周期前の実行特定値群に対する関係を示す評価値が所定の基準値以下である場合には、現在の実行特定値群を現在の理想特定値群と同じ特定値群とし、現在の理想特定値群の評価値が基準値を超える場合には、現在の実行特定値群を加工点からの距離が設定距離でありかつ評価値が基準値と等しくなる特定値群とする。
(付記2)
付記1の数値制御装置(20)において、理想特定値群および実行特定値群は、加工点から加工ヘッド(11)の位置までのベクトルであってもよい。The following additional remarks will be disclosed with respect to the above embodiment and modifications.
(Appendix 1)
A numerical controller (20) comprises a machining head (11) for machining a workpiece (W), a drive mechanism (13) for relatively moving the workpiece (W) and the machining head (11), and a mechanism for controlling the workpiece (W) and the machining head (11). A gap detector (14) for detecting the distance (11), and a numerical control device (20) for controlling a machining device (11), which is a machining point on a workpiece to be machined by the machining head (11) A movement control unit (21) that relatively moves the work (W) and the processing head (11) so as to change the position of the work (W), and based on the detection value of the gap detector (14) for each control cycle, the work from the processing point to the work an ideal specific value group calculation unit (22) for calculating an ideal specific value group, which is a specific value group consisting of one or more numerical values for specifying a position offset by a predetermined set distance in a direction perpendicular to the surface of (W); an execution specific value group calculating unit (23) for calculating an execution specific value group, which is a specific value group indicating a position where the machining head (11) is actually arranged, based on the ideal specific value group; If the evaluation value indicating the relationship between the current ideal specific value group and the execution specific value group one cycle before is equal to or less than a predetermined reference value, the value group calculation unit (23) calculates the current execution specific value group as the current If the evaluation value of the current ideal specific value group exceeds the reference value, the distance from the processing point is the set distance and the evaluation value is a specific value group in which is equal to the reference value.
(Appendix 2)
In the numerical controller (20) of
(付記3)
付記2の数値制御装置(20)において、評価値は、理想特定値群のベクトルと実行特定値群のベクトルの角度差であってもよい。(Appendix 3)
In the numerical controller (20) of Supplementary Note 2, the evaluation value may be an angular difference between the vector of the ideal specific value group and the vector of the execution specific value group.
(付記4)
付記3の数値制御装置(20)において、基準値は、現在の理想特定値群が示す加工ヘッド(11)の位置と1周期前の実行特定値群が示す加工ヘッド(11)の位置との距離の上限値として設定される値から算出されてもよい。(Appendix 4)
In the numerical controller (20) of Supplementary Note 3, the reference value is the position of the machining head (11) indicated by the current ideal specific value group and the position of the machining head (11) indicated by the execution specific value group one cycle before. It may be calculated from a value set as the upper limit of the distance.
(付記5)
付記1から4のいずれかの数値制御装置(20)は、実行特定値群が示す位置を加工ヘッド(11)が通過するときの加工点の移動速度の算出、および加工点の移動速度を考慮した加工ヘッド(11)の出力の調整を行う出力調整部(25)をさらに備えてもよい。(Appendix 5)
The numerical controller (20) according to any one of
以上、本開示について詳述したが、本開示は上述した個々の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、または、特許請求の範囲に記載された内容とその均等物から導き出される本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、置き換え、変更、部分的削除等が可能である。また、これらの実施形態は、組み合わせて実施することもできる。例えば、上述した実施形態において、各動作の順序や各処理の順序は、一例として示したものであり、これらに限定されるものではない。また、上述した実施形態の説明に数値または数式が用いられている場合も同様である。 Although the present disclosure has been described in detail above, the present disclosure is not limited to the individual embodiments described above. These embodiments include various additions, replacements, Modification, partial deletion, etc. are possible. Also, these embodiments can be implemented in combination. For example, in the above-described embodiments, the order of each operation and the order of each process are shown as an example, and are not limited to these. The same applies when numerical values or formulas are used in the description of the above-described embodiments.
1 加工システム
10 加工装置
11 加工ヘッド
12 ワーク保持部
13 駆動機構
14 ギャップ検出器
20 数値制御装置
21 移動制御部
22 理想特定値群算出部
23 実行特定値群算出部
24 ギャップ制御部
25 出力調整部1
Claims (5)
前記加工ヘッドにより加工を行う前記ワーク上の加工点の位置を変化させるよう前記ワークと前記加工ヘッドを相対移動させる移動制御部と、
制御周期毎に、前記ギャップ検出器の検出値に基づいて、前記加工点から前記ワークの表面に垂直な方向に所定の設定距離だけオフセットした位置を特定する1または複数の数値からなる特定値群である理想特定値群を算出する理想特定値群算出部と、
前記理想特定値群に基づいて、実際に前記加工ヘッドを配置する位置を示す特定値群である実行特定値群を算出する実行特定値群算出部と、
を備え、
前記実行特定値群算出部は、現在の前記理想特定値群と1周期前の前記実行特定値群に対する関係を示す評価値が所定の基準値以下である場合には、現在の前記実行特定値群を現在の前記理想特定値群と同じ特定値群とし、現在の前記理想特定値群の前記評価値が前記基準値を超える場合には、現在の前記実行特定値群を前記加工点からの距離が前記設定距離でありかつ前記評価値が前記基準値と等しくなる特定値群とする、数値制御装置。A numerical controller for controlling a machining apparatus comprising a machining head for machining a workpiece, a drive mechanism for relatively moving the workpiece and the machining head, and a gap detector for detecting the distance between the workpiece and the machining head. hand,
a movement control unit that relatively moves the work and the processing head so as to change the position of the processing point on the work to be processed by the processing head;
A specific value group consisting of one or more numerical values for identifying a position offset by a predetermined set distance in a direction perpendicular to the surface of the workpiece from the machining point based on the detection value of the gap detector for each control cycle. An ideal specific value group calculation unit that calculates an ideal specific value group that is
an execution specific value group calculation unit that calculates an execution specific value group, which is a specific value group indicating a position where the machining head is actually arranged, based on the ideal specific value group;
with
The execution specific value group calculation unit calculates the current execution specific value when an evaluation value indicating a relationship between the current ideal specific value group and the execution specific value group one cycle before is equal to or less than a predetermined reference value. The group is the same specific value group as the current ideal specific value group, and when the evaluation value of the current ideal specific value group exceeds the reference value, the current execution specific value group is set from the processing point A numerical controller, wherein the distance is the set distance and the evaluation value is a specific value group equal to the reference value.
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