JPH0270393A - レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、レーザ光を利用して被加工物を加工するレ
ーザ加工機に関するものである。

【従来の技術】

第５図は、従来のレーザ加工機の構成図である。 図において、１はレーザビーム１ａを発振するレーザ発
振器、２はレーザ加工部で、Ｘ軸駆動モータ３ａにより
送り動作されるＸ軸テーブル３ｂと、Ｙ軸駆動モータ４
ａにより送り動作されるＹ軸テーブル４ｂと、ペントミ
ラー５ａ及び集光レンズ５ｂからなるレーザ加工ヘッド
５と、レーザ発振器１からのレーザビーム１ａを加工ヘ
ッド５へ伝送するためのベントミラー６ａ、６ｂとから
構成されている。７はＹ軸テーブル４ｂ上に載置され、
加工ヘッド５の集光レンズ５ｂにより集光されたレーザ
ビームにより加工される被加工物、８　ハｔｚ　−ｆ発
振器１　、　Ｘ＊ｍｌ！！Ｋｒ１ＪＪモータ３　ａ及ヒ
Ｙ軸駆動モータ４ａを制御する制御装置である。 次に、上記のように構成されたレーザ加工機の動作につ
いて説明する。 第６図は、制御装置の構成と情報の流れを示すもので、
加工物の図面１０に基づいて自動プログラミング装置等
によりプログラミングを行い、命令テープ１１を作成す
る。 ついで、命令テープ１１は制御装置８により読取られ、
情報処理部８ａによって指列パルス列に変換される。こ
のパルス列をサーボ機構８ｂに出力することによってレ
ーザ加工部２の駆動モータ３ａ、４ａを駆動し、それぞ
れの加工テーブル３ｂ、４ｂを移動させる。 一方、レーザ発振器１から発振したレーザビーム１ａは
ベントミラー６ａ、６ｂによって加工ヘッド５に伝送さ
れ、加工・＼ラド５内のベントミラー−５ａによって垂
直に下方へ折り曲げられ、集光レンズ５ｂにより集光さ
れて被加工物７に照射される。レーザビーム１ａが被加
工物７に照射されろと、レーザビーム１ａは被加工物７
に吸収され、ビーム照射部分を高温にして加工する。こ
のようにして被加工物７を載せた加工テーブノ１をプロ
グラミングされた命令テープにより移動制御しながらレ
ーザビームを照射することによって加工物１２を作る。 第７図は、Ｘ軸テーブル３ｂのサーボ機構を示すもので
、これはＹ軸テーブルのサーボ機構についても同様であ
る。 図において、Ｘ軸テーブル３ｂは、送り用のボールねじ
３ｃを介してＸ軸駆動モータ３ａに連結されている。こ
のＸ軸駆動モータ３ａのサーボ機構は、位置帰還ループ
と、速度帰還ループと電流帰還ループとから構成されて
いる。 位置帰還ループは、情報処理回路８ａ（第６図参照）か
らパルス列で与えられる位置指令とテーブル３ｂの位置
を検出するレゾルバ３ｅからの位置信号とを比較して差
を取り出す演算部８ｃ及びその差信号に基づいてテーブ
ル３ｂを指令された位置に移動させる位置制御部８ｄと
から構成されている。また、速度帰還ループは、位置制
御部８ｄからの位置指令に基づいた速度指令とタコジェ
ネレータ３ｄからの検出速度とを比較して差を取り出す
演算部８ｅ及びその差信号に基づいてテーブル３ｂを指
令速度に制御する速度制御部８ｒとから構成され、さら
に電流帰還ループは、速度制御部８Ｅからの速度指令に
基づいてモータ３ａが一定の速度で回転するようにモー
タ３ａに流れる電流を検出部８ｇで検出し、これを速度
制御部８ｆで指令値と比較し両者が等しくなるように制
御するものである。 第８図は、円弧補間の説明図である。同図に示すように
点Ａから点Ｂヘレーザビームを移動させろ命令は、 Ｇ　０３　Ｘ　Ｄ　Ｙ　Ｄ　Ｉ　［ｉ］　Ｊ　ｍ　Ｆ　
［Ｂとなる。 但し、ＧＤ３：反時計方向円弧 ＸｐＹ：　円弧終点座標 ｌｐ　　Ｊ’円弧中心座標 ｆ：送り速度 ここで、Ａ、Ｂ点が同一円弧にあれば、Ｘ２＋ｙ２＝Ｒ
２＝（１２＋ｊ２） を満足する。 従って、情報処理回路８ａでは、これらの情報から補間
を実行する単位時間当たりのＸ軸、Ｙ軸移動量を演算し
、サーボ機構８ｂに出力する。 第９図は直線補間の説明図である。同図において、点Ａ
から点Ｂへ直線移動する命令は、ＧｑＩＸ［ｉＹ［ｉｌ
Ｆ［Ｉ］ で与えられる。 但し、Ｇｏｌ：直線補間 ”ｐ　’／’終点座標 Ｅ：送り速度 このようにレーザ加工のプログラム軌跡は、主に上述の
円弧補間と直線補間、及び位置決め指令Ｇロロによって
与えられる。 さて、レーザ加工のためのレーザ出力は、加工プログラ
ム中にＳコードと周波数を決めるＴコードなどによって
与えられる。例えば、直線補間を、２００Ｗ、周波数３
００Ｈ２のレーザ出力で加工する場合は、 Ｇ　ａｔ　Ｘ　ｉ　Ｙ　Ｗ　Ｆ　［！］　Ｓ　２００Ｔ
　３００；として与えられる。この３２００．　Ｔ３０
０の指令は、制御装置８からの電気信号（例えば電圧）
によってレーザ発振器１に与えられ、これによってレー
ザ発振器１は２００Ｗのレーザビームを周波数３００Ｈ
２で発振することになる。 また、レーザ加工における加工ガスの種類及びその圧力
については、加工プログラム中にＭコードで指定し、制
御装置８では、Ｍコードをバルブの開閉信号に変換して
、加工機内部のバルブを駆動することにより行う。 このように従来のレーザ加工機では、加工条件。 レーザ出力（Ｓコード）２周波数（Ｔコード）。 加工速度（［）、ガスの種類（Ｍコード）　ガス圧（Ｍ
コード）を予め加工プログラムを作成するプログラマが
自動プログラミング装置等を利用して加工プログラム中
に折り込んでいた。

【発明が解決しようとする課題】

上述のような従来のレーザ加工機では、プログラマが被
加工物の材質、板厚等に応じて加工精度を予想し、これ
に基づいてＳコード、Ｔコード。 送り速度（ｆ）及びＭコード等の加工条件を設定しなけ
ればならないという不便さと、精度及び加工条件との因
果関係が明確になっていないため、プログラマの経験の
度合によって加工精度の良し悪しが決まるといった問題
があった。 この発明は、上述のような問題を解決するためになされ
たもので、プログラムに左右されることなしに最適な加
工条件を自動的に設定できるレーザ加工機を提供するこ
とを目的とする。

【課題を解決するための手段】

この発明のレーザ加工機は、加工プログラムに指令され
ている被加工物の材質、板厚、加工精度等の命令コード
を解釈する加工条件命令解釈手段、この加工条件命令解
釈手段からの材質、板厚、精度等の命令に従って被加工
物に対するレーザ出力。 レーザ出力周波数、加工速度、加工ガスの種類。 加工ガス圧を決定する加工条件設定手段、この加工条件
設定手段からのレーザ出力及び周波数指令に基づいて制
御されるレーザ発振器、前記加工条件設定手段からの加
工ガスの種類及び加工ガス圧。 指令が与えられるレーザ加工部、前記加工条件設定手段
からの加工速度指令及び加工プログラムに指令された加
工経路指令に基づいてレーザ加工部の加工テーブルを制
御するものである。

【作　　用】

この発明においては、加工条件設定手段が加工プログラ
ムに指令されている被加工物の材質、板厚、加工精度か
らレーザ出力、レーザ出力周波数。 加工速度、加工ガスの種類、加工ガス圧に相当する加工
条件を自動的に設定することになり、これに伴いプログ
ラマの経験に左右される乙となく、被加工物の直線部及
び円弧部に対する加工条件を最適に選定し得る。

【実施例】

以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。 第１図は、この発明によるレーザ加工機の全体構成を示
すブロック図である。 図において、２０は加工プログラムを記録した命令テー
プ、２１は命令テープ２０の命令コードを読み取って解
読する命令解釈部、２２は命令解釈部２１から出力され
る加工経路命令に基づいてレーザ加工部２の加工テーブ
ルを制御するサーボ機構である。また２３は命令テープ
２０の加工プログラムに指令されている被加工物の材質
、板厚。 加工精度等の内容を解釈する加工条件命令解釈部、２４
は加工条件命令解釈部２３と下位の加工条件設定部２５
とのインターフェースを取る加工条件インターフェース
（以下加工条件Ｉ／Ｆと略称する）であり、加工条件設
定部２５は加工条件■／Ｆから材質、板厚、精度等を受
は取り、これらに応じた加工条件（レーザ出力、レーザ
出力周波数。 加工速度、加工ガスの種類、加工ガス圧）をファイル２
６のデータに従って決定するものである。 加工条件ファイル２６は加工条件を決めるためのレーザ
発振器出力、加工テーブルの形式、材質の物性値（比熱
、密度）、加工速度、加工ガスの種類、加工ガス圧等が
格納されている。２７は加工条件設定部２５で決定され
た加工条件に基づいてレーザ加工部２に指令（加工ガス
の種類、ガス圧）を与える加工部インターフェース（以
下加工部Ｉ／Ｆと略称する）　　２８は加工条件設定部
２５で決定された加工条件に基づいてレーザ発振器１に
指令（レーザ出力２周波数）を与える発振器インターフ
ェース（以下発振器Ｉ／Ｆと略称する）２９は加工条件
設定部２５で決定された加工条件に基づいてサーボ機構
２２に速度指令を与えるサーボインターフェース（以下
サーボＩ／Ｆと略称する）である。 次に、上記のように構成された本実施例の動作について
説明する。 命令テープ２０の加工プログラムには、従来の加工条件
に相当するＳ、Ｔ、Ｍコード及び加工速度１に代えて被
加工物の材質を示すコード（例えばＰ）、板厚を示すコ
ード（例えばＲ）、精度を示すコード（例えばＱ）が指
令されており、これらは加工条件命令解釈部２３で解釈
され、この解釈された命令は加工条件イノターフェース
２４全通して加工条件設定部２５に出力される。加工条
件設定部２５では、命令にしたがい第２図に示すアルゴ
リズムに実行して各Ｉ／Ｆ２７，２８，２９に加工条件
に相当する指令を設定する。 これに伴い、レーザ加工部２では、加工部■／Ｆ２７の
内容に従って加工ガスの中の指定された種類のガスバル
ブを開操作させ、さらに指定された圧力になるようにバ
ルブを開く。このようにして加工条件に相当する加工ガ
スの種類、ガス圧が設定される。 また、レーザ発振器１では、発振器Ｉ／Ｆ２８に与えら
れたレーザ出力２周波数に応じて発振器１を制御する。 一方、サーボ機構２２では、命令解釈部２１で得られる
加工経路と、サーボＩ／Ｆ２９全通して加工条件設定部
２５から得られる加工速度とから位置指令を設定し、サ
ーボ機構２２によりレーザ加工部２の加工テーブルを動
作させて所望の精度で被加工物をレーザ加工する。 ここで、円弧加工時に生じる誤差、レーザ出力と速度、
板厚の関係について説明する。 まず、円弧加工時の誤差について述べる。円弧加工時の
誤差には、円弧を直線近似するための補間誤差と、サー
ボ機構の追従遅れに起因する半径誤差とがある。補間誤
差は第３図に示すＤであり、次式で与丸られる。 ω　＝□ 但し、Ｒ：半径 Ｆ：加工速度 ΔＴ：補間周期 ここで、補間周期は制御装置に固有な数値であり、Ｄは
加工速度

【と半径Ｒの関数である。 次に、サーボ機構の追従誤差に起因する半径誤差は次式
で与えられる。その状況を第４図に示す。 但し、Ｒ：半径 Ｔｓ：スームージング回路の時定数 Ｔｐ：位置ループの時定数 ｆ：加工速度 ここで、Ｔｓ、Ｔｐは制御装置、加工機に固有な数値で
あり、ΔＲは加工速度ｆと半径Ｒの関数である。 したがって、精度によってΔＲ，Ｄが決まり、加工する
円弧の半径に応じて加工速度が決まる。 これが円弧加工精度決定アルゴリズムである。 以上で円弧加工時の誤差に関しての説明を終わる。以下
にレーザ出力と速度、板厚の関係について述べる。 切断に必要な熱量Ｑは切断部の材料を溶解するための熱
量Ｑｆと残留する熱量Ｑｂを合計したものである。即ち
、断熱条件の成立、及び加工ガスの奪う熱量を無視でき
ると仮定すれば、Ｑ＝Ｑ　ｆ　十Ｑ　ｂ　　　　　　　
　　　　・・・（１）Ｑｆ＝Ｃρｖｗｈ（Ｔｆ＋Ｈ／Ｃ
）　　　−１２１Ｑｂ＝（Ｍ−１）Ｃρｖｗ−ｈＴｆ　
　　＝１３１但し、Ｃ：比熱　　　　Ｗ：切断溝幅 ρ：密度　　　　ｈ：板厚 Ｖ：速度　　　　Ｈ：溶融潜熱 Ｍ：溶融効率の逆数 Ｔｆ：加工部先端の温度 ５°、Ｑ＝Ｃρｖｗｈ（ＭＴｆ＋Ｈ／ｃ）−（４１ここ
で、切断速度Ｖ一定の条件下では切断溝幅Ｗは加工レン
ズによって集光されたビーム径ｄに比例する。比例定数
をＡとすれば、（４）式は、Ｑ＝ＣρｖＡｄｈ（ＭＬ　
ｆ十Ｈ／　（り’−（５）となる。更にレーザビームと
して供給される熱量。 即ちレーザ出力をｑ１被切断材料へ吸収されろ比率をｌ
とすると、（５）式は、 ηｑ−ＡＣρｖｄｈ（ＭＴｆ＋Ｈ／ｃＬ・１６１となる
。これより ここで、Ｔｆを材料の融点とすると、速度Ｖと板厚りの
積はビーム径でレーザ出力を割ったものに比例する。但
し、Ｍは速度Ｖによって変化するため、一般に、 但し、Ｂ：総ば的な比例定数 ｍ：実験によって得られる経験的な定数となる。この関
係式によってレーザ出力ｑ、板厚に応じて切断可能な最
大速度ｖｍａχが決まる。これが最大加工速度決定アル
ゴリズムである。 以上の関係式によって円弧加工時の速度と直線部での加
工速度が決まるこれらの一連の流れを第２図に従って説
明する。 加工条件設定部２５では、先ずステップＳ１において、
Ｉ　／Ｆ２５に設定された材料に対する式（７）のＢ加
工レンズの焦点距離２発振器形式に応じたビーム径、出
力（ｑ）等をファイル２６より読み出す。この段階で決
まる加工ガスに関する指令をＩ／Ｆ２７に設定する。次
にステップＳ２では、板厚りに応じて決まる最大加工速
度ｖｍａχを求める（式７）。次のステップＳ３では直
線か円弧か判断し、直線であればステップＳ４へ円弧で
あればステップＳ５へ進む。 ステップＳ４では加工速度にｖｍａχを設定する。 ステップＳ５ではｌＦ２５よりＴｐ、Ｔｓ、ΔＴ等を読
み出し、指定された精度を満足する速度ＶＣを求め、（
７）式を満足する様にレーザ出力ｑを決めろ。ステップ
Ｓ６では上記ステップＳ４．Ｓ５の内容をＩ／Ｆ２８，
２９に設定して処理を終わる。 以上の様にして材質、板厚、加工精度を入力することに
より最大加工速度アルゴリズムと円弧加工精度決定アル
ゴリズムにしたがって、直線部及び円弧部にそれぞれ最
適な加工条件が自動的に設定される。 なお、上記実施例では命令を解釈して移動指令をその都
度計算する方式としたが、移動指令や出力指令に対して
オーバーライドをかける方式とし、オーバーライドの割
合を決めるのに、最大加工速度アルゴリズム、円弧精度
加工アルゴリズムを利用しても同様な効果が得られる。 また、上記の実施例では、レーザ出力の制御方式につい
ては詳細に規定しないが、パルス巾の制御、ピーク出力
の制御等の手段が考えられ、どの方式についてもこの発
明の効果は同等である。 さらにまた、上記実施例の加工ガス圧力についてもバル
ブの開閉によって離散的に変化する例をあげたが、信号
に応じて連続的に制御する方式であってもよい。 【発明の効果】 以上のように、この発明によれば、ソフトウェアの精度
を予測して被加工物の材質、板厚、加工精度を加工プロ
グラムとして指令し、これに基づいて直線部、円弧部に
対する加工条件を自動的に設定する構成にしたものであ
るから、加工プログラムを作成するプログラマの経験に
左右されることなく常に最大の加工効率を得ることが出
来るとともに安定した加工を実現できる効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるレーザ加工機制御部
ブロック図、第２図は本実施例における処理手順を示す
フローチャート、第３図は補間誤差を示す説明図、第４
図は追従の遅れによる半径誤差を示す説明図、第５図は
従来のレーザ加工機の構成図、第６図は従来の制御装置
の構成及びその情報の流れを示す説明図、第７図はサー
ボ機構の構成図、第８図は円弧補間を示す説明図、第９
図は直線補間を示す説明図である。 １・・・レーザ発振器、２・・・レーザ加工部、２０・
・・命令テープ、２１・・・命令解釈部、２２・・サー
ボ機構、２３・・加工条件命令解釈部、２４・・加工条
件インターフェース、２５・・加工条件設定部、２６・
加工条件ファイル、２７−・加工部インターフェース、
２８・・発振器インターフェース、２９・・・サーボイ
ンターフェース。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加工プログラムに指令されている被加工物の材質、板厚
   、加工精度等の命令コードを解釈する加工条件命令解釈
   手段、この加工条件命令解釈手段からの材質、板厚、精
   度等の命令に従って被加工物に対するレーザ出力、レー
   ザ出力周波数、加工速度、加工ガスの種類、加工ガス圧
   を決定する加工条件設定手段、この加工条件設定手段か
   らのレーザ出力及び周波数指令に基づいて制御されるレ
   ーザ発振器、前記加工条件設定手段からの加工ガスの種
   類及び加工ガス圧指令が与えられるレーザ加工部、前記
   加工条件設定手段からの加工速度指令及び加工プログラ
   ムに指令された加工経路指令に基づいてレーザ加工部の
   加工テーブルを制御するサーボ機構とを備えてなるレー
   ザ加工機。