JPH03264182A

JPH03264182A - 制御装置

Info

Publication number: JPH03264182A
Application number: JP2060324A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kubo; 学久保; Koichi Indo; 浩一印藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1991-11-25

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、加工装置の加工ヘッドに装着されるセンサ
の出力とワーク・加工ノズル間の高さとの間の校正曲線
に関するものである。

［従来の技術］一般に、鋼材等の被加工物の表面にレーザビームを照射
して溶接や切断などのレーザ加工を行うレーザ加工装置
において、レーザビームの焦点を被加工物の表面に正確
に一致させるための手段について、例えば特開昭５９−
２２３１８９号公報に開示されている技術によって知ら
れている。

このものは、レーザ出射端と被加工物の表面との相対距
離を測定する距離センサを被加工物の表面に対して上下
に移動自在な装置の先端部に取付け、この距離センサか
らの信号に基づいて上記先端部を移動させてレーザ出射
端と被加工物の表面との相対距離を一定に保持するサー
ボ機構を備えたものであり、このように被加工物（ワー
ク）とレーザ出射端（加工ノズル〉との間の距離（高さ
）をある設定された距離に制御することは、いわゆるバ
イト制御と云われている。

また、上記の距離センサとして静電容量式センサを用い
、加工ノズルを兼用した静電容量式センサが装着された
加工ヘッドを備える三次元のレーザ加工装置が知られて
いる。

第３図は従来の三次元のレーザ加工装置の構成を示すブ
ロック図である。図において、１はワークＷ上の加工線
Ｋにレーザ光りを照射する加工ヘッドであり、この加工
ヘッドｌに加工ノズルを兼用した静電容量式センサ１ａ
が装着されている。

７は後述するα、β、Ｚ軸から成るアーム、１１は複数
の駆動軸、モータ及びレーザ光りの光路系を有する加工
機本体、１２はＣＰＵ　（中央処理装置）及びメモリ等
を備え、加ニブログラムの指令に基づいて加工機本体１
１を駆動する制御信号Ｍや、レーザ発振器１５の出力等
の加工条件を制御する制御信号Ｎを出力するＮＣ制御部
、１３は操作スイッチやＣＲＴなどを備えた操作部で、
加ニブログラムの初期設定、動作指令等を手動操作によ
りＮＣ制御部１２に入力する機能を有している。

１４は加工機本体１１に対する駆動指令等をＮＣ制御１
部１２に入力すると共に、加ニブログラムの作成のため
に用いるハンディタイプのティーチングボックスであり
、通常、ＮＣ制御部１２．操作部１３．　　ティーチン
グボックス１４を総称して制御装置と呼んでいる。１６
はＣＡＤデータの作成などＮＣ制御部１２にない種々の
データ処理等を行う補助計算機であり、ＮＣ制御部１２
とは伝送ケーブルで接続されている。

第４図は第３図のレーザ加工装置における加工機本体の
軸構成を示す説明図である。図において、８はアーム７
の駆動端に位置するβ軸、９はβ軸８に接続されたα軸
、１０はα軸９に接続されたＺ軸であり、β軸８．α軸
９．　　Ｚ軸１ｏはアーム７を構成している。また、加
工ヘッド１はβ軸８の先端部に取り付Ｇすられており、
ワークＷ上の加工線Ｋに沿って進行するように制御され
ている。

２はモータＭ５によりβ軸８を図の矢印β方向に回転さ
せるβ軸受、３はモータＭ４によりα軸９を図の矢印α
方向に回転させるα軸受、４はモータＭ３により加工ヘ
ッド１を図の矢印Ｚ方向に移動させるＺ軸受、δはモー
タＭ２により加工ヘッド１を図の矢印Ｙ方向に移動させ
るＹ軸受、６はモータＭｌにより加工ヘッドｌを図の矢
印Ｘ方向に移動させるＸ軸受である。

なお、上記モータＭ１〜Ｍ５はＮＣ制御部１２からの加
工機本体ｌを駆動する制御信号Ｍにより駆動され、加ニ
ブログラムに従ってワークＷに対する加工へラドｌとの
間の距離を一定に保持しながらレーザ光りのスポットが
加工線Ｋを倣うと共に、加工ヘッドｌの姿勢がワークＷ
の表面に対してほぼ垂直となるように制御される。

第６図及び第６図は第３図のレーザ加工装置における加
工ノズルを兼用した静電容量式センサの構成を示す図、
及びその静電容量式センサの出力特性図である。第５図
において、２１は加工ノズルを兼用した静電容量式セン
サＩａの中心電極、２２はガード電極であり、中心電極
２１とガード電極２２を総称してセンサヘッド２０と呼
んでいる。このセンサヘッド２０の内部の詳細な構造に
ついては、この発明とは直接に関係がないためにその説
明は省略する。２３は処理ユニットであり、この処理ユ
ニット２３はセンサヘット２０へ電圧を供給し、ワーク
Ｗと中心電極２１との間の静電容量の変化を電圧の変化
に換算してその電圧を増幅させ、ＮＣ制御部１２のセン
サインタフェース２４へ出力する。また、ｈはワークＷ
と中心電極２１との間の距離、すなわちワークＷに対す
る加工ノズルの高さを表わしている。

第６図はワークＷと加工ノズル間の高さｈと処理ユニッ
ト２３の出力電圧Ｖとの間の関係を示したもので、上記
高さｈと出力電圧Ｖの複数次数（通常は４次）の曲線に
近似計算して得られた近似曲線を示しており、この近似
曲線を校正曲線と呼んでいる。

第７図は第３図のレーザ加工装置における校正曲線の係
数の計算を説明するためのフローチャートである。

次に、上記従来のレーザ加工装置における校正曲線の求
め方について、第７図に示すフローチャートを用いて説
明する。

■ティーチングボックス１４を用いてＺ軸１０を動作さ
せ、中心電極２１をワークＷに接触させて出力電圧がＯ
Ｖ（ボルト）になるように処理ユニット２３を調整する
。

■同様にティーチングボックス１４を用いてＺ軸１０を
動作させ、測定範囲の最大の高さｈ　ｍ　ａＸ（例えば
１２ｍｍ）に対して、最大の出力電圧ｖｍａｘ（例えば
１０ｖ）となるように処理ユニット２３を調整する。

■高さｈの０〜ｈ　ｍ　ａ　ｘと出力電圧Ｖの０〜Ｖｍ
　ａ　Ｘとの間の途中の関係は、チイーチングボックス
１４を用いて２軸１０を動作せ、順次に高さｈと出力電
圧Ｖとの間のデータを測定して記録していく。ここで、
処理ユニット２３から出力される出力電圧Ｖはアナログ
量であるが、ＮＣ制御部１２のセンサインタフェース２
４へ入力された後はディジタル量へ変換される。従って
、記録されるデータ（ｈ、　　ｖ）のＶの値はディジタ
ル量へ変換された後の値を用いる。

■記録されたデータ（ｈ、　　ｖ　）　＋−＋、２．３
．・・・・・・。

（ｎ：データ数）を補助計算機１６に手動操作により入
力する。

０入力されたデータ（ｈ、ｖ）；　をもとに最小２乗法
を用いて、下記（１）式％式％（１）の係数ａｌｌ、　　ａｔ、　　ａ２＋　　ａ３．　　＆
Ａを算出する。

■算出された係数ａｌＩ、　　ａｌｌ　　＆２２　　ａ
３＋　　８４の値をそれぞれ操作部１３からＮＣ制御部
１２へ入力して、このＮＣ制御部１２のメモリへ格納す
る。

実際にハイド制御をする場合には、センサヘッド２０か
ら処理ユニット２３を介して出力される出力電圧ＶをＮ
　ＣＩＪ御部１２のメモリに格納されている係数ａｓ、
　　ａｔ、　　ａ２ｔ　　＆３ｐ　　ａ４をもとに、上
記（１）式にて高さｈを計算する。この計算された高さ
ｈを所定の高ざｈ−＜制御高さと呼ぶ）との差Δｈ　＝
　ｈ”−ｈ　　に相当する分だけ、加ニブログラムにお
ける座標値を修正していく。

上述したように、加工ノズルを兼用した静電容量式セン
サが装着された加工ヘッドを備えるレーザ加工装置にお
いて、静電容量式センサの出力特性を測定して、ワーク
と加工ノズルとの間のギャップ量を適正値に制御する制
ｇＩ装置については、例えば特開昭６４−７８６９１号
公報にも開示されている。

［発明が解決しようとする課題］上記のような従来のレーザ加工装置の制御装置には、ワ
ークＷと加工ノズル間の高さｈ、センサヘッド２０から
処理ユニット２３を介して出力される出力電圧Ｖに関す
るデータを自動的に測定してメモリに格納する機能や、
最小２乗法による校正曲線の係数を算出する機能が装備
されていないために、オペレータが手動操作によって加
工機本体１１を動作させながら上記高さｈ及び出力電圧
Ｖに関するデータを取り、またそのデータを補助計算機
１６に手動操作により入力するなどの処理を行う必要が
あった。その結果、処理が非常に煩雑となり時間がかか
り、また入力ミスを起こしやすいなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、オペレータによる手動操作を極力少なくし、補
助計算機を用いることなく短時間に上記高さｈと出力電
圧Ｖに関するデータを自動に入力して校正曲線の係数を
算出し、かつメモリへ格納できる制御装置を得ることを
目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る制御装置は、ワークと加工ノズル間の高
さｈとセンサの出力電圧Ｖに関するデータの測定を自動
的に行う測定プログラムを有し、この測定プログラムに
よって測定されたデータをメモリへ自動的に入力し、か
つ格納する機能を備え、また、メモリに格納されたデー
タをもとに最小２乗法により任意の次数の係数を算出し
、算出されたデータをメモリへ自動的に格納する機能を
備えたものである。

［作用］この発明における制御装置は、オペレータによる手動操
作を行うことなく、測定プログラムによってワークと加
工ノズル間の高さｈとセンサの出力電圧Ｖに関するデー
タを自動的に測定し、かつ測定されたデータをメモリに
格納できる機能な懺えているので、データの処理時間が
短縮でき、またデータの記録ミスが防止できる。

さらに、最小２乗法による校正曲線の係数を算出し、算
出されたデータをメモリに自動的に格納する機能を備え
ているので、補助計算機が不要となり、作業時間の短縮
が可能となる。

［実施例］第１図はこの発明の実施例である制御装置を備えた三次
元のレーザ加工装置の構成を示すブロック図で、第３図
と同一符号は同−又は相当部分を示しており、その詳細
な説明は省略する。第１図に示すこの発明の制御装置で
は、上記第３図に示す従来の制御装置における補助計算
機１６が不要となり存在していない。その他の構成は、
両者ともほぼ同じ構成を備えている。

第２図は第１図のレーザ加工装置における校正曲線の係
数の計算を説明するためのフローチャートである。

次に、上記この発明のレーザ加工装置における校正曲線
の求め方について、第２図に示すフローチャートを用い
て説明する。

■および■については、上記従来の第７図に示すフロー
チャートの場合と同様であり、処理ユニット２３につい
ての調整を実施する。

■操作部１３から設定して起動させた測定プログラムに
より、Ｚ軸１０を所定のピッチごとに上昇させ、それに
対応した高さｈとその時の出力電圧Ｖをディジタル量に
変換させたデータを、自動的に順次にＮＣ制御部１２の
メモリへ格納する。

■ＮＣ制御部１２のメモリへ格納されたデータ（ｈ、　
　ｖ）　＋−５２，３，・＝・＝、。（ｎ：データ数）
をもとに、最小２乗法によってＮ次（例えば４次）の係
数ａＢｙ　　ａｌ、８２ｇ　　・・・・・・＋ａＮを算
出する。算出された係数ａｓ、　　ａｌｙ　　＆２ｔ　
　・・・・・・　ａＮはＮＣ制御部１２のメモリへ自動
的に格納する。

実際にハイド制御をする場合には、上記従来装置と同様
に下記（２）式％式％（２）を用いて、出力電圧Ｖをもとに高ざｈを計算して制御す
る。

この発明によるレーザ加工装置の制御装置においては、
測定プログラムにより自動的に測定されたデータをもと
に、高さｈを出力電圧Ｖの多項式により近似計算してい
るので、高さｈの測定範囲を上記従来装置より拡張して
も、例えば従来装置でＯ〜５ｍｍ程度であった測定範囲
を、この発明の装置てＯ〜２０ｍｍ程度に拡張した場合
にも精度上はほとんど変わらない値が得られる。

なお、上記実施例では三次元のレーザ加工装置における
静電容量式センサに実施した場合について説明している
が、他の加工装置や計測装置において静電容量式センサ
を用いる場合にも同様に適用することができる。

［発明の効果］以上のように、この発明の制御Ｖｅ置によれば、ワーク
と加工ノズル間の高さｈとセンサの出力電圧Ｖに関する
データの測定を自動的に行う測定プログラムを有し、こ
の測定プログラムによって測定されたデータをメモリへ
自動的に入力し、かっ格納する機能を備え、また、メモ
リに格納されたデータをもとに最小２乗法により任意の
次数の係数を算出し、算出されたデータをメモリへ自動
的に格納するＳ能を備えた構成としたので、オペレータ
による手動操作を極力少なくし、補助計算機を用いるこ
となくデータの処理を正確に、かつ容易に行うことが可
能となり、さらに作業時間を大幅に短縮することができ
るなとの優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である制ａｌ装置を備えた三
次元のレーザ加工装置の構成を示すブロック図、第２図
は第１図のレーザ加工装置における校正曲線の係数の計
算を説明するためのフローチャート、第３図は従来の三
次元のレーザ加工装置の構成を示すブロック図、第４図
は第３図のレーザ加工装置における加工機本体の軸構成
を示す説明図、第５図及び第６図は第３図のレーザ加工
装置における加工ノズルを兼用した静電容量式センサの
構成を示す図、及びその静電容量式センサの出力特性図
、第７図は第３図のレーザ加工装置における校正曲線の
係数の計算を説明するためのフローチャートである。図において、ｌ・・・加工ヘッド、１ａ・・・加工ノズ
ルを兼用した静電容量式センサ、２・・・β軸受、３・
・・α軸受、　４・・・Ｚ軸受、　５・・・Ｙ軸受、　
６・−Ｘ軸受、７・・・アーム、　８・・・β軸、　９
・・・α軸、　１０・・・Ｚ軸、１１・・・加工機本体
、１２・・・ＮＣ１１１１１１部、１３・・・操作部、
１４・・・ティーチングボックス、１５・・・レーザ発
振器、１６・・・補助計算機、２０・・・センサヘッド
、２１・・・中心電極、２２・・・ガード電極、２３・
・・処理ユニット、２４・・・センサインタフェース　
である。なお、図中、同一符号は同一　又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

加工装置の加工ヘッドに装着されるセンサの出力、及び
ワーク・加工ノズル間の高さに関するデータの測定を自
動的に行う測定プログラムを有する自動測定手段と、測
定された上記データをメモリへ自動的に入力する自動入
力手段と、測定された上記データを上記メモリへ自動的
に格納する格納手段と、上記メモリに格納されたデータ
をもとに上記センサの出力と上記ワーク・加工ノズル間
の高さとの関係を複数次数の校正曲線に近似計算し、こ
れらの次数の係数を算出する係数計算手段と、算出され
た上記係数を上記メモリに自動的に記憶する係数記憶手
段とを備えたことを特徴とする制御装置。