JPH0494882A

JPH0494882A - レーザ加工機の制御方法

Info

Publication number: JPH0494882A
Application number: JP2213267A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Yoshima; 一雅吉間; Toshio Ishida; 石田　寿夫
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1992-03-26

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）本発明は、ワークに貫通孔を形成する際のピアシング加
工時におけるレーザ加工機の制御方法に関する。

（従来の技術）一般に、レーザ加工機によるピアシング加工は、ワーク
を切断加工する際の最初の工程で行われており、レーザ
ビームをワーク上の１点に向けて停止させ、レーザビー
ムを所定時間照射することによって貫通孔を形成してい
た。

そして、第８図及び第９図に示される如く、ピアシング
加工時におけるレーザ発振の周波数（ＯＮ／　Ｏｌｉ　
Ｐ繰返しパルス周波数）ｆｏ及びデユーティ比ｄ　は、
ピアシング時間（１ｏ）（ピアシング加］−に要する時
間）中、常に一定に制御されていた。

（発明が解決しようとする課題）ピアシング加工に際して、ワークの板厚が厚くなるとピ
アシング時間が長くなり、作業能率が悪くなるため、ピ
アシング時間の短縮化が要望されている。

そこで、照射されるレーザビームのパワーを上げること
か考えられるが、単に周波数ｆやデユーティ比ｄを上げ
てピアシング加］−を行えば、バーニングが発生して良
好なピアシング加工が行えず、従来にあっては、バーニ
ングが発生しない程度の周波数ｆ　やデユーティ比ｄｏ
の採用によってピアシング加工を行っていた。

そこで、本発明は上記に鑑み、バーニングの発生を防止
してピアシング時間の短縮化が図れるレーザ加工機の制
御方法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）上記目的を達成するための技術的手段は、レザビームに
よってワークに貫通孔を形成するピアシング加工時のレ
ーザ加工機の制御方法において、ピアシング加工初期状
態のレーザ発振の周波数とデユーティ比を徐々に増加さ
せながらピアシング加工を行う点にある。

（作用）本発明の方法によれば、ピアシング加重［時において、
ピアシング加工の進行に伴ってレーザ発振の周波数とデ
ユーティ比を徐々に増加させるため、バーニングの発生
が有効に防止でき、また周波数及びデユーティ比の増加
によるレーザビームのパワーアップにより全体としてピ
アシング時間が短くなる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は、この発明を適用するレーザ加］−機としての
直角座標型レーザ切断ロボットの全体概略斜視図である
。同図において、このロボッｌ−ＲＢは、基台１の上に
、図示省略のモータＭ１によってＸ方向（水平方向）に
移動操作自在な移動台２が備えられており、この移動台
２の上にワークか載置される。

基台１の両側方には夫々コラム３が立設されており、両
コラム３の頂部間に亘ってビーム４が架設されている。

ビーム４には、図の２方向（鉛直方向）に延びるととも
に、モータＭ２によってビーム４長手方向に沿って、即
ちＹ方向（Ｘ方向と直交する水平方向）に移動操作自在
とされた移動コラム５が装着されている。

移動コラム５の下端には、モータＭ３によってＺ方向に
昇降操作自在とされた旋回台６が設けられ、旋回台６は
図示省略のモータＭ４によって上下方向の軸心回りに旋
回操作自在とされている。

また旋回台６の旋回中心から一側に偏位した旋回台６下
面側から下向き突出状にアーム７が設けられており、ア
ーム７は旋回台６の旋回操作によって旋回中心回り、即
ちθ方向に回動操作自在とされている。

アーム７の下端部−側には図示省略のモータＭ５によっ
て水平軸心回り、即ちψ方向に回動操作自在とされたレ
ーザトーチＴが装着されている。

そして、このトーチＴを利用して、トーチＴとワーク表
面との距離を検出する距離センサとしてのハイドセンサ
Ｈ８（後述する。）が構成されている。

８はレーザ発振装置で、レーザガイドパイプ９を通じて
トーチＴ側にレーザビームを供給する。

１０は制御装置で、後述するトーチ距離制御装置やマイ
クロコンピュータ等が内蔵されており、操作盤１１には
、キーボードやデイスプレィ等が設けられている。また
、外部コンピュータ１２は種々のデータの入出力やデー
タ処理を行なうためのものであり、ＣＲＴ１３やキーボ
ード１４等を備えている。

第２図はロボットＲＢの電気的構成の概略ブロック図を
示しており、制御装置１０に内臓されたマイクロコンピ
ュータ２１には、バスＢＬを介して、上記モータＭ１〜
Ｍ５や、これらのモータＭ　　−Ｍ　　の回転角を検知
するエンコーダＥ１〜Ｅ５（第１図中には図示せず）を
含んだ機構駆動系２３．レーザ発振装置８．操作盤１１
．外部コンピュータ１２等が接続されている。

レーザトーチＴには、レーザ発振装置８からレーザビー
ムが案内される他、レーザトーチＴの先端部に設けられ
たハイドセンサＨ３を用いて、レザト−チＴとワークＷ
との相互間距離がトーチ距離制御装置２２によって検出
される。なお、このシステムは、上位のホストシステム
（図示せず）の制御下で動作させることもてきる。

第３図は、レーザトーチＴの詳細を示す部分断面図であ
る。図において、レーザトーチＴの円筒状のハウジング
３０の下部は、その下端にあるトチ孔３１に向かって円
錐状に内外径が減少するノズルチップ３２となっている
。トーチ孔３１部分におけるノズルチップ３２の外周部
は、ワークＷと対向する部分の平面積を大きくしたハイ
ドセンサＨ８とされている。また、ハウジング３０内に
はレンズ３３が設けられており、レーザ発振装置８から
案内されたレーザビームＬＢがレンズ３３で絞られてワ
ークＷに照射される。

ハイドセンサＨ３は、レーザトーチＴがワークＷに向け
られると、ワークＷとノズルチップ３２のクリアランス
１１（相互間距離）を静電容量の変化で検出するセンサ
である。すなわち、予め設定したレーザトーチＴとワー
クＷの相互間距離に対して、両者が互いに近づくと静電
容量が増大し、逆に両者が互いに離れると静電容量が減
少する。

従って、レーザトーチＴとアーム７とを電気的に絶縁し
ておき、ハイドセンサＨ３で検出された静電容量を所定
の基準値と比較すれば、レーザトーチＴとワークＷとの
実際の相互間距離が予め設定された相互間距離に対して
小さいか大きいかを判断することができる。

第４図はレーザ発振装置８及びトーチ距離制御装置２２
に関連する制御ブロック図を示し、マイクロコンピュー
タ２１は主制御部２１１１位置指位置指令信号２．レー
ザ駆動制御部２１３　データ読出し部２］４．メモリ２
１５等を備えている。

位置指令制御部２１２は、機構駆動系２３内のサーボ制
御部２３１に対して位置指令信号α、を与える役割を有
する。一方、トーチ距離制御装置２２はハイドセンサユ
ニツＩ−２２１を備え、ハイドセンサユニット２２１は
レーザトーチＴ先端のハイドセンサＨ８と接続されてお
り、ハイドセンサＨ３とワークＷとの間の静電容量をｎ
１定する。

そして、静電容量の変化に基づいて、レーザトーチＴと
ワークＷとの相互間距離の変化量を位置補正信号ΔαＩ
として出力する。またハイドセンサ２２１は静電容量が
所定の限界値以上になると、エラー信号Ｓ。を出力する
。なおこのエラー信号Ｓｏは実質的にレーザトーチＴと
ワークＷとの相互間距離が所定の値以下になったことを
示す。

そして、これら位置補正信号Δα、とエラー信号Ｓ。は
夫々、位置指令制御部２１２と主制御部２１１に与えら
れる。位置指令制御部２１２は位置補正信号Δα１を受
けてレーザトーチＴの座標値をクリアランスｐの方向に
補正し、補正された位置指令信号α、をサーボ制御部２
３１に！ｊえ、ここにレーザトーチＴとワークＷとのク
リアランス９が一定値に保たれるように相互間距離が制
御される。一方、レーザトーチＴとワークＷとが近づき
過ぎた場合、主制御部２１１はエラーの信号Ｓ　を受け
てロボットＲＢの動作を停止させる。

前記メモリ２１５には、操作盤１１を利用して入力され
たピアシングデータが記憶されている。

即ち、ピアシングデータとして、ピアシング加工時にお
ける初期条件としてのレーザ発振の周波数ｆ　及びデユ
ーティ比ｄ１、終期条件としての前記初期条件より大な
る周波数ｆ２　（＞ｆ、）、デユーティ比ｄ、、（＞ｄ
、）　、初期条件終了時間ｔ１、終期条件開始時間ｔ２
及び終期条件終了時間ｔ３が入力されており、ワークＷ
の材質や板厚等に応じて各種のピアシングデータが記憶
されている。なお、初期条件の周波数ｆ、及びデユーテ
ィ比ｄ　としては従来における周波数ｆ。及びデユ−テ
ィ比ｄｏを採用すればよい。

データ読出し部２１４は主制御部２１１からのピアシン
グ指令に応じて所定のピアシングデータをメモリ２１５
から取出し、レーザ駆動制御部２１３に入力する役割を
有する。

レーザ駆動制御部２１３は、人力されたピアシングデー
タに基づいて、レーザ発振装置８を作動させる駆動電力
を供給し、レーザ発振装置８を所定に作動させる役割を
有する。即ち、第５図及び第６図に示される如く、時間
ｔ１まて初期条件（周波数ｆ　、デユーティ比ｄ、）で
レーザ発振させる駆動電力を供給し、時間ｔ１から時間
ｔ２までは時間ｔ　に終期条件の周波数ｆ２及びデユ−
ティ比ｄ２となるように周波数ｆ及びデユーティ比ｄを
徐々に増加させなからレーザ発振させる駆動電力を供給
する。本実施例においては、周波数及びデユーティ比ｄ
はｔｌ　≦ｔ≦ｔ２１１　　≦ｔ≦ｔ２の１次関数として供給される（第７図参照）。

そして時間ｔ　から時間ｔ３まで終期条件周波数ｆ　、
デユーティ比ｄ２でレーザ発振させる駆動電力を供給す
る。

時間ｔ３経過後は、上述同様、メモリ２１５に記憶され
た各種切断データの中からデータ読出し部２１４によっ
て所定の切断データを取出し、レーザ駆動制御部２１３
に入力し、第５図及び第６図仮想線で示される如く、周
波数ｆ及びデユーティ比ｄが連続的もしくは段階的に適
宜増加されて切断工程に移行され、レーザトーチＴとワ
ークＷとの相互間距離が一定に保たれながらワークＷが
切断加工される。

以上のように、本実施例の制御方法によれば、ピアシン
グ加工時において、ピアシング初期段階においては初期
条件でレーザ発振されたレーザビームＬＢで加工され、
中期段階においては周波数ｆ及びデユーティ比ｄを徐々
に増加させなからレザ発振されたレーザビームＬＢで加
工され、終期段階においては終期条件てレーザ発振され
たレザビームＬＢで加工される方式であり、ピアシング
加工の進行に伴ってレーザ発振の周波数ｆとデユーティ
比が徐々に増加されるため、バーニングの発生が有効に
防止でき、しかも周波数ｆ及びデユーティ比ｄの増加に
よってレーザビームＬＢのパワーアップが図られ、ここ
に、ピアシング加工終了に至るまで初期条件で加工する
場合と比較してピアシング時間が１／２〜１／３と大幅
に短縮化できる。またピアシング加工後、引き続き切断
工程に移行する際、レーザビームＬＢのパワーが幾分上
昇しているため、切断時のレーザビームＬＢのパワー状
態に移行する時間も短縮化できる。

以上のことから、切断加工に要する時間が短縮でき、作
業能率向上が図れ、厚板等でピアシング加工数が多い場
合、特に有効である。

］　２なお、ピアシング条件としてのデータ、即ち周波数ｆ　
、ｆ２、デユーティ比ｄ、ｄ、、、作業時間１，１２．
１３は予め得られたデータに基づき、バーニングが発生
しない条件を選択すればよい。またワークＷの種類に応
じて、ｔ１＝０としてもよく、ｔ２＝ｔ３としてもよい
。さらに、ピアシング中期段階における周波数ｆやデユ
ーティ比ｄの増加量は１次関数に限られず、適宜決定す
ればよい。

（発明の効果）以上のように、本発明のレーザ加］二機の制御方法によ
れば、レーザ発振の周波数とデユーティ比を徐々に増加
させながらピアシング加工を行うため、バーニングの発
生が有効に防止できると共に、ピアシング時間の短縮化
が図れる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するロボットの全体概略斜視図、
第２図は第１図のロボットの電気的構成を示すブロック
図、第３図はレーザトーチの詳細構成を示す部分断面図
、第４図は本発明の実施例に係る主要部の制御ブロック
図、第５図は本発明の実施例に係る周波数とピアシング
時間との関係図、第６図は本発明の実施例に係るデユー
ティ比とピアシング時間との関係図、第７図は実施例に
おけるレーザ出力の時間的変化を例示する図、第８図は
従来の周波数とピアシング時間との関係図、第９図は従
来のデユーティ比とピアシング時間との関係図である。８・・・レーザ発振装置、　　　１０・・・制御装置、
１１・・・操作盤、２１・・・マイクロコンピュータ、２１３・・・レーザ駆動制御部、２１４・・・データ読出し部、　　２１５・・・メモリ
、ＲＢ・・・ロボット、Ｗ・・・ワーク、ＬＢ・・・レ
ーザビーム

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザビームによってワークに貫通孔を形成する
ピアシング加工時のレーザ加工機の制御方法において、ピアシング加工初期状態のレーザ発振の周波数とデュー
ティ比を徐々に増加させながらピアシング加工を行うこ
とを特徴とするレーザ加工機の制御方法。