JPH0515988A - レーザ加工機のギヤツプ制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワークの切断完了時にノズルがワークに衝突
することの防止を図ったレーザ加工機のギャップ制御方
法を提供することを目的とする。 【構成】 加工プログラムには、ギャップ制御を開始す
べきブロック位置にギャップ制御オンの命令が書き込ま
れており、レーザ加工の終了後の、ギャップ制御を停止
すべきブロック位置にはギャップ制御オフの命令が書き
込まれている。加工プログラムの各ブロックの加工指令
に従い加工を順次実行中に、次のブロックを読み込んで
ギャップ制御オフの指令を探す（Ｓ３）。ギャップ制御
オフの指令があれば、現在実行中の加工移動の残量を所
定量と比較し（Ｓ４）、加工移動の残量が所定量以下に
なったとき、ギャップ制御をオフして（Ｓ５）加工移動
の残量分の加工を継続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はノズルに設けられたギャ
ップ検出器の検出信号に基づいてノズルとワークとの間
のギャップを一定値に制御しながらワークを加工するレ
ーザ加工機のギャップ制御方法に関し、特に、ワークの
切断完了時にノズルがワークに衝突することを防止する
ようにしたレーザ加工機のギャップ制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ加工機はレーザ光を集光レ
ンズ等によって集光してワークの一点に照射し、照射し
た部分を加熱して加工を行う。非常に小さいスポットに
絞って照射した部分を蒸発させることによってピアシン
グや切断加工を行い、また、焦点を僅かにずらしてスポ
ット径を広げ、ワークを溶融状態にして溶接を行う。

【０００３】従って、ワークに照射されたレーザ光のス
ポット径が常時一定であることが求められるが、実際の
加工ではワークの反り等によってワーク上のスポット径
がしばしば変化することがあり得、これを防止するた
め、加工プログラムを実行しながら、同時にノズルとワ
ークとの距離を一定に保つギャップ制御が行われてい
る。

【０００４】通常、ギャップ制御ではノズルにギャップ
検出器を設けて、ノズルとワークとの距離（ギャップ）
を検出し、その検出値を基準値と比較して偏差を求め
る。そして、この偏差が零になるようにノズル位置を制
御してノズルとワークとの距離を一定に保つようにして
いる。ギャップ検出器としては、ノズルとワークとの間
の静電容量を検出して両者の距離を検出するようにした
静電容量式距離検出器を初め、反射光量式、渦電流式、
磁気式等の非接触型距離検出器が多く使用される。

【０００５】通常、このギャップ制御を開始すべき加工
プログラムのブロック位置にはギャップ制御オンの命令
が書き込まれており、加工の終了後の、ギャップ制御を
停止すべき加工プログラムのブロック位置にはギャップ
制御オフの命令が書き込まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ワークを、閉
じたループで形成される形状等に切断加工した場合に
は、加工を終了した時点で、切り取られたワーク片がワ
ーク本体から脱落する。一方、ギャップ制御を行いなが
らレーザ加工をする場合、ギャップ制御の停止は加工の
終了した後に実行されるから、切り取られたワーク片が
脱落する瞬間にはギャップ制御が未だ行われている。従
って、ワーク片の脱落時に、ギャップ検出器は検出対象
の一部を失い、結果的に上記偏差量が大きくなってしま
う。即ち、ギャップ検出器がギャップを検出するには、
その構造上通常、ノズル先端が対向するワーク上に、加
工点を中心とした所定の面積を必要とするので、ワーク
片の脱落によりその面積の一部が欠けた場合には、ギャ
ップ検出器はギャップが拡大したと見做してしまう、と
いうことによる。

【０００７】偏差量が大きくなると、ギャップ制御によ
り、ノズルは上記偏差量を小さくすべくワーク方向に移
動されるから、ノズルはワークの端に当たり、ワークと
干渉を起こしてしまうという問題が発生した。

【０００８】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、ワークの切断完了時にノズルがワークに衝突
することの防止を図ったレーザ加工機のギャップ制御方
法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、ノズルに設けられたギャップ検出器の検
出信号に基づいて前記ノズルとワークとの間のギャップ
を一定値に制御しながら前記ワークを加工するレーザ加
工機のギャップ制御方法において、加工プログラムの各
ブロックの加工指令に従い加工を順次実行中に、次のブ
ロックを読み込んでギャップ制御オフの指令を探し、ギ
ャップ制御オフの指令があれば、現在実行中の加工移動
の残量を所定量と比較し、前記加工移動の残量が前記所
定量以下になったとき、ギャップ制御をオフして前記加
工移動の残量分の加工を継続することを特徴とするレー
ザ加工機のギャップ制御方法が、提供される。

【００１０】

【作用】加工プログラムに従い、レーザ加工を行うと同
時に、ノズルに設けられたギャップ検出器の検出信号に
基づいてノズルとワークとの間のギャップを一定値に保
持するギャップ制御を行う。加工プログラムには、ギャ
ップ制御を開始すべきブロック位置にギャップ制御オン
の命令が書き込まれており、レーザ加工の終了後の、ギ
ャップ制御を停止すべきブロック位置にはギャップ制御
オフの命令が書き込まれている。

【００１１】加工プログラムの各ブロックの加工指令に
従い加工を順次実行中に、次のブロックを読み込んでギ
ャップ制御オフの指令を探す。ギャップ制御オフの指令
があれば、現在実行中の加工移動の残量を所定量と比較
し、加工移動の残量が所定量以下になったとき、ギャッ
プ制御をオフして加工移動の残量分の加工を継続する。

【００１２】このため、ワーク片が脱落する時にはギャ
ップ制御がオフになっており、ノズルがワーク本体方向
に移動することはない。従って、ノズルのワークとの干
渉は回避される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明を実施するためのレーザ加工機の
ハードウェアの概略構成図である。図において、プロセ
ッサ１１はバス１０を介してＲＯＭ１２ａに格納されて
いるシステムプログラムを読みだし、これに従って制御
装置１の全体の動作を制御する。ＲＡＭ１２ｂはＤＲＡ
Ｍであり、一時的な計算データを格納する。不揮発性メ
モリ１２ｃは図示されないバッテリでバックアップされ
ており、加工プログラムや各種のパラメータを格納す
る。

【００１４】プロセッサ１１はレーザ出力指令をインタ
ーフェース１３を介してレーザ発振器２に指令し、これ
に基づいてレーザ発振器２がレーザ光３を出力する。レ
ーザ光３は集光レンズ４で集光されてノズル５からテー
ブル６に固定されたワーク７に照射される。

【００１５】ギャップ検出器８は静電容量式の距離検出
器であり、ノズル５を中心にしたリング状の構造になっ
ていて、ワーク７との間の静電容量を検出して検出信号
を出力する。この検出された静電容量はノズル５とワー
ク７との間のギャップ量に対応する。

【００１６】検出信号はＡ／Ｄ変換器１４によってディ
ジタルな値に変換される。プロセッサ１１はこれをバス
１０を介して読み込み、ワーク７の材質や表面状態の相
違、及びギャップ検出器８の経年変化やドリフト等に起
因するレベル変化分を補正する補正係数で、ギャップ検
出器８からの検出信号を補正してノズル５とワーク７と
のギャップ量を求め、さらにこのギャップ量を基準値と
比較して偏差量を求め、偏差量に比例した速度指令をサ
ーボアンプ１５に指令する。

【００１７】サーボアンプ１５は内部にＤ／Ａ変換器を
内蔵しており、速度指令をアナログ値に変換した後、増
幅してサーボモータ９を駆動する。サーボモータ９が駆
動されることにより、ノズル５がＺ軸方向に移動する。
なお、この他にテーブル６をＸ軸方向、及び紙面に垂直
なＹ軸方向に制御するサーボ系があり、これらは加工プ
ログラムの軸移動指令に従って制御されるが、本図では
これらを省略してある。

【００１８】サーボモータ９にはパルスコーダ９１が取
りつけられており、サーボモータ９が所定角度回転する
毎にパルス信号を発生する。このパルス信号はサーボア
ンプ１５にフィードバック信号として入力される。

【００１９】この結果、ノズル５は基本的には加工プロ
グラムに従った移動を行いながら、ギャップ制御により
ワーク７とのギャップ量が一定に保たれる。次に、以上
のような構成のレーザ加工機のギャップ制御について、
図１を参照して説明する。

【００２０】図１は本発明に係るギャップ制御の手順を
示すフローチャートであり、このフローチャートは図２
のＲＯＭ１２ａに格納され、プロセッサ１１によって実
行されるものである。図中Ｓに続く数字はステップ番号
を表す。

【００２１】〔Ｓ１〕加工プログラムを数ブロックずつ
読み込み、解読する。 〔Ｓ２〕現在実行中のブロックではギャップ制御停止の
状態か否かを判別する。ギャップ制御中であればステッ
プＳ３〜Ｓ５を実行するが、ギャップ制御停止の状態な
らばステップＳ３〜Ｓ５はスキップされる。

【００２２】〔Ｓ３〕加工プログラムの現在実行中のブ
ロックの次のブロックにギャップ制御オフの命令が書き
込まれているか否かを判別する。次のブロックにギャッ
プ制御オフの命令が書き込まれているならば、ステップ
Ｓ４へ進むが、書き込まれていなければステップＳ４〜
Ｓ５をスキップする。

【００２３】〔Ｓ４〕前回実行時にステップＳ６で検出
された加工移動の残量が所定の設定値以下であるか否か
を判別する。これは、ワーク片がワーク本体から脱落さ
れる直前のレーザ加工状態にあるか否かを判別するため
のものである。この判別の答えが肯定（ＹＥＳ）ならば
ステップＳ５へ進み、一方、否定（ＮＯ）ならばステッ
プＳ５をスキップする。

【００２４】〔Ｓ５〕現在、ギャップ制御中であるにも
かかわらず、ギャップ制御を強制的に停止する。これに
より、この後にワーク片の脱落が生じてギャップ量が増
大しても、ノズル５はＺ軸方向の位置を変えることはな
い。

【００２５】〔Ｓ６〕解読した加工プログラムに従い、
補間演算や出力制御を行いパルス分配をする。これに伴
い加工移動の残量も算出する。 〔Ｓ７〕現在実行中のブロックによる処理が終了したか
否かを判別する。未終了ならば、ステップＳ４へ戻って
ステップＳ４〜Ｓ６の実行を繰り返し、終了すればステ
ップＳ８へ進む。

【００２６】〔Ｓ８〕加工プログラムの実行が全て終了
したか否かを判別する。未終了ならば、ステップＳ１へ
戻ってステップＳ１〜Ｓ７の実行を繰り返し、終了すれ
ば本プログラムを終了する。

【００２７】図３は、以上のようなレーザ加工が施され
る様子を示したワークの平面図である。ワーク７に対
し、例えば形状７１や形状７２で示すような形に加工が
施されて、斜線部分で示すワーク片が既に脱落してい
る。このワーク７に対し、加工プログラムによって、Ａ
点でギャップ制御オン命令がなされるとともにレーザ加
工を開始され、レーザ加工が矢印Ｂ方向に沿ってＥ点
（Ａ点と同一位置）まで行われ、Ｅ点でギャップ制御オ
フ命令がなされるとする。このような加工において、レ
ーザ加工がＣ点まで行われた時、Ｅ点のギャップ制御オ
フ命令を読み取ったとすると、その後、加工移動の残量
を所定の設定値と比較する（ステップＳ４）。そして、
Ｄ点で、加工移動の残量が所定の設定値以下になったと
すると、Ｄ点からＥ点まではギャップ制御を強制的に停
止する。即ち、Ａ点からＤ点までの実線部ではギャップ
制御が行われ、Ｄ点からＥ点まで破線部ではギャップ制
御が停止される。これによって、レーザ加工がＥ点に至
ってワーク片７３が脱落しても、ノズル５がワーク７に
衝突することは回避される。

【００２８】上記の実施例では、ワークを、閉じたルー
プで形成される形状に切り取る場合で説明したが、ワー
クの端までレーザ加工を進め、ギャップ検出器が検出対
象を失う場合でも、本発明は適用できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、加工プ
ログラムの各ブロックの加工指令に従い加工を順次実行
中に、次のブロックを読み込んでギャップ制御オフの指
令を探し、ギャップ制御オフの指令があれば、現在実行
中の加工移動の残量を所定量と比較し、加工移動の残量
が所定量以下になったとき、ギャップ制御をオフして加
工移動の残量分の加工を継続する。

【００３０】このため、ワーク片が脱落する時にはギャ
ップ制御がオフになっており、ノズルがワーク本体方向
に移動することはなく、従って、ノズルのワークとの干
渉は回避される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るギャップ制御の手順を示すフロー
チャートである。

【図２】本発明を実施するためのレーザ加工機のハード
ウェアの概略構成図である。

【図３】レーザ加工が施される様子を示したワークの平
面図である。

【符号の説明】

１ 制御装置 ２ レーザ発振器 ３ レーザ光 ５ ノズル ７ ワーク ８ ギャップ検出器 １１ プロセッサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ノズルに設けられたギャップ検出器の検
   出信号に基づいて前記ノズルとワークとの間のギャップ
   を一定値に制御しながら前記ワークを加工するレーザ加
   工機のギャップ制御方法において、 加工プログラムの各ブロックの加工指令に従い加工を順
   次実行中に、次のブロックを読み込んでギャップ制御オ
   フの指令を探し、 ギャップ制御オフの指令があれば、現在実行中の加工移
   動の残量を所定量と比較し、 前記加工移動の残量が前記所定量以下になったとき、ギ
   ャップ制御をオフして前記加工移動の残量分の加工を継
   続することを特徴とするレーザ加工機のギャップ制御方
   法。