TWI415705B

TWI415705B - 加工控制裝置及雷射加工裝置

Info

Publication number: TWI415705B
Application number: TW099119830A
Authority: TW
Inventors: Tomonori Mukae
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2013-11-21
Also published as: CN102205463A; JP2011206821A; TW201132442A; JP5460420B2; CN102205463B

Description

加工控制裝置及雷射加工裝置

本發明係有關一種雷射熔接加工用的加工控制裝置及雷射加工裝置。

在雷射熔接加工中，一般而言係進行下述的控制：從開始熔接加工的位置起使雷射的光束(beam)輸出隨著加工位置的移動而增加(輸出斜率上升(up slope control))，以某一定的輸出持續施作加工後，到移動至結束加工的位置為止使光束輸出減少(輸出斜率下降(down slope control))。在必須逐一指定輸出斜率上升結束位置與輸出斜率開始位置來作為教示點的情形中，按每一施作熔接加工的部位，必須將加工的開始位置及結束位置和斜率用的2點加在一起而指定4點的教示點，以及製作斜率指令。此外，在進行修正時，必須逐一針對熔接部位修正教示點的位置。為了減輕上述教示程式的製作負擔，在例如下述的專利文獻1中係提出了一種技術，藉由讀出預先記憶在記憶裝置的斜率時間(貫穿時間(pierce time))，從而省略資料輸入作業。

專利文獻1：日本特開平8-267255號公報

即使指定貫穿時間，從加工開始位置到輸出斜率上升結束位置為止的區間長度、從輸出斜率下降開始位置到加工結束位置為止的區間長度仍會取決於另外設定的加工速度而改變。要以所期望的長度實施輸出斜率上升、輸出斜率下降，應指定以利用加工速度的換算所求得的貫穿時間。因此，在掌握斜率用的點之後，有難以設定用來實施所期望的長度的輸出斜率上升、輸出斜率下降的加工條件的情形。

本發明乃鑑於上述課題而研創者，其目的在於提供一種加工控制裝置及雷射加工裝置，係在掌握斜率用的點之後，能夠容易設定用來實施所期望的長度的輸出斜率上升、輸出斜率下降的加工條件。

為了解決上述課題並達成目的，本發明的加工控制裝置係用以控制實施雷射熔接加工的雷射加工裝置者，其特徵在於，具有：加工條件設定手段，用以針對被加工物的各熔接部位，整批設定開始前述熔接加工時的加工條件及結束前述熔接加工時的加工條件的至少一方；並且，前述加工條件設定手段係具有：區間長度設定手段，用以設定從開始前述熔接加工的位置到結束輸出斜率上升的位置為止的區間長度、及從開始輸出斜率下降的位置到結束前述熔接加工的位置為止的區間長度的至少一方。

依據本發明，可達成如下效果：在掌握斜率用的點之後，能夠容易地設定用來實施所期望長度的輸出斜率上升、輸出斜率下降的加工條件。

以下，根據圖式詳細說明本發明的加工控制裝置及雷射加工裝置的實施形態。惟，並非以下述實施形態限定本發明。

實施形態

第1圖係顯示本發明實施形態的3次元雷射加工機的構成之圖。在第1圖中係以立體圖顯示3次元雷射加工機100的構成例。3次元雷射加工機100係因應各教示點的位置及角度，一邊使加工頭9移動，一邊進行工件50的3次元雷射熔接的雷射加工裝置。

3次元雷射加工機100係具備：加工台(work table)2，以能夠在機床1上沿X軸方向移動的方式設置；橫軌(cross rail)6，水平地跨設在左右機柱4、5間；Y軸單元7，以能夠在橫軌6沿Y軸方向移動的方式設置；Z軸單元8，以能夠在Y軸單元7沿Z軸方向移動的方式設置；加工頭9，安裝在Z軸單元8；加工噴嘴(雷射用噴嘴)10，安裝在加工頭9的前端部；及電腦式的加工控制裝置30。

加工控制裝置30係具有操作盤11A及畫面顯示部11B來作為人機介面(man machine interface)。畫面顯示部11B係例如為CRT(Cathode Ray Tude，陰極射線管)等。加工台2、Y軸單元7、Z軸單元8係分別藉由省略圖示的X軸伺服馬達、Y軸伺服馬達、Z軸伺服馬達所驅動，並藉由來自加工控制裝置30的各軸指令而進行位置控制。

加工頭9係構成為與習知加工頭相同。第2圖係顯示加工頭的構成的一例之圖。加工頭9係具有：旋轉軸14，能夠在Z軸單元8的前端藉由軸承構件13而繞著Z軸的中心軸旋轉；以及姿態軸16，在旋轉軸14的前端藉由軸承構件15而安裝，能夠以與Z軸正交的軸為中心而旋轉；其中，於姿態軸16的前端安裝有加工噴嘴10。旋轉軸14係藉由C軸伺服馬達17所驅動而旋轉，姿態軸16係藉由A軸伺服馬達18所驅動而旋轉。

X軸伺服馬達、Y軸伺服馬達、Z軸伺服馬達(省略圖示)、C軸伺服馬達17、A軸伺服馬達18係分別藉由來自加工控制裝置30的驅動信號而驅動。此外，各軸(X軸、Y軸、Z軸、C軸、A軸)的伺服馬達係一邊按照教示資料(teaching data)，將加工噴嘴10相對於加工台2上的工件(被加工物)50的分離距離保持為一定，一邊藉由加工控制裝置30進行下述的控制：使雷射光點仿照出加工線周圍並且使加工噴嘴10的方向相對於工件50的表面成大致垂直(法線)。藉此，在使旋轉軸14及姿態軸16旋轉時，能夠令加工點不變。

第3圖係顯示教示點與輸出波形間的關係之圖。第3圖中所示圖表的縱軸代表雷射的光束輸出，橫軸代表加工噴嘴10相對於工件50的移動長度。在從熔接加工開始位置(1)起的開始控制區間L1係使輸出隨著加工位置的移動而增加(輸出斜率上升)。成為開始控制區間L1的終點的位置(2)乃為結束輸出斜率上升的位置。從位置(2)起係以某一定的輸出持續施作熔接加工。

另一方面，在到熔接加工結束位置(4)為止的結束控制區間L2係使輸出隨著加工位置的移動而減少(輸出斜率下降)。成為結束控制區間L2的起點的位置(3)乃為開始輸出斜率下降的位置。

第4圖係顯示形成於工件的加工痕的形狀例之圖。關於垂直於加工方向之方向的加工痕51的寬度，在從位置(1)至位置(2)為止的開始控制區間L1，寬度係隨著往加工方向移動而變寬，在從位置(2)到位置(3)為止的區間，寬度為大致一定。此外，在從位置(3)到位置(4)為止的結束控制區間L2，加工痕51的寬度係隨著往加工方向移動而變窄。藉由輸出斜率上升及輸出斜率下降的實施而使光束輸出漸次變化，從而能夠在抑制加工開始位置與加工結束位置產生結塊(clump)。

第5圖係顯示加工控制裝置的加工條件設定手段之方塊圖。第6圖係顯示加工條件設定手段所設定的加工條件的顯示例之圖。加工條件設定手段20係針對工件50的各熔接部位將開始熔接加工時的加工條件與結束熔接加工時的加工條件予以整批設定。加工條件設定手段20所設定的加工條件係例如顯示於畫面顯示部11B。

加工條件設定手段20係具備：有效/無效切換手段21、區間長度設定手段22及區間條件設定手段23。有效/無效切換手段21係用以切換加工條件設定手段20所設定的加工條件之有效及無效的切換手段。有效/無效切換手段21係針對開始熔接加工時的加工條件及結束熔接加工的加工條件的各者，切換有效及無效。在加工條件的顯示內容中，於有效/無效設定顯示欄31係針對開始控制、結束控制的各者顯示加工條件屬於有效及無效的哪一者。

區間長度設定手段22係設定開始控制區間L1的區間長度與結束控制區間L2的區間長度。在加工條件的顯示內容中，於區間長度設定顯示欄32係顯示針對開始控制區間L1所設定的區域長度與針對結束控制區域L2所設定的區間長度。

區間條件設定手段23係設定開始控制區間L1的輸出條件與結束控制區間L2的輸出條件。就開始控制區間L1的輸出條件而言，例如，設定位置(2)的輸出值。就結束控制區間L2的輸出條件而言，例如，設定位置(4)的輸出值。在加工條件的顯示內容中，於區間條件設定顯示欄33係顯示針對開始控制區間L1所設定的輸出條件與針對結束控制區域L2設定所的輸出條件。

第7圖係顯示加工控制裝置中實施與加工條件設定手段的設定相應的控制所用的構成的方塊圖。加工條件有效/無效判定部41係判定加工條件設定手段20所設定的加工條件屬於有效及無效的哪一者。在加工條件有效/無效判定部41判定加工條件為有效時，移動距離計算部42及條件斜率變更部43係執行以下說明的處理。

移動距離計算部42係計算自開始熔接加工起之加工噴嘴10相對於工件50的移動長度。條件斜率變更部43係因應移動距離計算部42所算出的移動長度來調整光束輸出。藉此，伴隨按照移動指令使加工位置移動，實施如第3圖所示的輸出的自動調整。

藉由以區間長度設定手段22進行開始控制區間L1的區間長度與結束控制區間L2的區間長度的設定，使教示程式(teching program)能夠進行輸出斜率上升結束(位置(2))、輸出斜率下降開始(位置(3))的兩個教示點之設定、及斜率指令之刪除。此外，在修正實施輸出斜率上升與輸出斜率下降的長度時，不必一次一個地修正熔接部位的教示點，能夠利用區間長度設定手段22的區間長度設定的變更而整批予以修正。

並且，加工控制裝置30係藉由能夠以區間長度設定手段22進行區間長度之設定，而在以所期望的長度實施輸出斜率上升、輸出斜率下降的情形中，不需進行使用加工速度的換算等，且在掌握斜率用的點之後，能夠容易設定加工條件。

另外，在加工條件有效/無效判定部41判定加工條件為無效時，加工控制裝置30係按照加工條件設定手段20所設定的加工條件以外的條件來控制3次元雷射加工機100。此時，加工控制裝置30係例如亦可執行既已設定好位置(2)及(3)的習知教示程式。

當加工開始的加工條件為無效時，加工控制裝置30係不進行輸出斜率上升，而亦可執行自加工開始起將輸出維持一定之控制。此外，在加工結束的加工條件為無效時，加工控制裝置30係不進行輸出斜率下降，而亦可執行至加工結束為止將輸出維持一定之控制。加工控制裝置30係能夠藉由有效/無效切換手段21而在加工開始與加工結束各別地切換有效及無效。

另外，加工條件設定手段20並非限於針對開始控制及結束控制之雙方設定加工條件者，而是為只要能夠針對開始控制及結束控制的至少一方設定加工條件即可者。區間長度設定手段22並非限於設定開始控制區間L1及結束控制區間L2之雙方的區間長度者，而是為只要能夠針對開始控制區間L1及結束控制區間L2的至少一方設定區間長度即可者。

加工條件設定手段20亦可設計為能夠設定開始控制及結束控制的貫穿時間。例如，當並未進行區間長度設定手段22的區間長度設定時，加工條件設定手段20亦可根據所設定的貫穿時間來設定加工開始的加工條件與加工結束的加工條件。當進行有區間長度設定手段22的區間長度的設定與貫穿時間的設定之雙方時，加工條件設定手段20可以任一者的設定為優先。

(產業上的利用可能性)

如上述，本發明的加工控制裝置及雷射加工裝置在將輸出斜率上升、輸出斜率下降設定為所期望的長度而實施雷射加工的場合相當有用。

1．．．機床

2．．．加工台

4、5．．．機柱

6．．．橫軌

7．．．Y軸單元

8．．．Z軸單元

9．．．加工頭

10．．．加工噴嘴(雷射用噴嘴)

11A．．．操作盤

11B．．．畫面顯示部

13．．．軸承構件

14．．．旋轉軸

15．．．軸承構件

16．．．姿態軸

17．．．C軸伺服馬達

18．．．A軸伺服馬達

20．．．加工條件設定手段

21．．．有效/無效切換手段

22．．．區間長度設定手段

23．．．區間條件設定手段

30．．．加工控制裝置

31．．．有效/無效設定顯示欄

32．．．區間長度設定顯示欄

33．．．區間條件設定顯示欄

41．．．加工條件有效/無效判定部

42．．．移動距離計算部

43．．．條件斜率變更部

50．．．工件

51．．．加工痕

100．．．3次元雷射加工機

L1．．．開始控制區間

L2．．．結束控制區間

(1)至(4)．．．位置

第1圖係顯示本發明實施形態的3次元雷射加工機的構成之圖。

第2圖係顯示加工頭的構成的一例之圖。

第3圖係顯示教示點與輸出波形間的關係之圖。

第4圖係顯示形成於工件的加工痕的形狀例之圖。

第5圖係顯示加工控制裝置的加工條件設定手段之方塊圖。

第6圖係顯示加工條件設定手段所設定的加工條件的顯示例之圖。

第7圖係顯示加工控制裝置中實施與加工條件設定手段的設定相應的控制所用的構成的方塊圖。