WO1989006174A1 - Laser device for three-dimensional machining - Google Patents

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WO1989006174A1
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Etsuo Yamazaki
Nobuaki Iehisa
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Fanuc Ltd
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    • G05B2219/49362—Tool, probe at constant height to surface during machining

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional shape processing laser device for performing three-dimensional processing, and more particularly to a three-dimensional shape processing laser device having a function of correcting teaching data. Background technology
  • CNC laser processing machines which combine a laser oscillator and a numerical controller (CNC), have come into wide use.
  • Numerical controller capable of high-speed processing of laser beam machines and complex contour control
  • shape data is collected by aligning the tip of the nozzle with the actual workpiece, and NC commands are created from this data. This is performed manually by the operator operating the teaching box.
  • the nozzle is manually positioned on the workpiece, the attitude of the nozzle is controlled, then the memory button is operated, and the position of each eclipse at that time becomes the NC command.
  • the accuracy of the NC command obtained in teaching that is, the teaching data depends on the nozzle positioning state and is generally not so high.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional ⁇ -shaped machining laser device having a function of correcting teaching data.
  • a teaching box for teaching NC commands for the X-axis, Y-axis, Z sensitivity, and nozzle posture, and command storage means for storing the NC commands; NC command execution means for executing an NC command; a detector provided near the tip of the nozzle for detecting a distance to a workpiece; and the nozzle and the nozzle according to the distance detected from the detector.
  • the tracing means for controlling the gap between the workpieces to a constant value and the tracing control during the execution of the NC command are also performed simultaneously to detect a deviation from the path of the NC command, and the deviation exceeds a predetermined value.
  • Stop control means for stopping execution of the NC command program, and executing a correction command value for correcting the coordinate values of the X, ⁇ , ⁇ axes from the deviation amount and the coordinate value and the attitude information of the nozzle.
  • a three-dimensional shape processing laser device comprising: a correction value calculating unit; and a correcting unit that corrects a command value based on the correction command value.
  • a teaching box for teaching NC commands of the X-axis, ⁇ -axis, ⁇ -axis and the attitude of the nozzle, and command storage means for storing the NC commands; NC command execution means for executing an NC command; a detector provided near the tip of the nozzle for detecting a distance to a work; and detecting a deviation between the distance to the work and a standard gap, Stop control means for stopping the execution of the NC command program when the deviation exceeds a predetermined value, and the X, ⁇ , ⁇ axis coordinate values from the deviation amount and the coordinate values and the attitude information of the nozzle.
  • a three-dimensional shape processing laser device comprising: a correction value execution unit that calculates a correction command value to be corrected; and a correction unit that corrects a command value based on the correction command value.
  • the control is performed during the execution of the NC command so that the gap between the tip of the nozzle and the peak becomes a predetermined amount.
  • the execution of the ⁇ —C command program is stopped, and the coordinates and the attitude of the nozzle at that time indicate Calculate the deviation and insert the correction value as a separate command value to correct the path.
  • the NC command is executed without performing the copying control, and when the deviation from the standard value of the gap with the workpiece exceeds a predetermined value, the execution of the NC command program is stopped, and the coordinate value at that time is stopped. Calculate the deviation from the angle of the nozzle and the attitude of the nozzle, and insert the correction value as another command value to correct the path.
  • FIG. 1 is a block diagram of a three-dimensional shape processing laser apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a diagram showing the trajectory of the tip of the nozzle when performing control in accordance with the NC command.
  • FIG. 3 is a diagram showing a nozzle locus when only the NC command is executed.
  • Fig. 4 is a diagram to calculate the correction value from the deviation amount
  • FIGS. 5 (a) and (b) are flow charts of the process of one embodiment of the present invention.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an S-dimensional shape processing laser device according to one embodiment of the present invention.
  • reference numeral 10 denotes a control device that stores and executes the XC command and performs the following control.
  • 1 1 is a processor that controls the entire system
  • 1 2 is a control program.
  • a memory for storing ⁇ , 13 is an interface circuit with the teaching box, and the RS232C interface is used here.
  • 14 is a display control circuit which creates and sends out display data.
  • Reference numeral 15 denotes a distance detection circuit which receives a signal from the distance detector, converts the signal into an analog signal, and allows the processor 11 to capture the signal.
  • Reference numeral 16 denotes a DA converter, which converts a distribution pulse of the processor 11 into an analog voltage.
  • Reference numeral 17 denotes a servo drive for driving the servomotor.
  • Reference numeral 18 denotes a position control circuit which detects a position signal from a position detector attached to the servomotor ⁇
  • Reference numeral 20 denotes a teaching box, which is an operation panel for an operator to perform teaching.
  • 21 is a processor, which controls the teaching box 20 as a whole.
  • Reference numeral 22 denotes a memory for temporarily storing teaching data and the like, reference numeral 23 denotes a keyboard, reference numeral 24 denotes a display device for displaying simple data, and a liquid crystal display device is used.
  • Reference numeral 25 denotes an interface circuit for coupling with the control device 10.
  • Reference numeral 30 denotes a display device, which receives a video signal from the display control circuit 14 to perform various displays, and also displays an alarm signal, which will be described later, and the like.
  • Reference numeral 41 denotes a position detector of the servo motor 42
  • reference numeral 42 denotes a servomotor for driving other axes.
  • Reference numeral 43 denotes a distance detector which detects a gap between the nozzle 45 and the nozzle 46.
  • a laser measuring device using a semiconductor laser is used.
  • Reference numeral 4 denotes a measuring laser beam.
  • distance is detected from capacitance Capacitance distance detector S, magnetic sensor that detects eddy current and measures distance can be used.
  • Reference numeral 47 denotes a base table for fixing the work 45.
  • a laser beam for processing (not shown) is irradiated from the nozzle 45 onto the workpiece 46, and processing such as cutting and trimming of the work 46 is performed.
  • FIG. 1 only the servo system of the erosion servomotor and the like are shown, and the other erosion servo systems are omitted.
  • the operator uses the teaching box 20 to bring the tip of the nozzle 45 to the workpiece 46, and controls the attitude of the nozzle 45 by controlling the ⁇ : and ⁇ axes. Collect teaching data for each point.
  • the teaching data is temporarily stored in the memory 22, and is stored in the memory 12 of the control device for each fixed amount.
  • the teaching data that is, the NC command value is executed, and the tracing control is performed at the same time. This is effective when the accuracy of teaching data is low.
  • the gap from the tip of the nozzle 45 to the workpiece .46 is measured based on the detection data from the detector 43 at the same time, and the profile control is performed.
  • the tip of the nozzle fist 5 is basically executing the NC command, it is controlled by the trace control so as to keep the distance to the workpiece 46 constant by the movement of the axis. I ⁇
  • Fig. 2 shows the trajectory of the tip of the nozzle when executing control according to the NC command.
  • 45 is a nozzle
  • 46 is a workpiece
  • 48 is the trajectory of the tip of the actual nozzle 45
  • 49 is the trajectory of the NC command.
  • the second method is to execute the NC command without performing the following control. This is useful when teaching data is collected in detail.
  • Fig. 3 shows the nozzle trajectory when only the NC command is executed.
  • 45 is a nozzle and 46 is a work.
  • the deviation is corrected. Details of the correction will be described later.
  • Figure 4 shows a diagram for determining the correction value.
  • ⁇ is the deviation vector to be corrected.
  • the values of the ⁇ ,? Axes that control the coordinate values of the X, ⁇ , and ⁇ axes and the attitude of the nozzle are stored in the memory 12 of the control device 10, and the respective correction values ⁇ ⁇ 3, ⁇ We can help to find Yam Za.
  • the axis error of the position error of the tip of the nozzle is calculated as follows.
  • FIGS. 5 (a) and 5 (b) are flow charts of the processing of one embodiment of the present invention.
  • the numerical value following S is the step number
  • the restart when performing the correction, the restart is performed after the correction.
  • the restart may be performed automatically.
  • the control is performed during the execution of the NC command, and when the deviation from the NC command passage exceeds a certain value, the deviation is corrected. Can be easily checked and corrected, and reliable teaching data can be obtained.

Description

明 三次元形状加工レーザ装置 技 術 分 野
本発明は 3次元加工を行う三次元形状加工レーザ装置に関 し、 特にティ 一チ ングデータを補正する機能を備えた三次元 形状加工レーザ装置に関する。細 背 景 技 術
レーザ発振器と数値制御装置 （ C N C ) を結合した C N C レーザ加工機が広く使用されるよう になってきた。 レーザ加 ェ機の高速加工と、 複雑な輪郭制御のできる数値制御装置
( C N C ) の特徴を結合して、 複雑な形状の加工を非接触で 高速に加工することが可能になってきており、 特に従来のパ ンチプレス、 二プリ ングマ シ ン等では不可能であった、 3次 元加工のできる三次元形状加工レーザ装置が実用に供される ようになつてきた。 三次元形状加工レーザ装置で 3次元加工 を行うには、 X、 Υ、 Ζ軸の制御以外に先端のノ ズルの姿勢 制御を行う必要があり、 通常ノ ズル制御は o軸及び ?軸とし て制御される。 従って、 三次元形状加工レーザ装置では、 加 ェ指令は X、 Y、 Ζ軸及び o軸、 ?軸の制御が必要である。
これらの指令を図面からプログラムするのは非常に困難な 場合が多 く 、 一般に実際のワーク にノ ズルの先端を合わせて、 形状データを収集し、 このデータから N C指令を作成する。 これはオペレータがティ一チングボックスを操作して手動摸 作で行う。
しかし、 ティーチングは手動操作でノ ズルをヮーク上に位 置決めして、 ノ ズルの姿勢を制御した後に記憶釦を操作し、 そのときの各蝕の位置が N C指令となる。 この結果ティーチ ングで得られる N C指令、 すなわちティ一チングデータの精 度はノズルの位置決め扰態に依存し、 一般にそれほど高く は ない。
このときの誤差がならい制御で吸収できない程大きいと、 その部分の加工は不可能となり、 加工できない部分が残る。 発 明 の 開 示
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 ティ ーチングデータを補正する機能を備えた三次元^状加工レー ザ装置を提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、
3次元加工を行う三次元形状加工レーザ装置において、 X 軸、 Y軸、 Z敏及びノ ズルの姿勢の N C指令を教示するティ 一チングボッ クスと、 前記 N C指令を記憶する指令記憶手段 と、 該 N C指令を実行する N C指令実行手段と、 前記ノ ズル の先端近傍に設けられ、 ワークまでの距離を検出する検出器 と、 前記検出器から検岀される前記距離に従って、 前記ノ ズ ルと前記ワーク間のギャ ップを一定値に制御するならい手段 と、 前記 N C指令実行中にならい制御も同時に行い、 前記 N C指令の通路からの偏差を検出し、 該偏差量が所定値を越え たとき、 N C指令プログラムの実行を停止する停止制御手段 と、 前記偏差量と座標値及び前記ノ ズルの姿勢情報から前記 X、 Υ、 Ζ軸の座標値を補正する補正指令値を演箕する補正 値演算手段と、 該補正指令値によつて指令値を補正する補正 手段と、 を具備することを特徴とする三次元形状加工レーザ 装置が、
提供される。
十-
3次元加工を行う三次元形状加工レーザ装置において、 X 軸、 Υ軸、 Ζ軸及びノ ズルの姿勢の N C指令を教示するティ 一チングボッ クスと、 前記 N C指令を記憶する指令記憶手段 と、 該 N C指令を実行する N C指令実行手段と、 前記ノ ズル の先端近傍に設けられ、 ワークまでの距離を検出する検出器 と、 前記ワークまでの距離と標準ギャ ッ プとの偏差を検出し、 該偏差量が所定値を越えたとき、 N C指令プ口グラムの実行 を停止する停止制御手段と、 前記偏差量と座標値及び前記ノ ズルの姿勢情報から前記 X、 Υ、 Ζ軸の座標値を補正する補 正指令値を演算する補正値演箕手段と、 該補正指令値によつ て指令値を補正する補正手段と、 を具備するこ とを特徴とす る三次元形状加工レーザ装置が、
提烘される。
N C指令実行中にな らい制御を行い、 ノ ズルの先端とヮー ク とのギャ ップが所定量になるよう に制御する。 ノ ズル家由の 基準位置からのずれ量が一定値を越えたとき、 ヽ— C指令プコ グラムの実行を停止し、 その時の座標値とノ ズルの姿勢から '、 偏差分を計算して、 補正値を別個の指令値として挿入し、 通 路を補正する。
また、 ならい制御を行わずに、 N C指令を実行し、 ワーク とのギヤ ップの標準値からの偏差量が所定値を越えたときに N C指令プロ グラムの実行を停止し、 その時の座標値とノ ズ ルの姿勢から、 偏差分を計算して、 補正値を別偭の指令値と して挿入し、 通路を補正する。
図 面 の 簡 単 な 説 明 第 1図は本発明の一実施例の三次元形状加工レーザ装置の ブロ ック図、
第 2図は N C指令とならい制御を実行するとき のノ ズル先 端の軌跡を示す図、
第 3図は N C指令のみを実行する場合のノ ズル軌跡を示す 図、
第 4図は偏差量から補正値を求める図、
第 5図 （ a ) 及び （ b ) は本凳明の一実施例の処理のフ π 一チヤ一ト図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第 1図に本発明の一実施例の S次元形状加工レーザ装置の ブロ ック図を示す。 図において、 1 0 は X C指令を記憶、 実 行し、 ならい制御を行う制御装置である。
1 1 は全体を制御するプ αセ ッ サ、 1 2 は制御プロ グラ ム
δ を格納するメ モ リ 、 1 3 はテ ィ ーチ ングボ ッ ク スとのィ ンタ フェース回路であり、 こ こでは R S 2 3 2 C ィ ンタ フユース が使用される。 1 4 は表示制御回路であり、 表示データを作 成し、 送出する。 1 5 は距離検出器からの信号を受けて、 こ れを A D変換して、 プロセ ッ サ 1 1 が取り込めるよ う にする 距離検出回路である。
1 6 は D A変換器であり、 プロセ ッサ 1 1 力、らの分配パル スをアナ ログ電圧に変換する。 1 7 はサ一ボア ンプであり、 サーボモータを駆動する。 1 8 は位置制御回路であり、 サ一 0 ボモータにつけられた位置検出器からの位置信号を検出する <
2 0 はテ ィ ーチングボッ ク スであり、 オペレータが、 ティ 一チ ングを行う ための操作盤である。 2 1 はプロセ ッサであ り、 テ ィ ーチングボ ッ クス 2 0全体の制御を行う。 2 2 はテ ィ ーチ ングデータ等を一時記憶するメ モ リ 、 2 3 はキーボー 5 ドであり、 2 4 は簡単なデータを表示する表示装置であり、 液晶表示装置が使用される。 2 5 は制御装置 1 0 と結合する ためのィ ンタフェース回路である。
3 0 は表示装置であり、 表示制御回路 1 4 からのビデオ信 号を受けて、 各種の表示を行い、 後述する警報信号等も表示 0 される。
4 1 はサーボモータ 4 2 の位置検出器であり、 4 2 はな ら い軸を駆動するサ一ボモータである。 4 3 は距離検出器であ り、 ノ ズル 4 5 とヮ一 4 6 のギャ ッ プを検出し、 こ こでは、 半導体レーザを使用 した レーザ測定器が使周される。 4 4 は 測定用 レーザ光である。 これ以外に静電容量から距離を検出 する静電容量距離検 S器、 エディ カ レ ン トを検出して距離を 測定する磁気センサ等が使用できる。 4 7 はワーク 4 5を固 定する機據テーブルである。
ノ ズル 4 5からは図示されていない加工用のレーザ光がヮ —ク 4 6に照射されて、 ワーク 4 6 の切断加工、 ト リ ミ ング 等の加工が行われる。 なお、 第 1図ではならい蝕のサーボモ ータ等のサーボ系のみ示し、 他の蝕のサーボ系は省略してあ る。
オペレータ はテ ィ ーチ ングボ ッ ク ス 2 0を使用して、 ノ ズ ル 4 5 の先端をワーク 4 6 に持っていき、 ノ ズルの姿勢を ο: 軸と ^軸を制御して、 各点ごとにティーチングデータを収集 する。 このティーチングデータは一時メ モリ 2 2 に記憶され、 一定量ごとに、 制御装置のメ モリ 1 2 に格納記憶される。
ティーチングデータの収集が終わると、 レ一ザ加工を行う 前にティ一チングデータの確認、 補正を行う。 このときに以 下の 2通りの方法がある。
第 1 の方法は、 ティーチングデータすなわち、 N C指令値 を実行しながら、 同時にならい制御を行う。 これはティーチ ングデータの精度が粗い場合等に有効である。
ここで、 N C指令を実行しながら、 同時に検出器 4 3から の検出データによって、 ノ ズル 4 5 の先端からワーク.4 6ま でのギャ ップを測定し、 ならい制御を行う。 この結果、 ノ ズ ル拳 5 の先端は基本的には N C指令を実行しながら、 ならい 制御によって、 ワーク 4 6 との距離を一定にするようになら い軸の移動によって制御される。 一 ―
N C指令とならい制御を実行する ときのノ ズル先端の軌跡 を第 2図に示す。 図において'、 4 5 はノ ズル、 4 6 はワーク、 4 8 は実際のノ ズル 4 5 の先端の軌跡、 4 9 は N C指令の軌 跡である。 実行中に、 N C指令の軌跡 4 9 と実際のならい制 御された軌跡 4 8 の偏差量 Δ ε 1 が一定値を越えたとき、 Ν C指令の実行を停止し、 ティ 一チングデータの補正を行う。 補正の詳細は後述する。
第 2 の方法は、 ならい制御を行わずにそのまま N C指令を 実行する方法である。 これは、 ティ ーチングデータが細かく 収集されている場合等に有用である。 第 3図に N C指令のみ を実行する場合のノ ズル軌跡を示す。 図において、 4 5 はノ ズルであり、 4 6 はワークである。 このときに、 ノ ズル 4 5 の先端とワーク 4 6 との実際のギヤ ップと、 標準ギヤ ップと の偏差 Δ s 2が一定以上になったとき、 偏差量を補正する。 補正の詳細は後述する。
次に補正の詳細についてのベる。 第 4図に補正値を求める ための図を示す。 図において、 ε は補正すべき偏差べク トル である。 X、 Υ、 Ζ軸の座標値及びノ ズルの姿勢を制御する α蚰、 ?軸の値は制御装置 1 0 のメ モ リ 1 2 にあり、 これか らそれぞれの補正値 Δ Χ 3、 Δ Y a 厶 Z aを求めること力く でき る。
すなわち、 ノ ズルの姿勢を制御している 》铀、 β から各 軸の単位べク トノレ、
X軸 = f ( α- , β )
Υ IE = g ( or , β ) Ζ $έ= h ( α- , β )
を箕岀し 偏差量と W軸の機裱位置から、 ノ ズル先端の位置 誤差の各軸戒分を下記のように箕出する。
Δ X a = ( e + W ) X f ( a , β )
A Y a = ( ε ÷ W) X g ( , β )
A Z a = ( ε - W ) X h ( α , β )
この誤差を用いて、 X、 Υ、 Ζ各軸の機檨位置を修正する。
X a 十 A X a → X a
Y a — Δ Υ 3 → Y a
Ζ a — Δ Ζ a → Ζ a
この機械位置を Ν C指令に変換する。
G 0 1 X X a Y Y a Z Z a A or B F x x ；
(下線が実際の指令値を表す）
この指令を N C指令の次のプロ ックに挿入する。
次に上記にのべた制御の処理について述べる。 第 5図 （ a ) 及び ( b ) に本発明の一実施例の処理のフ ローチャー ト 図を示す。 図において、 Sに続く数値はステップ番号である, C S 1 〕 メ モ リ 1 2から N C指令プログラムを読み岀す。 〔 S 2 〕 1 ブロ ックの解読を行う。
〔 S 3 〕 ならい指令があるかどうか調べる。 ここでは、 なら い指令はモ一ダルな Gコー ドで指令される。 ならい指令がな いときは S 4へ、 あるときは S 5へい く。
： S 4 ί ならい指令がないので、 N C指令をそのまま実行す ο
： S 5 ； ならい指令があるので、 ならい制御を行う。 〔 S 6 〕 偏差量が許容範画か調べる。 許容範囲を越えたとき は S 9 へ、 許容範囲内のときは S 7 へい く 。
〔 S 7 〕 分配終了か調べる。 終了でなければ、 S 4 へいきパ ルス分配を続け、 終了なら S 8へい く。
〔 S 8 〕 全部の N C指令プログラムが終了したか調べる。 終 了していなければ S 1 へ戻り次のブロ ッ クを読み出し、 実行 する。
C S 9 j 偏差量が許容範囲を越えたので、 ·停止処理を行う e 〔 S 1 0 〕 X、 Y、 Z 、 or、 の全鈾の座標位置を読み取る < ( S 1 1 〕 偏差量から X、 Υ、 Ζ軸の補正値を求める。
〔 S 1 2 〕 補正値を加えた新たな座標値を求める。
L S 1 3 ) 座標値を N C指令に変換する。
( S 1 4 ) N C指令をプログラムに挿入する。
〔 S 1 5 〕 再起動をかける。 S 8へ戻る。
上記の説明では、 補正を行う ときは、 補正後に再起動する こ ととしたが、 自動的に再起動するようにしても
よい。
以上説明したように本発明では、 N C指令実行中にならい 制御を行い、 N C指令通路からの偏差量が一定値を越えたと き、 偏差量を補正するよ う に構成したので、 ティ ーチングデ —タを簡単に確認、 修正する こ とが可能になり、 確実なティ 一チングデータを得る こ とができ る。
また、 ならい制御を行わずに、 N C指令を実行し、 ワーク とのギ ヤ 'ン プの標準値からの偏差量が一定値を越えたときに、 偏差量を補正するよう に構成したので、 テ ィ ーチ ングテータ 簡単に確認、 修正することが可能になり、 確実なテ ーチ ングデータを得ることができる。

Claims

1 . 3次元加工を行う三次元形状加工レーザ装置において、 X軸、 Y軸、 Z軸及びノ ズルの姿勢の N C指令を教示する テ ィ一'チ ングボ ッ ク ス と、
前記 N C指令を記憶する指令記憶手段と、
該 N C指令を実行す青る N C指令実行手段と、
前記ノ ズルの先端近傍求に設けられ、 ワーク までの距離を検 出する検出器と、 の
前記検出器から検出される前記距離に従って、 前記ノ ズル と前記ワーク間のギ ヤ ップを一定値に制御するならい手段と、 前記 N C指令実行中にならい制御も同時に行い、 前記 N C 指令の通路からの偏差を検出し、 該偏差量が所定値を越えた とき、 N C指令プログラムの実行を停止する停止制御手段と、 前記偏差量と座標値及び前記ノ ズルの姿勢情報から前記 X、 Υ、 Ζ軸の座標値を補正する補正指令値を演算する補正値演 算手段と、
該補正指令値によつて指令値を補正する補正手段と、 を具備することを特徴とする三次元形状加工レーザ装置。
2 . 前記検出器はレーザ距離測定器であるこ とを特徴とす る特許請求の範囲第 1項記載の三次元形状加工レーザ装置。
3 . 3次元加工を行う三次元形状加工レーザ装置において、 X軸、 Υ軸、 Ζ軸及びノ ズルの姿勢の N C指令を教示する テ ィ ーチ ングボ ッ タ ス と、
前記 N C指令を記憶する指令記憶手段と、
該 N C指令を実行する N C指令実行手段と、 前記ノズルの先端近傍に設けられ、 ワークまでの距離を検 出する検出器と、
前記ワークまでの距離と標準ギャ ップとの偏差を検出し、 該偏差量が所定値を越えたとき、 N C指令プ口グラムの実行 を停止する停止制御手段と、
前記偏差量と座標値及び前記ノ ズルの姿勢情報から前記 X Υ、 Ζ敏の座標値を補正する補正指令値を演算する補正値演 箕手段と、
該補正指令値によつて指令値を補正する補正手段と、 を具備することを特徵とする三次元 状加工レーザ装置。
4 . 前記検出器はレーザ距離測定器であることを特徴とす る特許請求の範囲第 3項記載の三次元形抆加工レーザ装置。
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