WO2021200471A1 - レーザ加工機の制御装置 - Google Patents

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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45165—Laser machining

Definitions

  • This disclosure relates to a control device for a laser processing machine.
  • the inclination direction of the nozzle with respect to the traveling direction of the nozzle is controlled.
  • the inclination direction of the nozzle is set, for example, in a direction inclined by 90 degrees with respect to the traveling direction of the nozzle, and in this case, so-called normal direction control is performed.
  • the tilt angle of the nozzle in the above-mentioned tilt direction is controlled from the direction perpendicular to the plane of the workpiece to be machined in the plane orthogonal to the traveling direction of the nozzle.
  • the inclination angle of this nozzle is controlled according to, for example, the machining shape.
  • Patent Document 1 has been proposed as a technique for groove processing with an NC laser cutting machine in order to cut out a member having a groove.
  • This Patent Document 1 describes that the inclination angle of the laser head (nozzle) is changed at the time of groove processing of a curved portion.
  • the tilt angle of the nozzle may be changed according to the machining shape etc. by the program command.
  • the inclination angle of the nozzle is changed, the irradiation area of the laser on the workpiece to be machined changes. Therefore, the laser irradiation distance is adjusted by the tool diameter correction function usually provided in the control device of the laser processing machine. That is, when the tool diameter correction is performed, the tool center path through which the center of the nozzle passes becomes a path different from the machining program path.
  • the inclination direction of the nozzle is automatically controlled so as to be always constant as the inclination direction with respect to the tool center path.
  • the traveling direction of the tool center path changes, and the nozzle is accompanied by the change.
  • the inclination direction of is changed. Therefore, there is a problem that the inclination direction of the nozzle with respect to the machining program path changes and the machining accuracy is lowered.
  • a control device for a laser machining machine that can maintain the tilt direction of the nozzle with respect to the machining program path and improve the machining accuracy even when the tool diameter correction amount is changed is desired.
  • One aspect of the present disclosure is a control device for a laser processing machine including a nozzle, which creates an offset vector with respect to a processing program path based on the analysis result of the processing program, and the center of the nozzle passes based on the offset vector.
  • a tool center path calculation unit that calculates the tool center path
  • a first inclination direction calculation unit that calculates the inclination direction of the nozzle with respect to the machining program path based on the analysis result of the machining program
  • the first inclination direction calculation unit is included in the first inclination direction calculation unit.
  • the posture of the nozzle is determined based on the inclination direction of the nozzle calculated by the above method and the inclination angle of the nozzle from the direction perpendicular to the plane of the work in the plane orthogonal to the machining program path to the inclination direction.
  • Drive shaft movement that calculates the movement amount of the drive shaft based on the calculated tool posture calculation unit, the tool center path calculated by the tool center path calculation unit, and the nozzle posture calculated by the tool posture calculation unit. It is a control device of a laser processing machine including an amount calculation unit and a drive shaft control unit that controls the drive shaft based on the movement amount of the drive shaft calculated by the drive shaft movement amount calculation unit.
  • a control device for a laser machine that can maintain the inclination direction of the nozzle with respect to the machining program path even when the tool diameter correction amount is changed and can improve the machining accuracy.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a control device 1 of a laser processing machine according to an embodiment of the present disclosure.
  • the control device 1 of the laser processing machine according to the present embodiment processes the workpiece to be processed into a member having a groove by executing groove processing by the laser processing machine.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining groove processing, and is a perspective view of a groove processed finished product P.
  • the quadrangular pyramid-shaped grooved finished product P has a shape in which four side surfaces are inclined outward toward the upper surface side.
  • the groove formed by such an inclined surface forms a groove portion at the time of laser welding.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining groove processing, and is a perspective view showing the posture and locus of the nozzle 2 during groove processing.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining groove processing, and is a plan view showing a locus of the nozzle 2 at the time of groove processing. The examples shown in FIGS. 3 and 4 show the locus of the nozzle 2 when the work W is machined on the grooved finished product shown in FIG.
  • the nozzle 2 is moved in a rectangular shape on the surface side of the work W. At this time, the nozzle 2 is tilted with respect to the traveling direction of the nozzle 2.
  • the inclination direction of the nozzle 2 is a direction in which it is inclined by 90 degrees with respect to the traveling direction (X direction or Y direction in FIG. 3) and a direction in which it is inclined outward.
  • the nozzle 2 is in the plane orthogonal to the traveling direction of the nozzle 2 from the direction perpendicular to the surface (plane) of the work W (Z direction in FIG. 3) to the inclination direction.
  • the tilt angle of is set to 45 degrees.
  • FIG. 5 is a diagram showing an inclination direction and an inclination angle of the nozzle 2 at the time of groove processing.
  • the inclination direction of the nozzle 2 is a direction that rotates 90 degrees with respect to the X direction, which is the traveling direction of the nozzle 2, that is, the Y direction.
  • the inclination angle of 2 is set to 60 degrees. As described above, in the groove processing, the inclination direction and the inclination angle of the nozzle 2 are controlled.
  • the inclination angle of the nozzle 2 may be changed according to the machining shape or the like according to the machining program command.
  • the irradiation region of the laser on the work W to be machined changes. Therefore, the laser irradiation distance is adjusted by the tool diameter correction function usually provided in the control device 1 of the laser processing machine. That is, when the tool diameter correction is performed, as shown in FIGS. 3 and 4, the tool center path through which the center of the nozzle 2 passes is offset from the machining program path, and both become different paths. This offset amount is the tool diameter correction amount.
  • FIG. 6 is a diagram showing the posture and locus of the nozzle 2 when the tool diameter correction is not executed in groove machining.
  • FIG. 6 shows the posture and locus of the nozzle 2 as seen from the XY plane.
  • the tool diameter correction is not executed, and the machining program path and the tool center path match. Then, even in the bent corners of these paths, the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the machining program path is controlled to be always constant, so that the nozzle 2 automatically rotates and the inclination direction of the nozzle 2 is maintained. ..
  • FIG. 7 is a diagram showing the posture and locus of the nozzle 2 controlled by the conventional control device when the tool diameter correction is executed in the groove machining.
  • the inclination direction of the nozzle 2 controlled by the conventional control device is automatically controlled so as to be always constant as the inclination direction with respect to the tool center path.
  • the traveling direction of the tool center path changes, and the inclination direction of the nozzle 2 changes accordingly. Therefore, the inclination direction of the nozzle with respect to the machining program path changes, which causes a problem that the machining accuracy is lowered.
  • control device 1 of the laser processing machine according to the present embodiment solves the above-mentioned problems.
  • the configuration of the control device 1 of the laser processing machine according to the present embodiment will be described in detail.
  • control device 1 of the laser machining machine is driven by a machining program analysis unit 11, a tool center path calculation unit 12, an inclination direction calculation unit 13, and a tool attitude calculation unit 14.
  • a shaft movement amount calculation unit 15 and a drive shaft control unit 16 are provided.
  • the control device 1 of the laser processing machine according to the present embodiment is realized by, for example, causing a computer having a CPU, a memory, or the like to read a program for executing the laser processing according to the present embodiment.
  • the control device 1 of the laser processing machine according to the present embodiment includes a numerical control device and a servo control device.
  • the machining program analysis unit 11 analyzes the input machining program. Specifically, the machining program analysis unit 11 acquires machining information such as a machining program path, information on a nozzle tilt direction, and a nozzle tilt angle by analyzing the machining program.
  • the tool center path calculation unit 12 creates an offset vector with respect to the machining program path based on the analysis result of the machining program by the machining program analysis unit 11, and based on the offset vector, determines the tool center path through which the center of the nozzle passes. calculate.
  • the tool center path calculation unit 12 calculates the tool center path offset from the machining program path (offset by the tool diameter from the machining program path), so that the tool diameter can be corrected.
  • the tilt direction calculation unit 13 includes a first tilt direction calculation unit 131, a second tilt direction calculation unit 132, and a tilt direction calculation switching unit 133.
  • the first inclination direction calculation unit 131 calculates the inclination direction of the nozzle with respect to the processing program path based on the analysis result of the processing program by the processing program analysis unit 11. Specifically, the tilt direction of the nozzle 2 with respect to the machining program path is calculated based on the information regarding the tilt direction of the nozzle 2 (rotation angle with respect to the traveling direction of the nozzle 2) acquired by the machining program analysis unit 11.
  • the second inclination direction calculation unit 132 calculates the inclination direction of the nozzle with respect to the tool center path based on the analysis result of the processing program by the processing program analysis unit 11. Specifically, the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the tool center path is calculated based on the information regarding the inclination direction of the nozzle 2 (rotation angle with respect to the traveling direction of the nozzle 2) acquired by the machining program analysis unit 11.
  • the inclination direction calculation switching unit 133 calculates the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the machining program path by the first inclination direction calculation unit 131, and calculates the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the tool center path by the second inclination direction calculation unit 132. Is switched according to the shape of the machining program path. Specifically, when the shape of the machining program path is an arc shape, the inclination direction calculation switching unit 133 switches to the calculation of the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the tool center path by the second inclination direction calculation unit 132. The switching of the inclination direction calculation by the inclination direction calculation switching unit 133 will be described in detail later.
  • the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the machining program path is preferably a direction orthogonal to the machining program path.
  • the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the tool center path is preferably a direction orthogonal to the tool center path. This enables so-called normal direction control.
  • the tool attitude calculation unit 14 has an inclination direction of the nozzle 2 calculated by the first inclination direction calculation unit 131 or the second inclination direction calculation unit 132, and a direction perpendicular to the plane of the work W in a plane orthogonal to the machining program path.
  • the posture of the nozzle 2 is calculated based on the inclination angle of the nozzle 2 in the inclination direction from the above.
  • the drive shaft movement amount calculation unit 15 calculates the movement amount of the drive shaft based on the tool center path calculated by the tool center path calculation unit 12 and the posture of the nozzle 2 calculated by the tool posture calculation unit 14.
  • the drive shaft control unit 16 controls the drive shaft based on the drive shaft movement amount calculated by the drive shaft movement amount calculation unit 15.
  • FIG. 8 is a diagram showing the posture and locus of the nozzle 2 controlled by the control device 1 according to the present embodiment when the tool diameter correction is executed in groove machining.
  • the control device 1 according to the present embodiment when the tool diameter correction amount is changed (tool diameter correction function is ON) in response to the change in the inclination angle of the nozzle 2 due to the machining shape or the like.
  • the inclination direction of the nozzle 2 is controlled as the inclination direction with respect to the machining program path. Therefore, the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the machining program path is always kept constant, so that the machining accuracy can be improved.
  • FIG. 9 is a diagram showing a laser irradiation region LA when the inclination angle of the nozzle 2 is changed in groove processing.
  • FIG. 9 shows the case where the tool diameter correction is OFF, and the machining program path and the tool center path are originally the same, but for convenience, they are shown in a staggered manner.
  • the laser irradiation region LA expands when the inclination angle of the nozzle 2 is changed, specifically, when the inclination of the posture of the nozzle 2 is increased.
  • FIG. 10 is a diagram showing a conventional laser irradiation region LA when tool diameter correction is executed in groove machining.
  • the inclination direction of the nozzle 2 is controlled to the inclination direction with respect to the tool center path offset from the machining program path, so that the tool center path is set. It can be seen that the inclination direction changes accordingly, and the way the laser hits the work W also changes. As a result, the laser irradiation region LA also changes significantly, which causes a decrease in processing accuracy.
  • FIG. 11 is a diagram showing a laser irradiation region LA of the present embodiment when tool diameter correction is executed in groove machining.
  • the inclination direction of the nozzle 2 is controlled to the inclination direction with respect to the machining program path, so that the nozzle 2 with respect to the machining program path is controlled.
  • the tilt direction is maintained. Therefore, a decrease in processing accuracy is avoided.
  • FIG. 12 is a diagram showing laser machining when the tool diameter correction is not executed in the arcuate machining program path.
  • the tilt direction is controlled so that the tilt direction of the nozzle 2 is always perpendicular (normal direction) to the tangent of the arc. Groove processing is performed while doing so. Since FIG. 12 shows the case where the tool diameter correction is not executed, the machining program path and the tool center path match.
  • FIG. 13 is a diagram showing laser machining when the tool diameter correction is executed on the arcuate machining program path and the inclination direction of the nozzle is set to the tilt direction with respect to the arcuate machining program path.
  • the normal to the tangent of the tool center path is particularly near the start point and the end point of the path.
  • FIG. 14 shows a case where the tool diameter correction is executed on the arcuate machining program path and the inclination direction of the nozzle 2 is set to the inclination direction with respect to the arcuate machining program path when the radius difference from the tool center path is large. It is a figure which shows the laser processing of.
  • FIG. 15 is a diagram showing a machining shape of an arcuate machining program path when the tilt direction of the nozzle 2 is the tilt direction with respect to the tool center path and when the tilt direction of the nozzle 2 is the tilt direction with respect to the machining program path. Is. As shown in FIGS.
  • the inclination direction calculation switching unit 133 switches between the calculation of the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the machining program path and the calculation of the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the tool center path according to the shape of the machining program path. ..
  • the shape of the machining program path is an arc shape as described above, the calculation is switched to the calculation of the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the tool center path. This makes it possible to improve the processing accuracy while maintaining the desired processing shape.
  • a tool center path calculation unit 12 for calculating the tool center path based on the offset vector and a first inclination direction calculation unit 131 for calculating the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the machining program path are provided. .. Further, the posture of the nozzle 2 is determined based on the calculated inclination direction of the nozzle 2 and the inclination angle of the nozzle 2 from the direction perpendicular to the plane of the work W in the plane orthogonal to the machining program path to the inclination direction.
  • the tool attitude calculation unit 14 to be calculated, the drive shaft movement amount calculation unit 15 to calculate the movement amount of the drive shaft based on the tool center path and the posture of the nozzle 2, and the drive shaft are controlled based on the movement amount of the drive shaft.
  • the drive shaft control unit 16 is provided.
  • the second inclination direction calculation unit 132 for calculating the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the tool center path based on the analysis result of the machining program is provided. Further, the first inclination direction calculation unit 131 calculates the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the machining program path, and the second inclination direction calculation unit 132 calculates the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the tool center path. An inclination direction calculation switching unit 133 for switching according to the above is provided.
  • the inclination direction of the nozzle 2 can be switched between calculating the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the tool center path and calculating the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the machining program path according to the shape of the machining program path. Therefore, the machining accuracy can be improved while maintaining the machining shape.
  • the inclination direction calculation switching unit 133 is switched to the calculation of the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the tool center path by the second inclination direction calculation unit 132 when the shape of the machining program path is an arc shape. It was configured. As a result, the machining accuracy can be improved more reliably while maintaining the machining shape.
  • the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the machining program path is a direction orthogonal to the machining program path, and similarly, the inclination direction of the nozzle 2 with respect to the tool center path is with respect to the tool center path.
  • the directions were orthogonal to each other. As a result, so-called normal direction control becomes possible, and machining accuracy can be improved.

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Abstract

工具径補正量変更時においても加工プログラム経路に対するノズルの傾斜方向を維持でき、加工精度を向上できるレーザ加工機の制御装置を提供すること。加工プログラム経路に対するオフセットベクトルに基づいて工具中心経路を算出する工具中心経路算出部１２と、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向を算出する第１傾斜方向算出部１３１と、第１傾斜方向算出部１３１により算出されたノズル２の傾斜方向と、加工プログラム経路に直交する平面内におけるワークＷの平面に垂直な方向から傾斜方向へのノズル２の傾斜角度と、に基づいて、ノズル２の姿勢を算出する工具姿勢算出部１４と、工具中心経路及びノズル２の姿勢に基づいて駆動軸の移動量を算出する駆動軸移動量算出部１５と、駆動軸の移動量に基づいて駆動軸を制御する駆動軸制御部１６と、を備える、レーザ加工機の制御装置１である。

Description

レーザ加工機の制御装置
　本開示は、レーザ加工機の制御装置に関する。
　従来、レーザ加工機による開先加工では、ノズルの進行方向に対するノズルの傾斜方向が制御される。このノズルの傾斜方向は、例えばノズルの進行方向に対して９０度傾斜した方向に設定され、この場合にはいわゆる法線方向制御が行われる。
　また、レーザ加工機による開先加工では、ノズルの進行方向に直交する平面内における、加工対象のワークの平面に垂直な方向から、上述の傾斜方向へのノズルの傾斜角度が制御される。このノズルの傾斜角度は、例えば加工形状等に応じて制御される。
　例えば、開先を有する部材を切り出すためにＮＣレーザ切断機で開先加工する技術として、特許文献１が提案されている。この特許文献１には、曲線部分の開先加工時には、レーザヘッド（ノズル）の傾斜角度を変化させることが記載されている。
特開２００７－２７５９７４号公報
　ところで、ノズルの傾斜角度は、プログラム指令により加工形状等に応じて変更されることがある。ノズルの傾斜角度が変更されると、加工対象のワークに対するレーザの照射領域が変化する。そのため、レーザ加工機の制御装置が通常備える工具径補正機能により、レーザの照射距離が調整される。すなわち、工具径補正が行われると、ノズルの中心が通る工具中心経路が、加工プログラム経路と異なった経路となる。
　しかしながら、ノズルの傾斜方向は、工具中心経路に対する傾斜方向として常に一定となるように自動で制御されているところ、工具径補正量変更時には、工具中心経路の進行方向が変化し、それに伴ってノズルの傾斜方向が変化する。そのため、加工プログラム経路に対するノズルの傾斜方向が変化し、加工精度が低下するという課題がある。
　従って、工具径補正量変更時においても加工プログラム経路に対するノズルの傾斜方向を維持でき、加工精度を向上できるレーザ加工機の制御装置が望まれる。
　本開示の一態様は、ノズルを備えるレーザ加工機の制御装置であって、加工プログラムの解析結果に基づいて加工プログラム経路に対するオフセットベクトルを作成し、該オフセットベクトルに基づいて前記ノズルの中心が通る工具中心経路を算出する工具中心経路算出部と、前記加工プログラムの解析結果に基づいて前記加工プログラム経路に対する前記ノズルの傾斜方向を算出する第１傾斜方向算出部と、前記第１傾斜方向算出部により算出された前記ノズルの傾斜方向と、前記加工プログラム経路に直交する平面内におけるワークの平面に垂直な方向から前記傾斜方向への前記ノズルの傾斜角度と、に基づいて、前記ノズルの姿勢を算出する工具姿勢算出部と、前記工具中心経路算出部により算出された工具中心経路及び前記工具姿勢算出部により算出された前記ノズルの姿勢に基づいて、駆動軸の移動量を算出する駆動軸移動量算出部と、前記駆動軸移動量算出部により算出された前記駆動軸の移動量に基づいて前記駆動軸を制御する駆動軸制御部と、を備える、レーザ加工機の制御装置である。
　本開示によれば、工具径補正量変更時においても加工プログラム経路に対するノズルの傾斜方向を維持でき、加工精度を向上できるレーザ加工機の制御装置を提供できる。
本開示の一実施形態に係るレーザ加工機の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 開先加工を説明するための図であり、開先加工品の斜視図である。 開先加工を説明するための図であり、開先加工時におけるノズルの姿勢及び軌跡を示す斜視図である。 開先加工を説明するための図であり、開先加工時におけるノズルの軌跡を示す平面図である。 開先加工時におけるノズルの傾斜方向及び傾斜角度を示す図である。 開先加工において工具径補正を実行しないときのノズルの姿勢及び軌跡を示す図である。 開先加工において工具径補正を実行したときの従来の制御装置により制御されるノズルの姿勢及び軌跡を示す図である。 開先加工において工具径補正を実行したときの本実施形態に係る制御装置により制御されるノズルの姿勢及び軌跡を示す図である。 開先加工においてノズルの傾斜角度を変更したときのレーザ照射領域を示す図である。 開先加工において工具径補正を実行したときの従来のレーザ照射領域を示す図である。 開先加工において工具径補正を実行したときの本実施形態のレーザ照射領域を示す図である。 円弧状の加工プログラム経路で工具径補正を実行していないときのノズルの軌跡を示す図である。 円弧状の加工プログラム経路で工具径補正を実行し、ノズルの傾斜方向を円弧状の加工プログラム経路に対する傾斜方向としたときのノズルの軌跡を示す図である。 円弧状の加工プログラム経路で工具中心経路との半径差が大きい場合に工具径補正を実行し、ノズルの傾斜方向を円弧状の加工プログラム経路に対する傾斜方向としたときのノズルの軌跡を示す図である。 円弧状の加工プログラム経路で、ノズルの傾斜方向を工具中心経路に対する傾斜方向とした場合と、ノズルの傾斜方向を加工プログラム経路に対する傾斜方向とした場合の加工形状を示す図である。
　以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本開示の一実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１の構成を示す機能ブロック図である。本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１は、加工対象のワークに対して、レーザ加工機による開先加工を実行することにより、開先を有する部材に加工するものである。
　ここで、レーザ加工機による開先加工について、図２～図６を参照して詳しく説明する。図２は、開先加工を説明するための図であり、開先加工完成品Ｐの斜視図である。図２に示す例では、四角錐台形状の開先加工完成品Ｐは、上面側ほど四方の側面が外側に傾斜する形状を有している。このような傾斜面で構成される開先は、レーザ溶接時の溝部を形成する。
　図３は、開先加工を説明するための図であり、開先加工時におけるノズル２の姿勢及び軌跡を示す斜視図である。また、図４は、開先加工を説明するための図であり、開先加工時におけるノズル２の軌跡を示す平面図である。これら図３及び図４に示す例は、図２に示す開先加工完成品にワークＷを加工する場合のノズル２の軌跡を示している。
　図３及び図４に示すように、ワークＷの表面側において矩形状にノズル２を移動させる。このとき、ノズル２の進行方向に対してノズル２を傾斜させる。ノズル２の傾斜方向は、図３及び図４に示す例では、進行方向に対して９０度傾斜する方向（図３のＸ方向又はＹ方向）でかつ外側に傾斜する方向である。また、図３及び図４に示す例では、ノズル２の進行方向に直交する平面内における、ワークＷの表面（平面）に垂直な方向（図３のＺ方向）から上記傾斜方向へのノズル２の傾斜角度は、４５度に設定されている。
　ノズル２の傾斜方向及び傾斜角度について、図５を参照してさらに詳しく説明する。図５は、開先加工時におけるノズル２の傾斜方向及び傾斜角度を示す図である。図５に示す例では、ノズル２の傾斜方向は、ノズル２の進行方向であるＸ方向に対して、９０度回転する方向、すなわちＹ方向である。また、ノズル２の進行方向であるＸ方向に直交する平面、すなわちＹＺ平面内における、ワークＷの表面（ＸＹ平面）に垂直な方向であるＺ方向から、上記傾斜方向であるＹ方向へのノズル２の傾斜角度は、６０度に設定されている。このように、開先加工では、ノズル２の傾斜方向及び傾斜角度が制御される。
　ここで、ノズル２の傾斜角度は、加工プログラム指令により加工形状等に応じて変更されることがある。ノズル２の傾斜角度が変更されると、加工対象のワークＷに対するレーザの照射領域が変化する。そのため、レーザ加工機の制御装置１が通常備える工具径補正機能により、レーザの照射距離の調整が行われる。すなわち、工具径補正が行われると、図３及び図４に示すように、ノズル２の中心が通る工具中心経路が、加工プログラム経路からオフセットされ、両者は異なった経路となる。このオフセット量が工具径補正量である。
　図６は、開先加工において工具径補正を実行しないときのノズル２の姿勢及び軌跡を示す図である。図６は、ＸＹ平面上から見たノズル２の姿勢と軌跡を示している。図６に示す例では、工具径補正を実行していない状態であり、加工プログラム経路と工具中心経路は一致している。そして、これら経路の屈曲したコーナー部においても、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向が常に一定となるように制御されるため、ノズル２は自動で回転し、ノズル２の傾斜方向が維持される。
　図７は、開先加工において工具径補正を実行したときの従来の制御装置により制御されるノズル２の姿勢及び軌跡を示す図である。図７に示すように、従来の制御装置により制御されるノズル２の傾斜方向は、工具中心経路に対する傾斜方向として常に一定となるように自動で制御されているところ、加工形状等によりノズル２の傾斜角度が変更されたことに応じて工具径補正量が変更（工具径補正機能ＯＮ）されると、工具中心経路の進行方向が変化し、それに伴ってノズル２の傾斜方向が変化する。そのため、加工プログラム経路に対するノズルの傾斜方向が変化し、加工精度が低下するという課題が生じる。
　そこで、本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１は、上述の課題を解決するものである。以下、本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１の構成について詳しく説明する。
　図１に戻って、本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１は、加工プログラム解析部１１と、工具中心経路算出部１２と、傾斜方向算出部１３と、工具姿勢算出部１４と、駆動軸移動量算出部１５と、駆動軸制御部１６と、を備える。
　本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等を有するコンピュータに、本実施形態に係るレーザ加工を実行させるプログラムを読み込ませることによって実現される。本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１は、数値制御装置及びサーボ制御装置を含んで構成される。
　加工プログラム解析部１１は、入力される加工プログラムを解析する。具体的に、加工プログラム解析部１１は、加工プログラムを解析することにより、加工プログラム経路、ノズルの傾斜方向に関する情報、ノズルの傾斜角度、等の加工情報を取得する。
　工具中心経路算出部１２は、上記加工プログラム解析部１１による加工プログラムの解析結果に基づいて、加工プログラム経路に対するオフセットベクトルを作成し、該オフセットベクトルに基づいて、ノズルの中心が通る工具中心経路を算出する。この工具中心経路算出部１２により、加工プログラム経路からオフセット（加工プログラム経路から工具径の分オフセット）した工具中心経路が算出されることで、工具径の補正が可能となっている。
　傾斜方向算出部１３は、第１傾斜方向算出部１３１と、第２傾斜方向算出部１３２と、傾斜方向算出切替部１３３と、を有する。
　第１傾斜方向算出部１３１は、上記加工プログラム解析部１１による加工プログラムの解析結果に基づいて、加工プログラム経路に対するノズルの傾斜方向を算出する。具体的に、加工プログラム解析部１１で取得されたノズル２の傾斜方向に関する情報（ノズル２の進行方向に対する回転角度）に基づいて、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向を算出する。
　第２傾斜方向算出部１３２は、上記加工プログラム解析部１１による加工プログラムの解析結果に基づいて、工具中心経路に対するノズルの傾斜方向を算出する。具体的に、加工プログラム解析部１１で取得されたノズル２の傾斜方向に関する情報（ノズル２の進行方向に対する回転角度）に基づいて、工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向を算出する。
　傾斜方向算出切替部１３３は、第１傾斜方向算出部１３１による加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向の算出と、第２傾斜方向算出部１３２による工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向の算出と、を、加工プログラム経路の形状に応じて切り替える。具体的に、傾斜方向算出切替部１３３は、加工プログラム経路の形状が円弧形状である場合には、第２傾斜方向算出部１３２による工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向の算出に切り替える。この傾斜方向算出切替部１３３による傾斜方向算出の切り替えについては、後段で詳述する。
　なお、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向は、加工プログラム経路に対して直交する方向であることが好ましい。同様に、工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向は、工具中心経路に対して直交する方向であることが好ましい。これにより、いわゆる法線方向制御が可能となる。
　工具姿勢算出部１４は、第１傾斜方向算出部１３１又は第２傾斜方向算出部１３２により算出されたノズル２の傾斜方向と、加工プログラム経路に直交する平面内におけるワークＷの平面に垂直な方向から傾斜方向へのノズル２の傾斜角度と、に基づいて、ノズル２の姿勢を算出する。
　駆動軸移動量算出部１５は、工具中心経路算出部１２により算出された工具中心経路及び工具姿勢算出部１４により算出されたノズル２の姿勢に基づいて、駆動軸の移動量を算出する。
　駆動軸制御部１６は、駆動軸移動量算出部１５により算出された駆動軸の移動量に基づいて、駆動軸を制御する。
　次に、本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１により制御されるレーザ加工機のノズル２の動作について、詳しく説明する。
　図８は、開先加工において工具径補正を実行したときの本実施形態に係る制御装置１により制御されるノズル２の姿勢及び軌跡を示す図である。図８に示すように、本実施形態に係る制御装置１では、加工形状等によりノズル２の傾斜角度が変更されたことに応じて工具径補正量が変更（工具径補正機能ＯＮ）された場合には、ノズル２の傾斜方向を加工プログラム経路に対する傾斜方向として制御する。そのため、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向は常に一定に維持されるため、加工精度を向上できるようになっている。
　図９は、開先加工においてノズル２の傾斜角度を変更したときのレーザ照射領域ＬＡを示す図である。図９では、工具径補正がＯＦＦのときを示しており、加工プログラム経路と工具中心経路は本来一致しているが、便宜上、図９では両者をずらして記載している。図９に示すように、ノズル２の傾斜角度を変更、具体的にはノズル２の姿勢の傾きを大きくすると、レーザの照射領域ＬＡが広がることが分かる。
　これに対して、図１０は、開先加工において工具径補正を実行したときの従来のレーザ照射領域ＬＡを示す図である。従来では、ノズル２の傾斜角度を変更して工具径補正がＯＮになると、ノズル２の傾斜方向は、加工プログラム経路からオフセットされた工具中心経路に対する傾斜方向に制御されるため、工具中心経路に伴って傾斜方向が変化し、ワークＷに対するレーザの当たり方も変化することが分かる。これにより、レーザ照射領域ＬＡも大きく変化し、加工精度が低下する原因となる。
　これに対して、図１１は、開先加工において工具径補正を実行したときの本実施形態のレーザ照射領域ＬＡを示す図である。図１１に示すように、ノズル２の傾斜角度を変更して工具径補正がＯＮになると、ノズル２の傾斜方向は、加工プログラム経路に対する傾斜方向に制御されるため、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向が維持される。そのため、加工精度の低下が回避される。
　次に、傾斜方向算出切替部１３３による傾斜方向算出の切り替えについて、図１２～図１５を参照して詳しく説明する。
　図１２は、円弧状の加工プログラム経路で工具径補正を実行していないときのレーザ加工を示す図である。図１２に示すように、円弧状の加工プログラム経路上で開先加工を行う場合、ノズル２の傾斜方向は、円弧の接線に対して常に垂直（法線方向）となるように傾斜方向を制御しながら開先加工が行われる。なお、この図１２では、工具径補正を実行していないときを示しているため、加工プログラム経路と工具中心経路は一致している。
　図１３は、円弧状の加工プログラム経路で工具径補正を実行し、ノズルの傾斜方向を円弧状の加工プログラム経路に対する傾斜方向としたときのレーザ加工を示す図である。図１３に示すように、ノズル２の傾斜方向を加工プログラム経路に対する傾斜方向としてノズル２を工具中心経路上に移動させると、特に経路の始点付近と終点付近において、工具中心経路の接線に対する法線の傾きと、プログラム経路の接線に対する法線の傾きとの間に傾きの差が生じる。このとき、経路が真円でも加工面の形状は真円とはならない。
　また、図１４は、円弧状の加工プログラム経路で工具径補正を実行し、工具中心経路との半径差が大きい場合に、ノズル２の傾斜方向を円弧状の加工プログラム経路に対する傾斜方向としたときのレーザ加工を示す図である。図１５は、円弧状の加工プログラム経路で、ノズル２の傾斜方向を工具中心経路に対する傾斜方向とした場合と、ノズル２の傾斜方向を加工プログラム経路に対する傾斜方向とした場合の加工形状を示す図である。これら図１４及び図１５に示すように、加工プログラム経路と工具中心経路との半径差が大きい場合には、ノズル２の傾斜方向を加工プログラム経路に対する傾斜方向にすると、加工形状が円弧状にならず、半径差が大きくなるに従い、加工形状は曲線状ではなくなることが分かる。
　そこで本実施形態では、傾斜方向算出切替部１３３により、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向の算出と、工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向の算出と、を加工プログラム経路の形状に応じて切り替える。特に、上述のように加工プログラム経路の形状が円弧形状である場合には、工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向の算出に切り替える。これにより、所望の加工形状を維持しながら加工精度を向上することが可能となっている。
　本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１によれば、以下の効果が奏される。
　本実施形態によれば、オフセットベクトルに基づいて工具中心経路を算出する工具中心経路算出部１２と、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向を算出する第１傾斜方向算出部１３１と、を設けた。また、算出されたノズル２の傾斜方向と、加工プログラム経路に直交する平面内におけるワークＷの平面に垂直な方向から傾斜方向へのノズル２の傾斜角度と、に基づいて、ノズル２の姿勢を算出する工具姿勢算出部１４と、工具中心経路及びノズル２の姿勢に基づいて駆動軸の移動量を算出する駆動軸移動量算出部１５及び該駆動軸の移動量に基づいて駆動軸を制御する駆動軸制御部１６を設けた。
　これにより、加工形状等に応じてノズルの傾斜角度を変更し、工具径補正量が変更された場合においても、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向を維持できるため、加工精度を向上させることができる。
　また本実施形態によれば、加工プログラムの解析結果に基づいて工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向を算出する第２傾斜方向算出部１３２を設けた。また、第１傾斜方向算出部１３１による加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向の算出と、第２傾斜方向算出部１３２による工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向の算出と、を加工プログラム経路の形状に応じて切り替える傾斜方向算出切替部１３３を設けた。
　これにより、ノズル２の傾斜方向を、工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向を算出するか、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向を算出するか、を加工プログラム経路の形状に応じて切り替えることができるため、加工形状を維持しつつ加工精度を向上させることができる。
　また本実施形態によれば、傾斜方向算出切替部１３３を、加工プログラム経路の形状が円弧形状である場合には第２傾斜方向算出部１３２による工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向の算出に切り替える構成とした。これにより、より確実に、加工形状を維持しつつ加工精度を向上させることができる。
　また本実施形態によれば、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向は、加工プログラム経路に対して直交する方向であり、同様に、工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向は、工具中心経路に対して直交する方向とした。これにより、いわゆる法線方向制御が可能となり、加工精度を向上させることができる。
　なお、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の目的を達成できる範囲での変形、改良は本開示に含まれる。
　１　レーザ加工機の制御装置
　２　ノズル
　１１　加工プログラム解析部
　１２　工具中心経路算出部
　１３　傾斜方向算出部
　１３１　第１傾斜方向算出部
　１３２　第２傾斜方向算出部
　１３３　傾斜方向算出切替部
　１４　工具姿勢算出部
　１５　駆動軸移動量算出部
　１６　駆動軸制御部
　ＬＡ　レーザ照射領域
　Ｐ　開先加工完成品
　Ｗ　ワーク

Claims (4)

  1. 　ノズルを備えるレーザ加工機の制御装置であって、
    　加工プログラムの解析結果に基づいて加工プログラム経路に対するオフセットベクトルを作成し、該オフセットベクトルに基づいて前記ノズルの中心が通る工具中心経路を算出する工具中心経路算出部と、
    　前記加工プログラムの解析結果に基づいて前記加工プログラム経路に対する前記ノズルの傾斜方向を算出する第１傾斜方向算出部と、
    　前記第１傾斜方向算出部により算出された前記ノズルの傾斜方向と、前記加工プログラム経路に直交する平面内におけるワークの平面に垂直な方向から前記傾斜方向への前記ノズルの傾斜角度と、に基づいて、前記ノズルの姿勢を算出する工具姿勢算出部と、
    　前記工具中心経路算出部により算出された工具中心経路及び前記工具姿勢算出部により算出された前記ノズルの姿勢に基づいて、駆動軸の移動量を算出する駆動軸移動量算出部と、
    　前記駆動軸移動量算出部により算出された前記駆動軸の移動量に基づいて前記駆動軸を制御する駆動軸制御部と、を備える、レーザ加工機の制御装置。
  2. 　前記加工プログラムの解析結果に基づいて前記工具中心経路に対する前記ノズルの傾斜方向を算出する第２傾斜方向算出部と、
    　前記第１傾斜方向算出部による前記加工プログラム経路に対する前記ノズルの傾斜方向の算出と、前記第２傾斜方向算出部による前記工具中心経路に対する前記ノズルの傾斜方向の算出と、を前記加工プログラム経路の形状に応じて切り替える傾斜方向算出切替部と、をさらに備える、請求項１に記載のレーザ加工機の制御装置。
  3. 　前記傾斜方向算出切替部は、前記加工プログラム経路の形状が円弧形状である場合には、前記第２傾斜方向算出部による前記工具中心経路に対する前記ノズルの傾斜方向の算出に切り替える、請求項２に記載のレーザ加工機の制御装置。
  4. 　前記加工プログラム経路に対する前記ノズルの傾斜方向は、前記加工プログラム経路に対して直交する方向であり、
    　前記工具中心経路に対する前記ノズルの傾斜方向は、前記工具中心経路に対して直交する方向である、請求項２又は３に記載のレーザ加工機の制御装置。
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