WO2022009888A1 - 数値制御装置 - Google Patents

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    • G05B19/02—Program-control systems electric
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    • G05B19/182—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by the machine tool function, e.g. thread cutting, cam making, tool direction control
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45041—Laser cutting

Definitions

  • This disclosure relates to a numerical control device.
  • the gap amount the distance between the processing head and the surface of the object to be processed (called the gap amount) is measured by a gap sensor or the like, and laser processing is performed while maintaining a constant gap amount.
  • the voltage corresponding to the gap amount output from the gap sensor is input to a numerical control device or the like, and the gap amount is detected by the numerical control device.
  • a technique has been proposed in which the output voltage of a gap sensor is sampled and stored by a numerical control device, and the gap amount is detected based on the stored sampling data (see, for example, Patent Document 1).
  • the numerical control device samples and stores the output voltage of the gap sensor at regular intervals.
  • the numerical control device detects the gap amount by linearly approximating the relationship between the non-linear gap sensor output voltage and the gap amount.
  • a technique capable of expanding the detectable distance of the numerical control device and ensuring high detection accuracy of the gap amount is desired.
  • One aspect of the present disclosure includes a data storage unit that stores the output voltage of the gap amount measuring unit according to the gap amount that is the distance from the work surface, and the output voltage and the gap amount stored in the data storage unit.
  • the work surface is based on the correlation table generation unit that generates the correlation table in advance, the output voltage newly measured by the gap amount measuring unit, and the correlation table that is generated in advance by the correlation table generation unit.
  • a displacement amount calculation unit that calculates a displacement amount that is a distance from a reference position set in the vicinity, and a gap that controls the gap amount so that the displacement amount calculated by the displacement amount calculation unit becomes the reference displacement amount.
  • a numerical control device including a control unit and an axis control unit that controls a drive shaft of a machining head based on the gap amount controlled by the gap control unit, and is measured by the gap amount measurement unit.
  • the gap amount is based on the measurement interval storage unit that stores a plurality of measurement intervals of the output voltage and the switching position for switching the measurement interval, and the measurement interval and the switching position stored in the measurement interval storage unit.
  • the correlation table generation unit further includes a measurement interval control unit that switches the measurement interval of the output voltage measured by the measurement unit at the switching position, and the measurement interval control unit switches the measurement interval at the switching position. This is a numerical control device that generates the correlation table based on the output voltage measured by the gap amount measuring unit and stored in the data storage unit.
  • the detectable distance of the numerical control device in a numerical control device that detects the gap amount from the relationship between the non-linear gap sensor output voltage and the gap amount, the detectable distance of the numerical control device can be expanded and the detection accuracy of the gap amount is high. Can be secured.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the structure of the numerical control apparatus which concerns on one Embodiment of this disclosure. It is a figure which shows the detectable distance of the numerical control device at the time of sampling at a constant short measurement interval in the conventional numerical control device. It is a figure which shows the detectable distance of the numerical control device at the time of sampling at a constant long measurement interval in the conventional numerical control device. It is a partially enlarged view of FIG. It is a partially enlarged view of FIG. It is a figure for demonstrating the switching of the measurement interval in the numerical control apparatus which concerns on one Embodiment of this disclosure. It is a figure which shows the detectable distance in the numerical control apparatus which concerns on one Embodiment of this disclosure.
  • the numerical control device 1 detects the gap amount which is the distance between the machining head 2 of the laser machining device and the work surface. Specifically, the numerical control device 1 according to the present embodiment detects the gap amount based on the voltage corresponding to the gap amount output from the gap sensor (not shown) included in the machining head 2. The laser machining of the present embodiment is performed while maintaining a constant gap amount based on the detected gap amount.
  • the gap amount measuring unit 21 included in the processing head 2 acquires, for example, the output voltage of a gap sensor (not shown) attached to the tip of the processing head 2.
  • the acquired output voltage is transmitted to the data storage unit 11 and the displacement amount calculation unit 15, which will be described later.
  • the gap sensor may be any one that can obtain an output voltage or current, and for example, a capacitance type gap sensor is used. This gap sensor outputs a voltage corresponding to the amount of gap between the tip of the machining head 2 and the work surface while moving together with the machining head 2.
  • a laser oscillator (not shown) is connected to the processing head 2.
  • the laser oscillator generates a laser beam and supplies the laser beam to the processing head 2 via an optical path.
  • the work which is the object to be machined, is machined by the beam-shaped laser beam emitted from the machining head 2.
  • the numerical control device 1 controls a drive axis (not shown) to move the machining head 2 in the horizontal direction (X-axis and Y-axis directions) and the vertical direction (Z-axis direction) with respect to the work.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a numerical control device 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the numerical control device 1 includes a data storage unit 11, a measurement interval storage unit 12, a measurement interval control unit 13, a correlation table generation unit 14, a displacement amount calculation unit 15, and a gap control.
  • a unit 16 and an axis control unit 17 are provided.
  • the numerical control device 1 may be configured by, for example, a computer having a CPU, a memory, or the like.
  • the data storage unit 11 stores the output voltage of the gap amount measuring unit 21 according to the gap amount, which is the distance from the work surface.
  • the data storage unit 11 of the present embodiment is provided in the numerical control device 1, and the embedded software such as the numerical control device has a limit in the storage capacity. Therefore, the data storage unit 11 can store the output voltage of the gap amount measuring unit 21 only for a limited amount of data.
  • the data storage unit 11 stores a plurality of sampling data for generating the correlation table generated by the correlation table generation unit 14 described later. Specifically, the data storage unit 11 associates the gap amount when the machining head 2 and the gap sensor are gradually raised from the work surface with the sampling data of the output voltage, and samples this for generating a correlation table. I remember it as data.
  • the measurement interval storage unit 12 and the measurement interval control unit 13 have a configuration characteristic of the numerical control device 1 according to the present embodiment, which has not been seen in the past.
  • the measurement interval storage unit 12 and the measurement interval control unit 13 will be described in detail later.
  • the correlation table generation unit 14 generates in advance a correlation table between the output voltage stored in the data storage unit 11 and the gap amount. Specifically, a correlation table between the output voltage and the gap amount is generated in advance based on the sampling data for generating the correlation table stored in the data storage unit 11 described above. A straight line approximation is performed between each sampling data, and the obtained approximate straight line is used for the displacement amount calculation by the displacement amount calculation unit 15 described later.
  • the correlation table generation 14 of the present embodiment is characterized in that a correlation table is generated based on sampling data measured by switching the measurement interval by the measurement interval storage unit 12 and the measurement interval control unit 13, which will be described in detail later. There is. This will be described in detail later.
  • the displacement amount calculation unit 15 starts from a reference position set near the work surface based on the output voltage newly measured by the gap amount measurement unit 21 and the correlation table generated in advance by the correlation table generation unit 14. Calculate the amount of displacement, which is the distance of. Specifically, the displacement amount calculation unit 15 refers to the correlation table generated in advance by the correlation table generation unit 14, an approximate straight line obtained by linearly approximating each sampling data, and a newly measured output. By obtaining the gap amount from the voltage, the displacement amount, which is the distance from the reference position set near the work surface, is calculated.
  • the gap control unit 16 controls the gap amount so that the displacement amount calculated by the displacement amount calculation unit 15 becomes the reference displacement amount. That is, the gap control unit 16 controls the gap amount so that the gap amount between the machining head 2 and the work surface becomes a constant amount.
  • the shaft control unit 17 controls the drive shaft of the machining head 2 based on the gap amount controlled by the gap control unit 16. As a result, laser machining is performed by moving the machining head 2 while maintaining a constant amount of gap.
  • FIG. 2 is a diagram showing the detectable distance of the numerical control device (CNC) when sampling is performed at a constant short measurement interval in the conventional numerical control device.
  • FIG. 3 is a diagram showing the detectable distance of the numerical control device (CNC) when sampling is performed at a constant long measurement interval in the conventional numerical control device.
  • the horizontal axis represents the distance from the work surface
  • the vertical axis represents the output voltage of the gap sensor measured by the gap amount measurement 21.
  • the measurement interval is shown by a broken line, which means that the right side is closer to the work surface.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG. 2
  • FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG.
  • the relationship between the output voltage and the gap amount is non-linear. Is detected. Therefore, where the difference between the original nonlinear curve and the approximate straight line becomes an error, it can be seen that the error is larger when the measurement interval shown in FIG. 5 is long than when the measurement interval is short shown in FIG. .. Therefore, if the measurement interval is lengthened, the detectable distance of the numerical control device is increased, but the detection accuracy of the gap amount is lowered. In particular, at a position where the change in the output voltage with respect to the distance is large, the accuracy of detecting the gap amount is greatly reduced.
  • the detectable distance of the numerical control device 1 can be expanded while maintaining the detection accuracy of the position where high detection accuracy of the gap amount is required, that is, the vicinity of the work surface and the like. It is possible.
  • the numerical control device 1 according to the present embodiment adopts a configuration in which the measurement interval is switched according to a predetermined switching position.
  • the measurement interval storage unit 12 of the present embodiment stores a plurality of measurement intervals of the output voltage measured by the gap amount measuring unit 21, and also stores a switching position for switching the measurement interval.
  • the measurement interval storage unit 12 of the present embodiment does not have a constant measurement interval, sets a plurality of measurement intervals, and stores a switching position for switching the measurement interval. Specifically, as described above, a short measurement interval is set at a position where a high detection accuracy with a large gap amount is required. On the other hand, a long measurement interval is set at a position where high detection accuracy with a large gap amount is not required. In this case, a switching position for switching the measurement interval is set between the two positions.
  • the measurement interval control unit 13 of the present embodiment switches the measurement interval of the output voltage measured by the gap amount measuring unit 21 based on the measurement interval and the switching position stored in the measurement interval storage unit 12 described above. Switch with. As a result, it is possible to increase the detectable distance of the numerical control device 1 while maintaining the detection accuracy of the position where high detection accuracy of the gap amount is required, that is, the vicinity of the work surface and the like.
  • the above-mentioned correlation table generation unit 14 is measured by the gap amount measurement unit 21 after the measurement interval is switched at the switching position by the measurement interval control unit 13, and is based on the output voltage stored in the data storage unit 11. , Generate a correlation table. That is, the correlation table of the present embodiment generated in this way is generated based on the output voltages measured at a plurality of different measurement intervals.
  • the measurement interval storage unit 12 makes a plurality of measurements based on at least one of the maximum distance from the work surface in the approach direction described in the machining program, the reference displacement amount, and the measurable range of the gap amount measurement unit 21.
  • the interval and the switching position may be determined and stored.
  • the movement range of the machining head 2 and the gap sensor in the approach direction that is, the range of the distance is determined by the maximum distance from the work surface in the approach direction and the reference displacement amount described in the machining program. Further, the range of the distance is determined by the measurable range of the gap sensor of the gap amount measuring unit 21.
  • the measurement interval and the switching position are determined based on at least one of the maximum distance from the work surface in the approach direction described in these machining programs, the reference displacement amount, and the measurable range of the gap amount measuring unit 21. It is possible to determine and switch the measurement interval more appropriately.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining switching of measurement intervals in the numerical control device 1 according to the present embodiment. More specifically, FIG. 6 shows an example of measuring the relationship between the output voltage and the gap amount while switching the measurement interval when the correlation table generation unit 14 generates the correlation table.
  • the output voltage of the gap sensor when the machining head 2 is arranged at the reference point is measured.
  • the output voltage of the gap sensor when the machining head 2 is raised by the distance X1 is measured. That is, the output voltage of the gap sensor is measured at each measurement interval X1.
  • the output voltage of the gap sensor when the machining head 2 is raised by the distance X2 is measured, and then the output voltage of the gap sensor when the machining head 2 is further raised by the distance X2 is measured. That is, the measurement interval is switched from X1 to X2, and the output voltage of the gap sensor is measured at each measurement interval X2.
  • the measurement interval storage unit 12 determines and stores a plurality of measurement intervals and switching positions so that the measurement interval at a position close to the work surface is smaller than the measurement interval at a position far from the work surface. May be good.
  • high detection accuracy can be obtained by measuring the output voltage at short measurement intervals at the machining position near the work surface where high detection accuracy of the gap amount is required, but high detection accuracy of the work is not required. It is possible to extend the detectable distance of the numerical control device 1 by measuring the output voltage at a long measurement interval at a position away from the surface.
  • FIG. 7 is a diagram showing a detectable distance in the numerical control device 1 according to the present embodiment.
  • the horizontal axis represents the distance from the work surface
  • the vertical axis represents the output voltage of the gap sensor measured by the gap amount measurement 21.
  • the measurement interval is shown by a broken line, which means that the right side is closer to the work surface.
  • the machining head 2 and the gap sensor are raised from the reference point, the output voltage of 10 points is measured at the measurement interval of 0.4 mm, and then 4 mm (measurement interval of 0.4 mm) from the reference point.
  • the measurement interval storage unit 12 stores a plurality of measurement intervals of the output voltage measured by the gap amount measuring unit 21 and stores the switching position for switching the measurement interval, and the measurement stored in the measurement interval storage unit 12.
  • a measurement interval control unit 13 for switching the measurement interval of the output voltage measured by the gap amount measuring unit 21 based on the interval and the switching position at the switching position is provided. Further, the measurement interval is switched at the switching position by the measurement interval control unit 13, and the output voltage and the gap amount are measured by the correlation table generation unit 14 based on the output voltage measured by the gap amount measurement unit 21 and stored in the data storage unit 11. Generated a correlation table with.
  • the gap amount measurement intervals instead of being constant as in a conventional numerical control device. Therefore, when generating a correlation table, a short measurement interval is required at a position where high detection accuracy of the gap amount is required. On the other hand, the gap amount can be measured at a long measurement interval at a position where high detection accuracy is not required. Therefore, it is possible to generate a correlation table between the output voltage and the gap amount based on the output voltage measured and stored by switching the measurement interval at a predetermined switching position. Therefore, in the numerical control device 1 that detects the gap amount from the relationship between the non-linear gap sensor output voltage and the gap amount, the detectable distance of the numerical control device 1 can be expanded and high detection accuracy of the gap amount can be ensured.
  • the moving speed of the machining head 2 is controlled by the axis control unit 17 according to the distance from the reference point.
  • the detectable distance of the numerical control device 1 can be expanded, so that the machining head 2 can be expanded. Can be expanded to a more appropriately controllable range.
  • a plurality of measurement intervals and switching are performed based on at least one of the maximum distance from the work surface in the approach direction described in the machining program, the reference position, and the measurable output range of the gap amount measuring unit 21.
  • the position was determined and stored.
  • a more appropriate measurement interval and switching position can be determined and stored, so that the detectable distance of the numerical control device 1 can be expanded more appropriately and the detection accuracy with a high gap amount can be ensured.
  • a plurality of measurement intervals and switching positions are determined and stored so that the measurement interval at a position close to the work surface is smaller than the measurement interval at a position far from the work surface.
  • the measurement interval of the gap amount can be made smaller as the position closer to the work surface where laser machining is performed, so that the detectable distance of the numerical control device 1 can be expanded more appropriately and the detection accuracy of the gap amount is ensured. can.
  • a plurality of measurement intervals and switching positions are determined and stored so that the measurement interval at a position close to the work surface is smaller than the measurement interval at a position far from the work surface.
  • the laser is radiated from a position separated from the work surface, so the measurement interval is set shorter at the position separated from the work surface than near the work surface. It is preferable to do so.

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Abstract

非線形なギャップセンサ出力電圧とギャップ量との関係からギャップ量を検出する数値制御装置において、数値制御装置の検出可能距離を拡大できるとともにギャップ量の高い検出精度を確保できる技術を提供すること。ギャップ量測定部２１で測定される出力電圧の測定間隔を複数記憶するとともに測定間隔を切り替える切替位置を記憶する測定間隔記憶部１２と、測定間隔記憶部１２で記憶された測定間隔及び切替位置に基づいてギャップ量測定部２１で測定される出力電圧の測定間隔を切替位置で切り替える測定間隔制御部１３と、測定間隔制御部１３により切替位置で測定間隔が切り替えられてギャップ量測定部２１により測定されデータ記憶部１１に記憶された出力電圧に基づいて、出力電圧とギャップ量との相関テーブルを生成する相関テーブル生成部１４と、を備える、数値制御装置１である。

Description

数値制御装置
　本開示は、数値制御装置に関する。
　従来のレーザ加工装置では、加工ヘッドと加工対象物表面との距離（ギャップ量という）をギャップセンサ等で測定し、一定のギャップ量を保ちながらレーザ加工が行われる。ギャップセンサから出力されるギャップ量に対応した電圧は、数値制御装置等に入力され、数値制御装置によりギャップ量が検出される。
　例えば、数値制御装置により、ギャップセンサの出力電圧をサンプリングして記憶し、記憶したサンプリングデータに基づいてギャップ量を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、数値制御装置は、ギャップセンサの出力電圧を一定間隔でサンプリングして記憶している。
特許第２５９７５９７号公報
　ところで、例えば静電容量式等のギャップセンサの場合には、その出力電圧とギャップ量との関係が比例関係にない。そのため、数値制御装置は、非線形なギャップセンサ出力電圧とギャップ量との関係を直線近似することによりギャップ量を検出している。
　しかしながら、近年、ギャップセンサの検出可能距離は拡大している一方で、数値制御装置のような組み込みソフトウェアでは記憶容量に限界があり、サンプリング数の増加が難しいため、数値制御装置の検出可能距離の拡大はできていないのが現状である。例えば、サンプリングする測定間隔を大きくすることにより数値制御装置の検出可能距離を拡大することは可能であるものの、測定間隔を大きくすると検出精度が減少し、加工精度が悪化するからである。
　従って、非線形なギャップセンサ出力電圧とギャップ量との関係からギャップ量を検出する数値制御装置において、数値制御装置の検出可能距離を拡大できるとともにギャップ量の高い検出精度を確保できる技術が望まれる。
　本開示の一態様は、ワーク表面からの距離であるギャップ量に応じたギャップ量測定部の出力電圧を記憶するデータ記憶部と、前記データ記憶部で記憶された前記出力電圧と前記ギャップ量との相関テーブルを予め生成する相関テーブル生成部と、前記ギャップ量測定部で新たに測定された出力電圧と、前記相関テーブル生成部で予め生成された前記相関テーブルとに基づいて、前記ワーク表面の近傍に設定された基準位置からの距離である変位量を演算する変位量演算部と、前記変位量演算部で演算される前記変位量が基準変位量となるように前記ギャップ量を制御するギャップ制御部と、前記ギャップ制御部により制御される前記ギャップ量に基づいて、加工ヘッドの駆動軸を制御する軸制御部と、を備える数値制御装置であって、前記ギャップ量測定部で測定される出力電圧の測定間隔を複数記憶するとともに、前記測定間隔を切り替える切替位置を記憶する測定間隔記憶部と、前記測定間隔記憶部で記憶された前記測定間隔及び前記切替位置に基づいて、前記ギャップ量測定部で測定される出力電圧の測定間隔を前記切替位置で切り替える測定間隔制御部と、をさらに備え、前記相関テーブル生成部は、前記測定間隔制御部により前記切替位置で前記測定間隔が切り替えられて前記ギャップ量測定部により測定され前記データ記憶部に記憶された出力電圧に基づいて、前記相関テーブルを生成する、数値制御装置である。
　本開示の一態様によれば、非線形なギャップセンサ出力電圧とギャップ量との関係からギャップ量を検出する数値制御装置において、数値制御装置の検出可能距離を拡大できるとともにギャップ量の高い検出精度を確保できる。
本開示の一実施形態に係る数値制御装置の構成を示す図である。 従来の数値制御装置において一定の短い測定間隔でサンプリングしたときの数値制御装置の検出可能距離を示す図である。 従来の数値制御装置において一定の長い測定間隔でサンプリングしたときの数値制御装置の検出可能距離を示す図である。 図２の部分拡大図である。 図３の部分拡大図である。 本開示の一実施形態に係る数値制御装置における測定間隔の切り替えを説明するための図である。 本開示の一実施形態に係る数値制御装置における検出可能距離を示す図である。
　以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
　本開示の一実施形態に係る数値制御装置１は、レーザ加工装置の加工ヘッド２とワーク表面との距離であるギャップ量を検出する。具体的に、本実施形態に係る数値制御装置１は、加工ヘッド２が備える図示しないギャップセンサから出力されるギャップ量に対応した電圧に基づいて、ギャップ量を検出する。本実施形態のレーザ加工は、検出されたギャップ量に基づいて、一定のギャップ量を保ちながら実行される。
　加工ヘッド２が備えるギャップ量測定部２１は、例えば加工ヘッド２の先端に取り付けられる図示しないギャップセンサの出力電圧を取得する。取得された出力電圧は、後述のデータ記憶部１１や変位量演算部１５に送信される。
　ギャップセンサとしては、出力電圧又は電流が得られるものであればよく、例えば、静電容量式のギャップセンサが用いられる。このギャップセンサは、加工ヘッド２とともに移動しながら、加工ヘッド２の先端とワーク表面とのギャップ量に応じた電圧を出力する。
　加工ヘッド２には、図示しないレーザ発振器が接続される。レーザ発振器は、レーザ光を生成し、光路を介して加工ヘッド２にレーザ光を供給する。加工ヘッド２から出射されたビーム状のレーザ光により、加工対象物であるワークの加工が行われる。本実施形態に係る数値制御装置１は、図示しない駆動軸を制御して、加工ヘッド２をワークに対して水平方向（Ｘ軸及びＹ軸方向）及び垂直方向（Ｚ軸方向）に移動させる。
　図１は、本開示の一実施形態に係る数値制御装置１の構成を示す図である。図１に示されるように、数値制御装置１は、データ記憶部１１と、測定間隔記憶部１２と、測定間隔制御部１３と、相関テーブル生成部１４と、変位量演算部１５と、ギャップ制御部１６と、軸制御部１７と、を備える。数値制御装置１は、例えばＣＰＵ、メモリ等を有するコンピュータにより構成されてもよい。
　データ記憶部１１は、ワーク表面からの距離であるギャップ量に応じたギャップ量測定部２１の出力電圧を記憶する。本実施形態のデータ記憶部１１は、数値制御装置１内に設けられており、数値制御装置のような組み込みソフトウェアでは記憶容量に限界がある。そのため、データ記憶部１１は、ギャップ量測定部２１の出力電圧を、限られたデータ量分のみ記憶可能となっている。
　より詳しくは、データ記憶部１１は、後述の相関テーブル生成部１４で生成される相関テーブル生成用の複数のサンプリングデータを記憶する。具体的に、データ記憶部１１は、加工ヘッド２及びギャップセンサをワーク表面から段階的に上昇させたときのギャップ量と出力電圧のサンプリングデータとを対応付けし、これを相関テーブル生成用のサンプリングデータとして記憶している。
　測定間隔記憶部１２及び測定間隔制御部１３は、従来には見られない、本実施形態に係る数値制御装置１に特徴的な構成である。これら測定間隔記憶部１２及び測定間隔制御部１３については、後段で詳述する。
　相関テーブル生成部１４は、データ記憶部１１で記憶された出力電圧とギャップ量との相関テーブルを予め生成する。具体的には、上述のデータ記憶部１１に記憶された相関テーブル生成用のサンプリングデータに基づいて、出力電圧とギャップ量との相関テーブルを予め生成する。各サンプリングデータ間については直線近似を行い、得られた近似直線は、後述の変位量演算部１５での変位量の演算に用いられる。
　なお、本実施形態の相関テーブル生成１４は、後段で詳述する測定間隔記憶部１２及び測定間隔制御部１３により測定間隔を切り替えて測定したサンプリングデータに基づいて、相関テーブルを生成する点に特徴がある。これについては、後段で詳述する。
　変位量演算部１５は、ギャップ量測定部２１で新たに測定された出力電圧と、相関テーブル生成部１４で予め生成された相関テーブルとに基づいて、ワーク表面の近傍に設定された基準位置からの距離である変位量を演算する。具体的には、変位量演算部１５は、相関テーブル生成部１４で予め生成された相関テーブルを参照し、各サンプリングデータ間を直線近似して得られた近似直線と、新たに測定された出力電圧とから、ギャップ量を求めることにより、ワーク表面の近傍に設定された基準位置からの距離である変位量を算出する。
　ギャップ制御部１６は、変位量演算部１５で演算される変位量が基準変位量となるように、ギャップ量を制御する。即ち、ギャップ制御部１６は、加工ヘッド２とワーク表面とのギャップ量が一定量となるように、ギャップ量を制御する。
　軸制御部１７は、ギャップ制御部１６により制御されるギャップ量に基づいて、加工ヘッド２の駆動軸を制御する。これにより、一定量のギャップ量を保ちながら、加工ヘッド２を移動させてレーザ加工が行われる。
　次に、本実施形態の特徴的な構成である測定間隔記憶部１２及び測定間隔制御部１３について、詳しく説明する。
　ここで、図２は、従来の数値制御装置において一定の短い測定間隔でサンプリングしたときの数値制御装置（ＣＮＣ）の検出可能距離を示す図である。また、図３は、従来の数値制御装置において一定の長い測定間隔でサンプリングしたときの数値制御装置（ＣＮＣ）の検出可能距離を示す図である。図２及び図３中、横軸はワーク表面からの距離を表しており、縦軸はギャップ量測定２１で測定されるギャップセンサの出力電圧を表している。なお、図２及び図３においては、測定間隔を破線で示しており、右側ほどワーク表面に近い位置であることを意味する。
　図２に示されるように、一定の短い測定間隔でギャップ量を測定した場合、数値制御装置の検出可能距離が短いことが分かる。これは、上述したように数値制御装置の記憶容量に限界があるため、サンプリングデータ数に限りがあるからである。これに対して図３に示されるように、一定の長い測定間隔でギャップ量を測定した場合、図２の場合とサンプリングデータ数は同一であるものの、数値制御装置の検出可能距離を拡大できることが分かる。
　図４は、図２の部分拡大図であり、図５は、図３の部分拡大図である。上述した通り、本実施形態で用いられる静電容量式等のギャップセンサでは、出力電圧とギャップ量との関係は非線形であるため、各サンプリングデータ間を直線近似し、得られる近似直線からギャップ量を検出する。そのため、本来の非線形曲線と近似直線との差分が誤差となるところ、図５に示される測定間隔の長い場合の方が、図４に示される測定間隔の短い場合よりも誤差が大きいことが分かる。従って、測定間隔を長くすると数値制御装置の検出可能距離は拡大するものの、ギャップ量の検出精度が低下する。特に、距離に対する出力電圧の変化が大きい位置では、ギャップ量の検出精度が大きく低下する。
　そこで、本実施形態に係る数値制御装置１では、ギャップ量の高い検出精度が求められる位置、即ちワーク表面付近等の検出精度は維持したまま、数値制御装置１の検出可能距離を拡大することが可能となっている。具体的には、本実施形態に係る数値制御装置１では、所定の切替位置に応じて測定間隔を切り替える構成を採用している。
　即ち、本実施形態の測定間隔記憶部１２は、ギャップ量測定部２１で測定される出力電圧の測定間隔を複数記憶するとともに、測定間隔を切り替える切替位置を記憶する。このように、本実施形態の測定間隔記憶部１２は、従来とは異なり、測定間隔を一定ではなく、複数の測定間隔を設定し、測定間隔を切り替える切替位置を記憶する。具体的には、上述した通り、ギャップ量の高い検出精度が求められる位置では、短い測定間隔が設定される。一方、ギャップ量の高い検出精度が求められない位置では、長い測定間隔が設定される。この場合、両者の位置間で、測定間隔を切り替える切替位置が設定される。
　そして、本実施形態の測定間隔制御部１３は、上述の測定間隔記憶部１２で記憶された測定間隔及び切替位置に基づいて、ギャップ量測定部２１で測定される出力電圧の測定間隔を切替位置で切り替える。これにより、ギャップ量の高い検出精度が求められる位置、即ちワーク表面付近等の検出精度は維持したまま、数値制御装置１の検出可能距離を拡大することが可能となっている。
　またこの場合、上述の相関テーブル生成部１４は、測定間隔制御部１３により切替位置で測定間隔が切り替えられてギャップ量測定部２１により測定され、データ記憶部１１に記憶された出力電圧に基づいて、相関テーブルを生成する。即ち、このようにして生成される本実施形態の相関テーブルは、複数の異なる測定間隔で測定された出力電圧に基づいて生成されたものである。
　例えば、測定間隔記憶部１２は、加工プログラムに記載されたアプローチ方向のワーク表面からの最大距離、基準変位量及びギャップ量測定部２１の測定可能範囲のうち少なくとも一つに基づいて、複数の測定間隔及び切替位置を決定して記憶してもよい。ここで、加工プログラムに記載されたアプローチ方向のワーク表面からの最大距離と基準変位量とにより、加工ヘッド２及びギャップセンサのアプローチ方向における移動範囲、即ち距離の範囲が決まる。また、ギャップ量測定部２１のギャップセンサの測定可能範囲により、距離の範囲が決まる。そのため、これら加工プログラムに記載されたアプローチ方向のワーク表面からの最大距離、基準変位量及びギャップ量測定部２１の測定可能範囲の少なくとも一つに基づいて測定間隔及び切替位置を決定することにより、より適切な測定間隔の決定及び切り替えが可能となる。
　図６は、本実施形態に係る数値制御装置１における測定間隔の切り替えを説明するための図である。より詳しくは、図６は、相関テーブル生成部１４で相関テーブルを生成する際に、測定間隔を切り替えながら出力電圧とギャップ量との関係を測定する一例を示している。
　図６に示す一例では、先ず、基準点に加工ヘッド２を配置したときのギャップセンサの出力電圧を測定する。次いで、加工ヘッド２を距離Ｘ１だけ上昇させたときのギャップセンサの出力電圧を測定した後、さらに加工ヘッド２を距離Ｘ１だけ上昇させたときのギャップセンサの出力電圧を測定する。即ち、測定間隔Ｘ１ごとにギャップセンサの出力電圧を測定する。
　次いで、加工ヘッド２を距離Ｘ２だけ上昇させたときのギャップセンサの出力電圧を測定し後、さらに加工ヘッド２を距離Ｘ２だけ上昇させたときのギャップセンサの出力電圧を測定する。即ち、測定間隔をＸ１からＸ２に切り替え、測定間隔Ｘ２ごとにギャップセンサの出力電圧を測定する。
　このように、測定間隔記憶部１２は、ワーク表面から遠い位置の測定間隔よりも、ワーク表面から近い位置の測定間隔が小さくなるように、複数の測定間隔及び切替位置を決定して記憶してもよい。これにより、ギャップ量の高い検出精度が求められるワーク表面近傍の加工位置において短い測定間隔で出力電圧を測定することで高い検出精度が得られる一方で、ギャップ量の高い検出精度が求められないワーク表面から離隔した位置において長い測定間隔で出力電圧を測定することで数値制御装置１の検出可能距離を拡大することが可能となっている。
　さらに別の例を挙げて、本実施形態の測定間隔の切り替えを説明する。図７は、本実施形態に係る数値制御装置１における検出可能距離を示す図である。図７中、横軸はワーク表面からの距離を表しており、縦軸はギャップ量測定２１で測定されるギャップセンサの出力電圧を表している。なお、図７においては、測定間隔を破線で示しており、右側ほどワーク表面に近い位置であることを意味する。
　図７に示す例では、先ず、基準点から加工ヘッド２及びギャップセンサを上昇させ、測定間隔０．４ｍｍで１０点の出力電圧の測定を行った後、基準点から４ｍｍ（測定間隔０．４ｍｍ×１０＝４ｍｍ）の位置で測定間隔を１．２ｍｍに切り替える。次いで、測定間隔１．２ｍｍで５点の出力電圧の測定を行った後、基準点から１０ｍｍ（４ｍｍ＋測定間隔１．２ｍｍ×５＝１０ｍｍ）の位置で測定間隔を２．０ｍｍに切り替える。そして、測定間隔２．０ｍｍで５点の出力電圧の測定を行い、基準点から２０ｍｍ（１０ｍｍ＋測定間隔２．０ｍｍ×５＝２０ｍｍ）の位置で測定を終了する。このようにして得られたサンプリングデータに基づいて、出力電圧とギャップ量の相関テーブルを生成することにより、数値制御装置１の検出可能距離を２０ｍｍまで拡大できるとともに、ギャップ量の高い検出精度の確保が可能となっている。
　本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
　本実施形態では、ギャップ量測定部２１で測定される出力電圧の測定間隔を複数記憶するとともに測定間隔を切り替える切替位置を記憶する測定間隔記憶部１２と、測定間隔記憶部１２で記憶された測定間隔及び切替位置に基づいてギャップ量測定部２１で測定される出力電圧の測定間隔を切替位置で切り替える測定間隔制御部１３と、を設けた。また、測定間隔制御部１３により切替位置で測定間隔が切り替えられてギャップ量測定部２１により測定されデータ記憶部１１に記憶された出力電圧に基づいて、相関テーブル生成部１４により出力電圧とギャップ量との相関テーブルを生成した。
　これにより、従来の数値制御装置のようにギャップ量の測定間隔を一定ではなく複数設定することができるため、相関テーブルを生成する際に、ギャップ量の高い検出精度が求められる位置では短い測定間隔でギャップ量の測定を行うことができる一方で、高い検出精度が求められない位置では長い測定間隔でギャップ量の測定を行うことができる。そのため、測定間隔を所定の切替位置で切り替えて測定され記憶された出力電圧に基づいて、出力電圧とギャップ量との相関テーブルを生成することができる。従って、非線形なギャップセンサ出力電圧とギャップ量との関係からギャップ量を検出する数値制御装置１において、数値制御装置１の検出可能距離を拡大できるとともにギャップ量の高い検出精度を確保できる。
　また、加工ヘッド２の移動速度は軸制御部１７により基準点からの距離に応じて制御されるところ、本実施形態によれば、数値制御装置１の検出可能距離を拡大できることにより、加工ヘッド２をより適切に制御可能な範囲を拡大できる。
　また本実施形態では、加工プログラムに記載されたアプローチ方向のワーク表面からの最大距離、基準位置及びギャップ量測定部２１の測定可能出力範囲のうち少なくとも一つに基づいて、複数の測定間隔及び切替位置を決定して記憶する構成とした。
　これにより、より適切な測定間隔及び切替位置を決定して記憶できるため、数値制御装置１の検出可能距離をより適切に拡大できるとともにギャップ量の高い検出精度を確保できる。
　また本実施形態では、ワーク表面から遠い位置の測定間隔よりも、ワーク表面から近い位置の測定間隔が小さくなるように複数の測定間隔及び切替位置を決定して記憶する構成とした。
　これにより、レーザ加工が行われるワーク表面に近い位置ほどギャップ量の測定間隔を小さくすることができるため、数値制御装置１の検出可能距離をより適切に拡大できるとともにギャップ量の高い検出精度を確保できる。
　なお、本開示は上記態様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。
　上記実施形態では、ワーク表面から遠い位置の測定間隔よりも、ワーク表面から近い位置の測定間隔が小さくなるように複数の測定間隔及び切替位置を決定して記憶する例を示したが、これに限定されない。例えば、レーザ加工前にレーザで穴開け加工をする場合等には、ワーク表面から離隔した位置からレーザを照射するため、ワーク表面近傍よりもワーク表面から離隔した位置の方が測定間隔を短く設定することが好ましい。
　１　　数値制御装置
　２　　加工ヘッド
　１１　データ記憶部
　１２　測定間隔記憶部
　１３　測定間隔制御部
　１４　相関テーブル生成部
　１５　変位量演算部
　１６　ギャップ制御部
　１７　軸制御部
　２１　ギャップ量測定部

Claims (3)

  1. 　ワーク表面からの距離であるギャップ量に応じたギャップ量測定部の出力電圧を記憶するデータ記憶部と、
    　前記データ記憶部で記憶された前記出力電圧と前記ギャップ量との相関テーブルを予め生成する相関テーブル生成部と、
    　前記ギャップ量測定部で新たに測定された出力電圧と、前記相関テーブル生成部で予め生成された前記相関テーブルとに基づいて、前記ワーク表面の近傍に設定された基準位置からの距離である変位量を演算する変位量演算部と、
    　前記変位量演算部で演算される前記変位量が基準変位量となるように前記ギャップ量を制御するギャップ制御部と、
    　前記ギャップ制御部により制御される前記ギャップ量に基づいて、加工ヘッドの駆動軸を制御する軸制御部と、を備える数値制御装置であって、
    　前記ギャップ量測定部で測定される出力電圧の測定間隔を複数記憶するとともに、前記測定間隔を切り替える切替位置を記憶する測定間隔記憶部と、
    　前記測定間隔記憶部で記憶された前記測定間隔及び前記切替位置に基づいて、前記ギャップ量測定部で測定される出力電圧の測定間隔を前記切替位置で切り替える測定間隔制御部と、をさらに備え、
    　前記相関テーブル生成部は、前記測定間隔制御部により前記切替位置で前記測定間隔が切り替えられて前記ギャップ量測定部により測定され前記データ記憶部に記憶された出力電圧に基づいて、前記相関テーブルを生成する、数値制御装置。
  2. 　前記測定間隔記憶部は、加工プログラムに記載されたアプローチ方向の前記ワーク表面からの最大距離、前記基準変位量及び前記ギャップ量測定部の測定可能範囲のうち少なくとも一つに基づいて、前記複数の測定間隔及び前記切替位置を決定して記憶する、請求項１に記載の数値制御装置。
  3. 　前記測定間隔記憶部は、前記ワーク表面から遠い位置の前記測定間隔よりも、前記ワーク表面から近い位置の前記測定間隔が小さくなるように前記複数の測定間隔及び前記切替位置を決定して記憶する、請求項１又は２に記載の数値制御装置。
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