WO2023276115A1 - レーザ加工装置の数値制御装置 - Google Patents

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    • B23K26/36—Removing material

Definitions

  • the present invention relates to a numerical controller for laser processing equipment.
  • Fig. 4(a) shows the moving speed of the workpiece (9) moved by the moving means
  • Fig. 4(b) indicates the magnitude of the output from the pulse generator, that is, the magnitude of the frequency
  • the magnitude of the output signal from the voltage-frequency converter (15) that is, the magnitude of the frequency. It changes according to the moving speed of the object 9.
  • V is the feed speed of the workpiece 9
  • F is the frequency of the output waveform of the voltage-frequency converter 15, and
  • P the pitch of the actually formed holes (10)
  • P the pitch of the pit setter (14) can set the pitch P, and the moving speed V of the workpiece changes. It means that the holes (10) with a constant pitch can be drilled in the workpiece (9). ” is stated.
  • pulse lasers are currently being used for various precision processing such as semiconductor product processing and glass lens processing.
  • FIG. 3 is a graph showing problems in the conventional technology.
  • the horizontal axis indicates the feed speed of the laser processing head.
  • the “pulse frequency” graph shows changes in the frequency of the pulsed laser.
  • the “pulse period” graph shows changes in the period of the pulsed laser output by the laser processing apparatus.
  • the “scan distance per pulse cycle” graph shows the change in the distance traveled by the laser processing head during each cycle of the pulsed laser.
  • the distance traveled by the laser processing head during each cycle of the pulse laser may be referred to as "pulse distance interval”.
  • the pulse period is the reciprocal of the pulse frequency, if the pulse frequency changes linearly in proportion to the feed speed of the laser processing head, the pulse period should change continuously along a smooth hyperbola.
  • the laser processing apparatus is subject to various limitations such as a resolution limit for the pulse period command, and cannot follow the pulse period command calculated based on the pulse frequency.
  • the period of the pulsed laser output from the laser processing apparatus changes discontinuously, and steps appear in the graph. The higher the pulse frequency, the more noticeable the step appears in the pulse period graph.
  • a numerical control device is a numerical control device that controls a laser processing device that processes the work with a pulse laser emitted from the laser processing head while relatively moving the laser processing head and the work.
  • a speed command generation unit that generates a speed command for controlling the speed of the relative movement based on a machining program; and a laser output command value that includes at least the frequency and duty of the pulse laser according to the speed command.
  • a laser command generation unit that calculates a cycle command of the pulse laser based on the frequency, and calculates a rate of change of the post-change cycle command with respect to the cycle command due to performance limitations of the laser processing apparatus.
  • a change rate calculation unit and a speed adjustment unit that adjusts the speed command generated by the speed command generation unit using the change rate.
  • the intervals between the spots irradiated onto the processing surface by the pulse laser can be made constant.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a numerical controller in one embodiment of the present invention.
  • FIG. It is a schematic diagram explaining the effect of one Embodiment of this invention. It is a graph explaining the problem in a prior art.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a numerical controller according to one embodiment of the present invention.
  • the numerical control device of this embodiment is a numerical control device 20 that controls a laser processing device 10 that processes a workpiece with a pulsed laser emitted from a laser processing head 14 .
  • the laser processing apparatus 10 has a laser control unit 11 that controls a pulse laser emitted from a laser processing head 14, and a drive shaft control unit 12 that controls a drive shaft 13 that relatively moves the laser processing head 14 and a work.
  • the workpiece is fixed and only the laser processing head 14 is moved by the drive shaft 13 controlled by the drive shaft controller 12 . That is, the feed speed (moving speed) of the laser processing head 14 is the relative moving speed between the laser processing head 14 and the work.
  • the numerical controller 20 includes a program analysis section 22, a speed command generation section 23, a laser command generation section 24, a change rate calculation section 25, and a speed adjustment section 26.
  • the program analysis unit 22 analyzes the machining program 21 and sends the analyzed information to related parts. For example, information about the feed speed of the laser processing head 14 is sent to the speed command generator 23 , and information about the frequency of the pulse laser is sent to the laser command generator 24 .
  • the speed command generation unit 23 generates a speed command F for controlling the feed speed of the laser processing head 14 based on the processing program 21 analyzed by the program analysis unit 22 .
  • the speed command generator 23 sends the generated speed command F to the laser command generator 24 and the speed adjuster 26 .
  • the laser command generator 24 can control the power of the pulse laser.
  • the laser command generator 24 generates a laser output command value including at least the frequency and duty of the pulse laser according to the speed command F.
  • the laser command generation unit 24 generates a pulsed laser frequency command value f proportional to the speed command F according to the following formula 1, and sends it to the change rate calculation unit 25 and the laser control unit 11 .
  • D is a constant, which is the distance that the laser processing head 14 travels during each cycle of the pulsed laser, which the laser processing apparatus 10 aims for.
  • the constant D is also referred to as "target pulse distance interval".
  • the rate-of-change calculator 25 calculates the rate of change R of the post-change period command T′ that has changed due to the performance limitations of the laser processing apparatus 10 with respect to the period command T, and sends it to the speed adjustment unit 26 .
  • the periodic change rate R is calculated by Equation 2 below.
  • n is an arbitrary natural number.
  • T(n) is the period immediately before the change in the period command (the deviation from the period command (1/f) calculated based on the frequency command value f) begins due to the limitation of the performance of the laser processing apparatus 10. Directive.
  • T'(n+a) is the post-change cycle command T' at each point in time while the cycle command is changing.
  • a is a natural number such as "1, 2, 3, ". If the rate of change (acceleration) of the velocity command F with respect to time changes, T(n) at the new acceleration should be used.
  • the speed adjustment unit 26 uses the periodic change rate R to adjust the speed command F generated by the speed command generation unit 23 , generates an adjusted speed command F′, and sends it to the drive shaft control unit 12 .
  • the speed adjustment unit 26 adjusts the speed command based on Equation 3 below.
  • F(n) is the speed command F at time n corresponding to T(n).
  • the post-change period command T' is calculated by simulated calculation by the rate-of-change calculator 25 based on a model that reflects the performance limits of the laser processing apparatus 10 with respect to the period command T.
  • the change rate calculator 25 calculates the post-change cycle command T′ based on a model that reflects the limitation of the resolution of the laser processing apparatus 10 with respect to the cycle command T.
  • the limitation of the resolution of the laser processing apparatus 10 and the calculation method of the post-change period command T' reflecting the limitation will be described below.
  • the resolution S with respect to the cycle command T of the laser processing apparatus 10 is 0.5 ⁇ s
  • the cycle command T(n) of the pulse laser at time n calculated by the change rate calculator 25 based on the frequency command value f is 0.5 ⁇ s.
  • the period command T(n+1) at the point (n+1) is 0.6 ⁇ s
  • the period command T(n+2) at the point (n+2) is 0.7 ⁇ s
  • the period command T(n+3) at the point (n+3) ) is 0.8 ⁇ s
  • the period command T(n+4) at the point (n+4) is 0.9 ⁇ s
  • the period command T(n+5) at the point (n+5) is 1.0 ⁇ s
  • the period at the point (n+6) Assume that command T(n+6) is 1.1 ⁇ s. It is assumed that the rate of change (acceleration) of the speed command F with respect to time is constant. The same applies to the period command T calculated by the laser control unit 11 based on the frequency command value f.
  • the laser processing apparatus 10 can follow changes in the periodic command, and can control the pulse laser according to the periodic command.
  • the laser processing apparatus 10 responds to changes in the periodic command cannot follow.
  • the laser processing apparatus 10 controls the pulse laser with the period command (0.5 ⁇ s) at the n time that is an integer multiple of the resolution S before that, and (n+6 ), the pulse laser is controlled by the periodic command (1.0 ⁇ s) at the time (n+5), which is an integral multiple of the resolution S before that.
  • the cycle command that actually controls the pulse laser changes step by step as shown in the "pulse cycle" graph in FIG.
  • the pulse distance interval cannot be made constant like the target pulse distance interval D.
  • the present embodiment calculates a post-change period command T' that approximates the period command for actually controlling the pulse laser, reflecting the limitation of the resolution of the laser processing apparatus 10.
  • floor is a function used in C language, etc., and is a function for rounding off the decimal point of a numerical value.
  • S is the resolution of the laser processing apparatus 10 with respect to the periodic command T
  • T is the periodic command calculated based on the frequency command value f.
  • the post-change cycle command T′ is the following Equation 5: becomes 0.5 ⁇ s as shown in .
  • the post-change period command T' at points (n+1) to (n+4) are all 0.5 ⁇ s, and ( The post-change period command T' at time points n+5) and (n+6) is 1.0 ⁇ s.
  • the laser processing apparatus 10 controls the pulse laser using the periodic command at the time when it becomes an integer multiple of the resolution S before that. are the same. That is, the model expressed by Equation 4 can reflect the influence of the limitation on the resolution of the laser processing apparatus 10 on the periodic command.
  • the change rate calculator 25 calculates the post-change cycle command T' by Equation 4, calculates the cycle change rate R by Equation 2, and sends it to the speed adjuster 26.
  • the speed adjustment unit 26 uses the periodic change rate R to adjust the speed command F according to Equation 3 to generate the adjusted speed command F'.
  • the drive shaft controller 12 controls the feed speed of the laser processing head 14 based on the post-adjustment speed command F'.
  • (n+1) to (n+6) correspond to "(n+a)” in Equation 2, and at these points the cycle command is changed and deviates from the calculated cycle command (1/f), and the post-change cycle It becomes the command T'(n+a).
  • the post-change cycle command T'(n+5) is equal to the cycle command T(n+5) and is 1.0 ⁇ s.
  • the periodic command for actually controlling the pulse laser matches the periodic command (1/f) calculated based on the frequency command value f, and the calculated periodic command (1/f ).
  • Equation 4 is used to calculate the cycle after change at such a time. Even if the command T' is calculated, a result that correctly reflects the situation can be obtained. Therefore, in the present embodiment, the period command that exists while the period command is changing and matches the calculated period command (1/f) is also treated as the post-change period command T'. do.
  • FIG. 2 is a schematic diagram explaining the effect of this embodiment.
  • the upper part of FIG. 2 is a schematic diagram showing changes in each parameter over time.
  • the lower part of FIG. 2 is a schematic diagram showing the distance traveled by the laser processing head in each cycle of the pulse laser under each adjusted speed command F', that is, the adjusted pulse distance interval D'.
  • FIG. 2 shows an example in which the speed command F for controlling the feed speed of the laser processing head is linearly decreased.
  • the measured value Ta of the pulsed laser period is discontinuous with respect to time, and a step appears.
  • the change in the post-adjustment speed command F' calculated by Equations 2 and 3 using the post-change cycle command T' also shows a step corresponding to the cycle actual measurement value Ta.
  • the adjusted pulse distance interval D' remains constant even if the feed speed changes. value. That is, the distance traveled by the laser processing head during each cycle of the pulse laser is controlled to be constant.
  • Equation 6 For example, in FIG. 2, if the value of the point sequence on the left side of the period measured value Ta is 0.5 ⁇ s, the value of the point sequence in the center is 1.0 ⁇ s, and the value of the point sequence on the right is 1.5 ⁇ s. do. As indicated by "F60000”, “F30000” and “F20000", the value of the point sequence on the left side of the post-adjustment speed command F' is 60000 mm/min, and the value of the point sequence in the center is 30000 mm/min. and the value of the point sequence on the right is 20000 mm/min.
  • FIG. 2 The lower part of FIG. 2 is a schematic diagram imagining that the distance traveled by the laser processing head during each cycle of the pulse laser can be controlled to be constant even under different feed speeds.
  • the interval between the dot sequences indicating the period actual measurement value Ta and the interval between the dot sequences representing the laser beam represent the size of each period of the corresponding pulse laser.
  • the numerical control device calculates the post-change cycle command T' by simulation calculation of the change rate calculation unit 25 based on a model that reflects the performance limit of the laser processing device 10 with respect to the cycle command T, and the cycle
  • the cyclic change rate R of the post-change cyclic command T' with respect to the command T and adjusting the speed command F using the cyclic change rate R even under different feed rates, during each cycle of the pulsed laser
  • the distance traveled by the laser processing head 14 can be controlled to be constant, and the interval between spots irradiated on the processing surface by the pulse laser can be controlled to be constant.
  • This embodiment is a modification of the first embodiment.
  • the laser processing apparatus and its numerical control apparatus according to this embodiment can have the configurations of the laser processing apparatus 10 and the numerical control apparatus 20 shown in FIG. Therefore, descriptions of components having the same functions as those of the first embodiment will be omitted.
  • the main difference between the present embodiment and the first embodiment is that, as the post-change period command T′ used in Equation 2 for calculating the period change rate R, the measured period value Ta of the pulse laser actually measured in the test run of the laser processing apparatus 10 is used. It is to use. That is, the change rate calculation unit 25 does not calculate the post-change cycle command T' based on the model, but calculates the cycle change rate R using the stored cycle actual measurement value Ta, and sends it to the speed adjustment unit 26. send. The speed adjustment unit 26 adjusts the speed command based on Equation 3 using the periodic change rate. If there is a measurement error or the like in the cyclic actual value Ta, processing may be performed to reduce the measurement error or the like, and the cyclic change rate R may be calculated using a value calculated based on the cyclic actual value Ta.
  • the period actual measurement value Ta is a value subject to various performance limitations of the laser processing apparatus 10
  • the speed command F is adjusted by the period change rate R calculated using the measured value Ta
  • the post-adjustment pulse distance interval D' can be obtained more accurately. can be controlled to be constant.
  • Each component of the numerical controller 20 may consist of a program that describes its operation and a CPU that executes the program.
  • the numerical control device 20 may be configured by a computer, and the CPU of the computer may implement each configuration by executing a program describing the function of each configuration of the numerical control device 20 .
  • the change rate calculator 25 and the laser controller 11 each calculate the cycle command T based on the frequency command value f. Alternatively, it may be sent to the unit 25 and the laser control unit 11 .

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Abstract

レーザ加工ヘッドとワークを相対移動させながら、前記レーザ加工ヘッドから出射するパルスレーザによって前記ワークを加工するレーザ加工装置を制御する数値制御装置であって、加工プログラムに基づいて、前記相対移動の速度を制御する速度指令を生成する速度指令生成部と、前記速度指令に応じて、少なくとも前記パルスレーザの周波数、デューティを含むレーザ出力指令値を生成するレーザ指令生成部と、前記周波数に基づいて前記パルスレーザの周期指令を算出し、前記周期指令に対して、前記レーザ加工装置の性能の制限によって変化した変化後周期指令の変化率を計算する変化率演算部と、前記変化率を用いて、前記速度指令生成部が生成した前記速度指令を調整する速度調整部と、を備える。

Description

レーザ加工装置の数値制御装置
　本発明は、レーザ加工装置の数値制御装置に関する。
　パルスレーザを利用して被加工物に等間隔で穴を開ける技術が知られている。例えば、特許文献１の３頁の左上欄から左下欄には「第４図（ａ）は移動手段により移動される被加工物（９）の移動速度を示し、…。第４図（ｂ）はパルス発生器からの出力の大きさ、即ち周波数の大きさを示しており、電圧－周波数変換器（１５）からの出力信号の大きさ、即ち周波数の大きさを示すものであり、被加工物（９）の移動速度に応じて変化している。ここで、被加工物（９）の送り速度をＶ、電圧－周波数変換器（１５）の出力波形の周波数をＦ、第３図に示す設定器（１６）の出力、即ち設定ピッチをＰ’とすると、
　Ｆ＝Ｖ／Ｐ’と表せ、
これからピッチはＰ’＝Ｖ／Ｆ　　……（１）となる。
また、実際に形成される穴（１０）のピッチをＰとすると、
　Ｐ＝Ｖ／Ｆという関係があり、上記（１）式よりＰ＝Ｐ’となり、ピット設定器（１４）の出力はピッチＰを設定することができ、被加工物の移動速度Ｖが変化しても一定のピッチの穴（１０）を被加工物（９）に開けることができることになる。」と記載されている。
　上述した穴開けのほか、現在、半導体製品の加工、ガラスレンズの加工など、様々な精密加工にもパルスレーザを活用している。
特開昭５９－４２１９４号公報
　しかし、装置性能の制限を受け、レーザ加工ヘッドと被加工物の相対移動速度の変化に合わせてパルスレーザの周波数を変化させても、周波数が高くなると、装置が出力するパルスレーザの周期が周波数の変化に追従できず、その変化は不連続になる。
　図３は、従来技術における問題点を表すグラフである。横軸はレーザ加工ヘッドの送り速度を示す。図３には３つのグラフがあるが、「パルス周波数」グラフは、パルスレーザの周波数の変化を示す。被加工物に一定のピッチでレーザを照射して加工を行うために、レーザ加工ヘッドの送り速度に比例してレーザのパルス周波数を変化させる制御をする。「パルス周期」グラフは、レーザ加工装置が出力するパルスレーザの周期の変化を示す。「パルス周期ごとの走査距離」グラフは、パルスレーザの各周期の間にレーザ加工ヘッドが走行する距離の変化を示す。以下、パルスレーザの各周期の間にレーザ加工ヘッドが走行する距離を「パルス距離間隔」ということもある。
　パルス周期がパルス周波数の逆数であるので、パルス周波数がレーザ加工ヘッドの送り速度に比例して直線的に変化する場合、パルス周期が滑らかな双曲線に沿って連続的に変化するはずである。しかし、レーザ加工装置は、パルス周期指令に対する分解能の制限など各種制限を受け、パルス周波数に基づいて算出されたパルス周期指令に追従できない。その結果、図３に示したように、レーザ加工装置が出力するパルスレーザの周期が不連続に変化し、グラフに段差が現れる。パルス周波数が高ければ高いほど、パルス周期グラフに現れる段差が顕著になる。
　その影響を受けて、「パルス周期ごとの走査距離」グラフにも段差が現れる。すなわち、パルス距離間隔が一定になれず、パルスレーザによって照射するスポットの間隔が一定になれない。それによって、レーザ加工の精度が悪くなり、加工された部分に欠陥が形成されるなどの課題がある。
　本開示の一実施形態に係る数値制御装置は、レーザ加工ヘッドとワークを相対移動させながら、前記レーザ加工ヘッドから出射するパルスレーザによって前記ワークを加工するレーザ加工装置を制御する数値制御装置であって、加工プログラムに基づいて、前記相対移動の速度を制御する速度指令を生成する速度指令生成部と、前記速度指令に応じて、少なくとも前記パルスレーザの周波数、デューティを含むレーザ出力指令値を生成するレーザ指令生成部と、前記周波数に基づいて前記パルスレーザの周期指令を算出し、前記周期指令に対して、前記レーザ加工装置の性能の制限によって変化した変化後周期指令の変化率を計算する変化率演算部と、前記変化率を用いて、前記速度指令生成部が生成した前記速度指令を調整する速度調整部と、を備える。
　上記の実施形態によれば、パルス周期の変化が不連続であっても、パルスレーザによって加工面に照射するスポットの間隔が一定になれる。
本発明の一実施形態における数値制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の効果を説明する模式図である。 従来技術における問題点を説明するグラフである。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
　＜実施形態１＞
　図１は、本発明の一実施形態における数値制御装置の構成を示すブロック図である。この実施形態の数値制御装置は、レーザ加工ヘッド１４から出射するパルスレーザによってワークを加工するレーザ加工装置１０を制御する数値制御装置２０である。当該レーザ加工装置１０は、レーザ加工ヘッド１４から出射するパルスレーザを制御するレーザ制御部１１と、レーザ加工ヘッド１４とワークを相対移動させる駆動軸１３を制御する駆動軸制御部１２を有する。本実施形態の説明を簡潔にするために、本実施形態において、ワークが固定され、駆動軸制御部１２が制御する駆動軸１３がレーザ加工ヘッド１４だけを移動させることとする。すなわち、レーザ加工ヘッド１４の送り速度（移動速度）がレーザ加工ヘッド１４とワークの相対移動速度である。
　図１に示したように、数値制御装置２０は、プログラム解析部２２と、速度指令生成部２３と、レーザ指令生成部２４と、変化率演算部２５と、速度調整部２６と、備える。プログラム解析部２２は、加工プログラム２１を解析して、解析した情報を関連する部分に送る。例えば、レーザ加工ヘッド１４の送り速度に関する情報であれば、速度指令生成部２３に送り、パルスレーザの周波数に関する情報であれば、レーザ指令生成部２４に送る。
　速度指令生成部２３は、プログラム解析部２２が解析した加工プログラム２１に基づいて、レーザ加工ヘッド１４の送り速度を制御する速度指令Ｆを生成する。速度指令生成部２３は、生成した速度指令Ｆをレーザ指令生成部２４と速度調整部２６に送る。レーザ指令生成部２４は、パルスレーザのパワーコントロールができる。レーザ指令生成部２４は、速度指令Ｆに応じて、少なくともパルスレーザの周波数、デューティを含むレーザ出力指令値を生成する。例えば、レーザ指令生成部２４は、次の数式１によって、速度指令Ｆに比例したパルスレーザの周波数指令値ｆを生成して、変化率演算部２５とレーザ制御部１１に送る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　数式１において、Ｄは定数であり、レーザ加工装置１０が目指す、パルスレーザの各周期の間にレーザ加工ヘッド１４が走行する距離である。以下、定数Ｄを「目標パルス距離間隔」ともいう。
　レーザ制御部１１は、レーザ指令生成部２４からの周波数指令値ｆに基づいて、パルスレーザの周期指令Ｔ（＝１／ｆ）を算出して、レーザ加工ヘッド１４が出射するパルスレーザを制御する。
　変化率演算部２５は、レーザ指令生成部２４からの周波数指令値ｆに基づいて、パルスレーザの周期指令Ｔ（＝１／ｆ）を算出する。なお、変化率演算部２５は、周期指令Ｔに対して、レーザ加工装置１０の性能の制限によって変化した変化後周期指令Ｔ’の周期変化率Ｒを計算して、速度調整部２６に送る。周期変化率Ｒは、下記の数式２によって計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　但し、ｎは任意の自然数である。Ｔ（ｎ）は、レーザ加工装置１０の性能の制限を受けて周期指令の変化（周波数指令値ｆに基づいて算出された周期指令（１／ｆ）から外れること）が始まる直前の時点の周期指令を指す。Ｔ’（ｎ＋ａ）は、周期指令が変化している間の各時点の変化後周期指令Ｔ’である。ａは「１、２、３、…」などの自然数である。時間に対する速度指令Ｆの変化率（加速度）が変わる場合、新しい加速度におけるＴ（ｎ）を用いる必要がある。
　速度調整部２６は、周期変化率Ｒを用いて、速度指令生成部２３が生成した速度指令Ｆを調整して、調整後速度指令Ｆ’を生成して駆動軸制御部１２に送る。速度調整部２６は、下記の数式３に基づいて速度指令を調整する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　但し、Ｆ（ｎ）は、Ｔ（ｎ）に対応するｎ時点の速度指令Ｆである。
　変化後周期指令Ｔ’は、周期指令Ｔに対するレーザ加工装置１０の性能の制限を反映させるモデルに基づいて、変化率演算部２５の模擬計算によって算出される。例えば、変化率演算部２５は、周期指令Ｔに対するレーザ加工装置１０の分解能の制限を反映させるモデルに基づいて、変化後周期指令Ｔ’を算出する。以下、レーザ加工装置１０の分解能の制限、及びそれを反映させた変化後周期指令Ｔ’の計算方法について説明する。
　例えば、レーザ加工装置１０の周期指令Ｔに対する分解能Ｓが０．５μｓであり、変化率演算部２５が周波数指令値ｆに基づいて算出したｎ時点のパルスレーザの周期指令Ｔ（ｎ）が０．５μｓであり、（ｎ＋１）時点の周期指令Ｔ（ｎ＋１）が０．６μｓであり、（ｎ＋２）時点の周期指令Ｔ（ｎ＋２）が０．７μｓであり、（ｎ＋３）時点の周期指令Ｔ（ｎ＋３）が０．８μｓであり、（ｎ＋４）時点の周期指令Ｔ（ｎ＋４）が０．９μｓであり、（ｎ＋５）時点の周期指令Ｔ（ｎ＋５）が１．０μｓであり、（ｎ＋６）時点の周期指令Ｔ（ｎ＋６）が１．１μｓであるとする。なお、時間に対する速度指令Ｆの変化率（加速度）が一定であるとする。また、レーザ制御部１１が周波数指令値ｆに基づいて算出する周期指令Ｔも同様である。
　算出された周期指令Ｔの中、ｎ時点の周期指令Ｔ（ｎ）＝０．５μｓ及び（ｎ＋５）時点の周期指令Ｔ（ｎ＋５）＝１．０μｓが分解能Ｓ（０．５μｓ）の整数倍なので、レーザ加工装置１０は、その周期指令の変化に追従でき、周期指令のとおりにパルスレーザを制御することができる。しかし、他の時点における周期指令の値（０．６～０．９及び１．１μｓ）が分解能Ｓ（０．５μｓ）の整数倍ではないので、レーザ加工装置１０は、その周期指令の変化に追従できない。その結果、レーザ加工装置１０は、（ｎ＋１）から（ｎ＋４）時点については、その前に分解能Ｓの整数倍になったｎ時点の周期指令（０．５μｓ）でパルスレーザを制御し、（ｎ＋６）時点については、その前に分解能Ｓの整数倍になった（ｎ＋５）時点の周期指令（１．０μｓ）でパルスレーザを制御することになる。
　そのため、実際にパルスレーザを制御する周期指令が図３の「パルス周期」グラフのように、段階的に変化する。その結果、たとえ数式１に基づいて周波数指令値ｆを生成してパルスレーザを制御しても、パルス距離間隔が目標パルス距離間隔Ｄのように、一定になることができない。
　本実施形態は、次の数式４によって、レーザ加工装置１０の分解能の制限を反映させて、実際にパルスレーザを制御する周期指令に近似する変化後周期指令Ｔ’を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　数式４において、ｆｌｏｏｒはＣ言語などにおいて使用される関数であって、数値の小数点以下を切り捨てる関数である。なお、前述したように、Ｓは周期指令Ｔに対するレーザ加工装置１０の分解能であり、Ｔは周波数指令値ｆに基づいて算出された周期指令である。
　例えば、上述した例における（ｎ＋２）時点の周期指令Ｔ（ｎ＋２）＝０．７μｓ、Ｓ＝０．５μｓの場合について、数式４を用いて計算すると、変化後周期指令Ｔ’が次の数式５に示されるように０．５μｓになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 　更に、数式４を用いて、上述した例の他の時点の変化後周期指令Ｔ’を計算すると、（ｎ＋１）から（ｎ＋４）時点の変化後周期指令Ｔ’は全て０．５μｓであり、（ｎ＋５）と（ｎ＋６）時点の変化後周期指令Ｔ’は１．０μｓである。
　この結果は、周期指令Ｔの値が分解能Ｓの整数倍ではないときに、レーザ加工装置１０がその前に分解能Ｓの整数倍になった時点の周期指令を用いてパルスレーザを制御することと同じである。すなわち、数式４で示したモデルによって、レーザ加工装置１０の分解能の制限が周期指令に対して及ぼす影響を反映させることができる。
　そこで、本実施形態において、変化率演算部２５は、数式４によって変化後周期指令Ｔ’を算出し、数式２によって周期変化率Ｒを計算して速度調整部２６に送る。速度調整部２６は、周期変化率Ｒを用いて、数式３によって速度指令Ｆを調整して、調整後速度指令Ｆ’を生成する。駆動軸制御部１２は、調整後速度指令Ｆ’に基づいて、レーザ加工ヘッド１４の送り速度を制御する。
　上述した例において、周期指令Ｔ（ｎ）＝０．５μｓは、数式２における「Ｔ（ｎ）」に相当し、すなわち、周期指令の変化が始まる直前の時点の周期指令である。なお、（ｎ＋１）～（ｎ＋６）は、数式２における「（ｎ＋ａ）」に相当し、これらの時点で周期指令が変化して算出された周期指令（１／ｆ）から外れて、変化後周期指令Ｔ’（ｎ＋ａ）となる。そのうち、（ｎ＋５）時点において、変化後周期指令Ｔ’（ｎ＋５）が周期指令Ｔ（ｎ＋５）に等しく、１．０μｓである。すなわち、（ｎ＋５）時点において、実際にパルスレーザを制御する周期指令が周波数指令値ｆに基づいて算出された周期指令（１／ｆ）と一致しており、算出された周期指令（１／ｆ）から外れていない。しかし、数式２と３を用いて制御を行う計算において、このような時点における周期指令を変化後周期指令Ｔ’として扱うのが便利であり、数式４を用いてこのような時点の変化後周期指令Ｔ’を計算しても正しく状況を反映できる結果が得られる。よって、本実施形態において、このように、周期指令が変化している間に存在し、算出された周期指令（１／ｆ）と一致する周期指令についても変化後周期指令Ｔ’として扱うことにする。
　図２は本実施形態の効果を説明する模式図である。図２の上部は、時間に伴う各パラメータの変化を示す模式図である。図２の下部は、各調整後速度指令Ｆ’の下で、パルスレーザの各周期にレーザ加工ヘッドが走行する距離、すなわち、調整後パルス距離間隔Ｄ’を示す模式図である。図２は、レーザ加工ヘッドの送り速度を制御する速度指令Ｆが直線的に下がる例を示す。
　図２に示したように、パルスレーザの周期実測値Ｔａは、時間に対する変化が不連続であり、段差が現れる。一方、変化後周期指令Ｔ’を用いて、数式２と数式３によって算出された調整後速度指令Ｆ’の変化にも、周期実測値Ｔａに対応する段差が現れる。図２の一番上に示したように、調整後速度指令Ｆ’を用いて、レーザ加工ヘッド１４の送り速度を制御すると、送り速度が変化しても、調整後パルス距離間隔Ｄ’が一定の値に維持される。すなわち、パルスレーザの各周期の間にレーザ加工ヘッドが走行する距離が一定に制御される。
　この結果は、次の数式６を用いて、計算によって確認することもできる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　例えば、図２において、周期実測値Ｔａの左側の点列の値が０．５μｓであり、中央の点列の値が１．０μｓであり、右側の点列の値が１．５μｓであるとする。なお、「Ｆ６００００」、「Ｆ３００００」及び「Ｆ２００００」で示したように、調整後速度指令Ｆ’の左側の点列の値が６００００ｍｍ／ｍｉｎであり、中央の点列の値が３００００ｍｍ／ｍｉｎであり、右側の点列の値が２００００ｍｍ／ｍｉｎであるとする。左側の点列で対応する周期実測値Ｔａが０．５μｓで、調整後速度指令Ｆ’が６００００ｍｍ／ｍｉｎであるので、この２つの値を数式６に入れて計算すると、Ｄ’＝０．５μｍになる。中央の点列及び右側の点列についても同様の計算をすると、同様にＤ’＝０．５μｍの結果になる。
　図２の下部は、異なる送り速度の下でも、パルスレーザの各周期の間にレーザ加工ヘッドが走行する距離が一定に制御できることをイメージした模式図である。図２において、周期実測値Ｔａを示す点列の間隔、及びレーザビームを表す点列の間隔は、対応するパルスレーザの各周期の大きさをイメージしている。
　本実施形態に係る数値制御装置は、周期指令Ｔに対するレーザ加工装置１０の性能の制限を反映させるモデルに基づいて、変化率演算部２５の模擬計算によって変化後周期指令Ｔ’を算出し、周期指令Ｔに対する変化後周期指令Ｔ’の周期変化率Ｒを計算して、周期変化率Ｒを用いて速度指令Ｆを調整することによって、異なる送り速度の下でも、パルスレーザの各周期の間にレーザ加工ヘッド１４が走行する距離を一定に制御することができ、パルスレーザによって加工面に照射するスポットの間隔を一定に制御することができる。
　＜実施形態２＞
　本実施形態は、実施形態１の変形である。本実施形態に係るレーザ加工装置及びその数値制御装置は、図１に示したレーザ加工装置１０及び数値制御装置２０の構成を有することができる。よって、実施形態１と同じ機能を有する構成要素について、その説明を省略する。
　本実施形態と実施形態１の主な違いは、周期変化率Ｒを計算する数式２に用いる変化後周期指令Ｔ’として、レーザ加工装置１０の試運転において実測されたパルスレーザの周期実測値Ｔａを用いることである。すなわち、変化率演算部２５は、モデルに基づいて変化後周期指令Ｔ’を算出するのではなく、記憶された周期実測値Ｔａを用いて周期変化率Ｒを計算して、速度調整部２６に送る。速度調整部２６は、当該周期変化率を用いて、数式３に基づいて速度指令を調整する。周期実測値Ｔａに測定誤差等がある場合、測定誤差等を低減する処理を行い、周期実測値Ｔａに基づいて算出された値を用いて周期変化率Ｒを計算してもよい。
　周期実測値Ｔａは、レーザ加工装置１０の様々な性能制限を受けた値なので、それを用いて計算した周期変化率Ｒによって速度指令Ｆを調整すると、より正確に調整後パルス距離間隔Ｄ’を一定に制御することができる。
　数値制御装置２０の各構成は、その動作を記述するプログラムと、当該プログラムを実行するＣＰＵと、から構成してよい。また、数値制御装置２０をコンピュータで構成し、そのコンピュータのＣＰＵが、数値制御装置２０の各構成の機能を記述したプログラムを実行することによって、各構成を実現してもよい。
　上記実施形態において、変化率演算部２５とレーザ制御部１１がそれぞれ周波数指令値ｆに基づいて周期指令Ｔを算出するとしたが、レーザ指令生成部２４が周期指令Ｔを算出して、変化率演算部２５とレーザ制御部１１に送ることにしてもよい。
　以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載の範囲に限定されるものではない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができることは当業者にとって明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであるが、本発明は必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。なお、各実施形態の構成の一部について、他の構成によって置換することも可能であり、それを削除することも可能である。
１０　レーザ加工装置
１１　レーザ制御部
１２　駆動軸制御部
１３　駆動軸
１４　レーザ加工ヘッド
２０　数値制御装置
２１　加工プログラム
２２　プログラム解析部
２３　速度指令生成部
２４　レーザ指令生成部
２５　変化率演算部
２６　速度調整部
Ｄ　目標パルス距離間隔
Ｄ’　調整後パルス距離間隔
ｆ　周波数指令値
Ｆ　速度指令
Ｆ’　調整後速度指令
Ｒ　周期変化率
Ｓ　周期指令の分解能
Ｔ　周期指令
Ｔ’　変化後周期指令
Ｔａ　周期実測値

Claims (4)

  1. 　レーザ加工ヘッドとワークを相対移動させながら、前記レーザ加工ヘッドから出射するパルスレーザによって前記ワークを加工するレーザ加工装置を制御する数値制御装置であって、
    　加工プログラムに基づいて、前記相対移動の速度を制御する速度指令を生成する速度指令生成部と、
    　前記速度指令に応じて、少なくとも前記パルスレーザの周波数、デューティを含むレーザ出力指令値を生成するレーザ指令生成部と、
    　前記周波数に基づいて前記パルスレーザの周期指令を算出し、前記周期指令に対して、前記レーザ加工装置の性能の制限によって変化した変化後周期指令の変化率を計算する変化率演算部と、
    　前記変化率を用いて、前記速度指令生成部が生成した前記速度指令を調整する速度調整部と、を備える
    数値制御装置。
  2. 　請求項１に記載の数値制御装置であって、
    　前記変化後周期指令は、前記周期指令に対する前記レーザ加工装置の性能の制限を反映させるモデルに基づいて、前記変化率演算部の模擬計算によって算出される。
  3. 　請求項２に記載の数値制御装置であって、
    　前記レーザ加工装置の性能の制限は、前記周期指令に対する前記レーザ加工装置の分解能の制限である。
  4. 　請求項１に記載の数値制御装置であって、
    　前記変化後周期指令として、前記レーザ加工装置の試運転において実測された前記パルスレーザの周期実測値を用いる、又は前記周期実測値に基づいて算出された値を用いる。
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