WO2024023985A1 - 数値制御装置および数値制御プログラム - Google Patents

数値制御装置および数値制御プログラム Download PDF

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    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
    • B23K26/048—Automatically focusing the laser beam by controlling the distance between laser head and workpiece

Definitions

  • the present disclosure relates to a numerical control device that controls a machine tool.
  • Some machine tools perform relative movement between a processing nozzle and a workpiece, and also irradiate a laser beam from the processing nozzle toward the processing surface of the workpiece to perform laser processing on the processing surface.
  • Some numerical control devices that control such machine tools detect the "gap amount” as the shortest distance from the machining nozzle to the machining surface, and adjust the gap amount by feedback control based on the detected gap amount. There is a method that corrects the gap amount to a desired amount.
  • processing surface direction the direction perpendicular to the processing surface
  • irradiation direction the direction of laser irradiation by the processing nozzle
  • the laser may be irradiated with the irradiation direction tilted with respect to the normal direction, for example in the case of bevel processing to form a V-shaped groove in cross-sectional view.
  • the workpiece and the processing nozzle may deviate from the desired relative position, and the gap amount may deviate from the desired gap amount.
  • the relative position between the workpiece and the processing nozzle is controlled in the direction of the processing surface, the relative position between the processing nozzle and the workpiece will deviate from the desired relative position in the normal direction. Since the irradiation direction is inclined with respect to the normal direction, the deviation in the normal direction causes the laser irradiation position on the processing surface to also deviate from the desired irradiation position.
  • the gap amount is corrected by relatively moving the machining nozzle and workpiece in the irradiation direction from this state, the gap amount will only be corrected to the desired gap amount, and the laser irradiation position on the processing surface will be Since the direction of the relative movement is the irradiation direction, the deviated position is maintained and the desired irradiation position is not corrected.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and aims to make it possible to correct the laser irradiation position on the processing surface in addition to correcting the gap amount.
  • the numerical control device of the present disclosure includes: A numerical control device that controls a machine tool that performs relative movement between a processing nozzle and a workpiece and laser-processes the processing surface of the workpiece by irradiating a laser beam from the processing nozzle toward the processing surface of the workpiece, comprising: a gap amount acquisition unit that acquires a gap amount as the shortest distance from the processing nozzle to the processing surface; a normal calculation unit that calculates the normal direction of the processed surface; a movement amount calculation unit that calculates a normal movement amount as a movement amount for making the gap amount a desired gap amount by relatively moving the processing nozzle and the workpiece in the calculated normal direction; a gap correction unit that corrects the gap amount to the desired gap amount by relatively moving the processing nozzle and the workpiece in the normal direction based on the calculated normal direction movement amount; has.
  • the processing nozzle and the workpiece are relatively moved not in the laser irradiation direction but in the normal direction of the processing surface, thereby correcting the gap amount.
  • the irradiation position on the processing surface can be corrected.
  • the numerical control program of the present disclosure is computer, A numerical control device that controls a machine tool that performs relative movement between a processing nozzle and a workpiece and laser-processes the processing surface of the workpiece by irradiating a laser beam from the processing nozzle toward the processing surface of the workpiece;
  • a numerical control program that functions as The computer further comprises: a gap amount acquisition unit that acquires a gap amount as the shortest distance from the processing nozzle to the processing surface; a normal calculation unit that calculates the normal direction of the processed surface; a movement amount calculation unit that calculates a normal movement amount as a movement amount for making the gap amount a desired gap amount by relatively moving the processing nozzle and the workpiece in the calculated normal direction; a gap correction unit that corrects the gap amount to the desired gap amount by relatively moving the processing nozzle and the workpiece in the normal direction based on the calculated normal direction movement amount; function as
  • the numerical control program of the present disclosure it is possible to cause a computer to function as the numerical control device of the present disclosure. Thereby, as in the case of the numerical control device of the present disclosure, it is possible to correct the gap amount and the irradiation position on the processing surface.
  • FIG. 3 is a side view showing a situation in which a laser beam is obliquely irradiated onto a processed surface. It is a side view which shows the case where a workpiece shifts
  • FIG. 7 is a side view showing gap correction in a comparative example.
  • FIG. 3 is a side view showing gap correction in this embodiment.
  • 2 is a schematic diagram showing a numerical control device from a different perspective from FIG. 1.
  • FIG. It is a schematic diagram showing a numerical control device of a 2nd embodiment.
  • FIG. 3 is a side view showing a state in which the first processing surface is selected as the current processing surface.
  • FIG. 7 is a side view showing a state in which the second processing surface is selected as the current processing surface.
  • the numerical control device 50 controls the machine tool 90 based on commands based on numerical information.
  • the three directions that are orthogonal to each other will be referred to as the "X direction,”"Ydirection,” and "Z direction.”
  • the X direction and the Y direction are two directions that are perpendicular to each other in a horizontal plane, and the Z direction is a vertical direction.
  • the machine tool 90 includes a nozzle holding section 71 that holds a processing nozzle 72 and a workpiece holding section 81 that holds a workpiece 82.
  • the machine tool 90 moves the processing nozzle 72 and the workpiece 82 relative to each other by moving the nozzle holding part 71 and the workpiece holding part 81 relative to each other.
  • the relative movement may include all or all of the following: relative movement in the X direction, relative movement in the Y direction, relative movement in the Z direction, relative movement in the X direction, relative movement in the Y direction, relative movement in the Z direction. Including some.
  • Each of these relative movements may be performed by moving the processing nozzle 72, by moving the workpiece 82, or by moving both the processing nozzle 72 and the workpiece 82. Good too.
  • the machine tool 90 performs laser processing by irradiating the workpiece 82 with the laser Lb from the processing nozzle 72.
  • irradiation direction I the direction in which the laser Lb is irradiated by the processing nozzle 72
  • processing surface S the surface of the workpiece 82 that is irradiated with the laser Lb
  • processing surface direction sX, sY the two-dimensional direction along the processing surface S
  • processing surface direction sX, sY the normal to the processing surface S
  • the direction is called "normal direction sZ.” Further, hereinafter, the shortest distance between the tip of the processing nozzle 72 and the processing surface S, that is, the distance in the normal direction sZ, will be referred to as a "gap amount G.”
  • the processing nozzle 72 has a gap amount detection device 78 for detecting the gap amount G.
  • the gap amount detection device 78 detects the gap amount G based on the capacitance between the tip of the processing nozzle 72 and the workpiece 82, for example.
  • the numerical control device 50 is configured such that a machining program can be input by a user or the like, and controls the machine tool 90 based on the input machining program.
  • the numerical control device 50 includes an analysis section 21, a processing section 22, and a drive section 27.
  • the analysis unit 21 analyzes the input machining program.
  • the processing section 22 calculates the amount of movement of the nozzle holding section 71 and the workpiece holding section 81 in order to bring the processing nozzle 72 and the workpiece 82 into desired relative positions based on the analysis result by the analysis section 21 .
  • the drive unit 27 outputs an operation command to the machine tool 90 based on the calculation result by the processing unit 22.
  • the numerical control device 50 further includes a gap amount acquisition section 33 and a gap correction section 36.
  • the gap amount acquisition unit 33 acquires the gap amount G detected by the gap amount detection device 78 from the gap amount detection device 78.
  • the gap correction section 36 corrects the gap amount G to a desired gap amount Go by performing feedback control or the like based on the gap amount G acquired by the gap amount acquisition section 33.
  • the laser in laser processing, the laser is irradiated with the irradiation direction I tilted with respect to the normal direction sZ, for example in the case of bevel processing to form a V-shaped groove in a cross-sectional view.
  • the workpiece 82 and the processing nozzle 72 may deviate from the desired relative position, and the gap amount G may deviate from the desired gap amount Go.
  • the relative position between the workpiece 82 and the processing nozzle 72 is controlled in the processing surface directions sX and sY, the relative position of the workpiece 82 with respect to the processing nozzle 72 changes from the desired position 82o shown by the broken line in FIG.
  • the processing nozzle 72 and the workpiece 82 are relatively moved in the irradiation direction I to correct the gap amount G, as in the case of the comparative example shown in FIG. 4, for example.
  • the gap amount G is only corrected to the desired gap amount Go, and the irradiation position P on the processing surface S is maintained at a shifted position because the direction of the relative movement is the irradiation direction I.
  • the irradiation position is not corrected to the desired irradiation position Po.
  • the numerical control device 50 further includes a normal calculation unit 44 and a movement amount calculation unit 45, as shown in FIG.
  • the normal calculation unit 44 recognizes the rotation angle ⁇ of the workpiece 82 from a predetermined reference state and calculates the normal direction sZ based on the machining program.
  • the normal calculation unit 44 calculates the reference normal direction sZo as the normal direction sZ when the workpiece 82 is in the reference state, and the reference state of the workpiece 82 based on the machining program.
  • the normal direction sZ is calculated based on the rotation angle ⁇ . In other words, the direction obtained by rotating the reference normal direction sZo by the rotation angle ⁇ becomes the normal direction sZ.
  • the Z direction is the reference normal direction sZo and the workpiece 82 is rotated around the X direction.
  • the unit vector (Xu, Yu, Zu) in the normal direction sZ that is, the vector whose absolute value is "1"
  • the normal calculation unit 44 calculates the normal direction sZ by calculating this unit vector (Xu, Yu, Zu).
  • the movement amount calculation unit 45 calculates the “normal direction movement amount V” as the relative movement amount in the normal direction sZ between the processing nozzle 72 and the workpiece 82 for correcting the gap amount G shown in FIG. 3 to the desired gap amount Go. ” is calculated.
  • the normal direction movement amount V can be determined from, for example, the difference between the gap amount G and the desired gap amount Go, and the angle of the irradiation direction I with respect to the normal direction sZ.
  • the gap correction unit 36 moves the processing nozzle 72 and the workpiece 82 in the X direction, Y direction, and Z direction by the amount of each component in this normal direction movement vector (Xv, Yv, Zv). relative movement in each direction.
  • the processing nozzle 72 and the workpiece 82 are relatively moved in the normal direction sZ by the normal direction movement amount V.
  • the gap amount G is corrected to the desired gap amount Go, and the laser irradiation position P on the processing surface S is also corrected to the desired irradiation position Po.
  • the numerical control device 50 shown above is mainly composed of, for example, a computer Cp and a numerical control program 50p.
  • the computer Cp has a CPU, RAM, ROM, etc.
  • the numerical control program 50p is a program for causing the computer Cp to function as the numerical control device 50 in cooperation with the computer Cp.
  • the numerical control program 50p includes an analysis program 21p, a processing program 22p, a drive program 27p, a normal calculation program 44p, a movement amount calculation program 45p, a gap amount acquisition program 33p, and a gap correction program 36p.
  • the analysis program 21p causes the computer Cp to function as the analysis section 21.
  • the processing program 22p causes the computer Cp to function as the processing unit 22.
  • the drive program 27p causes the computer Cp to function as the drive section 27.
  • the normal calculation program 44p causes the computer Cp to function as the normal calculation unit 44.
  • the movement amount calculation program 45p causes the computer Cp to function as the movement amount calculation section 45.
  • the gap amount acquisition program 33p causes the computer Cp to function as the gap amount acquisition section 33.
  • the gap correction program 36p causes the computer Cp to function as the gap correction section 36.
  • the normal calculation unit 44 calculates the normal direction sZ of the processing surface S.
  • the movement amount calculation unit 45 calculates a "normal direction movement amount V" for relatively moving the processing nozzle 72 and the workpiece 82 in the calculated normal direction sZ to make the gap amount G a desired gap amount Go.
  • the gap correction unit 36 corrects the gap amount G to the desired gap amount Go by relatively moving the processing nozzle 72 and the workpiece 82 in the normal direction sZ by the calculated normal direction movement amount V. In this way, when correcting the gap amount G, by relatively moving the processing nozzle 72 and the workpiece 82 not in the irradiation direction I but in the normal direction sZ, it is possible to correct not only the gap amount G but also the processing surface S. It is also possible to correct the irradiation position P in .
  • the normal calculation unit 44 calculates, based on the reference normal direction sZo as the normal direction sZ when the workpiece 82 is in a predetermined reference state, and the rotation angle ⁇ of the workpiece 82 from the reference state based on the machining program. Calculate the normal direction sZ. Therefore, the normal direction sZ can be calculated simply and efficiently.
  • the numerical control device 50 is mainly composed of a computer Cp and a numerical control program 50p, and the numerical control program 50p causes the computer Cp to function as the numerical control device 50. Therefore, the numerical control device 50 of this embodiment can be implemented using the computer Cp.
  • the numerical control device 50 further includes a current machining surface changing section 43.
  • the current machining surface changing unit 43 selects one of the plurality of machining surfaces S as the current machining surface Sc based on the preset shape of the workpiece 82 and the rotation angle ⁇ of the workpiece 82 from the reference state. do.
  • the workpiece 82 has a quadrangular prism shape with both end faces in the X direction having rectangular shapes. That is, as shown in FIG. 8, the workpiece 82 has a rectangular shape when viewed in the X direction.
  • the workpiece 82 has a first machining surface S1 as a machining surface S on one long side, a second machining surface S2 as a machining surface S on one short side, and a first machining surface. It has a third processed surface S3 as a processed surface S on the opposite side to S1, and a fourth processed surface S4 as a processed surface on the opposite side to the second processed surface S2.
  • the Z direction is the reference normal direction sZo and the work 82 is rotated around the X direction.
  • a state in which the "first normal direction sZ1" which is the normal direction sZ of the first processing surface S1 is the reference normal direction sZo is referred to as a "reference state"
  • the first normal direction with respect to the reference normal direction sZo is The angle in the normal direction sZ1 is defined as "rotation angle ⁇ of the workpiece 82.”
  • the current machining surface changing unit 43 selects the first machining surface S1 as the current machining surface Sc when the rotation angle ⁇ of the workpiece 82 is between ⁇ 45° and 45°.
  • the second machining surface S2 is selected as the current machining surface Sc.
  • the third processing surface S3 is selected as the current processing surface Sc.
  • the fourth machining surface S4 is selected as the current machining surface Sc.
  • the normal calculation unit 44 shown in FIG. 7 calculates the normal direction sZ of the selected current processing surface Sc.
  • the movement amount calculating section 45 calculates a normal direction movement amount V for making the calculated gap amount G in the normal direction sZ a desired gap amount Go.
  • the gap correction unit 36 relatively moves the processing nozzle 72 and the workpiece 82 by the calculated normal direction movement amount V in the normal direction sZ of the current processing surface Sc.
  • the gap amount G is corrected to the desired gap amount Go
  • the irradiation position P is corrected to the desired irradiation position Po.
  • the current machining surface changing unit 43 selects one of the plurality of machining surfaces S as the current machining surface Sc based on the rotation angle ⁇ of the workpiece 82.
  • the normal calculation unit 44 calculates the normal direction sZ of the current processing surface Sc.
  • the gap correction unit 36 relatively moves the processing nozzle 72 and the workpiece 82 in the normal direction sZ of the current processing surface Sc. Therefore, even if the workpiece 82 has a plurality of machining surfaces S, such as when the workpiece 82 is a square pipe, this can be handled without changing the settings for the machining surfaces S.
  • the embodiment shown above can be modified as follows, for example.
  • the numerical control device 50 may be composed of a device exclusively for numerical control.
  • Movement amount calculation unit 50 Numerical control device 50p Numerical control program 72 Machining nozzle 82 Work 90 Machine tool Cp Computer G Gap amount Go Desired gap amount S Machining surface sZ Normal direction sZo Reference normal direction ⁇ Workpiece rotation angle

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Abstract

ギャップ量の補正と共に、加工面上におけるレーザの照射位置を補正できるようにする。　数値制御装置は、工作機械を制御する。工作機械は、加工ノズル７２とワーク８２との相対移動を行うと共に、加工ノズル７２からワーク８２の加工面Ｓに向けてレーザを照射することによって、加工面Ｓをレーザ加工する。数値制御装置は、加工ノズル７２から加工面Ｓまでの最短距離としてのギャップ量Ｇを取得する。数値制御装置は、加工面Ｓの法線方向ｓＺを演算すると共に、法線方向ｓＺに加工ノズル７２とワーク８２とを相対移動させてギャップ量Ｇを所望ギャップ量Ｇｏにするための法線方向移動量Ｖを演算する。数値制御装置は、演算された法線方向移動量Ｖに基づいて、加工ノズル７２とワーク８２とを法線方向ｓＺに相対移動させることによって、ギャップ量Ｇを所望ギャップ量Ｇｏに補正する。

Description

数値制御装置および数値制御プログラム
　本開示は、工作機械を制御する数値制御装置に関する。
　工作機械の中には、加工ノズルとワークとの相対移動を行うと共に、加工ノズルからワークの加工面に向けてレーザを照射することによって、加工面をレーザ加工するものがある。
　このような工作機械を制御する数値制御装置の中には、加工ノズルから加工面までの最短距離としての「ギャップ量」を検出して、検出されたギャップ量に基づくフィードバック制御等によって、ギャップ量を所望ギャップ量に補正するものがある。
特開２０１７－１１１６６１号公報
　本開示者らは、以下に示す問題が発生し得る点に着目した。以下、加工面に沿った２次元方向を「加工面方向」といい、加工面に直交する方向を「法線方向」といい、加工ノズルによるレーザの照射方向を「照射方向」という。
　レーザ加工においては、例えば、断面視でＶ字形の溝を形成する開先加工の場合のように、法線方向に対して照射方向を傾けてレーザを照射する場合がある。この場合において、ワークと加工ノズルとが所望の相対位置からずれて、ギャップ量が所望ギャップ量からずれてしまうことがある。この状態において、ワークと加工ノズルとの相対位置が加工面方向に制御されると、加工ノズルとワークとの相対位置が、所望の相対位置から法線方向にずれてしまう。そして、法線方向に対して照射方向が傾いていることから、この法線方向のずれによって、加工面上におけるレーザの照射位置も所望照射位置からずれてしまう。
　この状態から、加工ノズルとワークとを照射方向に相対移動させて、ギャップ量を補正したとしても、ギャップ量が所望ギャップ量に補正されるのみで、加工面上におけるレーザの照射位置については、当該相対移動の方向が照射方向であることから、ずれた位置に維持されたまま所望照射位置に補正されない。
　本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ギャップ量の補正と共に、加工面上におけるレーザの照射位置を補正できるようにすることを目的とする。
　本開示の数値制御装置は、
　加工ノズルとワークとの相対移動を行うと共に前記加工ノズルから前記ワークの加工面に向けてレーザを照射することによって前記加工面をレーザ加工する工作機械を、制御する数値制御装置であって、
　前記加工ノズルから前記加工面までの最短距離としてのギャップ量を取得するギャップ量取得部と、
　前記加工面の法線方向を演算する法線演算部と、
　演算された前記法線方向に前記加工ノズルと前記ワークとを相対移動させて前記ギャップ量を所望ギャップ量にするための移動量としての法線方向移動量を演算する移動量演算部と、
　演算された前記法線方向移動量に基づいて、前記加工ノズルと前記ワークとを前記法線方向に相対移動させることによって、前記ギャップ量を前記所望ギャップ量に補正するギャップ補正部と、
　を有する。
　本開示の数値制御装置によれば、ギャップ量の補正の際に、加工ノズルとワークとを、レーザの照射方向にではなく、加工面の法線方向に相対移動させることによって、ギャップ量の補正と共に、加工面上における照射位置を補正することができる。
　本開示の数値制御プログラムは、
　コンピュータを、
　加工ノズルとワークとの相対移動を行うと共に前記加工ノズルから前記ワークの加工面に向けてレーザを照射することによって前記加工面をレーザ加工する工作機械を、制御する数値制御装置、
　として機能させる数値制御プログラムであって、
　前記コンピュータを、さらに、
　前記加工ノズルから前記加工面までの最短距離としてのギャップ量を取得するギャップ量取得部と、
　前記加工面の法線方向を演算する法線演算部と、
　演算された前記法線方向に前記加工ノズルと前記ワークとを相対移動させて前記ギャップ量を所望ギャップ量にするための移動量としての法線方向移動量を演算する移動量演算部と、
　演算された前記法線方向移動量に基づいて、前記加工ノズルと前記ワークとを前記法線方向に相対移動させることによって、前記ギャップ量を前記所望ギャップ量に補正するギャップ補正部と、
　として機能させる。
　本開示の数値制御プログラムによれば、コンピュータを本開示の数値制御装置として機能させることができる。それによって、本開示の数値制御装置の場合と同様、ギャップ量の補正と共に、加工面上における照射位置を補正することができる。
第１実施形態の数値制御装置を示す概略図である。 加工面に対してレーザを斜めに照射している状況を示す側面図である。 当該状況下でワークが法線方向にずれた場合を示す側面図である。 比較例におけるギャップ補正を示す側面図である。 本実施形態におけるギャップ補正を示す側面図である。 数値制御装置を図１とは別の観点で示す概略図である。 第２実施形態の数値制御装置を示す概略図である。 第１加工面が現加工面に選択される状態を示す側面図である。 第２加工面が現加工面に選択される状態を示す側面図である。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ただし、本開示は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱ない範囲内で適宜変更して実施できる。
　［第１実施形態］
　まず、図１を参照しつつ、本実施形態の数値制御装置５０の構成について説明する。数値制御装置５０は、数値情報による指令によって工作機械９０を制御する。以下、互いに直交し合う３方向を「Ｘ方向」「Ｙ方向」「Ｚ方向」という。具体的には、例えばＸ方向およびＹ方向は、水平面内において互いに直交し合う２方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。
　工作機械９０は、加工ノズル７２を保持するノズル保持部７１と、ワーク８２を保持するワーク保持部８１とを有する。工作機械９０は、ノズル保持部７１およびワーク保持部８１を互いに相対移動させることによって、加工ノズル７２およびワーク８２を互いに相対移動させる。具体的には、その相対移動は、Ｘ方向相対移動、Ｙ方向相対移動、Ｚ方向相対移動、Ｘ方向回りの相対移動、Ｙ方向回りの相対移動、Ｚ方向回りの相対移動のうちの全部又は一部を含む。これらの各相対移動は、加工ノズル７２を移動させることによって行ってもよいし、ワーク８２を移動させることによって行ってもよいし、加工ノズル７２とワーク８２との両方を移動させることによって行ってもよい。
　工作機械９０は、加工ノズル７２からワーク８２にレーザＬｂを照射することによって、レーザ加工を行う。以下、加工ノズル７２によってレーザＬｂを照射する方向を「照射方向Ｉ」という。また以下では、ワーク８２におけるレーザＬｂが照射される面を「加工面Ｓ」といい、加工面Ｓに沿った２次元方向を「加工面方向ｓＸ，ｓＹ」といい、加工面Ｓの法線方向を「法線方向ｓＺ」という。また以下では、加工ノズル７２の先端部と加工面Ｓとの最短距離、つまり法線方向ｓＺの距離を「ギャップ量Ｇ」という。
　加工ノズル７２は、ギャップ量Ｇを検知するためのギャップ量検知装置７８を有する。ギャップ量検知装置７８は、例えば、加工ノズル７２の先端とワーク８２との間の静電容量に基づいて、ギャップ量Ｇを検知する。
　数値制御装置５０は、ユーザ等によって加工プログラムを入力可能に構成されており、入力された加工プログラムに基づいて、工作機械９０を制御する。数値制御装置５０は、解析部２１と処理部２２と駆動部２７とを有する。解析部２１は、入力された加工プログラムを解析する。処理部２２は、解析部２１による解析結果に基づいて、加工ノズル７２およびワーク８２を所望の相対位置にするためのノズル保持部７１およびワーク保持部８１の移動量を演算する。駆動部２７は、処理部２２による演算結果に基づいて工作機械９０に動作指令を出力する。
　数値制御装置５０は、さらに、ギャップ量取得部３３と、ギャップ補正部３６とを有する。ギャップ量取得部３３は、ギャップ量検知装置７８が検知したギャップ量Ｇを、ギャップ量検知装置７８から取得する。ギャップ補正部３６は、ギャップ量取得部３３が取得したギャップ量Ｇに基づいて、フィードバック制御等を行うことによって、ギャップ量Ｇを所望ギャップ量Ｇｏに補正する。
　次に、図２～図４を参照しつつ、本実施形態で解決すべき課題について説明する。
　図２に示すように、レーザ加工においては、例えば、断面視でＶ字形の溝を形成する開先加工の場合のように、法線方向ｓＺに対して照射方向Ｉを傾けてレーザを照射する場合がある。この場合において、ワーク８２と加工ノズル７２とが所望の相対位置からずれて、ギャップ量Ｇが所望ギャップ量Ｇｏからずれてしまうことがある。この状態において、ワーク８２と加工ノズル７２との相対位置が、加工面方向ｓＸ，ｓＹに制御されると、加工ノズル７２に対するワーク８２の相対位置は、図３に破線で示す所望位置８２ｏから、図３に実線で示す位置（８２）にずれてしまう。すなわち、加工ノズル７２とワーク８２との相対位置が、所望の相対位置から法線方向ｓＺにずれてしまう。そして、法線方向ｓＺに対して照射方向Ｉが傾いていることから、この法線方向ｓＺのずれによって、加工面Ｓ上におけるレーザの照射位置Ｐも所望照射位置Ｐｏからずれてしまう。
　この状態から、例えば図４に示す比較例の場合のように、加工ノズル７２とワーク８２とを照射方向Ｉに相対移動させて、ギャップ量Ｇを補正したとする。この場合、ギャップ量Ｇが所望ギャップ量Ｇｏに補正されるのみで、加工面Ｓ上における照射位置Ｐについては、当該相対移動の方向が照射方向Ｉであることから、ずれた位置に維持されたまま所望照射位置Ｐｏに補正されない。
　以上の課題を解決するために、数値制御装置５０は、図１に示すように、さらに、法線演算部４４と移動量演算部４５とを備える。法線演算部４４は、加工プログラムに基づいて、ワーク８２についての所定の基準状態からの回転角度θを認識して、法線方向ｓＺを演算する。
　具体的には、図２に示すように、法線演算部４４は、ワーク８２が基準状態のときの法線方向ｓＺとしての基準法線方向ｓＺｏと、加工プログラムに基づくワーク８２の基準状態からの回転角度θと、に基づいて、法線方向ｓＺを演算する。つまり、基準法線方向ｓＺｏを回転角度θだけ回転させた方向が、法線方向ｓＺとなる。
　より具体的には、例えば、この図２のように、Ｚ方向が基準法線方向ｓＺｏであって、ワーク８２をＸ方向回りに回転させるとする。この場合の法線方向ｓＺの単位ベクトル（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）、つまり絶対値が「１」のベクトルは、下記の数１の通りに表すことができる。法線演算部４４は、この単位ベクトル（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）を演算することによって、法線方向ｓＺを求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　移動量演算部４５は、図３に示すギャップ量Ｇを所望ギャップ量Ｇｏに補正するための加工ノズル７２とワーク８２との法線方向ｓＺへの相対移動量としての「法線方向移動量Ｖ」を演算する。具体的には、法線方向移動量Ｖは、例えば、ギャップ量Ｇと所望ギャップ量Ｇｏとの差と、法線方向ｓＺに対する照射方向Ｉの角度とから求めることができる。
　ギャップ補正部３６は、下記の数２に示すように、上記の数１に示す単位ベクトル（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）＝（０，－ｓｉｎθ，ｃｏｓθ）に、法線方向移動量Ｖを乗じたものを、法線方向移動ベクトル（Ｘｖ，Ｙｖ，Ｚｖ）として算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ギャップ補正部３６は、駆動部２７に働きかけることによって、この法線方向移動ベクトル（Ｘｖ，Ｙｖ，Ｚｖ）における各成分の量だけ、加工ノズル７２とワーク８２とを、Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向の各方向へ相対移動させる。これによって、図５に示すように、加工ノズル７２とワーク８２とが、法線方向ｓＺに、法線方向移動量Ｖだけ相対移動する。それによって、ギャップ量Ｇが所望ギャップ量Ｇｏに補正されると共に、加工面Ｓ上におけるレーザの照射位置Ｐも所望照射位置Ｐｏに補正される。
　図６に示すように、以上に示した数値制御装置５０は、例えば、コンピュータＣｐと数値制御プログラム５０ｐとを主体に構成されている。コンピュータＣｐは、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等を有する。数値制御プログラム５０ｐは、コンピュータＣｐとの協働によって当該コンピュータＣｐを数値制御装置５０として機能させるためのプログラムである。数値制御プログラム５０ｐは、解析プログラム２１ｐと、処理プログラム２２ｐと、駆動プログラム２７ｐと、法線演算プログラム４４ｐと、移動量演算プログラム４５ｐと、ギャップ量取得プログラム３３ｐと、ギャップ補正プログラム３６ｐとを有する。
　解析プログラム２１ｐは、コンピュータＣｐを解析部２１として機能させる。処理プログラム２２ｐは、コンピュータＣｐを処理部２２として機能させる。駆動プログラム２７ｐは、コンピュータＣｐを駆動部２７として機能させる。法線演算プログラム４４ｐは、コンピュータＣｐを法線演算部４４として機能させる。移動量演算プログラム４５ｐは、コンピュータＣｐを移動量演算部４５として機能させる。ギャップ量取得プログラム３３ｐは、コンピュータＣｐをギャップ量取得部３３として機能させる。ギャップ補正プログラム３６ｐは、コンピュータＣｐをギャップ補正部３６として機能させる。
　以下に、本実施形態の構成および効果をまとめる。
　法線演算部４４は、加工面Ｓの法線方向ｓＺを演算する。移動量演算部４５は、演算された法線方向ｓＺに加工ノズル７２とワーク８２とを相対移動させてギャップ量Ｇを所望ギャップ量Ｇｏにするための「法線方向移動量Ｖ」を演算する。ギャップ補正部３６は、演算された法線方向移動量Ｖだけ、加工ノズル７２とワーク８２とを法線方向ｓＺに相対移動させることによって、ギャップ量Ｇを所望ギャップ量Ｇｏに補正する。このように、ギャップ量Ｇの補正の際に、加工ノズル７２とワーク８２とを、照射方向Ｉにではなく、法線方向ｓＺに相対移動させることによって、ギャップ量Ｇだけでなく加工面Ｓ上における照射位置Ｐをも補正することができる。
　法線演算部４４は、ワーク８２が所定の基準状態のときの法線方向ｓＺとしての基準法線方向ｓＺｏと、加工プログラムに基づくワーク８２の基準状態からの回転角度θと、に基づいて、法線方向ｓＺを演算する。そのため、シンプルに効率よく、法線方向ｓＺを演算できる。
　数値制御装置５０は、コンピュータＣｐと数値制御プログラム５０ｐとを主体に構成されており、数値制御プログラム５０ｐは、コンピュータＣｐを数値制御装置５０として機能させる。そのため、コンピュータＣｐを利用して、本実施形態の数値制御装置５０を実施することができる。
　［第２実施形態］
　次に図７～図９を参照しつつ、第２実施形態について説明する。本実施形態については、第１実施形態をベースにこれと異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同一又は類似の点については、説明を適宜省略する。
　本実施形態では、ワーク８２の複数の面をレーザ加工する。そのため、図７に示すように、ワーク８２は、加工面Ｓを複数有する。そのことから、数値制御装置５０は、さらに、現加工面変更部４３を有する。現加工面変更部４３は、あらかじめ設定されたワーク８２の形状と、ワーク８２の基準状態からの回転角度θとに基づいて、複数の加工面Ｓのうちの１つを現加工面Ｓｃに選択する。
　具体的には、例えばワーク８２は、Ｘ方向側の両端面が長方形状の四角柱状の形状をしている。つまり、図８に示すように、ワーク８２は、Ｘ方向に見て長方形状をしている。Ｘ方向に見て、ワーク８２は、一方の長辺側の加工面Ｓとしての第１加工面Ｓ１と、一方の短辺側の加工面Ｓとしての第２加工面Ｓ２と、第１加工面Ｓ１の反対側の加工面Ｓとしての第３加工面Ｓ３と、第２加工面Ｓ２の反対側の加工面としての第４加工面Ｓ４と、を有する。
　より具体的には、例えば、ここでも第１実施形態で示した例と同様、Ｚ方向が基準法線方向ｓＺｏであって、ワーク８２をＸ方向回りに回転させる場合を想定する。そして、ここでは、第１加工面Ｓ１の法線方向ｓＺである「第１法線方向ｓＺ１」が基準法線方向ｓＺｏである状態を、「基準状態」として、基準法線方向ｓＺｏに対する第１法線方向ｓＺ１の角度を「ワーク８２の回転角度θ」とする。
　現加工面変更部４３は、図８に示すように、ワーク８２の回転角度θが、－４５°～４５°の場合には、第１加工面Ｓ１を現加工面Ｓｃに選択する。他方、図９に示すように、ワーク８２の回転角度θが、４５°～１３５°の場合には、第２加工面Ｓ２を現加工面Ｓｃに選択する。また、ワーク８２の回転角度θが、１３５°～２２５°の場合には、第３加工面Ｓ３を現加工面Ｓｃに選択する。また、ワーク８２の回転角度θが、２２５°～３１５°の場合には、第４加工面Ｓ４を現加工面Ｓｃに選択する。
　図７に示す法線演算部４４は、選択された現加工面Ｓｃの法線方向ｓＺを演算する。移動量演算部４５は、演算された法線方向ｓＺについてのギャップ量Ｇを所望ギャップ量Ｇoにするための法線方向移動量Ｖを演算する。ギャップ補正部３６は、現加工面Ｓｃの法線方向ｓＺに、演算された法線方向移動量Ｖだけ、加工ノズル７２とワーク８２とを相対移動させる。これによって、第１実施形態の場合と同様に、ギャップ量Ｇが所望ギャップ量Ｇｏに補正されると共に、照射位置Ｐが所望照射位置Ｐｏに補正される。
　本実施形態によれば、現加工面変更部４３は、ワーク８２の回転角度θに基づいて、複数の加工面Ｓのうちの１つを現加工面Ｓｃに選択する。法線演算部４４は、現加工面Ｓｃの法線方向ｓＺを演算する。ギャップ補正部３６は、加工ノズル７２とワーク８２とを現加工面Ｓｃの法線方向ｓＺに相対移動させる。そのため、例えば、ワーク８２が角パイプである場合等、ワーク８２が加工面Ｓを複数有する場合においても、加工面Ｓについての設定の変更を行うことなく、対応できる。
　［他の実施形態］
　以上に示した実施形態は、例えば次のように変更できる。数値制御装置５０を、コンピュータＣｐと数値制御プログラム５０ｐとを主体に構成する代わりに、数値制御専用の装置で構成してもよい。
　４４　　法線演算部
　４５　　移動量演算部
　５０　　数値制御装置
　５０ｐ　数値制御プログラム
　７２　　加工ノズル
　８２　　ワーク
　９０　　工作機械
　Ｃｐ　　コンピュータ
　Ｇ　　　ギャップ量
　Ｇｏ　　所望ギャップ量
　Ｓ　　　加工面
　ｓＺ　　法線方向
　ｓＺｏ　基準法線方向
　θ　　　ワークの回転角度

Claims (4)

  1. 　加工ノズルとワークとの相対移動を行うと共に前記加工ノズルから前記ワークの加工面に向けてレーザを照射することによって前記加工面をレーザ加工する工作機械を、制御する数値制御装置であって、
    　前記加工ノズルから前記加工面までの最短距離としてのギャップ量を取得するギャップ量取得部と、
    　前記加工面の法線方向を演算する法線演算部と、
    　演算された前記法線方向に前記加工ノズルと前記ワークとを相対移動させて前記ギャップ量を所望ギャップ量にするための移動量としての法線方向移動量を演算する移動量演算部と、
    　演算された前記法線方向移動量に基づいて、前記加工ノズルと前記ワークとを前記法線方向に相対移動させることによって、前記ギャップ量を前記所望ギャップ量に補正するギャップ補正部と、
    　を有する数値制御装置。
  2. 　前記数値制御装置は、加工プログラムに基づいて前記工作機械を制御し、
    　前記法線演算部は、前記ワークが所定の基準状態のときの前記法線方向としての基準法線方向と、前記加工プログラムに基づく前記ワークの前記基準状態からの回転角度と、に基づいて、前記法線方向を演算する、
    　請求項１に数値制御装置。
  3. 　前記ワークは、前記加工面を複数有し、
    　前記ワークの回転角度に基づいて、複数の前記加工面のうちの１つを現加工面に選択する現加工面変更部を有し、
    　前記法線演算部は、前記現加工面の法線方向を演算し、
    　前記ギャップ補正部は、前記加工ノズルと前記ワークとを前記現加工面の法線方向に相対移動させる、
    　請求項１又は２に記載の数値制御装置。
  4. 　コンピュータを、
    　加工ノズルとワークとの相対移動を行うと共に前記加工ノズルから前記ワークの加工面に向けてレーザを照射することによって前記加工面をレーザ加工する工作機械を、制御する数値制御装置、
    　として機能させる数値制御プログラムであって、
    　前記コンピュータを、さらに、
    　前記加工ノズルから前記加工面までの最短距離としてのギャップ量を取得するギャップ量取得部と、
    　前記加工面の法線方向を演算する法線演算部と、
    　演算された前記法線方向に前記加工ノズルと前記ワークとを相対移動させて前記ギャップ量を所望ギャップ量にするための移動量としての法線方向移動量を演算する移動量演算部と、
    　演算された前記法線方向移動量に基づいて、前記加工ノズルと前記ワークとを前記法線方向に相対移動させることによって、前記ギャップ量を前記所望ギャップ量に補正するギャップ補正部と、
    　として機能させる数値制御プログラム。

     
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