JPH04138886A - レーザ加工機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野コ 本発明はレーザ加工機の制御装置に関する。

［従来の技術］ レーザ加工機は、水平面内に配設するテーブルと、テー
ブルに対して垂直に配設するレーザトーチとを備え、テ
ーブル上に載置するワークとトーチの相対位置は、テー
ブル平面上で直交する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）と、トーチの
軸線に平行な１軸（２軸）に沿ってＮＧ装置によって制
御される。

例えば、板状のワークを加工する場合には、テーブル上
に載置したワーク上にトーチを近接させ、トーチ先端の
ノズルから照射されるレーザビームの焦点をワーク表面
近傍に合せて加工を施す。

レーザビームの焦点位置とワーク表面との距離は、加工
条件により異なり、また、加工条件に合わせてノズルか
らアシストガスを噴射して加工を助成する。

加工個所においては、ノズルの先端からワーク表面まで
の２軸方向の距離を正確に設定する必要がある。また、
加工中一定に保つ必要があるが、板状のワークのそり等
によって寸法の誤差が生ずる場合がある。

そこで、トーチに一体に倣い装置を設けて、倣い装置に
よりワーク表面を検知し、トーチ先端のノズルとワーク
の間隙を制御し、一定に保つ装置が提案されている。

倣い装置は、ワーク表面を検知するスタイラスを備え、
ノズルをワーク表面近傍に位置決めする際に、ワーク表
面の２軸方向の位置を検知してノズルをワーク表面上の
所定の高さ位置まで下降させ、また、加工中も常時ワー
ク表面に倣うことでノズルとワークの間隙を一定に保つ
機能を有する。

［発明が解決しようとする課題］ 第４図は、ノズルの２軸方向の位置制御を示す説明図で
ある。

点Ｐ。は、トーチ１０のノズル１２の先端の原点位置を
示し、点Ｐ０のテーブル１００の表面からのＺ軸方向の
距ＭＺＯは予め与えられる。テーブル１００上に載せら
れたワーク１１０の厚さ寸法（Ｚ軸方向の高さ）も加工
条件として与えられる。

ワーク１１０の第１の加工始点を点Ｐ３とすると、原点
位置Ｐ０にあるノズル１２の先端を第１の加工始点Ｐ、
まで移動する必要がある。

従来、このプログラムは、第１の加工始点Ｐ。

のＸ座標、Ｙ座標を与えて、ノズルを点Ｐ、の直上の点
Ｐ１まで経路Ｓ１により早送りし、次に、Ｚ座標を与え
て、ノズルを点Ｐ３の所定の上空に設定する倣い開始位
置Ｐ２まで経路ｓ２に沿って早下降させる。この位置で
、倣い装置をオンにしてスタイラスを下降させてワーク
表面を検知し、その後は倣い装置に制御されて経＠Ｓ、
に沿ってノズルを第１の加工始点Ｐ、まで下降させる。

この移動をアプローチと称するが、アプローチ完了後に
レーザ加工はスタートし、ＮＣ制御により第１の加工の
終点Ｐ、まで加工を実行する。通常、加工中は倣い装置
をオンにしておき、ワークの表面高さの変化に対応する
。

第１の加工を完了すると、倣い装置をオフにしてスタイ
ラスを上昇させ、ノズルをＺ軸に沿って経路Ｓ、を上昇
させて、逃げ位置Ｐ５まで逃がす。

所定の逃げ位置Ｐ、までノズルが上昇すると、次に、第
２の加工始点Ｐ７までのアプローチのプログラムを与え
る。

このプログラムは、第１の加工始点までのアプローチと
同様であって、まず、第２の加工始点のＸ座標、Ｙ座標
を与えて、ノズルを第２の加工始点の直上位置Ｐ４まで
Ｓ、を早送りする。次いで、ノズルを２軸上の倣い開始
位置ＰＧまで経路Ｓ２に沿って早下降させ、その後、倣
い送りによって第２の加工始点Ｐ７まで案内する。

従来の制御装置にあっては、経路Ｓ□で示すＸ座標、Ｙ
座標の指定と、これに次ぐ経路Ｓ２のＺ軸の倣い開始位
置までの指定を加工位置毎にくり返してプログラムする
必要があり、プログラムに工数を要した。

また、ノズルの移動も、たとえワーク上に干渉する物が
なくても、逃げ位置まで経路Ｓ、を上昇し、次の加工位
置までの経路Ｓ工＋ＳＺのアプローチをくり返す等、ア
プローチの動線が長く、アプローチに要する時間がかか
るといった不具合があった。

そこで本発明は上述した従来の不具合を解消する制御装
置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明のレーザ加工機の制御装置は、プログラム時間・
加工時間の短縮を達成する為に、倣い動作中の各動作を
いちいちプログラム指令することなく、補助機能手段に
より、種々な動作・パターンを選択しうるように体系づ
けることにより、倣い開始装置へのアプローチ、加工終
了後の倣い逃げ動作等の選択を可能とするものである。

［作用］ 補助機能手段の作動を選択すると、トーチは通常の動作
経路より短縮された経路を通って目標位置まで移動した
り、倣い装置を不作動にした状態で加工を行なう。

［実施例コ 以下、図面に基いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明を実施する倣い装置付のレーザ加工機
の制御装置の概要を示す。

レーザ加工機は、レーザビームとアシストガスを先端の
ノズル１２から放射するトーチ１０と。

テーブル１００を備える。テーブル１００はベツド上に
摺動自在に支持され、例えば、長手方向であるＸ軸に沿
って制御される。トーチ１０は、テーブル上方に配設し
たコラムに案内されるサドルにとりつけられてＹ軸に沿
って制御される。さらに、トーチ１０はサドルに対して
テーブルに対して垂直軸であるＺ軸に沿って制御される
。

ＮＣ制御装置６０は、３個のサーボ制御装置７０．７２
，７４を有し、第１のサーボ制御装置７０はＸ軸のサー
ボ手段に出力信号を送る。サーボ手段としては、例えば
、サーボモータが利用される。

第２のサーボ制御装置７２はＹ軸のサーボ手段に出力信
号を送り、第３のサーボ制御装置７４は。

ライン７６を介してサーボモータ８０へ出方信号を送る
。

トーチ１０は、サドル等によりＺ軸方向に摺動自在に支
持される。トーチ１０には送りナツト１４を設け、送り
ネジ８２に螺合しである。送りネジには１例えば、ボー
ルネジを採用する。コラム等の固定側にとりつけられた
サーボモータ８０は、ボールネジ８２を回動し、ボール
ネジ８２の回転速度に応じた速度でトーチ１０はＺ軸に
沿って移動し、ボールネジ８２の回転量に応じた距離だ
け変位する。

トーチ１０には、ブラケット３０が固着され、ブラケッ
ト３０内に倣い装置のスタイラス２ｏが上下動自在に配
設される。スタイラス２０は、ブラケット３０内に摺動
自在に支持されるシャフト部２２と、シャフト部２２の
下端部にとりつけた接触子２４を有する。

第２図及び第３図は接触子２４の詳細を示す。

接触子は半球状の形状を有し、中心部に円形の開口２６
を設けである。そして、開口２６の中心がトーチ１０の
ノズル１２の中心軸と一致するようにシャフト部２２に
とりつけられる。

スタイラス２ｏのシャフト部２２は、例えば、ソレノイ
ド５０等の昇降手段によって、Ｚ軸に平行した軸に沿っ
て矢印Ｎに示す方向に駆動可能に支えられている。

ソレノイド５０は、ライン５２を介してＮＣ制御装置６
０に連結される。ソレノイド５０が付勢されると、シャ
フト部２２は上方へ向けて付勢され、スタイラス２０全
体を引き上げる。第３図はスタイラス２０が引き上げら
れた状態を示しており、接触子２４は、その開口２６が
ノズル１２に嵌入し、ノズル１２の先端部１２Ａは接触
子２４を貫通して下方へ突出する。

ソレノイド５０を消勢すると、スタイラス２０は自重で
下降する。必要に応じてスタイラスを下向きに付勢する
手段を設けてもよい。

ブラケット３０内にはスタイラスのシャフト部２２の変
位検知手段４０が配設され、変位検知手段４０からの電
気信号は、ライン４２を介してＮＣ制御装置６０へ送ら
れる。

スタイラスを下降させて、倣い制御が開始されると、ス
タイラス２０の矢印Ｎ方向の変位は、変位検知手段４０
により検知されてＮＣ制御装置６０へ送られる。この信
号を受けてＮＣ制御装置６ｏはＺ軸のサーボ制御装置７
４へ指令を出し、サーボ制御装置７４の出力はサーボモ
ータ８０を駐動してトーチ１０をＺ軸に沿って移動させ
る。

第４図で、倣い制御開始位置Ｐ２にノズル１２の先端が
達すると、スタイラス２０を下降させ、ワーク１１０の
表面に接触させる。この状態からＮＣ制御装Ｍ６０はト
ーチ１０を経路Ｓ３に沿って倣い速度で下降させ、スタ
イラス２０の変位を検知しつつ加工始点Ｐ３まで正確に
案内する。

ワーク１１０の第１の加工始点Ｐ３から加工終点Ｐ、ま
で加工を施す際に、スタイラス２０の接触子２４をワー
ク１１０の表面に接触させた状態でノズル１２とワーク
１１０とを相対移動させれば、ワーク１１０の表面に凹
凸等があっても、スタイラス２０はこれを検知してトー
チ１０はスタイラスの動きに倣う。したがって、ノズル
１２の先端とワーク１１０の表面は常に一定の間隙に維
持される。

本発明は以上のような構成を有するレーザ加工機の制御
装置において、加ニブログラム作成と加工時間を短縮す
る補助機能手段を付加するものである。

すなわち、本発明により付加される第１の補助機能手段
は、第４図の経路Ｓ工。で示すもので、プログラム上で
この補助機能を指定したときには、ノズル１２の先端位
置は、原点Ｐ０から倣いアプローチ開始位置Ｐ２まで、
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸が同時に制御されて、早送りされる。

この第１の補助機能によれば、従来の経路Ｓ工。

Ｓ２をたどるものに比べて最短距離を移動するので、ア
プローチに要する時間は大幅に短線される。

もつとも、この補助機能を指定する場合には、経路Ｓ工
。上に干渉物がないことを確認することは当然に必要で
ある。

倣い制御を開始するときのノズル先端の位置Ｐ２のＺ軸
の座標位置は、 ｚ　ｏ　　（ｚ　ｚ　＋　ｚ　−） で算出される。

ここで、 Ｚｏ：テーブル１００の上面からＺ軸の原点までの距離
で、機械により特定される。

Ｚ工：ワーク１１０の厚さ寸法で、加工条件により与え
られる。

Ｚ２ニスタイラス２０を用いてノズルを案内する距離で
、パラメータとして指定される。

点Ｐ工、Ｐ、、Ｐ、のＸ座標、Ｙ座標は同一であって、
この座標は加工位置として与えられる。

したがって、第１の補助機能を選択すれば、経路Ｓ工。

は、自動的に演算されて直線的な経路が形成される。

第１の加工の終点Ｐ４からＺ軸に沿ってノズルは上昇し
、逃げ位置Ｐ５に達し、その後にＸ軸。

Ｙ軸のみが制御される経路Ｓ□と、Ｚ軸のみが制御され
る経路Ｓ２によって第２の倣いアプローチ開始位置Ｐ、
までアプローチを行う。

このアプローチにおいても、第１の補助機能を指定する
ことによりｘ、ｙ、ｚ軸が同時制御され、２点を結ぶ直
線経路Ｓ工。に沿って早送りされ、アプローチ時間が短
縮される。

次に、第２の補助機能手段は、第１の加工の終点から第
２の加工の始点までのアプローチ時間の短縮と、アプロ
ーチのプログラムの簡素化を達成する。

第４図において、第１の加工は位置Ｐ３が始点であり、
位置Ｐ４が終点となる。加工終点Ｐ４に達すると、ノズ
ル１２は逃げ位置Ｐ５まで上昇し、この位置Ｐ、から第
２の加工の始点Ｐ７まで、経路Ｐ、、Ｐ、又は経路Ｐ１
ｏを経由する早送りによるアプローチと、倣いアプロー
チ始点Ｐ６から加工始点Ｐ７までの倣いアプローチ経路
Ｓ３を経由して、第２の加工始点Ｐ７に到達する。

第２の補助機能を指定すると、第１の加工終点Ｐ４に達
しても、ノズル１２は上昇せず、レーザの照射とアシス
トガスの噴射のみを停止する。そして、ノズル先端をワ
ーク表面の直上に近接したままで、第２の加工始点Ｐ７
まで送る。

この際には、スタイラス２０を下降して倣い制御をオン
とし、ワーク表面の変化に応じてノズルを２軸に沿って
制御する。この倣い制御を利用することにより、ノズル
１２の先端がワーク表面に干渉することが防止できる。

この補助機能により指令される経路Ｓ２゜によれば、ノ
ズル１２のＺ軸方向の移動は必要なく、次の加工始点ま
でのアプローチ時間を大幅に短縮することができる。

第５図は、例えばワーク１１０上に３個の穴Ｈ工？　Ｈ
４Ｆ　Ｈ３を加工する場合を示している。

第１の穴Ｈ工と第２の穴Ｈ２との距離Ｄ工が長く。

ノズル先端が移動する経路に１上に部材等が配設されて
いる場合には、第１の穴Ｈ１の加工終点から第２の穴Ｈ
２の加工始点までの移動経路は、（１）　Ｓ、→Ｓ□→
Ｓ２→Ｓ。

（２）　Ｓ、→Ｓ工。→Ｓ。

のいずれかを状況により選択する。

しかし、第２の穴Ｈ２と第３の穴のＨ□のように、位置
が近接していて、経路上に障害が無い場合には、 （１）ｓｓ−＋ｓ、→Ｓ２→５３ （２）　　Ｓ、→Ｓ１゜→ＳＪ体 の経路にかえて、 （３）　Ｓ２゜ の経路により直接に第３の穴のＨｌの加工始点まで移動
することができる。

次に、本発明の第３の補助機能手段は、加工送り中に、
スタイラス２０を引き上げる機能を発揮する。

第３図は、ノズル１２の先端１２Ａが、ワーク１１０の
表面１１０Ａから所定の間１Ｇを保った状態で、スタイ
ラスの接触子２４を非接触位置まで引き上げた状態を示
す。

倣い装置付のレーザ加工機にあっては、加工中において
は、第２図に示すように、スタイラスを下降して倣い装
置をオンとし、接触子２４がワーク１１０の表面１１０
Ａに接触しつつ加工を行うのが一般的であるが、ワーク
１１０の材質によっては、表面１１０Ａに接触子２４の
跡が残る場合がある。この跡の発生が望ましくない場合
には、第３の補助機能を指定して、倣い制御をオフとし
、スタイラスを引き上げる。

この場合には、加工中にノズルの２軸位置はワーク表面
に倣うことができないので、ワーク表面の平坦度等を事
前に確認する必要がある。

第４図において、第１の加工始点Ｐ３から第１の加工終
点Ｐ４までの倣い加工送りを経路Ｓ、で示し、補助機能
を作動して倣い制御をオフとし、スタイラスを上昇させ
た状態での加工送りを、第２の加工始点Ｐ７から第２の
加工終点Ｐ、までの経路Ｓ３゜として示す。

［発明の効果コ 本発明は以上のように、トーチのＺ軸方向の倣い装置を
備えたレーザ加工機にあって、補助機能を発揮する制御
手段を付加することにより、加工時間を短縮し、プログ
ラム作成の工数を低減する効果を得ることができる。

すなわち、第１の補助機能手段は、加工始点の直上位置
に設定するＺ軸方向の倣い開始位置までトーチを早送り
する際に、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸を同時に制御する
ものである。この機能を選択することにより、トーチを
現在地点から次の加工始点直上の倣い開始位置まで直線
的に早送りすることができ、時間を短縮し、プログラム
を容易にする。

第２の補助機能手段は、加工終点から次の加］始点まで
トーチをＺ軸方向に積極的に移動させ２ことなく、送る
ものである。この際に、倣い装置を作動させて、ワーク
表面の凹凸に倣ってトーチを２軸方向に従動させる。し
たがって、トーチとワークの表面との干渉は防止され、
最短経路で６の加工始点までトーチを送ることができる
。

第３の補助機能手段は、加工送り時に、倣い装置をオフ
とし、スタイラスをワーク表面から引き上げて加工を施
すものである。

この機能を選択することにより、スタイラスガワーク表
面と接触することがなくなり、ワーク表面に跡を残すこ
とが防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施する倣い装置付のレーザ加工機の
制御装置を示す説明図、 第２図は倣い装置の作動状態を示す説明図、第３図は倣
い装置の非作動状態を示す説明図、第４図はトーチのワ
ークの移動経路を示す線図第５図はワーク上の加工個所
を示す平面図である。 １０・・・・・・トーチ　　　　　１２・・・・・・ノ
ズル２０・・・・・・スタイラス　　　２２・・・・・
・シャフト部２４・・・・・・接触子　　　　　３０・
・・・・・ブラケット４０・・・・・・変位検知手段　
　５０・・・・・・ソレノイド６０・・・・・・ＮＣ制
御装置 ７０．７２．７４・・・・・サーボ制御装置８０・・・
・・・サーボモータ　　８２・・・・・・ボールネジ１
００・・・・・・テーブル　　　１１０・・・・・・ワ
ーク特許呂願人　　ヤマザキ　マザツク株式会社代理人
　弁理士沼形義彰（外２名） 第２ 図 第３図 第５ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ワークを載置するテーブルと、テーブルに垂直に配
   設された先端にノズルを有するトーチと、テーブル平面
   上で直交するＸ軸、Ｙ軸及びトーチの軸線に沿うＺ軸の
   ３軸を制御するサーボ手段と、トーチに対してＺ軸に沿
   つて移動自在に支持されたスタイラスと、スタイラスの
   昇降手段と、スタイラスの変位を検知する手段と、スタ
   イラスからの信号に応じてトーチのＺ軸上の位置を制御
   する倣い装置を備えたレーザ加工機の制御装置において
   、 トーチを加工位置の直上に設定する倣い開始位置まで移
   動させる制御手段にあつて、Ｘ軸とＹ軸の制御による第
   １の経路の移動が完了した後にＺ軸の制御による第２の
   経路を倣い装置の作動開始位置まで移動させる制御手段
   に加えて、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を同時に制御して倣い装
   置の作動開始位置まで移動させる補助機能手段を備えて
   なるレーザ加工機の制御装置。 ２、ワークを載置するテーブルと、テーブルに垂直に配
   設された先端にノズルを有するトーチと、テーブル平面
   上で直交するＸ軸、Ｙ軸及びトーチの軸線に沿うＺ軸の
   ３軸を制御するサーボ手段と、トーチに対してＺ軸に沿
   つて移動自在に支持されたスタイラスと、スタイラスの
   昇降手段と、スタイラスの変位を検知する手段と、スタ
   イラスからの信号に応じてトーチのＺ軸上の位置を制御
   する倣い装置を備えたレーザ加工機の制御装置において
   、 トーチを第１の加工終点から第２の加工始点まで移動さ
   せる制御手段にあつて、第１の加工終点に達したトーチ
   をＺ軸の上方に設定した逃げ位置まで移動させ、その後
   に第２の加工始点の直上に設定された倣い装置の作動開
   始位置まで移動させる制御手段に加えて、倣い装置を作
   動した状態で第１の加工終点から第２の加工始点までト
   ーチをワーク表面に倣つて移動させる補助機能手段を備
   えてなるレーザ加工機の制御装置。 ３、ワークを載置するテーブルと、テーブルに垂直に配
   設された先端にノズルを有するトーチと、テーブル平面
   上で直交するＸ軸、Ｙ軸及びトーチの軸線に沿うＺ軸の
   ３軸を制御するサーボ手段と、トーチに対してＺ軸に沿
   つて移動自在に支持されたスタイラスと、スタイラスの
   昇降手段と、スタイラスの変位を検知する手段と、スタ
   イラスからの信号に応じてトーチのＺ軸上の位置を制御
   する倣い装置を備えたレーザ加工機の制御装置において
   、 トーチをワークに対して加工送りする制御手段にあつて
   、倣い制御装置を作動状態で加工送りする制御手段に加
   えて、倣い制御装置を非作動状態で加工送りする補助機
   能手段を備えてなるレーザ加工機の自動制御装置。