(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの加工に対しモニタリングを行う加工モニタリング装置において、
前記ワークの加工時に発生する光を検出する検出部と、前記加工時に発生する光を検出する検出部による検出結果に基づき特定のゲインを設定するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記検出結果に対し複数に分割された分割倍率を分割数分変化させて所定の算出を行い算出結果が許容値に入った場合の分割倍率を抽出する抽出処理を実行し、前記抽出処理を設定回数実行し最も多く抽出された分割倍率を特定のゲインとし、前記ワークにおいて製品加工しない領域でピアス加工とアプローチ加工を行い前記特定のゲインを設定することを特徴とする加工モニタリング装置。
【請求項２】
ワークの加工に対しモニタリングを行う加工モニタリング装置において、
前記ワークの加工時に発生する光を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づき特定のゲインを設定するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記検出結果に対し複数に分割された分割倍率を分割数分変化させて所定の算出を行い算出結果が許容値に入った場合の分割倍率を抽出する抽出処理を実行し、前記抽出処理を設定回数実行し最も多く抽出された分割倍率を特定のゲインとするものであり、
前記ワークにおいて製品加工しない領域でピアス加工とアプローチ加工を行い前記特定のゲインを設定することを特徴とする加工モニタリング装置。
【請求項３】
ワークの加工に対しモニタリングを行う加工モニタリング方法において、
前記ワークの加工時に発生する光を検出する検出工程と、前記検出工程での検出結果に基づき特定のゲインを設定するコントロール工程とを有し、
前記コントロール工程は、前記検出結果に対し複数に分割された分割倍率を分割数分変化させて所定の算出を行い算出結果が許容値に入った場合の分割倍率を抽出する抽出処理を実行し、前記抽出処理を設定回数実行し最も多く抽出された分割倍率を特定のゲインとするものであり、
前記ワークにおいて製品加工しない領域でピアス加工とアプローチ加工を行い前記特定のゲインを設定することを特徴とする加工モニタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加工モニタリング装置及びその方法に関し、詳細にはレーザ加工機における自動調整機能付き加工モニタリング装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加工の基本的な流れは、「位置決め」、「ピアス加工」、「切断加工」、「位置決め」、「ピアス加工」、「切断加工」を繰り返し実行する。
【０００３】
そして、従来のレーザ加工機における加工監視には、例えば次のようなものがある。加工ヘッドが衝突した場合、衝突による損傷を最小限に止めるために、センサ部にシャーピン構造を採用しているものがある。このため、加工ヘッドが材料と干渉してから加工ヘッドが外れ機械の保護を行っている。
【０００４】
他に、特許文献１参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１７７３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の技術では、センサ部のシャーピン構造により、衝突による損傷を最小限に止めているが、加工を再開するためには、センサの交換が必要となる。
【０００７】
また、ピアス加工の時点で加工ヘッドが穴に落ちている場合、切断工程で干渉を起こすという問題がある。さらに、軸の高速化に伴い、干渉する以前に回避する必要がある。
【０００８】
本願発明は、非接触式のエラー検出により上記課題を解決するとともに非接触式にした場合に発生するレーザ加工ヘッドの経年変化による検出の低下および新規なワーク素材等に対応した検出を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上述の問題を解決するためのものであり、請求項１に係る発明は、ワークの加工に対しモニタリングを行う加工モニタリング装置において、前記ワークの加工時に発生する光を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づき特定のゲインを設定するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記検出結果に対し複数に分割された分割倍率を分割数分変化させて所定の算出を行い算出結果が許容値に入った場合の分割倍率を抽出する抽出処理を実行し、前記抽出処理を設定回数実行し最も多く抽出された分割倍率を特定のゲインとする加工モニタリング装置である。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記ワーク毎に前記特定の倍率を加工条件として登録し製品の加工に際し参照する請求項１に記載の加工モニタリング装置である。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記ワークにおいて製品加工しない領域でピアス加工とアプローチ加工を行い前記特定のゲインを設定する請求項１または２に記載の加工モニタリング装置である。
【００１２】
請求項４に係る発明は、製品の加工に係るピアス加工の際に前記特定のゲインを参照する請求項１〜３のいずれか１項に記載の加工モニタリング装置である。
【００１３】
請求項５に係る発明は、ワークの加工に対しモニタリングを行う加工モニタリング方法において、前記ワークの加工時に発生する光を検出する検出工程と、前記検出工程での検出結果に基づき特定のゲインを設定するコントロール工程とを有し、前記コントロール工程は、前記検出結果に対し複数に分割された分割倍率を分割数分変化させて所定の算出を行い算出結果が許容値に入った場合の分割倍率を抽出する抽出処理を実行し、前記抽出処理を設定回数実行し最も多く抽出された分割倍率を特定のゲインとする加工モニタリング方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、非接触式により反射光を検出により加工監視を行うため、機械の損傷は全く無い。また状況確認後、加工を継続することが可能となる。
【００１５】
一方、非接触式のエラー検出により上記課題を解決するとともに非接触式にした場合に発生するレーザ加工ヘッドの経年変化による検出の低下および新規なワーク素材等に対応した検出を提供することができる。
【００１６】
さらに、材料が無い場所で加工を行った場合に反射光がでないことを検知して、材料の有無を判断する。このため、加工ヘッドがワーク上にあるのか穴に落ちているか、加工モニタリング装置でセンシングでき、特に、ピアス加工は軸停止時に行うため、この期間に穴を判定することにより加工ヘッド干渉前に衝突を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】レーザ加工機及び加工モニタリング装置の概略を示す概略図である。
【図２】散乱光の検知を説明する説明図である。
【図３】オートゲイン調整機能を説明する説明図である。
【図４】加工ヘッド衝突検出機能を説明する説明図である。
【図５】オートゲイン調整機能の動作を示すフローチャートである。
【図６】オートゲイン調整機能の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】測定結果の処理を説明する説明図である。
【図８】１６分割の倍率を説明する説明図である。
【図９】ノズルの経年変化への対応を説明する説明図である。
【図１０】ピアス加工への対応を説明する説明図である。
【図１１】加工モニタリング機能を説明する説明図である。
【図１２】加工モニタリング機能を説明する説明図である。
【図１３】加工モニタリング機能を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。図１はこの発明によるレーザ加工機１の一つの実施の形態を示している。
【００１９】
レーザ加工機１はコの字形のフレーム３を備えている。フレーム３は、下部フレーム５と、上部フレーム７と、下部フレーム５と上部フレーム７とを連結するサイドフレーム９とで構成されている。
【００２０】
上部フレーム７には加工ヘッド１１がＺ軸方向（垂直方向）に軸移動可能に設けられている。加工ヘッド１１には図示省略のレーザ発振装置よりレーザビームを与えられ、図示省略のアシストガス供給源よりアシストガスを供給される。
【００２１】
下部フレーム５上にはワーク支持移動装置１３が設けられている。ワーク支持移動装置１３は、下部フレーム５上に固定配置されたセンタテーブル１５と、センタテーブル１５の両側に配置されてＹ軸方向に移動自在なサイドテーブル１７と、センタテーブル１５を跨いでＸ軸方向に延在して両側のサイドテーブル１７に固定連結されたキャレッジベース１９とを含んでいる。
【００２２】
キャレッジベース１９にはキャレッジ２１がＸ軸方向に移動可能に設けられており、キャレッジ２１にはテーブル上においてワーク（板材）Ｗをクランプするワーククランプ２３が取り付けられている。
【００２３】
ワーククランプ２３によってクランプされたワークＷは、キャレッジ２１のＸ軸方向の軸移動によってＸ軸方向へ移動し、サイドテーブル１７のＹ軸方向の軸移動によってＹ軸方向移動する。このＸ軸移動とＹ軸移動により、ワークＷの被加工位置を加工ヘッド１１の真下位置に移動させることができ、加工ヘッド１１の先端ノズルよりレーザビームがアシストガス噴射と共にワークＷの被加工位置に向けて照射されることにより、レーザ加工が行われる。
【００２４】
サイドフレーム９側にはレーザ加工機１の制御を行う制御部（ＣＮＣ）２５がプレス本体に隣接して設けられている。制御部（ＣＮＣ）２５のキャビネットには、ＮＣ操作盤２７、タッチセンサパネル付きのディスプレイ装置２９が取り付けられている。また、レーザ加工機１には加工モニタリング装置３１が備えられている。この加工モニタリング装置３１は制御部（コントローラ）３３を有し制御部（ＣＮＣ）２５と連携してオートゲインの自動調整と加工の異常等を検出する。
【００２５】
一方、制御部（ＣＮＣ）２５は、モータ位置検出器の各々よりモータ位置信号を入力し、加工プログラムに従ってフィードバック制御式に各制御軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の軸制御を行うと共に、レーザ出力制御部、アシストガス制御部へ制御信号を出力する。加工ヘッド１１の先端ノズルには先端ノズルとワーク上面とのＺ軸方向の距離を静電容量や渦電流等によって非接触式に計測する距離センサを取り付けられている。
【００２６】
図２を参照する。加工ヘッド１１は検知部（例えば、光ファイバー等）１１ａを有している。この検知部１１ａはワークＷに対する加工ポイントＰ等から反射した反射光・散乱光等Ｌを検知する。検知部１１ａで検出された光（光量）は制御部（コントローラ）３３で処理される。
【００２７】
図３を参照する。前記制御部（ＣＮＣ）２５は、オートゲインの調整をスタートさせる機能２５ａとゲイン（倍率）の登録を行う機能２５ｂとを含む。
【００２８】
一方、加工モニタリング装置３１（オートゲイン調整の場合）は、上記検出部（光ファイバー等）１１ａを備えると共に制御部（コントローラ）３３を備える。前記制御部（コントローラ）３３はゲイン（倍率）を測定する機能３３ａと倍率測定結果を送信する機能３３ｂを有する。すなわち、制御部（コントローラ）３３は、検出結果に対し複数に分割された分割倍率を分割数分変化させて所定の算出を行い算出結果が許容値に入った場合の分割倍率を抽出する抽出処理を実行し、抽出処理を設定回数実行し最も多く抽出された分割倍率を特定のゲインとする。
【００２９】
図４を参照する。前記制御部（ＣＮＣ）２５は、ピアス加工をスタートする機能２５ｃと切断開始／アラームを命令する機能２５ｄを含む。
【００３０】
一方、加工モニタリング装置３１（加工ヘッド衝突検出の場合）は、検出部（光ファイバー）１１ａを備えると共に制御部（コントローラ）３３を備える。さらに、前記制御部（コントローラ）３３はピアス加工の光量を測定する機能３３ｃとピアス加工の測定結果を送信する機能３３ｄを含む。
【００３１】
図５を参照し、オートゲインを設定する動作を示す。ここで、本実施例で使用する用語について定義する。「基準電圧」は、監視機能が正常に機能するための目標値である（良好加工中の反射光量（散乱光量を含む）の変換値）。すなわち、「基準電圧」（１±0.2V以内）＝「良好加工中の反射光量」×「ゲイン」という式で定義される。
【００３２】
「ゲイン」は加工中に光ファイバ１１ａで集めた光量を電圧に変換するためのもので、加工中の反射光を調整する倍率である（光量に倍率を掛ける）。
【００３３】
初めに、ステップＳ５０１では、制御部（ＣＮＣ）２５の制御によりキャリブレーション用スリット加工を開始する。
【００３４】
ステップＳ５０３では、制御部（ＣＮＣ）２５の制御によりピアス加工を実行する（図のピアス加工点ＰＰの加工）。
【００３５】
ステップＳ５０５では、制御部（ＣＮＣ）２５の制御によりアプローチ加工を行う（図のアプローチ加工ＡＰ）。
【００３６】
ステップＳ５０７では、制御部（ＣＮＣ）２５がスタート信号出力を加工モニタリング装置３１へ送信する。
【００３７】
以下のステップＳ５０９〜ステップＳ５１９までの処理は、上記ステップＳ５０５でのアプローチ加工中に実行される。
【００３８】
ステップＳ５０９では、制御部（コントローラ）３３がマスク時間として切断開始時、反射光が安定するまでの時間を無視する（動作しない時間）。
【００３９】
ステップＳ５１１では、制御部（コントローラ）３３がオートゲイン検出（複数に分割された異なる値のゲインの呼出）を行う。そして、最大ゲイン（倍率）よりゲイン（倍率）を分割毎に減少させ、所定の計算（「検出した光量」×「ゲイン（倍率）」）を実行し、この計算結果が上記の「基準電圧」に対し許容値範囲に入ったゲイン（倍率）を適正ゲイン（倍率）と判断する。
【００４０】
ステップＳ５１３では、制御部（コントローラ）３３が、オートゲイン検出を設定回数行うため検出回数のカウントを行う。設定回数行ったと判断したとき処理はステップＳ５１５に進む。設定回数行っていない場合に処理はステップＳ５１１に戻る。
【００４１】
ステップＳ５１５では制御部（コントローラ）３３が結果集積を行う。すなわち、ｎ数回選択されたゲイン（倍率）のうち、最も多いゲイン値を特定のゲイン（倍率）として出力する。
【００４２】
ステップＳ５１７では、制御部（コントローラ）３３が、結果出力を行う。すなわち、４ビットで制御部（ＣＮＣ）２５へ出力を行い加工条件ファイルに書き込む。なお、その他の加工条件は、オートゲインより事前に調整が完了している。
【００４３】
ステップＳ５１９では、制御部（コントローラ）３３が完了信号を出力する。
【００４４】
図６を参照する（上記ステップＳ５１１−Ｓ５１５における処理結果）。特定のゲイン（倍率）を求めるタイミングはマスク時間終了後の１６段階で調整Ｎ回のみである。最大ゲイン（倍率）よりゲイン（倍率）を減少させ、所定の計算（「検出した光量」×「ゲイン（倍率）」）を実行し、この計算結果が上記の基準電圧（１Ｖ）に対し許容値に入ったゲイン（倍率）を求める。この場合に、最大ゲイン（倍率）からゲイン（倍率）を減少する段階が１６段階ある。上記の処理をＮ回（２０回等）行うので、本例では、１６×２０回行い、基準電圧に対し最も閾値に多く入った加工反射光が変換された電圧に対応するゲインを適正ゲインと判断する。換言すれば１６段で1setで、ここからゲイン（倍率）が１つ選択される。これを２０回行い、ゲイン（倍率）を20つ選択し、この中から最も多いゲイン（倍率）を適正と判断する。
【００４５】
図７を参照する。通常は２０ｓｅｔ行うが、説明を簡単にするため３回行った場合を想定している。すなわち、３回抽出されたゲイン（倍率）の内、最も多い０．４倍のゲイン（倍率）を特定のゲイン（倍率）として出力している。
【００４６】
図８を参照する。倍率調整領域の拡大への対応を示す。フォトカプラにより加工で発生する反射光・散乱光等を電気信号に変換を行い、その後の抵抗を変更することにより変換率を変更するものであるが、上述のように１６分割にした場合に、例えば７分割の場合に比べて５［倍］の光量に対応できる。これにより、監視範囲が拡大し、新素材または新機能に対応できる。さらに、１／２［倍］の光量に対応できるため監視範囲が拡大し、経年変化または新素材に対応できる。
【００４７】
図９を参照する。ノズルの酸化（経年変化）を示す。ノズルの酸化等によって、内壁部（加工点に最も近いため内壁部に反射する光量が多い）の反射率低下が生じる。初期設定倍率では、基準電圧（１±０．２Ｖ）に対し大幅に減衰してしまい、監視精度が悪化する。オートゲイン調整を行うことで現状の加工状態に最適な監視状態に設定できる。また、オートゲイン調整を行うことで、ノズル以外にレンズ・ミラーの消耗による反射光の変化にも調整が可能となる。なお、表９ＡはワークＷの材質が「Ｃ−ＳＵＳ１．０Ｓ」の場合であり、表９ＢはワークＷの材質が「Ｃ−ＳＥＣＣ１．６Ｓ」の場合であり、表９ＣはワークＷの材質が「ＳＰＨ６．０Ｅ」の場合である。
【００４８】
図１０を参照する。ピアス加工への対応を示す。ピアス監視機能についてもゲイン設定は重要である。ピアス加工の初期設定時間は５（ｓｅｃ）である。続いて、ピアス延長時間が５（ｓｅｃ）である。基準電圧（例えば、１Ｖ）に対し許容値以外のときは（ピアス加工の際の停止状態であることの条件も満たす）、加工機アラーム、画面メッセージ「ピアス未貫通」を行う。
【００４９】
図１１、図１２および図１３を参照する。ピアス加工監視機能で、例えば、図１１のようにワークＷが加工ヘッド１１の下側に存在しない場合でワークＷと干渉する場合はピアス加工時の停止を条件として事前にアラームを出すことができる。図１２、１３は正常の場合である。
【００５０】
この発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。
【符号の説明】
【００５１】
１  レーザ加工機
３  フレーム
５  下部フレーム
７  上部フレーム
９  サイドフレーム
１１  加工ヘッド
１１ａ  検出部（光ファイバー）
１３  ワーク支持移動装置
１５  センタテーブル
１７  サイドテーブル
１９  キャレッジベース
２１  キャレッジ
２３  ワーククランプ
２５  制御部（ＣＮＣ）
２５ａ  オートゲイン調整スタート機能
２５ｂ  倍率登録機能
２７  ＮＣ操作盤
２９  ディスプレイ装置
３１  加工モニタリング装置
３３  制御部（コントローラ）
３３ａ  ゲイン（倍率）測定機能
３３ｂ  ゲイン（倍率）測定結果送信機能
３３ｃ  ピアス測定機能
３３ｄ  ピアス測定結果送信機能
【図１】
0005930522.tif 000002
【図２】
0005930522.tif 000003
【図３】
0005930522.tif 000004
【図４】
0005930522.tif 000005
【図５】
0005930522.tif 000006
【図６】
0005930522.tif 000007
【図７】
0005930522.tif 000008
【図８】
0005930522.tif 000009
【図９】
0005930522.tif 000010
【図１０】
0005930522.tif 000011
【図１１】
0005930522.tif 000012
【図１２】
0005930522.tif 000013
【図１３】
0005930522.tif 000014