(57)【要約】【課題】レーザ加工の速度を向上できる数値制御装置、数値制御方法及び数値制御プログラムを提供する。【解決手段】レーザ加工範囲を複数の区間に分割し、各区間を個別のレーザ出力で加工するための数値制御装置１は、複数の区間それぞれの分割条件及びレーザ出力条件を、加工条件の識別子に対応付けて記憶する不揮発性メモリ１４と、加工プログラムにおいて、軸の移動指令と共に加工条件の識別子を指令値として指定することにより、記憶されたレーザ出力条件を複数の区間のそれぞれに順に適用するＣＰＵ１１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工範囲を複数の区間に分割し、各区間を個別のレーザ出力で加工するための数値制御装置であって、
前記複数の区間それぞれの分割条件及びレーザ出力条件を、加工条件の識別子に対応付けて記憶する記憶部と、
加工プログラムにおいて、軸の移動指令と共に前記加工条件の識別子を指令値として指定することにより、前記記憶部に記憶された前記レーザ出力条件を前記複数の区間のそれぞれに順に適用する指令部と、を備える数値制御装置。
【請求項２】
前記レーザ出力条件は、ピークパワー、デューティ比、周波数の少なくともいずれかを含む請求項１に記載の数値制御装置。
【請求項３】
前記分割条件は、前記レーザ加工範囲に対する割合、時間、距離のいずれかにより指定される請求項１又は請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項４】
レーザ加工範囲を複数の区間に分割し、各区間を個別のレーザ出力で加工するためのコンピュータによる数値制御方法であって、
前記複数の区間それぞれの分割条件及びレーザ出力条件を、加工条件の識別子に対応付けて記憶部に記憶し、
加工プログラムにおいて、軸の移動指令と共に前記加工条件の識別子を指令値として指定することにより、前記記憶部に記憶された前記レーザ出力条件を前記複数の区間のそれぞれに順に適用する数値制御方法。
【請求項５】
レーザ加工範囲を複数の区間に分割し、各区間を個別のレーザ出力で加工するための数値制御プログラムであって、コンピュータに、
前記複数の区間それぞれの分割条件及びレーザ出力条件を、加工条件の識別子に対応付けて記憶部に記憶させ、
加工プログラムにおいて、軸の移動指令と共に前記加工条件の識別子を指令値として指定することにより、前記記憶部に記憶された前記レーザ出力条件を前記複数の区間のそれぞれに順に適用させるための数値制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工機を制御するための数値制御装置、数値制御方法及び数値制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ加工機において、従来のＣＯ２レーザ発振器に代えてファイバレーザ発振器が用いられるようになった。ファイバレーザ発振器は、指令に対するレーザ出力の応答性が高く、軸をより高速で動かしてもレーザビームが追従するため、加工速度が向上した。
【０００３】
また、例えば、図４に示すような、格子状の複数の線分の一部からなる一定間隔の矩形（実線）をレーザ加工する場合、矩形１つずつを加工するのではなく、レーザを出力する指令と出力しない指令とを交互に繰り返し、ＡからＢへ、及びＣからＤへ、加工ヘッドを直線状に連続して移動させることで高速な加工が実現される。
【０００４】
このように、加工ヘッドの移動中にレーザ出力を切り替える場合、数値制御装置は、指令値が異なる複数の移動指令を行うことになる。
例えば、特許文献１では、加工区間を複数に分割し、非加工区間と加工区間とが交互に配置されるように指令を出力し、ミクロジョイントと呼ばれる加工残し部分を生成するレーザ加工機が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１２６６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来手法では、図５に示すように、複数の区間に分割された元の区間（Ｘ：０．０〜Ｘ：１００．０）について、軸の動きは１ブロックの指令で記述できるが、加工条件であるレーザ出力のＯＮとＯＦＦとを切り替えるためには、加工プログラムを複数ブロックの指令により記述する必要があった。例えば、ピークパワーを「Ｓ１００」とするレーザ出力がＯＮの加工条件を指令するブロックと、ピークパワーを「Ｓ０」とするレーザ出力がＯＦＦの加工条件を指令するブロックとが交互に複数記述される。
【０００７】
この場合、加工条件を切り換える回数が増えることにより、１ブロックの指令で加工ヘッドが移動する長さ及び時間が短くなる。すると、１ブロックの指令を読み取り、実行形式のデータを作成するための時間であるブロックプロセッシングタイム（ＢＰＴ）も短くすることが要求される。例えば、６００００ｍｍ／ｍｉｎの速度で加工を実施する場合、１ブロックの指令による加工長さが１ｍｍであれば１ｍｓｅｃ以下のＢＰＴでよいが、１ブロックの指令による加工長さが０．１ｍｍであれば０．１ｍｓｅｃ以下のＢＰＴが要求される。
【０００８】
しかしながら、数値制御装置の処理速度によっては、求められるＢＰＴを達成できない場合がある。すると、図６に示すように、作成された実行形式のデータの実行後、すなわち１ブロック分の加工ヘッドの移動後に、次の指令の準備が間に合わないため待ち時間が生じ、この結果、加工速度が低下していた。
【０００９】
本発明は、レーザ加工時の加工速度を向上させることができる数値制御装置、数値制御方法及び数値制御プログラム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】
【００１０】
（１）  本発明に係る数値制御装置（例えば、後述の数値制御装置１）は、レーザ加工範囲を複数の区間に分割し、各区間を個別のレーザ出力で加工するための数値制御装置であって、前記複数の区間それぞれの分割条件及びレーザ出力条件を、加工条件の識別子に対応付けて記憶する記憶部（例えば、後述の不揮発性メモリ１４）と、加工プログラムにおいて、軸の移動指令と共に前記加工条件の識別子を指令値として指定することにより、前記記憶部に記憶された前記レーザ出力条件を前記複数の区間のそれぞれに順に適用する指令部（例えば、後述のＣＰＵ１１）と、を備える。
【００１１】
（２）  （１）に記載の数値制御装置において、前記レーザ出力条件は、ピークパワー、デューティ比、周波数の少なくともいずれかを含んでもよい。
【００１２】
（３）  （１）又は（２）に記載の数値制御装置において、前記分割条件は、前記レーザ加工範囲に対する割合、時間、距離のいずれかにより指定されてもよい。
【００１３】
（４）  本発明に係る数値制御方法は、レーザ加工範囲を複数の区間に分割し、各区間を個別のレーザ出力で加工するためのコンピュータによる数値制御方法であって、前記複数の区間それぞれの分割条件及びレーザ出力条件を、加工条件の識別子に対応付けて記憶部に記憶し、加工プログラムにおいて、軸の移動指令と共に前記加工条件の識別子を指令値として指定することにより、前記記憶部に記憶された前記レーザ出力条件を前記複数の区間のそれぞれに順に適用する。
【００１４】
（５）  本発明に係る数値制御プログラムは、レーザ加工範囲を複数の区間に分割し、各区間を個別のレーザ出力で加工するための数値制御プログラムであって、コンピュータに、前記複数の区間それぞれの分割条件及びレーザ出力条件を、加工条件の識別子に対応付けて記憶部に記憶させ、加工プログラムにおいて、軸の移動指令と共に前記加工条件の識別子を指令値として指定することにより、前記記憶部に記憶された前記レーザ出力条件を前記複数の区間のそれぞれに順に適用させるためのものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザ加工時の加工速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】数値制御装置の要部のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】加工条件、及び加工プログラムからの参照方法を例示する図である。
【図３】実行形式のデータを作成する時間と、実行形式のデータを実行する時間との関係を示す図である。
【図４】レーザ加工の軌跡例を示す図である。
【図５】加工条件を切り換える場合の従来の指令方式を示す図である。
【図６】従来の指令方式による待ち時間を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
本実施形態の数値制御装置１は、レーザ加工の機能を備えた工作機械の動作を制御する装置である。数値制御装置１は、工作機械に対して軸の移動及びレーザ出力に関する制御信号を順次送信することにより、レーザ加工を実施する。
【００１８】
図１は、数値制御装置１の要部のハードウェア構成を示すブロック図である。
数値制御装置１において、ＣＰＵ１１は、数値制御装置１の全体を制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムを、バス２０を介して読み出し、このシステムプログラムに従って数値制御装置１の全体を制御する。
ＲＡＭ１３には、一時的な計算データ、表示データ、及び表示器／ＭＤＩユニット７０を介してオペレータが入力した各種データが格納される。また、一般にＲＡＭへのアクセスはＲＯＭへのアクセスよりも高速であることから、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムを予めＲＡＭ１３上に展開しておき、ＲＡＭ１３からシステムプログラムを読み込んで実行してもよい。
不揮発性メモリ１４は、磁気記憶装置、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭ、ＦＲＡＭ（登録商標）、ＥＥＰＲＯＭ、又はバッテリでバックアップされるＳＲＡＭ若しくはＤＲＡＭ等であり、数値制御装置１の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。不揮発性メモリ１４には、インタフェース１５、表示器／ＭＤＩユニット７０又は通信部２７を介して入力された加工プログラム等が記憶される。
【００１９】
ＲＯＭ１２には、加工プログラムの作成及び編集のために必要とされる編集モードの処理や自動運転のための処理を実施するための各種システムプログラムが予め書き込まれている。
各種加工プログラムは、インタフェース１５、表示器／ＭＤＩユニット７０又は通信部２７を介して入力され、不揮発性メモリ１４に格納される。
インタフェース１５は、数値制御装置１と外部機器７２とを接続する。外部機器７２からは、加工プログラム及び各種パラメータ等が数値制御装置１に読み込まれる。また、数値制御装置１内で編集された加工プログラムは、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。インタフェース１５の具体例としては、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢ、ＳＡＴＡ、ＰＣカードスロット、ＣＦカードスロット、ＳＤカードスロット、イーサネット（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ等が挙げられる。インタフェース１５は、表示器／ＭＤＩユニット７０上に存在してもよい。外部機器７２の例としては、コンピュータ、ＵＳＢメモリ、ＣＦａｓｔ、ＣＦカード、ＳＤカード等が挙げられる。
【００２０】
ＰＭＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１６は、数値制御装置１に内蔵されたシーケンスプログラムにより、工作機械の補助装置（例えば、自動工具交換装置）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、ＰＭＣ１６は、工作機械の本体に配備された操作盤７１の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。なお、ＰＭＣ１６は、一般に、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）とも呼ばれる。
操作盤７１は、ＰＭＣ１６に接続される。操作盤７１は、手動パルス発生器等を備えていてもよい。
表示器／ＭＤＩユニット７０は、ディスプレイ７０１（表示部）、及びキーボード若しくはタッチパネル７０２等の操作部を備えた手動データ入力装置である。インタフェース１８は表示用の画面データを表示器／ＭＤＩユニット７０のディスプレイ７０１に送るほか、表示器／ＭＤＩユニット７０の操作部からの指令及びデータを受けてＣＰＵ１１に渡す。
【００２１】
各軸の軸制御回路３０〜３４は、ＣＰＵ１１からの各軸の移動指令量を受けて、各軸の指令をサーボアンプ４０〜４４に出力する。
サーボアンプ４０〜４４は、この指令を受けて、各軸のサーボモータ５０〜５４を駆動する。各軸のサーボモータ５０〜５４は、位置及び速度の検出器を内蔵し、位置及び速度フィードバック信号を軸制御回路３０〜３４にフィードバックして、位置及び速度のフィードバック制御を行う。
【００２２】
スピンドル制御回路６０は、工作機械への主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１は、このスピンドル速度信号を受けて、工作機械のスピンドルモータ６２を指令された回転速度で回転させ、工具を駆動する。
スピンドルモータ６２には、歯車又はベルト等でパルスエンコーダ６３が結合され、パルスエンコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、この帰還パルスは、バス２０を経由してＣＰＵ１１によって読み取られる。
【００２３】
レーザ制御部８０は、ＣＰＵ１１から、加工プログラムに基づいた、レーザ加工のためのレーザ出力指令を受ける。ここで、レーザ出力指令には、例えば、所定の出力のレーザ光を照射するためのピークパワー、周波数及びデューティ比等の指示が含まれる。レーザ制御部８０は、このレーザ出力指令に基づいた制御信号をレーザ加工部８１に出力する。
【００２４】
レーザ加工部８１は、レーザ光を発振して出射するレーザ発振器、レーザ発振器から出射されたレーザ光を光学系で集光してワークに対して照射する加工ヘッド及びノズルを備える。レーザ加工部８１は、レーザ制御部８０からの制御信号に基づいて、所定の出力のレーザ光をワークに対して照射する。
【００２５】
次に、数値制御装置１によるレーザ加工に関する数値制御方法について説明する。
数値制御装置１は、入力された加工プログラム及び加工条件に従って、レーザ加工範囲を複数の区間に分割し、各区間を個別のレーザ出力で加工する。
【００２６】
指令部としてのＣＰＵ１１は、不揮発性メモリ１４に格納されている加工プログラムを読み出してＲＡＭ１３に展開すると、この加工プログラムに記述された各ブロックを実行形式のデータに変換してレーザ制御部８０に提供する。
このとき、ＣＰＵ１１は、各ブロックの指令値として設定された加工条件を示す識別子に基づいて、予め設定された加工条件を読み出して実行形式のデータを作成する。
【００２７】
加工条件は、例えば、不揮発性メモリ１４（記憶部）に、複数の区間それぞれの分割条件及びレーザ出力条件を、加工条件の識別子に対応付けたデータベースとして記憶されている。
なお、切り換える加工条件は、予めＲＡＭ１３（記憶部）に展開されていてもよい。さらに、展開されたＲＡＭ１３上のアドレスが識別子として指定される方式であってもよい。これにより、さらにＢＰＴの短縮が期待できる。
【００２８】
図２は、本実施形態に係る加工条件、及び加工プログラムからの参照方法を例示する図である。
各加工条件には、加工プログラムからの参照番号である識別子に対して、レーザ加工範囲を分割する区間数と、区間毎に分割条件及びレーザ出力条件とが設定される。
【００２９】
分割条件は、例えば、レーザ加工範囲に対する割合、時間、距離のいずれかにより指定される。
なお、各区間はレーザ加工範囲を等分したものでなくてよい。例えば、番号１の加工条件では、区間１、２、３はそれぞれ全体の１０％、７０％、２０％の割合となっている。
【００３０】
レーザ出力条件は、ピークパワー（Ｓ）、デューティ比（Ｐ）、周波数（Ｑ）の少なくともいずれかを含む。
なお、レーザ加工範囲におけるレーザ出力条件の切り替え方法は、ＯＮとＯＦＦとの切り替えには限られない。各区間においてＳ、Ｐ、Ｑの各パラメータは独立して設定され、例えば、徐々にパワーを上げる又は下げる等の設定がされてもよい。
【００３１】
加工プログラムにおいて、軸の移動指令と共に加工条件の識別子を指令値として指定することにより、ＣＰＵ１１は、記憶部に記憶されたレーザ出力条件を複数の区間のそれぞれに順に適用する。このとき、ＣＰＵ１１は、所定の制御周期単位で移動距離、時間等を積算し、設定された分割条件に基づくレーザ加工条件の切り替えタイミングを判断する。
【００３２】
例えば、「Ｘ：０．０」から「Ｘ：１００．０」までのレーザ加工を指令するブロック「Ｇ０１  Ｘ１００．  Ｌ３」では、指令値「Ｌ３」によって番号３の加工条件が参照される。これにより、区間１から区間５まで２０ｍｍ毎にピークパワーを切り替えたレーザ加工が１つのブロックの指令により実施される。
【００３３】
図３は、本実施形態に係る実行形式のデータを作成する時間と、実行形式のデータを実行する時間との関係を示す図である。
この図では、本実施形態における前述の加工条件の指定方式により、複数の区間からなるレーザ加工範囲を加工プログラムの１つのブロック（例えば、Ｎ１）により指令した場合を、従来方式の複数ブロック（例えば、Ｎ１１〜Ｎ１４）に分割して加工条件を切り換える場合と比較して例示している。
【００３４】
本実施形態における加工条件の指定方式により１ブロックで複数の加工条件を切り換える場合、このブロックに対するＢＰＴは、１ブロックで単一の加工条件を指定する場合と同等である。したがって、１ブロック（例えば、Ｎ１）で複数の加工条件を切り換える場合、複数のブロック（例えば、Ｎ１〜Ｎ４）に分割した場合に比べて、ＢＰＴの合計が短縮される。このため、１ブロック内での加工条件の切り替え回数が多く、加工ヘッドの移動距離が長いほど、各ブロック（Ｎ１〜Ｎ３）の指令に対するＢＰＴよりも、実行形式のデータを実行する時間、すなわち加工ヘッドの移動時間が長くなることが期待できる。すると、例えば、ブロックＮ１の指令を実行している間に次のブロックＮ２に対する実行形式のデータの作成が終了する。一方、ブロックＮ１１〜Ｎ１４により加工条件を切り換えた場合には、各ブロックの実行時間が短いために、例えば、ブロックＮ１１の指令を実行している間にブロックＮ１２に対する実行形式のデータの作成が終了せず、待ち時間が発生する。このように、複数ブロック（Ｎ１１〜Ｎ１４）で記述されていた指令が１ブロック（Ｎ１）に統合されることにより、レーザ加工部８１の待ち時間がなくなり、複数のブロックにより加工条件を切り換える場合と比較して加工速度が向上する。
【００３５】
本実施形態によれば、数値制御装置１は、レーザ加工範囲を複数の区間に分割し、各区間を個別のレーザ出力で加工する場合に、複数の区間それぞれの分割条件及びレーザ出力条件を、加工条件の識別子に対応付けて予め記憶しておく。そして、数値制御装置１は、加工プログラムにおいて、軸の移動指令と共に加工条件の識別子を指令値として指定することにより、記憶部に記憶されたレーザ出力条件を複数の区間のそれぞれに順に適用する。
したがって、数値制御装置１は、従来は複数ブロックにより指令していた複数区間に渡るレーザ加工を、１ブロックの指令により実現した。これにより、加工プログラムにおけるブロック数が削減され、ブロック当たりの実行時間及び移動距離が短くなることが抑制される。よって、数値制御装置１は、加工条件を切り換えるために指令を分割する従来手法に比べて、ＢＰＴによる待ち時間を低減し、より高速なレーザ加工を行える。
【００３６】
数値制御装置１は、加工プログラム内の１ブロックのみの指令で、レーザ出力条件として、ピークパワー、デューティ比、周波数の少なくともいずれかを、分割された区間毎に独立して設定できる。
【００３７】
数値制御装置１は、加工プログラム内の１ブロックのみの指令で、レーザ加工範囲を割合、時間、距離のいずれかにより複数の区間に分割して、各区間に独立したレーザ出力条件を適用できる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００３９】
数値制御装置１による数値制御方法は、ソフトウェアにより実現される。ソフトウェアによって実現される場合には、このソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。また、これらのプログラムは、リムーバブルメディアに記録されてユーザに配布されてもよいし、ネットワークを介してユーザのコンピュータにダウンロードされることにより配布されてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  数値制御装置
１１  ＣＰＵ（指令部）
１２  ＲＯＭ
１３  ＲＡＭ（記憶部）
１４  不揮発性メモリ（記憶部）
８０  レーザ制御部
８１  レーザ加工部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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