(57)【要約】【課題】アプローチ時間を短縮可能なレーザ加工装置の制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】本発明に係るレーザ加工装置の制御装置は、ノズルの位置決めが完了したか否かを判定する位置決め完了判定部と、ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定する完了見込み判定部と、ノズルの位置決めが完了する見込みである場合に、後工程を実行できるか否かを判定する後工程判定部と、を備える。ノズルの位置決めが完了する見込みの状態において後工程を実行できる場合には、ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定されたときに後工程が直ちに実行される。また、後工程が実行できない場合は、ノズルの位置決め完了を待って後工程が実行される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザを放射するノズルを備えたレーザ加工装置の動作を制御する制御装置であって、
レーザ加工を実行する際における前記ノズルとワークとの間の距離に対応する目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する精度を指定する目標ギャップ量指定部と、
前記ノズルと前記ワークとの間の実際のギャップ量を検出するギャップ量検出部と、
前記目標ギャップ量及び前記実際のギャップ量に基づいて、前記ノズルの位置を制御するノズル位置制御部と、
前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する前記精度に従って、前記ノズルの位置決めが完了したか否かを判定する位置決め完了判定部と、
前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定する完了見込み判定部と、
前記ノズルの位置決めが完了する見込みである場合に、前記ノズルの位置決め後に実行されるべき後工程が実行可能であるか否かを判定する後工程判定部と、を備えており、
前記後工程判定部によって前記後工程が実行可能であると判定された場合に、前記完了見込み判定部によって前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定された時点で前記後工程を実行するように構成されるとともに、
前記後工程判定部によって前記後工程が実行可能ではないと判定された場合、前記位置決め完了判定部によって前記ノズルの位置決めが完了したと判定された時点で前記後工程を実行するように構成される、制御装置。
【請求項２】
前記ノズル位置制御部は、前記後工程判定部による判定結果の如何にかかわらず、前記ノズルの位置制御を継続するように構成され、
前記位置決め完了判定部は、前記後工程判定部による判定結果の如何にかかわらず、前記ノズルの位置決め完了の判定を継続するように構成される、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記完了見込み判定部は、前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作状態に関する情報と、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定するように構成される、請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記完了見込み判定部は、前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転したか否かと、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定するように構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項５】
前記目標ギャップ量指定部によって指定される前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する前記精度に基づいて、目標ギャップ範囲が設定されるようになっており、
前記位置決め完了判定部は、前記位置決め完了見込み判定部によって前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定された後であって、前記ノズルの実際の位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになった時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定するように構成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記目標ギャップ量指定部によって指定される前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する前記精度に基づいて、目標ギャップが設定されるようになっており、
前記位置決め完了判定部は、前記位置決め完了見込み判定部によって前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定された後であって、前記ノズルの実際の位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになり、かつ、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転した時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定するように構成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項７】
レーザが放射されるノズルをワークに対して所定の目標ギャップ量だけ離間した位置に所定の精度で位置決めする、レーザ加工装置の制御方法であって、
前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対して定められる前記精度に従って、前記ノズルの位置決めが完了したか否かを判定することと、
前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定することと、
前記ノズルの位置決めが完了する見込みである場合に、前記ノズルの位置決め後に実行されるべき後工程を実行可能であるか否かを判定することと、を含んでおり、
前記後工程を実行可能であると判定した場合には、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定したときに前記後工程を実行し、
前記後工程を実行できないと判定した場合には、前記ノズルの位置決めが完了したと判定したときに前記後工程を実行することを特徴とする、制御方法。
【請求項８】
前記位置決めが完了する見込みであると判定されたときに、前記後工程を実行可能であるか否かの判定結果にかかわらず、前記ノズルの位置決め動作及び前記ノズルの位置決めが完了したか否かの判定を継続するようにした、請求項７に記載の制御方法。
【請求項９】
前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作状態に関する情報と、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定するようにした、請求項７又は８に記載の制御方法。
【請求項１０】
前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転したか否かと、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定するようにした、請求項７から９のいずれか１項に記載の制御方法。
【請求項１１】
前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対して定められる前記精度に基づいて、目標ギャップ範囲が設定されるようになっており、
前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定した後であって、前記ノズルの位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになった時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定するようにした、請求項７から１０のいずれか１項に記載の制御方法。
【請求項１２】
前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対して定められる前記精度に基づいて、目標ギャップ範囲が設定されるようになっており、
前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定した後であって、前記ノズルの位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになり、かつ、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転した時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定するようにした、請求項７から１０のいずれか１項に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置の制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工装置を用いてレーザ加工を開始する際に、レーザが放射されるノズルをワークから所定の距離だけ離間した目標位置に位置決めするアプローチ工程が実行される。一般的なレーザ加工装置は、ノズルの位置決めが完了した時点でアプローチ工程を終了し、後工程に移行するようになっている。
【０００３】
図１０Ａ〜図１０Ｄは、レーザ加工装置におけるノズルのアプローチ動作を示す図である。図１０Ａは、平坦な板材のワークＷが予め定められた位置に配置されている理想的な例を示している。後工程を実行するために、ノズルＮＺは、ワークＷから目標ギャップ量だけ離間した目標位置Ｔに位置決めされる。この場合、ワークＷの位置及び目標ギャップ量は予め分かっているので、位置指令に従ってノズルＮＺを移動させればよく、短時間で正確な位置決めが可能である。
【０００４】
しかし、実際の適用例では、ワークＷがどのような状態にあるか事前に分からないことが多い。例えば図１０Ｂは、ワークＷが上向きに反った状態にある場合を示している。このような場合、ワークＷとノズルＮＺとの間の未知のギャップ量を検出し、検出されたギャップ量に基づいてノズルＮＺを目標位置Ｔまで移動させる必要がある。
【０００５】
しかしながら、一般的に使用される静電容量方式又は光学式のギャップセンサでは、ノズルＮＺがワークＷから離れているとギャップ量の検出精度が低下する。また、ギャップ量の検出、ギャップ量に基づくノズルＮＺの位置制御に起因して遅れが生じうる。それにより、ノズルＮＺの減速が遅れてアンダーシュートが発生する場合がある。そうすると、例えばワークＷの反りが顕著な場合（図１０Ｃ）、周囲の部材（例えば切断加工に伴って発生する切断片）がワークＷの上方に突出した状態で置かれている場合には、ノズルＮＺがワークＷなどに衝突する虞がある。
【０００６】
アプローチ動作を低速度で実行すれば、図１０Ｃ及び図１０Ｄに示されるような場合でもノズルＮＺの衝突を回避できる。しかしながら、常に低速度でアプローチ動作を実行すれば、効率性が顕著に低下する。また、ノズルＮＺが単にワークＷなどと物理的に接触しただけであれば、ワークの仕損を生じさせることなく、引き続き加工工程を実行できる場合もある。他方、レーザ照射などを伴う後工程を開始した後でノズルＮＺとワークＷとが接触すれば、ワークＷの溶融物がワークＷの他の部位に付着してワークＷの仕損が広範囲にわたって生じる虞がある。その場合には、使用できなくなったワークＷを除去するなどの追加の工程が必要になり、復旧に多大な時間を要することもある。したがって、ワークの仕損リスクを回避しつつ可及的に短時間でノズルのアプローチ工程を終了するのが望ましい。
【０００７】
特許文献１には、退避位置から倣い動作の基準位置までのアプローチ動作に要する時間を短縮するように構成されたレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置においては、予め定められるアプローチ速度及び減速度に応じて定まる停止距離と、ギャップセンサによって得られる基準位置までの距離と、に基づいて、減速動作を開始する時点が制御される。
【０００８】
特許文献２には、第１の工程の終了点からその次に実行される第２の工程の開始点までの移動時間を短縮するように構成されたレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置においては、ワークに対して所定のギャップ量だけ離間した位置に到達するまで位置決め指令に従って加工ノズルを移動させ、その後はセンサによって検出されるギャップ量のフィードバックを利用したギャップ制御に従って加工ノズルの動作が制御される。
【０００９】
特許文献３には、加工ヘッドのアプローチ速度を高速化し、かつ安定化するように構成されたレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置においては、ギャップセンサによって加工ヘッドとワークとの間のギャップ量を測定できるようになる範囲までは加工ヘッドを高速で移動させ、その後はアプローチ動作を低速に切換えるように制御される。
【００１０】
また、特許文献４〜８には、レーザ加工装置の制御を目的としたものではないものの、一般的な駆動制御に関する種々の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平９−３０８９７９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０６７号公報
【特許文献３】特開２０００−０５２０７６号公報
【特許文献４】特開２０１１−２１０２４５号公報
【特許文献５】特開平１０−２６０７３４号公報
【特許文献６】特開平９−１９０９６８号公報
【特許文献７】特開２００２−３１８３６１号公報
【特許文献８】特開２０１２−０８４６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１〜３に開示されたレーザ加工装置の制御手法を採用したとしても、アプローチ工程を終了するために、依然として目標ギャップ量の位置に対してノズルを位置決めする必要がある。したがって、アプローチ時間のより一層の短縮が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願の１番目の態様によれば、レーザを放射するノズルを備えたレーザ加工装置の動作を制御する制御装置であって、レーザ加工を実行する際における前記ノズルとワークとの間の距離に対応する目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する精度を指定する目標ギャップ量指定部と、前記ノズルと前記ワークとの間の実際のギャップ量を検出するギャップ量検出部と、前記目標ギャップ量及び前記実際のギャップ量に基づいて、前記ノズルの位置を制御するノズル位置制御部と、前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する前記精度に従って、前記ノズルの位置決めが完了したか否かを判定する位置決め完了判定部と、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定する完了見込み判定部と、前記ノズルの位置決めが完了する見込みである場合に、前記ノズルの位置決め後に実行されるべき後工程が実行可能であるか否かを判定する後工程判定部と、を備えており、前記後工程判定部によって前記後工程が実行可能であると判定された場合に、前記完了見込み判定部によって前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定された時点で前記後工程を実行するように構成されるとともに、前記後工程判定部によって前記後工程が実行可能ではないと判定された場合、前記位置決め完了判定部によって前記ノズルの位置決めが完了したと判定された時点で前記後工程を実行するように構成される、制御装置が提供される。
本願の２番目の態様によれば、１番目の態様に係る制御装置において、前記ノズル位置制御部は、前記後工程判定部による判定結果の如何にかかわらず、前記ノズルの位置制御を継続するように構成され、前記位置決め完了判定部は、前記後工程判定部による判定結果の如何にかかわらず、前記ノズルの位置決め完了の判定を継続するように構成される。
本願の３番目の態様によれば、１番目又は２番目の態様に係る制御装置において、前記完了見込み判定部は、前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作状態に関する情報と、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定するように構成される。
本願の４番目の態様によれば、１番目から３番目のいずれかの態様に係る制御装置において、前記完了見込み判定部は、前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転したか否かと、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定するように構成される。
本願の５番目の態様によれば、１番目から４番目のいずれかの態様に係る制御装置において、前記目標ギャップ量指定部によって指定される前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する前記精度に基づいて、目標ギャップ範囲が設定されるようになっており、前記位置決め完了判定部は、前記位置決め完了見込み判定部によって前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定された後であって、前記ノズルの実際の位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになった時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定するように構成される。
本願の６番目の態様によれば、１番目から４番目のいずれかの態様に係る制御装置において、前記目標ギャップ量指定部によって指定される前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する前記精度に基づいて、目標ギャップが設定されるようになっており、前記位置決め完了判定部は、前記位置決め完了見込み判定部によって前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定された後であって、前記ノズルの実際の位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになり、かつ、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転した時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定するように構成される。
本願の７番目の態様によれば、レーザが放射されるノズルをワークに対して所定の目標ギャップ量だけ離間した位置に所定の精度で位置決めする、レーザ加工装置の制御方法であって、前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対して定められる前記精度に従って、前記ノズルの位置決めが完了したか否かを判定することと、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定することと、前記ノズルの位置決めが完了する見込みである場合に、前記ノズルの位置決め後に実行されるべき後工程を実行可能であるか否かを判定することと、を含んでおり、前記後工程を実行可能であると判定した場合には、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定したときに前記後工程を実行し、前記後工程を実行できないと判定した場合には、前記ノズルの位置決めが完了したと判定したときに前記後工程を実行することを特徴とする、制御方法が提供される。
本願の８番目の態様によれば、７番目の態様に係る制御方法において、前記位置決めが完了する見込みであると判定されたときに、前記後工程を実行可能であるか否かの判定結果にかかわらず、前記ノズルの位置決め動作及び前記ノズルの位置決めが完了したか否かの判定を継続する。
本願の９番目の態様によれば、７番目又は８番目の態様に係る制御方法において、前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作状態に関する情報と、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定する。
本願の１０番目の態様によれば、７番目から９番目のいずれかの態様に係る制御方法において、前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転したか否かと、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定する。
本願の１１番目の態様によれば、７番目から１０番目のいずれかの態様に係る制御方法において、前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対して定められる前記精度に基づいて、目標ギャップ範囲が設定されるようになっており、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定した後であって、前記ノズルの位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになった時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定する。
本願の１２番目の態様によれば、７番目から１０番目の態様に係る制御方法において、前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対して定められる前記精度に基づいて、目標ギャップ範囲が設定されるようになっており、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定した後であって、前記ノズルの位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになり、かつ、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転した時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定する。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成を備えた発明によれば、ノズルの位置決めが完了する見込みである場合に、位置決め完了見込みの状態で後工程を実行可能であれば、ノズルの位置決めが完了していなくても該後工程が実行される。それにより、ノズルの位置決めが完了することを待つことなく実行可能な後工程が早期に実行されるようになる。したがって、結果的にアプローチ動作の完了に要する時間を短縮したのと同じ効果が得られる。また、ノズルの位置決めを完了する蓋然性が高い場合にのみ位置決め完了見込みであると判定されるので、後工程が不必要に実行されるのを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用可能なレーザ加工装置の構成例を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る制御装置における処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】第１の実施例に対応するレーザ加工装置の制御処理を説明するグラフである。
【図５Ａ】第１の実施例において実行される工程表である。
【図５Ｂ】第１の実施例において実行される工程の所要時間を示す表である。
【図６】第２の実施例に対応するレーザ加工装置の制御処理を説明するグラフである。
【図７Ａ】第２の実施例において実行される工程表である。
【図７Ｂ】第２の実施例において実行される工程の所要時間を示す表である。
【図８】第３の実施例に対応するレーザ加工装置の制御処理を説明するグラフである。
【図９】第３の実施例において実行される工程の所要時間を示す表である。
【図１０Ａ】レーザ加工装置におけるノズルのアプローチ動作を示す図である。
【図１０Ｂ】レーザ加工装置におけるノズルのアプローチ動作を示す図である。
【図１０Ｃ】レーザ加工装置におけるノズルのアプローチ動作を示す図である。
【図１０Ｄ】レーザ加工装置におけるノズルのアプローチ動作を示す図である。
【図１１Ａ】レーザ加工装置におけるノズルのアプローチ動作を示す図である。
【図１１Ｂ】レーザ加工装置におけるノズルのアプローチ動作を示す図である。
【図１２】レーザ加工装置によって実行される切断加工を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の構成要素は、本発明の理解を助けるためにそれらの縮尺が適宜変更されている。
【００１７】
図１を参照して、レーザ加工装置の構成について説明する。図１は、本発明を適用可能なレーザ加工装置の構成例を示す概略図である。レーザ加工装置ＬＡは、図示されないレーザ発振器から出力されるレーザをノズルＮＺから放射できるように構成される。ノズルＮＺは、アシストガスをさらに噴射できるようになっている。レーザ加工装置ＬＡのノズルＮＺは、制御装置１０によって動作制御されるサーボモータＭによってＺ軸方向に駆動される。それにより、ノズルＮＺは、ワークＷに対して接近し、又はワークＷから離間されるようになっている。なお、ノズルＮＺがＸ軸方向及びＹ軸方向においても駆動されうるように、対応するサーボモータがレーザ加工装置ＬＡに組付けられるものの、それらは図１には示されていない。レーザ加工装置ＬＡは、ノズルＮＺがＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動されることによって、ワークＷに対して平行な平行面に沿って移動しながら、ワークＷから所定の製品形状を切断加工できるようになっている。
【００１８】
レーザ加工装置ＬＡには、ギャップセンサＧＳがノズルＮＺの近傍に取付けられている。ギャップセンサＧＳは、ノズルＮＺとワークＷとの間の距離、すなわちギャップ量Ｇを測定できるように構成される。また、サーボモータＭには、エンコーダＥが取付けられていて、ノズルＮＺの位置、速度、加速度などの動作に関する情報を検出できるようになっている。
【００１９】
次に、レーザ加工装置におけるノズルの位置決め動作について説明する。図１１Ａは、ノズルのアプローチ動作を示す図である。図示されるノズルＮＺ１〜ＮＺ４は、位置決め動作に関連して移動するノズルをそれぞれ表している。ノズルＮＺ１は、直近の加工工程を終了した状態を表している。ノズルＮＺ２は、退避位置に移動した状態を表している。ノズルＮＺ３は、加工開始点Ｓの上方に位置決めされた状態を表している。ノズルＮＺ４は、ワークＷに対する位置決めを完了した状態を表している。
【００２０】
図示されるように、ノズルＮＺ１は、ワークＷから離間するようにＺ軸方向に移動させられ、退避位置まで移動させられる（ノズルＮＺ２の状態）。退避位置は、想定されるワークＷの反り又はワークＷ周囲の障害物を十分に回避できる位置である。そして、ノズルＮＺ２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において移動させられ、加工プログラムによって指定される加工開始点Ｓの上方に位置決めされる（ノズルＮＺ３の状態）。加工開始点Ｓの上方に対する位置決めが完了すると、次いでアプローチ動作が開始され、ノズルＮＺ３がワークＷに接近するようにＺ軸方向に移動させられ、ワークＷから目標ギャップ量だけ離間した目標位置Ｔに位置決めされる（ノズルＮＺ４の状態）。
【００２１】
なお、図１１Ｂに示されるように、加工開始点Ｓの上方に対するノズルＮＺの位置決めが完了する前にアプローチ動作を開始するようにしてもよい。図１１ＢのノズルＮＺ３’は、加工開始点Ｓの上方への位置決めが完了していないものの、ノズルのアプローチ動作、すなわちＺ軸方向の移動が開始された状態を表している。具体的には、ワークＷの反り又はワークＷ周囲に障害物が存在していたとしても、ギャップセンサによりノズルの衝突を回避できるとみなされた場合には、ノズルＮＺのアプローチ動作を開始するように制御される。なお、ノズルＮＺの衝突を回避できる場合とは、衝突の可能性を考慮すべき高さまでノズルが降下する以前に、加工開始点Ｓの上方への位置決めが完了する場合、或いは衝突の可能性があるときに直ちに停止できる程度まで十分にノズルが減速している場合を意味する。後述する実施形態においては、加工開始点Ｓの上方への位置決めが完了してからアプローチ動作を開始する図１１Ａに対応した態様が採用されるものの、それには限定されず、図１１Ｂを参照して説明した態様が採用されてもよい。
【００２２】
図１２はレーザ加工装置によって実行される切断加工を説明する図である。ノズルＮＺがワークＷに対して位置決めされた状態において、レーザＬＳがノズルＮＺを通してワークＷに照射される。レーザＬＳは、ワークＷの加工開始点に照射され、ピアシングが実行される。次いで、ピアシングによって形成された貫通孔Ａを始点としてワークＷが切断加工され、切込部Ｂが形成される。そして、製品部分の形状Ｃ（図示された例ではＬ字状）に沿ってワークＷが切断加工される。図中の矢印は、ノズルＮＺの移動方向を示している。
【００２３】
図２は、本発明の一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。図示されるように、制御装置１０は、目標ギャップ量指定部１２と、ギャップ量検出部１４と、ノズル位置制御部１６と、位置決め完了判定部１８と、完了見込み判定部２０と、後工程判定部２２と、工程制御部２４と、を備えている。
【００２４】
制御装置１０は、加工プログラムなどを記憶可能なＲＯＭと、プログラムに従って各種演算処理を実行するＣＰＵと、演算結果を一時的に記憶するＲＡＭと、入力手段（例えばマウス及びキーボード）と、表示手段（例えば液晶ディスプレイ）と、外部機器及びモータＭなどと信号を送受信するためのインタフェイスと、を含む、公知のハードウェア構成を有する。
【００２５】
目標ギャップ量指定部１２は、アプローチ工程後の後工程を実行する際におけるノズルＮＺとワークＷとの間の距離に対応する目標ギャップ量を指定するように構成される。また、目標ギャップ量指定部１２は、目標ギャップ量に対する精度を指定するように構成される。目標ギャップ量は、後工程を実行する際のノズルＮＺとワークＷとの間の最適な距離である。目標ギャップ量は、例えばノズルＮＺから放射されるレーザの焦点距離に応じて設定される。目標ギャップ量は、ノズル位置制御部１６に出力され、ノズルＮＺを位置制御する際に利用される。
【００２６】
目標ギャップ量に対する精度は、目標ギャップ量を基準とする偏差量を表していて、目標ギャップ量に対してどの程度の精度が要求されるかに応じて設定される。目標ギャップ量に対する精度は、位置決め完了判定部１８において、後述するようにノズルＮＺの位置決めが完了したか否かを判定する際に使用されうる。正確な位置決めが要求される場合は、目標ギャップ量からの偏差量が小さくなるように、当該精度が設定される。
【００２７】
なお、本明細書における「後工程」とは、アプローチ工程の後に実行されるべきレーザ加工に伴う工程を意味する。すなわち、「後工程」は、レーザ加工、例えば穿孔、切断及び溶接などに限定されず、それらレーザ加工に付随して実行される種々の準備工程及び後処理を含みうる。
【００２８】
ギャップ量検出部１４は、ギャップセンサＧＳと協働して、ノズルＮＺとワークＷとの間の実際のギャップ量Ｇを検出するように構成される。また、ギャップ量検出部１４は、後述するようにノズルＮＺがワークＷに接触したことを検出するように構成されてもよい。ギャップ量検出部１４によって検出されたギャップ量Ｇは、ノズル位置制御部１６に出力される。同様に、ノズルＮＺがワークＷに接触したことを示す通知信号は、ギャップ検出部１４からノズル位置制御部１６に出力される。
【００２９】
ノズル位置制御部１６は、目標ギャップ量指定部１２によって指定される目標ギャップ量と、ギャップ量検出部１４によって検出される実際のギャップ量と、に基づいて、ノズルＮＺの位置を制御するように構成される。具体的には、ノズル位置制御部１６は、目標ギャップ量と、実際のギャップ量との間の偏差量、すなわちノズルＮＺの位置偏差量を算出し、得られた位置偏差量に所定のゲインを乗算してモータＭに対する位置指令を生成する。ノズル位置制御部１６において算出された位置偏差量は、位置決め完了判定部１８及び完了見込み判定部２０に出力される。
【００３０】
ノズル位置制御部１６は、さらにモータＭのエンコーダＥと協働して、ノズルＮＺの位置、速度、加速度、加加速度などのノズルＮＺの制御情報を取得するように構成される。それらノズルＮＺの制御情報は、位置決め完了判定部１８及び完了見込み判定部２０に出力される。
【００３１】
位置決め完了判定部１８は、ノズルＮＺの位置決めが完了したか否かを判定するように構成される。例えば、位置決め完了判定部１８は、目標ギャップ量指定部１２において指定される目標ギャップ量に対する精度と、ノズル位置制御部１６から出力される位置偏差量と、に基づいて、判定処理を実行する。位置決め完了判定部１８による判定結果は工程制御部２４に対して出力されるようになっている。
【００３２】
完了見込み判定部２０は、ノズルＮＺの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定する。完了見込み判定部２０は、例えばノズル位置制御部１６から出力される位置偏差量、ノズルＮＺの動作状態に関する情報に基づいて、判定処理を実行する。ノズルＮＺの動作状態に関する情報には、位置、速度、加速度及び加加速度が含まれうる。完了見込み判定部２０による判定結果は工程制御部２４に対して出力されるようになっている。
【００３３】
後工程判定部２２は、後工程の内容に応じて、ノズルＮＺの位置決めが完了見込みの状態で該後工程を実行できるか否かを判定するように構成される。判定対象とすべき後工程に関する情報は、工程制御部２４から入力される。後工程判定部２２による判定結果は工程制御部２４に対して出力されるようになっている。
【００３４】
工程制御部２４は、アプローチ工程終了後に実行される各種の後工程を実行するように構成される。後工程は、レーザ発振器を復帰させる復帰指令の送出と、アシストガスの供給弁を開放させる開放指令の送出と、レーザ発振器のメカニカルシャッタを開放させる開放指令の送出と、ピアシングを実行するための実行指令の送出と、切込部の切断を実行するための実行指令の送出と、製品部分の切断を実行するための実行指令の送出と、を含みうるものの、それらに限定されない。
【００３５】
次に、図３を参照して本発明の一実施形態に係る制御装置１０によって実行される処理について説明する。図３は、制御装置１０の処理の流れを示すフローチャートである。
【００３６】
起動前の状態のレーザ加工装置ＬＡのノズルＮＺは、ワークＷから十分に離間した退避位置において待機している。ステップＳ１１においてアプローチ動作が開始されると、予め定められる制御プログラムに従ってサーボモータＭが駆動され、ノズルＮＺが退避位置からワークＷに向かって移動する。このとき、ノズルＮＺがワークＷに十分に接近して、ノズルＮＺとワークＷとの間のギャップ量ＧがギャップセンサＧＳによって検出可能な範囲内にノズルＮＺが接近するまでは、ノズルＮＺは、例えば予め定められる一定の速度で移動する。いったんギャップ量ＧがギャップセンサＧＳによって検出できるようになったら、ギャップ量検出部１４によって検出される実際のギャップ量Ｇと、目標ギャップ量指定部１２によって指定される目標ギャップ量と、に基づいて、サーボモータＭの動作が制御される。このとき、サーボモータＭは、ノズル位置制御部１６によって生成される位置指令に従って制御される。
【００３７】
次いでステップＳ１２において、完了見込み判定部２０によってノズルＮＺの位置決めが完了する見込みであるか否かが判定される。ステップＳ１２における判定処理は、例えばノズルＮＺがワークＷに接触したか否か、又はノズルＮＺのアプローチ動作が反転したか否か、或いはノズルＮＺの動作状態に関する情報、例えば位置、速度、加速度及び加加速度などに基づいて実行されうる。
【００３８】
ステップＳ１２における判定処理は、位置決め完了見込みであると判定されるまで所定の制御周期で繰返し実行される。しかしながら、位置決め完了見込みであると判定される前に、ノズルＮＺがワークＷに接触したことがギャップ量検出部１４によって検出された場合は、ノズルＮＺのアプローチ動作を中断するように制御装置１０が構成されてもよい。そして、この場合、以降の処理を実行することなく、例えばノズルＮＺを退避位置まで戻すようにサーボモータＭが駆動されうる。
【００３９】
ステップＳ１２において位置決め完了見込みであると判定された場合、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３において、後工程判定部２２によって、ノズルＮＺのアプローチ工程の後に実行されるべき後工程が位置決め完了見込みの状態でも実行可能か否かが判定される。例えば、製品部分の切断工程の前に実行されるピアシング又は切込部の切断工程においては、ノズルＮＺの正確な位置決めが要求されない。また、レーザ加工を開始するのに必要な準備工程、例えばノズルＮＺからのアシストガスの弁の開放工程、安全装置としてのメカニカルシャッタの開放工程もノズルＮＺの正確な位置決めを必要としない後工程である。
【００４０】
ステップＳ１３において、後工程が実行可能であると判定された場合、ステップＳ１４に進み、該後工程が実行される。そして、ステップＳ１４において実行された後工程の次の工程に移行する（ステップＳ１５）。次いで、ステップＳ１４に戻り、次に実行されるべき後工程について、位置決め完了見込みの状態で実行可能か否かが判定される。なお、ステップＳ１３における判定結果が「ＹＥＳ」であり、後工程が実行される場合であっても、ノズルＮＺのアプローチ動作は継続して実行されることに留意されたい。したがって、ステップＳ１４において後工程を実行している間も、ノズルＮＺの位置決めが完了されるまでアプローチ動作は継続される。
【００４１】
他方、ステップＳ１３において、判定対象の後工程が、位置決め完了見込みの状態では実行できない、すなわち該後工程がノズルＮＺの位置決めが完了した後でないと実行できないと判定された場合、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６において、位置決め完了判定部１８によって、ノズルＮＺの位置決めが完了したか否かが判定される。ステップＳ１６における判定結果が「ＮＯ」の場合、後工程を実行することなくアプローチ動作を継続する。
【００４２】
ステップＳ１６において、ノズルＮＺの位置決めが完了したと判定された場合、ステップＳ１７に進み、後工程が実行される。
【００４３】
前述した実施形態に係る制御装置及び制御方法によれば、ワークに対するノズルの正確な位置決めが完了していない状態であっても、位置決めが完了見込みである場合には、そのときに実行可能な後工程が実行される。それにより、後工程を実行するまでに必要な時間、すなわちアプローチ工程に要する時間が短縮される。また、ノズルが正確に位置決めされることが要求される場合は、位置決めが完了されるまで、後工程を実行することなくレーザ加工装置を待機状態に維持する。それにより加工不良を防止できるので、ワークの仕損リスクを回避できる。また、本発明によれば、位置決めを完了できる蓋然性が高い場合にのみ位置決め完了見込みであると判定される。それにより、後工程を実行した後に初めて位置決めを完了できないことが明らかになって、実行済みの後工程が無駄になることを防止できる。このように、本実施形態によれば、必要な加工を確実に実行することを保証しながらアプローチ工程を終了するのに要する時間を短縮できるので、生産効率が向上する。
【００４４】
次に、前述した実施形態に係る制御装置１０を利用した第１の実施例について説明する。本実施例では、レーザ加工装置を使用して肉厚３ｍｍのステンレス鋼板を切断加工した。使用されたレーザ加工装置は、定格出力４ｋＷのＣＯ2レーザを搭載したレーザ加工装置である。目標ギャップ量指定部１２によって指定される目標ギャップ量は１．０ｍｍに設定し、目標ギャップ量に対する精度は±０．５ｍｍに設定した。また、目標ギャップ量に対する指定精度範囲内、すなわちギャップ量０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内に０．１秒以上にわたって留まることを位置決め完了の条件として位置決め完了判定部１８に設定した。
【００４５】
本実施例では、アプローチ動作中にノズルがワークに接触することなく、かつノズルの動作が反転したことを位置決め完了見込みの条件として完了見込み判定部２０に設定した。なお、ノズルがワークに接触したとき、接触通知情報がギャップ量検出部１４から出力され、ノズル位置制御部１６を介して完了見込み判定部２０に入力される。ノズルの動作の「反転」は、図１を参照して説明したノズルのＺ軸方向における移動方向が負方向から正方向へ、或いは正方向から負方向へ変化したことを意味し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における動作には直接的に影響を受けない。
【００４６】
図４は、第１の実施例に対応するレーザ加工装置の制御処理を説明するグラフである。グラフの横軸は時間を表し、グラフの縦軸はノズルとワークとの間のギャップ量を表す。図中の点線は目標ギャップ量Ｐｔ（本実施例では１．０ｍｍ）を表し、一対の破線は目標ギャップ量Ｐｔを基準として指定される位置決めの精度範囲ΔＰｔ（本実施例では０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ）を表す。
【００４７】
従来技術においては、ノズルの位置決めを完了したことが確認できてから後工程を実行していた。本実施例における位置決め完了の条件は、前述したように指定の精度範囲ΔＰｔ内に０．１秒以上留まることである。したがって、指定の精度範囲ΔＰｔ内に入った時点ｔ１から指定時間ｔｊ経過した時間ｔ２において、ノズルの位置決めが完了したとみなされる。そして、いったんノズルの位置決めが完了したことが確認されると、アプローチ工程後に実行されるべき後工程が順次実行される。従来技術に従って実行された比較例によれば、アプローチ動作を開始してからの経過時間は、それぞれｔ１＝０．３秒、ｔ２＝０．４秒となり、後工程を開始するまで０．４秒かかっていた。
【００４８】
それに対し、本実施例に従って制御されるレーザ加工装置によれば、ノズルがワークに接触することなくノズルのアプローチ動作が反転した時点ｔｅにおいて位置決め完了見込みであるとみなされる。ここで、ギャップ量検出部１４によって検出されるギャップ量が減少から増大に転じたときに、アプローチ動作の反転が生じたとみなすことができる。いったん位置決め完了見込みであることが確認されると、アプローチ工程後に実行されるべき後工程が実行可能であるかが判定される。後工程が実行可能な場合、位置決め完了見込みであるとみなされた時点ｔｅから後工程を開始する。したがって、図４から分かるように、本実施例によれば、従来技術よりも早期に後工程が実行される。本実施例ではｔｅ＝０．２秒であり、従来技術における０．４秒と比較すると、アプローチ時間が０．２秒短縮されたことになる。
【００４９】
なお、後工程が実行可能であったか否かの判定工程を実行した後も、その判定結果の如何にかかわらず、ノズルの位置決め動作は従来技術と同様に継続される。また、位置決め完了見込みの時点で後工程が実行可能ではないと判定された場合、ノズルの位置決めが完了するまで待機することになる。したがって、この場合は、従来技術同様に時点ｔ２において後工程が開始される。
【００５０】
図５Ａは、第１の実施例において実行した加工プログラムに対応する工程表である。この工程表には、各工程の所要時間が記載されている。また、工程表には、アプローチ工程後に実行されるべき後工程について、工程を実行する前にノズルの位置決め完了が必要であるか否かが記載されている。なお、同一の工程番号に割り当てられる複数の工程は、それら工程が同時に並行して実行されることを意味している。すなわち、同時に実行されるそれら工程のうち最も所要時間の長い工程が終了したときに、次の工程番号の工程に移行するようになる。また、アプローチ工程の所要時間については、本実施例及び従来技術による比較例が併記されている。
【００５１】
第１の実施例に対応する工程について詳細に説明する。第１のセクションに属する工程が開始されると、ノズルがＺ軸方向においては退避位置のままでありながら、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において加工開始点に位置決めされる（工程Ｎ１０）。結果として、ノズルは、加工開始点の上方に位置決めされる。工程Ｎ１０を完了するのに要した時間は３．０秒であった。
【００５２】
続いて、ノズルのアプローチ工程が実行される（工程Ｎ１１）。本実施例において、アプローチ工程の直後に実行される工程Ｎ１２は、レーザ発振器を省電力モードの待機状態から作動可能な状態に復帰させる復帰動作及びアシストガスの供給弁の開放動作である。工程Ｎ１２は、図示されるようにノズルの位置決めが完了していなくても実行可能な工程である。したがって、本実施例によれば、図４を参照して前述したように、制御装置１０の工程制御部２４は、ノズルの位置決め完了見込みである時点ｔｅにおいて工程Ｎ１２を開始する。その結果、時点ｔｅ、すなわちアプローチ動作開始から０．２秒で工程Ｎ１２に移行する。それに対し、従来技術に従ってノズルの位置決めが完了してから時点ｔ２において後工程を実行した場合、アプローチ工程に必要な時間は０．４秒である。
【００５３】
工程Ｎ１２においては、上記２つの動作が同時に実行され、より所要時間の長いレーザ発振器の復帰動作が完了する１．０秒後に次の工程Ｎ１３に移行する。
【００５４】
工程Ｎ１３はレーザ発振器のメカニカルシャッタの開放動作である。続く工程Ｎ１４及びＮ１５はワークの切断工程の準備段階として実行されるピアシング、切込部の切断加工である。これら工程Ｎ１３〜Ｎ１５は、いずれも位置決め完了見込みの状態で実行可能な工程である。したがって、工程Ｎ１２〜Ｎ１５は中断することなく連続して実行される。
【００５５】
工程Ｎ１６は、高い加工精度が要求される製品部分の切断加工である。したがって、工程Ｎ１６はノズルの位置決めが完了した後に実行される必要がある。しかしながら、工程Ｎ１６に移行した時点では既にノズルの位置決めは完了しているので、工程制御部２４は動作を中断することなく工程Ｎ１６を直ちに実行する。
【００５６】
図５Ｂは、第１の実施例において実行される工程の合計所要時間を示す表である。本実施例によれば、第１のセクションを合計９．１秒で実行できた。したがって、比較例の場合の９．３秒に比べて所要時間を０．２秒短縮できた。
【００５７】
第２のセクションは、第１のセクションの直後に実行される。したがって、レーザ加工装置のレーザ発振器は省電力状態に移行しておらず、第１のセクションとは異なり復帰動作は実行されない。しかしながら、ノズルを次の加工開始点まで移動させる間にガスが無駄に消費されることを防止するためにアシストガスの供給弁を閉塞する閉塞動作が挿入される（工程Ｎ２０）。また、安全上の理由からレーザ発振器のメカニカルシャッタが閉塞される（工程Ｎ２０）。さらに、工程Ｎ２０においてノズルがＺ軸方向においては退避位置に位置決めされ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向においては加工開始点に位置決めされる。結果として、ノズルは、加工開始点の上方に位置決めされる。加工開始点上方に対する位置決めは目標ギャップ量に対する位置決めとは異なり、高い精度は要求されない。
【００５８】
続いてアプローチ工程が実行される（工程Ｎ２１）。第２のセクションのアプローチ工程の直後に実行される工程Ｎ２２は、ノズルの位置決め完了見込みの状態でも実行可能である。したがって、本実施例においては、位置決め完了見込みの時点ｔｅ（図４参照）において工程Ｎ２２を実行する。また、工程Ｎ２３及びＮ２４も同様にノズルの位置決め完了見込みの状態で実行可能なので、それら工程も工程Ｎ２２に続いて連続して実行される。
【００５９】
工程Ｎ２５は、ノズルの位置決め完了後に実行されるべきである工程であるものの、工程Ｎ２５の時点では目標ギャップ量に対するノズルの位置決めは既に完了している。したがって、工程Ｎ２５も直前の工程Ｎ２４に続いて直ちに実行される。図５Ｂに示されるように、第２のセクションを実行するのに要した時間は４．３秒であり、従来技術と比較して０．２秒短縮できた。
【００６０】
第３のセクションにおいては、第２のセクション終了時の位置から次の加工開始点まで移動するのに要する時間が短いので、第２のセクションとは異なり、アシストガスの供給弁の閉塞動作及びメカニカルシャッタの閉塞動作は省略される。したがって、工程Ｎ３０においては加工開始点上方への位置決めのみが実行される。
【００６１】
工程Ｎ３１におけるアプローチ工程の後に実行されるピアシング（工程Ｎ３２）及び続いて実行される切込部の切断加工（工程Ｎ３３）は、ノズルの位置決め完了見込みの時点で実行可能である。具体的には、肉厚３ｍｍのステンレス鋼板からなる本実施例のワークに対するピアシング及び切込部の切断加工は、ギャップ量２ｍｍの範囲内にあれば製品の品質に影響を与えることなく実行可能である。したがって、後工程判定部２２によってそれら工程は、位置決め完了見込みの状態でも実行可能であると判定される。
【００６２】
したがって、第３のセクションにおいても、位置決め完了見込みの時点ｔｅ（図４参照）で後工程に移行して工程Ｎ３２及びＮ３３が実行されるので、結果的にアプローチ工程に要する時間が短縮される。また、それに続く工程Ｎ３４は、ノズルの位置決め完了が必要な工程であるものの、工程Ｎ３４の時点では既にノズルの位置決めが完了しているので、工程Ｎ３４も工程Ｎ３３の後に直ちに実行される。
【００６３】
図５Ｂを参照すると、第３のセクションを実行するのに要した時間は８．３秒であり、従来技術と比較して０．２秒短縮できた。したがって、本実施例によれば、第１のセクション〜第３のセクションの合計の所要時間を比較例に比べて０．６秒、すなわち約３％の時間短縮が実現できた。
【００６４】
続いて、制御装置１０を利用した第２の実施例について説明する。第２の実施例においては、レーザ加工装置を使用して肉厚１ｍｍの軟鋼製の板材を切断加工した。使用されたレーザ加工装置は、定格出力４ｋＷのＣＯ2レーザを搭載したレーザ加工装置である。目標ギャップ量指定部１２によって指定される目標ギャップ量は２．０ｍｍに設定し、目標ギャップ量に対する精度は±０．５ｍｍに設定した。また、目標ギャップ量に対する指定精度範囲内、すなわちギャップ量１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内に０．１秒以上にわたって留まることを位置決め完了の条件として位置決め完了判定部１８に設定した。
【００６５】
本実施例では、アプローチ動作中にノズルがワークに向かって移動する際のアンダーシュート量を算出し、得られたアンダーシュート量と、目標ギャップ量とを比較して、アンダーシュート量が目標ギャップ量よりも小さい場合に、位置決め完了見込みであると判定する。アンダーシュート量は、ノズルが目標ギャップ量の位置に到達したときの速度に基づいて、ノズルの動作が反転するまでの間にノズルがワークに向かって移動する予測距離として算出される。
【００６６】
本実施例において、完了見込み判定部２０において利用されるアンダーシュート量は、実験によって事前に求められたノズルの速度とアンダーシュート量との関係を示すサンプルデータ群に基づいて補間計算によって算出された。制御装置の計算処理能力が高い場合は、ノズル位置制御部１６から得られるノズルの加速度、或いは加速度及び加加速度をさらに考慮してアンダーシュート量を正確に算出してもよい。一般的に、ノズルが目標ギャップ量の位置に到達する時点ではギャップ量検出部１４によって正確なギャプ量が検出される状態にある。したがって、本実施例のように事前の実験結果ないし予測に基づいて位置決め完了の見込みを判定してもノズルがワークに衝突するなどのリスクは回避できる。
【００６７】
図６は、第２の実施例に対応するレーザ加工装置の制御処理を説明するグラフである。図６は、第１の実施例を説明する際に参照した図４に対応する図である。本実施例では、ノズルが目標ギャップ量Ｐｔを通過した時点におけるアンダーシュート量ＵＳが、目標ギャップ量Ｐｔよりも小さい場合にノズルの位置決めが完了する見込みであると判定される。したがって、第２の実施例によれば、第１の実施例よりも早期に、具体的にはアプローチ動作開始からの経過時間ｔｅ＝０．１５秒でノズルの位置決めが完了する見込みであると判定された。それにより、アプローチ工程に続いて実行される後工程が位置決め完了見込みの時点で実行可能であれば、従来技術の比較例に比べて０．２５秒早く後工程を開始できるようになる。
【００６８】
なお、本実施例においても、後工程判定部２２の判定結果の如何にかかわらず、目標ギャップ量に対するノズルの位置決め動作は継続される。したがって、ｔ２＝０．４秒の時点で位置決めが完了したことが位置決め完了判定部１８によって判定される。
【００６９】
図７Ａは、第２の実施例において実行される加工プログラムに対応する工程表である。図７Ａは、第１の実施例を説明する際に参照した図５Ａに対応する図である。第１の実施例と対比すると、本実施例においては、ワークの肉厚が小さく、加工開始点におけるピアシングを実行することなく切込部の切断を実行できるので、ピアシングが実行されない点に留意されたい。
【００７０】
本実施例によれば、前述したようにアプローチ動作を開始してから０．１５秒後に位置決め完了見込みであることが判定される。第１のセクションにおけるアプローチ工程後の工程Ｎ２１２は位置決め完了見込みの状態で実行可能である。したがって、アプローチ動作に対応する工程Ｎ２１１は、０．１５秒で終了し、次の工程Ｎ２１２に移行する。しかしながら、前述したように、ノズルを目標ギャップ量に対して位置決めする位置決め動作自体は工程Ｎ２１２実行以降も継続される点は既に述べたとおりである。
【００７１】
工程Ｎ２１２では、省電力状態からの復帰動作と、アシストガス供給弁の開放動作と、が同時に並行して実行される。そして、それらのうちの最も所要時間の長い復帰動作が完了する１．０秒後に次の工程Ｎ２１３に移行する。工程Ｎ２１３及び次の工程Ｎ２１４はそれぞれ位置決め完了見込みの状態でも実行可能である。したがって、それら工程は直ちに実行される。
【００７２】
第１のセクションの最後の工程Ｎ２１５においては、ノズルの位置決め完了が必要な製品部分の切断加工が実行される。しかしながら、工程Ｎ２１５の時点ではノズルの位置決めが既に完了しているので、結局工程制御部２４によって工程Ｎ２１５が直ちに実行される。
【００７３】
図７Ｂは、第２の実施例において実行される工程の所要時間をセクション毎に示す表である。図７Ｂに示されるように、第１のセクションにおいては従来技術を適用した比較例に比べて０．２５秒の時間を短縮できた。
【００７４】
第２のセクションにおいても第１のセクションと同様に、本実施例においては、工程Ｎ２２１のアプローチ工程から次の工程Ｎ２２２に移行するのに必要な時間を０．２５秒短縮できた。
【００７５】
第３のセクションは、第２のセクションの直後に実行され、第３のセクションに対応する加工開始点上方までの移動も短時間で足りる。そのため、省電力状態への移行、アシストガス供給弁の閉塞動作及びメカニカルシャッタの閉塞動作が省略される。したがって、省電力状態からの復帰動作、アシストガス供給弁の開放動作及びメカニカルシャッタの開放動作に対応する工程をアプローチ工程終了後に実行する必要がない。
【００７６】
また、前述したように、本実施例ではピアシングが省略されるので、工程Ｎ２３１のアプローチ工程の直後に工程Ｎ２３２の切込部の切断加工が実行される。切込部の切断加工は位置決め完了見込みの状態でも実行可能である。したがって、位置決め完了見込みであると判定された時点、すなわちアプローチ動作を開始してから０．１５秒後に工程Ｎ２３２に移行する。
【００７７】
続く工程Ｎ２３３は、ノズルの位置決めが完了した状態で行われる必要がある製品部分の切断工程である。そして、ノズルの位置決め完了には０．４秒を要するところ、工程Ｎ２３２の実行完了後の時点では０．３５秒しか経過しておらず、ノズルの位置決めが完了していない。したがって、工程Ｎ２３３は直ちに実行されることなくノズルの位置決めが完了したことが判定されるまで待機させられる。具体的には０．０５秒間停止した後、工程Ｎ２３３が実行される。このように、第３のセクションでは、０．０５秒の停止時間が発生したものの、工程Ｎ２３１のアプローチ工程において比較例に比べて０．２５秒短縮できたので、結果として０．２秒の時間短縮を実現できた。
【００７８】
再び図７Ｂを参照すると、本実施例によれば、第１のセクション及び第２のセクションでそれぞれ０．２５秒、第３のセクションで０．２秒の時間短縮が実現できた。結果として、合計０．７秒、約５％の時間短縮が実現できた。
【００７９】
続いて、制御装置１０を利用した第３の実施例について説明する。第３の実施例は、第２の実施例と同じレーザ加工装置を使用して、同様に肉厚１ｍｍの軟鋼製の板材を切断加工した。目標ギャップ量、目標ギャップ量に対する精度及び完了見込み判定部２０による判定条件も第２の実施例と同様である。
【００８０】
ただし、本実施例の位置決め完了判定部２２は、位置決め完了見込みであると判定された後において、ノズルが目標ギャップ量に対する指定精度の範囲内に入った時点で位置決めが完了したと判定するように設定した。いったん位置決め完了見込みであると判定された場合、その後のノズルのギャップ量は、減衰振動しながら目標ギャップ量に漸近する傾向にあることが経験的に分かっている。本実施例は、この事実を利用して、より早期に位置決めの完了を判定することを意図している。
【００８１】
図８は、第３の実施例に対応するレーザ加工装置の制御処理を説明するグラフである。図８は、第１の実施例における図４及び第２の実施例における図６に対応する図である。すなわち、本実施例においては、第２の実施例と同様に時間ｔｅにおいて位置決め完了見込みであることが判定される。そして、時間ｔｅ以降に初めてギャップ量１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの指定精度ΔＰｔ内に入った時間ｔ３において位置決めが完了したと判定される。このように位置決め完了判定部１８の判定条件を変更した結果、本実施例では、t３＝０．２２秒で位置決めが完了したことを判定できるようになった。
【００８２】
本実施例に従って構成された位置決め完了判定部１８を実装した制御装置１０を使用して、第２の実施例と同じ加工プログラムを実行した場合を考える。このとき、第１のセクション及び第２のセクションの実行結果は第２の実施例と第３の実施例とで相違点はない。しかしながら、第２の実施例において第３のセクションの工程Ｎ２３３を実行する前に挿入された０．０５秒の待機時間が、第３の実施例においては発生しない。すなわち、第３の実施例の場合、工程Ｎ２３３に移行した時点で既に位置決めが完了していることが位置決め完了判定部１８によって工程制御部２４に通知されている。したがって、工程制御部２４は、工程Ｎ２３２の後に工程Ｎ２３３を直ちに実行する。
【００８３】
図９は、第３の実施例において実行される工程の合計所要時間を示す表である。本実施例によれば、第３のセクションを３．８５秒で実行できた。したがって、比較例と比べて、第１のセクション及び第２のセクションと併せて全体として所要時間を０．７５秒短縮できた。
【００８４】
第３の実施例の変形例として、異なる位置決め完了の判定条件を指定してもよい。例えば図８の時間ｔ３におけるノズルの動作状態に関する情報に基づいて予測されるオーバーシュート量を判定条件に考慮してもよい。例えば、オーバーシュート量は、第２の実施例に関連して説明したアンダーシュート量を予測する態様に従って、時間ｔ３におけるノズルの速度、加速度及び加加速度などに基づいて予測される。例えば予測されるオーバーシュート量が指定の精度範囲ΔＰｔ内に含まれるか否かを考慮してもよい。或いは、位置決め完了見込みであると判定された後であって、かつ指定の精度範囲ΔＰｔ内において少なくとも一度ノズルの動作が反転した場合に位置決め完了したと判定するようにしてもよい。このような変形例は、比較的厳格な位置決め精度が要求される場合に有効であろう。これら変形例によっても、第２の実施例の場合よりも位置決め完了の判定が早期に通知されるので、結果的に第２の実施例の第３のセクションにおいて発生した０．０５秒の待機時間を解消ないし低減する効果が期待できる。
【００８５】
以上、本発明の種々の実施形態及び変形例を説明したが、他の実施形態及び変形例によっても本発明の意図される作用効果を奏することができることは当業者に自明である。特に、本発明の範囲を逸脱することなく前述した実施形態及び変形例の構成要素を削除ないし置換することが可能であるし、公知の手段をさらに付加することが可能である。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。
【符号の説明】
【００８６】
１０    制御装置
１２    目標ギャップ量指定部
１４    ギャップ量検出部
１６    ノズル位置制御部
１８    位置決め完了判定部
２０    完了見込み判定部
２２    後工程判定部
２４    工程制御部
Ｅ    エンコーダ
Ｇ    ギャップ量
ＧＳ    ギャップセンサ
ＬＡ    レーザ加工装置
Ｍ    モータ
ＮＺ    ノズル
Ｗ    ワーク
【図１】
2015104741.tif 000003
【図２】
2015104741.tif 000004
【図３】
2015104741.tif 000005
【図４】
2015104741.tif 000006
【図５Ａ】
2015104741.tif 000007
【図５Ｂ】
2015104741.tif 000008
【図６】
2015104741.tif 000009
【図７Ａ】
2015104741.tif 000010
【図７Ｂ】
2015104741.tif 000011
【図８】
2015104741.tif 000012
【図９】
2015104741.tif 000013
【図１０Ａ】
2015104741.tif 000014
【図１０Ｂ】
2015104741.tif 000015
【図１０Ｃ】
2015104741.tif 000016
【図１０Ｄ】
2015104741.tif 000017
【図１１Ａ】
2015104741.tif 000018
【図１１Ｂ】
2015104741.tif 000019
【図１２】
2015104741.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月11日(2014.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本願の１番目の態様によれば、レーザを放射するノズルを備えたレーザ加工装置の動作を制御する制御装置であって、レーザ加工を実行する際における前記ノズルとワークとの間の距離に対応する目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する精度を指定する目標ギャップ量指定部と、前記ノズルと前記ワークとの間の実際のギャップ量を検出するギャップ量検出部と、前記目標ギャップ量及び前記実際のギャップ量に基づいて、前記ノズルの位置を制御するノズル位置制御部と、前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する前記精度に従って、前記ノズルの位置決めが完了したか否かを判定する位置決め完了判定部と、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定する完了見込み判定部と、前記ノズルの位置決めが完了する見込みである場合に、前記ノズルの位置決め後に実行されるべき後工程が実行可能であるか否かを判定する後工程判定部と、を備えており、前記後工程判定部によって前記後工程が実行可能であると判定された場合に、前記完了見込み判定部によって前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定された時点で前記後工程を実行するように構成されるとともに、前記後工程判定部によって前記後工程が実行可能ではないと判定された場合、前記位置決め完了判定部によって前記ノズルの位置決めが完了したと判定された時点で前記後工程を実行するように構成される、制御装置が提供される。
本願の２番目の態様によれば、１番目の態様に係る制御装置において、前記ノズル位置制御部は、前記後工程判定部による判定結果の如何にかかわらず、前記ノズルの位置制御を継続するように構成され、前記位置決め完了判定部は、前記後工程判定部による判定結果の如何にかかわらず、前記ノズルの位置決め完了の判定を継続するように構成される。
本願の３番目の態様によれば、１番目又は２番目の態様に係る制御装置において、前記完了見込み判定部は、前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作状態に関する情報と、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定するように構成される。
本願の４番目の態様によれば、１番目から３番目のいずれかの態様に係る制御装置において、前記完了見込み判定部は、前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転したか否かと、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定するように構成される。
本願の５番目の態様によれば、１番目から４番目のいずれかの態様に係る制御装置において、前記目標ギャップ量指定部によって指定される前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する前記精度に基づいて、目標ギャップ範囲が設定されるようになっており、前記位置決め完了判定部は、前記位置決め完了見込み判定部によって前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定された後であって、前記ノズルの実際の位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになった時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定するように構成される。
本願の６番目の態様によれば、１番目から４番目のいずれかの態様に係る制御装置において、前記目標ギャップ量指定部によって指定される前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する前記精度に基づいて、目標ギャップ範囲が設定されるようになっており、前記位置決め完了判定部は、前記位置決め完了見込み判定部によって前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定された後であって、前記ノズルの実際の位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになり、かつ、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転した時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定するように構成される。
本願の７番目の態様によれば、レーザが放射されるノズルをワークに対して所定の目標ギャップ量だけ離間した位置に所定の精度で位置決めする、レーザ加工装置の制御方法であって、前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対して定められる前記精度に従って、前記ノズルの位置決めが完了したか否かを判定することと、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定することと、前記ノズルの位置決めが完了する見込みである場合に、前記ノズルの位置決め後に実行されるべき後工程を実行可能であるか否かを判定することと、を含んでおり、前記後工程を実行可能であると判定した場合には、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定したときに前記後工程を実行し、前記後工程を実行できないと判定した場合には、前記ノズルの位置決めが完了したと判定したときに前記後工程を実行することを特徴とする、制御方法が提供される。
本願の８番目の態様によれば、７番目の態様に係る制御方法において、前記位置決めが完了する見込みであると判定されたときに、前記後工程を実行可能であるか否かの判定結果にかかわらず、前記ノズルの位置決め動作及び前記ノズルの位置決めが完了したか否かの判定を継続する。
本願の９番目の態様によれば、７番目又は８番目の態様に係る制御方法において、前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作状態に関する情報と、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定する。
本願の１０番目の態様によれば、７番目から９番目のいずれかの態様に係る制御方法において、前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転したか否かと、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定する。
本願の１１番目の態様によれば、７番目から１０番目のいずれかの態様に係る制御方法において、前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対して定められる前記精度に基づいて、目標ギャップ範囲が設定されるようになっており、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定した後であって、前記ノズルの位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになった時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定する。
本願の１２番目の態様によれば、７番目から１０番目の態様に係る制御方法において、前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対して定められる前記精度に基づいて、目標ギャップ範囲が設定されるようになっており、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定した後であって、前記ノズルの位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになり、かつ、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転した時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
工程制御部２４は、アプローチ工程終了後に実行される各種の後工程を実行するように構成される。後工程は、レーザ発振器を省電力モードの待機状態から作動可能な状態に復帰させる復帰指令の送出と、アシストガスの供給弁を開放させる開放指令の送出と、レーザ発振器のメカニカルシャッタを開放させる開放指令の送出と、ピアシングを実行するための実行指令の送出と、切込部の切断を実行するための実行指令の送出と、製品部分の切断を実行するための実行指令の送出と、を含みうるものの、それらに限定されない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザを放射するノズルを備えたレーザ加工装置の動作を制御する制御装置であって、
レーザ加工を実行する際における前記ノズルとワークとの間の距離に対応する目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する精度を指定する目標ギャップ量指定部と、
前記ノズルと前記ワークとの間の実際のギャップ量を検出するギャップ量検出部と、
前記目標ギャップ量及び前記実際のギャップ量に基づいて、前記ノズルの位置を制御するノズル位置制御部と、
前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する前記精度に従って、前記ノズルの位置決めが完了したか否かを判定する位置決め完了判定部と、
前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定する完了見込み判定部と、
前記ノズルの位置決めが完了する見込みである場合に、前記ノズルの位置決め後に実行されるべき後工程が実行可能であるか否かを判定する後工程判定部と、を備えており、
前記後工程判定部によって前記後工程が実行可能であると判定された場合に、前記完了見込み判定部によって前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定された時点で前記後工程を実行するように構成されるとともに、
前記後工程判定部によって前記後工程が実行可能ではないと判定された場合、前記位置決め完了判定部によって前記ノズルの位置決めが完了したと判定された時点で前記後工程を実行するように構成される、制御装置。
【請求項２】
前記ノズル位置制御部は、前記後工程判定部による判定結果の如何にかかわらず、前記ノズルの位置制御を継続するように構成され、
前記位置決め完了判定部は、前記後工程判定部による判定結果の如何にかかわらず、前記ノズルの位置決め完了の判定を継続するように構成される、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記完了見込み判定部は、前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作状態に関する情報と、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定するように構成される、請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記完了見込み判定部は、前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転したか否かと、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定するように構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項５】
前記目標ギャップ量指定部によって指定される前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する前記精度に基づいて、目標ギャップ範囲が設定されるようになっており、
前記位置決め完了判定部は、前記位置決め完了見込み判定部によって前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定された後であって、前記ノズルの実際の位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになった時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定するように構成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記目標ギャップ量指定部によって指定される前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対する前記精度に基づいて、目標ギャップ範囲が設定されるようになっており、
前記位置決め完了判定部は、前記位置決め完了見込み判定部によって前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定された後であって、前記ノズルの実際の位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになり、かつ、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転した時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定するように構成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項７】
レーザが放射されるノズルをワークに対して所定の目標ギャップ量だけ離間した位置に所定の精度で位置決めする、レーザ加工装置の制御方法であって、
前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対して定められる前記精度に従って、前記ノズルの位置決めが完了したか否かを判定することと、
前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定することと、
前記ノズルの位置決めが完了する見込みである場合に、前記ノズルの位置決め後に実行されるべき後工程を実行可能であるか否かを判定することと、を含んでおり、
前記後工程を実行可能であると判定した場合には、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定したときに前記後工程を実行し、
前記後工程を実行できないと判定した場合には、前記ノズルの位置決めが完了したと判定したときに前記後工程を実行することを特徴とする、制御方法。
【請求項８】
前記位置決めが完了する見込みであると判定されたときに、前記後工程を実行可能であるか否かの判定結果にかかわらず、前記ノズルの位置決め動作及び前記ノズルの位置決めが完了したか否かの判定を継続するようにした、請求項７に記載の制御方法。
【請求項９】
前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作状態に関する情報と、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定するようにした、請求項７又は８に記載の制御方法。
【請求項１０】
前記ノズルと前記ワークとが接触したか否かと、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転したか否かと、に基づいて、前記ノズルの位置決めが完了する見込みであるか否かを判定するようにした、請求項７から９のいずれか１項に記載の制御方法。
【請求項１１】
前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対して定められる前記精度に基づいて、目標ギャップ範囲が設定されるようになっており、
前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定した後であって、前記ノズルの位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになった時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定するようにした、請求項７から１０のいずれか１項に記載の制御方法。
【請求項１２】
前記目標ギャップ量及び前記目標ギャップ量に対して定められる前記精度に基づいて、目標ギャップ範囲が設定されるようになっており、
前記ノズルの位置決めが完了する見込みであると判定した後であって、前記ノズルの位置が前記目標ギャップ範囲に含まれるようになり、かつ、前記ノズルの動作が少なくとも一度反転した時点において、前記ノズルの位置決めが完了したと判定するようにした、請求項７から１０のいずれか１項に記載の制御方法。