(57)【要約】【課題】レーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機において、ノズルを傾けて加工するとき、簡単で容易にビーム等の照射点と加工プログラムとの間のズレを修正しワークとノズルの干渉を防止する。【解決手段】ノズルＮとワーク間のギャップＬを保持して加工する。照射点Ｔを中心にノズルＮを傾斜角Ｑ傾斜させ開先加工するとき、ノズルＮをノズル中心軸に沿って「（Ｌ／ｃｏｓＱ）−Ｌ」だけ後退させる。照射点Ｔとプログラム経路とのずれはなく、ノズルＮとワークの干渉を避ける。又、プログラム経路に沿ってならい制御を行う場合には、ノズルを傾けた分、ギャップを検出するセンサの目標測定値を変更し、所定ギャップ量を保持するようにする。【選択図】      図４
2004174586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等を制御する数値制御装置において、
被加工ワークの表面と略平行なプログラム面に対する前記ノズルの姿勢が垂直で、ノズル先端点が前記プログラム面より所定距離隔たる位置の位置指令データで加工経路が教示された加工プログラムを記憶する手段と、
前記ノズルの目標姿勢を指令する手段と、
加工進行方向に垂直な面内で、レーザビーム、プラズマジェット又はガス噴射流等が向けられるプログラム面上の位置を固定したまま前記ノズルが前記目標姿勢となる位置から、さらに前記ノズルを該ノズルの中心軸線に沿って後方に、該ノズル先端と前記プログラム面との距離が前記所定距離となる位置を求め、該位置にノズル先端点を移動させ補正する位置補正手段と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項２】
レーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等を制御する数値制御装置において、
被加工ワークの表面と略平行なプログラム面に対する前記ノズルの姿勢が垂直で、ノズル先端点が前記プログラム面より所定距離隔たる位置の位置指令データで加工経路が教示された加工プログラムを記憶する手段と、
前記ノズルの目標姿勢、及び前記ノズルの先端と前記プログラム面間の目標距離を指令する手段と、
加工進行方向に垂直な面内で、レーザビーム、プラズマジェット又はガス噴射流等が向けられるプログラム面上の位置を固定したまま前記ノズルが前記目標姿勢となる位置から、さらに前記ノズルを該ノズルの中心軸線に沿って後方に、該ノズル先端と前記プログラム面との距離が前記目標距離となる位置を求め、該位置にノズル先端点を移動させ補正する位置補正手段と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項３】
前記ノズルに設けられたワークまでの距離を測定するセンサと、
ノズルの傾斜角とノズル先端点とプログラム面間の距離に対応して前記センサで測定される目標測定距離を求める手段と、
前記位置補正手段による位置補正でのノズルの垂直状態からの傾斜角と前記所定距離若しくは目標距離より、前記目標測定距離を求める手段から目標測定距離を求め、該目標測定距離をならい制御における前記センサによる測定距離の目標値に変更する変更手段と、
を備える請求項１又は請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項４】
ノズル部にノズル先端点とワーク面間の距離を計測するセンサを備えたレーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等を制御する数値制御装置において、
被加工ワークの表面と略平行なプログラム面に対する前記ノズルの姿勢が垂直で、ノズル先端点が前記プログラム面より所定距離隔たる位置の位置指令データで加工経路が教示された加工プログラムを記憶する手段と、
前記ノズルの目標姿勢を指令する手段と、
ノズルの傾斜角とノズル先端点とプログラム面間の距離に対応して前記センサで測定される目標測定距離を求める手段と、
加工進行方向に垂直な面内で、レーザビーム、プラズマジェット又はガス噴射流等が向けられるプログラム面上の位置を固定したまま前記ノズルが前記目標姿勢へ移動すると共に、前記目標測定距離を求める手段より前記所定距離とノズル姿勢より前記センサで測定される目標測定距離を求め、該目標測定距離とセンサで計測される距離が一致するようにノズルをノズル中心軸線方向に移動させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項５】
ノズル部にノズル先端点とワーク面間の距離を計測するセンサを備えたレーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等を制御する数値制御装置において、
被加工ワークの表面と略平行なプログラム面に対する前記ノズルの姿勢が垂直で、ノズル先端点が前記プログラム面より所定距離隔たる位置の位置指令データで加工経路が教示された加工プログラムを記憶する手段と、
前記ノズルの目標姿勢、及び前記ノズルの先端と前記プログラム面間の目標距離を指令する手段と、
ノズルの傾斜角とノズル先端点とプログラム面間の距離に対応して前記センサで測定される目標測定距離を求める手段と、
加工進行方向に垂直な面内で、レーザビーム、プラズマジェット又はガス噴射流等が向けられるプログラム面上の位置を固定したまま前記ノズルが前記目標姿勢へ移動すると共に、前記目標測定距離を求める手段より前記目標距離とノズル姿勢より前記センサで測定される目標測定距離を求め、該目標測定距離とセンサで計測される距離が一致するようにノズルをノズル中心軸線方向に移動させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項６】
前記センサとして静電容量型距離センサを用いる請求項３乃至５の内いずれか１項に記載の数値制御装置。
【請求項７】
前記目標測定距離を求める手段は、ワークに対する前記センサ又は前記ノズルの傾きと、ワークと前記ノズル間の実際の距離に対する前記センサによる目標測定距離又は該目標測定距離に相当する物理量とで表したデータテーブルで構成されていることを特徴とする、請求項３乃至６の内いずれか１項に記載の数値制御装置。
【請求項８】
前記目標測定距離を求める手段は、ノズル先端点とプログラム面間の距離とワークに対する前記センサ又は前記ノズルの傾きにより、前記センサによる目標測定距離又は該目標測定距離に相当する物理量を求める式から演算する手段で構成されている請求項３乃至６の内いずれか１項に記載の数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
ノズル姿勢を変化させることのできる機構を持った加工機、特にワーク切断面に傾斜をつける開先加工を行うレーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等を制御する数値制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等のノズル先端位置固定制御を有する加工機では、加工しようとするワークに対して加工プログラム面を設け、該加工プログラム面にプログラムされた経路上を、レーザビーム、プラズマジェット、ガス噴射流等が向けられる点（以下ビーム等の照射点という）が通るように制御される。又、ワーク切断面に傾斜をつける開先加工を行う場合、ワークに対してノズルを垂直状態から傾斜させることにより、切断面に傾斜をつけて加工することが行われる。また、加工中に徐々にノズル姿勢を変化させることによって、切断面の傾斜を加工の進行と共に変化させることも行われている。
【０００３】
この切断面に傾斜を設けるためにノズルを傾斜させるとき、図１に示すように、ビーム等の照射点Ｔを中心にノズルＮを傾斜させることにより、ビーム等の照射点と加工プログラム間との軌跡ずれが生じないようにしなければ、加工誤差が生じる。そのため、ビーム等の照射点Ｔを中心にノズルＮを傾斜させＮ’の状態とすると、ノズルＮとワークが接触することが考えられるため、大型の機械では、図２のようにノズル中心軸線に沿ってならい制御を行い、ノズルＮを後方に逃がしている。又、コンパクトで安価に作成できるＺ軸方向のみのならい制御機構を用いて、図３のように、Ｚ軸方向にならい制御を行うことも行われている。
【０００４】
又、ノズルを傾斜したときのビーム照射点のずれ量を、ノズル姿勢毎に予め測定し、それを補正量として記憶しておき、加工の際にノズルの姿勢が変化するとその姿勢に応じた補正量を読み出し、自動的に補正するようにしたレーザ加工機の工具補正方法も知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３０５６１３号公報（特に、請求項１参照）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図２のようにならい制御をノズルＮの中心軸線に沿って行う場合、ビーム等の照射点Ｔの軌跡が加工プログラムでの指令経路とズレることはないが、ノズル構造が複雑となるため機構が大きくなり、コストもかかるという欠点がある。又、図３のように、Ｚ軸方向にならい制御を行うようにすれば、コンパクトで安価に構成できるが、ビーム等の照射点と加工プログラムとの間に軌跡ズレが発生し、プログラム指令通りの加工をすることができず、加工精度が低下する。
【０００７】
また、静電容量形センサをノズル先端にノズルと同じ向きに取り付けてワーク面とノズル先端点間の距離を所定距離に保持しながらならい制御により加工する場合、ノズルが傾斜することによりセンサも傾斜しセンサの測定値に誤差が生じる。センサの測定誤差のため、ワークとノズル間が目標距離とならず、Ｚ軸方向のならい制御による加工では、ビーム等の照射点と加工プログラムとの間に軌跡ズレが発生し、プログラム指令通りの加工物を得ることができないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ノズルを傾けて加工するとき、簡単で容易にビーム照射点と加工プログラムとの間のズレを防止でき、ワークとノズルの干渉も防止するレーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機の制御を行う数値制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる発明は、レーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等を制御する数値制御装置において、被加工ワークの表面と略平行なプログラム面に対する前記ノズルの姿勢が垂直で、ノズル先端点が前記プログラム面より所定距離隔たる位置の位置指令データで加工経路が教示された加工プログラムを記憶する手段と、前記ノズルの目標姿勢を指令する手段と、加工進行方向に垂直な面内で、レーザビーム、プラズマジェット又はガス噴射流等が向けられるプログラム面上の位置を固定したまま前記ノズルが前記目標姿勢となる位置から、さらに前記ノズルを該ノズルの中心軸線に沿って後方に、該ノズル先端と前記プログラム面との距離が前記所定距離となる位置を求め、該位置にノズル先端点を移動させ補正する位置補正手段と、を備えたことを特徴とする数値制御装置である。
【００１０】
又、請求項２に係わる発明は、さらに、前記ノズルの目標姿勢、及び前記ノズルの先端と前記プログラム面間の目標距離を指令する手段を設けることにより、ノズルを傾斜したとき前記所定位置の代わりに指令された前記目標距離となる位置を求め、該位置にノズル先端点を移動させるようにしたものである。
【００１１】
請求項３に係わる発明は、さらに、前記ノズルに設けられたワークまでの距離を測定するセンサと、ノズルの傾斜角とノズル先端点とプログラム面間の距離に対応して前記センサで測定される目標測定距離を求める手段と、前記位置補正手段による位置補正でのノズルの垂直状態からの傾斜角と前記所定距離若しくは目標距離より、前記目標測定距離を求める手段から目標測定距離を求め、該目標測定距離をならい制御における前記センサによる測定距離の目標値に変更する変更手段とを設けたものである。
【００１２】
請求項４に係わる発明は、ノズル部にノズル先端点とワーク面間の距離を計測するセンサを備えたレーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等を制御する数値制御装置において、被加工ワークの表面と略平行なプログラム面に対する前記ノズルの姿勢が垂直で、ノズル先端点が前記プログラム面より所定距離隔たる位置の位置指令データで加工経路が教示された加工プログラムを記憶する手段と、前記ノズルの目標姿勢を指令する手段と、ノズルの傾斜角とノズル先端点とプログラム面間の距離に対応して前記センサで測定される目標測定距離を求める手段と、加工進行方向に垂直な面内で、レーザビーム、プラズマジェット又はガス噴射流等が向けられるプログラム面上の位置を固定したまま前記ノズルが前記目標姿勢へ移動すると共に、前記目標測定距離を求める手段より前記所定距離とノズル姿勢より前記センサで測定される目標測定距離を求め、該目標測定距離とセンサで計測される距離が一致するようにノズルをノズル中心軸線方向に移動させる制御手段と、を備えたことを特徴とする数値制御装置である。又、請求項５に係わる発明は、このノズル部にノズル先端点とワーク面間の距離を計測するセンサを備えたレーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等を制御する数値制御装置において、前記ノズルの目標姿勢、及び前記ノズルの先端と前記プログラム面間の目標距離を指令する手段を設けて、ノズルを傾斜したとき前記所定位置の代わりに指令された前記目標距離となる位置を求め、該位置にノズル先端点を移動させるようにしたものである。
【００１３】
請求項６に係わる発明は、上述した各発明で使用されるセンサを静電容量型距離センサとしたものである。又、請求項７に係わる発明は、前記目標測定距離を求める手段を、ワークに対する前記センサ又は前記ノズルの傾きと、ワークと前記ノズル間の実際の距離に対する前記センサによる目標測定距離又は該目標測定距離に相当する物理量とで表したデータテーブルで構成したものである。請求項８に係わる発明はこのデータテーブルに代えて、ノズル先端点とプログラム面間の距離とワークに対する前記センサ又は前記ノズルの傾きにより、前記センサによる目標測定距離又は該目標測定距離に相当する物理量を求める式から演算する手段で構成したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明の原理説明図である。被加工物であるワークと平行にプログラム面をとり、プログラム面に加工しようとする形状の加工プログラムを作成し加工機を制御する数値制御装置に設定入力されているものとする。そして、ノズル先端点Ｐとプログラム面との距離をＬとして数値制御装置のメモリに記憶されているものとする。ノズル姿勢がワークに対して垂直な状態である場合、プログラム面でのビーム等の照射点Ｔと加工プログラムとの軌跡ズレはない。しかし、ノズルＮが垂直状態からＱ度傾斜する場合、前述したように、ビーム等の照射点Ｔと加工プログラムとの間にズレが生じるので、図４のように、ビーム等の照射点Ｔを中心にノズルＮを傾斜させ、ノズル中心軸線に沿って後方に次の（１）式で示す補正距離Ｄだけノズル先端を移動させる。これによって、ノズル先端点Ｐとプログラム面との距離Ｌが一定に保持される。
【００１５】
Ｄ＝（Ｌ／ｃｏｓＱ−Ｌ）        …（１）
図５は本発明の別の補正方法の原理説明図である。ノズル先端点Ｐを中心にノズルＮを傾斜させ、かつ、Ｘ−Ｙ平面内でノズル傾斜方向へ次の（２）式で示す補正距離Ｄ’だけノズル先端を移動させることによって、ビーム等の照射点Ｔの位置を変えずに、かつノズル先端点Ｐとプログラム面との距離Ｌを一定に保持させることができる。
【００１６】
Ｄ’＝（ＬｔａｎＱ）            …（２）
本発明は、以上のようにして、プログラム面におけるビーム等の照射点Ｔと加工プログラムとの軌跡ずれを防止し、また、プログラム面とノズル先端の距離をＬに保ったまま、ノズル姿勢を変化させるものである。
【００１７】
単に、ノズル姿勢を傾斜させて、ワーク切断面に傾斜をつけて加工を行うだけであれば、上述したような、ノズル先端点Ｐ位置を補正するだけでよい。しかし、ワーク面に対してノズル先端点Ｐが所定目標距離を保持して、プログラムされた指令経路をならって切断加工する場合、ノズルに取り付けたセンサによりワークまでの距離を測定し、該測定距離が目標距離と一致するようにならい制御する方法が取られている。この場合、ノズルを傾斜させることから、センサも傾斜することになり、測定距離が異なり、ならい制御の目標値を変えないと、ワークとノズル先端点間の距離（ギャップ）を目標値どおりに保持できなくなる。図６は、ノズル（センサ）を傾けたとき、このならい制御の目標値変更の説明図である。
【００１８】
センサは、センサの傾きが０度のときの測定距離がワークとノズル間の実際の距離と一致するように調整されている。図６の（ａ）は、センサの傾きが０度の状態で、ワークとノズル間の目標距離を１．０ｍｍにするため、センサの測定距離が１．０ｍｍに収束するようにならい制御が行われている。
【００１９】
図６の（ｂ）は、（ａ）の状態からノズルが３０度傾いた状態とすると、（ａ）と同様にセンサの測定距離が１．０ｍｍに収束するようにならい制御が行われることによって、センサで測定するワーク面までの距離は垂直方向ではなくなることから、センサの測定距離が１．０ｍｍであっても、例えば、（ｂ）のように、ワークとノズル間の実際の距離は０．８ｍｍになってしまう。測定誤差が発生している。
【００２０】
図６の（ｃ）に示すように、ノズル先端点とワーク面間の距離が所定目標距離の１．０ｍｍとなるように補正する必要がある。そのために、本発明は、ならい制御のためにセンサで検出する距離の目標値をノズルの傾斜角に応じて、補正し修正するようにする。この修正目標値は、計算式を用いて演算して求めてもよいが、後述する本発明の実施形態では、図７に示すようなデータテーブルＤＴを設け、センサで検出される測定距離の目標値を変更することによって、ノズルＮを傾斜したときでも、ノズル先端点とワーク間の距離を所定目標距離に保持できるようにするものである。
【００２１】
図７のデータテーブルＤＴにおいて、「センサの測定距離」はセンサが測定し出力する距離（若しくは又は該距離に相当する物理量でもよい）であり、センサの傾きが「０度」の場合は、このセンサから出力される測定距離と実際のノズルの先端点とワーク面との距離（以下この距離をギャップという）は等しくなる。
しかしノズル及びセンサを傾けたとき、センサ出力の測定距離と実際のギャップ（ノズルの先端点とワーク面との距離）は異なることになる。そこで、各角度にノズル及びセンサを傾けて、そのときのセンサ測定距離と実際のギャップの対応をこのデータテーブルＤＴに記憶させておく。例えば、図７に示す例では、ノズル及びセンサを３０度傾けたとき、センサで測定された距離が１．０ｍｍのとき、実際のノズルの先端点とワーク面との距離のギャップは０．８ｍｍである。又、センサの測定距離の出力が１．２ｍｍのとき、ギャップ（実際のノズルの先端点とワーク面との距離）は１．０ｍｍである。
【００２２】
そこで、例えば、ギャップを１．０ｍｍに保持してならい制御を行うとすれば、ノズル及びセンサを３０度傾けたときには、センサ出力が１．２ｍｍであれば、ギャップが１．０ｍｍとなるから、ならい制御のための目標値を１．２ｍｍにして制御すればよいものとなる。すなわち、ノズル及びセンサの傾き角度に対して設定ギャップに対応するセンサの測定距離をこのデータテーブルＤＴから読み出しならい制御のための目標値と設定すればよいものとなる。例えば、ギャップを１．０ｍｍでならい制御する場合で、ノズル及びセンサの傾斜角が３０度である場合、ギャップが１．０ｍｍに対応するセンサ測定距離１．２ｍｍをならい制御の目標値とすればよい。
【００２３】
又、このデータテーブルＤＴに対応する傾斜角がない場合には、その傾斜角の両側のデータより補間してならい制御の目標値を設定する。例えば、ギャップ（ノズルの先端点とワーク面との距離）が１．０ｍｍでデータテーブルＤＴに２０度と３０度のデータしかない場合には、２０度と３０度の間の傾斜角に対しては、２０度及び３０度のギャップが１．０ｍｍに対応するセンサ測定距離を内挿することによって求める。
【００２４】
図８は本発明の一実施形態の数値制御装置を適用したレーザ加工機の概要図である。符号１０はこのレーザ加工機を制御する制御装置であり、数値制御装置（ＣＮＣ）で構成されている。該数値制御装置１０は、プロセッサ（ＣＰＵ）１１を中心に構成され、該プロセッサ１１にはバス２４を介して、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１４，バッテリバックアップされたＣＭＯＳＲＡＭで構成された不揮発性メモリ１３、入出力インタフェース１５，１７、表示装置（ＣＲＴや液晶等）付きＭＤＩ（手動入力装置）１６、加工送り軸のＸ軸，Ｙ軸のサーボアンプ１９，２０、ギャップ制御軸のＺ軸のサーボアンプ２１、Ｚ軸回りに加工ヘッド４０を回転させる回転軸であるＡ軸のサーボアンプ２２、Ｚ軸に対して直交する軸回りの回転軸であるＢ軸のサーボアンプ２３が接続されている。
【００２５】
ＲＯＭ１２にはこのレーザ加工機３０全体を制御するシステムプログラムが格納されており、不揮発性メモリ１３には、表示装置付きＭＤＩ１６を利用して作成される加工プログラム若しくは図示しない入力インタフェースを介して入力される加工プログラムが格納される。さらに、前述したノズルが傾斜したときのセンサ測定距離とギャップ（ノズル先端点とワーク面間の距離）の関係を記憶したデータテーブルＤＴが格納されている。また、ＲＡＭ１４は各種処理中におけるデータの一時記憶等に利用される。入出力インタフェース１５にはレーザ発振器５０が接続され、プロセッサ１１からの出力制御信号を、該入出力インタフェース１５を介してレーザ発振器５０に送信する。レーザ発振器５０は、出力制御信号に従ってレーザビーム５１を出射し、ベンディングミラー５２で反射して加工ヘッド４０に送り、該加工ヘッド４０で集光されて加工ヘッド４０に取り付けられているノズル４１の先端からレーザビーム５１をワーク４４に照射する。
【００２６】
加工ヘッド４０のノズル４１には、加工ノズル４１の先端点とワーク４４間の距離（ギャップ）を測定するセンサ４２が設けられており、該センサ４２の出力信号は、制御装置１０内のＡ／Ｄ変換器（アナログ信号をデジタル信号に変換する変換器）１８を介して入出力インタフェース１７に出力されている。
【００２７】
また、符号３７はレーザ加工機機構部で、該レーザ加工機機構部３７には、ワーク４４を取り付けたテーブル４３をＸ軸方向（図８において左右方向）に駆動するＸ軸サーボモータ３１、テーブル４３をＹ軸方向（図８において紙面垂直方向）に駆動するＹ軸サーボモータ３２、加工ヘッド４０及びノズル４１を上記Ｘ，Ｙ軸方向に垂直なＺ軸方向に駆動するギャップ制御軸を構成するＺ軸サーボモータ３３を備えている。さらに、Ｚ軸サーボモータ３３で駆動される可動部には、加工ヘッド４０をＺ軸回りに回転させるＡ軸サーボモータ３４及び、Ｚ軸に対して垂直な軸回りに加工ヘッド４０を回転させるＢ軸サーボモータ３５を備えている。
【００２８】
Ｘ，Ｙ軸サーボモータ３１，３２はテーブル４３を駆動し、Ｚ軸サーボモータ３３は、ノズル４１の先端点とワーク４４間の距離、すなわちギャップを調整するために用いられ、Ａ，Ｂ軸のサーボモータ３４，３５は、加工ヘッド４０及びノズル４１を傾斜させるために用いられる。
【００２９】
Ｘ軸サーボモータ３１は、数値制御装置１０のＸ軸サーボアンプ１９に接続され、Ｙ軸サーボモータ３２はＹ軸サーボアンプ２０に接続され、Ｚ軸サーボモータ３３はＺ軸サーボアンプ２１に接続され、Ａ軸サーボモータ３４はＡ軸サーボアンプ２２に接続され、Ｂ軸サーボモータ３４はＢ軸サーボアンプ２３に接続されている。また、各サーボモータ３１，３２，３３，３４，３５には位置・速度を検出パルスコーダ等の位置速度検出器が取り付けられ、それぞれのサーボモータ３１，３２，３３の位置、速度を各サーボアンプ１９，２０，２１，２２，２３にフィードバックしている。また、各サーボアンプ１９，２０，２１，２２，２３は、プロセッサ１１からの指令と位置、速度のフィードバック信号に基づいて、各サーボモータ３１，３２，３３の位置、速度を制御している。さらには、図示しない電流検出器のフィードバック信号に基づいて電流制御をも実施している。
【００３０】
上述したレーザ加工機の構成は、従来から公知の、５軸構成で、加工ヘッド及びノズルを傾斜することが可能で、加工ノズルとワーク間のギャップ量が所定値になるように制御しながら、指令に従って加工ヘッドをワークに対して相対的に移動させて所定加工形状を加工する、いわゆるならい制御を実施するレーザ加工機と同一構成である。
このような、従来から公知の５軸構成のレーザ加工機で、本実施形態は加工ヘッド及びノズルを傾斜したときノズルとワークの干渉を防止するためにノズルを後退させる動作を簡単に行うことができるようにしたものである。
【００３１】
加工開始前等の加工を停止している状態で、加工プログラム又はＭＤＩ１６等から入力された指令で、加工ヘッド４０及びノズル４１を傾斜させる場合には、Ａ軸、Ｂ軸のサーボモータ３４，３５を駆動して、予め設定されているノズル先端点Ｐとプログラム面間の距離Ｌによって求まるビーム照射点を中心に指令された角度Ｑだけ回転させ、かつ、前述した（１）式の演算で求められる補正距離Ｄだけノズル中心軸線方向に加工ヘッド及びノズルを後退させてギャップを所定値に保持すればよい。又、ノズル先端点を中心に指令された角度Ｑだけ回転させ、かつ、前述した（２）式の演算で求められる補正距離Ｄ’だけ傾斜方向に加工ヘッド及びノズルを後退させてギャップを所定値に保持すればよい。ならい制御の目標値も設定ギャップ量に対するセンサ測定距離に設定すればよい。
【００３２】
一方、加工途中で、加工ヘッド４０及びノズル４１を傾斜させて開先加工を行うような場合には、Ａ軸、Ｂ軸のサーボモータ３４，３５を駆動して加工ヘッド４０及びノズル４１を指令角度Ｑに達するまで、指令速度で傾斜させながら、かつその傾斜に応じて、補正距離Ｄ又はＤ’移動させるようにＸ，Ｙ，Ｚ軸の移動指令に重畳させて補正する。
【００３３】
図９は、数値制御装置１０のプロセッサ１１が補間周期毎に実行する処理のフローチャートである。
加工プログラム等で指令されている加工速度、指令位置、さらには傾斜指令がある場合には、指令傾斜速度、指令傾斜角に基づいてＸ，Ｙ，Ａ，Ｂ軸への補間周期間における分配移動量を求める（ステップ１００）。なお、Ｚ軸に対してはセンサ４２で検出されたギャップが設定値に保持するように、ギャップ制御を行ってその移動量を求める。
【００３４】
次に傾斜軸であるＡ，Ｂ軸への分配移動量があるか否か判断し（ステップ１０１）、該分配移動量がある場合には傾斜指令があったときであり、分配移動量がない場合には、傾斜指令がないものであり、この場合には、ステップ１０６に移行して、ステップ１００で求めた各軸への分配移動量をＸ，Ｙ，Ｚ軸のサーボアンプ１９，２０，２１に出力し、当該分配周期の処理を終了する。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のサーボアンプ１９，２０，２１はこの分配移動量を受けて、位置、速度さらには電流のループ制御を行いＸ，Ｙ，Ｚ軸のサーボモータ３１，３２，３３を駆動制御してテーブル４３，ワーク４４を移動させ、レーザビーム５１で切断加工する。
【００３５】
一方、ステップ１０１で、傾斜軸への分配移動量が検出され傾斜指令がある場合には、この傾斜軸への分配移動量への積算値に基づいて、当該分配周期での傾斜角Ｑを求め、該傾斜角Ｑに対する位置補正量Ｄ（なお、この実施形態では、ビーム照射点を中心に傾斜させるものとする）を求め、前周期の位置補正量を減じて当該周期における補正量とする（ステップ１０２）。この補正量をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に分解し（ステップ１０３）、ステップ１００で求めた、各軸分配移動量にこの補正量の各軸成分量を重畳し、補正された各軸分配移動量を求める（ステップ１０４）。さらに、当該周期における傾斜角Ｑに対するセンサ目標値をデータテーブルＤＴより読み出し、又は該データテーブルＤＴに記憶するデータから補間して求め、ならい制御の目標値を変更する（ステップ１０５）。
【００３６】
そして、ステップ１０４で求めた補正されたＸ，Ｙ，Ｚ軸分配移動量とステップ１００で求めたＡ，Ｂ軸の分配移動量を各軸サーボアンプ１９〜２３に出力し当該周期の処理を終了する。
以下傾斜角が指令傾斜角になるまで、ステップ１００〜１０６の処理を補間周期毎実行し、傾斜角が指令角度になり、傾斜軸のＡ，Ｂ軸に対して分配移動量がなくなると、ステップ１００、１０１，１０６の処理に切り替わる。
【００３７】
なお、上述した実施形態では、ビーム照射点を中心に加工ヘッド４０及びノズル４１を傾斜させたが、ノズル先端点を中心に傾斜させる場合には、ステップ１０２で求める補正量は（２）式の演算によって求めた位置補正量Ｄ’を用いることになる。
【００３８】
又、上述した説明では、ノズル先端点とプログラム面間の距離Ｌ（ギャップ量＋プログラム面とワーク面間の距離）を、ノズルを傾斜したときもノズルを傾斜させないときと同一にして加工を行うものとした。これは、ノズルとワークが干渉することを避けるためのものである。しかし、ノズルを傾斜しても、所定ギャップ量（ノズル先端点とワーク面間の距離）まで、干渉が生じないような場合など、ノズルを傾斜して加工するときに、プログラムで又は、パラメータ等の設定でギャップ量（又はノズル先端点とプログラム面間の距離Ｌ）を設定してもよい。
【００３９】
さらに、上述した実施形態では、ノズルを傾斜したとき、その傾斜角に応じて、ならい制御のセンサ測定値の目標値をデータテーブルＤＴによって求めるようにしたが、この目標値を演算によって求めてもよい。ノズルを傾けずに垂直状態で設定ギャップ量のときセンサで測定される測定値がＬであったとする。ノズルを角度Ｑ傾けて、ギャップ量を傾ける前の同じ量とすれば、センサで測定される距離は「Ｌ／ｃｏｓＱ」となる。よって、傾斜角Ｑによりならい制御によるセンサ測定値の目標値をＬ／ｃｏｓＱの演算を行うことによって求める。すなわち、
目標値＝Ｌ／ｃｏｓＱ
として演算によって求めるようにしてもよい。
【００４０】
さらに、センサ出力を利用して、ノズルを後退させるようにしてもよい。この場合、ノズルの傾斜角度Ｑによって、ノズルの中心軸線方向が決まるので、ノズルを傾斜させた後、センサから出力される計測距離が、設定ノズル先端点とプログラム面間の距離Ｌとプログラム面とワーク面間の距離によって求まるギャップ量に対応するその傾斜角度における計測距離になるまで、ノズルの中心軸線方向にノズルを後退させればよい。
【００４１】
なお、上述した実施形態では、レーザ加工機に本発明を適用した例を説明したが、レーザ加工機以外の、プラズマ加工機、ガス切断機等のノズル先端位置固定制御を有する加工機にも、レーザ加工機がプラズマ加工機やガス切断機に代わるだけで、上述した構成内容で本発明は適用できるものである。
【００４２】
【発明の効果】
レーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等における開先加工において、ノズル方向へのならい制御機構を持たない機械においても、ノズル先端位置に補正をかけることにより、被加工ワーク表面と略平行なプログラム面で軌跡ずれのない加工を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等において、ノズルを傾けて加工するときのノズルとワークの干渉を説明する説明図である。
【図２】ノズル中心軸線に沿ってならい制御を行ってノズルとワークの干渉をなくした従来の方法の説明図である。
【図３】Ｚ軸方向にならい制御を行って、簡易的にノズルとワークの干渉をなくした従来の方法の説明図である。
【図４】ノズルを傾けて加工するときのノズルとワークの干渉を避ける本発明の原理説明図である。
【図５】ノズルを傾けて加工するときのノズルとワークの干渉を避ける本発明の別の方法の原理説明図である。
【図６】ノズルを傾けたときのならい制御の目標値変更の説明図である。
【図７】ノズルを傾けたときのならい制御の目標値を変更するためのデータテーブルの説明図である。
【図８】本発明をレーザ加工機に適用した一実施形態の要部ブロック図である。
【図９】同実施形態における補間周期での処理のフローチャートである。
【符号の説明】
Ｎ，４１  ノズル
Ｔ  ビーム等の照射点
１０  数値制御装置
３０  レーザ加工機
３１，３２，３３，３４，３５  サーボモータ
４３  テーブル
４４  ワーク
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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