(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ光の送り速度（加工速度）が低くなる加工経路部分などにおいてレーザ出力条件を最適な条件に変更することにより、加工品質の信頼性をより一層高めることができるレーザ制御方法及びレーザ制御装置を提供する。【解決手段】加工プログラムの動作中に、加工対象物２１に照射されるレーザ光を制御するレーザ制御装置１０において、加工プログラムにより指令された加工経路に沿って加工する際に、加工対象物とレーザ光との相対的加工速度である実送り速度を検出する速度検出手段３１と、互いに異なる複数の送り速度と、個々の送り速度に対応するレーザ出力条件とが関連付けて記憶された速度対応加工条件記憶手段３３と、速度検出手段により検出した実送り速度に対応するレーザ出力条件を、速度対応加工条件記憶手段に基づいて求める速度対応出力条件算出手段３４とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ制御装置に読み込まれている加工プログラムの動作中に、加工対象物に照射されるレーザ光の出力条件を制御するレーザ制御方法において、
前記加工プログラムにより指令された加工経路に沿って加工する際に、前記加工対象物と前記レーザ光との相対的加工速度である実送り速度を検出するステップと、
互いに異なる複数の送り速度と、個々の送り速度に対応するレーザ出力条件とを関連付けて前記レーザ制御装置に記憶された加工条件テーブルから、前記実送り速度に対応するレーザ出力条件を求めるステップと、
を備えることを特徴とするレーザ制御方法。
【請求項２】
加工プログラムの動作中に、加工対象物に照射されるレーザ光を制御するレーザ制御装置において、
前記加工プログラムにより指令された加工経路に沿って加工する際に、前記加工対象物と前記レーザ光との相対的加工速度である実送り速度を検出する速度検出手段と、
互いに異なる複数の送り速度と、個々の送り速度に対応するレーザ出力条件とが関連付けて記憶された速度対応加工条件記憶手段と、
前記速度検出手段により検出した前記実送り速度に対応するレーザ出力条件を、前記加工条件記憶手段に基づいて求める速度対応出力条件算出手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ制御装置。
【請求項３】
さらに、前記加工経路に含まれるコーナ部を自動的に検出してコーナ角を計算するコーナ角計算手段と、
互いに異なる複数のコーナ角と、該コーナ角に対応するレーザ出力条件とが関連付けて記憶された角度対応加工条件記憶手段と、
前記コーナ角計算手段により計算されたコーナ角に対応するレーザ出力条件を前記角度対応加工条件記憶手段に基づいて求める角度対応出力条件算出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項２記載のレーザ制御装置。
【請求項４】
加工プログラムの動作中に、加工対象物に照射されるレーザ光を制御するレーザ制御装置において、
前記加工プログラムにより指令された加工経路に沿って加工する際に、前記加工経路に含まれるコーナ部を自動的に検出してコーナ角を計算するコーナ角計算手段と、
互いに異なる複数のコーナ角と、該コーナ角に対応するレーザ出力条件とが関連付けて記憶された角度対応加工条件記憶手段と、
前記コーナ角計算手段により計算されたコーナ角に対応するレーザ出力条件を前記角度対応加工条件記憶手段に基づいて求める角度対応出力条件算出手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ制御装置。
【請求項５】
前記角度対応出力条件算出手段により求められた前記登録されたレーザ出力条件の登録番号を外部に信号として出力する信号出力手段を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載のレーザ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工プログラムの動作中に、加工対象物に照射されるレーザ光の出力条件を制御するレーザ制御方法及びレーザ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レーザ加工においては、数値制御装置（以下「ＣＮＣ」と称する）によって実行される加工プログラムでレーザ光の相対的加工送り速度、いわゆる定常状態における送り速度が指定され、この送り速度と、送り速度に対応するレーザ出力条件のもとで加工対象物が加工されている。言い換えると、一般的に行われているレーザ加工では、レーザ光の加減速状態（加工開始時や加工終了時などを含む）における送り速度の低下は考慮されずにレーザ加工が行われている。このため、実送り速度が加工プログラムで予め指定された送り速度より低くなる経路部分、例えば、加減速経路部分や、直線経路から屈曲経路に変化する部分などには、その経路部分において過剰なエネルギーが加えられることとなり、加工切断面の不良や溶融等が発生するという問題があった。
【０００３】
また、屈曲経路部分、例えばコーナ部のコーナ角が小さいコーナ部分では、コーナ部手前からの減速によってコーナ部における実送り速度が指定送り速度より低くなり、レーザ光がコーナ部を通過する際に過剰なエネルギーがコーナ部に加えられ、これによって加工切断面の不良や溶融等が発生するという問題がある。
【０００４】
実送り速度が加工プログラムの指定送り速度より低くなる場合に、上記問題点の解決を図る一つの方法として、レーザ光の加減速経路部分、直線経路部分、屈曲経路部分を予め完全に把握し、それぞれの経路部分に対応するレーザ出力条件が個々に設定された加工プログラムを作る方法がある。しかし、この方法ではプログラム自体が複雑なものになり、加工経路の変更に柔軟に対応することができず、取扱性が低いという問題があった。
【０００５】
また、レーザ加工方法の他の一例としては、特許文献１に開示されているものが知られている。特許文献１に開示されているレーザ加工方法は、加工プログラムに使用されるコードとして、レーザ出力条件を変更する第１のコードと、この第１のコードで指令されたレーザ出力条件の変更を解除する第２のコードを備えたものである。例えば、変更されるレーザ出力は、レーザ出力の高出力指令値と低出力指令値の出力差を求め、この出力差にレーザ光の最高送り速度に対する実送り速度の比を掛けた値を求め、この値にレーザ出力の低出力指令値を加えた値として求められる。
【０００６】
しかし、このレーザ加工方法では、レーザ光の送り速度とレーザ出力条件との関係が広範囲に渡って一定の比例関係にあることを前提として、レーザ出力が求められるものであり、レーザ光の任意の経路部分で正確なレーザ出力条件が要求される場合に、最適な加工条件を求めることができず、加工品質など高めることが困難であるという問題があった。
【０００７】
屈曲経路部分としてのコーナ部を加工するレーザ加工方法の一例としては、以下に示す方法が知られている。この方法は、加工プログラムによって予め指令された送り速度及びレーザ出力条件に従ってレーザ切断加工を行いつつ、ＣＮＣが加工プログラムの作動中に「設定角度」以下のコーナ角となるコーナ部を検出した場合には、ａ）コーナ部頂点でレーザ光の移動を停止し、ｂ）停止した位置で穴あけを行い、ｃ）穴あけ終了後、切断加工に移行する際、一定距離を特定のレーザ出力条件と加工速度で加工する、という加工方法を自動的に行い、コーナ部頂点近傍における加工切断面を良好にし、加工品質を高める方法の一例である。
【０００８】
しかし、この加工方法においては、コーナ部のコーナ角が「設定角度」以下の場合は、コーナ角の大きさに関係せずに、同一の加工条件によってレーザ加工が行われる事になる。例えば、「設定角度」が９０°と設定されていた場合は、コーナ角が９０°の場合と３０°の場合とで同じ加工条件が選択される事になり、良好な加工品質を得るには不十分であった。
【０００９】
【特許文献１】特開平６−４７５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記した点に鑑み、レーザ光の加工経路のうち、レーザ光の送り速度（加工速度）が低くなる経路部分などにおいてレーザ出力条件を最適な条件に変更することにより、加工品質の信頼性をより一層高めることができるレーザ制御方法及びレーザ制御装置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】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１記載のレーザ制御方法は、レーザ制御装置に読み込まれている加工プログラムの動作中に、加工対象物に照射されるレーザ光の出力条件を制御するレーザ制御方法において、前記加工プログラムにより指令された加工経路に沿って加工する際に、前記加工対象物と前記レーザ光との相対的加工速度である実送り速度を検出するステップと、互いに異なる複数の送り速度と、個々の送り速度に対応するレーザ出力条件とを関連付けて前記レーザ制御装置に記憶された加工条件テーブルから、前記実送り速度に対応するレーザ出力条件を求めるステップと、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載のレーザ制御装置は、加工プログラムの動作中に、加工対象物に照射されるレーザ光を制御するレーザ制御装置において、前記加工プログラムにより指令された加工経路に沿って加工する際に、前記加工対象物と前記レーザ光との相対的加工速度である実送り速度を検出する速度検出手段と、互いに異なる複数の送り速度と、個々の送り速度に対応するレーザ出力条件とが関連付けて記憶された速度対応加工条件記憶手段と、前記速度検出手段により検出した前記実送り速度に対応するレーザ出力条件を、前記加工条件記憶手段に基づいて求める速度対応出力条件算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載のレーザ制御装置において、さらに、前記加工経路に含まれるコーナ部を自動的に検出してコーナ角を計算するコーナ角計算手段と、互いに異なる複数のコーナ角と、該コーナ角に対応するレーザ出力条件とが関連付けて記憶された角度対応加工条件記憶手段と、前記コーナ角計算手段により計算されたコーナ角に対応するレーザ出力条件を前記角度対応加工条件記憶手段に基づいて求める角度対応出力条件算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４に記載のレーザ制御装置において、加工プログラムの動作中に、加工対象物に照射されるレーザ光を制御するレーザ制御装置において、前記加工プログラムにより指令された加工経路に沿って加工する際に、前記加工経路に含まれるコーナ部を自動的に検出してコーナ角を計算するコーナ角計算手段と、互いに異なる複数のコーナ角と、該コーナ角に対応するレーザ出力条件とが関連付けて記憶された角度対応加工条件記憶手段と、前記コーナ角計算手段により計算されたコーナ角に対応するレーザ出力条件を前記角度対応加工条件記憶手段に基づいて求める角度対応出力条件算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のレーザ制御装置において、前記角度対応出力条件算出手段により求められた前記登録されたレーザ出力条件の番号を外部に信号として出力する信号出力手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上の如く、請求項１又は２記載の発明によれば、加工対象物とレーザ光との相対的加工速度である実送り速度を検出することで、レーザ光の加減速経路部分又は屈曲経路部分などにおいて送り速度の低下する部分を識別することできる。次に、互いに異なる複数の送り速度と、個々の送り速度に対応するレーザ出力条件とを関連付けて記憶された加工条件テーブル（速度対応加工条件記憶手段）から、実送り速度に対応するレーザ出力条件を求めることで、レーザ光の送り速度（加工速度）が低くなる経路部分においてレーザ出力条件を最適な条件に変更することにより、加工切断面の不良や溶融等が発生するという問題を防止でき、加工品質の信頼性をより一層高めることができる。
【００１７】
また、請求項３記載の発明によれば、コーナ部において、コーナ角の大きさに対応するレーザ出力条件を求めることができるから、対象コーナ部において過剰なエネルギーが加わらない条件でレーザ加工を行うことができ、コーナ部における溶融などを確実に防止することができる。
【００１８】
また、請求項４記載の発明によれば、加工経路に含まれるコーナ部を自動的に検出してコーナ角を求めることで、送り速度の低下する屈曲経路部分を識別することできる。次に、互いに異なる複数のコーナ角と、コーナ角に対応するレーザ出力条件とが関連付けて記憶された角度対応加工条件記憶手段から、コーナ角に対応するレーザ出力条件を求めることで、レーザ光の送り速度が低くなる経路部分においてレーザ出力条件を最適な条件に変更することにより、加工切断面の不良や溶融等が発生するという問題を防止でき、加工品質の信頼性をより一層高めることができる。
【００１９】
また、請求項５記載の発明によれば、鋭角であるコーナ部の繰り返しの加工のために出力された加工条件を用いることができる。コーナ部において選択された加工条件の番号情報を出力することにより、コーナ部で繰り返し切断を行う既存のリトライ機能等を併用することができるので、対象コーナ部の加工品質を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係るレーザ制御方法及びレーザ制御装置を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態のレーザ制御装置の部品構成を説明するためのブロック図を示し、図２は同じくレーザ制御装置の機能を説明するためのブロック図を示すものである。
【００２１】
図１に示すように、レーザ加工機を制御するために用いられるレーザ制御装置（ＣＮＣ）１０は、プロセッサ（ＣＰＵ）１１と、プロセッサ１１にバス１２を介して相互接続される各種メモリ１３，１４，１５と、入出力インタフェース１６などから構成されている。レーザ制御装置１０には、ＣＲＴ又は液晶などが使用されて機械の位置、速度、レーザ出力状態、加工条件などを表示する表示装置１７や、レーザ加工機の指令値、各種データ、パラメータなどの入力に使用されるキーボード１８や、ＣＰＵ１１の指令を受けてサーボモータ２３を介して加工送り軸（Ｘ軸，Ｙ軸、Ｚ軸）を動作させるサーボアンプ１９や、所定のレーザ出力のレーザ光を加工対象物２１に向かって発振するレーザ発振器２０などが信号線を介して相互接続されている。
【００２２】
各種メモリは、ＲＯＭ１３、ＲＡＭ１４、不揮発性メモリ１５である。ＲＯＭ１３にはレーザ加工機全体を制御するシステムプログラムが格納され、ＲＡＭ１４には各種処理中におけるデータが一時的に記憶されている。不揮発性メモリ１５には、加工プログラムが格納されると共に加工条件記憶領域が形成される。加工条件記憶領域は、互いに異なる複数の送り速度と、個々の送り速度に対応するレーザ出力条件とが関連付けられてなる速度対応加工条件テーブルや、互いに異なる複数のコーナ角と、コーナ角に対応するレーザ出力条件とが関連付けられてなる角度対応加工条件テーブルが記憶される領域である。送り速度やコーナ角に関連付けされるレーザ出力条件は、レーザ出力、周波数、デューティ比などである。以下、本実施形態では、レーザ出力条件のうちレーザ出力を制御する場合について説明することとする。なお、説明は省略するが、その他のレーザ出力条件も同様にして、本実施形態のレーザ制御装置１０により制御することができる。
【００２３】
入出力インタフェース１６にはレーザ発振器２０が接続され、プロセッサ１１からの出力制御信号は入出力インタフェース１６を介してレーザ発振器２０に送信される。レーザ発振器２０は、出力制御信号に従ってレーザ光を照射する。レーザ光は、図示しないベンディングミラーで反射されて加工ヘッドに送られ、加工ヘッドで集光されて加工ヘッドに取り付けられている加工ノズル２２の先端から加工対象物２１に照射される。
【００２４】
図２に示すレーザ制御装置１０の機能を示すブロック図からわかるように、レーザ制御装置１０は、加工経路指令の解析をする手段３０と、直線経路部分における加工対象物２１とレーザ光との相対的加工速度である実送り速度を検出する速度検出手段３１と、屈曲経路部分に含まれるコーナ部を自動的に検出してコーナ角を検出（計算）するコーナ角計算手段３２と、速度検出手段３１により検出した実送り速度に対応するレーザ出力及びコーナ角計算手段３２により検出されたコーナ角に対応するレーザ出力を、加工条件記憶領域３３内の加工条件テーブルに基づいて求める出力条件算出手段３４と、コーナ部の繰り返し加工のための信号出力手段３５と、を含んでいる。
【００２５】
速度検出手段３１では、パルスコーダからのフィードバック信号や、ＣＰＵ１１からのモータ制御指令などからレーザ光の実送り速度が検出される。コーナ角計算手段３２は、二つの加工経路が成すコーナ部分からコーナ角が検出又は算出される。
【００２６】
加工条件記憶領域３３には、予めＣＮＣ１０のデータ記憶領域に記憶されているレーザ光の最高加工送り速度指令値と形状精度が必要な部分を加工するための最低加工送り速度指令値との範囲内で、複数段（例えば、１０段階）に渡って加工送り速度とこの加工送り速度に対する最適なレーザ出力とが関連付けされた送り速度に対応する加工条件テーブルと、コーナ部において、例えば鋭角から鈍角に対応する複数段（例えば、５段階）のコーナ角とこのコーナ角に対する最適なレーザ出力とが関連付けされたコーナ角に対応する加工条件テーブルとが登録されている。
【００２７】
なお、加工条件記憶領域３３は、送り速度に対応する加工条件記憶領域と、コーナ角に対応する加工条件記憶領域とに分けて構成することも可能である。また、加工条件記憶領域に記憶される加工条件テーブルは、送り速度に対応する加工条件テーブルと、コーナ角に対応する加工条件テーブルとに分けて構成することも可能である。
【００２８】
出力条件算出手段３４では、実送り速度やコーナ角に対応する最適なレーザ出力が選択又は算出される。実送り速度に対応する最適なレーザ出力を求めるにあたっては、ＣＮＣ１０によって検出された実送り速度が予め加工条件記憶領域３３に段階的に設定された送り速度と一致する場合はその送り速度に対応して設定されているレーザ出力が選択される。また、実送り速度が、予め設定された加工条件のうち加工条件ｎの送り速度と加工条件ｎ＋１の送り速度の範囲内であった場合は、予め設定された送り速度と実際のレーザ出力とを用いて比例計算を行い、レーザ出力を実送り速度に合わせて最適に制御するようにする。
【００２９】
例えば、検出された実送り速度がＦ、ＣＮＣ１０内の記憶領域に登録された加工条件１での送り速度がＦ１、レーザ出力がＰ１、加工条件２での送り速度がＦ２、レーザ出力がＰ２と定義され、Ｆ１＜Ｆ＜Ｆ２である場合、レーザ出力Ｐは以下のように求められる。
【００３０】
【数１】
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【００３１】
その他のレーザ出力条件、例えば、周波数やデューティ比についても同様に演算し、実送り速度に対応する最適なレーザ出力条件を求めることにより、良好な加工を行うことが可能となる。
【００３２】
コーナ角に対応する最適なレーザ出力を求める場合は、検出又は算出されたコーナ角がｎ段階に設定されたどのコーナ角の条件の範囲に合致するかをＣＮＣ１０が判定し、コーナ角に対する最適なレーザ出力を選択される。
【００３３】
対象コーナ部において、低いレーザ出力が求められることで、加工対象物に過剰なエネルギーが加えられることが防止され、レーザ光照射部分に溶融が生じることなく、コーナ部において良好な加工品質を得ることができる。コーナ角が小さく、しかも曲率半径の小さいコーナ部を加工する場合には、コーナ部を低出力のレーザ光で繰り返し加工することが有効である。
【００３４】
信号出力手段３５は、コーナ部のコーナ角に対して求められたレーザ出力条件を外部に信号として出力する手段であり、コーナ角が鋭角であるコーナ部を低いレーザ出力で繰り返し加工することにより、対象コーナ部の加工品質を良好にすることができる。
【００３５】
次に、図３及び図４をそれぞれ参照して、上述したレーザ制御装置１０を用いたレーザ制御方法について説明する。図３は主として直線経路部分において検出された実送り速度に対応する（送り速度制御によって）レーザ出力を求める説明のために参照され、図４は屈曲経路部分のコーナ部におけるコーナ角に対応する（コーナ角制御によって）レーザ出力を求める説明のために参照される。
【００３６】
図３においては、検出された実送り速度により予め数値制御装置１０に登録されている複数段（ｎ段）の送り速度とレーザ出力との関連付けされたデータから、レーザ出力が求められる例を示す。なお、周波数やデューティ比などの他のレーザ出力条件が求められる場合も同様である。先ず、ステップＳ１でＣＮＣに登録しておいた加工プログラムを読み出す。次に、ステップＳ２で加工プログラムの実行により加工を開始する。ステップＳ３で速度検出手段１２によりＣＮＣの指令送り速度に対する実送り速度を検出する。ステップＳ４でカウンタｎに１をセットする。ステップＳ５で実送り速度が加工条件ｎ段目の送り速度Ｆｎより大きいかどうか比較し、大きい場合はステップＳ６に進む。小さい場合はステップＳ７へ進む。ステップＳ６ではカウンタｎに１を加算する。ステップＳ７では、ｎ段目とn−１段目の加工条件の設定された送り速度とそれぞれに対応するレーザ出力による一次式近似により、検出した送り速度に対応するレーザ出力を比例計算にて求める。これにより、検出された送り速度に対応するレーザ出力を求めるための作業プログラムを終了する。
【００３７】
図４は、検出されたコーナ部のコーナ角が予めＣＮＣに登録された複数段（ｎ段）のコーナ角とレーザ出力との関連付けされたデータから、レーザ出力が求められる例を示す。ステップＳＳ１でＣＮＣ１０に登録しておいた加工プログラムを読み出す。ステップＳＳ２でコーナ角計算手段により二つの加工経路が成すコーナ部分のコーナ角が算出（検出）される。ステップＳＳ３でカウンタｎを１にセットする。ステップＳＳ４で検出したコーナ部のコーナ角ＡとＣＮＣ１０内のデータ記憶領域に登録してある加工条件ｎ段目のコーナ角Ａｎとの大小を判定し、Ａ＞Ａｎの場合はステップＳＳ１１へ進み、Ａ＜Ａｎの場合はステップＳＳ５へ進む。ステップＳＳ５に進んだ場合は、加工条件ｎ段目のレーザ出力によりコーナ部の加工を行う。さらに、ステップＳＳ６で加工条件ｎ段目の条件を選択したという情報を信号で外部に出力し、作業プログラムを終了する。加工条件情報を外部に出力することで、コーナ角が鋭角であるコーナ部の繰り返しの加工のためにその加工条件を用いることができ、加工品質を高めることが可能となる。
【００３８】
一方、ステップＳＳ１１に進んだ場合はカウンタｎに１を加算する。ステップＳＳ１２でカウンタｎが最大値を超えたかどうか判定し、超えていたらステップＳＳ１３に進み、超えていなかったらステップＳＳ４に進むループを繰り返す。ステップＳＳ１３において、検出したコーナ角が加工条件ｎのコーナ角として設定した最大角度よりも大きい場合は、対象コーナ部がレーザ光の減速経路部分として見なされないこととなり、この対象コーナ部でのコーナ角制御や、送り速度制御によるレーザ出力の変更は行わないこととなる。
【００３９】
以上のように、本実施形態のレーザ制御装置及びレーザ制御方法によれば、レーザ加工中にレーザ光の送り速度の変化、コーナ角の変化に応じてレーザ出力を変更することが可能となり、加減速経路部分やコーナ部を含む屈曲経路部分において加工対象物に吸収されるエネルギーが増大して溶融や切断面不良が生ずるのを回避でき、加工品質を高めることができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、本実施形態では、コーナ角制御と送り速度制御が行われて最適なレーザ出力が求められるようになっているが、コーナ角制御と送り速度制御の何れか一方の制御だけを行うように構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態のレーザ制御装置の部品構成を説明するためのブロック図を示す。
【図２】同じくレーザ制御装置の機能を説明するためのブロック図を示す。
【図３】検出された実送り速度に対応する（送り速度制御によって）レーザ出力を求める説明のためのフローチャートである。
【図４】コーナ角に対応する（コーナ角制御によって）レーザ出力を求める説明のためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１０    レーザ制御装置（ＣＮＣ）
１３，１４，１５    メモリ
２１    加工対象物
３１    速度(実送り速度）検出手段
３２    コーナ角計算手段
３３    加工条件記憶領域（速度対応加工条件記憶手段、角度対応加工条件記憶手段）
３４    出力条件算出手段（速度対応出力条件算出手段、角度対応出力条件算出手段）
３５    信号出力手段
【図１】
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【図２】
2007203346.tif 000005
【図３】
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【図４】
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