(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルを備えるレーザ加工機の制御装置であって、
加工プログラムの解析結果に基づいて加工プログラム経路に対するオフセットベクトルを作成し、該オフセットベクトルに基づいて前記ノズルの中心が通る工具中心経路を算出する工具中心経路算出部と、
前記加工プログラムの解析結果に基づいて前記加工プログラム経路に対する前記ノズルの傾斜方向を算出する第１傾斜方向算出部と、
前記第１傾斜方向算出部により算出された前記ノズルの傾斜方向と、前記加工プログラム経路に直交する平面内におけるワークの平面に垂直な方向から前記傾斜方向への前記ノズルの傾斜角度と、に基づいて、前記ノズルの姿勢を算出する工具姿勢算出部と、
前記工具中心経路算出部により算出された工具中心経路及び前記工具姿勢算出部により算出された前記ノズルの姿勢に基づいて、駆動軸の移動量を算出する駆動軸移動量算出部と、
前記駆動軸移動量算出部により算出された前記駆動軸の移動量に基づいて前記駆動軸を制御する駆動軸制御部と、を備える、レーザ加工機の制御装置。
【請求項２】
前記加工プログラムの解析結果に基づいて前記工具中心経路に対する前記ノズルの傾斜方向を算出する第２傾斜方向算出部と、
前記第１傾斜方向算出部による前記加工プログラム経路に対する前記ノズルの傾斜方向の算出と、前記第２傾斜方向算出部による前記工具中心経路に対する前記ノズルの傾斜方向の算出と、を前記加工プログラム経路の形状に応じて切り替える傾斜方向算出切替部と、をさらに備える、請求項１に記載のレーザ加工機の制御装置。
【請求項３】
前記傾斜方向算出切替部は、前記加工プログラム経路の形状が円弧形状である場合には、前記第２傾斜方向算出部による前記工具中心経路に対する前記ノズルの傾斜方向の算出に切り替える、請求項２に記載のレーザ加工機の制御装置。
【請求項４】
前記加工プログラム経路に対する前記ノズルの傾斜方向は、前記加工プログラム経路に対して直交する方向であり、
前記工具中心経路に対する前記ノズルの傾斜方向は、前記工具中心経路に対して直交する方向である、請求項２又は３に記載のレーザ加工機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ加工機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工機による開先加工では、ノズルの進行方向に対するノズルの傾斜方向が制御される。このノズルの傾斜方向は、例えばノズルの進行方向に対して９０度傾斜した方向に設定され、この場合にはいわゆる法線方向制御が行われる。【０００３】
また、レーザ加工機による開先加工では、ノズルの進行方向に直交する平面内における、加工対象のワークの平面に垂直な方向から、上述の傾斜方向へのノズルの傾斜角度が制御される。このノズルの傾斜角度は、例えば加工形状等に応じて制御される。【０００４】
例えば、開先を有する部材を切り出すためにＮＣレーザ切断機で開先加工する技術として、特許文献１が提案されている。この特許文献１には、曲線部分の開先加工時には、レーザヘッド（ノズル）の傾斜角度を変化させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７５９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ノズルの傾斜角度は、プログラム指令により加工形状等に応じて変更されることがある。ノズルの傾斜角度が変更されると、加工対象のワークに対するレーザの照射領域が変化する。そのため、レーザ加工機の制御装置が通常備える工具径補正機能により、レーザの照射距離が調整される。すなわち、工具径補正が行われると、ノズルの中心が通る工具中心経路が、加工プログラム経路と異なった経路となる。【０００７】
しかしながら、ノズルの傾斜方向は、工具中心経路に対する傾斜方向として常に一定となるように自動で制御されているところ、工具径補正量変更時には、工具中心経路の進行方向が変化し、それに伴ってノズルの傾斜方向が変化する。そのため、加工プログラム経路に対するノズルの傾斜方向が変化し、加工精度が低下するという課題がある。【０００８】
従って、工具径補正量変更時においても加工プログラム経路に対するノズルの傾斜方向を維持でき、加工精度を向上できるレーザ加工機の制御装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様は、ノズルを備えるレーザ加工機の制御装置であって、加工プログラムの解析結果に基づいて加工プログラム経路に対するオフセットベクトルを作成し、該オフセットベクトルに基づいて前記ノズルの中心が通る工具中心経路を算出する工具中心経路算出部と、前記加工プログラムの解析結果に基づいて前記加工プログラム経路に対する前記ノズルの傾斜方向を算出する第１傾斜方向算出部と、前記第１傾斜方向算出部により算出された前記ノズルの傾斜方向と、前記加工プログラム経路に直交する平面内におけるワークの平面に垂直な方向から前記傾斜方向への前記ノズルの傾斜角度と、に基づいて、前記ノズルの姿勢を算出する工具姿勢算出部と、前記工具中心経路算出部により算出された工具中心経路及び前記工具姿勢算出部により算出された前記ノズルの姿勢に基づいて、駆動軸の移動量を算出する駆動軸移動量算出部と、前記駆動軸移動量算出部により算出された前記駆動軸の移動量に基づいて前記駆動軸を制御する駆動軸制御部と、を備える、レーザ加工機の制御装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、工具径補正量変更時においても加工プログラム経路に対するノズルの傾斜方向を維持でき、加工精度を向上できるレーザ加工機の制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施形態に係るレーザ加工機の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】開先加工を説明するための図であり、開先加工品の斜視図である。
【図３】開先加工を説明するための図であり、開先加工時におけるノズルの姿勢及び軌跡を示す斜視図である。
【図４】開先加工を説明するための図であり、開先加工時におけるノズルの軌跡を示す平面図である。
【図５】開先加工時におけるノズルの傾斜方向及び傾斜角度を示す図である。
【図６】開先加工において工具径補正を実行しないときのノズルの姿勢及び軌跡を示す図である。
【図７】開先加工において工具径補正を実行したときの従来の制御装置により制御されるノズルの姿勢及び軌跡を示す図である。
【図８】開先加工において工具径補正を実行したときの本実施形態に係る制御装置により制御されるノズルの姿勢及び軌跡を示す図である。
【図９】開先加工においてノズルの傾斜角度を変更したときのレーザ照射領域を示す図である。
【図１０】開先加工において工具径補正を実行したときの従来のレーザ照射領域を示す図である。
【図１１】開先加工において工具径補正を実行したときの本実施形態のレーザ照射領域を示す図である。
【図１２】円弧状の加工プログラム経路で工具径補正を実行していないときのノズルの軌跡を示す図である。
【図１３】円弧状の加工プログラム経路で工具径補正を実行し、ノズルの傾斜方向を円弧状の加工プログラム経路に対する傾斜方向としたときのノズルの軌跡を示す図である。
【図１４】円弧状の加工プログラム経路で工具中心経路との半径差が大きい場合に工具径補正を実行し、ノズルの傾斜方向を円弧状の加工プログラム経路に対する傾斜方向としたときのノズルの軌跡を示す図である。
【図１５】円弧状の加工プログラム経路で、ノズルの傾斜方向を工具中心経路に対する傾斜方向とした場合と、ノズルの傾斜方向を加工プログラム経路に対する傾斜方向とした場合の加工形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本開示の一実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１の構成を示す機能ブロック図である。本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１は、加工対象のワークに対して、レーザ加工機による開先加工を実行することにより、開先を有する部材に加工するものである。
【００１４】
ここで、レーザ加工機による開先加工について、図２〜図６を参照して詳しく説明する。図２は、開先加工を説明するための図であり、開先加工完成品Ｐの斜視図である。図２に示す例では、四角錐台形状の開先加工完成品Ｐは、上面側ほど四方の側面が外側に傾斜する形状を有している。このような傾斜面で構成される開先は、レーザ溶接時の溝部を形成する。
【００１５】
図３は、開先加工を説明するための図であり、開先加工時におけるノズル２の姿勢及び軌跡を示す斜視図である。また、図４は、開先加工を説明するための図であり、開先加工時におけるノズル２の軌跡を示す平面図である。これら図３及び図４に示す例は、図２に示す開先加工完成品にワークＷを加工する場合のノズル２の軌跡を示している。
【００１６】
図３及び図４に示すように、ワークＷの表面側において矩形状にノズル２を移動させる。このとき、ノズル２の進行方向に対してノズル２を傾斜させる。ノズル２の傾斜方向は、図３及び図４に示す例では、進行方向に対して９０度傾斜する方向（図３のＸ方向又はＹ方向）でかつ外側に傾斜する方向である。また、図３及び図４に示す例では、ノズル２の進行方向に直交する平面内における、ワークＷの表面（平面）に垂直な方向（図３のＺ方向）から上記傾斜方向へのノズル２の傾斜角度は、４５度に設定されている。
【００１７】
ノズル２の傾斜方向及び傾斜角度について、図５を参照してさらに詳しく説明する。図５は、開先加工時におけるノズル２の傾斜方向及び傾斜角度を示す図である。図５に示す例では、ノズル２の傾斜方向は、ノズル２の進行方向であるＸ方向に対して、９０度回転する方向、すなわちＹ方向である。また、ノズル２の進行方向であるＸ方向に直交する平面、すなわちＹＺ平面内における、ワークＷの表面（ＸＹ平面）に垂直な方向であるＺ方向から、上記傾斜方向であるＹ方向へのノズル２の傾斜角度は、６０度に設定されている。このように、開先加工では、ノズル２の傾斜方向及び傾斜角度が制御される。
【００１８】
ここで、ノズル２の傾斜角度は、加工プログラム指令により加工形状等に応じて変更されることがある。ノズル２の傾斜角度が変更されると、加工対象のワークＷに対するレーザの照射領域が変化する。そのため、レーザ加工機の制御装置１が通常備える工具径補正機能により、レーザの照射距離の調整が行われる。すなわち、工具径補正が行われると、図３及び図４に示すように、ノズル２の中心が通る工具中心経路が、加工プログラム経路からオフセットされ、両者は異なった経路となる。このオフセット量が工具径補正量である。
【００１９】
図６は、開先加工において工具径補正を実行しないときのノズル２の姿勢及び軌跡を示す図である。図６は、ＸＹ平面上から見たノズル２の姿勢と軌跡を示している。図６に示す例では、工具径補正を実行していない状態であり、加工プログラム経路と工具中心経路は一致している。そして、これら経路の屈曲したコーナー部においても、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向が常に一定となるように制御されるため、ノズル２は自動で回転し、ノズル２の傾斜方向が維持される。
【００２０】
図７は、開先加工において工具径補正を実行したときの従来の制御装置により制御されるノズル２の姿勢及び軌跡を示す図である。図７に示すように、従来の制御装置により制御されるノズル２の傾斜方向は、工具中心経路に対する傾斜方向として常に一定となるように自動で制御されているところ、加工形状等によりノズル２の傾斜角度が変更されたことに応じて工具径補正量が変更（工具径補正機能ＯＮ）されると、工具中心経路の進行方向が変化し、それに伴ってノズル２の傾斜方向が変化する。そのため、加工プログラム経路に対するノズルの傾斜方向が変化し、加工精度が低下するという課題が生じる。
【００２１】
そこで、本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１は、上述の課題を解決するものである。以下、本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１の構成について詳しく説明する。
【００２２】
図１に戻って、本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１は、加工プログラム解析部１１と、工具中心経路算出部１２と、傾斜方向算出部１３と、工具姿勢算出部１４と、駆動軸移動量算出部１５と、駆動軸制御部１６と、を備える。
【００２３】
本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等を有するコンピュータに、本実施形態に係るレーザ加工を実行させるプログラムを読み込ませることによって実現される。本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１は、数値制御装置及びサーボ制御装置を含んで構成される。
【００２４】
加工プログラム解析部１１は、入力される加工プログラムを解析する。具体的に、加工プログラム解析部１１は、加工プログラムを解析することにより、加工プログラム経路、ノズルの傾斜方向に関する情報、ノズルの傾斜角度、等の加工情報を取得する。
【００２５】
工具中心経路算出部１２は、上記加工プログラム解析部１１による加工プログラムの解析結果に基づいて、加工プログラム経路に対するオフセットベクトルを作成し、該オフセットベクトルに基づいて、ノズルの中心が通る工具中心経路を算出する。この工具中心経路算出部１２により、加工プログラム経路からオフセット（加工プログラム経路から工具径の分オフセット）した工具中心経路が算出されることで、工具径の補正が可能となっている。
【００２６】
傾斜方向算出部１３は、第１傾斜方向算出部１３１と、第２傾斜方向算出部１３２と、傾斜方向算出切替部１３３と、を有する。
【００２７】
第１傾斜方向算出部１３１は、上記加工プログラム解析部１１による加工プログラムの解析結果に基づいて、加工プログラム経路に対するノズルの傾斜方向を算出する。具体的に、加工プログラム解析部１１で取得されたノズル２の傾斜方向に関する情報（ノズル２の進行方向に対する回転角度）に基づいて、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向を算出する。
【００２８】
第２傾斜方向算出部１３２は、上記加工プログラム解析部１１による加工プログラムの解析結果に基づいて、工具中心経路に対するノズルの傾斜方向を算出する。具体的に、加工プログラム解析部１１で取得されたノズル２の傾斜方向に関する情報（ノズル２の進行方向に対する回転角度）に基づいて、工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向を算出する。
【００２９】
傾斜方向算出切替部１３３は、第１傾斜方向算出部１３１による加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向の算出と、第２傾斜方向算出部１３２による工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向の算出と、を、加工プログラム経路の形状に応じて切り替える。具体的に、傾斜方向算出切替部１３３は、加工プログラム経路の形状が円弧形状である場合には、第２傾斜方向算出部１３２による工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向の算出に切り替える。この傾斜方向算出切替部１３３による傾斜方向算出の切り替えについては、後段で詳述する。
【００３０】
なお、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向は、加工プログラム経路に対して直交する方向であることが好ましい。同様に、工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向は、工具中心経路に対して直交する方向であることが好ましい。これにより、いわゆる法線方向制御が可能となる。
【００３１】
工具姿勢算出部１４は、第１傾斜方向算出部１３１又は第２傾斜方向算出部１３２により算出されたノズル２の傾斜方向と、加工プログラム経路に直交する平面内におけるワークＷの平面に垂直な方向から傾斜方向へのノズル２の傾斜角度と、に基づいて、ノズル２の姿勢を算出する。
【００３２】
駆動軸移動量算出部１５は、工具中心経路算出部１２により算出された工具中心経路及び工具姿勢算出部１４により算出されたノズル２の姿勢に基づいて、駆動軸の移動量を算出する。
【００３３】
駆動軸制御部１６は、駆動軸移動量算出部１５により算出された駆動軸の移動量に基づいて、駆動軸を制御する。
【００３４】
次に、本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１により制御されるレーザ加工機のノズル２の動作について、詳しく説明する。
【００３５】
図８は、開先加工において工具径補正を実行したときの本実施形態に係る制御装置１により制御されるノズル２の姿勢及び軌跡を示す図である。図８に示すように、本実施形態に係る制御装置１では、加工形状等によりノズル２の傾斜角度が変更されたことに応じて工具径補正量が変更（工具径補正機能ＯＮ）された場合には、ノズル２の傾斜方向を加工プログラム経路に対する傾斜方向として制御する。そのため、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向は常に一定に維持されるため、加工精度を向上できるようになっている。
【００３６】
図９は、開先加工においてノズル２の傾斜角度を変更したときのレーザ照射領域ＬＡを示す図である。図９では、工具径補正がＯＦＦのときを示しており、加工プログラム経路と工具中心経路は本来一致しているが、便宜上、図９では両者をずらして記載している。図９に示すように、ノズル２の傾斜角度を変更、具体的にはノズル２の姿勢の傾きを大きくすると、レーザの照射領域ＬＡが広がることが分かる。
【００３７】
これに対して、図１０は、開先加工において工具径補正を実行したときの従来のレーザ照射領域ＬＡを示す図である。従来では、ノズル２の傾斜角度を変更して工具径補正がＯＮになると、ノズル２の傾斜方向は、加工プログラム経路からオフセットされた工具中心経路に対する傾斜方向に制御されるため、工具中心経路に伴って傾斜方向が変化し、ワークＷに対するレーザの当たり方も変化することが分かる。これにより、レーザ照射領域ＬＡも大きく変化し、加工精度が低下する原因となる。
【００３８】
これに対して、図１１は、開先加工において工具径補正を実行したときの本実施形態のレーザ照射領域ＬＡを示す図である。図１１に示すように、ノズル２の傾斜角度を変更して工具径補正がＯＮになると、ノズル２の傾斜方向は、加工プログラム経路に対する傾斜方向に制御されるため、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向が維持される。そのため、加工精度の低下が回避される。
【００３９】
次に、傾斜方向算出切替部１３３による傾斜方向算出の切り替えについて、図１２〜図１５を参照して詳しく説明する。
【００４０】
図１２は、円弧状の加工プログラム経路で工具径補正を実行していないときのレーザ加工を示す図である。図１２に示すように、円弧状の加工プログラム経路上で開先加工を行う場合、ノズル２の傾斜方向は、円弧の接線に対して常に垂直（法線方向）となるように傾斜方向を制御しながら開先加工が行われる。なお、この図１２では、工具径補正を実行していないときを示しているため、加工プログラム経路と工具中心経路は一致している。
【００４１】
図１３は、円弧状の加工プログラム経路で工具径補正を実行し、ノズルの傾斜方向を円弧状の加工プログラム経路に対する傾斜方向としたときのレーザ加工を示す図である。図１３に示すように、ノズル２の傾斜方向を加工プログラム経路に対する傾斜方向としてノズル２を工具中心経路上に移動させると、特に経路の始点付近と終点付近において、工具中心経路の接線に対する法線の傾きと、プログラム経路の接線に対する法線の傾きとの間に傾きの差が生じる。このとき、経路が真円でも加工面の形状は真円とはならない。
【００４２】
また、図１４は、円弧状の加工プログラム経路で工具径補正を実行し、工具中心経路との半径差が大きい場合に、ノズル２の傾斜方向を円弧状の加工プログラム経路に対する傾斜方向としたときのレーザ加工を示す図である。図１５は、円弧状の加工プログラム経路で、ノズル２の傾斜方向を工具中心経路に対する傾斜方向とした場合と、ノズル２の傾斜方向を加工プログラム経路に対する傾斜方向とした場合の加工形状を示す図である。これら図１４及び図１５に示すように、加工プログラム経路と工具中心経路との半径差が大きい場合には、ノズル２の傾斜方向を加工プログラム経路に対する傾斜方向にすると、加工形状が円弧状にならず、半径差が大きくなるに従い、加工形状は曲線状ではなくなることが分かる。
【００４３】
そこで本実施形態では、傾斜方向算出切替部１３３により、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向の算出と、工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向の算出と、を加工プログラム経路の形状に応じて切り替える。特に、上述のように加工プログラム経路の形状が円弧形状である場合には、工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向の算出に切り替える。これにより、所望の加工形状を維持しながら加工精度を向上することが可能となっている。
【００４４】
本実施形態に係るレーザ加工機の制御装置１によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態によれば、オフセットベクトルに基づいて工具中心経路を算出する工具中心経路算出部１２と、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向を算出する第１傾斜方向算出部１３１と、を設けた。また、算出されたノズル２の傾斜方向と、加工プログラム経路に直交する平面内におけるワークＷの平面に垂直な方向から傾斜方向へのノズル２の傾斜角度と、に基づいて、ノズル２の姿勢を算出する工具姿勢算出部１４と、工具中心経路及びノズル２の姿勢に基づいて駆動軸の移動量を算出する駆動軸移動量算出部１５及び該駆動軸の移動量に基づいて駆動軸を制御する駆動軸制御部１６を設けた。
これにより、加工形状等に応じてノズルの傾斜角度を変更し、工具径補正量が変更された場合においても、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向を維持できるため、加工精度を向上させることができる。
【００４５】
また本実施形態によれば、加工プログラムの解析結果に基づいて工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向を算出する第２傾斜方向算出部１３２を設けた。また、第１傾斜方向算出部１３１による加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向の算出と、第２傾斜方向算出部１３２による工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向の算出と、を加工プログラム経路の形状に応じて切り替える傾斜方向算出切替部１３３を設けた。
これにより、ノズル２の傾斜方向を、工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向を算出するか、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向を算出するか、を加工プログラム経路の形状に応じて切り替えることができるため、加工形状を維持しつつ加工精度を向上させることができる。
【００４６】
また本実施形態によれば、傾斜方向算出切替部１３３を、加工プログラム経路の形状が円弧形状である場合には第２傾斜方向算出部１３２による工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向の算出に切り替える構成とした。これにより、より確実に、加工形状を維持しつつ加工精度を向上させることができる。
【００４７】
また本実施形態によれば、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向は、加工プログラム経路に対して直交する方向であり、同様に、工具中心経路に対するノズル２の傾斜方向は、工具中心経路に対して直交する方向とした。これにより、いわゆる法線方向制御が可能となり、加工精度を向上させることができる。
【００４８】
なお、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の目的を達成できる範囲での変形、改良は本開示に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１  レーザ加工機の制御装置
２  ノズル
１１  加工プログラム解析部
１２  工具中心経路算出部
１３  傾斜方向算出部
１３１  第１傾斜方向算出部
１３２  第２傾斜方向算出部
１３３  傾斜方向算出切替部
１４  工具姿勢算出部
１５  駆動軸移動量算出部
１６  駆動軸制御部
ＬＡ  レーザ照射領域
Ｐ  開先加工完成品
Ｗ  ワーク
【要約】
工具径補正量変更時においても加工プログラム経路に対するノズルの傾斜方向を維持でき、加工精度を向上できるレーザ加工機の制御装置を提供すること。加工プログラム経路に対するオフセットベクトルに基づいて工具中心経路を算出する工具中心経路算出部１２と、加工プログラム経路に対するノズル２の傾斜方向を算出する第１傾斜方向算出部１３１と、第１傾斜方向算出部１３１により算出されたノズル２の傾斜方向と、加工プログラム経路に直交する平面内におけるワークＷの平面に垂直な方向から傾斜方向へのノズル２の傾斜角度と、に基づいて、ノズル２の姿勢を算出する工具姿勢算出部１４と、工具中心経路及びノズル２の姿勢に基づいて駆動軸の移動量を算出する駆動軸移動量算出部１５と、駆動軸の移動量に基づいて駆動軸を制御する駆動軸制御部１６と、を備える、レーザ加工機の制御装置１である。【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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