激光加工机的控制装置的制作方法

1.本公开涉及激光加工机的控制装置。


背景技术：

2.以往，在激光加工机进行的坡口加工中，控制喷嘴相对于喷嘴的行进方向的倾斜方向。该喷嘴的倾斜方向例如设定为相对于喷嘴的行进方向倾斜了90度的方向，该情况下进行所谓的法线方向控制。
3.另外，在激光加工机进行的坡口加工中，控制与喷嘴的行进方向正交的平面内的、从与加工对象的工件的平面垂直的方向向上述的倾斜方向的喷嘴的倾斜角度。该喷嘴的倾斜角度例如根据加工形状等进行控制。
4.例如，作为为了切出具有坡口的部件而利用nc激光切割机进行坡口加工的技术，提出了专利文献1。在该专利文献1中记载了在曲线部分的坡口加工时，使激光头(喷嘴)的倾斜角度变化。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2007-275974号公报


技术实现要素：

8.发明要解决的课题
9.但是，喷嘴的倾斜角度有时根据程序指令而与加工形状等对应地变更。若变更喷嘴的倾斜角度，则激光对加工对象的工件的照射区域变化。因此，通过激光加工机的控制装置通常具有的工具径校正功能来调整激光的照射距离。即，若进行工具径校正，则喷嘴的中心通过的工具中心路径成为与加工程序路径不同的路径。
10.但是，喷嘴的倾斜方向作为相对于工具中心路径的倾斜方向被自动控制为始终恒定，在变更工具径校正量时，工具中心路径的行进方向变化，喷嘴的倾斜方向随之变化。因此，存在如下课题：喷嘴相对于加工程序路径的倾斜方向变化，加工精度降低。
11.因此，期望一种即使在变更工具径校正量时也能够维持喷嘴相对于加工程序路径的倾斜方向，能够提高加工精度的激光加工机的控制装置。
12.用于解决课题的手段
13.本公开的一方式是一种具有喷嘴的激光加工机的控制装置，具有：工具中心路径计算部，其根据加工程序的解析结果制作相对于加工程序路径的偏移矢量，根据该偏移矢量计算所述喷嘴的中心通过的工具中心路径；第一倾斜方向计算部，其根据所述加工程序的解析结果计算所述喷嘴相对于所述加工程序路径的倾斜方向；工具姿势计算部，其根据由所述第一倾斜方向计算部计算出的所述喷嘴的倾斜方向、与所述加工程序路径正交的平面内的从与工件的平面垂直的方向向所述倾斜方向的所述喷嘴的倾斜角度，计算所述喷嘴的姿势；驱动轴移动量计算部，其根据由所述工具中心路径计算部计算出的工具中心路径
和由所述工具姿势计算部计算出的所述喷嘴的姿势，计算驱动轴的移动量；以及驱动轴控制部，其根据由所述驱动轴移动量计算部计算出的所述驱动轴的移动量来控制所述驱动轴。
14.发明效果
15.根据本公开，能够提供一种激光加工机的控制装置，即使在变更工具径校正量时也能够维持喷嘴相对于加工程序路径的倾斜方向，能够提高加工精度。
附图说明
16.图1是表示本公开的一实施方式的激光加工机的控制装置的结构的功能框图。
17.图2是用于对坡口加工进行说明的图，是坡口加工品的立体图。
18.图3是用于对坡口加工进行说明的图，是表示坡口加工时的喷嘴的姿势及轨迹的立体图。
19.图4是用于对坡口加工进行说明的图，是表示坡口加工时的喷嘴的轨迹的俯视图。
20.图5是表示坡口加工时的喷嘴的倾斜方向及倾斜角度的图。
21.图6是表示在坡口加工中不执行工具径校正时的喷嘴的姿势及轨迹的图。
22.图7是表示在坡口加工中执行了工具径校正时的由以往的控制装置控制的喷嘴的姿势及轨迹的图。
23.图8是表示在坡口加工中执行了工具径校正时的由本实施方式的控制装置控制的喷嘴的姿势及轨迹的图。
24.图9是表示在坡口加工中变更了喷嘴的倾斜角度时的激光照射区域的图。
25.图10是表示在坡口加工中执行了工具径校正时的以往的激光照射区域的图。
26.图11是表示在坡口加工中执行了工具径校正时的本实施方式的激光照射区域的图。
27.图12是表示在圆弧状的加工程序路径中不执行工具径校正时的喷嘴的轨迹的图。
28.图13是表示在圆弧状的加工程序路径中执行工具径校正，将喷嘴的倾斜方向设为相对于圆弧状的加工程序路径的倾斜方向时的喷嘴的轨迹的图。
29.图14是表示在圆弧状的加工程序路径中与工具中心路径的半径差大的情况下执行工具径校正，将喷嘴的倾斜方向设为相对于圆弧状的加工程序路径的倾斜方向时的喷嘴的轨迹的图。
30.图15是表示在圆弧状的加工程序路径中，将喷嘴的倾斜方向设为相对于工具中心路径的倾斜方向的情况和将喷嘴的倾斜方向设为相对于加工程序路径的倾斜方向的情况下的加工形状的图。
具体实施方式
31.以下，参照附图对本公开的一实施方式进行详细说明。
32.图1是表示本公开的一实施方式的激光加工机的控制装置1的结构的功能框图。本实施方式的激光加工机的控制装置1对加工对象的工件执行基于激光加工机的坡口加工，由此，加工成具有坡口的部件。
33.在此，参照图2～图6对基于激光加工机的坡口加工进行详细说明。图2是用于对坡
口加工进行说明的图，是坡口加工完成品p的立体图。在图2所示的例子中，四棱锥台形状的坡口加工完成品p具有越靠上表面侧四方的侧面越向外侧倾斜的形状。由这样的倾斜面构成的坡口形成激光焊接时的槽部。
34.图3是用于对坡口加工进行说明的图，是表示坡口加工时的喷嘴2的姿势及轨迹的立体图。另外，图4是用于对坡口加工进行说明的图，是表示坡口加工时的喷嘴2的轨迹的俯视图。这些图3及图4所示的例子示出了将工件w加工成图2所示的坡口加工完成品的情况下的喷嘴2的轨迹。
35.如图3及图4所示，使喷嘴2在工件w的表面侧呈矩形状移动。此时，使喷嘴2相对于喷嘴2的行进方向倾斜。在图3及图4所示的例子中，喷嘴2的倾斜方向是相对于行进方向倾斜90度的方向(图3的x方向或y方向)且向外侧倾斜的方向。另外，在图3以及图4所示的例子中，将与喷嘴2的行进方向正交的平面内的、从与工件w的表面(平面)垂直的方向(图3的z方向)向上述倾斜方向的喷嘴2的倾斜角度设定为45度。
36.参照图5对喷嘴2的倾斜方向及倾斜角度进行更详细的说明。图5是表示坡口加工时的喷嘴2的倾斜方向及倾斜角度的图。在图5所示的例子中，喷嘴2的倾斜方向是相对于喷嘴2的行进方向即x方向旋转90度的方向，即y方向。另外，与喷嘴2的行进方向即x方向正交的平面，即yz平面内的、从与工件w的表面(xy平面)垂直的方向即z方向向上述倾斜方向即y方向的喷嘴2的倾斜角度设定为60度。这样，在坡口加工中，控制喷嘴2的倾斜方向及倾斜角度。
37.在此，喷嘴2的倾斜角度有时根据加工程序指令而与加工形状等对应地变更。若变更喷嘴2的倾斜角度，则激光对加工对象的工件w的照射区域变化。因此，通过激光加工机的控制装置1通常具有的工具径校正功能，进行激光的照射距离的调整。即，若进行工具径校正，则如图3以及图4所示，喷嘴2的中心通过的工具中心路径从加工程序路径偏移，两者成为不同的路径。该偏移量为工具径校正量。
38.图6是表示在坡口加工中不执行工具径校正时的喷嘴2的姿势及轨迹的图。图6示出了从xy平面上观察的喷嘴2的姿势和轨迹。在图6所示的例子中，是未执行工具径校正的状态，加工程序路径与工具中心路径一致。并且，即使在这些路径的弯曲的角部，也以喷嘴2相对于加工程序路径的倾斜方向始终恒定的方式进行控制，因此，喷嘴2自动地旋转，维持喷嘴2的倾斜方向。
39.图7是表示在坡口加工中执行了工具径校正时的由以往的控制装置控制的喷嘴2的姿势及轨迹的图。如图7所示，由以往的控制装置控制的喷嘴2的倾斜方向作为相对于工具中心路径的倾斜方向而被自动地控制为始终恒定，若与根据加工形状等来变更喷嘴2的倾斜角度对应地变更工具径校正量(工具径校正功能开启)，则工具中心路径的行进方向变化，喷嘴2的倾斜方向随之变化。因此，产生如下课题：喷嘴相对于加工程序路径的倾斜方向变化，加工精度降低。
40.因此，本实施方式的激光加工机的控制装置1解决上述的课题。以下，对本实施方式的激光加工机的控制装置1的结构进行详细说明。
41.返回图1，本实施方式的激光加工机的控制装置1具有：加工程序解析部11、工具中心路径计算部12、倾斜方向计算部13、工具姿势计算部14、驱动轴移动量计算部15以及驱动轴控制部16。
42.本实施方式的激光加工机的控制装置1例如通过使具有cpu、存储器等的计算机读入执行本实施方式的激光加工的程序来实现。本实施方式的激光加工机的控制装置1构成为包含数值控制装置以及伺服控制装置。
43.加工程序解析部11对输入的加工程序进行解析。具体而言，加工程序解析部11通过对加工程序进行解析，取得加工程序路径、喷嘴的倾斜方向相关的信息、喷嘴的倾斜角度等加工信息。
44.工具中心路径计算部12根据上述加工程序解析部11对加工程序的解析结果，制作针对加工程序路径的偏移矢量，根据该偏移矢量，计算喷嘴的中心通过的工具中心路径。通过该工具中心路径计算部12计算从加工程序路径偏移(从加工程序路径偏移工具径的量)后的工具中心路径，由此，能够进行工具径的校正。
45.倾斜方向计算部13具有：第一倾斜方向计算部131、第二倾斜方向计算部132以及倾斜方向计算切换部133。
46.第一倾斜方向计算部131根据上述加工程序解析部11对加工程序的解析结果，计算喷嘴相对于加工程序路径的倾斜方向。具体而言，根据由加工程序解析部11取得的与喷嘴2的倾斜方向相关的信息(相对于喷嘴2的行进方向的旋转角度)，计算喷嘴2相对于加工程序路径的倾斜方向。
47.第二倾斜方向计算部132根据上述加工程序解析部11对加工程序的解析结果，计算喷嘴相对于工具中心路径的倾斜方向。具体而言，根据由加工程序解析部11取得的与喷嘴2的倾斜方向相关的信息(相对于喷嘴2的行进方向的旋转角度)，计算喷嘴2相对于工具中心路径的倾斜方向。
48.倾斜方向计算切换部133与加工程序路径的形状对应地切换通过第一倾斜方向计算部131进行的喷嘴2相对于加工程序路径的倾斜方向的计算和通过第二倾斜方向计算部132进行的喷嘴2相对于工具中心路径的倾斜方向的计算。具体而言，在加工程序路径的形状为圆弧形状的情况下，倾斜方向计算切换部133切换为第二倾斜方向计算部132进行的喷嘴2相对于工具中心路径的倾斜方向的计算。关于通过该倾斜方向计算切换部133进行的倾斜方向计算的切换，在后面进行详细叙述。
49.此外，喷嘴2相对于加工程序路径的倾斜方向优选为与加工程序路径正交的方向。同样地，喷嘴2相对于工具中心路径的倾斜方向优选为与工具中心路径正交的方向。由此，能够进行所谓的法线方向控制。
50.工具姿势计算部14根据由第一倾斜方向计算部131或第二倾斜方向计算部132计算出的喷嘴2的倾斜方向、与加工程序路径正交的平面内的从与工件w的平面垂直的方向向倾斜方向的喷嘴2的倾斜角度，来计算喷嘴2的姿势。
51.驱动轴移动量计算部15根据由工具中心路径计算部12计算出的工具中心路径以及由工具姿势计算部14计算出的喷嘴2的姿势，计算驱动轴的移动量。
52.驱动轴控制部16根据由驱动轴移动量计算部15计算出的驱动轴的移动量来控制驱动轴。
53.接着，对由本实施方式的激光加工机的控制装置1控制的激光加工机的喷嘴2的动作进行详细说明。
54.图8是表示在坡口加工中执行了工具径校正时的由本实施方式的控制装置1控制
的喷嘴2的姿势及轨迹的图。如图8所示，在本实施方式的控制装置1中，在与根据加工形状等变更了喷嘴2的倾斜角度对应地变更了工具径校正量(工具径校正功能开启)的情况下，将喷嘴2的倾斜方向控制为相对于加工程序路径的倾斜方向。因此，喷嘴2相对于加工程序路径的倾斜方向始终维持为恒定，因此，能够提高加工精度。
55.图9是表示在坡口加工中变更了喷嘴2的倾斜角度时的激光照射区域la的图。在图9中表示工具径校正为关闭时，加工程序路径与工具中心路径本来一致，但为了方便，在图9中将两者错开进行记载。如图9所示，可知若变更喷嘴2的倾斜角度，具体而言若增大喷嘴2的姿势的倾斜度，则激光的照射区域la扩大。
56.与之相对地，图10是表示在坡口加工中执行了工具径校正时的以往的激光照射区域la的图。可知以往若变更喷嘴2的倾斜角度使得工具径校正开启，则喷嘴2的倾斜方向被控制为相对于从加工程序路径偏移的工具中心路径的倾斜方向，因此倾斜方向随着工具中心路径变化，激光对工件w的照射方式也变化。由此，激光照射区域la也大幅变化，成为加工精度降低的原因。
57.与之相对地，图11是表示在坡口加工中执行了工具径校正时的本实施方式的激光照射区域la的图。如图11所示，若变更喷嘴2的倾斜角度使得工具径校正开启，则喷嘴2的倾斜方向被控制为相对于加工程序路径的倾斜方向，因此，维持喷嘴2相对于加工程序路径的倾斜方向。因此，能够避免加工精度的降低。
58.接着，参照图12～图15对倾斜方向计算切换部133进行的倾斜方向计算的切换进行详细说明。
59.图12是表示在圆弧状的加工程序路径中未执行工具径校正时的激光加工的图。如图12所示，在圆弧状的加工程序路径上进行坡口加工的情况下，一边以喷嘴2的倾斜方向相对于圆弧的切线始终垂直(法线方向)的方式控制倾斜方向一边进行坡口加工。此外，在该图12中，示出了未执行工具径校正时，因此，加工程序路径与工具中心路径一致。
60.图13是表示在圆弧状的加工程序路径中执行工具径校正，将喷嘴的倾斜方向设为相对于圆弧状的加工程序路径的倾斜方向时的激光加工的图。如图13所示，若将喷嘴2的倾斜方向作为相对于加工程序路径的倾斜方向而使喷嘴2在工具中心路径上移动，则特别是在路径的起点附近和终点附近，在法线相对于工具中心路径的切线的倾斜度与法线相对于程序路径的切线的倾斜度之间产生倾斜度的差。此时，即使路径为正圆，加工面的形状也不会成为正圆。
61.另外，图14是表示在圆弧状的加工程序路径中执行工具径校正，在与工具中心路径的半径差大的情况下，将喷嘴2的倾斜方向设为相对于圆弧状的加工程序路径的倾斜方向时的激光加工的图。图15是表示在圆弧状的加工程序路径中，将喷嘴2的倾斜方向设为相对于工具中心路径的倾斜方向的情况和将喷嘴2的倾斜方向设为相对于加工程序路径的倾斜方向的情况下的加工形状的图。如这些图14以及图15所示，可知在加工程序路径与工具中心路径的半径差大的情况下，若将喷嘴2的倾斜方向设为相对于加工程序路径的倾斜方向，则加工形状不为圆弧状，随着半径差变大，加工形状不为曲线状。
62.因此，在本实施方式中，通过倾斜方向计算切换部133，与加工程序路径的形状对应地切换喷嘴2相对于加工程序路径的倾斜方向的计算和喷嘴2相对于工具中心路径的倾斜方向的计算。特别是，在如上述那样加工程序路径的形状为圆弧形状的情况下，切换为喷
嘴2相对于工具中心路径的倾斜方向的计算。由此，能够维持所希望的加工形状且提高加工精度。
63.根据本实施方式的激光加工机的控制装置1，获得以下的效果。
64.根据本实施方式，设置有：工具中心路径计算部12，其根据偏移矢量来计算工具中心路径；以及第一倾斜方向计算部131，其计算喷嘴2相对于加工程序路径的倾斜方向。另外，设置有：工具姿势计算部14，其根据计算出的喷嘴2的倾斜方向、和与加工程序路径正交的平面内的从与工件w的平面垂直的方向向倾斜方向的喷嘴2的倾斜角度，计算喷嘴2的姿势；驱动轴移动量计算部15，其根据工具中心路径和喷嘴2的姿势计算驱动轴的移动量；以及驱动轴控制部16，其根据该驱动轴的移动量控制驱动轴。
65.由此，与加工形状等对应地变更喷嘴的倾斜角度，即使在变更了工具径校正量的情况下，也能够维持喷嘴2相对于加工程序路径的倾斜方向，因此，能够提高加工精度。
66.另外，根据本实施方式，设置有：第二倾斜方向计算部132，其根据加工程序的解析结果来计算喷嘴2相对于工具中心路径的倾斜方向。另外，设置有：倾斜方向计算切换部133，其与加工程序路径的形状对应地切换通过第一倾斜方向计算部131进行的喷嘴2相对于加工程序路径的倾斜方向的计算和通过第二倾斜方向计算部132进行的喷嘴2相对于工具中心路径的倾斜方向的计算。
67.由此，能够与加工程序路径的形状对应地切换是计算喷嘴2相对于工具中心路径的倾斜方向还是计算喷嘴2相对于加工程序路径的倾斜方向，因此，能够维持加工形状并且提高加工精度。
68.另外，根据本实施方式，在加工程序路径的形状为圆弧形状的情况下，将倾斜方向计算切换部133切换为通过第二倾斜方向计算部132进行的喷嘴2相对于工具中心路径的倾斜方向的计算。由此，能够更可靠地维持加工形状并且提高加工精度。
69.另外，根据本实施方式，喷嘴2相对于加工程序路径的倾斜方向是与加工程序路径正交的方向，同样地，喷嘴2相对于工具中心路径的倾斜方向是与工具中心路径正交的方向。由此，能够进行所谓的法线方向控制，能够提高加工精度。
70.此外，本公开并不限定于上述实施方式，能够在达成本公开的目的的范围内的变形、改良也包含于本公开。
71.符号说明
72.1 激光加工机的控制装置
73.2 喷嘴
74.11 加工程序解析部
75.12 工具中心路径计算部
76.13 倾斜方向计算部
77.131 第一倾斜方向计算部
78.132 第二倾斜方向计算部
79.133 倾斜方向计算切换部
80.14 工具姿势计算部
81.15 驱动轴移动量计算部
82.16 驱动轴控制部
83.la 激光照射区域
84.p 坡口加工完成品
85.w 工件。