特許 6017528 ノズルアプローチ時の干渉回避機能を備えたレーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6017528

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】ノズルアプローチ時の干渉回避機能を備えたレーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20161020BHJP

   B23K 26/02 20140101ALI20161020BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/00 Q

   B23K26/00 M

   B23K26/02 A

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-263248(P2014-263248)

(22)【出願日】2014年12月25日

(65)【公開番号】特開2016-120516(P2016-120516A)

(43)【公開日】2016年7月7日

【審査請求日】2015年11月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100157211

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 一夫

(74)【代理人】

【識別番号】100159684

【弁理士】

【氏名又は名称】田原 正宏

(72)【発明者】

【氏名】時任 宏彰

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−３２８８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平３−７１９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１−２１８７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２７９０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平３−１１００９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加工物に対して接離可能に構成されかつレーザ光を照射する加工ノズルと、
前記加工ノズルと被加工物との間の距離を検出するギャップセンサと、
前記ギャップセンサの検出値に基づいて前記加工ノズルと前記被加工物との間の距離を制御するギャップ制御を行いつつ、前記加工ノズルの動作を制御して前記被加工物に対するレーザ加工を行う制御装置と、を具備するレーザ加工装置であって、
前記制御装置は、前記加工ノズルが予め定めた加工開始位置よりも高い位置にあるときに、前記加工ノズルと前記被加工物との間の距離がギャップ制御を開始できる設定値となったことを前記ギャップセンサが検出したら、前記被加工物に対する前記加工ノズルのアプローチを停止する、レーザ加工装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記アプローチを停止した後に、前記加工ノズルを前記被加工物から離れる方向に移動させる退避動作を行う、請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

前記制御装置は、レーザ加工を行うための加工プログラムにおいて、前記アプローチを停止させたときの指令ブロックの次の指令ブロックをサーチして、該次の指令ブロックからレーザ加工を続行する、請求項２に記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

前記制御装置は、レーザ加工を行うための加工プログラムにおいて、前記アプローチを停止させたときの指令ブロックに関する情報を記憶し、該情報をオペレータに通知する機能を備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被加工物と加工ノズルとの間の距離が変更可能に構成されたレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般にレーザ加工においては、レーザ光を照射する加工ノズルと被加工物（ワーク）との間の距離（ギャップ）を所定値に維持するギャップ制御を実行しながら加工を行っている。このギャップ制御の例として、例えば特許文献１には、ワークとの距離を検出するギャップセンサをノズルに設け、ギャップセンサからの信号に基づいてならい制御を行う旨が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−３４３２５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ギャップ制御では、加工ノズルをワークに接近させるアプローチ動作中は、ギャップを測定するギャップセンサの検出範囲内にワーク表面が入るまでは、ギャップセンサは最大値を出力し続けている。一方、ギャップを制御する制御軸（加工ノズルを駆動する軸等）の速度は通常、ギャップセンサの検出値と動作速度を決定するゲイン設定値とによって算出されるが、アプローチ動作には高速性が求められるために、アプローチ動作中はゲインは大きな値に設定される。或いは、加工ノズルがワーク表面付近のある一定の高さに下降するまでは、ギャップセンサの検出値によらずに設定されたアプローチ動作速度（センサ検出値とゲイン設定値から算出される速度よりも速い速度）によって、高速に下降させる場合もある。

【0005】

しかし、上述のようにアプローチ速度が高速の状態で、加工ノズルと被加工物との間の障害物の存在や、ワーク異常（ワークの過度の傾きや反り）が検出されても、加工ノズルの駆動軸の減速が間に合わずに加工ノズルが障害物等と衝突・干渉し、加工ノズルが破損する虞がある。

【0006】

特許文献１に記載の技術は、アプローチ動作中にセンサでワーク表面の接近を検出し、加工ノズルがワークへ接近したことを検出し、ワークへの接近前後でギャップ制御動作のゲイン切り替えるものと解される（つまり、アプローチ完了前はゲインを大きく保持し、ワーク接近に伴いゲインを小さくする）。しかし、これらの操作は加工ノズルのアプローチ動作時間の短縮を行うことを目的としており、ノズルがワークに接近していくことを検出するとはしているが、ノズルとワークの干渉回避は考慮されていない。また、加工ノズル軸の位置検出器の出力に基づく実際の機械位置についても考慮されていない。

【0007】

そこで本発明は、加工ノズルのアプローチ時の干渉回避機能を備えたレーザ加工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】

【0008】

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、被加工物に対して接離可能に構成されかつレーザ光を照射する加工ノズルと、前記加工ノズルと被加工物との間の距離を検出するギャップセンサと、前記ギャップセンサの検出値に基づいて前記加工ノズルと前記被加工物との間の距離を制御するギャップ制御を行いつつ、前記加工ノズルの動作を制御して被加工物に対するレーザ加工を行う制御装置と、を具備するレーザ加工装置であって、前記制御装置は、前記加工ノズルが予め定めた加工開始位置よりも高い位置にあるときに、前記加工ノズルと前記被加工物との間の距離がギャップ制御を開始できる設定値となったことを前記ギャップセンサが検出したら、前記被加工物に対する前記加工ノズルのアプローチを停止する、レーザ加工装置を提供する。

【0009】

第２の発明は、第１の発明において、前記制御装置は、前記アプローチを停止した後に、前記加工ノズルを前記被加工物から離れる方向に移動させる退避動作を行う、レーザ加工装置を提供する。

【0010】

第３の発明は、第２の発明において、前記制御装置は、レーザ加工を行うための加工プログラムにおいて、前記アプローチを停止させたときの指令ブロックの次の指令ブロックをサーチして、該次の指令ブロックからレーザ加工を続行する、レーザ加工装置を提供する。

【0011】

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記制御装置は、レーザ加工を行うための加工プログラムにおいて、前記アプローチを停止させたときの指令ブロックに関する情報を記憶し、該情報をオペレータに通知する機能を備えた、レーザ加工装置を提供する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、加工ノズルと被加工物（ワーク）との間の距離がギャップ制御を開始できる設定値となったときに、加工ノズルの位置が予め定めた加工開始位置より高い位置にあるときは、ワークの異常や障害物の存在が推測されるので、加工ノズルのアプローチを制御装置によって停止させることができる。従って、加工ノズルがワーク又は障害物に干渉・衝突することを自動的に回避することができ、レーザ加工の効率化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の好適な実施形態に係るレーザ加工装置の主要部の概略構成を示す図である。

【図2】図１のレーザ加工装置を用いた処理の一例を示すフローチャートである。

【図3】加工ノズルを他の加工点にスキップさせた例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１は、本発明の好適な実施形態に係るレーザ加工装置の主要部の概略構成を示す図である。レーザ加工装置１０は、レーザ光を照射する加工ノズル１２と、加工ノズル１２の動作を制御する制御装置１４とを有し、加工ノズル１２は少なくとも１つのサーボモータ１６によって、テーブル１８上に配置された被加工物（ワーク）２０に対して、加工ノズル軸方向（図示例ではワーク表面に略垂直なＺ方向）、並びにＺ方向に直交しかつ互いに直交するＸ方向及びＹ方向に可動に構成されている。

【0015】

制御装置１４は、レーザ加工装置１０でワーク２０を加工するための加工プログラムをメモリ等（図示省略）から読み出す加工プログラム読み出し部２２と、該加工プログラムに含まれている、ワーク２０の加工経路に関する加工経路指令を解析する加工経路指令解析部２４と、加工経路上の複数の点の間の補間処理を行う補間処理部２６と、加工経路指令解析部２４の解析結果及び補間処理部２６の処理結果に基づいて加工ノズル１２の移動指令を作成して出力する移動指令出力部２８とを有する。

【0016】

移動指令出力部２８から出力された移動指令は、サーボ制御回路３０に送られ、サーボ制御回路３０は、該移動指令に基づいてサーボモータ１６に接続されたサーボアンプ３２を制御する。これにより、加工ノズル１２はワーク２０に設定された所定の加工経路に沿って移動することが可能となる。また加工ノズル１２の機械位置（例えばレーザ加工装置１２の固定位置に設定した座標系における加工ノズル１２の位置）は、サーボモータ１６に設けられたエンコーダ等の位置検出器３４によって検出することができる。具体的には、位置検出器３４は、レーザ加工装置１０の適所（例えばテーブル１８の角部３６）を基準位置（原点）とした加工ノズル１２の機械位置を検出することができる。

【0017】

加工ノズル１２は、ワーク２０の表面と加工ノズル１２（の先端）との距離（ギャップ）ｇを検出するギャップセンサ３８を備え、ギャップセンサ３８の検出値（検出信号）は、センサ回路４０を介して、制御装置１４のＡ／Ｄ変換部４２にてＡ／Ｄ変換される。また制御装置１４は、Ａ／Ｄ変換部４２にてＡ／Ｄ変換されたセンサ出力に基づいてギャップｇを制御するためのギャップ制御指令をサーボ制御回路３０に送るギャップ制御回路４４と、サーボ制御回路３０に送られる指令を、３路スイッチ４６等を用いて移動指令出力部２８からの移動指令又はギャップ制御指令のいずれかに切り替える制御切替部４８とを有する。

【0018】

レーザ加工装置１０では、ギャップセンサ３８により検出された加工ノズル１２とワーク２０との間の距離を、ギャップ制御回路４４が所定のレーザ加工用のギャップ距離に維持するギャップ制御を行いつつ、加工ノズル１２からレーザ光を照射してワーク２０の加工を行う。以下、図２のフローチャートを参照しつつ、本実施形態に係るレーザ加工装置における操作の一例を説明する。

【0019】

先ずステップＳ１において、上述の位置検出器３４を用いて、加工ノズル１２（加工ノズル軸）の機械位置の監視を開始する。次に、ステップＳ２において、ワーク２０に対する加工ノズル１２のアプローチ動作を開始する。このアプローチ動作は、加工ノズル１２の先端とワーク２０の表面とのギャップｇが、ギャップ制御を開始できる所定の設定値（例えば５ｍｍ〜２０ｍｍ）となるまで続行される（ステップＳ３）。

【0020】

ギャップｇがギャップ制御を開始できる設定値になったら、ステップＳ４において、ステップＳ１で監視している加工ノズル１２の機械位置が、予め定めた加工開始位置（加工開始高さ）よりも上方にあるか否かを判断する。ここで加工開始位置とは、例えば図１に示す位置５０にように、ワーク２０に傾き、反りや変形等がない正常な場合に、加工ノズル１２（の先端）がワーク２０等に干渉（衝突）せずにギャップｇが設定値となり得る位置を意味する。換言すれば、加工開始高さは、所望のレーザ加工が実施できない程度の異常がワーク２０にない場合に、ギャップｇが設定値となるときの加工ノズル１２の機械位置に相当する位置、又はこれに所定のマージンを付与した位置として設定される。

【0021】

ギャップｇが所定の設定値になったときに加工ノズル１２の機械位置が所定の加工開始位置又は加工開始位置より下方にあれば、ワーク２０は正常な状態にあると判断できるので、ステップＳ５に進んで加工ノズル１２のアプローチ動作を継続し、アプローチが完了したら、加工ノズル１２の先端からレーザを照射し、ワーク２０のレーザ加工を開始する（ステップＳ６）。

【0022】

一方、ステップＳ４において加工ノズル１２の機械位置が所定の加工開始位置より上方（反ワーク側）である場合は、例えば、図１に示す反り部５２のような形状異常がワーク２０に存在しているか、ワーク２０が正常な姿勢から過度に傾斜しているか、他の障害物が加工ノズル１２とワーク２０との間に存在していることを意味するので、制御装置１４はレーザ加工を実行できない異常があると判断し、ステップＳ７に進んで加工ノズル１２の送り（アプローチ動作）を自動的に停止する。この時点でオペレータは、障害物を除去したり、ワーク２０を別のワークに交換したりする等の、適切な措置を採ることができる。

【0023】

このように、加工ノズル１２をワーク２０にアプローチさせた後で加工ノズル１２からレーザ光を射出してレーザ加工を開始するときのノズル位置（高さ）を制御装置１４に予め設定しておき、加工ノズル１２を移動させるモータ１６に設けた位置検出器３４からの位置情報と、制御装置１４に予め設定したレーザ加工を開始するときのノズル位置（加工開始位置）を常に比較し、設定した機械位置より上（反ワーク側）でギャップセンサ３８が反応した場合には、障害物の存在、ワーク２０の過度な反り、形、傾き等、レーザ加工を実行できない異常状態が検出されたと判断できるので、加工ノズル１２の軸（ここではＺ方向の送り軸）を停止させることにより、加工ノズル１２とワーク２０等との干渉・衝突や、これに起因する加工ノズル１２の破損等を回避することができる。

【0024】

ここで任意ではあるが、ステップＳ７の後に、加工プログラムを一時休止（中断）し、加工ノズル１２を所定の退避位置まで上昇（反ワーク側、すなわちワークから離れる方向に移動）させる退避動作を（好ましくは自動的に）制御装置１４が行うステップＳ８を追加してもよい。このように、障害物やワーク２０の異常を検出したら加工プログラムを中断し、加工ノズル１２の軸の送りを停止させ、その後、加工ノズル１２を任意の距離だけ上昇させるか、或いは所定の退避位置（レファレンス点）に退避させることにより、オペレータが障害物等を除去するための安全な作業空間を自動的に確保することができる。また、以下に説明する、障害物等を検出したときの加工プログラムの指令ブロックを回避して、次の加工開始点をサーチして加工を継続する動作を行う場合の動作時間を短縮することもできる。

【0025】

また任意ではあるが、ステップＳ７又はＳ８の後に、ワーク２０の異常等を検出したとき（加工ノズル１２のアプローチを停止させたとき）の加工プログラムにおける指令ブロックに関する情報を適当なメモリ等に記憶し、さらに該指令ブロックに関する情報を適当な画面に表示したり音声として出力したりする等、オペレータに異常発生時の指令ブロックに関する情報を通知する処理を（好ましくは自動的に）制御装置１４が行うステップＳ９を追加してもよい。このように、障害物等を検出したときに加工ノズル１２の干渉回避のために加工プログラムの実行を中断したり、障害物等の発生部位を回避して加工プログラムの実行を継続し、一連の加工が終了した後に異常発生部位を追加工したりする場合、オペレータに加工プログラム上での異常発生部位を通知できるようにすることにより、オペレータが行う追加工の段取り工程に要する時間や労力を低減することができる。

【0026】

またさらに任意ではあるが、加工ノズル１２を所定の退避位置まで上昇させた後（ステップＳ８又はＳ９の後）に、制御装置１４が好ましくは自動的に、加工プログラムにおいて、異常を検出したとき（加工ノズル１２のアプローチを停止させたとき）の指令ブロックの次の指令ブロックをサーチし、該次の指令ブロックからレーザ加工を続行するステップＳ１０を追加してもよい。

【0027】

図３は、ステップＳ１０に関する処理の一例を説明する図である。ステップＳ８での処理によって加工ノズル１２が退避位置まで上昇したら、制御装置１４が加工プログラム内の異常検出時の指令ブロックの次の指令ブロック（例えば、反り部５２とは異なるワーク２０の部位５４の切断加工や穴開け加工等を指令するブロック）をサーチし、加工ノズル１２を部位５４の上方に移動させる。その後、図２に示す処理を繰り返す。このように、障害物等を検出して加工ノズル１２の軸の送りを停止させた後で加工ノズル１２を任意の距離だけ上昇させ、制御装置１４が加工プログラムの次の指令ブロックをサーチして、該次の指令ブロックから加工を実施することにより、ワーク２０の障害物発生部位だけを回避した加工を自動的に継続することができる。

【0028】

なお上述の実施形態では、固定されたテーブル１８（ワーク２０）に対して加工ノズル１２が可動であるが、加工ノズル１２をワーク２０に対する接離方向（Ｚ方向）にのみ可動とし、テーブル１８をＸ方向及びＹ方向に（すなわちＸ−Ｙ面内で）可動としてもよい。或いは、加工ノズル１２を固定し、テーブル１８をＸ、Ｙ及びＺ方向に可動に構成することも可能である。

【符号の説明】

【0029】

１０ レーザ加工装置
１２ 加工ノズル
１４ 制御装置
１６ サーボモータ
１８ テーブル
２０ ワーク
２２ 加工プログラム読み出し部
２４ 加工経路指令解析部
２６ 補間処理部
２８ 移動指令出力部
３０ サーボ制御回路
３２ サーボアンプ
３４ 位置検出器
３６ 基準位置
３８ ギャップセンサ
４０ センサ回路
４２ Ａ／Ｄ変換部
４４ ギャップ制御回路
４６ ３路スイッチ
４８ 制御切替部

【図1】

【図2】

【図3】