特開 2024-99481 アシストガス制御装置、レーザ加工機及びアシストガス制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024099481

(43)【公開日】2024-07-25

(54)【発明の名称】アシストガス制御装置、レーザ加工機及びアシストガス制御方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20240718BHJP

   B23K 26/14 20140101ALI20240718BHJP

【ＦＩ】

B23K26/00 M

B23K26/14

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023215212

(22)【出願日】2023-12-20

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-04-11

(31)【優先権主張番号】P 2023003101

(32)【優先日】2023-01-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】390014672

【氏名又は名称】株式会社アマダ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100170575

【弁理士】

【氏名又は名称】森 太士

(72)【発明者】

【氏名】木村 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】島田 悠太

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AD07

4E168CB03

4E168DA24

4E168DA28

4E168EA17

4E168FB02

4E168FB03

(57)【要約】

【課題】早送り移動中に加工中と同じ量のアシストガスを消費することがなくなり、早送り移動中のアシストガスの消費量を低減することのできるアシストガス制御装置を提供する。
【解決手段】 アシストガス制御装置９は、加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間の移動時間を算出し、加工開始点におけるアシストガスの圧力指令値を取得し、移動時間と圧力指令値に基づいて、加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させるための圧力指令値である低減圧力指令値を設定し、加工ヘッド５が加工終了点から移動を開始すると、アシストガスの圧力を低減圧力指令値まで低下させ、加工ヘッド５が加工開始点に到達するまでにアシストガスの圧力を圧力指令値まで上昇させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ加工機の加工ヘッドが加工終了点から加工開始点まで移動する間のアシストガスの圧力を制御するアシストガス制御装置であって、
前記加工ヘッドが前記加工終了点から前記加工開始点まで移動する間の移動時間を算出し、
前記加工開始点におけるアシストガスの圧力指令値を取得し、
前記移動時間と前記圧力指令値に基づいて、前記加工ヘッドが前記加工終了点から前記加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させるための圧力指令値である低減圧力指令値を設定し、
前記加工ヘッドが前記加工終了点から移動を開始すると、アシストガスの圧力を前記低減圧力指令値まで低下させ、
前記加工ヘッドが前記加工開始点に到達するまでにアシストガスの圧力を前記圧力指令値まで上昇させるアシストガス制御装置。

【請求項2】

前記移動時間と前記圧力指令値に基づいて、前記加工ヘッドが前記加工終了点から前記加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させる圧力低減幅を設定し、前記圧力指令値から前記圧力低減幅だけ低下させて前記低減圧力指令値を設定する請求項１に記載のアシストガス制御装置。

【請求項3】

前記移動時間の長さと前記圧力指令値の大きさとに応じて前記圧力低減幅が設定された圧力低減幅設定テーブルに基づいて、前記圧力低減幅を設定する請求項２に記載のアシストガス制御装置。

【請求項4】

前記圧力指令値と前記圧力低減幅に基づいて、前記圧力低減幅だけ低下したアシストガスの圧力を前記圧力指令値まで上昇させるのに要する復帰時間を設定する請求項３に記載のアシストガス制御装置。

【請求項5】

前記移動時間に基づいて、前記圧力指令値に対する圧力低減後の圧力の比である低減後圧力比を算出し、前記低減後圧力比と前記圧力指令値に基づいて前記圧力低減幅を設定する請求項２に記載のアシストガス制御装置。

【請求項6】

前記移動時間に基づいて、前記圧力低減幅だけ低下したアシストガスの圧力を前記圧力指令値まで上昇させるのに要する復帰時間を設定する請求項５に記載のアシストガス制御装置。

【請求項7】

前記移動時間と前記復帰時間の差分を算出して、アシストガスの圧力を低下させる圧力低減時間を算出する請求項４または６に記載のアシストガス制御装置。

【請求項8】

前記圧力低減時間の最小値である最小低減時間を取得し、前記移動時間が前記最小低減時間と前記復帰時間との合計値未満である場合には、アシストガスの圧力を低下させる処理を実行しない請求項７に記載のアシストガス制御装置。

【請求項9】

請求項１～６のいずれか１項に記載のアシストガス制御装置を備えたレーザ加工機。

【請求項10】

レーザ加工機の加工ヘッドが加工終了点から加工開始点まで移動する間のアシストガスの圧力を制御するアシストガス制御装置のアシストガス制御方法であって、
前記アシストガス制御装置は、
前記加工ヘッドが前記加工終了点から前記加工開始点まで移動する間の移動時間を算出し、
前記加工開始点におけるアシストガスの圧力指令値を取得し、
前記移動時間と前記圧力指令値に基づいて、前記加工ヘッドが前記加工終了点から前記加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させるための圧力指令値である低減圧力指令値を設定し、
前記加工ヘッドが前記加工終了点から移動を開始すると、アシストガスの圧力を前記低減圧力指令値まで低下させ、
前記加工ヘッドが前記加工開始点に到達するまでにアシストガスの圧力を前記圧力指令値まで上昇させるアシストガス制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アシストガス制御装置、レーザ加工機及びアシストガス制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来では、タクトタイムを短縮するためのアシストガスの圧力制御方法が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたアシストガスの圧力制御方法では、ノズル口近傍のアシストガスの検出圧力値が目標圧力値となるようにアシストガスの圧力をフィードバック制御していた。このような従来のアシストガスの圧力制御方法では、加工点の間を早送り移動するときに、アシストガスの圧力を低下させてしまうと、復帰させるまでに時間がかかるので、移動後の加工点で加工を開始する前に待ち時間が発生してしまう。そこで、移動後の加工点で待ち時間が発生しないように、早送り移動開始時に移動後の加工点における圧力指令値に切り替えていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－２５１４８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述した従来のアシストガスの圧力制御方法では、加工点の間を早送り移動する間も移動後の加工点の圧力指令値でアシストガスを制御しているので、早送り移動中も加工中と同じ量のアシストガスを消費してしまうという問題点があった。特に、移動後の加工点における加工条件が高圧ガスで切断を行う場合には、早送り移動中に大量のアシストガスを消費し続けていた。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様に係るアシストガス制御装置は、レーザ加工機の加工ヘッドが加工終了点から加工開始点まで移動する間のアシストガスの圧力を制御するアシストガス制御装置であって、前記加工ヘッドが前記加工終了点から前記加工開始点まで移動する間の移動時間を算出し、前記加工開始点におけるアシストガスの圧力指令値を取得し、前記移動時間と前記圧力指令値に基づいて、前記加工ヘッドが前記加工終了点から前記加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させるための圧力指令値である低減圧力指令値を設定し、前記加工ヘッドが前記加工終了点から移動を開始すると、アシストガスの圧力を前記低減圧力指令値まで低下させ、前記加工ヘッドが前記加工開始点に到達するまでにアシストガスの圧力を前記圧力指令値まで上昇させる。

【0006】

本発明の一態様に係るアシストガス制御方法は、レーザ加工機の加工ヘッドが加工終了点から加工開始点まで移動する間のアシストガスの圧力を制御するアシストガス制御装置のアシストガス制御方法であって、前記アシストガス制御装置は、前記加工ヘッドが前記加工終了点から前記加工開始点まで移動する間の移動時間を算出し、前記加工開始点におけるアシストガスの圧力指令値を取得し、前記移動時間と前記圧力指令値に基づいて、前記加工ヘッドが前記加工終了点から前記加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させるための圧力指令値である低減圧力指令値を設定し、前記加工ヘッドが前記加工終了点から移動を開始すると、アシストガスの圧力を前記低減圧力指令値まで低下させ、前記加工ヘッドが前記加工開始点に到達するまでにアシストガスの圧力を前記圧力指令値まで上昇させる。

【0007】

上述した構成のアシストガス制御装置及びその方法では、加工ヘッドが加工終了点から移動を開始すると、アシストガスの圧力を低減圧力指令値まで低下させ、加工ヘッドが加工開始点に到達するまでにアシストガスの圧力を圧力指令値まで上昇させる。したがって、早送り移動中に加工中と同じ量のアシストガスを消費することがなくなる。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様に係るアシストガス制御装置及びその方法によれば、早送り移動中に加工中と同じ量のアシストガスを消費することがなくなるので、早送り移動中のアシストガスの消費量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１実施形態に係るアシストガス制御装置を備えたレーザ加工機の構成を示す図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係るアシストガス制御装置による加工点の間を加工ヘッドが移動する移動時間の算出方法を説明するための図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係るアシストガス制御装置による加工点の間を加工ヘッドが移動する移動時間の算出方法を説明するための図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係るアシストガス制御装置によって利用される圧力低減幅設定テーブルの一例を示す図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係るアシストガス制御装置によって利用される復帰時間設定テーブルの一例を示す図である。

【図6】図６は、第１実施形態に係るアシストガス制御装置によるアシストガスの圧力制御方法を説明するための図である。

【図7】図７は、第１実施形態に係るアシストガス制御装置によるアシストガスの圧力制御処理の処理手順を示すフローチャートである。

【図8】図８は、第１実施形態に係るアシストガス制御装置によるアシストガスの圧力制御方法を説明するための図である。

【図9】図９は、低減後圧力比と圧力低減時間との関係を示す図である。

【図10】図１０は、低減後圧力比と復帰時間との関係を示す図である。

【図11】図１１は、第２実施形態に係るアシストガス制御装置によって利用される移動時間と低減後圧力比との関係を示す図である。

【図12】図１２は、第２実施形態に係るアシストガス制御装置によって利用される移動時間と復帰時間との関係を示す図である。

【図13】図１３は、第２実施形態に係るアシストガス制御装置によるアシストガスの圧力制御処理の処理手順を示すフローチャートである。

【図14】図１４は、変形例に係るアシストガス制御装置によるアシストガスの圧力制御方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［第１実施形態］
以下、本発明を適用した第１実施形態について図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0011】

［レーザ加工機の構成］
図１は、本実施形態に係るアシストガス制御装置を備えたレーザ加工機の構成を示す図である。図１に示すように、レーザ加工機１は、レーザ発振器３と、加工ヘッド５と、ＮＣ装置７と、アシストガス制御装置９と、サーボアンプ１１と、サーボモータ１３と、アシストガス供給器１５と、電空レギュレータ１７と、圧力計１９とを備えている。

【0012】

本実施形態に係るアシストガス制御装置９は、レーザ加工機１の加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間のアシストガスの圧力を制御するアシストガス制御装置であって、加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間の移動時間を算出し、加工開始点におけるアシストガスの圧力指令値を取得し、移動時間と圧力指令値に基づいて、加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させるための圧力指令値である低減圧力指令値を設定し、加工ヘッド５が加工終了点から移動を開始すると、アシストガスの圧力を低減圧力指令値まで低下させ、加工ヘッド５が加工開始点に到達するまでにアシストガスの圧力を圧力指令値まで上昇させる。

【0013】

レーザ加工機１は、図示していない移動機構によって加工ヘッド５を移動させ、金属製のワークに対してレーザ切断等のレーザ加工を行う。レーザ発振器３は、ファイバレーザ発振器又はＹＡＧレーザ発振器などであり、レーザビームを発振して加工ヘッド５へ供給する。

【0014】

加工ヘッド５は、レーザ発振器３に伝送ファイバを介して接続され、レーザ発振器３から供給されたレーザビームをワークに向けて照射する。加工ヘッド５の内部には、レーザビームをコリメートするコリメートレンズ、及びコリメートされたレーザビームを集束する集束レンズが設けられている。

【0015】

ＮＣ（Numerical Control：数値制御）装置７は、レーザ加工機１の数値制御を行い、アシストガス制御装置９を搭載している。具体的に、ＮＣ装置７は、サーボアンプ１１に制御目標値を出力して移動機構を駆動することによって加工ヘッド５を移動させる。また、ＮＣ装置７は、電空レギュレータ１７に制御信号を出力してアシストガスの圧力を制御する。

【0016】

サーボアンプ１１は、ＮＣ装置７から入力された制御目標値とサーボモータ１３からのフィードバック信号とを比較して、加工ヘッド５がＸ、Ｙ、Ｚ軸方向（左右方向、前後方向、上下方向）に移動するようにサーボモータ１３を駆動する。サーボモータ１３は、サーボアンプ１１の制御により移動機構を駆動する。また。サーボモータ１３は、回転角度を検出するエンコーダが内蔵されているので、検出した回転角度をサーボアンプ１１にフィードバックする。

【0017】

アシストガス供給器１５は、窒素やアルゴン、酸素などのアシストガスを加工ヘッド５に供給する。電空レギュレータ１７は、ＮＣ装置７からの制御信号によって内部のソレノイドバルブや比例制御バルブを動作させて、アシストガス供給器１５から供給されたアシストガスの圧力を制御する。圧力計１９は、加工ヘッド５に供給されるアシストガスの圧力を計測して、電空レギュレータ１７に出力する。

【0018】

アシストガス制御装置９は、ＮＣ装置７に搭載され、レーザ加工機１の加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間のアシストガスの圧力を制御する。アシストガス制御装置９は、移動時間算出部２１と、圧力低減幅設定部２３と、復帰時間設定部２５と、圧力制御部２７とを備えている。

【0019】

移動時間算出部２１は、加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間の移動時間を算出する。加工ヘッド５が加工終了点から次の加工開始点へ移動する場合には、加工経路に沿ってレーザ加工を行いながら加工開始点から加工終了点へ移動する場合と比べて、加工ヘッド５の移動は早送りされる。この早送り移動時の加工ヘッド５の動作制御パターンには３種類ある。そこで、移動時間算出部２１は、動作制御パターンに応じて移動時間の算出方法を切り替えている。

【0020】

まず、図２に示すように、加工ヘッド５が加工終了点からＺ軸方向（上下方向）へ移動してからＸ、Ｙ軸方向（左右方向、前後方向）へ移動する場合の移動時間の算出方法を説明する。移動時間算出部２１は、Ｘ、Ｙ軸方向の早送り移動時間Ｔｘｙが、Ｚ軸方向への上昇後に判るため、Ｚ軸方向への上昇完了後に移動時間の算出を行う。このとき、Ｚ軸方向への上昇移動時間Ｔｚ１と下降移動時間Ｔｚ２はほぼ等しいので、移動時間算出部２１は、移動時間ＴをＴ＝Ｔｘｙ＋Ｔｚ１で算出する。

【0021】

また、図３に示すように、動作制御パターンには、加工ヘッド５が加工終了点からＺ軸方向とＸ、Ｙ軸方向に同時に移動する中速の動作制御パターン４１がある。この場合には、Ｚ軸方向への移動時間はＸ、Ｙ軸方向への移動時間に含まれるので、移動時間算出部２１は、移動時間ＴをＴ＝Ｔｘｙで算出する。さらに、加工ヘッド５が加工終了点からＺ軸方向へ上昇せずに移動する高速の動作制御パターン４３もある。この場合には、Ｚ軸方向へ移動しないので、移動時間算出部２１は、移動時間ＴをＴ＝Ｔｘｙで算出する。

【0022】

圧力低減幅設定部２３は、加工ヘッド５が移動した後の加工開始点におけるアシストガスの圧力指令値を取得する。加工終了点から次の加工点へ移動する際に、アシストガスの切り替え時間を考慮して、圧力低減幅設定部２３は、早送り移動を開始する前に次の加工開始点で必要となる圧力指令値を取得している。各加工点における圧力指令値は、ＮＣ装置７のメモリやデータベース等の記憶部に格納された加工条件に記録されているので、圧力低減幅設定部２３は、ＮＣ装置７から次の加工開始点における圧力指令値を取得する。

【0023】

圧力低減幅設定部２３は、圧力指令値を取得すると、取得した圧力指令値と、移動時間算出部２１で算出した移動時間とに基づいて、加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させる圧力低減幅を設定する。この圧力低減幅は、取得した加工開始点の圧力指令値からの低減幅であり、加工終了点から次の加工開始点へ加工ヘッド５が移動する間に、アシストガスの圧力は１０～３０％低減される。

【0024】

さらに、圧力低減幅設定部２３は、加工開始点の圧力指令値から圧力低減幅だけ低下させて低減圧力指令値を設定する。この低減圧力指令値は、加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させるための圧力指令値である。したがって、圧力低減幅設定部２３は、移動時間と加工開始点の圧力指令値に基づいて、加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させるための圧力指令値である低減圧力指令値を設定する。

【0025】

具体的に、圧力低減幅設定部２３は、図４に示す圧力低減幅設定テーブルを用いて圧力低減幅を設定する。圧力低減幅設定テーブルは、移動時間の長さと圧力指令値の大きさとに応じて圧力低減幅が設定されている。すなわち、圧力低減幅設定部２３は、移動時間の長さと圧力指令値の大きさとに応じて圧力低減幅が設定された圧力低減幅設定テーブルに基づいて、圧力低減幅を設定する。圧力低減幅設定テーブルは、アシストガス制御装置９のメモリに記録されている。

【0026】

図４に示すように、圧力低減幅設定テーブルでは、予め設定された閾値１と閾値２によって、圧力指令値が大、中、小に分類されている。同様に、予め設定された閾値３と閾値４によって、移動時間が大、中、小に分類されている。圧力低減幅設定部２３は、取得した圧力指令値を、閾値１及び閾値２と比較して大、中、小のいずれに当てはまるかを判定する。同様に、圧力低減幅設定部２３は、移動時間算出部２１で算出した移動時間を、閾値３及び閾値４と比較して大、中、小のいずれに当てはまるかを判定する。その結果、圧力低減幅設定部２３は、圧力指令値の大、中、小と、移動時間の大、中、小に応じて、圧力低減幅Ａ～Ｉのいずれかを選択し、選択した圧力低減幅に設定する。圧力低減幅Ａ～Ｉのうちで、圧力低減幅Ａが最も大きく、例えば３０％であり、圧力低減幅Ｉが最も小さく、例えば１０％である。すなわち、圧力低減幅は、圧力指令値が大きくなるほど大きい値に設定され、移動時間が長くなるほど大きい値に設定される。

【0027】

復帰時間設定部２５は、加工ヘッド５が移動した後の加工開始点におけるアシストガスの圧力指令値を取得する。そして、取得した圧力指令値と、圧力低減幅設定部２３で設定された圧力低減幅に基づいて、圧力低減幅だけ低下したアシストガスの圧力を圧力指令値まで上昇させるのに要する復帰時間を設定する。

【0028】

具体的に、復帰時間設定部２５は、図５に示す復帰時間設定テーブルを用いて復帰時間を設定する。復帰時間設定テーブルは、圧力低減幅の大きさと圧力指令値の大きさとに応じて復帰時間が設定されている。復帰時間設定テーブルは、アシストガス制御装置９のメモリに記録されている。

【0029】

図５に示すように、復帰時間設定テーブルでは、予め設定された閾値５と閾値６によって、圧力指令値が大、中、小に分類されている。同様に、予め設定された閾値７と閾値８によって、圧力低減幅が大、中、小に分類されている。ただし、閾値５、６は、図４の閾値１、２と同一であってもよい。復帰時間設定部２５は、取得した圧力指令値を、閾値５及び閾値６と比較して大、中、小のいずれに当てはまるかを判定する。同様に、復帰時間設定部２５は、圧力低減幅設定部２３で設定された圧力低減幅を、閾値７及び閾値８と比較して大、中、小のいずれに当てはまるかを判定する。その結果、復帰時間設定部２５は、圧力指令値の大、中、小と、圧力低減幅の大、中、小に応じて、復帰時間Ａ～Ｉのいずれかを選択し、選択した復帰時間に設定する。復帰時間Ａ～Ｉのうちで、復帰時間Ａが最も大きく、復帰時間Ｉが最も小さい。すなわち、復帰時間は、圧力指令値が大きくなるほど大きい値に設定され、圧力低減幅が大きくなるほど大きい値に設定される。

【0030】

圧力制御部２７は、移動時間算出部２１で算出した移動時間と、復帰時間設定部２５で設定された復帰時間の差分を算出して、アシストガスの圧力を低下させる圧力低減時間を算出する。そして、加工ヘッド５が加工終了点から次の加工開始点へ移動を開始すると、アシストガスの圧力を低減圧力指令値まで低下させ、加工ヘッド５が加工開始点に到達するまでにアシストガスの圧力を加工開始点の圧力指令値まで上昇させる。

【0031】

具体的に、図６を参照して、圧力制御部２７によるアシストガスの圧力制御方法を説明する。図６に示すように、圧力制御部２７は、時刻ｔ１の加工終了点より前に移動後の加工開始点における圧力指令値Ｓを取得し、取得した圧力指令値Ｓに切り替えている。そして、時刻ｔ１の加工終了点において切断加工が終了すると、圧力制御部２７は、圧力指令値Ｓを圧力低減幅だけ低下させる。すなわち、圧力制御部２７は、圧力指令値Ｓを低減圧力指令値まで低下させる。これにより、アシストガスの圧力Ｐは、圧力低減時間の間に徐々に低下して圧力低減幅だけ低下する。この後、圧力低減時間が経過して時刻ｔ２になると、圧力制御部２７は、圧力指令値Ｓを次の加工開始点における圧力指令値に設定する。これにより、アシストガスの圧力Ｐは徐々に上昇して、復帰時間が経過する時刻ｔ３において次の加工開始点における圧力指令値まで上昇する。こうして、圧力制御部２７は、加工終了点から次の加工開始点へ加工ヘッド５が早送り移動する間にアシストガスの圧力を低減する。

【0032】

尚、アシストガス制御装置９は、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、ＣＰＵを含む汎用の電子回路と、メモリ等の周辺機器から構成されたコントローラである。アシストガス制御装置９は、アシストガスの圧力制御処理を実行するためのコンピュータプログラムがインストールされている。アシストガス制御装置９の各機能は、１または複数の処理回路によって実装することができる。処理回路は、例えば電気回路を含むプログラムされた処理装置を含んでおり、また実施形態に記載された機能を実行するようにアレンジされた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）や従来型の回路部品のような装置を含んでいてもよい。

【0033】

［アシストガスの圧力制御処理］
次に、図７を参照して、本実施形態に係るアシストガス制御装置９によるアシストガスの圧力制御処理を説明する。図７は、アシストガス制御装置９によるアシストガスの圧力制御処理の処理手順を示すフローチャートである。

【0034】

図７に示すように、ステップＳ１０１において、移動時間算出部２１は、加工ヘッド５が加工終了点から次の加工開始点まで早送り移動する間の移動時間を算出する。移動時間算出部２１は、加工ヘッド５の動作制御パターンに応じて移動時間を算出する。

【0035】

ステップＳ１０３において、圧力低減幅設定部２３は、加工ヘッド５が移動した後の加工開始点におけるアシストガスの圧力指令値を取得する。ステップＳ１０５において、圧力低減幅設定部２３は、ステップＳ１０３で取得した圧力指令値と、ステップＳ１０１で算出した移動時間とに基づいて、加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させる圧力低減幅を設定する。圧力低減幅設定部２３は、図４に示す圧力低減幅設定テーブルを用いて圧力低減幅を設定する。さらに、圧力低減幅設定部２３は、加工開始点の圧力指令値から圧力低減幅だけ低下させて低減圧力指令値を設定する。

【0036】

ステップＳ１０７において、復帰時間設定部２５は、加工ヘッド５が移動した後の加工開始点におけるアシストガスの圧力指令値を取得する。そして、取得した圧力指令値と、ステップＳ１０５で設定された圧力低減幅とに基づいて、圧力低減幅だけ低下したアシストガスの圧力を圧力指令値まで上昇させるのに要する復帰時間を設定する。復帰時間設定部２５は、図５に示す復帰時間設定テーブルを用いて復帰時間を設定する。

【0037】

ステップＳ１０９において、圧力制御部２７は、最小低減時間を取得する。最小低減時間は、アシストガスの圧力を低下させる圧力低減時間の最小値である。最小低減時間は、電空レギュレータ１７の性能に応じて設定された所定値であり、最小低減時間が短すぎるとアシストガスの圧力を上昇させるときに急激に上昇してしまう場合がある。そのため、圧力低減幅だけアシストガスの圧力を低下させるのに必要にして十分な時間を、最小低減時間として、実験またはシミュレーションによって設定している。最小低減時間は、アシストガス制御装置９のメモリに記録されている。

【0038】

ステップＳ１１１において、圧力制御部２７は、ステップＳ１０１で算出した移動時間が、ステップＳ１０９で取得した最小低減時間とステップＳ１０７で設定した復帰時間との合計値未満であるか否かを判定する。そして、移動時間が最小低減時間と復帰時間の合計値未満である場合（ステップＳ１１１でＹＥＳの場合）にはステップＳ１１３へ進み、移動時間が最小低減時間と復帰時間の合計値以上である場合（ステップＳ１１１でＮＯの場合）にはステップＳ１１５へ進む。

【0039】

ステップＳ１１３において、圧力制御部２７は、圧力低減幅を０％に設定する。図８に示すように、移動時間が最小低減時間と復帰時間の合計値未満である場合には、移動時間が終了した時点において、アシストガスの圧力Ｐは圧力指令値Ｓまで上昇することができない。そこで、圧力制御部２７は、圧力低減幅を０％に設定して、アシストガスの圧力を低下させる処理を実行しないようにする。

【0040】

ステップＳ１１５において、圧力制御部２７は、圧力低減指令を実行する。具体的に、圧力制御部２７は、図６に示すように、加工終了点において切断加工が終了すると、時刻ｔ１において圧力指令値Ｓを圧力低減幅だけ低下させた低減圧力指令値に設定する。

【0041】

ステップＳ１１７において、圧力制御部２７は、ステップＳ１０１で算出した移動時間とステップＳ１０７で設定された復帰時間の差分を算出して、アシストガスの圧力を低下させる圧力低減時間を算出する。

【0042】

ステップＳ１１９において、圧力制御部２７は、ステップＳ１１７で算出した圧力低減時間が経過したか否かを判定する。圧力低減時間が経過していない場合には、繰り返し圧力低減時間が経過したか否かを判定し、圧力低減時間が経過した場合には、ステップＳ１２１へ進む。

【0043】

ステップＳ１２１において、圧力制御部２７は、次の加工開始点の圧力指令値を実行する。図６に示すように、圧力制御部２７は、圧力低減時間が経過して時刻ｔ２になると、圧力指令値Ｓを、次の加工開始点の圧力指令値に上昇させる。これにより、アシストガスの圧力Ｐは、徐々に上昇して復帰時間が経過した時刻ｔ３において、次の加工開始点の圧力指令値まで上昇する。こうして、本実施形態に係るアシストガスの圧力制御処理は終了する。

【0044】

［第１実施形態の効果］
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係るアシストガス制御装置９は、加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間の移動時間を算出し、加工開始点におけるアシストガスの圧力指令値を取得し、移動時間と圧力指令値に基づいて、加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させるための圧力指令値である低減圧力指令値を設定する。そして、加工ヘッド５が加工終了点から移動を開始すると、アシストガスの圧力を低減圧力指令まで低下させ、加工ヘッド５が加工開始点に到達するまでにアシストガスの圧力を圧力指令値まで上昇させる。これにより、早送り移動中に加工中と同じ量のアシストガスを消費することがなくなり、移動後の加工開始点での待ち時間の発生も防止することができる。したがって、本実施形態に係るアシストガス制御装置９は、生産性を維持することができるとともに、早送り移動中のアシストガスの消費量を低減することもできる。

【0045】

また、本実施形態に係るアシストガス制御装置９は、移動時間と圧力指令値に基づいて、加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させる圧力低減幅を設定し、圧力指令値から圧力低減幅だけ低下させて低減圧力指令値を設定する。これにより、圧力低減幅を設定することで低減圧力指令値を設定して、早送り移動中のアシストガスの消費量を低減するので、早送り移動中に加工中と同じ量のアシストガスが消費されることを防止できる。

【0046】

さらに、本実施形態に係るアシストガス制御装置９は、移動時間の長さと圧力指令値の大きさとに応じて圧力低減幅が設定された圧力低減幅設定テーブルに基づいて圧力低減幅を設定する。これにより、予め設定されたテーブルを用いて圧力低減幅を設定できるので、アシストガスの制御を容易に実行することができる。

【0047】

また、本実施形態に係るアシストガス制御装置９は、圧力指令値と圧力低減幅に基づいて、圧力低減幅だけ低下したアシストガスの圧力を圧力指令値まで上昇させるのに要する復帰時間を設定する。これにより、圧力指令値と圧力低減幅に応じた適切な長さの復帰時間を設定できるので、低減させたアシストガスの圧力を圧力指令値まで安定して上昇させることができる。

【0048】

さらに、本実施形態に係るアシストガス制御装置９は、移動時間と復帰時間の差分を算出して、アシストガスの圧力を低下させる圧力低減時間を算出する。これにより、復帰時間を確保した上でアシストガスの圧力を低減させるので、低減させたアシストガスの圧力を確実に圧力指令値まで上昇させることができる。

【0049】

また、本実施形態に係るアシストガス制御装置９は、圧力低減時間の最小値である最小低減時間を取得し、移動時間が最小低減時間と復帰時間との合計値未満である場合には、アシストガスの圧力を低下させる処理を実行していない。これにより、移動時間内にアシストガスの圧力を圧力指令値まで上昇させることができない場合を防止できるので、次の加工開始点における待ち時間の発生を防止して生産性を維持することができる。

【0050】

さらに、本実施形態では、アシストガス制御装置９を備えたレーザ加工機１を提供する。これにより、生産性を維持することができ、早送り移動中のアシストガスの消費量を低減することのできるレーザ加工機を提供することができる。

【0051】

［第２実施形態］
以下、図面を参照し、本実施形態に係るレーザ加工機について説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。第１実施形態では、圧力低減幅設定テーブルを用いて圧力低減幅を設定している。しかし、第２実施形態では、移動時間に基づいて、圧力指令値に対する圧力低減後の圧力の比である低減後圧力比を算出して圧力低減幅を設定していることが第１実施形態と相違している。

【0052】

第１実施形態では、早送り移動時間が短い場合に、アシストガスの圧力を大きく変動させてしまうと、圧力を復帰させるときに安定しないため、短い移動時間でも復帰できる範囲で圧力低減幅を設定していた。

【0053】

しかし、移動時間が長く、復帰時間に余裕がある場合には、アシストガスの圧力をさらに低減できるにも関わらず圧力を十分に低減できていない場合がある。そこで、第２実施形態では、移動時間の長さに応じて圧力低減幅を設定できるようにしている。

【0054】

圧力低減幅設定部２３は、加工ヘッド５が移動した後の加工開始点におけるアシストガスの圧力指令値を取得する。また、圧力低減幅設定部２３は、圧力指令値を取得すると、取得した圧力指令値と、移動時間算出部２１で算出した移動時間とに基づいて、加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させる圧力低減幅を設定する。さらに、圧力低減幅設定部２３は、加工開始点の圧力指令値から圧力低減幅だけ低下させて低減圧力指令値を設定する。

【0055】

具体的に、図面を参照して、本実施形態に係る圧力低減幅の設定方法を説明する。図９は、低減後圧力比と圧力低減時間との関係を示した図である。低減後圧力比は、早送り移動後の加工開始点の圧力指令値に対する圧力低減後の圧力の比である。すなわち、圧力指令値がＰ、圧力低減幅がΔＰである場合に、低減後圧力比は（Ｐ－ΔＰ）／Ｐ×１００である。例えば、低減後圧力比が７０％である場合には、圧力低減幅だけ低下させた後の圧力が、加工開始点の圧力指令値の７０％であることを示している。また、図９の圧力低減時間は、アシストガスの圧力を圧力低減幅だけ低下させるために必要な時間である。

【0056】

ただし、アシストガスの圧力を短時間で大きく上下させると、圧力がオーバーシュートしてしまい、レーザ加工に影響が出てしまう。そこで、図９は、一定時間内に圧力を下げてから再度復帰させたときのオーバーシュート量が圧力指令値に対して一定範囲内に収まるようにして求めた場合の関係を示している。

【0057】

図９に示すように、低減後圧力比が小さくなるのにしたがって圧力低減時間が増加している。すなわち、アシストガスの圧力を大きく低減させると、圧力低減時間が増加することを示している。ここで、図９に示す実測値Ｄ１から求めた近似値Ｄ２は、以下の式（１）で表すことができる。

【数1】

ただし、ｙは低減後圧力比、ｘは圧力低減時間、ａ０、ｂ０、ｘ０、ｙ０は定数である。

【0058】

また、低減後圧力比と復帰時間との間には、図１０に示す関係がある。復帰時間は、圧力低減幅だけ低下したアシストガスの圧力を圧力指令値まで上昇させるのに要する時間である。図１０に示すように、低減後圧力比が小さくなるのにしたがって復帰時間が増加している。すなわち、アシストガスの圧力を大きく低減させると、復帰時間が増加することを示している。ここで、図１０に示す実測値Ｄ１から求めた近似値Ｄ２は、以下の式（２）で表すことができる。

【数2】

ただし、ｙは復帰時間、ｘは低減後圧力比、ａ１、ｂ１は定数である。式（２）に示すように、図１０に示す低減後圧力比と復帰時間との関係は１次式で近似することができる。

【0059】

次に、式（１）と式（２）を用いて、移動時間から圧力低減幅と復帰時間を設定する方法を説明する。まず、図６に示す移動時間をｔ０、圧力低減時間をｔ１、復帰時間をｔ２とする。そして、式（１）のｘは圧力低減時間なので、ｘをｔ１で置き換えて、式（１）を式（３）に書き換える。

【数3】

【0060】

式（２）のｙは復帰時間、ｘは低減後圧力比なので、それぞれｔ２とｙで置き換えて、式（２）を式（４）に書き換える。

【数4】

【0061】

ここで、移動時間ｔ０と圧力低減時間ｔ１と復帰時間ｔ２との間の関係は、図６に示すように、ｔ１＝ｔ０－ｔ２となるので、この式に式（４）を入力して、式（５）を求める。

【数5】

【0062】

この式（５）を式（３）のｔ１に入力して、式（６）を求める。

【数6】

【0063】

式（６）をｙについて解くと、式（７）となり、この式により移動時間ｔ０から低減後圧力比ｙを算出することができる。

【数7】

ただし、Ｗ（ｘ）はランベルトのＷ関数である。

【0064】

式（７）に基づいて移動時間ｔ０と低減後圧力比ｙとの関係を示すと、図１１となる。図１１に示すように、移動時間が長くなるのにしたがって低減後圧力比は小さくなる。すなわち、移動時間が長くなるのにしたがって、アシストガスの圧力を大きく低減させることができる。

【0065】

ここで、早送り移動後の加工開始点の圧力指令値がＰ、圧力低減幅がΔＰである場合に、低減後圧力比ｙは、式（８）となる。
[数８]
ｙ＝（Ｐ－ΔＰ）／Ｐ×１００ （８）
そこで、式（７）に基づいて、移動時間ｔ０から低減後圧力比ｙを算出すると、圧力低減幅ΔＰは、式（８）に圧力指令値Ｐを入力することによって算出することができる。

【0066】

したがって、圧力低減幅設定部２３は、式（７）に基づいて移動時間ｔ０から低減後圧力比ｙを算出し、低減後圧力比ｙと圧力指令値Ｐとから式（８）に基づいて圧力低減幅ΔＰを算出して設定する。すなわち、圧力低減幅設定部２３は、移動時間に基づいて、圧力指令値に対する圧力低減後の圧力の比である低減後圧力比を算出し、低減後圧力比と圧力指令値に基づいて圧力低減幅を設定する。

【0067】

また、式（７）を式（４）に入力することによって、復帰時間ｔ２と移動時間ｔ０との関係を求めることができる。図１２は、復帰時間ｔ２と移動時間ｔ０との関係を示す図である。図１２に示すように、移動時間が長くなるのにしたがって、復帰時間も長くすることができる。ただし、例えば、図１２では移動時間が７００ｍｓの場合に復帰時間が２４０ｍｓ程度になっている。この復帰時間の２４０ｍｓは、図１１に示す移動時間が７００ｍｓの場合に低減後圧力比が４０％になるので、低減後圧力比が４０％の場合の復帰時間である。

【0068】

したがって、復帰時間設定部２５は、式（４）と式（７）に基づいて移動時間ｔ０から復帰時間ｔ２を設定する。すなわち、復帰時間設定部２５は、移動時間に基づいて、圧力低減幅だけ低下したアシストガスの圧力を圧力指令値まで上昇させるのに要する復帰時間を設定する。

【0069】

［アシストガスの圧力制御処理］
次に、図１３を参照して、本実施形態に係るアシストガス制御装置９によるアシストガスの圧力制御処理を説明する。図１３は、アシストガス制御装置９によるアシストガスの圧力制御処理の処理手順を示すフローチャートである。

【0070】

図１３に示すように、ステップＳ２０１において、移動時間算出部２１は、加工ヘッド５が加工終了点から次の加工開始点まで早送り移動する間の移動時間を算出する。移動時間算出部２１は、加工ヘッド５の動作制御パターンに応じて移動時間を算出する。

【0071】

ステップＳ２０３において、圧力低減幅設定部２３は、加工ヘッド５が移動した後の加工開始点におけるアシストガスの圧力指令値を取得する。ステップＳ２０５において、圧力低減幅設定部２３は、ステップＳ２０３で取得した圧力指令値と、ステップＳ２０１で算出した移動時間とに基づいて、加工ヘッド５が加工終了点から加工開始点まで移動する間にアシストガスの圧力を低減させる圧力低減幅を設定する。具体的に、圧力低減幅設定部２３は、図１１に示す関係を用いて移動時間から低減後圧力比を算出し、この低減後圧力比と圧力指令値から圧力低減幅を算出して設定する。さらに、圧力低減幅設定部２３は、加工開始点の圧力指令値から圧力低減幅だけ低下させて低減圧力指令値を設定する。

【0072】

ステップＳ２０７において、復帰時間設定部２５は、ステップＳ２０１で算出した移動時間に基づいて、圧力低減幅だけ低下したアシストガスの圧力を圧力指令値まで上昇させるのに要する復帰時間を設定する。具体的に、復帰時間設定部２５は、図１２に示す関係を用いて移動時間から復帰時間を設定する。

【0073】

ステップＳ２０９において、圧力制御部２７は、圧力低減指令を実行する。具体的に、圧力制御部２７は、図６に示すように、加工終了点において切断加工が終了すると、時刻ｔ１において圧力指令値Ｓを圧力低減幅だけ低下させた低減圧力指令値に設定する。

【0074】

ステップＳ２１１において、圧力制御部２７は、ステップＳ２０１で算出した移動時間とステップＳ２０７で設定された復帰時間の差分を算出して、アシストガスの圧力を低下させる圧力低減時間を算出する。

【0075】

ステップＳ２１３において、圧力制御部２７は、ステップＳ２１１で算出した圧力低減時間が経過したか否かを判定する。圧力低減時間が経過していない場合には、繰り返し圧力低減時間が経過したか否かを判定し、圧力低減時間が経過した場合には、ステップＳ２１５へ進む。

【0076】

ステップＳ２１５において、圧力制御部２７は、次の加工開始点の圧力指令値を実行する。図６に示すように、圧力制御部２７は、圧力低減時間が経過して時刻ｔ２になると、圧力指令値Ｓを、次の加工開始点の圧力指令値に上昇させる。これにより、アシストガスの圧力Ｐは、徐々に上昇して復帰時間が経過した時刻ｔ３において、次の加工開始点の圧力指令値まで上昇する。こうして、本実施形態に係るアシストガスの圧力制御処理は終了する。

【0077】

［変形例］
上述した実施形態では、早送り移動後の加工開始点の圧力指令値が、加工終了点の圧力指令値と同じ場合について説明したが、加工開始点の圧力指令値が加工終了点の圧力指令値と異なる場合がある。例えば、早送り移動後の次の加工点においてピアス加工を行ってから切断加工を行う場合には、図１４に示すように、時刻ｔ１の加工終了点の圧力指令値と時刻ｔ２の加工開始点の圧力指令値が相違している。一般的に、切断加工ではピアス加工よりも高圧のアシストガスを必要とするので、ピアス加工時と切断加工時でそれぞれ個別に圧力指令値を設定できるようにしている。

【0078】

そこで、次の加工点でピアス加工を行う場合には、時刻ｔ１に切断加工が終了すると、早送り移動後の加工開始点の圧力指令値として、ピアス加工の圧力指令値と切断加工の圧力指令値を取得する。そして、上述した実施形態と同様に、図１１に示す関係を用いて移動時間から低減後圧力比を算出し、この低減後圧力比とピアス加工の圧力指令値から圧力低減幅を算出して設定する。

【0079】

時刻ｔ２になると、圧力制御部２７は、圧力指令値Ｓをピアス加工の圧力指令値に上昇させ、時刻ｔ３に次の加工点に移動すると、ピアス加工が開始される。その後、時刻ｔ４にピアス加工が終了すると、圧力制御部２７は、圧力指令値Ｓを切断加工の圧力指令値に上昇させる。

【0080】

ただし、ピアス加工から切断加工へ移行する際にガス圧の切り替えによる待ち時間が発生してしまうので、生産性の低下を防止するために、ピアス加工の圧力指令値と切断加工の圧力指令値を同じ圧力に設定してもよい。

【0081】

［第２実施形態の効果］
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係るアシストガス制御装置９は、移動時間に基づいて、圧力指令値に対する圧力低減後の圧力の比である低減後圧力比を算出し、低減後圧力比と圧力指令値に基づいて圧力低減幅を設定する。これにより、移動時間の長さに応じて圧力低減幅を設定できるので、移動時間が長い場合には、アシストガスの圧力をより大きく低減させることができる。

【0082】

また、本実施形態に係るアシストガス制御装置９は、移動時間に基づいて、圧力低減幅だけ低下したアシストガスの圧力を圧力指令値まで上昇させるのに要する復帰時間を設定する。これにより、移動時間の長さに応じて復帰時間が設定されるので、移動時間が長い場合には、より長い復帰時間を設定することができる。

【0083】

ただし、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0084】

１ レーザ加工機
３ レーザ発振器
５ 加工ヘッド
７ ＮＣ装置
９ アシストガス制御装置
１１ サーボアンプ
１３ サーボモータ
１５ アシストガス供給器
１７ 電空レギュレータ
１９ 圧力計
２１ 移動時間算出部
２３ 圧力低減幅設定部
２５ 復帰時間設定部
２７ 圧力制御部
４１、４３ 動作制御パターン
Ｄ１ 実測値
Ｄ２ 近似値
Ｓ 圧力指令値
Ｐ アシストガスの圧力
Ｔｘｙ Ｘ、Ｙ軸方向の早送り移動時間
Ｔｚ１ Ｚ軸上昇移動時間
Ｔｚ２ Ｚ軸下降移動時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】