DE102015113777A1

DE102015113777A1 - Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung mit Hochgeschwindigkeitspositionierungsfunktion

Info

Publication number: DE102015113777A1
Application number: DE102015113777.1A
Authority: DE
Inventors: Kouichi Miyashita; Takeshi Mochida
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2016-03-03
Also published as: JP2016047540A; CN105382412B; CN105382412A; US20160059351A1; JP5941108B2

Abstract

Wenn eine Operation in einer Richtung (Z-Achsen-Richtung) ausgeführt wird, in der ein Bearbeitungskopf näher an das Werkstück gebracht wird, so vermeidet eine numerische Steuereinheit, die eine Laserstrahlmaschine steuert, eine Kollision des Bearbeitungskopfes mit dem Werkstück durch Umschalten zu einer Spaltsteuerung, wenn ein Spaltsensor einen Spaltbetrag zwischen dem Bearbeitungskopf und dem Werkstück detektiert. An diesem Punkt kann unter Verwendung einer Modusschalteinheit ausgewählt werden, ob eine Operation auszuführen ist, die den Bearbeitungskopf näher an das Werkstück bringt, indem man eine Spaltsteuerung unter Verwendung eines Detektionswertes des Spaltsensors verwendet, oder indem man den Bearbeitungskopf zu einer Position bewegt, die durch Parameter bestimmt wurde.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserstrahlmaschine mit einer Hochgeschwindigkeitspositionierungsfunktion.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Bei der Werkstückbearbeitung durch eine Laserstrahlmaschine ist eine Technologie bekannt, die einen Bearbeitungskopf an einem Bearbeitungsendpunkt automatisch von dem Werkstück zurückzieht und den Bearbeitungskopf in dem Maße näher an das Werkstück heranführt, wie sich der nächste Bearbeitungspunkt nähert, um eine Bewegung von dem Bearbeitungsendpunkt zum nächsten Bearbeitungspunkt mit hoher Geschwindigkeit auszuführen, während Hindernisse vermieden werden. Bei dieser herkömmlichen Technologie erfolgt die Steuerung gemäß einer Anhebungs-/Absenkungsgeschwindigkeit, einer Rückzugsposition, einer Absenkungsbeginnposition und einer Verlangsamungsbeginnposition, die in Parametern eingestellt sind, um den Bearbeitungskopf mit hoher Geschwindigkeit anzuheben oder abzusenken.
Wenn der Bearbeitungskopf veranlasst wird, sich durch die Steuerung auf der Basis eines Signals von einem Spaltsensor von der Absenkungsbeginnposition abzusenken, so wird die Absenkungsgeschwindigkeit verlangsamt, so dass sich der Bearbeitungskopf mit der in den Parametern eingestellten Absenkungsgeschwindigkeit bis zur Verlangsamungsbeginnposition absenkt. Die Steuerung auf der Basis des von dem Spaltsensor ausgegebenen Signals wird wirksam, nachdem der Bearbeitungskopf die Verlangsamungsbeginnposition erreicht hat.
7 zeigt ein Bewegungsverfahren des Bearbeitungskopfes, das durch JP 2004-1067 A offenbart wird.
Nachdem ein Bearbeitungskopf 40 einen Bearbeitungsendpunkt Pe einer Bearbeitungsform erreicht hat, bewegt sich der Bearbeitungskopf 40 entlang eines Ortes Lh des Bearbeitungskopfes 40. Das heißt, der Bearbeitungskopf 40 wird mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit um einen vorgegebenen Betrag aufwärts (Z-Achsen-Richtung) bewegt, und wenn der Bearbeitungskopf 40 eine vorgegebene Höhe erreicht, so werden die X- und Y-Achsen in einer Bearbeitungsbeginnrichtung der nächsten Bearbeitungsform bewegt. Wenn eine Absenkungsbeginnposition PI erreicht ist, so beginnt der Bearbeitungskopf 40 sich in Richtung der nächsten Bearbeitungsbeginnposition (nächster Bearbeitungsstartpunkt Ps) des Werkstücks abzusenken. Wenn der Bearbeitungskopf veranlasst wird, sich der nächsten Bearbeitungsbeginnposition zu nähern, wenn zum Beispiel der Bearbeitungskopf 40 näher in die Nähe der nächsten Bearbeitungsbeginnposition gebracht wird und wenn die Verlangsamungsbeginnposition erreicht ist, so wird der Bearbeitungskopf 40 zu einer gewünschten Bearbeitungsposition bewegt, während eine Kollision des Bearbeitungskopfes 40 und des Werkstück 44 unter Verwendung eines (nicht gezeigten) Spaltsensors vermieden wird, der eine physikalische Quantität gemäß der Distanz (dem Spaltbetrag) zwischen dem Bearbeitungskopf 40 und dem Werkstück 44 misst.
Jedoch zieht die oben dargelegte Technologie keine anderen Verwendungszwecke als das Abflachen in Betracht und ist zur Positionierung von Ebenenachsen (X-Y-Achsen) vorgesehen. Darum kommt es zu folgenden Problemen:

(I) Wenn der Bearbeitungskopf näher an das Werkstück gebracht wird, so wird der Bearbeitungskopf an die Position abgesenkt, die durch Parameter bestimmten wird; d. h. wenn die Höhe (Z-Achsen-Richtung) des Werkstücks eine andere ist (das heißt, wenn sich die Höhe des Werkstücks an irgend einem Mittelpunkt ändert), so besteht die Gefahr eines Zusammenstoßes mit dem Werkstück. Es gibt einige Fälle, wo aufgrund einer Durchbiegung oder dergleichen des Werkstücks 44, wie in 8 gezeigt, die nächste Bearbeitungsbeginnposition höher ist als die Bearbeitungsendposition (der Bearbeitungsendpunkt Pe). In einem solchen Fall kollidiert gemäß der herkömmlichen Technologie der Bearbeitungskopf 40 mit dem Werkstück 44, wenn die nächste Bearbeitungsbeginnposition (nach der Endposition der Positionierung) hoch ist und die Bearbeitungsbeginnposition aufgrund der durch Parametereinstellungen bestimmten Verlangsamungsbeginnposition des Bearbeitungskopfes näher kommt.
(II) Des Weiteren kann der Positionierungsbefehl zu einem Bearbeitungspunkt im nächsten Block nicht auf eine Laserbearbeitung von rohrförmigen Werkstücken, die auf einer Drehachse fixiert sind, angewendet werden (ein Werkstück in einer Form, bei der die Distanz von einem Drehmittelpunkt O zur Außenumfangsfläche um die Drehachse herum verschieden ist), weil nur Ebenenachsen (X- und Y-Achsen) in Betracht gezogen werden. Wenn eine Bearbeitungsoberfläche bei der Rohrbearbeitung geändert wird, wie in 9 gezeigt, so werden Befehle in der folgenden Weise ausgegeben:
(1) Einmaliges Abbrechen der Spaltsteuerung.
(2) Zurückziehen des Bearbeitungskopfes.
(3) Ändern der Bearbeitungsoberfläche.
(4) Reaktivieren der Spaltsteuerung.

Um das Problem in (I) zu lösen, versucht eine in JP 2008-110389 A beschriebene Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung eine Kollision zwischen einem Bearbeitungskopf und einem Werkstück zu verhindern, indem der Bearbeitungskopf näher an das Werkstück gebracht wird, während die Spaltsteuerung aktiviert ist, wenn der Bearbeitungskopf näher an das Werkstück gebracht wird, und der Bearbeitungskopf gestoppt wird, wenn das Werkstück detektiert wird.
Jedoch stoppt die oben dargelegte Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung den Bearbeitungskopf, wenn das Werkstück detektiert wird, weshalb der Fall, wo sich die Höhe des Werkstücks von Zeit zu Zeit ändert (siehe 9), nicht berücksichtigt werden kann.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der oben dargelegten Probleme der herkömmlichen Technologie besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Laserstrahlmaschine, die eine Kollision eines Bearbeitungskopfes mit einem Werkstück verhindern kann, wenn eine Höhenrichtung des zu bearbeitenden Werkstücks eine andere ist oder wenn ein auf einer Drehachse montiertes Werkstück bearbeitet wird.
Eine Laserstrahlmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Spaltsensor, der einen Spaltbetrag zwischen einem Bearbeitungskopf und einem Werkstück detektiert, eine Spaltsteuerungsachse, die so gesteuert wird, dass der Spaltbetrag während der Bearbeitung auf der Basis des durch den Spaltsensor detektierten Spaltbetrages konstant gehalten wird, und eine Bearbeitungsvorschubachse, die den Bearbeitungskopf relativ zu dem Werkstück so bewegt, dass sich der Bearbeitungskopf entlang einer Bearbeitungsform bewegt. Die Laserstrahlmaschine enthält des Weiteren eine Werkstückdetektionseinheit und eine Spaltsteuerungseinheit. Wenn der Bearbeitungskopf von einem Bearbeitungsendpunkt zu einem nächsten Bearbeitungsstartpunkt bewegt wird, so bewegt die Werkstückdetektionseinheit die Spaltsteuerungsachse um einen vorgegebenen Betrag in einer Richtung, in der sich der Bearbeitungskopf am Bearbeitungsendpunkt von dem Werkstück fort bewegt, und detektiert dann das Vorhandensein des Werkstücks auf der Basis eines Signals von dem Spaltsensor, wenn eine Operation, um den Bearbeitungskopf näher an das Werkstück zu bringen, ausgeführt wird. Und die Spaltsteuerungseinheit steuert die Spaltsteuerungsachse unter Verwendung einer Spaltsteuerung, wenn das Werkstück durch die Werkstückdetektionseinheit detektiert wird.
Die Bearbeitungsvorschubachse kann eine Drehachse enthalten, die das Werkstück fixiert und dreht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Laserstrahlmaschine bereitgestellt werden, die in der Lage ist, eine Kollision eines Bearbeitungskopfes mit einem Werkstück zu verhindern, wenn eine Höhenrichtung des zu bearbeitenden Werkstücks eine andere ist, oder wenn das auf einer Drehachse montierte Werkstück bearbeitet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben dargelegten sowie weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. Diese Schaubilder zeigen Folgendes:
1 ist ein Schaubild, welches einen ersten Modus eines Laserstrahlbearbeitungsverfahrens durch eine Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 ist ein Schaubild, welches einen zweiten Modus des Laserstrahlbearbeitungsverfahrens durch die Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 ist ein Blockschaubild einer ersten Ausführungsform einer Laserstrahlmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Blockschaubild einer zweiten Ausführungsform der Laserstrahlmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Schaubild, welches eine numerische Steuereinheit, die das in 1 gezeigte Laserstrahlbearbeitungsverfahren ausführt, und die Laserstrahlmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung, die durch die numerische Steuereinheit gesteuert wird, veranschaulicht;
6 ist ein Schaubild, welches die numerische Steuereinheit, die das in 2 gezeigte Laserstrahlbearbeitungsverfahren ausführt, und die Laserstrahlmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung, die durch die numerische Steuereinheit gesteuert wird, veranschaulicht;
7 ist ein Schaubild, welches das durch das Dokument des Standes der Technik offenbarte Laserstrahlbearbeitungsverfahren veranschaulicht;
8 ist ein Schaubild, welches das Laserstrahlbearbeitungsverfahren gemäß einer herkömmlichen Technologie veranschaulicht, wenn sich eine Höhe des Werkstücks an einem Mittelpunkt ändert; und
9 ist ein Schaubild, welches das Laserstrahlbearbeitungsverfahren gemäß einer herkömmlichen Technologie veranschaulicht, wenn das sich Werkstück dreht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zuerst wird ein erster Modus eines Laserstrahlbearbeitungsverfahrens durch eine Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung anhand von 1 beschrieben.
Wenn ein Werkstück 44, bei dem ein nächster Bearbeitungsstartpunkt Ps höher positioniert ist als ein Bearbeitungsendpunkt Pe, mit einem Laserstrahl bearbeitet wird, so wird die Position einer Düse so gesteuert, dass die Distanz zum Werkstück 44 konstant gehalten wird, indem ein Bearbeitungsvorgang unter Verwendung einer Spaltsteuerung ausgeführt wird, wodurch verhindert werden kann, dass die Düse eines Bearbeitungskopfes 40 mit dem Werkstück kollidiert.
Der Bearbeitungskopf 40 wird am Bearbeitungsendpunkt Pe an dem Werkstück 44 in der Z-Achsen-Richtung angehoben. Wenn der Bearbeitungskopf 40 um eine vorgegebene Distanz angehoben wird, so wird begonnen, die Ebenenachsen (X- und Y-Achsen) anzusteuern, um den Bearbeitungskopf 40 in Richtung des nächsten Bearbeitungsstartpunkt Ps zu bewegen. Beim Anheben auf eine voreingestellte Höhe stoppt der Bearbeitungskopf 40 seine Bewegung in der Z-Achsen-Richtung und geht zu einer Bewegung ausschließlich in den Ebenenachsen (X- und Y-Achsen) über. Der Bearbeitungskopf 40 beginnt sich abzusenken, wenn anhand eines Restbetrages an Bewegung eines Blocks, der einen Befehl zum Ansteuern der Ebenenachsen ausgibt, detektiert wird, dass der Bearbeitungskopf 40 die Nähe des nächsten Bearbeitungsstartpunktes Ps erreicht hat.
Als Nächstes wird ein zweiter Modus des Laserstrahlbearbeitungsverfahrens durch die Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung anhand von 2 beschrieben.
Wenn eine Bearbeitungsoberfläche bei der Rohrbearbeitung geändert wird, so führt der Bearbeitungskopf 40 automatisch die Rückzugs- und Rückkehroperationen mit ausschließlich einem Positionierungsbefehl der Drehachse aus.

(1) Zurückziehen des Bearbeitungskopfes 40 um einen eingestellten Bewegungsbetrag.
(2) Beginnen eines Positionierungsbefehls einer Drehachse Ra während des Zurückziehens des Bearbeitungskopfes 40 zu einer eingestellten Position.
(3) Wenn sich der Positionierungsbefehl der Drehachse Ra einem Endpunkt nähert, so wird das Absenken des Bearbeitungskopfes 40 eingeleitet. Dann wird, wenn ein (nicht gezeigter) Spaltsensor das Werkstück detektiert, die Steuerung umgeschaltet, um eine Steuerung durch die Spaltsteuerung auszuführen. Durch Umschalten zu einer Steuerung durch die Spaltsteuerung wird eine Kollision des Bearbeitungskopfes 40 mit dem Werkstück vermieden.
(4) Ausführen der Steuerung durch die Spaltsteuerung.

Eine erste Ausführungsform einer Laserstrahlmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird anhand von 3 beschrieben.
Eine numerische Steuereinheit 10, die eine Laserstrahlmaschine steuert, enthält eine Bewegungsbetrag-Berechnungseinheit 61, eine Servosteuereinheit 62 und eine Spaltsteuereinheit 70. Die Bewegungsbetrag-Berechnungseinheit 61 analysiert Bearbeitungspfadbefehle, die in einem Programm 60 beschrieben sind, das die Laserstrahlbearbeitung anweist, und gibt Bewegungsbefehle, die durch Analyse erhalten werden, an die Servosteuereinheit 62 aus. Die Servosteuereinheit 62 führt die Verarbeitung der Positionssteuerung und der Geschwindigkeitssteuerung aus und gibt einen Strombefehl an einen Servoverstärker 63 aus. Der Servoverstärker 63 steuert einen Servomotor 64 gemäß Befehlen von der Servosteuereinheit 62. Der Bearbeitungskopf 40 bewegt sich vertikal in der Z-Achsen-Richtung gemäß der Ansteuerung des Servomotors 64.
Ein Spaltsensor 42 zum Messen der Distanz zwischen dem Bearbeitungskopf 40 und dem Werkstück 44 ist an dem Bearbeitungskopf 40 montiert. Ein von dem Spaltsensor 42 ausgegebenes Signal wird durch einen A/D-Wandler 66 in ein digitales Signal umgewandelt und in eine Positionsbefehlsoperationseinheit 78 eines Bearbeitungskopfes der Spaltsteuereinheit 70 eingespeist.
Die Spaltsteuereinheit 70 enthält eine Rückzugscode-Leseeinheit 71, eine Block-Bewegungsrestbetrag-Berechnungseinheit 72, eine Rückzugsbestimmungseinheit 73, eine Rückzugsdatenspeichereinheit 74, die Rückzugsdaten speichert, die als ein Parameter voreingestellt sind, um den Bearbeitungskopf zurückzuziehen, eine Absenkungsbestimmungseinheit 75, eine Absenkungsmodusbestimmungseinheit 76, eine Absenkungsdatenspeichereinheit 77, die Absenkungsdaten speichert, die als ein Parameter voreingestellt sind, um den Bearbeitungskopf 40 zu veranlassen, eine Bearbeitung auszuführen, und eine Positionsbefehlsoperationseinheit 78 des Bearbeitungskopfes.
Wenn ein Befehlscode zum Zurückziehen des Bearbeitungskopfes, um ihn zum nächsten Bearbeitungsstartpunkt zu bewegen, durch die Analyse des Bearbeitungspfades durch die Bewegungsbetrag-Berechnungseinheit 61 analysiert wird, so liest die Rückzugscode-Leseeinheit 71 den analysierten Rückzugscode. Wenn der Rückzugscode zum Zurückziehen des Bearbeitungskopfes durch die Rückzugscode-Leseeinheit 71 gelesen wird, so beginnt die Block-Bewegungsrestbetrag-Berechnungseinheit 72 das Berechnen einen Bewegungsrestbetrages des Blocks.
Es wird nun der Bewegungsrestbetrag des Blocks beschrieben. Die Bewegung des Bearbeitungskopfes 40 beginnt gemäß einem Positionierungsbefehl, der die Bewegung zum nächsten Bearbeitungspunkt anweist. Dann berechnet die Block-Bewegungsrestbetrag-Berechnungseinheit 72 einen Bewegungsrestbetrag des Blocks durch Integrieren von Bewegungsbefehlen, die von der Bewegungsbetrag-Berechnungseinheit 61 ausgegeben wurden. Der Bewegungsrestbetrag des Blocks ist ein Betrag, der durch Addieren einer Verzögerung des Motors zu einem Betrag erhalten wird, der der Distanz von der momentanen Position des Bearbeitungskopfes 40 zu dem durch einen Positionierungsbefehl angewiesenen Bearbeitungsstartpunkt entspricht.
Wenn die Berechnung des Bewegungsrestbetrages des Blocks durch die Block-Bewegungsrestbetrag-Berechnungseinheit 72 begonnen wird, so gibt die Rückzugsbestimmungseinheit 73 Rückzugsdaten, die als ein Parameter voreingestellt sind, um den Bearbeitungskopf 40 zurückzuziehen, und die in der Rückzugsdatenspeichereinheit 74 gespeichert sind, an die Positionsbefehlsoperationseinheit 78 des Bearbeitungskopfes aus.
Wenn der Bewegungsrestbetrag des Blocks, der durch die Block-Bewegungsrestbetrag-Berechnungseinheit 72 berechnet wurde, unter einen voreingestellten Wert abfällt, so gibt die Absenkungsbestimmungseinheit 75 einen Befehl an die Absenkungsmodusbestimmungseinheit 76 aus, um:

– Absenkungsdaten, die zuvor als ein Parameter eingestellt und in der Absenkungsdatenspeichereinheit 77 gespeichert wurden, an die Positionsbefehlsoperationseinheit 78 des Bearbeitungskopfes auszugeben, oder
– einen Befehl, der eine Positionssteuerung auf der Basis eines Signals von dem Spaltsensor 42 ausführt, um den Bearbeitungskopf 40 auf der Basis eines Ausgangssignals von dem Spaltsensor 42 näher an das Werkstück 44 zu bringen, an die Positionsbefehlsoperationseinheit 78 des Bearbeitungskopfes auszugeben.

Welcher Modus einer Steuerung auf der Basis von Absenkungsdaten oder einer Steuerung auf der Basis eines von dem Spaltsensor 42 ausgegebenen Signals auszuwählen ist, kann im Voraus in der Absenkungsmodusbestimmungseinheit 76 eingestellt werden, oder kann durch Rückzugscode spezifiziert werden, der in die Rückzugscode-Leseeinheit 71 eingelesen wurde.
Die Positionsbefehlsoperationseinheit 78 des Bearbeitungskopfes bearbeitet einen Positionsbefehl des Bearbeitungskopfes 40, um eine Positionssteuerung des Bearbeitungskopfes 40 auf der Basis von Rückzugsdaten, die von der Rückzugsdatenspeichereinheit 74 eingegeben wurden, von Absenkungsdaten, die von der Absenkungsdatenspeichereinheit 77 eingegeben wurden, und von Daten, die durch Umwandeln eines von dem Spaltsensor 42 ausgegebenen Signals durch den A/D-Wandler 66 erhalten wurden, auszuführen.
Beim Ausführen einer Operation in der Z-Achsen-Richtung, um den Bearbeitungskopf 40 näher an das Werkstück 44 zu bringen, vermeidet die Positionsbefehlsoperationseinheit 78 des Bearbeitungskopfes eine Kollision mit dem Werkstück 44 durch Umschalten zu einer Spaltsteuerung, wenn der Spaltsensor 42 das Werkstück 44 detektiert. An diesem Punkt kann ausgewählt (umgeschaltet) werden, ob durch die Spaltsteuerung (einen Detektionswert des Spaltsensors 42) eine Operation auszuführen ist, die den Bearbeitungskopf 40 näher an das Werkstück 44 bringt, oder ob eine Operation auszuführen ist, die den Bearbeitungskopf 40 bis zu einer Position näher an das Werkstück 44 bringt, die durch einen Parameter bestimmt wurde, indem man eine Modusschalteinheit zu der Positionsbefehlsoperationseinheit 78 des Bearbeitungskopfes hinzufügt.
Zum Beispiel führt die Positionsbefehlsoperationseinheit 78 des Bearbeitungskopfes Folgendes aus:

– Ausgeben eines Positionsbefehls des Bearbeitungskopfes 40 auf der Basis von Rückzugsdaten an die Servosteuereinheit 62, wenn die Rückzugsdaten von der Rückzugsdatenspeichereinheit 74 eingegeben werden,
– Ausgeben eines Positionsbefehls des Bearbeitungskopfes auf der Basis von Absenkungsdaten an die Servosteuereinheit 62, wenn die Absenkungsdaten von der Absenkungsdatenspeichereinheit 77 eingegeben werden, oder
– Ausgeben eines Positionsbefehls des Bearbeitungskopfes auf der Basis von Daten, die durch Umwandeln eines von dem Spaltsensor 42 ausgegebenen Signals durch den A/D-Wandler 66 erhalten wurden, an die Servosteuereinheit 62, wenn ein Spaltsteuerungsbefehl von der Absenkungsmodusbestimmungseinheit 76 eingegeben wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn eine Operation in der Z-Achsen-Richtung ausgeführt wird, den Bearbeitungskopf 40 näher an das Werkstück 44 zu bringen, eine Kollision mit dem Werkstück 44 vermieden, indem zu einer Spaltsteuerung umgeschaltet wird, wenn das Werkstück 44 durch den Spaltsensor 42 detektiert wird. An diesem Punkt wird ausgewählt (umgeschaltet), ob durch die Spaltsteuerung (ein Detektionswert des Spaltsensors 42) eine Operation auszuführen ist, die den Bearbeitungskopf 40 näher an das Werkstück 44 bringt, oder ob eine Operation auszuführen ist, die den Bearbeitungskopf 40 bis zu einer Position näher an das Werkstück 44 bringt, die durch einen Parameter bestimmt wurde, indem man eine Modusschalteinheit hinzufügt. Dementsprechend kann der Bearbeitungskopf rasch auf einen Parametersollwert abgesenkt werden, wenn das Werkstück flach ist, und kann unbedenklich abgesenkt werden, wenn das Werkstück eine spezielle Form hat, wie zum Beispiel bei der Rohrbearbeitung.
Eine zweite Ausführungsform der Laserstrahlmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird anhand von 4 beschrieben. Die Laserstrahlmaschine enthält einen Mechanismus, der es dem Werkstück erlaubt, sich um die Drehachse zu drehen (Drehmittelpunkt O).
Die herkömmliche Technologie kann sogar für Werkstücke einer speziellen Form, wie zum Beispiel zur Rohrbearbeitung, verwendet werden, indem man den ersten Modus (1) des oben dargelegten Laserstrahlbearbeitungsverfahren auf den Fall eines Positionierungsbefehls einer dritten Achse anwendet, und die Zykluszeit kann abgekürzt werden.
Als Nächstes wird eine Steuerungsvorrichtung einer Laserstrahlmaschine, die eine Steuerung des ersten Modus (1) und des zweiten Modus (2) des oben dargelegten Laserstrahlbearbeitungsverfahrens ausführt, anhand der 5 und 6 beschrieben.
Zuerst wird eine erste Form einer numerischen Steuereinheit, die eine Laserstrahlmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung steuert, anhand von 5 beschrieben.
Die Steuerungsvorrichtung, die die Laserstrahlmaschine steuert, wird durch die numerische Steuereinheit 10 konfiguriert. Die numerische Steuereinheit 10 ist um einen Prozessor (CPU) 11 herum konfiguriert, und der Prozessor 11 ist über einen Bus 24 verbunden mit: einem ROM 12, einem RAM 14, einem nicht-flüchtigen Speicher 13, der durch einen über eine Batterie abgesicherten SRAM konfiguriert wird, Eingabe-/Ausgabe-Schnittstellen 15, 17, einer an eine Anzeigevorrichtung angeschlossenen MDI (Manual Data Input-Vorrichtung) 16, Achsensteuerkreisen 19, 20 der X- und Y-Achsen einer Bearbeitungsvorschubachse, und einem Achsensteuerkreis 21 der Z-Achse einer Spaltsteuerungsachse. Des Weiteren sind die Achsensteuerkreise 19 bis 21 über einen (nicht gezeigten) Servoverstärker mit Achsenservomotoren 31 bzw. 33 verbunden.
Ein Systemprogramm, das eine Laserstrahlmaschine 30 als Ganzes steuert, ist im ROM 12 gespeichert. In dem nicht-flüchtigen Speicher 13 ist ein Bearbeitungsprogramm, das unter Verwendung der an eine Anzeigevorrichtung angeschlossenen MDI 16 erzeugt wurde, oder ein Bearbeitungsprogramm, das über eine (nicht gezeigte) Eingangsschnittstelle eingegeben wurde, gespeichert.
Der RAM 14 wird zum vorübergehenden Speichern von Daten während verschiedener Arten der Verarbeitung oder dergleichen verwendet. Ein Laseroszillator 50 ist mit der Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 15 verbunden, um ein Ausgangssteuersignal von dem Prozessor 11 über die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 15 an den Laseroszillator 50 zu senden. Ein Laserstrahl 51 wird durch den Laseroszillator 50 gemäß dem Ausgangssteuersignal ausgesendet, durch einen Ablenkspiegel 52 reflektiert und dann an den Bearbeitungskopf 40 gesendet. Der Laserstrahl 51 wird durch den Bearbeitungskopf 40 gesammelt, und dann wird das Werkstück 44 damit von der Spitze eines Brenners 41, der an dem Bearbeitungskopf 40 montiert ist, her bestrahlt.
Der Brenner 41 des Bearbeitungskopfes 40 ist mit dem Spaltsensor 42 ausgestattet, der die Distanz (den Spalt) zwischen dem Spitzenpunkt des Brenners 41 und dem Werkstück 44 misst. Ein Ausgangssignal des Spaltsensors 42 wird über einen A/D-Wandler (einen Wandler, der ein analoges Signal in ein digitales Signal konvertiert) 18 im Inneren der numerischen Steuereinheit 10 an die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 17 ausgegeben.
Eine Laserstrahlmaschinenmechanismus-Einheit 37 enthält den X-Achsen-Servomotor 31, der einen Tisch 43, auf dem das Werkstück 44 montiert ist, in der X-Achsen-Richtung antreibt (eine Richtung senkrecht zur Ebene der Zeichnung von 5), den Y-Achsen-Servomotor 32, der den Tisch 43 in der Y-Achsen-Richtung antreibt, die senkrecht zur X-Achsen-Richtung verläuft, und den Z-Achsen-Servomotor 33 (der eine Spaltsteuerungsachse darstellt), der den Bearbeitungskopf 40 und den Brenner 41 in der Z-Achsen-Richtung antreibt, die senkrecht zur X-Achsen-Richtung und zur Y-Achsen-Richtung verläuft.
Die X-Achsen- und Y-Achsen-Servomotoren 31, 32 dienen zum Antreiben des Tisches 43, und der Z-Achsen-Servomotor 33 dient zum Justieren der Distanz (das heißt, des Spalts) zwischen dem Spitzenpunkt des Brenners 41 und dem Werkstück 44. Der X-Achsen-Servomotor 31 ist mit einem X-Achsensteuerkreis 19 der numerischen Steuereinheit 10 verbunden, der Y-Achsen-Servomotor 32 ist mit einem Y-Achsensteuerkreis 20 verbunden, und der Z-Achsen-Servomotor 33 ist mit einem Z-Achsensteuerkreis 21 verbunden.
Überdies ist ein Positions-/Geschwindigkeitsdetektor, der die Position/Geschwindigkeit detektiert, wie zum Beispiel ein Impulscodierer, an jedem der Servomotoren 31, 32, 33 von jeweiligen Achsen montiert, um eine Rückmeldung der Position/Geschwindigkeit der Servomotoren 31, 32, 33 an die Steuerkreise 19, 20, 21 der jeweiligen Achsen zu geben. Die Steuerkreise 19, 20, 21 von jeweiligen Achsen geben einen Bewegungsbefehl der Achse an Servoverstärker von jeweiligen (nicht gezeigten) Achsen auf der Basis von Befehlen vom Prozessor (CPU) 11 und Rückkopplungssignalen der Position/Geschwindigkeit aus. Die Servoverstärker von jeweiligen Achsen verstärken jeweils die Bewegungsbefehle zum Steuern der Position/Geschwindigkeit der Servomotoren 31, 32, 33 von jeweiligen Achsen. Die Steuerkreise 19, 20, 21 von jeweiligen Achsen führen des Weiteren jeweils eine Stromsteuerung auf der Basis eines Rückkopplungssignals von einem (nicht gezeigten) Stromdetektor aus.
Als Nächstes wird eine zweite Form der numerischen Steuereinheit, die die Laserstrahlmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung steuert, anhand von 6 beschrieben.
Die hier besprochene numerische Steuereinheit und die numerische Steuereinheit in der oben beschriebenen ersten Form (5) sind dahingehend verschieden, als die numerische Steuereinheit in der hier besprochenen Form des Weiteren eine Konfigurationseinheit einer A-Achse enthält, die einen A-Achsen-Servomotor 34 enthält, der das Werkstück 44, wie zum Beispiel ein Rohr, in dem Tisch 43 dreht, der durch den X-Achsen-Servomotor 31 und den Y-Achsen-Servomotor 32 angetrieben wird.
Die X-Achsen- und Y-Achsen-Servomotoren 31, 32 werden dafür verwendet, den Tisch 43 anzutreiben, und der Z-Achsen-Servomotor 33 wird dafür verwendet, die Distanz (das heißt den Spalt) zwischen dem Spitzenpunkt des Brenners 41 und dem Werkstück 44 zu justieren, und des Weiteren wird der A-Achsen-Servomotor 34 dafür verwendet, das Werkstück 44 zu drehen.
Der X-Achsen-Servomotor 31 ist mit dem X-Achsensteuerkreis 19 der numerischen Steuereinheit 10 verbunden, der Y-Achsen-Servomotor 32 ist mit dem Y-Achsensteuerkreis 20 verbunden, und der Z-Achsen-Servomotor 33 ist mit dem Z-Achsensteuerkreis 21 verbunden. Der A-Achsen-Servomotor 34 ist mit einem A-Achsensteuerkreis 22 verbunden. Daneben ist jeder Servomotor noch mit dem Steuerkreis von jeder Achse über einen (nicht gezeigten) Servoverstärker verbunden.
Ein Positions-/Geschwindigkeitsdetektor, der die Position/Geschwindigkeit detektiert, wie zum Beispiel ein Impulscodierer, ist an jedem der Servomotoren 31, 32, 33, 34 von jeweiligen Achsen montiert, um eine Rückmeldung der Position/Geschwindigkeit der Servomotoren 31, 32, 33, 34 an die Steuerkreise 19, 20, 21, 22 von jeweiligen Achsen zu geben. Die Steuerkreise 19, 20, 21, 22 von jeweiligen Achsen geben jeweils einen Bewegungsbefehl der Achse an Servoverstärker von jeweiligen (nicht gezeigten) Achsen auf der Basis von Befehlen von dem Prozessor (CPU) 11 und Rückkopplungssignalen der Position/Geschwindigkeit aus, und die Servoverstärker von jeweiligen Achsen verstärken jeweils den Bewegungsbefehl zum Steuern der Position/Geschwindigkeit der Servomotoren 31, 32, 33, 34 von jeweiligen Achsen. Die Steuerkreise 19, 20, 21, 22 von jeweiligen Achsen führen des Weiteren eine Stromsteuerung auf der Basis eines Rückkopplungssignals eines (nicht gezeigten) Stromdetektors aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004-1067 A [0004]
JP 2008-110389 A [0007]

Claims

Laserstrahlmaschine, mit: einem Spaltsensor, der einen Spaltbetrag zwischen einem Bearbeitungskopf und einem Werkstück detektiert; einer Spaltsteuerungsachse, die so gesteuert wird, dass der Spaltbetrag während der Bearbeitung auf der Basis des durch den Spaltsensor detektierten Spaltbetrages konstant gehalten wird; und einer Bearbeitungsvorschubachse, die den Bearbeitungskopf relativ zu dem Werkstück so bewegt, dass sich der Bearbeitungskopf entlang einer Bearbeitungsform bewegt, wobei die Laserstrahlmaschine ferner umfasst: eine Werkstückdetektionseinheit, die, wenn der Bearbeitungskopf von einem Bearbeitungsendpunkt zu einem nächsten Bearbeitungsstartpunkt bewegt wird, die Spaltsteuerungsachse um einen vorgegebenen Betrag in einer Richtung bewegt, in der sich der Bearbeitungskopf am Bearbeitungsendpunkt von dem Werkstück fort bewegt, und dann das Vorhandensein des Werkstücks auf der Basis eines Signals von dem Spaltsensor detektiert, wenn eine Operation, um den Bearbeitungskopf näher an das Werkstück zu bringen, ausgeführt wird; und eine Spaltsteuerungseinheit, die die Spaltsteuerungsachse unter Verwendung einer Spaltsteuerung steuert, wenn das Werkstück durch die Werkstückdetektionseinheit detektiert wird.
Laserstrahlmaschine nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungsvorschubachse eine Drehachse enthält, die das Werkstück fixiert und dreht.