JP2017202515A - レーザ加工機及び倣い異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】倣い異常の誤検出を低減させることができるレーザ加工機を提供する。【解決手段】Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部１３は、加工ヘッド２５を材料（ワークＷ）の面に沿って移動させる。Ｚ軸倣い動作制御部１４は、加工ヘッド２５のノズルの倣い動作を制御する。Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７は、加工ヘッド２５を所定の時間だけ移動させるごとに所定の相対移動距離を算出する。Ｚ軸変位量算出部１６は、加工ヘッド２５を所定の相対移動距離だけ移動させるごとに、相対移動距離の算出開始時における加工ヘッド２５のＺ軸方向のＺ軸基準位置を示す値と、相対移動距離到達時における加工ヘッド２５のＺ軸方向のＺ軸現在位置を示す値との差分であるＺ軸変位量を算出する。Ｚ軸変位異常検出部１８は、Ｚ軸変位量を相対移動距離で除算したＺ軸変位量の勾配を算出し、勾配が閾値以上であれば加工ヘッド２５のＺ軸変位量は異常であると判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を射出するノズルと材料との距離を一定に保つ倣い動作を実行するレーザ加工機、及び、倣い異常を検出する倣い異常検出方法に関する。

金属の材料をレーザ光によって切断加工するレーザ加工機は、レーザ光を射出するノズルと材料との距離を一定に保つ倣い動作を実行するために、倣いセンサを備える。レーザ加工機は倣いセンサを備えることによって、材料に反りまたはうねりがあっても、加工ヘッドを上下方向に変位させ、ノズルと材料との距離を一定に保つことができる。

レーザ加工機は、倣い動作による加工ヘッドの上昇ではなく、何らかの異常（倣い異常）の発生により加工ヘッドが上昇したと考えられるとき、機械の動作を停止させるように構成されている。また、加工ヘッドが既に切断加工された領域（陥没した領域）を通過するときは加工ヘッドが陥没エリアに突っ込んで材料と干渉することがないように、倣い動作を一時的にキャンセルするように制御される。

特許第４４２１９９５号公報

従来のレーザ加工機における第１の倣い異常検出方法によれば、加工ヘッドが所定の変位量以上上昇した場合に倣い異常であると判定する。レーザ加工機は、例えば変位量１０ｍｍを閾値として、加工ヘッドが閾値１０ｍｍ以上上昇した場合に倣い異常であるとして機械の動作を停止させる。従来のレーザ加工機における第２の倣い異常検出方法によれば、加工ヘッドが所定の時間内に所定の変位量以上上昇した場合に倣い異常であると判定する（特許文献１参照）。

材料をレーザ光によって切断加工すると、レーザ光による熱によって材料が大きく反ることがある。例えば長さ２ｍの材料で２０ｍｍ反ることがある。このように反った材料をさらに切断加工すると、加工ヘッドは倣い動作によって閾値１０ｍｍ以上上昇する。従って、第１の倣い異常検出方法では、倣い異常でないにも関わらず倣い異常と判定されてしまう。

レーザ加工機は、加工ヘッドを高速で移動させながら材料を切断加工することがある。この場合、加工ヘッドが所定の時間内に所定の変位量以上上昇することがある。従って、第２の倣い異常検出方法でも、倣い異常でないにも関わらず倣い異常と判定されてしまう。

このように、単に加工ヘッドの上下方向の変位量それ自体、または、所定の時間内での上下方向の変位量を用いて倣い異常であるか否かを検出すると、誤検出を招くことがある。倣い異常の誤検出を低減させることができるレーザ加工機及び倣い異常検出方法が望まれている。本発明は、倣い異常の誤検出を低減させることができるレーザ加工機及び倣い異常検出方法を提供することを目的とする。

本発明は、加工ヘッドを材料の面に沿ったＸ軸方向とＸ軸方向と直交するＹ軸との少なくとも一方に移動させるＸ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部と、前記Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部が加工ヘッドを材料の面に沿って移動させるときに、前記加工ヘッドの先端に設けられているノズルと前記材料との距離を所定の距離に保つよう、前記加工ヘッドを前記材料に接近する方向及び離間する方向であるＺ軸方向に移動させる倣い動作を制御するＺ軸倣い動作制御部と、前記Ｚ軸倣い動作制御部が前記加工ヘッドの前記材料の面に対するＺ軸方向の倣い動作を制御しながら、前記Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部が前記加工ヘッドを前記材料の面に沿って所定の時間だけ移動させるごとに、前記加工ヘッドの前記所定の時間における所定の相対移動距離を算出するＸ軸・Ｙ軸移動距離算出部と、前記Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部が前記加工ヘッドを前記所定の相対移動距離だけ移動させるごとに、前記所定の相対移動距離の算出開始時における前記加工ヘッドのＺ軸方向の絶対位置または相対位置であるＺ軸基準位置を示す値と、前記所定の相対移動距離到達時における前記加工ヘッドのＺ軸方向の絶対位置または相対位置であるＺ軸現在位置を示す値との差分である、前記所定の相対移動距離における前記加工ヘッドのＺ軸変位量を算出するＺ軸変位量算出部と、前記Ｚ軸変位量算出部が算出したＺ軸変位量を前記所定の相対移動距離で除算したＺ軸変位量の勾配を算出し、前記勾配が所定の閾値未満であれば前記加工ヘッドのＺ軸変位量は正常であると判定し、前記勾配が前記閾値以上であれば前記加工ヘッドのＺ軸変位量は異常であると判定するＺ軸変位異常検出部とを備えることを特徴とするレーザ加工機を提供する。

本発明は、加工ヘッドを材料の面に沿ったＸ軸方向とＸ軸方向と直交するＹ軸との少なくとも一方に、前記加工ヘッドの先端に設けられているノズルと前記材料との距離を所定の距離に保つよう、前記加工ヘッドを前記材料に接近する方向及び離間する方向であるＺ軸方向に移動させる倣い動作をさせながら所定の時間だけ移動させるごとに、前記加工ヘッドの前記所定の時間における所定の相対移動距離を算出し、前記加工ヘッドを前記所定の相対移動距離だけ移動させるごとに、前記所定の相対移動距離の算出開始時における前記加工ヘッドのＺ軸方向の絶対位置または相対位置であるＺ軸基準位置を示す値を記憶部に記憶させ、前記加工ヘッドを前記所定の相対移動距離だけ移動させるごとに、前記Ｚ軸基準位置を示す値と、前記所定の相対移動距離到達時における前記加工ヘッドのＺ軸方向の絶対位置または相対位置であるＺ軸現在位置を示す値との差分である、前記所定の相対移動距離における前記加工ヘッドのＺ軸変位量を算出し、前記Ｚ軸変位量を前記所定の相対移動距離で除算したＺ軸変位量の勾配を算出し、前記勾配が所定の閾値未満であれば前記加工ヘッドの変位量は正常であると判定し、前記勾配が前記閾値以上であれば前記加工ヘッドの変位量は異常であると判定することを特徴とする倣い異常検出方法を提供する。

本発明のレーザ加工機及び倣い異常検出方法によれば、倣い異常の誤検出を低減させることができる。

一実施形態のレーザ加工機の全体的な構成を示すブロック図である。 一実施形態のレーザ加工機における所定の時間ごとの相対移動距離の算出方法を説明するための図である。 一実施形態のレーザ加工機において、加工開始から加工終了までの間に、加工ヘッドの移動速度に関わらず一定の相対移動距離を算出している状態を示す図である。 一実施形態のレーザ加工機の動作、一実施形態の倣い異常検出方法及び倣い制御方法を示すフローチャートである。 一実施形態のレーザ加工機の動作、一実施形態の倣い異常検出方法及び倣い制御方法による作用を従来の倣い異常検出方法と比較して説明するための図である。

以下、一実施形態のレーザ加工機、倣い異常検出方法、倣い制御方法について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を用いて、一実施形態のレーザ加工機の全体的な構成を説明する。

図１において、レーザ加工機は、金属の材料として板状のワークＷを切断加工する加工機本体２０と、加工機本体２０による切断加工を制御するＮＣ装置１０と、倣いセンサ基板３０と、表示・操作部４０とを備える。ＮＣ装置１０は、倣い制御装置として機能する。表示・操作部４０は、液晶パネル等の表示部と操作ボタンを含む操作部とが一体となったものである。

ＮＣ装置１０は、中央処理装置１１、加工プログラム実行部１２、Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部１３、Ｚ軸倣い動作制御部１４、ヘッド移動速度制御部１５、Ｚ軸変位量算出部１６、Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７、Ｚ軸変位異常検出部１８、記憶部１６１を備える。中央処理装置１１をＣＰＵ（Central Processing Unit）１１と略記する。

加工プログラム実行部１２、Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部１３、Ｚ軸倣い動作制御部１４、ヘッド移動速度制御部１５、Ｚ軸変位量算出部１６、Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７、Ｚ軸変位異常検出部１８の一部または全ては、ＣＰＵ１１によって実行されるソフトウェアモジュール（コンピュータプログラム）で構成されていてもよい。記憶部１６１は、ＮＣ装置１０が備える任意の記憶領域である。

加工プログラム実行部１２、Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部１３、Ｚ軸倣い動作制御部１４、ヘッド移動速度制御部１５、Ｚ軸変位量算出部１６、Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７、Ｚ軸変位異常検出部１８は、ＣＰＵ１１による制御に基づいて、後述のように動作する。

加工機本体２０は、レーザ発振器２１、コリメートレンズ２２、ベンドミラー２３、集光レンズ２４、加工ヘッド２５、Ｘ軸・Ｙ軸サーボモータ２６、Ｚ軸サーボモータ２７、プリアンプ２８を備える。図１に示す加工機本体２０は、加工機本体２０の構成を概念的に図示している。プリアンプ２８が倣いセンサ基板３０に設けられていてもよいし、倣いセンサ基板３０が加工機本体２０に設けられていてもよい。

レーザ発振器２１は、ＮＣ装置１０による制御に基づいて、一点鎖線にて示すレーザ光を射出する。レーザ発振器２１は、ファイバレーザ発振器またはダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）等の任意のレーザ発振器でよい。

コリメートレンズ２２はレーザ光を平行光化して略平行光束とする。ベンドミラー２３は、略平行光束に変換されたレーザ光を反射させ、レーザ光の光路を９０度折り曲げる。集光レンズ２４は、ベンドミラー２３で反射して加工ヘッド２５の内部を進行するレーザ光をワークＷの表面に集光させる。

加工ヘッド２５の先端部にはセンサコーン２５１が装着されており、センサコーン２５１にはレーザ光を射出するノズル２５２が装着されている。センサコーン２５１及びノズル２５２は、倣いセンサのセンサ部２５０を構成する。Ｘ軸・Ｙ軸サーボモータ２６は、加工ヘッド２５を、ワークＷの面内の１つの方向であるＸ軸方向と、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に移動させる。Ｚ軸サーボモータ２７は、加工ヘッド２５を上下方向（Ｚ軸方向）、即ち、ワークＷに接近する方向及び離間する方向に移動させる。

ここでは、Ｘ軸・Ｙ軸サーボモータ２６が加工ヘッド２５を直接移動させるように図示しているが、実際には次のように構成されている。加工ヘッド２５はＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれに移動自在の図示していないキャリッジに取り付けられており、Ｘ軸・Ｙ軸サーボモータ２６がキャリッジをＸ軸方向またはＹ軸方向に移動させることによって、加工ヘッド２５をワークＷのＸＹ平面に沿って移動させる。

ノズル２５２とワークＷとの距離（いわゆるノズルギャップ）によってセンサ部２５０の静電容量値が変化する。センサ部２５０の静電容量値はプリアンプ２８によって増幅されて、倣いセンサ基板３０に供給される。倣いセンサ基板３０は、電圧値変換部３１とＡ／Ｄ変換器３２とを有する。電圧値変換部３１は静電容量値を電圧値に変換し、Ａ／Ｄ変換器３２は電圧値をデジタル値に変換する。倣いセンサ基板３０より出力されるデジタル値は、ノズル２５２とワークＷとの距離に対応した値となる。

Ａ／Ｄ変換器３２によって得られるデジタル値は、Ｚ軸倣い動作制御部１４に供給される。デジタル値がＣＰＵ１１に供給されて、ＣＰＵ１１がデジタル値をＺ軸倣い動作制御部１４に供給してもよい。

ＮＣ装置１０には、図示していないＣＡＭまたはサーバ等の外部機器より、ワークＷを切断加工するための加工プログラムが供給される。加工プログラムは、ワークＷをどのように切断加工するかを示す加工条件を含む。加工プログラムは、加工条件として、加工ヘッド２５の移動速度を含む。加工プログラム実行部１２は加工プログラムを実行する。

Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部１３は、加工ヘッド２５をワークＷのＸＹ平面上の所定の位置に位置させるよう、Ｘ軸・Ｙ軸サーボモータ２６を制御する。Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部１３は、加工ヘッド２５をワークＷの面に沿ったＸ軸方向とＹ軸との少なくとも一方に移動させるよう制御する。また、Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部１３は、レーザ光をワークＷに照射してワークＷを加工するときは、Ｘ軸・Ｙ軸の円弧または直線補間制御によって加工ヘッド２５をワークＷのＸＹ平面に沿って移動させるよう制御する。

Ｚ軸倣い動作制御部１４は、倣いセンサ基板３０より供給されたデジタル値を参照して、ノズル２５２とワークＷとの距離を一定に保つＺ軸方向の倣い動作を実行させるよう、Ｚ軸サーボモータ２７を制御する。ＮＣ装置１０は、加工ヘッド２５のＺ軸方向の絶対位置または相対位置を常時認識している。

ヘッド移動速度制御部１５は、Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部１３が加工ヘッド２５を移動させるとき、加工プログラムに含まれる移動速度となるようＸ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部１３を制御する。オペレータは、表示・操作部４０を操作して、加工ヘッド２５の移動速度を指示することができる。表示・操作部４０によって加工ヘッド２５の移動速度を指示されたときには、ヘッド移動速度制御部１５は、指示された移動速度となるようＸ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部１３を制御する。

Ｚ軸変位量算出部１６は、後に詳述するように、所定の時刻（Ｘ軸・Ｙ軸の所定の相対移動距離の算出開始時）における加工ヘッド２５のＺ軸方向の基準位置を示す値を記憶部１６１に記憶させ、Ｘ軸・Ｙ軸の所定の相対移動距離に到達した時刻で、基準位置を基準とした加工ヘッド２５のＺ軸方向の変位量を算出する。

Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７は、Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部１３が加工ヘッド２５をＸ軸方向またはＹ軸方向に移動させたとき、加工ヘッド２５のＸＹ平面上の相対移動距離を演算する。Ｚ軸変位異常検出部１８は、後述のようにして、Ｚ軸変位の異常の有無を検出する。

図２及び図３を用いて、Ｚ軸変位量算出部１６と、Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７の動作を説明する。加工ヘッド２５の移動速度Ｖが時刻ｔの変化に伴って図２に示すように変化するとする。加工ヘッド２５がある方向（第１の方向）に移動するときの移動速度Ｖをプラスとすれば、逆方向（第２の方向）に移動するときの移動速度Ｖはマイナスである。移動速度Ｖを時刻ｔに関する関数ｆ（ｔ）とし、Ｘ軸方向の速度をＶｘ、Ｙ軸方向の速度をＶｙとすると、移動速度Ｖは式（１）で表すことができる。

図２において、Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７は、時刻ｔ０からｔｎまでの時間内で、単位時間Δｔごとに加工ヘッド２５の相対移動距離を算出し、相対移動距離を積算する。なお、単位時間Δｔでの加工ヘッド２５の相対移動距離はハッチングを付したそれぞれの矩形の面積で表すことができる。時刻ｔ０から時刻ｔｎまでの時間内での加工ヘッド２５の相対移動距離の積算値（積算移動距離）は、時刻ｔ０から時刻ｔｎまでのハッチングを付した矩形の面積の合計で表すことができる。

相対移動距離とは、例えば加工ヘッド２５が第１の方向に移動した後に第２の方向に移動したとすると、第１の方向への移動距離と第２の方向への移動距離との積算である絶対移動距離ということではなく、第１の方向への移動距離から第２の方向への移動距離を減算した距離ということである。時刻ｔ０から時刻ｔｎまでの間に、加工ヘッド２５が相対的に移動した距離を相対移動距離とする。

Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７は、式（２）に示すように、関数ｆ（ｔ）に基づき、時刻ｔ０から時刻ｔｎまでの相対移動距離Ｌを算出する。図２における時間ＴａまたはＴｂでのハッチングを付した矩形の面積の合計が相対移動距離Ｌを示す。

Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７は、時刻ｔ０から時刻ｔｎまでの１つの時間での相対移動距離を積算して相対移動距離Ｌを検出すると、Ｚ軸変位量算出部１６はＺ軸現在位置Ｚｎを取得し、時刻ｔｎを時刻ｔ０として同じ動作を繰り返す。図２は、時刻ｔ０から時刻ｔｎまでの１つの時間での積算値の算出動作を繰り返したときの２つの時間での算出動作を示している。時刻ｔ０が基準の時刻である。

Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７は、単位時間Δｔを固定としてもよいが相対移動距離Ｌは設定された距離とする。なお、相対移動距離Ｌに相当する時刻ｔ０から時刻ｔｎまでの時間は例えば１〜３秒程度でよい。

Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７は、移動速度Ｖが速いほど単位時間Δｔを短くして、相対移動距離Ｌを一定とすることが好ましい。Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７が移動速度Ｖに応じて単位時間Δｔを可変させ、時刻ｔ０から時刻ｔｎまでの時間を可変させる場合には、Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７は、ヘッド移動速度制御部１５が制御している加工ヘッド２５の移動速度Ｖを参照すればよい。

図２において、時刻ｔ０での移動速度ＶがＶ１であるとき、時刻ｔ０から時刻ｔｎまでの時間はＴａである。時刻ｔが進行して、時刻ｔ０での移動速度ＶがＶ１よりも速いＶ２であるとき、時刻ｔ０から時刻ｔｎまでの時間は時間Ｔａよりも短い時間Ｔｂとなる。

図３は、加工開始から加工終了までの間に、加工ヘッド２５の移動速度Ｖに関わらず一定の相対移動距離Ｌを算出している状態を示している。図３に示すように、Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７は、時刻ｔ０から時刻ｔｎまでの１つの時間を単位として相対移動距離Ｌを算出する。時刻ｔ０から時刻ｔｎまでの時間Ｔ１〜Ｔ８は移動速度Ｖに応じて可変されており、ハッチングを付した部分の面積は共通で相対移動距離Ｌは一定である。

前述のように、Ｚ軸倣い動作制御部１４がノズル２５２とワークＷとの距離を一定に保つよう制御しながら、Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部１３が加工ヘッド２５をＸＹ平面で移動させる。このとき、Ｚ軸変位量算出部１６は、所定の開始時刻（Ｘ軸・Ｙ軸の相対移動距離Ｌの算出開始時）である時刻ｔ０で、加工ヘッド２５のＺ軸方向の絶対位置または相対位置を示す値を取得して、Ｚ軸基準位置Ｚ０として記憶部１６１に記憶させる。

Ｚ軸変位量算出部１６は、所定の到達時刻（Ｘ軸・Ｙ軸の相対移動距離Ｌの到達時）ｔｎでの加工ヘッド２５のＺ軸方向の絶対位置または相対位置を示す値をＺ軸現在位置Ｚｎとして取得する。Ｚ軸変位量算出部１６は、Ｚ軸現在位置Ｚｎが示す値から記憶部１６１に記憶されているＺ軸基準位置Ｚ０が示す値を減算して、時刻ｔ０から時刻ｔｎまでの時間での加工ヘッド２５のＺ軸方向の絶対位置または相対位置の差分であるＺ軸変位量ΔＺを算出して、記憶部１６１に記憶させる。

後述するＺ軸変位異常検出部１８が、加工ヘッド２５が上昇するときのＺ軸変位異常のみを検出する場合には、式（３）に基づいてＺ軸変位量ΔＺが正であるときのＺ軸変位量ΔＺを求め、Ｚ軸変位量ΔＺが負であるときにはＺ軸変位量ΔＺを０とすればよい。Ｚ軸変位異常検出部１８が、加工ヘッド２５が上昇及び下降するときのＺ軸変位異常を検出する場合には、式（４）に基づいて絶対値のＺ軸変位量ΔＺを求めればよい。本実施形態においては、Ｚ軸変位異常検出部１８は、加工ヘッド２５が上昇するときのＺ軸変位異常のみを検出するとする。

ΔＺ＝Ｚｎ−Ｚ０ …（３）
ΔＺ＝｜Ｚｎ−Ｚ０｜ …（４）

Ｚ軸変位量算出部１６は、時刻ｔ０から時刻ｔｎまでのＸ軸・Ｙ軸の相対移動距離Ｌの到達時に記憶させたＺ軸変位量ΔＺを、Ｚ軸変位異常検出部１８が倣い異常の有無を検出すべくＺ軸変位量ΔＺを取得した後にクリアする。即ち、Ｚ軸変位量算出部１６は、加工ヘッド２５が時刻ｔ０から時刻ｔｎまでのＸ軸・Ｙ軸の相対移動距離Ｌだけ到達するごとに、加工ヘッド２５のＺ軸変位量ΔＺの算出と記憶部１６１への記憶を繰り返す。

Ｚ軸変位異常検出部１８は、次のようにしてＺ軸変位の異常の有無を検出する。Ｚ軸変位異常検出部１８は、時刻ｔｎにおいて、記憶部１６１が記憶しているＺ軸変位量ΔＺを取得する。即ち、Ｚ軸変位異常検出部１８は、加工ヘッド２５が時刻ｔ０から時刻ｔｎまでの所定の時間だけ相対移動するごとにＺ軸変位量ΔＺを取得する。

Ｚ軸変位異常検出部１８は、Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７が算出した相対移動距離Ｌを取得し、式（５）に基づきＺ軸変位量ΔＺを相対移動距離Ｌで除算して、Ｚ軸変位量ΔＺの勾配Ｇｒを算出する。
Ｇｒ＝ΔＺ／Ｌ …（５）

Ｚ軸変位異常検出部１８は、勾配Ｇｒが所定の閾値未満であればＺ軸変位は正常であると判定し、閾値以上であればＺ軸変位は異常であると判定する。

図４に示すフローチャートを用いて、本実施形態のレーザ加工機の動作、本実施形態のレーザ加工機で実行される倣い異常検出方法を説明する。図４において、ＮＣ装置１０は、ステップＳ１にて、倣い動作を実行させるか否かを判定する。

ワークＷが平板ではなく例えば波状の凹凸が形成されているようなＺ軸倣い動作制御部１４が制御できる限界を超える材料である場合には、倣い動作を実行させることができない。ＮＣ装置１０は、倣い動作を実行させることができるワークＷであれば（YES）、処理をステップＳ２に移行させ、倣い動作を実行させることができないワークＷであれば（NO）、ステップＳ１の処理を繰り返す。

ＮＣ装置１０は、ステップＳ２にて、切削送り、即ち、ワークＷを切断加工するために加工ヘッド２５を移動させる処理であるか否かを判定する。ＮＣ装置１０は、切削送りであれば（YES）、処理をステップＳ３に移行させ、加工ヘッド２５を位置決めするために加工ヘッド２５を移動させる場合のように切削送りでなければ（NO）、ステップＳ１及びＳ２の処理を繰り返す。

ＮＣ装置１０は、ステップＳ３にて、レーザ光のビームをワークＷに照射するビームオンの状態であるか否かを判定する。ＮＣ装置１０は、ビームオンの状態であれば（YES）、処理をステップＳ４に移行させ、ビームオンの状態でなければ（NO）、ステップＳ１〜Ｓ３の処理を繰り返す。

ＮＣ装置１０（Ｚ軸変位量算出部１６）は、ステップＳ４にて、上述した時刻ｔ０でのＺ軸基準位置Ｚ０をＺ軸変位量算出部１６に記憶させる。ＮＣ装置１０（Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部１７）は、ステップＳ５にて、Ｘ軸・Ｙ軸相対移動距離を算出し、相対移動距離Ｌに到達したか否かを判定する。ＮＣ装置１０は、相対移動距離Ｌに到達していなければ（NO）、処理をステップＳ５に戻し、相対移動距離Ｌに到達していれば（YES）、処理をステップＳ７に移行させる。

ＮＣ装置１０（Ｚ軸変位異常検出部１８）は、ステップＳ７にて、Ｚ軸変位量ΔＺを算出し、ステップＳ８にて、Ｚ軸変位量ΔＺの勾配Ｇｒを算出する。ＮＣ装置１０（Ｚ軸変位異常検出部１８）は、ステップＳ９にて、勾配Ｇｒは閾値未満であるか否かを判定する。勾配Ｇｒが閾値未満であれば（YES）、Ｚ軸変位は正常である。

ＮＣ装置１０は、ステップＳ１０にて、加工終了であるか否かを判定する。加工終了でなければ（NO）、ＮＣ装置１０は、ステップＳ４〜Ｓ１０を繰り返す。加工終了であれば（YES）、ＮＣ装置１０は、処理を終了させる。

ステップＳ９にて勾配Ｇｒが閾値未満でなければ（NO）、Ｚ軸変位は異常である。ＮＣ装置１０は、ステップＳ１１にて、加工機本体２０によるワークＷの切断加工を停止させ、表示・操作部４０に警告情報を表示させる。ＮＣ装置１０は、ステップＳ１１にて、警告音を発生させてもよい。

このように、本実施形態のレーザ加工機は、加工ヘッド２５とワークＷとの間の距離を一定に保つ倣い動作を実行させて、ワークＷを加工ヘッド２５より射出されるレーザ光によって加工する。このとき、本実施形態のレーザ加工機は、加工ヘッド２５がワークＷの面に沿って相対的に一定の距離だけ移動するごとに、加工ヘッド２５のＺ軸変位量ΔＺを算出する際の基準値であるＺ軸基準位置Ｚ０を更新する。

本実施形態の倣い制御方法は、加工ヘッド２５より射出されるレーザ光によってワークＷを加工する際に、加工ヘッド２５とワークＷとの間の距離を一定に保つよう制御する。このとき、本実施形態の倣い制御方法は、加工ヘッド２５がワークＷの面に沿って相対的に一定の距離だけ移動するごとにＺ軸基準位置Ｚ０を更新する。

図５を用いて、本実施形態のレーザ加工機及び倣い異常検出方法による作用を、上述した従来のレーザ加工機における第１及び第２の倣い異常検出方法による作用と比較して説明する。

図５の（ａ）及び（ｂ）において、ワークＷは図の右端部Ｐ４が上昇するように反っており、ワークＷを切断加工するために、加工ヘッド２５がワークＷの表面に沿って左端部Ｐ０から右端部Ｐ４へと移動したとする。図５の（ｂ）におけるΔＺｍａｘは、従来の第１の倣い異常検出方法において用いられる変位量の上限値（例えば１０ｍｍ）である。

図５の（ａ）に示すように、本実施形態のレーザ加工機及び倣い異常検出方法によれば、加工ヘッド２５が左端部Ｐ０から位置Ｐ１に相対移動距離Ｌだけ移動すると、位置Ｐ１でＺ軸変位量ΔＺ１が得られ、ΔＺ１／Ｌより勾配Ｇｒが得られる。Ｚ軸変位量ΔＺ１はわずかであるから勾配Ｇｒは閾値未満であると判定され、切断加工が継続される。

同様に、位置Ｐ２でＺ軸変位量ΔＺ２、ΔＺ２／Ｌより勾配Ｇｒが得られ、位置Ｐ３でＺ軸変位量ΔＺ３、ΔＺ３／Ｌより勾配Ｇｒが得られる。Ｚ軸変位量ΔＺ２及びΔＺ３はわずかであるから勾配Ｇｒは閾値未満であると判定され、切断加工が継続される。右端部Ｐ４でＺ軸変位量ΔＺ４が得られ、ΔＺ４／Ｌより勾配Ｇｒが得られる。Ｚ軸変位量ΔＺ４は比較的小さいから勾配Ｇｒは閾値未満であると判定されて、ワークＷの切断加工が完了する。

図５の（ｂ）において、第１の倣い異常検出方法が採用されると、右端部Ｐ４の直前でＺ軸変位量ΔＺが変位量の上限値ΔＺｍａｘを超えるから、加工ヘッド２５が右端部Ｐ４に到達する前に切断加工が停止してしまう。

図５の（ｂ）において、従来の第２の倣い異常検出方法が採用され、加工ヘッド２５を低速で移動させた場合には左端部Ｐ０から右端部Ｐ４までの加工ヘッド２５の時間Δｔが長くなり、倣い異常であると判定されることはない。しかしながら、第２の倣い異常検出方法が採用され、加工ヘッド２５を高速で移動させた場合には左端部Ｐ０から右端部Ｐ４までの加工ヘッド２５の時間Δｔが短くなり、短時間で加工ヘッド２５が大きく上昇するので倣い異常であると判定されてしまう。

このように、本実施形態のレーザ加工機及び倣い異常検出方法によれば、第１及び第２の倣い異常検出方法と比較して、倣い異常の誤検出を低減させることができる。加工ヘッド２５の移動速度Ｖに応じて時刻ｔ０から時刻ｔｎまでの時間を可変させる（即ち、時間Δｔを可変させる）構成によれば、移動速度Ｖに依存せず、加工ヘッド２５の一定の相対移動距離Ｌごとに倣い異常の有無が検出されるから、倣い異常の誤検出をより効果的に低減させることができる。

倣い異常をさらに的確に検出するために、本実施形態の倣い異常検出方法及び倣い制御方法と従来の第１の倣い異常検出方法とを組み合わせてもよい。この場合、第１の倣い異常検出方法のみを採用する場合に用いる変位量の上限値ΔＺｍａｘ（１０ｍｍ）よりも大きい例えば２０ｍｍを上限値とするのがよい。倣い異常をさらに的確に検出するために、本実施形態の異常検出方法及び倣い制御方法と従来の第２倣い異常検出方法とを組み合わせてもよく、本実施形態の異常検出方法及び倣い制御方法と第１及び第２の倣い異常検出方法とを組み合わせてもよい。

本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

１０ ＮＣ装置
１１ 中央処理装置
１２ 加工プログラム実行部
１３ Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部
１４ Ｚ軸倣い動作制御部
１５ ヘッド移動速度制御部
１６ Ｚ軸変位量算出部
１７ Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部
１８ Ｚ軸変位異常検出部
２０ 加工機本体
２５ 加工ヘッド
１６１ 記憶部
２５０ センサ部
２５１ センサコーン
２５２ ノズル

Claims (4)

1. 加工ヘッドを材料の面に沿ったＸ軸方向とＸ軸方向と直交するＹ軸との少なくとも一方に移動させるＸ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部と、
   前記Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部が加工ヘッドを材料の面に沿って移動させるときに、前記加工ヘッドの先端に設けられているノズルと前記材料との距離を所定の距離に保つよう、前記加工ヘッドを前記材料に接近する方向及び離間する方向であるＺ軸方向に移動させる倣い動作を制御するＺ軸倣い動作制御部と、
   前記Ｚ軸倣い動作制御部が前記加工ヘッドの前記材料の面に対するＺ軸方向の倣い動作を制御しながら、前記Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部が前記加工ヘッドを前記材料の面に沿って所定の時間だけ移動させるごとに、前記加工ヘッドの前記所定の時間における所定の相対移動距離を算出するＸ軸・Ｙ軸移動距離算出部と、
   前記Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部が前記加工ヘッドを前記所定の相対移動距離だけ移動させるごとに、前記所定の相対移動距離の算出開始時における前記加工ヘッドのＺ軸方向の絶対位置または相対位置であるＺ軸基準位置を示す値と、前記所定の相対移動距離到達時における前記加工ヘッドのＺ軸方向の絶対位置または相対位置であるＺ軸現在位置を示す値との差分である、前記所定の相対移動距離における前記加工ヘッドのＺ軸変位量を算出するＺ軸変位量算出部と、
   前記Ｚ軸変位量算出部が算出したＺ軸変位量を前記所定の相対移動距離で除算したＺ軸変位量の勾配を算出し、前記勾配が所定の閾値未満であれば前記加工ヘッドのＺ軸変位量は正常であると判定し、前記勾配が前記閾値以上であれば前記加工ヘッドのＺ軸変位量は異常であると判定するＺ軸変位異常検出部と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工機。
2. 前記Ｘ軸・Ｙ軸位置決め動作制御部によって前記加工ヘッドを移動させるときの移動速度を制御するヘッド移動速度制御部をさらに備え、
   前記Ｘ軸・Ｙ軸移動距離算出部は、前記所定の相対移動距離が一定となるように、前記所定の時間の開始時における前記加工ヘッドの移動速度に応じて前記所定の時間を可変させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
3. 加工ヘッドを材料の面に沿ったＸ軸方向とＸ軸方向と直交するＹ軸との少なくとも一方に、前記加工ヘッドの先端に設けられているノズルと前記材料との距離を所定の距離に保つよう、前記加工ヘッドを前記材料に接近する方向及び離間する方向であるＺ軸方向に移動させる倣い動作をさせながら所定の時間だけ移動させるごとに、前記加工ヘッドの前記所定の時間における所定の相対移動距離を算出し、
   前記加工ヘッドを前記所定の相対移動距離だけ移動させるごとに、前記所定の相対移動距離の算出開始時における前記加工ヘッドのＺ軸方向の絶対位置または相対位置であるＺ軸基準位置を示す値を記憶部に記憶させ、
   前記加工ヘッドを前記所定の相対移動距離だけ移動させるごとに、前記Ｚ軸基準位置を示す値と、前記所定の相対移動距離到達時における前記加工ヘッドのＺ軸方向の絶対位置または相対位置であるＺ軸現在位置を示す値との差分である、前記所定の相対移動距離における前記加工ヘッドのＺ軸変位量を算出し、
   前記Ｚ軸変位量を前記所定の相対移動距離で除算したＺ軸変位量の勾配を算出し、
   前記勾配が所定の閾値未満であれば前記加工ヘッドの変位量は正常であると判定し、前記勾配が前記閾値以上であれば前記加工ヘッドの変位量は異常であると判定する
   ことを特徴とする倣い異常検出方法。
4. 前記所定の相対移動距離が一定となるように、前記所定の時間の開始時における前記加工ヘッドの移動速度に応じて前記所定の時間を可変させることを特徴とする請求項３に記載の倣い異常検出方法。

Images