JP4938137B1 - 被加工物の上面検出機能を有するワイヤカット放電加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】上，下ワイヤガイドと被加工物を相対移動させてワイヤ電極と被加工物を接触させて被加工物の上下の面の位置を正確に検出する機能を備えたワイヤカット放電加工機を提供する。
【解決手段】ワイヤ電極と被加工物を接触させて、接触したときの上，下ワイヤガイドの位置を検出し記憶し（ＳＡ０１）、接触後一定距離をとり（ＳＡ０２）、上ワイヤガイドと被加工物を相対移動させ、ワイヤ電極と被加工物を接触させ、接触したときの上ワイヤガイドの位置を検出し記憶し（ＳＡ０３）、位置Ａへ戻り（ＳＡ０４）、下ワイヤガイドと被加工物を相対移動させ、ワイヤ電極を被加工物に接触させ、接触したときの下ワイヤガイドの位置を検出し記憶し（ＳＡ０５）、下位置Ａへ戻り（ＳＡ０６）、ワイヤ電極と被加工物が接触した位置の座標値を算出し、算出した座標値から被加工物の板厚を算出し、処理を終了する（ＳＡ０７）。
【選択図】図２４

Description

本発明は、被加工物を加工する際に被加工物の上下面の検出機能を有するワイヤカット放電加工機に関する。

ワイヤカット放電加工機では、ワイヤ電極と被加工物との極間に電圧を印加して放電を起すと同時に、ワイヤ電極と被加工物の相対位置を変化させ、被加工物を所望の形状に加工する。

一般的に被加工物の加工結果については、寸法精度、垂直度、あるいは角度の精度が要求される。所望の加工結果を得るためには、ワイヤ電極と被加工物の相対位置を正確に求めておく必要がある。相対位置を正確に求めるためには、ワイヤ電極と被加工物の相対的な垂直位置の関係が基準となる。その相対的な垂直位置の関係を確保するという問題を解決するために、工作物取り付け台に取り付けた接触子を有する調整治具にワイヤ電極を接触させて、ワイヤ電極の垂直位置を調整する技術が特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示される技術では、ワイヤ電極の垂直位置を調整した後、加工条件を設定する必要がある。加工条件は、ワイヤ電極の種類や線径、また被加工物の材質及び板厚により異なるのが一般的であり、ある被加工物を加工するのに適した加工条件を数値制御装置へ記憶させる。

加工条件を数値制御装置に記憶させるのに併せて、放電個所へ加工液を案内するためのノズルと被加工物の隙間間隔を設定する必要がある。従来、前記ノズルの先端と被加工物の隙間調整を手動で行っていた。

手動でノズル先端と被加工物の隙間の大きさを設定する作業は、指定の微小隙間になるようにＺ軸（垂直軸）をワイヤ電極の走行方向へ少しずつ下げて、作業者がシックネスゲージなどの器具を用いて隙間を確認しながら徐々に調整を行うという煩雑な作業である。

ワイヤカット放電加工機では被加工物の厚さにより加工条件が異なるため、通常、作業者は被加工物の厚さを認識している。そのため、被加工物を被加工物置き台に直接取り付けている場合では、その厚さに合うように自動でノズル高さを調整することが可能であるように考えることができる。

特許文献２には、ノズル先端に接触子を設け、接触子と被加工物との接触を検知した状態から所定距離だけ離隔することにより、ノズルと被加工物との距離を所定の距離に保持する技術が開示されている。また、特許文献３には、ワイヤ電極の先端を被加工物に直接に接触させて被加工物の上面位置を検出する技術が開示されている。

特開２００３−７１６３６号公報 特開平７−２９９６６０号公報 特開２００５−１１１６０８号公報

ワイヤカット放電加工機においては、放電により被加工物を加工すると同時に、放電で発生した被加工物の微細な粒子が加工液中に分散する。この微細な粒子がワイヤ電極の周辺に漂っていると、ワイヤ電極と微粒子間に放電が発生してしまい、形状の加工に必要なワイヤ電極と被加工物の放電が減少し、加工速度が低下するという問題が発生する。

被加工物の微細な粒子による加工速度の低下を防止するために、ワイヤカット放電加工機において、加工経路中のワイヤ電極付近の微粒子を排除し、被加工物に効率良く放電する必要がある。

一般的に、ワイヤ電極の直径は数百μｍ程度で非常に細く、放電により形成される加工溝の幅もワイヤ電極の直径より少し大きい程度の細さである。この細い加工溝から微粒子を効率良く排除するためには、噴射する水の水圧を高くする必要があることから、ノズル先端と被加工物の隙間を小さくする必要がある。

通常、ワイヤカット放電加工機を用いて被加工物の加工を行う作業者が被加工物の厚さを認識しているとしても、一般的に用いられる被加工物の厚さは、１００μｍ〜２００μｍ程度の寸法誤差を含んでいる。一方、ノズル先端と被加工物の間隙調整についても、加工する条件によっては間隙を１００μｍ〜２００μｍに調整するよう要求する場合がある。そのため、被加工物の厚さという情報のみでノズル隙間を自動で調整することは現実的ではない。

特許文献２に開示される技術では、ノズル先端と被加工物の接触を検出するため、センサーやノズルを上下に駆動するための駆動装置及び接触と離隔を制御する制御装置が必要となり、ワイヤカット放電加工機が複雑化すると共にコストが高くなる問題がある。

また、特許文献３に開示される技術では、ワイヤ電極を溶断するかカッターのような刃物で切断する必要がある。溶断した場合はワイヤ電極の先端の径は他の部分の径よりも細く鋭利なものとなり、この先端を被加工物の上面に接触させたときにはワイヤ電極の先端部が容易に変形してしまう。このため、正確に被加工物の上面の位置を特許文献３に開示される技術を用いて正確に検出することは困難である。また、ワイヤ電極を刃物を用いて切断する場合には刃物によってワイヤ電極の先端部が曲がってしまう。加えて、溶断する場合ではワイヤ電極を熱することによりワイヤ電極の真直性が向上するが、刃物で切断する場合では真直性の向上が無い。結果として、溶断した場合と同様に被加工物の上面の位置を正確に検出できないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、上，下ワイヤガイドと被加工物を相対移動させてワイヤ電極と被加工物を接触させて被加工物の上または下の面または両方の面の位置を正確に検出する機能を備えたワイヤカット放電加工機を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、被加工物置き台に載置された被加工物と上，下ノズルに内包された上下ワイヤガイドに張架されたワイヤ電極とを相対移動させる機構を有するワイヤ放電加工機において、前記ワイヤ電極と前記被加工物との接触を検出する接触検出部と、前記ワイヤ電極が水平面に対して垂直となるように前記上，下ワイヤガイドを位置決めした後に、前記上，下ワイヤガイドに張架されたワイヤ電極と被加工物を相対移動させて前記ワイヤ電極と前記被加工物との接触を検出した第１の位置において上，下ワイヤガイドと被加工物の相対移動を停止し、次に上，下ワイヤガイドと前記被加工物を相対移動させて前記被加工物の端面から所定距離だけ離れた第２の位置において上，下ワイヤガイドと被加工物の相対移動を停止し、次に下ワイヤガイドを相対移動させない状態で上ワイヤガイドと被加工物を相対移動させて前記ワイヤ電極と被加工物との接触を検知した第３の位置で上ワイヤガイドと被加工物の相対移動を停止させる移動制御部と、前記第１の位置、第２の位置、第３の位置で停止した時の上，下ワイヤガイドの位置を記憶する記憶部と、前記上ワイヤガイドと被加工物の相対位置が第２の位置から第３の位置へ変化した際の上ワイヤガイドの水平方向の相対距離と上，下ワイヤガイドの垂直方向の距離から第３の位置におけるワイヤ電極の傾斜角度を算出するワイヤ電極傾斜角度算出部と、前記第３の位置におけるワイヤ電極の傾斜角度と、第３の位置における下ワイヤガイドと前記被加工物の端面との水平方向の距離に基づいて下ワイヤガイドから被加工物上面までの距離を算出する被加工物上面位置算出部と、を有することを特徴とする被加工物の上面検出機能を有するワイヤカット放電加工機である。

請求項２に係る発明は、前記移動制御部は、前記上，下ワイヤガイドを第２の位置に位置決めした後、上ワイヤガイドを相対移動させない状態で下ワイヤガイドを被加工物を相対移動させて前記ワイヤ電極と被加工物の接触を検知した第４の位置で下ワイヤガイドと被加工物の相対移動を停止し、前記記憶部は前記第４の位置における下ワイヤガイドの位置を記憶し、前記ワイヤ電極傾斜角度算出部は、前記下ワイヤガイドと被加工物の相対位置が第２の位置から第４の位置へ変化した際の水平方向の相対距離と前記上，下ワイヤガイドの垂直方向の距離から第４の位置におけるワイヤ電極の傾斜角度を算出し、前記第４の位置におけるワイヤ電極の傾斜角度と第４の位置における下ワイヤガイドと前記被加工物の端面からの水平方向の距離から下ワイヤガイドから被加工物の下面までの高さを求める被加工物下面位置算出部と、前記下ワイヤガイドから被加工物の上面の高さ及び前記下ワイヤガイドから被加工物の下面の高さから被加工物の板厚を算出する板厚算出部と、を有することを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の被加工物の上面検出機能を有するワイヤカット放電加工機である。

請求項３に係る発明は、前記上ノズルと前記被加工物の上面との距離が予め設定された距離となるように上ノズルを位置決めする上ノズル位置決め部と、を有することを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の被加工物の上面検出機能を有するワイヤカット放電加工機である。

本発明により、上，下ワイヤガイドと被加工物を相対移動させてワイヤ電極と被加工物を接触させて被加工物の上または下の面または両方の面の位置を正確に検出する機能を備えたワイヤカット放電加工機を提供できる。

ワイヤ放電加工機の概略構成図である。 ワイヤ電極の位置を検出する機能を有するワイヤカット放電加工機のワイヤ電極と被加工物の概略構成図及び被加工物の概略図である。 ワイヤ電極と被加工物の位置関係、および、上下のノズルがワイヤガイドを内包していることを説明する図である。 被加工物の上下面の位置を検出する前に、予めワイヤ電極を支持する上下のワイヤガイドを垂直位置に調整しておくことを説明する図である。 ワイヤ電極を被加工物に接触させることで端面の位置を検出することを説明する図である。 端面の位置を検出した後、ワイヤ電極をワーク端面の位置から所定距離だけ後退させることを説明する図である。 上ワイヤガイドを被加工物に接触するまで被加工物方向へ移動させることを説明する図である。 下ワイヤガイドを被加工物に接触するまで被加工物方向へ移動させることを説明する図である。 被加工物を被加工物固定用ジグを用いて固定した場合を説明する図である。 上ワイヤガイドを被加工物に接触するまで被加工物方向へ移動させることを説明する図である。 下ワイヤガイドを被加工物に接触するまで被加工物方向へ移動させることを説明する図である。 被加工物が被加工物置き台に対して傾いて取り付けられた場合を説明する図である。 ある傾きをもったワイヤ電極が傾斜した被加工物に接触している場合を説明する図である。 図１３と異なるある傾きをもったワイヤ電極が傾斜して被加工物に接触している場合を説明する図である。 図１３，図１４のワイヤ電極の状態を説明する図である。 ある傾きをもったワイヤ電極が傾斜した被加工物に接触している場合を説明する図である。 傾斜している被加工物の傾き、板厚及び上面の式を説明する図である。 一度加工物の端にワイヤ電極を接触させた後に、距離ｄ₁だけ後退させることを説明する図である。 ある傾きをもったワイヤ電極が傾斜した被加工物に接触している場合を説明する図である。 図１９と異なるある傾きをもったワイヤ電極が傾斜した被加工物に接触している場合を説明する図である。 図１９，図２０のワイヤ電極の状態を説明する図である。 図１９，図２０の状態の被加工物にワイヤ電極を接触させている状態を説明する図である。 傾斜している被加工物の傾き、板厚及び上面の式を説明する図である。 本発明に係る被加工物の上下面の位置および板厚を算出するアリゴリズムのフロチャートである。 被加工物の端面が傾斜している場合を説明する図である。 被加工物の加工済み個所から加工開始する場合を説明する図である。 被加工物の上下面検出のフロチャートを説明する図である（その１）。 被加工物の上下面検出のフロチャートを説明する図である（その２）。 本発明のワイヤカット放電加工機の実施形態の要部ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明に係るワイヤ電極５の位置を検出する機能を有するワイヤ放電加工機の概略構成図である。数値制御装置２は接触状態検出装置３及び被加工物置き台（図示せず）に搭載された被加工物６を数値制御装置２からの指令によってワイヤ電極５に対して移動させるサーボ駆動装置１を備えている。サーボ駆動装置１からの指令によってサーボモータ７ａ，７ｂは被加工物６が載置された被加工物置き台をワイヤ電極５に対して相対的に移動させる。接触状態検出装置３は接触状態検出子４ａ，４ｂを用いてワイヤ電極５と被加工物６とが接触したことを検出する装置である。なお、サーボ駆動装置１、数値制御装置、および接触状態検出装置３について図２８を用いて後述する。

被加工物置き台９上に載置された被加工物６と上下ノズル８ａ，８ｂに張架されたワイヤ電極５とは図２（ａ）に示される位置関係にある。上下ノズル８ａ，８ｂがワイヤ電極５を直接支持しているわけではなく、図３に示すように、上下ノズル８ａ，８ｂに内包されるワイヤガイド１０ａ，１０ｂがワイヤ電極５を支持している。なお、図２（ｂ）に示されるように被加工物６の側面である端面を６ａ，上平面を６ｂ，下平面を６ｃで表す。

以下、接触状態検出装置を備えたワイヤカット放電加工機を用いて被加工物の上平面と下平面を検出する方法を説明する。
図４は被加工物の上下面の位置を検出する前に、予めワイヤ電極５を支持する上下のワイヤガイド１０ａ，１０ｂを垂直位置に調整しておくことを説明する図である。被加工物置き台９には被加工物６が載置されている。被加工物６の上下平面６ｂ，６ｃを検出する前に、ワイヤ電極５が垂直に張架されるように予めワイヤ電極５を支持する上下のワイヤガイド１０ａ、１０ｂを調整する。被加工物６の端面６ａとワイヤ電極５とは平行となる。ここで、下ワイヤガイド１０ｂの位置を基準として高さ方向をＺ軸と定義する。また、ワイヤカット放電加工機での平面上の軸をＸＹ軸とする。図４は正面から見た図であるから、横方向の動きについてはＸあるいはＹ方向の動きになる。つまり、Ｘ−Ｚ平面、Ｙ−Ｚ平面が存在することになるが、本明細書では、これ以降Ｘ−Ｚ平面を代表して記述する。

ワイヤカット放電加工機のＺ軸方向の動きについて、実際に上ワイヤガイド１０ａを下方向に駆動できるのは、Ｚ₁の高さまでである。また、Ｚ軸の上方向の駆動限界の高さをＺ₀と定義する。下ワイヤガイド１０ｂの支持部（図示せず）については可動する部分はなく、また、Ｚ₀は常に一定の値とする。

なお、ワイヤ電極５と被加工物６と相対的な位置および姿勢は、被加工物６を載置する被加工物置き台９をＸ，Ｙ軸方向に動かし、上ワイヤガイド１０ａをＵ軸、Ｖ軸方向に動かす組み合わせにより、変更できる。

まず、ワイヤ電極５を被加工物６に接触させることで被加工物６の端面６ａを検出する。図５はワイヤ電極を被加工物６に接触させることで端面６ａの位置を検出することを説明する図である。図５に示されるように、上ワイヤガイド１０ａと下ワイヤガイド１０ｂを、垂直を保ったまま被加工物６に接近させる。そして、ワイヤ電極５が被加工物６に接触したときの上，下ワイヤガイド１０ａ，１０ｂの位置を検出し数値制御装置２に備わった記憶部に記憶する。なお、ワイヤ電極５と被加工物６との接触は、ワイヤカット放電加工機の機械構成によって、ワイヤ電極５を被加工物６に近づけるようにしてもよいし、被加工物６をワイヤ電極５に近づけることもできる。

次に、ワイヤ電極５を、図６のように端面６ａの位置を検出した後に、端面６ａの位置（符号１００）から一定距離ｄ₁だけ後退した位置（符号１１０）に移動する。ワイヤカット放電加工機の機械構成に応じて、被加工物６の位置を駆動装置によって移動させてもよいし、上，下ワイヤガイド１０ａ，１０の位置を移動させてもよい。

その後、図７に示されるように、上ワイヤガイド１０ａを被加工物６に接触するまで被加工物６の方向へ移動させ、被加工物６と接触したら上ワイヤガイド１０ａの移動を停止する（符号１２０）。符号１００の破線とワイヤ電極５とのなす角度Ａは数１式より求められる。

下ワイヤガイド１０ｂと被加工物６の距離ｄ₁と角度Ａから、Ｚ₂が数２式により求められる。Ｚ₂は下ワイヤガイド１０ｂからの被加工物６の端面６ａの上側の縁部の位置、換言すれば、被加工物６の上平面６ｂの縁部のＺ軸方向の距離を表す。したがって、座標（１）を求めることができる。何となれば、距離ａ₁、距離ｂ₁、距離ｄ₁は既知であるので、ｄ₁／Ｚ₂＝ｂ₁／ａ₁の関係が成り立つからである。なお、図８の座標（２）の値も同様にして算出することができる。

図７に示される符号１００、符号１１０、符号１２０の位置の値は、本願の請求項１における第１の位置、第２の位置、第３の位置に対応する値であって、ワイヤカット放電加工機を制御する数値制御装置２内の記憶領域に記憶される。同様に、後述する、図８，１０，１１，１２，１３，１４，１６，１８，１９に記載される符号１３０，符号１４０，符号１５０，符号２００，符号２１０，符号２２０，符号２３０，符号２４０，符号２５０，符号３００，符号３１０，符号３２０，符号３３０，符号３４０の位置の値も同様に数値制御装置２内の記憶領域に記憶される。

次に、被加工物６の下平面６ｃの位置を検出する方法を説明する。
まず、上ワイヤガイド１０ａを初期位置である被加工物６の端面６ａの位置（符号１００）から一定距離ｄ₁離れた位置（符号１１０）まで後退させる。この移動によって図６に示された状態になる。

そして、図８に示されるように下ワイヤガイド１０ｂをワイヤ電極５が被加工物６に接触するまで被加工物６の方向へ移動させ、接触したときの下ワイヤガイド１０ｂの位置（符号１３０）を検出する。

符号１３０の破線とワイヤ電極５とのなす角度Ｂについては数３式により求められる。

また、ｄ₂はｄ₂＝ｂ₂−ｄ₁で求められるので、下ワイヤガイド１０ｂから被加工物６の下平面６ｃまでの距離Ｚ₃は数４式により求められる。

これにより、被加工物６の厚さｔ₀が数５式により求められる。

上述した例では、被加工物６を被加工物置き台９に直接固定した場合について説明した。次に、被加工物固定用ジグ９０を用いて被加工物６を被加工物置き台９に固定した場合を考える。
図９は被加工物６を被加工物置き台９上に被加工物固定用ジグ９０を用いて固定した場合を説明する図である。なお、ワイヤ電極５と被加工物６の端面６ａとの位置関係は図４の説明と同様である。
図１０は上ワイヤガイド１０ａを被加工物６に接触するまで被加工物方向へ移動させることを説明する図である。上，下ワイヤガイド１０ａ，１０ｂが被加工物６の端面６ａから距離ｄ₁離れた位置にある状態から、上ワイヤガイド１０ａを被加工物６に接触するまで移動させる（符号１４０）。符号１１０の破線とワイヤ電極５とのなす角度Ｃは数６式により求められる。

距離ｄ₁と角度ＣからＺ₄の値が数７式より求められる。Ｚ４は図示されるように、下ワイヤガイド１０ｂの位置から被加工物６の上平面６ｂの位置までのＺ軸方向の距離を表す。

次に、上ワイヤガイド１０ａのみを動かし初期位置（符号１１０）に戻す。戻したときのワイヤ電極５と被加工物６の端面６ａとの位置関係は図６と同様である。

図１１は下ワイヤガイド１０ｂを被加工物６に接触するまで被加工物方向へ移動させることを説明する図である。符号１５０はワイヤ電極５が被加工物６に接触したときの位置を表す。符号１５０の破線とワイヤ電極５とのなす角度Ｄは数８式より求められる。

距離ｄ₃（＝（ｂ４−ｄ１））と角度ＤからＺ₅が数９式より求められる。

Ｚ₅は被加工物６の下平面６ｃのＺ軸座標と考えることができる。これにより、被加工物６の厚さｔ₁が数１０式より求められる。

Ｚ₄（図１０参照）により被加工物６の上面６ｂの高さが分るので、その高さにノズル８ａの先端を人手によらず自動調整で合わせることが可能となる。また、被加工物６の厚さ、即ち板厚を求めることができることから、求められた板厚から加工条件を自動的に決定できる。また、加工条件が既に設定されているときには、既に設定されている被加工物６の板厚が正しいかどうか判定し、間違っている場合には求められた被加工物６の板厚に対応した加工条件に設定しなおすことができる。

被加工物６はその下平面６ｃを被加工物置き台９の載置面に対して平行に載置されるのが理想的であるが、何らかの要因で水平に取り付けられていないことがある。
図１２は被加工物６が被加工物置き台９に対して傾いて取り付けられた場合を説明する図である。図１２や後述する図１８に示される状態で被加工物６が被加工物置き台９に対して水平に取り付けられていない場合、上述した方法により算出した被加工物６の板厚は誤差を含んだものとなる。誤差を含んだ被加工物６の板厚を基準として上下ノズル８ａ，８ｂの高さ調整を行うと、上下ノズル８ａ，８ｂが被加工物６に衝突し上下ノズル８ａ，８ｂが破損したり、あるいは、上下ノズル８ａ，８ｂを被加工物６の表面に十分に接近させない状態で放電加工を実行してしまい、「発明が解決しようとする課題」で述べたように、問題である。

ここでは、被加工物６が被加工物置き台９の載置面に対して水平に取り付けられていない場合についての上下ノズル８ａ，８ｂの自動での調整方法について説明する。
図１２に示されるように被加工物６が被加工物置き台９に対して傾いて取り付けられている場合について説明する。図１２に示される被加工物６が傾いて被加工物置き台９に取り付けられている状態を以降，「傾き状態１」と称する。傾き状態１は、ワイヤ電極５に対して被加工物６の端面６ａの上側が離れる方向に傾いている状態である。

図１３はワイヤ電極５がある傾きをもって傾斜して被加工物６に接触している場合を説明する図である。
まず、図５と同様にワイヤ電極５を被加工物６に接触させて端面６ａの位置（符号２００）を検出し、その後、図６と同様に、距離ｄ₁だけ上下ワイヤガイド１０ａ，１０ｂを被加工物６の端面６ａから後退させる（符号２１０）。

続いて、図１３に示されるように図上ワイヤガイド１０ａを被加工物６方向に移動させて、被加工物６とワイヤ電極５とを接触させる（符号２２０）。符号２００の破線とワイヤ電極５とのなす角度Ｅについては、数１１式より求められる。

距離ｄ₁と角度ＥからＺ₇が求められる。したがって、座標（３）の値を求めることができる。

図１３からも分るように、このＺ₇は、被加工物６の正しい上面６ｂのＺ軸方向の位置ではなく、被加工物６の上平面６ｂを誤検出した値である。

図１３の状態に続いて図１４に示されるように、上下ワイヤガイド１０ａ，１０ｂを、距離ｄ₁よりも小さい距離ｄ₅の位置（符号２３０）まで移動させる。次に、上ワイヤガイド１０ａをワイヤ電極５を被加工物６に接触する位置（符号２４０）まで移動させる。
角度Ｆは、符号２００の破線とワイヤ電極５とのなす角度である。角度Ｆについては、数１３式より求められる。図１４はワイヤ電極が図１３と異なるある傾きをもって傾斜して被加工物６に接触している場合を説明する図である。なお、ｄ₁≠ｄ₅であればよいので、ｄ₅はｄ₁より小さいということに限定されない。

距離ｄ₅（＝（ｂ₆−ｄ₅））と角度Ｆから、Ｚ₈が数１４式より求められる。したがって、座標（４）の値を求めることができる。

Ｚ₈についても誤検出した値であるが、上述のとおり上，下ワイヤガイド１０ａ，１０ｂを動かして測定した場合、Ｚ₇＞Ｚ₈という関係が成り立つ。これにより、被加工物６が被加工物置き台９に対して図１２に示されるように傾いていることが分かる（傾き状態１）。本明細書においては、被加工物６が図１２のように傾いている前提で話しを進めてきたが、実際の加工に際しては傾いているかどうかの判断は容易ではない。仮に、Ｚ₇＝Ｚ₈の場合には、被加工物６の端面６ａが垂直な場合か後述する図１８のように傾いている場合である。なお、被加工物６の端面６ａは上平面６ｂ，下平面６ｃに対して垂直としている。

ここで、仮に被加工物６が被加工物置き台９に対して水平に取り付けられた場合の垂直方向の線と下ワイヤガイド１０ｂの水平方向の線を結んだ点をＰ₁とする。このＰ₁を原点として、図１３及び図１４に示されるワイヤ電極５の状態を表したものが図１５である。直線Ｌ１が図１３のワイヤ電極５の状態を表す。直線Ｌ２が図１４のワイヤ電極５の状態を表す。ここで、Ｚ₇及びＺ₈はそれぞれのグラフのＺ軸上の切片となる。

直線Ｌ１は数１５式で表すことができる。

直線Ｌ２は数１６式で表すことができる。

直線Ｌ１と直線Ｌ２の交点をＰ₂（座標（８））とし、交点Ｐ₂のＸ座標，Ｚ座標をそれぞれＸ₂₀、Ｚ₂₀とする。

次に、被加工物６の下平面６ｃの位置を求める方法を図１６を用いて説明する。まず、上，下ワイヤガイド１０ａ，１０ｂを初期位置（符号２１０）に戻す。なお、初期位置としては、破線２００の位置から距離ｄ₁に限定されない。次に、図１６に示されるように、下ワイヤガイド１０ｂを移動させてワイヤ電極５を被加工物６に接触させる（符号２５０）。破線２５０とワイヤ電極５とのなす角度Ｇは数１７式により求められる。

このときの距離ｄ₇（＝（ｂ₇−ｄ₁））と角度Ｇを用いてＺ₉が数１８式により求められる。したがって、座標（９）の値を求めることができる。

なお、段落「００５５」において、“被加工物６が被加工物置き台９の載置面に対して水平に取付けられていない場合”と予め限定しているが、実際の加工において、微小な傾きを事前に判定することは難しい。
そこで、図１４及び図１５で行った測定と同様に、図１６で行った測定からｄ₁の距離をｄ₅に変更して同様の測定を行う。そこで求められる被加工物６の下面の高さをＺ₉’とする。図１２のように被加工物６が傾いている場合では、Ｚ₉＝Ｚ₉’となる。
ここで、Ｚ₇≠Ｚ₈及びＺ₉＝Ｚ₉’という関係から被加工物６が「傾き状態１」であることが判断できる。
上述の結果を踏まえて、図１７に示されるように、Ｚ軸上のＺ₉とＰ₂の距離が被加工物６の板厚ｔ₂として算出される。併せて、被加工物６が垂直方向から角度θ₁だけ傾いていることも分かる。θ₁は数１９式により求められる。

次に、被加工物６の傾きが傾き状態２の場合について説明する。

図１８は一度，ワイヤ電極５を被加工物６に接触させた後に、距離ｄ₁だけ後退させることを説明する図である。図１８に示される被加工物６が傾いて被加工物置き台９に取り付けられている状態を以降，「傾き状態２」と称する。傾き状態２は、ワイヤ電極５に対して被加工物６の端面６ａの下側が離れる方向に傾いている状態である。

図１８のように一度，ワイヤ電極５を被加工物６に接触させ接触した位置（符号３００）を検出した後に、距離ｄ₁だけ後退させる（符号３１０）。続いて、図１９のように下ワイヤガイド１０ｂをワイヤ電極５が被加工物６に接触するまで移動させる（符号３２０）。破線３１０とワイヤ電極５とのなす角度Ｈ（図１９参照）は数２０式により求められる。距離ｄ₈＝距離ｂ₈−距離ｄ₁である。

ここで、角度Ｈと距離ｄ₈からＺ₁₀が求められる。したがって、座標（５）の値を求めることができる。

続いて、図２０のように上下ワイヤガイド１０ａ，１０ｂと被加工物６の関係を距離ｄ₁よりも近い距離ｄ₅まで移動させた後に下ワイヤガイド１０ｂを移動させ、ワイヤ電極５と被加工物６を接触させる（符号３４０）。符号３３０の破線とワイヤ電極５とのなす角度Ｉについては、数２２式により求められる。距離ｄ₉＝距離ｂ₉−距離ｄ₅である。なお、ｄ₁≠ｄ₅であればよいので、ｄ₅はｄ₁より小さいということに限定されない。

ここで、角度Ｉと距離ｄ₉からＺ₁₁が数２３式により求められる。したがって、座標（６）の値を求めることができる。

これらＺ₁₀及びＺ₁₁についてもＺ₇，Ｚ₈と同様、被加工物６の板厚ｔ₃を誤検出した結果である。

ここで、仮に被加工物６が被加工物置き台９の載置面に対して水平に取り付けられていた場合の垂直方向の直線と下ワイヤガイド１０ｂの水平方向の直線を結んだ点をＰ３とする。この交点Ｐ３を原点として、図１９及び図２０のワイヤ電極５の状態を表したものが図２１である。直線Ｌ３が図１９のワイヤ電極５の状態を表す。直線Ｌ４が図２０のワイヤ電極５の状態を表す。ここで、Ｚ₁₀及びＺ₁₁はそれぞれのグラフのＺ軸上の切片となる。
直線Ｌ３は数２４式のように表すことができる。

直線Ｌ４は数２５式のように表すことができる。

この直線Ｌ１，直線Ｌ２の交点をＰ₄（座標（７））とし、交点Ｐ₄のＸ座標，Ｚ座標をそれぞれＸ₂₁，Ｚ₂₁とする。

まず、上，下ワイヤガイド１０ａ，１０ｂを初期位置（符号３００）に戻す。
続いて、図２２に示されるように、上ワイヤガイド１０ａをワイヤ電極５が被加工物６に接触するまで移動させる（符号３５０）。符号３５０の破線とワイヤ電極５とのなす角度Ｊについては、数２６式により求められる。

このときの距離ｄ₁₀と角度Ｊを用いて数２７式によりＺ₁₂が求められる。従って、座標（３）（＝座標（４））が求められる。ここで、図２２において座標（３）（＝座標（４））となるのは、図１３と図１４に示されるように、被加工物６の上平面側の端部を測定するに対応する。

ここで、図２３に示されるように、Ｚ軸上のＺ₁₂とＰ₄（座標（７））の距離が、被加工物６の板厚ｔ₃となる。併せて、被加工物６が垂直方向から角度θ₂だけ傾いていることも分かる。θ₂は数２８式により求められる。

以上のように被加工物６の傾きを求めることができれば、この傾きに応じて被加工物６の上面とワイヤ電極５とが垂直になるように上下ワイヤガイド１０ａ，１０ｂを移動させることができる。
また、傾斜している被加工物６の上面６ａは数２９式により表すことができる。

ここで、被加工物６が−Ｘ方向にどれだけの長さがあるか不明であるが、図２３のように測定地点のＸ座標を０として、ワイヤカット放電加工機の駆動限界を代入して計算することにより、仮に被加工物６が駆動限界まであった場合の高さを推定することができる。

上記のとおり求めた傾斜している被加工物６の上面の高い位置に合わせて、上ノズル８ａのノズル先端位置を位置決めすることにより、被加工物６と上ノズル８ａの先端との接触を回避することができる。また、図１７のように傾いて取り付けられた被加工物６の上面についても、図２３の場合と同様にして、数３０式により求められる。

この数３０式についても図２３と同様に、測定地点のＸ座標を０として、ワイヤカット放電加工機の駆動限界を代入して計算することにより、仮に被加工物が駆動限界まであった場合の高さを推定することができ、被加工物６と上ノズル８ａの先端との接触を回避することができる。

図２４は本発明に係る被加工物６の上下面６ｂ，６ｃの位置および板厚を算出するアリゴリズムのフロチャートである。なお、ワイヤ電極５はワイヤカット放電加工機が備えている垂直調整機能を用い、被加工物置き台９の被加工物６を載置する平面に対して垂直に合わされているものとする。前記垂直調整機能は周知の技術事項である（特許文献１参照）。
以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ０１］上，下ワイヤガイドを移動させ、ワイヤ電極を被加工物へ接触させて、接触したときの上，下ワイヤガイドの位置を検出し記憶する。
●［ステップＳＡ０２］接触後、一定距離（ｄ₁）後退した位置Ａへ上，下ワイヤガイドを移動する。
●［ステップＳＡ０３］上ワイヤガイドのみ動かし、ワイヤ電極を被加工物へ接触させ、接触したときの上ワイヤガイドの位置を検出し記憶する。
●［ステップＳＡ０４］上ワイヤガイドのみを動かし、位置Ａへ戻る。
●［ステップＳＡ０５］下ワイヤガイドのみを動かし、ワイヤ電極を被加工物に接触させ、接触したときの下ワイヤガイドの位置を検出し記憶する。
●［ステップＳＡ０６］下ワイヤガイドのみを動かし、位置Ａへ戻る。
●［ステップＳＡ０７］ワイヤ電極が被加工物に接触した位置の座標値を算出し、算出した座標値から被加工物の板厚を算出し、処理を終了する。

上記フロチャートを補足して説明すると、ステップＳＡ０７は、本願の請求項１または２に記載の「ワイヤ電極傾斜角度算出部、被加工物上面位置算出部、被加工物下面位置算出部、板厚算出部」に対応する。このステップでは、数１式〜数２４式により、ワイヤ電極の傾斜角度、被加工物上面位置、被加工物下面位置、被加工物の板厚を求める計算を行う。

上述の説明では、被加工物６の端面が垂直であるとして説明した。実際の被加工物６は端面もいくらかの誤差を有しており、完全に垂直ではない。一般的に、ワイヤカット放電加工機を用いて加工する被加工物６の厚さは、５ｍｍ程度の薄いものから３００ｍｍあるいはそれ以上の厚さまで存在する。

ここで、図２５のように厚さｔ₄の被加工物６が上下面でｄ₁₁だけ誤差を有しているとする。この場合、被加工物の斜面の長さは数３１により求められる。

これまで述べた方法では、この斜面の長さを被加工物の板厚と誤認識してしまう。ここで、ｔ₄＝１０ｍｍ、ｄ₁₁＝０．３ｍｍとして計算すると、斜面の長さは約１０．０００５ｍｍとなる。誤差は５μｍとなる。加工条件の設定及びノズル隙間の調整を行う上で、この５μｍの誤差は無視できる大きさで問題にならない。

また、別の例として、ｔ₄＝５０ｍｍ、ｄ₁₁＝０．３ｍｍの場合を計算すると、斜面の長さは約５０．００１ｍｍとなる。誤差は１μｍとなり、これについても問題にならない。

また、本発明の方法は、図２６に示すように、被加工物６の端面からの加工のみではなく、被加工物６の加工済み箇所からの加工開始についても適用できる。この場合では、上下面間の厚みの誤差は被加工物の端面より小さいので、この場合についても無視できる程度の誤差になる。

よって、図１２及び図１８のように被加工物６が傾いている場合についての本発明の方法においては、実際の被加工物の端面の傾き誤差の寄与分は無視できる程度である。

図２７は被加工物の上下面検出のフロチャートを説明する図である。なお、ワイヤ電極５はワイヤカット放電加工機が備えている垂直調整機能を用い、被加工物置き台９の被加工物６を載置する平面に対して垂直に合わされているものとする。前記垂直調整機能は周知の技術事項である。

以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＢ０１］上，下ワイヤガイドを移動させ、ワイヤ電極を被加工物へ接触させ、ワイヤ電極が被加工物へ接触したワイヤガイドの位置を検出し記憶する。
●［ステップＳＢ０２］接触後、一定距離（ｄ₁）後退した位置Ａへ移動する。
●［ステップＳＢ０３］上ワイヤガイドのみを動かし、ワイヤ電極を被加工物と接触させ、ワイヤ電極が接触したときの上ワイヤガイドの位置を検出し記憶し、ワイヤ電極が接触した被加工物の座標（３）の値を計算する。
●［ステップＳＢ０４］下ワイヤガイドを被加工物の端面からの距離ｄ₅の位置Ｂへ移動する。
●［ステップＳＢ０５］上ワイヤガイドのみを動かし、ワイヤ電極を被加工物に接触させ、ワイヤ電極が被加工物へ接触したワイヤガイドの位置を検出し記憶し、ワイヤ電極が接触した被加工物の座標（４）の値を計算する。
●［ステップＳＢ０６］座標（３）の値と座標（４）の値とは同じか否か判断し、両者が同じ値の場合にはステップＳＢ０７へ移行し、同じ値ではない場合にはステップＳＢ１５へ移行する。
●［ステップＳＢ０７］上，下ワイヤガイドを位置Ａへ移動する。
●［ステップＳＢ０８］下ワイヤガイドのみを動かし、ワイヤ電極を被加工物と接触させ、ワイヤ電極が接触したときの下ワイヤガイドの位置を検出し記憶し、ワイヤ電極が接触した被加工物の座標（５）の値を計算する。
●［ステップＳＢ０９］上ワイヤガイドを被加工物の端面から距離ｄ₅の位置Ｂへ移動する。
●［ステップＳＢ１０］下ワイヤガイドのみ動かし、ワイヤ電極を被加工物に接触へさせ、ワイヤ電極が接触したときの下ワイヤガイドの位置を検出し記憶し、ワイヤ電極が接触した被加工物の座標（６）の値を計算する。
●［ステップＳＢ１１］座標（５）の値と座標（６）の値とは同じか否か判断し、両者が同じ値の場合にはステップＳＢ１２へ移行し、同じ値でない場合にはステップＳＢ１３へ移行する。
●［ステップＳＢ１２］座標（３）＝座標（４）及び座標（５）＝座標（６）から、被加工物が水平に取り付けられていると判断し、板厚を計算する（被加工物の傾きはなし）。
●［ステップＳＢ１３］座標（５）及び座標（６）の位置におけるワイヤ電極の位置を式として表し、その交点の座標（７）の値を求める。
●［ステップＳＢ１４］被加工物の板厚および傾き角度を計算する。
●［ステップＳＢ１５］座標（３）及び座標（４）の位置におけるワイヤ電極の位置を式として表し、その交点の座標（８）の値を計算する。
●［ステップＳＢ１６］上，下ワイヤガイドを位置Ａへ移動する。
●［ステップＳＢ１７］下ワイヤガイドのみ動かし、ワイヤ電極を被加工物へ接触させ、そのときの座標（９）の値を計算する。
●［ステップＳＢ１８］被加工物の板厚および傾き角度を計算し、処理を終了する。

図２８は、本発明のワイヤカット放電加工機の実施形態の要部ブロック図である。プロセッサ（ＣＰＵ）１１は、数値制御装置２を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、バス２０を介してＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムを読み出し、このシステムプログラムに従って、数値制御装置２を全体的に制御する。ＲＡＭ１３は一時的な計算データ、表示データなどが格納される。ＳＲＡＭ１４は数値制御装置２の電源がオフせれても記憶状態が保存される不揮発性メモリとして構成されている。

インタフェース１５は外部機器用のインタフェースであり、ハードディスクなどの外部機器が接続される。外部機器からは加工プログラムが読み込まれ、また、数値制御装置２内で編集された加工プログラムを外部機器に出力することができる。

ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、数値制御装置２に内蔵されたシーケンスプログラムでワイヤカット放電加工機を制御する。すなわち、加工プログラムで指令された機能に従って、これらシーケンスプログラムでワイヤカット放電加工機側で必要な信号に変換し、Ｉ／Ｏユニット１７からワイヤカット放電加工機側に出力する。特に、本発明に関連して、Ｉ／Ｏユニット１７には、ワイヤ電極５と被加工物６との接触を検知する接触状態検知装置３が接続されている。

各軸の現在位置、アラーム、パラメータ、画像データ等の画像信号は表示装置・ＭＤＩユニット７０の表示装置に送られ、表示装置に表示される。インタフェース１８は表示装置／ＭＤＩユニット７０のキーボードからのデータを受けてＣＰＵ１１に渡す。インタフェース１９は放電加工電源７１に接続され、放電加工電源７１からの速度指令を受ける。放電加工電源７１はワイヤ電極５と被加工物６との放電状態を監視し、前進・後退を含む速度指令をＣＰＵ１１に通知する。

軸制御回路３０〜３３はＣＰＵ１１からの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボアンプ４０〜４３に出力する。サーボアンプ４０〜４３はこの指令を受けて各軸のサーボモータ６０〜６３を駆動する。Ｘ，Ｙ，および，Ｕ，Ｖ各軸のサーボモータ６０〜６３には現在速度検出用の速度検出装置（図示せず）が内蔵されており、該速度検出装置からのフィードバック信号が軸制御回路３０〜３３にフィードバックされる。

軸制御回路３０〜３３に内蔵されたサーボ制御ＣＰＵの各々は、これらのフィードバック信号と前述の移動指令とに基づいて位置ループ、速度ループ、電流ループの各処理を行い、最終的な駆動制御のためのトルク指令を各軸毎に求めて各軸のサーボモータ６０〜６３の位置，速度を制御する。

Ｘ，Ｙ軸のサーボモータ６０，６１は、被加工物６を載置する被加工物置き台９を２次元平面内で移動させ、Ｕ軸，Ｖ軸のサーボモータは上ワイヤガイド１０ａを移動させる。

１ サーボ駆動装置
２ 数値制御装置
３ 接触状態検出装置
４ａ，４ｂ 接触状態検出子
５ ワイヤ電極
６ 被加工物
７ａ，７ｂ サーボモータ
８ａ 上ノズル
８ｂ 下ノズル
９ 被加工物置き台
１０ａ 上ワイヤガイド
１０ｂ 下ワイヤガイド

９０ 被加工物固定用ジグ

Claims (3)

1. 被加工物置き台に載置された被加工物と上，下ノズルに内包された上下ワイヤガイドに張架されたワイヤ電極とを相対移動させる機構を有するワイヤ放電加工機において、
   前記ワイヤ電極と前記被加工物との接触を検出する接触検出部と、
   前記ワイヤ電極が水平面に対して垂直となるように前記上，下ワイヤガイドを位置決めした後に、前記上，下ワイヤガイドに張架されたワイヤ電極と被加工物を相対移動させて前記ワイヤ電極と前記被加工物との接触を検出した第１の位置において上，下ワイヤガイドと被加工物の相対移動を停止し、次に上，下ワイヤガイドと前記被加工物を相対移動させて前記被加工物の端面から所定距離だけ離れた第２の位置において上，下ワイヤガイドと被加工物の相対移動を停止し、次に下ワイヤガイドを相対移動させない状態で上ワイヤガイドと被加工物を相対移動させて前記ワイヤ電極と被加工物との接触を検知した第３の位置で上ワイヤガイドと被加工物の相対移動を停止させる移動制御部と、
   前記第１の位置、第２の位置、第３の位置で停止した時の上，下ワイヤガイドの位置を記憶する記憶部と、
   前記上ワイヤガイドと被加工物の相対位置が第２の位置から第３の位置へ変化した際の上ワイヤガイドの水平方向の相対距離と上，下ワイヤガイドの垂直方向の距離から第３の位置におけるワイヤ電極の傾斜角度を算出するワイヤ電極傾斜角度算出部と、
   前記第３の位置におけるワイヤ電極の傾斜角度と、第３の位置における下ワイヤガイドと前記被加工物の端面との水平方向の距離に基づいて下ワイヤガイドから被加工物上面までの距離を算出する被加工物上面位置算出部と、
   を有することを特徴とする被加工物の上面検出機能を有するワイヤカット放電加工機。
2. 前記移動制御部は、前記上，下ワイヤガイドを第２の位置に位置決めした後、上ワイヤガイドを相対移動させない状態で下ワイヤガイドを被加工物を相対移動させて前記ワイヤ電極と被加工物の接触を検知した第４の位置で下ワイヤガイドと被加工物の相対移動を停止し、
   前記記憶部は前記第４の位置における下ワイヤガイドの位置を記憶し、
   前記ワイヤ電極傾斜角度算出部は、前記下ワイヤガイドと被加工物の相対位置が第２の位置から第４の位置へ変化した際の水平方向の相対距離と前記上，下ワイヤガイドの垂直方向の距離から第４の位置におけるワイヤ電極の傾斜角度を算出し、
   前記第４の位置におけるワイヤ電極の傾斜角度と第４の位置における下ワイヤガイドと前記被加工物の端面からの水平方向の距離から下ワイヤガイドから被加工物の下面までの高さを求める被加工物下面位置算出部と、
   前記下ワイヤガイドから被加工物の上面の高さ及び前記下ワイヤガイドから被加工物の下面の高さから被加工物の板厚を算出する板厚算出部と、
   を有することを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の被加工物の上面検出機能を有するワイヤカット放電加工機。
3. 前記上ノズルと前記被加工物の上面との距離が予め設定された距離となるように上ノズルを位置決めする上ノズル位置決め部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の被加工物の上面検出機能を有するワイヤカット放電加工機。

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