WO2022075158A1 - ワーク端位置検出装置及びワーク端位置検出方法 - Google Patents

ワーク端位置検出装置及びワーク端位置検出方法 Download PDF

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WO2022075158A1
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亮介 中村
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ファナック株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
    • B23K26/048—Automatically focusing the laser beam by controlling the distance between laser head and workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions

Definitions

  • the present invention relates to a work end position detecting device and a work end position detecting method.
  • the work may be displaced from the specified position when the work to be machined is mounted on the work table of the processing machine.
  • a processing machine configured to perform appropriate processing on a work by detecting a displacement of the work in such a case is known (for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 2 a processing machine that detects holes and the like formed in the work by scanning the surface of the work with a gap sensor attached to the laser processing head.
  • the peripheral portion may be in an inclined state. It is desired that the position of the work end can be accurately detected even in a situation where the work that should be originally flat has an inclined portion.
  • One aspect of the present disclosure is to control the position of the machining head so that the distance from the workpiece detected by the gap sensor becomes constant while scanning the machining head equipped with the gap sensor along the surface of the workpiece. Based on the coordinate position of the machining head when the amount of change in the distance between the gap sensor and the work becomes equal to or greater than a predetermined threshold value while the control unit and the control unit perform control to make the distance constant.
  • a work end position detecting device including a work end detecting unit for detecting the position of the end portion of the work.
  • Another aspect of the present disclosure is to control the position of the machining head so that the distance from the workpiece detected by the gap sensor becomes constant while scanning the machining head equipped with the gap sensor along the surface of the workpiece. Then, during the execution of the control to make the interval constant, the end portion of the work is based on the coordinate position of the machining head when the amount of change in the interval between the gap sensor and the work becomes equal to or more than a predetermined threshold value.
  • This is a work end position detection method that detects the position.
  • the position of the work end can be accurately detected even in a situation where the work that should be originally flat has an inclined portion.
  • FIG. 1 is a diagram showing an apparatus configuration of a work end position detecting device 100 according to an embodiment.
  • the work end position detecting device 100 includes a control device (CNC) 10, a servo amplifier 20, and X-axis, Y-axis, and Z-axis motors 50 driven by the servo amplifier 20.
  • CNC control device
  • a servo amplifier 20 includes a machining head 30 whose X, Y, and Z axis positions are controlled with respect to the work W by driving each axis motor, a gap sensor 31 mounted on the machining head 30, and a gap sensor circuit 40. That is, the work end position detecting device 100 is configured as a processing machine. It is assumed that the X and Y axes are in the horizontal direction and the Z axis is in the vertical direction.
  • the control device 10 is a numerical control device (CNC), and generates commands for motors that drive the X, Y, and Z axes according to a machining program and sends them to the servo amplifier 20.
  • the servo amplifier 20 includes a motor circuit that controls and drives each axis motor, and executes servo control for each axis motor 50 according to a command from the control device 10.
  • the processing head 30 is, for example, a laser processing head provided with a nozzle for irradiating a laser.
  • the machining head 30 is not limited to such an example, and includes various machining heads for performing various machining.
  • the gap sensor 31 is a sensor that measures the distance to the work W.
  • the gap sensor 31 is a capacitance type sensor, senses the capacitance between the sensor and the object to be measured, and outputs a signal representing the measured capacitance to the gap sensor circuit 40.
  • the gap sensor circuit 40 has a distance d (that is, a distance d) from the capacitance detected by the gap sensor 31 based on the fact that the capacitance between the flat plate electrodes is proportional to S / d (electrode area, d: distance between the electrodes). , The distance between the gap sensor and the work) is output.
  • the distance from the work measured by the gap sensor 31 is also described as the gap amount.
  • the gap amount is indicated by an arrow with a reference numeral G.
  • the gap sensor 31 is not limited to the capacitance type sensor, and an eddy current type sensor or another type of sensor may be used. As a general usage pattern, when the gap sensor 31 is arranged above the work W as shown in FIG. 1, the gap sensor 31 is in front of the gap sensor 31 (vertically below in FIG. 1). Although used for the purpose of measuring the capacitance between and, the gap sensor 31 also has some sensitivity in the lateral direction (horizontal direction in FIG. 1).
  • the work W is assumed here as an example of a rectangular work as shown in the figure.
  • the shape of the work is not limited to this.
  • the work W is placed on a work table (not shown), and the work W is processed by moving the processing head relative to the work W in the X, Y, and Z axis directions under the control of the control device 10. Will be.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control system of a work end position detecting device (processing machine) 100 having the equipment configuration of FIG. 1.
  • the control device 10 generates a command for each axis motor 50 according to a machining program and sends it to the servo amplifier (motor circuit) 20.
  • the servo amplifier 20 executes servo control of each axis motor 50 according to a command from the control device 10, and executes position control of the machining head 30.
  • the gap sensor 31 outputs a signal indicating the measured capacitance to the gap sensor circuit 40.
  • the gap sensor circuit 40 provides the control device 10 with a gap amount obtained from the output from the gap sensor 31.
  • control device 10 can control the X, Y, and Z axis positions of the machining head 30. Further, the control device 10 can perform gap control (control to keep the distance between the gap sensor 31 and the work constant) based on the gap amount.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing a functional configuration configured in the control device 10.
  • the control device 10 scans the machining head 30 equipped with the gap sensor 31 along the surface of the work W so that the distance from the work W detected by the gap sensor 31 becomes constant.
  • a control unit 11 that controls the position of the processing head 30, a change amount acquisition unit 12 that acquires a change amount of the interval between the gap sensor 31 and the work W, and a processing head 30 when the change amount becomes a predetermined threshold value or more.
  • the work end detection unit 13 for detecting the position of the end portion of the work W based on the coordinate position of the work W is provided.
  • the control device 10 may further include a work warp detecting unit 14 that detects a region having a warp on the work based on the amount of change.
  • the change amount acquisition unit 12 can acquire the gap amount from the gap sensor circuit 40 and acquire the position information of each of the X, Y, and Z axis motors 50 from the servo amplifier 20.
  • the change amount acquisition unit 12 obtains the change amount using at least one of the gap amount and the position information of each shaft motor.
  • the control device 10 may have a configuration as a general computer having a CPU (processor), ROM, RAM, storage device, operation unit, display unit, input / output interface, network interface, and the like.
  • the functional block of the control device 10 shown in FIG. 3 may be realized by the CPU (processor) of the control device 10 executing various software stored in the storage device, or ASIC (Application Specific Integrated Circuit). ) Etc. may be realized by a configuration mainly composed of hardware.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the procedure of the misalignment detection process.
  • the procedure of the misalignment detection process will be described with reference to FIG. (A1)
  • the positions B1 and C1 of the two end faces on one side of the work W1 are detected.
  • A2 Next, the position A1 of one end face on the other side adjacent to the one side is detected.
  • A3 The inclination of the work W1 in the front-rear direction and the left-right direction (that is, the inclination with respect to the reference position P0) in FIG. 4 is detected from the positions A1, B1, and C1.
  • the detection of the positions A1, B1 and C1 is realized by the work end detection function by the control device 10 (work end detection unit 13).
  • the control device 10 can correct the work position in the machining program and appropriately perform machining on the work W1.
  • the control device 10 scans the machining head by enabling (b1) gap control (controlling the relative height between the work and the gap sensor to be constant), and (b2) the distance between the gap sensor and the work is the work end.
  • the work edge is detected by catching the sudden change in.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a work end detection process executed under the control of the processor of the control device 10.
  • the control device 10 controls the position of the machining head so that the distance from the workpiece detected by the gap sensor 31 is constant while scanning the machining head 30 along the surface of the workpiece (the machining head 30).
  • Step S1 the control device 10 (change amount acquisition unit 12) acquires the change amount of the interval between the gap sensor 31 and the work during the execution of the control (gap control) by the control unit 11 (step S2).
  • the amount of change includes the amount of error in gap control, the value of change in the distance between the gap sensor 31 and the work, the relative speed between the gap sensor 31 and the work, and the distance between the other gap sensor 31 and the work. Includes various numerical values related to changes in.
  • control device 10 detects the position of the end of the work based on the coordinate position of the machining head 30 when the amount of change becomes a predetermined threshold value or more (step S3).
  • the position of the work end can be reliably detected even in a situation where, for example, an originally flat work has an inclined portion at the peripheral edge portion.
  • Example 1 Detection example by gap control error amount 2: Detection example by Z-axis position 3: Detection example by Z-axis speed 4: Detection example by gap increase speed 5: Gap increase speed-Detection example by Z-axis descent speed 6 : (Gap increase speed-Z-axis descent speed) / Detection by XY-axis synthesis speed
  • FIG. 7 is a diagram showing a state of gap control in this example.
  • control is performed so as to eliminate the error amount ⁇ when the error amount ⁇ occurs with respect to the target value T of the gap.
  • the error amount ⁇ can be detected from the output of the gap sensor 31 during the gap control.
  • the machining head 30 is scanned in the direction of the arrow in FIG. 7 (X-axis direction).
  • the originally flat work W has a portion that is inclined diagonally upward at the peripheral edge portion as shown in the figure.
  • the distance between the gap sensor 31 (machining head 30) and the work W is maintained at the target value T. Therefore, as shown in the figure, the machining head 30 has the target value T as the distance to the work W. And move along the surface of the work W.
  • the gap control error amount ⁇ increases. Even if the machining head 30 follows the Z-axis direction sufficiently quickly, the scanning in the X-axis direction continues, so that the distance between the machining head 30 and the work W is separated in the X-axis direction, and the gap control error amount ⁇ Will increase.
  • Graph 81 of FIG. 8 is a diagram showing a transition of the gap control amount (that is, a transition of the gap control error amount) when the operation of this example is executed.
  • the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the gap control amount (T + ⁇ ).
  • the threshold value M1 is applied to the gap control amount, and the position when T + ⁇ exceeds (or exceeds) the threshold value M1 (reference numeral L1) is detected as the work end. That is, in this example, the threshold value is applied to the gap control error amount. Since the gap control error amount ⁇ starts to increase sharply at the work end, the work end can be reliably detected by detecting the position when T + ⁇ exceeds the threshold value M1 (reference numeral L1) as the work end. ..
  • FIG. 9 is a diagram showing a state of gap control in this example.
  • the position (X-axis position) when the Z-axis position of the machining head 30 becomes equal to or less than a certain threshold value (or less than the threshold value) is detected as the work end.
  • a certain threshold value or less than the threshold value
  • Graph 82 in FIG. 10 shows a change in the Z-axis position of the machining head 30 (gap sensor 31) in the operation of this example.
  • the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the Z-axis position.
  • M2 reference numeral L1
  • the Z-axis position drops sharply when it exceeds the work end. Therefore, by setting the position when the Z-axis threshold is M2 or less (or less than the threshold M2) as the detection position, the work end can be set. It can be detected reliably.
  • the operation of this example corresponds to an operation of grasping the amount of descent in the Z-axis direction as the amount of change and determining whether or not the amount of change exceeds the threshold value.
  • the detection accuracy may decrease depending on the height of the work end.
  • FIG. 11 is a diagram showing a state of gap control in this example.
  • the position when the Z-axis speed becomes (or exceeds) the threshold value is detected as the work end.
  • the machining head 30 drops significantly downward beyond the work end.
  • the Z-axis descent speed also increases. In this example, this increase in Z-axis velocity is captured.
  • the arrow of reference numeral 91 indicates the speed in the scanning direction (X-axis speed)
  • the arrow with reference numeral 92 indicates the Z-axis speed.
  • Graph 83 in FIG. 12 shows the transition of the Z-axis position of the machining head 30 in the operation of this example.
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates the Z-axis position.
  • the control device 10 (change amount acquisition unit 12) obtains the Z-axis velocity by differentiating the graph 83 with respect to time.
  • the Z-axis velocity is expressed as the slope of this graph.
  • the work end detection unit 13 detects the position (reference numeral L1) when the Z-axis speed becomes (or exceeds) the threshold value M3 or more as the work end. Since the Z-axis speed of the machining head 30 sharply increases from the position where the gap sensor 31 exceeds the work end, the work end can be reliably detected by the Z-axis speed.
  • FIG. 13 is a diagram showing a state of gap control in this example.
  • the position when the increase rate of the gap exceeds the threshold value (or exceeds the threshold value) is detected as the work end.
  • the gap control error amount ( ⁇ ) sharply increases beyond the work edge.
  • the work end is detected by capturing the increasing speed of this gap (gap control error amount ⁇ ).
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the increasing speed of the gap in the operation of this example, and the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the gap amount (T + ⁇ ).
  • Graph 84 shows the time transition of the gap in the operation of this example.
  • the control device 10 (change amount acquisition unit 12) obtains the increasing speed of the gap by differentiating the gap with respect to time.
  • the rate of increase of the gap ((d (T + ⁇ ) / dt)) is expressed as the slope of the graph 84.
  • the increase rate of the gap becomes (or exceeds) the threshold value M4 or more, the position (reference numeral L1) is detected as the work end. Since the gap increases sharply at the work end, the rate of increase of the gap also sharply increases at the work end. Therefore, the position when the increase rate of the gap becomes (or exceeds) the threshold value can be detected as the position representing the work end.
  • Example 5 The work end detection operation of Example 5 (gap increase speed-detection by Z-axis descent speed) will be described with reference to FIG. It is assumed that the scanning of the processing head 30 in this example is performed as shown in FIG. As described above, when scanning is performed while controlling the gap, the gap error amount ( ⁇ ) sharply increases at the work end, and the machining head 30 (gap sensor 31) follows the Z-axis accordingly. In this example, at this time, the speed at which the work surface moves away from the machining head 30 (gap sensor 31) that descends in the Z-axis direction due to the Z-axis following operation is detected. Since the speed of the work surface as seen from the machining head 30 (gap sensor 31) can be detected, changes in the height of the work surface can be captured regardless of the gap control gain.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining the rate of change in the height of the work surface in the operation of this example, in which the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the difference between the Z-axis position of the gap sensor and the gap control amount (T + ⁇ ). Represents Z- (T + ⁇ )).
  • the speed at which the work surface moves away from the gap sensor 31 is obtained as the inclination (d (Z ⁇ (T + ⁇ )) / dt) of the graph 85.
  • the position (reference numeral L1) when the magnitude of the inclination of the graph 85 is equal to or greater than the threshold value M5 (or exceeds the threshold value M5) is detected as the work end.
  • Example 6 The work end detection operation ((gap increase speed-Z-axis descent speed) / XY-axis synthesis speed) of Example 6 will be described with reference to FIG. It is assumed that the scanning of the processing head 30 in this example is performed as shown in FIG. In Example 5 above, the speed detected as the slope of the graph 85 has the property of increasing when the speed in the scanning direction of the machining head 30 (XY-axis combined speed) is large. Therefore, in order not to be affected by the speed in the scanning direction, in this example 6, the speed detected as the slope of the graph 85 in the above example 5 is divided by the speed in the scanning direction (XY-axis synthesis speed). Is used as the amount of change.
  • This value is a dimensionless value that represents an amount close to the spatial shape of the work. Further, since this value does not depend on the speed in the scanning direction (XY speed), there is an advantage that the threshold value does not need to be changed depending on the speed in the scanning direction (XY speed).
  • Graph 86 in FIG. 16 shows the distribution of this value in the X-axis direction.
  • the vertical axis represents (Z ⁇ (T + ⁇ )) as in FIG. 14, and the horizontal axis represents a position in the scanning direction (in this example, a position in the X-axis direction).
  • the position (reference numeral L1) where the slope of the graph 86 in the figure is equal to or greater than the threshold value M86 (or exceeds the threshold value M86) is defined as the work end position.
  • the control device 10 detects a warped portion (warped portion) on the work using the change amount acquired by the change amount acquisition unit 12. As a result, the control device 10 can be set to exclude the warped portion from the machining target area.
  • FIG. 17 shows the state of operation in this operation example
  • FIG. 18 shows the transition of measured values.
  • the operation procedure is described below.
  • C1 The machining head 30 is scanned in the scanning direction while controlling the gap (FIG. 17).
  • C2) Monitor the change in graph 87 of the measured values (FIG. 18).
  • the warped portion may be detected at a plurality of points on one side by the above procedure (c1-c4), and the shape of the warped portion in the direction along the side may be specified in more detail. can.
  • the control device 10 may display the position information of the specified warped portion area on the user interface screen of the control device 10.
  • the region C1 of the warped portion with respect to the work W3 may be displayed as an image as illustrated in FIG.
  • the user can modify the machining target area so as to avoid the warped portion.
  • the control device 10 may be configured to automatically correct the machined area so as to avoid the warped portion.
  • FIG. 19 when the region C1 is detected as a warped portion on the work W3, the control device 10 excludes the region C1 from the work W3 (inside the position PA1 in FIG. 18). Area) can be set as a processable area.
  • An example of the detection operation of the work end by storing the detection value 2) in the control device in advance will be described with reference to FIGS. 20 to 22.
  • the Z-axis height of the machining head 30 (gap sensor 31) with respect to the work W0 is set to a predetermined value, and the machining head 30 is moved (scanned) while detecting the gap amount. Let me.
  • the detection value 1 is detected as the output of the gap sensor 31 when the machining head 30 (gap sensor 31) is on the upper part of the surface of the work W0.
  • the detection value 2 is detected as the output of the gap sensor 31, so that the gap end can be detected.
  • Graph 181 of FIG. 22 shows the transition of the output of the gap sensor 31 in this case. In the graph 181 at the work end position L10, the output of the gap sensor 31 reaches the detection value 2, and the work end position L10 is detected by detecting this.
  • the machining head 30 may come into contact with the work surface in the middle of moving to the work end (see FIG. 21). ..
  • the work end detection operation according to the present embodiment since the gap control is performed, the work end can be reliably avoided without being affected by the inclination of the work.
  • the control device 10 may further have at least one of the following functions.
  • Offset correction (2) Combined use of high-speed operation and low-speed operation (3) Prevention of hole drop
  • Offset correction As described above, in the present embodiment, since the work end is detected by increasing the gap control amount or the like, an error may occur between the actual work end position and the detection position.
  • the control device 10 (control unit 11) may have a function of correcting such an error (hereinafter, also referred to as offset correction). This error can be considered to depend on the scanning speed, the threshold value, the responsiveness of the gap sensor 31, and the like.
  • the control device 10 can set the error as described below.
  • the calculation method is adopted in which the case where the scanning speed and the gap control gain change is estimated based on the actual error when the detection is performed by a certain threshold value and the gap sensor.
  • the calculation method is that (r1) the error is simply proportional to the scanning speed for the scanning speed, and (r2) the error is reduced because the followability improves as the gap control gain increases.
  • the idea of applying the rule can be taken, but the application of (r1) and (r2) differs depending on what value is used as the amount of change. Therefore, in the cases of Examples 1 to 6 described above, the calculation method may be adopted as follows.
  • Example 1 to Example 4 The error depends on the scanning speed and the gap control gain. Regarding the scanning speed, the dependence is the same (proportional) between Examples 1 and 4. On the other hand, regarding the gap control gain, the dependence differs between Examples 1 and 4. When the gap control gain increases, in the cases of Examples 1 and 4, the work end is the place where the gap control cannot follow, so the error increases as the followable distance increases, and in the cases of Examples 2 and 3, the error increases. Gap control is used to follow, and the work end is set by increasing the following position or speed, so the error is reduced.
  • Example 5 It depends on the scanning speed but not on the gap control gain.
  • Example 6 It does not depend on the scanning speed or the gap control gain.
  • FIG. 23 is a diagram showing a scanning state in the first example of workpiece end detection by a combination of high-speed operation and low-speed operation.
  • the operation is performed according to the following procedure.
  • (F1) First, the machining head 30 is scanned at high speed in the scanning direction H1 to detect the approximate position of the work end.
  • the work end position L22 is detected.
  • any of the above-mentioned Examples 1 to 6 can be taken as the operation of the work end detection.
  • F2 Next, the machining head 30 is scanned at a low speed while controlling the gap in the opposite scanning direction H2. Then, the position L21 where the detected gap amount returns to the target value (T) is detected as the work end position. This makes it possible to detect an accurate work end position.
  • FIG. 24 is a diagram showing a scanning state in the second example of workpiece end detection by a combination of high-speed operation and low-speed operation.
  • the operation is performed according to the following procedure.
  • G1 First, the machining head 30 is scanned at high speed in the scanning direction H11 to detect the approximate position of the work end.
  • the work end position L32 is detected.
  • any of the above-mentioned Examples 1 to 6 can be taken as the operation of the work end detection.
  • the machining head 30 is retracted in the reverse direction H12 by a predetermined distance, and the gap is controlled to return to the original gap.
  • the machining head 30 is scanned at a low speed in the scanning direction H13 to detect the work end.
  • the work end position L31 is detected. In this case, any of the above-mentioned Examples 1 to 6 can be taken as the operation of the work end detection.
  • the machining head 30 When the machining head 30 is retracted in the above procedure (g2), the machining head 30 is temporarily retracted upward as shown by an arrow H12A in FIG. 25, and then retracted by a predetermined distance in the direction opposite to the scanning direction H11.
  • the original gap may be restored by controlling the gap. As a result, it is possible to reliably avoid a collision with the work W when the machining head 30 is retracted.
  • the position of the work end can be accurately detected even in a situation where there is an inclined portion in the work that should be originally flat.
  • the configuration described in the above embodiment can be applied to various industrial machines that perform various machining by a machining head equipped with a gap sensor.
  • the functional configuration of the control device shown in FIG. 3 is an example, and not all of the functional blocks are essential components.
  • the program that executes the work edge detection process and other procedures for realizing various functions described in the above-described embodiment is a computer-readable recording medium (for example, a semiconductor memory such as ROM, EEPROM, flash memory, magnetic recording). It can be recorded on a medium, an optical disk such as a CD-ROM or a DVD-ROM).
  • a computer-readable recording medium for example, a semiconductor memory such as ROM, EEPROM, flash memory, magnetic recording. It can be recorded on a medium, an optical disk such as a CD-ROM or a DVD-ROM).
  • Control device 11 Control unit 12 Change amount acquisition unit 13 Work end detection unit 14 Work warp detection unit 20 Servo amplifier 30 Machining head 31 Gap sensor 40 Gap sensor circuit 50 Each axis motor 100 Work end position detection device

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Abstract

ワークに傾斜した部分が存在するような状況においても正確にワーク端の位置を検出できるワーク端位置検出装置を提供する。ギャップセンサ３１を搭載した加工ヘッド３０をワークの面に沿って走査させながら、ギャップセンサ３１が検出したワークとの間隔が一定になるように加工ヘッド３０の位置を制御する制御部１１と、制御部による間隔を一定にする制御の実行中に、ギャップセンサ３１とワークとの間隔の変化量が所定の閾値以上となったときの加工ヘッド３０の座標位置に基づきワークの端部の位置を検出するワーク端検出部１３と、を備えるワーク端位置検出装置１００である。

Description

ワーク端位置検出装置及びワーク端位置検出方法
　本発明は、ワーク端位置検出装置及びワーク端位置検出方法に関する。
　加工対象のワークを加工機のワークテーブルに搭載した状態においてワークが所定位置からずれている場合がある。このような場合にワークの位置ずれを検出することで、ワークに対して適切な加工を行うように構成された加工機が知られている（例えば、特許文献１）。
　また、レーザ加工ヘッドに取り付けられたギャップセンサでワークの表面を走査することで、ワークに形成された穴等を検出するようにした加工機も知られている（例えば、特許文献２）。
特開２０００－０４２７７４号公報 実開平３－８５１８４号公報
　加工機に搭載されるワークの位置ずれ等を検出するために、ワーク端を正確に検出することが求められる。しかしながら、鉄板等のワークでは、例えば周縁部が傾斜した状態となっている場合がある。このように本来平坦であるべきワークに傾斜した部分が存在するような状況においても正確にワーク端の位置を検出できることが望まれる。
　本開示の一態様は、ギャップセンサを搭載した加工ヘッドをワークの面に沿って走査させながら、前記ギャップセンサが検出した前記ワークとの間隔が一定になるように前記加工ヘッドの位置を制御する制御部と、前記制御部による前記間隔を一定にする制御の実行中に、前記ギャップセンサと前記ワークとの間隔の変化量が所定の閾値以上となったときの前記加工ヘッドの座標位置に基づき前記ワークの端部の位置を検出するワーク端検出部と、を備えるワーク端位置検出装置である。
　本開示の別の態様は、ギャップセンサを搭載した加工ヘッドをワークの面に沿って走査させながら、前記ギャップセンサが検出した前記ワークとの間隔が一定になるように前記加工ヘッドの位置を制御し、前記間隔を一定にする制御の実行中に、前記ギャップセンサと前記ワークとの間隔の変化量が所定の閾値以上となったときの前記加工ヘッドの座標位置に基づき前記ワークの端部の位置を検出する、ワーク端位置検出方法である。
　上記構成によれば、本来平坦であるべきワークに傾斜した部分が存在するような状況においても正確にワーク端の位置を検出できる。
　添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらの目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明確になるであろう。
一実施形態に係るワーク端位置検出装置の機器構成を表す図である。 ワーク端位置検出装置の制御系の構成を表すブロック図である。 制御装置内に構成される機能構成を表す機能ブロック図である。 ワークの位置ずれについて説明するための図である。 ワークの位置ずれ検出処理の手順を説明するための図である。 ワーク端検出処理を表すフローチャートである。 ワーク端検出動作の例１における加工ヘッドの走査の状態を表す図である。 ワーク端検出動作の例１における変化量を説明するためのグラフである。 ワーク端検出動作の例２における加工ヘッドの走査の状態を表す図である。 ワーク端検出動作の例２における変化量を説明するためのグラフである。 ワーク端検出動作の例３における加工ヘッドの走査の状態を表す図である。 ワーク端検出動作の例３における変化量を説明するためのグラフである。 ワーク端検出動作の例４－６における加工ヘッドの走査の状態を表す図である。 ワーク端検出動作の例４における変化量を説明するためのグラフである。 ワーク端検出動作の例５における変化量を説明するためのグラフである。 ワーク端検出動作の例６における変化量を説明するためのグラフである。 ワーク反り検出動作における加工ヘッドの走査の状態を表す図である。 ワーク反り検出動作における変化量を説明するためのグラフである。 ワークの反り部を除外して加工可能領域を設定した状態を表す図である。 比較例のワーク端検出動作における加工ヘッドの走査の状態を表す図である。 比較例のワーク端検出動作において加工ヘッドとワークが接触した状態を表す図である。 比較例のワーク端検出動作におけるギャップ量を表すグラフである。 高速走査と低速走査の併用によるワーク端検出動作の第１の例を表す図である。 高速走査と低速走査の併用によるワーク端検出動作の第２の例を表す図である。 高速走査と低速走査の併用によるワーク端検出動作の第２の例において、加工ヘッドを復帰させる動作を表す図である。
　次に、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。参照する図面において、同様の構成部分または機能部分には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
　図１は一実施形態に係るワーク端位置検出装置１００の機器構成を表す図である。図１に示すように、ワーク端位置検出装置１００は、制御装置（ＣＮＣ）１０と、サーボアンプ２０と、サーボアンプ２０により駆動されるＸ軸，Ｙ軸，及びＺ軸の各軸モータ５０と、各軸モータの駆動によりワークＷに対するＸ，Ｙ，Ｚ軸位置を位置制御される加工ヘッド３０と、加工ヘッド３０に搭載されたギャップセンサ３１と、ギャップセンサ回路４０とを含む。すなわち、ワーク端位置検出装置１００は、加工機として構成されている。なお、Ｘ，Ｙ軸は水平方向、Ｚ軸は鉛直方向である場合を想定する。
　制御装置１０は、数値制御装置（ＣＮＣ）であり、加工プログラムにしたがってＸ、Ｙ、Ｚ軸を駆動するモータの指令を生成してサーボアンプ２０に送出する。サーボアンプ２０は、各軸モータを制御及び駆動するモータ回路からなり、制御装置１０からの指令に従って各軸モータ５０に対するサーボ制御を実行する。
　加工ヘッド３０は、例えば、レーザを照射するノズルを備えるレーザ加工ヘッドである。なお、加工ヘッド３０はこのような例に限られず、各種の加工を実行するための各種加工ヘッドを含む。
　ギャップセンサ３１は、ワークＷとの距離を計測するセンサである。一例として、ギャップセンサ３１は、静電容量式のセンサであり、センサと測定対象物間の静電容量をセンシングし、計測した静電容量を表す信号をギャップセンサ回路４０に出力する。ギャップセンサ回路４０は、平板電極間の静電容量がＳ／ｄ（電極面積、ｄ：電極間の距離）に比例することに基づき、ギャップセンサ３１により検出された静電容量から距離ｄ（すなわち、ギャップセンサとワークとの間の間隔）を出力する。以下では、ギャップセンサ３１が計測したワークとの間隔をギャップ量とも記載する。なお、図１において、ギャップ量は符号Ｇを付した矢印で示されている。
　なお、ギャップセンサ３１としては静電容量型センサに限られず、渦電流式センサや他のタイプのセンサが用いられても良い。一般的な使用形態として、ギャップセンサ３１を図１に示すようにワークＷの上方に配置した場合、ギャップセンサ３１は、ギャップセンサ３１に対して前方にある（図１において鉛直下方にある）ワークとの間の静電容量を測定する目的で使用されるが、ギャップセンサ３１は横方向（図１において水平方向）にもある程度の感度を有する。
　ワークＷはここでは例示として図示のような矩形状のワークを想定する。なお、ワークの形状はこれに限定されるものではない。ワークＷは、ワークテーブル（不図示）に載置され、制御装置１０による制御により、ワークＷに対して加工ヘッドをＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動させることで、ワークＷに対する加工が行われる。
　図２は、図１の機器構成を有するワーク端位置検出装置（加工機）１００の制御系の構成を表すブロック図である。制御装置１０は、加工プログラムに従って各軸モータ５０に対する指令を生成しサーボアンプ（モータ回路）２０に送出する。サーボアンプ２０は、制御装置１０からの指令に従って各軸モータ５０のサーボ制御を実行し、加工ヘッド３０の位置制御を実行する。ギャップセンサ３１は、測定した静電容量を示す信号をギャップセンサ回路４０に出力する。ギャップセンサ回路４０は、ギャップセンサ３１からの出力により求めたギャップ量を制御装置１０に提供する。
　この構成により、制御装置１０は、加工ヘッド３０のＸ，Ｙ，Ｚ軸位置制御を行うことができる。また、制御装置１０は、ギャップ量に基づいてギャップ制御（ギャップセンサ３１とワークとの距離を一定に保つ制御）を行うことができる。
　図３は、制御装置１０内に構成される機能構成を表す機能ブロック図である。図３に示すように、制御装置１０は、ギャップセンサ３１を搭載した加工ヘッド３０をワークＷの面に沿って走査させながら、ギャップセンサ３１が検出したワークＷとの間隔が一定になるように加工ヘッド３０の位置を制御する制御部１１と、ギャップセンサ３１とワークＷとの間隔の変化量を取得する変化量取得部１２と、変化量が所定の閾値以上となったときの加工ヘッド３０の座標位置に基づきワークＷの端部の位置を検出するワーク端検出部１３とを備える。制御装置１０は、変化量に基づいてワーク上における反りを有する領域を検出するワーク反り検出部１４を更に備えていても良い。
　変化量取得部１２は、ギャップセンサ回路４０からギャップ量を取得し、サーボアンプ２０からＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸モータ５０の位置情報を取得することができる。変化量取得部１２は、ギャップ量と、各軸モータの位置情報の少なくとも一方を用いて変化量を求める。
　なお、制御装置１０は、ＣＰＵ（プロセッサ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置、操作部、表示部、入出力インタフェース、ネットワークインタフェース等を有する一般的なコンピュータとしての構成を有していても良い。図３に示した制御装置１０の機能ブロックは、制御装置１０のＣＰＵ（プロセッサ）が、記憶装置に格納された各種ソフトウェアを実行することで実現されても良く、或いは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアを主体とした構成により実現されても良い。
　加工対象のワーク（図４においてワークＷ１）は、ワークテーブル（不図示）に載置された状態で、図４に示すように、本来ワークＷ１が置かれているべき基準位置Ｐ０に対して位置ずれを生じている場合がある。このように位置ずれを生じているワークＷ１の位置を検出するため、制御装置１０は、次のような位置ずれ検出処理を実行する。図５は位置ずれ検出処理の手順を説明するための図である。図５を参照しつつ、位置ずれ検出処理の手順を説明する。

（ａ１）ワークＷ１の１辺上の２つの端面の位置Ｂ１、Ｃ１を検出する。
（ａ２）次に、上記一辺に隣接する他の一辺上の１つの端面の位置Ａ１を検出する。
（ａ３）位置Ａ１，Ｂ１，Ｃ１からワークＷ１の図４中の前後方向及び左右方向の傾き（すなわち、基準位置Ｐ０に対する傾き）を検出する。
　上述の手順（ａ１）、（ａ２）において、制御装置１０（ワーク端検出部１３）によるワーク端検出機能により位置Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の検出が実現される。このようにして得られたワークＷ１の位置ずれを示す値を用いて、制御装置１０は、加工プログラムにおけるワーク位置を補正し、ワークＷ１に対する加工を適切に実行することができる。
　以下、制御装置１０によるワーク端検出機能について説明する。制御装置１０は、（ｂ１）ギャップ制御を有効にして（ワークとギャップセンサ間の相対高さを一定に制御して）加工ヘッドを走査させ、（ｂ２）ギャップセンサとワークとの距離がワーク端において急激に変化することを捉えてワーク端を検出する。
　このようなワーク端検出機能を実現するため、制御装置１０は、図６に示すワーク端検出処理（ワーク端位置検出方法）を実行する。図６は、制御装置１０のプロセッサによる制御の下で実行されるワーク端検出処理を表すフローチャートである。はじめに、制御装置１０（制御部１１）は、加工ヘッド３０をワークの面に沿って走査させながら、ギャップセンサ３１が検出したワークとの間隔が一定になるように加工ヘッドの位置を制御する（ステップＳ１）。次に、制御装置１０（変化量取得部１２）は、制御部１１による制御（ギャップ制御）の実行中にギャップセンサ３１とワークとの間隔の変化量を取得する（ステップＳ２）。本明細書において、変化量には、ギャップ制御のエラー量、ギャップセンサ３１とワークとの距離の変化値、ギャップセンサ３１とワークとの相対的な速度、その他のギャップセンサ３１とワークとの距離の変化に関する各種数値が含まれる。
　次に、制御装置１０（ワーク端検出部１３）は、変化量が所定の閾値以上となったときの加工ヘッド３０の座標位置に基づきワークの端部の位置を検出する（ステップＳ３）。このようなワーク端検出処理により、本来平坦なワークの例えば周縁部に傾斜した部分があるような状況においても、ワーク端の位置を確実に検出することができる。
　以下、変化量取得部１２が取得した変化量に基づく、ワーク端検出の具体的な動作例について説明する。以下で詳細に説明する具体例は、以下を含む。
例１：ギャップ制御エラー量による検出
例２：Ｚ軸位置による検出
例３：Ｚ軸速度による検出
例４：ギャップの増加速度による検出
例５：ギャップの増加速度－Ｚ軸降下速度による検出
例６：（ギャップの増加速度－Ｚ軸降下速度）／ＸＹ軸合成速度による検出
　例１のワーク端検出動作（ギャップ制御エラー量による検出）について図７及び図８を参照し説明する。図７は、本例におけるギャップ制御の状態を表す図である。ギャップ制御では、ギャップの目標値Ｔに対してエラー量Δが生じたときにエラー量Δを解消させるような制御が行われる。ギャップ制御中のギャップセンサ３１の出力からエラー量Δを検出することができる。
　ここでは、図７中矢印方向（Ｘ軸方向）に加工ヘッド３０を走査させる。なお、ここでは、本来平坦なワークＷが図示のように周縁部において斜め上方に傾斜している部分を有する場合を想定する。図中矢印方向におけるギャップ制御では、ギャップセンサ３１（加工ヘッド３０）とワークＷとの距離が目標値Ｔに維持されるため、図のように加工ヘッド３０はワークＷとの距離として目標値Ｔを維持してワークＷの表面に沿うように移動する。
　そして、加工ヘッド３０（ギャップセンサ３１）がワーク端に達すると、ワーク端においてはギャップが急激に増加するため、加工ヘッド３０のＺ軸方向の追従が遅れ、ギャップ制御エラー量Δが増加する。なお、加工ヘッド３０のＺ軸方向の追従が十分早くても、Ｘ軸方向の走査が続いていることから、加工ヘッド３０とワークＷとの距離がＸ軸方向に離れ、ギャップ制御エラー量Δが増加する。
　図８のグラフ８１は、本例の動作を実行した場合におけるギャップ制御量の推移（すなわち、ギャップ制御エラー量の推移）を示す図である。図８において横軸は時間であり、縦軸はギャップ制御量（Ｔ+Δ）を表す。ここでは、ギャップ制御量に閾値Ｍ１を適用し、Ｔ＋Δが閾値Ｍ１を以上となった（又は超えた）とき（符号Ｌ１）の位置をワーク端として検出する。すなわち、本例ではギャップ制御エラー量に閾値を適用する。ギャップ制御エラー量Δは、ワーク端部で急激に増加しはじめるので、Ｔ＋Δが閾値Ｍ１を超えたとき（符号Ｌ１）の位置をワーク端として検出することで、ワーク端を確実に検出できている。
　例２のワーク端検出動作（Ｚ軸位置により検出）について図９－図１０を参照して説明する。図９は、本例におけるギャップ制御の状態を表す図である。本例では、加工ヘッド３０のＺ軸位置がある閾値以下（又は閾値未満）になったときの位置（Ｘ軸位置）をワーク端として検出する。上述のように、ギャップ制御を有効にして走査を実行させると、ワーク端を超えたところでレーザヘッドは大きく下方に降下する。本例では、この降下をレーザヘッドのＺ軸位置変化として捉える。
　図１０のグラフ８２は、本例の動作における加工ヘッド３０（ギャップセンサ３１）のＺ軸位置の変化を表す。図１０において横軸は時間、縦軸はＺ軸位置を表す。図１０のグラフ８２に示すように、Ｚ軸位置がＺ軸閾値Ｍ２まで低下したとき（符号Ｌ１）の位置をワーク端とする。図１０に示す通り、Ｚ軸位置はワーク端部を超えると急激に低下するので、Ｚ軸閾値Ｍ２以下（又は閾値Ｍ２未満）となったときの位置を検出位置とすることで、ワーク端を確実に検出することができる。本例の動作は、Ｚ軸方向の降下量を変化量として捉えて、変化量が閾値を超えたか否かを判断する動作に相当している。なお、本例の場合には、ワークに反りや傾斜がる場合に、ワーク端の高さに依存して検出精度が低下する場合がある。
　例３のワーク端検出動作（Ｚ軸速度により検出）について図１１－図１２を参照して説明する。図１１は、本例におけるギャップ制御の状態を表す図である。本例では、Ｚ軸速度が閾値以上になった（又は閾値を超えた）ときの位置をワーク端として検出する。上述のように、ギャップ制御を有効にして走査を行わせると、ワーク端を超えたところで加工ヘッド３０は大きく下方に降下する。このとき、Ｚ軸降下速度も増加する。本例では、このＺ軸速度の増加を捉える。なお、図１１において符号９１の矢印は走査方向の速度（Ｘ軸速度）を表し、符号９２を付した矢印はＺ軸速度を表す。
　図１２のグラフ８３は、本例の動作における加工ヘッド３０のＺ軸位置の推移を表す。図１２において、横軸は時間を示し、縦軸にＺ軸位置を示す。制御装置１０（変化量取得部１２）は、グラフ８３を時間微分することでＺ軸速度を得る。Ｚ軸速度はこのグラフの傾きとして表される。ワーク端検出部１３は、図１２に示すように、Ｚ軸速度が閾値Ｍ３以上となった（又は閾値Ｍ３を超えた）とき（符号Ｌ１）の位置をワーク端として検出する。加工ヘッド３０のＺ軸速度はギャップセンサ３１がワーク端を超えた位置から急激に増加するので、Ｚ軸速度によりワーク端を確実に検出することができる。
　例４のワーク端検出動作（ギャップの増加速度による検出）について図１３－図１４を参照して説明する。図１３は、本例におけるギャップ制御の状態を表す図である。本例では、ギャップの増加速度が閾値以上になった（又は閾値を超えた）ときの位置をワーク端として検出する。上述のようにギャップ制御を有効にして走査を行うと、ワーク端を超えたところでギャップ制御エラー量（Δ）は急激に増加する。本例では、このギャップ（ギャップ制御エラー量Δ）の増加速度を捉えて、ワーク端を検出する。
　図１４は、本例の動作におけるギャップの増加速度を説明する図であり、横軸に時間を表し、縦軸にギャップ量（Ｔ＋Δ）を表す。グラフ８４は、本例の動作におけるギャップの時間推移を表す。制御装置１０（変化量取得部１２）は、ギャップを時間微分することでギャップの増加速度を得る。ギャップの増加速度（（ｄ(Ｔ＋Δ)/ｄｔ））はグラフ８４の傾きとして表される。図１４に示されるように、ギャップの増加速度が閾値Ｍ４以上となった（又は閾値Ｍ４を超えた）とき（符号Ｌ１）の位置をワーク端として検出する。ギャップは、ワーク端部で急激に増加するので、ギャップの増加速度も同様にワーク端部で急激に増加する。したがって、ギャップの増加速度が閾値以上となる（又は閾値を超えた）ときの位置をワーク端を表す位置として検出することができる。
　例５のワーク端検出動作（ギャップの増加速度－Ｚ軸降下速度による検出）について図１５を参照して説明する。なお、本例における加工ヘッド３０の走査は、図１３のように行われるものとする。上述したように、ギャップ制御を行いながら走査を行った場合、ワーク端部においてギャップエラー量（Δ）は急激に増加し、加工ヘッド３０（ギャップセンサ３１）はそれに応じＺ軸追従を行う。本例では、このとき、Ｚ軸追従動作によりＺ軸方向に降下する加工ヘッド３０（ギャップセンサ３１）から見た、ワーク表面が遠ざかる速度を検出する。加工ヘッド３０（ギャップセンサ３１）から見たワーク表面の速度が検出できるので、ギャップ制御ゲインによらず、ワーク表面の高さの変化を捉えることができる。
　図１５は、本例の動作におけるワーク表面の高さの変化速度を説明する図であり、横軸は時間を、縦軸はギャップセンサのＺ軸位置とギャップ制御量（Ｔ＋Δ）との差（Ｚ－（Ｔ＋Δ））を表す。ギャップセンサ３１からみたワーク表面が遠ざかる速度は、グラフ８５の傾き（ｄ（Ｚ－（Ｔ＋Δ））／ｄｔ）として得られる。グラフ８５の傾きの大きさが閾値Ｍ５を以上となった（又は閾値Ｍ５を超えた）ときの位置（符号Ｌ１）をワーク端として検出する。
　例６のワーク端検出動作（（ギャップの増加速度－Ｚ軸降下速度）／ＸＹ軸合成速度）について図１６を参照して説明する。なお、本例における加工ヘッド３０の走査は、図１３のように行われるものとする。上記例５において、グラフ８５の傾きとして検出される速度は、加工ヘッド３０の走査方向の速度（ＸＹ軸合成速度）が大きいと大きくなってしまうという性質がある。そこで、走査方向の速度の影響を受けないようにするために、本例６では、上記例５のグラフ８５の傾きとして検出される速度を走査方向の速度（ＸＹ軸合成速度）で割り算した値を変化量として用いる。この値はワークの空間的な形状に近い量を表す無次元の値となる。また、この値は、走査方向の速度（ＸＹ速度）に依存しない値となるため、走査方向の速度（ＸＹ速度）によって閾値を変える必要がないという、メリットが得られる。
　図１６のグラフ８６は、この値のＸ軸方向における分布を表す。図１６において、縦軸は図１４と同様に（Ｚ－（Ｔ＋Δ））を表し、横軸は走査方向の位置（本例ではＸ軸方向の位置）を表す。図中のグラフ８６の傾きが閾値Ｍ８６以上となった（又は閾値Ｍ８６を超えた）位置（符号Ｌ１）をワーク端位置とする。
（ワーク反りの検出機能）
　次に、ワーク反り検出部１４によるワークの反りの検出機能について説明する。ワーク上の反りが存在する部分に対して加工を行うと、特に反りが大きい部分では、レーザ加工不良、寸法不良が生じるおそれがある。制御装置１０（ワーク反り検出部１４）は、変化量取得部１２が取得した変化量を用いてワーク上の反りがある部分（反り部）を検出する。これにより、制御装置１０は、当該反り部を加工対象領域から除外するように設定を行うことができる。
　具体的な動作手順を図１７から図１９を参照して説明する。ここでは、変化量として上述した「(ギャップの増加速度+Z軸降下速度)/XY軸合成速度」（以下、便宜上、測定値と記載する）を用いる。なお、図１７は本動作例における操作の状態を表し、図１８は測定値の推移を表す。動作手順を以下に記載する。

（ｃ１）ギャップ制御を行いながら加工ヘッド３０を走査方向に走査する（図１７）。
（ｃ２）測定値のグラフ８７の変化を監視する（図１８）。
（ｃ３）ワーク端（位置Ｌ１）が検出される前の段階において、グラフ８７の曲率又は傾きの大きさが閾値を超えた領域を反り部として検出する。図１８の例では、破線の円形ＣＡで囲った領域からワーク端までの領域Ｃ１が反り部として検出される。
（ｃ４）さらに測定値のグラフ８７の監視を継続し、グラフ８７の傾きの大きさが所定の閾値Ｍ７を超えた位置（位置Ｌ１）をワーク端として検出する（図１８）。
　以上の手順により、走査方向におけるワークの一辺上で、ワークの周囲部に生じている反り部を検出することができる。次に、(ｄ１)以上の手順（ｃ１－ｃ４）をワークの４辺について実行する、或いは、(ｄ２)以上の手順（ｃ１－ｃ４）をワーク上の２辺で実行し、各々の対辺でも反り部が同様とみなすことで、ワークの４辺について反りの領域を特定することができる。上記(ｄ１)、（ｄ２）のいずれかにおいて１辺の複数箇所で上記手順（ｃ１－ｃ４）により反り部を検出し、辺に沿った方向における反り部の形状をより詳細に特定することもできる。
　制御装置１０は、特定された反り部の領域の位置情報を制御装置１０のユーザインタフェース画面に表示しても良い。この場合、ワークＷ３に対する反り部の領域Ｃ１を図１９に例示するような画像として表示しても良い。ユーザは、反り部を避けるように加工対象領域の修正を行うことができる。或いは、制御装置１０は、反り部を避けるような加工領域の補正を自動で実行するように構成されていても良い。一例として、図１９に示すように、ワークＷ３上において反り部として領域Ｃ１が検出された場合、制御装置１０は、ワークＷ３から領域Ｃ１を除外した領域Ｆ１（図１８において位置ＰＡ１よりも内側の領域）を加工可能領域として設定することができる。
　ここで、本実施形態に係るワーク端検出動作の有用性の理解のため、比較例として、ワークが存在する場合のギャップセンサの出力値（検出値１）、ワーク端におけるギャップセンサの出力値（検出値２）を予め制御装置に記憶させておくことによるワーク端の検出動作例を図２０－図２２を参照して説明する。比較例の場合、図２０に示すように、加工ヘッド３０（ギャップセンサ３１）のワークＷ０に対するＺ軸高さを所定の値に設定し、ギャップ量を検出しながら加工ヘッド３０を移動（走査）させる。
　このような動作の場合、加工ヘッド３０（ギャップセンサ３１）がワークＷ０の表面の上部にあるときギャップセンサ３１の出力として検出値１が検出される。他方、加工ヘッド３０（ギャップセンサ３１）が、ワークＷ０の端部に到達すると、ギャップセンサ３１の出力として検出値２が検出されるため、ギャップ端を検出することができる。図２２のグラフ１８１は、この場合のギャップセンサ３１の出力の推移を表している。グラフ１８１では、ワーク端位置Ｌ１０において、ギャップセンサ３１の出力が検出値２に到達し、これを検出することでワーク端位置Ｌ１０が検出される。
　しかしながら、ここで、図２１に示すように、周縁部に傾斜した部分がるワークＷ４を想定する。比較例の走査では、加工ヘッド３０のＺ軸位置は固定であるため、傾斜の度合いに応じて、図２２中のグラフ１８１、１８２で示すような出力値が検出され得る。グラフ１８２は、傾斜の角度が比較的浅い場合の、ギャップセンサ３１の出力の推移の例を表す。グラフ１８２の場合、加工ヘッド３０がワークの端部に近づくにしたがい、ワークとの間隔が狭くなり、グラフ１８２の値は次第に低下し、その後ワーク端を超えると値は上昇する。グラフ１８２の場合、固定の検出値２を用いてワーク端を検出すると、図２２中の位置Ｌ１１が検出されるため、ワーク端として誤った位置が検出されてしまう。
　さらに、傾斜の度合いが強い場合、図２２中のグラフ１８１で示すように、加工ヘッド３０がワーク端に移動する途中の段階で、ワーク表面と接触してしまう場合も生じ得る（図２１参照）。この点、本実施形態によるワーク端検出動作によれば、ギャップ制御が行われるため、ワークの傾斜により影響されることなく、ワーク端を確実に回避することができる。
　制御装置１０は、更に以下の機能の少なくとも一つを備えていても良い。
（１）オフセット補正
（２）高速動作と低速動作の併用
（３）穴落ち防止
（オフセット補正）
　上述のように本実施形態では、ギャップ制御量の増加等によりワーク端を検出する構成であるため、実際のワーク端位置と検出位置との間に誤差が生じ得る。制御装置１０（制御部１１）は、このような誤差を補正する機能（以下、オフセット補正とも記載する）を備えていても良い。この誤差は、走査速度、閾値、ギャップセンサ３１の応答性等に依存すると考えることができる。制御装置１０は、以下で述べるように誤差を設定することができる。
　誤差を完全に計算で求めることは、ギャップセンサの任意の位置に対する感度を予め求める必要があることから困難である。そこで、一例として、ある閾値、ギャップセンサで検出を行った場合の実際の誤差を基に、走査速度、ギャップ制御ゲインが変化した場合を推測するような計算手法をとる。この場合の計算手法には、（ｒ１）走査速度については単純に誤差は走査速度に比例する、（ｒ２）ギャップ制御ゲインについては、増加すれば追従性が良くなるので誤差が減る、との計算規則を適用する考え方もとり得るが、どのような値を変化量として用いるかによって（ｒ１）、（ｒ２）の適用が異なる。そこで上述の例１から例６の場合にそれぞれ以下の様に計算手法をとっても良い。
　例１～例４：誤差は、走査速度、ギャップ制御ゲインに依存する。走査速度については、依存性は例１から例４間で同様（比例）である。他方、ギャップ制御ゲインについては、依存性は例１から例４間で異なる。ギャップ制御ゲインが増加したとき、例１、例４の場合、ギャップ制御が追従しきれないところをワーク端とするので追従可能距離が増えた分誤差が増加し、例２、例３の場合、ギャップ制御で追従し、その追従位置または速度の増加でワーク端とするので誤差が減少する。
　例５：走査速度には依存するが、ギャップ制御ゲインには依存しない。
　例６：走査速度にもギャップ制御ゲインにも依存しない。
（高速動作と低速動作の併用）
　走査速度は速いほどサイクルタイムを短縮できるメリットがあるが、ワーク端位置の検出の誤差が大きくなるという性質を持つ。そこで、
（ｅ１）はじめに高速走査でワーク端の概略位置を検出し、
（ｅ２）次に、低速走査を行いワーク端の正確な位置を検出する、
という動作を行うようにする。この手法は、サイクルタイム短縮のメリットと、正確な位置検出のメリットの双方を得ることができる手法である。具体的な動作例を２例説明する。
　図２３は、高速動作と低速動作の併用によるワーク端検出の第１の例における走査の状態を表す図である。本例では、以下の手順で動作を行う。
（ｆ１）はじめに走査方向Ｈ１において加工ヘッド３０を高速走査させてワーク端の概略位置を検出する。ここでは、ワーク端位置Ｌ２２が検出される。なお、この場合のワーク端検出の動作としては上述の例１から例６のいずれかをとることができる。
（ｆ２）次に、加工ヘッド３０を逆の走査方向Ｈ２でギャップ制御を行いながら低速で走査させる。そして、検出されるギャップ量が目標値（Ｔ）に戻った位置Ｌ２１をワーク端位置として検出する。これにより、正確なワーク端位置を検出することができる。
　図２４は、高速動作と低速動作の併用によるワーク端検出の第２の例における走査の状態を表す図である。本例では、以下の手順で動作を行う。
（ｇ１）はじめに走査方向Ｈ１１において加工ヘッド３０を高速走査させてワーク端の概略位置を検出する。ここでは、ワーク端位置Ｌ３２が検出される。なお、この場合のワーク端検出の動作としては上述の例１から例６のいずれかをとることができる。
（ｇ２）次に、加工ヘッド３０を逆方向Ｈ１２に所定の距離、後退させ、ギャップ制御により元のギャップに復帰する。
（ｇ３）次に、走査方向Ｈ１３において加工ヘッド３０を低速走査させてワーク端を検出する。ここで、ワーク端位置Ｌ３１が検出される。なお、この場合のワーク端検出の動作としては上述の例１から例６のいずれかをとることができる。
　上記手順（ｇ２）において加工ヘッド３０を後退させる場合に、図２５中に矢印Ｈ１２Ａで示すように、加工ヘッド３０を一旦上方に退避させ、次に、走査方向Ｈ１１と逆方向に所定距離だけ後退させギャップ制御により元のギャップに復帰させても良い。これにより、加工ヘッド３０の後退時におけるワークＷとの衝突を確実に回避することができる。
（穴落ち防止機能）
　ギャップ制御中にワークに有る穴の部分でギャップセンサ（加工ヘッド）が降下し、ワークテーブルと衝突することを防止する。具体的な手順は以下による。
（ｈ１）ギャップ制御を行いながら高速走査で走査方向に走査する。
（ｈ２）走査中にＺ軸位置を監視し、Ｚ軸位置が予め設定したＺ軸下限値に到達した場合、加工ヘッド３０の降下を停止させる。
　以上説明したように、本実施形態に係るワーク端位置検出の機能によれば、本来平坦であるべきワークに傾斜した部分が存在するような状況においても正確にワーク端の位置を検出できる。
　以上、典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、上述の各実施形態に変更及び種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。
　上述の実施形態で説明した構成は、ギャップセンサを搭載した加工ヘッドにより各種加工を実行する様々な産業機械に適用することができる。
　図３に示した制御装置の機能構成は例示であり、その機能ブロックの全てが必須の構成要素というわけではない。例えば、ワーク端検出部１３、ワーク反り検出部１４の各々が変化量取得部１２の機能を含んでいるような機能ブロックの構成も有り得る。
　上述した実施形態で説明したワーク端検出処理、その他の各種機能を実現する手順を実行するプログラムは、コンピュータに読み取り可能な各種記録媒体（例えば、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、磁気記録媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等の光ディスク）に記録することができる。
　１０　　制御装置
　１１　　制御部
　１２　　変化量取得部
　１３　　ワーク端検出部
　１４　　ワーク反り検出部
　２０　　サーボアンプ
　３０　　加工ヘッド
　３１　　ギャップセンサ
　４０　　ギャップセンサ回路
　５０　　各軸モータ
　１００　　ワーク端位置検出装置

Claims (12)

  1. 　ギャップセンサを搭載した加工ヘッドをワークの面に沿って走査させながら、前記ギャップセンサが検出した前記ワークとの間隔が一定になるように前記加工ヘッドの位置を制御する制御部と、
    　前記制御部による前記間隔を一定にする制御の実行中に、前記ギャップセンサと前記ワークとの間隔の変化量が所定の閾値以上となったときの前記加工ヘッドの座標位置に基づき前記ワークの端部の位置を検出するワーク端検出部と、
    を備えるワーク端位置検出装置。
  2. 　前記変化量は、前記ギャップセンサの出力から得られる量である、請求項１に記載のワーク端位置検出装置。
  3. 　前記変化量は、前記制御部が前記ワークとの間隔が一定になるように制御する場合におけるエラー量である、請求項２に記載のワーク端位置検出装置。
  4. 　前記変化量は、前記加工ヘッドを駆動するモータの位置情報から得られる量である、請求項１に記載のワーク端位置検出装置。
  5. 　前記変化量は、前記ワークの面に垂直な軸方向における前記加工ヘッドの位置の変化を表す量である、請求項４に記載のワーク端位置検出装置。
  6. 　前記変化量は、前記ギャップセンサと前記ワークとの前記間隔を表す値を時間微分することにより得られる、請求項１に記載のワーク端位置検出装置。
  7. 　前記変化量は、前記制御部が前記ワークとの間隔が一定になるように制御する場合におけるエラー量の増加速度である、請求項６に記載のワーク端位置検出装置。
  8. 　前記変化量は、前記ワークの面に垂直な軸方向における前記加工ヘッドの速度である、請求項６に記載のワーク端位置検出装置。
  9. 　前記変化量は、前記ワークの面に垂直な軸方向における前記加工ヘッドの速度と、前記制御部が前記ワークとの間隔が一定になるように制御する場合における前記間隔の増加速度との差である、請求項１に記載のワーク端位置検出装置。
  10. 　前記変化量は、前記ワークの面に垂直な軸方向における前記加工ヘッドの速度と、前記制御部が前記ワークとの間隔が一定になるように制御する場合における前記間隔の増加速度との差を、前記加工ヘッドが走査される方向における前記加工ヘッドの速度で除したものである、請求項１に記載のワーク端位置検出装置。
  11. 　前記変化量に基づいて前記ワーク上における反りを有する領域を検出するワーク反り検出部を更に備え、
    　前記制御部は、前記ワークにおける前記反りを有する領域を除外した領域を加工可能領域として設定する、
    　請求項１から１０のいずれか一項に記載のワーク端位置検出装置。
  12. 　ギャップセンサを搭載した加工ヘッドをワークの面に沿って走査させながら、前記ギャップセンサが検出した前記ワークとの間隔が一定になるように前記加工ヘッドの位置を制御し、
    　前記間隔を一定にする制御の実行中に、前記ギャップセンサと前記ワークとの間隔の変化量を取得し、
    　取得した前記変化量が所定の閾値以上となったときの前記加工ヘッドの座標位置に基づき前記ワークの端部の位置を検出する、ワーク端位置検出方法。
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