本發(fā)明涉及控制裝置，尤其涉及在激光加工機(jī)的控制中進(jìn)行使加工頭與工件之前的間隙量保持為恒定的間隙控制的控制裝置。

背景技術(shù)：

在激光加工機(jī)中，需要將加工頭與工件的位置關(guān)系保持在預(yù)定的范圍內(nèi)。因此，在這些機(jī)床一直使用間隙控制的技術(shù)，即，控制加工頭與工件間的距離(間隙量)而使加工頭與工件間的距離保持恒定。

如圖12所示，在間隙控制中，在加工頭通過不存在工件的部位的情況下，在該部位，檢測為加工頭處于以位于工件的更下方的面為基準(zhǔn)的高度，因此存在以下情況，即，基于該檢測到的高度進(jìn)行間隙控制并且加工頭下落，從而加工頭與工件端碰撞而損壞。為了防止這種加工頭的下落，提出了以下技術(shù)，即，如圖13所示，檢測加工頭3的高度，且以加工頭3的高度維持在預(yù)定的范圍內(nèi)的方式進(jìn)行控制來加工工件5(例如，參照日本特開平07－112348號公報(bào)，以下將該技術(shù)稱為現(xiàn)有技術(shù))。

但是，為了如圖14所示地傾斜加工工件5，認(rèn)為，即使應(yīng)用上述現(xiàn)有技術(shù)來防止加工頭的下落，也因?yàn)樵谠摤F(xiàn)有技術(shù)中作為加工頭3的可動范圍所設(shè)定的區(qū)域不變化，而在所設(shè)定的加工頭3的可動范圍的下限L處于工件5的表面的下方的區(qū)域(圖14中的左側(cè)的區(qū)域)中，產(chǎn)生加工頭3在不存在工件5的部位下落的可能性，另一方面，在所設(shè)定的加工頭3的可動范圍的下限L處于工件5的表面的上方的區(qū)域(圖14中的右側(cè)的區(qū)域)，加工頭3對工件5不能充分地進(jìn)行仿形而產(chǎn)生加工缺陷。

另外，在對作為工件的管進(jìn)行加工的情況下，如圖15所示，當(dāng)使工件6旋轉(zhuǎn)時(shí)，具有梁的工件6的表面的高度變化。因此，可以認(rèn)為，為了加工該工件6，即使欲應(yīng)用上述現(xiàn)有技術(shù)來防止加工頭3的下落，也因?yàn)榧庸ゎ^3的可動范圍的下限L不能變化而與圖14的情況同樣地，存在加工頭3下落的可能性、加工頭3對工件不能充分地進(jìn)行仿形而產(chǎn)生加工缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的為提供一種進(jìn)行間隙控制的控制裝置，即使在工件具有傾度的情況下，也不發(fā)生加工頭的下落、仿形不足。

在本發(fā)明的控制裝置中，將作為加工頭的可動范圍而設(shè)定的區(qū)域與所設(shè)置的工件的傾度一致地傾斜而進(jìn)行間隙控制。另外，提出了設(shè)定的加工頭的可動范圍的新的設(shè)定方法，擴(kuò)大間隙控制軸的防下落功能的應(yīng)用范圍。

本發(fā)明的控制裝置是對進(jìn)行工件的切割加工的機(jī)械進(jìn)行控制的控制裝置，其進(jìn)行間隙控制，以使上述機(jī)械具備的加工頭的前端與上述工件的間隔保持為恒定，并且上述加工頭的前端的Z軸方向的位置不低于預(yù)先設(shè)定的下限位置。

該控制裝置的第一方案具備：檢測上述工件的狀態(tài)的工件狀態(tài)檢測部；以及下限位置限制部，其在上述加工頭的前端的Z軸方向的位置低于根據(jù)上述工件的狀態(tài)和上述下限位置而計(jì)算出的實(shí)質(zhì)的下限位置的情況下，以不低于上述實(shí)質(zhì)的下限位置的方式修正上述加工頭的前端的Z軸方向的位置。

上述工件的狀態(tài)是與上述工件的傾度相關(guān)的信息，上述下限位置限制部也可以構(gòu)成為，根據(jù)與上述工件的傾度相關(guān)的信息來變換上述下限位置，從而計(jì)算出上述實(shí)質(zhì)的下限位置。

上述控制裝置的第二方案具備：檢測上述工件的狀態(tài)的工件狀態(tài)檢測部；以及下限位置限制部，其在根據(jù)上述工件的狀態(tài)而變換的相對于上述工件的實(shí)質(zhì)的上述加工頭的前端的位置的坐標(biāo)值低于上述下限位置的情況下，以相對于上述工件的上述實(shí)質(zhì)的上述加工頭的前端的位置的坐標(biāo)值不低于上述下限位置的方式修正上述加工頭的前端的Z軸方向的位置。

根據(jù)本發(fā)明，即使在所設(shè)置的工件傾斜的情況下，也因?yàn)槟軌驅(qū)⒓庸ゎ^的可動范圍與工件的傾度一致地傾斜，所以，不會出現(xiàn)加工頭下落、不會產(chǎn)生成為加工缺陷的區(qū)域，而且能夠使用間隙控制的防加工頭下落功能。另外，在管加工中，也能夠使用間隙控制的防加工頭下落功能。

附圖說明

本發(fā)明的上述的及其它的目的及特征根據(jù)參照附圖對以下的實(shí)施例的說明將變得明了。這些圖中：

圖1A及圖1B是說明本發(fā)明的控制裝置執(zhí)行的、加工頭的可動范圍區(qū)域的下限的設(shè)定的圖。

圖2是說明將加工頭的可動范圍區(qū)域的下限傾斜的計(jì)算方法的圖。

圖3是對加工頭的前端點(diǎn)的坐標(biāo)值的變換方法進(jìn)行說明的圖。

圖4是對使用了本發(fā)明的控制裝置的平板加工中的加工頭的控制效果進(jìn)行說明的圖。

圖5是說明工件是方管的情況下的加工頭的可動范圍區(qū)域的定義的圖。

圖6是表示將工件是方管的情況下的作為加工頭的可動范圍而設(shè)定的區(qū)域的下限傾斜的計(jì)算方法的圖。

圖7是說明工件是圓管的情況下的加工頭的可動范圍區(qū)域的定義的圖。

圖8是對使用了本發(fā)明的控制裝置的管加工中的加工頭的控制效果進(jìn)行說明的圖。

圖9是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的控制裝置的概略框圖。

圖10是表示利用圖9的控制裝置控制機(jī)械來加工平板工件時(shí)的動作的流程圖。

圖11是表示利用圖9的控制裝置控制機(jī)械來加工作為管的工件時(shí)的動作的流程圖。

圖12是說明間隙控制中的問題的圖。

圖13是說明現(xiàn)有技術(shù)中的控制裝置具備的防加工頭下落功能的圖。

圖14是對現(xiàn)有技術(shù)中的防下落功能的第一課題進(jìn)行說明的圖。

圖15是對現(xiàn)有技術(shù)中的防下落功能的第二課題進(jìn)行說明的圖。

具體實(shí)施方式

首先，使用圖1A及圖1B，對本發(fā)明的控制裝置執(zhí)行的、加工頭的可動范圍區(qū)域的下限的設(shè)定進(jìn)行說明。

本發(fā)明的控制裝置(未圖示)為了維持加工頭(未圖示)的高度而設(shè)定加工頭的可動范圍區(qū)域的下限L。圖1A表示在工件5不存在傾度的情況下的加工頭(未圖示)的可動范圍區(qū)域的下限L。

控制裝置在開始使用間隙控制的加工前檢測到工件5具有傾度的情況下，如圖1B所示，將作為與該工件5的傾度一致的加工頭的可動范圍而設(shè)定的區(qū)域(加工頭的可動范圍區(qū)域的下限L’)傾斜。工件5的傾度能夠例如在加工前測量工件上的任意的三個(gè)點(diǎn)(A、B、C)的坐標(biāo)值，并基于所測量的三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值來計(jì)算工件的傾度。

圖2是說明將作為加工頭的可動范圍而設(shè)定的區(qū)域的下限傾斜的計(jì)算方法的圖。

如圖2所示，在加工頭的可動范圍區(qū)域的下限L處于水平的平面Z上時(shí)，將該平面Z的Z軸高度設(shè)為z。而且，在加工頭的可動范圍區(qū)域的下限L傾斜時(shí)，將該傾斜的平面L’作為平面ABC而測量該平面上的三個(gè)點(diǎn)A、B、C，若用繞工件坐標(biāo)系的X軸、Y軸、Z軸的旋轉(zhuǎn)角度(α、β、γ)表達(dá)相對于平面Z的傾度，則將平面Z變換成平面ABC的旋轉(zhuǎn)矩陣P能夠通過下式表示。

然后，如圖3所示，本發(fā)明的控制裝置在進(jìn)行加工頭3的間隙控制時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)矩陣P的逆矩陣P^-1，來變換加工中的加工頭3的前端的坐標(biāo)值(x1，y1，z1)而計(jì)算坐標(biāo)值(x1’，y1’，z1’)。進(jìn)而，將該計(jì)算出的Z軸坐標(biāo)值z1’控制為不低于作為下限而設(shè)定的高度z。此外，也可以求出通過旋轉(zhuǎn)矩陣P而將表示加工頭的可動范圍區(qū)域L的下限的水平的平面Z變換成的平面Z’，將加工中的加工頭的前端的坐標(biāo)值(x1，y1，z1)控制為不低于平面Z’。

如上所述地進(jìn)行加工頭3的間隙控制，從而即使在所設(shè)置的工件5傾斜的情況下，也能夠如圖4所示地將加工頭3的可動范圍區(qū)域(加工頭的可動范圍區(qū)域的下限L’)與工件的傾度一致地傾斜，因此不會出現(xiàn)加工頭3下落、不會產(chǎn)生成為加工缺陷的區(qū)域，而且能夠使用防下落功能。

另外，在本發(fā)明的控制裝置中，在工件是方管、圓管的情況下，以管的旋轉(zhuǎn)角度為0°的情況為基準(zhǔn)來定義加工頭的可動范圍區(qū)域。

圖5是說明工件是方管的情況下的加工頭的可動范圍區(qū)域的定義的圖。

在工件6是方管的情況下，使用相距該工件6的旋轉(zhuǎn)中心O的距離(＜1＞、＜3＞、＜2＞、＜4＞)來定義從X－Z平面觀察的情況下的該工件6的四個(gè)點(diǎn)A、B、C、D。然后，使該定義的四個(gè)點(diǎn)A、B、C、D與工件6的旋轉(zhuǎn)角度α一致地旋轉(zhuǎn)而求出四個(gè)點(diǎn)A’、B’、C’、D’。

圖6是表示將圖5的工件6的、作為加工頭的可動范圍而設(shè)定的區(qū)域的下限L傾斜的計(jì)算方法的圖。

控制裝置以滿足下式的方式控制加工頭的Z軸坐標(biāo)值。

(1)α＝0°的情況下，

Z≥直線B’A’(xb’≤X≤xa’)

(2)0°＜α＜90°的情況下，

Z≥直線B’A’(xb’≤X≤xa’)

Z≥直線A’D’(xa’≤X≤xd’)

(3)α＝90°的情況下，

Z≥直線A’D’(xa’≤X≤xd’)

(4)90°＜α＜180°的情況下，

Z≥直線A’D’(xa’≤X≤xd’)

Z≥直線D’C’(xd’≤X≤xc’)

(5)α＝180°的情況下，

Z≥直線D’C’(xd’≤X≤xc’)

(6)180°＜α＜270°的情況下，

Z≥直線D’C’(xd’≤X≤xc’)

Z≥直線C’B’(xc’≤X≤xb’)

(7)α＝270°的情況下，

Z≥直線C’B’(xc’≤X≤xb’)

(8)270°＜α＜360°的情況下，

Z≥直線C’B’(xc’≤X≤xb’)

Z≥直線B’A’(xb’≤X≤xa’)

圖7是說明工件是圓管的情況下的加工頭的可動范圍區(qū)域的定義的圖。

在工件7是圓管的情況下，計(jì)算加工頭前端的坐標(biāo)E(xe，ze)與旋轉(zhuǎn)中心O(x1、z1)的距離。然后，控制裝置通過以滿足下式(2)的方式控制加工頭的Z軸坐標(biāo)值來維持加工頭。

在上式(2)中，如圖7所示，＜5＞是從工件7(圓管)的旋轉(zhuǎn)中心O到加工頭的可動范圍區(qū)域的下限L的距離。

通過如上所述地進(jìn)行加工頭3的間隙控制，如圖8所示，即使在管加工中，也不會出現(xiàn)加工頭3下落、不會產(chǎn)生成為加工缺陷的區(qū)域，而且能夠利用本發(fā)明的控制裝置具有的防加工頭下落功能。

圖9是進(jìn)行上述的間隙控制的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的控制裝置的概略框圖。

控制裝置1具備：控制部10，其解析加工指令20而生成對成為控制對象的各軸的馬達(dá)的移動指令數(shù)據(jù)；間隙控制部11，其基于從檢測加工頭3與工件5之間的間隙量的傳感器4反饋的信號，以使加工頭3與工件5之間的距離保持為恒定的方式修正根據(jù)移動指令數(shù)據(jù)的Z軸方向的移動量；以及馬達(dá)控制部12，其控制對加工頭3的Z軸方向的位置進(jìn)行控制的Z軸馬達(dá)2。此外，在圖9中，省略了控制X軸方向、Y軸方向等各軸方向上的加工頭3與工件5的相對位置的各軸用馬達(dá)、控制該馬達(dá)的各軸用馬達(dá)控制部等控制裝置通常具備的結(jié)構(gòu)。

圖9所示的控制裝置1還具備：工件狀態(tài)檢測部13，其基于由傳感器檢測到的信息、來自上述的Z軸以外的各軸用馬達(dá)控制部的各軸的坐標(biāo)值等信息而檢測工件5的狀態(tài)；以及下限位置限制部14，其基于該工件狀態(tài)檢測部13檢測到的工件5的狀態(tài)，而利用上述的計(jì)算方法求出加工頭的可動范圍區(qū)域的下限L，并基于該下限L而限制間隙控制部11所修正的移動指令數(shù)據(jù)中的Z軸方向的移動量。然后，基于被該下限位置限制部14限制了Z軸方向的移動量的移動指令數(shù)據(jù)，馬達(dá)控制部12控制Z軸馬達(dá)2。

通過工件狀態(tài)檢測部13檢測的工件的狀態(tài)是指：在該工件是平板的情況下，為如上所述地通過接觸式傳感器、距離傳感器(未圖示)等從工件5的表面檢測三個(gè)點(diǎn)(圖1B的A、B、C)的坐標(biāo)值，并基于該檢測到的坐標(biāo)值而計(jì)算出的工件5的傾度；另外，在該工件是方管的情況下，為通過傳感器等檢測到的工件6的折點(diǎn)的坐標(biāo)值和從各軸的馬達(dá)控制部得到的工件6的旋轉(zhuǎn)角度。

圖10是表示利用圖9的控制裝置1控制機(jī)械(加工頭3)來加工平板工件5時(shí)的動作的流程圖。

[步驟SA01]下限位置限制部14基于工件狀態(tài)檢測部13檢測到的工件5的傾度來計(jì)算變換矩陣P。

[步驟SA02]控制部10判斷是否正在執(zhí)行工件5的加工。在加工正在執(zhí)行的情況下將處理轉(zhuǎn)移到步驟SA03，在加工未執(zhí)行的情況下結(jié)束本處理。

[步驟SA03]控制部10解析加工指令20并生成各軸的移動指令數(shù)據(jù)而輸出。

[步驟SA04]間隙控制部11判斷間隙控制是否接通。在間隙控制接通的情況下，進(jìn)行基于間隙控制的Z軸方向的移動量的修正且將處理轉(zhuǎn)移到步驟SA05，在間隙控制斷開的情況下，將移動指令數(shù)據(jù)直接輸出到馬達(dá)控制部12，并將處理轉(zhuǎn)移到步驟SA02。

[步驟SA05]下限位置限制部14從移動指令數(shù)據(jù)獲取加工頭3的前端點(diǎn)的坐標(biāo)值，且通過在步驟SA01計(jì)算出的矩陣P對所獲取到的加工頭3的前端點(diǎn)的坐標(biāo)值進(jìn)行逆變換(通過逆矩陣進(jìn)行變換)。

[步驟SA06]下限位置限制部14基于在步驟SA05逆變換得到的坐標(biāo)值的Z軸坐標(biāo)值，判斷加工頭3的前端點(diǎn)是否達(dá)到加工頭3的可動范圍區(qū)域的下限L。在達(dá)到下限L的情況下，將處理轉(zhuǎn)移到步驟SA07，在未達(dá)到下限L的情況下，將處理轉(zhuǎn)移到步驟SA08。

[步驟SA07]下限位置限制部14對由間隙控制部11修正了的Z軸方向的移動量加以限制，以避免加工頭的前端點(diǎn)達(dá)到加工頭3的可動范圍區(qū)域的下限L，且將處理轉(zhuǎn)移到步驟SA02。

[步驟SA08]下限位置限制部14解除對由間隙控制部11修正了的Z軸方向的移動量的限制，且將處理轉(zhuǎn)移到步驟SA02。

圖11是表示利用圖9的控制裝置1控制機(jī)械(加工頭3)來加工作為管的工件時(shí)的動作的流程圖。

[步驟SB01]控制部10判斷是否正在執(zhí)行加工。在加工正在執(zhí)行的情況下將處理轉(zhuǎn)移到步驟SB02，在加工未執(zhí)行的情況下結(jié)束本處理。

[步驟SB02]控制部10解析加工指令20并生成各軸的移動指令數(shù)據(jù)而輸出。

[步驟SB03]間隙控制部11判斷間隙控制是否接通。在間隙控制接通的情況下，進(jìn)行基于間隙控制的Z軸方向的移動量的修正且將處理轉(zhuǎn)移到步驟SB04，在間隙控制斷開的情況下，將移動指令數(shù)據(jù)直接輸出到馬達(dá)控制部12，并將處理轉(zhuǎn)移到步驟SB01。

[步驟SB04]下限位置限制部14基于控制裝置1的設(shè)定等，判斷工件的種類是方管還是圓管。在工件的種類是方管的情況下，將處理轉(zhuǎn)移到步驟SB05，在是圓管的情況下，將處理轉(zhuǎn)移到步驟SB07。

[步驟SB05]下限位置限制部14基于工件狀態(tài)檢測部13檢測到的各信息，計(jì)算使工件6的四個(gè)折點(diǎn)(A、B、C、D)的各坐標(biāo)值以工件6的旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)后的各坐標(biāo)值。

[步驟SB06]下限位置限制部14基于在步驟SB05計(jì)算出的將四個(gè)折點(diǎn)旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)值，對求出加工頭的可動范圍區(qū)域的下限的直線方程式進(jìn)行計(jì)算。

[步驟SB07]下限位置限制部14計(jì)算加工頭3的前端點(diǎn)的坐標(biāo)值和與工件7的旋轉(zhuǎn)中心之間的距離，且將處理轉(zhuǎn)移到步驟SB08。

[步驟SB08]下限位置限制部14基于在步驟SB06或步驟SB07的計(jì)算結(jié)果，判斷加工頭3的前端點(diǎn)是否到達(dá)加工頭3對可動范圍區(qū)域的下限L。在達(dá)到下限L的情況下，將處理轉(zhuǎn)移到步驟SB09，在未達(dá)到下限L的情況下，將處理轉(zhuǎn)移到步驟SB10。

[步驟SB09]下限位置限制部14對由間隙控制部11修正了的Z軸方向的移動量加以限制，以避免加工頭3的前端點(diǎn)達(dá)到加工頭的可動范圍區(qū)域的下限L，且將處理轉(zhuǎn)移到步驟SB01。

[步驟SB10]下限位置限制部14解除對由間隙控制部11修正了的Z軸方向的移動量的限制，且將處理轉(zhuǎn)移到步驟SB01。

以上，雖然對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明不僅限于上述的實(shí)施方式的例，能夠通過添加適當(dāng)?shù)淖冃味愿鞣N方式實(shí)施。