具备间隙控制轴的防下落功能的控制装置的制作方法

本发明涉及控制装置，尤其涉及在激光加工机的控制中进行使加工头与工件之前的间隙量保持为恒定的间隙控制的控制装置。

背景技术：

在激光加工机中，需要将加工头与工件的位置关系保持在预定的范围内。因此，在这些机床一直使用间隙控制的技术，即，控制加工头与工件间的距离(间隙量)而使加工头与工件间的距离保持恒定。

如图12所示，在间隙控制中，在加工头通过不存在工件的部位的情况下，在该部位，检测为加工头处于以位于工件的更下方的面为基准的高度，因此存在以下情况，即，基于该检测到的高度进行间隙控制并且加工头下落，从而加工头与工件端碰撞而损坏。为了防止这种加工头的下落，提出了以下技术，即，如图13所示，检测加工头3的高度，且以加工头3的高度维持在预定的范围内的方式进行控制来加工工件5(例如，参照日本特开平07－112348号公报，以下将该技术称为现有技术)。

但是，为了如图14所示地倾斜加工工件5，认为，即使应用上述现有技术来防止加工头的下落，也因为在该现有技术中作为加工头3的可动范围所设定的区域不变化，而在所设定的加工头3的可动范围的下限L处于工件5的表面的下方的区域(图14中的左侧的区域)中，产生加工头3在不存在工件5的部位下落的可能性，另一方面，在所设定的加工头3的可动范围的下限L处于工件5的表面的上方的区域(图14中的右侧的区域)，加工头3对工件5不能充分地进行仿形而产生加工缺陷。

另外，在对作为工件的管进行加工的情况下，如图15所示，当使工件6旋转时，具有梁的工件6的表面的高度变化。因此，可以认为，为了加工该工件6，即使欲应用上述现有技术来防止加工头3的下落，也因为加工头3的可动范围的下限L不能变化而与图14的情况同样地，存在加工头3下落的可能性、加工头3对工件不能充分地进行仿形而产生加工缺陷。

技术实现要素：

因此，本发明的目的为提供一种进行间隙控制的控制装置，即使在工件具有倾度的情况下，也不发生加工头的下落、仿形不足。

在本发明的控制装置中，将作为加工头的可动范围而设定的区域与所设置的工件的倾度一致地倾斜而进行间隙控制。另外，提出了设定的加工头的可动范围的新的设定方法，扩大间隙控制轴的防下落功能的应用范围。

本发明的控制装置是对进行工件的切割加工的机械进行控制的控制装置，其进行间隙控制，以使上述机械具备的加工头的前端与上述工件的间隔保持为恒定，并且上述加工头的前端的Z轴方向的位置不低于预先设定的下限位置。

该控制装置的第一方案具备：检测上述工件的状态的工件状态检测部；以及下限位置限制部，其在上述加工头的前端的Z轴方向的位置低于根据上述工件的状态和上述下限位置而计算出的实质的下限位置的情况下，以不低于上述实质的下限位置的方式修正上述加工头的前端的Z轴方向的位置。

上述工件的状态是与上述工件的倾度相关的信息，上述下限位置限制部也可以构成为，根据与上述工件的倾度相关的信息来变换上述下限位置，从而计算出上述实质的下限位置。

上述控制装置的第二方案具备：检测上述工件的状态的工件状态检测部；以及下限位置限制部，其在根据上述工件的状态而变换的相对于上述工件的实质的上述加工头的前端的位置的坐标值低于上述下限位置的情况下，以相对于上述工件的上述实质的上述加工头的前端的位置的坐标值不低于上述下限位置的方式修正上述加工头的前端的Z轴方向的位置。

根据本发明，即使在所设置的工件倾斜的情况下，也因为能够将加工头的可动范围与工件的倾度一致地倾斜，所以，不会出现加工头下落、不会产生成为加工缺陷的区域，而且能够使用间隙控制的防加工头下落功能。另外，在管加工中，也能够使用间隙控制的防加工头下落功能。

附图说明

本发明的上述的及其它的目的及特征根据参照附图对以下的实施例的说明将变得明了。这些图中：

图1A及图1B是说明本发明的控制装置执行的、加工头的可动范围区域的下限的设定的图。

图2是说明将加工头的可动范围区域的下限倾斜的计算方法的图。

图3是对加工头的前端点的坐标值的变换方法进行说明的图。

图4是对使用了本发明的控制装置的平板加工中的加工头的控制效果进行说明的图。

图5是说明工件是方管的情况下的加工头的可动范围区域的定义的图。

图6是表示将工件是方管的情况下的作为加工头的可动范围而设定的区域的下限倾斜的计算方法的图。

图7是说明工件是圆管的情况下的加工头的可动范围区域的定义的图。

图8是对使用了本发明的控制装置的管加工中的加工头的控制效果进行说明的图。

图9是本发明的一个实施方式的控制装置的概略框图。

图10是表示利用图9的控制装置控制机械来加工平板工件时的动作的流程图。

图11是表示利用图9的控制装置控制机械来加工作为管的工件时的动作的流程图。

图12是说明间隙控制中的问题的图。

图13是说明现有技术中的控制装置具备的防加工头下落功能的图。

图14是对现有技术中的防下落功能的第一课题进行说明的图。

图15是对现有技术中的防下落功能的第二课题进行说明的图。

具体实施方式

首先，使用图1A及图1B，对本发明的控制装置执行的、加工头的可动范围区域的下限的设定进行说明。

本发明的控制装置(未图示)为了维持加工头(未图示)的高度而设定加工头的可动范围区域的下限L。图1A表示在工件5不存在倾度的情况下的加工头(未图示)的可动范围区域的下限L。

控制装置在开始使用间隙控制的加工前检测到工件5具有倾度的情况下，如图1B所示，将作为与该工件5的倾度一致的加工头的可动范围而设定的区域(加工头的可动范围区域的下限L’)倾斜。工件5的倾度能够例如在加工前测量工件上的任意的三个点(A、B、C)的坐标值，并基于所测量的三个点的坐标值来计算工件的倾度。

图2是说明将作为加工头的可动范围而设定的区域的下限倾斜的计算方法的图。

如图2所示，在加工头的可动范围区域的下限L处于水平的平面Z上时，将该平面Z的Z轴高度设为z。而且，在加工头的可动范围区域的下限L倾斜时，将该倾斜的平面L’作为平面ABC而测量该平面上的三个点A、B、C，若用绕工件坐标系的X轴、Y轴、Z轴的旋转角度(α、β、γ)表达相对于平面Z的倾度，则将平面Z变换成平面ABC的旋转矩阵P能够通过下式表示。

然后，如图3所示，本发明的控制装置在进行加工头3的间隙控制时，通过旋转矩阵P的逆矩阵P^-1，来变换加工中的加工头3的前端的坐标值(x1，y1，z1)而计算坐标值(x1’，y1’，z1’)。进而，将该计算出的Z轴坐标值z1’控制为不低于作为下限而设定的高度z。此外，也可以求出通过旋转矩阵P而将表示加工头的可动范围区域L的下限的水平的平面Z变换成的平面Z’，将加工中的加工头的前端的坐标值(x1，y1，z1)控制为不低于平面Z’。

如上所述地进行加工头3的间隙控制，从而即使在所设置的工件5倾斜的情况下，也能够如图4所示地将加工头3的可动范围区域(加工头的可动范围区域的下限L’)与工件的倾度一致地倾斜，因此不会出现加工头3下落、不会产生成为加工缺陷的区域，而且能够使用防下落功能。

另外，在本发明的控制装置中，在工件是方管、圆管的情况下，以管的旋转角度为0°的情况为基准来定义加工头的可动范围区域。

图5是说明工件是方管的情况下的加工头的可动范围区域的定义的图。

在工件6是方管的情况下，使用相距该工件6的旋转中心O的距离(＜1＞、＜3＞、＜2＞、＜4＞)来定义从X－Z平面观察的情况下的该工件6的四个点A、B、C、D。然后，使该定义的四个点A、B、C、D与工件6的旋转角度α一致地旋转而求出四个点A’、B’、C’、D’。

图6是表示将图5的工件6的、作为加工头的可动范围而设定的区域的下限L倾斜的计算方法的图。

控制装置以满足下式的方式控制加工头的Z轴坐标值。

(1)α＝0°的情况下，

Z≥直线B’A’(xb’≤X≤xa’)

(2)0°＜α＜90°的情况下，

Z≥直线B’A’(xb’≤X≤xa’)

Z≥直线A’D’(xa’≤X≤xd’)

(3)α＝90°的情况下，

Z≥直线A’D’(xa’≤X≤xd’)

(4)90°＜α＜180°的情况下，

Z≥直线A’D’(xa’≤X≤xd’)

Z≥直线D’C’(xd’≤X≤xc’)

(5)α＝180°的情况下，

Z≥直线D’C’(xd’≤X≤xc’)

(6)180°＜α＜270°的情况下，

Z≥直线D’C’(xd’≤X≤xc’)

Z≥直线C’B’(xc’≤X≤xb’)

(7)α＝270°的情况下，

Z≥直线C’B’(xc’≤X≤xb’)

(8)270°＜α＜360°的情况下，

Z≥直线C’B’(xc’≤X≤xb’)

Z≥直线B’A’(xb’≤X≤xa’)

图7是说明工件是圆管的情况下的加工头的可动范围区域的定义的图。

在工件7是圆管的情况下，计算加工头前端的坐标E(xe，ze)与旋转中心O(x1、z1)的距离。然后，控制装置通过以满足下式(2)的方式控制加工头的Z轴坐标值来维持加工头。

在上式(2)中，如图7所示，＜5＞是从工件7(圆管)的旋转中心O到加工头的可动范围区域的下限L的距离。

通过如上所述地进行加工头3的间隙控制，如图8所示，即使在管加工中，也不会出现加工头3下落、不会产生成为加工缺陷的区域，而且能够利用本发明的控制装置具有的防加工头下落功能。

图9是进行上述的间隙控制的本发明的一个实施方式的控制装置的概略框图。

控制装置1具备：控制部10，其解析加工指令20而生成对成为控制对象的各轴的马达的移动指令数据；间隙控制部11，其基于从检测加工头3与工件5之间的间隙量的传感器4反馈的信号，以使加工头3与工件5之间的距离保持为恒定的方式修正根据移动指令数据的Z轴方向的移动量；以及马达控制部12，其控制对加工头3的Z轴方向的位置进行控制的Z轴马达2。此外，在图9中，省略了控制X轴方向、Y轴方向等各轴方向上的加工头3与工件5的相对位置的各轴用马达、控制该马达的各轴用马达控制部等控制装置通常具备的结构。

图9所示的控制装置1还具备：工件状态检测部13，其基于由传感器检测到的信息、来自上述的Z轴以外的各轴用马达控制部的各轴的坐标值等信息而检测工件5的状态；以及下限位置限制部14，其基于该工件状态检测部13检测到的工件5的状态，而利用上述的计算方法求出加工头的可动范围区域的下限L，并基于该下限L而限制间隙控制部11所修正的移动指令数据中的Z轴方向的移动量。然后，基于被该下限位置限制部14限制了Z轴方向的移动量的移动指令数据，马达控制部12控制Z轴马达2。

通过工件状态检测部13检测的工件的状态是指：在该工件是平板的情况下，为如上所述地通过接触式传感器、距离传感器(未图示)等从工件5的表面检测三个点(图1B的A、B、C)的坐标值，并基于该检测到的坐标值而计算出的工件5的倾度；另外，在该工件是方管的情况下，为通过传感器等检测到的工件6的折点的坐标值和从各轴的马达控制部得到的工件6的旋转角度。

图10是表示利用图9的控制装置1控制机械(加工头3)来加工平板工件5时的动作的流程图。

[步骤SA01]下限位置限制部14基于工件状态检测部13检测到的工件5的倾度来计算变换矩阵P。

[步骤SA02]控制部10判断是否正在执行工件5的加工。在加工正在执行的情况下将处理转移到步骤SA03，在加工未执行的情况下结束本处理。

[步骤SA03]控制部10解析加工指令20并生成各轴的移动指令数据而输出。

[步骤SA04]间隙控制部11判断间隙控制是否接通。在间隙控制接通的情况下，进行基于间隙控制的Z轴方向的移动量的修正且将处理转移到步骤SA05，在间隙控制断开的情况下，将移动指令数据直接输出到马达控制部12，并将处理转移到步骤SA02。

[步骤SA05]下限位置限制部14从移动指令数据获取加工头3的前端点的坐标值，且通过在步骤SA01计算出的矩阵P对所获取到的加工头3的前端点的坐标值进行逆变换(通过逆矩阵进行变换)。

[步骤SA06]下限位置限制部14基于在步骤SA05逆变换得到的坐标值的Z轴坐标值，判断加工头3的前端点是否达到加工头3的可动范围区域的下限L。在达到下限L的情况下，将处理转移到步骤SA07，在未达到下限L的情况下，将处理转移到步骤SA08。

[步骤SA07]下限位置限制部14对由间隙控制部11修正了的Z轴方向的移动量加以限制，以避免加工头的前端点达到加工头3的可动范围区域的下限L，且将处理转移到步骤SA02。

[步骤SA08]下限位置限制部14解除对由间隙控制部11修正了的Z轴方向的移动量的限制，且将处理转移到步骤SA02。

图11是表示利用图9的控制装置1控制机械(加工头3)来加工作为管的工件时的动作的流程图。

[步骤SB01]控制部10判断是否正在执行加工。在加工正在执行的情况下将处理转移到步骤SB02，在加工未执行的情况下结束本处理。

[步骤SB02]控制部10解析加工指令20并生成各轴的移动指令数据而输出。

[步骤SB03]间隙控制部11判断间隙控制是否接通。在间隙控制接通的情况下，进行基于间隙控制的Z轴方向的移动量的修正且将处理转移到步骤SB04，在间隙控制断开的情况下，将移动指令数据直接输出到马达控制部12，并将处理转移到步骤SB01。

[步骤SB04]下限位置限制部14基于控制装置1的设定等，判断工件的种类是方管还是圆管。在工件的种类是方管的情况下，将处理转移到步骤SB05，在是圆管的情况下，将处理转移到步骤SB07。

[步骤SB05]下限位置限制部14基于工件状态检测部13检测到的各信息，计算使工件6的四个折点(A、B、C、D)的各坐标值以工件6的旋转角度旋转后的各坐标值。

[步骤SB06]下限位置限制部14基于在步骤SB05计算出的将四个折点旋转后的坐标值，对求出加工头的可动范围区域的下限的直线方程式进行计算。

[步骤SB07]下限位置限制部14计算加工头3的前端点的坐标值和与工件7的旋转中心之间的距离，且将处理转移到步骤SB08。

[步骤SB08]下限位置限制部14基于在步骤SB06或步骤SB07的计算结果，判断加工头3的前端点是否到达加工头3对可动范围区域的下限L。在达到下限L的情况下，将处理转移到步骤SB09，在未达到下限L的情况下，将处理转移到步骤SB10。

[步骤SB09]下限位置限制部14对由间隙控制部11修正了的Z轴方向的移动量加以限制，以避免加工头3的前端点达到加工头的可动范围区域的下限L，且将处理转移到步骤SB01。

[步骤SB10]下限位置限制部14解除对由间隙控制部11修正了的Z轴方向的移动量的限制，且将处理转移到步骤SB01。

以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不仅限于上述的实施方式的例，能够通过添加适当的变形而以各种方式实施。