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技術 レーザ加工システム

出願人 ファナック株式会社
発明者 江川明鈴木一弘佐藤元彦
出願日 2006年1月26日 (13年7ヶ月経過) 出願番号 2006-017611
公開日 2006年9月21日 (13年0ヶ月経過) 公開番号 2006-247745
状態 特許登録済
技術分野 数値制御 レーザ加工 数値制御
主要キーワード 転送線路 指令タイミング レーザ加工領域 所望出力 レーザ出力条件 略一定速度 被加工素材 線路構成
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

レーザ加工システムにおいて、軸駆動部及びレーザ発振器へのデータ転送時間差に起因する加工誤差を排除して、高精度のレーザ加工を安価に実施できるようにする。

解決手段

レーザ加工システム10は、レーザ加工機12と、レーザ加工機の制御軸を駆動する軸駆動部14と、レーザ加工機にレーザ光を供給するレーザ発振器16と、軸駆動部及びレーザ発振器を制御する制御装置18と、軸駆動部とレーザ発振器とをデイジーチェーン式に制御装置に接続する転送線路20とを備える。制御装置は、レーザ加工プログラム22から移動データ及びレーザ出力条件データを作成するデータ作成部24と、作成した移動データ及びレーザ出力条件データを、軸駆動部及びレーザ発振器に共通する通信データフォーマットに従いシリアルデータに変換するデータ変換部26と、得られたシリアルデータを、予め定めた指令周期で転送線路に送るデータ送信部28とを備える。

概要

背景

レーザ加工システムにおいて、例えば工作機械の直交3軸やマニピュレータ回転軸等の、固有制御軸に沿って動作可能なレーザ加工機を備えたものは知られている。このレーザ加工システムは、一般に、レーザ加工機の制御軸を駆動する軸駆動部(サーボアンプ及びサーボモータを含む)と、レーザ加工機にレーザ光を供給するレーザ発振器と、軸駆動部及びレーザ発振器を制御する制御装置と、その他の周辺機器とを備えて構成される(例えば特許文献1参照)。

上記レーザ加工システムでは、制御装置は通常、軸駆動部、レーザ発振器及び他の所要の周辺機器に対し、それぞれに別個インタフェースを用いて接続される。そして制御装置は、与えられたレーザ加工プログラムに従い、予め定めた指令周期(例えば数値制御における補間周期)で、所要の軸駆動部のサーボアンプに移動指令を送ってサーボモータを作動させ、所要の制御軸を駆動して、被加工素材を載置したテーブルやレーザ光を出射する加工ノズル指定経路に沿って移動させる。同時に制御装置は、レーザ加工プログラムに従い、通常は軸移動指令周期と同じ指令周期で、レーザ発振器に、レーザ光の出射、停止、ピークパワー周波数等の、種々の出力条件に関する指令を送る。それによりレーザ発振器は、レーザ加工機の動作中の所望時点所望出力のレーザ光をレーザ加工機に供給して、レーザ加工を実行させる。

制御装置内では、サーボアンプに送られる移動指令のデータ(本願で移動データと称する)と、レーザ発振器に送られる出力条件指令のデータ(本願でレーザ出力条件データと称する)とが、所与のレーザ加工プログラムに基づいて同時に生成される。しかし、サーボアンプに接続される制御装置のインタフェースと、レーザ発振器に接続される制御装置のインタフェースとでは、通常はデータの転送周期(すなわち固有の転送タイミング)や転送速度が異なるので、サーボアンプが指令を受ける時点とレーザ発振器が指令を受ける時点との間に時間差が生じる。このデータ転送に関わる時間差は、レーザ加工精度を低下させる要因となる。

例えば、レーザ加工のサイクルタイムを削減するために、レーザ加工機を略一定速度で動作させながらレーザ光の出射及び停止を繰り返すことで、所要のレーザ加工を行なう場合がある。このような場合には、上記したデータ転送に関わる時間差に起因して、被加工素材上での実際のレーザ加工の始点及び終点が、目標位置からずれることが危惧される。また、加工プログラムで指定されるレーザ出力条件変更時点(例えばレーザ発振の開始や終了)は、データ送信に際しての前述した指令周期に必ずしも一致せず、指令周期から逸脱した時点にレーザ出力条件の変更が指令されていることもある。この場合、レーザ発振器は、制御装置から受け取ったデータ上でレーザ出力条件の変更が指令されている周期の次の指令周期まで、レーザ出力条件を変更することができないので、指令時点よりも遅れ変更処理することになる。その結果やはり、被加工素材上での実際のレーザ加工領域が、指定の加工領域に対して何らかの誤差(始点や終点の位置ずれ等)を含むことが懸念される。そして、このような実加工領域における加工誤差は、レーザ加工の速度(すなわちレーザ加工機の移動速度)が増加するに従い、大きくなる傾向がある。

特許文献1に記載されるレーザ加工機は、レーザ加工プログラムにおけるレーザ出力条件の変更時点がデータ送信の指令周期に一致しない場合に、次の指令周期の到来待機することなく、指定時点でレーザ出力条件を変更できるようにした構成を有する。このレーザ加工機では、レーザ加工プログラム上で、レーザ出力条件の変更指令を含む指令周期(補間周期)の開始時から、レーザ出力条件の変更を指令する時点までの時間を計算で求め、求めた時間が当該指令周期の開始時から経過した時点で、実際にレーザ出力条件の変更を指令するように構成される。それにより、レーザ出力条件の変更処理の遅れに起因する実加工領域における加工誤差を排除することができる。

特開2004−167549

概要

レーザ加工システムにおいて、軸駆動部及びレーザ発振器へのデータ転送時間差に起因する加工誤差を排除して、高精度のレーザ加工を安価に実施できるようにする。レーザ加工システム10は、レーザ加工機12と、レーザ加工機の制御軸を駆動する軸駆動部14と、レーザ加工機にレーザ光を供給するレーザ発振器16と、軸駆動部及びレーザ発振器を制御する制御装置18と、軸駆動部とレーザ発振器とをデイジーチェーン式に制御装置に接続する転送線路20とを備える。制御装置は、レーザ加工プログラム22から移動データ及びレーザ出力条件データを作成するデータ作成部24と、作成した移動データ及びレーザ出力条件データを、軸駆動部及びレーザ発振器に共通する通信データフォーマットに従いシリアルデータに変換するデータ変換部26と、得られたシリアルデータを、予め定めた指令周期で転送線路に送るデータ送信部28とを備える。

目的

本発明の目的は、レーザ加工機の制御軸を駆動する軸駆動部と、レーザ加工機にレーザ光を供給するレーザ発振器との双方を制御する制御装置を備えたレーザ加工システムにおいて、軸駆動部及びレーザ発振器のそれぞれに対するデータ転送の時間差に起因する加工誤差を実質的に排除して、高精度のレーザ加工を実施でき、しかも安価に構築可能なレーザ加工システムを提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

固有制御軸に沿って動作可能なレーザ加工機と、該レーザ加工機の該制御軸を駆動する軸駆動部と、該レーザ加工機にレーザ光を供給するレーザ発振器と、該軸駆動部及び該レーザ発振器を制御する制御装置とを具備するレーザ加工システムにおいて、前記軸駆動部と前記レーザ発振器とを前記制御装置に接続するための、該軸駆動部及び該レーザ発振器に共通する転送線路を具備し、前記制御装置は、与えられたレーザ加工プログラムから、前記軸駆動部に指令する移動データ及び前記レーザ発振器に指令するレーザ出力条件データを作成するデータ作成部と、前記データ作成部で作成した前記移動データ及び前記レーザ出力条件データを、前記軸駆動部及び前記レーザ発振器に共通する通信データフォーマットに従い、該移動データ及び該レーザ出力条件データが時系列的記述されたシリアルデータに変換するデータ変換部と、前記データ変換部で得られた前記シリアルデータを、該シリアルデータに含まれる前記移動データ及び前記レーザ出力条件データに共通する予め定めた指令周期で前記転送線路に送るデータ送信部とを備えること、を特徴とするレーザ加工システム。

請求項2

前記制御装置は、前記指令周期に従った前記シリアルデータの送信タイミングを表す同期信号を生成する信号生成部をさらに備え、前記データ送信部は、該信号生成部が生成した該同期信号に従って前記シリアルデータを前記転送線路に送る、請求項1に記載のレーザ加工システム。

請求項3

複数の前記軸駆動部と、該複数の軸駆動部を配分した複数のグループのそれぞれの該軸駆動部を、前記制御装置に接続する複数の前記転送線路とを具備し、前記制御装置は、該複数の転送線路に前記シリアルデータを前記指令周期で同期して送る複数の前記データ送信部を備える、請求項1に記載のレーザ加工システム。

請求項4

前記制御装置は、前記指令周期に従った前記シリアルデータの送信タイミングを表す同期信号を生成する信号生成部をさらに備え、前記複数のデータ送信部は、該信号生成部が生成した共通の該同期信号に従って、互いに同期して前記シリアルデータを前記複数の転送線路に送る、請求項3に記載のレーザ加工システム。

請求項5

前記データ作成部は、前記シリアルデータに含まれる前記レーザ出力条件データを前記指令周期から逸脱して前記レーザ発振器に指令するための指令タイミングデータを作成し、前記データ変換部は、前記レーザ出力条件データに該指令タイミングデータを付随させて前記シリアルデータに変換する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のレーザ加工システム。

請求項6

前記転送線路は、前記軸駆動部と前記レーザ発振器とをデイジーチェーン式に前記制御装置に接続する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のレーザ加工システム。

技術分野

0001

本発明は、レーザ加工システムに関する。

背景技術

0002

レーザ加工システムにおいて、例えば工作機械の直交3軸やマニピュレータ回転軸等の、固有制御軸に沿って動作可能なレーザ加工機を備えたものは知られている。このレーザ加工システムは、一般に、レーザ加工機の制御軸を駆動する軸駆動部(サーボアンプ及びサーボモータを含む)と、レーザ加工機にレーザ光を供給するレーザ発振器と、軸駆動部及びレーザ発振器を制御する制御装置と、その他の周辺機器とを備えて構成される(例えば特許文献1参照)。

0003

上記レーザ加工システムでは、制御装置は通常、軸駆動部、レーザ発振器及び他の所要の周辺機器に対し、それぞれに別個インタフェースを用いて接続される。そして制御装置は、与えられたレーザ加工プログラムに従い、予め定めた指令周期(例えば数値制御における補間周期)で、所要の軸駆動部のサーボアンプに移動指令を送ってサーボモータを作動させ、所要の制御軸を駆動して、被加工素材を載置したテーブルやレーザ光を出射する加工ノズル指定経路に沿って移動させる。同時に制御装置は、レーザ加工プログラムに従い、通常は軸移動指令周期と同じ指令周期で、レーザ発振器に、レーザ光の出射、停止、ピークパワー周波数等の、種々の出力条件に関する指令を送る。それによりレーザ発振器は、レーザ加工機の動作中の所望時点所望出力のレーザ光をレーザ加工機に供給して、レーザ加工を実行させる。

0004

制御装置内では、サーボアンプに送られる移動指令のデータ(本願で移動データと称する)と、レーザ発振器に送られる出力条件指令のデータ(本願でレーザ出力条件データと称する)とが、所与のレーザ加工プログラムに基づいて同時に生成される。しかし、サーボアンプに接続される制御装置のインタフェースと、レーザ発振器に接続される制御装置のインタフェースとでは、通常はデータの転送周期(すなわち固有の転送タイミング)や転送速度が異なるので、サーボアンプが指令を受ける時点とレーザ発振器が指令を受ける時点との間に時間差が生じる。このデータ転送に関わる時間差は、レーザ加工精度を低下させる要因となる。

0005

例えば、レーザ加工のサイクルタイムを削減するために、レーザ加工機を略一定速度で動作させながらレーザ光の出射及び停止を繰り返すことで、所要のレーザ加工を行なう場合がある。このような場合には、上記したデータ転送に関わる時間差に起因して、被加工素材上での実際のレーザ加工の始点及び終点が、目標位置からずれることが危惧される。また、加工プログラムで指定されるレーザ出力条件変更時点(例えばレーザ発振の開始や終了)は、データ送信に際しての前述した指令周期に必ずしも一致せず、指令周期から逸脱した時点にレーザ出力条件の変更が指令されていることもある。この場合、レーザ発振器は、制御装置から受け取ったデータ上でレーザ出力条件の変更が指令されている周期の次の指令周期まで、レーザ出力条件を変更することができないので、指令時点よりも遅れ変更処理することになる。その結果やはり、被加工素材上での実際のレーザ加工領域が、指定の加工領域に対して何らかの誤差(始点や終点の位置ずれ等)を含むことが懸念される。そして、このような実加工領域における加工誤差は、レーザ加工の速度(すなわちレーザ加工機の移動速度)が増加するに従い、大きくなる傾向がある。

0006

特許文献1に記載されるレーザ加工機は、レーザ加工プログラムにおけるレーザ出力条件の変更時点がデータ送信の指令周期に一致しない場合に、次の指令周期の到来待機することなく、指定時点でレーザ出力条件を変更できるようにした構成を有する。このレーザ加工機では、レーザ加工プログラム上で、レーザ出力条件の変更指令を含む指令周期(補間周期)の開始時から、レーザ出力条件の変更を指令する時点までの時間を計算で求め、求めた時間が当該指令周期の開始時から経過した時点で、実際にレーザ出力条件の変更を指令するように構成される。それにより、レーザ出力条件の変更処理の遅れに起因する実加工領域における加工誤差を排除することができる。

0007

特開2004−167549

発明が解決しようとする課題

0008

上記したように、レーザ加工機において高精度の加工を実施するためには、レーザ光の出射、停止、ピークパワー、周波数等の、種々の出力条件の切替ないし変更を、レーザ加工機が継続して動作している間であっても、目標位置で正確に実行することが要求される。しかし、従来のレーザ加工システムでは、軸駆動部及びレーザ発振器のそれぞれに対するデータ転送に関わる時間差に起因して、実加工領域において加工誤差が生じる傾向がある。このようなデータ転送の時間差に起因する加工誤差は、従来一般的なレーザ加工機における加工速度領域では大した問題とならなかったが、近年、レーザ加工技術やサーボ技術の向上により、レーザ加工機の加工速度が飛躍的に向上しており、それに伴い、上記要因による加工精度の悪化の問題が顕現するようになっている。

0009

データ転送の時間差に起因する加工誤差を低減するためには、軸駆動部及びレーザ発振器のそれぞれに接続される制御装置の個々のインタフェースにおいて、データの転送周期を短縮したり転送速度を増加させたりすることが有効であるが、この対策は、システム構築に掛かるコストを高騰させる傾向が有る。また、前述した特許文献1に記載の技術は、レーザ加工プログラムにおけるレーザ出力条件の変更時点がデータ送信の指令周期に一致しない場合に、次の指令周期の到来を待機することなく、指定時点でレーザ出力条件を変更できるようにしたものであるが、この技術によっても、制御装置のインタフェースの相違によるデータ転送の時間差の問題を解決することはできない。

0010

本発明の目的は、レーザ加工機の制御軸を駆動する軸駆動部と、レーザ加工機にレーザ光を供給するレーザ発振器との双方を制御する制御装置を備えたレーザ加工システムにおいて、軸駆動部及びレーザ発振器のそれぞれに対するデータ転送の時間差に起因する加工誤差を実質的に排除して、高精度のレーザ加工を実施でき、しかも安価に構築可能なレーザ加工システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、固有の制御軸に沿って動作可能なレーザ加工機と、レーザ加工機の制御軸を駆動する軸駆動部と、レーザ加工機にレーザ光を供給するレーザ発振器と、軸駆動部及びレーザ発振器を制御する制御装置とを具備するレーザ加工システムにおいて、軸駆動部とレーザ発振器とを制御装置に接続するための、軸駆動部及びレーザ発振器に共通する転送線路を具備し、制御装置は、与えられたレーザ加工プログラムから、軸駆動部に指令する移動データ及びレーザ発振器に指令するレーザ出力条件データを作成するデータ作成部と、データ作成部で作成した移動データ及びレーザ出力条件データを、軸駆動部及びレーザ発振器に共通する通信データフォーマットに従い、移動データ及びレーザ出力条件データが時系列的記述されたシリアルデータに変換するデータ変換部と、データ変換部で得られたシリアルデータを、シリアルデータに含まれる移動データ及びレーザ出力条件データに共通する予め定めた指令周期で転送線路に送るデータ送信部とを備えること、を特徴とするレーザ加工システムを提供する。

0012

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のレーザ加工システムにおいて、制御装置は、指令周期に従ったシリアルデータの送信タイミングを表す同期信号を生成する信号生成部をさらに備え、データ送信部は、信号生成部が生成した同期信号に従ってシリアルデータを転送線路に送る、レーザ加工システムを提供する。

0013

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のレーザ加工システムにおいて、複数の軸駆動部と、複数の軸駆動部を配分した複数のグループのそれぞれの軸駆動部を、制御装置に接続する複数の転送線路とを具備し、制御装置は、複数の転送線路にシリアルデータを所定の指令周期で同期して送る複数のデータ送信部を備える、レーザ加工システムを提供する。

0014

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のレーザ加工システムにおいて、制御装置は、指令周期に従ったシリアルデータの送信タイミングを表す同期信号を生成する信号生成部をさらに備え、複数のデータ送信部は、信号生成部が生成した共通の同期信号に従って、互いに同期してシリアルデータを複数の転送線路に送る、レーザ加工システムを提供する。

0015

請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載のレーザ加工システムにおいて、データ作成部は、シリアルデータに含まれるレーザ出力条件データを指令周期から逸脱してレーザ発振器に指令するための指令タイミングデータを作成し、データ変換部は、レーザ出力条件データに指令タイミングデータを付随させてシリアルデータに変換する、レーザ加工システムを提供する。

0016

請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載のレーザ加工システムにおいて、転送線路は、軸駆動部とレーザ発振器とをデイジーチェーン式に制御装置に接続する、レーザ加工システムを提供する。

発明の効果

0017

請求項1に記載の発明によれば、軸駆動部とレーザ発振器とを両者に共通する転送線路により制御装置に接続することで、軸駆動部及びレーザ発振器に対する制御装置のインタフェースを共通化することができ、さらに、軸駆動部とレーザ発振器とに共通する通信データフォーマットを用いて変換した移動データ及びレーザ出力条件データを含むシリアルデータを、移動データ及びレーザ出力条件データに共通する所定の指令周期で転送線路に送るようにしたから、軸駆動部及びレーザ発振器のそれぞれに対するデータ転送の時間差が可及的に減少し、実質的に消滅する。その結果、データ転送の時間差に起因する加工誤差が実質的に排除されて、高精度のレーザ加工を実施できるようになる。

0018

請求項2に記載の発明によれば、データ送信部が、同期信号に従う所定の指令周期で正確に、シリアルデータを転送線路に送ることができる。

0019

請求項3に記載の発明によれば、制御装置のインタフェースにおける転送速度を増加させることなく、制御装置に接続される軸駆動部の数を増やすことができ、その結果、制御軸数の多いレーザ加工機において、多彩な動作による高精度のレーザ加工を実施できる。

0020

請求項4に記載の発明によれば、データ送信部が、共通の同期信号に従う所定の指令周期で正確に、シリアルデータを複数の転送線路に送ることができるので、それら転送線路の間の同期動作を確保することができる。

0021

請求項5に記載の発明によれば、レーザ発振器は、指令タイミングデータに示される時間だけ待機した後、レーザ出力条件の変更を行なうことができる。その結果、シリアルデータの指令周期に無関係に、所望時点でレーザ出力条件を変更できるようになり、変更処理の遅れに起因する加工誤差を排除することができる。

0022

請求項6に記載の発明によれば、軸駆動部とレーザ発振器とを転送線路によりデイジーチェーン式に制御装置に接続することで、軸駆動部及びレーザ発振器に対する制御装置のインタフェースの共通化を一層促進することができる。

発明を実施するための最良の形態

0023

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図1は、本発明に係るレーザ加工システム10の基本構成の一態様を示す。レーザ加工システム10は、固有の制御軸に沿って動作可能なレーザ加工機12と、レーザ加工機12の制御軸を駆動する軸駆動部14と、レーザ加工機12にレーザ光を供給するレーザ発振器16と、軸駆動部14及びレーザ発振器16を制御する制御装置18と、軸駆動部14とレーザ発振器16とをデイジーチェーン式に制御装置18に接続する転送線路20とを備える。制御装置18は、与えられたレーザ加工プログラム22から、軸駆動部14に指令する移動データ及びレーザ発振器16に指令するレーザ出力条件データを作成するデータ作成部24と、データ作成部24で作成した移動データ及びレーザ出力条件データを、軸駆動部14及びレーザ発振器16に共通する通信データフォーマットに従い、移動データ及びレーザ出力条件データが時系列的に記述されたシリアルデータに変換するデータ変換部26と、データ変換部26で得られたシリアルデータを、シリアルデータに含まれる移動データ及びレーザ出力条件データに共通する予め定めた指令周期で転送線路20に送るデータ送信部28とを備える。

0024

上記構成を有するレーザ加工システム10によれば、軸駆動部14とレーザ発振器16とを転送線路20によりデイジーチェーン式に制御装置18に接続することで、軸駆動部14及びレーザ発振器16に対する制御装置18のインタフェースを共通化することができる。さらに、軸駆動部14とレーザ発振器16とに共通する通信データフォーマットを用いて変換した移動データ及びレーザ出力条件データを含むシリアルデータを、移動データ及びレーザ出力条件データに共通する所定の指令周期で転送線路20に送るようにしたから、軸駆動部14及びレーザ発振器16のそれぞれに対するデータ転送の時間差が可及的に減少し、実質的に消滅する。

0025

軸駆動部14及びレーザ発振器16は、転送線路20に送られたシリアルデータから、必要とする移動データ及びレーザ出力条件データを、転送線路20における接続順に順次取得する。このとき、シリアルデータは、移動データ及びレーザ出力条件データに共通する指令周期で送られているので、1指令周期で送られるシリアルデータは次周期のデータ転送が開始される前に軸駆動部14及びレーザ発振器16の双方に受け取られる。したがって、軸駆動部14及びレーザ発振器16がそれぞれ所要データを取得したと同時に動作したとしても、両者に対するデータ転送の時間差は1指令周期(例えば数値制御における補間周期)内に納まるレベルまで減少しているので、軸駆動部14及びレーザ発振器16の動作を実質的に同期させることができる。その結果、データ転送の時間差に起因する加工誤差が実質的に排除されて、高精度のレーザ加工を実施できるようになる。

0026

或いは、軸駆動部14及びレーザ発振器16が、それぞれ所要データを取得した後に、次の指令周期のデータ転送の開始まで待機して、次周期の開始をトリガーとして動作するようにすれば、両者に対するデータ転送の時間差が消滅し、軸駆動部14及びレーザ発振器16の動作を正確に同期させることができる。その結果、一層高精度のレーザ加工を実施できる。さらに、本発明において、データ転送の時間差を実質的に消滅させるための手段は、制御装置のインタフェースにおける転送周期を短縮したり転送速度を増加させたりするものではなく、1つのインタフェースに標準的な指令周期を適用できるものであるから、システム構築コストが高騰する危惧も排除される。なお、図示の構成において、転送線路20における軸駆動部14及びレーザ発振器16の接続順序を逆にしても良いことは、言うまでもない。

0027

図2は、上記基本構成を有する本発明の第1の実施形態によるレーザ加工システム30のソフト構成を、機能ブロック図で示す。また図3は、同レーザ加工システム30のハード構成概要を示す。本実施形態に係るレーザ加工システム30において、図1のレーザ加工システム10の構成要素に対応する構成要素には、共通の参照符号を付してその説明を省略する。

0028

レーザ加工システム30は、例として直交3軸座標系における数値制御下で動作するレーザ加工機12により、被加工素材Wに対し所望のレーザ加工を実施する構成を有する。図2に示すように、レーザ加工システム30の制御装置18は、前述したデータ作成部24に対応する構成要素として、プログラム解析部32及びデータ生成分配部34を備える。プログラム解析部32は、レーザ加工機12の複数の制御軸(X軸、Y軸、Z軸)に対する移動データやレーザ発振器16に対するレーザ出力条件データを含むレーザ加工プログラム22を解析し、その解析結果を元に、データ生成分配部34が、予め定めた指令周期(すなわち数値制御の補間周期)で区切られる形態の移動指令及びレーザ出力指令を作成して、補間指令データとしてデータ変換部26に分配する。

0029

データ変換部26は、分配された補間指令データを前述したシリアルデータに変換し、データ送信部28がシリアルデータを所定の指令周期で転送線路20に送る。ここで、制御装置18は、当該指令周期に従ったシリアルデータの送信タイミングを表す同期信号を生成する信号生成部(すなわちクロック)36をさらに備える。したがって、データ送信部28は、信号生成部36が生成した同期信号に従って、シリアルデータを転送線路20に送る。

0030

前述した軸駆動部14を構成する各軸のサーボアンプ38、40、42、並びにレーザ発振器16は、転送線路20を介して、制御装置18のデータ送信部28にデイジーチェーン式に接続されている。ここで、図2及び図3に示す構成では、最初にX軸サーボアンプ38が、データ送信部28から転送されたシリアルデータのうち、X軸サーボモータ44を動作させるのに必要な移動データを取得し、次いでシリアルデータをそのまま次の接続機器(Y軸サーボアンプ40)に転送する。Y軸サーボアンプ40も同様に、Y軸サーボモータ46を動作させるのに必要な移動データをシリアルデータから取得し、次の接続機器(Z軸サーボアンプ42)にシリアルデータを転送する。Z軸サーボアンプ42も同様に、Z軸サーボモータ48を動作させるのに必要な移動データをシリアルデータから取得し、次の接続機器(レーザ発振器16)にシリアルデータを転送する。レーザ発振器16は、Z軸サーボアンプ42から転送されたシリアルデータのうち、発振動作に必要なレーザ出力条件データを取得し、次の接続機器(存在する場合)にシリアルデータを転送する。

0031

図3に示すように、制御装置18は、数値制御装置CNC)のハード構成を有し、プロセッサ(CPU)50と、バス52を介してプロセッサ50に接続されるROM54、RAM56、バックアップ電源付きのCMOSRAMからなる不揮発性メモリ58、入出力インタフェース60、及び表示装置(CRT液晶等)付きのMDI手動入力手段)62とを備える。ROM54には、レーザ加工システム30の全体を制御するシステムプログラムが格納されており、不揮発性メモリ58には、表示装置付きMDI62を利用して作成されるか、又は図示しない入力インタフェースを介して入力されるNC加工プログラムが格納される。また、RAM56は、各種処理中のデータの一時記憶等に利用される。そして入出力インタフェース60には、転送線路20により、X軸サーボアンプ38、Y軸サーボアンプ40、Z軸サーボアンプ42及びレーザ発振器16が、デイジーチェーン式に接続されている。

0032

また、レーザ加工機12は、被加工素材Wを支持するテーブル64と、レーザ光を被加工素材Wに照射する加工ヘッド66及び加工ノズル68とを備える。レーザ加工機12には、テーブル64をX軸方向(図3において左右方向)に駆動するX軸サーボモータ44と、テーブル64をY軸方向(図3において紙面垂直方向)に駆動するY軸サーボモータ46と、加工ヘッド66及び加工ノズル68をX軸及びY軸に直交するZ軸方向に駆動するZ軸サーボモータ48とが搭載されている。

0033

X軸サーボモータ44はX軸サーボアンプ38に接続され、Y軸サーボモータ46はY軸サーボアンプ40に接続され、Z軸サーボモータ48はZ軸サーボアンプ42に接続されている。また、各サーボモータ44、46、48には、位置及び速度を検出するパルスコーダ等の位置速度検出器(図示せず)が設置され、各サーボモータ44、46、48の位置及び速度が対応のサーボアンプ38、40、42にフィードバックされるようになっている。各サーボアンプ38、40、42は、プロセッサ50からの指令と位置及び速度のフィードバック信号とに基づいて、対応のサーボモータ44、46、48の位置及び速度を制御する。さらに、図示しない電流検出器のフィードバック信号に基づいて、電流制御を実施することもできる。このように、レーザ加工システム30では、X軸サーボアンプ38、Y軸サーボアンプ40及びZ軸サーボアンプ42によって、サーボ制御システムが構成されている。この場合、図2に示すデータ送信部28を、フィードバック信号の受信も実行するデータ送受信部として構成できる。

0034

レーザ発振器16は、前述したシリアルデータに含まれるレーザ出力条件データに基づいて、レーザ光70を発振する。レーザ光70は、適当な位置に配置したベンディングミラー72で反射されて、加工ヘッド66に供給され、加工ヘッド66内で適宜集光されて、ヘッド先端の加工ノズル68から被加工素材Wに照射される。このような構成を有するレーザ加工システム30は、図1に関連して説明した格別の作用効果を奏するものであり、被加工素材Wに対し高精度のレーザ加工を実施できる。

0035

図4は、上記レーザ加工システム30において使用されるシリアルデータフォーマット74を例示する。このフォーマット74では、転送線路20によってデイジーチェーン接続された各種機器(サーボアンプ38、40、42、レーザ発振器16)に対する指令76が、時系列的に並べて記述されている。制御装置18は、電源投入時に、転送線路20にデイジーチェーン接続されている機器の種類及び接続順序を確認し、シリアルデータ内のデータ項目確定させる。なお、上記実施形態では、制御装置18に接続される機器として、サーボアンプ38、40、42及びレーザ発振器16のみが記載されているが、I/O機器等の周辺機器を制御装置18にデイジーチェーン接続することもできる。その場合には、I/O機器への指令に対応したデータ項目が、シリアルデータに追加される。

0036

本発明の一態様に係るレーザ加工システム10の特徴であるデータ転送線路20のデイジーチェーン接続形態は、特定の指令周期でシリアルデータを転送する場合に、1つの転送線路20でデイジーチェーン接続できる機器数に上限を有するものである。例えば、レーザ加工機12の制御軸数が多く、全ての軸駆動部14をレーザ発振器16と共に1つの転送線路20でデイジーチェーン接続することが困難な場合がある。この場合、制御装置18のインタフェース(データ送信部28)におけるデータ転送速度を増加させることで、接続可能な機器数の上限を増やすことができるが、それによりシステム構築コストが上昇することが危惧される。

0037

そこで本発明では、制御装置18に複数の転送線路20を設置し、それら転送線路の各々を介して複数の機器をデイジーチェーン式に制御装置18に接続する構成を提供する。図5は、そのような構成を有する本発明の第2の実施形態によるレーザ加工システム80を示す。レーザ加工システム80は、2本のデイジーチェーン式転送線路20を有する以外は、図2のレーザ加工システム30と実質的同一の構成を有する。したがって、対応する構成要素には共通の参照符号を付してその説明を省略する。

0038

レーザ加工システム80は、複数の軸駆動部(サーボアンプ82、84、86、88及びサーボモータ90、92、94、96)と、それら軸駆動部を配分した2グループのそれぞれの軸駆動部を、デイジーチェーン式に制御装置18に接続する2本の転送線路20とを備える。そして制御装置18は、2本の転送線路20のそれぞれにシリアルデータを所定の指令周期で同期して送る2個のデータ送信部28A、28Bを備える。それらデータ送信部28A、28Bは、信号生成部36が生成した共通の同期信号に従って、互いに同期してシリアルデータを2本の転送線路20に送る。

0039

上記構成を有するレーザ加工システム80では、2個のデータ送信部28A、28Bが共通の同期信号を用いることにより、2本の転送線路20で転送されるシリアルデータの転送タイミングを、互いに同期させることができる。それにより、制御装置18のインタフェースにおける転送速度を増加させることなく、制御装置18にデイジーチェーン式に接続される機器数を増やすことができ、その結果、制御軸数の多いレーザ加工機12において、多彩な動作による高精度のレーザ加工を実施できる。

0040

本発明に係るレーザ加工システムでは、レーザ加工プログラムにおけるレーザ出力条件の変更時点がデータ送信の指令周期に一致しない場合に、次の指令周期の到来を待機することなく、指定の時点でレーザ出力条件を変更できるようにするための構成を採用することもできる。この構成を実現するために、図1に示すレーザ加工システム10において、データ作成部24は、シリアルデータに含まれるレーザ出力条件データを所定の指令周期から逸脱してレーザ発振器16に指令するための指令タイミングデータを作成する。そしてデータ変換部26は、データ作成部24が作成したレーザ出力条件データに指令タイミングデータを付随させた状態で、移動データ及びレーザ出力条件データをシリアルデータに変換する。

0041

図6に例示するように、レーザ光を照射する加工ノズルが一方向に一定速度で移動して、所定間隔でレーザ光の出射(ビームオン)及び停止(ビームオフ)を繰り返してスリット加工を行う場合(ビーム軌跡として実線及び破線で図示)、通常は、移動データ及びレーザ出力条件データが所定の指令周期(補間周期)Pに区切って作成され、指令されるので、従来、例えばレーザ出力条件データの変更(例えばビームオンからビームオフ)は指令周期の切替時にしか行なうことができなかった。しかし実用上は、図示のように、1つの指令周期P1の途中でデータ変更を行なうことが要求される場合が多い。

0042

そこで本発明では、上記構成により、データ変更を行なう指令周期P1の開始からデータ変更時点までの時間情報を、指令タイミングデータとしてレーザ出力条件データに付加した状態で、シリアルデータを用意する。つまり、指令周期P1におけるシリアルデータの内容は、移動指令が1指令周期の移動量であるのに対し、レーザ出力条件指令は、ビームオフ指令とその指令タイミング(待ち時間T)とを含むものとなる。それにより、レーザ発振器16は、当該指令周期P1の処理を開始してから、指令タイミングデータに示される時間Tだけ待機した後、レーザ出力条件の変更を行なうことができる。その結果、レーザ出力条件の変更処理の遅れに起因する加工誤差を排除することができる。

0043

なお、指令タイミングデータをレーザ出力条件データに付加する上記構成に代えて、指令周期P1におけるデータ変更時点に至るまでの移動指令における移動量と、指令周期P1におけるデータ変更時点後の移動指令における移動量との比のデータを、シリアルデータに含ませてレーザ発振器16に転送する構成とすることもできる。この場合、レーザ発振器16が、シリアルデータから取得した移動量の比のデータに基づき、待ち時間Tを計算する。

0044

上記した本発明に係るレーザ加工システム10、30、80は、軸駆動部14とレーザ発振器16とを制御装置18に接続する転送線路20の一態様として、デイジーチェーン式の転送線路20を採用している。しかし、本発明に係るレーザ加工システムは、デイジーチェーン式の転送線路20に代えて、バス式等の他の接続様態を有する転送線路を採用することもできる。この場合の転送線路は、軸駆動部14及びレーザ発振器16の双方に共通する線路構成を有していれば良く、それにより、軸駆動部14及びレーザ発振器16に対する制御装置18のインタフェースを共通化できる利点が得られる。したがってこのような構成によっても、図1に示すレーザ加工装置10と同等の作用効果が奏される。

0045

また、デイジーチェーン式以外の接続様態を有する転送線路を採用した上記構成においても、制御装置18に複数の転送線路を設置し、それら転送線路の各々を介して複数の機器を制御装置18に接続することができる。それにより、制御装置18のインタフェースにおける転送速度を増加させることなく、制御装置18に接続される軸駆動部の数を増やすことができ、その結果、制御軸数の多いレーザ加工機において、多彩な動作による高精度のレーザ加工を実施できる。

図面の簡単な説明

0046

本発明に係るレーザ加工システムの基本構成を示す機能ブロック図である。
本発明の第1実施形態によるレーザ加工システムのソフト構成を示す機能ブロック図である。
図2のレーザ加工システムのハード構成の概要を示す図である。
図2のレーザ加工システムで使用されるシリアルデータフォーマットの一例を示す図である。
本発明の第2実施形態によるレーザ加工システムのソフト構成を示す機能ブロック図である。
本発明の変形例によるレーザ加工システムで実行されるデータ変更処理を説明する図である。

符号の説明

0047

10、30、80レーザ加工システム
12レーザ加工機
14 軸駆動部
16レーザ発振器
18制御装置
20転送線路
22レーザ加工プログラム
24データ作成部
26データ変換部
28データ送信部
36信号生成部
38、40、42、82、84、86、88サーボアンプ
44、46、48、90、92、94、96 サーボモータ

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