加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機における加工情報取得装置
【課題】加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機において、加工点の位置情報を含む加工点における実際の加工状態に関する加工情報を推定し出力する。
【解決手段】加工情報取得装置１は、エネルギー又は物質の供給部の位置情報を取得する位置情報取得部５と、エネルギー又は物質の供給条件指令を受信し、供給条件指令をエネルギー又は物質の供給を制御する制御指令に変換し、変換した制御指令を用いて供給部からのエネルギー又は物質の供給量を制御する供給量制御部６と、供給量制御部から制御指令を取得し、制御指令に基づいて、加工点に供給されるエネルギー又は物質の推定供給量を算出する供給量推定部７と、位置情報取得部が取得した位置情報及び位置情報に対応する位置に供給部があるときの供給量推定部が算出した推定供給量を出力する出力部８とを具備する。
【解決手段】加工情報取得装置１は、エネルギー又は物質の供給部の位置情報を取得する位置情報取得部５と、エネルギー又は物質の供給条件指令を受信し、供給条件指令をエネルギー又は物質の供給を制御する制御指令に変換し、変換した制御指令を用いて供給部からのエネルギー又は物質の供給量を制御する供給量制御部６と、供給量制御部から制御指令を取得し、制御指令に基づいて、加工点に供給されるエネルギー又は物質の推定供給量を算出する供給量推定部７と、位置情報取得部が取得した位置情報及び位置情報に対応する位置に供給部があるときの供給量推定部が算出した推定供給量を出力する出力部８とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機における加工情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ切断機、レーザ溶接機、レーザ熱処理機、プラズマ切断機、アーク溶接機、ワイヤカット機、シーラント塗布機、自動塗装機等の各種の加工機では、被加工物の上を加工点が移動する際に、レーザを照射したり、アークを発生させたり、シーラントを供給したりすることによって、すなわち、加工点にエネルギー又は物質を供給することによって加工が行われる。そして加工の際には、これに付随して、シールドガスや溶接用ワイヤの供給が行われる場合もある。
【０００３】
こうした加工機において、加工点の位置については、その位置決めを行うサーボモータのパルスコーダやリニアスケール等により得られた位置情報に基づき、サーボ制御システムによってフィードバック制御が行われる。
【０００４】
また、レーザやシーラント等のエネルギー又は物質の供給については、加工速度や加工すべき形状に応じて最適な供給量等の加工条件が変化するため、制御装置へ送信される加工条件の指令値もそれに応じて変化させる必要がある。例えば、レーザの照射、溶接用ワイヤの供給、シーラントの供給にあっては、それぞれレーザ励起電源電力量、ワイヤリール部分での送り量、シーラント供給バルブ開度等の加工条件を変化させている。
【０００５】
これに関し、加工条件の指令値を制御装置へ送信後、加工点における実際の加工状態が即時にその所望の加工条件へ変化するわけではない。例えば、レーザ加工機において、レーザ共振器に電流が印加されてからレーザが発振するまでに一定の時間を要するように、多少の応答の遅れが存在する。さらに、指令値に対して実際に照射されるレーザ光の平均レーザ出力値は比例していない。また、その他の例では、加工点にガスや液体を供給する場合、バルブ開度に関する指令値と実際に加工点に供給される量も厳密には比例しない。
【０００６】
こうした各種加工機において、加工点の位置情報を含む加工点における実際の加工状態に関する加工情報をリアルタイムで同時に液晶パネル等の表示装置やハードディスクドライブ等の記憶装置に出力することは、監視、開発又は障害追跡等において極めて有効である。しかしながら、レーザやアーク、シーラントの供給に関しては、フィードバック制御の代わりに、オープンループ制御を用いる場合があり、そのため加工情報を取得し、その加工情報をリアルタイムに出力することは困難である。
【０００７】
特許文献１には、制御対象を駆動する駆動部と複数のサーボ補償部を含むサーボ制御装置と、制御対象の制御条件を表示する表示装置とを備えたサーボ装置が開示されている。特許文献１のサーボ装置では、サーボ補償処理の効果と動作の正当性を同時に確認することができ、位置決め制御のサーボ補償パラメータを迅速且つ容易に決定することができる。また、特許文献２には、放電加工機の監視装置において、放電加工機の加工状態を表す監視値の変化状態をモニタすることができる監視装置が開示されている。また、特許文献３には、測定対象システムから計測の対象となる信号を取り込み、一定時間間隔でサンプリングして、演算処理により計測・監視を行うことによって、機械動作の位置、速度その他のアナログ・デジタル信号を計測・監視する計測・監視装置が開示されている。また、特許文献４には、アナログ入力波形とロジック入力波形の信号伝達経路の相違に基づく時間的なずれをサンプリング速度に応じて自動的に補正する波形記録表示装置のデータタイミング補正方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−７５６２２号公報
【特許文献２】特開平７−２０４９７２号公報
【特許文献３】特開平７−５９０８号公報
【特許文献４】特開平７−２９４５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１乃至４に記載のいずれの装置も、測定した値を表示装置や記憶装置に出力するものであって、加工点における実際の加工状態に関する加工情報を推定してリアルタイムに表示装置や記憶装置に出力できるものではない。加工点における実際の加工状態に関する加工情報をリアルタイムに出力するためには、何らかの推定によりその値を算出しなければならない。
【００１０】
本発明は、一態様において、加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機において、加工点の位置情報を含む加工点における実際の加工状態に関する加工情報を推定し出力する加工情報取得装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機における加工情報取得装置において、エネルギー又は物質の供給部の位置情報を取得する位置情報取得部と、エネルギー又は物質の供給条件指令を受信し、該供給条件指令をエネルギー又は物質の供給を制御する制御指令に変換し、変換した該制御指令を用いて前記供給部からのエネルギー又は物質の供給量を制御する供給量制御部と、該供給量制御部から前記制御指令を取得し、該制御指令に基づいて、加工点に供給されるエネルギー又は物質の推定供給量を算出する供給量推定部と、前記位置情報取得部が取得した前記位置情報及び該位置情報に対応する位置に前記供給部があるときの前記供給量推定部が算出した前記推定供給量を出力する出力部と、を具備する加工情報取得装置が提供される。
【００１２】
すなわち、請求項１に記載の発明では、加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機において、加工点の位置情報を含む加工点における実際の加工状態に関する加工情報を推定し出力することができるという効果を奏する。また請求項１に記載の発明は、加工状態の監視や開発段階、障害追跡等の様々なシチュエーションで利用することが可能である。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、前記供給されるエネルギー又は物質が、光波、電流、プラズマ流、気体、液体、固体、粉体、霧状の流体の中から選択される一種類以上のエネルギー又は物質である加工情報取得装置が提供される。
【００１４】
すなわち、請求項２に記載の発明では、様々な種類の加工機に適用することが可能である。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明によれば請求項１又は２に記載の発明において、前記供給量推定部が、予め求めた前記制御指令と前記エネルギー又は物質の推定供給量との関係情報を有し、前記制御指令と前記関係情報とから推定供給量を算出する加工情報取得装置が提供される。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明によれば請求項３に記載の発明において、前記関係情報を予め求める供給量計測部をさらに具備する加工情報取得装置が提供される。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明によれば請求項３又は４に記載の発明において、前記関係情報が、計算式又はパラメータ又はマップである加工情報取得装置が提供される。
【００１８】
すなわち、請求項３から５に記載の発明では、予め求めた前記制御指令と前記エネルギー又は物質の推定供給量との関係情報を有することによって、正確な推定供給量の算出を行うことが可能となる。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明によれば請求項１から５のいずれか１つに記載の発明において、前記加工機がレーザ加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、レーザ光又はアシストガスである加工情報取得装置が提供される。
【００２０】
また、請求項７に記載の発明によれば請求項３から５のいずれか１つに記載の発明において、前記加工機がレーザ加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、レーザ光又はアシストガスであり、前記関係情報が、ピーク出力と電流指令値とによって規定される第１の関係情報と、ピーク出力とパルス周波数とデューティ比とによって規定される第２の関係情報とからなり、前記供給量推定部が、電流指令値と前記第１の関係情報とからピーク出力を推定し、推定された該ピーク出力とパルス周波数とデューティ比と前記第２の関係情報とから平均レーザ出力を推定する加工情報取得装置が提供される。
【００２１】
また、請求項８に記載の発明によれば請求項１から５のいずれか１つに記載の発明において、前記加工機がプラズマ加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、アーク電流又はプラズマ発生電流又はガス又は溶接フィラーである加工情報取得装置が提供される。
【００２２】
また、請求項９に記載の発明によれば請求項１から５のいずれか１つに記載の発明において、前記加工機が溶剤塗布加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、塗料又は接着剤又はシーラントである加工情報取得装置が提供される。
【００２３】
また、請求項１０に記載の発明によれば請求項１から９のいずれか１つに記載の発明において、前記出力部が、前記位置情報取得部が取得した前記位置情報及び該位置情報に対応する位置に前記供給部があるときの前記供給量推定部が算出した前記推定供給量を、表示部又は記憶部に出力する加工情報取得装置が提供される。
【００２４】
すなわち、請求項１０に記載の発明では、オペレータが表示部を介して加工状態を視覚的に把握することが可能となり、又は、記憶部に出力することによって、監視システムによる監視が容易になるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００２５】
各請求項に記載の発明によれば、加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機において、加工点の位置情報を含む加工点における実際の加工状態に関する加工情報を推定し出力することができるという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一態様による加工情報取得装置の概略を示すブロック図である。
【図２】本発明の一態様による加工情報取得装置を含むレーザ加工機の具体的構成を示す図である。
【図３】本発明の一態様による電流指令値とピーク出力との関係を示す図である。
【図４】本発明の一態様によるパルス周波数とデューティ比と平均レーザ出力との関係を示す図である。
【図５】本発明の一態様によるレーザ加工の軌跡を具体的な例を用いて示す図である。
【図６】図５に示された軌跡にレーザ加工を行う際に行われる処理について具体的な数値を用いて示す図である。
【図７】図５に示された軌跡の加工による加工情報の表示例を示す図である。
【図８】本発明の一態様によるレーザ加工の軌跡を別の具体的な例を用いて示す図である。
【図９】図８に示された軌跡の加工による加工情報の表示例を示す図である。
【図１０】本発明の一態様による供給量推定処理のフローチャートを示す図である。
【図１１】発明の別の態様による加工情報取得装置の具体的構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一態様による加工情報取得装置１の概略を示すブロック図である。本発明の一態様による加工情報取得装置１は、加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機２の一部に含まれる。
【００２９】
加工機２は、例えば、双方向性バスによって互いに接続されたＣＰＵ（中央演算処理装置）とＲＯＭ（リードオンリメモリ）とＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）とを備えている。また、加工機２はさらに不揮発性メモリを備えていてもよい。さらに、加工機２は、エネルギー又は物質を加工点、例えば被加工物上、に供給する供給部３と、供給部３の加工点に対する相対位置を制御する供給位置制御部４とを有する。
【００３０】
本発明の一態様による加工情報取得装置１は、供給位置制御部４によって制御された供給部３の位置情報を取得する位置情報取得部５と、外部からキーボードやマウス等を用いて直接入力された、又は、プログラム等によって生成された、レーザ励起電源電力量、ワイヤリール部分での送り量、シーラント供給バルブ開度等の加工条件、すなわち供給に関する供給条件指令を受信し、この供給条件指令をエネルギー又は物質の供給を制御する制御指令に変換し、変換した制御指令を用いて供給部からのエネルギー又は物質の供給量を制御する供給量制御部６とを有する。さらに、本発明の一態様による加工情報取得装置１は、供給量制御部６から制御指令を取得し、この制御指令に基づいて、実際に加工点に供給されると推定されるエネルギー又は物質の推定供給量を算出する供給量推定部７と、位置情報取得部が取得した位置情報及びこの位置情報に対応する位置に供給部があるときの供給量推定部が算出した推定供給量を、オペレータに対して視覚的に表示する表示部、推定供給量を記憶するハードディスクドライブ等の記憶部、又はプリンター等の他の媒体への出力装置へ出力する出力部８とを有する。
【００３１】
また、本発明の一態様による加工情報取得装置１は、制御指令とエネルギー又は物質の推定供給量との関係、例えば計算式又はパラメータ又はマップ、を予め求める供給量計測部９をさらに有してもよい。供給量計測部９によって制御指令とエネルギー又は物質の推定供給量との関係を求めるには、加工点を被加工物から供給量計測部９へ変更し、加工条件を変更しながら実験を行う。供給量計測部９によって、制御指令とエネルギー又は物質の推定供給量との関係を予め求めることによって、供給量推定部７が、取得した制御指令と予め求められた上記関係とから推定供給量を精度良く算出することが可能となる。なお、上述の計算式又はパラメータ又はマップは、ＲＯＭやその他記憶装置に記憶されている。
【００３２】
供給部３から供給されるエネルギー又は物質は、例えば、光波、電流、プラズマ流、気体、液体、固体、粉体、霧状の流体の中から選択される一種類以上のエネルギー又は物質である。具体的には、本発明の一態様による加工情報取得装置１を含む加工機２は、レーザ切断機、レーザ溶接機、レーザ熱処理機、プラズマ切断機、アーク溶接機、ワイヤカット機、シーラント塗布機、自動塗装機等である。従って、加工機２がレーザ加工機である場合には、供給されるエネルギー又は物質は、レーザ光又はアシストガスであり、加工機２がプラズマ加工機である場合には、供給されるエネルギー又は物質は、アーク電流又はプラズマ発生電流又はガス又は溶接フィラーであり、加工機２が溶剤塗布加工機である場合には、供給されるエネルギー又は物質は、塗料又は接着剤又はシーラントである。
【００３３】
次に、図２を参照しながら、加工機２がレーザ加工機１０である場合を例に用いて、本発明の一態様による加工情報取得装置１１を含むレーザ加工機１０の具体的構成を説明する。レーザ加工機１０は、数値制御装置１２（ＣＮＣ）を有する。数値制御装置１２は、レーザ出力条件や各種データを入力する入力装置、例えばキーボード、マウスなども含んでいる。
【００３４】
数値制御装置１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、又は図示しない記憶装置等に記憶されたＮＣプログラム１３を読み込み、ＮＣプログラム１３中の加工点の位置を決定する情報を含む軸移動指令をＮＣプログラム解読部１４にて解読し、移動量指令生成部１５にて、解読された軸移動指令から各軸方向の移動量の情報が含まれる移動量指令を生成する。さらに、生成された移動量指令は、分配部１６によって、Ｘ軸及びＹ軸方向の移動量指令並びにＺ軸方向の移動量指令に分配され、同期インターフェース３４を介して、被加工物を保持する図示しない可動テーブルをＸ軸及びＹ軸方向の駆動を制御するサーボ制御装置１７並びに加工ノズルをＺ軸方向の駆動を制御するサーボ制御装置１８にそれぞれ送信される。
【００３５】
サーボ制御装置１７及び１８は、各移動量指令に応じてそれぞれ対応するサーボ電源１９及び２０を制御してサーボモータ２１及び２２をそれぞれ駆動し、その結果、可動テーブルをＸ軸方向又はＹ軸方向に、また、加工ノズルをＺ軸方向に移動させる。可動テーブル及び加工ノズルの実際の移動量は、対応するパルスコーダ２３及び２４によって検出され、サーボ制御装置１７及び１８にその移動量をそれぞれ帰還させる。サーボ制御装置１７及び１８は、解読された軸移動指令から生成されてサーボ電源１９及び２０に送信された移動量指令の値と、パルスコーダ２３及び２４で検出された実際の移動量とをフィードバック回路にて比較演算し、その誤差に応じてサーボ電源１９及び２０へ差分の移動量指令を送信し、フィードバック制御が行われる。
【００３６】
また、可動テーブルに保持された被加工物３０と加工ノズルとの間のギャップを接触子により検出するギャップセンサ２５が加工ノズルに取り付けられ、パルスコーダ２４との間で帰還信号の送信経路を切り替えることが可能となっている。なお、ギャップセンサ２５は、接触子を使用する代わりに、静電容量型のギャップセンサを用いてもよい。
【００３７】
また、数値制御装置１２は、ＮＣプログラム１３中のレーザ光のレーザ出力やパルス周波数、デューティ比等の情報を含むレーザ出力指令をＮＣプログラム解読部１４にて解読し、レーザ出力情報指令生成部２６にてレーザ出力情報指令を生成し、同期インターフェース３４を介して、これをレーザ制御装置２７に送信する。レーザ制御装置２７内では、レーザ出力情報指令に応じてレーザ電源２８が出力すべき電流指令値を計算して、これをレーザ電源２８に指令する。レーザ電源２８は、指令された電流指令値の励起電流をレーザ共振器２９に供給する。その結果、レーザ共振器２９はレーザ発振し、発振されたレーザ光は、図示しない集光レンズによって集光されつつ被加工物３０を照射してレーザ加工が行われる。
【００３８】
しかしながら、上述のように、パルスコーダによる移動量はほぼリアルタイムで収集することが可能であるが、レーザ出力についてはレーザ電源２８によって指令された電流指令値と実際に発振されたレーザ光の平均レーザ出力とは比例しない。また、図２に示されたレーザ加工機１０は、後述するレーザ出力の推定値と比較するため、レーザ出力をモニタするパワーモニタ３１を備えている。しかしながら、こうしたパワーモニタ３１はレーザによる熱流を測定しているため、その時定数は１秒前後と応答が遅い。このため、平均レーザ出力のリアルタイムな収集は困難である。
【００３９】
例を用いて説明すると、パワーモニタ３１の時定数は１秒前後であるのに対して、レーザ加工の送り速度は、高速加工の場合、毎分３０ｍに達することがあり、一般的な加工であっても毎分９ｍ程度の送り速度である。毎分９ｍの送り速度でのレーザ加工を行っている場合に、軌跡上のある一点においてレーザ出力等の加工条件を変更する場合を考える。レーザ出力自体は、電気−光の変換であるから、加工条件の変更に応じて１ｍｓ以内には出力が切り換わる。このとき被加工物３０上を走査する加工点の速さは秒速１５０ｍｍであるから、加工条件を変更してから、パワーモニタ３１の値が実際の値を示す１秒後には、加工点は１５０ｍｍも移動していることになる。これでは、加工ノズルの位置情報と共に、パワーモニタ３１の値を収集し表示することによって、オペレータが、加工点で実際に生じている加工状態を把握することは困難である。よりリアルタイムに近い高速で且つ正確な高速パワー測定器も存在するが、それは高価であり、測定器自体のサイズも大きい。
【００４０】
さらに、通常、オペレータによるＮＣプログラムを作成は、パルス状のレーザ出力であって、ピーク出力、パルス周波数、デューティ比で指定され、平均レーザ出力を考慮しながら行われる。そして、レーザ電源２８からレーザ共振器２９へ指令される励起電流はパルス波形であり、このアナログデータからパルス周波数とデューティ比を逆算することは困難である。
【００４１】
そこで、供給量推定計算部３２及び３３において、平均レーザ出力、すなわち加工ノズルから実際に被加工物へ供給されるレーザ出力の平均を推定し、同期インターフェース３４を介して加工情報収集部３５において収集される。それと同時に、すなわちフィードバック制御されたレーザ供給時の位置情報を、同期インターフェース３４を介して加工情報収集部３５において収集される。最終的に、加工情報収集部３５により収集された加工情報は、加工情報表示部３６によって表示される。
【００４２】
次に、供給量推定計算部３２及び３３において行われる本発明の一態様による平均レーザ出力の推定処理について具体例を用いながら説明する。図３は、本発明の一態様によるレーザ電源２８からレーザ共振器２９への電流指令値Ｉｃとピーク出力Ｐｃとの関係を示す図であり、横軸が電流指令値Ｉｃであり、縦軸がピーク出力Ｐｃである。また、図４は、本発明の一態様によるパルス周波数Ｆｒとデューティ比Ｄｕｔｙと平均レーザ出力Ｐａｓとの関係を示す図であり、横軸が、パルス周波数Ｆｒであり、縦軸が、平均レーザ出力Ｐａｓである。すなわち、平均レーザ出力は、レーザ共振器２９の特性等に起因して、必ずしもピーク出力Ｐｃとデューティ比Ｄｕｔｙの積に一致しない。平均レーザ出力Ｐａｓは、パルス周波数Ｆｒとデューティ比Ｄｕｔｙとを図４に示された関係から補間計算することによって算出される。デューティ比Ｄｕｔｙ＝１００％の時の平均レーザ出力Ｐａｓがピーク出力Ｐｃと一致する。これら図３及び４に示された関係は、上述の供給量計測部９、例えば高速パワー測定器３７（図２参照）を用いて予め実験によって、又は計算によって求められ、ＲＯＭ等に記憶されている。
【００４３】
図５は、本発明の一態様によるレーザ加工の軌跡を具体的な例を用いて示す図であり、図６は、図５に示された軌跡にレーザ加工を行う際に行われる処理について具体的な数値を用いて示す図である。図５に示された軌跡は、区間Ｍ及びＮからなる直線であり、加工ノズルは同一速度及びベクトルで区間Ｍから区間Ｎへ移動する。区間Ｍ及びＮでは、それぞれレーザ出力の加工条件が異なっている。
【００４４】
図６を参照すると、指令値の流れは次のようになる。数値制御装置１２はＮＣプログラム１３を解読して一定周期毎、図６においては１６ｍｓ毎のレーザ出力情報指令及び軸移動量指令を生成する（Ａ）。レーザ出力情報指令は、ピーク出力Ｐｃ＝５００Ｗ、パルス周波数Ｆｒ＝１０００Ｈｚ、デューティ比Ｄｕｔｙ＝１００％のセット（区間Ｍ）と、ピーク出力Ｐｃ＝１０００Ｗ、パルス周波数Ｆｒ＝２０００Ｈｚ、デューティ比Ｄｕｔｙ＝７５％のセット（区間Ｎ）とからなる。また、軸移動量指令は、同一速度の移動であることから、Ｘ軸方向＝１．０７３とＹ軸方向＝２．１４７と一定の値からなる。さらにＴｃは、加工条件の切換のタイミングデータを示しており、上から５番目の指令において１０／１６／１６ｍｓ、すなわち１０ｍｓ後に加工条件が切り替えられる。なお、説明の簡略化のため、Ｚ軸方向の軸移動量指令の値は０とする。
【００４５】
さらに、レーザ出力情報指令は、同期インターフェース３４を介してレーザ制御装置２７へ送信され、軸移動量指令は、分配手段１６及び同期インターフェース３４を介してサーボ制御装置１７へ送信される（Ｂ）。このとき、ピーク出力Ｐｃとパルス周波数Ｆｒとデューティ比Ｄｕｔｙとからなるレーザ出力情報指令は、レーザ電源２８に対する放電電流の電流指令値Ｉｃと、パルスオン時間Ｔｏｎと、パルスオフ時間Ｔｏｆｆとにそれぞれ変換されてから送信される。ピーク出力Ｐｃ＝１０００Ｗから電流指令値Ｉｃ＝７Ｖへの変換は、図３に示された関係に基づいて行われる。また、パルスオン時間Ｔｏｎ及びパルスオフ時間Ｔｏｆｆは、パルス周波数Ｆｒから周期を求め、それにデューティ比を考慮して求められる。すなわち、上述の上から５番目の指令に着目すると、パルス周波数Ｆｒが２０００Ｈｚであるから、その周期は、０．５ｍｓとなり、これに対してデューティ比Ｄｕｔｙが７５％であることを考慮すると、パルスオン時間Ｔｏｎ＝０．３７５ｍｓ及びパルスオフ時間Ｔｏｆｆ＝０．１２５ｍｓとなる。ここでデジタル計算のため小数点以下３桁以降は切り捨てられ、パルスオン時間Ｔｏｎ＝０．３７ｍｓ及びパルスオフ時間Ｔｏｆｆ＝０．１２ｍｓとなる。
【００４６】
なお、軸移動量指令は、Ｘ軸方向＝１．０７３及びＹ軸方向＝２．１４７のままである。
【００４７】
１６ｍｓ毎のレーザ出力情報指令及び軸移動量指令は、レーザ制御装置２７及びサーボ制御装置１７において、さらに短い周期、図６においては１ｍｓ毎のレーザ出力情報指令及び軸移動量指令に変換される（Ｃ）。そして、これらレーザ出力情報指令及び軸移動量指令は、それぞれレーザ電源２８及びレーザ共振器２９並びにサーボ電源１９及びサーボモータ２１にそれぞれ送信され、それぞれにレーザ光の発振及び可動テーブルの移動が行われる。レーザ電源２８においては、指令された電流指令値Ｉｃを、内蔵されたカウンター回路により、パルスオン時間Ｔｏｎだけ通電し、パルスオフ時間Ｔｏｆｆだけ電流供給を休止するということが繰り返されることで、パルス出力が実現される。
【００４８】
なお、軸移動量指令は、１ｍｓ毎に換算するとＸ軸方向＝０．０６７及びＹ軸方向＝０．１３４となる。
【００４９】
その後、軸移動量に関しては、サーボモータ２１に機械的に結合されて回転するパルスコーダ２３からの帰還信号が実際の軸移動量として加工情報収集部３５によって収集される（Ｄ）。この収集された帰還信号の軸移動量は、サーボ制御装置におけるフィードバック制御に用いられるものと同一である。また、参考情報として、パワーモニタ３１によってモニタリングされたパワーモニタ値Ｐａ＝５００Ｗについても同様に加工情報収集部３５によって収集される。ただし、上述のように、このパワーモニタ値Ｐａはレーザ出力を正確に表すものではない。なお、これら値が加工情報収集部３５によって収集される前に、後述する遅延処理が行われる。
【００５０】
一方、レーザ出力に関して、加工情報収集部３５は、レーザ制御装置２７からレーザ電源２８へ送信されたレーザ出力情報指令から推定計算したものを収集する。すなわち、供給量推定計算部３２及び３３において、上述の処理とは逆の変換処理が行われる。
【００５１】
まず、レーザ電源への放電電流の電流指令値Ｉｃ＝７Ｖから図３に基づいて推定ピーク出力Ｐｃｓ＝１０００Ｖが算出される。この推定値は、元々のピーク出力Ｐｃ＝１０００Ｗ、すなわちＮＣプログラム１３から解読された直後の値と偶然一致したが、これらの変換又は計算はデジタル計算によって行われるため、誤差が生じる場合もある。パルスオン時間Ｔｏｎ及びパルスオフ時間Ｔｏｆｆからパルス周波数Ｆｒ及びデューティ比Ｄｕｔｙへ逆変換すると、推定パルス周波数Ｆｒｓ＝２０４１Ｈｚ及び推定デューティ比Ｄｕｔｙｓ＝７５．５％となる。元々のレーザ出力情報指令においては、パルス周波数Ｆｒ＝２０００Ｈｚ、デューティ比Ｄｕｔｙ＝７５％であるため、誤差が生じている。これは、本来、パルスオン時間Ｔｏｎ＝０．３７５ｍｓ及びパルスオフ時間Ｔｏｆｆ＝０．１２５ｍｓとなるところ、パルスオン時間Ｔｏｎ＝０．３７ｍｓ及びパルスオフ時間Ｔｏｆｆ＝０．１２ｍｓとした結果生じた誤差である。なお、ここまでの推定が、供給量推定計算部３２で行われる（Ｅ）。
【００５２】
パルスコーダからの帰還信号とレーザ出力指令の推定計算値は、この段階において同期インターフェースを通じて収集するので、加工ノズルの位置情報及びレーザ出力に関する情報相互のタイミングが保証された一定の周期での記録が可能となる。
【００５３】
次に、推定されたピーク出力Ｐｃ、パルス周波数Ｆｒ、デューティ比Ｄｕｔｙから平均レーザ出力値Ｐａｓが推定計算される。この推定計算は、図４に示された関係から補間計算することで算出される。すなわち、デューティ比Ｄｕｔｙ＝１００％の場合は、平均レーザ出力はピーク出力Ｐｃ＝１０００Ｗと同一となる。そこで、先程求められた、推定パルス周波数Ｆｒｓ＝２０４１Ｈｚ、推定デューティ比Ｄｕｔｙｓ＝７５．５％に基づいて、図４に示された関係から補間計算を行うと、平均レーザ出力Ｐａｓ＝８０５Ｗが算出される（Ｆ）。ここまでの推定が、供給量推定計算部３３で行われる。
【００５４】
最後に、実際の軸移動量を求めるのに較べて、平均レーザ出力を推定処理はより時間がかかるため、これらの時間差を補正するために、それぞれデータについて遅延処理が行われる。補正量については、予め実験等によって求めておく。
【００５５】
以上より、本発明の一態様によれば、パルスコーダ２３及び２４からの帰還信号、及び、レーザ出力情報指令の値に基づく推定値を、同期インターフェース３４を介して加工情報収集部３５によって収集することによって、軸移動量と平均レーザ出力のタイミングを補正して加工情報表示部３６に表示し、又は、ハードディスクドライブ等の記憶装置へ出力することが可能となる。これによって、意図した加工点の軌跡に対して、実際の軌跡がどの程度ずれているのかを表示装置に表示することができ、且つ、意図したレーザ出力と実際のレーザ出力とのずれを表示し、記憶装置へ出力することができる。
【００５６】
図７は、図５に示された軌跡の加工による加工情報の表示例を示す図である。横軸は時刻ｔである。加工ノズルの位置Ｘに対する、推定された平均レーザ出力Ｐａｓを示している。また、参考までに、パワーモニタ値Ｐａと、高速パワー測定器で測定した測定値Ｐｒも表示している。その結果、パワーモニタ値Ｐａは、実測データであるにも関わらずレーザ出力の切り換わりをうまく表していないのに対して、本発明の一態様によって推定された平均レーザ出力Ｐａｓが、高速パワー測定器で測定した測定値Ｐｒと同様の傾向を示しており、実際のレーザ出力の切り換わりをうまく再現していることが分かる。
【００５７】
図８は、本発明の一態様によるレーザ加工の軌跡を別の具体的な例を用いて示す図である。図８に示された軌跡は、鋭角コーナ部を伴うものである。レーザ加工は熱加工であるので、こうした鋭角部分では、直線的な経路に較べて過熱し易く、加工不良が発生し易い。そこで、鋭角コーナの頂点Ｐからの立ち上がりの区間ＰＱの部分において加工条件を変更し、概ね直線部分に戻ったと考えられる点Ｑから、元の加工条件に復帰するようにし、加工不良を防ぐようにしている。区間ＰＱにおいては、加工速度も低く抑えられ、平均レーザ出力を可能な限り抑えて入熱を防ぐ。一方、被加工物を貫通するレーザ出力が必要であるのでピーク出力を高く設定し、その分、デューティ比を小さくして平均レーザ出力を減じる手法が採られる。
【００５８】
頂点Ｐおよび区間ＰＱでの速度は、その他の区間に較べて遅いため、区間ＰＱの前後においては減速又は加速の区間が存在する。この加減速区間においては、速度に応じてレーザ出力条件が漸次変更することによって、単位長さあたりの入熱量が過度になりすぎることを防止する。
【００５９】
以上を考慮し、上述の推定を行った結果を、図７と同様に各種値の比較のために表示する。図９は、図８に示された軌跡の加工による加工情報の表示例を示す図である。横軸は時刻ｔである。
【００６０】
まず、接線速度に注目すると、頂点Ｐに接近すると減速を開始し、コーナの立ち上がり区間ＰＱでは低速で移動する。その後、点Ｑを越えてから加速を開始し、通常の接線速度に戻る。
【００６１】
これに対して、レーザ電源への放電電流の電流指令値Ｉｃから図３に示された関係に基づいて逆算された推定ピーク出力Ｐｃｓは、区間ＰＱでのみ、板材を貫く力を維持するため、その他の区間に較べてやや高い値を示す。一方、パルスオン時間とオフ時間から逆算された推定デューティ比Ｄｕｔｙｓは、減速とともに小さくなり、区間ＰＱでは最小限に絞られる。そして加速とともに増加し、レーザの出力を加減する。また、推定ピーク出力Ｐｃｓと、推定パルス周波数Ｆｒｓと、推定デューティ比Ｄｕｔｙｓと、図４に示された関係に基づいて、算出された平均レーザ出力Ｐａｓの変化も図９に示されている。一方、パワーモニタ３１によるパワーモニタ値Ｐａは、実際のレーザ出力の挙動とは遅延していることが示されている。
【００６２】
平均レーザ出力Ｐａｓと、パワーモニタ値Ｐａとを比較すると明らかなように、本発明の推定処理によれば、加工条件の切り替えを正確に再現した値を算出することが可能となり、観察することの難しい加工点での加工情報を再現することが可能となる。
【００６３】
ところで、レーザ加工機１０においては、被加工物３０上における集光点の高さを一定に保つために、加工中に被加工物３０と加工ノズルとの間の距離を実測し、この高さに応じてサーボ制御装置１８によってＺ軸方向のフィードバック制御を行っている。これは、レーザ加工が行われる被加工物３０は板材が多く、集光点の走査面は完全な平坦ではなく、集光点及び被加工物３０間の距離が微妙に変化しただけで、加工結果に重大な影響を及ぼすからである。そのため、図９に示された表示例では、Ｚ軸高さを合わせて表示している。本発明の一態様によれば、平均レーザ出力をリアルタイムに正確に推定することが可能となるため、これとＺ軸高さとをリアルタイムに同時に表示させることによって、Ｚ軸高さの変化によるレーザ加工への影響をリアルタイムに知ることが可能となる。
【００６４】
図１０は、上述のレーザ加工機１０を例に説明した本発明の一態様による供給量推定処理のフローチャートを示す図である。まず、ステップＳ１では、ＮＣプログラムの読み込みが行われる。次いで、ステップＳ２では、ステップＳ１で読み込まれたＮＣプログラムの解読及び解読されたＮＣプログラムに基づくレーザ出力情報指令及び軸移動量指令の生成が行われる。次いで、ステップＳ３では、ステップＳ２で生成された出力情報指令及び軸移動量指令の分配及び送信が行われる。次いで、ステップＳ４では、データの変換、すなわちより短い周期の指令への変換が行われる。次いで、ステップＳ５では、図３に示された関係に基づいて、電流指令値Ｉｃから推定ピーク出力Ｐｃｓ等を算出するデータの逆変換処理である供給量推定計算が行われる。次いで、ステップＳ６では、図４に示された関係に基づいて、平均レーザ出力Ｐａｓを算出する供給量推定計算が行われる。次いで、ステップＳ７では、位置情報と平均レーザ出力とのタイミング補正を行いつつ加工情報を収集し、ステップＳ８において、加工情報の出力、例えば表示装置への表示が行われる。
【００６５】
図１１は、被加工物の周縁部に接着剤を塗布する接着剤塗布機１００を例に用いて、本発明の別の態様による加工情報取得装置の具体的構成を示す図である。
【００６６】
接着剤が液体貯槽１０１に貯蔵され、歯車ポンプ１０２によって圧力容器１０３内に導入される。圧力容器１０３には液面計１０４が配置され、液面計１０４の値を監視する液体補給制御装置１０５によって、液面が低下すれば歯車ポンプ１０２を稼動して接着剤を圧力容器１０３に補填し、液面が所定の高さになると歯車ポンプ１０２を停止するように歯車ポンプ１０２を制御している。圧力容器１０３には外部から圧縮空気１０６が導入され、０．５〜０．８ＭＰａの圧力が印加されている。圧力容器１０３内の圧力は、圧力計１０７によって測定される。
【００６７】
数値制御装置（ＣＮＣ）１０８は、被加工物１０９と加工ノズル１１０との相対位置を制御するため、被加工物１０９を保持する図示しない可動テーブルの駆動を制御するサーボ制御装置１１１へ移動量指令を送信する。サーボ制御装置１１１は、移動量指令に応じてサーボ電源１１２を制御してサーボモータ１１３を駆動し、最終的に可動テーブルを移動させる。可動テーブルの実際の移動量は、パルスコーダ１１４によって検出され、サーボ制御装置１１１にその移動量を帰還させる。サーボ制御装置１１１は、移動量指令の値と、パルスコーダ１１４で検出された実際の移動量とをサーボ制御装置１１１内のフィードバック回路にて比較演算し、その誤差に応じてサーボ電源１１２への差分の移動量指令を送信し、フィードバック制御が行われる。
【００６８】
また、数値制御装置１０８は、バルブ開閉量指令をバルブ制御装置１１５に送信する。バルブ制御装置１１５は、バルブ開閉量指令に応じて比例バルブ１１６の開閉を制御し、被加工物１０９への接着剤の供給量を制御している。比例バルブ１１６は、バルブ開閉量指令に含まれる指令電圧に応じてバルブの開度が変わるバルブである。従って、比例バルブ１１６は、バルブの開度が比例制御されるのであって、バルブ開口面積や接着剤の流量が比例制御されるものではない。また、接着剤の流量は、圧縮空気１０６の圧力によっても変化する。そして、接着剤は配管末端に配置された加工ノズル１１０に到達して初めて被加工物１０９への塗布がなされる。従って、さらに、接着剤は高い粘度があるので、比例バルブ１１６が開いてから被加工物１０９に到達するまで、応答遅れが存在し、比例バルブ１１６が全閉になってから、接着剤の供給が終わるまでも応答遅れが存在する。
【００６９】
ここで、被加工物１０９に対して、加工ノズル１１０が一定の速度で移動しているときは、一定の接着剤流量であることが望ましい。しかし、塗布作業を開始する際の加速時や、図８に示されるようなコーナ部分を軌跡に沿って塗布する場合における、コーナ部分近傍での加減速時、塗布作業を終了する際の減速時では、速度に応じて流量を調整しないと、単位長さ当たりに一定量の接着剤の塗布を行うことができない。特に、流量を変更する際に、比例バルブ１１６のバルブ開度を変えてから実際に流量が変わるまでの応答遅れについても考慮する必要がある。
【００７０】
オペレータは、塗布不良の無い良好な接着剤塗布を行うために、比例バルブ１１６の開閉条件をいろいろと変更した上で、被加工物１０９への塗布状況を見て条件設定を決定するが、加工中に被加工物１０９への接着剤への塗布量を知ることができれば、作業効率が飛躍的に向上することが期待される。
【００７１】
従って、図１１に示された実施形態では、比例バルブ１１６へのバルブ開閉量指令と圧力計１０７によって示された圧力容器１０３内の圧力値とに基づき、実際の加工ノズル１１０からの接着剤供給量を推定計算する。推定された接着剤供給量と、軸移動量、すなわち位置情報とを同期し、収集し、出力することで、加工ノズル１１０の速度及び接着剤供給量の関係をオペレータが容易に理解できる。
【００７２】
具体的には、まず、比例バルブ１１６への指令電圧から、バルブ開口部の断面積を推定計算する。これは、指令電圧と断面積との関係を、予め実験等によって求めておく。指令電圧と断面積との関係を利用し、圧力容器１０３内の圧力を考慮にいれることによって、比例バルブ１１６での推定流量を計算することができる。加工ノズル１１０における流量は、若干の応答遅れがあるので、比例バルブ１１６での流量の変化に対して、一次遅れ系としたときの流量を加工ノズル１１０での流量として推定計算する。その結果を、パルスコーダ１１４からの位置情報及び速度情報と共に表示させる。その結果、接着剤流量を正確に推定することが可能となり、加工条件設定を容易にすることが可能となる。
【符号の説明】
【００７３】
１ 加工情報取得装置
２ 加工機
３ 供給部
４ 供給位置制御部
５ 位置情報取得部
６ 供給量制御部
７ 供給量推定部
８ 出力部
９ 供給量計測部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機における加工情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ切断機、レーザ溶接機、レーザ熱処理機、プラズマ切断機、アーク溶接機、ワイヤカット機、シーラント塗布機、自動塗装機等の各種の加工機では、被加工物の上を加工点が移動する際に、レーザを照射したり、アークを発生させたり、シーラントを供給したりすることによって、すなわち、加工点にエネルギー又は物質を供給することによって加工が行われる。そして加工の際には、これに付随して、シールドガスや溶接用ワイヤの供給が行われる場合もある。
【０００３】
こうした加工機において、加工点の位置については、その位置決めを行うサーボモータのパルスコーダやリニアスケール等により得られた位置情報に基づき、サーボ制御システムによってフィードバック制御が行われる。
【０００４】
また、レーザやシーラント等のエネルギー又は物質の供給については、加工速度や加工すべき形状に応じて最適な供給量等の加工条件が変化するため、制御装置へ送信される加工条件の指令値もそれに応じて変化させる必要がある。例えば、レーザの照射、溶接用ワイヤの供給、シーラントの供給にあっては、それぞれレーザ励起電源電力量、ワイヤリール部分での送り量、シーラント供給バルブ開度等の加工条件を変化させている。
【０００５】
これに関し、加工条件の指令値を制御装置へ送信後、加工点における実際の加工状態が即時にその所望の加工条件へ変化するわけではない。例えば、レーザ加工機において、レーザ共振器に電流が印加されてからレーザが発振するまでに一定の時間を要するように、多少の応答の遅れが存在する。さらに、指令値に対して実際に照射されるレーザ光の平均レーザ出力値は比例していない。また、その他の例では、加工点にガスや液体を供給する場合、バルブ開度に関する指令値と実際に加工点に供給される量も厳密には比例しない。
【０００６】
こうした各種加工機において、加工点の位置情報を含む加工点における実際の加工状態に関する加工情報をリアルタイムで同時に液晶パネル等の表示装置やハードディスクドライブ等の記憶装置に出力することは、監視、開発又は障害追跡等において極めて有効である。しかしながら、レーザやアーク、シーラントの供給に関しては、フィードバック制御の代わりに、オープンループ制御を用いる場合があり、そのため加工情報を取得し、その加工情報をリアルタイムに出力することは困難である。
【０００７】
特許文献１には、制御対象を駆動する駆動部と複数のサーボ補償部を含むサーボ制御装置と、制御対象の制御条件を表示する表示装置とを備えたサーボ装置が開示されている。特許文献１のサーボ装置では、サーボ補償処理の効果と動作の正当性を同時に確認することができ、位置決め制御のサーボ補償パラメータを迅速且つ容易に決定することができる。また、特許文献２には、放電加工機の監視装置において、放電加工機の加工状態を表す監視値の変化状態をモニタすることができる監視装置が開示されている。また、特許文献３には、測定対象システムから計測の対象となる信号を取り込み、一定時間間隔でサンプリングして、演算処理により計測・監視を行うことによって、機械動作の位置、速度その他のアナログ・デジタル信号を計測・監視する計測・監視装置が開示されている。また、特許文献４には、アナログ入力波形とロジック入力波形の信号伝達経路の相違に基づく時間的なずれをサンプリング速度に応じて自動的に補正する波形記録表示装置のデータタイミング補正方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−７５６２２号公報
【特許文献２】特開平７−２０４９７２号公報
【特許文献３】特開平７−５９０８号公報
【特許文献４】特開平７−２９４５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１乃至４に記載のいずれの装置も、測定した値を表示装置や記憶装置に出力するものであって、加工点における実際の加工状態に関する加工情報を推定してリアルタイムに表示装置や記憶装置に出力できるものではない。加工点における実際の加工状態に関する加工情報をリアルタイムに出力するためには、何らかの推定によりその値を算出しなければならない。
【００１０】
本発明は、一態様において、加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機において、加工点の位置情報を含む加工点における実際の加工状態に関する加工情報を推定し出力する加工情報取得装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機における加工情報取得装置において、エネルギー又は物質の供給部の位置情報を取得する位置情報取得部と、エネルギー又は物質の供給条件指令を受信し、該供給条件指令をエネルギー又は物質の供給を制御する制御指令に変換し、変換した該制御指令を用いて前記供給部からのエネルギー又は物質の供給量を制御する供給量制御部と、該供給量制御部から前記制御指令を取得し、該制御指令に基づいて、加工点に供給されるエネルギー又は物質の推定供給量を算出する供給量推定部と、前記位置情報取得部が取得した前記位置情報及び該位置情報に対応する位置に前記供給部があるときの前記供給量推定部が算出した前記推定供給量を出力する出力部と、を具備する加工情報取得装置が提供される。
【００１２】
すなわち、請求項１に記載の発明では、加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機において、加工点の位置情報を含む加工点における実際の加工状態に関する加工情報を推定し出力することができるという効果を奏する。また請求項１に記載の発明は、加工状態の監視や開発段階、障害追跡等の様々なシチュエーションで利用することが可能である。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、前記供給されるエネルギー又は物質が、光波、電流、プラズマ流、気体、液体、固体、粉体、霧状の流体の中から選択される一種類以上のエネルギー又は物質である加工情報取得装置が提供される。
【００１４】
すなわち、請求項２に記載の発明では、様々な種類の加工機に適用することが可能である。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明によれば請求項１又は２に記載の発明において、前記供給量推定部が、予め求めた前記制御指令と前記エネルギー又は物質の推定供給量との関係情報を有し、前記制御指令と前記関係情報とから推定供給量を算出する加工情報取得装置が提供される。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明によれば請求項３に記載の発明において、前記関係情報を予め求める供給量計測部をさらに具備する加工情報取得装置が提供される。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明によれば請求項３又は４に記載の発明において、前記関係情報が、計算式又はパラメータ又はマップである加工情報取得装置が提供される。
【００１８】
すなわち、請求項３から５に記載の発明では、予め求めた前記制御指令と前記エネルギー又は物質の推定供給量との関係情報を有することによって、正確な推定供給量の算出を行うことが可能となる。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明によれば請求項１から５のいずれか１つに記載の発明において、前記加工機がレーザ加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、レーザ光又はアシストガスである加工情報取得装置が提供される。
【００２０】
また、請求項７に記載の発明によれば請求項３から５のいずれか１つに記載の発明において、前記加工機がレーザ加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、レーザ光又はアシストガスであり、前記関係情報が、ピーク出力と電流指令値とによって規定される第１の関係情報と、ピーク出力とパルス周波数とデューティ比とによって規定される第２の関係情報とからなり、前記供給量推定部が、電流指令値と前記第１の関係情報とからピーク出力を推定し、推定された該ピーク出力とパルス周波数とデューティ比と前記第２の関係情報とから平均レーザ出力を推定する加工情報取得装置が提供される。
【００２１】
また、請求項８に記載の発明によれば請求項１から５のいずれか１つに記載の発明において、前記加工機がプラズマ加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、アーク電流又はプラズマ発生電流又はガス又は溶接フィラーである加工情報取得装置が提供される。
【００２２】
また、請求項９に記載の発明によれば請求項１から５のいずれか１つに記載の発明において、前記加工機が溶剤塗布加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、塗料又は接着剤又はシーラントである加工情報取得装置が提供される。
【００２３】
また、請求項１０に記載の発明によれば請求項１から９のいずれか１つに記載の発明において、前記出力部が、前記位置情報取得部が取得した前記位置情報及び該位置情報に対応する位置に前記供給部があるときの前記供給量推定部が算出した前記推定供給量を、表示部又は記憶部に出力する加工情報取得装置が提供される。
【００２４】
すなわち、請求項１０に記載の発明では、オペレータが表示部を介して加工状態を視覚的に把握することが可能となり、又は、記憶部に出力することによって、監視システムによる監視が容易になるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００２５】
各請求項に記載の発明によれば、加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機において、加工点の位置情報を含む加工点における実際の加工状態に関する加工情報を推定し出力することができるという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一態様による加工情報取得装置の概略を示すブロック図である。
【図２】本発明の一態様による加工情報取得装置を含むレーザ加工機の具体的構成を示す図である。
【図３】本発明の一態様による電流指令値とピーク出力との関係を示す図である。
【図４】本発明の一態様によるパルス周波数とデューティ比と平均レーザ出力との関係を示す図である。
【図５】本発明の一態様によるレーザ加工の軌跡を具体的な例を用いて示す図である。
【図６】図５に示された軌跡にレーザ加工を行う際に行われる処理について具体的な数値を用いて示す図である。
【図７】図５に示された軌跡の加工による加工情報の表示例を示す図である。
【図８】本発明の一態様によるレーザ加工の軌跡を別の具体的な例を用いて示す図である。
【図９】図８に示された軌跡の加工による加工情報の表示例を示す図である。
【図１０】本発明の一態様による供給量推定処理のフローチャートを示す図である。
【図１１】発明の別の態様による加工情報取得装置の具体的構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一態様による加工情報取得装置１の概略を示すブロック図である。本発明の一態様による加工情報取得装置１は、加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機２の一部に含まれる。
【００２９】
加工機２は、例えば、双方向性バスによって互いに接続されたＣＰＵ（中央演算処理装置）とＲＯＭ（リードオンリメモリ）とＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）とを備えている。また、加工機２はさらに不揮発性メモリを備えていてもよい。さらに、加工機２は、エネルギー又は物質を加工点、例えば被加工物上、に供給する供給部３と、供給部３の加工点に対する相対位置を制御する供給位置制御部４とを有する。
【００３０】
本発明の一態様による加工情報取得装置１は、供給位置制御部４によって制御された供給部３の位置情報を取得する位置情報取得部５と、外部からキーボードやマウス等を用いて直接入力された、又は、プログラム等によって生成された、レーザ励起電源電力量、ワイヤリール部分での送り量、シーラント供給バルブ開度等の加工条件、すなわち供給に関する供給条件指令を受信し、この供給条件指令をエネルギー又は物質の供給を制御する制御指令に変換し、変換した制御指令を用いて供給部からのエネルギー又は物質の供給量を制御する供給量制御部６とを有する。さらに、本発明の一態様による加工情報取得装置１は、供給量制御部６から制御指令を取得し、この制御指令に基づいて、実際に加工点に供給されると推定されるエネルギー又は物質の推定供給量を算出する供給量推定部７と、位置情報取得部が取得した位置情報及びこの位置情報に対応する位置に供給部があるときの供給量推定部が算出した推定供給量を、オペレータに対して視覚的に表示する表示部、推定供給量を記憶するハードディスクドライブ等の記憶部、又はプリンター等の他の媒体への出力装置へ出力する出力部８とを有する。
【００３１】
また、本発明の一態様による加工情報取得装置１は、制御指令とエネルギー又は物質の推定供給量との関係、例えば計算式又はパラメータ又はマップ、を予め求める供給量計測部９をさらに有してもよい。供給量計測部９によって制御指令とエネルギー又は物質の推定供給量との関係を求めるには、加工点を被加工物から供給量計測部９へ変更し、加工条件を変更しながら実験を行う。供給量計測部９によって、制御指令とエネルギー又は物質の推定供給量との関係を予め求めることによって、供給量推定部７が、取得した制御指令と予め求められた上記関係とから推定供給量を精度良く算出することが可能となる。なお、上述の計算式又はパラメータ又はマップは、ＲＯＭやその他記憶装置に記憶されている。
【００３２】
供給部３から供給されるエネルギー又は物質は、例えば、光波、電流、プラズマ流、気体、液体、固体、粉体、霧状の流体の中から選択される一種類以上のエネルギー又は物質である。具体的には、本発明の一態様による加工情報取得装置１を含む加工機２は、レーザ切断機、レーザ溶接機、レーザ熱処理機、プラズマ切断機、アーク溶接機、ワイヤカット機、シーラント塗布機、自動塗装機等である。従って、加工機２がレーザ加工機である場合には、供給されるエネルギー又は物質は、レーザ光又はアシストガスであり、加工機２がプラズマ加工機である場合には、供給されるエネルギー又は物質は、アーク電流又はプラズマ発生電流又はガス又は溶接フィラーであり、加工機２が溶剤塗布加工機である場合には、供給されるエネルギー又は物質は、塗料又は接着剤又はシーラントである。
【００３３】
次に、図２を参照しながら、加工機２がレーザ加工機１０である場合を例に用いて、本発明の一態様による加工情報取得装置１１を含むレーザ加工機１０の具体的構成を説明する。レーザ加工機１０は、数値制御装置１２（ＣＮＣ）を有する。数値制御装置１２は、レーザ出力条件や各種データを入力する入力装置、例えばキーボード、マウスなども含んでいる。
【００３４】
数値制御装置１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、又は図示しない記憶装置等に記憶されたＮＣプログラム１３を読み込み、ＮＣプログラム１３中の加工点の位置を決定する情報を含む軸移動指令をＮＣプログラム解読部１４にて解読し、移動量指令生成部１５にて、解読された軸移動指令から各軸方向の移動量の情報が含まれる移動量指令を生成する。さらに、生成された移動量指令は、分配部１６によって、Ｘ軸及びＹ軸方向の移動量指令並びにＺ軸方向の移動量指令に分配され、同期インターフェース３４を介して、被加工物を保持する図示しない可動テーブルをＸ軸及びＹ軸方向の駆動を制御するサーボ制御装置１７並びに加工ノズルをＺ軸方向の駆動を制御するサーボ制御装置１８にそれぞれ送信される。
【００３５】
サーボ制御装置１７及び１８は、各移動量指令に応じてそれぞれ対応するサーボ電源１９及び２０を制御してサーボモータ２１及び２２をそれぞれ駆動し、その結果、可動テーブルをＸ軸方向又はＹ軸方向に、また、加工ノズルをＺ軸方向に移動させる。可動テーブル及び加工ノズルの実際の移動量は、対応するパルスコーダ２３及び２４によって検出され、サーボ制御装置１７及び１８にその移動量をそれぞれ帰還させる。サーボ制御装置１７及び１８は、解読された軸移動指令から生成されてサーボ電源１９及び２０に送信された移動量指令の値と、パルスコーダ２３及び２４で検出された実際の移動量とをフィードバック回路にて比較演算し、その誤差に応じてサーボ電源１９及び２０へ差分の移動量指令を送信し、フィードバック制御が行われる。
【００３６】
また、可動テーブルに保持された被加工物３０と加工ノズルとの間のギャップを接触子により検出するギャップセンサ２５が加工ノズルに取り付けられ、パルスコーダ２４との間で帰還信号の送信経路を切り替えることが可能となっている。なお、ギャップセンサ２５は、接触子を使用する代わりに、静電容量型のギャップセンサを用いてもよい。
【００３７】
また、数値制御装置１２は、ＮＣプログラム１３中のレーザ光のレーザ出力やパルス周波数、デューティ比等の情報を含むレーザ出力指令をＮＣプログラム解読部１４にて解読し、レーザ出力情報指令生成部２６にてレーザ出力情報指令を生成し、同期インターフェース３４を介して、これをレーザ制御装置２７に送信する。レーザ制御装置２７内では、レーザ出力情報指令に応じてレーザ電源２８が出力すべき電流指令値を計算して、これをレーザ電源２８に指令する。レーザ電源２８は、指令された電流指令値の励起電流をレーザ共振器２９に供給する。その結果、レーザ共振器２９はレーザ発振し、発振されたレーザ光は、図示しない集光レンズによって集光されつつ被加工物３０を照射してレーザ加工が行われる。
【００３８】
しかしながら、上述のように、パルスコーダによる移動量はほぼリアルタイムで収集することが可能であるが、レーザ出力についてはレーザ電源２８によって指令された電流指令値と実際に発振されたレーザ光の平均レーザ出力とは比例しない。また、図２に示されたレーザ加工機１０は、後述するレーザ出力の推定値と比較するため、レーザ出力をモニタするパワーモニタ３１を備えている。しかしながら、こうしたパワーモニタ３１はレーザによる熱流を測定しているため、その時定数は１秒前後と応答が遅い。このため、平均レーザ出力のリアルタイムな収集は困難である。
【００３９】
例を用いて説明すると、パワーモニタ３１の時定数は１秒前後であるのに対して、レーザ加工の送り速度は、高速加工の場合、毎分３０ｍに達することがあり、一般的な加工であっても毎分９ｍ程度の送り速度である。毎分９ｍの送り速度でのレーザ加工を行っている場合に、軌跡上のある一点においてレーザ出力等の加工条件を変更する場合を考える。レーザ出力自体は、電気−光の変換であるから、加工条件の変更に応じて１ｍｓ以内には出力が切り換わる。このとき被加工物３０上を走査する加工点の速さは秒速１５０ｍｍであるから、加工条件を変更してから、パワーモニタ３１の値が実際の値を示す１秒後には、加工点は１５０ｍｍも移動していることになる。これでは、加工ノズルの位置情報と共に、パワーモニタ３１の値を収集し表示することによって、オペレータが、加工点で実際に生じている加工状態を把握することは困難である。よりリアルタイムに近い高速で且つ正確な高速パワー測定器も存在するが、それは高価であり、測定器自体のサイズも大きい。
【００４０】
さらに、通常、オペレータによるＮＣプログラムを作成は、パルス状のレーザ出力であって、ピーク出力、パルス周波数、デューティ比で指定され、平均レーザ出力を考慮しながら行われる。そして、レーザ電源２８からレーザ共振器２９へ指令される励起電流はパルス波形であり、このアナログデータからパルス周波数とデューティ比を逆算することは困難である。
【００４１】
そこで、供給量推定計算部３２及び３３において、平均レーザ出力、すなわち加工ノズルから実際に被加工物へ供給されるレーザ出力の平均を推定し、同期インターフェース３４を介して加工情報収集部３５において収集される。それと同時に、すなわちフィードバック制御されたレーザ供給時の位置情報を、同期インターフェース３４を介して加工情報収集部３５において収集される。最終的に、加工情報収集部３５により収集された加工情報は、加工情報表示部３６によって表示される。
【００４２】
次に、供給量推定計算部３２及び３３において行われる本発明の一態様による平均レーザ出力の推定処理について具体例を用いながら説明する。図３は、本発明の一態様によるレーザ電源２８からレーザ共振器２９への電流指令値Ｉｃとピーク出力Ｐｃとの関係を示す図であり、横軸が電流指令値Ｉｃであり、縦軸がピーク出力Ｐｃである。また、図４は、本発明の一態様によるパルス周波数Ｆｒとデューティ比Ｄｕｔｙと平均レーザ出力Ｐａｓとの関係を示す図であり、横軸が、パルス周波数Ｆｒであり、縦軸が、平均レーザ出力Ｐａｓである。すなわち、平均レーザ出力は、レーザ共振器２９の特性等に起因して、必ずしもピーク出力Ｐｃとデューティ比Ｄｕｔｙの積に一致しない。平均レーザ出力Ｐａｓは、パルス周波数Ｆｒとデューティ比Ｄｕｔｙとを図４に示された関係から補間計算することによって算出される。デューティ比Ｄｕｔｙ＝１００％の時の平均レーザ出力Ｐａｓがピーク出力Ｐｃと一致する。これら図３及び４に示された関係は、上述の供給量計測部９、例えば高速パワー測定器３７（図２参照）を用いて予め実験によって、又は計算によって求められ、ＲＯＭ等に記憶されている。
【００４３】
図５は、本発明の一態様によるレーザ加工の軌跡を具体的な例を用いて示す図であり、図６は、図５に示された軌跡にレーザ加工を行う際に行われる処理について具体的な数値を用いて示す図である。図５に示された軌跡は、区間Ｍ及びＮからなる直線であり、加工ノズルは同一速度及びベクトルで区間Ｍから区間Ｎへ移動する。区間Ｍ及びＮでは、それぞれレーザ出力の加工条件が異なっている。
【００４４】
図６を参照すると、指令値の流れは次のようになる。数値制御装置１２はＮＣプログラム１３を解読して一定周期毎、図６においては１６ｍｓ毎のレーザ出力情報指令及び軸移動量指令を生成する（Ａ）。レーザ出力情報指令は、ピーク出力Ｐｃ＝５００Ｗ、パルス周波数Ｆｒ＝１０００Ｈｚ、デューティ比Ｄｕｔｙ＝１００％のセット（区間Ｍ）と、ピーク出力Ｐｃ＝１０００Ｗ、パルス周波数Ｆｒ＝２０００Ｈｚ、デューティ比Ｄｕｔｙ＝７５％のセット（区間Ｎ）とからなる。また、軸移動量指令は、同一速度の移動であることから、Ｘ軸方向＝１．０７３とＹ軸方向＝２．１４７と一定の値からなる。さらにＴｃは、加工条件の切換のタイミングデータを示しており、上から５番目の指令において１０／１６／１６ｍｓ、すなわち１０ｍｓ後に加工条件が切り替えられる。なお、説明の簡略化のため、Ｚ軸方向の軸移動量指令の値は０とする。
【００４５】
さらに、レーザ出力情報指令は、同期インターフェース３４を介してレーザ制御装置２７へ送信され、軸移動量指令は、分配手段１６及び同期インターフェース３４を介してサーボ制御装置１７へ送信される（Ｂ）。このとき、ピーク出力Ｐｃとパルス周波数Ｆｒとデューティ比Ｄｕｔｙとからなるレーザ出力情報指令は、レーザ電源２８に対する放電電流の電流指令値Ｉｃと、パルスオン時間Ｔｏｎと、パルスオフ時間Ｔｏｆｆとにそれぞれ変換されてから送信される。ピーク出力Ｐｃ＝１０００Ｗから電流指令値Ｉｃ＝７Ｖへの変換は、図３に示された関係に基づいて行われる。また、パルスオン時間Ｔｏｎ及びパルスオフ時間Ｔｏｆｆは、パルス周波数Ｆｒから周期を求め、それにデューティ比を考慮して求められる。すなわち、上述の上から５番目の指令に着目すると、パルス周波数Ｆｒが２０００Ｈｚであるから、その周期は、０．５ｍｓとなり、これに対してデューティ比Ｄｕｔｙが７５％であることを考慮すると、パルスオン時間Ｔｏｎ＝０．３７５ｍｓ及びパルスオフ時間Ｔｏｆｆ＝０．１２５ｍｓとなる。ここでデジタル計算のため小数点以下３桁以降は切り捨てられ、パルスオン時間Ｔｏｎ＝０．３７ｍｓ及びパルスオフ時間Ｔｏｆｆ＝０．１２ｍｓとなる。
【００４６】
なお、軸移動量指令は、Ｘ軸方向＝１．０７３及びＹ軸方向＝２．１４７のままである。
【００４７】
１６ｍｓ毎のレーザ出力情報指令及び軸移動量指令は、レーザ制御装置２７及びサーボ制御装置１７において、さらに短い周期、図６においては１ｍｓ毎のレーザ出力情報指令及び軸移動量指令に変換される（Ｃ）。そして、これらレーザ出力情報指令及び軸移動量指令は、それぞれレーザ電源２８及びレーザ共振器２９並びにサーボ電源１９及びサーボモータ２１にそれぞれ送信され、それぞれにレーザ光の発振及び可動テーブルの移動が行われる。レーザ電源２８においては、指令された電流指令値Ｉｃを、内蔵されたカウンター回路により、パルスオン時間Ｔｏｎだけ通電し、パルスオフ時間Ｔｏｆｆだけ電流供給を休止するということが繰り返されることで、パルス出力が実現される。
【００４８】
なお、軸移動量指令は、１ｍｓ毎に換算するとＸ軸方向＝０．０６７及びＹ軸方向＝０．１３４となる。
【００４９】
その後、軸移動量に関しては、サーボモータ２１に機械的に結合されて回転するパルスコーダ２３からの帰還信号が実際の軸移動量として加工情報収集部３５によって収集される（Ｄ）。この収集された帰還信号の軸移動量は、サーボ制御装置におけるフィードバック制御に用いられるものと同一である。また、参考情報として、パワーモニタ３１によってモニタリングされたパワーモニタ値Ｐａ＝５００Ｗについても同様に加工情報収集部３５によって収集される。ただし、上述のように、このパワーモニタ値Ｐａはレーザ出力を正確に表すものではない。なお、これら値が加工情報収集部３５によって収集される前に、後述する遅延処理が行われる。
【００５０】
一方、レーザ出力に関して、加工情報収集部３５は、レーザ制御装置２７からレーザ電源２８へ送信されたレーザ出力情報指令から推定計算したものを収集する。すなわち、供給量推定計算部３２及び３３において、上述の処理とは逆の変換処理が行われる。
【００５１】
まず、レーザ電源への放電電流の電流指令値Ｉｃ＝７Ｖから図３に基づいて推定ピーク出力Ｐｃｓ＝１０００Ｖが算出される。この推定値は、元々のピーク出力Ｐｃ＝１０００Ｗ、すなわちＮＣプログラム１３から解読された直後の値と偶然一致したが、これらの変換又は計算はデジタル計算によって行われるため、誤差が生じる場合もある。パルスオン時間Ｔｏｎ及びパルスオフ時間Ｔｏｆｆからパルス周波数Ｆｒ及びデューティ比Ｄｕｔｙへ逆変換すると、推定パルス周波数Ｆｒｓ＝２０４１Ｈｚ及び推定デューティ比Ｄｕｔｙｓ＝７５．５％となる。元々のレーザ出力情報指令においては、パルス周波数Ｆｒ＝２０００Ｈｚ、デューティ比Ｄｕｔｙ＝７５％であるため、誤差が生じている。これは、本来、パルスオン時間Ｔｏｎ＝０．３７５ｍｓ及びパルスオフ時間Ｔｏｆｆ＝０．１２５ｍｓとなるところ、パルスオン時間Ｔｏｎ＝０．３７ｍｓ及びパルスオフ時間Ｔｏｆｆ＝０．１２ｍｓとした結果生じた誤差である。なお、ここまでの推定が、供給量推定計算部３２で行われる（Ｅ）。
【００５２】
パルスコーダからの帰還信号とレーザ出力指令の推定計算値は、この段階において同期インターフェースを通じて収集するので、加工ノズルの位置情報及びレーザ出力に関する情報相互のタイミングが保証された一定の周期での記録が可能となる。
【００５３】
次に、推定されたピーク出力Ｐｃ、パルス周波数Ｆｒ、デューティ比Ｄｕｔｙから平均レーザ出力値Ｐａｓが推定計算される。この推定計算は、図４に示された関係から補間計算することで算出される。すなわち、デューティ比Ｄｕｔｙ＝１００％の場合は、平均レーザ出力はピーク出力Ｐｃ＝１０００Ｗと同一となる。そこで、先程求められた、推定パルス周波数Ｆｒｓ＝２０４１Ｈｚ、推定デューティ比Ｄｕｔｙｓ＝７５．５％に基づいて、図４に示された関係から補間計算を行うと、平均レーザ出力Ｐａｓ＝８０５Ｗが算出される（Ｆ）。ここまでの推定が、供給量推定計算部３３で行われる。
【００５４】
最後に、実際の軸移動量を求めるのに較べて、平均レーザ出力を推定処理はより時間がかかるため、これらの時間差を補正するために、それぞれデータについて遅延処理が行われる。補正量については、予め実験等によって求めておく。
【００５５】
以上より、本発明の一態様によれば、パルスコーダ２３及び２４からの帰還信号、及び、レーザ出力情報指令の値に基づく推定値を、同期インターフェース３４を介して加工情報収集部３５によって収集することによって、軸移動量と平均レーザ出力のタイミングを補正して加工情報表示部３６に表示し、又は、ハードディスクドライブ等の記憶装置へ出力することが可能となる。これによって、意図した加工点の軌跡に対して、実際の軌跡がどの程度ずれているのかを表示装置に表示することができ、且つ、意図したレーザ出力と実際のレーザ出力とのずれを表示し、記憶装置へ出力することができる。
【００５６】
図７は、図５に示された軌跡の加工による加工情報の表示例を示す図である。横軸は時刻ｔである。加工ノズルの位置Ｘに対する、推定された平均レーザ出力Ｐａｓを示している。また、参考までに、パワーモニタ値Ｐａと、高速パワー測定器で測定した測定値Ｐｒも表示している。その結果、パワーモニタ値Ｐａは、実測データであるにも関わらずレーザ出力の切り換わりをうまく表していないのに対して、本発明の一態様によって推定された平均レーザ出力Ｐａｓが、高速パワー測定器で測定した測定値Ｐｒと同様の傾向を示しており、実際のレーザ出力の切り換わりをうまく再現していることが分かる。
【００５７】
図８は、本発明の一態様によるレーザ加工の軌跡を別の具体的な例を用いて示す図である。図８に示された軌跡は、鋭角コーナ部を伴うものである。レーザ加工は熱加工であるので、こうした鋭角部分では、直線的な経路に較べて過熱し易く、加工不良が発生し易い。そこで、鋭角コーナの頂点Ｐからの立ち上がりの区間ＰＱの部分において加工条件を変更し、概ね直線部分に戻ったと考えられる点Ｑから、元の加工条件に復帰するようにし、加工不良を防ぐようにしている。区間ＰＱにおいては、加工速度も低く抑えられ、平均レーザ出力を可能な限り抑えて入熱を防ぐ。一方、被加工物を貫通するレーザ出力が必要であるのでピーク出力を高く設定し、その分、デューティ比を小さくして平均レーザ出力を減じる手法が採られる。
【００５８】
頂点Ｐおよび区間ＰＱでの速度は、その他の区間に較べて遅いため、区間ＰＱの前後においては減速又は加速の区間が存在する。この加減速区間においては、速度に応じてレーザ出力条件が漸次変更することによって、単位長さあたりの入熱量が過度になりすぎることを防止する。
【００５９】
以上を考慮し、上述の推定を行った結果を、図７と同様に各種値の比較のために表示する。図９は、図８に示された軌跡の加工による加工情報の表示例を示す図である。横軸は時刻ｔである。
【００６０】
まず、接線速度に注目すると、頂点Ｐに接近すると減速を開始し、コーナの立ち上がり区間ＰＱでは低速で移動する。その後、点Ｑを越えてから加速を開始し、通常の接線速度に戻る。
【００６１】
これに対して、レーザ電源への放電電流の電流指令値Ｉｃから図３に示された関係に基づいて逆算された推定ピーク出力Ｐｃｓは、区間ＰＱでのみ、板材を貫く力を維持するため、その他の区間に較べてやや高い値を示す。一方、パルスオン時間とオフ時間から逆算された推定デューティ比Ｄｕｔｙｓは、減速とともに小さくなり、区間ＰＱでは最小限に絞られる。そして加速とともに増加し、レーザの出力を加減する。また、推定ピーク出力Ｐｃｓと、推定パルス周波数Ｆｒｓと、推定デューティ比Ｄｕｔｙｓと、図４に示された関係に基づいて、算出された平均レーザ出力Ｐａｓの変化も図９に示されている。一方、パワーモニタ３１によるパワーモニタ値Ｐａは、実際のレーザ出力の挙動とは遅延していることが示されている。
【００６２】
平均レーザ出力Ｐａｓと、パワーモニタ値Ｐａとを比較すると明らかなように、本発明の推定処理によれば、加工条件の切り替えを正確に再現した値を算出することが可能となり、観察することの難しい加工点での加工情報を再現することが可能となる。
【００６３】
ところで、レーザ加工機１０においては、被加工物３０上における集光点の高さを一定に保つために、加工中に被加工物３０と加工ノズルとの間の距離を実測し、この高さに応じてサーボ制御装置１８によってＺ軸方向のフィードバック制御を行っている。これは、レーザ加工が行われる被加工物３０は板材が多く、集光点の走査面は完全な平坦ではなく、集光点及び被加工物３０間の距離が微妙に変化しただけで、加工結果に重大な影響を及ぼすからである。そのため、図９に示された表示例では、Ｚ軸高さを合わせて表示している。本発明の一態様によれば、平均レーザ出力をリアルタイムに正確に推定することが可能となるため、これとＺ軸高さとをリアルタイムに同時に表示させることによって、Ｚ軸高さの変化によるレーザ加工への影響をリアルタイムに知ることが可能となる。
【００６４】
図１０は、上述のレーザ加工機１０を例に説明した本発明の一態様による供給量推定処理のフローチャートを示す図である。まず、ステップＳ１では、ＮＣプログラムの読み込みが行われる。次いで、ステップＳ２では、ステップＳ１で読み込まれたＮＣプログラムの解読及び解読されたＮＣプログラムに基づくレーザ出力情報指令及び軸移動量指令の生成が行われる。次いで、ステップＳ３では、ステップＳ２で生成された出力情報指令及び軸移動量指令の分配及び送信が行われる。次いで、ステップＳ４では、データの変換、すなわちより短い周期の指令への変換が行われる。次いで、ステップＳ５では、図３に示された関係に基づいて、電流指令値Ｉｃから推定ピーク出力Ｐｃｓ等を算出するデータの逆変換処理である供給量推定計算が行われる。次いで、ステップＳ６では、図４に示された関係に基づいて、平均レーザ出力Ｐａｓを算出する供給量推定計算が行われる。次いで、ステップＳ７では、位置情報と平均レーザ出力とのタイミング補正を行いつつ加工情報を収集し、ステップＳ８において、加工情報の出力、例えば表示装置への表示が行われる。
【００６５】
図１１は、被加工物の周縁部に接着剤を塗布する接着剤塗布機１００を例に用いて、本発明の別の態様による加工情報取得装置の具体的構成を示す図である。
【００６６】
接着剤が液体貯槽１０１に貯蔵され、歯車ポンプ１０２によって圧力容器１０３内に導入される。圧力容器１０３には液面計１０４が配置され、液面計１０４の値を監視する液体補給制御装置１０５によって、液面が低下すれば歯車ポンプ１０２を稼動して接着剤を圧力容器１０３に補填し、液面が所定の高さになると歯車ポンプ１０２を停止するように歯車ポンプ１０２を制御している。圧力容器１０３には外部から圧縮空気１０６が導入され、０．５〜０．８ＭＰａの圧力が印加されている。圧力容器１０３内の圧力は、圧力計１０７によって測定される。
【００６７】
数値制御装置（ＣＮＣ）１０８は、被加工物１０９と加工ノズル１１０との相対位置を制御するため、被加工物１０９を保持する図示しない可動テーブルの駆動を制御するサーボ制御装置１１１へ移動量指令を送信する。サーボ制御装置１１１は、移動量指令に応じてサーボ電源１１２を制御してサーボモータ１１３を駆動し、最終的に可動テーブルを移動させる。可動テーブルの実際の移動量は、パルスコーダ１１４によって検出され、サーボ制御装置１１１にその移動量を帰還させる。サーボ制御装置１１１は、移動量指令の値と、パルスコーダ１１４で検出された実際の移動量とをサーボ制御装置１１１内のフィードバック回路にて比較演算し、その誤差に応じてサーボ電源１１２への差分の移動量指令を送信し、フィードバック制御が行われる。
【００６８】
また、数値制御装置１０８は、バルブ開閉量指令をバルブ制御装置１１５に送信する。バルブ制御装置１１５は、バルブ開閉量指令に応じて比例バルブ１１６の開閉を制御し、被加工物１０９への接着剤の供給量を制御している。比例バルブ１１６は、バルブ開閉量指令に含まれる指令電圧に応じてバルブの開度が変わるバルブである。従って、比例バルブ１１６は、バルブの開度が比例制御されるのであって、バルブ開口面積や接着剤の流量が比例制御されるものではない。また、接着剤の流量は、圧縮空気１０６の圧力によっても変化する。そして、接着剤は配管末端に配置された加工ノズル１１０に到達して初めて被加工物１０９への塗布がなされる。従って、さらに、接着剤は高い粘度があるので、比例バルブ１１６が開いてから被加工物１０９に到達するまで、応答遅れが存在し、比例バルブ１１６が全閉になってから、接着剤の供給が終わるまでも応答遅れが存在する。
【００６９】
ここで、被加工物１０９に対して、加工ノズル１１０が一定の速度で移動しているときは、一定の接着剤流量であることが望ましい。しかし、塗布作業を開始する際の加速時や、図８に示されるようなコーナ部分を軌跡に沿って塗布する場合における、コーナ部分近傍での加減速時、塗布作業を終了する際の減速時では、速度に応じて流量を調整しないと、単位長さ当たりに一定量の接着剤の塗布を行うことができない。特に、流量を変更する際に、比例バルブ１１６のバルブ開度を変えてから実際に流量が変わるまでの応答遅れについても考慮する必要がある。
【００７０】
オペレータは、塗布不良の無い良好な接着剤塗布を行うために、比例バルブ１１６の開閉条件をいろいろと変更した上で、被加工物１０９への塗布状況を見て条件設定を決定するが、加工中に被加工物１０９への接着剤への塗布量を知ることができれば、作業効率が飛躍的に向上することが期待される。
【００７１】
従って、図１１に示された実施形態では、比例バルブ１１６へのバルブ開閉量指令と圧力計１０７によって示された圧力容器１０３内の圧力値とに基づき、実際の加工ノズル１１０からの接着剤供給量を推定計算する。推定された接着剤供給量と、軸移動量、すなわち位置情報とを同期し、収集し、出力することで、加工ノズル１１０の速度及び接着剤供給量の関係をオペレータが容易に理解できる。
【００７２】
具体的には、まず、比例バルブ１１６への指令電圧から、バルブ開口部の断面積を推定計算する。これは、指令電圧と断面積との関係を、予め実験等によって求めておく。指令電圧と断面積との関係を利用し、圧力容器１０３内の圧力を考慮にいれることによって、比例バルブ１１６での推定流量を計算することができる。加工ノズル１１０における流量は、若干の応答遅れがあるので、比例バルブ１１６での流量の変化に対して、一次遅れ系としたときの流量を加工ノズル１１０での流量として推定計算する。その結果を、パルスコーダ１１４からの位置情報及び速度情報と共に表示させる。その結果、接着剤流量を正確に推定することが可能となり、加工条件設定を容易にすることが可能となる。
【符号の説明】
【００７３】
１ 加工情報取得装置
２ 加工機
３ 供給部
４ 供給位置制御部
５ 位置情報取得部
６ 供給量制御部
７ 供給量推定部
８ 出力部
９ 供給量計測部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機における加工情報取得装置において、
エネルギー又は物質の供給部の位置情報を取得する位置情報取得部と、
エネルギー又は物質の供給条件指令を受信し、該供給条件指令をエネルギー又は物質の供給を制御する制御指令に変換し、変換した該制御指令を用いて前記供給部からのエネルギー又は物質の供給量を制御する供給量制御部と、
該供給量制御部から前記制御指令を取得し、該制御指令に基づいて、加工点に供給されるエネルギー又は物質の推定供給量を算出する供給量推定部と、
前記位置情報取得部が取得した前記位置情報及び該位置情報に対応する位置に前記供給部があるときの前記供給量推定部が算出した前記推定供給量を出力する出力部と、
を具備する加工情報取得装置。
【請求項２】
前記供給されるエネルギー又は物質が、光波、電流、プラズマ流、気体、液体、固体、粉体、霧状の流体の中から選択される一種類以上のエネルギー又は物質である請求項１に記載の加工情報取得装置。
【請求項３】
前記供給量推定部が、予め求めた前記制御指令と前記エネルギー又は物質の推定供給量との関係情報を有し、前記制御指令と前記関係情報とから推定供給量を算出する請求項１又は２に記載の加工情報取得装置。
【請求項４】
前記関係情報を予め求める供給量計測部をさらに具備する請求項３に記載の加工情報取得装置。
【請求項５】
前記関係情報が、計算式又はパラメータ又はマップである請求項３又は４に記載の加工情報取得装置。
【請求項６】
前記加工機がレーザ加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、レーザ光又はアシストガスである請求項１から５のいずれか１つに記載の加工情報取得装置。
【請求項７】
前記加工機がレーザ加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、レーザ光又はアシストガスであり、前記関係情報が、ピーク出力と電流指令値とによって規定される第１の関係情報と、ピーク出力とパルス周波数とデューティ比とによって規定される第２の関係情報とからなり、前記供給量推定部が、電流指令値と前記第１の関係情報とからピーク出力を推定し、推定された該ピーク出力とパルス周波数とデューティ比と前記第２の関係情報とから平均レーザ出力を推定する請求項３から５のいずれか１つに記載の加工情報取得装置。
【請求項８】
前記加工機がプラズマ加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、アーク電流又はプラズマ発生電流又はガス又は溶接フィラーである請求項１から５のいずれか１つに記載の加工情報取得装置。
【請求項９】
前記加工機が溶剤塗布加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、塗料又は接着剤又はシーラントである請求項１から５のいずれか１つに記載の加工情報取得装置。
【請求項１０】
前記出力部が、前記位置情報取得部が取得した前記位置情報及び該位置情報に対応する位置に前記供給部があるときの前記供給量推定部が算出した前記推定供給量を、表示部又は記憶部に出力する請求項１から９のいずれか１つに記載の加工情報取得装置。
【請求項１】
加工点にエネルギー又は物質を供給する加工機における加工情報取得装置において、
エネルギー又は物質の供給部の位置情報を取得する位置情報取得部と、
エネルギー又は物質の供給条件指令を受信し、該供給条件指令をエネルギー又は物質の供給を制御する制御指令に変換し、変換した該制御指令を用いて前記供給部からのエネルギー又は物質の供給量を制御する供給量制御部と、
該供給量制御部から前記制御指令を取得し、該制御指令に基づいて、加工点に供給されるエネルギー又は物質の推定供給量を算出する供給量推定部と、
前記位置情報取得部が取得した前記位置情報及び該位置情報に対応する位置に前記供給部があるときの前記供給量推定部が算出した前記推定供給量を出力する出力部と、
を具備する加工情報取得装置。
【請求項２】
前記供給されるエネルギー又は物質が、光波、電流、プラズマ流、気体、液体、固体、粉体、霧状の流体の中から選択される一種類以上のエネルギー又は物質である請求項１に記載の加工情報取得装置。
【請求項３】
前記供給量推定部が、予め求めた前記制御指令と前記エネルギー又は物質の推定供給量との関係情報を有し、前記制御指令と前記関係情報とから推定供給量を算出する請求項１又は２に記載の加工情報取得装置。
【請求項４】
前記関係情報を予め求める供給量計測部をさらに具備する請求項３に記載の加工情報取得装置。
【請求項５】
前記関係情報が、計算式又はパラメータ又はマップである請求項３又は４に記載の加工情報取得装置。
【請求項６】
前記加工機がレーザ加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、レーザ光又はアシストガスである請求項１から５のいずれか１つに記載の加工情報取得装置。
【請求項７】
前記加工機がレーザ加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、レーザ光又はアシストガスであり、前記関係情報が、ピーク出力と電流指令値とによって規定される第１の関係情報と、ピーク出力とパルス周波数とデューティ比とによって規定される第２の関係情報とからなり、前記供給量推定部が、電流指令値と前記第１の関係情報とからピーク出力を推定し、推定された該ピーク出力とパルス周波数とデューティ比と前記第２の関係情報とから平均レーザ出力を推定する請求項３から５のいずれか１つに記載の加工情報取得装置。
【請求項８】
前記加工機がプラズマ加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、アーク電流又はプラズマ発生電流又はガス又は溶接フィラーである請求項１から５のいずれか１つに記載の加工情報取得装置。
【請求項９】
前記加工機が溶剤塗布加工機であり、前記供給されるエネルギー又は物質が、塗料又は接着剤又はシーラントである請求項１から５のいずれか１つに記載の加工情報取得装置。
【請求項１０】
前記出力部が、前記位置情報取得部が取得した前記位置情報及び該位置情報に対応する位置に前記供給部があるときの前記供給量推定部が算出した前記推定供給量を、表示部又は記憶部に出力する請求項１から９のいずれか１つに記載の加工情報取得装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−７６１５０（Ｐ２０１２−７６１５０Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９９３４（Ｐ２０１２−９９３４）
【出願日】平成２４年１月２０日（２０１２．１．２０）
【分割の表示】特願２０１０−１７７６３０（Ｐ２０１０−１７７６３０）の分割
【原出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月２０日（２０１２．１．２０）
【分割の表示】特願２０１０−１７７６３０（Ｐ２０１０−１７７６３０）の分割
【原出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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