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    公开号:WO1991014531A1
    申请号:PCT/JP1991/000357
    申请日:1991-03-13
    公开日:1991-10-03
    发明作者:Teruo Masuda
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] C N C レーザ加工機の姿勢制御方式 技 術 分 野
    [0003] 本発明は 3次元加工を行う C N C レーザ加工機のノズルの 姿勢を加工面に対して制御する C N C レーザ加工機の姿勢制 御方式に関し、 特につれ回りを補正するようにした C N C レ 一ザ加工機の姿勢制御方式に関する。 背 景 技 術
    [0004] レーザ発振器と数値制御装置 （C N C ) を結合した C N C レーザ加工機が広く使用されるようになってきた。 特に、 レ 一ザ加工機の高速加工と、 複雑な輪郭制御のできる数値制御 装置 （C N C ) の特徴を結合して、 複雑な形状の加工を非接 触で、 高速に加工することが可能になってきた。 特に、 従来 のパンチプレス、 ニブ リ ングマシン等では不可能であった 3 次元加工のできる C N C レーザ加工機が実用に供されるよう になってきた。
    [0005] C N C レーザ加工機で 3次元加工を行うには、 X、 Y、 Ζ 軸の制御以外に先端のノ ズルの姿勢制御を行う必要があり、 このための制御軸は《軸及び 軸と呼ばれる。 ノ ズルの姿勢 制御を行うためのノズルへッ ド機構には、 以下の 2通りの方 式が、ある。
    [0006] 第 1の方式は、 ゼロオフセ ッ ト型、 あるいは 1点指向型と 称されるものであり、 《軸は Z軸に対する回転軸、 軸は Z 軸に对して一定の傾斜を有する回転軸として構成されている。 第 2の方式は、 オフセッ ト型と称するものであり、 《軸は Z軸に対する回転軸とし、 軸は Z軸に垂直な軸の回転軸と して構成されている。
    [0007] ゼロオフセッ ト型は機構は複雑であるが、 X、 Υ、 Ζの位 置が変化してもノズルの先端の位置が変化しないので、 制御 が簡単であり、 制御面からは望ましい。 このようなゼロオフ セッ ト型の C N Cレーザ加工機の姿勢制御方式として、 本出 願人の出願による特開平 1一 1 6 2 5 9 2号がある。
    [0008] 一方、 オフセッ ト型は、 機械的な機構は簡単であるが、 制 御が複雑で、 高速加工には適していないと考えられてきた。 オフセッ ト型のノ ズルの姿勢を制御する方式として本出願人 による特開平 1 一 2 2 4 1 9号がある。
    [0009] しかし、 いずれの形式のノ ズルの機構も、 《軸が回転する と、 軸が回転する。 すなわち 軸がつれ回り してしまい、 このために i9軸のつれ回り補正が必要であった。 特に、 この ような補正は 軸の垂直軸と水平軸を結合するギアのギア比 が 1対 1 に限られていた。 このために、 ギアの寿命、 強度等 の問題があつた。 発 明 の 開 示
    [0010] 本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 つれ 回り補正が可能で、 ^軸の垂直軸と水平軸を結合するギアの ギア比を任意に決定できる C N Cレーザ加工機の姿勢制御方 式を提供することを目的とする。
    [0011] 本発明では上記課題を解決するために、
    [0012] 3次元加工を行う C N Cレーザ加工機のノ ズルの姿勢を加 工面に対して制御する C N C レーザ加工機の姿勢制御方式に おいて、 X軸、 Y軸、 Z軸、 《軸、 軸の補間を行う補間器 と、 前記 軸の垂直軸と水平軸を結合するギアの、 任意のギ ァ比に応じた、 《軸の回転による前記 軸のつれ回りを補正 するつれ回り補正手段と、 前記つれ回り補正手段の補正出力 を前記補間器の《軸出力に加算する加算器と、 を有すること を特徵とする C N C レーザ加工機の姿勢制御方式が、 提供さ れる。
    [0013] «軸、 軸、 X、 Υ、 Ζ軸の値を補間する補間器から 軸 と /3軸の補間出力が出力される。 つれ回り補正手段では、 《 軸の補間出力を読み取り、 軸の水平軸と垂直軸を接合する ギアのギア比に対応した、 つれ回り補正値を計算する。 この つれ回り補正値を加算器で、 軸の補間出力に加算する。 こ れによって、 /9軸の水平軸と垂直軸の任意のギア比に対して、 つれ回り補正が可能になる。 図 面 の 簡 単 な 説 明
    [0014] 第 1図は本発明の一実施例の C N C レーザ加工機を制御す る数値制御装置のプロッ ク図、
    [0015] 第 2図は本発明の一実施例であるオフセッ ト型のノズルへ ッ ド機構の部分構成図、
    [0016] 第 3図は本発明の一実施例のゼロオフセッ ト型のノズルへ ッ ド機構の部分構成図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
    [0017] 第 1図は本発明の一実施例の C N Cレーザ加工機を制御す る数値制御装置のプロ ック図である。 補間器 1 にはそれぞれ 加工すべき制御点の軌跡 （X、 Y、 Z ) と、 ノ ズルの姿勢 （ «、 β ) が指令される。 補間器 1 はこの指令を受け、 同時に 5軸の補間を行う。 本来、 X、 Υ、 Ζ軸は"軸と ^軸の移動 も加味して、 補間されるべきであるが、 そうするとべク ト ル 計算が必要であり演算時間が膨大になり、 実用的な速度でレ 一ザ加工を実行できない。 そこで、 補間器 1 0では 軸と 軸の移動を無視して、 X、 Υ、 Ζ軸の補間を行う。 従って、 X、 Υ、 Ζ軸の補間は通常の数値制御装置の補間と同じであ り、 高速に渲算することができる。
    [0018] つれ回り補正手段 2は《軸の補間手段 Ρ αから 軸のつれ 回り補正値を計算する。 その詳細については後述する。 つれ 回り補正手段 2にはつれ回り補正値を計算したときの余りを 記憶するレジスタ 3がある。 軸の補間出力 Ρ には加算器 4によってつれ回り補正値厶 が加算される。 それらの出力 は軸制御回路 5 a、 5 bに送られ、 サーボアンプ 5 a、 5 b によって増幅され、 サーボモータ 7 a、 7 bを駆動し、 o軸 及び 軸の制御を行う。
    [0019] —方、 ノ ズル位置補正手段 8は、 《軸と 軸の移動によつ て、 X、 Y、 Ζ軸に与えるべき補正値 Δ -Χ、 Δ Υ、 Δ Ζを計 算する。 この計算は同時に 5軸の補間を行う場合に比べ簡単 で高速に演算することができる。
    [0020] 加算器 9 a、 9 b、 9 cは、 X、 Y、 Ζ軸の補間出力 Ρ X、 Ρ Υ、 Ρ Ζに補正値 Δ Χ、 Δ Υ、 Δ Ζを加算して、 X、 Υ、 Ζ軸の移動量として、 サーボモータを制御する。 これによつ て、 "軸と 軸が回転してもノ ズルの位置が変化しないよう に制御される。
    [0021] 上記に述べた補間器 1、 つれ回り補正手段 1 1 、 ノ ズル位 置補正手段 8、 加算器 4等の制御は数値制御装置内のマイ ク 口プロセッサによって処理されるが、 特に、 処理を高速にす るために、 ノ ズル位置補正手段 8は専用のマイ クロプロセ ッ サによって処理するように構成することにより高速の 3次元 レーザ加工が可能になる。
    [0022] なお、 ノ ズル位置補正手段 8はオフセ ッ ト型のノ ズルへッ ド機構に必要な手段である。 ゼロオ フセ ッ ト型のノ ズルへッ ド機構では、 "軸と 軸の回転により、 ノ ズルの先端位置は 変化しないので、 不要である。
    [0023] 第 2図は本発明の一実施例であるオフセッ ト型のノズルへ ッ ド機構の部分構成図である。 図において、 サーボモータ 2 1 はな軸を駆動し、 サーボモータ 2 2は 軸を駆動する。 レ 一ザビーム 3は図示されていない反射ミ ラーによってノ ズル 2 9 aの先端まで導かれ、 ワークに照射される。
    [0024] "軸は Z軸に対する回転軸であり、 サーボモータ 2 1の回 転が、 ギア 2 4 a、 2 4 bによって、 アーム 2 5を回転させ ることによつて回転制御される。 サ一ボモータ 2 2が回転するとギア 2 6 a、 2 6 bによつ て垂直軸 2 7を回転させ、 傘歯ギア 2 8 a、 2 8 bによって 水平軸 2 9を回転させて 軸を制御する。 2 9 aは軸 2 9に 固定されたノズルである。 こ こで、 傘歯ギア 2 8 aと 2 8 b のギア比は a対 bである。
    [0025] 次に、 つれ回り補正の詳細について述べる。 α軸の回転に よって、 アーム 2 5が回転すると、 傘歯ギア 2 8 bは傘歯ギ ァ 2 8 aと嚙み合っているので、 /3軸は回転し、 ノ ズル 2 9 aの位置が変化する。 すなわち、 《軸の回転により、 軸が つれ回りする。 これを補正するために、 第 1図で示したつれ 回り補正手段 2により、 つれ回り補正量△ を i 軸の補間出 力 P ^に加えることにより、 軸を元の位置に保持する。
    [0026] いま、 "軸及び 3軸の 1回ごとの補間出力を△ P «、 Δ p β、 Dはつれ回り方向 （正回転を正符号とする） 、 R n_, を 前回の余り、 Rn を今回の余りとすると、 補正値 A は、
    [0027] (△ « · a - D + R ) Z b = {A β + R n / b ) すなわち、
    [0028] Δ /9 = (Δ α · a - D + R„-, ) Zb - (R„ Xb ) で求めることができる。 なお、 余り Rn を第 1図に示すレジ スタ 3に記憶し、 補間出力毎に計算すれば、 累積誤差は生じ ない。
    [0029] また、 上記の説明で明らかなように、 a、 bの比が 1対 1 でない場合、 あるいは整数でなくても補正値 Δ を求めるこ とができるので、 傘歯ギア 2 8 a、 2 8 bのギア比を任意に 選択できる。 また、 ノ ズル位置補正手段 8の補正値は以下の式で求める ことができる。
    [0030] Δ X = Δ X ( α ) - Δ Υ β ) s i n
    [0031] = R c o s «— L s i n or · s ι n β
    [0032] Δ Y = Δ Y ( a ) + Δ Y ( β ) c o s
    [0033] = R s i n a + L c o s a * s i n β
    [0034] Δ Z = Δ Z ( β ) = - L c o s β
    [0035] また、 特に三角関数等はコ · プロセ ッサ等を使用すればよ り高速に求めることができる。
    [0036] 第 3図は本発明の一実施例のゼロ · オ フセ ッ ト型のノ ズル へッ ド機構の部分構成図である。 図において、 サ一ボモータ 3 1 は《軸を駆動し、 サーボモータ 3 2は 軸を駆動する。 レーザビーム 3 3は図示されていない反射ミ ラーによってノ ズル 4 2の先端まで導かれ、 ワークに照射される。
    [0037] "軸は Ζ軸に対する回転軸である。 サーボモータ 3 1の回 転が、 ギア 3 4 a、 3 4 bによって、 アーム 3 5を回転させ ることによつての軸が回転制御される。
    [0038] サーボモータ 3 2の回耘がギア 3 6 a、 3 6 bによって垂 直軸 3 7を回転させ、 傘歯ギア 3 8 a、 3 8 bによって水平 軸 3 9を回転させ、 さらに傘歯ギア 4 0 a、 4 0 bによって- 軸 4 1が回転することによって 軸が制御される。
    [0039] しかし、 サーボモータ 3 1が回転して、 アーム 3 5が回転 すると、 水平軸 3 9 も 軸回りに回転して、 傘歯ギア 3 8 a と 3 8 bの関係が、 回転してしまい、 "軸の動きによって、 軸がつれ回りを起こす。 このときのつれ回りもオフセ ッ ト 型のノ ズルへッ ド機構の場合と同様につれ回り補正手段 2に よつて補正を行うことができる。 すなわち、 傘歯ギア 3 8 a と 3 8 bのギア比を a対 bとして、 先に説明した式から△ β を求めて、 軸の補間出力 P 9に加えればよい。 勿論、 この a ¾ bの比は整数である必要はない。
    [0040] 以上説明したように、 オフセッ ト型、 ゼロオフセッ ト型の いずれのノ ズルへッ ド機構においても、 《軸によるつれ回り を、 軸の水平軸と垂直軸を結合するギアのギア比に関係な く補正することができる。
    [0041] 以上説明したように本発明では、 つれ回り補正手段を設け て、 3軸の垂直軸と永平軸を結合するギアのギア比に無関係 に、 軸によるつれ回りを補正するようにしたので、 ノ ズル へッ ド機構のギア比を自由に選択することができる。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . 3次元加工を行う C N C レーザ加工機のノ ズルの姿勢 を加工面に対して制御する C N C レーザ加工機の姿勢制御方 式において、
    X軸、 Y軸、 Z軸、 《軸、 軸の補間を行う補間器と、 前記 軸の垂直軸と水平軸を結合するギアの、 任意のギア 比に応じた、 "軸の回耘による前記 軸のつれ回りを補正す るつれ回り補正手段と、
    前記つれ回り補正手段の補正出力を前記補間器の《軸出力 に加算する加算器と、
    を有することを特徵とする C N C レーザ加工機の姿勢制御
    2 . 前記つれ回り補正手段は、 つれ回り補正値を計算時に 生じるあまり量を記憶するレジスタを備えたことを特徵とす る請求項 1記載の C N C レーザ加工機の姿勢制御方式。
    3 . ノ ズルヘッ ド機構がオフセ ッ ト型であることを特徴と する請求項 1記載の C N C レーザ加工機の姿勢制御方式。
    4 . 前記 軸及び前記 軸の回転に応じたノズル先端位置 の変化量を補正して、 前記ノ ズルの先端位置を保持するため のノズル位置補正手段を備えたことを特徵とする請求項 3記 載の C N C レーザ加工機の姿勢制御方式。
    5 . ノ ズルヘッ ド機構がゼロオフセ ッ ト型であることを特 徵とする請求項 1記載の C N C レーザ加工機の姿勢制御方式。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0480046A4|1994-02-23|
    US5216222A|1993-06-01|
    EP0480046A1|1992-04-15|
    JPH03281083A|1991-12-11|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1991-10-03| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1991-10-03| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB IT |
    1991-11-04| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1991906284 Country of ref document: EP |
    1992-04-15| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1991906284 Country of ref document: EP |
    1996-05-25| WWR| Wipo information: refused in national office|Ref document number: 1991906284 Country of ref document: EP |
    1996-08-20| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1991906284 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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