时间差设定装置以及数值控制装置的制作方法

1.本发明涉及时间差设定装置以及数值控制装置。
2.背景技術
3.在激光加工机中，研究了抑制从控制装置输出并指定驱动轴的位置、激光的输出等的指令值反映到实际的输出等之前的延迟所导致的加工精度的降低。作为具体例，提出了如下技术：在加工程序的执行中的程序块中的移动的剩余时间达到根据驱动轴、激光振荡器等的延迟时间决定的切换时间时，从实效中的程序块的激光指令切换为下一个程序块的激光指令(例如参照专利文献1)。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2016-155169号公报


技术实现要素：

7.发明所要解决的课题
8.驱动轴和激光振荡器的延迟并非始终固定，能够根据加工的种类等而变化。因此，为了进一步提高加工精度，期望根据加工程序来调整激光的切换时间。然而，针对每个加工程序假定时间常数来修正切换时间的设定值是极其繁杂的。因此，期望能够适当地设定激光输出变更的定时的技术。
9.用于解决课题的手段
10.本公开的一个方式的时间差设定装置设定具备激光振荡器、激光头、驱动机构和根据加工程序来生成针对所述激光振荡器的激光指令和针对所述驱动机构的定位指令的数值控制装置的激光加工系统中的所述激光指令相对于所述定位指令的输出定时的时间差即指令时间差，其中，所述激光振荡器产生激光，所述激光头射出所述激光，所述驱动机构其对所述激光头与工件的相对位置进行定位，所述时间差设定装置具备：速度变化取得部，其取得所述驱动机构相对于基于所述加工程序的所述定位指令的速度变化；机构延迟时间计算部，其基于所述速度变化取得部取得的所述驱动机构的所述速度变化，计算机构延迟时间，该机构延迟时间是所述驱动机构的定位相对于所述定位指令的延迟时间；激光输出计算部，其使用模拟所述激光振荡器的动作的振荡器模型来计算所述激光振荡器相对于基于所述加工程序的所述激光指令的输出变化；激光延迟时间计算部，其根据所述激光输出计算部计算出的所述激光振荡器的输出变化，计算所述激光振荡器的输出相对于所述激光指令的延迟时间即激光延迟时间；以及指令时间差设定部，其针对在所述加工程序中指定所述激光的射出的区间，基于所述机构延迟时间计算部计算出的所述机构延迟时间以及所述激光延迟时间计算部计算出的所述激光延迟时间，设定所述指令时间差。
11.本公开的另一方式的数值控制装置，在具备产生激光的激光振荡器、射出所述激光的激光头以及对所述激光头与工件的相对位置进行定位的驱动机构的激光加工系统中，根据加工程序来生成针对所述激光振荡器的激光指令以及针对所述驱动机构的定位指令，
其中，所述数值控制装置具备：速度变化取得部，其取得所述驱动机构相对于基于所述加工程序的所述定位指令的速度变化；机构延迟时间计算部，其基于所述速度变化取得部取得的所述驱动机构的所述速度变化，计算机构延迟时间，该机构延迟时间是所述驱动机构的定位相对于所述定位指令的延迟时间；激光输出计算部，其使用模拟所述激光振荡器的动作的振荡器模型来计算所述激光振荡器相对于基于所述加工程序的所述激光指令的输出变化；激光延迟时间计算部，其根据所述激光输出计算部计算出的所述激光振荡器的输出变化，计算所述激光振荡器的输出相对于所述激光指令的延迟时间即激光延迟时间；以及指令时间差设定部，其针对在所述加工程序中指定所述激光的射出的区间，基于所述机构延迟时间计算部计算出的所述机构延迟时间以及所述激光延迟时间计算部计算出的所述激光延迟时间，设定所述指令时间差，该指令时间差是所述激光指令相对于所述定位指令的输出定时的时间差。
12.发明效果
13.根据本公开，能够提供能够适当地设定切换激光输出的定时的时间差设定装置以及数值控制装置。
附图说明
14.图1是表示具备本公开的一个实施方式的数值控制装置的激光加工系统的结构的框图。
15.图2是表示具备本公开的一个实施方式的时间差设定装置的激光加工系统的结构的框图。
具体实施方式
16.以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。图1是表示具备本公开的一个实施方式的数值控制装置100的激光加工系统1的结构的框图。
17.本实施方式的激光加工系统1具备：激光振荡器10，其产生激光；激光头20，其射出激光；驱动机构30，其对激光头20与工件w的相对位置进行定位；以及数值控制装置100，其基于加工程序来控制激光振荡器10和驱动机构30。激光加工系统1是通过向工件w照射激光来实施加工的系统。
18.激光振荡器10产生与从数值控制装置100输入的激光指令对应的输出的激光。作为激光振荡器10，例如能够使用yag激光振荡器、二氧化碳激光振荡器、准分子激光振荡器等。
19.激光头20将激光振荡器10产生的激光以向工件w照射的方式射出。激光头20具有使激光在工件w上聚焦的光学系统。
20.驱动机构30根据从数值控制装置100输入的定位指令使激光头20和工件w中的至少一方移动。作为驱动机构30，例如能够使用正交坐标型机器人、垂直多关节型机器人、scara型机器人、并联连杆型机器人等具有多个驱动轴的定位机构，也可以使用仅具有单一的驱动轴的致动器。另外，驱动机构30能够构成为检测驱动轴的位置并向数值控制装置100输入反馈信号。
21.数值控制装置100根据加工程序生成针对激光振荡器10的激光指令以及针对驱动
机构30的定位指令。另外，数值控制装置100考虑激光振荡器10和驱动机构30的响应性来设定激光指令的输出定时与定位指令的输出定时的时间差即指令时间差。数值控制装置100例如能够通过使具有存储器、cpu、输入输出接口等的计算机装置执行适当的控制程序来实现。
22.数值控制装置100具有主存储部101、程序解析部102、插补部103、激光指令生成部104、激光指令切换部105、激光输出计算部106、激光延迟时间计算部107、定位指令生成部108、定位指令切换部109、速度变化取得部110、机构延迟时间计算部111以及指令时间差设定部112。此外，这些构成要素是对数值控制装置100的功能进行分类而得到的，也可以不是在物理结构和程序结构中能够明确区分的结构。
23.主存储部101存储加工程序以及指令时间差的设定值。另外，主存储部101还可以存储用于确定激光振荡器10和驱动机构30的规格的参数或代码、以及决定数值控制装置100的其它构成要素的处理方法的设定值等。
24.加工程序例如用g代码等语言记述。具体地说，加工程序能够包括用于确定激光头20应该通过的指定坐标、移动速度以及移动路径的曲率、激光振荡器10的输出等的多个命令语句。
25.程序解析部102解析加工程序，变换为在数值控制装置100的其他构成要素中能够处理的数据形式。
26.插补部103按照加工程序来计算每个时刻的各种控制目标值。作为具体例，作为插补部103计算的控制目标值，包括驱动机构30的各驱动轴的位置或速度、每个时刻的激光振荡器10的输出等。该插补部103的结构与以往的激光加工系统的数值控制装置中的结构相同。
27.插补部103也可以进行对由加工程序指定的动作施加修正的加减速处理，使得不对驱动机构30要求超过限度的负荷，即，将各驱动轴的加速度抑制在上限值以下。关于这样的插补，也能够设为与以往相同。
28.激光指令生成部104基于插补部103所插补的目标值来生成对激光振荡器10指示的信号即激光指令信号。关于激光指令信号的生成方法，与以往的激光加工系统的数值控制装置中的方法相同。通常，激光指令的值按照加工程序呈阶梯状地变化。另外，激光指令生成部104构成为能够使其输出的基准时间相对于定位指令的输出的基准时间延迟主存储部101所存储的指令时间差。
29.激光指令切换部105选择将激光指令生成部104生成的激光指令信号输入到激光振荡器10还是输入到激光输出计算部106。
30.激光输出计算部106使用模拟激光振荡器10的动作的振荡器模型来计算激光振荡器相对于基于加工程序的激光指令的输出变化。作为例子，振荡器模型可以设为激光输出的变化开始相对于激光指令信号延迟，并且激光输出的上升沿和下降沿的斜率被限制。
31.激光延迟时间计算部107根据激光输出计算部106计算出的激光振荡器10的输出变化，计算激光振荡器10的输出相对于激光指令的延迟时间即激光延迟时间。激光延迟时间被计算为从激光指令的值阶梯变化的瞬间到激光输出计算部106计算出的输出的值成为与激光指令的变化后的值实质上相等的值为止的时间。此外，“实质上相等”可以判断为两者之差为考虑到模拟包含误差且仅以固定的时间间隔算出值而预先设定的阈值以下的状
态。
32.在加工程序中，能够多次变更激光的输出。因此，激光延迟时间计算部107也可以将激光延迟时间计算为加工程序整体的平均值或者根据其内容划分的作业范围中的平均值。
33.定位指令生成部108基于插补部103插补的目标值，生成作为对驱动机构30指示的信号的定位指令信号。定位指令信号能够与驱动机构30的多个驱动轴分别对应地生成多个。关于定位指令的生成方法，与以往的激光加工系统的数值控制装置中的方法相同。
34.定位指令切换部109选择将定位指令生成部108生成的定位指令信号输入到驱动机构30还是输入到速度变化取得部110。即，定位指令切换部109选择是进行实际加工工件w的处理，还是在加工工件w之前进行设定最适合预定的激光加工的指令时间差的处理。
35.速度变化取得部110取得驱动机构30相对于基于加工程序的定位指令的速度变化。作为取得驱动机构30的速度变化的方法，有使用模拟驱动机构30的动作的机构模型来计算驱动机构30相对于定位指令的速度变化的方法、不进行激光的照射而实际使驱动机构30动作并通过驱动机构30的反馈信号得到速度变化的方法。本实施方式的速度变化取得部110构成为能够通过使用了机构模型的模拟来计算驱动机构30的速度变化，也能够根据驱动机构30的反馈信号来确认驱动机构30的速度变化。
36.速度变化取得部110的机构模型可以是基于公知技术再现驱动机构30的机械性游隙、部件的挠曲等的模型。通过使用机构模型来计算驱动机构30的速度变化，不会由于不适当的动作而损伤激光头20、驱动机构30或工件w，能够使激光加工最佳化。另外，机构模型也能够用于基于公知技术来校正驱动机构30的动作。
37.机构延迟时间计算部111基于速度变化取得部110取得的驱动机构30的速度变化，计算相对于驱动机构30的定位指令的延迟时间即机构延迟时间。将机构延迟时间计算为从定位指令的输出到驱动机构30的速度与按照定位指令的速度实质上相等为止的时间。
38.机构延迟时间计算部111也可以针对按照定位指令的速度发生变化的范围内的所有时刻的定位指令，求出直至驱动机构30的速度变得相等为止的时间，并将它们作为平均后的值而算出。另外，机构延迟时间计算部111也可以仅针对按照定位指令的速度为固定的瞬间计算机构延迟时间。通常，激光加工在将驱动机构30的速度保持为固定的状态下进行。因此，如果针对按照定位指令的速度为固定的瞬间计算机构延迟时间，则能够容易且准确地优化加工整体。
39.指令时间差设定部112针对在加工程序中指定激光射出的区间，基于机构延迟时间计算部111计算出的机构延迟时间t1以及激光延迟时间计算部107计算出的激光延迟时间t2，设定激光指令的基准时间与定位指令的基准时间的时间差即指令时间差td。具体而言，通过将指令时间差td设定为从机构延迟时间t1减去激光延迟时间t2而得到的值(t1﹣t2)，能够通过加工程序向忠实的位置照射激光。
40.如以上那样，数值控制装置100根据机构延迟时间计算部111计算出的机构延迟时间t1、以及通过在激光输出计算部106中使用振荡器模型来模拟激光振荡器10的输出变化而在激光延迟时间计算部107中准确地计算出的激光延迟时间t2，在指令时间差设定部112中以能够准确地再现加工程序的方式设定指令时间差td，因此操作者能够在不意识到加工种类的差异等的情况下进行理想的激光加工。作为例子，在进行将工件w切割成规定形状的
轮廓切断的情况下，有时使激光头20停止在切断的终点，但通过设定考虑了表示激光头20到达终点的延迟的机构延迟时间t1和表示激光的输出停止的延迟的激光延迟时间t2的指令时间差td，能够防止工件w的切割残留。
41.接着，对本发明的时间差设定装置进行说明。图2是表示具备本公开的一个实施方式的时间差设定装置200的激光加工系统1a的结构的框图。此外，在以后的说明中，有时对与之前说明的实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。
42.本实施方式的激光加工系统1a具备：激光振荡器10，其产生激光；激光头20，其射出激光；驱动机构30，其对激光头20与工件w的相对位置进行定位；数值控制装置100a，其基于加工程序来控制激光振荡器10和驱动机构30；以及时间差设定装置200，其设定指令时间差。
43.数值控制装置100a具备：主存储部101，其存储加工程序等；控制部121，其基于主存储部101所存储的加工程序等来生成针对激光振荡器10的激光指令以及针对驱动机构30的定位指令；以及第一传送部122，其与时间差设定装置200之间收发信息。
44.图2的激光加工系统1a的数值控制装置100a也与图1的激光加工系统1的数值控制装置100同样地，能够通过使计算机装置执行适当的控制程序来实现。
45.控制部121的结构能够与以往的激光加工系统的数值控制装置中的相同。作为例子，控制部121构成为具有图1的数值控制装置100的程序解析部102、插补部103、激光指令生成部104以及定位指令生成部108。
46.第一传送部122将主存储部101存储的信息发送到时间差设定装置200，并且将从时间差设定装置200发送的信息存储到主存储部101。
47.时间差设定装置200设定数值控制装置100a中的激光指令与定位指令的指令时间差。时间差设定装置200例如能够通过使具有存储器、cpu、输入输出接口等的计算机装置执行适当的控制程序来实现。作为具体例，时间差设定装置200能够作为监视多个激光加工系统的状态的管理者用计算机的一个功能来实现。这样，通过设置与数值控制装置100a独立的时间差设定装置200，能够比较容易地将已有设备改变为能够进行更准确的激光加工的激光加工系统1a。
48.时间差设定装置200具有副存储部201、第二传送部202、程序解析部102、插补部103、激光指令生成部104、激光输出计算部106、激光延迟时间计算部107、定位指令生成部108、速度变化取得部110、机构延迟时间计算部111以及指令时间差设定部112。这些图2的激光加工系统1a的时间差设定装置200的程序解析部102、插补部103、激光指令生成部104、激光输出计算部106、激光延迟时间计算部107、定位指令生成部108、速度变化取得部110、机构延迟时间计算部111以及指令时间差设定部112为与图1的激光加工系统1的主存储部101、程序解析部102、插补部103、激光指令生成部104、激光输出计算部106、激光延迟时间计算部107、定位指令生成部108、速度变化取得部110、机构延迟时间计算部111以及指令时间差设定部112相同的结构。
49.副存储部201存储从数值控制装置100a接收到的加工程序和指令时间差设定部112计算出的指令时间差。
50.第二传送部202将从数值控制装置100a发送的信息存储在副存储部201中，并且将存储在副存储部201中的指令时间差发送到数值控制装置100a。
51.图2的激光加工系统1a将图1的激光加工系统1中的用于设定指令时间差的构成要素设置为独立的装置，为了装置的分割而附加了第一传送部122、副存储部201以及第二传送部202。因此，在图2的激光加工系统1a中，也能够通过以能够准确地再现加工程序的方式设定指令时间差来进行理想的激光加工。
52.以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述的实施方式。另外，上述的实施方式所记载的效果只不过列举了由本发明产生的最优选的效果，本发明的效果并不限定于上述的实施方式所记载的效果。
53.符号说明
54.1、1a激光加工系统
55.10激光振荡器
56.20激光头
57.30驱动机构
58.100、100a数值控制装置
59.101主存储部
60.102程序解析部
61.103插补部
62.104激光指令生成部
63.105激光指令切换部
64.106激光输出计算部
65.107激光延迟时间计算部
66.108定位指令生成部
67.109定位指令切换部
68.110速度变化取得部
69.111机构延迟时间计算部
70.112指令时间差设定部
71.121控制部
72.122第一传送部
73.200时间差设定装置
74.201副存储部
75.202第二传送部。

技术特征：
1.一种时间差设定装置，其设定具备激光振荡器、激光头、驱动机构和根据加工程序来生成针对所述激光振荡器的激光指令和针对所述驱动机构的定位指令的数值控制装置的激光加工系统中的、所述激光指令相对于所述定位指令的输出定时的时间差即指令时间差，所述激光振荡器产生激光，所述激光头射出所述激光，所述驱动机构对所述激光头与工件的相对位置进行定位，其特征在于，所述时间差设定装置具备：速度变化取得部，其取得所述驱动机构相对于基于所述加工程序的所述定位指令的速度变化；机构延迟时间计算部，其基于所述速度变化取得部取得的所述驱动机构的所述速度变化，计算机构延迟时间，该机构延迟时间是所述驱动机构的定位相对于所述定位指令的延迟时间；激光输出计算部，其使用模拟所述激光振荡器的动作的振荡器模型来计算所述激光振荡器相对于基于所述加工程序的所述激光指令的输出变化；激光延迟时间计算部，其根据所述激光输出计算部计算出的所述激光振荡器的输出变化，计算激光延迟时间，该激光延迟时间是所述激光振荡器的输出相对于所述激光指令的延迟时间；以及指令时间差设定部，其针对在所述加工程序中指定所述激光的射出的区间，基于所述机构延迟时间计算部计算出的所述机构延迟时间以及所述激光延迟时间计算部计算出的所述激光延迟时间，设定所述指令时间差。2.根据权利要求1所述的时间差设定装置，其特征在于，所述速度变化取得部使用模拟所述驱动机构的动作的机构模型来计算所述驱动机构相对于所述定位指令的速度变化。3.根据权利要求1或2所述的时间差设定装置，其特征在于，所述机构延迟时间计算部仅针对按照所述定位指令的速度成为固定的瞬间，计算所述机构延迟时间。4.一种数值控制装置，其在具备产生激光的激光振荡器、射出所述激光的激光头以及对所述激光头与工件的相对位置进行定位的驱动机构的激光加工系统中，根据加工程序来生成针对所述激光振荡器的激光指令以及针对所述驱动机构的定位指令，其特征在于，所述数值控制装置具备：速度变化取得部，其取得所述驱动机构相对于基于所述加工程序的所述定位指令的速度变化；机构延迟时间计算部，其基于所述速度变化取得部取得的所述驱动机构的所述速度变化，计算机构延迟时间，该机构延迟时间是所述驱动机构的定位相对于所述定位指令的延迟时间；激光输出计算部，其使用模拟所述激光振荡器的动作的振荡器模型来计算所述激光振荡器相对于基于所述加工程序的所述激光指令的输出变化；激光延迟时间计算部，其根据所述激光输出计算部计算出的所述激光振荡器的输出变化，计算激光延迟时间，该激光延迟时间是所述激光振荡器的输出相对于所述激光指令的延迟时间；以及指令时间差设定部，其针对在所述加工程序中指定所述激光的射出的区间，基于所述
机构延迟时间计算部计算出的所述机构延迟时间以及所述激光延迟时间计算部计算出的所述激光延迟时间，设定所述指令时间差，该指令时间差是所述激光指令相对于所述定位指令的输出定时的时间差。

技术总结
能够适当地设定激光输出变更的定时的时间差设定装置设定指令时间差，该指令时间差是激光指令相对于定位指令的输出定时的时间差，该时间差设定装置具备：速度变化取得部，其取得驱动机构相对于基于加工程序的定位指令的速度变化；机构延迟时间计算部，其计算驱动机构的定位相对于定位指令的延迟时间即机构延迟时间；激光输出计算部，其使用模拟激光振荡器的动作的振荡器模型来计算激光振荡器相对于基于加工程序的激光指令的输出变化；激光延迟时间计算部，其计算激光振荡器的输出相对于激光指令的延迟时间即激光延迟时间；以及指令时间差设定部，其针对在加工程序中指定激光的射出的区间，基于机构延迟时间和激光延迟时间来设定指令时间差。来设定指令时间差。来设定指令时间差。


技术研发人员：西村龙太朗
受保护的技术使用者：发那科株式会社
技术研发日：2021.04.20
技术公布日：2023/10/5