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具備間隙控制軸的防下落功能的控制裝置的制作方法

文檔序號:12769891閱讀:336來源:國知局
具備間隙控制軸的防下落功能的控制裝置的制作方法

本發明涉及控制裝置,尤其涉及在激光加工機的控制中進行使加工頭與工件之前的間隙量保持為恒定的間隙控制的控制裝置。



背景技術:

在激光加工機中,需要將加工頭與工件的位置關系保持在預定的范圍內。因此,在這些機床一直使用間隙控制的技術,即,控制加工頭與工件間的距離(間隙量)而使加工頭與工件間的距離保持恒定。

如圖12所示,在間隙控制中,在加工頭通過不存在工件的部位的情況下,在該部位,檢測為加工頭處于以位于工件的更下方的面為基準的高度,因此存在以下情況,即,基于該檢測到的高度進行間隙控制并且加工頭下落,從而加工頭與工件端碰撞而損壞。為了防止這種加工頭的下落,提出了以下技術,即,如圖13所示,檢測加工頭3的高度,且以加工頭3的高度維持在預定的范圍內的方式進行控制來加工工件5(例如,參照日本特開平07-112348號公報,以下將該技術稱為現有技術)。

但是,為了如圖14所示地傾斜加工工件5,認為,即使應用上述現有技術來防止加工頭的下落,也因為在該現有技術中作為加工頭3的可動范圍所設定的區域不變化,而在所設定的加工頭3的可動范圍的下限L處于工件5的表面的下方的區域(圖14中的左側的區域)中,產生加工頭3在不存在工件5的部位下落的可能性,另一方面,在所設定的加工頭3的可動范圍的下限L處于工件5的表面的上方的區域(圖14中的右側的區域),加工頭3對工件5不能充分地進行仿形而產生加工缺陷。

另外,在對作為工件的管進行加工的情況下,如圖15所示,當使工件6旋轉時,具有梁的工件6的表面的高度變化。因此,可以認為,為了加工該工件6,即使欲應用上述現有技術來防止加工頭3的下落,也因為加工頭3的可動范圍的下限L不能變化而與圖14的情況同樣地,存在加工頭3下落的可能性、加工頭3對工件不能充分地進行仿形而產生加工缺陷。



技術實現要素:

因此,本發明的目的為提供一種進行間隙控制的控制裝置,即使在工件具有傾度的情況下,也不發生加工頭的下落、仿形不足。

在本發明的控制裝置中,將作為加工頭的可動范圍而設定的區域與所設置的工件的傾度一致地傾斜而進行間隙控制。另外,提出了設定的加工頭的可動范圍的新的設定方法,擴大間隙控制軸的防下落功能的應用范圍。

本發明的控制裝置是對進行工件的切割加工的機械進行控制的控制裝置,其進行間隙控制,以使上述機械具備的加工頭的前端與上述工件的間隔保持為恒定,并且上述加工頭的前端的Z軸方向的位置不低于預先設定的下限位置。

該控制裝置的第一方案具備:檢測上述工件的狀態的工件狀態檢測部;以及下限位置限制部,其在上述加工頭的前端的Z軸方向的位置低于根據上述工件的狀態和上述下限位置而計算出的實質的下限位置的情況下,以不低于上述實質的下限位置的方式修正上述加工頭的前端的Z軸方向的位置。

上述工件的狀態是與上述工件的傾度相關的信息,上述下限位置限制部也可以構成為,根據與上述工件的傾度相關的信息來變換上述下限位置,從而計算出上述實質的下限位置。

上述控制裝置的第二方案具備:檢測上述工件的狀態的工件狀態檢測部;以及下限位置限制部,其在根據上述工件的狀態而變換的相對于上述工件的實質的上述加工頭的前端的位置的坐標值低于上述下限位置的情況下,以相對于上述工件的上述實質的上述加工頭的前端的位置的坐標值不低于上述下限位置的方式修正上述加工頭的前端的Z軸方向的位置。

根據本發明,即使在所設置的工件傾斜的情況下,也因為能夠將加工頭的可動范圍與工件的傾度一致地傾斜,所以,不會出現加工頭下落、不會產生成為加工缺陷的區域,而且能夠使用間隙控制的防加工頭下落功能。另外,在管加工中,也能夠使用間隙控制的防加工頭下落功能。

附圖說明

本發明的上述的及其它的目的及特征根據參照附圖對以下的實施例的說明將變得明了。這些圖中:

圖1A及圖1B是說明本發明的控制裝置執行的、加工頭的可動范圍區域的下限的設定的圖。

圖2是說明將加工頭的可動范圍區域的下限傾斜的計算方法的圖。

圖3是對加工頭的前端點的坐標值的變換方法進行說明的圖。

圖4是對使用了本發明的控制裝置的平板加工中的加工頭的控制效果進行說明的圖。

圖5是說明工件是方管的情況下的加工頭的可動范圍區域的定義的圖。

圖6是表示將工件是方管的情況下的作為加工頭的可動范圍而設定的區域的下限傾斜的計算方法的圖。

圖7是說明工件是圓管的情況下的加工頭的可動范圍區域的定義的圖。

圖8是對使用了本發明的控制裝置的管加工中的加工頭的控制效果進行說明的圖。

圖9是本發明的一個實施方式的控制裝置的概略框圖。

圖10是表示利用圖9的控制裝置控制機械來加工平板工件時的動作的流程圖。

圖11是表示利用圖9的控制裝置控制機械來加工作為管的工件時的動作的流程圖。

圖12是說明間隙控制中的問題的圖。

圖13是說明現有技術中的控制裝置具備的防加工頭下落功能的圖。

圖14是對現有技術中的防下落功能的第一課題進行說明的圖。

圖15是對現有技術中的防下落功能的第二課題進行說明的圖。

具體實施方式

首先,使用圖1A及圖1B,對本發明的控制裝置執行的、加工頭的可動范圍區域的下限的設定進行說明。

本發明的控制裝置(未圖示)為了維持加工頭(未圖示)的高度而設定加工頭的可動范圍區域的下限L。圖1A表示在工件5不存在傾度的情況下的加工頭(未圖示)的可動范圍區域的下限L。

控制裝置在開始使用間隙控制的加工前檢測到工件5具有傾度的情況下,如圖1B所示,將作為與該工件5的傾度一致的加工頭的可動范圍而設定的區域(加工頭的可動范圍區域的下限L’)傾斜。工件5的傾度能夠例如在加工前測量工件上的任意的三個點(A、B、C)的坐標值,并基于所測量的三個點的坐標值來計算工件的傾度。

圖2是說明將作為加工頭的可動范圍而設定的區域的下限傾斜的計算方法的圖。

如圖2所示,在加工頭的可動范圍區域的下限L處于水平的平面Z上時,將該平面Z的Z軸高度設為z。而且,在加工頭的可動范圍區域的下限L傾斜時,將該傾斜的平面L’作為平面ABC而測量該平面上的三個點A、B、C,若用繞工件坐標系的X軸、Y軸、Z軸的旋轉角度(α、β、γ)表達相對于平面Z的傾度,則將平面Z變換成平面ABC的旋轉矩陣P能夠通過下式表示。

然后,如圖3所示,本發明的控制裝置在進行加工頭3的間隙控制時,通過旋轉矩陣P的逆矩陣P-1,來變換加工中的加工頭3的前端的坐標值(x1,y1,z1)而計算坐標值(x1’,y1’,z1’)。進而,將該計算出的Z軸坐標值z1’控制為不低于作為下限而設定的高度z。此外,也可以求出通過旋轉矩陣P而將表示加工頭的可動范圍區域L的下限的水平的平面Z變換成的平面Z’,將加工中的加工頭的前端的坐標值(x1,y1,z1)控制為不低于平面Z’。

如上所述地進行加工頭3的間隙控制,從而即使在所設置的工件5傾斜的情況下,也能夠如圖4所示地將加工頭3的可動范圍區域(加工頭的可動范圍區域的下限L’)與工件的傾度一致地傾斜,因此不會出現加工頭3下落、不會產生成為加工缺陷的區域,而且能夠使用防下落功能。

另外,在本發明的控制裝置中,在工件是方管、圓管的情況下,以管的旋轉角度為0°的情況為基準來定義加工頭的可動范圍區域。

圖5是說明工件是方管的情況下的加工頭的可動范圍區域的定義的圖。

在工件6是方管的情況下,使用相距該工件6的旋轉中心O的距離(<1>、<3>、<2>、<4>)來定義從X-Z平面觀察的情況下的該工件6的四個點A、B、C、D。然后,使該定義的四個點A、B、C、D與工件6的旋轉角度α一致地旋轉而求出四個點A’、B’、C’、D’。

圖6是表示將圖5的工件6的、作為加工頭的可動范圍而設定的區域的下限L傾斜的計算方法的圖。

控制裝置以滿足下式的方式控制加工頭的Z軸坐標值。

(1)α=0°的情況下,

Z≥直線B’A’(xb’≤X≤xa’)

(2)0°<α<90°的情況下,

Z≥直線B’A’(xb’≤X≤xa’)

Z≥直線A’D’(xa’≤X≤xd’)

(3)α=90°的情況下,

Z≥直線A’D’(xa’≤X≤xd’)

(4)90°<α<180°的情況下,

Z≥直線A’D’(xa’≤X≤xd’)

Z≥直線D’C’(xd’≤X≤xc’)

(5)α=180°的情況下,

Z≥直線D’C’(xd’≤X≤xc’)

(6)180°<α<270°的情況下,

Z≥直線D’C’(xd’≤X≤xc’)

Z≥直線C’B’(xc’≤X≤xb’)

(7)α=270°的情況下,

Z≥直線C’B’(xc’≤X≤xb’)

(8)270°<α<360°的情況下,

Z≥直線C’B’(xc’≤X≤xb’)

Z≥直線B’A’(xb’≤X≤xa’)

圖7是說明工件是圓管的情況下的加工頭的可動范圍區域的定義的圖。

在工件7是圓管的情況下,計算加工頭前端的坐標E(xe,ze)與旋轉中心O(x1、z1)的距離。然后,控制裝置通過以滿足下式(2)的方式控制加工頭的Z軸坐標值來維持加工頭。

在上式(2)中,如圖7所示,<5>是從工件7(圓管)的旋轉中心O到加工頭的可動范圍區域的下限L的距離。

通過如上所述地進行加工頭3的間隙控制,如圖8所示,即使在管加工中,也不會出現加工頭3下落、不會產生成為加工缺陷的區域,而且能夠利用本發明的控制裝置具有的防加工頭下落功能。

圖9是進行上述的間隙控制的本發明的一個實施方式的控制裝置的概略框圖。

控制裝置1具備:控制部10,其解析加工指令20而生成對成為控制對象的各軸的馬達的移動指令數據;間隙控制部11,其基于從檢測加工頭3與工件5之間的間隙量的傳感器4反饋的信號,以使加工頭3與工件5之間的距離保持為恒定的方式修正根據移動指令數據的Z軸方向的移動量;以及馬達控制部12,其控制對加工頭3的Z軸方向的位置進行控制的Z軸馬達2。此外,在圖9中,省略了控制X軸方向、Y軸方向等各軸方向上的加工頭3與工件5的相對位置的各軸用馬達、控制該馬達的各軸用馬達控制部等控制裝置通常具備的結構。

圖9所示的控制裝置1還具備:工件狀態檢測部13,其基于由傳感器檢測到的信息、來自上述的Z軸以外的各軸用馬達控制部的各軸的坐標值等信息而檢測工件5的狀態;以及下限位置限制部14,其基于該工件狀態檢測部13檢測到的工件5的狀態,而利用上述的計算方法求出加工頭的可動范圍區域的下限L,并基于該下限L而限制間隙控制部11所修正的移動指令數據中的Z軸方向的移動量。然后,基于被該下限位置限制部14限制了Z軸方向的移動量的移動指令數據,馬達控制部12控制Z軸馬達2。

通過工件狀態檢測部13檢測的工件的狀態是指:在該工件是平板的情況下,為如上所述地通過接觸式傳感器、距離傳感器(未圖示)等從工件5的表面檢測三個點(圖1B的A、B、C)的坐標值,并基于該檢測到的坐標值而計算出的工件5的傾度;另外,在該工件是方管的情況下,為通過傳感器等檢測到的工件6的折點的坐標值和從各軸的馬達控制部得到的工件6的旋轉角度。

圖10是表示利用圖9的控制裝置1控制機械(加工頭3)來加工平板工件5時的動作的流程圖。

[步驟SA01]下限位置限制部14基于工件狀態檢測部13檢測到的工件5的傾度來計算變換矩陣P。

[步驟SA02]控制部10判斷是否正在執行工件5的加工。在加工正在執行的情況下將處理轉移到步驟SA03,在加工未執行的情況下結束本處理。

[步驟SA03]控制部10解析加工指令20并生成各軸的移動指令數據而輸出。

[步驟SA04]間隙控制部11判斷間隙控制是否接通。在間隙控制接通的情況下,進行基于間隙控制的Z軸方向的移動量的修正且將處理轉移到步驟SA05,在間隙控制斷開的情況下,將移動指令數據直接輸出到馬達控制部12,并將處理轉移到步驟SA02。

[步驟SA05]下限位置限制部14從移動指令數據獲取加工頭3的前端點的坐標值,且通過在步驟SA01計算出的矩陣P對所獲取到的加工頭3的前端點的坐標值進行逆變換(通過逆矩陣進行變換)。

[步驟SA06]下限位置限制部14基于在步驟SA05逆變換得到的坐標值的Z軸坐標值,判斷加工頭3的前端點是否達到加工頭3的可動范圍區域的下限L。在達到下限L的情況下,將處理轉移到步驟SA07,在未達到下限L的情況下,將處理轉移到步驟SA08。

[步驟SA07]下限位置限制部14對由間隙控制部11修正了的Z軸方向的移動量加以限制,以避免加工頭的前端點達到加工頭3的可動范圍區域的下限L,且將處理轉移到步驟SA02。

[步驟SA08]下限位置限制部14解除對由間隙控制部11修正了的Z軸方向的移動量的限制,且將處理轉移到步驟SA02。

圖11是表示利用圖9的控制裝置1控制機械(加工頭3)來加工作為管的工件時的動作的流程圖。

[步驟SB01]控制部10判斷是否正在執行加工。在加工正在執行的情況下將處理轉移到步驟SB02,在加工未執行的情況下結束本處理。

[步驟SB02]控制部10解析加工指令20并生成各軸的移動指令數據而輸出。

[步驟SB03]間隙控制部11判斷間隙控制是否接通。在間隙控制接通的情況下,進行基于間隙控制的Z軸方向的移動量的修正且將處理轉移到步驟SB04,在間隙控制斷開的情況下,將移動指令數據直接輸出到馬達控制部12,并將處理轉移到步驟SB01。

[步驟SB04]下限位置限制部14基于控制裝置1的設定等,判斷工件的種類是方管還是圓管。在工件的種類是方管的情況下,將處理轉移到步驟SB05,在是圓管的情況下,將處理轉移到步驟SB07。

[步驟SB05]下限位置限制部14基于工件狀態檢測部13檢測到的各信息,計算使工件6的四個折點(A、B、C、D)的各坐標值以工件6的旋轉角度旋轉后的各坐標值。

[步驟SB06]下限位置限制部14基于在步驟SB05計算出的將四個折點旋轉后的坐標值,對求出加工頭的可動范圍區域的下限的直線方程式進行計算。

[步驟SB07]下限位置限制部14計算加工頭3的前端點的坐標值和與工件7的旋轉中心之間的距離,且將處理轉移到步驟SB08。

[步驟SB08]下限位置限制部14基于在步驟SB06或步驟SB07的計算結果,判斷加工頭3的前端點是否到達加工頭3對可動范圍區域的下限L。在達到下限L的情況下,將處理轉移到步驟SB09,在未達到下限L的情況下,將處理轉移到步驟SB10。

[步驟SB09]下限位置限制部14對由間隙控制部11修正了的Z軸方向的移動量加以限制,以避免加工頭3的前端點達到加工頭的可動范圍區域的下限L,且將處理轉移到步驟SB01。

[步驟SB10]下限位置限制部14解除對由間隙控制部11修正了的Z軸方向的移動量的限制,且將處理轉移到步驟SB01。

以上,雖然對本發明的實施方式進行了說明,但是本發明不僅限于上述的實施方式的例,能夠通過添加適當的變形而以各種方式實施。

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