JP2002001568A - Ｎｃ制御３次元レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッドのパラメータ設定方法およびｎｃ制御３次元レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題はＮＣ制御３次元レーザ加工機
におけるレーザ加工ヘッドのパラメータ設定を正確な自
動測定で行う方法とＮＣ制御３次元レーザ加工機の提
供。 【解決手段】 メジャーリングプローブ２７を備えた５
軸制御レーザ加工ヘッド１５を有するＮＣ制御３次元レ
ーザ加工機１において、前記レーザ加工ヘッドのＵ、Ｖ
軸の姿勢を変えて平板材Ｗに原点測定穴およびオフセッ
ト誤差測定穴をそれぞれ切断加工し、これら測定穴の寸
法を前記メジャーリングプローブで測定し、前記Ｕ、Ｖ
軸原点の誤差を算出し、該Ｕ、Ｖ軸原点のパラメータ設
定を変更すると共に、オフセットの誤差を算出し、該オ
フセットのパラメータ設定を変更することを特徴とする
３次元レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッドのパラメ
ータ設定方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＮＣ制御３次元レー
ザ加工機におけるレーザ加工ヘッドのパラメータ設定方
法およびＮＣ制御３次元レーザ加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】三次元レーザ加工機に使用するオフセッ
ト式レーザ加工ヘッド２００は、図１６〜図１８に示す
ように、Ｘ，Ｙ，Ｚの３個の制御軸のほかに、Ｚ軸を軸
心として回転するＶ軸と、このＶ軸に直交する軸を回転
軸とするＵ軸とを備えており、このＵ軸上にあって、前
記Ｖ軸芯からＬ_１（第１アーム長）離隔する位置に、Ｖ
軸に平行な光軸を有する集光ノズル２０１が設けてあ
る。

【０００３】上述のオフセット式レーザ加工ヘッド２０
０において、Ｕ軸の回転中心と集光ノズル２０１先端と
の距離をＬ_２（第２アーム長）とする。

【０００４】また、Ｖ軸をＺ軸の（＋）方向から見たと
き、集光ノズル２０１がＹ軸の（＋）方向を向く位置を
Ｖ軸原点、Ｕ軸をＹ軸の（＋）方向から見たとき、集光
ノズル２０１の中心軸（光軸）がＺ軸方向に一致する位
置をＵ軸原点とする。

【０００５】したがって、上述のオフセット式レーザ加
工ヘッド２００の集光ノズル２０１は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３
軸を移動位置決めできると同時に、Ｖ軸周りの回転と、
ＸＹ平面に直交する平面内での回動位置決めが可能であ
る。

【０００６】上述のオフセット式レーザ加工ヘッド２０
０によって正確なレーザ加工を行うにためには、前記第
１アーム長Ｌ_１および第２アーム長Ｌ_２の設定と、前記
Ｕ軸およびＶ軸の原点調節が必要である。

【０００７】次に、オフセット式レーザ加工ヘッド２０
０における第１アーム長Ｌ_１および第２アーム長Ｌ_２の
設定方法、並びにＵ軸とＶ軸の原点調節の方法につい
て、図１９〜図２２を参照しながら説明する。

【０００８】（１）Ｖ軸原点の調節 図１９に示す如く、Ｖ軸原点位置における集光ノズル２
０１の中心Ｐ１のＸ座標（x1）と、Ｖ軸を１８０度回転
させたときの集光ノズル２０１の中心Ｐ２のＸ座標（x
2）とが一致するように（x1−x2＝０，すなわち、l_１＝
０）、Ｖ軸のグリッドシフト量θｖを変更してＶ軸原点
の調節をする。

【０００９】（２）第１アーム長Ｌ_１の測定 図２０に示す如く、集光ノズル２０１の中心がＶ軸原点
Ｐ３に位置するとき、Ｖ軸を１８０度回転（集光ノズル
２０１の中心がＰ４に移動）させた後、Ｙ軸＋方向に集
光ノズルを移動させ、Ｐ３とＰ４とが一致するまでのＹ
軸方向の移動距離ｌ_２ を測定し、Ｌ_１＝ｌ_２ ／２を第
１アーム長として設定する。

【００１０】（３）Ｕ軸原点の調節 図２１に示す如く、Ｕ軸を±９０度回転させたとき、集
光ノズル２０１先端のＰ５およびＰ６のＺ軸座標（z5）
および（z6）が一致するように（z5−z6＝０すなわち、
l_３ ＝０）、Ｕ軸グリッドシフト量θｕを変更してＵ軸
原点の調節をする。

【００１１】（４）第２アーム長Ｌ_２の測定 図２２に示す如く、Ｕ軸原点位置における集光ノズル２
０１の先端Ｐ７のＺ軸座標（z7）と９０度回転した位置
におけるＰ８のＺ軸座標（z8）との差、l_４＝z8−z7を
測定し、Ｌ_２＝l_４を第２アーム長として設定する。

【００１２】なお、上述の調整作業は目視によるもので
あり、また、軸の移動は手動パルス発生装置のハンドル
操作によるものである。また、測定精度を上げるため本
調整はＸ−Ｙ平面に平行に定盤を設置しこの定盤表面を
基準としている。また、（３）および（４）項の調整に
はハイトゲージを使用する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のパラメータの設
定における作業は目視によるので、作業者によって設定
値にばらつきがある。また、測定に使用する測定器の準
備およびその調整などに時間がかかる。

【００１４】上述の調整においては、光学系の光軸誤差
については加味されていないので実際の加工時にはこの
光軸誤差が残っており正確な調整とはなっていない。

【００１５】従来、加工プログラムはティーチングによ
り作成するのが主流であるので、調整が厳密になされて
いなくても加工精度に対する影響はあまりなかった。し
かし、今後は３次元の自動プログラミング装置による加
工プログラムの作成が増加するにしたがってより正確な
調整が必要となってくる。

【００１６】本発明は上述の如き問題に鑑みて成された
ものであり、本発明の課題はＮＣ制御３次元レーザ加工
機におけるレーザ加工ヘッドのパラメータ設定を正確な
自動測定で行う方法とＮＣ制御３次元レーザ加工機を提
供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として請求項１に記載の３次元レーザ加工機におけるレ
ーザ加工ヘッドのパラメータ設定方法は、メジャーリン
グプローブを備えた５軸制御レーザ加工ヘッドを有する
ＮＣ制御３次元レーザ加工機において、前記レーザ加工
ヘッドのＵ軸またはＶ軸の姿勢を変えて平板材にＵ軸原
点測定穴、Ｖ軸原点測定穴およびオフセット誤差測定穴
をそれぞれ切断加工し、これらの測定穴の寸法を前記メ
ジャーリングプローブで測定し、該測定データを適宜に
演算して前記Ｕ軸原点とＶ軸原点の誤差を算出し、該Ｕ
軸原点およびＶ軸原点のパラメータ設定を変更すると共
に、集光ノズルの前記Ｖ軸からのオフセットの誤差を算
出し、該オフセットのパラメータ設定を変更することを
要旨とするものである。

【００１８】請求項２に記載の３次元レーザ加工機にお
けるレーザ加工ヘッドのパラメータ設定方法は、請求項
１に記載の発明において、前記Ｕ軸原点測定穴の切断加
工と測定は、次の工程からなることを要旨とするもので
ある。

【００１９】（１）前記Ｕ軸原点測定穴の切断加工プロ
グラムは、Ｘ軸に平行な辺Ｐ_２Ｐ_３およびＹ軸に平行な
辺Ｐ_３Ｐ_４を有する四辺形Ｐ_２Ｐ_３Ｐ_４Ｐ_５とする、
（２）前記四辺形Ｐ_２Ｐ_３Ｐ_４Ｐ_５の１辺Ｐ_５Ｐ_２のほ
ぼ中間の点Ｐ_１を切断開始点として、前記レーザ加工ヘ
ッドのＵ、Ｖ軸を原点位置に設定し、Ｐ_１からＰ _２まで
をＹ軸を移動させて切断する、（３）Ｐ_２からＰ_３まで
をＸ軸を移動させて切断する、（４）Ｐ_３からＰ_４まで
をＹ軸を移動させて切断する、（５）Ｐ_４からＰ_５まで
をＸ軸を移動させて切断する、（６）Ｐ_５において、集
光ノズルの軸心を中心にして、Ｖ軸を１８０度回転させ
てＰ_５からＰ_１までをＹ軸を移動させて切断する、
（７）測定穴の直線Ｐ_１Ｐ_２上の点Ｐ_６（p6x,p6y）
と、直線Ｐ_３Ｐ_４上の点Ｐ _７（p7x,p6y）および点Ｐ_９
（p9x,p8y）と、Ｐ_５Ｐ_１’上の点Ｐ_８（p8x,p8y）の各
点の座標を測定する、（ここで、Ｐ_６、Ｐ_７のＹ座標は
同値、Ｐ_８、Ｐ_９のＹ座標は同値である。）（８）
Ｐ_６、Ｐ_７間の距離ｄ_１とＰ_８、Ｐ_９間の距離ｄ_２と
を、次式、ｄ_１＝p7x−p6x、ｄ_２＝p9x−p8xから演算に
より求め、Ｕ軸原点の誤差θueを次式θue＝arcsin
｛（｜ｄ_２−ｄ_１｜／２）／Ｌ_２｝から演算により求め
る、（９）Ｕ軸パラメータの設定値θuを、θu＝θu−
θue（ｄ_２＜ｄ_１）またはθu＝θu＋θue（ｄ_２＞
ｄ_１）に変更する。

【００２０】請求項３に記載の３次元レーザ加工機にお
けるレーザ加工ヘッドのパラメータ設定方法は、請求項
１に記載の発明において、前記Ｖ軸原点測定穴の切断加
工と測定は、次の工程からなることを要旨とするもので
ある。

【００２１】（１）前記Ｖ軸原点測定穴の切断加工プロ
グラムは、Ｘ軸に平行な辺Ｐ_３Ｐ_４およびＹ軸に平行な
辺Ｐ_２Ｐ_３を有する四辺形Ｐ_１Ｐ_２Ｐ_３Ｐ_４とする、
（２）前記レーザ加工ヘッドのＶ軸を原点に設定すると
共に、前記集光ノズルを前記四辺形Ｐ_１Ｐ_２Ｐ_３Ｐ_４の
１辺Ｐ_１Ｐ_２のほぼ中間に位置決めし、Ｘ、Ｙ軸は動か
さずにＵ軸のみを回動させてＰ_１からＰ_２を切断する、
（３）Ｕ軸を原点に戻し、Ｐ_２からＰ_３までをＹ軸を移
動させて切断する、（４）Ｐ_３からＰ_４までをＸ軸を移
動させて切断する、（５）Ｐ_４からＰ_１までをＹ軸を移
動させて切断する、（６）測定穴の直線Ｐ_１Ｐ_２上の点
Ｐ_５（p5x,p5y）、点Ｐ_７（p7x,p7y）と、直線Ｐ_３Ｐ_４
上の点Ｐ_６（p5x,p6y）、点Ｐ_８（p7x,p8y）の各点の座
標を測定する、（７）Ｐ_５とＰ_６間の距離ｄ_１と、Ｐ_７
とＰ_８間の距離ｄ_２と、Ｐ_６とＰ_８間の距離ｄ_３とを、
次式ｄ_１＝p6y−p5y、ｄ_２＝p8y−p7yおよびｄ_３＝p5x
−p7xから演算により求め、Ｖ軸原点の誤差θveを次
式、θve ＝arctan（｜ｄ_１−ｄ_２｜／ｄ_３）から演算
により求める、（なお、ここでＰ_５とＰ_６およびＰ_７と
Ｐ_８のＸ座標はそれぞれ同値である）（８）Ｖ軸パラメ
ータの設定値θvを、θv＝θv−θve（ｄ_１＞ｄ_２）ま
たはθv＝θv＋θve（ｄ_１＜ｄ_２）に変更する。

【００２２】請求項４に記載の３次元レーザ加工機にお
けるレーザ加工ヘッドのパラメータ設定方法は、請求項
１に記載の発明において、前記オフセット誤差測定穴の
切断加工と測定は、次の工程からなることをを要旨とす
るものである。

【００２３】（１）前記オフセット誤差測定穴切断加工
プログラムは、Ｘ軸に平行な辺Ｐ_２Ｐ _３およびＹ軸に平
行な辺Ｐ_１Ｐ_２を有する四辺形Ｐ_１Ｐ_２Ｐ_３Ｐ_４とす
る、（２）前記レーザ加工ヘッドのＵ軸とＶ軸を原点に
設定してＰ_１からＰ_２までをＹ軸を移動させて切断す
る、（３）Ｐ_２からＰ_３までをＸ軸を移動させて切断す
る、（４）Ｐ_３において、集光ノズルの軸心を中心に、
Ｖ軸を１８０度回転させて、Ｐ_３からＰ_４までをＹ軸を
移動させて切断する、（５）Ｐ_４からＰ_１までをＸ軸を
移動させて切断する、（６）測定穴の直線Ｐ_１Ｐ_２上の
点Ｐ_５（p5x,p5y）、Ｐ_３Ｐ_４上の点Ｐ_６（p6x,p5y）、
Ｐ_１Ｐ_４上の点Ｐ_７（p7x,p7y）、およびＰ_２Ｐ_３上の
点Ｐ_８（p7x,p8y）の各点の座標を測定する、（７）Ｐ
_５とＰ_６間の距離ｄ_１と、Ｐ_７とＰ_８間の距離ｄ_２と
を、次式ｄ_１＝p6x−p5x、ｄ_２＝p8y−p7yから演算によ
り求め、オフセット（第１アーム長）Ｌ_１の誤差ｄeを
次式、ｄe＝｜ｄ_１−ｄ_２｜／２から演算により求め
る、（ここでＰ _５とＰ_６およびＰ_７とＰ_８のＸ座標は同
値である）（８）オフセット（第１アーム長）のパラメ
ータの設定値Ｌ_１を、Ｌ_１＝Ｌ_１−ｄe（ｄ_１＞ｄ_２）
またはＬ_１＝Ｌ_１＋ｄe（ｄ_１＜ｄ_２）に変更する。

【００２４】請求項５に記載のメジャーリングプローブ
を備えた５軸制御レーザ加工ヘッドを有するＮＣ制御３
次元レーザ加工機は、メジャーリングプローブを備えた
５軸制御レーザ加工ヘッドを有するＮＣ制御３次元レー
ザ加工機であって、測定穴切断加工プログラムおよび測
定プログラムにしたがって、平板に切断加工した測定穴
を前記メジャーリングプローブで測定して得た測定デー
タを保存する測定データメモリーと、前記測定データか
らＵ軸およびＶ軸原点の誤差とオフセット誤差などを算
出する演算手段と、該演算手段で算出した誤差に基づい
てパラメータ設定手段に設定されたパラメータを補正す
るパラメータ補正手段とを備えたことを要旨とするもの
である。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
によって説明する。

【００２６】図１〜図３は本発明に係るＮＣ制御３次元
レーザ加工機の一例を示した図であり、以下この図面に
より３次元レーザ加工機の概要を説明する。

【００２７】図１〜図３を参照するに、３次元レーザ加
工機１は、床面から立設した４本の支柱３を備えてお
り、この支柱３上にＸ軸方向に延伸する２本のＸ軸ガイ
ド５（ａ，ｂ）が取付けてある。この２本のＸ軸ガイド
５（ａ，ｂ）の両端部は、梁部材７（ａ，ｂ）で連結し
て４角形の枠状に構成してある。そして、Ｘ軸ガイド５
（ａ，ｂ）上に、Ｘ軸キャリッジ７（ａ，ｂ）が図示し
ない駆動手段によりＸ軸方向に移動位置決め可能に設け
てある。

【００２８】前記Ｘ軸キャリッジ７（ａ，ｂ）の間には
Ｙ軸ガイド９が懸架してあって、このＹ軸ガイド９上に
Ｙ軸キャリッジ１１が図示しない駆動手段により移動位
置決め可能に設けてある。このＹ軸キャリッジ１１に
は、図示しない駆動手段によりＺ軸方向に移動位置決め
可能なＺ軸キャリッジ１３が設けてある。

【００２９】そして、Ｚ軸キャリッジ１３の下端部に
は、図１、図２に示す様にレーザ加工ヘッド１５が装着
してあり、レーザ加工ヘッド１５の先端部には集光ノズ
ル１７が設けてある。

【００３０】前記レーザ加工ヘッド１５の下方の床面に
は、レーザ加工ヘッド１５の移動領域をカバーできるワ
ークテーブル１９が載置してある。また、前記レーザ加
工ヘッド１５には、図示省略の集光レンズが内臓してあ
り、レーザ発振器２１からのレーザビームＬＢが複数の
ベンドミラーＢＭを介してこの集光レンズに導かれるよ
うになっている。なお、レーザ発振器２１に隣接する位
置にレーザ加工機を制御するＮＣ制御装置２３とレーザ
発振器の電源装置２５が設置してある。

【００３１】図４に示す様に、レーザ加工ヘッド１５の
Ｚ軸キャリッジ１３には、Ｚ軸を軸心として回転するＶ
軸と、このＶ軸に直交する軸を回転軸とするＵ軸とが設
けてあり、このＵ軸上にあって、前記Ｖ軸からＬ_１（第
１アーム長）だけオフセットした位置に、Ｖ軸に平行な
光軸を有する集光ノズル１７がＵ軸を軸に回動可能に設
けてある。

【００３２】上述のように、レーザ加工ヘッド１５は
Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸と、集光ノズル１７の姿勢を制御する
Ｕ，Ｖ２軸の計５軸を備え、３次元形状のワークの任意
の面に対して、集光ノズル１７の姿勢を垂直にした加工
を行うことができる。なお、Ｕ軸の回転中心から集光ノ
ズル１７の先端までの距離を第２アーム長Ｌ_２とする。
また、Ｕ軸およびＶ軸の回転駆動機構は図示を省略して
ある。

【００３３】また、レーザ加工ヘッド１５には、ワーク
の位置座標Ｐ（X,Y,Z）を測定するときに使用するメジ
ャリングプローブ２７が設けてある。このメジャリング
プローブ２７の先端の球体２９を被加工材の測定部に接
触させて、その接触面の座標Ｐ（X,Y,Z）をコンピュー
タなどの演算装置によって求めることができる。

【００３４】前記メジャリングプローブ２７は、Ｚ軸方
向に伸縮自在に設けてあり、測定を行わないときはメジ
ャリングプローブ収納部３１に収納できるようになって
いる。測定を行うときには、図５に示す如く、メジャリ
ングプローブ２７を伸長させると共に、レーザ加工ヘッ
ド１５の集光ノズル１７を測定の邪魔にならない様にＵ
軸回りに９０度回転した状態で使用する。

【００３５】図６は、本発明に係る３次元レーザ加工機
１におけるレーザ加工ヘッド１５を制御するＮＣ制御装
置２３のブロック構成図である。

【００３６】ＮＣ制御装置２３においては、中央演算処
理装置であるＣＰＵ３３に前記プローブ２７を制御する
コントローラ３５が接続してある。また、ＣＰＵ３３
は、プログラムメモリーに格納した測定穴切断加工プロ
グラム３７と測定プログラム３９にアクセスできるよう
に設けてある。

【００３７】なお、測定穴切断加工プログラム３７に
は、レーザ加工ヘッド１５の姿勢制御命令が含まれる。

【００３８】また、ＣＰＵ３３には、前記レーザ加工ヘ
ッド１５の駆動部４１を制御する軸制御部４３が設けて
あり、ＣＰＵ３３は軸制御部４３に対して制御指令を出
力するように設けてある。この制御指令は、軸制御部４
３において、前記駆動部４１の X,Y,Z,U,V各軸のサーボ
モータ４５を駆動するサーボアンプ４７に適宜に分配供
給されるようになっている。

【００３９】なお、サーボモータ４５の位置は、エンコ
ーダ４９を介して前記軸制御部４３にフィードバックさ
れるようになっている。

【００４０】また、上述のＣＰＵ３３には、前記メジャ
リングプローブ２７で検出した測定値から、Ｕ軸原点誤
差（グリッドシフト量）θue、Ｖ軸原点誤差（グリッド
シフト量）θveおよびオフセット値の誤差ｄｅなどを算
出する演算手段５１と、この算出した誤差に基づいて、
パラメータ設定手段５０に設定されている設定パラメー
タを補正するパラメータ補正手段５２とが設けてある。
なお、測定値は測定データメモリ５３に保存される。

【００４１】以下に、Ｕ，Ｖ軸の原点の誤差（グリッド
シフト量）θue、θveおよびオフセット誤差ｄｅの測定
とパラメータの設定値の変更について具体的について説
明する。

【００４２】始めに、Ｖ軸原点の誤差（グリッドシフト
量）θveの測定について図７〜図９を参照しながら説明
する。

【００４３】前記ワークテーブル１９上に水平に載置し
た板金材Ｗに対して、測定穴切断加工プログラム３７に
おいてプログラムされた四辺形Ｐ_１Ｐ_２Ｐ_３Ｐ_４の測定
穴２０の切断を行う。この四辺形Ｐ_１Ｐ_２Ｐ_３Ｐ_４を構
成する２辺Ｐ_１Ｐ_２とＰ_３Ｐ _４はＸ軸に平行に、２辺Ｐ
_２Ｐ_３とＰ_１Ｐ_４はＹ軸に平行になるようにプログラム
されている。

【００４４】最初に、集光ノズルの位置をＰ_１Ｐ_２のほ
ぼ中間に位置決めし、レーザ加工ヘッド１５のＶ軸を原
点に設定（図７参照）して、Ｘ、Ｙ軸は動かさずにＵ軸
のみを回動（図８参照）させてＰ_１からＰ_２を切断す
る。

【００４５】次に、Ｕ軸を原点に戻してから、Ｙ軸キャ
リッジ１１を移動させてＰ_２からＰ _３を切断する。次い
でＸ軸キャリッジ７を移動させてＰ_３からＰ_４を切断
し、最後にＹ軸キャリッジ１１を移動させてＰ_４からＰ
_１を切断する。

【００４６】次に、測定穴切断加工プログラム３７によ
って切断した四辺形の辺Ｐ_１Ｐ_２上の点Ｐ_５（p5x,p5
y）の座標を測定する。続いてＹ軸を移動させて、辺Ｐ
_３Ｐ_４上の点Ｐ_６（p5x,p6y）の座標を測定する。

【００４７】次いで、Ｘ、Ｙ軸を移動させて辺Ｐ_１Ｐ_２
上の点Ｐ_７（p7x,p7y）の座標を測定する。続いて、Ｙ
軸を移動させて、辺Ｐ_３Ｐ_４上の点Ｐ_８（p7x,p8y）の
座標を測定する。なお、全ての測定データは前記測定デ
ータメモリ５３に保存され、必要に応じて使用すること
ができる。

【００４８】上述の測定によって求めたＰ_５とＰ_６のＹ
座標値から、Ｐ_５とＰ_６間の距離ｄ _１は、ｄ_１＝p6y−p
5yとして演算手段５１によって求めることができる。同
様に、Ｐ_７とＰ_８のＹ座標値から、Ｐ_７とＰ_８間の距離
ｄ_２は、ｄ_２＝p8y−p7yとして演算手段５１によって求
めることができる。

【００４９】また、Ｐ_６とＰ_８間の距離ｄ_３は、Ｐ_６と
Ｐ_８ のＸ座標値から、ｄ_３＝p5x−p7xとして演算手段
５１によって求めることができる。

【００５０】上述のｄ_１、ｄ_２およびｄ_３から、辺Ｐ_１
Ｐ_２の辺Ｐ_３Ｐ_４に対する傾き、すなわちＶ軸原点の誤
差（グリッドシフト量）θveは、演算手段５１によって
次の計算式（１）を演算して求めることができる。

【００５１】

【数１】 θve ＝arctan（｜ｄ_１−ｄ_２｜／ｄ_３）……（１） したがって、パラメータ設定手段５０に設定されている
Ｖ軸パラメータθv は、パラメータ補正手段５２によっ
て次のように変更される。

【００５２】

【数２】θv＝θv−θve（ｄ_１＞ｄ_２）……（２）

【数３】θv＝θv＋θve（ｄ_１＜ｄ_２）……（３）

【数４】θv＝θv（ｄ_１＝ｄ_２）……………（４） 次に、Ｕ軸原点の誤差（グリッドシフト量）θueの測定
とパラメータの設定値変更について図１０〜図１２を参
照しながら説明する。

【００５３】Ｖ軸の場合と同様に、始めに測定穴切断加
工プログラム３７においてプログラムされた四辺形Ｐ_２
Ｐ_３Ｐ_４Ｐ_５の測定穴２０の切断加工を行う。ただし、
このプログラムにおいての切断開始点と切断終了点は、
Ｙ軸に平行な一辺Ｐ_５Ｐ_２上のほぼ中間の点Ｐ_１とす
る。また、２辺Ｐ_４Ｐ_５、Ｐ_２Ｐ_３はＸ軸に平行、２辺
Ｐ_５Ｐ_２、Ｐ_３Ｐ_４はＹ軸に平行とする。

【００５４】レーザ加工ヘッド１５のＵ軸を原点に設定
し、辺Ｐ_５Ｐ_２上のほぼ中間点Ｐ_１からＰ_２までをＹ軸
を移動させて切断する。続いて、Ｘ軸を移動させてＰ_２
からＰ_３を切断する。次いで、Ｙ軸を移動させてＰ_３か
らＰ_４を切断し、Ｐ_４からＰ _５はＸ軸を移動させて切断
する。Ｐ_５からＰ_１にかけての切断時は、前記集光ノズ
ル１７の軸心を中心にして、Ｖ軸を１８０度回転させて
切断する。

【００５５】次に、上述の方法で切断した四辺形の辺Ｐ
_１Ｐ_２上の点Ｐ_６（p6x,p6y）の座標を測定する。続い
てＸ軸を移動させて、辺Ｐ_３Ｐ_４上の点Ｐ_７（p7x,p6
y）の座標を測定する。次いで、Ｘ、Ｙ軸を移動させて
Ｐ_５Ｐ_１上の点Ｐ_８（p8x,p8y）の座標を測定する。引
き続いてＸ軸を移動させて、Ｐ_３Ｐ_４上の点Ｐ_９（p9x,
p8y）の座標を測定する。

【００５６】上述の測定によって求めたＰ_６、Ｐ_７の座
標値から、Ｐ_６、Ｐ_７間の距離ｄ_１は、ｄ_１＝p7x−p6x
として演算手段５１によって求めることができる。ま
た、Ｐ _８、Ｐ_９の座標値から、Ｐ_８、Ｐ_９間の距離ｄ_２
は、ｄ_２＝p9x−p8xとして、同様に求めることができ
る。

【００５７】上述のｄ_１、ｄ_２およびＬ_２から、Ｕ軸原
点の誤差（グリッドシフト量）θueは、次の計算式
（５）を演算手段５１に演算して求めることができる。

【００５８】

【数５】 θue＝arcsin｛（｜ｄ_２−ｄ_１｜／２）／Ｌ_２｝……（５） したがって、パラメータ設定手段５０に設定されている
Ｕ軸パラメータθuは、パラメータ補正手段５２によっ
て次のように変更される。

【００５９】

【数６】θu＝θu−θue（ｄ_２＜ｄ_１）……（６）

【数７】θu＝θu＋θue（ｄ_２＞ｄ_１）……（７）

【数８】θu＝θu（ｄ_２＝ｄ_１）……………（８） なお、上述の数式（５）中の第２アーム長Ｌ_２（Ｕ軸の
回転中心から集光ノズル１７の先端までの距離）は、光
軸ずれに対する影響が小さいので、従来の測定方法によ
る機械長を使用することができる。

【００６０】また、上述のＵ軸原点およびＶ軸原点の測
定に使用する測定穴２０は、四辺形としているが通常は
正方形を使用する。

【００６１】次に、オフセット（第１アーム長）Ｌ_１の
誤差測定とパラメータの設定値変更について図１３〜図
１５を参照しながら説明する。

【００６２】測定穴切断加工プログラム３７においてプ
ログラムされた四辺形Ｐ_１Ｐ_２Ｐ_３Ｐ_４の測定穴２０の
切断加工を行う。ただし、辺Ｐ_１Ｐ_２およびＰ_３Ｐ_４は
Ｙ軸に平行、辺Ｐ_１Ｐ_４およびＰ_２Ｐ_３はＸ軸に平行と
する。

【００６３】レーザ加工ヘッド１５のＵ軸およびＶ軸を
原点に設定し、Ｐ_１からＰ_２の間をＹ軸を移動させて切
断し、次いでＰ_２からＰ_３まではＸ軸を移動させて切断
する。Ｐ_３点において、集光ノズル１７の中心を軸にＶ
軸を１８０度回転させた後、Ｙ軸を移動させてＰ_３から
Ｐ_４を切断し、次いでＸ軸を移動させてＰ_４からＰ_１ま
でを切断する。

【００６４】次いで、上述の方法で切断した四辺形の辺
Ｐ_１Ｐ_２上の点Ｐ_５（p5x,p5y）の座標を測定する。続
いて、Ｘ軸を移動させて、辺Ｐ_３Ｐ_４上の点Ｐ_６（p6x,
p5y）の座標を測定する。

【００６５】次いで、Ｘ、Ｙ軸を移動させて、辺Ｐ_１Ｐ
_４上の点Ｐ_７（p7x,p7y）の座標を測定し、続いて辺Ｐ
_２Ｐ_３上の点Ｐ_８（p7x,p8y）を測定する。

【００６６】上述の測定によって求めたＰ_５、Ｐ_６の座
標値から、 Ｐ_５、Ｐ_６間の距離ｄ _１は、ｄ_１＝p6x−p5
xとして演算手段５１によって求めることができる。ま
た、Ｐ_７、Ｐ_８の座標値から、Ｐ_７、Ｐ_８の距離ｄ
_２は、同様に、ｄ_２＝p8y−p7yとして求めることができ
る。

【００６７】上述のｄ_１、ｄ_２から、オフセット（第１
アーム長）Ｌ_１の誤差ｄeは、次の計算式（８）を演算
手段５１に演算して求めることができる。

【００６８】

【数８】ｄe＝｜ｄ_１−ｄ_２｜／２……（８） したがって、パラメータ設定手段５０に設定されている
現在のオフセット（第１アーム長）のパラメータＬ
_１は、パラメータ補正手段５２によって次のように変更
される。

【００６９】

【数９】Ｌ_１＝Ｌ_１−ｄe（ｄ_１＞ｄ_２）……（９）

【数１０】 Ｌ_１＝Ｌ_１＋ｄe（ｄ_１＜ｄ_２）……（１０）

【数１１】 Ｌ_１＝Ｌ_１（ｄ_１＝ｄ_２）……………（１１）

【００７０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、レーザ加工ヘ
ッドのパラメータを実際に切断加工した測定穴の測定デ
ータに基づいて補正するので、レーザ加工機の光軸のズ
レも考慮したパラメータ補正を自動的に行うことができ
る。

【００７１】請求項２の発明によれば、四辺形の測定穴
の１辺を切断する時に、その辺の一部の区間は、集光ノ
ズルの軸心を中心にしてＶ軸を１８０度回転して切断
し、Ｖ軸を１８０度回転しないときの切断位置との差
を、平行な対辺を基準にして測定することにより、Ｕ軸
原点の誤差を容易に算出することができる。したがっ
て、この測定した誤差に基づいてパラメータ設定を自動
的に変更することができる。

【００７２】請求項３の発明によれば、四辺形の測定穴
の１辺を切断する時に、Ｖ軸を原点に設定してＵ軸のみ
を回動させて切断し、この切断辺に平行な対辺を基準に
して、前記切断辺の傾斜を測定することにより、Ｖ軸原
点の誤差を容易に検出することができる。したがって、
この測定した誤差に基づいてパラメータ設定を自動的に
変更することができる。

【００７３】請求項４の発明によれば、四辺形の測定穴
を切断加工する時に、Ｕ軸とＶ軸を原点に設定して測定
穴の連続する２辺を切断し、続く連続する２辺の切断す
る時に、Ｖ軸を１８０度回転して切断し、Ｖ軸を１８０
度回転しないときの切断辺の長さと、回転後の長さの差
を測定することにより、オフセット誤差を容易に検出す
ることができる。したがって、この測定した誤差に基づ
いてパラメータ設定を自動的に変更することができる。
請求項５の発明によれば、請求項１の発明と同様な効果
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＮＣ制御３次元レーザ加工機の一
例（正面図）。

【図２】図１の右側面図。

【図３】図１の平面図。

【図４】レーザ加工ヘッド１５の拡大図。

【図５】レーザ加工ヘッド１５に備えたメジャリングプ
ローブ２７を使用するときの状態を示した図。

【図６】本発明に係る３次元レーザ加工機を制御するＮ
Ｃ制御装置２３のブロック構成図。

【図７】Ｖ軸原点の誤差θveの測定方法の説明図。

【図８】Ｖ軸原点の誤差θveの測定方法の説明図。

【図９】Ｖ軸原点の誤差θveの測定方法の説明図。

【図１０】Ｕ軸原点の誤差θueの測定方法の説明図。

【図１１】Ｕ軸原点の誤差θueの測定方法の説明図。

【図１２】Ｕ軸原点の誤差θueの測定方法の説明図。

【図１３】オフセットＬ_１の誤差測定方法の説明図。

【図１４】オフセットＬ_１の誤差測定方法の説明図。

【図１５】オフセットＬ_１の誤差測定方法の説明図。

【図１６】従来のオフセット式レーザ加工ヘッドにおけ
るＶ軸原点の説明図。

【図１７】従来のオフセット式レーザ加工ヘッドにおけ
るオフセットＬ_１（第１アーム長）と第２アーム長Ｌ_２
の説明図。

【図１８】従来のオフセット式レーザ加工ヘッドにおけ
るＵ軸原点の説明図。

【図１９】従来のオフセット式レーザ加工ヘッドにおけ
るＶ軸原点調節方法の説明図。

【図２０】従来のオフセット式レーザ加工ヘッドにおけ
るオフセットＬ_１（第１アーム長）調節方法の説明図。

【図２１】従来のオフセット式レーザ加工ヘッドにおけ
るＵ軸原点調節方法の説明図。

【図２２】従来のオフセット式レーザ加工ヘッドにおけ
る第２アーム長Ｌ_２の設定方法の説明図。

【符号の説明】

１ ３次元レーザ加工機 ３ 支柱 ５ Ｘ軸ガイド ７（ａ，ｂ） 梁部材 ９ Ｙ軸ガイド １１ Ｙ軸キャリッジ １３ Ｚ軸キャリッジ １５ レーザ加工ヘッド １７ 集光ノズル １９ ワークテーブル ２０ 測定穴 ２１ レーザ発振器 ２３ ＮＣ制御装置 ２５ 電源装置 ２７ メジャリングプローブ ２９ 球体 ３１ メジャリングプローブ収納部 ３３ ＣＰＵ ３５ コントローラ ３７ 測定穴切断加工プログラム ３９ 測定プログラム ４１ 駆動部 ４３ 軸制御部 ４５ サーボモータ ４７ サーボアンプ ４９ エンコーダ ５０ パラメータ設定手段 ５１ 演算手段 ５２ パラメータ補正手段 ５３ 測定データメモリ θu Ｕ軸パラメータ θue Ｕ軸原点の誤差 θv Ｖ軸パラメータ θve Ｖ軸原点の誤差 Ｗ 板金材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E068 CB03 CD15 CE05 5H269 AB11 CC07 DD06 EE05 EE11 EE25 FF06 JJ02 JJ04 JJ18 QB15

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メジャーリングプローブを備えた５軸制
   御レーザ加工ヘッドを有するＮＣ制御３次元レーザ加工
   機において、前記レーザ加工ヘッドのＵ軸またはＶ軸の
   姿勢を変えて平板材にＵ軸原点測定穴、Ｖ軸原点測定穴
   およびオフセット誤差測定穴をそれぞれ切断加工し、こ
   れらの測定穴の寸法を前記メジャーリングプローブで測
   定し、該測定データを適宜に演算して前記Ｕ軸原点とＶ
   軸原点の誤差を算出し、該Ｕ軸原点およびＶ軸原点のパ
   ラメータ設定を変更すると共に、集光ノズルの前記Ｖ軸
   からのオフセットの誤差を算出し、該オフセットのパラ
   メータ設定を変更することを特徴とする３次元レーザ加
   工機におけるレーザ加工ヘッドのパラメータ設定方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の３次元レーザ加工機に
   おけるレーザ加工ヘッドのパラメータ設定方法におい
   て、前記Ｕ軸原点測定穴の切断加工と測定は、次の工程
   からなることを特徴とする３次元レーザ加工機における
   レーザ加工ヘッドのパラメータ設定方法。 （１）前記Ｕ軸原点測定穴の切断加工プログラムは、Ｘ
   軸に平行な辺Ｐ_２Ｐ_３およびＹ軸に平行な辺Ｐ_３Ｐ_４を
   有する四辺形Ｐ_２Ｐ_３Ｐ_４Ｐ_５とする、（２）前記四辺
   形Ｐ_２Ｐ_３Ｐ_４Ｐ_５の１辺Ｐ_５Ｐ_２のほぼ中間の点Ｐ_１
   を切断開始点として、前記レーザ加工ヘッドのＵ、Ｖ軸
   を原点位置に設定し、Ｐ_１からＰ _２までをＹ軸を移動さ
   せて切断する、（３）Ｐ_２からＰ_３までをＸ軸を移動さ
   せて切断する、（４）Ｐ_３からＰ_４までをＹ軸を移動さ
   せて切断する、（５）Ｐ_４からＰ_５までをＸ軸を移動さ
   せて切断する、（６）Ｐ_５において、集光ノズルの軸心
   を中心にして、Ｖ軸を１８０度回転させてＰ_５からＰ_１
   までをＹ軸を移動させて切断する、（７）測定穴の直線
   Ｐ_１Ｐ_２上の点Ｐ_６（p6x,p6y）と、直線Ｐ_３Ｐ_４上の
   点Ｐ _７（p7x,p6y）および点Ｐ_９（p9x,p8y）と、Ｐ_５Ｐ
   _１’上の点Ｐ_８（p8x,p8y）の各点の座標を測定する、
   （８）Ｐ_６、Ｐ_７間の距離ｄ_１とＰ_８、Ｐ_９間の距離ｄ
   _２とを、次式、ｄ_１＝p7x−p6x、ｄ_２＝p9x−p8xから演
   算により求め、Ｕ軸原点の誤差θueを次式、θue＝arcs
   in｛（｜ｄ_２−ｄ_１｜／２）／Ｌ_２｝から演算により求
   める、（９）Ｕ軸パラメータの設定値θuを、θu＝θu
   −θue（ｄ_２＜ｄ_１）またはθu＝θu＋θue（ｄ_２＞ｄ
   _１）に変更する。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の３次元レーザ加工機に
   おけるレーザ加工ヘッドのパラメータ設定方法におい
   て、前記Ｖ軸原点測定穴の切断加工と測定は、次の工程
   からなることを特徴とする３次元レーザ加工機における
   レーザ加工ヘッドのパラメータ設定方法。 （１）前記Ｖ軸原点測定穴の切断加工プログラムは、Ｘ
   軸に平行な辺Ｐ_３Ｐ_４およびＹ軸に平行な辺Ｐ_２Ｐ_３を
   有する四辺形Ｐ_１Ｐ_２Ｐ_３Ｐ_４とする、（２）前記レー
   ザ加工ヘッドのＶ軸を原点に設定すると共に、前記集光
   ノズルを前記四辺形Ｐ_１Ｐ_２Ｐ_３Ｐ_４の１辺Ｐ_１Ｐ_２の
   ほぼ中間に位置決めし、Ｘ、Ｙ軸は動かさずにＵ軸のみ
   を回動させてＰ_１からＰ_２を切断する、（３）Ｕ軸を原
   点に戻し、Ｐ_２からＰ_３までをＹ軸を移動させて切断す
   る、（４）Ｐ_３からＰ_４までをＸ軸を移動させて切断す
   る、（５）Ｐ_４からＰ_１までをＹ軸を移動させて切断す
   る、（６）測定穴の直線Ｐ_１Ｐ_２上の点Ｐ_５（p5x,p5
   y）、点Ｐ_７（p7x,p7y）と、直線Ｐ_３Ｐ_４上の点Ｐ
   _６（p5x,p6y）、点Ｐ_８（p7x,p8y）の各点の座標を測定
   する、（７）Ｐ_５とＰ_６間の距離ｄ_１と、Ｐ_７とＰ_８間
   の距離ｄ_２およびＰ_６とＰ_８間の距離ｄ_３とを、次式ｄ
   _１＝p6y−p5y、ｄ_２＝p8y−p7yおよびｄ_３＝p5x−p7xか
   ら演算により求め、Ｖ軸原点の誤差θveを次式、θve
   ＝arctan（｜ｄ_１−ｄ_２｜／ｄ_３）から演算により求め
   る、（８）Ｖ軸パラメータの設定値θvを、θv＝θv−
   θve（ｄ_１＞ｄ_２）またはθv＝θv＋θve（ｄ_１＜
   ｄ_２）に変更する。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の３次元レーザ加工機に
   おけるレーザ加工ヘッドのパラメータ設定方法におい
   て、前記オフセット誤差測定穴の切断加工と測定は、次
   の工程からなることを特徴とする３次元レーザ加工機に
   おけるレーザ加工ヘッドのパラメータ設定方法。 （１）前記オフセット誤差測定穴切断加工プログラム
   は、Ｘ軸に平行な辺Ｐ_２Ｐ _３およびＹ軸に平行な辺Ｐ_１
   Ｐ_２を有する四辺形Ｐ_１Ｐ_２Ｐ_３Ｐ_４とする、（２）前
   記レーザ加工ヘッドのＵ軸とＶ軸を原点に設定してＰ_１
   からＰ_２までをＹ軸を移動させて切断する、（３）Ｐ_２
   からＰ_３までをＸ軸を移動させて切断する、（４）Ｐ_３
   において、集光ノズルの軸心を中心に、Ｖ軸を１８０度
   回転させて、Ｐ_３からＰ_４までをＹ軸を移動させて切断
   する、（５）Ｐ_４からＰ_１までをＸ軸を移動させて切断
   する、（６）測定穴の直線Ｐ_１Ｐ_２上の点Ｐ_５（p5x,p5
   y）、Ｐ_３Ｐ_４上の点Ｐ_６（p6x,p5y）、Ｐ_１Ｐ_４上の点
   Ｐ_７（p7x,p7y）、およびＰ_２Ｐ_３上の点Ｐ_８（p7x,p8
   y）の各点の座標を測定する、（７）Ｐ_５とＰ_６間の距
   離ｄ_１と、Ｐ_７とＰ_８間の距離ｄ_２とを、次式ｄ_１＝p6
   x−p5x、ｄ_２＝p8y−p7yから演算により求め、オフセッ
   ト（第１アーム長）Ｌ_１の誤差ｄeを次式、ｄe＝｜ｄ_１
   −ｄ_２｜／２から演算により求める、（８）オフセット
   （第１アーム長）のパラメータの設定値Ｌ_１を、Ｌ_１＝
   Ｌ_１−ｄe（ｄ_１＞ｄ_２）またはＬ_１＝Ｌ_１＋ｄe（ｄ_１
   ＜ｄ_２）に変更する。
5. 【請求項５】 メジャーリングプローブを備えた５軸制
   御レーザ加工ヘッドを有するＮＣ制御３次元レーザ加工
   機であって、測定穴切断加工プログラムおよび測定プロ
   グラムにしたがって、平板に切断加工した測定穴を前記
   メジャーリングプローブで測定して得た測定データを保
   存する測定データメモリーと、前記測定データからＵ軸
   およびＶ軸原点の誤差とオフセット誤差などを算出する
   演算手段と、該演算手段で算出した誤差に基づいてパラ
   メータ設定手段に設定されたパラメータを補正するパラ
   メータ補正手段とを備えたことを特徴とするメジャーリ
   ングプローブを備えた５軸制御レーザ加工ヘッドを有す
   るＮＣ制御３次元レーザ加工機。