JP2005242468A - 加工シミュレーション装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】トーチの倣い移動指令が正しくなされているか否かを装置側で検証することが出来る加工シミュレーション装置の提供。
【解決手段】ノズルのソリッドモデルSD2の先端に所定の間隙GP1を介してチップモデルSD4を3次元仮想空間上にモデリングするモデル生成手段11を有し、レーザ加工プログラムのシミュレーション時に、チップモデルとワークのソリッドモデルとの干渉状態を監視して、干渉状態が解除された場合に所定の信号を出力する倣い加工適否判定手段10を設ける。ノズルがワークと対向しない、倣い加工にとって不都合な指示がレーザ加工プログラムPROにおいて指示されていた場合には、チップモデルSD3がワークのソリッドモデルSD1から外れてしまい、倣い加工適否判定手段10が所定の信号を出力するので、オペレータの目視によることなく、適切にプログラムミスを検出することが出来る。
【選択図】 図4

Description

本発明は、レーザ加工プログラムをシミュレーションして、プログラムミスを検証することの出来る加工シミュレーション装置に関わり、特に、倣い加工が指令されたレーザ加工プログラムについて、当該倣い加工内容の適否を判定することの出来る、加工シミュレーション装置に関する。
従来、レーザ加工の加工プログラムをシュミレーションすることのできる加工シミュレーション装置においては、プログラムミスを検証するための各種の機能が開発されているが、いまだオペレータの目視による検証に頼っている部分も大きく、そうした部分の検証の自動化が望まれる。
例えば、レーザ光が射出されるトーチを、ワーク表面に対して一定の距離を保った形で移動させる倣い加工は、シミュレーション時に、トーチがワーク表面に対して加工プログラムで指定された一定の距離を保持した形で移動する状態を演算し、ディスプレイ上でその状態をシミュレーションすることが出来るが、加工すべきワークに対してトーチの倣い移動指令が正しくなされているか否かの検証は、オペレータの目視による検証に頼っている。
なお、出願人は、レーザ加工プログラムにおける倣い加工のシミュレーションに際して、加工すべきワークに対してトーチの倣い移動指令が正しくなされているか否かを検証するための技術を記述した先行文献の存在は知らない。
しかし、これでは、加工プログラムの検証に際して、オペレータは倣い加工に関する高度の知識を要求されるばかりか、ディスプレイ上で表示されるトーチの移動状態を高度の注意をもって監視している必要があり、過度の負担をオペレータに要求するものであった。
従って、倣い加工を含むレーザ加工プログラムについて、加工すべきワークに対してトーチの倣い移動指令が正しくなされているか否かをオペレータの目視による検証に頼ることなく、装置側で検証することが出来る加工シミュレーション装置の開発が望まれる。
本発明の内、請求項1の発明は、レーザ加工プログラム(PRO)をシミュレーションして、前記レーザ加工プログラムにより指示されたワーク(20)に対するノズル(21)の移動状態を表示手段(13)上に表示することの出来る加工シミュレーション装置(1)において、
前記レーザ加工に使用するワークとノズルのソリッドモデル(SD1、SD2)を、3次元仮想空間上にモデリングするモデリング手段(11)を有し、
前記モデリング手段は、前記3次元仮想空間上に生成されたノズルのソリッドモデルの先端に所定の間隙を介してチップモデル(SD4)をモデリングするチップモデル生成手段(11)を有し、
前記ノズルのソリッドモデルを前記チップモデルと共に前記ワークのソリッドモデルに対して、前記レーザ加工プログラムの指令に従って、前記3次元仮想空間上で移動制御するシミュレーション実行手段(7)を有し、
前記チップモデルと前記ワークのソリッドモデルとの干渉状態を監視して、前記干渉状態が解除された場合に所定の信号を出力する倣い加工適否判定手段(10)を設けて構成される。
また、請求項2の発明は、前記レーザ加工プログラム中で、倣い加工が指示されているか否かを判定する倣い加工指示判定手段(2、SPR)を設け、
前記倣い加工適否判定手段は、前記倣い加工指示判定手段により、前記レーザ加工プログラム中で、倣い加工が指示されているものと判定された場合にのみ、チップモデルと前記ワークのソリッドモデルとの干渉状態を監視することを特徴として構成される。
また、請求項3の発明は、前記チップモデル生成手段(11)は、ノズルのソリッドモデルと前記チップモデルとの間に、それらを連結する仮想物体(SD3)をモデリングすることを特徴として構成される。
また、請求項4の発明は、請求項3記載の加工シミュレーション装置において、前記仮想物体は、細長い棒状にモデリングされていることを特徴として構成される。
また、請求項5の発明は、請求項3記載の加工シミュレーション装置において、前記チップモデル生成手段は、仮想物体を、前記ノズルのソリッドモデルとチップモデルとの間隔が、前記レーザ加工プログラム中で指示されている倣い加工におけるワークとノズル間で維持すべき間隙(GP1)に対応する寸法となるように形成することを特徴として構成される。
また、請求項6の発明は、前記倣い加工適否判定手段から前記所定の信号(SG2)が出力された場合に、
前記レーザ加工プログラムによる倣い加工の指示が不適切である旨警告する、警告手段(SPR、2、13)を設けて構成される。
請求項1の発明によれば、チップモデル生成手段により、ノズルのソリッドモデルの先端に所定の間隙を介してチップモデル(SD4)が生成され、シミュレーション実行手段(7)によるシミュレーションに際して、倣い加工適否判定手段(10)がチップモデルと前記ワークのソリッドモデルとの干渉状態を監視して、前記干渉状態が解除された場合に所定の信号を出力する。従って、ノズルがワークと対向しない、倣い加工にとって不都合な状況が生じる可能性のある指示が、レーザ加工プログラム(PRO)において、指示されていたとしても、その場合には、シミュレーション時において、チップモデル(SD3)がワークのソリッドモデル(SD1)から外れてしまい、それを倣い加工適否判定手段(10)が検知して、所定の信号を検出するので、オペレータの目視によることなく、適切にプログラムミスを検出することが出来る。
請求項2の発明によれば、倣い加工適否判定手段は、倣い加工指示判定手段により、レーザ加工プログラム中で、倣い加工が指示されているものと判定された場合にのみ、チップモデルと前記ワークのソリッドモデルとの干渉状態を監視するので、倣い加工指示がレーザ加工プログラム(PRO)中でなされている場合にのみ、レーザ加工プログラム(PRO)における倣い加工指示の適否を検出するための動作を行うことが出来、無駄な演算を無くして、効率的なシミュレーションを行うことが出来る。
請求項3の発明によれば、仮想物体(DS3)をモデリングすることにより、チップモデル(SD4)とノズルのソリッドモデル(SD2)との関連を、オペレータが容易に理解することが出来、好都合である。
請求項4の発明によれば、仮想物体(DS3)が細長い棒状にモデリングされているので、仮想物体をチップモデル(SD4)とノズルのソリッドモデル(SD2)とは異なる形状にモデリングすることが出来、仮想物体(SD3)で連結されるチップモデル(SD4)とノズルのソリッドモデル(SD2)との区別を視覚的に容易に行うことが出来る。
請求項5の発明によれば、ノズルのソリッドモデルとチップモデルとの間隔が、レーザ加工プログラム中で指示されている倣い加工におけるワークとノズル間で維持すべき間隙(GP1)に対応する寸法となるように、仮想物体の寸法が形成されるので、倣い加工におけるワークとノズル間で維持すべき間隙(GP1)をシミュレーション時に視覚的に認識することが出来、好都合である。
請求項6の発明によれば、警告手段(SPR、2、13)が、レーザ加工プログラムによる倣い加工の指示が不適切である旨警告するので、オペレータは、レーザ加工プログラム(PRO)の適否を、表示手段を介して直ちに認識することが出来る。
なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
図1は、加工シミュレーション装置の一例を示す制御ブロック図、図2はシミュレーション制御プログラムの一例を示すフローチャート、図3はシミュレーション実行部により構築された3次元仮想空間内で、シミュレーション制御プログラムに基づいて演算される、加工トーチとワークの関係を示す図であり、通常の倣い状態を示す図、図4はシミュレーション実行部により構築された3次元仮想空間内で、シミュレーション制御プログラムに基づいて演算される、加工トーチとワークの関係を示す図であり、加工すべきワークに対してトーチの倣い移動指令が正しくなされていない状態を示す模式図である。
加工シミュレーション装置1は、図1に示すように、主制御部2を有しており、主制御部2には、バス線3を介して、通信制御部5、プログラムメモリ6、シミュレーション実行部7、ノズル干渉判定部9、倣い加工適否判定部10、倣いモデル生成部11、入力部12、表示部13及び加工パラメータメモリ15などが接続している。
加工シミュレーション装置1は、以上のような構成を有するので、加工シミュレーション装置1には、外部で作成されたレーザ加工プログラムPROがLANなどの通信回線を介して通信制御部5にオンラインで入力される。なお、レーザ加工プログラムPROの入力方法としては、通信回線に限らず、磁気ディスクなど適宜な記録媒体にレーザ加工プログラムPROを格納し、加工シミュレーション装置1に接続された外部データ入力部に該レーザ加工プログラムPROが格納された記録媒体をセットして、該レーザ加工プログラムPROを読み出すことによって行ってもよい。
こうして、入力されたレーザ加工プログラムPROは、プログラムメモリ6に格納される。入力部12を介してオペレータからのシミュレーション実行指令が入力されると、主制御部2は、倣いモデル生成部11に対して、ワーク20とノズル21の倣いモデルを生成するように指令する。
これを受けて、倣いモデル生成部11は、レーザ加工プログラムPROに指示されたワークの素材形状に基づいて、図3に示すように、所定厚さのワーク20のソリッドモデルSD1を3次元仮想空間内に生成させると共に、加工パラメータメモリ15からワーク20を加工する際に使用されるノズル21の3次元形状を読み出して、同様にノズル21のソリッドモデルSD2を3次元仮想空間内に生成する。
倣いモデル生成部11は、ノズル21のソリッドモデルSD2を生成するときに、実際の加工に使用するノズル21の形状に適合した寸法形状を有するソリッドモデルSD2と、該ノズル21の図3下方、即ちノズル21からレーザ光が射出される方向に、ノズル21のソリッドモデルSD2と共に移動し得るように、仮想物体としての連結棒モデルSD3を介して所定間隙GP1だけ離れた形でチップモデルSD4を生成する。なお、チップモデルSD4の大きさは任意に設定することが出来るが、連結棒モデルSD3は、チップモデルSD4及びノズルのソリッドモデルSD2とが互いに区別可能なように、両者と異なる形状に生成することが望ましく、図3の場合には、連結棒モデルSD3は小径の細長い棒状に生成されている。
こうして、3次元仮想空間内にワークとノズルのソリッドモデルSD1、SD2、連結棒モデルSD3及びチップモデルSD4が生成されたところで、主制御部2はシミュレーション実行部7に対して、レーザ加工プログラムPROに基づいたシミュレーションの実行を指令する。これを受けてシミュレーション実行部7は、レーザ加工プログラムPROに記述された加工指令を、前述の3次元仮想空間内に生成されたワークとノズルのソリッドモデルSD1、SD2を制御対象にして実行し、該3次元仮想空間内でノズルのソリッドモデルSD2をワークのソリッドモデルSD1に対して移動させるシミュレーションを実行する。なお、この際、連結棒モデルSD3及びチップモデルSD4も、ノズルのソリッドモデルSD2の移動と共に3次元仮想空間内で移動制御されることとなる。
レーザ加工プログラムPROを実行した結果生じる3次元仮想空間内でのノズルとワークの位置関係は、当該ソリッドモデルSD1、SD2を3次元仮想空間内の所定の位置からレンダリングして、表示部13に表示することにより行われる。この表示は、例えば図3に示すように、ワークのソリッドモデルSD1に対してノズルのソリッドモデルSD2が連結棒モデルSD3及びチップモデルSD4と共に、レーザ加工プログラムPROで指示された移動方向に対応した、例えば図中矢印A方向に移動してゆく形で画像表示される。
オペレータは、表示部13に表示される画像の状態を見ながら、レーザ加工プログラムPROに誤りがないかどうかを監視する。こうして、シミュレーション実行部7によるレーザ加工プログラムPROのシミュレーションが実行されてゆくが、シミュレーション実行部7は、レーザ加工プログラムPROのシミュレーションに際して、プログラムメモリ6から、図2に示すシミュレーション制御プログラムSPRを読み出し、当該シミュレーション制御プログラムSPRに基づいて、3次元仮想空間内でのシミュレーションを制御する。
即ち、主制御部2は、シミュレーション制御プログラムSPRのステップS1で、シミュレーション中のレーザ加工プログラムPRO内で倣い加工が指令されているか否かを、レーザ加工プログラムPROの各指令内容を解釈することにより判定し、倣い加工が指令されていないものと判定された場合には、ステップS2に入り、ノズルのソリッドモデルSD2とワークのソリッドモデルSD1との干渉判定動作をONとし、チップモデルSD4とワークのソリッドモデルSD1との干渉判定動作をOFFとする、第1のノズル干渉判定動作に入る。
第1のノズル干渉判定動作は、ワークとノズル間の干渉のみを判定する動作であり、シミュレーション実行部7は、シミュレーション制御プログラムSPRのステップS3において、ノズル干渉判定部9に対して、ノズルのソリッドモデルSD2がワークのソリッドモデルSD1と干渉していないか否かのみを判定させる。
ノズルのソリッドモデルSD2は、レーザ加工プログラムPROに従って、3次元仮想空間内を移動制御されるので、仮にレーザ加工プログラムPROに誤りがあり、ノズルがワークと干渉してしまうような指令がなされていた場合には、3次元仮想空間内の、ワークとノズルのソリッドモデルSD1、SD2同士が干渉することから、当該干渉をチェックすることによりプログラムエラーを判定する。仮に、ステップS3で、3次元仮想空間内のワークとノズルのソリッドモデルSD1、SD2が干渉したものと判定された場合には、ノズル干渉判定部9は、主制御部2に対してノズル干渉信号SG1を出力し、主制御部2は、これを受けて、ステップS4に入り、現在のレーザ加工プログラムPROの指令内容では、ワークとノズルが干渉してしまうことを表示部13などを介してオペレータに告知する。
また、主制御部2が、シミュレーション制御プログラムSPRのステップS1に基づいて、シミュレーション中のレーザ加工プログラムPRO内で倣い加工が指令されているものと判定された場合には、ステップS5に入り、ノズルのソリッドモデルSD2とワークのソリッドモデルSD1との干渉判定動作をONとし、更にチップモデルSD4とワークのソリッドモデルSD1との干渉判定動作もONとする、第2のノズル干渉判定動作に入る。
この第2のノズル干渉判定動作では、連結棒モデルSD3の長さL、即ち、ノズルのソリッドモデルSD2とチップモデルSD3との間隔が、3次元仮想空間内で、レーザ加工プログラムPRO中で指示されている倣い加工におけるワークとノズル間で維持すべき間隙GP1に対応する寸法となるように、倣いモデル生成部11により設定される。
第2のノズル干渉判定動作は、ワークとノズル間の干渉のみならず、ワークの倣い加工が適切にプログラムされているか否かを判定する動作であり、シミュレーション実行部7は、シミュレーション制御プログラムSPRのステップS6において、ノズル干渉判定部9に対して、ノズルのソリッドモデルSD2がワークのソリッドモデルSD1と干渉していないかを判定させる。また、同時に、シミュレーション実行部7は、シミュレーション制御プログラムSPRのステップS7で倣い加工適否判定部に対して、チップモデルSD4ワークのソリッドモデルSD1と干渉状態を維持しているか否かを監視判定する。
即ち、ノズルのソリッドモデルSD2は、レーザ加工プログラムPROに従って、3次元仮想空間内を移動制御されるので、仮にレーザ加工プログラムPROに誤りがあり、ノズルがワークと干渉してしまうような指令がなされていた場合には、3次元仮想空間内の、ワークとノズルのソリッドモデルSD1、SD2同士が干渉することから、当該干渉をチェックすることによりプログラムエラーを判定する。
仮に、ステップS6で、3次元仮想空間内のワークとノズルのソリッドモデルSD1、SD2が干渉したものと判定された場合には、ノズル干渉制御部9は主制御部2に対してノズル干渉信号SG1を出力し、主制御部2は、これを受けて、ステップS8に入り、現在のレーザ加工プログラムPROの指令内容では、ワークとノズルが干渉してしまうことを表示部13などを介してオペレータに告知するエラー処理を行う。
また、ノズル干渉判定部7によるノズルとワークの干渉判定シミュレーションと同時に、既に述べたように、倣い加工適否判定部10により、倣い加工の指令が適切に行われているか否かがシミュレーション判定される。レーザ加工プログラムPROによる倣い加工が、ワーク20から外れた位置にまで指令されていた場合には、図4に示すように、ノズルのソリッドモデルSD2がワークのソリッドモデルSD1の上方から、例えば図中右方に外れてしまい、それと同時に、連結棒モデルSD3を介して連結されているチップモデルSD4も、ワークのソリッドモデルSD1から外れ、ワークのソリッドモデルSD1とチップモデルSD3間の干渉状態が解除される。
なお、レーザ加工プログラムPROによる倣い加工が、ワーク20から外れた位置にまで不適切に指令されていた場合には、実際の加工では、ノズルと図中下方(即ち、ノズル21からのレーザ光線の射出方向)に存在すべきワーク20との距離を一定に維持するという倣い加工制御の特性に基づいて、ノズル21が図中下方にワークを求めて無制限に移動駆動される結果となり、ノズル21がワーク20やレーザ加工機のテーブルなど他の機械部分に衝突してしまうなどの不都合な事態が生じる可能性がある。
従って、倣い加工適否判定部10は、レーザ加工プログラムPROで倣い加工が指令されていた場合には、ステップS7でワークのソリッドモデルSD1とチップモデルSD4との間の干渉を常にチェックし、当該干渉が維持されている場合には、ノズルはワークに対して連結棒モデルSD3で規定された適正な間隙GP1を介して移動指令されているものと判断する。一方、ステップS7でワークのソリッドモデルSD1とチップモデルSD4との間の干渉が解除された、即ちワークのソリッドモデルSD1とチップモデルSD4が、図4に示すように、干渉していない状態になっているものと判定された場合には、ノズルは倣い加工を継続するためのワークを失ったものと判定し、倣い加工適否判定部10は主制御部2に対して所定の倣いフェイル信号SG2を出力し、主制御部2は、これを受けて、ステップS9に入り、現在のレーザ加工プログラムPROの倣い加工の指示が不適切であり、現在の指令内容では、ノズルがワーク外にまで移動してしまい、適正な倣い加工が出来なくなることを表示部13などを介してオペレータに告知するエラー処理を行う。
オペレータは、これにより、レーザ加工プログラムPROにおける倣い加工の指令が適切に行われているか否かを、シミュレーションにより適切に認識することが出来る。
なお、連結棒モデルSD3及びチップモデルSD4は、シミュレーション時に表示部13に表示する必要は必ずしも無く、連結棒モデルSD3及びチップモデルSD4を表示部13に表示することなく、内部的にチップモデルSD4とワークのソリッドモデルSD1との間の干渉を監視し、ワークのソリッドモデルSD1とチップモデルSD4が、図4に示すように、干渉していない状態になっているものと判定された場合に、倣い加工適否判定部10が主制御部2に対して所定の倣いフェイル信号SG2を出力し、主制御部2は、これを受けて、現在のレーザ加工プログラムPROの倣い加工の指示が不適切であり、現在の指令内容では、ノズルがワーク外にまで移動してしまい、適正な倣い加工が出来なくなることを表示部13などを介してオペレータに告知するようにしてもよい。
更に、連結棒モデルSD3の形状は任意の形状を採用することが出来るが、シミュレーション時に当該シミュレーションの映像を表示部13に表示する場合には、ノズルのソリッドモデルSD2とチップモデルSD4とが区別できる、それらと異なる寸法形状とすることが望ましい。
図1は、加工シミュレーション装置の一例を示す制御ブロック図。 図2はシミュレーション制御プログラムの一例を示すフローチャート。 図3はシミュレーション実行部により構築された3次元仮想空間内で、シミュレーション制御プログラムに基づいて演算される、加工トーチとワークの関係を示す図であり、通常の倣い状態を示す図。 図4はシミュレーション実行部により構築された3次元仮想空間内で、シミュレーション制御プログラムに基づいて演算される、加工トーチとワークの関係を示す図であり、加工すべきワークに対してトーチの倣い移動指令が正しくなされていない状態を示す模式図である。
符号の説明
1……加工シミュレーション装置
2……警告手段、倣い加工指示判定手段(主制御部)
7……シミュレーション実行手段(シミュレーション実行部)
10……加工適否判定手段(倣い加工適否判定部)
11……モデリング手段、チップモデル生成手段(倣いモデル生成部)
13……表示手段、警告手段(表示部)
20……ワーク
21……ノズル
GP1……間隙
SD1、SD2……ソリッドモデル
SD3……仮想物体(連結棒モデル)
SD4……チップモデル
PRO……レーザ加工プログラム
SPR……警告手段、倣い加工指示判定手段(シミュレーション制御プログラム)

Claims (6)

  1. レーザ加工プログラムをシミュレーションして、前記レーザ加工プログラムにより指示されたワークに対するノズルの移動状態を表示手段上に表示することの出来る加工シミュレーション装置において、
    前記レーザ加工に使用するワークとノズルのソリッドモデルを、3次元仮想空間上にモデリングするモデリング手段を有し、
    前記モデリング手段は、前記3次元仮想空間上に生成されたノズルのソリッドモデルの先端に所定の間隙を介してチップモデルをモデリングするチップモデル生成手段を有し、
    前記ノズルのソリッドモデルを前記チップモデルと共に前記ワークのソリッドモデルに対して、前記レーザ加工プログラムの指令に従って、前記3次元仮想空間上で移動制御するシミュレーション実行手段を有し、
    前記チップモデルと前記ワークのソリッドモデルとの干渉状態を監視して、前記干渉状態が解除された場合に所定の信号を出力する倣い加工適否判定手段を設けて構成した、
    加工シミュレーション装置。
  2. 前記レーザ加工プログラム中で、倣い加工が指示されているか否かを判定する倣い加工指示判定手段を設け、
    前記倣い加工適否判定手段は、前記倣い加工指示判定手段により、前記レーザ加工プログラム中で、倣い加工が指示されているものと判定された場合にのみ、チップモデルと前記ワークのソリッドモデルとの干渉状態を監視することを特徴とする、請求項1記載の加工シミュレーション装置。
  3. 前記チップモデル生成手段は、ノズルのソリッドモデルと前記チップモデルとの間に、それらを連結する仮想物体をモデリングすることを特徴とする、請求項1記載の加工シミュレーション装置。
  4. 前記仮想物体は、細長い棒状にモデリングされていることを特徴とする、請求項3記載の加工シミュレーション装置。
  5. 前記チップモデル生成手段は、仮想物体を、前記ノズルのソリッドモデルとチップモデルとの間隔が、前記レーザ加工プログラム中で指示されている倣い加工におけるワークとノズル間で維持すべき間隙に対応する寸法となるように形成することを特徴とする、請求項3記載の加工シミュレーション装置。
  6. 前記倣い加工適否判定手段から前記所定の信号が出力された場合に、
    前記レーザ加工プログラムによる倣い加工の指示が不適切である旨警告する、警告手段を設けて構成した、請求項1記載の加工シミュレーション装置。
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