JP2017037460A - Machining system and machining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加工システム及び加工方法に関し、特に、ワークの表面形状の誤差補正を行って加工を行う加工システム及び加工方法に関する。 The present invention relates to a machining system and a machining method, and more particularly, to a machining system and a machining method for performing machining by correcting an error of a surface shape of a workpiece.
既知の位置にある基準点によって、全体的な座標系におけるセンサユニットの位置を決定し、センサユニットが有するスキャナユニットからの測定対象のデータを全体的な座標系に変換する技術が知られている(特許文献1参照)。 A technique is known in which the position of a sensor unit in an overall coordinate system is determined by a reference point at a known position, and data to be measured from a scanner unit included in the sensor unit is converted into an overall coordinate system. (See Patent Document 1).
鋳物素材等のワークには成形誤差があり、精密鋳造法でワークを鋳造したとしても、±0.5mm程度の成形誤差がでる。そのようなワークに対して加工を行う場合、成形誤差を考慮して加工を行わないと、最終的な製品の加工精度がでない、加工品質が悪いという問題が起こるおそれがある。例えば、レーザ加工機を用いて加工を行う場合には、焦点誤差を±0.1mm以内に抑える必要があるが、上述した鋳物素材等のワークでは、その成形誤差によりレーザの焦点が合わなくなり、そのため、加工径が大きくなる、酸化層が増える、だれが起こる、焼きすぎる等の加工精度、加工品質の問題が起こりうる。 A work such as a casting material has a forming error, and even if the work is cast by a precision casting method, a forming error of about ± 0.5 mm is generated. When processing such a workpiece, if the processing is not performed in consideration of forming errors, there may be a problem that the processing accuracy of the final product is not good and the processing quality is poor. For example, when performing processing using a laser processing machine, it is necessary to suppress the focus error to within ± 0.1 mm, but in the workpiece such as the casting material described above, the laser is not focused due to the forming error, For this reason, problems such as processing accuracy and processing quality such as an increase in the processing diameter, an increase in the number of oxide layers, occurrence of wrinkles, and excessive baking may occur.
なお、特許文献1に記載の技術を用いることにより、ワーク自体の成形誤差を測定することは可能であるが、測定した成形誤差を加工装置で使用するためには、座標変換等の工夫が必要であり、そのままでは使用することはできない。又、加工装置で使用するための座標変換の際には、その座標変換の計算が煩雑になると共に、計算誤差が生じるおそれもある。 In addition, it is possible to measure the forming error of the workpiece itself by using the technique described in Patent Document 1, but in order to use the measured forming error in the processing apparatus, a device such as coordinate conversion is required. It cannot be used as it is. Further, when coordinate conversion for use in a processing apparatus is performed, calculation of the coordinate conversion becomes complicated and a calculation error may occur.
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、ワークの表面形状の誤差補正を行うことができる加工システム及び加工方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a machining system and a machining method capable of correcting an error in the surface shape of a workpiece.
上記課題を解決する第1の発明に係る加工システムは、
基準治具と記憶装置と3次元計測装置と加工装置とを備え、
前記基準治具は、少なくとも3つの基準支柱を有し、前記基準支柱の各々の所定箇所により形成される座標基準面を基準とする空間座標が基準点座標として規定されるものであり、
前記記憶装置は、加工対象のワークを所定の位置及び姿勢で前記基準治具に設置する場合について、前記基準点座標での前記ワークのワーク表面形状データ及び加工制御用データを予め有し、
前記3次元計測装置は、前記所定の位置及び姿勢で前記基準治具に設置した前記ワークに対し、前記基準治具と共に3次元計測を行う3次元スキャナと、前記基準支柱の前記所定箇所の前記3次元計測により当該装置での前記基準点座標を規定すると共に、前記3次元計測によるワーク表面形状データを前記基準点座標に座標変換し、座標変換後の前記ワーク表面形状データと前記記憶装置が有する前記ワーク表面形状データとの差をギャップデータとして求める演算手段とを有し、
前記加工装置は、前記所定の位置及び姿勢で前記基準治具に設置した前記ワークに対し、前記基準支柱の前記所定箇所の位置認識をするセンサと、前記ワークを加工する工具と、前記基準支柱の前記所定箇所の前記位置認識により当該装置での前記基準点座標を規定すると共に、前記加工制御用データを前記ギャップデータで補正し、前記基準点座標上において、補正後の前記加工制御用データを用いて前記工具を制御して、前記ワークを加工する制御手段とを有する
ことを特徴とする。
The processing system according to the first invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
A reference jig, a storage device, a three-dimensional measuring device, and a processing device;
The reference jig has at least three reference pillars, and spatial coordinates based on a coordinate reference plane formed by a predetermined portion of each of the reference pillars are defined as reference point coordinates.
The storage device has in advance workpiece surface shape data and machining control data of the workpiece at the reference point coordinates when the workpiece to be machined is placed on the reference jig at a predetermined position and posture,
The three-dimensional measuring device includes a three-dimensional scanner that performs three-dimensional measurement together with the reference jig on the workpiece placed on the reference jig at the predetermined position and posture, and the predetermined portion of the reference column. The reference point coordinates in the apparatus are defined by three-dimensional measurement, and the workpiece surface shape data by the three-dimensional measurement is coordinate-converted to the reference point coordinates, and the workpiece surface shape data after the coordinate conversion and the storage device Calculating means for obtaining a difference from the workpiece surface shape data as gap data;
The processing apparatus includes: a sensor for recognizing a position of the predetermined position of the reference column with respect to the workpiece installed on the reference jig at the predetermined position and posture; a tool for processing the workpiece; and the reference column. The reference point coordinates in the apparatus are defined by recognizing the position of the predetermined portion, and the processing control data is corrected with the gap data, and the corrected processing control data is corrected on the reference point coordinates. And a control means for controlling the tool to process the workpiece.
上記課題を解決する第2の発明に係る加工システムは、
上記第1の発明に記載の加工システムにおいて、
前記基準点座標は、任意の2つの前記基準支柱の前記所定箇所を通る第1の軸線を、X軸、Y軸及びZ軸のいずれか1つの軸とし、他の任意の1つの前記基準支柱の前記所定箇所を通り、かつ、前記第1の軸線に垂直な第2の軸線を、X軸、Y軸及びZ軸のうちの前記第1の軸線とした軸以外のいずれか1つの軸とし、前記第1の軸線と前記第2の軸線との交点を通り、かつ、前記第1の軸線及び前記第2の軸線に垂直な第3の軸線を、X軸、Y軸及びZ軸のうちの前記第1の軸線及び前記第2の軸線とした軸以外の軸とする直交座標である
ことを特徴とする。
A machining system according to a second invention for solving the above-described problems is as follows.
In the processing system according to the first invention,
In the reference point coordinates, the first axis passing through the predetermined portion of any two of the reference supports is set as one of the X axis, the Y axis, and the Z axis, and any other one of the reference supports A second axis that passes through the predetermined portion and is perpendicular to the first axis is any one axis other than the X-axis, Y-axis, and Z-axis as the first axis. A third axis that passes through the intersection of the first axis and the second axis and is perpendicular to the first axis and the second axis is an X axis, a Y axis, or a Z axis. The orthogonal coordinates are axes other than the axes of the first axis and the second axis.
上記課題を解決する第3の発明に係る加工システムは、
上記第1又は第2の発明に記載の加工システムにおいて、
前記演算手段は、前記ワークに穴を形成する場合、前記記憶装置が有する前記加工制御用データにおける前記穴の中心位置及び前記穴の中心線の方向と座標変換後の前記ワーク表面形状データとに基づいて、前記中心線が前記3次元計測で計測した前記ワークの表面と交わる交点位置を求め、前記中心位置と前記交点位置との距離から前記ギャップデータを構成するギャップを求める
ことを特徴とする。
A machining system according to a third invention for solving the above-described problems is as follows.
In the processing system according to the first or second invention,
When forming a hole in the workpiece, the calculation means uses the center position of the hole and the direction of the center line of the hole in the processing control data of the storage device and the workpiece surface shape data after coordinate conversion. Based on the above, the intersection position where the center line intersects the surface of the workpiece measured by the three-dimensional measurement is obtained, and the gap constituting the gap data is obtained from the distance between the center position and the intersection position. .
上記課題を解決する第4の発明に係る加工方法は、
基準治具と記憶装置と3次元計測装置と加工装置とを用いる加工方法であって、
前記基準治具が有する少なくとも3つの基準支柱を用い、前記基準支柱の各々の所定箇所により形成される座標基準面を基準とする空間座標を基準点座標として規定し、
加工対象のワークを所定の位置及び姿勢で前記基準治具に設置する場合について、前記基準点座標での前記ワークのワーク表面形状データ及び加工制御用データを前記記憶装置に予め保存しておき、
前記3次元計測装置を用い、前記所定の位置及び姿勢で前記基準治具に設置した前記ワークに対し、前記基準治具と共に3次元計測を行い、前記基準支柱の前記所定箇所の前記3次元計測により当該装置での前記基準点座標を規定すると共に、前記3次元計測によるワーク表面形状データを前記基準点座標に座標変換し、座標変換後の前記ワーク表面形状データと前記記憶装置に保存した前記ワーク表面形状データとの差をギャップデータとして求め、
前記加工装置を用い、前記所定の位置及び姿勢で前記基準治具に設置した前記ワークに対し、前記基準支柱の前記所定箇所を当該装置のセンサで位置認識して当該装置での前記基準点座標を規定すると共に、前記加工制御用データを前記ギャップデータで補正し、前記基準点座標上において、補正後の前記加工制御用データを用いて前記加工装置の工具を制御して、前記ワークを加工する
ことを特徴とする。
A processing method according to a fourth invention for solving the above-mentioned problem is as follows.
A processing method using a reference jig, a storage device, a three-dimensional measuring device, and a processing device,
Using at least three reference struts that the reference jig has, the spatial coordinates based on the coordinate reference plane formed by each predetermined portion of the reference struts are defined as reference point coordinates,
In the case where the workpiece to be machined is installed in the reference jig at a predetermined position and orientation, the workpiece surface shape data and machining control data of the workpiece at the reference point coordinates are stored in advance in the storage device,
Using the three-dimensional measuring device, three-dimensional measurement is performed together with the reference jig on the workpiece placed on the reference jig at the predetermined position and posture, and the three-dimensional measurement of the predetermined portion of the reference column is performed. The reference point coordinates in the apparatus are defined by the above, the workpiece surface shape data by the three-dimensional measurement is coordinate-converted to the reference point coordinates, and the workpiece surface shape data after the coordinate conversion and the storage device stored in the storage device Find the difference from the workpiece surface shape data as gap data,
Using the processing device, for the workpiece placed on the reference jig at the predetermined position and posture, the position of the predetermined portion of the reference column is recognized by the sensor of the device, and the reference point coordinates in the device The machining control data is corrected with the gap data, and the tool of the machining device is controlled using the corrected machining control data on the reference point coordinates to machine the workpiece. It is characterized by doing.
上記課題を解決する第5の発明に係る加工方法は、
上記第4の発明に記載の加工方法において、
前記基準点座標は、任意の2つの前記基準支柱の前記所定箇所を通る第1の軸線を、X軸、Y軸及びZ軸のいずれか1つの軸とし、他の任意の1つの前記基準支柱の前記所定箇所を通り、かつ、前記第1の軸線に垂直な第2の軸線を、X軸、Y軸及びZ軸のうちの前記第1の軸線とした軸以外のいずれか1つの軸とし、前記第1の軸線と前記第2の軸線との交点を通り、かつ、前記第1の軸線及び前記第2の軸線に垂直な第3の軸線を、X軸、Y軸及びZ軸のうちの前記第1の軸線及び前記第2の軸線とした軸以外の軸とする直交座標である
ことを特徴とする。
A processing method according to a fifth invention for solving the above-mentioned problem is as follows.
In the processing method according to the fourth invention,
In the reference point coordinates, the first axis passing through the predetermined portion of any two of the reference supports is set as one of the X axis, the Y axis, and the Z axis, and any other one of the reference supports A second axis that passes through the predetermined portion and is perpendicular to the first axis is any one axis other than the X-axis, Y-axis, and Z-axis as the first axis. A third axis that passes through the intersection of the first axis and the second axis and is perpendicular to the first axis and the second axis is an X axis, a Y axis, or a Z axis. The orthogonal coordinates are axes other than the axes of the first axis and the second axis.
上記課題を解決する第6の発明に係る加工方法は、
上記第4又は第5の発明に記載の加工方法において、
前記ワークに穴を形成する場合、前記記憶装置に保存した前記加工制御用データにおける前記穴の中心位置及び前記穴の中心線の方向と座標変換後の前記ワーク表面形状データとに基づいて、前記中心線が前記3次元計測で計測した前記ワークの表面と交わる交点位置を求め、前記中心位置と前記交点位置との距離から前記ギャップデータを構成するギャップを求める
ことを特徴とする。
A processing method according to a sixth invention for solving the above-described problem is as follows.
In the processing method according to the fourth or fifth invention,
When forming a hole in the workpiece, based on the center position of the hole and the direction of the center line of the hole in the processing control data stored in the storage device and the workpiece surface shape data after coordinate conversion, An intersection position where a center line intersects the surface of the workpiece measured by the three-dimensional measurement is obtained, and a gap constituting the gap data is obtained from a distance between the center position and the intersection position.
本発明によれば、設計データ用の記憶装置と3次元計測装置と加工装置の各装置において、基準治具による同一の基準点座標を用いることにより、同一の基準点座標において、設計上のワークの表面形状と3次元計測による実際のワークの表面形状との差を求め、実際のワークの表面形状の誤差補正を行って、ワークに対する加工を行うことができる。その結果、加工の品質及び精度を向上させることができる。 According to the present invention, in each of the storage device for design data, the three-dimensional measuring device, and the processing device, the same reference point coordinates by the reference jig are used. It is possible to obtain a difference between the surface shape of the workpiece and the surface shape of the actual workpiece by three-dimensional measurement, correct the error of the surface shape of the actual workpiece, and process the workpiece. As a result, the quality and accuracy of processing can be improved.
以下、本発明に係る加工システム及び加工方法の実施形態について、図1〜図4を参照して説明を行う。なお、ここでは、加工装置の一例として、レーザ加工機を例示するが、本発明は、他の加工装置の場合にも適用可能である。 Hereinafter, embodiments of a processing system and a processing method according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, as an example of the processing apparatus, a laser processing machine is illustrated, but the present invention is also applicable to other processing apparatuses.
[実施例1]
最初に、図1を参照して、本実施例の加工システムの構成を説明する。本実施例の加工システムは、Ethernet(登録商標)等のネットワーク10を介して、加工マスタデータPC(以降、マスタPC)12とデータベースサーバPC(以降、サーバPC)14と3次元計測装置20とレーザ加工機30とが互いに通信可能に接続された構成である。なお、サーバPC14は、設計データ用の記憶装置として機能し、ここでは、3次元計測装置20やレーザ加工機30と独立して設けているが、3次元計測装置20やレーザ加工機30に記憶装置を設け、当該記憶装置をサーバPC14の代わりに使用しても良い。
[Example 1]
Initially, with reference to FIG. 1, the structure of the processing system of a present Example is demonstrated. The machining system of the present embodiment includes a machining master data PC (hereinafter referred to as master PC) 12, a database server PC (hereinafter referred to as server PC) 14, and a three-
マスタPC12は、CAD/CAM(Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing)用のコンピュータであり、設計データとして、加工対象のワークWの表面形状を表すワーク表面形状データと共に、ワークWを加工するための加工制御用データを作成するものである。ここでは、加工制御用データとして、ワークWに対するレーザ加工機30による穴開け加工の加工制御用データが予め作成されている。
The master PC 12 is a computer for CAD / CAM (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing), and the processing for processing the workpiece W together with the workpiece surface shape data representing the surface shape of the workpiece W to be processed as design data. It creates control data. Here, as the processing control data, processing control data for drilling the workpiece W by the
マスタPC12においては、所定の空間座標におけるワーク表面形状データ及び加工制御用データを予め作成している。ここで、図3(a)、(b)を参照して、所定の空間座標について説明する。この所定の空間座標とは、3つの基準支柱52を有する基準治具50にワークWを所定の位置及び姿勢で設置する場合において、3つの基準支柱52の所定箇所(例えば、それらの上面の中心)により形成される座標基準面53を基準とする空間座標のことである。この所定の空間座標を基準点座標とし、後述するように、3次元計測装置20やレーザ加工機30でも用いている。
In the master PC 12, workpiece surface shape data and machining control data at predetermined spatial coordinates are created in advance. Here, predetermined spatial coordinates will be described with reference to FIGS. The predetermined spatial coordinates refer to predetermined locations (for example, the centers of the upper surfaces of the three reference columns 52) when the workpiece W is set in a predetermined position and posture on the
上述した基準治具50は、具体的には、平板状の基台51と、基台51の上面に設けられた3本の円柱状の基準支柱52とからなり、基台51の上面がワークWを設置する設置基準面54となっている。基準支柱52は、少なくとも3本あれば良いが、好ましくは4本又は5本あれば、後述する3次元計測装置20及びレーザ加工機30での計測の際に、その計測誤差を低減することができる。
Specifically, the above-described
マスタPC12では、ワークWの基準治具50への仮想的な設置を想定している。これは、ワークWの基準治具50への実際の設置と同一である。即ち、ワークW自体には通常加工基準面が設定されているので、ワークWの加工基準面を基準治具50の設置基準面54に設置し、基準支柱52やクランプなどにより、ワークWの位置がずれないようにすれば、所定の位置及び姿勢でワークWを基準治具50に実際に設置することになる(図3(a)、(b)参照)。マスタPC12では、これと同一の位置及び姿勢でワークWを基準治具50へ仮想的に設置した場合を想定して、上記データを作成している。
In the
再び、図1を参照すると、マスタPC12で作成されたワーク表面形状データ及び加工制御用データは、ネットワーク10を介して、サーバPC14へ送られる。サーバPC14は、ワーク表面形状データ及び加工制御用データと共に、後述するギャップデータを保存する。このサーバPC14は、加工情報管理システムとして機能し、レーザ加工機30は、ギャップデータ、加工制御用データなどを参照して、ワークWを加工することになる。
Referring to FIG. 1 again, the workpiece surface shape data and machining control data created by the
3次元計測装置20は、3次元スキャナ21と計測PC22(演算手段)とを有する。なお、この計測PC22に代えて、シーケンサでも良い。3次元計測装置20では、計測PC22により3次元スキャナ21を制御しており、基準治具50に所定の位置及び姿勢で設置したワークWに対し、基準治具50と共に3次元計測を行っている。
The three-
詳細は後述するが、3次元計測装置20は、3次元計測により基準治具50の基準支柱52を位置認識し、3次元計測装置20における基準点座標を規定した後、3次元計測によるワーク表面形状データを基準点座標に座標変換し、その後、座標変換したワーク表面形状データとサーバPC14に保存してあるワーク表面形状データとの差を比較して、ギャップデータを求めている。ここで求めたギャップデータも、ネットワーク10を介して、サーバPC14へ送られて、保存されることになる。
Although the details will be described later, the three-
レーザ加工機30は、ハブ31と、操作パネル32と、制御ユニット33(制御手段)と、レーザ発振器34と、加工ヘッド35と、センサ36とを有している。これら機器同士は、直接又はハブ31を介して、互いに通信可能に接続されている。ユーザは、操作パネル32によりレーザ加工の条件等を設定し、制御ユニット33は、設定された条件に基づいて、レーザ発振器34及び加工ヘッド35を制御して、基準治具50に所定の位置及び姿勢で設置したワークWに対し、レーザ加工を行うことになる。なお、センサ36としては、対象物の位置認識ができれば、上述した3次元スキャナのようなものでも良いし、他のものでも良い。
The
詳細は後述するが、レーザ加工機30は、ワークWの形状誤差を補正するため、センサ36により基準治具50の基準支柱52を位置認識し、レーザ加工機30における基準点座標を規定した後、サーバPC14に保存してある加工制御用データ及びギャップデータを参照して、加工制御用データをギャップデータで補正しており、補正後の加工制御用データを用いることにより、ワークWの形状誤差を補正して、ワークWのレーザ加工を行っている。
Although details will be described later, after the
次に、上述した加工システムにおける加工方法について、図1と共に、図2、図3(a)、(b)及び図4も参照して説明する。なお、図4は、図3(b)におけるワークWのX軸方向の断面の表面部分に該当する。 Next, a processing method in the above-described processing system will be described with reference to FIGS. 2, 3A, 4B, and 4 together with FIG. FIG. 4 corresponds to the surface portion of the cross section in the X-axis direction of the workpiece W in FIG.
(ステップS1)
3本の基準支柱52を有する基準治具50に加工対象のワークWを所定の位置及び姿勢で設置する場合について、3本の基準支柱52の所定箇所、例えば、それらの上面の中心により形成される座標基準面53を基準とする基準点座標でのワーク表面形状データ及び加工制御用データをマスタPC12で予め作成する。
(Step S1)
In the case where the workpiece W to be machined is set in a predetermined position and posture on a
基準点座標については、まず、図3(a)に示すように、3本の基準支柱52の上面の中心により、座標基準面53を設定し、次に、図3(b)に示すように、3本の基準支柱52の上面の中心を通る軸線を設定し、これにより、原点及びXYZ軸を決め、原点及びXYZ軸からなる直交座標を設定することにより、基準点座標となる空間座標を設定する。
As for the reference point coordinates, first, as shown in FIG. 3A, the coordinate
例えば、2本の基準支柱52の上面の中心を通る第1の軸線をX軸とし、残りの1本の基準支柱52の上面の中心を通り、かつ、第1の軸線(X軸)に垂直な第2の軸線をY軸とし、第1の軸線(X軸)と第2の軸線(Y軸)との交点(原点)を通り、かつ、第1の軸線(X軸)及び第2の軸線(Y軸)に垂直な第3の軸線をZ軸として、原点及びXYZ軸を決めている。ここでは、座標基準面53が、Z=0のときのXY平面であり、基準点座標の基準面となる。そして、マスタPC12で作成したワーク表面形状データ及び加工制御用データは、この基準点座標に基づいて作成される。なお、第1の軸線、第2の軸線及び第3の軸線に対して、X軸、Y軸及びZ軸を互いに入れ換えて、XYZ軸を決めても良い。
For example, the first axis passing through the center of the upper surface of the two
(ステップS2)
作成したワーク表面形状データ及び加工制御用データをサーバPC14に予め保存しておく。なお、ワーク表面形状データ及び加工制御用データの作成は、サーバPC14で行っても良く、その場合、マスタPC12は省略可能である。
(Step S2)
The created workpiece surface shape data and machining control data are stored in the
(ステップS3)
3次元計測装置20において、その3次元スキャナ21を用いて、上記と同様の所定の位置及び姿勢で基準治具50に設置したワークWに対し、基準治具50と共に3次元計測を行う。
(Step S3)
In the three-
(ステップS4)
3次元計測装置20の計測PC22を用い、基準治具50に対する3次元計測から基準治具50の基準支柱52の上面の中心(3次元計測装置20の座標系における座標)を認識し、認識した基準支柱52の上面の中心に基づいて座標基準面53を設定し、設定した座標基準面53に基づいて3次元計測装置20での基準点座標を規定する。3次元計測装置20での基準点座標は、上記の図3(b)で説明した基準点座標と同一である。
(Step S4)
Using the
(ステップS5)
3次元計測装置20の計測PC22を用い、3次元計測によるワーク表面形状データを上述した基準点座標に座標変換する。つまり、3次元計測装置20の座標系から基準点座標の座標系に座標変換する。
(Step S5)
Using the
(ステップS6)
座標変換後のワーク表面形状データとサーバPC14に保存してあるワーク表面形状データとの差(距離)をギャップデータとして求める。
(Step S6)
A difference (distance) between the workpiece surface shape data after coordinate conversion and the workpiece surface shape data stored in the
上記ギャップデータについて、図4を参照して説明する。サーバPC14に保存してあるワーク表面形状データに基づくワークWの表面F1と、3次元計測によるワーク表面形状データに基づくワークWの表面F2は、同一の基準点座標で表されているので、図4に示すように、同一の基準点座標上に表すことができる。そして、同一の基準点座標上において、設計上のワークWの表面F1と実測した実際のワークWの表面F2の差(距離)をギャップGとして計算することができる。
The gap data will be described with reference to FIG. Since the surface F1 of the workpiece W based on the workpiece surface shape data stored in the
本実施例では、レーザ加工機30を用いて、ワークWに穴開け加工を行うので、穴開け加工の品質及び精度を上げるには、焦点位置を表面に正しく合わせることが重要である。例えば、表面F1の任意の穴P1に着目すると、穴P1の中心位置(座標:X1、Y1、Z1)と穴P1の中心線Cの方向の位相のベクトル表示(i、j、k)と座標変換後のワーク表面形状データを数値データとして解析ソフトに入力し、中心線Cが表面F2と交わる交点P2の交点位置(座標:X2、Y2、Z2)を求め、求めた交点P2の交点位置と穴P1の中心位置との差(距離)からギャップGを計算することができる。このギャップGが、設計上のワークWと実際のワークWとにおける穴開け加工の焦点距離の違いとなる。なお、i、j、kは、各軸のベクトル表示である。
In the present embodiment, the
以上のような手順を、他に必要な加工位置で同様に行うことにより、上述したギャップデータを求めることになる。求めたギャップデータは、実際のワークWの表面に焦点位置を正しく合わせるため、後述するレーザ加工機30で用いられる。
The above-described gap data is obtained by performing the above procedure in the same manner at other necessary machining positions. The obtained gap data is used by a
(ステップS7)
レーザ加工機30において、そのセンサ36を用い、上記と同様の所定の位置及び姿勢で基準治具50に設置したワークWに対し、基準治具50の基準支柱52の上面の中心(レーザ加工機30の座標系における座標)を位置認識する。
(Step S7)
In the
(ステップS8)
レーザ加工機30の制御ユニット33を用い、センサ36で位置認識した基準支柱52の上面の中心に基づいて座標基準面53を設定し、設定した座標基準面53に基づいてレーザ加工機30での基準点座標を規定する。レーザ加工機30での基準点座標も、上記の図3(b)で説明した基準点座標と同一である。
(Step S8)
Using the
(ステップS9)
レーザ加工機30の制御ユニット33を用い、サーバPC14に保存してある加工制御用データを上述したギャップデータで補正し、レーザ加工機30で規定した基準点座標上において、補正後の加工制御用データを用いて、ワークWを加工する工具となるレーザ発振器34及び加工ヘッド35を制御し、ワークWの穴開け加工を行う。このとき、サーバPC14に保存してある加工制御用データを上述したギャップデータで補正しているので、実際のワークWの表面に正しく焦点位置を合わせることができる。
(Step S9)
Using the
以上説明したように、本実施例では、各装置で異なる座標系を、基準治具50を用いることにより、同一の基準点座標に揃えており、この基準点座標に基づいて、ワークWの表面形状の誤差補正を行って、ワークWの穴開け加工を行うことができる。その結果、穴開け加工時の焦点位置を適切に合わせることができ、穴開け加工の品質及び精度を向上させることができる。
As described above, in this embodiment, different coordinate systems in each apparatus are aligned with the same reference point coordinates by using the
本発明は、製造上の誤差があるワークに対して加工を行う場合に好適なものであり、例えば、成形誤差がある鋳物素材等のワークの加工に好適である。 The present invention is suitable for processing a workpiece having a manufacturing error, and is suitable for processing a workpiece such as a casting material having a forming error, for example.
10 ネットワーク
12 マスタPC
14 サーバPC
20 3次元計測装置
21 3次元スキャナ
22 計測PC
30 レーザ加工機
33 制御ユニット
34 レーザ発振器
35 加工ヘッド
36 センサ
50 基準治具
51 基台
52 基準支柱
53 座標基準面
54 設置基準面
10
14 Server PC
20
30
Claims (6)
前記基準治具は、少なくとも3つの基準支柱を有し、前記基準支柱の各々の所定箇所により形成される座標基準面を基準とする空間座標が基準点座標として規定されるものであり、
前記記憶装置は、加工対象のワークを所定の位置及び姿勢で前記基準治具に設置する場合について、前記基準点座標での前記ワークのワーク表面形状データ及び加工制御用データを予め有し、
前記3次元計測装置は、前記所定の位置及び姿勢で前記基準治具に設置した前記ワークに対し、前記基準治具と共に3次元計測を行う3次元スキャナと、前記基準支柱の前記所定箇所の前記3次元計測により当該装置での前記基準点座標を規定すると共に、前記3次元計測によるワーク表面形状データを前記基準点座標に座標変換し、座標変換後の前記ワーク表面形状データと前記記憶装置が有する前記ワーク表面形状データとの差をギャップデータとして求める演算手段とを有し、
前記加工装置は、前記所定の位置及び姿勢で前記基準治具に設置した前記ワークに対し、前記基準支柱の前記所定箇所の位置認識をするセンサと、前記ワークを加工する工具と、前記基準支柱の前記所定箇所の前記位置認識により当該装置での前記基準点座標を規定すると共に、前記加工制御用データを前記ギャップデータで補正し、前記基準点座標上において、補正後の前記加工制御用データを用いて前記工具を制御して、前記ワークを加工する制御手段とを有する
ことを特徴とする加工システム。 A reference jig, a storage device, a three-dimensional measuring device, and a processing device;
The reference jig has at least three reference pillars, and spatial coordinates based on a coordinate reference plane formed by a predetermined portion of each of the reference pillars are defined as reference point coordinates.
The storage device has in advance workpiece surface shape data and machining control data of the workpiece at the reference point coordinates when the workpiece to be machined is placed on the reference jig at a predetermined position and posture,
The three-dimensional measuring device includes a three-dimensional scanner that performs three-dimensional measurement together with the reference jig on the workpiece placed on the reference jig at the predetermined position and posture, and the predetermined portion of the reference column. The reference point coordinates in the apparatus are defined by three-dimensional measurement, and the workpiece surface shape data by the three-dimensional measurement is coordinate-converted to the reference point coordinates, and the workpiece surface shape data after the coordinate conversion and the storage device Calculating means for obtaining a difference from the workpiece surface shape data as gap data;
The processing apparatus includes: a sensor for recognizing a position of the predetermined position of the reference column with respect to the workpiece installed on the reference jig at the predetermined position and posture; a tool for processing the workpiece; and the reference column. The reference point coordinates in the apparatus are defined by recognizing the position of the predetermined portion, and the processing control data is corrected with the gap data, and the corrected processing control data is corrected on the reference point coordinates. And a control means for processing the workpiece by controlling the tool using a tool.
前記基準点座標は、任意の2つの前記基準支柱の前記所定箇所を通る第1の軸線を、X軸、Y軸及びZ軸のいずれか1つの軸とし、他の任意の1つの前記基準支柱の前記所定箇所を通り、かつ、前記第1の軸線に垂直な第2の軸線を、X軸、Y軸及びZ軸のうちの前記第1の軸線とした軸以外のいずれか1つの軸とし、前記第1の軸線と前記第2の軸線との交点を通り、かつ、前記第1の軸線及び前記第2の軸線に垂直な第3の軸線を、X軸、Y軸及びZ軸のうちの前記第1の軸線及び前記第2の軸線とした軸以外の軸とする直交座標である
ことを特徴とする加工システム。 The processing system according to claim 1,
In the reference point coordinates, the first axis passing through the predetermined portion of any two of the reference supports is set as one of the X axis, the Y axis, and the Z axis, and any other one of the reference supports A second axis that passes through the predetermined portion and is perpendicular to the first axis is any one axis other than the X-axis, Y-axis, and Z-axis as the first axis. A third axis that passes through the intersection of the first axis and the second axis and is perpendicular to the first axis and the second axis is an X axis, a Y axis, or a Z axis. The processing system is an orthogonal coordinate having an axis other than the first axis and the second axis.
前記演算手段は、前記ワークに穴を形成する場合、前記記憶装置が有する前記加工制御用データにおける前記穴の中心位置及び前記穴の中心線の方向と座標変換後の前記ワーク表面形状データとに基づいて、前記中心線が前記3次元計測で計測した前記ワークの表面と交わる交点位置を求め、前記中心位置と前記交点位置との距離から前記ギャップデータを構成するギャップを求める
ことを特徴とする加工システム。 In the processing system according to claim 1 or 2,
When forming a hole in the workpiece, the calculation means uses the center position of the hole and the direction of the center line of the hole in the processing control data of the storage device and the workpiece surface shape data after coordinate conversion. Based on the above, the intersection position where the center line intersects the surface of the workpiece measured by the three-dimensional measurement is obtained, and the gap constituting the gap data is obtained from the distance between the center position and the intersection position. Processing system.
前記基準治具が有する少なくとも3つの基準支柱を用い、前記基準支柱の各々の所定箇所により形成される座標基準面を基準とする空間座標を基準点座標として規定し、
加工対象のワークを所定の位置及び姿勢で前記基準治具に設置する場合について、前記基準点座標での前記ワークのワーク表面形状データ及び加工制御用データを前記記憶装置に予め保存しておき、
前記3次元計測装置を用い、前記所定の位置及び姿勢で前記基準治具に設置した前記ワークに対し、前記基準治具と共に3次元計測を行い、前記基準支柱の前記所定箇所の前記3次元計測により当該装置での前記基準点座標を規定すると共に、前記3次元計測によるワーク表面形状データを前記基準点座標に座標変換し、座標変換後の前記ワーク表面形状データと前記記憶装置に保存した前記ワーク表面形状データとの差をギャップデータとして求め、
前記加工装置を用い、前記所定の位置及び姿勢で前記基準治具に設置した前記ワークに対し、前記基準支柱の前記所定箇所を当該装置のセンサで位置認識して当該装置での前記基準点座標を規定すると共に、前記加工制御用データを前記ギャップデータで補正し、前記基準点座標上において、補正後の前記加工制御用データを用いて前記加工装置の工具を制御して、前記ワークを加工する
ことを特徴とする加工方法。 A processing method using a reference jig, a storage device, a three-dimensional measuring device, and a processing device,
Using at least three reference struts that the reference jig has, the spatial coordinates based on the coordinate reference plane formed by each predetermined portion of the reference struts are defined as reference point coordinates,
In the case where the workpiece to be machined is installed in the reference jig at a predetermined position and orientation, the workpiece surface shape data and machining control data of the workpiece at the reference point coordinates are stored in advance in the storage device,
Using the three-dimensional measuring device, three-dimensional measurement is performed together with the reference jig on the workpiece placed on the reference jig at the predetermined position and posture, and the three-dimensional measurement of the predetermined portion of the reference column is performed. The reference point coordinates in the apparatus are defined by the above, the workpiece surface shape data by the three-dimensional measurement is coordinate-converted to the reference point coordinates, and the workpiece surface shape data after the coordinate conversion and the storage device stored in the storage device Find the difference from the workpiece surface shape data as gap data,
Using the processing device, for the workpiece placed on the reference jig at the predetermined position and posture, the position of the predetermined portion of the reference column is recognized by the sensor of the device, and the reference point coordinates in the device The machining control data is corrected with the gap data, and the tool of the machining device is controlled using the corrected machining control data on the reference point coordinates to machine the workpiece. A processing method characterized by:
前記基準点座標は、任意の2つの前記基準支柱の前記所定箇所を通る第1の軸線を、X軸、Y軸及びZ軸のいずれか1つの軸とし、他の任意の1つの前記基準支柱の前記所定箇所を通り、かつ、前記第1の軸線に垂直な第2の軸線を、X軸、Y軸及びZ軸のうちの前記第1の軸線とした軸以外のいずれか1つの軸とし、前記第1の軸線と前記第2の軸線との交点を通り、かつ、前記第1の軸線及び前記第2の軸線に垂直な第3の軸線を、X軸、Y軸及びZ軸のうちの前記第1の軸線及び前記第2の軸線とした軸以外の軸とする直交座標である
ことを特徴とする加工方法。 The processing method according to claim 4, wherein
In the reference point coordinates, the first axis passing through the predetermined portion of any two of the reference supports is set as one of the X axis, the Y axis, and the Z axis, and any other one of the reference supports A second axis that passes through the predetermined portion and is perpendicular to the first axis is any one axis other than the X-axis, Y-axis, and Z-axis as the first axis. A third axis that passes through the intersection of the first axis and the second axis and is perpendicular to the first axis and the second axis is an X axis, a Y axis, or a Z axis. The processing method is characterized in that the coordinates are orthogonal coordinates other than the axes of the first axis and the second axis.
前記ワークに穴を形成する場合、前記記憶装置に保存した前記加工制御用データにおける前記穴の中心位置及び前記穴の中心線の方向と座標変換後の前記ワーク表面形状データとに基づいて、前記中心線が前記3次元計測で計測した前記ワークの表面と交わる交点位置を求め、前記中心位置と前記交点位置との距離から前記ギャップデータを構成するギャップを求める
ことを特徴とする加工方法。 In the processing method according to claim 4 or 5,
When forming a hole in the workpiece, based on the center position of the hole and the direction of the center line of the hole in the processing control data stored in the storage device and the workpiece surface shape data after coordinate conversion, A machining method comprising: obtaining a position of an intersection where a center line intersects the surface of the workpiece measured by the three-dimensional measurement, and obtaining a gap constituting the gap data from a distance between the center position and the position of the intersection.
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