JP2708195B2

JP2708195B2 - ３次元レーザ加工機用ティーチング方法およびその装置

Info

Publication number: JP2708195B2
Application number: JP63255826A
Authority: JP
Inventors: 義治佐藤
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1988-10-13
Filing date: 1988-10-13
Publication date: 1998-02-04
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JPH02104490A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、３次元形状のワークを加工する場合にお
ける加工軌跡を検出して加工軌跡のティーチングプログ
ラムを生成する３次元レーザ加工機用ティーチング方法
およびその装置に関する。

（従来の技術）従来、３次元形状のワークに例えばトリミング加工や
穴加工などを行う場合には、対象のワークにおける表面
に予め加工軌跡としてケガキ線を入れ、加工軌跡を追尾
しながらティーチングを行なっている。

また、ティーチング用加工プログラムは座標値データ
としてティーチングポイントあたり５軸（Ｘ軸,Y軸,Z
軸,A軸,B軸）の座標データが必要とされ、そのうちのＸ
軸,Y軸,Z軸の座標データについては金型製作のときのCA
Dデータと理論的に一致するが、従来までは使用されて
いない。

さらに、５軸制御のためのコントローラはティーチン
グプレイバック方式であるため、生成されるプログラム
は機械語レベルのプログラム言語で記述されており、ま
た座標値についても機械固有の座標系で記述されてい
る。

（発明が解決しようとする課題）ところで、プログラムの生成並びに実行も同一の装置
で行なっているため、確実な方法ではあるが、３次元形
状のワークにケガキ線を画くことやティーチング操作は
手動であることなどから手間がかかるという問題があっ
た。

また、Ｘ軸,Y軸,Z軸の座標データはCADデータを使用
できる状態にあるが、実際には金型で加工されたワーク
はスプリングバックなどがあるため金型データを直接利
用することは困難であるという問題があった。

さらに、プログラムおよびティーチングポイントの座
標値は機械言語であるため、プログラムの変更、修正作
業は簡単にできないという問題があった。

この発明の目的は、上記問題点を改善するため、３次
元形状のワークに加工軌跡としてケガキ線を画くことな
く、ティーチングポイントを検出し、CADデータを使用
してティーチング時間を短縮できるようにした３次元レ
ーザ加工機用ティーチング方法およびその装置を提供す
ることにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされた
もので、請求項１に係る発明は、互に直交するX,Y,Z軸
方向へ移動可能に設けたＺ軸コラムに設けた検出ヘッド
を、Ｚ軸と平行なＡ軸回りに回転自在かつ当該Ａ軸に対
して直交するＢ軸回りに回転自在に設け、上記検出ヘッ
ドは、当該検出ヘッドの軸心を通過してワークへ照射さ
れたレーザ光の反射光を受光する複数の光位置検出器
を、受光平面に対称配置関係に備えた構成である３次元
レーザ加工機のティーチング方法において、CADデータ
からのＸ軸,Y軸データによってＸ軸,Y軸のティーチング
ポイントを指定して、そのティーチングポイントに前記
検出ヘッドを移動せしめると共に、このティーチングポ
イントにおいて前記検出ヘッドの軸心を通過してワーク
へ照射されたレーザ光の反射光を前記複数の光位置検出
器によって検出し、この複数の光位置検出器の検出値に
基いてワークと検出ヘッドとの間の距離、ワークの表面
に対する検出ヘッドの傾きを演算し、上記距離及び傾き
がそれぞれ予め設定されている最適設定値となるように
前記検出ヘッドの姿勢を制御してZ,A,B軸の各座標デー
タを演算し、ティーチングポイントのＸ軸,Y軸データ及
び演算されたZ,A,B軸データに基いて加工軌跡の加工プ
ログラムを生成する３次元レーザ加工機用ティーチング
方法である。

請求項２に係る発明は、互に直交するX,Y,Z軸方向へ
移動可能に設けたＺ軸コラムに設けた検出ヘッドを、Ｚ
軸と平行なＡ軸回りに回転自在かつ当該Ａ軸に対し直交
するＢ軸回りに回転自在に設け、上記検出ヘッドは、当
該検出ヘッドの軸心を通過してワークへ照射されたレー
ザ光の反射光を受光する複数の光位置検出器を受光平面
に対称配置関係に備えた構成である３次元レーザ加工機
のティーチング装置において、前記検出ヘッドをX,Y軸
方向へ移動せしめるX,Y軸方向のティーチングポイント
を指定するためにCADデータを処理するCADデータ処理装
置と、ティーチングポイントにおいて前記検出ヘッドの
軸心を通過してワークへ照射されたレーザ光の反射光を
検出した前記複数の光位置検出器の検出値に基いてワー
クと検出ヘッドとの間の距離、ワークの表面に対する検
出ヘッドの傾きを演算し、上記距離及び傾きが予め設定
されている最適設定値に一致したときにZ,A,B軸の各座
標データを演算処理し加工プログラムを作成する演算制
御装置と、この演算制御装置によって作成された加工プ
ログラムに基いて前記検出ヘッドを制御する５軸コント
ローラと、を備えてなるものである。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第３図を参照するに、熱切断加工装置としての３次元
レーザ加工機１における複数本例えは４本（２本が図示
省略）の支柱３が床面上に立設されている。その支柱３
上にはｘ軸方向へ延伸した矩形形状のＸ軸ガイドプレー
ト5R,5Lが載置され固定されている。そのＸ軸ガイドプ
レート5R,5LのＸ軸方向にはガイド部7R,7Lが形成されて
いる。

そのガイド部7R,7Lに沿って案内されてＸ軸方向へ移
動自在なＸ軸キャレッジ９がＹ軸方向へ延伸して支承さ
れている。そのＸ軸キャレッジ９は図示省略のＸ軸用駆
動装置により駆動される。

前記Ｘ軸キャレッジ９には図示省略のＹ軸用駆動装置
によりＹ軸方向へ移動自在なＹ軸キャレッジ11が載せら
れている。そのＹ軸キャレッジ11には図示省略のＺ軸用
駆動装置によりＺ軸方向へ移動自在なＺ軸コラム13が装
着されている。

そのＺ軸コラム13は図示省略の駆動装置によりＡ軸方
向へ回転可能に支承されている。そのＺ軸コラム13の先
端部（下端部）には加工ヘッド15がＢ軸方向に回転可能
に支承されている。

加工ヘッド15の先端部に取付けられたノズルチップ17
は加工ヘッド15の長手方向へ（Ｃ軸方向）へ移動可能に
図示省略の駆動装置により支承されている。

前記４本の支柱３内における床面には図示省略の３次
元形状のワークを載置し固定するワークテーブル19が配
設されている。

図示省略のレーザ発振電源装置に連結管を介して連結
されたレーザ発振器ヘッドからレーザビームが発振さ
れ、そのレーザビームが加工ヘッド15の先端に取付けら
れたノズルチップ17より、ワークテーブル19に載置され
た３次元形状のワークへ照射されて例えば所望の穴加工
などの熱切断加工が施される。

しかも、３次元形状のワークに所望の熱切断加工を施
す際には加工ヘッド15をＸ軸,Y軸,Z軸,C軸,A軸およびＢ
軸へ図示省略の各駆動制御装置により駆動されて３次元
形状のワークに予め設定された加工軌跡に沿って所望の
熱切断加工が施される。

その３次元形状のワークに所望の熱切断加工を施す前
に、そのワークに予め設定された加工軌跡に倣ってティ
ーチングが行なわれる。そのティーチングを行なう際に
は詳細を後述する検出ヘッドを加工ヘッド15と交換し
て、その検出ヘッドによって各ティーチングポイントの
座標が検出される。

前記加工ヘッド15の先端部に装着されているノズルチ
ップ17の代りに検出ヘッドとしてのリニアスケール21を
備えた測定子23が加工ヘッド15の先端部に第４図に示す
ごとく装着されている。この測定子23はＡ軸,B軸に対し
て固定的でＺ軸（Ｃ軸）方向のみに移動されるようにな
っている。

この測定子23は第５図に示されているように、Ｚ軸方
向の高さＺ＝Ｈ₀から下降され、３次元形状のワークＷ
に測定子23の先端が接触する。この接触点を高さＨ₀か
らＡだけ下降した位置とすると、測定子23の先端は（Ｈ
₀−Ａ）の位置に位置している。さらに、測定子23が下
降し、ΔＨだけ押し込まれると、このときのワークＷの
Ｚ軸座標値は、リニアスケール21によりHz＝（Ｈ₀−
Ａ）＋ΔＨで検出されることになる。このΔＨは例えば
図示省略の表示装置に表示されるようになっている。

前記検出ヘッドとしてのリニアスケール21を備えた測
定子23の代りにＡ軸,B軸方向の回転角度も検出可能な検
出ヘッド25がＺ軸コラム13に装着されて使用される。こ
の検出ヘッド25の具体的な構造を説明する前にワークＷ
と検出ヘッド25との関係や検出ヘッド25の原理について
説明する。

第６図にはワークＷと検出ヘッド25の相対位置関係が
表わされている。第６図において、例えば帽子形状であ
る３次元形状のワークＷには、予め加工すべき加工軌跡
Ｗ_Lが設定される。

今、この加工軌跡Ｗ_Lの点Ｐを加工すべき出発点と
し、その出発点Ｐを含んだ接平面をＴとする。出発点Ｐ
の機械座標系における座標軸をX,YおよびＺ軸とすると
共に、接平面Ｔにおける座標軸をx,y,およびとすると接平面Ｔはｘ−ｙ平面となる。

今、接平面Ｔに対して距離ｄだけ離れた位置に検出ヘ
ッド25の受光平面Ｒがあるとし、その受光平面Ｒの中心
点をＱとする。その受光平面Ｒ上には、座標検出用の複
数のセンサ例えば４つのポジションセンシティブデバイ
スPSD（光位置検出器という。）が90度おきに十文字に
配置してある。すなわち、４つのPSDは第６図に示す如
く、時計方向回りに順に配置してあり、PSD₁とPSD₃,PSD
₂とPSD₄とがそれぞれ一直線上の対称位置にある。

前記受光平面Ｒの中心点Ｑを含み、前記接平面Ｔに平
行な平面をＳとし、接平面Ｔのx,yおよびにそれぞれ平行な平面Ｓの座標軸ｘ′,y′およびとする。さらに、前記検出ヘッド25の軸心線は点Ｐと点
Ｑを結んだ線PQとなり、線PQは前記接平面Ｔのx,yおよ
びに対して、それぞれα，βおよびγの角度の方向にある
ものとする。

PSD₁〜PSD₄を含んだ受光平面ＲのPSD₁とPSD₃を結んだ
直線とｘ′軸とのなす角度をθx,PSD₂とPSD₄を結んだ直
線とｙ′軸とのなす角をθｙとする。

ここで、４個のPSDすなわち、PSD₁,PSD₂,PSD₃およびP
SD₄のそれぞれが均等な反射光を受けるようにするに
は、好ましくは、θｘ＝θｙ＝０となるように制御すれ
ばよい。すなわち、受光平面Ｒが平面Ｓと重なり、平面
Ｓと接平面Ｔとは平行であるから、受光平面Ｒを接平面
Ｔに対して平行に制御することによって、４つのPSDに
は均等な反射光が得られることになる。

また、点Ｐは前述した如く、機械座標系のX,Yおよび
Ｚ軸の座標を有しており、前記θx,θｙを適当に制御す
れば、検出ヘッド25の軸心線PQのベクトル▲▼を任
意の方向に制御することができることは勿論である。

而して、接平面Ｔに受光平面Ｒが平行になれば、ペク
トル▲▼はに一致する。すなわち、ペクトル▲▼は接平面Ｔに
垂直となる。

したがって、検出ヘッド25の受光平面Ｒを接平面Ｔに
対してｄの距離だけ離れた位置を検出すると共に、前記
受光平面Ｒを接平面Ｔに対して平行にかつ検出ヘッド25
の軸心線RQを前記接平面Ｔのに一致せしめるごとく検出すれば、検出ヘッド25の位置
と傾きが加工軌跡に対して常時一定に保持し制御するこ
とができる。

前記検出ヘッド25でワークＷの加工軌跡Ｗ_L上におけ
る例えば点Ｐの位置と傾きを検出する具体的な手段を説
明する前に、検出ヘッド25に使用されるPSDの原理につ
いて簡単に説明する。

第７図には１つのPSDの断面構造が示されている。第
７図において、PSDはシリコンなどからなる高抵抗Si基
板（ｉ層）の高抵抗半導体の片面あるいは両面が均一な
抵抗層より形成されており、層の両端に信号取り出し用
の一対の電極A,Bが設けられている。表面層はPN接合を
も形成しており、光電効果を有している。

PSDの電極ＡおよびＢの間の距離をＬ、抵抗をＲ_Lと
し、電極Ａより光入射位置までの距離ｘ、その部分の抵
抗をRxとする。光入射位置で発生した光生成電荷は、光
の入射エネルギーに比例する光電流として抵抗層に到達
し、それぞれの電極までの抵抗値に逆比例するように分
割され、電極ＡおよびＢより取り出される。入射光によ
り生成された光電流をＩ₀とし、電極ＡおよびＢに取り
出される電流をＩ_A,I_Bとすると、抵抗層は均一であり、長さと抵抗値とが比例すれば、
上式はＩ_A,I_Bの比を求めると、となり、Ｉ_A,I_Bの値から、入射エネルギーに無関係に光
の入射位置を知ることができるものである。

上述した原理に基づくPSDを用いた検出ヘッド25でワ
ークＷの距離および傾きの計測について説明する。

第８図にはワークＷに対する検出ヘッド25の距離およ
び傾きの状態が表わされている。

第８図において、第６図で説明した如く、受光平面Ｒ
の中心点Ｑに照射光源としての半導体レーザダイオード
LDが配置されている。しかも受光平面Ｒ上で中心点Ｑを
中心にしてそれぞれPSD₁とPSD₃,PSD₂とPSD₄とが対称と
なるよう90度おきに十文字に配置されている。

半導体レーザダイオードLDの第８図において下方近傍
にはレーザダイオードLDから発光されるレーザ光を集束
するための例えば凸状の投光レンズが、またPSD₁〜PSD₄
のそれぞれ下方近傍には反射されたレーザ光を受光する
ための例えば凸状の受光レンズが配置されている。さら
に、投光レンズ、受光レンズの下方近傍には、中央に孔
をあけた例えば凸状のトンネルレンズが配置されてい
る。

一方、ワークＷには、第６図で説明した如く、加工軌
跡Ｗ_Lが設定される。このように、ワークＷに対して配
置された検出ヘッド25において、半導体レーザダイオー
ドLDから発光されたレーザ光は投光レンズを通り、さら
にトンネルレンズの中央に貫通された孔を通って集光さ
れ、ワークＷの加工軌跡Ｗ_L上に例えば0.2mmφ以下のス
ポット像がつくられる。

ワークＷの加工軌跡Ｗ_L上の光源より照射された面の
照度が面の傾き角度の余弦に比例し、かつ照射された面
を新に光源として見たとき、面内の点の輝度はどの方向
から観測しても一定である原理に基づいて、反射光は各
受光レンズを通って同一受光平面Ｒ上に配置されたPSD₁
〜PSD₄に受光される。

PSD₁〜PSD₄は検出ヘッド25上の入射光点の位置を知る
センサであるから、その位置情報は第７図で説明したご
とき各PSDの両端に設けられた一対の電極A,Bに流れる電
流値で得られる。

すなわち、PSD₁およびPSD₃のA,B電極の電流Ｉ_A1,I_B1,
I_A3,I_B3はヘッドアンプHA₁を通り、演算部Ｃに入力され
る。同様に、PSD₂およびPSD₄のA,B電極Ｉ_A2,I_B2,I_A4,I
_B4はヘッドアンプHA₂を通り、演算部Ｃに入力される。

演算部Ｃでは、の演算処理がなされることにより、ｄ＝kV（k:定数）となる。

すなわち、検出ヘッド25の受光点となるPSDとワーク
Ｗの加工軌跡Ｗ_Lとの距離ｄで求められる。

なお、上記式ので割るのは光量による影響を正規化処理するためのもの
である。

前記検出ヘッド25は前述したごとく、同一平面上に配
置された４つのPSDと、その各PSDの受光レンズと、半導
体レーザダイオードLDと、その半導体レーザダイオード
LDの投光レンズおよびトンネルレンズは予めセットして
組立てられており、前記受光レンズおよびトンネルレン
ズの焦点距離は予め決っているので、検出ヘッド25のワ
ークＷに対する位置ｄの調整は、トンネルレンズの焦点
がワークＷの加工軌跡Ｗ_L上に来るように行われること
になる。

検出ヘッド25における傾きの計測を説明すると、第６
図で説明した如く、PSD₁とPSD₃を結んだ直線、PSD₂とPS
D₃を結んだ直線をそれぞれワークＷの加工軌跡Ｗ_L上の
点Ｐに対する接平面Ｔのｘ軸,y軸に対して傾きθx,θｙ
とすれば、 θｘ＝（Ｉ_A1＋Ｉ_B1）−（Ｉ_A3＋Ｉ_B3）＝nx・Ｖ θｙ＝（Ｉ_A2＋Ｉ_B2）−（Ｉ_A4＋Ｉ_B4）＝ny・Ｖとなり、距離ｄと同様に、傾きθx,θｙが求められる。

但し、nx,ny:定数,V:電圧前記演算部Ｃで求められたワークＷの表面と検出ヘッ
ド25の先端との距離ｄは演算部Ｃに接続された比較器Ｋ
₁に取込まれる。比較器Ｋ₁には例えば予め設定された最
適設定値ｄ₀と、その最適設定値ｄ₀より大きい設定値ｄ
₁,d₂（ｄ₂＞ｄ₁）と、最適設定値ｄ₀より小さい設定値
ｄ₃,d₄（ｄ₄＜ｄ₃）が５段階に入力されている。而し
て、比較器Ｋ₁に取込まれたｄは各ｄ₀,d₁〜ｄ₄と比較さ
れて、ｄ＝ｄ₀,d₁,d₂,d₃,d₄のいずれかと一致して比較
器Ｋ₁に接続されたティーチング用表示装置27の距離表
示部27Aに表示される。

前記演算部Ｃで求められたワークＷの表面に対する検
出ヘッド25の傾きθx,θｙがそれぞれ演算部Ｃに接続さ
れた比較器Ｋ₂,K₃に取込まれる。

比較器Ｋ₂には例えば予め設定された最適設定値θｘ₀
と、その最適設定器θｘ₀より大きい設定値θｘ₁，θｘ
₂，θｘ₃，θｘ₄，（θｘ₄＞θｘ₃＞θｘ₂＞θｘ₁）
と、最適設定値θｘ₀より小さい設定値θｘ₅，θｘ₆，
θｘ₇，θｘ₈（θｘ₈＜θｘ₇＜θｘ₆＜θｘ₅）が９段階
に入力されている。而して比較器Ｋ₂に取込まれたθｘ
はθｘ₀，θｘ₁，……，θｘ₈と比較されて、θｘ＝θ
ｘ₀，θｘ₁，……，θｘ₈のいずれかと一致して比較器
Ｋ₂に接続されたティーチング用表示装置27の傾き表示
部27Bに表示される。

また比較器Ｋ₃には例えば予め設定された最適設定値
θｙ₀と、その最適設定器θｙ₀より大きい設定値θ
ｙ₁，θｙ₂，θｙ₃，θｙ₄，（θｙ₄＞θｙ₃＞θｙ₂＞
θｙ₁）と、最適設定値θｙ₀より小さい設定値θｙ₅，
θｙ₆，θｙ₇，θｙ₈，（θｙ₈＜θｙ₇＜θｙ₆＜θ
ｙ₅）が９段階に入力されている。而して比較器Ｋ₃に取
込まれたθｙはθｙ₀，θｙ₁，……，θｙ₈と比較され
て、θｙ＝θｙ₀，θｙ₁，……，θｙ₈のいずれかと一
致して比較器Ｋ₃に接続されたティーチング用表示装置2
7の傾き表示部27Bに表示される。

オペレータの操作により、θｘがθｘ₀（最適設定
値）、かつθｙがθｙ₀（最適設定値）に一致した場合
には、比較器Ｋ₂,K₃に接続される警報部29に入力され、
かつ前以ってｄがｄ₀に一致した信号が入力されている
のと合せて、断続したブザー音が鳴る。さらに比較器Ｋ
₂,K₃に接続されている演算制御処理装置31に,d₀，θ
ｘ₀，θｙ₀の値が入力される。

このｄ₀，θｘ₀，θｙ₀の値が各ティーチングポイン
ト上で検出され演算制御処理装置31に入力されるとZ,A,
B軸の座標データに演算処理される。

前記検出ヘッド25は第９図に示されているように、Ｚ
軸コラム13の下部に装着されており、また、Ｚ軸コラム
13の正面部にティーチング用表示装置27が設けられてい
る。Ｚ軸コラム13の左側にはヘッドアンプHA₁,HA₂や演
算処理部Ｃなどを収めた信号処理ボックス33が取付けら
れ、その処理ボックス33と、検出ヘッド25とには必要な
電線が接続されている。

第１図には３次元レーザ加工機用ティーチング装置の
構成ブロック図が示されている。第１図において、前記
演算制御処理装置31には、外部CADシステムにて作成さ
れたパートプログラムを３次元空間として記述できる高
級言語（以下、RMLという。）に変換する機能を有したC
ADデータ処理装置35が接続されている。

前記演算制御処理装置31には３次元レーザ加工機を制
御する５軸コントローラ37が接続されており、この５軸
コントローラ37はRMLで記述されたプログラムを実行す
る機能を有していると共に、機械固有の座標系で記述さ
れたプログラムをRMLに逆変換する機能をも有してい
る。５軸コントローラ37には検出ヘッド25（23）が接続
されている。

上記構成により、外部CADシステムにて作成されたパ
ートプログラムがCADデータ処理装置35でRMLに変換され
て、X,Y座標のみのCADデータが演算制御処理装置31に取
込まれる。演算制御処理装置31に取込まれたCADデータ
のX,Y座標のみが一時的に記憶されると共に５軸コント
ローラ37に取込まれる。５軸コントローラ37に取込まれ
たX,Y軸の座標データで検出ヘッド25（測定子23）をX,Y
軸方向へ移動せしめて、X,Y軸のティーチングポイント
に検出ヘッド25（23）を停止させる。

次いで、５軸コントローラ37からのＺ軸移動指令によ
り検出ヘッド25（測定子23）が下降してＺ軸のティーチ
ングポイント点のＺ軸の座標データを検出する。ここ
で、測定子23の場合にはＺ軸の座標データのみを検出
し、検出ヘッド25の場合には自動又は手動にてA,B軸の
座標データを前述した要領にて検出される。このように
X,Y軸の座標データで指定された各ティーチングポイン
トのZ,A,B軸の座標データが検出されることとなる。

この検出ヘッド25（測定子23）で検出されたZ,A,B軸
の座標データは５軸コントローラ37に取込まれて、RML
言語に生成されてから演算制御処理装置31に取込まれ
る。この演算制御処理装置31ではすでに記憶されている
X,Y軸の座標データと検出されたZ,A,B軸の座標データと
に基づいて加工プログラムが作成されることになる。

次に、ティーチング方法の動作を第２図に示したフロ
ーチャートを基にして説明する。

第２図において、ステップS1で準備動作を行なう。す
なわち、３次元レーザ加工機の各軸を原点に復帰させる
と共にワークの原点を設定し、さらにCADデータをRMLの
フォーマットに変換する。ステップS2でCADデータ処理
装置35から演算制御処理装置31へX,Y軸の座標データを
入力する。

ステップS3でＺ軸データを測定するかの判断がなされ
て、Ｚ軸データを測定すると判断されると、ステップS4
で検出ヘッド25（23）をＺ軸コラム13又は加工ヘッド15
の先端部に取付ける。ステップS5で検出ヘッド25（23）
を５軸コントローラ37によりX,Y軸方向へ移動せしめて
予め設定されたX,Y軸のティーチングポイントに移動し
た時点で停止し、さらに検出ヘッド25（23）を下降せし
めてＺ軸の座標データを検出し演算制御処理装置31に入
力する。

ステップS6で検出ヘッド25（23）を加工ヘッド15に取
換えて、Ｚ軸コラム13に取付ける。ステップS7でA,B軸
の座標データを入力する。このA,B軸の座標データの入
力は、ステップS3でＺ軸の座標データを測定しないと判
断された場合にはステップS9に進み、A,B軸の座標デー
タを入力するかどうかの判断がなされ、A,B軸の座標デ
ータを入力する場合には検出ヘッド25で検出されてステ
ップS7に進んで、A,B軸の座標データが入力される。

ステップS7ではX,Y,Z,A,B軸の座標データに基づき実
際の加工に使用する加工ヘッド15を使ってオペレータに
よりマニュアルにてティーチングする。

ティーチングした結果、問題なければステップS8で最
終加工プログラムが生成される。ステップS9でA,B軸の
座標データを入力する必要がなければステップS8に進ん
で最終加工プログラムを生成し終了する。

このように、ティーチングする際にCADデータから入
力されたX,Y軸の座標データを使用するため、３次元形
状のワークに予めケガキ線を画く必要がなくなると共
に、Ｚ軸の座標データさらにA,B軸の座標データは検出
ヘッド25（23）によって検出されて演算制御処理装置31
に取込まれるから、いちいちオペレータが入力する必要
がなくなる。

したがって、３次元形状のワークに予めケガキ線を画
く必要がなく、かついちいちオペレータがZ,A,B軸の座
標データを入力する必要がないから、ティーチング時間
を大巾に短縮することができる。しかもCADデータ，レ
イアウトデータが有効に利用されるので効果的である。

なお、この発明は前述した実施例に限定されることな
く、適宜の変更を行なうことにより、その他の態様で実
施し得るものである。

［発明の効果］以上のごとき実施例の説明より理解されるように、要
するに請求項１に係る発明は、互に直交するX,Y,Z軸方
向へ移動可能に設けたＺ軸コラム（13）に設けた検出ヘ
ッド（25）を、Ｚ軸と平行なＡ軸回りに回転自在かつ当
該Ａ軸に対して直交するＢ軸回りに回転自在に設け、上
記検出ヘッド（25）は、当該検出ヘッド（25）の軸心を
通過してワーク（Ｗ）へ照射されたレーザ光の反射光を
受光する複数の光位置検出器（PSD）を、受光平面
（Ｒ）に対称配置関係に備えた構成である３次元レーザ
加工機のティーチング方法において、CADデータからの
Ｘ軸,Y軸データによってＸ軸,Y軸のティーチングポイン
トを指定して、そのティーチングポイントに前記検出ヘ
ッド（25）を移動せしめると共に、このティーチングポ
イントにおいて前記検出ヘッド（25）の軸心を通過して
ワーク（Ｗ）へ照射されたレーザ光の反射光を前記複数
の光位置検出器（PSD）によって検出し、この複数の光
位置検出器（PSD）の検出値に基いてワーク（Ｗ）と検
出ヘッド（25）との間の距離（ｄ）、ワーク（Ｗ）の表
面に対する検出ヘッド（25）の傾き（θx,θｙ）を演算
し、上記距離（ｄ）及び傾き（θx,θｙ）がそれぞれ予
め設定されている最適設定値となるように前記検出ヘッ
ド（25）の姿勢を制御してZ,A,B軸の各座標データを演
算し、ティーチングポイントのＸ軸,Y軸データ及び演算
されたZ,A,B軸データに基いて加工軌跡の加工プログラ
ムを生成する３次元レーザ加工機用ティーチング方法で
ある。

請求項２に係る発明は、互に直交するX,Y,Z軸方向へ
移動可能に設けたＺ軸コラム（13）に設けた検出ヘッド
（25）を、Ｚ軸と平行なＡ軸回りに回転自在かつ当該Ａ
軸に対し直交するＢ軸回りに回転自在に設け、上記検出
ヘッド（25）は、当該検出ヘッド（25）の軸心を通過し
てワーク（Ｗ）へ照射されたレーザ光の反射光を受光す
る複数の光位置検出器（PSD）を受光平面（Ｒ）に対称
配置関係に備えた構成である３次元レーザ加工機のティ
ーチング装置において、前記検出ヘッド（25）をX,Y軸
方向へ移動せしめるX,Y軸方向のティーチングポイント
を指定するためにCADデータを処理するCADデータ処理装
置（35）と、ティーチングポイントにおいて前記検出ヘ
ッド（25）の軸心を通過してワーク（Ｗ）へ照射された
レーザ光の反射光を検出した前記複数の光位置検出器
（PSD）の検出値に基いてワーク（Ｗ）と検出ヘッド（2
5）との間の距離（ｄ）、ワーク（Ｗ）の表面に対する
検出ヘッド（25）の傾き（θx,θｙ）を演算し、上記距
離（ｄ）及び傾き（θx,θｙ）が予め設定されている最
適設定値に一致したときにZ,A,B軸の各座標データを演
算処理し加工プログラムを作成する演算制御装置（31）
と、この演算制御装置（31）によって作成された加工プ
ログラムに基いて前記検出ヘッド（25）を制御する５軸
コントローラ（37）と、を備えてなるものである。

すなわち、本発明においては、CADデータによってＸ
軸,Y軸のティーチングポイントを指定して検出ヘッド25
を移動し、このティーチングポイントにおいて、検出ヘ
ッド25の軸心を通過してワークＷへ照射したレーザ光の
反射光を複数の光位置検出器PSDによって検出し、この
複数の光位置検出器PSDの検出値に基いてワークＷの検
出ヘッド25との間の距離ｄ、ワークＷの表面に対する検
出ヘッド25の傾きθx,θｙを演算し、この距離ｄ及び傾
きθx,θｙがそれぞれ予め設定されている最適設定値と
なるように検出ヘッド25の姿勢を制御してZ,A,B軸の各
座標データを演算し、ティーチングポイントのX,Y軸の
データ及び演算されたZ,A,B軸の各データに基いて加工
軌跡の最終加工プログラムを生成するものである。

既に理解されるように、本発明においては、CADデー
タを利用して検出ヘッドのＸ軸,Y軸のティーチングポイ
ントを指定し、その後に検出ヘッドに備えた複数の光位
置検出器を利用して検出ヘッドとワークとの距離および
ワーク表面に対する検出ヘッドの傾きが予め設定されて
いる最適設定値となるように検出ヘッドの姿勢を制御す
るものであるから、３次元形状のワークに予め罫き線を
画く必要がないと共に、検出ヘッドの軸心を法線方向に
位置せしめてのティーチングを容易に行うことができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るティーチング装置の構成ブロッ
ク図、第２図はティーチングを行なう際の動作を説明す
るフローチャート、第３図は３次元形状のワークにティ
ーチングを行なう際に使用される３次元レーザ加工機の
斜視図、第４図は加工ヘッドに取付けられた検出ヘッド
としての測定子の側面図、第５図は測定子でＺ軸座標デ
ータを検出する説明図、第６図は３次元形状のワークと
検出ヘッドとの相対位置関係を表わした図、第７図はこ
の発明に使用される検出ヘッドの原理を説明するための
説明図、第８図はこの発明におけるワークの表面と検出
ヘッドの先端との距離と、ワークの表面に対する検出ヘ
ッドの傾きを検出する説明図、第９図はこの発明に使用
される他の検出ヘッドを取付けた状態の斜視図である。１……３次元レーザ加工機、13……Ｚ軸コラム 15……加工ヘッド、21……リニアスケール 23……測定子、25……検出ヘッド 31……演算制御処理装置 35……CADデータ処理装置 37……５軸コントローラ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】互に直交するX,Y,Z軸方向へ移動可能に設
けたＺ軸コラム（13）に設けた検出ヘッド（25）を、Ｚ
軸と平行なＡ軸回りに回転自在かつ当該Ａ軸に対して直
交するＢ軸回りに回転自在に設け、上記検出ヘッド（2
5）は、当該検出ヘッド（25）の軸心を通過してワーク
（Ｗ）へ照射されたレーザ光の反射光を受光する複数の
光位置検出器（PSD）を、受光平面（Ｒ）に対称配置関
係に備えた構成である３次元レーザ加工機のティーチン
グ方法において、CADデータからのＸ軸,Y軸データによ
ってＸ軸,Y軸のティーチングポイントを指定して、その
ティーチングポイントに前記検出ヘッド（25）を移動せ
しめると共に、このティーチングポイントにおいて前記
検出ヘッド（25）の軸心を通過してワーク（Ｗ）へ照射
されたレーザ光の反射光を前記複数の光位置検出器（PS
D）によって検出し、この複数の光位置検出器（PSD）の
検出値に基いてワーク（Ｗ）と検出ヘッド（25）との間
の距離（ｄ）、ワーク（Ｗ）の表面に対する検出ヘッド
（25）の傾き（θx,θｙ）を演算し、上記距離（ｄ）及
び傾き（θx,θｙ）がそれぞれ予め設定されている最適
設定値となるように前記検出ヘッド（25）の姿勢を制御
してZ,A,B軸の各座標データを演算し、ティーチングポ
イントのＸ軸,Y軸データ及び演算されたZ,A,B軸データ
に基いて加工軌跡の加工プログラムを生成することを特
徴とする３次元レーザ加工機用ティーチング方法。
【請求項２】互に直交するX,Y,Z軸方向へ移動可能に設
けたＺ軸コラム（13）に設けた検出ヘッド（25）を、Ｚ
軸と平行なＡ軸回りに回転自在かつ当該Ａ軸に対し直交
するＢ軸回りに回転自在に設け、上記検出ヘッド（25）
は、当該検出ヘッド（25）の軸心を通過してワーク
（Ｗ）へ照射されたレーザ光の反射光を受光する複数の
光位置検出器（PSD）を受光平面（Ｒ）に対称配置関係
に備えた構成である３次元レーザ加工機のティーチング
装置において、前記検出ヘッド（25）をX,Y軸方向へ移
動せしめるX,Y軸方向のティーチングポイントを指定す
るためにCADデータを処理するCADデータ処理装置（35）
と、ティーチングポイントにおいて前記検出ヘッド（2
5）の軸心を通過してワーク（Ｗ）へ照射されたレーザ
光の反射光を検出した前記複数の光位置検出器（PSD）
の検出値に基いてワーク（Ｗ）と検出ヘッド（25）との
間の距離（ｄ）、ワーク（Ｗ）の表面に対する検出ヘッ
ド（25）の傾き（θx,θｙ）を演算し、上記距離（ｄ）
及び傾き（θx,θｙ）が予め設定されている最適設定値
に一致したときにZ,A,B軸の各座標データを演算処理し
加工プログラムを作成する演算制御装置（31）と、この
演算制御装置（31）によって作成された加工プログラム
に基いて前記検出ヘッド（25）を制御する５軸コントロ
ーラ（37）と、を備えてなることを特徴とする３次元レ
ーザ加工機用ティーチング装置。