JP2723570B2 - ３次元レーザのノズル制御方式 - Google Patents
３次元レーザのノズル制御方式Info
- Publication number
- JP2723570B2 JP2723570B2 JP63303749A JP30374988A JP2723570B2 JP 2723570 B2 JP2723570 B2 JP 2723570B2 JP 63303749 A JP63303749 A JP 63303749A JP 30374988 A JP30374988 A JP 30374988A JP 2723570 B2 JP2723570 B2 JP 2723570B2
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- Japan
- Prior art keywords
- nozzle
- dimensional laser
- axis
- speed
- control method
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は３次元レーザ加工機における３次元レーザの
ノズル制御方式に関し、特にノズルの姿勢を変えないで
手動でノズルの位置を制御できるようにした３次元レー
ザのノズル制御方式に関する。
ノズル制御方式に関し、特にノズルの姿勢を変えないで
手動でノズルの位置を制御できるようにした３次元レー
ザのノズル制御方式に関する。
３次元レーザ加工機はワークの３次元加工が非接触で
高速、高精度に加工できるので、３次元モデルの加工等
に採用されている。
高速、高精度に加工できるので、３次元モデルの加工等
に採用されている。
３次元レーザ加工機ではＸ、Ｙ、Ｚ軸とノズルの方向
を決めるα軸及びβ軸の５軸で制御される。すなわち、
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸でノズルの先端の位置を決め、α軸とβ軸
でトーチがワークの面に垂直になるように制御してい
る。
を決めるα軸及びβ軸の５軸で制御される。すなわち、
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸でノズルの先端の位置を決め、α軸とβ軸
でトーチがワークの面に垂直になるように制御してい
る。
このトーチの方向を制御する例として、本出願人によ
る特願昭63−50147号、特願昭63−321115号がある。
る特願昭63−50147号、特願昭63−321115号がある。
これらの３次元レーザ加工機では、手動でノズルの姿
勢をワークの表面に垂直にした姿勢のままで、ワークの
法線方向に、ワークからの距離を変えたい場合がある。
勢をワークの表面に垂直にした姿勢のままで、ワークの
法線方向に、ワークからの距離を変えたい場合がある。
このために、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を操作すると、ワーク表面
からの距離は変えられるが、ノズルの先端の位置が変化
してしまい、再度ノズルの先端が指す位置を合わせる
と、ワークとノズルの位置が変化してしまい、簡単にノ
ズルのワークに対する距離のみを変えることが困難であ
った。
からの距離は変えられるが、ノズルの先端の位置が変化
してしまい、再度ノズルの先端が指す位置を合わせる
と、ワークとノズルの位置が変化してしまい、簡単にノ
ズルのワークに対する距離のみを変えることが困難であ
った。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
ノズルの姿勢を変えないで手動でノズルの位置を制御で
きるようにした３次元レーザのノズル制御方式を提供す
ることを目的とする。
ノズルの姿勢を変えないで手動でノズルの位置を制御で
きるようにした３次元レーザのノズル制御方式を提供す
ることを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、３次元レーザ
加工機におけるノズルの姿勢を変えないでワークに対す
る距離を制御する３次元レーザのノズル制御方式におい
て、機械操作盤からの前記ノズルのワーク面の法線方向
の移動方向、移動量及び速度を含む操作指令に従って、
前記ノズルの前記法線方向の単位時間当たりの速度を計
算する速度計算手段と、前記ノズルの姿勢からノズルの
方向余弦を計算する方向余弦計算手段と、前記単位時間
当たりの速度と前記方向余弦からＸ、Ｙ、Ｚ軸の移動量
を計算する移動量計算手段と、を有することを特徴とす
る３次元レーザのノズル制御方式が、提供される。
加工機におけるノズルの姿勢を変えないでワークに対す
る距離を制御する３次元レーザのノズル制御方式におい
て、機械操作盤からの前記ノズルのワーク面の法線方向
の移動方向、移動量及び速度を含む操作指令に従って、
前記ノズルの前記法線方向の単位時間当たりの速度を計
算する速度計算手段と、前記ノズルの姿勢からノズルの
方向余弦を計算する方向余弦計算手段と、前記単位時間
当たりの速度と前記方向余弦からＸ、Ｙ、Ｚ軸の移動量
を計算する移動量計算手段と、を有することを特徴とす
る３次元レーザのノズル制御方式が、提供される。
〔作用〕 ノズルの姿勢から、ノズルの方向余弦を計算する。ノ
ズルのワーク面の法線方向の移動方向、移動量、速度が
指令されると、単位当たりの速度指令と方向余弦から、
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の単位時間当たりの移動量を計算し、
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を移動させて、ワークの法線方向にノズル
を移動させる。
ズルのワーク面の法線方向の移動方向、移動量、速度が
指令されると、単位当たりの速度指令と方向余弦から、
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の単位時間当たりの移動量を計算し、
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を移動させて、ワークの法線方向にノズル
を移動させる。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第３図に本発明の３次元レーザのノズル制御方式に使
用するノズルの部分構成図を示す。30はレーザビームで
あり、図示されていない反射ミラーによって反射して、
レーザビーム30a、30b、30c、30dとなって、ワーク34の
表面に照射される。31はα軸を制御する部材であり、レ
ーザビーム30を軸として水平に回転する。32はβ軸を制
御する回転軸である。33はノズルである。
用するノズルの部分構成図を示す。30はレーザビームで
あり、図示されていない反射ミラーによって反射して、
レーザビーム30a、30b、30c、30dとなって、ワーク34の
表面に照射される。31はα軸を制御する部材であり、レ
ーザビーム30を軸として水平に回転する。32はβ軸を制
御する回転軸である。33はノズルである。
第４図にノズルの方向余弦を求めるための説明図を示
す。ここで、第４図の30a、30b、30c、30dは第３図の同
じ符号に相当する。すなわち、30aはＺ軸を中心として
円C1上を回転し、これがα軸であり、30cは円C2上を回
転し、これがβ軸である。30dはノズルの方向に相当
し、点Ｏが座標変換の中心、ベクトルOBがノズル33の方
向を示す。ここで、点Ｏはワーク34上の点であり、ノズ
ル33はワーク34上の点34からワークの表面の法線方向を
向いている。
す。ここで、第４図の30a、30b、30c、30dは第３図の同
じ符号に相当する。すなわち、30aはＺ軸を中心として
円C1上を回転し、これがα軸であり、30cは円C2上を回
転し、これがβ軸である。30dはノズルの方向に相当
し、点Ｏが座標変換の中心、ベクトルOBがノズル33の方
向を示す。ここで、点Ｏはワーク34上の点であり、ノズ
ル33はワーク34上の点34からワークの表面の法線方向を
向いている。
ここで、β軸（30c）の円C2上の回転角度をβとする
と、点Ｂの座標は以下の式で与えられる。
と、点Ｂの座標は以下の式で与えられる。
この点βをＺ軸を中心としてα回転させた点の座標は
以下の式となる。
以下の式となる。
この結果、ノズルの方向余弦（l,m,n）は以下の式で
与えられる。
与えられる。
第１図に本発明の３次元レーザのノズル制御方式の部
分ブロック図を示す。機械操作盤１にはノズルのジョグ
送りを制御するためのジョグ押しボタン２及び３とジョ
グ送り速度を決めるスイッチ４があり、押しボタン２は
ノズルを正の方向（ワークから離れる方向）、押しボタ
ン３はノズルを負の方向（ワークに接近する方向）に移
動させるボタンである。
分ブロック図を示す。機械操作盤１にはノズルのジョグ
送りを制御するためのジョグ押しボタン２及び３とジョ
グ送り速度を決めるスイッチ４があり、押しボタン２は
ノズルを正の方向（ワークから離れる方向）、押しボタ
ン３はノズルを負の方向（ワークに接近する方向）に移
動させるボタンである。
機械操作盤１にはさらに、手動パルス発生器５があ
り、手動パルス発生器を右回りに回転させると、ノズル
を正の方向に移動させ、左回りに回転させると、ノズル
を負の方向に移動させるパルスが出力される。ノズルの
速度は手動パルス発生器５の回転速度によって決まる。
り、手動パルス発生器を右回りに回転させると、ノズル
を正の方向に移動させ、左回りに回転させると、ノズル
を負の方向に移動させるパルスが出力される。ノズルの
速度は手動パルス発生器５の回転速度によって決まる。
ジョグ押しボタン２或いは３で指令するか、手動パル
ス発生器５で指令するかは、図示されていないモードス
イッチで選択される。
ス発生器５で指令するかは、図示されていないモードス
イッチで選択される。
いずれの操作でも、ノズルを移動させる指令はその方
向と速度が速度計算手段11に与えられる。速度計算手段
11は単位時間当たりの速度ΔＦを計算して出力する。
向と速度が速度計算手段11に与えられる。速度計算手段
11は単位時間当たりの速度ΔＦを計算して出力する。
方向余弦計算手段12は先に説明した（１）、（２）、
（３）式から方向余弦を計算して、出力する。
（３）式から方向余弦を計算して、出力する。
移動量計算手段13は速度計算手段11からの単位時間当
たりの速度ΔＦと方向余弦計算手段12からの方向余弦
ｌ、ｍ、ｎから各軸の単位当たりの移動量ΔＸ、ΔＹ、
ΔＺを以下の計算式から計算する。
たりの速度ΔＦと方向余弦計算手段12からの方向余弦
ｌ、ｍ、ｎから各軸の単位当たりの移動量ΔＸ、ΔＹ、
ΔＺを以下の計算式から計算する。
ΔＸ＝ΔＦ×ｌ ……（４） ΔＹ＝ΔＦ×ｍ ……（５） ΔＺ＝ΔＦ×ｎ ……（６） また、ノズルを負の方向に移動させるときは、符号が
逆になる。
逆になる。
ΔＸ＝−ΔＦ×ｌ ……（７） ΔＹ＝−ΔＦ×ｍ ……（８） ΔＺ＝−ΔＦ×ｎ ……（９） この（４）〜（６）式及び（７）〜（９）式の指令パ
ルスが各軸のサーボモータ21、22、23に与えられる。ま
た、回転軸制御手段14はα軸サーボモータ24とβ軸のサ
ーボモータ25を制御する。このようにして、ノズル33は
その方向を変えないで、ワーク34の表面における法線方
向に移動する。
ルスが各軸のサーボモータ21、22、23に与えられる。ま
た、回転軸制御手段14はα軸サーボモータ24とβ軸のサ
ーボモータ25を制御する。このようにして、ノズル33は
その方向を変えないで、ワーク34の表面における法線方
向に移動する。
次に移動量計算手段の詳細について説明する。第２図
に本発明の移動量計算手段の詳細を示す。レジスタ41に
は単位時間当たりのノズルの移動量ΔＦが格納されてい
る。レジスタ42にはＸ軸方向の方向余弦ｌが格納されて
いる。Ｙ軸及びＺ軸の成分についても同様であるので、
ここではＸ軸の指令についてのみ説明する。
に本発明の移動量計算手段の詳細を示す。レジスタ41に
は単位時間当たりのノズルの移動量ΔＦが格納されてい
る。レジスタ42にはＸ軸方向の方向余弦ｌが格納されて
いる。Ｙ軸及びＺ軸の成分についても同様であるので、
ここではＸ軸の指令についてのみ説明する。
レジスタ43にはΔＦとｌの積、ΔＦ×ｌが格納され
る。レジスタ43の内容は２ビット左側にシフトされる、
（22倍される） Ｄは各レジスタの小数点を示す。ここで、レジスタ43
の整数（小数点Ｄの左側の数値）が出力パルス、すなわ
ち単位時間当たりのＸ軸の移動量ΔＸである。レジスタ
43の小数（小数点Ｄの右側の数値）が計算の余りであ
る。この余りが累積しないように、レジスタ44を設け、
レジスタ43とレジスタ44の内容を加え、その結果をレジ
スタ43に格納し、レジスタ43の整数部分43aを出力パル
スとし、小数部分43bを余りとして、次回の出力パルス
計算時に加算していく。
る。レジスタ43の内容は２ビット左側にシフトされる、
（22倍される） Ｄは各レジスタの小数点を示す。ここで、レジスタ43
の整数（小数点Ｄの左側の数値）が出力パルス、すなわ
ち単位時間当たりのＸ軸の移動量ΔＸである。レジスタ
43の小数（小数点Ｄの右側の数値）が計算の余りであ
る。この余りが累積しないように、レジスタ44を設け、
レジスタ43とレジスタ44の内容を加え、その結果をレジ
スタ43に格納し、レジスタ43の整数部分43aを出力パル
スとし、小数部分43bを余りとして、次回の出力パルス
計算時に加算していく。
このようにして、ノズルの姿勢をそのままで、ワーク
に対する法線方向にジョグ送り、あるいは手動パルス発
生器による送りを行うことができる。
に対する法線方向にジョグ送り、あるいは手動パルス発
生器による送りを行うことができる。
以上説明したように本発明では、ノズルの姿勢から方
向余弦を求め、この方向余弦からワークに対する法線方
向の指令を各軸に分配して、各軸を移動させるようにし
たので、ノズルの方向をワーク面の法線方向に維持した
まま簡単にノズルの手動操作を行うことができる。
向余弦を求め、この方向余弦からワークに対する法線方
向の指令を各軸に分配して、各軸を移動させるようにし
たので、ノズルの方向をワーク面の法線方向に維持した
まま簡単にノズルの手動操作を行うことができる。
第１図は本発明の３次元レーザのノズル制御方式の部分
ブロック図、 第２図は本発明の移動量計算手段の詳細を示す図、 第３図は本発明の３次元レーザのノズル制御方式に使用
するノズルの部分構成図、 第４図は方向余弦を求めるための説明図である。 １……機械操作盤 ２……ジョグ押しボタン（＋） ３……ジョグ押しボタン（−） ４……速度指令スイッチ ５……手動パルス発生器 11……速度計算手段 12……方向余弦計算手段 13……移動量計算手段 14……回転軸制御手段 30……レーザビーム 33……ノズル 34……ワーク
ブロック図、 第２図は本発明の移動量計算手段の詳細を示す図、 第３図は本発明の３次元レーザのノズル制御方式に使用
するノズルの部分構成図、 第４図は方向余弦を求めるための説明図である。 １……機械操作盤 ２……ジョグ押しボタン（＋） ３……ジョグ押しボタン（−） ４……速度指令スイッチ ５……手動パルス発生器 11……速度計算手段 12……方向余弦計算手段 13……移動量計算手段 14……回転軸制御手段 30……レーザビーム 33……ノズル 34……ワーク
Claims (3)
- 【請求項１】３次元レーザ加工機におけるノズルの姿勢
を変えないでワークに対する距離を制御する３次元レー
ザのノズル制御方式において、 機械操作盤からの前記ノズルのワーク面の法線方向の移
動方向、移動量及び速度を含む操作指令に従って、前記
ノズルの前記法線方向の単位時間当たりの速度を計算す
る速度計算手段と、 前記ノズルの姿勢からノズルの方向余弦を計算する方向
余弦計算手段と、 前記単位時間当たりの速度と前記方向余弦からＸ、Ｙ、
Ｚ軸の移動量を計算する移動量計算手段と、 を有することを特徴とする３次元レーザのノズル制御方
式。 - 【請求項２】前記機械操作盤からの指令はジョグ釦とジ
ョグ送り速度であることを特徴とする特徴請求の範囲第
１項記載の３次元レーザのノズル制御方式。 - 【請求項３】前記機械操作盤からの指令は手動パルス発
生器による指令であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の３次元レーザのノズル制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63303749A JP2723570B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | ３次元レーザのノズル制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63303749A JP2723570B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | ３次元レーザのノズル制御方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02151387A JPH02151387A (ja) | 1990-06-11 |
| JP2723570B2 true JP2723570B2 (ja) | 1998-03-09 |
Family
ID=17924811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63303749A Expired - Fee Related JP2723570B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | ３次元レーザのノズル制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2723570B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107328358A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-11-07 | 中国科学院自动化研究所 | 铝电解槽位姿的测量系统及测量方法 |
-
1988
- 1988-11-30 JP JP63303749A patent/JP2723570B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107328358A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-11-07 | 中国科学院自动化研究所 | 铝电解槽位姿的测量系统及测量方法 |
| CN107328358B (zh) * | 2017-06-29 | 2019-11-01 | 中国科学院自动化研究所 | 铝电解槽位姿的测量系统及测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02151387A (ja) | 1990-06-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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