JP2787883B2 - 三次元レーザ加工機用シミュレーション装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三次元レーザ加工機用
シミュレーション装置に関するものであり、特に、三次
元形状の板材にレーザ加工機でコンピュータ制御による
ＮＣ（数値制御）加工を行なう際に、加工ヘッドがレー
ザ加工ワークに対して干渉するのを回避できる三次元レ
ーザ加工機用シミュレーション装置に関するものであ
る。具体的には、予めグラフィックディスプレイ装置の
ブラウン管上にレーザ加工ワークと加工ヘッドの相対位
置関係を描画し、前記描画を経時的に変化させ、更に視
点位置を変えて目視することにより、実際にレーザ加工
を行なう前にチェック及び修正をして干渉トラブルによ
る加工ヘッド、レーザ加工ワークの破損防止に対応でき
るものである。

【０００２】

【従来の技術】三次元レーザ加工機は、レーザ加工ワー
クのレーザ加工が非接触で高速、高精度に加工できるの
で、三次元モデルの加工等に採用されている。三次元レ
ーザ加工機ではＸ、Ｙ、Ｚ軸とノズルの方向を決める姿
勢軸Ｃ軸及びＡ軸の５軸で制御される。即ち、Ｘ、Ｙ、
Ｚ軸でノズル位置を決め、姿勢軸Ｃ軸とＡ軸でノズルが
レーザ加工ワークの面に垂直になるように制御してい
る。

【０００３】ここで、一般的な三次元レーザ加工機の構
成を図９及び図１０により説明する。図９は三次元レー
ザ加工機の構成を示すブロック図、図１０は三次元レー
ザ加工機の各軸の構成を示す斜視図である。図におい
て、１は三次元レーザ加工機本体、２は矢印Ｘ方向に動
かすことのできる加工テーブル、３は加工ヘッド、４は
加工ヘッド３を矢印Ｚ方向に動かすことのできるＺ軸ユ
ニット、５はＺ軸ユニット４を矢印Ｙ方向に動かすこと
のできるＹ軸ユニットである。６は加工テーブル２上に
設置されたレーザ加工ワークである。７はティーチング
ボックス、８はＮＣ制御部である。また、２７はレーザ
発振器、２８はキーボード、リモコン等の操作部であ
る。 そして、１８はアーム２０の駆動端に位置するＡ
軸、１９はＡ軸１８に接続されたＣ軸は、Ｃ軸に接続さ
れたＺ軸ユニット４と共にアーム２０を構成している。
また、加工ヘッド３は、Ａ軸１８の先端に取付けられて
おり、レーザ加工ワーク６上の加工線Ｋに沿って進行す
るように制御されている。さらに、ノズル２１は加工ヘ
ッド３の先端に取付けられている。２２はモータＭ５に
よりＡ軸１８を矢印Ａ方向に回転させるＡ軸受、２３は
モータＭ４によりＣ軸１９を矢印Ｃ方向に回転させるＣ
軸受、２４はモータＭ３により加工ヘッド３を矢印Ｚ方
向に移動させるＺ軸受、２５はモータＭ２により加工ヘ
ッド３を矢印Ｙ方向に移動させるＹ軸受、２６はモータ
Ｍ１により加工テーブル２を矢印Ｘ方向に移動させるＸ
軸受である。なお、上記モータＭ１〜Ｍ５は、ＮＣ制御
部８からの駆動信号Ｍにより駆動され、ティーチングデ
ータに従って、レーザ加工ワーク６に対する加工ヘッド
の距離を一定に保持しながら、レーザ光Ｌのスポットが
加工線Ｋを倣うと共に、加工ヘッド３の姿勢がレーザ加
工ワーク６の表面に対してほぼ垂直となるように制御さ
れる。

【０００４】一般的に行なわれている三次元コンピュー
タ援用設計システム（以下、三次元ＣＡＤと称する）を
使用して作成された三次元形状データ（以下、三次元Ｃ
ＡＤデータと称する）の変換装置の構成を図１１により
説明する。図１１はＣＡＤデータ変換装置の構成を示す
斜視図である。従来、三次元ＣＡＤで作成された三次元
ＣＡＤデータが格納されているフロッピーディスク１０
を三次元レーザ加工機で使用する方法として、三次元レ
ーザ加工機とは独立した計算機１１を設置し、この計算
機上で三次元ＣＡＤデータを三次元レーザ加工機で使用
できるティーチングデータが格納されているフロッピー
ディスク１２に変換する三次元ＣＡＤデータ変換装置が
考えられている。

【０００５】図１２は前記ＣＡＤデータ変換装置による
処理構成を示すフローチャートである。前記変換装置
は、三次元ＣＡＤから出力された三次元ＣＡＤデータを
主メモリに読込む手続きを実行するデータ入力処理部Ｓ
Ｔ２８と、前記読込まれた三次元ＣＡＤデータより移動
情報を獲得する手続きを実行するデータ獲得手段ＳＴ２
９Ａ、及び前記読込まれた三次元ＣＡＤデータよりレー
ザ加工ワーク上の軸情報を獲得する手続きを実行するデ
ータ獲得手段ＳＴ２９Ｂで構成されるデータ獲得処理部
ＳＴ２９と、前記２つの獲得情報から主メモリ上でティ
ーチングデータに必要な値を作成し、三次元ＣＡＤデー
タをティーチングデータに変換する手続きを実行するデ
ータ変換処理部ＳＴ３０と、前記ティーチングデータを
外部記憶装置に出力する手続きを実行するデータ出力処
理部ＳＴ３１を設けたものである。

【０００６】前記変換装置のデータ変換処理部ＳＴ３０
は、データ獲得処理部ＳＴ２９で獲得された移動情報の
うち、補間に関する情報をティーチングデータのコード
に変換し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に関する値をティーチングデー
タのＸ、Ｙ、Ｚ軸の値に変換する。また、データ獲得処
理部ＳＴ２９で獲得されたレーザ加工ワーク上の軸情報
のうち、各三次元ＣＡＤデータのポイント上での法線ベ
クトルを下記の論理式を用いてティーチングデータの
Ｃ、Ａ軸に変換する。今、三次元ＣＡＤデータのポイン
ト上での法線ベクトルを（Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚ）とし、ノ
ズル方向ベクトルを（Ｎｘ、Ｎｙ、Ｎｚ）とすると、ノ
ズル方向ベクトルは、前記法線ベクトルと反対方向とな
るために、 Ｎｘ＝−Ｉｘ Ｎｙ＝−Ｉｙ Ｎｚ＝−Ｉｚ となる。

【０００７】さらに、ノズル方向ベクトルから加工ヘッ
ドの姿勢Ｃ、Ａ軸は下記の幾何学計算により計算可能で
ある。今、三次元ＣＡＤデータのポイント上でのノズル
方向ベクトルを（Ｎｘ、Ｎｙ、Ｎｚ）とし、レーザ加工
プログラムのポイントデータを（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｃ，Ａ）
とすると、姿勢Ｃ、Ａ軸は Ｃ＝１８０×ＴＡＮ^-1（Ｎｘ／Ｎｙ） Ａ＝１８０×ＴＡＮ^-1［｛√（Ｎｘ×Ｎｘ＋Ｎｙ×Ｎｙ）｝／Ｎｚ］ で与えられる。この幾何学計算により計算されたＣ，Ａ
軸の値を基にし、更に三次元レーザ加工機のＣ，Ａ軸の
機械的な制限を考慮することにより、実際の姿勢軸Ｃ，
Ａ軸の値を決定している。

【０００８】従来方法では、三次元レーザ加工機上に配
設されたレーザ加工ワークに対するティーチング作業に
より作成されたティーチングデータの干渉チェックは、
三次元レーザ加工機を空送りし、目視により干渉をチェ
ックしている。

【０００９】また、従来方法では、三次元レーザ加工機
を空送りし、加工ヘッドとレーザ加工ワークとが干渉す
ることが確認された場合には、三次元レーザ加工機を使
用して、レーザ光Ｌのスポットを修正するティーチング
ポイント上へ動かし、再度、ティーチング作業により修
正を行なっている。

【００１０】図１３は従来のティーチングデータ中の干
渉をチェックする動作手順を示すフローチャートであ
る。図において、ＳＴ３２は三次元レーザ加工機を稼働
して、ティーチング作業により作成されたティーチング
データで空送りを行なう空送作業、ＳＴ３３は、ＳＴ３
２で空送作業を行ない、ティーチングポイントの繋がり
とレーザ加工ワークとの干渉をチェックする干渉チェッ
ク作業である。このフローチャートに従った動作により
ティーチング作業により作成されたティーチングデータ
の干渉チェックを行なう。

【００１１】図１４は従来のティーチングデータ中の干
渉区間を修正する動作手順を示すフローチャートであ
る。図において、ＳＴ３６は、ＳＴ３４及びＳＴ３５で
干渉することが判明した場合、三次元レーザ加工機を稼
働して、干渉しているティーチングポイントへジョグ送
りを行ない、前記ティーチングポイント上での加工ヘッ
ドの位置と姿勢を再教示する修正手段である。このフロ
ーチャートに従った動作によりティーチングデータの修
正を行なう。

【００１２】なお、従来のこの種の三次元レーザ加工機
用シミュレーション装置に関連するものとして、特開平
４−３３７２９号、特開昭６２−２０８８６１号公報に
掲載の技術がある。また、この他に、パソコンによるＮ
Ｃデータ制御に関するものとして、特開昭６３−１３６
１０７号、特開昭５９−２２９６１１号公報に掲載の技
術があり、さらに、ＮＣデータの画面による干渉チェッ
クに関して、特開平３−２５３９１２号、特開平３−１
８４１０４号、特開平２−３１１９０６号公報に掲載の
技術がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の三
次元レーザ加工機用シミュレーション装置では、三次元
レーザ加工機を稼働して、ティーチングデータで三次元
レーザ加工機を空送りしなければ、ティーチングデータ
中の加工ヘッドとレーザ加工ワークとの干渉は把握でき
ない問題点があった。また、空送作業時に加工ヘッドと
レーザ加工ワークとの干渉が発生した場合には、加工ヘ
ッドあるいはレーザ加工ワークの破損が生じてしまう問
題点があった。

【００１４】この他に、従来方法では、三次元レーザ加
工機を稼働し、ティーチングデータを空送りして加工ヘ
ッドとレーザ加工ワークとが干渉することが確認された
場合、三次元レーザ加工機を使用して、繁雑なティーチ
ング作業を繰返し行ない、干渉しているティーチングポ
イントを修正しなければならない問題点があった。特
に、上記特開平３−１８４１０４号公報には、三次元Ｃ
ＡＭにおいて、工作物に対して工具が移動する工具経路
を適切に表示し、工作物に対する工具の干渉の状態を確
認する技術を開示しているが、干渉しているティーチン
グポイントを修正する技術思想を開示するものがない。

【００１５】そこで、本発明はかかる問題点を解消する
目的で成されたもので、レーザ加工機を稼働させること
なしに、ティーチングデータ中の加工ヘッドとレーザ加
工ワークの干渉を確認でき、また、三次元レーザ加工機
を使用したティーチング作業をすることなしに、予め姿
勢軸の修正すべき区間と変更する姿勢軸の値を与えるこ
とにより、自動的にティーチングプログラムの姿勢軸の
値を計算し、干渉している区間のティーチングプログラ
ムを修正することのできる三次元レーザ加工機用シミュ
レーション装置の提供を課題とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる三次元
レーザ加工機用シミュレーション装置は、三次元コンピ
ュータ援用設計システムを使用して作成された三次元形
状データを三次元レーザ加工機で使用可能なティーチン
グデータに変換するデータ変換手段と、前記ティーチン
グデータを主メモリに読込むティーチングデータ読込手
段と、前記ティーチングデータから経時的に加工ヘッド
の各姿勢が識別可能な模式図を三次元表示する加工ヘッ
ド表示手段と、前記三次元形状データを主メモリに読込
む三次元ＣＡＤデータ読込手段と、前記三次元形状デー
タからレーザ加工ワークの形状を三次元表示するレーザ
加工ワーク形状表示手段と、前記加工ヘッドの姿勢が識
別可能な模式図と前記三次元形状データから得たレーザ
加工ワークの形状とを重合わせて描画し、前記主メモリ
に読込まれたティーチングデータから加工ヘッドの付根
の座標値を求め、前記加工ヘッドの付根の座標値と加工
ヘッド先端の座標値とから加工ヘッドの姿勢軸の状態を
算出し、前記加工ヘッド先端の座標値と前記レーザ加工
ワークの形状と比較して前記加工ヘッドと前記レーザ加
工ワークとの干渉を確認する干渉確認手段と、前記干渉
確認手段で前記加工ヘッドと前記レーザ加工ワークとの
干渉が確認された場合、修正すべき区間を指定し、前記
区間の先頭の姿勢軸の値を与えることにより、前記区間
の姿勢軸の値を変更し、前記主メモリの前記区間のティ
ーチングデータを修正する変更修正手段とを具備するも
のである。

【００１７】

【作用】この発明の三次元レーザ加工機用シミュレーシ
ョン装置においては、三次元ＣＡＤを使用して作成され
た三次元ＣＡＤデータを、三次元レーザ加工機で使用可
能なティーチングデータに変換し、前記ティーチングデ
ータを付属の外部記憶装置に出力する装置で変換作成さ
れたティーチングデータを主メモリに読込み、前記ティ
ーチングデータから加工ヘッドの姿勢が識別できる模式
図をグラフィックディスプレイ装置のブラウン管上に三
次元表示する。 また、三次元ＣＡＤを使用して作成され
た三次元ＣＡＤデータを主メモリに読 込み、前記三次元
ＣＡＤデータからレーザ加工ワーク形状をグラフィック
ディスプレイ装置のブラウン管上に三次元表示する。 そ
して、加工ヘッドの姿勢が識別できる模式図とレーザ加
工ワーク形状をグラフィックディスプレイ装置のブラウ
ン管上で重合わせて描画し、前記描画の視点を変化させ
ることにより、グラフィックディスプレイ装置のブラウ
ン管上で加工ヘッドとレーザ加工ワークが干渉していな
いかを目視で確認することにより、自動的に加工ヘッド
とレーザ加工ワークとの干渉チェックができる。 しか
も、本装置はレーザ加工機とは独立しているため、レー
ザ加工機を使用することなく加工ヘッドとレーザ加工ワ
ークとの干渉をチェックすることができる。 更に、加工
ヘッドとレーザ加工ワークが干渉しているティーチング
データに対して、予め干渉している区間と、前記区間の
先頭のティーチングデータの姿勢軸の値を与え、範囲指
定処理部と姿勢軸値設定処理部と姿勢軸計算処理部とテ
ィーチングデータ修正処理部とデータ出力処理部で処理
するものであるから、干渉しているティーチングデータ
を簡便に修正することができるとともに、本装置はレー
ザ加工機とは独立しているため、レーザ加工機を使用す
ることなく干渉しているティーチングデータを簡便に修
正することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の各実施例について説明をす
る。図１は本発明の第一実施例である三次元レーザ加工
機用シミュレーション装置を使用して三次元レーザ加工
機での切断加工を示す斜視図である。これは、三次元Ｃ
ＡＤで作成された三次元ＣＡＤデータをティーチングデ
ータに変換し、前記ティーチングデータ中に加工ヘッド
とレーザ加工ワークとの干渉をチェックし、加工ヘッド
とレーザ加工ワークの干渉が無いことを確認したティー
チングデータによりレーザ加工ワークを切断している三
次元レーザ加工機システムの構成を示す斜視図である。

【００１９】図において、１は三次元レーザ加工機本
体、２は矢印Ｘ方向に動かすことのできる加工テーブ
ル、３は加工ヘッド、４は加工ヘッド３を矢印Ｚ方向に
動かすことのできるＺ軸ユニット、５はＺ軸ユニット４
を矢印Ｙ方向に動かすことのできるＹ軸ユニットであ
る。６は加工テーブル２上に設置されたレーザ加工ワー
クである。７はティーチングボックス、８はＮＣ制御
部、９はフロッピーディスクユニットである。１１は本
実施例の装置に基づいて三次元ＣＡＤデータをティーチ
ングデータに変換する計算機である。１０は三次元ＣＡ
Ｄデータが格納されているフロッピーディスク、１２は
前記三次元ＣＡＤデータを変換したティーチングデータ
が格納されているフロッピーディスク、１３は三次元Ｃ
ＡＤデータが変換されたティーチングデータの加工軌跡
である。

【００２０】図２は本発明の第一実施例である三次元レ
ーザ加工機用シミュレーション装置を示す斜視図であ
る。これは、三次元ＣＡＤデータと変換されたティーチ
ングデータを計算機スクリーン上に描画する三次元レー
ザ加工機用シミュレーション装置を示す斜視図である。
図において、１０は三次元ＣＡＤデータが格納されてい
るフロッピーディスク、１４は前記三次元ＣＡＤデータ
のグラフィック表示である。１２は前記三次元ＣＡＤデ
ータを変換したティーチングデータが格納されているフ
ロッピーディスク、１５は前記ティーチングデータのポ
イント上での加工ヘッドの姿勢Ｃ、Ａ軸が識別できる模
式図である。１１は加工ヘッドとレーザ加工ワークとを
装置スクリーン上に三次元グラフィック表示する処理と
干渉を自動でチェックする処理をマイクロプロセッサに
内蔵した計算機である。

【００２１】図３は本発明の第一実施例である三次元レ
ーザ加工機用シミュレーション装置を使用して三次元レ
ーザ加工機でレーザ加工ワークを実加工するまでの操作
手順を示すフローチャートである。図において、ＳＴ１
は従来考えられているＣＡＤデータをティーチングデー
タに変換するＣＡＤデータ変換処理部、ＳＴ２は前記テ
ィーチングデータ中の加工ヘッドとレーザ加工ワークの
干渉をチェックする干渉チェック処理部、ＳＴ３は前記
処理で干渉をしたか否かを確認する作業、ＳＴ４はティ
ーチングデータから姿勢軸値を自動で編集するティーチ
ングデータ編集処理部、ＳＴ５は前記処理により確認さ
れたティーチングデータでレーザ加工ワークを切断する
実加工作業である。

【００２２】図４は本発明の第一実施例である三次元レ
ーザ加工機用シミュレーション装置を使用してＣＡＤデ
ータとティーチングデータから干渉をチェックするまで
の手順を示すフローチャートである。図において、ＳＴ
６は干渉をチェックする三次元ＣＡＤデータ名とティー
チングデータ名を指定し、装置スクリーン上に描画する
際の視点を指定するパラメータ入力手続、ＳＴ７は前記
入力値が適当であるか否かを判断するパラメータ判定手
続、ＳＴ８はＳＴ６で指定された三次元ＣＡＤデータを
読込む三次元ＣＡＤデータ読込処理部、ＳＴ９はＳＴ６
で指定されたティーチングデータを読込むティーチング
データ読込処理部、ＳＴ１０は前記２つの読込処理部Ｓ
Ｔ８，ＳＴ９で読込まれたデータを装置スクリーン上に
描画するグラフィック表示処理部、ＳＴ１１は前記２つ
の読込処理部ＳＴ８，ＳＴ９で読込まれたデータを基に
干渉を自動的にチェックする自動干渉チェック処理部で
ある。

【００２３】図５は本発明の第一実施例である三次元レ
ーザ加工機用シミュレーション装置の動作を示すフロー
チャートである。図のように、本実施例の三次元レーザ
加工機用シミュレーション装置は、ティーチングデータ
を前記装置の主メモリ上に読込む手続きを実行するティ
ーチングデータ入力処理部ＳＴ１８と、前記ティーチン
グデータを基に各ティーチングポイント上での加工ヘッ
ドの姿勢Ｃ、Ａ軸が識別できる模式図をグラフィックデ
ィスプレイ装置のブラウン管上に経時的に三次元表示す
る加工ヘッド表示処理部ＳＴ２０と、三次元ＣＡＤから
出力された三次元ＣＡＤデータを本装置上の主メモリに
読込む手続きを実行する三次元ＣＡＤデータ入力処理部
ＳＴ１７と、前記三次元ＣＡＤデータを基にレーザ加工
ワーク形状をグラフィックディスプレイ装置のブラウン
管上に描画する手続きを実行する形状データ表示処理部
ＳＴ１９と、ＳＴ２０で表示された加工ヘッドの姿勢
Ｃ、Ａ軸が識別できる模式図とＳＴ１９で表示されたレ
ーザ加工ワーク形状をグラフィックディスプレイ装置の
ブラウン管上に重ねて表示し、目視により干渉を確認す
る手続きを実行する干渉表示処理部ＳＴ２１と、更にテ
ィーチングポイント上のティーチングデータから加工ヘ
ッドの付根の座標値を計算し、前記付け根の座標値と加
工ヘッドの先端の座標値と前記の読込まれた三次元ＣＡ
Ｄデータの形状データの位置関係から姿勢Ｃ軸、及びＡ
軸が干渉するかを自動で判別する手続きを実行する干渉
判別処理部ＳＴ２２を設けたものである。

【００２４】即ち、本実施例の三次元レーザ加工機用シ
ミュレーション装置は、三次元レーザ加工機の加工状態
及び加工結果をシミュレートする装置において、三次元
ＣＡＤを使用して作成された三次元ＣＡＤデータを、三
次元レーザ加工機で使用可能なティーチングデータに変
換し、前記ティーチングデータを付属の外部記憶装置に
出力する装置で変換作成されたティーチングデータを主
メモリに読込み、前記ティーチングデータから全ステッ
プに渡って経時的に各ステップ上の加工ヘッドの姿勢が
識別できる模式図をグラフィックディスプレイ装置のブ
ラウン管上に三次元表示する。また、三次元ＣＡＤを使
用して作成された三次元ＣＡＤデータを主メモリに読込
み、前記三次元ＣＡＤデータからレーザ加工ワーク形状
をグラフィックディスプレイ装置のブラウン管上に三次
元表示する。そして、加工ヘッドの姿勢が識別できる模
式図とレーザ加工ワーク形状をグラフィックディスプレ
イ装置のブラウン管上で重合わせて描画し、前記描画の
視点を変化させることにより、グラフィックディスプレ
イ装置のブラウン管上で加工ヘッドとレーザ加工ワーク
が干渉していないかを目視で確認することができ、更に
読込まれたティーチングデータより加工ヘッドの付根の
座標値を求め、前記加工ヘッドの付根の座標値と加工ヘ
ッド先端の座標値から、加工ヘッドの姿勢軸の状態を算
出し、三次元ＣＡＤデータと比較することにより、加工
ヘッドとレーザ加工ワークとが干渉していないかを確認
できるものである。即ち、加工ポイントは前記三次元Ｃ
ＡＤデータから与えられ、加工ヘッドの付値のポイント
から前述したように求められ、また、ブラウン管上にに
描画するためには、各々のポイントを繋いだ線を求める
必要があり、この処理を利用することにより加工ヘッド
とレーザ加工ワークとが 干渉する交点を確認することが
できる。 なお、ここで、加工ヘッドの付根とは、三次元
レーザ加工機の技術分野においては、周知であるが、一
般に、加工ヘッドがＺ軸ユニット４に取付けられた点を
意味し、具体的には、図１０の加工ヘッド３をＺ方向に
動かすことのできるＺ軸ユニット４と、そのＺ軸ユニッ
ト４が取付けられるＣ軸１９の交点である。

【００２５】したがって、本実施例では、三次元ＣＡＤ
で作成された三次元ＣＡＤデータを、三次元レーザ加工
機用シミュレーション装置内に設けられた三次元ＣＡＤ
データ入力処理部と形状データ表示処理部で処理し、前
記三次元ＣＡＤデータを変換したティーチングデータ
を、前記装置内に設けられたティーチングデータ入力処
理部と加工ヘッド表示処理部で処理し、前記２つの表示
結果を前記装置内に設けられた干渉表示処理部で処理す
ることにより、目視で加工ヘッドとレーザ加工ワークと
の干渉がチェックできる。

【００２６】さらに、前記三次元ＣＡＤデータと前記テ
ィーチングデータを、三次元レーザ加工機用シミュレー
ション装置内に設けられた干渉判別処理部で処理するこ
とにより、自動的に加工ヘッドとレーザ加工ワークとの
干渉チェックができる。また、前記の装置はレーザ加工
機とは独立しているため、レーザ加工機を使用すること
なく加工ヘッドとレーザ加工ワークとの干渉をチェック
することができる。

【００２７】この結果、三次元レーザ加工機とは独立し
た計算機上で、ＣＡＤシステムで作成されたＣＡＤデー
タから三次元レーザ加工機でレーザ加工できるように作
成されたティーチングデータ中の加工ヘッドとレーザ加
工ワークとの干渉のチェックができるシステムが提供で
きるので、基本的に三次元レーザ加工機による加工現場
におけるレーザ加工ワーク切断等のプロセスで、加工ヘ
ッドとレーザ加工ワークとが干渉することが確実に阻止
でき、設計通りのスムーズな加工が行なえ、加工プロセ
スの干渉チェックのために使用されていた停止時間が削
減できる。さらに、加工ヘッドとレーザ加工ワークとの
干渉により発生する加工ヘッドの損傷、或は、これに対
処する保守点検管理等の非生産的なプロセスが避けられ
る。

【００２８】次に、三次元形状データを変更修正する動
作について説明する。 図６は本発明の第一実施例である
三次元レーザ加工機用シミュレーション装置の全体を示
す斜視図である。これは、加工ヘッドとレーザ加工ワー
クが干渉することが判明した場合に、干渉する区間の姿
勢軸の値を修正する三次元レーザ加工機用シミュレーシ
ョン装置を示す斜視図である。図において、１６Ａはフ
ロッピーディスク上に格納されているティーチングデー
タ、前記ティーチングデータは一部分が加工ヘッドとレ
ーザ加工ワークが干渉しており、１７は前記ティーチン
グデータの干渉している区間の姿勢軸を修正したティー
チングデータを格納したフロッピーディスク、１１は前
記の修正を自動で行なう処理をマイクロプロセッサに内
蔵した計算機である。

【００２９】図７は本発明の第一実施例である三次元レ
ーザ加工機用シミュレーション装置を使用して干渉して
いるティーチングデータの干渉区間を修正するまでの手
順を示すフローチャートである。つまり、上記第一実施
例で加工ヘッドとレーザ加工ワークが干渉することが判
明した場合、干渉する区間の姿勢軸の値を修正するまで
の操作手順を示すフローチャートである。図において、
ＳＴ１２は干渉しているティーチングデータ名を指定
し、ティーチングデータの干渉している区間を指定し、
前記区間の先頭の姿勢軸値を指定するパラメータを入力
するパラメータ入力手続、ＳＴ１３は前記入力値が適当
であるか否かを判断するパラメータ判定手続、ＳＴ１４
はＳＴ１２で指定されたティーチングデータを読込むテ
ィーチングデータ読込処理部、ＳＴ１５はＳＴ１２で指
定されたパラメータに基づいて前記ティーチングデータ
を修正する修正処理部、ＳＴ１６は前記修正されたティ
ーチングデータをフロッピーディスクに出力するティー
チングデータ出力処理部である。

【００３０】図８は本発明の第一実施例である三次元レ
ーザ加工機用シミュレーション装置のティーチングデー
タを修正する動作を示すフローチャートである。図にお
いて、本実施例の三次元レーザ加工機用シミュレーショ
ン装置は、加工ヘッドとレーザ加工ワークとの干渉をチ
ェックすることにより、加工ヘッドとレーザ加工ワーク
とが干渉することが明確になった場合、前記装置で使用
したティーチングデータの加工ヘッドとレーザ加工ワー
クとの干渉をチェックした結果、みつかった干渉区間を
踏まえて、オペレータが任意に決定して編集区間を指定
する手続きを実行する範囲指定処理部ＳＴ２３と、前記
編集区間先頭の姿勢軸の値を指定する手続きを実行する
姿勢軸値設定処理部ＳＴ２４と、前記編集区間の姿勢軸
値を主メモリ上で自動的に計算し、姿勢軸値の修正値を
求める手続きを実行する姿勢軸計算処理部ＳＴ２５と、
前記修正値に基づきティーチングデータを修正する手続
きを実行するティーチングデータ修正処理部ＳＴ２６
と、修正したティーチングデータを外部記憶装置に出力
する手続きを実行するデータ出力処理部ＳＴ２７を設け
たものである。即ち、前記修正値に基づきティーチング
データを修正する手続きとは、前編集区間で続く編集区
間の加工ヘッドの姿勢軸を修正することにより、当該編
集区間で干渉するのを回避させる。具体的には、再度、
補間に関する情報をティーチングデータのコードに変換
し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に関する値をティーチングデータの
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の値に変換する。また、レーザ加工ワーク
上の軸情報のうち、各三次元ＣＡＤデータのポイント上
での法線ベクトルを前述のように、ティーチングデータ
のＣ、Ａ軸に変換する。そして、ノズル方向ベクトルか
ら加工ヘッドの姿勢Ｃ、Ａ軸は、三次元ＣＡＤデータの
ポイント上でのノズル方向ベクトルを（Ｎｘ、Ｎｙ、Ｎ
ｚ）とし、レーザ加工プログラムのポイントデータを
（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｃ，Ａ）とし、姿勢Ｃ、Ａ軸は幾何学計
算により計算されたＣ，Ａ軸の値を基にし、三次元レー
ザ加工機のＣ，Ａ軸の機械的な制限を考慮することによ
り、実際の姿勢軸Ｃ，Ａ軸の値を修正決定するものであ
る。

【００３１】即ち、本実施例の三次元レーザ加工機用シ
ミュレーション装置は、加工ヘッドとレーザ加工ワーク
が干渉することが確認された場合、三次元レーザ加工機
等の付随装置を使用することなく、修正しなければなら
ない区間を予め指定し、前記区間の先頭の姿勢軸の値を
予め与えることにより、前記区間の姿勢軸値を装置内で
自動的に変更修正するものである。即ち、先頭の姿勢軸
の値を予め与えるとは 、干渉が発生する編集区間に対し
て、その干渉が回避できる当該編集区間に入る前で、そ
の干渉を回避できる最先の編集区間を意味し、そこで、
姿勢軸の値を予め与えることにより、前記区間の姿勢軸
値を装置内で自動的に変更修正するものである。

【００３２】したがって、本実施例では、加工ヘッドと
レーザ加工ワークとが干渉しているティーチングデータ
に対して、予め干渉している区間と、前記区間の先頭の
ティーチングデータの姿勢軸の値を三次元レーザ加工機
用シミュレーション装置に与え、前記装置に設けられた
範囲指定処理部と姿勢軸値設定処理部と姿勢軸計算処理
部とティーチングデータ修正処理部とデータ出力処理部
で処理することにより、干渉しているティーチングデー
タを簡便に修正することができる。また、前記装置はレ
ーザ加工機とは独立しているため、レーザ加工機を使用
することなく干渉しているティーチングデータを簡便に
修正することができる。

【００３３】この結果、三次元レーザ加工機とは独立し
た計算機上で、加工ヘッドと加工ワークが干渉している
ティーチングデータを修正し、三次元レーザ加工時の加
工ヘッドとレーザ加工ワークとの干渉を防ぐシステムが
提供できるとともに、ティーチングデータの編集を、三
次元レーザ加工機を使用せずに行なえるので、従来三次
元レーザ加工機で用いられるティーチングデータ修正作
業時の教示操作の繁雑さも解消できる。また、ティーチ
ングデータ修正作業時における加工ヘッドとレーザ加工
ワークとの干渉により発生する加工ヘッドの損傷等の非
生産的なプロセスが避けられる。

【００３４】ところで、上記説明では、本発明を計算機
に搭載し、三次元レーザ加工機に利用する場合を例示し
たが、例えば本発明を三次元レーザ加工機制御装置に組
込むことも可能である。また、上記説明では、本発明を
レーザ切断加工法に利用する場合を例示したが、例えば
本発明をレーザ溶接に応用することもできる。さらに、
上記説明では、三次元レーザ加工ワークについてレーザ
切断する場合を例示したが、例えば本発明を二次元レー
ザ加工ワークに応用できることはいうまでもない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の三次元
レーザ加工機用シミュレーション装置は、三次元ＣＡＤ
を使用して作成された三次元ＣＡＤデータを、三次元レ
ーザ加工機で使用可能なティーチングデータに変換し、
前記ティーチングデータを付属の外部記憶装置に出力す
る装置で変換作成されたティーチングデータを主メモリ
に読込み、前記ティーチングデータから加工ヘッドの姿
勢が識別できる模式図をグラフィックディスプレイ装置
のブラウン管上に三次元表示する。 また、三次元ＣＡＤ
を使用して作成された三次元ＣＡＤデータを主メモリに
読込み、前記三次元ＣＡＤデータからレーザ加工ワーク
形状をグラフィックディスプレイ装置のブラウン管上に
三次元表示する。そして、加工ヘッドの姿勢が識別でき
る模式図とレーザ加工ワーク形状をグラフィックディス
プレイ装置のブラウン管上で重合わせて描画し、前記描
画の視点を変化させることにより、グラフィックディス
プレイ装置のブラウン管上で加工ヘッドとレーザ加工ワ
ークが干渉していないかを目視する。したがって、目視
で加工ヘッドとレーザ加工ワークとの干渉がチェックで
きるとともに、前記三次元ＣＡＤデータと前記ティーチ
ングデータを、干渉判別処理部で処理することにより、
自動的に加工ヘッドとレーザ加工ワークとの干渉チェッ
クができるので、三次元レーザ加工機による加工現場に
おけるレーザ加工ワーク切断等のプロセスで、加工ヘッ
ドとレーザ加工ワークとが干渉することが確実に阻止で
き、設計通りのスムーズな加工が行なえ、加工プロセス
の干渉チェックのために使用されていた停止時間が削減
できる。 しかも、本装置はレーザ加工機とは独立してい
るため、レーザ加工機を使用することなく加工ヘッドと
レーザ加工ワークとの干渉をチェックすることができる
ので、加工ヘッドとレーザ加工ワークとの干渉により発
生する加工ヘッドの損傷、或は、これに対処する保守点
検管理等の非生産的なプロセスが避けられる。 更に、加
工ヘッドとレーザ加工ワークが干渉しているティーチン
グデータに対 して、干渉している区間と、前記区間の先
頭のティーチングデータの姿勢軸の値を与え、範囲指定
処理部と姿勢軸値設定処理部と姿勢軸計算処理部とティ
ーチングデータ修正処理部とデータ出力処理部で処理す
ることにより、干渉しているティーチングデータを簡便
に修正することができるので、ティーチングデータの編
集を三次元レーザ加工機を使用せずに行なえ、ティーチ
ングデータ修正作業時の教示操作の繁雑さを解消できる
とともに、本装置はレーザ加工機とは独立しているた
め、レーザ加工機を使用することなく干渉しているティ
ーチングデータを簡便に修正することができるので、三
次元レーザ加工機とは独立した計算機上で、ティーチン
グデータ修正作業時における加工ヘッドとレーザ加工ワ
ークとの干渉により発生する加工ヘッドの損傷等の非生
産的なプロセスが避けられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の第一実施例である三次元レー
ザ加工機用シミュレーション装置を使用して三次元レー
ザ加工機での切断加工を示す斜視図である。

【図２】 図２は本発明の第一実施例である三次元レー
ザ加工機用シミュレーション装置を示す斜視図である。

【図３】 図３は本発明の第一実施例及び第二実施例で
ある三次元レーザ加工機用シミュレーション装置を使用
して三次元レーザ加工機でレーザ加工ワークを実加工す
るまでの操作手順を示すフローチャートである。

【図４】 図４は本発明の第一実施例である三次元レー
ザ加工機用シミュレーション装置を使用してＣＡＤデー
タとティーチングデータから干渉をチェックするまでの
手順を示すフローチャートである。

【図５】 図５は本発明の第一実施例である三次元レー
ザ加工機用シミュレーション装置の動作を示すフローチ
ャートである。

【図６】 図６は本発明の第一実施例である三次元レー
ザ加工機用シミュレーション装置を示す斜視図である。

【図７】 図７は本発明の第一実施例である三次元レー
ザ加工機用シミュレーション装置を使用して干渉してい
るティーチングデータの干渉区間を修正するまでの手順
を示すフローチャートである。

【図８】 図８は本発明の第一実施例である三次元レー
ザ加工機用シミュレーション装置のティーチングデータ
の修正動作を示すフローチャートである。

【図９】 図９は従来の三次元レーザ加工機の構成を示
すブロック図である。

【図１０】 図１０は従来の三次元レーザ加工機の各軸
の構成を示す斜視図である。

【図１１】 図１１は従来のＣＡＤデータ変換装置の構
成を示す斜視図である。

【図１２】 図１２は従来のＣＡＤデータ変換装置によ
る処理構成を示すフローチャートである。

【図１３】 図１３は従来のティーチングデータ中の干
渉をチェックする動作手順を示すフローチャートであ
る。

【図１４】 図１４は従来のティーチングデータ中の干
渉区間を修正する動作手順を示すフローチャートであ
る。

【図１５】 図１５は従来のティーチングデータ中の干
渉区間を修正する動作手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ 三次元レーザ加工機本体 ６ レーザ加工ワーク １０ 三次元ＣＡＤデータの格納されたフロッピーデ
ィスク １１ 計算機 １６Ａ ティーチングデータの格納されたティーチング
データ １７ 修正したティーチングデータを格納したフロッ
ピーディスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０５Ｂ 19/4155 Ｇ０５Ｂ 19/403 Ｔ 19/42 19/42 Ｐ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三次元コンピュータ援用設計システムを
   使用して作成された三次元形状データを三次元レーザ加
   工機で使用可能なティーチングデータに変換するデータ
   変換手段と、 前記ティーチングデータを主メモリに読込むティーチン
   グデータ読込手段と、 前記ティーチングデータから経時的に加工ヘッドの各姿
   勢が識別可能な模式図を三次元表示する加工ヘッド表示
   手段と、 前記三次元形状データを主メモリに読込む三次元ＣＡＤ
   データ読込手段と、 前記三次元形状データからレーザ加工ワークの形状を三
   次元表示するレーザ加工ワーク形状表示手段と、前記加工ヘッドの姿勢が識別可能な模式図と前記三次元
   形状データから得たレーザ加工ワークの形状とを重合わ
   せて描画し、前記主メモリに読込まれたティーチングデ
   ータから加工ヘッドの付根の座標値を求め、前記加工ヘ
   ッドの付根の座標値と加工ヘッド先端の座標値とから加
   工ヘッドの姿勢軸の状態を算出し、前記加工ヘッド先端
   の座標値と前記レーザ加工ワークの形状と比較して前記
   加工ヘッドと前記レーザ加工ワークとの干渉を確認する
   干渉確認手段と、前記干渉確認手段で前記加工ヘッドと前記レーザ加工ワ
   ークとの干渉が確認された場合、修正すべき区間を指定
   し、前記区間の先頭の姿勢軸の値を与えることにより、
   前記区間の姿勢軸の値を変更し、前記主メモリの前記区
   間のティーチングデータを修正する 変更修正手段とを具
   備することを特徴とする三次元レーザ加工機用シミュレ
   ーション装置。