JP6529819B2 - 噴流衝突領域確認方法、噴流衝突領域確認装置、プログラム、およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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特許文献1に記載された洗浄装置では、液体の噴流が被作業物表面に衝突すると、噴流は、被作業物表面のうち、衝突した部位の表面に沿って、流れの方向を変化させる。このとき、噴流と被作業物表面の衝突した部位に残存するバリ、切りくずその他の異物は、噴流の動圧を受けて除去される。
従来、噴流の衝突領域(噴流衝突領域)を確認する方法として、ユーザーは、予め塗料を被作業物の表面に塗布してから洗浄装置に投入して被作業物を洗浄し、洗浄後の塗膜の状態を確認していた。ユーザーは、洗浄によって被作業物の塗料が剥がれた領域を基準として噴流衝突領域を確認していた。
本発明は、噴流と被作業物との衝突部位を正確に検証することを目的とする。
(1)ノズルから噴出した噴流を被作業物に衝突させて所定の作業をする作業装置の前記噴流の衝突領域をコンピュータによって解析するための噴流衝突領域確認方法であって、コンピュータの記憶装置に格納された、前記噴流を表す噴流モデル、前記所定の作業をする作業領域および作業深さが設定され前記被作業物を表す被作業物モデル、並びに前記作業装置の駆動動作を規定する駆動パラメータおよび数値制御プログラムを使用して、前記コンピュータの演算処理装置が、前記被作業物モデルおよび前記噴流モデルを前記駆動パラメータおよび前記数値制御プログラムに基づいて移動させる駆動演算ステップと、この駆動演算ステップによって移動させた噴流モデルと前記作業領域との衝突領域を求めて、前記衝突領域における前記作業深さを前記被作業物モデルから切除した衝突領域切除モデルを演算する切除演算ステップと、を実行すること。
(2)前記切除演算ステップにおいて、前記噴流モデルの移動に伴って逐次拡張される前記衝突領域を求め、前記衝突領域が逐次拡張された前記衝突領域切除モデルを経時的に前記コンピュータの表示装置に表示すること。
(3)前記駆動演算ステップにおいて、前記噴流モデルは、前記数値制御プログラム中の噴出開始命令の発令時から、噴出停止命令の発令時までの区間において生成されること。
(4)前記作業領域は、複数設けられ、複数の前記作業領域は、当該作業領域に対する作業における前記被作業物モデル及び前記噴流モデルの姿勢に対応して設定されること。
(5)前記噴流モデルは、前記ノズルが回転する回転ノズルである場合には、非回転状態における前記回転ノズルから噴出した噴流を表す非回転時噴流モデルを当該回転ノズルの回転軸回りに回転させて求めた回転噴流モデルであること。
(6)前記記憶装置は、前記作業装置の形状モデルを更に収納し、前記演算処理装置が、前記数値制御プログラムに基づいて移動中の前記噴流モデル及び前記作業装置の形状モデル、並びに前記切除中の前記被作業物モデルを継時的に画像表示装置に表示すること。
(7)前記記憶装置は、前記作業装置の形状を表す作業装置モデルを更に格納し、前記演算処理装置は、前記駆動演算ステップにおいて、前記作業装置モデルを前記駆動パラメータおよび前記数値制御プログラムに基づいて駆動させ、前記切除演算ステップにおいて、前記噴流モデルの移動に伴って姿勢が変動する前記作業装置モデルを経時的に前記コンピュータの表示装置に表示すること。
(8)上記(1)ないし(6)の確認方法をコンピュータに実行させるプログラム、そのプログラムの記憶媒体。
(9)ノズルから噴出した噴流を被作業物に衝突させて所定の作業をする作業装置の前記噴流の衝突領域をコンピュータによって解析するための噴流衝突領域確認装置であって、入力装置と、この入力装置によって、前記噴流を表す噴流モデル、前記所定の作業をする作業領域および作業深さが設定され前記被作業物を表す被作業物モデル、並びに前記作業における作業装置の駆動動作を規定する駆動パラメータおよび数値制御プログラムを格納する記憶装置と、演算処理装置と、を備え、前記演算処理装置は、前記噴流モデルおよび前記被作業物モデルを前記駆動パラメータおよび前記数値制御プログラムに基づいて移動させる駆動演算手段と、この駆動演算手段によって移動させた噴流モデルと前記作業領域との衝突領域を求めて、前記衝突領域における前記作業深さを前記被作業物モデルから切除した衝突領域切除モデルを演算する切除演算手段と、を備えた噴流衝突領域確認装置。
(1)本発明に係る噴流衝突領域確認方法および噴流衝突領域確認装置は、前記噴流を表す噴流モデルと、前記所定の作業をする前記被作業物を表す被作業物モデルと、記憶装置に格納して使用することで、演算処理装置によって、作業装置におけるノズルから噴出した噴流、および被作業物の3次元形状を忠実に再現して把握することができる。
また、被作業物モデルに対して作業領域および作業深さを設定することで、演算処理装置による演算を簡素化して迅速かつ円滑な動作を確保することができる。
また、演算処理装置によって、前記噴流モデルおよび前記被作業物モデルを前記駆動パラメータおよび前記数値制御プログラムに基づいて移動させる駆動演算ステップを実行することで、噴流モデルおよび被作業物モデルを前記駆動パラメータおよび前記数値制御プログラムに基づいて忠実に再現して移動させることができるため、正確に噴流衝突領域を把握することができる。
また、衝突領域切除演算ステップによって、前記衝突領域における前記衝突面から所定の深さを切除した当該被作業物の衝突領域切除モデルを演算することで、衝突領域を画像として表示装置等に表示したり、予め設定した所期の被作業物モデルと対比して衝突領域が適正に形成されているかどうかを判定したりすることができる。
(2)本発明に係る噴流衝突領域確認方法および噴流衝突領域確認装置は、前記噴流モデルの移動に伴って前記衝突領域が逐次拡張された前記衝突領域切除モデルを経時的に前記コンピュータの表示装置に表示することで、例えば、前記作業装置が実行する作業を工程順に忠実に再現して動画として表示することができるため、ユーザーが目視によって作業状態を正確に把握することができる。
(3)本発明に係る噴流衝突領域確認方法および噴流衝突領域確認装置は、前記噴流モデルは、前記数値制御プログラム中の噴出開始命令の発令時から、噴出停止命令の発令時までの区間において生成されることで、作業装置が噴流を生成して所定の作業をする期間のみを対象として、衝突領域切除モデルを求める。
このため、実際の作業装置における作業期間に正確に対応させることができるため、実際の噴流作業に対応させた衝突領域切除モデルの形状データを求めることができる。
(4)本発明に係る噴流衝突領域確認方法において、複数の異なる作業領域を設定する場合には、当該作業領域ごとに被作業物モデルの姿勢(割り出し角度等)や噴流モデルの姿勢(噴出方向等)に適合するように作業領域を設定する。
(5)本発明に係る噴流衝突領域確認方法において、前記ノズルが回転する回転ノズルである場合には、非回転状態における非回転時噴流モデルを当該回転ノズルの回転軸回りに回転させて求めた回転噴流モデルに置換えることにより、前記回転ノズルから噴出した噴流の移動軌跡を簡略化して、噴流モデルと被作業物モデルとの衝突領域を簡便に演算できる。
(6)前記駆動パラメータおよび前記数値制御プログラムに基づいて駆動される前記作業装置の形状を表す作業装置モデル、前記噴流モデル、および前記被作業物モデルを継時的に表示装置に表示することができる。これにより、ユーザーが駆動中の作業の様子を観察できる。実際の作業装置では、噴流が飛散し、噴流の様子が観察できないところ、本発明によれば、ユーザーは克明に作業装置が作業をする様子を確認できる。
(7)本発明に係るプログラムは、コンピュータに前記噴流衝突領域確認方法を実行させ、前記噴流衝突領域確認装置として機能させることができる。
洗浄装置10は、被作業物である被洗浄物17に洗浄液の噴流31Fを衝突させて、被洗浄物17の表面に付着している異物やバリを除去する装置である。
洗浄装置10は、図1に示すように、数値制御されてXYZ方向に自在に移動できるクイル11と、クイル11に設けられるタレット12と、タレット12のタレット面にそれぞれスピンドル13と共に取り付けられるノズル21、23、25を備えている。ノズル21、23、25の内、下向きに割り出した一つのノズル21は、C軸方向に回転又はその回転角度を位置決めできる。また、洗浄装置10は、被洗浄物17を載置する載置台16を備えている。載置台16は、被洗浄物17を載置した状態でA軸方向に自在に回転でき、回転角度を割り出しできる。
駆動パラメータは、例えば、軸ストローク、軸速度、加速度等を設定するパラメータであり、数値制御プログラムは、いわゆるGコードと呼ばれ、移動目標座標を移動モードとともに記載したプログラムである。
図2に示すように、噴流衝突領域確認装置40は、洗浄装置10から噴出した噴流31Fが被洗浄物17に衝突する衝突領域R1(図11)を解析するための装置であり、ワークステーション又は汎用パーソナルコンピュータで構成される。また、噴流衝突領域確認装置40は、数値制御装置の一部構成として組込まれても良い。噴流衝突領域確認装置40は、CAM(computer aided manufacturing)システムに好適に採用することができる。
入力装置42は、キーボード、スイッチ、タッチパネル、マウスその他のポインティングデバイス、又は、USBポート、光学ドライブ、LAN接続ポート、インターネット接続ポートその他の入出力ポートを含む。表示装置43は、GUI(Graphical user interface)を備えている。出力装置44は、スピーカ、プリンタ、又は、USBポート、光学ドライブ、LAN接続ポート、インターネット接続ポートその他の入出力ポートを含む。記憶装置45は、RAMその他の主記憶装置、及び磁気ドライブ、フラッシュメモリその補助記憶装置を含む。
洗浄装置10における種々のノズルに適用する噴流モデルM1(噴流31〜36)について、図4から図9を参照しながら詳細に説明する。
図4を参照して、下向きに棒状の噴流を噴出するノズル21における噴流モデルM1(噴流31)について説明する。ノズル21は、スピンドル13に固定されるフランジ29と、Z軸方向に延びる軸部21aと、からなる。ノズル21は、軸部21aの先端から、回転軸14と同軸に、Z軸方向に棒状の噴流31を噴出する。
CPU41(図2参照)は、噴流31の長さを一定の有効長さLとして、有効長さLを噴流の形状データとして設定することができる。例えば、CPU41は、噴口21bの開口径や噴流の圧力等の使用条件から有効長さLを演算して求めて、記憶装置45に格納することができる。噴流に有効長さLを与える事で、不定形の噴流に形を与えて噴流の形状データが形成する3次元形状のモデルを「噴流モデルM1(噴流31)」として設定することができる。
このように、CPU41が演算して求めた演算結果を記憶装置45に格納することを、単に「噴流衝突領域確認装置40が設定する」ということがある。なお、本実施形態においてはCPU41が有効長さLを演算したが、これに限定されるものではなく、予めノズル21の規格データとして設定してもよいし、ユーザが入力装置42を介して設定してもよい。
この場合においては、噴流衝突領域確認装置40(図2参照)は、噴流31の有効長さLを、距離LBに設定できる。噴流31の有効長さLは、作業の種類、噴流31の形状を考慮して、適宜設定できる。
噴流衝突領域確認装置40(図2参照)は、図6に示すように、ノズルが回転する回転ノズル23である場合には、非回転状態(停止時)における回転ノズル23から噴出した噴流33の形状データが形成する非回転時の噴流モデルM1を求める。
そして、図7に示すように、非回転時の噴流モデルM1を回転ノズル23の回転軸14の回りに回転させて回転噴流モデル34を求める。そして、この回転噴流モデル34を回転ノズル23を回転させた場合の噴流モデルM1として適用する。
図8と図9を参照して、噴流を拡散して噴出するノズルである洗浄ランス25について説明する。図8に示すように、洗浄ランス25は、フランジ29と、Z方向に延びる軸部25aと、を備えている。軸部25aの先端から、噴射する方向が回転軸14に対してθ1の角度をもって棒状の噴流35を複数箇所(例えば、回転軸に対して対象位置に2か所)から噴出する。噴流35の径d4は、噴口25bの開口径と同一である。軸部25aは、複数の噴流35によるXY方向の反力を相互に打ち消すように噴出口を備えることができる。噴流35は、有効長さLとする。洗浄ランス25は、回転軸14を中心に回転する。
洗浄ランス25(図8参照)を回転させながら回転軸14に沿って軸方向に移動させると、回転軸14を中心とする円筒面状の噴流35の軌跡は、円筒面に沿ってらせん形状をなす。噴流35(図8参照)の回転形状を円錐面の噴流36として設定することで、噴流36と被洗浄物17との衝突領域を簡便に演算できる(図11参照)。
図11を参照して、被洗浄物モデルM2について説明する。被洗浄物モデルM2は、被洗浄物17の立体的形状を表すモデルであり、例えば立体的形状の内部を表現できるソリッドモデルを適用する。被洗浄物モデルM2は、洗浄装置モデルM3を仮想空間上で駆動させることで被洗浄物モデルM2も移動したり、形状が変化したりするが、姿勢や形状が変化した状態が逐次演算される。被洗浄物モデルM2から衝突領域R1における作業深さdLが切除されたソリッドモデルを衝突領域切除モデルM5という。被洗浄物モデルM2、衝突領域切除モデルM5は、形状記憶手段45bに格納される。
具体的には、第1の作業工程では、噴流モデルM1が図11の上側の第1の外表面(M21A)に衝突して、第1の作業領域M21Aに対して作業し、第2の作業工程では、被洗浄物モデルM2の姿勢が変わって図11において上下が反転されて、図示は省略するが、噴流モデルM1が図11の下側の第2の外表面(M21B)に衝突して、第2の作業領域M21Bに対して作業するような作業形態である。
このため、本発明の実施形態に係る噴流衝突領域確認方法は、噴流モデルM1と被洗浄物モデルM2との衝突領域R1(図11参照)を明瞭に表せる。
図12に示すように、洗浄ランス26は、回転軸14を中心に回転した状態で被洗浄物17の洗浄対象である凹部18に挿入される。洗浄ランス26は、その円錐面状に広がる噴流36により、凹部18の内面を洗浄する。凹部18の内面に、バリが生じていれば、バリに噴流36が直接接触する。バリは、噴流36の動圧を受けて、折れて除去される。
また、上記の実施形態では、数値制御される洗浄装置について説明したが、特別の制御言語を用いる汎用ロボットを使用する各種装置に対して適用できる。その場合には、制御言語をデコードして仮想空間内を、噴流モデルM1、被洗浄物モデルM2、洗浄装置モデルM3、ノズルモデルM4が移動できるよう、駆動演算手段が構成される。
また、上記した実施形態では、本発明を噴流衝突領域確認装置40として説明したが、コンピュータに実行させるプログラムとして、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に保存して又は電気通信回線を通して提供することもできる。
14 回転軸
16 載置台
17 被洗浄物(被作業物)
18 凹部
21 ノズル
22 扇形ノズル
23 回転ノズル
24 回転体形状
25,26 洗浄ランス(ノズル)
31,32,33,35,36 噴流
34 噴流、回転噴流モデル
40 噴流衝突領域確認装置
41 CPU(演算処理装置)
41a 駆動演算手段
41b 切除演算手段
41c 干渉監視演算手段
42 入力装置
43 表示装置
45 記憶装置
D 直径、配置径
M1 噴流モデル
M2 被洗浄物モデル(被作業物モデル)
M21 作業領域
M22 非作業領域
M3 洗浄装置モデル(作業装置モデル)
M31 載置台モデル
M4 ノズルモデル
M5 衝突領域切除モデル
R1 衝突領域
dL 作業深さ
Claims (14)
- ノズルから噴出した噴流を被作業物に衝突させて所定の作業をする作業装置の前記噴流の衝突領域をコンピュータによって解析するための噴流衝突領域確認方法であって、
コンピュータの記憶装置に格納された、前記噴流を表す噴流モデル、前記所定の作業をする作業領域および作業深さが設定され前記被作業物を表す被作業物モデル、並びに前記作業における前記作業装置の駆動動作を規定する駆動パラメータおよび数値制御プログラムを使用して、
前記コンピュータの演算処理装置が、
前記被作業物モデルおよび前記噴流モデルを前記駆動パラメータおよび前記数値制御プログラムに基づいて移動させる駆動演算ステップと、
この駆動演算ステップによって移動させた噴流モデルと前記作業領域との衝突領域を求めて、前記衝突領域における前記作業深さを前記被作業物モデルから切除した衝突領域切除モデルを演算する切除演算ステップと、
を実行することを特徴とする噴流衝突領域確認方法。 - 請求項1に記載の噴流衝突領域確認方法であって、
前記切除演算ステップにおいて、前記噴流モデルの移動に伴って逐次拡張される前記衝突領域を求め、前記衝突領域が逐次拡張された前記衝突領域切除モデルを経時的に前記コンピュータの表示装置に表示すること、
を特徴とする噴流衝突領域確認方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の噴流衝突領域確認方法であって、
前記駆動演算ステップにおいて、前記噴流モデルは、前記数値制御プログラム中の噴出開始命令の発令時から、噴出停止命令の発令時までの区間において生成されること、
を特徴とする噴流衝突領域確認方法。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の噴流衝突領域確認方法であって、
前記作業領域は、複数設けられ、
複数の前記作業領域は、当該作業領域に対する作業における前記被作業物モデル及び前記噴流モデルの姿勢に対応して設定されること、
を特徴とする噴流衝突領域確認方法。 - 請求項1に記載の噴流衝突領域確認方法であって、
前記噴流モデルは、前記ノズルが回転する回転ノズルである場合には、非回転状態における前記回転ノズルから噴出した噴流を表す非回転時噴流モデルを当該回転ノズルの回転軸回りに回転させて求めた回転噴流モデルであること、
を特徴とする噴流衝突領域確認方法。 - 請求項2に記載の噴流衝突領域確認方法であって、
前記記憶装置は、前記作業装置の形状を表す作業装置モデルを更に格納し、
前記演算処理装置は、
前記駆動演算ステップにおいて、前記作業装置モデルを前記駆動パラメータおよび前記数値制御プログラムに基づいて駆動させ、
前記切除演算ステップにおいて、前記噴流モデルの移動に伴って姿勢が変動する前記作業装置モデルを経時的に前記コンピュータの表示装置に表示すること、
を特徴とする噴流衝突領域確認方法。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の噴流衝突領域確認方法を前記コンピュータに実行させるプログラム。
- ノズルから噴出した噴流を被作業物に衝突させて所定の作業をする作業装置の前記噴流の衝突領域をコンピュータによって解析するための噴流衝突領域確認装置であって、
入力装置と、
この入力装置によって、前記噴流を表す噴流モデル、前記所定の作業をする作業領域および作業深さが設定され前記被作業物を表す被作業物モデル、並びに前記作業装置の駆動動作を規定する駆動パラメータおよび数値制御プログラムを格納する記憶装置と、
演算処理装置と、を備え、
前記演算処理装置は、前記噴流モデルおよび前記被作業物モデルを前記駆動パラメータおよび前記数値制御プログラムに基づいて移動させる駆動演算手段と、
この駆動演算手段によって移動させた噴流モデルと前記作業領域との衝突領域を求めて、前記衝突領域における前記作業深さを前記被作業物モデルから切除した衝突領域切除モデルを演算する切除演算手段と、
を備えたことを特徴とする噴流衝突領域確認装置。 - 請求項8に記載の噴流衝突領域確認装置であって、
前記噴流モデルおよび前記被作業物モデルを画像として表示する表示装置をさらに備え、
前記切除演算手段は、前記噴流モデルの移動に伴って逐次拡張される前記衝突領域を求め、前記衝突領域が逐次拡張された前記衝突領域切除モデルを経時的に前記表示装置に表示すること、
を特徴とする噴流衝突領域確認装置。 - 請求項8に記載の噴流衝突領域確認装置であって、
前記駆動演算手段は、前記数値制御プログラム中の噴出開始命令の発令時から、噴出停止命令の発令時までの区間において前記噴流モデルを生成すること、
を特徴とする噴流衝突領域確認装置。 - 請求項8に記載の噴流衝突領域確認装置であって、
前記切除演算手段は、前記被作業物モデルに対して、前記所定の作業をする作業領域および作業深さを設定する作業領域設定手段を備え、
前記作業領域設定手段は、前記噴流モデルが前記噴流の噴出方向において前記被作業物モデルにおける第1の外表面に衝突してから第2の外表面を貫通する場合は、前記第1と第2の外表面のうち、前記ノズルに近い前記第1の外表面に対して前記作業領域および作業深さを設定すること、
を特徴とする噴流衝突領域確認装置。 - 請求項9に記載の噴流衝突領域確認装置であって、
前記記憶装置は、前記作業装置の形状を表す作業装置モデルを更に格納し、
前記演算処理装置は、
前記駆動演算手段は、前記作業装置モデルを前記駆動パラメータおよび前記数値制御プログラムに基づいて駆動させ、
前記切除演算手段は、前記噴流モデルの移動に伴って姿勢が変動する前記作業装置モデルを経時的に前記表示装置に表示すること、
を特徴とする噴流衝突領域確認装置。 - 請求項8から請求項12のいずれか一項に記載の噴流衝突領域確認装置としてコンピュータを機能させるプログラム。
- 請求項7または請求項13に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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