JPH01141303A

JPH01141303A - ３次元加工用ティーチングセンサ

Info

Publication number: JPH01141303A
Application number: JP62299359A
Authority: JP
Inventors: Shisei Tanio; 至誠谷生
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1989-06-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コこの発明は、３次元レーザ加工機に利用するティーチン
グセンサに関する。

［従来の技術］３次元レーザ加工においては、レーザビームと加工面と
の角度、および焦点位置が加工性能を大きく左右する要
因となっている。すなわち、高性能の加工を行うために
は、レーザビームが加工面に垂直に入射し、かつレーザ
ビームの焦点距離が加工面までの距離と一致していなけ
ればならない。

このような加工を、自動的に行わせるには、３次元加工
データをあらかじめティーチングしておき、この加工デ
ータに追従してレーザビームを移動させ、加工する方法
が広くとられている。

この場合、ティーチング装置には、次のような機能が必
要である。

■自動ティーチング機能。

■加工対象（以下、ワークという）との距離、および加
工面とレーザビームとの角度を検出する機能。

■トレース線をトレースする機能。

このような機能を備えた装置として、三菱電機株式会社
の装置が知られている。

これは、加工ヘッドのノズルチップを取り外して、その
代わりに光学的な計測センサヘヅド（トレースセンサ）
を取り付け、このトレースセンサを、第５図に示すよう
に、トレース線ＴＬと交差する方向にジグザグに移動さ
せ（ライビングさせ）、トレースｍ’ｒｔ、とトレース
センサからの光ビームとが交差した時点を計測点として
検出し、この計測点の座標（ｘ、ｙ、ｚ）および姿勢角
Ａ、、Ａ、を記憶しておき、この記憶データからティー
チングデータを自動的に作成するものである。

この場合、トレースセンサの方向が、ワーク面と常に垂
直となるように制御しつつ、トレース線ＴＬを倣ってい
く。また、上記ライビングのピッチしおよび振り幅Ｗを
あらかじめ設定することができるようになっている。

［発明が解決しようとする問題点］ところで、上述した従来の装置には、次のような欠点が
あった。

■トレースセンサ自体を移動させつつ、ライビングさせ
る必要があるため、トレースの速度が遅い。

また、ティーチングのためのソフトウェアが複雑になっ
てしまう。

■トレースセンサをジグザグにライビングさせなければ
ならないため、トレース線が急に曲がったような場合に
は、交差点（計測点）が得にくく、十分な計測精度がで
ない。

０１個のトレースセンサで、ワークとの距離、ワーク加
工面とレーザビームとの傾き（角度）、およびトレース
線の検出を行っているセンサは、従来なかった。

この発明は、このような背景の下になされたもので、１
個のセンサでワークとの距離、傾き、トレース線の検出
を行うことができる３次元加工用自動ティーチングセン
サを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］上記問題点を解決するためにこの発明は、トレース線と
交差する方向に、一定の範囲にわたって、光束を走査す
る光束スキャナと、該光束スキャナから発光された光束
の、走査面からの反射光を受光して光電変換する位置検
出型の受光素子と、前記光束スキャナのスキャン信号と
、前記受光素子の出力信号を時分割処理し、各特待の走
査面からの距離を計測、演算し、前記受光素１’と走査
面との傾きを演算する第１の演算手段と、前記受光素子
の出力信号の急激な変化をとらえて、前記光束とトレー
ス線との交差点を検出する手段と、前記交差点の検出タ
イミングに基づき、前記トレース線の位置を演算する第
２の演算手段とを具備することを特徴とする。

［作用　］上記構成によれば、次の作用を果たすことが可能である
。

■位置検出型の受光素子から出力される２系統のＴｉ流
の比により、ワークまでの距離が求められる。

■レーザビームをスキャニングさせることにより、各時
点での距離がらとまるから、この距離に基づいて、ワー
ク加工面のスキャニング方向の傾きを求めることができ
る。

■加工面との距離が分かるから、複数回のスキャニング
を行えば、スキャニング方向と直交する方向の傾きも求
めることができる。

■位置検出型受光素子の出力電流が急激に変化する点を
検出することにより、トレース線の位置を算出すること
ができる。

［実施例コ以下、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１実施例第１図は、この発明の一実施例の構成を示すブロック図
である。図において、ｌは検出対象面である。検出対象
面１には、トレース線１ａが描かれており、これと交差
する方向（矢印Ｂ方向；交差角は９０度とは限ら゛ない
）に光束２がスキャニングされる。

光束２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等からなる光源３
より出力された光線を、投光レンズ４で収束した後、回
転するスキャナミラー５により反射したもので、この図
の矢印Ｂ方向にスキャニングする。

スキャナミラー５は、モータ５ａにより回転駆動され、
その回転位置がパルスジェネレータ５ｂにより検出され
るようになっている。

上記検出対象面ｌで反射された光束２は、受光レンズ６
で収束されてＰ　Ｓ　Ｄ　（Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎ
ｓｉｎｇＤｅｔｅｃｔｏｒ）タイプの受光素子７に受光
される。

受光素子７は、いわゆる半導体装置検出素子と呼ばれて
いるもので、高感度の大型ＰＴＮシリコンフォトダイオ
ード８の両面に、均一な抵抗率を有する抵抗層８ａ、８
ｂを形成し、一方の抵抗層８ａの両端に、一対の平行電
極９ａ、９ｂを対向させて設けたものである。

上記大型ＰＩＮシリコンフォトダイオード８の面に光ス
ポットを結像すると、結像位置から光電流が発生し、こ
の光電流が抵抗層８ａを流れ、電極９ａ、９ｂから取り
出される。この電流ｉｔ、　ｉ２の大きさは、各電極９
ａ、９ｂから光スポットまでの距離、つまり、抵抗値に
対応して分割される。

よって、電極９ａ、９ｂから出力された電流１１゜１２
に一定の演算を施せば、光スポットの位置が求まる。

演算回路ｌＯは、上記演算を実行するもので、各電流ｉ
ｆ、　ｉ２を増幅する増幅器１１ａ、ｌｌｂと、増幅器
１１ａ、１１ｂの出力の比ｉ２／ｉｌを算出する除算器
１２と、各電流ｉ１．　ｉ２を微分する微分回路１３ａ
、１３ｂとを有している。

上記除算器１２の出力ｉ２／ｉｌは、サンプルボールド
回路１４によりサンプルホールドされ、演算処理装置１
５に供給される。また、微分回路１３ａ、１３ｂの出力
も演算処理装置１５に供給される。なお、演算処理装置
１５にはパルスジェネレータ５ｂから同期パルスＳＰが
供給され、スキャナミラー５の回転位置が求められるよ
うになっている。

なお、上記構成において、スキャナミラー５とモータ５
ａとパルスジェネレータ５ｂが光束スキャナを構成し、
演算回路１０と演算処理装置！５が第１．第２の演算手
段をなし、微分回路１３ａ。

＋３ｂと演算処理装置が交差点を検出する手段を構成し
ている。

このような構成において、投光レンズ４と検出対象面ｌ
との間の距離をＱ１投光レンズ４と受光レンズ６との間
の距離をＡ１受光レンズ６の焦点距離をｆ、受光素子７
の受光範囲をＣ１受光素子７の中心と受光スポットとの
距離をＸとすると、次の式が成立する。

ｉ２／１ｌ＝（Ｃ／　２−　ｘ）／（Ｃ／　２−　ｘ）
−−（１）１）＝Ａｆ／ｘ　　　・・・・・・　（２）
これらの式から、Ｑ＝　（２Ａ　ｆ（ｉ２／ｉｌ＋　１　））／　（Ｃ（
ｉ２／ｉｌ　−１））・・・・・・（３）が成立する。

したがって、比ｉ２／ｉｌを計測することにより、検出
対象面Ｉまでの距離Ｑを求めることができる。

この場合、スキャナミラー５のドライブモータ５ａの回
転位置を、パルスジェネレータ５ｂから出力された同期
パルス信号ＳＰにより計測すれば、各回転位置毎の距離
Ｑ、、　Ｑｔ、　Ｑ、、・・・・・・Ｑｎを知ることが
できる。また、複数回のスキャニングを行い、各スキャ
ニング毎の距離を求めることにより、スキャニング方向
と直交する方向の、検出対象面ｌの傾きを求めることが
できる。

さらに、微分回路１３ａ、１３ｂにより、電流ｉ１．　
ｉ２の急激な低下をとらえることにより、トレース線１
ａと、スキャニングビーム２とが交差したタイミングを
知ることができる。

こうして、上述した「作用」の欄で述べた各機能を果た
すことができる。

第２実施例第３図、第４図は、この発明の第２実施例の要部の構成
を示すものである。

これは、−列に並べられた多数のＬＥＤからなるスキャ
ナ２１を有し、上記ＬＥＤひとっを順次点灯することに
より、スキャニングビーム２を形成するものである。

第４図は、このスキャナ２１の電気的構成を示すもので
、シフトレジスタ２２と、その並列出力端０１〜Ｏｎに
接続されたトランジスタＴｒｌ＝Ｔｒｎからなるドライ
バ２３とから構成され、シフトレジスタ２２に入力され
るクロックにより、スキャナ２１のＬＥＤが順次点灯さ
れるようになっている。なお、第４図中、Ｃは平滑用の
コンデンサ、Ｒは電源供給用の抵抗である。

この第２実施例でも第１実施例と同様の作用・効果が得
られることは明らかである。

［発明の効果］以上説明した構成としたので、この発明は、次の効果を
上げることができる。

０１個のセンサで、ワークとの距離、傾き、およびトレ
ース線の検出が可能である。このため、高速かつ安価な
自動ティーチング装置を提供することができる。

■センサをジグザグに動かす必要がないため、高速、か
つ高精度でトレースが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例の構成を示すブロック図
、第２図は同実施例の演算部の構成を示すブロック図、
第３図はこの発明の第２実施例の要部の構成を示す斜視
図、第４図は同実施例のスキャナの構成を示す回路図、
第５図は従来の装置の動作を説明するための図である。１・・・・・・検出対象面、ｌａ・・・・・・トレース
線、５・・・・・・スキャナミラー、５ａ・・・・・・
モータ、５ｂ・・・・・・パルスジェネレータ、７・・
・・・・ＰＳＤ　（受光素子）、１０・・・・・・演算
回路、１２・・・・・・除算回路、１３ａ。ｔａｂ・・・・・・微分回路、１５・・・・・・演算処
理装置。

Claims

【特許請求の範囲】　トレース線と交差する方向に、一定の範囲にわたって
、光束を走査する光束スキャナと、該光束スキャナから発光された光束の、走査面からの反
射光を受光して光電変換する位置検出型の受光素子と、前記光束スキャナのスキャン信号と、前記受光素子の出
力信号を時分割処理し、各時毎の走査面からの距離を計
測、演算し、前記受光素子と走査面との傾きを演算する
第１の演算手段と、前記受光素子の出力信号の急激な変化をとらえて、前記
光束とトレース線との交差点を検出する手段と、前記交差点の検出タイミングに基づき、前記トレース線
の位置を演算する第２の演算手段とを具備することを特
徴とする３次元加工用ティーチングセンサ。