JPH02112891A - ３次元レーザ加工方法 - Google Patents

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〕 本発明は３次元レーザ加工機における座標変換方法に関
し、特にワークの３次元加工プログラムを２次元座標上
でプログラムできるようにした３次元レーザの座標変換
方法に関する。

〔従来の技術〕

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。

３次元レーザ加工機ではｘＳＹ、、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。

このトーチの方向を制御する例として、特願昭６３−５
０１４７号、特願昭６３−３２１１１５号がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、一般に３次元上の図形をプログラムすることば
簡単ではない。すなわち、ワークの表面上の図形は簡単
でも、ワークの表面が座標軸に平行でなければ、その加
工通路は３次元の複雑な加工通路となる。一方でワーク
表面上の図形は一般に簡単な直線、円弧等で構成されて
いる場合が多い。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ワ
ークの３次元加工プログラムを２次元座標上でプログラ
ムできるようにした３次元レーザの座標変換方法を提供
することを目的とする。

平面図形を２次元座標上でプログラムし、前記２次元座
標上の特定軸の３次元座標上の方向、座標変換の中心、
トーチの方向を加工プログラムで指令し、 前記２次元座標上でプログラムされた指令をパルス分配
し、 前記特定軸の３次元上の方向、前記座標変換の中心、前
記トーチの方向から変換マトリックスを計算し、 前記２次元座標系の分配移動量を前記３次元座標上の移
動量に前記変換マトリックスを使用してマトリックス変
換して、 ３次元レーザ加工を行うことを特徴とする３次元レーザ
の座標変換方法、 が提供される。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、３次元レーザ加
工機における座標変換方法において、 〔作用〕 加工プログラムは２次元座標上で行いこれをレーザ加工
機の数値制御装置に与える。一方、この２次元座標上の
移動量を３次元座標に変換するための指令から、変換マ
トリックスを計算する。

２次元座標上の指令をパルス分配し、これを３次元上の
座標にマトリックス変換してレーザ加工を行う。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に本発明の３次元レーザの座標変換方法の概念図
を示す。図において、■はレーザ加工機上の座標であり
、その座標軸をｘｌ、Ｙｌ、Ｚｌで表す。２は例えばワ
ークの表面に相当する３次元上の平面であり、その座標
軸をｘ、ｙ、ｚで示す。４はワーク表面上の図形、すな
わち加工通路であり、レーザ加工機の座標１から見れば
３次元図形であるが、ワーク平面２から見れば２次元の
図形である。５はレーザ加工機のトーチを示す。

従って、ワーク表面上の座標２上でプログラムを作成し
、これを数値制御装置６でワーク座標２上でそのままパ
ルス分配し、３次元座標上の移動量に座標変換してレー
ザ加工を行えば、プログラムは簡単にできる。これらの
座標変換は一次変換であり、現在のレーザ加工機を制御
する数値制御装置６で簡単に変換を実行することができ
る。

第２図に本発明の３次元レーザの座標変換方法を実施す
るための数値制御装置のブロンク図を示す。加工プログ
ラムは紙テープ１１、メモリ１２フロツピイ１３等から
、前処理手段１４に与えられる。これらの指令は以下の
形式で指令される。

Ｇ６８Ｘ−−Ｙ−−Ｚ−−Ａ−−Ｂ １−−Ｊ−−に−一。

Ｇ６９　； ここで、Ｇ６８は３次元座標変換を指令するＧコード、
Ｘ、Ｙ、Ｚは座標変換の中心Ｏの座標、Ａ、Ｂはα軸及
びβ軸の指令値、すなわちトーチの方向を示す値、Ｉ、
Ｊ、には平面２のＸ軸の＋Ｘの方向を示す。

この↑日令に続いて、平面２上のプログラムを続けて指
令し、最後に３次元座標変換をキャンセルするＧコード
Ｇ６９を指令する。

前処理手段１４では上記の指令のＧ６Ｂに続く３次元座
標変換指令をマトリックス計算手段１５に送り、平面２
上の２次元プログラムを補間手段１６へ送る。

マトリックス計算手段１５は上記の座標変換の中心座標
、トーチの方向、平面２のＸ軸の方向から変換マトリッ
クスを計算する。変換マトリックスの詳細については、
後述する。

補間手段１６は２次元上のプログラムを補間し、パルス
分配を行い、それぞれの移動量を座標変換手段１７に出
力　する。座標変換手段１７は補間された平面２上の移
動量をそれぞれレーザ加工機の座標値、すなわち座標１
　（ＸＩ　　Ｙｌ、Ｚｌ）上の値に変換して、それぞれ
サーボモータ２１（Ｘ軸）、２２（Ｙ軸）、２３　（Ｚ
軸）を駆動する。

また、α軸及びβ軸の指令値は補間手段で補間されその
ままα軸のサーボモータ２４とβ軸のサーボモータ２５
を駆動する。

次にトーチの簡単な構成について説明する。第３図にト
ーチの部分構成図を示す。３０はレーザ光であり、図示
されで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、ワーク面
３４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はトーチである。

第４図に変換マトリックスを求めるための説明図を示す
。ここで、第４図の３０ａ、３０ｂ、３０Ｃ１３０ｄ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、３
０ｃ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５の方向を示す。従って、点Ｂの座標は
以下の式で与えられる。

Ｂｘ＝−ｂｓｉｎβ Ｂｙ＝　（、／”’７／２）ｂ　（１−ｃｏｓβ）Ｂｚ
＝（ｒ丁／２）　　ｂ　　（１＋ｃ　ｏ　ｓβ）この結
果、Ｚｌ軸の方向余弦（ｐ、ｑ、ｒ）は以下の弐で与え
られる。

ｐ　＝　Ｂ　ｘ　／　Ｋ　ｚ ・ｑ　＝　Ｂ　ｙ　／　Ｋ　ｚ ｒ　＝　Ｂ　Ｚ　／　Ｋ　ｚ ただし、Ｋｚ＝　　　Ｘ　＋Ｂｙ　　＋Ｂｚ”一方、Ｘ
ｌ軸の方向余弦（ｉ、ｊ、ｋ）はＸ１軸の方向ベクトル
が（１，Ｊ、Ｋ）であるので、以下の弐で与えられる。

ｉ　＝　Ｉ　／　Ｋ　ｘ ｊ　＝　Ｊ　／　Ｋ　ｘ ｋ　＝　Ｋ　／　Ｋ　ｘ ただし、Ｋｘ＝ＦＴ「ＴゴＴ］ゴＦ これから、Ｙｌ軸の方向余弦（１，ｍ、ｎ）は以下の式
で与えられる。

１＝ｑ−に−ｒ−ｊ ｍ＝ｒ−ｉ−ｐ−ｋ ｎ＝ｐ　−ｊ−ｑ　°ｌ 従って、変換マトリックスはＭは次式となる。

従って、２次元座標からの座標変換は次の弐で与えられ
る。

ただし、右辺第２項は平行移動を表す項である。

上記の説明では、２次元座標上の平面はＸ−Ｙ平面であ
ったが、Ｙ−Ｚ平面、Ｚ−Ｘ平面であっても同様に適用
することができる。

このようにして、プログラムは２次元の平面で行い、実
際の加工は３次元形状の加工を節単に行うことができる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、２次元上の平面でプロ
グラムを作成して、これを３次元座標に座標変換するこ
とにより、３次元レーザ加工を行うようにしたので、プ
ログラムの作成が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の３次元レーザの座標変換方法の概念図
、 第２図は本発明の３次元レーザの座標変換方法を実施す
るための数値制御装置のブロック図、第３図はノズルの
部分構成図、 第４図は変換マトリックスを求めるための説明図である
。 １−−−−−−−−レーザ加工機の座標系２−−一−−
−−−−−−−−−−加工平面３−−−−−−−−−−
−−−一加工平面の座標系４−−−−一・−・−・・・
−加工通路５−・−一−−・−・−・トーチ ６・−・−＝−・−・−数値制御装置 ４・−−−−−−一・・−・−・前処理手段５・・−−
−−一・−・・・−マトリックス計算手段６・・−・・
−−−−−−一−−−補間手段７・−−−−−一・・−
・−座標変換手段特許出願人　ファナック株式会社 代理人　　　弁理士　　服部毅巖

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）３次元レーザ加工機における座標変換方法におい
   て、 平面図形を２次元座標上でプログラムし、 前記２次元座標上の特定軸の３次元座標上の方向、座標
   変換の中心、トーチの方向を加工プログラムで指令し、 前記２次元座標上でプログラムされた指令をパルス分配
   し、 前記特定軸の３次元上の方向、前記座標変換の中心、前
   記トーチの方向から変換マトリックスを計算し、 前記２次元座標系の分配移動量を前記３次元座標上の移
   動量に前記変換マトリックスを使用してマトリックス変
   換して、 ３次元レーザ加工を行うことを特徴とする３次元レーザ
   の座標変換方法。