JPH07503906A - レーザーヘッドの誘導装置を較正するためのレーザーワークステーション - Google Patents
レーザーヘッドの誘導装置を較正するためのレーザーワークステーションInfo
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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】
レーザーワークステーションにおける誘導装置の較正本発明はレーザーワークス
テーションに係わり、更に詳しくは被加工物の誘導装置がステーション内の被加
工物の実際の位置を反映するように較正し得るレーザーワークステーションに関
する。
レーザーワークステーションは今や様々な形式の部品の切断および溶接に広く使
用されている。一般にシート金属の被加工物の処理においては、被加工物はワー
クテーブル上に支持され、締付は誘導装置により固定ワークステーションのレー
ザーヘッドに対してテーブルのまわりに移動されるか、レーザーヘッドが誘導装
置によって被加工物に対して移動されるようになされる。後者の形式のレーザー
ワークステーションでは、XSYおよびZ軸方向においてレーザーヘッドの相対
移動を行えることが望ましい。
成る種のワークステーションでは被加工物は被加工物支持部材すなわちワークテ
ーブル上にロボットまたは他の装填装置によって自動的に載置され、また他のワ
ークステーションでは被加工物は手操作で載置される。成る種のワークテープ成
る種のマシニングセンターでは、被加工物は押抜き機またはニブリングマシンの
ような第1の機械加工装置にて最初に処理されてそこから移動されるのであり、
この被加工物に更に行われる処理はレーザーワークステーションの誘導装置にお
ける被加工物の正確な整合を要求する。成る種の設備においては被加工物はカー
トまたはキャリヤに支持され、このカートまたはキャリヤがワークステーション
内へ移動され、ワークステーション内を移動され、その後ステーションでの操作
を最少限にするためにそこから引き出される。他の設備においては、被加工物は
パレット上にてワークステーションへ移動される。
フレデリック・キリアン氏およびハンス・クリンゲル氏の1990年9月4日付
は出願の関連出願筒071577.475号には、被加工物がキャリッジでワ−
クステーソヨンへ移動され、また被加工物の基準フォーメーション(構成)内を
移動するようにセンサープローブか備えられ、支持部材上の被加工物の座標に対
するX−Y誘導装置の修正のためにワークステーション内のフォーメーションの
正確な位置情報を与えるようにされたレーザーワークステーションが開示されて
いる。しかしながら、このような機械プローブは精度に限界があり、検出し得る
フォーメーションの形式に限定されることか見い出された。
本発明の目的は、ステーション内の被加工物の実際の位置に対する誘導装置の正
確な較正を可能にするために、被加工物の基準フォーメーションの位置を光セン
サー装置が正確に検出するようになされた新規なレーザーワークステーションを
提供することである。
同様に目的とすることは、被加工物かワークステーション内に搬入される前に部
分的に処理されると共に、ステーション内の被加工物の位置が誘導装置の較正の
ために正確且つ迅速に決定され得るようになされた上述のようなレーザーワーク
ステーションを提供することである。
他の目的は、既に処理された被加工物および(または)ワークステーション内を
移動される際にシフトされた被加工物に対する正確な作業を可能にするために、
レーザーワークステーションのX−Y誘導装置が迅速且つ正確に補償されるよう
になされた上述のようなレーザーワークステーションを提供することである。
発明の要旨
前述した目的および池の目的は、ベース部材と、被加工物支持部材と、被加工物
支持部材のまわりに間隔を隔てられたレーザーヘッドと、ベース部材および被加
工物支持部材に対してレーザーヘッドを移動させるためにベース部材上に取付け
られたレーザーヘッド支持部材とを含んて構成されたレーザーワークステーショ
ンによって、容易に達成され得ることが見い出された。レーザーヘットは被加工
物支持部材に対してX、YおよびZ軸方向に移動可能であり、移動手段はX、Y
およびZ軸方向にレーザーヘッドを移動させるために備えられている。誘導装置
はX、YおよびZ方向にレーザーヘッドを正確に移動させるために移動手段に連
結され、被加工物支持部材上に支持されている被加工物に対してレーザーヘット
が直接にレーザービームを指向できるようにする。
ワークステーションはまた光センサー組立体を含み、この光センサー組立体は(
i)レーザーヘッドの移動するZ軸と平行な光ビームを支持部材上の被加工物に
指向させる光源、および(i i)光ビームの当てられた被加工物の表面から反
射した光を検出するための光源のまわりの光センサーを含んで構成され、このセ
ンサー組立体は被加工物支持部材により担持された被加工物における基準形態(
)す−ミュレーション)を検出するように作動できる。センサー組立体取付は手
段がセンサー組立体をレーザーヘッドに取付けている。
位置決定手段がセンサー組立体および誘導装置に連結されて協動し、(i)レー
ザーヘッドおよびセンサー組立体を被加工物における基準フォーメーションの適
当位置に関する予め定めた位置に割り出し、(i i)基準フォーメーションの
縁のビームの通過を検出するためにレーザーヘッドおよびセンサー組立体を予め
選択された位置から予め定めた経路に沿って移動させ、および(iii)被加工
物支持部材上の被加工物の実際の位置を反映させるために、基準フォーメーショ
ンの縁のビームの通過の前述したような検出によって得たデータを誘導装置の座
標の調整に使用するようになされる。
好ましい実施例では、細長いベース部材が備えられてこれに沿ってワークステー
ジタンか定められ、またレーザーヘッド支持部材はベース部材上にて該ベースに
沿って移動できるように取付けられたレーザーヘッド支持キャリッジである。
レーザーヘッド取付は組立体はレーザーヘッド支持キャリッジに沿ってベース部
材に対して移動可能である。この移動手段は、(i)ベース部材の長さに沿って
レーザーヘッド支持キャリッジを、(i i)レーザーヘッド支持キャリッジに
沿って取付は組立体を、および(iii)取付は組立体の上で垂直にレーザーヘ
ッドを移動させるようになされている。この結果、レーザーヘッドは支持キャリ
ッジ(Y軸)に沿って移動可能であり、ベース部材(X軸)に沿ってレーザー支
持キャリッジと共に移動可能であり、およびレーザー取付は組立体上を垂直軸(
Z軸)に沿って移動可能となる。
被加工物支持部材はベース部材に平行な経路に沿って移動可能なキャリヤである
こと、およびこのキャリヤは頂面に被加工物支持面を有することが望ましい。
このステーションはベース部材に沿って平行な経路でキャリヤをガイドするため
のガイド手段、およびベース部材に沿う予め定めた位置にキャリヤを位置決めす
るための該経路に沿ったキャリヤ位置決め手段を含む。キャリヤ位置決め手段は
キャリヤ上の第1位置決め部材、およびベース部材の長さに沿った固定位置の第
2位置決め部材を含み、第1および第2位置決め部材は協動して経路の長さに沿
う予め定めた位置にキャリヤを位置決めする。
被加工物支持部材はその上に被加工物を位置決めするための整合手段を含み、ワ
ークステーションは移動手段および誘導装置を制御するコンピュータを含む。
このコンピュータは位置決定手段と協動して、センサー組立体を予め選択された
各位置に移動させ、予め選択された経路に沿って移動させて検出データを受取り
、そして誘導装置の座標を調整するようになす。
通常の実施例において、光センサーは光源のまわりに同心円上に配置される。
ワークスデージタンはまたレーザーヘッドおよび被加工物の間に予め選択された
距離を確保するための手段も含み、センサー組立体はレーザーヘッドの予め選択
された距離に基づいて組み合わされた被加工物の上方の予め定めた距離にセンサ
ー組立体をレーザーヘッドに対して移動させるように作動可能な移動手段を含む
。
位置決定手段はレーザーヘッドおよびセンサー組立体を各々の基準フォーメーシ
ョンのまわりの少なくとも2つの異なる位置に割り出す。この位置決定手段は、
誘導装置の調整を行うために近似として、円形基準フォーメーションの実際の中
心の決定および円形基準フォーメーションの中心からのこの実際の中心の偏倚量
の演算を行うことに在勤である。
位置決定手段は組み合わされた被加工物の少なくとも2つの異なる基準フォーメ
ーションへ向けてセンサー組立体の移動を行い、また少なくとも2つのフォーメ
ーションの検出て得たデータを誘導装置の調整のために処理するように作動する
。
図面の簡単な説明
第1図は本発明を具現するレーサーワークステーションの断片的な斜視図で、ス
テーション内に配置された被加工物キャリヤおよびワークステーションの入口側
の第2のギヤリヤを示し、
第2図はその断片的な頂平面図、
第3図は被加工物の上方に位置されてセンサーヘッドが上昇位置にあるレーザー
ヘッドおよび光センサー組立体の断片的な前立面図、第4図はセンサーヘッドが
作動位置にある第3図のレーザーヘッドおよび光センサー組立体の断片的な倒立
面図、
第5図はレンズが取り去られた状態のセンサーヘラ1〜底面図、第6図は点線で
示された被加工物の、およびレンズが取外され且つまた放射光ビームおよび反射
光線を示す光軌跡の示されたセンサーヘッドの一部の概略的な斜視図、
wcY図は断片的に示された被加工物の基準切除部の輪郭および位置を検出する
ためのレーザーヘッドおよび光センサー組立体の断片部分の図解的な斜視図、第
8図は第7図に見られる組立体の断片的な前立面図、第9図は前端縁に隣接した
一対の円形基準切除部を備えた断片的な被加工物を示し、
第1O図は第9図の切除部の一方の実際の位置を決定する場合のセンサー組立体
の動作を図解的に示し、
第1f図は三角形または四角形の切除部の実際の位置を決定する場合のセンサー
組立体の動作を図解的に示し、
第12図は四角形の被加工物の縁の実際の位置を決定する場合のセンサー組立体
の動作を図解的に示し、
第13図は位置決め部材を示すカートまたはキャリヤおよび被加工物の断片的な
斜視図、
第14図はワークステーションにおいてカートと同時に移動するようにカートと
係合されたレーザーヘッド支持ギヤリヤ上の位置決め部材を示すワークステーシ
ョンの断片的な斜視図、および
第15図は第14図に見られるワークステーションの拡大されて描かれた断片的
な前立面図である。
好ましい実施例の詳細な説明
先ず最初に添付図面の第1図および第2図を参照すれば、本発明を具現するレー
サーワークステーションが示されている。全体を符号10,12で示された−対
の細長いサイドフレームは間隔を隔てられており、またその上に全体を符号14
で示されたレーザーヘッド支持キャリッジを支持しており、このキャリツノは全
体を符号16で示されたL/−ザーヘッド取付は組立体を支持している。レーザ
ーヘッド取付は組立体16は全体を符号18で示されたレーザーヘッドを担持し
ており、またその構造は全体を符号120で示された被加工物位置センサー組立
体を支持している。
レーザービームはレーザービーム発生器20て発生され、全体を符号24て示さ
れたキャリッジ駆動装置内の、および全体を符号26で示されたレーザーヘット
駆動装置内の導ビームチューブ22およびビーム屈曲光学系を通してレーザーヘ
ラl’+8へ伝達される。レーザービーム発生器2oの作動はコンピュータ制御
ユニット28の制御の下で行われ、また作動によって発生した煙霧はワークステ
ーションから全体を符号30で示され且つダクト32を通してサイドフレームI
Oに連結されている煙霧排出装置を経て排出される。
レーザーワークステーションを通じて全体を符号34で示された一対のトラック
すなわちレールが延在し、その上を全体を符号36で示されたカートが移動可能
であり、このカートが全体を符号38で示された被加工物を支持する。
第1図に見られるように、制御ユニット28はCRTディスプレイ4oおよびキ
ーボード41を含む。
図示されたワークステーションの全体構造および作動は、1990年9月4日付
は出願のハンス・クリンゲル氏およびフリードリッヒ・キリアン氏の関連出願第
071577.475号に詳細に説明され図解されている。
そこに記載されているように、サイドフレーム10,12は取付はパッドでモノ
リススラブにしっかり締付けられる。サイドフレーム10,12の上面に沿って
キャリツノ駆動装置24か配置され、この駆動装置は第1図に図解的に示されて
いるレーサーヘット支持キャリッジ14か駆動機構54の作動に応答して一端部
から他端部へ移動するときに膨張または圧縮するベロー52を含む。知られてい
るように、このような駆動機構は正確な位置決めを可能にするために一般にラッ
クおよびピニオン機構を使用している。
同様にレーザーヘラl”取付は組立体I6は同様なラックおよびビニオン機構に
より、これも第1図に図解的に示された駆動機構56の作動制御の下でワークス
テーションを横方向に移動可能である。最後に、レーザーヘッド18は第1図に
図解的に示された駆動機構58により駆動されるベルト駆動装置によって垂直方
向に移動される。
これらの駆動機構は当業者に一般に知られており、それ故に詳細に説明しない。
カートまたはキャリッジ36は全体を符号72で示され、且つ輻すなわち厚さよ
り実質的に大きな高さを有する間隔を隔てて横方向に延在する複数のスラット7
4を有して構成されたグリッド支持部材を有する。第13図に見られるように、
被加工物38の位置決めを容易にするためにスラット74は端部の近くに垂直シ
ョルダー76を有している。枢動可能なストップ+08がカートまたはキャリヤ
36の前壁に備えられて、被加工物38の前縁を位置決めするようになされてい
る。
長尺な被加工物に関しては2またはそれ以上のカートすなわちキャリヤ36を係
合させて前方から後方へ至る組立体とするために、カート36の前端部は各側に
前方へ突出したラッチアーム126を備えており、このラッチアームはカートの
後端部のラッチ受止め器128内に解除可能に係合される。
ここで第3図〜第8図を参照すれば、そこには被加工物位置センサー組立体12
0か詳細に示されており、このセンサー組立体は被加工物38がワークステーシ
ョン内へ移動された後でその実際の位置を反映するように誘導装置の座標の正確
な再整合を行えるようにする。
第3図および第4図に見られるように、光センサー組立体120はブラケット1
62でレーザーへラドキャリヤプレート160に取付けられており、このブラケ
ットは空気シリンダ164およびガイドブツシュ+66を担持している。センサ
ーヘット122はガイドブツシュ166内を空気シリンダ164てレーザーヘッ
ド18に対して垂直方向へ移動される。第3図に見られる非作動位置において、
センサーヘッド122は上昇されてその下端部がブツシュ+66の内部に位置さ
れている。第4図に見られる作動位置においては、ピストンシャフト170によ
り下方へ移動され、被加工物38の上面から間隔を隔てて密接に位置される。フ
ァイバー光ケーブル172かピストンシャフト+70を通して同軸的に延在され
、これに対してヘッド+22が取付けられており、またそのまわりをキャリヤブ
ツシュ168か延在している。圧縮空気が力yブリング171を通してシリンダ
164へ供給される。
ファイバー光ケーブル+72は光源増幅ユニット174に連結され、このユニッ
トか光ビームを発生すると共に検出装置からの信号を増幅するのであり、検出装
置は全てセンサーヘッド122内に配置され、センサーヘッドはキャリヤブツシ
ュ168内に固定されたスリーブ176を存する。第5図および第6図に見られ
るように、スリーブ176はケーブル172内のファイバー光ストランドの終端
部および収斂レンズ186を収容している。
ファイバー光ケーブル172は中央ストランドすなわちファイバーのまわりに多
数のストランドすなわちファイバーが同軸的に配置されて作られている。赤色光
か中央ファイバー182を通して伝達され、反射光はケーブル172の周囲に密
接に間隔を隔てられたファイバー184で受入れられる。この構成により、反射
するターゲットに対する光線の伝わる方向に無関係に位置検出は一定なものとな
る。
ヘッド+22の下端部の収斂レンズ186はガラスレンズであることか都合良く
、7mmの焦点距離がその距離に位置された被加工物上に0.4mmの直径の可
視スポットを形成する。
ファイバー光ケーブル+72の連結された増幅ユニット+74は、光/電気変換
器どして作用する。ユニッl−180は可視赤色光源として作用する発光ダイオ
−1へ、反射光受信回路および比較回路を収容している。満足できる市販の増幅
器はキーエンス(K E Y E N CE ) 7J:によりモデル名称FS
2−65として販売されておlバ 24V DCてIoomAの電流を減少させ
ると共に、50マイクロ秒のスイッチング速度のオーブン・コレクタ出力を存す
る。比較器をスイッチするのに要する反射光の百分率は、増幅器のトリム・ボテ
ンソヨメータで調整できる。
第6図および第8図に見られるように、センサーヘッド122の中央ファイバー
光エミッタ!82は光線を放射し、その周囲を円周方向に配置された多数のファ
イバー光受信機184は被加]ユ物38の表面に光ビーム旦か当たって反射され
センサー組立体+20はレーザーヘッド18の側部に取付けられているので、−
緒に上方および下方へ移動する。見られるように、空気シリンダ164およびガ
イドブツシュ組立体は鋼製ブラケット162上にあり、ブラケットは非作動位置
におけるセンサーヘッド122の平面より下方へ延在して、レーザー切断作業時
に保護するようになされている。都合の良いことに、ガイドブツシュ166はブ
ラケット162に取付けられ、ブラケット162はレーザーへラドキャリヤプレ
ート160上に支持されている。ヘッド122はケーブル172に取付けられ、
シリンダ164がヘッドを上昇位置に移動させたときにガイドブツシュ166内
に引き込まれて更に保護されるようになされる。
空気ピストン164によるレーザーヘッド18および被加工物38に対するセン
サーヘッド122の移動はコンピュータ28の制御の下で行われる。レーザーヘ
ッド18は電磁センサー124を有して被加工物38に対するレーザーヘッド1
8の正確な垂直方向の間隔設定を可能にし、これによりレーザーヘッド18上の
センサーヘッド122の更なる移動のための正確な垂直方向の間隔設定を行う。
認識されるように、センサー組立体+20は誘導装置の制御の下でのレーザーヘ
ット!8との移動によって被加工物38のまわりを移動し、以下に更に完全に説
明されるようにキャリヤ36上の被加工物38の配向の正確な決定および誘導装
置の較正を可能にする。
それらはラッチ機構126.128で互いにロックされる。被加工物38を積ん
だカート36は次ぎにトラックすなわちレール34に沿って、第2図に見られる
ように、前方のカート36aの側部の位置決めプレート92か協動する整合部材
+06と整合してロッキング係合することてカート36を位置決めする迄、移動
される。
コンピュータ制御装置28でコンピュータプログラムにより発生された電気信号
は、従来のこのようなワークステーションにおけるのと同様に、モーター54お
よび56によりキャリッジ14を被加工物38の長さに沿って、またレーザーヘ
ッド支持部材16を被加工物の輻を横断するように、移動させる。更に、モ−タ
ー58が作動されてレーザーヘッド18を被加工物38に対して上下に移動させ
て、被加工物38の上にレーザービームの所望される焦点合わせを達成される。
このようにして、ワークステーションの全長を占める被加工物38はコンピュー
タ制御装置28に記憶されたコンピュータプログラムによって処理される。
パンチプレスのような他の機械で既に処理された被加工物38、またはその第1
の位置で最初の処理を行オ)れた後にワークステーション内を移動された被加工
物38の1またはそれ以上の基準フォーメーションを検出するために、位置セン
サー組立体+20を使用することか望ましい。これはワークステーションによる
移動時に発生し得る被加工物38のあらゆるシフトに関して補償され、すなわち
最初に配置された被加工物38の適当な配向を保証する。
レーザーヘッド18およびセンサー組立体120か割り出されて、ビームBか切
除部134の縁または被加工物38の側縁または端縁136を通過するとき、明
されるように誘導装置で反射されたときのX−Y位置と関連される。
光センサー組立体120の精度はそのまわりの幾つかの位置に配置されたときの
被加工物38に対する垂直方向の正確な間隔設定に依存し、被加工物はこの間隔
設定において曲かるか非均等となり得ることから、誘導装置は先ず最初にオペレ
ーターにより入力されるような検査されるへき位置の座標へレーザーI8を移動
させ、そしてレーザーヘット18は電磁センサー124で決定されるような被加
工物38の上方の正確な垂直方向の間隔位置へ移動される。次ぎに空気シリンダ
164か光センサ−ヘッド122を被加工物38の上方の予め定めた垂直方向の
間隔位置へ移動させる。
その後、誘導装置は正確な移動および距離のプログラムされたセットに従ってそ
の位置にヘット18およびセンサー組立体122を移動させる。
位置を検査した後、センサーヘッド122は上昇され、レーザーヘッド18は次
の位置へ割り出されて、この手順か繰り返される。
本発明の実際的な実施例では、コンピュータ28は様々な形式の基準フォーメー
ションをセンサー組立体が検査できるようにする説明書か備えられる。オペレー
ターは被加工物における検査すべきフォーメーションのパラメータを入力し、被
加工物が支持部材上に置かれたときに入力された座標で示される位置からの被加
工物の実際の位置の偏倚をコンピュータか決定し、次ぎにこの決定された位置に
一致するJうに誘導装置の座標を再較正する。
センサーおよび再較正のソフトウェアはモジュラ−形式で書かれることか望まし
い。ボッシュ・アクチェンゲゼルシャフト社により作られているモデルCC−2
20CNC制御装置を使用した運転設備のために開発されたので、これは9つの
CPLプログラムおよびPLCにおける少量のコードで都合良く構成される。
実際のコンピュータコードはマイクロフィッソエ付録としてここに添付される。
注目されるべきことは、Z軸か顧客のプログラム言語(CP L)のプログラム
によって内部的に制御できるという理由により、この実施例においてはプログラ
ム可能な論理制御装置(PLC)部分は小さいということである。センサーが他
の機械に適用されるならば、コードの位置に変更が必要となる。
この実際的な装置において以下のCPLプログラムは、支持面上の被加工物の実
際の位置を反映させるように誘導装置を再較正することにセンサー組立体を使用
するために創作された。
コール プログラム 説明
G774 19990774 較正用のプログラムG775 19990775
丸い基準穴の点測定G776 19990776 交差する2本の直交線の点
測定G777 19990777 2点の測定で得たデータによる誘導装置の軸
の変換
、G778 19990778 認定シートの配置19991775 円中心の
演算
19991776 2本の直角な線の交点の演算+9991778 認定シート
に関するの演算19990780 高さ調整の測定サイクル部品のプログラマ−
・コートに見られるように、測定関数および演算関数を分けることか望ましいと
考えられる。これはCPLプログラム内の場合もある。例えば、プログラム+9
990775は円の4点を測定し、次ぎにプログラム19991775を呼び出
して平均化の方法を使用して中心点を演算する。幾つかのルーチンか以下に一層
完全に示される。すなわち、G774 [Pl、P2、P3] 切断レーザービ
ームに対するセンサー偏倚の自動較正
G775[PI、P2、P3] 丸い穴の4点の測定および中心点の演算077
(3[PI、P2、P3〕 2本の直交線上の4点の測定および交差点の演算
G777[Pl、P2、P3] 2つの既に測定した点を使用した座標系の変換
0778 [PI、P2、P3 認定シートの4点の測定P5、P6、P7]
および座標系の変換2つの偏倚登録装置も使用されるのであり、これらは058
X= 縁のセンサー検出による偏倚および
実際の縁
G59X、Y −レーザーノズルまたはレーザービームの中心に対するセンサー
の偏倚
センサー組立体を使用する第1段階は、与えられた標準的なNC較正プログラム
を走らせることであり、これは新しい厚さの被加工物に関する誘導装置の較正を
行うために、被加工物に正方形の穴を切断するためにプログラムG774を呼び
出す。3つのパラメータか特定化される。
PI=X軸における正方形の正確な中心P2=Y軸における正方形の正確な中心
P3=正方形の正確な寸法
このプログラムはレーサービームを使用し、レーザービームの幅を考慮して正確
な寸法に正方形の穴を切断し、また内部の切除片は注意深く除去される。次ぎに
Z軸に沿うセンサー組立体の移動か各隅から長さの25%を内方へ隔てられた正
方形の各辺における2点を高さ制御ユニットによって測定する。
G59偏倚プログラムが次ぎに稼働され、7mmの焦点距離を達成するために、
接着組立体はZ軸に沿って第1の演算高さ位置へ移動される。空気シリンダが次
ぎに付勢されて降下位置とされる。この機械は、センサーの軸線が測定される縁
に直角な線に沿って8mmの距離に位置されるようにレーザーヘッドを位置決め
し、縁か検出される迄レーザーヘッド(これによりセンサーヘッドも)を1m/
分の速度で移動させる。このプログラムは次ぎにセンサーを2mmの距離だけ縁
から後退させ、2度目は0.1m/分の速度で掃引する。次ぎにこの位置がその
後の演算のために記憶される。
センサーは常に被加工物の実体を検出するであろう位置から測定を開始し、縁へ
向けて移動される。これはパレット装置またはカートの支持面におけるスラット
を検出してしまう問題を最少限に抑えるために行われる。測定掃引時にスイッチ
ング信号をセンサーが発生することなくその掃引移動の終点に達したならば、エ
ラーメツセージが表示される。更に、正方形の2点セットの各々の間での偏差か
縁に直角な軸線において0.1mmの最大偏差値を超えるならば、エラーメツセ
ージか表示される。
全8点か測定された後、G59X、Yの偏倚およびG58Xの偏倚か演算され、
偏倚衣に自動的に書き込まれて、同様な被加工物の更に他の処理に使用されるよ
うにされる。
プログラムG774はオペレーターに測定の手順、それらの値、偏差、および分
析のために演算した偏倚を示すグラフィックスを含むことが望ましい。
最初の処理時に被加工物に形成される好ましい基準フォーメーションは丸い穴、
好ましくは直径が約8〜25mmの穴である。最初の処理に進行した際にこのよ
うな丸い基準穴を形成された被加工物の引き続く処理においては、オペレーター
は先行処理から導かれたこの穴の直径およびX、Y座標に関するデータを入力す
る。
オペレーターはプログラフ、G775を使用して、この丸い穴の実際の中心座標
を決定する。使用者は3つのパラメータを入力することか必要とされる。
PI=X軸における穴の大体の中心
P2=Y軸における穴の大体の中心
P3=穴の正確な直径
この部品は、入力されたような穴の大体のX、Y中心座標から+/−5mm内に
基準穴か位置するように、支持部材上で位置されねばならない。
G775 CPLは穴それぞれに関してXおよびY軸の両方向において2回の測
定を行い、掃引方向および手順は第10図に示されている。誘導装置はセンサー
ヘッドの測定軸線を、オペレーターが入力したような穴の座標の中心から、半径
線に沿って穴の半径に8mmを加えた値に等しい距離の位置に位置決めし、次ぎ
にレーザーヘッドを縁が検出される迄1m/分の速度で内方へ向けて掃引する。
誘導装置は次ぎにセンサーヘッドを2mm後退させ、2度目は0.1mm/分の
速度で掃引する。この縁の位置の座標は更に他の演算のために記憶される。
4点か測定された後、XおよびYの値が平均されて穴の中心を決定するようにさ
れる。半径の演算は、測定点および演算中心点を使用して行われる。G775C
PLのプログラムが縁の中心を演算した後、4つの半径値もまた演算される。
この4つの半径値は比較され、0.2mmの最大偏差値を超えていてはならない
。
この偏差か超えたならば、エラーメツセージが表示される。
中心のX、Y座標は穴が測定された第1または第2の何れの幾何形状部材である
かを示すデータと共に記憶される。これは回転変換を決定するために後で必要と
なる。
幾つかのコートはそれぞれの高さ調整測定サイクルで繰り返されるので、プログ
ラム19990780は別個のルーチンとして作られた。
プログラマ−か二次方程式および3点を使用して円の中心点の演算を望むならば
、精度上の利点は全くない二次方程式の演算のためにボッシュ割面装置かときに
必要とされることが見い出された。
好ましい技術において、少なくとも2つのこのような円形の穴か使用され、オペ
レーターは穴の各々に関してのデータを入力する。このデータが第1の穴の検査
により記憶された後、機械は自動的に次の穴の開始位置に割り出される。
プログラムG776は直角に交差する2本の真っ直ぐな線の隅点、すなわち三角
形の切除部、を決定するのであり、また支持部材上に置かれる被加工物に関する
4つのパラメータの入力をオペレーターに要求する。
P1=X軸における大体の隅点
P2=Y軸における大体の隅点
P3=X軸に沿う+/−の測定増分
P4=Y軸に沿う+/−の測定増分
掃引手順および方向は第11図に示されている。パラメータPIおよびP2が隅
点を定める。パラメータP3は負の値であり、パラメータP4は正の値である。
この部品の実際の隅は被加工物支持部材上にてオペレーターが入力したような被
加工物の隅の大体のX、Y座標の+/−5mm以内に位置されねばならない。
測定増分値は符号(+または−)付きの値であり、これに基づいて誘導装置の方
向か隅点に対する線に沿って位置されるのであり、この機械は絶対座標系である
(第1!図を参照されたい)。2回の測定がXおよびY軸の両方にて行われる。
この誘導装置は、測定される縁に直角な線に沿って、入力された増分に8mmを
加えた初期距離の位置に、測定軸線を位置させる。測定サイクルは、移動線がこ
の軸線に比較的平行な、または8mmの「安全」距離の範囲内にあると仮定する
。これにより、例えばダイヤモンド形は測定できない。G775に記載されてい
るような二回掃引サイクルが4点を得るために使用される。各線の傾斜はコンピ
ュータプログラムでテストされて、線か平行でないこと、および隅点が演算され
ることを保証する。隅の座標は、測定された第1または第2の幾何形状部材から
の点であるかどうかのデータと共に記憶される。これは回転変換を決定するため
に後で必要となる。
G777 CPLは測定点およびパラメータPIからP4までの定義された点の
間の直線距離を演算して比較する。偏差値は0.4mmより小さくなければなら
ない。座標系を前述した評価により決定されたデータに基づいて変換することが
行われる。以下のパラメータはオペレーターにより入力されていることが必要と
される。
PI=点IのY軸に沿うプログラムされた位置P2=点lのY軸に沿うプログラ
ムされた位置P3=点2のY軸に沿うプログラムされた位置P4=点2のY軸に
沿うプログラムされた位置G777 CPLはG775および(または)G77
6で測定された点を使い、これらの点をプログラムされた点と比較し、そして座
標系を変換する。測定点およびプログラムされた点の両方の間の直線距離が演算
される。直線距離の偏差が0.4mmより大きいと、エラーメツセージが表示さ
れる。
ボッシュ・アクチェンゲゼルシャフl−社で製造されモデルCC−220の誘導
装置に数値制御を使用し、座標変換はG92、G37およびG38ボツシユ・プ
ログラミング・コードを使用して行われる。従って、部品プログラマ−はセンサ
ープログラミングに以下のコードを使用できない。すなわち、G60 偏倚ゼロ
がプログラム可能。
054〜G59 偏倚を固定されている。
037〜G38 部品が回転。
G92 はセンサーCPLの呼び出しの前にのみ許容される。
6778 は基準切除部のない認定された四角形の位置を定めるために使用され
るプログラムである。点の測定および誘導装置の変換の演算の両方共1つのプロ
グラムとされる。以下のパラメータはオペレーターが入力していることを要求さ
れる。
PI=X軸の大体の隅点
P2=Y軸の大体の隅点
P3=X軸に沿う増分が+または−であるかの測定P4=Y軸に沿う増分か+ま
たは−であるかの測定P5=隅点のY軸に沿うプログラムされた基準位置(始点
位置か偏倚している場合)
P6=隅点のY軸に沿うプログラムされた基準位rIL(始点位置が偏倚してい
る場合)
P7=l=X軸線からの回転値の演算(シート縁が直角てないと知られている場
合)
P8=2=Y軸線からの回転値の演算(シート縁か直角でないと知られている場
合)
プログラム6778はプログラム6776と実質的におなしである。被加工物は
被加工物支持部材上に配置され、実際の位置がオペレーターの入力したような適
当な隅部のX、 Y座標の+/−5mm以内に位置するようにされなけれ1よな
らない。更に、被加工物は誘導装置の軸線に10mm以内で平行でなければなら
ない。測定増分値は、誘導装置が隅点および機械の絶対座標系に関する線に沿っ
て配置されるべき方向に基づく符号(+または−)の付いた値である。第12図
に見られるように、掃引は支持部材の表面によって生じ得る問題を解消するため
≦こ、被加工物の実体上で開始される。パラメータ7は、認定シートの隅からの
締力(通常は絶対的に直角ではないので、必要である。それ故に、部品プログラ
マ−(よ回転値を演算するのに使用される軸線を選択できる。同じプログラムコ
ードはプロていないと、センサーが穴のまわりのスクラ・ソチ、マーカーペン、
およびせん断角度を検出てきることを見い出した。これより長い焦点距離、例え
ば20mm、を有するレンズは、より大きなスポット直径を生み、センサーを鈍
感にし、従って精度を低める。精度か保持されるならば、またはスポット直径を
光学系の改良および(または)高コリメート光ビームによって縮減できるならば
、55mmまたはそれ以上に長い焦点距離の光学装置が、レーザー切断作業によ
る損傷を回避するように、センサーヘットを非作動上昇位置から降下作動位置へ
移動させる必要性を解消する。
成る期間の経過後、レーサー切断処理で生じる煙がレンズを汚す。このレンズは
定期的な洗浄を可能にするためにガラスで作られることが望ましい。
実際には、説明した図示設備およびプログラムによる平均サイクル時間は次の通
りであると見い出された。すなわち、内部幾何形状の測定l/および再較正 =
約20秒内部幾何形状の測定2/および再較正 = 約40秒認定シートの測
定および配置/および再較正 = 約25秒7mmレンズを使用したセンサーの
精度は+/−0,1mmと考えられ、実際の測定はこの範囲内に含まれる。しか
しながら基準フォーメーションの内部幾何形状が異なる処理によって作られたな
らば、この基準フォーメーションを作る他の処理の精度もまた働きを有する。こ
れは、G777における2つの測定された点の間の直線距離に関する偏差値が0
.4mmである理由である。
カート36上にて被加工物をワークステーション内で移動させる代わりに、被加
工物支持部材は細長いベッドとさ札被加工物38がその上に割り出されてレーザ
ーヘッドの移動する作動長さ範囲内で各部の処理を可能にすることができる。
このカート、または細長いベッド上の被加工物38のこの割り出しは手動で、ま
たは別個の割り出し装置により、またはレーザーヘッド支持キャリッジを使用し
て、行われる。
ここで第14図および第15図を参照すれば、この装置の好ましい形態はレーザ
ーヘッド支持キャリッジ14に取付けられた全体を符号110で示された再位置
決め装置を有する。この再位置決め組立体110の各々はシリンダ112を含め
て第14図に見ることができ、このシリンダは導管116を通る空気圧でピスト
ン+14を上下方向へ移動させるように空気的に作動される。ピストン114は
下側位置においてカート36の上面の、後端部近くの凹所118の中に延在して
、以下に更に完全に説明されるようにレーザー支持キャリッジ14が被加工物3
8と共にワークステーション内の新しい位置に割り出すことができるようにされ
る。同じ技術か被加工物38、または被加工物を担持するパレットを固定ベット
に移動させることに使用できる。
ワークステーションの寸法はそこで処理される被加工物の寸法によって変わる。
便宜的に法尻の様々な被加工物を処理するワークステーションは、1.22mX
1.22m(4フイート×4フイート)の寸法のカートが通過でき、この通過す
るカートの割り出しを行わずに、幅か1.22m(4フイート)より僅かに小さ
く長さが2.44m(8フイート)までのレーザーヘッドのための在勤作動長さ
を与えるようになされる。
図示実施例に示されるように、カート、またはパレット、または支持ベットは頂
面すなわち被加工物支持面を形成する交換可能な格子を有して、被加工物を切断
する際に頂面部分にレーザービームが当たる結果として支持面が加熱されること
を最少限にすることが望ましい。これらの格子は容易に交換できる。更に、格子
はその上に位置される被加工物の前端縁が当接するショルダーを備えるように構
成されて、被加工物誘導装置による位置決めを容易化することが望ましい。
この組立体はまたワークステーションを通してカートをガイドする手段も含み、
これによりカートはステーションの何れの側からも進入および抜出しできるよう
に、且つまた高精度で位置決めできるようにされ得る。都合の良いことに、これ
は一対のレールすなわちトラックを使用し、その上をカートの車輪が移動するよ
うにして行われる。しかしなから床に敷設した別個のガイドレールおよびカート
に備えた従動子のような他の装置も使用できる。カートは手動で、または機械の
制御装置により自動的に駆動でき、望まれるならば自走カート(ロボット)が使
用できる。
既に示したように、基準フォーメーションはセンサー組立体で使用するために形
成され、またはそれらは被加工物の先行処理の一部として形成されるフォーメー
ションを含むことができ、または被加工物の特別な形状縁として形成できる。
好ましいフォーメーションは円であり、また一般に位置検出装置は少なくとも2
本、好ましくは3本のプローブとされ、誘導装置の再較正に先だって被加工物の
位置をチェックするための基準面積部分とされる。
前述した詳細な説明および添付図面から、本発明のレーザーワークステーション
は支持部材上の被加工物の正確な位置が高精度で決定でき、誘導装置を被加工物
に対して再較正できるようにして、その誘導装置の制御装置およびコンピュータ
制御装置による制御の下でレーザーヘッドの被加工物に対する正確な作業を容易
ならしめるものであることが、分かるであろう。更に、被加工物は誘導装置の精
度を全く損なわずにワークステーション内に再位置決めでき、これによりオーバ
ーサイズの被加工物を処理できるようになるのである。
FIG、 3
特表千7−503906 (9)
Claims (20)
- 1.(a)ベース部材、 (b)被加工物支持部材、 (c)前記被加工物支持部材の上方に間隔を隔てられたレーザーヘッド、(d) 前記ベース部材に対して前記レーザーヘッドを移動させるために前記ベース部材 上に取付けられたレーザーヘッド支持部材であって、レーザーヘッドが被加工物 支持部材に対してX、YおよびZ軸方向にレーザーヘッド支持部材上を移動でき るようにするレーザーヘッド支持部材、(e)前記レーザーヘッドを前記X、Y およびZ軸方向に移動させるための振動手段、 (f)前記レーザーヘッドを前記X、YおよびZ軸方向へ正確に移動させるため に前記移動手段に連結され、前記レーザーヘッドがレーザービームを前記被加工 物支持部材上に支持された関連する被加工物に指向できるようにする誘導装置、 (g)(i)前記レーザーヘッドが移動するZ軸と平行な光ビームを前記被加工 物支持部材上の関連する被加工物に指向させる光源、および(ii)光ビームの 当てられた関連する被加工物の表面から反射した光を検出するための光源のまわ りの光センサーを含んで構成され、前記被加工物支持部材により担持された関連 する被加工物における基準形態(フォーミュレーション)を検出するように作動 される光センサー組立体、 (h)前記センサー組立体を前記レーザーヘッドに取付けるセンサー組立体取付 け手段、および (i)前記センサー組立体および前記誘導装置と協動する位置決定手段であって 、 (i)前記レーザーヘッドおよびセンサー組立体を関連する被加工物における基 準フォーメーションの大体の位置に対して予め定めた位置に割り出し、(ii) 基準フォーメーションの縁のビームの通過を検出するために前記レーザーヘッド およびセンサー組立体を前記予め選択された位置から予め定めた経路に沿って移 動させ、および (iii)前記被加工物支持部材上の関連する被加工物の実際の位置を反映させ るために、基準フォーメーションの縁のビームの通過の前述したような検出によ って得たデータを前記誘導装置の座標の調整に使用するようになす位置決定手段 、 を含んで構成されたレーザーワークステーション。
- 2.請求項1によるレーザーワークステーションであって、細長いベース部材が 備えられてこれに沿ってワークステーションが定められ、また前記レーザーヘッ ド支持部材は前記ベース部材上にてその長さに沿って移動できるように取付けら れたレーザーヘッド支持キャリッジであり、前記レーザーヘッド支持キャリッジ に沿って前記ベース部材に対して移動可能なレーザーヘッド取付け組立体が含ま れており、また前記移動手段は、(i)前記ベース部材の長さに沿って前記レー ザーヘッド支持キャリッジを、(ii)前記レーザーヘッド支持キャリッジに沿 って前記取付け組立体を、および(iii)前記取付け組立体の上で垂直に前記 レーザーヘッドを移動させるようになされており、前記レーザーヘッドは前記レ ーザー支持キャリッジ(Y軸)に沿って移動可能であり、前記ベース部材(X軸 )に沿って前記レーザー支持キャリッジと共に移動可能であり、および前記レー ザー取付け組立体上を垂直軸(Z軸)に沿って移動可能となされたレーザーワー クステーション。
- 3.請求項1によるレーザーワークステーションであって、前記被加工物支持部 材は前記ベース部材に平行な経路に沿って移動可能なキャリヤであり、前記キャ リヤは頂面に被加工物支持面を有し、また前記ベース部材に沿って前記平行な経 路で前記キャリヤをガイドするためのガイド手段、および前記ベース部材に沿う 予め定めた位置に前記キャリヤを位置決めするための前記経路に沿ったキャリヤ 位置決め手段が含められたレーザーワークステーション。
- 4.請求項3によるレーザーワークステーションであって、前記キャリヤ位置決 め手段は前記キャリヤ上の第1位置決め部材と、前記ベース部材の長さに沿った 固定位置の第2位置決め部材とを含み、前記第1および第2位置決め部材は協動 して前記経路の長さに沿う予め定めた位置に前記キャリヤを位置決めするように なすレーザーワークステーション。
- 5.請求項1によるレーザーワークステーションであって、前記被加工物支持部 材はその上に被加工物を位置決めするための整合手段を含むレーザーワークステ ーション。
- 6.請求項1によるレーザーワークステーションであって、前記ワークステーシ ョンは前記移動手段および前記誘導装置を制御するコンピュータを含むレーザー ワークステーション。
- 7.請求項6によるレーザーワークステーションであって、前記コンピュータは 前記位置決定手段と協動して、前記センサー組立体を予め選択された各位置に移 動させ、予め選択された経路に沿って前記移動を行って検出データを受取るよう にし、そして前記誘導装置の座標を調整するようになすレーザーワークステーシ ョン。
- 8.請求項1によるレーザーワークステーションであって、前記光センサーが前 記光源のまわりに同心円上に配置されたレーザーワークステーション。
- 9.請求項8によるレーザーワークステーションであって、前記光センサーおよ び光源がファイバー・オプティックスであるレーザーワークステーション。
- 10.請求項1によるレーザーワークステーションであって、前記ワークステー ションが前記レーザーヘッドおよび関連する被加工物の間に予め選択された距離 を確保するための手段を含み、前記センサー組立体は前記レーザーヘッドの予め 選択された距離に基づいて関連された被加工物の上方の予め定めた距離に前記セ ンサー組立体を前記レーザーヘッドに対して移動させるように作動可能な移動手 段を含むレーザーワークステーション。
- 11.請求項1によるレーザーワークステーションであって、前記位置決定手段 が前記レーザーヘッドおよびセンサー組立体を各々の基準フォーメーションのま わりの少なくとも2つの異なる位置に割り出すレーザーワークステーション。
- 12.請求項11によるレーザーワークステーションであって、前記位置決定手 段が、前記誘導装置の調整を行うために近似として、円形基準フォーメーション の実際の中心の決定、および前記円形基準フォーメーションの中心からの前記実 際の中心の偏倚量の演算に有効であるレーザーワークステーション。
- 13.請求項11によるレーザーワークステーションであって、前記位置決定手 段が、前記誘導装置の調整を行うために近似として、一対の交差する直線縁を有 するフォーメーシヨンの実際の交差位置の决定よび前記交差位置らの実際の交差 位置の偏倚の演算に有効であるレーザーワークステーション。
- 14.請求項11によるレーザーワークステーションであって、前記位置決定手 段が、誘導装置の調整を行うために近似として、実質的な直線縁の実際の角度配 向の決定、およびこの角度配向に対して実際の角度配向の偏倚の演算に有効であ るレーザーワークステーション。
- 15.請求項1によるレーザーワークステーションであって、前記位置決定手段 が、関連する被加工物の少なくとも2つの異なる基準フォーメーションに対して 前記センサー組立体を移動させるように作動され、また前記誘導装置を調整する ために前記少なくとも2つのフォーメーションを検出して得たデータを処理する ように作動されるレーザーワークステーション。
- 16.(a)ベース部材、 (b)その上に配置される被加工物を位置決めするための整合手段を含む被加工 物支持部材、 (c)前記被加工物支持部材の上方に間隔を隔てられたレーザーヘッド、(d) 前記ベース部材に対して前記レーザーヘッドを移動させるために前記ベース部材 上に取付けられたレーザーヘッド支持部材であって、レーザーヘッドが被加工物 支持部材に対してX、YおよびZ軸方向にレーザーヘッド支持部材上を移動でき るようにするレーザーヘッド支持部材、(e)前記レーザーヘッドを前記X、Y およびZ軸方向に移動させるための振動手段、 (f)前記レーザーヘッドを前記X、YおよびZ軸方向へ正確に移動させるため に前記移動手段に連結され、前記レーザーヘッドがレーザービームを前記被加工 物支持部材上に支持された関連する被加工物に指向できるようにする誘導装置、 (g)(i)前記レーザーヘッドが移動するZ軸と平行な光ビームを前記被加工 物支持部材上の関連する被加工物に指向させる光源、および(ii)光ビームの 当てられた関連する被加工物の表面から反射した光を検出するための光源のまわ りの光センサーを含んで構成され、前記被加工物支持部材により担持された関連 する被加工物における基準形態(フォーミュレーション)を検出するように作動 される光センサー組立体、 (h)前記センサー組立体を前記レーザーヘッドに取付けるセンサー組立体取付 け手段、および (i)前記センサー組立体および前記誘導装置と協動する位置決定手段であって 、 (i)前記レーザーヘッドおよびセンサー組立体を関連する被加工物における基 準フォーメーションの大体の位置に対して予め定めた位置に割り出し、(ii) 基準フォーメーションの縁のビームの通過を検出するために前記レーザーヘッド およびセンサー組立体を前記予め選択された位置から予め定めた経路に沿って移 動させ、および (iii)前記被加工物支持部材上の関連する被加工物の実際の位置を反映させ るために、基準フォーメーションの縁のビームの通過の前述したような検出によ って得たデータを前記誘導装置の座標の調整に使用するようになす位置決定手段 、および (j)前記移動手段および前記誘導装置を制御するコンピュータであって、前記 位置決定手段と協動して、前記センサー組立体を予め選択された各位置に移動さ せ、予め選択された経路に沿って前記移動を行って検出データを受取るようにし 、そして前記誘導装置の座標を調整するようになすコンピュータ、を含んで構成 されたレーザーワークステーション。
- 17.請求項16によるレーザーワークステーションであって、前記光センサー が前記光源のまわりに同心円上に配置され、前記光源および光センサーがファイ バー・オブティックスであるレーザーワークステーション。
- 18.請求項16によるレーザーワークステーションであって、前記ワークステ ーションが前記レーザーヘッドおよび関連する被加工物の間に予め選択された距 離を確保するための手段を含み、前記センサー組立体は前記レーザーヘッドの予 め選択された距離に基づいて関連された被加工物の上方の予め定めた距離に前記 センサー組立体を前記レーザーヘッドに対して移動させるように作動可能な移動 手段を含むレーザーワークステーション。
- 19.請求項16によるレーザーワークステーションであって、前記位置決定手 段が前記レーザーヘッドおよびセンサー組立体を各々の基準フォーメーションの まわりの少なくとも2つの異なる位置に割り出すレーザーワークステーション。
- 20.請求項16によるレーザーワークステーションであって、前記位置決定手 段が、関連する被加工物の少なくとも2つの異なる基準フォーメーションに対し て前記センサー組立体を移動させるように作動され、また前記誘導装置を調整す るために前記少なくとも2つのフォーメーションを検出して得たデータを処理す るように作動されるレーザーワークステーション。
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