JPH08300171A - Method and device for detecting normal in three dimensional laser beam machine - Google Patents

Method and device for detecting normal in three dimensional laser beam machine

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JPH08300171A
JPH08300171A JP7108741A JP10874195A JPH08300171A JP H08300171 A JPH08300171 A JP H08300171A JP 7108741 A JP7108741 A JP 7108741A JP 10874195 A JP10874195 A JP 10874195A JP H08300171 A JPH08300171 A JP H08300171A
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弘之 堀井
Yuichi Morita
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Abstract

PURPOSE: To reduce teaching operation in a three-dimensional laser beam machine and also to accurately detect a normal. CONSTITUTION: In a three dimensional laser beam machine with a gap control means, the tip of the nozzle 19 of the machining head 16 is so positioned as to face nearly in the direction of the normal against the teaching point P0 on the face of a work W; and, on the basis of coordinate data and attitude data then, the coordinates are calculated of three points, P1, P2, P3 near the area surrounding the teaching point P0 so as to move the machining head 16 to the three points successively. In the position where a distance is constantly maintained between the nozzle 19 and the work W at that time, the coordinates are detected of three points Q1, Q2, Q3 on the surface of the work near the teaching point; a normal vector 40 is determined against a plane A formed by these three points; the attitude data α, β of the machining head 16 are computed so as to make the nozzle 19 attitude agree with this norm vector 40; and, based on the attitude data α, β, the attitude is changed for the machining head 16 at the teaching point P0.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、立体ワークを加工する
ための三次元レーザ加工機において、ティーチング時の
ワーク加工面に対する法線立てを自動化するための法線
検出方法およびその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a normal detecting method and apparatus for automating a normal to a work surface during teaching in a three-dimensional laser processing machine for processing a three-dimensional work.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来からレーザ光を用いて立体ワークを
切断または溶接する三次元レーザ加工装置において、
X、Y、Z軸制御と加工ヘッドに備えたノズル姿勢を加
工面に対して、法線方向に姿勢制御する装置はよく知ら
れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a three-dimensional laser processing apparatus for cutting or welding a three-dimensional work using a laser beam,
A device for controlling the X, Y, and Z axes and controlling the posture of the nozzle provided in the machining head in the normal direction to the machining surface is well known.

【0003】図1は従来の三次元レーザ加工機の全体構
成図を示す。1は門型構造の加工機本体を示し、ベッド
2には立体形状のワークWを載置したテーブル3がX軸
方向すなわち紙面垂直方向に摺動自在に設けられ、この
テーブル3の上方において加工機本体1に対しサドル4
がY軸方向すなわち紙面左右方向に摺動自在に設けら
れ、さらにこのサドル4には加工ヘッド本体5がZ軸方
向すなわち紙面上下方向に摺動自在に設けられている。
テーブル3はX軸モータ(図示せず)、サドル4はY軸
モータ(図示せず)、加工ヘッド本体5はZ軸モータ
(図示せず)によりそれぞれ送り駆動される。
FIG. 1 shows the overall configuration of a conventional three-dimensional laser processing machine. Reference numeral 1 denotes a main body of a gate type structure, and a bed 3 is provided with a table 3 on which a three-dimensional work W is placed so as to be slidable in the X-axis direction, that is, in the direction perpendicular to the paper surface. Saddle 4 for machine body 1
Is provided slidably in the Y-axis direction, that is, in the left-right direction on the paper surface, and further, the processing head main body 5 is provided on the saddle 4 so as to be slidable in the Z-axis direction, that is, the vertical direction on the paper surface.
The table 3 is driven by an X-axis motor (not shown), the saddle 4 is driven by a Y-axis motor (not shown), and the machining head body 5 is driven by a Z-axis motor (not shown).

【0004】加工ヘッド本体5はレーザ光が通るように
円筒形をなし、その光軸LをZ軸方向に向けている。そ
して、この加工ヘッド本体5には加工ヘッド6が取り付
けられている。
The processing head body 5 has a cylindrical shape so that laser light can pass therethrough, and its optical axis L is oriented in the Z-axis direction. A processing head 6 is attached to the processing head body 5.

【0005】この加工ヘッド6は、加工ヘッド本体5に
対しその光軸Lを中心に回転自在に取り付けられヘッド
本体5に対しレーザ光の光軸を2つのミラーM1、M2を
介して所定角度に導く第1回転筒7と、この第1回転筒
7に対しその光軸を中心に回転自在に設けられレーザ光
の光軸を第1回転筒7に対し2つのミラーM3、M4を介
して所定角度に導く第2回転筒8と、この第2回転筒8
の先端に光軸方向に移動自在に設けられたノズル9とで
構成されている。第1回転筒7はα軸モータ(図示せ
ず)、第2回転筒8はβ軸モータ(図示せず)によりそ
れぞれ回転駆動され、このα、β軸を制御することによ
ってノズル9の姿勢を変更可能にしている。
The machining head 6 is rotatably attached to the machining head main body 5 about its optical axis L so that the optical axis of the laser light is at a predetermined angle with respect to the head main body 5 via two mirrors M1 and M2. A first rotating cylinder 7 to be guided, and an optical axis of the laser beam provided rotatably around the optical axis of the first rotating cylinder 7 with respect to the first rotating cylinder 7 via two mirrors M3 and M4. The second rotary cylinder 8 for guiding the angle and the second rotary cylinder 8
The nozzle 9 is provided at the tip of the nozzle so as to be movable in the optical axis direction. The first rotary cylinder 7 is rotationally driven by an α-axis motor (not shown), and the second rotary cylinder 8 is rotationally driven by a β-axis motor (not shown). The attitude of the nozzle 9 is controlled by controlling the α and β axes. It is changeable.

【0006】レーザ発振器10から発振されたレーザ光
はミラーM5を介して加工ヘッド本体5内に導かれ、加
工ヘッド6の第1回転筒7および第2回転筒8の内部に
設けたミラーM1、M2、M3、M4を介して先端のノズル
9へ導かれる。そして、レーザ光はノズル9内に設けた
レンズ24によって集光されノズル9先端からの所定の
点でその焦点Pを結ぶように照射される。この加工ヘッ
ド6の場合、加工ヘッド本体5、第1回転筒7そして第
2回転筒8から放射する位置のの各光軸の延長線が常に
1点Pで交わるように構成されている。図2で示す光軸
Lの、α軸とβ軸に対するヘッド姿勢が変化してもノズ
ル9からのレーザ光の焦点P位置は移動しないいわゆる
一点指向型の加工ヘッドになっている。つまり、加工位
置はX、Y、Zの直交3軸により決定され、ノズル姿勢
はα、βの2つの回転軸により決定される。
The laser light oscillated from the laser oscillator 10 is guided into the processing head body 5 through the mirror M5, and the mirror M1 provided inside the first rotary cylinder 7 and the second rotary cylinder 8 of the machining head 6, It is guided to the nozzle 9 at the tip via M2, M3 and M4. Then, the laser light is condensed by the lens 24 provided in the nozzle 9 and is irradiated so as to form the focal point P at a predetermined point from the tip of the nozzle 9. In the case of this processing head 6, the extension lines of the respective optical axes at the positions radiated from the processing head main body 5, the first rotary cylinder 7 and the second rotary cylinder 8 always intersect at one point P. The focus P position of the laser light from the nozzle 9 does not move even if the head posture with respect to the α axis and the β axis of the optical axis L shown in FIG. That is, the processing position is determined by the three orthogonal axes X, Y, and Z, and the nozzle posture is determined by the two rotation axes α and β.

【0007】このような三次元レーザ加工機の加工プロ
グラムを作成する方法として、一般的にワークWのけが
き線から加工軌跡を予めティーチングしておき、そのテ
ィーチングされた加工プログラムに従って加工するティ
ーチングプレイバック方式が用いられている。
As a method of creating a machining program for such a three-dimensional laser beam machine, generally, a teaching play in which a machining locus is preliminarily taught from a marking line of a work W and machining is performed according to the taught machining program. The back method is used.

【0008】図2は従来のティーチング方法を説明する
ための加工ヘッド6部分の詳細図である。11はワーク
Wの表面に設定されたけがき線を示し、Pはレーザ光の
焦点位置を示している。
FIG. 2 is a detailed view of the processing head 6 for explaining the conventional teaching method. Reference numeral 11 indicates a marking line set on the surface of the work W, and P indicates the focal position of the laser light.

【0009】ティーチングの際はこの加工ヘッド6の先
端からノズル9を取り外し、代わりに図3で示すような
ティーチングホルダ12を取り付ける。ティーチングホ
ルダ12の先端には針の形状を成すピン13が設けら
れ、このピン13はティーチングホルダ12内でばねを
介して固定されており、外力が加わると上下、左右に揺
動するようになっている。ピン13の先端は前記ノズル
9から照射されるレーザ光の焦点Pと一致する位置に設
定されている。
At the time of teaching, the nozzle 9 is removed from the tip of the processing head 6, and a teaching holder 12 as shown in FIG. 3 is attached instead. A pin 13 in the shape of a needle is provided at the tip of the teaching holder 12, and the pin 13 is fixed in the teaching holder 12 via a spring so that it can swing vertically and horizontally when an external force is applied. ing. The tip of the pin 13 is set at a position that coincides with the focal point P of the laser light emitted from the nozzle 9.

【0010】そして、例えば図4で示すようなジョイス
テックレバー14や図5で示すようなティーチングボッ
クス15のヘッド教示手段を使ってX、Y、Z軸を操作
し、加工ヘッド6に取り付けられたティーチングホルダ
12の先端のピン13を、けがき線11に合わせたの
ち、ティーチングホルダ12の軸線がワークW表面に対
し法線方向に向くように上記ジョイステックレバー14
等を使って加工ヘッド6の姿勢を調整した後、その点の
座標データX、Y、Zおよび姿勢データα、βを制御装
置のメモリに記憶させる。このようにして、けがき線上
の複数の点をティーチングし、加工プログラムを作成し
ていた。
Then, for example, the joystick lever 14 as shown in FIG. 4 and the head teaching means of the teaching box 15 as shown in FIG. After aligning the pin 13 at the tip of the teaching holder 12 with the scribing line 11, the joystick lever 14 is moved so that the axis of the teaching holder 12 is oriented in the direction normal to the surface of the work W.
After adjusting the posture of the processing head 6 using the above, etc., the coordinate data X, Y, Z and the posture data α, β at that point are stored in the memory of the control device. In this way, a plurality of points on the marking line are taught to create a machining program.

【0011】レーザ加工の際は図2に示すように、加工
ヘッド6からティーチングホルダ12を取り外し、再び
ノズル9に交換する。この場合、レーザ光の焦点Pは図
3で示すピン13の先端座標と一致した構成としている
ので、先にティーチングしたけがき線11の座標と一致
する。
At the time of laser processing, as shown in FIG. 2, the teaching holder 12 is removed from the processing head 6 and the nozzle 9 is replaced again. In this case, the focal point P of the laser beam is configured to coincide with the coordinates of the tip of the pin 13 shown in FIG. 3, so that it coincides with the coordinates of the marking line 11 previously taught.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】従来の三次元レーザ加
工機におけるティーチング作業は、レーザ加工開始前に
加工ヘッド6からノズル9を取り外してティーチングホ
ルダ12に交換し、ティーチングが終了するとティーチ
ングホルダ12を取り外して再びノズル9に交換すると
いう作業が必要であり、作業時間のむだが生じていた。
In the teaching work of the conventional three-dimensional laser beam machine, the nozzle 9 is removed from the machining head 6 and replaced with the teaching holder 12 before the laser machining is started, and when the teaching is completed, the teaching holder 12 is removed. It was necessary to remove the nozzle 9 and replace it with the nozzle 9 again, which wasted work time.

【0013】また、ティーチングホルダ12のピン13
先をワークW表面のけがき線11に一致させることや、
ティーチングホルダ12を加工面に対し、法線方向に向
けるために、α軸およびβ軸をジョイステックレバー1
4等で操作しながら姿勢調整することが面倒で熟練を要
するものであり、時間のかかる作業であった。
Further, the pin 13 of the teaching holder 12
To match the tip with the marking line 11 on the surface of the work W,
In order to orient the teaching holder 12 in the normal direction with respect to the machining surface, the α axis and the β axis are set to the joystick lever 1
It is troublesome to adjust the posture while operating with 4, etc., and requires skill, which is a time-consuming operation.

【0014】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、三次元レーザ加工機におけるティーチング作
業の軽減を図ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to reduce teaching work in a three-dimensional laser beam machine.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の請求項
1および3の発明は、X、Y、Z軸の直角座標系とα、
β軸の姿勢軸とで制御される加工ヘッドの先端にノズル
を光軸方向に移動自在に設け、このノズル先端とワーク
との間のギャップ量を検出するギャップセンサにより上
記ギャップ量を一定に保持するようにノズルの移動量を
制御するギャップコントロール手段を設けた三次元レー
ザ加工機において、加工ヘッドのノズル先端をワーク表
面の教示点に対しほぼ法線方向に向けるように位置決め
し、この時の座標データおよび姿勢データを基に、教示
点を囲む教示点付近の3点を算出して加工ヘッドをその
3点に順次移動させ、このときのノズルとワーク間の距
離を一定に保つ位置で、教示点付近のワーク表面におけ
る3点の座標を検出し、この3点で形成される平面に対
する法線ベクトルを求め、この法線ベクトルにノズル姿
勢を一致させるように加工ヘッドの姿勢データを演算
し、この姿勢データに基づいて加工ヘッドを上記教示点
において姿勢変更するようにしたものである。
Therefore, according to the inventions of claims 1 and 3 of the present invention, a rectangular coordinate system of X, Y and Z axes and α,
A nozzle is movably provided in the optical axis direction at the tip of the processing head controlled by the attitude axis of β axis, and the gap amount is held constant by a gap sensor that detects the gap amount between the nozzle tip and the workpiece. In a three-dimensional laser processing machine provided with gap control means for controlling the amount of movement of the nozzle, the nozzle tip of the processing head is positioned so as to be oriented in a direction substantially normal to the teaching point on the work surface. Based on the coordinate data and the posture data, three points near the teaching point surrounding the teaching point are calculated, the machining head is sequentially moved to the three points, and at the position where the distance between the nozzle and the work is kept constant, The coordinates of three points on the surface of the work near the teaching point are detected, the normal vector to the plane formed by these three points is calculated, and the nozzle orientation is made to match this normal vector. Attitude data of the machining head is calculated in the processing head on the basis of this position data is obtained so as to position change in the teaching point.

【0016】また請求項2の発明は、上記教示点付近の
3点は、上記教示点に位置決めされたノズルの光軸と直
交する面で上記教示点を中心とする所定半径の円周上の
3点を求めるものである。
According to a second aspect of the present invention, the three points near the teaching point are on a circle having a predetermined radius centered on the teaching point on a plane orthogonal to the optical axis of the nozzle positioned at the teaching point. It seeks three points.

【0017】また請求項4の発明は、上記ヘッド位置決
め手段は、ノズルに設けられワーク表面のけがき線を映
し出す撮像手段と、ノズル内のレンズを通してワークに
照射される可視光スポット発生手段と、上記けがき線と
けがき線に対する可視光スポットを画面に表示するモニ
タ装置と、このモニタ装置を見ながら可視光スポットを
けがき線上に合わせるように加工ヘッドのX、Y、Z、
α、β軸を操作するためのヘッド操作手段とでなるもの
である。
According to a fourth aspect of the present invention, the head positioning means includes an image pickup means which is provided in the nozzle and which shows a marking line on the surface of the work, and a visible light spot generation means which irradiates the work through a lens in the nozzle. A monitor device for displaying the marking line and a visible light spot corresponding to the marking line on the screen, and X, Y, Z of the processing head so that the visible light spot may be aligned with the marking line while observing the monitor device.
and a head operating means for operating the α and β axes.

【0018】また請求項5の発明は、上記教示姿勢変更
手段は、法線ベクトルで求められたα、βの姿勢データ
を用いて加工ヘッドの姿勢を変更したときに上記教示点
の位置が変わらないようにその教示点に対し加工ヘッド
のX、Y、Zの座標データを演算し、この座標位置に加
工ヘッドを移動させるものである。
According to a fifth aspect of the present invention, the teaching posture changing means changes the position of the teaching point when the posture of the machining head is changed using the posture data of α and β obtained by the normal vector. The X, Y, Z coordinate data of the machining head is calculated with respect to the taught point so that the teaching point does not exist, and the machining head is moved to this coordinate position.

【0019】[0019]

【作用】ティーチングの際、ノズルを立体ワーク表面の
教示点にほぼ法線方向に向けて近付け、その位置での
X、Y、Z、α、βデータおよびノズルの移動量データ
を取り込むことにより、教示点を囲む教示点付近におけ
る3点の座標が算出されてその位置へ加工ヘッドが移動
され、その位置でギャップコントロールされた加工ヘッ
ドのX、Y、Z、α、βおよびノズル移動量データから
教示点付近のワーク表面における3点の座標が検出さ
れ、この3点で形成される平面に対する法線ベクトルが
算出される。これにより、この法線ベクトルにノズル姿
勢を一致させるためのα、βの姿勢データが得られる。
したがって、従来のようなノズルとティーチングホルダ
との交換作業の必要がなく、ノズルのまま法線検出が自
動的に行われ、ティーチング作業が容易に行える。しか
も、教示点を囲む3点から平面座標を検出しているの
で、教示点が例えば変曲面上にあるときでも、その点お
ける加工面を正確に測定できる。
When teaching, the nozzle is brought close to the teaching point on the surface of the three-dimensional work in the direction of the normal line approximately, and the X, Y, Z, α, β data and the movement amount data of the nozzle at that position are fetched. The coordinates of three points around the teach point surrounding the teach point are calculated, the machining head is moved to that position, and the X, Y, Z, α, β and nozzle movement amount data of the gap-controlled machining head at that position are calculated. The coordinates of three points on the surface of the work near the teaching point are detected, and the normal vector to the plane formed by these three points is calculated. As a result, attitude data of α and β for matching the nozzle attitude with this normal vector is obtained.
Therefore, it is not necessary to replace the nozzle with the teaching holder as in the prior art, and the normal detection can be automatically performed with the nozzle, and the teaching work can be easily performed. Moreover, since the plane coordinates are detected from three points surrounding the teaching point, even when the teaching point is on a curved surface, for example, the machined surface at that point can be accurately measured.

【0020】また、教示点付近座標は、教示点を中心と
する所定半径の円周上から3点を演算して求めるので、
教示点の加工面に最も近い平面を容易に設定でき、ヘッ
ド移動によりギャップコントロールによるノズル移動量
成分を含めた教示点付近のワーク表面上の3つの座標点
を容易に検知することができる。
Further, since the coordinates near the teaching point are obtained by calculating three points from the circumference of a predetermined radius with the teaching point as the center,
It is possible to easily set the plane closest to the machined surface of the teaching point, and it is possible to easily detect the three coordinate points on the work surface near the teaching point including the nozzle movement amount component by the gap control by moving the head.

【0021】また、教示点に対し位置決めする際、モニ
タを見ながらノズルから発生される可視光スポットをけ
がき線と一致させるように加工ヘッドを位置決め操作す
ることにより、作業性もよく、教示点座標が高精度に検
出でき、作業ティーチングを正確に行うことができる。
Further, when positioning is performed with respect to the teaching point, the working head is positioned and operated so that the visible light spot generated from the nozzle coincides with the marking line while looking at the monitor. Coordinates can be detected with high accuracy, and work teaching can be performed accurately.

【0022】さらに、検出された法線データに対応する
α、βの姿勢データを用いて加工ヘッドの姿勢を変更し
たときに最初の教示点データに基づく教示点位置が変わ
らないようにその教示点に対し加工ヘッドのX、Y、Z
の座標データを演算し、この座標位置に加工ヘッドを移
動させることにより、いかなる形状の加工ヘッドにおい
ても、加工ヘッドを最初の教示点に法線方向の姿勢で正
確に位置決めできる。
Furthermore, when the posture of the machining head is changed using the posture data of α and β corresponding to the detected normal line data, the teaching point position based on the first teaching point data is not changed. For the processing head X, Y, Z
By calculating the coordinate data of and the machining head is moved to this coordinate position, the machining head of any shape can be accurately positioned at the first taught point in the posture in the normal direction.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図6ないし図9に
基づいて説明する。本実施例の三次元レーザ加工機は上
述した図1および図2で示す従来のものとその制御軸構
成を同一にしているため、同一箇所は同一符号を付しそ
の説明は省略する。本発明の三次元レーザ加工機は上述
した制御軸X、Y、Z、α、βに加え、さらに加工ヘッ
ド16のノズル19を光軸方向に進退移動させるギャッ
プコントロール軸(C軸)を備えている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Since the control axis configuration of the three-dimensional laser beam machine of this embodiment is the same as that of the conventional one shown in FIGS. 1 and 2 described above, the same parts are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In addition to the control axes X, Y, Z, α, β described above, the three-dimensional laser beam machine of the present invention further includes a gap control axis (C axis) for moving the nozzle 19 of the processing head 16 back and forth in the optical axis direction. There is.

【0024】図6は加工ヘッド16先端部分を示す断面
図である。ノズル19は、その取り付け筒部19aを第
2回転筒8の先端円筒部に挿入し、光軸方向に摺動自在
に取付けられている。そして、ノズル19は上記取り付
け筒部19aにおいて図示しないC軸モータによって光
軸方向に進退駆動されるノズル移動手段に連結されてい
る。また、ノズル19の先端には、ノズル19とワーク
W間のギャップ量を静電容量にて検出するギャップセン
サ20が設けられている。ギャップセンサ20は、セン
サケーブル21を介して後述するCNC装置22内のギ
ャップ制御部23に接続され、上記ギャップ量が常に一
定に保たれるようにC軸モータが制御されてノズル19
が移動調整される。このギャップセンサ20、センサ制
御部23、C軸モータおよびCNC装置22によってギ
ャップコントロール手段が構成されている。
FIG. 6 is a sectional view showing the tip portion of the processing head 16. The nozzle 19 is attached so that its mounting cylinder portion 19a is inserted into the tip cylinder portion of the second rotary cylinder 8 and is slidable in the optical axis direction. The nozzle 19 is connected to the nozzle moving means which is driven in the optical axis direction by a C-axis motor (not shown) in the mounting cylinder portion 19a. A gap sensor 20 is provided at the tip of the nozzle 19 to detect the amount of the gap between the nozzle 19 and the work W by electrostatic capacitance. The gap sensor 20 is connected via a sensor cable 21 to a gap control unit 23 in a CNC device 22, which will be described later, and the C-axis motor is controlled so that the gap amount is always kept constant and the nozzle 19 is connected.
Are moved and adjusted. The gap sensor 20, the sensor control unit 23, the C-axis motor, and the CNC device 22 constitute a gap control means.

【0025】また、ノズル19内部にはレーザ光を集光
させるためのレンズ24が設けられ、さらにレンズ24
より先端側の空間部に位置してノズル19の照射口19
bから覗ける範囲でワークW上の加工線11や可視光ス
ポット25を撮像する撮像手段としてのCCDカメラ2
6を備えている。このカメラ26は小型にしてレーザ光
と干渉しない様にレーザ光の光軸Cとは所定角度でノズ
ル19の内側側部に取り付けられている。
A lens 24 for condensing laser light is provided inside the nozzle 19, and the lens 24 is also provided.
The irradiation port 19 of the nozzle 19 is located in the space portion closer to the tip side.
CCD camera 2 as an imaging means for imaging the processing line 11 and the visible light spot 25 on the work W within the range visible from b
6 is provided. The camera 26 is made compact and is attached to the inner side portion of the nozzle 19 at a predetermined angle with respect to the optical axis C of the laser light so as not to interfere with the laser light.

【0026】図7は三次元レーザ加工機を制御するCN
C装置22を示す。このCNC装置22内のCPU27
には教示点において加工ヘッド16を移動し、教示点付
近のワークW表面における3点の座標測定を行うための
平面座標測定手段28と、上記ワークW表面における3
点の座標から法線ベクトルを求めこの法線ベクトル方向
とノズル姿勢が一致するようにα、βの姿勢データを演
算する法線方向演算手段29と、この姿勢データによっ
て第1回転筒7および第2回転筒8を回転調整して姿勢
変更させるとともにもとの教示点にヘッド16を移動さ
せる教示姿勢変更手段30とを備えている。
FIG. 7 shows a CN for controlling a three-dimensional laser beam machine.
The C device 22 is shown. CPU 27 in this CNC device 22
The plane coordinate measuring means 28 for moving the machining head 16 at the teaching point to measure the coordinates of three points on the surface of the work W near the teaching point, and 3 on the surface of the work W.
A normal vector calculating unit 29 that calculates a normal vector from the coordinates of the points and calculates α and β attitude data so that the direction of the normal vector and the nozzle attitude match, and the first rotary cylinder 7 and the The teaching posture changing means 30 for adjusting the posture by rotating the two-rotating cylinder 8 to change the posture and moving the head 16 to the original teaching point is provided.

【0027】上記CPU27にはデータバス32を介し
て位置検出部33、ギャップ制御部23、メモリ34、
モータ制御部35、I/Oインターフェイス部36、画
像処理部37がそれぞれ接続されている。
The CPU 27 is provided with a position detector 33, a gap controller 23, a memory 34, and a data bus 32.
The motor control unit 35, the I / O interface unit 36, and the image processing unit 37 are connected to each other.

【0028】位置検出部33はX、Y、Z、α、β、C
軸のモータに取付けられたエンコーダ(図示せず)の位
置検出パルスから与えられるパルスを計数する位置カウ
ンタで構成している。ギャップ制御部23はギャップセ
ンサ20から検出された静電容量に基づいてモータ制御
部35に信号を送り、ノズル19先端とワークW間のギ
ャップ量が常に一定になるようにC軸モータを制御して
ノズル19を移動調整するものである。メモリ34は三
次元レーザ加工機を制御するシステムプログラムや、後
述する法線検出の過程において使用する複数の座標デー
タ、姿勢データおよびノズル19の移動量データ等を記
憶している。モータ制御部35は各制御軸X、Y、Z、
α、βおよびC軸のモータをそれぞれ制御する。I/O
インターフェース部36はヘッド教示手段としてのティ
ーチングボックス15やレーザ発振器10に接続され、
CNC装置22のCPU27との制御信号の中継を行っ
ている。画像処理部37にはモニタ装置38が接続さ
れ、このモニタ装置38は上記カメラ26から取り込ま
れたワークW上のけがき線11と可視光スポット25を
映し出すようになっている。
The position detecting unit 33 has X, Y, Z, α, β and C
It is composed of a position counter that counts the pulses given from the position detection pulses of an encoder (not shown) attached to the shaft motor. The gap control unit 23 sends a signal to the motor control unit 35 based on the electrostatic capacitance detected by the gap sensor 20 to control the C-axis motor so that the gap amount between the tip of the nozzle 19 and the work W is always constant. The nozzle 19 is moved and adjusted. The memory 34 stores a system program for controlling the three-dimensional laser beam machine, a plurality of coordinate data used in the process of detecting a normal line to be described later, posture data, movement amount data of the nozzle 19, and the like. The motor control unit 35 controls the control axes X, Y, Z,
It controls the α, β and C axis motors respectively. I / O
The interface section 36 is connected to the teaching box 15 and the laser oscillator 10 as head teaching means,
The control signal is relayed with the CPU 27 of the CNC device 22. A monitor device 38 is connected to the image processing unit 37, and the monitor device 38 projects the marking line 11 and the visible light spot 25 on the work W captured from the camera 26.

【0029】可視光スポット25は、レーザ発振器10
の内部に設けた可視光レーザとしてのHe−Neレーザ
発振部(図示せず)から、He−Neレーザ光を発振さ
せることで、加工ヘッド16内からレンズ24を介して
ノズル19先端部近くのワークW上にスポットとなって
表示される。
The visible light spot 25 is the laser oscillator 10
A He-Ne laser oscillating unit (not shown) as a visible light laser provided in the inside of the machining head 16 oscillates a He-Ne laser light so as to oscillate near the tip of the nozzle 19 from inside the processing head 16 via the lens 24. It is displayed as a spot on the work W.

【0030】次に、ティーチングの際に上記平面座標測
定手段28、法線方向演算手段29、教示姿勢変更手段
30において行われる法線検出の処理フローを図8によ
り、そのときの加工ヘッド16の動作を図9より順を追
って説明する。
Next, referring to FIG. 8, the processing flow of the normal detection performed by the plane coordinate measuring means 28, the normal direction calculating means 29, and the teaching attitude changing means 30 at the time of teaching is shown in FIG. The operation will be described in order from FIG.

【0031】図9において、点P0は最初に教示される
ワークW表面のけがき線11上の1教示点であり、39
は加工ヘッド16にてこのP0点を教示したときのノズ
ル19の光軸を示す仮想線である。点P1、P2、P3は
教示点P0を囲む教示点付近の3点の仮想点で、上記光
軸39と直交する平面における点P0を中心とする所定
半径の円周上の等分割点である。また、P0’、P1’、
P2’、P3’はそれぞれP0、P1、P2、P3から光軸3
9方向に所定距離HだけワークW表面から遠ざかる方向
に設定される空間上の仮想点である。さらに、点Q1、
Q2、Q3は、教示点付近のワーク表面上における3点を
示し、加工ヘッド16を点P1、P2、P3にそれぞれ移
動させたときのギャップコントロールによるノズル移動
量成分(C軸成分)の増減量を含めて算出されるワーク
W上の座標点である。これらの座標値は上記平面座標測
定手段28により測定される。
In FIG. 9, a point P0 is one teaching point on the marking line 11 on the surface of the work W taught first, and 39
Is an imaginary line indicating the optical axis of the nozzle 19 when the point P0 is taught by the processing head 16. Points P1, P2, P3 are three virtual points near the teaching point surrounding the teaching point P0, and are equally divided points on the circumference of a predetermined radius centered on the point P0 on the plane orthogonal to the optical axis 39. . Also, P0 ', P1',
P2 'and P3' are the optical axes 3 from P0, P1, P2 and P3, respectively.
It is an imaginary point in the space set in a direction away from the surface of the work W by a predetermined distance H in 9 directions. Furthermore, point Q1,
Q2 and Q3 indicate three points on the surface of the work near the teaching point, and the amount of increase / decrease in the nozzle movement amount component (C-axis component) by gap control when the machining head 16 is moved to points P1, P2, and P3, respectively. It is a coordinate point on the work W calculated including. These coordinate values are measured by the plane coordinate measuring means 28.

【0032】そして、40は上記Q1、Q2、Q3の3点
を結んで形成される平面に対する法線ベクトルを示す。
この法線ベクトル40は上記法線ベクトル演算手段29
にて演算される。
Reference numeral 40 denotes a normal vector to the plane formed by connecting the three points Q1, Q2 and Q3.
This normal vector 40 is the normal vector calculation means 29.
Is calculated in.

【0033】図8において、まず作業者はヘッド位置決
め手段としての可視光スポット25とカメラ26とモニ
タ装置38とティーチングボックス15とを用いて、モ
ニタ装置38にワークW表面のけがき線11が映し出さ
れる位置にノズル19をワークW表面に対しほぼ法線方
向に向けた状態で移動させ、さらにモニタ装置38に映
し出されるスポット25をけがき線11上に一致させる
ようにヘッド16を教示点P0に位置決めする(S1)。
In FIG. 8, the operator first uses the visible light spot 25 as the head positioning means, the camera 26, the monitor device 38, and the teaching box 15 to display the marking line 11 on the surface of the work W on the monitor device 38. To the teaching point P0 so that the spot 25 projected on the monitor device 38 coincides with the marking line 11 so that the nozzle 19 is moved to a position where the nozzle 19 is oriented in a direction substantially normal to the surface of the work W. Position (S1).

【0034】次に、この位置でティーチングボックス1
6に設けられた教示開始釦41を押す(S2)と、この
ときのヘッド16の教示点P0の座標データ(X0,Y0,Z
0)、姿勢データ(α0,β0)およびノズル移動量データ(C
0)がメモリ34の第1メモリ34aに記憶される(S
3)。
Next, at this position, the teaching box 1
When the teaching start button 41 provided on No. 6 is pressed (S2), the coordinate data (X0, Y0, Z) of the teaching point P0 of the head 16 at this time is pressed.
0), attitude data (α0, β0) and nozzle movement amount data (C
0) is stored in the first memory 34a of the memory 34 (S
3).

【0035】次に、平面座標測定手段28に設けられた
教示点付近座標演算手段により教示点P0付近の3点P
1、P2、P3の座標(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)、(X
3,Y3,Z3)がヘッド16の光軸を法線としたP0を含む
面の所定円上の等配点として演算され、メモリ34に記
憶される(S4)。
Next, the three points P near the teach point P0 are calculated by the coordinate calculating means near the teach point provided in the plane coordinate measuring means 28.
1, P2, P3 coordinates (X1, Y1, Z1), (X2, Y2, Z2), (X
(3, Y3, Z3) are calculated as equidistant points on a predetermined circle of a plane including P0 with the optical axis of the head 16 as a normal line and stored in the memory 34 (S4).

【0036】続いて、教示点P0と上記3点P1、P2、
P3の座標から所定距離H上方の点P0’、P1’、P
2’、P3’の座標が演算される(S5)。
Subsequently, the teaching point P0 and the above-mentioned three points P1, P2,
Points P0 ', P1', P above the coordinate of P3 by a predetermined distance H
The coordinates of 2'and P3 'are calculated (S5).

【0037】次に、ノズル19がP0位置での姿勢を保
ったまま、ヘッド16がP0→P0’→P1’→P1へ移動
される(S6)。この移動はP0から直接P1へヘッド1
6を移動させてもよいが、ワークW表面に突起物等があ
った場合にそれにノズル19が干渉しないように一旦ワ
ークW表面からHだけ離して移動させている。
Next, the head 16 is moved from P0 → P0 '→ P1' → P1 while the nozzle 19 maintains the posture at the P0 position (S6). This movement is head 1 from P0 directly to P1
6 may be moved, but if there is a protrusion or the like on the surface of the work W, it is moved away from the surface of the work W by H so that the nozzle 19 does not interfere with it.

【0038】このとき、ノズル19はギャップ制御部2
3によって移動調整され、ワークWとのギャップ量を一
定に保った位置を検出し停止している。すなわち、P1
として演算された座標値でノズル19がワークW表面に
近付き過ぎている場合には、ノズル19はP1よりも上
方に位置決めされ、逆の場合は下方へ位置決めされる。
At this time, the nozzle 19 is the gap control unit 2
3 is moved and adjusted, and the position where the gap amount with the work W is kept constant is detected and stopped. That is, P1
When the nozzle 19 is too close to the surface of the work W with the coordinate value calculated as, the nozzle 19 is positioned above P1, and in the opposite case, it is positioned below.

【0039】そして、この位置P1でのヘッド16の座
標データ、姿勢データおよびノズル移動量データX1、
Y1、Z1、α0、β0、C1がメモリ34の第2メモリ3
4bに記憶される(S7)。
Then, the coordinate data, the attitude data and the nozzle movement amount data X1 of the head 16 at this position P1,
Y1, Z1, α0, β0, and C1 are the second memory 3 of the memory 34.
It is stored in 4b (S7).

【0040】引き続き先の動作と同様にして、ノズル1
9の姿勢を変えずにヘッド16がP1→P1’→P2’→
P2へ移動される(S8)。同様にこの位置P2でのヘッ
ド16の座標データ、姿勢データおよびノズル移動量デ
ータX2、Y2、Z2、α0、β0、C2が第2メモリ34b
に記憶される(S9)。
Subsequently, in the same manner as the above operation, the nozzle 1
The head 16 moves P1 → P1 '→ P2' → without changing the posture of 9.
It is moved to P2 (S8). Similarly, the coordinate data, attitude data and nozzle movement amount data X2, Y2, Z2, α0, β0 and C2 of the head 16 at the position P2 are stored in the second memory 34b.
(S9).

【0041】さらに引き続き、ノズル19の姿勢を変え
ずにヘッド16がP2→P2’→P3’→P3へ移動される
(S10)。同様にこの位置P3でのヘッド16の座標
データ、姿勢データおよびノズル移動量データX3、Y
3、Z3、α0、β0、C3が第2メモリ34bに記憶され
る(S11)。
Further, subsequently, the head 16 is moved to P2 → P2 ′ → P3 ′ → P3 without changing the posture of the nozzle 19 (S10). Similarly, the coordinate data of the head 16 at this position P3, the posture data, and the nozzle movement amount data X3, Y
3, Z3, α0, β0 and C3 are stored in the second memory 34b (S11).

【0042】次に、平面座標測定手段28に設けられた
表面座標演算手段により、上記第2メモリ34bに記憶
された3点のデータから教示点付近のワークW表面にお
ける3点Q1、Q2、Q3の座標がそれぞれ演算され、メ
モリ34の第3メモリ34cに記憶される(S12)。
Next, the surface coordinate calculating means provided in the plane coordinate measuring means 28 determines the three points Q1, Q2 and Q3 on the surface of the work W near the teaching point from the data of the three points stored in the second memory 34b. Are calculated and stored in the third memory 34c of the memory 34 (S12).

【0043】続いて、法線方向演算手段29により、上
記第3メモリ34cに記憶された3点Q1、Q2、Q3の
座標に基づいて教示点P0付近のワークW表面の平面A
が求められる。この平面Aに対する法線方向の法線ベク
トル40が、ベクトルQ1Q2とベクトルQ1Q3の外積に
よって算出される(S13)。そして、この法線ベクト
ル40にヘッド姿勢を一致させるための姿勢データα、
βが演算され、メモリ34の第4メモリ34dに記憶さ
れる(S14)。
Subsequently, by the normal direction computing means 29, the plane A on the surface of the work W near the teaching point P0 is calculated based on the coordinates of the three points Q1, Q2 and Q3 stored in the third memory 34c.
Is required. The normal vector 40 in the normal direction to the plane A is calculated by the outer product of the vector Q1Q2 and the vector Q1Q3 (S13). Then, the posture data α for matching the head posture with the normal vector 40,
β is calculated and stored in the fourth memory 34d of the memory 34 (S14).

【0044】次に、教示姿勢変更手段30により、ヘッ
ド16はさらにP3→P3’→P0’→P0へ移動され、再
び教示点P0に位置決めされる(S15)。この位置
で、法線方向に対応する上記第4メモリのα、βのデー
タに基づいてヘッド姿勢が変更される(S16)。これ
により、教示点P0に対しヘッド16を正確に法線方向
に向けた状態が確認できる。
Next, the teaching posture changing means 30 moves the head 16 further to P3 → P3 ′ → P0 ′ → P0 and positions it again at the teaching point P0 (S15). At this position, the head attitude is changed based on the α and β data of the fourth memory corresponding to the normal direction (S16). As a result, the state in which the head 16 is correctly oriented in the normal direction with respect to the teaching point P0 can be confirmed.

【0045】この状態で、ティーチングボックス15の
座標記憶釦42を押すことにより(S17)、メモリ3
4に加工ヘッド16の現在の座標データ、姿勢データ、
ノズル移動量データX、Y、Z、α、β、Cがメモリ3
4に記憶され(S18)、まず1点目の教示が終了す
る。
In this state, by pressing the coordinate storage button 42 of the teaching box 15 (S17), the memory 3
4, the current coordinate data of the processing head 16, the posture data,
The nozzle movement amount data X, Y, Z, α, β, and C are stored in the memory 3
4 is stored (S18), and the teaching of the first point is completed.

【0046】以上のS1〜S18のステップを、次の教
示点においても繰り返し、全教示点の教示が完了する
と、ティーチングが終了される。
The above steps S1 to S18 are repeated at the next teaching point, and when the teaching of all teaching points is completed, the teaching is ended.

【0047】なお、上記実施例においては、一点指向型
の加工ヘッドを用いた三次元レーザ加工機に付いて説明
したが、これに限らず、姿勢軸α、βを備え、ヘッド姿
勢を変更できる構成の加工ヘッドであれば、どのような
加工ヘッドを用いてもよい。しかし、この場合、ヘッド
姿勢を変更することによって、ノズル先端位置が変化す
るため、上記図8におけるS1〜S14で、法線ベクト
ルが検出され法線方向のα、βが決まったとき、この
α、βのデータに基づいて教示点P0へ移動させるため
のヘッド移動座標を演算する必要がある。
In the above embodiment, the three-dimensional laser processing machine using the one-point-oriented processing head has been described, but the present invention is not limited to this, and the attitude axes α and β can be provided to change the head attitude. Any processing head may be used as long as it has a configuration. However, in this case, since the nozzle tip position changes by changing the head posture, when the normal vector is detected and α and β in the normal direction are determined in S1 to S14 in FIG. , Β, it is necessary to calculate the head movement coordinates for moving to the teaching point P0.

【0048】そこで、上記教示姿勢変更手段30では、
第4メモリ34dに記憶されたα、βの姿勢データを用
いて加工ヘッド16の姿勢を変更したときに上記第1メ
モリ34aに記憶されたデータに基づく教示点P0が変
わらないようにX、Y、Zの座標データを演算し、この
座標位置に加工ヘッド16を移動させるようにしてい
る。
Therefore, in the teaching posture changing means 30,
When the posture of the processing head 16 is changed using the α and β posture data stored in the fourth memory 34d, the teaching point P0 based on the data stored in the first memory 34a does not change X, Y. , Z coordinate data is calculated, and the machining head 16 is moved to this coordinate position.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上のように、本発明では、ノズルのギ
ャップコントロール機能を利用して、ノズルを装着した
まま加工ヘッドから座標測定することにより、立体ワー
クの教示点に対し法線方向を自動的に検出でき、ティー
チング作業においてワーク面に対し、加工ヘッドを法線
方向に調整する作業が簡略化される。従来のようなノズ
ルとティーチングホルダとの交換作業の必要がなく、ノ
ズルのまま法線検出が自動的に行われ、ティーチング作
業が容易に行える。しかも、教示点を囲む教示点付近の
3点から平面座標を検出しているので、教示点が例えば
変曲面上にあるときでも、その点おける加工面を正確に
測定でき、したがって法線を正確に検出できる。
As described above, according to the present invention, by utilizing the gap control function of the nozzle, the coordinate is measured from the machining head with the nozzle mounted, and the normal direction to the teaching point of the three-dimensional work is automatically determined. And the work of adjusting the machining head in the normal direction to the work surface in the teaching work is simplified. There is no need to replace the nozzle with the teaching holder as in the prior art, and the normal detection is automatically performed with the nozzle as it is, and the teaching work can be performed easily. Moreover, since the plane coordinates are detected from the three points near the teaching point surrounding the teaching point, even if the teaching point is on a curved surface, for example, the machined surface at that point can be accurately measured and therefore the normal line can be accurately measured. Can be detected.

【0050】また、教示点付近の座標は、教示点を中心
とする所定半径の円周上から3点を演算して求めるの
で、教示点の加工面に最も近い平面を容易に設定でき、
ヘッド移動によりギャップコントロールによるノズル移
動量成分を含めた教示点付近のワーク表面上の3つの座
標点を容易に検知することができる。
Further, since the coordinates near the teaching point are obtained by calculating three points on the circumference of a predetermined radius centered on the teaching point, the plane closest to the machined surface of the teaching point can be easily set,
By moving the head, it is possible to easily detect three coordinate points on the surface of the work in the vicinity of the teaching point including the nozzle movement amount component by the gap control.

【0051】また、教示点に対し位置決めする際、モニ
タを見ながらノズルから発生される可視光スポットをけ
がき線と一致させるように加工ヘッドを位置決め操作す
ることにより、作業性もよく、教示点座標が高精度に検
出でき、作業ティーチングを正確に行うことができる。
When positioning the teaching point, the working head is positioned so that the visible light spot generated from the nozzle coincides with the marking line while observing the monitor. Coordinates can be detected with high accuracy, and work teaching can be performed accurately.

【0052】さらに、検出された法線データに対応する
α、βの姿勢データを用いて加工ヘッドの姿勢を変更し
たときに最初の教示点データに基づく教示点位置が変わ
らないようにその教示点に対し加工ヘッドのX、Y、Z
の座標データを演算し、この座標位置に加工ヘッドを移
動させることにより、いかなる形状の加工ヘッドにおい
ても、加工ヘッドを最初の教示点に法線方向の姿勢で正
確に位置決めできる。。
Further, when the posture of the machining head is changed by using the posture data of α and β corresponding to the detected normal line data, the teaching point position based on the first teaching point data is not changed. For the processing head X, Y, Z
By calculating the coordinate data of and the machining head is moved to this coordinate position, the machining head of any shape can be accurately positioned at the first taught point in the posture in the normal direction. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来の三次元レーザ加工機の全体構成図であ
る。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a conventional three-dimensional laser beam machine.

【図2】従来における加工ヘッドの構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional processing head.

【図3】従来におけるティーチングホルダを示す正面図
である。
FIG. 3 is a front view showing a conventional teaching holder.

【図4】ジョイステックレバーを示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a joystick lever.

【図5】ティーチングボックスを示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a teaching box.

【図6】本発明の一実施例としての三次元レーザ加工機
の加工ヘッドの先端部分を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a tip end portion of a processing head of a three-dimensional laser beam machine as one embodiment of the present invention.

【図7】本発明で用いられるCNC装置を示すブロック
図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a CNC device used in the present invention.

【図8】本発明のティーチング時における法線検出動作
の一実施例を示すフロー図である。
FIG. 8 is a flowchart showing an example of a normal line detecting operation during teaching according to the present invention.

【図9】図8の法線検出時におけるワークWに対するヘ
ッド移動点を説明するための斜視酢図である。
9 is a perspective view for explaining a head moving point with respect to the work W at the time of detecting a normal line in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 けがき線 15 ヘッド教示手段としてのティーチングボックス 16 加工ヘッド 19 ノズル 20 ギャップセンサ 22 CNC装置 24 レンズ 25 可視光スポット 26 撮像手段としてのCCDカメラ 38 モニタ装置 P0 教示点 P1、P2、P3 教示点付近の3点 Q1、Q2、Q3 教示点付近のワーク表面における3点 40 法線ベクトル W ワーク 11 Scribing Line 15 Teaching Box as Head Teaching Means 16 Processing Head 19 Nozzle 20 Gap Sensor 22 CNC Device 24 Lens 25 Visible Light Spot 26 CCD Camera as Imaging Means 38 Monitor Device P0 Teaching Point P1, P2, P3 Near Teaching Point 3 points Q1, Q2, Q3 3 points on the surface of the work near the teaching point 40 Normal vector W Work

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 X、Y、Z軸の直角座標系とα、β軸の
姿勢軸とで制御される加工ヘッドの先端にノズルを光軸
方向に移動自在に設け、このノズル先端とワークとの間
のギャップ量を検出するギャップセンサにより上記ギャ
ップ量を一定に保持するようにノズルの移動量を制御す
るギャップコントロール手段を設けた三次元レーザ加工
機において、加工ヘッドのノズル先端をワーク表面の教
示点に対しほぼ法線方向に向けるように位置決めし、こ
の時のX、Y、Zの座標データおよびα、βの姿勢デー
タを基に、上記教示点を囲む教示点付近の3点を算出し
て加工ヘッドをその3点に順次移動させ、このときのノ
ズルとワーク間の距離を一定に保つ位置で、教示点付近
のワーク表面における3点の座標を検出し、この3点で
形成される平面に対する法線ベクトルを求め、この法線
ベクトルにノズル姿勢を一致させるように加工ヘッドの
姿勢データを演算し、この姿勢データに基づいて加工ヘ
ッドを上記教示点において姿勢制御することを特徴とす
る三次元レーザ加工機における法線検出方法。
1. A nozzle is movably provided in the optical axis direction at the tip of a processing head controlled by a Cartesian coordinate system of X, Y and Z axes and an attitude axis of α and β axes. In a three-dimensional laser beam machine equipped with gap control means for controlling the amount of movement of the nozzle so as to keep the gap amount constant by a gap sensor that detects the gap amount between Positioning is performed so as to be oriented almost in the normal direction to the teaching point, and three points near the teaching point surrounding the teaching point are calculated based on the X, Y, Z coordinate data and the α, β attitude data at this time. Then, the machining head is sequentially moved to the three points, and at the position where the distance between the nozzle and the work is kept constant at this time, the coordinates of the three points on the work surface near the teaching point are detected, and the three points are formed. To a flat surface A three-dimensional method characterized in that a normal vector is obtained, the attitude data of the machining head is calculated so that the nozzle attitude matches the normal vector, and the attitude of the machining head is controlled at the teaching point based on this attitude data. Normal detection method in laser beam machine.
【請求項2】 上記教示点付近の3点は、上記教示点に
位置決めされたノズルの光軸と直交する面で上記教示点
を中心とする所定半径の円周上の3点であることを特徴
とする請求項1記載の三次元レーザ加工機における法線
検出方法。
2. The three points near the teaching point are three points on a circumference of a predetermined radius centered on the teaching point on a plane orthogonal to the optical axis of the nozzle positioned at the teaching point. The method for detecting a normal line in a three-dimensional laser beam machine according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項3】 X、Y、Z軸の直角座標系とα、β軸の
姿勢軸とで制御される加工ヘッドの先端にノズルを光軸
方向に移動自在に設け、このノズル先端とワークとの間
のギャップ量を検出するギャップセンサにより上記ギャ
ップ量を一定に保持するようにノズルの移動量を制御す
るギャップコントロール手段を設けた三次元レーザ加工
機において、ワーク表面の教示点に対しノズル先端をほ
ぼ法線方向に向けて位置決めするためのヘッド位置決め
手段と、この位置決め手段によって位置決めされた加工
ヘッドのX、Y、Zの座標データ、α、βの姿勢データ
およびノズル移動量のデータを記憶する第1メモリと、
この第1メモリのデータに基づいて上記教示点を囲む教
示点付近の3点の座標を演算する教示点付近座標演算手
段と、加工ヘッドの姿勢を変えずに上記教示点付近座標
位置へ順次加工ヘッドを移動させるヘッド移動手段と、
各教示点付近座標位置へそれぞれ移動したときの加工ヘ
ッドのX、Y、Z、α、βおよびノズル移動量のデータ
を記憶する第2メモリと、この第2メモリの3点のデー
タに基づいて教示点付近のワーク表面における3点の座
標を演算する表面座標演算手段と、この演算された3点
の座標を記憶する第3メモリと、この第3メモリの3点
のデータに基づいてこの3点で形成される平面に対し法
線方向の法線ベクトルを求めこの法線ベクトルにノズル
方向を一致させるためのα、βの姿勢データを演算する
法線方向演算手段と、この演算されたα、βの姿勢デー
タを記憶する第4メモリと、上記第1メモリおよび第4
メモリの各データに基づいて加工ヘッドを教示点に移動
させるとともに加工ヘッドの姿勢を変更させる教示姿勢
変更手段とからなることを特徴とする三次元レーザ加工
機における法線検出装置。
3. A nozzle is provided movably in the optical axis direction at the tip of a processing head controlled by a Cartesian coordinate system of X, Y, and Z axes and an attitude axis of α, β axes. In a three-dimensional laser beam machine equipped with gap control means for controlling the amount of movement of the nozzle so as to keep the gap amount constant by a gap sensor that detects the gap amount between the nozzle tip and the teaching point on the workpiece surface. A head positioning means for positioning the machine head substantially in the normal direction, X, Y, Z coordinate data of the machining head positioned by this positioning means, α, β attitude data, and nozzle movement amount data. A first memory,
Teaching point vicinity coordinate calculating means for calculating coordinates of three points near the teaching point surrounding the teaching point based on the data of the first memory, and machining to the teaching point vicinity coordinate position sequentially without changing the posture of the machining head. A head moving means for moving the head,
Based on the second memory for storing data of X, Y, Z, α, β of the machining head and the amount of movement of the nozzle and the data of the three points of the second memory when each is moved to the coordinate position near each teaching point. The surface coordinate calculation means for calculating the coordinates of the three points on the surface of the work near the teaching point, the third memory for storing the calculated coordinates of the three points, and the three points based on the data of the three points in the third memory. A normal direction calculating means for calculating a normal vector in the normal direction with respect to a plane formed by the points and calculating attitude data of α and β for matching the nozzle direction with the normal vector, and the calculated α , Β for storing posture data, the first memory and the fourth memory
A normal detecting device in a three-dimensional laser beam machine, comprising: a teaching posture changing means for moving the machining head to a teaching point and changing the posture of the machining head based on each data in the memory.
【請求項4】 上記ヘッド位置決め手段は、ノズルに設
けられワーク表面のけがき線を映し出す撮像手段と、ノ
ズル内のレンズを通してワークに照射される可視光スポ
ット発生手段と、上記けがき線とけがき線に対する可視
光スポットを画面に表示するモニタ装置と、このモニタ
装置を見ながら可視光スポットをけがき線上に合わせる
ように加工ヘッドのX、Y、Z、α、β軸を操作するた
めのヘッド教示手段とでなることを特徴とする請求項3
記載の三次元レーザ加工機における法線検出装置。
4. The head positioning means is an image pickup means provided on a nozzle for projecting a marking line on the surface of the work, a visible light spot generating means for irradiating the work through a lens in the nozzle, the marking line and the marking. A monitor device for displaying a visible light spot for a line on a screen, and a head for operating the X, Y, Z, α, β axes of the processing head so that the visible light spot is aligned with the marking line while observing the monitor device. 4. A teaching means, comprising:
A normal detection device in the three-dimensional laser beam machine described.
【請求項5】 上記教示姿勢変更手段は、第4メモリに
記憶されたα、βの姿勢データを用いて加工ヘッドの姿
勢を変更したときに上記第1メモリに記憶されたデータ
に基づく教示点位置が変わらないようにその教示点に対
し加工ヘッドのX、Y、Zの座標データを演算し、この
座標位置に加工ヘッドを移動させることを特徴とする請
求項3または4記載の三次元レーザ加工機における法線
検出装置。
5. The teaching attitude changing means is a teaching point based on the data stored in the first memory when the attitude of the machining head is changed using the attitude data of α and β stored in the fourth memory. 5. The three-dimensional laser according to claim 3, wherein X, Y, Z coordinate data of the processing head is calculated with respect to the teaching point so that the position does not change, and the processing head is moved to this coordinate position. Normal detection device for processing machines.
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