JPH0839466A - ティーチング装置、ティーチング方法及びティーチング用ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 三次元レーザ加工機において、ティーチング
操作を容易かつ短時間に遂行できるとともに、熟練者で
なくても教示点データを正確に取り込むことができるテ
ィーチング装置及びティーチング方法を提供する。 【構成】 レーザ加工機の加工ヘッド５にティーチング
用ヘッド９を取り付けた状態で、カメラ１９により教示
用ワーク４上の罫書き線２１を撮影してディスプレイ２
２に表示する。表示された映像に基づいて、ジョイステ
ックレバー２５の操作によりティーチング用ヘッド９を
罫書き線２１上の教示点Ｐ２に指向させる。この指向状
態で法線方向センサ３１により教示点Ｐ２の法線方向を
検出する。制御装置３６により、検出結果に応じてティ
ーチング用ヘッド９を教示点Ｐ２の法線方向に姿勢変更
し、その後に教示点データを取り込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、レーザ加工
用データを確保するためのティーチング装置、ティーチ
ング方法及びティーチング用ヘッドに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、図２に示すようなＸ，Ｙ，Ｚの
三次元座標軸と、α，βのヘッド姿勢軸とで５軸制御可
能な大型の三次元レーザ加工機において、移動軌跡座標
の入力のためのティーチング操作は以下のようにして行
われる。すなわち、教示線としての罫書き線２１が付さ
れた教示用ワーク４がテーブル１上のパレット３に載置
される。そして、レーザ加工機の加工ヘッドにティーチ
ング用ヘッド７１を取り付けた状態で、ジョイステック
レバー２５の操作により、レーザ加工機の前記５軸のう
ち必要な軸を動作させる。これにより、ティーチング用
ヘッド７１を移動させて罫書き線２１上の教示点に対向
させ、この対向状態で教示点データ、すなわちその教示
点におけるティーチング用ヘッド７１の座標データ及び
姿勢データを取り込んで、メモリに記憶させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
ティーチング方法においては、図８に示すように、ティ
ーチング用ヘッドとして先鋭ピン７１ａを有する単純な
スタイラス７１を用い、その先鋭ピン７１ａの先端を罫
書き線２１上の所要の教示点に対向させてデータを取り
込むようにしていた。

【０００４】すなわち、作業者は先鋭ピン７１ａを罫書
き線２１上の教示点に対向させるために、先鋭ピン７１
ａをその近傍から覗き込みながら、スタイラス７１の上
方のジョイスティックレバー２５を操作する。そして、
スタイラス７１が教示点の法線方向に配置されると、デ
ータ記憶のために入力スイッチをＯＮする。

【０００５】この場合、教示用ワーク４が平面的なもの
であると、スタイラス７１は平面の法線方向である鉛直
方向を向いたままＸ，Ｙ，Ｚ方向へ移動するのみでよい
ため、その作業に困難さはさほど伴わない。

【０００６】ところが、教示用ワーク４が三次元形状で
あって、教示点を通る法線が傾斜していると、スタイラ
ス７１も法線上に傾斜配置する必要がある。従って、作
業者は、スタイラス７１の先端、すなわち先鋭ピン７１
ａの先端を覗き込みながら、その上方のジョイスティッ
クレバー２５を操作することにより、スタイラス７１を
教示点に移動させて、かつそのスタイラス２５を法線方
向に沿って斜めに指向するという無理な姿勢の苦渋作業
を強いられることになる。

【０００７】しかも、教示点は加工ヘッド５のかげにな
って見えにくく、いっそうの苦渋を強いられた。加え
て、レーザ加工機においては、教示点データの取り込み
等を指示するためのキーを有するティーチングボックス
が、加工機の加工エリアを避けてスタイラス７１から離
れた位置に配置されている。このため、作業者は、１つ
の教示点データを取り込むごとに、スタイラス７１の位
置とティーチングボックスの位置とに移動しなければな
らず、作業がいっそう面倒になるばかりでなく、作業能
率が悪いという問題もあった。

【０００８】さらに、スタイラス７１の法線方向に沿う
指向が、目視に依存する手作業により行われているた
め、その作業が難しく、正確な教示点データを得るため
には、かなりの熟練を要するという問題があった。

【０００９】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものである。その目的と
するところは、ティーチング操作を容易かつ短時間に遂
行することができるとともに、熟練者でなくても教示点
データを正確に取り込むことができるティーチング装
置、ティーチング方法及びティーチング用ヘッドを提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１においては、三次元座標軸により運動制
御されるティーチング用ヘッドと、そのティーチング用
ヘッドに付設され、教示用ワーク上の教示線を撮影する
ための撮影手段と、ティーチング用ヘッドを教示線上の
教示点またはその近傍に近づけた状態で、教示点または
その近傍の１点における法線方向を検出する法線方向検
出手段と、その法線方向検出手段から得られた情報から
法線方向を演算する法線方向演算手段と、ティーチング
用ヘッドの位置データ及び演算された法線方向データを
記憶する記憶手段とを備えた。

【００１１】請求項２においては、ティーチング用ヘッ
ドは、三次元座標軸の他にヘッド姿勢軸により運動制御
されるものである。請求項３においては、法線方向演算
手段より得られた法線方向演算結果に応じてティーチン
グ用ヘッドを姿勢変更し、そのティーチングヘッドを教
示点またはその近傍の１点における法線方向に指向させ
る制御手段を有する。

【００１２】請求項４においては、撮影手段は、一端が
ティーチング用ヘッドの先端に配置され、他端がカメラ
に接続された光ファイバを含む。請求項５においては、
撮影手段は、教示線及びその周囲の位置を照明するため
の照明手段を有する。

【００１３】請求項６においては、照明手段からの照明
光は光ファイバの先端から照射される。請求項７におい
ては、ティーチング用ヘッドの移動を操作するための操
作手段を有し、撮影手段は映像を表示するためのディス
プレーを有し、ディスプレーの近傍に操作手段が配置さ
れている。

【００１４】請求項８においては、法線検出手段は、交
番磁界を発生する励磁用コイルと、その励磁用コイルの
中心に配置された測定子と、測定子の変位を検出するセ
ンサとを有する。

【００１５】請求項９においては、光ファイバは測定子
の中心に配置される。請求項１０においては、測定子及
び光ファイバは、ティーチングヘッドのケーシング内に
収容されて、それらの先端がケーシングの下端開口から
外方に臨むとともに、下端開口よりもケーシングの内方
に位置している。

【００１６】請求項１１においては、ティーチングヘッ
ドの下端開口は透光性の防塵フィルタにより塞がれてい
る。請求項１２においては、測定子の先端と教示用ワー
クとの間の距離を検出するセンサを有する。

【００１７】請求項１３においては、教示用ワーク上の
罫書き線及びその周囲を撮影するためのカメラに接続さ
れる光ファイバと、教示用ワーク上の１点における法線
方向を検出する法線方向検出手段と、教示点との間のギ
ャップ量を検出するギャップ量検出手段とを備えたティ
ーチング装置に使用されるティーチング用ヘッドを構成
した。

【００１８】請求項１４においては、レーザ加工機の加
工ヘッド先端に取り付けられ、三次元座標軸及びヘッド
姿勢軸により運動制御されるティーチング用ヘッドと、
教示用ワーク上に付された教示線及びその周囲を撮影す
る撮影手段と、撮影された映像に基づいてティーチング
用ヘッドを教示線上の教示点またはその近傍に指向させ
るための操作手段と、ティーチング用ヘッドを教示点ま
たはその近傍に近づけた状態で、教示点またはその近傍
の１点における法線方向を検出する法線方向検出手段
と、その法線方向検出手段から得られた情報から法線方
向を演算する法線方向演算手段と、ティーチングヘッド
を教示点またはその近傍に近づけた状態でティーチング
用ヘッド先端と教示点またはその近傍の１点との間のギ
ャップ量を演算するギャップ量演算手段と、前記両演算
手段の演算結果に応じて、ティーチング用ヘッドを姿勢
変更し、同ヘッドを教示点またはその近傍の１点におけ
る法線方向に指向させるとともに、教示用ワークに対し
て所定のギャップ量の位置に移動させる制御手段と、テ
ィーチング用ヘッドが前記法線方向に指向され、かつ所
定のギャップ量が確保された状態で、ティーチング用ヘ
ッドの座標データ及び姿勢データを取り込んで記憶する
記憶手段とを備えた。

【００１９】請求項１５においては、レーザ加工機の加
工ヘッドにティーチング用ヘッドを取り付けた状態で、
教示用ワーク上に付された教示線及びその周囲を撮影
し、撮影された映像に基づいてティーチング用ヘッドを
教示線上の教示点またはその近傍の１点に移動させ、こ
の状態で教示点またはその近傍の１点における法線方向
を検出し、その後に教示点またはその近傍の１点の位置
データと、法線方向データとを記憶する。

【００２０】

【作用】請求項１，１４，１５においては、ティーチン
グ操作を行うに際して、撮影手段により教示用ワーク上
の教示線及びその周囲が撮影され、ティーチング用ヘッ
ドが教示線上の教示点またはその近傍の１点に指向され
る。この指向状態で法線検出手段により教示点またはそ
の近傍の１点を通る法線位置が検出される。その検出結
果に応じてその教示点またはその近傍の１点におけるテ
ィーチング用ヘッドの座標データ及び姿勢データが記憶
される。

【００２１】請求項２，１４においては、ティーチング
用ヘッドはヘッド姿勢軸の周りで運動制御される。請求
項３，１４，１５においては、法線が検出されると、ヘ
ッドがその法線上に位置するように移動される。

【００２２】請求項４においては、教示線及びその周囲
の画像がティーチング用ヘッドの先端の光ファイバから
カメラに入力される。請求項５においては、撮影に際し
て教示線の位置が照明される。

【００２３】請求項６においては、撮影ための光経路
と、照明のための光経路とが共用される。請求項７にお
いては、ディスプレーにより、教示線及び教示点の画像
を確認しながら操作手段によりティーチング用ヘッドの
移動を操作できる。

【００２４】請求項８においては、交番磁界に基づいて
測定子が傾斜し、それにより法線方向が検出される。請
求項９においては、教示線及びその周囲の撮影と、教示
線及びその周囲に対する光の照射とが測定子の中心にお
いて行われる。

【００２５】請求項１０においては、測定子及び光ファ
イバの先端の損傷のおそれを防止できる。請求項１１に
おいては、ティーチングヘッド内への塵埃の侵入のおそ
れを防止できる。

【００２６】請求項１２においては、測定子の先端と教
示用ワークとの距離が検出される。請求項１３において
は、ティーチング用ヘッドの法線上への配置が自動的に
行われる。

【００２７】

【実施例】以下、この発明を具体化した実施例を図面に
基づいて詳細に説明する。はじめに、図２においてこの
実施例の三次元レーザ加工機の構成を説明する。この実
施例のレーザ加工機は、座標軸としてのＸ，Ｙ，Ｚ軸
と、図７（ａ）に示すように、ヘッド姿勢軸としての垂
直軸及び傾斜軸よりなるα，β軸とを有する５軸制御タ
イプであって、ヘッドの移動軌跡の記憶に基づくティー
チング及びティーチングプレイバック機能を有する。テ
ーブル１はベース２上にＸ軸方向へ移動可能に支持さ
れ、その上面にはパレット３を介して加工用ワーク（図
示しない）及び教示用ワーク４が載置される。教示用ワ
ーク４上には教示線としての罫書き線２１が付されてお
り、図１に示すように、その罫書き線２１上には多数の
教示点Ｐ２が設定される。加工ヘッド５はコラム６にＹ
軸方向とＺ軸方向との２方向に移動可能に支持されると
ともに、姿勢制御用のα軸とβ軸とのまわりを回転可能
に支持され、その先端にはノズル７が取り付けられてい
る。

【００２８】そして、このノズル７が加工用ワーク上の
所定の位置に対し、その位置を通る法線上において所定
距離をおいて対向配置される。この状態でレーザ発振器
８から供給されるレーザ光が、加工ヘッド５の先端に取
付られたノズル７からワークに照射されて、レーザ加工
が施される。

【００２９】図１に示すように、ティーチング用ヘッド
９はティーチング操作を行う際、前記ノズル７と交換し
て加工ヘッド５の先端に装着される。すなわち、ティー
チング用ヘッド９のケーシング１０は締付ナット１１に
より加工ヘッド５の先端の保持筒１２に取り外し可能に
取り付けられ、その下部にはスリーブ１３が複数のネジ
１４により固定されている。スリーブ１３はケーシング
１０の一部を構成している。スリーブ１３の下端には開
口１３ａが形成され、その開口１３ａはガラス等の透明
材よりなる防塵フィルタ５０により閉じられている。

【００３０】励磁コイル１５はスリーブ１３内に固定さ
れ、その中心には強磁性体よりなる筒状の測定子１６が
挿入されている。コイル用電源２４は励磁コイル１５に
対して交流電流または直流脈動電流を供給する。従っ
て、励磁コイル１５は交流電流または直流脈動電流の周
波数に対応した交番磁界を発生する。この交番磁界の磁
束は測定子１６を通る。そして、測定子１６が教示用ワ
ーク４と適当な距離をおいて対向していると、測定子１
６を通る磁束中心は教示用ワーク４に対して最短距離、
すなわちワーク４の面の傾きに対応した法線方向に形成
される。このため、測定子１６の先端部分は法線方向へ
変位しようとする。この変位は後述するセンサ３１によ
り検出される。また、測定子１６を通る磁束は、測定子
１６の先端と教示用ワーク４との間のギャップ量の大小
に応じて強弱が変化し、この強弱に応じてギャップ量が
検出される。

【００３１】撮影手段を構成する光ファイバ１７は前記
測定子１６の中心に配設され、その先端面が測定子１６
の先端から露出されている。測定子１６及び光ファイバ
１７は前記ケーシング１０の下端開口１３ａに臨むとと
もに、その下端開口１３ａの内方に位置している。同じ
く撮影手段を構成する光源１８及びＣＣＤカメラ１９は
ティーチング用ヘッド９の外側において、光ファイバ１
７の基端に分配器２０を介して接続されている。そし
て、光源１８から光ファイバ１７を通して教示用ワーク
４上の罫書き線２１及びその周囲に光が照射されるとと
もに、その反射光が光ファイバ１７を通してカメラ１９
に導かれて、罫書き線２１が撮影される。このとき、測
定子１６及び光ファイバ１７の先端がケーシング１０の
下端開口１３ａの内方に位置するとともに、その下端開
口１３ａがフィルタ５０により閉じられているため、ケ
ーシング１０の下端がワーク等に当たっても測定子１６
や光ファイバ１７の損傷を防止できるとともに、フィル
タ５０により塵埃などの侵入を防止できる。従って、常
に良好な撮像を得ることができる。

【００３２】図１及び図２に示すように、ＣＲＴディス
プレイ２２は前記コラム６の側部に配設され、ケーブル
２３を介してカメラ１９の出力端子に接続されている。
そして、カメラ１９により教示用ワーク４上の罫書き線
２１が撮影されるとき、その罫書き線２１及びその周囲
の映像がディスプレイ２２上に表示される。また、図３
及び図４に示すように、ディスプレイ２２の表示面には
ターゲット位置を表す中心点Ｐ１と、その中心点Ｐ１を
中心としたサークルＧが映し出される。

【００３３】操作手段を構成するジョイステックレバー
２５は前記ディスプレイ２２に近接してコラム６の側部
に配設されている。そして、ディスプレイ２２上の映像
に基づいて、このジョイステックレバー２５を操作する
ことにより、テーブル１または加工ヘッド５をＸ軸、Ｙ
軸及びＺ軸方向に相対移動させて、ティーチング用ヘッ
ド９の先端を教示用ワーク４の所定位置に移動させるこ
とができる。

【００３４】ティーチングボックス２６は前記ジョイス
テックレバー２５の近傍に位置するように配置されてい
る。また、ティーチングボックス２６は、ティーチング
モードを設定するためのモード設定キー２８、ティーチ
ング用ヘッド９を法線上に配置させるための指令手段と
しての操作キー２９、並びに教示点データの記憶のため
にその教示点データの取り込みを開始させるためのデー
タ入力キー３０を備えている。ここで、教示点データ
は、教示点またはその近傍の１点のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の
座標データ及びα，β軸方向の姿勢データを含む。

【００３５】図１に示すように、法線方向検出手段及び
ギャップ量検出手段を構成するセンサ３１は前記ティー
チング用ヘッド９のケーシング１０内に固定され、測定
子１６の基端に連結されている。このセンサ３１は例え
ば３分力計等の変位計により構成され、図６に示すよう
に、測定子１６のＸ’軸方向の変位量を検出する第１検
出素子３２、Ｙ’軸方向の変位量を検出する第２検出素
子３３、及びＺ’軸方向の変位量を検出する第３検出素
子３４を備えている。

【００３６】そして、ティーチング用ヘッド９が教示用
ワーク４の所定位置を指向した状態で、励磁コイル１５
に電流を流したときに、測定子１６に発生するＸ’，
Ｙ’，Ｚ’軸方向の変位量を各検出素子３２，３３，３
４が感知して、その所定位置における法線方向が後述す
るメインコントローラ３８により演算される。また、各
素子３２，３３，３４は磁力の強弱に基づく変位量の大
小を感知して、メインコントローラ３８はティーチング
用ヘッド９の先端と教示用ワーク４との間のギャップ量
Ｄ１を演算する。

【００３７】図１及び図２に示すように、制御装置３６
は前記ベース２の側方に設置され、そのテーブル上には
各種データ等を入力するためのキーボード３７が載置さ
れている。また、制御装置３６には、演算処理用のメイ
ンコントローラ３８、作業プログラムやティーチングデ
ータ等を記憶する記憶手段としてのメモリ３９、及びメ
インコントローラ３８からの制御信号に基づいてＸ，
Ｙ，Ｚ軸，α，β軸の駆動用の各サーボモータ（図示し
ない）を制御するためのサーボコントローラ４０を備え
ている。メインコントローラ３８はティーチングヘッド
９を法線方向に指向させるための制御を行う制御部３８
ａ，ギャップ量を演算するためのギャップ量演算部３８
ｂ，法線方向を演算するための法線方向演算部３８ｃを
備えている。この制御装置３６は制御手段，法線方向演
算手段及びギャップ量演算手段を構成する。

【００３８】次に、前記のように構成された三次元レー
ザ加工機におけるティーチング装置について動作を説明
する。さて、このレーザ加工機においてティーチング操
作を行う場合には、罫書き線２１を付した教示用ワーク
４をテーブル１上にセットするとともに、ティーチング
用ヘッド９を加工ヘッド５の先端に取り付ける。この状
態で、テイーチングボックス２６上のモード設定スイッ
チ２８によりティーチングモードを設定すると、制御装
置３６のメインコントローラ３８は図５に示すプログラ
ムを実行する。

【００３９】すなわち、ステップＳ１において、光源１
８からの光が教示用ワーク４上の罫書き線２１及びその
周囲に照射され、その反射光がカメラ１９に導かれて罫
書き線２１及びその周囲が撮影されて、その映像が図３
に示すようにディスプレイ２２に表示される。

【００４０】次に、ステップＳ２においてジョイステッ
クレバー２５が操作されると、その操作に応じてテーブ
ル１のＸ軸方向への移動、加工ヘッド５のＹ軸及びＺ軸
方向への移動のうちの少なくともひとつ方向への移動が
行われる。これにより、ティーチング用ヘッド９がその
先端において罫書き線２１上の教示点としようとする所
定の１点またはその近傍の１点に指向される。このと
き、罫書き線２１がサークルＧ内に位置するようにす
る。

【００４１】次に、ステップＳ３において、センサ３５
による検出に応じて、ティーチング用ヘッド９が教示用
ワーク４に対して予め設定された距離Ｄまで接近移動
し、カメラの焦点合わせが行われる。

【００４２】次に、ステップＳ４において、罫書き線２
１がサークルＧ内に位置するか否かが検出され、サーク
ルＧ外に位置する場合はプログラムがステップＳ２に戻
る。サークルＧ内に位置する場合はプログラムがステッ
プＳ５に進行する。このステップＳ４における判断は、
撮像の画像処理に基づいて行われる。

【００４３】ステップＳ５においては、制御装置３６は
モニタ中心Ｐ１に対して罫書き線２１上の最接近位置が
サーチされ、その最短距離の座標データが確定された教
示点データＰ２のデータとして一旦メモリ３９に設定さ
れる。

【００４４】ステップＳ６においては、確定された教示
点Ｐ２を通る法線の検出のために、教示点Ｐ２がモニタ
中心Ｐ１と一致するように、ティーチング用ヘッド９が
Ｘ軸，Ｙ軸またはＺ軸方向に微少移動される。

【００４５】その後、ステップＳ７においては、センサ
３１が感知する磁力の強弱に基づいて、図６に示すよう
にモニタ中心Ｐ１における法線方向のＸ’，Ｙ’，Ｚ’
軸が検出される。そして、その検出データから測定子１
６における法線ベクトルＶ’が演算され、さらに機械系
座標のＸ，Ｙ，Ｚ軸に対する法線ベクトルＶが演算され
る。すなわち、教示点Ｐ２における法線の方向が検出さ
れる。

【００４６】ステップＳ８においては、操作キー２９の
操作により、ティーチング用ヘッド９がα軸またはβ軸
の少なくとも一方を中心に回動して、同ヘッド９が教示
点Ｐ２における法線方向Ｖに一致される。

【００４７】ステップＳ９においては、データ入力キー
３０の操作に基づいてティーチング用ヘッド９の位置デ
ータ、すなわちティーチング用ヘッド９が位置するＸ，
Ｙ，Ｚ軸の座標データとα，β軸の姿勢データが取り込
まれて、それらのデータがメモリ３９の所定領域にアド
レス順に記憶される。

【００４８】ステップＳ１０においては、教示点データ
の作成が終了される。そして、このティーチング操作を
繰り返し行うことにより、罫書き線２１上の多数の教示
点データを順に取り込むことができる。これらの教示点
データはプ以降のレーザ加工用の移動データとして供給
される。

【００４９】以上のように、この実施例のティーチング
装置においては、コントローラ３８の制御の下に、メモ
リ３９内のプログラムに基づいて教示データの取り込み
が自動的に行われる。そして、ティーチング操作時に、
教示用ワーク４上の罫書き線２１がカメラ１９により撮
影されて、ディスプレイ２２上に表示される。このた
め、教示点Ｐ２がヘッド９のかげに隠れたりすることが
なく、しかも作業者がティーチング用ヘッド９を近傍か
ら覗き込む必要もなく、教示用ワーク４が三次元形状で
あっても、ティーチング用ヘッド９を罫書き線２１上の
教示点Ｐ２に対し容易かつ正確に指向させることができ
る。

【００５０】しかも、ヘッド９の移動に際しては、ジョ
イスティックレバー２５がディスプレイ２２の近傍に配
置されているため、ディスプレイ２２の画像を見なが
ら、ヘッド９の移動操作を簡単に行うことができる。

【００５１】さらに、罫書き線２１が光源１８により照
明され、しかも、教示点Ｐ２の画像取り込みが測定子１
６の先端の中心位置で行われるため、正確かつ明確な教
示点Ｐ２の画像を得ることができて、ティーチング作業
の効率化に寄与できる。

【００５２】また、この実施例のティーチング装置にお
いては、メインコントローラ３８の制御により、ティー
チング用ヘッド９が測定子１６の変化量を検出する各素
子３２，３３，３４の検出結果に応じて、法線方向に指
向するように自動的に姿勢変更されるとともに教示点に
対する所定のギャップ量Ｄの位置に移動される。このた
め、作業者がジョイステックレバー２５等を操作して、
ティーチング用ヘッド９の姿勢及び所定ギャップ量の位
置へ移動する必要がなく、ティーチング用ヘッド９を教
示点Ｐ２との対応位置へ容易に配置することができる。
従って、熟練者でなくても速く、正確にティーチングを
行うことができる。 加えて、この実施例においては、
法線の検出を交番磁界を利用して行っているため、作業
者の勘や熟練に依存することなく法線の検出を的確かつ
素早く行うことができる。そして、カメラ１９をヘッド
９に設けるのではなく、ヘッド９には光ファイバ１７の
みを設けて、カメラ１９をヘッド９の外部に設けたため
に、ヘッド９を小型化でき、振動などによるカメラ１９
の故障をも未然に防止できる。

【００５３】なお、この発明は前記実施例の構成に限定
されるものではなく、この発明の趣旨から逸脱しない範
囲で、次のように任意に変更して具体化することも可能
である。 （１）図７（ｂ）に示すように、ヘッド姿勢軸として垂
直軸及び水平軸よりなるＡ軸及びＢ軸を有する５軸制御
タイプの三次元レーザ加工機においてこの発明を具体化
すること。 （２）図５のプログラムにおいて、ステップＳ５の処理
を省略すること。従って、ステップＳ８において、罫書
き線２１上のＰ２点におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の座標デ
ータが教示点の座標データとして記憶され、Ｐ２点の近
傍におけるＰ１点のα，β軸またはＡ，Ｂ軸方向の姿勢
データが教示点の姿勢データとして記憶される。但し、
Ｐ１，Ｐ２位置は近接しているため問題はない。このよ
うに構成すれば、ティーチング用ヘッド９をＰ１点に移
動させることが不要となり、ティーチング作業をスピー
ドアップできる。 （３）図５のプログラムにおいて、ステップＳ８の処理
を省略すること。従って、姿勢データは検出された法線
方向データの基づいて演算され、演算されて結果が記憶
されて設定される。このように構成すれば、ティーチン
グ用ヘッド９を法線方向に指向させることが不要になっ
てティーチング作業のスピードアップを図り得るととも
に、教示用ワークが凹凸の起伏が激しいもの等の場合に
おいて、ティーチング用ヘッドと教示用ワークとの干渉
を避けることができる。 （４）図１に２点鎖線で示すように、法線を検出するた
めのセンサ３１がギャップセンサを兼用することなく、
ギャップ量を検出するための専用の静電容量センサ３５
等のギャップセンサを設けること。 （５）ギャップセンサ３５からの検出出力に基づいてヘ
ッド９がワーク４に対して常に所定距離を維持するよう
に構成すること。 （６）センサ３１からの検出出力に基づいてヘッド９が
常にワーク４に対して法線方向を指向するように構成す
ること。 （７）この発明を、レーザ加工機ではなく、専用のティ
ーチング装置において具備させること。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明において
は、以下に示す効果を奏する。請求項１，１４，１５の
発明によれば、撮影手段により教示用ワーク上の教示線
及びその周囲を撮影することにより、ティーチング用ヘ
ッドを教示線上の教示点またはその近傍の１点に指向さ
せた状態で、ティーチング用のデータを作成でき、ティ
ーチング操作の熟練を要することなく容易に遂行でき
る。。

【００５５】請求項２，１４の発明によれば、ティーチ
ング用ヘッドがヘッド姿勢軸の周りで運動制御されるた
め、５軸制御タイプのレーザ加工機に実施が可能であ
る。請求項３，１４，１５の発明によれば、ティーチン
グ用ヘッドが法線方向に指向されるため、そのヘッドの
位置データと法線方向データの作成が可能となり、教示
データの作成が容易である。

【００５６】請求項４の発明によれば、教示線の画像が
ティーチング用ヘッドの先端の光ファイバからカメラに
入力されるため、ティーチング用ヘッドの指向方向に沿
う正確な画像を得ることができる。

【００５７】請求項５の発明によれば、撮影に際して教
示線の位置が照明され、明確な画像を得ることができ
る。請求項６の発明によれば、撮影ための光経路と、照
明のための光経路とが共用され、コンパクト化に寄与で
きる。

【００５８】請求項７の発明によれば、ディスプレーに
より、教示線及び教示点の画像を確認しながら操作手段
によりティーチング用ヘッドの移動を操作でき、作業を
ミスなく容易に行うことができる。

【００５９】請求項８の発明によれば、交番磁界に基づ
いて測定子が変位し、それにより法線方向が検出され、
熟練を要することなく法線を検出できる。請求項９の発
明によれば、罫書き線の撮影及び罫書き線に対する光の
照射が測定子の中心において行われ、明確な画像を確保
できる。

【００６０】請求項１０の発明によれば、測定子や光フ
ァイバの損傷を防止して、良好な撮像の確保に寄与でき
る。請求項１１の発明によれば、ティーチングヘッド内
への塵埃の侵入を防止して、前記と同様に良好な撮像の
確保に寄与できる。

【００６１】請求項１２の発明によれば、測定子の先端
と教示用ワークとの間のギャップが検出され、正確な教
示点データの取り込みに寄与できるとともに、専用のギ
ャップセンサが不要なため、ティーチング用ヘッドの小
型化が可能となる。

【００６２】請求項１３の発明によれば、ティーチング
用ヘッドが教示用ワークに対して一定距離を保持しつ
つ、法線方向を検出でき、その状態で光ファイバを介し
て罫書き線の撮影が行われ、正確な教示点データを取り
込むことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明を具体化した三次元レーザ加工機に
おけるティーチング装置の一実施例を示すもので、特に
ティーチング用ヘッド部分を断面にして示すブロック図
である。

【図２】 三次元レーザ加工機の全体構成を示す斜視図
である。

【図３】 ティーチング動作時におけるディスプレイの
表示状態を示す正面図である。

【図４】 同じくディスプレイの表示状態の変化を示す
正面図である。

【図５】 ティーチング動作を示すフローチャートであ
る。

【図６】 座標軸，姿勢軸及び法線方向を示す説明図で
ある。

【図７】 （ａ）は実施例の姿勢軸を示す説明図であ
る。（ｂ）は別例の姿勢軸を示す説明図である。

【図８】 従来のヘッドを示す一部破断正面図である。

【符号の説明】

１…テーブル、４…教示用ワーク、５…加工ヘッド、９
…ティーチング用ヘッド、１０…ケーシング、１３ａ…
下端開口，１５…励磁コイル、１６…測定子、１７…光
ファイバ、１８…撮影手段を構成する光源、１９…撮影
手段を構成するＣＣＤカメラ、２１…罫書き線、２２…
ＣＲＴディスプレイ、２５…操作手段を構成するジョイ
スティックレバー、２６…ティーチングボックス、３１
…法線方向検出手段を構成するセンサ、３６…制御手
段，法線方向演算手段及びギャップ量演算手段を構成す
る制御装置、３８…メインコントローラ、３９…メモ
リ、５０…防塵フィルタ，Ｐ１…ヘッド中心点、Ｐ２…
教示点。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 26/04 Ｃ 26/08 Ｈ Ｋ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三次元座標軸により運動制御されるティ
   ーチング用ヘッドと、そのティーチング用ヘッドに付設
   され、教示用ワーク上の教示線を撮影するための撮影手
   段と、 ティーチング用ヘッドを教示線上の教示点またはその近
   傍に近づけた状態で、教示点またはその近傍の１点にお
   ける法線方向を検出する法線方向検出手段と、 その法線方向検出手段から得られた情報から法線方向を
   演算する法線方向演算手段と、ティーチング用ヘッドの
   位置データ及び演算された法線方向データを記憶する記
   憶手段とよりなるティーチング装置。
2. 【請求項２】 ティーチング用ヘッドは、三次元座標軸
   の他にヘッド姿勢軸により運動制御される請求項１に記
   載のティーチング装置。
3. 【請求項３】 法線方向演算手段より得られた法線方向
   演算結果に応じてティーチング用ヘッドを姿勢変更し、
   そのティーチングヘッドを教示点またはその近傍の１点
   における法線方向に指向させる制御手段を有する請求項
   ２に記載のティーチング装置。
4. 【請求項４】 撮影手段は、一端がティーチング用ヘッ
   ドの先端に配置され、他端がカメラに接続された光ファ
   イバを含む請求項１〜３のいずれかに記載のティーチン
   グ装置。
5. 【請求項５】 撮影手段は、教示線及びその周囲の位置
   を照明するための照明手段を有する請求項４に記載のテ
   ィーチング装置。
6. 【請求項６】 照明手段からの照明光は光ファイバの先
   端から照射される請求項５に記載のティーチング装置。
7. 【請求項７】 ティーチング用ヘッドの移動を操作する
   ための操作手段を有し、撮影手段は映像を表示するため
   のディスプレーを有し、ディスプレーの近傍に操作手段
   が配置されている請求項４〜６のいずれかに記載のティ
   ーチング装置。
8. 【請求項８】 法線検出手段は、交番磁界を発生する励
   磁用コイルと、その励磁用コイルの中心に配置された測
   定子と、測定子の変位を検出するセンサとを有する請求
   項４〜７のいずれかに記載のティーチング装置。
9. 【請求項９】 光ファイバは測定子の中心に配置される
   請求項８に記載のティーチング装置。
10. 【請求項１０】 測定子及び光ファイバは、ティーチン
    グヘッドのケーシング内に収容されて、それらの先端が
    ケーシングの下端開口から外方に臨むとともに、下端開
    口よりもケーシングの内方に位置している請求項９に記
    載のティーチング装置。
11. 【請求項１１】 ティーチングヘッドの下端開口は透光
    性の防塵フィルタにより塞がれている請求項１０に記載
    のティーチング装置。
12. 【請求項１２】 測定子の先端と教示用ワークとの間の
    距離を検出するセンサを有する請求項８〜１１のいずれ
    かに記載のティーチング装置。
13. 【請求項１３】 教示用ワーク上の罫書き線及びその周
    囲を撮影するためのカメラに接続される光ファイバと、 教示用ワーク上の１点における法線方向を検出する法線
    方向検出手段と、 教示点との間のギャップ量を検出するギャップ量検出手
    段とを備え、請求項１〜１２のいずれかに記載のティー
    チング装置に使用されるティーチング用ヘッド。
14. 【請求項１４】 レーザ加工機の加工ヘッド先端に取り
    付けられ、三次元座標軸及びヘッド姿勢軸により運動制
    御されるティーチング用ヘッドと、 教示用ワーク上に付された教示線及びその周囲を撮影す
    る撮影手段と、 撮影された映像に基づいてティーチング用ヘッドを教示
    線上の教示点またはその近傍に指向させるための操作手
    段と、 ティーチング用ヘッドを教示点またはその近傍に近づけ
    た状態で、教示点またはその近傍の１点における法線方
    向を検出する法線方向検出手段と、 その法線方向検出手段から得られた情報から法線方向を
    演算する法線方向演算手段と、ティーチングヘッドを教
    示点またはその近傍に近づけた状態でティーチング用ヘ
    ッド先端と教示点またはその近傍の１点との間のギャッ
    プ量を演算するギャップ量演算手段と、前記両演算手段
    の演算結果に応じて、ティーチング用ヘッドを姿勢変更
    し、同ヘッドを教示点またはその近傍の１点における法
    線方向に指向させるとともに、教示用ワークに対して所
    定のギャップ量の位置に移動させる制御手段と、 ティーチング用ヘッドが前記法線方向に指向され、かつ
    所定のギャップ量が確保された状態で、ティーチング用
    ヘッドの座標データ及び姿勢データを取り込んで記憶す
    る記憶手段とを備えたティーチング装置。
15. 【請求項１５】 レーザ加工機の加工ヘッドにティーチ
    ング用ヘッドを取り付けた状態で、教示用ワーク上に付
    された教示線及びその周囲を撮影し、撮影された映像に
    基づいてティーチング用ヘッドを教示線上の教示点また
    はその近傍の１点に移動させ、この状態で教示点または
    その近傍の１点における法線方向を検出し、その後に教
    示点またはその近傍の１点の位置データと、法線方向デ
    ータとを記憶する三次元レーザ加工機におけるティーチ
    ング方法。