JPS63204407A - 加工線テイ−チング方法 - 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］ この発明は、ワークの加工線に沿って切断又は溶接等を
行う加工装置の加工線ティーチング方法に関し、特に自
動的に加工線座標の計測及び計測データに基づくティー
チングを行い且つ力１１工線の曲率に応じてピッチ及び
ウィービング幅を変えることのできる加工線ティーチン
グ方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、レーザビーム等を用いてワークを切断加工又
は溶接加工することはよく知られている。

この種の加工装置においては、ワーク上の加工線を予め
ティーチングしておいてその通りに加工するティーチン
グプレイバック方式が用いられており、通常は、オペレ
ータが手動制御により加工機本体を駆動しながらティー
チングを行なっている。

第５図は従来の加工装置を示すブロック図である。図に
おいて、（１０）は３次元移動可能な加工機本体であり
、複数（例えばＸ−、−Ｚ、α及びβの５軸に対応した
５個）のモーフ（図示せず）と、これらモ−タに個別に
設けられたレゾルバ（図示せず）とを備えている。そし
て、これらレゾルバは、各モータの回転位置に基づいて
加工機本体（１０）の駆動端部即ちアーム先端部（１０
ａ）の位置及び姿勢を示す位置検出信号りを出力してい
る。

（１１）はアーム先端部（１０ａ）に取り付けられた加
工ヘッドである。

（３０）はＣＰＵ、メモリ及び複数のインタフェース等
（全て図示せず）を備え、加工機本体（１０）を駆動す
るためのＮＣ制御部であり、位置検出信号りが入力され
ると共に、アーム先端部（１０ａ）を位置決めするため
の駆動信号Ｍを出力するようになっている。

（６０）はディスプレイ、キーボード及び操作スイッチ
等（全て図示せず）を備えた操作盤であり、加工機本体
（１０）を駆動するときの初期設定指令及び動作指令等
をＮＣ制御部（３０）に入力するようになっている。

（７０）はハンドベルト形のキーボードからなるティー
チングボックスであり、加工機本体（１０）の駆動指令
等を、手動操作によりＮＣ制御部（３０）に入力できる
ようになっている。

次に、第５図の加工装置を用いた従来の加工線ティーチ
ング方法の動作について説明する。

まず、ワーク（図示せず）の加工線に沿って罫書きＫを
施す０次に、アーム先端部（１０ａ）に取り付けられた
加工ヘッド（１１）からワークに向けて可視光線（破線
参照）を照射し、この可視光線の光スポットを視覚で確
認しながら罫書きＫに沿って加工ヘッド（１１）を移動
させる。そして、光スポットを罫書きに上の点に順次位
置決めしながら、ティーチングボックス（７０）を操作
してＮＣ制御部（３０）にデータ入力指令を与え、計測
点データを１点ずつティーチング（教示）していく、こ
のとき、計測点データとなる各座標は、位置検出信号し
に基づいて求められる。又、アーム先端部（１０ａ）位
置決め用の駆動信号Ｍは、ＮＣ制御部（３０）に接続さ
れたティーチングボックス（７０）を操作することによ
り入力される。

以上のティーチング動作は、加工線の形状及び長さにも
よるが、１０００ポイント程度の入力が必要であり、数
時間かかるのが普通である。

こうして得られた計測点データから、ＮＣ制御部（３０
）は加工線座標を演算し、更に加ニブログラムを生成し
て加工機本体く１０）を駆動し、所定の加工動作を実行
する。

［発明が解決しようとする開運点］ 従来の加工線ティーチング方法は以上のように、加工線
の入力をオペレータの手動作業により行なっていたので
、多くの時間及び労力を必要とするという問題点があっ
た。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、加工線座標をウィービング動作により倣い計
測して自動的にティーチングすると共に、加工線の曲率
に応じてピッチ及びウィービング幅を変えることにより
効率良く計測点データが得られる加工線ティーチング方
法を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る加工線ティーチング方法は、ワークの加
工線に沿って特異線を設けると共に、加工機本体のアー
ム先端部に光学式のセンサヘッドを設け、このセンサヘ
ッドから照射される光スポットと特異線との交点の座標
に基づいて特異線を倣いながらウィービング動作し且つ
交点の座標を計測する倣い計測ステップを有し、この倣
い計測ステップは、特異線の曲率半径を計算する第１ス
テップと、計算された曲率半径に基づいてウィービング
動作のピッチを計算する第２ステップと、計算されたピ
ッチが所定範囲外の場合はピッチを上限値又は下限値に
設定する第３ステップと、このピッチに基づいてウィー
ビング動作のウィービング幅を計算する第４ステップと
を備えたものである。

［作用］ この発明においては、センサヘッドが、加工線上の特異
線を、その曲率に応じたピッチ及びウィービング幅でウ
ィービング動作しながら倣い計測する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例に用いられる加工装置を示すブ
ロック図であり、（３０Ａ＞は前述のＮＣ制御部（３０
〉に対応し、（１０）　＋　（１０ａ）　、（６０）　
、（７０）、Ｍ及びＬは前述と同様のものである。

Ｔはワークの加工線上に沿って設けられた特異線であり
、例えば加工線上に貼付された０、４ｍｍ幅の無反射性
の黒色テープからなっている。

（２０）は加工機本体（１０）のアーム先端部（１０ａ
＞に取り付けられたセンサヘッドであり、赤外線のレー
ザ光（破線参照）を放射する半導体レーザ、ワークの表
面で乱反射されたレーザ光を受光する受光素子、及びこ
の受光素子で得られた信号に基づいて高さ検出信号トＩ
及び特異線検出信号りを出力する信号処理ユニット（全
て図示せず）を内蔵している。このセンサヘッド（２０
）内の信号処理ユニットは、受光される充足を一定に保
つための制御信号を半導体レーザ駆動回路（図示せず）
に入力しており、この制御信号の急峻な立ち上がりを、
無反射性の特異線Ｔ例えば黒色テープの存在を示す特異
線検出信号りとして出力するようになっている。

（４０）はＣＰＵ、メモリ及び複数のインタフェース等
（全て図示せず）を備えた倣い計測演算部であり、加工
機本体（１０）からの位置検出信号り並びにセンサヘッ
ド（２０）からの高さ検出信号Ｈ及び特異線検出信号り
に基づいて、特異線Ｔの座標を示す計測点データからな
る特異線位置座標信号Ｃを出力すると共に、特異線Ｔを
倣いながら検出するためのウィービング動作に用いられ
るウィービング座標信号ＷをＮＣ制御部（３０Ａ＞に出
力するようになっている。

（５０）は倣い計測演算部（４０）からの特異線位置座
標信号Ｃに基づいて加ニブログラムＲを生成してこれを
ＮＣ制御部（３０Ａ）に出力するデータ処理部であり、
ＣＰＵ、外部メモリ、キーボード及びプリンタ等（全て
図示せず）を備えている。

次に、ウィービング動作を示す第２図の説明図並びにウ
ィービングパラメータを決定するプログラムを示す第３
図のフローチャート図及び第４図の説明図を参照しなが
ら、第１図の加工装置を用いたこの発明の一実施例につ
いて説明する。

まず、ワークの加工線上に特異線Ｔを形成すると共に、
アーム先端部（１０ａ）に光学式のセンサヘッド（２０
）を設ける。同時に、操作盤〈６０）を操作して倣い計
測（ティーチング）モードを選択し、ＮＣ制御部（３０
Ａ）を倣い計測モードにする。

次に、ティーチングボックス（７０）を操作して特″！
！、線Ｔの始点Ｐｓ、方向指示点ＰＤ及び終点ＰＥを入
力（教示）すると共に、ウィービング幅−Ｄ（通常、１
０ｍｍ程度）および最初のウィービング動作用のピッチ
ｅ（通常、数ｍａｎ）を初期設定する。そして、操作慇
（６０＞の起動ボタン（図示せず）を押して自動ティー
チング用の倣い計測を実行させる。

まず、センサヘッド（２０）はレーザ光の光スポット照
射点を始点Ｐｓから方向指示点ｐＤに対して直角方向に
移動させ、特異線Ｔとの交点Ｐ１を検出してから所定量
移動した点を第１のウィービング点Ｑ。

とする。次に、始点Ｐｓと第１のウィービング点Ｑ１と
を結ぶ直線に、イ〕って折り返しく図面上では、便宜的
に菊間させて示すが、交点Ｐ、′は交点ｐ＋と一致する
）、所定−１（ライ−ビン２ｔＷＷｔ＋に相当する）移
動した点を第２のウィービング点Ｑ２とする。こうして
、最初の一対のウィービング点Ｑ、及びＱ２により第１
の交点Ｐ１を検出する。

次に、センサヘッド（２０）がらの光スポットは方向指
示点ｐＤに向かって所定ピッチｌだけ傾斜しながら第３
のウィービング点Ｑ３に移動する。以下、センサヘッド
（２０）は、次のウィービング点ｑ７、Ｑ４、・・・へ
ど順次折り返して特異線Ｔを追跡しながら終点Ｐ９の近
傍に到達するまで特異線Ｔとの交点Ｐ１〜Ｐｎを検出し
ていく。

尚、ウィービングによる倣い計測動作は、センサヘッド
（２０）からワークまでの高さを一定に保ち且つセンサ
ヘッド（２０）のワーク面に対する角度をほぼ垂直に保
ちながら自動的に実行されており、この移動制御は、加
工機本体（１０）を介してＮＣ制御部（３０Ａ）により
行なわれる。即ち、倣い計測演算部（４０）は、特異線
検出信号Ｄ、高さ検出信号Ｈ及び位置検出信号りに基づ
いて、光スポットと特異線Ｔとの交点Ｐｉの座標（計測
点データ）及びウィービング点Ｑｉの座標を演算し、更
に、これら座標及び予め格納されたウィービングパター
ンに基づいて、次のウィービング点Ｑｉ＋＋の座標を演
算し、これをウィービング座標信号ＷとしてＮＣ制御部
（３０Ａ）に出力する。ＮＣ制御部（３０Ａ）は、ウィ
ービング座標信号Ｗに基づいて２つのウィービング点Ｑ
ｉ及びＱｉ＋＋間を補間しく例えば、１ｃｍのウィービ
ング幅ＷＤに対して約２０ポイント）、この補間された
座標に基づく駆動信号Ｍを逐次出力する。従って、セン
サヘッド（２０）は、常に位置及び姿勢が制御されなが
ら移動することができる。

又、上記倣い計測のウィービング動作中、倣い計測演算
部（４０）内のＣＰＵは、第３図に示したプログラムに
従って、特異線Ｔの曲率に応じたピッチｌ及びウィービ
ング幅−りを計算している。尚、ここでは、ピッチ計算
用の係数Ｋｐ（０＜　Ｋｐ＜　１　）、ウィービング幅
計算用の係数Ｋｌｌ＋（１＜Ｋ１１Ｉ＜２）、ピッチｌ
の上限値ＩＨ（約５０ｆｆｍ）及び下限値（約５ｎ＋ｍ
）が予め初期設定されているものとする。

まず、既に計測された交点Ｐｉ、Ｐｉ−，及びＰｉ−２
に基づいて曲率半径ＴＲを計算する（第１ステップｓ１
）。

即ち、第４図に示したように交点ＰｉとＰｉ−、とを結
ぶ直線の垂直二等分線と、交点Ｐｉ−，とＰｉ−２とを
結ぶ直線の垂直二等分線との交点′「０を中心とし、こ
の交点ＴＯから特異線Ｔ上の交点Ｐｉ−，までの距離を
、現時点における特異線Ｔの曲率半径ＴＲとする。

一般に、交点Ｐｉ、Ｐｉ−，及びＰｉ−ｚの各３次元座
標を（ｘｉ　、ｙｉ　、ｚｉ）、（ｘｉ−＋　、ｙｉ−
Ｉ、ｚｉ−１）、（ＸＩ−２、ｙｉ−２＋ｚ；−２）と
すれば、各２点ＰｉＰｉ−，及びＰｉ−＋Ｐｉ、ｚ間を
結ぶベクトルＩｉ、　Ｉｉ−、は、 １ｉ＝Ｐｉ−１Ｐｉ ＝（ｘｉ−ｘｉ−１＋ｙｊ”Ｖ’−＋　、ｚｉ−ｚｉ−
１）１ｉ−、＝　ｐｉ−２ｐｉ−＋ ＝（×ｉ−ビＸ！−２＋ｙ！−＋−ｙ！−２，Ｚｉ−１
−Ｚｉ−２）で表わされ、又、各２点ＰｉＰｉ−，及び
ｒ’ｉ−、Ｐｉ−２間の直線距離Ｌｉ、Ｌｉ−１は、 Ｌｉ＝　　（ｘｉ−ｘｉ−、）２＋（ｙｉ　　ｙｉ、）
２＋（ｚｉ　　ｚｉ、）”Ｌｉ−１ ＝（Ｘ！−＋−Ｘ！−２＞”（ｙ！−１−Ｖ！−２＞”
（２１−１−２ｉ−２）２で表わされる。

従って、各垂直二等分線のなす角度θの余弦は、ｃｏｓ
θ＝Ｉｉ・Ｉｉ−、／１１ｉｌ・１ｌｉ−１１＝　［（
ｘｉ−ｘｉ−＋　）（ｘｉ−１−ｘｉ−２）＋（ｙｉ−
ｙｉ−１）（ｙｉ−１−ｙｉ−２）＋　（ｚｉ−ｚｉ−
Ｉ）ｈｉ−１，−ｚｉ−ｚ）］／　Ｌｉ−Ｌｉ−１とな
る。そして、特異線Ｔの曲率半径ＴＲは、ＴＲ＝　Ｌｉ
２＋２ＬｉＬｉ−１ｃｏｓθ＋Ｌｉ−１２／　２ｓｉｎ
θで表わされる。但し、上式はθ≠０の場合であり、θ
＝０のときはＴＲ＝■となる。

次に、計算された特異線Ｔの曲率半径ＴＲに基づいて、
ウィービング動作の最適ピッチｌを、１＝　Ｋ　ｐ−Ｔ
Ｒ から計算する（第２ステップＳ２）。これにより、特′
Ａ線Ｔの曲率半径ＴＲが小さいときにはそれに応じてピ
ッチｌも小さくなり、光スボッＩ・が確実に特異線Ｔを
倣って追従して計測点（交点）を得ることができる。

次に、計算されたピッチｌが所定の範囲内にあるか否か
を判別し、もし所定範囲外であればピッチρを上限値Ｉ
Ｈ又は下限値１［に設定する（第３ステップＳ３）。

即ち、ピッチｌが上限値１Ｈより大きいが否かを判別し
くステップ５３１）、大きければピッチｌを上限値ＱＨ
に設定する（ステップ５３２）。又、ピッチ！が下限値
ＩＬより小さいが否かを判別しくステップＳ３３＞　、
小さければピッチｌを下限値ｌしに設定する（ステップ
。

５３４）。こうして、ピッチｐは、通常５０ｍｍ〜５ｍ
ｍの範囲内の値となる。

次に、所定範囲内に制限されたピッチｌに基づいて、ウ
ィービング幅−〇を、 ＷＤ＝ＫＷ−Ｎ から計算する（第４ステップＳ４）。従って、ウィービ
ング幅ＷＤは、通常１００＋ｎｍ〜５ｍｍ程度の値とな
る。

尚、ウィービング幅ＷＤの初期値は、前述のように１０
１程度に設定されている。

以上のウィービングパラメータ決定プログラムにより、
特異線Ｔの曲率に応じた最適なピッチ！及びウィービン
グ幅ＷＤが逐次計算され、効率良く特異線Ｔの各交点座
標が計測されていく。

こうして、倣い計測が−通り終了すると、一連の計測点
データからなる特異線位置座標信号Ｃはデータ処理部（
５０）に伝送され、データ処理部（５ｏ）内のＣＰＵは
、特異線位置庄原信号Ｃ内の各計測点データに基づいて
ワーク加工用の加ニブログラムＲを演算し、これをＮＣ
制御部（３０Ａ）に伝送する。

以下、前述と同様に、アーム先端部（１０ａ）に加工ヘ
ッド（１１）を取り付け、加ニブログラムＲに従う所定
の加工動作を実行する。

尚、上記実施例では、信号処理ユニットの制御信号を用
いて特異線検出信号りとしたが、光景信号をそのまま特
異線検出信号りとしてもよい。

又、センサヘッド（ｚｏ）１ア一ム先端部（１０ａ）に
設けたが、加工ヘッドけ１）の近傍に受光素子のみを設
け、加工ヘッドから選択的に放射される可視光線を受光
するようにしてもよい。この場合、センサヘッド（２０
）の取り付は動作は不要となる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明は、ワークの加工線に沿って特
異線を設けると共に、加工機本体のアーム先端部に光学
式のセンサヘッドを設け、このセンサヘッドから照射さ
れる光スポットと特異線との交点の座標に基づいて特異
線の座標を自動的に計測する倣い計測ステップを有し、
この倣い計測ステップが、特異線の曲率半径を計算する
第１ステップと、計算された曲率半径に基づいてウィー
ビング動作のピッチを計算する第２ステップと、計算さ
れたピッチが所定範囲外の場合はピッチを」二限値又は
下限値に設定する第３スデツプと、このピッチに基づい
てウィービング幅を計算する第４ステップとをσコえ、
特異線の曲率に応じたピッチ及びウィービング幅で倣い
計測するようにしたので、ティーチング労力が省けると
共に、特異線の曲率にかかわらず確実に且つ効率良く計
測点が得られる加工線ティーチング方法を得る効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に用いられる加工装置を示
すブロック図、第２図はこの発明のウィービング動作を
示す説明図、第３図はこの発明の一実施例のウィービン
グパラメータ決定プログラムを説明するためのフローチ
ャート図、第４図は第３図の動ｆｊを示す説明図、第５
図は従来の加工線ティーチング方法に用いられる加工′
ＡＷを示ずブロック図である。 （１ｏ）・・・加工代本体　　　（１０ａ）・・・アー
ム先端部（２０）・・・センサヘッド　　Ｔ・・・特異
線ｐ・・ピッチ　　　　　　　１ｌＩＤ・・・ウィービ
ング幅ｒ１（・・・」二限値　　　　　　！【−・・・
下限値ＴＲ・・曲率半径　　　　　Ｐ１〜Ｐｎ・・・交
点Ｓ１・・・第１ステップ　　　Ｓ２・・・第２ステッ
プＳ３・・・第３ステップ　　　Ｓ４・・第４ステップ
尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 葛２図 兇４図 ■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ワークの加工線に沿って特異線を設けると共に、加工
   機本体のアーム先端部に光学式のセンサヘッドを設け、
   このセンサヘッドから照射される光スポットと前記特異
   線との交点の座標に基づいて前記特異線を倣いながらウ
   ィービング動作し且つ前記交点の座標を計測する倣い計
   測ステップを有し、この倣い計測ステップは、複数の前
   記交点に基づいて特異線の曲率半径を計算する第１ステ
   ップと、計算された前記曲率半径に基づいて前記ウィー
   ビング動作のピッチを計算する第２ステップと、計算さ
   れた前記ピッチが所定範囲外の場合は前記ピッチを上限
   値又は下限値に設定する第３ステップと、前記ピッチに
   基づいて前記ウィービング動作のウィービング幅を計算
   する第４ステップとを備えたことを特徴とする加工線テ
   ィーチング方法。