JPS63223806A - ワ−ク加工装置 - Google Patents

ワ−ク加工装置

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JPS63223806A
JPS63223806A JP5530487A JP5530487A JPS63223806A JP S63223806 A JPS63223806 A JP S63223806A JP 5530487 A JP5530487 A JP 5530487A JP 5530487 A JP5530487 A JP 5530487A JP S63223806 A JPS63223806 A JP S63223806A
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JP
Japan
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line
signal
weaving
detection signal
sensor head
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Application number
JP5530487A
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English (en)
Inventor
Shinichi Hattori
晋一 服部
Koichi Taguchi
田口 弘一
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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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】 [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の
加工を施すワーク加工装置に関し、特に加工線座標のテ
ィーチング時に加工線上の特異線を自動的に且つ最短時
間で倣うことのできるワーク加工装置に間するものであ
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。
この種のワーク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6図は従来のワーク加工装置を示すブロック図である
0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)のモータ(図示せず)と、各モータに個別に設
けられたレゾルバ(図示せず)とを備えている。そして
、各レゾルバは、各モータの回転位置に基づいて、加工
機本体く10)のアーム先端部(10a)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(10m>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、加工機本体く10)を駆動す
るためのNC制御部であり、加工機本体く10)からの
位置検出信号りが入力され且つアーム先端部(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、キーボード及び繰作スイッチ
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
を手動操作により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6図に示した従来のワーク加工装置の動作につ
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。このとき、加工機本体(10)への駆動信号M
の入力は、NC1111tl1部〈30)に接続された
ティーチングボックス(70)を介して行なわれる。
こうして、光スポットが罫書きに上の点に位置決めされ
る毎に、ティーチングボックス(70)を介してNC制
御部(30)にデータ入力指令を与え、計測点データを
加工線座標として順次入力していく。
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。
これら計測点データから、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駆動
信号Mを出力し、加工機本体(10)を駆動して所定の
加工動作を実行する。
[発明が解決しようとする問題点] 従来のワーク加工装置は以上のように、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、加工線座標を自動的に且つ最短時間でティー
チングすることのできるワーク加工装置を得ることを目
的とする。
[問題点を解決するための手段] この発明に係るワーク加工装置は、ワークの加工線に設
けられた特異線を倣うアーム先端部の位置及び姿勢を示
す位置検出信号を出力する加工機本体と、この加工機本
体のアーム先端部に設けられたセンサヘッドと、このセ
ンサヘッドからの高さ検出信号及び特異線検出信号並び
に加工機本体からの位置検出信号に基づいてセンサヘッ
ドの移動速度信号を出力する倣い計測演算部と、移動速
度信号、位置検出信号及び高さ検出信号に基づいてセン
サヘッドを駆動するための駆動信号を出力するNC制御
部とを備えたものである。
[作用] この発明においては、センサヘッドが特異線を倣うとき
に得られる特異線検出信号及び高さ検出信号並びに加工
機本体から得られる位置検出信号に基づいて、倣い計測
演算部が、次のウィービング動作時の最適の移動速度信
号を出力する。
[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を示すブロック図であり、(3
0A)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と、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と、こ
の受光素子により得られた信号に基づいて高さ検出信号
H及び特異線検出信号りを出力する信号処理ユニット(
全で図示せず)とを内蔵している。このセンサヘッド(
20)内の信号処理ユニットは、受光される光量を一定
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、特異aT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とセンサヘッド(
20)からの高さ検出信号H及び特異線検出信号りとに
基づいて、特異線Tの位置座標を示す計測点データ即ち
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及び最適の移動速度信号VをN
C制御部(30A)に出力している。従って、NC制御
部(30^)は、位置検出信号L、高さ検出信号H、ウ
ィービング座標信号W及び移動速度信号Vに基づいて、
ウィービング動作のための駆動信号Mを加工機本体(1
0)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N CTi1l
 f31部(30A)に出力するデータ処理部であり、
CPU、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。
第2図は第1図内のNC制御部(30A)及び倣い計測
演算部(40)のウィービングによるティーチング動作
時における機能を示す機能ブロック図である0図におい
て、(81)は高さ検出信号H及び特異線検出信号りに
基づいてセンサヘッド(ZO)から特異線Tまでの高さ
を示す特異線高さ信号Uを出力する特異線高さ検出処理
手段、(82)は特異線高さ信号U及び位置検出信号り
に基づいて特異線位置座標C5を出力する現在位置演算
処理手段、(83)は特異線位置座標CSを順次記録し
て特異線位置座標信号Cをデータ処理部(50)に出力
する特異線位置座標記録手段、(84)はセンサヘッド
(20)に特異線Tを追跡させるためのウィービングパ
ターンIIIPが予め格納されたウィービングパターン
発生手段、(85)はウィービングパターン訂、特異線
位置座標CS及び特異線高さ信号Uに基づいて、ウィー
ビング点くt&述する)を示すウィービング座標信号W
3NC制御部(30A)に出力する目標位置演算処理手
段、(86)はウィービング座標信号Wに基づいてウィ
ービング動作をシミュレートし、最適の移動速度信号V
を出力する軌跡姿勢補間シミュレート手段である。尚、
以上の各手段(81)〜(86)は倣い計測演算部(4
0)内のCPUにより実現されている。
(91)はウィービング座標信号W及び移動速度信号V
に基づいて、補間されたウィービング軌跡を示す補間位
置座標信号Aを出力する軌跡補間手段、(92)は補間
位置座標信号Aと高さ検出信号Hとに基づいて、センサ
ヘッド(20)の補正された高さ位置を示す高さ補正信
号Bを出力する高さ補正制御手段、(93)は高さ補正
信号B及び位置検出信号りに基づいて、加工機本体(1
0)中のモータの駆動信号Mを出力する位置制御手段で
ある。尚、以上の各手段(91)〜(93)はNC制御
部(30A>内のCPUにより実現されている。
次に、ウィービング動作を示す第3図の説明図を参照し
ながら、上記ウィービング時の駆動信号Mを得るための
動(jについて説明する。
まず、ワークの加工線上に特異線Tを貼付しておき、操
作盤(60)を介して倣い(ティーチング)モードを選
択し、NC制御部(30A)を倣い計測モードにする。
尚、このとき、アーム先端部(10a)にはセンサヘッ
ド(20)が取り付けられている。
次に、操作盤(60)を介してプログラム名及び倣いの
タイプを入力すると共に、ティーチングボックス(70
)を介して特imTの始点Ps、方向指示点po及び終
点PBを手動操作で入力し、倣い動作用の初期設定を行
う。
そして、繰作1x(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ウィービング動作を実行さ
せる。
まず、センサヘッド(20)はレーザ光の照射点を始点
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q1とする0次に、始点P、と
第1のウィービング点Q1とを結ぶ直線に沿って折り返
しく図面上では、便宜的に離間させて示すが交点P、′
は交点P1と一致する)、所定量移動した点を第2のウ
ィービング点Q2とする。このウィービング幅HDは通
常1c11程度である。こうして、最初の一対のウィー
ビング点q1及びq2により、特異線Tに対する第1の
交点P、を検出する。
以下、センサヘッド(20)は方向指示点poに向かっ
て傾斜しながら第3のウィービング点Q、に移動する。
こうして、センサヘッド(20)は、次のウィービング
点Q3、Q4、・・・へど順次折り返して特異線Tを追
跡しながら終点PBの近傍に到達するまで特異11Tと
の交点P1〜Pnを検出していく、このときのウィービ
ング動作の駆動信号Mは、倣い計測演算部(40)及び
NCIII御部(3OA)によって制御され、センサヘ
ッド(20)からワークまでの高さを一定に且つセンサ
ヘッド(20)のワーク面に対する角度を垂直に保ちな
がら自動的に実行される。
即ち、特異線高さ検出処理手段(81)は、高さ検出信
号H及び特異線検出信号りに基づいて、センサヘッド(
20)から特異線Tまでの高さに相当する特異線高さ信
号Uを出力する。実際には、特異線Tではレーザ光がほ
とんど反射されず、センサヘッド(20)から特異l!
Tまでの距離(高さ)を検出することはできないので、
特異線Tの両側の近傍でのワークまでの高さに基づいて
特異線Tの中心までの高さを演算している。
現在位置演算処理手段(82)は、特異線高さ信号U及
び位置検出信号りに基づいて、特異llTの交点Piの
3次元位置及び立体的姿勢を示す特異線位置座標CSを
演算する。この特異線位置座標C8は、特異線位置座標
記録手段(83)に順次格納され、特異線Tの各交点P
、〜Pnに対応する一連の特異線位置座標信号Cとして
データ処理部(50)に出力される。
一方、目漂位置演算処理手段(85)は、特異線位置座
標CS及び特異線高さ信号Uに基づいて、1つのウィー
ビング点Qiから次のウィービング点Qi++に移動し
て確実に特異線Tとの交点Piを検出するための基本的
なウィービングパターン針を演算処理し、各ウィービン
グ点ql−Qn+1に対応するウィービング座標信号W
を順次出力する。
軌跡姿勢補間シミュレート手段(86)は、ウィービン
グ座標信号Wに基づいてシミュレートプログラム(a述
する)を実行し、最適な移動速度信号■をNC制御部(
30A)に出力する。
NC制御部(30A)内の軌跡補間手段(91)は、ウ
ィービング座標信号W及び移動速度信号Vに基づいて、
1つのウィービング点Qiから次のウィービング点Qi
÷1までの間の複数のサンプリング点Q+〜q輪(例え
ば、1c−のウィービング幅HDに対し、約20ポイン
ト)の各座標を補間して求め、補間位置座標信号Aとし
て高さ補正制御手段(92)に出力する。高さ補正制御
手段(92)は、補間位置座標信号A及び高さ検出信号
Hに基づいて、センサヘッド(20)の移動中でも受光
位置がセンサヘッド(20)の計測範囲内となるように
、センサヘッド(20)からワークまでの高さを一定に
保つための高さ補正信号Bを出力する。
位置制御手段(93)は、高さ補正信号B及び位置検出
信号りに基づいて、加工機本体(10)に設けられたセ
ンサヘッド(20)を移動させるための駆動信号Mをモ
ータに出力する。こうして、逐次演算されるウィービン
グ点Qi及び前回の交点Pi−,に基づいて、次のウィ
ービング点Q1+1が演算される。従って、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垂直に保ち
ながら、確実に特異線Tを追跡してウィービング動作し
、特異&lT上の交点P。
〜Pnが検出されていく、もし、ティーチング動作中に
特異線Tの追跡が不可能となったときは、アラーム(図
示せず)が作動するので、適宜手動モードに切り換えた
り、追跡可能な特殊ウィービングモードに切り換えるこ
とができる。
このウィービングによる倣い動作が−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、
計測点データとしてデータ処理部(50)に伝送される
。ここで、倣い動作が終了していなければ再び初期設定
して次のウィービング動作を行い、終了していればワー
ク加工用の加ニブログラムRを演算してNC制御部(3
0A)に出力する。
以下、アーム先端部(10a)に加工ヘッド(11)を
取り付けると共に、NC制御部(30^)が加ニブログ
ラムRに従う駆動信号Mを出力して加工機本体(lO)
を駆動し、所定の溶接加工動作又は切断加工動作を実行
する。
次に、第4図のフローチャート図及び第5図の説明図を
参照しながら、軌跡姿勢補間シミュレート手段(86)
におけるシミュレート動作について説明する。ここでは
、複数の移動速度として、高速値F1(=III/秒)
、中速値F2(=0.5+1/秒)及び低速値F z(
= 0.25s/秒)を予め設定する。又、第5図にお
いて、f、〜fkは一対のウィービング点Qi及びQi
、、rrIのシミュレート補間点であり、その間隔はF
Δt(Fは速度変数、Δtは補間時間=35.5m秒)
で表わされる。には一対のウィービング点Qi及びQ!
++間の距離を1としたときの点Qiからシミュレート
補間点rkまでの比圧離である。ここで、各点Qi、Q
i++における各5軸(X〜Z、α及びβ軸)の位置座
標を(xi、’yi、zi、αi、βl 、(X1++
 +Fj++ +Zi++ + (2i++ +βi+
、)とすれば、各軸の位置座wi差Dx〜Dz、Dα、
Dβ及び2点Qi、 Qi41間の距IJは、D x=
 xi++ −xi Dy=yi++  yi Dz=zi++   zi Dα=αl+1−Qi Dβ=βi+l−βi J=π−7−ロT7了フ となる、従って、シミュレート補間点fkの位置座標(
xk、yk、zk、a k、βk)の各補間値は、xk
= (K −1)D x+ xi、。
yk= (K −1>D y+ yi++zk= (K
 −1)Dz+zi++ αに=(K−1)Dα+αi++ βに=(K−1)Dβ+βL−+ ・・・■ で表わされる。
まず、速度変数Fを高速値F1に設定しくステップSl
)、比圧IK及び補間距離変数jkをそれぞれ0として
初期設定する(ステップS2)。
次に、■式からシミュレート補間点「にの各補間値を演
算しくステップS3)、これら補間値に相当する位置座
標にアーム先端部(10a)を移動するための機械逆変
換を行う(ステップS4)。
そして、与えられた速度変数F(最初は高速値F+>に
従ってアーム先端部(10a)を追従させた場合をシミ
ュレートし、オーバースピードとなる(追従しきれない
)か否かを判別する(ステップS5)。
もし、アーム先端部(10a)を駆動且つ位置決めする
ためのモータのうちの少なくとも1つがオーバースピー
ドと判別された場合はステップS6に進む。
このとき、速度変数Fが高速値F、であると判別されれ
ば(ステップS6)、速度変数Fを中速値F2に設定し
くステップS7)、再びステップS2に戻ってステップ
S3〜S5を繰り返す、又、中速値F2にしてもオーバ
ースピードと判別された(ステップS5)場合は、この
ときの速度変数Fが中速値F2であることを判別しくス
テップS8)、速度変数Fを低速MF、に設定しくステ
ップS9)、ステップS2に戻る。
尚、ここでは、各ステップS7及びS9からステップS
2に戻るようにしたが、直接ステップS3に戻るように
してもよい。
更に、低速値F、にしてもオーバースピードと判別され
た(ステップS5)場合は、速度変数Fが低速値F、で
あることを判別して(ステップS8)異常終了する(ス
テップ5IO)、この場合、例えば異常表示が行なわれ
てウィービング動作が停止するので、操作者はティーチ
ングボックス(70)を介した手動操作により計測点の
ティーチングを行う。
一方、速度変数Fがオーバースピードでないと判別され
たくステップS5)場合は、比圧離Kが1以上である(
シミュレート補間点fkがウィービング点Qi++に到
達した)か否かを判別しくステップ511)、Kが1未
満であれば補間距離変数jkの値をインクリメント即ち
速度変数Fと補間時間Δt(35,5m秒)との積を加
算する(ステップ512) 。
同時に、インクリメントされた比圧wIKの値を、K 
= jk/ Jにより求め(ステップ513) 、ステ
ップS3に戻ってステップ83〜S5のオーバースピー
ドのチェックを行う。
ステップSllにおいて比圧離に≧1と判別された場合
は、正常終了しくステップ514) 、このときの速度
変数Fの値を移動速度信号■としてNC制御部(30A
)内の軌跡補間手段(91)に入力する。
以下、前述した通り、NC制御部(30A)は駆動信号
Mを出力する。
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、光量信号をそのまま特
異線検出信号りとしてもよい。
又、センサヘッド〈20)をアーム先端部(10a)に
設けたが、加工ヘッド(11)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(2
0)の取り付は動作は不要となる。
[発明の効果コ 以上のように、この発明は、加工線に設けられた特異線
を倣うアーム先端部の位置及び姿勢を示す位置検出信号
を出力する加工機本体と、この加工機本体のアーム先端
部に設けられたセンサヘッドと、このセンサヘッドから
の高さ検出信号及び特異線検出信号並びに加工機本体か
らの位置検出信号に基づいてセンサヘッドの移動速度信
号を出力する倣い計測演算部と、移動速度信号、位置検
出信号及び高さ検出信号に基づいてセンサヘッドを駆動
するための駆動信号を出力するNC制御部とを備えたの
で、センサヘッドが特異線を倣うときに、倣い計測演算
部が次のウィービング動作のための最適の移動速度信号
をN C$制御部に出力することのできるワーク加工装
置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第2図
は第1図内のNC制御部及び倣い計測演算部を示す機能
ブロック図、第3図はこの発明によるウィービング動作
を示す説明図、第4図はこの発明によるシミュレートプ
ログラムを示すフローチャート図、第5図はこの発明に
よるシミュレート動作を示す説明図、第6図は従来のワ
ーク加工装置を示すブロック図である。 (10)・・・加工機本体   (10a)・・・アー
ム先端部(20)・・・センサヘッド  (3OA)・
・・NC制御部(40)・・・倣い計測演算部 (85)・・・目標位置演算処理手段 (86)・・・軌跡姿勢補間シミュレート手段T・・・
特異線      M・・・駆動信号トI・・・高さ検
出信号   D・・・特異線検出信号L・・・位置検出
信号 W・・・ウィービング座標信号 ■・・・移動速度信号 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ワークの加工線に沿って設けられた特異線を倣う
    ようにウィービング動作するアーム先端部を有し且つこ
    のアーム先端部の位置及び姿勢を示す位置検出信号を出
    力する加工機本体と、前記アーム先端部に設けられ且つ
    前記アーム先端部から前記ワークまでの高さを示す高さ
    検出信号及び前記特異線の存在を示す特異線検出信号を
    出力するセンサヘッドと、前記高さ検出信号、前記特異
    線検出信号及び前記位置検出信号に基づいて前記ウィー
    ビング動作時の前記センサヘッドの最適の移動速度信号
    を出力する倣い計測演算部と、前記移動速度信号、前記
    位置検出信号及び前記高さ検出信号に基づいて、前記セ
    ンサヘッドを駆動するための駆動信号を出力するNC制
    御部とを備えたワーク加工装置。
  2. (2)倣い計測演算部は、高さ検出信号、特異線検出信
    号、位置検出信号及びウィービングパターンに基づいて
    ウィービング座標信号を出力する目標位置演算処理手段
    と、前記ウィービング座標信号に基づいて、ウィービン
    グ動作時の加工機本体内のモータ速度をシミュレートし
    、最適の移動速度信号をNC制御部に出力する軌跡姿勢
    補間シミュレート手段とを含むことを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載のワーク加工装置。
  3. (3)軌跡姿勢補間シミュレート手段は、倣い計測演算
    部に内蔵されたCPU内のプログラムであることを特徴
    とする特許請求の範囲第2項記載のワーク加工装置。
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DE102018207358A1 (de) 2017-05-16 2018-11-22 Fanuc Corporation Laserbearbeitungsvorrichtung

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