JPS63244202A - 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、ウィービング動作により特異線を倣いなが
ら計測点を検出する加工線ティーチング方法に関し、特
に計測点における加工面の形状を検出できる加工線ティ
ーチング方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、レーザ光等を用いてワークを切断加工又は溶
接加工する装置はよく知られており、一般に、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いる。

このティーチングを行うため、従来は、オペレータの手
動制御により加工ヘッドを加工線に沿って駆動しながら
、加工ヘッドの位置及び姿勢を１ポイントずつ入力して
いるが、この作業は、加工線の長さにもよるが、数時間
かかるのが普通である。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の加工線ティーチング方法は以上のように、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
び労力を要するという問題点があつた。

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、自動的且つ短時間で確実に加工線のティーチ
ングが行なえ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、加工機本体
のアーム先端部に設けられたセンサヘッドをウィービン
グ動作させて、ワークの加工線に沿って設けられた特異
線を倣うと共に、ウィービング動作により順次検出され
る特異線上の計測点の座標ベクトルからＸ軸方向を決定
する第１ステップと、このＸ軸方向と特異線の両端部の
座標ベクトルとの外債から特異線に垂直なＺ軸方向を決
定する第２ステップと、このＺ軸方向とＸ軸方向との外
積からＹ軸方向を決定する第３ステップとを設けたもの
である。

［作用］ この発明においては、ウィービング動作により特異線を
倣い計測する際に、計測点における局所座標系を算出す
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が適用される加工装置を示すブ
ロック図である。

図において、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０．４ｍｍ幅の無反射性の黒色テー
プからなっている。　（１０）は３次元移動可能な加工
機本体であり、特異線Ｔを倣って移動するアーム先端部
（１０ａ）と、アーム先端部（ｌｏａ）を駆動するため
の複数（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）とを備え、各モータの回転位置
に基づいてアーム先端部（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。

（２０）はアーム先端部（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を有する周知の光学式セン
サからなり、ワークまでの高さ表わす高さ検出信号Ｈ及
び特異線Ｔの存在を示す特異線検出信号りを出力してい
る。

（３０）は加工機本体（１０）を駆動するための駆動信
号Ｍを出力するＮＣ１１１１１部である。（４０）はア
ーム先端部（１０ａ）を特異線Ｔに倣ってウィービング
動作させるための倣い計測演算部であり、位置検出信号
Ｌ、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
姿勢信号Ｃを出力すると共に、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（３０）に
出力するようになっている。

（５０）は特異線位置姿勢信号Ｃに基づく加ニブログラ
ムＲを生成してＮＣ制御部（３０）に入力するデータ処
理部、（６０）は加工機本体（１０）の駆動時の初期設
定指令及び動作指令等をＮＣ制御部（３０）に入力する
操作盤、（７０）は加工機本体く１０）の駆動指令等を
ＮＣ制御部（３０）に入力するティーチングボックスで
ある。

次に、ウィービング動作を示す第２図の説明図、計測点
検出動作を示す第３図の説明図及び局所座標系算出プロ
グラムを示す第４図のフローチャート図を参照しながら
、第１図の加工装置に適用される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＆ｌＴを形成し、アーム
先端部（１０ａ）に光学式のセンサヘッド（２ｏ）を取
り付けると共に、操作５１（８０）を介してＮＣ制御部
（３０）をティーチングモードにする。

次に、ティーチングボックス（）０）を介して特異線Ｔ
の始点ｐｓ、方向指示点ＰＤ及び終点Ｐ、を入力すると
共に、ウィービング幅−Ｄ（通常、１０１程度）及びウ
ィービング動作用のピッチ１（通常、数−）を初期設定
する。そして、操作盤（６０）を介してＮＣ制御部（３
０）を起動させ、第２図に示すような自動ティーチング
用の倣い計測（ウィービング動作）を実行させる。

まず、センサヘッド（２０）からのレーザ光の照射点を
始点Ｐｓから方向指示点Ｐｏに対して直角方向に移動さ
せ、特異線Ｔとの交点即ち計測点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０次
に、始点Ｐｓと第１のウィービング点Ｑ、とを結ぶ直線
に沿って折り返しく図面では、便宜的に離間させて示す
が、計測点Ｐ１′は計測点Ｐ、と一致する）、所定ｉ（
ウィービング幅ＷＤ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。

続いて、レーザ光の光スポットを方向指示点ＰＤに向か
って所定ピッチ２だけ傾斜させながら、第３のウィービ
ング点Ｑ、に移動し、以下、ウィービング点ｑ１、・・
・へと順次折り返す、こうして、特異線Ｔを追跡しなが
ら終点ＰＥの近傍に到達するまで計測点Ｐ　＋−Ｐ　ｎ
を検出していく。

これら特異線Ｔ上の各計測点Ｐ、〜Ｐｎの座標は、特異
線Ｔが光を反射しないため、直接検出することはできな
い、従って、実際には、第３図に示すように、ウィービ
ング点Ｑｉ〜Ｑ：＋ｌの間で計測される特異線Ｔの両端
部Ｔｓ及びＴＢの中点座標を計測点Ｐｉとしている。又
、特異線Ｔの縁部においては光スポットの反射光が乱れ
るため、両端部Ｔｓ、Ｔ、の各座標としては、特異線Ｔ
の縁部かられずかに離間したワーク上の点を用いている
。

同時に、倣い計測演算部（４０）は、第４図に示すプロ
グラムに基づいて、計測点Ｐｉにおける局所座標系（９
０）を求める。この局所座標系（９０）のＸＹ平面は計
測点Ｐｉにおける加工面を表わし、Ｚは法線を表わして
いる。

まず、前回の計測点Ｐ　ｉ−＋と今回の計測点Ｐｉの間
のベクトルをＸ軸方向とする（第１ステップＳ１）。

ここで、計測点Ｐ　ｉ−＋の座標を（ｘｉ−１＋ｙｉ−
＋　、ｚｉ−＋）、計測点Ｐｉの座標を（ｘｉ、ｙｉ、
ｚｉ）とし、Ｌｘ＝ｘｉ−Ｘｉ−＋＋Ｌ、ｙ＝ｙｉ−ｙ
ｉ−１、Ｌｚ＝ｚｉ−Ｚｉ−ＩＬ　、：　（Ｌｘ２＋　
Ｌｙ２＋　Ｌｚ２）””とすれば、Ｘ軸方向の単位ベク
トルｅ　ｘ（ｕｌ　＋’２　、ｕ３）の各成分は、 ｕ　１　＝Ｌ　ｘ　／　Ｌ　＋、ｕ２　＝　Ｌ　ｙ／　
Ｌ　１、Ｌ１３＝ＬＺ／Ｌ。

で表わされる。

次に、今回検出された両端部Ｔｓ及びＴＨＥ間のベクト
ルとＸ軸方向のベクトルとの外債をＺ軸方向とする（第
２ステップＳ２）。

ここで、両端部Ｔｓ及びＴ、の座標をそれぞれ、（ｘｓ
、ｙｓ、ｚｓ）、（ｘｅ、ｙｅ、ｚｅ）とし、ｑｘ＝ｘ
ｅ−ｘｓ＋　ｑｙ＝ｙｅ−ｙｓ＋　ｑｚ＝ｚｅ−ｚｓＬ
２＝［（ｑｚＬｙ　　ｑｙＬｚ）２＋（ｑｘＬｚ−ｑｚ
Ｌｘ）２’　　＋　（ｑｙＬｘ−ｑｘＬｙ）２］”２と
すれば、Ｚ軸方向の単位ベクトルｅｚ（’＋　＋”２　
、ｗ＝）の各成分は、 ｗ＋＝（ｑｚＬｙ−ｑｙＬｚ）／　Ｌ２ｗ２＝（ｑｘＬ
ｚ−ｑｚＬｘ）／　Ｌ２ｗｓ＝（ｑｙＬｘ　　ｑｘＬｙ
）／Ｌ２で表わされる。

ｉｆ＆に、Ｘ軸方向のベクトルとＺ軸方向のベクトルの
外債をＹ軸方向とする（第３ステップＳ３）。

ここで、Ｙ軸方向の単位ベクトルｅ　ｙ（ｖｌ　、ｖ２
　、ｖ３）の各成分は、 ｖ１ニー２ｕコー−コｕ２ ｖ２＝ｗ３ｕｌ−＋１１ｕ３ Ｖ）＝１１１１１２　　　Ｗ２ｕｌ で表わされる。

このように、ウィービング動作に伴って、各計測点Ｐ１
〜Ｐｎにおける局所座標系（９０）が順次求められるの
で、起動時に、始点ＰＳにおける初期局所座標系を設定
すれば、自動的に加工面の姿勢を倣って計測することが
できる。

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Ｈ１位置検検出量し、局所座標系（９０）
及び予め設定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＋＋の座標及び姿勢を演算し、
これをウィービング座標信号ＷとしてＮＣ制御部（３０
）に出力する。

Ｎ　Ｃ！ＩＩ　ｍ　部（３０）Ｇｉ、センサヘット（２
０）ヲ、ワークまでの高さを一定に保ち且つ光軸Ａがワ
ーク面に対し常にほぼ垂直となるように駆動する。従っ
て、光学式センサヘッド（２０）の裕度角辺内、且つセ
ンサヘッド（２０）の計測レンジ内で確実にウィービン
グ動作を続けることができる。尚、裕度角とは、センサ
ヘッド（２０）が正確に機能できる許容角のことであり
、この場合、ワーク面に垂直となる線に対し約１５°以
内である。

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姿勢信号Ｃはデータ処理部（
５０）に伝送され、データ処理部（５０）は、特異線位
置姿勢信号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（３
０）に伝送する。

そして、アーム先端部（１０ａ）に加工ヘッド（図示せ
ず）が取り付けられ、所定の加工が行なわれる。

尚、上記実施例では、アーム先端部（１０ａ）にセンサ
ヘッド（２０）を設けたが、加工ヘッドの近傍に受光部
のみを配置して、加工ヘッドからティーチング用のレー
ザ光を放射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。

［発明の効果コ 以上のようにこの発明によれば、ウィービング動作によ
り順次検出される特異線上の計測点の座標ベクトルから
Ｘ軸方向を決定する第１ステップと、このＸ軸方向と特
異線の両端部の座標ベクトルとの外積から特異線に垂直
なＺ軸方向を決定する第２ステップと、このＺ軸方向と
Ｘ軸方向との外積からＹ軸方向を決定する第３ステップ
とを備え、特異線を倣い計測する際に、計測点における
局所座標系を算出するようにしたので、自動的且つ雉時
間で確実な加工線ティーチング方法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が適用される加工装置を示
すブロック図、第２図はこの発明によるウィービング動
作を示す説明図、第３図はこの発明による計測点検出動
作を示す説明図、第４図はこの発明による加工面座標系
算出プログラムを示すフローチャート図である。 （１０）・・・加工機本体　　　（１０ａ）・・・アー
ム先端部（２０）・・・センサヘッド　　（９０）・・
・局所座標系Ｔ・・・特異線　　　　　　Ｐ１〜Ｐｎ・
・・計測点Ｔｓ、’ｒ、・・・両端部　　　Ｓｌ・・・
第１ステップＳ２・・・第２ステップ　　　Ｓ３・・・
第３ステップ尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を
示す。 罠２図 ○ｎ 罵４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 加工機本体のアーム先端部に設けられたセンサヘッドを
   ウィービング動作させて、ワークの加工線に沿って設け
   られた特異線を倣うと共に、前記ウィービング動作によ
   り順次検出される前記特異線上の計測点の座標ベクトル
   からＸ軸方向を決定する第１ステップと、 このＸ軸方向と前記特異線の両端部の座標ベクトルとの
   外積から前記特異線に垂直なＺ軸方向を決定する第２ス
   テップと、 このＺ軸方向と前記Ｘ軸方向との外積からＹ軸方向を決
   定する第３ステップと、 を備え、前記計測点における局所座標系を算出する加工
   線ティーチング方法。