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WO2003031110A1 - Three-dimensional laser beam machine - Google Patents

Three-dimensional laser beam machine Download PDF

Info

Publication number
WO2003031110A1
WO2003031110A1 PCT/JP2002/002686 JP0202686W WO03031110A1 WO 2003031110 A1 WO2003031110 A1 WO 2003031110A1 JP 0202686 W JP0202686 W JP 0202686W WO 03031110 A1 WO03031110 A1 WO 03031110A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nozzle
axis
angle
machining
teaching
Prior art date
Application number
PCT/JP2002/002686
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tomonari Mukae
Masaki Tsukamoto
Hidekazu Sawai
Original Assignee
Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha filed Critical Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority to DE10293961T priority Critical patent/DE10293961T5/de
Priority to US10/343,452 priority patent/US6750425B2/en
Priority to KR10-2003-7002312A priority patent/KR100502457B1/ko
Priority to JP2002591527A priority patent/JP4122975B2/ja
Priority to TW091106114A priority patent/TW516982B/zh
Publication of WO2003031110A1 publication Critical patent/WO2003031110A1/ja

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/042—Automatically aligning the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B23K26/0884—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0241—One-dimensional joints
    • B25J17/025—One-dimensional joints mounted in series
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00—Arms
    • B25J18/007—Arms the end effector rotating around a fixed point
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/163—Programme controls characterised by the control loop learning, adaptive, model based, rule based expert control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45165—Laser machining

Definitions

  • This invention is a three-dimensional laser processing machine having a head structure in which the machining point does not move when the rotation axis and the attitude axis are rotated.
  • the Z axis of the Cartesian coordinate system is used based on the nozzle direction vector.
  • This is related to a control device for a three-dimensional laser beam machine having a function of displaying the vertical angle of the nozzle and the horizontal angle when the nozzle direction vector is projected onto the XY plane.
  • a head in which a processing point does not move when a rotation axis and a posture axis are rotated
  • a head hereinafter referred to as a one-point-oriented head
  • a processing point does not move when a rotation axis and a posture axis are rotated
  • Fig. 6 is a perspective view showing the configuration of each axis of a three-dimensional laser processing machine equipped with a one-point-oriented head
  • Fig. 7 shows an enlarged processing head of a three-dimensional laser processing machine equipped with a one-point-oriented head
  • Fig. 8 is an enlarged view
  • Fig. 8 is a block diagram showing the configuration of the 3D laser processing machine.
  • 1 0 9 is a posture axis (hereinafter referred to as a U-axis) located at the drive end of the arm 1 1 1
  • 1 1 0 is a rotation axis (hereinafter referred to as a W-axis) connected to the U-axis 1 0 9. )
  • 1 0 8 are the Z-axis connected to the W-axis 1 1 0, and these constitute the key 1 1 1.
  • the machining head 3 has a Z bearing 1 1 5 at the tip of the rotary bearing 1 1 4 and can be rotated in the direction of the arrow + ⁇ or – ⁇ around the Z axis by the W axis 1 1 0 and the W axis 1 At the tip of 1 0, it is attached by attitude bearing 1 1 3 and has a U axis 1 0 9 which can rotate in the direction of arrow + 3 or ⁇ / 3 around an axis inclined 45 degrees to the Z axis 4 5 A machining nozzle 4 is attached to the tip of the U-axis 1 0 9. However, since the U axis 10 9 rotates about an axis inclined 45 degrees with respect to the horizontal plane, the angle of the U axis and the angle in the vertical direction that the machining nozzle 4 faces do not correspond one-to-one. .
  • 1 1 3 is a bearing that rotates the U-axis 1 0 9 in the direction of arrow + ⁇ or 1 ⁇ by servo motor SM 5;
  • 1 1 4 is the W-axis 1 1 0 in the direction of arrow + ⁇ or — ⁇ by servo motor S ⁇ 4 It is a rotary bearing that rotates in the direction.
  • 1 1 5 moves the machining head 3 in the direction of the arrow 3 by the servo motor S ⁇ 3 ⁇ bearing
  • 1 1 6 moves the machining head 3 in the direction of the arrow ⁇ by S ⁇ 2 ⁇ bearing
  • 1 1 7 is an X bearing that moves the machining table 2 in the direction of the arrow X by servo motor S ⁇ 1.
  • the servo motors S ⁇ 1 to S ⁇ 5 are driven by a drive signal from the NC control unit 8.
  • P is the machining point whose position does not change even if the W axis 110 and U axis 109 rotate.
  • 1 0 5 is a laser oscillator that generates laser light
  • 1 0 3 is an operation unit that operates a 1 ⁇ 10 control unit.
  • the operator aligns the machining point P with the point on the machining line 9 on the machining line 9 (hereinafter referred to as the teaching point) before machining, and satisfies the requirement.
  • teaching work is performed to input the indicated points as teaching data to the program.
  • the spot of the laser beam is controlled to travel along the processing line K while keeping the distance of the processing head 3 with respect to the processing workpiece 9 constant according to the teaching data.
  • Fig. 9 shows a coordinate system where the XY plane is the horizontal plane, the X, ⁇ , and Z axes are the outer product of the other axes, that is, ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ .
  • the angle of the horizontal component and the vertical component of the unit vector (hereinafter referred to as the nozzle direction vector) in the direction indicated by the machining nozzle 4 from the angles of the W axis 1 1 0 and the U axis 1 0 9 is there.
  • 7 0 is the teaching point in the inclined part of the workpiece
  • 7 1 is the line segment created by the origin ⁇ and the teaching point 70, that is, the nozzle direction vector.
  • 7 2 is the point where the teaching point 70 is projected onto the X ⁇ plane
  • 7 3 is the line segment 7 1 is projected onto the X ⁇ plane, that is, the line segment created by the origin 0 and the point 7 2
  • 7 4 is X component d X at addition point 70
  • 7 5 is Y component dy at machining point 70
  • 7 6 is Z component dz at machining point 70
  • ⁇ is the vertical component between line segment ⁇ 1 and the Z axis
  • each component dx, dy, dz at the teaching point 70 in FIG. 9 and the angle of the horizontal component and the vertical component can be obtained by the following equation when considered using the polar coordinate system.
  • Fig. 10 shows the machining head posture change during teaching and machining with a tilted laser incident angle.
  • Fig. 10 (a) shows the machining point when the W axis and U axis are rotated.
  • Fig. 10 (b) shows the laser beam with respect to the workpiece surface.
  • Fig. 10 (b) shows the change in the posture of the machining head when teaching at the corner change part of the 3D laser processing machine with a head structure that does not move. It is a figure which shows the process (henceforth a taper process) which inclined the incident angle.
  • P 1 is the teaching point on the horizontal plane on the machining line K of the workpiece 9
  • P 2 is the teaching point on the 45-degree inclined surface on the machining line K of the machining workpiece
  • P 3 is the machining workpiece
  • the teaching point on the upright surface on the machining line K, 3a and 4a are the downward-facing machining head and machining nozzle at the teaching point P1
  • 3b and 4b are the 45-degree orientation at the teaching point P2.
  • the machining head nozzle and machining nozzle, 3c and 4c are the horizontal machining head and machining nozzle at teaching point P3.
  • the work line K is marked on the teaching data creation work, and the nozzle angle at each teaching point on the work line K is determined.
  • the workpiece inclination angle obtained by calculating the nozzle angle from the drawing 0 °, 45 °, 90 Adjust to °.
  • A is a specified angle at the time of taper machining, and the nozzle angle may be adjusted to this value.
  • Fig. 11 shows a conventional coordinate display screen displaying the coordinate values of each axis in the machine coordinate system with the original position determined by the machine as the origin, and is displayed during teaching work. .
  • This screen shows the position of the machining point P at the tip of the machining nozzle 4 on the X, ⁇ , and Z axes (hereinafter referred to as the tip position) on the basis of the machine origin unique to the machine, and the W and U axis angles 3 ⁇ 4 and 8 Shows the posture of the machining nozzle 4.
  • the W and U axis values are controlled so that the laser beam spot travels along the machining line K during machining on the NC side during machining. Is necessary.
  • Fig. 12 shows a flow chart of conventional teaching work when machining a workpiece slope or taper.
  • step ST 1 1 A command to open the shutter of the auxiliary function code which is the initial setting is set.
  • step ST 1 2 using the machining axis feed or the handle and joystick placed on TZB 7, the coordinate values of the X, ⁇ and Z axes on the coordinate display screen shown in Fig. 1 1 Move the tip position to the teaching point.
  • step ST 1 3 if it is necessary to adjust the angle of the additive nozzle 4 by tilting the workpiece or by taper machining (step ST 1 3), the W axis is used to set the machining nozzle 4 posture in step ST 1 4. Manually rotate 1 1 0 and U-axis 1 0 9 respectively.
  • step S T 1 5 step S T 1 4 is repeated until the nozzle angle is visually confirmed to be in a face-to-face state, or until the angle is obtained by taper machining.
  • step ST16 teaching is performed in step ST16 as teaching.
  • step S T 14 the operations from step S T 14 to step S T 15 are omitted.
  • step ST 1 8 the auxiliary function code shirt closing and programming Enter a command such as Ramend and finish creating the machining program.
  • Fig. 13 is a perspective view showing the configuration of each axis of a 3D laser processing machine equipped with an offset head
  • Fig. 14 is an enlargement of the machining head of an offset type 3D laser processing machine.
  • the same reference numerals as those of the one-point head type 3D laser processing machine shown in Fig. 7 have almost the same structure, and the arms 1 1 1 1 are different.
  • the machining head 4 is a rotary shaft that can be rotated in the direction of the arrow + 'or - ⁇ ' around the Z axis by a rotary bearing 1 1 4 at the tip of a Z axis member 1 1 5 (hereinafter referred to as C axis) 1 2 2 and the direction of the arrow + ⁇ 'or —
  • the angle of A axis 1 2 1 corresponds to the vertical angle of machining nozzle 4 and 1: 1
  • the angle of C axis 1 2 2 corresponds to the horizontal angle of machining nozzle 4 and 1 to 1. ing.
  • each component dx, dy, dz at the teaching point 70 in FIG. 9 and the angle of the horizontal component and the vertical component can be obtained by the following equation when considered using a polar coordinate system.
  • Figure 15 shows a flowchart of teaching work for a 3D machine with an offset head structure.
  • step S T 2 the same operation as that up to step S T 1 2 of the one-point-oriented head shown in FIG.
  • step ST 2 3 After that, if it is necessary to adjust the angle of the machining nozzle 4 (step ST 2 3), the tip position is fixed in step ST 24 and the tip position is adjusted by rotating the C-axis 1 2 2 and the A-axis 1 2 1. Set to fixed mode.
  • step ST 25 while looking at the angle display of C-axis 1 2 2 and A-axis 1 2 1 on the coordinate display screen, it is in a state of face-to-face with a known workpiece tilt part as shown in Fig. 14 (a). Rotate the C-axis 1 2 2 and the A-axis 1 2 1 until the machining nozzle 4 reaches the taper angle.
  • steps S T 27 and S T 28 perform the same operations as steps S T 17 and S T 18 of the single-point head shown in FIG.
  • the present invention has been made to solve such a problem.
  • a three-dimensional laser processing machine having a head structure in which a processing point does not move when the W axis and the U axis are rotated
  • an orthogonal coordinate system is used.
  • the efficiency of the teaching work is improved.
  • a control device for a three-dimensional laser processing machine that can easily create a face-to-face state for a workpiece having a known inclination angle.
  • the current rotation axis and Memorize the angle information of the posture axis .
  • Means for calculating the nozzle direction vector from the angle of the nozzle means for determining the vertical and horizontal angles of the nozzle consisting of the Z axis of the Cartesian coordinate system based on the nozzle direction vector, and the determined nozzle Means for displaying an angle;
  • the vertical and horizontal angle of the nozzle is determined by projecting the vertical angle of the nozzle and the nozzle direction vector on the XY plane based on the Z axis of the Cartesian coordinate system based on the nozzle direction vector. It is obtained from the horizontal angle consisting of the X axis.
  • a nozzle angle setting unit for storing the nozzle angle in advance
  • a notification unit for notifying that the nozzle angle has been stored in advance by comparing with the vertical and horizontal angles of the divided nozzles. It is equipped with.
  • the nozzle angle is displayed on a remote control unit such as a teaching box.
  • a nozzle angle setting unit that stores the angle of the nozzle in advance is provided, and the rotation axis and posture axis of the nozzle are rotated by comparing with the vertical and horizontal angles of the indexed nozzle, and the pre-stored The nozzle is positioned at the angle of the nozzle.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing the functions of a control device for a three-dimensional laser beam machine according to the present invention and the flow of the processing.
  • FIG. 2 is a diagram showing the horizontal and vertical angles of the nozzle as seen from the Cartesian coordinate system.
  • FIG. 3 is a structural diagram showing the structure of the machining head
  • FIG. 4 is a diagram of a coordinate display screen including a nozzle angle in accordance with the present invention c It is a screen setting figure concerning a 1st embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart of teaching work according to the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of each axis of the three-dimensional laser processing machine with a one-point head.
  • Fig. 7 is an enlarged view of the processing head of the 3D laser processing machine equipped with a one-point head.
  • FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a conventional three-dimensional laser beam machine.
  • FIG. 9 is a diagram showing the horizontal and vertical angles of the nozzle as seen from the Cartesian coordinate system.
  • FIG. 10 is a diagram showing an outline of machining head posture change and machining.
  • Fig. 11 shows a conventional coordinate display screen.
  • Fig. 12 shows a flow chart of the conventional teaching work for a single-point head.
  • FIG. 13 is a perspective view showing the configuration of each axis of a three-dimensional laser processing machine equipped with an offset type head.
  • Fig. 14 is an enlarged view of the processing head of a 3D laser processing machine equipped with an offset head.
  • Fig. 15 shows a flowchart of the teaching work for the offset head.
  • FIG. 1 is a perspective view of a one-point head-mounted 3D laser processing machine system during teaching work.
  • 1 is the main body of the 3D processing machine
  • 2 is a processing table provided on the bed so as to be movable in the X-axis direction
  • 3 is a processing unit attached to the Z-axis unit 5.
  • Head, 4 is the machining nozzle attached to the tip of the machining head 3
  • 5 is the Z-axis unit that can move the machining head 3 in the direction of arrow Z
  • the Y-axis unit 6 has the Z-axis. It is provided to be movable in the direction.
  • Y-axis unit that can move the Z-axis unit 5 in the direction of the arrow Y, and is provided so as to be movable on a cross rail that extends horizontally between the left and right columns.
  • 7 is a pendant type teaching box
  • 8 is an operation panel as a man-machine interface 8 a
  • a computer-type NC control unit having a screen display unit 8 b such as a CRT or liquid crystal.
  • 9 is a machining table 2 This is a work piece installed above.
  • the work table 2, Z-axis unit 5, and Y-axis unit 6 are driven by the X-axis servo motor, Z-axis servo motor, and Y-axis servo motor (not shown), respectively.
  • the position is controlled by each axis command of the control device 8.
  • 1 0 is a nozzle direction storage unit that calculates and stores a unit vector (hereinafter referred to as a nozzle direction vector) in the direction indicated by the machining nozzle 4 from the current angle of the W axis 2 2 and the U axis 24.
  • Nozzle angle calculation unit that calculates the angle
  • 12 is the nozzle angle setting storage unit that stores the setting value of the nozzle angle that you want to move in advance set on the screen display unit 8 b or TZB 7 screen
  • 13 is the nozzle angle setting Determines whether the storage unit 1 2 matches the result of the nozzle angle calculation unit 1 1, and if it matches, the nozzle angle comparison determination unit turns on the arrival signal
  • 14 is calculated by the nozzle angle calculation unit 1 1
  • Set the horizontal and vertical angles Beauty is displayed on the screen display unit 8 b of the NC control unit 8, and when reaching signal is a sine at the nozzle angle comparison determination unit 1 3, nozzles for displaying a mark in the vicinity of the nozzle angle It is an angle display part.
  • the nozzle direction storage unit 10, the nozzle angle calculation unit 1 1, the nozzle angle setting storage unit 1 2, the nozzle angle comparison determination unit 1 3, and the nozzle angle display unit 1 4 are the internal processing functions of the NC control unit 8. is there. In the calculation process in the nozzle angle calculation unit 1 1, the calculation is executed using the following logical expression.
  • Figure 2 shows the horizontal component of the nozzle direction vector in the Cartesian coordinate system where the XY plane is the horizontal plane and the X, Y, ⁇ axis is the outer product of other axes, that is, the relationship of ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ , XX ⁇ ⁇ holds. It is the figure which showed the angle of the vertical component.
  • 1 5 is the teaching point in the inclined part of the workpiece
  • 16 is the line segment created by the origin 0 and the teaching point 15, that is, the nozzle direction vector
  • 17 is the point where the teaching point 1 5 is projected onto the ⁇ plane
  • 1 8 is the line segment projected from line 1 6 onto the ⁇ ⁇ plane, that is, the line segment created by the origin and point 1 7
  • 1 9 is the X component dx at machining point 1 5
  • 2 0 is machining point 1 5 Y component dy
  • 2 1 is Z component dz at machining point 1 5
  • S is the angle of vertical component 0 between line segment 1 4 and Z axis
  • ⁇ is the horizontal component of line segment 1 6 and X axis The angle is ⁇ .
  • the nozzle direction vector d from the angles ⁇ and j6 of the W axis 22 and the U axis 24 is sin a ⁇ s i n / 3 d.
  • the horizontal and vertical angles are derived from the angles a and 8 of the W axis 2 2 and the U axis 24 using the above relational expressions.
  • the machining head 3 is configured in the same way as the conventional one, and as shown in Fig. 3, an arrow centering on the Z axis is provided by the bearing member 2 7 at the tip of the Z axis unit 5 + Rotating shaft (hereinafter referred to as W-axis) 2 2 which can be rotated in the direction of ⁇ or 1 ⁇ .
  • a posture axis (hereinafter referred to as a U-axis) 2 4 that can rotate in one to three directions around the axis, and a machining nozzle 4 is attached to the tip of the re-axis 2 4.
  • W-axis 2 2 is rotated by W-axis servo motor 25
  • U-axis 24 is U-axis Driven by servo motor 26.
  • FIG. 4 is a diagram showing a coordinate display screen including a nozzle angle display.
  • the display of the nozzle angle also fluctuates by performing the above calculation.
  • Fig. 5 is a flowchart for teaching work during workpiece tilting or taper machining. In preparation for teaching work to create a 3D program by teaching machining points, T / B 7 is enabled and used for various settings. Set the command to open the auxiliary function code.
  • step ST 2 using the machining axis feed key arranged on TZB 7 or the handle and joystick, see the coordinate values of the X, ⁇ , and Z axes on the coordinate display screen shown in Fig. 4, and the tip position Is moved to the teaching point.
  • the TZB 7 or the screen display part 8 b of the control unit 8 will be While confirming the nozzle angle shown in Fig. 4, rotate the U-axis 24 and W-axis 22 until the surface is in a straight line or taper angle.
  • step ST6 use the machining axis feed key or handle and joystick arranged on T / B7 in the same way to set the tip position to the next teaching point while viewing the coordinate display shown in Fig. 4. Move and create each teaching point of machining program by teaching work.
  • step ST4 is omitted.
  • step ST7 commands such as auxiliary function code shirt closing and programming are entered, and the creation of the machining program is completed.
  • the nozzle angle can be displayed for a one-point-oriented head with poor teaching work efficiency, it is possible to easily create a face-to-face state with respect to the work surface.
  • the nozzle angle This eliminates the work of repeatedly checking the degree by visual inspection, and improves the efficiency of teaching work.
  • the taper machining angle can be matched to the taper machining angle with high accuracy.
  • the nozzle angle when the nozzle angle is specified in the workpiece tilted part or in the drawing, the actual nozzle angle displayed can be matched with the displayed nozzle angle, or the workpiece can be easily in a face-to-face state with a known tilt angle. This makes it possible to perform teaching work more efficiently. As described above in detail, according to the present invention, it is possible to easily create the state of the nozzle surface relative to the work surface, and to improve the efficiency of the teaching work.
  • the three-dimensional laser processing machine according to the present invention is suitable for improving the teaching work efficiency by displaying the nozzle angle of the processing head.

Landscapes

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Description

明 細 書
3次元レーザ加工機 技術分野
この発明は、 回転軸及び姿勢軸を回転させた際に加工点が移動しない へッド構造をもつ 3次元レーザ加工機において、 ノズル方向べク卜ルを もとに直交座標系の Z軸からなるノズルの垂直方向の角度及びノズル 方向べク トルを X Y平面に投影した際の水平方向の角度を表示する機 能を備えた 3次元レーザ加工機用制御装置に関するものである。 背景技術
ここで、 平面または立体ワーク形状を加工する 3次元レーザ加工機に おいて、 回転軸及び姿勢軸を回転させた際に加工点が移動しないへッド (以下、 一点指向型ヘッドと称する） 構造をもつ 3次元レーザ加工機の 構成を第 6図、 第 7図及び第 8図により説明する。
第 6図は一点指向型へッ ド搭載 3次元レーザ加工機の各軸の構成を 示す斜視図、 第 7図は一点指向型へッド搭載 3次元レーザ加工機の加工 へッドを拡大した拡大図、 第 8図は 3次元レーザ加工機の構成を示すブ ロック図である。
図において、 1 0 9はアーム 1 1 1 の駆動端に位置する姿勢軸（以下、 U軸と称する） 、 1 1 0は U軸 1 0 9に接続された回転軸 （以下、 W軸 と称する） 、 1 0 8はW軸 1 1 0に接続された Z軸であり、 これらはァ ー厶 1 1 1 を構成している。
また、 加工へッド 3は Z軸受 1 1 5の先端に回転軸受 1 1 4によって Z 軸を中心に矢印 + αまたは— α方向に回転可能な W軸 1 1 0と、 W軸 1 1 0の先端に姿勢軸受 1 1 3によって取り付けられて Z軸に対して 4 5度傾斜した軸を中心に矢印 + 3または— /3方向に回転可能な U軸 1 0 9とを有し、 U軸 1 0 9の先端に加工ノズル 4が取り付けられている。 ただし、 U軸 1 0 9は水平面に対して 4 5度傾いた軸を中心に回転して いるため、 U軸の角度と加工ノズル 4が向いている垂直方向の角度が 1 対 1で対応しない。
1 1 3はサーボモータ S M 5により U軸 1 0 9を矢印 + βまたは一 β 方向に回転させる姿勢軸受、 1 1 4はサーボモータ S Μ 4により W軸 1 1 0を矢印 + αまたは— α方向に回転させる回転軸受である。
1 1 5はサ一ボモータ S Μ 3により加工ヘッド 3を矢印 Ζ方向に移動 させる Ζ軸受、 1 1 6はサ一ポモ一夕 S Μ 2により加工ヘッド 3を矢印 Υ方向に移動させる Υ軸受、 1 1 7はサーボモータ S Μ 1 により加工テ 一ブル 2を矢印 X方向に移動させる X軸受である。 なお、 上記サーボモ 一夕 S Μ 1 〜S Μ 5は、 N C制御部 8からの駆動信号により駆動される。 Pは W軸 1 1 0及び U軸 1 0 9が回転しても位置が変わらない加工点 である。
1 0 5はレーザ光を発生させるレーザ発振器、 1 0 3は1\1〇制御部を操 作する操作部である。 以上のように構成されたレーザ加工機を用いてレーザ加工を行う際、 平面または立体ワーク形状を加工する 3次元レーザ加工においては、 加 工面に照射される,レーザの光軸が加工面に対して法線方向であること を保っために加工ノズル 4は加工面に対して常に面直の方向姿勢であ ることが要求される。
そのため、 オペレータは、 加工を行う前に加工点 Pを加工ワーク 9の加 ェ線 K上の点 （以下、 教示点と称する） にあわせ、 この要求を満たす教 示点をプログラムにティ一チングデータとして入力するティーチング 作業を実加工に先立って行う。
そして、 レーザ加工時にはティ一チングデ一夕に従い加工ワーク 9に対 する加工へッド 3の距離を一定に保持しながらレーザ光のスポッ 卜が 加工線 Kに沿って進行するように制御される。
第 9図は、 X Y平面を水平面と定め X、 丫、 Z軸が他の軸の外積、 つ まり Υ Χ Ζ、 Ζ Χ Χ、 Χ Χ Υの関係が成り立つ座標系 （以下、 直交座標 系と称する） において、 W軸 1 1 0と U軸 1 0 9の角度から加工ノズル 4が指し示す方向の単位ベクトル （以下、 ノズル方向ベクトルと称す る） の水平成分及び垂直成分の角度を示した図である。
7 0はワークの傾斜部分における教示点、 7 1 は原点 Οと教示点 7 0と で作成される線分、 つまりノズル方向ベクトルを示す。
7 2は教示点 7 0を X Υ平面に投影した点、 7 3は線分 7 1を X Υ平面 に投影した線分すなわち原点 0と点 7 2とで作成される線分、 7 4は加 ェ点 7 0における X成分 d X、 7 5は加工点 7 0における Y成分 d y 、 7 6は加工点 7 0における Z成分 d z 、 Θは線分飞 1 と Z軸とのなす垂 直成分の角度 0 、 Φは線分 7 3と X軸とのなす水平成分の角度 φである 第 9図において、 加工ヘッド 3の構造上、 W軸 1 1 0の角度ひ、 U軸 1 0 9の角度 ;6からノズル方向べクトル dは λ 2
· sin a · sin β ' cos · sin β d
Figure imgf000005_0001
と与えられることが知られている, ここで、 第 9図において教示点 7 0における各成分 d x、 d y、 d zと 水平成分及び垂直成分の角度との関係は極座標系を用いて考えると、 以 下の式で得られる。
c 0 s 0 = d z
t a n = d y / d x
これより、 水平方向及び垂直方向の角度が得られる。
Figure imgf000006_0001
= a t a n ( d y / d x
上記のように変換式に逆三角関数もあり、 U軸 1 0 9の角度; 8を見ただ けでは加工ノズル 4が向いている垂直成分の角度 0を読み取ることが できない。
また、 W軸 1 1 0と水平成分の角度 φの関係も同様なことが言える。 第 1 0図は、 ティーチング時の加工ヘッドの姿勢変化及びレーザ入射 角度を傾けた加工を示す図であり、 第 1 0図 （a ) は W軸及び U軸を回 転させた際に加工点が移動しないへッド構造をもつ 3次元レーザ加工 機における姿勢変化コーナ部でのティ一チング時の加工へッドの姿勢 変化を示し、 第 1 0図 （b ) はワーク表面に対してレーザ入射角度を傾 けた加工 （以後、 テーパ加工と称する） を示す図である。
図において、 P 1 は加工ワーク 9の加工線 K上にある水平面上の教示 点、 P 2は加工ワーク 9の加工線 K上にある 4 5度傾斜面上の教示点、 P 3は加工ワーク 9の加工線 K上にある直立面上の教示点、 3 a、 4 a は教示点 P 1 における下向きの加工ヘッド及び加工ノズル、 3 b、 4 b は教示点 P 2における 4 5度向きの加工へッドノズル及び加工ノズル、 3 c、 4 cは教示点 P 3における水平向きの加工ヘッド及び加工ノズル である。 ティーチングを行う際、 オペレータはレーザ加工を行うための所定の 図面から完成品のワーク形状を読み取る。
そして、 それをもとにティーチングデータ作成用ワークに加工線 Kのけ がきを行い、 その加工線 K上の各教示点におけるノズル角度を割り出す。 その後、 加工ワーク 9上の各教示点 P 1 、 P 2、 P 3において面直状態 を作成するには、 ノズル角度を図面から割り出したワーク傾斜角度であ る 0 ° 、 4 5 ° 、 9 0 ° に調整する。
また、 第 1 0図 （b ) において Aはテ一パ加工時の指定角度であり、 ノ ズル角度をこの値に調整すればよい。
なお、 オペレータは、 図面から割り出したノズル角度から正確な W、 U 軸の値の算出はできず、 数値的に合わすことは困難であり、 大体どのあ たりか推測できる程度である。 第 1 1 図は、 機械によって定められた固有の位置を原点とする機械座 標系における各軸の座標値を表示した従来の座標表示の画面を示した 図であり、 ティーチング作業時に表示される。
この画面では機械固有の機械原点を基準に X、 丫、 Z軸で加工ノズル 4 の先端にある加工点 Pの位置 （以下、 先端位置と称す） を示し、 W、 U 軸の角度 ¾と 8で加工ノズル 4の姿勢を示す。
さらに、 X、 丫、 Z、 W、 U軸を動かすと、 それに伴い画面上の各軸の 値は随時更新される。
ティーチングデ一夕は上記の座標値を用いて作成させるため、 W、 U軸 の値は、 加工時に N C側の処理でレーザ光のスポットが加工線 Kに沿つ て進行するように制御させるのに必要である。
ただし、 オペレー夕へ提示する情報として扱われることは少ない。 第 1 2図は、 ワーク傾斜部分またはテ一パ加工時の従来のティーチン グ作業におけるフローチヤ一卜を示す。
加工点の教示により 3次元プログラムを作成するティーチング作業の 準備として、 ティーチングボックス （以下、 TZBと称す） 7の使用有 効等の諸設定を実施し、 ステップ S T 1 1 にて、 加工プログラムにおい て初期設定である補助機能コードのシャッタ開等の指令を設定する。 その後、 ステップ S T 1 2にて、 TZB 7上に配置された加工軸送リキ 一、 またはハンドル並びにジョイスティックを用い、 第 1 1 図で示され る座標表示画面の X、 丫、 Z軸の座標値をみて先端位置を教示点へ移動 させる。
その際、 ワーク傾斜部分またはテーパ加工のティ一チングにより加エノ ズル 4の角度調整が必要な場合 （ステップ S T 1 3 ) 、 ステップ S T 1 4にて、 加工ノズル 4の姿勢を設定するため W軸 1 1 0及び U軸 1 0 9 をそれぞれ手動で回転させる。
ステップ S T 1 5では、 ノズル角度を目視で確認して面直状態になる、 またはテ一パ加工での角度になるまでステップ S T 1 4を繰り返す。 ステップ S T 1 5にて、 教示点での先端位置及び姿勢の設定終了後、 ス テツプ S T 1 6では、 ティ一チングデ一夕として教示を行う。
その続きとして、 同様に T/B 7上に配置された加工軸送りキー、 また はハンドル並びにジョイスティックを用い、 第 1 1 図に示される座標表 示をみながら次の教示点へ先端位置を移動させ、 教示作業により加工プ ログラムの各教示点を作成していく。
ただし、 ステップ S T 1 3にて加工ノズル 4の角度調整がないティーチ ング作業の場合には、 ステップ S T 1 4からステップ S T 1 5までの作 業を省く。
最後にステップ S T 1 8にて、 補助機能コードのシャツ夕閉及びプログ ラムェンド等の指令を入力し、 加工プログラムの作成が終了する。
従来において、 第 7図のへッド構造をもつ 3次元レーザ加工機でのテ ィーチング作業では、 第 1 2図で示したフローチャートの方法が標準的 操作として定着していた。
しかし、 目視確認のため、 面直状態及びテ一パ加工でのノズル角度調整 の精度が悪く、 良好な加工の実現が困難であった。 さらに、 ティーチン グ作業において作業時間もかかっていた。
また、 加工直前に各教示点の位置及び姿勢の確認作業において、 W軸 1 1 0及び U軸 1 0 9の角度を変更したい場合には再度教示点におい て姿勢を調整しなおす必要があり、 上記のフローチャートのステップ S T 1 3〜ステップ S T 1 6の操作に基づいて姿勢の修正を行っていた。 参考までに、 3次元加工機において、 加工ヘッドがスリムで深絞リヮ ークの加工に適したもう一種類のへッドタイプ （以下、 オフセッ卜型へ ッドと称する） 構造をもつ 3次元レーザ加工機の構成を第 1 3図、 第 1 4図によリ説明する。
第 1 3図は、 オフセット型ヘッド搭載 3次元レーザ加工機の各軸の構 成を示す斜視図、 第 1 4図はオフセッ卜型へッド搭載 3次元レーザ加工 機の加工へッドを拡大した拡大図であり、 第 7図で示した一点指向型へ ッド搭載 3次元レーザ加工機と同一符号はほぼ同一構造であり、 アーム 1 1 1部分が異なっている。
図において、 加工ヘッド 4は Z軸部材 1 1 5の先端に回転軸受 1 1 4 によって Z軸を中心に矢印 + 'または— α '方向に回転可能な回転 軸 （以下、 C軸と称する） 1 2 2と、 C軸 1 2 2の先端に姿勢軸受 1 1 3によって取り付けられて Ζ軸に対して直交した軸 （C軸 1 2 2 ) を中 心に矢印 + ιδ 'または— |8 '方向に回転可能な姿勢軸 （以下、 Α軸と称 する） 1 2 1 とを有し、 A軸 1 2 1の先端に加工ノズル 4が取り付けら れている。
ここで、 A軸 1 2 1 の角度は加工ノズル 4の垂直方向の角度と 1対 1 に 対応し、 C軸 1 2 2の角度は加工ノズル 4の水平方向の角度と 1対 1 に 対応している。
次に、 オフセッ卜型へッドについても回転軸及び姿勢軸の角度とノズ ル方向べク トルの水平成分及び垂直成分の角度との関係を示す。
第 1 4図（ b)において加工へッド 3の構造上、 C軸 1 2 2の角度 α 一、
Α軸 1 2 1 の角度 3 'からノズル方向べクトル d 'は
Figure imgf000010_0001
と与えられることが知られている。 ここで、 第 9図において教示点 7 0における各成分 d x、 d y、 d zと 水平成分及び垂直成分の角度との関係は極座標系を用いて考えると、 以 下の式で得られる。
c 0 s Θ = d z
t a n 0= d y/d x
これより、 水平方向及び垂直方向の角度が得られる。
Θ = β '
Φ = 9 0 ° _ a '
よって、 Α軸 1 2 1 の角度 i6 'を見ただけで加工ノズル 4が向いている 垂直成分の角度 0を読み取ることができる。
また、 C軸 1 2 2と水平成分の角度 Φの関係も同様なことが言える。 図 1 5は、 オフセッ卜型へッド構造をもつ 3次元加工機のティーチン グ作業のフローチヤ一卜を示す。
図において、 ステップ S T 2 2までは第 1 2図で示した一点指向型へ ッドのステップ S T 1 2までと同様な操作を行う。
その後、 加工ノズル 4の角度調整が必要な場合 （ステップ S T 2 3 ) 、 ステップ S T 2 4にて、 先端位置を固定し C軸 1 2 2及び A軸 1 2 1 を 回転させて姿勢を合わせる先端固定モ一ドに設定する。
そして、 ステップ S T 2 5にて、 座標表示画面の C軸 1 2 2、 A軸 1 2 1 の角度表示を見ながら第 1 4図 （a ) に示すような既知のワーク傾斜 部分で面直状態になる、 または加工ノズル 4をテーパ加工の角度になる まで C軸 1 2 2及び A軸 1 2 1 を回転させる。
その教示点での先端位置及び姿勢の設定終了後、 ステップ S T 2 6にて、 ティ一チングデータとして教示を行う。
その後のステップ S T 2 7、 ステップ S T 2 8は、 第 1 2図で示した一 点指向型ヘッドのステップ S T 1 7、 ステップ S T 1 8と同様な操作を 行う。
従来の第 1 3図で示すへッド構造をもつ 3次元レーザ加工機でのティ 一チング作業では、 上記のフローチヤ一卜に示す如く、 図面から完成品 のワーク形状を読み取りノズル角を割り出すが、 このノズル角が C軸、 A軸と 1 対 1 に対応することから、 既知のワーク傾斜部分に対して面直 状態及び図面で指定された角度への調整が容易かつ精度よく行え、 ティ —チング作業時間においても時間が短縮できる。 従来のオフセッ 卜型へッド構造をもつ 3次元加工機のティーチング 作業は、 第 1 5図のフローチャートに示される如く容易であるが、 一点 指向型へッ ド構造をもつ 3次元加工機を用いたワーク傾斜部分または テーパ加工のティ一チング作業は、 ティーチング時にオペレータがノズ ル角度を目視で確認して面直状態になる、 またはテーパ加工の角度にな るまで手動で W軸及び U軸を回転させるため、 ワーク傾斜部分またはテ
—パ加工での教示点におけるノズル角度の正確性に欠け、 その上、 1 つ 1つの教示点に対してティーチングを行うため、 教示点が増加すればす るほどティーチングに多くの時間を割くという問題点もあった。
また、 以前、 オフセット型ヘッド搭載の 3次元加工機を所有していた ユーザにとって、 W軸及び U軸を回転させても加工点が移動しないへッ ド構造をもつ 3次元レーザ加工機のティ一チング作業では、 従来の技術 にて説明したように W軸及び U軸の角度から加工ノズルの水平方向及 び垂直方向の実角度を知りえないため、 オフセッ卜型へッド時と比べ、 ノズル角度調整時での使い勝手が悪く、 作業効率が悪かった。 発明の開示
本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、 W軸及び U軸を回転させた際に加工点が移動しないへッド構造をもつ 3次元レ —ザ加工機において、 直交座標系からみたノズルの水平方向の角度及び 垂直方向の角度を算出して表示させることで、 ティ一チング作業の効率 化を図るものである。
また、 傾斜角度が既知な加工ワークに対しては容易に面直状態を作り 出すことが可能な 3次元レーザ加工機用制御装置を提供するものであ る。 この目的を達成するために、 第 1 の観点によれば、 回転軸及び姿勢軸 を回転させた際に加工点が移動しないへッド構造をもつ 3次元レーザ 加工機において、 現在の回転軸及び姿勢軸の角度情報を記憶し.. それら の角度からノズル方向べクトルを算出する手段と、 そのノズル方向べク トルをもとに直交座標系の Z軸からなるノズルの垂直方向及び水平方 向の角度を割り出す手段と、 その割り出したノズル角度を表示する手段 と、 を備えたものである。
また、 ノズルの垂直方向及び水平方向の角度割り出しは、 ノズル方向 べクトルをもとに直交座標系の Z軸からなるノズルの垂直方向の角度 及びノズル方向べク トルを X Y平面に投影した際の X軸からなる水平 方向の角度より求めるものである。
また、 ノズルの角度を予め記憶させるノズル角度設定手段を備え、 割 リ出したノズルの垂直方向及び水平方向の角度と比較することにより、 上記予め記憶したノズル角度に到達したことを通知する通知手段を備 えたものである。
また、 ノズル角度の表示は、 ティ一チングボックス等の遠隔操作部に 対して表示するものである。
また、 ノズルの角度を予め記憶させるノズル角度設定手段を備え、 割 り出したノズルの垂直方向及び水平方向の角度と比較することにより、 上記ノズルの回転軸及び姿勢軸を回転させ、 上記予め記憶させたノズル 角度に位置決めするものである。 図面の簡単な説明
第 1 図は、 この発明に係る 3次元レーザ加工機の制御装置の機能とそ の処理の流れを示した全体構成図である。
第 2図は、 直交座標系からみたノズルの水平方向及び垂直方向の角度 を示す図である。
第 3図は、 加工ヘッドの構造を示す構造図である
第 4図は、 本発明によるノズル角度を含んだ座標表示画面の図である c 第 1の実施の形態に係る画面設定図である。
第 5図は、 本発明によるティーチング作業のフローチヤ一卜である。 第 6図は、 一点指向型ヘッド搭載 3次元レーザ加工機の各軸の構成を 示す斜視図である。
第 7図は、 一点指向型ヘッド搭載 3次元レーザ加工機の加工ヘッドの 拡大図である。
第 8図は、 従来の 3次元レーザ加工機の構成を示すプロック図である。 第 9図は、 直交座標系からみたノズルの水平方向及び垂直方向の角度 を示す図である。
第 1 0図は、 加工ヘッドの姿勢変化及び加工の概略を示す図である。 第 1 1 図は、 従来の座標表示画面の図である。
第 1 2図は、 従来の一点指向型ヘッドのティ一チング作業のフローチ ヤー卜である。 '
第 1 3図は、 オフセット型ヘッド搭載 3次元レーザ加工機の各軸の構 成を示す斜視図である。
第 1 4図は、 オフセット型ヘッド搭載 3次元レーザ加工機の加工へッ ドの拡大図である。
第 1 5図は、 オフセット型ヘッドのティ一チング作業のフローチヤ一 卜である。 発明を実施するための最良の形態
実施の形態 1 .
第 1 図は、 ティ一チング作業時の一点指向型へッド搭載 3次元レーザ 加工機システムの斜視図である。
図において、 1 は 3次元加工機本体、 2はベッド上に X軸方向に移動可 能に設けられた加工テーブル、 3は Z軸ュニッ卜 5に取り付けられた加 ェヘッド、 4は加工へッド 3の先端に取り付けられている加工ノズル、 5は加工へッド 3を矢印 Z方向に動かすことのできる Z軸ュニッ 卜で あり、 Y軸ュニッ卜 6に Z軸方向に移動可能に設けられている。
6は Z軸ュニッ 卜 5を矢印 Y方向に動かすことのできる Y軸ュニッ卜 であり、 左右のコラム間に水平に掛け渡されたクロスレールに移動可能 に設けられている。
7はペンダント型のティ一チングボックス、 8はマンマシンインタフエ —スとしての操作盤 8 a及び C R Tや液晶等による画面表示部 8 bを 有したコンピュータ式の N C制御部、 9は加工テーブル 2上に設置され た加工ワークである。
なお、 ワークテーブル 2、 Z軸ユニット 5、 Y軸ユニット 6は、 それぞ れ、 図示省略の X軸サ一ボモ一夕、 Z軸サ一ボモータ、 Y軸サ一ボモ一 夕により駆動され、 N C制御装置 8の各軸指令により位置制御される。 1 0は現在の W軸 2 2と U軸 2 4の角度から加工ノズル 4が指し示す 方向の単位ベク トル （以下、 ノズル方向ベクトルと称す） を算出して記 憶するノズル方向記憶部、 1 1はノズル方向記憶部 1 0で算出したノズ ル方向べク トルをもとに直交座標系の Z軸からなるノズルの垂直方向 の角度及びノズル方向べクトルを X Y平面に投影した際の水平方向の 角度を算出するノズル角度計算部、 1 2は画面表示部 8 bまたは T Z B 7の画面において設定した予め移動させたいノズル角度の設定値を記 憶するノズル角度設定記憶部、 1 3はノズル角度設定記憶部 1 2がノズ ル角度計算部 1 1 の結果と一致するか判定し、 一致した場合には到達信 号をオンにするノズル角度比較判定部、 1 4はノズル角度計算部 1 1 で 算出された水平方向及び垂直方向の角度を、 丁ノ B 7並びに N C制御部 8の画面表示部 8 bに表示させ、 また、 ノズル角度比較判定部 1 3にて 到達信号が才ンの場合、 ノズル角度の近傍にマークを表示させるノズル 角度表示部である。
なお、 ノズル方向記憶部 1 0、 ノズル角度計算部 1 1 、 ノズル角度設定 記憶部 1 2、 ノズル角度比較判定部 1 3、 ノズル角度表示部 1 4は、 N C制御部 8の各内部処理機能である。 ノズル角度計算部 1 1 における演算処理では、 下記の論理式によって 計算を実行する。
第 2図は X Y平面を水平面と定め X、 Y、 Ζ軸が他の軸の外積、 つまり Υ Χ Ζ、 Ζ Χ Χ、 X X Υの関係が成り立つ直交座標系におけるノズル方 向べクトルの水平成分及び垂直成分の角度を示した図である。
1 5はワークの傾斜部分における教示点、 1 6は原点 0と教示点 1 5と で作成される線分、 つまりノズル方向ベクトルを示す、 1 7は教示点 1 5を ΧΥ平面に投影した点、 1 8は線分 1 6を Χ Υ平面に投影した線分 すなわち原点と点 1 7とで作成される線分、 1 9は加工点 1 5における X成分 d x、 2 0は加工点 1 5における Y成分 d y、 2 1 は加工点 1 5 における Z成分 d z、 Sは線分 1 4と Z軸とのなす垂直成分の角度 0、 Φは線分 1 6と X軸とのなす水平成分の角度 φである。
第 2図において加工へッド 3の構造上、 W軸 2 2及び U軸 24の角度 α 及び j6からノズル方向べク卜ル dは、 sin a · s i n /3 d . つ
· cos . siii 3
Figure imgf000016_0001
と与えられることが知られている。 ここで、 第 2図において教示点 1 5における各成分 d x、 d y、 d z と水平成分及び垂直成分の角度との関係は極座標系を用いて考えると、 以下の式で得られる。
C 0 s 0 = d 2
t a n = d y/ d x
これより、 水平方向及び垂直方向の角度が得られる。
Θ = Ά C 0 s ( d z )
= a t a n ( d y / d x
ただし、 水平方向の角度 Ψにおいては以下のように条件分けが必要とな る。
d X > 0 ： = a t a n (d yZd x) d x< O , d y >O : = a t a n ( d y/d x ) + 1 8 0 ° d xく 0、 d y< O : = a t a n ( d y/d x ) — 1 8 0 ° また、 Θ ' は X Y平面に対する垂直方向の角度で、 以下のようになる。
0 ' = 9 0 ° — 0
よって、 水平方向及び垂直方向の角度は上記の関係式を用いて W軸 2 2 及び U軸 2 4の角度 a及び； 8から導出される。 また、 加工へッド 3は、 従来のものと同等に構成されており、 第 3図 に示されているように、 Z軸ユニット 5の先端に軸受部材 2 7によって Z軸を中心に矢印 + αまたは一 α.方向に回転可能な回転軸 （以下、 W軸 と称する） 2 2と、 W軸 2 2の先端に軸受部材 2 3によって取り付けら れて Ζ軸に対して 4 5度傾斜した軸を中心に矢印 + βまたは一 3方向 に回転可能な姿勢軸 （以下、 U軸と称する） 2 4とを有し、 リ軸2 4の 先端に加工ノズル 4が取り付けられている。
W軸 2 2は W軸サーボモ一夕 2 5により回転駆動され、 U軸 2 4は U軸 サーボモー夕 2 6により回転駆動される。
X軸サーボモ一夕、 丫軸サ一ボモータ、 Z軸サーボモータ （図示省略） と、 W軸サ一ポモータ 2 5と、 U軸サーボモータ 2 6は、 N C制御装置 8からの駆動信号により駆動され、 ティーチングデータに従いワークテ 一ブル 2上の加工ワークに対する加工ノズル 4の距離を一定に保持し ながらレーザ光のスポッ 卜が加工線回りを倣うと共に加工ノズル 4の ノズル角度が加工ワーク 9の表面に対してほぼ垂直 （法線方向） となる ように制御される。 第 4図は、 ノズル角度の表示を含んだ座標表示の画面を示した図であ る。
ノズル角度においては直交座標系からみた水平方向及び垂直方向の角 度を表示する。
W軸及 2 2及び U軸 2 4の回転に伴い、 ノズル角度の表示も対応して上 述した演算を行うことにより変動する。
なお、 画面表示部 8 bまたは T / B 7の画面において予め移動させた いノズル角度を設定した場合に操作盤 8 aまたは T Z B 7上のボタン を押すと、 ノズル角度比較判定部 1 3においてノズル角度計算部 1 1 で 算出した値が設定値に一致したと判断されるまで W軸 2 2及び U軸 2 4を回転させる。
ノズル角度比較判定部 1 3より、 ノズル角度が設定値に到達したと判断 された際には、 W軸 2 2及び U軸 2 4を停止させ、 ノズル角度表示部 3 4によりノズル角度表示の横に #マークを表示する。 第 5図は、 ワーク傾斜部分またはテ一パ加工時のティーチング作業に おけるフローチャートである。 加工点の教示により 3次元プログラムを作成するティ一チング作業の 準備として、 T / B 7の使用有効等の諸設定を実施した後、 ステ、 プ S T 1 にて、 加工プログラムにおいて初期設定である補助機能コードのシ ャッ夕開等の指令を設定する。
そして、ステップ S T 2では、 T Z B 7上に配置された加工軸送りキー、 またはハンドル並びにジョイスティックを用い、 第 4図で示された座標 表示画面の X、 丫、 Z軸の座標値をみて先端位置を教示点へ移動させる。 その際、 ワーク傾斜部分またはテーパ加工のティ一チングにより加エノ ズル 4の角度調整が必要な場合 （ステップ S T 3 ) 、 ステップ S T 4に て、 T Z B 7または制御装置 8の画面表示部 8 bに表示された第 4図に 示されるノズル角度を確認しながら、 面直状態になる、 またはテーパ加 ェの角度になるまで U軸 2 4及び W軸 2 2を回転させる。
その教示点での先端位置及び姿勢の設定終了後、 ステップ S T 5にて、 ティーチングデータとして教示を行う。
その後、 ステップ S T 6にて、 同様に T / B 7上に配置された加工軸送 リキー、 またはハンドル並びにジョイスティックを用い、 第 4図で示さ れる座標表示をみながら次の教示点へ先端位置を移動させ、 教示作業に より加工プログラムの各教示点を作成していく。
ただし、 ワーク傾斜部分またはテ一パ加工によるノズル角度調整のティ 一チング作業がない場合には、 ステップ S T 4の作業を省く。
最後にステップ S T 7にて、 補助機能コードのシャツ夕閉及びプログラ 厶ェンド等の指令を入力し、 加工プログラムの作成が終了する。 本実施の形態によれば、 ティーチング作業効率が悪かった一点指向型 ヘッ ドに対して、 ノズル角度を表示することができるようになるため、 ワーク面に対し面直状態を容易に作成することができ、 更に、 ノズル角 度を目視で繰り返し確認していた作業がなくなり、 ティーチング作業時 の効率化が図れる。
また、 テーパ加工したい要求に対し、 高い精度でテ一パ加工の角度に合 わせることもできる。
—方、 オフセット型ヘッド搭載の 3次元加工機を所有していたユーザ に対し、 一点指向型へッドにおいてもオフセッ卜型へッドと同様にノズ ル角度を把握しながらティ一チング作業ができるため、 使い勝手が良く なる。
また、 水平方向及び垂直方向の角度情報を T / B等の遠隔操作機に表 示することも可能であり、 ティ一チング操作時に手元でノズルの水平方 向及び垂直方向の角度を確認することが可能になり、 時間の短縮による 作業効率の向上を図ることができる。
さらに、 ワーク傾斜部分または図面にてノズル角度が指定された場合 においては、 該ノズル角度と表示される実際のノズル角度をあわせたり、 傾斜角度が既知な加工ワークに対しては容易に面直状態を作り出すこ とが可能であることから、 ティ一チング作業をより効率よく行うことが できる。 以上、 詳記したように本発明によれば、 ワーク面に対しノズルの面直 状態を容易に作成することができ、 ティ一チング作業の効率化が図るこ とができる。
また、 予め設定したノズル角度とティーチング作業中の実際のノズル 角度との比較が行えるので、 才ペレ一夕の作業効率が向上する。
さらに、 ティーチング操作時に手元でノズルの水平方向及び垂直方向 の角度を確認することが可能になり、 時間の短縮による作業効率の向上 を図ることができる。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明にかかる 3次元レーザ加工機は、 加工ヘッドの ノズル角度表示を行うことによりティーチング作業を効率化させるも のに適している。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 回転軸及び姿勢軸を回転させた際に加工点が移動しないへッド搆 造をもつ 3次元レーザ加工機において、
現在の回転軸及び姿勢軸の角度情報を記憶し、 それらの角度からノズ ル方向べクトルを算出する手段と、
そのノズル方向べク トルをもとに直交座標系の Z軸からなるノズル の垂直方向及び水平方向の角度を割り出す手段と、
その割リ出したノズル角度を表示する手段と、
を備えた 3次元レーザ加工機。
2 . ノズルの垂直方向及び水平方向の角度割り出しは、 ノズル方向べ クトルをもとに直交座標系の Z軸からなるノズルの垂直方向の角度及 びノズル方向べク トルを X Y平面に投影した際の X軸からなる水平方 向の角度より求めることを特徴とする請求の範囲 1 に記載の 3次元レ —ザ加工機。
3 . ノズルの角度を予め記憶させるノズル角度設定手段を備え、 割り 出したノズルの垂直方向及び水平方向の角度と比較することにより、 上 記予め記憶したノズル角度に到達したことを通知する通知手段を備え たことを特徴とする請求の範囲 1又は 2に記載の 3次元レーザ加工機。
4 . ノズル角度の表示は、 ティーチングボックス等の遠隔操作部に対 して表示することを特徴とする請求の範囲 1 乃至 3何れかに記載の 3 次元レーザ加工機。
5 . ノズルの角度を予め記憶させるノズル角度設定手段を備え、 割り 出したノズルの垂直方向及び水平方向の角度と比較することにより、 上 記ノズルの回転軸及び姿勢軸を回転させ、 上記予め記憶させたノズル角 度に位置決めすることを特徴とする請求の範囲 1 乃至 4何れかに記載 の 3次元レーザ加工機。
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