(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工用の加工ヘッドをワークに対して相対的に二軸方向へ移動位置決めして加工を行うレーザ加工機であって、前記加工ヘッドと相対的に決まった位置に取り付けられた撮像手段をワークに対して相対的に移動させて、前記レーザ加工機で加工されもしくは前記レーザ加工機以外で予め加工された円形の加工穴の周縁における３点を求め、これらの求めた３点用いて、前記円形の加工穴の中心位置を求め、または、前記撮像手段をワークに対して相対的に移動させて、前記レーザ加工機で加工されもしくは前記レーザ加工機以外で予め加工された長方形の加工穴の各辺上の４点と、いずれかの辺の向きを検出するための１点を求め、これらの求めた各点を用いて、前記四角形の加工穴の中心位置を求めるレーザ加工機における加工穴の位置検出方法。
【請求項２】
前記加工穴が前記撮像手段の撮像範囲よりも大きな場合に、前記求められた各点から、前記加工穴の中心位置を求めることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機における加工穴の位置検出方法。
【請求項３】
レーザ加工用の加工ヘッドをワークに対して相対的に二軸方向へ移動位置決めして加工を行うレーザ加工機において、
前記加工ヘッドと相対的に決まった位置に取り付けられた撮像手段をワークに対して相対的に移動させて、隅角部が直角でないワークの第１の端縁上の２点と、前記第１の端縁と交差している第２の端縁上の２点とを求め、これらの求めた各点を用いて、前記第１の端縁の位置、前記第２の端縁の位置、前記第１の端縁と前記第２の端縁との交差点である隅点を求めるＮＣ装置を有することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザ加工機において、
前記ＮＣ装置に入力されている前記加工穴の加工データを用いて、前記加工穴の周縁部分に、前記撮像手段を移動させることを特徴とするレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、位置検出の基準となる捨穴を用いないレーザ加工機におけるワーク位置検出方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーザ加工機による穴明け等の加工中におけるワークの位置検出方法としては、特開平１−９５８８９号公報に示されるように、加工された穴の中心に加工ヘッドに設けられた撮像手段であるカメラの中心がくるようにワーク又は加工ヘッドを移動させるとともに、カメラと加工ヘッドのオフセット量を考慮することによりワークの位置検出を行うのが一般的である。そして、この位置を基準にして次の穴明け加工を行う位置にワーク又は加工ヘッドを移動させるようにＮＣ制御する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、カメラの撮像範囲を広げると位置検出精度が低下するため比較的狭い撮像範囲のカメラを用いて基準穴の中心に位置するようにしていた。
【０００４】
このため、撮像範囲に入る穴のみが基準穴として使用でき、このような基準となりうるような撮像範囲に入る小さな穴がない場合には捨穴を明け、これを基準穴として用いるようにしなければならず面倒である。また、余分な穴を明けることから、材料の無駄、加工機の無駄な使用等の問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、以上のような従来の技術に着目してなされたものであり、捨穴を設けることなく且つ基準穴とする穴の大きさの制限がないようなレーザ加工機におけるワーク位置検出方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、レーザ加工用の加工ヘッドをワークに対して相対的に二軸方向へ移動位置決めして加工を行うレーザ加工機であって、前記加工ヘッドと相対的に決まった位置に取り付けられた撮像手段をワークに対して相対的に移動させて、前記レーザ加工機で加工されもしくは前記レーザ加工機以外で予め加工された円形の加工穴の周縁における３点を求め、これらの求めた３点用いて、前記円形の加工穴の中心位置を求め、または、前記撮像手段をワークに対して相対的に移動させて、前記レーザ加工機で加工されもしくは前記レーザ加工機以外で予め加工された長方形の加工穴の各辺上の４点と、いずれかの辺の向きを検出するための１点を求め、これらの求めた各点を用いて、前記四角形の加工穴の中心位置を求めるレーザ加工機における加工穴の位置検出方法である。
【０００７】
従って、レーザ加工ヘッドをワークに対して相対的に二軸方向へ移動位置決めして所望のレーザ加工を行う際に、まず一軸方向へ加工ヘッドと相対的に決まった位置に取り付けられた撮像手段を相対的にてワークに予めレーザ加工機以外でまたはこのレーザ加工機で加工された穴の周縁やワークの端縁を撮像する位置を求め、次いで他軸方向へ移動させて同様に加工穴の周縁やワークの端縁を撮像する位置を求める。この作業を必要なだけ繰り返して少なくとも三点を求め、この三点の位置からワークの位置を検出する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記加工穴が前記撮像手段の撮像範囲よりも大きな場合に、前記求められた各点から、前記加工穴の中心位置を求めることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機における加工穴の位置検出方法である。
【０００９】
従って、撮像手段が加工穴を横切る一軸方向に相対的に移動して加工穴の周縁における二点を検出し、次いで他軸方向に相対的に移動して加工穴を横切ることにより加工穴の周縁における第三の点を検出し、これら三点の位置から円の中心位置や半径を求める。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、レーザ加工用の加工ヘッドをワークに対して相対的に二軸方向へ移動位置決めして加工を行うレーザ加工機において、
前記加工ヘッドと相対的に決まった位置に取り付けられた撮像手段をワークに対して相対的に移動させて、隅角部が直角でないワークの第１の端縁上の２点と、前記第１の端縁と交差している第２の端縁上の２点とを求め、これらの求めた各点を用いて、前記第１の端縁の位置、前記第２の端縁の位置、前記第１の端縁と前記第２の端縁との交差点である隅点を求めるＮＣ装置を有するレーザ加工機である。
【００１１】
従って、撮像手段を相対的に移動させてワークの一の端縁における二点を異なる位置において検出して前記一の端縁の直線を求め、前記ワークの他の端縁における二点を異なる位置において検出して前記他の端縁の直線を求める。また、前記二直線の式からワークの隅点を位置を検出する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のレーザ加工機において、
前記ＮＣ装置に入力されている前記加工穴の加工データを用いて、前記加工穴の周縁部分に、前記撮像手段を移動させることを特徴とするレーザ加工機である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態の例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１には、この発明にかかるワーク位置検出装置１を適用したレーザ加工機３の全体が示されている。図１において、レーザ加工機３における下部にはベース５が設けられ、このベース５を跨いで門型のフレーム７が立設されている。
【００１８】
前記フレーム７の上部前面（図１中紙面手前側）には一対のＹ軸ガイドレール９、９がＹ軸方向に水平に設けられている。このＹ軸ガイドレール９の間におけるフレーム７の一方の端部付近にはＹ軸モータ１１が設けられており、他方の端部にはこのＹ軸モータ１１に対応して軸受１３が設けられている。このＹ軸モータ１１の回転軸にはＹ軸ボールネジ１５が取付けられており、このＹ軸ボールネジ１５の他端部は前記軸受１３により回転自在に支持されている。
【００１９】
前記Ｙ軸ガイドレール９には、このＹ軸ガイドレール９に沿ってＹ軸方向に移動自在のＹ軸キャレッジ１７が設けられている。このＹ軸キャレッジ１７は、前記Ｙ軸ボールネジ１５に螺合する図示しないボールナットを備えていて前記Ｙ軸ガイドレール９に沿って移動自在のＹ軸ベース１９と、このＹ軸ベース１９の前面にレーザ加工用の加工ヘッド２１を有している。
【００２０】
また、Ｙ軸ベース１９の前面における前記加工ヘッド２１の近傍には、撮像手段であるＣＣＤカメラ２３を下向き（図１中下向き）に備えており、このＣＣＤカメラ２３の下側にはリング状の光を発する照明手段であるリングライト２５を備えている。
【００２１】
一方、前記ベース５上面には、Ｘ軸方向に一対のＸ軸ガイドレール２７、２７が設けられている。また、ベース５上面における前記Ｘ軸ガイドレール２７、２７の間には、Ｘ軸モータ２９が設けられている。このＸ軸モータ２９の回転軸にはＸ軸方向へ延びるＸ軸ボールネジ３１が取付けられており、回転自在となっている。
【００２２】
前記ベース５の上方には、前記Ｘ軸ガイドレール２７に沿ってＸ軸方向に移動自在のワークテーブル３３が設けられており、このワークテーブル３３の下面には、前記Ｘ軸ボールネジ３１に螺合する図示しないボールナットが取付けられている。
【００２３】
また、前記フレーム７の近傍には、Ｘ軸モータ２９及びＹ軸モータ１１並びに図示しないが前記加工ヘッド２１にレーザビームを送るレーザ発振器等を制御するＮＣ装置３５が設けられており、さらに前記ＣＣＤカメラ２３からの撮像を処理する画像処理装置３７がＮＣ装置３５に接続されて設けられている。
【００２４】
以上のように構成されているので、ＮＣ装置３５の制御によりＸ軸モータ２９を回転駆動してＸ軸ボールネジ３１を回転させ、ワークＷが載置固定されたワークテーブル３３をＸ軸方向に移動位置決めする。同様に、Ｙ軸モータ１１を回転駆動してＹ軸ボールネジ１５を回転させ、Ｙ軸キャレッジ１７をＹ軸方向へ移動させて加工ヘッド２１の位置決めをしてレーザ加工を行う。
【００２５】
次に、前記ＣＣＤカメラ２３を用いたワークＷの位置検出の原理を説明する。
【００２６】
まず、ＮＣ装置３５の制御によりＸ軸モータ２９及びＹ軸モータ１１を回転駆動して、ＣＣＤカメラ２３の撮像範囲ＲがワークＷに加工された加工穴３９の中心Ｐ０へ位置するように移動する。ここで、加工穴３９の直径が小さく、加工穴３９の全体がＣＣＤカメラ２３の撮像範囲Ｒに入る場合については、既に前述した例えば特開平１−９５８８９号公報等の記載により知られているので、説明を省略する。
【００２７】
一方、図２を参照するに、加工穴３９の全体がＣＣＤカメラ２３の撮像範囲Ｒに入りきれない場合には、ＣＣＤカメラ２３を一方向（例えばＹ軸方向）へ移動させ（図２中Ｓ１）、加工穴３９の周縁３９ＡがＣＣＤカメラ２３の撮像範囲Ｒの中心に位置するようにする（図２中Ｐ１点）。次に、逆方向へ移動させて（図２中Ｓ２）、加工穴３９の反対側の周縁３９ＡがＣＣＤカメラ２３の撮像範囲Ｒの中心に位置するようにする（図２中Ｐ２点）。
【００２８】
続いて、他方向（例えばＸ軸方向）についても同様に往復動させることにより（図２中Ｓ３、Ｓ４）加工穴３９の周縁３９Ａにおける３点以上の点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）が求まるので、加工穴３９の円の中心位置又は重心位置が求まる。
【００２９】
図３を参照するに、ワークＷに明けられている加工穴４１が四角の場合でも、前述の円の場合と同様にして中心を求めることができる。すなわち、四角の加工穴４１の周縁４１Ａを求めるには、各辺について周縁４１ＡがＣＣＤカメラ２３の撮像範囲Ｒの中心を通る四点Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９と、いずれかの辺の向きを検出するための点を少なくとも一点求めることにより四角の加工穴４１について中心位置や重心位置を求めることができる。
【００３０】
なお、ＣＣＤカメラ２３の移動順序を一例として図３中Ｓ５からＳ８で示してある。また、前述の円の加工穴３９に対するＰ０〜Ｐ４に相当する点をＰ５〜Ｐ９で示してある。
【００３１】
次に、図４を参照するに、ワークＷが矩形の場合に、いずれかの端部付近におけるワークＷの位置検出も前述の加工穴３９、４１に対する場合と同様にして考えることができる。
【００３２】
すなわち、ワークＷの外側からワークＷに対して一方向（例えばＹ軸方向）から接近し（図４中Ｓ９）、ワークＷの一端縁（例えばＹ軸方向端縁４３Ｙ）がＣＣＤカメラ２３の中心に位置するように移動する。これにより、Ｙ軸方向端縁４３Ｙにおける第一の点ＰＹ１を求める。
【００３３】
続いて、ワークＷから一旦離れるとともに他方向（例えばＸ軸方向）へ移動して（図４中Ｓ１０）、前述同様に一方向から接近して（図４中Ｓ１１）、ワークＷのＹ軸方向端縁４３Ｙにおける第二の点ＰＹ２を求める。この二点ＰＹ１、ＰＹ２からワークＷのＹ軸方向端縁４３Ｙの位置や方向が求められる。
【００３４】
さらに、Ｙ軸方向下方及びＸ軸方向右方向へ移動して、ワークＷに対してＹ軸方向の十分下側（図４中下側）に移動する（図４中Ｓ１２）。この点からワークＷに接近すべくＸ軸方向上方へ移動して（図４中Ｓ１３）、ワークＷのＸ軸方向端縁４３ＸがＣＣＤカメラ２３の中心に位置するようにして第三の点ＰＸ１を求める。
【００３５】
以上の三点ＰＹ１、ＰＹ２、ＰＸ１から、ワークＷのＹ軸端縁４３Ｙ及びＸ軸端縁４３Ｘの位置及び角点ＰＸＹを求めることができる。
【００３６】
なお、ワークＷの隅角部が直角でない場合には、Ｘ軸端縁４３Ｘについてさらに一点ＰＸ２を求めることにより、ワークＷのＹ軸端縁４３Ｙ及びＸ軸端縁４３Ｘの位置及び隅点ＰＸＹを求めることができる。
【００３７】
図５を参照するに、前述のようにして求められた加工穴３９、４１又は角点ＰＸＹの位置を基準にして、ＮＣ装置３５がＹ軸モータ１１及びＸ軸モータ２９を制御して、次の加工点へ加工ヘッド２１を移動、位置決めする。
【００３８】
以上の結果から、ワークＷの位置検出の際に用いる加工穴３９、４１の大きさや形状等の制限が少ないので、捨穴を加工する必要がなく、作業効率の改善を図ることができる。
【００３９】
また、加工穴３９、４１が大きくて全体がＣＣＤカメラ２３の撮像範囲Ｒに収まらない場合でもＣＣＤカメラ２３の解像度を下げて全体を撮像範囲Ｒに入れる必要がないので、精度を落とさずに位置検出を行うことができ、次の加工のためのワークＷの位置決めを高精度で行うことができる。
【００４０】
同様に、ワークＷ全体が撮像範囲Ｒに入らなくてもワークＷの一隅角部について位置を検出できるので、検出された隅角部の位置を基準として次の加工位置決めを高精度で行うことができる。
【００４１】
なお、この発明は前述の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行なうことにより、その他の態様で実施し得るものである。例えば、図４においてワークＷの位置検出をワークＷの外側からワークＷに接近することにより開始しているが、逆にワークＷの上から開始するようにしても全く同様である。
【００４２】
また、ＮＣ装置３５に入力されている加工穴３９、４１の径等の加工データを用いて、最初から加工穴３９、４１の周縁３９Ａ、４１Ａ部分にＣＣＤカメラ２３を移動させるようにしても良い。
【００４３】
さらに、図４に示される場合に、ワークＷの端縁４３Ｘ、４３ＹがＣＣＤカメラ２３の中心に位置するように移動したが、端縁４３Ｘ、４３ＹがＣＣＤカメラ２３の撮像範囲Ｒに入ったら、その画像処理情報から端縁４３Ｘ、４３Ｙの位置を算出するようにしても良い。
【００４４】
さらに、図４で示される場合に、機械ワーク位置決め方法によりある程度の精度で求められている理想上の端縁４３Ｘと４３Ｙの上の測定点に撮像手段を移動して撮像し、その画像処理情報から真の端縁４３Ｘ，４３Ｙの位置を算出するようにしてもよい。
【００４５】
また、本実施の形態の例ではレーザ加工機について説明したが、パンチングマシンと複合化したパンチ、レーザ複合機にも対応可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、レーザ加工機におけるワーク位置検出方法では、レーザ加工ヘッドをワークに対して相対的に二軸方向へ移動位置決めして所望のレーザ加工を行う際に、まず一軸方向へ加工ヘッドと相対的に決まった位置に取り付けられた撮像手段を移動させてワークにレーザ加工機で加工されまたは予めレーザ加工機以外で加工された穴の周縁やワークの端縁を撮像する位置を求め、次いで他軸方向へ移動させて同様に加工穴の周縁やワークの端縁を撮像する位置を求める。この作業を必要なだけ繰り返して少なくとも三点を求め、この検出された三点の位置からワークの位置を検出するので、加工穴の大きさにかかわらずまたワーク全体についても位置を検出することができ、次の加工のためのワークの位置精度が向上する。これにより、位置検出のための捨穴を設ける必要がない。
【００４７】
また、レーザ加工機におけるワーク位置検出方法では、撮像手段を加工穴を横切る一軸方向に移動して加工穴の周縁における二点を検出し、次いで他軸方向に加工穴を横切ることにより加工穴の周縁における第三の点を検出し、これらの三点の位置から円の中心位置や半径を求めるので、加工穴の大きさの制限なくワークの位置を検出することができる。これにより、次の加工位置決め精度を向上させることができる。
【００４８】
また、レーザ加工機におけるワーク位置検出方法では、撮像手段を加工穴を横切る一軸方向へ移動させてワークの一軸方向の端縁について異なる位置における二点を検出し、この二点から前記一軸方向の端縁の直線を求め、次いで他軸方向へ移動させてワークの他軸方向の端縁における一点を求めて前記一軸方向の端縁に直交する他軸方向の端縁の直線を求め、さらに前記二直線の式からワークの角点の位置を検出するので、位置検出のための捨て穴を設けることなくワーク全体の位置を検出することができる。これにより、次の加工位置決め精度を向上させることができる。
【００４９】
また、レーザ加工機におけるワーク位置検出装置では、ＮＣ装置の制御により加工ヘッドをワークに対して二軸方向へ相対的に移動させて加工を行う際に、加工ヘッドと一体で移動する撮像手段を移動させて撮像し、画像処理装置により加工穴の周縁やワークの端縁における点を検出する。このようにして少なくとも３点を求め、得られた点の位置からＮＣ装置が加工穴の中心位置及び半径やワークの角点の位置等を求めることによりワークの位置検出を行うので、加工穴の大きさやワークの大きさの制限を受けることなく、また、捨て穴を設けることなくワークの位置検出を行うことができる。これにより、次の加工位置決め精度を向上させることができる。
【００５０】
また、レーザ加工機におけるワーク位置検出装置では、ＣＣＤカメラを撮像手段として用いているので、小型の機械により高解像度の画像処理を行うことができ、ワークの位置検出を高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかるワーク位置決め装置を適用したレーザ加工機の全体を示す斜視図である。
【図２】丸穴の中心位置又は重心位置を検出するための撮像手段の動きを示す説明図である。
【図３】四角穴の中心位置又は重心位置を検出するための撮像手段の動きを示す説明図である。
【図４】ワークの角部の位置を検出するための撮像手段の動きを示す説明図である。
【図５】加工穴やワークの角点の位置を基準にして次の加工点への位置決めを行う状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ワーク位置検出装置
２  レーザ加工機
２１  加工ヘッド
２３  ＣＣＤカメラ（撮像手段）
３５  ＮＣ装置
３７  画像処理装置
３９、４１  加工穴
３９Ａ  周縁
４１Ａ、４３  端縁
Ｗ  ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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