(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元モデルである立体形状に、レーザ加工機による切断加工軌跡を作成するために必要な情報を入力して、切断加工軌跡を作成し、この切断加工軌跡からレーザ加工機制御用のＮＣデータを作成するレーザ加工機のＮＣデータ作成方法において、
前記立体形状の図形データである立体形状データを読み込み、この立体形状の切断部分の輪郭である切断形状を生成する切断形状生成工程と、
アプローチ形状のパターンと、このアプローチ形状の大きさを決定する寸法とを読み込みアプローチ形状を生成するアプローチ形状生成工程と、
前記切断形状をレーザ加工機で切断加工する際の開始点であるアプローチ点を設定するアプローチ点設定工程と、
前記アプローチ点を通り、前記立体形状の面に垂直である法線ベクトルに垂直な平面である投影面を生成する投影面生成工程と、
前記アプローチ形状を前記投影面に、前記アプローチ点に接続させて、投影するアプローチ形状投影工程と、
前記切断形状と、この切断形状のアプローチ点に接続しているアプローチ経路から、前記切断形状を加工するためのレーザ加工機制御用のデータであるＮＣデータを生成するＮＣデータ生成工程と、
を含んでいることを特徴とするレーザ加工機のＮＣデータ作成方法。
【請求項２】
前記アプローチ形状生成工程は、予め複数のアプローチ形状を登録しておき、このアプローチ形状の各寸法を決定するために必要な数値を入力することによりアプローチ形状を生成することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工機のＮＣデータ作成方法。
【請求項３】
３次元モデルである立体形状に、レーザ加工機による切断加工軌跡を作成するために必要な情報を入力して、切断加工軌跡を作成し、この切断加工軌跡からレーザ加工機制御用のＮＣデータを作成するレーザ加工機のＮＣデータ作成装置において、
前記立体形状の図形データである立体形状データを読み込み、この立体形状の切断部分の輪郭である切断形状を生成する切断形状生成手段と、
アプローチ形状のパターンと、このアプローチ形状の大きさを決定する寸法とを読み込みアプローチ形状を生成するアプローチ形状生成手段と、
前記切断形状をレーザ加工機で切断加工する際の開始点であるアプローチ点を設定するアプローチ点設定手段と、
前記アプローチ点を通り、前記立体形状の面に垂直である法線ベクトルに垂直な平面である投影面を生成する投影面生成手段と、
前記アプローチ形状を前記投影面に、前記アプローチ点に接続させて、投影するアプローチ形状投影手段と、
前記切断形状と、この切断形状のアプローチ点に接続しているアプローチ経路から、前記切断形状を加工するためのレーザ加工機制御用のデータであるＮＣデータを生成するＮＣデータ生成手段と、
を備えていることを特徴とするレーザ加工機のＮＣデータ作成装置。
【請求項４】
コンピュータにより、レーザ加工機のＮＣデータ作成装置を制御するための制御プログラムを記憶したコンピュータ読みとり可能の記憶媒体であって、この制御プログラムは、
立体形状の図形データである立体形状データを読み込み、この立体形状の切断部分の輪郭である切断形状を生成させる切断形状生成プログラムと、
アプローチ形状のパターンと、このアプローチ形状の大きさを決定する寸法とを読み込みアプローチ形状を生成させるアプローチ形状生成プログラムと、
前記切断形状をレーザ加工機で切断加工する際の開始点であるアプローチ点を設定させるアプローチ点設定プログラムと、
前記アプローチ点を通り、前記立体形状の面に垂直である法線ベクトルに垂直な平面である投影面を生成させる投影面生成プログラムと、
前記アプローチ形状を前記投影面に、前記アプローチ点に接続させて、投影させるアプローチ形状投影プログラムと、
前記切断形状と、この切断形状のアプローチ点に接続しているアプローチ経路から、前記切断形状を加工するためのレーザ加工機制御用のデータであるＮＣデータを生成させるＮＣデータ生成プログラムと、
を記憶していることを特徴とするレーザ加工機のＮＣデータ作成方法のプログラムを記憶したコンピュータ読みとり可能の記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ加工機のＮＣデータ作成方法及びその装置に係り、さらに詳細には、３次元ＣＡＤで作成された立体形状の切断形状にアプローチ形状を生成させて、３次元レーザ加工用のＮＣデータを作成する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、例えば、レーザ加工機、マシニングセンタ、ワイヤカット加工機などで、ワークの輪郭形状等に切断加工を行うには、この輪郭形状から数ミリ離れた位置から加工を始める。そして、この加工開始点であるアプローチ点から加工形状までの経路は、アプローチ経路と呼ばれている。
【０００３】
一方、３次元ＣＡＤで作成された立体形状から製品形状の切断用のＮＣデータを作成する場合、切断する輪郭形状は立体形状のＣＡＤデータから算出できるが、アプローチ経路は立体形状のＣＡＤデータ中には無く（通常この部分は製品上空洞になっている）、新たに算出して生成する必要があった。このとき、ＣＡＤオペレータは、アプローチ経路を立体形状の曲面上に手動で作成してアプローチ形状のＣＡＤデータとしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の製品形状を切断するレーザ加工機用ＮＣデータの作成方法には、以下のような問題があった。
【０００５】
すなわち、上述の方法では、例えばＣＡＤオペレータが、立体形状の一部分の曲面上にアプローチ経路を作成する場合、曲面と平面の交線を求めたり、曲面と円筒の交線を求めたりする必要がある為、その計算式が複雑であるという問題があった。
【０００６】
また、ＣＡＤ機能を使用する場合、立体形状の一部分の曲面上にアプローチ形状の構成要素である直線、円弧などをＣＡＤオペレータが投影し、その投影結果として得られた形状をアプローチ形状として指示するなどの操作が必要であるという問題があった。
【０００７】
一方、３次元ＣＡＤで作成された立体形状は、最終的な製品形状である場合が多く、レーザ加工の加工開始点であるアプローチ点にしたい位置に面データが無い（空洞になっている）場合もあり、一旦曲面を作成しなければならないという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、請求項１に係る発明は、３次元モデルである立体形状に、レーザ加工機による切断加工軌跡を作成するために必要な情報を入力して、切断加工軌跡を作成し、この切断加工軌跡からレーザ加工機制御用のＮＣデータを作成するレーザ加工機のＮＣデータ作成方法において、前記立体形状の図形データである立体形状データを読み込み、この立体形状の切断部分の輪郭である切断形状を生成する切断形状生成工程と、アプローチ形状のパターンと、このアプローチ形状の大きさを決定する寸法とを読み込みアプローチ形状を生成するアプローチ形状生成工程と、前記切断形状をレーザ加工機で切断加工する際の開始点であるアプローチ点を設定するアプローチ点設定工程と、前記アプローチ点を通り、前記立体形状の面に垂直である法線ベクトルに垂直な平面である投影面を生成する投影面生成工程と、
前記アプローチ形状を前記投影面に、前記アプローチ点に接続させて、投影するアプローチ形状投影工程と、前記切断形状と、この切断形状のアプローチ点に接続しているアプローチ経路から、前記切断形状を加工するためのレーザ加工機制御用のデータであるＮＣデータを生成するＮＣデータ生成工程と、を含んでいるレーザ加工機のＮＣデータ作成方法である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記アプローチ形状生成工程は、予め複数のアプローチ形状を登録しておき、このアプローチ形状の各寸法を決定するために必要な数値を入力することによりアプローチ形状を生成する請求項１記載のレーザ加工機のＮＣデータ作成方法である。
【００１０】
請求項３に係る発明は、３次元モデルである立体形状に、レーザ加工機による切断加工軌跡を作成するために必要な情報を入力して、切断加工軌跡を作成し、この切断加工軌跡からレーザ加工機制御用のＮＣデータを作成するレーザ加工機のＮＣデータ作成装置において、前記立体形状の図形データである立体形状データを読み込み、この立体形状の切断部分の輪郭である切断形状を生成する切断形状生成手段と、アプローチ形状のパターンと、このアプローチ形状の大きさを決定する寸法とを読み込みアプローチ形状を生成するアプローチ形状生成手段と、前記切断形状をレーザ加工機で切断加工する際の開始点であるアプローチ点を設定するアプローチ点設定手段と、前記アプローチ点を通り、前記立体形状の面に垂直である法線ベクトルに垂直な平面である投影面を生成する投影面生成手段と、前記アプローチ形状を前記投影面に、前記アプローチ点に接続させて、投影するアプローチ形状投影手段と、前記切断形状と、この切断形状のアプローチ点に接続しているアプローチ経路から、前記切断形状を加工するためのレーザ加工機制御用のデータであるＮＣデータを生成するＮＣデータ生成手段と、を備えているレーザ加工機のＮＣデータ作成装置である。
【００１１】
請求項４に係る発明は、コンピュータにより、レーザ加工機のＮＣデータ作成装置を制御するための制御プログラムを記憶したコンピュータ読みとり可能の記憶媒体であって、この制御プログラムは、立体形状の図形データである立体形状データを読み込み、この立体形状の切断部分の輪郭である切断形状を生成させる切断形状生成プログラムと、アプローチ形状のパターンと、このアプローチ形状の大きさを決定する寸法とを読み込みアプローチ形状を生成させるアプローチ形状生成プログラムと、前記切断形状をレーザ加工機で切断加工する際の開始点であるアプローチ点を設定させるアプローチ点設定プログラムと、前記アプローチ点を通り、前記立体形状の面に垂直である法線ベクトルに垂直な平面である投影面を生成させる投影面生成プログラムと、前記アプローチ形状を前記投影面に、前記アプローチ点に接続させて、投影させるアプローチ形状投影プログラムと、前記切断形状と、この切断形状のアプローチ点に接続しているアプローチ経路から、前記切断形状を加工するためのレーザ加工機制御用のデータであるＮＣデータを生成させるＮＣデータ生成プログラムと、を記憶していることを特徴とするレーザ加工機のＮＣデータ作成方法のプログラムを記憶したコンピュータ読みとり可能の記憶媒体である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１に本実施に係るレーザ加工機のＮＣデータ作成装置を備えた３次元ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１の概略の構成図を示す。
【００１３】
前記３次元ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１は、コンピュータよりなるものであって、例えば、図示しないコンピュータ本体とマウス、キーボード等の入出力装置を備えている。なお、以下の説明において、立体形状ＳＧ、切断形状等に対する処理は、これらのデータをプログラムが処理するものである。
【００１４】
この３次元ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１は、立体形状ＳＧの作成等を行うＣＡＤ／ＣＡＭ部３と、この立体形状ＳＧを表示する表示画面５と、このＣＡＤ／ＣＡＭ部３により作成した立体形状ＳＧ等の図形データである立体形状データＡｉを格納する立体形状データファイル７と、前記ＣＡＤ／ＣＡＭ部３と、表示画面５と、マウス等とにより情報を付加する操作を行う入力部９と、レーザ加工のためのＮＣデータの作成の各処理を総合的に管理するＮＣデータ生成制御部１１と、を備えている。
【００１５】
一方、前記３次元ＣＡＤ部／ＣＡＭ３と、入力部９と、ＮＣデータ生成制御部１１は、リンク制御部１３により結合されている。これにより、プログラムはＣＡＤ／ＣＡＭ部３の機能を使いながら立体形状データＡｉの編集を行うことができる。例えばＣＡＤ／ＣＡＭ部３のコマンド機能を利用して、立体形状ＳＧに含まれる面に垂直な法線を生成したり、この法線に垂直で立体形状ＳＧに接する面を作成したりすることができるようになる。
【００１６】
なお、本例で立体形状ＳＧを処理対象として、プログラム内に読み込む場合、この立体形状ＳＧを構成する面単位で読み込むものとする。これにより、コンピュータの処理速度等の向上を図ることになる。
【００１７】
そして、ＮＣデータ生成制御部１１は、切断形状生成部１５と、アプローチ形状生成制御部１７と、ＮＣデータ出力部１９とを備えている。さらに、前記アプローチ形状生成制御部１７は、アプローチ形状生成部２３と、アプローチ点決定部２７と、投影面生成部２９と、投影部３１と、を備えている。
【００１８】
前記切断形状生成部１５は、立体形状データファイル７から立体形状ＳＧのＣＡＤデータである立体形状データＡｉをプログラム内に読み込み、そして、この立体形状ＳＧをレーザ加工する軌跡のデータである切断形状データＣｉを生成して、切断形状データファイル２１に格納する処理部である。
【００１９】
前記アプローチ形状生成制御部１７は、入力部９から入力された立体形状ＳＧにレーザのアプローチ形状を生成させるために必要な情報を得てアプローチ形状を生成する処理部である。本例では、例えばアプローチ形状のパターンは、予め立体形状データファイル７に登録してあるパターンを表示画面５に表示させてマウスにより選択する。また、このアプローチ形状の寸法を決めるために必要なパラメータの数値を入力部９より入力したりする。
【００２０】
これらの情報を読み込み前記アプローチ形状生成部２３は、アプローチ形状の２次元データである２次元アプローチ形状データＤｉ２を生成して、このデータを２次元アプローチデータファイル２５に格納する。前記アプローチ点決定部２７は、立体形状ＳＧのレーザ加工機による切断部分に対してレーザが切り込みを開始する加工開始点であるアプローチ点を決定する。前記投影面生成部３１は、アプローチ点を通り、このアプローチ点における立体形状ＳＧの面に垂直な法線ベクトルＶＴを生成させる。そして、この法線ベクトルＶＴに垂直な平面ＤＰを生成させる。
【００２１】
前記投影部３１は、前記投影面ＤＰに前記アプローチ形状を投影させて、３次元のアプローチ形状を生成して、この３次元のアプローチ形状のデータである３次元アプローチデータＤｉ３を３次元アプローチデータファイル３３に格納する。
【００２２】
前記ＮＣデータ出力部１９は、切断形状データファイル２１から切断形状データＣｉを読み込み、さらに、３次元アプローチデータファイル３３から３次元アプローチデータＤｉ３を読み込み、立体形状ＳＧ上に、３次元アプローチ形状をアプローチ点において合体させた形状を求めて、この形状から切断加工する３次元レーザ加工機４１を制御するＮＣデータＮｉを生成してＮＣデータファイル３５に格納する。
【００２３】
そして、送信部３７により、通信ケーブル３９を介して前記ＮＣデータＮｉがレーザ加工機４１に送信されて加工が行なわれる。
【００２４】
図２のフローを参照して、レーザ加工機のＮＣデータ作成方法を説明する。なお、本例では、図３に示す立体形状ＳＧを処理の対象とする。この立体形状ＳＧは、面Ａと、面Ｂと、面Ｃと、面Ｄと、面Ｅと、面Ｆと、及び面Ｇとにより構成されている。前記面Ａは円柱面であり、切断の対象となる穴ＨＬが存在しているものとする。この穴ＨＬは、稜線Ｌ１と、稜線Ｌ２と、稜線Ｌ３と、及び稜線Ｌ４とを輪郭としているものである。また、この立体形状ＳＧが表示画面５に表示されていて、マウス、キーボード等から入力部９の機能により情報を入力することができるものである。まず、プログラムに起動が掛かり立体形状ＳＧに含まれる切断形状データＧｉが読み込まれて切断形状データファイル２１に格納されるものとする。
【００２５】
そして、ステップＳ２０１のアプローチパターン選択処理では、アプローチ形状のパターンを表示画面５に表示させて入力部９より選択する。このアプローチのパターンは、例えば図４（ａ）に示すように、アプローチ形状のスタート点ＳＰＡから直線ＬＡ上を移動して、立体形状ＳＧに含まれる切断形状ＧＡにアプローチ点ＰＡにおいて接合する。そして、切断形状を切断するパターンがある。
【００２６】
図４（ｂ）に示すように、アプローチ形状のスタート点ＳＰＢから直線ＬＢ１上を移動して、さらに、円弧ＬＢ２上を移動して、立体形状ＳＧに含まれる切断形状ＧＢにアプローチ点ＰＢにおいて接合する。そして、切断形状を切断するパターンがある。
【００２７】
さらに、図４（ｃ）に示す例は、アプローチ形状のスタート点ＳＰＣから直線ＬＣ１と、この直線ＬＣ１に直角をなす直線ＬＣ２上を移動する、さらに、円弧ＬＣ３上を移動して、立体形状ＳＧに含まれる切断形状ＧＣにアプローチ点ＰＣにおいて接合する。そして、切断形状を切断するパターンがある。
【００２８】
なお、上述のアプローチ形状は、一例であり、その他のアプローチ形状も登録しておけば選択可能な構成になっていることは勿論である。
【００２９】
続いて、ステップＳ２０３の寸法入力処理では、ステップＳ２０１で選択されたアプローチのパターンに対して、形状を特定するための寸法を入力する。すなわち、例えば、図４（ｄ）に示すように、アプローチ円弧の半径Ｒと、スタート点からの切断形状までの距離Ｌを入力部９より入力する。これにより、プログラムはアプローチ形状の特定ができるようになる。
【００３０】
ステップＳ２０５のアプローチ形状生成処理では、ステップＳ２０１の処理と、ステップＳ２０３との処理で特定されたアプローチ形状のデータである２次元アプローチデータＤｉ２を２次元アプローチデータファイル２５に格納する。ここで生成したアプローチ形状のデータはＸＹ座標系に定義される２次元データで作成されているものである。
【００３１】
そして、ステップＳ２０７のアプローチ点決定処理では、切断形状の輪郭上にアプローチ点ＳＰを決定する処理を行う。本例では、例えば表示画面５に表示されている立体形状ＳＧに含まれている切断形状上の位置をマウスにより選択することにより行う。本例では図３に示すようにアプローチ点ＳＰが選択されたものとする。
【００３２】
続いて、ステップＳ２０９の法線ベクトル作成処理では、図３に示すようにステップＳ２０７の処理で選択したアプローチ点ＳＰを通り、立体形状ＳＧの、このアプローチ点ＳＰにおける立体形状の面に垂直なベクトルＶＴを生成させる。
【００３３】
ステップＳ２１１の平面生成処理では、図３に示すようにアプローチ点ＳＰを通り、前記ベクトルＶＴに垂直な平面である投影面ＤＰを求める。ステップＳ２１３の投影処理では、２次元のアプローチ形状を２次元アプローチ形状データファイル２５より読み込み投影面ＤＰに投影処理して、このデータを３次元アプローチデータファイル３３に格納する。なお、２次元アプローチデータＤｉ２を投影処理を行ったことにより、このデータはＸＹＺ座標軸上に定義される３次元データに変換されるものである。
【００３４】
最後に、ステップＳ２１５のアプローチ経路生成処理では、投影処理されたアプローチ形状を前記切断形状に前記アプローチ点ＳＰで接合させて、３次元レーザ加工機４１のノズルが移動する軌跡を生成させる。これにより、図３に示すようにアプローチ形状ＡＬ１、ＡＬ２が自動的に生成して、３次元レーザ加工機４１により立体形状ＳＧに含まれる穴ＨＬを切断する軌跡が生成して、この軌跡から３次元レーザ加工機４１を制御するＮＣデータＮｉを作成することができるようになる。
【００３５】
なお、上述のように生成したアプローチ経路は、立体形状ＳＧ上に存在しない。例えば図５に示すように、立体形状ＳＧ上のレーザ加工機の軌跡をＷＫとすると、自動で生成したアプローチ経路ＬＮＣは、平面に投影して生成しているために立体形状ＳＧ上に存在しない。この位置の誤差はレーザ加工機に備えられている例えば光センサが感知して、補正方向ＭＤにレーザのノズルを移動させ補正を行うものである。すなわち、ＮＣデータで指示されているノズルＮＺＲ１の位置が補正されて、ノズルＮＺＲ２の位置に移動するものである。
【００３６】
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、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。
【００３７】
図６は、前述したレーザ加工機のＮＣデータ作成装置を制御するための制御プログラムを記憶した記憶媒体の１例としてのＣＤ−ＲＯＭを示すものである。上記ＣＤ−ＲＯＭは、コンピュータにより、レーザ加工機のＮＣデータ作成装置を制御するための制御プログラムを記憶したコンピュータ読みとり可能の記憶媒体であって、この制御プログラムは、
立体形状の図形データである立体形状データを読み込み、この立体形状の切断部分の輪郭である切断形状を生成させる切断形状生成プログラムと、
アプローチ形状のパターンと、このアプローチ形状の大きさを決定する寸法とを読み込みアプローチ形状を生成させるアプローチ形状生成プログラムと、
前記切断形状をレーザ加工機で切断加工する際の開始点であるアプローチ点を設定させるアプローチ点設定プログラムと、
前記アプローチ点を通り、前記立体形状の面に垂直である法線ベクトルに垂直な平面である投影面を生成させる投影面生成プログラムと、
前記アプローチ形状を前記投影面に、前記アプローチ点に接続させて、投影させるアプローチ形状投影プログラムと、
前記切断形状と、この切断形状のアプローチ点に接続しているアプローチ経路から、前記切断形状を加工するためのレーザ加工機制御用のデータであるＮＣデータを生成させるＮＣデータ生成プログラムと、を記憶しているものである
【００３８】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、例えば立体形状において切断される部分の輪郭形状の最初に加工する点であるアプローチ点を通り、そのアプローチ点における曲面の法線ベクトルに垂直な平面にアプローチ経路を投影し、それをアプローチ経路として自動で生成するため、直線、円弧等の要素を任意の平面上に投影するだけとなるので曲面と平面の交線を求めたり、曲面と円筒面の交線を求めたりする必要が無くなるという効果がある。
【００３９】
一方、ＣＡＤのオペレータがＣＡＤの機能を使用してアプローチ形状を作成する場合は、立体形状の曲面上にアプローチ経路の構成要素である直線、円弧等を投影して、その投影結果として得られた形状をアプローチ形状として設定する操作が必要なくなるという効果がある。
【００４０】
また、立体形状に含まれている切断形状を切断する際の加工開始点であるアプローチ点に面のデータがなくても、平面を新たに生成させるためアプローチ経路を作成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ加工機のＮＣデータ作成方法及びその装置の概略の構成を示す概略図である。
【図２】レーザ加工機のＮＣデータを作成するプログラムのフローチャート図である。
【図３】立体形状を説明する説明図である。
【図４】アプローチのパターンを説明する説明図である。
【図５】光センサによる位置補正機能を説明する説明図である。
【図６】記憶媒体の説明図である。
【符号の説明】
１  ３次元ＣＡＤ／ＣＡＭシステム
３  ＣＡＤ／ＣＡＭ部
５  表示画面
７  立体形状データファイル
９  入力部
１１  ＮＣデータ生成制御部
１３  リンク制御部
１５  切断形状生成部
１７  アプローチ形状生成制御部
１９  ＮＣデータ出力部
２１  切断形状データファイル
２３  アプローチ形状生成部
２５  ２次元アプローチデータファイル
２７  アプローチ点決定部
２９  投影面生成部
３１  投影部
３３  ３次元アプローチデータファイル
３５  ＮＣデータファイル
３７  送信部
３９  通信ケーブル
４１  ３次元レーザ加工機
【図１】
0004301684.tif 000002
【図２】
0004301684.tif 000003
【図３】
0004301684.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004301684.tif 000006
【図６】
0004301684.tif 000007