JP3796207B2 - 三次元レーザ加工機による加工方法並びに三次元レーザ加工用のｎｃプログラムの作成方法 - Google Patents
三次元レーザ加工機による加工方法並びに三次元レーザ加工用のｎｃプログラムの作成方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス成形等の加工を施した一次加工品に、三次元レーザ加工機による二次加工を施すための加工方法並びに三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
カメラ、携帯電話、携帯情報用機器等のプレス部品は、プレス成形（一次加工）した後、トリミング、穴あけ等のプレス工程（二次加工）を経て製品となる。
【０００３】
しかし、このプレス工程は数十工程を要する場合があるため、納期、金型経費の面で対応に苦慮している。
【０００４】
そのため、金型を必要としないレーザ切断加工による二次加工に対する要望が高まっているが、現在行われている三次元レーザ切断加工ではカメラ、携帯電話等の精密プレス部品に求められる精度を満たすことが困難である。
【０００５】
従来の方法でレーザによる高精度切断加工が達成できない原因としては、金属の薄板のプレス成形ではスプリングバック等の要因により必ずしも設計どおりには成形できず、そのため、設計の切断線通りにトリミングや穴加工をプログラムし加工を行うと、レーザの焦点がずれるため切断幅が一定せず、また目標と別の位置を加工してしまうことが挙げられる。
【０００６】
また、それらに加え、加工ノズルと加工しようとするプレス品との干渉を生じる恐れがあるなどの問題もある。
【０００７】
本発明は、上述のような現状に鑑み、一次加工品の三次元形状を測定し、この測定データに基づいてコンピュータ上でリバース曲面を作成し、このリバース曲面に三次元ＣＡＤデータの設計曲面上の設計切断線上の各点を投影連結することによって、前記リバース曲面上に修正切断線を得て、この修正切断線を用いてＮＣプログラムを作成し、このＮＣプログラムによって三次元レーザ加工機の動きを制御して、レーザ加工を行うことで、一次加工品と同一形状のリバース曲面をコンピュータ上に作成してこのリバース曲面上に設計曲面上の設計切断線を投影することで極めて容易且つ正確に切断線を修正することができ、この実際の一次加工品の形状に合わせて修正された修正切断線を用いてＮＣプログラムを作成することで、たとえ一次加工品に設計と異なった凹凸があったとしても三次元レーザ加工機は一次加工品の形状に合わせて修正した修正切断線に沿って動きを制御され、所望の二次加工を一次加工品に精度良く施すことができるから、従来より精度の高いレーザ加工を行うことができ、レーザ加工によってプレス加工に匹敵する精度の高い製品を製作できる極めて実用的で画期的な三次元レーザ加工機による加工方法並びに三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【０００９】
一次加工が施されて外面に凹凸が形成された一次加工品に、三次元レーザ加工機の動きをＮＣプログラムによって制御して、穴あけ加工や輪郭の切断加工等の二次加工を行なう三次元レーザ加工機による加工方法において、前記一次加工品の三次元形状を測定し、この三次元測定データにもとづいてコンピュータ上で前記一次加工品の三次元形状と同一形状のリバース曲面（ポリゴンを含む）を作成し、このリバース曲面に三次元ＣＡＤによる前記一次加工品の設計曲面上の設計切断線上の各点を投影連結して、前記リバース曲面上に修正切断線を得て、この修正切断線を用いてＮＣプログラムを作成し、このＮＣプログラムによって三次元レーザ加工機の動きを制御して前記一次加工品に前記二次加工を施すことを特徴とする三次元レーザ加工機による加工方法に係るものである。
【００１０】
また、一次加工が施されて外面に凹凸が形成された一次加工品に、三次元レーザ加工機の動きを制御して、穴あけ加工や輪郭の切断加工等の二次加工を行なう三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法において、前記一次加工品の三次元形状を測定し、この三次元測定データにもとづいて、コンピュータ上で前記一次加工品の三次元形状と同一形状のリバース曲面（ポリゴンを含む）を作成し、このリバース曲面に三次元ＣＡＤによる前記一次加工品の設計曲面上の設計切断線上の各点を投影連結して、前記リバース曲面上に修正切断線を得て、この修正切断線に沿って三次元レーザ加工機の動きを制御して前記一次加工品に前記二次加工を施すＮＣプログラムを作成することを特徴とする三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法に係るものである。
【００１１】
また、前記設計切断線上の各点を前記リバース曲面上に投影連結する際、設計切断線上の各点が有する設計切断線上の各点における設計曲面の法線方向の情報を、投影された各点も夫々有するように投影して、前記修正切断線の三次元レーザ加工機のノズル方向の情報とすることを特徴とする請求項２記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法に係るものである。
【００１２】
また、三次元レーザ加工機のヘッド部に計測センサーを取り付け、テーブル部に前記一次加工品を固定し、この一次加工品の前記三次元形状を測定するに際し、前記ヘッド部の計測センサーを前記一次加工品の三次元ＣＡＤによる設計曲面上の設計切断線周辺を、この設計曲面上の設計切断線を用い作成したＮＣプログラムにより移動させて、前記計測センサーと前記一次加工品との距離を測定し、同一の位置におけるこのＮＣプログラムの座標値と前記計測センサーと一次加工品との距離を和したデータを作り、これらのデータの重合により設計切断線を投影するための前記一次加工品の設計切断線周辺のリバース曲面を形成することを特徴とする請求項２，３のいずれか１項に記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法に係るものである。
【００１３】
また、前記設計曲面と前記リバース曲面の位置合わせを行った上で、前記リバース曲面上に前記設計切断線上の各点をその法線方向若しくはＺ軸方向等の特定方向に投影して、前記修正切断線を得ることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法に係るものである。
【００１４】
また、前記設計曲面と前記リバース曲面の位置合わせを行った上で基準軸を決め、この基準軸を含み前記設計切断線上の各点を通る適当数の平面で、前記設計曲面と前記リバース曲面を共に切断し、それぞれの平面で切断された設計曲面の断面曲線と基準軸との交点から、切断に用いた平面と前記設計切断線の交点までの設計曲面の断面曲線に沿う距離と、前記基準軸と前記リバース曲面との交点からリバース曲面の断面曲線に沿った距離とが同一となるリバース曲面の断面曲線上の位置に、前記設計切断線上の点を前記リバース曲面上にそれぞれ投影して、前記修正切断線を得ることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法に係るものである。
【００１５】
また、前記設計曲面と前記リバース曲面の位置合わせを行った上で、基準軸を決め、この基準軸を含む１つの基準平面上に、基準軸に平行な適当数の軸を作り、これらそれぞれの軸を含み、基準平面に、ある一定角度で交差し、前記設計切断線上の各点を通る平面を適当数作成し、これら平面により前記設計曲面と前記リバース曲面を共に切断し、それぞれの平面で、切断に用いた平面上の軸と設計曲面との交点から、切断に用いた平面と前記設計切断線の交点までの設計曲面の断面曲線に沿う距離と、切断に用いた平面上の軸とリバース曲面との交点からリバース曲面の断面曲線に沿った距離とが同一となるリバース曲面の断面曲線上の位置に、前記設計切断線上の点を前記リバース曲面にそれぞれ投影して、前記修正切断線を得ることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法に係るものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
好適と考える本発明の実施の形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいてその作用効果を示して簡単に説明する。
【００１７】
プレス成形等の一次加工を施して凹凸が形成された一次加工品に対して三次元レーザ加工機による二次加工を行うに際し、従来はプレス成形等により生じた一次加工品の設計と異なった凹凸を考慮せずにそのまま二次加工を施していたが、本発明は一次加工品の三次元形状を測定し、この三次元測定データにより一次加工品と同一形状のリバース曲面（ポリゴンを含む）をコンピュータ上に作成するから、三次元ＣＡＤデータの設計曲面上の設計切断線を、実際の一次加工品と同一形状のコンピュータ上のリバース曲面に投影することによって修正することができる。
【００１８】
従って、たとえ一次加工品に設計と異なった凹凸があったとしても三次元レーザ加工機はこの一次加工品の形状に合わせて修正した修正切断線を基に作成されたＮＣプログラムによって動きを制御されるから、所望の二次加工を一次加工品に精度良く施すことができる。
【００１９】
しかも、この一次加工品の形状に対応した切断線を得るために、作成したリバース曲面上に新たに一から設計通りの三次元レーザ加工を施すための切断線を作成する必要がなく、設計曲面上の設計切断線をリバース曲面に投影することで余計な手間を省いて修正切断線を得ることができ、その上、設計曲面上の設計切断線のリバース曲面上への投影は、複雑な処理を必要とせず正確に行うことができるから、極めて容易且つ確実に修正切断線を得ることができる。
【００２０】
また、この切断線の修正は、作成したリバース曲面に対して、三次元ＣＡＤデータの設計曲面上の設計切断線の各点を投影連結するだけで行うことができるから、設計時のデータを活用して極めて容易且つ確実に行うことができる。
【００２１】
即ち、一次加工品に精度良く三次元レーザ加工を施すための修正切断線を得るために、三次元ＣＡＤによる設計曲面上の設計切断線を利用することで、余計な手間なく容易に修正切断線を得ることができる。
【００２２】
従って、本発明は、従来より極めて精度の高いレーザ加工を行うことができ、レーザ加工によってプレス加工に匹敵する精度の高い製品を製作できる極めて実用的で画期的な三次元レーザ加工機による加工方法並びに三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法を提供できることになる。
【００２３】
【実施例】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００２４】
本実施例は、金属薄板にプレス成形による一次加工を施し、このプレス成形された一次加工品の三次元形状を測定し、この測定値を基に一次加工品のリバース曲面をコンピュータ上に形成し、この形成したリバース曲面と三次元ＣＡＤによる設計曲面の位置合わせを行った後、リバース曲面に三次元ＣＡＤの設計曲面上の設計切断線を投影連結し、この結果得られた位置の情報を基にＮＣプログラムを作成し、このＮＣプログラムによって三次元レーザ加工機の動きを制御して一次加工品に二次加工を施すものである。
【００２５】
本実施例の一次加工品の三次元形状の測定方法は、三次元レーザ加工機のヘッド部に計測センサーを取り付け、テーブル部に一次加工品を固定し、ヘッド部の計測センサーを一次加工品の三次元ＣＡＤによる設計曲面上の設計切断線周辺を、この設計曲面上の設計切断線を用いて作成したＮＣプログラムにより移動させて、計測センサーと一次加工品との距離を測定するものである。
【００２６】
具体的には図４に示すように、前記三次元レーザ加工機のテーブル部の一次加工品保持具に固定した一次加工品を囲むように四つの基準球を設置して、ヘッド部に取り付けた計測センサーであるレーザ変位計により各方向ごとに一次加工品の三次元形状を測定する。
【００２７】
この際にはこの基準球も含めて測定し、得られた各方向ごとの測定データを基準球を基準として重合することで正確に一次加工品の三次元形状を測定してポリゴンによるリバース曲面を作成することができるように構成されている。
【００２８】
尚、本実施例においてリバース曲面とは、曲面そのものだけでなく多数の測定点から形成されるポリゴンをも含む概念である。
【００２９】
この測定したデータから、同一の位置におけるこのＮＣプログラムの座標値と、前記計測センサーと一次加工品との距離を和したデータを作り、これらのデータを重合させることにより、前記一次加工品のリバース曲面を形成することができるように構成されている。
【００３０】
ところで、設計曲面上の設計切断線をリバース曲面上に投影する（対応する位置に移動させる）方法はいくつかあるが、以下にその主な方法を説明する。
【００３１】
投影ロジック１は、上記の方法により作成されたリバース曲面と設計曲面との位置合わせを行った上で、図２（ａ）に示すように、この設計曲面上にある設計切断線上の点をいくつか選び、この各点における設計曲面の法線を夫々作成し、この法線とリバース曲面との交点を、設計曲面上にある設計切断線上の各点に対して夫々作成し、これらリバース曲面上に作成された交点をつないだ曲線を修正切断線とするものである。
【００３２】
投影ロジック２は、投影ロジック１と同様に位置合わせを行った上で、図２（ｂ）に示すように、設計曲面上にある設計切断線上の点をいくつか選び、この各点からリバース曲面に対して指定方向（例えばＺ軸方向）に延長線を夫々作成し、この延長線とリバース曲面との交点を、設計曲面上にある設計切断線上の各点に対して夫々作成し、これらリバース曲面上に作成された交点をつないだ曲線を修正切断線とするものである。
【００３３】
投影ロジック３は、前記の二つの方法と同様に位置合わせを行った上で、基準軸Ｏ（例えばＺ軸）を決め、図２（ｃ）に示すように基準軸Ｏを含む平面（例えばＺ軸を含む平面）で、設計曲面、リバース曲面共に切断し、設計曲面を切断したときに、一緒に切断される設計切断線の切り口を点ａとし、基準軸Ｏと設計曲面の交点ｏからａまでの断面曲線の長さＡを計測し、この設計曲面と共に切断されたリバース曲面の断面曲線において、基準軸Ｏとリバース曲面の交点ｏ’からの長さがＡである点ａ’を作成し、ａに対応するリバース曲面上の投影点とする。
【００３４】
同様にして基準軸Ｏを含む適当数の平面で切断し、設計曲面上の設計切断線の各切り口の点からリバース曲面上に対応する投影点を夫々形成し、リバース曲面上に得られた点群をつないだ曲線を修正切断線とするものである。
【００３５】
投影ロジック４は、図３に示すように前記の三つの方法と同様に位置合わせを行った上で、基準軸Ｏを決め、基準軸Ｏを含む１つの基準平面上に、基準軸Ｏに平行な適当数の軸を作り、これらそれぞれの軸を含み、基準平面に、ある一定角度（例えば直角）で交差し、前記設計切断線上の各点を通る平面を適当数作成し、これら平面により設計曲面とリバース曲面を共に切断し、それぞれの平面で、切断に用いた平面上の軸と設計曲面との交点ｏから、切断に用いた平面と前記設計切断線の交点ａまでの設計曲面の断面曲線に沿う距離と、切断に用いた平面上の軸とリバース曲面との交点ｏ’からリバース曲面の断面曲線に沿った距離とが同一となるリバース曲面の断面曲線上の位置ａ’に、前記設計切断線上の点を前記リバース曲面にそれぞれ投影して、前記修正切断線とするものである。
【００３６】
これら四つの投影方法には、投影ロジック１は三次元形状に対してバランス良く投影することができる点、投影ロジック２は投影方向を指定することができ限定範囲で精度良く投影できる点、投影ロジック３と投影ロジック４はより一次加工品の表面形状の変化に対応して投影することができる点という夫々異なる特徴がある。
【００３７】
投影ロジック１と投影ロジック２の方法はＣＡＤの一般的な手法であるが投影ロジック３と投影ロジック４の方法はプレス成形した一次加工品の形状がスプリングバック等により設計面と大きくずれた場合に有効であり、特に投影ロジック３は箱形のプレス成形品、投影ロジック４は板の曲げ加工品に有効で、これら四つの方法を適宜組み合わせることにより、より高精度な修正切断線を得ることができる。
【００３８】
また、本実施例においては、設計曲面上の設計切断線の各点をリバース曲面上に投影する際、設計切断線が有する設計曲面の法線の情報を、リバース曲面に投影された各点に夫々継承させて投影し、修正切断線のレーザ加工機のノズル方向とするように構成されている。
【００３９】
本実施例は、上述のように構成したから、図１に示すように、三次元ＣＡＤにより製品の設計曲面とその金型データ及び設計切断線を設計し、設計した金型を製作してこの金型により製品のプレス成形（一次加工）を行い、前記方法によりプレス成形品（一次加工品）の三次元形状を測定しこの測定データからリバース曲面を作成し、コンピュータ上で設計曲面と位置合わせを行い、設計曲面上の設計切断線の各点をリバース曲面上に前記方法を用いて投影連結し、修正切断線として、加工シミュレーションを行って、レーザ加工用ヘッドが干渉を起こさずに加工を行うことができるか否かをチェックしてから、ＮＣプログラムを作成し、このＮＣプログラムに従って三次元レーザ加工機の動きを制御することで極めて精度の高いレーザ加工（二次加工）を行うことができる。
【００４０】
この際、三次元レーザ加工機のヘッド部に取り付けた計測センサーを用い一次加工品の三次元ＣＡＤによる設計曲面上の設計切断線周辺を、この設計曲面上の設計切断線を用いて作成したＮＣプログラムにより移動させて測定するから、修正切断線を得るために必要な部分だけを測定でき、また、計測センサーも測定レンジを小さくしても対応できるため高精度な測定ができる。
【００４１】
また、この測定したデータから、同一の位置におけるこのＮＣプログラムの座標値と、計測センサーと一次加工品との距離を和したデータを作り、これらのデータを重合させることにより、設計時のデータを利用して容易且つ正確に一次加工品のリバース曲面を形成することができる。
【００４２】
また、作成されたリバース曲面上に設計曲面上の設計切断線を投影するだけで、複雑な処理等を必要とせずに、容易に修正切断線を得ることができる。
【００４３】
よって、本実施例は、一次加工品に精度良く三次元レーザ加工を施すための修正切断線を、三次元ＣＡＤによる設計曲面上の設計切断線をリバース曲面上に投影することで、余計な手間無く容易に得ることができる極めて画期的なものとなる。
【００４４】
また、設計切断線に含まれている法線方向の情報が、修正切断線に継承されるから、レーザ加工の際のレーザ加工機のノズル方向を容易に決定できる。
【００４５】
従って、このリバース曲面に投影して修正した修正切断線の情報を基にＮＣプログラムを作成するから、たとえ一次加工品に設計と異なる凹凸があったとしても三次元レーザ加工機は一次加工品の形状に合わせて修正した修正切断線によって動きを制御され、高精度加工を施すことができる。
【００４６】
また、本実施例においては、計測センサーを一次加工品の三次元形状を測定する際に設計曲面上の設計切断線周辺を移動させて測定することで、設計切断線周辺だけのリバース曲面の作成が可能になり、設計切断線を投影することにより短時間で修正切断線を得ることができる。
【００４７】
また、本実施例においては、修正切断線を得た後、加工シミュレーションを行うことにより、三次元レーザ加工機により確実に加工を行うことができるか否かを調べてからＮＣプログラムを作成するから、より確実に三次元レーザ加工機による加工を行うことができる。
【００４８】
具体的には、この加工シミュレーションによって、干渉が起こったり、加工に不具合が生じることが分かった場合には、三次元レーザ加工機のノズル方向を適宜変更することで干渉等を改善する。即ち、加工時の三次元レーザ加工機のノズル方向は法線方向に限られるものではない。
【００４９】
従って、本実施例は、所望の二次加工を一次加工品の正確な位置にノズル等が干渉したり加工に不具合が生じることなく施すことができる。
【００５０】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したから、一次加工品と同一形状のリバース曲面をコンピュータ上に作成してこのリバース曲面上に設計曲面上の設計切断線を投影することで極めて容易且つ正確に切断線を修正することができ、この実際の一次加工品の形状に合わせて修正された修正切断線を用いてＮＣプログラムを作成することで、たとえ一次加工品に設計と異なる凹凸があったとしても三次元レーザ加工機は一次加工品の形状に合わせて修正した修正切断線に沿って動きを制御され、所望の二次加工を一次加工品に精度良く施すことができるから、従来より極めて精度の高いレーザ加工を行うことができ、レーザ加工によってプレス加工に匹敵する精度の高い製品を製作できる極めて実用的で画期的な三次元レーザ加工機による加工方法並びに三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法となる。
【００５２】
また、請求項３に記載の発明においては、設計切断線に含まれている法線方向の情報が、修正切断線に継承されるから、レーザ加工の際のレーザ加工機のノズル方向を容易に決定できる極めて実用的な三次元レーザ加工機による加工方法並びに三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法となる。
【００５３】
また、請求項４に記載の発明においては、一次加工品のリバース曲面の必要にして十分の情報を容易且つ的確に測定することができ、この測定したデータから、容易且つ正確に一次加工品のリバース曲面を形成することができる極めて実用的な三次元レーザ加工機による加工方法並びに三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法となる。
【００５４】
また、請求項５、請求項６及び請求項７に記載の発明においては、より一層誤差なく正確に修正切断線を得ることができる極めて実用的な三次元レーザ加工機による加工方法並びに三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施例の概略説明図である。
【図２】 本実施例の切断線投影方法の説明図である。
【図３】 本実施例の切断線投影方法の説明図である。
【図４】 本実施例の一次加工品の三次元形状測定の説明斜視図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス成形等の加工を施した一次加工品に、三次元レーザ加工機による二次加工を施すための加工方法並びに三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
カメラ、携帯電話、携帯情報用機器等のプレス部品は、プレス成形（一次加工）した後、トリミング、穴あけ等のプレス工程（二次加工）を経て製品となる。
【０００３】
しかし、このプレス工程は数十工程を要する場合があるため、納期、金型経費の面で対応に苦慮している。
【０００４】
そのため、金型を必要としないレーザ切断加工による二次加工に対する要望が高まっているが、現在行われている三次元レーザ切断加工ではカメラ、携帯電話等の精密プレス部品に求められる精度を満たすことが困難である。
【０００５】
従来の方法でレーザによる高精度切断加工が達成できない原因としては、金属の薄板のプレス成形ではスプリングバック等の要因により必ずしも設計どおりには成形できず、そのため、設計の切断線通りにトリミングや穴加工をプログラムし加工を行うと、レーザの焦点がずれるため切断幅が一定せず、また目標と別の位置を加工してしまうことが挙げられる。
【０００６】
また、それらに加え、加工ノズルと加工しようとするプレス品との干渉を生じる恐れがあるなどの問題もある。
【０００７】
本発明は、上述のような現状に鑑み、一次加工品の三次元形状を測定し、この測定データに基づいてコンピュータ上でリバース曲面を作成し、このリバース曲面に三次元ＣＡＤデータの設計曲面上の設計切断線上の各点を投影連結することによって、前記リバース曲面上に修正切断線を得て、この修正切断線を用いてＮＣプログラムを作成し、このＮＣプログラムによって三次元レーザ加工機の動きを制御して、レーザ加工を行うことで、一次加工品と同一形状のリバース曲面をコンピュータ上に作成してこのリバース曲面上に設計曲面上の設計切断線を投影することで極めて容易且つ正確に切断線を修正することができ、この実際の一次加工品の形状に合わせて修正された修正切断線を用いてＮＣプログラムを作成することで、たとえ一次加工品に設計と異なった凹凸があったとしても三次元レーザ加工機は一次加工品の形状に合わせて修正した修正切断線に沿って動きを制御され、所望の二次加工を一次加工品に精度良く施すことができるから、従来より精度の高いレーザ加工を行うことができ、レーザ加工によってプレス加工に匹敵する精度の高い製品を製作できる極めて実用的で画期的な三次元レーザ加工機による加工方法並びに三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【０００９】
一次加工が施されて外面に凹凸が形成された一次加工品に、三次元レーザ加工機の動きをＮＣプログラムによって制御して、穴あけ加工や輪郭の切断加工等の二次加工を行なう三次元レーザ加工機による加工方法において、前記一次加工品の三次元形状を測定し、この三次元測定データにもとづいてコンピュータ上で前記一次加工品の三次元形状と同一形状のリバース曲面（ポリゴンを含む）を作成し、このリバース曲面に三次元ＣＡＤによる前記一次加工品の設計曲面上の設計切断線上の各点を投影連結して、前記リバース曲面上に修正切断線を得て、この修正切断線を用いてＮＣプログラムを作成し、このＮＣプログラムによって三次元レーザ加工機の動きを制御して前記一次加工品に前記二次加工を施すことを特徴とする三次元レーザ加工機による加工方法に係るものである。
【００１０】
また、一次加工が施されて外面に凹凸が形成された一次加工品に、三次元レーザ加工機の動きを制御して、穴あけ加工や輪郭の切断加工等の二次加工を行なう三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法において、前記一次加工品の三次元形状を測定し、この三次元測定データにもとづいて、コンピュータ上で前記一次加工品の三次元形状と同一形状のリバース曲面（ポリゴンを含む）を作成し、このリバース曲面に三次元ＣＡＤによる前記一次加工品の設計曲面上の設計切断線上の各点を投影連結して、前記リバース曲面上に修正切断線を得て、この修正切断線に沿って三次元レーザ加工機の動きを制御して前記一次加工品に前記二次加工を施すＮＣプログラムを作成することを特徴とする三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法に係るものである。
【００１１】
また、前記設計切断線上の各点を前記リバース曲面上に投影連結する際、設計切断線上の各点が有する設計切断線上の各点における設計曲面の法線方向の情報を、投影された各点も夫々有するように投影して、前記修正切断線の三次元レーザ加工機のノズル方向の情報とすることを特徴とする請求項２記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法に係るものである。
【００１２】
また、三次元レーザ加工機のヘッド部に計測センサーを取り付け、テーブル部に前記一次加工品を固定し、この一次加工品の前記三次元形状を測定するに際し、前記ヘッド部の計測センサーを前記一次加工品の三次元ＣＡＤによる設計曲面上の設計切断線周辺を、この設計曲面上の設計切断線を用い作成したＮＣプログラムにより移動させて、前記計測センサーと前記一次加工品との距離を測定し、同一の位置におけるこのＮＣプログラムの座標値と前記計測センサーと一次加工品との距離を和したデータを作り、これらのデータの重合により設計切断線を投影するための前記一次加工品の設計切断線周辺のリバース曲面を形成することを特徴とする請求項２，３のいずれか１項に記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法に係るものである。
【００１３】
また、前記設計曲面と前記リバース曲面の位置合わせを行った上で、前記リバース曲面上に前記設計切断線上の各点をその法線方向若しくはＺ軸方向等の特定方向に投影して、前記修正切断線を得ることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法に係るものである。
【００１４】
また、前記設計曲面と前記リバース曲面の位置合わせを行った上で基準軸を決め、この基準軸を含み前記設計切断線上の各点を通る適当数の平面で、前記設計曲面と前記リバース曲面を共に切断し、それぞれの平面で切断された設計曲面の断面曲線と基準軸との交点から、切断に用いた平面と前記設計切断線の交点までの設計曲面の断面曲線に沿う距離と、前記基準軸と前記リバース曲面との交点からリバース曲面の断面曲線に沿った距離とが同一となるリバース曲面の断面曲線上の位置に、前記設計切断線上の点を前記リバース曲面上にそれぞれ投影して、前記修正切断線を得ることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法に係るものである。
【００１５】
また、前記設計曲面と前記リバース曲面の位置合わせを行った上で、基準軸を決め、この基準軸を含む１つの基準平面上に、基準軸に平行な適当数の軸を作り、これらそれぞれの軸を含み、基準平面に、ある一定角度で交差し、前記設計切断線上の各点を通る平面を適当数作成し、これら平面により前記設計曲面と前記リバース曲面を共に切断し、それぞれの平面で、切断に用いた平面上の軸と設計曲面との交点から、切断に用いた平面と前記設計切断線の交点までの設計曲面の断面曲線に沿う距離と、切断に用いた平面上の軸とリバース曲面との交点からリバース曲面の断面曲線に沿った距離とが同一となるリバース曲面の断面曲線上の位置に、前記設計切断線上の点を前記リバース曲面にそれぞれ投影して、前記修正切断線を得ることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法に係るものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
好適と考える本発明の実施の形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいてその作用効果を示して簡単に説明する。
【００１７】
プレス成形等の一次加工を施して凹凸が形成された一次加工品に対して三次元レーザ加工機による二次加工を行うに際し、従来はプレス成形等により生じた一次加工品の設計と異なった凹凸を考慮せずにそのまま二次加工を施していたが、本発明は一次加工品の三次元形状を測定し、この三次元測定データにより一次加工品と同一形状のリバース曲面（ポリゴンを含む）をコンピュータ上に作成するから、三次元ＣＡＤデータの設計曲面上の設計切断線を、実際の一次加工品と同一形状のコンピュータ上のリバース曲面に投影することによって修正することができる。
【００１８】
従って、たとえ一次加工品に設計と異なった凹凸があったとしても三次元レーザ加工機はこの一次加工品の形状に合わせて修正した修正切断線を基に作成されたＮＣプログラムによって動きを制御されるから、所望の二次加工を一次加工品に精度良く施すことができる。
【００１９】
しかも、この一次加工品の形状に対応した切断線を得るために、作成したリバース曲面上に新たに一から設計通りの三次元レーザ加工を施すための切断線を作成する必要がなく、設計曲面上の設計切断線をリバース曲面に投影することで余計な手間を省いて修正切断線を得ることができ、その上、設計曲面上の設計切断線のリバース曲面上への投影は、複雑な処理を必要とせず正確に行うことができるから、極めて容易且つ確実に修正切断線を得ることができる。
【００２０】
また、この切断線の修正は、作成したリバース曲面に対して、三次元ＣＡＤデータの設計曲面上の設計切断線の各点を投影連結するだけで行うことができるから、設計時のデータを活用して極めて容易且つ確実に行うことができる。
【００２１】
即ち、一次加工品に精度良く三次元レーザ加工を施すための修正切断線を得るために、三次元ＣＡＤによる設計曲面上の設計切断線を利用することで、余計な手間なく容易に修正切断線を得ることができる。
【００２２】
従って、本発明は、従来より極めて精度の高いレーザ加工を行うことができ、レーザ加工によってプレス加工に匹敵する精度の高い製品を製作できる極めて実用的で画期的な三次元レーザ加工機による加工方法並びに三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法を提供できることになる。
【００２３】
【実施例】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００２４】
本実施例は、金属薄板にプレス成形による一次加工を施し、このプレス成形された一次加工品の三次元形状を測定し、この測定値を基に一次加工品のリバース曲面をコンピュータ上に形成し、この形成したリバース曲面と三次元ＣＡＤによる設計曲面の位置合わせを行った後、リバース曲面に三次元ＣＡＤの設計曲面上の設計切断線を投影連結し、この結果得られた位置の情報を基にＮＣプログラムを作成し、このＮＣプログラムによって三次元レーザ加工機の動きを制御して一次加工品に二次加工を施すものである。
【００２５】
本実施例の一次加工品の三次元形状の測定方法は、三次元レーザ加工機のヘッド部に計測センサーを取り付け、テーブル部に一次加工品を固定し、ヘッド部の計測センサーを一次加工品の三次元ＣＡＤによる設計曲面上の設計切断線周辺を、この設計曲面上の設計切断線を用いて作成したＮＣプログラムにより移動させて、計測センサーと一次加工品との距離を測定するものである。
【００２６】
具体的には図４に示すように、前記三次元レーザ加工機のテーブル部の一次加工品保持具に固定した一次加工品を囲むように四つの基準球を設置して、ヘッド部に取り付けた計測センサーであるレーザ変位計により各方向ごとに一次加工品の三次元形状を測定する。
【００２７】
この際にはこの基準球も含めて測定し、得られた各方向ごとの測定データを基準球を基準として重合することで正確に一次加工品の三次元形状を測定してポリゴンによるリバース曲面を作成することができるように構成されている。
【００２８】
尚、本実施例においてリバース曲面とは、曲面そのものだけでなく多数の測定点から形成されるポリゴンをも含む概念である。
【００２９】
この測定したデータから、同一の位置におけるこのＮＣプログラムの座標値と、前記計測センサーと一次加工品との距離を和したデータを作り、これらのデータを重合させることにより、前記一次加工品のリバース曲面を形成することができるように構成されている。
【００３０】
ところで、設計曲面上の設計切断線をリバース曲面上に投影する（対応する位置に移動させる）方法はいくつかあるが、以下にその主な方法を説明する。
【００３１】
投影ロジック１は、上記の方法により作成されたリバース曲面と設計曲面との位置合わせを行った上で、図２（ａ）に示すように、この設計曲面上にある設計切断線上の点をいくつか選び、この各点における設計曲面の法線を夫々作成し、この法線とリバース曲面との交点を、設計曲面上にある設計切断線上の各点に対して夫々作成し、これらリバース曲面上に作成された交点をつないだ曲線を修正切断線とするものである。
【００３２】
投影ロジック２は、投影ロジック１と同様に位置合わせを行った上で、図２（ｂ）に示すように、設計曲面上にある設計切断線上の点をいくつか選び、この各点からリバース曲面に対して指定方向（例えばＺ軸方向）に延長線を夫々作成し、この延長線とリバース曲面との交点を、設計曲面上にある設計切断線上の各点に対して夫々作成し、これらリバース曲面上に作成された交点をつないだ曲線を修正切断線とするものである。
【００３３】
投影ロジック３は、前記の二つの方法と同様に位置合わせを行った上で、基準軸Ｏ（例えばＺ軸）を決め、図２（ｃ）に示すように基準軸Ｏを含む平面（例えばＺ軸を含む平面）で、設計曲面、リバース曲面共に切断し、設計曲面を切断したときに、一緒に切断される設計切断線の切り口を点ａとし、基準軸Ｏと設計曲面の交点ｏからａまでの断面曲線の長さＡを計測し、この設計曲面と共に切断されたリバース曲面の断面曲線において、基準軸Ｏとリバース曲面の交点ｏ’からの長さがＡである点ａ’を作成し、ａに対応するリバース曲面上の投影点とする。
【００３４】
同様にして基準軸Ｏを含む適当数の平面で切断し、設計曲面上の設計切断線の各切り口の点からリバース曲面上に対応する投影点を夫々形成し、リバース曲面上に得られた点群をつないだ曲線を修正切断線とするものである。
【００３５】
投影ロジック４は、図３に示すように前記の三つの方法と同様に位置合わせを行った上で、基準軸Ｏを決め、基準軸Ｏを含む１つの基準平面上に、基準軸Ｏに平行な適当数の軸を作り、これらそれぞれの軸を含み、基準平面に、ある一定角度（例えば直角）で交差し、前記設計切断線上の各点を通る平面を適当数作成し、これら平面により設計曲面とリバース曲面を共に切断し、それぞれの平面で、切断に用いた平面上の軸と設計曲面との交点ｏから、切断に用いた平面と前記設計切断線の交点ａまでの設計曲面の断面曲線に沿う距離と、切断に用いた平面上の軸とリバース曲面との交点ｏ’からリバース曲面の断面曲線に沿った距離とが同一となるリバース曲面の断面曲線上の位置ａ’に、前記設計切断線上の点を前記リバース曲面にそれぞれ投影して、前記修正切断線とするものである。
【００３６】
これら四つの投影方法には、投影ロジック１は三次元形状に対してバランス良く投影することができる点、投影ロジック２は投影方向を指定することができ限定範囲で精度良く投影できる点、投影ロジック３と投影ロジック４はより一次加工品の表面形状の変化に対応して投影することができる点という夫々異なる特徴がある。
【００３７】
投影ロジック１と投影ロジック２の方法はＣＡＤの一般的な手法であるが投影ロジック３と投影ロジック４の方法はプレス成形した一次加工品の形状がスプリングバック等により設計面と大きくずれた場合に有効であり、特に投影ロジック３は箱形のプレス成形品、投影ロジック４は板の曲げ加工品に有効で、これら四つの方法を適宜組み合わせることにより、より高精度な修正切断線を得ることができる。
【００３８】
また、本実施例においては、設計曲面上の設計切断線の各点をリバース曲面上に投影する際、設計切断線が有する設計曲面の法線の情報を、リバース曲面に投影された各点に夫々継承させて投影し、修正切断線のレーザ加工機のノズル方向とするように構成されている。
【００３９】
本実施例は、上述のように構成したから、図１に示すように、三次元ＣＡＤにより製品の設計曲面とその金型データ及び設計切断線を設計し、設計した金型を製作してこの金型により製品のプレス成形（一次加工）を行い、前記方法によりプレス成形品（一次加工品）の三次元形状を測定しこの測定データからリバース曲面を作成し、コンピュータ上で設計曲面と位置合わせを行い、設計曲面上の設計切断線の各点をリバース曲面上に前記方法を用いて投影連結し、修正切断線として、加工シミュレーションを行って、レーザ加工用ヘッドが干渉を起こさずに加工を行うことができるか否かをチェックしてから、ＮＣプログラムを作成し、このＮＣプログラムに従って三次元レーザ加工機の動きを制御することで極めて精度の高いレーザ加工（二次加工）を行うことができる。
【００４０】
この際、三次元レーザ加工機のヘッド部に取り付けた計測センサーを用い一次加工品の三次元ＣＡＤによる設計曲面上の設計切断線周辺を、この設計曲面上の設計切断線を用いて作成したＮＣプログラムにより移動させて測定するから、修正切断線を得るために必要な部分だけを測定でき、また、計測センサーも測定レンジを小さくしても対応できるため高精度な測定ができる。
【００４１】
また、この測定したデータから、同一の位置におけるこのＮＣプログラムの座標値と、計測センサーと一次加工品との距離を和したデータを作り、これらのデータを重合させることにより、設計時のデータを利用して容易且つ正確に一次加工品のリバース曲面を形成することができる。
【００４２】
また、作成されたリバース曲面上に設計曲面上の設計切断線を投影するだけで、複雑な処理等を必要とせずに、容易に修正切断線を得ることができる。
【００４３】
よって、本実施例は、一次加工品に精度良く三次元レーザ加工を施すための修正切断線を、三次元ＣＡＤによる設計曲面上の設計切断線をリバース曲面上に投影することで、余計な手間無く容易に得ることができる極めて画期的なものとなる。
【００４４】
また、設計切断線に含まれている法線方向の情報が、修正切断線に継承されるから、レーザ加工の際のレーザ加工機のノズル方向を容易に決定できる。
【００４５】
従って、このリバース曲面に投影して修正した修正切断線の情報を基にＮＣプログラムを作成するから、たとえ一次加工品に設計と異なる凹凸があったとしても三次元レーザ加工機は一次加工品の形状に合わせて修正した修正切断線によって動きを制御され、高精度加工を施すことができる。
【００４６】
また、本実施例においては、計測センサーを一次加工品の三次元形状を測定する際に設計曲面上の設計切断線周辺を移動させて測定することで、設計切断線周辺だけのリバース曲面の作成が可能になり、設計切断線を投影することにより短時間で修正切断線を得ることができる。
【００４７】
また、本実施例においては、修正切断線を得た後、加工シミュレーションを行うことにより、三次元レーザ加工機により確実に加工を行うことができるか否かを調べてからＮＣプログラムを作成するから、より確実に三次元レーザ加工機による加工を行うことができる。
【００４８】
具体的には、この加工シミュレーションによって、干渉が起こったり、加工に不具合が生じることが分かった場合には、三次元レーザ加工機のノズル方向を適宜変更することで干渉等を改善する。即ち、加工時の三次元レーザ加工機のノズル方向は法線方向に限られるものではない。
【００４９】
従って、本実施例は、所望の二次加工を一次加工品の正確な位置にノズル等が干渉したり加工に不具合が生じることなく施すことができる。
【００５０】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したから、一次加工品と同一形状のリバース曲面をコンピュータ上に作成してこのリバース曲面上に設計曲面上の設計切断線を投影することで極めて容易且つ正確に切断線を修正することができ、この実際の一次加工品の形状に合わせて修正された修正切断線を用いてＮＣプログラムを作成することで、たとえ一次加工品に設計と異なる凹凸があったとしても三次元レーザ加工機は一次加工品の形状に合わせて修正した修正切断線に沿って動きを制御され、所望の二次加工を一次加工品に精度良く施すことができるから、従来より極めて精度の高いレーザ加工を行うことができ、レーザ加工によってプレス加工に匹敵する精度の高い製品を製作できる極めて実用的で画期的な三次元レーザ加工機による加工方法並びに三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法となる。
【００５２】
また、請求項３に記載の発明においては、設計切断線に含まれている法線方向の情報が、修正切断線に継承されるから、レーザ加工の際のレーザ加工機のノズル方向を容易に決定できる極めて実用的な三次元レーザ加工機による加工方法並びに三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法となる。
【００５３】
また、請求項４に記載の発明においては、一次加工品のリバース曲面の必要にして十分の情報を容易且つ的確に測定することができ、この測定したデータから、容易且つ正確に一次加工品のリバース曲面を形成することができる極めて実用的な三次元レーザ加工機による加工方法並びに三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法となる。
【００５４】
また、請求項５、請求項６及び請求項７に記載の発明においては、より一層誤差なく正確に修正切断線を得ることができる極めて実用的な三次元レーザ加工機による加工方法並びに三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施例の概略説明図である。
【図２】 本実施例の切断線投影方法の説明図である。
【図３】 本実施例の切断線投影方法の説明図である。
【図４】 本実施例の一次加工品の三次元形状測定の説明斜視図である。
Claims (7)
- 一次加工が施されて外面に凹凸が形成された一次加工品に、三次元レーザ加工機の動きをＮＣプログラムによって制御して、穴あけ加工や輪郭の切断加工等の二次加工を行なう三次元レーザ加工機による加工方法において、前記一次加工品の三次元形状を測定し、この三次元測定データにもとづいて、コンピュータ上で前記一次加工品の三次元形状と同一形状のリバース曲面（ポリゴンを含む）を作成し、このリバース曲面に三次元ＣＡＤによる前記一次加工品の設計曲面上の設計切断線上の各点を投影連結して、前記リバース曲面上に修正切断線を得て、この修正切断線を用いてＮＣプログラムを作成し、このＮＣプログラムによって三次元レーザ加工機の動きを制御して前記一次加工品に前記二次加工を施すことを特徴とする三次元レーザ加工機による加工方法。
- 一次加工が施されて外面に凹凸が形成された一次加工品に、三次元レーザ加工機の動きを制御して、穴あけ加工や輪郭の切断加工等の二次加工を行なう三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法において、前記一次加工品の三次元形状を測定し、この三次元測定データにもとづいて、コンピュータ上で前記一次加工品の三次元形状と同一形状のリバース曲面（ポリゴンを含む）を作成し、このリバース曲面に三次元ＣＡＤによる前記一次加工品の設計曲面上の設計切断線上の各点を投影連結して、前記リバース曲面上に修正切断線を得て、この修正切断線に沿って三次元レーザ加工機の動きを制御して前記一次加工品に前記二次加工を施すＮＣプログラムを作成することを特徴とする三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法。
- 前記設計切断線上の各点を前記リバース曲面上に投影連結する際、設計切断線上の各点が有する設計切断線上の各点における設計曲面の法線方向の情報を、投影された各点も夫々有するように投影して、前記修正切断線の三次元レーザ加工機のノズル方向の情報とすることを特徴とする請求項２記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法。
- 三次元レーザ加工機のヘッド部に計測センサーを取り付け、テーブル部に前記一次加工品を固定し、この一次加工品の前記三次元形状を測定するに際し、前記ヘッド部の計測センサーを前記一次加工品の三次元ＣＡＤによる設計曲面上の設計切断線周辺を、この設計曲面上の設計切断線を用い作成したＮＣプログラムにより移動させて、前記計測センサーと前記一次加工品との距離を測定し、同一の位置におけるこのＮＣプログラムの座標値と前記計測センサーと一次加工品との距離を和したデータを作り、これらのデータの重合により設計切断線を投影するための前記一次加工品の設計切断線周辺のリバース曲面を形成することを特徴とする請求項２，３のいずれか１項に記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法。
- 前記設計曲面と前記リバース曲面の位置合わせを行った上で、前記リバース曲面上に前記設計切断線上の各点をその法線方向若しくはＺ軸方向等の特定方向に投影して、前記修正切断線を得ることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法。
- 前記設計曲面と前記リバース曲面の位置合わせを行った上で基準軸を決め、この基準軸を含み前記設計切断線上の各点を通る適当数の平面で、前記設計曲面と前記リバース曲面を共に切断し、それぞれの平面で切断された設計曲面の断面曲線と基準軸との交点から、切断に用いた平面と前記設計切断線の交点までの設計曲面の断面曲線に沿う距離と、前記基準軸と前記リバース曲面との交点からリバース曲面の断面曲線に沿った距離とが同一となるリバース曲面の断面曲線上の位置に、前記設計切断線上の点を前記リバース曲面上にそれぞれ投影して、前記修正切断線を得ることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法。
- 前記設計曲面と前記リバース曲面の位置合わせを行った上で、基準軸を決め、この基準軸を含む１つの基準平面上に、基準軸に平行な適当数の軸を作り、これらそれぞれの軸を含み、基準平面に、ある一定角度で交差し、前記設計切断線上の各点を通る平面を適当数作成し、これら平面により前記設計曲面と前記リバース曲面を共に切断し、それぞれの平面で、切断に用いた平面上の軸と設計曲面との交点から、切断に用いた平面と前記設計切断線の交点までの設計曲面の断面曲線に沿う距離と、切断に用いた平面上の軸とリバース曲面との交点からリバース曲面の断面曲線に沿った距離とが同一となるリバース曲面の断面曲線上の位置に、前記設計切断線上の点を前記リバース曲面にそれぞれ投影して、前記修正切断線を得ることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の三次元レーザ加工用のＮＣプログラムの作成方法。
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