(57)【要約】【課題】ワークに応じた加工領域を自動認識して加工を行うレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】周縁部に凸枠Ｗｆが設けられた金属板のワークＷに対しレーザ発振手段１３からのレーザ光Ｌを集光して照射する加工手段２と、ワークＷに対しその平面方向に加工手段２の加工位置を移動させる加工位置移動手段１２と、レーザ発振手段１３や加工位置移動手段１２を制御する制御手段１１とを有するものであって、ワークＷの凸枠Ｗｆについて位置を検出する凸枠位置検出手段１５を備え、制御手段１１は、凸枠位置検出手段１５からの位置情報に基づいて、加工手段２がワークＷの凸枠Ｗｆに当たらない加工領域を算出し、その加工領域内で加工手段２の加工位置を変位させるように加工位置移動手段１２を駆動制御するレーザ加工装置１。【選択図】  図２
2011050992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周縁部に凸枠が設けられた金属板のワークに対しレーザ発振手段からのレーザ光を集光して照射する加工手段と、前記ワークに対しその平面方向に前記加工手段の加工位置を移動させる加工位置移動手段と、前記レーザ発振手段や加工位置移動手段を制御する制御手段とを有するレーザ加工装置において、
前記ワークの凸枠について位置を検出する凸枠位置検出手段を備え、前記制御手段は、前記凸枠位置検出手段からの位置情報に基づいて、前記加工手段が前記ワークの凸枠に当たらない加工領域を算出し、その加工領域内で前記加工手段の加工位置を変位させるように前記加工位置移動手段を駆動制御するようにしたものであることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載するレーザ加工装置において、
前記制御手段は、前記凸枠位置検出手段からの位置情報に基づいて、予め設定されたワークサイズとの照合を行うようにしたものであることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載するレーザ加工装置において、
前記制御手段は、前記凸枠位置検出手段からの位置情報に基づいて、前記加工位置移動手段に対する停止指令後から実際に停止するまでの前記ワークに対する前記加工手段の移動距離を考慮した停止開始位置を算出し、停止制御を行うようにしたものであることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載するレーザ加工装置において、
前記制御手段は、前記ワークの凸枠について加工領域を算出した後に、前記凸枠位置検出手段による凸枠の検出に反応しない無効化を行うようにしたものであることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載するレーザ加工装置において、
前記加工位置移動手段は、前記ワークを保持し当該ワークを平面方向に移動させるＸＹテーブルであることを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄い金属板などのワークを加工ヘッドから照射するレーザ光によって加工するレーザ加工装置に関し、特に加工ヘッドの高速移動を安全に行うことで加工時間の短縮を図ったレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工装置は図５に示すように、レーザ発振器１０１から反射ミラー１０２を介して入射したレーザ光Ｌを集光レンズ１０３によって集光し、加工ヘッド１０５の下端に設けられたノズル１０６を介してワークＷにレーザ光Ｌが照射される。薄い金属板であるワークＷは、ＸＹ方向に移動可能な加工ステージ１１０上に取り付けられ、コントローラ１２０によって予め設定した加工データに基づいて加工ステージ１１０が移動し、レーザ発振器１０１と連動してワークＷに複数の孔あけ加工が行われる。
【０００３】
ところで、ワークＷは、その周縁部分が保持具１１１によって挟み込まれるようにして加工ステージ１１０に設置され、ワーク周縁部分にはその保持具１１１が突出している。また、こうしたものの他、ワークＷ自身が周縁部に凸枠を有するものもある。そうした場合、加工中、ワークＷに対して相対的に移動する加工ヘッド１０５が、保持具１１１などに衝突してしまうことを防止する必要がある。そこで従来では、加工ヘッド１０５などにセンサが取り付けられ、センサによる保持具１１１などの検出によって加工ステージ１１０の移動を強制的に停止させ、加工ヘッド１０５との衝突による破損を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７４５１９号公報
【特許文献２】特開平０６−００７９７５号公報
【特許文献３】特開２０００−２８４８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、コントローラ１２０による加工プログラムの実行中にセンサが保持具１１１などを検出すると、加工が強制的に停止させられてしまい、その加工プログラムが異常中断状態となり、ワークＷに対するその後の加工が行えなくなって材料を無駄にしてしまう。また、センサが保持具１１１を検出してから加工ヘッド１０５が完全に停止するまでに、ある程度の移動距離（空走距離）を確保する必要がある。従って、センサを備えた従来のレーザ加工装置では、ワークＷの加工領域が狭くなる問題もあった。つまり、加工ヘッド１０５の中心で加工を行うため、加工ヘッド１０５が保持具１１１などに接触する距離に加え、停止のための空走距離を考慮した領域が非加工領域となってしまい材料の無駄が多くなってしまう。このことは、加工時間を短縮させるため加工ヘッド１０５の相対的な移動スピードを上げれば、更に空走距離が長くなって非加工領域が広く必要になってしまう。
【０００６】
一方、レーザ加工装置による加工作業では、加工ステージ１１０に対して作業者がワークを取り付けるが、誤って異なるサイズのワークを取り付けてしまうことがある。その場合、設定された加工データに対応するワークと実際のワークとのサイズが異なるため、実際のワークサイズが大きければ、設定された加工領域が小さい分、未加工部分が多くなって材料に無駄が生じ、実際のワークサイズが小さければ、逆に設定された加工領域が大きい分、加工ヘッド１０５を保持具１１１などに衝突させて破損させる原因となる。
【０００７】
よって、本発明は、かかる課題を解決すべく、ワークに応じた加工領域を自動認識して加工を行うレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るレーザ加工装置は、周縁部に凸枠が設けられた金属板のワークに対しレーザ発振手段からのレーザ光を集光して照射する加工手段と、前記ワークに対しその平面方向に前記加工手段の加工位置を移動させる加工位置移動手段と、前記レーザ発振手段や加工位置移動手段を制御する制御手段とを有するものであって、前記ワークの凸枠について位置を検出する凸枠位置検出手段を備え、前記制御手段は、前記凸枠位置検出手段からの位置情報に基づいて、前記加工手段が前記ワークの凸枠に当たらない加工領域を算出し、その加工領域内で前記加工手段の加工位置を変位させるように前記加工位置移動手段を駆動制御するようにしたものであることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るレーザ加工装置は、前記制御手段が、前記凸枠位置検出手段からの位置情報に基づいて、予め設定されたワークサイズとの照合を行うようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ加工装置は、前記制御手段が、前記凸枠位置検出手段からの位置情報に基づいて、前記加工位置移動手段に対する停止指令後から実際に停止するまでの前記ワークに対する前記加工手段の移動距離を考慮した停止開始位置を算出し、停止制御を行うようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ加工装置は、前記制御手段が、前記ワークの凸枠について加工領域を算出した後に、前記凸枠位置検出手段による凸枠の検出に反応しない無効化を行うようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ加工装置は、前記加工位置移動手段が、前記ワークを保持し当該ワークを平面方向に移動させるＸＹテーブルであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、加工手段がワークの凸枠に当たらない領域を算出し、その領域内で加工手段の加工位置を移動させるように加工位置移動手段を駆動させるようにしたので、加工限界領域まで加工を行うことができ材料の無駄をなくすことができ、また、加工手段がワークの凸枠に衝突する領域に加工手段が移動することがないため、空移動による移動速度を最大にすることによって加工時間をより短縮させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】レーザ加工装置の加工部分を示した図である。
【図２】レーザ加工装置の主要な構成を概念的に示した図である。
【図３】加工台とワークとの関係を簡略化して示した平面図である。
【図４】加工を開始するに当たりコントローラが行う加工準備工程のフローチャートを示した図である。
【図５】レーザ加工装置を概念的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明に係るレーザ加工装置の実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図１は、レーザ加工装置の加工部分を示した図である。
レーザ加工装置１は、加工手段である加工ヘッド２と加工台４とに薄い金属板のワークＷが挟み込まれ、加工ヘッド２側から照射されるレーザ光Ｌによって加工が行えるよう構成されたものである。
【００１３】
加工ヘッド２は、取付台３に固定され、その下には位置駆動手段である不図示の加工ステージが設けられている。なお、この加工ステージはＸＹテーブルである。本実施形態で対象となるワークＷは、周縁部に凸枠Ｗｆが形成された金属板であり、その凸枠Ｗｆが加工ステージの取付部に保持され、加工可能な状態にセットされる。ワークＷに対して孔あけ加工を施す加工ヘッド２には、不図示のレーザ発振器から光ファイバ５を介してレーザ光Ｌが送られる。加工ヘッド２は筒状に形成されており、光ファイバ５を介して送られたレーザ光Ｌが不図示のコリメートレンズを介して平行光となり、更に集光レンズを介してワークＷの加工位置に集光するようになっている。
【００１４】
加工ヘッド２に対向してワークＷの下に配置された加工台４は、ワークＷの下側でアシストガスを吸引することができるように、中空の筒形形状で構成されている。アシストガスはワークＷの切断部を通って加工台４内に流れ込み、真空引きによって引き込むようになっている。従って、ワークＷの加工に伴って生じるドロスやスパッタなどは、こうしたアシストガスの流れに従って送られ、排出される。
【００１５】
レーザ加工装置１では、加工ステージに固定されたワークＷが、図示するように加工ヘッド２と加工台４とによって挟み込まれる。そして、予め設定された加工データに基づく加工ステージの動作によってワークＷ自体が移動し、加工ヘッド２から照射されるレーザ光Ｌによって所定の孔あけ加工が行われる。なお、本実施形態のレーザ加工装置１では、固定の加工ヘッド２や加工台４が、加工ステージの駆動によってワークＷに対し相対的に移動するものであるが、以下の説明では、その相対的な移動を単に加工ヘッド２及び加工台４の移動として説明する。
【００１６】
次に図２は、レーザ加工を行うレーザ加工装置１の主要な構成を概念的に示した図であり、特にレーザ発振器や加工ステージおよび、これらを駆動させるコントローラを示したものである。コントローラ１１は、ワークＷに対して所定の孔あけ加工を行うための加工データが記憶され、その加工データに従った加工を行うため、加工ステージ１２の駆動部１２ａやレーザ発振器１３を制御する加工プログラムを有している。
【００１７】
レーザ加工装置１は、加工ステージ１２の駆動によってワークＷが移動し、加工ヘッド２や加工台４がワークＷに対して移動する。加工プログラムには、そうした加工ヘッド２や加工台４の移動可能な領域を予め確認し、それに基づいて移動可能領域を設定するための構成がとられている。特に、本実施形態では、加工台４の移動可能領域を設定するようにしたものであり、図３は、そうした加工台４とワークＷとの関係を簡略化して示した平面図である。
【００１８】
ワークＷは四角形の薄い金属板であり、四辺の周縁部には図１に示すように所定高さをもった凸枠Ｗｆが設けられている。加工台４には、そのワークＷの凸枠Ｗｆを検出する凸枠位置検出手段であるセンサ１５が設けられている。本実施形態では、図１及び図２に示すように、ワークＷを加工ステージ１２に取り付ける際凸枠Ｗｆを下向きにするため、その凸枠Ｗｆに対する加工台４の衝突を考慮する必要があるからである。
【００１９】
このセンサ１５は、本来、加工手段である加工ヘッド２や加工台４が凸枠Ｗｆへ衝突する手前の位置を検出するために設けられたものであるが、本実施形態では凸枠Ｗｆに対して加工手段が移動可能な位置を確認するためのものとして用いられる。センサ１５は、加工ステージ１２のＸＹ方向に４本のセンサアーム２１がバネの付勢によって加工台４から突き出しており、凸枠Ｗｆに衝突して内側に押し込まれるとき、その加工台４の内部でセンサ光を遮断して検出を行うようにしたものである。
【００２０】
レーザ加工装置１では、こうしたセンサアーム２１の収縮動作によってセンサ１５から検出信号がコントローラ１１へと送信され、コントローラ１１において加工台４の移動限界が求められるようになっている。なお、センサ１５を加工ヘッド２側に設けるようにしてもよいが、構造が複雑になるため本実施形態では加工台４側に設けられ、それに合わせるようにして凸枠Ｗｆを下向きにしてワークＷが取り付けられる。
【００２１】
続いて図４は、加工を開始するに当たりコントローラ１１が行う加工準備工程のフローチャートを示した図である。この加工準備工程は、加工プログラムを実行するメインフローの中にサブフローとして組み込まれたものである。作業者によって加工ステージ１２にワークＷがセットされて加工スイッチが押されると、レーザ加工装置１の加工が開始されるが、その加工開始直後に図４に示したサブフローの加工準備工程が実行される。
【００２２】
加工準備工程では、先ず加工ステージ１２が駆動し、加工台４によるＸＹ方向への一往復ずつの移動が行われる。その移動は、加工台４から突き出した４本のセンサアーム２１が移動方向の凸枠Ｗｆに突き当てられる位置までであり、センサ１５からの検出信号を受けたコントローラ１１において凸枠Ｗｆの位置が検出される（Ｓ１０１）。コントローラ１１では、センサ１５による情報に基づいてワークＷの大きさ、すなわち凸枠Ｗｆの内側位置であるワーク端座標が算出される（Ｓ１０２）。
なお、このとき算出したワーク座標からワークＷの加工領域の中心座標が併せて求められる。この中心座標を、加工を行う際の加工データの基準点（中心点）とすることにより、ワークＷの取り付けに際して設置位置を気にせずに取り付けることが可能になる。
【００２３】
加工対象であるワークＷは、大きさの異なるものが使用されることがあるため、加工に当たって予め加工ステージ１２に設置したワークＷのサイズが作業者によって入力される。従って、Ｓ１０２によるワーク端座標の算出によって、加工ステージ１２に対して実際にセットされたワークＷの大きさが求められると、次にそのワークサイズと予め入力されたワークサイズとの照合が行われる（Ｓ１０３）。
算出したワークＷのサイズが入力された値と異なる場合には（Ｓ１０３：ＮＯ）、サイズの異なるワークＷが誤って取り付けられていることを知らせるアラームによる警報などが行われ、加工が禁止される（Ｓ１０４）。この場合、誤ったワークＷが取り外され、正しいサイズのワークＷがセットされた後、再び加工スイッチが押されてワークＷの確認が行われる（Ｓ１０１〜Ｓ１０３）。
【００２４】
一方、算出したワークＷの大きさが入力されたワークサイズと一致する場合には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、次に加工台４が移動可能な加工領域を示すストロークリミットの算出が行われる（Ｓ１０５）。加工台４は、中心位置Ｏに加工ヘッド２のノズル先端があり、このノズル先端からレーザ光Ｌが出力され、孔あけ加工が行われる。従って、加工台４が凸枠Ｗｆに当たらないようにした加工位置は、凸枠Ｗｆから内側に更に入った位置になり、ワークＷには図３に示す加工不可領域５０ができる。ストロークリミットの算出によって、その加工不可領域５０の内側の一点鎖線で示した加工限界線５１が求められる。つまりストロークリミットは、ステップＳ１０２で得られたワークＷの中心座標を基準に、加工台４が凸枠Ｗｆに当たる位置を示したものである。
【００２５】
コントローラ１１による加工台４のワークＷに対する位置決めは、レーザ光Ｌの照射位置である中心位置Ｏを基準にして行われる。従って、コントローラ１１による加工プログラムの実行に当たって、加工台４の中心位置Ｏがストロークリミットを超えないように位置制御が行われる。すなわち、本実施形態では、加工限界線５１を超えた加工不可領域５０での位置決めが予め禁止され、加工台４が凸枠Ｗｆへ衝突することを防止している。
【００２６】
次に、ワークＷに対する加工台４の移動を停止させる場合は、コントローラ１１が停止指令を出してから実際に停止するまでの空走距離を考慮する必要がある。加工台４の移動が高速で行われる場合に空走距離が長くなり、その際、加工台４の衝突が起こり得るからである。なお、加工プログラムには、加工ステージ１２に取り付けられた一枚のワークＷに複数の加工箇所が設定されており、加工台４は、そうした各加工箇所の間を移動する、加工を行わない空移動時に高速となる。従って、加工台４の中心位置Ｏが加工不可領域５０へ入らないようにするには、高速移動時に停止するまでの空走距離を考慮した制御が必要になる。
【００２７】
そこで、本実施形態では、Ｓ１０５によるストロークリミットの算出の後、空走距離を加算した停止開始位置が算出される（Ｓ１０６）。例えば、加工ステージ１２の駆動による加工台４の移動速度が２０ｍ／分の場合には、５〜１０ｍｍの空走距離が必要になる。Ｓ１０６では、高速移動時の速度に応じた空走距離によって停止開始位置５２が求められる。従って、加工プログラムの実行中は、加工台４の中心位置Ｏが図３に示す停止開始位置５２にかかった場合には加工ステージ１２の駆動停止のための減速が開始され、加工限界線５１で完全に停止するように停止制御が行われる。なお、停止開始位置５２から加工限界線５１までの距離は、加工を行わない空移動時（高速移動時）の停止距離であり、それよりも低速である加工実行中の移動速度では停止までの距離が短くなるため、停止開始位置５２を超えても減速せず、更に近づいた位置に減速を開始する不図示の停止開始位置が設定されている。すなわち、停止開始位置５２から加工限界線５１までを最大距離として、加工台４の移動速度に応じた停止開始位置が決定される。
【００２８】
このように、本実施形態では加工限界線５１や停止開始位置５２の位置座標に従って加工ヘッド２と加工台４の移動が制御される。そのため、加工時にセンサ１５の検出によって加工が中断してしまわないように、センサ１５からの検出信号を受けても反応しないように、コントローラ１１においてセンサ１５の検出に反応しない無効化が行われる（Ｓ１０７）。センサ１５は、前述したように従来のレーザ加工装置の構成を利用し、本来は加工台４が凸枠Ｗｆへの衝突を検出するために設けられたものだからである。なお、これによって新たなセンサを設ける必要がなく、加工プログラムの大幅な変更も必要なくなるため、コストを抑えることができる。
【００２９】
そして、Ｓ１０７の実行により加工準備が終了し、その後はメインフローに戻ってワークの孔あけ加工が実行される。すなわち、加工ヘッド２と加工台４とによって挟まれたワークＷに、予め設定された加工データに基づいて加工ステージ１２が移動し、ワークＷの所定位置に、加工ヘッド２から照射されるレーザ光Ｌによって複数の孔が所定のパターンであけられる。この加工作業は、一枚のワークＷに対して複数行われるため、一の箇所で所定パターンの孔あけ加工が行われた後、他の箇所へ加工ヘッド２と加工台４が大きく移動し、再びそこで所定パターンの孔あけ加工が行われる。
【００３０】
ワークＷに対する加工ヘッド２と加工台４の移動は、加工不可領域５０を除く加工領域内で制御される。従って、本実施形態のレーザ加工装置１では、センサ１５が無効化され、加工台４のセンサアーム２１が凸枠Ｗｆに当たっても中断することはなく加工限界領域まで加工できるので、材料の無駄をなくすことが可能になる。また、加工不可領域５０を除く加工領域内でしか加工ヘッド２と加工台４を移動させないため、空移動による移動速度を最大にすることができ、加工時間をより短縮させることが可能になる。また、センサ１５の無効化によって加工プログラムの異常中断を回避でき、これにより加工の中断による材料の無駄を無くし、また加工時間の短縮にもなる。
【００３１】
更に、本実施形態のレーザ加工装置１では、ワーク端座標の算出によってワークサイズの照合を行い、誤って異なるサイズのワークＷが取り付けられた場合にはアラームによる警報などが行われる。そのため、加工領域に対してワークＷのサイズが大きい場合には未加工部分が多くなって材料の無駄を生じさせていたが、そうした無駄等がなくなる。また、加工データに基づく加工予定の最大加工領域とステップＳ１０５で求めた加工限界領域とが比較され、加工領域に対してワークＷのサイズが小さい場合には、最大加工領域が加工限界領域を超えてしまうため加工開始が禁止される。これにより、加工プログラムの異常中断や誤った寸法のワークを加工してしまうことを未然に防止することができる。
【００３２】
以上、本発明に係るレーザ加工装置の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、ワークＷを保持する加工ステージ側が駆動し、固定された加工ヘッド２と加工台４がワークＷに対して相対的に移動するレーザ加工装置１を示したが、固定されたワークＷに対して加工ヘッド２と加工台４を移動させるものであってもよい。
また、前記実施形態では、位置確認を行うセンサ１５にセンサアーム２１に反応する光センサを使用したが、ワークＷのワーク端座標を確認できるものであれば、例えば画像から求めるようなものであってもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１    レーザ加工装置
２    加工ヘッド２
４    加工台
５    光ファイバ
１１  コントローラ
１２  加工ステージ
１３  レーザ発振器
１５  センサ
Ｌ    レーザ光
Ｗ    ワーク
Ｗｆ  凸枠
【図１】
2011050992.tif 000003
【図２】
2011050992.tif 000004
【図３】
2011050992.tif 000005
【図４】
2011050992.tif 000006
【図５】
2011050992.tif 000007