(57)【要約】【課題】従来のレーザ切断機における問題点を解消すると共に、切断片の品質を保証し、かつ作業効率を向上することができる解決法を提供する【解決手段】長手方向の移動軸Ｘと、その長手方向に直角であってシート状金属の面に平行な横断的な移動軸Ｙと、それらの軸に沿って移動可能であるレーザ切断ヘッド１４の支持装置１５とを備えた、平坦なシート状金属用の切断装置のマニピュレータにおいて、支持装置１５が、移動軸Ｙに沿って互いの間の距離を様々に変えて移動するようにそれぞれ独立したアクチュエータ７、８によって駆動されるスライドブロック５、６と、それらスライドブロック５、６とレーザ切断ヘッド１４とが連動するように接続するロッド９、１０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の移動軸Ｘと、その長手方向に直角であってシート状金属の面に平行な横断的な移動軸Ｙと、それらの軸に沿って移動可能であるレーザ切断ヘッド（１４）の支持装置（１５）とを備えた、平坦なシート状金属用の切断装置の低イナーシャなマニピュレータにおいて、
前記支持装置（１５）は、移動軸Ｙに沿って互いの間の距離を様々に変えて移動するようにそれぞれ独立したアクチュエータ（７、８）によって駆動されるスライドブロック（５、６）と、前記スライドブロック（５、６）と前記レーザ切断ヘッド（１４）とが連動するように接続するＶ字状に配置されたロッド（９、１０）とを備え、
一方の前記ロッド（９）は、一端部が前記スライドブロック（５）上の前記シート状金属の平面に垂直な第１軸（１１）の回りに回転可能に接続して蝶番で動くと共に、他端部には前記レーザ切断ヘッド（１４）が固定され、
他方の前記ロッド（１０）は、一端部が前記スライドブロック（６）上の前記シート状金属の平面に垂直な第２軸（１２）の回りに回転可能に接続して蝶番で動くと共に、他端部が前記ロッド（９）上の前記シート状金属の平面に垂直な第３軸（１３）の回りに回転可能に接続して蝶番で動くことを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２】
前記アクチュエータ（７、８）がリニアモータである請求項１に記載のマニピュレータ。
【請求項３】
前記アクチュエータ（７、８）がピニオンとラックである請求項１に記載のマニピュレータ。
【請求項４】
前記アクチュエータ（７、８）がボールネジ付きのスクリューである請求項１に記載のマニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平坦なシート状金属用のレーザ切断機の低イナーシャなマニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
平坦なシート状金属用のレーザ切断機の最も一般的なモデルは、可動な光学部と固定された部品とを有している。そのようなモデルでは、切断具（フォーカスヘッド）が、ＣＮＣアクチュエータによって、互いに直角なＸ−Ｙ方向に沿って、及びシート面と平行に動く間は、切断対象のシートは平面の上に置かれている。通常、第１の軸（Ｘ）は、最もストロークが長く、かつ互いに平行な２本のガイドに渡されたガントリー部、又は片持ち梁からなる一本のガイドから構成されている。直交する第２の軸（Ｙ）は、通常は第１の軸の上に設置されている。２つの軸に沿った駆動を行う機構の総質量は、作業の内容の割には非常に大きいものとなっている。
【０００３】
レーザの平面における切断プロファイルは、十分な精度を得るために、小さな屈曲動作を多く積み重ねたものとなるが、そのため機械の原動力を制限せざるを得ず、生産性が低いものとなってしまう。原動力（最大加速度）は、質量によって制限される。ガントリーと片持ち梁との中間の形態として用いられる中央梁においても同様の問題がある。言い換えれば、デカルト軸Ｘ−Ｙに係るシステムの質量と、所定の処理速度で小さな曲率半径のカーブに沿って切断する加速度とは、現行では相反する関係になっている。レーザ切断の処理速度を「ｖ」、処理中の切断プロファイルの曲率半径を「ｒ」とすると、加速度はｖ2／ｒに依存する。「ｒ」が小さくなると加速度は大きくなって、処理速度「ｖ」は一定の品質が得られる程度まで減少することになる。
【０００４】
上述した問題の第１の解決法は、補助的なデカルト軸ｘｙに係る第２システムを追加することであり、その第２システムは、第１システムである主軸ＸＹ上に設置され、質量及びストロークを低減するものである（特許文献１を参照）。作業中においては、大きなピッチの動きは主軸ＸＹによっておこなわれ、小さなピッチで大きな原動力を伴った局所的な動きは補助的なデカルト軸ｘｙと協働することによりおこなわれる（「解決法ＸＹ＋ｘｙ」という。）。
【０００５】
ガントリーＸにより支持された横断軸Ｙ上に設置された１本の補助軸ｘを追加するという別の解決法が、特許文献２により提案されている。横断軸Ｙと補助軸ｘとによりもたらされる質量は小さい一方で、主たる質量はガントリーＸによりもたらされる。広範囲であるがまれにしか起こらない動きはガントリーＸによりおこなわれ、局所的であるが大きな原動力を伴って頻繁に起こる動きは軸Ｙｘによっておこなわれる（「解決法Ｘ＋Ｙｘ」という。）。
【０００６】
更に別の解決方法が特許文献３に記載されている。Ｙ軸方向にスライド可能な動力付きの台から切断ヘッドへ向けて延びる２つの動力付きで長さが調節可能なスライドによって駆動される中心位置機構「ρθ」によって、低イナーシャで追加的なデカルトシステムｘｙを代用するものである。広範囲であるがまれにしか起こらない動きはガントリーＸによりおこなわれ、局所的であるが大きな原動力を伴って頻繁に起こる動きは３つの軸Ｙρθの組み合わせによっておこなわれる（「解決法Ｘ＋Ｙρθ」という。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００２５７６１号明細書
【特許文献２】欧州特許第１３６６８４６号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／０１９７１１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述した解決法の問題点を解消すると共に、切断片の品質を保証し、かつ作業効率を向上することができる更なる解決法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成する本発明のマニピュレータは、長手方向の移動軸Ｘと、その長手方向に直角であってシート状金属の面に平行な横断的な移動軸Ｙと、それらの軸に沿って移動可能であるレーザ切断ヘッド（１４）の支持装置（１５）とを備えた、平坦なシート状金属用の切断装置の低イナーシャなマニピュレータにおいて、前記支持装置（１５）は、移動軸Ｙに沿って互いの間の距離を様々に変えて移動するようにそれぞれ独立したアクチュエータ（７、８）によって駆動されるスライドブロック（５、６）と、前記スライドブロック（５、６）と前記レーザ切断ヘッド（１４）とが連動するように接続するＶ字状に配置されたロッド（９、１０）とを備え、一方の前記ロッド（９）は、一端部が前記スライドブロック（５）上の前記シート状金属の平面に垂直な第１軸（１１）の回りに回転可能に接続して蝶番で動くと共に、他端部には前記レーザ切断ヘッド（１４）が固定され、他方の前記ロッド（１０）は、一端部が前記スライドブロック（６）上の前記シート状金属の平面に垂直な第２軸（１２）の回りに回転可能に接続して蝶番で動くと共に、他端部が前記ロッド（９）上の前記シート状金属の平面に垂直な第３軸（１３）の回りに回転可能に接続して蝶番で動くことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、長手方向の移動軸Ｘと、その長手方向に直角であってシート状金属の面に平行な横断的な移動軸Ｙと、それらの軸に沿って移動可能であるレーザ切断ヘッドの支持装置とを備えた、平坦なシート状金属用の切断装置におけるマニピュレータにおいて、前記支持装置が、Ｙ軸に沿って互いの間の距離を様々に変えて移動するそれぞれ独立したアクチュエータによって駆動されるスライドブロックと、前記スライドブロックと前記レーザ切断ヘッドとが連動するように接続するロッドとを備えるようにしたので、上記の目的を達成することができる。
【００１１】
レーザ切断ヘッドに対して、第１のアクチュエータはＹ軸に沿った横断的な移動性能を提供し、第２のアクチュエータは第１のアクチュエータ及び接続ロッドと協働して、一定半径内での角度方向の移動性能θを追加する。それら２つの動きにより、局所的なデカルト座標系の動きが可能となる。広範囲であるがまれにしか起こらない動きはＸ軸によりおこなわれ、局所的であるが大きな原動力を伴って頻繁に起こる動きはＹρ軸との組み合わせによっておこなわれる（「解決法Ｘ＋Ｙθ」という。）。
【００１２】
本発明の有利な点は、特許文献１及び特許文献２のように３つの軸を用いる代わりに２台のアクチュエータのみを用いた低イナーシャな局所的な動作システムにより、切断片の品質を保証し、作業効率を向上することができることにある。
【００１３】
低イナーシャで動くアクチュエータとしては、例えば、ボールネジ付きのスクリュー、ピニオン−ラック機構又はリニアモータ付スライダのいずれかの手段を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態からなるＸ＋Ｙθ軸のマニピュレータを用いた二次元のレーザ切断機である。
【図２】Ｙ軸の一端部において、レーザ切断ヘッド用の２個のスライドブロックが互いの間の距離が最大となる位置にあるときのマニピュレータの拡大図である。
【図３】図２と同じＹ軸の一端部において、レーザ切断ヘッド用の２個のスライドブロックが互いに間の距離が最小となる位置にあるときのレーザ切断ヘッドの拡大図である。
【図４】Ｙ軸の他端部において、レーザ切断ヘッド用の２個のスライドブロックが互いに間の距離が最小となる位置にあるときのレーザ切断ヘッドの拡大図である。
【図５】異なるタイプのアクチュエータを有するマニピュレータが、図２と同じ状態にあるときのマニピュレータの拡大図である。
【図６】更に異なるタイプのアクチュエータを有するマニピュレータが、図２と同じ状態にあるときのマニピュレータの拡大図である。
【図７】本発明の別の実施形態からなるマニピュレータ付きのレーザ切断機である。
【図８】本発明の更に別の実施形態からなるマニピュレータ付きのレーザ切断機である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の特徴は、以下に示す低イナーシャ（低慣性）なマニピュレータ付きのレーザ切断機についての詳細な説明及び図面によって次第に明らかになるが、それらの例に制限されるものではない。
【００１６】
図１は、一対の橋門１とそれらを接続する中央梁２とを備えたレーザ切断機を示す。
【００１７】
この構造とは別に、ガントリー（図７）や片持ち梁（図８）を用いるようにしても良い。
【００１８】
図１の例では、中央梁２（Ｘ軸）は交差梁３を保持しており、その交差梁３は主アクチュエータ（図示せず）によって中央梁２の長手方向に沿ってスライドする。そのアクチュエータの種類は特に限定するものではないが、リニアモータ付きのスライド、ピニオン−ラック機構及びボールネジ付きのスクリューが例示される。
【００１９】
交差梁３は、切断対象であるシート状金属の平面（図示せず）に平行に延びており、その交差梁３に沿って２台のスライドブロック５、６が、互いの間の距離を様々に変えてガイド４上を移動する。それらスライドブロック５、６は、それぞれ独立してアクチュエータ７、８により動かされる。アクチュエータ７、８としては、ピニオン−ラック機構（図２〜４）、リニアモータ（図５、但し、図面を分かりやすくするためモータは省略している。）又はボールネジ付きのスクリュー（図６）を用いることができる。
【００２０】
スライドブロック５、６に連動する構造として、ロッド９、１０がＶ字状に配置されている。それらの一端部は蝶番で動くように、シート状金属の平面に垂直な旋回軸１１、１２（第１軸、第２軸）を介してスライドブロック５、６にそれぞれ固定されている。また、ロッド９、１０は、レーザ切断ヘッド（フォーカスヘッド）１４を支持するロッド９の他端部に近い位置において、シート状金属の平面に垂直な旋回軸１３（第３軸）を介して互いに接続されている。
【００２１】
レーザ切断ヘッド１４は、中央梁２及び交差梁３の下方に水平に置かれたシート状金属を切断する。
【００２２】
交差梁３、スライドブロック５、６、アクチュエータ７、８及び連動するロッド９、１０から構成された駆動装置１５により、レーザ切断ヘッド１４は所望の切断プロファイルに沿って移動することが可能となる。
【００２３】
広範囲であるがまれにしか起こらない動きはＸ軸に沿っておこなわれ、局所的であるが頻繁に起こる動きはＹθ軸に沿っておこなわれる。そのＹθ軸は、スライドブロック５、６がそれぞれ独立したアクチュエータ７、８により、交差梁３に沿って互いに接近又は離間して動くことにより規定される。最初のＸ軸に沿った動きは横断的な移動性能を与え、次のＹθ軸に沿った動きは、一定半径内での角度方向の移動性能を追加する。これら２つの動きにより、局所的なデカルト座標系をカバーすることができる。
【００２４】
スライドブロック５、６、アクチュエータ７、８及び連動するロッド９、１０からなる構造は低イナーシャであるため、高い原動力でも高精度の切断をおこなうことができるので、切断機の作業効率を向上し、かつ切断片の品質を保証することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１  橋門
２  中央梁
３  交差梁
４  ガイド
５、６  スライドブロック
７、８  アクチュエータ
９、１０  ロッド
１１、１２、１３  旋回軸
１４  レーザ切断ヘッド
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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