(57)【要約】【課題】  本発明は、材料をレーザー切断する際、切断する材料直下にワークテーブルの剣山が配置することがない構成にすることで、材料の焼けおよび焦げによる品質不良の発生を低減することの出来るレーザー切断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】  本発明のレーザー切断装置は、ワークテーブル２と、ワークテーブル２に保持され、ワークテーブル２に対向してＸ方向及びＹ方向に移動可能なレーザーヘッド１と、Ｙ方向ＬＭレール９と、Ｙ方向ＬＭレール９上をＹ方向に摺動するＹ方向駆動ベース５と、Ｙ方向駆動ベース５をＹ方向に駆動するＹ軸用駆動手段と、Ｙ方向駆動ベース５上にＸ軸方向に設けられるＸ方向ＬＭレール７と、Ｘ方向ＬＭレール７上をＸ方向に摺動するＸ方向駆動ベース４と、Ｘ方向駆動ベース４をＸ軸方向に駆動するＸ軸用駆動手段と、Ｘ方向駆動ベース４上に設けられる剣山３とを備える。【選択図】図２
2015016485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を設置するためのワークテーブルと、
前記ワークテーブルに保持され、前記ワークテーブルに対向してＸ方向及びＹ方向に移動可能なレーザーヘッドと、
前記ワークテーブル上に設置されＹ軸方向に二本平行に設けられるＹ方向ＬＭレールと、
前記Ｙ方向ＬＭレール上をＹ方向に摺動するＹ方向駆動ベースと、
前記Ｙ方向駆動ベースをＹ方向に駆動するＹ軸用駆動手段と、
前記Ｙ方向駆動ベース上にＸ軸方向に設けられるＸ方向ＬＭレールと、
前記Ｘ方向ＬＭレール上をＸ方向に摺動するＸ方向駆動ベースと、
前記Ｘ方向駆動ベースをＸ軸方向に駆動するＸ軸用駆動手段と、
前記Ｘ方向駆動ベース上に設けられる剣山とを備えるレーザー切断装置。
【請求項２】
前記Ｙ方向駆動ベースは、隣接する前記Ｘ方向駆動ベースをそれぞれ反対方向に移動させるＸ方向台形ネジを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザー切断装置。
【請求項３】
前記Ｙ方向駆動ベースは、隣接する前記Ｘ方向駆動ベース間の剣山間Ｘ方向ピッチをＸ方向に拡縮するリンク機構を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザー切断装置。
【請求項４】
前記Ｘ軸用駆動手段または前記Ｙ軸用駆動手段はモーターであり、前記剣山を自動で移動させる自動回路を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のレーザー切断装置。
【請求項５】
前記自動回路は、
レーザー切断位置と前記剣山との距離が所定値未満であるとき、
前記距離が前記所定値以上となるように前記剣山を移動させる請求項４に記載のレーザー切断装置。
【請求項６】
材料を設置するためのワークテーブルと、
前記ワークテーブルに保持され、前記ワークテーブルに対向してＸ方向及びＹ方向に移動可能なレーザーヘッドと、
前記ワークテーブルに設置された複数の剣山をＺ方向に昇降可能なシリンダーとを有することを特徴とするレーザー切断装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のレーザー切断装置を用いた木質系材料を切断するレーザー切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、切断する材料を固定しレーザーヘッドを移動させる材料固定／ヘッドＸＹ移動方式において、材料をレーザー切断する際、ワークテーブル上に設置される材料の焼けおよび焦げの品質不良を発生させないレーザー切断装置及びこのレーザー切断装置を用いた材料のレーザー切断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
材料の切断方法の一つとしてレーザー切断があり、上述の材料固定／ヘッドＸＹ移動方式と、材料をＹ方向移動しレーザーヘッドをＸ方向に移動させる材料Ｙ移動／ヘッドＸ移動方式がある。
【０００３】
材料Ｙ移動／ヘッドＸ移動方式の場合、製品形状全てを切断してしまうと、原材料から切断部が切り離されてとり残されてしまう。そのため、製品形状の一部に未切断部を残して切断し、後工程で除去しなければならないという問題がある。
【０００４】
材料固定／ヘッドＸＹ移動方式の場合、材料を移動させないため製品形状全て切断可能である。しかし、切断する材料が木質系材料のとき、この方式にて金属製の材料支持体である剣山の直上の材料を切断する場合、剣山の一部がレーザーにより溶け金属蒸気が材料に付着したり、または金属表面でレーザーが反射し、材料に焼けおよび焦げが発生したりする等の品質不良が発生するという問題がある。なお、剣山は金属製の材料支持体であるのが一般的であるが他の材料であっても良い。
【０００５】
例えば、特許文献１において、取り外し可能な剣山で構成されるレーザー切断装置のワークテーブルについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００―３４３２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようなワークテーブルにおいては、切断位置と剣山位置が重なった際に、剣山を取り外す必要があり、切断する材料の支持ピッチが長くなり、レーザー切断の際、レーザーと同軸から流れるアシストガスの噴出により材料のばたつきが発生し、切断不良となる。また、剣山位置の取り外しは作業者が実施するため、生産能力が著しく低下する。
【０００８】
そこで本発明は、材料をレーザー切断する際、切断する材料の直下にワークテーブルの剣山が配置されることがない構成にすることで、材料の焼けおよび焦げによる品質不良の発生を低減することの出来るレーザー切断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】
【０００９】
本発明のレーザー切断装置は、材料を設置するためのワークテーブルと、ワークテーブルに保持され、ワークテーブルに対向してＸ方向及びＹ方向に移動可能なレーザーヘッドと、ワークテーブル上に設置されＹ軸方向に二本平行に設けられるＹ方向ＬＭレールと、Ｙ方向ＬＭレール上をＹ方向に摺動するＹ方向駆動ベースと、Ｙ方向駆動ベースをＹ方向に駆動するＹ軸用駆動手段と、Ｙ方向駆動ベース上にＸ軸方向に設けられるＸ方向ＬＭレールと、Ｘ方向ＬＭレール上をＸ方向に摺動するＸ方向駆動ベースと、Ｘ方向駆動ベースをＸ軸方向に駆動するＸ軸用駆動手段と、Ｘ方向駆動ベース上に設けられる剣山とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のレーザー切断装置によれば、レーザー切断位置の直下に剣山が配置されることが無いため、レーザー切断時に発生する材料の焼けおよび焦げによる品質不良の発生を低減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１によるレーザー切断装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるワークテーブルを示す上面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による材料を切断する場合のフローチャートと概念図である。
【図４】本発明の実施の形態１による材料を複数の形状に切断する場合のフローチャートと概念図である。
【図５】本発明の実施の形態２による伸縮アームで構成されたワークテーブルを示す側面図である。
【図６】本発明の実施の形態３による昇降式剣山で構成されたワークテーブルを示す側面図である。
【図７】本発明の実施の形態３による昇降式剣山を設定するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１、図２を用いて実施の形態１のレーザー切断装置を説明する。図１はレーザー切断装置を示す斜視図である。図２はワークテーブルを示す上面図である。
【００１３】
レーザー切断装置１００は、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能なレーザーヘッド１と切断する材料１６を設置するためのワークテーブル２から構成される。図２において縦方向をＸ方向、横方向をＹ方向とする。ワークテーブル２は、複数のＸ方向駆動ベース４と複数のＹ方向駆動ベース５とから構成される。それぞれのＸ方向駆動ベース４には、先端の尖った形状であり金属である剣山３が固定されている。また、それぞれのＹ方向駆動ベース５には複数のＸ方向駆動ベース４が配置されている。尚、剣山３の数はワークテーブル２の大きさによって決定される。Ｙ方向ＬＭレールはワークテーブル上にＹ軸方向に二本平行に設けられる。
【００１４】
ワークテーブル２には、材料１６を支持する剣山３がＸ方向駆動ベース４上に設置されている。Ｘ方向駆動ベース４はＹ方向ＬＭレール７にガイドされ、またＸ方向駆動ベース４と接続しているＸ方向台形ネジ６は、Ｘ軸用サーボモーター８とも接続している。そのため、サーボモーター８が駆動すると、Ｘ方向駆動ベース４がＸ方向に平行移動可能な構造となっている。ここではＸ軸用駆動手段としてＸ軸用サーボモーター８を用いているが、サーボモーター以外の駆動手段であっても良い。
【００１５】
尚、剣山３の先端形状は材料１６を載せた状態で移動するため、球状が望ましい。また、剣山３はＸ方向にテーブルサイズに合わせて複数設置されており、端部Ｘ方向駆動ベース４ａが右ネジの場合、次端部Ｘ方向駆動ベース４ｂは左ネジ、次次端部Ｘ方向駆動ベース４ｃは右ネジと、交互に右ネジと左ネジとが切り替わる構造となっている。この構造を採用することにより、Ｘ軸用サーボモーター８を回転させたとき、Ｘ方向台形ネジ６を駆動させた場合にも、隣接するＸ方向駆動ベース４は近づいたり遠ざかったりするので等ピッチのまま移動することがない。すなわち、Ｘ方向駆動ベース４は隣り同士がＸ軸上にそれぞれ反対方向へ移動する。このように、Ｘ方向に移動させたい剣山３を任意の位置に変更可能とする。
【００１６】
また、各Ｘ方向駆動ベース４に単独でサーボモーターを配置し各個動作させる構成も考えられるが、この構成の場合には部品数が増加し装置が複雑になる。実施の形態１のレーザー切断装置の構成によれば、レーザー切断位置直下に剣山３が来ないように剣山間ピッチを動作させればいいので、部品数を削減し装置を簡易化することができる。
【００１７】
尚、剣山間Ｘ方向ピッチ１５は、材料１６の切断時のアシストガス噴射で発生する材料１６のバタツキによる切断品質不良を防止するため、１００ｍｍ以下が望ましい。ここで、レーザー切断時に材料１６を抜けたレーザーが剣山３に照射したことにより発生する、金属蒸気の噴射による品質不良およびレーザー光の反射による材料１６の焼けおよび焦げ等の品質不良を防止するためには、レーザー切断位置と剣山３との距離を１０ｍｍ以上離すことが望ましい。そのため、剣山３の移動ストロークは１０ｍｍ以上必要となる。ここで、レーザー切断位置と剣山３との距離とは、剣山３の外周とレーザーの焦点との距離である。なお、レーザーヘッド１に用いられるレーザーのスポット径は０．１ｍｍ程度である。
【００１８】
次に、複数のＸ方向駆動ベース４が配置されたＹ方向駆動ベース５は、Ｘ方向ＬＭレール９にガイドされ、またＹ方向台形ネジ１０と接続している。Ｙ方向台形ネジ１０とＹ軸用サーボモーター１１を接続することにより、Ｙ方向駆動ベース５はＹ方向に移動可能な構造となっている。ここではＹ軸用駆動手段としてＹ軸用サーボモーター１１を用いているが、サーボモーター以外の駆動手段であっても良い。
【００１９】
上記の構造を採用することにより、後に説明する図３、図４に示すようにＸ方向／Ｙ方向に剣山間ピッチを変更可能となり、切断サイズに合わせて、切断位置の直下に剣山３が配置されないように、剣山３を移動可能となる。
【００２０】
実施の形態１のレーザー切断装置によれば、レーザー切断位置の直下に剣山３が配置されることが無いため、レーザー切断時に発生する材料１６の焼けおよび焦げによる品質不良の発生を低減することが出来る。
【００２１】
図３（ａ）は、本発明の実施の形態１による材料１６を切断する場合のフローチャートである。図３（ｂ）は、本発明の実施の形態１による剣山位置を設定するフローチャートに対応するレーザー切断時の概念図である。図３（ｂ）において縦方向をＸ方向、横方向をＹ方向とする。
【００２２】
最初に切断する材料１６の隅部を基準位置３０にセットする（ステップＳＴ１１）。続いて切断形状（Ａ）１７の切断を開始する（ステップＳＴ１２）。切断形状（Ａ）１７の形状データと剣山位置データをソフト上で比較し、切断位置が剣山３の直上からＸＹ方向に１０ｍｍ未満に配置されていないか判定を行う（ステップＳＴ１３）。レーザー切断位置―剣山間距離が１０ｍｍ以上ある場合、そのまま切断形状（Ａ）１７となるように、レーザー切断を実施する。ここで、レーザー切断位置―剣山間距離が１０ｍｍ未満の領域を干渉位置２９とすると、レーザー切断位置が干渉位置２９にある場合は、干渉位置２９の領域外になるように剣山３を移動させる（ステップＳＴ１４）。そして、剣山３の移動完了後に切断形状（Ａ）１７のレーザー切断を実施する（ステップＳＴ１５）。
【００２３】
次に切断形状（Ｂ）１８の切断準備を開始し（ステップＳＴ１６）、全ての形状を切断するまでステップＳＴ１３〜ステップＳＴ１６を繰り返す。尚、上記のフローチャートは自動回路で構成されており、全ての切断が完了するまで、レーザー切断装置は動作し続ける（ステップＳＴ１７）。
【００２４】
この自動回路で装置を動作させることにより、剣山３の位置判別および移動は自動で可能となるため、生産性向上および省人化が図れる。また、この自動回路は、一般流通ソフトを用いるため、改造することが困難なネスティングソフトを使用する必要がない。
【００２５】
図４（ａ）は、本発明の実施の形態１による材料１６から複数の形状を切断する場合のフローチャートである。図４（ｂ）は、材料１６から複数の形状を切断する場合の概念図である。図４（ｂ）において縦方向をＸ方向、横方向をＹ方向とする。
【００２６】
最初に材料１６の隅部を基準位置３０にセットする（ステップＳＴ２１）。次に全製品を切断するための材料１６を配置する（ステップＳＴ２２）。その後、全てのレーザー切断位置に対して、レーザー切断位置―剣山間距離が１０ｍｍ以上あるか判定を行う（ステップＳＴ２３）。レーザー切断位置―剣山間距離が１０ｍｍ以上ある場合は全ての形状のレーザー切断を実施する。レーザー切断位置―剣山間距離が１０ｍｍ未満の場合は、その対象の剣山３のみ移動を行う（ステップＳＴ２４）。その後、材料１６を全形状に切断する（ステップＳＴ２５）。剣山３をどのような位置に移動してもレーザー切断位置―剣山間距離が１０ｍｍ以上にならない場合は、実施の形態１に示すように、ひとつの切断形状毎に配置し、切断を実施する。
【００２７】
上記のフローを採用することにより、剣山３の移動が最初の１回だけに限定されるため、生産能力の向上が可能となる。また、材料１６の配置を変更することなく切断することが出来る。
【００２８】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２による伸縮アーム１９で構成されたレーザー切断装置ワークテーブルを示す側面図である。実施の形態１のレーザー切断装置では剣山３のＸ軸用駆動手段にＸ方向台形ネジ６を用いたが、実施の形態２のレーザー切断装置では剣山３のＸ軸用駆動手段に伸縮アーム１９を用いる。
【００２９】
剣山３はＸ方向駆動ベース４上に設置されており、Ｘ方向駆動ベース４はリンク機構２０とＹ方向ＬＭレール７を介して接続されている。リンク機構２０の片側端部は固定ブロック２１に接続している。また、リンク機構２０のもう一方の端部は、ネジを介してＸ軸用サーボモーター８と接続している。この機構により、一つのＸ軸用サーボモーター８によって隣接するＸ方向駆動ベース４は剣山間Ｘ方向ピッチ１５を拡縮可能となる。また、同様にＸ方向駆動ベース４をリンク機構２０とＸ方向ＬＭレール９を介して、Ｙ軸用サーボモーター１１と接続することにより、Ｙ方向においても一つのＹ軸用サーボモーター１１で剣山間Ｙ方向ピッチ２５を拡縮可能となる。
【００３０】
実施の形態２のレーザー切断装置によれば、少ない部品数で、材料１６を切断する形状に合わせて切断位置の直下に剣山３が配置されないように、剣山３を移動可能となる。
【００３１】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３による昇降式剣山で構成されたレーザー切断装置ワークテーブルを示す側面図である。
【００３２】
剣山３はシリンダー２２を介してワークテーブル２に設置されており、剣山３は自動でＺ方向に昇降可能な構造となっている。また、剣山間Ｘ方向ピッチ１５と剣山間Ｙ方向ピッチ２５は５０ｍｍ以下になっており、一つの剣山３が下降しても、切断する材料１６の支持ピッチは１００ｍｍ以下を確保可能となっている。このため、一つの剣山３がＺ方向に下がっていても材料１６がばたつくことなく、切断可能となっている。また、剣山３の昇降距離２３は２００ｍｍ以上となっている。昇降距離２３が２００ｍｍ未満の場合、レーザー光が剣山３にあたると、木質系材料のように鉄系材質と比較して低い出力のレーザー光において、焦点がずれていても剣山３が溶けて金属蒸気が発生し、品質不良となる。このようにＺ方向に昇降可能な剣山３の構造がＸ方向／Ｙ方向に等しい間隔で設置されている。
【００３３】
続いて、図７に昇降式剣山を用いて全ての形状を切断する場合のフローチャートを示す。図７は本発明の実施の形態３による昇降式剣山を設定するフローチャートである。
【００３４】
最初に材料１６の隅部を基準位置３０にセットする（ステップＳＴ３１）。次に材料１６をワークテーブル２上に配置する（ステップＳＴ３２）。その後、全てのレーザー切断位置に対して、レーザー切断位置―剣山間距離が１０ｍｍ以上あるか判定を行う（ステップＳＴ３３）。レーザー切断位置―剣山間距離が１０ｍｍ以上ある場合は、全ての切断形状のレーザー切断を実施する。レーザー切断位置―剣山間距離が１０ｍｍ未満の場合は、その対象の剣山３を下降する（ステップＳＴ３４）。１つ目の切断（ステップＳＴ３５）が完了すると、２つ目の切断形状を割付け、同様に剣山３の昇降を行う（ステップＳＴ３６）。その後、同様のフローを最後の切断形状まで繰り返し、全ての形状の切断を実施する（ステップＳＴ３７）。
【００３５】
実施の形態３のレーザー切断装置は、昇降式剣山および剣山昇降制御のフローを用いることにより、剣山３の昇降による簡単な装置構成で安定した品質である材料１６の切断が可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
１  レーザーヘッド
２  ワークテーブル
３  剣山
４  Ｘ方向駆動ベース
５  Ｙ方向駆動ベース
６  Ｘ方向台形ネジ
７  Ｘ方向ＬＭレール
８  Ｘ軸用サーボモーター
９  Ｙ方向ＬＭレール
１０  Ｙ方向台形ネジ
１１  Ｙ軸用サーボモーター
１６  材料
１９  伸縮アーム
２０  リンク機構
２２  シリンダー
２９  干渉位置
【図１】
2015016485.tif 000003
【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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