(57)【要約】【課題】被切断部材の端部の切断開始位置の検出、及び切断開始位置におけるレーザヘッドと被切断部材との間隔調節を自動的かつ迅速に実行できるレーザ切断装置及びレーザ切断方法を提供する。【解決手段】レーザヘッド１５と、レーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔を検出する検出手段と、レーザヘッド１５と被切断部材Ｗとを相対的に移動させると共に、検出手段の検出値に基づいて上記間隔を所定値に調節する制御装置１６とを備え、制御装置１６が、被切断部材Ｗの端部から切断を開始する場合、まず、被切断部材Ｗ上でレーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔を所定値に調節し、次に、レーザを照射しない状態で、かつ上記間隔を所定値に維持した状態で、レーザヘッド１５を切断ラインＣＬに沿って切断方向Ｄと逆方向に移動させ、検出手段の検出値が急激に変化したときにレーザヘッド１５が切断開始位置ＳＰに到達したことを判断し、上記間隔を検出手段の検出値が急激に変化する直前の間隔として切断開始位置ＳＰから切断を開始するものである。【選択図】        図１
2004255423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被切断部材にレーザを照射するレーザヘッドと、該レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を検出する検出手段と、上記レーザヘッドと上記被切断部材とを相対的に移動させると共に、上記検出手段の検出値に基づいて上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を所定値に調節する制御装置とを備えたレーザ切断装置であって、
上記制御装置は、上記被切断部材の端部から切断を開始する場合、まず、上記被切断部材上の任意の位置で上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を所定値に調節し、次に、レーザを照射しない状態で、かつ上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を上記所定値に維持した状態で、上記レーザヘッドを所定の切断ラインに沿って予め定められた切断方向と逆方向に移動させ、上記検出手段の検出値が急激に変化したときに上記レーザヘッドが上記被切断部材の端部の切断開始位置に到達したことを判断し、上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を上記検出手段の検出値が急激に変化する直前の間隔として上記切断開始位置から切断を開始することを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項２】
上記制御装置は、上記レーザヘッドが上記切断開始位置から所定距離切断するまでの間、上記検出手段の検出値に基づく上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔調節を実行しない請求項１記載のレーザ切断装置。
【請求項３】
被切断部材とレーザヘッドとの間隔を検出する検出手段の検出値に基づいて上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を所定値に調節しつつ、レーザヘッドと被切断部材とを相対的に移動させて切断するレーザ切断方法であって、
上記被切断部材上の任意の位置で上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を上記所定値に調節するステップと、
レーザを照射しない状態で、かつ上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を上記所定値に維持した状態で、上記レーザヘッドを所定の切断ラインに沿って予め定められた切断方向と逆方向に移動させるステップと、
上記検出手段の検出値が急激に変化したときに上記レーザヘッドが上記被切断部材の端部の切断開始位置に到達したことを判断するステップと、
上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を上記検出手段の検出値が急激に変化する直前の間隔として上記切断開始位置から切断を開始するステップとを備えたことを特徴とするレーザ切断方法。
【請求項４】
上記切断開始位置から所定距離切断するまでの間、上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔調節を実行しないステップを更に含む請求項３記載のレーザ切断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ切断装置及びレーザ切断方法に係り、特に、被切断部材の端部から切断を開始する際に、切断開始位置の検出、及び切断開始位置におけるレーザヘッドと被切断部材との間隔調節を自動的かつ迅速に実行できるレーザ切断装置及びレーザ切断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属製の板材等を所定の切断ラインに沿って切断する装置としてレーザ切断装置が知られている。
【０００３】
レーザ切断装置の一例を図５に示す。
【０００４】
図５に示すように、レーザ切断装置１０は、被切断部材Ｗをその上に保持すると共に、Ｘ軸方向に移動可能なテーブル１１と、そのテーブル１１を跨ぐように設けられたフレーム１２に対してＹ軸方向に移動可能に取り付けられたキャリッジ１３と、そのキャリッジ１３に対してＺ軸方向に移動可能に設けられると共に、被切断部材Ｗに向かってレーザを照射して切断を行うレーザヘッド１５とを備える。テーブル１１、キャリッジ１３及びレーザヘッド１５のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動や、レーザヘッド１５からのレーザの照射等が制御装置１６により制御される。このようなレーザ切断装置１０は、例えば特許文献１等にも記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１３６１７４号公報（図５など）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかるレーザ切断装置１０において、切断精度を高く、かつ良好な切断面を得られるようにするためには、レーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔（Ｚ軸方向距離）を適切に保つ必要がある。被切断部材Ｗは必ずしも平坦状ではなく、湾曲している（反っている）場合等がある。このような場合、被切断部材Ｗの高さ（Ｚ軸方向位置）が部位によって異なるため、レーザヘッド１５の高さを適宜調節しながら切断していく必要がある。
【０００７】
そこで従来から、レーザヘッド１５に、レーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔を検出するハイトセンサ（図示せず）を設けて、そのハイトセンサの検出値に基づいてレーザヘッド１５を上下させて、レーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔を常に一定に保つようにしている。
【０００８】
ここで問題となるのは、図６に示すように、被切断部材Ｗの端部ＳＰから切断を開始する場合、端部ＳＰにおけるレーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔調整（レーザヘッド１５の高さ調整）が困難なことである。なぜなら、被切断部材Ｗの端部ＳＰでは、ハイトセンサがレーザヘッド１５とテーブル１１との間隔を検出してしまい、レーザヘッド１５がテーブル１１に対して高さ合わせされてしまう場合があるからである。そうすると、レーザヘッド１５が被切断部材Ｗに対して近すぎることになり、良好な切断ができなくなってしまう。
【０００９】
そこで従来は、作業者が目視により、レーザヘッド１５を切断開始位置ＳＰに合わせて高さ調節していた。しかしながら、この方法でも、作業者の目視による調整であるため、高精度な調節は困難であると共に、作業者を介さずに行うことができない。
【００１０】
また他の方法として、図７に示すような方法も知られている。図７は切断開始位置ＳＰ近傍の拡大図であり、この方法は、まず被切断部材Ｗの製品とならない部分（スクラップとなる部分）上のある点Ｐ１でハイトセンサの検出値に基づいてレーザヘッド１５の高さ調節を行う。そして、レーザヘッド１５を所定の切断ラインＣＬに沿って移動して、切断開始位置ＳＰまで切断を行う。なお、この方法では切断開始位置ＳＰは切断を開始する位置ではないが、便宜上、図６と合わせて切断開始位置と言う。次に、再度被切断部材Ｗのスクラップ部分上のある点Ｐ２でレーザヘッド１５の高さ調節を行い、今度は切断ラインＣＬを逆方向に切断していく。この方法であれば、レーザヘッド１５の高さ調節を高精度で行うことができる。しかしながら、この方法では、一本の切断ラインＣＬを切断するのに二回の切断作業が必要となるため、効率が悪く製造コストが高い。また、二回の切断作業の交点部分ＩＰにノッチ等が成形されてしまう場合があるため、品質が悪化してしまう。あるいは、このノッチを除去する作業が必要となり、製造工程及び製造コストが上昇する。
【００１１】
更に別の方法として、タッチプローブを用いて、切断開始位置ＳＰのＸ，Ｙ，Ｚ座標を検出して、その検出値に基づいてレーザヘッド１５の位置合わせを行う方法もあるが、この場合、切断開始位置ＳＰの検出に時間がかかるため、効率が悪く製造コストが上昇してしまう。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、被切断部材の端部から切断を開始する際に、切断開始位置の検出、及び切断開始位置におけるレーザヘッドと被切断部材との間隔調節を自動的かつ迅速に実行できるレーザ切断装置及びレーザ切断方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、被切断部材にレーザを照射するレーザヘッドと、そのレーザヘッドと上記被切断部材との間隔を検出する検出手段と、上記レーザヘッドと上記被切断部材とを相対的に移動させると共に、上記検出手段の検出値に基づいて上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を所定値に調節する制御装置とを備えたレーザ切断装置であって、上記制御装置は、上記被切断部材の端部から切断を開始する場合、まず、上記被切断部材上の任意の位置で上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を所定値に調節し、次に、レーザを照射しない状態で、かつ上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を上記所定値に維持した状態で、上記レーザヘッドを所定の切断ラインに沿って予め定められた切断方向と逆方向に移動させ、上記検出手段の検出値が急激に変化したときに上記レーザヘッドが上記被切断部材の端部の切断開始位置に到達したことを判断し、上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を上記検出手段の検出値が急激に変化する直前の間隔として上記切断開始位置から切断を開始するものである。
【００１４】
ここで、上記制御装置は、上記レーザヘッドが上記切断開始位置から所定距離切断するまでの間、上記検出手段の検出値に基づく上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔調節を実行しないようにしても良い。
【００１５】
また本発明は、被切断部材とレーザヘッドとの間隔を検出する検出手段の検出値に基づいて上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を所定値に調節しつつ、レーザヘッドと被切断部材とを相対的に移動させて切断するレーザ切断方法であって、上記被切断部材上の任意の位置で上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を上記所定値に調節するステップと、レーザを照射しない状態で、かつ上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を上記所定値に維持した状態で、上記レーザヘッドを所定の切断ラインに沿って予め定められた切断方向と逆方向に移動させるステップと、上記検出手段の検出値が急激に変化したときに上記レーザヘッドが上記被切断部材の端部の切断開始位置に到達したことを判断するステップと、上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔を上記検出手段の検出値が急激に変化する直前の間隔として上記切断開始位置から切断を開始するステップとを備えたものである。
【００１６】
ここで、上記切断開始位置から所定距離切断するまでの間、上記レーザヘッドと上記被切断部材との間隔調節を実行しないステップを更に含むようにしても良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
本実施形態のレーザ切断装置の概略構成は、図５に示すものと同様である。即ち、本実施形態のレーザ切断装置は、被切断部材Ｗをその上に保持すると共に、Ｘ軸方向に移動可能なテーブル１１と、そのテーブル１１を跨ぐように設けられたフレーム１２に対してＹ軸方向に移動可能に取り付けられたキャリッジ１３と、そのキャリッジ１３に対してＺ軸方向に移動可能に設けられると共に、被切断部材Ｗに向かってレーザを照射して切断を行うレーザヘッド１５とを備える。テーブル１１、キャリッジ１３及びレーザヘッド１５のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動（つまり、レーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの相対移動）や、レーザヘッド１５からのレーザの照射等が制御装置１６により制御される。
【００１９】
本実施形態のレーザ切断装置は更に、図示はしないが、レーザヘッド１５に設けられ、レーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔（Ｚ軸方向距離）を検出するハイトセンサ（検出手段）を備える。本実施形態では、ハイトセンサは比較的高感度の測定が可能な静電容量センサが用いられる。静電容量センサの検出値は制御装置１６に入力される。
【００２０】
制御装置１６には、所定の切断ラインＣＬ（図２参照）のＸ，Ｙ座標が予め入力されており、切断作業時には、レーザヘッド１５が被切断部材Ｗに対して切断ラインＣＬに沿って予め定められた切断方向Ｄに相対的に移動するように、キャリッジ１３及びテーブル１１を移動させる。また、制御装置１６は基本的には、レーザヘッド１５を切断ラインＣＬに沿って移動させる間、ハイトセンサの検出値に基づいてレーザヘッド１５を適宜Ｚ軸方向に移動させて、レーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔を一定に維持する。
【００２１】
さて、本実施形態のレーザ切断装置は、図２に示すように、被切断部材Ｗの端部の切断開始位置ＳＰから切断を開始する際に、その切断開始位置ＳＰの検出、及び切断開始位置ＳＰにおけるレーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔調節を自動的かつ迅速に実行できるようにしたものであり、以下その点について説明する。
【００２２】
図１は、制御装置１６が実行する切断開始制御のフローチャートであり、このフローチャートと図２とに基づいて、本実施形態のレーザ切断装置による切断方法を説明する。
【００２３】
まず、ステップＳ１において、レーザヘッド１５が被切断部材Ｗの切断ラインＣＬ上の測定ポイントＭＰに位置するように、キャリッジ１３及びテーブル１１を移動させる。この測定ポイントＭＰは、切断ラインＣＬ上の任意の位置に設定できるものであり、そのＸ，Ｙ座標が予め制御装置１６に入力される。
【００２４】
次に、ステップＳ２において、ハイトセンサを駆動（ＯＮ）して、ステップＳ３で、レーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔を測定する。
【００２５】
そして、ステップＳ４において、ステップＳ３で測定した間隔が予め制御装置１６に入力された設定間隔と等しいか否かを判定する。設定間隔は、良好な切断を得るために必要な値に設定される。なお、設定間隔には所定の許容誤差（例えば±０．数ミリ程度）を設けても良い。
【００２６】
測定間隔と設定間隔とが等しくない場合は、その差を縮める方向にレーザヘッド１５を移動させると共に、ステップＳ２に戻り、ハイトセンサによる間隔測定を継続する。
【００２７】
つまり、ステップＳ２〜Ｓ４では、測定ポイントＭＰにおけるレーザヘッド１５の高さ調節（レーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔調節）を行う。
【００２８】
ステップＳ４において測定間隔と設定間隔とが等しいと判定された場合、ステップＳ５に進み、レーザヘッド１５が切断ラインＣＬに沿って予め定められた切断方向Ｄと逆方向に移動するように、キャリッジ１３及びテーブル１１を移動させる。このときレーザヘッド１５からレーザは照射せず、被切断部材Ｗの切断は行わない。
【００２９】
レーザヘッド１５が切断ラインＣＬに沿って逆方向に移動する間、ステップＳ６において、ハイトセンサの検出値の変化量Ｖを常に演算し、ステップＳ７でその変化量Ｖが所定のしきい値Ｔよりも大きいか否かを判定する。しきい値Ｔは、ハイトセンサの検出値が急激に変化したと見なせるような値であり、予め制御装置１６に入力される。
【００３０】
変化量Ｖがしきい値Ｔ以下であると判定された場合、ステップＳ２に戻り、レーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔が設定間隔となるように、つまり変化量Ｖをうち消すようにレーザヘッド１５を移動させる。要するに、レーザヘッド１５が切断ラインＣＬに沿って切断方向Ｄと逆方向に移動する間、ハイトセンサからの検出値に基づいてレーザヘッド１５の高さ調節を行い、レーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔を設定間隔に維持する。
【００３１】
一方、ステップＳ７で変化量Ｖがしきい値Ｔよりも大きいと判定された場合、ステップＳ８に進み、キャリッジ１３及びテーブル１１の移動を停止して、レーザヘッド１５の被切断部材Ｗに対する移動を停止する。変化量Ｖがしきい値Ｔよりも大きくなったということは、ハイトセンサの検出値が急激に変化したということであり、レーザヘッド１５が被切断部材Ｗの切断開始位置ＳＰに到達したことを意味している。つまり、被切断部材Ｗの反り等による高さの変化は急激なものではなく連続的に変化するものであるので、ハイトセンサの検出値が急激に変化した場合、レーザヘッド１５が被切断部材Ｗの端部ＳＰに到達してハイトセンサがレーザヘッド１５とテーブル１１との間隔を検出したと判断できる。
【００３２】
ステップＳ７で変化量Ｖがしきい値Ｔよりも大きいと判定されたとき、レーザヘッド１５の高さは、変化量Ｖがしきい値Ｔを越える直前の位置に維持される。つまり、変化量Ｖがしきい値Ｔを越えた場合、レーザヘッド１５の高さ調節は行わない。従って、レーザヘッド１５は、被切断部材Ｗの切断開始位置ＳＰに対して設定間隔だけ隔てた高さに位置する。
【００３３】
次に、ステップＳ９に進み、レーザヘッド１５が切断ラインＣＬに沿って切断方向Ｄに移動するようにキャリッジ１３及びテーブル１１を移動させ、ステップＳ１０で、レーザヘッド１５からレーザを照射して被切断部材Ｗの切断を開始する。この切断開始時には、レーザヘッド１５は、当然、被切断部材Ｗの切断開始位置ＳＰに適した高さに調節されている。切断開始後は、ハイトセンサからの検出値に基づいてレーザヘッド１５を適宜上下して、レーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔を設定間隔に維持する。
【００３４】
このように、本実施形態のレーザ切断装置及びレーザ切断方法によれば、被切断部材Ｗの端部の切断開始位置ＳＰの検出、及びその切断開始位置ＳＰにおけるレーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔調節を自動的かつ迅速に実行することができる。従って、低コストで良好な切断が実行できる。
【００３５】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００３６】
この形態は、図３に示すように、被切断部材Ｗの幅Ｌ１が製品としての幅Ｌ２よりも若干大きい場合などに適したものである。この場合、レーザヘッド１５が切断開始位置ＳＰから距離Ｌ３だけ移動するまでの間はさほど高精度な切断を必要としないので、その間はハイトセンサの検出値に基づくレーザヘッド１５の高さ調節を実行しないようにしたものである。
【００３７】
図４のフローチャートを用いて本実施形態の切断方法を説明する。
【００３８】
ステップＳ１０１〜Ｓ１０４は、図１のステップＳ１〜Ｓ４と同様であるので説明を省略する。
【００３９】
ステップＳ１０４において、測定ポイントＭＰにおけるレーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔が設定間隔と等しいと判定された場合、ステップＳ１０５に進みハイトセンサを無効（ＯＦＦ）にする。この形態では、測定ポイントＭＰは被切断部材Ｗの切断開始位置ＳＰから上記距離Ｌ３だけ内側の位置に設定される。測定ポイントＭＰにてレーザヘッド１５の高さ調節が行われ、その位置でハイトセンサが無効とされる。
【００４０】
次に、ステップＳ１０６に進み、レーザヘッド１５が切断ラインＣＬに沿って切断方向Ｄと逆方向に移動するようにキャリッジ１３及びテーブル１１を移動させて、図１の実施形態と同様に被切断部材Ｗの端部の切断開始位置ＳＰを検出する。そして、ステップＳ１０７に進み、レーザヘッド１５が切断ラインＣＬに沿って切断方向Ｄに移動するようにキャリッジ１３及びテーブル１１を移動させると共に、レーザヘッド１５からレーザを照射して被切断部材Ｗの切断を開始する。このとき、ハイトセンサは無効にしたままであり、レーザヘッド１５の高さ調整は実行しない。
【００４１】
レーザヘッド１５が切断ラインＣＬに沿って距離Ｌ３だけ移動してポイントＭＰに到達したならば、ステップＳ１０８に進みハイトセンサを有効（ＯＮ）にする。次に、ステップＳ１０９に進み、切断ラインＣＬに沿った切断を継続する。このとき、ハイトセンサは有効であるので、ポイントＭＰ以降の切断を行う間は、ハイトセンサの検出値に基づいてレーザヘッド１５の高さ調節が実行される。また、切断ラインＣＬの切断終了側において、切断終了位置ＥＰよりも距離Ｌ３だけ内側のポイントＭＰ’に到達したときに、再度ハイトセンサを無効にして、それ以降（即ち、ポイントＭＰ’からポイントＥＰ間を切断する間）はレーザヘッド１５の高さ調節を実行しないようにしても良い。
【００４２】
この形態によれば、高精度な切断を必要としない部分ではレーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔調節を行わないので、作業時間の短縮が図れる。
【００４３】
なお、図１に示した制御を実行するプログラムと、図４に示した制御を実行するプログラムとの両方を制御装置１６に入力しておき、被切断部材Ｗの状態などに応じて実行するプログラムを選択するようにしても良い。
【００４４】
本発明は、図５に示したようなレーザ切断装置に限定はされず、様々なタイプのレーザ切断装置に適用できるものである。例えば、テーブル１１がＸ軸とＹ軸とに移動できるタイプや、レーザヘッド１５がＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動できるタイプでも当然適用可能である。
【００４５】
また、ハイトセンサは静電容量センサに限定はされず、レーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔を検出できるものであれば、あらゆるタイプのものが適用可能である。
【００４６】
更に、上記実施形態では最初にレーザヘッド１５と被切断部材Ｗとの間隔調整を行う測定ポイントＭＰを切断ラインＣＬ上に設定するとして説明したが、必ずしもその必要はない。つまり、被切断部材Ｗ上の任意の点で間隔調整を行った後、レーザヘッド１５を切断ラインＣＬ上に位置させて、その後、切断ラインＣＬに沿って移動させても良い。
【００４７】
【発明の効果】
以上要するに、本発明によれば、被切断部材の端部における切断開始位置の検出、及び切断開始位置におけるレーザヘッドと被切断部材との間隔調節を自動的かつ迅速に実行できるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の切断方法を示すフローチャートである。
【図２】図１の実施形態の切断方法を説明するための図であり、被切断部材及びその切断ラインを示している。
【図３】本発明の他の実施形態の切断方法を説明するための図であり、被切断部材及びその切断ラインを示している。
【図４】本発明の他の実施形態の切断方法を示すフローチャートである。
【図５】レーザ切断装置の斜視図である。
【図６】被切断部材の端部から切断を開始する場合を説明するための図であり、被切断部材及びその切断ラインを示している。
【図７】従来の切断方法を説明するための図であり、切断開始位置近傍の拡大図である。
【符号の説明】
１０  レーザ切断装置
１１  テーブル
１３  キャリッジ
１５  レーザヘッド
１６  制御装置
ＳＰ  切断開始位置
Ｗ    被切断部材
【図１】
2004255423.tif 000003
【図２】
2004255423.tif 000004
【図３】
2004255423.tif 000005
【図４】
2004255423.tif 000006
【図５】
2004255423.tif 000007
【図６】
2004255423.tif 000008
【図７】
2004255423.tif 000009