JP2002059288A - フレキシブルブランキングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 多種小量ないし中量生産においてコイル材か
ら連続的に任意の形状のブランキング加工を金型なし
で、安価な設備で高品質の加工品を材料歩留まりを損な
うことなく効率的に生産できるフレキシブルブランキン
グシステムを提供する。 【解決手段】 コイル材１を巻き戻し平坦に伸ばすアン
コイラー部とループを介して一定速度でコイル材１を供
給するフィーダ装置３１と、コイル材送り方向をＸ軸と
しＸ軸５２と直角方向をＹ軸５３とする少なくとも２軸
の加工軸を有するレーザ加工機５０と該レーザ加工機５
０の下流側に１ないし複数のパイラー６０を有する加工
部でラインを構成する。レーザ加工機５０の材料支持手
段が前記フィーダ装置のコイル材送り速度と等速で移動
し、レーザ加工機５０のＸ軸動作がコイル送り速度を補
正して加工するブランキングシステム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧延した金属板をコ
イル状に巻き取った材料から必要とする形状の型取りを
する又は、数種類の切断された材料を接合して必要とす
る形状、板厚の接合材料を加工する設備に関する。

【０００２】

【従来技術】自動車ボデー生産工場のような多種多量の
金属板の型取りにはシヤーラインやブランキングライン
が活用されている。前者は矩形材の切断のみに対し後者
は金型を使用することで所定の形状の型取りを効率的に
生産できる。いずれも大掛かりな設備で、生産性は極め
て高いが、設備の設置面積や材料や加工品及び金型等の
置き場所に広いスペースを要する。加工設備以外にも建
家をはじめ天井走行クレーンやスクラップ処理設備等の
周辺設備費用も大きく、材料の準備や加工品の処理作業
等の人員が必要である。また金型の切断形状が決まり、
金型の製作完了までの長いリードタイムと金型製作費も
必要である。

【０００３】近年、小量ないし中量生産のプラントが世
界各地に計画されているが、シヤーラインやブランキン
グラインのような大掛かりな設備では設置面積や投資額
がかさみ、設備の稼働率は低く採算性の面で難点があ
る。小量生産の場合は矩形に切断された材料を外注し、
レーザ切断加工機等で所定の形状に加工する方法もある
が、生産性は低く材料歩留まりがわるくコストアップと
なる。またブランキングラインがあっても、生産量が少
ないと金型を製作したのでは採算が合わない場合があ
り、金型を製作しても後工程の都合や改造等でブランク
形状が変更になると金型の修正が必要になる。

【０００４】自動車のボデー部品では１個の部品でも部
位によって材質や板厚の異なる材料を要求されるため、
複数の材料を接合したテーラードブランクが使用される
場合がある。該テーラードブランクの生産設備は汎用性
が低く、多種類のテーラードブランクを生産するには設
備費がかさむという難点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記のように多種大量
生産の場合は生産性の高い設備導入となるが、小量ない
し中量生産の場合は生産性よりも設備費が安く、省スペ
ースで、汎用性があり金型等のハードを必要としない
で、所定の品質と生産量を効率的に確保できるものが望
まれる。

【０００６】本発明はこのような実情を鑑みてなされた
もので、多種小量ないし中量生産でありながら所定の品
質の型取り材を、材料歩留まりを損なうことなく小人数
で生産でき、安価な設備で設置スペースが少なく金型を
使用しない汎用性の高いブランキングシステムを提供す
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに本発明では以下の手段を講じる。アンコイラー装置
は、従来のものからライン速度を低くして廉価版とし、
これにレーザ加工機を直結して連続的に生産する。レー
ザ加工は材料を移動させながら切断できるよう加工ヘッ
ドがＸ軸とＹ軸の２軸の動作をするものとする。Ｘ軸は
材料の移動分を補正した制御とする。また材料を下方か
ら支える剣山は材料と等速で移動させる。加工された切
断材は剣山からパイラーに搬送し、スクラップはスクラ
ップボックスに落下させる。

【０００８】更に生産性を高めるにはレーザ加工ヘッド
を２台にして２台が同時に切断できるようにする。また
パイラー台車も２組にして外段取を可能にする。

【０００９】曲線を有する異形材はレーザ加工が必要で
あるが、直線のみで形成した矩形材や台形材はシヤー装
置による切断が効率的である。このため生産性を高めた
い場合はローラレベラーにメジャー機能を持たせその下
流側にシヤー装置を設けて切断する。外観品質の要求さ
れる材料はコイル材の通板を断続的にすると停止した部
分が不良となるため、連続通板としてシヤーユニットを
コイル材に同期させて移動させながら切断する。切断長
の長いものは変速通板にして切断時のみ低速とすれば生
産性は向上する。更に台形材を切断するにはシヤーユニ
ットを移動と同時に揺動させればよい。

【００１０】レーザ加工を効率的にするには、切断形状
に対し加工ヘッドの移動経路を最短にし、かつ前材料の
終点から次材料の支点が最短になるようにして、切断速
度をインプットするとレーザ加工機の待ち時間がないコ
イル材通板速度を自動設定するようにする。

【００１１】アンコイラー部とレーザ加工機の間にシヤ
ー装置を設けた場合は、レーザ加工機の前部にシート材
供給装置を設け、上流側でシヤー切断をしている間レー
ザ加工機ではシート材からブランキング加工を可能にす
る。

【００１２】レーザ切断した部品は製品とスクラップを
含め多数となりこれを効率的に仕分けしてパイリングす
るには、親部品とスクラップ以外を仕分け機能付きマテ
ハンを有する搬出装置で同時に保持し、第１子部品パイ
ラーに第１子部品を、第２子部品パイラーに第２子部品
を、第３子部品パイラーに第３子部品をとそれぞれ順次
パイリングする。剣山上に残った親部品とスクラップは
剣山コンベアーを移動させ、スクラップはスクラップボ
ックスに落下させ、親部品はメインパイラーに搬送す
る。

【００１３】前記の子部品パイラーやメインパイラーに
パイリングされた部品からテーラードブランクに使用す
る部品を選び溶接用の加工テーブルの周辺に置き、搬送
ロボット又は人力で加工テーブルに位置決め、クランプ
する。レーザ切断の合間に接合部をレーザ溶接すること
で、安価な設備費で効率的にテーラードブランクを生産
できる。

【００１４】以上はレーザ発振器として炭酸ガスレーザ
あるいはヤグレーザを対象としているが切断品質基準の
低い場合はプラズマを用いる方法もある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して説
明する。図１は本発明の基本実施形態の平面図で、図２
はその断面を示す。コイル材１をコイル材供給装置１２
によりコイル材支持装置１１に供給する。コイル先端か
ら巻き戻し、ローラレベラー１３を通過させ平坦に伸ば
して送り出すアンコイラー部を構成する。前記アンコイ
ラー部と下流の加工部の間にループ１４を設け、アンコ
イラー部側と加工部側のコイル材通板速度の差を検知し
てアンコイラー部側にフィードバックする。加工機の入
り口にはロールフィーダ３１によって一定速度でコイル
材をレーザ加工機５０の加工テーブル５５上の剣山コン
ベア３２上に供給する。該剣山コンベア３２はロールフ
ィーダ３１の送り速度と等速で移動するようロ−ルフィ
ーダ３１の駆動源と機械的に連結する。レーザ加工機５
０の加工ヘッド５４はＸ軸５２とＹ軸５３の加工軸を有
し、Ｘ軸はコイル材の移動速度を補正して作動するもの
とする。切断されたシートはパイラーコンベア６４に送
られ、電磁レール６５の磁力の入り切りによりパイラー
台車６２又はパイラー台車６３にパイリングされる。ス
クラップは剣山コンベア３２よりスクラップボックス６
１に落下させる。

【００１６】図３の実施形態ではレーザ加工機５０ａは
レーザ発振器５１、７１とＸ軸５２、７２、Ｙ軸５３、
７３、加工ヘッド５４、７４をそれぞれ２組有し、各加
工ヘッドが独立して同時に加工可能にしたものである。
図７の加工例では、丸穴を上流側の加工ヘッド７４で、
曲線ｃ２、ｃ５、ｃ８を下流側の加工ヘッド５４で加工
する。

【００１７】図４、図５の実施形態はメジャー機能を有
するローラレベラー１３ａの下流側にシヤー装置２０と
その下流側に第１パイラー３０を設け、直線切断の場合
はシヤー装置２０で切断し、第１パイラー３０のサイド
ガイド付きスキッド２２でパイラー台車上に滑走させ、
パイラー台車２３にパイリングする。図６のシヤーユニ
ット２４はベース２１上に設けたリニアガイドレール２
５に系合したガイドブロック２６にガイドされ、サーボ
モータ２９によって駆動されるボールネジ軸２７に系合
したナット２８によってコイル材と同期して移動しなが
らコイル材を切断可能にする。なお、シヤー装置２０を
停止させ、第１パイラー３０を退避状態にするとアンコ
イラー部からレーザ加工部へコイル材を直送できるもの
とする。

【００１８】図７は移動中のコイル材を切断する順番を
ｃ１からｃ９まで示した例で、基本的に下流側で加工ヘ
ッドに近いものを優先する。また通板速度は１サイクル
の送りピッチＰをｃ１の加工開始からｃ７加工開始まで
の切断時間の合計（実加工時間＋空走時間＋始点及び終
点のロスタイム等）で除したもので、Ｘ軸での１サイク
ルの終了点位置のバラツキで通板速度を補正するとよ
い。

【００１９】図４の実施形態ではレーザ加工機の前側に
シート材２を剣山コンベア３２上に搬入し位置決めをす
るシート供給装置４１を設け、上流側でコイル材１から
シヤー加工している間に下流側でシート材２から曲線の
ブランキング加工を可能にしたものである。図８の実施
形態はレーザ加工機５０の後部に加工品の搬出装置４３
を設け一部の加工品を下流のメインパイラー６０とは別
の場所に取り出し可能にした例を示す。図９はシート材
２から親部品３と４ａ〜４ｄの子部品の加工例で、図１
０は加工品の搬出装置４３にツールチェンジャ４３ａ、
４４ａによって脱着可能に取り付けられたマテハン４８
を示す。パッド４４の下面にはバキュウムカップ４７を
取り付けたマグネットホルダ４５を任意の位置にセット
でき、ターミナルブロック４６ａ〜４６ｄには個々に独
立した真空発生機能を有する。搬送する子部品毎にバキ
ュウムカップ４７の位置を設定しかつターミナルブロッ
ク４６を選定する。レーザ加工が完了すると搬出装置４
３は４ａ〜４ｄの子部品を同時に吸着し、図８の子部品
用パイラー４９ａ〜４９ｄに仕分けして投入する。剣山
コンベア３２上の親部品３とスクラップは剣山コンベア
３２で搬送し、スクラップボックス６１及びメインパイ
ラー６０へ搬送する。

【００２０】図１１はロールフィーダ３１と剣山コンベ
ア３２の平面図を、図１２はその断面を示す。レーザ加
工機５０のテーブル５５上の下流側に駆動軸３４を、上
流側に従動軸３５をＹ軸に平行に回転自在に枢支し、各
軸の両端付近に鎖車３６を固着し、上流側と下流側の鎖
車間にアタッチメント付きチエン３７を巻装する。該ア
タッチメント付きチエンはＹ軸の走行範囲の外側で、Ｘ
軸に平行になるよう鎖車３６の位置を決める。剣山３９
を固着したクロスバー３８の両端をクロスバーが駆動軸
３４と平行になるよう前記アタッチメント付きチエン３
７の各アタッチメントに固着し、剣山３９の先端が平面
上を移動するよう。アタッチメント付きチエン３７の下
にチエンガイド９２を設ける。該チエンガイド９２はテ
ーブル５５のクロスメンバー９１に固定する。ロールフ
ィーダ３１の送り速度と剣山３９の移動速度を一致させ
るためベベルギヤボックス３３ａ、３３ｂで機械的に連
結されている。

【００２１】図１３の実施形態は１台のレーザ発振器８
１から切断用のレーザ加工機５０ｂと溶接用のレーザ加
工機８０の両方にレーザ光を供給できるよう配置して、
一方の加工機が待機中のとき他方の加工機にレーザ光を
加工モードに合わせて供給する。溶接用のレーザ加工機
８０はＸ軸とＹ軸を有し、加工テーブル８５上に人力又
は搬送装置によって投入された材料４を加工部品に対応
して組み付け調整された治具６によって位置決めクラン
プする。溶接個所７を接合してテーラードブランク５を
加工する。

【００２２】図１４はプラズマ加工機１００を用いた実
施形態で、図１のレーザ加工機５０に代えて多軸ロボッ
ト１０１のアームにプラズマ装置１０２から発生するプ
ラズマを誘導し、コイル材を切断する。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので以下に記載されるような効果がある

【００２４】連続的にコイル材を供給するアンコイラー
部と加工データによって任意の形状に切断できるレーザ
加工機をライン化し、コイル材を移動させながら加工
し、加工品やスクラップの処理を自動化したことで所定
の品質の加工品を材料歩留まりを損なうことなく小人数
で安価な設備費で効率的に生産できる。

【００２５】１個の加工テーブルに２台の加工ヘッドを
設け、２台が同時に加工することで生産性を向上でき
る。また、ソフト面でもコイル材の移動を加味した最短
経路の選定や、レーザ加工速度から最適な通板速度を設
定することでレーザ加工機をフル稼働できる。

【００２６】直線切断が多い場合はアンコイラー部の下
流にシヤー装置とパイラーを設け、上流側でシヤー加工
を、下流側でレーザ加工機でブランキング加工を並行し
て行うことで生産性を更に向上できる。

【００２７】シート材からブランキング加工したときス
クラップ部より子部品を加工し、自動処理することで材
料歩留まりの向上と生産性の向上ができる。

【００２８】材料搬送中に待機しているレーザ発振器を
溶接用のレーザ加工機に活用してテーラードブランクを
生産することで子部品の加工と合わせ付加価値の高い設
備となる。

【００２９】切断品質基準の低い場合はレーザ加工機に
代えてプラズマ加工機を用いることで更に設備費を削減
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本実施形態を示す平面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面。

【図３】２台の加工ヘッドを有するレーザ加工機を用い
た平面図。

【図４】図１にシヤー装置、第１パイラー、シート供給
装置を追加した平面図。

【図５】図４のＢ−Ｂ断面。

【図６】シヤー装置の断面詳細。

【図７】コイル材からの切断例。

【図８】図４に搬出装置と子部品パイラーを追加した平
面図。

【図９】シート材からブランキング加工の例。

【図１０】取り出し装置のマテハンの側断面図。

【図１１】ロールフィーダと剣山コンベアの平面図。

【図１２】図１１のＣ−Ｃ断面。

【図１３】切断用のレーザ加工機に溶接用のレーザ加工
機を追加した平面図。

【図１４】プラズマ加工機を用いた実施形態を示す平面
図。

【符号の説明】

１ コイル材 ２ シート材 １１ コイル材支持装置 １３、１３ａ ローラレベラー ２０ シヤー装置 ２２、６１、６２ パイラー台車 ２４ シヤーユニット ２５ リニアガイドレール ２７ ボールネジ軸 ２９ サーボモータ ３０ 第１パイラー ３１ ロールフィーダ ３２ 剣山コンベア ３７ アタッチメント付きチエン ３８ クロスバー ３９ 剣山 ４１ シート供給装置 ４３ 搬出装置 ４８ マテハン ５０、５０ａ、５０ｂ、８０ レーザ加工機 ５１、７１、８１ レーザ発振器 ５２、７２、８２ Ｘ軸 ５３、７３、８３ Ｙ軸 ５４、７４、８４ 加工ヘッド ５５、８５ 加工テーブル ６０ メインパイラー ６１ スクラップボックス ６４ パイラーコンベア １００ プラズマ加工機 １０１ ロボット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 26/00 ３２０ Ｂ２３Ｋ 26/00 ３２０Ａ 26/08 26/08 Ｆ // Ｂ２３Ｋ 101:16 101:16

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイル材（１）を巻き戻すためのコイル
   材支持装置（１１）と該コイル材支持装置にコイル材の
   供給手段（１２）とコイル材を平坦に伸ばすローラレベ
   ラー（１３、１３ａ）で構成したアンコイラー部と、ル
   ープ（１４）を介して一定速度でコイル材を供給するフ
   ィーダ装置（３１）と、コイル材送り方向をＸ軸としＸ
   軸と直角方向をＹ軸とする少なくとも２軸の加工軸を有
   するレーザ加工機（５０、５０ａ）と該レーザ加工機の
   下流側に１ないし複数のパイラー（６０）を有する加工
   部を構成したラインにおいて、レーザ加工機（５０、５
   ０ａ）の剣山コンベア（３２）がフィーダ装置（３１）
   のコイル材送り速度と等速で移動し、レーザ加工機（５
   ０、５０ａ）のＸ軸動作がコイル材送り速度を補正して
   加工することを特徴としたブランキングシステム。
2. 【請求項２】 複数のレーザ加工ヘッド（５４、７４）
   を有するレーザ加工機（５０ａ）において、該加工ヘッ
   ドが同時にレーザ加工できる請求項１記載のブランキン
   グシステム。
3. 【請求項３】 ローラレベラー（１３ａ）の下流側にコ
   イル材の送り速度に同期して移動しながらコイル材を切
   断するシヤー装置（２０）と第１パイラー（３０）を設
   けた請求項１又は２記載のブランキングシステム。
4. 【請求項４】 レーザ加工機（５０、５０ａ）に切断形
   状をインプットすると指示された切断形状の切断経路を
   コイル材の移動に対し最短となるようプログラムした請
   求項１又は２記載のブランキングシステム。
5. 【請求項５】 レーザ加工機（５０、５０ａ）に切断速
   度をインプットすると指示された切断形状から最適なコ
   イル材送り速度が設定される請求項４記載のブランキン
   グシステム。
6. 【請求項６】 レーザ加工機（５０、５０ａ）に接近し
   てシート材供給装置（４１）を設けた請求項３記載のブ
   ランキングシステム。
7. 【請求項７】 レーザ加工機（５０）に接近して加工材
   の搬出装置（４３）を設け、該加工材の搬出装置に多数
   のワーク保持手段（４７）を設け、該保持手段の位置を
   任意に設定可能とし、かつワーク保持力の入り切りを幾
   つかのグループ毎に設定できるマテハン（４８）を装備
   し、複数個所へ順次搬送できる搬出装置。
8. 【請求項８】 レーザ加工機（５０、５０ａ）の加工テ
   ーブル上の左右にＹ軸と平行に駆動軸（３４）と従動軸
   （３５）を回転自在に枢支し、両軸の両端付近でＹ軸走
   行範囲の外側に鎖車を設け、該鎖車にはアタッチメント
   付きチエン（３７）を巻装し、該アタッチメント付きチ
   エンの各アタッチメントに剣山（３９）を固着したクロ
   スバー（３８）の各端を該クロスバーが駆動軸と平行に
   なるよう固着して、剣山（３９）の移動速度がフィーダ
   装置（３１）の搬送速度と等速となる駆動手段を設けた
   剣山コンベア。
9. 【請求項９】 段取換えによって複数の材料を位置決め
   クランプできる加工テーブル（８５）を有する溶接用の
   レーザ加工機（８０）に切断用のレーザ加工機（５０
   ｂ）のレーザ発振器（８１）からレーザ光を加工モード
   に合わせて供給できるよう配置し、一方の加工機が待機
   中に他方の加工機でレーザ加工可能にしたレーザ加工装
   置。
10. 【請求項１０】 コイル材（１）を巻き戻すためのコイ
    ル材支持装置（１１）と該コイル材支持装置にコイル材
    の供給手段（１２）とコイル材を平坦に伸ばすローラレ
    ベラー（１３、１３ａ）で構成したアンコイラー部と、
    ループ（１４）を介して一定速度でコイル材を供給する
    フィーダ装置（３１）と、コイル材送り方向をＸ軸とし
    Ｘ軸と直角方向をＹ軸とする少なくとも２軸の加工軸を
    有するロボット（１０１）にプラズマを用いたプラズマ
    加工機（１００）の下流側に１ないし複数のパイラー
    （６０）を有する加工部を構成したラインにおいて、プ
    ラズマ加工機（１００）の剣山コンベア（３２）がフィ
    ーダ装置（３１）のコイル材送り速度と等速で移動し、
    プラズマ加工機（１００）のＸ軸動作がコイル材送り速
    度を補正して加工することを特徴としたブランキングシ
    ステム。