JP2010115677A - 加工ヘッドを有する台車を複数備えたレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つ又は隣接する複数のワークを複数の加工ヘッドで同時に加工して生産効率の向上を図ろうとする場合の、レーザ加工の順序を計画するための技術を提供する。
【解決手段】ワーク１２の全ての加工セグメントの加工時間を積算して全加工時間積算値とし、加工セグメントをＸ座標に沿って並べ替え、全加工時間積算値の半分になるまで、各加工セグメントの加工時間をＸ軸の順に順次積算する。ここまでの加工セグメントをＸ座標の小さい方に位置する台車２０でレーザ加工を行うこととし、それ以外の加工セグメントをＸ座標の大きい方に位置する台車２２でレーザ加工を行う。実際の加工では、台車２０が加工母材の最小Ｘ座標値側の端から加工を開始し、一方台車２２は加工母材の中央近辺から加工を開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各々が加工ヘッドを有する複数の台車を備え、各加工ヘッドからレーザビームを照射し、これをワーク上にて走査してレーザ加工を行うレーザ加工装置に関する。

レーザ加工装置には幾つかのタイプがあるが、ワークすなわち加工母材を加工ベッド上に設置し、その上をレーザ加工ヘッドが走査してレーザ加工を行うタイプのものがある。このタイプでは、通常ワークは水平に置かれる。この場合、加工ヘッドは鉛直方向に上下動する移動機構に搭載され、ワーク切断及び上方への退避動作を行うことができる。この加工ヘッドの移動方向は一般にＺ軸と称される。加工ヘッドを含むＺ軸の移動機構は、例えば台車の上をリニアガイド機構に沿って駆動されるものである。台車自体は、ワーク上を横断又は縦断するような移動構造を備える。台車上のリニアガイド機構と、台車の移動方向とは互いに直交しており、それぞれＸ軸及びＹ軸を構成する。このようにすることによって、地上に配置されたワークの上を、レーザビームがレンズによって集光されてなる集光点が、Ｘ、Ｙ及びＺの３軸からなる直交座標空間を自在に移動できる。集光点の移動は、数値制御装置（ＣＮＣ）によって指令されサーボモータシステムによって制御される。集光点は、ワーク表面上では多くの場合直径１ｍｍ以下の円形の領域（いわゆるレーザビームスポット）として形成される。レーザビームスポットがワーク表面上を走査することにより、レーザ加工が行われる。使用するレーザビームの性質に起因する制限や、加工技術上のメリット等から、レーザビームスポットの形状は矩形又は楕円形状を呈する場合もある。

このようなレーザ加工装置は多くの文献に記載されているので詳細は省略するが、例えば特許文献１に開示されているレーザ加工装置は、ワークにスリットを形成したり部品を切り離したりする切断加工、ワーク表面に熱を加えて変性若しくは溝彫りを行って線、文字等を表出させるケガキ加工、又はワークとワークを付き合わせ若しくは重ね合わせする溶接加工に用いられる。

台車をリニアガイド機構に搭載する場合、一対のガイド機構の上に複数の台車を搭載した構造とすることもできる。このような構造とすると、１単位（１枚又は１組）のワークを同時に複数のレーザ加工ヘッドで加工できるため、ワーク１単位あたりの作業時間が減り生産効率を上げることができる。一枚のワークを複数の加工ヘッドで加工するレーザ加工装置は、例えば特許文献２に記載されている。さらに特許文献３には、２つのレーザヘッドを用いてウエーハを個々のチップに分割するレーザダイシング装置が開示されている。

特開２００２−１７８１８５号公報 特開２００４−２１６３８６号公報 特開２００４−１１１９４６号公報

１単位（１つ又は隣接する複数）のワークを複数の加工ヘッドで同時に加工する場合、台車間の衝突、接触等の干渉を防止する必要がある。このようなレーザ加工装置は、台車間の距離を測定する手段を有し、その距離が一定以下になると自動的に運転を中止するように構成されている。距離測定手段は、台車間の距離を実測するセンサの場合もあるし、移動指令から演算処理周期ごとに距離を計算するＣＮＣの場合もある。

台車間の干渉を防止する一方で生産効率の向上を図るためには、レーザ加工装置は、加工ヘッド同士の干渉を避けつつも無駄なくレーザ加工を行うものである必要がある。このためには、レーザ加工の開始に先立ち予め加工の順序を計画するか、或いはレーザ加工中に次の加工以降の加工順序を計画する必要がある。

そこで本発明は、１単位のワークを複数の加工ヘッドで同時に加工して生産効率の向上を図ろうとする場合のレーザ加工の順序を計画するための技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、共通の直線軌道上を各々が独立に走行する複数の台車と、該複数の台車にそれぞれ設けられ、前記直線軌道の延びる方向と垂直な方向に直線移動する複数の加工ヘッドとを備え、ワークの切断、溶接又はケガキ加工を行うレーザ加工装置において、レーザビームの照射開始から終了までの一連のレーザ加工軌跡である加工セグメントの各々について、前記台車の走行方向の座標の上限値及び下限値並びに加工予測時間を算出する手段と、前記加工セグメントの各々について算出された前記台車の走行方向の座標の上限値及び下限値並びに前記加工予想時間に基づいて、複数の加工セグメントの加工順序を台車同士の干渉が回避されるように計画して加工計画を作成する手段と、を備えたレーザ加工装置を提供する。

また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、切断される部品形状又は溶接若しくはケガキ加工される軌跡形状を、レーザビームの照射開始から終了までの一連のレーザ加工軌跡である加工セグメントに分解した上で、複数の前記加工セグメントの加工順序を決定する手段をさらに有する、レーザ加工装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、共通の直線軌道上をそれぞれ独立に走行する複数の台車と、該複数の台車にそれぞれ設けられ前記直線軌道の延びる方向と垂直な方向に直線移動する複数の加工ヘッドとを備え、ワークの切断、溶接又はケガキ加工を行うレーザ加工装置において、レーザビームの照射開始から終了までの一連のレーザ加工軌跡である加工セグメントを複数まとめた加工セグメント集合体の各々について、前記台車の走行方向の上限値及び下限値並びに加工予測時間を予め算出する手段と、前記加工セグメント集合体の各々について算出された前記台車の走行方向の座標の上限値及び下限値並びに前記加工予想時間に基づいて、複数の加工セグメント集合体の加工順序を台車同士の干渉が回避されるように計画して加工計画を作成する手段と、を備えたレーザ加工装置を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、前記複数の台車の少なくとも１つが、前記ワークの外部に設けられた退避位置に退避できるように構成された、レーザ加工装置を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、１つのワークについて、任意の２つの加工ヘッドの加工予測時間の総和の比がいずれも２を超えないように加工計画を作成する手段をさらに有する、レーザ加工装置を提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、ある台車がレーザ加工を実行している間に、他の台車の少なくとも１つがレーザ加工を行わずに待機する加工計画を挿入する手段をさらに有する、レーザ加工装置を提供する。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のレーザ加工装置において、待機時間はレーザ加工の進行状況に応じて可変である、レーザ加工装置を提供する。

本発明によれば、狭い範囲を複数の加工ヘッドが同時にレーザ加工を行うことが可能になり、その結果ごく短時間でレーザ切断を完了することができ、生産性が向上する。

また本発明によれば、ワーク上に縦横に配置されるレーザ加工軌跡の順序が解消された上で、一旦細かい単位に再配置され、複数のレーザ加工ヘッドで手分けして加工できるように再度順序づけることができる。その結果ごく短時間でレーザ切断を完了することができ、生産性が向上する。

連続性のある加工セグメントを１つの加工セグメント集合体として扱うことにより、移動時間の短縮が図られ、加工時間の短縮に寄与する。また、近隣の加工セグメントを１つの加工セグメント集合体として記述することができ、加工計画を容易に作成することができる。また、加工セグメント集合体は１つのプログラム単位として考えることもでき、ＣＡＤ／ＣＡＭ、ＣＮＣでの取り扱いが容易になる。

加工セグメントがワークのほぼ全域に亘る場合は、一方のレーザ加工ヘッドがワークのほぼ全域を走査・加工しているときに、他方のレーザ加工ヘッドを退避領域で待機させることできる。その結果、さまざまな形の部品形状に対応することができ、レーザ加工装置の柔軟性が高まる。

任意の２つの加工ヘッドの加工予測時間の総和の比がいずれも２を超えないように加工計画を作成することにより、複数の加工ヘッドの加工時間が概略均等となり、加工時間の最小化を図ることができ生産性が向上する。

ある台車がレーザ加工を実行している間に、他の台車の少なくとも１つがレーザ加工を行わずに待機する加工計画を挿入することにより、加工計画の作成が容易になるとともに、複数台の台車によるレーザ加工であっても円滑にレーザ加工が進行する。また待機時間を可変とすれば、レーザ加工装置の柔軟性がさらに高まる。

本願発明の実施形態を説明する前に、前提となる事項を記述する。
レーザビームを直径１ｍｍ以下の円形や１辺の長さが１ｍｍ以下の矩形に集光してなるレーザビームスポットを、ワーク上において走査してレーザ切断加工又はレーザケガキ加工を行うレーザ加工装置において、これらのレーザ加工は、レーザビームの照射開始から始まり、レーザビームスポットの走査、そしてレーザビームの照射停止までの一連の過程にて行われている。この一連の加工過程を加工セグメントと呼ぶことにする（図４参照）。図４の例では、１つの加工セグメント５４が１つの部品に対応している。

レーザ切断において加工セグメントは、ピアシングと呼ばれる穴あけ加工に始まり、次いで切断加工が行われる。切断加工の軌跡は円、線分を組み合わせた形状で数値制御装置（ＣＮＣ）から指令される。レーザ切断は熱加工であるので、ワークへの入熱が過大にならないようにレーザビーム照射を一旦休止することがあるが、これも含めて加工セグメントと考えることができる。加工セグメントは、位置情報の他、停止してレーザビームを照射する時間や、前処理、後処理にかかる時間、速度指令、加速度指令、加加速度指令などを含み、これらから加工セグメントを加工するのにかかる時間を求めることができる。

複数の加工セグメント（部品）を連続して加工する場合、該複数の加工セグメントを、その加工セグメント間の移動時間も含めた１つの加工セグメント集合体（図４の参照符号６０参照）として扱うこともできる。

図１は、本発明を実施する上で必要となる加工システムの一実施形態の概略を説明する図である。本実施形態では、加工システムにて使用されるレーザ加工装置はＣＯ₂レーザ加工機とする。

レーザ加工機１０は、板状の１枚のワーク（加工母材）１２を載置するためのベッド１４と、ベッド１４を挟むように互いに平行に敷設されたレール１６、１８とを有する。ベッド１４はレール１６、１８の延びる方向に移動自在となっており、ワーク１２の加工が終了したら加工機から搬出され、代わって別のベッド（図示せず）が次のワーク（図示せず）を載置した状態で加工機に装着される。通常キャリッジ又はガータと呼ばれる複数の（図示例では２つ）の台車２０、２２の各々は、レール１６、１８の上を移動するように構成されている。台車とレールは直動機構として一般に知られる機械要素によって結合され、各台車はレール１６、１８上を高速かつ高精度に移動させることができるようになっている。なお図示例では加工母材として１枚の板状のワークを使用しているが、複数枚のワークを隣接配置して１単位のワークとして扱うこともできる。

各台車は該台者の上に設けられかつレール１６、１８に垂直に延びる互いに平行な２本のレール（図１には台車２０上のレール２４、２６のみ図示）を有する。なお本実施形態では、各台車が走行するレール１６、１８の延びる方向をＸ方向とし、各台車上に設けられたレール２４、２６の延びる方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向の双方に垂直な方向をＺ方向とする。各台車上のレールには、Ｚ軸機構（図示せず）が上記と同様の直動機構によって接続される。Ｚ軸機構にはさらに鉛直方向（Ｚ方向）に延びる短小なレール（図示せず）が２本敷設され、これには加工ヘッド２８、３０がやはり直動機構によって結合される。従って加工ヘッド２８、３０は、それぞれ台車２０、２２に対してＹ方向及びＺ方向に移動自在である。

Ｘ方向に延びるレール１６、１８の外側には、２つのレーザ発振器３２、３４が配置される。レーザ発振器３２、３４からそれぞれ出射されたレーザビーム３６、３８は、１つ以上の鏡（図１には鏡４０、４２のみ図示）にて反射されて加工ヘッド２８、３０にそれぞれ導かれる。各加工ヘッドはレーザビームを集光してワーク１２に照射する。切断加工時は、加工ヘッド先端とワークとの間の距離はレーザ切断に適した近接距離に保たれ、加工セグメントから次の加工セグメントに移動する際は、加工ヘッドはワーク１２から離れる方向にＺ方向に上昇して、いわゆる退避動作を行う。

図２は、図１のレーザ加工機１０を制御する数値制御装置（ＣＮＣ）を含むシステムの概要を示す図である。ＣＮＣ４４は、上述のレーザ加工機１０に含まれる各軸を駆動するサーボモータ及びサーボアンプを含むサーボモータシステム４６、レーザ発振器３２、３４、並びにワークを把持するワーククランプやアシストガスの制御を行う。具体的にはＣＮＣ４４は、ＣＮＣプログラムを読み取って軸移動制御指令、レーザ制御指令、ワーククランプへの電力や圧気のオン／オフ指令、及びアシストガスのオン／オフ指令等を出力する。なおレーザ発振器及び台車には、それぞれ１つずつの数値制御装置を配することが一般的であるが、図２には複数系統を１つの数値制御装置で制御している例が図示されている。万一、加工計画に矛盾があっても、台車間に距離センサを設けておけば、台車同士が衝突しないように監視することができる。

ＣＮＣ４４はＣＮＣプログラムで動作し、ＣＮＣプログラムはＣＮＣ４４のメモリに格納されている。オペレータがプログラム始動ボタンを押すことにより、ＣＮＣ４４はＣＮＣプログラムを読み込み、１ブロック毎にその解釈を始める。各ブロックには、必要に応じて位置情報、速度情報等を含む軸移動指令や、レーザ出力指令が含まれている。このような数値制御装置は、数値制御工作機械に一般的なものである。

ＣＮＣプログラムは、電子計算機上で働くＣＡＤ／ＣＡＭシステム４８を使って作成される。ＣＡＤオペレータ５０は、所用の部品図から、レーザ加工すべき部分及び加工の順序等の加工条件を入力するが、必要に応じてアプローチ経路やピアシング箇所、ミクロジョイント箇所等、レーザ加工に特有の図形を入力することもできる。

次にオペレータは、図３に示すように、所用の部品図を含むＣＡＤデータ５２を用いて、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム４８で図形入力された所用の部品図の所用数量分を加工母材１２上にネスティングする。ネスティングとは、加工母材（ブランクワーク）をなるべく余さず使うために、最小限の隙間で部品を並べる作業である。但し最近では、ネスティング作業は部品図と数量から自動的にＣＡＤ／ＣＡＭシステムが行うことが多い。

加工母材一面にネスティングされた部品を加工するための加工経路は、次いでＣＡＤ／ＣＡＭシステム４８により加工プログラム５４に変換される。変換された加工プログラムは、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム４８が搭載された電子計算機等からＣＮＣ４４に転送される。このように、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム４８、ＣＮＣ４４及びレーザ加工機１０は密接に連携されており、本出願においてはレーザ加工機、数値制御装置及びＣＡＤ／ＣＡＭシステムまでを含めてレーザ加工装置と称する。

実際のところ、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムがＣＮＣに付加的に搭載されている場合や、双方をタイムシェアリングによって同一ＣＰＵで動かしている場合もある。一方、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムとＣＮＣとをケーブル等で接続せず、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムの出力データを携帯可能な記憶媒体を介してＣＮＣに入力するように構成する場合もある。

１枚の加工母材における加工経路が算出されるときは、そのタイミングがＣＮＣプログラムに変換される前であろうと後であろうと、該加工経路には順次の座標経路、指令速度情報が含まれる。また該加工経路には、加工ヘッドを直線や円弧等の経路形状に沿って移動させるべきか、或いは次の指令値まで単に早送り速度で移動させるのかという情報が含まれる。また、ある座標値で一旦停止すべき時間の情報も含まれる。さらに、機械に付属する各種電磁バルブ操作、ガス圧等の制定に要する時間、加工ヘッドをワークからＺ軸に沿って上方に退避し、また逆に加工ヘッドとワークとの距離を指定された値になるまで計測しつつ接近させる時間も見積もっておくことができる。

一般のＣＡＤ／ＣＡＭシステムでは、このような仕組みにより加工母材から部品形状を切断する時間や、１枚の加工母材をレーザ加工する場合の総時間を計算することができる。また、数値制御装置はあるＣＮＣプログラムに要する時間を算出することができる。

以下、レーザ加工装置の作用を説明する。
上述した一般的なレーザ加工システムでは、各部品形状をサブプログラムとするＣＮＣプログラムが出力される場合が多い。各部品形状は、レーザビームの照射から始まり、直線や円弧等の形状に従った切断を経て、レーザビームの照射停止で終わる、という一連のレーザ加工により決定される。本発明では、この一連の加工によって画定される領域を加工セグメント（例えば図４の参照符号５６を参照）と定義し、各加工セグメントを加工する指令の中に含まれる座標値を解析する。そして台車の移動方向であるＸ座標の上限値及び下限値を算出する。なお座標値の算出には、レーザ加工機の加工ベッドに固定された３次元直交座標である機械座標を基準とすると扱いが容易になるので、相対座標指令を用いている場合は、機械座標に換算して処理するとよい。

次に、加工セグメントの加工に要する時間を算出する。具体的には、加工経路から算出されるレーザ加工距離と速度指令とから、加工時間が算出される。また、レーザ加工機の加減速に要する時間も含めて算出することができる。近年の工作機械では、数値制御装置によって加減速を含む移動指令がサーボシステムに送られ、一方サーボシステムは高度なフィードフォワード制御を採用しており追従性が高い。従って加速度の時間変化を表す加加速度、加速度及び速度の少なくとも１つから、加減速に要する時間を正確に予測することができる。

次に、上述のように座標値及び加工時間が算出された多数の加工セグメントの加工順序を決定する。この際、台車同士が干渉しないという制約条件下で、複数の台車に加工セグメントを割り付ける作業を自動的に行う。

本発明に係るレーザ加工装置において使用可能な台車の台数は、複数であればいくつでもよいが、以下、説明を簡単にするために、２つの台車を有するレーザ加工装置について述べる。

先ず、全ての加工セグメントの加工時間を積算して全加工時間積算値とする。次に、各加工セグメントのＸ座標最大値について、Ｘ軸に沿って並べ替える。次いで、全加工時間積算値の半分になるまで、各加工セグメントの加工時間をＸ軸の順に順次積算する。ここまでの加工セグメントをＸ座標の小さい方に位置する台車２０でレーザ加工を行うこととし、それ以外の加工セグメントをＸ座標の大きい方に位置する台車２２でレーザ加工を行うこととする。双方の台車で加工されることになった加工セグメントは、いずれも、Ｘ座標順に早送り移動で結ばれ、Ｘ座標の小さいほうから加工を開始するように計画される。

このようにして、実際の加工では、台車２０が加工母材の最小Ｘ座標値側の端から加工を開始し、一方台車２２は加工母材の中央近辺から加工を開始する。１枚の加工母材のレーザ加工が完了に近付いたときは、台車２０は加工母材の中央付近を加工しており、台車２２は加工母材の最大Ｘ座標値側の端付近を加工していることになる。

各部品形状を加工するための経路は、原理的には任意の場所で分離して分割することが可能である。しかし、レーザ加工プロセスはレーザビーム照射点の走査による動的な過程であるので、切断中、ケガキ中、溶接中に一旦レーザ加工を中断すると、その部分にキズが残ることがある。従って、図４の参照符号５８で示すように、加工箇所間の移動中或いは移動前後の座標点において加工セグメントを分割することが好ましい。

ＣＮＣプログラムに関して言えば、通常、移動経路はＧ００というコードで表現される。従って、これを抽出して、あるＧ００と他のＧ００との間のＣＮＣプログラムを加工セグメントとして取り扱うことは容易である。そこで、切断される部品形状又は溶接若しくはケガキ加工される軌跡形状を、レーザビームの照射開始から終了までの一連のレーザ加工軌跡としての加工セグメントに分解する。このように部品形状で考えていた加工セグメントを、さらに細かい加工セグメントに分解した上で、多数の加工セグメントの加工順序を決定することができる。

以後、上述の処理の流れに従ってそれぞれの台車に搭載された加工ヘッドが担当すべき加工セグメントを決定し、加工セグメント間の順序を決め直す。ここで、切断加工、又はケガキ加工と切断加工とが混在するレーザ加工を行うときは、加工母材から部品が切り落とされてしまう場合があるので注意が必要である。例えば加工母材から切り離す部品形状の内部に穴を形成する必要がある場合、その穴を先に加工する必要があるからである。また、このような部品上にケガキ加工を行う場合も同様である。このような場合、外周加工の加工セグメントと、部品内部の加工セグメントの間に順序関係に関する制約を設けておき、加工順序を決めるときはその制約に従うものとしてシステムを構成する。

また、切断加工において、部品を加工母材から完全に切り落としてしまうと、切り落とし時にキズがついたり曲がったりするおそれがあるので、ミクロジョイント加工によって部品と母材との間に僅かな切り残しを設けておく場合がある。ミクロジョント加工は、一旦レーザビームの照射を中止し、加工ヘッドが微小距離移動したら再度レーザビーム照射を始めるものである。従ってミクロジョイント加工を含む場合であっても切断経路としては一連のものとして扱えるが、加工セグメントとしてはミクロジョイントを境に容易に分割し易いものとなる。但し、ミクロジョイントを含む経路に沿って加工された領域は、実際にはグラグラとして不安定であることが多いので、切り離し加工と同等の扱いを必要とする。

ところで、連続した切断経路であっても、その分割が不可能ということはない。切断加工やケガキ加工においては、直角などのコーナ部頂点においては一旦減速（場合によっては停止）し、加工ヘッドの進行方向を変えて再度加速する。このような場所において、加工セグメントを分割することが可能である。

さらには、要求されるレーザ加工後の品質にもよるが、一定以上の大きさを持つ加工形状を、強制的にある座標値で分割する方法も有りえる。分割は台車の進行方向に一定以上の大きさを有する経路形状に対して行うこととし、そうすることによって、より均等に各加工ヘッドが加工セグメントを加工できるように加工計画を立てることが可能になる。

上述の実施形態では、１枚の加工母材の加工経路を算出してから該加工経路を加工セグメントに分解する。しかし、図４に例示するように、隣接する同種の複数の部品図の各々について加工経路を作成し、該複数の部品図を１つの加工セグメント集合体６０と考えて、Ｘ方向の上下限座標値及び所要時間を算出するようにしてもよい。このように複数の加工セグメントを１つの単位として扱うと、各単位間の移動時間をも精度よく見積もって加工計画を立てることが可能になる。また加工セグメント集合体を構成する各部品図は、隣接する異なる部品のものであってもよい。

上述のように本発明の特徴の一つは、複数の台車が加工母材を同時にレーザ加工していくことであるが、加工母材のほぼ全域に渡るような大きな部品を切断すべき場合もある。このような場合は一方のみの加工ヘッドで全周を切断し、その間他方の加工ヘッドは退避させる必要がある。従って本発明では、少なくとも一方の台車が加工母材の外に設けられた退避位置に退避させることができる。これを実現するためには、ＣＡＤ／ＣＡＭで出力された加工経路に加えて、一方の台車を加工母材の外に退避させるというプロセスを新規に挿入するという機能を、加工計画を作成する手段に付加することを要する。

本発明を用いて飛躍的に生産性を向上させるには、１つのワークにおいて、加工セグメント又は加工セグメント集合体の加工予測時間のヘッドごとの総和が、一方が他方の２倍を超えないように加工計画を作成することが有効である。また加工ヘッドが３つ以上であれば、いずれの２つの加工ヘッドについても、それらの加工予測時間の総和の比が２を超えないように加工計画を作成することが有効である。

なお、各加工ヘッドによるレーザ加工が時間的に均等に行われ、加工ヘッドの全数が常時レーザ加工を行うことが理想的ではあるが、部品形状の制約などにより、必ずしも均等にレーザ加工が行われるとは限らない。このような場合、一方の台車を待機させることによって有効な加工計画を立てられる場合がある。そこで、他方の台車がレーザ加工を実行している間に、少なくとも１つの台車がレーザ加工を行わずに待機する指令を加工計画に挿入することができる。

また、それぞれの加工ヘッドが順次レーザ加工を行っていくと、加工ヘッド同士、台車同士が干渉又は接触する場合がある。本発明による加工計画を立てた時点で、加工開始から一定時間が経過したときの各加工ヘッドの位置は予測可能である。そこで、このような干渉は予め確認して接触を避けるために、加工ヘッドの一部を待機もしくは退避させる指令を挿入する。この際、ある時点での加工点と加工点との軸方向の距離について、加工ヘッドや台車の大きさを考慮しておくことは勿論である。あるいは加工セグメントのＸ軸方向最大最小値に加工ヘッドの大きさを考慮して待機あるいは退避の有無を決定してもよい。

サーボモータシステムはフィードバック制御が基本であるので、移動指令と実際の動きとの間には僅かだが差が生じる。従ってレーザ加工でも、実際の加工時間が加工計画よりも多少長くなる場合もある。例えば複数の台車が互いに干渉しかねないような近接した場所で同時にレーザ加工を行う場合、必ずしも事前の加工計画通りの動きをするとは限らず、一方の動作が遅れて干渉が生じることが有り得る。

そこで本発明では、待機時間をレーザ加工の進行状況に応じて変更することで、待機時間を必要最小限にして生産効率を向上できる。つまり図１の例で言えば、台車２２がある加工セグメントを加工中に、台車２０の加工ヘッドがその加工セグメントとＸ座標の領域が一部又は全域で重複する加工セグメントを加工しようとした場合、台車２０は台車２２の加工が終わるまで待機していなければならないが、台車２２の加工終了の信号が送出されるまでの待機とすれば、台車２２が加工を終了して次の加工箇所へ移動した直後から、台車２０は目的の加工セグメントのレーザ加工を開始できる。

各台車がＸ方向に移動するように構成されているレーザ加工装置においては、図４に例示するように、ＣＡＤ／ＣＡＭによる部品形状のネスティングの段階で、細長い形状の部品６２についてはなるべくその長手方向がＹ方向に沿って延びるように配置することが好ましい。一方の加工ヘッドの位置がＹ座標に沿って大きく変動しても、他方の加工ヘッドとの干渉には影響しないからである。また上記の実施形態の説明では、簡単のために、加工セグメントの座標で説明したが、実際には加工ヘッドや台車の駆動部分の大きさを考慮して加工計画を立て、実際の駆動を制御する必要がある。

本発明に係るレーザ発振器を含むレーザ加工機の構成例を示す図である。 図１のレーザ加工機を含むレーザ加工装置の概略構成を示す図である。 部品のＣＡＤデータから加工プログラムを作成してＣＮＣに入力する処理の流れを示す図である。 ワークに部品図をネスティングした例を示す図である。

符号の説明

１０ レーザ加工機
１２ ワーク
２０、２２ 台車
２８、３０ 加工ヘッド
３２、３４ レーザ発振器
４４ ＣＮＣ
４８ ＣＡＤ／ＣＡＭ
５６ 加工セグメント
６０ 加工セグメント集合体

Claims (7)

1. 共通の直線軌道上を各々が独立に走行する複数の台車と、該複数の台車にそれぞれ設けられ、前記直線軌道の延びる方向と垂直な方向に直線移動する複数の加工ヘッドとを備え、ワークの切断、溶接又はケガキ加工を行うレーザ加工装置において、
   レーザビームの照射開始から終了までの一連のレーザ加工軌跡である加工セグメントの各々について、前記台車の走行方向の座標の上限値及び下限値並びに加工予測時間を算出する手段と、
   前記加工セグメントの各々について算出された前記台車の走行方向の座標の上限値及び下限値並びに前記加工予想時間に基づいて、複数の加工セグメントの加工順序を台車同士の干渉が回避されるように計画して加工計画を作成する手段と、
   を備えたレーザ加工装置。
2. 切断される部品形状又は溶接若しくはケガキ加工される軌跡形状を、レーザビームの照射開始から終了までの一連のレーザ加工軌跡である加工セグメントに分解した上で、複数の前記加工セグメントの加工順序を決定する手段をさらに有する、請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 共通の直線軌道上をそれぞれ独立に走行する複数の台車と、該複数の台車にそれぞれ設けられ前記直線軌道の延びる方向と垂直な方向に直線移動する複数の加工ヘッドとを備え、ワークの切断、溶接又はケガキ加工を行うレーザ加工装置において、
   レーザビームの照射開始から終了までの一連のレーザ加工軌跡である加工セグメントを複数まとめた加工セグメント集合体の各々について、前記台車の走行方向の上限値及び下限値並びに加工予測時間を予め算出する手段と、
   前記加工セグメント集合体の各々について算出された前記台車の走行方向の座標の上限値及び下限値並びに前記加工予想時間に基づいて、複数の加工セグメント集合体の加工順序を台車同士の干渉が回避されるように計画して加工計画を作成する手段と、
   を備えたレーザ加工装置。
4. 前記複数の台車の少なくとも１つが、前記ワークの外部に設けられた退避位置に退避できるように構成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
5. １つのワークについて、任意の２つの加工ヘッドの加工予測時間の総和の比がいずれも２を超えないように加工計画を作成する手段をさらに有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
6. ある台車がレーザ加工を実行している間に、他の台車の少なくとも１つがレーザ加工を行わずに待機する加工計画を挿入する手段をさらに有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
7. 待機時間はレーザ加工の進行状況に応じて可変である、請求項６に記載のレーザ加工装置。

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