JP2011036866A - 金属板の加工用保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同一素材で構成されるシート材のスケーリング処理を一回で済ませることができるシート材の加工用保持装置を提供すること。
【解決手段】引張力調整処理において、ＣＰＵは、まず、そのＸＹステージに保持されたシート材の板厚および板長を、板厚検出センサおよび板長検出センサにより取得する（Ｓ１）。その後、ＣＰＵは、その取得されたシート材の板厚および板長とオペレータにより適宜入力された引張応力とに基づいてシート材の引張力を算出する（Ｓ２）。ＣＰＵは、シリンダ内の圧力が算出されたエア圧となるようにバルブの開度を調整し（Ｓ３）、算出された引張力となるようにシリンダの駆動力（ロッドの伸縮駆動量）が調整される。よって、シート材厚さおよび長さが異なる場合であっても、シート材の引張応力が所定の値になるようにシリンダの引張力が調整される。
【選択図】図４

Description

本発明は金属板の加工用保持装置に関し、同一素材で構成される金属板のスケーリング処理を一回で済ませることができる金属板の加工用保持装置に関するものである。

従来の金属板の加工用保持装置が特許文献１に開示されている。かかる従来の金属板の加工用保持装置は、ＸＹステージに固定された矩形状の取付枠２０と、金属板（厚さ０．０３〜０．２ｍｍ程度の薄板）の両端を固定する固定部材２３及び可動部材２２とで構成されている。固定部材２３がＸＹステージに固設した取付枠２０の内側に固定されると共に固定部材２３に対向する取付枠２０の内側に可動部材２２が水平移動可能に取付けられ、固定部材２３及び可動部材２２に挟持具２１が固定される。よって、固定部材２３の挟持具２１で金属板の一端が保持されると共に可動部材２２の挟持具２１で金属板の他端が保持されることで、金属板が金属板の加工用保持装置に保持される。

このような金属板の加工用保持装置で保持される金属板に対して、レーザ加工機によりレーザ加工を行う。レーザ加工機は、金属板にレーザ加工を施してパターン状の孔（図示せず）を加工する装置であり、レーザ加工機でレーザ加工を施す場合は、レーザ光の焦点位置が変動しないように金属板を保持しなければならない。そのため、上述した金属板の加工用保持装置では、弛みやしわが発生しないように金属板が緊張状態で保持されている。

金属板がレーザ加工時に金属板の加工用保持装置により緊張保持されると、緊張保持される金属板は弾性変形により伸長する。一方、弾性変形した金属板がレーザ加工後に金属板の加工用保持装置から取り外されると元の大きさまで収縮する。よって、レーザ加工後の金属板のパターン部におけるスリット状の孔等が目標の寸法（製品の寸法）になるように、弾性変形による金属板の伸び率を考慮してスケーリング処理（引張力による金属板の伸び率に応じて、スリット状の孔等の寸法を規定寸法より拡大して金属板の加工データを作成する処理）を行っている。このように作成された加工データに基づいてレーザ加工することで、レーザ加工後の上述したスリット状の孔等の寸法が目標の寸法に近づくように金属板の加工時の寸法が補正されている。

特開２００４―１６０４９５（図２等）

しかしながら、上述した従来の金属板の加工用保持装置では、金属板の材質、厚さ、長さが異なると、金属板の引張力が変わらなくても金属板の伸び量が異なる。よって、加工予定の金属板が、前回スケーリング処理が行われた金属板と同一素材で構成されている場合であっても、金属板の厚さ、長さが異なると、その厚さまたは長さが異なるたびごとにスケーリング処理を行わなければならないという問題点があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、同一素材で構成される金属板のスケーリング処理を一回で済ませることができる金属板の加工用保持装置を提供することを目的としている。

この目的を達成するために、請求項１記載の金属板の加工用保持装置は、金属板に切断加工を行う加工ヘッドに対して平面移動可能に構成されるＸＹステージと、そのＸＹステージに固定または水平移動可能に配設され前記金属板の一端を保持する保持部材と、前記ＸＹステージに水平移動可能に配設され前記金属板の他端を保持する可動部材と、その可動部材または前記可動部材と前記保持部材とを付勢して前記金属板に引張力を付与する駆動装置と、その駆動装置の作動状態を制御する制御装置とを備えるものであって、前記制御装置は、前記金属板の板厚および板長の値を取得する板厚等取得手段と、その板厚等取得手段により取得された板厚および板長に基づいて、前記金属板に作用する引張応力が所定値となるための前記引張力を算出する引張力算出手段と、その引張力算出手段により算出された引張力が前記駆動装置により付与されるように前記駆動装置の駆動力を調整する調整手段とを備えている。

請求項２記載の金属板の加工用保持装置は、請求項１記載の金属板の加工用保持装置において、前記保持部材または前記可動部材に固定され前記金属板の厚み方向で前記金属板と重なる位置に配設され、前記板厚等検出手段で取得される前記金属板の板厚を測定する板厚測定装置または前記金属板の板長を測定する板長測定装置の少なくともいずれか一方を備えている。

請求項３記載の金属板の加工用保持装置は、請求項１又は２に記載の金属板の加工用保持装置において、前記ＸＹステージと、そのＸＹステージに水平移動可能に配設される前記可動部材、または、前記ＸＹステージに水平移動可能に配設される前記保持部材および前記可動部材と、を連絡する連絡部材を備え、前記可動部材、または、前記保持部材および前記可動部材は、前記金属板に前記引張力を付与した状態で、前記連絡部材により、前記ＸＹステージに対して固定されている。

請求項４記載の金属板の加工用保持装置は、請求項１又は２に記載の金属板の加工用保持装置において、前記引張力算出手段は、前記加工ヘッドの切断加工により減少する前記金属板の断面積に基づいて、前記金属板に作用する引張応力が所定値となるための前記引張力を再算出する再算出手段を備え、前記調整手段は、前記再算出手段により再算出された引張力が前記駆動装置により前記金属板に付与されるように前記駆動装置の駆動力を再調整する再調整手段を備えている。

請求項１記載の金属板の加工用保持装置によれば、ＸＹステージに固定または水平移動可能に配設された保持部材によって金属板の一端が保持されると共に、ＸＹステージに水平移動可能に配設された可動部材によって金属板の他端が保持され、保持部材および可動部材、または、可動部材が駆動装置により付勢されることで、保持部材および可動部材によって保持された金属板に引張力が付与される。その金属板に引張力を付与する駆動装置の作動状態が制御装置によって制御されながら、ＸＹステージが平面移動され、加工ヘッドにより金属板に対して切断加工が施される。

ここで、請求項１記載の金属板の加工用保持装置によれば、金属板の板厚および板長の値が取得され、その取得された板厚および板長に基づいて、金属板に作用する引張応力が所定値となるための引張力が算出され、その引張力が金属板に付与されるように駆動装置の駆動力が調整されるので、金属板の板厚および板長が異なる場合であっても、駆動装置の駆動力によって引っ張られる金属板の引張応力が所定値になるように引張力が調整される。よって、金属板の板厚および板長が異なる場合であっても、金属板の引張力による伸び量の均一化が図られる。

これにより、金属板の引張力による伸び量を一回測定してスケーリング処理（引張力による金属板の伸び率に応じて、金属板の加工寸法を規定寸法より拡大して金属板の加工データを作成する処理）を行えば、金属板の材質が同一の場合は、次に切断加工される金属板の板厚および板長が前回の金属板と異なっても、そのスケーリング処理によって作成された前回の金属板の加工データを流用できる。よって、同一素材で構成される金属板のスケーリング処理を一回で済ませることができるという効果がある。従って、金属板の板厚および板長が異なる場合ごとにスケーリング処理を行う必要がないので、その分、データ作成のための作業コストの削減を図ることができるという効果がある。

請求項２記載の金属板の加工用保持装置によれば、請求項１記載の金属板の加工用保持装置の奏する効果に加え、少なくとも板厚測定装置または板長測定装置のいずれか一方が保持部材または可動部材に固定され金属板の厚み方向で金属板と重なる位置に配設されるので、金属板が保持部材と固定部材とに保持されると、少なくとも金属板の板厚または板長のいずれか一方が取得される。よって、切断加工工程において少なくとも金属板の板厚または板長のいずれか一方をオペレータが入力する工程を省略できるので、金属板の加工工程を簡易化できるという効果がある。

請求項３記載の金属板の加工用保持装置によれば、請求項１又は２に記載の金属板の加工用保持装置の奏する効果に加え、金属板の切断加工時に、可動部材、または、保持部材および可動部材は、金属板に引張力を付与した状態で、連絡部材により前記ＸＹステージに対して固定される。よって、加工ヘッドによる切断加工の進行に従い、金属板の断面積が減少した場合であっても、金属板の断面積の減少によって引張応力が増加することを抑制できる。従って、加工ヘッドによる金属板の切断加工中においても、金属板の引張力による伸び量を均一に保つことができるので、加工データに基づいて加工ヘッドが行う切断加工の精度を向上できるという効果がある。

請求項４記載の金属板の加工用保持装置によれば、請求項１又は２に記載の金属板の加工用保持装置の奏する効果に加え、加工ヘッドの切断加工により減少する金属板の断面積に基づいて、金属板に作用する引張応力が所定値となるための引張力が再算出されるので、加工ヘッドによる切断加工の進行に従い、金属板の断面積が減少した場合であっても、その再算出された引張力が駆動装置により付与されるように、駆動装置の駆動力が再調整される。よって、加工ヘッドによる切断加工の進行に従い、金属板の断面積が減少した場合であっても、金属板の断面積の減少により引張応力が増加することを抑制できる。従って、加工ヘッドによる金属板の切断加工中においても、金属板の引張力による伸び量を均一に保つことができるので、加工データに基づいて加工ヘッドが行う切断加工の精度を向上できるという効果がある。

本発明の第１実施の形態における金属板の加工用保持装置の上面図である。 図１のＩＩ―ＩＩ線における金属板の加工用保持装置の断面図である。 制御装置の電気的構成を示したブロック図である。 制御装置の引張力調整処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施の形態における制御装置の引張力調整処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施の形態における金属板の加工用保持装置１の上面図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における金属板の加工用保持装置１の断面図である。図１及び図２を参照して、金属板の加工用保持装置１の概略構成について説明する。

図１に示すように、金属板の加工用保持装置１は、金属板Ｗにレーザ加工を行う加工ヘッド（図示せず）に対して平面移動可能に構成されるＸＹステージ３０と、そのＸＹステージ３０に固定され金属板Ｗの一端を保持する保持部材４０と、その保持部材４０に固定される板厚検出センサ１５０ａ及び板長検出センサ１６０ａと、ＸＹステージ３０に水平移動可能に配設され金属板Ｗの他端を保持する可動部材５０と、その可動部材５０を付勢して金属板Ｗに引張力を付与するシリンダ７０と、そのシリンダ７０の作動状態を制御する制御装置１００（図３参照）と、可動部材５０と短枠部材３０ｄとを連結する連結部材８０とを主に備えて構成される。

図１に示すように、ＸＹステージ３０は、所定間隔を隔てて対向する２本の長枠部材３０ａ，３０ｂの端部同士を、２本の短枠部材３０ｃ，３０ｄで連結して、上面視額縁状に形成されている。なお、ＸＹステージ３０は、長枠部材３０ａ，３０ｂ及び短枠部材３０ｃ，３０ｄに複数本の補強部材（図示せず）が連結され、それら各補強部材により箱状に形成されることで、全体としての剛性を向上させている。

ＸＹステージ３０には、金属板Ｗを保持する保持部材４０及び可動部材５０が短枠部材３０ｃ，３０ｄに平行に配設されている。保持部材４０は、短枠部材３０ｃの内側に沿って長枠部材３０ａ，３０ｂ間に架設され、それら長枠部材３０ａ，３０ｂに対して締結ボルト４０ａにより締結固定される。なお、長枠部材３０ａ，３０ｂにはその長手方向（図１左右方向）に沿って所定間隔毎に締結孔（図示せず）が形成されており、保持部材４０の取付位置を変更することで、保持部材４０は金属板Ｗの大きさに応じた位置に固定される。

図１に示すように、板厚検出センサ１５０ａ及び板長検出センサ１６０ａが保持部材４０に固定される。板厚検出センサ１５０ａは、金属板Ｗの上面から金属板Ｗに光を当て反射する光により金属板Ｗの板厚（図１紙面垂直方向の長さ）を測定する反射型の非接触センサであり、後述する金属板Ｗを挟持する狭持部材９１の幅方向（図１上下方向）の一端上側であって金属板Ｗの板厚方向（図１紙面垂直方向）で金属板Ｗと重なる位置に配設される。よって、金属板Ｗの板厚が変わると、金属板Ｗの下面と板厚検出センサ１５０ａとの間の距離は変化しないが、金属板Ｗの上面と板厚検出センサ１５０ａとの間の距離が変化するので、金属板Ｗの板厚を検出できる。

板長検出センサ１６０ａは、金属板Ｗの金属板Ｗの板長（後述する可動部材５０と保持部材４０とで保持される金属板が引っ張られる引張方向に対して直交する方向における長さ、図１上下方向の長さ）を測定する透過型の非接触センサである。板長検出センサ１６０ａは、金属板Ｗの板厚方向で金属板Ｗと重なる部分と重ならない部分とを有すると共に、狭持部材９１の幅方向の両端それぞれに、金属板Ｗを板厚方向に挟むように一対配設される。

よって、一対の板長検出センサ１６０ａのうち、例えば、上側の板長検出センサ１６０ａから下側の板長検出センサ１６０ａに向かって光が放射されると、金属板Ｗの板厚方向で金属板Ｗと重ならない部分は光が透過する一方、金属板Ｗの板厚方向で金属板Ｗと重なる部分は光が透過しない。これにより、板長検出センサ１６０ａによって光が透過する長さを検出できるので、金属板Ｗの板厚方向で金属板Ｗと板長検出センサ１６０ａとが重なる長さ（以下「検出長さ」と称す）が測定される。

また、狭持部材９１の幅方向における一方の端部に配設される板長検出センサ１６０ａと、狭持部材９１の幅方向における他方の端部に配設される板長検出センサ１６０ａとの間の離間距離（以下「板長検出センサ１６０ａの離間距離」と称す）が後述するＲＡＭ１０３に入力されている。この板長検出センサ１６０ａの離間距離は、金属板Ｗの板長に関係なく一定値が入力されている。

よって、板長検出センサ１６０ａの離間距離に、狭持部材９１の幅方向における一方の検出長さと、狭持部材９１の幅方向における他方の検出長さとを加えることにより、板長検出センサ装置１６０（図３参照）によって、金属板Ｗの板長が測定される。従って、レーザ加工の工程において金属板Ｗの板厚および板長をオペレータが入力する工程を省略でき、レーザ加工の加工工程を簡易化できる。

図１に示すように、可動部材５０は、短枠部材３０ｄの内側に沿って設けられ、その長手方向両端部（図１上下方向端部）がガイド部材６０の案内面（図示せず）に摺動可能に保持されている。即ち、ガイド部材６０は、長枠部材３０ａ，３０ｂにそれぞれ締結固定され、可動部材５０は、ガイド部材６０の案内板（図示せず）を長手方向両端部の被案内部で上下（図１紙面垂直方向）から挟み込む。これにより、ガイド部材６０に対して可動部材５０が前後左右方向（図１左右および上下方向）へ摺動可能に案内される。

図１に示すように、保持部材４０及び可動部材５０の上面には、金属板Ｗの両端を狭持する板状の狭持部材９１と、その狭持部材９１に押圧力を付与する押圧部材９２とがそれぞれ配設されている。狭持部材９１は、保持部材４０及び可動部材５０の縁部に沿って配設される細長い板状体であり、２枚が重ねられている。押圧部材９２は、保持部材４０及び可動部材５０にそれぞれ４個がＸＹステージ３０の幅方向（図１上下方向）中央を通る仮想線（図示せず）に対して対称となる位置に配設されている。

図１に示すように、可動部材５０の側面には、短枠部材３０ｄに取着されたシリンダ７０がリンクＬを介して連結されている。更に、可動部材５０と短枠部材３０ｄとは、連結部材８０により連結されている。また、シリンダ７０は、押圧部材９２よりもＸＹステージ３０の幅方向外側であって、ＸＹステージ３０の幅方向（図１上下方向）中央を通る仮想線に対して対称となる位置に１個ずつが配設されている。さらに、連結部材８０は、シリンダ７０よりもＸＹステージ３０の幅方向内側であってＸＹステージ３０の幅方向（図１上下方向）中央を通る仮想線に対して対称となる位置に１個ずつが配設されている。

図１及び図２に示すように、シリンダ７０は、ロッド７１の伸長駆動および収縮駆動の両方向を空気圧により動作させる復動型シリンダとして構成され、ロッド７１を可動部材５０側へ向けた状態で短枠部材３０ｄに取着されている。このロッド７１の先端には、リンクＬの一端側が揺動可能にピン結合されている一方、リンクＬの他端側には、可動部材５０の側面に締結固定されたステー部材５１が揺動可能にピン結合されている。

シリンダ７０のロッド７１が伸縮駆動されるのに伴い、ロッド７１と連結される可動部材５０がロッド７１の伸縮方向（図２左右方向）に移動される。従って、ロッド７１を収縮駆動した場合には、その収縮力により可動部材５０がリンクＬを介してシリンダ７０側（図２右側）へ引っ張られ、金属板Ｗにテンションが付与される。これにより、金属板Ｗを緊張させた状態でＸＹステージ３０に保持できる。

また、この場合、可動部材５０の長手方向両端部がガイド部材６０の案内面に前後左右方向へ摺動可能に保持されると共に、２本のリンクＬを介して、可動部材５０がシリンダ７０に連結されているので、金属板Ｗが若干弛んだ状態で固定されていたとしても、可動部材５０を水平方向に傾けて、金属板Ｗを均一に緊張させることができる。

また、シリンダ７０は、ＸＹステージ３０（図１参照）の幅方向（図１上下方向）中央を通る仮想線に対して対称となる位置に１個ずつが配設されている。よって、金属板Ｗの可動部材５０側端部を短枠部材３０ｄの両端側から２個のシリンダ７０により引っ張って緊張させることができる（図１参照）。従って、金属板Ｗの全体を均一に緊張させた状態でＸＹステージ３０（図１参照）に保持できる。よって、寸法精度の悪化を回避して、レーザ加工の精度を向上することができる。

図２に示すように、連結部材８０は、可動部材５０と短枠部材３０ｄとを連結する部材であり、可動部材５０の側面に締結ボルト５２により締結固定され短枠部材３０ｄへ向けて突出される平板状のストッパ部材８１と、短枠部材３０ｄの上面に締結ボルト３０ｄ１により締結固定されストッパ部材８１の底面が当接される平板状の基体部材８２と、それらストッパ部材８１及び基体部材８２を連結する締結軸部材８３とを備える。

ストッパ部材８１及び基体部材８２は、上面および底面が互いに平行な平坦面として形成され、それら上面および底面がシリンダ７０の伸縮方向と平行となるように配設されている。ストッパ部材８１には、上面視長円状の長穴８１ａが板厚方向（図２上下方向）に貫通形成され、この長穴８１ａの長手方向は、シリンダ７０におけるロッド７１の伸縮方向と一致させている。

基体部材８２には、ストッパ部材８１の長穴８１ａに対応する位置に上面視円形の貫通孔８２ａが板厚方向に貫通形成されている。また、短枠部材３０ｄには、基体部材８２の貫通孔８２ａに対応する位置に上面視円形の貫通孔３０ｄ２が板厚方向に貫通形成されている。締結軸部材８３は、これら長穴８１ａ及び貫通孔８２ａ，３０ｄ２にそれぞれ挿通され、下端にダブルナット機能を有する締結ナット部８３ａが回動不能に螺着されると共に、上端にハンドル部８３ｂが螺着されている。

よって、ハンドル部８３ｂの回転により、かかるハンドル部８３ｂを締結軸部材８３に対して螺進させることで、ストッパ部材８１及び基体部材８２を締結ナット部８３ａ（短枠部材３０ｄ）とハンドル部８３ｂとの間で挟圧保持することができ、可動部材５０と短枠部材３０ｄとを連結部材８０により連結することができる。

これにより、金属板Ｗにレーザ加工（例えば、金属板Ｗのパターン部におけるスリット状の孔等が加工）が施される過程で、断面積の減少により金属板Ｗの引張応力が増大することを抑制できる。従って、加工ヘッド（図示せず）による金属板Ｗのレーザ加工中においても、金属板Ｗの引張力による伸び量を均一に保つことができる。このように金属板Ｗの伸び量を均一に保つことで、金属板Ｗの伸び量を基準にスケーリング処理（引張力による金属板Ｗの伸び率に応じて、金属板Ｗの加工寸法を規定寸法より拡大して金属板Ｗの加工データを作成する処理）により取得される加工データに基づいて加工ヘッドが行うレーザの加工寸法（例えば、スリット状の孔等の寸法）を目標の寸法により近づけることができる。よって、レーザ加工の加工精度を向上できる。

また、可動部材５０と短枠部材３０ｄとを連結部材８０により連結することができるので、可動部材５０のＸＹステージ３０に対する相対移動を前後左右方向に規制できる。よって、ＸＹステージ３０が平面移動する際に、加工ヘッド２０と加工台との間で摺動された金属板Ｗが摺動方向へ引っ張られて変位することを抑制することができる。これによっても、レーザ加工の精度を向上することができる。

さらに、シリンダ７０よりもＸＹステージ３０（図１参照）の幅方向（図１上下方向）中央を通る仮想線に対して対称となる位置に、連結部材８０が１個ずつ配設されているので、金属板Ｗを緊張保持する可動部材５０は、シリンダ７０によって金属板Ｗが引っ張られる部分から等しい間隔を空けて、ＸＹステージ３０に固定される。従って、金属板Ｗの全体を均一に緊張させた状態でＸＹステージ３０に固定できるので、寸法精度の悪化を回避して、レーザ加工の精度を向上することができる。

次いで、図３を参照して、制御装置１００の詳細構成について説明する。図３は、制御装置１００の電気的構成を示したブロック図である。制御装置１００は、図３に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２及びＲＡＭ１０３を備え、それらがバスライン１０４を介して入出力ポート１０５に接続されている。また、入出力ポート１０５には、レーザ加工部１１０、ＸＹ駆動部１２０、シリンダ駆動部１３０、板厚検出センサ装置１５０、板長検出センサ装置１６０等の装置が接続されている。

ＣＰＵ１０１は、バスライン１０４により接続された各部を制御する演算装置であり、ＲＯＭ１０２は、ＣＰＵ１０１により実行される制御プログラム（例えば、図４に図示されるフローチャートのプログラム）や固定値データ等を記憶する書き換え不能な不揮発性のメモリである。ＲＡＭ１０３は、制御プログラムの実行時に各種のデータ（例えば、板厚検出センサ装置１５０（板長検出センサ装置１６０）により取得された板厚（板長）、オペレータにより適宜入力された引張応力）を書き換え可能に記憶するためのメモリである。

レーザ加工部１１０は、金属板Ｗへレーザを照射するための装置であり、レーザ発信器と、そのレーザ発信器の出力をＣＰＵ１０１からの指示に基づいて制御する制御回路とを主に備えている（いずれも図示せず）。

ＸＹ駆動部１２０は、ＸＹステージ３０をＸＹ方向へ移動させるための装置であり、Ｘ方向移動のための駆動力をＸＹステージ３０に付与するＸ軸駆動装置と、Ｙ方向移動のための駆動力をＸＹステージ３０に付与するＹ軸駆動装置と、ＸＹステージ３０のＸＹ方向への移動量をそれぞれ独立に検出する移動量検出装置と、その移動量検出装置の検出結果をＣＰＵ１０１へ出力すると共にＸ軸駆動装置およびＹ軸駆動装置をＣＰＵ１０１からの指示に基づいて駆動制御する制御回路とを主に備えている（いずれも図示せず）。

シリンダ駆動部１３０は、可動部材５０へ付与する引張駆動力を調整するための装置であり、シリンダ７０と、そのシリンダ７０に供給する圧縮空気を貯留するエアタンク（図示せず）と、そのエアタンクをシリンダ７０に接続するエア配管の経路中に配設されるバルブ（図示せず）と、それら複数のバルブの開度をＣＰＵ１０１からの指示に基づいて制御する制御回路（図示せず）とを主に備えている。即ち、シリンダ７０は、上述したように、復動型シリンダとして構成され、バルブの開度を調整制御することで、シリンダ７０の駆動力が調整される。即ち、バルブの開度が調整されることにより、シリンダ７０の駆動力が、金属板Ｗの板厚および板長とオペレータにより適宜入力された引張応力とに基づき算出された引張力になるように、シリンダ７０内のエア圧が調整される。

板厚検出センサ装置１５０は、板厚を検出する板厚検出センサ１５０aとその検出結果を処理してＣＰＵ１０１に出力する制御回路（図示せず）とを備えている。また、板長検出センサ装置１６０は、板長を検出する板長検出センサ１６０aとその検出結果を処理してＣＰＵ１０１に出力する制御回路（図示せず）とを備えている。板厚検出センサ装置１５０の制御回路と板長検出センサ装置１６０の制御回路とが入出力ポート１０５を介してＣＰＵ１０１に接続されている。よって、ＣＰＵ１０１は金属板Ｗの板厚および板長を取得できる。

その他の入出力部１７０としては、例えば、接続された記録媒体から加工データを読み取るデータ読取部、または、操作パネルの操作者による操作状態を検出してＣＰＵ１０１へ出力する操作状態検出装置などが例示される。

次いで、図４を参照して、引張力調整処理について説明する。図４は、引張力調整処理を示すフローチャートである。この処理は、金属板Ｗの板厚および板長に基づいて、金属板Ｗに作用する引張応力が所定値となるための引張力が金属板Ｗに付与されるように、シリンダ７０の駆動力を調整する処理である。かかる引張力調整処理が行われることにより、金属板の加工用保持装置１で保持される金属板Ｗは、その板厚または板長が異なっても、同一素材で構成される場合には金属板Ｗの引張力による伸び量の均一化が図られる。

引張力調整処理を行う前に、まず金属板Ｗが金属板の加工用保持装置１で保持される。具体的には、金属板Ｗの両端を狭持部材９１で狭持させることにより、金属板Ｗの一端が保持部材４０で保持されると共に金属板Ｗの他端が可動部材５０に保持される。かかる金属板の加工用保持装置１で保持される金属板Ｗに対して、引張力調整処理が行われる。

引張力調整処理において、ＣＰＵ１０１は、まず、そのＸＹステージ３０に保持された金属板Ｗの板厚および板長を、板厚検出センサ装置１５０及び板長検出センサ装置１６０により取得する（Ｓ１）。その後、ＣＰＵ１０１は、その取得された金属板Ｗの板厚および板長とオペレータにより適宜入力された引張応力とに基づいて金属板Ｗの引張力を算出する（Ｓ２）。

即ち、ＲＡＭ１０３には、予めオペレータにより適宜入力された引張応力のデータが書き込まれているので、ＣＰＵ１０１は、かかる引張応力のデータをＲＡＭ１０３から読み出し、その読み出された引張応力と、板厚検出センサ装置１５０及び板長検出センサ装置１６０により取得された金属板Ｗの板厚および板長とにより、金属板Ｗの引張力を算出する。

引張力（Ｆ）は、Ｆ＝σ×Ｓ＝σ×（Ｄ×ｔ）で表される式（式１）により算出される。ここで、Ｄは金属板Ｗの板長、ｔは金属板Ｗの板厚、Ｆは引張力、Ｓは引張力の引張方向と直交する面の断面積、σは引張応力を表している。引張応力は、金属板Ｗが塑性変形を開始する弾性限界より小さな弾性範囲内であって、金属板Ｗの素材ごとに予め所定値に設定されており、その設定された値がオペレータにより適宜入力される。

ＣＰＵ１０１は、算出された引張力（Ｆ）となるようにシリンダ７０の駆動力を調整する。このシリンダ７０の駆動力の調整はシリンダ７０内のエア圧を調整することにより行われる。

引張力（Ｆ）は、Ｆ＝ｎ×Ｐ×Ａで表される式（式２）により与えられる。よって、Ｐ（シリンダ７０内のエア圧）は、（式１）及び（式２）から、Ｐ＝σ×Ｄ×ｔ／（ｎ×Ａ）で表される式により算出される。ここで、ｎは使用されるシリンダ７０の数、Ｐはシリンダ７０内のエア圧、Ａはシリンダ７０の断面積を表している。

そして、ＣＰＵ１０１は、シリンダ７０内の圧力が算出されたエア圧となるようにバルブの開度を調整する（Ｓ３）。バルブが調整され、エア配管を通してエアタンクとシリンダ７０とを連通させることにより、エアタンク内の圧縮空気がシリンダ７０内に供給される。これにより、算出された引張力となるようにシリンダ７０の駆動力が調整される。シリンダ７０の駆動力が調整されると、引張力調整処理は終了する。

従来の金属板の加工用保持装置１においては、シリンダ７０によって、金属板Ｗを引っ張る引張力が一定に設定されていた。よって、金属板Ｗが同一素材で構成されていても、金属板Ｗの板厚または板長のいずれかが異なれば、金属板Ｗの伸び量も相違する。金属板Ｗの伸び量が相違すると、金属板Ｗの伸び率が相違するので、同一素材であっても、実際にレーザ加工を行う寸法が相違する。従って、同一素材について前回スケーリング処理を行って加工データを作成した場合であっても、板厚または板長のいずれかが異なれば、再度スケーリング処理を行うことにより新たに加工データを作成しなければならなかった。

これに対し、本発明の第１実施の形態における金属板の加工用保持装置１によれば、金属板Ｗの板厚および板長の値が取得され、その取得された板厚および板長と、予め設定された金属板Ｗの引張応力とに基づいて金属板Ｗの引張力が算出され、その引張力が金属板Ｗに付与されるようにシリンダ７０のエアが調整されるので、金属板Ｗの板厚および板長が異なる場合であっても、金属板Ｗに対する引張応力が所定値になるようにシリンダ７０の引張力が調整される。よって、金属板Ｗの板厚および板長が異なる場合であっても、金属板Ｗの引張力による伸び量の均一化が図られる。

これにより、金属板Ｗの引張力による伸び量を一回測定してスケーリング処理を行えば、金属板Ｗの材質が同一の場合は、次にレーザ加工される金属板Ｗの板厚および板長が前回の金属板Ｗと異なっても、そのスケーリング処理によって作成された前回の金属板Ｗの加工データを流用できる。よって、同一素材で構成される金属板Ｗのスケーリング処理を一回で済ませることができる。従って、金属板Ｗの板厚および板長が異なる場合ごとにスケーリング処理を行う必要がないので、その分、データ作成のための作業コストの削減を図ることができる。

引張力調整処理が終了した後、ハンドル部８３ｂ（図２参照）を回転させ、かかるハンドル部８３ｂを締結軸部材８３に対して螺進させる。これにより、ストッパ部材８１及び基体部材８２が締結ナット部８３ａ（短枠部材３０ｄ）とハンドル部８３ｂとの間で挟圧保持されるので、可動部材５０と短枠部材３０ｄとが連結部材８０により連結される。よって、金属板Ｗにレーザ加工が施される過程で、断面積の減少により金属板Ｗの引張応力が増大することを抑制できる。従って、加工ヘッド（図示せず）による金属板Ｗのレーザ加工中においても、金属板Ｗの引張力による伸び量を均一に保つことができる。

次に、図５を参照して、本発明の第２実施の形態における制御装置の引張力調整処理について説明する。図５は、本発明の第２実施の形態における制御装置の引張力調整処理を示すフローチャートである。なお、上述した第１実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。

第１実施の形態における引張力調整処理では、レーザ加工の進行に伴って断面積が減少した場合であっても、連結部材８０により可動部材５０と短枠部材３０ｄとを連結することにより、シリンダ７０が金属板Ｗを引張すぎることを抑制して金属板Ｗの伸び量を均一化させていた。これに対して、第２実施の形態における引張力調整処理では、レーザ加工の進行に伴って金属板Ｗの断面積が減少した場合であっても、断面積の減少量に応じて引張力を再算出し、その再算出された引張力となるようにシリンダ７０の駆動力を再調整することにより、シリンダ７０が金属板Ｗを引張すぎることを抑制して金属板Ｗの伸び量を均一化させている。

Ｓ３の処理において、ＣＰＵ１０１は、シリンダ７０内の圧力が算出されたエア圧となるようにバルブの開度を調整した後、レーザ加工開始指令を出力する（Ｓ４）。これにより、加工ヘッドは加工データに基づいてレーザ加工を開始する。

レーザ加工が開始されると、金属板Ｗは加工データに基づいて切断されていく。その結果、金属板Ｗの断面積（引張力が作用する方向に対して直交する方向における金属板Ｗの断面積）は次第に減少していく。これに対し、ＣＰＵ１０１は、加工データを取得し、その取得した加工データから金属板Ｗの断面積の減少量を算出し、現在における金属板Ｗの断面積を算出する（Ｓ５）。この算出された金属板Ｗの断面積と、ＲＡＭ１０３から読み出された引張応力とに基づいて、ＣＰＵ１０１は引張力を再算出する（Ｓ６）。

この再算出された引張力となるように、ＣＰＵ１０１はバルブの開度を再調整する（Ｓ７）。これにより、金属板Ｗの断面積の減少量に応じてシリンダ７０内のエア圧が減少し、シリンダ７０の駆動力が減少する。よって、再算出された引張力となるようにシリンダ７０の駆動力が再調整される。

ＣＰＵ１０１は、シリンダ７０の駆動力が再調整された後、レーザ加工が終了したかどうかを判断する（Ｓ８）。Ｓ８の処理の結果、レーザ加工が終了したと判断される場合には（Ｓ８：Ｙｅｓ）、引張力調整処理を終了し、レーザ加工が終了していないと判断される場合には（Ｓ８：Ｎｏ）、Ｓ５に戻りＳ５からＳ７の処理をレーザ加工が終了するまで繰り返し行う。よって、レーザ加工中、引張力が調整されるので、引張応力を所定値に保つことができる。従って、レーザ加工の加工精度を向上させることができる。

本発明の第２実施の形態における金属板の加工用保持装置１によれば、断面積の減少量に応じて引張力を再算出し、その再算出された引張力となるようにシリンダ７０の駆動力が再調整されるので、金属板Ｗにレーザ加工が施される過程で、断面積の減少により金属板Ｗの引張応力が増大することを抑制できる。従って、加工ヘッド（図示せず）による金属板Ｗのレーザ加工中においても、金属板Ｗの引張力による伸び量を均一に保つことができる。従って、金属板Ｗの加工データが金属板Ｗの伸び量を基準にスケーリング処理により取得されるので、金属板Ｗの伸び量を均一に保つことで、その加工データに基づいて加工ヘッドが行うレーザ加工の加工精度を向上できる。

また、金属板Ｗの引張力を調整することにより、金属板Ｗの引張応力を所定値に保つことができるので、可動部材５０と短枠部材３０ｄとを連結する連結部材８０を不要とすることができる。よって、金属板の加工用保持装置１の部品点数を削減することができ、コストの削減を図ることができる。

なお、図４に示すフローチャート（引張力調整処理）において、請求項１の板厚等取得手段としてはＳ１の処理が、引張力算出手段としてはＳ２の処理が、調整手段としてはＳ３の処理がそれぞれ該当する。また、図５に示すフローチャート（引張力調整処理）において、請求項４の再算出手段としてはＳ６の処理が、再調整手段としてはＳ７の処理が、それぞれ該当する。

以上、各実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した各実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、本発明の各実施の形態においては、金属板Ｗをレーザ加工する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、金属板Ｗをウォータジェット加工する場合であってもよい。金属板Ｗをウォータジェット加工する場合は、ウォータジェットによる水圧が金属板Ｗに負荷されるので、引張応力を所定値に保つことにより、加工の精度を向上できる。

また、本発明の各実施の形態においては、可動部材５０側のみを移動する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、可動部材５０と保持部材４０との両方を移動させる場合であってもよい。これにより、金属板Ｗの長手方向の両端を引っ張ることができ、金属板Ｗ全体に均一にテンションをかけることができる。

また、本発明の各実施の形態においては、金属板Ｗの引っ張られすぎを防止するために、可動部材５０と短枠部材３０ｄとを連結部材８０により連結する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、ねじで伸縮可能に構成されるストッパを短枠部材３０ｄに取付け、金属板Ｗを緊張保持した後にストッパを可動部材５０に当接させる構成であってもよい。ストッパの長さをねじで調整してストッパを可動部材５０に当接させることにより、可動部材５０は短枠部材３０ｄ側に移動できないので、ストッパによっても、金属板Ｗの引っ張りすぎを防止できる。

本発明の各実施の形態においては、板厚検出センサ１５０ａ及び板長検出センサ１６０ａが保持部材４０に固定される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、板厚検出センサ１５０ａ及び板長検出センサ１６０ａを省略してもよい。この場合は、オペレータが金属板Ｗの板長や板厚を測定して、その測定値を制御装置１００に入力すればよい。この入力された測定値はＲＡＭ１０３に記憶される。よって、引張力を算出し調整する処理（Ｓ２からＳ８）は上述した各実施の形態と同様に行われる。このように板厚検出センサ１５０ａ及び板長検出センサ１６０ａを省略することにより、部品点数の削減により金属板の加工用保持装置のコスト削減を図れる。また、例えば、板厚検出センサ１５０ａ及び板長検出センサ１６０ａを省略しても、金属板Ｗの板長や板厚が同一のものを連続してレーザ加工する場合には、測定値を一度入力すれば良いだけであるので、レーザ加工の加工工程を複雑化することなく、コスト削減を図れる。

本発明の各実施の形態においては、シリンダ７０が空圧式の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、油圧式でも電動式でもよい。電動式シリンダの場合は、空圧式および油圧式のシリンダと比べて、シリンダ７０の駆動力を精密に制御することができるので、引張力の調整を精密に行うことができる。

１ 金属板の加工用保持装置
３０ ＸＹステージ
４０ 保持部材
５０ 可動部材
７０ シリンダ（駆動装置）
８０ 連結部材（連絡部材）
１００ 制御装置
１５０ 板厚検出センサ装置（板厚測定装置）
１５０ａ 板厚検出センサ（板厚測定装置の一部）
１６０ 板長検出センサ装置（板長測定装置）
１６０ａ 板長検出センサ（板長測定装置の一部）
Ｗ 金属板

Claims (4)

1. 金属板に切断加工を行う加工ヘッドに対して平面移動可能に構成されるＸＹステージと、そのＸＹステージに固定または水平移動可能に配設され前記金属板の一端を保持する保持部材と、前記ＸＹステージに水平移動可能に配設され前記金属板の他端を保持する可動部材と、その可動部材または前記可動部材と前記保持部材とを付勢して前記金属板に引張力を付与する駆動装置と、その駆動装置の作動状態を制御する制御装置とを備える金属板の加工用保持装置において、
   前記制御装置は、
   前記金属板の板厚および板長の値を取得する板厚等取得手段と、
   その板厚等取得手段により取得された板厚および板長に基づいて、前記金属板に作用する引張応力が所定値となるための前記引張力を算出する引張力算出手段と、
   その引張力算出手段により算出された引張力が前記駆動装置により付与されるように前記駆動装置の駆動力を調整する調整手段とを備えることを特徴とする金属板の加工用保持装置。
2. 前記保持部材または前記可動部材に固定され前記金属板の厚み方向で前記金属板と重なる位置に配設され、前記板厚等検出手段で取得される前記金属板の板厚を測定する板厚測定装置または前記金属板の板長を測定する板長測定装置の少なくともいずれか一方を備えることを特徴とする請求項１記載の金属板の加工用保持装置。
3. 前記ＸＹステージと、そのＸＹステージに水平移動可能に配設される前記可動部材、または、前記ＸＹステージに水平移動可能に配設される前記保持部材および前記可動部材と、を連絡する連絡部材を備え、
   前記可動部材、または、前記保持部材および前記可動部材は、前記金属板に前記引張力を付与した状態で、前記連絡部材により、前記ＸＹステージに対して固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属板の加工用保持装置。
4. 前記引張力算出手段は、前記加工ヘッドの切断加工により減少する前記金属板の断面積に基づいて、前記金属板に作用する引張応力が所定値となるための前記引張力を再算出する再算出手段を備え、
   前記調整手段は、前記再算出手段により再算出された引張力が前記駆動装置により前記金属板に付与されるように前記駆動装置の駆動力を再調整する再調整手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属板の加工用保持装置。
   

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