JP2011050992A - Laser beam machining apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、薄い金属板などのワークを加工ヘッドから照射するレーザ光によって加工するレーザ加工装置に関し、特に加工ヘッドの高速移動を安全に行うことで加工時間の短縮を図ったレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus that processes a workpiece such as a thin metal plate with laser light emitted from a processing head, and more particularly to a laser processing apparatus that shortens the processing time by safely moving the processing head at high speed.
レーザ加工装置は図5に示すように、レーザ発振器101から反射ミラー102を介して入射したレーザ光Lを集光レンズ103によって集光し、加工ヘッド105の下端に設けられたノズル106を介してワークWにレーザ光Lが照射される。薄い金属板であるワークWは、XY方向に移動可能な加工ステージ110上に取り付けられ、コントローラ120によって予め設定した加工データに基づいて加工ステージ110が移動し、レーザ発振器101と連動してワークWに複数の孔あけ加工が行われる。
As shown in FIG. 5, the laser processing apparatus condenses the laser light L incident from the
ところで、ワークWは、その周縁部分が保持具111によって挟み込まれるようにして加工ステージ110に設置され、ワーク周縁部分にはその保持具111が突出している。また、こうしたものの他、ワークW自身が周縁部に凸枠を有するものもある。そうした場合、加工中、ワークWに対して相対的に移動する加工ヘッド105が、保持具111などに衝突してしまうことを防止する必要がある。そこで従来では、加工ヘッド105などにセンサが取り付けられ、センサによる保持具111などの検出によって加工ステージ110の移動を強制的に停止させ、加工ヘッド105との衝突による破損を防止している。
By the way, the workpiece W is installed on the
しかし、コントローラ120による加工プログラムの実行中にセンサが保持具111などを検出すると、加工が強制的に停止させられてしまい、その加工プログラムが異常中断状態となり、ワークWに対するその後の加工が行えなくなって材料を無駄にしてしまう。また、センサが保持具111を検出してから加工ヘッド105が完全に停止するまでに、ある程度の移動距離(空走距離)を確保する必要がある。従って、センサを備えた従来のレーザ加工装置では、ワークWの加工領域が狭くなる問題もあった。つまり、加工ヘッド105の中心で加工を行うため、加工ヘッド105が保持具111などに接触する距離に加え、停止のための空走距離を考慮した領域が非加工領域となってしまい材料の無駄が多くなってしまう。このことは、加工時間を短縮させるため加工ヘッド105の相対的な移動スピードを上げれば、更に空走距離が長くなって非加工領域が広く必要になってしまう。
However, if the sensor detects the
一方、レーザ加工装置による加工作業では、加工ステージ110に対して作業者がワークを取り付けるが、誤って異なるサイズのワークを取り付けてしまうことがある。その場合、設定された加工データに対応するワークと実際のワークとのサイズが異なるため、実際のワークサイズが大きければ、設定された加工領域が小さい分、未加工部分が多くなって材料に無駄が生じ、実際のワークサイズが小さければ、逆に設定された加工領域が大きい分、加工ヘッド105を保持具111などに衝突させて破損させる原因となる。
On the other hand, in a processing operation by a laser processing apparatus, an operator attaches a workpiece to the
よって、本発明は、かかる課題を解決すべく、ワークに応じた加工領域を自動認識して加工を行うレーザ加工装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that performs processing by automatically recognizing a processing region corresponding to a workpiece in order to solve such a problem.
本発明に係るレーザ加工装置は、周縁部に凸枠が設けられた金属板のワークに対しレーザ発振手段からのレーザ光を集光して照射する加工手段と、前記ワークに対しその平面方向に前記加工手段の加工位置を移動させる加工位置移動手段と、前記レーザ発振手段や加工位置移動手段を制御する制御手段とを有するものであって、前記ワークの凸枠について位置を検出する凸枠位置検出手段を備え、前記制御手段は、前記凸枠位置検出手段からの位置情報に基づいて、前記加工手段が前記ワークの凸枠に当たらない加工領域を算出し、その加工領域内で前記加工手段の加工位置を変位させるように前記加工位置移動手段を駆動制御するようにしたものであることを特徴とする。 A laser processing apparatus according to the present invention includes a processing means for condensing and irradiating a laser beam from a laser oscillating means onto a metal plate work having a convex frame at a peripheral edge thereof, and a planar direction for the work. Convex frame position for detecting a position of the convex frame of the workpiece, comprising: a processing position moving unit that moves a processing position of the processing unit; and a control unit that controls the laser oscillation unit and the processing position moving unit. Detecting means, and the control means calculates a machining area where the machining means does not hit the convex frame of the workpiece based on position information from the convex frame position detection means, and the machining means within the machining area The machining position moving means is driven and controlled so as to displace the machining position.
また、本発明に係るレーザ加工装置は、前記制御手段が、前記凸枠位置検出手段からの位置情報に基づいて、予め設定されたワークサイズとの照合を行うようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ加工装置は、前記制御手段が、前記凸枠位置検出手段からの位置情報に基づいて、前記加工位置移動手段に対する停止指令後から実際に停止するまでの前記ワークに対する前記加工手段の移動距離を考慮した停止開始位置を算出し、停止制御を行うようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ加工装置は、前記制御手段が、前記ワークの凸枠について加工領域を算出した後に、前記凸枠位置検出手段による凸枠の検出に反応しない無効化を行うようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ加工装置は、前記加工位置移動手段が、前記ワークを保持し当該ワークを平面方向に移動させるXYテーブルであることが好ましい。
In the laser processing apparatus according to the present invention, it is preferable that the control unit is configured to collate with a preset work size based on position information from the convex frame position detection unit. .
Further, in the laser processing apparatus according to the present invention, the control unit performs the operation on the workpiece from the stop command to the processing position moving unit to the actual stop based on the position information from the convex frame position detection unit. It is preferable that the stop start position is calculated in consideration of the movement distance of the processing means and the stop control is performed.
In the laser processing apparatus according to the present invention, after the control unit calculates a processing region for the convex frame of the workpiece, the control unit performs invalidation that does not react to detection of the convex frame by the convex frame position detection unit. It is preferable.
In the laser processing apparatus according to the present invention, the processing position moving unit is preferably an XY table that holds the work and moves the work in a planar direction.
本発明によれば、加工手段がワークの凸枠に当たらない領域を算出し、その領域内で加工手段の加工位置を移動させるように加工位置移動手段を駆動させるようにしたので、加工限界領域まで加工を行うことができ材料の無駄をなくすことができ、また、加工手段がワークの凸枠に衝突する領域に加工手段が移動することがないため、空移動による移動速度を最大にすることによって加工時間をより短縮させることが可能になる。 According to the present invention, the machining means calculates the area where the workpiece does not hit the convex frame of the workpiece, and the machining position moving means is driven so as to move the machining position of the machining means within the area. Can be processed to the maximum, and the waste of material can be eliminated, and since the processing means does not move to the area where the processing means collides with the convex frame of the workpiece, the moving speed due to idle movement is maximized As a result, the processing time can be further shortened.
次に、本発明に係るレーザ加工装置の実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図1は、レーザ加工装置の加工部分を示した図である。
レーザ加工装置1は、加工手段である加工ヘッド2と加工台4とに薄い金属板のワークWが挟み込まれ、加工ヘッド2側から照射されるレーザ光Lによって加工が行えるよう構成されたものである。
Next, an embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a processing portion of a laser processing apparatus.
The
加工ヘッド2は、取付台3に固定され、その下には位置駆動手段である不図示の加工ステージが設けられている。なお、この加工ステージはXYテーブルである。本実施形態で対象となるワークWは、周縁部に凸枠Wfが形成された金属板であり、その凸枠Wfが加工ステージの取付部に保持され、加工可能な状態にセットされる。ワークWに対して孔あけ加工を施す加工ヘッド2には、不図示のレーザ発振器から光ファイバ5を介してレーザ光Lが送られる。加工ヘッド2は筒状に形成されており、光ファイバ5を介して送られたレーザ光Lが不図示のコリメートレンズを介して平行光となり、更に集光レンズを介してワークWの加工位置に集光するようになっている。
The
加工ヘッド2に対向してワークWの下に配置された加工台4は、ワークWの下側でアシストガスを吸引することができるように、中空の筒形形状で構成されている。アシストガスはワークWの切断部を通って加工台4内に流れ込み、真空引きによって引き込むようになっている。従って、ワークWの加工に伴って生じるドロスやスパッタなどは、こうしたアシストガスの流れに従って送られ、排出される。
The processing table 4 disposed below the workpiece W so as to face the
レーザ加工装置1では、加工ステージに固定されたワークWが、図示するように加工ヘッド2と加工台4とによって挟み込まれる。そして、予め設定された加工データに基づく加工ステージの動作によってワークW自体が移動し、加工ヘッド2から照射されるレーザ光Lによって所定の孔あけ加工が行われる。なお、本実施形態のレーザ加工装置1では、固定の加工ヘッド2や加工台4が、加工ステージの駆動によってワークWに対し相対的に移動するものであるが、以下の説明では、その相対的な移動を単に加工ヘッド2及び加工台4の移動として説明する。
In the
次に図2は、レーザ加工を行うレーザ加工装置1の主要な構成を概念的に示した図であり、特にレーザ発振器や加工ステージおよび、これらを駆動させるコントローラを示したものである。コントローラ11は、ワークWに対して所定の孔あけ加工を行うための加工データが記憶され、その加工データに従った加工を行うため、加工ステージ12の駆動部12aやレーザ発振器13を制御する加工プログラムを有している。
Next, FIG. 2 is a diagram conceptually showing main components of the
レーザ加工装置1は、加工ステージ12の駆動によってワークWが移動し、加工ヘッド2や加工台4がワークWに対して移動する。加工プログラムには、そうした加工ヘッド2や加工台4の移動可能な領域を予め確認し、それに基づいて移動可能領域を設定するための構成がとられている。特に、本実施形態では、加工台4の移動可能領域を設定するようにしたものであり、図3は、そうした加工台4とワークWとの関係を簡略化して示した平面図である。
In the
ワークWは四角形の薄い金属板であり、四辺の周縁部には図1に示すように所定高さをもった凸枠Wfが設けられている。加工台4には、そのワークWの凸枠Wfを検出する凸枠位置検出手段であるセンサ15が設けられている。本実施形態では、図1及び図2に示すように、ワークWを加工ステージ12に取り付ける際凸枠Wfを下向きにするため、その凸枠Wfに対する加工台4の衝突を考慮する必要があるからである。
The workpiece W is a rectangular thin metal plate, and a convex frame Wf having a predetermined height is provided at the peripheral edge portions of the four sides as shown in FIG. The processing table 4 is provided with a
このセンサ15は、本来、加工手段である加工ヘッド2や加工台4が凸枠Wfへ衝突する手前の位置を検出するために設けられたものであるが、本実施形態では凸枠Wfに対して加工手段が移動可能な位置を確認するためのものとして用いられる。センサ15は、加工ステージ12のXY方向に4本のセンサアーム21がバネの付勢によって加工台4から突き出しており、凸枠Wfに衝突して内側に押し込まれるとき、その加工台4の内部でセンサ光を遮断して検出を行うようにしたものである。
The
レーザ加工装置1では、こうしたセンサアーム21の収縮動作によってセンサ15から検出信号がコントローラ11へと送信され、コントローラ11において加工台4の移動限界が求められるようになっている。なお、センサ15を加工ヘッド2側に設けるようにしてもよいが、構造が複雑になるため本実施形態では加工台4側に設けられ、それに合わせるようにして凸枠Wfを下向きにしてワークWが取り付けられる。
In the
続いて図4は、加工を開始するに当たりコントローラ11が行う加工準備工程のフローチャートを示した図である。この加工準備工程は、加工プログラムを実行するメインフローの中にサブフローとして組み込まれたものである。作業者によって加工ステージ12にワークWがセットされて加工スイッチが押されると、レーザ加工装置1の加工が開始されるが、その加工開始直後に図4に示したサブフローの加工準備工程が実行される。
Next, FIG. 4 is a diagram showing a flowchart of a processing preparation process performed by the
加工準備工程では、先ず加工ステージ12が駆動し、加工台4によるXY方向への一往復ずつの移動が行われる。その移動は、加工台4から突き出した4本のセンサアーム21が移動方向の凸枠Wfに突き当てられる位置までであり、センサ15からの検出信号を受けたコントローラ11において凸枠Wfの位置が検出される(S101)。コントローラ11では、センサ15による情報に基づいてワークWの大きさ、すなわち凸枠Wfの内側位置であるワーク端座標が算出される(S102)。
なお、このとき算出したワーク座標からワークWの加工領域の中心座標が併せて求められる。この中心座標を、加工を行う際の加工データの基準点(中心点)とすることにより、ワークWの取り付けに際して設置位置を気にせずに取り付けることが可能になる。
In the processing preparation step, first, the
The center coordinates of the machining area of the workpiece W are also obtained from the workpiece coordinates calculated at this time. By using this center coordinate as a reference point (center point) of processing data when processing, it becomes possible to mount the workpiece W without worrying about the installation position.
加工対象であるワークWは、大きさの異なるものが使用されることがあるため、加工に当たって予め加工ステージ12に設置したワークWのサイズが作業者によって入力される。従って、S102によるワーク端座標の算出によって、加工ステージ12に対して実際にセットされたワークWの大きさが求められると、次にそのワークサイズと予め入力されたワークサイズとの照合が行われる(S103)。
算出したワークWのサイズが入力された値と異なる場合には(S103:NO)、サイズの異なるワークWが誤って取り付けられていることを知らせるアラームによる警報などが行われ、加工が禁止される(S104)。この場合、誤ったワークWが取り外され、正しいサイズのワークWがセットされた後、再び加工スイッチが押されてワークWの確認が行われる(S101〜S103)。
Since workpieces W having different sizes may be used as workpieces to be machined, the size of the workpiece W previously set on the
If the calculated size of the workpiece W is different from the input value (S103: NO), an alarm is given to notify that the workpiece W of a different size is attached by mistake, and the machining is prohibited. (S104). In this case, after the wrong workpiece W is removed and the correct size workpiece W is set, the machining switch is pressed again to check the workpiece W (S101 to S103).
一方、算出したワークWの大きさが入力されたワークサイズと一致する場合には(S103:YES)、次に加工台4が移動可能な加工領域を示すストロークリミットの算出が行われる(S105)。加工台4は、中心位置Oに加工ヘッド2のノズル先端があり、このノズル先端からレーザ光Lが出力され、孔あけ加工が行われる。従って、加工台4が凸枠Wfに当たらないようにした加工位置は、凸枠Wfから内側に更に入った位置になり、ワークWには図3に示す加工不可領域50ができる。ストロークリミットの算出によって、その加工不可領域50の内側の一点鎖線で示した加工限界線51が求められる。つまりストロークリミットは、ステップS102で得られたワークWの中心座標を基準に、加工台4が凸枠Wfに当たる位置を示したものである。
On the other hand, when the calculated size of the workpiece W matches the input workpiece size (S103: YES), a stroke limit indicating a machining area in which the machining table 4 is movable is calculated (S105). . The processing table 4 has a nozzle tip of the
コントローラ11による加工台4のワークWに対する位置決めは、レーザ光Lの照射位置である中心位置Oを基準にして行われる。従って、コントローラ11による加工プログラムの実行に当たって、加工台4の中心位置Oがストロークリミットを超えないように位置制御が行われる。すなわち、本実施形態では、加工限界線51を超えた加工不可領域50での位置決めが予め禁止され、加工台4が凸枠Wfへ衝突することを防止している。
Positioning of the processing table 4 with respect to the workpiece W by the
次に、ワークWに対する加工台4の移動を停止させる場合は、コントローラ11が停止指令を出してから実際に停止するまでの空走距離を考慮する必要がある。加工台4の移動が高速で行われる場合に空走距離が長くなり、その際、加工台4の衝突が起こり得るからである。なお、加工プログラムには、加工ステージ12に取り付けられた一枚のワークWに複数の加工箇所が設定されており、加工台4は、そうした各加工箇所の間を移動する、加工を行わない空移動時に高速となる。従って、加工台4の中心位置Oが加工不可領域50へ入らないようにするには、高速移動時に停止するまでの空走距離を考慮した制御が必要になる。
Next, when the movement of the processing table 4 with respect to the workpiece W is stopped, it is necessary to consider the idle running distance from when the
そこで、本実施形態では、S105によるストロークリミットの算出の後、空走距離を加算した停止開始位置が算出される(S106)。例えば、加工ステージ12の駆動による加工台4の移動速度が20m/分の場合には、5〜10mmの空走距離が必要になる。S106では、高速移動時の速度に応じた空走距離によって停止開始位置52が求められる。従って、加工プログラムの実行中は、加工台4の中心位置Oが図3に示す停止開始位置52にかかった場合には加工ステージ12の駆動停止のための減速が開始され、加工限界線51で完全に停止するように停止制御が行われる。なお、停止開始位置52から加工限界線51までの距離は、加工を行わない空移動時(高速移動時)の停止距離であり、それよりも低速である加工実行中の移動速度では停止までの距離が短くなるため、停止開始位置52を超えても減速せず、更に近づいた位置に減速を開始する不図示の停止開始位置が設定されている。すなわち、停止開始位置52から加工限界線51までを最大距離として、加工台4の移動速度に応じた停止開始位置が決定される。
Therefore, in this embodiment, after the stroke limit is calculated in S105, the stop start position obtained by adding the idle travel distance is calculated (S106). For example, when the moving speed of the processing table 4 by driving the
このように、本実施形態では加工限界線51や停止開始位置52の位置座標に従って加工ヘッド2と加工台4の移動が制御される。そのため、加工時にセンサ15の検出によって加工が中断してしまわないように、センサ15からの検出信号を受けても反応しないように、コントローラ11においてセンサ15の検出に反応しない無効化が行われる(S107)。センサ15は、前述したように従来のレーザ加工装置の構成を利用し、本来は加工台4が凸枠Wfへの衝突を検出するために設けられたものだからである。なお、これによって新たなセンサを設ける必要がなく、加工プログラムの大幅な変更も必要なくなるため、コストを抑えることができる。
Thus, in this embodiment, the movement of the
そして、S107の実行により加工準備が終了し、その後はメインフローに戻ってワークの孔あけ加工が実行される。すなわち、加工ヘッド2と加工台4とによって挟まれたワークWに、予め設定された加工データに基づいて加工ステージ12が移動し、ワークWの所定位置に、加工ヘッド2から照射されるレーザ光Lによって複数の孔が所定のパターンであけられる。この加工作業は、一枚のワークWに対して複数行われるため、一の箇所で所定パターンの孔あけ加工が行われた後、他の箇所へ加工ヘッド2と加工台4が大きく移動し、再びそこで所定パターンの孔あけ加工が行われる。
Then, the preparation for machining is completed by executing S107, and thereafter, the process returns to the main flow to perform drilling of the workpiece. That is, the
ワークWに対する加工ヘッド2と加工台4の移動は、加工不可領域50を除く加工領域内で制御される。従って、本実施形態のレーザ加工装置1では、センサ15が無効化され、加工台4のセンサアーム21が凸枠Wfに当たっても中断することはなく加工限界領域まで加工できるので、材料の無駄をなくすことが可能になる。また、加工不可領域50を除く加工領域内でしか加工ヘッド2と加工台4を移動させないため、空移動による移動速度を最大にすることができ、加工時間をより短縮させることが可能になる。また、センサ15の無効化によって加工プログラムの異常中断を回避でき、これにより加工の中断による材料の無駄を無くし、また加工時間の短縮にもなる。
The movement of the
更に、本実施形態のレーザ加工装置1では、ワーク端座標の算出によってワークサイズの照合を行い、誤って異なるサイズのワークWが取り付けられた場合にはアラームによる警報などが行われる。そのため、加工領域に対してワークWのサイズが大きい場合には未加工部分が多くなって材料の無駄を生じさせていたが、そうした無駄等がなくなる。また、加工データに基づく加工予定の最大加工領域とステップS105で求めた加工限界領域とが比較され、加工領域に対してワークWのサイズが小さい場合には、最大加工領域が加工限界領域を超えてしまうため加工開始が禁止される。これにより、加工プログラムの異常中断や誤った寸法のワークを加工してしまうことを未然に防止することができる。
Furthermore, in the
以上、本発明に係るレーザ加工装置の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、ワークWを保持する加工ステージ側が駆動し、固定された加工ヘッド2と加工台4がワークWに対して相対的に移動するレーザ加工装置1を示したが、固定されたワークWに対して加工ヘッド2と加工台4を移動させるものであってもよい。
また、前記実施形態では、位置確認を行うセンサ15にセンサアーム21に反応する光センサを使用したが、ワークWのワーク端座標を確認できるものであれば、例えば画像から求めるようなものであってもよい。
As mentioned above, although embodiment of the laser processing apparatus concerning this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning.
In the above embodiment, the
In the above embodiment, the optical sensor that reacts with the
1 レーザ加工装置
2 加工ヘッド2
4 加工台
5 光ファイバ
11 コントローラ
12 加工ステージ
13 レーザ発振器
15 センサ
L レーザ光
W ワーク
Wf 凸枠
1
4 Processing Table 5
Claims (5)
前記ワークの凸枠について位置を検出する凸枠位置検出手段を備え、前記制御手段は、前記凸枠位置検出手段からの位置情報に基づいて、前記加工手段が前記ワークの凸枠に当たらない加工領域を算出し、その加工領域内で前記加工手段の加工位置を変位させるように前記加工位置移動手段を駆動制御するようにしたものであることを特徴とするレーザ加工装置。 Processing means for condensing and irradiating laser light from a laser oscillation means to a metal plate workpiece having a convex frame at the peripheral edge, and moving the processing position of the processing means in the plane direction with respect to the work In a laser processing apparatus having a processing position moving means and a control means for controlling the laser oscillation means and the processing position moving means,
A convex frame position detecting unit that detects a position of the convex frame of the workpiece is provided, and the control unit performs processing in which the processing unit does not hit the convex frame of the workpiece based on position information from the convex frame position detecting unit. A laser processing apparatus characterized by calculating an area and drivingly controlling the processing position moving means so as to displace the processing position of the processing means within the processing area.
前記制御手段は、前記凸枠位置検出手段からの位置情報に基づいて、予め設定されたワークサイズとの照合を行うようにしたものであることを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to claim 1,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the control means is configured to collate with a preset workpiece size based on position information from the convex frame position detection means.
前記制御手段は、前記凸枠位置検出手段からの位置情報に基づいて、前記加工位置移動手段に対する停止指令後から実際に停止するまでの前記ワークに対する前記加工手段の移動距離を考慮した停止開始位置を算出し、停止制御を行うようにしたものであることを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to claim 1 or 2,
The control means is based on the position information from the convex frame position detection means, and is a stop start position in consideration of the movement distance of the machining means relative to the workpiece from the stop command to the machining position movement means until the actual stop. Is calculated, and stop control is performed.
前記制御手段は、前記ワークの凸枠について加工領域を算出した後に、前記凸枠位置検出手段による凸枠の検出に反応しない無効化を行うようにしたものであることを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The control unit is configured to perform invalidation that does not react to detection of a convex frame by the convex frame position detection unit after calculating a processing region for the convex frame of the workpiece. .
前記加工位置移動手段は、前記ワークを保持し当該ワークを平面方向に移動させるXYテーブルであることを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The laser processing apparatus, wherein the processing position moving means is an XY table that holds the work and moves the work in a planar direction.
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