JP2013035056A

JP2013035056A - レーザ加工システム

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Publication number: JP2013035056A
Application number: JP2011175589A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Miyawaki; 康仁宮脇
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2011-08-11
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2031-08-11
Also published as: JP5874237B2

Abstract

【課題】製品板材の搬出開始時における製品板材の引っ掛かりによる素材板材の持上がりを防止することができるレーザ加工システムを提供する。
【解決手段】テーブル７上で素材板材Ｗ１に移動させながら製品板材Ｗ２を切り抜くレーザ加工機と、レーザ加工機から製品板材Ｗ２を搬出するローダと、ローダを制御するローダ制御装置とを備える。ローダ制御装置の制御過程は、切り抜かれた製品板材Ｗ２をテーブル７上で、ローダの板材吸着体２０により吸着する吸着過程と、この製品板材Ｗ２を吸着した板材吸着体２０を定められた高さまで上昇させる上昇過程と、この上昇過程による板材吸着体２０の上昇動作の初期段階で、製品板材Ｗ２の外周における素材板材Ｗ１と接触している箇所が素材板材Ｗ２から離れる方向に、板材吸着体２０を定められた距離だけ水平移動させる初期水平移動過程とを有する。
【選択図】図６

Description

この発明は、レーザ加工機による素材板材の加工、およびレーザ加工機からの製品板材の搬出を行うレーザ加工システムに関する。

レーザヘッドと、素材板材を載せるテーブルと、このテーブル上で素材板材を前後左右に送る板材送り機構とを備え、前記板材送り機構により素材板材を送りながら前記レーザヘッドにより素材板材に加工を行うレーザ加工機がある。この種のレーザ加工機において、図７に示すように、位置固定のレーザビームＬで、素材板材Ｗ１から製品板材Ｗ２を切り抜く場合、板材送り機構８により、素材板材Ｗ１の縁部を把持するワークホルダ１４と共に素材板材Ｗ１をテーブル７上で移動させながら切り抜く。この場合に、図８（Ａ）に示すように、切り抜かれた製品板材Ｗ２が切抜き穴４０の中央に位置せずに、一方に偏ることがある（なお、同図は製品板材Ｗ２の周囲の切断代４１を誇張して図示してある）。

上記現象は次の理由で生じる。長方形である製品板材Ｗ２の切り抜きは、図７に矢印で示すように、切断開始点Ａから製品板材Ｗ２の外周の各切抜き辺ａ，ｂ，ｃ，ｄに沿ってレーザビームＬを相対的に移動させながら行うが、図８（Ｂ）に示すように、略全周が切り抜かれて最終切抜き辺ｄの終端部分４２を切断するときは、製品板材Ｗ２はその終端部分４２のみで製品板材Ｗ２と繋がった状態にある。この状態で、素材板材Ｗ１を終端部分４２の加工のために板材送り機構８により移動させると（板材送り方向は破線矢印で示すように切抜き方向（実線矢印）とは逆方向）、製品板材Ｗ２の外周の素材板材Ｗ１が移動しても、製品板材Ｗ２は終端部分４２のみで移動が伝えられることになるため、テーブル７との摩擦により製品板材Ｗ２が元の位置に留まろうとする力の方が大きく、終端部分４２で撓みが生じる。その結果、製品板材Ｗ２が切抜き穴４０の一方に偏ると考えられる。

図８（Ａ）のように製品板材Ｗ２が切抜き穴４０の一方に偏っていると、製品板材Ｗ２をローダにより上方に持ち上げるときに、製品板材Ｗ２に引っ掛かって素材板材Ｗ１も持ち上がることがある。ある程度の高さまで持ち上がられた後、素材板材Ｗ１が落下すると、素材板材Ｗ１が変形してしまい素材として使用できなくなる。また、素材板材Ｗ１が落下する際、製品板材Ｗ２にも変形が生じる。

上記のような素材板材Ｗ１の持上がりを防止するために、レーザヘッドを水平方向に移動可能とし、製品板材Ｗ２の切抜きの最終段階では、素材板材Ｗ１を動かさずにレーザヘッドを動かして加工して、素材板材Ｗ１から製品板材Ｗ２を切り抜く技術が提案されている（特許文献１）。この技術によると、製品板材Ｗ２の切抜きの最終段階における素材板材Ｗ１と製品板材Ｗ２の相対移動がないので、製品板材Ｗ２が切抜き穴４０の一方に偏らない。それにより、素材板材Ｗ１の持上がりを防止することができる。

特許第２７４３８３６号公報

しかし、特許文献１のように、レーザ加工機にレーザヘッドを水平方向に移動させる機構を設けるのは、レーザ加工機が複雑で高価になる。そのため、素材板材の持上がりによる変形を、他の方法で防止することが求められている。

この発明の目的は、ローダの動作を制御するだけで、製品板材の搬出開始時における製品板材の引っ掛かりにより素材板材が高く持上がることを防止できるレーザ加工システムを提供することである。
この発明の他の目的は、素材板材の持上がりの原因となる素材板材と製品板材の引っ掛かりを、より効果的に外せるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、様々な状況によって生じる素材板材と製品板材の引っ掛かりについても対応可能とすることである。

この発明のレーザ加工システムは、テーブル上で素材板材に移動させながらレーザヘッドで前記素材板材から製品板材を切り抜くレーザ加工機と、このレーザ加工機から前記製品板材を搬出するローダと、このローダを制御するローダ制御装置とを備える。前記ローダは、前記製品板材を上面から吸着する板材吸着体と、この板材吸着体を昇降させる昇降機構と、前記板材吸着体を前記テーブルの上面に沿って前後左右に移動させる水平移動機構とを備える。前記ローダ制御装置の制御過程は、前記レーザ加工機により素材板材から製品板材が切り抜かれた後、この切り抜かれた製品板材を前記テーブル上で前記板材吸着体により吸着する吸着過程と、この製品板材を吸着した前記板材吸着体を前記昇降機構により定められた高さまで上昇させる上昇過程と、この上昇過程による前記板材吸着体の上昇動作の初期段階で、製品板材の外周における素材板材と接触している箇所が素材板材から離れる方向に、前記水平移動機構により前記板材吸着体を定められた距離だけ水平移動させる初期水平移動過程とを有する。上記定められた高さ、および定められた距離は、任意に定めればよい。

この構成によると、レーザ加工機により素材板材から製品板材が切り抜かれると、ローダが以下の動作を行う。すなわち、切り抜かれた製品板材を、テーブル上で板材吸着体により吸着し、この製品板材を吸着した板材吸着体を昇降機構により定められた高さまで上昇させる。この上昇過程による板材吸着体の上昇動作の初期段階で、製品板材の外周における素材板材と接触している箇所が素材板材から離れる方向に、水平移動機構により板材吸着体を定められた距離だけ水平移動させる。板材吸着体を距離だけ水平移動させることにより、素材板材と製品板材の引っ掛かりが外される。そのため、板材吸着体により、素材板材を高く持ち上げることを生じさせずに、製品板材だけを持ち上げて搬出することができる。

この発明において、前記上昇過程は、前記テーブル上の製品板材を吸着した前記板材吸着体を少なくとも素材板材の板厚以上上昇させる第１段階と、この第１段階の上昇高さからさらに上昇させる第２段階とを含み、これら上昇過程の第１段階と第２段階との間に前記初期水平移動過程が実行されるようにしてもよい。

このように、上昇過程の第１段階で製品板材を板厚以上持上げてから、初期水平移動過程を実行すると、初期水平移動過程で板材吸着体を距離だけ水平移動させる際に、板材吸着体に吸着された製品板材が素材板材に当ることを回避できる。すなわち、製品板材を持上げずに初期水平移動過程を実行すると、製品板材の引っ掛かりを生じる辺と反対側の辺が切抜き穴内で素材板材に当ることがあるが、このような事象が回避できる。

この発明において、前記製品板材が矩形状であって、製品板材の角部を切断開始点として製品板材の外周をレーザ切断加工し、切断開始点まで戻ることにより切り抜かれるものである場合、前記初期水平移動過程における前記水平移動の方向が、製品板材の最終切抜き辺における前記切断開始点から離れ、かつ製品板材の最初切抜き辺における前記切断開始点に近づく斜め方向とするのが良い。

製品板材が矩形状であって、製品板材を連続して切り抜く加工の切断開始点が製品板材の角部である場合、一般的には、製品板材の外周における最初切抜き辺が素材板材と引っ掛かることが多い。また、製品板材の外周部となる桟状の素材板材の部分の剛性によっては、製品板材の外周における最初切抜き辺と最終切抜き辺に対する反対側の辺との交点付近が素材板材と引っ掛かることもある。そのため、初期水平移動過程における板材吸着体の水平移動の方向を上記のように定めれば、上記２種類の引っ掛かりの両方を外すことができる。

この発明のレーザ加工システムは、テーブル上で素材板材に移動させながらレーザヘッドで前記素材板材から製品板材を切り抜くレーザ加工機と、このレーザ加工機から前記製品板材を搬出するローダと、このローダを制御するローダ制御装置とを備え、前記ローダは、前記製品板材を上面から吸着する板材吸着体と、この板材吸着体を昇降させる昇降機構と、前記板材吸着体を前記テーブルの上面に沿って前後左右に移動させる水平移動機構とを備え、前記ローダ制御装置の制御過程は、前記レーザ加工機により素材板材から製品板材が切り抜かれた後、この切り抜かれた製品板材を前記テーブル上で前記板材吸着体により吸着する吸着過程と、この製品板材を吸着した前記板材吸着体を前記昇降機構により定められた高さまで上昇させる上昇過程と、この上昇過程による前記板材吸着体の上昇動作の初期段階で、製品板材の外周における素材板材と接触している箇所が素材板材から離れる方向に、前記水平移動機構により前記板材吸着体を定められた距離だけ水平移動させる初期水平移動過程とを有するため、ローダの動作を制御するだけで、製品板材の搬出開始時における製品板材の引っ掛かりにより素材板材が高く持上がることを防止できる。

前記上昇過程は、前記テーブル上の製品板材を吸着した前記板材吸着体を少なくとも素材板材の板厚以上上昇させる第１段階と、この第１段階の上昇高さからさらに上昇させる第２段階とを含み、これら上昇過程の第１段階と第２段階との間に前記初期水平移動過程が実行される場合は、素材板材の持上がりの原因となる素材板材と製品板材の引っ掛かりを、より効果的に外すことができる。

前記製品板材が矩形状であって、製品板材の角部を切断開始点として製品板材の外周をレーザ切断加工し、切断開始点まで戻ることにより切り抜かれるものであり、前記初期水平移動過程における前記水平移動の方向が、製品板材の最終切抜き辺における前記切断開始点から離れ、かつ製品板材の最初切抜き辺における前記切断開始点に近づく斜め方向である場合は、様々な状況によって生じる素材板材と製品板材の引っ掛かりについても対応可能となる。

この発明の一実施形態にかかるレーザ加工システムの機構部分の平面図に制御系のブロック図を加えた図である。同レーザ加工システムの機構部分の側面図である。同レーザ加工システムにおけるローダの動作のフローチャートである。製品板材の切抜き加工の順序を示す説明図である。製品板材の切抜き加工終了時の素材板材および製品板材の一状態を示す説明図である。製品板材の切抜き加工における板材吸着体の動作を示す説明図である。従来の素材板材から製品板材を切り抜く１例を示す図である。（Ａ）は切抜き加工終了時の状態を示す図、（Ｂ）は切抜き加工終了直前の状態を示す図である。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１および図２に示すように、このレーザ加工システムは、素材板材Ｗ１に対して切断等の加工を行うレーザ加工機１と、この板材加工機１から製品板材Ｗ２を搬出するローダ２と、これらレーザ加工機１およびローダ２を制御するシステム制御装置３とを備える。

レーザ加工機１は、レーザ発振器５と、このレーザ発振器５で発生させたレーザ光を下向きに照射するレーザヘッド６と、このレーザヘッド６の下方にあって素材板材Ｗ１を載せるテーブル７と、このテーブル７上で素材板材Ｗ１をレーザヘッド６に対して相対的に移動させる板材送り機構８とを備える。この実施形態では、レーザヘッド６はフレーム９に固定して設置され、板材送り機構８により素材板材Ｗ１を前後方向（Ｙ軸方向）および左右方向（Ｘ軸方向）に移動させる。

前記板材送り機構８は、例えば、フレーム９に対して前後方向に移動自在に設けられたキャリッジ１２と、このキャリッジ１２に左右方向に移動自在に設けられたクロススライド１３と、このクロススライド１３に取付けられ、素材板材Ｗ１の前端部を把持可能な複数のワークホルダ１４とを備える。

ローダ２は、製品板材Ｗ２を上面から吸着して保持する板材吸着体２０を有する。板材吸着体２０は、例えば、真空吸着パッドからなる複数の吸着パッド２１が前後左右方向に並べて配置され、これら吸着パッド２１により板材を吸着する構成である。吸着パッド２１はブロア等の負圧源（図示せず）に配管で接続されている。吸着パッド２１は、電磁石からなり磁力でワークを吸着する構成であってもよい。

板材吸着体２０は、移動機構２２により、左右方向（Ｘ軸方向）、前後方向（Ｙ軸方向）、および上下方向（Ｚ軸方向）にそれぞれ移動自在である。移動機構２２は、以下の構成である。すなわち、前後移動レール２３に沿って前後移動可能に、左右方向に延びる軌道２４が平行に設けられ、この軌道２４に沿って走行体２５が左右に走行可能に設けられている。走行体２５は昇降可能な昇降ロッド２６を備え、この昇降ロッド２６の下端に板材吸着体２０が取付けられている。

板材吸着体２０は、前後移動駆動源（図示せず）により軌道２４が前後移動用レール２３に沿って移動することで前後移動し、走行駆動源（図示せず）により走行体２５が軌道２４に沿って走行することで左右移動する。これらの動作を行わせる移動機構２２の部分が水平移動機構２２ａである。また、板材吸着体２０は、昇降駆動源（図示せず）により昇降ロッド２６が走行体２５に対し昇降することで上下移動する。この動作を行わせる移動機構２２の部分が昇降機構２２ｂである。

システム制御装置３は、レーザ加工機１を制御するレーザ加工機制御装置３１と、ローダ２を制御するローダ制御装置３２とを備える。
レーザ加工機制御装置３１は、コンピュータ式の数値制御装置およびプログラマブルコントローラ等からなり、加工プログラム３３を演算制御部３４で解読して実行することにより、レーザ加工機１を制御する。

ローダ制御装置３２は、コンピュータ式のプログラマブルコントローラ等からなり、搬出プログラム３５を演算制御部３６で解読して実行し、ローダ２の各駆動源に制御指令を与えることにより、ローダ２を制御する。搬出プログラム３５には、レーザ加工機１から搬出する製品板材ごとに、板材吸着体２０の吸着作動の命令、板材吸着体２０をＸＹＺ３軸方向に移動させる命令等が記述されている。

上記搬出プログラム３５を実行することで、ローダ２は、図３のフローチャートに示すように、吸着過程Ｓ２、昇降過程Ｓ３，Ｓ５、および初期水平移動過程Ｓ４を含む各過程の動作を行う。吸着過程Ｓ２では、テーブル７上の切り抜かれた製品板材Ｗ２を板材吸着体２０により吸着する。上昇過程Ｓ３，Ｓ５では、製品板材Ｗ２を吸着した板材吸着体２０を昇降機構２１ｂにより定められた高さまで上昇させる。定められた高さは、任意に定めればよい。初期水平移動過程Ｓ４では、上昇過程Ｓ３，Ｓ５による板材吸着体２０の上昇動作の初期段階で、水平移動機構２１ａにより板材吸着体２０を定められた距離だけ水平移動させる。この水平移動の方向は、製品板材Ｗ２の外周における素材板材Ｗ１と接触している箇所が素材板材から離れる方向である。定められた距離は、任意に定めればよい。図３のフローチャートは、上昇過程が第１段階Ｓ３と第２段階Ｓ５とに分れており、両段階の間に初期水平移動過程Ｓ４が実行される例を示している。上記吸着過程Ｓ２、昇降過程Ｓ３，Ｓ５、および初期水平移動過程Ｓ４の各動作を行うことで、素材板材Ｗ１から製品板材Ｗ２が取り上げられる。

このレーザ加工システムの具体的な動作を、素材板材Ｗ１から長方形の製品板材Ｗ２を切り抜く場合を例にとって説明する。
まず、レーザ加工機１の動作について説明する。長方形の角部である切断開始点Ａがレーザヘッド６（図１、図２）の直下に位置するように、板材送り機構８によりテーブル７上の素材板材Ｗ１の位置を定める。そして、レーザヘッド６からレーザビームＬを照射しながら、素材板材Ｗ１を一方向（例えば左方向）に送って、図４（Ａ）のように、製品板材Ｗ２の最初切抜き辺ａを切断する。なお、同図では切断代４１を誇張して図示してある。以下、図４（Ｂ）〜（Ｄ）のように、素材板材Ｗ１の送り方向を９０°ずつ変えて加工を行い、２番目の切抜き辺ｂ、３番目の切抜き辺ｃ、および最終切抜き辺ｄを順に切断する。これにより、素材板材Ｗ１から、長方形の製品板材Ｗ２が切り抜かれる。

このようにして製品板材Ｗ２を切り抜くと、背景技術の欄で説明した理由により、加工終了時、図４（Ｄ）に示すように、製品板材Ｗ２が切抜き穴４０の一方に偏る。実際には、加工時の熱の影響もあるが、ここでは熱の影響については考えないものとする。

また、素材板材Ｗ１のコーナー付近で製品板材Ｗ２を切り抜く場合や、先に別の製品板材が切り抜かれてできた切抜き穴に隣接して製品板材Ｗ２を切り抜く場合、図５のように、素材板材Ｗ１における幅の狭い桟状部分４３が熱等の影響で変形することにより、加工終了時に、製品板材Ｗ２の外周における最初切抜き辺ａと最終切抜き辺ｄに対する反対側の辺ｂとの交点Ｂ付近で、製品板材Ｗ２と素材板材Ｗ１とが接触した状態となる。

次に、ローダ２の動作について説明する（図３参照）。レーザ加工機１により素材板材Ｗ１から製品板材Ｗ２が切り抜かれると、板材吸着体２０がテーブル７上まで移動する（Ｓ１）。その後、吸着過程（Ｓ２）において、図６（Ａ）のように、テーブル７上の切り抜かれた製品板材Ｗ２を板材吸着体２０により吸着する。

次に、上昇過程の第１段階（Ｓ３）において、図６（Ｂ）のように、製品板材Ｗ２を吸着した板材吸着体２０を定められた高さまで上昇させる。この例では、定められた高さは、テーブル７の上面から素材板材Ｗ１の板厚ｔ以上の高さであって、素材板材Ｗ１の引っ掛かりによる持上がりが生じても素材板材Ｗ１の塑性変形が生じない高さであり、例えば３０ｍｍ程度である。製品板材Ｗ２の外周の一部が素材板材Ｗ１に引っ掛かっている場合、素材板材Ｗ１が持ち上げられることとなる。

次に、初期水平移動過程（Ｓ４）において、図６（Ｃ）のように、板材吸着体２０を定められた方向に定められた任意距離だけ水平移動させる。板材吸着体２０の水平移動の方向は、図４および図５において矢印４４で示す方向である。すなわち、製品板材Ｗ２の最終切抜き辺ｄにおける切断開始点Ａから離れ、かつ製品板材Ｗ２の最初切抜き辺ａにおける切断開始点Ａに近づく斜め方向である。この方向であると、図４のように、製品板材Ｗ２の最終切抜き辺ａが素材板材Ｗ１と接触している場合も、図５のように、製品板材Ｗ２の交点Ｂ付近が素材板材Ｗ１と接触している場合も、製品板材Ｗ２を水平移動させることで、素材板材Ｗ１と製品板材Ｗ２の引っ掛かりを外すことができる。なお、上昇過程の第１段階（Ｓ３）において、板材吸着体２０を素材板材Ｗ１の板厚ｔ以上上昇させてあるため、初期水平移動過程（Ｓ４）で板材吸着体２０を水平移動させる際に、板材吸着体２０に吸着された製品板材Ｗ２が素材板材Ｗ１に当ることを回避できる。

次に、上昇過程の第２段階（Ｓ５）において、図６（Ｄ）のように、板材吸着体２０を定められた最終上昇高さまで上昇させる。前記初期水平移動過程（Ｓ４）において、素材板材Ｗ１と製品板材Ｗ２の引っ掛かりが外されているため、素材板材Ｗ１を持ち上げずに、製品板材Ｗ２だけを持ち上げることができる。その後、取り上げた製品板材Ｗ２を吸着した板材吸着体２０を所定の搬出先まで移動させる（Ｓ６）。

この実施形態では、上昇過程が第１段階（Ｓ３）と第２段階（Ｓ５）とに分れており、両段階の間に初期水平移動過程（Ｓ４）が実行されるが、初期水平移動過程が終了してから上昇過程を実行するようにしてもよく、あるいは上昇過程における板材吸着体２０の上昇動作の初期段階で、板材吸着体２０の水平移動が同時に行われるようにしてもよい。これらの場合、初期水平移動過程において、製品板材Ｗ２の引っ掛かりを生じる辺ａと反対側の辺ｃが切抜き穴４１内で素材板材Ｗ１に当ることを回避するために、初期水平移動過程での板材吸着体２０の水平移動量を、少なくとも切断代４１の幅の２倍以下に制限する必要がある。

また、この実施形態では、レーザヘッド６は位置固定で、素材板材Ｗ１を前後方向（Ｙ軸方向）および左右方向（Ｘ軸方向）に移動させて加工を行うが、レーザヘッド６を前後方向および左右方向のいずれかに移動可能に設置してもよい。例えばレーザヘッド６が前後方向に移動可能である場合、レーザ加工機１は、レーザヘッド６の前後方向の移動と素材板材Ｗ１の左右方向の移動との組み合わせにより、素材板材Ｗ１を加工する。ローダ２は、初期水平移動過程において板材吸着体２０を左右方向に水平移動させて、素材板材Ｗ１を移動させることにより生じた素材板材Ｗ１と製品板材Ｗ２の引っ掛かりを外す。

さらに、この実施形態のローダ２は、レーザ加工機１から製品板材Ｗ２の搬出のみを行うものとしたが、ローダ２によりレーザ加工機１に素材板材Ｗ１を搬入も行なうようにしてもよい。

１…板材加工機
２…ローダ
５…テーブル
２０…板材吸着体
２２ａ…水平移動機構
２２ｂ…昇降機構
３２…ローダ制御装置
Ａ…切断開始点
Ｂ…交点
Ｗ１…素材板材
Ｗ２…製品板材
ａ…最終切抜き辺
ｄ…最終切抜き辺

Claims

テーブル上で素材板材に移動させながらレーザヘッドで前記素材板材から製品板材を切り抜くレーザ加工機と、このレーザ加工機から前記製品板材を搬出するローダと、このローダを制御するローダ制御装置とを備え、
前記ローダは、前記製品板材を上面から吸着する板材吸着体と、この板材吸着体を昇降させる昇降機構と、前記板材吸着体を前記テーブルの上面に沿って前後左右に移動させる水平移動機構とを備え、
前記ローダ制御装置の制御過程は、前記レーザ加工機により素材板材から製品板材が切り抜かれた後、この切り抜かれた製品板材を前記テーブル上で前記板材吸着体により吸着する吸着過程と、この製品板材を吸着した前記板材吸着体を前記昇降機構により定められた高さまで上昇させる上昇過程と、この上昇過程による前記板材吸着体の上昇動作の初期段階で、製品板材の外周における素材板材と接触している箇所が素材板材から離れる方向に、前記水平移動機構により前記板材吸着体を定められた距離だけ水平移動させる初期水平移動過程とを有する、
レーザ加工システム。
前記上昇過程は、前記テーブル上の製品板材を吸着した前記板材吸着体を少なくとも素材板材の板厚以上上昇させる第１段階と、この第１段階の上昇高さからさらに上昇させる第２段階とを含み、これら上昇過程の第１段階と第２段階との間に前記初期水平移動過程が実行される請求項１記載のレーザ加工システム。
前記製品板材が矩形状であって、製品板材の角部を切断開始点として製品板材の外周をレーザ切断加工し、切断開始点まで戻ることにより切り抜かれるものであり、前記初期水平移動過程における前記水平移動の方向が、製品板材の最終切抜き辺における前記切断開始点から離れ、かつ製品板材の最初切抜き辺における前記切断開始点に近づく斜め方向である請求項１または請求項２記載のレーザ加工システム。