JP2014512972A

JP2014512972A - 材料をレーザ切断するための装置およびコンピュータ読み取り可能な媒体

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Publication number: JP2014512972A
Application number: JP2014510274A
Authority: JP
Inventors: ニコラエビッチコルコフ，アレクセイ; オクチャブリエビッチナウモフ，ニコライ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2014-05-29
Also published as: BR112013029003A2; CN103687690A; EP2708309A2; RU2468903C1; WO2012154086A2; WO2012154086A3; CN103687690B; US20140083985A1; EP2708309A4

Abstract

この発明は、金属を含む材料のレーザ切断に関するものである。この発明の使用によって、１つの装置で２つ以上のレーザヘッドを独立して動作することが可能となるため、機能性を向上させることができる。装置は、支持部１、少なくとも１つの縦スライド２、少なくとも２つの横スライド３、少なくとも２つのレーザヘッド４および演算手段を備えている。各横スライド３は、縦スライドに設けられ、独立して垂直方向に移動することが可能であり、各レーザヘッド４は、横スライド３に設けられ、独立して水平方向および垂直方向に移動することが可能である。横スライドおよびレーザヘッドのドライバは、演算手段へ接続されている。演算手段は、これらのドライバのそれぞれを制御する、独立したプログラムのために構成されている。その結果、２つのレーザヘッドの場合、装置は、確実に、両レーザヘッドを６軸に制御することができる。

Description

発明の詳細な説明

［技術分野］
この発明は、金属を含む材料のレーザ切断に関する。そして、特に、材料をレーザ切断するための装置、およびその様な装置を制御するためのプログラムを有しているコンピュータ読み取り可能な媒体に関する。

［発明の背景］
現在、シート材料を含む材料のレーザ切断は、広く工業的に使用されている。その一方で、レーザ切断プロセスを速めるために、切断される材料の両側で、同調して移動する２つのレーザヘッドを有している装置が使用されている。その目的のために、ビームが各鏡によって分割される１つのレーザ源（例えば、米国特許６５７６８７０２００３年６月１０日公開を参照）、または２つに分離しているレーザ源（例えば、ロシア特許２１３９７８２１９９９年１０月２０日公開、米国特許６３１３４３３２００１年１１月６日公開、中国実用新案２６６１３５７２００４年１２月８日公開、中国実用新案２０１２５７８６２２００９年６月１７日公開、中国実用新案２０１３３８１６０および２０１３３８１６２２００９年１１月４日公開を参照）を使用することができる。その様な構造は、特に比較的厚い材料の場合において、切断速度を向上させることができる。しかし、この方法では、垂直方向におけるビームの正確な位置合わせ、および両レーザヘッドの動きの同調が必要となる。

また、２つのレーザビームが、レーザ切断プロセスを速めるため、または複雑な切断断面を形成するために、次々と移動する、材料をレーザ切断するための装置が知られている（米国特許出願２０１０／００４４３５３２０１０年２月２５日公開を参照）。また、両ヘッド間の距離を調整することができるように、同じ方向に、両ヘッドが同調して移動し、一度に２つの同じ細部（detail）を同時に製造することが可能な装置が知られている（中国特許出願１０１０３６９５９２００７年９月１９日公開を参照）。しかしながら、この場合、上記レーザヘッドに関する厳しい制約は、装置の機能を制限する。

［概要］
本発明の目的は、１つの装置で２つ以上のレーザヘッドを独立して操作することが可能となることによって、機能性を向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、材料をレーザ切断するための装置を提供する。上記装置は、支持部と、少なくとも１つの縦スライドと、少なくとも２つの横スライドと、少なくとも２つのレーザヘッドと、演算手段とを備え、上記縦スライドのそれぞれは、上記支持部に設けられ、上記横スライドのそれぞれは、上記縦スライドの少なくとも１つに設けられており、上記横スライドを縦方向に移動させるドライバのそれぞれによって、上記縦スライドに沿って独立して移動可能であり、上記レーザヘッドの少なくとも１つは、上記横スライドのそれぞれに設けられており、水平方向に移動させるドライバのそれぞれ、および垂直方向に移動させるドライバのそれぞれによって、上記横スライドに沿って独立して移動可能であり、レーザヘッドを水平方向に移動させる全てのドライバ、レーザヘッドを垂直方向に移動させる全てのドライバ、および横スライドを移動させる全てのドライバは、レーザヘッドを水平方向に移動させる上記ドライバ、レーザヘッドを垂直方向に移動させる上記ドライバ、および横スライドを移動させる上記ドライバのそれぞれを制御する独立したプログラムのために構成されている上記演算手段に接続されている。

本発明に係る上記装置の特徴は、横スライドを移動させる上記ドライバ、レーザヘッドを水平方向に移動させるドライバ、およびレーザヘッドを垂直方向に移動させるドライバのそれぞれは、上記スライドのそれぞれに沿って設けられている線形の電気モータの形状で、すなわち、上記スライドのそれぞれに沿って設けられている、のこぎり歯状の棒とのかみ合わせのために与えられている歯車を有している電気モータの形状で作られていてもよい。

本発明に係る上記装置の更なる特徴は、１つの縦スライド、および、それぞれが１つのレーザヘッドを有している２つの横スライドの場合、上記演算手段は、両レーザヘッドを６軸に制御するように構成されている。

同じ目的を達成するために、本発明の第２の態様は、上記装置の上記演算手段の動作に直接的に関与するように意図されているとともに、上記演算手段で実行するときに、レーザヘッドを水平方向に移動させる上記ドライバのそれぞれ、レーザヘッドを垂直方向に移動させる上記ドライバのそれぞれ、および横スライドを移動させる上記ドライバのそれぞれを、独立にかつ確実に制御するプログラムを含むコンピュータ読み取り可能な媒体を提供する。

この方法によって、上記装置が、１つの縦スライドと、それぞれが１つのレーザヘッドを有している２つの横スライドとを備えている場合に、上記プログラムは、上記演算手段で実行するときに、確実に、両レーザヘッドを６軸に制御することができる。

［図面の簡単な説明］
本発明は図面によって描かれており、当該図面では、同じ部材には、同じ部材番号が示されている。

図１は、本発明に従った、材料をレーザ切断するための装置の形態の斜視図を示している。

図２は、図１に記載されている上記装置の正面図を示している。

図３は、図１に記載されている上記装置の分離された各部材を示している。

［発明の詳細な説明］
本発明は、例えば、添付の図面に示されている、材料をレーザ切断するための装置の形状で実施することができる。

図１から明らかな様に、本実施形態に係る、材料をレーザ切断するための装置は、支持部１、支持部１に堅く設けられている縦スライド２を有している。なお、本発明に係る装置の実施形態は、上記図面に示されていることに限定されない。特に、例えば、互いに平行に設けられている２つの縦スライドがあってもよい。これらのスライドに対する名称は、たいていの場合、細長い形状を有している支持部１に沿って、それらが延伸していることを強調するように選ばれる。

図１から図３に示している様に、横スライド３は縦スライド２に設けられている。上記図面は、２つの横スライド３を示しているが、それ以外の個数であってもよい。例えば、３つの横スライド３は、１つの縦スライド２に設けられてもよい。横スライド３のそれぞれは、縦スライド２のそれぞれに設けられており、縦スライド２に沿って独立して移動することが可能である。その様な動きは、横スライドを縦方向に移動させる各ドライバによって達成される（図示せず）。また、各ドライバは、既知のあらゆる方法でも動作させることができる。例えば、横スライドを縦方向に移動させるこのドライバは、その出力シャフトに固定された歯車を有している、一般的な電気モータであってもよい。この場合、対となるのこぎり歯状の棒は、各縦スライド２に沿って固定され、上記歯車は、当該のこぎり歯状の棒とのかみ合わせのために与えられている。その他の場合、横スライドを縦方向に移動させるドライバは、各縦スライド２に沿って設けられた線形の電気モータとすることができる。

上記図面では、両横スライド３は、横スライドを縦方向に移動させる各ドライバが、縦スライド２の底側から配置されているとみなされるように設けられている（図３ｂ参照）。しかしながら、これは必要条件ではない。例えば、横スライド３が、縦スライド２を留めている留金で作られている場合には、横スライドを縦方向に移動させるドライバを、縦スライド２の上側から配置することができる。具体的な縦スライド２の懸架装置の実施例および横スライドを縦方向へ移動させるドライバの配置は、上記装置の設計特性、その有用性等によってだけでなく、位置によっても定義される。

上記図面から分かる様に、各横スライド３は、レーザヘッド４を有している。レーザヘッド４は、横スライド３に沿って独立して移動することが出来る様に設けられている。その様な動きは、水平方向に移動させるための各ドライバ、および垂直方向に移動させるための各ドライバによって達成される（図示せず）。各ドライバは、既知のあらゆる方法で行われてもよい。例えば、横スライドを縦方向へ移動させる上記ドライバと同様の方法で行われてもよい。横スライド３に沿って、レーザヘッド４の水平移動が可能であることはまさに、その様な動きが縦スライド２の横方向で起こるため、横スライド３に対する名前の選択を明示したものである。

なお、２つ以上のレーザヘッド４は、１つの横スライド３に設けられていてもよく、各レーザヘッド４は、水平方向に移動させるための各ドライバ、および垂直方向に移動させるための各ドライバを有していてもよい。例えば、２つのレーザヘッド４を、１つの横スライド３の反対側へ配置することができる。

図２から分かる様に、横スライド３は、対応するレーザヘッド４が、縦方向における最大間隔Ｌ内に配置される様に、互いをその様な位置に位置づけてもよい。一般に、シート材料を切断する装置におけるその距離Ｌは、切断される材料であるシート５の縦方向の大きさと一致する（または、シート５の縦方向の大きさをほんのわずかに超えていてもよい）。

本発明に係る装置の他の要素は、図面が黒ずみ見えにくくならないように、かつ説明が複雑にならないように、図示されていない。もちろん、本発明に係る装置は、例えば、図１に示されているシート材料５など、材料の切断を行うために必要な部品を全て備えている。示されていないその様な部品の全ては、例えばロシア実用新案８６１２９（２００９年８月２７日公開）に従って機能してもよい。特に、レーザヘッド４は、ロシア特許２２６６８０２（２００６年１２月２７日公開）に開示されているレーザヘッドと同じであってもよい。

各横スライド３に沿ってそれぞれが移動する、いくつかの（少なくとも２つの）レーザヘッド４を使用することで、切断プロセスを速めるだけでなく、１つのシート５またはいくつかのシートから、いくつかの様々な細部または穴を、同時にかつ確実に切断することを可能とする。そのような可能性を実現するために、各レーザヘッドは、自身の軌道に沿って（３次元で）移動しなければならない。これらの動きは、水平方向および垂直方向に移動させるための自身のドライバと、各横スライド３の横スライドを縦方向に移動させるためのドライバとの両方によって供給される。これらのドライバは、例えば、数値制御装置またはプログラマブル制御器、プロセッサ、コンピュータ等の各演算手段（図示せず）を使用して制御される。この方法によって、各レーザヘッド４に対してレーザヘッドを水平方向に移動させる全てのドライバ、各レーザヘッド４に対してレーザヘッドを垂直方向に移動させる全てのドライバ、および各横スライド３に対して横スライドを縦方向に移動させる全てのドライバが、上記演算手段に接続されている。上記演算手段は、レーザヘッドを水平方向に移動させるドライバ、レーザヘッドを垂直方向に移動させるドライバ、および、いくつか（少なくとも２つ）の別々の切断を同時に行うために、横スライドを移動させるドライバのそれぞれを制御する、独立したプログラムのために構成されている。

特に、上記装置が、１つの縦スライドと、１つのレーザヘッドをそれぞれ有している２つの横スライドとを備えている場合、上記に記載されているプログラムは、上記演算手段で実行されるときに、確実に、両レーザヘッドを６軸に制御することができる、すなわち各レーザヘッド４を３軸に制御することができる。

そのような演算手段を実行（プログラミング）するために、コンピュータ読み取り可能な媒体が使用されてもよい。そのコンピュータ読み取り可能な媒体は、その演算手段の動作に直接的に関与するように意図されているとともに、上記演算手段で実行するときに、上記各ドライバを、独立にかつ確実に制御するプログラムを含んでいる。この目的のために使用される上記プログラムの具体的な形式は、要求される切断の軌道、および利用されるプログラム言語の両方によって定義される。

その様な問題を解決するデバイスを制御するプログラムは、例えば前述のロシア実用新案８６１２９で知られている。しかしながら、レーザ切断のための、既知の装置だけでなく、既知の制御構成の全ては、１つの細部または１つの穴のみを切断するように意図されている。一方、本発明に係る装置は、同じ装置上で互いに独立した２つ以上のレーザヘッドを動作させることができる。このことは、処理速度を鋭く増加させる、および／または、様々な形状の細部（穴）を獲得することが出来、上記装置の機能を向上させることができる。

本発明に係る装置の動作は、上記説明から明白である。材料シート５は、支持部１の上に載置されている。各プログラムは、上記演算手段に組み込まれている。この演算手段のプログラムでは、加工処理中に移動するときに、横スライド３およびレーザヘッド４が一度も衝突しないように、要求される全ラインの切断が考慮される。横スライドを縦方向に移動させるドライバ、およびレーザヘッドを水平方向に移動させるドライバによって、シート５の面に平行な（すなわち、２次元での）動きが実行される。

例えば、シート５から、小さい窓を有するドアを切断することが必要であれば、切断プロセスを制御するプログラムが作成されてもよい。そのプログラムでは、最初に、１つのレーザヘッド４．１（すなわち、図１および２の左側）がドアの上端部を切断し、続いて側端部の１つを切断し始める。そのときに、第２レーザヘッド４．２（図１および２の右側）が、まず、その上端部から始まる小さい窓を切断し、当該小さい窓の切断が完了した時点で、第２（右側の）レーザヘッド４．２は、側端部（第１レーザヘッド４．１によって既に切断されている側端部ではない側端部）を、そのほぼ中央の位置から切断し始め、続いてドアの下端部を切断し始める。その時点で、第１レーザヘッド４．１は、その側端部の切断を停止し、第２（右側の）レーザヘッド４．２が上記切断を始めた位置であるもう一方の端部へ移動し、ドアの上端部が切断されたまさにその方向に、その側端部全体を切断する。第２レーザヘッド４．２は、ドアの下端部の切断が完了した時点で、続いて第１レーザヘッド４．１の動きによって依然として切断されていない側端部を切断し始め、その側端部の切断を完了する。その結果、両方の横スライド３は上記動作中に衝突せず、１つのレーザヘッドを備えている従来の装置での切断時には、ある位置の切断から別の位置の切断へとレーザヘッドを移動させるために休止時間が要求されることを考慮すると、２倍以上短くなる。本発明に係る装置では、対応するレーザヘッド４を備える１つの横スライド３が移動する時に、別のレーザヘッド４は継続してシート５を切断することができる。

もちろん、上記材料を貫通しないように切断することが必要である場合には、全てのレーザヘッド４は、レーザヘッドを垂直方向に移動させる各ドライバを用いて、垂直方向に（すなわち、３次元に）移動することができる。

この様に、上記に示されている実施形態は、２つのレーザヘッドの６軸制御を同時に行い、切断プロセスの速度だけでなく、装置の機能性も確実に向上させている。

既に記載されている様に、図面と共に上記に記載されている説明は、上記開示されている実施形態によって、本発明を限定することを意図しているものではない。本発明の範囲は、独立請求項に含まれる同等の特徴を考慮に入れた添付の特許請求の範囲によって定義される。

本発明に従った、材料をレーザ切断するための装置の形態の斜視図を示している。図１に記載されている上記装置の正面図を示している。図１に記載されている上記装置の分離された各部材を示している。

Claims

材料をレーザ切断するための装置であって、
支持部と、
少なくとも１つの縦スライドと、
少なくとも２つの横スライドと、
少なくとも２つのレーザヘッドと、
演算手段と、を備え、
上記縦スライドのそれぞれは、上記支持部に設けられ、
上記横スライドのそれぞれは、上記縦スライドの少なくとも１つに設けられており、上記横スライドを縦方向に移動させるドライバのそれぞれによって、上記縦スライドに沿って独立して移動可能であり、
上記レーザヘッドの少なくとも１つは、上記横スライドのそれぞれに設けられており、水平方向に移動させるドライバのそれぞれ、および垂直方向に移動させるドライバのそれぞれによって、上記横スライドに沿って独立して移動可能であり、
レーザヘッドを水平方向に移動させる全てのドライバ、レーザヘッドを垂直方向に移動させる全てのドライバ、および横スライドを移動させる全てのドライバは、レーザヘッドを水平方向に移動させる上記ドライバ、レーザヘッドを垂直方向に移動させる上記ドライバ、および横スライドを移動させる上記ドライバのそれぞれを制御する独立したプログラムのために構成されている上記演算手段に接続されていることを特徴とする装置。
横スライドを移動させる上記ドライバ、レーザヘッドを水平方向に移動させる上記ドライバ、およびレーザヘッドを垂直方向に移動させる上記ドライバのそれぞれは、上記スライドのそれぞれに沿って設けられている線形の電気モータの形状で作られていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
横スライドを移動させる上記ドライバ、レーザヘッドを水平方向に移動させる上記ドライバ、およびレーザヘッドを垂直方向に移動させる上記ドライバのそれぞれは、上記スライドのそれぞれに沿って設けられている、のこぎり歯状の棒とのかみ合わせのために与えられている歯車を有している電気モータの形状で作られていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
１つの縦スライド、および、それぞれが１つのレーザヘッドを有している２つの横スライドの場合、上記演算手段は、両レーザヘッドを６軸に制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
請求項１に記載の装置の上記演算手段の動作に直接的に関与するように意図されているとともに、上記演算手段で実行するときに、レーザヘッドを水平方向に移動させる上記ドライバのそれぞれ、レーザヘッドを垂直方向に移動させる上記ドライバのそれぞれ、および横スライドを移動させる上記ドライバのそれぞれを、独立にかつ確実に制御するプログラムを含むことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な媒体。
請求項４に記載の上記装置を実行する場合、上記プログラムは、上記演算手段で実行するときに、確実に、両レーザヘッドを６軸に制御することを特徴とする請求項５に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。