JP2016034660A - レーザ加工システムにおける自動プログラミング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サポートチャックにおける被加工部材の部品との干渉を検出し、その干渉による問題を回避する。
【解決手段】チャックにより把持された被加工部材をレーザヘッドによって切断加工を行うレーザ加工機を有するレーザ加工システムにおいて、被加工部材の切断加工を行って部品を得る場合の加工プログラムをレーザ加工機に対して作成するにあたり、読み込まれた被加工部材のデータおよび部品のデータを用いて、チャックのローラーが部品の穴やノッチに干渉するか否かを判定し、チャックのローラーが部品の穴やノッチに干渉する場合、警告表示をする。
【選択図】図４

Description

本発明は、メインチャックおよびサポートチャックを有するレーザ加工機によって被加工部材のレーザ加工を行うレーザ加工システムに関し、特に、サポートチャックにおける被加工部材の部品との干渉を検出し、その干渉による問題を回避することができる自動プログラミング装置に関する。

図１６は、一般的なレーザ加工機の構成図である。

図１６に示すように、レーザ加工機１は、メインチャック３により被加工部材５を把持すると共にサポートチャック７によって支持し、被加工部材５にレーザヘッド９より所定の手順でレーザを照射し、被加工部材５を切断加工して部品１１を作成するようになっている。なお、このようなレーザ加工機１は、自動プログラミング装置により作成されたプログラムをＮＣ装置を介して変換したドライブ信号に基づいて動作するようになっている。

レーザ加工機１において、サポートチャック７は、図１７に示すように、左右２つのローラー１３ａ、１３ｂおよび上下２つのローラー１５ａ、１５ｂによって、被加工部材５を挟み込むようにして把持するようになっている。

図１７（ａ）は、被加工部材５が丸パイプの場合の概略を示し、図１７（ｂ）は、被加工部材５が角パイプの場合の概略を示し、図１７（ｃ）は、被加工部材５が山形鋼の場合の概略を示し、図１７（ｄ）は、被加工部材５が溝形鋼の場合の概略を示している。
図１７の矢印に示すように、パイプや鋼材の被加工部材５のレーザ加工において、被加工部材５を保持するローラー１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂが被加工部材５上を移動するようになっている。

特開２０１２−９１１８０号公報

しかしながら、ローラー１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂが被加工部材５上を移動するときに、被加工部材５上には、既に加工によって形成した部品の穴やノッチの開口部ができていることがあり、更に穴やノッチの形状によっては、被加工部材５の端部を貫通する開口部ができている場合がある。

ローラー１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂが、被加工部材５の端部を貫通する開口部上を移動するときに、開口部の大きさによってはローラー１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂが開口部に入った後、干渉して出られず、加工が継続できなくなる問題があった。

すなわち、図１８の表に示すように、被加工部材５の形状や、部品の穴やノッチの種類によって、被加工部材５の端部を貫通する開口部が形成される。図１８は、被加工部材５の形状や部品の穴やノッチの種類によって、被加工部材５の端部を貫通する開口部が形成される状態を示す表である。

図１８に示すＢ-０２およびＢ-０６の場合の被加工部材５の状態を示すと、図１９のようになる。

図１９（ａ）に示すように、被加工部材５の部品１１の上面側に、部品１１の端部を貫通する開口部１１ｈが形成され、図１９（ｂ）に示すように、被加工部材５の部品１１の正面および背面側に、部品１１の端部を貫通する開口部１１ｈが形成される。

図１９（ａ）に示す被加工部材５の部品１１の上面側に開口部１１ｈが形成された場合において、ローラー１５ａが、部品１１の開口部１１ｈに干渉して出られず、加工が継続できなくなる状態を、図２０に示す。

本発明は上述の問題を解決するためのものであり、請求項１に係る発明は、チャックにより把持された被加工部材をレーザヘッドより照射されたレーザによって切断加工を行うレーザ加工機を有する加工システムにおいて、前記レーザ加工機によって前記被加工部材の切断加工を行って部品を得る場合の加工プログラムを作成する自動プログラミング装置であって、
前記被加工部材のデータおよび前記部品のデータを入力するための入力手段と、
（Ａ）前記被加工部材のデータおよび前記部品のデータを読み込む工程と、
（Ｂ）前記工程（Ａ）において読み込まれた前記被加工部材のデータおよび前記部品のデータを用いて、前記チャックが前記部品の所定部分に干渉するか否かを判定する工程と、
（Ｃ）前記工程（Ｂ）において前記チャックが前記部品の所定部分に干渉すると判定された場合、警告表示をする工程と、を制御する制御手段と、を有する自動プログラミング装置である。

請求項２に係る発明は、前記制御手段が、さらに、前記工程（Ｃ）において前記警告表示がなされた場合、前記干渉の回避処理を行う工程（Ｄ）を制御することを特徴とする請求項１に記載の自動プログラミング装置である。

請求項３に係る発明は、前記工程（Ｂ）が、前記干渉の対象となる部品が有るか否かを判定する工程（Ｂ１）と、前記干渉の対象となる部品が有ると判定された場合、その部品の干渉チェック範囲内に、前記所定部分が有るか否かを判定する工程（Ｂ２）と、前記所定部分が有ると判定された場合、その所定部分を、前記チャックのローラーが乗り越えられるか否かを判定する工程（Ｂ３）と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の自動プログラミング装置である。

請求項４に係る発明は、前記チャックが、前記レーザヘッドに対して着脱自在のサポートチャックよりなり、前記部品の所定部分が、穴またはノッチからなり、前記干渉チェック範囲が、前記レーザヘッドと前記サポートチャックとが連結した状態で加工が行える第１の領域と前記レーザヘッドと前記サポートチャックとを切り離した状態で加工が行える第２の領域との境界から、前記レーザヘッドと前記サポートチャックとを切り離す位置までの範囲であることを特徴とする請求項３に記載の自動プログラミング装置である。

請求項５に係る発明は、前記工程（Ｄ）が、前記警告表示がなされた所定部分にジョイントを形成する処理であることを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の自動プログラミング装置である。

請求項６に係る発明は、前記工程（Ｄ）が、前記部品の所定部分を反転させて設置することを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の自動プログラミング装置である。

本発明によれば、実際の加工におけるチャックと部品との干渉を検知するので、干渉による加工の継続不可を回避することができるようになる。

本発明を実施したレーザ加工システムの概略を示す説明図である。 図１に示した自動プログラミング装置の概略構成図である。 メインチャックおよびサポートチャックによって保持された被加工部材５の加工可能領域の説明図である。 自動プログラミング装置の動作を示すフローチャートである。 サポートチャックにおける被加工部材の部品との干渉を検出する処理の説明図である。 サポートチャックにおける被加工部材の部品との干渉を検出する処理の説明図である。 図４における干渉チェック処理の動作を示すフローチャートである。 サポートチャックにおける被加工部材の部品との干渉を検出する処理の説明図である。 被加工部材の部品における干渉チェック範囲の説明図である。 サポートチャックにおける被加工部材の部品との干渉を検出する処理の説明図である。 図７における所定個所に対する干渉チェック処理の動作を示すフローチャートである。 サポートチャックにおける被加工部材の部品との干渉を検出する処理の説明図である。 サポートチャックにおける被加工部材の部品との干渉を検出する処理の説明図である。 サポートチャックにおける被加工部材の部品との干渉による問題を回避する処理の説明図である。 サポートチャックにおける被加工部材の部品との干渉による問題を回避する処理の説明図である。 一般的なレーザ加工機の構成図である。 サポートチャックのローラーによって各種の被加工部材を挟み込むようにして把持する状態を示す説明図である。 被加工部材の形状や穴やノッチの種類によって、被加工部材の端部を貫通する開口部が形成される状態を示す表である。 図１８に示すＢ-０２およびＢ-０６の場合の被加工部材の状態を示す図である。 ローラーが被加工部材の部品の開口部に干渉して出られずに加工が継続できなくなる状態を示す説明図である。

図１は、本発明を実施したレーザ加工システムの概略を示す説明図である。

図１に示すように、レーザ加工システム１０は、データベース（記憶手段）１４内のデータ等を用いレーザ加工機１の加工プログラムを作成する自動プログラミング装置１６を有している。

そして、その自動プログラミング装置１６により作成された所定の加工プログラムによるＮＣデータがＮＣ装置１７によりドライブデータに変換されてレーザ加工機１へ送られ、そのドライブデータに従ってレーザ加工機１の制御装置により各所の制御が行われ、被加工部材のレーザ加工が行われる。

図２は、図１に示した自動プログラミング装置１６の概略構成を示すブロック図である。

図２に示すように、自動プログラミング装置１６は、コンピュータからなり、ＲＯＭ１９およびＲＡＭ２１が接続されたＣＰＵ（制御手段）２３を有しており、ＣＰＵ２３には、さらに、キーボードのような入力装置２５とデイスプレイのような表示装置２７が接続されている。また、ＣＰＵ２３に、データベース１４が接続されるようになっている。

そして、自動プログラミング装置１６では、ＣＰＵ２３が、入力装置２５よりのオペレータからの指示に従い、データベース１４内の部品形状データおよび被加工部材のデータをＲＡＭ２１に読み込むと共に、ＲＯＭ１９よりのコンピュータプログラムに従って、後述するようなレーザ加工機１の加工プログラムを作成するようになっている。

次に、図１に示したレーザ加工機１における加工動作および構成について簡単に説明する。

図１に示すように、レーザ加工機１は、メインチャック３により被加工部材５を把持すると共にサポートチャック７によって支持し、被加工部材５にレーザヘッド９より所定の手順でレーザを照射し、被加工部材５を切断加工して部品１１を作成するようになっている。なお、このようなレーザ加工機１は、自動プログラミング装置により作成されたプログラムをＮＣ装置によって変換したドライブ信号に基づいて動作するようになっている。
レーザ加工機１において、サポートチャック７は、図１７に示すように、左右２つのローラー１３ａ、１３ｂおよび上下２つのローラー１５ａ、１５ｂによって、被加工部材５を挟み込むようにして把持するようになっている。

なお、ローラー１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂを有するサポートチャック７の構成については、先行技術文献に記載されているので省略する。

次に、レーザ加工機１においてメインチャック３およびサポートチャック７によって保持された被加工部材５の加工可能領域について説明する。

図３は、メインチャック３およびサポートチャック７によって保持された被加工部材５の加工可能領域の説明図である。

図３に示すように、被加工部材５は、レーザヘッド９とサポートチャック７とが連結した状態で加工ができる領域１と、レーザヘッド９とサポートチャック７とを切り離した状態で加工ができる領域２と、加工ができないデッドゾーンである領域３とからなっている。

図３（ａ）は、レーザヘッド９とサポートチャック７とが連結した状態を示し、この状態では、領域１が加工できるようになっており、図３（ｂ）は、レーザヘッド９とサポートチャック７とが切り離された状態を示し、この状態では、領域２が加工できるようになっている。

図３（ｂ）に示す状態へは、まず、レーザヘッド９とサポートチャック７とが連結した状態でレーザヘッド９とサポートチャック７とを切り離す位置Ａまで移動させ、レーザヘッド９とサポートチャック７とを切り離し、レーザヘッド９だけがメインチャック３側へ移動されると達成される。

次に、図４〜１５を参照して、図１および図２に示した自動プログラミング装置１６の加工プログラム作成動作について説明する。

図４は、自動プログラミング装置の動作を示すフローチャートであり、図５〜６、図８〜１０、図１２、１３は、自動プログラミング装置１６によるプログラム作成動作において、サポートチャックにおける被加工部材の部品との干渉を検出する処理の説明図であり、図１４、１５は、サポートチャックにおける被加工部材の部品との干渉による問題を回避する処理の説明図であり、図７は、図４における干渉チェック処理の動作を示すフローチャートであり、図１１は、図７における所定個所に対する干渉チェック処理の動作を示すフローチャートである。

図４のステップ１０１において、入力装置２５を介して前もって読み込まれた部品データおよび被加工部材のデータに基づいて、部品が、被加工部材に配置される。

図５に示すように、自動プログラミング装置１６の入力装置２５よりのオペレータからの指示に従い、被加工部材５に部品１１が配置される。

例えば、図６に示すように、被加工部材５に第１の部品１１ａおよび第２の部品１１ｂが配置される。

次に、ステップ１０３において、オペレータにより自動処理が入力され実行される。
図５に示すように、オペレータにより入力装置２５の自動処理ボタン２５ａが押され、加工プログラムの自動生成が行われる。

次に、ステップ１０５において、サポートチャックにおける被加工部材の部品との干渉チェック処理が行われる。

この干渉チェック処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。

まず、図７のステップ２０１において、干渉チェックの対象となる部品（Parts-X）が求められ、ステップ２０３において、Parts-Xが有るか否かが判定される。
干渉チェックの対象となる部品（Parts-X）の具体例として、図８に示す例をあげて説明する。

図８（ａ）に示すように、被加工部材５において領域２に隣接する領域１の部分に部品１１ｂを形成しようとする場合、部品１１ｂの左側の外形１１ｂ１を切断し、図８（ｂ）に示すように、部品１１ｂの穴１１ｈを形成する。そして、図８（ｃ）に示すように、部品１１ｂの右側の外形１１ｂ２を切断するため、レーザヘッド９とサポートチャック７とが、切り離す位置Ａまで移動されるが、この移動途中で、サポートチャック７のローラー１５ａが、部品１１ｂの穴１１ｈに入って干渉する可能性がある。

従って、この具体例の場合、部品１１ｂが、干渉チェックの対象となる部品（Parts-X）と判定される。実際に、サポートチャック７のローラー１５ａが、部品１１ｂの穴１１ｈに入って干渉する場合は、加工の継続が不可能となる。

ちなみに、干渉が発生しない場合は、図８（ｄ）に示すように、レーザヘッド９とサポートチャック７とが、切り離す位置Ａまで移動され、その位置Ａでレーザヘッド９とサポートチャック７とが切り離され、レーザヘッド９が部品１１ｂの右側の外形１１ｂ２まで移動され、部品１１ｂの右側の外形１１ｂが切断される。

次に、ステップ２０３において干渉チェックの対象となる部品（Parts-X、１１ｂ）が有ると判定された場合、ステップ２０５において、部品１１ｂの干渉チェック範囲内にある全ての穴またはノッチ（Hole-X、Notch-X）が求められ、ステップ２０７において、Hole-X、Notch-Xが有るか否かが判定される。

干渉チェック範囲とは、図９に示すように、領域１（レーザヘッド９とサポートチャック７とが連結した状態で加工が行える領域）と領域２（レーザヘッド９とサポートチャック７とを切り離した状態で加工が行える領域）との境界から、レーザヘッド９とサポートチャック７とを切り離す位置Ａまでの範囲である。

部品１１ｂの干渉チェック範囲内にある全ての穴またはノッチ（Hole-X、Notch-X）の具体例として、図１０を参照して説明する。

図１０（ａ）に示すように、部品１１ｃに複数の穴またはノッチが設けられているが、その内、干渉チェック範囲内にある穴またはノッチとしては、穴１１ｈ１、１１ｈ２、１１ｈ３があげられる。

次に、ステップ２０７においてHole-X、Notch-Xが有るかと判定された場合、ステップ２０９において、Hole-X、Notch-Xの中から、正面方向または上面方向から材料端を貫通する開口部を持つ穴またはノッチ（Hole-Y、Notch-Y）が求められ、ステップ２１１において、Hole-Y、Notch-Yが有るか否かが判定される。

具体例としては、図１０（ａ）に示す干渉チェック範囲内にある穴１１ｈ１、１１ｈ２、１１ｈ３の内では、正面方向または上面方向から材料端を貫通する開口部を持つものは、図１０（ｂ）に示すように、穴１１ｈ１、１１ｈ２となる。

次に、ステップ２１１においてHole-Y、Notch-Yが有ると判定された場合、ステップ２１３において、Hole-Y、Notch-Yに対する干渉チェックが行われる。

上記ステップ２１３におけるHole-Y、Notch-Yに対する干渉チェック処理の詳細について、図１１のフローチャートを参照して説明する。

図１１のステップ３０１において、サポートチャックのローラーが、部品の穴の開口部に入っても乗り越えられる幅が、所定の値ＣＷと設定され、サポートチャックのローラーが、部品の穴の開口部に入っても乗り越えられる高さが、所定の値ＣＨと設定される。

具体例としては、図１２（ａ）に示すように、部品１１ｂの穴１１ｈの開口部の幅をＷとし、部品１１ｂの穴１１ｈの開口部の高さをＨとした場合、図１２（ｂ）に示すように、サポートチャック７のローラー１５ａが、部品１１ｂの穴１１ｈの開口部に入っても乗り越えられる幅ＣＷが設定され、サポートチャック７のローラー１５ａが、部品１１ｂの穴１１ｈの開口部に入っても乗り越えられる高さＣＨが設定される。

次に、ステップ３０３において、Hole-Y、Notch-Yの数がＮと設定され、ステップ３０５において、ｉ＝１と設定される。

次に、ステップ３０７において、部品の穴にジョイントが設定されているか否かが判定される。

ここで、部品１１ｂの穴１１ｈにジョイントが設定されている場合は、部品１１ｂの穴１１ｈに開口部が形成されないので、サポートチャック７のローラー１５ａは、穴１１ｈに干渉しないことになる（ステップ３１５）。

ステップ３０７において部品の穴にジョイントが設定されていない場合、ステップ３０９において、対象となる部品の穴の開口部のバウンディングボックスの幅がＷとされ、高さがＨとされる。

具体例としては、図１２（ａ）に示すように、部品１１ｂの穴１１ｈの開口部の幅をＷとし、部品１１ｂの穴１１ｈの開口部の高さをＨとする。

次に、ステップ３１１において、対象となる部品の穴のバウンディングボックスの幅Ｗと高さＨと、部品の穴の開口部に入っても乗り越えられる幅ＣＷおよび高さＣＨとが比較され、Ｗ＞ＣＷかつＨ＞ＣＨが成り立つか否かが判定される。

ステップ３１１においてＷ＞ＣＷかつＨ＞ＣＨが成り立つ場合、ステップ３１３において、サポートチャックのローラーが、部品の穴の開口部に干渉すると判定される。

具体例としては、図１２（ｃ）に示すように、Ｗ＞ＣＷかつＨ＞ＣＨの場合、サポートチャック７のローラー１５ａは、穴１１ｈに入った後、干渉により穴１１ｈを乗り越えられない状態となる。

ステップ３１１においてＷ＞ＣＷかつＨ＞ＣＨが成り立たない場合、ステップ３１５において、サポートチャックのローラーが、部品の穴の開口部に干渉しないと判定される。

具体例としては、図１２（ｄ）に示すように、Ｗ＞ＣＷかつＨ＜＝ＣＨの場合、サポートチャック７のローラー１５ａは、穴１１ｈに入った後、穴１１ｈを乗り越えられる状態となり、図１２（ｅ）に示すように、Ｗ＜＝ＣＷかつＨ＞ＣＨの場合、サポートチャック７のローラー１５ａは、穴１１ｈに入らず、穴１１ｈを乗り越えられる状態となる。図１３は、角パイプの部品１１ｂの３面に股がる穴１１ｈで、正面側と背面側の幅Ｗ１、Ｗ２が異なる例を示しており、図１２に示した場合と同様な干渉チェックが行われる。
ステップ３１７において、ｉ＝ｉ＋１とされ、ステップ３１９において、ｉ＞Ｎか否かが判定され、ｉ＞Ｎでない場合は、ステップ３０７に戻り、ｉ＞Ｎの場合は、干渉チェック処理を終了する。

図１１に示すHole-Y、Notch-Yに対する干渉チェックが終わると、図７のフローチャートへ戻り、ステップ２１５において、干渉が有る否かが判定され、干渉が有る場合、ステップ２１７において、干渉する穴やノッチHole-Y、Notch-Yにワーニング表示（警告表示）がなされる。

具体例としては、図１４（ａ）に示すように、自動プログラミング装置１６の表示装置２７上に表示された画像における干渉チェック範囲内の穴１１ｈ３の上に、干渉を示すマークＣが表示される。

なお、干渉を示す方法としては、マークＣ以外にも、穴１１ｈ３の表示色を変えたりしても良い。

図７に示す干渉チェック処理が終わると、図４のフローチャートへ戻り、ステップ１０７において、ワーニング表示が有るか否かが判定され、ワーニング表示が有る場合は、ステップ１０９において、干渉回避処理が行われる。

具体例としては、図１４（ｂ）に示すように、干渉を示すマークＣが表示された穴１１ｈ３となる部分にジョイントＤを設けるようにする。

このようにすれば、ジョイントＤにより、穴１１ｈ３が形成されることが無くなるので、干渉回避となる。

他の干渉回避処理としては、図１５（ａ）に示すように、表示装置２７上に表示された画像における干渉チェック範囲内の穴１１ｈ３の上に干渉を示すマークＣが表示されている場合、図１５（ｂ）に示すように、部品１１ｅを反転させて設置するように設定変更する。

このようにすれば、穴１１ｈ３が干渉チェック範囲外となるので、干渉回避となる。
このように、本実施形態によれば、サポートチャックのローラーが、部品の穴の開口部に干渉するか否かを、加工プログラムの作成段階でチェックし、干渉する場合、ワーニング表示を行うと共に、干渉回避処理も行うので、実際の加工の継続不可を回避することができる。

この発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。

１…レーザ加工機
３…メインチャック
５…被加工部材
７…サポートチャック
９…レーザ加工ヘッド
１０…レーザ加工システム
１１…部品
１３、１５…ローラー
１４…データベース
１６…自動プログラミング装置
１７…ＮＣ装置
１９…ＲＯＭ
２１…ＲＡＭ
２３…ＣＰＵ
２５…入力装置
２７…表示装置

Claims (6)

1. チャックにより把持された被加工部材をレーザヘッドより照射されたレーザによって切断加工を行うレーザ加工機を有する加工システムにおいて、前記レーザ加工機によって前記被加工部材の切断加工を行って部品を得る場合の加工プログラムを作成する自動プログラミング装置であって、
   前記被加工部材のデータおよび前記部品のデータを入力するための入力手段と、
   （Ａ）前記被加工部材のデータおよび前記部品のデータを読み込む工程と、
   （Ｂ）前記工程（Ａ）において読み込まれた前記被加工部材のデータおよび前記部品のデータを用いて、前記チャックが前記部品の所定部分に干渉するか否かを判定する工程と、
   （Ｃ）前記工程（Ｂ）において前記チャックが前記部品の所定部分に干渉すると判定された場合、警告表示をする工程と、を制御する制御手段と、を有する自動プログラミング装置。
2. 前記制御手段が、さらに、前記工程（Ｃ）において前記警告表示がなされた場合、前記干渉の回避処理を行う工程（Ｄ）を制御することを特徴とする請求項１に記載の自動プログラミング装置。
3. 前記工程（Ｂ）が、前記干渉の対象となる部品が有るか否かを判定する工程（Ｂ１）と、前記干渉の対象となる部品が有ると判定された場合、その部品の干渉チェック範囲内に、前記所定部分が有るか否かを判定する工程（Ｂ２）と、前記所定部分が有ると判定された場合、その所定部分を、前記チャックのローラーが乗り越えられるか否かを判定する工程（Ｂ３）と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の自動プログラミング装置。
4. 前記チャックが、前記レーザヘッドに対して着脱自在のサポートチャックよりなり、前記部品の所定部分が、穴またはノッチからなり、前記干渉チェック範囲が、前記レーザヘッドと前記サポートチャックとが連結した状態で加工が行える第１の領域と前記レーザヘッドと前記サポートチャックとを切り離した状態で加工が行える第２の領域との境界から、前記レーザヘッドと前記サポートチャックとを切り離す位置までの範囲であることを特徴とする請求項３に記載の自動プログラミング装置。
5. 前記工程（Ｄ）が、前記警告表示がなされた所定部分にジョイントを形成する処理であることを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の自動プログラミング装置。
6. 前記工程（Ｄ）が、前記部品の所定部分を反転させて設置することを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の自動プログラミング装置。
   

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