JP2017131909A - レーザ加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】X,Y軸方向に移動自在なワーク移動位置決め装置及びレーザ加工ヘッドをそれぞれ移動するためのボールネジの発熱による伸びを容易に補正することができるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】板状のワークWをX軸、Y軸方向へ移動位置決め自在なワーク移動位置決め装置11を備えると共に、前記ワークWのレーザ加工を行うレーザ加工ヘッド31を、Y軸方向へ移動位置決め自在に備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工ヘッド31をY軸方向へ移動するためのボールネジ33と前記ワークをY軸方向へ移動するためのボールネジ19とを平行に備え、前記各ボールネジ33,19を回転するための各サーボモータ35,23を、前記各ボールネジ33,19のY軸方向の逆方向の端部側にそれぞれ備え、前記ワーク移動位置決め装置11に備えた撮像ターゲット39を撮像するための撮像手段37を、前記レーザ加工ヘッド31と一体的に備えている。【選択図】図1

Description

本発明は、板状のワークのレーザ加工を行うレーザ加工ヘッドをY軸方向に移動位置決め自在に備えると共に、ワークをX軸、Y軸方向へ移動位置決め自在なワーク移動位置決め装置を備えたレーザ加工装置に関する。さらに詳細には、ワーク移動位置決め装置をX軸、Y軸方向に移動するボールネジの伸びを補正することができ、またレーザ加工ヘッドをY軸方向に移動するボールネジの伸びを補正することができるレーザ加工装置に関する。
板状のワークのレーザ加工を行うレーザ加工装置には、レーザ加工ヘッドをY軸方向へ移動位置決めし、ワークをX軸、Y軸方向へ移動位置決めする形式のレーザ加工装置がある(例えば特許文献1参照)。
特開2014−172049号公報
前記特許文献1に記載の構成は、サーボモータによって回転駆動されるY軸方向のボールネジによってレーザ加工ヘッドをY軸方向に移動位置決めする構成である。そして、ワークをX軸、Y軸方向に移動位置決めするワーク移動位置決め装置は、サーボモータによって回転駆動されるX軸方向のボールネジ及びY軸方向のボールネジによってX軸、Y軸方向に移動位置決めされる構成である。
上述のごとき構成において、レーザ加工ヘッドの移動位置決め及びワーク移動位置決め装置の移動位置決めを低速で行う場合には、ボールネジ自身の発熱量は小さく、ボールネジの伸びが問題になることは少ないものである。しかし、レーザ加工ヘッド及びワークの位置決めを高速で行うべく、ボールネジを高速回転すると、摩擦熱による発熱量が大きくなる。したがって、ボールネジの伸びを検出して補正する必要がある。
ボールネジの発熱による伸びを検出する先行例として、例えば特開昭62−278360号公報がある。この先行例に記載の構成は、ボールネジの両端側にそれぞれフランジを設けると共に、各フランジに対応して微小変位センサを備えた構成である。
したがって、前記先行例に記載の構成を、前述したごときレーザ加工装置に適用しようとすると、レーザ加工ヘッドをY軸方向に移動するためのボールネジ及びワーク移動位置決め装置をX軸、Y軸方向に移動するための各ボールネジに適用することになる。よって、レーザ加工ヘッドやワーク移動位置決め装置の移動位置を検出する位置検出センサとは別個に微小変位センサを備えることになり、センサ数が増加するものである。
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、板状のワークをX軸、Y軸方向へ移動位置決め自在なワーク移動位置決め装置を備えると共に、前記ワークのレーザ加工を行うレーザ加工ヘッドを、Y軸方向へ移動位置決め自在に備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工ヘッドをY軸方向へ移動するためのボールネジと前記ワークをY軸方向へ移動するためのボールネジとを平行に備え、前記各ボールネジを回転するための各サーボモータを、前記各ボールネジのY軸方向の逆方向の端部側にそれぞれ備え、前記ワーク移動位置決め装置に備えた撮像ターゲットを撮像するための撮像手段を、前記レーザ加工ヘッドと一体的に備えていることを特徴とするものである。
また、前記レーザ加工装置において、当該レーザ加工装置の始動初期に、前記レーザ加工ヘッドにおけるY軸方向の基準位置に位置決めした前記レーザ加工ヘッドの下方位置へ前記撮像ターゲットを位置決めし、前記撮像手段によって撮像した撮像ターゲットのX軸、Y軸方向の座標位置を記憶する第1メモリと、
レーザ加工装置の始動時から所定時間経過後に、Y軸方向の前記基準位置に位置決めした前記レーザ加工ヘッドの下方位置へ位置決めした前記撮像ターゲットを前記撮像手段によって撮像したときの前記撮像ターゲットのX軸、Y軸方向の座標位置を記憶する第2メモリと、
前記第1メモリに記憶した座標位置データと前記第2メモリに記憶した座標位置データとに基づいて、ワーク移動位置決め手段におけるX軸、Y軸方向の誤差を演算する演算手段と、
前記演算手段による演算結果を参照して、前記ワーク移動位置決め手段によるワークの移動位置決め時に、X軸、Y軸方向の位置決め誤差を補正する補正手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
また、前記レーザ加工装置において、
当該レーザ加工装置の始動初期に、前記ワーク移動位置決め装置におけるY軸方向の基準位置に位置決めした前記撮像ターゲットの上方位置へ前記レーザ加工ヘッドを位置決めし、前記撮像手段によって撮像した撮像ターゲットのY軸方向の座標位置を記憶する第3メモリと、
レーザ加工装置の始動時から所定時間経過後に、前記ワーク移動位置決め装置におけるY軸方向の前記基準位置に位置決めした前記撮像ターゲットの上方位置へ前記レーザ加工ヘッドを位置決めし、前記撮像手段に撮像した撮像ターゲットのY軸方向の座標位置を記憶する第4メモリと、
前記第3メモリに記憶した座標位置データと前記第4メモリに記憶した座標位置データとに基づいて、前記レーザ加工ヘッドにおけるY軸方向の誤差を演算する前記演算手段と、
前記演算手段による演算結果を参照して、前記レーザ加工ヘッドのY軸方向への移動位置決め時に、レーザ加工ヘッドのY軸方向の位置決め誤差を補正する補正手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
本発明によれば、レーザ加工ヘッドに撮像手段を備え、ワーク移動位置決め装置に、前記撮像手段によって撮像される撮像ターゲットを備えた簡単な構成でもって、ボールネジの発熱に起因するボールネジの伸びを検出することができる。したがって、ボールネジの伸びを補正することができ、レーザ加工をより高精度に行うことができるものである。
レーザ加工機の全体的構成を概念的、概略的に示した正面説明図である。 上記レーザ加工機におけるワークテーブル部分及びワーク移動位置決め装置の部分を示す平面説明図である。 機能ブロック図である。
図1,2を参照するに、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置1は、レーザ加工機とパンチプレスとを複合化したレーザ・パンチ複合加工機として例示してある。
すなわち、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置1は本体フレーム3を備えている。この本体フレーム3は、上下に離隔した上部フレーム3Uと下部フレーム3Lとを一体化して備えた構成である。前記上部フレーム3Uには、複数のパンチPを備えた上部タレット5Uが水平に回転自在に備えられている。前記下部フレーム3Lには、前記上部タレット5Uに対応した下部タレット5Lが水平に回転自在に備えられている。この下部タレット5Lには、複数の前記パンチPに対応する複数のダイDが備えられている。
そして、前記上部フレーム3Uには、加工位置に割出し位置決めされたパンチPを打圧自在なストライカ7が上下動自在に備えられている。さらに、前記本体フレーム3における下部フレーム3Lには、前記加工装置に対してX軸、Y軸方向へ移動位置決めされる板状のワークWを移動自在に支持するワークテーブル9が備えられている。前記加工位置に割出し位置決めされたパンチP、ダイDに対して前記ワークWをX軸、Y軸方向に移動位置決めするためのワーク移動位置決め装置11が備えられている。
より詳細には、前記ワーク移動位置決め装置11は、図2に示すように、X軸方向に長いキャリッジベース13を備えている。このキャリッジベース13上には、前記ワークWを把持自在な複数のワーククランプ15を備えたキャリッジ17がX軸方向へ移動自在に備えられている。そして、前記キャリッジベース13をY軸方向へ移動位置決めするために、前記上部フレーム3Uには、Y軸方向に長いY軸ボールネジ19が水平にかつ回転自在に備えられている。そして、前記Y軸ボールネジ19に移動自在に螺合したナット部材21が前記キャリッジベース13と連結してある。前記Y軸ボールネジ19を回転駆動するY軸サーボモータ23は、前記ワーク移動位置決め装置11におけるY軸方向の基準位置側に備えられている。
前記キャリッジベース13に対して前記キャリッジ17をX軸方向に移動するためのX軸ボールネジ25は、前記キャリッジベース13上においてX軸方向に長くかつ回転自在に備えられている。そして、このX軸ボールネジ25に移動自在に螺合したナット部材27は前記キャリッジ17と連結してある。前記X軸ボールネジ25を回転駆動するX軸サーボモータ29は前記キャリッジベース13上に装着してあって、X軸ボールネジ25の適宜一端部と連結してある。
前記構成により、制御装置(図1,2には図示省略)の制御の下に、前記Y軸サーボモータ23及びX軸サーボモータ29を適宜に回転駆動すると、Y軸ボールネジ19及びX軸ボールネジ25が回転される。したがって、前記ワーククランプ15に把持されたワークWをX軸、Y軸方向へ移動でき、ワークWの加工すべき位置を、前記加工位置に移動位置決めすることができる。よって、ワークWの加工すべき位置は、加工位置に割出し位置決めされたパンチP、ダイDによって加工されるものである。
なお、ワークWをX軸、Y軸方向へ移動した位置は、位置検出手段として各サーボモータに備えた、例えばロータリーエンコーダによって検出することができるものである。
前記ワーク移動位置決め装置11によってX軸、Y軸方向へ移動位置決めされるワークWのレーザ加工を行うために、前記上部フレーム3Uにはレーザ加工ヘッド31が備えられている。より詳細には、前記上部フレーム3UにはY軸方向に長いレーザ加工ヘッド用のY軸ボールネジ33が回転自在に備えられている。このY軸ボールネジ33を回転駆動するサーボモータ35は、レーザ加工ヘッド31におけるY軸方向の基準位置側において前記Y軸ボールネジ33に連結してある。
ところで、前記ワーク移動位置決め装置11におけるY軸方向の基準位置は、前記上下のタレット5U,5Lから離隔した位置であって、図1,2において右側に設定してある。そして、前記レーザ加工ヘッド31のY軸方向の基準位置は、前記上下のタレット5U,5Lに近接した位置であって、図1,2において左側に設定してある。したがって、Y軸方向に長く互に平行に備えたY軸ボールネジ19,33を回転駆動するための各サーボモータ23,35は、互にY軸方向の逆方向の端部側に備えられているものである。
換言すれば、Y軸ボールネジ19,33において、Y軸ボールネジ19,33の発熱に起因して伸びる自由端側は、Y軸方向の反対側にそれぞれ備えられているものである。したがって、ワーク移動位置決め装置11をX軸、Y軸方向に移動位置決めすべく、Y軸ボールネジ19を回転駆動したときの、ナット部材21との摩擦による発熱に起因するY軸ボールネジ19のY軸方向の伸び(膨張)は、図1において左方向に生じるものである。そして、前記レーザ加工ヘッド31をY軸方向に移動位置決めする際の摩擦熱に起因するY軸ボールネジ33のY軸方向の伸び(膨張)は、図1において右方向に生じるものである。
前述のように、Y軸ボールネジ19,33に、発熱に起因して伸びが生じると、前記ワーク移動位置決め装置11及びレーザ加工ヘッド31の移動決め時に誤差を生じることになる。そこで、本実施形態においては、Y軸ボールネジ19,33の伸びに起因する誤差を補正する手段が講じられている。
より詳細には、前記レーザ加工ヘッド31には、当該レーザ加工ヘッド31と一体的にY軸方向に移動するCCDカメラなどのごとき撮像手段37が備えられている。そして、前記キャリッジ17の適宜位置には、前記撮像手段37によって撮像される穴やクロスターゲットなどのごとき撮像ターゲット39(図2参照)が備えられている。したがって、前記レーザ加工ヘッド31が、レーザ加工ヘッド31におけるY軸方向の基準位置に(図1に示す左側の位置)に位置するときに、前記ワーク移動位置決め装置11におけるキャリッジ17に備えた撮像ターゲット39を、前記基準位置に位置する撮像手段37の下方位置に位置決めすることができる。この際、ワーク移動位置決め装置11は、Y軸ボールネジ19の先端側(伸びの自由端側)に位置するものである。
また、前記ワーク移動位置決め装置11が、ワーク移動位置決め装置11におけるY軸方向の基準位置(図1に示す右側の位置)に位置するときに、前記撮像ターゲット39を、前記レーザ加工ヘッド31に備えた撮像手段37のY軸方向への移動軌跡(移動経路)の下方位置に位置決めすることができる。したがって、前記ワーク移動位置決め装置11が、Y軸方向の基準位置に位置するときに、前記撮像ターゲット39の上方位置(図1において右側の位置)へレーザ加工ヘッド31を移動位置決めすることができるものである。この際、レーザ加工ヘッド31は、Y軸ボールネジ33の先端側(伸びの自由端側)に位置するものである。
既に理解されるように、レーザ加工ヘッド31が自身のY軸方向の基準位置に位置するときに、ワーク移動位置決め装置11をX軸、Y軸方向に動して、レーザ加工ヘッド31に備えた撮像手段37の下方位置へ撮像ターゲット39を移動位置決めすることができる。また、ワーク移動位置決め装置11がY軸方向の基準位置に位置するときに、レーザ加工ヘッド31をY軸方向に移動して、レーザ加工ヘッド31に備えた撮像手段37を、撮像ターゲット39の上方位置に移動位置決めすることができるものである。
さて、前記レーザ加工装置1の動作を制御するための制御装置41(図3参照)は、例えばNC装置から構成してある。そして、前記Y軸ボールネジ19、X軸ボールネジ25及びY軸ボールネジ33の発熱に起因する伸び(膨張)を補正する機能を備えている。
すなわち、レーザ加工装置1の始動初期に、レーザ加工ヘッド31におけるY軸方向の基準位置に位置決めした状態のレーザ加工ヘッド31に備えた撮像手段37の下方位置へ撮像ターゲット39を位置決めする。そして、前記撮像手段37によって撮像して求めた撮像ターゲット39のX軸、Y軸方向の座標位置を記憶する第1メモリ43が制御装置41に備えられている。
また、レーザ加工装置1の始動時から予め設定された所定時間経過後に、Y軸方向の基準位置に予め位置決めされたレーザ加工ヘッド31に備えた撮像手段37の下方位置へ前記撮像ターゲット39を再び移動位置決めする。そして、撮像手段37によって再度撮像して求めた撮像ターゲット39のX軸、Y軸方向の座標位置を記憶する第2メモリ45が備えられている。
前述のように、レーザ加工ヘッド31のY軸方向の基準位置にレーザ加工ヘッド31を位置決めして、撮像手段37によって撮像ターゲット39を撮像し、撮像ターゲット39のX軸、Y軸方向の座標位置を取得するとき、レーザ加工ヘッド31は、Y軸ボールネジ33をサーボモータ35に連結した基端部側に位置するものである。Y軸ボールネジ33の発熱に起因してY軸ボールネジ33に伸びが生じるとしても、Y軸ボールネジ33の先端部側が伸びの影響を受けるものであって、Y軸ボールネジ33の基端部側は伸びの影響が少ないものである。すなわち、Y軸ボールネジ33の発熱による伸びの小さな位置(Y軸方向の基準位置)にレーザ加工ヘッド31を位置決めして、前記撮像ターゲット39の撮像を行うものである。
既に理解されるように、前記第1メモリ43に格納された撮像ターゲット39のX軸、Y軸方向の座標位置データは、始動初期の座標位置データであるから、Y軸ボールネジ19及びX軸ボールネジ25の伸びのない状態の座標位置データである。そして、前記第2メモリ45に格納された撮像ターゲット39のX軸、Y軸方向の座標位置データは、前記Y軸ボールネジ19及びX軸ボールネジ25の発熱に起因して伸びを生じたときの座標位置データである。
したがって、前記第1メモリ43に格納(記憶)した座標位置データと前記第2メモリ45に記憶した座標位置データに基づいて、前記制御装置41に備えた演算手段47によって差を演算することにより、X軸、Y軸方向の位置決め誤差、すなわちX軸ボールネジ25、Y軸ボールネジ19の伸びを演算することができる。よって、前記X軸、Y軸方向の誤差を、前記制御装置41に備えた補正手段49によって前記差を補うように補正する。そして、モータ駆動手段51,53によってY軸サーボモータ23,X軸サーボモータ29を駆動して、ワーク移動位置決め装置11のX軸、Y軸方向への移動位置決めを行うことにより、X軸ボールネジ25、Y軸ボールネジ19の発熱に起因する伸びを補正して、正確な位置決めを行うことができるものである。
さらに、前記制御装置41には、第3メモリ55、第4メモリ57が備えられている。そして、レーザ加工装置1の始動初期に、ワーク移動位置決め装置11におけるY軸方向の基準位置(Y軸ボールネジ19の発熱に起因する伸びの少ない位置)にワーク移動位置決め装置11を位置決めする。この基準位置に位置するワーク移動位置決め装置11に備えた撮像ターゲット39の上方位置へレーザ加工ヘッド31を移動する。そして、レーザ加工ヘッド31に備えた撮像手段37によって撮像ターゲット39を撮像し、撮像ターゲット39のX軸、Y軸方向の位置データを取得する。この取得したX軸、Y軸方向の撮像ターゲット39の座標位置を、前記第3メモリ55に記憶し格納する。
また、レーザ加工装置1の始動時から予め設定された所定時間経過後に、Y軸方向の基準位置に予め位置決めされたワーク移動位置決め装置11に備えた撮像ターゲット39の上方位置にレーザ加工ヘッド31を移動位置決めする。そして、レーザ加工ヘッド31に備えた撮像手段37によって前記撮像ターゲット39を撮像し、撮像ターゲット39のX軸、Y軸方向の座標位置を取得する。この取得した座標位置データは、第4メモリ57に格納する。
そして、前記第3メモリ55、第4メモリ57に格納された座標位置データに基づいて、前記Y軸ボールネジ33の伸び(誤差)を演算する。なお、レーザ加工ヘッド31はY軸方向にのみ移動位置決めされるものであるから、X軸方向の誤差は零である。上述のように、Y軸ボールネジ33の発熱に起因するY軸ボールネジ33の伸びを演算した後、この伸びによる誤差を、前記補正手段49によって補うように補正する。そして、モータ駆動手段59によってサーボモータ35を駆動して、レーザ加工ヘッド31のY軸方向への移動位置決めを行うことにより、前記Y軸ボールネジ33の発熱による伸びを補正して位置決めされるものである。
以上のごとき説明から理解されるように、本実施形態によれば、ワーク移動位置決め装置11をX軸、Y軸方向に移動位置決めするためのX軸ボールネジ25、Y軸ボールネジ19およびレーザ加工ヘッド31をY軸方向に移動位置決めするためのY軸ボールネジ33の発熱に起因する伸びを容易に検出することができる。そして、上記伸びによるワーク移動位置決め装置11及びレーザ加工ヘッド31の位置決め誤差を容易に補正することができる。
1 レーザ加工装置
11 ワーク移動位置決め装置
13 キャリッジベース
17 キャリッジ
19 Y軸ボールネジ
23 Y軸サーボモータ
25 X軸ボールネジ
29 X軸サーボモータ
31 レーザ加工ヘッド
33 Y軸ボールネジ
35 サーボモータ
37 撮像手段
39 撮像ターゲット
41 制御装置
43 第1メモリ
45 第2メモリ
47 演算手段
49 補正手段
51 モータ駆動手段
53 モータ駆動手段
55 第3メモリ
57 第4メモリ
59 モータ駆動手段

Claims (3)

  1. 板状のワークをX軸、Y軸方向へ移動位置決め自在なワーク移動位置決め装置を備えると共に、前記ワークのレーザ加工を行うレーザ加工ヘッドを、Y軸方向へ移動位置決め自在に備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工ヘッドをY軸方向へ移動するためのボールネジと前記ワークをY軸方向へ移動するためのボールネジとを平行に備え、前記各ボールネジを回転するための各サーボモータを、前記各ボールネジのY軸方向の逆方向の端部側にそれぞれ備え、前記ワーク移動位置決め装置に備えた撮像ターゲットを撮像するための撮像手段を、前記レーザ加工ヘッドと一体的に備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 請求項1に記載のレーザ加工装置において、当該レーザ加工装置の始動初期に、前記レーザ加工ヘッドにおけるY軸方向の基準位置に位置決めした前記レーザ加工ヘッドの下方位置へ前記撮像ターゲットを位置決めし、前記撮像手段によって撮像した撮像ターゲットのX軸、Y軸方向の座標位置を記憶する第1メモリと、
    レーザ加工装置の始動時から所定時間経過後に、Y軸方向の前記基準位置に位置決めした前記レーザ加工ヘッドの下方位置へ位置決めした前記撮像ターゲットを前記撮像手段によって撮像したときの前記撮像ターゲットのX軸、Y軸方向の座標位置を記憶する第2メモリと、
    前記第1メモリに記憶した座標位置データと前記第2メモリに記憶した座標位置データとに基づいて、ワーク移動位置決め手段におけるX軸、Y軸方向の誤差を演算する演算手段と、
    前記演算手段による演算結果を参照して、前記ワーク移動位置決め手段によるワークの移動位置決め時に、X軸、Y軸方向の位置決め誤差を補正する補正手段と、
    を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
  3. 請求項1又は2に記載のレーザ加工装置において、
    当該レーザ加工装置の始動初期に、前記ワーク移動位置決め装置におけるY軸方向の基準位置に位置決めした前記撮像ターゲットの上方位置へ前記レーザ加工ヘッドを位置決めし、前記撮像手段によって撮像した撮像ターゲットのY軸方向の座標位置を記憶する第3メモリと、
    レーザ加工装置の始動時から所定時間経過後に、前記ワーク移動位置決め装置におけるY軸方向の前記基準位置に位置決めした前記撮像ターゲットの上方位置へ前記レーザ加工ヘッドを位置決めし、前記撮像手段に撮像した撮像ターゲットのY軸方向の座標位置を記憶する第4メモリと、
    前記第3メモリに記憶した座標位置データと前記第4メモリに記憶した座標位置データとに基づいて、前記レーザ加工ヘッドにおけるY軸方向の誤差を演算する前記演算手段と、
    前記演算手段による演算結果を参照して、前記レーザ加工ヘッドのY軸方向への移動位置決め時に、レーザ加工ヘッドのY軸方向の位置決め誤差を補正する補正手段と、
    を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。

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