JP2018051600A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パンチプレスによって打抜き加工した丸穴の真円度を測定する真円度測定方法及びレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】板状のワークＷに予め打抜き加工された丸穴ＷＨの位置を、レーザ加工装置１に備えた撮像手段１７によって撮像した丸穴ＷＨの撮像データに基づいて前記丸穴ＷＨの最小直径と最大直径との差を演算して、前記丸穴の真円度を演算する。演算した真円度と予め設定した真円度の設定値とを比較する。演算した真円度≦設定値の場合には、前記丸穴重心位置を演算する。演算した真円度＞設定値の場合には、清掃回数が予め設定した設定回数か否かを判別する。清掃回数が設定回数の場合には、当該ワークの丸穴の再撮像を中止する。清掃回数が設定回数以下の場合には、前記丸穴の周辺の清掃を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ加工装置にセットされた板状のワークのセット位置誤差を検出するために、ワークの所定位置に予め打抜き加工された丸穴の中心位置（重心位置）を確定してからレーザ加工を行うレーザ加工方法及び重心位置を確定するための真円度測定機能を備えたレーザ加工装置に関する。さらに詳細には、パンチプレス等によって板状のワークに予め丸穴の打抜き加工を行った場合、丸穴の真円度が高精度であることを利用して丸穴の重心位置を確定し、その後にワークのセット位置誤差を補正しレーザ加工を行うレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。

板状のワークに対して、例えばタレットパンチプレス等のパンチプレスによって打抜き加工を行った後に、ワークをレーザ切断加工装置に移送し、レーザ切断加工装置のワークテーブル上にセットして、レーザ切断加工が行われている。この場合、例えば、パンチプレスの原点位置とワークの原点位置とを一致した状態でワークの打抜き加工を行う。そして、レーザ切断加工装置へワークを移して、例えばレーザ加工装置の原点位置とワークの原点位置とを一致させてワークのレーザ切断加工を行うことが望ましいものである。

しかし、パンチプレスからレーザ切断加工装置へワークを移し換えるものであるから、レーザ切断加工装置にワークをセットするとき、掴み換えなどによって、僅かな位置ずれを生じ易いものである。また、場合によっては、ワークの打抜き加工に起因してワークに僅かな歪みを生じることがある。したがって、レーザ加工装置の基準位置（例えば原点位置）に対してワークの基準位置を一致した状態にセットすることは難しいものである。

したがって、ワークの所定位置に丸穴を打抜き加工し、レーザ切断加工装置にワークをセットした際に、セットした状態における前記丸穴の中心位置を測定して、ワークのセット位置の誤差補正を行っている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開昭６２−２９６９８８号公報 特開平１０−２５８３７５号公報

前記特許文献１に記載の構成においては、特許文献１の図７に示されているように、学習モード時にワークに形成した判定用基準用穴の形状を、ＣＣＤカメラによって撮像し、この判定用基準穴の面積を演算し記憶する。ワークの加工時には、同様にして、ワークに形成した加工判定用基準穴の面積を演算する。そして、前記判定用基準穴の面積と加工判定用基準穴の面積とを比較して、面積差が許容値以上の場合には、加工製品に不良が出ているものとしてアラームを発している。

すなわち、特許文献１に記載の構成は、穴の面積を演算するものである。したがって、レーザ加工装置におけるワークテーブルが、ワークを支持する剣山を備えた構成の場合、例えば、前記剣山が穴内に位置し、撮像手段によって前記剣山が撮像されると、穴の面積を正確に演算することが難しいものである。

また、パンチプレスによって板状のワークに穴の打抜き加工を行うと、上記穴の周囲にダレを生じるものである。また、パンチとダイの軸心にずれを生じると、パンチとダイとの間のクリアランスが適正でなく、ダレの大きい部分と小さな部分とが生じる。そして、撮像手段によって撮像するときに、前記ダレ部分においてハレーションを生じ、打抜き穴を正確に撮像することが難しいことがある。したがって、打抜き穴の重心座標を正確に演算することが難しいものである。

前記特許文献２に記載の構成には、板状のワークに加工した丸穴をＣＣＤカメラによって撮像し、前記丸穴の重心位置を計算すること、及びこの計算された重心位置から前記丸穴の内周までの半径を、周方向の例えば５００箇所について演算し、半径の最大値と最小値の差を計算して、真円度を演算することが記載されている。

また、前記特許文献２に記載の構成においては、ＣＣＤカメラによって丸穴を撮像するとき、振動などで動かないように、ワークを押え、かつエアを噴出して清掃するものである。

すなわち、特許文献２は、真円度測定方法を示し良好な真円度データと比較して駆動形の状態を検査しているが、単に真円度測定をしているに過ぎないものであって、測定結果そのもの評価は行わないものである。したがって、測定した真円度が適正値なのか否かを知ることが困難である。

本発明は、パンチプレスにおいて加工された板状のワークをレーザ加工装置にセットしてレーザ切断加工を行う際、ワークの所定位置に形成された丸穴又は丸印の重心位置を検出するために、前記丸穴又は丸印の真円度を、レーザ加工装置において測定した後にレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
（ａ）板状のワークに予め打抜き加工された丸穴の位置、又は板状のワークに予め記載された丸印の位置を、レーザ加工装置に備えた撮像手段の下方位置に位置決めする工程、
（ｂ）撮像手段によって撮像した丸穴又は丸印の撮像データに基づいて前記丸穴又は丸印の複数箇所の直径又は半径のうち最小直径又は半径と最大直径又は半径との差を演算して、前記丸穴又は丸印の真円度を演算する工程、
（ｃ）演算した真円度と予め設定した真円度の設定値とを比較する工程、
（ｄ）演算した真円度≦設定値の場合には、前記丸穴又は丸印の重心位置を決定する工程、
（ｅ）演算した真円度＞設定値の場合には、清掃回数が予め設定した設定回数か否かを判別する工程、
（ｆ）清掃回数が設定回数の場合には、当該ワークの丸穴又は丸印の再撮像を中止する工程、
（ｇ）清掃回数が設定回数以下の場合には、前記丸穴又は丸印の位置を、レーザ加工装置に備えた清掃位置へ移動位置決めして、前記丸穴又は丸印の周辺の清掃を行う工程、
（ｈ）前記丸穴又は丸印の周辺の清掃を行った後、前記（ａ）工程に戻る工程、
の各工程を備えている。

また、レーザ加工装置によるレーザ加工方法であって、
（ａ）板状のワークに予め打抜き加工された丸穴の位置を、レーザ加工装置に備えた撮像手段の下方位置に位置決めする工程、
（ｂ）撮像手段によって撮像した丸穴の撮像データに基づく前記丸穴の複数箇所の直径又は半径のうち最小直径又は半径と最大直径又は半径とに基づいて、前記丸穴の真円度を演算する工程、
（ｃ）演算した真円度と予め設定した真円度の設定値とを比較する工程、
（ｄ）演算した真円度≦設定値の場合には、前記丸穴の重心位置を演算し、前記重心位置と、レーザ加工装置の基準位置とワークの基準位置とを一致した状態にワークをセットした場合における丸穴の重心位置と、のＸ，Ｙ軸方向のずれ量を決定する工程、
（ｅ）前記ずれ量に基づいてワークのずれ量を補正する工程、
の各工程を備えている。

また、板状のワークにレーザ切断加工を行うレーザ加工装置であって、
ワークにレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、
ワークに対してレーザ加工ヘッドを相対的に移動位置決めする移動位置決め手段と、
ワークに加工された丸穴又はワークに記載された丸印を撮像する撮像手段と、
ワーク上面にエア又はアシストガスを噴出してワーク上面の清掃を行う清掃手段と、
前記移動位置決め手段、撮像手段、清掃手段の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ワークの丸穴又は丸印の位置を前記撮像手段の下方位置へ相対的に移動位置決めすべく前記移動位置決め手段の動作を制御する動作制御手段と、
前記撮像手段によって撮像した前記丸穴又は丸印の画像処理を行って、前記丸穴又は丸印の真円度を演算する演算処理手段と、
演算した真円度と予め設定した真円度の設定値とを比較する比較手段と、
比較手段の比較の結果、演算した真円度≦設定値の場合には前記丸穴又は丸印の重心位置を決定する中心位置決定手段と、
演算した真円度＞設定値の場合には、前記丸穴又は丸印の周辺の清掃回数が予め設定した回数か否かを判別する回数判別手段と、
清掃回数が設定回数の場合には再撮像を中止し、清掃回数が設定回数以下の場合には、ワークの丸穴又は丸印を清掃位置へ移動位置決めする前記移動位置決め手段と、
を備えている。

本発明によれば、例えば丸穴の真円度測定時に、予め設定した真円度の設定値と比較して、丸穴の重心位置を演算する場合と、清掃をする場合とに判別するものである。したがって、測定した真円度が適正値かを予め判断でき、ワークのセット位置誤差を正確に補正することができる。また丸穴の真円度測定を行う場合の清掃および再度の撮影回数を少なくすることができ、能率向上を図ることができるものである。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す機能ブロック図である。 フローチャートである。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るレーザ加工装置について説明するに、図１に概念的、概略的に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１は、板状のワークＷを支持するワークテーブル３を備えている。本実施形態においては、ワークＷを支持するピン状の剣山やスキッド５を備えた構成のワークテーブルにて例示してある。しかし、ワークテーブル３は、上述のごとき構成に限ることなく、一般的なワークテーブルであってもよいものである。

前記ワークテーブル３の上方位置には、前記ワークＷのレーザ切断加工を行うレーザ加工ヘッド７がワークＷに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ相対的に移動自在に備えられている。すなわち、前記ワークテーブル３の上方位置には、Ｙ軸方向のガイド部９に沿って移動自在なスライドビーム１１が備えられている。上記スライドビーム１１のＹ軸方向への移動位置決めは、制御装置１３によって制御されるＹ軸サーボモータ（図示省略）によって行われる。

前記スライドビーム１１には、スライダー１５がＸ軸方向へ往復動自在に備えられている。すなわち、スライドビーム１１には、Ｘ軸方向のガイド部１１Ｇが備えられており、このガイド部１１Ｇに前記スライダー１５が移動自在に備えられている。このスライダー１５のＸ軸方向への移動位置決めは、前記制御装置１３によって制御されるＸ軸サーボモータ（図示省略）によって行われる。

前記スライダー１５には、前記レーザ加工ヘッド７が上下動自在に備えられている。前記スライダー１５に対するレーザ加工ヘッド７の上下動は、前記制御装置１３によって制御されるＺ軸サーボモータ（図示省略）によって行われる。

前記スライダー１５の所定位置には、例えばＣＣＤカメラなどのごとき撮像手段１７が備えられている。この撮像手段１７は、例えばタレットパンチプレスなどのプレスによって、ワークＷの所定位置に打抜き加工された丸穴（図示省略）を撮像するものである。

ところで、例えば、パンチプレス（図示省略）の原点位置（基準位置）とワークＷの基準位置とを一致した状態においてワークＷにパンチング加工（打抜き加工）を行った後、ワークＷのレーザ切断加工を行う場合、レーザ加工装置１におけるワークテーブル３上にワークＷをセットしてレーザ切断加工を行うことがある。

この場合、パンチプレスにおいて、ワークＷの所定位置に測定用の丸穴の打抜き加工を行う。そして、レーザ加工装置のワークテーブル上にワークＷをセットした後、前記丸穴を撮像手段１７によって撮像する。そして、前記丸穴の重心位置（中心位置）を演算し、レーザ加工装置の基準位置に対するワークＷの位置ずれの補正を行っている。

ここで、ワークテーブル３がスキッド５を備えた構成の場合には、スキッド５における剣山５Ａが前記測定用の丸穴ＷＨ内に位置し、撮像されることがある。この場合、丸穴ＷＨの内周面の輪部を検出する上においては問題ない。しかし、丸穴ＷＨの重心位置を演算するには問題がある。また、前記剣山５Ａが、丸穴ＷＨにおける内周面の一部と重なる位置に位置する場合には、丸穴ＷＨにおける内周面の輪部を検出する上においても問題がある。

ところで、パンチプレスとレーザ加工装置とを複合化した複合加工機においては、パンチプレスとレーザ加工装置に共通のワーククランプによってワークＷをクランプする。したがって、パンチプレスによるパンチング加工時と、レーザ加工装置によるレーザ加工時によって、クランプによるワークＷの掴み換えを行う必要はない。

しかし、ワークＷにパンチング加工を行うと、ワークに歪みを生じることがあるので、ワークＷのレーザ切断加工時には、上記歪み分の補正を行うことがある。この場合、ワークＷに加工した測定用の丸穴ＷＨの重心位置（中心位置）を検出して、パンチング加工に起因する歪み分の補正を行うものである。ここで、前記丸穴ＷＨの一部に抜きカスなどが重なっていると、丸穴ＷＨの重心位置を検出することが難しいものである。

上記に鑑みて、レーザ加工装置１において、ワークＷにおける丸穴ＷＨの中心位置を検出するには、次のように行うものである。

図２に示すように、ワークＷの測定用の丸穴ＷＨを撮像手段１７の下方位置へ相対的に移動し位置決めする（ステップＳ１）。次に、撮像手段１７によって丸穴ＷＨの撮像を行う（ステップＳ２）。そして、制御装置１３に備えた画像処理手段１９によって画像処理を行う（ステップＳ３）。この画像処理を行ったデータから、演算処理手段２１によって丸穴ＷＨの中心位置（重心位置）を演算すると共に、演算した中心位置からの丸穴ＷＨの内周面の輪部の複数箇所までの半径を演算し、演算した半径の最大値と最小値によって丸穴ＷＨの真円度を演算する（ステップＳ４）。なお、半径の代わりに演算した中心位置を通る丸穴ＷＨの内周面の輪郭の直径を複数個所演算し、演算した直径の最大値と最小値によって丸穴ＷＨの真円度を演算しても良い。

次に、演算によって求めた真円度と、予め設定した真円度の設定値とを比較する（ステップ５）。ここで、予め設定した真円度の設定値とは、一般的なパンチング加工によって得られる真円度（例えば、０．０２）の値である。ステップＳ５において、真円度が設定値より小の場合には、ステップＳ４の演算処理手段２１で演算した丸穴ＷＨの重心位置（中心位置）を中心位置と決定する（ステップＳ６）。そして、ステップＳ７においてレーザ加工装置１の基準位置とワークＷの基準位置とを一致した状態にワークＷをセットした場合における丸穴ＷＨの中心位置に対する前記丸穴ＷＨの中心位置のＸ，Ｙ軸方向のずれ量を前記演算手段２１によって演算し、レーザ加工装置１のワークテーブル３にセットした前記ワークＷの前記ずれ量を補正する。

前記ステップＳ５において、演算した真円度が予め設定した設定値よりも大きい場合は、丸穴ＷＨの打抜き精度が悪い、丸穴ＷＨの打抜き加工時に生じたダレ部分においてハレーションを生じている、丸穴ＷＨの一部に抜きカスなどが重なっている、等といったことが考えられる。そこで、ワークＷにおける丸穴ＷＨを、レーザ加工装置１に備えた清掃位置へ移動して、丸穴の周辺を清掃することになる。この場合、ステップＳ８において清掃回数が予め設定したＮ回以上か否かを判別する。

上記ステップＳ８において、回数≦Ｎの場合には、ワークＷの丸穴ＷＨを、清掃位置へ相対的に移動位置決めして、丸穴ＷＨの周辺の清掃を行う（ステップＳ９）。上記清掃位置は、例えばレーザ加工ヘッド７からアシストガスを噴出して、又はレーザ加工装置１の適宜位置に備えたエアーノズルからエアを噴出して、或は、レーザ加工装置１に備えた、例えば回転ブラシ等のブラシによってワークＷの上面の清掃を行う位置である。ワークＷの丸穴ＷＨ周辺の清掃を行った後、前記ステップＳ１へ戻り、再度丸穴ＷＨの撮像を行う。

前記ステップＳ８において、繰り返した清掃回数がＮ回より多い回数＞Ｎの場合には、ステップＳ１０においてアラームを表示し、当該ワークＷにおける丸穴ＷＨの撮像を停止する。そして、作業者が確認のうえ丸穴ＷＨにおける内周面の一部と重なる位置に位置する剣山５があるような場合は、ワークＷにおける別の丸穴ＷＨの撮像を新たな測定用の丸穴ＷＨとしてステップを開始することも可能である。

既に理解されるように、前記レーザ加工装置１は、ワークＷに対してレーザ光を照射するレーザ加工ヘッド７を備えると共に、ワークＷに対してレーザ加工ヘッド７を相対的に移動位置決めする移動位置決め手段として、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サーボモータを備えるものである。上記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サーボモータは、動作制御手段２３によって制御されるものである。そして、ワークＷに打抜き加工された測定用の丸穴ＷＨの撮像を行うために撮像手段１７が備えられている。この撮像手段１７によって撮像した丸穴ＷＨの画像処理を行うために、制御装置１３には画像処理手段１９が備えられている。

また、前記制御装置１３はコンピュータから構成してあって、この制御装置１３には、前記画像処理手段１９によって画像処理した画像データに基づいて、前記丸穴ＷＨの真円度を演算する真円度演算手段としての前記演処理算手段２１が備えられている。さらに、前記制御装置１３には比較手段２５が備えられている。この比較手段２５は、前記演算処理手段２１によって演算された真円度と、設定値メモリ２７に予め格納された真円度の設定値とを比較するものである。

前記比較手段２５による比較の結果、演算した真円度≦設定値の場合には、真円度を演算したときの中心位置を、丸穴ＷＨの中心位置（重心位置）として決定する中心位置決定手段２９が備えられている。前記比較手段２５による比較の結果、演算した真円度＞設定値の場合には、前記丸穴ＷＨの周辺の清掃回数が予め設定したＮ回に達したか否かを判別する回数判別手段３１が備えられている。

そして、前記回数判別手段３１による判別結果が回数≦Ｎの場合には、移動位置決め手段としての前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サーボモータが制御されて、ワークＷの丸穴ＷＨが、レーザ加工装置１に備えた清掃位置に位置決めされ、丸穴ＷＨの周辺の清掃が行われる。前記回数判別手段３１の判別結果が回数＞Ｎの場合には、アラームの表示が行われると共に、前記丸穴ＷＨの撮像が停止されるものである。

前述のごとくワークＷにおける丸穴ＷＨの中心位置が決定されると、レーザ加工装置１の基準位置とワークＷの基準位置とを一致した状態にワークＷをセットした場合における丸穴ＷＨの中心位置に対する前記丸穴ＷＨの中心位置のＸ，Ｙ軸方向のずれ量が前記演算処理手段２１によって演算される。そして、レーザ加工装置１のワークテーブル３にセットした前記ワークＷの前記ずれ量を補正して、ワークＷのレーザ切断加工が行われるものである。

以上のごとき説明から理解されるように、板状のワークの所定位置に、パンチプレスによって予め打抜き加工を行った測定用の丸穴ＷＨの真円度を演算する際、一般的なパンチング加工によって加工される丸穴の真円度と比較するものである。そして、比較の結果が良くない場合には、丸穴ＷＨの周辺を清掃して丸穴ＷＨを再度撮像して真円度を比較することを行うものである。したがって、測定した真円度が適正値かを予め判断でき、ワークＷに形成した丸穴ＷＨの再度の撮像回数を少なくすることができ、能率向上を図ることができるものである。

また、前記丸穴ＷＨの一部に抜きカスが重なっていたのか、それとも丸穴ＷＨの形状が元元悪いのかを知ることができる。よって、中心位置（重心位置）検出用の丸穴ＷＨの打抜き加工を行うパンチ、ダイの交換が必要であることをも知ることができるものである。

なお、前記説明においては、ワークＷの所定位置に測定用の丸穴ＷＨを打抜き加工する場合について説明した。しかし、ワークＷの所定位置に予め測定用の丸印を記載（刻印）した構成とすることも可能である。

１ レーザ加工装置
３ ワークテーブル
５Ａ 剣山
７ レーザ加工ヘッド
１３ 制御装置
１７ 撮像手段
１９ 画像処理手段
２１ 演算処理手段
２３ 動作制御手段
２５ 比較手段
２７ 設定値メモリ
２９ 中心位置決定手段

Claims (3)

1. レーザ加工装置によるレーザ加工方法であって、
   （ａ）板状のワークに予め打抜き加工された丸穴の位置、又は板状のワークに予め記載された丸印の位置を、レーザ加工装置に備えた撮像手段の下方位置に位置決めする工程、
   （ｂ）撮像手段によって撮像した丸穴又は丸印の撮像データに基づいて前記丸穴又は丸印の複数箇所の直径又は半径のうち最小直径又は半径と最大直径又は半径との差を演算して、前記丸穴又は丸印の真円度を演算する工程、
   （ｃ）演算した真円度と予め設定した真円度の設定値とを比較する工程、
   （ｄ）演算した真円度≦設定値の場合には、前記丸穴又は丸印の重心位置を決定する工程、
   （ｅ）演算した真円度＞設定値の場合には、清掃回数が予め設定した設定回数か否かを判別する工程、
   （ｆ）清掃回数が設定回数の場合には、当該ワークの丸穴又は丸印の再撮像を中止する工程、
   （ｇ）清掃回数が設定回数以下の場合には、前記丸穴又は丸印の位置を、レーザ加工装置に備えた清掃位置へ移動位置決めして、前記丸穴又は丸印の周辺の清掃を行う工程、
   （ｈ）前記丸穴又は丸印の周辺の清掃を行った後、前記（ａ）工程に戻る工程、
   の各工程を備えていることを特徴とするレーザ加工方法。
2. レーザ加工装置によるレーザ加工方法であって、
   （ａ）板状のワークに予め打抜き加工された丸穴の位置を、レーザ加工装置に備えた撮像手段の下方位置に位置決めする工程、
   （ｂ）撮像手段によって撮像した丸穴の撮像データに基づく前記丸穴の複数箇所の直径又は半径のうち最小直径又は半径と最大直径又は半径とに基づいて、前記丸穴の真円度を演算する工程、
   （ｃ）演算した真円度と予め設定した真円度の設定値とを比較する工程、
   （ｄ）演算した真円度≦設定値の場合には、前記丸穴の重心位置を演算し、前記重心位置と、レーザ加工装置の基準位置とワークの基準位置とを一致した状態にワークをセットした場合における丸穴の重心位置と、のＸ，Ｙ軸方向のずれ量を決定する工程、
   （ｅ）前記ずれ量に基づいてワークのずれ量を補正する工程、
   の各工程を備えていることを特徴とするレーザ加工方法。
3. 板状のワークにレーザ切断加工を行うレーザ加工装置であって、
   ワークにレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、
   ワークに対してレーザ加工ヘッドを相対的に移動位置決めする移動位置決め手段と、
   ワークに加工された丸穴又はワークに記載された丸印を撮像する撮像手段と、
   ワーク上面にエア又はアシストガスを噴出してワーク上面の清掃を行う清掃手段と、
   前記移動位置決め手段、撮像手段、清掃手段の動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記ワークの丸穴又は丸印の位置を前記撮像手段の下方位置へ相対的に移動位置決めすべく前記移動位置決め手段の動作を制御する動作制御手段と、
   前記撮像手段によって撮像した前記丸穴又は丸印の画像処理を行って、前記丸穴又は丸印の真円度を演算する演算処理手段と、
   演算した真円度と予め設定した真円度の設定値とを比較する比較手段と、
   比較手段の比較の結果、演算した真円度≦設定値の場合には前記丸穴又は丸印の重心位置を決定する中心位置決定手段と、
   演算した真円度＞設定値の場合には、前記丸穴又は丸印周辺の清掃回数が予め設定した回数か否かを判別する回数判別手段と、
   清掃回数が設定回数の場合には再撮像を中止し、清掃回数が設定回数以下の場合には、ワークの丸穴又は丸印を清掃位置へ移動位置決めする前記移動位置決め手段と、
   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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