JP2020059060A

JP2020059060A - レーザ加工機及びその制御方法

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Publication number: JP2020059060A
Application number: JP2019168184A
Authority: JP
Inventors: 伊東　聡; Satoshi Ito; 聡伊東; 篤哉田中; Atsuya Tanaka
Original assignee: Amada Holdings Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2020-04-16
Anticipated expiration: 2039-09-17
Also published as: EP3862126A1; EP3862126A4; US20210379696A1; US11986903B2; WO2020071232A1; EP3862126B1; JP6654266B1

Abstract

【課題】レーザ光によるベルトコンベアの溶融を防止することが可能なレーザ加工機及びその制御方法を提供する。【解決手段】レーザ加工機は、ワークに対してレーザ光を照射可能なレーザヘッドと、レーザ光の照射方向に離間して設けられたベルトコンベアと、レーザヘッド及びベルトコンベアの動作を制御する制御部とを備えている。レーザヘッドは、少なくともベルトコンベアの回転方向に沿って移動可能に構成されている。制御部は、レーザ光を照射中のレーザヘッドの移動方向及び移動速度がベルトコンベアの移動方向及び移動速度と一致する場合に、該一致を回避するためにレーザヘッド及びベルトコンベアの少なくとも一方の動作を制御するよう構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工機及びその制御方法に関する。

レーザによって種々のワークに切断や穴開け加工を行うレーザ加工機として、ワークが載置されるパレット（テーブル）と、このパレットよりも上方に設けられたレーザヘッドと、パレットよりも下方に設けられたベルトコンベアとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

レーザヘッドは、ワークに対してレーザ光を照射して、パレット上に載置されたワークを切断等する。パレットは、例えば櫛歯状に成形された金属板が複数平行に配置された構成を有し、隣接する金属板間の隙間からレーザ加工により生じたスクラップ（廃棄物）をベルトコンベア上に落下させる。ベルトコンベアは、レーザ光の照射によって容易に溶融しない鉄等の金属ベルトを有し、レーザ加工に伴って落下するスクラップや製品等の加工処理品を受けて、これをベルトコンベアの折り返し地点に設置されたスクラップボックスに向けて搬送する。

特開２００２−１７２４８２号公報

このような従来のレーザ加工機においては、通常、レーザ光がワークを貫通した状態でレーザヘッドとワークとを相対移動させることにより、ワークを切断等する。このため、レーザ加工時にワークを貫通したレーザ光は、ベルトコンベアに向けて照射され続ける。従来のレーザ加工機では、レーザ光がベルトコンベアに到達する頃には、レーザ光のスポット径が拡大し、レーザパワー密度が低下しているため、ベルトコンベアを溶融させるほどの問題は生じなかった。

しかしながら、近年、レーザ光のスポット径等の調整技術の向上により、レーザ光の高出力化やスポット径の小径化が可能となっている。このような高出力かつ小径のレーザ光によりレーザ加工を行う場合において、例えばレーザヘッドの移動方向及び移動速度がベルトコンベアの移動方向及び移動速度と一致する場合には、レーザパワー密度が高いレーザ光がベルトコンベアに対して照射され続けることとなり、ベルトコンベアが溶融するおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光によるベルトコンベアの溶融を防止することが可能なレーザ加工機及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ加工機は、ワークに対してレーザ光を照射可能なレーザヘッドと、前記レーザ光の照射方向に離間して設けられたベルトコンベアと、前記レーザヘッド及び前記ベルトコンベアの動作を制御する制御部とを備え、前記レーザヘッドは、少なくとも前記ベルトコンベアの回転方向に沿って移動可能に構成されており、前記制御部は、前記レーザ光を照射中の前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、該一致を回避するために前記レーザヘッド及び前記ベルトコンベアの少なくとも一方の動作を制御するよう構成されていることを特徴とする。

本発明に係るレーザ加工機において、前記レーザヘッドは、予め設定された動作プログラムに基づいて動作するよう構成され、前記ベルトコンベアは、予め設定された回転方向及び回転速度で連続的に動作するよう構成され、前記制御部は、前記動作プログラムを解析して事前に前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致するタイミングを算出し、該タイミングをトリガとして前記レーザヘッド及び前記ベルトコンベアの少なくとも一方の動作を制御するとしても良い。

本発明に係るレーザ加工機において、前記制御部は、前記レーザヘッドの移動速度が前記ベルトコンベアの回転速度に対する予め設定された範囲内にあるときに、前記レーザヘッドの移動速度と前記ベルトコンベアの回転速度とが一致すると判定し、前記ベルトコンベアの回転方向と前記レーザヘッドの移動方向とが同一方向である場合、及び前記レーザヘッドの移動方向が、前記ベルトコンベアの回転方向に対して水平面内で直交する方向の前記レーザヘッドの移動速度が予め設定された速度以下で移動している場合に、前記レーザヘッドの移動方向と前記ベルトコンベアの回転方向とが一致すると判定するとしても良い。

本発明に係るレーザ加工機において、前記制御部は、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度から、該レーザヘッドの前記ベルトコンベアの回転方向に沿う回転方向成分の速度を特定し、該回転方向成分の速度が前記ベルトコンベアの回転速度に対する予め設定された範囲内にあるときに、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致すると判定するとしても良い。

本発明に係るレーザ加工機において、前記制御部は、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記ベルトコンベアの動作の一時停止と回転動作を繰り返す溶融防止運転を実行するようにしても良い。

本発明に係るレーザ加工機において、前記制御部は、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記ベルトコンベアの回転速度の変速を繰り返す溶融防止運転を実行するようにしても良い。

本発明に係るレーザ加工機において、前記制御部は、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記ベルトコンベアの回転方向の正転と反転を繰り返す溶融防止運転を実行するようにしても良い。

本発明に係るレーザ加工機において、前記制御部は、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記レーザヘッドの動作及び前記レーザ光の照射の一時停止と移動を繰り返す溶融防止運転を実行するようにしても良い

本発明に係るレーザ加工機において、前記溶融防止運転は、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致してから所定の時間経過後に実行されるとしても良い。

本発明に係るレーザ加工機の制御方法は、ワークに対してレーザ光を照射可能なレーザヘッドと、前記レーザ光の照射方向に離間して設けられたベルトコンベアとを備え、前記レーザヘッドが、少なくとも前記ベルトコンベアの回転方向に沿って移動可能に構成されたレーザ加工機の制御方法であって、前記レーザ光を照射中の前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、該一致を回避するために前記レーザヘッド及び前記ベルトコンベアの少なくとも一方の動作を制御する制御工程を含むことを特徴とする。

本発明に係るレーザ加工機の制御方法において、前記レーザヘッドの前記動作プログラムを解析し、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致するタイミングを事前に算出する算出工程を更に含み、前記制御工程では、前記タイミングをトリガとして前記レーザヘッド及び前記ベルトコンベアの少なくとも一方の動作を制御するようにしても良い。

本発明に係るレーザ加工機の制御方法において、前記制御工程では、前記レーザヘッドの移動速度が前記ベルトコンベアの回転速度に対する予め設定された範囲内にあるときに、前記レーザヘッドの移動速度と前記ベルトコンベアの回転速度とが一致すると判定し、前記ベルトコンベアの回転方向と前記レーザヘッドの移動方向とが同一方向である場合、及び前記レーザヘッドの移動方向が、前記ベルトコンベアの回転方向に対して水平面内で直交する方向の前記レーザヘッドの移動速度が予め設定された速度以下で移動している場合に、前記レーザヘッドの移動方向と前記ベルトコンベアの回転方向とが一致すると判定するようにしても良い。

本発明に係るレーザ加工機の制御方法において、前記制御工程では、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度から、該レーザヘッドの前記ベルトコンベアの回転方向に沿う回転方向成分の速度を特定し、該回転方向成分の速度が前記ベルトコンベアの回転速度に対する予め設定された範囲内にあるときに、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致すると判定するとしても良い。

本発明に係るレーザ加工機の制御方法において、前記制御工程では、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記ベルトコンベアの動作の一時停止と回転動作を繰り返す溶融防止運転を実行するようにしても良い。

本発明に係るレーザ加工機の制御方法において、前記制御工程では、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記ベルトコンベアの回転速度の変速を繰り返す溶融防止運転を実行するようにしても良い。

本発明に係るレーザ加工機の制御方法において、前記制御工程では、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記ベルトコンベアの回転方向の正転と反転を繰り返す溶融防止運転を実行するようにしても良い。

本発明に係るレーザ加工機の制御方法において、前記制御工程では、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記レーザヘッドの動作及び前記レーザ光の照射の一時停止と移動を繰り返す溶融防止運転を実行するようにしても良い。

本発明に係るレーザ加工機の制御方法において、前記溶融防止運転は、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致してから所定の時間経過後に実行されるとしても良い。

また、本発明に係るレーザ加工機は、ワークに対してレーザ光を照射可能なレーザヘッドと、前記レーザ光の照射方向に離間して設けられたベルトコンベアと、前記レーザヘッド及び前記ベルトコンベアの動作を制御する制御部とを備え、前記レーザヘッドは、少なくとも前記ベルトコンベアの回転方向に沿って移動可能に構成されており、前記制御部は、前記ベルトコンベアの動作の一時停止と回転動作を繰り返す、前記ベルトコンベアの回転速度の変速を繰り返す、又は前記ベルトコンベアの回転方向の正転と反転を繰り返すよう構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、レーザ光によるベルトコンベアの溶融を防止することが可能なレーザ加工機及びその制御方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るレーザ加工機の全体構成を概略的に示す斜視図である。同レーザ加工機の駆動制御系の構成を概略的に示すブロック図である。同レーザ加工機の制御方法を示すフローチャートである。同制御方法を示すフローチャートである。同制御方法を示すフローチャートである。同制御方法における溶融防止運転の一例を示すタイミングチャートである。ベルトコンベアの他の例を概略的に示す図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態に係るレーザ加工機及びその制御方法を詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工機について、図１〜図６を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、特開２００２−１７２４８２号公報に記載された全ての内容を援用し得るものであるので、本発明に係るレーザ加工機として、特開２００２−１７２４８２号公報に記載のレーザ加工機と同様の構成を有するレーザ加工機１００を例に挙げて説明する。

［レーザ加工機の全体構成］
図１に示すように、本実施形態に係るレーザ加工機１００は、ワーク（図示せず）が載置されるパレット１０と、パレット１０の上方に設けられ、パレット１０上のワークに対してレーザ光を照射可能なレーザヘッド１１と、パレット１０の下方に設けられ、例えば第１の方向であるＹ軸方向に回転可能なベルトコンベア１２とを備える。なお、以下の説明において、「Ｙ軸方向」とは、ベルトコンベア１２の回転方向を意味し、「Ｘ軸方向」とは、Ｙ軸方向に対して水平面内で直交する方向を意味する。

さらに、レーザ加工機１００は、図２に示すように、レーザヘッド１１及びベルトコンベア１２の動作を制御する制御部１３を備える。制御部１３は、それぞれ、レーザヘッド１１を駆動するヘッド駆動部１１ａと、ベルトコンベア１２を駆動するコンベア駆動部１２ａとに接続されている。

レーザ加工機１００は、図１に示すように、中央部に開口部１ｃが形成されたフレーム１を有する。このフレーム１の開口部１ｃの上方側には、パレット１０が配置されており、下方側には、ベルトコンベア１２が配置されている。また、ベルトコンベア１２の回転方向下流側の端部には、Ｙ軸方向へ引き出し可能な収納ボックス２４が設けられている。

パレット１０は、フレーム１の開口部１ｃの上方側に、ワークや製品を支持するサポートとして設けられている。パレット１０は、図示のように櫛歯状に成形された金属板が、Ｙ軸方向に複数平行に配置されて構成されている。これにより、パレット１０は、レーザ加工によって切断された製品（加工処理品）やスクラップをベルトコンベア１２に向けて落下させることが可能に構成されている。なお、パレット１０は、図示の例に限定されず、例えばいわゆる開閉式のサポート等の種々の構成を採用可能である。

ベルトコンベア１２は、パレット１０の下方側において、レーザ光の照射方向に離間して設けられており、レーザ加工によって切断され、パレット１０を介して落下した製品（加工処理品）やスクラップを収納ボックス２４に向けて搬送するよう構成されている。このベルトコンベア１２は、Ｙ軸方向の両端側に設けられた回転ローラ１５に金属製のベルト１６が巻回された上で、一方の回転ローラ１５を回転させるコンベア駆動モータ（図示せず）を備え、コンベア駆動部１２ａが構成されている。

レーザヘッド１１は、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に移動可能な全走査型のレーザヘッドであり、パレット１０の上方領域に張り出された略ロの字状の上部フレーム１７に、Ｙ軸移動機構１８及びＸ軸移動機構１９を介して支持されている。なお、本実施形態においては、レーザヘッド１１が全走査型のレーザヘッドであるものとして説明するが、これに限定されず、少なくともベルトコンベア１２の回転方向と同方向に移動可能であれば良い。

Ｙ軸移動機構１８は、Ｙ軸方向に沿って延びる一対のＹ軸ガイドレール２６，２６と、Ｙ軸ガイドレール２６，２６上においてそれぞれ摺動可能に設けられた一対のＹ軸スライダ２７，２７と、一対のＹ軸スライダ２７，２７間に架け渡されたＹ軸キャリッジ２８と、一方のＹ軸ガイドレール２６の外側においてＹ軸方向に沿って延び、一方のＹ軸スライダ２７が螺合されたＹ軸ボールねじ２５と、Ｙ軸ボールねじ２５を回転させるＹ軸駆動モータ（図示せず）とを備えている。Ｙ軸駆動モータは、制御部１３と接続されている。このような構成により、制御部１３がＹ軸駆動モータを駆動させると、Ｙ軸ボールねじ２５が回転され、この回転によりＹ軸スライダ２７，２７がＹ軸ガイドレール２６，２６に案内されてＹ軸方向へ移動されるので、Ｙ軸キャリッジ２８も同方向へ移動される。

Ｘ軸移動機構１９は、Ｙ軸キャリッジ２８上においてＸ軸方向に移動可能に設けられたＸ軸キャリッジ２９と、Ｙ軸キャリッジ２８上においてＸ軸方向に沿って延び、Ｘ軸キャリッジ２９が螺合されたＸ軸ボールねじ３０と、Ｘ軸ボールねじ３０を回転させるＸ軸駆動モータ３１とを備えている。Ｘ軸駆動モータ３１は、制御部１３と接続されている。このような構成により、制御部１３がＸ軸駆動モータ３１を駆動させると、Ｘ軸ボールねじ３０が回転され、この回転によりＸ軸キャリッジ２９がＹ軸キャリッジ２８に対して、Ｘ軸方向へ移動される。

また、レーザヘッド１１は、Ｘ軸キャリッジ２９に対し、図示しないアクチュエータ等によって上下動自在に装着されている。すなわち、レーザヘッド１１は、Ｙ軸移動機構１８によるＹ軸方向の移動、及び、Ｘ軸移動機構１９によるＸ軸方向の移動に加えて、鉛直方向（Ｙ軸方向及びＸ軸方向に直交するＺ軸方向）にも移動可能に構成されている。なお、ヘッド駆動部１１ａは、これらＸ軸駆動モータ３１、Ｙ軸駆動モータ及びアクチュエータ等により構成されている。

このように構成されたレーザ加工機１００では、レーザ加工は、次のように行われる。すなわち、レーザ加工時には、制御部１３は、コンベア駆動部１２ａに対し制御信号（駆動信号、停止信号等）を出力し、ベルトコンベア１２をＹ軸方向に回転駆動させる。また、制御部１３は、ヘッド駆動部１１ａに対し制御信号を出力して、レーザヘッド１１をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に移動させる。

このとき、レーザ発振器３２から出力されたレーザ光が、図示しないベンドミラーを経てレーザヘッド１１に送られて、レーザヘッド１１からパレット１０上のワークに向けて照射される。こうして、レーザ光によって、ワークの所望の位置にレーザ加工が行われる。そして、レーザ加工された製品又はスクラップは、パレット１０の各金属板間の隙間からベルトコンベア１２上に落下し、収納ボックス２４に搬送される。

このようにしてレーザ加工が行われるが、本実施形態のレーザ加工機１００及びその制御方法では、レーザ加工中に照射されるレーザ光によるベルトコンベア１２のベルト１６の溶融を防止するため、レーザヘッド１１とベルトコンベア１２との相対移動速度が０（ゼロ）とならないように、制御部１３がレーザヘッド１１及びベルトコンベア１２の少なくとも一方の動作を制御する。

具体的には、制御部１３は、レーザヘッド１１からのワークへのレーザ光の照射中において、レーザヘッド１１の移動方向及び移動速度が、ベルトコンベア１２の回転方向及び回転速度と一致する場合に、該一致を回避するためにこれらの動作を制御し得る。なお、ここで言う「一致」とは、完全一致する場合のみならず、所定のレンジをも含んだ意味で用いられる。

ここで、所定のレンジとは、レーザヘッド１１の移動方向及びベルトコンベア１２の回転方向に関しては、次のような場合を含むものである。例えば、ベルトコンベア１２の回転方向を、機器前方側の収納ボックス２４に向かう場合を＋（正）Ｙ軸方向、機器後方側のレーザ発振器３２に向かう場合を−（逆）Ｙ軸方向とする。この法則に倣って、同様に、レーザヘッド１１の移動方向を＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向とする。

そして、例えばベルトコンベア１２が＋Ｙ軸方向に回転しているときに、レーザヘッド１１の移動方向が＋Ｙ軸方向ではなく、＋Ｙ軸方向に対して僅かに傾いた方向である場合も、移動方向と回転方向とが一致する場合に含まれる。ここで、「僅かに傾いた方向」とは、＋Ｙ軸方向に対して水平面内で直交する方向（Ｘ軸方向）のレーザヘッド１１の移動速度成分が、例えば、分速３００ｍｍ以下で移動している方向である。ベルトコンベア１２及びレーザヘッド１１が−Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向に駆動されている場合も同様である。

前記分速３００ｍｍ以下と示したこの速度成分の値は、あらかじめ実験や計算などに基づき求めておき、制御部１３のメモリにパラメータとして設定し記憶する。なお、この値の求め方は、まず、レーザヘッド１１から照射したレーザ光がベルトコンベア１２に到達する際のレーザ光の最小スポット径（例えば３０ｍｍ）を求め、次に、ヘーザヘッド１１（レーザ光）の移動速度を各種変更しながらベルトコンベア１２の溶融状況を確認し、最後に、ベルトコンベア１２の溶融の可能性があるベルトコンベア１２の回転速度（例えば分速３００ｍｍ（秒速５ｍｍ）以下）を設定することにより求まる。この例の場合、６秒で最小スポット径の２倍の距離をレーザヘッド１１が移動することになるので、２倍よりも短い距離しかレーザヘッド１１が移動しないと、ベルトコンベア１２のベルト１６が溶融してしまうおそれがある。一方、レーザ光の最小スポット径の２倍よりも長い距離をレーザヘッド１１が移動すると、ベルトコンベア１２のベルト１６が溶融する可能性は低いといえる。なお、この値はレーザ加工機１００やベルトコンベア１２の構成及びレーザ発振器３２の出力などによって異なるので、個別に設定されたパラメータを変更し記憶できるようになっている。

また、所定のレンジとは、レーザヘッド１１の移動速度及びベルトコンベア１２の回転速度に関しては、次のような場合を含むものである。例えば、ベルトコンベア１２の回転速度が分速２８００ｍｍ以上３４００ｍｍ以下である場合において、レーザヘッド１１の移動速度がベルトコンベア１２の回転速度に対する予め設定された範囲内（例えば、±２０％の範囲内）にあるときは、移動速度と回転速度とが一致する場合に含まれる。

上記の場合、具体的には、ベルトコンベア１２の回転速度の上記数値の下限値に対する−２０％は分速２２４０ｍｍとなり、上記数値の上限値に対する+２０％は分速４０８０ｍｍとなるので、レーザヘッド１１の移動速度が分速２２４０ｍｍ以上４０８０ｍｍ以下の範囲内である場合は、移動速度と回転速度とが一致する場合に含まれる。

より具体的には、ベルトコンベア１２の回転速度が分速２８００ｍｍである場合、レーザヘッド１１の移動速度が分速２２４０ｍｍ以上３３６０ｍｍ以下の範囲にあるときは一致すると判定され得る。また、ベルトコンベア１２の回転速度が分速３４００ｍｍである場合は、レーザヘッド１１の移動速度が分速２７２０ｍｍ以上４０８０ｍｍ以下の範囲にあるときは一致すると判定され得る。以下に、ベルトコンベア１２のベルト１６の溶融を防止するためのレーザ加工機１００の制御方法を説明する。

［レーザ加工機のベルトコンベアの溶融防止］
図３に示すように、まず、電源をＯＮにするなどして、レーザ加工機１００を起動し（ステップＳ１００）、制御部１３によって、コンベア駆動部１２ａに駆動信号を出力し、ベルトコンベア１２の運転を開始する（ステップＳ１０１）。続いて、制御部１３は、レーザヘッド１１の動作プログラムに基づいて必要に応じてヘッド駆動部１１ａに駆動信号を出力し、レーザヘッド１１を駆動して、レーザ加工の通常運転を開始する。

そして、制御部１３は、レーザ加工機１００により実施されているレーザ加工が、溶融防止を実行しなければならない所定条件のレーザ加工であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２における判断は、具体的には、例えば次のように行われる。

すなわち、制御部１３は、自身が備えるＨＤＤやＳＳＤ等の記憶手段に記憶されたレーザ加工に関するＮＣパラメータの各数値を読み取る。そして、制御部１３は、読み取った数値に基づいて、例えばレーザ加工機１００がレーザ発振器３２として所定の出力値（例えば、６ｋＷ）以上のファイバレーザ発振器を搭載しているか否か、レーザのピークパワーの値が設定されたしきい値より大きいか否か、或いはファイバレーザ発振器を使用するか否かなどの判断項目を、設定されたしきい値と比較する。この比較の結果、例えば判断項目を満たす場合に、所定条件のレーザ加工であると判断する。

このステップＳ１０２において、制御部１３が所定条件のレーザ加工ではないと判断した場合（ステップＳ１０２のＮｏ）は、ステップＳ１０３の通常運転に移行する。一方、ステップＳ１０２において、制御部１３が所定条件のレーザ加工であると判断した場合（ステップＳ１０２のＹｅｓ）は、ステップＳ１０４の溶融防止判定処理に移行する。

図４に示すように、溶融防止判定処理では、まず、制御部１３は、レーザヘッド１１の移動速度とベルトコンベア１２の回転速度とが一致しているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。具体的には、このステップＳ２０２においては、レーザヘッド１１の移動速度がベルトコンベア１２の回転速度の所定の速度範囲（回転速度に対する予め設定された範囲）内（例えば、レーザヘッド１１の移動速度がベルトコンベア１２の回転速度の±２０％の範囲内）にあるか否かを判定する。例えばベルトコンベア１２の回転速度が２８００ｍｍ／ｍｉｎである場合には、レーザヘッド１１の移動速度がこの回転速度の±２０％の速度である２２４０ｍｍ／ｍｉｎ≦移動速度≦３３６０ｍｍ／ｍｉｎの範囲内にあるか否かが判定される。なお、該回転速度範囲（±２０％）は制御部１３のメモリにパラメータとして設定し記憶され、自由に設定された値を変更し記憶できるようになっている。

ステップＳ２０２において、レーザヘッド１１の移動速度が所定の速度範囲内であると判定された場合（ステップＳ２０２のＹｅｓ）は、さらに、レーザ光が照射中（レーザ光出力中）であるか否かが判定され（ステップＳ２０３）、レーザ光が照射中であると判定された場合（ステップＳ２０３のＹｅｓ）は、レーザヘッド１１の移動方向とベルトコンベア１２の回転方向とが一致しているか否か、すなわち、レーザヘッド１１のＸ軸方向への移動がないか否か（ステップＳ２０４）及びレーザヘッド１１がベルトコンベア１２の回転方向と同方向に移動しているか否か（ステップＳ２０５）が判定される。

このステップＳ２０４において、「レーザヘッド１１のＸ軸方向への移動がない」との判定には、厳密にレーザヘッド１１のＸ軸方向への移動がない場合のみならず、上述したようにレーザヘッド１１の移動速度が分速３００ｍｍ以下でＸ軸方向に移動している場合も含まれる。

そして、レーザヘッド１１のＸ軸方向への移動がないと判定された場合（ステップＳ２０４のＹｅｓ）は、レーザヘッド１１が、ベルトコンベア１２の回転方向と同方向に移動しているか否かが判定される（ステップＳ２０５）。このステップＳ２０５において、「同方向」には、例えばベルトコンベア１２の回転方向が＋Ｙ軸方向であるときに、レーザヘッド１１の移動方向が＋Ｙ軸方向であるように厳密に同一方向となる場合のみならず、＋Ｙ軸方向に対して僅かに傾いた方向、すなわち、Ｙ軸方向に対して水平面内で直交する方向（Ｘ軸方向）のレーザヘッド１１の移動速度が分速３００ｍｍ以下で移動している方向である場合も含まれる。

ステップＳ２０５において、レーザヘッド１１がベルトコンベア１２の回転方向と同方向に移動していると判定された場合（ステップＳ２０５のＹｅｓ）は、溶融防止運転（ステップＳ２０６）に移行する。なお、ステップＳ２０２においてレーザヘッド１１の移動速度が所定の速度範囲内ではないと判定された場合（ステップＳ２０２のＮｏ）、ステップＳ２０３においてレーザ光が照射中ではないと判定された場合（ステップＳ２０３のＮｏ）、ステップＳ２０４においてレーザヘッド１１のＸ軸方向への移動があると判定された場合（ステップＳ２０４のＮｏ）、及びステップＳ２０５においてレーザヘッド１１がベルトコンベア１２の回転方向と同方向に移動していないと判定された場合（ステップＳ２０５のＮｏ）は、上記ステップＳ２００に移行して以降の処理を繰り返す。

このように、溶融防止判定処理においては、後述する溶融防止運転を実行する判定条件として、ベルトコンベア１２の回転速度とレーザヘッド１１の移動速度が略同一であり、かつ、ベルトコンベア１２の回転方向とレーザヘッド１１の移動方向が略同一である場合（すなわち、ベルトコンベア１２とレーザヘッド１１の相対移動速度が略ゼロ（０）となる場合）も含まれる。次に、溶融防止運転について説明する。

［ベルトコンベアの溶融防止運転］
ここでは、溶融防止運転として、ベルトコンベア１２を一時停止及び回転動作させることを繰り返す動作について説明する。
図５に示すように、溶融防止運転に移行すると、制御部１３は、コンベア駆動部１２ａに駆動信号を出力し、例えばステップＳ２０５にて判定に用いられた方向にベルトコンベア１２を駆動する（ステップＳ３００）。そして、所定の駆動時間（例えば、１０秒間）が経過するまで駆動状態を維持し（ステップＳ３０１のＮｏ）、経過した場合（ステップＳ３０１のＹｅｓ）に、コンベア駆動部１２ａに停止信号を出力し、ベルトコンベア１２を停止させる（ステップＳ３０２）。

このように、ベルトコンベア１２を停止させた後、所定の停止時間（例えば、３秒間）が経過するまで停止状態を維持し（ステップＳ３０３のＮｏ）、経過した場合（ステップＳ３０３のＹｅｓ）に、溶融防止運転を行う運転条件（例えば、上述した溶融防止判定処理における判定条件）から外れたか否かを判定して、溶融防止運転を終了するか否かを判断する（ステップＳ３０４）。

溶融防止運転を終了しないと判断した場合（ステップＳ３０４のＮｏ）は、上記ステップＳ３００に移行して溶融防止運転を継続する。このようなベルトコンベア１２の一時停止による溶融防止運転のタイミングチャートは、図６に示すようになる。図６に示すタイミングチャートでは、動作プロブラムによりレーザヘッド１１が駆動されてレーザ加工が開始されてから終了されるまでの間に、ベルトコンベア１２を１０秒間駆動することのスタートが３回、及び３秒間停止させることが２回繰り返されている。なお、この駆動時間及び停止時間は、制御部１３のメモリにパラメータとして設定し記憶され、レーザ加工機１００やベルトコンベア１２の構成及びレーザ発振器３２の出力などによって自由に設定された値を変更し記憶できるようになっている。

すなわち、通常運転時は、ベルトコンベア１２は＋Ｙ軸方向に一定の回転速度で回転し続けるように動作しているが、上記の溶融防止運転においては、ベルトコンベア１２は１０秒間動作後３秒間停止という動作を断続的に繰り返すよう運転されている。これにより、ベルトコンベア１２のベルト１６の一箇所に集中的にレーザ光が照射され続けることを防ぐことができるので、ベルトコンベア１２がレーザ光により溶融してしまうことを防止することができる。なお、溶融防止運転を終了すると判断した場合（ステップＳ３０４のＹｅｓ）は、上述した溶融防止判定処理のステップＳ２００に移行して以降の処理を繰り返す。
なお、溶融防止運転としては、上述したようにベルトコンベア１２を一時停止及び回転動作させることを繰り返すものの他、次のような動作も挙げられる。

［溶融防止運転の他の例］
すなわち、他の溶融防止運転としては、制御部１３の制御により、ベルトコンベア１２の回転速度を変速（減速又は加速）させることを繰り返すように駆動すること、ベルトコンベア１２の回転方向を反転（＋（正）回転から−（逆）回転、−（逆）回転から＋（正）回転）させることを繰り返すように駆動すること、及び制御部１３からヘッド駆動部１１ａに制御信号を出力し、レーザヘッド１１の動作（及びレーザ光の照射）を一時停止させることを繰り返すように駆動すること等が挙げられる。なお、レーザヘッド１１の動作を一時停止させることに関しては、例えば、上述したベルトコンベア１２の各種動作の制御と並行して行われても良い。

また、溶融防止に関しては、上記のようなレーザヘッド１１の動作をリアルタイムに把握して、溶融防止判定を行ってベルトコンベア１２の動作と一致する場合に溶融防止運転を実行するものの他、制御部１３において予めレーザヘッド１１の動作プログラムを解析した上で、事前にレーザヘッド１１の移動方向及び移動速度がベルトコンベア１２の回転方向及び回転速度と一致するタイミングを算出して把握しておき、このタイミングをトリガとして溶融防止運転を実行するようにしてもよい。また、上記のような溶融防止運転を適宜実行するものの他、例えば、制御部１３が、コンベア駆動部１２ａが動作しているときには、常時上述した何れかの溶融防止運転を実行するようにしてもよい。

以上述べたように、本実施形態に係るレーザ加工機１００及びその制御方法によれば、例えば制御部１３からヘッド駆動部１１ａ及びコンベア駆動部１２ａに対して制御信号を出力することによって、レーザ光を照射するレーザヘッド１１とベルトコンベア１２の動作が同期しないように（相対動速度がゼロにならないように）制御を行うことで、ベルトコンベア１２（のベルト１６）がレーザ光により溶融してしまうことを、既存の設備を利用して効果的に防止することが可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工機について説明する。第２実施形態に係るレーザ加工機は、第１実施形態に係るレーザ加工機１００と以下の点において相違している。なお、第２実施形態に係るレーザ加工機において、その余の点については第１実施形態に係るレーザ加工機１００と共通しているため、それら共通の構成及び制御については説明を省略する。

上述した第１実施形態に係るレーザ加工機１００では、レーザヘッド１１の移動速度がベルトコンベア１２の回転速度の「±２０％の範囲内」にあるときに、レーザヘッド１１の移動速度とベルトコンベア１２の回転速度とが一致すると判定するものとして説明した。
また、上述した第１実施形態に係るレーザ加工機１００では、ベルトコンベア１２の回転方向とレーザヘッド１１の移動方向とが同一方向である場合、及び、レーザヘッド１１の移動方向が、ベルトコンベア１２の回転方向に対して僅かに傾いた方向である場合（ベルトコンベア１２の回転方向に対して水平面内で直交する方向のレーザヘッド１１の移動速度が分速３００ｍｍ以下で移動している場合）に、レーザヘッド１１の移動方向とベルトコンベア１２の回転方向とが一致すると判定するものとして説明した。
すなわち、上述した第１実施形態に係るレーザ加工機１００では、レーザヘッド１１及びベルトコンベア１２の速度の一致判定と、レーザヘッド１１及びベルトコンベア１２の方向の一致判定とを異なる基準により判定している。

これに対し、第２実施形態に係るレーザ加工機は、レーザヘッド１１の移動方向及び移動速度から、該レーザヘッド１１のベルトコンベア１２の回転方向（＋Ｙ方向）に沿う回転方向成分（＋Ｙ方向成分）の速度を特定し、該回転方向成分の速度がベルトコンベア１２の回転速度に対する予め設定された範囲内にあるときに、レーザヘッド１１の移動方向及び移動速度がベルトコンベア１２の回転方向及び回転速度と一致すると判定するよう構成されている。すなわち、第２実施形態に係るレーザ加工機では、レーザヘッド１１の＋Ｙ方向成分の速度を用いて、レーザヘッド１１及びベルトコンベア１２の速度の一致判定と方向の一致判定とを同時に行うよう構成されている。このような制御方法によれば、制御部１３における判定処理をより単純化することが可能となる。

第２実施形態に係るレーザ加工機において、レーザヘッド１１及びベルトコンベア１２の方向及び速度の一致判定の基準（上述した「予め設定された範囲内」）としては、例えば、レーザヘッド１１の＋Ｙ方向成分の速度とベルトコンベア１２の回転速度との速度差が分速１４００ｍｍ未満という基準が挙げられる。このような基準によると、例えばベルトコンベア１２の回転速度が分速２８００ｍｍである場合には、レーザヘッド１１の＋Ｙ方向成分の速度が分速１４００ｍｍを越え、かつ、４２００ｍｍ未満の範囲にあるときは、レーザヘッド１１及びベルトコンベア１２の方向及び速度が一致すると判定される。一方、例えばベルトコンベア１２の回転速度が分速３４００ｍｍである場合には、レーザヘッド１１の＋Ｙ方向成分の速度が分速２０００ｍｍを越え、かつ、４８００ｍｍ未満の範囲にあるときは、レーザヘッド１１及びベルトコンベア１２の方向及び速度が一致すると判定される。

そして、第２実施形態に係るレーザ加工機では、レーザヘッド１１の＋Ｙ方向成分の速度とベルトコンベア１２の回転速度との速度差が予め設定された範囲内（分速１４００ｍｍ未満）となった場合に、レーザヘッド１１及びベルトコンベア１２の方向及び速度が一致すると判定し、これら両速度の速度差が予め設定された範囲外（分速１４００ｍｍ以上）となるよう、溶融防止運転を実行するよう構成されている。このような第２実施形態に係るレーザ加工機の制御方法によっても、レーザ光によるベルトコンベア１２の溶融を防止することが可能である。

なお、第２実施形態に係るレーザ加工機では、方向及び速度の一致判定後に直ちに溶融防止運転（一時停止、変速又は回転方向の切り替え等）を実行するのではなく、レーザヘッド１１の移動方向及び移動速度がベルトコンベア１２の回転方向及び回転速度と一致すると判定してから所定の時間経過後（例えば２秒動作後）に該溶融防止運転を実行するよう構成されている。

このような第２実施形態に係るレーザ加工機によれば、ベルトコンベア１２やレーザヘッド１１の一時停止等を必要最小限に抑えることが可能となる。すなわち、方向及び速度の一致判定後に直ちに溶融防止運転（一時停止、変速又は回転方向の切り替え等）を実行する構成では、例えば小さいサイズの製品を繰り返し切断する場合など、レーザ光によるベルトコンベア１２の溶融のおそれが低い場合であっても、レーザヘッド１１及びベルトコンベア１２の方向及び速度が一致する度にベルトコンベア１２やレーザヘッド１１が頻繁に一時停止等することとなり、装置の故障や加工時間の長期化の原因となるおそれがある。これに対し、第２実施形態に係るレーザ加工機では、一致判定から溶融防止運転の実行までに所定のタイムラグを持たせることにより、例えば小さいサイズの製品を繰り返し切断する際等のＯＮ/ＯＦＦの頻繁な繰り返しを防止することが可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、ベルトコンベアは、図７に示すように、回転方向下流側の端部１２ａ´が上方に向けて傾いた傾斜コンベア１２´であるとしても良い。このような傾斜コンベア１２´によれば、回転方向下流側の端部１２ａ´の下部に広いスペースを形成することが可能となるため、収容容量の大きい収納ボックス２４を配置したり、端部１２ａ´の下方に搬出コンベア等の排出手段を配置したりすることが可能となる。

１フレーム
１０パレット
１１レーザヘッド
１１ａヘッド駆動部
１２ベルトコンベア
１２ａコンベア駆動部
１２´ 傾斜コンベア
１２ａ´ 回転方向下流側の端部
１３制御部
１５回転ローラ
１６ベルト
１７上部フレーム
１８Ｙ軸移動機構
１９Ｘ軸移動機構
２４収納ボックス
３２レーザ発振器
１００レーザ加工機

Claims

ワークに対してレーザ光を照射可能なレーザヘッドと、
前記レーザ光の照射方向に離間して設けられたベルトコンベアと、
前記レーザヘッド及び前記ベルトコンベアの動作を制御する制御部と
を備え、
前記レーザヘッドは、少なくとも前記ベルトコンベアの回転方向に沿って移動可能に構成されており、
前記制御部は、前記レーザ光を照射中の前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、該一致を回避するために前記レーザヘッド及び前記ベルトコンベアの少なくとも一方の動作を制御するよう構成されている
ことを特徴とするレーザ加工機。
前記レーザヘッドは、予め設定された動作プログラムに基づいて動作するよう構成され、
前記ベルトコンベアは、予め設定された回転方向及び回転速度で連続的に動作するよう構成され、
前記制御部は、前記動作プログラムを解析して事前に前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致するタイミングを算出し、該タイミングをトリガとして前記レーザヘッド及び前記ベルトコンベアの少なくとも一方の動作を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
前記制御部は、
前記レーザヘッドの移動速度が前記ベルトコンベアの回転速度に対する予め設定された範囲内にあるときに、前記レーザヘッドの移動速度と前記ベルトコンベアの回転速度とが一致すると判定し、
前記ベルトコンベアの回転方向と前記レーザヘッドの移動方向とが同一方向である場合、及び前記レーザヘッドの移動方向が、前記ベルトコンベアの回転方向に対して水平面内で直交する方向の前記レーザヘッドの移動速度が予め設定された速度以下で移動している場合に、前記レーザヘッドの移動方向と前記ベルトコンベアの回転方向とが一致すると判定する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工機。
前記制御部は、
前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度から、該レーザヘッドの前記ベルトコンベアの回転方向に沿う回転方向成分の速度を特定し、
該回転方向成分の速度が前記ベルトコンベアの回転速度に対する予め設定された範囲内にあるときに、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致すると判定する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工機。
前記制御部は、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記ベルトコンベアの動作の一時停止と回転動作を繰り返す溶融防止運転を実行する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
前記制御部は、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記ベルトコンベアの回転速度の変速を繰り返す溶融防止運転を実行する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
前記制御部は、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記ベルトコンベアの回転方向の正転と反転を繰り返す溶融防止運転を実行する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
前記制御部は、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記レーザヘッドの動作及び前記レーザ光の照射の一時停止と移動を繰り返す溶融防止運転を実行する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
前記溶融防止運転は、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致してから所定の時間経過後に実行される
ことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
ワークに対してレーザ光を照射可能なレーザヘッドと、前記レーザ光の照射方向に離間して設けられたベルトコンベアとを備え、前記レーザヘッドが、少なくとも前記ベルトコンベアの回転方向に沿って移動可能に構成されたレーザ加工機の制御方法であって、
前記レーザ光を照射中の前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、該一致を回避するために前記レーザヘッド及び前記ベルトコンベアの少なくとも一方の動作を制御する制御工程を含む
ことを特徴とするレーザ加工機の制御方法。
前記レーザヘッドの動作プログラムを解析し、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致するタイミングを事前に算出する算出工程を更に含み、
前記制御工程では、前記タイミングをトリガとして前記レーザヘッド及び前記ベルトコンベアの少なくとも一方の動作を制御する
ことを特徴とする請求項１０に記載のレーザ加工機の制御方法。
前記制御工程では、
前記レーザヘッドの移動速度が前記ベルトコンベアの回転速度に対する予め設定された範囲内にあるときに、前記レーザヘッドの移動速度と前記ベルトコンベアの回転速度とが一致すると判定し、
前記ベルトコンベアの回転方向と前記レーザヘッドの移動方向とが同一方向である場合、及び前記レーザヘッドの移動方向が、前記ベルトコンベアの回転方向に対して水平面内で直交する方向の前記レーザヘッドの移動速度が予め設定された速度以下で移動している場合に、前記レーザヘッドの移動方向と前記ベルトコンベアの回転方向とが一致すると判定する
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のレーザ加工機の制御方法。
前記制御工程では、
前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度から、該レーザヘッドの前記ベルトコンベアの回転方向に沿う回転方向成分の速度を特定し、
該回転方向成分の速度が前記ベルトコンベアの回転速度に対する予め設定された範囲内にあるときに、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致すると判定する
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のレーザ加工機の制御方法。
前記制御工程では、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記ベルトコンベアの動作の一時停止と回転動作を繰り返す溶融防止運転を実行する
ことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のレーザ加工機の制御方法。
前記制御工程では、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記ベルトコンベアの回転速度の変速を繰り返す溶融防止運転を実行する
ことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のレーザ加工機の制御方法。
前記制御工程では、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記ベルトコンベアの回転方向の正転と反転を繰り返す溶融防止運転を実行する
ことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のレーザ加工機の制御方法。
前記制御工程では、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致する場合に、前記レーザヘッドの動作及び前記レーザ光の照射の一時停止と移動を繰り返す溶融防止運転を実行する
ことを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか１項に記載のレーザ加工機の制御方法。
前記溶融防止運転は、前記レーザヘッドの移動方向及び移動速度が前記ベルトコンベアの回転方向及び回転速度と一致してから所定の時間経過後に実行される
ことを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載のレーザ加工機の制御方法。
ワークに対してレーザ光を照射可能なレーザヘッドと、
前記レーザ光の照射方向に離間して設けられたベルトコンベアと、
前記レーザヘッド及び前記ベルトコンベアの動作を制御する制御部と
を備え、
前記レーザヘッドは、少なくとも前記ベルトコンベアの回転方向に沿って移動可能に構成されており、
前記制御部は、前記ベルトコンベアの動作の一時停止と回転動作を繰り返す、前記ベルトコンベアの回転速度の変速を繰り返す、又は前記ベルトコンベアの回転方向の正転と反転を繰り返すように構成されている
ことを特徴とするレーザ加工機。