JP2023135564A

JP2023135564A - レーザー加工ヘッド移動装置

Info

Publication number: JP2023135564A
Application number: JP2022040843A
Authority: JP
Inventors: 敏佐藤; Satoshi Sato
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-03-15
Filing date: 2022-03-15
Publication date: 2023-09-28

Abstract

【課題】環境温度変化、不規則な振動、予想外の加速度、厳しい精度要求等を満たす位置決め機構を備えるレーザー加工ヘッド移動装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のレーザー加工ヘッド移動装置１は、被加工物をレーザー照射によって加工する機構を備えるレーザー加工ヘッドを、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交する３軸に沿って移動させる機構を有するレーザー加工ヘッド移動装置において、Ｘ軸胴体部と、Ｘ軸胴体部と結合するＸ軸腕部とを備えるＸ軸コアモジュール１００と、Ｙ軸胴体部と、Ｙ軸胴体部の両端から屈曲するＹ軸屈曲部とを備え、Ｙ軸胴体部にＸ軸コアモジュール１００のＸ軸胴体部をガイドするＸ軸受センターレールを備えるＹ軸コアモジュール２００と、Ｚ軸胴体部と、Ｘ軸コアモジュール１００のＸ軸腕部にガイドされるＸ軸固定ブラケットを備えるＺ軸エレベータモジュール３００と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー加工ヘッド移動装置に関するものであり、詳しくは、耐環境性指向を備えるレーザー加工ヘッド移動装置に関するものである。

レーザー光線を用いて加工を行う設備の一形態としては、レーザーヘッドを上方から制御し、作業台に置いたワークにレーザーを照射するというものがある。例えば、特許文献１に開示されたレーザ切断機は、一対の橋門とそれらを接続する中央梁とを備え、中央梁は交差梁を保持しており、その交差梁はレーザ切断ヘッドを支持し、レーザ切断ヘッドが、中央梁の長手方向と、中央梁の長手方向と直交する交差梁のガイド方向に沿って動く構造となっている。

また、近年はレーザーの高性能化が進んでおり、特にレーザー焦点径の縮小化によって、相対的にワーク位置決め精度が高度化している。

特開２０１１－２５３１５号公報

ヘッドが基台となる部分と一体化した設備は、設備の大型化や高精度化を考えるときに、基台部分の大型化と剛性の強化などの、相応の設置環境が要求される。レーザーの高性能化が進む中であっても、設備環境の改善は簡単ではなく、従来のレーザー加工設備ではユーザーの要求を満たせない恐れがある。対象ワークの物流要求多義、生産数量多寡、稼働時間、その他設備能力としての広範な対応性を満たす必要がある。また、レーザーヘッドのみを改善したい場合に基台部分から交換するとなると、大がかりな改修が必要となる。

そこで、本発明は、環境温度変化、不規則な振動、予想外の加速度、様々なユーザー要求等を満たす位置決め機構を備えるレーザー加工ヘッド移動装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザー加工ヘッド移動装置は、前記した目的を達成せんとするもので、請求項１の手段は、被加工物をレーザー照射によって加工する機構を備えるレーザー加工ヘッドを、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交する３軸に沿って移動させる機構を有するレーザー加工ヘッド移動装置において、Ｘ軸胴体部と、前記Ｘ軸胴体部と結合するＸ軸腕部とを備えるＸ軸コアモジュールと、Ｙ軸胴体部と、前記Ｙ軸胴体部の両端から屈曲するＹ軸屈曲部とを備え、前記Ｙ軸胴体部に前記Ｘ軸コアモジュールの前記Ｘ軸胴体部をガイドするＸ軸受センターレールを備えるＹ軸コアモジュールと、Ｚ軸胴体部と、前記Ｘ軸コアモジュールの前記Ｘ軸腕部にガイドされるＸ軸固定ブラケットとを備えるＺ軸エレベータモジュールと、前記Ｘ軸コアモジュールの前記Ｘ軸胴体部をＸ軸受センターレールに沿って摺動させるＹ軸移動機構と、前記Ｚ軸エレベータモジュールの前記Ｘ軸固定ブラケットを前記Ｘ軸腕部に沿って摺動させるＸ軸移動機構と、前記Ｚ軸エレベータモジュールの前記Ｘ軸固定ブラケットが前記Ｘ軸腕部に保持されながら、前記Ｚ軸胴体部が前記Ｘ軸固定ブラケットの爪部に保持されながら前記Ｚ軸胴体部を摺動させるＺ軸移動機構と、を備える。

また、請求項２の手段は、前記Ｘ軸コアモジュールの前記Ｘ軸胴体部および前記Ｘ軸腕部、前記Ｙ軸コアモジュールの前記Ｙ軸胴体部および前記Ｙ軸屈曲部ならびに前記Ｚ軸エレベータモジュールの前記Ｚ軸胴体部および前記Ｘ軸固定ブラケットは、それぞれが鋳鉄一体成形されていることを特徴とする。

本発明のレーザー加工ヘッド移動装置は、Ｘ、ＹおよびＺ軸の位置関係構成を鋳鉄一体成形モジュール製とし、全体をシンプルで薄型軽量化する事で移動体質量を軽減し、誤差要因となり得る応力による撓み、歪み等を排除することができる。

本発明のレーザー加工ヘッド移動装置の全体の上方斜視図である。本発明のレーザー加工ヘッド移動装置の全体の下方斜視図である。本発明のレーザー加工ヘッド移動装置のＸ軸コアモジュールの斜視図である。本発明のレーザー加工ヘッド移動装置のＹ軸コアモジュールの斜視図である。本発明のレーザー加工ヘッド移動装置のＺ軸エレベータモジュールの斜視図である。本発明のレーザー加工ヘッド移動装置を設置した第１の使用例を表す斜視図である。本発明のレーザー加工ヘッド移動装置を設置した第２の使用例を表す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明のレーザー加工ヘッド移動装置１の全体の上方斜視図である。また、図２は、本発明のレーザー加工ヘッド移動装置１の全体の下方斜視図である。レーザー加工ヘッド移動装置１は、大別して、Ｘ軸コアモジュール１００、Ｙ軸コアモジュール２００およびＺ軸エレベータモジュール３００を備え、一体として加工設備に取り付けて用いるモジュールとなる。

図３は、レーザー加工ヘッド移動装置１のＸ軸コアモジュール１００の斜視図である。Ｘ軸コアモジュール１００は平面視で全体としてＴ字型の構造をなし、ほぼ直方体状のＸ軸胴体部１１０と、同じくほぼ直方体状のＸ軸腕部１２０を有し、Ｘ軸胴体部１１０の一方の先端部１１１と、Ｘ軸腕部１２０の底面部１２１の中間部１２１ａとが結合する。Ｘ軸腕部１２０の左右側面部にはＹ軸受部１２２ａ、１２２ｂが形成される。Ｘ軸腕部１２０の上面部１２３は背面部１２４側に延伸したＺ軸受部１２４ａが形成される。Ｘ軸腕部１２０の背面部１２４にはＹ軸受部１２２ａの内側部１２２ａ１から、Ｙ軸受部１２２ｂの内側部１２２ｂ１まで段部１２５が設けられる。本実施例においては、Ｘ軸腕部１２０の長手方向をＸ軸方向とする。

図４は、レーザー加工ヘッド移動装置１のＹ軸コアモジュール２００の斜視図である。Ｙ軸コアモジュール２００は平面視で全体としてコの字型の構造をなし、両端のＹ軸屈曲部２１０、２２０に、Ｘ軸受サイドレール２１１、２２１が設けられる。また、Ｙ軸コアモジュール２００のＹ軸胴体部２３０にはＸ軸受センターレール２３１が形成される。本実施例においては、Ｙ軸屈曲部２１０、２２０の長手方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸受センターレール２３１はＸ軸胴体部１１０をＹ軸方向にガイドし、Ｘ軸受サイドレール２１１、２２１は、Ｘ軸腕部１２０をＹ軸方向にガイドする。

図５は、レーザー加工ヘッド移動装置１のＺ軸エレベータモジュール３００の斜視図である。Ｚ軸エレベータモジュール３００はほぼ直方体状のＺ軸胴体部３１０と、Ｚ軸胴体部３１０の正面部に設けられるＺ軸ボールねじ軸３１１と嵌合してＺ軸方向に摺動可能に設けられるＸ軸固定ブラケット３２０からなる。Ｘ軸固定ブラケット３２０は、Ｚ軸胴体部３１０を保持する図示しない爪部を備える。本実施例においては、Ｚ軸胴体部３１０長手方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸腕部１２０は、Ｘ軸固定ブラケット３２０をＸ軸方向にガイドする。

Ｚ軸エレベータモジュール３００はＺ軸移動機構を備える。Ｚ軸エレベータモジュール３００の上面収容部３１４に取り付けられるＺ軸サーボモーター３３０を駆動源として、Ｘ軸コアモジュール１００のＺ軸受部１２４ａと嵌合するＸ軸固定ブラケット３２０がＺ軸方向に固定された状態で、Ｚ軸胴体部３１０がＺ軸方向にガイドされながら摺動する。具体的には、Ｚ軸移動機構は、Ｚ軸エレベータモジュール３００のＸ軸固定ブラケット３２０がＸ軸腕部１２０に保持されながら、Ｚ軸胴体部３１０のＺ軸ボールねじ軸３１１がＸ軸固定ブラケット３２０の図示しない爪部に保持されながらＺ軸胴体部３１０を摺動させる。

Ｘ軸コアモジュール１００はＸ軸移動機構を備える。Ｚ軸エレベータモジュール３００のＸ軸方向への移動は、段部１２５の図示しない内部収容部に収容される図示しないＸ軸駆動用モーターマグネットを駆動源として、Ｘ軸コアモジュール１００のＺ軸受部１２４ａと嵌合するＸ軸固定ブラケット３２０が、Ｙ軸受部１２２ａの内側部１２２ａ１から、Ｙ軸受部１２２ｂの内側部１２２ｂ１までＸ軸方向に摺動する。このとき、Ｚ軸エレベータモジュール３００のＺ軸胴体部３１０とＸ軸固定ブラケット３２０は一体としてＸ軸方向に移動する。

Ｙ軸コアモジュール２００はＹ軸移動機構を備える。Ｚ軸エレベータモジュール３００のＹ軸方向への移動は、Ｙ軸胴体部２３０の図示しない内部収容部に収容される図示しないＹ軸駆動用モーターマグネットを駆動源として、Ｘ軸受センターレール２３１と嵌合するＸ軸コアモジュール１００のＸ軸胴体部１１０が、Ｙ軸胴体部２３０の内部を摺動する。このとき、Ｚ軸エレベータモジュール３００は、Ｘ軸コアモジュール１００と一体としてＹ軸方向に移動する。また、Ｘ軸コアモジュール１００のＸ軸胴体部１１０およびＸ軸腕部１２０は、ＸＹ軸からなるＸＹ平面と平行に、かつ、Ｙ軸方向に沿って移動する。

図６はレーザー加工ヘッド移動装置１を櫓型レーザー加工設備５００に設置した使用例を表す斜視図である。レーザー加工ヘッド移動装置１はＹ軸コアモジュール２００を櫓型レーザー加工設備５００に固定して用いられる。Ｙ軸コアモジュール２００が櫓型レーザー加工設備５００に固定されたレーザー加工ヘッド移動装置１のＺ軸エレベータモジュール３００の底面部３１２にはヘッド装着部３１３が設けられ、ヘッド装着部３１３にレーザー加工ヘッド４００が取り付けられる。レーザー加工ヘッド４００は、被加工物をレーザー照射によって加工する機構を備える。

Ｘ軸駆動用モーターマグネット、Ｙ軸駆動用モーターマグネットおよびＺ軸サーボモーター３３０は、図示しない制御装置によって制御される。制御装置の制御によって、レーザー加工ヘッド移動装置１は、レーザー加工ヘッド４００をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に、所定の範囲内で任意に移動させることができる。

図６の櫓型レーザー加工設備５００はレーザー加工ヘッド移動装置１の使用例の一例であり、本発明のレーザー加工ヘッド移動装置１は、他のレーザー加工設備にも使用可能である。図７はレーザー加工ヘッド移動装置１をフロントゲート型レーザー加工設備６００に設置した使用例を表す斜視図である。本発明のレーザー加工ヘッド移動装置１は、Ｙ軸コアモジュール２００を固定できるレーザー加工設備であれば、あらゆる環境で使用可能である。

Ｘ軸コアモジュール１００のＸ軸胴体部１１０およびＸ軸腕部１２０、ならびに、Ｙ軸コアモジュール２００のＹ軸屈曲部２１０、２２０およびＹ軸胴体部２３０は、鋳鉄一体成形とすることが好適である。また、Ｚ軸エレベータモジュール３００のＺ軸胴体部３１０も鋳鉄成形とすることが好適である。レーザー加工ヘッド移動装置１の各モジュールをシンプルで薄型軽量化とすることで移動体質量を軽減し、誤差要因となり得る応力による撓み、歪み等を排除することができる。

また、本発明のレーザー加工ヘッド移動装置１は、全体としてモジュール化され、Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構およびＺ軸移動機構を内蔵する構成である。そのため、本発明の範囲内で多様なレーザー加工ヘッド移動装置１を選択的に設備に設置して使用することができ、または設備の規模や環境を問わずに本発明のレーザー加工ヘッド移動装置１を設置することができる。さらに、床から上部に大きな空間を確保できる設備であれば、ワークの移動や物流、治具設置等の細工手段が自由に構築可能となる。

各モジュールの駆動モーターの構成は、先述の例示にとどまらず、多様な構成とすることができる。各モジュールの駆動モーターは、Ｚ軸については、Ｚ軸サーボモーター３３０のように直動型とし、単純化、小型化とすることが好適であり、Ｘ軸およびＹ軸については、リニアスライドモーターとし、簡潔、省スペース化とすることが好適である。また、駆動モーターの収容部の構成は、応力で歪みにくい枡形、例えば溶接製缶、鋳物製構造とすることが好適である。

１…レーザー加工ヘッド移動装置。
１００…Ｘ軸コアモジュール、１１０…Ｘ軸胴体部、１１１…先端部、１２０…Ｘ軸腕部、１２１…底面部、１２１ａ…中間部、１２２ａ…Ｙ軸受部、１２２ａ１…内側部、１２２ｂ…Ｙ軸受部、１２２ｂ１…内側部、１２３…上面部、１２４…背面部、１２４ａ…Ｚ軸受部、１２５…段部。
２００…Ｙ軸コアモジュール、２１０…Ｙ軸屈曲部、２１１…Ｙ軸受サイドレール、２２０…Ｙ軸屈曲部、２２１…Ｙ軸受サイドレール、２３０…Ｙ軸胴体部、２３１…Ｘ軸受センターレール。
３００…Ｚ軸エレベータモジュール、３１０…Ｚ軸胴体部、３１１…Ｚ軸ボールねじ軸、３１２…底面部、３１３…ヘッド装着部、３１４…上面収容部、３２０…Ｘ軸固定ブラケット、３３０…Ｚ軸サーボモーター。
４００…レーザー加工ヘッド。
５００…櫓型レーザー加工設備。
６００…フロントゲート型レーザー加工設備。

Claims

被加工物をレーザー照射によって加工する機構を備えるレーザー加工ヘッドを、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交する３軸に沿って移動させる機構を有するレーザー加工ヘッド移動装置において、
Ｘ軸胴体部と、前記Ｘ軸胴体部と結合するＸ軸腕部とを備えるＸ軸コアモジュールと、
Ｙ軸胴体部と、前記Ｙ軸胴体部の両端から屈曲するＹ軸屈曲部とを備え、前記Ｙ軸胴体部に前記Ｘ軸コアモジュールの前記Ｘ軸胴体部をガイドするＸ軸受センターレールを備えるＹ軸コアモジュールと、
Ｚ軸胴体部と、前記Ｘ軸コアモジュールの前記Ｘ軸腕部にガイドされるＸ軸固定ブラケットとを備えるＺ軸エレベータモジュールと、
前記Ｘ軸コアモジュールの前記Ｘ軸胴体部をＸ軸受センターレールに沿って摺動させるＹ軸移動機構と、
前記Ｚ軸エレベータモジュールの前記Ｘ軸固定ブラケットを前記Ｘ軸腕部に沿って摺動させるＸ軸移動機構と、
前記Ｚ軸エレベータモジュールの前記Ｘ軸固定ブラケットが前記Ｘ軸腕部に保持されながら、前記Ｚ軸胴体部が前記Ｘ軸固定ブラケットの爪部に保持されながら前記Ｚ軸胴体部を摺動させるＺ軸移動機構と、を備えるレーザー加工ヘッド移動装置。
前記Ｘ軸コアモジュールの前記Ｘ軸胴体部および前記Ｘ軸腕部、前記Ｙ軸コアモジュールの前記Ｙ軸胴体部および前記Ｙ軸屈曲部ならびに前記Ｚ軸エレベータモジュールの前記Ｚ軸胴体部および前記Ｘ軸固定ブラケットは、それぞれが鋳鉄一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工ヘッド移動装置。