JP2915646B2 - 板金加工方法及びその機械 - Google Patents

板金加工方法及びその機械

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JP2915646B2
JP2915646B2 JP3244601A JP24460191A JP2915646B2 JP 2915646 B2 JP2915646 B2 JP 2915646B2 JP 3244601 A JP3244601 A JP 3244601A JP 24460191 A JP24460191 A JP 24460191A JP 2915646 B2 JP2915646 B2 JP 2915646B2
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sheet metal
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controlling
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政行 梨木
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  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、板金の切断、折曲げ、
絞り、溶接、改質等を行なう板金加工方法及びその機械
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の板金加工において、単純な形状の
切断は直線状に切断する板金切断機で行ない、複雑な形
状の切断はターレットパンチプレスで行なうか、専用の
金型を製作して行なうか、工作機械による切削加工で行
なっている。板金の折曲げは各種の標準金型、或は専用
の金型を製作して板金折曲げ機で行なっている。板金の
絞りは専用の金型を使用して板金絞り機でプレスして行
なっている。板金の溶接は人間又はロボット等を使って
板金溶接機で行なっている。熱処理等の板金材質の改質
は特殊用途を除いてほとんど行なわれていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の板金の複雑形状
の切断、折曲げ、絞りは専用の金型を使用して加工して
おり、加工形状の自由度が低いという欠点がある。ま
た、板金の一連の加工の一部又は全部を一台の機械に集
約することは複数の機械を連結することとほぼ等しく、
工程短縮や自動化はある程度実現するが、システム全体
のコストや所要スペース等の削減効果は少ない。即ち、
種々の板金加工が可能な低コストで小型の板金加工機の
実現が困難であるという問題がある。本発明は上述した
事情から成されたものであり、本発明の目的は、レーザ
の応用により専用の金型を使用せずに折曲げ長さや角
度、絞り等の形状の自由度の高い板金加工方法及び種々
の板金加工が可能な低コストで小型の板金加工機械を提
供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、板金の切断、
折曲げ、絞り、溶接、改質等を行なう板金加工方法及び
その機械に関するものであり、本発明の上記目的は、前
者は板金を所定形状に折曲げ、あるいは変形させる板金
加工方法において、加工の第1行程として、板金の変形
させる部にレーザ光の集光位置を制御して任意の形状
高速でスキャンニングさせることにより変形部位全域
をほぼ同時に加熱して軟化させ前記板金の一部を支え
てその位置を制御することにより前記変形させる部位を
所望の形状に変形し、加工の第2行程として、前記加工
の第1行程とは異なる変形部位にレーザ光の集光位置を
制御して高速でスキャンニングさせることにより変形部
位全域をほぼ同時に加熱して軟化させ、前記板金の一部
を支えてその位置を制御することにより前記変形部位を
所望の形状に変形して、板金を所望の形状に加工する
とによって、後者は、板金を所定形状に折曲げ、あるい
は変形させるレーザ加工機において、レーザ発振器と、
前記レーザ発振器の出力であるレーザ光を伝導して必要
に応じてレンズ等により集光するレーザ光伝導手段と、
集光位置の制御指令に従い前記レーザ光を任意形状に高
速にスキャニングして前記板金の変形させる部位全体を
ほぼ同時に加熱して軟化させるスキャニング手段と、前
記レーザ光が高速スキャニング照射されている加工対象
である板金を変形させるために前記板金の一部を支えか
つ位置制御して変形部位を変形させる変形手段と、設定
された前記板金の加工諸条件に従って前記各手段を制御
する制御手段とを備えることによって達成される。
【0005】
【作用】本発明は、鋼材を加熱するとその耐力が低下す
ることに着目し、部分加熱可能なレーザを利用して板金
を加工するようにしているので、金型は不要となり、低
コストの加工及びその機械を実現することができる。
【0006】
【実施例】まず、レーザによる板金加工の原理について
説明する。鋼材の引張り強さP/Sと伸び率Δl/lと
の関係の一例を図4に示す。原点からxまでの領域は
弾性領域で引張り荷重を零にすると元の形状にもどる。
からx、xの領域は塑性領域であり、引張り荷
重を零にしても完全に元の状態にはもどらない。x
点を弾性限界といい、その時の引張り荷重Hは図5に示
すような温度依存性を持っている。従って図6に示す板
金ABDFECを線分CDで折曲げる場合、線分CD上
にレーザ光を高速でスキャニング照射して線分CDの部
分を例えば800℃程度まで加熱し、面CDEFを固定
してAB端に矢印の方向へ力を加えると、線分CDの部
分の弾性限界が他の部分の1/10以下なので容易に線
分CDを中心に折曲げることができる。さらに、図7に
示すように板金ABFE上のGH間を適切な間隔でレー
ザ光を高速スキャニング照射すれば、より滑らかな曲面
の折曲げ加工も可能である。さらに、折曲げ部の一部又
は全部を断続的に切断加工したり溝入れ加工を行なうこ
とにより、その後の折曲げ加工をより容易にすることも
できる。また、図8に示すように板金ABFE上の円周
IJKL上にレーザ光を高速スキャニング照射し、円周
IJKLの部分の温度が適切になったところで円板IJ
KLに矢印の方向の力を加えることにより、円板IJK
Lの部分を凸状に絞ることができる。さらに、図9又は
図10に示すように円板IJKL内を適切な間隔でレー
ザ光を高速スキャニング照射すれば、階段状又は曲面状
の絞り加工も可能である。
【0007】図1は本発明の板金加工機械の一例を示す
斜視図であり、レーザ発振器3からレーザ光L1が出力
されて光変換手段4に入力される。光変換手段4内のレ
ーザ光伝導手段にてレーザ光が適切な位置に集光され、
光変換手段4内のスキャニング手段にて集光されたレー
ザ光が直線状、円弧状、矩形状等の任意形状でスキャニ
ングされる。この例では光変換手段4からのレーザ光L
2が加工対象である板金2のC点からD点の間に集光さ
れて直線状にスキャニングされている。板金2はX軸方
向制御サーボモータ6とY軸方向制御サーボモータ7に
よりX、Y方向に移動、位置決め可能なテーブル1上に
載置され、板金2の一端がテーブル1上に固定されてい
るワーク固定装置11に把持され、他端が多関節ロボッ
ト9の先端のワーク固定装置10に把持されている。制
御装置5にてレーザ発振器3、光変換手段4、テーブル
1及び多関節ロボット9の制御が行なわれ、また、温度
検出器8からの加工部の検出温度に従って種々の板金加
工の制御が行なわれる。
【0008】図2は図1に示す板金加工機械の光変換手
段4の詳細例を示す斜視図であり、レーザ光L1は加工
線分CDの集光を調整する焦点合わせレンズ20を介し
てα、βの2軸自由度を持つスキャニング装置23を通
り、集光レンズ21を介して板金2の加工線分CDへ照
射される。焦点合わせレンズ20は焦点調整用サーボモ
ータ22によりF方向へ位置制御され焦点調整される。
なお加工点でのレーザ光の集光具合を調整する手段とし
て、集光レンズ21を光軸方向に移動させる手段を備え
ても良く、またレンズ20、21を兼用するようにして
も良い。図3は本発明の板金加工機械の別の一例を示す
斜視図であり、テーブル1が固定され、代わりに光変換
手段4がフレキシブルコード12及び多関節ロボット1
3によって加工空間を自由に位置制御されるようになっ
ており、レーザ光の方向が制御可能なため板金加工自由
度を大幅に向上させることができる。
【0009】なお、上述した各実施例では温度検出器を
用いて板金加工を制御しているが、加熱前の板金の反力
を計測、記憶しておき、その後レーザ光をスキャニング
照射し板の反力が例えば記憶した初期反力の1/3にな
った時にレーザ光のパワーをその反力が一定値を保つよ
うに制御しながら板金加工を行なうようにしても良い。
また、板金の形状により常温時及び加熱時に推定される
反力を演算して求めておき、その値と実測した反力とを
比較して折曲げが可能な状態かどうか、又レーザのパワ
ーが適正であるかどうかを検知して板金加工を行なうよ
うにしても良い。一方、レーザ加工においては加工対象
の熱吸収率が加工効率上重要である。レーザ光が加工対
象表面で反射することを防止するため、例えば多関節ロ
ボット9のワーク固定装置10をスプレー式熱吸収剤塗
布装置に持ち換え、加工対象の加工部へ熱吸収剤を塗布
するようにしても良い。また、溶接部表面の面粗度や板
金切断面のいわゆるバリが問題となることがある。そこ
で、多関節ロボット9のワーク固定装置10を研削装置
に持ち換え、溶接部表面や板金切断面を研削して仕上加
工するようにしても良い。
【0010】次にレーザによる板金加工の具体例につい
て説明する。まず板金の材料からレーザによる板金の切
断加工により図11に示すような形状の板金を切出し、
次に線分H3H4にレーザ光を高速にスキャニング照射
し、レーザ照射部の温度が上昇して耐力が小さくなった
時、多関節ロボット9によりレーザ照射部に折曲がる力
を加えて90°になるまで折曲げる。同様に線分H3H
5、H5H6、H4H6についても90°に折曲げ、図
12に示すような形状にする。そして、重ね合された線
分H1H3とH9H3にレーザ光を照射して溶接する。
同様に線分H2H4とH11H4、H12H6とH8H
6、H7H5とH10H5についても溶接し、図12に
示すような最終形状である箱の形状を完成させる。さら
に、溶接部の凹凸を多関節ロボット9が把持するグライ
ンダーにより研削仕上し、またこの箱の強度向上のため
レーザによる焼入れを前記加工工程中の適切な加工工程
で行なうことにより、1台の板金加工機械で板金の切
断、折曲げ、溶接、溶接部の仕上研削及び焼き入れ等の
種々の板金加工が実現する。
【0011】
【発明の効果】以上のように本発明の板金加工方法及び
その機械によれば、従来多くの種類の専用金型を使用し
なければならなかった板金の折曲げや絞り加工を簡単な
原理の板金加工方法に置換えることができるため、自由
度の高い板金加工を容易に実現することができ、また切
断、溶接、熱処理、折曲げ等の板金加工が1台の板金加
工機械で実現できることになるため、板金加工機械のト
ータルなコストダウンや小型化及び板金加工費のコスト
ダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の板金加工機械の一例を示す斜視図であ
る。
【図2】本発明の板金加工機械の主要部の一例を示す斜
視図である。
【図3】本発明の板金加工機械の別の一例を示す斜視図
である。
【図4】本発明の板金加工方法の原理を説明するための
第1の図である。
【図5】本発明の板金加工方法の原理を説明するための
第2の図である。
【図6】本発明の板金加工機械による加工の第1の例を
示す図である。
【図7】本発明の板金加工機械による加工の第2の例を
示す図である。
【図8】本発明の板金加工機械による加工の第3の例を
示す図である。
【図9】本発明の板金加工機械による加工の第4の例を
示す図である。
【図10】本発明の板金加工機械による加工の第5の例
を示す図である。
【図11】本発明の板金加工機械による加工の第6の例
を示す図である。
【図12】本発明の板金加工機械による加工の第7の例
を示す図である。
【符号の説明】
1 テーブル 2 板金 3 レーザ発振器 4 光変換手段 5 制御装置 6、7 サーボモータ 8 温度検出器 9 多関節ロボット 10、11 ワーク固定装置

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 板金を所定形状に折曲げ、あるいは変形
    させる板金加工方法において、加工の第1行程として、
    板金の変形させる部にレーザ光の集光位置を制御して
    任意の形状に高速でスキャンニングさせることにより変
    形部位全域をほぼ同時に加熱して軟化させ前記板金の
    一部を支えてその位置を制御することにより前記変形さ
    せる部位を所望の形状に変形し、加工の第2行程とし
    て、前記加工の第1行程とは異なる変形部位にレーザ光
    の集光位置を制御して高速でスキャンニングさせること
    により変形部位全域をほぼ同時に加熱して軟化させ、前
    記板金の一部を支えてその位置を制御することにより前
    記変形部位を所望の形状に変形して、板金を所望の形状
    に加工することを特徴とする板金加工方法。
  2. 【請求項2】 板金を所定形状に折曲げ、あるいは変形
    させるレーザ加工機において、レーザ発振器と、前記レ
    ーザ発振器の出力であるレーザ光を伝導して必要に応じ
    てレンズ等により集光するレーザ光伝導手段と、集光位
    置の制御指令に従い前記レーザ光を任意形状に高速にス
    キャニングして前記板金の変形させる部位全体をほぼ同
    時に加熱して軟化させるスキャニング手段と、前記レー
    ザ光が高速スキャニング照射されている加工対象である
    板金を変形させるために前記板金の一部を支えかつ位置
    制御して変形部位を変形させる変形手段と、設定された
    前記板金の加工諸条件に従って前記各手段を制御する制
    御手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工機械。
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US07/936,834 US5359872A (en) 1991-08-29 1992-08-28 Method and apparatus for sheet-metal processing
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