JP3785748B2 - レーザー加工装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は金属円筒容器などの金属製品や金属構造体、特に有害汚染金属円筒容器の切断や解体に用いられるレーザー加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来金属材料の切断等には、プラズマ切断や、レーザー切断が一般的に使用されている。しかし、プラズマ切断の問題点として、騒音が大きいことや、切断加工時の固形物、粉塵、ガスの発生量が多く、これらの多量の金属粉塵が原因となる漏電や感電の恐れや、有害汚染金属構造体解体時の二次生成廃棄物の発生量も多くなることが挙げられる。
【０００３】
これらの欠点を補う方法としてレーザー切断方法が有効と考えられている。レーザービームを用いた切断には炭酸ガスレーザーが一般的に使用されている。
図７は従来の炭酸ガスレーザー加工装置を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。切断ワーク１を加工テーブル３０上にクランプ２７で固定する。炭酸ガスレーザー発振装置９ｃとほぼ一体の加工用トーチ９ａをＹ軸移動機構２８に設置されたＺ軸移動機構により、水平前後方向（Ｙ方向とする、図面紙面に垂直方向）および鉛直方向（Ｚ方向とする）に移動させ、また、切断ワーク１をＸ軸移動機構２９により水平左右方向に移動させながら、切断ワーク１の切断加工を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような有害汚染金属構造体の保管には、有害物が環境汚染を引き起こさないような安全対策を施した保管設備を必要とするため、保管設備の建設費用が高額になり保管スペースが限られる。そのため有害汚染金属構造体の保管スペースを最小限とし、保管設備の有効活用が望まれている。そのため有害汚染金属構造体を細分化切断し、１つの容器に多数の切断片を収納することにより保管スペースを減少させることが課題となる。
【０００５】
しかし、上述した方法では、有害汚染金属構造体解体のような作業者が直接触れることを避けたい作業では、加工の都度クランプを外して加工テーブルに固定しなおすという作業を無人で行うには、セット時の位置決め手段が必要となる。また、円筒容器のようなワークの加工の際には、特殊な固定クランプまたは円筒をクランプするようなチャッキング手段が必要となる。
【０００６】
また、炭酸ガスレーザー光の伝送においては、光の損失の少ないフレキシブル性の高い伝送系はまだ実用化には至っていないため、加工トーチを前後方向および上下方向へ移動し、且つ、加工トーチの下方位置に備えた切断ワークを左右方向へ移動しながら加工するため、複雑な３次元形状の加工や狭窄部の加工には適さないという課題があった。
【０００７】
また、有害汚染金属構造体解体の場合は、加工時に生ずる有害汚染物砕片を飛散させないことは必要であり、そのための設備を備えることは重要である。
上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、切断ワークを自動固定でき、複雑な３次元形状の切断加工を容易に行うことができ、また、加工塵埃を外界に散逸させないレーザー加工装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の参考例によれば、切断ワークを搬送ローラにより搬送し、所定位置に位置決めしてから、前記ワークを把持して加工所定位置に搬送し、この所定位置でイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）レーザー加工用トーチに対して前記切断ワークを鉛直軸の回りに回転させながら行う水平方向の加工と多軸汎用ロボットが前記ＹＡＧレーザー加工用トーチを把持して、切断ワークに対して鉛直方向に移動させながら行う鉛直方向の加工とを組み合わせて切断ワークを切断加工し、且つこれらの切断加工を遠隔操作して行うこととする。
【０００９】
前記切断ワークの前記水平方向の切断加工を任意の回転角だけ行い、回転を停止した後、前記鉛直方向の切断加工を行なうことを繰り返して、切断ワークから細片を１個づつ切断加工すると良い。
前記切断ワークから前記水平方向の切断加工して水平輪切り切断片を切断した後、この水平輪切り切断片を任意の回転角だけ回転させて回転を停止して前記鉛直方向の切断加工を行ない、細片１個づつ切断加工すると良い。
【００１０】
切断加工された切断ワークの前記細片は回収容器に収容された後、防塵室から搬出されと良い。
少なくとも、前記切断加工は外界から隔離された防塵室内で行われ、切断時に生ずる切断塵は除塵装置により回収されると良い。
本発明によれば、切断ワークを搬送する搬送ローラと、搬送ローラで搬送した切断ワークを位置決めする位置決め手段を具備してなる搬送手段と、この搬送手段で搬送位置決めされた切断ワークを把持する把持機構と、この把持機構で把持した切断ワークを回転する回転機構を具備したワーク旋回ホルダー、または／およびこのワーク旋回ホルダーを上下移動する垂直移動機構部、または／およびこの垂直移動機構部をワーク加工位置まで水平移動する水平移動機構部と、前記ワーク加工位置にあって、ワークを載置するテーブルと、このテーブルを回転する回転機構を具備したターンテーブル部と、前記ワーク旋回ホルダーに懸下固定された切断ワークに対向して配置した小型のＹＡＧレーザー加工用トーチと、このＹＡＧレーザー加工用トーチを把持して自在に動けるロボットアームを有する多軸汎用ロボットとを備え、且つ、前記把持機構、両移動機構部、回転機構およびロボットアーム、および前記トーチを操作する遠隔制御装置を有し、前記切断ワーク遠隔操作して自動切断を行うこととする。
【００１１】
前記把持機構は切断ワークである内側に下部凸部および上部凸部を有する円筒容器を把持するために、前記下部凸部に上からあてがわれる位置決めフランジ、および前記円筒容器の径方向に動いて前記上部凸部に下からあてがわれるくさび型金具からなると良い。
前記把持機構は、前記円筒容器の内壁に当たる部分が弾性体である複数の金具を有し、これら金具は前記円筒容器の径方向に動いて前記円筒容器の円筒内壁を強く押して切断ワークである円筒容器を把持すると良い。
【００１２】
前記ワーク旋回ホルダーの回転機構と前記ターンテーブル部の回転機構の回転軸は同軸上にあり、両回転機構の回転制御を同期制御する制御装置を備えると良い。
前記ターンテーブル部の回転機構はテーブルを回転フリーにできるクラッチ機構を有すると良い。
【００１３】
前記ワーク旋回ホルダーの回転機構は切断ワークを回転フリーにできるクラッチ機構を有すると良い。
前記ワーク旋回ホルダーに懸下固定された切断ワークを把持する把持機構はバネとガイド部とで構成された緩衝機構を具備すると良い。
前記各手段および装置を密閉して外界と隔離する防塵室と、この防塵室上部にフィルターを具備し、下部床部は開口した床板であり、この床板下部には集塵用のバケットと排気ダクトを具備し、この排気ダクトを接続し除塵する除塵器と、排気用の排気ブロアーと、排気ブロアーの吐出口に排ガス処理装置を設置した除塵システムを具備すると良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施例１
以下本発明の参考例に係るレーザー加工方法および本発明に係るレーザー加工装置の実施例を図面に基づいて説明する。各図面において、同一装置または部品には、同一符号を付してある。
【００１５】
図２は本発明の参考例に係るレーザー加工方法の手順を示すフローチャートである。全ての工程は自動、または場合によっては手動の遠隔操作によって行われる。切断ワークを防塵室に取り込み、自動把持できるように位置決めされる。把持した切断ワークを移動機構により加工テーブルに載置する。
加工テーブル上の切断ワークを切断加工するが、その手順は２通りあり、何方を選択してもよい。第１の手順は切断ワークを水平回転しながら水平方向に輪切り切断した後、輪切り切断片を鉛直方向に切断して細片化する。第２の手順は切断ワークを任意の角度だけ水平回転しながら水平方向に輪切り切断した後、回転を停止して垂直切断加工して個々に細片化する。ＹＡＧレーザー加工用トーチにはフレキシブルな石英ファイバによりレーザ光が伝送されるので、多軸ロボットによりトーチの向きを常に切断ワークの外面に垂直にしておく制御が可能である。従って、レーザパワーは浪費されることなく迅速に切断加工が行える。
【００１６】
細片を自走ロボットが回収容器に収容し、防塵室から搬出し、所定の貯蔵場所に搬送する。従って細片によって防塵室外を汚染することはない。
１個の切断ワークの細片化が終了して、細片が加工テーブルから除かれた後、
次の切断ワークを加工テーブルに載置し、以降同様に細片化、回収を連続して行う。
【００１７】
上記の切断加工、搬送および回収工程は、全て防塵室外から遠隔操作し、汚染物質から作業者を保護する。
図１は本発明に係るレーザー加工装置の全体構成を示す側面図である。切断ワーク１を搬送する搬送ローラ２と、搬送ローラ２で搬送した切断ワーク１をワークセット位置Ｐ１で位置決めする位置決め手断３ａを具備した搬送手段３を設けてある。
【００１８】
次、この搬送手段３でワークセット位置に搬送位置決めされた切断ワーク１
を自動で把持する自動把持機構４（図１では過少なので詳細は図５、６に示す）と、把持した切断ワーク１を回転する回転機構５ａを具備したワーク旋回ホルダー５と、このワーク旋回ホルダー５を上下移動する垂直搬送機構部６を設けてある。さらに、この垂直搬送機構部６をワークセット位置から、ワーク加工位置Ｐ２まで水平移動する水平移動機構部７を、図示していない一つの架台上に設置する。
【００１９】
さらに、前記ワーク加工位置Ｐ２には、ワークを載置するテーブル８ｂとこのテーブル８ｂを回転する回転機構８ａ（図１では過少なので詳細は図３に示す）を具備したターンテーブル部８を配置してある。
なお、防塵室外に設置されている遠隔制御装置１９から出ている一点鎖線は切断ワークの移動機構５、７、旋回機構６、回転機構４および多軸ロボット１０などへの制御伝達を示し、遠隔操作を示している。
【００２０】
さらに、前記水平移動機構部７でワーク加工位置Ｐ２に搬送したワーク旋回ホルダー５に懸下固定された切断ワーク１に対向する位置に、小型のＹＡＧレーザー加工用トーチ９と、このＹＡＧレーザー加工トーチ９を把持して最大６つの自由度に可動の自在に動けるロボットアーム１０ａを有する多軸汎用ロボット１０を配置する。ＹＡＧレーザー３１からのレーザ光はフレキシブルな石英ファイバー３１ａによって伝送することができるので、トーチ９の移動や方向換えの自由度が高い。これらトーチ９の操作は全て遠隔制御装置１９により遠隔操作を行なう。
【００２１】
この構成のレーザー加工装置で切断作業をする際に、切断時に発生する固形物や粉塵が外部に飛び散らないように、上記のレーザ加工装置全体を、防塵室１１内に密閉する。この防塵室１１には、搬入口１２と自動で開閉する自動開閉扉１３を設けてある。さらに、防塵室１１上部にはフィルター１４を、また、下部床部には格子状に開口した床板１５を設置する。さらに、前記床板１５の下部には集塵用のバケット１６と排気ダクト１７を設置し、この排気ダクト１７は本装置とは別に設置した除塵器１８へ接続して、切断時に発生した固形物や粉塵を送り出す構造としている。なお、除塵器１８には、切断時に発生した固形物や粉塵を排気する排気ブロアー１８ａが具備されていて、且つ、排気ブロアー１８ａの吐出口には排ガス処理装置１８ｂを設置している。
【００２２】
このように構成したレーザー加工装置での切断ワーク１の切断、解体は、まず切断ワーク１を防塵室１１の搬入口１２前の搬送ローラ２上に搭載する。次に搬入口１２に設置した自動開閉扉１３を開け搬送ローラ２を、図示していない駆動機で駆動し、切断ワーク１をワークセット位置まで自動搬送する。搬送した切断ワーク１は、搬送手段３に設けられている位置決め手段３ａで位置決め停止する。
【００２３】
次にワークセット位置に搬送位置決めされた切断ワーク１を、自動で把持する自動把持機構４を備えたワーク旋回ホルダー５を垂直搬送機構部６で下降させ把持する。次に、把持した切断ワーク１を再び垂直搬送機構部６で定位置まで上昇した後、水平移動機構部７でワーク加工位置まで水平移動する。移動後再び垂直搬送機構部６で下降し、ターンテーブル部８のテーブル８ｂ上に載置した状態で停止する。
【００２４】
図３は本発明に係るレーザー加工装置のワーク回転機構部の要部側面図である。
ワーク１をテーブル８ｂ状に載置する際、垂直搬送機構部６が切断ワーク１を過剰な力でテーブル８ｂ上に押し込まないように、ワーク旋回ホルダー５の自動把持機構部４には、バネ２０ａとガイド部２０ｂで構成した緩衝機構２０を具備している。このように切断ワークを加工の都度クランプする必要がなく、有害汚染切断ワークの切断加工を遠隔操作で自動に開始することができる。
【００２５】
このようにワーク旋回ホルダー５に懸下され、且つ、ターンテーブル部８上に押さえられた切断ワーク１を多段に輪切り加工する際に、ターンテーブル部８の回転機構８ａ、ワーク旋回ホルダー５の回転機構５ａの各々の回転制御を同軸同期回転制御することにより、切断ワーク１の輪切り切断時にワーク旋回ホルダー５の回転機構５ａが切り離された切断片を引きずり回すことがなく、スムーズな切断を可能とすることができる。
【００２６】
また、ターンテーブル部８の回転駆動軸８ｃにクラッチ機構８ｄを設け、フリーにすることによっても、ワーク旋回ホルダー５の回転機構５ａが切り離された切断片を引きずり回すことがなく、スムーズな切断を可能とすることができる。回転機構５ａにもクラッチ機構５ｂを設けることも同様の効果がある。
切断対象に応じていずれかの制御方法が選択できるような構成とした。
【００２７】
このようにして切断ワーク１の第１段を輪切り切断した後、残りの切断ワーク１はワーク旋回ホルダー５に懸下された状態で、垂直搬送機構部６で上昇し、さらに水平移動機構部７でワークセット位置まで水平移動して退避させる。
残りの切断ワークの退避状態で、ターンテーブル部８上に残された切断ワーク１の輪切り切断片を、ターンテーブル部８の回転機構８ａとＹＡＧレーザー加工用トーチ９を把持して自在に動けるロボットアーム１０ａを有する多軸汎用ロボット１０とを駆使して、さらに細かく切断して細片化する。
【００２８】
図４は本発明に係るレーザー加工装置の加工テーブルおよび切断片回収用の自走型ロボットを示す斜視図である。細片を、マニピュレータハンド３２を備えた自走型ロボット３３により回収容器３４に回収し、防塵室外に搬出する。
このようにして、上記の搬送、切断、解体および回収を繰り返して実行する。
切断ワーク１の切断、解体処理は外部の遠隔制御装置１９により遠隔操作を行ない、作業者は防塵室に立ち入らずに全ての作業を行うことができる。
【００２９】
図５は本発明に係るレーザー加工装置の自動把持機構の第１の例を示す要部側面図である。自動把持機構は、その内側にリング状のフランジ部２１とこのフランジ部２１の上部に固定用のリブ２２を有する金属円筒容器（切断ワーク）場合に用いられる。ワーク旋回ホルダー５にバネ２０ａとガイド部２０ｂとで構成された緩衝機構２０で懸下された回転機構５ａの回転駆動フランジ５ｃに固定され、容器内側のリング状のフランジ部２１に円錐状に加工した位置決めフランジ５ｄとこの位置決めフランジ５ｄ上に在って、容器内側のリング状のフランジ部２１とこのフランジ部２１の上部の固定用のリブ２２との間にくさび型金具２３を直線駆動機構部２４で押し付ける構造としている。
【００３０】
図６は本発明に係るレーザー加工装置の自動把持機構の第２の例を示す要部側面図である。この自動把持機構は金属円筒容器内側に特にフランジや固定用のリブ２２を有しない場合に有効である。ワーク旋回ホルダー５にバネ２０ａとガイド部２０ｂとで構成された緩衝機構２０で懸下された回転機構５ａの回転駆動フランジ５ｃに固定され、容器把持用爪部２５を左右ネジ移動機構２６を用いて、同時に開閉することによって切断ワーク１を内側から外へ押し広げるように把持する構造としている。また、容器把持用爪部２５の先端には、円筒容器内側に接触しやすいようにゴム板または板ばねなどの弾性を有する接触子２５ａを取り付けてある。
【００３１】
このように、自動把持機構を備えたので、切断ワークを加工の都度手動でクランプする必要がなく、有害汚染された切断ワークの装着や切断加工を遠隔操作で自動で行うことができる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によれば、切断ワークを搬送する搬送ローラと搬送ローラで搬送した切断ワークを位置決めする位置決め手段を具備してなる搬送手段と、この搬送手段で搬送位置決めした切断ワークを自動で把持する自動把持機構と、把持した切断ワークを回転する回転機構を具備したワーク旋回ホルダーとこのワーク旋回ホルダーを上下移動する垂直搬送機構部とこの垂直搬送機構部をワーク加工位置まで水平移動する水平移動部と、前記ワーク加工位置にあって、ワークを載置するテーブルとこのテーブルを回転する回転機構を具備したターンテーブル部と前記ワーク旋回ホルダーに懸下固定された切断ワークに対向して配置した小型のＹＡＧレーザー加工用トーチとこのＹＡＧレーザー加工用トーチを把持して自在に動けるロボットアームを有する多軸汎用ロボットで構成した装置で、これにより、切断ワークを加工の都度クランプする必要がなく、有害汚染切断ワークの切断加工を遠隔操作で自動で行うことができる。
【００３３】
ＹＡＧレーザー加工用トーチにはフレキシブルな石英ファイバによりレーザ光が伝送されるので、多軸ロボットによりトーチの向きを常に切断ワークの切断部面に垂直にしておく（切断ワークからの反射は最小となる）制御が可能である。従って、レーザパワーは浪費されることなく迅速に切断加工が行える。
また切断ワークを上下移動させる垂直搬送機構部には、切断ワークを過剰な力でターンテーブル上を押し込まないようにバネとガイド部で構成した緩衝機構を具備した構造としているため、ターンテーブルや垂直搬送機構部の機器の破損を防止している。
【００３４】
また、切断ワークを多段に輪切り加工する際に、切断ワークを、ターンテーブル部とワーク旋回ホルダーではさみ込んだ状態で、ターンテーブル部の回転駆動機構とワーク旋回ホルダーの回転機構の各々の回転制御を同期回転制御としたことにより、切断ワークの輪切り切断時に、ワーク旋回ホルダー部の回転機構部が切り離される切断片を引きずり回すことがなく滑らかに切断を行うことができる。
【００３５】
また、ターンテーブル部の回転機構部とワーク旋回ホルダーの回転機構の駆動軸にクラッチ機構を設けて回転フリーにすることにより、どちらかの回転機構部が切り離され、切断片を引きずり回すことがなく滑らかに切断を行うことができる。
また、ワーク旋回ホルダーの自動把持機構で把持した切断ワークを、垂直搬送機構部と水平移動機構部でターンテーブル部上に移動載置した後、再びワークセット位置まで退避し、ターンテーブル部上に載置された切断ワークを、ターンテーブル部の回転機構と多軸汎用ロボットで加工する構成としたことにより、複雑な３次元形状の加工や狭窄部の遠隔操作加工、および細分化加工を可能にすることができる。
【００３６】
また、前述の装置全体をカバーし、密閉するように囲んだ防塵室とこの防塵室上部にフィルターを具備し、下部床部を開口した床板とする。この床板下部には集塵用のバケットと排気ダクトを具備し、この排気ダクトを接続し除塵する除塵器と排気用の排気ブロアーと排気ブロアーの吐出口に排ガス処理装置を設置した除塵システムを具備している。これにより、切断時に発生する固形物や粉塵を除去することができる。さらに、有害汚染金属材料の切断時にも、遠隔操作により無人化作業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るレーザー加工装置の全体構成を示す側面図
【図２】 本発明の参考例に係るレーザー加工方法の手順を示すフローチャート
【図３】 本発明に係るレーザー加工装置のワーク回転機構部の側面図
【図４】 本発明に係るレーザー加工装置の加工テーブルおよび切断片回収用の自走型ロボットを示す斜視図
【図５】 本発明に係るレーザー加工装置の自動把持機構の第１の例を示す要部側面図
【図６】 本発明に係るレーザー加工装置の自動把持機構の第２の例を示す要部側面図
【図７】 従来の炭酸ガスレーザー加工装置を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図
【符号の説明】
１ 切断ワーク
２ 搬送ローラ
３ 搬送手段
３ａ 位置決め手段
４ 自動把持機構
５ ワーク旋回ホルダー
５ａ 回転機構
５ｂ クラッチ機構
５ｃ 回転駆動フランジ
５ｄ 位置決めフランジ
６ 垂直搬送機構部
７ 水平移動機構部
８ ターンテーブル部
８ａ 回転機構
８ｂ テーブル
８ｃ 回転駆動軸
８ｄ クラッチ機構
９ ＹＡＧレーザ加工用トーチ
９ａ 炭酸ガスレーザ加工用トーチ
１０ 多軸汎用ロボット
１０ａ ロボットアーム
１１ 防塵室
１２ 搬入口
１３ 自動開閉扉
１４ フィルター
１５ 床板
１６ バケット
１７ 排気ダクト
１８ 防塵器
１８ａ 排気ブロア
１８ｂ 排気ガス処理装置
１９ 遠隔制御装置
２０ レーザ発振器
２０ａ ばね
２０ｂ ガイド部
２１ フランジ部
２２ リブ
２３ くさび型金具
２４ 直線駆動機構部
２５ 容器把持用爪部
２５ａ 接触子
２６ 左右ねじ移動機構
２７ クランプ
２８ Ｙ軸移動機構
２９ Ｘ軸移動機構
３０ 加工テーブル
３１ ＹＡＧレーザー
３１ 石英ファイバー
３２ マニピュレータハンド
３３ 自走型ロボット
３４ 回収容器
【発明の属する技術分野】
この発明は金属円筒容器などの金属製品や金属構造体、特に有害汚染金属円筒容器の切断や解体に用いられるレーザー加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来金属材料の切断等には、プラズマ切断や、レーザー切断が一般的に使用されている。しかし、プラズマ切断の問題点として、騒音が大きいことや、切断加工時の固形物、粉塵、ガスの発生量が多く、これらの多量の金属粉塵が原因となる漏電や感電の恐れや、有害汚染金属構造体解体時の二次生成廃棄物の発生量も多くなることが挙げられる。
【０００３】
これらの欠点を補う方法としてレーザー切断方法が有効と考えられている。レーザービームを用いた切断には炭酸ガスレーザーが一般的に使用されている。
図７は従来の炭酸ガスレーザー加工装置を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。切断ワーク１を加工テーブル３０上にクランプ２７で固定する。炭酸ガスレーザー発振装置９ｃとほぼ一体の加工用トーチ９ａをＹ軸移動機構２８に設置されたＺ軸移動機構により、水平前後方向（Ｙ方向とする、図面紙面に垂直方向）および鉛直方向（Ｚ方向とする）に移動させ、また、切断ワーク１をＸ軸移動機構２９により水平左右方向に移動させながら、切断ワーク１の切断加工を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような有害汚染金属構造体の保管には、有害物が環境汚染を引き起こさないような安全対策を施した保管設備を必要とするため、保管設備の建設費用が高額になり保管スペースが限られる。そのため有害汚染金属構造体の保管スペースを最小限とし、保管設備の有効活用が望まれている。そのため有害汚染金属構造体を細分化切断し、１つの容器に多数の切断片を収納することにより保管スペースを減少させることが課題となる。
【０００５】
しかし、上述した方法では、有害汚染金属構造体解体のような作業者が直接触れることを避けたい作業では、加工の都度クランプを外して加工テーブルに固定しなおすという作業を無人で行うには、セット時の位置決め手段が必要となる。また、円筒容器のようなワークの加工の際には、特殊な固定クランプまたは円筒をクランプするようなチャッキング手段が必要となる。
【０００６】
また、炭酸ガスレーザー光の伝送においては、光の損失の少ないフレキシブル性の高い伝送系はまだ実用化には至っていないため、加工トーチを前後方向および上下方向へ移動し、且つ、加工トーチの下方位置に備えた切断ワークを左右方向へ移動しながら加工するため、複雑な３次元形状の加工や狭窄部の加工には適さないという課題があった。
【０００７】
また、有害汚染金属構造体解体の場合は、加工時に生ずる有害汚染物砕片を飛散させないことは必要であり、そのための設備を備えることは重要である。
上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、切断ワークを自動固定でき、複雑な３次元形状の切断加工を容易に行うことができ、また、加工塵埃を外界に散逸させないレーザー加工装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の参考例によれば、切断ワークを搬送ローラにより搬送し、所定位置に位置決めしてから、前記ワークを把持して加工所定位置に搬送し、この所定位置でイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）レーザー加工用トーチに対して前記切断ワークを鉛直軸の回りに回転させながら行う水平方向の加工と多軸汎用ロボットが前記ＹＡＧレーザー加工用トーチを把持して、切断ワークに対して鉛直方向に移動させながら行う鉛直方向の加工とを組み合わせて切断ワークを切断加工し、且つこれらの切断加工を遠隔操作して行うこととする。
【０００９】
前記切断ワークの前記水平方向の切断加工を任意の回転角だけ行い、回転を停止した後、前記鉛直方向の切断加工を行なうことを繰り返して、切断ワークから細片を１個づつ切断加工すると良い。
前記切断ワークから前記水平方向の切断加工して水平輪切り切断片を切断した後、この水平輪切り切断片を任意の回転角だけ回転させて回転を停止して前記鉛直方向の切断加工を行ない、細片１個づつ切断加工すると良い。
【００１０】
切断加工された切断ワークの前記細片は回収容器に収容された後、防塵室から搬出されと良い。
少なくとも、前記切断加工は外界から隔離された防塵室内で行われ、切断時に生ずる切断塵は除塵装置により回収されると良い。
本発明によれば、切断ワークを搬送する搬送ローラと、搬送ローラで搬送した切断ワークを位置決めする位置決め手段を具備してなる搬送手段と、この搬送手段で搬送位置決めされた切断ワークを把持する把持機構と、この把持機構で把持した切断ワークを回転する回転機構を具備したワーク旋回ホルダー、または／およびこのワーク旋回ホルダーを上下移動する垂直移動機構部、または／およびこの垂直移動機構部をワーク加工位置まで水平移動する水平移動機構部と、前記ワーク加工位置にあって、ワークを載置するテーブルと、このテーブルを回転する回転機構を具備したターンテーブル部と、前記ワーク旋回ホルダーに懸下固定された切断ワークに対向して配置した小型のＹＡＧレーザー加工用トーチと、このＹＡＧレーザー加工用トーチを把持して自在に動けるロボットアームを有する多軸汎用ロボットとを備え、且つ、前記把持機構、両移動機構部、回転機構およびロボットアーム、および前記トーチを操作する遠隔制御装置を有し、前記切断ワーク遠隔操作して自動切断を行うこととする。
【００１１】
前記把持機構は切断ワークである内側に下部凸部および上部凸部を有する円筒容器を把持するために、前記下部凸部に上からあてがわれる位置決めフランジ、および前記円筒容器の径方向に動いて前記上部凸部に下からあてがわれるくさび型金具からなると良い。
前記把持機構は、前記円筒容器の内壁に当たる部分が弾性体である複数の金具を有し、これら金具は前記円筒容器の径方向に動いて前記円筒容器の円筒内壁を強く押して切断ワークである円筒容器を把持すると良い。
【００１２】
前記ワーク旋回ホルダーの回転機構と前記ターンテーブル部の回転機構の回転軸は同軸上にあり、両回転機構の回転制御を同期制御する制御装置を備えると良い。
前記ターンテーブル部の回転機構はテーブルを回転フリーにできるクラッチ機構を有すると良い。
【００１３】
前記ワーク旋回ホルダーの回転機構は切断ワークを回転フリーにできるクラッチ機構を有すると良い。
前記ワーク旋回ホルダーに懸下固定された切断ワークを把持する把持機構はバネとガイド部とで構成された緩衝機構を具備すると良い。
前記各手段および装置を密閉して外界と隔離する防塵室と、この防塵室上部にフィルターを具備し、下部床部は開口した床板であり、この床板下部には集塵用のバケットと排気ダクトを具備し、この排気ダクトを接続し除塵する除塵器と、排気用の排気ブロアーと、排気ブロアーの吐出口に排ガス処理装置を設置した除塵システムを具備すると良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施例１
以下本発明の参考例に係るレーザー加工方法および本発明に係るレーザー加工装置の実施例を図面に基づいて説明する。各図面において、同一装置または部品には、同一符号を付してある。
【００１５】
図２は本発明の参考例に係るレーザー加工方法の手順を示すフローチャートである。全ての工程は自動、または場合によっては手動の遠隔操作によって行われる。切断ワークを防塵室に取り込み、自動把持できるように位置決めされる。把持した切断ワークを移動機構により加工テーブルに載置する。
加工テーブル上の切断ワークを切断加工するが、その手順は２通りあり、何方を選択してもよい。第１の手順は切断ワークを水平回転しながら水平方向に輪切り切断した後、輪切り切断片を鉛直方向に切断して細片化する。第２の手順は切断ワークを任意の角度だけ水平回転しながら水平方向に輪切り切断した後、回転を停止して垂直切断加工して個々に細片化する。ＹＡＧレーザー加工用トーチにはフレキシブルな石英ファイバによりレーザ光が伝送されるので、多軸ロボットによりトーチの向きを常に切断ワークの外面に垂直にしておく制御が可能である。従って、レーザパワーは浪費されることなく迅速に切断加工が行える。
【００１６】
細片を自走ロボットが回収容器に収容し、防塵室から搬出し、所定の貯蔵場所に搬送する。従って細片によって防塵室外を汚染することはない。
１個の切断ワークの細片化が終了して、細片が加工テーブルから除かれた後、
次の切断ワークを加工テーブルに載置し、以降同様に細片化、回収を連続して行う。
【００１７】
上記の切断加工、搬送および回収工程は、全て防塵室外から遠隔操作し、汚染物質から作業者を保護する。
図１は本発明に係るレーザー加工装置の全体構成を示す側面図である。切断ワーク１を搬送する搬送ローラ２と、搬送ローラ２で搬送した切断ワーク１をワークセット位置Ｐ１で位置決めする位置決め手断３ａを具備した搬送手段３を設けてある。
【００１８】
次、この搬送手段３でワークセット位置に搬送位置決めされた切断ワーク１
を自動で把持する自動把持機構４（図１では過少なので詳細は図５、６に示す）と、把持した切断ワーク１を回転する回転機構５ａを具備したワーク旋回ホルダー５と、このワーク旋回ホルダー５を上下移動する垂直搬送機構部６を設けてある。さらに、この垂直搬送機構部６をワークセット位置から、ワーク加工位置Ｐ２まで水平移動する水平移動機構部７を、図示していない一つの架台上に設置する。
【００１９】
さらに、前記ワーク加工位置Ｐ２には、ワークを載置するテーブル８ｂとこのテーブル８ｂを回転する回転機構８ａ（図１では過少なので詳細は図３に示す）を具備したターンテーブル部８を配置してある。
なお、防塵室外に設置されている遠隔制御装置１９から出ている一点鎖線は切断ワークの移動機構５、７、旋回機構６、回転機構４および多軸ロボット１０などへの制御伝達を示し、遠隔操作を示している。
【００２０】
さらに、前記水平移動機構部７でワーク加工位置Ｐ２に搬送したワーク旋回ホルダー５に懸下固定された切断ワーク１に対向する位置に、小型のＹＡＧレーザー加工用トーチ９と、このＹＡＧレーザー加工トーチ９を把持して最大６つの自由度に可動の自在に動けるロボットアーム１０ａを有する多軸汎用ロボット１０を配置する。ＹＡＧレーザー３１からのレーザ光はフレキシブルな石英ファイバー３１ａによって伝送することができるので、トーチ９の移動や方向換えの自由度が高い。これらトーチ９の操作は全て遠隔制御装置１９により遠隔操作を行なう。
【００２１】
この構成のレーザー加工装置で切断作業をする際に、切断時に発生する固形物や粉塵が外部に飛び散らないように、上記のレーザ加工装置全体を、防塵室１１内に密閉する。この防塵室１１には、搬入口１２と自動で開閉する自動開閉扉１３を設けてある。さらに、防塵室１１上部にはフィルター１４を、また、下部床部には格子状に開口した床板１５を設置する。さらに、前記床板１５の下部には集塵用のバケット１６と排気ダクト１７を設置し、この排気ダクト１７は本装置とは別に設置した除塵器１８へ接続して、切断時に発生した固形物や粉塵を送り出す構造としている。なお、除塵器１８には、切断時に発生した固形物や粉塵を排気する排気ブロアー１８ａが具備されていて、且つ、排気ブロアー１８ａの吐出口には排ガス処理装置１８ｂを設置している。
【００２２】
このように構成したレーザー加工装置での切断ワーク１の切断、解体は、まず切断ワーク１を防塵室１１の搬入口１２前の搬送ローラ２上に搭載する。次に搬入口１２に設置した自動開閉扉１３を開け搬送ローラ２を、図示していない駆動機で駆動し、切断ワーク１をワークセット位置まで自動搬送する。搬送した切断ワーク１は、搬送手段３に設けられている位置決め手段３ａで位置決め停止する。
【００２３】
次にワークセット位置に搬送位置決めされた切断ワーク１を、自動で把持する自動把持機構４を備えたワーク旋回ホルダー５を垂直搬送機構部６で下降させ把持する。次に、把持した切断ワーク１を再び垂直搬送機構部６で定位置まで上昇した後、水平移動機構部７でワーク加工位置まで水平移動する。移動後再び垂直搬送機構部６で下降し、ターンテーブル部８のテーブル８ｂ上に載置した状態で停止する。
【００２４】
図３は本発明に係るレーザー加工装置のワーク回転機構部の要部側面図である。
ワーク１をテーブル８ｂ状に載置する際、垂直搬送機構部６が切断ワーク１を過剰な力でテーブル８ｂ上に押し込まないように、ワーク旋回ホルダー５の自動把持機構部４には、バネ２０ａとガイド部２０ｂで構成した緩衝機構２０を具備している。このように切断ワークを加工の都度クランプする必要がなく、有害汚染切断ワークの切断加工を遠隔操作で自動に開始することができる。
【００２５】
このようにワーク旋回ホルダー５に懸下され、且つ、ターンテーブル部８上に押さえられた切断ワーク１を多段に輪切り加工する際に、ターンテーブル部８の回転機構８ａ、ワーク旋回ホルダー５の回転機構５ａの各々の回転制御を同軸同期回転制御することにより、切断ワーク１の輪切り切断時にワーク旋回ホルダー５の回転機構５ａが切り離された切断片を引きずり回すことがなく、スムーズな切断を可能とすることができる。
【００２６】
また、ターンテーブル部８の回転駆動軸８ｃにクラッチ機構８ｄを設け、フリーにすることによっても、ワーク旋回ホルダー５の回転機構５ａが切り離された切断片を引きずり回すことがなく、スムーズな切断を可能とすることができる。回転機構５ａにもクラッチ機構５ｂを設けることも同様の効果がある。
切断対象に応じていずれかの制御方法が選択できるような構成とした。
【００２７】
このようにして切断ワーク１の第１段を輪切り切断した後、残りの切断ワーク１はワーク旋回ホルダー５に懸下された状態で、垂直搬送機構部６で上昇し、さらに水平移動機構部７でワークセット位置まで水平移動して退避させる。
残りの切断ワークの退避状態で、ターンテーブル部８上に残された切断ワーク１の輪切り切断片を、ターンテーブル部８の回転機構８ａとＹＡＧレーザー加工用トーチ９を把持して自在に動けるロボットアーム１０ａを有する多軸汎用ロボット１０とを駆使して、さらに細かく切断して細片化する。
【００２８】
図４は本発明に係るレーザー加工装置の加工テーブルおよび切断片回収用の自走型ロボットを示す斜視図である。細片を、マニピュレータハンド３２を備えた自走型ロボット３３により回収容器３４に回収し、防塵室外に搬出する。
このようにして、上記の搬送、切断、解体および回収を繰り返して実行する。
切断ワーク１の切断、解体処理は外部の遠隔制御装置１９により遠隔操作を行ない、作業者は防塵室に立ち入らずに全ての作業を行うことができる。
【００２９】
図５は本発明に係るレーザー加工装置の自動把持機構の第１の例を示す要部側面図である。自動把持機構は、その内側にリング状のフランジ部２１とこのフランジ部２１の上部に固定用のリブ２２を有する金属円筒容器（切断ワーク）場合に用いられる。ワーク旋回ホルダー５にバネ２０ａとガイド部２０ｂとで構成された緩衝機構２０で懸下された回転機構５ａの回転駆動フランジ５ｃに固定され、容器内側のリング状のフランジ部２１に円錐状に加工した位置決めフランジ５ｄとこの位置決めフランジ５ｄ上に在って、容器内側のリング状のフランジ部２１とこのフランジ部２１の上部の固定用のリブ２２との間にくさび型金具２３を直線駆動機構部２４で押し付ける構造としている。
【００３０】
図６は本発明に係るレーザー加工装置の自動把持機構の第２の例を示す要部側面図である。この自動把持機構は金属円筒容器内側に特にフランジや固定用のリブ２２を有しない場合に有効である。ワーク旋回ホルダー５にバネ２０ａとガイド部２０ｂとで構成された緩衝機構２０で懸下された回転機構５ａの回転駆動フランジ５ｃに固定され、容器把持用爪部２５を左右ネジ移動機構２６を用いて、同時に開閉することによって切断ワーク１を内側から外へ押し広げるように把持する構造としている。また、容器把持用爪部２５の先端には、円筒容器内側に接触しやすいようにゴム板または板ばねなどの弾性を有する接触子２５ａを取り付けてある。
【００３１】
このように、自動把持機構を備えたので、切断ワークを加工の都度手動でクランプする必要がなく、有害汚染された切断ワークの装着や切断加工を遠隔操作で自動で行うことができる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によれば、切断ワークを搬送する搬送ローラと搬送ローラで搬送した切断ワークを位置決めする位置決め手段を具備してなる搬送手段と、この搬送手段で搬送位置決めした切断ワークを自動で把持する自動把持機構と、把持した切断ワークを回転する回転機構を具備したワーク旋回ホルダーとこのワーク旋回ホルダーを上下移動する垂直搬送機構部とこの垂直搬送機構部をワーク加工位置まで水平移動する水平移動部と、前記ワーク加工位置にあって、ワークを載置するテーブルとこのテーブルを回転する回転機構を具備したターンテーブル部と前記ワーク旋回ホルダーに懸下固定された切断ワークに対向して配置した小型のＹＡＧレーザー加工用トーチとこのＹＡＧレーザー加工用トーチを把持して自在に動けるロボットアームを有する多軸汎用ロボットで構成した装置で、これにより、切断ワークを加工の都度クランプする必要がなく、有害汚染切断ワークの切断加工を遠隔操作で自動で行うことができる。
【００３３】
ＹＡＧレーザー加工用トーチにはフレキシブルな石英ファイバによりレーザ光が伝送されるので、多軸ロボットによりトーチの向きを常に切断ワークの切断部面に垂直にしておく（切断ワークからの反射は最小となる）制御が可能である。従って、レーザパワーは浪費されることなく迅速に切断加工が行える。
また切断ワークを上下移動させる垂直搬送機構部には、切断ワークを過剰な力でターンテーブル上を押し込まないようにバネとガイド部で構成した緩衝機構を具備した構造としているため、ターンテーブルや垂直搬送機構部の機器の破損を防止している。
【００３４】
また、切断ワークを多段に輪切り加工する際に、切断ワークを、ターンテーブル部とワーク旋回ホルダーではさみ込んだ状態で、ターンテーブル部の回転駆動機構とワーク旋回ホルダーの回転機構の各々の回転制御を同期回転制御としたことにより、切断ワークの輪切り切断時に、ワーク旋回ホルダー部の回転機構部が切り離される切断片を引きずり回すことがなく滑らかに切断を行うことができる。
【００３５】
また、ターンテーブル部の回転機構部とワーク旋回ホルダーの回転機構の駆動軸にクラッチ機構を設けて回転フリーにすることにより、どちらかの回転機構部が切り離され、切断片を引きずり回すことがなく滑らかに切断を行うことができる。
また、ワーク旋回ホルダーの自動把持機構で把持した切断ワークを、垂直搬送機構部と水平移動機構部でターンテーブル部上に移動載置した後、再びワークセット位置まで退避し、ターンテーブル部上に載置された切断ワークを、ターンテーブル部の回転機構と多軸汎用ロボットで加工する構成としたことにより、複雑な３次元形状の加工や狭窄部の遠隔操作加工、および細分化加工を可能にすることができる。
【００３６】
また、前述の装置全体をカバーし、密閉するように囲んだ防塵室とこの防塵室上部にフィルターを具備し、下部床部を開口した床板とする。この床板下部には集塵用のバケットと排気ダクトを具備し、この排気ダクトを接続し除塵する除塵器と排気用の排気ブロアーと排気ブロアーの吐出口に排ガス処理装置を設置した除塵システムを具備している。これにより、切断時に発生する固形物や粉塵を除去することができる。さらに、有害汚染金属材料の切断時にも、遠隔操作により無人化作業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るレーザー加工装置の全体構成を示す側面図
【図２】 本発明の参考例に係るレーザー加工方法の手順を示すフローチャート
【図３】 本発明に係るレーザー加工装置のワーク回転機構部の側面図
【図４】 本発明に係るレーザー加工装置の加工テーブルおよび切断片回収用の自走型ロボットを示す斜視図
【図５】 本発明に係るレーザー加工装置の自動把持機構の第１の例を示す要部側面図
【図６】 本発明に係るレーザー加工装置の自動把持機構の第２の例を示す要部側面図
【図７】 従来の炭酸ガスレーザー加工装置を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図
【符号の説明】
１ 切断ワーク
２ 搬送ローラ
３ 搬送手段
３ａ 位置決め手段
４ 自動把持機構
５ ワーク旋回ホルダー
５ａ 回転機構
５ｂ クラッチ機構
５ｃ 回転駆動フランジ
５ｄ 位置決めフランジ
６ 垂直搬送機構部
７ 水平移動機構部
８ ターンテーブル部
８ａ 回転機構
８ｂ テーブル
８ｃ 回転駆動軸
８ｄ クラッチ機構
９ ＹＡＧレーザ加工用トーチ
９ａ 炭酸ガスレーザ加工用トーチ
１０ 多軸汎用ロボット
１０ａ ロボットアーム
１１ 防塵室
１２ 搬入口
１３ 自動開閉扉
１４ フィルター
１５ 床板
１６ バケット
１７ 排気ダクト
１８ 防塵器
１８ａ 排気ブロア
１８ｂ 排気ガス処理装置
１９ 遠隔制御装置
２０ レーザ発振器
２０ａ ばね
２０ｂ ガイド部
２１ フランジ部
２２ リブ
２３ くさび型金具
２４ 直線駆動機構部
２５ 容器把持用爪部
２５ａ 接触子
２６ 左右ねじ移動機構
２７ クランプ
２８ Ｙ軸移動機構
２９ Ｘ軸移動機構
３０ 加工テーブル
３１ ＹＡＧレーザー
３１ 石英ファイバー
３２ マニピュレータハンド
３３ 自走型ロボット
３４ 回収容器
Claims (8)
- 切断ワークを搬送する搬送ローラと、搬送ローラで搬送した切断ワークを位置決めする位置決め手段を具備してなる搬送手段と、この搬送手段で搬送位置決めされた切断ワークを把持する把持機構と、この把持機構で把持した切断ワークを回転する回転機構を具備したワーク旋回ホルダー、または／およびこのワーク旋回ホルダーを上下移動する垂直移動機構部、または／およびこの垂直移動機構部をワーク加工位置まで水平移動する水平移動機構部と、前記ワーク加工位置にあって、ワークを載置するテーブルと、このテーブルを回転する回転機構を具備したターンテーブル部と、前記ワーク旋回ホルダーに懸下固定された切断ワークに対向して配置した小型のＹＡＧレーザー加工用トーチと、このＹＡＧレーザー加工用トーチを把持して自在に動けるロボットアームを有する多軸汎用ロボットとを備え、且つ、前記把持機構、両移動機構部、回転機構およびロボットアーム、および前記トーチを操作する遠隔制御装置を有し、前記切断ワーク遠隔操作して自動切断を行うことを特徴とするレーザー加工装置。
- 前記把持機構は切断ワークである内側に下部凸部および上部凸部を有する円筒容器を把持するために、前記下部凸部に上からあてがわれる位置決めフランジ、および前記円筒容器の径方向に動いて前記上部凸部に下からあてがわれるくさび型金具からなることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
- 前記把持機構は、前記円筒容器の内壁に当たる部分が弾性体である複数の金具を有し、これら金具は前記円筒容器の径方向に動いて前記円筒容器の円筒内壁を強く押して切断ワークである円筒容器を把持することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
- 前記ワーク旋回ホルダーの回転機構と前記ターンテーブル部の回転機構の回転軸は同軸上にあり、両回転機構の回転制御を同期制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１ないし３に記載のレーザー加工装置。
- 前記ターンテーブル部の回転機構はテーブルを回転フリーにできるクラッチ機構を有することを特徴とする請求項１ないし４に記載のレーザー加工装置。
- 前記ワーク旋回ホルダーの回転機構は切断ワークを回転フリーにできるクラッチ機構を有することを特徴とする請求項１ないし５に記載のレーザー加工装置。
- 前記ワーク旋回ホルダーに懸下固定された切断ワークを把持する把持機構はバネとガイド部とで構成された緩衝機構を具備したことを特徴とする請求項１ないし６に記載のレーザー加工装置。
- 前記各手段および装置を密閉して外界と隔離する防塵室と、
この防塵室上部にフィルターを具備し、下部床部は開口した床板であり、この床板下部には集塵用のバケットと排気ダクトを具備し、この排気ダクトを接続し除塵する除塵器と、排気用の排気ブロアーと、排気ブロアーの吐出口に排ガス処理装置を設置した除塵システムを具備したことを特徴とする請求項１ないし７に記載のレーザー加工装置。
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