JP4176868B2 - レーザー加工におけるワーク位置決め方法及びワーク位置決め装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークテーブルの所定位置にワークを位置決めさせるレーザー加工におけるワーク位置決め方法及びワーク位置決め装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
アシストガスを噴出すると共に加工ヘッド先端からワークに向けてレーザー光を照射し、そのレーザー光によってワークを切断等するようにしたレーザー加工装置としては、例えば特開平2−99291号公報等に開示された構成のものが提案されている。
【0003】
かかるレーザー加工装置においては、例えば球形状のフリーベアをテーブルに埋設したワークテーブルではレーザー光によってフリーベアが磨耗してしまうことから、ワークを支持する先端部が尖頭形状とされたワーク支持部材(これを剣山と称する)を縦横に複数配列してなるワークテーブル(これを剣山テーブルと称する)を使用している。
【0004】
この剣山テーブルを使用すれば、ワーク支持部材にレーザー光が照射されても先端部が尖頭形状とされていることから、該レーザー光はその尖頭形状に沿って逃げることになるので該ワーク支持部材の磨耗が抑制される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記尖頭形状をなすワーク支持部材を使用した場合には、ワーク裏面にワーク支持部材による傷が付くため、剣山テーブル上でワークを所定位置(原点位置)に位置決めすることができない。このため、例えば材料メーカーで所定の形状、寸法に切断されている板材であるスケッチ板を加工するときに精度がでない。また、スケッチ板を使用して孔加工の少ない1〜2分で加工の終わるようなものを数多く加工する場合には、レーザー加工中に次のワークの一枚取りが終了していないため、毎回レーザーがストップしてしまうことになる。
【0006】
これらの課題を解決するために、例えばワーク支持部材の間にフリーベアを昇降自在に設け、ワークを剣山テーブル上の原点位置に位置決めするときにのみ、該フリーベアを上昇させるように構成した装置が提案されている。
【0007】
すなわち、ワークを剣山テーブルの上方に搬送させたときに、ワーク支持部材の間からフリーベアを上昇させ、該フリーベア上へワークを降ろす。次に、ワークを原点に引き寄せるためのクランパーを前進させ、該クランパーによってワーク端面をクランプさせる。次いで、ワークを斜め(X方向及びY方向共)に後退させて、該ワークの基準辺を原点センサーに突き当てる。これでワークの原点セットが完了し、フリーベアは再び剣山テーブルの下方に下降される。
【0008】
ところが、ワーク支持部材の間にフリーベアを設けると、レーザー加工中のスラグ等によりフリーベアの動きが悪くなり、該ワークの原点位置決めが困難になる。
【0009】
そこで本発明は、剣山の間にフリーベアを設けることなく且つワークをワークテーブル上において傷を生じさせずに精度良く位置決めすることができ、且つ加工時間の短いワークに対しても加工中に一枚取りを終了させて、レーザー加工効率の向上を実現することのできるレーザー加工におけるワーク位置決め方法及びワーク位置決め装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ワークテーブルの載置面上にワークを載置したことを検出した後、ワークテーブルの載置面からワークを若干浮かせた状態で、ワーク搬送装置によって該ワークを該ワークテーブルに設けた位置決め部材に該ワークの各基準辺を突き当てた後、該ワークを下降させて該ワークテーブル上に載置させることで、上述の課題を解決したものである。
【0011】
このように、ワークをワークテーブルの載置面から若干浮かせた状態で該ワークテーブルの所定位置に位置決めしているので、該ワークテーブル(剣山テーブル)によっても該ワークに傷を付けることなく、該ワークをワークテーブル上で精度良く位置決めすることができると共に、加工時間の短いワークに対してもレーザー加工による加工効率を高めることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態は、本発明を、ワーク集積装置から加工すべきワークを取り出してレーザー加工装置に搬送させ、ここで所望の加工を行った後、加工後の製品を集積装置に搬送して集積させるように構成した加工システムに適用したものである。
【0013】
<加工システムの構成>
先ず、本実施形態の加工システムについて図面を参照しながら説明すると共に、その中で併せてレーザー加工におけるワーク位置決め装置について説明する。本実施形態の加工システムは、図1に示すように、ワーク集積装置1と、レーザー加工装置3と、集積装置5をインライン上に配置し、ワーク搬送装置によってワークを搬送させてワークの取り出しからレーザー加工、加工後の製品をパレット上に集積させる一連の工程を行うシステムである。
【0014】
ワーク集積装置1は、板厚や大きさの異なる複数種類のワークWをストックしておく倉庫として機能するものである。このワーク集積装置1は、複数種類のワークWをストックする貯蔵部と、この貯蔵部から加工すべきワークWを取り出すワーク取出装置と、取り出したワークWを載置する載置部とから構成されている。
【0015】
貯蔵部は、フレーム11に複数の棚7a,7b,7c,7dを有した多段棚形式とされており、各棚7a,7b,7c,7dにそれぞれワークWを載置させるワークパレット9が設けられている。各棚7a,7b,7c,7dには、ワークWの大きさ等に分類してそれぞれ複数枚のワークWが集積されている。載置部は、例えば油圧リフタ13等からなり、前記棚7a,7b,7c,7dの下方に設けられている。
【0016】
ワーク取出装置は、いわゆるエレベータとして機能するもので、例えばフレーム11の上部に固定された駆動モータ15と、この駆動モータ15によって該フレーム11の側面を昇降自在とされる昇降部材17と、この昇降部材17に対して図1中矢印A方向にスライド自在とされるトラバーサ19とからなる。
【0017】
昇降部材17は、駆動モータ15によって回転されるプーリー21に掛けられたワイヤー23に接続されており、該駆動モータ15を駆動させることによって各棚7a,7b,7c,7dから油圧リフタ13に又はその逆方向に昇降自在とされている。トラバーサ19は、各棚7a,7b,7c,7dに設けられたワークパレット9を引き出して昇降部材17に引き込むと共にそのワークパレット9を油圧リフタ13上に移送する、いわゆるワーク出入れ装置として機能する。そして、このトラバーサ19には、ワークパレット9を引き出すためのフック25が設けられている。
【0018】
レーザー加工装置3は、図1に示すように、加工ヘッド27と、ワークWを載置させるワークテーブル29とを有している。加工ヘッド27は、レーザー発振器より出力されるレーザー光をアシストガスと共に加工ヘッド先端からワークWに向けて照射し、そのレーザー光によってワークWを切断等するもので、上部フレーム31に設けられている。そして、この加工ヘッド27は、図1中紙面に平行なY方向に移動自在とされると共に、ワークテーブル29に対し接離するZ方向に移動自在とされている。
【0019】
ワークテーブル29は、図1及び図5に示すように、例えば複数の尖頭形状とされたワーク支持部材33を縦、横又は縦横に複数個配列して構成した、いわゆる剣山テーブルとされている。かかるワークテーブル29は、下部フレーム35に設けられた案内レール37、37に沿って、図1中紙面に対して垂直であるX方向に移動自在とされている。このように、加工ヘッド27及びワークテーブル29がX方向、Y方向及びZ方向に移動自在とされることにより、ワークWに対する加工ヘッド27の相対位置が決まる。
【0020】
そして、上記ワークテーブル29には、ワークWを所定位置に位置決めさせるための位置決め手段が設けられている。かかる位置決め手段は、図6に示すように、ワークWを原点位置に位置決めするためのX方向及びY方向それぞれの位置を規制するX位置決め部材及びY位置決め部材であるロケートピン39からなる。かかるロケートピン39は、ワーク支持部材33の間に出没自在に設けられており、ワークWを位置決めするときに該ワーク支持部材33の間からワーク載置面より突出し、ワーク位置決め後にワーク載置面下に潜るようになされている。
【0021】
ロケートピン39は、ワークテーブル29の上方から下降してくるワークWをガイドできるように、その先端側にテーパ部41を有している。そして、このロケートピン39には、ワークWが該ロケートピン39に接触したことを知らせる突当センサー43が埋め込まれている。
【0022】
突当センサー43は、先端が球形状とされた可動ピン45と、この可動ピン45を常時ロケートピン39の位置決め面39aよりその先端部45aを突出させるコイルバネ47と、可動ピン45に接続される検出部とからなる。かかる突当センサー43は、ワークWによって可動ピン45が押し込まれると、導通が切れてワークWがロケートピン39に接触したことを検出部に知らせるようになっている。
【0023】
集積装置5は、図1に示すように、レーザー加工装置3で加工を終えたワークWを集積するもので、例えば油圧リフタ49からなる。この油圧リフタ49には、パレット(図示は省略する)が載置され、そのパレット上に加工終了後のワークW(製品やスケルトン)が集積されるようになされている。
【0024】
ワーク搬送装置は、図1に示すように、ワーク集積装置1に設けられた油圧リフタ13のパレット上に集積したワークWを一枚づつ取り出してワークテーブル29上に移送させるローダ51を有している。かかるローダ51は、ワーク集積装置1の最下段棚7dの天井からレーザー加工装置3及び集積装置5へと延在して設けられた案内レール53に移動自在に設けられており、駆動モータ55によってワーク集積装置1とレーザー加工装置3との間を往復動するように構成されている。また、図示は省略するが、上記ローダ51と同様のローダが、レーザー加工装置3と集積装置5との間を移動自在とされており、レーザー加工装置3で加工したワークWを集積装置5の油圧リフタ49上に搬送させるようになされている。
【0025】
上記ローダ51は、図1に示すように、案内レール53に摺動係合するローダ本体57と、該ローダ本体57に対して接離方向に上下動し且つワーク保持手段である複数個のバキュームパッド61を有するストレッチ59とを有している。ストレッチ59は、案内棒63及びシリンダ65によって上記ローダ本体57に対して吊り下げられており、該シリンダ65の駆動により上下動するようになされている。バキュームパッド61は、油圧リフタ13上にストックされたワークWを吸着保持するようになっており、後述するサブフレーム69の桟75にコイルバネ79によって常時下方向に付勢されるようにして取り付けられている。
【0026】
上記ストレッチ59は、図2ないし図4に示すように、案内レール53に沿ってY方向に移動自在とされると共にワークテーブル29に対して昇降自在とされるメインフレーム67と、このメインフレーム67の内側に設けられ、該メインフレーム67の移動方向と略直交するX方向に移動自在とされるサブフレーム69とからなっている。
【0027】
メインフレーム67は、長方形状をなす枠体として形成されており、このメインフレーム67に前記案内棒63及びシリンダ65が取り付けられて前記ワークテーブル29に対して昇降自在とされている。サブフレーム69は、メインフレーム67の内側に配置されるに足る大きさとされた長方形状をなす枠体として形成されている。
【0028】
そして、このサブフレーム69は、メインフレーム67の相対向する両フレーム67a、67bにそれぞれ設けられたレール71、71に、スライダー73を係合させて摺動自在に取り付けられると共に、駆動手段であるエアシリンダー87によって該レール71、71に沿って移動自在とされている。
【0029】
このように、メインフレーム67の内側にサブフレーム69を移動自在としたことにより、ストレッチ59自体の小型化が図れると共に、該サブフレーム69のストロークが短くて済み、前記ワークWの位置決め時間を短縮することが可能となる。なお、本実施形態では、サブフレーム69の移動可能距離(ストローク)を約50mmとしている。
【0030】
また、サブフレーム69には、上記両フレーム69a,69b間に複数の桟75が所定間隔を置いて掛け渡されており、その各桟75にそれぞれ前記バキュームパッド61が複数取り付けられている。さらに、このサブフレーム69には、図5に示すように、ワークテーブル29のワーク支持部材33先端にワークWが接触したか否かを検出する接触センサー77が設けられている。
【0031】
かかる接触センサー77は、バキュームパッド近傍の上記桟75に設けられており、該バキュームパッド61を支持するパッド支持棒81の上端に固定された接触板83に、センサーピン83の先端が接触し又は非接触することでオン・オフするようになっている。すなわち、図5(a)に示すように、ワークWがワーク支持部材33に接触しない状態では、センサーピン85が接触板83と接触状態にあり、前記接触センサー77がオン状態となる。同図(b)のワークWがワーク支持部材33と接触した状態では、センサーピン85が接触板83と非接触状態(隙間H1が開く)にあり、前記接触センサー77がオフ状態となる。
【0032】
以上のようにして構成されたワーク集積装置1、レーザー加工装置3、ローダ51、ワーク位置決め装置及び集積装置5よりなる加工システムは、図示しない制御部からのプログラムに基づいて動作するようになされており、ワークWの取り出しからレーザー加工、加工後の製品・スケルトン等の搬送集積といった一連の工程が連続して行われるようになされている。
【0033】
<加工システムの動作>
次に、上記加工システムの動作について図面を参照しながら説明すると共に、併せてワーク位置決め方法について詳細に説明する。
【0034】
図1に示すように、制御部からの指令に基づいて昇降部材17が目的とする棚7a,7b,7c,7dに移動されると、トラバーサ19がその棚7a,7b,7c,7dに向かって前進走行し、該トラバーサ19に設けられたフック25が該棚7a,7b,7c,7dにストックされたワークWを集積してなるワークパレット9に係合する。すると、トラバーサ19が後退して、ワークパレット9を昇降部材17上へと引き込む。これにより、目的とするワークWが棚7a,7b,7c,7dから取り出される。
【0035】
次に、昇降部材17が最下段に下降して油圧リフタ13と同一高さとなると、トラバーサ19が前進してワークパレット9を油圧リフタ13上に押し出す。その結果、油圧リフタ13上に加工すべきワークWが載置される。次に、油圧リフタ13の上方にローダ51が移動した後、該ローダ51に設けられた駆動モータ55によってストレッチ59が下降され、該ストレッチ59に設けられたバキュームパッド61によってワークWが吸着保持される。
【0036】
次いで、ストレッチ59が上昇し、ローダ51が案内レール53に沿ってレーザー加工装置3のワークテーブル29の上方位置へと移動される。そして、図7(a)に示すように、ロケートピン39の前方約20mmの位置(この位置が定位置)でローダ51が停止する。次に、シリンダー65によってストレッチ59が下降され、図5(b)に示すように、ワークWがワーク支持部材33の先端に接触すると、接触センサー77のセンサーピン81が接触板83と非接触状態となり、オフ状態であることが検出部に指令される。
【0037】
次に、今度は制御部によってストレッチ59が僅かに上昇され、接触センサー77がオン状態となった所で該ストレッチ59が停止する。すなわち、ワークWは、図6に示すように、ワーク支持部材33の先端より高さH2なる間隙を有して浮上した状態とされる。本実施形態では、図6に示すように、ワーク支持部材33の先端よりワークWを5mm程度上昇させた位置に保持させる。
【0038】
次に、エアシリンダー87によってサブフレーム69を図7(a)中矢印X方向に引き寄せて、ワークWのX方向における基準辺WxをX位置決め部材であるロケートピン39に突き当てる。次いで、ローダ51の移動によりストレッチ59を図7(a)中矢印Y方向に引き寄せて、ワークWのY方向における基準辺WyをY位置決め部材であるロケートピン39に突き当てる。これらワークWの引き寄せ動作は、X方向及びY方向同時に行う。
【0039】
そして、これら3つのロケートピン39に設けられた突当センサー43がオンとなったときにストレッチ59が下降して、前記接触センサー77がオフ状態となった時点で該ストレッチ59が停止する。そして、レーザー加工装置3に設けられたキャリッジのクランパー89、89がワークWを把持すると同時に、3つのロケートピン39がワーク載置面より下方に引っ込む。その結果、ワークWは、ワークテーブル29の所定位置(原点位置)に位置決めされることになる。
【0040】
このように、ワークWをワークテーブル29の載置面より浮かせた状態で原点セットしているため、該ワークWを傷つけることなく、先端が尖ったワーク支持部材33よりなるワークテーブル29上で該ワークWを精度良く位置決めすることができる。また、従来のように剣山の間からフリーベアを上昇させることによってワークWを原点セットする場合には、レーザー加工中にスラグが発生してフリーベアの動きが悪くなるが、本実施形態ではフリーベアを使用しないため、そのような問題が発生しない。
【0041】
次に、ワークWを原点セットすると、バキュームパッド33に保持したワークWを解放し、ストレッチ59を上昇させる。そして、ストレッチ59が上昇端位置に戻ると、加工ヘッド27よりレーザー光が出力され、加工プログラムに基づいてワークWに所望の加工が始まる。レーザー加工がなされている間、ストレッチ59は、ワーク集積装置1に設けられた油圧リフタ13の上方へと引き戻され、次なるワークWを搬送する動作に移る。
【0042】
このように、ワークテーブル29上で原点セットすることにより、一枚取り工程の中でプリ原点セットする従来法に比べて、加工時間の短いワーク、特にスケッチ材に対しても加工中に一枚取りが終了し、毎回一枚取りを待つようなことがない。また、ワークテーブル29上で原点セットすることができるため、スケッチ材の加工精度を維持することができる。
【0043】
そして、レーザー加工装置3による加工が終了すると、ワークテーブル29上のワークW(製品又はスケルトン)がレーザー加工装置3と集積装置5との間を走行する図示しないローダによって吸着保持され、該集積装置5へと搬送されて油圧リフタ49上に集積される。その間、次のワークWがローダ51によってレーザー加工装置3に搬送され、前述したようにして該ワークWはワークテーブル29の原点位置に位置決めされる。
【0044】
以上、本発明を適用した具体的な一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
【0045】
例えば、上述の実施形態では、ワークテーブル29にワークWが接触した位置から所定の間隔を有して該ワークWを浮上させるのに、接触センサー77が再びオンとなった所でストレッチ59を停止させたが、この動作をタイマーで制御して、所定時間ストレッチ59を上昇させた所で該ストレッチ59を停止させて前記間隔を保持するようにしてもよい。
【0046】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【0047】
本発明のレーザー加工におけるワーク位置決め方法によれば、ワークをワークテーブルの載置面上に載置したことを検出した後、該ワークを前記載置面から浮上させ、ワーク搬送装置によって該ワークを該ワークテーブルに設けたX位置決め部材及びY位置決め部材それぞれに該ワークの各基準辺を突き当てた後、該ワークを下降させて該ワークテーブル上に載置させるようにしているので、ワークテーブルによって該ワークに傷を付けることなく、該ワークテーブル上で該ワークを所定位置に位置決めすることができる。そのため、スケッチ材のように加工時間の短いワークに対しても加工中に一枚取りが終了し、毎回一枚取りを待つようなことがなく、ワークの搬送から加工及び加工後のワークの集積に至るまでの一連のサイクルタイムを短縮することができ、且つスケッチ材の加工精度を高めることができる。
【0048】
また、本発明のワーク位置決め装置によれば、上記効果に加えて、剣山の間にフリーベアを設けることなくワークを所定位置に位置決めすることができるので、レーザー加工装置によってワークを加工した場合に発生するスラグによってフリーベアの動きが悪くなるような不具合が発生するといった問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の加工システムの概略構成図である。
【図2】ローダを構成するストレッチの平面図である。
【図3】図2に示すストレッチの要部斜視図である。
【図4】図2に示すストレッチの断面図である。
【図5】(a)はワークがワーク支持部材に非接触とされたときに接触センサーがオンとなることを示す正面図であり、(b)はワークがワーク支持部材に接触したときに接触センサーがオフとなることを示す正面図である。
【図6】ワークを位置決めするロケートピンの断面図である。
【図7】ワークテーブルの所定位置にワークを位置決めする様子を示す平面図である。
【符号の説明】
1 ワーク集積装置
3 レーザー加工装置
5 集積装置
17 昇降部材
27 加工ヘッド
29 ワークテーブル
33 ワーク支持部材
43 突当センサー
51 ローダ
59 ストレッチ
67 メインフレーム
69 サブフレーム
71 レール
73 スライダー
77 接触センサー
Claims (3)
- 複数の尖頭形状を有するワーク支持部材を複数個配列して構成したワークテーブル上に、ワークをワーク搬送装置によって搬送させて該ワークテーブルの所定位置に位置決めするレーザー加工におけるワーク位置決め方法において、
前記ワークを前記ワークテーブルの載置面上に載置したことを検出した後、該ワークを前記載置面から浮上させ、前記ワーク搬送装置によって該ワークを該ワークテーブルに設けたX位置決め部材及びY位置決め部材それぞれに該ワークの各基準辺を突き当てた後、該ワークを下降させて該ワークテーブル上に載置させるようにした
ことを特徴とするレーザー加工におけるワーク位置決め方法。 - 案内レールに沿ってY方向に移動自在とされ、且つ複数の尖頭形状を有するワーク支持部材を複数個配列して構成したワークテーブル対して昇降自在とされたメインフレームと、該メインフレームの移動方向と略直交するX方向に移動自在とされると共にワークを保持するワーク保持手段を備えたサブフレームとからなるワーク搬送装置と、
前記ワークを前記ワークテーブルの所定位置に位置決めさせる、該ワークテーブルに設けられたX位置決め部材及びY位置決め部材からなる位置決め手段とを備えており、
前記ワーク搬送装置により前記ワークを前記ワークテーブルの載置面に一旦載置させた後、該ワークを所定距離を有して浮上させ、該ワーク搬送装置によって該ワークをX方向及びY方向に動かして、該ワークテーブルに設けた前記X位置決め部材及びY位置決め部材それぞれに該ワークの各基準辺を突き当てた後、該ワークを下降させて該ワークテーブル上に載置するように構成してあり、前記サブフレームに、前記ワークを前記ワークテーブルの載置面上に載置したことを検出する手段が設けられていることを特徴とするレーザー加工におけるワーク位置決め装置。 - 前記サブフレームは、前記メインフレームの内側に設けられ、且つ該メインフレームの相対向する両フレームに設けられたレールに取り付けられると共に、駆動手段により該レールに沿って移動自在とされていることを特徴とする請求項2記載のレーザー加工におけるワーク位置決め装置。
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