JP5597328B2 - カッティングプロッタ、およびそれを用いたカッティング方法 - Google Patents

Description

本発明は、平板状の媒体に対して所望のカット加工を施すためのカッティングプロッタ、およびこのカッティングプロッタを用いたカッティング方法に関する。

シート状の紙または布地等の媒体を所望の形状にカット加工するための装置として、従来、平板状のベッド上に保持させた媒体に対してカッター刃を押し付けておき、このカッター刃を媒体に対して相対移動させることにより、所望の形状にカット加工を施すように構成されたカッティングプロッタが知られている。このようにして行われるカット加工には、従前に媒体に対して印刷された所望の画像に対応させたカットパターン（例えば、画像の輪郭に沿ってカット加工を施すパターン）でカット加工を施す場合がある。この場合、画像印刷位置とカット加工位置とを正確に対応させるために、所望画像の印刷時に位置決め用のマークを印刷形成することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

近年、上記のようなカッティングプロッタの作動原理を利用して、一定の厚みを有した平板状のアクリルや木材等の媒体に所望のカット加工を施したいという要望がある。このような要望に応えるべく、カッター刃の代わりに高速で回転するドリルやエンドミル等の工具を媒体に対して押し付けた状態で相対移動させることにより、一定の厚みを有した媒体に所望のカット加工を行うカッティングプロッタが開発されている。

特開２００１−２６０４４３号公報

ところで、一定の厚みを有したアクリルや木材等の媒体に対してドリルを押し付けて所望のカット加工を行う場合、媒体に所望の画像を印刷することなくカット加工のみを施して製品を完成させることがある。このとき、当然ながら媒体に位置決め用のマークが印刷されていないため、媒体がベッド上の任意の位置に載置された場合には、ベッドにおける媒体の位置のみならず媒体における所望のカット加工を施す位置もカッティングプロッタにおいて把握できないこととなる。そのため従来、例えばベッド上の所定位置に媒体を載置させるための位置決め治具を設け、作業者はこの位置決め治具に媒体を合わせた状態で載置する必要があった。このように、媒体を位置決めさせた状態でベッドに載置させるためにカット加工作業における手間が増えてしまい、カット加工作業が煩雑になりがちであるという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、マークを印刷形成することなくカット加工を行うときに、手間を減らしてカット加工作業を簡便に行うことができるカッティングプロッタ、およびそのカッティング方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るカッティングプロッタは、媒体（例えば、実施形態における被加工媒体２）を支持可能なベース部材（例えば、実施形態における支持盤２１）と、前記ベース部材に支持された媒体にカット加工を施すカット手段（例えば、実施形態におけるドリル４３）と、前記ベース部材に支持された媒体に対して前記カット手段を相対移動させる相対移動手段（例えば、実施形態におけるＸ軸駆動機構３５、Ｙ軸駆動機構４５、ドリル駆動機構４６）とを有し、前記相対移動手段によって相対移動される前記カット手段により前記媒体に所望のカット加工を施すカッティングプロッタにおいて、前記相対移動手段による前記カット手段の相対移動制御を行い、前記ベース部材に支持された媒体に対し前記カット手段によりカット加工を施して複数の基準マーク（例えば、実施形態における基準穴２ａ〜２ｄ）を形成するマーク形成制御手段（例えば、実施形態における駆動制御部５１、演算部５５）と、前記ベース部材に前記媒体が支持された状態で、前記ベース部材における前記基準マークの位置を検出するマーク位置検出手段（例えば、実施形態における基準穴検出部４４）と、前記マーク位置検出手段により検出された前記ベース部材における前記基準マークの位置を基にして前記相対移動手段による前記カット手段の相対移動制御を行うことで、前記媒体に前記所望のカット加工を施すカット加工制御手段（例えば、実施形態における駆動制御部５１、演算部５５）とを備えることを特徴とする。

なお、上述のカッティングプロッタにおいて、前記マーク形成制御手段により、前記媒体に少なくとも３つの前記基準マークが形成されることが好ましい。

本発明に係るカッティング方法は、媒体を支持可能なベース部材と、前記ベース部材に支持された媒体にカット加工を施すカット手段と、前記ベース部材に支持された媒体に対して前記カット手段を相対移動させる相対移動手段とを有し、前記相対移動手段によって相対移動される前記カット手段により前記媒体に所望のカット加工を施すカッティングプロッタを用いて行うカッティング方法であって、前記ベース部材に支持された媒体に対し前記カット手段によりカット加工を施して複数の基準マークを形成するマーク形成ステップと、前記マーク形成ステップにおいて前記基準マークが形成された前記媒体を前記ベース部材に支持させて、前記ベース部材における前記基準マークの位置を検出するマーク位置検出ステップと、前記マーク位置検出ステップにより検出された前記ベース部材における前記基準マークの位置を基にして前記相対移動手段による前記カット手段の相対移動制御を行うことで、前記媒体に前記所望のカット加工を施すカット加工ステップとを備える。

本発明に係るカッティングプロッタは、カット手段によりカット加工を施して複数の基準マークを形成するマーク形成制御手段と、ベース部材における基準マークの位置を検出するマーク位置検出手段と、ベース部材における基準マークの位置を基にしてカット手段の相対移動制御を行って、媒体に所望のカット加工を施すカット加工制御手段とを備える。そのため、マーク位置検出手段により基準マークの位置を検出することにより、この基準マークの位置を原点位置として所望のカット加工を施す位置を把握することが可能となる。よって、マークを印刷形成することなくカット加工を行うときに、例えば媒体を位置決め治具によって位置決めさせて載置する必要がなくなり、手間を減らしてカット加工作業を簡便に行うことができる。

なお、上述のカッティングプロッタにおいて、媒体に少なくとも３つの基準マークが形成されることが好ましい。この場合、検出された基準マークの位置を基にして、ベース部材における所望のカット加工を施す位置を決定可能となる。

本発明に係るカッティング方法は、カット手段によりカット加工を施して複数の基準マークを形成するマーク形成ステップと、ベース部材における基準マークの位置を検出するマーク位置検出ステップと、ベース部材における基準マークの位置を基にして相対移動手段による前記カット手段の相対移動制御を行うことで、媒体に所望のカット加工を施すカット加工ステップとを備える。このため、基準マークの位置を検出することによって、この基準マークの位置を原点位置として所望のカット加工を施す位置を把握することができる。よって、マークを印刷形成することなくカット加工を行うときに、例えば媒体を位置決め治具によって位置決めさせて載置する必要がなく、カット加工作業を簡便に行うことが可能となる。

本発明を適用したカッティングプロッタの斜視図である。 上記の制御系統を示すブロック図である。 （ａ）は上記カッティングプロッタの平面図を、（ｂ）は図３（ａ）中のIII（ｂ）−III（ｂ）部分の断面図をそれぞれ示す。 上記カッティングプロッタを用いてカット加工を施すときのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明が適用されるカッティングプロッタの一例として、加工テーブルに固定保持した平板状の被加工媒体に対してドリルを水平面内の直交二軸（Ｘ軸‐Ｙ軸）方向に移動させ、及び上下（Ｚ軸）方向に昇降させて被加工媒体を所望の形状にカット加工する、いわゆるＸ‐Ｙプロッタタイプ（フラットベッドタイプ）のカッティングプロッタ１の斜視図を図１に示すとともに、制御構成の概要を示すブロック図を図２に示している。なお、以下においては説明の便宜上、図１中に付記する上下、前後および左右と書いた矢印の方向を用いて説明する。

カッティングプロッタ１は、図１に示すように、加工テーブル２０を水平に支持するとともに各機構の取り付けベースとなる本体フレーム１０と、載置された被加工媒体２を固定保持する加工テーブル２０と、加工テーブル２０の上方に前後方向（Ｘ軸方向）に移動自在に支持されＸ軸駆動機構３５により前後に移動されるＸ軸キャリッジ３０と、Ｘ軸キャリッジ３０に左右方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持されＹ軸駆動機構４５により左右に移動されるカッティングヘッド４０と、Ｘ軸駆動機構３５，Ｙ軸駆動機構４５，及びカッティングヘッド４０に設けられたドリル駆動機構４６（図２参照）等の作動を制御することによりＸ軸キャリッジ３０及びカッティングヘッド４０の水平移動並びにドリル４３の上下移動等を制御し、これにより加工テーブル２０に固定保持された被加工媒体２のカット加工を制御するコントロールユニット５０とを備えて構成される。

加工テーブル２０は、上下貫通する微細な吸着孔が多数形成された平坦な支持盤２１と、この支持盤２１の下面側に設けられた減圧室２２と、減圧室２２の空気を排気して負圧に設定する真空ブロア２３とを備えて構成される。そのため、真空ブロア２３により減圧室２２を負圧に設定することで被加工媒体２が支持盤２１に真空吸着されて固定保持されるようになっている。

Ｘ軸キャリッジ３０は、加工テーブル２０の上部に支持盤２１を挟んで前後方向に平行に延びて左右一対のガイドレール３１，３１が固定され、これらのガイドレール３１，３１に左右に延びる角筒状のガイドバー３２が前後に移動自在に支持される。ガイドレール３１は、直動ガイドあるいはリニアガイドとも称される直動軸受の支持レールが用いられ、左右のガイドレール３１，３１にそれぞれ嵌合されたスライドブロック３３，３４にガイドバー３２の左端部および右端部が固定され、これによりガイドバー３２が支持盤２１の上方を跨いだ状態で前後にスライド移動自在に支持される。Ｘ軸駆動機構３５は公知の種々の駆動機構を用いることができるため、本明細書においては詳細図示を省略するが、例えば加工テーブル２０の下面側にガイドレール３１と平行に前後に延びて配設されたボールネジ及びこのボールネジを回転駆動するサーボモータと、ボールネジに嵌合支持されＸ軸キャリッジ３０に固定されたボールナットとにより構成することができる。

カッティングヘッド４０は、ガイドバー３２の前面に左右に延びて固定されたガイドレール３２ａに嵌合され左右にスライド移動自在に支持されたスライダ４１と、スライダ４１の前面側に着脱可能に支持されたドリルホルダ４２と、下方に向けて検査光を発射する発光部（図示せず）およびこの発光部から発射されて反射された検査光を受光する受光部（図示せず）を備えた基準穴検出部４４とを有して構成される。ドリルホルダ４２の先端部にはドリル４３が取り付けられており、ドリル４３を高速で回転させた状態で被加工媒体２に押し付けることにより、被加工媒体２に対してカット加工を施すことができるようになっている。ドリル４３はドリルホルダ４２に取り付けられた状態で一体として取り扱われ、ドリル駆動機構４６により、ドリルホルダ４２を上下移動させてドリル４３を上下移動させることができるようになっている。

なお、Ｙ軸駆動機構４５についてもＸ軸駆動機構３５と同様に詳細図示を省略するが、例えば、ガイドバー３２の左端側と右端側にそれぞれ回転自在に設けた駆動プーリ及び従動プーリと、駆動プーリを回転駆動するサーボモータと、駆動プーリと従動プーリとに掛け回された無端ベルト状の駆動ベルトとからなり、駆動ベルトの中間部にカッティングヘッド４０（スライダ４１）を固定して構成することができる。また、駆動ベルトには内周面に多数の歯が形成されたタイミングベルト、駆動プーリ及び従動プーリにはタイミングプーリを用いることでカッティングヘッド４０の移動（移動方向、移動速度、左右方向位置等）を微細に制御することができる。

カッティングヘッド４０には、ドリルホルダ４２に取り付けられたドリル４３を支持盤２１上に吸着保持された被加工媒体２に加工プログラムに基づいて所定の切り込み深さで押接させる加工位置および被加工媒体２から離隔させた離間位置に上下移動させるとともに、ドリル４３を回転駆動させるドリル駆動機構４６（Ｚ軸駆動機構）が設けられている。なお、ドリル４３は断面視円形となっており、その中心（回転中心）部分が下方に突出した形状となっている。そのため、被加工媒体２にドリル４３を回転させながら押し付けると、図３（ｂ）に示すように、中心部分が尖った穴が形成される。

コントロールユニット５０は、カッティングプロッタ１の各軸駆動機構を含む装置全体の作動を制御する駆動制御部５１を有し（図２参照）、所定の加工プログラムに基づいて、Ｘ軸駆動機構３５、Ｙ軸駆動機構４５およびドリル駆動機構４６等の作動を制御することにより、Ｘ軸キャリッジ３０およびカッティングヘッド４０の水平移動並びにドリル４３の上下移動および回動を制御する。これにより、加工テーブル２０に固定保持された被加工媒体２に対するカット加工を制御するように構成される。

なお、コントロールユニット５０には、駆動制御部５１に加えて、カット形状データ読み込み部５７、演算部５５、入力部５６および表示部５８も設けられている。カット形状データ読み込み部５７は、カット加工を施す形状データを読み込むとともに、読み込んだ形状データを演算部５５に出力するようになっている。そして、演算部５５が、入力された形状データに基づく制御信号を駆動制御部５１に出力することによって、読み込んだ形状データに基づくカット加工が行われるようになっている。入力部５６は、カット加工時の補助的な指示（例えば、カット加工速度、押し付け力等のカット条件の指示等）を行うためのものであり、このような入力条件やカット形状等が表示部５８に表示される。また、演算部５５には、基準穴検出部４４における検出結果が入力されるようになっている。

以上ここまでは、カッティングプロッタ１の全体構成について説明した。以下においては、このように構成されるカッティングプロッタ１を用いて被加工媒体２に対してカット加工を施す場合について、図３を参照しながら図４に示すフローチャートに沿って説明する。なお、本発明を適用したカッティングプロッタ１は、以下に説明するように、マークが印刷形成されていない被加工媒体２を支持盤２１の任意の位置に載置させた場合であっても、所望のカット加工ができる点に特徴を有している。

まず、図４に示すステップＳ８１において、被加工媒体２を支持盤２１の任意の位置に載置させる。ここで、後述する基準穴２１ａ〜２１ｄを形成するために、支持盤２１上の所定位置に位置決めして載置させる必要はない。

次に、ステップＳ８２に進み、支持盤２１に対してカッティングヘッド４０（基準穴検出部４４）を走査させることにより、支持盤２１における被加工媒体２の載置位置を検出する。このとき、基準穴検出部４４における検出結果（受光結果）は演算部５５に出力される。演算部５５においては、支持盤２１の表面で反射される検査光の受光強度と、被加工媒体２の表面で反射される検査光の受光強度とが異なることを利用して、支持盤２１における被加工媒体２の位置が検出される。

続いてステップＳ８３において、上記ステップＳ８２で検出された被加工媒体２の位置を基にして、被加工媒体２の四隅近傍（後述するカット加工が行われる領域を避けた部分）に、ドリル４３を用いて所定深さの基準穴２ａ〜２ｄが形成される（図３（ａ）および図３（ｂ）参照）。

次に、ステップＳ８４に進み、被加工媒体２に対して基準穴検出部４４を走査させる。そうすることにより、演算部５５において、ステップＳ８２と同様の処理を行うことにより、上記ステップＳ８３で形成された４つの基準穴２ａ〜２ｄの支持盤２１に対する中心位置を検出する。ここで、各基準穴２ａ〜２ｄは図３（ｂ）に示すように、その中心部分が最も深く削られて形成されている。そのため、被加工媒体２に対して基準穴検出部４４を走査させた場合、斜面部８３ａで反射する検査光よりも中心部８３ｂで反射する検査光の方が、受光部において強度がより高く検出される。このような受光強度の変化を演算部５５において検出することで、反射光の強度変化に基づいて４つの基準穴２ａ〜２ｄの中心位置を正確に検出できる。

続いてステップＳ８５において、上記ステップＳ８４において検出された各基準穴２ａ〜２ｄの中心位置のうち、いずれか１つの位置を、製品部分２ｅ（図３（ａ）におけるハッチングを施した部分）をカット加工するときの原点位置に設定する。なお、以下の説明では、基準穴２ａの位置を原点位置に設定する場合を例示して説明する。

次に、ステップＳ８６に進み、演算部５５において、カット形状データ読み込み部５からの形状データ（カッティングプロッタ１の機械原点を原点位置として設定された形状データ）を、基準穴２ａの位置を原点位置とした形状データに変換する処理が行われる。これにより、製品部分２ｅの座標が、基準穴２ａの位置を原点位置とした座標として設定される。

続いてステップＳ８７に進み、上記ステップＳ８６で基準穴２ａの位置を原点位置として設定された形状データに基づく制御信号が、演算部５５から駆動制御部５１へ出力される。そうすることにより、駆動制御部５１によりＸ軸駆動機構３５、Ｙ軸駆動機構４５およびドリル駆動機構４６等の作動が制御されて、図３（ａ）の製品部分２ｅに所望のカット加工が施される。そして、製品部分２ｅへのカット加工が完了することで、このフローは終了する。

以上説明したように、製品部分２ｅのカット加工を行う前にカット加工用のドリル４３を用いて基準穴２ａ〜２ｄを形成することで、カッティングプロッタ１の機械原点を原点位置として設定された形状データを、支持盤２１における被加工媒体２の載置位置に対応させた形状データに設定し直す（基準穴２ａ〜２ｄのいずれかを原点位置として形状データを設定し直す）ことができる。そのため、被加工媒体２を支持盤２１上のどの部分に載置させた場合であっても、基準穴２ａ〜２ｄのいずれかを原点位置とした形状データが設定できるとともに、その形状データに基づいてカット加工が可能である。よって、例えば位置決め治具等を設けて被加工媒体２を支持盤２１の所定位置に載置させる必要がなく、作業者は支持盤２１上の任意の位置（例えば、載置しやすい位置）に被加工媒体２を載置するだけで良い。このため、従来の位置決め治具を用いた構成と比較して、カット加工作業における手間を省いて、カット加工作業の簡便化を図ることができる。

上述の実施形態において、基準穴２ａ〜２ｄを形成する工具としてドリル４３を用いた構成例について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えばドリル４３に代えて、エンドミルを用いた構成でも良い。また、カッティングヘッド４０に搭載された切断用のカッター刃を用いて、基準穴としての基準マークをカット形成する構成でも良い。さらには、カッティングヘッド４０に搭載された作図用のペンを用いて、基準穴としてのマークを作図する構成でも良い。

上述の実施形態においては、基準穴２ａ〜２ｄを形成した後、支持盤２１に対して被加工媒体２を取り外すことなく（支持盤２１における被加工媒体２の載置位置を変化させることなく）基準穴２ａ〜２ｄの位置を検出するカッティング方法を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、基準穴２ａ〜２ｄを形成した後で支持盤２１から被加工媒体２を取り外し、再度支持盤２１に被加工媒体２を吸着固定させて基準穴２ａ〜２ｄの位置を検出するようにしても良い。

上述の実施形態において、被加工媒体２および基準穴２ａ〜２ｄの位置を検出する手段として、検査光を発光および受光する基準穴検出部４４を用いた構成例を示して説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば基準穴検出部４４に代えて、被加工媒体２が載置された支持盤２１を上方から撮像するＣＣＤカメラを用いた構成でも良い。この構成の場合には、撮像された画像データから被加工媒体２の輪郭線を抽出することで支持盤２１における被加工媒体２の位置を検出でき、また、画像データから基準穴２ａ〜２ｄの輪郭線（または中心点）を抽出することで支持盤２１における基準穴２ａ〜２ｄの中心位置を検出できる。

また、上述の実施形態において、被加工媒体２に対して４つの基準穴２ａ〜２ｄを形成する構成を例示して説明したが、本発明はこの構成に限定して解釈されるものではない。すなわち、被加工媒体２上において形状データの位置が決定されれば良く、例えば３つの基準穴を形成する構成や、５つ以上の基準穴を形成する構成でも良い。

上述の実施形態では、中心部分が下方に突出した形状のドリル４３を用いて、便宜的に各基準穴２ａ〜２ｄの最も深く削られた部分を中心位置として検出する構成を例示して説明したが、本発明はこの構成に限定して解釈されるものではない。例えば各基準穴２ａ〜２ｄに対して基準穴検出部４４を細かく走査させることにより、各基準穴２ａ〜２ｄの中心位置を検出する構成でも良い。この構成によれば、ドリル４３に代えて中心部分が下方に突出していないエンドミルを用いて基準穴を形成した場合であっても、各基準穴の中心位置を検出可能となる。

１ カッティングプロッタ
２ 被加工媒体（媒体）
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 基準穴（基準マーク）
２１ 支持盤（ベース部材）
３５ Ｘ軸駆動機構（相対移動手段）
４３ ドリル（カット手段）
４４ 基準穴検出部（マーク位置検出手段）
４５ Ｙ軸駆動機構（相対移動手段）
４６ ドリル駆動機構（相対移動手段）
５１ 駆動制御部（マーク位置形成手段、カット加工制御手段）
５５ 演算部（マーク位置形成手段、カット加工制御手段）

Claims (5)

1. 媒体を支持可能なベース部材と、前記ベース部材に支持された媒体にカット加工を施すカット手段と、前記ベース部材に支持された媒体に対して前記カット手段を相対移動させる相対移動手段とを有し、前記相対移動手段によって相対移動される前記カット手段により前記媒体に所望のカット加工を施すカッティングプロッタにおいて、
   前記相対移動手段による前記カット手段の相対移動制御を行い、前記ベース部材に支持された媒体に対し前記カット手段によりカット加工を施して複数の基準マークを形成するマーク形成制御手段と、
   前記ベース部材に前記媒体が支持された状態で、前記ベース部材における前記基準マークの位置を検出するマーク位置検出手段と、
   前記マーク位置検出手段により検出された前記ベース部材における前記基準マークの位置を基にして前記相対移動手段による前記カット手段の相対移動制御を行うことで、前記媒体に前記所望のカット加工を施すカット加工制御手段とを備え、
   前記マーク形成制御手段は、前記ベース部材の任意の位置に前記媒体が支持された状態で前記ベース部材における前記媒体の載置位置を検出し、検出した前記載置位置を基にして前記媒体に対し前記基準マークを形成することを特徴とするカッティングプロッタ。
2. 前記基準マークは、円形の基準穴であり、
   前記マーク位置検出手段は、前記基準穴の中心位置を前記基準マークの位置として検出することを特徴とする請求項１に記載のカッティングプロッタ。
3. 前記基準穴は、中心部が最も深く形成され、
   前記マーク位置検出手段は、前記基準穴のうち最も深い位置を検出することによって、前記基準穴の中心位置を検出することを特徴とする請求項２に記載のカッティングプロッタ。
4. 前記マーク形成制御手段により、前記媒体に少なくとも３つの前記基準マークが形成されることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載のカッティングプロッタ。
5. 媒体を支持可能なベース部材と、前記ベース部材に支持された媒体にカット加工を施すカット手段と、前記ベース部材に支持された媒体に対して前記カット手段を相対移動させる相対移動手段とを有し、前記相対移動手段によって相対移動される前記カット手段により前記媒体に所望のカット加工を施すカッティングプロッタを用いて行うカッティング方法であって、
   前記ベース部材に支持された媒体に対し前記カット手段によりカット加工を施して複数の基準マークを形成するマーク形成ステップと、
   前記マーク形成ステップにおいて前記基準マークが形成された前記媒体を前記ベース部材に支持させて、前記ベース部材における前記基準マークの位置を検出するマーク位置検出ステップと、
   前記マーク位置検出ステップにより検出された前記ベース部材における前記基準マークの位置を基にして前記相対移動手段による前記カット手段の相対移動制御を行うことで、前記媒体に前記所望のカット加工を施すカット加工ステップとを備え、
   前記マーク形成ステップにおいて、前記ベース部材の任意の位置に前記媒体が支持された状態で前記ベース部材における前記媒体の載置位置を検出し、検出した前記載置位置を基にして前記媒体に対し前記基準マークを形成することを特徴とするカッティング方法。

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