JP5670032B2 - カッティングプロッタ - Google Patents

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本発明は、シート状の被加工媒体を支持する支持面を有する加工テーブルと、加工テーブル上に設けられた第1ガイドレール、第1ガイドレールに沿って移動可能に支持された第2ガイドレール、及び第2ガイドレールに沿って移動可能に支持されたキャリッジにより構成される加工具支持手段と、上記キャリッジに取り付けられ被加工媒体を所望の形状に切削加工するエンドミル等の加工具とを備えたカッティングプロッタに関する。
シート状の被加工媒体に所望の加工を施す媒体加工装置としてプリンタ装置やカッティングプロッタ等がある。これらの媒体加工装置は、平板状の加工テーブル上に被加工媒体を載置保持し、この加工テーブルの上方に直線状に延びるように設けられる第1ガイドレールと、第1ガイドレールが延びる方向と交差する方向に延びるように設けられ第1ガイドレールに沿って移動可能に支持された第2ガイドレール(Yバーとも称される)と、第2ガイドレールに沿って移動可能に支持されたキャリッジ等により構成される加工具支持手段と、加工具支持手段に取り付けられ被加工媒体に加工を施す加工具と、加工具支持手段及び加工具の移動制御を行うことにより前記加工を制御する制御機構とを備えたものが周知となっている。
上述したような媒体加工装置においては、その加工品質を維持するため、媒体支持手段に載置された被加工媒体とキャリッジに支持された加工具の間の距離を一定にする必要がある。そこで、媒体支持手段の両端部に設けられた媒体支持手段を昇降させる一対の昇降手段と、当該両端部の高さを検出する高さ検出手段とが設けられた媒体加工装置がある(例えば、特許文献1を参照)。このような媒体加工装置では、高さ検出手段の検出結果に基づいて、上記昇降手段により媒体支持手段の両端部を昇降させることにより、媒体支持手段と加工具の間の距離を一定にすることが可能になっている。
特開平10−264457号公報
上記媒体加工装置の一種であり、被加工媒体を所望の形状に切削加工するカッティングプロッタでは、被加工媒体を吸着保持させるバキュームテーブルと、その上面にフェルトが載置された構成のものが周知となっている。このような構成のカッティングプロッタでは、上記バキュームテーブルの上面に公差等による微小な凹凸が発生していたり、フェルトに微小な高さのばらつきが生じていることがある。このような凹凸等を無視して被加工媒体の切削加工を行うと、切削の深さが均一にならないことがあり、被加工媒体の切削加工の品質が劣化する問題が発生する。また、被加工媒体の下面にあるフェルトを誤って切削することにより、フェルトの交換頻度が増加するという課題もあった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、バキュームテーブルまたはフェルト等の媒体支持手段の支持面またはその支持面に支持された被加工媒体に形成された凹凸による切削加工の品質劣化を防止可能なカッティングプロッタ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、上下方向に空気を通過させることが可能なフェルトを介してシート状の被加工媒体を真空吸着することによって前記シート状の被加工媒体を支持する支持面を有する媒体支持手段(例えば、実施形態における加工テーブル20)と、媒体支持手段に支持面に対して平行な第1方向に延びて設けられた第1ガイドレール(例えば、実施形態におけるガイドレール31)と、第1ガイドレールに沿って第1方向に移動可能に取り付けられ、支持面に対して平行且つ第1方向に交差する第2方向に延びて設けられた第2ガイドレール(例えば、実施形態におけるYバー32)と、第2ガイドレールに沿って第2方向に移動可能に取り付けられたキャリッジ(例えば、実施形態におけるスライダ41)と、キャリッジに支持面に対して垂直な第3方向に移動可能に取り付けられ、被加工媒体の切削加工を行う加工具(例えば、実施形態におけるエンドミル43)と、第2ガイドレールを第1ガイドレールに沿って第1方向に移動させる制御と、キャリッジを第2ガイドレールに沿って第2方向に移動させる制御と、加工具をキャリッジに対して第3方向に移動させる制御とを行って、加工具を前記シート状の被加工媒体に押圧及び移動させることにより、当該被加工媒体を切削加工させる加工制御手段(例えば、実施形態におけるコントロールユニット50)とを備えたカッティングプロッタにおいて、キャリッジに取り付けられ、キャリッジを第2ガイドレールに沿って第2方向にまたは第2ガイドレールを第1ガイドレールに沿って第1方向に移動させたときに、媒体支持手段に支持された前記シート状の被加工媒体の上面の凹凸を測定する凹凸測定手段を備え、前記凹凸測定手段は、前記被加工媒体に当接することによって前記凹凸を測定する接触式の変位センサであり、加工制御手段は、前記凹凸測定手段による前記凹凸の一連の測定が終了した後、当該測定により得られた凹凸情報を用いて、所望の加工形状のデータに対して、前記シート状の被加工媒体の上面の高さが均一でない状態でも前記加工具に前記シート状の被加工媒体を同じ深さで切削加工させるための補正を施し、当該補正されたデータに基づいて前記加工具の上下位置を調整することにより、加工具を被加工媒体に対して凹凸に沿って移動させるようにキャリッジに対する加工具の移動制御を加えた制御を行うことを特徴とする。
本発明に係るカッティングプロッタにおいては、キャリッジを第2ガイドレールに沿って移動させたとき、または、第2ガイドレールを第1ガイドレールに沿って移動させたときに、媒体支持手段に支持された被加工媒体の凹凸を測定可能な凹凸測定手段が設けられることにより、切削加工前に上記凹凸を測定し、測定した凹凸に沿って加工具を移動させる制御を行うため、被加工媒体を支持する媒体支持手段であるバキュームテーブル、フェルト、またはその上面に載置された被加工媒体に凹凸が存在する場合でも、当該凹凸による切削加工の品質劣化を防止することができる。
本発明が適用されるカッティングプロッタを示す斜視図である。 上記カッティングプロッタに設けられたエンドミルの長手方向に延びる方向で切断したときの部分断面図であり、エンドミルにより被加工媒体を切削している様子を示す図である。 上記カッティングプロッタによる切削加工制御構成を示すブロック図である。 上記カッティングプロッタに凹凸測定手段を取り付けた様子を示す斜視図である。 (a)は、凹凸測定手段が取り付けられたスライダ付近を拡大した斜視図である。(b)は、上記凹凸測定手段を示す斜視図である。 (a)は、バキュームテーブル及びフェルトに載置された被加工媒体の凹凸を上記凹凸測定手段により測定する様子を示す部分断面図である。(b)は、カッティングデータを補正せずにY軸方向にそのまま切削加工した様子を示すバキュームテーブル、フェルト、及び被加工媒体の部分断面図である。(c)は、上記凹凸測定手段により測定した凹凸を示す図である。 上記カッティングプロッタに上記凹凸測定手段を取り付け、上記凹凸測定手段を走査させることにより被加工媒体の凹凸を測定する様子を示した上面図である。
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明を適用したカッティングプロッタ(カッティング装置)の一例として、アクリル板やアルミ複合板等の素材で形成されたシート状の被加工媒体を加工テーブルに固定保持させ、この被加工媒体に対してエンドミルを当接させ上下方向に昇降、及び水平面内の直交二軸方向に移動させて被加工媒体を所望の形状に切削加工する、X―Yプロッタタイプのカッティングプロッタ1の概略構成を図1に示す。以下の説明では、図1の紙面における上方向をZ軸正方向、また、図1の紙面において右下方向(後述するYバー32に平行な方向)をY軸正方向、図1の紙面における左下方向(後述するガイドレール31に平行な方向)をX軸正方向とする。
カッティングプロッタ1は、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を水平に保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、加工テーブル20の上方にX軸方向(前後方向)に移動自在に支持され後述するX軸駆動機構35によりX軸方向に移動可能なX軸キャリッジ30と、後述するYバー32に沿ってY軸方向(左右方向)に移動自在に支持され後述するY軸駆動機構45によりY軸方向に移動可能な切削ユニット40と、X軸キャリッジ30の水平移動並びに後述するエンドミル43の上下移動を制御し、当該制御により加工テーブル20に固定保持された被加工媒体2の切削加工を制御するコントロールユニット50等により構成される。
加工テーブル20は、平坦面を有する支持盤21と、支持盤21の下面側に設けられた減圧室22と、減圧室22の空気を排気して減圧室22を負圧に設定可能な真空ブロア23と、加工テーブル20の上方から見たときの中央部分に設けられその上面にシート状の被加工媒体2を載置させ固定保持可能な矩形のバキュームテーブル24と、バキュームテーブル24の上面を覆うように載置され被加工媒体2を支持する厚みが3mm程度の2枚のフェルト25等により構成されている(図1及び図2参照)。
バキュームテーブル24には、上下に貫通する微細な空気孔(図示せず)が多数形成され、当該空気孔と減圧室22はバキュームテーブル24の下面側に設けられ、バキュームテーブル24の上面は2枚のシート状のフェルト25に覆われた構成になっている。このように構成されることにより、空気孔及びフェルト25を介して上下方向に空気を通過させることが可能になっている。よって、真空ブロア23により減圧室22を負圧に設定することにより、被加工媒体2をバキュームテーブル24に真空吸着させて固定保持することが可能になっている。
X軸キャリッジ30は、支持盤21の上面に、X軸方向に平行に延びて設けられる左右一対のガイドレール31,31と、Y軸方向に延びるように設けられガイドレール31,31にX軸方向に移動自在に保持されているYバー32と、ガイドレール31,31にそれぞれ嵌合されYバー32の左端部及び右端部を固定させるためのスライドブロック33,34と、Yバー32をX軸方向に移動させるX軸駆動機構35とにより構成されている。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ている。Yバー32は、アルミ材を用いて棒状に延びるように形成され、支持盤21の上方を跨いだ状態でX軸方向にスライド移動自在に支持されている。X軸駆動機構35は、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(図示せず)と、ボールネジを回転駆動させるサーボモータ(図示せず)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されており、サーボモータを回転駆動させることによりYバー32及びスライドブロック33,34をX軸方向に移動させることが可能になっている。
切削ユニット40は、図1、図2、及び図4に示すように、Y軸方向にスライド移動自在に支持されたスライダ41と、後述するエンドミル43をその長手方向に延びる軸を中心として回転駆動させる回転駆動部42と、被加工媒体2を切削可能なエンドミル43と、スライダ41をY軸方向に移動させるY軸駆動機構45と、回転駆動部42にエンドミル43を回転させるとともにエンドミル43を上下移動可能な切削駆動機構46とを備えて構成される。スライダ41は、Yバー32の前面にY軸方向に延びるように固定されたY軸ガイドレール32aに嵌合された状態になっている。また、スライダ41の前面側に設けられた凸部の下面には図示省略する係合孔が設けられ、後述する凹凸測定手段100の凸部100a(図5参照)を当該係合孔に嵌合させることにより凹凸測定手段100をスライダ41に固定支持することができるようになっている。回転駆動部42は、上記凹凸測定手段100と同様に、スライダ41の凸部の下面に着脱可能に支持されている。エンドミル43は、回転駆動部42の下部に着脱可能に構成され、回転駆動部42に対して上下移動することができるようになっており、切削駆動機構46が回転駆動部42を用いてエンドミル43を回転させ被加工媒体2に押圧及び移動させることにより被加工媒体2の切削加工を行うことが可能になっている。なお、回転駆動部42には、エンドミル43だけでなくカッター刃等を着脱することも可能になっている。
Y軸駆動機構45は、スライダ41をY軸方向に移動可能に構成され、Yバー32の左端側と右端側にそれぞれ回転自在に設けられた駆動プーリ(図示せず)及び従動プーリ(図示せず)と、駆動プーリを回転駆動させるサーボモータ(図示せず)と、駆動プーリと従動プーリに巻き掛けられた無端ベルト状の駆動ベルト(図示せず)とにより構成され、駆動ベルトの中間部にスライダ41を固定するように構成されている。なお、駆動ベルトの内周面には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が用いられ切削ユニット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ようになっている。
コントロールユニット50は、図3に示すように、切削形状データ読込部52と、切削形状設定部53と、駆動制御部54と、入力部55と、表示部56等により構成されている。切削形状データ読込部52は、所定の加工プログラム及びユーザにより入力された所望の加工形状(以下、加工形状データと称する)を読み込み、加工形状データを切削形状設定部53に送信するように構成される。切削形状設定部53は、切削形状データ読込部52から受信した加工形状データを参照して被加工媒体2を切削加工する際に用いられるカッティングデータ(形状データ)を作成し、作成したカッティングデータを駆動制御部54に送信する。駆動制御部54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を制御することが可能であり、切削形状設定部53から受信したカッティングデータに基づいて、上述したX軸駆動機構35、Y軸駆動機構45、及び切削駆動機構46等の作動を制御することによりX軸キャリッジ30及び切削ユニット40の水平移動並びにエンドミル43の上下移動を制御し、この制御により加工テーブル20に固定保持された被加工媒体2を切削加工することが可能になっている。
入力部55は、ユーザがカッティングプロッタ1を作動させるための指示を入力するために設けられたタッチパネルであり、ユーザは、入力部55を介して切削手順の指示(例えば、時計回りまたは反時計回りに切削加工を行わせる指示や、切削速度、エンドミルの被加工媒体への押し付け力等の切削条件の指示)を行うとともに、スライダ41をY軸方向にそしてYバー32をX軸方向に往復移動させてフェルト25に載置された被加工媒体2の上面の凹凸を測定することが可能になっている(後に詳述)。また、表示部56は、上記切削条件や切削形状、カッティングプロッタ1の作動結果を表示するディスプレイとして使用される。
ところで、被加工媒体2を切削加工する際の品質を維持するため、被加工媒体2をフェルト25に載置した時点で、被加工媒体2の上面の高さを均一にする必要がある。しかし、フェルト25の厚さが変動したりバキュームテーブル24の高さに微小な差(公差)が生じたりする等の理由によって、被加工媒体2の上面の高さにばらつきが発生することがある。このような状態で切削加工を行うと、被加工媒体2への切り込みの深さにばらつきが生じ切削加工の品質が劣化したり、被加工媒体2の下部のフェルト25を切削することによりフェルト25の交換頻度が増加する問題が発生する。
そこで、本実施形態におけるカッティングプロッタ1では、図3に示すように、凹凸情報記憶部51および凹凸測定手段100が設けられ、凹凸測定手段100によりフェルト25の上面に載置された被加工媒体2の上面の凹凸を測定して、この測定結果を基に被加工媒体2の上面に形成された高さのばらつきが実際の切削加工に影響しないようにすることが可能になっている。以下で、凹凸情報記憶部51及び凹凸測定手段100について説明する。
凹凸情報記憶部51は、図3に示すようにコントロールユニット50に設けられ、凹凸測定手段100によりフェルト25の上面に載置された被加工媒体2の上面の凹凸(以下、凹凸情報と称する)を読み込み、読み込んだ凹凸情報を駆動制御部54に送信するように構成されている。駆動制御部54は、当該凹凸情報に基づいて、切削駆動機構46にエンドミル43の上下位置を調節させながら被加工媒体2の切削加工を行う(後に詳述)。
凹凸測定手段100は、フェルト25の上面に載置された被加工媒体2の凹凸を測定する変位センサであり、図4及び図5に示すように、凹凸測定手段100の凸部100aをスライダ41の係合孔(図示せず)に嵌合させることによりスライダ41に固定支持することが可能になっている。また、本実施形態における凹凸測定手段100は、接触式の変位センサであり、棒状に延びる測定部100bの先端を被加工媒体2に当接させることにより凹凸を測定することが可能になっている。なお、ここで用いる凹凸測定手段100は接触式の変位センサに限定されることなく、例えば、ダイヤルゲージ式、渦電流式、光学式、エアセンサ等、非接触式の変位センサを使用してもよい。
以上のように構成されるカッティングプロッタ1及び凹凸測定手段100を用いてフェルト25の上面に載置された被加工媒体2の凹凸を測定しその測定結果を実際の切削加工に反映させる方法について以下で説明する。まず、フェルト25の上面に載置された被加工媒体2におけるY軸に平行な任意の直線部分の凹凸を測定しその測定結果を切削加工に反映させる方法について説明する。事前準備として、図5に示すように、凹凸測定手段100の凸部100aをスライダ41の前方下部に設けられた係合孔(図示せず)に嵌合させて、凹凸測定手段100を、その測定部100bがZ軸負方向に延びるように、そして測定部100bの先端が被加工媒体2の上面に当接するように取り付ける。
以下で、図6(a)に示すように、2枚のフェルト25に載置した被加工媒体2の上面におけるY軸に平行な任意の直線部分(線分AB)において、その左端部分が長さe1、右端部分が長さe2だけZ軸負方向に凹んでいる場合について説明する。まず、上記のように、凹凸測定手段100をスライダ41に取り付けて、カッティングプロッタ1の電源スイッチをオンにした後、入力部55を操作してスライダ41をY軸方向に移動させ被加工媒体2の凹凸の測定を行う。スライダ41をY軸方向に移動させると、スライダ41に固定支持された凹凸測定手段100もY軸方向に移動し、凹凸測定手段100は、図6(c)に示すような、左端部分が長さe1、右端部分が長さe2だけZ軸負方向に凹んでいる形状の凹凸測定結果121を凹凸情報として出力する。凹凸情報記憶部51は、当該凹凸情報(凹凸測定結果121)を読み込み、駆動制御部54に送信する。
ここで、そのまま線分ABに沿って切削加工をすると被加工媒体2の上面の凹みの影響を受けて、図6(b)に示すように、線分ABの中央部分はフェルト25まで深く削れて両端部分は浅く削れるといったように、切削の深さにばらつきが発生する問題が生じる。このような事態を防止するために、駆動制御部54は、線分ABの切削加工を行う際に、線分ABの、左端部分が長さe1、右端部分が長さe2だけZ軸負方向に曲がっている形状に、切削形状設定部53から受信したカッティングデータを補正する。そして、補正したカッティングデータに基づいて被加工媒体2の切削加工を行うと、切削駆動機構46は、被加工媒体2の凹凸に沿ってエンドミル43を回転駆動部42に対して上下移動させながら切削加工を行うようになり、被加工媒体2を同じ深さで切削加工することができる。
また、図7に示すように、凹凸測定手段100がスライダ41に取り付けられた状態で被加工媒体2上を走査して、被加工媒体2全体における凹凸情報を取得することができるようになっている。ここで得られた凹凸情報は、上記同様、凹凸情報記憶部51に保持されるようになっており、凹凸情報が保持された後は、常に、駆動制御部54が、当該凹凸情報に基づきエンドミル43の上下位置を調節させながら切削加工するように作動する。
上記凹凸情報は、上述したように凹凸測定手段100を用いることにより随時更新することが可能になっている。例えば、使用する被加工媒体またはフェルトの種類が変わって被加工媒体の上面の高さが変化した場合は、再度凹凸測定手段100を用いて凹凸情報記憶部51の凹凸情報を更新することにより、随時凹凸に沿って切削加工することが可能になり、被加工媒体の上面の高さのばらつきにより加工品質が劣化する問題を完全に無くすことができる。
以上、本実施形態におけるカッティングプロッタ1においては、切削加工前にフェルト25の上面に載置された被加工媒体2の凹凸を測定し、測定した凹凸に沿ってエンドミル43を上下させながら切削加工を行うように制御することにより、被加工媒体2への切り込みの深さにばらつきが生じ切削加工の品質が劣化する事態を防止することができる。また、意図せずフェルト25を深く切削してしまう問題の発生を抑えることも可能になるため、フェルト25の交換頻度を削減することができる。
また、本実施形態においては、凹凸測定手段100を用いて凹凸情報記憶部51の凹凸情報を更新する例について示したが、凹凸情報を更新するタイミングについては、原則制限がなく、例えば、電源スイッチをオンにした後、カッティングプロッタ1の製造後出荷前、または、被加工媒体またはフェルトの種類を変更した後でもよい。
そして、凹凸測定手段100及び凹凸情報記憶部51を用いてエンドミル43の上下位置を調節しながら切削加工を行うことを特徴とする本発明は、上述した実施形態だけでなく、例えば、被加工媒体駆動型等、他の種類のカッティングプロッタにも適用させることができる。
例えば、本実施形態で示したような、上方(Z軸正方向)からエンドミル43を被加工媒体2に押し付けて切削加工するタイプのカッティングプロッタ1ではなく、被加工媒体2を、その加工面が横方向(XY平面に対して平行な方向)を向くように吸着保持させ、横方向からエンドミル43を押しつけて切削加工するタイプのカッティングプロッタ等にも本発明を適用することができる。
1 カッティングプロッタ
2 被加工媒体
20 加工テーブル(媒体支持手段)
31 ガイドレール(第1ガイドレール)
32 Yバー(第2ガイドレール)
41 スライダ(キャリッジ)
43 エンドミル(加工具)
50 コントロールユニット(加工制御手段)
100 凹凸測定手段

Claims (1)

  1. 上下方向に空気を通過させることが可能なフェルトを介してシート状の被加工媒体を真空吸着することによって前記シート状の被加工媒体を支持する支持面を有する媒体支持手段と、
    前記媒体支持手段に前記支持面に対して平行な第1方向に延びて設けられた第1ガイドレールと、
    前記第1ガイドレールに沿って前記第1方向に移動可能に取り付けられ、前記支持面に対して平行且つ前記第1方向に交差する第2方向に延びて設けられた第2ガイドレールと、
    前記第2ガイドレールに沿って前記第2方向に移動可能に取り付けられたキャリッジと、
    前記キャリッジに前記支持面に対して垂直な第3方向に移動可能に取り付けられ、前記被加工媒体の切削加工を行う加工具と、
    前記第2ガイドレールを前記第1ガイドレールに沿って前記第1方向に移動させる制御と、前記キャリッジを前記第2ガイドレールに沿って前記第2方向に移動させる制御と、前記加工具を前記キャリッジに対して前記第3方向に移動させる制御とを行って、前記加工具を前記シート状の被加工媒体に押圧及び移動させることにより、当該被加工媒体を切削加工させる加工制御手段とを備えたカッティングプロッタにおいて、
    前記キャリッジに取り付けられ、前記キャリッジを前記第2ガイドレールに沿って前記第2方向にまたは前記第2ガイドレールを前記第1ガイドレールに沿って前記第1方向に移動させたときに、前記媒体支持手段に支持された前記シート状の被加工媒体の上面の凹凸を測定する凹凸測定手段を備え、
    前記凹凸測定手段は、前記被加工媒体に当接することによって前記凹凸を測定する接触式の変位センサであり、
    前記加工制御手段は、前記凹凸測定手段による前記凹凸の一連の測定が終了した後、当該測定により得られた凹凸情報を用いて、所望の加工形状のデータに対して、前記シート状の被加工媒体の上面の高さが均一でない状態でも前記加工具に前記シート状の被加工媒体を同じ深さで切削加工させるための補正を施し、当該補正されたデータに基づいて前記加工具の上下位置を調整することにより、前記加工具を前記被加工媒体に対して前記凹凸に沿って移動させるように前記キャリッジに対する前記加工具の移動制御を加えた制御を行うことを特徴とするカッティングプロッタ。
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