JP6354931B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ、水圧等の加工手段によりワークを加工する加工装置。

加工対象物である金属板などのワークにレーザ光を照射し、レーザ光を照射した箇所を溶かすことによってワークを切断するレーザ加工装置がある。このような加工装置では、レーザ照射時に溶けたワークの融解物がドロスとなって、切断したワークの裏面に付着することを避けるため、レーザ照射位置に高圧ガスを噴射することにより、ドロスを吹き飛ばすようにしている。この時、ワークを切断した箇所からガスの噴射方向へドロスが吹き飛ばされるため、ワークの下はできるだけ空間が空いていることが望ましい。そのため、ワークを複数の剣山ピンで支えるようにしているものがあった（例えば、特許文献１）。

特開平７−２９９６８２号公報

上記のようなレーザ加工装置では、ワークを支えるための剣山ピンが縦横方向に整列した固定箇所に配置されている。このため、ワークの形状によっては、剣山ピン間を跨るワークの一部が十分に支持されずに撓んでしまうという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ワークの撓みを抑えられる加工装置を得ることを目的とする。

本発明に係る加工装置は、ワークを支持する支持棒と、支持棒が設置され、支持棒を介してワークを載せる基体と、基体に載せられたワークを加工する加工手段と、加工手段と基体との相対的な位置を移動させる移動手段と、ワークの加工形状情報に基づいて基体に設置される支持棒の設置位置を示す設置位置情報を算出する算出部と、算出部にて算出された設置位置情報に基づいて、支持棒を設置位置情報に対応した基体上の設置位置に設置する支持棒設置手段とを備えたものである。

本発明によれば、ワークの加工形状情報に基づいて算出された設置位置情報に対応した基体上の設置位置に支持棒を設置するようにしたので、ワークの形状に応じた支持点でワークが支持されるため、ワークの撓みが抑えられる。

実施の形態１に係る加工機の説明図である。 実施の形態１に係る加工装置に入力する加工形状情報の例を示した概念図である。 実施の形態１に係る加工装置のレールの説明図である。 実施の形態１に係る加工機のｙ軸駆動手段の概念図である。 実施の形態１に係る加工機の加工動作を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る算出部の設置位置情報を算出する動作を詳細に示すフローチャートである。 実施の形態１に係る支持棒設置手段による支持棒設置動作を詳細に示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る加工機の説明図である。加工機は、ワーク１を支持する複数の支持棒２と、支持棒２が設置され、支持棒２を介してワーク１を載せる基体３と、支持棒２を介して基体３に載せられたワーク１を加工する加工手段４と、加工手段４と基体３との相対的な位置を移動させる移動手段５と、ワーク１の加工形状情報に基づいて基体３に設置される支持棒２の設置位置を示す設置位置情報を算出する算出部６と、算出部６にて算出された設置位置情報に基づいて、支持棒２を基体３の設置位置に設置する支持棒設置手段７とを有して構成されている。支持棒設置手段７は、押出手段７ａ、レール７ｂ、ｘ軸駆動手段７ｃ及びｙ軸駆動手段７ｄとを有している。

ワーク１は、加工機の加工対象物であり、例えば金属の板である。支持棒２は、この加工対象物であるワーク１を支持するものである。支持棒２は、先端が尖った四角柱状の金属で構成されたものであり、複数の支持棒２の先端にワークを載せることにより支持棒２の先端が支持点となってワークを支える。

基体３は、図示しない脚等を介して加工装置の設置場所に固定されるものであり、支持棒２を介してワーク１を支えている。基体３は図１に示すようにＵ字状の枠体を有しており、枠体は３辺の中空の四角柱からなるとともに、対向する２辺の相互に対向する面は開口している。この対向する２辺それぞれの中にはｙ軸駆動手段７ｄが収納されている。
支持棒２は、押出手段７ａ、レール７ｂ、ｘ軸駆動手段７ｃ及びｙ軸駆動手段７ｄからなる支持棒設置手段７によって、押出手段７ａに収納されている状態から、適宜、基体３上に配置される。

加工手段４は、基体３上に載せられたワーク１を加工するものであり、この実施の形態ではレーザ光を放射するレーザ加工ヘッドである。
移動手段５は、加工手段４と基体３との相対的な位置を移動させるものであり、この実施の形態ではワーク１は位置が固定され、加工手段４が移動手段５により移動することで加工手段４と基体３との相対的な位置が変わる。図１において基体３の奥行き方向をｘ軸、横方向をｙ軸としたときに、移動手段５は、加工手段４を保持している枠体の内部の移動機構で加工手段４をｘ軸方向に移動させるとともに、移動手段５の加工手段４を保持している枠体自体が図示していない移動機構でｙ軸方向に動くことにより、加工手段４の基体３に対する相対的な位置を移動させている。ワーク１を加工したい形状に合わせて加工手段４を移動することで、ワーク１を所望の形状に切断することができる。

算出部６は、ワーク１の加工形状情報に基づいて基体３に設置される支持棒２の設置位置を示す設置位置情報を算出するものである。
加工形状情報とは、加工対象物を加工する形状を示したものであり、この実施の形態では、加工手段４によって加工対象物であるワーク１から切り出したい部品の形状である。図２は加工装置に入力する加工形状情報の例を示した概念図である。ワーク１が平板上の金属であり、このワーク１から切り出したい部品の形状が図２の左側に示すような星形、あるいは台形の形状である場合、これら形状の各頂点１１を基体３を基準とした二次元の位置座標（ｘ，ｙ）で示す頂点群データが加工形状情報である。具体的には、図２の左側に示す図形の黒点の集合が頂点群である。頂点群の中の加工順序が早い頂点から次の加工順序の頂点へ加工手段４のレーザ照射先が移動するように、移動手段５が加工手段４を順次移動させることでワーク１が加工される。
なお、加工形状情報は、上記のような頂点群データでなくとも、加工する形状に関する情報であればよく、例えば形状を示す関数を加工形状情報としてもよい。
このような加工形状情報が算出部６に入力されると、算出部６は、加工形状情報に基づいて支持棒２の設置位置情報を算出する。具体的には、加工形状情報の頂点群データに含まれる各頂点の座標を平均化して求めた中心座標１２を中心として、各頂点を中心方向へ移動させる。移動する程度は加工対象物の材質や厚み、また加工の精度によって決定されるものであり、例えばユーザによって設定される。具体例として、支持棒２の設置ピッチを５ｃｍとした場合は、頂点群データの座標を中心へ５ｃｍ移動させ、移動させた後の位置を内部支持位置１３とする。図２の例では、右側に示す星形及び台形の内部の黒点が内部支持位置１３である。
このように内部支持位置１３が算出された後、内部支持位置１３と次の加工順序の内部支持位置１３との間の距離が５ｃｍ以上空いている場合は、図２の右側に示す星形及び台形の内部の白点のように中間支持位置１４を算出する。算出部６で算出された内部支持位置１３及び中間支持位置１４は設置位置情報として支持棒設置手段７に出力される。

支持棒設置手段７は、算出部６にて算出された設置位置情報に基づいて、設置位置情報に対応した基体３上の設置位置に支持棒２を設置するものである。支持棒設置手段７は、押出手段７ａ、レール７ｂ、ｘ軸駆動手段７ｃ及びｙ軸駆動手段７ｄから構成される。
押出手段７ａは、複数の支持棒２を収納しており、算出部６で算出された設置位置情報に基づいて支持棒２をレール７ｂに載せるために押し出すものである。
レール７ｂは、押出手段７ａに押し出された支持棒２を順次保持してｘ方向に運搬する。図３は、本実施の形態１に係る加工装置のレール７ｂの説明図である。レール７ｂは、支持棒２を載せるレール筐体７１ｂ、レール筐体７１ｂに載った支持棒２を突起で保持して運搬するベルト７２ｂ、ベルト７２ｂを回転させる回転部７３ｂから構成される。
レール７ｂは基体のｘ軸方向が長軸となるよう複数配置される。ベルト７２ｂには図３に示すような突起がついており、この突起で支持棒２を挟み込んで保持する。回転部７３ｂはベルト７２ｂと接触しており、回転部７３ｂが回るとベルト７２ｂが回るようになっている。この回転部７３ｂは図１に示すｘ軸駆動手段７ｃにより回転力を与えられて回転する。
レール７ｂは、支持棒２が押し出されてレール筐体７１ｂに載ると、回転部７３ｂが回されてベルト７２ｂが動くことにより支持棒２を両側から挟み込み運搬する。支持棒２は、算出部６にて算出された設置位置情報に基づいて、ｘ軸駆動手段７ｃと連動して動作する押出手段７ａによって適切なタイミングで押し出され、ベルト７２ｂに運搬されるので、設置位置情報に応じた間隔でレール７ｂ内に配置されることになる。
１つのレール７ｂのｘ軸方向全体に亘って所定の位置に支持棒２を設置し終わるとｘ軸駆動手段７ｃは、ｙ軸駆動手段７ｄの方向へそのレール７ｂを押し出す。
ｙ軸駆動手段７ｄは、支持棒２が載ったレール７ｂを設置位置情報に対応した基体３上の設置位置ｙに移動させるものである。図４は、実施の形態１に係る加工機のｙ軸駆動手段７ｄの概念図である。ｙ軸駆動手段７ｄは、基体３の枠体の対向する２辺の中に収納されており、その２辺が対向する面で露出している。ｙ軸駆動手段７ｄは、レール７ｂを運搬するベルト７１ｄ、ベルト７１ｄと接触しベルト７１ｄを回転させるモータ７２ｄから構成される。
ｙ軸駆動手段７ｄは、ｘ軸駆動手段７ｃによって支持棒２が載ったレール７ｂが設置位置情報に基づくタイミングで押し出されると、２つのベルト７１ｄによりレール７ｂの長軸の端を挟み込み、モータ７２ｄが動いてベルト７１ｄが回転することによってレール７ｂを移動させる。ｙ軸駆動手段７ｄによって、最終的には複数のレール７ｂが保持されて移動し、設置位置情報に基づいた設置位置に支持棒２が配置される。図４では、ワーク１を星形に加工したい場合に、算出部６によって算出された設置位置情報に基づいて支持棒２を設置位置へ設置した様子を示す。簡単のため、算出された設置位置情報は頂点群データを１回中心へ移動させた内部支持位置のみ示している。

次に、実施の形態１に係る加工機の動作について説明する。
図５は、実施の形態１に係る加工機の加工動作を示すフローチャートである。

ステップＳ００１にて、算出部６にワーク１の加工形状情報が入力される。加工形状情報が入力されると、ステップＳ００２において算出部６はワーク１の加工形状情報に基づいて基体３に設置される支持棒２の設置位置情報を算出する。
次に、ステップＳ００３にて、算出部６で算出された設置位置情報に基づいて、支持棒設置手段７が設置位置情報に対応した基体３上の設置位置に支持棒２を設置する。
ステップＳ００３が終了し、ユーザによりワーク１が基体３上の設置位置に設置された支持棒２の上に載置されると、ステップＳ００４にて移動手段５により加工手段４を加工形状情報に対応して移動しながら、加工手段４がレーザ光を放射することで基体３に載せられたワーク１を切断加工する。

図６は、図５のステップＳ００２における算出部６の設置位置情報を算出する動作を詳細に示すフローチャートである。ステップＳ１０１にて、算出部６は入力された加工形状情報である前述の頂点群データから、各頂点の座標を平均化して求める中心座標１２を算出する。算出部６は中心座標１２を算出すると、ステップＳ１０２に進む。
次に、ステップＳ１０２にて、算出部６は内部支持位置１３を算出する。具体的には、頂点群データの各頂点の座標を、ステップＳ１０１にて算出した中心座標１２の方向へ５ｃｍに相当する分だけ移動させ、移動させた後の位置を内部支持位置１３として算出する。
そして、ステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０２にて算出した内部支持位置１３からさらに中心座標１２へ５ｃｍ頂点群データを移動した場合、中心座標１２へ到達するかしないかを判定することで、内部支持位置の算出が完了したか否かを判断する。全ての頂点について、中心座標１２に到達しない場合は内部支持位置の算出が完了していないと判断し、再びステップＳ１０２に戻り内部支持位置１３を算出する。一方、全ての頂点について、ステップＳ１０２にて算出した内部支持位置１３からさらに中心座標１２へ５ｃｍ頂点群データを移動させると中心座標１２へ到達する場合は内部支持位置１３の算出は完了したとしてステップＳ１０４へ進む。
ステップＳ１０４では、内部支持位置１３と次の加工順序の内部支持位置１３との距離が５ｃｍ以上空いている箇所を検出し、距離が５ｃｍ以上空いている箇所がない場合は中間支持位置１４の算出が必要ないと判断して設置位置情報の算出を完了する。一方、内部支持位置１３と他の内部支持位置１３との距離が５ｃｍ以上空いている箇所が検出された場合は中間支持位置の算出が必要と判断し、ステップＳ１０５に進む。
ステップＳ１０５では、内部支持位置１３と次の加工順序の内部支持位置１３との距離が５ｃｍ以上空いている箇所の中間を中間支持位置１４として算出し、ステップＳ１０４に戻る。ステップＳ１０４で内部支持位置１３と他の内部支持位置１３との距離が５ｃｍ以上空いている箇所が検出されないと判断されるまで、ステップＳ１０４とＳ１０５を繰り返す。
設置位置情報の算出が終了すると、算出された内部支持位置１３及び中間支持位置１４は設置位置情報として支持棒設置手段７に出力される。
以上が、算出部６が設置位置情報を算出する動作である。

図７は、図５のステップＳ００３における支持棒設置手段７による支持棒設置動作を詳細に示すフローチャートである。まず、ステップＳ２０１にて、ｘ軸駆動手段７ｃが押出手段７ａに収納された支持棒２を押し出す位置にレール７ｂを設置する。
次に、ステップＳ２０２にて、ｘ軸駆動手段７ｃがレール７ｂの回転部７３ｂを回転させるとともに、押出手段７ａが設置位置情報に基づいたタイミングで支持棒２をレール７ｂに載せるため支持棒２を押し出す。これにより、レール７ｂのベルト７２ｂは、回転しながら支持棒２を両側から挟みこみ、ｘ軸方向に運搬する。ｘ軸駆動手段７ｃがレール７ｂの回転部７３ｂを回転させる動作に連動して押出手段７ａによって適切なタイミングで支持棒２が押し出され、ベルト７２ｂにより運搬されるので、支持棒２は設置位置情報に応じた間隔でレール７ｂ内の配置位置ｘまで移動される。
そして、ステップＳ２０３にて、レール７ｂへの支持棒２の配置が完了したか否かを判断し、完了していない場合はステップＳ２０２に戻り、完了している場合はステップＳ２０４に進む。
ステップＳ２０４では、ｘ軸駆動手段７ｃが、設置位置情報に基づいたタイミングでレール７ｂをｙ軸駆動手段７ｄへ押し出す。レール７ｂが押し出されると同時に、ｙ軸駆動手段７ｄのモータ７２ｄが駆動され、ベルト７１ｄが回転することによって支持棒２を載せたレール７ｂは、ｙ方向に移動する。このときのｙ方向への移動量は、レール７ｂの突起の間のピッチと設置位置情報に対応して決めることができ、例えばある突起間にレール７ｂを配置し、続けて隣の突起間にレール７ｂを配置する場合は、突起間ピッチ１つ分の移動量とし、離れた突起間にレール７ｂを配置するのであれば、次にレール７ｂを配置する突起間の位置までの移動量とすればよい。
ステップＳ２０５にて、全ての設置位置へのレール７ｂの配置、すなわち支持棒２の配置が完了したかを確認し、完了していない場合はステップＳ２０１へ戻り、ステップＳ２０１からＳ２０５を繰り返す。支持棒２の配置が完了した場合は、支持棒設置手段７による支持棒設置の動作を終了する。
以上のようにして、加工形状情報に基づく設置位置情報を求め、この設置位置情報に対応した設置位置に支持棒を設置することで、ワーク１の切り出す部分周辺が確実に支持され、切り出されている途中や切り出された後に撓みにくい。なお、切り出す部分周辺以外の位置への支持棒の配置は必要に応じて適宜行えばよい。

以上のように、実施の形態１に係る加工装置は、ワーク１の加工形状情報に基づいて算出された設置位置情報に対応した基体３上の設置位置に支持棒２を設置するようにしたので、ワーク１の形状に応じた支持点でワーク１が支持されるため、ワーク１の撓みが抑えられる。
また、このように適応的に支持棒２を配置することにより、不必要な場所に配置することがないので、加工時に使用される支持棒２の数を少なくすることができる。
また、算出部６に算出される支持棒設置位置は切り出したい部品の内側に設定されるため、加工の際に加工手段４が加工を行う位置と、ワーク１を支える支持棒２の位置が一致しないので、加工手段４が放射するレーザ光が支持棒２にあって損傷することを避けることができる。
さらに、支持棒２の劣化などにより支持棒２を交換する必要がある場合、従来のように固定的に支持棒２が配置されていると交換作業の範囲が広く作業しづらいが、本実施の形態１のように押出手段７ａにまとめて支持棒２を収納しておき、適宜配置するようにしていれば、交換作業が容易に行える。

なお、ワーク１は板状に限らず、立体的な形状でも良い。また、その場合は加工形状情報として立体形状の情報を入力し、設置位置情報を算出してもよい。また、内部支持位置１３の算出は、座標群の座標を中心に向けて移動させることで算出する方法に限らず、ワーク１の撓みが少ない位置で支持できる位置を算出すればよい。例えば、ワーク１の重量分布に基づいて重心を求め、撓みの少ない配置位置を算出してもよい。
また、支持棒設置手段７が支持棒２を設置できる解像度は、レール筐体７１ｂあるいはベルト７２ｂの突起の大きさや突起間の距離に依存する。したがって、算出部６による設置位置情報の算出の際、計算した座標値を、支持棒設置手段７が支持棒２を設置できる座標のなかで最も近い位置に補正することで加工形状に適応した支持位置とすることができる。
加工手段はレーザ光源の他、ワークを加工できるものであればよく、例えば高圧の水でワークを切断する場合の水噴射ノズルなどでも良い。

上記実施の形態１では、加工手段４と基体３との相対的な位置を移動させる移動手段として、加工手段を移動させるものを説明したが、加工手段４を固定して基体３を移動させるものでも良い。
なお、本実施の形態では、ワーク１から切り出したい部品、例えば図２において星形の形状の部品を切り出したい場合に星形内部を支持する設置位置情報を算出するものを説明したが、星形に切り抜かれたあとのワーク１も撓まないよう、設置位置情報を算出するものとしてもよい。これにより、加工中にワーク１全体がより安定し、精度のよい加工を行うことができる。

１． ワーク
２． 支持棒
３． 基体
４． 加工手段
５． 移動手段
６． 算出部
７． 支持棒設置手段
７ａ． 押出手段
７ｂ． レール
７１ｂ． レール筐体
７２ｂ． ベルト
７３ｂ． 回転部
７ｃ． ｘ軸駆動手段
７ｄ． ｙ軸駆動手段
７１ｄ． ベルト
７２ｄ． モータ
１１． 頂点
１２． 中心
１３． 内部支持位置
１４． 中間支持位置

Claims (3)

1. ワークを支持する支持棒と、
   前記支持棒が設置され、前記支持棒を介して前記ワークを載せる基体と、
   前記基体に載せられた前記ワークを加工する加工手段と、
   前記加工手段と前記基体との相対的な位置を移動させる移動手段と、
   前記ワークの加工形状情報に基づいて前記基体に設置される前記支持棒の設置位置を示す設置位置情報を算出する算出部と、
   前記算出部にて算出された前記設置位置情報に基づいて、前記支持棒を前記設置位置情報に対応した前記基体上の設置位置に設置する支持棒設置手段とを備え、
   前記算出部は、前記加工形状情報に含まれる加工形状の頂点を平均化した中心点を求め、各頂点を前記中心点に向けて移動した点を内部支持位置として求め、この内部支持位置を前記支持棒の設置位置とすることを特徴とする加工装置。
2. 前記算出部は、前記内部支持位置同士の距離に基づき、中間支持位置の算出要否を判断し、必要と判断した場合に前記内部支持位置間の中間点を中間支持位置とし、前記内部支持位置と前記中間支持位置を前記支持棒の設定位置とすることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 前記支持棒設置手段は、
   前記支持棒を収納するとともに、前記設置位置情報に基づくタイミングで押し出す押出手段と、
   前記押出手段に押し出された前記支持棒を保持するレールと、
   前記レールに前記保持された前記支持棒をレール上の前記設置位置情報に基づく位置に移動するとともに、前記レールを押し出すｘ軸駆動手段と、
   前記第一の駆動手段に押し出された前記レールを保持して前記設置位置情報に基づく位置に移動するｙ軸駆動手段と
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載の加工装置。

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