JP6583415B2 - 板材加工システム、及び板材加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工機、レーザ加工方法、板材加工システム、及び板材加工方法に関する。

ワークに対して切断加工を行う装置として、例えばレーザ加工機などが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。レーザ加工機は、ワーク載置部に載置されたワークにレーザを照射しつつ、レーザヘッドをワークに対して相対的に移動させることにより、ワークの切断加工を行う。

特開平５−２３８７７号公報。

レーザ加工機により加工されたワークは、ワーク載置部から他のワーク支持部などに移載され、所定の場所に搬送される。このとき、ワーク載置部から他のワーク支持部に安定して効率よくワークを移載することが求められている。例えば、ワーク載置部に載置したワークを他のワーク支持部で持ち上げて移載するものでは、ワークの上方に持ち上げるための空間が必要であり、レーザヘッドとの干渉を避けるためレーザヘッドを予め退避させる必要があり、ワークの移載を効率的に行うことができない。また、ワーク載置部の上端がワークの加工に伴うレーザ光の照射により溶融し、ワークを載置する高さが低くなる場合がある。これでは、他のワーク支持部がワークを受け取る際にワークの高さを適宜確認して、その高さに併せる必要がある。

以上のような事情に鑑み、本発明は、ワークを載置するワーク載置部を昇降可能にして、ワークを容易かつ効率よく移載することが可能なレーザ加工機、レーザ加工方法、板材加工システム、及び板材加工方法を提供することを目的とする。

本発明に係る板材加工システムは、板状のワークを載置するワーク載置部と、第１加工領域においてワーク載置部に載置された静止状態のワークに対して、水平面における一方向及びこの一方向と直交する方向に移動してワークを加工するレーザヘッドと、ワークを載置したワーク載置部を昇降させてワークを第１加工領域に配置可能な昇降装置と、を有するレーザ加工機と、第１加工領域とは別の第２加工領域においてワークを加工する加工工具を有する第２加工装置と、第１加工領域においてワーク載置部に載置されていたワークを受け取って載置することにより支持する、又は載置して支持していたワークをワーク載置部に渡して載置させるワーク支持部と、ワーク支持部に載置されたワークを保持して、第１加工領域と、第２加工領域を挟んで第１加工領域とは反対側にある領域との間で、ワークをワーク支持部で支持させつつ当該ワーク支持部上を移動させて搬送する搬送装置と、を備え、第２加工装置の加工工具は、搬送装置によるワークの搬送方向と交差する交差方向に移動可能である。

また、第１加工領域は、昇降装置によりワーク載置部を上昇させた位置に設定されてもよい。また、ワーク載置部は、本体フレームに対して走行可能であり、昇降装置は、ワーク載置部及び本体フレームのいずれか一方に設けられて上下方向に駆動される棒状部と、ワーク載置部及び本体フレームのいずれか他方に設けられて棒状部の先端を受ける受け部と、を備えてもよい。また、棒状部の先端は、円錐状、円錐台状、または球面状に形成され、受け部は、棒状部の先端が嵌まり込むように、円錐状、円錐台状、または球面状の凹部を備えてもよい。また、昇降装置は、ワーク載置部の複数個所を支持して昇降させるように、複数配置されてもよい。また、ワーク載置部の受け部または棒状部は、本体フレームの棒状部または受け部に対応するように水平方向に調整可能であってもよい。

また、本発明に係る板材加工方法は、第１加工領域においてワーク載置部に載置された静止状態の板状のワークに対して、ワーク載置部を上昇させて、レーザヘッドを水平面における一方向及びこの一方向と直交する方向に移動してワークをレーザ加工することと、ワークの下方にワーク支持部を挿入または配置することと、ワーク載置部を下降させて、第１加工領域においてワーク載置部に載置されていたワークをワーク支持部に受け取らせて載置することにより支持させることと、ワーク支持部に載置して支持していたワークをワーク載置部に渡して載置させることと、第１加工領域とは別の第２加工領域において、ワークを加工する加工工具により加工することと、ワーク支持部に載置されたワークを保持して、第１加工領域と、第２加工領域を挟んで第１加工領域とは反対側にある領域との間で、ワークをワーク支持部で支持させつつ当該ワーク支持部上を移動させて搬送することと、を含み、加工工具は、ワークを搬送する方向と交差する交差方向に移動可能である。また、ワーク載置部を上昇させる際に本体フレームに対して水平方向に位置決めすることを含んでもよい。

本発明によれば、ワーク載置部を昇降させることにより、他のワーク支持部等に対して容易かつ効率よくワークを移載することができる。また、ワーク載置部の上端が溶融してワークの載置高さが低い場合でも、ワーク載置部が昇降することにより他のワーク支持部に対してワークを容易に移載することができる。また、ワーク載置部の上昇位置を調整することにより、レーザヘッドとワークとの間隔を容易に調整することができる。

また、加工領域は、昇降装置によりワーク載置部を上昇させた位置に設定される場合、レーザ加工後にワーク載置部を下降させることにより、加工したワークをワーク載置部から容易かつ確実に移載できる。また、ワーク載置部は、本体フレームに対して走行可能であり、昇降装置は、ワーク載置部及び本体フレームのいずれか一方に設けられて上下方向に駆動される棒状部と、ワーク載置部及び本体フレームのいずれか他方に設けられて棒状部の先端を受ける受け部と、を備える場合、上下方向に駆動する棒状部と受け部といった簡単な構成で、ワーク載置部を容易に昇降できる。また、棒状部の先端は、円錐状、円錐台状、または球面状に形成され、受け部は、棒状部の先端が嵌まり込むように、円錐状、円錐台状、または球面状の凹部を備える場合、棒状部の先端が凹部に嵌ることにより、ワーク載置部を本体フレームに対して容易に位置決めできる。また、昇降装置は、ワーク載置部の複数個所を支持して昇降させるように、複数配置される場合、複数の昇降装置により、ワーク載置部をバランスよく昇降できる。また、ワーク載置部の受け部または棒状部は、本体フレームの棒状部または受け部に対応するように水平方向に調整可能である場合、棒状部と受け部との位置合わせができ、複数のワーク載置部を交代で使用する場合でも各ワーク載置部を昇降装置に対応させることができる。

また、本発明に係る板材加工システム及び板材加工方法によれば、ワーク載置部を昇降させることにより、他のワーク支持部等に対して容易かつ効率よくワークを移載することができる。また、ワーク載置部の上端が溶融してワークの載置高さが低い場合でも、ワーク載置部が昇降することにより他のワーク支持部に対してワークを容易に移載することができる。また、ワーク載置部の上昇位置を調整することにより、レーザヘッドとワークとの間隔を容易に調整することができる。また、ワークはワーク支持部に容易に移載されるので、第２加工装置によりワークを容易に成形加工することができる。

また、本発明に係るレーザ加工方法によれば、ワーク載置部を下降させることにより、ワークをワーク支持部に対して容易かつ効率よく移載できる。また、ワーク載置部の上昇位置を調整することにより、ワークのレーザ加工位置を容易に調整できる。また、ワーク載置部を上昇させる際に本体フレームに対して水平方向に位置決めすることを含む場合、上昇したワーク載置部をフレーム本体に対して確実に位置決めできる。

実施形態に係るレーザ加工機の一例を示す斜視図である。 図１に示すレーザ加工機の平面図である。 昇降装置の一例を示し、（Ａ）は棒状部が下降した状態、（Ｂ）は棒状部が上昇した状態を示す斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は棒状部及び受け部の動作の一例を示す図である。 実施形態に係るレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、レーザ加工機の動作を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図６に続いて、レーザ加工機の動作を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図７に続いて、レーザ加工機の動作を示す図である。 実施形態に係る板材加工システムの一例を示す平面図である。 実施形態に係る板材加工方法の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、板材加工システムの動作を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図１１に続いて、板材加工システムの動作を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。以下の各図において、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹＺ座標系においては、水平面に平行な平面をＸＹ平面とする。このＸＹ平面に平行な任意の方向をＸ方向と表記し、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向と表記する。また、ＸＹ平面に垂直な方向を上下方向またはＺ方向と表記する。また、本明細書において上方は＋Ｚ方向であり、下方は−Ｚ方向である。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が＋方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。

図１は、実施形態に係るレーザ加工機１の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示すレーザ加工機１の平面図である。このレーザ加工機１は、ワークＷに対してレーザ加工を施すことにより、ワークＷの一部を所望の形状の製品に切断する。図１及び図２に示すように、レーザ加工機１は、昇降装置２と、本体フレーム３と、レーザヘッド４と、ヘッド駆動部５と、パレット（ワーク載置部）６と、ワーク支持部７と、を備える。このレーザ加工機１は、後述するように、ワークＷを載置したパレット６を昇降装置２により昇降可能な構成を有する。

本体フレーム３は、＋Ｙ側及び−Ｙ側のそれぞれに、Ｘ方向に沿って配置される２つのフレーム３ａ、３ｂと、下部の＋Ｘ側及び−Ｘ側に配置される２つのフレーム３ｃ（図２参照）、３ｄと、を備える。フレーム３ａ、３ｂは、フレーム３ｃ、３ｄによって連結されている。なお、本体フレーム３の構成は任意であり、本体フレーム３を構成する各フレーム３ａ等の形状や、大きさ、数は任意である。

レーザヘッド４は、加工領域Ｒ１に配置された板状のワークＷに対して相対的に移動してワークＷを加工する。レーザヘッド４は、下方にレーザ光を射出する射出部（不図示）を有している。レーザヘッド４は、光ファイバ（不図示）などの光伝送体を介してレーザ光源（不図示）に接続されている。レーザ光源としては、例えばファイバーレーザなどの固体レーザの光源が用いられる。これにより、例えば炭酸ガスレーザなどに比べて熱密度の高いレーザ光が得られるため、高速で切断等を行うことが可能となる。

レーザヘッド４は、ヘッド駆動部５により、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動可能であり、ワークＷに対して相対的に移動する。なお、レーザヘッド４がＸ方向及びＹ方向に移動する範囲を含んで加工領域Ｒ１が設定される。加工領域Ｒ１に配置されたワークＷに対してレーザヘッド４を移動させて加工を行うので、ワークＷの加工を高速で行うことができる。加工領域Ｒ１の高さは、例えば、後述する昇降装置２によりパレット６を上昇させた際に、パレット６に載置されたワークＷの高さに設定される。

ヘッド駆動部５は、ガントリー５ａと、スライダ５ｂと、昇降部５ｃとを有している。ガントリー５ａは、Ｙ方向に沿って配置され、一対のガイドレール５ｄ上に配置されている。一対のガイドレール５ｄは、加工領域Ｒ１をＹ方向に挟んでＸ方向に沿って互いに平行に配置されるように、フレーム３ａ、３ｂのそれぞれの上部に形成される。ヘッド駆動部５は、例えばボールねじ機構など、ガントリー５ａをＸ方向に移動させる駆動機構（不図示）を有している。ガントリー５ａは、この駆動機構により、ガイドレール５ｄに沿ってＸ方向に移動可能となっている。

ガントリー５ａの上面（＋Ｚ側の面）には、ガイド５ｅが設けられている。ガイド５ｅは、Ｙ方向に沿って形成されており、スライダ５ｂを案内する。スライダ５ｂは、ガントリー５ａの上面から−Ｘ側の面にわたって配置されている。ヘッド駆動部５は、例えばボールねじ機構など、スライダ５ｂをＹ方向に移動させる駆動機構（不図示）を有している。スライダ５ｂは、この駆動機構により、ガイド５ｅに沿ってＹ方向に移動可能となっている。なお、スライダ５ｂを案内するガイドが、例えば、ガントリー５ａの−Ｘ側の面に形成されてもよい。

スライダ５ｂの−Ｘ側の面には、ガイド５ｆが設けられている。ガイド５ｆは、上下方向に沿って形成されており、昇降部５ｃを案内する。昇降部５ｃは、スライダ５ｂの−Ｘ側の面上に配置されている。ヘッド駆動部５は、例えばボールねじ機構など、昇降部５ｃを上下方向に移動させる駆動機構（不図示）を有している。昇降部５ｃは、この駆動機構により、ガイド５ｆに沿って上下方向に移動可能となっている。

上記レーザヘッド４は、昇降部５ｃに保持されている。ガントリー５ａがＸ方向に移動することでレーザヘッド４、スライダ５ｂ及び昇降部５ｃが一体でＸ方向に移動する。スライダ５ｂがＹ方向に移動することでレーザヘッド４及び昇降部５ｃが一体でＹ方向に移動する。昇降部５ｃが上下方向に移動することでレーザヘッド４が上下方向に移動する。これにより、レーザヘッド４は、加工領域Ｒ１の上方をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動可能となっている。なお、ヘッド駆動部５は、上記した構成に限定されない。例えば、ロボットアームによりレーザヘッド４をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させるものでもよい。また、レーザヘッド４を移動させることに代えて、ワークＷを移動させるものや、レーザヘッド４及びワークＷの双方を移動させるものでもよい。

ワーク載置部であるパレット６は、ワークＷを載置して走行可能である。パレット６は、例えば、ベースプレート１１と、複数の支持プレート１２と、複数の車輪１３と、を備える。支持プレート１２は、矩形状のベースプレート１１の上面に立った状態でＸ方向に並んで配置され、その上端部１２ａでワークＷの下面を支持する。２つの支持プレート１２の間隔は、後述するワーク支持部７の腕部７ｂが差し込み可能に設定される。

複数の上端部１２ａには、ワークＷが載置される。複数の上端部１２ａの高さが同一であるため、ワークＷをほぼ水平に載置する。これにより、パレット６は、加工領域Ｒ１において、ワークＷを支持するテーブルとしても機能する。また、上端部１２ａが鋸歯状であるため、ワークＷに対する接触面積が小さい。これにより、ワークＷの加工によって支持プレート１２に溶着するのを減少でき、後述のワーク支持部７によって支持プレート１２からワークＷを容易に引き離すことができる。なお、上端部１２ａは、鋸歯状とすることに限定されず、例えば、剣山状や波形状としてもよい。また、パレット６は、複数の支持プレート１２を用いることに限定されず、例えば、複数のピンがベースプレート１１上に配置されたものでもよい。

複数の車輪１３は、例えば、ベースプレート１１の下部に設けられる。例えば、４個の車輪１３は、それぞれ、矩形状のベースプレート１１の４つの角部分の下部に設けられる（図２参照）。なお、車輪１３の数は任意である。また、例えば、複数の車輪１３のうち少なくとも２個は、不図示の駆動装置により駆動する。なお、複数の車輪１３は、駆動されなくてもよい。例えば、複数の車輪１３は、すべて従動車輪であり、ユーザにより走行させるものや、ベルトやチェーン等により走行するものでもよい。

パレット６は、本体フレーム３に対して走行可能である。複数の車輪１３は、本体フレーム３から延びる一対のレール１５により案内され、本体フレーム３に対して走行する。一対のレール１５は、加工領域Ｒ１の下方においてＸ方向に沿って互いに平行に設けられ、パレット６の車輪１３をＸ方向にガイドする。一対のレール１５は、フレーム３ｃ及びフレーム３ｄに支持される。また、フレーム３ａの−Ｘ側には、例えば、ストッパ１６が設けられる。ストッパ１６は、例えば、パレット６のベースプレート１１の高さに配置される。ストッパ１６は、例えば、パレット６の−Ｘ方向への移動を規制して、パレット６を位置Ｐ１（図２参照）に位置決めする。この位置Ｐ１は、後述する昇降装置２の棒状部１８を上昇させた時に、棒状部１８が受け部１９に嵌まり込む位置であり、加工領域Ｒ１の下方に設定される。なお、上記したストッパ１６を設けるか否かは任意である。

パレット６は、例えば、外部の位置Ｐ２において、支持プレート１２の上端部１２ａにワークＷが載置される。ワークＷを載置したパレット６は、位置Ｐ２から−Ｘ方向に走行して本体フレーム３内に進入し、ストッパ１６により位置Ｐ１に配置される。これにより、ワークＷは、本体フレーム３内に搬入される。なお、パレット６は、ワークＷの搬入だけでなく、加工したワークＷを載置して、外部に搬出してもよい。このように、パレット６は、レーザ加工機１と外部とを往復移動するように構成され、ワークＷを搬入または搬出可能である。

ワーク支持部７は、パレット６に載置されたワークＷの下方に挿入可能である。ワーク支持部７は、例えば、基部７ａと、腕部７ｂとを有している。基部７ａは、Ｘ方向に延びて形成される。腕部７ｂは、基部７ａから＋Ｙ方向に延びる棒状に形成されている。腕部７ｂは、基部７ａの上面に、Ｘ方向に並んで複数設けられる。各腕部７ｂは、ワーク支持部７を＋Ｙ方向に移動させた場合、各腕部７ｂがパレット６の支持プレート１２同士の間に進入可能となるように形成されている。各腕部７ｂは、例えば、支持プレート１２とほぼ等しいピッチでＸ方向に並んで形成される。各腕部７ｂの上面には、例えば、不図示のブラシ部が所定間隔で設けられている。ブラシ部は、例えば樹脂等の材料を用いて形成されており、ワークＷを支持する際に、ワークＷの下面に傷が付くのを抑制する。なお、ブラシ部を設けるか否かは任意である。また、ブラシ部に代えて、複数のフリーボールベアリング（ボールが全方向に転動可能）が配置されてもよい。

ワーク支持部７は、不図示の駆動装置及び不図示のガイドを備え、待機領域Ｒ２から＋Ｙ方向に移動可能である。なお、フレーム３ｂには、開口部１４（図１参照）が形成されている。この開口部１４は、ワーク支持部７の腕部７ｂ及びワークＷが通過可能な形状に形成されている。ワーク支持部７は、待機領域Ｒ２から、各腕部７ｂをパレット６に載置されたワークＷの下方に挿入する範囲まで、Ｙ方向に移動可能に設定される。なお、パレット６からワーク支持部７にワークＷを移載する動作については後述する。

また、上記したワーク支持部７は、複数の腕部７ｂを持つフォーク状であることに限定されない。例えば、ワーク支持部として、複数の棒状の部材が加工領域Ｒ１の下方から上昇するものなど、ワークＷの下方に配置可能なものでもよい。また、レーザ加工機１は、上記したワーク支持部７を備えなくてもよい。

次に、昇降装置２について説明する。昇降装置２は、ワークＷを載置したパレット６を昇降させてワークＷを加工領域Ｒ１に配置可能である。昇降装置２は、例えば、パレット６の複数個所を支持して昇降させるように、複数配置される。例えば、パレット６の四隅近傍のそれぞれに、昇降装置２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが配置される。複数の昇降装置２ａ〜２ｄが配置されることにより、パレット６を安定して昇降させることができる。また、昇降装置２ａ〜２ｄは、図２に示すように、パレット６から＋Ｘ側及び−Ｘ側のそれぞれに突出した状態で配置されている。各昇降装置２ａ〜２ｄは、それぞれ、棒状部１８と、受け部１９と、を備える。

図３は、昇降装置２の一例を示し、（Ａ）は棒状部１８が下降した状態、（Ｂ）は棒状部１８が上昇した状態を示す斜視図である。なお、図３では昇降装置２ａについて説明しているが、他の昇降装置２ｂ〜２ｄについても同様である。図３に示すように、昇降装置２ａは、棒状部１８がフレーム３ｄに配置され、受け部１９がパレット６に配置される。受け部１９は、棒状部１８の位置に対応して設けられ、棒状部１８が上昇する際に棒状部１８の先端を受ける位置に配置される。

棒状部１８は、本体フレーム３に設けられて上下方向に移動可能に形成される。棒状部１８は、フレーム３ｄに設けられた駆動部２０を駆動することにより上下方向に移動する。駆動部２０は、例えば、エアシリンダ装置または油圧シリンダ装置が用いられ、ピストンロッドを棒状部１８として使用してもよい。また、駆動部２０は、電動モータを用いたボールねじ機構が用いられ、ボールねじを棒状部１８として使用してもよい。また、棒状部１８と駆動部２０とは離れて配置されてもよい。例えば、棒状部１８から離れて駆動部２０が配置され、駆動力伝達部を介して駆動部２０により棒状部１８を移動させるものでもよい。

棒状部１８の先端１８ａは、上端部分が丸みを帯びた円錐台状に形成される。なお、棒状部１８の先端は、受け部１９の形状に対応して形成される。なお、棒状部１８の先端１８ａは、円錐台状に形成されることに限定されず、例えば、先端が尖った円錐状や、先端が丸い球面状に形成されてもよい。

受け部１９は、パレット６に設けられ、棒状部１８の先端１８ａが受け部１９に嵌まり込む位置に配置される。受け部１９は、図３に示すように、棒状部１８の先端１８ａが嵌まり込むように、円錐台状の凹部１９ａを備える。この凹部１９ａの形状は、上記したように、棒状部１８の先端１８ａの形状に対応して設定され、円錐状や球面状であってもよいし、また、棒状部１８の先端１８ａを嵌め込むことが可能であれば、先端１８ａと異なる形状であってもよい。

受け部１９は、Ｌ字状のブラケット１９ｂと、ブラケット１９ｂの下部に取り付けられる下部材１９ｃと、を有している。下部材１９ｃは、下面に凹部１９ａが形成される。ブラケット１９ｂは、ボルト等の締結部材２１によってパレット６のベースプレート１１の側面に固定される。これにより、既存のパレット６のベースプレート１１にブラケット１９ｂを取り付けることが可能である。また、下部材１９ｃは、ボルト等の締結部材２１によってブラケット１９ｂに固定される。なお、下部材１９ｃは、締結部材２１を緩めることによって、ブラケット１９ｂに対して水平方向に所定量を移動可能である。これにより、棒状部１８の先端１８ａに対して凹部１９ａの位置を調整することができる。凹部１９ａの位置を調整可能とすることにより、例えば、複数台のパレット６を使用する場合、各パレット６の凹部１９ａの位置を、棒状部１８の先端１８ａの位置に合わせ込むことが可能となり、複数台のパレット６を用いた運用が可能となる。

なお、受け部１９は、上記のようにブラケット１９ｂと下部材１９ｃとで構成することに限定されず、１つの部材であってもよい。また、受け部１９は、例えば、パレット６のベースプレート１１の裏面側に配置されてもよく、また、ベースプレート１１の裏面の一部に凹部１９ａと同様の構造が形成されてもよい。また、受け部１９の凹部１９ａの位置を調整可能とすることに代えて、本体フレーム３の棒状部１８の位置を水平方向に調整可能としてもよい。

図３（Ａ）に示すように、駆動部２０を駆動しない状態では、棒状部１８は下降している。この状態ではパレット６は、ストッパ１６に移動を規制されてフレーム３ｄ上に載った状態である。この状態から駆動部２０を駆動して棒状部１８を上昇させることにより、図３（Ｂ）に示すように、棒状部１８の先端１８ａが受け部１９の凹部１９ａに嵌まり込む。さらに棒状部１８が上昇することにより、ベースプレート１１（パレット６）は、ワークＷを載置した状態で上昇する。

パレット６の上昇位置としては、例えば、ワークＷを加工領域Ｒ１（図２参照）に配置させる位置である。パレット６の上昇位置の設定は、駆動部２０による棒状部１８の昇降ストロークによって設定してもよく、また、例えば光学式センサ等によりパレット６またはワークＷの高さを検出して棒状部１８の上昇を停止させて設定するものでもよい。

図４（Ａ）〜（Ｃ）は、棒状部１８及び受け部１９の動作の一例を示す図である。図４は、棒状部１８及び受け部１９の動作の一例を示す図であり、図４（Ａ）は、棒状部１８が下降した状態を示す図、図４（Ｂ）は、棒状部１８が上昇して凹部１９ａに接触した状態を示す図、図４（Ｃ）は、棒状部１８が凹部１９ａに入り込んだ状態を示す図である。パレット６は、レール１５に沿って走行し、ストッパ１６によって本体フレーム３に対する位置が保持されているが、その位置に多少のずれが生じる場合がある。パレット６の位置がずれると、図４（Ａ）に示すように、棒状部１８の先端１８ａの中心軸ＡＸ１と凹部１９ａの中心軸ＡＸ２とが、同軸上にない状態となる。

この状態で、棒状部１８が上昇すると、図４（Ｂ）に示すように、棒状部１８の先端１８ａが、凹部１９ａの壁面に接触する。さらに棒状部１８が上昇すると、棒状部１８の先端１８ａによって凹部１９ａの壁面が押されて凹部１９ａは＋Ｙ方向に移動し、凹部１９ａの中心軸ＡＸ２が先端１８ａの中心軸ＡＸ１に近づく。先端１８ａの形状が円錐台状であり、凹部１９ａの形状が同じく円錐台状であるので、先端１８ａの一部が凹部１９ａの壁面に接触した段階から、棒状部１８の上昇に伴って凹部１９ａを容易に移動させることができる。この凹部１９ａの＋Ｙ方向の移動により、パレット６も＋Ｙ方向に移動する。

続いて、図４（Ｃ）に示すように、棒状部１８の先端１８ａが凹部１９ａに嵌まり込んだ状態では、凹部１９ａがさらに＋Ｙ方向に移動する。この状態において、凹部１９ａの中心軸ＡＸ２は、先端１８ａの中心軸ＡＸ１に一致する。これにより、パレット６は、予め設定された水平方向の位置に位置決めされる。上記した図４（Ａ）〜（Ｃ）に示す動作は、パレット６が本体フレーム３に載った状態で行われる。このようにパレット６が水平方向に位置決めされた状態から、棒状部１８をさらに上昇させることにより、パレット６を上昇させることができ、このパレット６に載置されたワークＷを精度よく加工領域Ｒ１に配置することが可能となる。

なお、昇降装置２ａ〜２ｄは、パレット６の４か所に対応して配置され（図２参照）、各昇降装置２ａ〜２ｄのそれぞれにおいて、棒状部１８の先端１８ａが凹部１９ａに嵌まり込むため、４つの棒状部１８でパレット６を持ち上げたときでもパレット６のズレ等を防止して、パレット６を安定して上昇させることができる。なお、昇降装置２ａ〜２ｄの昇降動作は、不図示の制御部により、同期して動作するように制御される。例えば、昇降装置２ａ〜２ｄは、パレット６に載置したワークＷを水平に保って上昇するように、制御部により、昇降装置２ａ〜２ｄ間で、棒状部１８の高さ（位置）、棒状部１８を昇降する速度等が同期するように制御される。

なお、昇降装置２ａ〜２ｄにおいて、４か所の全てが図４に示す動作を行うような棒状部１８及び受け部１９とすることに限定されず、少なくとも１つの昇降装置２ａ等で適用してもよい。なお、２つの昇降装置（例えば昇降装置２ａ、２ｂ）で適用することにより、本体フレーム３に対するパレット６の位置をＸ方向及びＹ方向、さらにはＺ方向を軸とした回転方向に対して位置決めすることが可能である。この場合、他の昇降装置（例えば昇降装置２ｃ、２ｄ）は、単に棒状部１８で受け部１９を上方に押し上げるものが適用されてもよい。従って棒状部１８の先端１８ａや受け部の凹部１９ａの形状を円錐台状等に形成することが不要となる。

次に、実施形態に係るレーザ加工方法をレーザ加工機１の動作に基づいて、図面を参照して説明する。ただし、以下の説明は一例であって、レーザ加工機１の動作及びレーザ加工方法を限定するものではない。図５は、実施形態に係るレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。図６〜図８は、レーザ加工機１の動作を示す図である。なお、図５のフローチャートに沿って説明しつつ、図６〜図８を適宜参照する。なお、図６〜図８では、昇降装置２ａ、２ｄが示されているが、昇降装置２ｂ、２ｃについても同様の動作を行っており、以下、昇降装置２として説明している。

実施形態に係るレーザ加工方法は、まず、図５に示すステップＳ１において、パレット６を水平方向に位置決めする。例えば、まず、図６（Ａ）に示すように、パレット６がワークＷを支持プレート１２の上端部１２ａに載置した状態で、例えば、外部の位置Ｐ２（図２参照）から、本体フレーム３内に走行する。このとき、パレット６は、車輪１３がレール１５にガイドされ、本体フレーム３に対して−Ｘ方向に走行する。続いて、図６（Ｂ）に示すように、パレット６は、ストッパ１６により、Ｘ方向の移動が規制され、加工領域Ｒ１の下方の位置Ｐ１に配置される。続いて、図６（Ｃ）に示すように、昇降装置２の棒状部１８が上昇し、棒状部１８の先端１８ａがパレット６の受け部１９の凹部１９ａに嵌め込まれる。棒状部１８が上昇する際、上記図４（Ａ）〜（Ｃ）で説明したように、先端１８ａと凹部１９ａの壁面とが接触することにより、パレット６が水平方向に対して位置決めされる。

次に、図５に示すステップＳ２において、ワークＷを載置するパレット６を上昇させる。図７（Ａ）に示すように、昇降装置２は、図６（Ｃ）に示した状態から棒状部１８がさらに上昇することにより、水平方向に位置決めされたパレット６を上昇させる。昇降装置２は、パレット６に載置したワークＷが加工領域Ｒ１に配置されるように、パレット６を上昇させる。なお、ワークＷの高さ（パレット６の高さ）を各種センサ等によって検出し、ワークＷを加工領域Ｒ１に配置するように昇降装置２を制御してもよい。

次に、図５に示すステップＳ３において、パレット６に載置されたワークＷをレーザ加工する。図７（Ｂ）に示すように、加工領域Ｒ１に配置されるワークＷに対して、レーザヘッド４がレーザ光を照射しつつ相対的に移動してワークＷを加工する。このレーザ加工に際して、例えば、ワークＷはワークホルダ等により端部が保持されてもよい。また、ワークＷに対してレーザヘッド４が移動することに限定されない。例えば、レーザヘッド４に対してワークＷを移動させてもよく、また、レーザヘッド４及びワークＷの双方を移動させてもよい。

次に、図５に示すステップＳ４において、ワークＷの下方にワーク支持部７を挿入または配置する。レーザヘッド４によるワークＷの加工が終了すると、ワーク支持部７が、待機領域Ｒ２（図２参照）から＋Ｙ方向に移動する。これにより、図７（Ｃ）に示すように、ワーク支持部７の各腕部７ｂがワークＷの下方においてパレット６の支持プレート１２同士の間に挿入される。なお、各腕部７ｂは、本体フレーム３の開口部１４（図１参照）を介して支持プレート１２同士の間に挿入される。

次に、図５に示すステップＳ５において、パレット６を下降させて、ワークＷをワーク支持部７に支持させる。図８（Ａ）に示すように、昇降装置２は棒状部１８を下降させ、パレット６を下降させる。パレット６が下降することにより、パレット６の支持プレート１２の上端部１２ａに載置されたワークＷは、ワーク支持部７の腕部７ｂに移載される。

次に、図５に示すステップＳ６において、ワーク支持部７に移載されたワークＷは、不図示の搬送装置により、例えば待機領域Ｒ２（図２参照）などの外部の所定位置に搬出される。なお、搬出後のワークＷは、待機領域Ｒ２から他の保管場所等に搬送され、または、待機領域Ｒ２においてワークＷ中の製品の仕分け等が行われる。ワーク支持部７は、ワークＷが搬出された後、−Ｙ方向に移動し、待機領域Ｒ２（図２参照）に戻る。

続いて、図８（Ｂ）に示すように、ワークＷを移載した後のパレット６は、本体フレーム３に対して＋Ｘ方向に走行し、例えば、本体フレーム３の外部である位置Ｐ２（図２参照）に移動して待機し、新たなワークＷが載置される。以上の動作が繰り返されることにより、複数のワークＷが連続して加工される。

このように、本実施形態のレーザ加工機１及びレーザ加工方法によれば、ワーク支持部７をパレット６に載置されたワークＷの下方に挿入し、パレット６に対して相対的に上下方向に移動することにより、ワークＷをパレット６からワーク支持部７に容易に移載できる。また、昇降装置２は、ワークＷをワーク支持部７の腕部７ｂより高く配置するようにパレット６を上昇させることにより、腕部７ｂを挿入してパレット６を下降させるといった単純な動作でワークＷをパレット６からワーク支持部７に容易に移載できる。

また、レーザ加工の際にワークＷの一部が溶融して支持プレート１２に溶着した場合においても、パレット６とワーク支持部７とを上下方向に相対的に移動させることにより、溶着部分を外しながらワークＷをワーク支持部７に確実に移載できる。また、パレット６の支持プレート１２がレーザ光の照射により溶融し、ワークＷを載置する高さが変化した場合でも、昇降装置２によりパレット６の上昇量を変えることでワークＷを加工領域Ｒ１の高さに確実に配置させることができる。

次に、本実施形態に係る板材加工システム１００について説明する。図９は、板材加工システム１００の一例を示す平面図である。板材加工システム１００は、上記したレーザ加工機１と、搬送装置３１と、第２加工装置３２と、を備える。板材加工システム１００は、ワークＷに対して、レーザ加工機１によりレーザ加工を行い、第２加工装置３２により成形加工を行う。なお、レーザ加工機１は、上記したレーザ加工機１と同様である。

搬送装置３１は、レーザ加工機１の加工領域Ｒ１に配置されたワークＷを搬送可能である。搬送装置３１は、ワークＷをＹ方向に搬送して、第２加工装置３２の第２加工領域Ｒ３にワークＷを配置可能である。搬送装置３１は、キャリッジ３１ａと、プレート３１ｂと、ワークホルダ３１ｃと、を備える。

キャリッジ３１ａは、不図示の駆動装置により一対のガイド３４に沿ってＹ方向に移動可能に形成される。一対のガイド３４は、後述する固定テーブル４０をＸ方向に挟んだ両側に、Ｙ方向に沿って設けられている。駆動装置としては、例えばボールねじ機構やリニアモータなどが用いられる。プレート３１ｂは、上方から見て、矩形状に形成され、キャリッジ３１ａの＋Ｙ側の側面に固定される。プレート３１ｂのＸ方向の長さは、ワークＷのＸ方向の長さに対応して設定される。プレート３１ｂのＹ方向の長さは、キャリッジ３１ａが後述する第２加工装置３２の開口部３８の−Ｙ側に近接した際、パレット６に支持されるワークＷをワークホルダ３１ｃが把持可能な長さに設定される。

ワークホルダ３１ｃは、プレート３１ｂの＋Ｙ側において、Ｘ方向に間隔を空けて３箇所に＋Ｙ方向に突出して設けられる。各ワークホルダ３１ｃは、不図示の駆動装置によりワークＷの端部を挟み込んで把持または解放可能な構成が採用される。なお、ワークホルダ３１ｃの個数は任意である。ワークホルダ３１ｃは、ワークＷを把持するものに代えて、ワークＷの一部を吸着するものが使用されてもよい。

第２加工装置３２は、搬送装置３１によりワークＷをパレット６から搬送する途中に設定された第２加工領域Ｒ３を有する。第２加工装置３２は、ワークＷを加工する加工工具３６と、フレーム３７と、を有する。加工工具３６は、例えば、プレス工具あるいはタップ工具である。これにより、第２加工装置３２は、ワークＷの所定部分に成形加工あるいはタップ加工を行う。加工工具３６は、フレーム３７に配置され、フレーム３７に対してＸ方向に移動可能に設けられる。フレーム３７には、開口部３８が設けられる。開口部３８は、ワークＷ、ワーク支持部７、及び搬送装置３１の一部が通過可能に形成される。搬送装置３１は、レーザ加工機１の開口部１４及び第２加工装置３２の開口部３８を介して、レーザ加工機１と第２加工装置３２との間でワークＷを搬送する。第２加工領域Ｒ３は、加工領域Ｒ１と待機領域Ｒ２との間に配置される。この第２加工領域Ｒ３において、ワークＷが上記した搬送装置３１によってＹ方向に搬送され、かつ、加工工具３６がＸ方向に移動することにより、ワークＷの任意の部分に加工工具３６を位置決めすることができる。

また、板材加工システム１００は、ワークＷを支持するための固定テーブル４０を備える。固定テーブル４０は、第２加工装置３２の−Ｙ側に配置され、ワーク支持部７の待機領域Ｒ２に設けられる。固定テーブル４０は、Ｘ方向に延びる基部４０ａと、基部４０ａから＋Ｙ方向に延びる複数の棒状部４０ｂと、を備える。棒状部４０ｂは、上面でワークを支持する。棒状部４０ｂの上面には、不図示のブラシ部あるいはフリーボールベアリング（ボールが全方向に転動可能）が所定間隔で設けられ、ワークＷの下面に傷が付くのを抑制してもよい。また、固定テーブル４０の上方には、上記した搬送装置３１が配置される。これにより、固定テーブル４０の上方スペースを活用して、システム全体をコンパクトにすることができる。

板材加工システム１００は、不図示の制御部を有する。制御部は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、ハードディスク等の記憶装置を備える。記憶装置は、各種制御に必要なプログラム等が記憶される。制御部は、例えば、レーザ加工機１のレーザヘッド４の位置やレーザの出力、ワーク支持部７の駆動、搬送装置３１の駆動、第２加工装置３２の各動作等を制御する。

次に、実施形態に係る板材加工方法について図面を参照して説明する。図１０は、実施形態に係る板材加工方法の一例を示すフローチャートである。ただし、以下の説明は一例であって、板材加工システム１００の動作及び板材加工方法を限定するものではない。図１１及び図１２は、板材加工システム１００の動作を示す図である。なお、図１０のフローチャートに沿って説明しつつ、図１１及び図１２を適宜参照する。また、図１０において、ステップＳ１〜Ｓ５は、図５に示すものと同様であるため、説明を簡略化する。

先ず、図１０に示すステップＳ１において、ワークＷを載置したパレット６を水平方向に位置決めする。図１１（Ａ）に示すように、パレット６は、図６（Ａ）及び（Ｂ）と同様に、外部からレーザ加工機１に搬入される。次に、図１０に示すステップＳ２において、パレット６を上昇させる。図１１（Ｂ）に示すように、昇降装置２は、図６（Ｃ）及び図７（Ａ）と同様に、ワークＷが加工領域Ｒ１に配置されるように、パレット６を上昇させる。次に、図１０に示すステップＳ３において、ワークＷに対してレーザ加工を行う。図１１（Ｃ）に示すように、搬送装置３１は、＋Ｙ方向に移動して、ワークホルダ３１ｃによりワークＷの端部を把持する。これにより、レーザ加工時にワークＷのズレを防止できる。ただし、レーザ加工時にワークホルダ３１ｃでワークＷを把持しなくてもよい。レーザ加工機１は、図７（Ｂ）と同様に、レーザヘッド４をワークＷに対して相対的に移動させつつ、レーザ光を照射することによりワークＷを加工する。

次に、図１０に示すステップＳ４において、ワークＷの下方にワーク支持部７が挿入される。図１２（Ａ）に示すように、ワーク支持部７は、図７（Ｃ）と同様に、待機領域Ｒ２（図９参照）から＋Ｙ方向に移動してワークＷの下方に挿入される。次に、図１０に示すステップＳ５において、パレット６を下降させて、ワークＷをワーク支持部７に支持させる。図１２（Ｂ）に示すように、昇降装置２は、図８（Ａ）と同様に、棒状部１８を下降させ、パレット６を下降させる。これにより、ワークＷをパレット６からワーク支持部７に容易に移載することができる。なお、レーザ加工の際にワークＷの一部が溶融して支持プレート１２に溶着した場合においても、溶着部分を外しながらワークＷをワーク支持部７に移載できる点は上記と同様である。

次に、図１０に示すステップＳ６において、搬送装置３１は、パレット６に載置されたワークＷを搬送する。図１２（Ｃ）に示すように、搬送装置３１は、ワークＷを−Ｙ方向に搬送する。このとき、ワーク支持部７は、固定テーブル４０と同様に、ワークＷの支持テーブルとして機能する。搬送装置３１は、ワークＷの搬送途中において、ワークＷの所定部分を第２加工領域Ｒ３において位置決めする。次に、図１０に示すステップＳ７において、第２加工装置３２は、加工工具３６により、第２加工領域Ｒ３に位置決めされたワークＷの所定部分に対して成形加工あるいはタップ加工を行う。

次に、図１０に示すステップＳ８において、ワークＷは、搬送装置３１により外部の所定位置（例えば図９に示す待機領域Ｒ２など）に搬出される。ワークＷは、例えば、待機領域Ｒ２から他の保管場所等に搬送され、または待機領域Ｒ２においてワークＷ中の製品の仕分け等が行われる。ワーク支持部７は、ワークＷが搬出された後、−Ｙ方向に移動し、待機領域Ｒ２（図９参照）に戻る。なお、図１０に示すステップＳ８において、搬送装置３１は、ワークＷを加工領域Ｒ１に搬送してもよく、また、ワークＷに対して再度レーザ加工を行ってもよい。

このように、本実施形態の板材加工システム１００及び板材加工方法によれば、パレット６を昇降させることにより、ワーク支持部７に容易かつ確実にワークＷを移載することができる。また、ワーク支持部７を昇降させるための複雑な機構が不要であり、装置コストを低減できる。また、ワークＷは、ワーク支持部７に容易に移載されるので、搬送装置３１によりワークＷを効率よく搬送することができ、第２加工装置３２へのワークＷの搬送及び位置決めを効率よく行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではない。上記した実施形態では、４か所に昇降装置２ａ〜２ｄが配置されているが、これに限定されない。例えば、１カ所〜３カ所、または５カ所以上に昇降装置２が配置されてもよい。昇降装置２が１カ所または２カ所に配置される場合は、１つまたは２つの昇降装置２でパレット６をバランスよく昇降できるように、パレット６の一部を上下方向にガイドするガイド部が本体フレーム３に設けられてもよい。また、１つまたは２つの昇降装置２で板状部材を昇降させ、この板状部材にパレット６を載置させてパレット６を昇降させるものでもよい。

また、上記した実施形態では、昇降装置２の棒状部１８が本体フレーム３に設けられ、受け部１９がパレット６に設けられるが、これに限定されない。例えば、棒状部１８がパレット６に設けられ、受け部１９が本体フレーム３に設けられてもよい。また、複数の昇降装置２ａ〜２ｄのうち一部について、棒状部１８がパレット６に設けられ、受け部１９が本体フレーム３に設けられてもよい。

また、上記した実施形態では、ワーク支持部７に支持されたワークＷは、搬送装置３１により外部に搬出されるが、これに限定されない。例えば、レーザ加工されたワークＷがワーク支持部７に移載されて本体フレーム３から搬出されてもよいし、加工されたワークＷをパレット６に載置した状態で本体フレーム３から搬出してもよい。加工されたワークＷをパレット６に載置した状態で本体フレーム３から搬出する場合、パレット６によるワークＷの搬出に先だって、ワーク支持部７の腕部７ｂをワークＷの下方に挿入し、パレット６とワーク支持部７とを相対的に上下方向に移動させて、ワークＷと支持プレート１２との溶着を外してからパレット６により本体フレーム３の外側に搬出させてもよい。

また、上記した実施形態では、パレット６を下降させてワーク支持部７にワークＷを移載しているが、これに限定されない。例えば、ワーク支持部７がパレット６に対して上昇することによりワークＷを移載することや、パレット６の下降とワーク支持部７の上昇とを同時に行ってワークＷを移載してもよい。

Ｒ１・・・加工領域
Ｒ３・・・第２加工領域
Ｗ・・・ワーク
１・・・レーザ加工機
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・・昇降装置
３・・・本体フレーム
４・・・レーザヘッド
６・・・パレット（ワーク載置部）
７・・・ワーク支持部
１８・・・棒状部
１８ａ・・・先端
１９・・・受け部
１９ａ・・・凹部
３１・・・搬送装置
３２・・・第２加工装置
３６・・・加工工具
１００・・・板材加工システム

Claims (8)

1. 板状のワークを載置するワーク載置部と、第１加工領域において前記ワーク載置部に載置された静止状態の前記ワークに対して、水平面における一方向及びこの一方向と直交する方向に移動して前記ワークを加工するレーザヘッドと、前記ワークを載置した前記ワーク載置部を昇降させて前記ワークを前記第１加工領域に配置可能な昇降装置と、を有するレーザ加工機と、
   前記第１加工領域とは別の第２加工領域において前記ワークを加工する加工工具を有する第２加工装置と、
   前記第１加工領域において前記ワーク載置部に載置されていた前記ワークを受け取って載置することにより支持する、又は載置して支持していた前記ワークを前記ワーク載置部に渡して載置させるワーク支持部と、
   前記ワーク支持部に載置された前記ワークを保持して、前記第１加工領域と、前記第２加工領域を挟んで前記第１加工領域とは反対側にある領域との間で、前記ワークを前記ワーク支持部で支持させつつ当該ワーク支持部上を移動させて搬送する搬送装置と、を備え、
   前記第２加工装置の前記加工工具は、前記搬送装置による前記ワークの搬送方向と交差する交差方向に移動可能である、板材加工システム。
2. 前記第１加工領域は、前記昇降装置により前記ワーク載置部を上昇させた位置に設定される、請求項１に記載の板材加工システム。
3. 前記ワーク載置部は、本体フレームに対して走行可能であり、
   前記昇降装置は、前記ワーク載置部及び前記本体フレームのいずれか一方に設けられて上下方向に駆動される棒状部と、前記ワーク載置部及び前記本体フレームのいずれか他方に設けられて前記棒状部の先端を受ける受け部と、を備える、請求項１または請求項２に記載の板材加工システム。
4. 前記棒状部の先端は、円錐状、円錐台状、または球面状に形成され、
   前記受け部は、前記棒状部の先端が嵌まり込むように、円錐状、円錐台状、または球面状の凹部を備える、請求項３に記載の板材加工システム。
5. 前記ワーク載置部の前記受け部または前記棒状部は、前記本体フレームの前記棒状部または前記受け部に対応するように水平方向に調整可能である、請求項３または請求項４に記載の板材加工システム。
6. 前記昇降装置は、前記ワーク載置部の複数個所を支持して昇降させるように、複数配置される、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の板材加工システム。
7. 第１加工領域においてワーク載置部に載置された静止状態の板状のワークに対して、前記ワーク載置部を上昇させて、レーザヘッドを水平面における一方向及びこの一方向と直交する方向に移動して前記ワークをレーザ加工することと、
   前記ワークの下方にワーク支持部を挿入または配置することと、
   前記ワーク載置部を下降させて、前記第１加工領域において前記ワーク載置部に載置されていた前記ワークを前記ワーク支持部に受け取らせて載置することにより支持させることと、
   前記ワーク支持部に載置して支持していた前記ワークを前記ワーク載置部に渡して載置させることと、
   前記第１加工領域とは別の第２加工領域において、前記ワークを加工する加工工具により加工することと、
   前記ワーク支持部に載置された前記ワークを保持して、前記第１加工領域と、第２加工領域を挟んで前記第１加工領域とは反対側にある領域との間で、前記ワークを前記ワーク支持部で支持させつつ当該ワーク支持部上を移動させて搬送することと、を含み、
   前記加工工具は、前記ワークを搬送する方向と交差する交差方向に移動可能である、板材加工方法。
8. 前記ワーク載置部を上昇させる際に本体フレームに対して水平方向に位置決めすることを含む、請求項７に記載の板材加工方法。

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