JP6650208B2 - ビーム加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、機台、機台によって保持される被加工物支持体、及び機台によって支持され、被加工物支持体に対して移動可能なビーム工具を含む、特にレーザビーム又は流体ジェット加工装置である、被加工物を加工するためのビーム加工装置に関する。

レーザー機械においては、被加工物は、他の多くの工作機械においてと同様に、通常持着されておらず、例えばカッティンググリッドのような被加工物支持体上にばらばらに置かれている。（例えば５００ｋｇまでのカッティングブリッジの）より大きな質量の非常に動的な運動は機械フレームの励振をもたらし、それがまた切断テーブルを介してカッティンググリッド上の板金を励振する。板金の望ましくない運動は、輪郭の精度の低下及び波形断面の現象をもたらす。切削の質へのこれらの悪影響を少なくとも部分的に低減するために、機械の動特性及びそれとともに生産性が制限されなければならない。長い加工時間は、そのような加工装置の大きな欠点となる。

被加工物の励振を低減するために、被加工物は被加工物支持体に固定或いは挟み込まれることができる。特許文献１は、板金部品のクランプのためのクランプ装置を開示する。それによって板金部品が加工中に固定される。特許文献２は、板状の被加工物を少なくとも２つの被加工物クランプ部材を有する工作機械の被加工物運動ユニットに固定するための被加工物支持装置を開示する。

そのような解決法はより高度な工具の動特性を実現するが、次のような決定的な欠点を持つ：
− 例えばテーブルに特別にそのために設けられるべきアクチュエータ又は調整可能なクランプ部材による被加工物クランプのような追加の機械部品を必要とし、
− 複雑な被加工物の自動化を有し、
− 切り損じが増える加工中に効果が減退し、
− （例えば板金などの）被加工物が終盤、切り損じのみによってより多く保持され、
− 所定のクランプゾーンを通じて被加工物の使用率が減少し、
− クランプが最後に解除されなければならないため、生産力が減退する。

被加工物の励振が機台或いは機械フレームを介して行われるため、機械フレームの床への堅固な接合も代替的な解決法となる。しかし重い機械フレームの堅固な接合は技術的に非常に複雑であり、床にも補助的な条件が必要となる。そのとき床の励振は関連する工程に悪影響を及ぼす。また、加工装置全体は外部からの励振により敏感である。

特許文献３は、機械的振動を減衰するための装置を備えた工作機械又は製造機械を開示する。そのとき圧電アクチュエータが、工作機械の取り付け部材に使用されている。

特許文献４は、工作機械と、プレート上に配置された電力ケーブル、油圧部品、バルブなどの構造部材との間の一種の防振手段を開示する。

特許文献５は、その上に加工のために必要な配置で支持部材を嵌着することができる多数のグリッド部材を有する、加工中に被加工物を保持し、残存部分を収容するための被加工物支持体を開示する。

特許文献６は、グリッド部材を偏向チェーンによって低下させる可能性を開示する。ビーム工具の運動によって、特に被加工物支持体の支持体面に平行な方向に生じる振動は、妨害なく被加工物に伝達される。

独国特許出願公開第１０２０１２１０２８２０Ａ１号明細書 欧州特許出願公開第２４６５６３７Ａ１号明細書 独国特許発明第１０３３５０４３Ｂ３号明細書 米国特許出願公開第２００８２５７６６７Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２０１２２１７２２９Ａ１号明細書 欧州特許出願公開第２６２６１６５Ａ１号明細書

本発明の課題は、従来技術の欠点を排除し、同時に高い機械の動特性において高質な加工、特に切削の質が抜きん出たビーム加工装置を提供することにある。そのとき特に加工の輪郭の精度を向上させ、波形断面の現象を抑制しなければならない。加工時間は可能な限り短くなければならず、そのとき（速度、加速などの）ビーム工具の動特性が高度であるべきである。本発明の解決法はその構造において簡単であり、低コストで製造可能であり、実施形態において既存の装置にも後付け可能であるべきである。

この課題は冒頭で言及されたビーム加工装置によって、ビーム工具と被加工物支持体によって定義される被加工物のための支持体面との間の振動を伝達する接続経路に、少なくとも１つのダンパ部材、好適には複数の並列接続された、好適には互いに間隔を空けて配置されたダンパ部材が内設されることによって解決される。ダンパ部材はそのとき例えばビーム工具の駆動軸と機台の間、又は機台と被加工物支持体の間に配置されることができる。同様にダンパ部材は例えば機台及び／又は被加工物支持体のようなそれぞれの部品中に組み込まれて配置されることができる。いずれにしてもそれはビーム工具又はビーム工具の格納体又は機台と、被加工物支持体の支持体面との間の防振のために設置される。

可能な実施形態においてダンパ部材は、ビーム工具と被加工物支持体の間の振動を伝達する接続経路に内設される。そのようにして、既存の被加工物支持体を使うことができるように、被加工物支持体をそれとして変化させる必要なく、発明のアイディアが実現される。

振動を伝達する接続経路は、それを介してビーム工具の動特性が原因となる機械的振動が被加工物支持体或いはその支持体面（及びすなわち加工されるべき被加工物）に伝達される、ビーム加工装置内の伝達経路と理解される。接続経路は、機台部分、支持部分、フレーム部分、被加工物支持体、駆動軸、ブリッジ、及び／又は留め具、及びそれぞれの構成部品間及びビーム工具及び／又は被加工物支持体への接続を含み、或いはこれらの構成部分に沿って延在する。

「並列接続される」という表現は、空間的配置ではなく、ダンパ部材の機能的配置或いは接続として理解される。

これは、それによって被加工物が被加工物支持体に対し、加工工程にとって不利なあり方で励振されることなく、ビーム工具の高度な動特性を可能にする。

好適な実施形態では、少なくとも１つのダンパ部材によって仲介される制振の制振方向が、（好適には主制振方向、つまり最大の制振作用の方向が）被加工物支持体の支持体面に略平行にある。そのため被加工物の撓みが支持体面に（つまり平行に）沿い、確実に回避或いは軽減される。ダンパ部材はそのとき、制振が少なくとも１つの方向に（好適には複数の方向に）支持体面に対して平行に行われるように形成され、或いはビーム加工装置中に内設される。つまり、内設されたダンパ部材は、支持体面に平行にある制振方向が定義され、或いは含まれるように制振効果が発揮されるべく設置される。少なくとも１つのダンパ部材が作用する制振はもちろん複数の方向成分を有する; 「少なくとも１つのダンパ装置によって仲介される制振の制振方向」は、そのため制振の少なくとも１つの方向成分が支持体面に平行に方向付けられていると理解される。

好適な実施形態ではダンパ部材は被加工物支持体自体に組み込まれている。

１つの実施形態では、被加工物支持体がフレーム及び、フレームに担持され支持体面を定義するグリッド部材を含む。（例えば、ばねダンパ部材、防振パッド、シリンダ等の）ダンパ部材は、被加工物支持体のフレームとグリッド部材間に制振が作用するように、ここでは（例えばスラットなどの）各グリッド部材とフレーム間に内設されることができる。

または、ダンパ部材は被加工物支持体の支持体面の少なくとも一部を形成できる。その場合被加工物は、この場合好適には（略水平に配置される）ダンパ盤（防振パッド）として実施されることができるダンパ部材上に直接配置される。

実施形態は、少なくとも１つのダンパ部材がビーム加工装置内に、被加工物支持体に支持された加工されるべき被加工物の、ビーム工具の被加工物支持体に対する運動が引き起こす振動を少なくとも部分的に防止するために配置及び／又は設置されていることで共通している。

本発明の特に好適な実施形態で、被加工物支持体の機台への接合は少なくとも１つのダンパ部材、好適には複数の互いに間隔を空けて配置されるダンパ部材を含む。ダンパ部材は機台と被加工物支持体間に内設される。被加工物支持体と機台の間の接合は、例えば被加工物支持体を、被加工物を挿入するためにずらす、又は外に出すために、好適には解除可能である。

ダンパ部材によって被加工物支持体と機台間の制振は、特に、ビーム工具の動特性と、例えば留め具、ブリッジ、支持体等のようなビーム工具と同時に運動する質量の動特性とによって、工程において被加工物支持体に対して発生する振動数において達成されることができる。本発明はそれによって、加工の質、特に輪郭の精度が、被加工物が加工中に詰まらないときにも向上されることが確認された、全く新しい取り組みを行う。同時にビーム工具の高度な動特性が実現され、それによって加工時間が短縮される。

本発明による被加工物支持体の機台への接合は、被加工物支持体上にある被加工物への励振を最小化する優れた特質を有する。

制振はそのとき好適には被加工物支持体の支持体面に平行に作用する。特に好適にはダンパ部材の制振作用は支持体面に平行な方向において最大である。

ビーム工具は、加工の際に通常は被加工物に接触しない（そうではなくビーム、例えばレーザビームまたは流体ビームだけが接触する）。したがって無接触原理により、被加工物に対する直接的ないし直接の基準が存在しない（丸鋸等とは異なる）。したがって相対運動は、基本的に除外されない。ちょうどここにおいて本発明が適用される。

被加工物への大きな工具の動特性の作用を最小にするため、ダンパ部材には、好ましくは高周波数を低周波数よりも強く減衰するローパス素子が使用される。ローパス素子により、機械の動特性を完全に消滅させることができる。さらにローパス素子は、周囲を介する（例えば隣接して設置された装置を介する）被加工物の励振を阻止する。ビーム加工装置は周囲にさほど強く依存しないから、地面ないし基礎部における特別の措置は不要である。

概念「共振周波数」については、以下、共振曲線の第１の（すなわち周波数に関して最も低い）顕著な最大値であると理解される。ここで共振曲線は、特定の一空間方向への励振に対して同じ特定の一空間方向での撓み／応答として生じる。

好ましい一実施形態は、機台への被加工物支持体の接続が、その全体において（ダンパ部材および場合によりローラーを含み、このローラーを介して被加工物支持体が機台に当接する）、機台に対する被加工物支持体の共振周波数が、支持体面に対して平行な少なくとも１つの方向では、支持体面に対して垂直の方向よりも小さくなるように構成されている、ことを特徴とする。これにより、特に支持体面に対して平行な被加工物の不所望の励振が考慮される。

好ましくは機台を基準にする被加工物支持体の共振周波数は、１０Ｈｚ以下、好ましくは８Ｈｚ以下の値を有する。

特に好ましい一実施形態では、機台を基準にする被加工物支持体の共振周波数は、少なくとも係数１．５だけ、好ましくは係数２だけ、被加工物支持体を基準にする被加工物の共振周波数よりも低い。

上記の関係において、被加工物支持体を基準にする被加工物の共振周波数が実際に利用される。これとは異なり、図１０は、例えば被加工物への加速的跳躍の伝達を示す。ここではそこに図示の「被加工物曲線」に、被加工物支持体の運動も共に図示されている（被加工物支持体の運動と、被加工物−被加工物支持体の相対運動との重ね合わせ）。しかし「被加工物支持体を基準にする被加工物」とは、上記の好ましい実施形態では、被加工物と被加工物支持体との間の関係／相対運動と理解すべきである。したがってこの共振周波数は、被加工物支持体の入力スペクトルを介して正規化される。

また、簡単でコスト的に有利な構造に基づく受動的減衰は、能動的減衰よりも好ましい。しかし、例えば制御された圧電素子による後者（能動的減衰）も考えられる。

本出願で機台とは、被加工物支持体を保持し、ビーム工具を直接または間接的に支持するように構成されたいずれかの構造であると理解される。ビーム工具は、それぞれ出射ノズルを備えるレーザー加工ヘッドまたは流体加工ヘッドとすることができ、機台と直接または間接的に、例えば付加的な保持部、走行可能なブリッジ、支持体等を介して接続することができる。したがって機台は、（機械）フレーム、ベース、台座、架台等とすることができる。

被加工物支持体は、好ましくは略水平である支持体面を規定し、扁平な被加工物、とりわけプレートおよび板金のとりわけ支持ないしサポートに用いられる。被加工物支持体は、例えば（切断）テーブルおよび／またはグリッドの形式に構成することができ、および／または例えば並置された複数のググリッド部材またはサポート部材または少なくとも１つのグリルまたは少なくとも１つのプレートから構成することができる。この場合、支持体面は、グリッド部材またはサポート部材またはグリルまたはプレートにより規定され、したがって支持体面は、必ずしも平坦な表面により規定する必要はない。

以下、本発明の作用を詳細に説明する。駆動軸に沿ったビーム工具の運動は、機台の励振を引き起こし、機台はさらに被加工物支持体を介して被加工物を励振する。特定の周波数において、従来技術では、被加工物支持体に対して相対的な被加工物の振動振幅に、係数６０までの過上昇が生じる。支持体面に対して平行なこの不所望の運動は、輪郭の精度を低減させ、機械動特性の最大の利用率を不可能にする。

本発明の技術思想は、新規の部材を組み込むことにより被加工物支持体が機台に対して、減衰されることによって伝達系統にだけ影響する。これにより、機台に対して相対的な被加工物支持体の共振周波数が、被加工物支持体に対して相対的な被加工物の共振周波数よりも低くなる。これにより、被加工物支持体に対して相対的な被加工物の共振周波数がさほど強く励振されず、機台に対して相対的な被加工物の障害的な相対運動が最小になる。

減衰のこの技術思想は、例えば支持体面に対して平行な両方向に同じように適用することができる。ここでこの手段は、多くの場合、ビーム工具の加速が最大であるときの慣性による、ないしこの共に運動する質量を伴う機台の最大の撓み／励振の方向において役に立つ。プレートを修正することにより、最小の剛性を、最大で必要な方向にもたらすことができる。

好ましくはこの実施形態は、被加工物支持体の支持体面に対して平行な空間方向での共振周波数の低減に関するものである。被加工物支持体と機台との接続は、これによってこれらの方向ではより柔軟になる。被加工物支持体は、支持体面に対して垂直に、通常はローラを介して機台上に起立する。したがって全体的な接続は、支持体面に対して平行な接続の剛性が、支持体面に対して垂直であるよりも小さい／小さくなる、ことを特徴とする。

好ましい一実施形態は、機台への被加工物支持体の接続が、力により結合した少なくとも１つの接続装置を含み、この接続装置によって、被加工物支持体が機台に固定可能であり、固定された状態で（単数または複数の）ダンパ部材が被加工物支持体と機台との間に締め付けられ、配置されている、ことを特徴とする。これにより防振を簡潔な仕方で行うことができる。なぜなら締め付けられたダンパ部材は、接続部の組み込まれた構成部材だからである。力により結合した接続装置は、好ましくは少なくとも１つの操作可能なアクチュエータ、例えば圧力シリンダを含み、このアクチュエータは、被加工物支持体の固定と同時にダンパ部材の締め付けも行うように構成されている。

好ましい一実施形態は、機台への被加工物支持体の接続部が、少なくとも１つの、好ましくは脱着可能なクランプ装置を含み、このクランプ装置により被加工物支持体は対向する側から締め付け可能であり、締め付けられた状態でダンパ部材は、それぞれ被加工物支持体とクランプ装置との間に締め付けられている、ことを特徴とする。ここでもダンパ部材は、接続部の組み込まれた構成部材であり、これにより理想的な防振を、被加工物支持体を同時に確実に固定しながら行うことができる。

好ましい実施形態では、クランプ装置が被加工物支持体の支持体面に対して略平行になっていることを特徴としている。ダンパ部材がプレートである場合、クランプ方向は、好ましくはプレート面に対して略垂直になっている。

力による結合による接続装置、詳細にはクランプ装置は、具体的には圧力シリンダの形の少なくとも１つのアクチュエータを有しており、このアクチュエータによってダンパ部材が締め付けられる。この場合、好ましくはプレート型のダンパ部材を、アクチュエータ又はこのアクチュエータによって動く挟み具（例えばスチールプレートの形で）と被加工物支持体との間で挟み、それによって望ましい制振特性を維持することができる。

このとき、クランプ装置は少なくとも２つのアクチュエータを有していてもよく、これらのアクチュエータは、互いに対向する側面から同等に被加工物支持体に圧力をかけることで、この被加工物支持体を挟み込む。しかしながら、少なくとも１つのアクチュエータだけを設けることも可能であり、この場合は、このアクチュエータ自体と固定されている逆止めとの間で被加工物支持体を挟み込む。

このビーム加工装置は、少なくとも２つの力による結合による接続装置、詳細にはクランプ装置を有していてもよく、これらのクランプ装置は、被加工物支持体のさまざまな部分、例えば被加工物支持体の２つの終端部で作動する。

好ましくは、挟込み又は固定の際には、力による結合による接続装置又はクランプ装置が、ダンパ部材を介して被加工物支持体のフレーム上に作用する。

好ましい実施形態では、挟み込んだ状態において、ダンパ部材が、被加工物支持体の支持体面に対して平行な方向であってクランプ方向に対して垂直な方向に剛性を有していることを特徴としており、この剛性は、同じ方向への方向成分を持つ全ての固有モードの、機台に対する被加工物支持体の固有周波数が、この方向への方向成分を持つ被加工物支持体に対する被加工物の固有モードの固有周波数よりも低いというような剛性である。

好ましくは、挟み込んだ状態において、ダンパ部材が、クランプ方向に対して平行な方向に剛性を有しており、この剛性は、クランプ方向に対して平行な方向への機台に対する被加工物支持体の共振周波数が、クランプ方向に対して平行な同じ方向への被加工物支持体に対する被加工物の固有周波数よりも低いというような剛性である。

考えられる実施形態では、挟み込んでいる状態において、ダンパ部材の剛性は、被加工物支持体の支持体面に対して平行であってクランプ方向に対して垂直である（第１の）方向のほうが、支持体面に対して垂直な（第２の）方向よりも小さいことを特徴としている。支持体面が略水平に合わせられている場合、このダンパ部材は、垂直方向よりも支持体面に対して平行な（第１の）方向に「より柔らかい」接続を提供する。これにより、支持体面における被加工物の共振又は動きを適切に防止することができる。

考えられる実施形態では、挟み込んでいる状態において、ダンパ部材の剛性は、被加工物支持体の支持体面に対して平行であってクランプ方向に対して垂直である（第１の）方向のほうが、クランプ方向よりも小さいことを特徴としている。これにより、被加工物支持体の確実な固定が保証されるが、第１の方向への「より柔らかい」接続も可能になることにから、方向に応じた、第１の方向へのより強い制振も実現することができる。これにより、ビーム工具のキャリア構造（例えばブリッジ）の可動性及びビーム工具の動特性を適切に考慮することができる。

従って、要約すると、ダンパ部材は、被加工物支持体の支持体面に対して平行であってクランプ方向に対して垂直な方向のほうが、この方向に対して直角な方向、好ましくは支持体面又はクランプ方向に対して垂直な方向よりも小さな剛性を有することができる。

ローパスエレメントとして形成されているダンパ部材は、基本的に被加工物平面の全方向に取り付けることができる。

しかしながら、好ましい実施形態では、ビーム工具が直線の駆動軸によって機台と接続されていること、また、取り付けられた状態において、ダンパ部材の剛性は、最大の慣性モーメントを持つ駆動軸に対して平行である方向、もしくは機台に対するビーム工具の加速度が最大の場合に機台の最大振動又は最大共振が生じる方向に対して平行である方向のほうが、これに垂直な方向よりも小さいことを特徴としている。従って、ローパスエレメントは、好ましくは最大の慣性モーメントを持つ駆動軸の方向に取り付けられる。

好ましい実施形態は、移動方向に沿って動くことができるブリッジ上にビーム工具が配置されていること、また、取り付けられた状態において、ダンパ部材の剛性は、ブリッジの移動方向に対して平行である方向、もしくは機台に対するブリッジの加速度が最大の場合に機台の最大振動又は最大共振が生じる方向に対して平行である方向のほうが、ブリッジの移動方向に対して垂直である方向及び／又は機台に対するブリッジの加速度が最大の場合に機台の最大振動又は最大共振が生じる方向に対して垂直である方向よりも小さいことを特徴としている。

好ましい実施形態では、ダンパ部材がプレート型に形成されており、被加工物支持体の支持体面に対して横方向に、好ましくはほぼ垂直になっていることを特徴としている。このことにより、とくに簡単で低コストであり、スペースもとらない解決方法が可能となり、さらにこの方法は既存のシステムに後装着することもできる。ローパスエレメントとして形成されているダンパ部材が振動絶縁プレートとして形成されている場合は有利である。さらに、プレート型ダンパ部材をせん断方向に取り付ける（すなわち、制振方向がプレートによって定義されている面に対して平行である）場合は有利である。さらに簡単に、プレート型のダンパ部材を（例えば顧客自身で）取り付けることができる。

プレート型ダンパ部材は、同種の材料分布を有していてもよいが、互いに接続された複数の層から成るサンドイッチエレメントの形に形成されていてもよい。

好ましい実施形態では、ダンパ部材が、その剛性を軽減するために少なくとも１つの切り込み及び／又は少なくとも１つの凹部を有し、好ましくは少なくとも１つの切り込み及び／又は少なくとも１つの凹部が、被加工物支持体の支持体面に対して横方向に、好ましくはほぼ垂直に通っていることを特徴としている。そのような構造により、剛性（機台に対する被加工物支持体の共振周波数）を独立して変更することが可能になり、また、ローパスエレメントとして形成されているダンパ部材のせん断方向への制振が可能となる。この変更は、それぞれの適用ケースに応じて個々に調整することができる。

好ましい実施形態では、ダンパ部材が、支持体面に対して平行な方向よりも、支持体面に対して垂直方向により大きな伸びを有していること、及び／又は少なくとも２つのダンパ部材が１つの構造単位にまとめられていることを特徴としている。これにより、同様に、方向に応じた制振を達成することができる。

例えば接続は、支持体面に対して平行な方向のほうが支持体面に対して垂直な方向よりも「より柔らかく」てもよく、それは、とくに支持体面の励振の最小化に関係するからである。

好ましい実施形態では、ダンパ部材がエラストマー材料から形成されていることを特徴としている。このことにより、本発明のアイディアを簡単に実現することが可能となる。材料としては、必要に応じて追加的にゴム顆粒を含むゴム混合物、生ゴム混合物及び／又はプラスチック混合物など、すべての可能なエラストマー材料が考えられる。

好ましい実施形態では、ダンパ部材の厚みを、負荷のない状態で、せいぜい２０ｍｍ、好ましくは、せいぜい１５ｍｍとすることにより、スペース節約的でありながら、効率的な解決手段が実現されることを特徴とする。

好ましい実施の形態は、少なくとも１つのダンパ部材が、その広い表面の少なくとも一方に、導電性のカバー、好ましくはカバープレート形状のカバーを有し、このカバープレートからは、被加工物支持体と測定装置との間に電気的接続を作出するため、導電性の部分が外に延びていることを特徴とする。これにより、基台に対する被加工物支持体からの導電、特に、被加工物表面に対するノズルの静電容量距離制御の機能性が、電気的接続によるローパス要素として形成されたダンパ部材の剛性あるいは減衰性に影響を及ぼすことなく、確保される。この場合、追加の構成部材は一切利用されない。

好ましい実施の態様は、ダンパ部材が、被加工物支持体側において、被加工物支持体のフレームに固定されたプレートに載置され、このプレートは、その上側において突出縁を有し、この突出縁が、ダンパ部材を覆うことを特徴とする。ダンパ部材は、これにより、汚損から保護される。当該プレートは、その上縁と共に、例えば、金属シートから形成されている。

好ましい実施の態様は、ダンパ部材が、スプリングあるいは油圧減衰器若しくはピエゾ素子を含むことを特徴とする。例えば、油圧減衰器若しくは類似の減衰器の場合、減衰性能及び共振振動数は独立して影響を及ぼす。また、制御装置により制御されるピエゾアクチュエータ等の、ローパス素子あるいはバンドパス素子の様な、能動ダンパ部材も可能である。これにより、負荷に応じた（即ち、被加工物の重さに応じた）設定あるいは構成が可能となり、例えば、低めのコーナー周波数による駆動が可能となる。剛性（被加工物支持体から基台に対する共振振動数）及び減衰性は、実際の使用において、調整可能である。

ダンパ部材は、好ましくは、摩擦ダンパ部材、好ましくは、ゴム金属部材であって、これにより、摩擦減衰効果もまた可能となる。

また同様に、ゴム弾性ダンパ部材も好ましい。

ダンパ部材は、例えば、固定装置の離脱を介して、ビーム加工装置から脱着可能に構成されることが好ましい。固定装置は、例えば、螺子連結及び／又は上述した力による結合装置またはクランプ装置を含む。

本発明は、「高度に専門的な」トレーニングを全く必要としない、容易に交換可能なダンパ部材の可能性を提供する。ダンパ部材は、容易に後付け可能で、ダンパ部材の変更を介して、顧客に合った固有の状況を考慮できる。

本発明の更に他の利点、特徴及び詳細は、以下に述べる詳細な説明から明らかとなり、詳細な説明には、添付の図面を参照して、本発明の実施形態が説明される。ここで、請求の範囲及び詳細な説明に記述された特徴は、単独であるいは任意の組み合わせにおいて、本発明に本質的なものである。

符号の説明は、本開示の一部をなす。図面は、相互連関しかつ重複して図示されている。同等な符号は同等な構成部分を示し、異なる索引の付いた符号は機能的に同等あるいは類似の構成部分を示す。

ビーム加工装置を示す。 ダンパ部材を有する被加工物支持体を示す。 クランプ装置を有する被加工物支持体を示す。 プレート形状のダンパ部材の実施例を示す。 連続ノッチまたは連続凹部を有する実施例を示す。 プレート形状のダンパ部材の更に他の実施例を示す。 導電性のカバーを有するダンパ部材を示す。 ダンパ部材の更に他の実施例を示す。 ダンパ部材の更に他の実施例を示す。 振動挙動を概略的に示す。 周波数との関係を示す。 ダンパ部材のない場合の測定されたせん断エッジの状態を示す。 本発明に基づくビーム加工装置による測定されたせん断エッジの状態を示す。 本発明に基づく変更形態を示す。

図１は、被加工物５を加工するためのビーム加工装置１、特に、レーザービームあるいは流体ジェット加工装置を示し、基台３と、基台３により保持される被加工物支持体４と、基台３により担持されて、被加工物支持体４に対して移動可能なビーム工具２とを含んで構成されている。

好ましい実施形態において、本発明はプレート及び／又は金属シート加工装置に関し、特に、金属製被加工物が加工される。

図示の実施形態において、ビーム工具２は、駆動軸Ｙ、Ｚに沿って移動可能にブリッジ６上に担持されている。一方、ブリッジ６は、駆動軸Ｘに沿って移動可能である。更に、冗長移動軸もまた可能である。

図２は、被加工物支持体４を図示し、その支持体面１５は、複数のグリッド部材を介して形成され、規定されている。被加工物支持体４は、フレーム１４を有する。このフレームは、ローラー１６を介して、移動可能に基台３に載置することができる。被加工物支持体４の基台３への連結は、少なくとも１つのダンパ部材７、図２及び３においては、フレームのコーナーに配設された４つのダンパ部材７を介して行われる。

図３に図示の様に、被加工物支持体４の基台３への連結は、クランプ装置８形状の少なくとも１つの力による結合装置を含む。このクランプ装置を介して、被加工物支持体４は、基台３に固定可能となる。図３に図示の固定状態において、ダンパ部材７は、被加工物支持体４と基台３との間に緊着されている。

当該連結は、特に、圧力シリンダ形状のアクチュエータ２０が、操作の間、被加工物支持体４方向に移動し、かつ、同時に、被加工物支持体４及びダンパ部材７を緊締するように行われる。

クランプ装置８は、脱着可能であることが好ましく、即ち、ダンパ部材７を押圧する掴み具が、ダンパ部材７から退却可能としている。図３に図示の例において、被加工物支持体４は、対向側から緊締可能であって、緊締状態において、ダンパ部材７は各々、被加工物支持体４とクランプ装置８または掴み具との間に緊締されている。図３に図示の実施形態において、クランプ装置８は、少なくとも２つのアクチュエータ２０を含み、当該アクチュエータは、対向側から、被加工物支持体４をその間に緊締している。これに代えて、一方の側にのみアクチュエータ２０を配設し、その反対側には、受動、好ましくは静止カウンターストップにより緊締を可能とすることもできる。

クランプ方向９は、被加工物支持体４の支持体面１５に対し略平行となっている。ダンパ部材７は、図示の実施形態において、プレート形状、特に、防振プレートとして形成されており、被加工物支持体４の支持体面１５に対し略垂直（方向１８）となっている。図３に図示の様に、防振プレートは、せん断方向（方向１９）に嵌め込まれている。この場合、マシーンサイズを構成するユニットを変えないデザインが選択される。プレート形状のダンパ部材７を介して作用する減衰性は、減衰方向または被加工物支持体４の支持体面１５に対し平行な減衰構成部分を含む。

図４ａ、４ｂ及び５に図示の様に、ダンパ部材７は、その剛性を緩和するために、所定方向において、プレート面に対して横向けに切り込み１０及び／又は凹部１１を有する。設置状態において、当該切り込み１０及び／又は凹部１１は、被加工物支持体４の支持体面１５に対し横方向または略垂直に走っている。これにより、方向に依存した剛性が達成可能となる。このように、せん断剛性と共に共振周波数が緩和されることが好ましい。図７及び８は、更に他の好ましい実施の形態を示し、ダンパ部材７は、被加工物支持体４の支持体面１５に対し垂直方向１８において、被加工物支持体４に対し平行な方向１９よりも大きな延伸性を有する。ここでは、具体的にいえば、円筒形あるいは棒状のダンパ部材７に関係する。本実施形態において、支持体面１５に対し平行な方向に互いに隣接して配設された複数（ここでは４つ）のダンパ部材７は、構造的または機能的に１つのユニットに纏められ、即ち、当該構造的ユニットのダンパ部材７は、同一のカウンタプレートまたはカウンター片を介して緊締される。

ダンパ部材７は、エラストマー材料により形成されていることが好ましい。プレート形状のダンパ部材７の厚みは、負荷のない状態で、せいぜい２０ｍｍ、好ましくはせいぜい１５ｍｍとする。

可能な実施の形態において、ダンパ部材７（例えば、図５に図示）は各々、緊締状態において、被加工物支持体４の支持体面１５に対し平行で、クランプ方向９に対し垂直な（第１の）方向１９において、支持体面１５に対し垂直な（第２の）方向１８よりも小さな剛性を有する。

更に他の可能な実施の形態において、ダンパ部材７は、緊締状態において、被加工物支持体４の支持体面１５に対し平行で、クランプ方向９に対し垂直な（第１の）方向１９において、クランプ方向９におけるよりも小さな剛性を有することができる。

上述のオプションは、方向に依存する減衰性のための可能性を提供し、支持体面に対し平行な少なくとも１つの方向における減衰作用を大きくする一方、もう一方の方向における減衰作用を小さくすることは、被加工物支持体の確実な固定を保証する。

図１に図示の実施形態に関連して、ビーム工具２は、被加工物支持体４の支持体面１５に対し略平行に走る直線駆動軸Ｘ、Ｙを介して、基台３と連結される。この場合、設置されたダンパ部材７は、最大の慣性モーメントを有する駆動軸Ｘに対して平行な方向１９の方が（ブリッジ６の大きな質量）、最大の慣性モーメントを有する駆動軸Ｘに対して垂直な方向Ｙよりも小さな剛性を有する。この場合、この最大の慣性モーメントは、基台の剛性に関して考慮される。

図１を参照すると、ビーム工具２はブリッジ６上に配設されており、このブリッジは、走行方向Ｘに沿って移動可能であって、また、設置された状態において、ダンパ部材７の剛性は、ブリッジ６の走行方向Ｘに対して平行な方向１９の方が、ブリッジ６の走行方向Ｘに対し垂直な方向Ｙよりも小さいことが見て取れる。

図６は好ましい実施の形態を示し、ダンパ部材７は、その広い表面の少なくとも一方に、導電性のカバー１２、好ましくは、カバープレート形状のカバーを有し、このカバーからは、被加工物支持体４と測定装置との間の電気的接続を作出するために、好ましくは、蛇行形状または曲がりくねった形状の導電性の部分１３が外に延びている。この測定装置は、ビーム出射ノズルと被加工物表面との間の距離を測定するための静電容量測定装置であってよい。当該電気的接続は、ダンパ部材７の減衰作用に影響を及ぼすことはない。

ダンパ部材７は、被加工物支持体側において、被加工物支持体４のフレーム１４に固定されたプレート１７、好ましくは、金属プレートに載置されている。当該プレート１７は、その上側に突出する縁を有しており、この上縁はダンパ部材７を覆って、過剰な汚損から保護する。

図９は、機械的な代用回路の図解のために、バネ−質量−減衰モデルの形態で、可能な本発明によるビーム加工装置１を示す。既に冒頭に述べたように、ビーム工具２と被加工物支持体４により構成される支持体面との間の振動を伝達する接続経路に、少なくとも一つのダンパ部材、特に幾つかの平行に連結され且つ好ましくは互いに間隔をあけて配置されたダンパ部材が取り付けられ得る。図９による概略図において、例えば、ビーム工具２とブリッジ６との間に、及び／またはブリッジ６と機台３との間に、及び／または機台３と被加工物支持体4との間に、一つまたは幾つかのダンパ部材の配置が行なわれ得る。同様に、ダンパ部材は、前述した構成部品の一つの中に一体化されることが考えられ得る。ダンパ部材は、被加工物５のための支持体面も構成し得る。

図１０は、被加工物支持体−機台の系の共振周波数、特に共振周波数の降下に関する非常に明確な結果を示す。グラフは、機台３，被加工物支持体４及び被加工物５の周波数に依存するブリッジ６の加速ジャンプ（方向１９への加速（ｍ／ｓ^２）に関する応答（方向１９における変位（ｍ））を示す。

図１１は、はっきり現れた波動現象を伴うダンパ部材７なしの切断縁の輪郭を示す。図１２によれば、切断品質に関する本発明による措置の結果がいかに決定的であるか明白である。

本発明による原理は、図９から図１２により、より詳細に説明される：被加工物の励振により引き起こされる波形断面（図１１）は、被加工物５の機台３に対する相対移動に帰せられる。課題の記載は、ブリッジ６及び／またはビーム工具２による励振が伝達される三つの系に分類され得る（図９）：
− 底部−機台系（設置）
− 機台被加工物支持体系（結合または締結）
− 被加工物支持体−被加工物系（載置）
本発明は、特に機台被加工物支持体系を目標に合わせて調整することにある。

被加工物支持体４から被加工物５への励振が減少され得るように、被加工物支持体４の機台３に対する共振周波数が被加工物支持体４に対する被加工物５の共振周波数より低くなければならないことが分かった。これは、機台３と被加工物支持体４との間の接続部へのダンパ部材７、特に振動絶縁板の嵌め込みによって、達成され得る。ダンパ部材７は、低域フィルタのように、機台３から被加工物支持体4への伝達を作用する。系は、柔軟で且つできるだけ良好に減衰する要素(例えば振動絶縁板)の嵌め込みによって、剪断方向に特に良好に調整され得、その際機台被加工物支持体系の伝達関数の共振周波数が強く低減され得る。

図１０に示された試験は、市販の振動絶縁板（特に、シュレプファー アー ゲー（Ｓｃｈｒｅｐｆｅｒ ＡＧ）社の商号エアロック（ＡｉｒＬｏｃ，登録商標）のビロック（ＢｉＬｏｃ，登録商標）４１０及びエアロック（ＡｉｒＬｏｃ，登録商標）７１５）により実施され、これは、図３に従って締め付けられる。その際、太い線は、（従来技術による）減衰されない状態を反映する。細い曲線は、被加工物支持体−機台系の共振周波数の本質的な減少が達成され得ることを示す。

機台被加工物支持体の部分系の共振周波数は、（従来技術によれば）被加工物支持体−被加工物系の共振周波数範囲の比較的近傍にまたはその上に在る。被加工物支持体４の機台３への結合が弱くなると、共振周波数は、さらに小さく（即ち低く）なり、被加工物支持体−被加工物系−系がより小さく励振される。

結合の目的は、同様に、高周波（本例では約１２Ｈｚの臨界が示された）の範囲において被加工物支持体４をできるだけ小さく励振することである。これは、機台被加工物支持体の部分系ができるだけ低い共振周波数を有することによって、達成され得る。

図１０は、ブリッジ６のビーム工具２による加速度ジャンプに関する機台３の応答と、プレート状のダンパ部材による被加工物支持体４の応答（７Ｈｚにおける最大値を備えた細い曲線）と、ダンパ部材なしの被加工物支持体４の応答（約１３Ｈｚにおける最大値を備えた太い曲線）を示す。その際、被加工物支持体４がダンパ部材７によりダンパ部材なしの場合よりもより大きく振動するが、この振動が本質的に低い周波数（ほぼ７Ｈｚ）において起こるということが明らかである。上方の本例に関して確認された（約１２Ｈｚの）臨界周波数において、ダンパ部材７を備えた被加工物支持体４は、ダンパ部材なしの場合よりも三倍少なく振動する。

波動現象は明らかに減少され得る（図１２）。

本発明は、図示された実施形態に関して限定されず、ダンパ部材７は、バネ−ダンパ部材、油圧ダンパ及び／または圧電ダンパの形態でも構成され得る。

本発明のさらなる変形例を図１３が示す。被加工物支持体４は、フレーム１４と、フレーム１４に支持されたグリッド部材２１と、を含む。グリッド部材２１は、フレーム１４と（ここでは、バネ−ダンパ部材の形態での）ダンパ部材７を介して連結されている。即ち、この場合、ダンパ部材７は、個々のグリッド部材２１とフレーム１４との間で、被加工物支持体４に取り付けられる、即ち振動の切り離しが、この実施形態ではフレーム１４とグリッド部材２１の間で行なわれる。

図１３から分かるように、バネ−ダンパ部材の形態でのダンパ部材７は、支持体面１５に対して平行に向けられる、即ちダンパ部材７の減衰方向（方向１９）は、本質的に被加工物支持体４の支持体面１５に対して平行に向いている。図１３は、ダンパ部材７自体が被加工物支持体４内に一体化され得るための例を示す。バネ−ダンパ部材は、また支持体面１５に対して傾斜して方向づけられ得る。しかしながら、（図３の実施形態におけると同様に）ダンパ部材７によりもたらされる減衰の少なくとも一つの方向成分が支持体面１５に対して平行に在ると好適であり、それによりこの方向１９における振動の切り離しが保証され得る。

本発明は、説明された実施形態に限定されず、その中で際立たせられた観点に限定される。むしろ、本発明の思想内で、当業者の取扱の範囲内に在る多数の変形が可能である。同様に、上述した手段及び特徴の組合せによって、本発明の範囲を離れることなく、さらなる構造変形例を実現することも可能である。

１ ビーム加工装置、２ ビーム工具、３ 機台、４ 被加工物支持体、５ 被加工物、６ ブリッジ、７ ダンパ部材、８ クランプ装置、９ クランプ方向、１０ 切り込み、１１ 凹部、１２ カバー、１３ 導電性の部分、１４ フレーム、１５ 支持体面、１６ ローラー、１７ 金属プレート、１８ 支持体面に垂直な方向、１９ 支持体面に平行な方向、２０ アクチュエータ、２１ グリッド部材。

Claims (23)

1. 被加工物（５）の加工のためのビーム加工装置（１）であって、
   機台（３）と、
   前記機台（３）に保持される被加工物支持体（４）と、
   前記機台（３）に支持され、前記被加工物支持体（４）に対して移動可能なビーム工具（２）と、
   前記ビーム工具（２）と、前記被加工物支持体（４）で定義される前記被加工物（５）のための支持体面（１５）との間の振動を伝達する接続経路である前記機台（３）と前記被加工物支持体（４）の間に、互いに間隔を空けて複数並列に設けられるダンパ部材（７）と、を含み、
   前記ダンパ部材（７）は、前記機台（３）と前記被加工物支持体（４）の間にクランプされた状態において、前記被加工物支持体（４）の前記支持体面（１５）に対して平行でクランプ方向（９）に対して垂直な方向（１９）の剛性が、前記クランプ方向（９）の剛性よりも低いこと、
   を特徴とするビーム加工装置（１）。
2. 複数の前記ダンパ部材（７）に仲介される制振の制振方向（１９）が、前記被加工物支持体（４）の前記支持体面（１５）に略平行に位置すること、
   を特徴とする、請求項１に記載のビーム加工装置。
3. 被加工物（５）の加工のためのビーム加工装置（１）であって、
   機台（３）と、
   前記機台（３）に保持される被加工物支持体（４）と、
   前記機台（３）に支持され、前記被加工物支持体（４）に対して移動可能なビーム工具（２）とを含み、
   前記ビーム工具（２）と、前記被加工物支持体（４）で定義される前記被加工物（５）のための支持体面（１５）との間の振動を伝達する接続経路に、ダンパ部材（７）が互いに間隔を空けて複数並列に設けられており、
   前記ダンパ部材（７）が前記被加工物支持体（４）に組み込まれ、
   前記被加工物支持体（４）がフレーム（１４）及び前記フレーム（１４）に担持されたグリッド部材（２１）を含み、
   前記グリッド部材（２１）が前記フレーム（１４）と前記ダンパ部材（７）を介して接続されること、
   を特徴とするビーム加工装置。
4. 複数の前記ダンパ部材（７）が、前記被加工物支持体（４）の前記機台（３）との接合によって囲まれることを特徴とする、請求項１又は２に記載のビーム加工装置。
5. 前記被加工物支持体（４）の前記機台（３）との接合が、それによって前記被加工物支持体（４）が前記機台（３）に固定可能な、少なくとも１つの力による接続装置（８）を含み、
   固定状態において前記ダンパ部材（７）が前記被加工物支持体（４）と前記機台（３）との間にクランプ方向（９）に挟まれて配置されることを特徴とする、請求項４に記載のビーム加工装置。
6. 前記被加工物支持体（４）の前記機台との接合が少なくとも１つの解除可能なクランプ装置（８）を含み、それによって被加工物支持体（４）を向かい合う側から挟むことができ、そのとき挟まれた状態で前記ダンパ部材（７）がそれぞれ前記被加工物支持体（４）と前記クランプ装置（８）の間に挟まれることを特徴とする、請求項４又は５に記載のビーム加工装置。
7. クランプ方向（９）が前記被加工物支持体（４）の前記支持体面（１５）に略平行にあることを特徴とする、請求項５又は６に記載のビーム加工装置。
8. 前記機台（３）に対する前記被加工物支持体（４）の共振振動数が、前記支持体面（１５）に平行な少なくとも１つの方向（１９）で、前記支持体面（１５）に垂直な方向（１８）の共振振動数よりも小さくなるように、前記被加工物支持体（４）の前記機台（３）との接合がその総体において形成されていること、
   を特徴とする請求項１又は２、又は、請求項４から７のいずれか１項に記載のビーム加工装置。
9. 前記機台（３）に関する前記被加工物支持体（４）の共振振動数が、前記支持体面（１５）に平行な少なくとも１つの方向（１９）で、１０Ｈｚ以下の値を有するように、前記ダンパ部材（７）が形成されること、
   を特徴とする、請求項１又は２、又は、請求項４から７のいずれか１項に記載のビーム加工装置。
10. 前記機台（３）に関する前記被加工物支持体（４）の共振振動数が、前記支持体面（１５）に平行な少なくとも１つの方向（１９）で、８Ｈｚ以下の値を有するように、前記ダンパ部材（７）が形成されること、
    を特徴とする、請求項１又は２、又は、請求項４から９のいずれか１項に記載のビーム加工装置。
11. 前記ビーム工具（２）が、前記被加工物支持体（４）の前記支持体面（１５）に略平行に延びる直線的な駆動軸（Ｘ、Ｙ）を介して前記機台（３）と接続され、
    前記ダンパ部材（７）が内設された状態で、最大の慣性モーメントを有する前記駆動軸（Ｘ）に平行な方向に、又は前記機台（３）に対する前記ビーム工具（２）の最大加速の場合に前記機台（３）の最大の撓み或いは励振が生じる方向に平行である方向に、最大の慣性モーメントを有する前記駆動軸（Ｘ）に垂直な方向、又は前記機台（３）に対する前記ビーム工具（２）の最大の加速の場合に前記機台（３）の最大の撓み或いは励振が生じる方向に垂直である方向より、小さい剛性を有すること、
    を特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載のビーム加工装置。
12. 前記ビーム工具（２）が移動方向（Ｘ）に沿って可動であるブリッジ（６）上に配置され、内設された状態で前記ダンパ部材（７）の剛性が、前記ブリッジ（６）の移動方向（Ｘ）に平行な方向に、又は前記機台（３）に対する前記ブリッジ（６）の最大加速の場合、機台（３）の最大の撓み或いは励振が生じる方向に平行である場合に、前記ブリッジ（６）の移動方向（Ｘ）に垂直な方向、又は前記機台（３）に対する前記ブリッジ（６）の最大加速の場合、前記機台（３）の最大の撓み或いは励振が生じる方向に垂直である方向よりも小さいことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載のビーム加工装置。
13. 前記ダンパ部材（７）が板状に形成され、前記被加工物支持体（４）の前記支持体面（１５）に対して横向けに位置すること、
    を特徴とする、請求項１又は２、又は、請求項４から７のいずれか１項に記載のビーム加工装置。
14. 前記ダンパ部材（７）が板状に形成され、前記被加工物支持体（４）の前記支持体面（１５）に対して略垂直に位置すること、
    を特徴とする、請求項３に記載のビーム加工装置。
15. 装置の剛性の軽減のための前記ダンパ部材（７）が、少なくとも１つの切り込み（１０）及び／又は少なくとも１つの凹部（１１）を具備し、前記少なくとも１つの切り込み（１０）及び／又は前記少なくとも１つの凹部（１１）が前記被加工物支持体（４）の前記支持体面（１５）に対して横向けに延在すること、
    を特徴とする、請求項１又は２、又は、請求項４から７のいずれか１項に記載のビーム加工装置。
16. 装置の剛性の軽減のための前記ダンパ部材（７）が、少なくとも１つの切り込み（１０）及び／又は少なくとも１つの凹部（１１）を具備し、前記少なくとも１つの切り込み（１０）及び／又は前記少なくとも１つの凹部（１１）が前記被加工物支持体（４）の前記支持体面（１５）に対して略垂直に延在すること、
    を特徴とする、請求項３に記載のビーム加工装置。
17. 前記ダンパ部材（７）が前記被加工物支持体（４）の前記支持体面（１５）に垂直な方向で、前記支持体面（１５）に平行な方向においてより大きい延在を有し、及び／又は少なくとも２つの前記支持体面（１５）に平行な方向に隣接して配置された前記ダンパ部材（７）が構造的ユニットに統合されていること、
    を特徴とする、請求項３に記載のビーム加工装置。
18. 前記ダンパ部材（７）がエラストマー性材料から成り、前記ダンパ部材（７）の厚さが無負荷状態で２０ｍｍ以下であること、
    を特徴とする、請求項１から１７のいずれか１項に記載のビーム加工装置。
19. 前記ダンパ部材（７）がエラストマー性材料から成り、前記ダンパ部材（７）の厚さが無負荷状態で１５ｍｍ以下であること、
    を特徴とする、請求項１８に記載のビーム加工装置。
20. 前記被加工物支持体（４）と測定装置の間の電気接続を確立するために、少なくとも１つの前記ダンパ部材（７）が、少なくとも１つのその大きな面に、カバープレート状の、そこから導電性の部分（１３）が延びる、導電性のカバー（１２）を具備すること、
    を特徴とする、請求項１又は２、又は、請求項４から７のいずれか１項に記載のビーム加工装置。
21. 前記ダンパ部材（７）が、被加工物支持体側で前記被加工物支持体（４）の前記フレーム（１４）に固定された金属プレート（１７）であって、その上側に前記ダンパ部材（７）を被う突出縁を具備する金属プレートに着接されていること、
    を特徴とする、請求項３に記載のビーム加工装置。
22. 前記ダンパ部材（７）が、ばね又は油圧ダンパ又は圧電素子を含み、又は前記ダンパ部材（７）が、ゴム金属部材である摩擦ダンパであること、
    を特徴とする、請求項１から２１のいずれか１項に記載のビーム加工装置。
23. 前記ダンパ部材（７）が、前記ビーム加工装置（１）に、固定装置の解除によって取り外し可能に形成されること、
    を特徴とする、請求項１から２２のいずれか１項に記載のビーム加工装置。

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