JP7392857B2 - レーザ加工機及びワーク加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工機及びワーク加工方法に関する。

レーザ加工機は、板状のワークに成形、タップ加工の下穴として穴部を形成する穴あけ加工を行うことが可能である。穴あけ加工は、複数の突起部を有するテーブルにより板状のワークが支持された状態で、ワークに形成する穴部の輪郭に沿ってレーザヘッドによりレーザ光を照射する加工である。スラグは、通常、ワークから落下して除去される。しかしながら、落下する筈のスラグは、落下が突起部に阻害され、穴部に嵌まり込んで落下しないことがある。また、切断不良が生じた場合にも、落下する筈のスラグは、ワークに溶着して落下しないことがある。スラグが落下していない状態のワークは、穴部に対する成形、タップ加工を行うときに、加工不良、金型の破損、タップの破損の要因となり得る。

特許文献１には、複数の突起部を有するテーブルにより板状のワークを支持した状態において、穴あけ加工により形成された穴部に残ったスラグを棒状工具により突き落とすことが開示されている。

特開平４－２３１１９２号公報

テーブルの突起部の真上で穴あけ加工が行われた場合、特許文献１に開示されている方法は、スラグを突き落とすときの衝撃によって突起部を破損させてしまう可能性があるため適用できない。

本発明の一態様に係るレーザ加工機は、板状のワークをレーザ加工する。レーザ加工機は、複数の突起部を有し、突起部の上端でワークを支持するテーブルを備える。レーザ加工機は、テーブル上のワークに形成する穴部の輪郭に沿ってレーザ光を照射して穴あけ加工を行うレーザヘッドを備える。レーザ加工機は、レーザ加工されたワークを搬送する搬送装置を備える。レーザ加工機は、穴部に残ったスラグを突き落とす棒状工具を備える。レーザ加工機は、平面視でテーブルの外側であって下方にスラグの排出空間を有する処理位置に、穴あけ加工により形成された穴部が配置されるまで、搬送装置によりワークを搬送する。レーザ加工機は、処理位置において、穴部に嵌まり込んで又は溶着して残ったスラグを棒状工具により突き落とす。

本発明の一態様に係るワーク加工方法は、レーザ加工により板状のワークを加工する。ワーク加工方法は、テーブルに備える複数の突起部の上端でワークを支持することを含む。ワーク加工方法は、テーブル上のワークに形成する穴部の輪郭に沿ってレーザ光を照射して穴あけ加工を行うことを含む。ワーク加工方法は、平面視でテーブルの外側であって下方にスラグの排出空間を有する処理位置に、穴あけ加工により形成された穴部が配置されるまで、搬送装置によりワークを搬送することを含む。ワーク加工方法は、処理位置において、穴部に嵌まり込んで又は溶着して残ったスラグを棒状工具により突き落とすことを含む。

本発明の一態様に係るレーザ加工機及びワーク加工方法は、テーブルの突起部を破損させることなく、穴部に残ったスラグを確実に突き落とすことができる。

本発明の一態様に係るレーザ加工機は、棒状工具によりスラグを突き落とした穴部に対して二次加工を行う二次加工工具を備えてよい。この態様に係るレーザ加工機は、スラグが突き落とされた穴部に対する二次加工を行うことができる。

本発明の一態様に係るレーザ加工機は、棒状工具と二次加工工具とのいずれか一方を選択して処理位置に位置決めしてよい。この態様に係るレーザ加工機は、二次加工工具の干渉を受けることなくスラグの突き落しを行うことができ、棒状工具の干渉を受けることなく二次加工を行うことができる。

本発明の一態様に係るレーザ加工機は、棒状工具に対してワークを挟んで配置され、棒状工具を挿入可能な環状部材を備えてよい。レーザ加工機は、１つの棒状工具及び１つの環状部材を一組として複数組配置し、穴部の大きさに合わせていずれか一組を選択して用いてよい。この態様に係るレーザ加工機は、大きさが異なる複数種類の穴部に残ったスラグを好適に突き落とすことができる。

本発明の一態様に係るレーザ加工機は、棒状工具の動作を制御する制御部を備えてよい。制御部は、ワークに形成された全ての穴部に対して棒状工具によりスラグを突き落とす動作を実行させてよい。この態様に係るレーザ加工機は、穴部に残ったスラグを確実に突き落とすことができる。

本発明の一態様に係るレーザ加工機は、棒状工具の動作を制御する制御部を備えてよい。制御部は、ワークにおいて突起部の直上で形成された穴部に対して棒状工具によりスラグを突き落とす動作を実行させてよい。この態様に係るレーザ加工機は、スラグを突き落とす動作に係る時間を短縮することができる。

本発明の一態様に係るレーザ加工機は、棒状工具の動作を制御する制御部を備えてよい。レーザ加工機は、穴あけ加工により形成された穴部を撮像する撮像部を備えてよい。制御部は、撮像部により撮像された画像から穴部にスラグが残っているかを判定し、穴部にスラグが残っていると判定した場合にその穴部に対して棒状工具によりスラグを突き落とす動作を実行させてよい。この態様に係るレーザ加工機は、穴部に残ったスラグを確実に突き落とすことができるだけでなく、スラグを突き落とす動作に係る時間を短縮することができる。

レーザ加工機の外観斜視図の一例を示す図である。 レーザヘッドの構成の一例を示す図である。 突き落とし部の外観斜視図の一例を示す図である。 穴あけ加工を制御する手順の一例を示すフローチャートである。 穴あけ加工の手順の一例を示す図である。 穴あけ加工の手順の一例を示す図である。 スラグの突き落としと二次加工とを制御する手順の一例を示すフローチャートである。 スラグの突き落としの手順の一例を示す図である。 スラグの突き落としの手順の一例を示す図である。 スラグの突き落としに適した棒状工具の径と環状部材の径について説明するための参照図である。 スラグの突き落としと二次加工とを制御する手順の他の例を示すフローチャートである。 穴あけ加工を制御する手順の他の例を示すフローチャートである。 スラグの突き落としと二次加工とを制御する手順の他の例を示すフローチャートである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定しない。また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

以下、図中の方向は、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。このＸＹＺ座標系は、鉛直方向をＺ方向とし、水平方向をＸ方向、Ｙ方向とする。また、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、適宜、矢印によって指し示す側を＋側と称し、その反対側を－側と称する。

図１は、レーザ加工機１の外観斜視図の一例を示す図である。レーザ加工機１は、板状のワークＷに対するレーザ加工、二次加工、及びスラグの突き落としを行う装置である。レーザ加工機１は、レーザ加工装置１００、搬送装置２００、二次加工装置３００及び制御部４００を備える。制御部４００は、レーザ加工装置１００、搬送装置２００、及び二次加工装置３００の動作を制御する。

レーザ加工装置１００は、ワークＷに対するレーザ加工を行う装置である。レーザ加工装置１００は、フレーム１１０Ａ、フレーム１１０Ｂ、下部フレーム１１０Ｃ、テーブル１２０、レーザヘッド１３０及びヘッド駆動部１４０を備える。

レーザ加工装置１００は、レーザ加工領域Ｒ１においてワークＷに対するレーザ加工を行う。レーザ加工領域Ｒ１は、フレーム１１０Ａとフレーム１１０Ｂとに囲まれた領域である。フレーム１１０Ａ及びフレーム１１０Ｂは、Ｚ方向に起立し、Ｘ方向に延びる板状のメインフレームである。フレーム１１０Ａ及びフレーム１１０Ｂは、下部フレーム１１０Ｃにより互いに連結され、ヘッド駆動部１４０を支持する。下部フレーム１１０Ｃは、レーザ加工領域Ｒ１の下方に設けられ、テーブル１２０を支持する。フレーム１１０Ａは、搬送装置２００により搬送されるワークＷが通過可能な開口部１１０ＡＯを備える。

テーブル１２０は、レーザ加工領域Ｒ１においてワークＷを支持する部材である。テーブル１２０は、矩形状のベースプレート１２１、及び複数の支持プレート１２２を備える。複数の支持プレート１２２は、ベースプレート１２１の上面に立った状態でＸ方向に並んで設けられる。支持プレート１２２の上端部には、複数の突起部１２２Ａが形成される。テーブル１２０は、突起部１２２Ａの上端でワークＷの下面を支持する。突起部１２２Ａは、例えば鋸歯状であり、ベースプレート１２１からの高さが同一となるように形成される。

レーザヘッド１３０は、制御部４００による制御に従って、テーブル１２０上のワークＷにレーザ光を照射してレーザ加工を行う装置である。例えば、レーザヘッド１３０は、テーブル１２０上のワークＷに形成する穴部の輪郭に沿ってレーザ光を照射して穴あけ加工を行うことが可能である。

図２は、レーザヘッド１３０の構成の一例を示す図である。レーザヘッド１３０は、ノズル１３１、光ファイバ１３２、コリメータ１３３、ビームスプリッタ１３４及び集光レンズ１３５を備える。

レーザヘッド１３０は、ノズル１３１の出射口１３１Ａから加工用レーザ光Ｌ１及び照明用レーザ光Ｌ２をワークＷに向けて照射する。レーザヘッド１３０は、ワークＷに対して、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に相対的に移動可能に設けられる。レーザヘッド１３０は、ワークＷに対して相対的に移動しながら、ワークＷに形成する切断ラインに沿って加工用レーザＬ１を照射することで切断加工を行う。

光ファイバ１３２は、レーザ発振器１５０に接続され、レーザ発振器１５０から出力される加工用レーザ光をレーザヘッド１３０に導入する。

コリメータ１３３は、加工用レーザ光Ｌ１の入射側の焦点が光ファイバ１３２の端部の位置と一致するように設けられ、レーザ発振器１５０から出力される加工用レーザ光Ｌ１を平行光に変換する。

ビームスプリッタ１３４は、コリメータ１３３を通過した加工用レーザ光Ｌ１が入射する位置に設けられ、加工用レーザ光Ｌ１を反射し、照明用レーザ光Ｌ２を透過させる。

集光レンズ１３５は、ビームスプリッタ１３４で反射した加工用レーザ光Ｌ１が入射する位置に設けられ、入射する加工用レーザ光Ｌ１を集光する。光学系駆動部１６０は、集光レンズ１３５を光軸に沿って移動させてワークＷ側の焦点を調整する。

レーザヘッド１３０には、照明ユニット１６０が着脱自在に接続される。照明ユニット１６０は、レーザアレイ１６１及びコリメータ１６２を備える。レーザアレイ１６１は、加工用レーザ光Ｌ１と異なる波長の照明用レーザ光Ｌ２を発する。コリメータ１６２は、レーザアレイ１６１から照明用レーザ光Ｌ２が入射する位置に設けられ、レーザアレイ１６１から入射する照明用レーザ光Ｌ２を平行光に変換する。

レーザヘッド１３０は、ハーフミラー１３６を備える。ハーフミラー１３６は、コリメータ１６２を通過した照明用レーザ光Ｌ２が入射する位置に設けられ、照明用レーザ光Ｌ２の一部を反射し、一部を通過させる。

ハーフミラー１３６で反射した照明用レーザ光Ｌ２は、ビームスプリッタ１３４を通過する。集光レンズ１３５は、ビームスプリッタ１３４を通過した照明用レーザ光Ｌ２を集光する。ワークＷにおいて照明用レーザ光Ｌ２が照射される領域は、ワークＷに対して加工用レーザ光Ｌ１が照射される領域を含むように設定される。

レーザヘッド１３０には、撮像部１７０が設けられる。撮像部１７０は、加工用レーザ光Ｌ１が照射される領域を撮像する装置である。撮像部１７０は、撮像素子１７１を備える。撮像素子１７１は、照明用レーザ光Ｌ２の照明がワークＷで反射錯乱した戻り光を検出し、画像データを生成するイメージセンサである。

ワークＷからの戻り光は、集光レンズ１３５を通過してビームスプリッタ１３４に入射する。戻り光は、照明用レーザ光Ｌ２がワークＷで反射錯乱した光と、加工用レーザ光Ｌ１がワークＷで反射した光とを含む。照明用レーザ光Ｌ２に由来する光は、ビームスプリッタ１３４を通過してハーフミラー１３６に入射する。一方、加工用レーザ光Ｌ１に由来する光は、ビームスプリッタ１３４で反射する。

ワークＷが溶融した溶融金属がワークＷの切断面等に溶着している場合、戻り光は、溶融金属から放射される赤外から近赤外の波長帯の光を含む。溶融金属に起因する光は、ビームスプリッタ１３４を通過してハーフミラー１３６に入射する。

レーザヘッド１３０は、波長選択フィルタ１３７及び結像レンズ１３８を備える。波長選択フィルタ１３７は、例えば、ダイクロイックミラー、ノッチフィルター等である。ハーフミラー１３６に入射した戻り光は、ハーフミラー１３６を通過して波長選択フィルタ１３７に入射する。照明用レーザ光Ｌ２に由来する光は、波長選択フィルタ１３７で反射して結像レンズ１３８に入射する。一方、加工用レーザ光Ｌ１に由来する光は、波長選択フィルタ１３７を透過する。結像レンズ１３８は、波長選択フィルタ１３７で反射した光を撮像素子１７１に集光する。

レーザ加工機１は、画像処理部５００を備える。画像処理部５００は、撮像部１７０及び制御部４００と通信可能に接続される。撮像部１７０は、撮像素子１７１により生成された画像データを画像処理部５００に送信する。画像処理部５００は、撮像部１７０から送信された画像データを受信すると、画像データに対する画像処理を実行し、加工状態に関するデータを生成する。画像処理部５００は、加工状態に関するデータとして、例えば、カーフ幅を示すデータを生成する。カーフ幅は、例えば、レーザ加工によるカーフの両端のエッジを検出し、画像上のエッジ間の距離を実スケールの距離に変換することで算出可能である。画像処理部５００は、加工状態に関するデータを生成すると、そのデータを制御部４００に送信する。

また、レーザヘッド１３０には、アシストガス供給部１８０が接続される。アシストガス供給部１８０は、ノズル１３１内にアシストガスを供給する装置である。アシストガスは、レーザ加工において、溶融した材料を除去するために用いられる。

図１の説明に戻り、レーザヘッド１３０は、ヘッド駆動部１４０に設けられ、ヘッド駆動部１４０により、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動可能である。ヘッド駆動部１４０は、ガントリ１４０Ａ、スライダ１４０Ｂ及び昇降部１４０Ｃを備える。

ガントリ１４０Ａは、フレーム１１０Ａ及びフレーム１１０Ｂの上部に、Ｙ方向に沿って設けられる。ヘッド駆動部１４０は、ガントリ１４０ＡをＸ方向に移動させるボールねじ機構等の駆動機構を備える。ガントリ１４０Ａは、この駆動機構によりＸ方向に移動可能である。ガントリ１４０Ａの上面には、スライダ１４０Ｂを案内するガイド１４０ＡＧがＹ方向に沿って設けられる。

スライダ１４０Ｂは、ガントリ１４０Ａの上面から－Ｘ側の面にわたって設けられる。ヘッド駆動部１４０は、スライダ１４０ＢをＹ方向に移動させるボールねじ機構等の駆動機構を備える。スライダ１４０Ｂは、この駆動機構によりＹ方向に移動可能である。スライダ１４０Ｂの－Ｘ側の面には、昇降部１４０Ｃを案内するガイド１４０ＢＧがＺ方向に沿って設けられる。

昇降部１４０Ｃは、スライダ１４０Ｂの－Ｘ側の面に設けられる。ヘッド駆動部１４０は、昇降部１４０ＣをＺ方向に移動させるボールねじ機構等の駆動機構を備える。昇降部１４０Ｃは、この駆動機構によりＺ方向に移動可能である。

レーザヘッド１３０は、昇降部１４０Ｃの下部に保持される。レーザヘッド１３０は、ガントリ１４０ＡがＸ方向に移動することより、レーザ加工領域Ｒ１の上方においてＸ方向に移動可能である。また、レーザヘッド１３０は、スライダ１４０ＢがＹ方向に移動することにより、レーザ加工領域Ｒ１の上方においてＹ方向に移動可能である。また、レーザヘッド１３０は、昇降部１４０ＣがＺ方向に移動することにより、レーザ加工領域Ｒ１の上方においてＺ方向に移動可能である。

搬送装置２００は、レーザ加工装置１００によってレーザ加工されたワークＷを搬送する装置である。搬送装置２００は、キャリッジ２１０、プレート２２０、及び複数のワークホルダ２３０を備える。

キャリッジ２１０は、Ｙ方向に移動可能に設けられる。プレート２２０は、キャリッジ２１０の＋Ｙ側の側面に設けられる。複数のワークホルダ２３０は、プレート２２０の＋Ｙ側の面から突出した状態で、Ｘ方向に間隔を置いて設けられる。ワークホルダ２３０は、ワークＷの端部を挟み込んで把持可能である。

二次加工装置３００は、二次加工領域Ｒ２において、ワークＷに対する二次加工、及びスラグの突き落としを行う装置である。二次加工領域Ｒ２は、平面視でテーブル１２０の外側であって下方にスラグの排出空間ＥＳを有する領域である。

二次加工装置３００は、フレーム３１０、二次加工部３２０及び突き落とし部３３０を備える。

フレーム３１０は、縦フレーム３１０Ａ及び横フレーム３１０Ｂを備える。縦フレーム３１０Ａは、Ｚ方向に起立し、Ｘ方向に延びる板状の部材である。縦フレーム３１０Ａは、一枚の金属部材から形成されており、ワークＷに対する二次加工、及びスラグの突き落としを行うために十分な強度を備えるように、板質及び板厚等が設定される。縦フレーム３１０Ａは、二次加工装置３００の各部を支持する。縦フレーム３１０Ａには、搬送装置２００により搬送されるワークＷが通過可能な開口部３１０ＡＯが設けられる。横フレーム３１０Ｂは、縦フレーム３１０Ａの－Ｙ側に設けられ、Ｘ方向に延びる板状の部材である。横フレーム３１０Ｂは、二次加工部３２０及び突き落とし部３３０を吊り下げた状態で支持する。

二次加工部３２０は、ワークＷに対する二次加工を行う装置である。二次加工部３２０は、横フレーム３１０Ｂの下面にＸ方向に沿って設けられたガイドに吊り下げられており、ガイドに沿ってＸ方向に移動可能である。二次加工部３２０は、ワークＷに対する二次加工を行うための二次加工工具３２１を備える。二次加工工具３２１は、例えば、穴あけ加工によりワークＷに形成された穴部の切断面に、ねじが入る筋を切るタップ加工を行うための工具である。ワークＷの穴部に対してタップ加工を行う場合、二次加工部３２０は、ワークＷの穴部の切断面に二次加工工具３２１を接触させて回転させる。また、二次加工部３２０は、突き落とし部３３０によりスラグが突き落とされた穴部に対してタップ加工を行うことが可能である。

ここで、穴あけ加工は、複数の突起部１２２Ａを有するテーブル１２０によりワークＷが支持された状態で、ワークＷに形成する穴部の輪郭に沿ってレーザヘッド１３０によりレーザ光を照射する加工である。スラグは、通常、ワークＷから落下して除去される。しかしながら、落下する筈のスラグは、落下が突起部１２２Ａに阻害され、穴部に嵌まり込んで落下しないことがある。また、切断不良が生じた場合にも、落下する筈のスラグは、ワークＷに溶着して落下しないことがある。突き落とし部３３０は、穴あけ加工によりワークＷに形成された穴部に残ったスラグを突き落とす装置である。

図３は、突き落とし部３３０の外観斜視図の一例を示す図である。突き落とし部３３０は、ストライカー支持体３３１、ストライカー３３２、工具支持体３３３、複数の棒状工具３３４、環状部材支持体３３５、及び複数の環状部材３３６を備える。

ストライカー支持体３３１は、フレーム３３１Ａ及び昇降駆動部３３１Ｂを備える。フレーム３３１Ａは、昇降駆動部３３１Ｂを支持する。フレーム３３１Ａは、横フレーム３１０Ｂの下面にＸ方向に沿って設けられたガイドに吊り下げており、ガイドに沿ってＸ方向に移動可能である。昇降駆動部３３１Ｂは、電動モータ等の駆動装置の駆動力によりストライカー３３２を昇降させる。

ストライカー３３２は、下降することにより棒状工具３３４を駆動する。ストライカー３３２は、円筒状に形成され、昇降駆動部３３１Ｂにより駆動されて昇降する。ストライカー３３２の下端部は、棒状工具３３４の上端部の形状に対応するように形成される。スラグの突き落としは、ストライカー３３２が下降して棒状工具３３４を下降させることにより行われる。

工具支持体３３３は、環状部材支持体３３５に対してワークＷを挟む位置に設けられ、Ｘ方向に沿って複数の棒状工具３３４を支持する。複数の棒状工具３３４は、穴部に残ったスラグを突き落とすための工具である。複数の棒状工具３３４は、それぞれ棒状に形成され、互いに径が異なる。

工具支持体３３３は、駆動部３３３Ａ、及び複数の弾性部材３３３Ｂを備える。工具支持体３３３は、縦フレーム３１０Ａの壁面に設けられたガイド３１０Ｃに支持され、駆動部３３３Ａに駆動されてガイド３１０Ｃに沿ってＸ方向に移動可能である。工具支持体３３３は、ストライカー３３２によって棒状工具３３４が下降するときに、棒状工具３３４の下端部が下方に突出するように、棒状工具３３４を支持する。複数の弾性部材３３３Ｂは、複数の棒状工具３３４にそれぞれ対応して設けられ、棒状工具３３４を弾性的に支持する。弾性部材３３３Ｂは、ストライカー３３２が下降するときに圧縮され、ストライカー３３２が上昇するときの弾性力により棒状工具３３４を下降前の元の位置まで上昇させる。

環状部材支持体３３５は、工具支持体３３３に対してワークＷを挟む位置に設けられ、Ｘ方向に沿って設けられた複数の環状部材３３６を支持する。複数の環状部材３３６は、ストライカー３３２に駆動されて下降する棒状工具３３４を挿入可能な部材である。複数の環状部材３３６は、それぞれ中空の円筒状に形成され、互いに径が異なる。

環状部材支持体３３５は、駆動部３３５Ａを備える。環状部材支持体３３５は、縦フレーム３１０Ａの壁面に設けられたガイド３１０Ｄに支持され、駆動部３３５Ａに駆動されてガイド３１０Ｄに沿ってＸ方向に移動可能である。環状部材支持体３３５は、棒状工具３３４によってワークＷの穴部に残ったスラグが突き落とされるときに、突き落とされたスラグが環状部材支持体３３５の下方に落下するように、環状部材３３６を支持する。

図４は、穴あけ加工を制御する手順の一例を示すフローチャートである。図５及び図６は、穴あけ加工の手順の一例を示す図である。以下の説明においては、レーザ加工装置１００による穴あけ加工の手順について説明する。

制御部４００は、図５に示すように、閉経路Ｃ１に沿ってレーザ光を照射する切断加工を行うように、レーザ加工装置１００の動作を制御する（ステップＳ１０１）。

ステップＳ１０１において、制御部４００は、図５（Ａ）に示すように、ワークＷに形成する穴部の輪郭ＷＣの中心位置Ｑ１にレーザヘッド１３０のノズル１３１を対向させた後、ノズル１３１からレーザ光を照射させる。ワークＷの上面には、径Ｄ１を有するレーザ光のスポットＬＳが形成される。そして、制御部４００は、レーザ光のスポットＬＳがワークＷに形成する穴部の輪郭ＷＣに接する位置Ｑ２までレーザヘッド１３０を移動させる。

制御部４００は、図５（Ｂ）に示すように、スポットＬＳの中心が所定の閉経路Ｃ１に沿って移動するようにレーザヘッド１３０を移動させる。スポットＬＳの中心が閉経路Ｃ１に沿って移動することにより、スポットＬＳは、ワークＷに形成する穴部の輪郭ＷＣに接するように移動する。ワークＷは、レーザ光が照射された部分が溶融し、スポットＬＳが閉経路Ｃ１を一周したときに、スラグＳがワークＷから切り離される。これにより、ワークＷには、スポットＬＳの軌跡となった閉経路Ｃ１に沿った穴部が形成される。

ここで、スラグＳは、通常、ワークＷから落下して除去される。しかしながら、前述のとおり、落下する筈のスラグＳは、落下が突起部１２２Ａに阻害され、穴部に嵌まり込んで落下しないことがある。また、切断不良が生じた場合にも、落下する筈のスラグＳは、ワークＷに溶着して落下しないことがある。

そこで、制御部４００は、図６に示すように、閉経路Ｃ１の内側の閉経路Ｃ２に沿ってレーザ光を照射する切断加工を行うように、レーザ加工装置１００の動作を制御する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２において、制御部４００は、図６（Ａ）に示すように、スポットＬＳの径を、径Ｄ１よりも小さい径Ｄ２に変化させる。そして、制御部４００は、図６（Ｂ）に示すように、レーザ光のスポットＬＳの中心が閉経路Ｃ２に沿って移動するようにレーザヘッド１３０を移動させる。スポットＬＳの中心が閉経路Ｃ２に沿って移動することにより、レーザ光は、スラグＳの周縁に沿って照射される。スラグＳの周縁に沿ってレーザ光が照射されることにより、スラグＳが穴部に嵌まり込んでいたとしても、レーザ光は、スラグＳがワークＷに接している箇所にも照射される。また、スラグＳの周縁に沿ってレーザ光が照射されることにより、スラグＳがワークＷに溶着していたとしても、レーザ光は、スラグＳがワークＷに溶着している箇所にも照射される。その結果、スラグは、より確実にワークＷから落下して除去される。

ここで、スラグＳが落下していない状態のワークＷは、穴部に対する成形、タップ加工を行うときに、加工不良、金型の破損、タップの破損の要因となり得る。そこで、スラグＳが落下していない可能性もあることから、制御部４００は、穴部に対する成形、タップ加工を行う前に、穴部に残っている可能性があるスラグＳを突き落とすための処理を実行する。

図７は、スラグＳの突き落としと二次加工とを制御する手順の一例を示すフローチャートである。図８及び図９は、スラグＳの突き落としの手順の一例を示す図である。図１０は、スラグＳの突き落としに適した棒状工具３３４の径と環状部材３３６の径について説明するための参照図である。以下の説明においては、ワークＷに形成された全ての穴部に対してスラグＳの突き落としと二次加工とを行う手順について説明する。

レーザ加工装置１００によるレーザ加工が終わると、制御部４００は、ワークＷに穴部があるかを判定する（ステップＳ１０１）。例えば、制御部４００は、穴部を形成する穴あけ加工プログラムがレーザ加工プログラムに含まれていれば、ワークＷに穴部があると判定する。

ワークＷに穴部がないと判定した場合（ステップＳ２０１；ＮＯ）、制御部４００は、図７に示す処理を終了する。

ワークＷに穴部があると判定した場合（ステップＳ２０１；ＹＥＳ）、制御部４００は、その穴部がスラグＳを突き落とす処理位置に配置されるように、搬送装置２００にワークＷを搬送させる（ステップＳ２０２）。ワークＷに複数の穴部がある場合、制御部４００は、複数の穴部のうちのいずれかの穴部が処理位置に配置されるように、搬送装置２００にワークＷを搬送させる。ステップＳ２０２の処理が実行されることにより、搬送装置２００は、図８（Ａ）に示すように、二次加工領域Ｒ２における所定の処理位置に穴部が配置されるようにワークＷを搬送する。

そして、制御部４００は、スラグＳの突き落としに用いる棒状工具３３４が処理位置に位置決めされるように、二次加工装置３００に工具支持体３３３を移動させる（ステップＳ２０３）。例えば、制御部４００は、スラグＳの突き落としを行うときに干渉しない位置へ二次加工工具３２１をずらすように、二次加工装置３００に二次加工部３２０を移動させる。そして、制御部４００は、互いに径が異なる複数の棒状工具３３４のうち、穴部の径に応じて、スラグＳの突き落としに用いる棒状工具３３４を選択する。スラグＳの突き落としに用いる棒状工具３３４は、穴部の径よりも小さい径でなければならない。しかしながら、穴部の径に対して棒状工具３３４の径が小さすぎる場合には、棒状工具３３４がスラグＳを突き落とすときの力が不十分となる可能性がある。棒状工具３３４がスラグＳを突き落とすときの力が不十分である場合、図１０（Ａ）に示すように、ワークＷに溶着されたスラグＳは、ワークＷに溶着されたまま突き落とされない可能性がある。そこで、制御部４００は、穴部の径よりも小さい径の棒状工具３３４のうちの最も径が大きい棒状工具３３４を、スラグＳの突き落としに用いる棒状工具３３４として選択する。そして、制御部４００は、選択した棒状工具３３４が処理位置に位置決めされるように、二次加工装置３００に工具支持体３３３を移動させる。ステップＳ２０３の処理が実行されることにより、二次加工装置３００は、図８（Ｂ）に示すように、選択された棒状工具３３４が処理位置に配置された穴部の直上に配置されるように工具支持体３３３を移動させる。

そして、制御部４００は、スラグＳの突き落としに用いる環状部材３３６が処理位置に位置決めされるように、二次加工装置３００に環状部材支持体３３５を移動させる（ステップＳ２０４）。例えば、制御部４００は、互いに径が異なる複数の環状部材３３６のうち、穴部の径に応じて、スラグＳの突き落としに用いる環状部材３３６を選択する。スラグの突き落としに用いる環状部材３３６は、穴部の径よりも大きい径でなければならない。しかしながら、穴部の径に対して環状部材３３６の径が大きすぎる場合には、穴部の周りのワークＷを支持する力が不十分となる可能性がある。穴部の周りのワークＷを支持する力が不十分である場合、図１０（Ｂ）に示すように、穴部の周りのワークＷは、棒状工具３３４がスラグＳを突き落とすときの力に耐えきれず変形してしまう可能性がある。そこで、制御部４００は、穴部の径よりも大きい径の環状部材３３６のうちの最も径が小さい環状部材３３６を、スラグＳの突き落としに用いる環状部材３３６として選択する。そして、制御部４００は、選択した環状部材３３６が処理位置に位置決めされるように、二次加工装置３００に環状部材支持体３３５を移動させる。ステップＳ２０４の処理が実行されることにより、二次加工装置３００は、図９（Ａ）に示すように、選択された環状部材３３６が処理位置に配置された穴部の直下に配置されるように環状部材支持体３３５を移動させる。

そして、制御部４００は、穴部に残っている可能性があるスラグＳを棒状工具３３４により突き落とすように、二次加工装置３００にストライカー３３２を下降させる（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０５の処理が実行されることにより、二次加工装置３００は、スラグＳの突き落しに用いる棒状工具３３４の直上にストライカー３３２を移動させる。そして、二次加工装置３００は、図９（Ｂ）に示すように、ストライカー３３２を下降させて棒状工具３３４を駆動させ、棒状工具３３４によりスラグＳを突き落とす。穴部の径に対して適切な径の棒状工具３３４が用いられる場合、図１０（Ｃ）に示すように、ワークＷに溶着されたスラグＳは、棒状工具３３４により確実に突き落とされる。また、穴部の径に対して適切な径の環状部材３３６が用いられる場合、図１０（Ｃ）に示すように、穴部の周りのワークＷは、変形することがない。

そして、制御部４００は、スラグＳの突き落しを行った穴部に対する二次加工を行うかを判定する（ステップＳ２０６）。例えば、制御部４００は、スラグＳの突き落しを行った穴部に対して二次加工を行うためのプログラムが二次加工プログラムに含まれていれば、二次加工を行うと判定する。

二次加工を行うと判定した場合（ステップＳ２０６；ＹＥＳ）、制御部４００は、二次加工工具３２１が処理位置に位置決めされるように、二次加工装置３００に二次加工部３２０を移動させる（ステップＳ２０７）。例えば、制御部４００は、二次加工を行うときに干渉しない位置へ棒状工具３３４をずらすように、二次加工装置３００に工具支持体３３３を移動させる。また、制御部４００は、二次加工を行うときに干渉しない位置へ環状部材３３６ずらすように、二次加工装置３００に環状部材支持体３３５を移動させる。そして、制御部４００は、二次加工工具３２１が処理位置に位置決めされるように、二次加工装置３００に二次加工部３２０を移動させる。ステップＳ２０７の処理が実行されることにより、二次加工装置３００は、二次加工工具３２１が処理位置に配置された穴部の直上に配置されるように二次加工部３２０を移動させる。

そして、制御部４００は、穴部に対する二次加工を行うように、二次加工装置３００に二次加工部３２０を駆動させる（ステップＳ２０８）。ステップＳ２０８の処理が実行されることにより、二次加工装置３００は、二次加工部３２０の二次加工工具３２１によりタップ加工等の二次加工を行う。

ステップＳ２０６において二次加工を行わないと判定した場合（ステップＳ２０６；ＮＯ）、又はステップＳ２０８の処理を実行した後、制御部４００は、未処理の穴部があるかを判定する（ステップＳ２０９）。例えば、制御部４００は、スラグＳの突き落としを行った穴部の他に、穴部を形成する穴あけ加工プログラムがレーザ加工プログラムに含まれていれば、未処理の穴部があると判定する。

未処理の穴部があると判定した場合（ステップＳ２０９；ＹＥＳ）、制御部４００は、スラグＳを突き落とす処理位置に、未処理の穴部が配置されるように、搬送装置２００にワークＷを搬送させる（ステップＳ２０２）。

制御部４００は、ステップＳ２０９において未処理の穴部がないと判定されるまで、ステップＳ２０２からステップＳ２０９までの処理を繰り返し実行する。その結果、制御部４００は、ワークＷに形成された全ての穴部に対して棒状工具３３４によりスラグＳを突き落とす動作を実行させる。

未処理の穴部がないと判定した場合（ステップＳ２０９；ＮＯ）、制御部４００は、図７に示す処理を終了する。

以上説明したとおり、レーザ加工機１は、板状のワークＷをレーザ加工する装置である。レーザ加工機１は、複数の突起部１２２Ａを有し、突起部１２２Ａの上端でワークＷを支持するテーブル１２０を備える。また、レーザ加工機１は、テーブル１２０上のワークＷに形成する穴部の輪郭ＷＣに沿ってレーザ光を照射して穴あけ加工を行うレーザヘッド１３０を備える。また、レーザ加工機１は、レーザ加工されたワークＷを搬送する搬送装置２００を備える。また、レーザ加工機１は、穴部に残ったスラグＳを突き落とす棒状工具３３４を備える。そして、レーザ加工機１は、平面視でテーブル１２０の外側であって下方にスラグＳの排出空間ＥＳを有する処理位置に、穴あけ加工により形成された穴部が配置されるまで搬送装置２００によりワークＷを搬送する。そして、レーザ加工機１は、処理位置において、穴部に残ったスラグＳを棒状工具３３４により突き落とす。この構成によれば、レーザ加工機１は、テーブル１２０の突起部１２２Ａを破損させることなく、穴部に残ったスラグＳを確実に突き落とすことができる。

また、レーザ加工機１は、棒状工具３３４によりスラグＳを突き落とした穴部に対して二次加工を行う二次加工工具３２１を備える。この構成によれば、レーザ加工機１は、スラグＳが突き落とされた穴部に対する二次加工を行うことができる。

また、レーザ加工機１は、棒状工具３３４と二次加工工具３２１とのいずれか一方を選択して処理位置に位置決めする。この構成によれば、レーザ加工機１は、二次加工工具３２１の干渉を受けることなくスラグＳの突き落しを行うことができ、棒状工具３３４の干渉を受けることなく二次加工を行うことができる。

また、レーザ加工機１は、棒状工具３３４に対してワークＷを挟んで配置され、棒状工具３３４を挿入可能な環状部材３３６を備える。そして、レーザ加工機１は、１つの棒状工具３３４及び１つの環状部材３３６を一組として複数組配置し、穴部の大きさに合わせていずれか一組を選択して用いる。この構成によれば、レーザ加工機１は、大きさが異なる複数種類の穴部に残ったスラグＳを好適に突き落とすことができる。

また、レーザ加工機１は、棒状工具３３４の動作を制御する制御部４００を備える。制御部４００は、ワークＷに形成された全ての穴部に対して棒状工具３３４によりスラグＳを突き落とす動作を実行させる。この構成によれば、レーザ加工機１は、穴部に残ったスラグを確実に突き落とすことができる。

図１１は、スラグＳの突き落としと二次加工とを制御する手順の他の例を示すフローチャートである。以下の説明においては、ワークＷに形成された穴部のうち、テーブル１２０の突起部１２２Ａの直上で形成された穴部に対してスラグＳの突き落としと二次加工とを行う手順について説明する。図１１に示すフローチャートにおいて、図７に示すフローチャートの処理と同様の処理については、図７に示すフローチャートと同じ符号を付している。以下の説明においては、図７に示すフローチャートと同じ符号が付された処理の説明を省略する。

レーザ加工装置１００によるレーザ加工が終わると、制御部４００は、テーブル１２０の突起部１２２Ａの直上で形成された穴部があるかを判定する（ステップＳ３０１）。例えば、制御部４００は、突起部１２２Ａの直上の座標で穴部を形成する穴あけ加工プログラムがレーザ加工プログラムに含まれているかを判定する。そして、突起部１２２Ａの直上の座標で穴部を形成する穴あけ加工プログラムがレーザ加工プログラムに含まれていれば、制御部４００は、突起部１２２Ａの直上で形成された穴部があると判定する。

突起部１２２Ａの直上で形成された穴部がないと判定した場合（ステップＳ３０１；ＮＯ）、制御部４００は、図１１に示す処理を終了する。

突起部１２２Ａの直上で形成された穴部があると判定した場合（ステップＳ３０１；ＹＥＳ）、制御部４００は、ステップＳ２０２からステップＳ２０８の処理を実行する。

ステップＳ２０６において二次加工を行わないと判定した場合（ステップＳ２０６；ＮＯ）、又はステップＳ２０８の処理を実行した後、制御部４００は、突起部１２２Ａの直上で形成された未処理の穴部があるかを判定する（ステップＳ３０９）。例えば、制御部４００は、スラグＳの突き落としを行った穴部の他に、突起部１２２Ａの直上の座標で穴部を形成する穴あけ加工プログラムがレーザ加工プログラムに含まれているかを判定する。突起部１２２Ａの直上の座標で他の穴部を形成する穴あけ加工プログラムがレーザ加工プログラムに含まれていれば、制御部４００は、突起部１２２Ａの直上で形成された未処理の穴部があると判定する。

制御部４００は、ステップＳ３０９において未処理の穴部がないと判定されるまで、ステップＳ２０２からステップＳ３０９までの処理を繰り返し実行する。その結果、制御部４００は、ワークＷにおいて突起部１２２Ａの直上で形成された穴部に対して棒状工具３３４によりスラグＳを突き落とす動作を実行させる。

未処理の穴部がないと判定した場合（ステップＳ３０９；ＮＯ）、制御部４００は、図１１に示す処理を終了する。

以上説明したとおり、レーザ加工機１は、棒状工具３３４の動作を制御する制御部４００を備える。そして、制御部４００は、ワークＷにおいて突起部１２２Ａの直上で形成された穴部に対して棒状工具３３４によりスラグＳを突き落とす動作を実行させる。この構成によれば、レーザ加工機１は、スラグＳを突き落とす動作に係る時間を短縮することができる。

図１２は、穴あけ加工を制御する手順の他の例を示すフローチャートである。図１２に示すフローチャートにおいて、図４に示すフローチャートと同様の処理については、図４に示すフローチャートと同じ符号を付している。以下の説明においては、図４に示すフローチャートと同じ符号が付された処理の説明を省略する。

ステップＳ１０２の処理を実行した後、制御部４００は、穴あけ加工により形成された穴部にスラグＳが残っているかを判定する（ステップＳ４０３）。前述のとおり、撮像部１７０は、加工用レーザ光Ｌ１が照射される領域を撮像して生成した画像データを画像処理部５００に送信する。画像処理部５００は、撮像部１７０から送信された画像データを受信すると、画像データに対する画像処理を実行し、加工状態に関するデータを生成する。そして、画像処理部５００は、加工状態に関するデータとして、例えば、カーフ幅を示すデータを生成し、そのデータを制御部４００に送信する。ここで、穴あけ加工の終了位置におけるカーフ幅は、穴あけ加工を行ってスラグＳが落下している場合、スラグＳ側のエッジが検出されないため算出されない筈である。そこで、制御部４００は、例えば、カーフ幅を示すデータを参照し、穴あけ加工の終了位置におけるカーフ幅が算出されていれば、穴あけ加工により形成された穴部にスラグＳが残っていると判定する。

穴部にスラグＳが残っていないと判定した場合（ステップＳ４０３；ＮＯ）、制御部４００は、図１２に示す処理を終了する。

穴部にスラグが残っていると判定した場合（ステップＳ４０３；ＹＥＳ）、制御部４００は、穴あけ加工により形成された穴部をスラグＳの突き落とし処理の対象とし（ステップＳ４０４）、図１２に示す処理を終了する。

図１３は、スラグＳの突き落としと二次加工とを制御する手順の他の例を示すフローチャートである。以下の説明においては、穴部にスラグＳが残っていると判定された穴部に対してスラグＳの突き落としと二次加工とを行う手順について説明する。図１３に示すフローチャートにおいて、図７に示すフローチャートの処理と同様の処理については、図７に示すフローチャートと同じ符号を付している。以下の説明においては、図７に示すフローチャートと同じ符号が付された処理の説明を省略する。

レーザ加工装置１００によるレーザ加工が終わると、制御部４００は、図１２のステップＳ４０４においてスラグＳの突き落とし処理の対象とされた穴部があるかを判定する（ステップＳ５０１）。

スラグＳの突き落とし処理の対象とされた穴部がないと判定した場合（ステップＳ５０１；ＮＯ）、制御部４００は、図１３に示す処理を終了する。

スラグＳの突き落とし処理の対象とされた穴部があると判定した場合（ステップＳ５０１；ＹＥＳ）、制御部４００は、ステップＳ２０２からステップＳ２０８の処理を実行する。

ステップＳ２０６において二次加工を行わないと判定した場合（ステップＳ２０６；ＮＯ）、又はステップＳ２０８の処理を実行した後、制御部４００は、スラグＳの突き落とし処理の対象とされた未処理の穴部があるかを判定する（ステップＳ５０９）。

制御部４００は、ステップＳ５０９において未処理の穴部がないと判定されるまで、ステップＳ２０２からステップＳ５０９までの処理を繰り返し実行する。その結果、制御部４００は、穴部にスラグＳが残っていると判定された穴部に対して棒状工具３３４によりスラグＳを突き落とす動作を実行させる。

未処理の穴部がないと判定した場合（ステップＳ５０９；ＮＯ）、制御部４００は、図１３に示す処理を終了する。

以上説明したとおりレーザ加工機１は、棒状工具３３４の動作を制御する制御部４００を備える。また、レーザ加工機１は、穴あけ加工により形成された穴部を撮像する撮像部１７０を備える。そして、制御部４００は、撮像部１７０により撮像された画像から穴部にスラグＳが残っているかを判定する。そして、制御部４００は、穴部にスラグＳが残っていると判定した場合に、その穴部に対して棒状工具３３４によりスラグＳを突き落とす動作を実行させる。この構成によれば、レーザ加工機１は、穴部に残ったスラグを確実に突き落とすことができるだけでなく、スラグを突き落とす動作に係る時間を短縮することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。また、法令で許容される限りにおいて、日本特許出願である特願２０２０－１０７５１０、及び上述したとおりの実施の形態等において引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。

特許請求の範囲、明細書及び図面において示した装置、システム、プログラム及び方法における動作、手順、ステップ及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示していない。また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、各処理は、任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明しても、この順で実施することが必須であることを意味しない。

１ レーザ加工機
１２０ テーブル
１２２Ａ 突起部
１３０ レーザヘッド
１７０ 撮像部
２００ 搬送装置
３３４ 棒状工具
３３６ 環状部材
３２１ 二次加工工具
４００ 制御部
ＥＳ 排出空間
Ｓ スラグ
Ｗ ワーク
ＷＣ 輪郭

Claims (8)

1. 板状のワークをレーザ加工するレーザ加工機であって、
   複数の突起部を有し、前記突起部の上端で前記ワークを支持するテーブルと、
   前記テーブル上の前記ワークに形成する穴部の輪郭に沿ってレーザ光を照射して穴あけ加工を行うレーザヘッドと、
   レーザ加工された前記ワークを搬送する搬送装置と、
   前記穴部に残ったスラグを突き落とす棒状工具と、を備え、
   平面視で前記テーブルの外側であって下方に前記スラグの排出空間を有する処理位置に、穴あけ加工により形成された前記穴部が配置されるまで、前記搬送装置により前記ワークを搬送し、
   前記処理位置において、前記穴部に嵌まり込んで又は溶着して残った前記スラグを前記棒状工具により突き落とす、レーザ加工機。
2. 前記棒状工具により前記スラグを突き落とした前記穴部に対して二次加工を行う二次加工工具を備える、請求項１に記載のレーザ加工機。
3. 前記棒状工具と前記二次加工工具とのいずれか一方を選択して前記処理位置に位置決めする、請求項２に記載のレーザ加工機。
4. 前記棒状工具に対して前記ワークを挟んで配置され、前記棒状工具を挿入可能な環状部材を備え、
   １つの前記棒状工具及び１つの前記環状部材を一組として複数組配置し、前記穴部の大きさに合わせていずれか一組を選択して用いる、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザ加工機。
5. 前記棒状工具の動作を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記ワークに形成された全ての前記穴部に対して前記棒状工具により前記スラグを突き落とす動作を実行させる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ加工機。
6. 前記棒状工具の動作を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記ワークにおいて前記突起部の直上で形成された前記穴部に対して前記棒状工具により前記スラグを突き落とす動作を実行させる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ加工機。
7. 前記棒状工具の動作を制御する制御部と、
   前記穴あけ加工により形成された前記穴部を撮像する撮像部と、を備え、
   前記制御部は、前記撮像部により撮像された画像から前記穴部に前記スラグが残っているかを判定し、前記穴部に前記スラグが残っていると判定した場合にその穴部に対して前記棒状工具により前記スラグを突き落とす動作を実行させる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ加工機。
8. レーザ加工により板状のワークを加工する方法であって、
   テーブルに備える複数の突起部の上端で前記ワークを支持することと、
   前記テーブル上の前記ワークに形成する穴部の輪郭に沿ってレーザ光を照射して穴あけ加工を行うことと、
   平面視で前記テーブルの外側であって下方にスラグの排出空間を有する処理位置に、穴あけ加工により形成された前記穴部が配置されるまで、搬送装置により前記ワークを搬送することと、
   前記処理位置において、前記穴部に嵌まり込んで又は溶着して残った前記スラグを棒状工具により突き落とすことと、を含む、ワーク加工方法。

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