JPH10277770A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザー加工又はプラズマ加工を実施する加工
装置に於いて、加工を実施するに必要な備品を合理的に
配置して円滑な稼働を実現する。 【解決手段】レール１ａ上に走行可能な２台のフレーム
Ａ，Ｂを載置する。第１フレームＡにはレーザートーチ
８を搭載した横行キャリッジ７を設けると共にレーザー
発振器５を載置する。第２フレームＢに集塵機12，制御
盤13，冷却ユニット14を載置する。集塵機12には開口部
15ａがレーザートーチ８に対向し得る長さを持って第
１，第２フレームの下面に配置されたダクト15を取り付
ける。レーザー発振器５と冷却ユニット14をホース16に
よって接続する。各フレームの駆動モーター４，11にロ
ータリーエンコーダー４ｂ，11ｂを取り付け、第１フレ
ームＡの走行をエンコーダー４ｂによって検出して第２
フレームＢを追従させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光或いはプラ
ズマアークにより被加工材を加工する加工装置に関し、
特に、２台のフレームの一方にトーチを設けると共に他
方のフレームに他の重量備品を搭載して加工精度の向上
を実現した加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軟鋼板（低炭素鋼板）やステンレス鋼板
等の被加工材にレーザー光を照射すると共にアシストガ
スを噴射しつつトーチを二次元的に移動させて切断する
ことが行われている。また被加工材にプラズマアークを
噴射しつつトーチを移動させて被加工材を切断或いは溶
接することも行われている。

【０００３】レーザー加工、例えばレーザー切断を実施
するレーザー切断装置は、体積，重量共に大きいレーザ
ー発振器をフレームに載置して構成される。このレーザ
ー発振器は作動時に多大な発熱があるため、フロア上に
冷却ユニットを設置し、該ユニットとレーザー発振器を
ホースによって接続して冷却し得るように構成されてい
る。前記ホースはレールに沿って設けたケーブルベア内
に配設されている。またプラズマ加工装置では重量の大
きい電源装置が必須である。この電源装置はフロア上に
設置されており、電源装置とプラズマトーチを電気的に
接続するキャップタイヤコードはレールに沿って設けた
ケーブルベア内に配設されている。

【０００４】被加工材に対しプラズマ切断加工を実施し
た場合、切断に伴って粉塵や煙が多量に発生することが
知られている。このため、プラズマ切断装置ではフレー
ムにプラズマトーチを搭載した横行キャリッジを載置す
ると共に重量の大きい集塵機を載置して構成されるもの
がある。

【０００５】一方、例えばレーザー切断やプラズマ切断
に於ける切断速度はガス切断による切断速度と比較して
数倍速い。従って、レーザー切断トーチやプラズマ切断
トーチを用いた場合、加工効率を向上させるためにはト
ーチを高速移動させることが必要である。しかし、フレ
ームに搭載すべき機器類の重量も大きくなるため、加工
の開始及び終了時やトーチの移動方向の変更時等に於け
る加減速時の立ち上がり時間や立ち下がり時間を充分に
とることが必要である。例えばトーチの移動方向を直角
に変化させるような切断を行う場合、フレームの速度が
大きいとオーバーランする虞があり、フレームが方向変
化点に到達する以前に充分に速度を降下させることが必
要となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き加工装置で
は、方向変化点の周辺に於いて大きな速度変化を行わせ
ることが必須であり、この結果、速度が低下した部分で
は被加工材を過剰に加熱することとなる。このため、切
断面のエッジが溶融して品質の高い切断を行うことが出
来ないという問題が生じている。

【０００７】またレーザー加工装置では、フレームがフ
ロアに設置した冷却ユニットとレーザー発振器の間を接
続する複数本のホースを牽引することとなる。特に、レ
ールの敷設長が長くなると、これに伴ってホース長の増
加し、流路抵抗が増大するため内径を大きくしたり、数
を増加させることが必要となる。またレーザー発振器の
出力の増加に伴って冷却ユニットの台数を増加させる必
要があり、厚板を切断し得る出力を持ったレーザー発振
器では２台の冷却ユニットを用いて冷却している。この
ように、冷却用のホースが抵抗となってフレームの駆動
力を増加させなければならないという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、レーザー加工やプラズマ
加工を行うに際し、トーチを円滑に移動させることが出
来、且つ加工に必要な諸設備をフレームに載置した加工
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る加工装置は、レール上に走行可能に載置
された２台のフレームを有し、第１のフレームにはレー
ザートーチ又はプラズマトーチを搭載したキャリッジを
レールの敷設方向に対し直交する方向に横行可能に載置
すると共にレーザー発振器又はプラズマ電源を載置し、
第２のフレームには加工に伴って発生する粉塵を集塵す
る集塵機及び、又はレーザー発振器を冷却する冷却ユニ
ット及び前記各フレームの走行及びキャリッジの横行を
制御する制御部を含む制御装置を載置して構成されるも
のである。

【００１０】上記加工装置では、第１のフレームにレー
ザートーチ或いはプラズマトーチを搭載したキャリッジ
を横行可能に載置すると共にレーザー発振器或いはプラ
ズマ電源を載置し、第２のフレームには集塵機や冷却ユ
ニット及び制御装置を載置することによって、第１のフ
レームに対する負荷荷重を小さくすることが出来る。こ
のため、第１のフレームを走行させる際に速度の変化に
対する応答性を向上させて立ち上がり時間及び立ち下が
り時間を短縮することが出来る。従って、コーナー部分
の加工を行う場合であっても、第１のフレームの走行速
度を高い状態に維持することが可能となり、被加工材に
対し過剰な熱を付与することなく加工を実施することが
出来る。

【００１１】また第２のフレームを第１のフレームの走
行に追従させて走行させることで、加工に伴って発生す
る粉塵を集塵することが出来、或いは集塵とレーザー発
振器の冷却を行うことが出来る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、上記加工装置の好ましい実
施形態としてのレーザー切断装置について図を用いて説
明する。図１はレーザー切断装置の平面図、図２はレー
ザー切断装置の側面図、図３は制御系のブロック図であ
る。

【００１３】図１，図２に示すように、レーザー切断装
置は第１フレームＡと第２フレームＢを有して構成され
ており、各フレームＡ，Ｂは、平行に敷設され夫々側面
にラック１ｂを固着したレール１ａ上に載置されて走行
し得るように構成されている。

【００１４】第１フレームＡは、ガーター２をレール１
ａに対して直交する方向に配置して構成され、該ガータ
ー２の長手方向の両端側でレール１ａと対応する位置に
車輪３を取り付けると共に、ラック１ｂと対応する位置
に該ラック１ｂと噛合するピニオン４ａを有する駆動モ
ーター４を取り付けて構成されている。

【００１５】各駆動モーター４は数値制御（ＮＣ）装置
によって回転方向及び回転速度を制御されて同期回転
し、ガーター２を目的の方向に予め設定された速度を持
って走行させるように構成されている。また駆動モータ
ー４にはロータリーエンコーダー４ｂ（図３参照）が装
着されており、該エンコーダー４ｂによって回転角度を
検出し得るように構成されている。

【００１６】ガーター２の上面であって第２フレームに
対向する側にはレーザー発振器５が載置されている。こ
のレーザー発振器５は、レーザー光の出射口５ａがガー
ター２の長手方向の中央よりも何れか一方側に偏って且
つレーザー光の出射方向がレール１ａの敷設方向と直交
する方向となるように配置されている。またガーター２
の第２フレームＢに対向する側の反対側には長手方向に
沿って横行レール６が設けられている。横行レール６に
は、レーザートーチ８を搭載したキャリッジ７が載置さ
れており、該キャリッジ７は横行モーター７ａに駆動さ
れて横行レール６上を横行し得るように構成されてい
る。

【００１７】第１フレームＡに配置されたレーザー発振
器５とレーザートーチ８はレーザー光路９によって接続
されている。このレーザー光路９には複数の固定ミラー
９ａと、横行レール６と平行な方向に移動可能に構成さ
れた反転ミラー９ｂが配置されており、目的の加工を実
施するに際しレーザートーチ８が横行したとき、反転ミ
ラー９ｂを該トーチ８と同方向に且つ該トーチ８の横行
量の１／２移動させることで、レーザートーチ８の位置
に関わらず該トーチ８とレーザー発振器５の間の距離
（光路長）を一定に維持し得るように構成されている。
従って、加工の進行に伴ってレーザートーチ８の横行レ
ール６に沿った方向の位置が変化しても、この位置変化
に伴って反転ミラー９ｂを前述したように移動させるこ
とで光路長を一定に維持することが可能である。

【００１８】第２フレームＢは、レーザー切断装置を構
成するのに必要であるが、必ずしもレーザートーチ８と
の相対的な位置関係が限定されることのない備品であっ
て、しかもレーザートーチ８との距離が増大することが
機能上好ましくないような備品を載置するものであり、
加工の進行に伴う第１フレームＡのレール１ａの走行を
追従することで、載置備品の機能を安定して発揮させる
ことを可能にするものである。

【００１９】第２フレームＢは、ガーター10をレール１
ａに対して直交する方向に配置して構成され、該ガータ
ー10の長手方向の両端側でレール１ａと対応する位置に
車輪３を取り付けると共に、ラック１ｂと対応する位置
に該ラック１ｂと噛合するピニオン11ａを有する駆動モ
ーター11を取り付けて構成されている。

【００２０】ガーター10の上面には、一方のレール１ａ
側に偏った位置に集塵機12が配置され、他方のレール１
ａ側に制御装置を組み込んだ制御盤13が配置され、更
に、集塵機12と制御盤13の間に冷却ユニット14が配置さ
れている。

【００２１】各駆動モーター11はＮＣ装置によって回転
方向及び回転速度を制御されて同期回転し、ガーター10
を目的の方向に予め設定された速度を持って走行させる
ように構成されている。また駆動モーター11にはロータ
リーエンコーダー11ｂ（図３参照）が装着されており、
該エンコーダー11ｂによって回転角度を検出し得るよう
に構成されている。

【００２２】集塵機12には被加工材Ｃを加工する際に発
生する粉塵を集塵するダクト15が取り付けられている。
このダクト15は開口部15ａが第１フレームＡのキャリッ
ジ７に搭載したレーザートーチ９に対向し得る長さを有
している。即ち、ダクト15は、第２フレームＢのガータ
ー10及び第１フレームＡのガーター２の下面を通って一
方のレール１ａと平行に配置されている。

【００２３】冷却ユニット14はホース16によってレーザ
ー発振器５と接続され、該発振器５に冷却水を供給して
温度上昇を防止するものである。このように、冷却ユニ
ット14を第２フレームＢに載置することで、ホース16の
長さを短くすることが可能となり、管路抵抗を低減して
冷却ユニット14の冷却性能を有効に発揮させることが可
能である。

【００２４】被加工材Ｃはレール１ａの間に設置された
定盤Ｄに載置されている。この定盤Ｄは、底板17と、レ
ール１ａの敷設方向に対し直行する方向に一定の間隔を
持って配置された複数の立板18を有しており、立板18に
被加工材Ｃを載置することで、該被加工材Ｃ，底板17，
２枚の立板18によって煙道空間を形成し、この煙道空間
の側方にダクト15の開口部15ａを臨ませることで、加工
に伴って発生する粉塵を効率良く集塵し得るように構成
している。

【００２５】次に、図３により第１フレームＡの走行に
伴って第２フレームＢを追従させる制御系について説明
する。図に於いて、20は制御部であり、予め入力された
加工線の情報に従ってレーザートーチ８を二次元的に移
動させると共に所定位置で該トーチ８を作動させて被加
工材Ｃを切断するように制御するＮＣ装置として構成さ
れている。制御部20は、マイクロプロセッサー20ａと、
予めレーザー切断装置の操作プログラムが書き込まれた
記憶部20ｂと、入力された制御データを一時記憶する一
時記憶部20ｃとによって構成されている。

【００２６】21はキーボード等の入力装置であり、イン
ターフェース22を介して制御部20と接続され、被加工材
Ｃの厚さや切断速度、或いは切断すべき図形情報等の情
報を入力するものである。23〜25は、第１フレームＡの
ガーター２を走行させる駆動モーター４のドライバー，
第２フレームＢのガーター10を走行させる駆動モーター
11のドライバー，横行キャリッジ７を横行させる横行モ
ーター７ａのドライバーである。また４ｂ，11ｂは夫々
駆動モーター４，11の回転を検出するロータリーエンコ
ーダーである。

【００２７】上記の如く構成されたレーザー切断装置で
は、予め入力装置22によって被加工材の材質，厚さ等の
情報や切断すべき図形の情報を制御部20に入力し、その
後、集塵機12，冷却ユニット14を作動させてレーザー切
断装置の駆動を開始すると、制御部20から各モーター
４，７ａに切断すべき図形に応じた信号が伝達され、レ
ーザートーチ８が二次元的に移動する。このとき、第１
フレームＡは短時間で目的の走行速度に到達し、レーザ
ートーチ８を円滑に移動させる。レーザートーチ８の移
動に伴ってレーザー発振器５を作動させることで、レー
ザー光が被加工材に照射され被加工材Ｃが切断される。

【００２８】第１フレームＡがレール１ａ上の走行を開
始すると、駆動モーター４に装着したロータリーエンコ
ーダー４ｂから回転に応じた信号が発生して制御部20に
伝達される。しかし、第２フレームＢは第１フレームＡ
の走行開始と同時に走行することはなく、ロータリーエ
ンコーダー４ｂからの信号が予め設定された値以上にな
ったとき、制御部20からドライバー24に対し第１フレー
ムＡの走行方向に向けて追従すべき旨の駆動信号が発生
し駆動モーター11が回転して第２フレームＢが第１フレ
ームＡを追従する。

【００２９】第２フレームＢの立ち上がり速度は小さく
てよく、低速の状態から時間をかけて第１フレームＡの
速度に到達する。このため、駆動モーター11は動力が小
さくとも良い。そして第２フレームＢの駆動モーター11
に装着したロータリーエンコーダー11ｂからの信号は制
御部20に伝達され、該制御部20でロータリーエンコーダ
ー４ｂから伝達された信号と加減算される。

【００３０】例えば、被加工材Ｃをレール１ａに対し直
行する方向に切断するような場合であって第１フレーム
Ａの走行が停止するとき、該フレームＡは高速状態から
速やかに低速状態に移行して停止する。従って、ロータ
リーエンコーダー４ｂからの出力が停止する。この状態
では第２フレームＢは走行状態を継続しており、制御部
20ではロータリーエンコーダー11ｂからの伝達された信
号とロータリーエンコーダー４ｂから伝達された信号と
を加減算し、これらの差額が予め設定された値以下にな
ったとき、第２フレームＢの駆動モーター11に対する駆
動が停止する。

【００３１】第２フレームＢが第１フレームＡを追従す
る過程で、両フレームＡ，Ｂの間隔は一定に維持される
ものではない。しかし、集塵機12に取り付けたダクト15
は余裕を持った長さを有するため、常に開口部15ａの一
部がレーザートーチ８と対向しており、このため、切断
に伴って発生する粉塵を集塵することが可能である。ま
た冷却ユニット14は短いホースを介してレーザー発振器
５に冷却水を供給することが可能であり、該ユニット14
を効率良く機能させることが可能である。

【００３２】前述の実施例ではレーザー切断装置につい
て説明したが、プラズマ切断装置である場合、第１フレ
ームＡにはレーザー発振器５に代えて電源装置を載置
し、第２フレームＢに載置した冷却ユニット14が不要と
なる以外は同様である。また被加工材を溶接加工する場
合にも基本的な装置構成は同様である。

【００３３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
加工装置では、第１フレームにレーザートーチ或いはプ
ラズマトーチ等の加工トーチを搭載したキャリッジを載
置すると共にレーザー発振器或いはプラズマ電源を載置
し、第２フレームには加工に伴って発生する粉塵を集塵
する集塵機，レーザー発振器を冷却する冷却ユニット，
加工装置を制御する制御装置を載置することによって、
加工に必須な最小限の備品を第１フレームに、加工に必
須な最大限の備品を第２フレームに夫々載置したので、
加工に際し第１フレームの立ち上がり時間及び立ち下が
り時間を短くすることが出来、トーチの移動速度を高い
状態に維持することが出来る。このため、被加工材に対
し過剰な熱を付与することがなく品質の高い加工を行う
ことが出来る。

【００３４】また第２フレームの走行を第１フレームの
走行に追従させることで、相対的な距離を大きく変化さ
せることがない。このため、ダクトの流路抵抗やホース
の配管抵抗を可及的に小さくすることが出来、集塵機や
冷却ユニットの機能を高い状態に維持して発揮させるこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザー切断装置の平面図である。

【図２】レーザー切断装置の側面図である。

【図３】制御系のブロック図である。

【符号の説明】

Ａ 第１フレーム Ｂ 第２フレーム Ｃ 被加工材 Ｄ 定盤 １ａ レール １ｂ ラック ２，10 ガーター ３ 車輪 ４，11 駆動モーター ４ａ，11ａ ピニオン ４ｂ，11ｂ ロータリーエンコーダー ５ レーザー発振器 ５ａ 出射口 ６ 横行レール ７ 横行キャリッジ ７ａ 横行モーター ８ レーザートーチ ９ レーザー光路 ９ａ 固定ミラー ９ｂ 反転ミラー 12 集塵機 13 制御盤 14 冷却ユニット 15 ダクト 16 ホース 20 制御部 21 入力装置

フロントページの続き (72)発明者 田之脇 毅 東京都江戸川区西小岩３−35−16 小池酸 素工業株式会社内 (72)発明者 森木 龍也 東京都江戸川区西小岩３−35−16 小池酸 素工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レール上に走行可能に載置された２台の
   フレームを有し、第１のフレームにはレーザートーチ又
   はプラズマトーチを搭載したキャリッジをレールの敷設
   方向に対し直交する方向に横行可能に載置すると共にレ
   ーザー発振器又はプラズマ電源を載置し、第２のフレー
   ムには加工に伴って発生する粉塵を集塵する集塵機及
   び、又はレーザー発振器を冷却する冷却ユニット及び前
   記各フレームの走行及びキャリッジの横行を制御する制
   御部を含む制御装置を載置して構成したことを特徴とす
   る加工装置。