JPH1085980A - レーザ加工機における倣い方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 倣い軸のストロークが限界に達したことによ
る加工中断を回避し、また倣いエラーが発生した場合に
ワークや製品に損傷を与えることのなく加工中断できる
レーザ加工機における倣い方法及びその装置を提供す
る。 【解決手段】 ＮＣ装置３１によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方
向へ移動してレーザ加工を行うに当たり、予め専用倣い
軸であるＷ軸を用いて倣いを行うが、倣い動作における
Ｗ軸位置がＷ軸移動限界前の所定位置に達したとＷ軸位
置判断装置４７が判断した場合には、倣い軸切替装置４
９が倣い動作をＷ軸からこのＷ軸に平行な他軸に一時的
に切換えて移動量を拡大し、その後再びＷ軸に切換えて
から倣い動作を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はレーザ加工機にお
ける倣い方法及びその装置に係り、さらに詳しくは、専
用倣い軸であるＷ軸を有するレーザ加工機における倣い
方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、三次元レーザ加工機で平面の
ワークを加工する場合、ワークに対して法線方向にヘッ
ドを逃がすことのできる専用倣い軸( Ｗ軸）を利用して
加工ワークとノズル間の間隔を一定距離に保つ倣い制御
を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術にあっては、三次元レーザ加工機のＷ軸
は基本的にティーチングされたプログラムを補正するた
めの軸であるので、軸ストロークが約±７．５ｍｍと短
い。

【０００４】従って、ワークの四隅をクランプし、その
ワークの中央に製品が形成されて吊下られた状態になっ
た時には、ワークは大きくたわんでＷ軸のストローク範
囲を越えてしまうので、Ｗ軸によるワークとの間隔調整
ができなくなるという問題がある。

【０００５】また、Ｗ軸の倣い動作をそのままＺ軸に切
換えて行うことも行われているが、この場合には、三次
元レーザ加工機のＺ軸ではストロークが大きく、且つＺ
軸下端に取り付けられているレーザ加工ヘッドの重量が
大きいため、大出力のモータが用いられている。このた
め、倣いエラーが発生して材料に突っ込む方向へＺ軸が
移動した場合には、サーボの過負荷が生じて停止するこ
とができず、レーザ加工ヘッドとワークが衝突してワー
クまたは製品を破損してしまうという問題がある。

【０００６】この発明の目的は、以上のような従来の技
術に着目してなされたものであり、倣い軸のストローク
が限界に達したことによる加工中断を回避し、また倣い
エラーが発生した場合にワークや製品に損傷を与えるこ
とのなく加工中断できるレーザ加工機における倣い方法
及びその装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１による発明のレーザ加工機における倣い
方法は、専用倣い軸であるＷ軸を有すると共に少なくと
もＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向移動により倣いを行うレーザ加
工機であって、前記Ｗ軸により倣いを行う際にＷ軸移動
限界を超える場合倣い軸をＷ軸からＷ軸に平行な他軸に
一時的に切換えて移動した後、前記他軸から再びＷ軸に
切換えて倣いを行うことを特徴とするものである。

【０００８】従って、ＮＣ装置によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸
方向へ移動してレーザ加工を行うに当たり、予め専用倣
い軸であるＷ軸を用いて倣いを行うが、Ｗ軸移動限界以
上の移動量が倣い動作に必要な場合には、倣い動作をＷ
軸からこのＷ軸に平行な他軸に一時的に切換えて移動量
を拡大し、その後再びＷ軸に切換えてから倣い動作を行
う。

【０００９】請求項２による発明のレーザ加工機におけ
る倣い方法は、請求項１記載のＷ軸をＺ軸と切換えるこ
とを特徴とするものである。

【００１０】従って、Ｗ軸移動限界以上の移動量が倣い
動作に必要な場合には、倣い動作をＷ軸からＺ軸に一時
的に切換えて移動量を拡大し、その後再びＷ軸に切換え
てから倣い動作を行う。

【００１１】請求項３による発明のレーザ加工機におけ
る倣い装置は、専用倣い軸であるＷ軸を有すると共に少
なくともＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向移動により倣いを行うレ
ーザ加工機であって、前記Ｗ軸により倣いを行う際にＷ
軸が移動限界前の所定の位置に達したか否かを判断する
Ｗ軸位置判断装置と、このＷ軸位置判断装置により所定
位置に達したときにＷ軸をこのＷ軸と平行な他軸に一時
的に切換えると共に後に再びＷ軸に切換える倣い軸切替
装置と、を備えてなることを特徴とするものである。

【００１２】従って、ＮＣ装置によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸
方向へ移動してレーザ加工を行うに当たり、予め専用倣
い軸であるＷ軸を用いて倣いを行うが、倣い動作におけ
るＷ軸位置がＷ軸移動限界前の所定位置に達したとＷ軸
位置判断装置が判断した場合には、倣い軸切替装置が倣
い動作をＷ軸からこのＷ軸に平行な他軸に一時的に切換
えて移動量を拡大し、その後再びＷ軸に切換えてから倣
い動作を行う。

【００１３】請求項４による発明のレーザ加工機におけ
る倣い装置は、請求項３記載のＷ軸が、このＷ軸と平行
な他軸に切換えられた後、前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向移
動を制御するＮＣ装置による制御から独立して基準位置
に戻すべく制御されること、を特徴とするものである。

【００１４】従って、倣い動作をＷ軸からこのＷ軸に平
行な他軸に一時的に切換えた後は、ＮＣ装置の制御を受
けることなく基準位置に戻されて移動量を拡大し、その
後再びＮＣ装置の制御によるＷ軸に切換えてから倣い動
作を行う。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態の例
を図面に基づいて説明する。

【００１６】図２には、レーザ加工機としての三次元板
材加工機１の全体が示されている。この三次元板材加工
機１は、内部を視認できるほぼ半球状のカバー３を有し
ている。このカバー３には、ワークＷの搬入及び製品の
搬出のための図示省略の出入口が設けられている。

【００１７】前記カバー３の内部には、ベース５上に門
型のフレーム７が立設されている。このフレーム７にお
ける上部梁９の上面にはＬＭガイドレール１１がＸ軸方
向（図２中紙面直角方向）へ敷設されており、このＬＭ
ガイドレール１１の上をＬＭガイド１３によりＸ軸方向
へ移動・位置決め自在のＸ軸キャレッジ１５が設けられ
ている。

【００１８】前記Ｘ軸キャレッジ１５の側面には、Ｚ軸
キャレッジ１７がＹ軸方向及びＺ軸方向へ移動・位置決
め自在に設けられている。このＺ軸キャレッジ１７の下
端には三次元レーザ加工ヘッド１９が設けられており、
Ｚ軸キャレッジ１７の昇降に伴い一体で昇降する。

【００１９】一方、ベース５上における左右両側（図２
中左右両側）には相対向するロボット２１Ｌ、２１Ｒが
Ｘ軸方向へ移動自在に設けられている。なお、図示は省
略するが、前記ロボット２１Ｌ、２１Ｒの近辺には、ロ
ボット２１Ｌ、２１Ｒに装着される工具を交換するため
のツールマガジンが設けられている。

【００２０】また、前記ベース５上の中央にはＸ軸方向
にガイドレール２３が敷設されており、このガイドレー
ル２３上を車輪２５により移動するワークシャトル２７
が設けられている。このワークシャトル２７は、ワーク
Ｗを中央部に固定するワークホルダ２９が加工に対応し
て９０度ごとに４ポジション回転移動可能に設けられて
いる。なお、三次元板材加工機１の近傍には、前述の各
軸及びレーザ出力を制御するためのＮＣ装置３１が設け
られている。

【００２１】図３及び図４には、前記三次元板材加工機
１における三次元レーザ加工ヘッド１９の詳細が示され
ている。なお、このような三次元レーザ加工ヘッド１９
は例えば特開平３−２８７２０５号公報に詳細が掲載さ
れているように公知の技術なので詳細な説明は省略する
こととして概略を説明する。

【００２２】この三次元レーザ加工ヘッド１９において
は、レーザビームＬＢがベンドミラー３３、３５により
方向を変換し、三次元レーザ加工ヘッド１９の下端部に
装着されているノズル３７からワークＷに照射されて加
工を行うものである。

【００２３】前記三次元レーザ加工ヘッド１９は、図示
省略の駆動モータによりＣ軸回転体３９がレーザビーム
ＬＢ_Z を中心として３６０度回転自在に支承されてい
る。このＣ軸回転体３９にはレーザビームＬＢ_A を中心
としてＡ軸回転体４１が例えば１２０度揺動自在に設け
られている。また、前記Ａ軸回転体４１には、レーザビ
ームＬＢをワークＷに照射するノズル３７がＷ軸方向へ
一定量（例えば±７．５ｍｍ）昇降自在に設けられてい
る。

【００２４】これにより、ワークＷがどのような形状の
場合であってもノズル３７が加工位置においてワークＷ
の法線方向の姿勢をとって加工を行うことができるよう
になっている。

【００２５】従って、前記三次元レーザ加工ヘッド１９
は前述のようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に移動・位置決め自在
であり、さらにノズル３７はＷ軸方向へ一定量移動自在
となっている。また、三次元レーザ加工ヘッド１９はＡ
軸及びＣ軸方向へ回転自在となっているので、全体とし
てＸ、Ｙ、Ｚ、Ｗの４個の直線軸と、Ａ軸、Ｃ軸の２回
転軸から６軸で構成されている。また、前記ロボット２
１Ｌ、２１Ｒは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３直線軸と回転軸
Ａの４軸で構成されている。

【００２６】従って、ワークホルダ２９に保持されたワ
ークＷを三次元板材加工機１によって穴加工や製品の切
断加工を行い、ロボット２１Ｌ、２１Ｒのツール４３を
取り替えることにより成形加工や曲げ加工を行うことが
できる。また、必要であれば、三次元板材加工機１によ
り溶接加工を行って、製品を作製する。

【００２７】図５には、この発明にかかるレーザ加工機
における倣い装置４５のブロック構成図が示されてい
る。レーザ加工にも用いられるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及び専
用倣い軸のＷ軸はいずれもＮＣ装置３１により制御可能
となっているが、Ｗ軸はＷ軸位置を検出するＷ軸位置判
断装置４７により監視されている。

【００２８】Ｗ軸位置判断装置４７は、検出したＷ軸位
置に対応して、倣い軸をＷ軸とするかあるいはＺ軸とす
るかを切換える倣い軸切替装置４９に接続されており、
切り換え信号を発するようになっている。なお、倣い軸
切替装置４９により切換えられた後、Ｗ軸はＮＣ装置３
１の制御から切り離されてＰＭＣ軸制御装置により基準
位置に戻される。

【００２９】次に、図１及び図６に基づいてＷ軸とＺ軸
の切換え動作について説明する。図６を参照するに、前
述したようにワークホルダ２９は９０度ごとに回転位置
決めできるようになっており、レーザ加工ヘッド１９に
よる基本的な加工姿勢はワークＷを水平に保持した状態
である。

【００３０】このようにワークＷを水平に保持する場合
には、加工中及び加工後においてワークＷに製品が吊下
られた状態となるのでワークＷが下方（図６中下側）へ
たわみ、このたわみ量がＷ軸の可能移動量よりも大きく
なる場合が生じる。

【００３１】レーザヘッドのＡ軸角度がゼロ度である場
合にはＷ軸とＺ軸の軸移動方向は一致するので、以下に
説明するようにＷ軸とＺ軸の切換えを行うことができ
る。

【００３２】図１を参照するに、加工開始点に位置決め
した後（ステップＳ１）、Ｗ軸による倣いを開始する
（ステップＳ２）。このとき、たわみの少ないワークＷ
であればＷ軸のストローク範囲（例えば±７．５ｍｍ）
以内（ステップＳ３）であるのでＷ軸のみで倣いを行う
ことができるためＺ軸への切換えは行われない。

【００３３】一方、Ｗ軸のストローク範囲以上のたわみ
があるワークＷに対しては（ステップＳ３）、常にＷ軸
座標値を監視し、Ｗ軸位置が＋７．５ｍｍまたは−７．
５ｍｍに達した時にはＷ軸からＺ軸へ倣い軸を切換える
（ステップＳ４）。

【００３４】Ｚ軸倣い動作実行中は、Ｗ軸をＮＣ制御軸
から切り離し（ステップＳ５）、倣い軸制御装置である
ＰＭＣ軸制御装置５１によりＷ軸位置をゼロとする移動
命令を発する（ステップＳ６）。Ｗ軸位置がゼロとなっ
たことを検出すると、倣い軸をＺ軸から再びＷ軸に切換
える（ステップＳ７）。

【００３５】引き続き倣い動作を行う場合（ステップＳ
８）には前述のステップ３に戻って以後の工程を繰り返
すが、倣い動作が完了したら加工を終了する（ステップ
ＳＥ）。

【００３６】以上の結果から、Ｗ軸の限られた移動範囲
をＺ軸を用いることにより拡大することができるので、
ストローク範囲外アラームを検出することなく加工を行
うことができ、加工できる製品やワーク形状の種類が拡
大される。

【００３７】また、Ｚ軸を用いて倣い動作を行っている
場合に、万が一倣いアラームが発生してもＷ軸で倣い動
作を行うように切換えることによりレーザ加工ヘッド１
９がＺ軸移動によりワークＷに衝突して損傷を与えた
り、あるいはレーザ加工ヘッド１９自身が破損すること
を防止することができる。

【００３８】また、倣い軸をＷ軸とＺ軸との間で切換え
る動作はＮＣ文に記載しないため、既存のプログラムを
編集する必要がなく、オペレータは倣い軸の切換えを意
識することなく加工を行うことができる。

【００３９】なお、この発明は前述の実施の形態に限定
されることなく、適宜な変更を行なうことにより、その
他の態様で実施し得るものである。すなわち、前述の実
施の形態においては三次元板材加工機１について説明し
たが、二次元板材加工機に適用することも可能である。

【００４０】また、二次元形状のワークの加工に限ら
ず、三次元のワークに対しても同様に適用することがで
きる。

【００４１】また、ワークＷを水平に保持してレーザ加
工を行う場合のみならず、ワークＷを立てた状態でレー
ザ加工を行う場合にも同様に適用できる。この場合に
は、Ｗ軸はＺ軸と切換えるのではなく、Ｗ軸と平行なＸ
軸またはＹ軸と切換えられるようにする。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よるレーザ加工機における倣い方法では、ＮＣ装置によ
りＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向へ移動してレーザ加工を行うに
当たり、予め専用倣い軸であるＷ軸を用いて倣いを行う
が、Ｗ軸移動限界以上の移動量が倣い動作に必要な場合
には、倣い動作をＷ軸からこのＷ軸に平行な他軸に一時
的に切換えその後再びＷ軸に切換えてから倣い動作を行
うので、倣い軸の移動量を拡大することができる。ま
た、倣い動作を行う際には再び専用倣い軸であるＷ軸を
用いているので、常に適正なストローク範囲でＷ軸によ
る倣い動作を行うことができる。

【００４３】請求項２の発明によるレーザ加工機におけ
る倣い方法では、Ｗ軸移動限界以上の移動量が倣い動作
に必要な場合には、倣い動作をＷ軸からＺ軸に一時的に
切換えて移動量を拡大し、その後再びＷ軸に切換えてか
ら倣い動作を行うので、倣いストロークの拡大化を図る
ことができる。

【００４４】請求項３の発明によるレーザ加工機におけ
る倣い装置では、ＮＣ装置によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向
へ移動してレーザ加工を行うに当たり、予め専用倣い軸
であるＷ軸を用いて倣いを行うが、倣い動作におけるＷ
軸位置がＷ軸移動限界前の所定位置に達したとＷ軸位置
判断装置が判断した場合には、倣い軸切替装置が倣い動
作をＷ軸からこのＷ軸に平行な他軸に一時的に切換えて
移動し、その後再びＷ軸に切換えてから倣い動作を行う
ので、倣い軸の移動量を拡大することができる。また、
倣い動作を行う際には再び専用倣い軸であるＷ軸を用い
ているので、常に適正なストローク範囲でＷ軸による倣
い動作を行うことができる。

【００４５】請求項４の発明によるレーザ加工機におけ
る倣い装置では、倣い動作をＷ軸からこのＷ軸に平行な
他軸に一時的に切換えた後は、ＮＣ装置の制御を受ける
ことなく基準位置に戻されて移動量を拡大し、その後再
びＷ軸に切換えてから倣い動作を行うので、既存のＮＣ
プログラムを修正することなく、オペレータは倣い軸の
切換えを意識せずに倣い動作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るレーザ加工機における倣い方法
の手順を示すフローチャートである。

【図２】この発明に係るレーザ加工機における倣い方法
及びその装置を適用する三次元板材加工機の全体を示す
正面図である。

【図３】レーザ加工ヘッドの詳細を示す正面図である。

【図４】図３中IV方向から見た側面図である。

【図５】この発明に係るレーザ加工機における倣い装置
のブロック構成図である。

【図６】倣い動作の状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ レーザ加工機 ３１ ＮＣ装置 ４５ 倣い装置 ４７ Ｗ軸位置判断装置 ４９ 軸切替装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 専用倣い軸であるＷ軸を有すると共に少
   なくともＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向移動により倣いを行うレ
   ーザ加工機であって、前記Ｗ軸により倣いを行う際にＷ
   軸移動限界を超える場合倣い軸をＷ軸からＷ軸に平行な
   他軸に一時的に切換えて移動した後、前記他軸から再び
   Ｗ軸に切換えて倣いを行うことを特徴とするレーザ加工
   機における倣い方法。
2. 【請求項２】 前記Ｗ軸をＺ軸と切換えることを特徴と
   する請求項１記載のレーザ加工機における倣い方法。
3. 【請求項３】 専用倣い軸であるＷ軸を有すると共に少
   なくともＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向移動により倣いを行うレ
   ーザ加工機であって、前記Ｗ軸により倣いを行う際にＷ
   軸が移動限界前の所定の位置に達したか否かを判断する
   Ｗ軸位置判断装置と、このＷ軸位置判断装置により所定
   位置に達したときにＷ軸をこのＷ軸と平行な他軸に一時
   的に切換えると共に後に再びＷ軸に切換える倣い軸切替
   装置と、を備えてなることを特徴とするレーザ加工機に
   おける倣い装置。
4. 【請求項４】 前記Ｗ軸が、このＷ軸と平行な他軸に切
   換えられた後、前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向移動を制御す
   るＮＣ装置による制御から独立して基準位置に戻すべく
   制御されること、を特徴とする請求項３記載のレーザ加
   工機における倣い装置。