JPS61154786A - 積層板切出用レ−ザ−切断ロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） この発明は、積層絞り型用の積層板を切り出すだめのレ
ーザー切断ロボットに関するものである。

（従来の技術） 々 絞り紮抜きなどのプレス加工を始め鋳鍛造などいわゆる
素型材加工に使用する金型は、ブロック材にフライス加
工などの切削加工を施すことによって製作されていたが
、高価であり、かつ製作に長時間を要していた。

従って、多量生産の素型材加工には向いても、多品種少
量生産の素型材加工には向ないものであることから、多
品種少量生産が求められるようになった近時においては
、安価でかつ迅速に製作できる金型が望まれるようにな
って来た。しかしながら、たとえ安価で迅速に製作でき
たとしても寿命は長くなくてよいが、品質精度は従来の
もの同様良好であることが必要とされる。

そして、レーザー加工機とＣＡＤの発達に伴い、これら
の技術が金型製作にも導入され、レーザー加工による積
層抜き型および積層絞シ型が製作されるようになって来
た。ところで、これらの積層絞り型では被加工の形状に
合わせて少しずつ穴の形状を変えて、多数の薄板を板面
に垂直に切り抜く。そして、それらを積層し、薄板の端
部にできる段差をグラインダを使った手作業で取り除い
た後、みがき加工によって所定の寸法と表面粗さに仕上
げることによって製作される。しかしながら、この段差
取りにはかなりの手間と時間を必要としており、グライ
ンダによる作業の代りに段差部の充填を行なったとして
も手間と時間を要することに変りはない。そこで、積層
する薄板の板厚を合理的にすることによって段差取りを
少なくすることが提案されている（「レーザ加工による
薄板積層型の開発研究」昭和５９年８月、財団法人素形
材センター　参照）。

（解決しようとする問題点） Ｙ−ザー加工による積層絞り型の製作に際して段差数９
炸業にかなりの手間と時間を必要としてお９、この作業
を極力少なくできるように薄板の切出しを行ない、積層
絞ｐ型の製作を安価でかつ納期の早いものにすることが
望まれている。

（構成） 従来の２軸のレーザー加工機に代って少なくとも５自由
度のレーザー切断ロボットを使用し、このロボットをし
て、第１図のように 絞り型が形成する自由曲面の三次元データを取り込ませ
、この三次元データから任意の断面における輪郭線テ゛
−夕を演算させ、この輪郭線上の点に対するトーチ位置
を演算させ、切断加工する板厚分だけこの断面から離れ
た断面の輪郭線上の対応する点位置情報と前述点位置情
報からトーチの姿勢を演算させ、これらトーチの位置お
よび姿勢情報から各自由度の軸構成の位置情報を演算さ
せ、その演算結果を指令させ、少なくともトーチの位置
情報、トーチの姿勢情報および被加工板材の板厚情報か
ら加工条件を指定せしめるべく構成したものである。

（作用） 製作しようとする絞り型の曲面の傾斜に極力合わせて、
被加工板材を切り抜くことができる。従って、これらの
被加工板材を積層して絞り型を製作する際、薄板の段作
取シ作業がなくなるかまたは非常に少なくなる。

（実施例） ５軸の直角座標型レーザー切断ロボットにおける実施例
について説明する。

このロポソ）ＲＢの概略構造は、第２図に示す通シの公
知のものである。すなわち、基台１上にはモータＭｘに
よってＸ方向に移動可能なワーク取付台２が設けられ、
ワーク取付台２を挾んで門型の枠体３が立設されている
。枠体３の上辺にはモータＭｙによってＹ方向に移動可
能な移動体４が設けられ、移動体４にはモータＭｚによ
って２方向に昇降可能な昇降体５が設けられている。更
に、昇降体５の下端部にはモータＭθによって垂直軸ま
わり（θ方向）に旋回可能な旋回体６が設けられ、旋回
体６の下端部にはモータＭ７によって前記垂直軸と直交
する軸まわり（Ｚ方向）に回動可能な回動体７が設けら
れている。そして、回動体７にはレーザー切断用トーチ
Ｔが取付けられている。トーチＴと公知のＣＯ！ガスレ
ーザー発振器８との間は、図示しない反射鏡を内蔵した
屈折部を含むレーザー光案内筒９ａ、９ｂで連結されて
いる。案内筒９ｂはＹ方向に伸縮自在な蛇腹状に形成さ
れている。

ロボッ）ＲＢは制御箱１０および教示箱１１を具備して
いる。制御箱１０は公知のものであり、第３図のように
ＣＰＵＩＱａ、メモリ１０ｂからなるコンピュータ１０
０を少なくとも具備している。そして、少なくとも、教
示箱１１、各方向に関するサーボ系８ｘ、Ｓｙ、Ｓｚ、
Ｓθ、Ｓｙ、レーザー発振器８および公知の三次元計測
装置１２とノベスＢｕを介して接続されている。各サー
ボ糸８ｘ、Ｓｙ、８ｚ％Ｓθ、Ｓ７はそれぞれモーｐＭ
ｘ、Ｍｙ、Ｍｚ、Ｍθ、Ｍ７および位置検出器（エンコ
ーダ）Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚ、Ｅθ、Ｅｐを要部として具備
している。

また、教示箱１１は、少なくとも薄板の板厚の指定、レ
ーザーパワー、レーザー発振条件、送シ速度、焦点距離
、補助ガス流量などレーザー加工条件の指定を行う機能
を有しており、スタートスイッチＳＳ、教示・テスト・
自動モード切替スイッチＭＯ、テンキーＴＫ、ファンク
ションキーＦＫ、表示部ＳＣなど一般的な操作部を有し
ている。

また、製作する絞９型２１は第４図のような形状をなし
、積層板２１ａ１〜ｉ　ｌ　ａｎを積層して形成される
。

以下、第５図にそって動作の流れを説明する。

第４図のような絞り型２１を製作するにあたり、同形の
モックアツプ２１′が木型または石膏型として準備され
る（ステップ８１）。三次元計測装置１２を使用してモ
ックアツプ２１′を三次元計測し、同時に制御ボックス
１０のコンピュータ１０ＣＫ絞り型２１０曲面の三次元
数値データを格納する（ステップ８２）。

積層絞り型用の積層板として好適な材質例えば５ＨＰ３
２０Ｄなどの鋼材による薄板を使用するものとしてその
板厚ｔ（例えば３朋）を決め、教示箱１１において指定
する（ステップ８３）。

この板厚ｔに適合する標準のレーザー加工条件としてレ
ーザーパワー、発振条件（パルス幅およびパルス間隔）
、焦点距離、補助ガス流量を教示箱１２で指定する（ス
テップｓ４）。板厚ｔと絞９型２１の高さｈとによって
使用する薄板の枚数ｎが定まり、上方から順に２１ａ１
．２１ａ２・・・２ｉａｎとしてｉ番目の積層板２１ａ
！の切出しを指定すると、輪郭線ｉ−１とｉの数値デー
タが演算される（ステップ８５）。

輪郭線ｉ−１を特定点で分割し、この分割点中の任意点
ａｉｏを起点として、分割点ａｉｏに対するトーチＴの
先端位置をこの分割点ａｉｏの数値データから演算する
（ステップ５ｔｉ）。次に、輪郭線ｉ上の点であり、輪
郭線ｉ−１上の分割点ａｉｏに対応する分割点ａ′ＩＯ
の数値データと分割点ａｉｏ。

数煩データからトーチＴの姿勢データを演算する（ステ
ップ８７）。

トーチＴの位置および姿勢データから各自由度の軸構成
をなすワーク取付台２、移動体４、昇降体５、旋回体６
および回動体７に関する所望の位置データが演算され、
記憶される（ステップＳ８）。

最終分割点ａｉｎに到るまでの各分割点に関して前述各
自由度の軸構成の位置データが演算され、記憶されたか
どうかが判断され（ステップ８９）、演算されていなけ
ればステップ８６〜Ｓ８が繰返えされる。これらの演算
が完了すると、ロボットＲＢは公知の動作によって、取
付台２上にセットされた液加板材である薄板Ｗに対する
作業開始位置例えば前述の分割点（（対応した位置へ、
所望Ｏ 姿勢すなわち前述の分割点ａｉｏに対する姿勢でトーチ
Ｔを位置させる（ステップ５１０）。

このようにして決まる第６図のレーザー光の入射角αに
対応して、先に指定したレーザー加工条件すなわちレー
ザーパワー、発振条件、焦点距離、補助ガス流量のデー
タが修正されて指令される（ステップ５１１）。また、
前述ａｉｏ点の次の点すなわちａｎ１点に対する各自由
度の軸構成の位置データがそれぞれのサーボ系Ｓｘ、Ｓ
ｙ、８ｚ、ＳθおよびＳ７に対して指令され、トーチＴ
は公知の補間動作を伴って移動し、同時にレーザー発振
が行われて薄板Ｗの切断が開始される（ステップ５１２
）。そして、作業開始点にもどるまで順次、次の分割点
に対する各自由度の軸構成の位置データが１１１１１次
指令されて切断が行われる（ステップ５１３）。この結
果、絞り型２１の輪郭線ｉ−１と輪郭線ｉと同形状の上
下面を持ち、かつ絞り型２１のこの部分の傾斜と同じ切
り口の傾斜をもつ積層板２１ａｌが得られる。同様にし
て、各積層板２１ａｌ〜２ｉａｎが得られた後、これら
を積層し、例えばボルト締めなどで固定する。各積層板
は絞り型２１の曲面の傾斜に合わせて切断されているの
で端部に段差はほとんどない。そこで、最上段の角部は
例えばグラインダなどによって角を取除き、また全体を
みがき加工などにより所望の公差と表面粗さに仕上げる
ことによシ所望の絞り型２１に仕上げられる。なお、積
層するに際し、各積層板の切口やその周辺におけるダレ
などの異常は適宜修正する。

この実施例は図上比較的単調な形状をしており、角度の
指定はないが曲面の傾斜も比較的急なものであるが、こ
れ以外の複雑な断面形状をもった積層を切シ出すことも
できる。曲面の傾斜が緩やかになると、薄板に対するレ
ーザー光の入射角が大になるため、熱による切先のだれ
が問題になり、薄板が正しく切れないことがある。この
点からみたレーザー光の入射角の限界は、加工条件のほ
か薄板の板厚や材質などとの関連により、−概に決めら
れない。特に限定するものではないが、通常約４５度程
度までは充分可能であり、条件によってはそれ以上も可
能である。曲面の傾斜が非常に緩やかで、レーザー光の
入射角をこの傾斜に合わせてセットできないときは、可
能な限り大きい入射角をセットしておいて薄板を切断し
、積層後端部の段差取りを行うことになる。

積層板にする薄板の材厚は適宜に選べるものであり、一
つの絞り型についてその形状との関係で層によって異な
ったものとすることもできる。薄板の材質についてもま
た同様である。

絞り型の曲面の三次元数値データは三次元計測装置から
入力するだけに限るものではなく、例えば曲面の線図を
作成し、この線図のデータをＣＡＤによりまたはマニュ
アルに入力することもできる。

各分割点におけるトーチ位置データや姿勢データおよび
これらから演算される各自由度についての位置データは
、切断作業に先立って演算、記憶したものを指令するだ
けでなく、作業を行いながら演算し、指令するようにす
ることもできる。

加工条件の指定についても、全方向に対して一様な場合
は手動で指定するだけでよく、全方向について変化する
必要がある場合においても先の実施例のように手動と自
動の両方で指定するだけでなく、すべて自動的に指定す
るようにすることもできる。

また、このような切断を行うロボットは直角座標型ロボ
ットに限るものではなく、関節型ロボットとすることも
できる。

（効果） 以上の通りこの発明によって積層絞り型用の積層板を製
作すれば、非常に手間と時間のかかる、積層後の段差数
９炸業をなくすることができ、またなくすることができ
ない場合であってもこれを非常に少なくすることができ
るので積層絞り型の製作を安価にし、かつ納期を早いも
のにすることができる。また、本来レーザー切断は他の
切断方法に比べて切断面が非常になめらかでめることか
ら、切断される積層板の切口の傾斜がレーザー光の入射
角の限界より小さくとれるような場合、雄型用と雌型用
の積層板を同時に切り出すことができると言う効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すものであって、第１図は
ブロック図、第２図は概略構造図、第３図はブロック図
、第４図はフロー図、第５図および第６図は概略図であ
る。 図面において、ＲＢはレーザー切断ロボット、２はワー
ク取付台、４は移動体、５は昇降体、ｂは旋回体、７は
回動体、Ｔはレーザー切断用トーチ、Ｗは被加工板材、
１０は制御装置、ｉおよびｉ−１は輪郭線である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも５自由度の軸構成を有するレーザー切
   断ロボットであって、 自由曲面の三次元データを入力し、この三次元データか
   らこの曲面の任意の断面の輪郭線のデータを演算する第
   １演算手段と、この第１演算手段の出力を入力し、任意
   断面の輪郭線上の任意の点に対するトーチ位置を演算す
   る第２演算手段と、前記第１演算手段および前記第２演
   算手段の出力を入力し、前記断面の前記任意の点位置情
   報ともう一つの任意の断面の輪郭線上の、前記任意の点
   に対応する点の位置情報から前記トーチの姿勢を演算す
   る第３演算手段と、この第３演算手段の出力を入力し、
   これらのトーチ位置情報およびトーチ姿勢情報から前記
   各自由度の軸構成に対する位置を演算する第４演算手段
   と、少なくとも前記第２演算手段が出力する前記トーチ
   の位置情報、前記第３演算手段が出力する前記トーチの
   姿勢情報および被加工板材の板厚情報を入力し、レーザ
   ー加工条件を指定する加工条件指定手段を少なくとも具
   備してなる前記積層板切出用レーザー切断ロボット。
2. （２）前記任意の断面は、前記被加工板材の板厚に対応
   して設けられる特許請求の範囲第１項記載の積層板切出
   用レーザー切断ロボット。
3. （３）前記各自由度の軸構成は、直角座標系で構成され
   る特許請求の範囲第１項記載の積層板切出用レーザー切
   断ロボット。
4. （４）前記各自由度の軸構成は、関節座標系で構成され
   る特許請求の範囲第１項記載の積層板切出用レーザー切
   断ロボット。