JP2011177731A

JP2011177731A - Machining apparatus and method

Info

Publication number: JP2011177731A
Application number: JP2010042567A
Authority: JP
Inventors: Asami Morino; 浅実森野; Junya Umeda; 順也梅田
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deterioration in machining accuracy caused by high acceleration and deceleration of a machining head. <P>SOLUTION: An auxiliary frame 17 is provided which supports a Y axis frame 3 having a laser machining head 7 movably along a pair of X axis frames 1 and which moves along the X axis frames 1 in parallel with and synchronously with the Y axis frame 3. In a mounting bracket 19 provided in the auxiliary frame 17 movably in the Y axis direction, there is provided a driving part 15 which corrects a head position and moves the laser machining head 7 in the X axis direction. When the Y axis frame 3 bends in the X axis direction in moving in the X axis direction, a sensor head 29 provided in a support arm 21 on the laser machining head 7 side measures a linear scale 25 provided in the mounting bracket 19, and detects displacement of the laser machining head 7 caused by the bending of the Y axis frame 3. In this instance, the driving part 15 for correcting head position is driven in a manner offsetting the bending of the Y axis frame 3 to correct the displacement of the laser machining head 7. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、加工ヘッドが、第１の支持部材に沿って移動するとともに、第１の支持部材が、その両端を支持する第２の支持部材に沿って移動しつつワークに対して加工を実施する加工装置及び加工方法に関する。 In the present invention, the machining head moves along the first support member, and the first support member carries out machining on the workpiece while moving along the second support member that supports both ends thereof. The present invention relates to a processing apparatus and a processing method.

従来の加工装置として、例えば下記特許文献１に記載されているレーザ加工装置は、長尺の第１軸キャリッジが第１軸ガイドレールに沿って移動するとともに、レーザ加工ヘッドを備えた第２軸キャリッジが、前記第１軸ガイドレールと直交する第２軸ガイドレールに沿って移動する。これによりレーザ加工ヘッドが、板状ワークの２次元平面上を移動位置決めされてレーザ加工を実施する。 As a conventional machining apparatus, for example, a laser machining apparatus described in Patent Document 1 below has a long first axis carriage that moves along a first axis guide rail and a second axis that includes a laser machining head. A carriage moves along a second axis guide rail orthogonal to the first axis guide rail. As a result, the laser processing head is moved and positioned on the two-dimensional plane of the plate-like workpiece to perform laser processing.

ここで、第１軸キャリッジは、第１軸ガイドレールに沿って移動する際に、レーザ加工ヘッドを備えた第２軸キャリッジを重量物として支持していることからたわみが発生し、特にこのたわみは第２軸キャリッジの位置によって変化することから加工精度の低下を招いている。 Here, when the first-axis carriage moves along the first-axis guide rail, the second-axis carriage provided with the laser processing head is supported as a heavy object, so that the deflection is generated. Since this changes depending on the position of the second-axis carriage, the machining accuracy is lowered.

特開平８−５２５８５号公報JP-A-8-52585

ところで、このようなレーザ加工装置においては、従来から、レーザ加工ヘッドの移動時の高加減速化による加工時間の短縮化や、ギア駆動に比較してバックラッシレスであることから加工精度の向上も実現できるので、駆動源にリニアモータを採用している。 By the way, in such a laser processing apparatus, conventionally, the processing time is shortened by high acceleration / deceleration when the laser processing head is moved, and the processing accuracy is improved because it is less backlashed than the gear drive. Since it can be realized, a linear motor is adopted as a drive source.

しかしながら、レーザ加工ヘッドを高加減速化して移動させると、レーザ加工ヘッドを支持するヘッド支持部材のたわみがより大きくなり、加工精度の低下がより顕著なものとなる。このため、加工精度を維持するためには、リニアモータ駆動を採用しても加減速度にある程度の制限を設けて対応する必要があり、加工時間の短縮には限界がある。 However, when the laser processing head is moved at high acceleration / deceleration, the deflection of the head support member that supports the laser processing head becomes larger, and the reduction in processing accuracy becomes more remarkable. For this reason, in order to maintain the machining accuracy, it is necessary to provide a certain limit to the acceleration / deceleration even if the linear motor drive is adopted, and there is a limit to shortening the machining time.

そこで、本発明は、加工ヘッドの高加減速化による加工精度の低下を抑制することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to suppress a decrease in machining accuracy due to high acceleration / deceleration of the machining head.

本発明は、加工ヘッドを第１の方向に移動可能に支持して前記第１の方向に延設される第１のヘッド支持部材と、この第１のヘッド支持部材の前記延設方向の両端を支持して該第１のヘッド支持部材を、前記第１の方向と直交する方向の第２の方向に移動可能に支持する第２のヘッド支持部材とを備える加工装置であって、前記加工ヘッドが前記第１のヘッド支持部材とともに前記第２のヘッド支持部材に沿って前記第２の方向に移動するときに前記第１のヘッド支持部材がたわみ、このたわみによる前記加工ヘッドの位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、この位置ずれ検出手段により検出した前記加工ヘッドの位置ずれを補正するように、前記加工ヘッドを前記第１のヘッド支持部材のたわみの方向と反対方向に移動させる位置ずれ補正手段とを有することを特徴とする。 The present invention provides a first head support member that extends in the first direction by supporting a processing head movably in a first direction, and both ends of the first head support member in the extending direction. And a second head support member that supports the first head support member so as to be movable in a second direction orthogonal to the first direction. When the head moves in the second direction along the second head support member together with the first head support member, the first head support member bends, and the displacement of the processing head due to the deflection is caused. A position deviation detecting means to detect, and a position to move the machining head in a direction opposite to the deflection direction of the first head support member so as to correct the position deviation of the machining head detected by the position deviation detecting means. Offset And having a means.

本発明によれば、加工ヘッドを第１のヘッド支持部材のたわみの方向と反対方向に移動させるようにしたので、第１のヘッド支持部材のたわみによる加工ヘッドの位置ずれを補正することができ、加工ヘッドの高加減速化による加工精度の低下を抑制することができる。 According to the present invention, since the machining head is moved in the direction opposite to the deflection direction of the first head support member, the positional deviation of the machining head due to the deflection of the first head support member can be corrected. And the fall of the processing precision by high acceleration / deceleration of a processing head can be suppressed.

本発明の第１の実施形態に係わるレーザ加工装置の平面図である。It is a top view of the laser processing apparatus concerning the 1st Embodiment of this invention. 図１のレーザ加工装置の正面図である。It is a front view of the laser processing apparatus of FIG. 図１のレーザ加工装置のＸ軸フレームに支持されたＹ軸フレームのたわみ量を求めるための説明図である。It is explanatory drawing for calculating | requiring the deflection amount of the Y-axis frame supported by the X-axis frame of the laser processing apparatus of FIG. レーザ加工ヘッドの停止直後におけるＹ軸フレームのたわみ状態を示す測定結果を、（ａ）として加速度の低い場合を、（ｂ）として加速度の高い場合を、それぞれ示すグラフである。It is a graph which shows the case where acceleration is low as (a), and the case where acceleration is high as (b), respectively, about the measurement result which shows the deflection state of the Y-axis frame immediately after the stop of a laser processing head. 図４の測定を実施する際の具体例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific example at the time of implementing the measurement of FIG. レーザ加工ヘッドの加速度と加工円の真円度との相関図である。It is a correlation diagram of the acceleration of a laser processing head, and the roundness of a processing circle. 第２の実施形態の、図１に対応する平面図である。It is a top view corresponding to Drawing 1 of a 2nd embodiment. 第３の実施形態の、図１に対応する平面図である。It is a top view corresponding to Drawing 1 of a 3rd embodiment.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係わる加工装置としてのレーザ加工装置は、図１，図２に示すように、左右一対のＸ軸フレーム１を、Ｙ軸方向（図１，図２中で左右方向）に所定間隔をおいた状態で、Ｘ軸方向（図１中で上下方向、図２中で紙面に直交する方向）に延設配置している。この一対のＸ軸フレーム１上に、Ｙ軸方向に延設されるＹ軸フレーム３の両端をＸ軸方向に移動可能に支持させている。なお、上記したＹ軸方向が第１の方向に、Ｘ軸方向が第２の方向にそれぞれ対応し、Ｙ軸フレーム３が第１のヘッド支持部材に、一対のＸ軸フレーム１が第２のヘッド支持部材にそれぞれ対応している。 [First Embodiment]
As shown in FIGS. 1 and 2, the laser processing apparatus as the processing apparatus according to the first embodiment of the present invention has a pair of left and right X-axis frames 1 arranged in the Y-axis direction (left and right in FIGS. 1 and 2). The X-axis direction (the vertical direction in FIG. 1 and the direction orthogonal to the paper surface in FIG. 2) is extended and arranged with a predetermined interval in the direction. On the pair of X-axis frames 1, both ends of a Y-axis frame 3 extending in the Y-axis direction are supported so as to be movable in the X-axis direction. The Y-axis direction corresponds to the first direction, the X-axis direction corresponds to the second direction, the Y-axis frame 3 corresponds to the first head support member, and the pair of X-axis frames 1 corresponds to the second direction. Each corresponds to a head support member.

Ｙ軸フレーム３は、一対のＸ軸フレーム１相互間にわたり延設される上部フレーム３ａと、この上部フレーム３ａの長手方向両端部から下方に屈曲してＸ軸フレーム１に下端が支持される左右一対のサイドフレーム３ｂ，３ｃとを備え、全体として門型形状を呈している。 The Y-axis frame 3 includes an upper frame 3a extending between the pair of X-axis frames 1, and left and right sides that are bent downward from both longitudinal ends of the upper frame 3a and supported by the X-axis frame 1. A pair of side frames 3b and 3c are provided, and the gate shape is exhibited as a whole.

サイドフレーム３ｂ，３ｃの下端は、Ｘ軸フレーム１上に設けてあるガイドレール５に沿ってＸ軸方向に移動可能となっている。そして、Ｙ軸フレーム３の上部フレーム３ａには、加工ヘッドとしてレーザ加工ヘッド７を下部に備えたＹ軸キャリッジ９をＹ軸方向に移動可能に設けている。このＹ軸キャリッジ９は、レーザ加工ヘッド７をＹ軸方向に搬送移動するものであり、これに対してＹ軸フレーム３は、レーザ加工ヘッド７をＸ軸方向に搬送移動するものであるので、Ｘ軸キャリッジとなる。 The lower ends of the side frames 3b and 3c are movable in the X-axis direction along the guide rails 5 provided on the X-axis frame 1. In the upper frame 3a of the Y-axis frame 3, a Y-axis carriage 9 provided with a laser processing head 7 as a lower part as a processing head is provided so as to be movable in the Y-axis direction. The Y-axis carriage 9 conveys and moves the laser machining head 7 in the Y-axis direction, while the Y-axis frame 3 conveys and moves the laser machining head 7 in the X-axis direction. X-axis carriage.

したがって、Ｙ軸フレーム（Ｘ軸キャリッジ）３をＸ軸フレーム１に沿って図１中で上下方向に対応する第２の方向に移動させるとともに、Ｙ軸キャリッジ９をＹ軸フレーム３に沿って図１中で左右方向に対応する第１の方向に移動させることで、レーザ加工ヘッド７を、加工テーブル１３上にセットしてあるワークＷに対して移動位置決めがなされる。 Accordingly, the Y-axis frame (X-axis carriage) 3 is moved along the X-axis frame 1 in the second direction corresponding to the vertical direction in FIG. 1, and the Y-axis carriage 9 is illustrated along the Y-axis frame 3. 1, the laser processing head 7 is moved and positioned with respect to the workpiece W set on the processing table 13.

なお、ここでのＹ軸フレーム３のＸ軸方向の移動及び、Ｙ軸キャリッジ９（レーザ加工ヘッド７）のＹ軸方向の移動の際に使用する駆動源は、いずれもリニアモータを使用するものとし、これによりレーザ加工ヘッド７の移動時での高加減速化の実現を図っている。 The drive source used for the movement of the Y-axis frame 3 in the X-axis direction and the movement of the Y-axis carriage 9 (laser machining head 7) in the Y-axis direction here uses a linear motor. In this way, high acceleration / deceleration can be realized when the laser processing head 7 is moved.

このように、レーザ加工ヘッド７を、特にリニアモータを駆動源として高加減速化した場合には、レーザ加工ヘッド７を支持しているＹ軸フレーム３がＸ軸方向に移動するときまたは停止するときに、重量物であるレーザ加工ヘッド７を備える長尺のＹ軸フレーム３が、加（減）速度の影響を受けて慣性により図１の二点鎖線で示すように、Ｙ軸キャリッジ９（レーザ加工ヘッド７）を中心としてＸ軸方向にたわむことになる。 As described above, when the laser machining head 7 is accelerated / decelerated particularly using a linear motor as a drive source, the Y-axis frame 3 supporting the laser machining head 7 moves or stops in the X-axis direction. Sometimes, a long Y-axis frame 3 having a heavy laser processing head 7 is affected by the acceleration (deceleration) speed, and as shown by a two-dot chain line in FIG. It will bend in the X-axis direction with the laser processing head 7) as the center.

このため、本実施形態では、このＹ軸フレーム３のたわみによるレーザ加工ヘッド７の位置ずれを補正するための機構を設けている。なお、図１では、説明を簡素化するためにレーザ加工ヘッド７をＹ軸フレーム３の長手方向中央に位置している場合を示している。したがって、このときＹ軸フレーム３のたわみは、図１中でレーザ加工ヘッド７を中心としてほぼ左右対称となっている。 For this reason, in this embodiment, a mechanism is provided for correcting the positional deviation of the laser processing head 7 due to the deflection of the Y-axis frame 3. FIG. 1 shows a case where the laser processing head 7 is positioned at the center in the longitudinal direction of the Y-axis frame 3 in order to simplify the description. Therefore, at this time, the deflection of the Y-axis frame 3 is substantially symmetrical with respect to the laser processing head 7 in FIG.

ここで、本実施形態では、図１に示すように、レーザ加工ヘッド７を備えるＹ軸キャリッジ９をＹ軸フレーム３に沿ってリニアモータにより移動させる前述した構成に加え、レーザ加工ヘッド７を備えるＹ軸キャリッジ９を、Ｘ軸方向に移動させる位置ずれ補正手段としてのヘッド位置補正用駆動部１５を設けている。このヘッド位置補正用駆動部１５についても、リニアモータを採用している。 Here, in this embodiment, as shown in FIG. 1, in addition to the above-described configuration in which the Y-axis carriage 9 including the laser processing head 7 is moved along the Y-axis frame 3 by the linear motor, the laser processing head 7 is provided. A head position correcting drive unit 15 is provided as a positional deviation correcting means for moving the Y-axis carriage 9 in the X-axis direction. The head position correcting drive unit 15 also employs a linear motor.

また、Ｙ軸フレーム３と平行に補助部材としての補助フレーム１７を設けている。補助フレーム１７は、Ｙ軸フレーム３に対しＸ軸方向に沿って一定間隔をおいて配置し、その長手方向両端を、Ｙ軸フレーム３のサイドフレーム３ｂ，３ｃの図１中で上方に延長した部分の端部付近に連結固定している。このため、補助フレーム１７はＹ軸フレーム３と一体的に同期してＸ軸方向に移動することになる。 In addition, an auxiliary frame 17 as an auxiliary member is provided in parallel with the Y-axis frame 3. The auxiliary frame 17 is arranged at a constant interval along the X-axis direction with respect to the Y-axis frame 3, and both longitudinal ends thereof extend upward in FIG. 1 of the side frames 3 b and 3 c of the Y-axis frame 3. It is connected and fixed near the end of the part. Therefore, the auxiliary frame 17 moves in the X-axis direction in synchronization with the Y-axis frame 3.

そして、上記した補助フレーム１７には、Ｙ軸フレーム３に向けて取付ブラケット１９を突出して設けてあり、この取付ブラケット１９のＹ軸方向の側面に前記したヘッド位置補正用駆動部１５を設けている。ヘッド位置補正用駆動部１５は、Ｙ軸キャリッジ９から補助フレーム１７に向けて突出する支持アーム２１の先端のガイド部２３をＸ軸方向に移動させる。なお、このガイド部２３及びヘッド位置補正用駆動部１５は、図２では省略している。 The auxiliary frame 17 is provided with a mounting bracket 19 projecting toward the Y-axis frame 3, and the head position correcting drive unit 15 described above is provided on the side surface of the mounting bracket 19 in the Y-axis direction. Yes. The head position correcting drive section 15 moves the guide section 23 at the tip of the support arm 21 protruding from the Y-axis carriage 9 toward the auxiliary frame 17 in the X-axis direction. The guide portion 23 and the head position correcting drive portion 15 are omitted in FIG.

また、取付ブラケット１９のＹ軸フレーム３側の支持アーム２１に対向する位置には、可動センサ部としてのリニアスケール２５を、リニアスケール用ブラケット２７を介してＸ軸方向に向けて延設している。そして、このリニアスケール２５にＹ軸方向に対向する位置の支持アーム２１には、リニアスケール２５を検出するヘッドセンサ部としてのセンサヘッド２９を近接して設けている。 Further, a linear scale 25 as a movable sensor portion is extended in the X-axis direction via a linear scale bracket 27 at a position facing the support arm 21 on the Y-axis frame 3 side of the mounting bracket 19. Yes. A sensor head 29 as a head sensor unit for detecting the linear scale 25 is provided close to the support arm 21 at a position facing the linear scale 25 in the Y-axis direction.

なお、これらリニアスケール２５及びセンサヘッド２９からなる位置ずれ検出手段としては、光電式や電磁誘導式などの非接触式の変位センサを用いることができる。 Note that a non-contact displacement sensor such as a photoelectric type or an electromagnetic induction type can be used as the positional deviation detection means including the linear scale 25 and the sensor head 29.

このような構成のレーザ加工装置において、レーザ加工ヘッド７をＸ軸方向の例えば図１中で下方に移動させるべく、Ｙ軸フレーム３をリニアモータ駆動によりＸ軸フレーム１に沿って加速移動させる場合を想定する、この場合、Ｙ軸フレーム３は、重量物であるレーザ加工ヘッド７及びＹ軸キャリッジ９の影響を受けて、その慣性により、図１中で上方に向けて弓なりに弾性的にたわみ変形することになる。 In the laser processing apparatus having such a configuration, when the Y-axis frame 3 is accelerated and moved along the X-axis frame 1 by linear motor driving in order to move the laser processing head 7 downward in FIG. In this case, the Y-axis frame 3 is affected by the heavy laser processing head 7 and the Y-axis carriage 9 and elastically bends upward in FIG. Will be transformed.

上記したＹ軸フレーム３のたわみ変形によるレーザ加工ヘッド７のＸ軸方向の、図示しない制御部からの当初の指令位置に対する位置ずれは、センサヘッド２９がリニアスケール２５を検出することによって測定する。そして、このセンサヘッド２９による測定結果に基づいて、制御部がヘッド位置補正用駆動部１５を駆動してＹ軸キャリッジ９（レーザ加工ヘッド７）を、補助フレーム１７に対して上記たわみ方向と反対方向に移動させ、上記したＹ軸フレーム３のたわみを相殺させて、該たわみによるレーザ加工ヘッド７の位置ずれを補正する。 The positional deviation of the laser processing head 7 in the X-axis direction due to the deflection deformation of the Y-axis frame 3 with respect to the initial command position from a control unit (not shown) is measured by the sensor head 29 detecting the linear scale 25. Then, based on the measurement result by the sensor head 29, the control unit drives the head position correcting drive unit 15 so that the Y-axis carriage 9 (laser processing head 7) is opposite to the deflection direction with respect to the auxiliary frame 17. The deflection of the Y-axis frame 3 is canceled to correct the positional deviation of the laser processing head 7 due to the deflection.

一方、レーザ加工ヘッド７が、上記したＸ軸方向の図１中で下方に移動した後指令位置に移動位置決めすべく減速する際には、Ｙ軸フレーム３は上記加速時とは逆に移動方向と同方向（図１中で下方）にたわむことになる。この場合には、上記と同様にしてセンサヘッド２９がリニアスケール２５を検出した後、制御部がヘッド位置補正用駆動部１５を駆動してレーザ加工ヘッド７を、上記たわみ方向と反対方向（図１中で上方）に移動させて位置ずれを補正する。 On the other hand, when the laser machining head 7 decelerates to move to the command position after moving downward in FIG. 1 in the X-axis direction, the Y-axis frame 3 moves in the direction opposite to that during acceleration. And bend in the same direction (downward in FIG. 1). In this case, after the sensor head 29 detects the linear scale 25 in the same manner as described above, the control unit drives the head position correcting drive unit 15 to move the laser processing head 7 in a direction opposite to the deflection direction (see FIG. 1), the position shift is corrected.

なお、Ｙ軸フレーム３と一体的に同期してＸ軸方向に移動する補助フレーム１７は、Ｙ軸フレーム３に搭載するレーザ加工ヘッド７に比較して重量が充分小さい取付ブラケット１９やヘッド位置補正用駆動部１５，リニアスケール２５などを搭載しているだけなので、高速での加減速によるたわみ変形は無視できるほど小さくなる。 The auxiliary frame 17 that moves in the X-axis direction in synchronization with the Y-axis frame 3 has a mounting bracket 19 and a head position correction that are sufficiently lighter in weight than the laser processing head 7 mounted on the Y-axis frame 3. Since only the drive unit 15 and the linear scale 25 are mounted, the deflection deformation due to high-speed acceleration / deceleration is negligibly small.

また、補助フレーム１７の微少なたわみ変形をより確実に抑えるのであれば、補助フレーム１７や取付ブラケット１９及びリニアスケール用ブラケット２７に、軽量で高剛性の例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）を使用すればよい。Ｙ軸フレーム３については、ＳＳ４００のような従来から使用している一般構造用圧延鋼材を使用している。 Further, if the slight deflection deformation of the auxiliary frame 17 is more reliably suppressed, for example, CFRP (carbon fiber reinforced resin) that is light and highly rigid is used for the auxiliary frame 17, the mounting bracket 19, and the linear scale bracket 27. That's fine. For the Y-axis frame 3, a conventional rolled steel for general structure such as SS400 is used.

ここで、Ｙ軸フレーム３のたわみδ［ｍｍ］は、図３の模式図で示すように、Ｘ軸フレーム１とＹ軸フレーム３との連結構造を単純な両端支持の梁構造として考えることで求めることができる。 Here, the deflection δ [mm] of the Y-axis frame 3 is obtained by considering the connection structure of the X-axis frame 1 and the Y-axis frame 3 as a simple beam structure with both ends supported, as shown in the schematic diagram of FIG. Can be sought.

なお、図３では、Ｙ軸フレーム３の長手方向中心位置に力Ｆ［Ｎ］が作用したときを想定している。ここで、Ｙ軸キャリッジ９を含むレーザ加工ヘッド７の重量をｍ［ｋｇ］、レーザ加工ヘッド７に作用する加速度をａ［ｍ／ｓ²］とすると、Ｆ［Ｎ］は、
Ｆ［Ｎ］＝ｍ［ｋｇ］×ａ［ｍ／ｓ²］
の式で求めることができ、たわみδ［ｍｍ］は、次式から求めることができる。 In FIG. 3, it is assumed that a force F [N] is applied to the longitudinal center position of the Y-axis frame 3. Here, if the weight of the laser processing head 7 including the Y-axis carriage 9 is m [kg] and the acceleration acting on the laser processing head 7 is a [m / s ² ], F [N] is
F [N] = m [kg] × a [m / s ² ]
The deflection δ [mm] can be obtained from the following equation.

δ［ｍｍ］＝｛β×Ｆ［Ｎ］×Ｌ^３［ｍｍ^３］｝／｛Ｅ［ＧＰａ］×Ｉ［ｍｍ^４］
＋Ｙ軸フレーム３の自重によるたわみ
ここで、βはたわみ係数（梁の種類により決まる係数）、Ｌ［ｍｍ］はＹ軸フレーム３の長さ、Ｅ［ＧＰａ］は縦弾性係数（梁の材質により決まる係数）、Ｉ［ｍｍ^４］は断面二次モーメント（梁の断面形状により求まる値）である。また、Ｙ軸キャリッジ９を含むレーザ加工ヘッド７の重量ｍ［ｋｇ］とＹ軸フレーム３の長さＬ［ｍｍ］は、レーザ加工装置により決まる値である。したがって、Ｙ軸フレーム３のたわみδ［ｍｍ］は、レーザ加工ヘッド７に作用する加速度ａ［ｍ／ｓ²］により決定付けられることになる。 δ [mm] = {β × F [N] × L ³ [mm ³ ]} / {E [GPa] × I [mm ⁴ ]
+ Deflection due to the weight of the Y-axis frame 3 where β is a deflection coefficient (a coefficient determined by the type of beam), L [mm] is the length of the Y-axis frame 3, and E [GPa] is a longitudinal elastic modulus (depending on the material of the beam). (Determined coefficient), I [mm ⁴ ] is a cross-sectional secondary moment (a value obtained from the cross-sectional shape of the beam). The weight m [kg] of the laser processing head 7 including the Y-axis carriage 9 and the length L [mm] of the Y-axis frame 3 are values determined by the laser processing apparatus. Therefore, the deflection δ [mm] of the Y-axis frame 3 is determined by the acceleration a [m / s ² ] acting on the laser processing head 7.

図４に、レーザ加工ヘッド７の速度、すなわち加速度に対するＹ軸フレーム３のたわみ（変位）を実際に測定した結果を示す。この測定結果は、Ｙ軸フレーム３のたわみを、図５に示すように、レーザ加工ヘッド７がＡ位置から加速度ａ［ｍ／ｓ²］で移動後、Ｂ位置で停止したときのＹ軸フレーム３の変位を、レーザ変位計３１で測定したものである。 FIG. 4 shows the results of actual measurement of the deflection (displacement) of the Y-axis frame 3 with respect to the speed of the laser machining head 7, that is, the acceleration. This measurement result shows that the Y-axis frame 3 shows the deflection of the Y-axis frame 3 when the laser processing head 7 stops at the B position after moving from the A position with the acceleration a [m / s ² ] as shown in FIG. 3 is measured by a laser displacement meter 31.

ここで、図４（ａ）は加速度ａ［ｍ／ｓ²］が２．８［ｍ／ｓ²］、図４（ｂ）は加速度ａ［ｍ／ｓ²］が８．３［ｍ／ｓ²］であり、加速度の高い図４（ｂ）のほうが、Ｃ部で示すレーザ加工ヘッド７の停止直後のＹ軸フレーム３の変位が大きくなっていることがわかる。Ｙ軸フレーム３の変位が大きくなると（加速度が高くなると）、図６に示すように、レーザ加工による丸穴の真円度が悪化するものとなる。なお、図４（ａ），（ｂ）での減速度は互いに同等であるとする。 4A shows an acceleration a [m / s ² ] of 2.8 [m / s ² ], and FIG. 4B shows an acceleration a [m / s ² ] of 8.3 [m / s]. ² ], and in FIG. 4B, which has a higher acceleration, it can be seen that the displacement of the Y-axis frame 3 immediately after the laser processing head 7 indicated by C is stopped is larger. When the displacement of the Y-axis frame 3 increases (acceleration increases), as shown in FIG. 6, the roundness of the round hole by laser processing deteriorates. Note that the decelerations in FIGS. 4A and 4B are equivalent to each other.

したがって、前述したように、ヘッド位置補正用駆動部１５の駆動により、Ｙ軸フレーム３の変位（たわみ変形）を相殺するように、レーザ加工ヘッド７をたわみ方向と反対方向に移動させることで、リニアモータの機能を有効に発揮させるべく加速度を高めたとしても、加工する丸穴の真円度を確保して加工精度を高めることができる。 Therefore, as described above, by moving the laser processing head 7 in the direction opposite to the deflection direction so as to cancel the displacement (deflection deformation) of the Y-axis frame 3 by driving the head position correction drive unit 15, Even if the acceleration is increased in order to effectively exhibit the function of the linear motor, the roundness of the round hole to be processed can be secured and the processing accuracy can be increased.

なお、図３では、Ｙ軸フレーム３の長手方向中心位置に力Ｆ［Ｎ］が作用したときを想定してたわみδ［ｍｍ］を求めたが、Ｙ軸フレーム３の長手方向任意の位置に力Ｆ［Ｎ］が作用したときには、次式を用いてたわみδ［ｍｍ］を求めることができる。 In FIG. 3, the deflection δ [mm] is obtained assuming that the force F [N] is applied to the longitudinal center position of the Y-axis frame 3, but the deflection δ [mm] is obtained at an arbitrary position in the longitudinal direction of the Y-axis frame 3. When the force F [N] acts, the deflection δ [mm] can be obtained using the following equation.

δ[mm] = {F[N] × a[mm²] × b[mm²]} / {3 × L[mm]× E[GPa] × I[mm^４]}
＋Ｙ軸フレーム３の自重によるたわみ
なお、上記式でａ，ｂは、図３に示してあるように、左右一対のＸ軸フレーム１からレーザ加工ヘッド７までの距離である。 δ [mm] = {F [N] × a [mm ² ] × b [mm ² ]} / {3 × L [mm] × E [GPa] × I [mm ⁴ ]}
+ Deflection due to dead weight of Y-axis frame 3 In the above formula, a and b are distances from the pair of left and right X-axis frames 1 to the laser processing head 7, as shown in FIG.

また、本実施形態では、Ｙ軸フレーム３に対して平行に配置されかつ同期してＸ軸方向に移動する補助フレーム１７を設け、位置ずれ検出手段は、レーザ加工ヘッド７の補助フレーム１７に対するＸ軸方向の変位量を検出するものとしている。このため、レーザ加工ヘッド７の補助フレーム１７に対するＸ軸方向の変位量を検出することで、Ｙ軸フレーム３のたわみによるレーザ加工ヘッド７の位置ずれを測定することができ、この測定した位置ずれを補正するようにレーザ加工ヘッド７を移動させることで、レーザ加工ヘッド７を当初の指令位置に位置決めすることができる。 Further, in the present embodiment, an auxiliary frame 17 that is arranged in parallel to the Y-axis frame 3 and moves in the X-axis direction in synchronization is provided, and the positional deviation detection means is an X for the auxiliary frame 17 of the laser processing head 7. The amount of displacement in the axial direction is detected. Therefore, by detecting the amount of displacement of the laser processing head 7 in the X-axis direction with respect to the auxiliary frame 17, it is possible to measure the positional displacement of the laser processing head 7 due to the deflection of the Y-axis frame 3. By moving the laser processing head 7 so as to correct the above, the laser processing head 7 can be positioned at the original command position.

また、本実施形態では、位置ずれ検出手段は、補助フレーム１７に設けられてレーザ加工ヘッド７のＹ軸方向の移動と同期して補助フレーム１７に沿って移動可能な可動センサ部であるリニアスケール２５と、このリニアスケール２５に対向してレーザ加工ヘッド７に設けたヘッドセンサ部であるセンサヘッド２９とを有している。このため、センサヘッド２９がレーザ加工ヘッド７と同期してＹ軸方向に移動するので、センサヘッド２９による検出精度を確保することができる。 In the present embodiment, the positional deviation detection means is a linear scale which is a movable sensor unit provided on the auxiliary frame 17 and movable along the auxiliary frame 17 in synchronization with the movement of the laser processing head 7 in the Y-axis direction. 25 and a sensor head 29 which is a head sensor portion provided in the laser processing head 7 so as to face the linear scale 25. For this reason, since the sensor head 29 moves in the Y-axis direction in synchronization with the laser processing head 7, the detection accuracy by the sensor head 29 can be ensured.

また、本実施形態では、位置ずれ検出手段は、補助フレーム１７に設けられてＸ軸方向に延設されるリニアスケール２５と、このリニアスケール２５に対向してレーザ加工ヘッド７に設けたセンサヘッド２９とを有するものとしてある。したがって、この場合には、レーザ加工ヘッド７の位置ずれを補正する際に、レーザ加工ヘッド７を補助フレーム１７に対してＸ軸方向に移動させてＹ軸フレーム３のたわみ変形が矯正されるので、リニアスケール２５とセンサヘッド２９との相互間の平行度が保たれ、検出精度の低下を抑制することができる。 In the present embodiment, the positional deviation detection means includes a linear scale 25 provided on the auxiliary frame 17 and extending in the X-axis direction, and a sensor head provided on the laser processing head 7 so as to face the linear scale 25. 29. Therefore, in this case, when correcting the positional deviation of the laser processing head 7, the laser processing head 7 is moved in the X-axis direction with respect to the auxiliary frame 17, so that the deflection deformation of the Y-axis frame 3 is corrected. The parallelism between the linear scale 25 and the sensor head 29 is maintained, and a decrease in detection accuracy can be suppressed.

［第２の実施形態］
第２の実施形態は、図７に示すように、位置ずれ検出手段として、前記図１の第１の実施形態におけるリニアスケール２５及びセンサヘッド２９に代えて、可動センサ部３３及びヘッドセンサ部３５を用いている。可動センサ部３３は、Ｙ軸方向に移動可能に補助フレーム１７に設けた可動体３７のＹ軸キャリッジ９に対向する面に設けてあり、ヘッドセンサ部３５は、可動センサ部３３に対向するようにしてＹ軸キャリッジ９に設けている。この場合には、Ｙ軸フレーム３が、Ｘ軸方向への高加減速によりたわむことによって、可動センサ部３３とヘッドセンサ部３５との間隔が変化するので、この間隔の変化量を検出することで、Ｙ軸フレーム３のたわみ、すなわちレーザ加工ヘッド７の位置ずれを求めることができる。 [Second Embodiment]
In the second embodiment, as shown in FIG. 7, as a displacement detection means, instead of the linear scale 25 and the sensor head 29 in the first embodiment of FIG. Is used. The movable sensor unit 33 is provided on a surface of the movable body 37 provided on the auxiliary frame 17 so as to be movable in the Y-axis direction and faces the Y-axis carriage 9, and the head sensor unit 35 faces the movable sensor unit 33. Are provided on the Y-axis carriage 9. In this case, since the interval between the movable sensor unit 33 and the head sensor unit 35 changes when the Y-axis frame 3 bends due to high acceleration / deceleration in the X-axis direction, the amount of change in this interval is detected. Thus, the deflection of the Y-axis frame 3, that is, the positional deviation of the laser processing head 7 can be obtained.

なお、この場合の可動センサ部３３及びヘッドセンサ部３５からなる位置ずれ検出手段としては、例えば超音波式を用いることができる。 In this case, for example, an ultrasonic method can be used as the positional deviation detection means including the movable sensor unit 33 and the head sensor unit 35.

本実施形態では、位置ずれを検出した後は、Ｙ軸フレーム３をＸ軸方向に移動させるリニアモータからなる駆動機構部を駆動してレーザ加工ヘッド７をＸ軸方向に移動させて位置ずれを補正する。したがって、この場合には、上記したＹ軸フレーム３をＸ軸方向に移動させるリニアモータからなる駆動機構部が位置ずれ補正手段を含むことになる。 In the present embodiment, after detecting the positional deviation, the driving mechanism unit composed of a linear motor that moves the Y-axis frame 3 in the X-axis direction is driven to move the laser processing head 7 in the X-axis direction to cause the positional deviation. to correct. Therefore, in this case, the drive mechanism unit composed of a linear motor that moves the Y-axis frame 3 in the X-axis direction includes the positional deviation correction means.

このため、本実施形態では、第１の実施形態で使用していたヘッド位置補正用駆動部１５が不要となるので、その分構造を簡素化できてコスト低下を図ることができる。なお、第１の実施形態と同様にヘッド位置補正用駆動部１５を使用してもよい。 For this reason, in the present embodiment, the head position correction drive unit 15 used in the first embodiment is not necessary, and thus the structure can be simplified and the cost can be reduced. Note that the head position correcting drive unit 15 may be used as in the first embodiment.

本実施形態においても、レーザ加工ヘッド７をＹ軸フレーム３のたわみ方向と反対方向に移動させることで、レーザ加工ヘッド７の位置ずれを補正でき、したがって第１の実施形態と同様に、リニアモータの機能を有効に発揮させるべくレーザ加工ヘッド７を移動させる際の加速度を高めたとしても、加工する丸穴の真円度を確保して加工精度を高めることができる。 Also in the present embodiment, the laser machining head 7 can be moved in the direction opposite to the deflection direction of the Y-axis frame 3 to correct the positional deviation of the laser machining head 7, and therefore, similarly to the first embodiment, the linear motor Even when the acceleration at the time of moving the laser processing head 7 is increased so as to effectively exhibit the above function, the roundness of the round hole to be processed can be secured and the processing accuracy can be increased.

［第３の実施形態］
第３の実施形態は、図８に示すように、位置ずれ検出手段として、前記図１の第１の実施形態におけるリニアスケール２５及びセンサヘッド２９に代えて、可動センサ部３９及びヘッドセンサ部４１を用いている。可動センサ部３９は、図８中で右側のサイドフレーム３ｃに取り付けた可動体４３のＹ軸キャリッジ９に対向する面に設けてあり、ヘッドセンサ部４１は、可動センサ部３９に対向するようにしてＹ軸キャリッジ９に設けている。この場合には、Ｙ軸フレーム３が、Ｘ軸方向への高加減速によりたわむことによって、可動センサ部３９とヘッドセンサ部４１とが互いにＸ軸方向にずれるので、このずれ量を検出することで、Ｙ軸フレーム３のたわみ、すなわちレーザ加工ヘッド７の位置ずれを求めることができる。 [Third Embodiment]
In the third embodiment, as shown in FIG. 8, as a displacement detection means, instead of the linear scale 25 and the sensor head 29 in the first embodiment of FIG. Is used. The movable sensor unit 39 is provided on the surface of the movable body 43 attached to the right side frame 3c in FIG. 8 so as to face the Y-axis carriage 9, and the head sensor unit 41 faces the movable sensor unit 39. Provided on the Y-axis carriage 9. In this case, the movable sensor unit 39 and the head sensor unit 41 are displaced from each other in the X-axis direction when the Y-axis frame 3 is bent by high acceleration / deceleration in the X-axis direction. Thus, the deflection of the Y-axis frame 3, that is, the positional deviation of the laser processing head 7 can be obtained.

なお、この場合の可動センサ部３９及びヘッドセンサ部４１からなる位置ずれ検出手段としては、例えば光電式を用いることができる。 In this case, for example, a photoelectric type can be used as the positional deviation detection means including the movable sensor unit 39 and the head sensor unit 41.

本実施形態では、位置ずれを検出した後は、第２の実施形態と同様に、Ｙ軸フレーム３をＸ軸方向に移動させるリニアモータからなる駆動機構部を駆動してレーザ加工ヘッド７をＸ軸方向に移動させて位置ずれを補正する。したがって、この場合には、上記したＹ軸フレーム３をＸ軸方向に移動させるリニアモータからなる駆動機構部が位置ずれ補正手段を含むことになる。 In the present embodiment, after detecting the positional deviation, as in the second embodiment, the laser machining head 7 is moved by driving the drive mechanism unit composed of a linear motor that moves the Y-axis frame 3 in the X-axis direction. Move in the axial direction to correct misalignment. Therefore, in this case, the drive mechanism unit composed of a linear motor that moves the Y-axis frame 3 in the X-axis direction includes the positional deviation correction means.

このため、本実施形態においては、第１の実施形態で使用していたヘッド位置補正用駆動部１５が不要になる上、第１，２の実施形態で使用していた補助フレーム１７も不要となるので、その分さらに構造を簡素化できてコスト低下を図ることができる。なお、第１の実施形態と同様に補助フレーム１７を設けてヘッド位置補正用駆動部１５を使用してもよい。 For this reason, in the present embodiment, the head position correction drive unit 15 used in the first embodiment is not required, and the auxiliary frame 17 used in the first and second embodiments is not required. Therefore, the structure can be further simplified and the cost can be reduced accordingly. Note that, as in the first embodiment, the auxiliary frame 17 may be provided and the head position correcting drive unit 15 may be used.

なお、上記した各実施形態では、レーザ加工ヘッド７による丸穴の加工を例にとって説明したが、この加工に限るものではなく、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に加工ヘッドを移動位置決めして加工を行うものであれば適用できる。 In each of the above-described embodiments, the processing of the round hole by the laser processing head 7 has been described as an example. However, the processing is not limited to this processing, and the processing head is moved and positioned in the X-axis direction and the Y-axis direction. Applicable if it does.

さらに、上記した各実施形態では、Ｙ軸フレーム３のＸ軸方向の移動及び、Ｙ軸キャリッジ９（レーザ加工ヘッド７）のＹ軸方向の移動に使用する駆動源や、ヘッド位置補正用駆動部１５の駆動源に、いずれもリニアモータを採用しているが、特にリニアモータに限定するものではなく、各種の駆動手段を用いても同様の効果が期待できる。 Further, in each of the above-described embodiments, the drive source used for the movement of the Y-axis frame 3 in the X-axis direction and the movement of the Y-axis carriage 9 (laser machining head 7) in the Y-axis direction, and a head position correction drive unit Although the linear motor is employed for all of the 15 driving sources, the linear motor is not particularly limited, and the same effect can be expected by using various driving means.

１Ｘ軸フレーム（第２のヘッド支持部材）
３Ｙ軸フレーム（第１のヘッド支持部材）
７レーザ加工ヘッド（加工ヘッド）
１５ヘッド位置補正用駆動部（位置ずれ補正手段）
１７補助フレーム（補助部材）
２５リニアスケール（可動センサ部，位置ずれ検出手段）
２９センサヘッド（ヘッドセンサ部，位置ずれ検出手段）
３３，３９可動センサ部（位置ずれ検出手段）
３５，４１ヘッドセンサ部（位置ずれ検出手段） 1 X-axis frame (second head support member)
3 Y-axis frame (first head support member)
7 Laser processing head (processing head)
15 Head position correction drive section (position shift correction means)
17 Auxiliary frame (auxiliary member)
25 Linear scale (movable sensor, misalignment detection means)
29 Sensor head (head sensor unit, misregistration detection means)
33, 39 Movable sensor section (positional deviation detection means)
35, 41 Head sensor unit (positional deviation detection means)

Claims

加工ヘッドを第１の方向に移動可能に支持して前記第１の方向に延設される第１のヘッド支持部材と、この第１のヘッド支持部材の前記延設方向の両端を支持して該第１のヘッド支持部材を、前記第１の方向と直交する方向の第２の方向に移動可能に支持する第２のヘッド支持部材とを備える加工装置であって、前記加工ヘッドが前記第１のヘッド支持部材とともに前記第２のヘッド支持部材に沿って前記第２の方向に移動するときに前記第１のヘッド支持部材がたわみ、このたわみによる前記加工ヘッドの位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、この位置ずれ検出手段により検出した前記加工ヘッドの位置ずれを補正するように、前記加工ヘッドを前記第１のヘッド支持部材のたわみの方向と反対方向に移動させる位置ずれ補正手段とを有することを特徴とする加工装置。 A first head support member that supports the processing head to be movable in the first direction and extends in the first direction, and supports both ends of the first head support member in the extension direction. A processing apparatus comprising: a second head support member that movably supports the first head support member in a second direction orthogonal to the first direction, wherein the processing head includes the first head support member. The first head support member bends when moving in the second direction along with the second head support member together with the one head support member, and a position shift that detects a position shift of the processing head due to this bend. A position deviation correcting means for moving the machining head in a direction opposite to the deflection direction of the first head support member so as to correct the position deviation of the machining head detected by the position deviation detection means; The Processing apparatus characterized by.

前記第１のヘッド支持部材に対して平行に配置されかつ同期して前記第２の方向に移動する補助部材を設け、前記位置ずれ検出手段は、前記加工ヘッドの前記補助部材に対する前記第２の方向の変位量を検出することを特徴とする請求項１に記載の加工装置。 An auxiliary member arranged in parallel to the first head support member and moving in the second direction in synchronization is provided, and the misalignment detection means is configured to provide the second member with respect to the auxiliary member of the processing head. The processing apparatus according to claim 1, wherein a displacement amount in a direction is detected.

前記位置ずれ検出手段は、前記補助部材に設けられて前記加工ヘッドの前記第１の方向の移動と同期して補助部材に沿って移動可能な可動センサ部と、この可動センサ部に対向して前記加工ヘッドに設けたヘッドセンサ部とを有することを特徴とする請求項２に記載の加工装置。 The positional deviation detection means is provided on the auxiliary member and is movable along the auxiliary member in synchronization with the movement of the machining head in the first direction, and is opposed to the movable sensor unit. The processing apparatus according to claim 2, further comprising a head sensor unit provided in the processing head.

前記可動センサ部は、前記第２の方向に延設されるリニアスケールで構成され、このリニアスケールに前記第１の方向に対向して前記センサヘッドが前記加工ヘッドに設けられていることを特徴とする請求項３に記載の加工装置。 The movable sensor unit is configured by a linear scale extending in the second direction, and the sensor head is provided in the machining head so as to face the linear scale in the first direction. The processing apparatus according to claim 3.

前記位置ずれ検出手段は、前記第１のヘッド支持部材と同期して前記第２のヘッド支持部材に沿って移動する可動センサ部と、この可動センサ部に対し、前記第１の方向に対向して前記加工ヘッドに設けられたヘッドセンサ部とを備え、これら各センサ部相互間の前記第２の方向の変位量を検出することを特徴とする請求項１に記載の加工装置。 The positional deviation detection means is opposed to the movable sensor unit that moves along the second head support member in synchronization with the first head support member, and the movable sensor unit in the first direction. The processing apparatus according to claim 1, further comprising: a head sensor unit provided on the processing head, and detecting a displacement amount in the second direction between the sensor units.

前記位置ずれ補正手段は、前記加工ヘッドを前記第１のヘッド支持部材のたわみの方向と反対方向に前記補助部材に対して移動させる駆動部を備えていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の加工装置。 5. The position deviation correcting unit includes a drive unit that moves the machining head relative to the auxiliary member in a direction opposite to the direction of deflection of the first head support member. The processing apparatus according to any one of the above.

前記位置ずれ補正手段は、前記第１のヘッド支持部材を前記第２の方向に移動させる第１のヘッド支持部材駆動部であることを特徴とする請求項５に記載の加工装置。 The processing apparatus according to claim 5, wherein the misalignment correction unit is a first head support member driving unit that moves the first head support member in the second direction.

加工ヘッドを第１のヘッド支持部材に沿って第１の方向に移動させるとともに、前記第１のヘッド支持部材を、その両端を支持した状態で、前記第１の方向と直交する第２の方向に延設される第２のヘッド支持部材に沿って移動させつつ、前記加工ヘッドを用いてワークに対して加工を行う加工方法であって、前記加工ヘッドが前記第１のヘッド支持部材とともに前記第２の方向に移動するときに前記第１のヘッド支持部材がたわみ、このたわみによる前記加工ヘッドの位置ずれを検出し、この位置ずれを補正するように、前記加工ヘッドを前記第１のヘッド支持部材のたわみの方向と反対方向に移動させることを特徴とする加工方法。 The processing head is moved in the first direction along the first head support member, and the first head support member is supported in the second direction perpendicular to the first direction while supporting both ends thereof. A machining method for machining a workpiece using the machining head while moving along a second head support member extending to the workpiece, wherein the machining head together with the first head support member The first head support member is deflected when moving in the second direction, and the displacement of the machining head due to the deflection is detected, and the machining head is adjusted to correct the displacement. A processing method comprising moving the support member in a direction opposite to the direction of deflection of the support member.