JP2017189814A - 鋼材加工方法及び鋼材加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】高精度で鋼材の切断や切り欠きを形成する鋼材加工方法及び鋼材加工システムの提供。【解決手段】鋼材の加工形状図面データ作成工程と、図面データを三次元レーザ加工装置のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道に書き換えるＮＣデータ作成工程と、ＮＣデータの三次元レーザ加工装置制御部へのＮＣデータインプット工程と、台座３に配置した鋼材長手方向と三次元レーザ加工装置の動作長手方向とが平行となるように台座が設置された土台Ｄに直線状にレーザを照射するパスラインＰＬ形成工程と、台座をパスラインと平行に土台に設置し次いで鋼材の一方の側面の支持部及び反対側面から押圧する押圧部を備えた支持押圧手段を用いて鋼材をパスラインと平行に押圧固定することによる鋼材歪み補正工程と、レーザ加工開始基準位置とＮＣデータのレーザ加工開始基準位置とを一致させ、歪補正した鋼材のレーザ加工工程と、を含む鋼材加工方法。【選択図】図４

Description

この発明は、三次元レーザ加工装置を用いて鉄やステンレスなどの金属製の鋼材を切断したり、鋼材に切り欠きを設けたりする際の加工精度を向上させる鋼材加工方法及び鋼材加工システムに関するものである。

製造された長尺の金属製の鋼材は、しばしば、所望の長さに切断したり、任意の形状に切り欠いたりするような加工を施して、使用される。例えば、鋼材の接合部を凹凸形状としたり、鋼材全長に亘って波状の切り欠きを設けたり、任意の位置に円状の開口を設けたりする。特許文献１には、三次元的に鋼材を切断したり、切り欠きを設けたりするための三次元レーザ加工装置が開示されている。

特開２０１０−１１０７７５号公報

しかし、長尺な金属製の鋼材は、アーチ状に撓んだ形状となっていたり、部分的に曲がっていたりと、その直線性に歪みが生じている問題があり、製造精度が必ずしも高いとはいえない。鋼材がアーチ状に撓んでいたり、部分的に曲がっていたりすると、特許文献１に記載の三次元レーザ加工装置を用いて自動制御にて予め定められたレーザ加工を施したとしても、鋼材に対し所期した位置にてレーザを照射することができずに、鋼材に適当な加工が施されない場合がある。結果、製造の精度の悪化や、歩留まりの低下の懸念が生じる。そのことから、より高い精度にて鋼材をレーザ加工し得る手法及びそれを可能とするシステムの開発が希求されている。

したがって、この発明は、上記した問題点を解決することを課題とするものであり、その目的は、例え、鋼材がアーチ状に撓んでいたり、部分的に曲がっていたりしたとしても、高い精度にて鋼材をレーザ加工し得る鋼材加工方法及び鋼材加工システムを提供することにある。

そこで、発明者は、上記目的を達成するために、鋭意創作し、本発明の構成を見出すに至った。なお、予め鋼材の形状の歪みや曲がりを計測し、その歪みや曲がりに合わせて、三次元レーザ加工装置を移動させてレーザ加工を施す対策も検討したが、三次元レーザ加工装置の制御が極めて困難であり、生産性が低下する問題を有していた。また、斯様な構成を可能とするには、高価な計測機器の追加購入や、三次元レーザ加工装置の制御装置の高価格化を招くことに起因したコスト高の問題を有していた。

前記の目的を達成するため、第一の発明は、三次元レーザ加工装置を用いて鋼材を加工する鋼材加工方法であって、鋼材を加工する形状に係る図面データを作成する図面データ作成工程と、作成された図面データに基づき、図面データを、鋼材を加工する三次元レーザ加工装置のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を設定するＮＣ（numerical control machining）データに書き換えるＮＣデータ作成工程と、作成されたＮＣデータを、三次元レーザ加工装置の動作を制御する制御部にインプットするＮＣデータインプット工程と、三次元レーザ加工装置を用いて、台座に配置される鋼材の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、鋼材が配置される台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成するパスライン形成工程と、台座を、パスラインに対して平行となるように土台に設置し、次いで、該台座に配置された鋼材の一方の側面を支持する支持部、及び、該支持された鋼材の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を備えた支持押圧手段を用いて、鋼材をパスラインに対して平行となるように押圧して固定することにより、鋼材の歪みを補正する鋼材歪み補正工程と、レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とＮＣデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させ、歪みを抑制した鋼材にレーザ加工を施すレーザ加工工程と、を含む鋼材加工方法である。

また、パスライン形成工程は、三次元レーザ加工装置を用いて、２以上の台座に配置される鋼材の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、且つ、該２以上の台座が設置される方向に沿って、鋼材が配置される２以上の台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成することが好ましい。

また、支持押圧手段は、台座が、鋼材の一方の側面を支持する支持部を有し、該支持された鋼材の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を任意の方向に移動して固定し得る押圧固定部材からなることが好ましい。このとき、押圧固定部材は、機械式アーム、機械式シリンダ、油圧シリンダ又は万力であることが好ましい。更に、台座を用いて、鋼材をレーザ加工する位置の近傍にて鋼材を支持することが好ましい。なお、ここでいう、「鋼材をレーザ加工する位置の近傍」とは、例えば、レーザ加工を施す位置から鋼材の軸線方向の両側に離間した位置であり、例えば、レーザ加工位置から４０ｍｍ程離間した位置を言うものである。

更に、鋼材に対して多角形状の切り欠きを設けるレーザ加工を施す場合には、下方から上方に向かってレーザ加工を施すことが好ましい。例えば、三角形状に切り欠きを設ける場合には、左側下方から右側上方に向かって、三角形の一方の辺をレーザ加工し、次いで、右側下方から左側上方に向かって、三角形の他方の辺をレーザ加工することにより切り欠きを設けることとなる。

更にまた、鋼材に対して円状の切り欠きを設けるレーザ加工を施す場合には、レーザ加工の終点位置が円周の上方に位置するようにレーザ加工を施すことが好ましい。

加えて、鋼材に対して円状の切り欠きを設けるレーザ加工を施す場合には、レーザ加工の開始位置が切断される円周上から、円の中心位置に向かった側に離間した位置となるようにレーザ加工を施すことが好ましい。

加えてまた、レーザ加工工程において、所定の鋼材間隔にて、レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とＮＣデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させる工程を繰返すことが好ましい。なお、ここでいう「所定の鋼材間隔」とは、レーザ加工される形状や、繰り返し単位の間隔に応じて任意に設定し得るものである。

また、前記の目的を達成する第二の発明は、レーザ光源を具え、任意の形状に鋼材を加工する三次元レーザ加工装置と、鋼材を加工する形状に係る図面データを作成する図面データ作成手段と、作成された図面データに基づき、図面データを、鋼材を加工する三次元レーザ加工装置のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を設定するＮＣデータに書き換えるＮＣデータ作成手段と、作成されたCADデータを、三次元レーザ加工装置の動作を制御する制御部にインプットするＮＣデータインプット手段と、三次元レーザ加工装置を用いて、台座に配置される鋼材の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、鋼材が配置される台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成するパスライン形成手段と、台座を、パスラインに対して平行となるように土台に設置し、次いで、該台座に配置された鋼材の一方の側面を支持する支持部、及び、該支持された鋼材の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を備えた支持押圧手段を用いて、鋼材をパスラインに対して平行となるように押圧して固定することにより、鋼材の歪みを補正する鋼材歪み補正手段と、レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とＮＣデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させ、歪みを補正した鋼材にレーザ加工を施すレーザ加工手段と、を含む鋼材加工システムである。

また、パスライン形成手段が、三次元レーザ加工装置を用いて、２以上の台座に鋼材を配置し、該２以上の台座に配置される鋼材の長手方向と、前記三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、且つ、該２以上の台座が設置される方向に沿って、前記鋼材が配置される２以上の台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成する、ことが好ましい。

また、支持押圧手段は、台座が、鋼材の一方の側面を支持する支持部を有し、該支持された鋼材の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を任意の方向に移動して固定し得る押圧固定部材からなる、ことが好ましい。

更に、押圧固定部材は、機械式アーム、機械式シリンダ、油圧シリンダ又は万力であることが好ましい。

この発明によれば、例え、鋼材がアーチ状に撓んでいたり、部分的に曲がっていたりしたとしても、高い精度にて鋼材をレーザ加工し得る鋼材加工方法及び鋼材加工システムを提供することが可能となる。

レーザ加工される鋼材を示した図である。 配置される鋼材２の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、鋼材２が配置される土台Ｄに直線状にレーザを照射してパスラインＰＬを形成した状態を示した上面図である。 ２以上の台座３に配置される鋼材２の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、且つ、該２以上の台座３が設置される方向に沿って、鋼材２が配置される２以上の台座３を設置する土台Ｄに直線状にレーザを照射してパスラインＰＬを形成した状態を示した上面図である。 パスラインＰＬに沿うように、２以上の台座３を土台Ｄに設置し、次いで、鋼材２の一方の側面を支持する支持部５、及び、該支持された鋼材２の側面とは反対の側面から押圧する押圧部４を備えた支持押圧手段を用いて、鋼材２をパスラインＰＬに対して平行となるように押圧して固定することにより、鋼材２の歪みを補正し、該歪みを補正した鋼材２にレーザ加工を施した状態を示した上面図である。 図５Ａは、台座３に備えられた支持部５により鋼材２の位置を支持（固定）し、押圧部４により鋼材２を押圧して固定した状態（図４Ｂ）の断面図である。図５Ｂは、図４Ｂに示される鋼材２を押圧部４側から見た側面図である。 丸型の鋼材１に対しレーザ加工を施した一例を示した図である。 角形の鋼材２に対してレーザ加工を施した一例を示した図である。 押圧部４により押圧して固定された鋼材２を側方から見た側面図であって、各押圧部４の配置と、レーザ加工を開始する鋼材２の各基準位置Ｚとの関係を示した図である。 図９は、三次元レーザ加工装置の一例を示し、該三次元レーザ加工装置が鋼材２の基準位置ｚ（高さ）を測る様子を示した図である。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態を説明する。図１は、レーザ加工される金属製の丸型の鋼材１と、処理されるレーザ加工の位置と形状を点線にて示した図である。符号１１は、鋼材１を切断する切断位置を示しており、符号１２は、鋼材１に設けられる四角形状の切り欠き位置を示しており、符号１３は、鋼材１に設けられる三角形状の切り欠き位置を示しており、符号１４は、鋼材１に設けられる溝位置を示しており、符号１５は、鋼材１に設けられる円状の切り欠き位置を示している。なお、レーザ加工される形状は図に示す例に限定されるものではなく、所望の形状に任意に設定し得るものであり、例えば、ジグザグ状に切断したり、五角形状等の多角形状に切り欠きを設けたりすることなどもできる（不図示）。また、図１に示される本実施の形態においては、丸型の鋼材１を使用しているが、鋼材１の形状はこれに限定されるものではなく、角形などの多角形状の鋼材や、H形鋼、I形鋼、山形鋼、溝形鋼等をレーザ加工の対象とすることも可能であることには留意されたい。

本発明においては、土台ＤにパスラインＰＬを形成するに際して、図２に示すように鋼材２を直接土台Ｄに配置することもできるが、図３に示すように鋼材２を台座３に配置することもできる。鋼材加工を広範囲に可能にさせる観点から、図３に示すように台座３を用いることが好ましい。

図２は、配置される鋼材２の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、鋼材２が配置される土台Ｄに直線状にレーザを照射してパスラインＰＬを形成した状態を示した上面図である。
本発明においてパスラインＰＬは、配置させる鋼材２の長手方向と平行となるように形成されてもよく（図２Ａ）、配置させる鋼材２の長手方向に沿うように形成されてもよい（図２Ｂ）。

一方、図３は、２以上の台座３に配置される鋼材２の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、且つ、該２以上の台座３が設置される方向に沿って、鋼材２が配置される２以上の台座３を設置する土台Ｄに直線状にレーザを照射してパスラインを形成した状態を示した上面図である。
ここで「台座」は、鋼材２を安定的に又は固定して配置させることができれば特に限定されるものではない。

本発明においては、鋼材２は、図２Ａ又は図３Ｂに示されるように、パスラインＰＬに対して平行となるように配置する。或は、鋼材２は、図２Ｂに示されるように、パスラインＰＬに沿うように配置してもよい。

次に、台座３を、パスラインＰＬに対して平行となるように（パスラインＰＬに沿うように）土台Ｄに設置し、次いで、該台座３に配置された鋼材２の一方の側面を支持する支持部、及び、該支持された鋼材２の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を備えた支持押圧手段を用いて、鋼材２をパスラインＰＬに対して平行となるように押圧して固定することにより、鋼材２の歪みを補正する（鋼材歪み補正工程）。

図４は、パスラインＰＬに沿うように、２以上の台座３を土台Ｄに設置し、次いで、鋼材２の一方の側面を支持する支持部５、及び、該支持された鋼材２の側面とは反対の側面から押圧する押圧部４を備えた支持押圧手段を用いて、鋼材２をパスラインＰＬに対して平行となるように押圧して固定することにより、鋼材２の歪みを補正し（鋼材歪み補正工程）、該歪みを補正した鋼材２にレーザ加工を施した状態を示した上面図である。
本発明のパスライン形成工程、及び歪みを補正した鋼材にレーザ加工を施すレーザ加工工程に際しては、三次元レーザ加工装置を用いる。例えば図９に示されるような三次元レーザ加工装置を用い、レーザヘッドＸが土台Ｄ又は鋼材２に対して所望のレーザ照射を行なえるように移動しつつ、土台Ｄ又は鋼材２に対しレーザを照射することにより、土台Ｄに対してパスラインを形成したり、鋼材２に対して任意の形状や長さに切断したり、任意の形状の切り欠きや溝を設けたりすることができる。

三次元レーザ加工装置を用いて、鋼材に対しレーザ加工を施す事前準備としては、以下の工程を経ることとなる。まず、鋼材２を加工する形状に係る図面データを作成する（図面データ作成工程）。次いで、作成された図面データに基づき、図面データを、鋼材２を加工する三次元レーザ加工装置のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を設定するＮＣデータに書き換える（ＮＣデータ作成工程）。その後、作成されたＮＣデータを、三次元レーザ加工装置の動作を制御する制御部にインプットする（ＮＣデータインプット工程）。上述した工程を経ることにより、三次元レーザ加工装置の準備が完了する。

そして、この発明に従う鋼材２のパスライン形成工程では、まず、三次元レーザ加工装置を用いて、配置される鋼材２の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように（図２Ａ）、或は、配置される鋼材２の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向に沿うように（図２Ｂ）、鋼材２が配置される土台Ｄに直線状にレーザを照射してパスラインＰＬを形成する（パスライン形成工程）。

また、図３に示すように２以上の台座３を用いた場合には、２以上の台座３に配置される鋼材２の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、且つ、該２以上の台座３が設置される方向に沿って、台座３が設置される土台Ｄに直線状にレーザを照射してパスラインＰＬを形成する（パスライン形成工程）。
なお、ここでいう、「土台」とは、パスラインを形成することが可能で、且つ、鋼材を配置することが可能な土台であれば、特に限定されず、レーザ照射によりパスラインの形成が可能であれば、その種類は問わないものである。

ここで、「パスライン」とは、後述する鋼材の歪みを補正するための基準線となるものを指していう。

本実施の形態において、土台Ｄに対して直線状にレーザを照射してパスラインＰＬを形成する工程は、後述する鋼材２の歪みを補正するための基準線となり得るものであれば、特に限定されるものではない。例えば、土台Ｄに対して直線状にレーザ照射し、土台Ｄを切断することもできる。その場合、土台Ｄが切断された切断線をパスラインとすることもできる。

なお、形成されたパスラインＰＬがより明確に視認し得るように、パスラインＰＬに沿って、類似の形状の鋼材を配置してもよい。なお、パスラインＰＬに沿って何らかの部材を配置するか否かは、パスラインＰＬを形成する対象やその色彩等の条件に応じて、使用者が任意に設定し得るものである。

次いで、鋼材２は、図２Ａ又は図３Ｂに示されるように、パスラインＰＬに対して平行となるように配置する。或は、鋼材２は、図２Ｂに示されるように、パスラインＰＬに沿うように配置してもよい。該パスラインＰＬに対して平行となるように（パスラインに沿うように）配置された鋼材の一方の側面側は、鋼材２の位置がずれないように何らかの支持部（例えば、治具）で支持（固定）する。
図４および図５に示されるように、支持部５は、台座３と一体化されていてもよく、台座３と別体であってもよい。

以下、図３Ｂに示されるように、台座３がパスラインＰＬに沿うように配置された場合を例として挙げ、鋼材歪み補正工程について述べる。

図４Ａに示すように、パスラインＰＬに平行となるように台座３に配置された鋼材２は、その位置を支持（固定）するために、該鋼材２の一方の側面側には、支持部５が設けられる。支持部５は、図４Ａに示されるように台座３と一体化されていてもよく、台座３と別体であってもよい。
一方、支持（固定）された鋼材２の側面とは反対の側面には、図４Ｂに示される方向に鋼材２を押圧可能な押圧部が設けられる。
このように、台座３に配置された鋼材２の一方の側面側は、支持部５によって位置が固定され、もう一方の鋼材２の側面側は、押圧部４によって押圧して固定される。
押圧部４は、任意の方向に移動して鋼材２を押圧して固定することができる押圧固定部材を用いることが好ましい。
図４では支持押圧手段として、支持部５を有する台座３及び押圧部４を例示している。押圧部４で用いる押圧固定部材としては、図４において機械式アームが例示されているが、その他に、機械式シリンダ、油圧シリンダ又は万力等に適宜変更が可能である。

支持部５および押圧部４を備えた支持押圧手段を用いて、鋼材２をパスラインＰＬに対して平行となるように（パスラインＰＬに沿うように）押圧して固定することにより、鋼材の歪みを補正する（鋼材歪み補正工程）。係る鋼材歪み補正工程を経ることにより、レーザ加工に際しての鋼材歪みに起因したレーザ加工の精度の悪化が抑制されることから、三次元レーザ加工装置を用いて自動制御にて予め定められたレーザ加工を施したとしても、レーザ加工の精度が向上し、鋼材加工の生産性が飛躍的に向上することとなる（図４Ｃ参照）。

なお、発明をより詳細に理解できるよう、図５Ａは、台座３に備えられた支持部５により鋼材２の位置を支持（固定）し、押圧部４により鋼材２を押圧して固定した状態（図４Ｂ）の断面図を示しており、また、図５Ｂは、図４Ｂに示される鋼材２を押圧部４側から見た側面図を示している。図５Ａの黒矢印に示すように、機械式アーム４が鋼材２を押圧して、台座３の図５Ａが、鋼材２を固定しつつも、鋼材歪みや曲がりを補正している。

図６は、丸型の鋼材１に対してレーザ加工を施した結果、得られた鋼材１の一例を示しており、１１ｂのような波状の切断面や、１２ａのような四角形状の切り欠きを有している。

また、図７は、角形の鋼材２に対してレーザ加工を施した結果、得られた鋼材２の一例を示している。レーザ加工工程では、レーザ加工を開始する前に、３次元レーザ加工装置が歪みやずれ量を測定し、レーザ加工を開始する鋼材２の基準位置とＮＣデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させ、位置合わせをした上で、歪みを補正した鋼材２にレーザ加工を施すこととなる。レーザ加工を開始する鋼材２の基準位置とＮＣデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させておくことにより、レーザ加工の精度の低下を抑制することが可能となる。

なお、図７Ａは、鋼材２に三角形状の切り欠き１３を設ける場合のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を示した側面図である。図７Ａの白抜きの矢印ａは、レーザ加工軌道を示しており、左側下方から右側上方に向かってレーザを照射することを示している。また、図７Ａの白抜きの矢印ｂもレーザ加工軌道を示しており、右側下方から左側上方に向かってレーザを照射することを示している。このように、三角形状の切り欠きを設ける場合には、レーザ加工を２回に分けて行うことになる。仮に、上方から下方に向かってレーザ加工を施した場合には、上方の加工位置から、下方に向かって金属が流れ、レーザ加工位置に移動してくるため、レーザ加工の精度が低下することになる。したがって、このように、下方から上方に向かってレーザ加工を施すことにより、上方から下方にレーザ加工を施す場合に比べ、より高精度にて切り欠きを設けることが可能となる。

なお、図７Ａは、三角形状の切り欠き１３を例にしているが、これに限定されるものではなく、四角形状などの多角形状の切り欠きであれば、同様に下方から上方に向かってレーザ加工を施すことで、より高精度にて切り欠きを設けることが可能であることには留意されたい。

また、図７Ｂは、鋼材２に円状の切り欠き１５を設ける場合のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を示した側面図である。図７Ｂの白抜きの矢印ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは、レーザ加工軌道の順序を示しており、該順序にてレーザを照射することを示している。このように、鋼材２に円状の切り欠き１５を設けるレーザ加工を施す場合には、レーザ加工の開始位置Ｘが切断される円周上から、円の中心位置に向かった側に離間した位置となるようにし、レーザ加工を開始する。なぜなら、レーザ加工の開始直後はレーザの密度や強度が安定しておらず、円周上からレーザ加工を開始すると、加工の精度が低下する可能性があることから、切断される円周上から、円の中心位置に向かった側に離間した位置となるようにし、レーザ加工を開始することが好ましいためである。また、レーザ加工の終点位置Ｙが円周の上方、すなわち、点線αよりも上方に位置するようにレーザ加工を施す。なぜなら、このような位置をレーザ加工の終点位置Ｙとしておかないと、円状の切り欠き１５を設けるためのレーザ加工が終了したときに、切り出された円状の部材が落下し、レーザ照射部分に接触して、レーザ加工装置を損傷してしまう可能性があるためである。

図８は、押圧部４により押圧して固定された鋼材２を側方から見た側面図であって、各押圧部４の配置（４ａ〜４ｅ）と、レーザ加工を開始する鋼材２の各基準位置Ｚ（Ｚ１〜Ｚ５）との関係を示している。図８に示すように、台座３を用いて鋼材２をレーザ加工する位置の近傍にて挟むように支持する。このような構成を採用することにより、レーザ加工する箇所における撓みや歪みが生じることなく、高精度にてレーザ加工が可能になる。また、図８中では、押圧部４ａ〜４ｅが適切な位置に全て配置されているが、必ずしも全ての箇所に配置している必要は無く、レーザ加工箇所の近傍に順次配置していくことも可能である。

また、レーザ加工工程において、所定の鋼材間隔にて、レーザ加工を開始する鋼材２の基準位置Ｚ１〜Ｚ５とＮＣデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させる工程を繰返すことが好ましい。このように、複数回の位置合わせを行うことにより、レーザ加工途中における鋼材２の歪みや撓み、更には位置ずれの影響を受けにくくなり、より高精度にてレーザ加工が可能になる。

図９は、三次元レーザ加工装置の一例を示し、該三次元レーザ加工装置が鋼材にレーザ加工を施す前に、上述した鋼材歪み補正工程を経た後の鋼材２に対して、基準位置ｚ（高さ）を測る様子を示した図である。同様に、図９に示される三次元レーザ加工装置が鋼材２の基準位置ｙ（横）、及び基準位置ｘ(縦（奥行）)を測って座標系を設定する。
更に、座標系の基準位置ｘ、基準位置ｙ、及び基準位置ｚのデータにおいて、それぞれ座標系の原点のデータは‘０’と設定することができる。
この設定された座標系のデータ（基準点となるデータ）を基に、図９に示される三次元レーザ加工装置は、複数回の位置合わせを行うことにより、鋼材２の位置及び外形を、ｘ、ｙ、及びｚの座標系の数値として認識することができる。
これによって、パスラインＰＬに対し、鋼材２の位置がどの程度ずれているか、及び、鋼材２の外形の歪みがどの程度かを算出することができる。鋼材２の位置のずれ、又は、外形の歪みがあると判断された場合に、図９に示される三次元レーザ加工装置は、自動的に鋼材２の位置ずれ分数値を補正し、又は、自動的に鋼材２の外形の歪み分数値を補正することができる。
上記のように鋼材２の位置ずれ、又は鋼材２の外形の歪みを三次元レーザ加工装置によって自動補正を行った後に、レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とＮＣデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させ、鋼材にレーザ加工を施してもよい。

なお、レーザ加工によって熱が発生すると、鋼材が歪むことがある。この場合は、押圧手段５を用いて、鋼材２をパスラインＰＬに沿うように押圧して固定することにより、鋼材の歪みを抑制する。押圧手段を用いてレーザ加工によって生じた熱による歪みを抑えた上で、三次元レーザ加工装置は、鋼材２を所望の形状に切断することができる。

以下、上述の説明と同義であるため、図示は省略するが、本発明の鋼材加工システムを詳細に説明する。本発明の鋼材加工システムは、レーザ光源を具え、任意の形状に鋼材を加工する三次元レーザ加工装置を用いる。また、鋼材２を加工する形状に係る図面データを作成する図面データ作成手段と、作成された図面データに基づき、図面データを、鋼材１を加工する三次元レーザ加工装置のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を設定するＮＣデータに書き換えるＮＣデータ作成手段と、作成されたＮＣデータを、三次元レーザ加工装置の動作を制御する制御部にインプットするＮＣデータインプット手段と、有する。また、三次元レーザ加工装置を用いて、鋼材２が配置される方向に沿って、鋼材２が配置される土台Ｄに直線状にレーザを照射して形成されたパスラインに鋼材２を配置し、次いで、該鋼材２を押圧して固定し得る押圧手段５を用いて、鋼材２をパスラインＰＬに沿うように押圧して固定することにより、鋼材２の歪みを補正する鋼材歪み補正手段を有する。更に、レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とＮＣデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させ、歪みを補正した鋼材１にレーザ加工を施すレーザ加工手段を有する。

なお、上述したところはこの発明の実施形態の一部を示したに過ぎず、この発明の趣旨を逸脱しない限り、これらの構成を交互に組み合わせたり、種々の変更を加えたりすることが可能である点には留意されたい。

１ 丸型の鋼材
２ 角形の鋼材
３ 台座
４ 機械式のアーム（押圧固定部材）
５ 押圧手段
ＰＬ パスライン
Ｄ 土台
Ｚ 基準位置

Claims (13)

1. 三次元レーザ加工装置を用いて鋼材を加工する鋼材加工方法であって、
   前記鋼材を加工する形状に係る図面データを作成する図面データ作成工程と、
   前記作成された図面データに基づき、該図面データを、前記鋼材を加工する前記三次元レーザ加工装置のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を設定するＮＣデータに書き換えるＮＣデータ作成工程と、
   前記作成されたＮＣデータを、前記三次元レーザ加工装置の動作を制御する制御部にインプットするＮＣデータインプット工程と、
   前記三次元レーザ加工装置を用いて、台座に配置される鋼材の長手方向と、前記三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、鋼材が配置される台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成するパスライン形成工程と、
   前記台座を、前記パスラインに対して平行となるように土台に設置し、次いで、該台座に配置された鋼材の一方の側面を支持する支持部、及び、該支持された鋼材の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を備えた支持押圧手段を用いて、前記鋼材を前記パスラインに対して平行となるように押圧して固定することにより、前記鋼材の歪みを補正する鋼材歪み補正工程と、
   レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とＮＣデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させ、前記歪みを補正した鋼材にレーザ加工を施すレーザ加工工程と、を含む鋼材加工方法。
2. 前記パスライン形成工程が、
   前記三次元レーザ加工装置を用いて、２以上の台座に配置される鋼材の長手方向と、前記三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、且つ、該２以上の台座が設置される方向に沿って、前記鋼材が配置される２以上の台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成する、請求項１に記載の鋼材加工方法。
3. 前記支持押圧手段は、前記台座が、前記鋼材の一方の側面を支持する支持部を有し、該支持された鋼材の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を任意の方向に移動して固定し得る押圧固定部材からなる、請求項１又は２に記載の鋼材加工方法。
4. 前記押圧固定部材は、機械式アーム、機械式シリンダ、油圧シリンダ又は万力である、請求項３に記載の鋼材加工方法。
5. 前記台座を用いて、前記鋼材をレーザ加工する位置の近傍にて前記鋼材を支持する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼材加工方法。
6. 前記鋼材に対して多角形状の切り欠きを設けるレーザ加工を施す場合には、下方から上方に向かってレーザ加工を施す、請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼材加工方法。
7. 前記鋼材に対して円状の切り欠きを設けるレーザ加工を施す場合には、レーザ加工の終点位置が円周の上方に位置するようにレーザ加工を施す、請求項１〜６のいずれか一項に記載の鋼材加工方法。
8. 前記鋼材に対して円状の切り欠きを設けるレーザ加工を施す場合には、レーザ加工の開始位置が切断される円周上から、円の中心位置に向かった側に離間した位置となるようにレーザ加工を施す、請求項１〜７のいずれか一項に記載の鋼材加工方法。
9. 前記レーザ加工工程において、所定の鋼材間隔にて、レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とＮＣデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させる工程を繰返す、請求項１〜８のいずれか一項に記載の鋼材加工方法。
10. レーザ光源を具え、任意の形状に鋼材を加工する三次元レーザ加工装置と、
    前記鋼材を加工する形状に係る図面データを作成する図面データ作成手段と、
    前記作成された図面データに基づき、該図面データを、前記鋼材を加工する前記三次元レーザ加工装置のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を設定するＮＣデータに書き換えるＮＣデータ作成手段と、
    前記作成されたＮＣデータを、前記三次元レーザ加工装置の動作を制御する制御部にインプットするＮＣデータインプット手段と、
    前記三次元レーザ加工装置を用いて、台座に配置される鋼材の長手方向と、前記三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、鋼材が配置される台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成するパスライン形成手段と、
    前記台座を、前記パスラインに対して平行となるように土台に設置し、次いで、該台座に配置された鋼材の一方の側面を支持する支持部、及び、該支持された鋼材の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を備えた支持押圧手段を用いて、前記鋼材を前記パスラインに対して平行となるように押圧して固定することにより、前記鋼材の歪みを補正する鋼材歪み補正手段と、
    レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とＮＣデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させ、前記歪みを補正した鋼材にレーザ加工を施すレーザ加工手段と、からなることを特徴とする鋼材加工システム。
11. 前記パスライン形成手段が、
    前記三次元レーザ加工装置を用いて、２以上の台座に鋼材を配置し、該２以上の台座に配置される鋼材の長手方向と、前記三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、且つ、該２以上の台座が設置される方向に沿って、前記鋼材が配置される２以上の台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成する、請求項１０に記載の鋼材加工システム。
12. 前記支持押圧手段は、前記台座が、前記鋼材の一方の側面を支持する支持部を有し、該支持された鋼材の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を任意の方向に移動して固定し得る押圧固定部材からなる、請求項１１に記載の鋼材加工システム。
13. 前記押圧固定部材は、機械式アーム、機械式シリンダ、油圧シリンダ又は万力である、請求項１１又は１２に記載の鋼材加工システム。

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