JP4176868B2

JP4176868B2 - レーザー加工におけるワーク位置決め方法及びワーク位置決め装置

Info

Publication number: JP4176868B2
Application number: JP14325998A
Authority: JP
Inventors: 勝彦松田
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1998-05-25
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2018-05-25
Also published as: JPH11333580A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークテーブルの所定位置にワークを位置決めさせるレーザー加工におけるワーク位置決め方法及びワーク位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アシストガスを噴出すると共に加工ヘッド先端からワークに向けてレーザー光を照射し、そのレーザー光によってワークを切断等するようにしたレーザー加工装置としては、例えば特開平２−９９２９１号公報等に開示された構成のものが提案されている。
【０００３】
かかるレーザー加工装置においては、例えば球形状のフリーベアをテーブルに埋設したワークテーブルではレーザー光によってフリーベアが磨耗してしまうことから、ワークを支持する先端部が尖頭形状とされたワーク支持部材（これを剣山と称する）を縦横に複数配列してなるワークテーブル（これを剣山テーブルと称する）を使用している。
【０００４】
この剣山テーブルを使用すれば、ワーク支持部材にレーザー光が照射されても先端部が尖頭形状とされていることから、該レーザー光はその尖頭形状に沿って逃げることになるので該ワーク支持部材の磨耗が抑制される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記尖頭形状をなすワーク支持部材を使用した場合には、ワーク裏面にワーク支持部材による傷が付くため、剣山テーブル上でワークを所定位置（原点位置）に位置決めすることができない。このため、例えば材料メーカーで所定の形状、寸法に切断されている板材であるスケッチ板を加工するときに精度がでない。また、スケッチ板を使用して孔加工の少ない１〜２分で加工の終わるようなものを数多く加工する場合には、レーザー加工中に次のワークの一枚取りが終了していないため、毎回レーザーがストップしてしまうことになる。
【０００６】
これらの課題を解決するために、例えばワーク支持部材の間にフリーベアを昇降自在に設け、ワークを剣山テーブル上の原点位置に位置決めするときにのみ、該フリーベアを上昇させるように構成した装置が提案されている。
【０００７】
すなわち、ワークを剣山テーブルの上方に搬送させたときに、ワーク支持部材の間からフリーベアを上昇させ、該フリーベア上へワークを降ろす。次に、ワークを原点に引き寄せるためのクランパーを前進させ、該クランパーによってワーク端面をクランプさせる。次いで、ワークを斜め（Ｘ方向及びＹ方向共）に後退させて、該ワークの基準辺を原点センサーに突き当てる。これでワークの原点セットが完了し、フリーベアは再び剣山テーブルの下方に下降される。
【０００８】
ところが、ワーク支持部材の間にフリーベアを設けると、レーザー加工中のスラグ等によりフリーベアの動きが悪くなり、該ワークの原点位置決めが困難になる。
【０００９】
そこで本発明は、剣山の間にフリーベアを設けることなく且つワークをワークテーブル上において傷を生じさせずに精度良く位置決めすることができ、且つ加工時間の短いワークに対しても加工中に一枚取りを終了させて、レーザー加工効率の向上を実現することのできるレーザー加工におけるワーク位置決め方法及びワーク位置決め装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ワークテーブルの載置面上にワークを載置したことを検出した後、ワークテーブルの載置面からワークを若干浮かせた状態で、ワーク搬送装置によって該ワークを該ワークテーブルに設けた位置決め部材に該ワークの各基準辺を突き当てた後、該ワークを下降させて該ワークテーブル上に載置させることで、上述の課題を解決したものである。
【００１１】
このように、ワークをワークテーブルの載置面から若干浮かせた状態で該ワークテーブルの所定位置に位置決めしているので、該ワークテーブル（剣山テーブル）によっても該ワークに傷を付けることなく、該ワークをワークテーブル上で精度良く位置決めすることができると共に、加工時間の短いワークに対してもレーザー加工による加工効率を高めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態は、本発明を、ワーク集積装置から加工すべきワークを取り出してレーザー加工装置に搬送させ、ここで所望の加工を行った後、加工後の製品を集積装置に搬送して集積させるように構成した加工システムに適用したものである。
【００１３】
＜加工システムの構成＞
先ず、本実施形態の加工システムについて図面を参照しながら説明すると共に、その中で併せてレーザー加工におけるワーク位置決め装置について説明する。本実施形態の加工システムは、図１に示すように、ワーク集積装置１と、レーザー加工装置３と、集積装置５をインライン上に配置し、ワーク搬送装置によってワークを搬送させてワークの取り出しからレーザー加工、加工後の製品をパレット上に集積させる一連の工程を行うシステムである。
【００１４】
ワーク集積装置１は、板厚や大きさの異なる複数種類のワークＷをストックしておく倉庫として機能するものである。このワーク集積装置１は、複数種類のワークＷをストックする貯蔵部と、この貯蔵部から加工すべきワークＷを取り出すワーク取出装置と、取り出したワークＷを載置する載置部とから構成されている。
【００１５】
貯蔵部は、フレーム１１に複数の棚７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを有した多段棚形式とされており、各棚７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにそれぞれワークＷを載置させるワークパレット９が設けられている。各棚７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄには、ワークＷの大きさ等に分類してそれぞれ複数枚のワークＷが集積されている。載置部は、例えば油圧リフタ１３等からなり、前記棚７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの下方に設けられている。
【００１６】
ワーク取出装置は、いわゆるエレベータとして機能するもので、例えばフレーム１１の上部に固定された駆動モータ１５と、この駆動モータ１５によって該フレーム１１の側面を昇降自在とされる昇降部材１７と、この昇降部材１７に対して図１中矢印Ａ方向にスライド自在とされるトラバーサ１９とからなる。
【００１７】
昇降部材１７は、駆動モータ１５によって回転されるプーリー２１に掛けられたワイヤー２３に接続されており、該駆動モータ１５を駆動させることによって各棚７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄから油圧リフタ１３に又はその逆方向に昇降自在とされている。トラバーサ１９は、各棚７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに設けられたワークパレット９を引き出して昇降部材１７に引き込むと共にそのワークパレット９を油圧リフタ１３上に移送する、いわゆるワーク出入れ装置として機能する。そして、このトラバーサ１９には、ワークパレット９を引き出すためのフック２５が設けられている。
【００１８】
レーザー加工装置３は、図１に示すように、加工ヘッド２７と、ワークＷを載置させるワークテーブル２９とを有している。加工ヘッド２７は、レーザー発振器より出力されるレーザー光をアシストガスと共に加工ヘッド先端からワークＷに向けて照射し、そのレーザー光によってワークＷを切断等するもので、上部フレーム３１に設けられている。そして、この加工ヘッド２７は、図１中紙面に平行なＹ方向に移動自在とされると共に、ワークテーブル２９に対し接離するＺ方向に移動自在とされている。
【００１９】
ワークテーブル２９は、図１及び図５に示すように、例えば複数の尖頭形状とされたワーク支持部材３３を縦、横又は縦横に複数個配列して構成した、いわゆる剣山テーブルとされている。かかるワークテーブル２９は、下部フレーム３５に設けられた案内レール３７、３７に沿って、図１中紙面に対して垂直であるＸ方向に移動自在とされている。このように、加工ヘッド２７及びワークテーブル２９がＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動自在とされることにより、ワークＷに対する加工ヘッド２７の相対位置が決まる。
【００２０】
そして、上記ワークテーブル２９には、ワークＷを所定位置に位置決めさせるための位置決め手段が設けられている。かかる位置決め手段は、図６に示すように、ワークＷを原点位置に位置決めするためのＸ方向及びＹ方向それぞれの位置を規制するＸ位置決め部材及びＹ位置決め部材であるロケートピン３９からなる。かかるロケートピン３９は、ワーク支持部材３３の間に出没自在に設けられており、ワークＷを位置決めするときに該ワーク支持部材３３の間からワーク載置面より突出し、ワーク位置決め後にワーク載置面下に潜るようになされている。
【００２１】
ロケートピン３９は、ワークテーブル２９の上方から下降してくるワークＷをガイドできるように、その先端側にテーパ部４１を有している。そして、このロケートピン３９には、ワークＷが該ロケートピン３９に接触したことを知らせる突当センサー４３が埋め込まれている。
【００２２】
突当センサー４３は、先端が球形状とされた可動ピン４５と、この可動ピン４５を常時ロケートピン３９の位置決め面３９ａよりその先端部４５ａを突出させるコイルバネ４７と、可動ピン４５に接続される検出部とからなる。かかる突当センサー４３は、ワークＷによって可動ピン４５が押し込まれると、導通が切れてワークＷがロケートピン３９に接触したことを検出部に知らせるようになっている。
【００２３】
集積装置５は、図１に示すように、レーザー加工装置３で加工を終えたワークＷを集積するもので、例えば油圧リフタ４９からなる。この油圧リフタ４９には、パレット（図示は省略する）が載置され、そのパレット上に加工終了後のワークＷ（製品やスケルトン）が集積されるようになされている。
【００２４】
ワーク搬送装置は、図１に示すように、ワーク集積装置１に設けられた油圧リフタ１３のパレット上に集積したワークＷを一枚づつ取り出してワークテーブル２９上に移送させるローダ５１を有している。かかるローダ５１は、ワーク集積装置１の最下段棚７ｄの天井からレーザー加工装置３及び集積装置５へと延在して設けられた案内レール５３に移動自在に設けられており、駆動モータ５５によってワーク集積装置１とレーザー加工装置３との間を往復動するように構成されている。また、図示は省略するが、上記ローダ５１と同様のローダが、レーザー加工装置３と集積装置５との間を移動自在とされており、レーザー加工装置３で加工したワークＷを集積装置５の油圧リフタ４９上に搬送させるようになされている。
【００２５】
上記ローダ５１は、図１に示すように、案内レール５３に摺動係合するローダ本体５７と、該ローダ本体５７に対して接離方向に上下動し且つワーク保持手段である複数個のバキュームパッド６１を有するストレッチ５９とを有している。ストレッチ５９は、案内棒６３及びシリンダ６５によって上記ローダ本体５７に対して吊り下げられており、該シリンダ６５の駆動により上下動するようになされている。バキュームパッド６１は、油圧リフタ１３上にストックされたワークＷを吸着保持するようになっており、後述するサブフレーム６９の桟７５にコイルバネ７９によって常時下方向に付勢されるようにして取り付けられている。
【００２６】
上記ストレッチ５９は、図２ないし図４に示すように、案内レール５３に沿ってＹ方向に移動自在とされると共にワークテーブル２９に対して昇降自在とされるメインフレーム６７と、このメインフレーム６７の内側に設けられ、該メインフレーム６７の移動方向と略直交するＸ方向に移動自在とされるサブフレーム６９とからなっている。
【００２７】
メインフレーム６７は、長方形状をなす枠体として形成されており、このメインフレーム６７に前記案内棒６３及びシリンダ６５が取り付けられて前記ワークテーブル２９に対して昇降自在とされている。サブフレーム６９は、メインフレーム６７の内側に配置されるに足る大きさとされた長方形状をなす枠体として形成されている。
【００２８】
そして、このサブフレーム６９は、メインフレーム６７の相対向する両フレーム６７ａ、６７ｂにそれぞれ設けられたレール７１、７１に、スライダー７３を係合させて摺動自在に取り付けられると共に、駆動手段であるエアシリンダー８７によって該レール７１、７１に沿って移動自在とされている。
【００２９】
このように、メインフレーム６７の内側にサブフレーム６９を移動自在としたことにより、ストレッチ５９自体の小型化が図れると共に、該サブフレーム６９のストロークが短くて済み、前記ワークＷの位置決め時間を短縮することが可能となる。なお、本実施形態では、サブフレーム６９の移動可能距離（ストローク）を約５０ｍｍとしている。
【００３０】
また、サブフレーム６９には、上記両フレーム６９ａ，６９ｂ間に複数の桟７５が所定間隔を置いて掛け渡されており、その各桟７５にそれぞれ前記バキュームパッド６１が複数取り付けられている。さらに、このサブフレーム６９には、図５に示すように、ワークテーブル２９のワーク支持部材３３先端にワークＷが接触したか否かを検出する接触センサー７７が設けられている。
【００３１】
かかる接触センサー７７は、バキュームパッド近傍の上記桟７５に設けられており、該バキュームパッド６１を支持するパッド支持棒８１の上端に固定された接触板８３に、センサーピン８３の先端が接触し又は非接触することでオン・オフするようになっている。すなわち、図５（ａ）に示すように、ワークＷがワーク支持部材３３に接触しない状態では、センサーピン８５が接触板８３と接触状態にあり、前記接触センサー７７がオン状態となる。同図（ｂ）のワークＷがワーク支持部材３３と接触した状態では、センサーピン８５が接触板８３と非接触状態（隙間Ｈ１が開く）にあり、前記接触センサー７７がオフ状態となる。
【００３２】
以上のようにして構成されたワーク集積装置１、レーザー加工装置３、ローダ５１、ワーク位置決め装置及び集積装置５よりなる加工システムは、図示しない制御部からのプログラムに基づいて動作するようになされており、ワークＷの取り出しからレーザー加工、加工後の製品・スケルトン等の搬送集積といった一連の工程が連続して行われるようになされている。
【００３３】
＜加工システムの動作＞
次に、上記加工システムの動作について図面を参照しながら説明すると共に、併せてワーク位置決め方法について詳細に説明する。
【００３４】
図１に示すように、制御部からの指令に基づいて昇降部材１７が目的とする棚７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに移動されると、トラバーサ１９がその棚７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに向かって前進走行し、該トラバーサ１９に設けられたフック２５が該棚７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにストックされたワークＷを集積してなるワークパレット９に係合する。すると、トラバーサ１９が後退して、ワークパレット９を昇降部材１７上へと引き込む。これにより、目的とするワークＷが棚７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄから取り出される。
【００３５】
次に、昇降部材１７が最下段に下降して油圧リフタ１３と同一高さとなると、トラバーサ１９が前進してワークパレット９を油圧リフタ１３上に押し出す。その結果、油圧リフタ１３上に加工すべきワークＷが載置される。次に、油圧リフタ１３の上方にローダ５１が移動した後、該ローダ５１に設けられた駆動モータ５５によってストレッチ５９が下降され、該ストレッチ５９に設けられたバキュームパッド６１によってワークＷが吸着保持される。
【００３６】
次いで、ストレッチ５９が上昇し、ローダ５１が案内レール５３に沿ってレーザー加工装置３のワークテーブル２９の上方位置へと移動される。そして、図７（ａ）に示すように、ロケートピン３９の前方約２０ｍｍの位置（この位置が定位置）でローダ５１が停止する。次に、シリンダー６５によってストレッチ５９が下降され、図５（ｂ）に示すように、ワークＷがワーク支持部材３３の先端に接触すると、接触センサー７７のセンサーピン８１が接触板８３と非接触状態となり、オフ状態であることが検出部に指令される。
【００３７】
次に、今度は制御部によってストレッチ５９が僅かに上昇され、接触センサー７７がオン状態となった所で該ストレッチ５９が停止する。すなわち、ワークＷは、図６に示すように、ワーク支持部材３３の先端より高さＨ２なる間隙を有して浮上した状態とされる。本実施形態では、図６に示すように、ワーク支持部材３３の先端よりワークＷを５ｍｍ程度上昇させた位置に保持させる。
【００３８】
次に、エアシリンダー８７によってサブフレーム６９を図７（ａ）中矢印Ｘ方向に引き寄せて、ワークＷのＸ方向における基準辺ＷｘをＸ位置決め部材であるロケートピン３９に突き当てる。次いで、ローダ５１の移動によりストレッチ５９を図７（ａ）中矢印Ｙ方向に引き寄せて、ワークＷのＹ方向における基準辺ＷｙをＹ位置決め部材であるロケートピン３９に突き当てる。これらワークＷの引き寄せ動作は、Ｘ方向及びＹ方向同時に行う。
【００３９】
そして、これら３つのロケートピン３９に設けられた突当センサー４３がオンとなったときにストレッチ５９が下降して、前記接触センサー７７がオフ状態となった時点で該ストレッチ５９が停止する。そして、レーザー加工装置３に設けられたキャリッジのクランパー８９、８９がワークＷを把持すると同時に、３つのロケートピン３９がワーク載置面より下方に引っ込む。その結果、ワークＷは、ワークテーブル２９の所定位置（原点位置）に位置決めされることになる。
【００４０】
このように、ワークＷをワークテーブル２９の載置面より浮かせた状態で原点セットしているため、該ワークＷを傷つけることなく、先端が尖ったワーク支持部材３３よりなるワークテーブル２９上で該ワークＷを精度良く位置決めすることができる。また、従来のように剣山の間からフリーベアを上昇させることによってワークＷを原点セットする場合には、レーザー加工中にスラグが発生してフリーベアの動きが悪くなるが、本実施形態ではフリーベアを使用しないため、そのような問題が発生しない。
【００４１】
次に、ワークＷを原点セットすると、バキュームパッド３３に保持したワークＷを解放し、ストレッチ５９を上昇させる。そして、ストレッチ５９が上昇端位置に戻ると、加工ヘッド２７よりレーザー光が出力され、加工プログラムに基づいてワークＷに所望の加工が始まる。レーザー加工がなされている間、ストレッチ５９は、ワーク集積装置１に設けられた油圧リフタ１３の上方へと引き戻され、次なるワークＷを搬送する動作に移る。
【００４２】
このように、ワークテーブル２９上で原点セットすることにより、一枚取り工程の中でプリ原点セットする従来法に比べて、加工時間の短いワーク、特にスケッチ材に対しても加工中に一枚取りが終了し、毎回一枚取りを待つようなことがない。また、ワークテーブル２９上で原点セットすることができるため、スケッチ材の加工精度を維持することができる。
【００４３】
そして、レーザー加工装置３による加工が終了すると、ワークテーブル２９上のワークＷ（製品又はスケルトン）がレーザー加工装置３と集積装置５との間を走行する図示しないローダによって吸着保持され、該集積装置５へと搬送されて油圧リフタ４９上に集積される。その間、次のワークＷがローダ５１によってレーザー加工装置３に搬送され、前述したようにして該ワークＷはワークテーブル２９の原点位置に位置決めされる。
【００４４】
以上、本発明を適用した具体的な一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
【００４５】
例えば、上述の実施形態では、ワークテーブル２９にワークＷが接触した位置から所定の間隔を有して該ワークＷを浮上させるのに、接触センサー７７が再びオンとなった所でストレッチ５９を停止させたが、この動作をタイマーで制御して、所定時間ストレッチ５９を上昇させた所で該ストレッチ５９を停止させて前記間隔を保持するようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４７】
本発明のレーザー加工におけるワーク位置決め方法によれば、ワークをワークテーブルの載置面上に載置したことを検出した後、該ワークを前記載置面から浮上させ、ワーク搬送装置によって該ワークを該ワークテーブルに設けたＸ位置決め部材及びＹ位置決め部材それぞれに該ワークの各基準辺を突き当てた後、該ワークを下降させて該ワークテーブル上に載置させるようにしているので、ワークテーブルによって該ワークに傷を付けることなく、該ワークテーブル上で該ワークを所定位置に位置決めすることができる。そのため、スケッチ材のように加工時間の短いワークに対しても加工中に一枚取りが終了し、毎回一枚取りを待つようなことがなく、ワークの搬送から加工及び加工後のワークの集積に至るまでの一連のサイクルタイムを短縮することができ、且つスケッチ材の加工精度を高めることができる。
【００４８】
また、本発明のワーク位置決め装置によれば、上記効果に加えて、剣山の間にフリーベアを設けることなくワークを所定位置に位置決めすることができるので、レーザー加工装置によってワークを加工した場合に発生するスラグによってフリーベアの動きが悪くなるような不具合が発生するといった問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の加工システムの概略構成図である。
【図２】ローダを構成するストレッチの平面図である。
【図３】図２に示すストレッチの要部斜視図である。
【図４】図２に示すストレッチの断面図である。
【図５】（ａ）はワークがワーク支持部材に非接触とされたときに接触センサーがオンとなることを示す正面図であり、（ｂ）はワークがワーク支持部材に接触したときに接触センサーがオフとなることを示す正面図である。
【図６】ワークを位置決めするロケートピンの断面図である。
【図７】ワークテーブルの所定位置にワークを位置決めする様子を示す平面図である。
【符号の説明】
１ワーク集積装置
３レーザー加工装置
５集積装置
１７昇降部材
２７加工ヘッド
２９ワークテーブル
３３ワーク支持部材
４３突当センサー
５１ローダ
５９ストレッチ
６７メインフレーム
６９サブフレーム
７１レール
７３スライダー
７７接触センサー

Claims

複数の尖頭形状を有するワーク支持部材を複数個配列して構成したワークテーブル上に、ワークをワーク搬送装置によって搬送させて該ワークテーブルの所定位置に位置決めするレーザー加工におけるワーク位置決め方法において、
前記ワークを前記ワークテーブルの載置面上に載置したことを検出した後、該ワークを前記載置面から浮上させ、前記ワーク搬送装置によって該ワークを該ワークテーブルに設けたＸ位置決め部材及びＹ位置決め部材それぞれに該ワークの各基準辺を突き当てた後、該ワークを下降させて該ワークテーブル上に載置させるようにした
ことを特徴とするレーザー加工におけるワーク位置決め方法。
案内レールに沿ってＹ方向に移動自在とされ、且つ複数の尖頭形状を有するワーク支持部材を複数個配列して構成したワークテーブル対して昇降自在とされたメインフレームと、該メインフレームの移動方向と略直交するＸ方向に移動自在とされると共にワークを保持するワーク保持手段を備えたサブフレームとからなるワーク搬送装置と、
前記ワークを前記ワークテーブルの所定位置に位置決めさせる、該ワークテーブルに設けられたＸ位置決め部材及びＹ位置決め部材からなる位置決め手段とを備えており、
前記ワーク搬送装置により前記ワークを前記ワークテーブルの載置面に一旦載置させた後、該ワークを所定距離を有して浮上させ、該ワーク搬送装置によって該ワークをＸ方向及びＹ方向に動かして、該ワークテーブルに設けた前記Ｘ位置決め部材及びＹ位置決め部材それぞれに該ワークの各基準辺を突き当てた後、該ワークを下降させて該ワークテーブル上に載置するように構成してあり、前記サブフレームに、前記ワークを前記ワークテーブルの載置面上に載置したことを検出する手段が設けられていることを特徴とするレーザー加工におけるワーク位置決め装置。
前記サブフレームは、前記メインフレームの内側に設けられ、且つ該メインフレームの相対向する両フレームに設けられたレールに取り付けられると共に、駆動手段により該レールに沿って移動自在とされていることを特徴とする請求項２記載のレーザー加工におけるワーク位置決め装置。