JP6114156B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、加工装置に関し、さらに詳細には、可動軸方向がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸からなる３軸制御による加工装置に関する。

従来より、マイクロコンピューターなどによる数値制御により、所定のデータに基づいて被加工物を切削処理する加工装置が知られている。

こうした加工装置においては、略箱状の筐体の内部に加工空間が設けられ、この加工空間内に配設され被加工物が載置されるテーブルと、加工空間内に配設されテーブルに載置された被加工物を切削する切削部と、加工装置全体の制御を行う制御部とを有して構成されている。

そして、マイクロコンピューターの制御により、例えば、テーブルがＸＹＺ直交座標系のＹ軸方向に移動するとともに、切削部がＸ軸方向およびＺ軸方向に移動することによって、テーブルに載置された被加工物と、切削部に把持されたツールとの相対的な位置関係を三次元で変化させながら、ツールにより被加工物を切削するようにしている。

また、こうした加工装置は、別体で設けられたパーソナルコンピューターから制御部にプログラムや各種のデータが送信され、送信されたプログラムや各種のデータに基づいて切削処理を行うようになされている。

ところで、こうした加工装置においては、プラットフォームシステムなどの制御用のユニットを使用しているため、メーカー指定のハードウエアやプログラムを使用する必要がある。

したがって、ユーザーが使用したいように加工装置をカスタマイズする場合には、回路やプログラムなどのコントローラーの設計を最初から行う必要があり、ユーザーが望む加工装置にカスタマイズすることが非常に難しいものであった。

このため、ユーザーの望みに合わせて容易にカスタマイズすることが可能な加工装置の提案が望まれていた。

なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明でないため、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報はない。

本発明は、従来の技術の有する上記したような要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ユーザーが容易にカスタマイズすることが可能な加工装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、メインボードに搭載された制御ユニットによる制御により、可動軸方向がＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸からなる３軸制御により被加工物と切削部との相対的な位置関係を三次元で変化し、上記切削部により上記被加工物に対して切削加工を行う加工装置において、略箱状の筐体の内部に設けられた加工空間内に配設されて、被加工物が載置されるテーブルと、上記加工空間内において、上記テーブルに載置された上記被加工物を切削する切削部と、制御ユニットによりＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸を可動軸として上記テーブルと上記切削部との相対的な位置関係を三次元で変化する制御を行う制御部とを有し、上記制御部は、制御ユニットを搭載したメインボードと、上記メインボードに設けられ、新たな機能を実現するためのプログラムが記憶されたマイコン基板あるいはＦＰＧＡ基板の接続または抜き取りが可能なポートと、上記ポートに上記マイコン基板あるいは上記ＦＰＧＡ基板が接続された否かを検出する検出部と、上記検出部において、上記ポートに上記マイコン基板あるいは上記ＦＰＧＡ基板が接続されたことが検出されると、上記メインボードによる制御を主体とするか、上記ポートに接続された上記マイコン基板あるいは上記ＦＰＧＡ基板による制御を主体とするかの設定を行う設定部とを有するようにしたものである。

また、本発明は、上記した本発明において、上記新たな機能を実現するためのプログラムは、所定のタイミングでスピーカーから放音するプログラム、または、所定のタイミングでＬＥＤから光を照射するプログラム、または、切削処理中の一定時間間隔でエアーを射出するプログラム、または、増設した１軸の駆動を制御するためのプログラム、または、上記テーブルに載置された上記被加工物の表面形状をスキャンするプログラムのいずれかであるようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、ユーザーが加工装置を容易にカスタマイズすることができるという優れた効果を奏する。

図１は、本発明による加工装置の概略構成斜視説明図である。 図２（ａ）は、加工装置におけるメインボードに設けられたポートを示す説明図であり、また、図２（ｂ）は、加工装置における制御部の機能的構成を示す説明図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による加工装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

図１には、本発明による加工装置の概略構成斜視説明が示されている。

この図１に示す加工装置１０は、被加工物１２を載置するテーブル１４がＸＹＺ直交座標系のＹ軸方向（前後方向）に移動自在に配設された基台部材１６と、基台部材１６の左右両端で基台部材１６から立設された側方部材１８ａ、１８ｂと、基台部材１６の後方側で基台部材１６から立設されるとともに側方部材１８ａ、１８ｂを連結する後方部材２０と、後方部材２０と側方部材１８ａ、１８ｂとの上端部に配設された上方部材２２と、上方部材２０の前方側においてＹ軸周りに回動自在に配設された前方部材２４と、側方部材１８ａと側方部材１８ｂとを連結するようにＸ軸方向（左右方向）に平行に延設された一対のガイドレール２６と、ガイドレール２６に摺動自在に配設され、テーブル１４に載置された被加工物１２を切削するツール２８を把持するヘッド部３０とを有して構成されている。

なお、この加工装置１０は、全体の動作をマイクロコンピューターなどの制御部３２により制御されている。

また、加工装置１０では、基台部材１６、側方部材１８ａ、１８ｂ、後方部材２０、上方部材２２、前方部材２４により囲まれた空間が形成されており、この空間内にテーブル１４、ガイドレール２６およびヘッド部３０が配設されている。

ヘッド部３０には、ガイドレール２６に摺動自在に配設された移動部材３０−１において、Ｚ軸方向（上下方向）に移動可能な移動部材３０−２が設けられており、この移動部材３０−２にはツール２８を把持するスピンドル３０−３が配設されている。

したがって、加工装置１０においては、制御部３２の制御により、テーブル１４に載置された被加工物１２と、ヘッド部３０のスピンドル３０−３に把持されたツールとの相対的な位置関係を三次元で変化させて、ツール２８により被加工物１２に対して切削加工がなされる。

また、制御部３２においては、例えば、所定の構成を制御するためのプログラムが記憶されたマイコン基板やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）基板など（以下、「マイコン基板やＦＰＧＡ基板など」を、「マイコン基板」と適宜に称すこととする。）を接続することができるポートが設けられており、接続されたマイコン基板と相互に通信可能な構成となっている。なお、マイコン基板としては、例えば、ＡＲＤＵＩＮＯ（登録商標）などである。

具体的には、制御部３２は、制御ユニット（図示せず。）が搭載されたメインボード３２−１において、マイコン基板４０を接続、抜き取りが可能なポート３２−２が設けられている（図２（ａ）を参照する。）。

また、制御部３２は、機能的な構成として、ポート３２−２にマイコン基板４０が接続されたか否かを検出する検出部３４と、検出部３４において検出したマイコン基板４０に応じて、メインボード３２−１あるいはマイコン基板４０のどちらを「ＭＡＳＴＥＲ」とするかの設定を行う設定部３６と、テーブル１４や移動部材３０−１、３０−２の移動、スピンドル３０−３へのツール２８の把持、スピンドル３０−３に把持したツール２８の回転などの構成部材の各種の制御を行う構成部材制御部３８とを有して構成されている（図２（ｂ）を参照する。）。

つまり、設定部３６においては、検出部３４においてポート３２−２にマイコン基板４０が接続されたことが検出されると、検出部３４において検出したマイコン基板４０に記憶されたプログラム、マイコン基板４０上のディップスイッチ（Ｄｕａｌ Ｉｎ−ｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ ｓｗｉｔｃｈ：ＤＩＰ ｓｗｉｔｃｈ）、ジャンパあるいは部品の実装などに応じて、メインボード３２−１を「ＭＡＳＴＥＲ」、マイコン基板４０を「ＳＬＡＶＥ」とする設定、あるいは、メインボード３２−１を「ＳＬＡＶＥ」、マイコン基板４０を「ＭＡＳＴＥＲ」とする設定のいずれか一方の設定を行うこととなる。

なお、こうした設定部３６の設定は、マイコン基板４０に記憶された情報に基づいてなされるようにしてもよく、マイコン基板４０において、マイコン基板４０が「ＭＡＳＴＥＲ」となるのか、あるいは、「ＳＬＡＶＥ」となるのかが記憶されるようにしてもよい。

即ち、設定部３６は、マイコン基板４０から、マイコン基板４０が「ＭＡＳＴＥＲ」との情報を受信すると、メインボード３２−１が「ＳＬＡＶＥ」、マイコン基板４０が「ＭＡＳＴＥＲ」と設定し、マイコン基板４０が「ＳＬＡＶＥ」との情報を受信すると、メインボード３２−１が「ＭＡＳＴＥＲ」、マイコン基板４０が「ＳＬＡＶＥ」と設定する。

以上の構成において、加工装置１０に新たな機能を付加したり、切削加工を行う装置以外の装置としてカスタマイズする場合について説明する。

（１）スピーカーを介して放音するようにする場合
切削処理終了後などの所定のタイミングでスピーカーから放音するプログラムが記憶されたマイコン基板４０をポート３２−２に接続するとともに、マイコン基板４０からの信号を受信可能なスピーカーを加工装置１０の近傍に配設する。

このとき、検出部３４においてポート３２−２にマイコン基板４０が接続されたことを検出すると、設定部３６においては、マイコン基板４０に記憶された情報に基づいて、メインボード３２−１を「ＭＡＳＴＥＲ」、マイコン基板４０を「ＳＬＡＶＥ」と設定する。

したがって、この場合、加工装置１０においては、メインボード３２−１による制御を主体として、マイコン基板４０による制御がなされることとなる。

つまり、メインボード３２−１に搭載された制御ユニットにより、被加工物１２とツール２８との相対的な位置を三次元で変化させるとともに、マイコン基板４０に搭載された制御ユニットにより、メインボード３２−１による制御によって切削処理が終了したなどの所定のタイミングでスピーカーを放音するように制御することとなる。

（２）ＬＥＤにより光を照射するようにする場合
切削処理中などの所定のタイミングでＬＥＤから光を照射するプログラムが記憶されたマイコン基板４０をポート３２−２に接続するとともに、マイコン基板４０からの信号を受信可能なＬＥＤを加工装置１０の所定の位置に配設する。

具体的には、基台部材１６、側方部材１８ａ、１８ｂ、後方部材２０、上方部材２２、前方部材２４により囲まれた空間に光を照射するために、空間内に面する基台部材１６、側方部材１８ａ、１８ｂ、後方部材２０、上方部材２２、前方部材２４の少なくともいずれか１つにＬＥＤを配設するようにする。あるいは、側方部材１８ａ、１８ｂや上方部材２２の外面にＬＥＤを配設するようにする。

そして、マイコン基板４０をポート３２−２に接続すると、検出部３４においてポート３２−２にマイコン基板４０が接続されたことを検出するとともに、設定部３６においては、マイコン基板４０に記憶された情報に基づいて、メインボード３２−１を「ＭＡＳＴＥＲ」、マイコン基板４０を「ＳＬＡＶＥ」と設定する。

したがって、この場合、加工装置１０においては、メインボード３２−１による制御を主体として、マイコン基板４０による制御がなされることとなる。

つまり、メインボード３２−１に搭載された制御ユニットにより、被加工物１２とツール２８との相対的な位置を三次元で変化させるとともに、マイコン基板４０に搭載された制御ユニットにより、メインボード３２−１に搭載された制御ユニットによる制御によって切削処理がなされているなどの所定のタイミングで、ＬＥＤを点灯した状態とするよう制御するとともに、切削処理が終了したなどの所定のタイミングではなくなると、ＬＥＤを消灯した状態とするよう制御することとなる。

（３）エアーにより削りカスを除去する場合
切削処理中の一定時間間隔でエアーを射出するプログラムが記憶されたマイコン基板４０をポート３２−２に接続するとともに、マイコン基板４０からの信号を受信可能なエアーコンプレッサーを加工装置１０の近傍に配設する。

具体的には、エアーコンプレッサーから送られた空気を射出するノズルを、ツール２８が被加工物１２の表面と当接する領域に常に向けられた状態で、移動部材３０−２に配設し、ノズルから空気を射出することで、切削により発生した削りカスを除去するようにする。

そして、マイコン基板４０をポート３２−２に接続すると、検出部３４においてポート３２−２にマイコン基板４０が接続されたことを検出するとともに、設定部３６においては、マイコン基板４０に記憶された情報に基づいて、メインボード３２−１を「ＭＡＳＴＥＲ」、マイコン基板４０を「ＳＬＡＶＥ」と設定する。

したがって、この場合、加工装置１０においては、メインボード３２−１による制御を主体として、マイコン基板４０による制御がなされることとなる。

つまり、メインボード３２−１に搭載された制御ユニットにより、被加工物１２とツール２８との相対的な位置を三次元で変化させるとともに、マイコン基板４０に搭載された制御ユニットにより、メインボード３２−１による制御によって切削加工がなされている間の一定時間間隔で、被加工物１２とツール２８とが当接する領域に向けてエアーを射出するよう制御することとなる。

（４）もう１軸増設する場合
増設した１軸の駆動を制御するためのプログラムが記憶されたマイコン基板４０をポート３２−２に接続するとともに、マイコン基板４０からの信号を受信可能な駆動機構を加工装置１０の所定の位置に接続する。

以下の説明においては、増設した１軸により容器を押圧し、当該容器からテーブル１４上に載置された物体に対して液滴を射出する場合について説明する。

この場合、駆動装置としては、液体の充填された容器を、増設した１軸により押圧して当該容器から液滴を射出する駆動装置を用いることができる。

具体的には、ヘッド部３０からスピンドル３０−３を取り外し、駆動機構をヘッド部３０における移動部材３０−２に配設するようにする。

そして、マイコン基板４０をポート３２−２に接続すると、検出部３４においてポート３２−２にマイコン基板４０が接続されたことを検出するとともに、設定部３６においては、マイコン基板４０に記憶された情報に基づいて、メインボード３２−１を「ＭＡＳＴＥＲ」、マイコン基板４０を「ＳＬＡＶＥ」と設定する。

したがって、この場合、加工装置１０においては、メインボード３２−１による制御を主体として、マイコン基板４０による制御がなされることとなる。

つまり、メインボード３２−１に搭載された制御ユニットにより、被加工物１２が載置される位置に載置された物体と、駆動機構との相対的な位置を三次元で変化させるとともに、マイコン基板４０に搭載された制御ユニットにより、メインボード３２−１に搭載された制御ユニットによる制御によって移動した地点から当該物体に対して容器から液滴を射出するように制御することとなる。

（５）テーブルに載置された物体をスキャンする場合
テーブル１４に載置された物体の表面形状をスキャンするプログラムが記憶されたマイコン基板４０をポート３２−２に接続するとともに、マイコン基板４０からの信号を受信可能なスキャンヘッドをスピンドル３０−３に変えて移動部材３０−２に配設する。

そして、マイコン基板４０をポート３２−２に接続すると、検出部３４においてポート３２−２にマイコン基板４０が接続されたことを検出するとともに、設定部３６においては、マイコン基板４０に記憶された情報に基づいて、メインボード３２−１を「ＳＬＡＶＥ」、マイコン基板４０を「ＭＡＳＴＥＲ」と設定する。

したがって、この場合、加工装置１０においては、マイコン基板４０による制御を主体として、メインボード３２−１による制御がなされることとなる。

つまり、マイコン基板４０に搭載された制御ユニットにより、スキャンヘッドを制御するとともに、メインボード３２−１に搭載された制御ユニットにより、テーブル１４上に載置された物体とスキャンヘッドとの相対的な位置を三次元で変化させるよう制御することとなる。

以上において説明したように、本発明による加工装置１０においては、マイコン基板４０（つまり、マイコン基板やＦＰＧＡ基板などである。）を接続することが可能なポート３２−２を設けるようにした。

そして、加工装置１０の全体の動作を制御する制御部３２においては、ポート３２−２にマイコン基板４０が接続されたことを検出する検出部３４を設けるとともに、検出部３４においてポート３２−２にマイコン基板４０が接続されたことを検出すると、メインボード３２−１を「ＭＡＳＴＥＲ」、マイコン基板４０を「ＳＬＡＶＥ」とする設定、あるいは、メインボード３２−１を「ＳＬＡＶＥ」、マイコン基板４０を「ＭＡＳＴＥＲ」とする設定を行う設定部３６を設けるようにした。

さらに、本発明による加工装置１０は、マイコン基板４０により新たに付加される機能を実現可能な構成を設けるようにした。

これにより、本発明による加工装置１０においては、回路やプログラムなどのコントローラーの設計を最初から行う必要のある従来の技術による加工装置と比較して、ユーザーが望む機能を備えた加工装置、あるいは、切削加工を行う装置以外のユーザーが望む装置（例えば、スキャナーなど）に容易にカスタマイズすることができるようになる。

なお、上記（１）〜（３）においては、新たな機能を付加するものとして、「スピーカーによる放音」、「ＬＥＤによる照明」および「エアーによる削りカスの除去」について具体的に示したが、新たな機能を付加するためのカスタマイズを行う際には、新たな機能を付加する構成と、当該構成を機能させるためのプログラムを記憶したマイコン基板４０とを配設すればよく、本発明による加工装置１０においてなされるカスタマイズによって実現される機能としては、上記した（１）〜（３）に示す機能に限定されるものではないことは勿論である。

また、上記した（４）（５）においては、切削加工を行う装置以外の新たな機能を備えた装置として、液滴を射出する装置およびスキャン装置について具体的に示したが、切削加工を行う装置以外の装置とするカスタマイズを行う際には、ユーザーが望む新たな機能を実現するための構成と、当該構成を機能させるためのプログラムを記憶したマイコン基板４０と配設すればよく、本発明による加工装置１０においてなされるカスタマイズによって実現される新たな機能としては、上記した（４）（５）に示す機能に限定されるものではない。

本発明は、ツールを用いて被加工物に対して三次元の切削を行う加工装置として利用することができる。

１０ 加工装置、１２ 被加工物、１４ テーブル、１６ 基台部材、１８ａ、１８ｂ 側方部材、２０ 後方部材、２２ 上方部材、２４ 前方部材、２６ ガイドレール、２８ ツール、３０ ヘッド部、３２ 制御部、３４ 検出部、３６ 設定部、３８ 構成部材制御部、４０ マイコン基板

Claims (2)

1. メインボードに搭載された制御ユニットによる制御により、可動軸方向がＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸からなる３軸制御により被加工物と切削部との相対的な位置関係を三次元で変化し、前記切削部により前記被加工物に対して切削加工を行う加工装置において、
   略箱状の筐体の内部に設けられた加工空間内に配設されて、被加工物が載置されるテーブルと、
   前記加工空間内において、前記テーブルに載置された前記被加工物を切削する切削部と、
   制御ユニットによりＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸を可動軸として前記テーブルと前記切削部との相対的な位置関係を三次元で変化する制御を行う制御部と
   を有し、
   前記制御部は、
   制御ユニットを搭載したメインボードと、
   前記メインボードに設けられ、新たな機能を実現するためのプログラムが記憶されたマイコン基板あるいはＦＰＧＡ基板の接続または抜き取りが可能なポートと、
   前記ポートに前記マイコン基板あるいは前記ＦＰＧＡ基板が接続された否かを検出する検出部と、
   前記検出部において、前記ポートに前記マイコン基板あるいは前記ＦＰＧＡ基板が接続されたことが検出されると、前記メインボードによる制御を主体とするか、前記ポートに接続された前記マイコン基板あるいは前記ＦＰＧＡ基板による制御を主体とするかの設定を行う設定部と
   を有することを特徴とする加工装置。
2. 請求項１に記載の加工装置において、
   前記新たな機能を実現するためのプログラムは、所定のタイミングでスピーカーから放音するプログラム、または、所定のタイミングでＬＥＤから光を照射するプログラム、または、切削処理中の一定時間間隔でエアーを射出するプログラム、または、増設した１軸の駆動を制御するためのプログラム、または、前記テーブルに載置された前記被加工物の表面形状をスキャンするプログラムのいずれかである
   ことを特徴とする加工装置。