JP6223476B2 - 所定輪郭を有する板金素材の切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、搬送方向に連続的に搬送される金属ストリップ（金属帯板）から所定の輪郭を有する板金素材を切断する方法に関する。

この種の方法は、例えば、ＷＯ２００９／１０５６０８Ａ１（特許文献１）から公知である。この公知の方法では、複数のレーザ切断ヘッドを備えたレーザ切断装置が設けられており、当該ヘッドの各々は、制御装置によって搬送方向とそれに対して垂直に延びるｙ方向とに移動することができ、それによって、所定輪郭の板金素材を金属ストリップから切断することができる。この公知の方法では、金属ストリップはコンベアベルト上で搬送方向にガイドされる。金属ストリップはコンベアベルトの始点では第１圧力ローラ対に、コンベアベルトの終点では第２圧力ローラ対によりさらにガイドされる。圧力ローラ対の動きは、金属ストリップが張力によってコンベアベルト上に保持されるような運動である。張力を発生させるために、コンベアベルトの終点に備えられた第２圧力ローラ対は、コンベアベルト又はコンベアベルトの始点に備えられた第１圧力ローラ対よりも高速で駆動させることが必要となる。この公知の方法によると、搬送方向への金属ストリップの搬送中に、望ましくない速度変動が起こり得る。かかる速度変動の原因になり得るのは、特に、ストリップ厚さの変化または金属ストリップの表面状態や、圧力ローラ対及び／又はコンベアベルト間の摩擦接合の予想できない分離等との関連である。その結果、輪郭切断製作で望ましくない狂いが生じることがある。この公知の方法により製作した板金素材は必ずしも所定輪郭を有してはいない。欠陥のある板金素材は再加工または廃棄しなければならない。

ＷＯ２００９／１０５６０８Ａ１

本発明の目的は、先行技術の欠点を克服することにある。特に、所定輪郭の板金素材を、搬送方向に連続的に搬送される金属ストリップから従来よりも高精度で製造することができる、可能な限りシンプルかつ経済的な方法が、明記されている。

この目的は請求項１の特徴によって解決される。本発明の好適な実施形態は請求項２乃至９の特徴から明らかになる。

本発明によれば、搬送方向に連続的に搬送される金属ストリップから所定輪郭を有する板金素材を切断する方法が提案されており、前記方法は以下の：
搬送方向とそれに対して垂直に延びるｙ方向との両方向に移動できる少なくとも１つのレーザ切断ヘッドを有する少なくとも１つのレーザ切断装置と、所定輪郭に応じて切断経路を計算し、切断経路に沿ったレーザ切断ヘッドの動きを制御するための制御プログラムを有する制御装置とを備える工程と；
レーザ切断装置の上流に備えられた経路測定装置によって、搬送方向に覆われる金属ストリップの経路を連続的に測定する工程と；
経路測定装置によって測定された測定経路値を使用し、制御プログラムによってレーザ切断ヘッドの切断経路を連続的に計算する工程；及び、
板金素材が所定輪郭に従って切断されるように、切断経路に沿ってレーザ切断ヘッドを移動させる工程と
からなる。

本発明により提案された方法は驚くほどシンプルなものであり、所定輪郭の板金素材の製造精度を高めることを可能にする。先行技術とは対照的に、本発明による方法を実施するための装置は、コンベアベルトの始点領域と終点領域の圧力ローラ対を除外することができる。提案されている方法は、金属ストリップの内部で発生する品質変動、特に、シート金属ストリップの表面状態及び／又は厚さの変化に対してもさらなる耐性を有する。

測定経路値は、有利には、所定サイクル△ｔ内において金属ストリップで覆われる経路部△ｘである。測定経路値は、所定サイクル△ｔに対応するサイクル速度において測定され、処理のために制御プログラムに伝送される。サイクル速度は少なくとも１００Ｈｚ、好ましくは少なくとも５００Ｈｚ、特に好ましくは少なくとも１ｋＨｚである。

本発明の意図する範囲内では、切断経路は「連続的に計算される」。言い換えれば、切断経路を定義する位置座標が所定サイクル速度に従って連続的に計算される。計算はレーザ切断ヘッドの移動中に行われる。従って、金属ストリップの搬送中のあらゆる速度変動を特に迅速かつ確実に補償することができる。レーザ切断ヘッドは加速または遅延マナーまたは一定速度で切断経路に沿って移動する。レーザ切断ヘッドは時には移動しないこともある。

本発明によれば、金属ストリップで覆われる経路は直接金属ストリップにおいて連続的に測定され、少なくとも１つのレーザ切断ヘッドの動きは測定経路値に基づいて連続的に計算されるので、速度変動は直ちに確認することができ、それにより輪郭切断時に生じる精度不良を安全にかつ確実に避けることができる。

有利な実施形態によれば、切断経路の連続計算はリアルタイムで行われる。この目的のために、制御プログラムは、リアルタイムオペレーティングシステムを有するプロセスコンピュータで実行される。

金属ストリップは搬送装置によって搬送方向に連続的に動かされる。搬送装置は、例えば、コイルから巻出しされた金属ストリップをレーザ切断装置に送るローラレベリングマシンであってもよい。ローラレベリングマシンによって作り出される搬送速度は、調整装置によって調整することができる。調整装置は所定の目標速度に対応することもできる。上述のローラレベリングマシンに代わって、例えば、搬送ローラ、コンベアベルト等のその他の搬送装置によって、金属ストリップを搬送方向に運ぶこともでき得る。

本発明の特に有利な実施形態によれば、切断経路を計算するために、開始値が搬送装置の目標速度に基づいて計算され、開始値は次に測定経路値を使用して修正される。従って、処理時間を節約することができ、本発明による方法をスピードアップすることができる。障害のために測定経路値を利用することができない場合は、制御プログラムを利用することができる開始値に基づいて、レーザ切断ヘッドを移動させることもできる。この場合、輪郭の精度は実際に低下することになる。それにもかかわらず、この場合には、板金素材の別の製造及び／又は装置の調整用シャットダウンが可能である。

本発明のさらに有利な実施形態によれば、経路測定装置は少なくとも１つの経路レコーダを有する。経路測定装置は複数の経路レコーダを備えてもよく、その場合、レーザ切断装置の上流にある金属ストリップの第１経路が第１経路レコーダによって測定され、レーザ切断装置の下流にある金属ストリップの第２経路が第２経路レコーダによって測定される。第１及び第２経路の測定によって、特に、搬送方向に連続して設けられた複数のレーザ切断ヘッドを有するレーザ切断装置を使用することで、連続測定の精度向上とスピードアップが可能となる。

経路測定装置は、レーザ切断装置の上流に設けられた複数の経路レコーダを備えてもよく、その場合、第１経路は第１経路レコーダによって金属ストリップの上側で測定され、第３経路は第３経路レコーダによって金属ストリップの下側で測定される。言い換えれば、金属ストリップの経路は、その上側と下側のほぼ同地点で同時に測定することができる。第１経路と第３経路との平均値を求めることによって、金属ストリップの経路を特に精密に決定することができる。提案されている方法はその上に冗長でもある。第１または第３経路レコーダの故障時には、少なくとも１つのレーザ切断ヘッドの切断経路を連続計算するために、測定経路値をさらに提供することができる。

本発明の別の実施形態によれば、経路測定装置は第４経路レコーダを含むことができ、それによって、搬送方向に連続的に配置された２つのレーザ切断ヘッドの間で、レーザ切断装置内部にある金属ストリップの第４経路が測定される。レーザ切断装置内部にある金属ストリップの第４経路は、第４経路レコーダを使用して測定される。これによって、例えば、第４経路レコーダの下流に設けられたレーザ切断ヘッドの切断経路の特に精密な連続計算が可能となる。

経路測定装置は少なくとも１つの光及び／又は機械的な経路レコーダを含めてもよい。機械的な経路レコーダは、便宜上、金属ストリップの上側及び／又は下側に載っている測定ホイールであってもよい。

もちろん、経路測定装置を使用して決定された測定経路値に基づいて、金属ストリップの実速度を連続的に決定することも可能である。実速度値は、切断経路の計算及び／又は修正にも使用することができる。

別の有利な実施形態によれば、測定経路値は、搬送方向に金属ストリップを搬送するための搬送装置の速度を調整するためにも使用される。搬送装置は、通常は、金属ストリップの搬送速度を調整する調整弁を有する。この目的のために、搬送装置のローラの回転速度が測定され、目標値と比較される。しかしながら、金属ストリップと搬送ローラ間のスリップによって、金属ストリップの実速度が、搬送装置によって作り出された目標搬送速度よりも遅くなることがある。有利な実施形態によれば、測定経路値は搬送装置の速度を調整するために使用されるので、金属ストリップの搬送速度を高精度で目標搬送速度の範囲内に維持することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照してさらに詳細に説明する。
本発明による方法を実施するための第１構成を示した略平面図である。 本発明による方法を実施するための第２構成を示した略平面図である。 本発明による方法を実施するための第３構成を示した略平面図である。 本発明に従って変形した第１方式により時間経過と共に変化する金属ストリップの変形速度を示したグラフである。 本発明に従って変形した第２方式により時間経過と共に変化する金属ストリップの速度を示したグラフである。

図１乃至３は、本発明による方法を実施するための装置の概略を示したものである。参照符号１を付した金属ストリップが、例えば、コイル（図示せず）から巻出しされ、搬送装置（図示せず）によって搬送方向またはｘ方向に搬送される。その際、金属ストリップ１は、光不透過性のキャビン３によって区切られているレーザ切断装置２の中をガイドされる。レーザ切断装置２は、複数のレーザ切断ヘッドＬ１、Ｌ２及びＬ３から成る。第１レーザ切断ヘッドＬ１と第２レーザ切断ヘッドＬ２は、第１作動範囲Ａ１と第２作動範囲Ａ２を有する。中心線Ｍはレーザ切断装置２内を通っている。第１作動範囲Ａ１と第２作動範囲Ａ２はｘ方向にほぼ同じ延長部を有する。この２つの作動範囲はｘ方向に並行している。第３レーザ切断ヘッドＬ３は第１作動範囲Ａ１と第２作動範囲Ａ２の下流に配置されており、第３作動範囲Ａ３を有する。第３作動範囲Ａ３は、第１作動範囲Ａ１と第２作動範囲Ａ２の合計にほぼ相当する延長部をｙ方向に有することができる。レーザ切断ヘッドＬ１、Ｌ２及びＬ３は、各々が、ｘ方向に移動可能で、各作動範囲Ａ１、Ａ２、Ａ３にわたるスライド（図示せず）上に取り付けられている。ヘッドは各スライド上でｙ方向に可動である。レーザ切断ヘッドＬ１、Ｌ２及びＬ３の各々は、所定の制御プログラムに従って、制御装置（図示せず）によって個別に移動可能である。

参照符号４が示しているのは、中心線Ｍの領域においてレーザ切断装置２の下流に配置されている第１経路レコーダである。このレコーダは、摩擦係合方式でベルトの上側に測定ホイールを搭載している機械的な経路レコーダとしてもよい。金属ストリップ１で覆われる経路は、測定ホイールの回転角度と直径とから決定することができる。

参照符号５が示しているのは、レーザ切断装置２によって金属ストリップ１から所定輪郭Ｋに切断すべき板金素材である。

輪郭Ｋは、有利には、相互に係合する複数の輪郭サブカットを形成することによって作り出される。輪郭サブカットの各々は、ここでは、レーザ切断ヘッドＬ１、Ｌ２またはＬ３の１つによって形成される。輪郭サブカットを作り出すために必要なレーザ切断ヘッドＬ１、Ｌ２及びＬ３の切断経路Ｓは、制御プログラムによって計算される。

図１において、参照符号Ｋ１が示しているのは輪郭部である。輪郭部Ｋ１を形成するために、輪郭部Ｋ１の第１位置座標ｘ１、ｙ１及び第２位置座標ｘ２、ｙ２が制御プログラムに記憶されている。第１経路レコーダ４によって提供される測定経路値は制御プログラムに転送される。制御プログラムは、例えば、ベクトル加法に基づいて、全体として切断経路Ｓを形成するさらなる位置座標を連続計算する。さらなる位置座標の計算に際しては、いずれの場合も、各サイクル中に経路△Ｘを通る搬送方向ｘにおける金属ストリップ１の動きが勘案される。切断経路Ｓは第３位置座標ｘ３、ｙ３で終わっている。値ｘ２とｘ３の差は、切断経路Ｓの形成中に搬送方向ｘに金属ストリップ１で覆われる経路に相当する。

図２に示した第２構成の場合、第２経路レコーダ６がレーザ切断装置２の下流に設けられている。従って、金属ストリップ１の第２経路をレーザ切断装置２の下流で測定することができる。これによって、例えば、第１及び第２経路から平均値を求め、それによって、サイクル中に金属ストリップ１によって覆われる実経路△Ｘの精度を高めて決定することが可能となる。

図３に示した実施形態では、さらなる経路レコーダ７が、レーザ切断装置２内部の搬送方向ｘに連続して配置された作動範囲Ａ１、Ａ２及びＡ３の間に備えられている。さらなる経路レコーダ７は第３作動範囲Ａ３の直前に配置されている。従って、第３レーザ切断ヘッドＬ３を使用した輪郭サブカットを生成する直前に、金属ストリップ１の経路△Ｘの特に精密な測定を行うことができる。

上記説明から特に明らかなように、覆われる金属ストリップ１の経路△Ｘをサイクル毎に正確に知ることが、輪郭Ｋの精密な形成には必要である。例えば、ローラレベリングマシンのような、搬送装置の目標速度から得られる「目標経路」と、金属ストリップ１で実際に覆われる経路との間のずれが小さなものであったとしても、輪郭部Ｋ１の所定の第２位置座標ｘ２、ｙ２を観察することはできない。結果的に、板金素材５の全体の輪郭Ｋが変わってしまうことになる。

経路レコーダ４、６、７を使用して測定された金属ストリップ１で覆われる経路は、好ましくは、制御プログラムによってリアルタイムで処理される。言い換えれば、制御プログラムを使用して計算された切断経路Ｓを切断中に変更することができる。

図４が示しているのは、時間の経過に伴って変化する金属ストリップ１の実速度である。金属ストリップ１の実速度ｖ１は点線によって再現されている。さらに、搬送装置の速度ｖ２は、図４では、破線で示されている。実線が示しているのは、金属ストリップ１の所望する目標速度ｖ３である。

図４では、金属ストリップ１が加速される「始動期間」が参照符号Ｐ１で示されている。参照符号Ｐ２が示しているのは、金属ストリップ１を目標速度ｖ３で搬送すべき「運転期間」である。

図４から分かるように、金属ストリップ１の実速度ｖ１は変動している。さらに、運転期間Ｐ２中は、目標速度ｖ３よりも常に低くなっている。運転期間Ｐ２中の目標速度ｖ３と実速度ｖ１との差は、搬送装置内での金属ストリップ１のスリップが原因である。

金属ストリップ１の実速度ｖ１と目標速度ｖ３とのずれは、本発明により提案された経路測定によって大部分を補償することができる。

図５は、図４と同様に、時間経過と共に変化する実速度を示したグラフである。ここに示している変形した方式では、本発明により記録された測定経路値は、搬送装置の速度を調整するための制御回路において、制御変数として使用される。従って、搬送装置と金属ストリップ１との間のスリップに対する大部分を補償することが可能である。従って、金属ストリップ１の実速度ｖ１は、運転期間Ｐ２中には、ほぼ正確に所定の目標速度ｖ３の範囲内に保つことができる。この場合、金属ストリップ１の実速度ｖ１と目標速度ｖ３とのずれは大幅に縮小する。提案された変形した方式では、各切断経路Ｓはほんの少しだけ変更すればよい。その結果、輪郭Ｋの精度が向上する。さらに、金属ストリップ１の搬送速度を高めてこの方式を実施することもできる。

１ 金属ストリップ
２ レーザ切断装置
３ キャビン
４ 第１経路レコーダ
５ 板金素材
６ 第２経路レコーダ
７ さらなる経路レコーダ

Ａ 始動位置
Ａ１ 第１作動範囲
Ａ２ 第２作動範囲
Ａ３ 第３作動範囲
Ｂ 切断位置
Ｋ 輪郭
Ｋ１ 輪郭部
Ｌ１ 第１レーザ切断ヘッド
Ｌ２ 第２レーザ切断ヘッド
Ｌ３ 第３レーザ切断ヘッド
Ｐ１ 始動期間
Ｐ２ 運転期間
Ｓ 切断経路
ｖ１ 実速度
ｖ２ 搬送装置の速度
ｖ３ 目標速度
ｘ 搬送方向
ｘ１、ｙ１ 第１位置座標
ｘ２、ｙ２ 第２位置座標
ｘ３、ｙ３ 第３位置座標
ｙ 搬送方向に対する垂直方向
△Ｘ 金属ストリップの経路／サイクル

Claims (8)

1. 搬送装置によって搬送方向（ｘ）に連続的に搬送される金属ストリップ（１）から所定輪郭（Ｋ）を有する板金素材（５）を切断する方法であって、以下の工程、すなわち、
   搬送方向（ｘ）とそれに対して垂直に延びるｙ方向との両方向に移動させることができる少なくとも１つのレーザ切断ヘッド（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を有する少なくとも１つのレーザ切断装置（２）と、所定輪郭（Ｋ）に応じてレーザ切断ヘッド（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を移動させる切断経路（Ｓ）を計算し、切断経路（Ｓ）に沿ったレーザ切断ヘッド（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の移動を制御するための制御プログラムを有する制御装置とを設けること；
   搬送方向（ｘ）に沿って設けられた経路測定装置によって、金属ストリップ（１）の搬送方向の経路（△Ｘｓｔｒｉｐ）を連続的に測定すること；
   金属ストリップの実速度（ｖ１）を金属ストリップ（１）の所定目標速度（ｖ３）の範囲内に保つように、経路測定装置によって連続的に測定される金属ストリップの搬送方向の経路の測定経路値を使用して搬送装置の速度（ｖ２）を調整すること；
   連続的に測定される測定経路値を使用し、制御プログラムによって、レーザ切断ヘッド（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の切断経路（Ｓ）を連続的に計算すること；及び
   板金素材（５）が所定輪郭（Ｋ）に従って切断されるように、連続的に計算される切断経路（Ｓ）に沿ってレーザ切断ヘッド（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を移動させること；
   を含む方法。
2. 切断経路（Ｓ）の連続計算がリアルタイムで行われる請求項１に記載の方法。
3. 切断経路（Ｓ）を計算するために、搬送装置の目標速度（ｖ３）に基づいて切断経路（Ｓ）の開始する位置の値である開始値が計算され、開始値は次に測定経路値を使用して修正される請求項１又は２に記載の方法。
4. 経路測定装置は少なくとも１つの経路レコーダ（４、６、７）を含んでいる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 経路測定装置は少なくとも１つの光及び／又は機械的な経路レコーダ（４、６、７）を含んでいる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 経路測定装置は複数の経路レコーダ（４、６、７）を含んでおり、レーザ切断装置（２）の上流にある金属ストリップ（１）の第１経路が第１経路レコーダによって測定され、そしてレーザ切断装置（２）の下流にある金属ストリップ（１）の第２経路が第２経路レコーダ（６）によって測定される請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 経路測定装置はレーザ切断装置（２）の上流に設けられた複数の経路レコーダ（４、６、７）を含んでおり、第１経路は第１経路レコーダ（４）によって金属ストリップ（１）の上側で測定され、第３経路は第３経路レコーダによって金属ストリップ（１）の下側で測定される請求項６に記載の方法。
8. 経路測定装置は第４経路レコーダ（７）を含み、それによって、搬送方向（ｘ）に連続的に配置された２つのレーザ切断ヘッド（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の間で、レーザ切断装置（２）内部の金属ストリップ（１）の第４経路が測定される請求項７に記載の方法。

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