JP6886102B2 - レーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明はレーザ加工方法に関し、より詳しくは、主加工工程により被加工物に所要のレーザ加工を施した後、追加のレーザ加工が必要となった際に、上記被加工物をレーザ加工装置にセットして、上記所要のレーザ加工が施された被加工物に追加のレーザ加工を施すことができるようにしたレーザ加工方法に関する。

従来、被加工物としての木材からなるダイボードに、抜き刃（トムソン刃）を埋め込むための所要形状の溝を形成するようにしたレーザ加工装置が知られている（特許文献１）。
上記レーザ加工装置によってダイボードに溝を形成したら、溝に抜き刃を埋め込んで抜き型とし、この抜き型を装着したプレス機によって、カートン等のパッケージ（紙器）の元となるシートを原反から抜き出すようにしている。
ところで、最初に製作した抜き型に抜き刃を追加したい場合がある。その場合には、当然ながら、新たに抜き型を一から作り直すよりも、一度製作した抜き型に再びレーザ加工（追加工）を施すことがコスト抑制の観点から好ましい。そして従来、追加工が必要となった際には、ダイボード上に既に形成された溝に対する正確な位置に追加の溝を加工するために、レーザ加工装置の加工テーブルに、既に形成された所要のレーザ加工位置と追加のレーザ加工位置とが一致するように人手によってダイボードを正確に位置決めしながらセットしていた。
また従来、追加工工程を施す際に、加工テーブル上の被加工物を撮像手段によって撮像することにより被加工物に既に形成されたレーザ加工の領域と未加工の領域とを取得して、未加工の領域に追加のレーザ加工を施すことが知られている（特許文献２)。

特開２０１４−１６１９０１号公報 特開平１１−３２０１４３号公報

特許文献１のレーザ加工装置によれば、追加工工程時に人手によってダイボードを位置決めする必要があるので、その位置決め作業が煩雑で、また長時間を要するという欠点があった。
他方、特許文献２のレーザ加工装置によれば被加工物を撮像手段によって撮像するだけでよいので、被加工物をレーザ加工装置の加工テーブルにセットするのが容易となるという利点があるが、被加工物に既に施されているレーザ加工のパターンを認識してその位置を高精度に取得するためには、高度で複雑なソフトウエアが必要となるという欠点がある。特に被加工物がダイボードの場合、既に施されている所要形状の溝に抜き刃が取り付けられているので、撮像手段によって抜き刃のパターンを認識することができても、既に施されている溝のパターンを認識することは困難であった。
本発明は上述した事情に鑑み、簡易な構成によって、精度の高い追加工を可能とするレーザ加工方法を提供するものである。

請求項１の発明は、ダイボードをレーザ加工装置にセットして該ダイボードに抜き刃を装着するためのスリットを形成するとともに、該ダイボードを貫通する位置決めマークを形成する主加工工程と、
上記スリットと位置決めマークとが形成されたダイボードをレーザ加工装置から取り外す取り外し工程と、
上記レーザ加工装置から取り外したダイボードを、上記スリットに装着された抜き刃を下方に向けた状態でレーザ加工装置にセットするとともに、上記位置決めマークを検出してその検出結果に基づいて上記ダイボードに追加の抜き刃を装着するための当該ダイボードを貫通するスリットを形成する追加工工程とを有することを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、主加工工程においてダイボードに抜き刃を装着するためのスリットを形成する際に、該ダイボードに上記スリットの位置と関連された位置決めマークをダイボードの表面から裏面に貫通させて形成しているので、追加工が必要となった際には、ダイボードの裏面側から位置決めマークを検出すれば、当該検出結果に基づいて高精度に追加のレーザ加工を施すことが可能となる。
またその際、位置決めマークを検出すればよいので従来に比較してソフトウエアを簡素化することができ、さらにレーザ加工装置の加工テーブルとダイボードとを高精度に位置決めする必要がないのでその位置決め作業を容易なものとすることができる。しかも上記位置決めマークをダイボードの裏面側から検出することができるので、ダイボードの表面側に抜き刃を取り付けたまま裏面側から追加工を施すことが可能となる。

本発明の実施例を示すレーザ加工装置１の斜視図。 被加工物としてのダイボード２を示す平面図。 図１の加工ヘッド５の要部の拡大正面図。 図１の加工テーブル４の拡大平面図。 図４のサポートプレートの側面図。 追加工工程における位置決め作業を説明するための説明図。

以下図示実施例について説明すると、図１は本発明にかかるレーザ加工装置１を示し、被加工物としてのダイボード２にレーザ光を照射して該ダイボード２を貫通させてスリット２ａを形成するものとなっている。
上記ダイボード２とは複数枚の木材を積層させたものとなっており、上記スリット２ａは図２に示すような展開したダンボール箱の外縁部に沿って断続的に形成されている。
そして上記各スリット２ａには、図示しないが金属製で細長い薄板状の抜き刃が、その歯部をダイボード２の表面から突出するように挿入されて装着可能となっている。

図１において、上記レーザ加工装置１は、レーザ光を発生するレーザ発振器３と、ダイボード２を支持する加工テーブル４と、上記ダイボード２にレーザ光を照射する加工ヘッド５と、上記加工テーブル４や加工ヘッド５を制御してダイボード２に上記レーザ光によるスリット２ａを形成させる制御手段６とを備えている。
上記加工テーブル４はその上面で上記ダイボード２の下面を支持するとともに、移動手段としてのＸ方向テーブル７およびＹ方向テーブル８を備え、水平な二次元方向にダイボード２を移動させることができるようになっている。

上記加工ヘッド５は上記加工テーブル４の上方に設けられており、上記レーザ発振器３より照射されたレーザ光は図示しない導光手段によって導光された後、上記加工ヘッド５に内蔵された集光レンズ５ａによって集光され、上記加工テーブル４上に支持された上記ダイボード２に照射されるようになっている。
また、上記加工ヘッド５は該加工ヘッド５を昇降させる昇降手段９と、上記ダイボード２と集光レンズ５ａとの間隔を調節するためのタッチセンサ１０とを備えている。被加工物が木製のダイボード２の場合、静電容量センサを用いることができないので、タッチセンサ１０を用いている。上記タッチセンサ１０は、図３に示すように、ダイボード２の表面に接触する接触子１０ａと、該接触子１０ａの昇降量を検出するポテンショメータ１０ｂとから構成されている。
そして上記接触子１０ａの昇降量に基づき、上記昇降手段９を制御して、上記加工ヘッドの集光レンズ５ａとダイボード２との離間距離が一定となるように制御される。
なお、上記加工ヘッド５の内部で集光レンズ５ａを昇降させてレーザ光の焦点の直径を調整するようにしてもよい。また、加工テーブル４と加工ヘッド５とを二次元的に相対移動させる移動手段として、本実施例ではＸ方向、Ｙ方向テーブル７、８を使用しているが、加工ヘッド５を当該二次元方向に移動させる構成としてもよい。さらにタッチセンサ１０の代わりに、レーザ距離計のような非接触方式のセンサを用いてもよい。

上記制御手段６は上記加工テーブル４のＸ，Ｙ方向テーブル７、８、加工ヘッド５（集光レンズ５ａ）のＺ方向昇降手段９、レーザ発振器３の出力等の制御を行うものとなっており、この制御を行うための加工プログラムを生成するため、あらかじめ上記ダイボード２に形成するスリット２ａについての加工図形がＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）等の加工図形作成手段１１において作成されている。
この加工図形作成手段１１で作成された加工図形のデータは、ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）等の加工プログラム作成手段１２によって上記加工プログラムへと変換される。

上記加工プログラムには、例えば、スリット２ａを形成するための上記Ｘ方向、Ｙ方向テーブル７、８による加工テーブル４と加工ヘッド５との相対的な二次元移動方向についての情報として、上記加工図形を構成する各スリット２ａの始点から終点までの移動軌跡のそれぞれについて、加工テーブル４の機械座標系の原点座標を中心とした座標値が記述されており、そのほかにも上記加工ヘッド５の高さや集光レンズの位置等の情報がそれぞれ記述されている。
なお上記加工プログラム作成手段１２については、上記ＣＡＭの機能のほかにＣＡＤの機能を有したものであってもよい。
そして制御手段６は、上記加工プログラムを読み込むと、当該加工プログラムを最初の行から順に処理し、上記加工テーブル４におけるＸ，Ｙ方向テーブル７、８の移動量や、加工ヘッド５の昇降手段９を制御し、これによりダイボード２に上記加工図形に基づいたスリット２ａを形成するようになっている。

図４は上記加工テーブル４の平面図を示したもので、加工テーブル４を構成するフレーム２１の図４における左側に固定ブロック２２が取り付けられ、この固定ブロック２２に方形のダイボード２の左辺を当接させることができるようにしてある。
上記フレーム２１の図４における上下位置に平行にレール２３を取り付けてあり、両レール２３の間には複数本のサポートプレート受け２４をレール２３と平行に等間隔で固定してある。そしてそれら複数本のサポートプレート受け２４の上面にこれと直交させて複数本のサポートプレート２５を等間隔で着脱可能に配置してある。
上記各サポートプレート２５は、図５に示すように、上面側が山形に形成されており、各山形の頂点で上記ダイボード２の下面を支持することができるようになっている。

上記２本のレール２３間に跨って移動ブロック２６を設けてあり、この移動ブロック２６はレール２３にガイドされて左右に移動できるようになっている。
上記移動ブロック２６の一端部に該移動ブロック２６をフレーム２１に固定する固定手段２７を設けるとともに、該移動ブロック２６の左側に上記固定ブロック２２に向けてダイボード２を押圧するプッシャ２８を設けてある。
そして下方のレール２３の左側端部に固定ブロック２２に接触させてロケータ２９を設けてあり、ダイボード２の左辺を固定ブロック２２に接触させるとともに、該ダイボード２の下辺をロケータ２９に接触させることによって該ダイボード２を加工テーブル4に対して位置決めすることができるようにしてある。そしてこの状態で、移動ブロック２６のプッシャ２８をダイボード２の右辺に接触させて、該移動ブロック２６をフレーム２１に固定手段２７によって固定することにより、ダイボード２を加工テーブル４に固定することができるようにしてある。
この際、上記プッシャ２８は移動ブロック２６に設けた図示しないエアシリンダ等によって固定ブロック２２側に向けて付勢されており、それによってダイボード２を固定ブロック２２とプッシャ２８との間でしっかりと固定できるようにしてある。

（主加工工程）
上述した構成のレーザ加工装置１により、ダイボード２にスリット２ａを形成する主加工工程が実行される。
該主加工工程では、先ずダイボード２が上述のようにして加工テーブル４上に位置決めされて固定される。
加工テーブル４上にダイボード２が固定されて制御手段６に運転開始指令が入力されると、該制御手段６は上記加工プログラムに基づいて、ダイボード２に前述した加工図形に基づいたスリット２ａを形成する。
上記制御手段６はスリット２ａを形成したら、引き続きダイボード２の複数個所に位置決めマーク３１を形成する。この位置決めマーク３１の形成は、スリット２ａを形成する前であってもよい。
図示実施例では、図２に示すように上記位置決めマーク３１は「+」形状となっており、加工図形に基づいた複数のスリット２ａを挟んだダイボード２の対角線位置の２か所に形成されている。

上記２か所の位置決めマーク３１は、主加工工程を行った際のダイボード２上の機械座標の中心（原点座標）およびダイボード２の機械座標系に対する傾きを算出するために形成される。すなわち、この２か所の位置決めマーク３１の位置を検出し、各マークの中心座標の中点からは、機械系座標の中心に対応するダイボード２上の位置を算出することができ、各マークの中心座標を結ぶ直線からは、ダイボード２の機械座標系のＸ軸（Ｘ方向テーブル７の移動方向）およびＹ軸（Ｙ方向テーブル８の移動方向）に対する傾きを算出することができる。要するに、位置決めマーク３１と加工図形に基づいたスリット２ａとは相互に関連する位置が決定されている。
また各「+」形状の位置決めマーク３１は、スリット２ａと同様にダイボード２を貫通するように形成されている。

上述した主加工工程が終了したら、ダイボード２を加工テーブル４から取り外し（取り外し工程）、各スリット２ａに図示しない抜き刃がそれぞれ装着される。また、通常各抜き刃に隣接して緩衝用のスポンジがダイボード２に貼着されて抜き型が完成される。
上記抜き刃とスポンジとを取り付けた抜き型（ダイボード２）は図示しないプレス機に装着され、上記抜き刃により板状素材からカートン等のパッケージ（紙器）の元となるシートが抜き出されるようになる。
ところで、上記抜き型に抜き刃を追加したいことがある。この場合には、上記ダイボード２に、追加の抜き刃を装着するためのスリットを追加形成するための追加工工程を施す必要がある。

（追加工工程）
追加工工程を行う前に、最初に主加工工程で用いた加工プログラムに、追加で形成するスリットを追記しておく。
追加工工程では、上記ダイボード２に図示しない抜き刃や緩衝用のスポンジを取り付けたまま、抜き刃や緩衝用のスポンジを下面に向けた状態で、すなわちダイボード２の表裏を反転させた状態で該ダイボード２を加工テーブル４上にセットする。
この際、抜き刃や緩衝用のスポンジがサポートプレート２５と干渉するのを防止するために、干渉する可能性のあるサポートプレート２５をサポートプレート受け２４から取り外す。例えば、図４に記載されている５枚のサポートプレート２５のうち、左右のサポートプレート２５を残してその内側の３枚のサポートプレート２５をサポートプレート受け２４から取り外す。
そして次に、上述した主加工工程の場合と同様にして、ダイボード２を加工テーブル４上に位置決めして固定する。しかしながらこの状態では、上述したシートの抜き出し作業によってダイボード２の各辺が損傷していることが多いので、ダイボード２を加工テーブル４上に位置決めして固定してもその位置決め精度が悪いことが多い。
しかるに本追加工工程では、ダイボード２の加工テーブル４上への位置決め精度が悪くても、上記主加工工程で施した２つの位置決めマーク３１の位置を検出することによって、高精度でダイボード２の加工図形に基づいたスリット２ａの位置を検出することができるようになる。

すなわち上記位置決めマーク３１の位置を検出するために、図１に示すように上記加工ヘッド５の近傍にカメラ等の撮像手段３２を設けてあり、該撮像手段３２によって上記位置決めマーク３１を撮影することができるようにしてある。
図６に示すように、上記撮像手段３２にはその視野内に十字のガイドライン３２ａが設けられているので、十字のガイドライン３２ａの中心が「+」形状の位置決めマーク３１の中心に一致するように、作業者の手動操作によって加工テーブル４を移動させる。このとき、位置決めマーク３１はダイボード２を貫通させて形成してあるので、ダイボード２の表裏を反転させた状態でもその上面側から位置決めマーク３１を認識することができる。
そして両中心が一致したら、その際の位置決めマーク３１の位置をレーザ加工装置１の機械座標として制御手段６に読み込ませる。
この作業を他方の位置決めマーク３１についても行い、２つの位置決めマーク３１の位置が分かれば、ダイボード２が反転されていても、上述したように、ダイボード２における機械座標系の原点座標に対応する位置およびダイボード２の機械座標系に対する傾きを算出することができる。これによりダイボード２とＣＡＤデータとの座標の対応付けを行うことが可能となる。
このようにしてダイボード２とＣＡＤデータとの座標の対応付けが行われれば、後は制御手段６によりレーザ加工装置１を制御させて、追加すべきスリットを形成すればよい。

このようにして上記追加工工程が終了したら、主加工工程の終了時と同様にダイボード２を加工テーブル４から取り外し、新たに形成したスリットに抜き刃を装着するとともに、抜き刃に隣接した位置に緩衝用のスポンジを貼着すれば追加工を施された抜き型を完成することができる。

なお、上記実施例では位置決めマーク３１として「+」形状の位置決めマーク３１を用いているが、これに限定されるものではなく、主加工工程で施される加工図形に基づいたスリット２ａとの関連位置を決定することができれば、いかなる形状であってもよい。また、位置決めマーク３１の形成箇所も２か所に限定されるものではなく、３か所以上であってもよい。
また、上記実施例では主加工工程で形成したスリット２ａと追加工工程で形成した追加のスリットとの両方に抜き刃を装着するようにしているが、必要に応じて、主加工工程で形成したスリット２ａからは抜き刃を除去する一方、追加のスリットのみに抜き刃を装着して、該抜き刃のみを使用することも可能である。
さらに、機械座標の中心位置さえ同じであればよいので、主加工工程で使用する加工プログラムと、追加工工程で使用するプログラムは、別のものであってもよい。
さらに、上記主加工工程を施すレーザ加工装置と追加工工程を施すレーザ加工装置とは同一のものである必要はなく、別々のレーザ加工装置を用いてもよい。

１ レーザ加工装置 ２ ダイボード（被加工物）
３ レーザ発振器 ４ 加工テーブル
５ 加工ヘッド ６ 制御手段
７ Ｙ方向テーブル ８ Ｘ方向テーブル
３１ 位置決めマーク ３２ 撮像手段

Claims (1)

1. ダイボードをレーザ加工装置にセットして該ダイボードに抜き刃を装着するためのスリットを形成するとともに、該ダイボードを貫通する位置決めマークを形成する主加工工程と、
   上記スリットと位置決めマークとが形成されたダイボードをレーザ加工装置から取り外す取り外し工程と、
   上記レーザ加工装置から取り外したダイボードを、上記スリットに装着された抜き刃を下方に向けた状態でレーザ加工装置にセットするとともに、上記位置決めマークを検出してその検出結果に基づいて上記ダイボードに追加の抜き刃を装着するための当該ダイボードを貫通するスリットを形成する追加工工程とを有することを特徴とするレーザ加工方法。

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