JP2566544B2 - ３次元レ−ザ加工機におけるワ−クの加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）．産業上の利用分野 本発明は、３次元レーザ加工機において、ワークに対
してティーチングを安全に行ない、かつ該レーザ加工機
の稼動率を向上させることが出来る、３次元レーザ加工
機におけるワークの加工方法に関する。

（ｂ）．従来の技術 従来、３次元レーザ加工機におけるティーチングは、
レーザ加工機自身を作業者が移動操作して行なってい
た。

（ｃ）．発明が解決しようとする問題点 しかし、こうした方法では、作業者が時として、トー
チ部分に近づいて、直接該トーチを操作しなければなら
ない等、安全性の面で問題が多い。しかも、ティーチン
グ中は加工を行なうことが出来ないので、加工機の稼動
率が低下してしまう欠点があった。

また、ティーチングを加工機外で行う場合には、ティ
ーチングする場所と加工する場所が異なることとなるの
で、ティーチングの後に実際にワークを加工する場合、
ワークをティーチング装置と加工機との間で取り付け直
す必要が生じ、加工精度を低下させる要因となってい
た。

上記事情に鑑み、本発明は、ティーチングを安全に、
しかも加工機の稼動率を低下させることなくワークを加
工精度を維持しつつ加工することが出来る、３次元レー
ザ加工機におけるワークの加工方法を提供することを目
的とする。

（ｄ）．問題点を解決するための手段 即ち、本発明は、ティーチングを行なうことにより加
工プログラムが作成される３次元レーザ加工機におい
て、前記レーザ加工機（１）の加工範囲外にダミートー
チ（30）の設けられたティーチング装置（22）を設け、
前記３次元レーザ加工機と前記ティーチング装置との間
にそれ等を連結する形で設定されたパレット搬送経路に
沿ってパレット搬送手段（13、13c、13d）を設け、前記
パレット搬送手段に、前記パレット搬送経路から分岐す
る形で前記パレットが退避自在なパレット待機位置（X
4）を設け、更に、複数個のパレット（3A、3B）を、前
記ティーチング装置と前記レーザ加工機の間で前記パレ
ット搬送手段を介して相互に独立した形で移動自在に設
け、ワークを加工する際には、前記ワーク（43）を、前
記パレット上に搭載し、その状態で、前記ティーチング
装置によって、前記ワークを対象としてティーチングを
行なうことにより、当該ワークの加工に使用する加工プ
ログラムを（PRO）を作成し、該ティーチング完了後、
前記パレットを、前記ワークと共に前記レーザ加工機に
向けて前記パレット搬送手段（13、13c、13d）を介して
移動させることにより、該加工機（１）に供給し、その
状態で、前記レーザ加工機（１）に供給されたワークに
対して、前記ティーチングにより作成された加工プログ
ラムに基づき、所定の加工を行なうようにして構成され
る。

なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素
を示す、便宜的なものであり、従って、本記述は図面上
の記載に限定拘束されるものではない。以下の
「（ｅ）．作用」の欄についても同様である。

（ｅ）．作用 上記した構成により、本発明は、ティーチングは、パ
レット（3B）上に搭載されたワーク（43）を対象とし
て、レーザ加工機（１）の加工範囲外に設けられたティ
ーチング装置（22）により行なわれ、当該ワーク（43）
の加工に使用する加工プログラム（PRO）が作成され
る。そして、ティーチング後、該パレット（3B）を、ワ
ーク（43）と共にパレット搬送手段（13、13c、13d）を
介してレーザ加工機（１）に供給し、その状態で該ワー
ク（43）に対してティーチングにより作成した加工プロ
グラムPROに基づき、所定の加工を行なうように作用す
る。

（ｆ）．実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明による３次元レーザ加工機におけるワ
ークの加工方法の一実施例が適用される、３次元レーザ
加工機の一例を示す斜視図、 第２図は第１図に示すティーチング装置の一例を示す
図、 第３図は第１図に示すレーザ加工機のトーチ部分の拡
大図、 第４図はティーチング装置の別の例を示す図である。

レーザ加工機１は、第１図に示すように、機体２を有
しており、機体２には、パレット用送りスライダ2aが、
Ｘ軸方向である矢印Ａ、Ｂ方向に移動自在に設けられて
いる。パレット用送りスライダ2a上には、上部にワーク
搭載面3aが形成されたパレット3Aが、固定、固定解除自
在な形で装着されており、更にパレット用送りスライダ
2aには、機体２に装着された駆動モータ５に回転駆動自
在に装着されたボールネジ６が螺合している。なお、駆
動モータ５を適宜正逆方向に回転駆動することにより、
ボールネジ６を介して、パレット用送りスライダ2aは、
パレット3Aと共に適宜矢印Ａ、Ｂ方向に移動駆動され
る。

また、機体２には門形に形成されたコラム７が、パレ
ット3Aを跨ぐ形で設けられており、コラム７には、サド
ル９がＹ軸方向である矢印Ｃ、Ｄ方向に移動自在に支持
されている。サドル９には、コラム７に装着された駆動
モータ10に回転駆動自在に装着されたボールネジ11が螺
合しており、駆動モータ10を適宜正逆方向に回転駆動す
ることにより、ボールネジ11を介してサドル９は適宜矢
印Ｃ、Ｄ方向に移動駆動される。

サドル９には加工ヘッド12が、Ｚ軸（なお、前記した
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸は直交座標系を構成している）方向である
矢印Ｅ、Ｆ方向に移動自在に支持されており、加工ヘッ
ド12には、サドル９に装着された駆動モータ15に回転駆
動自在に装着されたボールネジ15aが螺合しており、駆
動モータ15を適宜正逆方向に回転駆動することにより、
ボールネジ15aを介して加工ヘッド12は適宜矢印Ｅ、Ｆ
方向に移動駆動される。

加工ヘッド12の先端には、第３図に示すように、フラ
ンジ部12aが矢印Ｇ、Ｈ方向に回転自在に設けられてお
り、フランジ部12aには旋回トーチ16が本体17を介して
装着されている。本体17には歯車17aが固着されてお
り、歯車17aには加工ヘッド12に固着された位置決めモ
ータ19が歯車19bを介して接続している。本体17内に
は、２枚の反射鏡17cから構成される光路17bが形成され
ており、該光路17bの先端には、トーチ部20が矢印Ｉ、
Ｊ方向に回転自在に支持されている。トーチ部20は、本
体17に固着された位置決めモータ21により、矢印Ｉ、Ｊ
方向に旋回駆動自在に支持されており、トーチ20部の先
端にはチップ20aが装着されている。トーチ部20の内部
には、前記した本体17内の光路17bとチップ20aを接続す
る形で２枚の反射鏡20bからなる光路20cが形成されてい
る。

ところで、レーザ加工機１の第１図左方には、十字形
に組立てられたパレットチェンジャ13が、レーザ加工機
１と、該加工機１の旋回トーチ16の移動可能な範囲外、
即ちレーザ加工機１の加工範囲外に設置されたティーチ
ング装置22とを連絡する形で設けられており、パレット
チェンジャ13は、第１及び第２フレーム13a、13b、搬送
レール13c、13c、13d、13d等を有している。即ち、レー
ザ加工機１を構成する機体２のパレット着脱位置X1に対
応する第１図左側面（図示せず）には、矢印Ｃ、Ｄ方向
に伸延する形で設けられた第１フレーム13aが接続して
おり、第１フレーム13a上には、搬送レール13c、13c
が、矢印Ｃ、Ｄ方向に平行となる形で設けられている。
なお、パレット着脱位置X1において、パレット3Aを、レ
ーザ加工機１のパレット用送りスライダ2aから搬送レー
ル13c、13c上に乗せ変え、該パレット3Aを、搬送レール
13c、13cに沿って矢印Ｃ、Ｄ方向に移動させることが出
来る。

また、第１図に示す第１フレーム13aの略中央部に
は、矢印Ａ、Ｂ方向に延伸する形で設けられた第２フレ
ーム13bが、直交する形で接続しており、第２フレーム1
3b上には、搬送レール13d、13dが、矢印Ａ、Ｂ方向に平
行に設けられている。なお、搬送レール13d、13d上に
は、上部にワーク搭載面3aが形成されたパレット3Bが、
該レール13dに沿って矢印Ａ、Ｂ方向に移動自在な形で
載荷されており、該パレット3Bを、矢印Ｂ方向に適宜移
動させて、搬送レール13d、13dと搬送レール13c、13cと
が交差する乗せ換え位置X3に位置決めし、更に、その状
態で該パレット3Bを搬送レール13c、13cに乗せ換えて該
レール13cに沿って矢印Ｃ、Ｄ方向に適宜移動させるこ
とが出来る。また、これと反対に、搬送レール13c、13c
上に載荷されたパレット3Bを、乗せ換え位置X3に位置決
めし、その状態で該パレット3Bを搬送レール13d、13d上
に乗せ変えて、搬送レール13d、13d上を矢印Ａ、Ｂ方向
に移動させることが出来る。

ところで、第１図左方には、ティーチング装置22が、
パレットチェンジャ13を構成する第２フレーム13bの図
中左端部に近接する形で設置されており、ティーチング
装置22は、第２図に示すように、図中紙面と直角方向、
即ちレール13d、13dに平行に伸延する形で設けられたベ
ース23を有している。ベース23上には、走行フレーム25
が、ベース23に沿って紙面と直角方向に移動自在に支持
されており、走行フレーム25には、Ｌ字形のアーム26が
設けられている。アーム26には、サドル27が、走行フレ
ーム25の移動方向に対して直角な方向である矢印Ｃ′、
Ｄ′方向に移動自在に支持されており、サドル27には伸
縮アーム29が更に、矢印Ｃ′、Ｄ′方向及び走行フレー
ム25の移動方向に対して直角な方向である矢印Ｅ′、
Ｆ′方向に移動自在に支持されている。伸縮アーム29の
図中下端には、レーザ加工機１に装着された旋回トーチ
16と同一の外形寸法を有するダミー旋回トーチ30が設け
られており、ダミー旋回トーチ30は、旋回トーチ16の少
なくともその可動部分の構造において同一な構造となっ
ている（即ち、ダミー旋回トーチ30と旋回トーチ16は、
同一の可動機能を有する。）。

即ち、本体17に対応する本体17′は伸縮アーム29に対
して矢印Ｇ、Ｈ方向に旋回自在に設けられており、ま
た、トーチ部20に対応するトーチ部20′は、本体17′に
対して矢印Ｉ、Ｊ方向に旋回自在に設けられている。ま
た、サドル27には該サドル27の矢印Ｃ′、Ｄ′方向の移
動量を検出することが出来るエンコーダ31及び伸縮アー
ム29の矢印Ｅ′、Ｆ′方向の移動量を検出することが出
来るエンコーダ32が設けられ、更にダミー旋回トーチ30
にも、該ダミー旋回トーチ30の矢印Ｇ、Ｈ及びＩ、Ｊ方
向の回転角度量を検出することの出来るエンコーダ33、
35が設けられている。また、走行フレーム25には、該走
行フレーム25の紙面と直角方向の移動量を検出するエン
コーダ34が設けられており、各エンコーダ31、32、33、
34、35は、加工プログラムメモリ37に接続された加工プ
ログラム生成装置36に接続されている。

レーザ加工機１は以上のような構成を有するので、該
加工機１を用いて、ワークを加工する場合には、まず加
工に先立ち、第１図左方に示すティーチング装置22を用
いてレーザ加工機１に関する加工プログラムのティーチ
ングを行なう。それには、パレットチェンジャ13を構成
する第２フレーム13b上に搬送レール13d、13dを介して
載荷されたパレット3Bを、該搬送レール13dに沿って適
宜矢印Ａ、Ｂ方向に移動して、該パレット3Bを、ティー
チング装置22と対向する形で設けられた、パレットチェ
ンジャ13上のティーチング位置X2に位置決めする。次
に、該パレット3Bのワーク搭載面3a上に、加工すべき３
次元の立体ワーク43を設置し、その状態で、ティーチン
グ装置22のダミー旋回トーチ30を実際の加工に即して作
業者が移動させることにより、ティーチング動作を行な
う。

ここで、第２図に示す走行フレーム25はベース23に対
して紙面と直角方向に移動することが出来るが、これは
レーザ加工機１におけるパレット3A又は3Bの矢印Ａ、Ｂ
方向の移動に対応する。また、アーム26に対するサドル
27の矢印Ｃ′、Ｄ′方向の移動は、レーザ加工機１にお
けるサドル９のコラム７に対する矢印Ｃ、Ｄ方向の移動
に対応する。更に、伸縮アーム29の矢印Ｅ′、Ｆ′方向
の移動は、レーザ加工機１における加工ヘッド12の矢印
Ｅ、Ｆ方向の移動に対応する。同様に、ダミー旋回トー
チ30の本体17′、トーチ部20′の移動態様は、旋回トー
チ16の本体17、トーチ部20の移動態様にそれぞれ対応す
る。

従って、作業者がダミー旋回トーチ30を操作して、テ
ィーチング位置X2に位置決めされたパレット3B上のワー
ク43に対して模擬的な加工動作を行なうと、それに伴う
走行フレーム25、サドル27、伸縮アーム29、ダミー旋回
トーチ30の各移動量は各エンコーダ34、31、32、33、35
で検出され、加工プログラム生成装置36に出力される。
加工プログラム生成装置36はそれ等の検出値をもとに、
公知の手法で、作業者が行なった模擬的な加工動作に対
応した加工プログラムPROを生成し、加工プログラムメ
モリ37に格納する。なお、こうして、生成され加工プロ
グラムメモリ37に格納された加工プログラムPROは、オ
ンラインでレーザ加工機１に転送される。

こうして、ティーチング作業が完了したところで、第
１図に示すティーチング位置X2に位置決めされたパレッ
ト3Bと、レーザ加工機１のパレット用送りスライダ2aに
載荷されたパレット3Aとを交換する作業を行なう。それ
には、まずレーザ加工機１を構成する駆動モータ５を駆
動することにより、パレット用送りスライダ2aを、該ス
ライダ2aにクランプされたパレット3Aと共に、適宜矢印
Ａ、Ｂ方向に移動させて、パレット着脱位置X1に位置決
めする。次に、その状態で、送りスライダ2aとパレット
3Aとのクランプ関係を解除し、更に該パレット3Aを、送
りスライダ2aからパレットチェンジャ13を構成する第１
フレーム13aの搬送レール13c、13c上に乗せ換える。パ
レット3Aが、搬送レール13c、13c上に乗せ換えられたと
ころで、該パレット3Aを、該レール13c、13cに沿って矢
印Ｃ方向に移動させて、第１フレーム13aの第１図左端
部に設けられた待機位置X4に位置決めする。

次に、その状態で、第１図に示すパレットチェンジャ
13のティーチング位置X2に位置決めされたパレット3B
を、ワーク43と共に、第２フレーム13b上を搬送レール1
3d、13dに沿って適宜矢印Ｂ方向に移動させて、パレッ
ト3Bを乗せ換え位置X3に位置決めし、更に、その状態で
該パレット3Bを、該搬送レール13d、13dから搬送レール
13c、13c上に乗せ換える。パレット3Bが、搬送レール13
c、13c上に乗せ換えられたところで、該パレット3Bを、
ワーク43と共に、該搬送レール13c、13cに沿って矢印Ｄ
方向に適宜移動させて、レーザ加工機１を構成するパレ
ット用送りスライダ2aと近接する位置に位置決めする。
次に、その状態で、パレット3Bを、ワーク43と共に、搬
送レール13c、13cからパレット着脱位置X1に位置決めさ
れた、パレット用送りスライダ2a上に乗せ換え、更に該
パレット3Bをスライダ2aにクランプする。

こうして、レーザ加工機１側に供給されたパレット3B
上のワークに対して、第２図に示す加工プログラムメモ
リ37から該加工機１に転送されて来た加工プログラムPR
Oに基づき、旋回トーチ16により所定の加工を行なう。
なお、レーザ加工機１による加工は、ワーク43をパレッ
ト3B上に搭載した状態で、該パレット3Bがクランプされ
たパレット用送りスライダ2aを駆動モータ５により矢印
Ａ、Ｂ方向に移動駆動し、更にサドル９を駆動モータ10
により矢印Ｃ、Ｄ方向に、また加工ヘッド12を駆動モー
タ15により矢印Ｅ、Ｆ方向に移動駆動することにより行
なわれ、更に第３図に示す位置決めモータ19を駆動する
ことにより、旋回トーチ本体17を歯車19b、17aを介して
矢印Ｇ、Ｈ方向に旋回駆動させ、また位置決めモータ21
を駆動することにより、トーチ部20を矢印Ｉ、Ｊ方向に
旋回駆動させることにより行なわれる。なお、レーザ光
線は、加工ヘッド12から旋回トーチ16中の光路17bを介
してトーチ部20の光路20cを通り、チップ20aからワーク
43に向けて射出され、所定の加工が行なわれる。なお、
この際ワーク43のパレット3Bに対する位置関係は、ティ
ーチングを行なった時と変化していないので、ティーチ
ング時と同じ状態で当該ワーク43は旋回トーチ16により
加工される。

なお、ワークの加工中、パレットチェンジャ13を構成
する第１フレーム13a上の待機位置X4に位置決めされた
パレット3Aを、搬送レール13c、13cに沿って矢印Ｄ方向
に適宜移動させて乗せ換え位置X3に位置決めする。その
状態で、パレット3Aを、搬送レール13c、13cから搬送レ
ール13d、13d上に乗せ換え、更に、該パレット3Aを搬送
レール13d、13dに沿って矢印Ａ方向に所定距離だけ移動
して、ティーチング位置X2に位置決めする。

こうして、ティーチング位置X2に位置決めされたパレ
ット3Aのワーク搭載面3a上に、次に加工すべき立体ワー
ク43を搭載し、前述したティーチング動作を行なう。

こうして、該パレット3A上のワーク43を対象とするテ
ィーチングが完了し、更にレーザ加工機１側に供給され
たパレット3B上のワーク43に対して所定の加工がなされ
たところで、該パレット3A、3Bを前述したような方法で
交換する。

なお、上述の実施例は、ティーチング装置22として、
互いに直交する方向に移動される走行フレーム25、サド
ル27、伸縮アーム29等を用いた場合について述べたが、
ティーチング装置22としては、各要素が互いに直交する
ように移動される装置に限らず、第４図に示すような、
リンク機構等から構成することも当然可能である。

第４図に示す場合、支柱40に旋回座40aを矢印Ｋ、Ｌ
方向に旋回自在に設けると共に、該旋回座40aに第１ア
ーム41を矢印Ｍ、Ｎ方向に回動自在に枢着し、更に第１
アーム41に第２アーム42を矢印Ｑ、Ｐ方向に回動自在に
枢着し、その第２アーム42の先端にダミー旋回トーチ30
を装着して構成される。なお、この場合、エンコーダ
は、ダミー旋回トーチ30内のエンコーダ33、35の他に、
旋回座40aの旋回角度を求めるもの、第１アーム41
の矢印Ｍ、Ｎ方向の回動角度θ１を求めるもの、第２
アーム42の矢印Ｑ、Ｐ方向の回動角度θ２を求めるも
の、が必要となり、それ等が検出した値は、レーザ加工
機１が駆動される直交座標系に座標変換されて加工プロ
グラムPROが生成される。

（ｇ）．発明の効果 以上、説明したように本発明によれば、ティーチング
を行なうことにより加工プログラムが作成される３次元
レーザ加工機において、前記レーザ加工機１の加工範囲
外に、ダミー旋回トーチ30などのダミートーチの設けら
れたティーチング装置22を設け、前記３次元レーザ加工
機と前記ティーチング装置との間にそれ等を連結する形
で設定されたパレット搬送経路に沿って、パレットチェ
ンジャ13、搬送レール13c、13dなどのパレット搬送手段
を設け、前記パレット搬送手段に、前記パレット搬送経
路から分岐する形で前記パレットが退避自在な、待機位
置X4などのパレット待機位置を設け、更に、複数個のパ
レット（例えばパレット3A、3B）を、前記ティーチング
装置と前記レーザ加工機の間で前記パレット搬送手段を
介して相互に独立した形で移動自在に設け、ワークを加
工する際には、前記ワーク43を、前記パレット上に搭載
し、その状態で、前記ティーチング装置によって、前記
ワークを対象としてティーチングを行なうことにより、
当該ワークの加工に使用する加工プログラムPROを作成
し、該ティーチング完了後、前記パレットを、前記ワー
クと共に前記レーザ加工機に向けて前記パレット搬送手
段を介して移動させることにより、該加工機に供給し、
その状態で、前記レーザ加工機１に供給されたワークに
対して、前記ティーチングにより、作成された加工プロ
グラムに基づき、所定の加工を行なうようにして構成し
たので、作業者はティーチングに際してレーザ加工機１
の旋回トーチ16等を直接操作する必要が無くなり、レー
ザ加工機１の加工範囲外で安全にティーチングを行なう
ことが出来る。

また、ティーチングとレーザ加工機１による加工動作
は全く別個に行なうことが出来るので、レーザ加工機１
を加工に専用することが出来、レーザ加工機１の稼動率
を高めることが可能となる。更に、レーザ加工機１の加
工範囲外でティーチング動作を行なうようにしても、テ
ィーチングが完了した加工すべきワーク43を、該ワーク
を搭載したパレットごと、レーザ加工機１にパレット搬
送手段を介して供給し、その状態で該ワーク43を加工す
ることが出来る。このため、ティーチング時における、
ワーク43のパレットに対する位置関係を換えることなく
レーザ加工機１によって加工を行なうことが可能とな
り、加工すべきワークをティーチング装置からレーザ加
工機に取り付け直すなどの煩雑で加工精度を低下させる
危険性のある作業を行う必要がなくなり、レーザ加工機
上でティーチングを行ったと同様の加工精度を維持しつ
つ、安全なティーチング動作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による３次元レーザ加工機におけるワー
クの加工方法の一実施例が適用される、３次元レーザ加
工機の一例を示す斜視図、 第２図は第１図に示すティーチング装置の一例を示す
図、 第３図は第１図に示すレーザ加工機のトーチ部分の拡大
図、 第４図はティーチング装置の別の例を示す図である。 １……レーザ加工機 3A、3B……パレット 13……パレット搬送手段（パレットチェンジャ） 13c、13d……パレット搬送手段（搬送レール） 22……ティーチング装置 30……ダミートーチ（ダミー旋回トーチ） 43……ワーク PRO……加工プログラム X4……パレット待機位置（待機位置）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ティーチングを行なうことにより加工プロ
   グラムが作成される３次元レーザ加工機において、 前記レーザ加工機の加工範囲外にダミートーチの設けら
   れたティーチング装置を設け、 前記３次元レーザ加工機と前記ティーチング装置との間
   にそれ等を連結する形で設定されたパレット搬送経路に
   沿ってパレット搬送手段を設け、 前記パレット搬送手段に、前記パレット搬送経路から分
   岐する形で前記パレットが退避自在なパレット待機位置
   を設け、 更に、複数個のパレットを、前記ティーチング装置と前
   記レーザ加工機の間で前記パレット搬送手段を介して相
   互に独立した形で移動自在に設け、 ワークを加工する際には、 前記ワークを、前記パレット上に搭載し、 その状態で、前記ティーチング装置によって、前記ワー
   クを対象としてティーチングを行なうことにより、当該
   ワークの加工に使用する加工プログラムを作成し、 該ティーチング完了後、前記パレットを、前記ワークと
   共に前記レーザ加工機に向けて前記パレット搬送手段を
   介して移動させることにより、該加工機に供給し、 その状態で、前記レーザ加工機に供給されたワークに対
   して、前記ティーチングにより作成された加工プログラ
   ムに基づき、所定の加工を行なうようにして構成した、
   ３次元レーザ加工機におけるワークの加工方法。