JP6593452B2 - レーザ加工機、及びワークの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工機、算出装置、及びワークの加工方法に関する。

板状のワークに対してレーザヘッドからレーザ光を照射して切断加工等を行うレーザ加工機が知られている。このレーザ加工機は、例えばパンチプレス等の他の加工機によって孔開けまたは成形加工された後のワークに対して切断加工等を行う場合がある。この場合、パンチプレス等からレーザ加工機にワークが搬入されるが、このワークをレーザ加工機のレーザ加工位置（レーザ加工座標系）に合わせる必要がある。そのため、パンチプレス等によって形成される孔部を検出してレーザ加工座標系に対するワークのずれ量を算出し、この算出結果に基づいてワークとレーザ加工位置とを位置合わせすることが行われている。この孔部の検出に際して、孔部の画像等から孔部の位置を取得することも可能であるが、照明または光学素子の汚れの影響があることから、これに代えて、孔部に挿入する接触棒を持つプローブを用いることが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載のプローブは、昇降可能な接触棒を有しており、この接触棒を下降させてワークの孔部に挿入し、この状態で接触棒を水平方向に移動させて孔部の内面に接触させることにより孔部の位置を計測している。

特許第４１８２６４５号公報

特許文献１に記載のプローブは、接触棒を下降させて下端の高さを孔部内に配置させることが必要となる。例えば、接触棒を深く挿入すると、接触棒の下端がワークの下面から突出することになり、この状態で接触棒を水平方向に移動させても、ワークの下面を支持するワーク支持部に接触棒が接触して誤検出を招くといった問題がある。特に、ワークの板厚が薄い場合に、接触棒の下端がワークの下面から突出しやすいので、接触棒の下端を孔部内の適切な高さに配置させることが求められている。

以上のような事情に鑑み、本発明は、接触棒の下端を孔部内の適切な高さに配置させることにより、レーザヘッドによるレーザ加工位置とワークとの相対位置を高精度に取得することが可能なレーザ加工機、算出装置、及びワークの加工方法を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ加工機は、所定の孔部が形成された板状のワークを加工するレーザヘッドと、ワークの上面の高さを計測する計測部と、ワークに対して昇降可能な接触棒を有し、接触棒を下降させて孔部に挿入することによりレーザヘッドによるレーザ加工位置とワークとの相対位置を取得可能なプローブと、計測部の計測結果に基づいて接触棒の目標下降位置または下降量を算出する算出装置と、算出装置により算出された目標下降位置または下降量に応じて接触棒を下降させる駆動部と、を備える。

また、計測部は、孔部の周りにおけるワークの上面の高さを計測してもよい。また、プローブは、レーザヘッドに設けられ、接触棒は、レーザヘッドに対して昇降可能に形成されてもよい。また、計測部は、レーザヘッドに備える非接触センサであってもよい。また、算出装置は、計測部の計測結果と、ワークの板厚とに基づいて、接触棒の下端部の側面が孔部の垂直面と当接可能な目標下降位置または下降量を算出してもよい。また、駆動部は、レーザヘッドを駆動するためのヘッド駆動部が用いられてもよい。また、プローブは、接触棒が上昇した際に接触棒の下方を閉じ、かつ、接触棒が下降する際に接触棒の下方を開くシャッタを備えてもよい。また、接触棒は、孔部に挿入される下端部が円筒状に形成され、かつ、下端面が球面状に形成されてもよい。

本発明に係る算出装置は、所定の孔部が形成された板状のワークの上面の高さに関する計測結果が入力され、計測結果に基づいて、孔部に向けて下降して孔部に挿入される接触棒の目標下降位置または下降量を算出する。

本発明に係るワークの加工方法は、所定の孔部が形成された板状のワークの上面の高さを計測することと、計測された高さに基づいて孔部に挿入する接触棒の目標下降位置または下降量を算出することと、目標下降位置または下降量に応じて接触棒を下降させ、孔部に挿入した接触棒によりワークとレーザヘッドによるレーザ加工位置との相対位置を取得することと、相対位置に基づいてレーザヘッドによりワークを加工することと、を含む。

本発明のレーザ加工機によれば、算出装置により接触棒の目標下降位置又は下降量を算出し、算出結果に基づいて接触棒を下降させるため、接触棒を孔部の適切な位置に確実に挿入することができる。これにより、レーザ加工位置とワークとの相対位置を高精度に取得することが可能となる。また、ワークの板厚が薄い場合であっても、接触棒の下端を孔部内の適切な高さに容易に配置させることができる。

また、計測部が孔部の周りにおけるワークの上面の高さを計測する場合、挿入対象である孔部の周りの高さを計測するため、接触棒の目標下降位置または下降量を高精度に得ることができる。また、プローブがレーザヘッドに設けられ、接触棒がレーザヘッドに対して昇降可能に形成される場合、接触棒とレーザヘッドとの位置関係が規定された状態で接触棒を下降させるため、レーザ加工位置とワークとの相対位置を高精度に取得することができる。

また、計測部がレーザヘッドに備える非接触センサである場合、レーザヘッドに備える非接触センサを用いてワークの上面の高さを取得するため、効率的に計測を行うことが可能であり、別途センサ等を設ける必要がないためコストの増加を抑制できる。算出装置が、計測部の計測結果と、ワークの板厚とに基づいて、接触棒の下端部の側面が孔部の垂直面と当接可能な目標下降位置または下降量を算出する場合、接触棒の下端部の側面を孔部の垂直面に確実に当接させるので、孔部の正確な位置が取得でき、ワークとレーザ加工位置との相対位置を高精度に取得できる。

また、駆動部としてレーザヘッドを駆動するためのヘッド駆動部が用いられる場合、レーザヘッドと接触棒の駆動源を共有化させることで、接触棒の駆動源を別途設ける必要がなく、コストの増加を抑制できる。また、接触棒が上昇した際に接触棒の下方を閉じ、かつ、接触棒が下降する際に接触棒の下方を開くシャッタをプローブが備える場合、レーザ加工時等において非使用時の接触棒に異物等が付着することを抑制できる。また、接触棒のうち孔部に挿入される下端部が円筒状に形成されることにより、孔部の内面に対して均一に当接させることができ、また、下端面が球面状に形成されることにより、接触棒が孔部から外れて下降した場合でもワークに対する損傷を抑制できる。

本発明の算出装置によれば、接触棒が孔部に挿入される場合の接触棒の目標下降位置または下降量を容易かつ正確に算出するので、接触棒を孔部内の適切な高さに容易に配置させることができる。

本発明のワークの加工方法によれば、ワークとレーザ加工位置との相対位置を高精度に取得することができ、レーザヘッドによるワークの加工を高精度に行うことができる。

実施形態に係るレーザ加工機の一例を示す斜視図である。 プローブの一例であって、（Ａ）は接触棒が上昇した状態を示す図、（Ｂ）は接触棒が下降した状態を示す図である。 （Ａ）は接触棒の一例を示す図、（Ｂ）は接触棒の他の例を示す図である。 レーザ加工機の動作の流れを示すフローチャートである。 レーザ加工機にワークが配置された一例を示す図である。 計測部の動作を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。 プローブの動作を示し、（Ａ）は接触棒が上昇した状態の図、（Ｂ）は接触棒が下降した状態の図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は接触棒の動作を説明する図である。 レーザヘッドによりワークを加工する状態を説明する図である。 レーザ加工機にワークが配置された他の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下説明する実施形態に限定されない。また、図面においては、実施形態を説明するため、一部または全部を模式的に記載するとともに、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表している。以下の各図において、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹＺ座標系においては、水平面に平行な平面をＸＹ平面とする。Ｘ方向と直交する方向をＹ方向とし、ＸＹ平面に垂直な上下方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が＋方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるとして説明する。

図１は、本実施形態に係るレーザ加工機１００の一例を示す斜視図である。なお、図1ではレーザ加工機１００の要部を示している。図１に示すように、レーザ加工機１００は、レーザヘッド１０と、ヘッド駆動部（駆動部）２０と、プローブ３０と、算出装置４０と、制御装置５０と、を備える。レーザ加工機１００は、板状のワークＷに対してレーザ光を照射することにより、例えば、所望の孔開け加工、または製品形状に切断する加工装置である。レーザ加工機１００は、加工領域に搬入されたワークＷに対して加工を行う。ワークＷの搬入出は、後述する加工パレット６０により行うが、他のローダ装置等により行ってもよい。本実施形態では、レーザ加工機１００は、例えばパンチプレスなどの他の加工装置によって孔部が形成されたワークＷに対してレーザ加工を行う。レーザ加工機１００の各部の動作は、制御装置５０によって統括的に制御される。

レーザ加工機１００は、ワークＷを支持する加工パレット６０を有する。加工パレット６０は、例えばワークＷを加工する加工位置に配置される。加工パレット６０は、例えば、不図示の駆動装置により、ワークＷを載置した状態でＸ方向等に移動可能形成されてもよい。加工パレット６０は、ベースプレート６１及び支持プレート６２を有している。ベースプレート６１は、例えば矩形状に形成されている。支持プレート６２は、ワークＷの下面（−Ｚ側の面）を支持する。支持プレート６２は、ベースプレート６１の上面（＋Ｚ側の面）に複数設けられている。

複数の支持プレート６２は、ベースプレート６１に対して立った状態で設けられ、Ｘ方向に並んで配置されている。各支持プレート６２は、例えば鋸歯状に形成された複数の上端部６２ａを有している。各上端部６２ａは、ベースプレート６１からの高さ（Ｚ方向の位置）が同一となるように形成されている。

複数の上端部６２ａには、ワークＷが載置される。複数の上端部６２ａの高さが不均一な場合、あるいはワークＷの反り等の変形がある場合、ワークＷが載置された状態で、ワークＷの上面Ｗａの高さは面方向にばらついた状態となっている。また、上端部６２ａが鋸歯状に形成されているため、上端部６２ａとワークＷとの間の接触面積が小さくなる。なお、上端部６２ａは、鋸歯状とすることに限定されず、例えば、剣山状または波形状としてもよい。また、加工パレット６０は、複数の支持プレート６２を用いることに限定されず、例えば、複数のピンがベースプレート６１上に配置されてもよい。

レーザヘッド１０は、レーザ光を射出するノズル１１を有している。ノズル１１は、−Ｚ方向に向けられており、レーザ光を−Ｚ方向に射出する。ノズル１１は、光ファイバ１２等の光伝送体を介して不図示のレーザ光源に接続されている。レーザ光源としては、例えば炭酸ガスレーザ光源または固体レーザ光源等が用いられる。

ノズル１１の先端（−Ｚ側の端部）には、非接触センサ（計測部）１３が設けられている。非接触センサ１３は、ノズル１１の先端と、加工パレット６０に支持されたワークＷとの間隔ｄを非接触で検出する。非接触センサ１３は、ノズル１１の先端に設けられた電極を有する。非接触センサ１３は、当該電極とワークＷとの間の静電容量に応じた電圧を算出装置４０に出力する。当該電極とワークＷとの間隔ｄが変化すると、両者の間の静電容量が変化し、出力電圧が変化する。したがって、電極とワークＷとの間隔ｄと出力電圧との対応関係をデータテーブルとして予め算出装置４０等に記憶させておくことで、算出装置４０等において、出力電圧に応じた間隔ｄを取得することができる。なお、非接触センサ１３としては、上記のように静電容量方式のセンサに限定されない。例えば、非接触センサ１３として、渦電流方式のセンサまたは光学式のセンサ等を用いてもよい。

また、ノズル１１とワークＷとの間隔ｄを計測するセンサとして非接触式に限定されず、接触式のセンサが用いられてもよい。また、非接触センサ１３は、ノズル１１に配置されることに限定されず、ノズル１１から離れた箇所に設置されてもよい。制御装置５０は、非接触センサ１３によりノズル１１とワークＷとの間隔ｄを計測することにより、ワークＷの上面Ｗａの高さがばらついている場合でも、レーザ加工に際して間隔ｄが一定となるように、後述するヘッド駆動部２０を制御する。

ヘッド駆動部２０は、レーザヘッド１０をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させる。ヘッド駆動部２０は、例えばボールネジ機構またはリニアモータ機構など、レーザヘッド１０を移動させる不図示の駆動機構を有している。なお、レーザヘッド１０は、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれの移動を案内するガイドを有し、各方向に駆動するための駆動機構を備えてもよいし、また、ロボットアームまたはマニュピレータ等によりレーザヘッド１０をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させてもよい。

プローブ３０は、レーザヘッド１０とワークＷとの相対位置を取得する。プローブ３０は、例えば連結板２１によってレーザヘッド１０に連結されている。これにより、プローブ３０は、レーザヘッド１０と一体でＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動可能に設けられる。

図２（Ａ）及び（Ｂ）は、プローブ３０の一例を示す図である。プローブ３０は、筐体３１と、シャッタ３２と、スライダ３３と、エアシリンダ３４と、ベース３５と、接触棒３６と、接触検出センサ３７と、を有している。なお、接触検出センサ３７については、図２においては省略しており、図３（Ａ）において表記している。筐体３１は、スライダ３３、ベース３５（接触検出センサ３７を含む）、及び接触棒３６を収容可能であり、下側（−Ｚ側）端部に開口部３１ａが形成されている。

スライダ３３は、筐体３１の内面に取り付けられ、筐体３１の内面に設けられた不図示のガイドに沿って上下方向（Ｚ方向）に移動可能に設けられる。スライダ３３は、ガイドにより規定された上限位置と下限位置との間を移動する。スライダ３３は、ベース３５及び接触棒３６を一体で支持する。エアシリンダ３４は、スライダ３３をＺ方向に駆動する駆動源である。エアシリンダ３４を駆動することにより、スライダ３３が昇降し、このスライダ３３とともにベース３５及び接触棒３６も一体となって上下方向に移動する。なお、スライダ３３の駆動をエアシリンダ３４で行うことに限定されず、例えばボールねじ機構等が用いられてもよい。

シャッタ３２は、開口部３１ａを開閉可能に設けられる。シャッタ３２の開閉は、スライダ３３とシャッタ３２とを不図示のリンク機構により接続し、スライダ３３の動作に連動して行われる。スライダ３３が上方位置にある場合は、リンク機構によりシャッタ３２を動作して開口部３１ａを閉じ、また、スライダ３３が下方位置にある場合は、リンク機構によりシャッタ３２を動作して開口部３１ａを開放する。なお、シャッタ３２の動作をリンク機構で行うことに限定されず、電気モータ等の駆動源により行ってもよい。

ベース３５は、スライダ３３に支持される。接触棒３６は、ベース３５の下方（−Ｚ側）の支持部３５ａに取り付けられる。接触棒３６は、支持部３５ａを支点として下端部が揺動可能に設けられる。接触棒３６は、スライダ３３が上下方向に移動することにより、ベース３５と一体でワークＷに対して昇降可能である。接触棒３６は、ワークＷに設けられた孔部Ｗｂに挿入可能な挿入部３６ａを下端部に有する。挿入部３６ａは、円筒状（または円柱状）に形成され、下端面３６ｂが球面状に形成される。挿入部３６ａの径は、孔部Ｗｂに挿入可能となるように設定される。例えば、孔部Ｗｂの径が１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の場合、挿入部３６ａの径は例えば２ｍｍ程度に設定される。

図２（Ａ）に示すように、エアシリンダ３４によりスライダ３３が筐体３１の上方位置に配置される場合、ベース３５及び接触棒３６が筐体３１に収容される。なお、接触棒３６が筐体３１に収容された状態において、接触棒３６は開口部３１ａの上方に配置される。また、接触棒３６が筐体３１に収容される状態では、接触棒３６は、レーザヘッド１０のノズル１１よりも上方に配置された状態となる。

また、図２（Ｂ）に示すように、エアシリンダ３４によりスライダ３３が筐体３１の下方位置に配置される場合、シャッタ３２が開き、接触棒３６が開口部３１ａから下方に突出した状態となる。また、接触棒３６が開口部３１ａから下方に突出した状態では、接触棒３６の挿入部３６ａは、レーザヘッド１０のノズル１１よりも下方に配置された状態となる。なお、開口部３１ａにシャッタ３２を設けるか否かは任意であり、シャッタ３２を設けなくてもよい。

接触検出センサ３７は、接触棒３６が孔部Ｗｂの内面Ｗｃに接触した場合に当該接触を検出する。接触検出センサ３７としては、例えば図３（Ａ）に示すように、ベース３５の支持部３５ａに設けられ、接触棒３６の傾きを検出する傾き検出センサが用いられる。この構成では、接触棒３６が孔部Ｗｂの内面Ｗｃ（図６（Ｂ）及び図７参照）に接触して傾いた場合、接触検出センサ３７から例えば制御装置５０に対して電気信号が出力される。制御装置５０は、この電気信号を検出することにより、接触棒３６が内面Ｗｃに接触したことを検出する。

また、接触検出センサとしては、例えば図３（Ｂ）に示すように、接触棒３６の挿入部３６ａの側面にタッチセンサ３７Ａを配置した構成であってもよい。この構成では、タッチセンサ３７Ａが孔部Ｗｂの内面Ｗｃに接触した場合、タッチセンサ３７Ａから制御装置５０に対して電気信号が出力される。制御装置５０は、この電気信号を検出することにより、接触棒３６が内面Ｗｃに接触したことを検出する。

また、図３（Ａ）に示すように、接触棒３６の下端面３６ｂは球面状に形成されるが、その直径は、接触棒３６の円筒部分の径より大きな直径の球体の一部として形成される。これにより、球面状の下端面の上下高さを短くすることができ、接触棒３６がワークＷの表面に当たってもワークＷの損傷を抑制しつつ、接触棒３６の円筒部分の周面を下方まで延ばすことができる。

算出装置４０は、非接触センサ１３の計測結果に基づいて、接触棒３６の目標下降位置または下降量を算出する。また、算出装置４０は、外部装置からワークＷの板厚情報を取得可能である。例えば、制御装置５０は、ワークＷをレーザ加工するためにワークＷの材質、板厚に関する情報が提供されており、算出装置４０は制御装置５０からワークＷの板厚情報を取得してもよい。また、算出装置４０は制御装置５０と異なる外部装置（例えば、ワークＷの加工データを作成する装置など）からワークＷの板厚情報を取得してもよい。算出装置４０は、ワークＷの上面の高さと、ワークＷの板厚情報とに基づいて、接触棒３６の目標下降位置又は下降量を算出する。

次に、図４〜図１０を参照して、上記のように構成されたレーザ加工機１００の動作を説明する。図４は、レーザ加工機１００の動作の手順を示すフローチャートである。また、図５〜図１０は、動作の要部に関する部分について表している。以下に説明する各部の動作は、制御装置５０からの指示に基づいて行われる。

レーザ加工機１００には、パンチプレスなどの加工装置によって孔部Ｗｂが形成されたワークＷが、加工パレット６０（図１参照）に載置されて、レーザ加工機１００の加工領域まで搬送される。孔部Ｗｂとしては、例えばワークＷのアライメントのため、ワークＷの角部近傍に設けられる孔部、またはレーザ加工によって切断する製品ごとに設けられる孔部などが挙げられる。以下の例では、ワークＷの角部近傍に設けられる孔部Ｗｂを用いて説明する。各孔部Ｗｂの大きさは、ほぼ同一に形成されるが、互いに異なる大きさでもよい。ワークＷは、加工パレット６０上に単に載置された状態で支持されており、レーザ加工機１００のレーザヘッド１０によるレーザ加工位置（レーザ加工機１００に設定されているレーザ加工座標系）からずれている場合がある。

制御装置５０は、まず、図４に示すステップＳ０１に先だって、ワークＷの粗い位置合わせ（ラフアライメント）を行う。制御装置５０は、ヘッド駆動部２０を駆動して、非接触センサ１３を水平方向に移動させる。このとき、制御装置５０は、図５に示すように、ワークＷの四辺のうち直交する二辺を選択し、非接触センサ１３がこの辺を跨いでワークＷの上方から外れるようにレーザヘッド１０を移動させる。この場合、非接触センサ１３がワークＷの一辺を跨ぐときに、非接触センサ１３で発生する出力電圧の値が変化する。制御装置５０は、出力電圧の値が変化した位置をワークＷの一辺上の位置であるとして検出する。

このような動作を、ワークＷのうち直交する二辺の一辺に対して１カ所、他の一辺に対して２か所行う。これにより、ワークＷの直交する二辺について異なる３点の位置座標を検出できるため、当該位置座標に基づいてワークＷの位置を算出することができる。この位置座標から、レーザヘッド１０によるレーザ加工位置との相対位置が算出される。図５に示すように、Ｘ方向及びＹ方向がレーザ加工機１００に設定されているレーザ加工座標系である場合、このレーザ加工座標系から、ワークＷのＸ方向のずれ量、Ｙ方向のずれ量、Ｚ方向を軸とした回転量が確認され、これらによってレーザ加工座標系を補正することにより、レーザヘッド１０によるレーザ加工位置とワークＷとの粗い位置合わせが完了する。

なお、上記のような粗い位置合わせを行うか否かは任意である。また、粗い位置合わせの手法として上記に限定されず、例えば、レーザ加工機１００に設けられた固定部材等にワークＷの直交する二辺を突き当てることにより粗い位置合わせを行ってもよい。

続いて、図４に示すように、非接触センサ１３によってワークＷの上面Ｗａの高さを計測する（ステップＳ０１）。制御装置５０は、粗い位置合わせにより補正された値を用いてレーザヘッド１０を駆動し、図６（Ａ）に示すように、レーザヘッド１０のノズル１１に備える非接触センサ１３をワークＷに対向させ、非接触センサ１３とワークＷとの間の静電容量に応じて発生する出力電圧を検出し、検出した出力電圧の大きさに対応した間隔ｄを求めることによりワークＷの上面Ｗａの高さを計測する。

このとき、制御装置５０は、粗い位置合わせにより孔部Ｗｂの位置（だいたいの位置）が取得されるので、図６（Ｂ）に示すように、孔部Ｗｂの周りの領域ＷｄにおけるワークＷの上面Ｗａの高さを計測させてもよい。例えば、制御装置５０は、非接触センサ１３を孔部Ｗｂの周りの１か所に対向させ、続いて、非接触センサ１３を矢印に示すように孔部Ｗｂの周りの領域Ｗｄに沿って回動させながら間隔ｄを求めてもよい。これにより、接触棒３６の挿入対象となる孔部Ｗｂ近傍におけるワークＷの高さを求めることができ、算出装置４０によって精度よく目標下降位置又は下降量を算出することができる。

次に、算出装置４０は、接触棒３６の目標下降位置又は下降量を算出する（ステップＳ０２）。ステップＳ０２において、算出装置４０は、非接触センサ１３で求めたワークＷの上面Ｗａの高さ（間隔ｄ）と、外部装置等から得られるワークＷの板厚情報とに基づいて、接触棒３６の目標下降位置又は下降量を算出する。接触棒３６の目標下降位置は、例えば、接触棒３６の下端の座標値として算出される。また、接触棒３６の下降量は、接触棒３６が突出した状態（図２（Ｂ）に示す状態）から下方に移動させる距離として算出される。上記した目標下降位置及び下降量はいずれか一方が算出されてもよく、双方が算出されてもよい。

また、算出装置４０は、接触棒３６の挿入部３６ａが孔部Ｗｂの垂直面（せん断面）Ｗｅと当接可能な目標下降位置又は下降量を算出する。ワークＷをパンチプレス等により孔部Ｗｂを形成した場合、図７（Ａ）に示すように、孔部Ｗｂの内面Ｗｃは、上面Ｗａ側にダレＷｆが生じており、ほぼ中央部分に垂直面（せん断面）Ｗｅが形成され、垂直面Ｗｅの下方に傾斜した破断面Ｗｇが形成される。挿入部３６ａが孔部Ｗｂの内面Ｗｃのうち垂直面Ｗｅと当接することにより孔部Ｗｂの位置を正確に計測することができる。算出装置４０は、例えば、接触棒３６の下端面３６ｂの高さがワークＷの下面Ｗｈよりも０．１ｍｍ程度上側に位置するように目標下降位置ＤＰ又は下降量ＤＱを算出する。これにより、接触棒３６が孔部ＷｂのダレＷｆ、または下方の支持プレート６２に接触することが抑制される。

次に、制御装置５０は、接触棒３６を孔部Ｗｂに挿入する（ステップＳ０３）。ステップＳ０３において、先ず、制御装置５０は、ヘッド駆動部２０を駆動して、プローブ３０（接触棒３６）をＸ方向及びＹ方向に移動させ、孔部Ｗｂの上方にプローブ３０を配置させる。続いて、制御装置５０は、エアシリンダ３４を駆動してスライダ３３を下方に移動させる。この動作により、シャッタ３２が開き、接触棒３６が筐体３１から下方に突出する。続いて、制御装置５０は、図７（Ｂ）に示すように、ヘッド駆動部２０を駆動してレーザヘッド１０とプローブ３０とを一体で下方に移動させる。この動作により、接触棒３６が下降（−Ｚ方向に移動）し、挿入部３６ａが孔部Ｗｂに挿入される。

このとき、制御装置５０は、先に算出された目標下降位置ＤＰ又は下降量ＤＱに応じて接触棒３６を下降（−Ｚ方向に移動）させる。ここで、接触棒３６の目標下降位置ＤＰ又は下降量ＤＱとしては、上記のように下端面３６ｂの高さがワークＷの下面Ｗｈよりも上側に位置するように算出されている。このため、接触棒３６の挿入部３６ａが孔部Ｗｂに浅く挿入されること、または下端面３６ｂが孔部Ｗｂから突き抜けてワークＷの支持プレート６２の上端部６２ａ等に当接することが防止される。

次に、制御装置５０は、ワークＷとレーザヘッド１０のレーザ加工位置との相対位置を取得する（ステップＳ０４）。ステップＳ０４において、制御装置５０は、ヘッド駆動部２０によってレーザヘッド１０とプローブ３０とを一体でＸ方向又はＹ方向に移動させ、挿入部３６ａの側面を孔部Ｗｂの内面Ｗｃ（垂直面Ｗｅ）に当接させる。挿入部３６ａの側面が孔部Ｗｂの内面Ｗｃに当接した場合、接触検出センサ３７から制御装置５０に電気信号が出力される。制御装置５０は、電気信号を検出したタイミングで、レーザヘッド１０のＸ方向及びＹ方向への駆動量を求め、この位置を検出することにより、レーザヘッド１０のレーザ加工位置とワークＷとの相対位置を取得する。

図８（Ａ）〜（Ｃ）は、レーザヘッド１０のレーザ加工位置とワークＷとの相対位置を取得する動作の一例を示す図である。まず、図８（Ａ）に示すように、制御装置５０は、接触棒３６の挿入部３６ａを孔部Ｗｂの内部で−Ｘ方向に移動させて内面Ｗｃに接触させる。その後、制御装置５０は、接触棒３６を＋Ｘ方向に移動させて挿入部３６ａを内面Ｗｃに接触させる。制御装置５０は、−Ｘ側の接触位置と＋Ｘ側の接触位置との距離を計測した後に、その中点Ｃ１の位置（座標値）を算出し、中点Ｃ１に挿入部３６ａを移動させる。

続いて、図８（Ｂ）に示すように、制御装置５０は、中点Ｃ１を通るように接触棒３６の挿入部３６ａを＋Ｙ方向に移動させて内面Ｗｃに接触させる。その後、制御装置５０は、接触棒３６を−Ｙ方向に移動させて挿入部３６ａを内面Ｗｃに接触させる。制御装置５０は、＋Ｙ側の接触位置と−Ｙ側の接触位置との距離を計測した後に、その中点Ｃ２の位置（座標値）を算出し、中点Ｃ２に挿入部３６ａを移動させる。

次に、図８（Ｃ）に示すように、制御装置５０は、中点Ｃ２を通るように接触棒３６の挿入部３６ａを−Ｘ方向に移動させて内面Ｗｃに接触させる。その後、制御装置５０は、接触棒３６を＋Ｘ方向に移動させて挿入部３６ａを内面Ｗｃに接触させる。制御装置５０は、−Ｘ側の接触位置と＋Ｘ側の接触位置との距離を計測した後に、その中点Ｃ３の位置座標を求める。この中点Ｃ３の位置座標を求めることにより、孔部Ｗｂの中心の位置座標を求めることができる。

上記のように、先ず孔部Ｗｂ内においてＸ方向の中点Ｃ１を算出し、続いて中点Ｃ１を通るＹ方向の中点Ｃ２を算出し、続いて中点Ｃ２を通るＸ方向の中点Ｃ３を孔部Ｗｂの中心とするので、例えば中点Ｃ１の算出時にＸ方向の距離が短く、中点Ｃ１の算出に誤差を含む場合であっても、その後の中点Ｃ２の算出を経て改めてＸ方向の中点Ｃ３を算出することにより、孔部Ｗｂの中心の位置座標を正確に算出することができる。なお、上記した孔部Ｗｂの中心の位置座標の算出手法は任意であり、例えば、孔部Ｗｂの内面Ｗｃの３点に挿入部３６ａを接触させ、この３点の各座標値から孔部Ｗｂの中心の位置座標を求めてもよい。

制御装置５０は、ワークＷに設けられた３つの孔部Ｗｂに対して、上記ステップＳ０１からステップＳ０４の動作を繰り返して行う。これにより、３つの孔部Ｗｂの中心の位置座標が求められる。制御装置５０は、これら３つの孔部Ｗｂの位置が基準として、先に行った粗い位置合わせからさらにレーザ加工座標系におけるワークＷの位置を更新する。これにより、レーザヘッド１０のレーザ加工位置とワークＷとの相対位置（位置合わせ）が正確に取得される。すなわち、前工程機械(パンチプレス等)の前工程加工座標系とレーザ加工座標系とを合わせることとなる。従って、レーザ加工機１００に搬入された状態のワークＷに対してレーザヘッド１０の加工開始位置、駆動方向等が正確に設定される。

次に、制御装置５０は、更新された相対位置に基づいてレーザヘッド１０によりワークＷを加工する（ステップＳ０５）。ステップＳ０５において、制御装置５０は、図９に示すように、ヘッド駆動部２０によってレーザヘッド１０を移動させつつ、ノズル１１からワークＷに対してレーザ光Ｌを射出する。レーザ加工では、ワークＷのうち予め設定された領域が切断される。制御装置５０は、ステップＳ０４で取得したワークＷとレーザ加工位置との相対位置に基づいてレーザヘッド１０を移動させる。したがって、ワークＷがＸ方向及びＹ方向にずれている場合または傾いて配置されている場合（図５参照）であっても、レーザヘッド１０がＸ方向及びＹ方向のずれまたは傾きを考慮して移動する。なお、非接触センサ１３は、レーザ加工時においてもワークＷの上面Ｗａの高さを検出している。制御装置５０は、非接触センサ１３の検出結果に応じてワークＷとノズル１１との間隔ｄ（図６（Ａ）参照）を一定に維持するようにヘッド駆動部２０の駆動を制御している。

このように、本実施形態に係るレーザ加工機１００によれば、算出装置４０により接触棒３６の目標下降位置ＤＰ又は下降量ＤＱを算出し、算出結果に基づいて接触棒３６を下降させるため、接触棒３６を孔部Ｗｂの所望の位置に確実に挿入することができる。これにより、レーザヘッド１０のレーザ加工位置とワークＷとの相対位置を高精度に取得することが可能となるため、ワークＷの加工精度を高めることができる。

なお、上記した実施形態では、ワークＷの角部近傍に形成された孔部Ｗｂに接触棒３６を挿入することにより、ワークＷとレーザヘッド１０との相対位置を求めることを記載しているが、１枚のワークＷにおいて複数の製品を作成する場合は、製品ごとにレーザヘッド１０のレーザ加工位置との位置合わせを行ってもよい。

図１０は、レーザ加工によって切断する領域（製品）Ｗｉごとに孔部Ｗｊが形成されたワークＷの例を示す図である。図１０に示すように、領域Ｗｉごとに孔部Ｗｊが形成される場合、孔部Ｗｊごとに図４に示すステップＳ０１〜Ｓ０４の動作を行う。これにより、ワークＷの全体の位置合わせとともに、各切断領域Ｗｉについてもレーザヘッド１０のレーザ加工位置との位置合わせを行うことができ、１枚のワークＷから複数の製品を作成する場合、各製品を正確にレーザ加工することができる。なお、複数の孔部Ｗｊの全てを計測することに限定されず、例えば、複数の孔部Ｗｊの１つについて上記のステップＳ０１〜Ｓ０４を行ってもよい。

また、孔部Ｗｂ及び孔部Ｗｊは、レーザ加工される製品とは別に設けられることに限定されない。例えば図１０に示すように、パンチプレス等により予め製品中に孔部Ｗｋが形成されている場合は、この孔部Ｗｋを用いてレーザヘッド１０との位置合わせを行ってもよい。このとき、孔部Ｗｋのみを用いる場合、または孔部Ｗｂまたは孔部Ｗｊと孔部Ｗｋを組み合わせて用いる場合のいずれであってもよい。

以上、実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上記した実施形態では、接触棒３６の挿入部３６ａが円筒状（円柱状）に形成された構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えば楕円柱状、長円形状、多角柱状など、他の形状であってもよい。また、接触棒３６の下端面３６ｂが球面状に形成された構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、平面状等、他の形状であってもよい。

また、上記した実施形態では、プローブ３０において筐体３１の下方に開閉可能なシャッタ３２が設けられた構成を例に挙げて説明したが、シャッタ３２の開閉機構としては上記した実施形態の構成に限定されず、例えばスライド型の構成であってもよい。

また、上記した実施形態では、接触棒３６を昇降させる駆動部として、レーザヘッド１０を駆動するヘッド駆動部２０が用いられる構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、接触棒３６を昇降させる駆動部がヘッド駆動部２０とは別に設けられてもよい。また、上記した実施形態では、プローブ３０がレーザヘッド１０と一体で移動する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、プローブ３０とレーザヘッド１０とが独立して別個に移動する構成であってもよい。また、プローブ３０とレーザヘッド１０とが別々に設けられてもよい。

また、上記した実施形態では、非接触センサ１３の計測結果とワークＷの板厚情報とに基づいて目標下降位置ＤＰ又は下降量ＤＱを算出する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、ワークＷの板厚情報を用いることなく、非接触センサ１３の計測結果のみを用いて目標下降位置ＤＰ又は下降量ＤＱを算出してもよい。

また、上記した実施形態では、非接触センサ１３を用いてワークＷの上面Ｗａの高さを計測しているが、これに限定されない。例えば、プローブ３０に備える接触棒３６を用いてワークＷの上面Ｗａの高さを計測してもよい。この場合、先ずプローブ３０の接触棒３６を下方に突出させ、この状態でヘッド駆動部２０を駆動して接触棒３６を下降させ、下端面３６ｂがワークＷの上面Ｗａに当接させることで、当接するまでに下降した距離に基づいてワークＷの上面Ｗａの高さを検出してもよい。また、算出装置４０は、接触棒３６がワークＷに当接するまでに下降した距離に、孔部Ｗｂに挿入する所定量の長さを加えた量を接触棒３６の下降量ＤＱとして算出してもよい。また、法令で許容される限りにおいて、日本特許出願である特願２０１５−２３６５６８、及び本明細書で引用した全ての文献、の内容を援用して本文の記載の一部とする。

Ｗ…ワーク
Ｗａ…上面
Ｗｂ、Ｗｊ…孔部
Ｗｃ…内面
Ｗｄ…領域
Ｗｅ…垂直面
Ｃ１…中点
Ｃ２…中点
Ｃ３…中点
ＤＰ…目標下降位置
ＤＱ…下降量
１０…レーザヘッド
１１…ノズル
１３…非接触センサ（計測部）
２０…ヘッド駆動部（駆動部）
３０…プローブ
３２…シャッタ
３４…エアシリンダ
３６…接触棒
３６ａ…挿入部
３６ｂ…下端面
３７…接触検出センサ
３７Ａ…タッチセンサ
４０…算出装置
５０…制御装置
１００…レーザ加工機

Claims (9)

1. 所定の孔部が形成された板状のワークを加工するレーザヘッドと、
   前記ワークの上面の高さを計測する計測部と、
   前記ワークに対して昇降可能な接触棒を有し、前記接触棒を下降させて前記孔部に挿入することにより前記レーザヘッドによるレーザ加工位置と前記ワークとの相対位置を取得可能なプローブと、
   前記計測部の計測結果に基づいて前記接触棒の目標下降位置または下降量を算出する算出装置と、
   前記算出装置により算出された目標下降位置または下降量に応じて前記接触棒を下降させる駆動部と、を備えるレーザ加工機。
2. 前記計測部は、前記孔部の周りにおける前記ワークの上面の高さを計測する、請求項１に記載のレーザ加工機。
3. 前記プローブは、前記レーザヘッドに設けられ、
   前記接触棒は、前記レーザヘッドに対して昇降可能に形成される、請求項１または請求項２に記載のレーザ加工機。
4. 前記計測部は、前記レーザヘッドに備える非接触センサである、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
5. 前記算出装置は、前記計測部の計測結果と、前記ワークの板厚とに基づいて、前記接触棒の下端部の側面が前記孔部の垂直面と当接可能な前記目標下降位置または下降量を算出する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
6. 前記駆動部は、前記レーザヘッドを駆動するためのヘッド駆動部が用いられる、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
7. 前記プローブは、前記接触棒が上昇した際に前記接触棒の下方を閉じ、かつ、前記接触棒が下降する際に前記接触棒の下方を開くシャッタを備える、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
8. 前記接触棒は、前記孔部に挿入される下端部が円筒状に形成され、かつ、下端面が球面状に形成される、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
9. 所定の孔部が形成された板状のワークの上面の高さを計測することと、
   前記計測された高さに基づいて前記孔部に挿入する接触棒の目標下降位置または下降量を算出することと、
   前記目標下降位置または下降量に応じて前記接触棒を下降させ、前記孔部に挿入した前記接触棒により前記ワークとレーザヘッドによるレーザ加工位置との相対位置を取得することと、
   前記相対位置に基づいて前記レーザヘッドにより前記ワークを加工することと、を含むワークの加工方法。

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