JPH08508680A - レーザーカッター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はロールに巻かれたシート状材料を切断するレーザーカッターを提供する。切断装置はレーザー（１）及びオプションで設置するコリメーター（２）から成り、これらは固定フレームに装備されチューブ状のローラー上を移動するシート状材料の上に焦点する静的レーザービーム（１）を発生する。切断型は、反射（８）及び焦点（９）装置を装備しビームの焦点を材料支持装置（４）の縦方向に、二方向材料供給装置（５、６）によって制御される材料の動きを同調して動かすために、材料支持装置に対して平行に縦方向に可動なガイドヘッド（１７）によって制御される。好ましい修正では、光センサー（３０）がガイドヘッド（１７）に装備され、シート材料の標識を認識し、光センサーのアウトプットはスキャンモード及びカットモードを有するコンピューター（３２）に送られる。コンピューターのスキャンモードはレーザー（１）が消されている間、同調してガイドヘッド（１７）及び二方向材料供給装置に作用する様に作動し、光センサー（３０）がシート状材料上の形や型をスキャンする。スキャンの結果はコンピューターに入り、コンピューターメモリー中にシート状材料上の形は型に適合した所望の切断経路を構成する。又コンピューターのカットモードはレーザーが活性化されている間、ガイドヘッド（１７）と二方向材料供給装置に作用する様に作動し、所望の切断経路に沿ってシート状材料中の所望の型を切断する。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 レーザーカッター 発明の詳細な説明技術分野 本発明は織物における型切り、特に衣服を作るための型切に用いるレーザーカ ッターに関するものである。発明の背景 特定の衣服を作るにあたって衣料材料の型切りのために、レーザーを使用する ことは周知である。レーザーカッターの使用によりコンピューターの制御下で、 人工織物の場合、ほぐれのない明瞭且つ正確な切断が得られるので本分野でレー ザーカッターはポピュラーである。 従来のレーザーカッターに共通した１つのタイプのカッターでは、織物のシー トを、平坦なテーブルの上に置き、その上に支持フレームに支持されたレーザー が設置される。支持フレームの中でレーザーは相互に垂直な二つの軸に沿って動 くことが出来、従って材料中に好みの二次元の型を描きカットすることが出来る 。一担切断が完了すると、織物はテーブルから取り去られ、衣服に縫製するため に断片として運ばれる。 この様な従来のレーザーカッターには多くの欠点があった。先ず第１にレーザ ーとコリメーター装置の全体は支持フレームと共に織物上の軌道に乗り、切断過 程の間動かねばならない。この装置は極めて重く且つ扱いにくく、それを動かす のに大きな力が必要である。この様な嵩高い装置を正確に動かすことは大きな問 題である。 第２に織物は平坦なテーブル上に置かれ切断され、取り去られる。機械を連続 的に動かし得ないので、操作のスピードに限界が あり、又装置を用いて切断される織物のサイズにも限界がある。 テーブルが大きければ大きい程、切断終了后テーブルから織物のすべての断片 を取り去ることは益々難しい。一般にテーブルの面積は約３ｍ×３ｍで織物の小 さな切断片はそれを取り去る間に間違って置かれる事が良くある。装置の直立の サイズは又別の問題を生ずる。工場内で機械に必要な面積は切断用テーブルのサ イズよりも大きい。 この余計なスペースはレーザーを支持するフレームの為に必要である。レーザ ーはフレームに固定され、選ばれた型に従ってレーザーを動かすためにフレーム は左右前後に動かされる。従ってレーザーがテーブルの端に位置した時にフレー ムを伸ばす為に切断用テーブルの前にスペースを準備する必要がある。 この様な従来のレーザーカッターには健康面、安全面で深刻な問題がある。カ ッターの操作中、レーザービームから作業員を離すためにテーブルに近づくこと を妨げなければならない。従って、テーブルの周囲全体にガードを設けることが 理想的である。然しながら先述したように操作中のレーザーフレームの振れのた めにより大きな面積は有害である。特定の織物シートの切断が終了すると出来る だけ早くそれを取り去るために再びテーブルに近づかなければならない。このた めにきめ細かな安全対策を実行し強化することが難しい。 従来のレーザーカッターの第２タイプは、上述したものと同じであるがレーザ ーが静止して居りテーブルが動く点が異る。これは、相互に垂直な軸に沿ってテ ーブルが自由に動き所望の衣服の型が切断出来るようにしたものである。このよ うなカッターでは嵩高いレーザーを動かす問題及びサポートフレームの問題はな いが、テーブルは非常に嵩高くそれを動かす新たな問題が生ずる。 更に最初に挙げた従来技術のカッターについて述べた健康上、安全上の考察、工 場のスペースはこの第２のカッターにもあてはまる。本発明 本発明は、 ・固定フレームに装備したレーザーとオプションで設置できるコリメーターによ って静止したレーザービームを発生させ ・切断する材料を支持するためにレーザービームと平行且つ離して材料支持装置 を有し ・材料支持装置を横切って制御された方法で材料を動かすための二方向の材料供 給装置 ・支持装置に支持された材料にレーザービームをを偏向させ切断する材料上にビ ームの焦点を結ぶための反射及び焦点装置 ・所望の型で材料を切断するために、二方向の材料供給装置をコントロールして 材料の動きと同調して材料支持装置の縦方向にビームの焦点を動かす為に材料支 持装置に平行して縦方向に可動な反射及び焦点装置の為のガイドヘッド から成るレーザーカッターを提供するものである。 この様なカッターを用いた場合、材料の型を切断するためにレーザー及びオプ ションで取り付けるコリメーター全体を動かす必要がない。レーザーは静止し、 ビームは切断する材料に沿い又は上方に或いは平行に走る様に方向づけられる。 この様にして、ビームは、レーザービームの方向に沿って前後に可動であり、又 、ビームの焦点をそのそば又は下にある材料の上に結ばせる可動な反射及び焦点 装置によってさえぎり得る。この焦点装置の運動によって嵩高いレーザー及びオ プションで取り付けたコリメーターを静止したままレーザーの焦点、即ち切断点 は材料の線に沿って 自由に動く事が出来る。レーザーカッターのパーフォーマンスに悪影響すること 無く、焦点装置、つまり切断点に十分な動きを与え得る、十分正確に視準された レーザービームが作れることが判った。又従来技術に比較して比較的低出力のレ ーザーを使用し得ることも判った。これによって織物を燃やすことなく、きれい な切断が出来、又、レーザーのサイズを低減することが出来る。 反射及び焦点装置の動きは、当然の事ながら切断点の材料のある線に沿った１ 方向への動きだけを提供する。材料中で２次元の型を切断するためには、好まし くは焦点装置の動きと直角な方向への材料と切断点の相対的な動きが要求される 。これは、切断点がそれに沿って移動出来る材料の特定の線が固定されず変化す る様に、二方向の材料供給装置を用いて材料を焦点装置の動きの方向に対し横断 して動かすことによって達成される。材料の運動、焦点装置の直角運動、つまり 切断点の運動を同時に制御することによって所望の型を切断することが出来る。 いかなる瞬間においても材料の一つの特定の線が切断点にあればよいので、も はや切断のために材料を平坦なベッドに置く必要はない。材料支持装置は遊びの あるローラーでその上に材料が引き出され二方向の材料供給装置は供給ローラー とシート状材料に対しては受取りローラー及び材料を遊びのローラー上で供給ロ ーラーから受取りローラーへ、又は受取りローラーから供給ローラーへ移すため の装置（ピンチローラーの対のような）から成ることが好ましい。 従って装置全体のサイズが実質的に縮小し従来のカッターに付随する問題の多 くが除かれる。レーザー操作中近づくことを制限される領域は材料支持装置の両 側の二つの直線領域に限定される。レーザーは静止し反射及び焦点装置だけが動 くので、レーザーの 運動中のオーバーヘッドフレームの揺れの問題は無い。 更に切断した材料を取り去る為に切断テーブルに近づく必要は無くなった。切 断した材料は材料支持装置に命じて簡単に巻き取られる。 焦点装置及び材料供給装置の動きはコンピューターで制御される。これによっ て作られる衣服に関するデータが得られ、その情報から、その衣服を作るのに必 要な断片のサイズや型及び材料の方向でのこれらの断片の適正配置を計算出来る 。使用者は特別な関心があれば切断プランの策定に参加しても良いし或いはすべ てコンピューターにまかせても良い。コンピューターは衣服の情報を材料供給装 置及び焦点装置に送られる運動指令に翻訳し、衣服の断片の切断を開始する。 上述した本発明は１９９３年１１月１６日に最初に公告された米国特許No.526 2612の主題であり、最初紙上に創作されコンピューターに記憶された型又はＣＡ Ｄプログラムによってコンピューターメモリー内で創作された所望の型にシート 状材料を切断することが出来るものである。又本発明はシート状材料自身の上に 印された形や型の周りを新しい方法で切断出来る上述の基本装置又は方法の修正 を提供するものである。 修正に於いては、反射及び焦点装置を装備するガイドは材料支持装置によって 支持されたシート状材料上の形や型を認識する光センサーをも装備し、ガイドヘ ッドの動き、二方向供給装置の動き及びレーザーの活性化はすべて光センサーの アウトプットをインプットとして受け取るコンピューターの制御下に置かれる。 コンピューターは二つのモードを有する。即ちスキャンとカットである。スキャ ンモードに於いてはレーザーは止められ、ガイドヘッドと二方向の供給装置は光 センサーがシート状材料上の形や型 をスキャンする様に同調される。スキャンモードに於いてはコンピューターはシ ート状材料で切断されるべき所望の型及びシート状材料上の形や型にマッチした 切断の経路のモデルをメモリーに創作する。この所望の型はオプションでコンピ ュータースクリーン上に表示出来、コンピューターがカットモードに入るに先立 ってオペレーターがその型をレビューし、修正することが出来る。カットモード に於いてはコンピューターはレーザーをガイドヘッド及び二方向供給装置と同調 する様に制御し所望の切断経路で材料を切断する。 シート状材料上の形や型はシート状材料上の模様の形や型であっても良く、又 はシート状材料の、有用な部分の端の形や型であっても良い。例えば、本発明の レーザーカッターは靴又は衣料産業の皮革の切断に用いることが出来る。皮革の 完成品及び多くの皮革は粘着裏紙で支持されロールでカッターに供給される。ス キャンモードに於いて、レーザーカッターは皮革の端を確認する。若しも光セン サーが十分敏感であれば、同じスキャンモードは特定の用途には不適当であるが その他の用途には適した印、穴又は汚点の位置を確認することによってその皮革 の品質の分析を行う。この様にコンピューターの分析は切断されるべき形の範囲 を用い得る皮革の面積と対応させ、最適の切断パターンを選択する。最後にカッ ティングモードに於いて、レーザーは所望の形の外部の周りを切断する時に皮革 の皮を切断し裏紙を切断しない様に焦点をあてられる。工程の最後で必要に応じ て夫々の形から裏紙がはがされる。 形又は型はシート状材料に施工される製造中又は製造後に切断される形又は型 であってよい。例えば、型どられた織物の場合、あらかじめ定められた所望の切 断型はカットモードに先立ってス キャンモードに於いて織物の型又は織物上の特別な標的マークに正確に整列され る。 最後に上述の修正は本発明のレーザーカッターが実際にシート状材料上の形又 は型を追いコンピューターメモリーに所望の経路を作ることを可能にした。この 後者の機能を達成するために、コンピューターは光センサーから受けとったシグ ナルを分析し、形状認識又は／及び形状アルゴリズム又はプログラムを用い、コ ンピューターメモリー内にシート状材料内で切断されるべき所望の型のモデルが 形成される。 上述の修正によって本発明のレーザーカッターの用途は広がりカッターが印刷 され、縫取りされ、又は織られた形の外部の中のエラーや偏りに従うことなく、 材料内に印刷され、縫取りされ又は織まれた形を切り出すことが出来る。図面 図１は本発明によるレーザーカッターの模式的側面図である。 図２はＸ−Ｘ方向での図１のレーザーカッターの断面図である。 図３は本発明の修正に基づいたレーザーカッターの模式的側面図である。 図４は図３のレーザーカッターを用いてシート状材料から、所望の型を切断す るのに要求される一連の動作のフローチャートである。実施例 先ず図１及び図２に関し、レーザー１及びコリメーター２はレーザービーム１ １を作る。ビーム１１は鏡３で反射され材料が支持されるアルミニウムのローラ ー４の上に平行に走る。同様にアルミニウムのローラー４の上に平行してレール １０がありその上にガイドヘッド１７が鏡８とレンズ９からなる反射及び焦点装 置 と共に可動的に装置される。反射及び焦点装置はレーザービーム11が鏡８に当り 、且つローラー４で支持された材料上にビームを焦点するレンズ９によって反射 される様に位置づけられる。 図２に関し、焦点即ちビームの切断点は、ローラー４の頂点にある材料の線の 何処かに位置づけられる。 アルミニウムローラー４の近くにピンチウイール６と節のあるローラー６から 成る材料供給装置がある。シート状材料はこれら二つのウイールでつかまれ、ア ルミニウムローラー４の方向又は反対方向への回転によって供給される。このよ うにしてローラーの頂点にある材料の特定の線、つまり切断される材料が変えら れる。若しもレーザーカッターが織物を切断するのに用いられる場合は、シート 状物質は繊維織物であるが、その場合、固い紙又は類似の裏打ちシートで裏打ち することにより、アルミニウムローラー４上の切断位置に容易に押し出し又は引 き離す様にすることが好ましい。切断の課程で、レーザービームは裏打ちシート の丁度上に焦点し、繊維織物は切断されるが裏打ちシートは無傷である。この様 にして繊維織物がローラー４を前後に動きながら、複雑な型が、繊維織物が間違 って位置すること無く、又材料内の張力が悪影響することなく切断される。仮に 繊維織物の内で実質的な切断がなされたとしても、裏打シートは固いベースとし て残り、それは容易につかまれ動かされる。繊維織物は必要な場合、裏打ちをは がすことが出来る。 レザー１は比較的低出力で織物を燃やす様なビームは生じない。但し人工織物 の場合にはほぐれを妨ぐために切断端のわずかな溶融は許される。 切断されるシート状材料はエアフローシステム１３によって連続的に冷却され 、清浄される。これには共に切断領域に冷却空気 の高速流を生ずるカッティングヘッドに装備したブローチューブ及び吸入チュー ブが含まれる。この空気流は全領域を冷却すると同時に、けばやカスを吸い取る 。これによってシート状材料に清浄な鋭い切断が生ずることになる。 機械はキーボード１５とディスプレースクリーン１６に接続したマイクロプロ セッサー１４によって制御される。機械が衣服の製造に用いられる時には、キー ボード１５によってユーザーは作られる衣服に関するデータをタイプすることが 出来る。この情報は例えば個人のサイズから成り、コンピューターによってユー ザーはメモリー内に選ばれたスタイルから衣服を選ぶことが出来る。一度データ が入り、選択がされると、コンピューターは選ばれた衣服を作り上げるために必 要なすべての断片のサイズや形を計算する。このようにして材料の型や織方向を 考慮に入れて材料の特定の断片にそれらを合わせる最も経済的な方法によって作 業が行われることになる。ユーザーはスクリーン１６の上で衣服の断片を眺める ことを選んでも良くキーボード１５又は口によって彼自身でこのアレンジを行う 。ユーザーが衣服の断片とその配列に満足すれば、コンピューターは材料供給装 置及び反射及び焦点装置に対する運動制御シグナルに衣服の情報を翻訳する。こ れらは指令によってレーザーカッターに送られ、選ばれた型に従って材料の切断 が自動的に行われる。 図３及び図４に示した修正では、図１及び図２と同一又は同等の部分は同一の 番号で示してある。図３において光センサー３０、例えば軽量のミニチュアカメ ラは鏡８やレンズ９に沿ったガイドヘッド１７に取り付けられる。光センサー３ ０はローラー４の上を通り、シート状材料の標識を認識出来、そのアウトプット をライン３１を通してコンピューター３２に与える。 コンピューター３２はスキャン及びカットモードで操作する。スキャンモード に於いて、それはライン３３を通してレール１０に沿ってガイドヘッド１７が逆 に動く様にドライブシグナルを送ると同時に材料供給装置を制御してシート状材 料上に標識された型の光スキャンを完成する。スキャンの結果はライン３１を通 してコンピューターに返送される。 コンピューター３２はシート状材料上に標識された型のコンピューターイメー ジを構成するためにスキャンの結果を分析する様プログラムされる。そのプログ ラムはイメージ認識とイメージ増強アルゴリズムを含み、コンピューターにシー ト状材料から切断されるべき所望の形や型の合理的な評価をさせる。若しも望む ならば、型をコンピューターのスクリーン上に表示しコンピューターがカットモ ードにセットされる前に修正するオペレーター補助フェーズを加えることが出来 る。 カットモードに於いては、コンピューター３２はライン３３を通してレーザー カッターを制御し、レーザービームを切断されるべき型の周囲に導く。結果は、 若しもスキャニングやレザーカッティングが同時になされた場合に比べて実質的 に円滑で清浄な切断ラインが得られる。 図４は上記の操作手順を示すフローチャートである。ボックス４０はコンピュ ーター３２のスキャンモードの開始をするボックス４１の中でコンピューターは ガイドヘッド１７及び材料供給装置を動かす指示を出しガイドヘッド１７はシー ト状材料の表面全体の上を動く。ボックス４０はシート材料の表面上の標識され た型の光センサー３０によるセンシングを示しセンサー３０のアウトプットはボ ックス４３中に示される様にライン３１を通ってコンピューターに逆送される。 コンピューターメモリーには、イメ ージ認識と光イメージ増強アルゴリズムが所望の切断型のコンピューターイメー ジを発生するために４４の位置で用いられ、コンピューターのスキャンモードは 好ましくはイメージ認識アルゴリズムと相互作用性があり、明確に認識されない 標識された型のいづれかの部分が、４５に示した様に再スキャンされることが好 ましい。 ボックス４４である型のアウトラインが認識された時、オペレーター１０、ボ ックス４６に示される様に、ボックス４７でコンピューターが所望の形や型のア ウトラインを切断する最適の切断経路を構成する前に、そのアウトラインを修正 する機会を与えられる。ボックス４８はコンピューター３２がレーザーカッター を駆動し所望の形や型を切断するカットモードを示す。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 り、コンピューターメモリー中にシート状材料上の形は 型に適合した所望の切断経路を構成する。又コンピュー ターのカットモードはレーザーが活性化されている間、 ガイドヘッド（１７）と二方向材料供給装置に作用する 様に作動し、所望の切断経路に沿ってシート状材料中の 所望の型を切断する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．静的レーザービーム（１１）を作るために固定フレーム内に装備されたレー ザー（１）及びオプションで取り付けるコリメーター（２）、静的レーザービー ムと平行且つ離れて設置される切断するシート状材料を支持するための材料支持 装置（４）、材料支持装置を横断して材料を制御して動かすための二方向材料供 給装置（５、６）、二方向材料供給装置によって制御される材料の動きに同調し て、ビームの焦点を材料支持装置の縦方向に動かすために、材料支持装置と平行 に縦方向に可動な材料を所望の型に切断するための反射及び焦点装置のガイドヘ ッド（１７）から成る材料切断用レーザーカッター。 ２．切断領域のシート状材料上に冷却空気を送るために反射及び焦点装置と共に 可動な冷却パイプを含む請求項１項記載のレーザーカッター。 ３．切断領域からくずを取り去るために反射及び焦点装置と共に可動な吸入パイ プを含む請求項１項又は２項記載のレーザーカッター。 ４．反射及び焦点装置が鏡（８）及びレンズ（９）を含む、請求項１項〜３項記 載のレーザーカッター。 ５．二方向材料供給装置が、シート状材料がその間を通る一対のピンチローラー （５、６）から成る請求項１項〜４項記載のレーザーカッター。 ６．材料支持装置がチューブ状ローラー（４）を含む請求項１項〜５項記載のレ ーザーカッター。 ７．繊維織物を粘着性の剥離可能な接着剤でコーティングした裏打ちシート上に 設置し、設置した織物を裏打ちシートを切断せずに繊維織物を切断する様に焦点 を合わせたレーザービームと共に 材料支持装置上に装備し、二方向材料供給装置と反射及び焦点装置の動きを同時 に制御することによって繊維織物内で所望の型を切断し、裏打ちシートから切断 した繊維織物の断片をはがすことから成る請求項１項〜６項記載のレーザーカッ ターを用いて繊維織物を切断する方法。 ８．光センサー（３０）のアウトプットがスキャンモード及びカットモードを有 する制御コンピューター（３２）に送られ、コンピューターのスキャンモードが 消されたレーザー（１）と同調してガイドヘッドと二方向供給装置（５、６）に 作用する様に操作され、コンピューターメモリー内でシート状材料上の形又は型 に適合した所望の切断経路を構成するために、光センサーがシート状材料上の形 又は型をスキャンし、その結果がコンピューターに入れられ、所望の切断経路に 沿ってシータ状材料内で所望の型を切断するために、コンピューターのカットモ ードが活性化されたレーザーと同調してガイドヘッド及び二方向供給装置に作用 する様に操作される、シート状材料上の標識を認識するためにガイドヘッド（１ ７）上に装備された光センサー（３０）を有する請求項１項〜６項記載のレーザ ーカッターから成るシート材料上の形又は型を認識しその型に対応してその材料 を切断するレーザーカッター。 ９．コンピューターのスキャンモードが、カットモードに入るに先立って、所望 の切断経路を表示し、オペレーターが修正の機会を有する請求項第８項記載のレ ーザーカッター。 10．コンピューターのスキャンモードが、コンピューターメモリーの中に所望の 切断経路を構成するために形状認識及び／又は形状増強アルゴリズムを使用する 請求項第９項記載のレーザーカッター。