JP2014054640A

JP2014054640A - レーザ加工システム及びその方法

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Publication number: JP2014054640A
Application number: JP2012199203A
Authority: JP
Inventors: Toshio Zama; 敏雄座間
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-11
Also published as: JP6053403B2

Abstract

【課題】板厚の異なる材料に対し、実物の材料形状情報を取得し、取得した材料形状情報を元にした切断条件情報にて加工の制御を行う。
【解決手段】ＮＣ装置２を備えたレーザ加工システム１である。ＮＣ装置２は、NCデータ３と画像処理装置４より、カレントの加工点の実際の板厚情報と加工対象の材質情報を算出し、その情報を切断条件テーブル５に照合し、カレントの板厚、材質に適した切断条件情報を取得し、その情報にて加工を行う。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザ加工システム及びその方法に関し、詳細には、レーザ加工において、実物から材料形状情報を取得し、その材料形状情報を元にした切断条件にて加工を制御するレーザ加工システム及びその方法に関する。

鋼材（アングル材、チャンネル材等）は板厚が不均一である。鋼材の断面寸法（板厚）の精度を規定した規格（JIS規格等）では、断面寸法精度にかなりの誤差が許容されている。このような鋼材をレーザ加工（切断）する際、切断面の最も厚い板厚にあわせた切断条件で加工を行っている。

また、特許文献１を参照。

特開平１０-２３５４９５

規格での断面寸法の許容量（板厚のバラつき）が大きいため、以下のような切断不良を引き起こす場合があり問題になる。

切断部の板厚が想定より薄い場合においては、切断時の過剰な熱量投入による切断面不良が発生する。

切断部の板厚が想定より厚い場合においては、熱量投入不足による切断不良（切り残し）は発生する。

本発明は、板厚が不均一かつ、板厚のバラつきが大きな材料においてレーザ加工を行う際、適切な加工条件にて加工し、良好な切断面と安定加工を得るシステム及び方法を提供することを目的とする。

本発明は上述の問題を解決するためのものであり、請求項１に係る発明は、制御装置を備えたレーザ加工システムにおいて、
実物から材料形状情報を取得し、前記制御装置は、前記取得した材料形状情報を元にした切断条件情報にて加工の制御を行うことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、NCデータと画像処理装置より、カレントの加工点の実際の板厚情報と加工対象の材質情報を算出し、その情報を切断条件テーブルに照合し、カレントの板厚、材質に適した切断条件情報を取得し、その切断条件情報にて加工の制御を行うことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、加工対象の鋼材はアングル材またはチャンネル材であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、制御装置を備えたレーザ加工方法において、
実物から材料形状情報を取得し、前記制御装置は、前記取得した材料形状情報を元にした切断条件情報にて加工の制御を行うことを特徴とする。

加工対象物の実際の板厚情報を取得する。そして、実際の板厚情報を元に切断条件を決定して加工を行うため、材料毎の板厚にバラツキがあっても、最適な切断条件で加工出来、切断面不良や、切断不良を削減できるという効果を奏する。

結果、切断不良をフォローするために必要となる再加工時間、追加材料費、追加加工代（人件費、電気、アシストガス代等）を削減できるという効果を奏する。

レーザ加工システムの概略を示す概略図である。（ａ）、（ｂ）はアングル材（山形鋼）を説明する説明図である。（ａ）、（ｂ）はチャンネル材（溝形鋼）を説明する説明図である。レーザ加工機の概略を示す概略図である。レーザ加工ヘッドを説明する説明図である。メインチャックを説明する説明図である。材料の旋回を説明する説明図である。デジタルカメラの配置位置を説明する説明図である。撮像結果を説明する説明図である。（ａ）〜（ｄ）はレーザ加工機の動作する説明図である。材料形状情報を説明する説明図である。

以下に本発明の実施の形態について図面により説明する。

図１を参照する。本発明のレーザ加工システム１は、鋼材を適正に加工することに適用されるシステムである。

前記レーザ加工システム１は、ＮＣ（Numerical Control）装置（制御装置の一例としてのＮＣ装置である。すなわち、制御装置はＮＣ装置を含む概念である。）２と、ＮＣデータ３と、画像処理装置４と、切断条件テーブル５とを備える。

前記NC装置２は、コンピュータより構成され、レーザ加工機ＬＭに接続され、このレーザ加工機ＬＭの制御を行う。

前記NCデータ（または、加工プログラムともいう。）３は、NC装置２にセットされ、前記ＮＣデータ３に基づき、加工が行われる。また、加工位置情報、加工対象の材質情報等を含むものである。

前記切断条件テーブル５は、NC装置２に格納されている。加工対象の材質、板厚別での切断条件（出力、周波数、デューティ等）を保持してる。

前記画像処理装置４は、上記のNC装置２とデジタルカメラＤＣ（図８参照）に接続されている。上記デジタルカメラＤＣのデジカメ画像より、鋼材（アングル材Ｗａ、チャンネル材Ｗｃ等）の断面形状ならびにレーザ加工機ＬＭと鋼材の位置関係情報を抽出し、NC装置２へその情報を提供する。

ここで、図２〜図７を参照し、本例で加工の対象となる鋼材と、レーザ加工機ＬＭについて説明する。

図２（ａ）にアングル材（山形鋼）Ｗａを示す。図２（ｂ）にアングル材Ｗａの断面形状（断面Ａ−Ａ）を示す。

図３（ａ）にチャンネル材（溝形鋼）Ｗｃを示す。図３（ｂ）にチャンネル材Ｗｃの断面形状（断面Ｂ−Ｂ）を示す。

このように、アングル材Ｗａ、チャンネル材Ｗｃ等は板厚が不均一であることがわかる。加えて、アングル材Ｗａ、チャンネル材Ｗｃ等の断面寸法（板厚）精度を規定した規格（JIS規格等）では、断面寸法精度にかなりの誤差が許容されているので、さらに板厚がバラツクものである。

図４を参照する。レーザ加工機ＬＭは、アングル材Ｗａ、チャンネル材Ｗｃ等をセットし、レーザ加工を行う。例えば、アングル材Ｗａの拡大図に示すようにレーザ加工を行い部品Ｐを得る。

上述の前記レーザ加工機ＬＭの概略の構成を説明する。レーザ加工機ＬＭは、移動機構ＭＶと、前記移動機構ＭＶに設けたレーザ加工ヘッドＬＨと、メインチャックＭＣと、サブチャックＳＣを備える。

図５を参照する。レーザ加工ヘッドＬＨは、移動機構ＭＶにより、座標系Ｄｉｍ（図４参照）で示すＸＹＺ軸方向に移動可能であり所定の位置に停止可能に構成されている。そして、レーザＬＴを照射し鋼材を切断加工する。

図６を参照する。メインチャックＭＣにより鋼材が回転可能に支持されている。また、サブチャックＳＣによっても鋼材は支持されるものである。

図７（ａ）、（ｂ）を参照する。アングル材Ｗａ、チャンネル材Ｗｃの回転を示す。すなわち、前記レーザ加工機ＬＭは、鋼材を支持し、A軸を中心に回転、静止（矢印ＡＲ１、ＡＲ２方向に回転、静止）させながら、レーザ加工ヘッドＬＨからレーザＬＴを照射して材料のＸＹ平面等を加工軌跡に沿ってレーザ切断加工を行う。

図８を参照する。撮像装置の一例としてのデジタルカメラＤＣ（あるいは、ＣＣＤカメラ等）の配置位置を示す。前記デジタルカメラＤＣは、上記のレーザ加工機ＬＭに鋼材の長手方向に平行に設置されて、鋼材の実際の断面形状を撮像可能とする。レーザ加工機ＬＭにセットされた鋼材を加工開始前に撮影する。

図９（ａ）、（ｂ）を参照する。

アングル材Ｗａの断面形状を撮影した場合に、図９（ａ）に示すように、材料形状情報において、板厚Ｔ_１と、板厚Ｔ_２とが異なることがわかる。

チャンネル材Ｗｃを撮影した場合に、図９（ｂ）に示すように、材料形状情報において、板厚Ｔ_３と、板厚Ｔ_４とが異なることがわかる。

これにより、NC装置２はNCデータ３と画像処理装置４より、カレント（現時点）の加工点の実際の板厚情報と加工対象の材質情報を算出できる。そして、それらの情報を切断条件テーブル５に照合し、カレントの材質、板厚に最も適した切断条件情報を入手し、その切断条件情報にて加工を行う。実際の板厚情報に基づき、切断条件を決定するため、安定した加工が行われる。

図１０（ａ）〜（ｄ）はレーザ加工機ＬＭの動作を示す。本例では、鋼材の一例として、アングル材Ｗａから部品Ｐを得る加工を示す。

ここで、アングル材Ｗａの回転方向を定義する。図８に示すデジタルカメラＤＣが撮像する方向（矢印ＡＲ３方向）から見て「右回り回転」と、「左回り回転」とに定義する。

図１０（ａ）を参照する。メインチャックＭＣに把持されたアングル材Ｗａに対し、レーザ加工ヘッドＬＨが矢印ＡＲａ方向に移動しながらレーザ加工を行う。

図１０（ｂ）を参照する。メインチャックＭＣに把持されたアングル材Ｗａが９０度だけ左回り回転し、その後、レーザ加工ヘッドＬＨが矢印ＡＲｂ方向に移動しながらレーザ加工を行う。

図１０（ｃ）を参照する。メインチャックＭＣに把持されたアングル材Ｗａが右回りに９０度だけ回転する。さらに、パーツＰの他の加工箇所にレーザ加工ヘッドＬＨが所定位置に移動する。そして、レーザ加工ヘッドＬＨが矢印ＡＲｃ方向に移動しながらレーザ加工を行う。

図１０（ｄ）を参照する。メインチャックＭＣに把持されたアングル材Ｗａが９０度左回りに回転し、レーザ加工ヘッドＬＨが矢印ＡＲｄ方向に移動しながらレーザ加工を行う。

図１１を参照する。図１０で説明した動作に対応し、デジタルカメラＤＣが撮像した材料形状情報を示す。

上述と同様に、アングル材Ｗａの回転方向は、図８に示すデジタルカメラＤＣが撮像する方向（矢印ＡＲ３方向）から見て「右回り回転」と、「左回り回転」とに定義する。

ステップＳＰ０１では、メインチャックＭＣに把持されたアングル材ＷａをデジタルカメラＤＣが撮像し材料形状情報を得る。

そして、NC装置２はNCデータ３と画像処理装置４より、カレント（現時点）の加工点の実際の板厚情報と加工対象の材質情報を算出する。それらの情報を切断条件テーブル５に照合し、カレントの材質、板厚に最も適した切断条件情報を入手し、その切断条件情報にて加工を行う。

ステップＳＰ０２では、アングル材Ｗａが左回りに９０度だけ旋回する。

ステップＳＰ０３では、撮像は続行され適正な切断条件情報により加工を続行する。

ステップＳＰ０４では、アングル材Ｗａが右回りに９０度だけ旋回する。

ステップＳＰ０５では、撮像は続行され適正な切断条件情報により加工する。

ステップＳＰ０６では、アングル材Ｗａが左回りに９０度だけ旋回する。

ステップＳＰ０７では、撮像は続行され適正な切断条件情報により加工する。

この発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。

１レーザ加工システム
２ＮＣ装置
３ＮＣデータ
４画像処理装置
５切断条件テーブル
ＬＭレーザ加工機
ＭＶ移動機構
ＬＨレーザヘッド
ＭＣメインチャック
ＳＣサブチャック
Ｗａアングル（山形鋼）
Ｗｂチャンネル（溝形鋼）
Ｐ部品

Claims

制御装置を備えたレーザ加工システムにおいて、
実物から材料形状情報を取得し、前記制御装置は、前記取得した材料形状情報を元にした切断条件情報にて加工の制御を行うことを特徴とするレーザ加工システム。
NCデータと画像処理装置より、カレントの加工点の実際の板厚情報と加工対象の材質情報を算出し、その情報を切断条件テーブルに照合し、カレントの板厚、材質に適した切断条件情報を取得し、その切断条件情報にて加工の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工システム。
加工対象の鋼材はアングル材またはチャンネル材であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工システム。
制御装置を備えたレーザ加工方法において、
実物から材料形状情報を取得し、前記制御装置は、前記取得した材料形状情報を元にした切断条件情報にて加工の制御を行うことを特徴とするレーザ加工方法。