JP2886223B2

JP2886223B2 - 大きな板材の加工方法及び装置

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Publication number: JP2886223B2
Application number: JP1320626A
Authority: JP
Inventors: 久志高橋
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1989-12-12
Publication date: 1999-04-26
Anticipated expiration: 2014-04-26
Also published as: JPH03184625A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、最大加工領域以上の大きなワークに加工
精度良好な板材加工を行なう板材加工方法およびその装
置に関する。

（従来の技術）一般に、板材加工機としての例えばレーザ加工装置で
は、レーザ発振器で発振されたレーザビームを加工ヘッ
ド内に設けられた集光レンズで集光し、集光したレーザ
ビームをワークに照射してレーザ加工を行なうようにな
っている。

また、レーザ加工装置にはNC装置が取付けられ、ワー
クまたはレーザ光軸を数値制御することによりワークと
レーザ光軸とを相対的に移動させ、ワークに所定の平面
形状の加工が行なえるようになっている。

さらに、加工すべきワークの寸法バラツキやレーザビ
ームのアライメントずれを補正処理して加工精度の良好
なレーザ加工を行なうために、前記加工ヘッドの近傍に
は撮像装置が設けられ、ワークにあけられた基準穴を撮
像し、補正処理すべく画像処理装置が前記撮像装置に接
続されている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、ワークの大きさが最大加工領域内の場合に
は従来のレーザ加工装置で加工精度良好なレーザ加工を
行なうことができるが、最大加工領域以上の大きなワー
クでは一度にはレーザ加工を行なうことができない。そ
のため、反転前のワークにレーザ加工を行なった後、ワ
ークの表裏を反転することなしに、例えばワークのＹ軸
方向の前後が逆になるように反転せしめて加工できなか
った部分のレーザ加工を行なっている。

しかしながら、最大加工領域以上の大きなワークを反
転せしめてレーザ加工を行なう場合には、撮像装置で基
準位置を撮像していないから、ワークの寸法がばらつい
ているため反転後の補正量が一つ一つでその補正量が異
なってしまう。また、レーザビームのアライメントずれ
により、レーザ加工装置における機械原点からの加工点
（レーザビームのフォーカスポイント）位置が時間的に
一定でなく、上述の反転後の補正量が極短時間しか継続
して使用できない。

さらに、製品形状のプログラム時に反転した形でプロ
グラムを作成するため、プログラムが煩雑になるという
問題があった。

この発明の目的は、上記問題点を改善するため、ワー
クを反転させて最大加工領域以上の板材加工を行なう場
合、ワーク寸法のバラツキ、機械原点からの誤差などの
要因により反転前と反転後で起こるずれを補正して加工
精度良好な板材加工を行ない得るようにした板材加工方
法およびその装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、
請求項１に係る発明は、板状のワークをクランプしてＸ
軸、Ｙ軸方向へ移動自在のワーククランプの移動範囲の
最大加工領域以上に大きな板材を加工する方法におい
て、板材加工機の機械原点に位置決めした大きなワーク
を、Ｘ軸、Ｙ軸方向へ移動可能の前記ワーククランプに
よってクランプし、加工プログラムに従って前記ワーク
クランプをＸ軸、Ｙ軸方向へ移動して前記ワークの加工
すべき位置を、板材加工機における加工ヘッドに対応す
る位置へ位置決めして加工を行った後に原点復帰を行
い、前記ワーククランプから前記ワークをはずし、ワー
クの表裏を反転することなしにワークのＹ軸方向の前後
が逆になるように反転した後に前記ワーククランプによ
って再びクランプし、上記反転後のワークに予め加工さ
れている基準穴を所定位置に配置した撮像装置に対応す
る位置へ位置決めして撮像し画像処理装置で撮像装置の
中心と前記基準穴の中心とのずれ量を演算してNC装置へ
転送し、上記ずれ量を上記NC装置で補正すると共に加工
プログラムを座標回転処理し、この回転処理後の加工プ
ログラムに従って前記ワークの加工を行うことによって
前記最大加工領域以上に大きな板材の加工を行う大きな
板材の加工方法である。

請求項２に係る発明は、板状のワークをクランプして
Ｘ軸、Ｙ軸方向へ移動自在のワーククランプの移動範囲
の最大加工領域以上に大きなワークをクランプしてＸ
軸、Ｙ軸方向へ移動可能の前記ワーククランプと、上記
ワーククランプによって移動、位置決めされた大きな前
記ワークに加工を行う加工ヘッドと、大きな上記ワーク
に予め加工された基準穴を撮像する撮像装置と、上記撮
像装置の撮像結果に基いて上記撮像装置の中心と前記基
準穴の中心とのずれ量を演算する画像処理装置と、上記
ずれ量を補正して前記ワーククランプの移動制御を行う
NC装置とを備え、上記NC装置は、加工プログラムに従っ
て大きなワークの所定領域の加工を行い前記ワーククラ
ンプから前記ワークをはずしてワークの表裏を反転する
ことなしにワークのＹ軸方向の前後が逆になるように反
転して再び前記ワーククランプでクランプされたとき、
前記撮像装置によって撮像され画像処理装置によって演
算された反転後の前記基準穴の中心と前記撮像装置の中
心とのずれ量を補正すると共に加工プログラムを座標回
転処理し、この回転処理後の加工プログラムに従って前
記ワーククランプの移動制御を行う機能を有するもので
ある。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図を参照するに、板材加工機としての例えばレー
ザ加工装置１は、フレーム３の背後に位置するレーザ発
振器５と、フレーム３の前面で水平方向に張り出された
ビーム部材７と、このビーム部材７の前方で、かつ、下
方に備えられた加工ヘッド９と、この加工ヘッド９に前
記レーザ発振器５で発振されたレーザビームを導く第１
図には図示しない光学系（第３図で詳述する）と、前記
加工ヘッド９の下方に所定距離を置いて固定的に配設さ
れる加工テーブル11などと、を備えている。

又、レーザ加工装置１は、前記加工テーブル11上に載
置されワークＷを把持し、ワークＷの加工すべき位置を
前記加工ヘッド９の直下に運ぶＸ軸、Ｙ軸方向へ移動自
在なワーククランプ13と、このワーククランプ13をテー
ブル座標上で数値制御するNC装置15と、を有している。

更に、本例に示したレーザ加工装置１には、前記ビー
ム部材７の一側面に例えば適当な駆動手段によりＹ軸方
向へガイドレール17に沿って移動可能な撮像装置19が設
けられ、この撮像装置19の直下には加工テーブル11より
下方に撮像装置19の移動と共に移動可能な照明装置21が
設けられ、前記撮像装置19と前記NC装置15との間には、
ビデオ信号線23、制御信号線25を介して画像処理装置27
が設けられている。前記照明装置21は前記画像処理装置
27に照明用電源線29で接続されている。

第３図に示したように、レーザ発振器５はレーザビー
ムLBを発振する。そして、発振されたレーザビームLBは
ビーム部材７内に設けられたミラー31で加工ヘッド９内
に設けられた集光レンズ33に向って反射され、反射され
たレーザビームLBは集光レンズ33で集光され、ワークＷ
の上面に焦点を結ぶようになっている。

レーザビームLBの光軸35は、初期においては、加工軸
37と一致するよう調整されるものである。第３図に図示
の状態において、レーザビームLBの加工点（焦点）39で
所定の加工、例えば切断加工が行われることになる。

第４図は、光軸35が加工軸37からずれた場合を拡大し
て示している。このように、光軸ずれが生じた場合に
は、加工点39はワークＷと加工軸37との交点（加工すべ
き点）37′からδだけずれることになる。このずれδを
そのまま放置すれば、この分だけ加工精度が劣ることに
なるのである。

NC装置15は、ワーククランプ13にワークＷを把持させ
てワークＷを前記加工テーブル11上で位置決め制御す
る。この制御は、周知のものと変わるところがなく、第
１図には図示しないＸ軸及びＹ軸用のサーボモータMx,M
y（第５図参照）に駆動信号を与えることにより、ワー
ククランプ13の図示しない移動機構を駆動してワークＷ
の加工点を前記加工軸37に合わせる態様で行われるもの
である。

撮像装置19は、CCDカメラ、ITVカメラ等で構成され、
撮像をビデオ信号に変換し、これをビデオ信号線23に出
力する。

第２図により撮像装置19の取付け位置及び、撮像方式
の詳細を説明する。

撮像装置19の取付位置は、ビーム部材７の側面で、テ
ーブル座標上の所定の位置（X₀，Y₀）である。ワークＷ
の原点（基準点）は、加工開始に際して、このテーブル
座標XYの原点Ｏ（0,0）に一致されるものである。そし
て、撮像装置19は、取付位置（X₀，Y₀）に置かれたワー
クＷの表面状態、例えば孔を開けられた状態を所定倍率
で撮像する。なお、このために、加工テーブル11の撮像
装置19の直下には所定大きさの孔が明けられおり、又、
その直下にはコントラストの高い画像が取り込めるよう
白熱灯、蛍光灯等の照明装置21が上向き姿勢で取付けら
れている。

第５図に示すように、画像処理装置27は、２値化回路
41と、フレームメモリ43と、CPU45、ROM47、RAM49、入
出力装置51と、を有している。

２値化回路41は、アナログ信号たるビデオ信号を1,0
コードにデジタル化し、このデジタル信号を画像データ
としてフレームメモリ43に格納する。フレームメモリ43
は第６図に示したように、各ピクセルに画像の白黒部分
に対応して1,0信号を記憶するようになる。フレームメ
モリ43の物理座標をxyとする。この座標xyは、前記テー
ブル座標XYの撮像装置の取付位置（X₀，Y₀）に座標
（x₀，y₀）を対応させ、変位量の関係では、Ｘ＝kx・x,Y＝ｙ・ky … の関係にある。kx,kyは、１画素当りの相当距離と撮像
装置19の倍率によって定まる定数である。ROM47には、
演算処理のためのプログラムが格納されている。入出力
装置51は、画像処理装置27のバス53とNC装置15のその内
部の入出力装置と接続されており、NC装置15からの起動
信号やNC装置15へのデータ信号を伝達する役目を為す。
又、入出力装置51は、前記照明装置21のリレーＲと接続
されており、画像処理装置27はリレーＲを撮像時に駆動
して、照明装置21を点灯させることができるようになっ
ている。

以上の構成のレーザ加工装置１において、前記光軸ず
れに対処するための、NC装置の原点補正処理を説明す
る。

第８図において、ステップS1は原点補正の実行開始判
断を示している。

原点補正処理の実行は、オペレータの指令によって開
始されるものであり、例えば加工開始に先だって、或い
は毎日午前と午後に、或るいは光軸ずれが生じたと考え
られる時期に適宜、キーボード等に指令されて開始され
るものである。

ステップS2では、第５図に示したサーボモータMx,My
をNC装置15で駆動し、クランプ装置13を移動し、次い
で、ワークＷに、中心を（X₀，Y₀）とし撮像装置（カメ
ラ）19の視野内に入る大きさの孔を明ける処理を示して
いる。この孔は、第２図に示したようにワークＷをＷ′
で示す位置に移動させ、ワークＷの（X₀，Y₀）点を加工
軸37の直下に持ってくる態様で行われる。

ステップ３では、ワークＷの（X₀，Y₀）点に例えば基
準穴を明けた後、ワーククランプ13は基準穴の中心
（X₀，Y₀）を撮像装置（カメラ）19の直下に持ってく
る。

ステップS4ではNC装置15から画像処理装置27に駆動信
号を出力し、撮像装置（カメラ）19で前記孔を撮像させ
る処理を示している。ステップS5では第５図で説明した
２値化回路41の作用により撮像装置19の撮像をビデオ信
号とし、画像データをフレームメモリ43に格納する処理
を示している。

かくして、第５図に示したフレームメモリ43の物理座
標xyには第７図に示したような図が描かれることにな
る。参照符号55はワークＷの（X₀，Y₀）点に明けられた
基準穴の図形を示している。

そこで、ステップS6では、画像処理装置27は、第１
に、基準穴55の中心（重心）x G,y Gを演算する。そし
て、ステップS7では第２に、基準穴中心（x G,y G）と
撮像装置（カメラ）19の中心（xo,yo）とのずれ量Δx,
Δｙを演算する。

Δｘ＝x G−xo,Δｙ＝y G−yo … そして、ステップS8では、第３に、このずれ量Δx,Δ
ｙに式で示した座標変換用の定数kx,kyを乗じ、テー
ブル座標XYでのずれ量ΔX,ΔＹを算出する。

ΔＸ＝kx・Δx,ΔＹ＝ky・Δｙ … ステップS9は、第５図に示した入出力装置51を介して
式で示したデータをNC装置15に出力する処理を示して
いる。ステップS10では、NC装置15は、このデータを入
力し、原点にオフセットをΔX,ΔＹだけかけ、第４図に
示した光軸35とワークＷとの交点（加工点）に加工軸37
を数値制御上移動させ、恰も光軸ずれが生じていないか
の如く、以後の制御を行うのである。NC装置15へのデー
タ入力は制御信号線25を介して自動的に行っているの
で、画像処理装置27で処理結果を表示し、この表示をオ
ペレータが見て取って、表示されたデータをキーインす
るのと比べてその処理が迅速、容易である。

次に、第９図（Ａ），（Ｂ）に示すごとく、最大加工
領域がLA×LBで、ワークＷの大きさが例えば2LA×LBの
ときに、曲線Ｇをレーザ加工する場合には、第10図に示
したフローチャートに基づいて行なわれる。

まず、第10図において、ステップS11で撮像装置19を
＋Ｙ軸方向へ例えば距離YSだけ移動させる。ステップS1
2で加工ヘッド９におけるレーザビームLBの光軸35を加
工軸37に合わせるべくレーザ位置補正を行なう。ステッ
プS13で第９図（Ａ）に示したごとく、ワークＷ（2LA×
LB）をレーザ加工装置１にセットする。

次に、ステップS14で機械原点Ｏ（0,0）からワークＷ
の角度θ傾いた座標位置（x₁，y₁）をレーザビームLBの
加工軸37の直下に移動せしめて基準穴Ｈを加工する。ス
テップS15では反転前の加工プログラムでNC装置15を作
動させて曲線Ｇの一部を加工する。

反転前の加工が終了したら、ステップS16で第９図
（Ｂ）に示したごとく、原点復帰を行ない、ワークＷを
ワーククランプ13からはずし、ステップS17でワークＷ
を反転（180度回転）させ位置決めし、ワークＷをワー
ククランプ13にクランプする。このときの基準穴Ｈは第
９図（Ｂ）においてＨ′に移動している。

ステップS18で、点線の位置に移動してある撮像装置1
9（x0,y0＋ys）の直下に基準穴Ｈ′を移動せしめて撮像
装置19で基準穴Ｈ′を撮像すると共に画像処理装置27で
ずれデータを演算処理してNC装置15へ転送する。ステッ
プS19でNC装置15でずれ補正し、反転後のプログラムを
座標回転処理する。（基準穴Ｈ′の座標位置は（−x₁，
−y₁，θ＋180℃である。）ステップS20で反転後のプロ
グラムで曲線Ｇの残りを加工する。而して、曲線Ｇの加
工が終了する。

このように、最大加工領域以上の大きなワークＷでも
反転せしめて基準穴Ｈを撮像装置19で撮像し、ずれ量を
補正処理することによって、ワークＷの寸法にバラツキ
があっても、加工精度良好なレーザ加工を行なうことが
できる。

また、第11図（Ａ），（Ｂ）に示したごとく、最大加
工領域がLA×LBで、ワークＷの大きさが（LA×LC）×LB
（但し、LC＜LA）の場合において、基準穴をH₁（H₁′）
の位置にあけたときには第９図（Ａ），（Ｂ）で説明し
た要領に基づきワークＷを反転せしめてレーザ加工を行
なうことができる。また、基準穴をH₂（H₂′）の位置に
あけたときは、撮像装置19を＋Ｙ軸方向へ移動させずに
固定させた状態のままで行なうことができるから、上述
した第10図のフローチャートでステップS11を行なわず
に、ステップS12から行なえばよいことになる。

なお、この発明は、前述した実施例に限定されること
なく、適宜の変更を行なうことにより、その他の態様で
実施し得るものである。本実施例では基準穴Ｈ（H₁，
H₂）がワークＷをレーザ加工装置１にセットして、反転
前のレーザ加工を行なう前にあけているが、レーザ加工
を行なう以前に予め基準穴（H₁，H₂）をあけておいても
構わない。この場合には反転前のレーザ加工を行なう
際、基準穴Ｈ（H₁，H₂）を撮像装置19で撮像し、ずれ量
を補正処理する必要がある。また、本実施例では板材加
工装置をレーザ加工装置で説明したが、タレットパンチ
プレスなどワーク移動型方式の加工機であれば適用可能
である。

［発明の効果］以上のごとき実施例の説明より理解されるように、本
発明においては、ワーククランプ13に最大加工領域以上
に大きなワークＷをクランプして上記ワークＷをＸ軸、
Ｙ軸方向へ移動位置決めし、板材加工機における加工ヘ
ッドによって所定領域に適宜に加工を行った後、前記ワ
ーククランプ13から大きな上記ワークＷを取りはずし、
大きなワークＷの表裏を反転することなしに上記ワーク
ＷのＹ軸方向の前後が逆になるように反転し、前記ワー
ククランプ13によって大きな上記ワークＷを再びクラン
プして移動位置決めを行い、残りの領域に加工を行うこ
とによって最大加工領域以上に大きなワークＷの加工を
行うとき、上記ワークＷに予め設けられた基準穴Ｈを上
記ワークＷの前記反転後に撮像装置19によって撮像し、
画像処理装置27によって前記撮像装置19の中心と前記基
準穴Ｈの中心とのずれ量を演算し、このずれ量をNC装置
15で補正すると共に加工プログラムを座標回転処理し、
この回転処理後の加工プログラムに従って大きなワーク
Ｗの加工を行うものであるから、本発明によれば、板材
加工機の最大加工領域以上の大きなワークの加工を容易
にかつ精度良く行うことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る板材加工装置として
の例えばレーザ加工装置の斜視図、第２図は撮像装置の
取付位置の説明図、第３図及び第４図は光軸の説明図、
第５図は光軸ずれ量検出装置のブロック図、第６図はフ
レームメモリの説明図、第７図は光軸ずれ量算出方式の
説明図、第８図は原点補正処理のフローチャート、第９
図（Ａ），（Ｂ）は最大加工領域以上の大きなワークを
反転せしめてレーザ加工を行なう場合の説明図、第10図
は第９図（Ａ），（Ｂ）に示したワークを反転せしめて
レーザ加工を行なうフローチャート、第11図（Ａ），
（Ｂ）は第９図（Ａ），（Ｂ）に代るワークを反転せし
めてレーザ加工を行なう説明図である。１……レーザ加工装置、７……ビーム部材９……加工ヘッド、11……加工テーブル 13……ワーククランプ、15……NC装置 19……撮像装置、27……画像処理装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】板状のワーク（Ｗ）をクランプしてＸ軸、
Ｙ軸方向へ移動自在のワーククランプ（13）の移動範囲
の最大加工領域以上に大きな板材を加工する方法におい
て、板材加工機の機械原点（Ｏ）に位置決めした大きな
ワーク（Ｗ）を、Ｘ軸、Ｙ軸方向へ移動可能の前記ワー
ククランプ（13）によってクランプし、加工プログラム
に従って前記ワーククランプ（13）をＸ軸、Ｙ軸方向へ
移動して前記ワーク（Ｗ）の加工すべき位置を、板材加
工機における加工ヘッドに対応する位置へ位置決めして
加工を行った後に原点復帰を行い、前記ワーククランプ
（13）から前記ワーク（Ｗ）をはずし、ワーク（Ｗ）の
表裏を反転することなしにワーク（Ｗ）のＹ軸方向の前
後が逆になるように反転した後に前記ワーククランプ
（13）によって再びクランプし、上記反転後のワーク
（Ｗ）に予め加工されている基準穴（Ｈ）を所定位置に
配置した撮像装置（19）に対応する位置へ位置決めして
撮像し画像処理装置（27）で撮像装置（19）の中心と前
記基準穴（Ｈ）の中心とずれ量を演算してNC装置（15）
へ転送し、上記ずれ量を上記NC装置（15）で補正すると
共に加工プログラムを座標回転処理し、この回転処理後
の加工プログラムに従って前記ワーク（Ｗ）の加工を行
うことによって前記最大加工領域以上に大きな板材の加
工を行うことを特徴とする大きな板材の加工方法。
【請求項２】板状のワーク（Ｗ）をクランプしてＸ軸、
Ｙ軸方向へ移動自在のワーククランプ（13）の移動範囲
の最大加工領域以上に大きなワーク（Ｗ）をクランプし
てＸ軸、Ｙ軸方向へ移動可能の前記ワーククランプ（1
3）と、上記ワーククランプ（13）によって移動、位置
決めされた大きな前記ワーク（Ｗ）に加工を行う加工ヘ
ッドと、大きな上記ワーク（Ｗ）に予め加工された基準
穴（Ｈ）を撮像する撮像装置（19）と、上記撮像装置
（19）の撮像結果に基いて上記撮像装置（19）の中心と
前記基準穴（Ｈ）の中心とのずれ量を演算する画像処理
装置（27）と、上記ずれ量を補正して前記ワーククラン
プ（13）の移動制御を行うNC装置（15）とを備え、上記
NC装置（15）は、加工プログラムに従って大きなワーク
（Ｗ）の所定領域の加工を行い前記ワーククランプ（1
3）から前記ワーク（Ｗ）をはずしてワーク（Ｗ）の表
裏を反転することなしにワーク（Ｗ）のＹ軸方向の前後
が逆になるように反転して再び前記ワーククランプ（1
3）でクランプされたとき、前記撮像装置（19）によっ
て撮像され画像処理装置（27）によって演算された反転
後の前記基準穴（Ｈ）の中心と前記撮像装置（19）の中
心とのずれ量を補正すると共に加工プログラムを座標回
転処理し、この回転処理後の加工プログラムに従って前
記ワーククランプ（13）の移動制御を行う機能を有する
ことを特徴とする大きな板材の加工装置。