JP6802176B2

JP6802176B2 - レーザ切断機

Info

Publication number: JP6802176B2
Application number: JP2017546057A
Authority: JP
Inventors: セルジオボッソーニ
Original assignee: バイストロニックレーザーアクチェンゲゼルシャフト
Priority date: 2014-11-24
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2035-10-14
Also published as: CN107000135A; EP3223996A1; US10661387B2; US20170361402A1; CN107000135B; EP3023190A1; WO2016083916A1; EP3223996B1; JP2018501114A

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルによる、レーザ切断ヘッドが案内システムによって２つの好ましくは直交する軸に沿ってワークピース支持部を横切るように案内され得る、レーザ切断機用ブリッジに関する。ブリッジは実質的に直線で箱型の異形材（Ｈ形材、Ｉ形材、山形材、溝形材、円管などの標準的な形状以外の断面形状を有する長尺材）の形態で構成され、レーザ切断ヘッドを搬送する切断キャリッジのための少なくとも１つの案内手段を有する。ワークピース支持部の上を垂直方向から見ると、レーザ切断ヘッドの重心は常にブリッジの対称垂直面の近くに位置付けられる。また本発明は、請求項９のプリアンブルによる、このようなレーザ切断ヘッドが案内システムによって２つの好ましくは直交する軸に沿ってワークピース支持部を横切るように案内され得る、レーザ切断機に関する。レーザ切断ヘッドは、実質的に直線で箱型の異形材の形態で構成されたブリッジ上で、ブリッジに沿って移動可能に案内され、異形材はレーザ切断ヘッドを搬送する切断キャリッジのための少なくとも１つの案内手段を有する。ワークピース支持部の上を垂直方向から見ると、レーザ切断ヘッドの重心は常にブリッジの対称垂直面の近くに位置付けられる。

金属加工用のレーザ切断機の場合、特に平坦な材料のワークピースを切断する場合、レーザ切断ヘッドは切断ブリッジに沿って移動でき、ブリッジもまた、平坦な材料を載せる切断テーブルに沿う案内手段において移動できる。レーザ切断ヘッドは、この案内システムによって、好ましくは直交する２方向で、平坦な材料の加工領域の全てのポイントの上方に位置し得る。更にレーザ切断ヘッドは、切断テーブルから、したがって平坦な材料から垂直に、好ましくは上昇又は下降させることができる。

移動可能な方法でレーザ切断ヘッドを支持するブリッジは、一般に、概ね矩形の断面を有する箱型の異形材で作られ、その重心からかなり下方で案内され、それによって、供給線、制御線、センサ線を備えるケーブルドラグもまた、ブリッジに沿ってレーザ切断ヘッドまで案内される。レーザポータル機のブリッジ用のこのような実質的に矩形である異形材の例は、独国特許第２０２０／０５０１４４２８号、国際特許出願公開ＷＯ２０１３／６０３９２号、又は国際特許出願公開ＷＯ２０１５／０８６７２４号で確認できる。

独国特許第２０２０／０５０１４４２８号明細書国際公開第２０１３／６０３９２号国際公開第２０１５／０８６７２４号

このような鋼板の矩形箱型である異形材のブリッジは、平行四辺形効果の欠点、剛性対重量比が比較的低いことが多いという欠点、及び支持構造への力伝達位置を外れた、切断ヘッドを備える切断キャリッジの好ましくない重心位置という欠点を有する。これらの設計においては、必要な場合に供給されるベローズが、加工ゾーンから始まるレーザが反射する領域、及び熱く溶解した材料が跳ね返る領域に直接位置し、切断ヘッドの側でベローズをひどく損傷させ得る。

したがって、目下の本発明の目的は、これらの欠点を低減するか、又は欠点を全く有さないブリッジを特定することであった。更なる目的は、そのようなブリッジ及びその有利な特徴が、本来はその反対である、軽量化及び良好な機械的特徴に対する要求を、更に最適化するために使用できるレーザ切断機であった。

これらの目的は、独立請求項１及び９に記載の特徴によって解決される。本発明の更なる特徴は、従属請求項及び図面から理解される。

第１の目的を解決するため、目下の本発明に従い、垂直対称面に関して互いに反対側に位置する異形材の少なくとも２つの側面は、ゼロ以外で１８０°未満、好ましくは９０°未満の角度を成し、加工領域の方向に開いており、異形材の高さの少なくとも一部にわたって提供される。これによって台形又は三角形のブリッジを形成し、加工領域に向かって拡がり、それによって一般的な長方形管のせん断効果（平行四辺形効果）を防ぎ、ブリッジからの力を支持構造に最適に伝えることができる。したがって、レーザ切断ヘッド又はそれを搬送する切断キャリッジからの力の流れは、支持構造までも更に理想的に案内され得る。切断プロセスに応じて、特にレーザ切断ヘッドの側に現われる埃又は材料の跳ね返りは、必要な場合に提供されるベローズを更に容易には損傷させない。

本発明に従い、少なくとも切断キャリッジ又は加工ヘッドに面する異形材の側面は、垂直対称面に対して１０°〜６０°、好ましくは２０°〜４５°の角度を成し、少なくとも異形材の高さの一部にわたって提供される。軽量構造にもかかわらず、切断キャリッジ及び投射レーザ切断ヘッドの重量による力によって、ブリッジの側面の傾きによって高い曲げ剛性（ブリッジの長手方向並びに垂直方向）が、高い捩り剛性とともに実現される。必要な場合、ベローズはレーザの反射経路の外側に、かつ加工ゾーンからの材料の跳ね返りの外側に位置し、したがって、レーザの反射及び熱い材料の跳ね返りによる損傷から大部分が防護される。対応する側面の傾きの対応する比、及びブリッジの高さの対応する比について、切断キャリッジとレーザ切断ヘッドとの配置の重心を、ブリッジから支持構造への力の伝達位置の垂直投影の内側に移すことができる。

本発明の代替の実施形態は、垂直対称面に対して互いに対向する側面の内の１つは、垂直対称面に対して平行に位置することを特徴とする。

１つの実施形態では、垂直対称面に対して、切断キャリッジ又は加工ヘッドから離れる方を向くように位置する第２の側面は、本発明の更なる特徴として、垂直対称面に対して１０°〜６０°、好ましくは２０°〜４５°の角度を成し、少なくとも異形材の高さの一部にわたり、特に好ましい。そのため、ブリッジの上側は好ましくは三角形のかどとして設計され、ブリッジの全体は実質的に三角の箱型の異形材として構成される。レーザの反射及び材料の跳ね返りは、ベローズには僅かしか届かず、又は全く届かず損傷を与えない。したがって、埃もまた、ベローズの上に容易に溜まらない。ブリッジの上側が完全な三角形の構成である場合、材料の跳ね返り及び埃はブリッジの上側には溜まらず、傾斜面に沿って滑り落ちることができる。

ケーブルドラグを最適に取付けることを可能にするため、本発明の任意の特徴に従い、傾斜セクションを実質的に垂直に延びる上側面を備える突起部が、加工領域により近く位置するセクションの第２の側面上に提供される。好ましくは、切断に応じて発生する材料の跳ね返りを防ぐように、ケーブルドラグの下部経路をそこに定着することができる。

切断キャリッジを相互接続することによる、モーメント的に最適かつ振動的に最適なレーザ切断ヘッドのブリッジへの取付けのために、本発明による更なる実施形態は、少なくとも２つの案内手段を提供する。少なくとも２つの案内手段は、レーザ切断ヘッドを搬送する切断キャリッジのため、好ましくは垂直対称面に対して傾斜のある側面の高さにわたって離隔され、レーザ切断ヘッドの側の外側境界面を規定する。この外側境界面は、垂直対称面に対して１０°〜６０°、好ましくは２０°〜４５°の角度を成す。

それでもなお、ブリッジと平坦な材料との間に十分な間隔で、ブリッジが所望の近距離を移動できるように、本発明の更なる好ましい実施形態は、ワークピース支持部に面し、異形材の幅の、又は２つの力の伝達位置の間の支持距離の３０％より長く、好ましくは半分より長く横断し、実質的に平坦でワークピース支持部に平行な、異形材の側面を提供する。

重量的に最適な構築のため、本発明の任意の特徴として、面取りをした金属シート（平板材）で異形材が作られることを提供する。金属シートは互いに接続され、好ましくは中空の異形材の形態で、少なくとも１本の内部クロスバーを備える。最高の機械的特性並びに最高の振動関連の特性にもかかわらず、この方法で構築したブリッジは、以前のブリッジに比べて体積的に最適な態様で構成される。より少ない材料で、軽量鋼による構築が可能となる。このブリッジは簡単な組立てを更に提供する。なぜならブリッジは接続される必要がなく、１つの部品として製作され、１つの部品として取扱われ、１つの部品として設置できるからである。

提起された目的を解決するため、上述のレーザ機械は本発明に従って前述の請求項の内の１項によるブリッジを使用して構築することを特徴とする。
少なくともワークピース支持部に面した側で、好ましくは、長手方向に互いに対向して位置する２つの端部材の上で支持され、ワークピース支持部に対して移動できるように、好ましくはブリッジの長手方向の延長線に直角に支持されるブリッジの、本発明の更なる特徴が提供される。

本発明の好ましい特徴は更に、ブリッジの支持部及び／又は、ワークピース支持部に対して移動するためのブリッジの案内手段が、ブリッジの重心の下方に配置されることである。

本発明の特に有利な実施形態は更に、ブリッジからブリッジの支持構造への少なくとも各力の伝達位置は、境界面の延長線と支持構造の上縁部との交点から、＋／−１００ｍｍの範囲に位置する。これによって、ブリッジから支持構造への最適な力の導入となる。

機械に関する目的を解決するにあたり、切断キャリッジ及び／又はレーザ切断ヘッドは、電源、レーザ源など及び／又は評価ユニット、制御ユニットなどに、ケーブルドラグにより接続され、ブリッジは上記パラグラフの内の少なくとも１つに従って具現化され、ブリッジの長手方向に延びるケーブルドラグのセクションの下部経路が、ブリッジの突起部の上側面で支持される。

本発明の更なる有利点、特徴、及び詳細は、図面を参照して本発明の例示的な実施形態が説明される以下の記載から理解される。特許請求の範囲及び明細書で言及される特徴は、そのため、単独又は任意の組合せのいずれかで、各ケースにおいて本発明のために重要である。

参照番号の一覧は、本開示の一部である。図面は関連してかつ包括的に説明される。同じ参照番号は同じ構成要素を示し、異なるインデックスを有する参照番号は同じ機能を有する構成要素又は同様の構成要素を示す。

矩形の異形材の断面を備える、先行技術による一般的な切断ブリッジの断面図である。ブリッジの長手方向の延長線に対して垂直の断面である、本発明によるブリッジの好ましい実施形態を示す概略図である。

図１で例示的な態様で示される、先行技術による切断ブリッジＢは、実質的に矩形の断面である異形材１で構成され、切断キャリッジ３のための案内レール２を備える。この切断キャリッジは長手方向の延長線（図１では紙面に対して垂直）に沿って案内レール２上を移動でき、切断ヘッドＫを搬送する。案内レール２は、ブリッジＢの外側境界面ＦＢを規定する。案内レール２は、レーザ切断ヘッドＫをワークピース支持部Ｗを横切って、好ましくは２つの直交する軸に沿って案内するための案内システムの一部である（図２参照）。

主に直線で箱型の異形材の形式に構成されるブリッジＢは、一般に、例えばレーザ切断ヘッドＫへの電力線、制御線、センサ線を備えるケーブルドラグ４など、更なる構成要素も搬送する。ブリッジＢの異形材１のほとんどの部分では、対応する構造材５において重心の下方で案内又は支持される。レーザ切断ヘッドＫの重心は、ワークピース支持部を垂直方向から見たとき、常にブリッジＢの垂直対称面ＶＳＥの近くに位置する。

ブリッジＢ自体及びそれに接続される全ての構成要素、詳細にはレーザ切断ヘッドＫ、ケーブルドラグ４などは同様に、平坦な材料を載せる切断テーブルに沿う案内手段６において、ワークピース支持部Ｗに関して移動できる。この目的のため、ブリッジＢの端部材７が支持車輪８を伴い提供される。支持車輪８は案内手段６上で支持され、ブリッジＢから機械フレーム上のブリッジＢの支持構造への力の伝達点を定める。そのため、案内手段６はブリッジＢの長手方向の延長線に対して好ましくは直角に延びる。

本発明によるブリッジＢの好ましい実施形態である図２の概略図に示すように、垂直対称面ＶＳＥに関して互いに反対側に位置する異形材１の２つの側面１０、１１は、互いにゼロ以外で１８０°未満、好ましくは９０°未満の角度αを成し、加工される平坦な材料ＦＬを伴う加工領域（異形材１の下方）の方向に開いている。これによって、加工領域に向かって拡がる断面三角形状のブリッジが作られる。必要であれば、側面１０、１１のこの実施形態は、異形材１の高さ部分のみにわたって提供されることもできる。台形形式の異形材２もまた可能であり、その場合、側面１０、１１は交差せず、上部を覆う面によって互いに接続される。

切断キャリッジ３及びレーザ切断ヘッドＫが取付けられる側面１０と、異形材の垂直対称面ＶＳＥとの角度βの好ましい範囲は１０°〜６０°、好ましくは２０°〜４５°の範囲の角度である。一般にケーブルドラグ４が位置する反対側の側面１１は、角度γで同様に傾けられてよく、その結果ブリッジＢの全体は、実質的に三角箱型の異形材で具現化される。しかし側面１１は、垂直対称面ＶＳＥと平行に位置することもできる。重量的に最適な構築、及び既に非常に安定している異形材１の外側設計にかかわらず、更に良好な機械的安定性を達成するために、面取り金属シートから有利に構成されて互いに接続され、好ましくは中空の異形材の形態である異形材１は、少なくとも１つの内部クロスバー１４を備える。

ブリッジＢのレーザ切断ヘッドＫの反対側に位置する側の側面１１には、ケーブルドラグ４を最適に取付けるための突起部１２が提供される。この突起部１２の上側面は、側面１１又は側面１１の傾斜セクションに対して実質的に垂直であり、好ましくはケーブルドラグ４の下部経路を載せる。

レーザ切断ヘッドＫをブリッジＢに、モーメント的に最適にかつ振動的に最適に取付けるために、案内手段２の、切断キャリッジ３又はレーザ切断ヘッドＫとの相対的位置が、いかなる場合においても特に重要である。なぜなら、切断キャリッジ３のための、垂直対称面ＶＳＥに対して傾斜した側面、好ましくは側面１０の高さ方向において離隔している少なくとも２つの案内手段２が、レーザ切断ヘッドＫの側の外側境界面ＦＢを定めるからである。本発明に従って、この外側境界面ＦＢは垂直対称面ＶＳＥに対して１０°〜６０°、好ましくは２０°〜４５°の角度βを成す必要がある。

ワークピース支持部Ｗに向き合うブリッジＢの異形材１の側面は、好ましくは異形材１の幅の３０％より長く、好ましくは半分より長く横断し、実質的に平坦でワークピース支持部Ｗと平行である。特定の用途において、上述の条件は、支持距離ａ、すなわち、ブリッジＢから支持構造への２つの力伝達位置の間の距離が、異形材１の幅を占めるように拡張する。この距離は、異形材の端部材７のローラ８の案内手段６との接触位置によって規定される。

ワークピース支持部Ｗに対する移動のための、ブリッジＢ及び／又はその案内手段の支持は、好ましくはブリッジＢの重心の下方で行われる。この目的のため、ブリッジＢの案内手段６及びローラ８もまたブリッジＢの重心の下方に配置される。

ローラ８と案内手段６との接触点が実際の力伝達位置を定めるのと同じ方法で、仮想力伝達位置を、外側境界面ＦＢ（異形材１の両側ともに）と支持構造との交点、また好ましくは案内手段６との交点に定めることができる。ブリッジＢの、レーザ切断ヘッドＫと反対側に位置する側において、この境界面ＦＢは傾斜した側面１１と同じである。仮想力伝達位置、すなわち境界面ＦＢ、１１の延長線と支持構造の上縁部との交点からの、実際の力伝達位置の距離ｄは、＋／−１００ｍｍの範囲にある。

図１と図２とを比較して示すように、案内手段、駆動部などを覆うベローズもまた、切断キャリッジ３及び切断ヘッドＫが配置された側のブリッジＢの傾斜した側によって、切断ヘッドＫの加工ゾーンからの材料の跳ね返りから防護される。一般の設計の場合、図１に示すように、レーザの反射及び跳ね返りはベローズに当たり穴を開けることがあり、それは更にベローズの下を汚すことに繋がる。これによって、直線案内システム、駆動システム、及び計測システムに損傷を与える可能性がある。このような材料跳ね返りは、主に穴開け加工で起こり、それによってブリッジＢ及び切断ヘッドＫは停止する。これは、切断ヘッドＫの側の傾斜した側面１０を用いた目下の本発明に従って、大幅に回避される。

１異形材、２案内手段、３切断キャリッジ、４ケーブルドラグ、５支持構造、６ブリッジ案内手段、７ブリッジ端部材、８ブリッジ支持車輪、１０切断ヘッド側側面、１１後部側面、１２突起部、１３ブリッジ下面、１４クロスバー、１５ベローズ、１６レーザ出口、１７レーザ反射、Ａベローズの支持部、Ｂブリッジ、ＦＢ境界面、Ｋ切断ヘッド、ＶＳＥ垂直対称面、Ｗワークピース支持部、ａ支持距離、ｄ距離。

Claims

案内システムによって、２つの軸に沿ってワークピース支持部（Ｗ）を横切るように案内され得るレーザ切断ヘッド（Ｋ）と、
実質的に直線で箱型の異形材（１）の形態で構成されたブリッジ（Ｂ）であって、当該ブリッジ（Ｂ）に沿って前記レーザ切断ヘッド（Ｋ）を搬送する切断キャリッジ（３）のための少なくとも１つの案内手段（２）を有する、ブリッジ（Ｂ）と、
前記切断キャリッジ（３）及び／又は前記レーザ切断ヘッド（Ｋ）に、電源及びレーザ源並びに／又は評価ユニット及び制御ユニットを接続するケーブルドラグ（４）と、
を備える、レーザ切断機であって、
前記異形材（１）は、垂直対称面（ＶＳＥ）に関して互いに反対側に位置する第１の側面（１０）および第２の側面（１１）を有し、第１および第２の側面（１０、１１）が互いにゼロ以外で１８０°未満の角度（α）を成し、加工領域の方向に開いて、少なくとも当該異形材（１）の高さの一部にわたっており、
前記垂直対称面（ＶＳＥ）に対して前記切断キャリッジ（３）又は前記レーザ切断ヘッド（Ｋ）から離れる方を向く前記第２の側面（１１）が、前記垂直対称面（ＶＳＥ）に対して１０°〜６０°の角度（γ）を成し、
さらに前記ブリッジ（Ｂ）は、
前記加工領域により近く位置するセクションの前記第２の側面（１１）上に、傾斜セクション上に実質的に垂直に延びる上側面を備える突起部（１２）であって、前記ブリッジ（Ｂ）の長手方向に延びる前記ケーブルドラグ（４）のセクションの下部経路を上側面で支持する突起部（１２）を提供し、
前記ケーブルドラグ（４）の一方の側面が、前記第２の側面（１１）に近接し、対向する、
レーザ切断機。
請求項１に記載のレーザ切断機であって、少なくとも前記切断キャリッジ（３）又は前記レーザ切断ヘッド（Ｋ）に向き合う前記異形材（１）の前記第１の側面（１０）は、前記垂直対称面（ＶＳＥ）に対して１０°〜６０°の角度（β）を成すことを特徴とするレーザ切断機。
請求項１または２に記載のレーザ切断機であって、垂直対称面（ＶＳＥ）に対して傾斜した側面の高さにわたって離隔された少なくとも２つの案内手段（２）が、前記レーザ切断ヘッド（Ｋ）を搬送する前記切断キャリッジ（３）のために提供され、前記レーザ切断ヘッド（Ｋ）側の外側境界面（ＦＢ）を画定し、前記外側境界面（ＦＢ）は前記垂直対称面（ＶＳＥ）に対して１０°〜６０°の角度（β）を成すことを特徴とするレーザ切断機。
請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ切断機であって、前記ワークピース支持部（Ｗ）に面した前記異形材（１）の側面（１３）は、前記異形材（１）の幅の、又は２つの力伝達位置の間での支持距離（ａ）の３０％より長く横断し、実質的に平坦で前記ワークピース支持部（Ｗ）に平行であることを特徴とするレーザ切断機。
請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ切断機であって、前記異形材（１）は、面取りをした金属シートで作られ、前記金属シートは互いに接続された中空の異形材の形態で、少なくとも１本の内部クロスバー（１４）を備えることを特徴とするレーザ切断機。
請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ切断機であって、前記ブリッジ（Ｂ）は、少なくとも前記ワークピース支持部（Ｗ）に面した側面で、長手方向において互いに対向して位置する２つの端部材（７）上に支持され、前記ワークピース支持部（Ｗ）に対して移動できるように、前記ブリッジ（Ｂ）の長手方向の延長線に直交して支持されることを特徴とするレーザ切断機。
請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ切断機であって、前記ブリッジ（Ｂ）の支持部及び／又は、前記ワークピース支持部（Ｗ）に対して移動するための前記ブリッジ（Ｂ）の案内手段が、前記ブリッジの重心の下方に配置されることを特徴とするレーザ切断機。
請求項１から７のいずれか１項に記載のレーザ切断機であって、前記ブリッジ（Ｂ）から前記ブリッジ（Ｂ）の支持構造への少なくとも各力の伝達位置は、境界面（ＦＢ、１１）の延長線と前記支持構造（６）の上縁部との交点から、＋／−１００ｍｍの範囲に位置することを特徴とするレーザ切断機。