特開 2023-23400 裁断機及び裁断機の刃幅測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023023400

(43)【公開日】2023-02-16

(54)【発明の名称】裁断機及び裁断機の刃幅測定方法

(51)【国際特許分類】

   B26D 7/22 20060101AFI20230209BHJP

   B26D 5/00 20060101ALI20230209BHJP

   B26D 1/06 20060101ALI20230209BHJP

【ＦＩ】

B26D7/22 A

B26D5/00 Z

B26D1/06 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021128909

(22)【出願日】2021-08-05

(71)【出願人】

【識別番号】000151221

【氏名又は名称】株式会社島精機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100086830

【弁理士】

【氏名又は名称】塩入 明

(74)【代理人】

【識別番号】100096046

【弁理士】

【氏名又は名称】塩入 みか

(72)【発明者】

【氏名】▲宇▼田 涼佑

(72)【発明者】

【氏名】山本 圭徳

【テーマコード（参考）】

3C021

3C027

【Ｆターム（参考）】

3C021HA07

3C027HH01

3C027HH11

(57)【要約】      （修正有）

【課題】刃の向きを回転させる回転機構を利用し、光学的に刃幅を測定することができる裁断機を提供する。
【解決手段】裁断機２は、裁断用の刃１７と、刃１７の昇降機構１３と、刃１７の回転機構１２とを有する裁断ヘッド１０と、裁断ヘッド１０をＸＹの２方向に移動させる移動機構４と、裁断ヘッド１０及び移動機構４を制御するコントローラ６、とを備えている。裁断ヘッド１０は、ヘッド内の所定位置を通る検出線上での刃１６の有無を光学的に検出する。回転機構１２により刃１６の向きを回転させた際に、検出線上での刃の有無の変化を検出した際の、刃１６の回転角から刃１６の刃幅を算出し、裁断ヘッド１０が備える回転機構１２を用い、刃幅を光学的に測定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

裁断用の刃と、前記刃の昇降機構と、前記刃の向きを回転させる回転機構とを有する裁断ヘッドと、前記裁断ヘッドと被裁断物を相対的にＸＹの２方向に移動させる移動機構と、裁断ヘッド及び移動機構を制御するコントローラ、とを備える裁断機において、
前記裁断ヘッドは、裁断ヘッド内の所定位置を通る検出線上での、前記刃の有無を光学的に検出する検出手段を備え、
前記回転機構により前記刃の向きを回転させた際に、前記検出線上での刃の有無の変化を前記検出手段により検出した際の、前記刃の回転角θから前記刃の刃幅を算出するように構成されていることを特徴とする、裁断機。

【請求項2】

前記検出手段は、前記刃の一方の側面側で裁断ヘッドに取り付けたレーザ光源と、前記刃の他方の側面側で裁断ヘッドに取り付けた受光素子とから成る、ことを特徴とする、請求項１の裁断機。

【請求項3】

前記検出手段により前記刃が有る状態から無い状態への変化、あるいは刃が無い状態から有る状態への変化を１回検出すると、その際の前記刃の回転角から、前記刃の刃幅を算出するように構成されていることを特徴とする、請求項１または２の裁断機。

【請求項4】

前記刃は刃先が真っ直ぐな直刀であり、
かつ前記昇降機構により刃を昇降させると共に、複数の高さで前記刃の向きを回転させて、前記刃の刃幅を複数の高さで測定することにより、刃の部分的な消耗も検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれかの裁断機。

【請求項5】

裁断用の刃と、前記刃の昇降機構と、前記刃の向きを回転させる回転機構とを有する裁断ヘッドと、前記裁断ヘッドもしくは被裁断物をＸＹの２方向に移動させる移動機構と、裁断ヘッド及び移動機構を制御するコントローラ、とを備える裁断機での前記刃の刃幅を測定する方法において、
前記裁断ヘッドに、裁断ヘッド内の所定位置を通る検出線上での、前記刃の有無を光学的に検出する検出手段が設けられ、
前記回転機構により前記刃の向きを回転させると共に、前記検出線上で刃の有無が変化したことを前記検出手段により検出した際の、前記刃の回転角から前記刃の刃幅を算出する、ことを特徴とする、裁断機の刃幅測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は裁断機の刃幅測定に関する。

【背景技術】

【0002】

裁断機では、ほぼ真っ直ぐな刃（直刀）をレシプロ機構により昇降させ、シート材を裁断する。あるいは直刀の代わりに丸刃を回転させ、シート材を裁断する。刃は裁断により摩耗するので、裁断機上で研磨する。裁断と研磨により刃幅が変化し、刃先（刃の先端）位置が変化すると、裁断ヘッドに対する裁断位置がその分変化する。このため刃幅を測定（刃先位置の測定）し、裁断位置を補正する必要がある。

【0003】

出願人は、検出ピンを刃先に向けて前進させると共に、ピンが刃先に接触する位置から刃先位置を測定することを提案した（特許文献１：特公平８－１５７１８）。また特許文献１では、レーザビームを用い、非接触で刃先位置を検出することも提案した。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特公平８－１５７１８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

検出ピンを前進させるには、ステッピングモータなどの機構を追加する必要があり、スペースの点でもコストの点でも問題がある。

【0006】

この発明の課題は、裁断機が備える刃の向きを回転させる回転機構を利用し、光学的に刃幅を測定することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明の裁断機は、裁断用の刃と、前記刃の昇降機構と、前記刃の向きを回転させる回転機構とを有する裁断ヘッドと、前記裁断ヘッドと被裁断物を相対的にＸＹの２方向に移動させる移動機構と、裁断ヘッド及び移動機構を制御するコントローラ、とを備える裁断機において、
前記裁断ヘッドは、裁断ヘッド内の所定位置を通る検出線上での、前記刃の有無を光学的に検出する検出手段を備え、
前記回転機構により前記刃の向きを回転させた際に、前記検出線上での刃の有無の変化を前記検出手段により検出した際の、前記刃の回転角から前記刃の刃幅を算出するように構成されていることを特徴とする。

【0008】

この発明の裁断機の刃幅測定方法は、裁断用の刃と、前記刃の昇降機構と、前記刃の向きを回転させる回転機構とを有する裁断ヘッドと、前記裁断ヘッドと被裁断物を相対的にＸＹの２方向に移動させる移動機構と、裁断ヘッド及び移動機構を制御するコントローラ、とを備える裁断機での前記刃の刃幅を測定する方法において、
前記裁断ヘッドに、裁断ヘッド内の所定位置を通る検出線上での、前記刃の有無を光学的に検出する検出手段が設けられ、
前記回転機構により前記刃の向きを回転させると共に、前記検出線上で刃の有無が変化したことを前記検出手段により検出した際の、前記刃の回転角から前記刃の刃幅を算出する、ことを特徴とする。

【0009】

この発明では、裁断ヘッドが備える回転機構を用いて刃の向きを回転させる。刃が回転すると、検出手段から見た刃幅が変化し、検出線上での刃の有無がある回転角で変化する。この回転角から刃幅を測定すると、簡単な構成でかつ正確に刃幅を測定できる。また特許文献１のステッピングモータなどを必要としないので、コンパクトかつ低コストである。

【0010】

好ましくは、前記検出手段は、前記刃の一方の側面側で裁断ヘッドに取り付けたレーザ光源と、前記刃の他方の側面側で裁断ヘッドに取り付けた受光素子とから成る。検出手段は、半導体レーザなどのレーザ光源と、フォトダイオード、焦電素子などの受光素子により簡単に構成でき、刃の有無を簡単に検出できる。

【0011】

好ましくは、前記検出手段により前記刃が有る状態から無い状態への変化、あるいは刃が無い状態から有る状態への変化を１回検出すると、その際の前記刃の回転角から、前記刃の刃幅を算出する。1回の回転で刃幅を測定できるので、短時間で刃幅を測定できる。

【0012】

好ましくは、前記刃は刃先が真っ直ぐな直刀であり、かつ前記昇降機構により刃を昇降させると共に、複数の高さで前記刃の向きを回転させて、前記刃の刃幅を複数の高さで測定することにより、刃の部分的な消耗も検出する。裁断ヘッドは刃を昇降させる機構を備えているので、この機構で刃を昇降させながら刃幅を複数の高さで測定する。このようにすると、刃の一部が欠けている、特定の高さ範囲で刃が他よりも摩耗しているなどのことも検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施例の裁断機のブロック図

【図2】レーザビームと受光素子を用いる、実施例の刃幅測定方法を示す図

【図3】カメラを用いる、変形例の刃幅測定方法を示す図

【図4】実施例での、刃幅測定アルゴリズムを示すフローチャート

【図5】丸刃での刃幅測定方法（変形例）を示す図

【図6】丸刃での幅測定アルゴリズムを示す変形例のフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、発明を実施するための最適実施例を示す。

【実施例0015】

図１～図６に実施例を示す。図１において、２は裁断機で、図示しない裁断ベッドを備え、裁断するシート材を１枚～複数枚載置する。移動機構４は、裁断ヘッド１０を裁断ベッドに対しＸＹの２方向に移動させる。またコントローラ６は、移動機構４と裁断ヘッド１０を制御する。特には刃１６の刃幅の変化に応じて、刃１６を研磨させ、かつ刃１６でシート材を裁断する軌跡（刃１６の中心などの軌跡）を変化させる。

【0016】

裁断ヘッド１０は、回転機構１２により、昇降機構１３とレシプロ機構１４及び刃１６を回転させる。昇降機構１３はレシプロ機構１４及び刃１６を昇降させ、刃１６をシート材に突き刺しかつシート材から引き抜く。レシプロ機構１４は刃１６を上下に高速で往復させ、シート材を裁断する。刃１６は例えば直刀で、刃先１７が上下に真っ直ぐであるが、図５の丸刃４０などでも良い。大きなストロークでの刃１６の昇降を昇降機構１３により行い、高速での刃１６の往復昇降をレシプロ機構１４により行う。しかしこれらの運動を１つの機構により行っても良い。

【0017】

１８はレーザ光源で、例えば半導体レーザであり、２０は受光素子で、例えばフォトダイオード、焦電素子である。レーザ光源１８と受光素子２０は側面視で刃１６の両側にあり、裁断ヘッド１０に固定で昇降も回転もしない。またレーザ光源１８と受光素子２０は、裁断ベッド上のシート材よりも高い位置に配置する。受光素子２０はレーザビームを受光すると、信号Ｓ１を例えばコントローラ６へ送出する。２２は研磨装置で、回転機構１２により刃１６を回転させて研磨装置の砥石に接触させ、昇降機構１３あるいはレシプロ機構１４により刃１６を研磨装置の砥石に対して摺動させ、刃先１７を研磨する。

【0018】

実施例での刃幅の測定原理を図２に示す。図１の回転機構１２は、刃１６を回転中心２４を中心に回転させる。レーザ光源１８から受光素子２０へのレーザビーム（検出線）を鎖線２５で示す。刃１６の向きがレーザビーム２５に直角な状態が基準状態で、基準状態ではレーザビーム２５は刃１６に遮られ、受光素子２０に届かない。刃１６を、受光素子２０へ向けて、あるいはレーザ光源１８へ向けて、回転中心２４を中心に回転させると、基準状態からのある回転角θで、レーザビームが受光素子２０に届くようになる。受光素子２０によりこの角度θを測定する。

【0019】

回転中心２４から刃先１７までの距離ｒが例えばｒ１の場合、回転角θ１でレーザビームが届くようになる。刃先が１７’まで後退し、回転中心２４と刃先１７’の距離がｒ２の場合、回転角θ２でレーザビームが届くようになる。なおｈはレーザビーム２５から回転中心２４までの距離である。いずれの場合も、
ｒ・COSθ＝ｈ 1)
により、回転中心２４から刃先１７，１７’までの距離（刃幅）を測定できる。レーザビームは細いので、１回の測定で刃幅を測定できる。勿論、刃１６が無い状態から刃が有る状態へ変化する角度を測定しても良い。

【0020】

図３に示すように、レーザ光源１８と受光素子２０の代わりに、カメラ３０を用いることもできる。カメラ３０の所定の画素に、刃１６が写っているかどうかを観察する。カメラ３０からの検出線と回転中心２４との距離をｈとする。刃１６を回転させ、回転角θで所定の画素に刃１６が写らなくなったとする。この時、回転中心２４から刃先１７，１７’までの距離ｒは1)式を充たす。またカメラ３０を用いると、複数個所で刃幅を１回で測定できる。
ｒ・COSθ＝ｈ 1)

【0021】

図４に実施例の刃幅測定アルゴリズムを示す。直刃１６では数分毎に刃幅の測定を行う。コントローラ６は、例えば所定時間刃１６を使用すると、刃幅の測定が必要とする（ステップＳ１）。頻繁に刃幅を測定するので、刃幅測定が裁断を遅らせないように、裁断ヘッド１０が次の裁断のために空走中でかつ刃先を回転させている際に、刃幅を測定する（ステップＳ２）。あるいは、シート材の交換などのため、裁断ヘッド１０がアイドル（実行中の処理がないこと）の際に、刃先を回転させて刃幅を測定する（ステップＳ２）。

【0022】

回転機構１２により、刃１６を目標角度の手前へ高速で回転させる（ステップＳ３）。ここで目標角度は刃先１７の位置を検出する予想角度のことである。これと同時に、昇降機構１３あるいはレシプロ機構１４により刃１６を上昇させ、裁断に用いている高さの刃先１７がレーザビームによる監視位置に来るようにする。目標角度は、例えば前回測定した時の角度をメモリに記憶し、これに基づいて定める。

【0023】

次いで低速で刃１６を回転させ、受光素子２０から見てレーザビームがオフからオンに変化する角度を測定する（ステップＳ４）。ここでさらに刃１６を逆向きに回転させ、レーザビームがオンからオフに変化する角度を測定し、２つの角度の平均角を用いても良い。なお刃幅の測定後は高速で刃の向きを回転させる。

【0024】

高さ方向に沿って刃幅が一様かどうか確認する場合（ステップＳ５）、目標角度の付近で刃を昇降させ、高さを変えてから刃を低速で回転させ、複数の高さで刃幅を測定する（ステップＳ６，Ｓ７）。この測定では刃１６を大きなストロークで昇降させるので、昇降機構１３とレシプロ機構１４を共に用いても良く、昇降機構１３のみで昇降させても良い。

【0025】

なおステップＳ４で測定した角度より僅かに小さな角度に刃先の向きを固定して、刃を昇降させ、レーザビームが受光素子２０から見てオンする高さがあるかどうかを観察しても良い。そしてこの場合、ステップＳ４で測定した角度より僅かに大きな角度に刃先の向きを固定し、再度刃を昇降させ、レーザビームが受光素子２０から見てオフする高さがあるかどうかを観察する。すると刃先位置の分布が許容範囲内かどうかを観察でき、許容範囲から外れている場合その高さを測定できる。

【0026】

実施例では直刀状の刃１６を示したが、図５に示す丸刃４０の刃幅を測定しても良い。４１は円形の刃先で、４２は刃４０の回転軸である。刃４０と回転軸４２を回転中心２４回りに回転させ、刃４０の中心（回転軸４２の中心）から刃先４１までの距離ｒを測定する。回転軸４２の中心からレーザビーム２５までの距離をｈとし、受光素子２０から見てレーザビーム２５がオンする際の角度をθとすると、刃幅を表す距離ｒは1)式で与えられる。
ｒ・COSθ＝ｈ 1)

【0027】

図６に丸刃の場合の測定アルゴリズムを示す。レーザービームは例えば回転軸４２と同じ高さに配置する。ステップＳ１１で刃幅測定の要否を確認し、刃幅を測定する場合、空走中でかつ回転軸４２を回転させている場合、あるいは裁断ヘッド１０がアイドル（実行中の処理がないこと）の際に、丸刃の向きを回転させて刃幅を測定する（ステップＳ１２）。

【0028】

回転軸４２の方向を目標角度の手前へ高速で回転させ（ステップＳ１３）、次いで低速で目標角度を通過するように回転軸４２の方向を回転させる（ステップＳ１４）。この時に、受光素子２０から見てレーザビームがオフからオンに変化する角度θを求め、1)式により刃幅を測定する。

【0029】

刃先４１の位置が円周方向に沿って均一かどうかを確認する場合、ステップＳ１５，Ｓ１６を実行し、確認が不要であればステップＳ１５，Ｓ１６は省略する。角度θよりも僅かに大きい角度と小さい角度とに、回転軸４２の向きを固定し、刃４０を各々1回転させる。刃先４１の位置が均一であれば、１回転の間にレーザビームのオン/オフは変化しない。許容範囲以上に刃先４１の位置が変化している場合、１回転の間にレーザビームのオン/オフが変化する。

【0030】

実施例では目標角度の手前まで高速回転させるが、高速回転させなくても良い。

【符号の説明】

【0031】

２ 裁断機
４ 移動機構
６ コントローラ
１０ 裁断ヘッド
１２ 回転機構
１３ 昇降機構
１４ レシプロ機構
１６ 刃
１７ 刃先
１８ レーザ光源
２０ 受光素子
２２ 研磨装置
２４ 回転中心
３０ カメラ
４０ 丸刃
４１ 刃先

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】