<Desc/Clms Page number 1>
"Laserapparaat met automatische focusseerinrichting".
Onderhavige uitvinding heeft betrekking tot een lasserapparaat, omvattende een inrichting voor het genereren van een laserstraal, een wagen die kan gestuurd worden om zieh volgens een bewegingsas te verplaatsen, en een door deze wagen gedragen focusseerinrichting, waarbij deze focusseerinrichting omvat : een lens voor het focusseren van de laserstraal, een straaltuit met een straaltuitopening waarlangs de gefocusseerde lasterstraal de focusseerinrichting kan verlaten, en middelen voor het instellen van de afstand tussen de lens en de straaltuitopening.
Dergelijke laserapparaten worden onder andere gebruikt voor het automatisch snijden, opwarmen, lassen of oppervlakteharden van metalen voorwerpen, door middel van een laserstraal.
Er bestaan laserapparaten voor het doorsnijden van metalen platen, ook lasersnijmachines genoemd, dewelke de hoger vermelde kenmerken hebben. Deze gekende lasersnijmachines omvatten een wagen die volgens twee onderling loodrecht gerichte horizontale bewegingsassen en volgens een vertikale bewegingsas kan verplaatst worden door respectievelijke aandrijfmiddelen, dewelke door middel van een stuurinrichting numeriek kunnen gestuurd worden.
De door de wagen gedragen focusseerinrichting omvat een snijkop met een hoofdzakelijk cylindrisch bovenste gedeelte, waarop een naar onder toe conisch versmallend onderste gedeelte aansluit. De snijkop is over zijn volledige hoogte hol uitgevoerd en is zowel bovenaan als onderaan open. Het conisch gedeelte en de open onderzijde worden respectievelijk de straaltuit en de straaltuitopening genoemd. De snijkop is met zijn aslijn vertikaal op de wagen bevestigd. In de door de snijkop omsloten holte is een lenshouder voorzien, dewelke een zieh
<Desc/Clms Page number 2>
horizontaal uitstrekkende lens bevat.
Boven de wagen is een inrichting voor het genereren van een laserstraal zo opgesteld dat de laserstraal vertikaal neerwaarts gericht wordt volgens de aslijn van de snijkop. De wagen en de lenshouder zijn verder zo uitgevoerd dat deze laserstraal centraal op de lens terechtkomt, na zijn doorgang door de lens de snijkop via de straaltuitopening kan verlaten, om uiteindelijk terecht te komen op een onder de straaltuit geplaatste metalen plaat.
De stuurinrichting kan geprogrammeerd worden om de wagen automatisch te verplaatsen langs elk van de bewegingsassen. Om een metalen plaat volgens een welbepaalde snijlijn, met de lasersnijmachine door te snijden wordt de stuurinrichting geprogrammeerd om de wagen automatisch volgens een zodanige baan te laten bewegen dat de op de plaat vallende gefocusseerde laserstraal de snijlijn volgt. Het doorsnijden van een metalen plaat gebeurt dus volledig automatisch.
De gekende lasersnijmachines zijn verder ook voorzien van middelen om de afstand tussen de straaltuitopening en de lens manueel in te stellen. Deze instelling is nodig om bij eenzelfde afstand tussen de straaltuitopening en het bovenoppervlak van een te snijden plaat, de afstand tussen de focus van de laserstraal en het plaatoppervlak te kunnen wijzigen. Deze afstand moet immers regelbaar zijn afhankelijk van de dikte van de te snijden plaat. Voor het snijden van relatief dikke platen moet de focus van de laserstraal zieh op een relatief grote afstand boven het plaatoppervlak bevinden, omdat dergelijke platen op de meest efficiente manier worden doorgesneden als de breedte van de laserstraal op het plaatoppervlak relatief groot is.
Voor het snijden van relatief dunne platen mag de focus van de laserstraal zieh op een kleinere afstand boven het
<Desc/Clms Page number 3>
plaatoppervlak bevinden, omdat dergelijke platen op de meest efficiente manier worden doorgesneden als de breedte van de laserstraal op het plaatoppervlak relatief klein is.
Voor het snijden van dikke platen moet de afstand tussen de lens en de straaltuitopening bijgevolg groter ingesteld worden dan voor het snijden van dunne platen.
Bij de gekende lasersnijmachines is, ofwel de straaltuit ten opzichte van de snijkop verplaatsbaar opgesteld, terwijl de lenshouder vast opgesteld is in de snijkop, ofwel de lenshouder verplaatsbaar opgesteld in de snijkop, terwijl de straaltuit vast bevestigd is aan de snijkop. Bij deze machines kan de lens of de straaltuit ten opzichte van de snijkop verplaatst worden doordat het te verplaatsen stuk manueel omhoog of omlaag kan geschroefd worden in de snijkop.
Deze manuele instelling is tijdrovend en weinig nauwkeurig, en wordt als een belemmering ervaren bij het gebruik van een overigens volledig geautomatiseeerde machine.
Het doel van deze uitvinding is om aan dit nadeel te verhelpen door het automatiseren van de instelling van de afstand tussen de lens en de straaltuitopening, bij een laserapparaat met de in de eerste paragraaf van deze beschrijving genoemde kenmerken.
Een verder doel van deze uitvinding is om deze automatisering te realiseren zonder dat het laserapparaat hierdoor veel duurder wordt dan de gekende laserapparaten. Men wil bijgevolg de automatisering tot stand brengen zonder dat een bijkomende bewegingsas noodzakelijk is met een bijkomende numerieke sturing en aandrijfmiddelen om een onderdeel automatisch langs deze bewegingsas te verplaatsen.
De hierboven aangeduide doelstellingen worden bereikt door een laserapparaat te voorzien met de in de eerste paragraaf van deze beschrijving genoemde kenmerken,
<Desc/Clms Page number 4>
waarbij de lens in de richting van de bewegingsas verschuifbaar is in de focusseerinrichting, en op minstens twee verschillende afstanden van de straaltuitopening verwijderd automatisch vergrendelbaar is, terwijl een blokkeermiddel voorzien is, die de lens in een vaste positie ten opzichte van de bewegingsas, kan vasthouden.
Hierdoor kan de instelling van de afstand tussen de lens en de straaltuitopening, vanuit de sturing als volgt automatisch uitgevoerd worden : Eerst wordt de lens ontgrendeld in de focusseerinrichting en wordt ervoor gezorgd dat het blokkeermiddel de lens in een vaste positie ten opzichte van de bewegingsas vasthoudt. Vervolgens wordt de wagen gestuurd om zieh langs de bewegingsas te verplaatsen. Daarbij verschuift de lens in de focusseerinrichting, aangezien ze in een vaste positie ten opzichte van de bewegingsas wordt vastgehouden. De straaltuit daarentegen beweegt met de wagen mee. Als de gewenste afstand tussen de lens en de straaltuitopening bereikt is, wordt de lens in die positie vergrendeld in de focusseerinrichting en wordt ervoor gezorgd dat het blokkeermiddel de lens terug loslaat.
Eens deze instelling uitgevoerd is, is het laserapparaat gebruiksklaar. De wagen wordt vervolgens gestuurd om zieh automatisch volgens de voorziene bewegingsassen te verplaatsen, zodat ten opzichte van een te bewerken voorwerp (bijvoorbeeld een metalen plaat) een vooraf geprogrammeerde baan wordt beschreven, dewelke voor de bewerking (bijvoorbeeld het doorsnijden van de plaat) vereist is. Bij deze verplaatsingen van de wagen blijft de lens op de gewenste afstand van de straaltuitopening verwijderd, vergrendeld.
De instelling van de afstand tussen de lens en de straaltuitopening kan nu volledig automatisch gebeuren, en met dezelfde nauwkeurigheid als de nauwkeurigheid waarmee de wagen ten opzichte van de bewegingsas kan
<Desc/Clms Page number 5>
gepositioneerd worden. Deze automatisering kan bovendien met eenvoudige middelen gerealiseerd worden en vereist geen bijkomende bewegingsas, noch een aandrijfmiddel met sturing om een onderdeel langs deze bewegingsas te verplaatsen, terwijl een aantal stukken met relatief nauwkeurig uitgevoerde schroefdraad, die bij de gekende laserapparaten nodig waren om de instelling van de afstand tussen de lens en de straaltuitopening mogelijk te maken, kunnen weggelaten worden bij het laserapparaat volgens de uitvinding. Dit alles brengt met zieh mee dat het laserapparaat volgens de uitvinding niet duurder is dan de gekende laserapparaten.
Bij een uitvoeringsvorm van het laserapparaat volgens deze uitvinding is de lens in een lenshouder voorzien, dewelke verschuifbaar is in de focusseerinrichting en op minstens twee verschillende afstanden van de straaltuitopening verwijderd automatisch vergrendelbaar is, terwijl de lenshouder gedurende de verplaatsing van de wagen volgens de bewegingsas door een nok kan tegengehouden worden om de afstand tussen de lens en de straaltuitopening in te stellen.
Bij deze uitvoeringsvorm kan de afstand tussen de lens en de straaltuitopening, op zeer eenvoudige wijze en met eenvoudige middelen automatisch ingesteld worden.
Bij voorkeur is de nok daarbij zo voorzien dat deze kan gstuurd worden om een blokkeerpositie in te nemen, waarbij de lenshouder door de nok kan tegengehouden worden, en om een deblokkeerpositie in te nemen, waarbij de lenshouder niet door de nok kan tegengehouden worden.
Hierdoor kan de nok om het even waar langs de bewegingsas opgesteld worden. De wagen met de lenshouder kan immers voorbij de nok verplaatst worden als deze nok in de deblokkeerpositie staat.
Wanneer een vast opgestelde nok voorzien wordt moet deze zo opgesteld zijn dat de verplaatsing van de wagen met de
<Desc/Clms Page number 6>
lenshouder gedurende de werking van het laserapparaat niet belemmerd wordt.
De lenshouder zelf bevindt zieh in de focusseerinrichting, en is bijgevolg niet zeer goed bereikbaar voor een zieh buiten de focusseerinrichting bevindende nok. Dit probleem wordt op een eenvoudige en efficiente manier opgelost door het laserapparaat volgens deze uitvinding, te voorzien van een hendel die enerzijds voorzien is om door de nok te worden vastgehouden en anderzijds voorzien is om de lenshouder vast te houden.
De hendel kan daarbij zo opgesteld worden dat hij goed bereikbaar is voor de nok.
Bij een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van het laserapparaat volgens deze uitvinding is in de behuizing een eerste verend element voorzien, dat op de lenshouder een veerkracht uitoefent in de richting van de straaltuitopening, terwijl de lenshouder gedurende een verplaatsing van de wagen in de richting van de straaltuitopening, door de nok kan tegengehouden worden.
Bij deze uitvoeringsvorm kan de automatische instelling van de afstand tussen de lens en de straaltuitopening als volgt gebeuren : - Terwijl de nok zieh in zijn deblokkeerpositie bevindt wordt de wagen in een zodanige positie gebracht dat bij een verplaatsing van de wagen in de richting van de straaltuitopening, de lenshouder door de in zijn blokkeerpositie geplaatste nok zou tegengehouden worden.
- Vervolgens wordt de nok in zijn blokkeerpositie gebracht.
- Vervolgens wordt de lenshouder ontgrendeld. Als gevolg daarvan beweegt de lenshouder, onder invloed van de veerkracht van het genoemde eerste verend element, in de richting van de straaltuitopening, tot deze wordt tegengehouden door de nok. Uiteindelijk blijft de lenshouder staan in een positie die volledig bepaald is
<Desc/Clms Page number 7>
door de positie van de wagen ten opzichte van zijn bewegingsas.
Bij een daarop volgende verplaatsing van de wagen in de richting van de straaltuitopening verwijdert de lenshouder zieh van de straaltuitopening tegen de veerkracht van het eerste verend element in. Bij een verplaatsing van de wagen in de richting van de straaltuitopening weg, nadert de lenshouder de straaltuitopening onder invloed van die veerkracht.
Bij deze uitvoeringsvorm is het niet noodzakelijk dat de lenshouder ook wordt tegengehouden gedurende een verplaatsing van de wagen in de richting van de straaltuitopening weg. De lenshouder blijft dan immers in de door de nok bepaalde positie doordat hij onder invloed van de veerkracht in de richting van de straaltuitopening gedrukt wordt. Hierdoor kunnen de nok en het door die nok tegen te houden element, (in het bijzonder de hoger genoemde hendel) eenvoudiger uitgevoerd worden.
Als in de hierboven omschreven uitvoeringsvorm, een hendel voorzien is, via dewelke de lenshouder door de nok kan tegengehouden worden, moet deze hendel, samen met de lenshouder in de richting van de bewegingsas verplaatsbaar zijn opgesteld.
Als deze hendel voorzien is om de lenshouder enkel bij een verplaatsing van de wagen in de richting van de straaltuitopening tegen te houden wordt de hendel bijgevolg enkel bij zijn verplaatsing in de tegengestelde richting (van de straaltuitopening weg) tegengehouden door de lenshouder. Teneinde de hendel altijd een positie te doen innemen die afhandelijk is van de positie van de lenshouder, wordt in een andere voorkeurdragende uitvoeringsvorm van het laserapparaat volgens deze uitvinding, een tweede verend element voorzien, dat op de hendel een veerkracht uitoefent in de richting van de straaltuitopening weg, terwijl de door het eerste verend
<Desc/Clms Page number 8>
element uitgeoefende veerkracht groter is dan de door het tweede verend element uitgeoefende veerkracht.
Het hierboven aangeduide verschil in veerkracht van beide verende elementen is noodzakelijk om toe te laten dat de lenshouder na zijn ontgrendeling in de richting van de straaltuitopening beweegt, en daarbij de hendel meeneemt tot deze hendel door de nok wordt tegengehouden.
In een bijzonder voorkeurdragende uitvoeringsvorm heeft de hendel enerzijds een zieh buiten de wagen uitstrekkend gedeelte, dat voorzien is van een eerste lip, dewelke aan de in zijn blokkeerstand geplaatste nok kan vasthaken, en anderzijds een zieh naar de lenshouder toe uitstrekkend gedeelte dat voorzien is van een tweede lip, terwijl de lenshouder voorzien is van een uitsteeksel, hetwelk aan de tweede lip kan vasthaken.
Bij een alternatieve uitvoeringsvorm van het laserapparaat volgens deze uitvinding is een eerste verend element voorzien dat op de lenshouder een veerkracht uitoefent in de richting van de straaltuitopening weg, terwijl de lenshouder gedurende een verplaatsing van de wagen in de richting van de straaltuitopening weg door de nok kan tegengehouden worden.
Bij deze uitvoeringsvorm kan de automatische instelling van de afstand tussen de lens en de straaltuitopening gebeuren door de wagen zo te verplaatsen in de richting van de straaltuitopening weg dat de ontgrendelde lenshouder door de nok wordt tegengehouden.
De lenshouder blijft dan in een vaste positie ten opzichte van de bewegingsas, terwijl de wagen verder kan verplaatst worden. De lenshouder verschuift dus in de focusseerinrichting.
Bij een verplaatsing van de wagen in de richting van de straaltuitopening weg wordt de lenshouder door de nok tegengehouden, en verschuift naar de straaltuitopening toe, tegen de veerkracht van het eerste verend element in. Bij
<Desc/Clms Page number 9>
een verplaatsing van de wagen in de tegenovergestelde richting, verschuift de lenshouder van de straaltuitopening weg, doordat de lenshouder door de veerkracht van het eerste verend element tegen de nok wordt gehouden.
Door het automatisch positioneren van de wagen langs de bewegingsas wordt de gewenste afstand tussen de lens en de straaltuitopeing ingesteld. Vervolgens wordt de lenshouder opnieuw vergrendeld.
Bij deze uitvoeringsvorm moet de lenshouder enkel bij een verplaatsing van de wagen in de richting van de straaltuitopening weg, door de nok tegengehouden kunnen worden. Dit biedt het voordeel dat het onderdeel van de lenshouder dat samenwerkt met de nok zieh nooit langs de van de straaltuitopening weg gerichte kant van de nok moet bevinden. Als de nok opgesteld wordt op een hoogte die de verplaatsingen van de wagen met de lenshouder niet belemmert gedurende zijn normale werking, is een sturing van de nok-om een deblokkeerpositie in te nemenoverbodig.
Bij voorkeur wordt de lenshouder bij deze uitvoeringsorm naar een vaste wand toe geduwd door het eerste verend element, waarbij deze vaste wand en de naar die vaste wand gerichte zijde van de lenshouder schuin naar elkaar toe lopen, waarbij tussen de vaste wand en de genoemde zijde van de lenshouder een tussenstuk voorzien is om de lenshouder op een vaste afstand van de straaltuitopening verwijderd tegen te houden, en waarbij het tussenstuk verschuifbaar is zodat de genoemde afstand gewijzigd wordt.
De vergrendeling van de lenshouder op verschillende afstanden van de straaltuitopening verwijderd kan hierdoor met heel eenvoudige middelen gerealiseerd worden.
Bij nog een andere voorkeurdragende uitvoeringsvorm is de lenshouder verschuifbaar voorzien in
<Desc/Clms Page number 10>
een behuizing dewelke in de richting van de straaltuitopening tegen een zitting van de wagen gedrukt wordt door een derde verend element. Wanneer de focusseerinrichting ergens tegen aanstoot wordt door dit derde verend element een soepelheid geboden die beschadigingen kan vermijden.
Bij voorkeur is de lenshouder zo uitgevoerd dat hij op minstens twee verschillende hoogtes voorzien is van middelen voor het vasthouden van een lens. Dit laat toe om in dezelfde focusseerinrichting lenzen te gebruiken met een sterk verschillende brandpuntsafstand.
Deze uitvinding wordt verder verduidelijkt in de hierna volgende beschrijving van twee mogelijke uitvoeringsvormen van het laserapparaat volgens deze uitvinding. De uitvinding wordt hierdoor echter niet beperkt tot deze uitvoeringsvorm alleen.
In deze beschrijving wordt verwezen naar de hierbijgevoegde figuur 1, die een schematische dwarsdoorsnede voorstelt van een wagen met een focusseerinrichting, van een lasersnijmachine volgens een eerste uitvoeringsvorm volgens deze uitvinding.
Figuren 2 t/m 5, die een schematische dwarsdoorsnede voorstellen van een focusseerinrichting van een lasersnijmachine volgens een tweede uitvoeringsvorm volgens deze uitvinding, waarbij de verschillende figuren de opeenvolgende situaties voorstellen bij het automatisch wijzigen van de afstand tussen de lens en de straaltuitopening.
De op de figuur 1 voorgestelde uitvoeringsvorm van een lasersnijmachine, omvat een wagen (1) die volgens de drie assen X, Y, Z van een orthogonaal assenstelsel verplaatsbaar is. De lasersnijmachine is daarvoor voorzien van gekende geleiding-en aandrijfmiddelen die niet op de figuur zijn voorgesteld. Verder omvat de lasersnijmachine
<Desc/Clms Page number 11>
een algemeen bekende stuurinrichting (niet voorgesteld op de figuur) dewelke kan geprogrammeerd worden om de wagen automatisch een bepaald trajekt te laten afleggen ten opzichte van een door te snijden plaat (21). De sturing is bij voorkeur een numerieke sturing, die de verplaatsingen van de wagen ten opzichte van elk van de assen, de bewegingsassen genoemd, bepaalt volgens een ingebracht programma.
Op de figuur 1 is de richting van de vertikale bewegingsas (Z) door middel van een pijl aangeduid.
Boven de wagen (1) is een gekende inrichting (2) voor het genereren van een laserstraal (3) opgesteld. De laserstraal (3) is neerwaarts gericht volgens de richting (L) van de vertikale bewegingsas (Z). De wagen (1) heeft in de bovenwand (4) een opening (5) die de laserstraal (3) doorlaat. In de onderwand (6) van de wagen (1) is een cirkelvormige opening (7) voorzien.
De wagen (1) draagt een focusseerinrichting (8), die een snijkop (9, 10, 11) en een lenshouder (12) met een focusseerlens (13) omvat. De snijkop (9, 10, 11) heeft een cylindrisch bovengedeelte (9) met een buitendiameter die groter is dan de diameter van de opening (7) in de onderwand (6) van de wagen (1), een middengedeelte (10) met een buitendiameter die kleiner is dan de diameter van die opening (7), en een conisch ondergedeelte (11) met een naar onder toe verkleinende diameter. Dit conisch gedeelte noemen we verder de straaltuit (11).
De inrichting (2) voor het genereren van de laserstraal (3) bevindt zieh niet noodzakelijk loodrecht boven de wagen (1). De laserstraal (3) kan immers op om het even welke plaats gegenereerd worden en door weerkaatsing op een of meerdere spiegels op de lens (13) gericht worden.
Het bovengedeelte (9) van de snijkop (9,10, 11) wordt door de onderwand (6) van de wagen ondersteund op een
<Desc/Clms Page number 12>
zitting (14), in een positie waarbij het middengedeelte (10) zieh vertikaal neerwaarts door de opening (7) in die onderwand (6) uitstrekt.
In de snijkop (9,10, 11) is centraal een zieh over de volledige hoogte ervan uitstrekkende holte (15) voorzien. De snijkop (9,10, 11) is zowel bovenaan als onderaan open. Vanaf de open bovenkant van de snijkop (9, 10, 11) is de holte (15) in het bovengedeelte (9) en in het middengedeelte (10) hoofdzakelijk cylindrisch van vorm.
In de straaltuit (11) versmalt de holte (15) conisch in de richting van de open onderkant, de straaltuitopening (16) genoemd.
Het cylindrisch gedeelte van de holte (15) heeft vanaf de bovenkant over een beperkte hoogte een eerste diameter, vervolgens over een beperkte hoogte een tweede diameter die kleiner is dan de eerste diameter, en heeft vervolgens tot de onderkant een derde diameter die groter is dan de tweede diameter en kleiner is dan de eerste diameter. Bij de overgang van de tweede naar de derde diameter is een naar onder gerichte radiaal inspringende rand (17) gevormd, waarvan het nut verder in deze beschrijving wordt verduidelijkt.
In het cylindrisch gedeelte van de holte (15) is de lenshouder (12) voorzien. De lenshouder (12) is hoofdzakelijk cylindrisch met een diameter die een weinig kleiner is dan de hierboven genoemde tweede diameter, en eindigt onderaan met een cylindrisch gedeelte (18) met een diameter die groter is dan de hierboven genoemde tweede diameter en een weinig kleiner is dan de hierboven genoemde derde diameter. Dit gedeelte (18) bevindt zieh in het cylindrisch gedeelte van de holte (15) onder de radiaal inspringende rand (17).
Doordat de lenshouder (12) onderaan een gedeelte (18) heeft met grotere diameter wordt een naar boven gerichte uitspringende rand (19) gevormd.
<Desc/Clms Page number 13>
De snijkop (9,10, 11) en de lenshouder (12) zijn met hun aslijn vertikaal opgesteld. De lenshouder (12) is daarbij in vertikale richting verschuifbaar in de holte (15) in de snijkop (9, 10, 11).
De lenshouder (12) is op twee verschillende hoogtes voorzien van gekende middelen (20) voor het horizontaal vasthouden van een lens (13). Verder is de lenshouder (12) zo uitgevoerd dat een vanaf de bovenkant vertikaal neerwaarts gerichte laserstraal (3) de lens (13) kan bereiken en na zijn doorgang door de lens (13) de snijkop (9,10, 11) kan verlaten via de straaltuitopening (16). De inrichting (2) voor het genereren van de laserstraal (3) is zo opgesteld dat de laserstraal (3) vertikaal en centraal op de lens (13) terechtkomt. De gefocusseerde laserstraal (3') wordt dan gebruikt voor het doorsnijden van een horizontaal onder de straaltuitopening (11) geplaatste metalen plaat (21).
Tussen de opwaarts gerichte radiaal uitspringende rand (19) van de lenshouder (12) en de neerwaarts gerichte radiaal inspringende rand (17) in de holte (15) van de snijkop (9,10, 11) is een spiraalveer (22) voorzien, dewelke op de lenshouder (12) een naar de straaltuitopening (16) gerichte veerkracht uitoefent.
In het gedeelte met eerste diameter, van het cylindrisch gedeelte van de holte (15) is aan de wand van de holte (15) een vergrendelmechanime bevestigd, dat voorzien is om de lenshouder (12) op een groot aantal verschillende hoogtes in een vaste positie ten opzichte van de snijkop (9, 10,11) te vergrendelen. Dit vergrendelmechanisme omvat bijvoorbeeld een pen (23), terwijl in de rand van de lenshouder (12) op verschillende hoogtes een groot aantal uitsparingen (24) voorzien zijn. De pen (23) kan door gekende aandrijfmiddelen (niet voorgesteld op de figuur) horizontaal verplaatst worden om hetzij in een uitsparing (24) van de lenshouder (12) te
<Desc/Clms Page number 14>
schuiven en deze te vergrendelen, hetzij zieh uit een dergelijke uitsparing (24) terug te trekken en de lenshouder (12) zodoende te ontgrendelen.
De genoemde aandrijfmiddelen kunnen door de stuurinrichting gestuurd worden, zodat de vergrendeling of de ontgrendeling automatisch kan gebeuren. Doordat de lenshouder (12) op verschillende hoogtes automatisch vergrendelbaar is in de holte (15) van de snijkop (9,10, 11), kan de lens (13) op verschillende afstanden van de straaltuitopening (16) verwijderd automatisch vergrendeld worden.
Op zijn bovenoppervlak heeft de lenshouder (12) een naar boven toe uitstekende arm (25), die eindigt met een zijdelings gericht uitsteeksel (26). Een staafvormige hendel (27) steekt vertikaal doorheen een opening in de bovenwand (4) van de wagen (1). Onder deze bovenwand (4) is de hendel (27) voorzien van een zijdelings gerichte lip (28) die zieh vertikaal onder het genoemde uitsteeksel (26) uitstrekt. De hendel (27) is in vertikale richting verschuifbaar ten opzichte van de wagen (1) en stoot bij een opwaartse verschuiving met de lip (28) tegen het uitsteeksel (26). Boven de bovenwand (4) van de wagen (1) heeft de hendel (27) op het uiteinde een horizontaal dwarsstuk (29).
Tussen de dwarsstuk (29) en de bovenwand (4) is een spiraalveer (30) voorzien die op de hendel (27) een opwaarts gerichte veerkracht uitoefent.
Op een vaste plaats langs de bewegingsas (Z) is een door gekende aandrijfmiddelen (niet voorgesteld op de figuur) horizontaal verplaatsbare nok (31) opgesteld. Deze aandrijfmiddelen kunnen door de stuurinrichting gestuurd worden om de nok automatisch hetzij in een blokkeerpositie, hetzij in een deblokkeerpositie te plaatsen.
In de blokkeerpositie bevindt de nok (31) zieh in een positie waarbij de hendel (27) bij een vertikale verplaatsing door de nok (31) kan tegengehouden worden doordat het dwarsstuk (29) tegen de nok (31) aanstoot. Als
<Desc/Clms Page number 15>
de nok (31) zieh in de deblokkeerpositie bevindt (zoals voorgesteld op de figuur) wordt de hendel (27) niet tegengehouden. Op de figuur is met een pijl (a) aangeduid in welke richting de nok (31) verplaatst wordt om zijn blokkeerpositie in te nemen.
Tussen de bovenwand (4) van de wagen (1) en de bovenzijde van de snijkop (9, 10, 11) is een spiraalveer (32) voorzien, die op de snijkop (9, 10, 11) een neerwaarts gerichte veerkracht uitoefent, zodat het bovengedeelte (9) van de snijkop (9, 10, 11) op de zitting (14) op de onderwand (6) van de wagen (1) wordt gedrukt.
Bij deze lasersnijmachine volgens de uitvinding kan de afstand tussen de lens (13) en de straaltuitopening (16) volledig automatisch ingesteld worden. Daarvoor moet de stuurinrichting geprogrammeerd worden om de wagen (1), het vergrendelmechanisme (23) en de nok (31) zo te sturen dat de volgende werkwijze wordt gevolgd :
De nok (31) wordt in zijn deblokkeerpositie geplaatst ;
De wagen (1) wordt vervolgens in een positie geplaatst waarbij het dwarsstuk (29) van de hendel (27) zieh hoger bevindt dan de nok (31) ;
De nok (31) wordt daarna in zijn blokkeerpositie geplaatst ;
De lenshouder (12) wordt vervolgens ontgrendeld door de pen (23) terug te trekken uit de tegenoverliggende uitsparing (24) in de wand van de lenshouder (12).
Hierdoor schuift de lenshouder (12) onder invloed van de veerkracht van de veer (22), naar beneden in de holte (15) van de snijkop (9,10, 11). Het uitsteeksel (26) van de lenshouder (12) stoot daarbij tegen de lip (28) van de hendel (27), zodat de hendel (27) neerwaarts wordt meegenomen door de lenshouder (12), tegen de veerkracht van de spiraalveer (30) in. De neerwaartse beweging van de hendel (27) wordt gestopt doordat het dwarsstuk (29) uiteindelijk tegen de nok (31) aanstoot.
<Desc/Clms Page number 16>
Doordat de lenshouder (12) met zijn uitsteeksel (26) aan de lip (28) van de hendel (27) is vastgehaakt, blijft ook de lenshouder (12) op een vaste hoogte staan.
EMI16.1
De positie van de lenshouder (12) dus ook van de lens (13) dan volledig bepaald door de positie van de wagen (1) op de bewegingsas (Z).
De wagen (1) wordt vervolgens verplaatst op de bewegingsas (Z) naar de positie, waarbij de gewenste afstand tussen de lens (13) en de straaltuitopening (16) bereikt is.
Daarna wordt de pen (23) in de tegenoverliggende uitsparing (24) in de wand van de lenshouder (12) geschoven, zodat de lenshouder (12) vergrendeld is in de snijkop (9, 10, 11).
De nok (31) wordt tenslotte in zijn deblokkeerpositie geplaatst.
Doordat de lenshouder (12) vergrendeld is in de snijkop (9, 10, 11) blijft de ingestelde afstand tussen de lens (13) en de straaltuitopening (16) behouden. De wagen (1) kan nu gestuurd worden om de plaat (21) automatisch volgens de gewenste snijlijn door te snijden.
De op de figuren 2 t/m 5 voorgestelde uitvoeringsvorm van een lasersnijmachine omvat eveneens een wagen (1) die door middel van een gekende stuurinrichting, kan gestuurd worden om zieh volgens de drie assen X, Y, Z van een orthogonaal assenstelsel te verplaatsen ten opzichte van een door te snijden plaat (11). Deze verplaatsingen gebeuren automatisch volgens een ingebracht programma. De wagen (1) werd op de figuren 2 t/m 5 niet voorgesteld. De richting van de vertikale bewegingsas (Z) werd door middel van een pijl aangeduid.
Deze lasersnijmachine omvat een gekende inrichting voor het genereren van een laserstraal (3), dewelke niet voorgesteld werd op de figuren 2 t/m 5. Deze laserstraal (3) is neerwaarts gericht volgens de richting
<Desc/Clms Page number 17>
(L) van de vertikale bewegingsas (Z).
De wagen (1) draagt een focusseerinrichting (8), die een holle snijkop (38,11) en een lenshouder (12) met een lens (13) omvat.
De snijkop (38, 11) is cylindrisch uitgevoerd met een conisch ondergedeelte, de straaltuit (11) genoemd. De inwendige ruimte (15) van de snijkop (38,11) is cylindrisch vanaf de bovenkant tot aan de straaltuit (11), waar een opwaarts gerichte radiaal inspringende rand (39) voorzien is. Vanaf die rand (39) is de inwendige ruimte (15) conish uitgevoerd met een naar onder toe verkleinende diameter. In de inwendige ruimte (15) van de snijkop (38, 11) is de lenshouder (12) met de lens (13) opgesteld.
De lenshouder (12) en de snijkop (38,11) zijn zo uitgevoerd dat de laserstraal (3) vanaf de bovenkant in de focusseerinrichting (8) kan terechtkomen, en door de lens (13) kan gefocusseerd worden, en dat de gefocusseerde laserstraal (3') de focusseerinrichting (8) kan verlaten via de straaltuitopening (16).
De lenshouder (12) is voorzien van een zijdelings uitstekende arm (36), dewelke doorheen een opening (40) in de wand van de snijkop (38,11) uitsteekt. In de snijkop (38,11) is een spiraalveer (37) voorzien, tussen enerzijds de radiaal inspringende rand (39) en anderzijds de onderzijde van de lenshouder (12). Deze spiraalveer (37) oefent bijgevolg een veerkracht uit op de lenshouder (12) in de richting van de straaltuitopening (16) weg.
De bovenzijde (41) van de lenshouder (12) is hellend uitgevoerd, terwijl zich boven deze bovenzijde (41) een horizontale wand (42) van de snijkop (38,11) uitstrekt. Tussen deze wand (42) en de bovenzijde (41) van de lenshouder (12) bevindt zieh een spievormig tussenstuk (34) met een horizontaal bovenvlak en een naar het bovenvlak toe lopend ondervlak met dezelfde helling als de bovenzijde (41) van de lenshouder (12).
<Desc/Clms Page number 18>
Door middel van een aan de snijkop (38,11) bevestigd pneumatisch element (33) kan het tussenstuk (34) horizontaal verplaatst worden. Vanzelfsprekend zijn de wand (42) en het tussenstuk (34) zo voorzien dat ze de doorgang van de laserstraal (3) niet belemmeren.
De lenshouder (12) is in vertikale richting verschuifbaar in de snijkop (38,11) en wordt door de veer (37) tegen het ondervlak van het tussenstuk (34) geduwd.
Het tussenstuk (34) ligt met zijn bovenvlak tegen de wand (42). Het tussenstuk (34) houdt de lenshouder (12) dus tegen. De afstand tussen de lens (13) en de straaltuitopening (16) wordt daarbij bepaald door de positie van het tussenstuk (34) Naarmate het tussenstuk (34) zich verder naar rechts bevindt wordt de lenshouder (12) immers dichter bij de straaltuitopening (16) tegengehouden.
Verder is er ook een vaste nok (43) voorzien, die zo opgesteld is dat de arm (36) van de lenshouder (12) tegen deze nok (43) kan aanstoten. De opstellingshoogte van de nok (43) is daarbij zodanig dat dit aanstoten van de arm (36) tegen de nok (43) plaatsvindt als de wagen (1) zieh boven zijn normale werkingshoogte bevindt.
De automatische instelling van de afstand tussen de lens (13) en de straaltuitopening gebeurt als volgt (zie figuren 2 t/m 5).
Bij de werking van de lasersnijmachine (zie figuur 2) brengt de wagen (l) de snijkop (38, 11) op een bepaalde hoogte (h) boven een door te snijden plaat (21).
De afstand tussen de lens (13) en de straaltuitopening (16) is daarbij zo door het tussenstuk (34) bepaald dat een afstand (F,) tussen de focus van de laserstraal (3') en het bovenoppervlak van de plaat (21) bekomen is.
Om de afstand tussen de lens (13) en de straaltuitopening (16) te wijzigen (zie figuur 3) wordt de wagen (1) volgens de bewegingsas (Z) naar boven toe
<Desc/Clms Page number 19>
verplaatst (met pijl a aangeduid op figuur 3) tot de arm (36) van de lenshouder (12) tegen de nok (43) aanstoot.
Bij een verdere verplaatsing van de wagen (1) naar boven toe wordt de lenshouder (12) tegengehouden en verschuift in de snijkop (38,11) naar beneden toe, tegen de veerkracht van de spiraalveer (37) in. De lenshouder (12) drukt nu niet meer met zijn bovenzijde (41) tegen het tussenstuk (34). Door sturing van het pneumatisch element (33) wordt het tussenstuk (34) naar links verschoven. (met pijl b aangeduid op figuur 3).
Door verplaatsing van de wagen (1) volgens de vertikale bewegingsas (Z) wordt de nieuwe afstand tussen de lens (13) en de straaltuitopening (16) ingesteld (zie figuur 4). Daarna wordt het pneumatisch element (34) gestuurd om het tussenstuk (34) terug naar rechts te verschuiven (zie pijl b op figuur 4), totdat het met zijn ondervlak in kontakt komt met de bovenzijde (41) van de lenshouder (12). De lenshouder (12) is nu vergrendeld in zijn nieuwe positie.
De wagen (1) wordt nu terug naar beneden toe verplaatst (zie pijl a op figuur 5), tot de snijkop (38, 11) zieh op de hoogte (h) boven de plaat (21) bevindt (zie figuur 5). Door de wijziging van de afstand tussen de lens (13) en de straaltuitopening (16) wordt nu ten opzichte van de beginsituatie (zie figuur 2) een andere afstand (F2) bekomen tussen de focus van de laserstraal (3') en het bovenoppervlak van de plaat (21).
Bij de hierboven omschreven uitvoeringsvormen is de automatisering van de instelling van de afstand tussen de lens (13) en de straaltuitopening (16) gerealiseerd met eenvoudige middelen, en zonder dat een bijkomende bewegingsas met bijkomende sturing en aandrijfmiddelen vereist is, zodat deze lasersnijmachines niet duurder zijn dan de bestaande lasersnijmachines, waarbij deze instelling manueel dient te gebeuren.
<Desc / Clms Page number 1>
"Laser device with automatic focusing device".
The present invention relates to a welder, comprising a device for generating a laser beam, a carriage which can be controlled to move along an axis of movement, and a focusing device carried by this carriage, the focusing device comprising: a lens for focusing laser beam, a beam nozzle with a beam nozzle through which the focused laser beam can exit the focusing device, and means for adjusting the distance between the lens and the beam nozzle.
Such laser devices are used, inter alia, for automatic cutting, heating, welding or surface hardening of metal objects, by means of a laser beam.
There are laser devices for cutting metal plates, also called laser cutting machines, which have the above-mentioned characteristics. These known laser cutting machines comprise a carriage which can be moved along two mutually perpendicularly directed horizontal axes of movement and along a vertical axis of movement by respective driving means, which can be controlled numerically by means of a steering device.
The focusing device carried by the carriage comprises a cutting head with a mainly cylindrical top part, to which a bottom conical tapering down part connects. The cutting head is hollow over its full height and is open at the top and bottom. The conical part and the open bottom are called the jet nozzle and the jet nozzle opening, respectively. The cutting head is mounted vertically on the carriage with its axis. A lens holder is provided in the cavity enclosed by the cutting head, which is a see-through
<Desc / Clms Page number 2>
horizontally extending lens.
Above the carriage, a laser beam generating device is arranged so that the laser beam is vertically directed downward along the axis of the cutting head. The carriage and the lens holder are also designed in such a way that this laser beam lands centrally on the lens, after it has passed through the lens it can leave the cutting head via the beam nozzle, and eventually ends up on a metal plate placed under the beam nozzle.
The steering system can be programmed to automatically move the vehicle along any of the movement axes. To cut a metal sheet along a defined cutting line, with the laser cutting machine, the steering is programmed to automatically move the carriage along a path such that the focused laser beam falling on the sheet follows the cutting line. The cutting of a metal plate is therefore fully automatic.
The known laser cutting machines are furthermore provided with means for manually adjusting the distance between the beam opening and the lens. This setting is necessary in order to be able to change the distance between the focus of the laser beam and the plate surface at the same distance between the beam opening and the top surface of a sheet to be cut. After all, this distance must be adjustable depending on the thickness of the plate to be cut. For cutting relatively thick plates, the focus of the laser beam should be at a relatively great distance above the plate surface, because such plates are cut in the most efficient way if the width of the laser beam on the plate surface is relatively large.
For cutting relatively thin plates, the focus of the laser beam may be a smaller distance above it
<Desc / Clms Page number 3>
plate surface, because such plates are cut in the most efficient manner if the width of the laser beam on the plate surface is relatively small.
Therefore, for cutting thick plates, the distance between the lens and the beam opening must be set larger than for cutting thin plates.
In the known laser cutting machines, either the beam nozzle is arranged movably with respect to the cutting head, while the lens holder is arranged fixedly in the cutting head, or the lens holder is arranged movably in the cutting head, while the beam nozzle is fixedly mounted on the cutting head. With these machines, the lens or the nozzle can be moved relative to the cutting head because the piece to be moved can be screwed up or down manually in the cutting head.
This manual adjustment is time consuming and not very accurate, and is perceived as an obstacle when using an otherwise fully automated machine.
The object of the present invention is to overcome this drawback by automating the adjustment of the distance between the lens and the beam aperture in a laser device having the features mentioned in the first paragraph of this description.
A further object of this invention is to realize this automation without the laser device becoming much more expensive than the known laser devices. Accordingly, it is desired to accomplish the automation without the need for an additional axis of movement with an additional numerical control and drive means to automatically move a part along this axis of movement.
The objectives indicated above are achieved by providing a laser device with the features mentioned in the first paragraph of this description,
<Desc / Clms Page number 4>
the lens being slidable in the direction of movement in the focusing device, and automatically lockable at least two different distances from the beam aperture, while a locking means is provided which can hold the lens in a fixed position relative to the movement axis .
This allows automatic adjustment of the distance between the lens and the beam aperture from the controller as follows: First, the lens is unlocked in the focusing device and the blocking means is held to hold the lens in a fixed position relative to the axis of movement . The carriage is then steered to move along the axis of movement. The lens herein shifts in the focusing device, since it is held in a fixed position relative to the axis of movement. The jet nozzle, on the other hand, moves with the car. When the desired distance between the lens and the beam aperture is reached, the lens is locked in that position in the focusing device and the blocking means is released from the lens.
Once this setting has been made, the laser device is ready for use. The carriage is then steered to move automatically according to the provided axes of movement, so that a preprogrammed path is described in relation to an object to be processed (for example a metal plate), which is required for the processing (for example cutting the plate) . During these movements of the carriage, the lens remains locked at the desired distance from the beam aperture.
The adjustment of the distance between the lens and the beam aperture can now be done fully automatically, and with the same accuracy as the accuracy with which the car can be moved relative to the axis of movement
<Desc / Clms Page number 5>
be positioned. Moreover, this automation can be accomplished with simple means and does not require an additional axis of movement, nor a drive means with control to move a part along this axis of motion, while a number of relatively accurately threaded pieces required by the known laser devices to adjust the the distance between the lens and the beam aperture may be omitted in the laser device of the invention. All this implies that the laser device according to the invention is no more expensive than the known laser devices.
In an embodiment of the laser device according to the present invention, the lens is provided in a lens holder, which is slidable in the focusing device and is automatically lockable at least two different distances from the beam aperture, while the lens holder is moved along the axis of movement during the movement of the carriage a cam can be stopped to adjust the distance between the lens and the beam opening.
In this embodiment, the distance between the lens and the beam aperture can be automatically adjusted in a very simple manner and with simple means.
Preferably, the cam is provided in such a way that it can be controlled to assume a blocking position, whereby the lens holder can be retained by the cam, and to assume a unlocking position, wherein the lens holder cannot be retained by the cam.
This allows the cam to be positioned anywhere along the axis of movement. After all, the carriage with the lens holder can be moved past the cam if this cam is in the unlocking position.
When a fixed cam is provided, it must be arranged in such a way that the carriage moves with the
<Desc / Clms Page number 6>
lens holder is not obstructed during the operation of the laser device.
The lens holder itself is located in the focusing device, and is therefore not very easily accessible for a cam located outside the focusing device. This problem is solved in a simple and efficient manner by providing the laser device according to the invention with a handle which is provided on the one hand to be held by the cam and on the other hand to hold the lens holder.
The lever can be arranged in such a way that it is easily accessible for the cam.
In a preferred embodiment of the laser device according to the invention, a first resilient element is provided in the housing, which exerts a spring force on the lens holder in the direction of the beam aperture, while the lens holder during a movement of the carriage in the direction of the beam aperture, can be stopped by the cam.
In this embodiment, the automatic adjustment of the distance between the lens and the beam aperture can be done as follows: - While the cam is in its unlocking position, the carriage is positioned so that when the carriage is moved towards the beam aperture , the lens holder would be stopped by the cam placed in its blocking position.
- Then the cam is brought into its blocking position.
- Then the lens holder is unlocked. As a result, under the influence of the resilience of said first resilient element, the lens holder moves in the direction of the beam aperture until it is stopped by the cam. Ultimately, the lens holder remains in a position that is fully determined
<Desc / Clms Page number 7>
by the position of the carriage relative to its axis of movement.
In a subsequent movement of the carriage in the direction of the beam opening, the lens holder removes the beam opening against the resilience of the first resilient element. When the carriage is moved in the direction of the beam opening, the lens holder approaches the beam opening under the influence of that resilience.
In this embodiment, it is not necessary for the lens holder to also be retained during a movement of the carriage toward the beam aperture. After all, the lens holder then remains in the position determined by the cam because it is pressed in the direction of the radiation aperture under the influence of the spring force. This makes it easier to design the cam and the element to be restrained by that cam (in particular the above-mentioned handle).
If, in the above-described embodiment, a handle is provided, through which the lens holder can be retained by the cam, this handle must be disposed together with the lens holder in the direction of the axis of movement.
If this handle is provided to stop the lens holder only when the carriage is moved towards the beam aperture, the handle is therefore only held by the lens holder when moving in the opposite direction (away from the beam aperture). In order to always make the handle assume a position which is dependent on the position of the lens holder, in a further preferred embodiment of the laser device according to the present invention, a second resilient element is provided, which exerts a spring force on the handle in the direction of the jet aperture away, while springing through the first
<Desc / Clms Page number 8>
resilience exerted is greater than the resilience exerted by the second resilient element.
The above-mentioned difference in spring force of the two resilient elements is necessary to allow the lens holder to move towards the beam aperture after unlocking, taking the handle with it until this handle is held by the cam.
In a particularly preferred embodiment, the handle has, on the one hand, a part extending outside the carriage, which is provided with a first lip, which can hook onto the cam placed in its blocking position, and on the other hand, a part extending towards the lens holder, which is provided with a second lip, while the lens holder is provided with a projection which can hook onto the second lip.
In an alternative embodiment of the laser device according to this invention, a first resilient element is provided which exerts a spring force on the lens holder in the direction of the beam aperture, while the lens holder moves away through the cam during a movement of the carriage in the direction of the beam aperture can be stopped.
In this embodiment, the automatic adjustment of the distance between the lens and the beam aperture can be accomplished by moving the carriage toward the beam aperture so that the unlocked lens holder is retained by the cam.
The lens holder then remains in a fixed position relative to the axis of movement, while the carriage can be moved further. The lens holder thus shifts in the focusing device.
When the carriage is moved in the direction of the beam aperture away, the lens holder is retained by the cam and slides towards the beam aperture, against the spring force of the first resilient element. Bee
<Desc / Clms Page number 9>
displacement of the carriage in the opposite direction shifts the lens holder away from the beam aperture by holding the lens holder against the cam by the spring force of the first resilient element.
The desired distance between the lens and the beam aperture is set by automatically positioning the carriage along the axis of movement. The lens holder is then locked again.
In this embodiment, the lens holder must be able to be retained by the cam only when the carriage is moved in the direction of the radiation aperture. This offers the advantage that the part of the lens holder which cooperates with the cam must never be located along the side of the cam facing away from the radiation aperture. If the cam is positioned at a height that does not interfere with the movement of the carriage with the lens holder during its normal operation, steering of the cam to assume a release position is unnecessary.
Preferably, in this embodiment, the lens holder is pushed towards a fixed wall by the first resilient element, wherein this fixed wall and the side of the lens holder directed towards that fixed wall run obliquely towards each other, wherein between the fixed wall and the said side the lens holder is provided with an intermediate piece for retaining the lens holder at a fixed distance from the radiation aperture, and wherein the intermediate piece is slidable so that said distance is changed.
The locking of the lens holder at different distances from the beam aperture can hereby be realized with very simple means.
In yet another preferred embodiment, the lens holder is slidably provided
<Desc / Clms Page number 10>
a housing which is pressed against a seat of the carriage in the direction of the jet opening by a third resilient element. When the focusing device bumps against something, this third resilient element offers a flexibility which can avoid damage.
The lens holder is preferably designed in such a way that it is provided with means for holding a lens at at least two different heights. This makes it possible to use lenses with a very different focal length in the same focusing device.
This invention is further elucidated in the following description of two possible embodiments of the laser device according to this invention. However, this does not limit the invention to this embodiment alone.
In this description reference is made to the appended figure 1, which represents a schematic cross section of a carriage with a focusing device, of a laser cutting machine according to a first embodiment according to the present invention.
Figures 2 through 5, which are a schematic cross-sectional view of a laser cutting machine focusing device according to a second embodiment of the present invention, the various figures representing successive situations in automatically changing the distance between the lens and the beam aperture.
The embodiment of a laser cutting machine shown in Figure 1 comprises a carriage (1) which is movable along the three axes X, Y, Z of an orthogonal axis system. The laser cutting machine is therefore provided with known guiding and driving means which are not shown in the figure. Furthermore, the laser cutting machine includes
<Desc / Clms Page number 11>
a generally known steering device (not shown in the figure) which can be programmed to let the car automatically travel a certain distance with respect to a plate (21) to be cut. The control is preferably a numerical control, which determines the displacements of the carriage relative to each of the axes, called the axes of movement, according to an inserted program.
In the figure 1 the direction of the vertical axis of movement (Z) is indicated by an arrow.
A known device (2) for generating a laser beam (3) is arranged above the carriage (1). The laser beam (3) is directed downwards according to the direction (L) of the vertical axis of movement (Z). The carriage (1) has an opening (5) in the top wall (4) that allows the laser beam (3) to pass. A circular opening (7) is provided in the bottom wall (6) of the carriage (1).
The carriage (1) carries a focusing device (8), which includes a cutting head (9, 10, 11) and a lens holder (12) with a focusing lens (13). The cutting head (9, 10, 11) has a cylindrical top section (9) with an outer diameter greater than the diameter of the opening (7) in the bottom wall (6) of the carriage (1), a center section (10) with an outside diameter less than the diameter of that opening (7), and a conical bottom portion (11) of a downwardly decreasing diameter. We further call this conical section the jet nozzle (11).
The device (2) for generating the laser beam (3) is not necessarily perpendicular to the carriage (1). The laser beam (3) can after all be generated at any place and be reflected by reflection on one or more mirrors on the lens (13).
The top section (9) of the cutting head (9, 10, 11) is supported by the bottom wall (6) of the carriage on a
<Desc / Clms Page number 12>
seat (14), in a position where the center portion (10) extends vertically downwardly through the opening (7) in said bottom wall (6).
A cavity (15) extending over its entire height is provided centrally in the cutting head (9, 10, 11). The cutting head (9,10, 11) is open at the top and bottom. From the open top of the cutting head (9, 10, 11), the cavity (15) in the top portion (9) and in the center portion (10) is mainly cylindrical in shape.
In the jet nozzle (11), the cavity (15) narrows conically towards the open bottom, called the jet nozzle (16).
The cylindrical portion of the cavity (15) has a first diameter from the top over a limited height, then a second diameter over a limited height that is smaller than the first diameter, and then has a third diameter greater than the bottom from the second diameter and is smaller than the first diameter. At the transition from the second to the third diameter, a downwardly directed radially recessed rim (17) is formed, the usefulness of which is further explained in this description.
The lens holder (12) is provided in the cylindrical part of the cavity (15). The lens holder (12) is substantially cylindrical with a diameter slightly smaller than the above-mentioned second diameter, and ends at the bottom with a cylindrical portion (18) with a diameter larger than the above-mentioned second diameter and slightly smaller than the above mentioned third diameter. This portion (18) is located in the cylindrical portion of the cavity (15) below the radially recessed edge (17).
Since the lens holder (12) has a larger diameter portion (18) at the bottom, an upwardly projecting rim (19) is formed.
<Desc / Clms Page number 13>
The cutting head (9,10, 11) and the lens holder (12) are arranged vertically with their axis. The lens holder (12) is slidable in the vertical direction in the cavity (15) in the cutting head (9, 10, 11).
The lens holder (12) is provided at two different heights with known means (20) for holding a lens (13) horizontally. Furthermore, the lens holder (12) is designed such that a laser beam (3) directed vertically downwards from the top can reach the lens (13) and, after passing through the lens (13), exit the cutting head (9,10, 11) via the beam aperture (16). The device (2) for generating the laser beam (3) is arranged such that the laser beam (3) lands vertically and centrally on the lens (13). The focused laser beam (3 ') is then used to cut a metal plate (21) placed horizontally below the beam opening (11).
A coil spring (22) is provided between the upwardly directed radially projecting rim (19) of the lens holder (12) and the downwardly directed radially projecting rim (17) in the cavity (15) of the cutting head (9, 10, 11), which exerts on the lens holder (12) a resilience directed towards the beam opening (16).
In the first diameter portion of the cylindrical portion of the cavity (15), a locking mechanism is provided on the wall of the cavity (15), which is provided around the lens holder (12) at a wide variety of heights in a fixed position lock with respect to the cutting head (9, 10,11). This locking mechanism comprises, for example, a pin (23), while in the rim of the lens holder (12) a large number of recesses (24) are provided at different heights. The pin (23) can be moved horizontally by known drive means (not shown in the figure) to either be in a recess (24) of the lens holder (12)
<Desc / Clms Page number 14>
and lock it, or withdraw it from such a recess (24), thereby unlocking the lens holder (12).
The said drive means can be controlled by the steering device, so that the locking or unlocking can take place automatically. Because the lens holder (12) is automatically lockable at different heights in the cavity (15) of the cutting head (9, 10, 11), the lens (13) can be automatically locked at different distances from the blast nozzle (16).
On its top surface, the lens holder (12) has an upwardly projecting arm (25), which terminates with a laterally directed projection (26). A rod-shaped handle (27) extends vertically through an opening in the top wall (4) of the carriage (1). Below this top wall (4), the handle (27) is provided with a laterally directed lip (28) extending vertically below said protrusion (26). The handle (27) is displaceable in vertical direction relative to the carriage (1) and, when shifted upwards, the lip (28) hits the protrusion (26). Above the top wall (4) of the carriage (1), the handle (27) on the end has a horizontal crosspiece (29).
A coil spring (30) is provided between the crosspiece (29) and the top wall (4), which exerts an upwardly directed spring force on the handle (27).
At a fixed position along the axis of movement (Z) a horizontally displaceable cam (31) is known by known drive means (not shown in the figure). These drive means can be controlled by the steering device to automatically position the cam either in a blocking position or in a unlocking position.
In the blocking position, the cam (31) is in a position in which the handle (27) can be stopped during vertical displacement by the cam (31) because the cross piece (29) abuts the cam (31). As
<Desc / Clms Page number 15>
the cam (31) being in the unlocking position (as shown in the figure), the handle (27) is not retained. In the figure, an arrow (a) indicates in which direction the cam (31) is moved to assume its blocking position.
Between the top wall (4) of the carriage (1) and the top of the cutting head (9, 10, 11) a coil spring (32) is provided, which exerts a downwardly directed spring force on the cutting head (9, 10, 11), so that the top section (9) of the cutting head (9, 10, 11) is pressed onto the seat (14) on the bottom wall (6) of the carriage (1).
With this laser cutting machine according to the invention, the distance between the lens (13) and the beam aperture (16) can be set fully automatically. To do this, the steering must be programmed to steer the carriage (1), the locking mechanism (23) and the cam (31) to follow the following procedure:
The cam (31) is placed in its release position;
The carriage (1) is then placed in a position where the crosspiece (29) of the handle (27) is higher than the cam (31);
The cam (31) is then placed in its blocking position;
The lens holder (12) is then unlocked by withdrawing the pin (23) from the opposite recess (24) in the wall of the lens holder (12).
As a result, under the influence of the spring force of the spring (22), the lens holder (12) slides down into the cavity (15) of the cutting head (9, 10, 11). The protrusion (26) of the lens holder (12) thereby hits the lip (28) of the handle (27), so that the handle (27) is carried downwards by the lens holder (12), against the spring force of the coil spring (30 ) in. The downward movement of the handle (27) is stopped because the crosspiece (29) eventually hits the cam (31).
<Desc / Clms Page number 16>
Since the lens holder (12) with its projection (26) is hooked onto the lip (28) of the handle (27), the lens holder (12) also remains at a fixed height.
EMI16.1
The position of the lens holder (12) therefore also of the lens (13) is then completely determined by the position of the carriage (1) on the axis of movement (Z).
The carriage (1) is then moved on the axis of movement (Z) to the position, reaching the desired distance between the lens (13) and the beam aperture (16).
Then the pin (23) is slid into the opposite recess (24) in the wall of the lens holder (12), so that the lens holder (12) is locked in the cutting head (9, 10, 11).
The cam (31) is finally placed in its unlocking position.
Because the lens holder (12) is locked in the cutting head (9, 10, 11), the set distance between the lens (13) and the beam aperture (16) is maintained. The carriage (1) can now be steered to cut the sheet (21) automatically according to the desired cutting line.
The embodiment of a laser cutting machine proposed in Figures 2 to 5 also comprises a carriage (1) which can be controlled by means of a known steering device to move along the three axes X, Y, Z of an orthogonal coordinate system relative to a sheet to be cut (11). These movements are done automatically according to an entered program. The carriage (1) was not shown in Figures 2 to 5. The direction of the vertical axis of movement (Z) is indicated by an arrow.
This laser cutting machine comprises a known device for generating a laser beam (3), which was not shown in figures 2 to 5. This laser beam (3) is directed downwards in the direction
<Desc / Clms Page number 17>
(L) of the vertical axis of movement (Z).
The carriage (1) carries a focusing device (8), which includes a hollow cutting head (38,11) and a lens holder (12) with a lens (13).
The cutting head (38, 11) is cylindrical with a conical bottom part, called the jet nozzle (11). The interior (15) of the cutting head (38,11) is cylindrical from the top to the nozzle (11), where an upwardly directed radially recessed rim (39) is provided. From that edge (39) the inner space (15) is conical with a downwardly decreasing diameter. The lens holder (12) with the lens (13) is arranged in the interior space (15) of the cutting head (38, 11).
The lens holder (12) and the cutting head (38,11) are designed so that the laser beam (3) can enter the focusing device (8) from the top, and can be focused through the lens (13), and the focused laser beam (3 ') can exit the focusing device (8) through the beam aperture (16).
The lens holder (12) is provided with a laterally projecting arm (36), which protrudes through an opening (40) in the wall of the cutting head (38,11). A spiral spring (37) is provided in the cutting head (38,11), between the radially recessed edge (39) on the one hand and the underside of the lens holder (12) on the other hand. This coil spring (37) consequently exerts a spring force on the lens holder (12) towards the beam aperture (16).
The top (41) of the lens holder (12) is inclined, while above this top (41) a horizontal wall (42) of the cutting head (38, 11) extends. Between this wall (42) and the top (41) of the lens holder (12) there is a wedge-shaped intermediate piece (34) with a horizontal top surface and a bottom surface extending towards the top surface with the same slope as the top (41) of the lens holder (12).
<Desc / Clms Page number 18>
The intermediate piece (34) can be moved horizontally by means of a pneumatic element (33) attached to the cutting head (38,11). Naturally, the wall (42) and the intermediate piece (34) are provided in such a way that they do not obstruct the passage of the laser beam (3).
The lens holder (12) is vertically slidable in the cutting head (38,11) and is pushed against the bottom surface of the spacer (34) by the spring (37).
The intermediate piece (34) rests with its top surface against the wall (42). The intermediate piece (34) thus holds the lens holder (12) against. The distance between the lens (13) and the beam aperture (16) is determined by the position of the intermediate piece (34). As the intermediate piece (34) is further to the right, the lens holder (12) becomes closer to the beam aperture (16). ) stopped.
Furthermore, a fixed cam (43) is also provided, which is arranged such that the arm (36) of the lens holder (12) can abut against this cam (43). The mounting height of the cam (43) is such that this impact of the arm (36) on the cam (43) occurs when the carriage (1) is above its normal operating height.
The automatic adjustment of the distance between the lens (13) and the beam opening is done as follows (see figures 2 to 5).
During the operation of the laser cutting machine (see figure 2), the carriage (l) places the cutting head (38, 11) at a certain height (h) above a sheet to be cut (21).
The distance between the lens (13) and the beam aperture (16) is thereby determined by the intermediate piece (34) such that a distance (F1) between the focus of the laser beam (3 ') and the top surface of the plate (21) is obtained.
To change the distance between the lens (13) and the beam aperture (16) (see figure 3), the carriage (1) is moved upwards according to the axis of movement (Z)
<Desc / Clms Page number 19>
(indicated by arrow a on figure 3) until the arm (36) of the lens holder (12) hits the cam (43).
When the carriage (1) is moved further upwards, the lens holder (12) is retained and moves in the cutting head (38,11) downwards, against the spring force of the spiral spring (37). The lens holder (12) now no longer presses with its top side (41) against the intermediate piece (34). The intermediate piece (34) is shifted to the left by controlling the pneumatic element (33). (indicated with arrow b on figure 3).
By moving the carriage (1) along the vertical axis of movement (Z), the new distance between the lens (13) and the beam aperture (16) is set (see figure 4). Thereafter, the pneumatic element (34) is controlled to shift the spacer (34) back to the right (see arrow b on Figure 4) until it contacts its bottom surface with the top (41) of the lens holder (12). The lens holder (12) is now locked in its new position.
The carriage (1) is now moved back down (see arrow a on figure 5), until the cutting head (38, 11) is at the height (h) above the plate (21) (see figure 5). By changing the distance between the lens (13) and the beam aperture (16), a different distance (F2) is now obtained with respect to the initial situation (see figure 2) between the focus of the laser beam (3 ') and the top surface of the plate (21).
In the embodiments described above, the automation of the adjustment of the distance between the lens (13) and the beam aperture (16) has been realized with simple means, and without the need for an additional axis of motion with additional control and drive means, so that these laser cutting machines are no more expensive are then the existing laser cutting machines, whereby this setting has to be done manually.