CN110181164A - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

被旋转自如地轴支承于上述摆动框架(12)的中空状的第一旋转体(13)以及第二旋转体(15)、设置于上述第二旋转体(15)的喷嘴(17)设置在相对于外壳(11)(支承框)可摆动地设置的摆动框架(12)上。激光照射单元(2)具有：激光振荡器(2a)，使激光(L)振荡；光纤(2b)，连接到该激光振荡器(2a)；以及准直器(2c)，连接到该光纤(2b)的端部，并对激光(L)进行准直之后使激光入射到上述第一旋转体(13)。而且，将上述准直器(2c)固定于上述外壳(11)，并且在上述准直器(2c)与第一旋转体(13)之间设置有间隙(g)。能够减小从摆动框架突出的突出部分来减小摆动框架摆动时的上述突出部分的振幅。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及激光加工装置，具体地涉及具备可摆动地设置有激光通过的第一旋转体、第二旋转体以及喷嘴的摆动框架的激光加工装置。

背景技术

以往，作为激光加工装置，已知如下的激光加工装置，其具备：激光照射单元，所述激光照射单元照射激光；移动单元，使支承框与被加工物相对移动；中空状的第一旋转体，设置于上述支承框，并且被旋转自如地轴支承于上述支承框；第一电机，对上述第一旋转体进行旋转驱动；中空状的第二旋转体，被旋转自如地轴支承于上述第一旋转体；第二电机，对上述第二旋转体进行旋转驱动；喷嘴，设置在上述第二旋转体的顶端；以及导光单元，使上述激光照射单元照射的激光通过上述第一旋转体以及第二旋转体的内部，并导光至上述喷嘴。

在这种激光加工装置中，通过使上述第一旋转体、第二旋转体旋转来使上述喷嘴朝向任意方向，并使上述喷嘴相对于被加工物相对移动，从而将被加工物加工成所需的形状。

然而，由于在上述支承框上设置有上述第一旋转体、第二旋转体和喷嘴以及第一电机、第二电机等多个部件，因此在加工时或为了示教而使这些部件移动时，上述喷嘴等有可能接触到某些部件而破损。

因此，已知一种激光加工装置，其将上述第一旋转体、第二旋转体和喷嘴等设置在相对于上述支承框可摆动地设置的摆动框架上，在上述喷嘴等与物体接触的情况下使上述摆动框架摆动来防止损伤(专利文献1)。

此时，当上述摆动框架摆动时向该摆动框架的上方突出的突出部分也摆动，因此需要在该突出部分摆动的范围内确保空间来防止干扰。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平3-55234号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在此，随着近年来的技术发展，作为照射激光的激光照射单元，已知一种激光加工单元，其具有：激光振荡器，使激光振荡；光纤，连接到该激光振荡器；以及准直器，连接到该光纤的端部并对激光进行准直。

在将这种激光照射单元应用于如上述专利文献1那样的具备摆动框架的激光加工装置的情况下，可考虑将上述准直器连接到通过上述摆动框架而摆动的第一旋转体的顶端。

然而，由于在将上述准直器固定到第一旋转体的顶端时，从上述摆动框架突出的突出部分形成为直至准直器的顶端，因此摆动框架摆动时的该突出部分的振幅变大，因此，为了确保用于防止该突出部分的干扰的空间，可认为存在装置大型化的问题。

鉴于这样的问题，本发明提供一种激光加工装置，其能够减小从摆动框架突出的突出部分从而紧凑地进行设计。

用于解决技术问题的技术手段

即，第一技术方案的激光加工装置具备：激光照射单元，所述激光照射单元照射激光；移动单元，使支承框和被加工物相对移动；摆动框架，相对于所述支承框可摆动地设置；中空状的第一旋转体，被旋转自如地轴支承于所述摆动框架；第一电机，设置于所述摆动框架并且对所述第一旋转体进行旋转驱动；中空状的第二旋转体，被旋转自如地轴支承于所述第一旋转体的顶端；第二电机，对所述第二旋转体进行旋转驱动；喷嘴，设置在所述第二旋转体的顶端；导光单元，使所述激光照射单元照射的激光通过所述第一旋转体以及第二旋转体的内部，并导光至所述喷嘴；保持单元，将所述摆动框架保持于所述支承框；以及检测单元，检测所述摆动框架的摆动，所述激光加工装置的特征在于，所述激光照射单元具有：激光振荡器，使激光振荡；光纤，连接到该激光振荡器；以及准直器，连接到该光纤的端部，并且对激光进行准直之后使激光入射到所述第一旋转体，将所述准直器固定于所述支承框，并且在所述准直器与第一旋转体之间设置有间隙。

发明效果

根据上述发明，由于将上述准直器固定于支承框，并且使从该准直器照射的激光入射到设置于摆动框架上的第一旋转体，因此，从摆动框架突出的突出部分形成为直至上述第一旋转体的顶端，与将准直器直接连接到该第一旋转体的情况相比，能够减小突出部分。

因此，能够减小摆动框架摆动时的突出部分的振幅，能够减小用于防止干扰的空间，因此能够使装置小型化。

附图说明

图1是本实施例的激光加工装置的剖视图。

图2是保持单元以及检测单元的放大图。

附图标记说明

1：激光加工装置

2：激光照射单元

2c：准直器

4：加工头

11：外壳(支承框)

12：摆动框架

13：第一旋转体

15：第二旋转体

17：喷嘴

19：保持单元

L：激光

g：间隙

具体实施方式

以下，对图示实施例进行说明，图1表示向被加工物W照射激光L的激光加工装置1的剖视图，该激光加工装置1具备：激光照射单元2，激光照射单元2照射激光L；加工台3，保持上述被加工物W；加工头4，设置在该加工台3的上方，并且向被加工物W照射激光L；移动单元5，使上述加工头4与被加工物W相对移动；以及未图示的控制单元，对上述部件进行控制。

上述移动单元5由使上述加工头4在铅垂方向以及水平面内往复移动的头移动部5a、以及使上述加工台3在相对于上述加工头4的往复移动方向正交的方向上往复移动的台移动部5b构成，并且上述移动单元5使加工头4与被加工物W相对移动。

此外，这种移动单元5为以往公知的，也能够固定上述加工台3，并且使加工头4在水平面内向纵横以及铅垂方向移动。

上述激光照射单元2由使激光L振荡的激光振荡器2a、连接到该激光振荡器2a的光纤2b、以及连接到该光纤2b的端部并且对激光L进行准直之后使激光L向上述加工头4照射的准直器2c构成。

激光振荡器2a能够以不移动的方式设置在加工台3的外部，与此相对地，准直器2c能够与上述加工头4一起通过移动单元5的头移动部5a而移动。

而且，上述激光振荡器2a所振荡的激光L被具有挠性的上述光纤2b导光至上述准直器2c，上述准直器2c对激光L进行准直(平行光化)之后，使激光L入射到上述加工头4。

但是，从上述准直器2c照射的激光L仍然具有要扩散的性质，因此，期望尽可能缩短从准直器2c照射的激光L照射到被加工物W为止的光路。

上述加工头4具备：作为支承框的外壳11，设置成能够通过上述移动单元5的头移动部5a而移动；摆动框架12，设置成能够相对于该外壳11的底面11a摆动；中空状的第一旋转体13，被旋转自如地轴支承于上述摆动框架12；第一电机14，设置于上述摆动框架12，并且对上述第一旋转体13进行旋转驱动；中空状的第二旋转体15，被旋转自如地轴支承于上述第一旋转体13的顶端；第二电机16，对上述第二旋转体15进行旋转驱动；喷嘴17，设置在上述第二旋转体15的顶端；导光单元18，使上述激光照射单元2照射的激光L通过上述第一旋转体13以及第二旋转体15的内部，并导光至上述喷嘴17；保持单元19，将上述摆动框架12保持于上述底面11a；以及检测单元20，检测上述摆动框架12的摆动。

上述外壳11由设置在下方并且保持上述摆动框架12的底面11a、设置在底面11a的上方的顶面11b、以及设置在所述底面11a和顶面11b之间的侧面11c构成，外壳11的内部与外部隔离，以防止灰尘等的进入。

上述激光照射单元2的准直器2c固定于上述顶面11b的上部，经由贯穿设置在该顶面11b上的通孔使激光L朝向外壳11的内部照射到铅垂方向下方。

上述摆动框架12形成为圆盘状，并且设置成与贯穿设置在上述外壳11的底面11a上的圆形的通孔11d嵌合，保持该摆动框架12的上述保持单元19等间隔地设置在上述摆动框架12的外周的例如三处。

如图2所示，各保持单元19由从上述摆动框架12向上方突出的定位螺栓21、设置在上述底面11a的上表面上的大致L字形的托架22、安装在上述定位螺栓21的上端部上的定位螺母23、以及弹性安装在上述摆动框架12与托架22之间的弹簧24构成。

上述定位螺栓21设置成上下贯穿上述摆动框架12，上述定位螺栓21的上端设置成经过贯穿设置于上述托架22的锥孔22a向上方突出。

上述托架22固定在上述底面11a上，在贯穿设置于该托架的上述锥孔22a中，形成有以向上方扩大直径的方式形成的大致半球状的锥面。

上述定位螺母23螺合到从上述托架22的锥孔22a向上方突出的上述定位螺栓21的顶端，在该定位螺母23的下部形成有半球状的锥形状23a。

进一步，上述弹簧24被弹性安装在上述摆动框架12的上表面与上述托架22的下表面之间，并且被设置成围绕上述定位螺栓21，通过该弹簧24向下方对摆动框架12施力。

根据具有这种结构的保持单元19，上述定位螺母23的锥形状23a与上述托架22的锥孔22嵌合，由此，通过上述托架22支承被弹簧24施力的摆动框架12。

在该状态下，弹簧24向下方对摆动框架12施力，因此，即使加工头4通过移动单元5移动，也可以防止由振动引起的摆动框架12的摆动。

然而，当上述加工头4的比上述摆动框架12更向下方突出的部分、例如上述喷嘴17与某些物体接触时，摆动框架12以所需部分为支点以使其他部分翘起的方式摆动，对抗上述弹簧24的施力，从而使定位螺栓21从上述托架22的锥孔22a脱离。

以这种方式上述摆动框架12摆动，从而能够避免上述喷嘴17等与物体碰撞产生的冲击，能够防止加工头4以及物体的损伤。

另一方面，摆动的摆动框架12将通过作业者的手动作业复原到原位置，但是，此时的定位能够通过上述定位螺母23的锥形状23a紧贴到托架22的锥孔22a的锥面来高精度地进行。

上述检测单元20由设置于各保持单元19的托架22的传感器20a、以及设置在上述定位螺母23的上部的检测片20b构成。

在上述摆动框架12未摆动的状态下，上述检测片20b位于上述传感器20a的下方，当摆动框架12从该状态摆动并倾斜，并且定位螺母23相对于托架22向上方脱离时，上述检测片20b位于传感器20a的前方，传感器20a对此进行检测。

当传感器20a将检测信号发送到控制单元时，控制单元判断为摆动框架12发生了摆动，立即停止基于上述激光照射单元2的激光L的照射，并且使激光加工装置1紧急停止。

此外，作为上述传感器20a，除了接近传感器之外，也可以是使用光或超音波的传感器。

另外，在上述底面11a的下表面，以围绕上述摆动框架12的方式设置有剖面呈大致L字的环状托架25，并且在环状托架25与上述摆动框架12之间设置有由橡胶或海绵等构成的密封部件26。

在通过上述保持单元19保持上述摆动框架12的状态下，该摆动框架12不接触上述环状托架25，该摆动框架12的外周缘与上述密封部件26紧贴。

由此，防止灰尘等从上述底面11a与摆动框架12之间的间隙侵入形成于上述外壳11的内部的空间。

上述第一旋转体13由设置成在铅垂方向上贯穿上述摆动框架12的筒状体31、以及设置在该筒状体31的上端部的集电环32构成，在筒状体31和集电环32的内部形成有激光L能够沿着它们的旋转轴在铅垂方向上通过的圆筒状的空间。

上述集电环32的上端设置成接近上述外壳11的顶面11b，并且设置成位于固定在顶面11b上的激光照射单元2的准直器2c的正下方，并且第一旋转体13的旋转轴与从准直器2c照射的激光L的光轴一致。

上述筒状体31被轴支承于固定在上述摆动框架12上的筒状的轴承33，筒状体31的上部分别向摆动框架12的上方和下方突出，并且在该筒状体31中的向摆动框架12的上方突出的部分设置有通过上述第一电机14驱动的第一齿轮34。

上述第一电机14设置成上下贯穿摆动框架12，并且在设置于摆动框架12的上方侧的驱动轴上设置有与第一齿轮34啮合的齿轮。

另一方面，上述第一电机14的壳体14a向摆动框架12的下方突出，该壳体14a与上述第一旋转体13的筒状体31一起收容在固定于摆动框架12的下表面上的壳体35的内部。

上述集电环32是以往公知的，具有由设置成能够相互旋转的外筒32a和内筒32b构成的双重管结构，在这些外筒32a以及内筒32b上分别设置有未图示的电极，在其中一个电极上设置有电刷。

通过这种结构，能够允许上述外筒32a相对于内筒32b旋转，并且使电流经由上述电极以及电刷在上述内筒32b和外筒32a之间流通。

在本实施例中，上述外筒32a固定于被固定在上述摆动框架12上的保持部件12a，该外筒32a与从外壳11的外部供给电力的导线36连接。

上述内筒32b被连接并固定于上述筒状体31的上端部，内筒32b与筒状体31将一体地旋转，并且在上述内筒32b上经由未图示的导线连接有与第一旋转体13一起旋转的上述第二电机16和未图示的传感器，并且即使第一旋转体13旋转也供给电力。

上述第二旋转体15通过固定于上述第一旋转体13的下端部的轴承37被可旋转地轴支承，在内部朝向水平方向形成有激光L能够通过的空间。

上述第二电机16固定在上述第一旋转体13的筒状体31的下端部，并且如上所述通过经由上述第一旋转体13的集电环32供给的电力驱动。

而且，在上述第二旋转体15上设置有通过上述第二电机16驱动的第二齿轮38，由此，第二旋转体15将以朝向水平方向的旋转轴为中心旋转。

上述喷嘴17具有固定于上述第二旋转体15的顶端部的聚光透镜17a，并且设置成朝向相对于上述第二旋转体15的旋转轴正交的方向。

而且，上述导光单元18由安装在上述第一旋转体13的顶端以及第二旋转体15的顶端的反射镜18a、18b构成，并且分别使激光L以直角反射。

如上所述，上述激光照射单元2的准直器2c固定在第一旋转体13的集电环32的上方，从该准直器2c照射的激光L入射到上述第一旋转体13的集电环32之后，一边由反射镜18a、18b反射一边通过第一旋转体13、第二旋转体15，之后被上述喷嘴17的聚光透镜17a聚光，从而照射到被加工物W。

如上所述，在本实施例的激光加工装置1中，相比于上述准直器2c固定在构成加工头4的外壳11上，上述激光L入射的第一旋转体13、第二旋转体15以及喷嘴17通过上述摆动框架12被保持成能够相对于外壳11摆动。

因此，在准直器2c与第一旋转体13中的集电环32之间形成有间隙g，允许由上述摆动框架12的摆动引起的第一旋转体13与准直器2c之间的相对移动。

另一方面，由于包含有灰尘的外部气体流通到上述间隙g中，有可能会使激光L衰减，因此，在上述外壳11的顶面11b的下表面与上述集电环32的内筒32b的上端部之间设置由橡胶或硅树脂等的挠性材料构成的筒状的连接部件41，使上述间隙g与外部阻断。

上述连接部件41具有波纹状，即使上述第一旋转体13移动而伴随于此发生变形，也维持准直器2c与第一旋转体13之间的连接状态。

接下来，如上所述，当比上述摆动框架12更向下方突出的喷嘴17等接触到某些物品时，上述摆动框架12将摆动，但是，此时向该摆动框架12的上方突出的上述第一旋转体13等的突出部分将在上述外壳11的内部移动。

因此，需要在外壳11的内部中假定为随着上述摆动框架12的摆动而上述突出部分发生移动的范围内，形成这些突出部分不发生干扰的空间。

在本实施例中，表现出最大振幅的是该突出部分的上端部，即构成第一旋转体13的集电环32的顶部，因此，需要在外壳11的内部至少根据集电环32的振幅设置空间。

在本实施例中，由于将构成上述激光照射单元2的准直器2c固定于设置在移动单元5上的作为支承框的外壳11上，因此，从上述摆动框架12到突出部分的顶端为止的距离为到上述集电环32的顶部为止的距离D。

与此相对地，在将上述准直器2c固定于上述第一旋转体13的集电环32的外筒32a上的情况下，从上述摆动框架12到突出部分的顶端为止的距离为到与上述准直器2c的顶部或该准直器2c连接的光纤为止的距离D’(实际上是从图示D’去除了上述连接部件41的长度之后的距离)，相对于本实施例的结构变长。

这样，当从摆动框架12突出的突出部分的距离变长时，摆动框架12摆动的情况下的振幅变大，为了避免干扰，必须在外壳11的内部设置较大的空间，而产生加工头4大型化的问题。

也就是说，本实施例的激光加工装置1通过将准直器2c固定于外壳11上，与将准直器2c连接到第一旋转体13的情况相比，能够紧凑地设计加工头4。

另外，在本实施例中，当摆动框架12摆动时，准直器2c与加工头4发生相对移动，从准直器2c照射的激光L的光轴与第一旋转体13的中心轴将会偏移，但是，当上述检测单元20检测到摆动框架12的摆动时，立即停止激光L的照射，因此能够安全地进行使用。

另外，通过在上述准直器2c与第一旋转体13之间设置连接部件41，能够在正常加工时通过上述连接部件41从外部遮蔽激光L的光路，并且，即使摆动框架12摆动，也能够允许准直器2c与第一旋转体13之间的相对移动。

Claims (2)

1.一种激光加工装置，具备：

激光照射单元，所述激光照射单元照射激光；

移动单元，使支承框和被加工物相对移动；

摆动框架，相对于所述支承框可摆动地设置；

中空状的第一旋转体，被旋转自如地轴支承于所述摆动框架；

第一电机，设置于所述摆动框架并且对所述第一旋转体进行旋转驱动；

中空状的第二旋转体，被旋转自如地轴支承于所述第一旋转体的顶端；

第二电机，对所述第二旋转体进行旋转驱动；

喷嘴，设置在所述第二旋转体的顶端；

导光单元，使所述激光照射单元照射的激光通过所述第一旋转体以及第二旋转体的内部，并导光至所述喷嘴；

保持单元，将所述摆动框架保持于所述支承框；以及

检测单元，检测所述摆动框架的摆动；

所述激光加工装置的特征在于，

所述激光照射单元具有：激光振荡器，使激光振荡；光纤，连接到该激光振荡器；以及准直器，连接到该光纤的端部，并且对激光进行准直之后使激光入射到所述第一旋转体，

将所述准直器固定于所述支承框，并且在所述准直器与第一旋转体之间设置有间隙。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

在所述准直器与所述第一旋转体之间的间隙设置由挠性材料构成的筒状的连接部件，并且通过该连接部件将所述准直器与第一旋转体在阻断了外部气体的状态下连接。