IT201900016493A1 - Testa di taglio laser per macchina utensile - Google Patents

Description

Testa di taglio laser per macchina utensile

L’invenzione concerne dispostivi di taglio laser per macchine utensili tagliatrici ed in particolare concerne una testa di taglio laser da utilizzare in un sistema di taglio laser in fibra ottica in una macchina utensile di taglio e/o punzonatura per lamiere metalliche. Nel settore delle macchine utensili per la lavorazione di lamiere e lastre metalliche è noto e diffuso l’impiego di sistemi laser per eseguire lavorazioni di taglio, incisione e saldatura sui pezzi.

Come noto, il laser è un dispositivo in grado di emettere per mezzo di un processo di emissione stimolata un fascio di luce monocromatica coerente nello spazio ossia concentrata in un raggio rettilineo e avente elevatissima luminosità (brillanza). La possibilità di concentrare una grande energia in un’area molto ridotta permette ai dispositivi laser di tagliare, incidere, saldare i metalli. Il taglio dei materiali metallici avviene tipicamente per vaporizzazione e, soprattutto, per fusione. In quest’ultimo caso, il raggio laser porta a fusione un piccolo punto del metallo ed il metallo fuso (scoria) è asportato da un soffio o getto di gas.

Diverse tipologie di sorgenti laser possono essere utilizzate per generare un fascio di luce idoneo al taglio dei metalli. Tipicamente sono impiegati laser a gas (biossido, monossido di carbonio CO2) e laser a stato solido (diodi laser a vetro drogato e laser a fibra).

Nelle macchine utensili, a causa delle elevate energie richieste per il taglio di lamiere anche di grande spessore, le dimensioni ed il peso degli apparati emettitori laser sono tali da impedirne il posizionamento sulla macchina. Il raggio laser viene pertanto focalizzato sui pezzi in lavorazione da una testa di taglio laser o testa di focalizzazione che è collegata all’apparato emettitore tramite una catena ottica (laser CO2) oppure una fibra di trasmissione (fibra ottica, ad esempio nei diodi laser YAG). In virtù delle dimensioni ridotte e del peso contenuto, la testa di taglio laser può infatti essere movimentata dalla macchina utensile con precisione e velocità per eseguire il taglio del prodotto.

Nei sistemi di taglio laser cosiddetti a fibra, nei quali è utilizzato un cavo in fibra ottica per portare il fascio laser alla testa di taglio, quest’ultima comprende tipicamente un gruppo ottico di collimazione che trasmette il fascio di luce in uscita dalla fibra ottica ad un gruppo ottico di focalizzazione in grado di focalizzare il fascio laser collimato sul pezzo da tagliare.

Il fascio o raggio laser focalizzato esce dalla testa di taglio attraverso un ugello che concentra il soffio o getto di gas utilizzato per allontanare le scorie generate dalla fusione del metallo e limitare la probabilità che esse possano raggiungere il gruppo di focalizzazione. A tale scopo, in corrispondenza dell’ugello è previsto un elemento trasparente o vetrino che separa l’interno della testa di taglio dall’esterno e che consente il passaggio del raggio laser in uscita dal gruppo ottico di focalizzazione. Quest’ultimo permette di focalizzare il fascio laser ossia posizionare il suo punto focale o fuoco in un determinato punto sulla superficie del pezzo da tagliare o appena al di sotto di tale superficie.

L’esatto posizionamento del punto focale nel quale si concentra tutta la potenza del fascio laser è necessario per eseguire il corretto taglio del materiale.

Il gruppo ottico di focalizzazione comprende tipicamente una lente di focalizzazione montata su un cassetto o slitta porta-lente, mobile lungo una direzione di regolazione parallela alla direzione del fascio laser così da consentirne la messa a fuoco. Più precisamente, il cassetto porta-lente è movimentato da un rispettivo attuatore che è controllato in funzione della distanza tra la testa di taglio laser e la superficie del pezzo, tale distanza essendo rilevata da un apposito sensore montato sulla stessa testa di taglio. La superficie del pezzo (ad esempio una lamiera di grandi dimensioni) è infatti generalmente irregolare, non planare, incurvata.

Sono note altresì teste di taglio laser per macchine utensili nelle quali la corretta focalizzazione del raggio laser ossia il posizionamento del punto focale sul pezzo è realizzato movimentando opportunamente la lente, o una delle lenti, del gruppo ottico di collimazione, che è montato su un rispettivo cassetto o slitta porta-lente mobile linearmente. In questo caso, la lente di focalizzazione può essere mantenuta fissa.

In entrambe le configurazioni della testa di taglio laser, la lente di focalizzazione o di collimazione ed il relativo cassetto porta-lente sono alloggiati all’interno della testa di taglio laser, in un camera che è opportunamente chiusa e separata dall’ambiente esterno per evitare l’ingresso di elementi contaminanti ed estranei (in particolare le scorie generate dal taglio) che potrebbero sporcare le lenti e quindi alterarne le caratteristiche ottiche.

L’attuatore che movimenta il cassetto porta-lente è generalmente posizionato esternamente alla camera e connesso al suddetto cassetto mediante elementi di collegamento meccanico che attraversano una o più aperture della testa di taglio laser.

Opportune guarnizioni sono previste in corrispondenza delle suddette aperture per impedire l’ingresso di elementi contaminanti ed estranei nella camera interna. Tuttavia le guarnizioni non garantiscono una chiusura ermetica della camera interna, soprattutto in caso di uso prolungato ed intensivo della testa di taglio laser, a causa sia della loro configurazione e forma che deve consentire lo scorrimento lineare degli elementi di supporto sia del degradamento del materiale sottoposto a gravose condizioni operative. Periodicamente è quindi necessario procedere alla pulizia della camera interna e della lente di focalizzazione per rimuovere particelle e scorie ivi penetrate.

Sistemi di raffreddamento sono previsti per raffreddare la testa di taglio laser ed in particolare la lente di focalizzazione.

Una piccola frazione dell’energia del raggio laser che attraversa le lenti (di collimazione e di focalizzazione) viene infatti assorbita e trasformata in calore per diverse cause, principalmente a causa della trasparenza non assoluta delle ottiche (coating e substrato). Il calore generato da un uso protratto determina un innalzamento della temperatura dell’intera testa ed in particolare della lente di focalizzazione, peraltro molto vicina al pezzo da lavorare ossia alla zona di fusione dello stesso.

Questo incremento di temperatura causa una variazione dell’indice di rifrazione della lente stessa e quindi uno spostamento del fuoco. Tale fenomeno, comunemente noto con il termine di “thermal focus shift”, determina quindi l’impossibilità per il sistema di taglio di focalizzare il fascio laser nel punto voluto e ottimale sulla superficie del pezzo con conseguente decadimento delle caratteristiche di taglio fino all’impossibilità di eseguire il taglio stesso.

L’aumento della temperatura può inoltre provocare il danneggiamento dello strato superficiale generalmente previsto sulle superfici delle lenti, ciò determinando un’ulteriore variazione delle caratteristiche ottiche di queste ultime.

Per risolvere tale problema sono noti sistemi di raffreddamento che prevedono l’immissione di gas (tipicamente azoto) a temperatura controllata all’interno della testa di focalizzazione così da lambire e quindi raffreddare la lente di focalizzazione.

Il raffreddamento esterno dell’involucro della testa che racchiude il gruppo di focalizzazione non è infatti sufficiente a garantire un adeguato raffreddamento della lente di focalizzazione.

I sistemi di raffreddamento a flusso di gas presentano tuttavia lo svantaggio di richiedere l’impiego di costosi gas tecnici (ad esempio azoto) che siano privi di elementi contaminanti. Particelle o elementi estranei o contaminanti contenuti nel gas sono infatti in grado di depositarsi sulla lente di focalizzazione determinando, oltre ad una variazione dell’indice di rifrazione dell’ottica, un assorbimento di energia del fascio laser e quindi una diminuzione della potenza disponibile per il taglio. Inoltre, a causa dell’intenso assorbimento di energia in corrispondenza delle zone di deposito di particelle ed elementi contaminanti, con conseguente incremento della temperatura locale, la lente nel tempo e con l’uso si danneggia fino alla sua distruzione.

Inoltre, i suddetti sistemi sono alquanto complessi e costosi da realizzare e richiedono una manutenzione periodica.

Uno scopo della presente invenzione è migliorare le teste di taglio laser note per macchine utensili tagliatrici, e in particolare le teste di taglio per sistemi di taglio laser in fibra ottica. Un altro scopo è realizzare una testa di taglio laser in grado di assicurare un isolamento efficace ed ottimale di una camera interna contenente i gruppi ottici di collimazione e di focalizzazione del raggio laser con un ambiente esterno, in modo da impedire l’ingresso in essa di elementi e particelle contaminanti, in particolare di scorie solide e gassose generate dal taglio laser.

Un ulteriore scopo è fornire una testa di taglio laser che consenta di proteggere in modo più sicuro ed efficace il gruppo ottico di focalizzazione da schizzi e scorie di materiale fuso di un pezzo in lavorazione.

Un altro scopo ancora è ottenere una testa di taglio laser che permetta di raffreddare in modo semplice ed efficace i gruppi ottici di collimazione e focalizzazione nella camera interna anche con uso intenso e prolungato.

Un altro ulteriore scopo ancora è realizzare una testa di taglio laser avente forma compatta ed ingombri particolarmente limitati.

Questi scopi ed altri sono raggiunti da una testa di taglio laser secondo le rivendicazioni di seguito riportate.

L’invenzione potrà essere meglio compresa ed attuata con riferimento ai disegni in allegato che illustrano forme esemplificative e non limitative di attuazione, in cui:

- la figura 1 è una sezione di una testa di taglio laser;

- la figura 2 è una sezione ingrandita e parziale della testa di taglio di figura 1 che illustra in particolare un gruppo di collimazione del fascio laser e relativi mezzi di azionamento;

- la figura 3 è una sezione ingrandita e parziale di una diversa testa di taglio laser; - la figura 4 è una sezione ingrandita e parziale di un’altra diversa testa di taglio laser; - la figura 5 è una sezione ingrandita e parziale di un’ulteriore diversa testa di taglio laser;

- la figura 6 è una sezione ingrandita e parziale di un’altra testa di taglio laser ancora diversa;

- la figura 7 è una sezione ingrandita e parziale di un’altra ulteriore diversa testa di taglio laser;

- la figura 8 è una sezione ingrandita e parziale di una testa di taglio laser dell’invenzione;

- la figura 9 è una sezione di un’altra forma di realizzazione di una testa di taglio laser; - la figura 10 è una sezione ingrandita e parziale di una variante della testa di taglio di figura 9.

Con riferimento alle figure 1 e 2, è illustrata una testa di taglio laser 1 alimentabile da un apparato emettitore laser, di tipo noto e non illustrato nelle figure, tramite mezzi di trasmissione ottica 41 ed associabile ad una macchina utensile per eseguire lavorazioni di taglio, incisione e saldatura su un pezzo 50. In particolare, l’apparato emettitore è un apparato ad emissione stimolata del tipo laser a stato solido e i mezzi di trasmissione ottica 41 comprendono un cavo in fibra ottica in grado di trasportare il fascio laser generato dall’apparato emettitore alla testa di taglio laser 1.

La testa di taglio laser 1 comprende un gruppo di collimazione 2 per collimare il fascio laser L proveniente dall’apparato emettitore laser e un gruppo di focalizzazione 5 per focalizzare il fascio laser uscente collimato dal gruppo di collimazione 2. Quest’ultimo comprende almeno una lente di collimazione 3 ed un elemento di supporto 4 atto a supportare la lente di collimazione 3 e mobile lungo una direzione di regolazione X, quest’ultima sostanzialmente parallela alla direzione del fascio laser uscente dai mezzi di trasmissione ottica 41.

Nella forma di realizzazione illustrata, la testa di taglio laser 1 include altresì una superficie riflettente o specchio 10, interposta tra il gruppo di collimazione 2 ed il gruppo di focalizzazione 5 e disposta per riflettere, in particolare di circa 90°, verso il gruppo di focalizzazione 5 il fascio laser L in uscita dal gruppo di collimazione 2.

La testa di taglio laser 1 comprende, inoltre, mezzi ad involucro 15, 16 che formano un vano interno 20 atto a contenere il gruppo di collimazione 2, il gruppo di focalizzazione 5 e lo specchio 10 e mezzi di azionamento 7 connessi e atti a movimentare lungo la direzione di regolazione X l’elemento di supporto 4 con la lente di collimazione 3 per variare un punto focale di detto fascio laser L uscente focalizzato dal gruppo di focalizzazione 5.

Il vano interno 20, formato dai mezzi ad involucro 15, 16, è chiuso e isolato ermeticamente, ossia a tenuta d’aria, da un ambiente esterno in cui si trova la testa di taglio laser 1. In altre parole i mezzi ad involucro 15, 16 impediscono l’ingresso all’interno della testa di taglio laser 1, nel vano interno 20, di elementi contaminanti ed estranei, in particolare di scorie e residui solidi e gassosi generati dal taglio laser, che potrebbero sporcare le lenti dei gruppi di collimazione 2 e di focalizzazione 3 e/o lo specchio 10. A tale scopo, i mezzi ad involucro 15, 16 sono provvisti solamente di una prima apertura di ingresso 39 accoppiata ai mezzi di trasmissione ottica 41, che consente l’ingresso nel vano interno 20 del fascio laser L generato dall’apparato emettitore, e di una seconda apertura di uscita 31 posta in corrispondenza di un ugello di taglio 30 e chiusa a tenuta da un vetro di separazione 32, come meglio spiegato nel seguito della descrizione, che consente la fuoriuscita del raggio laser collimato e focalizzato dalla testa di taglio laser 1. I mezzi ad involucro 15, 16, non presentano ulteriori aperture o fori per il passaggio di elementi di collegamento elettrico o meccanico.

I mezzi di azionamento 7 sono interamente contenuti dentro il vano interno 20.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 1 e 2, i mezzi ad involucro comprendono in particolare un primo involucro 15 atto a contenere almeno il gruppo di collimazione 2 e i mezzi di azionamento 7 ed un secondo involucro 16 atto a contenere lo specchio 10 e il gruppo di focalizzazione 5. Il primo involucro 15 ed il secondo involucro 16 presentano rispettive cavità che formano il vano interno 20.

Il primo involucro 15 ha forma sostanzialmente cilindrica, mentre il secondo involucro 16 ha forma di parallelepipedo.

Con particolare riferimento alla forma di realizzazione delle figure 1 e 2, i mezzi di azionamento comprendono un attuatore elettromagnetico lineare 7 del tipo ad ancora mobile, provvisto di un’armatura fissa o statica 8 che alloggia due avvolgimenti o solenoidi 8a alimentati da corrente elettrica ed è fissata ad una parete interna dei mezzi ad involucro 15, 16 e di un’armatura mobile 9, cosiddetto nucleo o ancora, comprendente almeno un corpo 9a in materiale ferromagnetico e connessa all’elemento di supporto 4. In una variante della testa di taglio laser 1 non illustrata nelle figure, l’armatura fissa 8 è integrata nella, o formata dalla, parete interna dei mezzi ad involucro 15, 16, gli avvolgimenti 8a essendo fissati direttamente a quest’ultima. In alternativa o aggiunta, l’armatura mobile 9 può essere integrata e formata dallo stesso elemento di supporto 4, il corpo magnetico 9a essendo fissato ad una parete esterna di quest’ultimo.

L’armatura mobile 9 è movimentata linearmente lungo la direzione di regolazione X quando soggetta ai campi magnetici generati dai due avvolgimenti 8a antagonisti, alimentati da corrente elettrica. Modulando e controllando i parametri della corrente elettrica (intensità, voltaggio, frequenza) è possibile modificare i campi magnetici dei due avvolgimenti 8a antagonisti in modo da regolare verso e entità degli spostamenti dell’armatura mobile 9, quindi dell’elemento di supporto 4 e della lente di collimazione 3, lungo la direzione di regolazione X. In questo modo è possibile variare il punto focale del fascio laser L sul pezzo 50 da lavorare, come meglio spiegato nel seguito della descrizione.

Mezzi di guida lineare 11 sono fissati ad una parete interna dei mezzi ad involucro 15, 16, in particolare una parete interna del primo involucro 15, per supportare scorrevolmente e guidare lungo la direzione di regolazione X l’elemento di supporto 4, impedendo spostamenti e/o oscillazioni trasversali a tale direzione di regolazione X che causerebbero uno spostamento del punto focale del fascio laser L e/o la modifica di dimensione e/o forma di tale punto focale sul pezzo 50.

I mezzi di guida lineare comprendono ad esempio una bussola di guida 11 provvista di sfere 12, in particolare sfere in materiale ceramico a basso attrito, scorrevoli su una parete esterna 4b dell’elemento di supporto 4. Quest’ultimo presenta una cavità interna passante 40 per il passaggio del fascio laser L in uscita dai mezzi di trasmissione ottica 41. L’elemento di supporto 4 ha in particolare forma tubolare cava, ad esempio cilindrica, ed include una prima estremità 4a, in particolare più lontana dai mezzi di trasmissione ottica 41, atta a supportare la lente di collimazione 3 all’interno della cavità interna passante 40 ed una seconda estremità 4c, in particolare più vicina ai mezzi di trasmissione ottica 41 e affacciata ad un connettore 42, che collega i suddetti mezzi di trasmissione ottica 41 ai mezzi ad involucro 15, 16.

È bene notare che la bussola di guida 11 con sfere 12 in materiale ceramico a basso attrito non richiede per il funzionamento, ossia per lo scorrimento lineare dell’elemento di supporto 4, l’impiego di lubrificante che potrebbe contaminare e sporcare le lenti 3, 6 e lo specchio 10. Inoltre le sfere ceramiche 12, rotolando sulla parete esterna dell’elemento di supporto 4, sostanzialmente non generano particelle che potrebbero anch’esse contaminare il vano interno 20 della testa di taglio laser 1.

La testa di taglio laser 1 comprende altresì mezzi anti-rotazione, di tipo noto e non illustrato in dettaglio nelle figure, alloggiati all’interno dei mezzi ad involucro 15, 16 e disposti per impedire all’elemento di supporto 4, quando movimentato dai mezzi di azionamento 7, di ruotare attorno ad un asse parallelo alla direzione di regolazione X. La rotazione della lente di collimazione 3 può infatti determinare uno spostamento del punto focale del fascio laser L e una variazione della dimensione e/o forma di tale punto focale sul pezzo 50.

La testa di taglio laser 1 comprende altresì un sensore di posizione 23 alloggiato all’interno dei mezzi ad involucro 15, 16, in particolare del primo involucro 15, e disposto per misurare uno spostamento lineare dell’elemento di supporto 4 lungo la direzione di regolazione X. In tal modo, grazie al sensore di posizione 23, un’unità di controllo della macchina utensile è in grado di eseguire un controllo in retroazione dei mezzi di attuazione 7 che consente di posizionare correttamente la lente di collimazione 3 ossia il punto focale del fascio laser sul pezzo 50.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure, il sensore di posizione 23 è ad esempio un sensore induttivo in grado di rilevare la posizione di un elemento di misura di forma allungata lungo la direzione di regolazione X e fissato ad una parete esterna dell’elemento di supporto 4. Il sensore di posizione 23 può tuttavia comprendere un sensore ottico. La testa di taglio laser 1 comprende altresì un ulteriore elemento di supporto 24 fissato ad una parete interna dei mezzi ad involucro 15, 16 e disposto per supportare almeno una lente di focalizzazione 6 del gruppo di focalizzazione 5. Più precisamente, l’ulteriore elemento di supporto 24 comprende una flangia fissata alle pareti interne del secondo involucro 16 ed in grado di alloggiare e sostenere la lente di focalizzazione 6.

La testa di taglio laser 1 comprende, inoltre, l’ugello di taglio 30 fissato ai mezzi ad involucro 15, 16 e attraverso il quale fuoriesce il raggio laser focalizzato. L’ugello di taglio 30 concentra un soffio o getto di gas destinato ad allontanare le scorie generate dalla fusione del pezzo in lavorazione e nello stesso tempo limita la probabilità che le suddette scorie possano raggiungere all’interno della testa di taglio laser 1 il gruppo di focalizzazione 5, lo specchio di riflessione 10 e il gruppo di collimazione 2.

L’ugello di taglio 30 è fissato ad una porzione inferiore dei mezzi ad involucro 15, 16 che comprendono l’apertura di uscita 31 per l’emissione del fascio laser L focalizzato dal gruppo di focalizzazione 5 ed il vetro di separazione 32 per chiudere a tenuta la suddetta apertura di uscita 31 consentendo tuttavia il passaggio del fascio laser L che attraversa l’ugello di taglio 30 e colpisce il pezzo da lavorare 50. L’apertura di uscita 31 è realizzata su una parete di fondo 34 del secondo involucro 16. La chiusura a tenuta dell’apertura di uscita 31 mediante il vetro di separazione 32 è garantita da un opportuno elemento di tenuta 33.

Il vetro di separazione 32 unitamente all’ulteriore elemento di supporto 24 e alla lente di focalizzazione 6 forma nel vano interno 20 dei mezzi ad involucro 15, 16, in particolare all’interno del secondo involucro 16, una camera intermedia 20c disposta per separare ermeticamente lo specchio 10 e il gruppo di collimazione 2 dall’apertura di uscita 31. A tale scopo la lente di focalizzazione 6 è montata a tenuta sull’ulteriore elemento di supporto 24.

La camera intermedia 20c costituisce una barriera che si interpone tra l’ambiente esterno (attraverso l’apertura di uscita 31) e la parte del vano interno 20 in cui sono contenuti il gruppo di collimazione 2 e lo specchio 10. Oltre al vetro di separazione 32, anche la lente di focalizzazione 6 con il relativo elemento di supporto 24 forma infatti una barriera fisica che impedisce l’ingresso nella testa di taglio laser 1 di eventuali particelle e corpi estranei e, in particolare, di scorie generate dalla fusione del pezzo in lavorazione che potrebbero penetrare in caso di compromissione della tenuta tra il vetro di separazione 32 e la parete di fondo 34, ad esempio per il danneggiamento o degradamento dell’elemento di tenuta 33.

La testa di taglio laser 1 include altresì un’unità di raffreddamento 25 fissata esternamente ad una rispettiva parete dei mezzi ad involucro 15, 16 e mezzi termo-conduttivi 26 che collegano l’elemento di supporto 4 alla suddetta parete dei mezzi ad involucro in modo da estrarre per conduzione termica dall’elemento di supporto 4 e dalla lente di collimazione 3 il calore generato in quest’ultima quando attraversata dal fascio laser L. A tale scopo l’elemento di supporto 4 e almeno la rispettiva parete dei mezzi ad involucro 15, 16 sono realizzati in materiale ad elevata conducibilità termica.

I mezzi termo-conduttivi comprendono almeno un elemento termo-conduttivo flessibile 26 realizzato in materiale ad elevata conducibilità termica, ad esempio un nastro intrecciato di rame e/o un nastro rivestito di fogli di grafite oppure un nastro di rame rivestito di una pellicola di poliimmide (Kapton®). Un’estremità dell’elemento termoconduttivo flessibile 26 è fissata ad una parete dell’elemento di supporto 4, mentre la rimanente estremità è fissata ad una superficie interna della parete dei mezzi ad involucro 15, 16, in particolare una parete del primo involucro 15. L’unità di raffreddamento 25 è invece fissata ad una superficie esterna della suddetta parete dei mezzi ad involucro 15, 16 in corrispondenza dell’estremità dell’elemento termo-conduttivo flessibile 26 in modo da estrarre il calore trasmesso da quest’ultimo alla parete dei mezzi ad involucro 15, 16. La flessibilità dell’elemento termo-conduttivo 26 non ostacola in alcun modo la movimentazione dell’elemento di supporto 4 lungo la direzione di regolazione X nel funzionamento della testa di taglio laser 1.

L’unità di raffreddamento 25 comprende una o più celle di Peltier 37 ed un elemento dissipatore di calore 38. Il lato freddo della cella di Peltier 37 è fissato esternamente alla parete dei mezzi ad involucro 15, 16, mentre il lato caldo della cella di Peltier 37 è collegato all’elemento dissipatore di calore 38.

La testa di taglio laser 1 include un’ulteriore unità di raffreddamento 35 fissata esternamente ad una rispettiva parete dei mezzi ad involucro 15, 16, in particolare ad una superficie esterna di una parete del secondo involucro 16, in modo da estrarre da quest’ultima il calore che per conduzione termica si irradia dalla lente di focalizzazione 6 riscaldata dal calore generato quando attraversata dal fascio laser L. A tale scopo l’ulteriore elemento di supporto 24 e almeno la rispettiva parete dei mezzi ad involucro 15, 16 sono realizzati in materiale ad elevata conducibilità termica.

L’ulteriore unità di raffreddamento 35 comprende una o più celle di Peltier 37 ed un elemento dissipatore di calore 38. Il lato freddo della cella di Peltier 37 è fissato esternamente alla parete dei mezzi ad involucro 15, 16, mentre il lato caldo della cella di Peltier 37 è collegato all’elemento dissipatore di calore 38.

L’ulteriore unità di raffreddamento 35 è inoltre posizionata su detta parete dei mezzi ad involucro 15, 16 in corrispondenza anche di detta parete di fondo 34, in modo da estrarre per conduzione termica il calore generato nel vetro di separazione 32 quando attraversato dal fascio laser L. Il calore si irradia infatti per conduzione dal vetro di separazione 32 attraverso la parete di fondo 34 alla parete dei mezzi ad involucro al cui esterno è fissata l’ulteriore unità di raffreddamento 35. In tal modo, anche il vetro di separazione 32 può essere raffreddato e la sua durata aumenta considerevolmente.

In una versione della testa di taglio laser 1 non illustrata nelle figure, le lenti 3, 6 dei gruppi di collimazione 2 e di focalizzazione 5 sono raffreddate mediante un sistema di raffreddamento di tipo noto che prevede l’immissione di gas (tipicamente azoto) a temperatura controllata all’interno della testa di taglio laser 1 così da lambire e quindi raffreddare le lenti.

Nel funzionamento della testa di taglio laser 1, il fascio laser proveniente dall’apparato emettitore laser tramite i mezzi di trasmissione ottica 41 viene collimato dal gruppo di collimazione 2 e riflesso dallo specchio 10 al gruppo di focalizzazione 5 da cui detto fascio laser esce focalizzato e attraverso l’ugello di taglio 30 colpisce il pezzo 50 da lavorare. Il corretto posizionamento del punto focale o fuoco del fascio laser L sul pezzo 50 da tagliare (su un determinato punto della superficie del pezzo da tagliare o appena al di sotto di tale superficie) è realizzato spostando opportunamente la lente di collimazione 3 lungo la direzione di regolazione X, essendo fissa la lente di focalizzazione 6. Tale spostamento può essere realizzato in modo preciso e accurato dai mezzi di azionamento 7 inseriti e alloggiati interamente all’interno dei mezzi ad involucro 15, 16. Similmente, anche i mezzi di guida 11 che supportano e guidano l’elemento di supporto 4 della lente di collimazione 3 lungo la direzione di regolazione X, i mezzi anti-rotazione ed il sensore di posizione 23 sono alloggiati completamente all’interno dei mezzi ad involucro 15, 16. In tal modo il vano interno 20 può essere vantaggiosamente isolato ermeticamente, ossia separato a tenuta d’aria, da un ambiente esterno in cui si trova la testa di taglio laser 1. Si noti infatti che le uniche aperture previste sui mezzi ad involucro sono l’apertura di ingresso 39 e l’apertura di uscita 31 rispettivamente per l’ingresso e l’uscita del fascio laser, chiuse dai mezzi di trasmissione ottica 41 e dal vetro di separazione 32.

È bene notare che i mezzi di azionamento 7, che comprendono un attuatore elettromagnetico ad ancora mobile, ed i mezzi di guida 11, che comprendono una bussola di guida con sfere ceramiche, sostanzialmente non generano nel funzionamento particelle o residui che possano contaminare il vano interno 20 della testa di taglio laser 1 e quindi sporcare le lenti 3, 6 e lo specchio 10.

Grazie alle unità di raffreddamento 25, 35 provviste di celle di Peltier 37, poste all’esterno dei mezzi ad involucro 15, 16 e collegate agli elementi di supporto 4, 24 delle lenti di collimazione 3 e di focalizzazione 6 è possibile estrarre dalle lenti in modo efficace per conduzione termica il calore in esse generato dall’attraversamento del fascio laser L. Poiché le unità di raffreddamento 25, 35 sono fissate esternamente ai mezzi ad involucro 15, 16 ed estraggono dalle pareti di questi ultimi il calore che per conduzione termica si diffonde dalle lenti 3, 6 attraverso gli elementi di supporto 4, 24 ed i mezzi termoconduttivi 26, non sono necessarie aperture di collegamento sui mezzi ad involucro ed il vano interno 20 della testa di taglio laser 1 risulta isolato dall’ambiente esterno.

La particolare configurazione della testa di taglio laser 1 permette inoltre di conseguire numerosi altri vantaggi di seguito descritti.

La lente di focalizzazione 6 che è fissa e non deve essere movimentata per variare e regolare il punto focale del fascio laser sul pezzo 50, può essere posizionata ad una maggiore distanza dall’ugello di taglio 30 ossia dallo stesso pezzo 50 in lavorazione, (sostanzialmente in corrispondenza della quota massima della corsa di regolazione necessaria nel caso di teste di taglio laser con lente di focalizzazione mobile). In tal modo, la lente di focalizzazione 6 è soggetta ad un minor gradiente termico dovuto al calore generato dalla fusione del pezzo in lavorazione e la sua integrità e la sua durata sono maggiormente preservate.

Di conseguenza anche il vetro di separazione 32 può essere posizionato ad una maggiore distanza dal pezzo 50, ove è più difficilmente raggiungibile da schizzi di materiale fuso del pezzo in lavorazione. La durata del vetro di separazione 32 aumenta quindi considerevolmente e aumentano altresì gli intervalli di tempo tra un intervento di manutenzione ed il successivo.

Il vetro di separazione 32 può inoltre essere posizionato vicino alla lente di focalizzazione 6, che è fissa, ad una distanza minima da quest’ultima e tale da consentire di minimizzare la densità superficiale di potenza del fascio laser L sul suddetto vetro di separazione 32. Il fascio laser L, che esce dalla lente di focalizzazione 6 convergente per realizzare il punto focale sul pezzo 50, attraversa infatti un’area del vetro di separazione 32 che si riduce progressivamente all’aumentare della distanza di quest’ultimo dalla lente di focalizzazione 6. Ad una distanza minima dalla lente di focalizzazione 6 tale area è massima e la potenza del fascio laser L si distribuisce su detta area più vasta determinando una minor densità superficiale di potenza, dunque una minore concentrazione di energia termica. Il vetro di separazione 32 risulta quindi meno sollecitato dal punto di vista termico e la sua durata aumenta.

Come già sopra evidenziato, utilizzando una lente di focalizzazione 6 fissa (montata sull’ulteriore elemento di supporto 24) è inoltre possibile realizzare nel vano interno 20 dei mezzi ad involucro 15, 16 una camera intermedia 20c che separa ermeticamente lo specchio 10 e il gruppo di collimazione 2 dall’apertura di uscita 31 e in grado di bloccare l’ingresso di particelle e corpi estranei nella testa di taglio laser 1, in caso di compromissione della tenuta tra il vetro di separazione 32 e la relativa flangia di supporto 34, ad esempio per il danneggiamento o degradamento dell’elemento di tenuta 33. Si noti inoltre che le due barriere formate, una dal vetro di separazione 32 e dalla parete di fondo 34 del secondo involucro 16 e l’altra dalla lente di focalizzazione 6 e dall’ulteriore elemento di supporto 24, sono raffreddate dall’ulteriore unità di raffreddamento 35. Infine, è bene notare che la lente di focalizzazione 6, fissa, oltre ad essere posizionata più lontana dal pezzo 50 in lavorazione, può essere posizionata più vicina alla lente di collimazione 3, ossia più vicina allo specchio 10. Il minor percorso ottico che separa le due lenti permette di ottenere una maggiore efficienza energetica giacché risulta minore la potenza del fascio laser L dispersa attorno all’asse ottico della lente di focalizzazione 6.

La figura 3 illustra una variante della testa di taglio laser 1 che differisce dalla forma di realizzazione sopra descritta e illustrata nelle figure 1 e 2, per i mezzi di azionamento che comprendono un motore lineare a magneti permanenti 17 provvisto di un’armatura fissa, o statore, 18 provvista di avvolgimenti 18a e fissata ad una parete interna dei mezzi ad involucro 15, 16 ed un’armatura mobile 19 provvista di magneti permanenti 19a e fissata ad una parete esterna dell’elemento di supporto 4. Anche in questa versione sono previsti mezzi di guida lineare 11 fissati ad una parete interna dei mezzi ad involucro 15, 16 e destinati a supportare scorrevolmente lungo la direzione di regolazione X l’elemento di supporto 4, impedendo spostamenti e/o oscillazioni trasversali a tale direzione di regolazione X. I mezzi di guida lineare comprendono una bussola di guida 11 provvista di sfere 12, in particolare realizzate in materiale ceramico a basso attrito, scorrevoli su una parete esterna 4b dell’elemento di supporto 4.

Un sensore di posizione 23 è alloggiato all’interno dei mezzi ad involucro 15, 16, in particolare del primo involucro 15, per misurare uno spostamento lineare dell’elemento di supporto 4 lungo la direzione di regolazione X in modo da consentire ad un’unità di controllo della macchina utensile di eseguire un controllo in retroazione dei mezzi di attuazione 17 per posizionare correttamente la lente di collimazione 3 ossia il punto focale del fascio laser sul pezzo 50.

La figura 4 illustra un’altra variante della testa di taglio laser 1 che differisce dalla forma realizzativa di figura 3 per il fatto che l’armatura fissa 18 del motore lineare a magneti permanenti 17 è integrata nella, o formata dalla, parete stessa dei mezzi ad involucro 15, 16. Più precisamente, l’armatura fissa 18 è formata da una porzione anulare della parete del primo involucro 15 dalla quale si estendono radialmente verso l’interno le espansioni polari per gli avvolgimenti 18a.

Similmente, l’armatura mobile del motore lineare a magneti permanenti 17 è integrata in, o formata da, l’elemento di supporto 4 della lente di collimazione 3, i magneti permanenti 19a essendo fissati ad una parete esterna all’elemento di supporto 4.

Tale variante della testa di taglio laser 1 risulta particolarmente compatta e più semplice da realizzare.

La figura 5 illustra un’altra variante della testa di taglio laser 1, in cui i mezzi di azionamento comprendono un motore elettrico rotativo 27 fissato ad una parete interna dei mezzi ad involucro 15, 16 ed agente tramite mezzi a vite-madrevite 43 sull’elemento di supporto 4 stesso. Più precisamente, il motore elettrico 27 include un’armatura fissa, o statore, 28 provvista di avvolgimenti 28a alimentati da corrente elettrica, fissata ad una parete interna dei mezzi ad involucro 15, 16 ed un’armatura mobile rotante, o rotore 29, provvista di magneti permanenti 29a e connessa tramite i mezzi a vite-madrevite 43 all’elemento di supporto 4. Più precisamente, l’armatura mobile 29 è connessa ad una madrevite 44 dei mezzi a vite-madrevite 43, in modo da porre in rotazione quest’ultima attorno ad un asse di rotazione parallelo alla direzione di regolazione X.

I mezzi a vite-madrevite 43 comprendono una vite a ricircolo di sfere in cui la madrevite o chiocciola 44 è provvista di una scanalatura elicoidale interna per lo scorrimento di sfere 46, in particolare di materiale ceramico, mentre l’elemento di supporto 4 funge da vite e presenta su una rispettiva parete esterna una scanalatura elicoidale nella quale scorrono le suddette sfere 46. Queste ultime sono preferibilmente precaricate per ridurre eventuali giochi e garantire un’elevata precisione nella trasformazione del moto da rotatorio a lineare.

Cuscinetti volventi 45 sono interposti tra una parete interna dei mezzi ad involucro 15, 16 e la madrevite 44 per supportare girevolmente quest’ultima nella sua rotazione.

Mezzi anti-rotazione, di tipo noto e non illustrato in dettaglio nelle figure, sono previsti ed alloggiati all’interno dei mezzi ad involucro 15, 16 per impedire all’elemento di supporto 4 di ruotare con la madrevite 44 attorno all’asse di rotazione durante il funzionamento.

La figura 6 illustra un’ulteriore variante della testa di taglio laser 1 che differisce dalla forma realizzativa di figura 5 per il fatto che l’armatura fissa 28 del motore elettrico rotativo 27 è integrata e formata nella parete dei mezzi ad involucro 15, 16. Più precisamente, l’armatura fissa o statore 28 è formata da una porzione anulare della parete del primo involucro 15 dalla quale si estendono radialmente verso l’interno le espansioni polari per gli avvolgimenti 28a.

Similmente, l’armatura mobile o rotore 29 è formata da una porzione della madrevite 44, i magneti permanenti 29a essendo direttamente fissati ad una parete esterna di un’estremità di detta madrevite 44.

Il funzionamento delle varianti della testa di taglio laser 1 sopra descritti e illustrati nelle figure da 3 a 6 è sostanzialmente analogo a quello della forma realizzativa delle figure 1 e 2.

Con particolare riferimento alle varianti della testa di taglio laser 1 sopra descritte e illustrate ad esempio nelle figure 4 e 6, i mezzi di azionamento 7, 17, 27 dell’elemento di supporto 4 che sostiene la lente di collimazione 3 comprendono attuatori elettromagnetici lineari oppure rotativi in cui almeno le rispettive armature fisse 8, 18, 28 che recano gli avvolgimenti 8a, 18a, 28a percorsi da corrente elettrica possono essere vantaggiosamente integrate o realizzate in una parete interna dei mezzi ad involucro 15, 16, in particolare del primo involucro 15. Più precisamente, una o più porzioni anulari di detta parete interna fungono da armature fisse alla quale possono essere fissati gli avvolgimenti. È anche previsto che l’armatura mobile (ancora o rotore) possa essere integrata all’elemento di supporto 4, ossia formata da una porzione terminale del suddetto elemento di supporto 4, i magneti permanenti essendo fissati ad una parete esterna di quest’ultimo. Tali forme realizzative dei mezzi di azionamento 7, 17, 27 sostanzialmente integrati ai mezzi ad involucro 15, 16 e all’elemento di supporto 4 della lente di collimazione 3 permettono di semplificare la struttura della testa di taglio laser 1 e contenerne dimensioni ed ingombri. Nello stesso tempo, i mezzi ad involucro 15, 16 chiudono in modo ermetico il vano interno 20.

Con riferimento alla figura 7, è illustrata un’ulteriore variante della testa di taglio laser 1 che differisce dalla forma di realizzazione sopra descritta e illustrata nelle figure 1 e 2 per il fatto di comprendente mezzi di tenuta 21, 22 che collegano le estremità 4a, 4c dell’elemento di supporto 4 a pareti interne dei mezzi ad involucro 15, 16 e sono configurati per consentire all’elemento di supporto 4 di essere mobile lungo la direzione di regolazione X. I mezzi di tenuta 21, 22 in cooperazione con l’elemento di supporto 4 e le pareti interne dei mezzi ad involucro 15, 16 formano nel vano interno 20 una prima camera 20a contenente la lente di collimazione 3, lo specchio 10 e il gruppo di focalizzazione 5 ed una seconda camera 20b contenente i mezzi di azionamento 7. La prima camera 20a è chiusa e isolata ermeticamente sia dalla seconda camera 20b sia dall’ambiente esterno.

Più precisamente, all’interno del primo involucro 15 i mezzi di tenuta 21, 22 formano e delimitano con l’elemento di supporto 4 la seconda camera 20b di forma anulare che alloggia, oltre ai mezzi di azionamento 7, i mezzi di guida 11, il sensore di posizione 23, i mezzi anti-rotazione ed i mezzi termo-conduttivi 26 che collegano una parete esterna dell’elemento di supporto 4 ad una parete interna del primo involucro 15.

La prima camera 20a che include la cavità interna passante 40, formata dall’elemento di supporto 4 e contenente la lente di collimazione 3, e il volume all’interno del secondo involucro 16 nel quale sono alloggiati lo specchio 10 ed il gruppo di focalizzazione 5, separata ermeticamente ossia isolata dalla seconda camera 20b. In tal modo eventuali particelle e elementi estranei e contaminanti, ad esempio già presenti nei mezzi di azionamento 7, mezzi di guida 11, sensore di posizione 23, mezzi anti-rotazione ed i mezzi termo-conduttivi 26 in fase di montaggio ed assemblaggio della testa di taglio laser 1, non posso raggiungere e contaminare le lenti di collimazione 3 e di focalizzazione 6 e lo specchio 10.

I mezzi di tenuta 21, 22 comprendono, ad esempio, una prima guarnizione a soffietto 21 ed una seconda guarnizione a soffietto 22, in particolare formate da rispettivi manicotti cilindrici in materiale estensibile, ad esempio gomma o silicone. La prima guarnizione a soffietto 21 collega la prima estremità 4a dell’elemento di supporto 4 ad una rispettiva parete interna del primo involucro 15 dei mezzi ad involucro, mentre la seconda guarnizione a soffietto 22 collega la seconda estremità 4c dell’elemento di supporto 4 ad una rispettiva parete interna del suddetto primo involucro 15 in corrispondenza del connettore 42 dei mezzi di trasmissione ottica 41.

In alternativa, mezzi di tenuta 21, 22 possono comprendere rispettive guarnizioni a labirinto formate dalle estremità 4a, 4c dell’elemento di tenuta 4 con le pareti interne del primo involucro 15.

In questa variante della testa di taglio laser 1, i mezzi di azionamento comprendono, ad esempio, un attuatore elettromagnetico lineare 7 del tipo ad ancora mobile avente l’armatura fissa 8, che alloggia i due avvolgimenti 8a alimentati da corrente elettrica, fissata ad una parete interna dei mezzi ad involucro 15, 16 e l’armatura mobile 9, integrata e formata dallo stesso elemento di supporto 4, il corpo magnetico 9a essendo fissato una parete esterna di quest’ultimo.

È anche previsto che l’elemento di supporto 4 sia formato da una prima parte comprendente la prima estremità 4a e la parete esterna 4b che interagisce con i mezzi di guida lineare 11 e da una seconda parte che include l’armatura mobile 9 dell’attuatore elettromagnetico lineare 7, la prima parte e la seconda parte dell’elemento di supporto 4 essendo tra loro connesse tramite mezzi di fissaggio di tipo noto.

È altresì previsto, in questa variante della testa di taglio laser 1, che i mezzi di azionamento possano comprendere un motore lineare a magneti permanenti dotato di un’armatura fissa provvista di avvolgimenti e fissata ad una parete interna dei mezzi ad involucro 15, 16 e di un’armatura mobile provvista di magneti permanenti e fissata ad una parete esterna dell’elemento di supporto 4, oppure un motore elettrico rotativo fissato ad una parete interna dei mezzi ad involucro 15, 16 ed agente tramite mezzi a vitemadrevite 43 sull’elemento di supporto 4 stesso.

Grazie a questa variante della testa di taglio laser 1, è possibile assicurare un completo isolamento dall’ambiente esterno dei gruppi di collimazione e di focalizzazione, riducendo al minimo i rischi che particelle e residui possano contaminare e sporcare le lenti di collimazione e di focalizzazione, ciò permettendo di aumentarne la durata e avere prestazioni ottimali nel tempo, evitando alterazioni delle caratteristiche ottiche.

La figura 8 illustra una forma di realizzazione della testa di taglio laser 1 dell’invenzione che differisce dalla forma di realizzazione sopra descritta e illustrata nelle figure 1 e 2 per i mezzi ad involucro 15, 16 e l’ugello di taglio 30. Il secondo involucro 16 dei mezzi ad involucro 15, 16 comprende infatti una parete di fondo 54 provvista di una cavità tubolare 55, che si protende all’interno del vano interno 20 in direzione della lente di focalizzazione 6 e presenta, adiacente e affacciata a quest’ultima, l’apertura di uscita 31 per l’uscita del fascio laser collimato e focalizzato. La cavità tubolare 55 è disposta per alloggiare un elemento terminale 56, anch’esso di forma tubolare, avente una prima estremità interna 56a che supporta il vetro di separazione 32 ed in grado di chiudere a tenuta, in cooperazione con quest’ultimo, l’apertura di uscita 31. Più precisamente, la prima estremità interna 56a dell’elemento terminale 56 si accoppia mediante un’opportuna prima guarnizione di tenuta 53 all’apertura di uscita 31, quando l’elemento terminale 56 è inserito nella cavità tubolare 55 in una configurazione di montaggio. L’elemento terminale 56 comprende altresì una seconda estremità esterna 56b che supporta l’ugello di taglio 30. Quest’ultimo può essere anche integrato ed in pezzo unico con l’elemento terminale 56. L’elemento terminale 56 e l’ugello di taglio 30 formano un cavità passante 58 per il passaggio del fascio laser L in uscita dalla lente di focalizzazione 6.

La seconda estremità esterna 56b dell’elemento terminale 56 presenta una flangia per l’accoppiamento a tenuta, tramite una seconda guarnizione di tenuta 57, con una superficie esterna della parete di fondo 54 del secondo involucro 16.

In tal modo, l’elemento terminale 56 forma con la cavità tubolare 55 della parete di fondo 54 un’ulteriore camera intermedia 20d che separa ermeticamente e si interpone tra l’ambiente esterno e la camera intermedia 20c formata all’interno del secondo involucro 16 dalla parete di fondo 54 con la cavità tubolare 55, dal vetro di separazione 32 e dall’ulteriore elemento di supporto 24 sul quale è montata a tenuta la lente di focalizzazione 6.

Nella testa di taglio laser 1 dell’invenzione sono quindi presenti due camere intermedie 20c, 20d che separano dall’ambiente esterno la parte del vano interno 20 in cui sono contenuti il gruppo di collimazione 2, lo specchio 10 ed il gruppo di focalizzazione 5. Le due camere intermedie 20c, 20d formano una tripla barriera costituita dall’ulteriore elemento di supporto 24 che monta a tenuta la lente di focalizzazione 6, dalla prima estremità interna 56a dell’elemento terminale 56 che si accoppia mediante la prima guarnizione di tenuta 53 all’apertura di uscita 31 e supporta il vetro di separazione 32 e dalla seconda estremità esterna 56b dell’elemento terminale 56 che si accoppia a tenuta tramite la seconda guarnizione di tenuta 57 con la superficie esterna della parete di fondo 54. La suddetta tripla barriera impedisce l’ingresso all’interno della testa di taglio laser 1 di eventuali particelle e corpi estranei e, in particolare, di scorie generate dalla fusione del pezzo 50 in lavorazione. È bene notare che la separazione ermetica con l’ambiente esterno è realizzata nell’ulteriore camera intermedia 20d da due distinte e separate guarnizioni di tenuta 53, 57 che garantiscono una maggiore efficacia ed affidabilità della tenuta.

Si noti inoltre che grazie alla testa di taglio laser 1 dell’invenzione, il vetro di separazione 32 è posizionato adiacente alla lente di focalizzazione 6 e ad una maggiore distanza dal pezzo 50, più all’interno della testa di taglio laser 1 e ove è più difficilmente raggiungibile da schizzi di materiale fuso del pezzo 50 in lavorazione. In tal modo il vetro di separazione 32 e quindi la lente di focalizzazione 6 risultano più efficacemente protetti.

Inoltre, poiché il vetro di separazione 32 è posizionato vicino alla lente di focalizzazione 6 si riduce la densità superficiale di potenza del fascio laser L sul suddetto vetro di separazione 32. Il fascio laser L, che esce convergente dalla lente di focalizzazione 6, attraversa infatti un’ampia area del vetro di separazione 32 (vista la distanza minima dalla lente di focalizzazione 6) e la potenza si distribuisce su detta area più vasta determinando una minor densità di potenza, dunque una minore concentrazione di energia termica. Il vetro di separazione 32 risulta quindi anche meno sollecitato dal punto di vista termico e la sua durata aumenta considerevolmente, nello stesso tempo diminuendo il rischio di una sua possibile rottura che comprometterebbe l’integrità del gruppo di focalizzazione 5. La durata del vetro di separazione 32 aumenta altresì anche in virtù dell’ulteriore unità di raffreddamento 35 che è posizionata sulla parete interna dei mezzi ad involucro 15, 16 in corrispondenza sia dell’ulteriore elemento di supporto 24, che supporta la lente di focalizzazione 6, sia della parete di fondo 54, in modo da estrarre per conduzione termica il calore generato nella lente di focalizzazione 6 e nel vetro di separazione 32 dal fascio laser L in attraversamento. In particolare, il calore si irradia per conduzione dal vetro di separazione 32 attraverso la parete della cavità tubolare 55, la parete di fondo 54 e la parete dei mezzi ad involucro 15, 16 al cui esterno è fissata l’ulteriore unità di raffreddamento 35. Il vetro di separazione 32 può quindi essere raffreddato, al pari della lente di focalizzazione 6, e la sua durata aumenta considerevolmente.

Anche in questa forma di realizzazione della testa di taglio laser 1 dell’invenzione l’ulteriore elemento di supporto 24 è fissato alla parete interna del secondo involucro 16 in corrispondenza dell’ulteriore unità di raffreddamento 35.

Il funzionamento della testa di taglio laser 1 dell’invenzione è sostanzialmente il medesimo di quello della forma realizzativa sopra descritta ed illustrata nelle figure 1 e 2.

Con riferimento alla figura 9, è illustrata un’altra forma di realizzazione della testa di taglio laser 1 che differisce dalle forme di realizzazione precedentemente descritte per il fatto di non comprendere uno specchio interposto tra i gruppi di collimazione 2 e di focalizzazione 5. In questa forma di realizzazione i mezzi ad involucro comprendono un unico involucro 65 ed il fascio laser L si sviluppa assialmente all’interno della testa di taglio laser 1 dalla prima apertura di ingresso 39, accoppiata ai mezzi di trasmissione ottica 41, alla seconda apertura di uscita 31 posta in corrispondenza di un ugello di taglio 30. La lente di collimazione 3 e la lente di focalizzazione 6 sono allineate lungo un asse ottico F del fascio laser L. I mezzi di azionamento 27, comprendenti il motore elettrico rotativo 27 accoppiato ai mezzi a vite-madrevite 43, permettono di movimentare l’elemento di supporto 4 lungo la direzione di regolazione X parallela all’asse ottico F, così da regolare il punto focale.

La lente di collimazione 3 e l’elemento di supporto 4 sono raffreddati dall’unità di raffreddamento 25 fissata esternamente all’involucro 55.

La lente di focalizzazione 6, il vetro di separazione 32, l’elemento di supporto 24 e la parete di fondo 34 sono raffreddati dall’ulteriore unità di raffreddamento 35 fissata esternamente all’involucro 55.

La figura 10 illustra una variante della forma di realizzazione di figura 8 da cui differisce per il fatto di comprendere i mezzi di tenuta 21, 22 che collegano le estremità 4a, 4c dell’elemento di supporto 4 a pareti interne dell’involucro 55. I mezzi di tenuta 21, 22, oltre a consentire all’elemento di supporto 4 di essere movimentato dai mezzi di azionamento 7 lungo la direzione di regolazione X, formano nel vano interno 20 con l’elemento di supporto 4 e le pareti interne dell’involucro 55 la prima camera 20a contenente la lente di collimazione 3 e la lente di focalizzazione 6 e la seconda camera 20b contenente i mezzi di azionamento 7 comprendenti un attuatore elettromagnetico ad ancora mobile. Anche in questa variante la prima camera 20a è chiusa e isolata ermeticamente dalla seconda camera 20b e dall’ambiente esterno.

I mezzi di tenuta 21, 22 comprendono ad esempio una prima guarnizione a soffietto 21 ed una seconda guarnizione a soffietto 22, in particolare formate da rispettivi manicotti cilindrici in materiale estensibile, ad esempio gomma o silicone. La prima guarnizione a soffietto 21 collega la prima estremità 4a dell’elemento di supporto 4 ad una rispettiva parete interna dell’involucro 55 dei mezzi ad involucro, mentre la seconda guarnizione a soffietto 22 collega la seconda estremità 4c dell’elemento di supporto 4 ad una rispettiva parete interna del suddetto involucro 55 in corrispondenza del connettore 42 dei mezzi di trasmissione ottica 41.

I mezzi di azionamento comprendono un attuatore elettromagnetico lineare 7 del tipo ad ancora mobile avente l’armatura fissa 8, che alloggia i due avvolgimenti 8a alimentati da corrente elettrica, fissata ad una parete interna dei mezzi ad involucro 55 e l’armatura mobile 9, integrata e formata dallo stesso elemento di supporto 4, il corpo magnetico 9a essendo fissato una parete esterna di quest’ultimo.

È anche previsto che l’elemento di supporto 4 possa essere formato da una prima parte comprendente la prima estremità 4a e la parete esterna 4b che interagisce con i mezzi di guida lineare 11 e da una seconda parte che include l’armatura mobile 9 dell’attuatore elettromagnetico lineare 7, la prima parte e la seconda parte dell’elemento di supporto 4 essendo tra loro connesse tramite mezzi di fissaggio di tipo noto.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Testa di taglio laser (1) alimentabile da un apparato emettitore laser tramite mezzi di trasmissione ottica (41) e associabile ad una macchina utensile, comprendente: - un gruppo di collimazione (2) per collimare un fascio laser (L) proveniente da detto apparato emettitore laser e comprendente almeno una lente di collimazione (3) ed un elemento di supporto (4) atto a supportare detta lente di collimazione (3) e mobile lungo una direzione di regolazione (X); - un gruppo di focalizzazione (5) per focalizzare detto fascio laser (L) uscente collimato da detto gruppo di collimazione (2) e comprendente almeno una lente di focalizzazione (6); -- mezzi di azionamento (7; 17; 27) per movimentare lungo detta direzione di regolazione (X) detto elemento di supporto (4) con detta lente di collimazione (3) in modo da variare un punto focale di detto fascio laser (L) uscente focalizzato da detto gruppo di focalizzazione (5); - mezzi ad involucro (15, 16; 55) che formano un vano interno (20) chiuso ed ermeticamente isolato da un ambiente esterno e atto a contenere interamente detto gruppo di collimazione (2), detto gruppo di focalizzazione (5) e detti mezzi di azionamento (7; 17; 27); caratterizzata dal fatto che detti mezzi ad involucro (15, 16; 55) comprendono un primo involucro (15) atto a contenere almeno detto gruppo di collimazione (2) e detti mezzi di azionamento (7) ed un secondo involucro (16) atto a contenere almeno detto gruppo di focalizzazione (5), detto secondo involucro (16) comprendendo una parete di fondo (54) provvista di una cavità tubolare (55), che si protende all’interno di detto vano interno (20) in direzione di detta lente di focalizzazione (6) e presenta, adiacente e affacciata a quest’ultima, un’apertura di uscita (31) per l’uscita del fascio laser (L) collimato e focalizzato, detta cavità tubolare (55) essendo disposta per alloggiare un elemento terminale (56), anch’esso di forma tubolare, avente una prima estremità interna (56a) che supporta un vetro di separazione (32) ed in grado di chiudere a tenuta, in cooperazione con quest’ultimo, detta apertura di uscita (31).
2. 2. Testa di taglio laser (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta prima estremità interna (56a) di detto elemento terminale (56) è disposta per accoppiarsi mediante un’opportuna prima guarnizione di tenuta (53) a detta apertura di uscita (31), quando detto elemento terminale (56) è inserito in detta cavità tubolare (55) in una configurazione di montaggio.
3. 3. Testa di taglio laser (1) secondo la rivendicazione 1 oppure 2, in cui detto elemento terminale (56) comprende una seconda estremità esterna (56b) che supporta un ugello di taglio (30), detto elemento terminale (56) e detto ugello di taglio (30) formando un cavità passante (58) per il passaggio di detto fascio laser (L) in uscita da detta lente di focalizzazione (6).
4. 4. Testa di taglio laser (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente un ulteriore elemento di supporto (24) fissato ad una parete interna di detti mezzi ad involucro (15, 16) e disposto per supportare almeno detta lente di focalizzazione (6), detto vetro di separazione (32) unitamente a detto ulteriore elemento di supporto (24) e a detta lente di focalizzazione (6) formando in detto vano interno (20) una camera intermedia (20c) disposta per separare ermeticamente almeno detto gruppo di collimazione (2) da detta apertura di uscita (31).
5. 5. Testa di taglio laser (1) secondo la rivendicazione 4, quando dipendente dalla rivendicazione 3, in cui detta seconda estremità esterna (56b) di detto elemento terminale (56) presenta una flangia per l’accoppiamento a tenuta, tramite una seconda guarnizione di tenuta (57), con una superficie esterna di detta parete di fondo (54), detto elemento terminale (56) formando con detta cavità tubolare (55) di detta parete di fondo (54) un’ulteriore camera intermedia (20d) che separa ermeticamente e si interpone tra l’ambiente esterno e detta camera intermedia (20c).
6. 6. Testa di taglio laser (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto elemento di supporto (4) presenta una cavità interna passante (40) per il passaggio di detto fascio laser (L), detto elemento di supporto (4) includendo una prima estremità (4a) atta a supportare detta lente di collimazione (3) all’interno di detta cavità interna passante (40), ed una seconda estremità (4c).
7. 7. Testa di taglio laser (1) secondo la rivendicazione 6, comprendente mezzi di tenuta (21, 22) disposti per collegare dette prima estremità (4a) e seconda estremità (4c) di detto elemento di supporto (4) a pareti interne di detti mezzi ad involucro (15, 16; 55) e configurati in modo da consentire a detto elemento di supporto (4) di essere movimentato lungo detta direzione di regolazione (X), detti mezzi di tenuta (21, 22), detto elemento di supporto (4) e dette pareti interne di detti mezzi ad involucro (15, 16; 55) formando all’interno di detto vano interno (20) una prima camera (20a) contenente almeno detta lente di collimazione (3) e detto gruppo di focalizzazione (5), e una seconda camera (20b) contenente detti mezzi di azionamento (7; 17, 27), detta prima camera (20a) essendo chiusa ed isolata ermeticamente da detta seconda camera (20b) e da un ambiente esterno.
8. 8. Testa di taglio laser (1) secondo la rivendicazione 9, in cui detti mezzi di tenuta comprendono una prima guarnizione a soffietto (21) ed una seconda guarnizione a soffietto (22), in particolare formate da rispettivi manicotti cilindrici in materiale estensibile, detta prima guarnizione a soffietto (21) collegando detta prima estremità (4a) dell’elemento di supporto (4) ad una rispettiva parete interna di detti mezzi ad involucro (15, 16; 55), detta seconda guarnizione a soffietto (22) collegando detta seconda estremità (4c) dell’elemento di supporto (4) ad una rispettiva parete interna di detti mezzi ad involucro (15, 16; 55).
9. 9. Testa di taglio laser (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente una superficie riflettente (10) interposta tra detto gruppo di collimazione (2) e detto gruppo di focalizzazione (5) per riflettere, in particolare di circa 90°, verso detto gruppo di focalizzazione (5) detto fascio laser (L) in uscita da detto gruppo di collimazione (2).
10. 10. Macchina utensile di taglio e/o punzonatura per lamiere metalliche comprendente almeno una testa di taglio laser (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti.