IT9022084A1

IT9022084A1 - Apparecchiatura di allineamento del percorso di un raggio laser in una macchina operatrice a laser.

Info

Publication number: IT9022084A1
Application number: IT022084A
Authority: IT
Inventors: Kenneth Fukae; Chun Shue Lee; Gnian C Lim; Stanley L Ream
Original assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1989-11-16
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1991-05-17
Also published as: GB9024662D0; GB2238867A; FR2654375B1; KR910009381A; CH684580A5; DE4036127A1; DE4036127C2; IT1248894B; GB2238867B; JP2931078B2; IT9022084A0; FR2654375A1; US5011282A; JPH03180292A; KR0156572B1

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un’apparecchiatura d'allineamento del percorso di un raggio laser e, in particolare, un'apparecchiatura d'allineamento del percorso di un raggio laser per macchine operatrici a laser multiassiali.

Nel settore della lavorazione dei materiali, la gamma dei compiti che possono essere ora evolti da laser è semplicemente sbalorditiva. Di conseguenza, non sorprende il vedere che è stato messo a punto un grandissimo numero di macchine operatrici a laser per l'esecuzione di lavorazioni estremamente complesse e precise.

Naturalmente, per poter eseguire efficacemente lavorazioni .al laser è necessario controllare con grande accuratezza la posizione del raggio laser in corrispondenza della zona di lavorazione. Quando la lavorazione comporta sagomatura, come richiesto dalla maggioranza delle lavorazioni, ciò si traduce in due compiti distinti: controllo della posizione della lente di messa a fuoco della macchina operatrice a laser rispetto al pezzo e centraggio del raggio laser prima che emerga attraverso la lente di messa a fuoco.

Nei confronti del primo requisito, esistono numerosi mezzi meccanici ben noti per controllare la posizione della lente di messa a fuoco. L'accorgimento più comune è forse quello di montare la lente di messa a fuoco al vertice dì una testa operatrice resa mobile da bracci meccanici .

Ora, per quanto concerne il requisito del centraggio del raggio laser prima che questo emerga attraverso la lente di messa a fuoco, è necessario che il raggio laser rimanga perfettamente allineato lungo ogni singolo percorso da esso seguito a partire dalla sorgente laser fino alla lente di messa a fuoco, durante l'intera procedura di lavorazione. In altre parole, mano a mano che la testa operatrice si muove lungo gli assi della macchina operatrice a laser, il raggio laser deve mantenere costantemente l'allineamento lungo tali assi.

Per ottenere che il raggio laser mantenga l'allineamento lungo gli assi, nella macchina operatrice a laser si prevedono specchi per guidare il raggio laser dalle sorgenti laser alla lente dì messa a fuoco, ciascuno specchio essendo predisposto in corrispondenza dì un estremo di ciascun suo asse. Per esempio, nel caso dì un dispositivo di lavorazione al laser dotato dì una testa operatrice in grado di muoversi liberamente su tre dimensioni, si prevedono almeno tre specchi di riflessione. In modo specifico, uno specchio dell'asse x ò previsto sull’ estremità di base di un braccio dell’asse X, uno specchio dell'asse Y è previsto sull'estremità di base di un braccio dell'asse Y, ed uno specchio dell'asse Z è previsto sull'estremità dì base di un braccio dell'asse Z.

Inoltre, lo specchio disposto all'estremo di ciascun asse può essere ruotato attorno a due assi reciprocamente perpendicolari giacenti sulla superfìcie dello specchio, cosicché il raggio laser riflesso può essere proiettato parallelo a ciascun asse In modo preciso.

Pertanto, regolando gli angoli di questi specchi in sequen2a, a cominciare, per esempio, dall'asse X, è possibile regolare con precisione il cammino del raggio laser in modo che si sviluppi parallelo a ciascun asse. Con questo accorgimento, anche se i bracci sì muovono, la posizione focale del raggio laser non si sposta rispetto alla testa operatrice.

In un dispositivo convenzionale, gli specchi vengono però regolati manualmente. Per esempio, un operatore tiene sotto osservazione un raggio in uscita stando dì fianco alla testa operatrice mentre un altro operatore regola lo specchio in conformità ad istruzioni operative precedenti. Ciò deve essere fatto a turno per ciascuno specchio, uno alla volta.

Conseguentemente, la regolazione del raggio laser ò un'operazione estremamente tediosa e lunga che può esser· eseguita soltanto da esperti qualificati.

In considerazione degli svantaggi delle macchine operatrici a laser secondo la tecnica nota, uno scopo della presente invenzione è di fornire un'apparecchiatura d’allineamento del percorso di un raggio laser, semplice e precisa, che possa essere manovrata con relativa facilità e rapidità.

Un altro scopo della presente invenzione è di fornire un'apparecchiatura computerizzata d'allineamento del percorso di un raggio laser che sia in grado di operare con prontezza ed alta precisione.

Per il conseguimento dei succitati scopi, una prima forma di apparecchiatura d'allineamento del percorso di un raggio laser secondo la presente invenzione comprende mezzi per rivelare una posizione del raggio laser per la quale passa il raggio laser, la posizione del raggio laser essendo definita in un piano perpendicolare alla direzione, d'asse prefissata; mezzi per memorizzare una prima posizione del raggio laser che viene rivelata dai mezzi rivelatori di posizione del raggio laser nel caso in cui i mezzi di movimento siano posizionati in corrispondenza di una prima posizione nella direzione d'asse prefissata; mezzi per visualizzare la prima posizione del raggio laser ed una seconda posizione del raggio, la seconda posizione del raggio laser venendo rivelata dai mezzi rivelatori di posizione del raggio laser nel caso in cui i mezzi di movimento siano posizionati in corrispondenza di una seconda posizione nella direzione d’asse prefissata; e mezzi per ruotare lo specchio attorno ad un asse giacente nella superficie dello specchio, per cui la seconda posizione del raggio laser viene portata a coincidere con la prima posizione del raggio laser.

Una seconda forma di apparecchiatura d'allineamento del percorso del raggio, secondo la presente invenzione, comprende mezzi per rivelare una posizione del raggio laser per la quale passa il raggio laser, la posizione del raggio laser essendo definita in un piano perpendicolare alla direzione d'asse prefissata; mezzi per memorizzare una prima posizione del raggio laser ed una seconda posizione del raggio laser, la prima posizione del raggio laser venendo rivelata dai mezzi rivelatori di posizione del raggio laser nel caso in cui i mezzi di movimento siano posizionati in corrispondenza di una prima posizione nella direzione d’asse prefissata e la seconda posizione del raggio laser venendo rivelata dal mezzi rivelatori di posizione del raggio laser nel caso in cui i mezzi di movimento siano posizionati in corrispondenza dì una seconda posizione nella direzione d'asse prefissata; mezzi per calcolare la distanza fra la prima posizione e la seconda posizione del mezzi di movimento; e mezzi per calcolare un angolo d'inclinazione del raggio laser rispetto alla direzione d'asse prefissata, in base alla prima ed alla seconda posizione del raggio laser, e la distanza fra la prima e la seconda posizione dell'organo mobile.

Questi ed altri scopi, peculiarità e vantaggi della presente invenzione risulteranno più evidenti dalla descrizione dettagliata della forma realizzatìva preferita, da riferirsi agli annessi disegni, nel quali:

la fìg. 1 è una vista in prospettiva che mostra un esempio dì una macchina operatrice a laser in cui è rappresentata nel suo complesso un'apparecchiatura d'allineamento del percorso dì un raggio laser secondo la presente invenzione;

la fig. 2 è una semplice vista schematica di una disposizione di specchi dell'apparecchiatura d'allineamento del percorso dì un raggio laser mostrata in fig. 1;

la fig. 3 ò uno schema che rappresenta gli angoli d'incidenza dì un raggio laser mentre viene allargato e quindi collimato nell'ambito della disposizione di specchi mostrata in fig. 2;

la fig. 4 è un semplice schema illustrante un esempio di mezzi di regolazione degli specchi per l’apparecchiatura d'allineamento del percorso di un raggio laser secondo la presente invenzione;

la fig. 5 è un semplice schema illustrante un altro esempio di mezzi di regolazione degli specchi per l'apparecchiatura d'allineamento del percorso di un raggio laser secondo la presente invenzione;

la fig. 6 è un disegno esplicativo di un esempio di dispositivo dì rivelazione della posizione del raggio laser;

la fig. 7 è un disegno in sezione preso sulla traccia di sezione VII-VII di fig. 6, guardando nel senso delle frecce;

la fig. 8 è uno schema a blocchi dì una forma realizzativa di un'apparecchiatura d'allineamento del percorso di un raggio laser;

la fig. 9 è uno schema a blocchi illustrante una forma realizzativa dì una sezione dì controllo principale dell'apparecchiatura dì fig. 8;

la fig. 10 è uno schema a blocchi illustrante una sezione motrice degli specchi, dell'apparecchiatura di fig. 8;

la fig. 11 è un diagramma dì flusso illustrante il funzionamento di una prima forma realizzativa della presente invenzione;

la flg. 12 è un disegno esplicativo che mostra una rappresentazione su un dispositivo visualizzatore durante il funzionamento della prima forma realizzativa della presente Invenzione;

la fig. 13 è un disegno esplicativo che mostra una rappresentazione su un CRT (tubo a raggi catodici) del monitor durante il funzionamento della prima forma realizzativa della presente invenzione;

la flg. 14 è uno schema a blocchi che mostra una seconda forma realizzativa della sezione di controllo principale dell'apparecchiatura di fig. 8;

le figure da 15 a 18 sono disegni esplicativi che illustrano il principio di calcolo dell'angolo d'inclinazione di un percorso del raggio laser rispetto agli assi X, Y e Z, nella seconda forma realizzativa mostrata in fig. 14;

le figg. 19A e 19B sono diagrammi di flusso che illustrano il funzionamento della seconda forma realizzativa mostrata in fig. 14.

Per prima cosa, e con riferimento alla fig. 1, verrà fornita una breve descrizione di una forma realizzativa della presente invenzione, unitamente ad una descrizione generale di una macchina operatrice 1 a laser, allo scopo di raffigurare la forma realizzativa della presente Invenzione in tre dimensioni.

Per cominciare, come mostrato nella fig. 1, la macchina operatrice 1 a laser comprende quattro colonne 3 che sostengono due elementi 5 di supporto e due manicotti 7 di guida d'asse X, 1 manicotti 7 di guida d'asse x estendendosi in una direzione d'asse X. Supportati scorrevolmente dai manicotti 7 di guida d'asse X, si trovano spallamenti 9 e 11 del carrello d'asse X, fra i quali è collegato solidalmente un carrello 13 d'asse X esteso nella direzione d’asse Y. Il carrello 13 d'asse X supporta a sua volta un carrello 15 d'asse Y che è montato scorrevolmente sul carrello 13 d'asse X. Estesa dalla base del carrello 15 d'asse Y, si trova una colonna 17 d'asse Z regolabile in altezza.

Sulla colonna 17 d'asse z, un elemento 19 è montato in modo da essere girevole attorno ad un asse verticale ca , e sull'elemento 19 una testa operatrice laser 21 è montata in modo da essere girevole attorno ad un asse orizzontale c2.

Conseguentemente, nella macchina operatrice 1 a laser, la testa operatrice laser 21 può essere spostata in direzioni tridimeneionali mediante spostamento del carrello 13 d'asse X in una direzione d'asse X, del carrello 15 d'asse Y in una direzione d'asse Y e della colonna 17 d'asse Z in una direzione d'asse Z.

Inoltre, mediante rotazione dell'elemento 19 attorno all’asse verticale cr, nonché mediante rotazione della testa operatrice laser 21 attorno all'asse orizzontale cB, il vertice della testa 21 di fresatura laser può essere puntata in qualsiasi direzione, in direzione tridimensionale.

Per poter generare un raggio laser, un generatore 23 di laser è previsto sull'elemento 5 di supporto del lato posteriore.

Più precisamente, il generatore laser 23 include un primo oscillatore laser, come ad esempio un oscillatore laser a He-Ne per emettere un raggio laser visibile da utilizzare nell'allineamento del percorso del raggio laser, nonché un secondo oscillatore laser, come ad esempio un oscillatore laser a C02, per emettere un raggio laser di alta potenza che esegua la lavorazione a laser.

Il generatore laser 23, include anche un dispositivo ottico che emette eelettivamente uno dei raggi laser visibile e ad alta potenza dal primo o dal secondo oscillatore laser, lungo un cammino ottico d'uscita prefissato.

inoltre, con riferimento alla fig. 2 in aggiunta alla fig. 1, una disposizione di specchi è prevista in punti specifici nell'ambito della macchina operatrice 1 a laser per guidare il raggio laser L dal generatore laser 23 alla testa operatrice laser 21.

In altre parole, sull'estremità più arretrata di uno dei manicotti 7 di guida d'asse X, si trovano disposti uno specchio 29 a quarto d'onda per polarizzare circolarmente il raggio laser proveniente dal generatore laser 23, ed uno specchio piano 31 per riflettere il raggio laser L dallo specchio 29 a quarto d'onda verso un primo specchio concavo 33. Il primo specchio concavo 33 serve ad espandere il raggio laser L mentre lo riflette verso un secondo specchio concavo 35 che provvede quindi a riflettere e collimare il raggio laser L lungo l'asse X (il primo specchio concavo è reso regolabile linearmente in modo che la separazione degli specchi concavi 33 e 35 possa essere regolata fino ad ottenere la collimazione corretta). Pertanto, il primo specchio concavo 33 funge da espansore mentre il secondo specchio concavo 35 funge sia da collimatore che da specchio direzionale d'asse X (in seguito definito specchio 35 d'asse X).

Con riferimento alla fig. 3, per poter contenere l'aberrazione totale del raggio a meno del 5%, il primo specchio concavo 33 e lo specchio direzionale 35 X sono predisposti in modo che gli angoli d'incidenza Θ1 e 0a vengono impostati inferiori a 3° (gradi).

Nuovamente con riferimento alle figg. 1 e 2, dopo che il raggio laser L sia stato riflesso dallo specchio 35 d'asee X, esso viaggia lungo l'asse X fino a colpire uno specchio 37 d'asee Y. Lo specchio d'asse Y, essendo montato sullo spallamento 11 del carrello d'asse X, riflette quindi il raggio laser L lungo l'asse Y verso uno specchio 41 d'asse Z, tramite uno specchio 39 di spostamento, entrambi questi specchi essendo predisposti nell'ambito del carrello 15 d'asse Y. Lo specchio 39 di spostamento può servire a correggere un eventuale spostamento laterale del raggio laser L prima che vada a colpire lo specchio 41 d'asee z. Infine, il raggio laser L, avendo colpito lo specchio 41 d'asee Z, viene riflesso in basso attraverso la colonna 17 d'asse Z, fino all'elemento 19 ed alla testa operatrice laser 21. Nell'elemento 19 e nella testa operatrice laser 21, il raggio laser L viene riflesso da un primo specchio 43 della testa e da un secondo specchio 45 della testa e va ad incidere sul centro della lente 47 di messa a fuoco.

Facendo ora riferimento alla fig. 4, mezzi 49 di regolazione dell'inclinazione dello specchio sono previsti su ciascuno degli specchi 31, 33, 35, 37, 39 e 41 per consentire agli specchi di ruotare attorno a due assi ortogonali F e G giacenti entro il piano di riflessione di ciascuno degli specchi.

Più precisamente, si prevede una disposizione di un motore verticale 51 in corrente continua e di un motore orizzontale 53 in corrente continua dotati di opportuni mezzi, quali viti ad alto rapporto di rotazione e passo differenziale, 55, 57, per inclinare uno degli specchi 31, 33, 35, 37, 39, 41 rispettivamente attorno ai due assi ortogonali F e G. Il senso relativo d'inclinazione attorno a ciascuno degli assi F e G viene controllato alimentando tensioni positive o negative ai motori 51 e 53.

Come mostrato nella fig. 5, invece dei motori 51, 53 e delle viti 55, 57 mostrate in fig. 4, è possibile impiegare come mezzi dì regolazione dell'inclinazione degli specchi un dispositivo 59, 61, 63 di supporto degli specchi. In questo caso, i dispositivi 59, 61, 63 di supporto degli specchi vengono montati su una superficie di una piastra 65 di supporto degli specchi e disposti al vertici di un triangolo per supportare il relativo specchio 31 (ovvero 33, 35, 37, 39 o 41). Pertanto, estendendo o retraendo un'asta di uno qualsiasi dei dispositivi 59, 61, 63 rispetto ad un corpo del dispositivo 59, 61, 63, diviene possibile regolare l'angolo d'inclinazione dello specchio 31 (ovvero 33, 35, 37, 39 O 41).

Sempre con riferimento alla fig. 1, un dispositivo NC 67 à previsto sulla macchina operatrice 1 a laser per controllare 1 movimenti di traslazione nelle rispettive direzioni assiali del carrello 13 d'asse X, del carrello 15 d'asse Y e della colonna 17 d'asse z, nonché per controllare il movimento rotazionale dell'elemento 19 e della testa operatrice laser 21. Una scatola 69 a mano che funge da scatola d'istruzione per l'immissione di un programma cinematico mediante un'operazione d'istruzione o simile, è collegata al dispositivo NC 67.

In aggiunta, un dispositivo 71 di controllo a computer per controllare il generatore laser 23 e regolare gli specchi 31, 33, 35, 37, 39, 41 è connesso al dispositivo NC 67.

Pertanto, la lavorazione a laser desiderata può essere eseguita dalla macchina operatrice 1 a laser su un pezzo posizionato sotto il telaio, con il controllo del dispositivo NC 67 e del dispositivo 71 di controllo a computer.

A questo riguardo, per poter eseguire l'allineamento del percorso del raggio laser, si prevede un CRT 73 di monitoraggio, come verrà spiegato dettagliatamente più avanti.

Facendo ora riferimento alla fig. 6, mezzi 75 di rivelazione della posizione del raggio laser sono montati amovibilmente sugli elementi 19 per rivelare la posizione del raggio laser (posizione laterale nella direzione perpendicolare alla direzione di avanzamento) in prossimità della testa operatrice laser 21 quando il percorso del raggio laser sla In fase di allineamento. Più precisamente, uno specchio 43 di testa è installato in modo liberamente montabile e smontabile in corrispondenza di un foro 19a di montaggio eseguito nell'elemento 19. Una sezione 19b di montaggio filettata per l'installazione del mezzi 75 di rivelazione della posizione del ràggio laser in modo liberamente montabile e smontabile è ricavata nell'elemento 19.

Cosi, quando i mezzi 75 di rivelazione della posizione del raggio laser siano montati sull'elemento 19 dopo rimosso lo specchio 33 di testa, un cilindro 77 di montaggio dei mezzi 75 di rivelazione viene inserito nel foro 19a di montaggio e la sezione 77a dì testa del cilindro 77 di montaggio viene avvitata entro la sezione 19b di montaggio filettata, un corpo dei mezzi 79 di rivelazione viene quindi montato sul cilindro 77 di montaggio. Più precisamente, una sezione d'impegno formata nel corpo 79 impegna amovibilmente una gola 77b d'impegno ricavata nella periferia della parte inferiore del cilindro 77 di montaggio.

Con riferimento alla fìg. 7, su una superfìcie inferiore 81a del telaio 81 del corpo 79, viene formato un segno 83 di bersaglio sul quale viene puntato il raggio laser (raggio laser visibile, come un raggio laser a He-Ne) L proveniente dall'elemento 19. Di conseguenza, diviene possibile accertare lo stato d'allineamento del percorso del raggio laser mediante rivelazione della posizione del raggio rispetto al segno 83 dì bersaglio.

Una camera CCD 85 è prevista su una superficie superiore 81b del telaio 81 per rivelare la posizione del raggio puntato sul segno 83 dì bersaglio. La superfìcie superiore 81b del telaio 81 è predisposta ad un'inclinazione rispetto alla superfìcie inferiore 81a, per cui l'asse ottico della camera CCD 85 passa per il centro del segno 83 dì bersaglio.

Pertanto, elaborando segnali provenienti dalla camera CCD 85, diviene possibile rivelare se il raggio laser L sìa o meno puntato correttamente sulla posizione centrale del segno 83 dì bersaglio.

Quando lo specchio 43 dì testa viene nuovamente montato sull'elemento 19 dopo l'allineamento del percorso del raggio, il posizionamento meccanico degli specchi 43, 45 di testa assicura che il raggio laser L, per il quale la posizione era stata allineata rispetto al dispositivo 75 dì rivelazione della posizione del raggio laser, vada a cadere sul centro della lente 47 di messa a fuoco, attraverso l'altro specchio 45 di testa.

Facendo ora riferimento alla fìg. 8, l'apparecchiatura di allineamento del percorso di un raggio laser include il dispositivo 71 dì controllo a computer, come sezione di controllo. Il dispositivo 71 è predisposto in modo da ricevere il segnale di rivelazione proveniente dalla camera CCD 85, e regola la direzione degli specchi 31, 33, 35, 37, 39, 41.

Più precisamente, il segnale proveniente dalla camera CCD 85 del dispositivo 75 di rivelazione della posizione del raggio laser viene elaborato in un'immagine da un dispositivo 87 di cattura del quadro previsto nel dispositivo 71. L'immagine proveniente dal dispositivo 87 dì cattura del quadro viene inviata alla sezione 89 di controllo principale e ad un monitor 73.

Conseguentemente, osservando il monitor 73, diviene possibile rivelare la posizione del raggio laser rispetto al segno 83 di bersaglio.

Facendo ora riferimento alla flg. 9, nella sezione 89 di controllo principale, sono previste una sezione 93 di calcolo della posizione del raggio/profilo, ed una prima ed una seconda sezione, 95, 97, di memorizzazione della posizione del ragglo/profllo. Nella sezione 93 di calcolo della posizione del raggio/profilo, vengono calcolate la posizione di centro del raggio e le coordinate periferiche del profilo del raggio rispetto al segno 83 di bersaglio (in seguito definite rispettivamente posizione del raggio e profilo del raggio), in base al segnale d'immagine proveniente dal dispositivo 87 di cattura del quadro. La posizione del raggio calcolata ed i profili vengono quindi memorizzati nell'ordine di calcolo in una prima sezione 95 di memorizzazione della posizione del raggio/profilo oppure in una seconda sezione 97 di memorizzazione della posizione del raggio/profilo.

Ancora con riferimento alla flg. 8, la prima posizione del raggio ed il profilo, nonché la seconda posizione del raggio ed il profilo, memorizzate rispettivamente nelle sezioni 95, 97 di memorizzazione, vengono visualizzate su un dispositivo 98 di display, secondo necessità.

Nel dispositivo 71 di controllo a computer, un dispositivo 99 d'ingresso è predisposto per regolare l'orientamento degli specchi 31, 33, 35, 37, 39, 41, quando la posizione del raggio laser visualizzata sul monitor 73 si sia discostata dalla posizione desiderata; per regolare l'orientamento degli specchi 31,_ 41, il dispositivo 99 d’ingresso passa in uscita un segnale di regolazione al motore verticale 51 ed al motore orizzontale 53 previsti su ciascuno specchio.

In questo caso, per esempio, il motore verticale 51 può essere fatto girare in senso orario oppure antiorario abbassando una coppia di tasti 99a, 99b con frecce d'identificazione, disposte parallele e puntate in direzione verso sinistra e verso destra; il motore orizzontale 53, inoltre, può essere fatto ruotare in senso orario oppure antiorario abbassando una coppia di tasti 99c, 99d identificati con frecce disposte parallele e puntate in direzione verso l'alto e verso il basso.

Inoltre, uno qualsiasi dei motori degli specchi, per gli specchi 31, 33, 35, 37, 39, 41, può essere azionato selettivamente da un segnale proveniente dal dispositivo 99 d'ingresso, cioè un segnale prodotto abbassando un tasto 99e di un opportuno numero.

una sezione 101 d'azionamento del motore dello specchio è prevista nel dispositivo 71 per azionare uno qualsiasi del motori 51, 53 di regolazione degli specchi 31, 33, 35, 37, 39, 41, su ricezione di un segnale d'istruzione dal dispositivo 99 d'ingresso tramite la sezione 89 di controllo principale.

Facendo ora riferimento alla fig. 10, un commutatore automatico/manuale 105 ed un relè 107 sono previsti nella sezione 101 d'azionamento del motore dello specchio fra un'alimentazione 103 di tensione ed 1 motori 51, 53 degli specchi. Il relè 107 commuta in accensione o spegnimento i motori 51, 53, in funzione di un segnale proveniente dalla sezione 89 di controllo principale. Inoltre, un interruttore manuale 109 a pulsante è previsto fra il relè 107 e la sezione 89 di controllo principale.

Per l'azionamento dei motori 51, 53 degli specchi, il computer 71 vien fatto intervenire e l'interruttore 109 a pulsante viene abbassato.

Conseguentemente, in questa forma realizzativa della presente invenzione, se l'interruttore 109 a pulsante non viene abbassato, i motori 51, 53 degli specchi non vengono messi in funzione, per cui non ci si deve preoccupare di un funzionamento improprio dei motori degli specchi, anche se dalla sezione 89 di controllo principale viene emesso un falso segnale.

Sempre con riferimento alla fig. 8, la scatola 69 a mano è collegata alla sezione 101 d'azionamento dei motori degli specchi. La scatola 69 a mano, mediante opportuna manovra, è in grado di eseguire la manovra manuale dei motori 51, 53 degli specchi.

Pertanto, l'operatore è in grado di regolare gli specchi mediante la scatola 69 a mano, verificando al tempo stesso la posizione effettiva del raggio laser stando di fianco all'elemento 19 sul quale è predisposto il dispositivo 75 di rivelazione della posizione del raggio laser.

Come mostrato in fig. 8, il dispostivo NC 67 è collegato al dispositivo 71 di controllo a computer. Un motore del carrello d'asse X oppure d'asse 7 od un motore 113 della colonna d'asse Z è inoltre collegato al dispositivo NC 67 tramite una sezione 111 d'azionamento del motore del carrello. Il motore 113 è dotato di un opportuno codificatore 115, la cui uscita viene passata in ingresso al dispositivo NC.

Di conseguenza, la sezione 89 di controllo principale è in grado di agire in cooperazlone con il dispositivo NC 67. In aggiunta, l'entità del movimento del carrello 13 d'asse X, del carrello 15 d'asse Y e della colonna 17 d'asse z può essere calcolata, in base all'uscita del codificatore 115.

Facendo ora riferimento alla fìg. 11, si chiarirà il procedimento di allineamento del raggio laser L rispetto agli assi X, Y e Z. con questo procedimento, il raggio laser L viene allineato rispetto agli assi X, Y e Z, ed incìde al centro della lente 47 dì messa a fuoco sulla testa operatrice 21.

Nella fase 121, il dispositivo 75 dì rivelazione della posizione del raggio laser viene montato sull'elemento 19.

Nella fase 123, si esegue una regolazione grossolana degli specchi, manualmente utilizzando la scatola 69 a mano, e simile.

Nella fase 125, il carrello 13 d'asse X viene portato nella posizione più prossima all'espansore 33 ed al collimatore 35 (posizione estrema posteriore in fìg. l).

Nella fase 127, l'otturatore (omesso dal disegno) del generatore 23 di laser viene aperto ed il raggio laser viene emesso, il raggio laser essendo un raggio laser visibile come ad esemplo un raggio laser a He-Ne.

Nella fase 129, il profilo di raggio laser del raggio laser che colpisce il segno 83 di bersaglio viene rivelato dal dispositivo 75 di rivelazione della posizione del raggio laser, ed il segno 83 di bersaglio ed il profilo del raggio laser vengono quindi visualizzati sul monitor 73.

Nella fase 131, le coordinate della posizione centrale e le coordinate periferiche (prima posizione del raggio e primo profilo del raggio) del profilo di raggio laser proiettato vengono calcolate rispetto alla linea d'incrocio del segno 83 di bersaglio.

Nella fase 133, la prima posizione del raggio ed il primo profilo del raggio calcolati nella fase 131 vengono memorizzati nella sezione 95 di memorizzazione.

Nella fase 135, la prima posizione del raggio calcolata nella fase 131 viene visualizzata digitalmente in una sezione 98a di diplay del dispositivo 98 di display, come mostrato nelle fig. 12 ed il primo profilo del raggio (un profilo periferico) 73a viene riprodotto sul monitor 73, come mostrato in fig. 13. Tuttavia, non d essenziale che il primo profilo 73a del raggio venga riprodotto sul monitor 73. Esso potrebbe essere invece riprodotto sul dispositivo 98 di display.

In aggiunta, un posizionamento tridimensionale del percorso del raggio laser L viene rappresentato in simulazione in un sezione 98b di display del dipositivo 98 di display, mentre viene allineato il raggio laser.

Sempre con riferimento alla fig. 11, nella 137 viene chiuso l’otturatore laser.

Nella fase 139, il carrello 13 d'asse X, viene portato nella posizione più remota rispetto all'espansore 33 ed al collimatore 35 (la posizione estrema più avanzata in fig. 1).

Nella fase 141, l'otturatore laser viene riaperto.

Nella fase 143, il profilo di raggio laser proiettato viene rivelato e visualizzato.

Nella fase 145, le coordinate del centro del raggio laser vengono calcolate come seconda posizione del raggio.

Nella fase 147, la seconda posizione del raggio viene memorizzata nella sezione 97 di memorizzazione.

Nella fase 149, l’operatore f& girare i motori 51, 53 dello specchio 35 d’asse X nel senso appropriato mediante abbassamento dei corrispondenti tasti 99a, 99b, 99c, 99d contrassegnati da frecce sul dispositivo 99 d'ingresso, in modo che il primo profilo 73b del raggio si porti a coincidere con un primo raggio 73a proiettato sul monitor 73 (vedere fig. 13).

In questo caso, i tasti 99a, 99b, 99c, 99d, contrassegnati da frecce sul dispositivo 99 d'ingresso vengono collegati al motori 51, 53 previsti sullo specchio 35 d'asse X in modo che il senso della freccia di un tasto abbassato corrisponda a quello di movimento dei profili del raggio sul display, conseguentemente, quando vengono premuti i tasti 99a, 99b, contrassegnati da frecce in fig.

8, il secondo raggio proiettato 73b in fig. 13 si sposta orizzontalmente e quando i tasti 99c, 99d, contrassegnati da frecce in fig. 8 vengono premuti, il secondo raggio proiettato 73b in fig. 13 viene spostato verticalmente. In tal modo, per spostare il secondo raggio proiettato 73b verso sinistra e verso l’alto in modo da avvicinarlo al primo raggio proiettato 73a in fig. 13, vengono premuti i tasti 99a, 99c, contrassegnati da frecce.

Inoltre, l’ordine di grandezza della rotazione dei motori 51, 53 viene determinato in base all'arco di tempo per il quale sono tenuti abbassati 1 tasti 99a, 99c contrassegnati da frecce. Conseguentemente, affinchè il secondo raggio proiettato 73b possa avvicinarsi al primo raggio proiettato 73a come mostrato in fig. 13, è necessario che il tasto 99c contrassegnato da freccia rivolta verso l'alto venga abbassato approssimativamente per un tempo doppio rispetto all'abbassamento del tasto 99a contrassegnato da freccia rivolta verso sinistra.

Sempre con riferimento alla fig. 11, se i due profili del raggio coincidono approssimativamente sul monitor 73, nella fase 151, la coincidenza dei due profili del raggio viene confermata dai valori di coordinata della prima e seconda posizione del raggio sulla sezione 98a, 98c di display (fig. 12). Nel caso in cui la differenza fra i valori delle due serie di coordinate non sìa inferiore ad un valore concesso specificato, si eseguono regolazioni minute, sempre mediante abbassamento dei tasti 99a, 99d, contrassegnati da frecce.

Conseguentemente, se la differnza fra i valori di coordinata mostrati nella sezione 98a, 98c cade al di sotto di un valore concesso specificato, la regolazione dello specchio 35 d'asse X è completata ed il programma passa alla fase 153.

E* da notare qui che se il raggio laser L risulta allineato con l'asse x, la posizione del raggio proiettato non deve muoversi, anche quando il carrello 13 d'asse X sì sposta lungo il manicotto 7 di guida sull'asse. Pertanto, con le fasi 125-151, il raggio laser L, che si propaga lungo l'asse X, risulta adeseo allineato con l'asse X.

Nella fase 153, sì stabilisce se la regolazione dello specchio 41 d'asse Z sia o meno stata completata, se la regolazione non è stata completata, il programma passa alla fase 155, nella quale la coordinata X viene sostituita con la coordinata Y ed il programma ritorna alla fase 125.

Se le azioni nelle fasi 125-149 nei confronti della regolazione degli specchi d'asse Y e d'asse Z sono state svolte, e la regolazione dello specchio d'asse z è completata, il programma passa dalla fase 153 alla fase 157.

Dopo la regolazione dello specchio d'asse z, se la posizione del raggio proiettato si discosta rispetto al centro del eegno 83 di bersaglio, nella fase 157, l’operatore, mentre osserva l'immagine sul monitor 73, per esempio, ruota gli specchi 31 e 33 {oppure lo specchio 39} per una quantità opportuna, e porta la posizione del raggio proiettato al centro del segno 83 di bersaglio. Il fatto che il raggio di luce possa essere spoetato in parallelo verso una posizione laterale rispetto alla direzione d'avanzamento mediante regolazione degli angoli di due specchi, è nozione comune e se ne omette perciò una spiegazione .

La fig. 14 mostra una seconda forma realizzativa della sezione 89 di controllo principale secondo la presente Invenzione.

Per prima cosa, allo stesso modo che nella sezione di controllo principale della prima forma realizzativa, la posizione di centro del raggio proiettato (posizione del raggio) viene calcolata dalla sezione 93 di calcolo della posizione del raggio.

La posizione di centro del raggio calcolata dalla sezione 93 di calcolo della posizione del raggio viene memorizzata in una prima sezione 117 di memorizzazione della posizione del raggio oppure nella seconda sezione 119 di memorizzazione della posizione del raggio; quando i carrelli 13, 15 d'asse X e d'asse Y e la colonna 17 d'asse z vengono portati in posizioni di massima prossimità all'espansore 33 ed al collimatore 35, le posizioni di centro del raggio rivelate vengono memorizzate in una prima sezione 117 di memorizzazione della posizione del raggio; e quando 1 carrelli 13, 15 d'asse X e Y e la colonna 17 d'asse Z vengono portati in posizioni di massima distanza dall'espansore 33 e dal collimatore 35, le posizioni di centro del raggio rivelate vengono memorizzate in una seconda sezione 119 di memorizzazione della posizione del raggio.

In base ad un impulso proveniente da un codificatore 115 montato su un motore 113 per i carrelli d'asse X e Y oppure per la colonna d'asse Z, la distanza percorsa dal carrelli 13, 15 d'asse X e γ o dalla colonna 17 d'asse Z viene calcolata da una sezione 121 di calcolo della distanza percorsa dal carrello/colonna.

In base alla distanza coperta dai carrelli 13, 15 d'asse X e Y oppure dalla colonna 17 d'asse Z, ricavati dalla sezione 121 dì calcolo della distanza percorsa, ed alla posizione del raggio proiettato ricavata dalla prima e seconda sezione 117, 119, di memorizzazione della posizione del raggio, l'angolo d'inclinazione Θ del raggio laser L rispetto agli assi X, Y e Z viene calcolato da una sezione 123 di calcolo dell'angolo d'inclinazione del raggio .

si chiarirà ora brevemente il procedimento di calcolo. Per esempio, come mostrato nella fig. 15, si suppone che il percorso del raggio laser L giaccia ad un angolo d'inclinazione rispetto all'asse Z (si suppone qui che gli allineamenti per l'asse X e per l’asse Y siano stati eseguiti).

Nella fig. 15, in luogo dell'asse Z, è stato tracciato un raggio Lo virtualmente allineato in cui l'allineamento del raggio rispetto all'asse Z è stato completato. 11 raggio laser L esistente (raggio laser disallineato) è stato tracciato come raggio inclinato di un angolo Θ rispetto al raggio virtuale Lo. Entrambi i raggi vengono riflessi dallo specchio 41 d’asse Z in corrispondenza dello stesso punto, ma nell’avanzamento verso deetra di fig. 15, il raggio virtuale Lo viene mantenuto parallelo all'asse z ed il raggio disallineato L viene separato dal raggio Lo.

si suppone inoltre che quando la colonna 17 d'asse z viene innalzata all'estremo limite superiore, la coordinata z del segno 83 di bersaglio sia Z = Ζ near e che quando la colonna 17 d'asse Z viene abbassata al limite inferiore, la coordinata Z del segno 83 di bersaglio sia Z = Zfa r pertanto, in fig. 15, un contrassegno "m1 " si riferisce ad una distanza fra l'altezza dello specchio 41 d'asse Z e quella del segno 83 di bersaglio, quando la colonna 17 d'asse Z sia innalzata al limite superiore. Perciò, se la deviazione fra i due raggi L, Lo è "a" in corrispondenza di Znear, e "b" in corrispondenza di Zfar., l'angolo d'inclinazione può essere ricavato dalla seguente espressione:

Nell'Equazione (1), è da notare che la differenza c(=a-b) è eguale alla differenza fra la prima e seconda posizione del raggio memorizzate nelle sezioni 117 e 119 di memorizzazione. Pertanto, l angolo d inclinazione Θ del raggio laser L rispetto all'asse Z viene calcolato dalla sezione 123 di calcolo dell'angolo d'inclinazione del raggio, in base a Zspan ricavata dalla sezione 121, ed alla prima e seconda posizione del raggio ricavate dalle sezioni 117 e 119 di memorizzazione.

Con riferimento alla fig. 16, per chiarire il procedimento di calcolo dell'angolo d'inclinazione del raggio sull'asse Y, si considera nuovamente un raggio Lo virtualmente allineato in cui l'allineamento del raggio rispetto all'asse γ sia stato completato (si suppone che sia stato eseguito l'allineamento per l’asse X).

Nella fig. 16, è da notare che le figure a destra dello specchio 41 d'asse Z rappresentano Immagini virtuali ad opera dello specchio 41, mentre quelle sulla destra dello specchio 39 di spostamento rappresentano immagini virtuali dovute allo specchio 39. Pertanto, com'è ben noto, i percorsi dei raggi L e Lo sulla destra degli specchi 41 e 39 giacciono sempre su linee di prolungamento dei corrispondenti percorsi di raggio sulla sinistra degli specchi 41 e 39, indipendentemente dalle direzioni d'orientamento degli specchi 39 e 41.

Conseguentemente, nelle Immagini virtuali, il raggio Lo virtualmente allineato si estende come linea retta parallela ad un prolungamento dell'asse Y. Inoltre, 11 raggio laser disallineato L si estende lungo una linea retta ad un angolo Θ rispetto al raggio Lo.

Un'Immagine virtuale del segno 83 di bersaglio del dispositivo 75 di rivelazione della posizione del raggio laser è anch'essa posizionata sulla linea di prolungamento (nello spazio virtuale) .

Pertanto, il calcolo dell'angolo di Inclinazione del raggio rispetto all'asse Y si esegue allo stesso modo già precedentemente delineato, in altre parole, si suppone che la coordinata Y (nello spazio virtuale) del segno 83 di bersaglio, quando il carrello 13 d'asse Y viene spoetato verso l'estremo sinistro in fig. 1, sia Y = Ynear, e che quando il carrello 13 d'asse Y viene portato all'estremo destro in flg. 1, la coordinata Y (nello spazio virtuale) del segno 83 di bersaglio sia Y = Yfar. A questo riguardo, nella flg. 16, un contrassegno "ma" si riferisce ad una distanza ottica fra lo specchio 37 d'asse Y e lo specchio 41 d’asse Z. Ora, se la deviazione fra i due raggi L, Lo è "a” in corrispondenza di Υnear e "b" in corrispondenza di Υfa r l'angolo di inclinazione del raggio disallineato L può essere ricavato dalla seguente espressione :

dove c=b-a e Υspan„=Υfa rΥnea r come già spiegato in precedenza, la differenza c=(b-a) è eguale alla differenza fra la prima posizione del raggio e la seconda posizione del raggio, entrambe le quali sono state ricavate, quando il carrello d'asse Y viene portato nella posizione in cui Y=Ynear· β Υ=Υfar, e memorizzate nelle sezioni 117, 119 di memorizzazione.

Pertanto, l'angolo Θ d'inclinazione del raggio L sull'asse Y viene anch'esso calcolato nella sezione 123 di calcolo in base ai dati fom iti dalla sezione 121 di calcolo e dalle sezioni 117 e 119 di memorizzazione.

Allo stesso modo, come mostrato in fig. 17, l'angolo d'inclinazione del raggio disallineato L per l'asse X può essere ricavato dall'espressione:

Ancora con riferimento alla fig. 14, gli angoli di errata regolazione degli specchi vengono calcolati in una sezione 125 dì calcolo dell angolo dì errata reg

degli specchi in base all'angolo dì inclinazione del raggio su ciascun asse calcolato nella sezione 123.

Per esemplo, come mostrato in fig. 18, il raggio laser L che viene riflesso dallo specchio 35 d'asse X verso l'asse X, è inclinato di un angolo Θ rispetto al raggio virtualmente allineato Lo, il cui percorso giace parallelo all'asse X. Inoltre, come mostrato in flg. 16, il raggio laser L è inclinato di un angolo Θ nella direzione orizzontale, mentre è anche inclinato di un angolo nella direzione verticale, in questo caso, l'angolo di errata regolazione dello specchiò 35 d'asse X viene calcolato come 0 /2 a cavallo di un'asse verticale (l'asse F) a cavallo di un'asse orizzontale (l'asse G).

si hanno casi in cui le direzioni orizzontale e verticale effettive differiscono leggermente dalle direzioni delle lìnee reciprocamente perpendicolari (croce) sul segno 83 di bersaglio, conseguentemente, nel calcolo degli angoli d’inclinazione nella direzione orizzontale e nella direzione verticale, è desiderabile che, in antìcipo, lo specchio 35 d'asse X, per esempio, sìa fatto oscillare dì un piccolissimo angolo attorno all'asse F, e che il movimento del raggio che incìde sul segno 83 di bersaglio venga osservato, onde determinare la segno 83 di bersaglio.

Ancora con riferimento alla fig. 14, l'ordine di grandezza della rotazione dei motori verticale e orizzontale previsti sugli specchi d'asse X, Y e z, 35, 37, 41, viene calcolato in una sezione di calcolo dell'ordine di grandezza della rotazione dei motori in base all'angolo di errata regolazione dello specchio calcolato nella sezione 125.

Facendo ora riferimento alla fig. 19, per poter regolare effettivamente gli specchi facendo uso della seconda forma realizzativa della presente Invenzione, nella fase 131, il dispositivo 75 di rivelazione della posizione del raggio laser viene montato sull'elemento 19 e, nella fase 133, si esegue manualmente un allineamento grossolano degli specchi.

Successivamente, nella fase 135, il carrello 15 d'asse Y viene posizionato quasi al centro del carrello 13 d’asse X; la colonna 17 d'asse Ζ viene assicurata nella sua posizione più alta ed il carrello 13 d'asse X viene portato nella posizione più prossima all'espansore 33 ed al collimatore 35.

Nella fase 137, l’otturatore del generatore 23 di laser viene aperto per permettere l'emissione del raggio laser visibile.

oscillare dì un piccolissimo angolo, per esempio nella direzione orizzontale, ed un'asse orizzontale H ed un’asse verticale V vengono determinati sul segno 83 di bersaglio.

Nella fase 141, viene rivelato un profilo del raggio proiettato sul segno 83 di bersaglio, e la coordinata della sua posizione dì centro (la prima posizione del raggio) viene calcolata' per l'asse orizzontale H e per l’asse verticale V.

Nella fase 143, la prima posizionè del raggio viene memorizzata nella sezione 117 di memorizzazione della prima posizione del raggio.

Nella fase 145, viene chiuso l'otturatore del generatore 23 di laser.

Nella fase 147, il carrello 15 d'asse Y e la colonna 17 d’asse Z vengono assicurati nelle loro posizioni attuali ed il carrello 13 d'asse X viene portato nella posizione più lontana dall'espansore 33 e dal collimatore 35.

Nella fase 149, l'otturatore del generatore 23 di laser viene riaperto.

Nella fase 151, il secondo profilo del raggio viene rivelato e vengono calcolate le coordinate della sua posizione centrale (la seconda posizione del raggio).

inclinazione Θ del raggio laser rispetto all'asse X, in base all'entità del movimento del carrello d’asse X, XBS,nn ed ai valori della prima e seconda posizione del raggio, come segue:

Nella fase 163, si stabilisce se la regolazione regolazione non è stata completata, 11 programma passa alla fase 165, dove l'asse in corso di trattamento viene commutato dall'asse X all'asse Y.

Le azioni di cui sopra vengono ripetute per lo specchio d'asse Y e lo specchio d'asse Z. Una volta completata la regolazione dello specchio d'asse z, il programma passa alla fase 167.

Nella fase 167, il raggio laser viene spostato parallelo agli assi Z in modo da essere fatto coincidere con l'asse Z.

Grazie a questa forma realizzativa della presente invenzione, il raggio laser viene allineato con precisione rispetto agli assi X, Y e Z, poiché gli specchi d'asse X, Y e Z sono regolati in base all'angolo d'inclinazione, rivelato con precisione, del raggio laser L rispetto agli assi X, Y e Z.

Claims

1. Apparecchiatura di allineamento del percorso di un raggio laser per una macchina operatrice a laser dotata di un generatore di laser, una testa operatrice laser per eseguire lavorazioni al laser, mezzi per spostare la testa operatrice laser In una direzione d'asse prefissata, ed uno specchio per guidare un raggio laser proveniente dal generatore di laser verso la testa operatrice laser, comprendente : - mezzi per rivelare una posizione del raggio laser per la quale passa 11 raggio laser, la posizione del raggio laser essendo definita in un piano perpendicolare alla direzione d'asse prefissata, - mezzi per memorizzare una prima posizione del raggio laser che viene rivelata dai mezzi rivelatori di posizione del raggio laser nel caso in cui i mezzi di movimento siano posizionati in corrispondenza di una prima posizione nella direzione d'asse prefissata; - mezzi per visualizzare la prima posizione del raggio laser ed una seconda posizione del raggio, la seconda posizione del raggio laser venendo rivelata dal mezzi rivelatori di posizione del raggio laser nel caso in cui i mezzi di movimento siano posizionati in corrispondenza di una seconda posizione nella direzione d'asse prefissata; e giacente nella superficie dello specchio, per cui la seconda posizione del raggio laser viene portata a coincidere con la prima posizione del raggio laser.

2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di movimento sono uno qualsiasi fra un carrello d'asse X, un carrello d'asse Y od una colonna d'asse Z.

3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di visualizzazione sono un monitor CRT per visualizzare graficamente la prima e la seconda posizione del raggio laser.

4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di visualizzazione sono un dispositivo di display per visualizzare digitalmente la prima e la seconda posizione del raggio laser.

5. Apparecchiatura di allineamento del percorso di un raggio laser per una macchina operatrice a laser dotata di un generatore di laser, una testa operatrice laser per eseguire lavorazioni al laser, mezzi per spostare la testa operatrice laser in una direzione d'asse prefissata, ed uno specchio per guidare un raggio laser dal generatore di laser verso la testa operatrice laser, comprendente: - mezzi per rivelare una posizione del raggio laser per la quale passa il raggio laser, la posizione del alla direzione d'asse prefissata; - mezzi per memorizzare una prima posizione del raggio laser ed una seconda posizione del raggio laser, la prima posizione del raggio laser venendo rivelata dal mezzi rivelatori di posizione del raggio laser nel caso in cui i mezzi di movimento siano posizionati in corrispondenza di una prima posizione nella direzione d'asse prefissata e la seconda posizione del raggio laser venendo rivelata dai mezzi rivelatori di posizione del raggio laser nel caso in cui 1 mezzi di movimento siano posizionati in corrispondenza di una seconda posizione nella direzione d'asse prefissata; - mezzi per calcolare la distanza fra la prima posizione e la seconda posizione del mezzi di movimento; e - mezzi per calcolare un angolo d’inclinazione del raggio laser rispetto alla direzione d'asse prefissata, in base alla prima ed alla seconda posizione del raggio laser, e la distanza fra la prima e la seconda posizione del mezzi di movimento e la prima e seconda posizione del raggio laser.

6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 5, comprendente inoltre mezzi per ruotare lo specchio attorno ad un asse giacente nella superficie dello specchio, in rispetto alla direzione d’asse prefissata, onde allineare il percorso del raggio laser.