JP2013533119A - レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

本発明は、レーザ加工機、特にレーザ切断機（ＬＭ）に関し、加工対象の工作物（Ｗ）を保持する作業台と、少なくとも１つのレーザ切断ヘッド（２）を含む作業アーム（１）とを有する。レーザ切断ヘッド（２）は、ノズル受け具（７）とその中に配置されたノズル（Ｄ）とを有する。このノズル（Ｄ）によって、レーザ光（１１）を工作物（Ｗ）に向ける。機械（ＬＭ）は、工作物（Ｗ）を加工するようにＸＹＺ軸の方向へ作業アーム（１）かレーザ切断ヘッド（２）又はその両方を動かす主駆動部を有し、更にレーザ光（１１）を調節する位置合わせ部も有する。作業アーム（１）の主駆動部の有効動作領域に調節機構（３）を設け、調節機構（３）は、ノズル（Ｄ）の中央合わせ中、ノズル（Ｄ）かノズル受け具（７）又はその両方を固定する受け部（３１）を有する。位置合わせ部は、レーザ切断ヘッド（２）内にヘッド要素（５Ｂ）を備える。ヘッド要素（５Ｂ）は、ノズル（Ｄ）かノズル受け具（７）又はその両方を保持し、機械（ＬＭ）の既存の主駆動部のみにより、他の追加の調節装置を必要とせずに、ＸＹ方向にスライド可能である。ヘッド要素（５Ｂ）は、レーザ切断ヘッド（２）内の選択された位置に、開放可能なクランプ装置（１２）によって動かないように固定でき、ノズル中央合わせ中は調節機構（３）内で開放可能である。

Description

本願は、２０１０年８月１８日に出願された先行する米国仮特許出願第６１／３７４，６６５号及びその本出願に基づく優先権を主張し、更に、２０１０年７月２２日に出願された先行する欧州特許出願第ＥＰ１０１７０４５１号に基づく優先権を主張するものである。欧州特許出願第ＥＰ１０１７０４５１号及び米国特許出願第６１／３７４，６６５号をここに同一に記載したように、全体を参照によって明示的に本願に事実上引用したものとする。

本発明は、レーザ加工機に関し、特にレーザ切断機に関する。

既知のレーザ加工機（例えば金属製工作物の切断用等）は、レーザ切断ヘッドを有し、レーザ切断ヘッドの工作物に面する端部にはノズルが配置される。レーザ切断ヘッドには、レーザ光の焦点を合わせるレンズがある。完全で均一な切断結果を得るには、束ねられたレーザ光の焦点が工作物の表面から一定の距離である必要がある。レーザ加工機は、主に板金部品の外形を切り抜いたり切り取ったりするために使用される。そのような工作物の加工はレーザ光を用いて行なわれ、レーザ光はノズルの開口部から発せられ、加工対象の工作物へ向けられ、加工機の主駆動部によって所定の切断外形に沿って導かれる。

達成可能な作業品質の面で、焦点位置と工作物上のレーザ光の照射点を正確に調節することは重要な役割を果たす。このように、レーザ切断機によって最適な切断加工を実施するには、レーザ光は切断ヘッドのノズルの中心を通るように導く必要があるが、この要件を実際の利用において実現するのは容易ではない。例えばレンズの交換や複数のレンズの内の１つが他のレンズに対してずれること等によって生じる切断ヘッドのレンズの横方向のずれは光軸の相対的なずれをもたらすので、定期的な確認、中央合わせ及び焦点合わせ作業が必要である。

従来レーザ切断機のノズルは、ノズルヘッドに対してノズル本体をＸとＹ方向において中心にしてから固定するという方法で調節される。そのようなノズルの中央合わせは、調節ねじやその他の調節具によって切断ヘッド又はレンズスライド部のＸ軸又はＹ軸方向に行なわれる。Ｚ軸における焦点位置の調節（焦点合わせ）は、調節ねじによって通常手作業で行なう。

本説明では、「調節」という用語は、一方ではノズル口の面に対してノズルを中央に合わせること（つまりノズルをＸ軸とＹ軸の方向で位置合わせすること）を意味し、他方ではレーザの焦点合わせ、つまり焦点位置の調節（Ｚ軸方向）を意味する。

下記特許文献１は、加工対象である工作物を保持する工作物受け部と、レーザ切断ヘッドとを有するレーザ加工機におけるレーザ光を調節する機器を開示する。レーザ光の調節用に位置合わせ部を備え、位置合わせ部は、レーザ切断ヘッドが配置される試験機構におけるレーザ光の伝播方向に配置される。位置合わせ部は、ノズル固定具と、画像平面へのレーザ光の照射を実行するための投光部と、計測部又は比較部とを含む。レーザ光の調節を容易にするため、更にレーザ光のモニタ上に標的の形式で画像パターンが重ねられる。標的はレーザ光の中心点としての望ましい位置を示す。この構成では、レーザ光の位置補整は調節ねじによって手作業でも行なわれる。

調節ねじ及び、ノズルと切断ヘッドとの間に設けられた追加の調節装置によるレーザ光の手作業による上記の調節は、手間がかかりすぎ、かなりの時間を要する。全体として、現代の要求に対する十分な切断品質を提供するのに適していない。

下記特許文献２は、集光レンズを用いたレーザ発生器から発せられるレーザ光によって工作物を機械加工するためのレーザ光機器を開示する。レーザ光は、ノズルを通して工作物へ発せられる。レーザ光の軸心における輝度が光電変換器を有するセンサによって検出される。光電変換器は、このように検出された輝度と、事前にレーザ光の軸心がノズルの中心にある時に設定された輝度とを比較し、ノズルの中心と照射光軸の軸心との間のずれを検出する。このずれデータに基づき、ノズルは照射光軸の軸心にノズルの中心を合わせるようにアクチュエータによって調節される。

欧州特許出願第ＥＰ１，５６１，５３８号明細書 特開平１０−２４９５６６号公報

しかしながら、レーザ光中心点のこの輝度検出方法では、より高品質を要求される真に正確で再現可能な工作物の加工を実現することはできない。

本発明の主な課題は、レーザ加工機におけるレーザ光の中央合わせ及び焦点合わせをより迅速に信頼性高く正確に確認及び調節することが可能な改良されたレーザ加工機を提供し、結果的にレーザ機の加工品質を向上させることである。

上記課題は、導入説明部において引用し、添付する独立請求項のプリアンブル部に示すレーザ加工機を改良することによって解決される。本発明によるレーザ加工機の主な改良点は独立請求項の特徴部分に示す特徴によって定義される。

本発明による解決策の効果的な実施形態は、従属請求項に述べる。

このように本発明はレーザ加工機に関し、特に下記を備えるレーザ切断機に関する。
・必要な場合、加工対象である工作物を保持する作業台。
・ノズル受け具とノズル受け具内に配置されたノズルとを備えた少なくとも１つのレーザ切断ヘッドを有し、ノズルによってレーザ光を加工対象である工作物へ向ける作業アーム。
・作業アームをレーザ切断ヘッドと共に、工作物を加工する少なくともＸＹ軸方向に動かす主駆動部。
・レーザ光を調節する位置合わせ部。

更に本発明によると、特別な調節機構を作業アーム主駆動部の有効動作領域内に設ける。この調節機構は、ノズルを中央合わせするように、ノズルかノズル受け具又はその両方を固定する受け部を有する。この構成では、位置合わせ部は、レーザ切断ヘッド内において、ノズルかノズル受け具又はその両方を保持するヘッド要素（好適にはコア部）を備え、ヘッド要素は、追加の調節装置を必要とせずに、ＸＹ方向に相対的にスライド可能なように配置されるよう設計される。調節機構内でノズルの中央合わせが終了した後は、ヘッド要素は開放可能クランプ部によってレーザ切断ヘッド内の調整済みの位置で固定できる。

上記の手段によって、従来技術による切断ヘッドでは必要とされる追加の調節装置なしで済ませることが可能なので、切断ヘッドを比較的に簡素で経済的な方法で設計することが可能である。また、本発明の主な効果の１つは、ＣＮＣ制御システムによる所定の場合において、レーザ光の中央合わせに必要な調節が機械自体の既存の主駆動部によって機械における提案する調節機構上で行なえることである。

本発明の好適な実施形態では、レーザ切断ヘッドは分割型に設計され、具体的にはヘッド上部とヘッド下部とを有する。この構成では、ヘッド下部のヘッド要素（横方向に移動可能に構成される）は、円筒形のコア部として設計され、好適には同軸のノズル受け具に接続される。好適にはヘッド下部は、ヘッド上部を介して作業アームに接続される外側筺体を有する。言い換えると、上記実施形態では、レーザ光を中央合わせするように、外側筺体は機械の主駆動部によって所定の程度調節されるが、この処理中、コア部は切断ノズルと共に調節機構で固定される。

本発明の更に他の特徴によると、開放可能クランプ装置は環状ピストンを有し、環状ピストンは、レーザ切断ヘッドの軸方向の環状空間（好適には筺体の環状空間）に配置される。環状ピストンは、横方向にスライド可能なヘッド要素を固定する基本位置から、横方向にスライド可能なヘッド要素の固定を解除する第２の位置へ、そしてまた元の位置へ移動可能である。この環状ピストンは、クランプを解除する意味で、例えば空気圧式で作動させることが可能である。場合によっては、環状ピストンは一方では横方向にスライド可能なヘッド要素のクランプ面と連携し、他方では固定する意味においてクランプ部と連携する。

好適な実施形態では、元に戻すことが可能なクランプ装置のクランプ部は、少なくとも１つのバネ部、好適には少なくとも３つの軸方向のバネ組立体を有する。

このように本発明は、レーザ切断機の切断ヘッド又は中央支持体に、（従来技術では必要とされる）例えばサーボモータや同等物等の追加の調節装置を必要としない。ノズル中央合わせ装置の実際の機能は、レーザ光をノズルの開口部内で正確に位置合わせすることであって、本発明によると、クランプ装置は開放の状態において、残りの切断ヘッド部分は横方向（ＸＹ方向）にノズルに対して相対的に移動されるが、それは機械の既存の主駆動部によってのみ実行される方法で実施される。これによって、半自動又は完全自動のノズル中央合わせが簡素な方法で大幅な追加費用なく実現できる。本発明による調節は、機械の通常の切断作業中はヘッド部の移動可能な部分を切断ヘッド内で固定するように構成される。

機械の切断領域に隣接し主駆動部の有効動作領域内に、提案する調節機構の中央支持体が配置され、中央支持体はノズルの中央合わせ中、ノズル受け具に対する受け具及び固定具として機能する。

次に、本発明に係るレーザ加工機の好適な実施例を図示する添付の図を参照して、本発明を更に詳細に説明する。
調節機構における本発明に係るレーザ加工機の切断ヘッドを有する作業用アームの第１実施形態を示す概略断面図である。 図１で示した部分を拡大して示す断面図である。 調節機構における本発明に係るレーザ加工機の第２実施形態の例を示す概略図である。

図１は第１実施形態の略図を示し、調節機構３に配置されたレーザ切断ヘッド２を有する、本発明に係るレーザ加工機（ＬＭ）の作業用アーム１の一部を示す。好適には、調節機構３はレーザ加工機（図示せず）の切断領域の隣であるが、例えば既知の作業台（図示せず）の上等、レーザ加工機の主駆動部の有効動作領域内に配置する。

本実施形態では、作業アーム１は中央制御システム（好適にはＣＮＣ制御システム）を伴う既知の主駆動部（図示せず）を有する。この主駆動部は、作業台に固定される工作物Ｗ（例えば欧州特許第ＥＰ０６８０８０５（Ｂ１）号明細書に記述された方法によって固定。欧州特許第ＥＰ０６８０８０５（Ｂ１）号は米国特許第５，６６７，７０７Ａ号に対応し、この特許は本願に参照によって引用する）を加工するため各状況によってに指定される座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向）に従ってレーザ切断ヘッド２と共に作業アーム１を動かすために適する。

図１は、本発明に係るレーザ切断ヘッド２の設計と構成の部分的な断面を示す。この実施形態では、レーザ切断ヘッド２は分割型に設計され、２つの部分を有する。つまり、ヘッド上部４とヘッド下部５である。ヘッド上部４は作業アーム１に固定され、作業アーム１と共に動く。ヘッド上部４にはレーザ切断ヘッド２の光学素子（レンズ、レンズホルダ、ミラー等）（図示せず）が既知の方法で配置される。

一方ヘッド下部５は、本発明に従い特別に設計される。ヘッド下部５は、横方向に移動可能なヘッド要素と、ヘッド上部４と着脱可能に接続された外側筺体５Ａと、環状型に設計されたコア部５Ｂとを有する。コア部５Ｂは、筺体５Ａに対して横方向へ移動可能であり、それによりレーザ切断ヘッド２のノズルＤを中央合わせし、調節後固定できる。

このようにこの実施形態では、コア部５Ｂが上記導入説明部で示した横方向に移動可能なヘッド要素を形成する。コア部５Ｂの中央開口部６には、円筒形ノズル受け具７が配置され、その端部には同軸のノズルＤとのねじ接続部３６を有する（図１）。

ヘッド下部５において、つまり外側筺体５Ａとコア部５Ｂとの間に、円筒形ノズル受け具７とノズルＤと共に、コア部５Ｂを横方向に相対的に調節するための円筒形内部空間８（図１及び２参照）がある。図１では、ノズル受け具７は、コア部５Ｂの外側ねじ１０に接続されたユニオンナット９によって、コア部５Ｂの開口部６内の適切な位置に取り付けられる。

このように本発明によると、コア部５Ｂの半径方向及び横方向の相対的な位置は、ノズルＤを中央合わせするために筺体５Ａに対してノズル受け具７と、レーザ切断ヘッド２を通るレーザ光１１を導くノズルＤと共に調節（ＸＹ方向）できるが、ノズルＤと作業アーム１との間に追加の調節装置を必要としない（上記従来技術の場合は必要）。

ヘッド上部４内のミラー（図示せず）は、レーザ光１１を軸Ａ−Ａに沿って反射するように設計され、中央の望ましい位置にあるレーザ光１１は、レーザ切断ヘッド２の中央に沿って入射し、ノズルＤの幾何学的な軸（参照符号３５）に同軸に伸びる（図１）。

一方ではコア部５Ｂをノズル受け具７とノズルＤと共に中央に固定するため、他方では新たな中央合わせ及び調節用にこの固定を解除するため、本発明による特別な開放可能クランプ装置１２を備える。例としての実施形態では、このクランプ装置１２は筺体５Ａとコア部５Ｂとの間に配置されるので、ヘッド下部５においてノズル受け具７とノズルＤと共にコア部５Ｂの相対的なＸＹ方向の移動が可能となる。しかしながら、このクランプ装置１２は、レーザ加工機の通常の切断作業中はコア部５Ｂがノズル受け具７とノズルＤと共に切断ヘッド２内に固定されるように構成される。次に、このことについて図２を参照しながらより詳しく説明する。

図２は、本発明による開放可能クランプ装置１２の詳細をより明らかに示す。上記説明のように、このクランプ装置１２は、中央合わせ中にヘッド下部５において、ノズル受け具７とノズルＤと共にコア部５Ｂを所定の相対的なＸＹ方向へ移動可能にする。この例としての実施形態では、環状空間８がコア部５Ｂの外被表面１３と筺体５Ａの内被表面１４との間に形成され、その空間内に、好適には環状ピストン１６であるクランプ装置１２のアクチュエータ部１５を軸方向にスライド可能に構成する。図２では、移動可能なコア部５Ｂの半径方向の遊びを参照符号１７で示し、環状ピストン１６の軸方向の遊びを参照符号１８で示す。遊びつまり間隔１７，１８は、１．０〜５．０ｍｍの間が好ましい。

この実施形態では、空気圧作用空間１９を環状ピストン１６の下部にある環状空間８内に備える。この場合、環状ピストン１６は、放射状外側フランジ２０と放射状内側フランジ２１とを有する。内側フランジ２１のクランプ底面２２は、示されている固定ホーム（基本）位置（図２参照）においてコア部５Ｂの放射状外側フランジ２４のクランプ上面２３上に置かれる。環状ピストン１６の放射状外側フランジ２０は、伸縮性のあるクランプ部２５と相互作用する。この実施形態におけるクランプ部２５は、４つのバネ組立体２６を含む。これらのバネ組立体２６は、好適には同軸の皿バネの形式で設計し、環状空間８に隣接する筺体５Ａ内に相互に９０°ずれるように配置する。

クランプ部２５と環状ピストン１６のこのような相互作用は、バネ組立体２６の最も下のバネ要素（図２参照）が環状ピストン１６の外側フランジ２０の支持上面２７を持続的に下に押すことを含み、これにより環状ピストン１６を示した低いホーム位置に押し止める。この位置では環状ピストン１６は、ヘッド下部５内のクランプ底面２２と２３によって、ノズル受け具７とノズルＤと共に、コア部５Ｂを適切な位置で動かなくし、つまり固定する。

環状ピストン１６は圧力媒体（この実施形態では穴２８と作用空間１９からの圧縮空気）にさらされると、伸縮性のあるクランプ部２５のバネ組立体２６のバネ力に反して軸方向上向きに動く。これによりクランプ部２５のクランプ効果は定められる。

この状態では、ノズル受け具７とノズルＤと共にコア部５Ｂの相対的な位置、更にヘッド下部５内の筺体５Ａの相対的な位置（作業アーム１に対する位置も含む、図１参照）をノズルＤと作業アーム１との間で簡単にそして確実に中央合わせ可能となる。追加の調節装置を必要とせず、レーザ加工機の既存のＸＹ主駆動部によって実行できる。

作用空間１９への圧縮空気の流れを止めると、バネ組立体２６は環状ピストン１６を再び押し下げホーム位置へ戻す。ホーム位置では、ノズル受け具７とノズルＤと共にコア部５Ｂはクランプ面２２，２３によって中央で再び動かなくなりつまり固定される。言い換えれば、このような機構は、構成要素内の移動可能部品（つまりこの実施形態ではヘッド下部５のコア部５Ｂ）は、レーザ加工機の通常の切断作業中は常に固定されるように構成される。

所定の場合において、本発明によれば、横方向に移動可能なヘッド要素を筺体５Ａによって形成する逆の構成も可能である。

ここで図１に戻り、本発明による調節機構３についてより詳細に説明する。上述の通り、調節機構３は例えば切断領域の隣りであるがレーザ加工機の既存の主駆動部（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の有効領域内に配置され、中央合わせ中、ノズル受け具７を保持し固定する装置として使用される。このため調節機構３は、好適にはレーザ加工機の作業台に隣接する枠組み（図示せず）に固定される中央支持体２９を含む。中央支持体２９の凹部３０内には、受け部３１が支持され固定される。

このように受け部３１は調節部として使用され、中央穴３２を含む。本実施形態では、中央穴３２には部分的に３つのローラ３３が内部に達し、調節機構３内に挿入されたノズル受け具７を中央合わせし、固定する。３つの中央合わせローラ３３は、穴３２の円周に沿って配置され、好適には相互に１２０°ずれて配置される。

図１において、ノズルＤの穴は参照符号３４で示され、ノズルの幾何学的な軸は参照符号３５で示される。この軸はノズルＤが中央にある場合、レーザ光１１の軸Ａ−Ａと同軸となる。ノズルＤとノズル受け具７との間の上記ねじ接続部は、図１において参照符号３６で示される。

本発明による図１及び２に基づくレーザ加工機の操作方法を次に示す。ノズルＤを調節し中央合わせする場合、作業アーム１の通常の調節によって、レーザ切断ヘッド２を調節機構３内の中央支持体２９の所定の位置へ動かす。その後、ノズル受け具７及びノズルＤと共に、コア部５Ｂのクランプを開放する。これは、クランプ装置１２の環状ピストン１６が穴２８からの圧縮空気にさらされ、伸縮性のあるクランプ部２５のバネ力に反して軸方向上方へ動くことを意味する。これにより、クランプ部２５のクランプ効果は解除される。

その後、ヘッド下部５はＺ軸方向下方へ移動でき、ノズル受け具７とノズルＤと共に、レーザ切断ヘッド２のヘッド下部５にある移動可能コア部５Ｂは、開放状態で調節機構３の中央支持体２９にあるノズル受け部３１へ垂直に移動され、そこで保持され固定される。

次にレーザ光１１の確認及び調節を極簡単に行なうことができる。ノズルＤの底部に下からプラスティックテープ（図示せず）を貼り、レーザ光１１を短時間点けてそれを貫き、穴を開けられるようにする。このようにプラスティックテープに開けられた穴の実際の位置は、最も単純な例では作業者の目視によって確認できる。その後、レーザ光１１の光学的な位置を手動又は自動で決定できる。

本発明の他の例としての実施形態では、貼られたプラスティックテープに向けられたカメラによって穴の画像を取得し（欧州特許出願第ＥＰ１，５６１，５３８号と同様の方法による）、画像信号としてレーザ加工機のモニタ（図示せず）へ送信する。穴の実際の位置（間接的にはレーザ光の位置）は、好適には標的を用いてモニタに表示する。

場合によっては、レーザ光１１の穴の画像を画像解析にかけ、コンピュータ制御又は手動によって即座に分析し、その後、対応した位置補正を行なうことも可能である。ただし本発明によると、レーザ光１１の光学位置の決定された位置ずれは、レーザ光学機の既存の主軸駆動部（ＸＹ軸）、又はＣＮＣ制御システムによって対応して補正する。この方法で、レーザ光１１の中央合わせ処理は終了する。

この中央合わせ方法によってノズル受け具７はノズルＤとコア部５Ｂと共に調節機構３の中央支持体２９内に固定されるので、ヘッド下部５の筺体５Ａは中央及びノズルＤの幾何学的な軸３５に対して、ＸＹ軸方向にレーザ加工機の主軸駆動部によって正しく位置合わせされ調節できる。

次にコア部５Ｂは、中央合わせされたノズル受け具７とノズルＤと共に、クランプ装置１２を作動させることによって再度クランプされる。その後、主駆動部によってレーザ切断ヘッド２全体を調節機構３からＺ軸の方向に作業アーム１を用いて移動できる。その後ノズルＤは調節済みの中央合わせされた状態で確実に固定され、その状態を保つ。

図３は、本発明によるレーザ切断加工機の更に他の例としての実施形態を略図的に示す。レーザ光１１を切断ノズルＤのノズル穴に正確に位置合わせを行なう図１と２に従うレーザ加工機は、調節機構３に更に追加のカメラシステム３７を含む。

この目的のため上記と同様の方法によって、ノズルＤを調節機構３の受け部３１に固定し、ノズルＤに対して他の残りの切断ヘッド部を横方向にスライドさせることによって調節できるが、このためにはまずクランプ装置１２を開放する必要がある。

図３に示す実施形態では、調節機構３のカメラシステム３７は下記を含む。
・レーザパルスによって貫通する対象物（ターゲット）３８（例えば、対象物はできるだけ薄いプラスティックフィルム又は金属製ホイルを含む）
・着脱可能な吸収プレート３９
・既知の画像処理部４１（更に詳細には示さず）と連携した高さ調節可能カメラ４０
・塵等に対する保護となる筺体４２

図３に示すように、対象物３８と、着脱可能吸収プレート３９と、高さ調節可能カメラ４０とを含むカメラシステム３７は、調節機構３において、ノズルＤを固定するために備えられた受け部３１より下に配置する。カメラ４０は、画像処理部４１と連携する。

カメラシステム３７を使用する前に、下記の較正を行なう必要がある。
・正しく調節されたノズルＤを受け部３１内へ移動しノズルを固定する。
・対象物３８を所定の位置へ移動する。
・レーザパルスによって対象物３８に穴を開ける。
・次に吸収プレート３９を取り外す。
・カメラ４０は穴を捉え、位置と大きさを保存する。この位置はシステムによってゼロとして保存される。
・吸収プレート３９を元に戻す。

次に、図３で示すように、本発明によるレーザ切断加工機に対して次のような調節方法を実施する。
ａ）まず、調節機構３の受け部３１上にレーザ切断ヘッド２を動かす。
ｂ）次にレーザ切断ヘッド２のクランプ装置１２を開放する。
ｃ）ノズルを固定するため、レーザ切断ヘッド２を受け部３１内に移動する。
ｄ）レーザ切断ヘッド２のクランプ装置１２をクランプする。
ｅ）対象物３８を所定の位置に移動する。
ｆ）レーザパルスによって対象物３８に穴を開ける。
ｇ）次に吸収プレート３９を取り外す。
ｈ）カメラ４０によって穴の位置とサイズを捉える。
ｉ）吸収プレート３９を元の位置へ戻す。
ｊ）画像処理部４１によって穴の位置を較正値と比べる。
ｋ）貫通穴の位置が較正位置と一致しない場合、レーザ切断ヘッド２のクランプ装置１２を開放し、レーザ加工機の主駆動部によってＣＮＣ軸内で誤差を補正する。次にレーザ切断ヘッド２のクランプ装置１２を再度クランプする。
ｌ）調節目的で、上記手順を繰り返すことができる。
ｍ）調節機構３の受け部３１からレーザ切断ヘッド２を外し、その後、レーザ加工機の通常の運転を開始できる。

更に他の実施形態では、焦点位置を決定できる。この目的のため、対象物に多数の焦点位置穴を開け、各「発射」の後で作動位置１つ分ずらす。カメラによって穴の大きさを調べる。穴が最も小さいところで、対象物に焦点が当たっていたとする。

このように本発明によると半自動又は完全自動でノズルを中央合わせできるが、従来技術では必要とされる、ノズルヘッドと作業アームとの間の追加のサーボモータや他の調節装置を必要としない。本発明によれば、レーザ切断機の調節と構成を極簡単にできる。本発明による解決策では、それほどの手間もかけずに、所望する又は所定の値からのレーザ光の位置のずれを確実に検出し、中央合わせのための適切で簡単で迅速な再現可能な補正を実施できる。

強調しなければならないのは、添付の請求項による保護範囲内において、本発明の開示を踏まえた当業者であれば更なる技術的な教示を必要とせずに、本発明によるレーザ加工機の更に他の形態も実施可能であることである。

例えば、開放可能クランプ装置１２内において環状ピストン１６を油圧式又は電磁式で作動してもよい。バネ組立体２６は、場合によってはコイルバネ又は例えば空気圧式バネ装置等の他のバネ要素を代わりに使用してもよい。更に他に可能な実施形態として、ノズル受け具７とコア部５Ｂを一体化し、好適には単一部品の要素として設計してもよい。この場合、ヘッド下部５の構成を更に単純化することができる。

（上記実施形態による）単一の環状ピストン１６は、場合によっては、環状空間に沿ってずれて位置するように配置された複数のピストン要素やピストン部分を代わりに使用してもよい。更に、レーザ加工機は、レーザ切断ヘッド２を複数有する設計とすることも可能である（図示せず）。

当然レーザ切断機は作業台無しとしてもよい。これは、例えば移動式レーザ切断機と大型工作物に適用でき、その場合、工作物に対してレーザ切断機を移動する。工作物は他の場所に固定してもよく、又はその大きさと重さから固定する必要がまったくない場合もある。

Ａ−Ａ レーザ光軸、Ｄ ノズル、ＬＭ レーザ切断機、Ｗ 加工対象工作物、１ 作業アーム、２ レーザ切断ヘッド、３ 調節機構、４ ヘッド上部、５ ヘッド下部、５Ａ 筺体、５Ｂ コア部、６ 開口部、７ ノズル受け具、８ 円筒形内部空間、９ ユニオンナット、１０ 外側ねじ、１１ レーザ光、１２ 開放可能クランプ装置、１３ （コア部の）外被表面、１４ （筺体）内被表面、１５ アクチュエータ部材、１６ 環状ピストン、１７ （コア部の）半径方向の遊び、１８ （ピストンの）軸方向の遊び、１９ 作用空間、２０ 外側フランジ、２１ 内側フランジ、２２ （内側フランジの）クランプ底面、２３ （コア部の外側フランジの）クランプ上面、２４ （コア部の）外側フランジ、２５ クランプ部、２６ バネ組立体、２７ （環状ピストンの）支持上面、２８ （圧縮空気用の）穴、２９ 中央支持体、３０ 凹部、３１ 受け部、３２ 円筒形穴、３３ 中央合わせローラ、３４ ノズル穴、３５ ノズルの幾何学的な軸、３６ ねじ接続部、３７ カメラシステム、３８ 対象物、３９ 吸収プレート、４０ カメラ、４１ 画像処理部、４２ 筺体。

Claims (34)

1. レーザ加工機、特にレーザ切断機であって、
   ノズル受け具（７）と前記ノズル受け具（７）内に配置されたノズル（Ｄ）とを備えた少なくとも１つのレーザ切断ヘッド（２）を有し、前記ノズル（Ｄ）によってレーザ光（１１）を加工対象である工作物（Ｗ）へ向ける作業アーム（１）と、
   前記作業アーム（１）か前記レーザ切断ヘッド（２）又はその両方を、それらの各有効動作領域において、前記工作物（Ｗ）を加工するように少なくともＸＹ軸方向に動かす主駆動部と、
   前記レーザ光（１１）を調節する位置合わせ部と、
   を有し、
   調節機構（３）を前記作業アーム（１）の前記主駆動部の前記有効動作領域内に備え、前記ノズル（Ｄ）を中央合わせするように、前記調節機構（３）は、前記ノズル（Ｄ）か前記ノズル受け具（７）又はその両方を固定する受け部（３１）を有し、
   前記位置合わせ部は、前記レーザ切断ヘッド（２）内において、前記ノズル（Ｄ）か前記ノズル受け具（７）又はその両方を保持するヘッド要素（５Ａ、５Ｂ）を備えるように設計され、
   前記ヘッド要素（５Ａ、５Ｂ）は、前記レーザ加工機の前記既存の主駆動部のみによってＸＹ軸方向に相互にスライド可能であって、前記調節機構（３）において前記ノズルが中央合わせされた後、前記スライド可能なヘッド要素（５Ａ、５Ｂ）は、開放可能クランプ装置（１２）によって、前記レーザ切断ヘッド（２）内の調節された位置に固定できる、
   ことを特徴とするレーザ加工機。
2. 請求項１に記載のレーザ加工機であって、
   前記レーザ切断ヘッド（２）は、分割型に設計され、具体的にはヘッド上部（４）とヘッド下部（５）とを有し、前記横方向に移動可能なヘッド要素を前記ヘッド下部（５）に備え、前記ヘッド要素は円筒形コア部（５Ｂ）として設計され、好適には前記同軸ノズル受け具（７）に接続される、ことを特徴とするレーザ加工機。
3. 請求項２に記載のレーザ加工機であって、
   前記ヘッド下部（５）は外側筺体（５Ａ）を備え、前記外側筺体（５Ａ）は、前記作業アーム（１）と共に動けるように、好適には前記ヘッド上部（４）を介して前記作業アーム（１）に固定される、ことを特徴とするレーザ加工機。
4. 請求項１〜３に記載のレーザ加工機であって、
   前記開放可能クランプ装置（１２）は、環状ピストン（１６）を有し、
   前記環状ピストン（１６）は、前記レーザ切断ヘッド（２）の軸方向の環状空間（８）（好適には前記筺体（５Ａ）の環状空間）に配置され、
   前記環状ピストン１６は、前記横方向にスライド可能なヘッド要素（好適には前記コア部（５Ｂ））を前記ピストン（１６）が固定するホーム位置から、前記横方向にスライド可能なヘッド要素（好適には前記コア部（５Ｂ））の固定を解除する第２の位置へ、そしてまた元の位置へ移動可能である、
   ことを特徴とするレーザ加工機。
5. 請求項４に記載のレーザ加工機であって、
   前記環状ピストン（１６）は、好適には空気圧式によって解除するよう作用し、また前記環状ピストン（１６）は、前記横方向にスライド可能なヘッド要素（好適には前記コア部（５Ｂ））とクランプ面（２２、２３）によって接続され、更にクランプ部（２５）と共にクランプとして作動する、ことを特徴とするレーザ加工機。
6. 請求項５に記載のレーザ加工機であって、
   前記クランプ面の１つ（２２）は、前記環状ピストン（１６）の内側フランジ（２１）の底面として設計され、前記クランプ面の他方（２３）は、前記コア部（５Ｂ）の外側フランジ（２４）の上面として設計される、ことを特徴とするレーザ加工機。
7. 請求項６に記載のレーザ加工機であって、
   前記コア部（５Ｂ）の前記外側フランジ（２４）か前記環状ピストン（１６）の前記内側フランジ（２１）又はその両方は、相互に円周に沿って間隔を開けて配置された複数のフランジ部分を有する、ことを特徴とするレーザ加工機。
8. 請求項５〜７のいずれか一項に記載のレーザ加工機であって、
   前記開放可能クランプ装置（１２）の前記クランプ部（２５）は、少なくとも１つのバネ部、好適には少なくとも３つの軸方向のバネ組立体（２６）を有する、ことを特徴とするレーザ加工機。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーザ加工機であって、
   前記ヘッド下部（５）において横方向に相対的に移動可能である前記ノズル（Ｄ）受けヘッド要素（好適には前記コア部（５Ｂ））は、半径方向の遊び（１７）を有するように構成され、前記遊び（１７）は好適には１．０〜５．０ｍｍの間である、ことを特徴とするレーザ加工機。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザ加工機であって、
    前記横方向に移動可能なヘッド要素（好適には前記コア部（５Ｂ））と前記同軸で共に移動可能なノズル受け具（７）とは、単一の一体的な要素を形成することを特徴とするレーザ加工機。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のレーザ加工機であって、
    前記レーザ加工機は加工対象である前記工作物（Ｗ）を保持する作業台を有することを特徴とするレーザ加工機。
12. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のレーザ加工機であって、
    前記調節機構（３）において、前記ノズル（Ｄ）を固定する前記受け部（３１）の下にカメラシステム（３７）を備え、前記カメラシステム（３７）は、前記レーザ光（１１）によって貫通し貫通穴を開ける対象物（３８）を含み、更に、着脱可能吸収プレート（３９）と、好適には高さ調節可能なカメラ（４０）とを有することを特徴とするレーザ加工機。
13. 請求項１２に記載のレーザ加工機であって、
    前記カメラ（４０）は、複数の貫通穴の相対的な位置を検出するか、前記複数の貫通穴の平面的な広がりを検出して比較するか、又はその両方を実施するように画像処理部４１と連携する、ことを特徴とするレーザ加工機。
14. 実質的に上記に記載され、添付の図面で示すレーザ加工機であって、特にレーザ切断機。
15. レーザ加工機であって、
    作業アームと、
    前記作業アームに取り付けられたレーザ切断ヘッドと、
    前記作業アーム内に配置されたノズル受け部と、
    レーザ光を通すように構成され、前記ノズル受け部に接続されたノズルと、
    前記レーザ光を前記ノズルに対して調節し、前記ノズル受け部を保持するヘッド機構を含む位置合わせ部と、
    前記ノズルを動かないように固定するように構成された受け部を含む調節機構と、
    前記位置合わせ部に含まれ、前記作業アームと前記レーザ切断ヘッドに対して前記ノズルを動かせるように前記ノズルを開放する開放可能クランプ装置と、
    前記受け部が前記ノズルを動かないように固定し、前記クランプ装置が前記ノズルを開放する場合には、前記ノズルに対して前記作業アームと前記レーザ切断ヘッドとを制御可能に動かすように動作可能に接続される主駆動部であって、工作物をレーザ加工する場合には前記作業アームと、前記レーザ切断ヘッドと、前記ノズルを制御可能に動かせるように動作可能に接続される主駆動部と、
    を有するレーザ加工機。
16. 請求項１５に記載のレーザ加工機であって、
    前記ヘッド機構内のヘッド上部と、
    前記ヘッド機構内のヘッド下部であって、前記ノズル受け部に接続された横方向にスライド可能なヘッド部を含むヘッド下部と、
    を更に含むことを特徴とするレーザ加工機。
17. 請求項１６に記載のレーザ加工機であって、
    前記ヘッド部は前記ノズル受け部に接続された円筒形コア部であることを特徴とするレーザ加工機。
18. 請求項１６に記載のレーザ加工機であって、
    前記ヘッド下部は、前記ヘッド上部を介して前記作業アームに動作可能に取り付けられた外側筺体を含み、前記作業アームと共に動くことを特徴とするレーザ加工機。
19. 請求項１６に記載のレーザ加工機であって、
    前記開放可能クランプ装置は環状ピストンを含み、前記環状ピストンは、軸方向に伸びた環状空間内に配置され、（ａ）前記横方向にスライド可能なヘッド部を前記ピストンが固定する第１位置と、（ｂ）前記横方向にスライド可能なヘッド部を前記ピストンが開放する第２位置と、を有することを特徴とするレーザ加工機。
20. 請求項１９に記載のレーザ加工機であって、
    前記環状ピストンは前記第２位置へ空気圧で付勢され、
    前記第２の位置において前記横方向にスライド可能なヘッド部を開放するように少なくとも１つのクランプ面が前記環状ピストンに接続されることを特徴とするレーザ加工機。
21. 請求項１９に記載のレーザ加工機であって、
    前記環状ピストンは前記第１位置へバネによって付勢され、
    前記横方向にスライド可能なヘッド部を前記第１位置にクランプするように、少なくとも１つのクランプ面が前記環状ピストンに接続されることを特徴とするレーザ加工機。
22. 請求項１９に記載のレーザ加工機であって、
    前記環状ピストンは前記第２位置へ空気圧で付勢され、前記第２位置において前記横方向にスライド可能なヘッド部を開放するように第１クランプ面が前記環状ピストンに接続され、
    前記環状ピストンは前記第１位置へバネによって付勢され、前記第１位置において前記横方向にスライド可能なヘッド部をクランプするように第２クランプ面が前記環状ピストンに接続され、
    前記環状ピストンの内側フランジが前記第１及び第２クランプ面を形成することを特徴とするレーザ加工機。
23. 請求項２２に記載のレーザ加工機であって、
    前記横方向にスライド可能なヘッド部は外側フランジを有し、前記環状ピストンは前記外側フランジから円周方向に沿って間隔を開けて配置された内側フランジを有することを特徴とするレーザ加工機。
24. 請求項１６に記載のレーザ加工機であって、
    前記開放可能クランプ装置はクランプ部を有し、
    前記クランプ部は少なくとも１つのバネ部を含むことを特徴とするレーザ加工機。
25. 請求項２４に記載のレーザ加工機であって、
    前記クランプ部は３つのバネ組立体を含むことを特徴とするレーザ加工機。
26. 請求項１６に記載のレーザ加工機であって、
    前記横方向にスライド可能なヘッド部は、１．０〜５．０ｍｍの範囲内の半径方向の遊びを有するように構成されることを特徴とするレーザ加工機。
27. 請求項１６に記載のレーザ加工機であって、
    前記横方向にスライド可能なヘッド部は前記ノズル受け部と一体型であることを特徴とするレーザ加工機。
28. 請求項１５に記載のレーザ加工機であって、
    加工対象物を保持する作業台を更に有することを特徴とするレーザ加工機。
29. 請求項１５に記載のレーザ加工機であって、
    前記調節機構の前記受け部の下に備えられたカメラシステムであって、レーザ光の対象物と、着脱可能吸収プレートと、カメラとを有するカメラシステムを更に有することを特徴とするレーザ加工機。
30. 請求項１５に記載のレーザ加工機であって、
    レーザ貫通穴の画像を処理するように前記カメラと動作可能に通信する画像処理装置を更に有することを特徴とするレーザ加工機。
31. レーザ加工機用レーザ光位置合わせシステムであって、
    ノズルを含むレーザヘッドと、
    前記レーザヘッドをＸＹ座標空間において制御可能に動かすように構成された少なくとも１つの主駆動部と、
    前記ＸＹ座標空間に置かれた調節機構であって、前記ＸＹ座標空間において動かないようにノズルを固定する受け部を有する調節機構と、
    前記少なくとも１つの主駆動部によって、前記調節機構に固定された前記ノズルに対して前記レーザヘッドを制御可能に開放し、制御されたＸＹ座標位置合わせを実行するように構成される開放可能クランプ装置と、
    を有することを特徴とするレーザ加工機用レーザ光位置合わせシステム。
32. 請求項３１に記載のレーザ加工機用レーザ光位置合わせシステムであって、
    前記開放可能クランプ装置は、環状ピストンを含み、前記環状ピストンは、軸方向に伸びた環状空間内に配置され、（ａ）前記ピストンが前記横方向にスライド可能なヘッド部を固定する第１位置と、（ｂ）前記ピストンが前記横方向にスライド可能なヘッド部を開放する第２位置と、を有することを特徴とするレーザ加工機用レーザ光位置合わせシステム。
33. レーザ加工機用レーザ光位置合わせ方法であって、
    主駆動部によってレーザヘッドをＸＹ座標空間内に配置するステップと、
    前記ＸＹ座標空間内に設置された調節機構へ前記レーザヘッドを動かすステップと、
    前記調節機構の受け部に前記レーザヘッドの前記ノズルを配置するステップと、
    前記主駆動部の作用によって、前記受け部内に前記レーザヘッドの前記ノズルを動かないように固定するステップと、
    前記受け部内に固定された前記ノズルと前記レーザヘッドとの間の横方向のスライドを可能にするように前記レーザヘッド内のクランプ装置を制御可能に開放するステップと、
    前記主駆動部によって前記レーザヘッドを再配置することによって前記ノズル内のレーザ光を位置合わせするステップと、
    前記レーザ光位置合わせ済みのノズルを前記レーザヘッドへ固定するように前記クランプ装置を作動させるステップと、
    を含むことを特徴とするレーザ加工機用レーザ光位置合わせ方法。
34. 請求項３３に記載のレーザ加工機用レーザ光位置合わせ方法であって、
    前記レーザヘッド内の前記クランプ装置を制御可能に開放して前記受け部内に固定された前記ノズルと前記レーザヘッドとの間の横方向のスライドを可能にするようにピストンに空気圧を加えるステップと、
    前記レーザ光位置合わせ済みのノズルを前記レーザヘッドへ固定するように前記クランプ装置を作動させるようにバネ圧を加えるステップと、
    を更に含むことを特徴とするレーザ加工機用レーザ光位置合わせ方法。

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