JP2773932B2 - Processing head of laser processing equipment - Google Patents

Processing head of laser processing equipment

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JP2773932B2
JP2773932B2 JP1287430A JP28743089A JP2773932B2 JP 2773932 B2 JP2773932 B2 JP 2773932B2 JP 1287430 A JP1287430 A JP 1287430A JP 28743089 A JP28743089 A JP 28743089A JP 2773932 B2 JP2773932 B2 JP 2773932B2
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reflected
axis
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繁男 内田
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、レーザビームを用いて切断、熱処理、溶接
等を行うレーザ加工装置の加工ヘッドに係り、特に三次
元加工を行う一点指向型の三次元加工ヘッドに係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a processing head of a laser processing apparatus that performs cutting, heat treatment, welding, and the like using a laser beam, and particularly to three-dimensional processing. The present invention relates to a one-point directivity type three-dimensional processing head.

(従来の技術) レーザ加工装置による三次元加工手段としては、レー
ザビームノズルと被加工物の加工面との距離、即ちノズ
ルギャップをセンサにより検出し、これに応じてレーザ
ビームノズルを光軸方向、多くの場合、上下方向(Z軸
方向)に移動させるものと、ロボットアームの如き三次
元移動手段を用いてレーザビームノズルの方向姿勢を三
次元的に自由に変化させるものとが知られている。
(Prior Art) As a three-dimensional processing means by a laser processing apparatus, a distance between a laser beam nozzle and a processing surface of a workpiece, that is, a nozzle gap is detected by a sensor, and the laser beam nozzle is moved in an optical axis direction in accordance with the distance. In many cases, it is known to move the laser beam nozzle in the vertical direction (Z-axis direction) and to freely change the direction and orientation of the laser beam nozzle three-dimensionally using three-dimensional moving means such as a robot arm. I have.

上述の三次元加工手段のうち前者に於ては、レーザビ
ームノズルが光軸方向に移動するだけであるから、その
移動によってはレーザビームノズルによるレーザビーム
放射位置は、X軸及びY軸方向、即ち平面方向には変動
しないが、しかしZ軸方向に延在する垂直面等に対して
はレーザビームノズルを照射することができず、三次元
加工が可能な形状に限界がある。
In the former three-dimensional processing means, the laser beam nozzle only moves in the direction of the optical axis, and depending on the movement, the position of the laser beam emitted by the laser beam nozzle is shifted in the X-axis and Y-axis directions. That is, it does not fluctuate in the plane direction, but cannot irradiate the laser beam nozzle to a vertical plane extending in the Z-axis direction, and there is a limit to a shape that can be three-dimensionally processed.

これに対し後者に於ては、上述の如き不具合は生じな
いが、しかしレーザビームノズルを方向姿勢の変化に伴
いその先端に設けられているレーザビーム放射口の座標
位置がX軸方向とY軸方向とZ軸方向の三方向に変動す
ることによりレーザビームノズルによるレーザビーム放
射位置が平面方向を含めて変動し、このためその変動を
補償する加工位置制御が非常に難しいものになり、高度
な制御技術が必要になる。
On the other hand, in the latter case, the above-described problem does not occur, but the coordinate position of the laser beam emission port provided at the tip of the laser beam nozzle with the change in the direction and orientation is changed in the X-axis direction and the Y-axis direction. And the Z-axis direction, the laser beam emission position by the laser beam nozzle fluctuates including the plane direction. Therefore, it is very difficult to control the processing position to compensate for the fluctuation. Control technology is required.

上述の如き不具合に鑑み、レーザビームノズルのレー
ザビーム放射口と整合する垂直軸線周りに回転可能な第
一の回転光路手段と、前記レーザビームノズルの光軸に
対し45度の傾斜角をもって傾斜しノズル先端に整合する
傾斜軸線周りに回転可能な第二の回転光路手段とを用
い、四枚の反射鏡を用いてレーザビームを前記第一の回
転光路手段より前記第二の回転光路手段を経て前記レー
ザビームノズルに導くようにし、前記第一の回転光路手
段と前記第二の回転光路手段の各々の自身の軸線周りの
回転により、レーザビーム放射口の座標位置を変動させ
ることなくレーザビームノズルの方向姿勢を三次元に変
化させる三次元加工ヘッドが考えられている。
In view of the drawbacks described above, a first rotating optical path means rotatable around a vertical axis aligned with a laser beam emitting port of a laser beam nozzle, and inclined at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the laser beam nozzle. Using a second rotating optical path means rotatable around an inclined axis aligned with the nozzle tip, and using the four reflecting mirrors to pass the laser beam from the first rotating optical path means through the second rotating optical path means The laser beam nozzle is guided to the laser beam nozzle without changing the coordinate position of the laser beam emission port by rotating the first rotary optical path means and the second rotary optical path means around their own axes. A three-dimensional machining head that changes the direction and orientation of the three-dimensional shape is considered.

(発明が解決しようとする課題) 上述の如き三次元加工ヘッドに於ては、レーザビーム
ノズルの方向姿勢が三次元的に変化されてもレーザビー
ム放射口の座標位置が変化せず、常に一点を指すことに
なるが、しかしこの加工ヘッドは反射鏡によるレーザビ
ームの折返し方法及びレンズの焦点距離等により設計上
にかなりの制約を受け、またこの加工ヘッドに於ては、
Y軸とZ軸とがなす一つの垂直平面にて光軸を二次元的
に折返しているため、前記第二の回転光路手段の成立の
ために回転部分に直角二等辺三角形の光路を形成する必
要が応じ、このため光路の側方への張出し量がかなり大
きいものとなり、これによって加工ヘッドが非常に大き
いものになる。
(Problems to be Solved by the Invention) In the three-dimensional processing head as described above, even if the direction and orientation of the laser beam nozzle are three-dimensionally changed, the coordinate position of the laser beam emission port does not change, and one point is always obtained. However, this processing head is considerably limited in design due to the method of turning the laser beam back by the reflecting mirror and the focal length of the lens, and in this processing head,
Since the optical axis is two-dimensionally folded on one vertical plane formed by the Y axis and the Z axis, an optical path of a right-angled isosceles triangle is formed in the rotating portion to establish the second rotating optical path means. If necessary, this results in a considerable overhang of the optical path, which results in a very large processing head.

本発明は、設計上の自由度に優れ、しかも小型化設計
が可能な一点指向型のレーザ加工装置用三次元加工ヘッ
ドを提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a three-dimensional processing head for a one-point-oriented laser processing apparatus, which has excellent design flexibility and can be designed to be miniaturized.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 前述のごとき従来の問題に鑑みて、本発明は、垂直な
垂直光路部材に垂直軸心回りに回転可能に設けた第一の
回転光路手段に、前記垂直光路部材内を垂直下方向に進
行するレーザビームを水平に対して傾斜する方向へ反射
する第一反射鏡を設けると共に当該第一反射鏡によって
反射されたレーザビームを下方向へ反射する第二反射鏡
を設け、前記第二反射鏡によって反射されたレーザビー
ムを、前記垂直軸心の延長線と交差する方向でかつ45゜
下方向へ反射する第三反射鏡を前記第一の回転光路手段
に設け、上記第三反射鏡によって反射されたレーザビー
ムを、前記垂直軸心の延長線と交差する方向でかつ上方
向へ反射する第四反射鏡を備えると共に当該第四反射鏡
によって反射されたレーザビームを、前記垂直軸心の延
長線と一致する位置において垂直下方向へ反射可能の第
五反射鏡を備えた第二の回転光路手段を、前記第三反射
鏡によって反射されたレーザビームと軸心が一致した傾
斜軸線の回りに回転可能に設け、かつ前記第五反射鏡に
よって反射されたレーザビームを集光するための集光レ
ンズを備えたレンズホルダスリーブを前記第二の回転光
路手段に設けると共に、上記レンズホルダスリーブの先
端部にノズル部材を設けてなるものである。
[Means for Solving the Problems] In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a first rotating optical path means provided on a vertical vertical optical path member so as to be rotatable around a vertical axis. A first reflecting mirror for reflecting a laser beam traveling vertically downward in the vertical optical path member in a direction inclined with respect to the horizontal, and reflecting the laser beam reflected by the first reflecting mirror downward. A second reflecting mirror that reflects the laser beam reflected by the second reflecting mirror in a direction intersecting an extension of the vertical axis and 45 ° downward to the first reflecting mirror. The laser beam reflected by the third reflecting mirror is provided in the rotating optical path means, and the laser beam reflected by the third reflecting mirror is provided in a direction intersecting with an extension of the vertical axis and a fourth reflecting mirror for reflecting the laser beam upward. Laser beam reflected A second rotating optical path means having a fifth reflecting mirror capable of reflecting vertically downward at a position coinciding with an extension of the vertical axis, and a laser beam reflected by the third reflecting mirror. A lens holder sleeve provided rotatably about an inclined axis having the same axis and provided with a condenser lens for condensing the laser beam reflected by the fifth reflecting mirror; And a nozzle member provided at the tip of the lens holder sleeve.

(実施例) 以下に添付の図を参照して本発明の実施例を詳細に説
明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明による加工ヘッドを備えたレーザ加工
装置の一つの実施例を示している。第1図に於て、符号
1は発振器等を含むレーザビーム発生装置を示してお
り、レーザビーム発生装置1が発生するレーザビームLB
はシャッタ装置3を経て水平光路5を通って反射鏡7に
至り、反射鏡7にて直角に屈折して垂直光路9を通って
加工ヘッド11へ至るようになっている。水平光路5と垂
直光路9はレーザ加工装置の図示されていない本体フレ
ームに固定配置されている。
FIG. 1 shows an embodiment of a laser processing apparatus provided with a processing head according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a laser beam generator including an oscillator and the like, and a laser beam LB generated by the laser beam generator 1 is shown.
Passes through the horizontal optical path 5 through the shutter device 3 to the reflecting mirror 7, is refracted at a right angle by the reflecting mirror 7, and reaches the processing head 11 through the vertical optical path 9. The horizontal optical path 5 and the vertical optical path 9 are fixed to a main body frame (not shown) of the laser processing apparatus.

加工ヘッド11は先端にレーザビーム放射口13aを有す
るレーザビームノズル13と、ノズル先端、即ちレーザビ
ーム放射口13aと整合する垂直軸線周りに本体フレーム
より回転可能に支持された第一の回転光路手段15と、先
端にてレーザビームノズル13を支持しノズル先端に整合
する傾斜軸線A周りに前記第一の回転光路手段15に対し
回転可能に設けられた第二の回転光路手段17とを有して
いる。傾斜軸線Aはレーザビームノズル13の光軸Nに対
し45度の傾斜角をもってノズル先端に整合すべく延在し
ており、第一の回路光路手段15と第二の回転光路手段17
とは、互いに共働してこの傾斜軸線Aと同心の傾斜光路
19を垂直光路9とレーザビームノズル13との間にて構成
すべく、X軸方向とY軸方向とZ軸方向の三方向に三次
元的に5角形状に屈曲した形態をなしている。
The processing head 11 has a laser beam nozzle 13 having a laser beam emission port 13a at the tip, and a first rotating optical path means rotatably supported by the main body frame around the nozzle tip, that is, a vertical axis aligned with the laser beam emission port 13a. 15 and a second rotating optical path means 17 rotatably provided with respect to the first rotating optical path means 15 around an inclined axis A which supports the laser beam nozzle 13 at the tip and aligns with the nozzle tip. ing. The tilt axis A extends to align with the tip of the laser beam nozzle 13 at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis N of the laser beam nozzle 13. The first circuit light path means 15 and the second rotating light path means 17 are aligned.
Is an inclined optical path cooperating with each other and concentric with the inclined axis A.
In order to form the structure 19 between the vertical optical path 9 and the laser beam nozzle 13, it is bent three-dimensionally into a pentagonal shape in three directions of the X-axis direction, the Y-axis direction and the Z-axis direction.

第一の回転光路手段15はその一端部に設けられた回転
接続部21によって前述のノズル先端に整合する垂直軸線
周りに本体フレームに対し回転可能になっている。第二
の回転光路手段17はこれの一端部と第一の回転光路手段
15の他端部とにより構成された傾斜光路19の部分にて該
部分に設けられた回転接続部23により第一の回転光路手
段15に対し傾斜軸線A周りに回転可能になっている。
The first rotating optical path means 15 is rotatable with respect to the main body frame around a vertical axis aligned with the above-described nozzle tip by a rotating connecting portion 21 provided at one end thereof. The second rotating optical path means 17 has one end thereof and the first rotating optical path means.
At a portion of the inclined optical path 19 formed by the other end of the optical path 15, a rotation connection portion 23 provided at the portion enables rotation about the inclined axis A with respect to the first rotating optical path means 15.

第一の回転光路手段15は三つの折曲部を、第二の回転
光路手段17は二つの折曲部を各々三次元的に有してお
り、これら折曲部には第一反射鏡25、第二反射鏡27、第
三反射鏡29、第四反射鏡31、第五反射鏡33が各々三次元
的に取付角度を調整されて配置されている。
The first rotating optical path means 15 has three bent parts, and the second rotating optical path means 17 has two bent parts three-dimensionally. , The second reflecting mirror 27, the third reflecting mirror 29, the fourth reflecting mirror 31, and the fifth reflecting mirror 33 are arranged with their mounting angles adjusted three-dimensionally.

第一の回転光路手段15と第二の回転光路手段17の各々
の折曲部に上述の如く反射鏡25〜33が配置されているこ
とにより、垂直光路9よりのレーザビームLBは第一の回
転光路手段15と第二の回転光路手段17の各々の光路を経
てレーザビームノズル13に至り、集光レンズ35を通過し
てレーザビーム放射口13aより被加工物の被加工面に放
射されることになる。
Since the reflecting mirrors 25 to 33 are disposed at the bent portions of the first rotating optical path means 15 and the second rotating optical path means 17 as described above, the laser beam LB from the vertical optical path 9 is The laser beam passes through the respective optical paths of the rotating optical path means 15 and the second rotating optical path means 17 to reach the laser beam nozzle 13, passes through the condenser lens 35, and is emitted from the laser beam emitting port 13a to the surface of the workpiece. Will be.

レーザビームノズル13は、第2図に良く示されている
如く、集光レンズ35を支持するレンズホルダスリーブ37
と、先端にレーザビーム放射口13aを有するノズル部材3
9とを有し、該両者はねじ41により長さ調整可能にねじ
結合されている。ノズル部材39は、レンズホルダスリー
ブ37に対し回転されることにより、ねじ41のリードによ
ってレンズホルダスリーブ37に対し上下動し、集光レン
ズ35とレーザビーム放射口13aとの距離Lを変化せしめ
るようになっている。
As shown in FIG. 2, the laser beam nozzle 13 has a lens holder sleeve 37 for supporting the condenser lens 35.
And a nozzle member 3 having a laser beam emission port 13a at the tip
9, both of which are screw-connected by screws 41 so that the length can be adjusted. When the nozzle member 39 is rotated with respect to the lens holder sleeve 37, the nozzle member 39 is moved up and down with respect to the lens holder sleeve 37 by the lead of the screw 41 so as to change the distance L between the condenser lens 35 and the laser beam emission port 13a. It has become.

これによりレーザビームの焦点位置とレーザビーム放
射口13aの相対位置が調整されるようになる。
Thereby, the relative position between the focal position of the laser beam and the laser beam emission port 13a is adjusted.

尚、ノズル部材39のレンズホルダスリーブ37に対する
固定はロックナット43により行われるようになってい
る。
The nozzle member 39 is fixed to the lens holder sleeve 37 by a lock nut 43.

またレーザビームノズル13の先端部には、第2図に示
されている如く、レーザビームノズル13の先端部と被加
工物の加工面との距離、即ちノズルギャップを検出する
ための静電容量型等の距離センサ45が設けられている。
As shown in FIG. 2, a distance between the tip of the laser beam nozzle 13 and the processing surface of the workpiece, that is, a capacitance for detecting a nozzle gap, is provided at the tip of the laser beam nozzle 13. A distance sensor 45 such as a mold is provided.

上述の如き構成によれば、傾斜軸線A周りに第二の回
転光路手段17がレーザビームノズル13を伴って回転され
ることにより、レーザビームノズル13はレーザビーム放
射口13aの座標位置をいずれの軸方向にも変位させるこ
となく図にて実線で示されている如き垂直姿勢と図にて
仮想線で示されている水平姿勢との間に傾動するように
なる。また第一の回転光路手段15が第二の回転光路手段
17とレーザビームノズル13を伴って垂直軸線周りに回転
することにより、レーザビームノズル13がレーザビーム
放射口13a周りに回転し、レーザビーム放射口13aよりの
レーザビームの放射方向がZ軸線周りに変化するように
なる。
According to the configuration as described above, the second rotating optical path means 17 is rotated around the tilt axis A with the laser beam nozzle 13, so that the laser beam nozzle 13 can move the coordinate position of the laser beam emitting port 13a to any position. Without being displaced also in the axial direction, the tilt is made between the vertical posture shown by the solid line in the figure and the horizontal posture shown by the virtual line in the figure. The first rotating optical path means 15 is the second rotating optical path means.
By rotating around the vertical axis together with the laser beam nozzle 17 and the laser beam nozzle 13, the laser beam nozzle 13 rotates around the laser beam emission port 13a, and the radiation direction of the laser beam from the laser beam emission port 13a is around the Z axis line. It will change.

これにより第一の回転光路手段15が垂直軸線周りに、
第2の回転光路手段17が傾斜軸線A周りに各々回動され
ることにより、水平面と垂直面を含む被加工物に対し三
次元レーザ加工が行われ得るようになる。
This causes the first rotating optical path means 15 to rotate around the vertical axis,
By rotating the second rotary optical path means 17 around the tilt axis A, three-dimensional laser processing can be performed on a workpiece including a horizontal plane and a vertical plane.

例えば第3図に示されている如き被加工物Wの各表面
に対しレーザ加工を行う場合は、a点よりb点まではレ
ーザビームノズル13を水平姿勢とし、b点にて手動にて
停止制御を行い、手操作にてレーザビームノズル13を水
平姿勢より垂直姿勢に変化させ、その後にレーザ加工の
再スタートを手動にて行い、b点よりc点に至り、c点
にて再度手動にて停止制御を行い、レーザビームノズル
13を垂直姿勢より水平姿勢に手操作にて戻し、再び手動
にてレーザ加工の再スタートを行い、c点よりd点への
加工が進められればよい。
For example, when laser processing is performed on each surface of the workpiece W as shown in FIG. 3, the laser beam nozzle 13 is set in a horizontal posture from point a to point b, and manually stopped at point b. Control, manually change the laser beam nozzle 13 from the horizontal position to the vertical position, and then manually restart the laser processing.From the point b, to the point c, and manually again at the point c. Stop control, laser beam nozzle
It is sufficient that the laser beam 13 is manually returned from the vertical posture to the horizontal posture, the laser processing is manually restarted again, and the processing from the point c to the point d proceeds.

尚、この制御は全てプログラム制御により自動化され
てもよい。
Note that all of this control may be automated by program control.

上述の如く、レーザビームノズル13の方向姿勢が垂直
姿勢と水平姿勢との間にて傾動変化される場合には、レ
ーザビームノズル13のレーザビーム放射口13aよりレー
ザビームLBが誤照射される虞れがあるから、距離センサ
45により検出されるノズルギャップが所定値以上になっ
た場合にはレーザビーム放射口13aが被加工面に対向し
なくなったとしてシャッタ装置3が閉じられ、レーザビ
ームの放射が自動停止されるようになっていてよい。
As described above, when the directional attitude of the laser beam nozzle 13 is tilted and changed between the vertical attitude and the horizontal attitude, the laser beam LB may be erroneously irradiated from the laser beam emission port 13a of the laser beam nozzle 13. Distance sensor
When the nozzle gap detected by 45 becomes a predetermined value or more, the shutter device 3 is closed and the laser beam emission is automatically stopped, assuming that the laser beam emission port 13a does not face the processing surface. It may be.

尚、集光レンズ35とノズル部材39とを含むレーザビー
ムノズル13は距離センサ45により検出されるノズルギャ
ップに応じてNC制御とは別に独立した制御系をもってZ
軸方向にフィードバック制御式に上下動するようになっ
ていてよく、これにより、第3図のa点とb点、b点と
c点、c点とd点等に於てスプリングバック等により垂
直面或いは水平面に、図にて仮想線で示されている如
く、ずれがあっても、レーザビームノズル13のZ軸方向
の移動により、集光レンズ35の被加工面に対する焦点位
置が変動することなく所定のノズルギャップが保たれた
状態にてレーザ加工が良好に行われるようになる。
The laser beam nozzle 13 including the condenser lens 35 and the nozzle member 39 has a control system independent of NC control according to the nozzle gap detected by the distance sensor 45.
It may be moved up and down in a feedback control manner in the axial direction, so that it can be moved vertically by springback at points a and b, b and c, c and d in FIG. As shown by the imaginary line in the drawing, the focal position of the condenser lens 35 with respect to the surface to be processed may be changed due to the movement of the laser beam nozzle 13 in the Z-axis direction, as shown by a virtual line in the drawing. Laser processing can be performed satisfactorily in a state where a predetermined nozzle gap is maintained.

また二次元的な加工を行う場合に於ては、即ち平面的
な加工だけでよい場合は、レーザビームノズルの光軸が
垂直となる姿勢状態として第一反射鏡と第五反射鏡とが
取外され、垂直光軸よりのレーザビームLBが直接レーザ
ビームノズルに到達するようにすればよい。この場合
は、レーザビームLBの反射鏡折返しに伴うパワーダウン
を生じることなくレーザ加工が行われるようになる。
Also, when performing two-dimensional processing, that is, when only planar processing is required, the first reflecting mirror and the fifth reflecting mirror are set in a state where the optical axis of the laser beam nozzle is perpendicular. What is necessary is just to remove the laser beam LB from the vertical optical axis and directly reach the laser beam nozzle. In this case, laser processing can be performed without causing power down due to the turning of the laser beam LB to the reflecting mirror.

第4図は本発明による加工ヘッドの如く、光路が三次
元的に五角形状に屈曲している場合と、光路が二次元的
な直角二等辺三角形をなしている場合との光路の側方へ
の張出し量を比較して示している。尚、第4図に於て、
本発明による加工ヘッドに於ける構成要素は第1図に示
されたそれと同一の符号により示されており、符号Mは
二次元的光路に於て配置される反射鏡を示している。
FIG. 4 shows the side of the optical path between the case where the optical path is bent three-dimensionally in a pentagonal shape and the case where the optical path forms a two-dimensional right-angled isosceles triangle, as in the processing head according to the present invention. Are shown in comparison. In FIG. 4,
Components in the processing head according to the present invention are designated by the same reference numerals as those shown in FIG. 1, and reference numeral M denotes a reflecting mirror arranged in a two-dimensional optical path.

この第4図から、本発明による加工ノズルに於ては、
光路の側方への、即ちY軸方向への張出し量が一点鎖線
で示したごとく二次元的光路を用いたものに比してほぼ
半分になることが理解されよう。
From FIG. 4, in the processing nozzle according to the present invention,
It will be understood that the amount of overhang to the side of the optical path, that is, in the Y-axis direction, is almost half as compared with that using the two-dimensional optical path as shown by the dashed line.

第5図及び第6図は本発明に於ける加工ヘッドの光路
構成に於て必要とされる反射鏡の三次元的な取付角度調
整装置を備えた反射鏡取付装置の一つの実施例を示して
いる。反射鏡25〜33は各々ミラーマウントブロック47と
ミラーセットプレート49とのミラーマウント組立体51に
固定され、ミラーマウント組立体51は自身の中心周りに
互いに隔置して配置された三つのフォロセットねじ55と
六角ボルト57と圧縮コイルばね59とによりマウントカバ
ー61にフローティング式に取付方向姿勢可能に装着され
ている。マウントカバー61はボルト通し孔63に装着され
る図示されていない取付ねじにより第一の回転光路手段
15或いは第二の回転光路手段17の折曲部に固定装着され
るようになっている。反射鏡25〜33の取付方向姿勢、換
言すれば三次元的な取付角度調整は、マウントカバー61
の中心部に設けられているねじ孔65に丸先蝶ボルト67を
ねじ込んで、その丸先部をミラーマウントブロック47の
裏面に当接させ、この状態にてフォロセットねじ55を緩
め、任意の六角ボルト57のねじ込み量を調整することに
より、反射鏡25〜33がミラーマウント組立体51と共に丸
先蝶ボルト67との接触点を枢点としてその中心周りに三
次元的に傾動することにより行われ、これにより三次元
的な角度調整が反射鏡の中心位置を変動することなく行
われる。調整完了後に於ては、再びフォロセットねじ55
がねじ込まれることにより、反射鏡が調整後の停止角度
をもって固定されるようになる。尚、調整後に於ては、
丸先蝶ボルト67はねじ孔65より取外され、このねじ孔65
には丸先蝶ボルト67に代えてもう一つのフォロセットね
じ55がねじ込まれればよい。
FIGS. 5 and 6 show one embodiment of a reflector mounting device provided with a three-dimensional reflector mounting angle adjusting device required in the optical path configuration of the processing head in the present invention. ing. The reflecting mirrors 25 to 33 are respectively fixed to a mirror mount assembly 51 of a mirror mount block 47 and a mirror set plate 49, and the mirror mount assembly 51 is provided with three follower sets which are spaced apart from each other around its own center. It is mounted on the mount cover 61 by a screw 55, a hexagon bolt 57, and a compression coil spring 59 in a floating manner so that the mounting direction can be set. The mount cover 61 is connected to a first rotating optical path means by a mounting screw (not shown) mounted in the bolt through hole 63.
15 or the second rotary optical path means 17 is fixedly mounted on the bent portion. The mounting direction of the reflecting mirrors 25 to 33, in other words, the three-dimensional mounting angle adjustment,
Screw the round-point wing bolt 67 into the screw hole 65 provided at the center of the mirror mount block 47 so that the round-pointed part comes into contact with the back of the mirror mount block 47. By adjusting the screwing amount of the hexagonal bolt 57, the reflecting mirrors 25 to 33 are three-dimensionally tilted around the center of the reflecting mirror 25 to 33 together with the mirror mount assembly 51 around the contact point with the round-point wing bolt 67 as a pivot point. Thus, the three-dimensional angle adjustment is performed without changing the center position of the reflecting mirror. After the adjustment is completed, follow-up set screw 55
Is screwed, so that the reflecting mirror is fixed with the adjusted stop angle. After the adjustment,
The round head wing bolt 67 is removed from the screw hole 65.
In this case, another follower set screw 55 may be screwed in instead of the round-point wing bolt 67.

反射鏡25〜35を担持しているミラーマウント組立体51
は、マウントカバー61の回転光路手段に対する取付状態
下に於ては、光路内に位置し、外部に露呈していないか
ら、これが外部からの要因によって変動することがな
く、反射鏡の角度が容易にずれることはない。
Mirror mount assembly 51 carrying reflectors 25-35
Is located in the optical path and is not exposed to the outside when the mount cover 61 is attached to the rotating optical path means, so that this does not fluctuate due to external factors and the angle of the reflecting mirror can be easily adjusted. There is no shift.

上述の如き構成よりなる三次元加工ヘッドに於ては、
回転光路に於ける回転軸線と光軸とが互いに同軸になる
ようアライメントを厳格に行う必要があり、このアライ
メントが不完全であると、回転光路の回動によって光路
と光軸との相対的位置関係に変動が生じ、レーザビーム
LBがレーザビームノズル13の適正位置に到達しなくなる
虞れがある。
In the three-dimensional machining head having the above configuration,
It is necessary to strictly align the rotation axis and the optical axis in the rotating optical path so that they are coaxial with each other. If this alignment is incomplete, the rotation of the rotating optical path causes the relative position between the optical path and the optical axis. The relationship fluctuates and the laser beam
There is a possibility that the LB may not reach the proper position of the laser beam nozzle 13.

このアライメントは第7図或いは第8図に示されてい
る如き筒状のターゲット状アライメント治具69及び71を
用いて行われればよい。アライメント治具69或いは71は
各々第9図に示されている如く光路内に挿入される円筒
体69a或いは71aを有し、アライメント治具69に於ては円
筒体69aの両端部に互いに45度の回転位相角をもってタ
ングステンワイヤ等の細線部材によりターケッド十文字
69bが設けられ、これに対しもう一つのアライメント治
具71に於ては、円筒体71aの両端部に互いに同一軸線上
に直径が1mm程度の細孔71bを穿設された端板71cが装着
されている。
This alignment may be performed using cylindrical target-like alignment jigs 69 and 71 as shown in FIG. 7 or FIG. Each of the alignment jigs 69 and 71 has a cylindrical body 69a or 71a inserted into the optical path as shown in FIG. 9, and in the alignment jig 69, both ends of the cylindrical body 69a are at 45 degrees to each other. With a phase angle of rotation
On the other hand, in another alignment jig 71, an end plate 71c having a hole 71b having a diameter of about 1 mm on the same axis is attached to both ends of the cylindrical body 71a. Have been.

上述の如きアライメント治具69或いは71を用いた光軸
アライメントは、始めに、正規のレーザ光と赤色可視光
線であるHe−Neの光とが互いに同軸になるようにレーザ
発生装置3の発振器にて調整し、この同軸調整後に於て
は、He−Neの光のみを放射することにより行われる。光
路に於ける回転軸と光軸とが同軸になっていれば、アラ
イメント治具69に於ては、白紙等に投影されるターゲッ
ト十文字69bはその両端のものに於て互いに十文字中心
が合致し、またもう一つのアライメント治具71に於て
は、一方の細孔71bより光線が入り、他方の細孔71bより
光線が出てこれを光線が通過するようになる筈であり、
従って、そうでない場合は光軸調整が不充分である場合
である。この場合は、上述の如きよう要領にて各反射鏡
の取付角度の調整により光軸のアライメントが行われれ
ばよい。
The optical axis alignment using the alignment jig 69 or 71 as described above is first performed by the oscillator of the laser generator 3 so that the regular laser light and the He-Ne light, which is a red visible light, are coaxial with each other. After the coaxial adjustment, the adjustment is performed by emitting only He-Ne light. If the rotation axis and the optical axis in the optical path are coaxial, in the alignment jig 69, the center of the cross-shaped target 69b projected on a blank sheet or the like matches the center of the cross at each end. In the other alignment jig 71, light should enter from one of the fine holes 71b, light should come out of the other fine hole 71b, and pass through it.
Therefore, otherwise, the optical axis adjustment is insufficient. In this case, the alignment of the optical axes may be performed by adjusting the mounting angles of the respective reflecting mirrors as described above.

尚、本発明による加工ヘッドに於ては、その小形化設
計からして、各反射鏡間の光路距離が短くなっているか
ら、この光路長とは別にアライメント治具69或いは71の
円筒体69a、71aの軸長は充分長くされてよく、これが長
いほどアライメント精度が向上するようになる。
In the processing head according to the present invention, since the optical path distance between the respective reflecting mirrors is short due to its compact design, the cylindrical body 69a of the alignment jig 69 or 71 is separate from this optical path length. , 71a may be made sufficiently long, and the longer this is, the more the alignment accuracy is improved.

各光路に於ける反射鏡25〜33の冷却は光路内にドライ
エアーを供給することにより行われればよく、このドラ
イエアーは反射鏡の冷却に加えて光路内の塵埃の吹出し
除去作用も行うようになる。
Cooling of the reflecting mirrors 25 to 33 in each optical path may be performed by supplying dry air into the optical path, and this dry air may also perform a function of removing dust blowout in the optical path in addition to cooling the reflecting mirror. become.

ノズル先端に対するアシストガスと冷却用エアーの供
給は、本体フレームの側より第一の回転光路手段15及び
第二の回転光路手段17の外壁に設けられた孔状の通路を
もって行われるようになっていればよい。この場合、回
転接続部21或いは23に於ては、第10図及び第11図に示さ
れている如き回転継手構造が用いられてアシストガス或
いは冷却用エアーの伝達が行われるようになっていれば
よい。第10図及び第11図はその一例として回転接続部23
の部分に於けるアシストガスのための回転接続機構の一
つの実施例を示している。第一の回転光路手段15と第二
の回転光路手段17とは互いに入筒式に嵌合してボール軸
受73により互いに回転可能になっており、その両者間の
円環状空隙75が軸線方向に互いに隔置して配置された二
つのシール部材77間にて密閉室75aとされ、この密閉室7
5aをもって第一の回転光路手段15のガス通路79より第二
の回転光路手段17のガス通路81へアシストガスがその両
者の相対回転変位に拘らず伝達され得るようになってい
る。
The supply of the assist gas and the cooling air to the nozzle tip is performed through a hole-shaped passage provided on the outer wall of the first rotating optical path means 15 and the second rotating optical path means 17 from the side of the main body frame. Just do it. In this case, in the rotary connection portion 21 or 23, a rotation joint structure as shown in FIGS. 10 and 11 is used to transmit the assist gas or the cooling air. I just need. FIG. 10 and FIG.
2 shows one embodiment of a rotary connection mechanism for the assist gas in the section of FIG. The first rotary optical path means 15 and the second rotary optical path means 17 are fitted into each other in a cylindrical manner so as to be rotatable with each other by a ball bearing 73, and an annular gap 75 therebetween is formed in the axial direction. A closed chamber 75a is provided between the two seal members 77 arranged at a distance from each other.
With 5a, the assist gas can be transmitted from the gas passage 79 of the first rotating optical path means 15 to the gas passage 81 of the second rotating optical path means 17 irrespective of their relative rotational displacement.

以上に於ては、本発明を特定の実施例について詳細に
説明したが、本発明は、これに限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であること
は当業者にとって明らかであろう。
In the above, the present invention has been described in detail with respect to a specific embodiment. However, the present invention is not limited to this, and various embodiments can be made within the scope of the present invention. It will be clear to those skilled in the art.

[発明の効果] 前述のごとき実施例の説明より理解されるように、要
するに本発明は、垂直な垂直光路部材に垂直軸心回りに
回転可能に設けた第一の回転光路手段(15)に、前記垂
直光路部材内を垂直下方向に進行するレーザビーム(L
B)を水平に対して傾斜する方向へ反射する第一反射鏡
(25)を設けると共に当該第一反射鏡(25)によって反
射されたレーザビーム(LB)を下方向へ反射する第二反
射鏡(27)を設け、前記第二反射鏡(27)によって反射
されたレーザビーム(LB)を、前記垂直軸心の延長線と
交差する方向でかつ45゜下方向へ反射する第三反射鏡
(29)を前記第一の回転光路手段(15)に設け、上記第
三反射鏡(29)によって反射されたレーザビーム(LB)
を、前記垂直軸心の延長線と交差する方向でかつ上方向
へ反射する第四反射鏡(31)を備えると共に当該第四反
射鏡(31)によって反射されたレーザビーム(LB)を、
前記垂直軸心の延長線と一致する位置において垂直下方
向へ反射可能の第五反射鏡(33)を備えた第二の回転光
路手段(17)を、前記第三反射鏡(29)によって反射さ
れたレーザビーム(LB)と軸心が一致した傾斜軸線
(A)の回りに回転可能に設け、かつ前記第五反射鏡
(33)によって反射されたレーザビーム(LB)を集光す
るための集光レンズ(35)を備えたレンズホルダスリー
ブ(37)を前記第二の回転光路手段(17)に設けると共
に、上記レンズホルダスリーブ(37)の先端部にノズル
部材(39)を設けてなるものである。
[Effects of the Invention] As can be understood from the above description of the embodiments, in short, the present invention relates to a first rotating optical path means (15) provided on a vertical vertical optical path member so as to be rotatable around a vertical axis. , A laser beam (L) traveling vertically downward in the vertical optical path member.
A first reflecting mirror (25) for reflecting B) in a direction inclined to the horizontal and a second reflecting mirror for reflecting the laser beam (LB) reflected by the first reflecting mirror (25) downward. (27), a third reflecting mirror (45) that reflects the laser beam (LB) reflected by the second reflecting mirror (27) downward in a direction intersecting the extension of the vertical axis and at an angle of 45 °. 29) is provided in the first rotating optical path means (15), and the laser beam (LB) reflected by the third reflecting mirror (29) is provided.
A fourth reflector (31) that reflects upward and in a direction intersecting with an extension of the vertical axis, and a laser beam (LB) reflected by the fourth reflector (31),
A second rotating optical path means (17) provided with a fifth reflecting mirror (33) capable of reflecting vertically downward at a position coinciding with an extension of the vertical axis is reflected by the third reflecting mirror (29). The laser beam (LB) is provided so as to be rotatable around an inclined axis (A) having the same axis as the laser beam (LB), and for condensing the laser beam (LB) reflected by the fifth reflecting mirror (33). A lens holder sleeve (37) provided with a condenser lens (35) is provided on the second rotating optical path means (17), and a nozzle member (39) is provided at the tip of the lens holder sleeve (37). Things.

上記構成より明らかなように、本発明においては、第
一の回転光路手段15に備えた第一反射鏡25によって垂直
光路部材内を垂直下方向に進行するレーザビームLBを水
平に対して傾斜する方向へ反射し、この第一反射鏡25に
よって反射されたレーザビームを第二反射鏡27によって
下方向へ反射し、この第二反射鏡27によって反射された
レーザビームLBを、第三反射鏡29によって45゜下方向へ
反射する構成である。
As is clear from the above configuration, in the present invention, the first reflecting mirror 25 provided in the first rotating optical path means 15 inclines the laser beam LB traveling vertically downward in the vertical optical path member with respect to the horizontal. The laser beam reflected by the first reflecting mirror 25 is reflected downward by the second reflecting mirror 27, and the laser beam LB reflected by the second reflecting mirror 27 is reflected by the third reflecting mirror 29. Is reflected 45 ° downward.

したがって、第4図の比較から明らかなように、第一
反射鏡25によってレーザビームLBを水平に反射する構成
に比較して、垂直光路からの側方への張出し量を小さく
することができるものである。よって、垂直軸心回りの
回転モーメントを小さくすることができると共にコンパ
クト化を図ることが容易である。
Therefore, as is apparent from the comparison of FIG. 4, the amount of lateral projection from the vertical optical path can be reduced as compared with the configuration in which the laser beam LB is reflected horizontally by the first reflecting mirror 25. It is. Therefore, the rotational moment about the vertical axis can be reduced, and the size can be easily reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明によるレーザ加工装置の加工ヘッドの一
つの実施例をその光学系について示す概略構成図、第2
図は本発明によるレーザ加工装置の加工ヘッドに用いら
れて好適なレーザビームノズルの一例を示す縦断面図、
第3図は本発明によるレーザ加工装置の加工ヘッドを用
いて行う加工例を示す説明図、第4図は本発明によるレ
ーザ加工装置の加工ヘッドの光路構造と従来の三次元加
工ヘッドに於ける光路構造とを比較して示す光路構成
図、第5図は本発明による加工ヘッドに組込まれて好適
な反射鏡の取付装置を示す縦断面図、第6図はそれの背
面図、第7図及び第8図は各々本発明による加工ヘッド
に於ける光軸アライメントに用いられて好適なアライメ
ント治具の一例を示す斜視図、第9図は第7図或いは第
8図に示された治具アライメントを用いた光軸アライメ
ントの作業状態を示す概略構成図、第10図は本発明によ
る加工ヘッドの回転接続部分に於けるアシストガスの回
転接続構造を示す縦断面図、第11図は第10図の線XI−XI
に沿う断面図である。 1……レーザビーム発生装置 3……シャッタ装置、11……加工ヘッド 13……レーザビームノズル 15……第一の回転光路手段 17……第二の回転光路手段 25〜33……反射鏡
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an optical system of one embodiment of a processing head of a laser processing apparatus according to the present invention.
The figure is a longitudinal sectional view showing an example of a laser beam nozzle suitable for use in the processing head of the laser processing apparatus according to the present invention,
FIG. 3 is an explanatory view showing a processing example using the processing head of the laser processing apparatus according to the present invention, and FIG. 4 is an optical path structure of the processing head of the laser processing apparatus according to the present invention and a conventional three-dimensional processing head. FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an apparatus for mounting a reflecting mirror which is incorporated in a processing head according to the present invention, FIG. 6 is a rear view thereof, and FIG. 8 is a perspective view showing an example of an alignment jig suitable for use in optical axis alignment in a processing head according to the present invention, and FIG. 9 is a jig shown in FIG. 7 or FIG. FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a working state of optical axis alignment using alignment, FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a rotational connection structure of an assist gas at a rotational connection portion of a processing head according to the present invention, and FIG. Line XI-XI in the figure
FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser beam generator 3 ... Shutter device, 11 ... Processing head 13 ... Laser beam nozzle 15 ... First rotating optical path means 17 ... Second rotating optical path means 25-33 ... Reflector

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】垂直な垂直光路部材に垂直軸心回りに回転
可能に設けた第一の回転光路手段(15)に、前記垂直光
路部材内を垂直下方向に進行するレーザビーム(LB)を
水平に対して傾斜する方向へ反射する第一反射鏡(25)
を設けると共に当該第一反射鏡(25)によって反射され
たレーザビーム(LB)を下方向へ反射する第二反射鏡
(27)を設け、前記第二反射鏡(27)によって反射され
たレーザビーム(LB)を、前記垂直軸心の延長線と交差
する方向でかつ45゜下方向へ反射する第三反射鏡(29)
を前記第一の回転光路手段(15)に設け、上記第三反射
鏡(29)によって反射されたレーザビーム(LB)を、前
記垂直軸心の延長線と交差する方向でかつ上方向へ反射
する第四反射鏡(31)を備えると共に当該第四反射鏡
(31)によって反射されたレーザビーム(LB)を、前記
垂直軸心の延長線と一致する位置において垂直下方向へ
反射可能の第五反射鏡(33)を備えた第二の回転光路手
段(17)を、前記第三反射鏡(29)によって反射された
レーザビーム(LB)と軸心が一致した傾斜軸線(A)の
回りに回転可能に設け、かつ前記第五反射鏡(33)によ
って反射されたレーザビーム(LB)を集光するための集
光レンズ(35)を備えたレンズホルダスリーブ(37)を
前記第二の回転光路手段(17)に設けると共に、上記レ
ンズホルダスリーブ(37)の先端部にノズル部材(39)
を設けてなることを特徴とするレーザ加工装置の加工ヘ
ッド。
A first rotating optical path means (15) provided on a vertical vertical optical path member so as to be rotatable around a vertical axis, applies a laser beam (LB) traveling vertically downward in the vertical optical path member. First mirror (25) that reflects in the direction inclined to the horizontal
And a second reflecting mirror (27) for reflecting the laser beam (LB) reflected by the first reflecting mirror (25) downward, and the laser beam reflected by the second reflecting mirror (27). A third reflector (29) for reflecting (LB) downward in a direction intersecting the extension of the vertical axis and at an angle of 45 °.
Is provided in the first rotating optical path means (15), and the laser beam (LB) reflected by the third reflecting mirror (29) is reflected upward in a direction intersecting with an extension of the vertical axis. A fourth reflecting mirror (31) that reflects the laser beam (LB) reflected by the fourth reflecting mirror (31) in a vertically downward direction at a position that coincides with an extension of the vertical axis. The second rotating optical path means (17) provided with the five reflecting mirrors (33) is moved around the inclined axis (A) whose axis coincides with the laser beam (LB) reflected by the third reflecting mirror (29). A lens holder sleeve (37) provided rotatably on the second lens and provided with a condenser lens (35) for condensing the laser beam (LB) reflected by the fifth reflecting mirror (33). Provided in the rotating optical path means (17), and at the tip of the lens holder sleeve (37) Nozzle member section (39)
A processing head for a laser processing apparatus, comprising:
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