JP2837541B2 - レーザ材料加工装置用の偏向鏡ハウジング及び光線分離フィルター - Google Patents

レーザ材料加工装置用の偏向鏡ハウジング及び光線分離フィルター

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JP2837541B2 JP3509275A JP50927591A JP2837541B2 JP 2837541 B2 JP2837541 B2 JP 2837541B2 JP 3509275 A JP3509275 A JP 3509275A JP 50927591 A JP50927591 A JP 50927591A JP 2837541 B2 JP2837541 B2 JP 2837541B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レーザによって材料を加工する装置のため
の偏向鏡と、球形のカップとして形成されたハウジング
下部と、該球形カップに対応する支持面によって偏向鏡
を支持するハウジング上部とを含み、上記球形カップの
中心は鏡の面内にあり、ハウジングにおいて偏向鏡はハ
ウジング上部をハウジング下部の球形カップ内でハウジ
ング下部に対して枢軸動させることによって調整可能で
ある偏向鏡ハウジングに関する。本発明はまたかかる偏
向鏡ハウジングを含む光線分離フィルターに関する。
かかる偏向鏡ハウジングはWO−A90/02627により知ら
れている。
また、入射及び射出開口並びに偏向鏡を含む部分偏向
鏡ハウジングが日本国特許出願62−28094にて知られて
いる。かかる偏向鏡は調整を変化させることなく鏡をハ
ウジングの外側から取り出し可能に配置されている。
レーザ材料加工装置中の、既知の、レーザ光線の偏向
装置において、偏向鏡は（45゜で傾斜した）鏡の面内に
あるプレート中の取り付け具にネジで締めつけられてお
り、これらの鏡は、偏向鏡のハウジングに対して、調整
ネジによって膜またはボールすべり板体（ball work pa
n）に配置される。それ故、鏡は、常に、調整可能な支
持体にネジで締めつけられ且つこの支持体によってハウ
ジングに固定される。鏡が移動されるべきときには、常
に鏡は光線の進路を再調整する必要がある。
知られた装置において、通常、操作者は鏡の面内に提
供された調整装置を操作する。ボールすべり板体が用い
られる場合には、枢軸の中心は、光線軸から外れてお
り、従って、回転中心は鏡の面内に存在しない。膜によ
る調整では、光線軸を膜調整によって制御するのは困難
であり、光学軸はまた移動されることになる。
また、偏向鏡が、ハウジング内の止めネジ上に支持さ
れた板に固定されることを知られている。
最後に、枢軸動可能な鏡用のベアリングは、ドイツ国
特許2363765A1により知られており、該特許では、鏡
は、ボールの中心が鏡の上側の表面上にあるようにボー
ル部分の球面上に配置される。ボール部分は、ボールに
対応する直径のカップ内に支持されている。鏡は、支持
球面キャップ上に搭載された調整装置によって移動可能
であり、鏡は鏡のゼロセッティングに対して平行は平面
内で効力を発揮する。かかる球面キャップ配置は鏡の膜
支持体に対して実用上の利益を与えない。特に、鏡の厚
さと表面の均一性は調整に影響を及ぼし、鏡の中心は調
整機構の部品を交換した後に新たに見いださなければな
らず、角度のエラーは二つのセッティング可能性の場合
において不可避であり、困難な機械的な労力を要し、調
整には熟練した作業者を要する。さらに鏡の変化は相当
の再調節を必要とする。
本発明の目的は、鏡面がハウジングに対して固定され
且つそのためにハウジングだけが光線の幾何学的関係を
決定して、調整の幾何学的関係を変更することなく鏡の
交換を可能にするような方法で、幾何学的に且つ構築的
に配置された、レーザ材料加工装置用の偏向鏡ハウジン
グを提供することにある。
この場合、ハウジングは、レーザ光線の集光能力を妨
げる鏡の変形を安全に回避することができるように配置
されるべきである。さらに、鏡の面は、鏡の軸からの調
整によって配置されるべきなく、これにより未処理の光
線がもはや集光光学素子に中心から入らなくなる。
本発明の目的は、以下に最初に記載された本発明に従
うタイプの偏向鏡ハウジングにより解決される。
すなわち、本発明の偏向鏡ハウジングは、ハウジング
部の球形カップ支持体が偏向鏡面の前方の領域に位置さ
れ、 両方のハウジング部に、球形のカップ支持体の領域に
おいて、レーザ光線用の相互に対向する開口部が提供さ
れ、 偏向鏡が、ハウジング外側から鏡面に容易に近づくこ
とができるように、ハウジング上部に精密に嵌合して挿
入されて且つそこに保持されている。
この場合、ハウジング下部の球形カップの回転中心ま
たは中心点は正確に鏡の面内にあり且つ調整面が鏡の面
自体によって専ら造られていることが重要である。
ハウジング上部における偏向鏡の位置は、ハウジング
上部の鏡上面のための鏡支持面によって決定される。従
って、鏡の洗浄のために一定の間隔で必要な鏡の交換
は、該幾何学的関係はハウジング中の鏡支持面によって
決定されまたはハウジング自体により形成されるので、
調整の幾何学的配置を変更することなく可能である。鏡
のハウジングからの取り出しは、鏡が単にハウジング中
に置かれているので、極めて容易である。
調整の場合には、鏡は決してハウジング上部に対して
移動する必要はない。
ハウジングの上部において鏡の上面を確立することに
よって、調整を正確に行うのに、鏡の後側の正確な面平
行性は不要となる。鏡に関する幾何学的な要求は、鏡上
面、すなわち、光学側だけに制限され、正確な直径並び
に厚さ、面平行性等は重要ではない。
好ましくは、二つの調節ネジが、ハウジング上部がハ
ウジング下部上で鏡面内にある球面中心について枢軸動
することができるハウジング上部とハウジング下部の間
のレーザ光線の光線軸方向で且つ該光線軸を挟んで対向
するようにそれぞれ提供される。かかる調整面の明白な
配置及び機能的に容易に認識可能であり且つ測定可能な
幾何学的配置は（二つの基部の）製造及び産業上の用途
において利点をもたらす。また、0.001ラジアン以下の
要求された調整精度は熟練していない者によっても容易
に達成することができる。
実用的には、偏向鏡の支持及び、もし必要ならば鏡の
後側の冷却板が、鏡の上面の変形を回避するために小さ
く且つ鏡面に平行な力しか生じないようにして形成され
る。
好ましくは、冷却板は偏向鏡の後側に開放可能に搭載
され、あるいは流体による直接冷却がもたらされる。鏡
の後側を露出することができるので、鏡の後面からの液
体による直接冷却が可能であり、このため鏡の水圧プリ
バイアシング（prebiasing）もまた可能となる。
好ましくは、安全機能のために、サーモプローブのよ
うな電気信号送信機を冷却板に組み込んで、鏡を、例え
ば、20゜＋１℃の一定温度に監視することができる。
また、本発明の偏向鏡用のハウジングにおいて、光学
軸を設定するための調整ネジは入射光線軸または射出光
線軸に平行に配置された面内にあるのが有利であり、そ
のため、調節の要件の関係は、直ちに認識可能である。
最後に、幾何学的配置は、任意の望ましい偏向角に関し
て適用することができ、ここに、特に、水平面内の偏向
もまた考慮される。
レーザ溶接による小さな加工物の製造において、操作
は少なくとも二つのステーションにおいて交互に実行さ
れる。この場合において、レーザ光線は通常両方のステ
ーショ間で切り換えられ、回転プレートによる部分的な
交換が運転されていないステーションにてアイドル時間
の間に起こる。光線分離フィルターは、できるだけ短い
時間で行われるスイッチングに要求される。知られた方
法において、レーザ光線源に関する機械式ロックが閉じ
られ、鏡のハウジングが移動されそしてロックが再び開
けられる。この場合、知られたレーザ光線源のロック
は、主な増分溶接時間が１〜２秒ならば、約0.3〜0.4秒
の時間増大にて極めてゆっくりと作動する。さらに、機
械式ロックは、１〜200万回以上のスイッチングが行わ
れる前に、疲労してしまう。結局、この知られた装置
は、迅速な光線分離フィルターとして好適ではない。
従って、本発明のさらなる具体例は、偏向鏡の一方の
側がハウジング上部にて露出され、ハウジング上部のレ
ーザ光線入射開口部が露出された鏡の端部を超える方向
に拡張されており、そして偏向鏡ハウジングがレーザ光
線開口部の拡張された方向に向かってそしてその逆の方
向に移動可能に設計された、本発明の偏向鏡を有するレ
ーザ材料加工装置用の光線分離フィルターに関する。こ
の場合に、偏向鏡はハウジング上部において非対象に配
置されるのが有益である。
かかる光線分離フィルターにおいて、未処理の光線
は、それぞれ、光線の直径に従って鏡上に偏向的に導入
され、一方で、シリンダーまたはスピンドルの駆動力に
より偏向鏡ハウジングをガイド上で移動させることによ
って最適化された移動通路を介して光線の伝送を切り換
えた後に、光線は影響を受けずに偏向鏡ハウジングに導
入されて、それを通過する。ハウジングの機械的な剛性
及び形状安定性は保証されている。
好ましくは、ハウジング上部の前方に支持され且つ液
体冷却された目標設定アパーチャーが、熱的に絶縁され
た方法でハウジング上部のレーザ光線入射側に固定され
ている。該アパーチャーは光線の幾何学的関係において
露出された鏡の端部位置に適合している。従って、レー
ザ源ロックが開放されているときに、光線分離フィルタ
ーは、鏡の端部での反射による散乱放射にもとずく偏向
鏡ハウジングの加熱及びそれによる検出可能な変化を伴
わずに切替え可能である。
ハウジング移動のストロークは未処理の光線の直径よ
りも約10mm大きくするのが有益であり、その結果、45mm
の未処理のレーザ光線の直径により0.2秒の切替え時間
が達成され得る。すなわち、ハウジングを一方の端部か
ら他方の端部に約0.2秒以内で移動することができる。
これは、２以上のステーションを含む機械を用いて短
い溶接サイクルを行う場合に特に有利である。なぜな
ら、レーザ材料加工設備の有効使用時間が移動時間によ
りかなり増加するからである。
さらに、本発明の光線分離フィルターは、開放されて
いるレーザ源ロックにおける移動速度により、スイッチ
ングの際に、光線のエネルギーは二つの加工片にて別々
に生じ、移動の間に第１の加工片にて消滅しそして第２
の加工片にて増大するので、レーザ光線の加工片からの
または加工片とのソフトな非結合及び結合が実現し得る
という利点がある。レーザ光線溶接の場合において、第
１の加工片でのレーザ光線の穏やかな非結合により、溶
接継ぎ目端部で生じるクレーターを防止することがで
き、それ故品質の改善ができる。
最後に、本発明の偏向鏡ハウジングは、鏡の厚さは調
整位置に何等影響を与えないので、例えば、焼けによる
浸透のような摩滅の兆候及び、例えば、使用による鏡の
上面の引っかき傷の形状の欠陥を有する銅の偏向鏡を再
加工することができるという利点を含む。
本発明を、以下に実施例によってそして図面との関係
にて一層詳細に説明する。
図１は、本発明の偏向鏡ハウジングの横断面図を示
す。
図２は、図１に従う偏向鏡ハウジングの平面図を示
す。
図３は、本発明の光線分離フィルターの横断面図を示
す。
図４は、図３に従う光線分離フィルターの正面図を示
す。
図５は、図３に従う光線分離フィルターの平面図を示
す。
図１及び図２に示した本発明の偏向鏡ハウジングは、
球形のカップ状のハウジング下部１と、下部１の上に球
形のカップ中で枢軸動可能に配置されたハウジング上部
２とを有する。二つの調整ネジ３は、それぞれ、ハウジ
ング上部２とハウジング下部１との間のレーザ光線の光
線軸方向に且つ該光線軸を挟んで対向するように提供さ
れている。レーザ光線は偏向鏡ハウジングに矢印４の方
向で入射し、そこから矢印５の方向に射出される。
偏向鏡６は、精密に嵌合し且つ外側から容易に近づく
ことができるように、ハウジング上部２に挿入され且つ
そこに保持される。冷却板７はネジ８と押しつけバネ９
によって偏向鏡６の後側に取り外すことができるように
搭載されている。
サーモプローブ10が冷却板７に組み込まれており、一
方、冷却水用の連結部が11で示される。
図３〜５に、本発明の光線分離フィルターを示す。該
フィルターは偏向鏡ハウジングを含み、図１及び２のハ
ウジング部品と対応する部品を同じ参照番号で示す。ハ
ウジングにおいて、偏向鏡の一方の側はハウジング上部
２において露出されるように配置され、そしてハウジン
グ上部２のレーザ光線入射開口部は露出された鏡の端部
を超える方向に拡張されている。偏向鏡ハウジングは、
移動シリンダー12及びガイド13によって、レーザ光線入
射開口部の拡がる方向及びそれとは逆の方向において移
動可能に配置される。レーザ光線入射開口部の拡がる方
向には、ハウジング衝撃吸収体14及び固定された停止体
15まで移動される。
液体冷却された目標設定アパーチャー16はレーザ光線
の入口側の前方に支持され且つ光線の幾何学的配置にお
いて露出された鏡の端部に適応している。アパーチャー
16は、熱的に絶縁された方法で絶縁体17を介してハウジ
ング上部２に取り付けられている。目標設定アパーチャ
ー16の拡大された開口部は図４においてはっきりと認識
され得る。
この場合、偏向鏡はハウジング上部２において非対称
的に配置されている。また、図４において18で示したも
のは、入射光線の偏向位置における外郭線であり、19は
偏向鏡ハウジングが透過位置にあるときの入射光線の外
郭である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−75491（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−75194（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−16587（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 7/18 B23K 26/04 G02B 5/08 G02B 26/10

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】球形カップとして形成されたハウジング下
    部（１）と、 偏向鏡（６）を支持面によって支持する球形カップに対
    応したハウジング上部（２）とを含み、偏向鏡（６）は
    ハウジング上部（２）をハウジング下部（１）の球形カ
    ップ内でハウジング下部（１）に対して枢軸動すること
    によって調整可能であり、偏向鏡（６）はハウジング外
    側から鏡面に容易に近づくことができるようにハウジン
    グ上部（２）に挿入され且つ保持された、レーザー材料
    加工装置用の偏向鏡を含む偏向鏡ハウジングであって、 球形カップの中心は偏向鏡（６）の面内にあり、 両方のハウジング部（1,2）の球形カップ支持部が偏向
    鏡（６）面の前方の領域に位置し、 両方のハウジング部（1,2）に、球形カップ支持部の領
    域において、レーザ光線用の相互に対向した開口部が提
    供された、 ことを特徴とする上記偏向鏡ハウジング。
  2. 【請求項２】二つの調整ネジ（３）が、それぞれ、ハウ
    ジング上部（２）とハウジング下部（１）の間のレーザ
    光線の光線軸方向で且つ該光線軸を挟んで対向するよう
    に提供されることを特徴とする請求項１のハウジング。
  3. 【請求項３】偏向鏡（６）のハウジング上部（２）にお
    ける位置は、ハウジング上部（２）中の、鏡の上面のた
    めの鏡支持面により確立されることを特徴とする請求項
    １または２のハウジング。
  4. 【請求項４】偏向鏡（６）の支持部及び冷却板（７）
    が、小さく且つ鏡面に平行な力しか生じないような方法
    で偏向鏡（６）の後側に形成されることを特徴とする請
    求項１−３のいずれか一項のハウジング。
  5. 【請求項５】偏向鏡（６）の後側に、冷却板（７）が取
    り外し可能に搭載されるかあるいは液体による直接冷却
    がもたらされるかいずれか一方であることを特徴とする
    請求項１−４のいずれか一項のハウジング。
  6. 【請求項６】サーモプローブのような安全機能のための
    電気信号送信機を冷却板（７）に組み込むことを特徴と
    する請求項４または５のハウジング。
  7. 【請求項７】前記請求項１−６のいずれかに一項の偏向
    鏡ハウジングを含むレーザ材料加工装置用光線分離フィ
    ルターにおいて、 偏向鏡（６）の一方の側が、ハウジング上部（２）中に
    露出されるように配置され、 ハウジング上部（２）のレーザ光線入射開口部が露出さ
    れた鏡の端部を超える方向に拡張されており、 偏向鏡ハウジングがレーザ光線入射開口部の拡張された
    方向及びその逆の方向に移動可能であることを特徴とす
    る上記レーザ材料加工装置用光線分離フィルター。
  8. 【請求項８】偏向鏡（６）がハウジング上部（２）にお
    いて非対称に配置される請求項７の光線分離フィルタ
    ー。
  9. 【請求項９】ハウジング上部（２）の前方に支持され且
    つ液体冷却された目標設定アパーチャー（16）が、熱的
    に絶縁された方法でハウジング上部（２）のレーザ光線
    入射側に固定され、該アパーチャー（16）は光線の幾何
    学的関係において露出された鏡の端部位置に適合してい
    る請求項７又は８の光線分離フィルター。
  10. 【請求項１０】ハウジング移動のストロークは未処理の
    光線の直径よりも約10mm大きい請求項７から９のいずれ
    か一項の光線分離フィルター。
  11. 【請求項１１】ハウジングが一方の端部から他方の端部
    に約0.2秒以内で移動可能である請求項７−10のいずれ
    か一項の光線分離フィルター。
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