JP2916603B2

JP2916603B2 - 加工ヘツド工具

Info

Publication number: JP2916603B2
Application number: JP2233465A
Authority: JP
Inventors: ウリツヒ・ハウエルト
Original assignee: RASAGU SA
Current assignee: RASAGU SA
Priority date: 1989-09-05
Filing date: 1990-09-05
Publication date: 1999-07-05
Anticipated expiration: 2014-07-05
Also published as: JPH0399786A; US5021632A; KR910005961A; CH681071A5; KR100187986B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、加工及び／または検査される部材と接触し
ないでほぼ垂直方向に動作する工具に関するものであ
る。特に、本発明は、加工プログラミングエラーなどに
よって障害物に突き当たった時に破損することなくずれ
ることができるレーザ加工ヘッドに関するものである。

加工部材に接触しないで加工及び／または検査するこ
とができる工具、例えばレーザ加工ヘッドは、衝撃時に
保護する必要がある脆弱な作動部分を有している。

レーザ加工ヘッドの場合、そのような作動部材とは、
ヘッド内に配置されて加工ノズルと連動した１つまたは
複数のレンズからなる集束手段のことであると理解され
る。

この形式のヘッドが正確に機能する、すなわち効率的
に加工を実施するためには、光線の集束点を一方では加
工部材に、他方ではノズルのオリフィスに対して調整す
る必要があることが知られている。

この調整は微妙な作業であり、ヘッドが障害物に衝突
した場合の安定性が非常に低い。例えば、機械の操作ま
たはプログラミングエラーによってノズルが加工部材に
衝突するだけで、レーザ光線の軸がノズルのオリフィス
（それの直径は２〜３ミリ程度）からずれてしまうた
め、ノズルを集束手段に対して再調整するまではヘッド
が使用不可能となったり、ノズルの交換が必要になるこ
ともある。

前述したように、集束手段をノズルに対して再調整す
る作業は微妙な作業であり、十分に熟練した作業員が実
施しなければならない。

その結果、ヘッドと障害物とがわずかに衝突すること
によって、多大な人的コスト及び／または物質的コスト
が必要となる。

これらの問題点を解決するため、ショックの際に加工
部材またはフレームに対するヘッドのいかなる移動も停
止させる構造のショック検出器を用いた装置が知られて
いる。

この形式の装置は、加工部材またはフレームに対する
ヘッドの移動が遅い場合には有効であるが、ヘッドが高
速で障害物に衝突する場合には十分に迅速に反応するこ
とができず、支持部に固定的に連動させたヘッドが破損
する危険性が高い。

EP-A-0 030 754には、レーザ加工ヘッドをショックか
ら保護するための機械手段が開示されている。この場
合、ヘッドが、支持部材上のヘッドの軸線に沿って設け
られた複数のばねによって回動可能に取り付けられてい
る。このため、この回動連結式ヘッド／支持部では、ヘ
ッドが障害物に突き当たった時にヘッドが傾斜して装置
を停止させることにより、ヘッドと外的部材との間に激
しいショックが生じないようにしている。

しかし、この加工ヘッドには、複雑であるため、熟練
していない作業員ではあまり簡単に使用できないという
欠点がある。

何等かの理由で別の加工形式を実施するために集束レ
ンズ及び／またはノズルを交換しなければならない場
合、あるいは加工ヘッドの作動部を一時的に双眼鏡など
の監視装置に取り替えなければならない場合、ヘッドを
取り外し、レンズ及び／またはノズルを交換し、ノズル
に対してレンズを組み立て直して調整し、その後で支持
部材上のすべてのものを組み立て直す必要がある。さら
に、これらの作業はすべて熟練者によって実施する必要
があるので、作業コストが相当に増大する。

また、EP-A-0 116 807には、請求項の前文に相当する
装置が開示されている。しかし、スタッドを受ける空洞
部が細く深い溝の底部に設けられているので、激しいシ
ョック時にスタッドを凹部から効果的に解放することが
できない。特に、ショックが装置の軸線に直交する方向
に生じた場合に解放できない。

このため、本発明の主たる目的は、加工部材に接触し
ないでほぼ垂直方向に動作する構造であって、単純で効
果的に衝撃防止装置を有し、さらに特別な調整を必要と
しないで一人の作業員で簡単に交換できる工具を提供す
ることによって、上記従来技術の問題点を解決すること
である。

本発明の１つの目的は、加工部材に接触しないでほぼ
垂直方向に動作する構造であって、作動部の少なくとも
一部を構成しているヘッドと、装置フレームに固着され
たヘッド用の支持部とを備えており、前記ヘッドに設け
られた３つのスタッドが支持部に設けられた３つの空洞
部に嵌まって、ヘッドの軸線にほぼ直交する方向の平面
上でのヘッドの変位を阻止できるようにした工具を提供
することである。

本発明によれば、Ｖ字形凹部が、競合軸線に沿って半
径方向に延在して支持部の上表面付近で開口している。

これらの特徴により、工具のヘッドは、支持部に固定
されていないが、それに対して常に正確に位置決めされ
ている。従って、ヘッドは障害物に衝突した場合、それ
のショックの力及び／または方向に関係なく、容易にず
れたり傾斜することができる。

ヘッドと支持部との間が固定連結されていないことに
より、ヘッドが支持部上の正確な位置に自動的に再位置
決めされるので、（ヘッドが前に位置決めされていれ
ば）位置決めの必要がなく、迅速にヘッドの交換を行う
ことができるという大きな利点が得られる。

本発明のその他の利点及び特徴は、添付の図面を参照
した、非制限的で説明のための実施例についての以下の
記載から明らかになるであろう。

次に、本発明の工具をレーザ加工ヘッドに適用した場
合について説明する。

しかし、本発明がこの用途や記載あるいは提案されて
いる実施例に制限されないことを理解されたい。例え
ば、本発明による工具を超音波発信制御装置の作動部に
適用することもできる。

最初に、レーザ工作機械１を示している第１図を参照
しながら説明する。

本機は、レーザ源４を備えた従来形フレーム２と、工
具を構成している部分６と、加工部材10を載置するテー
ブル８とを設けている。テーブル及び工具は互いに移動
可能であって、その移動は、例えば制御プログラムに応
じて電気モータ（図示せず）によって制御される。

テーブル８は水平面上でX,Y方向に移動でき、工具６
は垂直のＺ方向に移動できる。

レーザ源４から出た光線12は鏡14によって工具６に向
けて反射される。この光線12は入口オリフィス18から工
具の作動部16に入り、そこで従来通り、例えば集光レン
ズ19によって集束されて、工具のオリフィス20に近接し
た位置で加工部材10上に位置する作動点22を形成する。

第２及び第３図に示すように、本発明の工具６は、以
下では加工ヘッドと呼ぶ作動部16を有している。加工ヘ
ッド16は、レーザ光線の集束手段を収容するほぼテーパ
形の中空円筒本体24を有している。この本体24は、上端
部に光線入口オリフィス18を、中間部分に加工ガス用の
調整ノズル27を、また下側の自由端部に加工ノズル26で
形成された出口オリフィス20を設けている。本実施例で
は、加工ノズル26がネジ付きブッシュ28で取り付けられ
ているが、このノズル26はヘッド16の本体24と一体化し
て形成してもよい。

第２図に示すように、入口オリフィス18を設けた上端
部は、鏡14（この図面には示されていない）を包含して
いるハウジング32にベローズ30を介して連結されてい
る。

また、本発明によれば、本体24は、取付手段を形成し
ている３つのスタッド34a,34b及び34c（図面には２つだ
けが見える）を有している。これらの３つのスタッド
は、例えば円筒形ロッドで形成されているが、本体24に
設けられた対応の取付部内に固定されて、それから半径
方向に延出している。好ましくは、これらのスタッドは
互いにほぼ120゜離して、光線の作動方向W,W'に直交す
る同一の平面上に配置する。

スタッド34a,34b及び34cは、支持部材38の上部37にほ
ぼ120゜の間隔で半径方向に設けられた対応の凹部36a,3
6b,36cに嵌まっている。この支持部材38は、光線の軸に
直行する平面上に位置して、ヘッドの本体24に平行に延
出している２本の支柱40によって装置フレームに固着さ
れている。図示の実施例では、支持部材内でヘッドの下
部分を位置決めしやすくするため、支持部材が馬蹄形に
なっている。もちろん、別の形状の支持部材、例えばリ
ング形の支持部材にすることもできる。

このため、ヘッドを凹部36a,36b,36cに載せると、ヘ
ッドの中間部分が支持部材38の２つの枝部分38a,38b間
に入る。これに関連して注意すべき点として、好ましく
はヘッドアセンブリの重心位置を支持部材38の中央平面
の高さよりも低くして、ヘッドがそれ自身の重量で支持
部材上に載るためにヘッドの安定性が高まるようにす
る。

第２及び第３図からわかるように、凹部36a,36b,36c
は支持部材の上表面に直接に形成されているのではな
く、この表面37に設けられた直線状の溝39a,39b,39cの
底部に形成されている。

凹部36a,36b,36cの側部は、それぞれ直線状の溝39a,3
9b,39cの下表面と連結している。注意すべき点として、
溝39a,39b,39cの深さはスタッド34a,34b,34cの直径とほ
ぼ同じか、それ以上であり、それらの幅は、スタッドが
Ｖ字形凹部がら離脱した時に溝39a,39b,39cの側壁に直
接的に当接しないように収容支持できる寸法なってい
る。

もちろん、凹部の側部を支持部材の上表面37に直接的
に連結することも、簡略化した実施例（図示せず）では
可能である。

ヘッドを支持部材内に正確に位置決めして、支持部材
の平面上にヘッドを固定できるようにするため、凹部は
その側部にスタッドが当接するＶ字形の凹部にすること
が好ましい。

これに関連して注意すべき点として、凹部のＶ字形の
開口角度が、この場合一般的に60゜であるが、これらの
凹部からスタッドを離脱させるために必要な力を決定
し、この力はその角度の大きさに反比例している。

加工ヘッドには、加工部材、装置のテーブル等の外的
部材に対する衝撃検出手段が設けられている。これらの
検出手段は、必要に応じて装置を停止させる信号を発信
できる２つの機械式マイクロスイッチ42を有している。
第２及び第３図に示すように、これらのマイクロスイッ
チは支持部材38の枝部分38a,38bの各々に取り付けられ
てる。

これらのマイクロスイッチは凹部36a,36b,36c間に配
置されており、互いに約120゜の角度間隔で配置されて
いる。従って、作動中のヘッド16のどのような位置変化
すなわち変位も検出される。

これらのマイクロスイッチは装置の制御回路（図示せ
ず）に接続されており、これらの作動端部43が、ヘッド
を支持部材38内に嵌め込んだ時にこれらの作動端部43と
対向するようにヘッドの本体に設けられた接点ブロック
44と協働する。

次に、本装置の作動を第４図を参照しながら、特に加
工部材によって加工ヘッドに横向きのショックが与えら
れた場合について説明する。

（垂直方向の）作動位置にあるヘッド16は、それ自身
の重量だけで支持部材38上に載っており、加工部材10は
ヘッドに対して例えば水平面上で移動する。装置プログ
ラミングエラーまたは作業員による操作エラーなどの何
等かの理由によってノズル26が加工部材10に衝突した場
合、ヘッドが傾斜して、ショックを吸収しようとする。
第４図に点線で示したように、スタッド34aが対応の凹
部から離脱するのに対して、他の２つのスタッド34b,34
cは、ヘッドが揺動する軸線PP'が通る２つの支持点を形
成している。ヘッドの変位によって、一方または両方の
マイクロスチッチ42が開いて（または閉じて）、その結
果、制御回路が即時遮断信号を受け取る。この時、作業
員は、障害物を取り除き、ヘッドを作動位置へ戻すだけ
でよい。

急激なショックの場合、３つのスタッドが同時にそれ
ぞれの凹部から外れるが、溝39a,39b,39c内に留まるの
で、ヘッドが支持部材38から落下することはないという
利点に注目されたい。

ヘッドが垂直方向に衝突した場合、ヘッドが持ち上が
ることによってスタッドが凹部から外れ、マイクロスイ
ッチを作動させる。

最後に、回動手段及びヘッド支持部の変更実施例の部
分図である第５図を参照しながら説明する。この実施例
では、支持部の支持部材38が、第２〜第４図に関連して
説明されているものと形状がほぼ同じである。３つのス
タッド34a,34b,34cが支持部材38の内壁46から光線軸に
直交する同一平面上で半径方向に延出している。ここで
も、３つのスタッドはもちろん互いに約120゜の間隔で
配置されている。

ヘッドの取付手段が、これを３つのスタッド上に載せ
るためのさらなる構造体を構成している。すなわち、ヘ
ッドがカラー48または補助リングを有しており、これに
設けられた環状支持表面50に３つの凹部36a,36b,36cが
形成されている。やはりヘッドの周囲に分散配置されて
いるこれらの凹部は半径方向に延在しており、Ｖ字形の
凹部になっている。

図示の実施例では、加工ヘッドは垂直であることが好
ましいが、本発明によるヘッドは、その作動軸線（W,
W'）が垂直軸線に対して若干傾斜している、一般的に30
゜まで傾斜している時にも使用できることに注目された
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による加工ヘッドを有するレーザ工作
機械の概略図、第２図は本発明によるレーザ加工ヘッド
の拡大斜視図、第３図は本発明によるヘッドの作動部用
の支持部材の上面図、第４図はノズル及び加工部材間の
横方向ショックによって加工ヘッドがずれた位置にある
ところを示す本発明によるヘッドの斜視図、第５図は本
発明の作動部と支持部材との間の連結部の変更例の部分
図である。４……レーザ源、８……テーブル、12……光線、14……
鏡、18……入口オリフィス、16……加工ヘッド、19……
集光レンズ、26……ノズル、30……ベローズ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加工部材（10）に接触しないでほぼ垂直方
向に動作する工具（６）であって、この工具（６）の作
動部の少なくとも一部を構成しているヘッド（16）と、
装置フレーム（２）に固着されたヘッド用の支持部（3
8）とを備えた前記工具（６）において、前記ヘッド（1
6）は、それ自身の重量だけで前記支持部（38）上に載
る作動位置を有し、前記ヘッド（16）に設けられた３つ
のスタッド（34a,34b,34c）が前記支持部（38）に設け
られた３つの空洞部（36a,36b,36c）に嵌まって、前記
工具（６）の軸線（W,W'）にほぼ直交する方向の平面上
での前記ヘッド（16）の変位を阻止できるようにし、且
つ前記空洞部（36a,36b,36c）が、競合軸線に沿って半
径方向に延在して前記支持部の上表面（37）付近で開口
しているＶ字形凹部であることを特徴とする工具。
【請求項２】前記ヘッド（16）は、光線（12）用の集束
手段（19）を備えているレーザ光線ヘッド（12）である
ことを特徴とする特許請求の範囲の第１項に記載の工
具。
【請求項３】前記Ｖ字形空洞部（36a,36b,36c）は、前
記支持部の上表面（37）に設けられたそれぞれの溝（39
a,39b,39c）の底部に形成されており、前記溝の深さ
は、前記スタッド（34a,34b,34c）の直径とほぼ同じか
それ以下であることを特徴とする特許請求の範囲の第１
項又は第２項に記載の工具。