JP3815552B2 - レーザ加工機の集光レンズ位置調整機構 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工機に設けられ、レーザビームをワークへ集光する集光レンズの位置を調整するための集光レンズ位置調整機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーザ光によって被加工材料としてのワークを加工(熱切断)するレーザ加工機は、従来から様々な形態のものが知られている。例えば、設置型のレーザ加工機においては、その加工ヘッドの下部に、レーザビームをワークへ照射するノズルが設けられている。また、このノズルには、ノズルの軸心とレーザビームの光軸とを一致させる(レーザ光を加工点と一致させる)ための芯出し調整機構が設けられている。
【0003】
そのような芯出し調整機構の一例が図6に示されている。図示のように、ノズル100の外周に位置するハウジング102には、例えば周方向に90度の角度間隔をもって配置された4本の調整ネジ(突っ張りボルト)105が設けられている。これらの調整ネジ105は、ハウジング102を螺合状態で貫通するとともに、ハウジング102内で集光レンズ104を保持するノズル100に対して4方向から当接している。
【0004】
したがって、このような構成では、4本の調整ネジ105を押し引きすることにより、具体的には、動かしたい方向(ノズル100の移動方向)の調整ネジ105を緩めて引き出すとともに、その方向と反対側の調整ネジ105を締めて押し込むことにより、ノズル100の芯出し調整、すなわち、レーザビームをワークへ集光する集光レンズ104の位置調整が行なわれる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来の芯出し調整機構の構成では、4方向から加工ヘッドに手や工具を近づける必要があるため、加工ヘッドの周囲に構造物があると、調整することができなくなる場合がある。
【0006】
また、前述した従来の芯出し調整機構の構成において、例えば45度方向(X軸またはY軸に対して45度を成す方向)へノズル100を動かして芯出し調整を行なうためには、4本の調整ネジ105をいちいち回さなければならない。そのため、調整が非常にやりづらい。また、動かしたい方向(ノズル100の移動方向)に対向して位置する調整ネジ105がノズル100(集光レンズ104)を固定していて動かない場合もあり、その場合には、対向している調整ネジ105を緩めなければならない。しかしながら、この時、ノズル100(集光レンズ104)は、フリーになってしまうため、1本の調整ネジ105で押した際に、どのような動きをするか分からない。すなわち、所望の位置調整が行なえない可能性がある。
【0007】
そのため、一方向のみから位置調整を行なえるように、集光レンズをバネによって付勢するとともに、2本のボルトによって集光レンズを突っ張り支持する構造も知られているが、この場合、バネが介在するため、位置調整が不安定であり、また、集光レンズを上下方向から押さえ付けているため、位置の復帰をバネのみによって行なうことができない。
【0008】
本発明は、前記事情に着目してなされたものであり、集光レンズの位置調整を一方向から安定して簡単且つ確実に行なえるレーザ加工機の集光レンズ位置調整機構を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項1に記載された発明は、レーザ加工機に設けられ、レーザビームをワークへ集光する集光レンズの位置を調整するための集光レンズ位置調整機構において、前記集光レンズを保持するレンズ保持体と、前記レンズ保持体を水平移動可能に収容保持するとともに、レーザビームの光軸と同軸に位置されるヘッド本体と、前記レンズ保持体の一方側でレンズ保持体に連結され、レンズ保持体を所定の揺動軸を中心に揺動可能に支持するとともに、レンズ保持体を前記ヘッド本体内で水平に移動させる第1のレンズ移動手段と、前記第1のレンズ移動手段とともに前記レンズ保持体の一方側に設けられ、前記レンズ保持体を前記揺動軸を中心に2方向から個別に揺動させる第2のレンズ移動手段とを具備することを特徴とする。
【0010】
この請求項1に記載された発明においては、少ない調整数で(調整するボルトの数が少ない)、集光レンズの位置調整を集光レンズの一方側でのみ行なうことができる。このように位置調整を集光レンズの一方側でのみ行なうことができれば、4方向から加工ヘッドに手や工具を近づける必要がないため、加工ヘッドの周囲に構造物があっても、位置調整を確実に行なうことができる。また、例えば45度方向(X軸またはY軸に対して45度を成す方向)へ集光レンズを動かして芯出し調整を行なう場合でも、従来のように4本の調整ネジをいちいち回す必要もない。また、位置調整する際に緩めるボルトが1つだけであり、バネも使用していないため、位置調整を簡単且つ安定して行なうことができる。
【0011】
また、請求項2に記載された発明は、請求項1に記載された発明において、前記レンズ保持体を前記ヘッド本体に対して取り外し可能に収容するための手段を具備することを特徴とする。
【0012】
この請求項2に記載された発明においては、集光レンズの交換が非常に簡単である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る集光レンズ位置調整機構を備えたレーザ加工機1を示している。図示のように、レーザ加工機1は、水平に敷設された固定のXYテーブル3上に被加工材料としてのワークWを案内し、このワークWをレーザビームLBで熱切断するものである。
【0014】
レーザビームLBは、レーザ加工機1の機械本体に設けられたレーザ発振装置5で発振され、強度調整装置7および反射鏡9を介して加工ヘッド11に案内される。加工ヘッド11の内部には集光レンズ13が設けられており、レーザビームLBは、この集光レンズ13で集光されて、焦点位置でワークWを熱切断する。
【0015】
また、ワークWは、クランプ15で把持され、切断されるべき部位が加工ヘッド11の直下に来るように、XYテーブル3上で水平移動されるようになっている。この場合、クランプ15は、ワークWを把持した状態で、XY軸用サーボモータで平面X,Y方向に駆動されるようになっている。また、加工ヘッド11は、Z軸用サーボモータで上下方向に駆動されるようになっている。
【0016】
図2には、加工ヘッド11の詳細な構成が示されている。ここで、図2の(a)は、加工ヘッド11を水平なXY平面で切断した断面図(図2の(b)のA−A線に沿う断面図)であり、図2の(b)は加工ヘッド11をXY平面に対して垂直な面(Z軸と平行な面)で切断した断面図である。
【0017】
図示のように、加工ヘッド11は、先端(下端)にノズル部28bを有する略円筒状のヘッド本体28と、このヘッド本体28に対して着脱自在にセットされる円筒状のレンズユニット(レンズ保持体)40とを備えている。この場合、ヘッド本体28は、レーザビームLBの光軸と同軸に位置されている。また、レンズユニット40は、ヘッド本体28の側面開口28aを通じてヘッド本体28内にセットされ、側面開口28aは蓋体27によって閉塞されるようになっている。また、ヘッド本体28は、レンズユニット40との間に所定の環状空間を形成するように、レンズユニット40を収容できる。具体的には、ヘッド本体28は、レンズユニット40の水平方向の移動を許容するユニット収容空間Sを有している。
【0018】
なお、蓋体27は、蓋固定機構29によってヘッド本体28に着脱自在に取り付けられている。この場合、蓋固定機構29は、工具なしでレンズユニット40のメンテナンスが行なえるように、手で緩められる機構であることが望ましく、例えば、蝶番、プッシュボルト、蝶ボルト等から成る。
【0019】
レンズユニット40は、略円筒状の内側ホルダ22と、略円筒状の外側ホルダ23と、集光レンズ13を保持するレンズホルダ30とを備えている。レンズホルダ30は、集光レンズ13の中心軸が内側ホルダ22の中心軸と一致するように、内側ホルダ22に対して嵌め込み装着または捩じ込み装着されている。また、内側ホルダ22は、ヘッド本体28のユニット収容空間S内にセットされた際、水平方向の移動(スライド)および回転が許容されるとともに、Z軸方向(上下方向)の移動がヘッド本体28によって規制されるようになっている。また、外側ホルダ23は、内側ホルダ22の外周面に形成された環状の溝22aに回転可能且つ同心的に嵌め込まれている(すなわち、外側ホルダ23と内側ホルダ22は互いに対して回転できる)。なお、集光レンズ13は、内側ホルダ22に直接保持されていても良い。その場合には、レンズホルダ30は不要となる。
【0020】
また、レンズユニット40を水平方向に移動させるべく、外側ホルダ23には第1のレンズ移動手段としての引き込みボルト25が連結されている。具体的には、この引き込みボルト25は、蓋体27に形成されたネジ穴27aに螺合してこのネジ穴27aを貫通しており(図では、X軸方向に方向付けられており)、外側ホルダ23を水平方向で自由に動作(水平方向でのスライドおよび水平面内での回動)させることができるようにピン26を介して外側ホルダ23に連結されている。なお、引き込みボルト25は、ヘッド本体28に捩じ込まれていても良い。
【0021】
図3に詳しく示されるように、引き込みボルト25は、蓋体27に螺合されるボルト本体25aと、結合部材25cを介してボルト本体25aに結合されるとともに外側ホルダ23に連結される連結体25bとを備えている。ボルト本体25aは、蓋体27のネジ穴27aに螺合される雄ネジ70を外周面に有する管状の軸部74と、結合体25cが嵌入される開口溝56を有する頭部72とから成る。連結体25bは、ボルト本体25aの軸部74の内孔54に挿入される挿入部76と、外側ホルダ23の貫通孔23aに嵌入され且つその円弧状の周面で外側ホルダ23と当接する円筒状の連結部78とから成る。
【0022】
このような構成の引き込みボルト25においては、連結体25bの挿入部76をボルト本体25aの軸部74の内孔54に挿入して、挿入部76の端部をボルト本体25aの頭部72の開口溝56に位置させるとともに、開口溝56に結合部材25cを嵌入して、結合部材25cの孔80内で、挿入部76の端部に形成された環状溝62に係止ピン25dを係止させれば、ボルト本体25aと連結体25bとを結合することができる。この場合、係止ピン25dは、ボルト本体25aの頭部72の穴58と結合部材25cの穴60とを通じて環状溝62に係止される。
【0023】
また、外側ホルダ23と連結体25bとの連結は、連結部78を外側ホルダ23の貫通孔23aに嵌入するとともに、連結部78の貫通孔52に挿入したピン26を貫通孔23aの段状溝23d内に位置させることによって成される。このような連結状態では、外側ホルダ23の貫通孔23aに嵌入される円筒状の連結部78がその円弧状の周面で外側ホルダ23と当接するため、外側ホルダ23(したがって、レンズユニット40)は、連結部78の円弧状の周面に摺接しながらこの連結部78を中心にXY平面(水平面)内で揺動できる。
【0024】
また、このような連結状態において、ボルト本体25aとネジ穴27との螺合状態が解除される方向に引き込みボルト25を回すと、外側ホルダ23の段状溝23dの壁面に突き当たるピン26を介して、外側ホルダ23がネジ穴27aの方へと引き込まれ、外側ホルダ23と一体を成す内側ホルダ22およびレンズホルダ30もネジ穴27aの方へと引き込まれる。すなわち、レンズユニット40全体がネジ穴27aの方に向かって水平に移動される。
【0025】
また、逆に、ボルト本体25aをネジ穴27に捩じ込んでいくと、連結部78が内側ホルダ22に当接してこれを押し出し、内側ホルダ22がネジ穴27aから離間する方向へ移動するとともに、内側ホルダ22と一体を成す外側ホルダ23およびレンズホルダ30もネジ穴27aから離間する方向へ押し出される。すなわち、レンズユニット40全体がネジ穴27aから離間する方向へ水平に移動される。つまり、ボルト本体25aをネジ穴27に捩じ込んでいくと、ピン26と外側ホルダ23との係合が成されないため、引き込みボルト25は、外側ホルダ23と直接に連結してこれを移動させるのではなく、内側ホルダ22を介して外側ホルダ23を移動させる。
【0026】
レンズユニット40を連結部78を中心にXY平面(水平面)内で揺動させるために、レンズユニット40には第2のレンズ移動手段としての一対の突っ張りボルト24a,24bが2方向から当接している。具体的には、各突っ張りボルト24a,24bは、連結部78を中心とする外側ホルダ23の揺動を阻止しないように、外側ホルダ23ではなく内側ホルダ22に当接している。また、各突っ張りボルト24a,24bは、蓋体27のネジ穴27b、27cに螺合するとともに、外側ホルダ23の貫通穴23b,23cを貫通して延びている。この場合も、各突っ張りボルト24a,24bは、連結部78を中心とする外側ホルダ23の揺動を阻止しないように、外側ホルダ23の貫通穴23b,23cとの間に十分な隙間を確保している。
【0027】
また、各突っ張りボルト24a,24bは、引き込みボルト25に対して互いに反対側に位置されるとともに、引き込みボルト25と周方向に例えば45度の角度間隔をもって離間して位置されている。すなわち、各突っ張りボルト24a,24bは、内側ホルダ22を2方向から押圧することができるように、X軸およびY軸に対して45度の角度を成す軸O1,O2に沿って方向付けられており、引き込みボルト25とともにY軸に対して同じ側(レンズユニット40の一方側)に一括して配置されている。
【0028】
次に、図4を参照しながら、上記構成により集光レンズ13の位置を調整する方法について説明する。
まず、集光レンズ13をY軸に沿って移動(図4において上下方向に移動)させるためには、引き込みボルト25を動かさないで、2本の突っ張りボルト24a,24bを押し引きすれば良い。例えば、引き込みボルト25を動かさないで、一方(図4中下側)の第2の突っ張りボルト24bを捩じ込む(押し込む)とともに、他方(図4中上側)の第1の突っ張りボルト24aを引き出す(ネジを緩める)と、図4の(a)に示されるように、レンズユニット40は、Y軸に沿って正の方向(図中上側)に移動する。すなわち、レンズユニット40の軸心Oは、X軸に対してY軸正方向に偏芯(偏心)する。無論、図示しないが、引き込みボルト25を動かさないで、第1の突っ張りボルト24aを捩じ込む(押し込む)とともに、第2の突っ張りボルト24bを引き出す(ネジを緩める)と、レンズユニット40は、Y軸に沿って負の方向(図中下側)に移動する。
【0029】
また、第1の突っ張りボルト24aの延在方向すなわちY軸およびX軸と45度の角度を成す軸O2に沿って集光レンズ13を移動(図4において右下または左上に移動)させるためには、第2の突っ張りボルト24bを動かさないで、第1の突っ張りボルト24aおよび引き込みボルト25を押し引きすれば良い。例えば、第2の突っ張りボルト24bを動かさないで、第1の突っ張りボルト24aおよび引き込みボルト25を押し込む(捩じ込む)と、図4の(b)に示されるように、レンズユニット40は、O2軸に沿って図中右下に移動する。すなわち、レンズユニット40の軸心Oは、O1軸に対してO2軸下方向に偏芯する。また、第2の突っ張りボルト24bを動かさないで、第1の突っ張りボルト24aおよび引き込みボルト25を引き込む(ネジを緩める)と、図4の(c)に示されるように、レンズユニット40は、O2軸に沿って図中左上に移動する。すなわち、レンズユニット40の軸心Oは、O1軸に対してO2軸上方向に偏芯する。
【0030】
同様に、図示しないが、第2の突っ張りボルト24bの延在方向すなわちY軸およびX軸と45度の角度を成す軸O1に沿って集光レンズ13を移動(図4において右上または左下に移動)させるためには、第1の突っ張りボルト24aを動かさないで、第2の突っ張りボルト24bおよび引き込みボルト25を押し引きすれば良い。例えば、第1の突っ張りボルト24aを動かさないで、第2の突っ張りボルト24aおよび引き込みボルト25を押し込む(捩じ込む)と、レンズユニット40は、O1軸に沿って図中右上に移動する。また、第1の突っ張りボルト24aを動かさないで、第2の突っ張りボルト24bおよび引き込みボルト25を引き込む(ネジを緩める)と、レンズユニット40は、O1軸に沿って図中左下に移動する。
【0031】
また、レンズユニット40のメンテナンスまたは集光レンズ13の交換を行なう場合には、蓋固定機構29を緩め、蓋体27をヘッド本体28から取り外せば良い。この場合、側面開口28aを通じてレンズユニット40をヘッド本体28から取り出すことができる。そして、集光レンズ13を取り替える場合には、取り外したレンズユニット40から集光レンズ13およびレンズホルダ30を外す。この時、図5に示されるようにレンズユニット40の上下を逆にしてヘッド本体28にセットすると、焦点距離が異なる別の集光レンズ13Aを取り付けることができる。
【0032】
以上説明したように、本実施形態の集光レンズ位置調整機構は、集光レンズ13を保持するレンズ保持体としてのレンズユニット40と、レンズユニット40を水平移動可能に収容保持するとともに、レーザビームの光軸と同軸に位置されるヘッド本体28と、レンズユニット40の一方側でレンズユニット40に連結され、レンズユニット40を揺動軸78を中心に揺動可能に支持するとともに、レンズユニット40をヘッド本体28内で水平に移動させる第1のレンズ移動手段としての引き込みボルト25と、引き込みボルト25とともにレンズユニット40の一方側に設けられ、レンズユニット40を揺動軸78を中心に2方向から個別に揺動させる第2のレンズ移動手段としての突っ張りボルト22a,24bとを具備している。
【0033】
したがって、少ない調整数で(調整するボルトの数が少ない)、集光レンズ13の位置調整を集光レンズ13の一方側でのみ行なうことができる。このように位置調整を集光レンズ13の一方側でのみ行なうことができれば、4方向から加工ヘッドに手や工具を近づける必要がないため、加工ヘッドの周囲に構造物があっても、位置調整を確実に行なうことができる。また、例えば45度方向(X軸またはY軸に対して45度を成す方向)へ集光レンズ13を動かして芯出し調整を行なう場合でも、従来のように4本の調整ネジをいちいち回す必要もない。また、位置調整する際に緩めるボルトが1つだけであり、バネも使用していないため、位置調整を簡単且つ安定して行なうことができる。
【0034】
特に、本実施形態では、レンズユニット40を互いに同軸の2つの部材22,23に分割し、一方の部材である外側ホルダ23を揺動且つ水平移動可能に支持するとともに、他方の部材である内側ホルダ22を2方向から押し引きして、外側ホルダ23の規制なき揺動を可能にしているため、レンズユニット40を水平面内で任意の方向に簡単且つ正確に安定して移動させることができる。
【0035】
また、本実施形態の集光レンズ位置調整機構は、レンズユニット40をヘッド本体28に対して取り外し可能に収容するための手段、具体的には、蓋体27と蓋固定機構29とを備えているため、集光レンズ13の交換が非常に簡単である。
【0036】
【発明の効果】
請求項1に記載された発明によれば、少ない調整数で(調整するボルトの数が少ない)、集光レンズの位置調整を集光レンズの一方側でのみ行なうことができる。このように位置調整を集光レンズの一方側でのみ行なうことができれば、4方向から加工ヘッドに手や工具を近づける必要がないため、加工ヘッドの周囲に構造物があっても、位置調整を確実に行なうことができる。また、例えば45度方向(X軸またはY軸に対して45度を成す方向)へ集光レンズを動かして芯出し調整を行なう場合でも、従来のように4本の調整ネジをいちいち回す必要もない。また、位置調整する際に緩めるボルトが1つだけであり、バネも使用していないため、位置調整を簡単且つ安定して行なうことができる。
また、請求項2に記載された発明によれば、請求項1に記載された発明と同様の効果を奏するとともに、集光レンズの交換を非常に簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る集光レンズ位置調整機構を備えたレーザ加工機の概略構成図である。
【図2】(a)は、図2の(b)のA−A線に沿う断面図、(b)は加工ヘッドをXY平面に対して垂直な面で切断した断面図である。
【図3】引き込みボルトの分解断面図である。
【図4】集光レンズ位置調整機構の作用を示す模式図である。
【図5】レンズユニットの断面図である。
【図6】従来の集光レンズ位置調整機構の断面図である。
【符号の説明】
13 集光レンズ
24a,24b 突っ張りボルト(第2のレンズ移動手段)
25 引き込みボルト(第1のレンズ移動手段)
28 ヘッド本体
40 レンズユニット(レンズ保持体)
78 連結部(揺動軸)
Claims (2)
- レーザ加工機に設けられ、レーザビームをワークへ集光する集光レンズの位置を調整するための集光レンズ位置調整機構において、
前記集光レンズを保持するレンズ保持体と、
前記レンズ保持体を水平移動可能に収容保持するとともに、レーザビームの光軸と同軸に位置されるヘッド本体と、
前記レンズ保持体の一方側でレンズ保持体に連結され、レンズ保持体を所定の揺動軸を中心に揺動可能に支持するとともに、レンズ保持体を前記ヘッド本体内で水平に移動させる第1のレンズ移動手段と、
前記第1のレンズ移動手段とともに前記レンズ保持体の一方側に設けられ、前記レンズ保持体を前記揺動軸を中心に2方向から個別に揺動させる第2のレンズ移動手段と、
を具備することを特徴とするレーザ加工機の集光レンズ位置調整機構。 - 前記レンズ保持体を前記ヘッド本体に対して取り外し可能に収容するための手段を具備することを特徴とする請求項1に記載の集光レンズ位置調整機構。
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