JP4748728B2 - 回転レーザビームを生成する装置 - Google Patents
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Description
第2管状要素36は、2箇所の端部の間で中心軸X1の方向に可動である。かくして、合焦レンズ37は、2つの端部位置(図2の37’、37’’)の間を移動し、レーザビームの焦点の位置を、中心軸X1の方向で、修正する。
第2管状要素36の位置は、従来の手段、例えば第1管状要素32の内側表面と第2管状要素36の外側表面の間に形成された「差し込み」あるいはネジ(図示せず)により調整可能である。
第2管状要素36は、第3管状要素38により部分的に包囲されている。その機能は、後述する。
かくして、可動ユニットが最高位置にあるときには、レーザービームにより掃引される円の半径は、F0とF2’の間の距離に対応し、像焦点は依然としてF1’にある。かくして、像焦点はF1’からF2’に移動させなければならない。これは、合焦レンズ37の移動により行われる。この場合には、ユーザーは合焦レンズ37を上方に動かして、像焦点をF1’からF2’に移動させる。
焦点位置の調整に関して説明した方法は、単なる例示で、限定的に解釈すべきものではない。異なる数のレンズあるいは異なる特性のレンズを選択することにより、さまざまな変形例が可能である。
従来装置に比較して、本発明の装置は、特に、「外側溶接」が可能な点で利点がある。外側溶接用の装置の構造の一例を図3と図3aに示し、同図においては、像焦点は、F2にある。この場合、レーザービームはX1とは交差せずに、被加工物に入射し、かくして、中心に向かいながら被加工物上に入射する。これは、例えば歯車の中心に軸を溶接する場合に有効であり、この場合、レーザービームは軸の周囲で円を描く。
焦点が第1反射面の近傍に生成される事実は、上記の構造がこの反射表面にとって好ましい主な理由である。実際、従来のミラーは、ミラーの極近傍にある焦点内に集中するレーザービームのハイパワーに耐えることができない。
2 ハウジング
3 作業台
4 側面開口
5 レーザビーム
6 半透明ミラー
7 上部開口
8 メインチェンバ
9 可動ユニット
10 側面アーム
11 孔
12 支持用延長部
13 ボールベアリング
15 スリーブ
16 環状ステップ部
17 ボールベアリング
18 ナット
19 フロントエンド
20 ロータ
21 ステータ
22 コイル
23 レーザ
24 ブロック
25 中央空洞部
26 ミラー
27 ネジ部材
28 スプリング
29 中央開口
30 保護窓
31 ネジ部材
32 第1管状要素
33 半径方向延長部
34 端部
35 レンズ
36 第2管状要素
38 第3管状要素
39 ロッド(棒)
X1 中心軸
X2 光学軸
100 光学システム
101 スリーブ
102 反射面
103 スリーブ
104 光学装置
105 入力平面
106 出力半球面
107 収束レンズ
108 支持部材
109 第1ピン
110 第2ピン
111 スプリング
112 管状要素(環状?)
113 ブラインドホール
200 光学センサー
201 信号処理装置
202 ディスプレイ
401,402 ピボットピン
403 第1軟質リング
404 第2軟質リング
405,406 孔
408 支持部材
409 第1ネジ部材
410 第2ネジ部材
411 ステップ
Claims (19)
- 被加工物を環状に溶接または機械加工をするために、回転レーザビーム(5)を生成する回転レーザビーム生成装置において、
(A)レーザビームが入る部分(4)と、
(B)前記被加工物の入射領域(3)上での前記レーザビームの像焦点(F0、F1、F1’;F2、F2’)の位置を調整する光学システム(100)と、
前記レーザビームは、前記光学システム(100)を通り、前記回転レーザビーム生成装置の出力点(29)から出力され、前記入射領域(3)に入り、
前記光学システム(B)は、
(B1)前記レーザビームが入射するレンズ(37)と、
(B2)前記光学システムの中心軸(X1)を中心に回転可能な第1反射面(102)と、
(B3)環状の反射内面を有する第2反射面(26)と
を有し、
前記レンズ(37)は、前記レーザビームを集光し、前記第1反射面(102)に入射させ、前記第1反射面(102)近傍に第1焦点を形成し、
前記第1反射面(102)は、前記レーザビームを前記第2反射面(26)の方向に反射し、
前記第2反射面(26)が、前記第1反射面から来たレーザビームを前記入射領域(3)方向に反射し、
前記入射領域の像焦点(F0,F1,F1’;F2,F2’)は、前記第1反射面(102)と第2反射面(26)を通る第1焦点の光学像であり、
(C)前記第1反射面(102)を回転させる駆動手段(20、21、22)と
を有する
ことを特徴とする回転レーザビーム生成装置。 - 前記第1反射面(102)は、光学システム(100)に固定配置され、
前記光学システム(100)は、前記駆動手段(20、21、22)により、前記中心軸(X1)回りに回転可能である
ことを特徴とする請求項1記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記第2反射面(26)は、凹形状である
ことを特徴とする請求項1または2記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記光学システム(100)は、傾斜可能に配列された光学軸(X2)を有する回転可能な収束レンズ(107)を有し、
前記光学軸(X2)は、前記中心軸(X1)に対し傾斜している
ことを特徴とする請求項1−3のいずれかに記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記光学システム(100)は、
(X) 前記第1反射面(102)と前記回転可能な収束レンズ(107)が配置されるスリーブ(103)と、
前記回転可能な収束レンズ(107)は、支持部材(108、408)により支持され、
前記支持部材(108、408)は、前記スリーブ(103)に直径方向に対向した2本のピン(401、402)により傾斜可能に機械的に取り付けられ、
(Y) 前記スリーブ(103)の内側で前記支持部材(108、408)に当接して配置される環状要素(112)と
これにより、前記光学軸(X2)と中心軸(X1)との間の角度を調整する
を有する
ことを特徴とする請求項4記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記支持部材(108)は、2本のロッド(109、110)を有し、
前記ロッドは、前記支持部材の上部表面から突出し、前記ピンの方向と直交する方向に沿って、半径方向に対向して配置され、
前記ロッドの内の第1ロッド(110)は、前記支持部材(108)に固定され、
前記ロッドの内の第2ロッド(109)は、孔内に配置され、スプリング(111)により支持される
ことを特徴とする請求項5記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記光学システム(100)は、前記支持部材(408)の両側にそれぞれ配置された2個のリング(403、404)を有し、
前記各リングは、ある角度で、前記支持部材の領域に結合され、
前記リングと支持部材とのそれぞれの接続領域は、半径方向に対向し、
前記支持部材(408)と前記2個のリング(403、404)とは、一方で前記環状要素(112)に当接し、他方で、前記スリーブ(103)に具備されたステップ(411)に当接する組立体を形成する
ことを特徴とする請求項5記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記光学システム(100)は、管状要素(38)をさらに有し、
前記管状要素(38)は、前記スリーブ(103)と部分的に係合し、前記環状要素(112)と共働する手段を具備し、
前記環状要素(112)は、前記中心軸(X1)に対し、回転し、
前記中心軸(X1)の方向に対する前記環状要素(112)の位置は、前記スリーブ(103)の外側から調整可能である
ことを特徴とする請求項5−7のいずれかに記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記第1反射面(102)は、光学装置(104)内に配置され、
前記光学装置(104)は、レーザビーム(5)の伝搬方向に沿って、平面状入力表面(105)と半球状出力表面(106)とを有し、
前記第1反射面(102)は、平面状のギャップで形成される
ことを特徴とする請求項1−8のいずれかに記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記第1反射面(102)は、前記中心軸(X1)と、前記半球状出力表面(106)の湾曲の中心点で、交差する
ことを特徴とする請求項9記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記光学システム(100)は、前記装置の出力(29)の領域で、保護窓(30)を有する
ことを特徴とする請求項1−10のいずれかに記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記保護窓(30)は、前記装置の外側に湾曲中心を有する半球状である
ことを特徴とする請求項11記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記光学システム(100)は、前記中心軸(X1)の方向にそって、前記第1焦点と前記第1反射面(102)の間の距離を調整するレンズ組み立て体(35,37)をさらに有する
ことを特徴とする請求項1−12のいずれかに記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記像焦点(F0,F1,F1’;F2,F2’)の位置は、前記中心軸(X1)と光学軸(X2)との間の角度で調整される
ことを特徴とする請求項4−8のいずれかに記載の回転レーザビーム生成装置。 - (C) ハウジング(2)と
前記ハウジングは、前記レーザビーム入力手段(4)を有し、
(F) 可動ユニット(9)と
をさらに有し、
前記可動ユニットは、前記ハウジング内に少なくとも部分的に収納され、少なくとも前記光学システム(100)と前記第2反射面(26)とを有し、
前記可動ユニット(9)は、前記中心軸(X1)の方向に沿って、前記ハウジング(2)に対し、移動可能であり、これにより前記中心軸(X1)に沿って、その位置を調整する
ことを特徴とする請求項1−14のいずれかに記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記駆動手段は、前記光学システム(100)の周囲に固定配置されるロータ(20)と、前記ロータ(20)の周囲で前記可動ユニット内に配置されるステータ(21)とを有する
ことを特徴とする請求項1−15のいずれかに記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記入射領域が観測できる観測窓(7)をさらに有する
ことを特徴とする請求項1−16のいずれかに記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記観測窓(7)は、可視装置(200、201、202)に接続されている
ことを特徴とする請求項17記載の回転レーザビーム生成装置。 - 前記可視装置は、カメラ(200)と、像処理回路(201)と、モニター(202)とを有する
ことを特徴とする請求項18記載の回転レーザビーム生成装置。
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