JP4873609B2 - レーザー加工機械における加工ヘッドの保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー加工機械における加工ヘッドの保持装置であって、加工ヘッドの衝突時に保持装置を解除するための衝突保護装置を有している形式のものに関する。

レーザー加工機械のレーザー加工ヘッドの衝突保護装置であって、支持体へのレーザー加工ヘッドの解除可能な連結装置を有しているものが、例えばドイツ連邦共和国特許第１９７０１５１６号明細書により公知である。

レーザー加工ヘッドとワークまたは装置との衝突により、機械またはワークが損傷されてはならない。衝突後の目標位置からのレーザー加工ヘッドのずれは精密に検知しなければならない。加工ヘッドの交換は同じインターフェースにおいて簡単に行われるのが望ましい。

公知のインターフェースは、レーザー切断ヘッドの機械的な固定、切断ガスの引き渡しの機能しか有しておらず、衝突保護は制限されたものである。
ドイツ連邦共和国特許第１９７０１５１６号明細書

本発明の課題は、種々様々な加工ヘッドまたは工具を受容することができる保持装置を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、レーザー加工機械における加工ヘッドの保持装置であって、加工ヘッドの衝突時に保持装置を解除するための衝突保護装置を有している形式のものにおいて、衝突保護部材に、トリガとなる衝突力の調節装置が設けられているようにした。

加工ヘッドまたは工具の使用に応じて衝突力を変化させ、衝突保護を高めたり、保持装置を緩めたり、もしくは衝突保護を減じたり、保持装置の剛性を高めるように形成できる。レーザー加工は弱い力で行われるが、ワークに穿孔またはフライス加工のような機械的な加工が行われる際には、ワークに所定の力がかかる。従ってレーザー加工の際の衝突保護は、機械的な加工の場合よりもトリガされやすい。衝突保護のこのような選択を本発明により行うことができる。

新しいインターフェースにより自動的なヘッド交換が可能であり、作業媒体の他に別の信号および補助エネルギも伝達することができる。これによりレーザー装置におけるユニバーサルな工具の使用が可能になる。

衝突保護部材は種々異なるように形成することができ、例えば機械的なばね、磁石、またはガス圧縮ばねを有していても良い。このような手段は、簡単であると同時に効果的な衝突保護部材を形成するために組み合わせることもできる。加工ヘッドにおける相応の対応部材への衝突保護部材の当接手段として、球、ローラ等が考慮され、衝突時の接続の解除が容易になる。

次に本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。

図１には、レーザー切断のためのレーザー加工装置１の基本的な構成が示されており、このレーザー加工装置１は、ＣＯ２レーザー２、制御装置３、レーザー加工ヘッド４、ワーク載置部５を有している。生ぜしめられたレーザービーム６は変向ミラーによってレーザー加工ヘッド４へと案内され、ワーク８へと向けられる。

連続的な切り溝を形成するために、レーザービーム６をワーク８に貫通させなければならない。薄板から成るワーク８を１つの個所でスポット状に溶融または酸化しなければならず、溶融物を吹き出さなければならない。切り込み過程は迅速に（即ち全レーザー出力で）またはゆっくりと（いわゆる「傾斜路」を介して）行うことができる。

傾斜路によるゆっくりした切り込みの際には、切り込み孔が形成されるまでレーザー出力を徐々に高めたり、減じたり、所定の時間にわたって一定に維持することができる。切り込みおよびレーザー切断はガスの添加により助成される。切断ガス９としては、酸素、窒素、圧縮空気及び／又は使用に適したガスを使用することができる。どのガスを最終的に使用するかは、どのような材料が切断され、どのような品質要求がワークに求められるのかによる。

酸素による切断時には通常、最大６ｂａｒのガス圧で加工される。レーザービーム６が薄板であるワーク８に照射されるところでは材料が溶融し大部分が酸化される。生じた溶融物は酸化鉄と一緒に吹き出される。生じた粒子とガスとは吸引装置１０と一緒に吸引室１１から吸い出される。酸化過程（発熱反応）では付加的に、切断プロセスを促進するエネルギが放出される。所定の厚さの材料において、酸素切断および窒素高圧切断のために同じレーザ出力が使用される場合に、切断ガスとして酸素の使用する場合、窒素を使用した場合よりも著しく高い切断速度で加工することができ、またはより厚い材料を分離することができる。

図２ａによれば、レーザー加工ヘッド４はケーシング１２を有していて、このケーシング１２には、レーザービームの偏向および集束のためのレーザー光学機器が取り付けられていて、集束されたレーザービームはレーザー加工ノズル１３を出てワークの方向に行くことができる。レーザー加工ヘッド４の組み付けはケーシング区分１４を介して行われる。ケーシング区分１４の組み付け方向は符号１５で示されていて、Ｚ軸方向運動を行うヘッドの交換を可能にするために鉛直方向で延びている。この方向１５で全ての信号、補助エネルギ、ガス接続部や、冷却水接続部のような媒体が連結されている。衝突保護はインターフェースでも行われ、Ｚ方向、Ｘ方向、Ｙ方向で同様に発動される。レーザー加工ヘッド４が障害物に衝突すると、加工が停止し、レーザー加工ヘッド４は支持体から外れ、相応の補助手段によって保持される。

図２ｂには信号ラインと、エネルギ供給ケーブルと、ガス導管及び水導管のための連結部が詳しく示されている。例えば１つの連結部が符号１６で示されている。支持体２０に連結すべきケーシング区分１４は、レーザービームの円筒状の遮蔽体１７を馬蹄形に取り囲んでいる。形成された衝突保護装置はクランプ体１８，１９を有しており、これらのクランプ体１８，１９は、レーザー加工ヘッド４が固定された状態で衝突保護部材２１によって、クランプ接続部を形成しながら圧力負荷されて保持される。この場合、ケーシング区分１４は図３の支持体２０に連結することができ、この支持体２０には衝突保護部材２１が配置されている。ケーシング区分１４と支持体２０とによって一方では、信号、補助エネルギ、ガスや冷却水のような媒体のための導管またはケーブル２４への接続部が形成されていて、他方では衝突保護が行われる。インターフェースはレーザー加工ヘッドの機械的な固定、作業ガスおよび冷却液の引き渡しの機能を有しており、衝突保護を行う。

複数の衝突保護部材２１は、支持体２０にわたって互いに約９０°の角度をおいて配置されていて、調節可能なプレロード下でレーザー加工ヘッドのケーシング部分のクランプ体に当接するそれぞれ１つのローラを有している。ケーシング区分１４におけるクランプ体への圧力負荷または張力は、衝突保護部材２１によれば矢印２１′′で示されており、加工ヘッドの組み付け方向１５に対して横方向に作用する。

図４ａには、ローラ２２を備えた衝突保護部材２１の第１の構成が示されている。このローラは機械的な圧縮ばね２３と、流入開口２３′′を介して供給されるガスとによって応力下でケーシング区分１４のクランプ体１８に当接する。ばね室２３′′′は、プラスチックから成るシール部材２３′′′′までガスで充填されていて、機械的なばね力をニューマチック式に助成している。ローラ２２は圧力プレートに結合されていて、この圧力プレートには圧力ばね２３が押し付けられる。圧縮ばね２３のばね力よりも大きい力でＸまたはＹまたはＺ方向で衝突が生じると、圧縮ばね２３は沈み（矢印参照）、ローラ２２は押し戻され、クランプ体１８への傾斜した当接面はローラ２２に沿って滑動する。支持体における加工ヘッドの保持は解除される。

図４ｂには、１つのローラ２２′を備えた衝突保護部材２１′の第２の実施例が示されている。このローラ２２′は、磁石２３′と、磁石２３′によって保持され圧力プレートを介して間接的にローラ２２′に作用するピンによってと応力下でケーシング区分１４のクランプ体１８に当接している。ローラ２２′は圧力プレートに結合されていて、この圧力プレートを、磁石２３′によって保持されたピンが押圧している。磁気的な保持力よりも大きい力でＸまたはＹまたはＺ方向で衝突が生じると、ピンが押し戻され、ローラ２２′が押し戻され（矢印参照）、クランプ体１８への傾斜した当接面はローラ２２′に沿って滑動する。支持体における加工ヘッドの保持は解除される。

調節可能な磁力または調節可能なばね力によって衝突保護の硬さと強さとを選択することができる。ワークの加工に応じて保持力もしくは衝突保護のトリガが設定できる。これにより種々異なる加工ヘッドの保持と自動的な加工ヘッドの交換とが可能になる（各ヘッドはデータを持ったメモリチップも有している）。このようなユニバーサルなレーザー加工機械によって、一加工中に複数のタスクを処理できる。制御装置との交信は固有のバスを介して行われる。次のような加工機能が考えられる。即ち、レーザー溶接、レーザー切断、プローブまたは光学的な測定ヘッドによる測定、ねじ切りスピンドルによるねじ切り、（ミリングカッタによる）彫刻、フライス削り、バリ取り、ブラッシング、保管庫にある規格部品のレーザー切断された切欠への取り付け、ピンの溶接、個々の構成部品の取り出しもしくは選別、文字や番号やシンボルの記入、ラベリング、塗装、ニスびき、その後のレーザーによる焼き付け、文字をカバーする保護フィルムの取り付け、保護フィルムからの最終塗装の再除去、（適当な補助工具による）変形、材料分析（分光計）、ワークの表面検査。

レーザー加工装置の斜視図である。 図２ａはレーザー加工装置のレーザー加工ヘッドの側方図であって、図２ｂはレーザー加工装置のレーザー加工ヘッドの斜視図である。 レーザー加工装置のレーザー切断ヘッドの保持装置の斜視図である。 図４ａは保持装置の第１の衝突保護部材を示す断面図であって、図４ｂは保持装置の第２の衝突保護部材を示す断面図である。

符号の説明

１ レーザー加工装置、 ２ レーザー、 ３ 制御装置、 ４ レーザー加工ヘッド、 ５ ワーク載置部、 ６ レーザービーム、 ８ ワーク、 ９ 切断ガス、 １０ 吸引室、 １１ 吸引装置、 １２ ケーシング、 １３ レーザー加工ノズル、 １４ ケーシング区分、 １５ 組み付け方向、 １６ カップリング、 １７ 遮蔽体、 １８，１９ クランプ対、 ２０ 支持体、 ２１ 衝突保護部材、 ２２，２２′ ローラ、 ２３ 圧縮ばね、 ２３′ 磁石、 ２３′′ 流入開口、 ２３′′′ ばね室、 ２３′′′′ シール部材

Claims (5)

1. レーザー加工機械における加工ヘッド（４）の保持装置であって、加工ヘッド（４）の衝突時に保持装置を解除するための衝突保護装置を有している形式のものにおいて、
   衝突保護装置が衝突保護部材（２１，２１′）とクランプ体（１８，１９）とを有しており、これらのクランプ体（１８，１９）は、レーザー加工ヘッド（４）が固定された状態で衝突保護部材（２１，２１′）によって、クランプ接続部を形成しながら保持されており、衝突保護部材（２１，２１′）に、加工したいワークに加工ヘッド（４）により加えられる力に応じてトリガとなる衝突力の調節を行う調節装置が設けられていることを特徴とする、レーザー加工機械における加工ヘッドの保護装置。
2. 衝突保護装置が、加工ヘッド（４）を受容するための支持体（２０）に形成されており、該支持体は、信号ライン、エネルギライン、冷却水ライン等を接続するための連結部を有している、請求項１記載の保護装置。
3. 衝突保護部材（２１）が、調節可能なばね張力を有する圧縮ばね（２３）によって圧力負荷可能なローラ（２２）または球を有している、請求項１又は２記載の保持装置。
4. 衝突保護部材（２１′）が、調節可能な磁力を有する磁石（２３′）によって圧力負荷可能なローラ（２２′）または球を有している、請求項１又は２記載の保持装置。
5. 加工ヘッドが、レーザー加工ヘッド（４）または、穿孔、フライス加工等のための加工ヘッドである、請求項１から４までのいずれか１項記載の保持装置。