JP6944536B2 - 直交座標系位置決めデバイスおよびこれを含むレーザ加工ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、光学系を位置決めするための直交座標系位置決めデバイスと、レーザビームを用いてワークピースを機械加工するためのそのような直交座標系位置決めデバイスを備えるレーザ加工ヘッドとに関する。

多くの光学系の用途において、レンズまたはビーム成形光学系などの光学系は、少なくとも２つの方向において別個に調節する必要がある。詳細には、レーザ切断またはレーザ溶接などレーザビームによる材料加工では、レーザ加工ヘッドの精細なノズルボアによってレーザビームを調節するようにレーザ加工ヘッドに配置された光学系は、レーザ加工ヘッドの光学軸に対して垂直な２つの方向において別個に調節する必要がある。光学系を位置決めするための従来の位置決めデバイスでは、光学系の直線的変位が正確でない、または互いに垂直な軸において変位されないという問題が生じる。このため、正確な調節が困難になり、所望の位置の再現性に悪影響がある。

その上、特にレーザ加工の分野の光学系用途では、たとえばレーザ加工ヘッドにおいて、光学系を位置決めするための位置決めデバイスのために利用可能な空間がわずかしかないという問題がある。空間においてオペレータの接近性が厳しく制限されており、その結果、光学系を２つの直交軸に沿って位置決めするための操作要素（従来、異なる側に配置されている）に到達するのが困難である。

先行技術では、駆動要素の設定に対応する、光学系の特別な軸に沿った移動の正確な値を割り当てることも不可能である。

特開２００４−３６１８６２号にはレーザ加工デバイス用の集光レンズシステムが開示されており、このシステムでは、レンズは、光学軸に対して垂直な２次元の方向に移動し得る。この目的のために、マイクロメータとばねの２つのセットが互いに対して直角に配置されている。

特開２００４−３６１８６２号公報

したがって、本発明は、光学系と光学系とともにレーザ加工ヘッドを位置決めするための直交座標系位置決めデバイスを提供するという目的に基づくものであり、これは、光学系を２つの方向において別個に位置決めすることを可能にし、コンパクトかつ簡単な設計で、容易さが改善されている。

この目的は、光学系を位置決めするための、請求項１に記載の直交座標系位置決めデバイスと、これを含む、レーザビームを用いてワークピースを機械加工するための、請求項１５に記載のレーザ加工ヘッドとによって達成される。本発明の有利な実施形態およびさらなる発展は従属請求項に記述される。

本発明によれば、光学系を位置決めするための直交座標系位置決めデバイスは、光学系ソケットを第１の直交座標軸に沿って、すなわちｙ方向において直線移動させるための第１の駆動要素すなわちｙ駆動要素と、光学系ソケットを第２の直交座標軸に沿って、すなわちｘ方向において直線移動させるための第２の駆動要素すなわちｘ駆動要素とを備え、第１および第２の駆動要素は、どちらも第１の直交座標軸に沿って、すなわちｙ方向に沿って調節可能である。もちろん、ｙ方向の第１の直交座標軸とｘ方向の第２の直交座標軸は、互いに対して垂直である。言い換えれば、ｘ駆動要素とｙ駆動要素は互いに平行に調節可能であり得る。駆動要素は、たとえばねじを切った軸として形成されてよい。これによって、コンパクトな設計および２つの直交座標軸に沿った独立した位置決めが可能になる。直交座標軸すなわちｘ軸およびｙ軸は直交座標系の軸を表し、ｚ軸は第３の軸である。

好ましくは、２つの駆動要素は、光学系ソケットが取り付けられている支持要素上に並べて配置される。これによって、明瞭な操作性および簡単になった接近性が可能になる。

好ましい実施形態では、２つの駆動要素のうちの少なくとも１つが較正される。言い換えれば、駆動要素のうち１つの特定の調整値が、対応する直交座標軸に沿った直線移動のための特定の値に割り当てられてよい。この目的のために、ｙ駆動要素および／またはＸ駆動要素がそれぞれマイクロメータねじを備える。その結果、光学系の位置決めが再現可能になり、光学系における光学系の正確な位置決めが簡単になる。

ｙ駆動要素の一端はｙスライダとして形成されてよい。同様に、ｘ駆動要素の一端はｘスライダとして形成されてよい。ｙスライダは、光学系ソケットに対してｙ駆動要素を移動可能に接続し得る。ｘスライダは、光学系ソケットに対してｘ駆動要素を移動可能に接続し得る。ｘスライダおよび／またはｙスライダは、少なくとも１つのスライダガイド要素に沿って導かれ得る。

ｙ駆動要素すなわちｙスライダは、ｘ方向に移動可能なリニアガイドユニットによって光学系ソケットに結合されてよい。たとえば、ｙ駆動要素すなわちｙスライダと光学系ソケットは、レールまたは運送システムを介して互いに移動可能に接続されてよい。好ましくは、リニアガイドユニットは、ｙ駆動要素（すなわちｙスライダ）および光学系ソケットの一方に配置された第１の部分と、ｙ駆動要素（すなわちｙスライダ）および光学系ソケットの他方に配置された第２の部分とを含む。ここで、リニアガイドユニットの第１の部分が有し得るアンダーカットの中を、リニアガイドユニットの第２の部分の、対応する形状に形成された突起が導かれる。リニアガイドユニットの一例には蟻継ぎガイドがある。好ましくは、ｙ駆動要素すなわちｙスライダの光学系ソケットに対する接続は、高い引張り強度および／または圧縮強度を有する。その結果、たとえば押すかまたは引くことにより、接続のバックラッシュの影響を受けることなく、所望の位置を正確に調節することができる。

ｘスライダと光学系ソケットの間に伝達要素が配設されてよい。伝達要素は、支持要素に対してｘ方向に移動可能に接続されてよく、取り付けられてもよい。伝達要素は、第１のガイドユニットによって、光学系ソケットに移動可能に接続されてよい。第１のガイドユニットは、光学系ソケットをｙ方向において導くように構成され得る。たとえば、第１のガイドユニットは、蟻継ぎガイドなどのリニアガイドユニットを備える。第１のガイドユニットは、ｙ方向に延在する、たとえば細長い穴といった第１のガイドと、その中で導かれる第１のガイドピンとを備え得る。第１のガイドは伝達要素および光学系ソケットのうち一方に形成されてよく、第１のガイドピンは伝達要素および光学系ソケットのうち他方に形成されてよい。伝達要素は、第２のガイドユニットによって、ｘスライダに、移動可能に接続されてよい。第２のガイドユニットは、ｙ方向に沿ったｘ駆動要素の調節移動を所定方向に沿った伝達要素の移動に変換するように構成されてよく、所定方向は、ｙ方向に対して、好ましくは約４５°である９０°未満の角度を形成する。第２のガイドユニットは、所定方向に延在する、たとえば細長い穴といった第２のガイドと、その中で導かれる第２のガイドピンとを備え得る。第２のガイドは伝達要素およびｘ駆動要素（すなわちｘスライダ）のうち一方に形成されてよく、第２のガイドピンは伝達要素およびｘ駆動要素（すなわちｘスライダ）のうち他方に形成されてよい。ｘ駆動要素（すなわちｘスライダ）をｙ方向において調節することにより、第２のガイドユニットは、伝達要素を、したがって光学系ソケットをｘ方向に移動させ得る。好ましくは、ｘ駆動要素のｙ方向に沿った直線変位は、ｘ−ｙ面において斜めに配向された第２のガイドによって伝達要素の移動に変換される。ｙ駆動要素と光学系ソケットを互いに結合するリニアガイドユニットにより、伝達要素の移動が、光学系ソケットのｘ方向の直線移動に変換され得る。

ｘ駆動要素すなわちｘスライダは、レバー要素を介して、光学系ソケットに移動可能に結合されてよい。したがって、ｘ駆動要素の調節は、レバー要素を介して光学系ソケットに伝達され得る。好ましくは、レバー要素は第１の端および第２の端を有し、レバー要素は、第１の端でｘ駆動要素すなわちｘスライダに結合され、第２の端で支持要素に結合されている。レバー要素は、第１の端と第２の端の間のポイントにおいて光学系ソケットに結合されてよい。レバー要素は、回転継手を介して支持要素に接続されてよい。好ましくは、レバー要素は、支持要素に対してｘ−ｙ面において枢動可能に取り付けられる。その上、レバー要素は、第１のガイドユニットによって、光学系ソケットに移動可能に接続されてよい。同様に、レバー要素は、第２のガイドユニットによってｘ駆動要素すなわちｘスライダに移動可能に接続されてよい。第１のガイドユニットは、光学系ソケットをｙ方向において直線的に導くように構成され得る。好ましくは、第１のガイドユニットは、第１のガイドピンのまわりのレバーの回転も可能にする。第２のガイドユニットは、ｘ駆動要素の調節移動をレバー要素に伝達するように構成され得る。ｘ駆動要素のｙ方向に沿った直線状の調節移動は、好ましくはレバー要素のｘ−ｙ面における枢動に変換される。第２のガイドは曲がっていてよく、すなわち曲線状でよい。好ましくは、第２のガイドユニットは、第２のガイドピンのまわりのレバーの回転も可能にする。ｙ駆動要素と光学系ソケットを互いに結合するリニアガイドユニットにより、レバー要素の枢動が、光学系ソケットのｘ方向の直線移動に変換され得る。

レバー要素はＬ字形でよい。この場合、レバー要素は、Ｌ字形の両方の脚が出会う領域において光学系ソケットに結合されてよい。したがって、第１のガイドユニットはＬ字形のレバー要素のとがった先端に配置され得る。レバー要素がＬ字形であるため、よりコンパクトな設計が可能になる。

好ましい実施形態では、たとえば第１のガイドピンまたは第１のガイドといった第１のガイドユニットの一部分が、光学系ソケットの締結延長部に配置される。光学系ソケットの締結延長部は支持要素の方へ延在してよい。これによって、光学系ソケット上のｘ方向およびｙ方向の調節移動の伝達要素のコンパクトな機構が可能になる。

第１のガイドユニットは第１のガイドピンおよび第１のガイドを備え得る。同様に、第２のガイドユニットは第２のガイドピンおよび第２のガイドを備え得る。ここで、第１のガイドピンおよび／または第２のガイドピンは、好ましくはレバー要素すなわち伝達要素上に形成される。これによって生産工程が簡単になる。第１のガイドおよび／または第２のガイドは、凹部、ガイド溝、または穴を、詳細には細長い穴を含み得る。第１のガイドは、好ましくは光学系ソケット上に形成される。第２のガイドは、好ましくはｘ駆動要素すなわちｘスライダ上に形成される。

その上、ｘスライダまたはｙスライダのｙ方向の移動を導く少なくとも１つのスライダガイド要素が設けられてよい。スライダガイド要素は、ｘスライダまたはｙスライダ上のガイドピンまたはガイドリブとして使用されてよく、または支持要素上に形成されてもよい。スライダガイド要素を導く、対応する溝またはボアは、ｘスライダまたはｙスライダと支持要素とのうち他方に形成されてよい。スライダガイド要素は蟻継ぎガイドの一方の部分として形成されてもよく、蟻継ぎガイドの他方の部分はｘスライダまたはｙスライダに形成され得る。それによって、ｘスライダまたはｙスライダのｙ調節が安定化され得る。

その上、光学系ソケットと支持要素の間に少なくとも１つのばね要素が配置されてよい。ばね要素は、光学系ソケットに対して支持要素に向けた復原力を与えるように構成され得る。これは光学系ソケットの移動を安定化するようにも働く。加えて、ばね要素の復原力によって方向が変化するときの遊びが防止され得る。

その上、本発明によれば、レーザビームによってワークピースを機械加工するためのレーザ加工ヘッドは、説明された例示的実施形態のうち１つに従って光学系を位置決めするための直交座標系位置決めデバイスを備える。好ましくは、光学系はレーザ加工ヘッドのビーム経路に配置される。直交座標系位置決めデバイスの支持要素は、たとえばねじといった締結具によってレーザ加工ヘッドのハウジングに取り付けられ得る。レーザ加工ヘッドの光学軸は、好ましくは直交座標系のｚ方向に、すなわちｘ−ｙ面に対して垂直に延在する。

ｘ方向、ｘ駆動要素、ｘスライダという用語は、それぞれ第１の方向、第１の駆動要素、第１のスライダに相当し、それらによって置換され得る。ｙ方向、ｙ駆動要素、ｙスライダという用語は、それぞれ第２の方向、第２の駆動要素、第２のスライダに相当し、それらによって置換され得る。第１の方向すなわちｘ方向は、第２の方向すなわちｙ方向に対して垂直である。

本発明が、例示的に、図面を参照しながら以下でより詳細に説明される。

本発明の一実施形態による直交座標系位置決めデバイスの概略平面図である。 ２つのばね要素を有する図１の直交座標系位置決めデバイスの平面図である。 ｙ方向に変位した図１の直交座標系位置決めデバイスの平面図である。 ｘ方向に変位した図１の直交座標系位置決めデバイスの平面図である。 別の実施形態による直交座標系位置決めデバイスの斜視側面図である。 別の実施形態による直交座標系位置決めデバイスの斜視側面図である。 図５の直交座標系位置決め装置の一部分の正面図である。 図５の直交座標系位置決め装置の一部分の上面図である。 図５の直交座標系位置決めデバイスの光学系ソケットの平面図である。 図５の直交座標系位置決めデバイスの光学系ソケットの側面図である。 図５の直交座標系位置決めデバイスの伝達要素の平面図である。 図５の直交座標系位置決めデバイスの伝達要素の側面図である。

図では、互いに対応する構成要素には同一の参照数字が与えられている。

図１は、本発明の第１の実施形態による、光学系を位置決めするための直交座標系位置決めデバイスの概略平面図を示すものである。位置決めデバイスが備える支持要素２０は、取り付けられた光学系を保持するための光学系ソケット１０を有する。支持要素２０は、レーザ加工ヘッドのビーム経路に光学系を配置することができるように、ねじなどの締結具２１によってレーザ加工ヘッドのハウジングに固定されてよい。光学系ソケット１０は、２つの駆動要素３０および４０によって、それぞれ第１および第２の直交座標軸に沿って直線的に変位することができる。ここで、第１の直交座標軸に沿った変位は第２の直交座標軸に沿った変位とは無関係である。２つの直交座標軸は以下でｘ軸およびｙ軸と称され、直交座標軸すなわち直交座標系の軸である。同様に、ｘ方向またはｙ方向の移動は、ｘ軸またはｙ軸に沿った移動を表す。ｘ方向の移動はｙ方向の移動とは無関係であり、したがってｙ方向の成分がない。

光学系ソケット１０をｙ軸に沿って変位させるための第１の駆動要素すなわちｙ駆動要素３０は、光学系ソケット１０のｙ方向の位置決めプロセスのために支持要素２０の外部からｙ駆動要素３０の一方の端に接近することができるように、支持要素２０に入り込む。ｙ駆動要素の他方の端にはｙスライダ５０が配置されており、これを介して、ｙ駆動要素３０が光学系ソケット１０に結合されている。ここで、ｙスライダ５０と光学系ソケット１０は、リニアガイドユニット１５を介して互いに移動可能に接続されている。

リニアガイドユニット１５は、たとえば、ｙスライダ５０上に形成された往復台および光学系ソケット１０上に形成されたレールガイドを含み得る。リニアガイドユニット１５がｘ方向に配置されており、これにより、光学系ソケット１０がｘ方向において直線移動することが可能になる。ｙスライダ５０は、たとえば、光学系ソケット１０の適切に成形されたレールを導く蟻溝を有し得る。もちろん、反対に、蟻溝が光学系ソケット１０上に設けられて、対応するレールがｙスライダ５０上に設けられてもよい。好ましくは、リニアガイドユニット１５は、ｙスライダ５０と光学系ソケット１０の間の接続が高い引張および圧縮強度を有するように構成される。こうすると、ｙ調節の移動方向が変化するときの遊びを防止することができる。ｙ駆動要素３０のｙ方向移動の調節中、ｙ方向において光学系ソケット１０に固定して結合されているｙスライダ５０は、同様にｙ方向に変位され、ｙ軸に沿って押すかまたは引くことにより、対応して光学系ソケット１０を変位させる。

光学系ソケット１０をｘ軸に沿って変位させるための第２の駆動要素すなわちｘ駆動要素４０も、光学系ソケット１０のｘ方向の位置決めプロセスのために支持要素２０の外部からｘ駆動要素４０の一方の端に接近することができるように、支持要素２０に入り込む。ｘ駆動要素４０の他方の端には、レバー要素７０を介して光学系ソケット１０に移動可能に結合されたｘスライダ６０が配置されている。

レバー要素７０は、ｘ−ｙ面において自在継手７１のまわりで枢動することができるように、その回転継手７１を介して支持要素２０に固定されている。この目的のために、支持要素２０は、回転継手７１のまわりのレバー要素７０の枢動を容易にするために、支持要素２０の内部から光学系ソケット１０までｙ方向に延在する締結延長部２２を有し得る。レバー要素７０は、第１のガイドユニット８０を介して光学系ソケット１０に移動可能に接続されており、第２のガイドユニット９０を介してｘスライド６０に移動可能に接続されている。レバー要素７０が図１に示されるようなＬ字形のとき、回転継手７１はＬ字形の一方の端に設けられてよく、第１のガイドユニット８０はＬ字形の両方の脚が出会う切込みに設けられてよく、第２のガイドユニット９０はＬ字形の他方の端に設けられてよい。こうすると、ｘ駆動要素４０のｙ方向における直線の調節移動を、レバー要素７０のｘ−ｙ面における枢動に変換するための省スペースの機構が可能になる。

第１のガイドユニット８０は、第１のガイド８２の中を通る第１のガイドピン８１を備える。たとえば、第１のガイド８２はｙ方向に真っすぐ延在する。好ましくは、第１のガイドピン８１は、レバー要素７０上に形成され、溝または細長い穴などの第１のガイド８２は光学系ソケット１０の中に形成される。したがって、第１のガイドユニット８０により、光学系ソケット１０のｙ方向の直線移動が可能になる。レバー要素７０を回転継手７１のまわりで枢動させるために、第２のガイドユニット９０は、第２のガイド９２の中を通る第２のガイドピン９１をさらに備える。図では簡単さのための違った風に示されているが、溝または細長い穴などの第２のガイド９２は好ましくはｘスライダ６０上に形成され、第２のガイドピン９１はレバー要素７０上に設けられる。しかしながら、本発明はそれに限定されない。しかしながら、第１のガイドピン８１および／または第２のガイドピン９１をレバー要素７０上に形成すると、生産するのが簡単になる。第２のガイド９２は曲がっていてよく、すなわち曲線状でよい。第１のガイド８２が第１のガイドピン８１の回転運動を可能にし、第２のガイド９２が第２のガイドピン９１の回転運動を可能にする。

ｙ軸に沿ったｘ駆動要素４０の調節移動中にレバー要素７０が回転継手７１のまわりで枢動することにより、リニアガイドユニット１５によってｙ方向において固定されている光学系ソケット１０が、リニアガイドユニット１５に沿ってｘ方向に変位する。ｙ駆動要素３０の調節移動は、ｙスライダ５０によって光学系ソケット１０に直接伝達され、光学系ソケット１０は、第１のガイドユニット８０によって、ｙ方向において直線的に導かれる。

光学系ソケット１０は、光学系ソケット１０から支持要素２０に向かってｙ方向に延在する締結延長部１１を有し得る。締結延長部１１上に、第１のガイドユニット８０の一部分、すなわち第１のガイドピン８１または第１のガイド８２が配置されてよい。これによって、ｘ駆動要素４０のｙ方向の調節移動を、光学系ソケット１０のｘ軸に沿った移動に変換するための要素の、コンパクトな機構も可能になる。

ｙ駆動要素３０とｘ駆動要素４０がどちらも軸方向に固定されているので、光学系ソケット１０が他の直交方向において移動するのが防止される。ｙ駆動要素３０とｘ駆動要素４０の両方が、ｙ方向に沿って互いに平行に調節可能である。ｘ駆動要素および／またはｙ駆動要素は、好ましくは、特定の調節移動に対応する直交座標軸に沿った光学系ソケット１０の変位の正確な値を割り当てることができるように較正される。較正された駆動要素として、たとえばマイクロメータが使用され得る。

ｙスライダ５０およびｘスライダ６０の移動を安定化するために、それぞれｙスライダ５０およびｘスライダ６０の対応するボアの中を通るガイドピンなどのスライダガイド要素２３は、支持要素２０上に設けられてよい。あるいは、スライダガイド要素２３はｙスライダ５０またはｘスライダ６０上に設けられてもよく、支持要素２０の対応するボアの中を導かれ得る。

図２は、光学系ソケット１０と支持要素２０の間に、方向が変化するときの遊びを防止するためのさらなるばね要素１８が設けられた、図１の直交座標系位置決めデバイスを示す。

図３は、図１の直交座標系位置決めデバイスのｙ駆動要素３０がｙ方向（下方）へ所定の量だけ変位された状態を示すものである。その結果、リニアガイドユニット１５およびｙスライダ５０を介してｙ駆動要素３０に接続された光学系ソケット１０もｙ方向に引かれ、第１のガイドピン８１が第１のガイド８２の中で変位する。

図４は、図１の直交座標系位置決めデバイスのｘ駆動要素４０がｙ方向（下方）へ所定の量だけ変位された状態を示すものである。その結果、レバー要素７０は、ｘ−ｙ面において回転継手７１のまわりで枢動され、第２のガイドピン９１は第２のガイド９２に沿って導かれる。レバー要素７０の枢動は、第１のガイドユニット８０を介して光学系ソケット１０に伝達され、リニアガイドユニット１５によって直線のｘ移動に変換される。

図５ａ〜図８ｂは、本発明による直交座標系位置決めデバイスの第２の実施形態を示すものである。この実施形態では、ｘ位置決め要素１４０のｙ方向の調節移動を光学系ソケット１１０のｘ方向の変位に変換するのに、レバー要素７０の枢動ではなく伝達要素１７０の斜めの変位が使用される。これによって、コンパクトで安定した、バックラッシュのない設計が可能になる。

図５ａおよび図５ｂは、第２の実施形態による直交座標系位置決めデバイスの斜視側面図を示すものである。第１の実施形態と同様に、位置決めデバイスが備える支持要素１２０には、光学系を保持するための光学系ソケット１１０がｘ方向およびｙ方向において調節可能に取り付けられている。支持要素１２０は、レーザ加工ヘッドに締結するための締結具１２１を備え得る。さらに、支持要素１２０およびレーザ加工ヘッドをダスト粒子等から密封するためのシール要素２００が設けられてよい。支持要素１２０上には、光学系ソケット１１０を変位させるために、支持要素１２０上には、ｙ駆動要素１３０およびｘ駆動要素１４０（図６ｂを参照されたい）が設けられており、これらは、互いに平行にｙ方向において調節可能であり、ｙスライダ１５０およびｘスライダ１６０をそれぞれ有する。ｘスライダ１６０と光学系ソケット１１０の間には、ｘ駆動要素１４０すなわちｘスライダ１６０のｙ方向の調節移動を光学系ソケット１１０のｘ方向の変位に変換するための伝達要素１７０が配置されている。図５ａでは、伝達要素１７０の第１のガイドピン１８１をｙ方向において導く第１のガイド１８２が光学系ソケット１１０の中に形成されていることが明らかである。これによって、光学系ソケット１１０をｘスライダ１６０に対してｙ方向に変位させることが可能になる。

図５ｂに見られるように、ｙスライダ１５０は、光学系ソケット１１０またはｙスライダ１５０のｘ方向の移動を導くように構成されたリニアガイドユニット１１５を介して光学系ソケット１１０に接続されている。ここで、ｘリニアガイド要素１１１は光学系ソケット１１０上に形成され、対応するｘリニアガイド要素１５１はｙスライダ１５０上に形成される。リニアガイドユニット１１５は、図５ｂに示されるように蟻継ぎガイドを備え得る。

支持要素１２０に光学系ソケット１１０を接続するために、図５ａおよび図５ｂに示されるように光学系ソケット１１０にノッチが設けられてよく、これに少なくとも１つのばね要素１１８が挿入され得る。光学系ソケット１１０に対して、支持要素に向けた復原力を与えるように、少なくとも１つのばね要素１１８が配置され得る。たとえば、少なくとも１つのばね要素１１８が光学系ソケット１１０の片側のまわりに延在して、それぞれｘスライダ１６０およびｙスライダ１５０に隣接している支持要素１２０に取り付けられてよい。その結果、駆動要素１３０および１４０の調節移動あるいは光学系ソケット１１０の移動の許容差が低減され得る。

ｙスライダ１５０およびｘスライダ１６０のうち少なくとも１つを安定化するために、リニアガイド用に構成されているスライダガイド要素１２３がｙ方向に設けられてよい。たとえば、スライダガイド要素１２３はロッド形でよく、それぞれｙスライダ１５０およびｘスライダ１６０のボアの中で導かれ得る。あるいは、ｙスライダ１５０およびｘスライダ１６０をそれぞれｙ方向において導くために、スライダガイド要素１２３の中に少なくとも１つの蟻継ぎガイドが形成されてよい。

図６ａおよび図６ｂには、光学系ソケット１１０および伝達要素１７０のない位置決めデバイスの一部分が示されている。支持要素１２０と伝達要素１７０が、ｘリニアガイドユニットを介して結合されてよい。この目的のために、支持要素１２０は、好ましくは、ｘ方向に延在するガイドスロットを有し得、これには伝達要素１７０の少なくとも一部分が挿入される。あるいは、支持要素１２０は、蟻継ぎガイドによって伝達要素１７０に結合されてよい。その上、支持要素１２０に伝達要素１７０を接続するために、支持要素１２０には少なくとも１つの締結要素１２２が設けられてよい。たとえば、図６ａには、支持要素１２０のガイドスロットの中に配置されたねじまたはボルトなど２つのロッド形の締結要素１２２が示されている。締結要素１２２は、支持要素１２０に対して伝達要素１７０をｘ方向において移動可能に結合するために、図８ａに示された伝達要素ガイド１７１に挿入される。あるいは、伝達要素１７０が備え得るガイドピンが、支持要素１２０またはガイドスロットに形成された溝を通る。

図６ａには、ｙスライダ１５０とｘスライダ１６０の両方を安定化するための２つの蟻継ぎガイドを有するスライダガイド要素１２３が示されている。もちろん、スライダガイド要素１２３によって、２つのスライダ１５０および１６０のうち１つだけが導かれ得る。スライダガイド要素１２３のガイドに対応する相手方は、ｙスライダ１５０のｙリニアガイド要素１５２またはｘスライダ１６０のｙリニアガイド要素１６１として形成される。したがって、ｙスライダ１５０は、ｙスライダ１５０上で光学系ソケット１１０をｘ方向において導くためのｘリニアガイド要素１５１、およびｙスライダ１５０の調節移動をｙ方向において導くためのｙリニアガイド要素１５２など、互いに垂直な２つのリニアガイド要素を備え得る。ｘスライダ１６０は、少なくとも、ｘスライダ１６０の調節移動をｙ方向において導くためのｙリニアガイド要素１６１を備え得る。しかし１つ以上の追加のリニアガイド要素が設けられてよい。たとえば、ｙ方向における互いに対する相対的移動を安定化するために、ｘスライダ１６０およびｙスライダ１５０上には、相互作用するリニアガイド要素が設けられてよい。

図６ｂに示されるｙスライダ１５０のｘリニアガイド要素１５１上で、光学系ソケット１１０がｘ方向に変位可能である。加えて、ｘスライダ１６０は、ｙ方向またはｘ方向に対して約４５°の角度を形成する斜め方向のガイドすなわち第２のガイド１９２を含む。伝達要素１７０を、ｘスライダ１６０のｙ方向における調節移動に対して約４５°の方向に変位させるために、ｘスライダの第２のガイド１９２に、伝達要素１７０の第２のガイドピン１９１が挿入されている（図８ｂを参照されたい）。

図７ａおよび図７ｂは、光学系ソケット１１０を示すものである。光学系ソケット１１０が含むｘリニアガイド要素１１１は、ｙスライダ１５０のｘリニアガイド要素１５１を有するリニアガイドユニットを形成する。言い換えれば、光学系ソケット１１０とｙスライダ１５０は、リニアガイドを介してｘ方向において互いに移動可能に結合されている。光学系ソケット１１０は、ｙ方向の移動を導く第１のガイド１８２も含む。第１のガイド１８２は、ｘスライダ１６０の第２のガイド１９２に対して４５°の角度に形成されている。光学系ソケットがｘスライダに対してｙ方向に移動するのを可能にするために、光学系ソケット１１０の第１のガイド１８２に、伝達要素１７０の第１のガイドピン１８１が挿入される。

図８ａおよび図８ｂには伝達要素１７０が示されている。伝達要素１７０は好ましくはＬ字形を有し、Ｌ字形の一方の脚には、（ｘ方向に延在する）スロットまたは細長い穴など少なくとも１つの伝達要素ガイド１７１が形成されており、他方の脚において、第１のガイドピン１８１と第２のガイドピン１９１が、ｘ方向およびｙ方向に対して垂直な反対方向に突出する。言い換えれば、第１のガイドピン１８１と第２のガイドピン１９１は、伝達要素１７０の反対面上に形成されている。第１のガイドピン１８１および第２のガイドピン１９１は、伝達要素に入り込むボルトまたはねじによっても形成され得る。光学系ソケット１１０の第１のガイド１８２の中の第１のガイドピン１８１がｙ方向に導かれるので、ｙスライダ１５０がｘスライダ１６０に対して移動するとき、光学系ソケット１１０はｙ方向に変位し得る。ｘスライダ１６０の斜め方向のガイド１９２における光学系ソケット１１０に結合された伝達要素１７０の第２のガイドピン１９１を導くことにより、光学系ソケット１１０とｙスライダ１５０をｘ方向において結合するリニアガイドユニット１１５によって、ｘスライダ１６０のｙ方向の調節移動が、光学系ソケット１１０のｘ方向の変位に変換されるかまたは伝達される。

たとえばリニアガイドまたは蟻継ぎガイドといった凹面または凸面の部分は交換可能であることを理解されたい。

したがって、本発明によれば、光学系の、ｘ方向およびｙ方向における正確で再現可能な位置決めを可能にする直交座標系位置決めデバイスが提供され得、２つの直交するｘ方向およびｙ方向における位置決めは互いに独立している。加えて、マイクロメータねじなどの較正された駆動要素を使用することにより、対応するｘ軸またはｙ軸に沿った光学系ソケット１０の直線移動の正確な値が、駆動要素の特定の調節移動または回転角に割り当てられ得る。ｙ駆動要素３０とｘ駆動要素４０の両方が、ｙ方向に沿って同一の方向に（すなわち互いに平行に）調節可能であるため、駆動要素３０と４０の両方が支持要素２０上で互いに隣接して配置され得る。その結果、ユーザにとって駆動要素の接近性が改善され、駆動要素の省スペースの配置が可能になる。

１０ 光学系ソケット、 １１ 締結延長部、 １５ リニアガイドユニット、 １８ ばね要素、 ２０ 支持要素、 ２１ 締結具、 ２２ 締結延長部、 ２３ スライダガイド要素、 ３０ ｙ駆動要素、 ４０ ｘ駆動要素、 ５０ ｙスライダ、 ６０ ｘスライダ、 ７０ レバー要素、 ７１ 回転継手、 ８０ 第１のガイドユニット、 ８１ 第１のガイドピン、 ８２ 第１のガイド、 ９０ 第２のガイドユニット、 ９２ 第２のガイドピン、 ９２ 第２の先導部、 １１０ 光学系ソケット、 １１１ ｘリニアガイド要素、 １１５ リニアガイドユニット、 １１８ ばね要素、 １２０ 支持要素、 １２１ 締結具、 １２２ 締結具、 １２３ スライダガイド要素、 １３０ ｙ駆動要素、 １４０ ｘ駆動要素、 １５０ ｙスライダ、 １５１ ｘリニアガイド要素、 １５２ ｙリニアガイド要素、 １６０ ｘスライダ、 １６１ ｙリニアガイド要素、 １７０ 伝達要素、 １７１ 伝達要素ガイド、 １８１ 第１のガイドピン、 １８２ 第１のガイド、 １９１ 第２のガイドピン、 １９２ 第２のガイド、 ２００ シール要素。

Claims (14)

1. レーザ加工ヘッド用の光学系を位置決めするための直交座標系位置決めデバイスであって、
   前記光学系を保持するための光学系ソケット（１０、１１０）と、
   前記光学系ソケット（１０、１１０）のｙ方向の直線移動のための１つのみのｙ駆動要素（３０、１３０）と、
   前記光学系ソケット（１０、１１０）のｘ方向の直線移動のための１つのみのｘ駆動要素（４０、１４０）とを備え、
   前記ｘ駆動要素（４０、１４０）および前記ｙ駆動要素（３０、１３０）が支持要素（２０、１２０）上に隣同士に配置されており、
   前記光学系ソケット（１０、１１０）を前記ｙ方向に直線移動させるための前記ｙ駆動要素（３０、１３０）が、前記ｙ方向に沿って調整可能であり、
   前記光学系ソケット（１０、１１０）を前記ｘ方向に直線移動させるための前記ｘ駆動要素（４０、１４０）が、前記ｙ方向に沿って調整可能であり、
   前記ｙ駆動要素（３０、１３０）が、一端において、前記ｙ駆動要素（３０、１３０）を前記光学系ソケット（１０、１１０）に接続する１つのみのｙスライダ（５０、１５０）を有し、
   前記ｙスライダ（５０、１５０）が、前記光学系ソケット（１０、１１０）に対してリニアガイドユニット（１５、１１５）によってｘ方向に移動可能に接続されることを特徴とする直交座標系位置決めデバイス。
2. 請求項１に記載の直交座標系位置決めデバイスであって、ｙ方向またはｘ方向における直線移動に関する特定の値が、それぞれ前記ｙ駆動要素（３０、１３０）または前記ｘ駆動要素（４０、１４０）の調整値に割り当てられることを特徴とする直交座標系位置決めデバイス。
3. 請求項１に記載の直交座標系位置決めデバイスであって、前記リニアガイドユニット（１５、１１５）が、ｙ軸に沿った引張り荷重または圧縮荷重の影響を受けない形で、前記光学系ソケット（１０、１１０）に前記ｙ駆動要素（３０、１３０）を接続することを特徴とする直交座標系位置決めデバイス。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の直交座標系位置決めデバイスであって、前記ｘ駆動要素（４０、１４０）が、一端において、前記ｘ駆動要素（４０、１４０）を前記光学系ソケット（１０、１１０）に接続するｘスライダ（６０、１６０）を有することを特徴とする直交座標系位置決めデバイス。
5. 請求項４に記載の直交座標系位置決めデバイスであって、前記ｘスライダ（６０、１６０）および／または前記ｙスライダ（５０、１５０）が、少なくとも１つのスライダガイド要素（２３、１２３）に沿って導かれることを特徴とする直交座標系位置決めデバイス。
6. 請求項４または５に記載の直交座標系位置決めデバイスであって、前記支持要素（１２０）に対してｘ方向に移動可能に接続された伝達要素（１７０）が、前記ｘスライダ（１３０）と前記光学系ソケット（１１０）の間に配置されていることを特徴とする直交座標系位置決めデバイス。
7. 請求項６に記載の直交座標系位置決めデバイスであって、前記伝達要素（１７０）が、第１のガイドユニット（１８０）によって前記光学系ソケット（１１０）に移動可能に接続されており、第２のガイドユニット（１９０）によって前記ｘスライダ（１３０）に移動可能に接続されていることを特徴とする直交座標系位置決めデバイス。
8. 請求項７に記載の直交座標系位置決めデバイスであって、前記第１のガイドユニット（１８０）が前記光学系ソケット（１１０）をｙ方向において導くように構成されており、前記第２のガイドユニット（１９０）が、ｙ方向に沿った前記ｘ駆動要素（１４０）の調節移動を、ｙ方向に対して９０°未満の角度を形成する方向に沿った前記伝達要素（７０）の移動に変換するように構成されていることを特徴とする直交座標系位置決めデバイス。
9. 請求項１から３のいずれか１項に記載の直交座標系位置決めデバイスであって、前記ｘ駆動要素（４０）が、レバー要素（７０）を介して前記光学系ソケット（１０）に移動可能に接続されており、前記レバー要素（７０）が、前記支持要素（２０）に対してｘ−ｙ面において枢動可能に接続され、Ｌ字形であることを特徴とする直交座標系位置決めデバイス。
10. 請求項９に記載の直交座標系位置決めデバイスであって、前記レバー要素（７０）が、第１のガイドユニット（８０）によって前記光学系ソケット（１０）に移動可能に接続されており、また第２のガイドユニット（９０）によって前記ｘ駆動要素（３０）に移動可能に接続されており、前記第１のガイドユニット（８０）が、前記光学系ソケット（１０）をｙ方向において導くための第１のガイドピン（８１）および第１のガイド（８２）を備え、前記第２のガイドユニット（９０）が、前記ｘ駆動要素（４０）の調節移動を前記レバー要素（７０）に伝達するための第２のガイドピン（９１）および第２のガイド（９２）を備えることを特徴とする直交座標系位置決めデバイス。
11. 請求項１０に記載の直交座標系位置決めデバイスであって、前記第２のガイドユニット（９１、９２）の少なくとも一部分が、前記光学系ソケット（１０）からｙ方向に延在する締結延長部（１１）上に配置されていることを特徴とする直交座標系位置決めデバイス。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の直交座標系位置決めデバイスであって、前記光学系ソケット（１０、１１０）および前記支持要素（２０、１２０）に少なくとも１つのばね要素（１８、１１８）が接続されていることを特徴とする直交座標系位置決めデバイス。
13. レーザビームによってワークピースを機械加工するためのレーザ加工ヘッドであって、請求項１から１２のいずれか１項に記載の光学系を位置決めするための直交座標系位置決めデバイスを備え、前記光学系が前記レーザ加工ヘッドのビーム経路に配置されていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
14. 請求項１３に記載のレーザ加工ヘッドであって、前記レーザ加工ヘッドの光学軸が、前記ｘ方向と前記ｙ方向とに対して垂直であるｚ軸に延在することを特徴とするレーザ加工ヘッド。

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