JP6985870B2

JP6985870B2 - レーザノズルの清掃方法及び装置

Info

Publication number: JP6985870B2
Application number: JP2017176344A
Authority: JP
Inventors: 淳一浅見; 和浩岩田
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2037-09-14
Also published as: JP2019051531A

Description

本発明は、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッドに備えられたレーザノズルの清掃方法及び装置に関する。さらに詳細には、レーザノズルの清掃をより早く効果的に行うことができる清掃方法及び装置に関する。

レーザ加工機によって、例えばワークの切断加工や溶接等の各種のレーザ加工を行うと、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッドに備えたレーザノズルに、スパッタやヒューム等の粉塵が付着する。そして、粉塵等が付着すると、加工不良を生じることがある。そこで、レーザノズルの清掃を行うことが行われている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００６−１４２４３７号公報特開２００６−１７５５８０号公報

前記特許文献１に記載の構成においては、遊星歯車機構によって公転、自転されるブラシに対して、レーザノズルを公転方向に旋回しつつレーザノズルの清掃を行う構成である。したがって、遊星歯車機構を構成することにより、構成が複雑化する、という問題がある。また、ブラシの公転方向とレーザノズルの旋回方向が同方向の回転方向であるので、清掃効率が悪い、という問題がある。

特許文献２に記載の構成は、総形砥石によって構成された加工工具における凹状の加工面をノズルの外形形状に対応して形成してある。したがって、この構成においては、ノズルの外形形状が変わると、ノズル外形形状に対応して新たに加工工具を用意する必要がある。

本発明は、回転自在な回転ブラシの偏心位置に、３つの軸の方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドに装着したレーザノズルを位置決めし、前記回転ブラシの回転を相対的に速くするように、前記レーザノズルを前記回転ブラシの中心軸と同じ回転軸回りに前記回転ブラシの回転方向とは逆方向に旋回させ、前記回転ブラシの回転と前記レーザノズルの旋回とが相俟って前記レーザノズルの少なくとも先端面を清掃するレーザノズルの清掃方法を提供する。

上記のレーザノズルの清掃方法において、前記回転ブラシの回転方向と前記レーザノズルの旋回方向を、予め設定された時間間隔で逆方向に切り換えるのがよい。

上記のレーザノズルの清掃方法において、前記レーザノズルを上下動させて、前記レーザノズルを前記回転ブラシに対して接近と離隔とを繰り返すのがよい。

上記のレーザノズルの清掃方法において、前記回転ブラシの回転の増速及び減速をパルス的に行うのがよい。

本発明は、レーザノズルを清掃するための回転自在な回転ブラシと、前記回転ブラシを回転させるモータと、３つの軸の方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドに装着したレーザノズルを前記回転ブラシの偏心位置に位置決めした状態で、前記回転ブラシの回転を相対的に速くするように、前記回転ブラシの中心軸と同じ回転軸回りに前記回転ブラシの回転方向とは逆方向に旋回させる旋回手段と、前記モータの正回転と逆回転とを予め設定された時間間隔で制御するモータ回転制御手段とを備え、前記モータ回転制御手段が正回転と逆回転とを切り換えて前記回転ブラシの正回転と逆回転とを切り換えるごとに、前記旋回手段は前記レーザノズルの旋回方向を切り換えるレーザノズルの清掃装置を提供する。

上記のレーザノズルの清掃装置において、前記回転ブラシにおけるブラシは、高低差を有するように、環状の領域に植設された高さ寸法の大きな長繊維束と高さ寸法の小さな短繊維束とを含むのがよい。

上記のレーザノズルの清掃装置において、前記回転ブラシは、レーザ加工装置に備えたベースフレーム上に備えたケーシング内に格納されており、かつ前記ベースフレーム上に備えた加工テーブルの加工面より高位置において前記加工テーブル上に出入可能に備えられているのがよい。

本発明によれば、回転ブラシの回転方向とレーザノズルの旋回方向とを逆方向にして、回転ブラシの回転とレーザノズルの旋回とが相俟ってレーザノズルの清掃を行うものである。したがって、レーザノズルの清掃を短時間で効果的に行い得るものである。

本発明の実施形態に係る清掃装置を備えたレーザ加工装置の斜視説明図である。レーザ加工ヘッドと清掃装置との関係を示す斜視説明図である。清掃装置を格納自在なケーシングの斜視説明図である。本発明の実施形態に係る清掃装置の平面説明図である。図５における主要部分の断面説明図である。

図１を参照するに、図１にはレーザ加工装置１が示してある。レーザ加工装置１の全体的構成は既によく知られているが、理解を容易にするために、全体的構成について概略的に説明する。

レーザ加工装置１は、ベースフレーム３を備えており、このベースフレーム３の左右方向（Ｘ軸方向）の両側には、前後方向（Ｚ軸方向）に長いガイドレール５が備えられている。そして、左右のガイドレール５には、門型のキャリッジ７における左右両側のコラム９が移動自在に支持されている。前記キャリッジ７における上部ビーム１１は、ベースフレーム３上に備えた加工テーブル１３の上方を左右方向に横切って備えられている。前記上部ビーム１１には、レーザ加工ヘッド１５が左右方向へ移動自在に支承されている。そして、レーザ加工ヘッド１５には、レーザノズル１７が上下動自在に備えられている。

上記構成により、レーザノズル１７をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動する。そして、加工テーブル１３上に水平に載置した板状のワーク（図示省略）に対してレーザノズル１７からレーザ光を照射すると共に、レーザノズル１７からアシストガスをワークの加工位置へ噴出することにより、ワークのレーザ加工が行われる。

上述のように、ワークのレーザ加工を行うと、レーザ加工位置から飛散したスパッタやヒューム等の粉塵等がレーザノズル１７に付着し、加工不良を生じ易い。したがって、レーザ加工装置１には、レーザノズル１７を清掃する清掃装置１９及び交換する複数のレーザノズル１７を出入自在に格納したケーシング２１が備えられている。

より詳細には、ケーシング２１は、図１に示すように、レーザ加工ヘッド１５と干渉しないように、レーザ加工ヘッド１５の移動領域外において、ベースフレーム３上に備えられている。ケーシング２１は、加工テーブル１３側が開口した箱状に形成してある。そして、ケーシング２１は、加工テーブル１３がワークを支持するワーク支持部よりも高位置に備えられている。ケーシング２１には、図３に示すように、開口部２３から出入自在なスライダ２５が備えられている。そして、開口部２３には、開口部２３を閉鎖自在な蓋部材２７が備えられている。

蓋部材２７は、例えばトーションスプリング等の付勢手段（図示省略）によって、開口部２３を閉じる方向へ常に付勢されている。したがって、蓋部材２７は、スライダ２５がケーシング２１内に格納されると、開口部２３を自動的に閉鎖する。そして、スライダ２５が、流体圧シリンダ（図示省略）等によって突出する方向へ作動されると、上記の付勢手段に抗してスライダ２５はケーシング２１から突出作動される。

既に理解されるように、前記スライダ２５がケーシング２１内に格納されると、ケーシング２１の開口部２３は、蓋部材２７によって閉鎖されるものである。したがって、格納されたレーザノズル１７及び清掃装置１９は、レーザ加工時に発生した粉塵から保護されるものである。

前記清掃装置１９は、レーザ加工ヘッド１５に備えたレーザノズル１７を清掃するために、レーザ加工ヘッド１５を移動位置決め自在な領域内へ位置決め自在に備えられている。

すなわち、前記清掃装置１９は、前記スライダ２５上に備えられている。そして、図４，５に概略的に示すように、前記スライダ２５には、回転ブラシ２９を回転自在に支持する支持ボックス３１が備えられている。この支持ボックス３１は、前記スライダ２５上に備えられた下部支持部材３１Ａと、この下部支持部材３１Ａ上に支持された上部支持部材３１Ｂとを備えている。上記下部支持部材３１Ａと上部支持部材３１Ｂは、複数のボルト等のごとき固定具３３によって着脱可能かつ一体的に固定してある。

下部支持部材３１Ａと上部支持部材３１Ｂとの間には空隙３５が形成されている。そして、下部支持部材３１Ａ、上部支持部材３１Ｂには、上下方向の回転軸３７が軸受３９を介して回転自在に支持されている。上部支持部材３１Ｂから上方向に突出した回転軸３７の上端部には円板状のブラシホルダ４１がネジ等の取付具４３によって着脱可能かつ一体的に取付けられている。

そして、前記ブラシホルダ４１の上面に形成した円形状の取付凹部４５には、円板状のブラシベース４７がネジ等の取付具４９によって着脱可能かつ一体的に取付けてある。前記ブラシベース４７の上面には、ブラシ５１が備えられている。より詳細には、前記ブラシ５１は、繊維を束ねた複数の繊維束５３を備えている。上記繊維束５３において高さ寸法の大きな長繊維束５３Ａは、ブラシベース４７の外周付近に円形状に配置して植設してある。そして、高さ寸法の小さな短繊維束５３Ｂは、長繊維束５３Ａによって囲繞された領域の内側に配置して植設してある。

前記回転ブラシ２９を回転するために、前記回転軸３７にはプーリ５５が備えられている。より詳細には、前記空隙３５の部分において、回転軸３７には前記プーリ５５が取付けてある。そして、前記支持ボックス３１から離隔して前記スライダ２５には、前記回転ブラシ２９を正回転、逆回転するためのモータ５７が備えられている。すなわち、モータ５７に備えた駆動プーリ５９と前記プーリ５５には、例えばタイミングベルトなどのごときエンドレスのベルト６１が掛回してある。

したがって、前記モータ５７を正回転駆動、逆回転駆動することにより、前記回転ブラシ２９を正回転、逆回転することができるものである。

以上の構成において、モータ５７によって回転ブラシ２９を、図４に示す矢印Ａ方向（時計回り方向）に回転した状態にあるとき、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッド１５を回転ブラシ２９の上方に位置決めする。この際、レーザノズル１７を回転ブラシ２９の中心位置から偏心した位置に位置決めする。そして、レーザ加工ヘッド１５を下降することにより、レーザ加工ヘッド１５に備えたレーザノズル１７（図１参照）の先端部（下端部）を、回転ブラシ２９における繊維束５３内に没入する。したがって、レーザノズル１７の先端面（下端面）は短繊維束５３Ｂの先端部に当接する。そして、レーザノズル１７の外周面は長繊維束５３Ａに接触する。

上述のように、レーザ加工ヘッド１５を下降して、レーザノズル１７を回転ブラシ２９の繊維束５３内に没入した状態において、レーザ加工ヘッド１５を、矢印Ａの反対方向（矢印Ｂ方向）に旋回する。この旋回は回転ブラシ２９の中心位置から偏心した位置において、回転ブラシ２９の中心軸と同じ回転軸回りをレーザ加工ヘッド１５が回転するものである。この際、レーザノズル１７の先端面は短繊維束５３Ｂに接触し、レーザノズル１７の外周面は長繊維束５３Ａに接触した状態にある。

したがって、回転ブラシ２９の矢印Ａ方向への回転と、レーザ加工ヘッド１５の矢印Ａの反対方向（矢印Ｂ方向）への旋回とが相俟って、レーザノズル１７に対する回転ブラシ２９の相対的な回転が速くなる。よって、レーザノズル１７に付着したスパッタやヒューム等の粉塵の除去が短時間で効果的に行われるものである。

ところで、モータ５７の回転は、モータ５７の回転を制御するためのモータ回転制御手段６３の制御の下に、予め設定された時間間隔で正回転と逆回転とを繰り返すことが望ましい。この場合、回転ブラシ２９の回転方向を切り換えるごとに、レーザ加工ヘッド１５の旋回方向も切り換える。

上述のように、回転ブラシ２９の回転方向とレーザ加工ヘッド１５の旋回方向とを切り換えることにより、レーザノズル１７に対する清掃方向が切り換わることとなり、レーザノズル１７に付着した粉塵等の除去を効果的に行い得る。

前述のように、回転ブラシ２９の回転方向とレーザノズル１７の旋回方向とを逆方向にして、レーザノズル１７の清掃を行うとき、レーザ加工ヘッド１５を上下動して、レーザノズル１７を回転ブラシ２９に対して接近または離隔する方向（上下方向）へ動作して、回転ブラシ２９に対するレーザノズル１７の当接干渉を繰り返すことが望ましい。このように、レーザノズル１７を上下動することにより、回転ブラシ２９における短繊維束５３Ｂにおける一部の繊維がレーザノズル１７におけるノズル口内に出入することとなり、そのノズル口の内周面の清掃が行われることになる。

前記モータ５７によって回転ブラシ２９を回転するとき、前記モータ回転制御手段６３の制御の下に、モータ５７の回転を矩形パルス的に増速、減速することが望ましいものである。上述のように、モータ５７の回転を矩形パルス的に増速、減速することにより、回転方向に振動を付与することとなり、モータ５７の回転が矩形パルスに対応して急激に増速、減速されることになる。したがって、レーザノズル１７に付着した、例えばスパッタ等を回転ブラシ２９における繊維束５３によって打圧する態様となり、強固に付着した粉塵の除去を効果的に行い得るものである。

また、回転ブラシ２９において環状に植設した繊維束５３に、ブラシベース４７の周方向に適宜の間隔で高低差を備えることが望ましい。この場合、回転ブラシ２９の回転方向に繊維束５３が高低差を有することになる。したがって、回転ブラシ２９がレーザノズル１７に対して接触する接触圧に強弱を生じることになる。よって、振動を付与して清掃することになる。

１７レーザノズル
１９清掃装置
２９回転ブラシ
３７回転軸
４１ブラシホルダ
４７ブラシベース
５１ブラシ
５３繊維束
５３Ａ長繊維束
５３Ｂ短繊維束
５７モータ
６３モータ回転制御手段

Claims

回転自在な回転ブラシの偏心位置に、３つの軸の方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドに装着したレーザノズルを位置決めし、
前記回転ブラシの回転を相対的に速くするように、前記レーザノズルを前記回転ブラシの中心軸と同じ回転軸回りに前記回転ブラシの回転方向とは逆方向に旋回させ、
前記回転ブラシの回転と前記レーザノズルの旋回とが相俟って前記レーザノズルの少なくとも先端面を清掃する
レーザノズルの清掃方法。
前記回転ブラシの回転方向と前記レーザノズルの旋回方向を、予め設定された時間間隔で逆方向に切り換える請求項１に記載のレーザノズルの清掃方法。
前記レーザノズルを上下動させて、前記レーザノズルを前記回転ブラシに対して接近と離隔とを繰り返す請求項１または２に記載のレーザノズルの清掃方法。
前記回転ブラシの回転の増速及び減速をパルス的に行う請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザノズルの清掃方法。
レーザノズルを清掃するための回転自在な回転ブラシと、
前記回転ブラシを回転させるモータと、
３つの軸の方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドに装着したレーザノズルを前記回転ブラシの偏心位置に位置決めした状態で、前記回転ブラシの回転を相対的に速くするように、前記回転ブラシの中心軸と同じ回転軸回りに前記回転ブラシの回転方向とは逆方向に旋回させる旋回手段と、
前記モータの正回転と逆回転とを予め設定された時間間隔で制御するモータ回転制御手段と、
を備え、
前記モータ回転制御手段が正回転と逆回転とを切り換えて前記回転ブラシの正回転と逆回転とを切り換えるごとに、前記旋回手段は前記レーザノズルの旋回方向を切り換える
レーザノズルの清掃装置。
前記回転ブラシにおけるブラシは、高低差を有するように、環状の領域に植設された高さ寸法の大きな長繊維束と高さ寸法の小さな短繊維束とを含む請求項５に記載のレーザノズルの清掃装置。
前記回転ブラシは、レーザ加工装置に備えたベースフレーム上に備えたケーシング内に格納されており、かつ前記ベースフレーム上に備えた加工テーブルの加工面より高位置において前記加工テーブル上に出入可能に備えられている請求項５または６に記載のレーザノズルの清掃装置。