JP7245056B2 - Machining head device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光を被加工物に照射する加工ヘッド装置が被加工物などに衝突した際にダメージを軽減する着脱構造を有する加工ヘッド装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a processing head device having a detachable structure for reducing damage when a processing head device that irradiates a laser beam onto a work piece collides with the work piece or the like.
従来、レーザ光を被加工物に照射する加工ヘッド本体部を被加工物に対して予め設定した軌跡で相対的に移動して被加工物の加工を行うレーザ加工機が知られている。かかるレーザ加工機では、加工ヘッド本体部が被加工物などの障害物に衝突した場合に、加工ヘッド本体部に加えられる衝撃力を低減して加工ヘッド本体部を含む加工ヘッド装置の破損を抑制する衝突保護機構が設けられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a laser processing machine that processes a workpiece by moving a machining head main body that irradiates the workpiece with a laser beam relative to the workpiece along a preset trajectory. In such a laser processing machine, when the processing head body collides with an obstacle such as a workpiece, the impact force applied to the processing head body is reduced to suppress damage to the processing head device including the processing head body. A collision protection mechanism is provided to
例えば、特許文献1には、着磁板を有する加工ヘッド本体部と、かかる着磁板に対向する電磁石および永電磁石を有する保持機構部とを備え、保持機構部に対して加工ヘッド本体部の着脱を行う着脱構造を備えるレーザ加工機が開示されている。
For example, in
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術は、保持機構部から加工ヘッド本体部にレーザ光が伝播する場合の着脱構造については考慮されておらず、また、電磁石および永電磁石を用いているため、加工ヘッド本体部と保持機構部との着脱構造が大型化してしまうという課題がある。
However, the technique described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工ヘッド本体部にレーザ光を伝播する保持機構部に対して加工ヘッド本体部を着脱自在に連結しつつ大型化を抑制できる着脱構造を有する加工ヘッド装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a detachable structure capable of suppressing an increase in size while detachably connecting a processing head main body to a holding mechanism for propagating a laser beam to the processing head main body. It is an object of the present invention to obtain a machining head device having a
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る加工ヘッド装置は、レーザ光を被加工物に照射する加工ヘッド本体部と、レーザ光を加工ヘッド本体部に伝播する中空部を有し加工ヘッド本体部を着脱自在に保持する保持機構部と、永久磁石および電磁石とを備える。永久磁石および電磁石は、保持機構部のフランジに配置され、加工ヘッド本体部のフランジを保持機構部のフランジに磁力によって着脱可能に連結する。加工ヘッド装置は、永久磁石の中心部に設けられた貫通孔に配置される位置決めピンを備え、位置決めピンの先端部は、テーパ形状を有する。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a processing head device according to the present invention includes a processing head main body for irradiating a laser beam onto a workpiece, and a hollow portion for propagating the laser light to the processing head main body. and a holding mechanism for detachably holding the processing head main body, and a permanent magnet and an electromagnet. The permanent magnet and the electromagnet are arranged on the flange of the holding mechanism, and detachably connect the flange of the processing head body to the flange of the holding mechanism by magnetic force. The machining head device includes a positioning pin arranged in a through hole provided in the center of the permanent magnet, and the tip of the positioning pin has a tapered shape.
本発明によれば、加工ヘッド本体部にレーザ光を伝播する保持機構部に対して加工ヘッド本体部を着脱自在に連結しつつ大型化を抑制できる、という効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there exists an effect that a processing head main-body part can be connected detachably with respect to the holding|maintenance mechanism part which propagates a laser beam to a processing head main-body part, and the enlargement can be suppressed.
以下に、本発明の実施の形態にかかる加工ヘッド装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 A processing head device according to an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかるレーザ加工機の構成例を示す外観斜視図である。図1に示すレーザ加工機1は、レーザ光によって被加工物Wを加工する。例えば、レーザ加工機1は、レーザ光を被加工物Wに照射することで、被加工物Wに穴を形成する穴加工を行ったり、被加工物Wの形状加工を行ったりすることができる。
FIG. 1 is an external perspective view showing a configuration example of a laser processing machine according to
レーザ加工機1は、被加工物Wが載置される加工テーブル2と、レーザ発振によって生成したレーザ光を出射するレーザ発振器3と、レーザ発振器3から出射されたレーザ光を伝播および集光する光学系を収容する加工ヘッド装置4とを備える。また、レーザ加工機1は、レーザ発振器3と加工ヘッド装置4との間に連結され、レーザ光を伝播するファイバーケーブル5と、レーザ発振器3を制御する制御装置6と、加工ヘッド装置4にガスを供給するガス供給装置7とを備える。
A
図1において、便宜上、X軸とY軸は、水平方向に平行で且つ互いに垂直な軸であり、Z軸は、鉛直方向に平行で且つX軸とY軸とに垂直な軸としている。制御装置6は、X軸、Y軸、およびZ軸の各々の方向における決められたストローク範囲内で、X軸、Y軸、およびZ軸の各々の方向に単独または同時に、加工ヘッド装置4を移動させることができる。制御装置6は、X軸、Y軸、およびZ軸の方向に加工ヘッド装置4を移動させることで、所望の形状加工を行うことが可能である。被加工物Wは、例えば、加工テーブル2におけるX軸とY軸とに平行な面に載置される。
In FIG. 1, for convenience, the X-axis and the Y-axis are horizontally parallel and perpendicular to each other, and the Z-axis is vertically parallel and perpendicular to the X-axis and the Y-axis. The
レーザ発振器3は、制御装置6からオン信号を受信した場合、レーザ発振によって生成したレーザ光をファイバーケーブル5へ出射する。また、レーザ発振器3は、レーザ光をファイバーケーブル5へ出射している状態で、制御装置6からオフ信号を受信した場合、レーザ発振を停止し、ファイバーケーブル5へのレーザ光の出射を停止する。
The
加工ヘッド装置4は、ファイバーケーブル5を介してレーザ発振器3から入射されるレーザ光とガス供給装置7から供給される高圧ガスとによって、被加工物Wの加工を行う。かかる加工ヘッド装置4は、加工ヘッド本体部10と、保持機構部20とを備える。加工ヘッド本体部10は、例えば、中心部を通過するレーザ光と高圧ガスによって被加工物Wの加工を行う加工ノズルである。保持機構部20は、加工ヘッド本体部10にレーザ光を伝播する中空部を有し加工ヘッド本体部10を着脱自在に保持する。なお、図1に示す例では、加工ヘッド装置4の構成を簡略化して示している。
The
加工ヘッド装置4は、多関節型の加工ヘッド装置である。制御装置6は、保持機構部20を制御することで、加工ヘッド本体部10の位置および姿勢を3次元的に自由に変化させることができる。例えば、制御装置6は、被加工物Wが立体的なワークである場合、X軸、Y軸、およびZ軸の3軸制御により加工ヘッド本体部10を移動させながら、加工ヘッド本体部10の姿勢を被加工物Wの表面形状に従って変化させることで、被加工物Wの加工を精度よく行うことができる。この場合、制御装置6は、加工ヘッド本体部10からのレーザ光の照射光軸を被加工物Wの表面に対し常に法線方向に維持することで、被加工物Wの加工状態をより適切な状態にすることができる。
The
図2は、実施の形態1にかかる加工ヘッド装置の構成例を示す側面図である。図2に示すように、保持機構部20は、レーザ光を伝播する中空部20aを有している。かかる保持機構部20は、固定ブラケット21と、第1回転ブラケット22と、第2回転ブラケット23とを備える。固定ブラケット21、第1回転ブラケット22、および第2回転ブラケット23の各々は中空構造を有しており、かかる中空構造によって中空部20aが形成される。図1に示すレーザ発振器3からファイバーケーブル5を介して固定ブラケット21に入射されたレーザ光は、保持機構部20の中空部20aを伝播して保持機構部20から加工ヘッド本体部10に入射される。
FIG. 2 is a side view showing a configuration example of the machining head device according to the first embodiment; As shown in FIG. 2, the
固定ブラケット21の基端部は、レーザ発振器3から出射されたレーザ光がファイバーケーブル5を介して入射される。かかる固定ブラケット21は、コリメート光学系であるコリメータユニット31と、全反射ミラー32とを内部に備える。コリメータユニット31は、ファイバーケーブル5から固定ブラケット21に出射されたレーザ光を平行化する。図2に示す例では、コリメータユニット31は、Y軸負方向に向けて入射されたレーザ光を平行化する。全反射ミラー32は、固定ブラケット21の屈曲部30に配置されており、水平方向に平行なY軸負方向に伝播するレーザ光を鉛直方向に平行なZ軸負方向に全反射する。
A laser beam emitted from the
固定ブラケット21の先端部には、第1回転ブラケット22が回転可能に連結される。具体的には、固定ブラケット21の先端部には、取付部材33を介して第1駆動モータ34が取り付けられており、第1駆動モータ34のシャフトと第1回転ブラケット22の基端部との間には第1回転機構35が設けられる。第1回転機構35は、第1駆動モータ34の回転を第1回転ブラケット22に伝達し第1回転ブラケット22を回転させる。第1回転機構35は、図2に示す例では、ベルト構造を有する構成であるが、ベルト構造に代えてギア構造を有する構成であってもよい。
A first rotating
第1駆動モータ34は、制御装置6からの指令に従った回転量でシャフトを回転させる。第1駆動モータ34のシャフトが回転することで、第1回転機構35を介して第1回転ブラケット22が第1回転軸A1を中心に固定ブラケット21に対して旋回運動する。第1回転軸A1は、X-Y平面に対して垂直方向と平行な回転軸、すなわちZ軸方向と平行な回転軸である。制御装置6は、第1駆動モータ34を制御することによって、Z軸を中心に第1回転ブラケット22を360°旋回させることができる。
The
第1回転ブラケット22は、全反射ミラー42,43を内部に備える。全反射ミラー42は、第1回転ブラケット22の屈曲部40に配置され、鉛直方向に平行なZ軸負方向に伝播するレーザ光を水平方向に平行なY軸正方向に全反射する。また、全反射ミラー43は、第1回転ブラケット22の屈曲部41に配置され、水平方向に平行なY軸正方向に伝播するレーザ光をY軸方向と交差する第2回転軸A2と平行な方向に全反射する。
The first rotating
第1回転ブラケット22の先端部には、第2回転ブラケット23が回転可能に連結される。具体的には、第1回転ブラケット22の先端部には、取付部材44を介して第2駆動モータ45が取り付けられ、第2駆動モータ45のシャフトと第2回転ブラケット23の基端部との間には第2回転機構46が設けられる。第2回転機構46は、第2駆動モータ45の回転を第2回転ブラケット23に伝達し第2回転ブラケット23を回転させる。かかる第2回転機構46は、図2に示す例では、ベルト構造を有する構成であるが、ベルト構造に代えてギア構造を有する構成であってもよい。
A second rotating
第2回転ブラケット23は、制御装置6の制御によって第1回転軸A1と異なる第2回転軸A2を中心に第1回転ブラケット22に対して回転する。第1回転ブラケット22に対する第2回転ブラケット23の取り付け角度θは、例えば、45°であるが、45°に限定されない。取り付け角度θは、水平方向と第2回転軸A2とが為す角度ということもできる。
The
第2回転ブラケット23は、全反射ミラー51を内部に備える。全反射ミラー51は、第2回転ブラケット23の屈曲部50に配置され、第2回転軸A2と平行な方向に伝播するレーザ光を第2回転軸A2と交差する方向に全反射する。
The second rotating
加工ヘッド本体部10は、基端部が第2回転ブラケット23の先端部に着脱自在に連結される。加工ヘッド本体部10は、全反射ミラー61と、集光レンズ62とを内部に備える。全反射ミラー61は、加工ヘッド装置4に設けられた複数の全反射ミラーのうちレーザ光の伝播経路における最も下流にある全反射ミラーであり、最終ミラーと呼ぶこともできる。かかる全反射ミラー61は、加工ヘッド本体部10の屈曲部60に配置され、第2回転ブラケット23から入射されるレーザ光を第1回転軸A1の軸線方向に全反射する。集光レンズ62は、第2回転ブラケット23によって反射されたレーザ光を集光し、集光した光を出射口64から被加工物Wの表面に照射する。
The base end of the processing head
制御装置6は、第1回転ブラケット22の回転角度および第2回転ブラケット23の回転角度を制御することによって、加工ヘッド本体部10を移動させつつ加工ヘッド本体部10の姿勢を被加工物Wの表面形状に従って制御することができる。
By controlling the rotation angle of the
ここで、加工ヘッド装置4は、第1回転ブラケット22の回転軸である第1回転軸A1と加工ヘッド本体部10の先端部の中心軸とは同軸である。すなわち、固定ブラケット21から第1回転ブラケット22に出射されるレーザ光の光軸と、加工ヘッド本体部10から被加工物Wに向けて出射されるレーザ光の光軸とは同軸である。
Here, in the
また、加工ヘッド装置4は、第2回転ブラケット23の回転軸である第2回転軸A2の軸線上に加工ヘッド本体部10の先端部の中心軸が交差する。すなわち、第1回転ブラケット22から第2回転ブラケット23に出射されるレーザ光の光軸の軸線と、加工ヘッド本体部10から被加工物Wに向けて出射されるレーザ光の光軸の軸線とが交差する。なお、加工ヘッド装置4は、加工ヘッド本体部10の先端が第2回転軸A2の軸線上に配置される構成であってもよい。
In the
多関節加工ヘッド装置である加工ヘッド装置4は、保持機構部20の中空部20aに配置された全反射ミラー32,42,43,51によってレーザ光を反射させ加工ヘッド本体部10までレーザ光を伝播する構成を有する。そのため、第1回転ブラケット22の回転位置の精度と第2回転ブラケット23の回転位置の精度とがレーザ光の位置精度に大きく関係しており、第1回転軸A1および第2回転軸A2には高い位置精度が求められる。
The
加工ヘッド装置4は、被加工物Wなどに衝突した場合、加工ヘッド本体部10を保持機構部20から脱落させる着脱構造70を有している。かかる着脱構造70は、被加工物Wなどに対する衝突により受けた衝撃から加工ヘッド装置4の損傷を防ぐことを目的として設けられており、加工ヘッド装置4に衝撃を受けた際に保持機構部20から加工ヘッド本体部10を容易に脱落可能な構造となっている。ここでの脱落とは、加工ヘッド本体部10と保持機構部20との連結が解除されること、換言すれば、保持機構部20から加工ヘッド本体部10が外れることを意味する。
The
かかる着脱構造70は、レーザ光の伝播経路における最終ミラーである加工ヘッド本体部10の全反射ミラー61と第2回転ブラケット23との間に配置されている。そのため、加工ヘッド装置4が被加工物Wなどに衝突した場合に衝突により発生した力をX軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向のいずれにも逃がすことができる。
The attachment/
ここで、レーザ光の伝播経路における全反射ミラー61よりも下流側に着脱構造を設けるとする。例えば、レーザ光の伝播経路における全反射ミラー61の下流側であって集光レンズ62よりも上流側に着脱構造を設けるとする。この場合、X-Y方向、すなわち水平方向の衝突力は緩和することはできるが、Z軸方向、すなわち鉛直方向の力は緩和することができない。そのため、加工ヘッド装置4に大きな衝撃を与える可能性がある。
Here, it is assumed that a detachable structure is provided downstream of the
また、着脱構造70は、各々回転する第1回転ブラケット22および第2回転ブラケット23よりもレーザ光の伝播経路における下流側に設けられる。そのため、着脱構造70によって着脱部分である加工ヘッド本体部10が外れた際も、衝突時によって発生する力による第1駆動モータ34および第2駆動モータ45の配線の断線などを抑制することができる。また、加工ヘッド本体部10が保持機構部20から脱落した後における加工ヘッド装置4の復旧の際においても、加工ヘッド装置4の光軸調整は加工ヘッド本体部10に設けられた全反射ミラー61部分の調整のみで容易に加工ヘッド装置4の復旧が可能である。
In addition, the attachment/
このように、実施の形態1にかかる加工ヘッド装置4では、第2回転ブラケット23と全反射ミラー61の間に着脱構造70が設けられている。これにより、衝突時の影響を可及的に抑えることができ、また、加工ヘッド装置4が被加工物Wなどに衝突した場合において、加工ヘッド装置4の復旧を容易に行うことができる。
As described above, in the
図3は、実施の形態1にかかる着脱構造を説明するための図であり、図4は、図3に示すIV-IV線に沿った断面図である。着脱構造70は、第2回転ブラケット23と加工ヘッド本体部10の連結部分に設けられており、着脱構造70を構成する一対の部位は中空構造となっている。かかる中空部分をレーザ光が通過することで、保持機構部20から加工ヘッド本体部10へのレーザ光の伝播が行われる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the attachment/detachment structure according to the first embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV shown in FIG. The attachment/
保持機構部20によって加工ヘッド本体部10を保持するためには、加工ヘッド本体部10自体の重量と加工ヘッド本体部10が移動する際に発生する加速度とに耐え得る保持力が必要である。かかる保持力を電磁石および永電磁石で得ようとすると、電磁石および永電磁石の配置のために着脱構造70が大型化してしまう場合がある。そこで、実施の形態1にかかる着脱構造70では、永電磁石に代えて永久磁石71を用いている。
In order to hold the processing head
永久磁石71には、比較的小型で磁力が強いものがあるが、電磁石のような磁力の調整ができない。そのため、永久磁石71のみで上述した保持力を得る場合、加工ヘッド本体部10と保持機構部20との間の吸着力が大きく且つ調整できないため、例えば、加工ヘッド本体部10と保持機構部20との着脱を作業者が容易に行うことが難しい場合がある。また、復旧時などにおいて、加工ヘッド本体部10と保持機構部20との位置合わせの作業なども難しくなる可能性がある。
Some
そこで、着脱構造70では、永久磁石71に加え、電磁石72を有している。これにより、例えば、加工ヘッド本体部10の自重を保持する程度の磁力を永久磁石71に持たせ、加工ヘッド本体部10の移動時に必要な保持力を電磁石72で調整することができる。そのため、着脱構造70では、加工ヘッド本体部10の停止時および移動時のいずれにおいても適切な保持力で加工ヘッド本体部10を保持することができる。
Therefore, the attachment/
着脱構造70は、第2回転ブラケット23のフランジ52と、加工ヘッド本体部10のフランジ63とを含む。第2回転ブラケット23のフランジ52には、永久磁石71および電磁石72が表面を露出した状態で埋設されている。加工ヘッド本体部10のフランジ63は、永久磁石71および電磁石72の磁力によって第2回転ブラケット23のフランジ52に吸着され、加工ヘッド本体部10と第2回転ブラケット23とが連結される。加工ヘッド本体部10と第2回転ブラケット23とが連結している状態では、図3に示すように、加工ヘッド本体部10のフランジ63の一側面63aが第2回転ブラケット23のフランジ52の一側面52aに当接している。
The attachment/
このように、着脱構造70は、第2回転ブラケット23のフランジ52に加工ヘッド本体部10のフランジ63が着脱自在に連結され、フランジ52には永久磁石71および電磁石72が配置される。そのため、加工ヘッド本体部10にレーザ光を伝播する保持機構部20に対して加工ヘッド本体部10を着脱自在にすることができる。また、着脱構造70では、永電磁石に代えて永久磁石71を設ける構成であるため、加工ヘッド装置4の大型化を抑制できる。
Thus, in the
図4に示す例では、3つの永久磁石71が第1円周C1上に等角度の間隔、すなわち等配に配置され、3つの電磁石72が第2円周C2上に等配に配置される。第1円周C1および第2円周C2は同一の中心Oを有する同心円であり、第1円周C1は、第2円周C2より大きい。また、フランジ52の周方向において隣接する永久磁石71と電磁石72とが中心Oに対して為す角度は、隣接する永久磁石71と電磁石72とのいずれの組み合わせでも、同一の角度である。なお、永久磁石71と電磁石72の数は、3つに限定されず、また、永久磁石71と電磁石72の配置も図4に示す例に限定されない。例えば、永久磁石71および電磁石72の各々は、等配の配置に限定されない。
In the example shown in FIG. 4, three
また、図4に示すように、永久磁石71および電磁石72は、加工ヘッド本体部10のフランジ63と対向する面の形状が円状に形成される。なお、永久磁石71および電磁石72の形状は、円状に限定されず、多角形状であってもよい。また、第2回転ブラケット23のフランジ52は、永久磁石71および電磁石72の吸着力を高めるために永久磁石71および電磁石72の周辺部がヨークと呼ばれる鋼板で形成されている。これにより、永久磁石71および電磁石72による磁力の方向性を一定方向に集中させ磁束密度を上げることができる。
Further, as shown in FIG. 4, the
加工ヘッド本体部10のフランジ63が第2回転ブラケット23のフランジ52から外れた後、粉塵などが電磁石72および永久磁石71に付着すると、着脱不良または位置決め不良を起こす可能性がある。そこで、実施の形態1にかかる着脱構造70では、図3に示すように、加工ヘッド本体部10のフランジ63の一側面63aと第2回転ブラケット23のフランジ52の一側面52aとを密閉状態で覆う防塵用のベローズ79が設けられる。これにより、着脱不良または位置決め不良などを防止することができる。
If dust or the like adheres to the
また、着脱構造70は、図3に示すように、位置決めピン73および位置決め溝74を有する。永久磁石71の中心部には貫通孔71aが形成されており、位置決めピン73は、貫通孔71aを介して突出した状態で第2回転ブラケット23のフランジ52に配置される。また、位置決め溝74は、加工ヘッド本体部10のフランジ63に形成される。
The attachment/
位置決めピン73の先端部は、テーパ形状を有しており、先端に向かうにつれて径が小さくなっている。そのため、加工ヘッド本体部10は、被加工物Wなどに衝突した際、位置決めピン73のテーパ形状に沿って移動を開始し、位置決めピン73と位置決め溝74との係合状態が遊びを持った状態になる。これにより、加工ヘッド本体部10が被加工物Wなどに衝突した際、位置決めピン73に加わる力を低減することができる。
The tip of the
着脱構造70は、位置決めピン73および位置決め溝74の組を3組有しており、かかる3組の位置決めピン73および位置決め溝74によって、第2回転ブラケット23のフランジ52と加工ヘッド本体部10のフランジ63との位置合わせを行うことができる。また、着脱構造70では、永久磁石71の中心部から位置決めピン73を突出させているため、着脱構造70の省スペース化を図ることができる。
The attachment/
なお、図4に示す例では、位置決めピン73の数は、3つであるが、位置決めピン73の数は2つであってもよい。すなわち、位置決めピン73の数は、永久磁石71の数よりも少なくてもよい。また、着脱構造70は、複数の位置決めピン73のうちの一部が永久磁石71の中心部以外に配置される構成であってもよい。
Although the number of positioning pins 73 is three in the example shown in FIG. 4, the number of positioning pins 73 may be two. That is, the number of positioning pins 73 may be less than the number of
また、着脱構造70は、図3に示すように、ワイヤ75と、一対のストッパ76,77とを有する。ワイヤ75は、位置決めピン73に設けられるワイヤ挿通孔73aに挿通される。ワイヤ挿通孔73aは、例えば、1~2mm程度の直径を有する貫通孔である。一対のストッパ76,77は、ワイヤ75の一端部と他端部とに各々取り付けられる。
The
加工ヘッド本体部10が保持機構部20から外れる際、ストッパ76は加工ヘッド本体部10のフランジ63の他側面63bに係合し、ストッパ77は保持機構部20のフランジ52の他側面52bと係合する。これにより、保持機構部20から加工ヘッド本体部10が完全に脱落することを防止することができる。また、ワイヤ75は、位置決めピン73のワイヤ挿通孔73aに挿通されているため、着脱構造70の省スペース化を図ることができる。
When the
また、加工ヘッド本体部10のフランジ63および保持機構部20のフランジ52から露出しているワイヤ75の部分の長さLs1は、位置決めピン73による位置決めに用いられる長さLよりも短い。図3に示す例では、ストッパ77が保持機構部20におけるフランジ52の他側面52bに当接または固定された状態であり、長さLs1は、ストッパ76とフランジ63における他側面63bとの間の距離である。
Also, the length Ls1 of the portion of the
このように、長さLs1が長さLよりも短いため、位置決めピン73が位置決め溝74から完全に抜ける前に、ストッパ76,77によって加工ヘッド本体部10が保持機構部20に保持される。なお、一対のストッパ76,77が取り付けられるワイヤ75の数は、2つ以上であることが望ましいが、1つであってもよい。また、ワイヤ75の数は、位置決めピン73の数と同じでなくてもよい。
As described above, since the length Ls1 is shorter than the length L, the
なお、保持機構部20から加工ヘッド本体部10が完全に脱落することを防止する係止構造は、上述した例に限定されない。図5は、実施の形態1にかかる係止構造を説明するための図である。図5に示す着脱構造70では、第2回転ブラケット23に基端部が連続し、先端部が加工ヘッド本体部10のフランジ63と対向するストッパ80が設けられる。そして、ストッパ80の先端部とフランジ52との間に、加工ヘッド本体部10のフランジ63が配置される。
In addition, the locking structure for preventing the machining head
これにより、保持機構部20から加工ヘッド本体部10が完全に脱落することを防止することができる。なお、図5に示す状態において、ストッパ80と加工ヘッド本体部10のフランジ63との間の距離Ls2は、位置決めピン73による位置決めに用いられる長さLよりも短い。また、図示しないが、ストッパ80の基端部は、第2回転ブラケット23のフランジ52から連続する構成であってもよい。また、レーザ加工機1は、図3に示す構成に、図5に示すストッパ80を加えた構成であってもよい。
Thereby, it is possible to prevent the machining head
第2回転ブラケット23のフランジ52には、図3に示すように、着脱センサ78が先端を露出した状態で埋設される。かかる着脱センサ78は、加工ヘッド本体部10のフランジ63が第2回転ブラケット23のフランジ52から離れたことを検出する。着脱センサ78は、加工ヘッド本体部10のフランジ63が第2回転ブラケット23のフランジ52から離れた場合、オフ信号を制御装置6へ出力する。制御装置6は、着脱センサ78からオフ信号が出力されるとすぐにレーザ加工機1を停止する。なお、図4に示す例では、着脱センサ78の数は、2つであるが、1つまたは3つ以上であってもよい。
As shown in FIG. 3, an attachment/
ここで、着脱センサ78について説明する。上述したように、第2回転ブラケット23のフランジ52には、2つの着脱センサ78が配置される。加工ヘッド本体部10が被加工物Wなどへの接触により衝撃を受けた場合、加工ヘッド本体部10のフランジ63は、テーパ形状の位置決めピン73に沿って移動し、第2回転ブラケット23のフランジ52から離れる。そのため、加工ヘッド本体部10のフランジ63と第2回転ブラケット23のフランジ52との間に隙間が生じる。着脱センサ78は、かかる隙間を検出することで、加工ヘッド本体部10の着脱を判定する。
Here, the attachment/
図6および図7は、実施の形態1にかかる着脱センサを説明するための図であり、着脱センサ78が配置された第2回転ブラケット23のフランジ52と加工ヘッド本体部10のフランジ63の断面を示している。着脱センサ78は、突出方向に付勢された突出部81と、突出部81の位置に基づいて加工ヘッド本体部10の着脱を検出する検出部82とを備える。
6 and 7 are diagrams for explaining the attachment/detachment sensor according to the first embodiment, and are cross-sectional views of the
図6に示す状態では、加工ヘッド本体部10のフランジ63が第2回転ブラケット23のフランジ52に当接しており、着脱センサ78の突出部81は、加工ヘッド本体部10のフランジ63によって第2回転ブラケット23のフランジ52に押し込まれた状態である。この場合、着脱センサ78は、加工ヘッド本体部10が脱落していないと判定し、オン信号を出力する。
In the state shown in FIG. 6 , the
図7に示すように、加工ヘッド本体部10のフランジ63が第2回転ブラケット23のフランジ52から離れると、フランジ52,63間に発生した隙間Gによって、着脱センサ78の突出部81がフランジ63へ向けて押し出された状態になる。この場合、着脱センサ78は、加工ヘッド本体部10が脱落していると判定し、かかる判定結果を示すオフ信号を制御装置6に出力する。なお、隙間Gは、着脱センサ78の検出部82の判定閾値よりも大きい値である。
As shown in FIG. 7 , when the
実施の形態1にかかる着脱構造70では、加工ヘッド本体部10のフランジ63がテーパ形状の位置決めピン73に沿って第2回転ブラケット23のフランジ52から離れる。そのため、実施の形態1にかかる着脱構造70では、加工ヘッド本体部10のフランジ63が第2回転ブラケット23のフランジ52から離れる場合に、隙間Gを精度よく生じさせることができる。
In the attachment/
また、加工ヘッド本体部10のフランジ63には、突出部81に当接する当接部63cの周囲に環状の溝63dが設けられている。そのため、着脱センサ78は、突出部81によってフランジ52,63同士の対向方向である第1方向の隙間に加え、かかる第1方向と直交する第2方向の位置ズレも検出することができる。
The
これにより、例えば、位置決めピン73の破断などによって、第2回転ブラケット23に対する加工ヘッド本体部10の位置が第2方向にずれた場合であっても、第2回転ブラケット23に対する加工ヘッド本体部10の位置ずれを検出することができる。なお、溝63dにおける第1方向の深さを隙間Gよりも長くし、当接部63cにおける第2方向の長さなどを調整することで、第2方向の位置ずれの検出精度を調整することができる。
As a result, for example, even if the position of the machining head
着脱センサ78は、図6および図7に示す構成に限定されない。図8および図9は、実施の形態1にかかる他の構成の着脱センサを説明するための図であり、図6および図7と同様に、着脱センサ78が配置された第2回転ブラケット23のフランジ52と加工ヘッド本体部10のフランジ63の断面を示している。
The attachment/
図8および図9に示す着脱センサ78は、加工ヘッド本体部10と第2回転ブラケット23との連結部分の空気圧を測定することで加工ヘッド本体部10の着脱を判定する。かかる着脱センサ78は、エア回路83を有しており、図8に示す状態において、加工ヘッド本体部10のフランジ63に接触したエア回路83の内部がエアによって加圧または減圧されており、エア回路83の内部は大気圧とは異なる圧力状態にされる。例えば、エア回路83の内部が加圧された場合、エア回路83の内部は正圧状態である。また、エア回路83の内部が減圧された場合、エア回路83の内部は負圧状態である。
The attachment/
着脱センサ78の検出部84は、エア回路83の内部の圧力の状態を常時測定することで、加工ヘッド本体部10の着脱を判定する。例えば、図8に示す状態では、エア回路83の内部は、正圧状態または負圧状態であるため、着脱センサ78の検出部84は、加工ヘッド本体部10が第2回転ブラケット23に連結された状態であると判定し、かかる判定結果を示すオン信号を出力する。
The
なお、フランジ52,63の表面状態によっては、加工ヘッド本体部10が第2回転ブラケット23に連結された状態であっても、僅かな漏れが発生する可能性がある。そのため、フランジ52におけるエア回路83の周囲には、Oリングなどのシール材85が配置されている。
Depending on the surface conditions of the
また、図8に示す状態から図9に示す状態になると、エア回路83の内部圧力が大気圧になるため、着脱センサ78は、加工ヘッド本体部10が第2回転ブラケット23から離れた状態であると判定し、かかる判定結果を示すオフ信号を出力する。このように、着脱センサ78は、エア回路83の内部の状態に基づいて、加工ヘッド本体部10の着脱を判定する。そのため、フランジ52,63間にわずかな隙間が発生した場合にも、加工ヘッド本体部10が第2回転ブラケット23から離れたことを検出することができる。
When the state shown in FIG. 8 changes to the state shown in FIG. 9, the internal pressure of the
次に、被加工物Wの加工処理を開始した後において被加工物Wの衝突により加工ヘッド本体部10が外れてしまった場合の復旧方法について説明する。図10は、実施の形態1にかかるレーザ加工機の復旧動作を含む処理の一例を示すフローチャートである。制御装置6は、加工ヘッド本体部10を予め設定した軌跡で移動して被加工物Wの加工処理を行う。
Next, a recovery method in the case where the machining head
制御装置6は、被加工物Wの加工処理を開始した後、着脱センサ78からオフ信号が出力されたか否かを判定する(ステップS10)。第2回転ブラケット23におけるフランジ52に取り付けた永久磁石71および電磁石72の吸着力よりも強い外力が加工ヘッド本体部10に加わった場合、加工ヘッド本体部10が第2回転ブラケット23から離れる。着脱センサ78は、加工ヘッド本体部10が第2回転ブラケット23から離れたことを検出すると、かかる検出結果を示すオフ信号を出力する。なお、加工ヘッド本体部10が第2回転ブラケット23に連結された状態では、着脱センサ78は、オン信号を出力する。
After starting the processing of the workpiece W, the
制御装置6は、着脱センサ78からオフ信号が出力されていないと判定した場合(ステップS10:No)、すなわち、着脱センサ78からオン信号が出力されていると判定した場合、被加工物Wの加工処理を継続する。制御装置6は、着脱センサ78からオフ信号が出力されたと判定した場合(ステップS10:Yes)、加工ヘッド本体部10が外れたと判断し、すぐにレーザ加工機1による加工処理を停止すると同時に電磁石72をオフする(ステップS11)。
When the
レーザ加工機1による加工処理の停止には、例えば、第1駆動モータ34の動作停止、第2駆動モータ45の動作停止、レーザ発振器3の動作停止、およびガス供給装置7の動作停止などが含まれる。電磁石72のオフは、電磁石72への通電を停止することで行われる。電磁石72は、通電が停止されると、磁力が無くなる。
Stopping the processing by the
その後、レーザ加工機1の復旧作業を行う作業者によってレーザ加工機1の復旧作業が実行される(ステップS12)。第2回転ブラケット23から外れた加工ヘッド本体部10は、ワイヤ75に取り付けられたストッパ76,77によって第2回転ブラケット23にワイヤ75を介してぶら下がっている状態である。
Thereafter, the restoration work of the
作業者は、ストッパ76,77のうち一方のストッパまたはワイヤ75を引っぱることで、被加工物Wの接触などにより外れた加工ヘッド本体部10を元の位置に復旧することができる。このとき、電磁石72の磁力は無くなっているため、加工ヘッド本体部10のフランジ63と第2回転ブラケット23のフランジ52との位置合わせを容易に行うことができる。
By pulling one of the
その後、制御装置6は、レーザ加工機1をオン状態に移行するタイミングであるオンタイミングになったか否かを判定する(ステップS13)。制御装置6は、例えば、作業者が、加工ヘッド本体部10を第2回転ブラケット23に取り付けた後、不図示の復旧ボタンを操作した場合、オンタイミングになったと判定することができる。また、制御装置6は、着脱センサ78からオン信号の出力が再開されてから予め設定された期間経過した場合に、オンタイミングになったと判定することもできる。
After that, the
制御装置6は、オンタイミングになっていないと判定した場合(ステップS13:No)、ステップS13の処理を繰り返す。制御装置6は、オンタイミングになったと判定した場合(ステップS13:Yes)、電磁石72をオンにし(ステップS14)、図10に示す処理を終了する。電磁石72のオンは、電磁石72への通電を開始することで行われる。
If the
なお、上述した実施の形態では、加工ヘッド装置4は、多関節型の加工ヘッド装置であるものとして説明したが、多関節型の加工ヘッド装置でなくてもよい。すなわち、レーザ光を伝播する中空部20aを有する保持機構部20は、可動部を有しない構成であってもよい。
In the above-described embodiment, the
以上のように、実施の形態1にかかる加工ヘッド装置4は、レーザ光を被加工物Wに照射する加工ヘッド本体部10と、レーザ光を加工ヘッド本体部10に伝播する中空部20aを有し加工ヘッド本体部10を着脱自在に保持する保持機構部20とを備える。かかるレーザ加工機1は、保持機構部20のフランジ52に配置され、加工ヘッド本体部10のフランジ63を保持機構部20のフランジ52に磁力によって着脱可能に連結する永久磁石71および電磁石72を備える。これにより、加工ヘッド本体部10にレーザ光を伝播する保持機構部20に対して加工ヘッド本体部10を着脱自在に連結しつつ加工ヘッド装置4の大型化を抑制できる。
As described above, the
また、加工ヘッド装置4は、永久磁石71の中心部に設けられた貫通孔71aに配置される位置決めピン73を備える。これにより、着脱構造70を位置決め可能な着脱構造としつつ着脱構造70の省スペース化を図ることができる。
The
また、位置決めピン73の先端部は、テーパ形状を有する。これにより、加工ヘッド本体部10が被加工物Wなどに衝突した際、位置決めピン73に加わる力を低減することができる。
Further, the tip of the
また、加工ヘッド装置4は、位置決めピン73に設けられるワイヤ挿通孔73aに挿通されるワイヤ75と、ワイヤ75に各々取り付けられ、加工ヘッド本体部10が保持機構部20から外れた場合に加工ヘッド本体部10のフランジ63および保持機構部20のフランジ52のうち対応するフランジと係合する一対のストッパ76,77とを備える。このように、ワイヤ75は、位置決めピン73のワイヤ挿通孔73aに挿通されており、これにより、着脱構造70の省スペース化を図ることができる。また、ストッパ76,77のうち一方のストッパまたはワイヤ75を引っぱることで、被加工物Wの接触により外れた加工ヘッド本体部10を元の位置に容易に復旧することができる。
Further, the
また、加工ヘッド装置4は、加工ヘッド本体部10と保持機構部20との連結部分の空気圧に基づいて加工ヘッド本体部10と保持機構部20との着脱を検出する着脱センサ78を備える。これにより、フランジ52,63間にわずかな隙間が発生した場合にも、加工ヘッド本体部10が第2回転ブラケット23から離れたことを検出することができる。
The
また、保持機構部20は、第1回転軸A1を中心に回転する第1回転ブラケット22と、第1回転軸A1とは異なる第2回転軸A2を中心に相対的に回転する第2回転ブラケット23とを備える。また、加工ヘッド本体部10は、第2回転ブラケット23から入射されるレーザ光を反射する全反射ミラー61と、全反射ミラー61によって反射されたレーザ光を出射する出射口64とを備える。第2回転ブラケット23のフランジ52は加工ヘッド本体部10のフランジ63に磁力によって連結される。このように、第2回転ブラケット23と最終ミラーである全反射ミラー61の間に着脱構造70を設けることによって、衝突時の影響を可及的に抑えることができ、また、加工ヘッド装置4が被加工物Wなどに衝突した場合において、加工ヘッド装置4の復旧を容易に行うことができる。
The holding
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration shown in the above embodiment shows an example of the content of the present invention, and it is possible to combine it with another known technology, and one configuration can be used without departing from the scope of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
1 レーザ加工機、2 加工テーブル、3 レーザ発振器、4 加工ヘッド装置、5 ファイバーケーブル、6 制御装置、7 ガス供給装置、10 加工ヘッド本体部、20 保持機構部、20a 中空部、21 固定ブラケット、22 第1回転ブラケット、23 第2回転ブラケット、30,40,41,50,60 屈曲部、31 コリメータユニット、32,42,43,51,61 全反射ミラー、33,44 取付部材、34 第1駆動モータ、35 第1回転機構、45 第2駆動モータ、46 第2回転機構、52,63 フランジ、52a,63a 一側面、52b,63b 他側面、62 集光レンズ、63c 当接部、63d 溝、70 着脱構造、71 永久磁石、71a 貫通孔、72 電磁石、73 位置決めピン、73a ワイヤ挿通孔、74 位置決め溝、75 ワイヤ、76,77,80 ストッパ、78 着脱センサ、79 ベローズ、81 突出部、82,84 検出部、83 エア回路、85 シール材、A1 第1回転軸、A2 第2回転軸、C1 第1円周、C2 第2円周、G 隙間、L,Ls1 長さ、Ls2 距離、O 中心、W 被加工物、θ 取り付け角度。
1 laser processing machine, 2 processing table, 3 laser oscillator, 4 processing head device, 5 fiber cable, 6 control device, 7 gas supply device, 10 processing head body, 20 holding mechanism, 20a hollow portion, 21 fixing bracket, 22 first rotating bracket, 23 second rotating bracket, 30, 40, 41, 50, 60 bent portion, 31 collimator unit, 32, 42, 43, 51, 61 total reflection mirror, 33, 44 mounting member, 34 first first rotating
Claims (4)
前記保持機構部のフランジに配置され、前記加工ヘッド本体部のフランジを前記保持機構部の前記フランジに磁力によって着脱可能に連結する永久磁石および電磁石と、
前記永久磁石の中心部に設けられた貫通孔に配置される位置決めピンと、
を備え、
前記位置決めピンの先端部は、テーパ形状を有する
ことを特徴とする加工ヘッド装置。 Machining comprising a processing head body for irradiating a workpiece with a laser beam, and a holding mechanism having a hollow portion for propagating the laser beam to the processing head body and detachably holding the processing head body. in the head device,
a permanent magnet and an electromagnet arranged on the flange of the holding mechanism and detachably connecting the flange of the processing head main body to the flange of the holding mechanism by magnetic force;
a positioning pin arranged in a through hole provided in the center of the permanent magnet;
with
A machining head device, wherein a tip portion of the positioning pin has a tapered shape.
前記ワイヤに各々取り付けられ、前記加工ヘッド本体部が前記保持機構部から外れた場合に前記加工ヘッド本体部の前記フランジおよび前記保持機構部の前記フランジのうち対応するフランジと係合する一対のストッパとを備える
ことを特徴とする請求項1に記載の加工ヘッド装置。 a wire inserted through a wire insertion hole provided in the positioning pin;
A pair of stoppers respectively attached to the wire and engaged with corresponding flanges of the flange of the processing head main body and the flange of the holding mechanism when the processing head main body is disengaged from the holding mechanism. The processing head device according to claim 1, characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項1または2に記載の加工ヘッド装置。 3. The apparatus according to claim 1 or 2, further comprising an attachment/detachment sensor for detecting attachment/detachment between said machining head main body and said holding mechanism based on air pressure in a connecting portion between said machining head main body and said holding mechanism. Machining head device as described.
第1軸を中心に回転する第1回転ブラケットと、
前記第1軸とは異なる第2軸を中心に回転する第2回転ブラケットと、を備え、
前記加工ヘッド本体部は、
前記第2回転ブラケットから入射されるレーザ光を反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーによって反射されたレーザ光を出射する出射口と、を備え、
前記第2回転ブラケットのフランジは前記保持機構部の前記フランジとして前記加工ヘッド本体部の前記フランジに前記磁力によって連結される
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の加工ヘッド装置。 The holding mechanism section is
a first rotating bracket that rotates about a first axis;
a second rotating bracket that rotates about a second axis different from the first axis;
The processing head main body is
a reflecting mirror that reflects the laser beam incident from the second rotating bracket;
and an emission port for emitting the laser beam reflected by the reflecting mirror,
The processing according to any one of claims 1 to 3, wherein the flange of the second rotating bracket is connected to the flange of the processing head main body as the flange of the holding mechanism by the magnetic force. head device.
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