JPH01133695A - Laser beam cutting head - Google Patents
Laser beam cutting headInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は全般的にレーザーによる切断に関し、更に詳し
くは、このようなレーザーによる切断に使用する為の切
断ヘッドに関する。TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION This invention relates generally to laser cutting, and more particularly to cutting heads for use in such laser cutting.
従来技術
案内されるレーザービームによって金属の切断又はその
他の切断を行う為の装置は多くの工業に於て公知である
。このようなレーザーによる切断が特に適している工業
の1つは自動車工業であって、これに於ては金属車両の
ボディーの多数の開口がレーザーによって切断されるよ
うになっている。レーザービームは切断される位置に指
向されて切断ヘッドを通され、この切断ヘッドが切断さ
れる対象物に隣接して所望のパターンを通して動かされ
るのである。BACKGROUND OF THE INVENTION Apparatus for cutting or otherwise cutting metal with a laser beam guided by the prior art is known in many industries. One industry for which such laser cutting is particularly suited is the automotive industry, where a large number of openings in the bodies of metal vehicles are cut by laser. The laser beam is directed to the location to be cut and passed through a cutting head that is moved through the desired pattern adjacent to the object to be cut.
通常のレーザー切断装置は切断ヘッドをX−Y平面内の
所望のパターンを通して切断ヘッドを移呻させる為のX
−Y装置を使用している。切断ヘッドはZ@上に取付け
られて、切断される対象物に対して係合したり、係合か
ら離脱するように運動する。Conventional laser cutting equipment uses an
-Y equipment is used. The cutting head is mounted on the Z@ and moves into and out of engagement with the object to be cut.
これらの装置は、切断され得る間口の寸法が装置の寸法
によって制限される点で著しい不利を有する。このこと
は特に自動車工業及びその他の、特に小さい直径、即ち
約20M以下の円を切断する必要のある技術分野にて問
題となるのである。These devices have a significant disadvantage in that the size of the opening that can be cut is limited by the dimensions of the device. This is particularly a problem in the automotive industry and other technical fields where it is necessary to cut circles with particularly small diameters, i.e. less than about 20 m.
これらの装置には、又オーバーシュートの問題がある。These devices also suffer from overshoot problems.
X−Y爪装置の使用の故に、又はr−Q爪装置でさえ、
円又はその他の彎曲したパターンを正確に得るのが困難
である。Because of the use of an X-Y pawl device, or even an r-Q pawl device,
Circular or other curved patterns are difficult to obtain accurately.
所望の半径の距離に固定された2つのミラーを使用する
ことによってレーザービームにより円が切断され得るこ
とは公知である。このような切断の間ミラーが回転され
る。このような切断は、切断され得る最小の直径が比較
的大きく、ミラーの間の距離によって制限される為に問
題がある。It is known that circles can be cut by a laser beam by using two mirrors fixed at a desired radial distance. During such cutting the mirror is rotated. Such cutting is problematic because the smallest diameter that can be cut is relatively large and limited by the distance between the mirrors.
1肛匹亘j
本発明の目的は、小さい円及びその他の小さい設計形状
のものを切断するのに特に適した小型の設計のレーザー
切断ヘッドを提供することである。An object of the present invention is to provide a laser cutting head of compact design that is particularly suitable for cutting small circles and other small design shapes.
発明の慨要
本発明によって、レーザービームの入口と、切断ノズル
と、前記入口及び前記切断ノズルの間にある関節状に連
結されたレーザービーム通路であって、前記入口に連結
された第1の回転可能のセグメント及びレーザービーム
を受入れる関係で前記第1の回転可能のセグメントに連
結されて軸線が前記第1のセグメントの回転軸線に平行
に配置された第2のセグメントを含む前記レーザービー
ム通路とを含み、前記第2のセグメントが前記切断ノズ
ルに連結されているレーザー切所ヘッドが提供されるの
である。SUMMARY OF THE INVENTION According to the invention, a laser beam inlet, a cutting nozzle, an articulated laser beam path between said inlet and said cutting nozzle, a first laser beam path connected to said inlet; the laser beam path including a rotatable segment and a second segment coupled to the first rotatable segment in receiving relation to the laser beam and having an axis disposed parallel to an axis of rotation of the first segment; and wherein the second segment is connected to the cutting nozzle.
本発明の望ましい実施例によれば、前記入口は4つのレ
ーザービーム伝達ミラーを経て前記切断ノズルに連結さ
れている。According to a preferred embodiment of the invention, the inlet is connected to the cutting nozzle via four laser beam transmitting mirrors.
又更に、望ましい実施例によれば、切断ヘッドは更に前
記第1のセグメントを選択的に回転させる第1のモータ
ー及び前記第2のセグメントを選択的に回転させる第2
のモーターを含んでいる。Still further, in accordance with a preferred embodiment, the cutting head further comprises a first motor for selectively rotating said first segment and a second motor selectively rotating said second segment.
Contains a motor.
更に他の望ましい実施例よれば、前記第1及び第2のモ
ーターは所望の切断パターンを作る為に同期運動を行う
ようにプログラム可能のプロセッサーによって駆!IJ
すれるのである。According to yet another preferred embodiment, the first and second motors are driven by a programmable processor to provide synchronized movement to create a desired cutting pattern. I.J.
It can pass.
又本発明によって、レーザービーム入口と、切断ノズル
と、4つのレーザー伝達ミラーとを含み、前記入口に連
結される第1の回転可能のセグメントを形成する、前入
口及び前記切断ノズルの間にある関節状に連結されたレ
ーザービーム通路と。Also according to the invention, a laser beam inlet, a cutting nozzle and four laser transmission mirrors are provided between the front inlet and the cutting nozzle, forming a first rotatable segment connected to said inlet. With articulated laser beam paths.
レーザービームを受入れる関係で前記第1の回転可能の
セグメントに連結される第2の直線的に運動可能のセグ
メントを含んでいて、前記第2のセグメントが前記切断
ノズルに連結されているようなレーザ−切断ヘッドが提
供されるのである。a second linearly movable segment coupled to the first rotatable segment in receiving relation to a laser beam, the second segment being coupled to the cutting nozzle; - A cutting head is provided.
発明の実施例
本発明は添付図面に関連して以下の詳細な説明を読むこ
とによって更によく理解される。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be better understood by reading the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.
本発明は切断の正確さが要求され、小型な装置が望まれ
る何れのレーザー切断作動にも使用出来るレーザー切断
ヘッドに関する。この切断ヘッドは何れの通常のロボッ
ト、X−Y爪装置、自動切断装置等にも取付けられて使
用されることが出来る。このような切断ヘッドは自動車
工業に特に有用であるが、このような応用分野に制限さ
れるものではない。これらの装置に於ては夫々レーザー
ビームがレーザービーム供給装置の適当な中空の通路及
び切断ヘッドを通して送られるのである。The present invention relates to a laser cutting head that can be used in any laser cutting operation where cutting accuracy is required and compact equipment is desired. This cutting head can be attached to and used on any conventional robot, X-Y claw device, automatic cutting device, etc. Such cutting heads are particularly useful in the automotive industry, but are not limited to such applications. In each of these devices, the laser beam is directed through a suitable hollow passage of a laser beam delivery device and through a cutting head.
現在の装置の機械的な性質は本発明を必要としている。The mechanical nature of current equipment necessitates the present invention.
本発明の切断ヘッドは第1図及び第2図に夫々側面図及
び前面断面図にて示されていて、第1の回転可能のレー
ザー受光セグメント10.第2の回転可能のセグメント
2o及び切断ノズル30を含んでいる。第1のセグメン
ト1oは何れの設計でもよいレーザービーム供給装置1
2に連結されている。この場合、供給装置12の端部の
みが示されているが、レーザービームを第1のセグメン
ト10の入口に指向させるミラー14を含んでいる。The cutting head of the present invention is shown in side and front sectional views in FIGS. 1 and 2, respectively, and includes a first rotatable laser receiving segment 10. It includes a second rotatable segment 2o and a cutting nozzle 30. The first segment 1o can be a laser beam supply device 1 of any design.
It is connected to 2. In this case only the end of the feed device 12 is shown, but it includes a mirror 14 that directs the laser beam to the entrance of the first segment 10.
第1のモーター16が第1のセグメント1oに連結され
て、共に矢印の方向に回転するようになっている。モー
ター16は適当な速度制御モーターとなし得るが、タコ
メーター及び光学的エンコーダーを有するミニチュアD
Cモーターとするのが望ましく、タイミングベルト17
及び歯形を有するギヤにより、ベベルギヤにより、又は
その他の何れかの適当な手段によって第1のセグメント
に連結されている。モーター16が切断ヘッド全体を回
転させることが理解されるが、従ってこれを行う為に充
分な動力を有しなければならない。A first motor 16 is coupled to the first segment 1o so that they rotate together in the direction of the arrow. Motor 16 may be any suitable speed control motor, but may be a miniature D with a tachometer and optical encoder.
It is preferable to use a C motor, and the timing belt 17
and a toothed gear, a bevel gear, or any other suitable means. It will be appreciated that the motor 16 rotates the entire cutting head, but must therefore have sufficient power to do this.
ミラー18がセグメント10に設けられて、レーザービ
ームを第2のセグメント20に通すようになっている。A mirror 18 is provided on segment 10 to pass the laser beam to second segment 20 .
第2のセグメント20は第2の高比率ギヤモーター22
を設けられて、−緒に回転するようになっている。モー
ター22はタコメーター及び光学的エンコーダーを有す
る高比率DCミニチュアギヤモーターにするのが望まし
く、タイミングベルト23及び歯形を有するギヤにより
、ベベルギヤにより、又はその他の何れかの適当な手段
によって第2のセグメントに連結されている。モーター
22が第2のセグメントのみを回転させ、これによって
円を切断する時にはその半径を固定し、又他の設計図形
を切断する時にはそのパターンを決定することが理解さ
れる。The second segment 20 is a second high ratio gear motor 22
It is designed to rotate at the same time. The motor 22 is preferably a high ratio DC miniature gear motor with a tachometer and optical encoder, and the second segment is controlled by a timing belt 23 and toothed gears, by bevel gears, or by any other suitable means. is connected to. It will be appreciated that motor 22 rotates only the second segment, thereby fixing its radius when cutting a circle and determining its pattern when cutting other design shapes.
第2のセグメント20も又第1のセグメント10内のミ
ラー18から通されて来たレーザービームを受入れるよ
うに配置された受光ミラー24及びミラー24からのレ
ーザービームを受入れて、このレーザービームを切断ノ
ズル30に通すように配置された送光ミラー26を含ん
でいる。The second segment 20 also has a receiving mirror 24 arranged to receive the laser beam passed from the mirror 18 in the first segment 10 and a receiving mirror 24 that receives the laser beam from the mirror 24 and cuts the laser beam. It includes a light transmitting mirror 26 arranged to pass through the nozzle 30.
切断ノズル3oは第2のセグメント20からのレーザー
ビームを受入れてこれをノズル3oのスリーブ内に配置
された焦点合わせレンズ33に伝達するミラー32を含
んでいる。切断ノズル30は又切断作動の間に切断表面
からの切断ノズルの距離を調節する手段を含むのが望ま
しい。The cutting nozzle 3o includes a mirror 32 that receives the laser beam from the second segment 20 and transmits it to a focusing lens 33 arranged in the sleeve of the nozzle 3o. Preferably, the cutting nozzle 30 also includes means for adjusting the distance of the cutting nozzle from the cutting surface during the cutting operation.
動力学的性能が通常のレーザー切断装置に比較して著し
く改善されていることが本発明の特別な特徴である。従
って、角隅部に於て、又は切断方向を変える時に切断速
度を低下させる必要なしに高精度の切断を行い得るので
ある。切断ヘッドは一定の接線速度(角速度は円に対し
ては直径に比例する)にて動かされるのである。本発明
の構造は小さい寸法で比較的軽い重量の装置によってノ
ズルに対する最大限の切断運動範囲を与えるのである。It is a special feature of the invention that the dynamic performance is significantly improved compared to conventional laser cutting equipment. Therefore, high-precision cutting can be performed without the need to reduce the cutting speed at corners or when changing the cutting direction. The cutting head is moved at a constant tangential velocity (angular velocity is proportional to the diameter for circles). The structure of the present invention provides a maximum range of cutting motion for the nozzle with a device of small size and relatively light weight.
本発明の装置の作動は次の通りである。レーザービーム
がレーザービーム供給袋@12からミラー14を経て第
1のセグメント10に与えられる。The operation of the device of the invention is as follows. A laser beam is applied from a laser beam supply bag @12 to the first segment 10 via a mirror 14.
このビームは次に4つのミラー18.24.26及び3
2及びレンズ33によって、既にロボット又はX−Y装
置のような適当な手段によって切断される対象物に隣接
するように動かされている切断ノズルに通される。第1
のモーター16及び第2のモーター22が必要なだけ回
転されて・切断ノズル30が切断表面上にて切断される
所望のパターンを追尾するようになされるのである・本
発明の望ましい実施例によれば、第1及び第2のモータ
ー16.22はプロセッサー装@(図示せず)に連動さ
れ、このプロセッサー装置が、これらのモーターに回転
を与えて両者を同期化させ、切断ノズルの先端に所望の
パターンの運動を与えるようにプログラムを与えられる
のである。This beam is then passed through four mirrors 18, 24, 26 and 3
2 and lens 33 through the cutting nozzle which has already been moved adjacent to the object to be cut by suitable means such as a robot or an X-Y device. 1st
motor 16 and second motor 22 are rotated as necessary to cause the cutting nozzle 30 to track the desired pattern to be cut on the cutting surface, according to a preferred embodiment of the invention. For example, the first and second motors 16.22 are coupled to a processor unit (not shown) which provides rotation to these motors and synchronizes them to create a desired shape at the tip of the cutting nozzle. A program is given to give the pattern of movement.
2つの回転運動の自由度の組合せを利用して、第2図に
示される完全に伸長された配向状態まで運動させること
により、0乃至第1のセグメント10の長手方向軸線か
ら切断ノズル30の長手方向軸線までの距離の2倍の直
径を有する円を描くことが出来ると共に何れの形状の線
をもIi <ことが出来ることが認められる。By utilizing a combination of two rotational degrees of freedom to move the cutting nozzle 30 from the longitudinal axis of the first segment 10 to the fully extended orientation shown in FIG. It is recognized that it is possible to draw a circle with a diameter twice the distance to the directional axis and to draw a line of any shape Ii <.
さて第3図を参照し、本発明の変形実施例によって構成
されて作動可能のレーザー切断ヘッドが示されている。Referring now to FIG. 3, a laser cutting head constructed and operable in accordance with an alternative embodiment of the present invention is shown.
第3図の実施例は第1のセグメント即ち回転可能の部分
102及び第2のセグメント即ち直線的に動く部分10
4を含むハウジング100を含んでいる。回転可能の部
分102はL形の部分を形成している。動く部分104
は回転可能の部分102に連動されてこの回転可能の部
分に対して相対的に直線運動を行うようになっている。The embodiment of FIG. 3 includes a first segment or rotatable portion 102 and a second segment or linearly movable portion 10.
4. The housing 100 includes a housing 100 including a housing 100 including a housing 4. The rotatable part 102 forms an L-shaped part. Moving part 104
is interlocked with the rotatable portion 102 to perform a linear motion relative to this rotatable portion.
切断ノズル120はこの直線的に動く部分104に取付
けられている。A cutting nozzle 120 is attached to this linearly moving portion 104.
このハウジング100内には4つのレーザー伝達ミラー
106,108.110及び112が取付けられている
。第1のミラー106はレーザービーム供給装置に連結
されてレーザービームを受入れてこれをL形の回転可能
の部分102に伝達するようになっている。回転可能の
部分102には第2のミラー108が取付けられ、この
ミラー108はレーザービームを第1のミラー106か
ら受入れてこれを第3のミラー110に伝達する。Mounted within the housing 100 are four laser transmitting mirrors 106, 108, 110 and 112. A first mirror 106 is coupled to a laser beam supply device to receive the laser beam and transmit it to the L-shaped rotatable portion 102 . A second mirror 108 is mounted on the rotatable portion 102 and receives the laser beam from the first mirror 106 and transmits it to a third mirror 110.
第3のミラー110は更にこのレーザービームを第4の
ミラー112に伝達し、このミラー112がレーザービ
ーム切断ノズル120内のレンズ(図示せず)に指向さ
せるようになっている。第4のミラーが水平に対して大
なる精度で45度の角度で取付けられてレーザービーム
の伝達精度を保証するようにされなければならないこと
が理解される。Third mirror 110 further transmits this laser beam to fourth mirror 112 which directs it to a lens (not shown) in laser beam cutting nozzle 120. It is understood that the fourth mirror must be mounted at an angle of 45 degrees with great precision to the horizontal to ensure the accuracy of the transmission of the laser beam.
回転可能の部分102にはモーター(図示せず)が連結
されている。このモーターはタイミングベルトによるよ
うにして回転可能の部分102に連結されて、これを軸
線116の逼りに矢印の方向に回転させるようになって
いる。A motor (not shown) is coupled to the rotatable portion 102. The motor is coupled to rotatable portion 102 by a timing belt for rotating it about axis 116 in the direction of the arrow.
切断ヘッドの動く部分104は矢印rによって示される
ようにハウジング内で直線運動を行うように配置されて
いる。図示の実施例に於ては、部分104はハウジング
内のトラック118に沿って滑動するように配置されて
いる。The moving part 104 of the cutting head is arranged for linear movement within the housing as indicated by arrow r. In the illustrated embodiment, portion 104 is arranged to slide along a track 118 within the housing.
当業者には本発明が上述にて説明された装置に制限され
るものではないことが理解される。寧ろ本発明の範囲は
特許請求の範囲のみによって限定されるものである。Those skilled in the art will understand that the invention is not limited to the devices described above. Rather, the scope of the invention is limited only by the claims that follow.
第1図は本発明の一実施例により構成されて作動するレ
ーザー切断ヘッドの側面図、第2図は第1図のレーザー
切断ヘッドの前面断面図、第3図は本発明の変形実施例
により構成されて作動するシー1j−切断ヘッドの概略
的説明図である。
10・・・第1の回転可能のレーザー受光セグメント、
12・・・・・・レーザービーム供給装置、14.18
・・・ζツー、
16・・・・・・第1のモーター、
17.23・・・タイミングベルト、
20・・・・・・第2の回転可能のセグメント、22・
・・・・・第2の高比率ギセモーター、24・・・・・
・受光ミラー、
26・・・・・・送光ミラー、
30.120・・切断ノズル、
32・・・・・・くツー、
33・・・・・・焦点合わせレンズ、
100・・・・・・ハウジング、
102・・・・・・回転可能の部分即ち第1のセグメン
ト、
104・・・・・・直線的に動く部分即ち第2のセグメ
ント、
106.108゜
110.112・・レーザー伝達ミラー、116・・・
・・・軸線、
118・・・・・・トラック。1 is a side view of a laser cutting head constructed and operative in accordance with one embodiment of the present invention; FIG. 2 is a front sectional view of the laser cutting head of FIG. 1; and FIG. FIG. 2 is a schematic illustration of a constructed and operative sea 1j-cutting head; 10... First rotatable laser receiving segment, 12... Laser beam supply device, 14.18
...ζ2, 16...First motor, 17.23...Timing belt, 20...Second rotatable segment, 22...
...Second high ratio gear motor, 24...
・Light receiving mirror, 26... Light sending mirror, 30.120... Cutting nozzle, 32... Kutsu, 33... Focusing lens, 100... - Housing, 102... Rotatable part or first segment, 104... Linearly moving part or second segment, 106.108°110.112... Laser transmission mirror , 116...
...axis, 118...truck.
Claims (6)
れたレーザービーム通路とを有しており、該レーザービ
ーム通路には、前記入口に結合された第1の回転可能の
セグメント及びレーザービームを受入れるように前記第
1の回転可能セグメントに結合された第2のセグメント
と、前記第1及び第2のセグメント内に配置されて前記
入口から前記ノズルにレーザービームを伝達するように
配列された4つのミラーとが設けられており、前記切断
ノズルが前記第2のセグメントに結合されている、 レーザー切断ヘッド。(1) a laser beam inlet, a cutting nozzle, and an articulated laser beam path between the inlet and the cutting nozzle, the laser beam path having a laser beam coupled to the inlet; a first rotatable segment coupled to the first rotatable segment to receive a laser beam; four mirrors arranged to transmit a laser beam to a nozzle, the cutting nozzle being coupled to the second segment.
るように前記第1の回転可能セグメントに結合された回
転可能セグメントを含んでいて、これの回転軸線が前記
第1のセグメントの回転軸線と平行に配置されている特
許請求の範囲第1項記載のレーザー切断ヘッド。(2) the second segment includes a rotatable segment coupled to the first rotatable segment for receiving a laser beam, the axis of rotation of which is parallel to the axis of rotation of the first segment; A laser cutting head as claimed in claim 1 in which the laser cutting head is arranged.
のモーターと、 前記第2のセグメントを選択的に回転させる第2のモー
ターと、 を更に含んでいる特許請求の範囲第2項記載のレーザー
切断ヘッド。(3) a first for selectively rotating the first segment;
3. The laser cutting head of claim 2, further comprising: a second motor for selectively rotating said second segment.
ンを作る為に同期運動を行うようにプログラム可能のプ
ロセッサーによつて駆動される特許請求の範囲第3項記
載のレーザー切断ヘッド。4. The laser cutting head of claim 3, wherein said first and second motors are driven by a programmable processor to provide synchronized movement to produce a desired cutting pattern.
るように前記第1の回転可能セグメントに結合されて、
これに対して相対的な直線運動を行うように構成された
直線的に運動可能なセグメントを含んでいる特許請求の
範囲第1項記 載のレーザー切断ヘッド。(5) the second segment is coupled to the first rotatable segment to receive a laser beam;
2. A laser cutting head as claimed in claim 1, including a linearly movable segment configured for linear movement relative thereto.
トを含み、前記ミラーの内の3つがレーザービームを伝
達するように前記L形のセグメント内に配置されている
特許請求の範囲第5項記載のレーザー切断ヘッド。6. Claim 5, wherein the first rotatable segment includes an L-shaped segment, and three of the mirrors are disposed within the L-shaped segment to transmit a laser beam. Laser cutting head as described.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62251419A JPH01133695A (en) | 1987-08-28 | 1987-10-05 | Laser beam cutting head |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IL83672 | 1987-08-28 | ||
JP62251419A JPH01133695A (en) | 1987-08-28 | 1987-10-05 | Laser beam cutting head |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01133695A true JPH01133695A (en) | 1989-05-25 |
Family
ID=17222569
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62251419A Pending JPH01133695A (en) | 1987-08-28 | 1987-10-05 | Laser beam cutting head |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01133695A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013121612A (en) * | 2011-12-12 | 2013-06-20 | Star Techno Co Ltd | Laser beam processing apparatus for resin molded product |
-
1987
- 1987-10-05 JP JP62251419A patent/JPH01133695A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013121612A (en) * | 2011-12-12 | 2013-06-20 | Star Techno Co Ltd | Laser beam processing apparatus for resin molded product |
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