JPH01258889A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は切断加工、溶接、焼入れ等に使用される大出力
のガスレーザ加工機に係り、特にその加工ヘッドを改良
したレーザ加工装置に関する。

（従来の技術） この種のガスレーザ加工装置はレーザ発振ヘッド、レー
ザ光伝送系及び集光部、つまり加工ヘッドとこの加工ヘ
ッドをワークに従って移動させる移動機構とから構成さ
れている。この場合、レーザ発振ヘッドは放電部と共振
器、レーザガス循環冷却装置等からなり、放電部を放電
させてレーザガスを共振器で励起することによりレーザ
光を得るものである。また、レーザ伝送系はレーザ発振
ヘッドから出力されたレーザ光を伝送光路としてのバイ
ブ内を通り適宜箇所に設けられたベンダミラーによりそ
の方向を変えて加工へ・ノドにレーザ光を導入するもの
である。さらに、加工へ・ノドは溶接加工、焼入れ加工
等の場合、一般に加工機によってＸ方向（横）、Ｙ方向
（奥行）、Ｚ方向（垂直）に移動可能になっており、レ
ンズなどで最もパワー密度の高い焦点位置付近にレーザ
光を集光させて加工するものである。なお、焼入れ等広
い範囲を熱する時はデフォーカス位置、つまり焦点位置
から再び拡散した位置で加工されることもある。

このようなレーザ加工装置において、例えば溶接加工を
行なう場合には加工へ・ノドに設けられたレンズにより
集光されたレーザ光をノズル部分を通すことによって細
く絞られたノくワー密度の高（ル−ザ光として溶接部分
に当て、同時にノズルからアシストガスを吹付けて大気
中の酸素をしゃ断することで溶接を行なうようにしてい
る。この場ａ１加エヘッドに設けられている加工のため
のレンズとしては、通常Ｚｎ５ｅ　（セレン化亜鉛）製
のレンズが用いられるが、大出力レーザによる溶接では
パワー密度が高過ぎて耐えられないことがあるため、大
出力レーザの場合にはレンズに変えて放物面をした金属
製のバラポリ・ツクミラーを用いてこのミラーにレーザ
光を当て、その反射したレーザ光が一点に集まることを
応用して集光させるようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、前述したようなレーザ加工装置において、レ
ーザ加圧を行なう場合、被加工物は単純な形状ばかりで
なく、直線、傾斜１曲り（円弧）等と様々な形状をして
いる。従って、加工へ・ノドによりレーザ光を集光さえ
すればよいというものではなく、レーザ光を出力するノ
ズルに対しては高いフレキシビリティが要求されている
。しかるに従来のレーザ加工装置は加工へ・ノドのレン
ズで集光されたレーザ光を移動機構によりｘ、ｙ、ｚ方
向に移動させるという単純なものが大部分であるため、
複雑な形状の被加工物に対してレーザ加工することは困
難であり、また狭い内部を加工したり、奥深まった部分
で加工しなければならないような小形な被加工物の場合
にはレーザ加工することができない。

そこで、加工ヘッドに対して曲げ１回転、ねじり等多く
の自由度を持たせた動作ができるようにするには、加工
ヘッドとその移動機構が大形なものとなり、しかも動作
を加工に必要なスピードを確保して加工効率を上げるに
は加工へ・ノド自体が軽量なものでなければならない。

特に加工へ・ノドにもたせる自由度は機械的な動きでは
なく、レーザ光の移動、方向の変換であり、しかも効率
を落さないでこれらのことを達成することは容易なこと
ではない。

本発明は軽量且つ小形にして加工へ・ノド自体１こ曲げ
１回転、ねじり等多くの自由度を持たせた動作を行なせ
ることができるレーザ加工装置を提供することを目的と
する。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記のような目的を達成するため、レーザ光源
からレーザ光伝送系を通して伝送されるレーザ光を導入
する光路筒と、この光路筒と同一方向に伸びる筒状部及
びこの筒状部とは異なる位置の前記筒状部の軸線に対し
て直交する方向に開口端部をそれぞれ有し且つ前記筒状
部を前記光路筒にそのレーザ光軸を中心に回動可能に連
結された第１のケースと、この第１のケースの前記開口
端部に回動可能に連結され且つレーザ光を出射するノズ
ルを有する第２のケースと、前記第１のケース内の前記
筒状部の中心軸線上に而して設けられ前記光路筒に導入
されたレーザ光を前記ケースの開口端部方向へ反射する
ベンダミラーと、前記第２のケース内の前記ベンダミラ
ーの反射光路に面して設けられその反射光路を通して入
射されるレーザ光を前記ノズルを通して集光させるパラ
ポリツクミラーとからなり、前記第１のケースをレーザ
光軸を中心に旋回動作させると共に前記第２のケースを
第１のケースの旋回面と直交する面に旋回動作させて前
記第２のケースのノズルの３次元動作を可能にしたレー
ザ加工ヘッドを備えた構成とするものである。

（作用） このような構成の加工ヘッドを備えたレーザ加工装置に
あっては、第１のケースをレーザ光軸を中心に旋回させ
ることにより、ベンダミラーによるレーザ光の反射光路
が旋回し、また第２のケースをベンダミラーの反射光軸
を中心に旋回させることによりパラボリックミラーによ
るレーザ光の反射光路がベンダミラーによるレーザ光の
反射光路に対して直交する方向に旋回するので、その第
１のケース又は第２のケースの一方を旋回動作させるか
、又は第１及び第２のケースの両者を旋回動作させるこ
とにより、加工ヘッドは三次元動作を行なうことが可能
となり、複雑な被加工物であってもその形状に即して直
線、傾斜及び円形部分の加工を容易に行なうことができ
る。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明によるレーザ加工装置における加工ヘッ
ドの構成例の断面図を示すものである。

第１図において、１は開口部を垂直方向に向けて設けら
れ、レーザ光源からレーザ光伝送系を通して伝送される
レーザ光が導入される光路筒、２はこの光路筒１と同一
方向に伸びる筒状部２ａ、　　この筒状部２ａの軸線上
に面し且つ水平面に対して４５度の角度で傾斜する傾斜
面２ｂ及びこの傾斜面２ｂと対応する位置に筒状部２ａ
の軸線に対して直交する方向に開口部２Ｃをそれぞれ有
する第１のケースで、この第１のケース２はその筒状部
２ａの端部を光路筒１内に挿入すると共にポールベアリ
ング３を介してレーザ光軸を中心に回動可能に連結され
ている。そして、光路筒１の外周部にはモ〜り４が取付
けられ、このモータ４の回転軸に取付けられたピニオン
５を第１のケース２の筒状部２ａの外周部に設けられた
ギヤ６に噛合させてモータ４の同転を第１のケース２に
伝達できるようにしである。また、７はこの第１のケー
ス２の開口部２Ｃ側に開口部７ａを有し且つ底部に下方
に伸びるノズル８が設けられた第２のケースで、この第
２のケース７はその開口部７ａを第１のケース２の開口
部２Ｃ内に挿入すると共にボールベアリング９を介して
第１のケース２の筒状部２ａの軸線に対して直交する方
向の軸線を中心に回動可能に連結されている。そして、
第１のケース２の上面にはモータ１０が取付けられ、こ
のモータ１０の回転軸に取付けられたピニオン１１を第
２のケース２上に設けられたギア１２に噛合させてモー
タ１１の回転を第２のケース７に伝達できるようにしで
ある。さらに、１３は第１のケース２内の傾斜面２ｂに
沿って設けられたヘンダミラーで、このベンダミラー１
３は光路筒１及び筒状警部２ａを通して入射されたレー
ザ光をその光路軸に対して直交する方向の第２のケース
７側へ反射するベンダミラー、１４は第２のケース７内
のベンダミラー１３の反射光路に面して設けられたパラ
ボリックミラーで、このパラボリックミラー１４はベン
ダミラー１３により反射されたレーザ光をノズル８を通
してその焦点位置に集光させるものである。

このような構成の加工ヘッドにおいて、レーザ光が光路
筒１より第１のケース２内にその筒状部２ａを通して垂
直に入射されると、このレーザ光はベンダミラー１３に
より光路軸に対して直交する方向、つまり水平方向に反
射され、第２のケース７内に設けられた放物面をしたパ
ラボリックミラー１４に入射する。このパラボリックミ
ラー１４に入射した全てのレーザ光はノズル８を通して
焦点位置に集光され、そのパワー密度の高いエネルギー
は被加工物の溶接加工等のレーザ加工に用いられる。こ
の場合、複雑な形状の被加工物をレーザ加工するには、
加工ヘッドをその形状に即して動作させる必要がある。

そこで、このような被加工物を例えば溶接加工するにあ
たっては、モータ４，１０を回転駆動して第１のケース
２、第２のケース７をそれぞれの軸線を中心に旋回させ
ることにより、直線傾斜、円形部分の加工を行なうこと
ができる。つまり、モータ４が回転駆動するとその回転
はピニオン５及びギヤ６を介して第１のケース２に伝達
されることにより、第１のケース２は光路軸を中心に回
動し、これにより第２のケース７に設けられているノズ
ル８は同一の水平面上での振り動作（回動）となる。ま
た、モータ１０が回転駆動するとその回転はピニオン１
１及びギヤ１２を介して第２のケース７に伝達されるこ
とにより、第２のケース７は光路軸と直交する軸線を中
心に回動し、これによりノズル８は同一垂直面上での振
り動作（回動）となる。したが゛　　って、加工ヘッド
自体を第２図の矢印のように同一水平面上での振り動作
及び同一垂直面上での振り動作をさせることにより、ノ
ズル８はワーク１５の形状に即した振り動作が可能とな
る。

このように本実施例では第１のケース２をモータ４によ
り光路筒１より筒状部２ａを通して入射されるレーザ光
の光路軸を中心に回動してベンダミラーによるレーザ光
の反射光路を同一水平面上で旋回させ、また第２のケー
ス７をモータ１０により第１のケース２に入射されるレ
ーザ光の光路軸と直交するベンダミラーの反射光軸を中
心に動作してパラボリックミラーによるレーザ光の反射
光路を同一垂直面上で旋回させるようにしたので、これ
らの旋回動作を合成することにより直線、傾斜１円形等
複雑な形状のワークに対しても容品にレーザ加工するこ
とができる。また、加工ヘッドには第１のケース２にベ
ンダミラー１３を、第２のケース７にボラポリツクミラ
ー１４を設けて第１のケース２及び第２のケース７をモ
ータ４゜１０によりそれぞれ回動させるだけの構成なの
で、加工ヘッドとしては極めてコンパクトなものとなり
、しかも構成が簡単で小形軽量なものとなる。

なお、上記実施例ではレーザ光伝送系を通して伝送され
るレーザ光を垂直方向から光路筒１を通して加工ヘッド
に導入する場合について述べたが、レーザ光伝送系の先
端にベンダミラーを設けると共にこのベンダミラーを光
路筒１の端部に回動自在に取付けてレーザ光を水平に人
力できるように構成すれば、例えばパイプ状のワークの
内側溶接をしたり、円形ワークの加工に用いることがで
きる。また第１のケース２を回動するためのモータ４を
光路筒１側に取付けるようにしたが、これを回動可能な
第１のケース２側に取付けるようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、軽量且つ小形にして
加工ヘッド自体に曲げ９回転、ねじり簀子（の自由度を
持たせた動作を行なせることができるレーザ加工装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレーザ加工装置の一実施例におけ
る加工ヘッドを示す断面図、第２図は同加工ヘッドの動
作を説明するための斜視図である。 １・・・光路筒、２・・・第１のケース、２ａ・・・筒
状部、２ｂ・・・傾斜面、２Ｃ・・・開口部、３゜９・
・・ボールベアリング、４．１０・・・モータ、５．１
１・・・ビニオン、６．１２・・・ギヤ、７・・・第２
のケース、７ａ・・・開口部、８・・・ノズル、１３・
・・ベンダミラー、１４・・・パラポリツクミラー。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 レーデＬ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ光源からレーザ光伝送系を通して伝送されるレー
   ザ光を導入する光路筒と、この光路筒と同一方向に伸び
   る筒状部及びこの筒状部とは異なる位置の前記筒状部の
   軸線に対して直交する方向に開口端部をそれぞれ有し且
   つ前記筒状部を前記光路筒にそのレーザ光軸を中心に回
   動可能に連結された第１のケースと、この第１のケース
   の前記開口端部に回動可能に連結され且つレーザ光を出
   射するノズルを有する第２のケースと、前記第１のケー
   ス内の前記筒状部の中心軸線上に面して設けられ前記光
   路筒に導入されたレーザ光を前記ケースの開口端部方向
   へ反射するベンダミラーと、前記第２のケース内の前記
   ベンダミラーの反射光路に面して設けられその反射光路
   を通して入射されるレーザ光を前記ノズルを通して集光
   させるパラボリックミラーとからなり、前記第１のケー
   スをレーザ光軸を中心に旋回動作させると共に前記第２
   のケースを第１のケースの旋回面と直交する面に旋回動
   作させて前記第２のケースのノズルの３次元動作を可能
   にしたレーザ加工ヘッドを備えたことを特徴とするレー
   ザ加工装置。