JPH0455082A

JPH0455082A - レーザ加工機

Info

Publication number: JPH0455082A
Application number: JP2164238A
Authority: JP
Inventors: Kiju Kawada; 川田　喜重; Hideo Ito; 伊藤　秀士
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1990-06-25
Filing date: 1990-06-25
Publication date: 1992-02-21
Anticipated expiration: 2014-01-20
Also published as: JP2849455B2

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）この発明は、例えば板状のワークにレーザ加工を行なう
レーザ加工機に係り、さらに詳細には、ワークの加工条
件あるいはワークの板厚等に応じて、集光レンズを備え
たノズルヘッドを自動的に交換自在に備えてなるレーザ
加工機に関する。

（従来の技術）従来、板状のワークにレーザ加工を行なうレーザ加工機
としては、レーザ加工ヘッドを固定してワークをＹ軸、
Ｙ軸方向へ移動する形式のもの；レーザ加工ヘッドがＹ
軸あるいはＹ軸の一方向へ移動し、ワークがＹ軸あるい
はＸ軸方向へ移動する形式のもの；ワークを固定してレ
ーザ加工ヘッドがＹ軸、Ｙ軸方向へ移動する形式のもの
；レーザ加工ヘッドがＹ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動し、
かつ先端部をＺ軸心回り及びＺ軸に直交する水平な軸心
回りに回動自在に設けて三次元加工を行なう形式のもの
等、種々の形式のレーザ加工機が開発されている。

何れの形式においても、例えば薄板のワークを切断加工
した後に厚板のワークを切断加工するが如くワークの厚
板が変化した場合には、レーザ加工ヘッドに備えられた
集光レンズを光軸方向に調節して、焦点位置を調節して
いるのが普通である。

（発明が解決しようとする課題）レーザ加工により板状のワークの切断を行なうとき、ワ
ークが薄板の場合には焦点距離の短い集光レンズを使用
し、ワークが厚板の場合には焦点距離の長い集光レンズ
を使用することが望ましいものである。すなわち、例え
ば板状のワークの切断を行なう場合、集光レンズの焦点
位置を変更して板厚に対応する構成のみでは、切断精度
の向上に問題がある。また、例えばワークの溶接やワー
クの部分的な熱処理等を行なう場合にも、その熱加工に
適した焦点距離または位置の集光レンズを使用すること
が望ましいものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）前述のごとき問題に鑑みて、この発明は、レーザ加工を
行なうレーザ加工ヘッドに、焦点距離の異なる集光レン
ズを備えた適数のノズルヘッド又は焦点位置を異にした
ノズルヘッドを自動的に交換自在に設けてなるものであ
る。

（作用）ドを、レーザ加工ヘッドに対して自動的に交換自在に備
えてなるものであるから、例えばワークが薄板の場合に
は焦点距離の短い集光レンズを備えたノズルヘッドを自
動的に選択で切断加工を行なうごとく、ワークあるいは
切断、熱処理等のごとき加工条件に対応して適した焦点
距離または焦点位置の集光レンズを備えたノズルヘッド
を自動的に選択できることとなり、種々のレーザ加工を
迅速かつ高精度に行なうことができることとなる。

（実施例）第１図、第２図を参照するに、同図には、レザ加工ヘッ
ド３がＸ軸方向に移動し、レーザ加工される板状のワー
クＷを支承するワークテーブル５がＹ軸方向に移動する
形式のレーザ加工機１が示されている。

より詳細には、上記レーザ加工機１におけるワークテー
ブル５は、・ベース７上に敷設したＹ軸方向のガイドレ
ール９に沿って移動自在である。このワークテーブル５
に備えたナツト部材（図示省略）を、サーボモータ１１
によって回転されるボールネジ１３に螺合した構成にお
いてＹ軸方向へ移動、位置決め自在に設けられている。

前記レーザ加工ヘッド３は、門形のフレーム１５におけ
るＸ軸方向の水平なビーム部材１７にＸ軸方向へ移動自
在に支承されているものである。

より詳細には、レーザ加工ヘッド３は、ビーム部材１７
に移動自在に支承されたスライド部材１９と、スライド
部材１９に適宜に上下動自在に支承された昇降部材２１
（上下動自在な支持構成は一般的であるので図示は省略
する）とを備えており、この昇降部材２１の下部に、集
光レンズ２３を備えたノズルへラド２５が交換自在に備
えられている。

前記スライド部材１９には、ビーム部材１７に回転自在
に支承されたＸ軸方向のボールネジ２７に螺合したナツ
ト部材（図示省略）が備えられていると共に、レーザ発
振器２９からのレーザビームＬＢを適宜に屈曲する適数
のベンドミラー３１が備えられている。すなわち、スラ
イド部材１９は、フレーム１５に装着したサーボモータ
３３によりボールネジ２７が回転されることによりＸ軸
方向へ移動されるものである。また、レーザ発振器２９
からのレーザビームＬＢは、ベンドミラー３１により適
宜に反射され、ノズルヘッド２５に備えられた集光レン
ズ２３により集光されてワークＷへ照射されるものであ
る。なお、上記構成のごときレーザ加工機１における各
作動部の動作は、ＮＣ装置などのごとき適宜の制御装置
の制御の下に自動的に行なわれるものである。

前記レーザ加工ヘッド３における前記昇降部材２１に対
してノズルヘッド２５を交換するために、焦点距離の異
なる集光レンズ２３を備えた複数のノズルヘッドまたは
焦点位置を異にしたノズルヘッド２５を収納するノズル
ヘッド収納部３５がレーザ加工機１に近接して設けられ
ていると共に、ノズルヘッド収納部３５とレーザ加工ヘ
ッド３との間においてノズルヘッド２５の着脱交換を行
なうノズルヘッド交換装置３７が設けられている。

前記ノズルヘッド収納部３５として、本実施例において
は、複数のノズルヘッド２５を支承する棚装置３９が例
示されている。この棚装Ｗ３９は、ノズルヘッド２５を
水平方向へ着脱可能に支承するＵ字形状の溝部よりなる
ノズルヘッド支承部４１を複数箇所に備えた支持棚部材
４３を適数段に備えてなるものである。なお、支持棚部
材４３に対するノズルへラド２５の載置態様によっては
、例えばノズルヘッド２５を横にして単に載置する場合
には、ノズルヘッド支承部４１に溝等を形成する必要は
ないものである。すなわち、ノズルヘッド支承部４１の
形態は、三次元加工用のノズルヘッド等のごとく、ノズ
ルヘッド２５の形状、支承態様に応じて種々の形態にな
るものである。

前記ノズルヘッド交換装［３７は、ノズルヘッド収納部
３５に沿って設けたガイドレール４５に案内されて移動
自在なキャリア４７を備えている。

このキャリア４７は、ノズルヘッド収納部３５に支承さ
れた各ノズルヘッド２５に対応する位置と、ノズルヘッ
ド交換位置３−に位置するレーザ加工ヘッド３に対応す
る位置とへ移動自在である。

第３図に示すように、複数段の支持棚部材４３に対応す
るために、キャリア４７には上下スライダ４９が上下動
自在に支承されており、この上下スライダ４９には、ノ
ズルヘッド２５を保持自在な第１．第２の保持具５１Ａ
、５１Ｂを備えたヘッドホルダ５３が装着しである。

上記ヘッドホルダ５３は、本実施例においては、例えば
エアーンリンダのごとき適宜のアクチュエタ５５Ａ、５
５Ｂを直交して一体に備えた態様に構成してあり、各ア
クチュエータ５５Ａ、５５Ｂに備えたピストンロッド等
のごとき往復作動体５７Ａ、５７Ｂの先端部に前記保持
具５１Ａ、５１Ｂを同一水準の高さ位置に備えてなるも
のである。保持具５１Ａ、５１Ｂとしては、ノズルへラ
ド２５を保持できる構成であれば良く、本実施例におい
ては通常のロボットハンドの構成を概略的に例示しであ
る。

各保持具５１Ａ、５１Ｂを、ノズルヘッド収納部３５に
収納されている各ノズルヘッド２５およびレーザ加工ヘ
ッド３に対応する位置へ割出すために、ヘッドホルダ５
３は前記上下スライダ４９に回転自在に支承されており
、ヘッドホルダ５３の回転割出しは、上下スライダ４９
に装着したモータ等のごとき適宜の回転割出用アクチュ
エータ５９によって行なわれるものである。

なお、詳細な図示は省略するが、前記キャリア４７の移
動及び上下スライダ４９の上下動は、般的なボールネジ
機構、ラック・ピニオン機構等の通常の機構によって行
なわれるものであり、かつ各作動部の動作はＮＣ装置な
どの適宜の制御装置の制御の下に全自動的に行なわれ得
るものである。

レーザ加工ヘッド３における前記昇降部材２１の下部に
対して、前記ノズルヘッド交換装置３７を用いてノズル
ヘッド２５の着脱交換を行なうために、昇降部材２１の
下端部には、例えば第４図に示すように、ノズルヘッド
２５の上部の係合部２５Ａを着脱交換自在に受納するソ
ケット部６１が形成しである。このソケット部６１には
、本実施例においては、ノズルヘッド２５の係合部２５
Ａを係脱自在に保持自在のボール等よりなる係合保持部
材６３が複数箇所に備えられている。また、上記係合保
持部材６３によるノズルヘッド２５の保持、解放を行な
うために、前記係合保持部材６３の退避部６５Ａを備え
たスリーブ６５が上下動自在に備えられている。上記ス
リーブ６５の上下動は、スリーブ６５の上部に備えたシ
リンダ室６７Ａ、６７Ｂに対して作動流体を供給、排出
することによって行なわれる。

すなわち、昇降部材２１のソケット部６１にノズルヘッ
ド２５の係合部２５Ａを嵌合した状態において、シリン
ダ室６７Ａ内に作動流体を供給すると、スリーブ６５が
上昇されて、係合保持部材６３がノズルヘッド２５の係
合部２５Ａを係合保持する。逆にシリンダ室６７Ｂに作
動流体を供給すると、スリーブ６５が下降して、係合保
持部材６３が退避部６５Ａへ退避可能となり、ノズルヘ
ッド２５をソケット部６１から下方向へ離脱可能になる
ものである。

なお、詳細な図示を省略するが、ノズルヘッド２５には
、ワークＷとノズルヘッド２５の下端部との間隔を検知
するセンサが備えられていると共にノズル下端部からア
シストガスを噴射するためにアシストガスを導く導孔が
備えられており、上記センサ用配線やアシストガス用の
導孔等は、レーザ加工ヘッド３に対してノズルヘッド２
５を着脱交換するときに適宜のコネクタを介して接続遮
断されるものである。

以上のごとき構成より理解されるように、この実施例に
おいては、ノズルヘッド交換装置１３７におけるキャリ
ア４７および上下スライダ４９を適宜に移動せしめて、
ヘッドホルダ５３における一方の保持具５１Ｂを、支持
棚部材４３に支承された所望のノズルヘッド２５に対向
せしめた後、アクチュエータ５５Ｂを作動して保持具５
１Ｂをノズルヘッド２５方向へ移動し、一方の保持具５
１Ｂでもってノズルヘッド２５を保持した後、保持具５
１Ｂを戻すことによりノズルヘッド２５を支持棚部材４
３から水平方向へ取り出すことができる。

上述のごとく所望のノズルヘッド２５をノズルヘッド交
換装置３７の一方の保持具５１Ｂに取出した後、キャリ
ア４７を、予めノズルヘッド交換位置に位置決めされて
いるレーザ加工ヘッド３側へ移動せしめ、他方の保持具
５１Ａでもってレーザ加工ヘッド３に装着されているノ
ズルヘッド２５を保持する。その後、レーザ加工へラド
３に対するノズルヘッド２５の保持を解放した後、ノズ
ルヘッド交換装［３７における上下スライダ４９を下降
せしめて、ノズルヘッド２５をレーザ加工ヘッド３のソ
ケット部６１から下方向へ離脱する。

上述のように、他方の保持具５１Ａでもってレザ加工ヘ
ッド３のソケット部６１からノズルヘッド２５を離脱し
た後、アクチュエータ５９を作動して一方の保持具５１
Ｂに保持された所望のノズルヘッド２５を、レーザ加エ
ヘソド３におけるソケット部６１の下方位置に位置決め
する。その後、上下スライダ４９を上昇せしめて、所望
のノズルヘッド２５の係合部２５Ａをソケット部６１に
係合し、係合保持部材６３でもって固定保持した後に、
一方の保持具５１Ｂを後退せしめて所望のノズルへラド
２５から水平方向へ離脱することにより、レーザ加工ヘ
ッド３に対するノズルへラド２５の着脱交換が行なわれ
る。

前記他方の保持具５１Ａに保持されたノズルヘッド２５
は、ノズルヘッド交換装Ｗ３７を適宜に復帰せしめて、
ノズルヘッド収納部３５のノズルヘッド支承部４１へ戻
すことにより、初期の状態に復帰できるものである。

第５図は第２実施例を概略的に示す平面図である。第２
実施例において、第１実施例における構成部材と同様の
機能を奏する構成部材には同一符号を付することとする
。この第２実施例は、ノズルヘッド収納部３５として回
転テーブル７１を設け、回転テーブル７１の外周部付近
に形成した複数箇所のノズル支承部４１にそれぞれノズ
ルへラド２５を取外し自在に支承してなるものである。

そして、ノズルヘッド交換装置３７は、シリンダ（図示
省略）等の作動により定位置において上下動自在に設け
られた上下動ベース７３に、モータ等のごときアクチュ
エータ７５によって回転割出し自在の回転部材７７を設
け、この回転部材７７に前記アクチュエータ５５Ａ、５
５Ｂを装着してなるものである。この第２実施例におい
ても、駆動装置等を図示省略しであるが各部の作動は、
制御装置の制御の下に自動的に行なわれるものである。

すなわち第２実施例においては、回転テーブル７１を回
転して、所望のノズルヘッド２５をノズルヘッド交換装
置３７に対して割出した後、第１実施例と同様に、ノズ
ルヘッド交換装Ｗ３７における一方の保持具５１Ｂを矢
印方向へ移動せしめて所望のノズルヘッド２５を保持し
、回転テーブル７１からノズルヘッド２５を水平方向へ
取出す。

また、他方の保持具５１Ａを矢印で示すようにレーザ加
工ヘッド３側へ移動せしめて、装着されているノズルヘ
ッド２５を保持し、上下動ベース７３を下降せしめるこ
とによって、第１実施例と同様によってノズルヘッド２
５をレーザ加工ヘッド３から下方向へ取外す。その後、
一方の保持具５１Ｂに保持されているノズルヘッド２５
をレーザ加工ヘッド３の下方位置へ位置決めし、前二ご
上下動ベース７３を上昇せしめて、第１実施例と同様に
より、レーザ加工ヘッド３にノズルヘッド２５を下方か
ら装着する。

この第２実施例においては、ノズルヘッド交換装置３７
をレーザ加工ヘッド３のノズルヘッド交換装置に近接し
て配置でき、ノズルヘッド収納部３５からのノズルヘッ
ド２５の取出し動作と、レーザ加工ヘッド３からのノズ
ルへラド２５の取外し動作とを連続的に行なうことがで
き、ノズルヘッド２５の着脱交換を迅速に行なうことが
できる。

なお、ノズルヘッド収納部３５に対するノズルヘッド２
５の支持構造と、レーザ加工ヘッド３に対スルノスルヘ
ッド２５の装着構造とがほぼ同様の構成である場合（例
えばノズルヘッド収納部３５におけるノズルヘッド支承
部４１の構成を、レーザ加工ヘッド３のソケット部６１
と同様の構成とした場合）には、ノズルヘッド収納部３
５がらのノズルヘッド２５の取出しと、レーザ加工ヘッ
ド３からのノズルヘッド２５の取外しとを同時に行なう
ことが可能なものである。

第６図、第７図は第３実施例を示すものである。

この第３実施例は、前記実施例におけるノズルヘッド交
換装置３７を省略して、ノズルヘッド収納部３５とレー
ザ加工ヘッド３との間でノズルヘッド２５の着脱交換を
直接行なう構成である。

すなわち第３実施例においては、レーザ加工へラド３の
ノズルヘッド交換位置に近接して設けた支持ベース８１
に、ノズルヘッド交換位置に対して接近離反する方向の
ガイド部８３を設け、このガイド部８３に沿って往復動
自在に設けたスライダ８５に、例えばシリンダ等のごと
き上下動用の第１アクチユエータ８７と回転割出し用の
第２アクチユエータ８９を介して回転テーブル７１を支
承した構成である。なお、第３実施例においても、駆動
装置等を図示省略しであるが、各部の作動は、制御装置
の制御の下に自動的に行なわれるものである。

この第３実施例においては、第１アクチユエータ８７の
作動により回転テーブル７１を下降せしめた状態におい
て、スライダ８５をガイド部８３に沿ってレーザ加工ヘ
ッド３側へ移動せしめると共に、第２アクチユエータ８
９により回転テーブル７１を回転せしめて、所望のノズ
ルヘッド２５をレーザ加工ヘッド３の下方位置に位置決
めする。

その後、第１アクチユエータ８７により回転テーブル７
１を上昇せしめて、ノズルヘッド２５をレザ加工ヘッド
３のソケット部６１に嵌合せしめて、ノズルヘッド２５
の装着を行ない、その後に、スライダ８５をレーザ加工
ヘッド３がら離反する方向へ移動することにより、レー
ザ加工ヘッド３に対するノズルヘッド２５の装着が行な
われる。

レーザ加工ヘッド３からのノズルヘッド２５の取外しは
、上述の逆の動作を行なうことによって行なわれ得るも
ものである。

すなわら、この第３実施例によれば、ノズルヘッド交換
装置３７を省略できるので、構成をより簡素化できるも
のである。

前記第１、第２および第３実施例においては、レーザ加
工ヘッド３に備えられたソケット部６１に対してノズル
ヘッド２５の係合部２５Ａを嵌合離脱する構成の場合で
、ノズルヘッド２５を上下動する場合について説明した
けれども、相対的にレーザ加工ヘッド３側を上下動する
ことによって嵌合離脱する構成とすることも可能である
。

しかし、レーザ加工ヘッド３に対してノズルヘッド２５
を着脱自在に取付ける構成としては、前述の実施例に限
ることなく、第８図、第９図に示すごとき構成とするこ
とも可能である。

すなわち、レーザ加工ヘッド３における昇降部材２１の
下部の複数箇所に、例えば形状記憶合金やミニシリンダ
等よりなる適宜のアクチュエータ９１によって揺動され
る適宜形状の係止レバー９３を揺動自在に枢支して設け
る。そして、ノズルヘッド２５の上部に設けたフランジ
部２５Ｆを前記係止レバー９３の下端部でもって上方向
へ押圧支持する構成とすることも可能である。この構成
によれば、アクチュエータ９１の作動によってノズルヘ
ッド２５の着脱を容品に行なうことができるものである
。

第１０図は本発明の第４実施例を示すものである。この
実施例においては、レーザ加工ヘッド３において上下動
自在な昇降部材２１の下面に傾斜面２１Ｆを形成し、こ
の傾斜面２１Ｆの部分に、複数のノズルヘッド２５を備
えた回転ホルダ９５を回転自在に設けたものである。こ
の回転ホルダ９５は、周面に設けたギア９７に、モータ
９９に備えたピニオン１０１を噛合した構成によって回
転されるものである。

前記回転ホルダ９５の回転によって昇降部材２１の下部
で、レーザ加工ヘッド３の光軸の位置に所望のノズルヘ
ッド２５を垂直に割出し位置決めすることができるもの
である。

この実施例によれば、さらに簡単な構成でもって任意の
ノズルヘッド２５をレーザ加工ヘッド３に迅速に割出し
位置決めすることができるものである。

以上、種々の実施例について説明したけれども、本発明
は前述の実施例に限られるものではなく、さらに適宜の
変更を行なうことにより、その他の種々の態様でも実施
し得るものである。例えば、ノズルヘッド収納部におけ
るノズルヘッド支承部に対するノズルヘッドの支持構成
あるいはレーザ加工ヘッドに対するノズルヘッドの装着
を、マグネットを用いて磁着する構成とすることも可能
である。また、例えばレーザ加工ヘッドに対してノズル
ヘッドを着脱交換する方式として、−眼レフカメラに対
して交換レンズを着脱交換する方式と同様にスクリュー
マウント方式、バヨネットマウント方式など、種々の構
成を取ることができる。

さらにノズルヘッドとしては、三次元加工を行なうべく
直交する２軸の軸心回りに回動自在なノズルヘッドを着
脱交換することも可能なものである。

［発明の効果］以上のごとき実施例の説明より理解されるように、この
発明によれば、レーザ加工ヘッドに対して焦点距離の異
なる集光レンズを備えてなる複数のノズルヘッド又は焦
点位置を異にした複数のノズルヘッドを自動的に交換し
て使用し得るので、例えばワークの板厚の変化や切断、
溶接、熱処理などの加工条件の相違に対応して最適のノ
ズルヘッドを使用できることとなり、レーザ加工の精度
を向上し得ると共に、レーザ加工機の汎用性を向上せし
めることができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は第１実施
例に係るレーザ加工機の概略的な平面説明図、第２図は
同上の正面説明図、第３図は第２図における■−ｍ線矢
視に相当する説明図である。第４図はノズルヘッドの着脱機構の１実施例を示す説明
図である。第５図は第２実施例の主要部分を概略的に示
した平面説明図である。第６図、第７図は第３実施例の
主要部分を概略的に示した平面説明図および正面説明図
である。第８図、第９図は着脱機構の第２実施例の主要
部分を示した正面説明図および側面説明図である。第１
０図は第４実施例の主要部分を概略的に示した側面説明
図である。３・・・レーザ加工ヘッド２５・・・ノズルヘッド３５・・・ノズルヘッド収納部３７・・・ノズルヘッド交換装置

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ加工を行なうレーザ加工ヘッドに、焦点距
離の異なる集光レンズを備えた適数のノズルヘッド又は
焦点位置を異にしたノズルヘッドを自動的に交換自在に
設けてなることを特徴とするレーザ加工機。
（２）レーザ加工を行なうレーザ加工ヘッドから離隔し
た位置に、複数のノズルヘッドを収納するノズルヘッド
収納部を設け、このノズルヘッド収納部とレーザ加工ヘ
ッドとの間に、ノズルヘッド収納部に格納されているノ
ズルヘッドとレーザ加工ヘッドに装着されているノズル
ヘッドとの着脱交換を行なうノズルヘッド交換装置を備
えてなることを特徴とするレーザ加工機。
（３）レーザ加工を行なうレーザ加工ヘッドから離隔し
た位置に、複数のノズルヘッドを収納するノズルヘッド
収納部を設け、このノズルヘッド収納部とレーザ加工ヘ
ッドとを相対的に接近離反自在に設けると共に、ノズル
ヘッド収納部とレーザ加工ヘッドとの間においてノズル
ヘッドを直接的に受渡し自在に設けてなることを特徴と
するレーザ加工機。
（４）レーザ加工を行なうレーザ加工ヘッドに、複数の
ノズルヘッドを支承したノズル支承部材を装着して設け
、上記ノズル支承部材に支承された各ノズルヘッドを、
レーザ加工ヘッドの光軸位置へ割出自在に設けてなるこ
とを特徴とするレーザ加工機。