JPH05506104A - レーザービーム等の平行ビームを配送するための装置 - 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】 ４、レンズ手段は、内部キャビティ内に、焦点軸に沿って直線運動可能に支持さ れていることを特徴とする請求項Ｉ又は２記載の発明。

５、ハウジング手段は、第−及び第二のハウジングアセンブリを有し、第二のハ ウジングアセンブリは、第一の軸の回りに回転可能に支持され、第一のハウジン グアセンブリを支持し、第一のハウジングアセンブリは、合焦レンズを第二のハ ウジングアセンブリに対して焦点軸に沿って線状に移動可能に支持し、それによ り、焦点を加工片に対して移動させることを特徴とする請求項４記載の発明。

６、第一の軸と焦点軸との間の第一の距離を変化させるための手段を、更に備え ていることを特徴とする請求項ｌ又は２記載の発明。

７、前記変化させるための手段は、第一の手段を不連続量変化させることを特徴 とする請求項６記載の装置。

８、レーザービーム等の平行ビームを加工片へのビーム進路に沿って配送するた めの装置であって、　独立な回転第一軸及び回転第二軸と；内部キャビティを形 成するハウジング手段と；内部キャビティ内に収容され、ビームを合焦するため 第一の軸と交差する集束レンズ手段であって、第−及び第二の軸上に回転可能に 支持され、レンズ手段において第一の軸から第一の距離だけずれている焦点軸に 沿う焦点を有するレンズ手段と； 第一の軸に沿って進行するビームが、レンズ手段により第一の軸から偏向されて 第一の軸及び焦点軸に関して傾斜した合焦ビーム軸に沿って進行して焦点におい て焦点軸と交差するように、第一の軸に沿ってレンズ手段へと延び第一の軸を包 囲する連続的で障害物のない中空な通路とを；備えた装置において、第一の軸の 回りのレンズ手段の回転が、焦点に加工片上の曲線を辿らせ、第二の軸の回りの レンズ手段の回転が、第一の距離を変化させることを特徴とする特許 ９、第一の軸は、焦点軸と平行であり、曲線上の全ての慨が、第一の軸上の中心 点から第一の距離に位置していることを特徴とする請求項８記載の装置。

１０、第二の軸は、第一の軸及び焦点軸と平行であり、第一の軸と焦点軸との間 の中点でレンズ手段と交差することを特徴とする請求項８記載の装置。

１１、ビームは、平行光学ビームであり、レンズ手段は、光学軸対称レンズを含 んでいることを特徴とする請求項８記載の装置。

１２゜光学レンズは、部分レンズであることを特徴とする請求項１１記載の装置 。

１３、レンズ手段は、単一の軸対称レンズであることを特徴とする請求項８記載 の装置。

１４、レンズは、部分レンズであることを特徴とする請求項１３記載の装置。

１５、前記合焦手段は、内部キャビティ内に、焦点軸に沿って線状に移動可能に 支持されていることを特徴とする請求項８記載の装置。

１６、ハウジング手段は、第−及び第二のハウジングアセンブリを含んでおり、 前記第二のハウジングアセンブリは、第一の軸の回りに回転可能に支持され、前 記第一のハウジングアセンブリは、第二のハウジングアセンブリによって第二の 軸の回りに回転可能に支持され、第一のハウジングアセンブリは、第−及び第二 のハウジング部材を含み、レンズ手段は、第一のハウジング部材により第二のハ ウジング部材に対して焦点軸に沿って線状に移動可能に支持され、焦点を加工片 に対して移動させることを特徴とする請求項１５記載の装置。

１７、独立な第二の軸の回りの第二のハウジング部材の回転と、第一の軸の回り の第二のハウジング手段の回転とを与えるギア手段を更に備え、焦点の加工片に 対する位置を制御するため、第二のハウジング部材は、順次、第一のハウジング 部材を焦点軸に沿って線状に駆動することを特徴とする請求項Ｉ６記載の装置。

１８、第二のハウジングアセンブリと第一のハウジング部材とを、第一の作動状 態に互に連結させるための連結手段を更に備えた請求項Ｉ７記載の装置において 、第一のハウジング部材は、第二のハウジング部材にネジ式に取り付けられ、連 結手段は、第一のハウジング部材に対して駆動機構が回転できるようにすること を特徴とする装置。

１９、連結手段は、第二のハウジングアセンブリに設けられていて第一のハウジ ング部材の運動を焦点軸に沿って案内するため第一のハウジング部材の方に延び 〉　でいるガイド機構を含んでいることを特徴とする請求項Ｉ８記載の装置。

２０、前記相対線状運動を防止するため、連結手段は、第−及び第二のハウジン グ部材を、選択的に第二の作動状態に互に連結し、そのため、ギア手段は、第− 及び第二のハウジング部材を、レンズ手段とともに第二の軸の回りに回転させ、 第一の軸と焦点軸との間の第一の距離を変化させることを特徴とする請求項１８ 又は１９記載の装置。

明細書 レーザービーム等の平行ビームを配送するための装置技術分野 本発明は、ビーム配送装置に関し、特に、レーザービーム等の平行ビームを配送 するための装置に関する。

背景技術 レーザーの用途は、空間パラメーター（ｓｐａｔｉａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ）の測定、材料の加熱及び／又は除去、共鳴現象の非破壊探査（ｎｏｎ−ｄｅｓ ｔｒｕｃｔｉｖｅ　ｐｒｏｂｉｎｇ）　、コミュニケーション、光学処理、レー ザー誘導化学反応、及び兵器を含む幾つかのおおまかなカテゴリーに分けられる 。

レーザーと、ロボットを含むこともある融通性のある（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）レー ザービーム配送システムとの結合は、以前には知られていなかった自由度でレー ザーが作動するのを可能にする。三者の結合技術は、上首尾に実施されれば、ガ ラスの切断、及びプラスチック又は複合材料のトリミング等の多（の材料加熱及 び／又は除去の用途に適している。複雑な輪郭の構造体のトリミングには、レー ザーを５軸ビーム配送システムと連結することができる。

あらゆる斯かるビーム配送装置においては、高加速度の円滑な装置の運動を有す ることが重要である。切断する如何なる特殊な材料に関しても、最高の仕上りを 生じさせる速度の範囲がある。方向の変化がある場合には何時でも、運動システ ムは、この速度を維持しなければならず、さもなければ、切断の質が損なわれる 。

金属工作レーザーに関する一般的な用途には、シーム溶接、スポット溶接及び融 接、切断、穿孔、表面硬化処理、金属マーキング、そぎ（ｓｃｓｒｆｉｎｇ）、 ばつ取り、トリミング並びに加熱処理がある。レーザービームを用いた金属切断 は、加工片の表面上の点にビームの焦点を合わせること、及び所望の切断経路を 辿るようにビームを操作することを含んでいる。

ＮＣ切断機（ＮＣａｍｃｈｉｎｅｓ）が、はぼ平坦な面をレーザービームで切断 するのにしばしば用いられる。ビーム進路は、通常固定され、切断する対象は、 二つの直交する方向に操作可能なＮＣ切断機のテーブルに固定される。

丸い孔を切欠くには、円状穿孔機の円状パターンの精度と同等の精度を維持する ため、ＮＣ切断機のテーブルは、通常、比較的低い切断速度で稼動される。ＮＣ 切断機のスライド台の質量が比較的大きく、慣性が比較的高いので、機械は、レ ーザービームによる切断に所望の高速度で稼動することができない。高い線状切 断速度で稼動しているＮＣ切断機（高出力（ｈｉｇｈ　ｐｏｗｅｒ）レーザーを 用いれば可能）は、望ましくないパターンの歪みをもたらす。テーブルドライブ からの反力が、ビーム配送支持構造における振動を誘発することがある。このこ とは、切れ目の粗さとして分る。ロボットを利用した従来の配送システムを、レ ーザービームを操作するのに用いた場合にも、パターンの歪みはより酷いことが あるが、状況は同様である。

この問題を克服するための方法の一つは、ビームを所望の孔の中心点に位置決め するのにＮＣ切断機又はロボットのみを用いることである。配送システムのエン ドエフェクタが、ビーム焦点を所望の孔半径にずらし、しかる後、ビーム自体を 円の中心点の回りに回転させる。焦点は、円を辿り、所望の切断を行なう。この 状態で運動するエンドエフェクタの部品の比較的小さい質量及び慣性のため、よ り高い速度が得られる。

斯かるエンドエフェクタの例が、第一図に示されており、この例においては、４ 個の鏡が、ビームを所望の半径にずらす。リニアスライドが、プログラム可能な 又は手動の態様において、孔半径の調節をもたらす。

質の高いレーザービームによる切断には、通常、切断対象の面におけるビームの 焦点の最適位置を維持するのを助けるため、適応型合焦装置が必要である。表面 変化（ｍｏｃｌｕ　Ｉａ　ｔ　ｔｏｎ　）は、通常、種々の市販のセンサによっ て検知され、制御装置が、焦点を表面変化に従って表面の方へ、又は表面から遠 ざかる方へ移動させるよう指令される。これには、米国特許第４．７６４．６５ ５号及び米国特許第４．７６１．５３４号に開示されているように、ビーム合焦 装置又は対象を移動させることが必要である。

先行技術のＮＣ切断機は、通常、表面センサの信号に応答してレーザーヘッド及 び合焦装置を移動させるため、他の制御軸を付は加えている。他の先行技術は、 集束レンズが、表面センサの信号に応答してビーム中心線に沿って移動される合 焦構成を利用している。この構成は、可動部が軽（、穿孔対象（ｈｏｌｅ　ｏｂ ｊｅｃｔ）又はレーザーヘッドが移動した時に、それに応じ、可動部を、より高 速度で移動させることができるので、非常に望ましい。しかしながら、孔切欠き 構成との組み合せにおいては、このアプローチは、たいへん複雑になる。

レーザービームを移動させて加工片への操作を行なうレーザービーム配送システ ムの一つは、管状連結機構の各連結部（即ち、光学ジヨイント）に二つの鏡を含 んでおり、この管状連結機構は、レーザービームを所望の進路に沿って方向付け るようにロボットにより操作される。機構内に位置する集束レンズが、レーザー エネルギーを集中させ、レーザーエネルギーを高いパワー密度で一点に方向付け る。しかしながら、ロボットは、ビームを加工片の正確な領域に方向付けるには 、非常に正確でなければならない。ロボットの不正確さを補償するため、より長 い焦点距離のレンズを用いることもできる。しかしながら、その結果、ビームは より広い領域にわたって合焦されるため、パワー密度及び速度の両方が低くなる 。

レーザービーム配送システムにおける鏡の合計数から一つの鏡でも排除すること は、以下の理由で重要である。（１）システムの他の部品と比較して鏡が比較的 コストが高いので、かなりのコストの節約ができる。（２）平行レーザービーム のパワー損失が、各鏡において起きるエネルギーの吸収にほぼ全体的によるもの であるため、パワー転送の効率が上がる。（３）整列させる鏡がより少ないので 、ビーム配送システムの初期整列（ｉｎｉｔｉａｌ　ａｌｉｇｒｐｎｅｎｔ）が 単純化され、それにより、実用上起こり得る整列エラーの大きさを最小限にする ことができる。（４）汚れの無いようにし、整列状態に維持する鏡がより少ない ので、システムの信頼性が増し、必要な保全の減少を達成できる。

プランケンホーン（Ｐ　Ｉａｎｋｅｎｈｏｒｎ　）に与えられた米国特許第４． ５３９．６４２号は、ロボットと、ロボットにより操作されるレーザーアームを 含むレーザーとを連結する方法を開示している。レーザーアームは、ロボットア ームにより支持され、ロボットジヨイントと同時に運動するように整列されてい る。

アキール（Ａｋｅｅｌ　）に与えられた米国特許第４．５６０．９５２号は、レ ーザーリスト機構を含むロボットレーザーシステムを開示しており、このシステ ムにおいては、ロボットは、交差する長手方向の軸（ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｎｇ 　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ａｘｅｓ）に沿った二つの直交関係の線状の運動 により構成される多くの自由度を有している。リストは、交差する枢軸を有する 二つの直交関係の回転ジヨイントを有している。

モンテイス（Ｍｏｎｔｅｉｔｈ）等に与えられた米国特許第４．７０７．５８５ 号は、レーザーリストを含むレーザーロボットシステムを開示している。

ビシアッチ（Ｂｉｓｉａｃｈ）に与えられた米国特許第４．６７７、２７４号は 、ロボットレーザーシステムを開示しており、このシステムにおいては、レーザ ービームは、システムの側部開口を通してロボットに達し、しかる後、レーザー ビームは、一対の調節可能な鏡により軸に沿って中空ヘッドへと送られる。

リビー（Ｌｉｂｂｙ）に与えられた米国特許第４．４１３．１８０号は、光線が それを通って入る中空モーターシャフトを利用したイメージ捕捉装置を開示して いる。光線は、しかる後、凹んだ円筒状の反射器により、インクセツト（ｉｎｔ ｅｒｃｅｐｔ　）へと反射される。

マリノリ（Ｍａｒｉｎｏｒｉ　）に与えられた米国特許第４．６９８．４８３号 は、ロボットレーザーシステムを開示しており、このシステムにおいては、ロボ ットは、ベースと、ベースにより垂直に回転可能に支持されたフォーク要素とを 含んでいる。アームが、その第一の端においてフす−ク要素にほぼ水平な軸の回 りに連節されている。

前腕が、アームの第二の端にほぼ水平な軸の回りに連節されている。リストアセ ンブリが、前腕の非運部端に取り付けられており、前腕と平行な軸の回りに回転 可能であり、レーザービームを合焦するためのレンズを支持する端部を有してい る。

ランド（ｈｎｄｏ）等に与えられた米国特許第４．６９８．４７９号は、レーザ ービーム配送システムに、封止摺動テレスコーピングチューブを使用することを 開示している。

日本国特許出願第５９−４０７７８５号は、アーム部分の端に反射鏡を備えた電 動式マルチジヨイントを有するロボットを含むレーザーロボットシステムを開示 している。

日本国特許出願第５９−２２３１８８号は、マニピュレータの各ジヨイント部に 設けられた反射鏡を有するレーザービームマシンを開示している。

レクサー（Ｒｅｘｅｒ）等に与えられた米国特許第３．９８６．７６７号は、二 つの直交軸の回りにレーザービームを回転させることができる集束及び回転鏡を 含む光学集束装置を開示している。

発明の開示 本発明の目的は、レーザービーム等の平行ビームを加工片へのビーム進路に沿っ て配送するための装置であって、高速度で加工片に曲線を生じさせることを可能 にするため、比較的単純な集束レンズ手段を含んでいる装置を提供することであ る。

本発明の別の目的は、レーザービーム等の平行ビームを加工片へのビーム進路に 沿って配送するための装置であって、加工片上のいろいろな半径の曲線を辿るよ うに調節可能な集束レンズ手段を含んでいる装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、比較的単純で、低コストで、軽量な、レーザービーム 等の平行ビームを加工片へのビーム進路に沿って配送するための装置であって、 合焦及び加工片上を辿る曲線の半径の両方を制御するため、単一ギア機構により 駆動される集束レンズ手段を含んでいる装置を提供することである。

本発明の上記の目的及び他の目的の達成にあたり、レーザービーム等の平行ビー ムを加工片へのビーム進路に沿って配送するための装置が提供される。この装置 は、回転第一軸と、内部キャビティを形成するハウジング手段と、内部キャビテ ィ内に収容され、ビームを合焦するため第一の軸と交差する集束レンズ手段とを 含んでいる。このレンズ手段は、第一の軸上に回転可能に支持され、レンズ手段 において第一の軸から第一の距離だけずれている焦点軸に沿う焦点を有している 。連続的で障害物のない中空な通路が、第一の軸に沿って進行するビームが、レ ンズ手段により第一の軸から偏向されて第一の軸及び焦点軸に関して傾斜した合 焦ビーム軸に沿って進行し、そのため、焦点において焦点軸と交差するように、 第一の軸に沿ってレンズ手段へと延び第一の軸を包囲している。第一の軸の回り のレンズ手段の回転が、焦点に加工片上の曲線を辿らせる。

装置は、リスト機構であるのが好ましく、ハウジング手段は、内部リストキャビ ティを形成することが好ましい。

装置は、レンズ手段が回転可能に支持された独立の回転第二軸を含んでいること が更に好ましい。第二軸の回りのレンズ手段の回転は、第一の軸と焦点軸との間 の距離を変化させる。

更に、レンズ手段は、第一のハウジング部材により第二のハウジング部材に対し て焦点軸に沿って線状に移動可能に支持されているのが好ましい。本発明の一実 施態様においては、加工片に対する焦点の位置を制御するため、ギアが、連結手 段と協働して第一のハウジング部材を焦点軸に沿って駆動する。ギア手段は、第 −及び第二のハウジング部材を一緒に第二の軸の回りに回転させて、第一の軸と 焦点軸との間の第一の距離を変化させる。

本発明の装置にもたらされる利点は多大である。例えば、本装置は、円状孔パタ ーンを高速度で生じさせることのできる比較的単純なビームシフト構成を提供す る。更に、本装置は、ビーム進路をプログラム可能な方式で変化することができ る調節可能なビームシフト機構を提供する。本装置は、更に、最少の数の光学装 置を用いてビームの焦点を回転の軸からずらすことを可能にする。

本装置は、更に、ビームシフト機構と組み合せて比較的単純な合焦構成を提供し 、比較的少しの可動部しか利用していない。更に、合焦及び可調ビームシフト機 構の両方を制御するため、単一の駆動機構を利用することができる。こうして、 低コストで、軽量で、調節可能なビームシフト及び合焦構成か提供される。本装 置は、円を金属に高速で切欠かなくてはならない金属切断操作等の切断操作にお いて特に実益がある。　本装置は、通常、本装置の自動的でプログラムされた操 作に必要な制御手段及びフィードバックセンサと連携している。

本発明の他の利点は、添付図面とともに考慮して以下の詳細な説明を参照するこ とにより、それらの利点がより良く理解されるに従い、容易に認められるであろ う。

図面の簡単な説明 第一図は、加工片に孔を切欠（のに利用されている先行技術のレーザービーム配 送装置の側面図である。　第２図は、本発明に従って構成されたレーザービーム 等の平行ビームを配送するための装置の部分切欠断面側面図である。

第３図は、装置の部分集束レンズ、それと連携するレーザービーム並びに種々の 回転軸、焦点軸及び合焦ビーム軸を示す模式断面図である。

第４図は、第３図の部分集束レンズの平面図であり、仮想線により示される関連 する完全な軸対称レンズ及び部分レンズが第一の軸の回りに回転すると、部分集 束レンズの焦点によって辿られるいろいろな円を含んでいる。

第５図は、本発明の第二及び第三の実施態様の部分切欠断面側面図であり、この 図においては、装置の下部の右側が、集束レンズをその合焦軸に沿って線状に移 動させるための第一の機構を示し、装置の下部の左側が、集束レンズを交互に線 状に移動させるため、又は装置の第一の軸と焦点軸との間の距離を変化させるた めの第二の機構を示す。

発明を実施する最良の形態 添付図面の第２図を参照すると、加工片又は部品１２へのビーム進路に沿ってレ ーザービーム等の電磁エネルギーの平行ビームを配送するための装置が、全体と してＩＯで示されている。第２図に示すように、装置ＩＯは、レーザーロボット 等の従来のビーム配送システムのレーザーヘッド１４に、回転運動可能に設けら れている。レーザーヘッド１４に設けられたミラーブロック１６が、レーザーヘ ッド軸１８に沿って進行するレーザービームを、装置ＩＯの第一の軸２０へと偏 向する。偏向されたビームは、次いで、部分的な集束レンズ（ｐａｒｔｉａｌ　 ｆｏｃｕｓｉｎｇｌｅｎｓ）２２により偏向されて集寥ビーム軸（ｆｏｃｕｓｅ ｄ　ｂｅａｍ　ａｘｉｓ）　２１に沿って進行し、レンズ２２の焦点軸２３とレ ンズの焦点２４で交差して加工片１２に対して切断又は何か別のレーザーの応用 を行なう。

装置ｌＯは、全体を２６で示すハウジンク手段又は機構を含んでおり、このハウ ジング手段がまた、全体をそれぞれ３２及び２８で示す第−及び第二のハウジン グアセンブリを含んでいる。第二のハウジングアセンブリ２８は、第一の軸２０ の回りを回転するように、軸受３０によってレーザーヘッド１４に回転可能に支 持されている。軸受３０は、スペーサー３１により間隔をおいて隔てられている 。

第一のハウジングアセンブリ３２は、第二の軸３６の回りを回転するように、軸 受３４によって第二のハウジングアセンブリ２８に回転可能に支持されており、 第二の軸３６は、第一の軸２０と焦点軸２３との間のほぼ中間に位置している。

第一のハウジングアセンブリ３２は、第二の軸３６の回りを一緒に回転するよう に、内部キャビティ３８内にレンズ２２を収容し、保持している。焦点軸２３は 、第−及び第二の軸２０及び３６それぞれに対して平行である。

第二のハウジングアセンブリ２８は、全体を４０で示す駆動機構によって第一の 軸２０の回りを回転可能に駆動するのが好ましい。駆動機構４０は、全体を４６ で示す歯車機構を駆動する出力シャフト４４を有するプログラム可能な駆動モー ター４２を含んでいる。歯車機構４６は、第二のハウジングアセンブリ２８に固 定された第一の駆動ギア５ｏと駆動係合する第一のピニオンギア４８を含んでい るため、モーターシャフト４４及びピニオンギア４８の回転が、第二のハウジン グアセンブリ２８を第一の軸２ｏの回りに回転させる。

モーター４２は、レーザーヘッド１４とともに運動するようにレーザーヘッドに 設けられた取付ブラケット５２に設置されている。円状シール５４が、取付ブラ ケット５２と第二のハウジングアセンブリ２８との間に備っており、軸受及びギ ア潤滑剤を取付ブラケット５２の内側に保持している。　第一のハウジングアセ ンブリ３２は、全体を５６で示す第二の駆動機構により駆動され、この駆動機構 は、出力駆動シャフト６０を有する第二のプログラム可能なモーター５８を含ん でいる。全体を６２で示す第二の歯車手段又は機構が、出力シャフト６ｏに設け られた第二のピニオンギア６４を含んでいる。更に、ピニオンギア６４は、第一 のハウジングアセンブリ３２とともに第二の軸３６の回りを回転するように第一 のハウジングアセンブリに固定された第二の駆動ギア６６と駆動係合している。

モーター５８は、第二のハウジングアセンブリ２８に支持され、第二のハウジン グアセンブリは、第一のハウジングアセンブリ３２を第二のハウジングアセンブ リ２８に回転可能に支持するため、下方に垂下するフランジ部６８を含んでいる 。

軸受保持体７０が、フランジ部６８に固定され、軸受３４を第−及び第二のハウ ジングアセンブリ３２及び２８それぞれの間に固定している。

第一のハウジングアセンブリ３２は、ハウジング部分７２と全体を７４で示すフ ァンネルとを含み、それらの間には、集束レンズ２２か、第一の軸２ｏと第二の 軸３６の両方が集束レンズ２２と交差するように、収容され、保持されている。

本技術分野で周知のように、ファンネル７４は、加工片切断の間等において、レ ンズ２２の下面にゴミが付着し、積るのを防止するのにも役立つ。

軸受３４だけでなく軸受３０も、軸受及びギア潤滑剤が内部キャビティ３８内に 逃げ込むのを阻止するため、シール軸受であることが好ましい。更に、内部キャ ビティ３８を充分に封止された状態に保つように、第二のハウシングアセンブリ ２８と第二の駆動ギア６６との間には、円状シール６９が備っていることが好ま しい。

第一のハウジングアセンブリ３２を、第二のハウジングアセンブリ２８に回転可 能に支持するのに、単一（ｓｉｎｇｌｅ）軸受のみを利用するのが好ましい。軸 受３４は、ラジアル荷重及びスラスト荷重だけでなくモーメントも受ける（ｃａ ｒｒｙ）　Ｘ型と従来呼ばれている種類のものである。

レンズ２２の上の内部キャビティ３８は、レーザービームの進路に沿って環境を 清浄で、障害物のない状態に保持するため、清浄な空気又は不活性ガスで加圧す ることか好ましい。清浄でない空気中に浮遊する粒子か、レーザービームによっ て加熱され、それにより、装置１０の効率が低下することがある。

第３図及び第４図を参照すると、レンズ２２は、参照番号７６により仮想的に示 すような完全な軸対称レンズであってもよい。しかしながら、コンパクトにする には、光学的形態は完全なレンズ７６等の完全な軸対称レンズの光学的形態であ りながらも部分的な集束レンズ２２を利用する。

第３図に示すように、レンズ２２は、それぞれ２０．３６及び２３である第一の 軸、第二の軸及び焦点軸を包囲している。

第４図に示すように、第一の軸２０の回りに回転をさせることにより、焦点２４ は、円状の進路、即ち円７Ｂを辿り、このことは、円７８の直径と等しい直径を 有する孔の切欠を行なうことができる。

モーター５８は、第二の軸３６の回りに回転させて焦点軸２３を円８０の進路に 沿って移動させるための駆動力を与えるものである。こうにして、焦点軸２３上 に位置する焦点２４は、変化可能な距離だけ第一の軸２０からずれている。その ため、切欠経路の大きさは、ゼロから円７８で示す最大値まで変化させることが できる。

同様にして、モーター４２は、モーター４２が焦点２４を含むハウジング機構２ ６全体を第一の軸２０の回りに駆動する際に、切欠操作を制御する。装置１０は 、レーザービームの焦点２４を円に沿って回転させ（ｓｐｉｎｎｉｎｇ）、孔の 切欠操作を行なうことにより、円を切欠く能力を提供するものである。

第５図を参照すると、レーサー等の平行ヒームを加工片１２へ配送するための、 全体を１０′　で示す、第二の装置が示されている。第一の装置と同じ又は類似 の機能及び／又は構成を有する第二の装置ｌＯ′の構成部材には、初めの指示番 号が付されている。概して、第５図の装置１０′は、部分的集束レンズ２２′　 を内部キャビティ３８′に支持するため合焦手段又は機構を備えているので、レ ンズ２２″は、その焦点　軸２３′　に沿って線状に移動することができ、それ により焦点２４′　を加工片　１２に対して移動させることができることにおい て、第２図の装置ｌＯと異なっている。

第５図の実施態様においては、第一のハウジングアセンブリ３２°が、それぞれ ７２ｂ′及び７２ａ′である第−及び第二のハウジング部材を含んでいる。ハウ ジング部材７２ａ°及び７２ｂ′は、互にネジ式に連結され、第二のハウジング アセンブリ２８°により第一の軸２０′の回りを回転可能に支持されている。

特に、ハウジング部材７２ａ′及び７２ｂ′は、比較的小さなピッチの機械的ネ ジ山（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｔｈｒｅａｄ）により係合している。

ハウジング部材７２ａ°及び７２ｂ゛を連結する二つの異なる方法が、第５図の 右下側及び左下側にそれぞれ示されている。概して、右下側は、孔の半径の調節 が手動で、合焦調節とは独立して行なわれる連結手段又は機構を示し、第５図の 左下側は、合焦が動力化方式で孔の半径調節と一緒に行なわれる連結機構を示し ている。

第５図の右下側を参照すると、装置１０’　は、切欠孔の半径の手動調節及び動 力化した焦点調節ができるように構成されている。保持要素７０゛が、軸受３４ ゜を保持して、第二のハウジング部材７２ａ′が第二の軸３６′の回りに回転で きるようになっている。保持要素７０°は、ネジ（図示せず）等の固定具により 第二のハウジングアセンブリ２８゛　に固定されている。

ガイドピン８４を含む案内手段又は機構が、その一端において保持要素７０′に ネジ式に固定され、その反対の端において、第一のハウジング部材７２ｂ°の周 辺状に延びるフランジ部に形成された孔８６内に摺動可能に収容され、保持され ている。フランジ部８８には、その外周の回りに周辺状に間隔をあけた複数の斯 かる孔が備っており、各々の孔は、第一の軸２０’に対する異なる焦点軸２３′ の位置を決定する。この構成においては、切欠孔の直径が、第一のハウジング部 材７２ｂ′の７ランノ部８８の周辺に沿って異なる孔にガイドピン８４を据える ことにより、手動的に個別的な工程で調節される。更に、この構成においては、 モーター５８′　が、第二のハウジング部材７２ａ′を回転させるギア６６′を 回転させ、第二のハウジング部材が、また、７ランノ部８８にあるがイドビン８ ４の線状の案内配置により、第一のハウジング部材７２ｂ″を焦点軸２３′　に 沿って線状に摺動させる。この運動は、焦点軸２３′に沿う焦点２４゛　の位置 の変化を生じさせる。こうして、モーター５８′は、合焦制御モーターとして作 用する。

図示はしていないが、焦点のその所望の位置からのずれを検知し、合焦制御モー ターが作動するのに必要な信号を提供する高さセンサを装置１０に取り付けるこ とが普通である。

第５図の左下側を参照すると、合焦だけでなく切欠孔の大きさも、第−及び第二 の作動状態の間を可動な異なる連結手段又は機構を利用することにより、モータ ー５８°によって調節できる構成が全体的に示されている。

第５図の左下側の実施態様においては、保持要素７０″が、その周に沿って形成 された複数の鋸歯状の歯９０を有し、ネジ８２により第二のハウジングアセンブ リ２８゛′に連結されている。本明細書で以下に詳細に説明するように、カップ ラー９２も鋸歯状の歯を有し、これらの歯は、交互に（ａｌｔｅｒｎａｔｅｌｙ ）保持要素７０′°の歯９０と駆動係合、又は第二のハウジング部材７２　ａ” の外周面に形成された第二の歯９４と駆動係合する。

カップラー９２は、ガイドビン８４″の一端にネジ式に固定されている。ガイド ピン８４″は、ブツシュ９６内に摺動可能に案内され、ブツシュはまた、全体を ７４′で示すファンネルの外周フランジ１００に形成された孔９Ｂに据えられて いる。

ネジ１０２の一端が、ガイドピン８４′°に形成された細長い溝内に配置され、 このことは、ガイドピン８４′°がブツシュ９６内を摺動することを可能にする が、ブツシュ９６内でガイドピン８４″゛が回転するのを防止するものである。

バネ１０４か、カップラー９２及び、それに従い、ガイドピン８４°′を保持要 素の方へ押す賦勢力を付与している。

ソレノイド１０６等の作動器か備っており、ソレノイド１０６に通電した時に、 ガイドピン８４′”が、バネ１０４の賦勢作用に抗して下方に移動するため、第 ５図に示すように、カップラー９２の歯は、保持要素７０′°の歯９０ではなく 、第二のハウジング部材７２　ａ”の歯９４と係合する。　こうして、ハウジン グ部材７２ａ″′及び７２　ｂ”は、ガイドピン７４゛°及びファンネルフラン ジ１００を介して互に連結され、剛体として一緒に運動することができるため、 モーター５８′を作動させると、第二の軸３６′　の回り←緒に回転し、それに より、切欠孔の半径を調節する。

作動器１０６への通電を停止すると、バネ１０４は、カップラー９２を上方に押 すため、カップラー９２の歯は、保持要素７０゛°の歯９０と係合して第５図の 右下側に関して説明した構成と類似の構成をもたらし、この構成においては、第 一のハウジング部材７２ｂ”及び保持要素７０°°は互に連結され、第一のハウ ジング部材７２ｂ”か、第二のハウジング部材７２ａ”に対して焦点軸２３″に 沿って線状に移動することを可能にしている。

第５図の実施態様においては、保持要素７０′及び７０″のうちの何れか一方と 、その対応する第二のハウジング部材７２ａ゛又は７２ａ”との間に第三のシー ル１０８が備っており、軸受及びギア潤滑剤を保持している。

更に、第２図に示す構造に加え、ファンネル７４°°には取付具（ｆｉｘｔｕｒ ｅ）１１０が備っており、レンズ２２゛　が加熱しないように冷却用空気を導入 することができるようになっている。酸素を冷却用空気の代りに用いることがで き、加圧された酸素をファンネル７４°′の先端から強制的に出してレーザー切 欠過程を援助し、レンズ２２′　を汚損することのある屑（ｄｅｂｒｉｓ）がフ ァンネル７４′　に入らないようにすることができる。

装置ｌＯ“は、多くの利点をもたらす。例えば、装置１０’　は、レーザーによ る孔の切欠のための半径調節装置と組み合わせた比較的低コストで、軽量な焦点 調節装置を提供するものである。更に、ビーム合焦調節装置は、比較的単純であ り、比較的小数の可動部を利用している。最後に、合焦機構及び半径変化機構の 両方を制御するのに単一の駆動ギアが利用されている。

本明細書において、発明を実施するための最良の形態を詳細に説明したが、本発 明が関連する技術分野における当業者は、以下の請求の範囲により定義される本 発明を実施するための種々の別の設計及び実施態様を認識するであろう。

Ｆｉｇ、／　（先行技術）

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．レーザービーム等の平行ビームを加工片へのビーム進路に沿って配送するた めの装置であって、 回転第一軸と； 内部キャビティを形成するハウジング手段と；内部キャビティ内に収容され、ビ ームを合焦するため第一の軸と交差する集束レンズ手段であって、第一の軸上に 回転可能に支持され、レンズ手段において第一の軸から第一の距離だけずれてい る焦点軸に沿う焦点を有するレンズ手段と； 第一の軸に沿って進行するビームか、レンズ手段により第一の軸から偏向されて 第一の軸及び焦点軸に関して傾斜した合焦ビーム軸に沿って進行し、そのため、 焦点において焦点軸と交差するように、第一の軸に沿ってレンズ手段へと延び第 一の軸を包囲する連続的で障害物のない中空な通路とを；備えた装置において、 第一の軸の回りのレンズ手段の回転が、焦点に加工片上の曲線を辿らせることを 特徴とする装置。
2. ２．レーザービーム等の平行ビームを加工片へのビーム進路に沿って配送するた めのリスト機構であって、 回転第一軸と； 内部リストキャビティを形成するハウジング手段と；リストキャビティ内に収容 され、ビームを合焦するため第一の軸と交差する集束レンズ手段であって、第一 の軸上に回転可能に支持され、レンズ手段において第一の軸から第一の距離だけ ずれている焦点軸に沿う焦点を有するレンズ手段と； 第一の軸に沿って進行するビームが、レンズ手段により第一の軸から偏向されて 第一の軸及び焦点軸に関して傾斜した合焦ビーム軸に沿って進行し、そのため、 焦点において焦点軸と交差するように、第一の軸に沿ってレンズ手段へと延び第 一の軸を包囲する連続的で障害物のない中空な通路とを；備えた装置において、 第一の軸の回りのレンズ手段の回転が、焦点に加工片上の曲線を辿らせることを 特徴とする機構。
3. ３．曲線上の全ての点が、第一の軸上に位置する中心点から第一の距離に位置す るように、第一の軸は、焦点軸に平行であることを特徴とする請求項１又は２記 載の発明。
4. ４．レンズ手段は、内部キャビティ内に、焦点軸に沿って直線運動可能に支持さ れていることを特徴とする請求項１又は２記載の発明。
5. ５．ハウジング手段は、第一及び第二のハウジングアセンブリを有し、第二のハ ウジングアセンブリは、第一の軸の回りに回転可能に支持され、第一のハウジン グアセンブリを支持し、第一のハウジングアセンブリは、合焦レンズを第二のハ ウジングアセンブリに対して焦点軸に沿って線状に移動可能に支持し、それによ り、焦点を加工片に対して移動させることを特徴とする請求項４記載の発明。
6. ６．第一の軸と焦点軸との間の第一の距離を変化させるための手段を、更に備え ていることを特徴とする請求項１又は２記載の発明。
7. ７．前記変化させるための手段は、第一の手段を不連続量変化させることを特徴 とする請求項６記載の装置。
8. ８．レーザービーム等の平行ビームを加工片へのビーム進路に沿って配送するた めの装置であって、独立な回転第一軸及び回転第二軸と；内部キャビティを形成 するハウジング手段と；内部キャビティ内に収容され、ビームを合焦するため第 一の軸と交差する集束レンズ手段であって、第一及び第二の軸上に回転可能に支 持され、レンズ手段において第一の軸から第一の距離だけずれている焦点軸に沿 う焦点を有するレンズ手段と； 第一の軸に沿って進行するビームが、レンズ手段により第一の軸から偏向されて 第一の軸及び焦点軸に関して傾斜した合焦ビーム軸に沿って進行して焦点におい て焦点軸と交差するように、第一の軸に沿ってレンズ手段へと延び第一の軸を包 囲する連続的で障害物のない中空な通路とを；備えた装置において、第一の軸の 回りのレンズ手段の回転が、焦点に加工片上の曲線を辿らせ、第二の軸の回りの レンズ手段の回転が、第一の距離を変化させることを特徴とする装置。
9. ９．第一の軸は、焦点軸と平行であり、曲線上の全ての点が、第一の軸上の中心 点から第一の距離に位置していることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. １０．第二の軸は、第一の軸及び焦点軸と平行であり、第一の軸と焦点軸との間 の中点でレンズ手段と交差することを特徴とする請求項８記載の装置。
11. １１．ビームは、平行光学ビームであり、レンズ手段は、光学軸対称レンズを含 んでいることを特徴とする請求項８記載の装置。
12. １２．光学レンズは、部分レンズであることを特徴とする請求項１１記載の装置 。
13. １３．レンズ手段は、単一の軸対称レンズであることを特徴とする請求項８記載 の装置。
14. １４．レンズは、部分レンズであることを特徴とする請求項１３記載の装置。
15. １５．前記合焦手段は、内部キャビティ内に、焦点軸に沿って線状に移動可能に 支持されていることを特徴とする請求項８記載の装置。
16. １６．ハウジング手段は、第一及び第二のハウジングアセンブリを含んでおり、 前記第二のハウジングアセンブリは、第一の軸の回りに回転可能に支持され、前 記第一のハウジングアセンブリは、第二のハウジングアセンブリによって第二の 軸の回りに回転可能に支持され、第一のハウジングアセンブリは、第一及び第二 のハウジング部材を含み、レンズ手段は、第一のハウジング部材により第二のハ ウジング部材に対して焦点軸に沿って線状に移動可能に支持され、焦点を加工片 に対して移動させることを特徴とする請求項１５記載の装置。
17. １７．独立な第二の軸の回りの第二のハウジング部材の回転と、第一の軸の回り の第二のハウジング手段の回転とを与えるギア手段を更に備え、焦点の加工片に 対する位置を制御するため、第二のハウジング部材は、順次、第一のハウジング 部材を焦点軸に沿って線状に駆動することを特徴とする請求項１６記載の装置。
18. １８．第二のハウジングアセンブリと第一のハウジング部材とを、第一の作動状 態に互に連結させるための連結手段を更に備えた請求項１７記載の装置において 、第一のハウジング部材は、第二のハウジング部材にネジ式に取り付けられ、連 結手段は、第一のハウジング部材に対して駆動機構が回転できるようにすること を特徴とする装置。
19. １９．連結手段は、第二のハウジングアセンブリに設けられていて第一のハウジ ング部材の運動を焦点軸に沿って案内するため第一のハウジング部材の方に延び ているガイド機構を含んでいることを特徴とする請求項１８記載の装置。
20. ２０．前記相対線状運動を防止するため、連結手段は、第一及び第二のハウジン グ部材を、選択的に第二の作動状態に互に連結し、そのため、ギア手段は、第一 及び第二のハウジング部材を、レンズ手段とともに第二の軸の回りに回転させ、 第一の軸と焦点軸との間の第一の距離を変化させることを特徴とする請求項１８ 又は１９記載の装置。