JPH05506517A - レーザ材料加工装置用の偏向鏡ハウジング及び光線分離フィルター - 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】 レーザ材料加工装置用の偏向鏡ハウジング及び光線分離フィルター本発明はレー ザによって材料を加工する装置のための偏向鏡ハウジング及びかかる偏向鏡ハウ ジング付きの光線分離フィルターに関する。

レーザ材料加工装置中の、既知の、レーザ光線の偏向装置において、偏向鏡は（ ４５°で傾斜した）鏡の面内にあるプレート中の取り付は具にネジで締めつけら れており、これらの鏡は、偏向鏡のハウジングに対して、調整ネジによって膜ま たはボールすべり板体（ｂａｌｌ　ｗｏｒｋ　ｐａｎ）に配置される。それ故、 鏡は、常に、調整可能な支持体にネジで締めつけられ且つこの支持体によってハ ウジングに固定される。鏡が移動されるべきときには、常に鏡は光線の進路を再 調整する必要がある。

知られた装置において、通常、操作者は鏡の面内に提供された調整装置を操作す る。ボールすべり板体が用いられる場合には、枢軸の中心は、光線軸から外れて おり、従って、回転中心は鏡の面内に存在しない。膜による調整では、光線軸を 膜調整によって制御するのは困難であり、光学軸はまた移動されることになる。

また、偏向鏡が、ハウジング内の止めネジ上に支持された板に固定されることが 知られている。

最後に、枢軸動可能な競馬のベアリングは、ドイツ国特許２３６３７６５Ａ１に より知られており、該特許では、鏡は、ボールの中心か鏡の上側の表面上にある ようにボール部分の球面上に配置される。ボール部分は、ボールに対応する直径 のカップ内に支持されている。鏡は、支持球面キャップ上に搭載された調整装置 によって移動可能であり、鏡は鏡のゼロセツティングに対して平行な平面内で効 力を発揮する。かかる球面キャップ配置は鏡の膜支持体に対して実用上の利益を 与えない。特に、鏡の厚さと表面の均一性は調整に影響を及ぼし、鏡の中心は調 整機構の部品を交換した後に新たに見いださなければならず、角度のエラーは二 つのセツティング可能性の場合において不可避であり、困難な機械的な労力を要 し、調整には熟練した作業者を要する。さらに鏡の変化は相当の再調節を必要と する。

本発明の目的は、鏡面がハウジングに対して固定され且つそのためにハウジング だけが光線の幾何学的関係を決定して、調整の幾何学的関係を変更することなく 鏡の交換を可能にするような方法で、幾何学的に且つ構築的に配置された、レー ザ材料加工装置用の偏向鏡ハウジングを提供することにある。

この場合、ハウジングは、レーザ光線の集光能力を妨げる鏡の変形を安全に回避 することができるように配置されるべきである。さらに、鏡の面は、鏡の軸から の調整によって配置されるべきなく、これにより未処理の光線がもはや集光光学 素子に中心から入らなくなる。

本発明の目的は、以下の本発明のハウジングによって解決される。

すなわち、本発明のハウジングは、偏向鏡を支持するハウジング上部と球形のカ ップ状のハウジング下部を含む二つの部分から構成され、 レーザビーム用の入射または出射開口部が、球形カップとして形成されたハウジ ング下部とハウジング上部に形成され、偏向鏡が、ハウジング上部に、偏向鏡の 調整を変えることなく外側から取り出し可能に配置され、 球形カップの中心は鏡の面内にあり、そして偏向鏡は、ハウジング上部をハウジ ング下部に対して球形のキャップ中で枢軸動させることによって調整可能である 。

この場合、ハウジング下部の球形カップの回転中心または中心点は正確に鏡の面 内にあり且つ調整面が鏡の面自体によって専ら造られていることが重要である。

有利には、二つの調節ネジが、ハウジング上部がハウジング下部上で鏡面内にあ る球面中心について枢軸動することができるハウジング上部とハウジング下部の 間のレーザ光線の光線軸方向で且つ該光線軸を挟んで対向するようにそれぞれ提 供される。かかる調整面の明白な配置及び機能的に容易に認識可能であり且つ測 定可能な幾何学的配置は（二つの基部の）製造及び産業上の用途において利点を もたらす。また、０．００１ラジアン以下の要求された調整精度は熟練していな い者によっても容易に達成することができる。

有利には、偏向鏡は、外側から容易に近づき得るように精密な嵌合によりハウジ ング上部に挿入され且つ固定される。偏向鏡のハウジング上部に対する位置は、 ハウジング上部中の鏡の上面のための鏡支持面により決定される。従って、調整 のための幾何学的配置はハウジング内の鏡支持面によって決定されまたはハウジ ング自体により形成されるので、定期的な期間に洗浄のために必要な鏡の交換は 幾何学的配置を変えずに可能である。鏡はハウジング内に単に置かれているので 、鏡のハウジングからの取り出しは極めて容易である。

調整する場合には、鏡はハウジング上部に対して移動する必要は全くない。

ハウジングの上部において鏡の上面を定めることによって、調整を正確に行うの に、鏡の後側の正確な面平行性は不要である。鏡に関する幾何学的な要求は、鏡 上面、すなわち、光学側だけに制限され、正確な直径並びに厚さ、面平行性等は 重要ではない。

実用的には、偏向鏡の支持及び、もし必要ならば鏡の後側の冷却板が、鏡の上面 の変形を回避するために小さく且つ鏡面に平行な力しか生じないようにして形成 される。

有利には、冷却板は偏向鏡の後側に開放可能に搭載され、あるいは流体による直 接冷却がもたらされる。鏡の後側を露出することができるので、鏡の後面からの 液体による直接冷却が可能であり、このため鏡の水圧ブリバイアシング（ｐｒｅ ｂｉａｓｉｎｇ）もまた可能となる。

有利には、安全機能のために、サーモプローブのような電気信号送信機を冷却板 に組み込んで、鏡を、例えば、２０°＋ｌ’Ｃの一定温度に監視することができ る。

また、本発明の偏向鏡用のハウジングにおいて、光学軸を設定するための調整ネ ジは入射光線軸または射出光線軸に平行に配置された面内にあるのが有利であり 、そのため、調節の要件の関係は、直ちに認識可能である。最後に、幾何学的配 置は、任意の望ましい偏向角に関して適用することができ、ここに、特に、水平 面内の偏向もまた考慮される。

レーザ溶接による小さな加工物の製造において、操作は少なくとも二つのステー ションにおいて交互に実行される。この場合において、レーザ光線は通常両方の ステーション間で切り換えられ、回転プレートによる部分的な交換が運転されて いないステーションにてアイドル時間の間に起こる。光線分離フィルターは、で きるだけ短い時間で行われるスイッチングに要求される。知られた方法において 、レーザ光線源に関する機械式ロックが閉じられ、鏡のハウジングが移動されそ してロックが再び開けられる。この場合、知られたレーザ光線源のロックは、主 な増分溶接時間が１〜２秒ならば、約０．３〜０．４秒の時間増大にて極めてゆ っくりと作動する。さらに、機械式ロックは、１〜２００万回以上のスイッチン グが行われる前に、疲労してしまう。結局、この知られた装置は、迅速な光線分 離フィルターとして好適ではない。

従って、本発明のさらなる具体例は、偏向鏡の一方の側かハウジング上部にて露 出され、ハウジング上部のレーザ光線入射開口部か露出された鏡の端部を超える 方向に拡張されており、そして偏向鏡ハウジングがレーザ光線入射開口部の拡張 された方向に向かってそしてその逆の方向に移動可能に設計された、本発明の偏 向鏡を有するレーザ材料加工装置用の光線分離フィルターに関する。この場合に 、偏向鏡はハウジング上部において非対象に配置されるのが有益である。

かかる光線分離フィルターにおいて、未処理の光線は、それぞれ、光線の直径に 従って鏡上に偏心的に導入され、一方で、シリンダーまたはスピンドルの駆動力 により偏向鏡ハウジングをガイド上で移動させることによって最適化された移動 通路を介して光線の伝送を切り換えた後に、光線は影響を受けずに偏向鏡ハウジ ングに導入されて、それを通過する。ハウジングの機械的な剛性及び形状安定性 は保証されている。

有利には、ハウジング上部の前方に支持され且つ液体冷却された目標設定アパー チャーが、熱的に絶縁された方法でハウジング上部のレーザ光線入射側に固定さ れている。該アパーチャーは光線の幾何学的関係において露出された鏡の端部位 置に適合している。従って、レーザ源ロックが開放されているときに、光線分離 フィルターは、鏡の端部での反射による散乱放射にもとすく偏向鏡ハウジングの 加熱及びそれによる検出可能な変化を伴わずに切替え可能である。

ハウジング移動のストロークは未処理の光線の直径よりも約１０ｍｍ大きくする のが有益であり、その結果、４５ｍｍの未処理のレーザ光線の直径により０．２ 秒の切替え時間が達成され得る。すなわち、ハウジングを一方の端部から他方の 端部に約０．２秒以内で移動することができる。

これは、２以上のステーションを含む機械を用いて短い溶接サイクルを行う場合 に特に有利である。なぜなら、レーザ材料加工設備の有効使用時間が移動時間に よりかなり増加するからである。

さらに、本発明の光線分離フィルターは、開放されているレーザ源ロックにおけ る移動速度により、スイッチングの際に、光線のエネルギーは二つの加工片にて 別々に生じ、移動の間に第１の加工片にて消滅しそして第２の加工片にて増大す るので、レーザ光線の加工片からのまたは加工片とのソフトな非結合及び結合が 実現し得るという利点がある。レーザ光線溶接の場合において、第１の加工片で のレーザ光線の穏やかな非結合により、溶接継ぎ目端部で生じるクレータ−を防 止することができ、それ故品質の改善ができる。

最後に、本発明の偏向鏡ハウジングは、鏡の厚さは調整位置に何等影響を与えな いので、例えば、焼けによる浸透のような摩滅の兆候及び、例えば、使用による 鏡の上面の引っかき傷状の形状の欠陥を有する銅の偏向鏡を再加工することがで きるという利点を含む。

本発明を、以下に実施例によってそして図面との関係にて一層詳細に説明する。

図１は、本発明の偏向鏡ハウジングの横断面図を示す。

図２は、図１に従う偏向鏡ハウジングの平面図を示す。

図３は、本発明の光線分離フィルターの横断面図を示す。

図４は、図３に従う光線分離フィルターの正面図を示す。

図５は、図３に従う光線分離フィルターの平面図を示す。

図１及び図２に示した本発明の偏向鏡ハウジングは、球形のカップ状のハウジン グ下部１と、下部１の上に球形のカップ中で枢軸動可能に配置されたハウジング 上部２とを有する。二つの調整ネジ３は、それぞれ、ハウジング上部２とハウジ ング下部１との間のレーザ光線の光線軸方向に且つ該光線軸を挟んで対向するよ うに提供されている。レーザ光線は偏向鏡ハウジングに矢印４の方向で入射し、 そこから矢印５の方向に出射される。

偏向鏡６は、精密に嵌合し且つ外側から容易に近づくことができるように、ハウ ジング上部２に挿入され且つそこに保持される。冷却板７はネジ８と押しつけバ ネ９によって偏向鏡６の後側に取り外すことができるように搭載されている。

サーモプローブ１０が冷却板７に組み込まれており、一方、冷却水用の連結部が １１で示される。

図３〜５に、本発明の光線分離フィルターを示す。該フィルターは偏向鏡ハウジ ングを含み、図１及び２のハウジング部品と対応する部品を同じ参照番号で示す 。ハウジングにおいて、偏向鏡の一方の側はハウジング上部２において露出され るように配置され、そしてハウジング上部２のレーザ光線入射開口部は露出され た鏡の端部を超える方向に拡張されている。偏向鏡ハウジングは、移動シリンダ ー１２及びガイド１３によって、レーザ光線入射開口部の拡がる方向及びそれと は逆の方向において移動可能に配置される。レーザ光線入射開口部の拡がる方向 には、ハウジングは衝撃吸収体１４及び固定された停止体１５まで移動される。

液体冷却された目標設定アパーチャー１６はレーザ光線の入口側の前方に支持さ れ且つ光線の幾何学的配置において露出された鏡の端部に適応している。アパー チャー１６は、熱的に絶縁された方法で絶縁体１７を介してハウジング上部２に 取り付けられている。目標設定アパーチャー１６の拡大された開口部は図４にお いてはっきりと認識され得る。

この場合、偏向鏡はハウジング上部２において非対称的に配置されている。また 、図４において１８で示したものは、入射光線の偏向位置における外郭線であり 、１９は偏向鏡ハウジングが透過位置にあるときの入射光線の外郭である。

Ｆｔ’ｔ１．５″ 要約書 レーザ材料加工装置用の偏向鏡／旬ジング及びかかる偏向鏡ハウジング有する光 線分離フィルターにおいて、ハウジングか、偏向鏡（６）を支持するハウジング 上部（２）と球形力・ツブ状のハウジング下部（１）とを含む２つの部分から構 成され、レーザビーム用の入射または出射開口部が、球形カップとして形成され たハウジング下部（１）とハウジング上部（２）中に提供され、偏向鏡（６）力 ｈ、偏向鏡の調整を変えることなく外側から取り出し可能に／Ｘウジング上部（ ２）中に、配置され、球形カップの中心は鏡の面内にあり、そして、偏向鏡（６ ）は、ハウジング上部をハウジング下部に対して枢軸動させることによって調整 可能である。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成　４年、１月、。８＠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．レーザ材料加工装置用の偏向鏡ハウジングにおいて、ハウジングが、偏向鏡 （６）を支持するハウジング上部（２）と球形カップ状のハウジング下部（１） とを含む２つの部分から構成され、 レーザ光線用の入射または出射開口部が、球形カップとして形成されたハウジン グ下部（１）とハウジング上部（２）に提供され、偏向鏡（６）が、偏向鏡の調 整を変えることなく外側から取り出し可能に、ハウジング上部（２）に配置され 、球形カップの中心は鏡の面内にあり、そして偏向鏡（６）は、ハウジング上部 をハウジング下部に対して球形のキャップ中で枢軸動させることによって調整可 能であることを特徴とする上記ハウジング。 ２．二つの調節ネジ（３）が、それぞれ、ハウジング上部（２）とハウジング下 部（１）の間のレーザ光線の光線軸方向で且つ該光線軸を挟んで対向するように 提供されることを特徴とする請求項１のハウジング。 ３．偏向鏡（６）は、外側から容易に近づき得るように精密な嵌合方法によりハ ウジング上部（２）に挿入され且つそこに保持される請求項１または２のハウジ ング。 ４．偏向鏡（６）のハウジング上部（２）における位置は、ハウジング上部（２ ）中の、鏡の上面のための鏡支持面により確立されることを特徴とする請求項１ から３のいずれか一項のハウジング。 ５．偏向鏡（６）の支持体及び冷却板（７）が、小さく且つ鏡面に平行な力しか 生じないような方法で偏向鏡（６）の後側に形成されることを特徴とする請求項 １〜４のいずれか一項のハウジング。 ６．偏向鏡の後側に、冷却板（７）が取り外し可能に搭載されるかあるいは液体 による直接冷却がもたらされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項の ハウジング。 ７．サーモプローブのような安全機能のための電気信号送信機を冷却板（７）に 組み込むことを特徴とする請求項５のハウジング。 ８．前記請求項１〜７のいずれか一項の偏向鏡ハウジングを含むレーザ材料加工 装置用光線分離フィルターにおいて、偏向鏡（６）の一方の側が、ハウジング上 部（２）中に露出されるように配置され、 ハウジング上部（２）のレーザ光線入射開口部が露出された鏡の端部を超える方 向に拡張されており、 偏向鏡ハウジングがレーザ光線入射開口部の拡張された方向及びその逆の方向に 移動可能であることを特徴とする上記レーザ材料加工装置用光線分離フィルター 。 ９．偏向鏡（６）がハウジング上部（２）において非対象に配置される請求項８ の光線分離フィルター。 １０．ハウジング上部の前方に支持され且つ液体冷却された目標設定アパーチャ ー（１６）が、熱的に絶縁された方法でハウジング上部（２）のレーザ光線入射 側に固定され、該アパーチャー（１６）は光線の幾何学的関係において露出され た鏡の端部位置に適合している請求項８又は９の光線分離フィルター。 １１．ハウジング移動のストロークは未処理の光線の直径よりも約１０ｍｍ大き い 請求項８〜１０のいずれか一項の光線分離フィルター。 １２．ハウジングが一方の端部から他方の端部に約０．２秒以内で移動可能であ る請求項８〜１１のいずれか一項の光線分離フィルター。