JP3768464B2 - レーザ光線を用いて工作物を加工する工作機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光線を用いて工作物を加工する工作機械であって、レーザ光線源と、レーザ加工ヘッドと、前記レーザ光線源から前記レーザ加工ヘッドへレーザ光線を導くための光路と第１の案内構造と第２の案内構造とを有し、
−前記レーザ加工ヘッドが工作物加工に際して前記レーザ光線源に対し相対的に運動可能であり、その際第２の案内構造が前記レーザ加工ヘッドと共に第１の運動軸（ｘ軸）の方向に運動可能に案内されておりかつ第２の案内構造自体が前記レーザ加工ヘッドを、第１の運動軸（ｘ軸）に対し角度を成して延びる第２の運動軸（ｙ軸）の方向に運動可能に案内しており、
−前記光路が偏光器を備えた光線トロンボーンを有し、その際、前記レーザ光線源が前記光線トロンボーンの偏光器に対し高位置に配置されており、前記レーザ加工ヘッドがレーザ光線源に対して相対的に運動した場合に前記偏光器がこの運動に合わせて運動可能に第１の案内構造にて第１の運動軸（ｘ軸）の方向に案内されており、さらに前記光路が少なくとも１つの光線案内エレメントを有し、該光線案内エレメントが前記レーザ光線源と前記光線トロンボーンの偏光器との間の光線の光路に設けられており、この光線案内エレメントで、前記レーザ光線源から発進されたレーザ光線が前記光線トロンボーンの偏光器へ偏向可能であり、
−第２の案内構造が第１の運動軸（ｘ軸）の方向で前記レーザ光線源に向かって１つの運動終端位置へ運動可能でありかつ前記光線トロンボーンの前記偏光器が、前記運動終端位置に第２の案内構造が在る場合に、第１の運動軸（ｘ軸）の方向で前記レーザ光線源（１の下へ運動可能である
形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような工作機械はＪＰ０８０５２５８７Ａ号明細書により公知である。この公知技術では、第１の案内構造として機械ベットが設けられかつ第２の案内構造として前記機械ベットからその横方向に突出する張出し部が設けられている。前記張出し部は機械ベットに沿って走行可能であり、それ自体レーザ加工ヘッドを機械ベットに対して横方向に案内している。公知の前記機械の光路はレザー光線をレーザ発生器からレーザ加工ヘッドへ導く。前記光路は特に光線トロンボーンを有し、該光線トロンボーンによってレーザ発生器とレーザ加工ヘッドとの間のレーザ光線の長さが、工作物の加工に際してレーザ加工ヘッドにより前記張出し部に沿って実施される運動及び／又は前記張出し部により機械ベットに沿って実施される運動にも拘らずコンスタントに保たれる。その際光線トロンボーンの光線偏向は同様に機械ベットの長手方向へ行なわれる。レーザ加工ヘッドの適当な移動運動に際して光線トロンボーンの光線偏向は機械ベットに当付けられた張出し部の部分の下を走行する必要がある。同時にレーザ発生器は機械ベットに対し、レーザ発生器の下を張出し部が走行できるように持ち上げられる。
【０００３】
ＥＰ−Ａ−０５５９９１６号明細書並びにＪＰ−Ａ−６０１９９５８６号明細書によれば、レーザ加工ヘッドは工作物テーブルを跨ぐブリッジに取付けられ、そこでブリッジ長手方向に移動可能である機械が公知である。ブリッジ自体はその長手方向に直交する方向に移動させられることができる。このようにして与えられたレーザ加工ヘッドの運動軸は水平な平面を規定し、この水平な平面内に前記レーザ加工ヘッドの作業領域が存在している。前記両機械の光線トロンボーンはレーザ光線の長さ、すなわちレーザ光線源からレーザ加工ヘッドまでのレーザ光線の拡散距離の長さをレーザ加工ヘッドとレーザ光線源との相対運動にも拘わらずコンスタントに保つために働く。その結果、各レーザ加工ヘッドの全作業領域にてレーザ光線の統一的な加工特性が得られる。偏光器として公知の光線トロンボーンはそれぞれ２つの偏光ミラーを有する装置を備えている。当該装置でレーザ光線は光線トロンボーンの領域でほぼＵ字形の光路に沿って導かれる。
【０００４】
ＥＰ−Ａ−０５５９９１６号明細書による機械の偏光器は、レーザ加工ヘッドの作業領域に、レーザ加工ヘッドを案内するブリッジの横方向に近隣して配置されかつブリッジ長手方向に移動可能である。レーザ光線源はブリッジ長手方向へレーザ加工ヘッドの作業領域に対しずらされている。
【０００５】
ＪＰ−Ａ−６０１９９５８６号明細書に記載されている機械の場合にはそれぞれ個有の偏光器を有する２つの光線トロンボーンが設けられている。前記偏光器の１つはレーザ加工ヘッドと一緒に機械のブリッジにブリッジ長手方向に案内されている。第２の偏光器はブリッジと一緒にその横方向に移動可能である。運動方向で見てこの偏光器はブリッジの一方の側に配置され、レーザ光線源はブリッジの他方の側に配置されている。ブリッジがレーザ光線源に向けて設けられた運動終端位置を占めると、ブリッジと一緒にその横方向に移動可能な偏光器、ブリッジ自体並びにレーザ光線源は、偏光器とブリッジとの運動方向で見て相前後して位置する。
【０００６】
ＥＰ０５５９９１６Ａ１号明細書及びＪＰ６０１９９５８６Ａ号明細書により公知である機械は先きの構成に基づき比較的に大きな基面を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は冒頭に述べた公知技術から出発して、構造的にコンパクトな機械を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、請求項１の特徴の組合わせによって解決された。請求項１に記載したレーザ光線源と光線トロンボーンの偏光器との相上下した配置並びにこの配置によって可能になるレーザ光線源の下への偏光器の移動に基づき、機械全体の基面は比較的に小さくなった。機械の第２の案内構造はレーザ加工ヘッドを保持し、同様に光線トロンボーンの偏光器のように第１の案内構造にて案内されている。光線トロンボーンは同時に第２の案内構造に沿ったレーザ加工ヘッドの運動を補償するため及び第１の案内構造における第２の案内構造の運動に基づくレーザ加工ヘッドの運動を補償するために役立つ。請求項による運動終端位置に第２の案内構造が位置する場合にはどんな場合でも第２の案内構造とレーザ光線源は、第２の案内構造と光線トロンボーンとに共通の運動軸の方向で相前後して位置している。この結果、この運動軸の方向で見て、レーザ光線源、光線トロンボーンの偏光器並びに第２の案内構造は比較的に小さな空間しか占めない。
【０００９】
請求項１の工作機械の特別な実施形態は従属請求項に記載してある。
【００１０】
コンパクトな機械構造に関しては、請求項２の特徴も提案されている。第 1 の案内構造の長さは、このような機械の場合には減じられる。
【００１１】
同様にコンパクトな機械構造は請求項３の特徴によって達成される。この場合には光線トロンボーンの偏光器を駆動するためにもレーザ加工ヘッドを駆動するためにも同じ駆動ロッドが用いられる。
【００１２】
請求項４には光線トロンボーンの偏光器と第２の案内構造との駆動に１つの駆動ロッドを共通して使用する、機能的に確実でかつ製作的並びに組立技術的に簡単な構成の可能性が示されている。
【００１３】
請求項５によれば、コンパクトな全体構造を達成するために少なくとも１つの共通の駆動ロッドの他に、光線トロンボーンの偏光器と第２の案内構造とのために少なくとも１つの共通の案内レールが設けられている。
【００１４】
以下、図示の実施例に基づき本発明を説明する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に示されているように、レーザ加工機、この場合にはレーザ切断機は、機械フレーム２を有し、機械フレーム２には機械長手方向保持体３，４と該長手方向保持体３，４の間にある工作物支持体５とが構成されている。機械長手方向保持体３，４の上にはブリッジ６が第１の運動軸（ｘ軸）の方向に運動可能である。ブリッジ６自体はレーザ切断ヘッド７の形をしたレーザ加工ヘッドを支承しかつ第２の運動軸（ｙ軸）の方向に案内する。これに相応して機械長手方向保持体３，４は第１の案内構造を形成し、ブリッジ６は第２の案内構造を形成する。
【００１６】
あとで詳細に説明する、電気的な駆動モータ１０，１１を有する駆動装置８，９は、ブリッジ６をそれに保持されたレーザ切断ヘッド７と一緒にｘ軸の方向に移動させる。つまり、簡易化を期して図示しなかった従来の構造の電気的な駆動装置はレーザ切断ヘッド７をｙ軸の方向に駆動するために役立つ。
【００１７】
ＣＯ_２レーザ１２の形をしたレーザ光線源は機械長手方向保持体３の両方の端部の一方に位置している。ＣＯ_２レーザ１２はレーザ光線１３を発生させるために役立ち、レーザ光線１３は光路１４を用いてＣＯ_２レーザ１２から出発してレーザ切断ヘッド７へ導かれる。このためには光路１４は偏光ミラー１５，１６，１７，１８を有している。この場合、偏光ミラー１６，１７は光線トロンボーン２０の偏光器１９の構成部分である。
【００１８】
光線トロンボーン２０の偏光器１９は機械長手方向保持体３に沿ってｘ軸の方向に案内されかつ駆動装置２１を用いて駆動モータ２２を介して動かされる。偏光器１９の駆動装置２１についてもあとで詳細に説明する。
【００１９】
通常の形式で光線トロンボーン２０はレーザ光線１３の長さ、つまりＣＯ_２レーザ１２からレーザ切断ヘッド７まで、詳細にはそこに設けられたフォーカスレンズまでのレーザ光線１３の拡散距離をコンスタントに保つために役立つ。この目的のためには偏光器１９は、レーザ切断ヘッド７が工作物の加工に際して、例えば工作物支持体５の上にある薄板２３の切断に際して実施する運動に合わせて移動させられる。レーザ切断ヘッド７が例えば図１にて所定の値だけｙ軸方向に機械長手方向保持体４に向かって移動させられると、偏光器１９は時間的に同時に機械長手方向保持体３に沿ってブリッジ６に向かって移動させられる。レーザ光線１３が偏光器１９によりＵ字形に偏向させられた後では、レーザ切断ヘッドによって実施された運動を補償するための偏光器１９の移動距離の長さはレーザ切断ヘッド７の移動距離の1／2にしかならない。相応して偏光器１９がｘ軸の方向に移動することによって、ｘ軸の方向でのブリッジ６の移動によって実施されるレーザ切断ヘッド７の運動も補償される。光線トロンボーン２０によるレーザ切断ヘッド７の運動の補償、ひいてはこれと関連してレーザ光線１３の長さがコンスタントであることによってレーザ切断ヘッド７の全作業領域に亘ってレーザ切断ヘッド７が統一的な加工質をもたらすことが達成される。
【００２０】
特に図２から判るようにＣＯ_２レーザ１２は光線トロンボーン２０の偏光器１９よりも高位置に配置されている。この結果、偏光器１９はレーザ切断ヘッド７の走行運動を補償する運動に際しＣＯ_２レーザ１２の下へ移動することができる。光路１４の偏光ミラー１５はＣＯ_２レーザ１２から発進させられたレーザ光線１３を偏光器１９へ偏向させる光線案内エレメントとして役立つ。
【００２１】
図２においては偏光器１９はｘ軸の方向での運動終端位置で示されている。この場合にはブリッジ６もｘ軸の方向で運動終端位置を占めることになる。ｙ軸の方向ではレーザ切断ヘッド７は機械長手方向保持体３に向かって設置された終端位置へ移動させられている。ブリッジ６の反対側の端部における終端位置においてはレーザ切断ヘッド７は図２にて破線で示されている。レーザ切断ヘッド７が、図示の運動終端位置にブリッジ６がｙ軸の方向で留まっている状態で、実線で示された終端位置から破線で示された終端位置へ移動させられると、この運動を補償するためには、偏光器１９が図２に示された運動終端位置からレーザ切断ヘッド７の移動距離長さの1／2だけｘ軸の方向でブリッジ６に向かって移動させられる。相応に図２に示した運転状態ではｘ軸の方向で偏光器１９とブリッジ６との間の間隔が選択されている。この間隔とｘ軸の方向での偏光器１９の寸法とによって、図示の運動終端位置にあるブリッジ６に対する機械長手方向保持体３の突出長さが規定される。
【００２２】
図３から図５までにおいては、ブリッジ６のための駆動装置８の駆動ピニオン２４と偏光器１９のための駆動装置２１の駆動ピニオン２５とが示されている。駆動ピニオン２４，２５は電気的な駆動モータ１０，２２で駆動されかつ共通のラック２６と噛合う。このラック２６は機械長手方向保持体３にねじで固定され、そこでｘ軸の方向に延設されている。
【００２３】
ラック２６に対し平行には機械長手方向保持体３に案内レール２７，２８が延設され、これらの案内レール２７，２８も同様に機械長手方向保持体３にねじで固定されている。この場合、案内レール２７はブリッジ６と偏光器１９とのための共通の案内レールとしてかつ案内レール２８は偏光器１９だけを案内するために役立つ。案内レール２７，２８における偏光器１９の支承は案内台車２９，３０，３１，３２を介して行なわれ、案内レール２７に沿ったブリッジ６の案内は案内台車３３，３４を介して行なわれる。光線トロンボーン２０の偏光器１９の駆動装置２１を制御するため及びブリッジ６のための駆動装置８，９を制御するため及びレーザ切断ヘッド７のための駆動装置を制御するためには図示されていないＣＮＣ制御装置が設けられている。このＣＮＣ制御装置によって偏光器１９の駆動装置２１はブリッジ６の駆動装置８，９の制御に合わせてかつレーザ切断ヘッド７の駆動に合わせて制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レーザ光線源と偏光器を有する光線トロンボーンとレーザ加工ヘッドを有するブリッジとを含めてレーザ加工機械を概略的に示した図。
【図２】 図１の矢印ＩＩの方向から図１の工作機械を見た図。
【図３】 図１と図２の光線トロンボーンの偏光器とブリッジとのための駆動及び案内装置を示した図。
【図４】 光線トロンボーンの偏光器のために設けられた駆動及び案内装置を拡大して示した図。
【図５】 ブリッジのために設けられた駆動及び案内装置を拡大して示した図。
【符号の説明】
１ レーザ切断機、 ２ 機械フレーム、 ３，４ 機械長手方向保持体、 ５ 工作物支持体、 ６ ブリッジ、 ７ レーザ切断ヘッド、 ８，９駆動装置、 １０，１１ 電気的な駆動モータ、 １２ ＣＯ_２レーザ、 １３ レーザ光線、 １４ 光路、 １５，１６，１７，１８ 偏光ミラー、 １９ 偏光器、 ２０ 光線トロンボーン、 ２１ 駆動装置、 ２２ 駆動モータ、 ２３ 薄板、 ２４ 駆動ピニオン、 ２５ 駆動ピニオン、 ２６ ラック、 ２７，２８ 案内レール、 ２９，３０，３１，３２ 案内台車

Claims (5)

1. レーザ光線（１３）を用いて工作物を加工する工作機械であって、レーザ光線源（１２）と、レーザ加工ヘッド（７）と、前記レーザ光線源（１２）から前記レーザ加工ヘッド（７）へレーザ光線（１３）を導くための光路（１４）と、第１の案内構造（３，４）と第２の案内構造（６）とを有し、
   −前記レーザ加工ヘッド（７）が工作物加工に際して前記レーザ光線源（１２）に対し相対的に運動可能であり、その際第２の案内構造（６）が前記レーザ加工ヘッド（７）と共に第１の運動軸（ｘ軸）の方向に運動可能に第１の案内構造（３ , ４）に沿って案内されておりかつ第２の案内構造（６）自体が前記レーザ加工ヘッド（７）を、第１の運動軸（ｘ軸）に対し角度を成して延びる第２の運動軸（ｙ軸）の方向に運動可能に案内しており、
   −前記光路（１４）が偏光器（１９）を備えた光線トロンボーン（２０）を有し、その際、前記レーザ光線源（１２）が前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）に対し高位置に配置されており、前記レーザ加工ヘッド（７）がレーザ光線源（１２）に対して相対的に運動した場合に前記偏光器（１９）がこの運動に合わせて運動可能に第１の案内構造（３，４）にて第１の運動軸（ｘ軸）の方向に案内されており、さらに前記光路（１４）が少なくとも１つの光線案内エレメント（１５）を有し、該光線案内エレメント（１５）が前記レーザ光線源（１２）と前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）との間の光線（１３）の光路に設けられており、この光線案内エレメント（１５）で、前記レーザ光線源（１２）から発進されたレーザ光線（１３）が前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）へ偏向可能であり、
   −第２の案内構造（６）が第１の運動軸（ｘ軸）の方向で前記レーザ光線源（１２）に向かって１つの運動終端位置へ運動可能でありかつ前記光線トロンボーン（２０）の前記偏光器（１９）が、前記運動終端位置に第２の案内構造（６）が在る場合に、第１の運動軸（ｘ軸）の方向で前記レーザ光線源（１２）の下へ運動可能である
   形式のものにおいて、前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）が、レーザ光線源（１２）に対して相対的にレーザ加工ヘッド（７）が運動した場合に、第１の運動軸（ｘ軸）の方向で見て、常に第２の案内構造（６）の、前記レーザ光線源（１２）に向かって位置する側にて第１の案内構造（３ , ４）に沿って第１の運動軸（ｘ軸）の方向に運動することを特徴とする、レーザ光線を用いて工作物を加工する工作機械。
2. 前記第１の案内構造（３，４）が、前記レーザ光線源（１２）に向かって設けられた運動終端位置をとる第２の案内構造（６）に対し、該第２の案内構造（６）の、前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）に向いた側にて突出部を有しており、この突出部の、前記第１の運動軸（ｘ軸）の方向の長さが、前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）の該当寸法に、前記レーザ加工ヘッド（７）が第２の運動軸（ｙ軸）の方向に移動した場合に前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）が最大移動可能である距離の長さを加えたものにほぼ相応している、請求項１項記載の工作機械。
3. 前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）と前記第２の案内構造（６）とがそれぞれ、前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）又は前記第２の案内構造（６）に運動結合された少なくとも１つの駆動歯車を有する少なくとも１つの駆動装置（８，９，２１）を用いて第１の運動軸（ｘ軸）の方向に運動可能であり、この場合、前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）に配属された少なくとも１つの駆動歯車と前記第２の案内構造（６）に配属された少なくとも１つの駆動歯車とが、少なくとも１つの共通の駆動ロッドと協働しており、この駆動ロッドが前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）と前記第２の案内構造（６）との運動軸（ｘ軸）の方向に延びておりかつ当該工作機械の第１の案内構造（３，４）と結合されている、請求項１又は２記載の工作機械。
4. 少なくとも１つの共通の駆動ロッドがラック（２６）として構成され、前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）に配属された少なくとも１つの駆動歯車と前記第２の案内構造（６）に配属された少なくとも１つの駆動歯車とが前記ラック（２６）と噛合う駆動ピニオン（２４，２５）として構成されている、請求項３記載の工作機械。
5. 当該工作機械の前記第１の案内構造（３，４）に、前記少なくとも１つの共通の駆動ロッドに加えて、前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）と前記第２の案内構造（６）とのための少なくとも１つの共通の案内レール（２７）が設けられ、該案内レール（２７）が前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）と前記第２の案内構造（６）との第１の運動軸（ｘ軸）の方向に延び、該案内レール（２７）が前記光線トロンボーン（２０）の偏光器（１９）と前記第２の案内構造（６）とを前記第１の運動軸の方向に案内している、請求項３又は４記載の工作機械。

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