(57)【要約】【課題】加工ヘッド本体部にレーザ光を伝播する保持機構部に対して加工ヘッド本体部を着脱自在に連結しつつ大型化を抑制できる加工ヘッド装置を得ること。【解決手段】加工ヘッド装置は、レーザ光を被加工物に照射する加工ヘッド本体部１０と、レーザ光を加工ヘッド本体部１０に伝播する中空部を有し且つ加工ヘッド本体部１０を着脱自在に保持する保持機構部２０と、永久磁石７１と電磁石７２とを備える。永久磁石７１および電磁石７２は、保持機構部２０のフランジ５２に配置され、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３を保持機構部２０のフランジ５２に磁力によって着脱可能に連結する。【選択図】図３
2020110838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を被加工物に照射する加工ヘッド本体部と、前記レーザ光を前記加工ヘッド本体部に伝播する中空部を有し前記加工ヘッド本体部を着脱自在に保持する保持機構部とを備える加工ヘッド装置において、
前記保持機構部のフランジに配置され、前記加工ヘッド本体部のフランジを前記保持機構部のフランジに磁力によって着脱可能に連結する永久磁石および電磁石を備える
ことを特徴とする加工ヘッド装置。
【請求項２】
前記永久磁石の中心部に設けられた貫通孔に配置される位置決めピンを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の加工ヘッド装置。
【請求項３】
前記位置決めピンの先端部は、テーパ形状を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の加工ヘッド装置。
【請求項４】
前記位置決めピンに設けられるワイヤ挿通孔に挿通されるワイヤと、
前記ワイヤに各々取り付けられ、前記加工ヘッド本体部が前記保持機構部から外れた場合に前記加工ヘッド本体部のフランジおよび前記保持機構部のフランジのうち対応するフランジと係合する一対のストッパとを備える
ことを特徴とする請求項３に記載の加工ヘッド装置。
【請求項５】
前記加工ヘッド本体部と前記保持機構部との連結部分の空気圧に基づいて前記加工ヘッド本体部と前記保持機構部との着脱を検出する着脱センサを備える
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の加工ヘッド装置。
【請求項６】
前記保持機構部は、
第１軸を中心に回転する第１回転ブラケットと、
前記第１軸とは異なる第２軸を中心に回転する第２回転ブラケットと、を備え、
前記加工ヘッド本体部は、
前記第２回転ブラケットから入射されるレーザ光を反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーによって反射されたレーザ光を出射する出射口と、を備え、
前記第２回転ブラケットのフランジは前記保持機構部のフランジとして前記加工ヘッド本体部のフランジに前記磁力によって連結される
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の加工ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を被加工物に照射する加工ヘッド装置が被加工物などに衝突した際にダメージを軽減する着脱構造を有する加工ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を被加工物に照射する加工ヘッド本体部を被加工物に対して予め設定した軌跡で相対的に移動して被加工物の加工を行うレーザ加工機が知られている。かかるレーザ加工機では、加工ヘッド本体部が被加工物などの障害物に衝突した場合に、加工ヘッド本体部に加えられる衝撃力を低減して加工ヘッド本体部を含む加工ヘッド装置の破損を抑制する衝突保護機構が設けられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、着磁板を有する加工ヘッド本体部と、かかる着磁板に対向する電磁石および永電磁石を有する保持機構部とを備え、保持機構部に対して加工ヘッド本体部の着脱を行う着脱構造を備えるレーザ加工機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３９６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、保持機構部から加工ヘッド本体部にレーザ光が伝播する場合の着脱構造については考慮されておらず、また、電磁石および永電磁石を用いているため、加工ヘッド本体部と保持機構部との着脱構造が大型化してしまうという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工ヘッド本体部にレーザ光を伝播する保持機構部に対して加工ヘッド本体部を着脱自在に連結しつつ大型化を抑制できる着脱構造を有する加工ヘッド装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る加工ヘッド装置は、レーザ光を被加工物に照射する加工ヘッド本体部と、レーザ光を加工ヘッド本体部に伝播する中空部を有し加工ヘッド本体部を着脱自在に保持する保持機構部と、永久磁石および電磁石とを備える。永久磁石および電磁石は、保持機構部のフランジに配置され、加工ヘッド本体部のフランジを保持機構部のフランジに磁力によって着脱可能に連結する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加工ヘッド本体部にレーザ光を伝播する保持機構部に対して加工ヘッド本体部を着脱自在に連結しつつ大型化を抑制できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるレーザ加工機の構成例を示す外観斜視図
【図２】実施の形態１にかかる加工ヘッド装置の構成例を示す側面図
【図３】実施の形態１にかかる着脱構造を説明するための図
【図４】図３に示すIV-IV線に沿った断面図
【図５】実施の形態１にかかる係止構造を説明するための図
【図６】実施の形態１にかかる着脱センサを説明するための図
【図７】実施の形態１にかかる着脱センサを説明するための図
【図８】実施の形態１にかかる他の構成の着脱センサを説明するための図
【図９】実施の形態１にかかる他の構成の着脱センサを説明するための図
【図１０】実施の形態１にかかるレーザ加工機の復旧動作を含む処理の一例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかる加工ヘッド装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるレーザ加工機の構成例を示す外観斜視図である。図１に示すレーザ加工機１は、レーザ光によって被加工物Ｗを加工する。例えば、レーザ加工機１は、レーザ光を被加工物Ｗに照射することで、被加工物Ｗに穴を形成する穴加工を行ったり、被加工物Ｗの形状加工を行ったりすることができる。
【００１２】
レーザ加工機１は、被加工物Ｗが載置される加工テーブル２と、レーザ発振によって生成したレーザ光を出射するレーザ発振器３と、レーザ発振器３から出射されたレーザ光を伝播および集光する光学系を収容する加工ヘッド装置４とを備える。また、レーザ加工機１は、レーザ発振器３と加工ヘッド装置４との間に連結され、レーザ光を伝播するファイバーケーブル５と、レーザ発振器３を制御する制御装置６と、加工ヘッド装置４にガスを供給するガス供給装置７とを備える。
【００１３】
図１において、便宜上、Ｘ軸とＹ軸は、水平方向に平行で且つ互いに垂直な軸であり、Ｚ軸は、鉛直方向に平行で且つＸ軸とＹ軸とに垂直な軸としている。制御装置６は、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各々の方向における決められたストローク範囲内で、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各々の方向に単独または同時に、加工ヘッド装置４を移動させることができる。制御装置６は、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の方向に加工ヘッド装置４を移動させることで、所望の形状加工を行うことが可能である。被加工物Ｗは、例えば、加工テーブル２におけるＸ軸とＹ軸とに平行な面に載置される。
【００１４】
レーザ発振器３は、制御装置６からオン信号を受信した場合、レーザ発振によって生成したレーザ光をファイバーケーブル５へ出射する。また、レーザ発振器３は、レーザ光をファイバーケーブル５へ出射している状態で、制御装置６からオフ信号を受信した場合、レーザ発振を停止し、ファイバーケーブル５へのレーザ光の出射を停止する。
【００１５】
加工ヘッド装置４は、ファイバーケーブル５を介してレーザ発振器３から入射されるレーザ光とガス供給装置７から供給される高圧ガスとによって、被加工物Ｗの加工を行う。かかる加工ヘッド装置４は、加工ヘッド本体部１０と、保持機構部２０とを備える。加工ヘッド本体部１０は、例えば、中心部を通過するレーザ光と高圧ガスによって被加工物Ｗの加工を行う加工ノズルである。保持機構部２０は、加工ヘッド本体部１０にレーザ光を伝播する中空部を有し加工ヘッド本体部１０を着脱自在に保持する。なお、図１に示す例では、加工ヘッド装置４の構成を簡略化して示している。
【００１６】
加工ヘッド装置４は、多関節型の加工ヘッド装置である。制御装置６は、保持機構部２０を制御することで、加工ヘッド本体部１０の位置および姿勢を３次元的に自由に変化させることができる。例えば、制御装置６は、被加工物Ｗが立体的なワークである場合、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の３軸制御により加工ヘッド本体部１０を移動させながら、加工ヘッド本体部１０の姿勢を被加工物Ｗの表面形状に従って変化させることで、被加工物Ｗの加工を精度よく行うことができる。この場合、制御装置６は、加工ヘッド本体部１０からのレーザ光の照射光軸を被加工物Ｗの表面に対し常に法線方向に維持することで、被加工物Ｗの加工状態をより適切な状態にすることができる。
【００１７】
図２は、実施の形態１にかかる加工ヘッド装置の構成例を示す側面図である。図２に示すように、保持機構部２０は、レーザ光を伝播する中空部２０ａを有している。かかる保持機構部２０は、固定ブラケット２１と、第１回転ブラケット２２と、第２回転ブラケット２３とを備える。固定ブラケット２１、第１回転ブラケット２２、および第２回転ブラケット２３の各々は中空構造を有しており、かかる中空構造によって中空部２０ａが形成される。図１に示すレーザ発振器３からファイバーケーブル５を介して固定ブラケット２１に入射されたレーザ光は、保持機構部２０の中空部２０ａを伝播して保持機構部２０から加工ヘッド本体部１０に入射される。
【００１８】
固定ブラケット２１の基端部は、レーザ発振器３から出射されたレーザ光がファイバーケーブル５を介して入射される。かかる固定ブラケット２１は、コリメート光学系であるコリメータユニット３１と、全反射ミラー３２とを内部に備える。コリメータユニット３１は、ファイバーケーブル５から固定ブラケット２１に出射されたレーザ光を平行化する。図２に示す例では、コリメータユニット３１は、Ｙ軸負方向に向けて入射されたレーザ光を平行化する。全反射ミラー３２は、固定ブラケット２１の屈曲部３０に配置されており、水平方向に平行なＹ軸負方向に伝播するレーザ光を鉛直方向に平行なＺ軸負方向に全反射する。
【００１９】
固定ブラケット２１の先端部には、第１回転ブラケット２２が回転可能に連結される。具体的には、固定ブラケット２１の先端部には、取付部材３３を介して第１駆動モータ３４が取り付けられており、第１駆動モータ３４のシャフトと第１回転ブラケット２２の基端部との間には第１回転機構３５が設けられる。第１回転機構３５は、第１駆動モータ３４の回転を第１回転ブラケット２２に伝達し第１回転ブラケット２２を回転させる。第１回転機構３５は、図２に示す例では、ベルト構造を有する構成であるが、ベルト構造に代えてギア構造を有する構成であってもよい。
【００２０】
第１駆動モータ３４は、制御装置６からの指令に従った回転量でシャフトを回転させる。第１駆動モータ３４のシャフトが回転することで、第１回転機構３５を介して第１回転ブラケット２２が第１回転軸Ａ１を中心に固定ブラケット２１に対して旋回運動する。第１回転軸Ａ１は、Ｘ−Ｙ平面に対して垂直方向と平行な回転軸、すなわちＺ軸方向と平行な回転軸である。制御装置６は、第１駆動モータ３４を制御することによって、Ｚ軸を中心に第１回転ブラケット２２を３６０°旋回させることができる。
【００２１】
第１回転ブラケット２２は、全反射ミラー４２，４３を内部に備える。全反射ミラー４２は、第１回転ブラケット２２の屈曲部４０に配置され、鉛直方向に平行なＺ軸負方向に伝播するレーザ光を水平方向に平行なＹ軸正方向に全反射する。また、全反射ミラー４３は、第１回転ブラケット２２の屈曲部４１に配置され、水平方向に平行なＹ軸正方向に伝播するレーザ光をＹ軸方向と交差する第２回転軸Ａ２と平行な方向に全反射する。
【００２２】
第１回転ブラケット２２の先端部には、第２回転ブラケット２３が回転可能に連結される。具体的には、第１回転ブラケット２２の先端部には、取付部材４４を介して第２駆動モータ４５が取り付けられ、第２駆動モータ４５のシャフトと第２回転ブラケット２３の基端部との間には第２回転機構４６が設けられる。第２回転機構４６は、第２駆動モータ４５の回転を第２回転ブラケット２３に伝達し第２回転ブラケット２３を回転させる。かかる第２回転機構４６は、図２に示す例では、ベルト構造を有する構成であるが、ベルト構造に代えてギア構造を有する構成であってもよい。
【００２３】
第２回転ブラケット２３は、制御装置６の制御によって第１回転軸Ａ１と異なる第２回転軸Ａ２を中心に第１回転ブラケット２２に対して回転する。第１回転ブラケット２２に対する第２回転ブラケット２３の取り付け角度θは、例えば、４５°であるが、４５°に限定されない。取り付け角度θは、水平方向と第２回転軸Ａ２とが為す角度ということもできる。
【００２４】
第２回転ブラケット２３は、全反射ミラー５１を内部に備える。全反射ミラー５１は、第２回転ブラケット２３の屈曲部５０に配置され、第２回転軸Ａ２と平行な方向に伝播するレーザ光を第２回転軸Ａ２と交差する方向に全反射する。
【００２５】
加工ヘッド本体部１０は、基端部が第２回転ブラケット２３の先端部に着脱自在に連結される。加工ヘッド本体部１０は、全反射ミラー６１と、集光レンズ６２とを内部に備える。全反射ミラー６１は、加工ヘッド装置４に設けられた複数の全反射ミラーのうちレーザ光の伝播経路における最も下流にある全反射ミラーであり、最終ミラーと呼ぶこともできる。かかる全反射ミラー６１は、加工ヘッド本体部１０の屈曲部６０に配置され、第２回転ブラケット２３から入射されるレーザ光を第１回転軸Ａ１の軸線方向に全反射する。集光レンズ６２は、第２回転ブラケット２３によって反射されたレーザ光を集光し、集光した光を出射口６４から被加工物Ｗの表面に照射する。
【００２６】
制御装置６は、第１回転ブラケット２２の回転角度および第２回転ブラケット２３の回転角度を制御することによって、加工ヘッド本体部１０を移動させつつ加工ヘッド本体部１０の姿勢を被加工物Ｗの表面形状に従って制御することができる。
【００２７】
ここで、加工ヘッド装置４は、第１回転ブラケット２２の回転軸である第１回転軸Ａ１と加工ヘッド本体部１０の先端部の中心軸とは同軸である。すなわち、固定ブラケット２１から第１回転ブラケット２２に出射されるレーザ光の光軸と、加工ヘッド本体部１０から被加工物Ｗに向けて出射されるレーザ光の光軸とは同軸である。
【００２８】
また、加工ヘッド装置４は、第２回転ブラケット２３の回転軸である第２回転軸Ａ２の軸線上に加工ヘッド本体部１０の先端部の中心軸が交差する。すなわち、第１回転ブラケット２２から第２回転ブラケット２３に出射されるレーザ光の光軸の軸線と、加工ヘッド本体部１０から被加工物Ｗに向けて出射されるレーザ光の光軸の軸線とが交差する。なお、加工ヘッド装置４は、加工ヘッド本体部１０の先端が第２回転軸Ａ２の軸線上に配置される構成であってもよい。
【００２９】
多関節加工ヘッド装置である加工ヘッド装置４は、保持機構部２０の中空部２０ａに配置された全反射ミラー３２，４２，４３，５１によってレーザ光を反射させ加工ヘッド本体部１０までレーザ光を伝播する構成を有する。そのため、第１回転ブラケット２２の回転位置の精度と第２回転ブラケット２３の回転位置の精度とがレーザ光の位置精度に大きく関係しており、第１回転軸Ａ１および第２回転軸Ａ２には高い位置精度が求められる。
【００３０】
加工ヘッド装置４は、被加工物Ｗなどに衝突した場合、加工ヘッド本体部１０を保持機構部２０から脱落させる着脱構造７０を有している。かかる着脱構造７０は、被加工物Ｗなどに対する衝突により受けた衝撃から加工ヘッド装置４の損傷を防ぐことを目的として設けられており、加工ヘッド装置４に衝撃を受けた際に保持機構部２０から加工ヘッド本体部１０を容易に脱落可能な構造となっている。ここでの脱落とは、加工ヘッド本体部１０と保持機構部２０との連結が解除されること、換言すれば、保持機構部２０から加工ヘッド本体部１０が外れることを意味する。
【００３１】
かかる着脱構造７０は、レーザ光の伝播経路における最終ミラーである加工ヘッド本体部１０の全反射ミラー６１と第２回転ブラケット２３との間に配置されている。そのため、加工ヘッド装置４が被加工物Ｗなどに衝突した場合に衝突により発生した力をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向のいずれにも逃がすことができる。
【００３２】
ここで、レーザ光の伝播経路における全反射ミラー６１よりも下流側に着脱構造を設けるとする。例えば、レーザ光の伝播経路における全反射ミラー６１の下流側であって集光レンズ６２よりも上流側に着脱構造を設けるとする。この場合、Ｘ−Ｙ方向、すなわち水平方向の衝突力は緩和することはできるが、Ｚ軸方向、すなわち鉛直方向の力は緩和することができない。そのため、加工ヘッド装置４に大きな衝撃を与える可能性がある。
【００３３】
また、着脱構造７０は、各々回転する第１回転ブラケット２２および第２回転ブラケット２３よりもレーザ光の伝播経路における下流側に設けられる。そのため、着脱構造７０によって着脱部分である加工ヘッド本体部１０が外れた際も、衝突時によって発生する力による第１駆動モータ３４および第２駆動モータ４５の配線の断線などを抑制することができる。また、加工ヘッド本体部１０が保持機構部２０から脱落した後における加工ヘッド装置４の復旧の際においても、加工ヘッド装置４の光軸調整は加工ヘッド本体部１０に設けられた全反射ミラー６１部分の調整のみで容易に加工ヘッド装置４の復旧が可能である。
【００３４】
このように、実施の形態１にかかる加工ヘッド装置４では、第２回転ブラケット２３と全反射ミラー６１の間に着脱構造７０が設けられている。これにより、衝突時の影響を可及的に抑えることができ、また、加工ヘッド装置４が被加工物Ｗなどに衝突した場合において、加工ヘッド装置４の復旧を容易に行うことができる。
【００３５】
図３は、実施の形態１にかかる着脱構造を説明するための図であり、図４は、図３に示すIV-IV線に沿った断面図である。着脱構造７０は、第２回転ブラケット２３と加工ヘッド本体部１０の連結部分に設けられており、着脱構造７０を構成する一対の部位は中空構造となっている。かかる中空部分をレーザ光が通過することで、保持機構部２０から加工ヘッド本体部１０へのレーザ光の伝播が行われる。
【００３６】
保持機構部２０によって加工ヘッド本体部１０を保持するためには、加工ヘッド本体部１０自体の重量と加工ヘッド本体部１０が移動する際に発生する加速度とに耐え得る保持力が必要である。かかる保持力を電磁石および永電磁石で得ようとすると、電磁石および永電磁石の配置のために着脱構造７０が大型化してしまう場合がある。そこで、実施の形態１にかかる着脱構造７０では、永電磁石に代えて永久磁石７１を用いている。
【００３７】
永久磁石７１には、比較的小型で磁力が強いものがあるが、電磁石のような磁力の調整ができない。そのため、永久磁石７１のみで上述した保持力を得る場合、加工ヘッド本体部１０と保持機構部２０との間の吸着力が大きく且つ調整できないため、例えば、加工ヘッド本体部１０と保持機構部２０との着脱を作業者が容易に行うことが難しい場合がある。また、復旧時などにおいて、加工ヘッド本体部１０と保持機構部２０との位置合わせの作業なども難しくなる可能性がある。
【００３８】
そこで、着脱構造７０では、永久磁石７１に加え、電磁石７２を有している。これにより、例えば、加工ヘッド本体部１０の自重を保持する程度の磁力を永久磁石７１に持たせ、加工ヘッド本体部１０の移動時に必要な保持力を電磁石７２で調整することができる。そのため、着脱構造７０では、加工ヘッド本体部１０の停止時および移動時のいずれにおいても適切な保持力で加工ヘッド本体部１０を保持することができる。
【００３９】
着脱構造７０は、第２回転ブラケット２３のフランジ５２と、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３とを含む。第２回転ブラケット２３のフランジ５２には、永久磁石７１および電磁石７２が表面を露出した状態で埋設されている。加工ヘッド本体部１０のフランジ６３は、永久磁石７１および電磁石７２の磁力によって第２回転ブラケット２３のフランジ５２に吸着され、加工ヘッド本体部１０と第２回転ブラケット２３とが連結される。加工ヘッド本体部１０と第２回転ブラケット２３とが連結している状態では、図３に示すように、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３の一側面６３ａが第２回転ブラケット２３のフランジ５２の一側面５２ａに当接している。
【００４０】
このように、着脱構造７０は、第２回転ブラケット２３のフランジ５２に加工ヘッド本体部１０のフランジ６３が着脱自在に連結され、フランジ５２には永久磁石７１および電磁石７２が配置される。そのため、加工ヘッド本体部１０にレーザ光を伝播する保持機構部２０に対して加工ヘッド本体部１０を着脱自在にすることができる。また、着脱構造７０では、永電磁石に代えて永久磁石７１を設ける構成であるため、加工ヘッド装置４の大型化を抑制できる。
【００４１】
図４に示す例では、３つの永久磁石７１が第１円周Ｃ１上に等角度の間隔、すなわち等配に配置され、３つの電磁石７２が第２円周Ｃ２上に等配に配置される。第１円周Ｃ１および第２円周Ｃ２は同一の中心Ｏを有する同心円であり、第１円周Ｃ１は、第２円周Ｃ２より大きい。また、フランジ５２の周方向において隣接する永久磁石７１と電磁石７２とが中心Ｏに対して為す角度は、隣接する永久磁石７１と電磁石７２とのいずれの組み合わせでも、同一の角度である。なお、永久磁石７１と電磁石７２の数は、３つに限定されず、また、永久磁石７１と電磁石７２の配置も図４に示す例に限定されない。例えば、永久磁石７１および電磁石７２の各々は、等配の配置に限定されない。
【００４２】
また、図４に示すように、永久磁石７１および電磁石７２は、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３と対向する面の形状が円状に形成される。なお、永久磁石７１および電磁石７２の形状は、円状に限定されず、多角形状であってもよい。また、第２回転ブラケット２３のフランジ５２は、永久磁石７１および電磁石７２の吸着力を高めるために永久磁石７１および電磁石７２の周辺部がヨークと呼ばれる鋼板で形成されている。これにより、永久磁石７１および電磁石７２による磁力の方向性を一定方向に集中させ磁束密度を上げることができる。
【００４３】
加工ヘッド本体部１０のフランジ６３が第２回転ブラケット２３のフランジ５２から外れた後、粉塵などが電磁石７２および永久磁石７１に付着すると、着脱不良または位置決め不良を起こす可能性がある。そこで、実施の形態１にかかる着脱構造７０では、図３に示すように、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３の一側面６３ａと第２回転ブラケット２３のフランジ５２の一側面５２ａとを密閉状態で覆う防塵用のベローズ７９が設けられる。これにより、着脱不良または位置決め不良などを防止することができる。
【００４４】
また、着脱構造７０は、図３に示すように、位置決めピン７３および位置決め溝７４を有する。永久磁石７１の中心部には貫通孔７１ａが形成されており、位置決めピン７３は、貫通孔７１ａを介して突出した状態で第２回転ブラケット２３のフランジ５２に配置される。また、位置決め溝７４は、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３に形成される。
【００４５】
位置決めピン７３の先端部は、テーパ形状を有しており、先端に向かうにつれて径が小さくなっている。そのため、加工ヘッド本体部１０は、被加工物Ｗなどに衝突した際、位置決めピン７３のテーパ形状に沿って移動を開始し、位置決めピン７３と位置決め溝７４との係合状態が遊びを持った状態になる。これにより、加工ヘッド本体部１０が被加工物Ｗなどに衝突した際、位置決めピン７３に加わる力を低減することができる。
【００４６】
着脱構造７０は、位置決めピン７３および位置決め溝７４の組を３組有しており、かかる３組の位置決めピン７３および位置決め溝７４によって、第２回転ブラケット２３のフランジ５２と加工ヘッド本体部１０のフランジ６３との位置合わせを行うことができる。また、着脱構造７０では、永久磁石７１の中心部から位置決めピン７３を突出させているため、着脱構造７０の省スペース化を図ることができる。
【００４７】
なお、図４に示す例では、位置決めピン７３の数は、３つであるが、位置決めピン７３の数は２つであってもよい。すなわち、位置決めピン７３の数は、永久磁石７１の数よりも少なくてもよい。また、着脱構造７０は、複数の位置決めピン７３のうちの一部が永久磁石７１の中心部以外に配置される構成であってもよい。
【００４８】
また、着脱構造７０は、図３に示すように、ワイヤ７５と、一対のストッパ７６，７７とを有する。ワイヤ７５は、位置決めピン７３に設けられるワイヤ挿通孔７３ａに挿通される。ワイヤ挿通孔７３ａは、例えば、１〜２ｍｍ程度の直径を有する貫通孔である。一対のストッパ７６，７７は、ワイヤ７５の一端部と他端部とに各々取り付けられる。
【００４９】
加工ヘッド本体部１０が保持機構部２０から外れる際、ストッパ７６は加工ヘッド本体部１０のフランジ６３の他側面６３ｂに係合し、ストッパ７７は保持機構部２０のフランジ５２の他側面５２ｂと係合する。これにより、保持機構部２０から加工ヘッド本体部１０が完全に脱落することを防止することができる。また、ワイヤ７５は、位置決めピン７３のワイヤ挿通孔７３ａに挿通されているため、着脱構造７０の省スペース化を図ることができる。
【００５０】
また、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３および保持機構部２０のフランジ５２から露出しているワイヤ７５の部分の長さＬｓ１は、位置決めピン７３による位置決めに用いられる長さＬよりも短い。図３に示す例では、ストッパ７７が保持機構部２０におけるフランジ５２の他側面５２ｂに当接または固定された状態であり、長さＬｓ１は、ストッパ７６とフランジ６３における他側面６３ｂとの間の距離である。
【００５１】
このように、長さＬｓ１が長さＬよりも短いため、位置決めピン７３が位置決め溝７４から完全に抜ける前に、ストッパ７６，７７によって加工ヘッド本体部１０が保持機構部２０に保持される。なお、一対のストッパ７６，７７が取り付けられるワイヤ７５の数は、２つ以上であることが望ましいが、１つであってもよい。また、ワイヤ７５の数は、位置決めピン７３の数と同じでなくてもよい。
【００５２】
なお、保持機構部２０から加工ヘッド本体部１０が完全に脱落することを防止する係止構造は、上述した例に限定されない。図５は、実施の形態１にかかる係止構造を説明するための図である。図５に示す着脱構造７０では、第２回転ブラケット２３に基端部が連続し、先端部が加工ヘッド本体部１０のフランジ６３と対向するストッパ８０が設けられる。そして、ストッパ８０の先端部とフランジ５２との間に、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３が配置される。
【００５３】
これにより、保持機構部２０から加工ヘッド本体部１０が完全に脱落することを防止することができる。なお、図５に示す状態において、ストッパ８０と加工ヘッド本体部１０のフランジ６３との間の距離Ｌｓ２は、位置決めピン７３による位置決めに用いられる長さＬよりも短い。また、図示しないが、ストッパ８０の基端部は、第２回転ブラケット２３のフランジ５２から連続する構成であってもよい。また、レーザ加工機１は、図３に示す構成に、図５に示すストッパ８０を加えた構成であってもよい。
【００５４】
第２回転ブラケット２３のフランジ５２には、図３に示すように、着脱センサ７８が先端を露出した状態で埋設される。かかる着脱センサ７８は、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３が第２回転ブラケット２３のフランジ５２から離れたことを検出する。着脱センサ７８は、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３が第２回転ブラケット２３のフランジ５２から離れた場合、オフ信号を制御装置６へ出力する。制御装置６は、着脱センサ７８からオフ信号が出力されるとすぐにレーザ加工機１を停止する。なお、図４に示す例では、着脱センサ７８の数は、２つであるが、１つまたは３つ以上であってもよい。
【００５５】
ここで、着脱センサ７８について説明する。上述したように、第２回転ブラケット２３のフランジ５２には、２つの着脱センサ７８が配置される。加工ヘッド本体部１０が被加工物Ｗなどへの接触により衝撃を受けた場合、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３は、テーパ形状の位置決めピン７３に沿って移動し、第２回転ブラケット２３のフランジ５２から離れる。そのため、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３と第２回転ブラケット２３のフランジ５２との間に隙間が生じる。着脱センサ７８は、かかる隙間を検出することで、加工ヘッド本体部１０の着脱を判定する。
【００５６】
図６および図７は、実施の形態１にかかる着脱センサを説明するための図であり、着脱センサ７８が配置された第２回転ブラケット２３のフランジ５２と加工ヘッド本体部１０のフランジ６３の断面を示している。着脱センサ７８は、突出方向に付勢された突出部８１と、突出部８１の位置に基づいて加工ヘッド本体部１０の着脱を検出する検出部８２とを備える。
【００５７】
図６に示す状態では、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３が第２回転ブラケット２３のフランジ５２に当接しており、着脱センサ７８の突出部８１は、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３によって第２回転ブラケット２３のフランジ５２に押し込まれた状態である。この場合、着脱センサ７８は、加工ヘッド本体部１０が脱落していないと判定し、オン信号を出力する。
【００５８】
図７に示すように、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３が第２回転ブラケット２３のフランジ５２から離れると、フランジ５２，６３間に発生した隙間Ｇによって、着脱センサ７８の突出部８１がフランジ６３へ向けて押し出された状態になる。この場合、着脱センサ７８は、加工ヘッド本体部１０が脱落していると判定し、かかる判定結果を示すオフ信号を制御装置６に出力する。なお、隙間Ｇは、着脱センサ７８の検出部８２の判定閾値よりも大きい値である。
【００５９】
実施の形態１にかかる着脱構造７０では、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３がテーパ形状の位置決めピン７３に沿って第２回転ブラケット２３のフランジ５２から離れる。そのため、実施の形態１にかかる着脱構造７０では、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３が第２回転ブラケット２３のフランジ５２から離れる場合に、隙間Ｇを精度よく生じさせることができる。
【００６０】
また、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３には、突出部８１に当接する当接部６３ｃの周囲に環状の溝６３ｄが設けられている。そのため、着脱センサ７８は、突出部８１によってフランジ５２，６３同士の対向方向である第１方向の隙間に加え、かかる第１方向と直交する第２方向の位置ズレも検出することができる。
【００６１】
これにより、例えば、位置決めピン７３の破断などによって、第２回転ブラケット２３に対する加工ヘッド本体部１０の位置が第２方向にずれた場合であっても、第２回転ブラケット２３に対する加工ヘッド本体部１０の位置ずれを検出することができる。なお、溝６３ｄにおける第１方向の深さを隙間Ｇよりも長くし、当接部６３ｃにおける第２方向の長さなどを調整することで、第２方向の位置ずれの検出精度を調整することができる。
【００６２】
着脱センサ７８は、図６および図７に示す構成に限定されない。図８および図９は、実施の形態１にかかる他の構成の着脱センサを説明するための図であり、図６および図７と同様に、着脱センサ７８が配置された第２回転ブラケット２３のフランジ５２と加工ヘッド本体部１０のフランジ６３の断面を示している。
【００６３】
図８および図９に示す着脱センサ７８は、加工ヘッド本体部１０と第２回転ブラケット２３との連結部分の空気圧を測定することで加工ヘッド本体部１０の着脱を判定する。かかる着脱センサ７８は、エア回路８３を有しており、図８に示す状態において、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３に接触したエア回路８３の内部がエアによって加圧または減圧されており、エア回路８３の内部は大気圧とは異なる圧力状態にされる。例えば、エア回路８３の内部が加圧された場合、エア回路８３の内部は正圧状態である。また、エア回路８３の内部が減圧された場合、エア回路８３の内部は負圧状態である。
【００６４】
着脱センサ７８の検出部８４は、エア回路８３の内部の圧力の状態を常時測定することで、加工ヘッド本体部１０の着脱を判定する。例えば、図８に示す状態では、エア回路８３の内部は、正圧状態または負圧状態であるため、着脱センサ７８の検出部８４は、加工ヘッド本体部１０が第２回転ブラケット２３に連結された状態であると判定し、かかる判定結果を示すオン信号を出力する。
【００６５】
なお、フランジ５２，６３の表面状態によっては、加工ヘッド本体部１０が第２回転ブラケット２３に連結された状態であっても、僅かな漏れが発生する可能性がある。そのため、フランジ５２におけるエア回路８３の周囲には、Ｏリングなどのシール材８５が配置されている。
【００６６】
また、図８に示す状態から図９に示す状態になると、エア回路８３の内部圧力が大気圧になるため、着脱センサ７８は、加工ヘッド本体部１０が第２回転ブラケット２３から離れた状態であると判定し、かかる判定結果を示すオフ信号を出力する。このように、着脱センサ７８は、エア回路８３の内部の状態に基づいて、加工ヘッド本体部１０の着脱を判定する。そのため、フランジ５２，６３間にわずかな隙間が発生した場合にも、加工ヘッド本体部１０が第２回転ブラケット２３から離れたことを検出することができる。
【００６７】
次に、被加工物Ｗの加工処理を開始した後において被加工物Ｗの衝突により加工ヘッド本体部１０が外れてしまった場合の復旧方法について説明する。図１０は、実施の形態１にかかるレーザ加工機の復旧動作を含む処理の一例を示すフローチャートである。制御装置６は、加工ヘッド本体部１０を予め設定した軌跡で移動して被加工物Ｗの加工処理を行う。
【００６８】
制御装置６は、被加工物Ｗの加工処理を開始した後、着脱センサ７８からオフ信号が出力されたか否かを判定する（ステップＳ１０）。第２回転ブラケット２３におけるフランジ５２に取り付けた永久磁石７１および電磁石７２の吸着力よりも強い外力が加工ヘッド本体部１０に加わった場合、加工ヘッド本体部１０が第２回転ブラケット２３から離れる。着脱センサ７８は、加工ヘッド本体部１０が第２回転ブラケット２３から離れたことを検出すると、かかる検出結果を示すオフ信号を出力する。なお、加工ヘッド本体部１０が第２回転ブラケット２３に連結された状態では、着脱センサ７８は、オン信号を出力する。
【００６９】
制御装置６は、着脱センサ７８からオフ信号が出力されていないと判定した場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、すなわち、着脱センサ７８からオン信号が出力されていると判定した場合、被加工物Ｗの加工処理を継続する。制御装置６は、着脱センサ７８からオフ信号が出力されたと判定した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、加工ヘッド本体部１０が外れたと判断し、すぐにレーザ加工機１による加工処理を停止すると同時に電磁石７２をオフする（ステップＳ１１）。
【００７０】
レーザ加工機１による加工処理の停止には、例えば、第１駆動モータ３４の動作停止、第２駆動モータ４５の動作停止、レーザ発振器３の動作停止、およびガス供給装置７の動作停止などが含まれる。電磁石７２のオフは、電磁石７２への通電を停止することで行われる。電磁石７２は、通電が停止されると、磁力が無くなる。
【００７１】
その後、レーザ加工機１の復旧作業を行う作業者によってレーザ加工機１の復旧作業が実行される（ステップＳ１２）。第２回転ブラケット２３から外れた加工ヘッド本体部１０は、ワイヤ７５に取り付けられたストッパ７６，７７によって第２回転ブラケット２３にワイヤ７５を介してぶら下がっている状態である。
【００７２】
作業者は、ストッパ７６，７７のうち一方のストッパまたはワイヤ７５を引っぱることで、被加工物Ｗの接触などにより外れた加工ヘッド本体部１０を元の位置に復旧することができる。このとき、電磁石７２の磁力は無くなっているため、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３と第２回転ブラケット２３のフランジ５２との位置合わせを容易に行うことができる。
【００７３】
その後、制御装置６は、レーザ加工機１をオン状態に移行するタイミングであるオンタイミングになったか否かを判定する（ステップＳ１３）。制御装置６は、例えば、作業者が、加工ヘッド本体部１０を第２回転ブラケット２３に取り付けた後、不図示の復旧ボタンを操作した場合、オンタイミングになったと判定することができる。また、制御装置６は、着脱センサ７８からオン信号の出力が再開されてから予め設定された期間経過した場合に、オンタイミングになったと判定することもできる。
【００７４】
制御装置６は、オンタイミングになっていないと判定した場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１３の処理を繰り返す。制御装置６は、オンタイミングになったと判定した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、電磁石７２をオンにし（ステップＳ１４）、図１０に示す処理を終了する。電磁石７２のオンは、電磁石７２への通電を開始することで行われる。
【００７５】
なお、上述した実施の形態では、加工ヘッド装置４は、多関節型の加工ヘッド装置であるものとして説明したが、多関節型の加工ヘッド装置でなくてもよい。すなわち、レーザ光を伝播する中空部２０ａを有する保持機構部２０は、可動部を有しない構成であってもよい。
【００７６】
以上のように、実施の形態１にかかる加工ヘッド装置４は、レーザ光を被加工物Ｗに照射する加工ヘッド本体部１０と、レーザ光を加工ヘッド本体部１０に伝播する中空部２０ａを有し加工ヘッド本体部１０を着脱自在に保持する保持機構部２０とを備える。かかるレーザ加工機１は、保持機構部２０のフランジ５２に配置され、加工ヘッド本体部１０のフランジ６３を保持機構部２０のフランジ５２に磁力によって着脱可能に連結する永久磁石７１および電磁石７２を備える。これにより、加工ヘッド本体部１０にレーザ光を伝播する保持機構部２０に対して加工ヘッド本体部１０を着脱自在に連結しつつ加工ヘッド装置４の大型化を抑制できる。
【００７７】
また、加工ヘッド装置４は、永久磁石７１の中心部に設けられた貫通孔７１ａに配置される位置決めピン７３を備える。これにより、着脱構造７０を位置決め可能な着脱構造としつつ着脱構造７０の省スペース化を図ることができる。
【００７８】
また、位置決めピン７３の先端部は、テーパ形状を有する。これにより、加工ヘッド本体部１０が被加工物Ｗなどに衝突した際、位置決めピン７３に加わる力を低減することができる。
【００７９】
また、加工ヘッド装置４は、位置決めピン７３に設けられるワイヤ挿通孔７３ａに挿通されるワイヤ７５と、ワイヤ７５に各々取り付けられ、加工ヘッド本体部１０が保持機構部２０から外れた場合に加工ヘッド本体部１０のフランジ６３および保持機構部２０のフランジ５２のうち対応するフランジと係合する一対のストッパ７６，７７とを備える。このように、ワイヤ７５は、位置決めピン７３のワイヤ挿通孔７３ａに挿通されており、これにより、着脱構造７０の省スペース化を図ることができる。また、ストッパ７６，７７のうち一方のストッパまたはワイヤ７５を引っぱることで、被加工物Ｗの接触により外れた加工ヘッド本体部１０を元の位置に容易に復旧することができる。
【００８０】
また、加工ヘッド装置４は、加工ヘッド本体部１０と保持機構部２０との連結部分の空気圧に基づいて加工ヘッド本体部１０と保持機構部２０との着脱を検出する着脱センサ７８を備える。これにより、フランジ５２，６３間にわずかな隙間が発生した場合にも、加工ヘッド本体部１０が第２回転ブラケット２３から離れたことを検出することができる。
【００８１】
また、保持機構部２０は、第１回転軸Ａ１を中心に回転する第１回転ブラケット２２と、第１回転軸Ａ１とは異なる第２回転軸Ａ２を中心に相対的に回転する第２回転ブラケット２３とを備える。また、加工ヘッド本体部１０は、第２回転ブラケット２３から入射されるレーザ光を反射する全反射ミラー６１と、全反射ミラー６１によって反射されたレーザ光を出射する出射口６４とを備える。第２回転ブラケット２３のフランジ５２は加工ヘッド本体部１０のフランジ６３に磁力によって連結される。このように、第２回転ブラケット２３と最終ミラーである全反射ミラー６１の間に着脱構造７０を設けることによって、衝突時の影響を可及的に抑えることができ、また、加工ヘッド装置４が被加工物Ｗなどに衝突した場合において、加工ヘッド装置４の復旧を容易に行うことができる。
【００８２】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１  レーザ加工機、２  加工テーブル、３  レーザ発振器、４  加工ヘッド装置、５  ファイバーケーブル、６  制御装置、７  ガス供給装置、１０  加工ヘッド本体部、２０  保持機構部、２０ａ  中空部、２１  固定ブラケット、２２  第１回転ブラケット、２３  第２回転ブラケット、３０，４０，４１，５０，６０  屈曲部、３１  コリメータユニット、３２，４２，４３，５１，６１  全反射ミラー、３３，４４  取付部材、３４  第１駆動モータ、３５  第１回転機構、４５  第２駆動モータ、４６  第２回転機構、５２，６３  フランジ、５２ａ，６３ａ  一側面、５２ｂ，６３ｂ  他側面、６２  集光レンズ、６３ｃ  当接部、６３ｄ  溝、７０  着脱構造、７１  永久磁石、７１ａ  貫通孔、７２  電磁石、７３  位置決めピン、７３ａ  ワイヤ挿通孔、７４  位置決め溝、７５  ワイヤ、７６，７７，８０  ストッパ、７８  着脱センサ、７９  ベローズ、８１  突出部、８２，８４  検出部、８３  エア回路、８５  シール材、Ａ１  第１回転軸、Ａ２  第２回転軸、Ｃ１  第１円周、Ｃ２  第２円周、Ｇ  隙間、Ｌ，Ｌｓ１  長さ、Ｌｓ２  距離、Ｏ  中心、Ｗ  被加工物、θ  取り付け角度。
【図１】
2020110838.tif 000003
【図２】
2020110838.tif 000004
【図３】
2020110838.tif 000005
【図４】
2020110838.tif 000006
【図５】
2020110838.tif 000007
【図６】
2020110838.tif 000008
【図７】
2020110838.tif 000009
【図８】
2020110838.tif 000010
【図９】
2020110838.tif 000011
【図１０】
2020110838.tif 000012