(57)【要約】【課題】ノズル交換が正常に行われたか否かを確認することができ、ノズル交換動作不良を削減できるレーザ加工機のノズル交換装置を提供する。【解決手段】レーザ加工ヘッドのノズル装着部９ａに着脱交換可能に取り付けられたノズル１８を交換する。ノズル１８を把持するとともに、軸方向にスライド可能に且つ回転可能に支持された把持部２６（受皿２５）と、把持部２６をノズル装着部９ａ方向へ付勢する圧縮ばね２８と、把持部２６に連結されてこの把持部２６を回転させることによりノズル１８をノズル装着部９ａに取り付け及び取り外しするステッピングモータ（駆動部）２３と、ノズル１８の回転した回転角度を検出するエンコーダ（回転角検出部）２４とを備えている。【選択図】        図６
2008307550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工機のレーザ加工ヘッドのノズル装着部に軸回りに回転することにより着脱交換可能に取り付けられたノズルを交換するレーザ加工機のノズル交換装置であって、
前記ノズルを把持するとともに、前記ノズルの装着方向にスライド可能に且つ取り付け回転方向に回転可能に支持された把持部と、
前記把持部を前記ノズル装着部方向へ付勢するばねと、
前記把持部に連結されて当該把持部を回転させることにより前記ノズルを前記ノズル装着部に装着する駆動部と、
前記ノズルの回転した回転角度を検出する回転角検出部と
を備えたことを特徴とするレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項２】
前記ノズルは、前記ノズル装着部にねじ構造により着脱交換可能に取り付けられ、
前記駆動部は、前記把持部に連結されて当該把持部を回転させることにより前記ノズルを前記ノズル装着部にねじ係合及びねじ解除する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項３】
前記把持部のスライド位置を検出するセンサをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項４】
前記センサは、いずれか一方に前記ノズルが保持されている前記ノズル装着部及び前記把持部が接触したときの前記把持部の高さを検出して正常状態として出力する第一センサを含む
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項５】
前記センサは、両方に前記ノズルが保持されている前記ノズル装着部及び前記把持部が接触したときの前記把持部の高さを検出して異常状態として出力する第二センサを含む
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項６】
前記把持部は、前記駆動部との間に設けられた直線移動ガイドによってスライド可能に支持され且つ回転トルクを伝達される
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項７】
前記ノズルには、係合部が設けられ、前記把持部には、前記係合部と係合する被係合部が設けられており、前記係合部及び前記被係合部は、前記ノズルと前記把持部との間のスライド方向の相対的な移動を許すとともに、回転方向の相対的な移動を規制して回転トルクを伝達する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項８】
前記係合部は、前記ノズル及び前記把持部のいずれか一方に設けられたスライド方向に延びる溝であり、前記被係合部は、前記ノズル及び前記把持部の他方に設けられ前記溝に係合する突部である
ことを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項９】
前記把持部は、前記ノズルの円錐面を３点の点接触により支持する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項１０】
前記回転角検出部の出力により、前記ノズルの回転が動作完了まで行われなかったことが検出されたとき、前記駆動部は前記ノズルを一旦動作進行方向と反対方向に回転させ、再び作進行方向の回転させる
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項１１】
前記駆動部がステッピングモータであり、当該ステッピングモータは、所定異常の負荷が作用したときに脱調するようにされている
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項１２】
前記ノズル装着部は、前記ノズルの取り外しのときに前記ノズルの取り外し方向に力が働くようにガスを噴出するガス噴出構造を有している
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項１３】
前記ガス噴出構造は、加工直後の前記ノズルに対して、該ノズルの温度を下げるような前記ガスを噴出する
ことを特徴とする請求項１２に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項１４】
前記ノズル装着部は、前記把持部に前記ノズルを把持するときに前記把持部の粉塵を吹き飛ばすガスを前記把持部に吹き付けるガス噴出構造を有している
ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項１５】
前記把持部は、底部に粉塵を排出する排出穴が形成されている
ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項１６】
前記駆動部は、前記把持部に前記ノズルを把持するときに前記把持部を回転させる
ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【請求項１７】
前記ガス噴出構造は、レーザ加工の際に用いられるアシストガスを噴出するものが兼用して用いられる
ことを特徴とする請求項１２または１５に記載のレーザ加工機のノズル交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ加工ヘッドのノズルを交換することで、レーザ加工機の加工能力を各々の被加工物の材質及び板厚に対して、品質及び生産性をそれぞれ最大限に発揮させ、さらに長時間無人化運転を可能するレーザ加工機において、このノズルを自動的に交換するノズル交換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工機のレーザ加工ヘッドの先端には、レーザ光を集光して被加工材へ照射する集光用光学系を備えると共に、集光されたレーザ光と共にアシストガスを同軸に噴射するガス噴射構造を備えたノズルが装着されている。このようなノズルは、被加工材の材質および板厚や加工方法などの違いにより、数十種類のノズルが用意されており、その中から加工に適したノズルが選択されて使用される。
【０００３】
加工に適した最適なノズルを選択することによりレーザ加工機の性能を最大限に発揮させることができる。例えば、より早い切断速度での加工を可能にするといったことや、切断面の品質を向上させるなどのことができる。また、切断または溶接といった加工目的によっても、さらには、ピアッシングまたは通常切断といった用途別によってもノズルの種類は変えられる。
【０００４】
一方、加工時における被加工材とノズルとの距離はわずか数ミリ程度であるため、ノズルは切断（溶接）加工状態の不良時はもとより、良好な加工状態を持続している場合においても、先端部には加工部から飛散する溶融金属（スパッタ）や粉塵が付着したり削られたりする。ノズルはこのように消耗の激しい部品である。このため、ノズルは高い頻度での交換が必要であり、ノズルの交換を自動で行うノズル交換装置を備えたレーザ加工機も多い。
【０００５】
このノズル交換に関して、従来以下のような技術が提案されている。すなわち、Ｘ軸方向にワークを移動位置決め自在なテーブルと、Ｙ軸方向に移動位置決め自在なレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工機において、上記テーブルの一端部に、ねじ込み式のノズルを保持した複数のノズル保持部を回転自在に設けると共に、このノズル保持部を円形軌道上に公転自在に設けたノズル交換部を設け、このノズル交換部のノズル保持部に保持されたノズル上方位置へレーザ加工ヘッドを移動位置決めし、レーザ加工機のＸ，Ｙ，Ｚ軸の位置決め機能を利用して、レーザ加工ヘッドに所望のノズルを着脱交換する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
また、従来、以下のようなノズル交換装置が提案されている。すなわち、ノズルをレーザ加工ヘッドにねじ込んで取付ける場合に、ノズルねじを損傷する恐れのない安全なねじ込み機能を保障するため、ノズルを保持する各収容部が、ばね、好ましくは圧縮ばねを介して駆動部（ねじドライブ）に支持されている。この圧縮ばねにより、ノズルのねじ部がレーザ加工ヘッドのねじ部に抗して特定の限定された力で押圧されることが保障され、この結果、確実なねじ込みが確保できるとともに、ねじに対する損傷を回避することができるノズル交換装置が提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００７】
さらにまた、駆動部がねじ係合方向に作用するトルクを制限する手段を有しており、これより、ノズルを常にレーザ加工ヘッドにしっかりと保持できると同時に所定位置に正確に配置でき、さらには、過度に働くねじ力によるノズルへの損傷を回避することができるノズル交換装置が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２３５８０号公報
【特許文献２】特開２００２−１６００８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の特許文献１、２などに提案されているようなノズル交換装置では、（１）ノズル交換が正常に行われたか否かを確認することができない。（２）ノズルを締付ける（取り付ける）際や、緩める（取り外す）際に、何らかの要因で動作が停止した場合でも、これを検知することが出来ないので課題であった。
【００１０】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、ノズル交換が正常に行われたか否かを確認することが可能であり、また、ノズル交換の動作途中に、何らかの原因で停止した場合でもこれを検知することが可能であり、さらに、このような異常を検知した場合に再度交換動作を行い、これによりノズル交換動作不良を削減できるレーザ加工機のノズル交換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、この発明にかかるレーザ加工機のノズル交換装置は、レーザ加工機のレーザ加工ヘッドのノズル装着部に軸回りに回転することにより着脱交換可能に取り付けられたノズルを交換するレーザ加工機のノズル交換装置であって、ノズルを把持するとともに、ノズルの装着方向にスライド可能に且つ取り付け回転方向に回転可能に支持された把持部と、把持部をノズル装着部方向へ付勢するばねと、把持部に連結されて当該把持部を回転させることによりノズルをノズル装着部に装着する駆動部と、ノズルの回転した回転角度を検出する回転角検出部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明のレーザ加工機のノズル交換装置によれば、レーザ加工機のノズルの自動交換を従来技術に比較し、より確実に行うことが出来る。また、ノズルの自動交換の取付け可否を検知することが出来、取付けられなかったことを検知した場合、再度取付け動作を行うことでノズルの交換不良の頻度を減らすことが出来る。被加工物の変更によりノズルの交換を行わなければならない場合でも、上記内容によりノズルの自動交換を確実に行うことが出来、長時間の無人化運転の信頼性の向上をすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかるレーザ加工機のノズル交換装置の実施の形態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。
【００１４】
実施の形態．
図１は本発明にかかるレーザ加工機の上方から見た様子を示す図である。図２は図１のレーザ加工機のＡ矢視図である。本実施の形態においては、レーザ加工機の一例として光走査方式（３軸光移動型）のレーザ加工機１００を示す。図１及び図２において、レーザ加工機１００においては、基台となるベッド１１上にパレットテーブル１２が設置されている。このパレットテーブル１２をまたぐように、概略門型のＸ軸移動体６がＸ軸駆動手段（図示省略）により移動可能に設けられている。Ｘ軸移動体６は、ベッド１１のＹ軸方向両端部に設けられたＸ軸案内部６ａに門型の両脚部を支持されてＸ軸方向（図中矢印Ｘ方向）に移動可能にとされている。なお、図２において門型の両脚部は省略している。
【００１５】
図２に示されるように、Ｘ軸移動体６にはＹ軸移動体７がＹ軸駆動手段（図示省略）によりＹ軸方向（図中矢印Ｙ方向）に移動可能に設けられている。さらに、このＹ軸移動体７には、レーザ加工ヘッド９を有するＺ軸移動体８がＺ軸駆動手段（図示省略）によりＺ軸方向（図中矢印Ｚ方向）に移動可能に設けられている。
【００１６】
レーザ加工ヘッド９には、集光光学系（図示省略）が設けてあり、レーザ発振器２からのレーザ光がこの集光用光学系までベンドミラーなど複数の光学系（図示省略）を介して導かれている。レーザ加工ヘッド９の先端のノズル装着部９ａには、レーザ発振器２から出力したレーザ光を、パレットテーブル１２に固定した被加工物（図示省略）にアシストガスとともに集光照射するノズル１８が取り付けられている。レーザ加工ヘッド９には、レーザ光とともに噴射するアシストガスのガス噴射構造が設けられており、ノズル１８はレーザ光と同軸にアシストガスを噴射する。ノズル１８は図示しないねじ構造によりノズル装着部９ａに着脱交換可能に取り付けられている。
【００１７】
図１及び図２において、ノズル交換装置５がレーザ加工機１００のベッド１１上のメンテナンススペース１０に設けられている。ノズル交換装置５は、概略箱状の筐体を有し、この筐体の内部に、複数（本実施の形態においては４個）のノズル交換ユニット１５を収納している。
【００１８】
図３はノズル交換装置５の一部を断面とする正面図である。図３においては、Ｃ−Ｃ線の向かって左側はカバーと側面パネルとを取り外すように断面とされている。図４はノズル交換装置５の上蓋の開閉する様子を示す図３のＣ−Ｃ線に沿う矢視断面図である。ノズル交換装置５は概略箱状の筐体１６を有している。この筐体１６は、筐体１６の下部を構成して装置の基部となる基台１６ａと、広く筐体１６の外周部を覆うカバー１６ｃと、筐体１６の１つの側面を覆いボルト１６ｅにて締着されてボルト１６ｅを外すことにより取り外すことができる側面パネル１６ｂと、筐体１６の上部に設けられノズル１８の交換動作に連動してシリンダ１４により自動的に開閉する上蓋１６ｄとから構成されている。筐体１６には、所定の剛性を有する枠体のモータブラケット１７ａが設置されており、このモータブラケット１７ａに支持されて、４個のノズル交換ユニット１５が固定されている（向かって右側のノズル交換ユニット１５のステッピングモータは省略している）。図４の矢印Ｂに示すように開閉可能とされた上蓋１６ｄは、ノズル交換ユニット１５への粉塵及びスパッタの付着を防止する目的で設けられている。そして、筐体１６の中央部には、この上蓋１６ｄの開閉動作の駆動源であるシリンダ１４が配設されている。
【００１９】
図５はノズル１８の拡大図である。ノズル１８は、概略円錐状のノズル本体１８ａと、このノズル本体１８ａの大径部から延びる概略円筒状の取付ねじ部１８ｂとから構成されている。取付ねじ部１８ｂは内側に大径の雌ねじが形成さており、ノズル装着部９ａの先端に形成された図示しない雄ねじにねじ込まれて取り付けられる。取付ねじ部１８ｂの外周面には、後述する受皿の爪に係合する８本の溝１８ｃが形成されている。各溝１８ｃは軸線方向に延び円周方向に等間隔に設けられている。取付ねじ部１８ｂ外周面の溝１８ｃが形成されてない表面には、ノズル１８を手作業にてノズル装着部９ａに取り付ける際、すべることがないように、ローレット加工が施されている。
【００２０】
図６はノズル交換ユニット１５にノズル１８が嵌め込まれる直前の様子を示す一部を断面とする側面図である。図７はノズル交換ユニット１５にノズル１８が嵌め込まれた様子を示す一部を断面とする側面図である。図８は図７のＫ−Ｋ線に沿う矢視断面図である。図９は図８のＭ−Ｍ線に沿う矢視断面図である。図６及び図７において、レーザ加工機１００側にあたる部分は、レーザ加工ヘッド９の先端のノズル装着部９ａとノズル１８のみを記載しその他の部分は省略している。図８においては、ノズル１８の取付ねじ部１８ｂが断面となっており、受皿２５の把持部２６の上面が見えている。
【００２１】
図６及び図７において、ノズル交換ユニット１５は、ノズル１８を把持する受皿２５と、受皿２５を所定の押圧力でノズル装着部９ａ側に付勢する圧縮ばね（ばね）２８と、受皿２５に連結されて受皿２５を回転させるステッピングモータ（駆動部）２３を有している。ステッピングモータ２３は、受皿２５を回転させることによりノズル１８を回転させて、ノズル１８をノズル装着部９ａに取り付け（ねじ係合）及び取り外し（ねじ解除）する。ステッピングモータ２３には、エンコーダ（回転角検出装置）が装備されている。
【００２２】
受皿２５は、直線移動ガイド１９を含むトルク伝達構造によりステッピングモータ２３に接続されている。直線移動ガイド１９は、モータブラケット１７ａに設けられたベアリングユニット３１に回転自在に支持されていて、カップリング３２を介してステッピングモータ２３と連結されている。ベアリングユニット３１は、モータブラケット１７ａに取り付けられていてノズル交換ユニット１５全体を保持している。これにより、ノズル交換ユニット１５は、モータブラケット１７ａから回転可能に支持されている。直線移動ガイド１９は、中心軸に対してナット部１９ａが軸方向にスライド可能で且つ軸線回りの回転トルクは伝達するように構成されている。そして、ステッピングモータ２３が回転すると、直線移動ガイド１９が回転し、直線移動ガイド１９のナット部１９ａに接続された受皿２５が回転する。そしてこのとき、ばね２８が一緒に回らないようにスペーサ３５がナット部３４とベアリングユニット３１との間に設けられている。
【００２３】
受皿２５は、ノズル装着部９ａ側に概略円筒状の把持部２６を有している。この把持部２６は、ノズル１８の取付ねじ部１８ｂを嵌め込んで収容する大きさの内径寸法を有している。把持部２６は、円筒状の内側にノズル１８を収容することによりノズル１８を把持する。
【００２４】
ノズル１８の取付ねじ部１８ｂの外周面には、上記のように軸線方向に沿って８本の溝（係合部）１８ｃが形成されている。一方、把持部２６の内周面には、４個の爪（突部／被係合部）２６ａが設けられている（図８）。爪２６ａは、爪固定ボルト２６ｅにより固定されている。溝１８ｃ及び爪２６ａは互いに係合して、ノズル１８と把持部２６との間のねじ込み方向（軸線方向）の相対的な移動を許すとともに、ねじ込み回転方向（ノズル１８の軸線回りの回転方向）の相対的な移動を規制して回転トルクを伝達する。
【００２５】
図９に良く示されるように、把持部２６の底に３つの球状突起２６ｂが設けられている。把持部２６は、ノズル本体１８ａの円錐面をこの３つの球状突起２６ｂにより３点の点接触により支持する。また、把持部２６の底には、側壁を径方向に貫通するように排出穴２６ｃが形成されている。この排出穴２６ｃは、ノズル１８から噴射されるアシストガスにより、矢印のように把持部２６の底に堆積した粉塵を排出する。
【００２６】
図６及び図７に戻り、ノズル交換ユニット１５の側方に上下方向に第一センサ（上側センサ）２１と第二センサ（下側センサ）２２とがセンサブラケット１７ｂに支持されて取り付けられている。
【００２７】
第一センサ（上側）２１は、金属等が接近するとオンする近接スイッチであって、いずれか一方にノズル１８が保持されているノズル装着部９ａ及び受皿２６が接触（係合）したときの受皿２５の高さの位置にあって、検出（オンすると）すると正常状態と判断してその旨の信号を出力する。つまり、ノズル装着部９ａ及び受皿２５のいずれか一方にノズル１８が保持されている場合は正常なのでオンすることにより正常状態を検出する。
【００２８】
第二センサ（下側センサ）２２も近接スイッチであって、第二センサ２２は、両方にノズル１８が保持されているノズル装着部９ａ及び受皿２５が接触（係合）したときの受皿２５の高さの位置にあって、検出（オンすると）すると異常状態と判断してその旨の信号を出力する。つまり、ノズル装着部９ａ及び受皿２５の両方にノズル１８が保持されている場合は異常なのでオンすることにより正常状態を検出する。
【００２９】
なお、ノズル装着部９ａには、ノズル１８からレーザ光と同軸にアシストガスを噴射する目的で、ノズル１８にアシストガスを供給するガス噴出構造９ｂが設けられている。この実施の形態のガス噴出構造９ｂは、加工時にレーザ光と同軸にアシストガスを噴射するばかりでなく、ノズル交換の動作に連動して適宜ガスを噴出する。
【００３０】
次ぎに、ノズル交換の動作について図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０はノズル１８をノズル装着部９ａから取り外す動作を示すフローチャートである。図１１はノズル１８をノズル装着部９ａに取り付ける動作を示すフローチャートである。
【００３１】
まず、図１０に沿ってノズル１８の取り外し動作について説明する。
［ノズル取り外し動作］
レーザ加工機１００のレーザ加工ヘッド９のノズル装着部９ａにノズル１８が装着されている。ＮＣ制御装置４からノズル交換の指令が発令される（ステップＳ１１）。レーザ加工機１００は、この指令に基づきレーザ加工ヘッド９の移動を開始する（ステップＳ１２）。レーザ加工機１００は、Ｘ軸、Ｙ軸、及び必要に応じてＺ軸を駆動させてレーザ加工ヘッド９をノズル交換装置５上まで移動する（ステップＳ１３）。
【００３２】
ノズル交換装置５は、レーザ加工ヘッド９がノズル交換装置５上の所定の位置に来た信号をＮＣ制御装置４から受け取ると、ノズル交換装置５は上蓋１６ｄを開ける（ステップＳ１４）。ノズル交換装置５の上蓋１３が開いた信号をＮＣ制御装置４に出力すると、ＮＣ制御装置４は、レーザ加工ヘッド９の下降を開始する（ステップＳ１５）。
【００３３】
レーザ加工ヘッド９が受皿２５と係合する位置まで下降して止まる（ステップＳ１６）。下降が完了した信号をＮＣ制御装置４が受け取ると、受皿２５が第一センサ（上側センサ）２１の位置（係合位置）に達したか否かが確認される（ステップＳ１７）。上記説明したように第一センサ２１が検出（オンすると）すると正常状態なので、先のステップに進む。一方、第一センサ２１が検出しないときは、ノズル装着部９ａと受皿２５の両方にノズル１８がない状態なので、異常状態と判定され、エラーにて停止する（ステップＳ１８）。
【００３４】
また、このとき、受皿２５が第二センサ（下側センサ）２２の位置に達したか否かも確認される（ステップＳ１９）。上記説明したように第二センサ２２が検出（オフすると）すると正常状態なので、先のステップに進む。一方、第二センサ２２が検出したときは、ノズル装着部９ａと受皿２５の両方にノズル１８がある状態なので、異常状態と判定され、エラーにて停止する（ステップＳ２０）。
【００３５】
上記センサ２１，２２による検出が正常の場合にステッピングモータ２３が回転を開始する（ステップＳ２１）。その後、エンコーダ２４がステッピングモータ２３の回転角度を検知する。エンコーダ２４はステッピングモータ２３を介してノズル１８の回転角度を検知する（ステップＳ２２）。エンコーダ２４の出力により、ノズル１８の回転動作が完了まで行われたことが検出されたときには、ノズル装着部９ａからノズル１８が正常に取り外されたと判断されるので、ＮＣ制御装置４にこの旨を出力して先のステップに進む。一方、ノズル１８の回転が動作完了まで行われなかったことが検出されたとき（ステップＳ２３）、ステッピングモータ２３はノズル１８を一旦動作進行方向と反対方向に回転させ（ステップＳ２２）、再び作進行方向の回転させる（ステップＳ２１）。このようにして、ノズル１８の取り外しを再度試みる。そして、ノズル１８の回転動作が完了まで行われたことが検出されたときには、先のステップに進む。一方、所定回数試みてもノズル１８の回転が動作完了まで行われない場合にはエラーにて停止する（図示しない）。
【００３６】
このようにして、ステッピングモータ２３の回転が完了すると、ノズル装着部９ａからノズル１８が正常に取り外されたので、先のステップに進む（ステップＳ２４）。そして、レーザ加工ヘッド９が上昇を開始する（ステップＳ２５）。なお、レーザ加工ヘッド９が上昇する際に、加工ガスを吹き付けることで、より確実にノズル１８をレーザ加工ヘッド９から取外すことが出来る（ステップＳ２６）。また、同時に加工ガスを吹き付けることで、熱膨張したノズル１８を冷却することも可能とする（ステップＳ２７）。
【００３７】
次に、図１１に沿ってノズル１８の取り付け動作について説明する。
［ノズル取り付け動作］
レーザ加工機１００のレーザ加工ヘッド９のノズル装着部９ａにノズル１８が装着されていない。ＮＣ制御装置４からノズル交換の指令が発令されると、レーザ加工機１００は、この指令に基づきレーザ加工ヘッド９の移動を開始する（ステップＳ３１）。レーザ加工機１００は、Ｘ軸、Ｙ軸、及び必要に応じてＺ軸を駆動させてレーザ加工ヘッド９をノズル交換装置５上まで移動する（ステップＳ３２）。
【００３８】
ノズル交換装置５は、レーザ加工ヘッド９がノズル交換装置５上の所定の位置に来た信号をＮＣ制御装置４から受け取ると、ノズル交換装置５は上蓋１６ｄを開け、ノズル交換装置５の上蓋１３が開いた信号をＮＣ制御装置４に出力すると、ＮＣ制御装置４は、レーザ加工ヘッド９の下降を開始する（ステップＳ３３）。
【００３９】
レーザ加工ヘッド９が受皿２５と係合する位置まで下降して止まる（ステップＳ３４）。下降が完了した信号をＮＣ制御装置４が受け取ると、受皿２５が第一センサ（上側センサ）２１の位置（係合位置）に位置しているか否かが確認される（ステップＳ３５）。上記説明したように第一センサ２１が検出（オンすると）すると正常状態なので、先のステップに進む。一方、第一センサ２１が検出しないときは、ノズル装着部９ａと受皿２５の両方にノズル１８がない状態なので、異常状態と判定され、エラーにて停止する（ステップＳ３６）。
【００４０】
また、このとき、受皿２５が第二センサ（下側センサ）２２の位置に達したか否かも確認される（ステップＳ３７）。上記説明したように第二センサ２２が検出（オフすると）すると正常状態なので、先のステップに進む。一方、第二センサ２２が検出したときは、ノズル装着部９ａと受皿２５の両方にノズル１８がある状態なので、異常状態と判定され、エラーにて停止する（ステップＳ３８）。このようにして、ノズル１８が装着されたレーザ加工ヘッド９に、ノズル１８の取り付け動作が実施されることを防止する。このような、段取り間違いは、オペレータの操作ミス等で起こる可能性が多い。
【００４１】
上記センサ２１，２２による検出が正常の場合にステッピングモータ２３が回転を開始する（ステップＳ３９）。すなわち、ノズル１８のねじ解除が行われる。ステッピングモータ２３は所定異常の負荷が作用した場合に脱調するようにされている。そして、このステッピングモータ２３がねじ解除の動作により脱調したか否かが検出され、脱調するようであれば、ステップＳ４１の逆回転の動作に進む。
【００４２】
一方、脱調しなければ、エンコーダ２４がステッピングモータ２３の回転角度を検知する。エンコーダ２４はステッピングモータ２３を介してノズル１８の回転角度を検知する（ステップＳ４２）。エンコーダ２４の出力に基づいて、ノズル１８の回転動作が完了まで行われたことが検出されたときには、ノズル装着部９ａからノズル１８が正常に取り付けされたと判断されるので、ＮＣ制御装置４にこの旨の出力信号を出力して先のステップに進む。一方、ノズル１８の回転が動作完了まで行われなかったことが検出されたときは（ステップＳ２３）、ステップＳ４１に進み、ステッピングモータ２３はノズル１８を一旦動作進行方向（取り付け方向）と反対方向に回転させ、その後、再び作進行方向の回転させる（ステップＳ３９）。このようにして、ノズル１８の取り付けを再度試みる。そして、エンコーダ２４により、ノズル１８の回転動作が完了まで行われたことが検出されたときには、先のステップに進む。一方、所定回数試みてもノズル１８の回転が動作完了まで行われない場合にはエラーにて停止する（図示しない）。
【００４３】
このようにして、ステッピングモータ２３の回転が完了すると、ノズル装着部９ａにノズル１８が正常に取り付けられたので、先のステップに進む（ステップＳ４３）。レーザ加工ヘッド９が上昇を開始する（ステップＳ４４）。なお、レーザ加工ヘッド９が上昇完了（ステップＳ４５）の後、ノズル交換装置５の上蓋１３が閉じて動作が終了する（ステップＳ４６）。
【００４４】
このような構成のレーザ加工機のノズル交換装置５においては、ノズル１８を把持するとともに、ノズル１８のノズル装着部９ａへのねじ込み方向にスライド可能に且つねじ込み回転方向に回転可能に支持された把持部２６と、把持部２６をノズル装着部９ａ方向へ付勢する圧縮ばね２８と、把持部２６に連結されてこの把持部２６を回転させることによりノズル１８をノズル装着部９ａにねじ係合及びねじ解除するステッピングモータ２３と、ノズル１８の回転した回転角度を検出するエンコーダ２４とを備えている。
【００４５】
そのため、エンコーダ２４でノズル１８がねじ係合及びねじ解除するまで回転したか否かを検出することにより、ノズル１８がノズル装着部９ａに完全にねじ係合したか否かを、或いは、ノズル１８がノズル装着部９ａから完全にねじ解除したか否かを検出することができる。これにより、ノズル１８をノズル装着部９ａに正常に取り付けられなかった場合や、ノズル１８がノズル装着部９ａから正常に取り外せなかった場合に適切な対処をすることができる。なお、エンコーダ２４は、把持部２６、把持部２６と連動する部分およびステッピングモータ２３のいずれかの回転角度を検出することにより、ノズル１８の回転角度を検出することができる。
【００４６】
なお、ノズル１８に関しては、レーザ加工ヘッド９のノズル装着部９ａにねじ構造により着脱交換可能に取り付けられたノズル１８に限らず、ノズル装着部９ａに軸回りに回転することにより着脱交換可能に取り付けられたノズルであれば、本願発明を適用することができる。
【００４７】
また、本実施の形態のノズル交換装置は、受皿２５のスライド位置を検出するセンサを備え、センサは、いずれか一方にノズル１８が保持されているノズル装着部９ａ及び受皿２５が接触したときの受皿２５の高さを検出して正常状態として出力する第一センサ２１と、両方にノズル１８が保持されているノズル装着部９ａ及び受皿２５が接触したときの受皿２５の高さを検出して異常状態として出力する第二センサ２２とを含むので、ノズル１８が意図通りに正常に支持されているか否かを検出することができる。
【００４８】
さらに、把持部２６（受皿２５）は、ステッピングモータ２３との間に設けられた直線移動ガイド１９によってスライド可能に支持され且つ回転トルクを伝達される。そのため、ノズル１８と良好に係合することができるとともに、回転トルクを適切に伝達することができる。
【００４９】
さらにまた、ノズル１８には、溝（係合部）１８ｃが設けられ、把持部２６には、この溝１８ｃと係合する爪（突部／被係合部）２６ａが設けられており、両者は、ノズル１８と把持部２６との間のスライド方向の相対的な移動を許すとともに、回転方向の相対的な移動を規制して回転トルクを伝達するので、把持部２６に伝えられた回転トルクが、ノズル１８に適切に伝達される。
【００５０】
また、把持部２６は、ノズル１８の円錐面を３点の点接触により支持するので、把持部２６がノズル１８を支持する際、ノズル１８先端にスパッタ等が付着した場合でもノズル１８が傾くことがなく、ノズル交換の動作を誤動作なく行うことができる。
【００５１】
さらに、エンコーダ２４の出力により、ノズル１８の回転が動作完了まで行われなかったことが検出されたとき、ステッピングモータ２３はノズル１８を一旦動作進行方向と反対方向に回転させ、再び作進行方向に回転させる。そのため、本来であれば動作異常となるときでも再度の動作が試みられ、異常停止などの不具合の頻度が削減される。
【００５２】
さらにまた、本実施の形態のノズル交換装置においては、駆動部がステッピングモータ２３であり、このステッピングモータ２３は、所定異常の負荷が作用したときに脱調するようにされているので、ノズル１８や把持部２６に所定以上の力が働くことが防止され、ノズル１８やノズル交換装置の破損を防止することができる。
【００５３】
また、把持部２６は、底部に粉塵を排出する排出穴２６ｃが形成されており、ステッピングモータ２３は、把持部２６にノズル１８を把持するときに把持部２６を回転させ、ノズル装着部９ａは、把持部２６にノズル１８を把持するときに把持部２６の粉塵を吹き飛ばすガスを把持部２６に吹き付けるガス噴出構造を有しているので、把持部２６の粉塵を確実に除去することができ、動作の確実性を向上させる。
【００５４】
さらに、ノズル装着部９ａは、ノズル１８の取り外しのときにノズル１８の取り外し方向に力が働くようにガスを噴出するガス噴出構造を有している。また、ガス噴出構造は、加工直後のノズル１８に対して、ノズル１８の温度を下げるようなガスを噴出する。ノズル１８の熱膨張を抑制してノズル１８を確実に取り外すことができる。また、このガス噴出構造は、レーザ加工の際に用いられるアシストガスを噴出するものが兼用して用いられるので、コストが増加することがない。
【００５５】
なお、上下方向にセンサを設けてノズル取り付けの正常異常を確認する技術は、チャックにてノズルを保持するレーザ加工機などにも適用することができる。さらに、ガスを吹き付けてノズルを取外したり、ノズルを温度管理したりする動作についてもレーザ加工機のノズル交換装置全てにおいて適応することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明のレーザ加工機のノズル交換装置は、着脱自在に設けられたノズルを有するレーザ加工機のノズル交換装置に適用されて好適なものであり、特にレーザ加工ヘッドのノズルを自動的に交換することで、加工能力を各々の被加工物の材質及び板厚に対して、品質及び生産性をそれぞれ最大限に発揮させ、さらに長時間無人化運転を達成することが出来るレーザ加工機のノズル交換装置に適用されて最適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明にかかるレーザ加工機の上方から見た様子を示す概略の説明図である。
【図２】図１のレーザ加工機のＡ矢視図である。
【図３】ノズル交換装置の一部を断面とする正面図である。
【図４】ノズル交換装置の上蓋の開閉する様子を示す図３のＣ−Ｃ線に沿う矢視断面図である。
【図５】ノズルの拡大図である。
【図６】ノズル交換ユニットにノズルが嵌め込まれる直前の様子を示す一部を断面とする側面図である。
【図７】ノズル交換ユニットにノズルが嵌め込まれた様子を示す一部を断面とする側面図である。
【図８】図７のＫ−Ｋ線に沿う矢視断面図である。
【図９】図８のＭ−Ｍ線に沿う矢視断面図である。
【図１０】ノズル交換装置のノズルをノズル装着部から取り外す動作を示すフローチャートを示す図である。
【図１１】ノズル交換装置のノズルをノズル装着部に取り付ける動作を示すフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
２  レーザ発振器
４  ＮＣ制御装置
５  ノズル交換装置
６  Ｘ軸移動体
６ａ  Ｘ軸案内部
７  Ｙ軸移動体
８  Ｚ軸移動体
９  レーザ加工ヘッド
９ａ  ノズル装着部
９ｂ  ガス噴出構造
１０  メンテナンススペース
１１  ベッド
１２  パレットテーブル
１４  シリンダ
１５  ノズル交換ユニット
１６  筐体
１６ａ  基台
１６ｂ  側面パネル
１６ｃ  カバー
１６ｄ  上蓋
１６ｅ  締着ボル
１７ａ  モータブラケット
１７ｂ  センサブラケット
１８  ノズル
１８ａ  ノズル本体
１８ｂ  取付ねじ部
１８ｃ  溝（係合部）
１９  直線移動ガイド
１９ａ  ナット部
２１  第一センサ（上側センサ）
２２  第二センサ（下側センサ）
２３  ステッピングモータ（駆動部）
２４  エンコーダ（回転角検出装置）
２５  受皿
２６  把持部
２６ａ  爪（突部／被係合部）
２６ｂ  球状突起
２６ｃ  排出穴
２６ｅ  爪固定ボルト
２８  圧縮ばね（ばね）
３１  ベアリングユニット
３２  カップリング
３５  スペーサ
１００  レーザ加工機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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