(57)【要約】【課題】被加工材に対し切断や溶接を行うレーザ加工装置に於いて、レーザ発振器の出力の如何に関わらず小型化し、且つレーザ光路の長さを一定に保持する。【解決手段】レーザ切断装置Ａは、レール１に沿って走行可能に構成された走行台車２と、走行台車２に搭載され該走行台車２の走行方向とは直交する方向に横行可能に構成された横行台車６とを有し、横行台車６にレーザ光発射部８とレーザトーチ12を搭載すると共にレーザ光発射部８とレーザトーチ12との間にレーザ光の入射孔14ｈと出射孔14ｉとを有するケーシング14ａ内に設定されたジグザグ状のレーザ光路13に於ける折り返し点毎にミラー14ｂ〜14ｄを配置したレーザ光路調整装置14を配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールに沿って走行可能に構成された走行台車と、前記走行台車に搭載され該走行台車の走行方向とは直交する方向に横行可能に構成された横行台車とを有し、前記横行台車にレーザ光の発射部とレーザトーチを搭載すると共にレーザ光の発射部とレーザトーチとの間に、レーザ光の入射孔と出射孔とを有するケーシング内に設定されたジグザグ状のレーザ光路に於ける折り返し点毎にミラーを配置したレーザ光路調整装置を配置したことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
レールに沿って走行可能に構成された走行台車と、前記走行台車に搭載され該走行台車の走行方向とは直交する方向に横行可能に構成された横行台車とを有し、前記横行台車にレーザ光の発射部とレーザトーチを搭載すると共にレーザ光の発射部とレーザトーチとの間にコリメーターを配置したことを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ発振器の出力の増加に伴うレーザ光路長の増大に関わらず小型化を実現したレーザ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被加工物に対してレーザ工具からレーザ光を照射して切断や溶接或いは溶射を含む表面加工を行うレーザ加工が普及しつつある。これらのレーザ加工を行う場合、レーザ発振器とレーザ工具との間を予め設定された長さのレーザ光路によって接続し、レーザ工具と被加工物とを相対的に移動させつつレーザ工具からレーザ光を照射している。
【０００３】
例えば、目的のレーザ加工が切断である場合、レーザ発振器を搭載しレールに沿って走行可能な台車と、台車に搭載され且つレーザ工具となるレーザトーチを有し台車の走行方向に対して直交方向に横行可能な横行台車と、を有し、レーザ発振器とレーザトーチとの間にジャバラで囲んだレーザ光路を設けたレーザ切断装置が提供されている。
【０００４】
上記レーザ切断装置では、横行台車の横行に伴ってレーザ発振器とレーザトーチとの間に形成されたレーザ光路の長さが変化して切断品質にバラツキが出るという問題が生じる。このため、横行台車の横行に伴って同方向に横行台車の移動距離の１／２の距離移動し得るように構成したレーザ光反転器を設けることで、横行台車の横行に関わらずレーザ光路長が一定となるようにしている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
またレーザ発振器から集光レンズまでの距離が１０ｍ程度要求される場合、レーザスポットの位置決め精度が難しくなるため、レーザ発振器をＺ軸スライドに配置し、該レーザ発振器から出力されたレーザを複数のミラーで反射しながらＢ軸旋回部を通り、フォーカスレンズに導くことでレーザ光路長が一定となるように構成したものも提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特公平１−５５０７６号公報
【特許文献２】
特開平５−１３８３９０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示すように、レーザ発振器とレーザトーチとの間にレーザ光反転器を設けて横行台車の横行に伴って移動させるような場合、稼働部分が多くなって装置が複雑になり、且つ制御も複雑になるという問題がある。
【０００８】
またレーザ発振器とレーザトーチとの間に形成されたレーザ光路にはジャバラ等のカバーが設けられているが、走行台車の走行や横行台車の横行、或いは他の原因によってレーザ光の光軸がずれると、カバーを損傷することになるという問題や、光軸を調整するのが困難な作業であるという問題がある。
【０００９】
一方最近では、レーザ発振器の出力が増大してより負荷の大きいレーザ加工、例えば切断可能な厚さの増加、を実現し得るようになっている。しかし、レーザ発振器の出力とレーザ光路の長さとは相関関係にあり、レーザ発振器の出力の増加に伴ってレーザ光路も増大する。例えばレーザ発振器の出力が４００Ｗではレーザ光路長は８００mm程度であり、５００Ｗでは４ｍ程度、１．５ｋＷでは７ｍ程度、３ｋＷでは８ｍ程度、４ｋＷ以上６ｋＷでは９ｍ程度である。
【００１０】
上記の如く、レーザ発振器とレーザ工具との間に、使用するレーザ発振器の出力に対応する長さのレーザ光路を設置することが必要となる。このため、レーザ加工装置が大型化するという問題が発生し、光軸を調整する際の作業もより困難になるという問題が派生している。
【００１１】
上記問題を特許文献２に示す技術で解決しようとした場合、Ｚ軸スライドとＢ軸旋回部とによって必要なレーザ光路の長さを実現することとなる。しかし、前記レーザ光路として指定された部位は、レーザトーチの旋回機構やレーザトーチの被加工材からの距離を検出するための機構等が密集した部分であり、如何にして小型化をはかるかを追求している部分である。このため、レーザ発振器の出力の変化に応じて変化するレーザ光路長を吸収することは実際上不可能であるという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、レーザ発振器の出力の如何に関わらず小型化することが出来、且つレーザ光路の長さを一定に保持し得るレーザ加工装置を提供することにある。
【００１３】
【発明を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る第１のレーザ加工装置は、レールに沿って走行可能に構成された走行台車と、前記走行台車に搭載され該走行台車の走行方向とは直交する方向に横行可能に構成された横行台車とを有し、前記横行台車にレーザ光の発射部とレーザトーチを搭載すると共にレーザ光の発射部とレーザトーチとの間に、レーザ光の入射孔と出射孔とを有するケーシング内に設定されたジグザグ状のレーザ光路に於ける折り返し点毎にミラーを配置したレーザ光路調整装置を配置したものである。
【００１４】
上記第１のレーザ加工装置では、レールに沿って走行可能に構成された走行台車に横行台車を搭載し、この横行台車にレーザ光を発射するレーザ光発射部とレーザトーチを搭載し、更に、レーザ光発射部とレーザトーチとの間にレーザ光路調整装置を配置したので、走行台車のフレームにレーザ光路を設ける必要がなく、全てのレーザ光路を横行台車に配置することが出来る。
【００１５】
特に、レーザ発振器の出力の大きさによって異なる長さに設定されたレーザ光路を走行台車を必要とせずに、横行台車の面積範囲内で納めることが出来ることから、横行台車が走行台車に対して如何なる位置に横行したとしても、レーザ光路の長さを一定の値に保持することが出来る。
【００１６】
従って、レーザ光路の範囲にレーザ光反転器のような可動部材を配置する必要がなくなり、装置の小型化をはかると共に制御の単純化をはかることが出来、レーザ光の光軸を調整する作業も容易に行うことが出来る。
【００１７】
特に、レーザ光路調整装置を、ケーシングの内部にジグザグ状のレーザ光路を設定し、このジグザグのレーザ光路に於ける折り返し点毎にミラーを配置して構成したので、ケーシングに配置されたミラー間の距離とジグザグの折り返し回数に対応する長さのレーザ光路を形成することが出来る。
【００１８】
このため、レーザ発振器の出力に設定されたレーザ光路の長さを確保して容積を小さくすることが出来、レーザ発振器の出力が増大してレーザ光路が長くなっても、レーザ加工装置の大型化を招くことがない。
【００１９】
また本発明に係る第２のレーザ加工装置は、レールに沿って走行可能に構成された走行台車と、前記走行台車に搭載され該走行台車の走行方向とは直交する方向に横行可能に構成された横行台車とを有し、前記横行台車にレーザ光の発射部とレーザトーチを搭載すると共にレーザ光の発射部とレーザトーチとの間にコリメーターを配置したものである。
【００２０】
上記第２のレーザ加工装置では、横行台車にレーザ光発射部とレーザトーチ搭載すると共にコリメーターを配置したので、レーザ光発射部からレーザトーチに至る間に可動部を形成することなく、光路長を一定に保持することが出来る。このため、装置の小型化をはかると共に制御の簡易化をはかることが出来る。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、上記レーザ加工装置の好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１はレーザ加工装置としてのレーザ切断装置の正面図である。図２はレーザ切断装置の平面図である。図３はレーザ切断装置の側面図である。図４はレーザ光路調整装置の構成を説明する断面図である。
【００２２】
図１〜３に於いて、レーザ切断装置Ａは、平行に敷設された一対のレール１に載置された走行台車２を有している。この走行台車２は、レール１に沿って配置されたサドル２ａと、レール１と直交する方向に配置されたガーター２ｂ，２ｃとを有する門型の架構として構成されている。
【００２３】
サドル２ａには走行モーター３が設けられており、該走行モーター３の駆動を制御することで、走行台車２をレール１に沿って所望の速度で走行させることが可能である。また一方側のサドル２ａにはデッキ４が設けられており、該デッキ４に面して操作盤５が配置されている。従って、作業員がデッキ４に乗った状態で操作盤５を操作することで、レーザ切断装置Ａの操作を行うことが可能である。
【００２４】
ガーター２ｂにはレール１と直交方向に配置された横行レール２ｄが設けられており、該横行レール２ｄに横行台車６が横行可能に搭載されている。この横行台車６には横行モーター７が設けられており、該横行モーター７の駆動を制御することで、横行台車６をレール１と直交する方向に所望の速度で横行させることが可能である。
【００２５】
ガーター２ｃの上部であってサドル４の反対側には、横行台車６に搭載したレーザ光発射部８にエネルギーを付与すると共に制御を行う電源制御部９が搭載され、両者８，９は互いにキャップタイヤケーブルやホース等（ケーブル等）10を介して接続されている。またガーター２ｃのサドル側には、レーザ切断装置Ａの作動を制御するためのコンピュータを含む制御装置を内蔵した制御盤11が搭載されている。
【００２６】
横行台車６には、レーザ光発射部８が搭載されると共にレーザトーチ12が搭載されている。またレーザ光発射部８とレーザトーチ12を結んでレーザ光路13が形成され、該レーザ光路13にレーザ光路調整装置14が設けられている。そして、レーザ光発射部８からレーザ光路調整装置14を経てレーザトーチ11に至るレーザ光路13の長さは、搭載したレーザ発射部８，電源制御部９を含むレーザ発振器の出力に応じて最適な長さに設定されている。
【００２７】
上記の如く、レーザ光発射部８からレーザトーチ12に至る間に形成されたレーザ光路13には可動部がなく、全体が一体化して形成されている。このため、横行台車６が何れの位置に横行した場合であっても、レーザ光路13の長さが変化することがなく、レーザトーチ12から安定したレーザ光を照射することが可能である。
【００２８】
ここで、レーザ光路調整装置14の構成について図４により説明する。図に示すレーザ光路調整装置14は、ケーシング14ａの内部にジグザグ状のレーザ光路13が設定されることによって、該ケーシング14ａの長さ（図４に於ける左右方向の長さ）の数倍の長さを持ったレーザ光路を実現し、これにより、レーザ切断装置の全体の容積を小さくし得るようにしたものである。
【００２９】
特に、必要なレーザ光路の長さが増減しても、レーザ光路調整装置14に於けるケーシング14ａの長さを適宜設定することで、ケーシング14ａの長さの数倍の光路長を形成することが可能となり、レーザ加工装置の設置面積を大幅に増加することなく、レーザ発振器の出力の増加に対応することが可能となる。
【００３０】
レーザ光路調整装置14は、ケーシング14ａと、ケーシング14ａの内部に設定されたジグザグ状のレーザ光路13の折り返し点毎に配置されたミラー14ｂ〜14ｄと、を有して構成されている。ケーシング14ａの内部に設定されたレーザ光路13の折り返し数は限定するものではなく、レーザ発振器の出力に対応したレーザ光路の全長との関連で適宜設定される。
【００３１】
ケーシング14ａは、剛性を持ったフレーム14ｅ，14ｆと、フレーム14ｅ，14ｆの周囲に設けたカバー14ｇとを有しており、フレーム14ｅにレーザ光が入射する入射孔14ｈ及びレーザ光が出射される出射孔14ｉが形成されている。即ち、入射孔14ｈと出射孔14ｉはケーシング14ａの同一のフレーム14ｅに形成されており、レーザ光の入射と出射を同一面から行うことが可能である。
【００３２】
このようにケーシング14ａの同一面（フレーム14ｅ）に入射孔14ｈと出射孔14ｉとが配置される場合、ケーシング14ａの内部には奇数のミラー（14ｂ〜14ｄ）が配置され、これらのミラーによって偶数のジグザグ状の光路が形成される。
【００３３】
フレーム14ｅに形成された入射孔14ｈと出射孔14ｉの中間にミラー14ｃが固定されている。またフレーム14ｆに於ける入射孔14ｈと対向する位置にミラー14ｂが取り付けられており、出射孔14ｉと対向する位置にミラー14ｄが取り付けられている。フレーム14ｆに於けるミラー14ｂ，14ｄの取付位置は、フレーム14ｅ，14ｆ間の距離と入射孔14ｈとミラー14ｃとの距離とに応じた角度を持った座、ミラー14ｄと出射孔14ｉとの距離とに応じた角度を持った座が形成されており、夫々の座にミラー14ｂ，14ｄが固定されている。
【００３４】
上記の如く構成されたレーザ光路調整装置14では、ケーシング14ａを構成するフレーム14ｅ（入射孔14ｈ，出射孔14ｉ）とフレーム14ｆに固定したミラー14ｂ，14ｄとの距離をＳとし、入射孔14ｈと出射孔14ｉとの距離をＷとすると、該ケーシング14ａの内部に設定されたレーザ光路13の長さは、２Ｓ＋（４S2＋W2）1/2 となり、ケーシング14ａの長さの略４倍の長さＬを持ったレーザ光路13を構成することが可能となる。またケーシング14ａの内部に於ける折り返し数を適宜設定することで、折り返し数に応じた長さのレーザ光路13を構成することが可能である。
【００３５】
従って、レーザ光路13を折り畳むように設定することが可能となり、レーザ発振器が必要とするレーザ光路の長さを保持してレーザ加工装置全体の小型化をはかることが可能となる。
【００３６】
特に、上記の如く構成されたケーシング14ａではミラー14ｂ〜14ｄを固定するフレーム14ｅ，14ｆが剛性を有するため、ミラー14ｂ〜14ｄの固定姿勢が変化することがなく、正確に維持することが可能である。このため、レーザ発振器からレーザトーチの間に於ける光軸調整を行う場合であっても、レーザ光路調整装置14を構成する各ミラー14ｂ〜14ｄの調整を不要とすることが可能である。
【００３７】
尚、上記実施例では、３枚のミラーを用いて同一平面内で折り返しを行うレーザ光路を設定したが、より多くのミラーを利用することで、複数平面内で折り返しを行えるレーザ光路を設定することも可能である。この場合、レーザ光路調整装置を構成するケーシングの形状を立方体状に形成することが必要となるが、レーザ光路自体を直線状に形成した場合と比較して小型化をはかることが可能となる。また各ミラー14ｂ〜14ｄとして、本実施例では平面鏡を用いている。
【００３８】
上記の如く構成されたレーザ切断装置Ａでは、予めレール１の間で走行台車２の下方に設置された定盤20上に図示しない被切断材を載置し、該被切断材から切断すべき形状や数量等の製品情報と、切断速度やレーザトーチから噴射させるアシストガスの流量等の切断情報を制御装置に入力しておき、切断作業を開始させると、制御装置から予め書き込まれた切断順序に従った制御がなされる。
【００３９】
即ち、先ず、走行モーター３，横行モーター７を駆動してレーザトーチ12を被切断材に設定されたピアシング位置に一致させる。レーザトーチ12がピアシング位置に到達すると電源制御部９が作動し、レーザ光発射部８にエネルギーが付与されてレーザ光が発射される。レーザ光発射部８から発射されたレーザ光は、レーザ光路調整装置14の入射孔14ｈに入り、ミラー14ｂ〜14ｄによって反射された後、出射孔14ｉから出射されてレーザトーチ12に至り、該レーザトーチ12から被切断材に向けて照射され、同時に、レーザトーチ12からは予め設定された量のアシストガスが噴射され被切断材に穴あけを行う。
【００４０】
その後、予め設定された切断形状や数量に対応した切断経路に従って走行モーター３，横行モーター７が駆動され、レーザトーチ12は前記切断経路に沿って移動する。このレーザトーチ12の移動過程で被切断材にはレーザ孔とアシストガスが連続的に照射され、連続した切断が行われる。
【００４１】
被切断材に対する一連の切断が終了すると、レーザ孔発射部８に対するエネルギーの付与が停止すると共にレーザトーチ12に対するアシストガスの供給も停止し、レーザトーチ12による被切断材の切断が停止する。
【００４２】
上記の如くして被切断材に対する切断を継続している間に横行台車６が移動した場合、レーザ光発射部８とレーザトーチ12が互いに横行台車６に搭載されているため、両者の間に相対的な位置の変化がない。このため、レーザ光発射部８からレーザトーチ12の先端までの距離は常に一定となり、安定したレーザ光を照射することが可能となる。
【００４３】
即ち、特許文献１に記載された技術のように、横行台車の横行に伴って移動するレーザ光反転器や、このレーザ光反転器を移動させる制御が不要となる。
【００４４】
上記した実施例では、レーザ光発射部８とレーザトーチ12との間に形成されたレーザ光路13にレーザ光路調整装置14を配置することで、レーザ光路の長さを調整したが、この構成に限定するものではなく、図４に示すレーザ光路調整装置14に代えて公知のコリメーターを設けても良い。
【００４５】
コリメーターは、対向して配置された凸面鏡と凹面鏡の２枚のミラーによって構成され、レーザ光発射部８から発射されたレーザ光を凸面鏡に照射して開き角度を大きくして凹面鏡に照射し、凹面鏡によって再度集光するように配置され、この配置位置の設定により、レーザ光路長の予め設定された範囲に於けるレーザ光の径を略一定にする機能を有するものである。
【００４６】
従って、目的のレーザ光の出力が設定され、この出力に伴って最適なレーザ光の光路長が設定されたとき、この光路長とレーザ切断装置に於けるレーザ光発射部からレーザトーチまでの距離とに応じて最適なコリメーターを構成し、このコリメーターをレーザ光発射部８とレーザトーチ12の間に配置することで、外部からの調整でレーザ光路13の長さを適宜調整することが可能となり、汎用性の高いレーザ切断装置を構成することが可能である。
【００４７】
またレーザ加工装置として被切断材を切断するレーザ切断装置の例について説明したが、本発明はレーザ切断装置にのみ限定するものではなく、レーザ溶接装置はレーザ表面加工装置等、レールに沿って走行可能な台車と、横行台車を有し、この横行台車に搭載したレーザトーチを二次元的に移動させて加工を行うようなレーザ加工装置であれば、如何なるものであっても適用することが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係るレーザ加工装置では、横行台車にレーザ光を発射するレーザ光発射部とレーザトーチを搭載すると共にレーザ光路調整装置を配置したので、横行台車がいかように移動しても、レーザ光発射部とレーザトーチとの相対的な距離を一体に保持することが出来る。このため、レーザ光路の範囲にレーザ光反転器のような可動部材を配置する必要がなくなり、装置の小型化をはかると共に制御の単純化をはかることが出来、レーザ光の光軸を調整する作業も容易に行うことが出来る。
【００４９】
特に、レーザ光路調整装置を、ケーシングの内部にジグザグ状のレーザ光路を設定し、このジグザグのレーザ光路に於ける折り返し点毎にミラーを配置して構成したので、ケーシングに配置されたミラー間の距離とジグザグの折り返し回数に対応する長さのレーザ光路を形成することが出来る。このため、レーザ発振器の出力に設定されたレーザ光路の長さを確保して容積を小さくすることが出来、レーザ発振器の出力が増大してレーザ光路が長くなっても、レーザ加工装置の大型化を招くことがない。
【００５０】
また横行台車にレーザ光発射部とレーザトーチを搭載すると共にレーザ光の発射部とレーザトーチとの間にコリメーターを配置した場合であっても、レーザ光発射部からレーザトーチに致す間に可動部を形成することなく、光路長を一定に保持することが出来る。このため、装置の小型化をはかると共に制御の簡易化をはかることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ加工装置としてのレーザ切断装置の正面図である。
【図２】レーザ切断装置の平面図である。
【図３】レーザ切断装置の側面図である。
【図４】レーザ光路調整装置の構成を説明する断面図である。
【符号の説明】
Ａ                      レーザ切断装置
１                      レール
２                      走行台車
２ａ                    サドル
２ｂ，２ｃ              ガーター
２ｄ                    横行レール
３                      走行モーター
４                      デッキ
５                      操作盤
６                      横行台車
７                      横行モーター
８                      レーザ光発射部
９                      電源制御部
10                      ケーブル等
11                      制御盤
12                      レーザトーチ
13                      レーザ光路
14                      レーザ光路調整装置
14ａ                    ケーシング
14ｂ〜14ｄ              ミラー
14ｅ，14ｆ              フレーム
14ｇ                    カバー
14ｈ                    入射孔
14ｉ                    出射孔
20                      定盤
【図１】
2004195531.tif 000003
【図２】
2004195531.tif 000004
【図３】
2004195531.tif 000005
【図４】
2004195531.tif 000006