(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置固定式のレーザー（１）を有し、ミラー関節アーム（３）を有し、その第１端部内へとレーザー（１）のレーザービームが結合され、更に、ミラー関節アーム（３）の第２端部を案内するためにロボットと接続されているロボットアーム（２）を有し、レーザービーム案内がミラーを傾けることを介して行われる光学的なビーム偏向ユニットとして設けられているレーザースキャナー（４）を有し、このレーザースキャナー（４）がロボットアーム（２）に固定されていて、ミラー関節アーム（３）の第２端部から出てゆくレーザービームがレーザースキャナー（４）内へと結合されるようにミラー関節アーム（３）と接続されていて、更に、加工品を固定するための保持装置（８）を有し、少なくとも１つのガスノズル（７）を有し、このガスノズル（７）を用いてガス流が加工品表面上に向けられていて、更に、レーザー（１）及びロボットアーム（２）をコントロールするための制御装置（５）を有する、レーザーを用いて３次元的に広がる加工品表面を加工するための装置において、
レーザースキャナー（４）からその出口面を介して出てゆくレーザービームとガス流とが加工品表面上の１つの点で重なり合うために、ガスノズル（７）が、制御装置（５）と接続状態にあるガスノズル駆動部（６）を介して加工品表面上に向けられ得るようにレーザースキャナー（４）に可動に取り付けられていることを特徴とする装置。
【請求項２】
ガスノズル（７）がレーザースキャナー（４）の出口面のまわりでこの出口面を中央にして配設されていることを特徴とする、請求項１に記載の、レーザーを用いて３次元的に広がる加工品表面を加工するための装置。
【請求項３】
ガスノズル（７）がリング形状に配設されていることを特徴とする、請求項２に記載の、レーザーを用いて３次元的に広がる加工品表面を加工するための装置。
【請求項４】
レーザースキャナー（４）がその出口面のまわりで正方形に形成されていて、そのコーナーに各々のガスノズル（７）が配設されていることを特徴とする、請求項２に記載の、レーザーを用いて３次元的に広がる加工品表面を加工するための装置。
【請求項５】
レーザースキャナー（４）を介して移動されるレーザービームの加工輪郭線と加工速度がロボットアーム（２）の移動速度に応じて制御されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の、レーザーを用いて３次元的に広がる加工品表面を加工するための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザーを用いて加工品表面を加工するための装置、特に、様々な大きさの３次元的な構造を有する加工品において、切断、穴あけ、傷付け、彫刻、穿孔、文字付け等を行うための装置に関する。この装置は、有利にはそのような加工品の層を切除するためにも使用され得る。
【０００２】
【従来の技術】
レーザーを用いて加工品を加工するための装置は、基本的に、レーザーと、加工品にレーザービームを案内するための装置と、加工品を取り付けて保持するための装置とから構成される。工具としてのレーザービームと加工品との間で相対運動（送り）が実施されなくてはならない（例えば、切断、穴あけ、切除のような）方法では、通常、加工品が位置固定されて保持される間、この相対運動がレーザービームを案内するための装置によって感知される。
【０００３】
そのような装置のためには、位置固定された加工品表面に向かってレーザービームを案内するために様々な基本原理が知られている。
【０００４】
特に、大きな面を有する加工品を加工するためには、レーザービームを集束するレーザーヘッドがポータルを用いて加工品表面に対して平行に１つの面内で自由に移動され得るという装置が知られている。レーザービームは、レーザーからミラー関節アームを介してレーザーヘッドに到達する。その長所は、そのようなポータルが、対応的に大きくサイズ決定されていて、極めて大きな加工品表面にもレーザービームを案内し得るということにある。短所は、高い空間要求、特に加工方向の変更が頻繁である場合の制限された加工速度、並びに、平坦な加工品表面だけを対象とした使用可能性である。
【０００５】
同様に、大きな加工品表面を加工するためには、空間内で自由に移動可能なロボットアームにレーザーヘッドが装着されている装置が知られている。ここでもレーザービームはミラー関節アームを介してレーザーヘッドに案内される。加工可能であるべき加工品表面の大きさは、ロボットアーム及びミラー関節アームの移動自由空間により既に制限されている。ロボットアームの機構の慣性及びミラー関節アームの機構の慣性は、ここでも、制限された加工速度だけを可能とする。
【０００６】
説明した両方の解決策において、レーザーヘッドにガスノズルを取り付けることが知られていて、このガスノズルを介してガス流が加工すべき表面上に向けられ、これは、望まれない煤の堆積を導いてしまう炎形成を回避するため、並びに、発生する材料溶解物の堆積を回避するためである。レーザービームは、定義された固定の方向でレーザーヘッドを後にし、定義された間隔で加工品表面に渡って案内されるため、ガスノズルは、レーザービーム及びガスノズルから流出するガス噴流が常に加工品表面上の同じ点上に向けられているように、レーザービームに対して固定の角度でレーザーヘッドに取り付けられている。
【０００７】
平坦で小さな面を加工するためには光学的なビーム偏向ユニットの使用が知られていて、このビーム偏向ユニットはレーザースキャナーとも呼ばれている。ビーム案内はミラーを傾けることを介して行われる。
【０００８】
その長所は、達成可能な高速度及びビーム偏向の正確な精度にある。短所は、小さい空間的な領域だけがレーザービームにより網羅され得るということである。加工箇所へのガス供給とこの種の装置の組み合わせは知られていない。
【０００９】
従って、３次元的に広がる大きな表面を有する加工品がレーザーで加工されるべきである装置のために、従来技術では、レーザービームが、ロボットアームに固定されたミラー関節アームを用い、加工品表面上の所望の加工線に沿って案内されるという解決策だけが使用されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ガス流が加工箇所に向けられていて、加工線の広がりと経過に依存せずに従来の装置と比べてより速い加工速度を可能とする、レーザーを用いて３次元的に広がる加工品表面を加工するための装置を創作することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、特許請求項１の前提部に従う本発明による装置において、レーザースキャナーからその出口面を介して出てゆくレーザービームとガス流とが加工品表面上の１つの点で重なり合うために、ガスノズルが、制御装置と接続状態にあるガスノズル駆動部を介して加工品表面上に向けられ得るようにレーザースキャナーに可動に取り付けられていることによって解決される。
【００１２】
有利な構成は、従属請求項に記載されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態に関し、図面に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
【００１４】
図１に描かれている装置は、主として、位置固定式で備えられたレーザー１と、ここでは固定軸受としてだけ描かれているロボットに固定されているロボットアーム２と、ミラー関節アーム３と、レーザースキャナー４と、制御装置５と、ガスノズル駆動部６と、少なくとも１つのガスノズル７と、保持装置８とを含んでいる。
【００１５】
それらの手段の図面上の互いの結びつきにおいて、太い実線は機械的な接続を、細い一本の点線は信号技術的な接続を、複数本の点線は光学的な接続を表している。
【００１６】
位置固定式で配設されているレーザー１は、ミラー関節アーム３の第１端部と機械的に且つ光学的に接続されていて、ミラー関節アーム３の第２端部はロボットアーム２の自由端部と固定接続状態にあり、このロボットアーム２はミラー関節アーム３の第２端部を案内し、レーザー１からの結合されたレーザービームはミラー関節アーム３の第２端部を介してミラー関節アーム３を後にし、ミラー関節アーム３は従って空間内で自由に移動することができる。ロボットアーム２の自由端部には同様にレーザースキャナー４が取り付けられていて、このレーザースキャナー４は、入力側でミラー関節アーム３の第２端部と光学的に且つ機械的に固定連結されている。レーザースキャナー４にはガスノズル駆動部６及び少なくとも１つのガスノズル７が固定されている。レーザー１、ロボットアーム２、レーザースキャナー４、及びガスノズル駆動部６は、制御技術的に信号ラインを介して制御装置５と接続されている。
【００１７】
レーザー１から放出されたレーザービームは、ミラー関節アーム３の第１端部内へと結合され、保持装置８上に固定されている加工品の上方の空間内でロボットアーム２の自由端部の空間位置により決定される点において第２端部を介してミラー関節アーム３を後にする。レーザービームは、ミラー関節アーム３から出てゆくと共にレーザースキャナー４内へと結合され、そこではレーザービームが前記点のまわりのミラー要素を用いて２つ又は３つの空間方向に偏向され得る。ミラー関節アーム３及びレーザースキャナー４のミラー要素をそれらの空間位置及び速度に関して協調させてコントロールすることにより、加工品加工のために所望のビーム案内が実現される。従って、加工品表面上に衝突する際のビーム位置は、ミラー関節アーム３内のビーム案内とレーザースキャナー４内のビーム案内との協調された累積により決定される。ミラー関節アーム３内のビーム案内並びにレーザースキャナー４内のビーム案内は、当業者には詳細に知られている。ガスノズル７は、レーザースキャナー４に可動に取り付けられていて、ガスノズル駆動部６を介してレーザービームを追従し、その結果、ガス流の流れ方向とレーザービームが加工品表面上でその都度の加工箇所において交差する。有利には、複数のガスノズル７がレーザースキャナー４におけるレーザービームの出口面のまわりに取り付けられている。例えば、ガスノズル７は、レーザースキャナー４が通例のようにその出口面のまわりで正方形に形成されている場合、各々、レーザースキャナー４の４つのコーナーの１つに取り付けられ得る。また、４つよりも多くのノズルを出口面のまわりにリング状に配設することも可能である。
【００１８】
ガスノズル駆動部６並びにガスノズル７と、ミラー関節アーム３及びレーザースキャナー４との本発明による結び付けは、それらの同時的な又は選択的な協調されたコントロールにより、加工箇所に対するレーザービームとガス流の最適な供給を可能とし、この供給は、加工品の大きさと形状、並びに加工面（例えば切除時）或いは加工線（例えば切断時又は穴あけ時）の大きさと輪郭線に依存する。
【００１９】
出口面を中央にしてより多くのガスノズル７が配設されているのであれば、ガス流は加工箇所上により均等に衝突する。
【００２０】
本発明による装置は基本的に３つの加工作業方式で稼動される。
【００２１】
１．ロボットアーム２がレーザースキャナー４を第１加工ポジションに移動させ、ロボットアーム２は加工中に移動せずに留まる。加工面或いは加工線はレーザースキャナー４内のミラーのコントロール或いは偏向を介してのみ処理される。この際、ガスノズル７は、ガス流が加工箇所に向けられているようにガスノズル駆動部６を介して偏向される。即ち、ガスノズル７は、真直ぐにもレーザービームが衝突する点に向かって偏向される。引き続き、ロボットアーム２はレーザースキャナー４を第２加工ポジションに移動させ、そこで加工経過が繰り返される。所謂「ストップ・アンド・ゴー」稼動である。加工中、加工品表面上のビーム案内はレーザースキャナー４だけを用いて行われる。このような稼動は、例えば有利には穴輪郭線の切断時に用いられる。
【００２２】
２．レーザースキャナー４がロボットアーム２により連続的に加工品表面に渡って移動され、この際、レーザースキャナー４はレーザービームを追加的に１つの方向、又は２つの方向、又は３つの方向に偏向する。所謂「フライング・モーション」稼動である。従って、加工中、ビーム案内は、ミラー関節アーム３とレーザースキャナー４のミラー要素との、時間制御及び位置制御される協調された偏向により行われる。この際、レーザースキャナー４を介して移動されるレーザービームの空間的な案内（加工輪郭線）及び時間的な案内（加工速度）は、ミラー関節アーム３を案内するロボットアーム２の移動速度に応じて制御される。この加工作業方式は、直線から逸れる比較的長い加工線、例えば正弦形状の線に特に適している。
【００２３】
３．ロボットアーム２が連続的に加工品表面に渡って案内され、レーザースキャナー４がレーザービームを静止状態に留める。所謂「モーションレス」稼動である。このビーム案内はロボットアーム２だけを介して行われる。この作業方式は、特に、極めて長く且つ大きな輪郭線を加工するために設けられている。
【００２４】
ビーム案内のためにロボットアームだけを有する装置に対し、本発明による装置を用い、例えば１０ｍｍの直径の円が１ｓの速度を用いる代わりに１０ｍｓの速度を用いて生成される。１０ｍｍ×１０ｍｍの外側サイズを有する正方形は１.３ｓの代わりに４０ｍｓだけで加工される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明による装置の実施の原理図を示す。
【符号の説明】
１    レーザー
２    ロボットアーム
３    ミラー関節アーム
４    レーザースキャナー
５    制御装置
６    ガスノズル駆動部
７    ガスノズル
８    保持装置
【図１】
0004359435.tif 000002