Система защиты машины для лазерной резки
LASER CUTTING MACHINE PROTECTION SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится в целом к системе защиты и, в частности, к системе защиты машины для лазерной резки.
Уровень техники
[0002] Лазерная резка представляет собой технологию, предусматривающую использование лазера для резки материалов и обычно применяемую в промышленном производстве. Чаще всего лазерная резка осуществляется путем направления выходного излучения лазера высокой мощности через оптическую систему. Машина для лазерной резки содержит режущую головку, генерирующую лазерный луч, который движется по обоим горизонтальным измерениям по заготовке, загружаемой на стол. Сфокусированный лазерный луч направляется к заготовке, часть которой в результате плавится, горит и испаряется. Таким образом, получается кромка среза с высоким качеством обработки поверхности.
[0003] Лазеры, входящие в состав машин для лазерной резки, способны испускать энергию высокого уровня и, следовательно, могут быть опасными для глаз и кожи оператора таких машин. Применение машин для лазерной резки также может быть связано с рядом таких опасных и вредных факторов, как ядовитые газы и дым, и вдыхаемые частицы. Кроме того, возможное случайное отражение лазерного излучения может привести к ожогу сетчатки глаза оператора, когда лазер первоначально проходит в заготовку. Поэтому для обеспечения безопасной работы машины крайне важно подсоединить к машине для лазерной резки защитный кожух.
[0004] Большинство существующих защитных кожухов закрывают полностью всю машину для лазерной резки и, таким образом, образуют камеру. Это приводит не только к тому, что машина становится громоздкой, но также требует установки на машину для лазерной резки системы загрузки-выгрузки для загрузки и выгрузки из камеры заготовок. Такое решение связано с повышенными финансовыми расходами, а также с увеличением времени выполнения операций на машине для лазерной резки.
[0005] Таким образом, в данном производстве существует потребность увеличить эффективность системы защиты машины для лазерной резки, избегая при этом вышеупомянутых недостатков известных защитных кожухов.
Раскрытие сущности изобретения
[0006] С учетом вышеизложенных задач и потребностей основная техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании системы защиты.
[0007] Другая техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании системы защиты для машины для лазерной резки.
[0008] Еще одна техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании системы защиты для машины для лазерной резки, которая позволит оператору машины для лазерной резки непосредственно загружать заготовки на стол и выгружать их со стола без необходимости ожидания выхода устройства загрузки-выгрузки из обычного защитного кожуха.
[0009] Другая техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит создании системы защиты машины для лазерной резки, которая обеспечит возможность рулонной подачи заготовок непосредственно на стол при приемлемых финансовых затратах.
[0010] Еще одна техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании системы защиты машины для лазерной резки с ограждением, окружающим только головку лазерного факела, что позволит сократить общий объем машины для лазерной резки.
[0011] Эти и другие технические проблемы, решаемые изобретением, а также предпочтительные варианты осуществления изобретения, станут более понятны при комплексном изучении описания, формулы изобретения и чертежей.
Краткое описание чертежей
[0012] Настоящее изобретение поясняется в нижеследующем описании неограничивающих вариантов его осуществления, приведенном со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.
[0013] На фиг. 1 схематично показана известная из уровня техники машина для лазерной резки согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0014] На фиг. 2 в изометрии показан вид сбоку системы защиты согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0015] На фиг. 3 в увеличенном виде показана система защиты с фиг. 2 согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0016] На фиг. 4 показана система защиты с фиг. 2 и 3, в которой средний защитный экран отделен от системы защиты, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0017] На фиг. 5 в увеличенном масштабе в разрезе показан узел верхних щеток согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0018] На фиг. 6 в изометрии показан вид сбоку узла верхних щеток согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0019] На фиг. 7 в изометрии показан вид сбоку узла нижних щеток согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0020] На фиг. 8 в увеличенном масштабе в разрезе показан узел нижних щеток согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0021] На фиг. 9 показаны срезанные верхняя и нижняя части защитного кожуха согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0022] На фиг. 10 в увеличенном масштабе показана нижняя часть защитного кожуха согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0023] На фиг. 11 показан чашеобразный узел нижних щеток, отсоединенный от нижней части защитного кожуха согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0024] На фиг. 12 показан предохранительный переключатель согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0025] На фиг. 13 в разрезе крупным планом показан нижний защитный узел согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0026] На фиг. 14 представлена нелинейная траектория согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0027] На фиг. 15 в аксонометрии показан узел рабочей головки.
Осуществление изобретения
[0028] На фиг. 1 в изометрии показан вид сбоку аппарата для манипулирования заготовками, содержащего машину для лазерной резки и ее защитный кожух 100. Лазерный режущий инструмент (не показан) расположен внутри защитного кожуха 101. Устройство 102 загрузки-выгрузки находится рядом с защитным кожухом 101. Заготовка может быть загружена на устройство 102 загрузки-выгрузки или выгружена из упомянутого устройства загрузки-выгрузки. Устройство 102 загрузки-выгрузки переносит загруженную заготовку, входит и выходит из защитного кожуха 101 через дверцу 103 защитного кожуха. В частности, для загрузки и выгрузки заготовки, подлежащей обработке на машине для лазерной резки, с устройства 102 загрузки-выгрузки, упомянутое устройство 102 загрузки-выгрузки должно выйти из защитного кожуха 101.
[0029] Таким образом, очевидно, что известные кожухи для лазерных машин требуют, чтобы аппарат для манипулирования заготовками полностью, или в значительной мере, был заключен внутри такого кожуха, что является дорогим и громоздким техническим решением. Когда заготовка и (предпочтительно, подвижная) плита, на которой она транспортируется, удерживаются внутри кожуха для лазерной машины, как в известном аппарате с фиг. 1, происходит снижение эффективности из-за избыточного времени наладки и существенных расходов, при этом доступ к заготовке и лазерному режущему инструменту становится практически невозможным без внештатного отключения и простоя всего аппарата.
[0030] На фиг. 2 в изометрии показан вид сбоку системы 10 защиты согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. В частности, на фиг. 2 показана система 10 защиты, объединенная с головкой 80 лазерного факела, мостом 90 для удерживания головки лазерного факела и обрабатываемой заготовкой 91. Следует понимать, что головка 80 лазерного факела, мост 90 и заготовка 91 показаны на фиг. 1 только частично, так чтобы продемонстрировать саму систему защиты, и ее предпочтительное размещение относительно моста 90, головки 80 лазерного факела и заготовки 91.
[0031] Хотя настоящее изобретение раскрыто с использованием моста 90 и головки 80 лазерного факела, показанных на фиг. 2, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что система 10 защиты может быть интегрирована в любую головку для лазерной резки, независимо от ее конкретного типа, без отступления при этом от основных аспектов настоящего изобретения.
[0032] Как лучше всего видно на фиг. 2, система 10 защиты согласно настоящему изобретению подвижно установлена на мосту 90, так чтобы перемещаться вдоль него. Сам мост 90 выполнен с возможностью перемещения в вертикальном направлении относительно направления движения системы 10 защиты, так чтобы обеспечить требуемую резку заготовок 91
[0033] Система 10 защиты содержит раму 11, верхний защитный узел 40, средний защитный экран 20 и нижний защитный узел 60, с образованием тем самым полости, в которой расположена головка 80 лазерного факела, для предотвращения выхода отраженного лазерного излучения когда головка 80 лазерного факела режет заготовку 91.
[0034] Понятно, что существенным аспектом, отличающим изобретение от кожуха аппарата с фиг. 1, является то, что только сама лазерная головка 80 закрыта верхним, средним и нижним узлами 40, 20 и 60, соответственно. Таким образом, система защиты/защитный кожух согласно настоящему изобретению не распространяется полностью на весь аппарат, и кожух не окружает подвижную плиту, на которой расположена заготовка.
[0035] На комбинации фиг. 3 и 4 узел 20 среднего защитного экрана системы 10 защиты проиллюстрирован более подробно. Световой экран 23 предпочтительно представляет собой полупрозрачный экран, который позволяет оператору машины для лазерной резки видеть внутреннее пространство полости системы 10 защиты, и одновременно препятствует выходу отраженного лазерного излучения из полости. Световой экран содержит планетарную уплотняющую прокладку 24. Световой экран 23 закреплен съемным образом на раме 11 посредством четырех переключателей 22 блокировки, встроенных в раму 11.
[0036] В частности, изобретением предусмотрено, что световой экран 23 предпочтительно представляет собой защитное окно Laservision Р5Р10 от излучения волоконного лазера ИК-диапазона для блокировки различных световых лучей во многих диапазонах излучения, хотя возможно применение других подходящих экранирующих средств, без отступления при этом от основных аспектов настоящего изобретения.
[0037] Следует отметить, что световой экран 23 должен быть закреплен на раме 11, при этом переключатели 22 блокировки должны находиться в контакте со световым экраном 23, так чтобы обеспечить возможность начала функционирования головки 80 лазерного факела. Фактически, предусмотрено несколько предохранительных переключателей, встроенных в световой экран 23, причем все они приводятся в действие для обеспечения возможности функционирования лазерной головки 80.
[0038] Фиг. 3 иллюстрирует средний защитный экран 20 в закрытом положении. Световой экран 23 закреплен на раме 11 посредством четырех (предохранительных) переключателей 22 блокировки. Упомянутые переключатели блокировки находятся в заблокированном положении и поэтому обеспечивают возможность начала функционирования головки 80 лазерного факела. На фиг. 4, напротив, иллюстрирует средний защитный экран 20 в открытом положении. Световой экран 23 удален с рамы 11. Переключатели блокировки переходят в разблокированное положение при отсоединении светового экрана 23 от рамы 11. Таким образом, головка 80 лазерного факела не сможет начать функционировать, пока световой экран 23 снова не окажется прикрепленным к раме 11.
[0039] Рама 11 предпочтительно приварена для получения сплошного корпуса, который будет препятствовать утечке излучения во время функционирования лазерной головки 80.
[0040] Фиг. 5 и 6 иллюстрируют, в комбинации, виды в разрезе верхнего защитного узла 40. В одном из предпочтительных вариантов осуществления верхний защитный узел 40 содержит верхнюю опорную крышку 41, имеющую отверстие, и по меньшей мере щеточный узел 44, расположенный с возможностью закрытия отверстия в верхней опорной крышке 41. Щеточный узел соединен с верхней опорной крышкой 41 посредством кронштейна 42.
[0041] Щеточный узел 44 содержит одну пару щеткодержателей 45, соединенных с кронштейнами 42, и пару щеток 46, каждая из которых содержит множество щетинок. Один конец щетки 46 вставлен в щеткодержатель 45, в гнездо щетки. Две щетки в паре расположены в противоположных направлениях на одном и том же вертикальном уровне, так что другие концы двух щеток обращены друг к другу и контактируют друг с другом. Таким образом, узел 44 щеток препятствует выходу отраженного лазерного излучения из полости через верхний защитный узел 40, но при этом выполнен с возможностью прохождения электрического кабеля, светового кабеля или силового кабеля, соединенного с головкой 80 лазерного факела, через верхний защитный узел 40 и его вхождения в упомянутую полость. Таким образом, кабели могут свободно двигаться вверх и/или вниз без перегрузки верхнего защитного узла 40.
[0042] Следует отметить, что в предпочтительном варианте осуществления три слоя узлов 44 щеток расположены вертикально и соединены с кронштейном 42. Однако для оптимизации защитного действия верхнего защитного узла 40 может быть использовано любое количество таких слоев.
[0043] Верхний защитный узел 40 соединен с рамой 11 посредством двух (предохранительных) переключателей 48 блокировки. Два переключателя 48 блокировки находятся в заблокированном положении и обеспечивают возможность начала функционирования лазера 80 после надлежащей установки верхнего защитного узла 40 на раме. Однако если верхний защитный узел 40 удален, два переключателя 48 блокировки переходят в разблокированное положение и, таким образом, препятствуют началу функционирования головки 80 лазерного факела.
[0044] На фиг. 7 и 8, при их совместном рассмотрении, показан нижний защитный узел 60. Нижний защитный узел 60 содержит нижнюю крышку 61, имеющую отверстие для прохождения через нее головки 80 лазерного факела и подачи лазерного излучения к заготовке 91 посредством концевого блока 82 для приложения лазерного луча. Нижний защитный узел 60 дополнительно содержит чашеобразный узел 65 нижних щеток. Нижний чашеобразный узел 65 занимает такое положение относительно отверстия в нижней крышке 61, чтобы обеспечить возможность функционирования головки 80 лазерного факела по заготовке 91.
[0045] Нижний чашеобразный щеточный узел 65 содержит круглое основание 62, соединенное с нижней крышкой 61 посредством двух переключателей 69 блокировки. Отверстие в центре круглого основания 62 совпадает с отверстием в нижней крышке для обеспечения возможности прохождения через него головки лазерного факела. Круглое основание 62 имеет по меньшей мере одно гнездо круглой формы для вмещения ряда щеток 66, расположенных по такому же круговому контуру, окружающему центральное отверстие в круглом основании 62. Щетки 66 прикреплены к круглому основанию 62 одним концом, и проходят вниз другим концом щеток 66, который непосредственно входит в контакт с заготовкой 91, благодаря чему полость системы 10 защиты оказывается закрытой, когда головка 80 лазерного факела осуществляет резание заготовки 91.
[0046] Как будет подробно описано далее, щетки 66 содержат цельную резиновую мембрану 67(122), вставленную между щетинками 68. Еще одним важным аспектом настоящего изобретения является то, что благодаря особому использованию щеток 66 и тому, что упомянутые щетинки/щетки могут быть в заданной степени сжаты, то есть, немного загнуты во время контакта с заготовкой, система 10 защиты согласно настоящему изобретению эффективно предотвращает выход отраженного лазерного излучения из полости, если заготовка 91 случайно переместится в вертикальном направлении во время лазерной резки заготовки 91.
[0047] В одном из предпочтительных вариантов осуществления два ряда щеток вставлены в два отдельных концентрических круглых гнезда, расположенных в круглом основании. Однако следует отметить, что для оптимизации защитного действия нижнего защитного узла 60 может быть предусмотрено любое количество рядов щеток и соответствующее число приемных круглых гнезд.
[0048] Круглое основание 62 соединено с нижней крышкой 61 посредством двух переключателей 69 блокировки. Два переключателя 69 блокировки находятся в заблокированном положении и обеспечивают возможность начала функционирования головки 80 лазерного факела после надлежащего крепления чашеобразного узла 65 нижних щеток на нижней крышке 61. Однако если чашеобразный узел 65 нижних щеток удален, два переключателя 69 блокировки переходят в разблокированное положение и, таким образом, препятствуют началу функционирования головки 80 лазерного факела.
[0049] Безопасность функционирования лазерной головки 80 дополнительно увеличивается за счет того, что в области основания 62 размещен датчик (не показан) для обнаружения того, расположена ли заготовка рядом с лазерной головкой 80. Если датчик не обнаружит заготовку в области рядом с лазерной головкой 80, функционирование лазерной головки 80 не будет разрешено. Предпочтительно функционирование лазерной головки 80 будет предотвращено, если датчик не обнаружит, что заготовка находится приблизительно в пределах 1 мм ниже лазерной головки 80, хотя следует понимать, что могут быть предусмотрены любые другие расстояния, без отступления при этом от основных аспектов настоящего изобретения.
[0050] На фиг. 9 представлены срезанные верхняя и нижняя части защитного кожуха 10. Как показано на фиг. 9, световой экран 23 и рама 11 взаимодействуют друг с другом, причем их размеры и расположение такие, что обеспечивают образование перекрытия 100/102 между приподнятой кромкой рамы 11 и световым экраном 23, так что световые помехи от лазерной головки 80 не могут выйти из защитного кожуха 10.
[0051] На фиг. 10 в увеличенном масштабе показана нижняя часть защитного кожуха 10, а также в разрезе показано одно из пары подпружиненных втулочных прижимающих устройств 108. Как показано на фиг. 10, нижний чашеобразный щеточный узел 65 содержит верхнюю установочную пластину 110, которая съемным образом прикреплена к паре подпружиненных втулочных прижимающих устройств 108.
[0052] Следует понимать, что подпружиненные втулочные прижимающие устройства 108 предпочтительно содержат шаровое шарнирное соединение 114 и прижимающую пружину/элемент 116. Таким образом, прижимающее устройство 108 действует так, что чашеобразный щеточный узел 65 и встроенные щетинки могут свободно наклоняться при постоянном их прижатии вниз для обеспечения их контакта с заготовкой, расположенной ниже, таким образом, оставаясь при этом в плотном контакте с заготовкой, независимо от различий и неравномерности в контуре и/или наклоне заготовок.
[0053] Следует понимать, что чашеобразный щеточный узел подвергается износу во время эксплуатации, и поэтому является расходным элементом, который время от времени необходимо проверять и менять. На фиг. 11 показан чашеобразный щеточный узел, отсоединенный от нижней части защитного кожуха. Как дополнительно показано на фиг. 12, в защитный кожух может быть встроен предохранительный переключатель 120 для обнаружения наличия чашеобразного щеточного узла 65. Предохранительный переключатель 120 предпочтительно представляет собой переключатель с предельным сжатием, и является достаточно чувствительным для определения того, что щеточная чаша 65 не зацеплена или установлена ненадлежащим образом или ее крепление ослаблено, хотя для этого могут быть предусмотрены другие типы датчиков или переключателей, без отступления при этом от основных аспектов настоящего изобретения. Если предохранительный переключатель 120 не обнаруживает наличие и надлежащую установку чашеобразного щеточного узла 65, то функционирование лазерной головки 80 будет предотвращено.
[0054] Как упомянуто выше, защитный кожух согласно настоящему изобретению содержит много признаков, которые обеспечивают возможность безопасного функционирования лазерной головки 80. На фиг. 13 в разрезе крупным планом показан нижний защитный узел 60. Как показано на фиг. 13, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения чашеобразный щеточный узел 65 содержит два концентрически выровненных кольца 66 щеток/щетки, каждое из которых содержит цельную резиновую мембрану 122, встроенную вовнутрь каждого из концентрически выровненных колец 66 щеток.
[0055] Следует отметить, что сами щетки 66 изготовлены из материала, такого как, например, резина, который является, с одной стороны, упругим, а, с другой стороны, способным сохранять структурную целостность даже в условиях высоких температур. Между щетками 66 и лазерной головкой 80 расположена внутренняя, предпочтительно тканая, обшивка 124 для защиты щеток от повреждений вследствие функционирования лазерной головки 80. На фиг. 14 представлена нелинейная траектория 126, по которой свет, испускаемый лазерной головкой 80, должен следовать для того, чтобы выйти из защитного кожуха согласно настоящему изобретению.
[0056] Как описано выше, одним из важных аспектов настоящего изобретения является то, что доступ к лазерной головке 80 значительно облегчен по сравнению с устройствами известного уровня техники и эта дополнительная функциональная возможность продемонстрирована на фиг. 15. Как показано на фиг. 15, световой экран 23 подвижно установлен на линейных направляющих 128, которые обеспечивают возможность перемещения светового экрана вверх или вниз (в поднятое, или опущенное положение) для быстрой регулировки, например, фокусировки режущего луча, и т.д. Для определения того, находится ли световой экран в своем опущенном положении, используют пару датчиков 130 приближения, при этом функционирование лазерной головки 80 допускается только в том случае, когда датчики 130 подтверждают, что световой экран находится в надлежащем, защитном (опущенном) положении.
[0057] После прочтения настоящего описания со ссылкой на фиг. 1-15 следует отметить, что согласно настоящему изобретению предлагается аппарат для лазерной резки, предназначенный для манипулирования заготовками, предпочтительно металлическими заготовками. Однако, в отличие от известных устройств, согласно настоящему изобретению используется защитный кожух, который расположен только вокруг лазерной головки, оставляя, тем самым, большую часть аппарата открытой для осмотра и манипулирования, при необходимости. Кроме того, в настоящем изобретении предусмотрен ряд встроенных предохранительных переключателей, любой из которых может вызвать остановку или предотвращение функционирования лазерной головки, если любой из этих предохранительных переключателей подаст сигнал о небезопасной ситуации. Упомянутые предохранительные переключатели могут, очевидно, быть сопряжены с кнопкой выключения машины, предпочтительно, последовательно, благодаря чему работа лазерной головки 80 становится максимально безопасной.
[0058] Хотя настоящее изобретение проиллюстрировано и описано на примерах подробных вариантов его осуществления, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что могут быть внесены различные изменения, и элементы могут быть заменены соответствующим эквивалентами, без выхода при этом за пределы объема правовой охраны настоящего изобретения. Кроме того, возможны различные модификации для адаптации конкретной ситуации или материала к сущности изобретения, без выхода при этом за пределы объема испрашиваемой правовой охраны. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивается частными вариантами его осуществления, раскрытыми в приведенном выше подробном описании, и включает в себя все варианты осуществления в объеме, определяемом прилагаемой формулой изобретения.