ITTO20000672A1

ITTO20000672A1 - Testa di focalizzazione per una macchina laser.

Info

Publication number: ITTO20000672A1
Application number: IT2000TO000672A
Authority: IT
Inventors: Loris Scalzotto
Original assignee: Prima Ind Spa
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2002-01-04
Also published as: EP1170085B1; US20020003132A1; EP1170085A3; DE60105894D1; ITTO20000672A0; DE60105894T8; IT1320522B1; ATE277715T1; DE60105894T2; EP1170085A2

Description

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una testa di focalizzazione per una macchina laser, ad esempio per una macchina per il taglio o la saldatura laser di pezzi metallici.

Normalmente, una testa di focalizzazione laser comprende un corpo di base portante uno specchio che nell'impiego riceve un raggio laser lungo un primo asse e lo deflette di 90° lungo un secondo asse..Una lente di focalizzazione riceve il raggio laser lungo il secondo asse ed invia un raggio laser focalizzato attraverso un ugello di uscita.

Nelle macchine per il taglio e la saldatura laser è spesso necessario variare. la posizione della zona focalizzata del raggio laser rispetto al pezzo in lavorazione. Nello stesso tempo, per ragioni di processo, occorre mantenere invariata la distanza fra l'ugello di uscita del raggio laser e la superfìcie del pezzo in lavorazione.

Per soddisfare tali esigenze, sono già state realizzate macchine laser per taglio piano (applicazioni cosiddette 2D) aventi teste di focalizzazione munite di mezzi atti a variare la distanza fra la zona di focalizzazione del raggio laser e l'ugello di uscita. Una soluzione nota prodotta dalla stessa Richiedente prevede di realizzare il corpo della testa in due sezioni distinte, una prima delle quali porta l'ugello e la seconda delle quali porta lo specchio e la lente di focalizzazione. In questa soluzione nota i mezzi per regolare la posizione della zona di focalizzazione del raggio laser agiscono in modo da variare la distanza fra le suddette sezioni del corpo nella direzione di uscita del raggio laser.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire una testa di focalizzazione del tipo sopra specificato adatta per lavorazioni su pezzi tridimensionali (applicazioni cosiddette 3D) e che abbia una struttura perfezionata più semplice e compatta della soluzione nota.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto da una testa di focalizzazione laser avente le caratteristiche formanti oggetto della rivendicazione principale.

La presente invenzione verrà ora descritta dettagliatamente con riferimento ai disegni allegati, dati a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

- la figura 1 è una vista laterale schematica e parzialmente sezionata di una testa di focalizzazione laser secondo la presente invenzione, - la figura 2 è una sezione secondo la linea II-II della figura 1,

- la figura 3 è una sezione analoga a quella di figura 2 con i principali componenti esplosi,

- la figura 4 è una sezione esplosa della parte indicata dalla freccia IV nella figura 3, e

- le figure 5 e 6 sono sezioni illustranti una seconda ed una terza forma di realizzazione di una testa di focalizzazione secondo la presente invenzione .

Con riferimento alla figura 1, con 10 è indicata una testa di focalizzazione laser secondo la presente invenzione. La testa 10 è destinata ad essere connessa, in modo per sé noto, ad un elemento mobile 12 di una macchina laser. Nel caso in cui la macchina laser ha una struttura di tipo cartesiano, l'elemento mobile 12 è suscettibile di essere spostato lungo tre direzioni fra loro ortogonali indicate nella figura 1 con X, Y e Z. La testa 10 può essere collegata all'elemento mobile 12 in modo girevole attorno ad un asse A, come indicato dalla freccia 14.

La testa 10 comprende una base 16 ed un corpo 18. La base 16 porta un primo specchio 20 che è destinato a ricevere un raggio laser lungo l'asse A ed a defletterlo di 90° lungo un asse B. Il corpo 18 è montato girevole rispetto alla base 16 attorno all'asse B. Mezzi di comando di per sé noti (non illustrati) sono previsti per comandare la rotazione del corpo 18 attorno all'asse B, come indicato dalla doppia freccia 22. Il corpo 18 porta un secondo specchio 24 che è destinato a ricevere un raggio laser lungo l'asse B ed a defletterlo di 90° lungo un asse F. In modo noto, gli specchi 20, 24 sono portati da rispettivi supporti 26, 28 fissati alla base 16 e, rispettivamente, al corpo 18.

Con riferimento alle figure 2 e 3, un ugello 30 è fissato in modo smontabile al corpo 18. Nell'esempio illustrato nelle figure, l'ugello 30 è munito di spine di riferimento 32 che si inseriscono in corrispondenti fori del corpo 18. L'ugello 30 può essere fissato al corpo 18 mediante viti (non illustrate) estendentisi in direzione parallela all'asse F, che si estendono attraverso fori passanti formati in una flangia 34 dell'ugello 30 ed impegnano rispettivi fori filettati previsti nel corpo 18. L'ugello 30 ha un'apertura passante 36 in corrispondenza della quale è fissato un elemento terminale 38 includente un sensore capacitivo atto a rilevare la distanza nella direzione dell'asse di uscita F fra una superficie frontale 40 dell'elemento terminale 38 e la superficie S di un pezzo in lavorazione, indicata con linea a tratti nella figura 2. Un gruppo porta-lente 42 è montato nel corpo 18 in modo mobile nella direzione dell'asse F. Come illustrato nella figura 4, il gruppo porta-lente 42 comprende preferibilmente un primo supporto 44, una lente 46 ed un secondo supporto 48. Il primo ed il secondo supporto 44, 48 sono fissati assialmente fra loro e trattengono la lente 46 in una sede 50 del primo supporto 44. Il fissaggio relativo fra i due supporti 44, 48 può essere ottenuto ad esempio mediante una filettatura esterna 52 del secondo supporto 48 che impegna una filettatura interna 53 del primo supporto 44. Nel primo supporto 44 è preferibilmente alloggiata una guarnizione di tenuta 51 che agisce sulla lente 46 per realizzare un contatto a tenuta di gas con la lente 46.

Con riferimento alle figure 3 e 4, il gruppo porta-lente 42 presenta una filettatura esterna 54, formata ad esempio sul primo supporto 44, che impegna una filettatura interna 56 di una madrevite 58 portata in modo girevole attorno all'asse F dal corpo 18. La madrevite 58 è azionata in rotazione da un motore elettrico 60 portato dal corpo 18. Nell'esempio illustrato nelle figure il meccanismo di trasmissione fra il motore 60 e la madrevite 58 comprende un pignone dentato 62 montato sull'albero di uscita del motore 60 ed ingranante con una dentatura esterna 64 della madrevite 58. Si comprenderà che la rotazione della madrevite 58, comandata dal motore 60, produce un movimento del gruppo porta-lente 42 lungo l'asse F. Tale movimento avvicina od allontana la lente 46 rispetto allo specchio 24 e modifica la distanza fra la zona di focalizzazione del raggio laser e la superficie frontale 40 dell'elemento terminale 38. Questa regolazione è utile soprattutto per spostare la zona di focalizzazione del raggio laser rispetto al pezzo da lavorare, senza tuttavia variare la distanza fra la superficie frontale 40 dell'elemento terminale 38 e la superficie S del pezzo.

Di preferenza, l'ugello 30 comprende una guarnizione di tenuta 66 che stabilisce un contatto a tenuta di gas con una porzione tubolare 68 del gruppo porta-lente 42. Durante il funzionamento, in modo di per sé noto, in una camera 70 dell'ugello 30 viene iniettato gas di trattamento sotto pressione che fuoriesce, insieme al raggio laser, da un'apertura 72 (figura 3) dell'elemento terminale 38. Il gas sotto pressione produce una forza diretta verso l'alto sulla lente 46. Questa forza dipende dalla pressione di alimentazione del gas e può raggiungere valori dell'ordine di 2700 N. Uno dei vantaggi del gruppo porta-lente secondo la presente invenzione consiste nel fatto che il meccanismo di trasmissione del movimento al gruppo porta-lente è irreversibile. Di conseguenza, la forza che agisce sulla lente 46 si scarica sul corpo 18 senza produrre alcuno spostamento del gruppo porta-lente 42. Il gruppo porta-lente 42 si sposta solo quando vi è un comando positivo tramite il motore 60 e la mancanza di alimentazione elettrica al motore non modifica la posizione preesistente della lente 46.

La presente invenzione consente di regolare la posizione del punto focale del raggio laser con una struttura molto semplice e con masse in movimento molto ridotte. Il sistema secondo la presente invenzione consente inoltre di smontare il gruppo porta-lente 42 (ad esempio per sostituirlo con un gruppo porta-lente di tipo diverso) in modo estremamente semplice. Per effettuare tale smontaggio, è sufficiente rimuovere le viti che fissano l'ugello 30 al corpo 18, rimuovere-l'ugello 30 e quindi attivare il motore elettrico 60 nel verso che produce uno spostamento verso il basso del gruppo porta-lente. In questo modo, il gruppo porta-lente 42 viene espulso spontaneamente dal corpo 18 senza dover utilizzare attrezzi. Il rimontaggio del gruppo porta-lente viene effettuato in modo altrettanto semplice dato che è sufficiente posizionare il nuovo gruppo porta-lente 42 all'interno del corpo 18 ed attivare il motore 60 nel verso che comanda uno spostamento verso l'alto del gruppo porta-lente. Successivamente, si procede con il montaggio dell'ugello 30 ed il suo fissaggio al corpo 18 mediante il serraggio delle apposite viti .

Le figure 5 e 6 illustrano, rispettivamente, una seconda ed una terza forma di realizzazione della testa secondo l'invenzione. I particolari corrispondenti a quelli precedentemente descritti sono indicati con gli stessi riferimenti numerici.

Nella forma di realizzazione di figura 5 il gruppo porta-lente 42 è sostanzialmente identico a quello descritto con riferimento alle figure 2-4. L'unica differenza è che in questo caso il gruppo porta-lente 42 è disposto fra il primo specchio 20 ed il secondo specchio 24 ed è mobile rispetto al corpo 18 nella direzione dell'asse B.

Nella forma di realizzazione illustrata nella figura 6, la base 16 porta un cannotto 74 girevole attorno all'asse B e comandato da un motore diretto 76. Il corpo 18 portante il secondo specchio 24 è mobile rispetto al cannotto 74 in una direzione rettilinea coincidente con l'asse B. Per i movimenti di rotazione attorno all'asse B il corpo 18 è solidale al cannotto 74. Un secondo motore diretto 78 comanda il movimento del corpo 18 nella direzione indicata dalla doppia freccia 80. La struttura della testa illustrata nella figura 6 è descritta in dettaglio nella domanda di brevetto italiana n. T02000A000252 della stessa Richiedente. Nella forma di realizzazione illustrata nella figura 6 la lente di focalizzazione 46 è fissa rispetto al cannotto 74. Il movimento del secondo specchio 24 nella direzione indicata dalla freccia 80 permette di variare la posizione della zona di focalizzazione del raggio laser rispetto all'ugello di uscita in modo analogo a quanto si ottiene muovendo la lente rispetto allo specchio.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione così come definita dalle rivendicazioni che seguono.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Testa di focalizzazione per una macchina laser, comprendente: - una base (16) portante un primo specchio (20) atto a ricevere un raggio laser lungo un primo asse (A), - un corpo (18) girevole rispetto alla base (16) attorno ad un secondo asse (B) ‘e portante un secondo specchio (24) atto a ricevere lungo il secondo asse (B) il raggio laser deflesso dal primo specchio (20) ed a defletterlo lungo un terzo asse (F) verso un ugello (38), - una lente di focalizzazione (46), e - mezzi per variare la posizione relativa fra la suddetta lente (46) e l'ugello (38).
2. Testa di focalizzazione secondo la rivendicazione 1, comprendente un gruppo porta-lente (42) includente almeno un supporto (44, 48) mobile rispetto al corpo (18).
3. Testa di focalizzazione secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che il suddetto supporto (44, 48) del gruppo porta-lente (42) è mobile rispetto al corpo (18) lungo il suddetto terzo asse (F).
4. Testa di focalizzazione secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che il suddetto supporto (44, 48) del gruppo porta-lente (42) è mobile rispetto al corpo (18) lungo il suddetto secondo asse (B).
5. Testa di focalizzazione secondo la rivendicazione 2, in cui il suddetto gruppo porta-lente (42) comprende una filettatura esterna (54) che impegna una filettatura interna (56) di una madrevite (58) portata dal corpo (18) in modo girevole attorno al suddetto secondo asse (F).
6. Testa di focalizzazione secondo la rivendicazione 5, in cui la suddetta madrevite (58) ha una dentatura esterna (64) che impegna un pignone dentato (62) collegato ad un albero di uscita di un motore elettrico (60).
7. Testa di focalizzazione secondo la rivendicazione 2, comprendente mezzi di tenuta (66) per stabilire un collegamento a tenuta di gas fra il suddetto ugello (30) ed una porzione tubolare (68) del gruppo porta-lente (42).
8. Testa di focalizzazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la lente di focalizzazione (46) è disposta fra il primo ed il secondo specchio (20, 24) e dal fatto che sono previsti mezzi (78) per comandare il movimento del corpo (18) lungo il suddetto secondo asse (B). Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.