JPH0622558Y2 - レーザ加工機の加工ヘッド - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ （産業上の利用分野） この考案はレーザ加工機の加工ヘッドに係り、さらに詳
細には、加工ヘッドをワークの反りやうねりに追従さ
せ、所定量以上の反りやうねりに対して検出器にて感知
してレーザビームの発振を停止するようにしたレーザ加
工機の加工ヘッドに関する。

（従来の技術） 従来、レーザビームを板状のワークに照射して切断加工
する場合において、良好な切断面を得るためには、レー
ザビームのスポットをワークの反りや、うねりに対して
追従させ、ワークの表面と一定の位置的関係に保持する
必要があった。

そのため、レーザ加工機の加工ヘッド先端にフリーベア
リングなどを取付けてワークに接続させ追従させてい
た。

（考案が解決しようとする課題） ところで、上述した従来の加工ヘッドでは、ワークの薄
板の場合は、たとえ反りやうねりがあっても加工ヘッド
の持つ剛性によりワークは矯正されて問題は発生しない
が、ワークが例えば６mm厚以上の厚板の場合は、ワーク
の反りやうねりに対し加工ヘッドは強制するだけの剛性
を持っていない。その結果、加工ヘッドの先端に設けた
フリーベアリングが破損したり、加工ヘッドを上下動す
る駆動部が損傷するという不都合が発生し、無理な押付
力が加わっているのでワークの表面に痕跡が付いたり、
更に、この場合でもレーザビームは照射されているので
加工面のきれいな切断ができないという問題があった。

この考案の目的は、上記問題点を改善するため、ワーク
の反りやうねりに対して加工ヘッドを追従させ、所定量
以上の反りやうねりに対し感知機構によりレーザビーム
の発振を停止させ、レーザ加工の加工精度の向上を図っ
たレーザ加工機の加工ヘッドを提供することにある。

［考案の構成］ （課題を解決するための手段） 前述のごとき従来の問題に鑑みて、本考案は、レーザ加
工機における加工ヘッド組立体のフレームに、レーザ加
工すべきワークピースの上面に当接自在のキャスタ及び
加工用のノズルを下端部に備えた加工ヘッドを上下動自
在に装着して設け、上記加工ヘッドを上下動すべく前記
フレームに上下駆動自在に装着した係合部に前記加工ヘ
ッドを自重により吊り下げてなり、前記ワークピースの
レーザ加工時には、ワークピースの反りに応じて前記係
合部に対して加工ヘッドを相対的に上昇自在に設け、上
記係合部に対する加工ヘッドの相対的な上昇量が所定量
に達したときに加工ヘッドの上昇を検知してレーザ発振
器を停止せしめるための検出器を設けてなるものであ
る。

（実施例） 以下、この考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第４図および第５図を参照するに、レーザ加工機１はレ
ーザ発振器３を備えている。このレーザ発振器３はレー
ザ加工機１の前方向へレーザビームＬＢを発振するよう
に構成してあって、レーザ加工機１の後部側に装着して
ある。

レーザ加工機１は、ベース５、ベース５から垂直に立設
したポスト７およびベース５の上方に水平にかつ片持式
にポスト７に支承されたオーバーヘッドビーム９より構
成してある。ベース５上にはワークテーブル１１が備え
られており、このワークテーブル１１の上面には加工す
べきシート状のワークピースＷを水平に支持する複数の
フリーベアリングが回転自在に装着してある。前記オー
バーヘッドビーム９の先端部には加工ヘッド組立体１３
が装着してあり、この加工ヘッド組立体１３内には光学
系の１部をなすミラー組立体１５と集光レンス１７が内
装してある。上記ミラー組立体１５は、レーザ発振器３
から発振されたレーザビームＬＢをワークピースＷの方
向へ反射するように構成してある。集光レンズ１７はレ
ーザビームＬＢを集光し、かつ例えば酸素のごときアシ
ストガスと共にワークピースＷへレーザビームＬＢを当
てるように配設してある。したがって、上記構成のレー
ザ加工機１は、レーザ発振器３からのレーザビームＬＢ
を受け、加工ヘッド組立体１３内の集光レンズ１７を介
してワークピースＷへレーザビームＬＢを当てるように
構成してある。

加工すべきワークピースＷの移動、位置決めを行なうた
めに、レーザ加工機１は第１キャリッジ１９を水平に移
動自在に備えると共に、ワークピースＷをクランプする
ための複数のクランプ装置２１を保持した第２キャリッ
ジ２３を備えている。第１キャリッジ１９はベース５の
上部両側に互に平行に取付けた一対のレール２５に移動
自在に支承されており、駆動時における加工ヘッド組立
体１３の直下の加工領域に対し接近離反自在である。ク
ランプ装置２１を保持した第２キャリッジ２３は第１キ
ャリッジ１９上に摺動自在に支承されており、前記レー
ル２５に対し直交する方向へ駆動によって水平に移動自
在である。したがってクランプ装置２１に把持されたワ
ークピースＷは、第１、第２のキャリッジ１９，２３の
移動によりワークテーブル１１上において加工ヘッド組
立体１３の下方へ移送できるものである。

上記構成において、第１、第２キャリッジ１９，２３に
よりワークピースＷをワークテーブル１１上において加
工ヘッド組立体１３の直下に位置することにより、ワー
クピースＷはレーザビームＬＢによって加工される。勿
論、レーザ発振器３により発せられたレーザビームＬＢ
は、加工ヘッド組立体１３へ与えられ、矢印で示すよう
にミラー組立体１５によって下方向へ指向される。そし
て、集光レンズ１７により集光された後にワークピース
Ｗへ酸素のごときアシストガスと共に当てられる。

第５図に示されているように、ワークテーブル１１はセ
ンタテーブル２７とそのセンタテーブル２７の両側に設
けられたサイドテーブル２９とから構成してある。その
サイドテーブル２９の上面には複数のフリーベアリング
３１が回転自在に装着されていて、ワークピースＷを水
平に支持し、ワークピースＷを前後・左右方向へ移動し
た際にワークピースＷの裏面に傷を付けないようにして
ある。

前記加工ヘッド組立体１３について更に詳細に説明す
る。

第２図を参照するに、加工ヘッド組立体１３は、加工ヘ
ッド３３とこの加工ヘット３３を上下動する駆動装置３
５より構成されている。

加工ヘッド３３は、コーナヘッド部３７の下部に取付け
られた昇降ガイド管３９と、この昇降ガイド管３９の下
部に支持管４１を介して着脱かつ昇降自在に取付けられ
ている。

従って、レーザビームＬＢは前記コーナヘッド部３７に
取付けられた反射ミラー（図示省略）により屈折し加工
ヘッド３３よりワークピースＷに照射される。

加工ヘッド３３を上下動させる駆動装置３５は、前記加
工ヘッド３３を支承する支持プレート４３が加工ヘッド
組立体１３のフレーム４５に上下動自在に設けられてい
る。その支持プレート４３の一方の側壁に固着したブラ
ケット４７には、係合部４９であるナット５１を支承内
蔵し、このナット５１と螺合する駆動軸５３（例えばボ
ールねじ等）が加工ヘッド３３の中心軸と平行して設け
られている。

前記駆動軸５３の下端部（第２図にて下側）は軸受５５
にて回転自在に支承され、上端部はカップリング５７を
介して駆動源であるサーボモータ５９などに接続され、
そのサーボモータ５９は加工ヘッド組立体１３のフレー
ム４５に固着してある。

なお、前記加工ヘッド３３の構成については、一般公知
の構成であり詳細な説明を省略するが、前記支持管４１
内に集光レンズ（図示省略）が装着され、この集光レン
ズからのレーザビームＬＢをビームノズル６１の穴６３
と一致調整させるために、支持管４１の外周に複数の水
平調整ねじ６５が取付けられている。加工ヘッド３３の
下端外周には中空筒状のヘッドカバー６７が取付けられ
ており、このヘッドカバー６７内にはワークピースＷの
移動に伴なって、加工ヘッド３３がワークピースＷの反
りやうねりに追従するため複数のキャスタ６９が回転自
在に取付けられている。

なお、符号７１はトーションバーであり、加工ヘッド組
立体１３の剛性を保持している。

上述したごとく、加工ヘッド組立体１３は構成されてい
るが、加工ヘッド３３と駆動装置３５との係合部４９に
ついて、第１図をもって更に詳細に説明する。

図示を省略した加工ヘッド３３を支承する支持プレート
４３（一部図示省略）には係合部４９であるナット５１
を内蔵装着したブラケット４７がボルト７３により固定
されている。このブラケット４７とナット５１とは摺動
面７５にて上下動自在となり、摺動時に潤滑の役目をす
る油溜り７７とシール部材７９が設けられ、ナット５１
の片側（第１図にて下側）は、例えば角型形状をした鍔
８１が設けられブラケット４７間の回り止めとなってい
る。そのナット５１の鍔８１がブラケット４７の段部８
３に当接し、ブラケット４７を介して加工ヘッド３３を
支承した支持プレート４３は、自重により吊り下げられ
ている。

更にブラケット４７には、ナット５１の鍔８１が係止し
た逃げ部８５に貫通して所定の位置に例えば近接スイッ
チなどの検出器８７が装着されている。

前記ナット５１に螺合した駆動軸５３（一部図示省略）
は例えばボールねじなどであり、下端（第１図にて下
側）は軸受５５内に装着されたベアリング８９に係合し
回転自在に支承され、上端は図示を省略したがカップリ
ング５７に係合し、カップリング５７はサーボモータ５
９に連結されている。サーボモータ５９を駆動すること
によりナット５１を介して支持プレート４３は上下動
し、この支持プレート４３に固着している加工ヘッド３
３は上下動される。

上記の構成により加工ヘッド３３の作動について、第３
図に示す加工ヘッド３３の移動状態図を合せて参照する
に、サーボモータ５９を駆動させナット５１を下降させ
ることにより、支持プレート４３に固着した加工ヘッド
３３は下降し、下端部に設けた複数のキャスタ６９がワ
ークピースＷ上に接する。この状態でレーザ発振器３を
作動させてレーザビームＬＢをビームノズル６１の穴６
３より照射して（レーザ加工）が施こされる。

この際、ワークピースＷが薄板の場合は、たとえ反りや
うねりがあっても加工ヘッド３３の自重により矯正さ
れ、加工ヘッド３３には無理な上方向への力が生ずるこ
とはない。

ワークピースＷが厚板例えば６mm以上の厚さとなった時
は、ワークピースＷの剛性が強く反りやうねりにより加
工ヘッド３３に上方向への負荷が発生する。しかし、加
工ヘッド３３は自重に反して第３図にＸ矢印で示すごと
く上昇し、係合部４９に設けたナット５１の鍔８１が加
工ヘッド３３を支承している支持プレート４３に設けた
ブラケット４７の段部８３より離れ逃げ部８５に隙間Ｓ
が発生する。この隙間Ｓを所定量例えば７mmに設定した
場合は、ワークピースＷの反りやうねりが７mm以上とな
ったとき検出器８７が作動しレーザ発振器３の作動を停
止させる。

このため、ワークピースＷに異常な反りやうねりがあっ
ても、加工ヘッド３３は自重によりナット５１の鍔８１
に吊り下げられているので、その変形量だけ加工ヘッド
３３は上昇し、その上昇量が所定量に達した時検出器８
７によりレーザ発振器３が停止し、レーザビームの発振
を停止させる。

上述した構成と作用により、ワークピースＷに庇を付け
ることもなく、ワークピースＷに接したキャスタ６９も
破損することなく、所定量以上の反りやうねりがあって
も検出器８７により感知しレーザビームＬＢの発振を停
止させるので、切断加工面を悪化させることなくレーザ
加工の加工精度を向上させることができる。

なお、上述した実施例に限定されることなく、この考案
の要旨を逸脱しない範囲において種々変更を加え得るこ
とは勿論である。

［考案の効果］ 以上のごとき実施例の説明より理解されるように、要す
るに本考案は、レーザ加工機における加工ヘッド組立体
１３のフレーム４５に、レーザ加工すべきワークピース
Ｗの上面に当接自在のキャスタ６９及び加工用のノズル
６１を下端部に備えた加工ヘッド３３を上下動自在に装
着して設け、上記加工ヘッド３３を上下動すべく前記フ
レーム４５に上下駆動自在に装着した係合部４９に前記
加工ヘッド３３を自重により吊り下げてなり、前記ワー
クピースＷのレーザ加工時には、ワークピースＷの反り
に応じて前記係合部４９に対して加工ヘッド３３を相対
的に上昇自在に設け、上記係合部４９に対する加工ヘッ
ド３３の相対的な上昇量が所定量に達したときに加工ヘ
ッド３３の上昇を検知してレーザ発振器３を停止せしめ
るための検出器８７を設けてなるものである。

上記構成より明らかなように、本考案においては、加工
ヘッド３３はキャスタ６９を介してワークピースＷの上
面に直接乗っており、かつワークピースＷの反りに応じ
て、上下駆動自在な係合部４９に対して相対的に上昇自
在な構成である。そして例えばワークピースＷの反り量
が大きく、前記係合部４９に対する加工ヘッド３３の相
対的な上昇量が所定量に達したときに検出器８７によっ
て加工ヘッド３３の上昇が検出され、レーザ発振器３が
停止される構成である。

したがって、本考案によれば、ワークピースＷのレーザ
加工時には、ワークピースＷの上面に接触しているキャ
スタ６９を介して、ワークピースＷの反りに応じて加工
ヘッド３３が上下動するものであり、常に精度の良いレ
ーザ加工が行われるものである。そして、ワークピース
Ｗの反り量が大きく、加工ヘッド３３が上下駆動される
係合部４９に対して相対的に大きく上昇し、その上昇量
が所定量に達すると、検出器８７が検出してレーザ発振
器３を停止するので、加工精度の悪化や加工ヘッド３３
の上昇しすぎによる問題を防止できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の主要部である加工ヘッドと駆動装置
との係合部を示した断面図、第２図は第４図におけるII
矢視部の拡大図、第３図は係合部における作動状態説明
図、第４図はこの考案を実施した一実施例のレーザ加工
機における側面図、第５図は第４図における平面図であ
る。 １…レーザ加工機、３…レーザ発振器 １３…加工ヘッド組立体、４９…係合部 ８５…逃げ部、８７…検出器

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ加工機における加工ヘッド組立体
   （１３）のフレーム（４５）に、レーザ加工すべきワー
   クピース（Ｗ）の上面に当接自在のキャスタ（６９）及
   び加工用のノズル（６１）を下端部に備えた加工ヘッド
   （３３）を上下動自在に装着して設け、上記加工ヘッド
   （３３）を上下動すべく前記フレーム（４５）に上下駆
   動自在に装着した係合部（４９）に前記加工ヘッド（３
   ３）を自重により吊り下げてなり、前記ワークピース
   （Ｗ）のレーザ加工時には、ワークピース（Ｗ）の反り
   に応じて、前記係合部（４９）に対して加工ヘッド（３
   ３）を相対的に上昇自在に設け、上記係合部（４９）に
   対する加工ヘッド（３３）の相対的な上昇量が所定量に
   達したときに加工ヘッド（３３）の上昇を検知してレー
   ザ発振器（３）を停止せしめるための検出器（８７）を
   設けてなることを特徴とするレーザ加工機の加工ヘッ
   ド。