JPH0782154B2

JPH0782154B2 - レーザービーム等の平行ビームを配送するための装置

Info

Publication number: JPH0782154B2
Application number: JP2514930A
Authority: JP
Inventors: ハーディーエイエイキール
Original assignee: FUANATSUKU ROBOTEITSUKUSU NOOSU AMERIKA Inc
Current assignee: FUANATSUKU ROBOTEITSUKUSU NOOSU AMERIKA Inc
Priority date: 1989-03-17
Filing date: 1990-04-25
Publication date: 1995-09-06
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: EP0598712A1; US4969722A; WO1991016653A1; EP0598712A4; JPH05506104A; CA2081332A1

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、ビーム配送装置に関し、特に、レーザービー
ム等の平行ビームを配送するための装置に関する。

背景技術レーザーの用途は、空間パラメーター（spatial parame
ters）の測定、材料の加熱及び／又は除去、共鳴現象の
非破壊探査（non−destructive probing）、コミュニケ
ーション、光学処理、レーザー誘導化学反応、及び兵器
を含む幾つかのおおまかなカテゴリーに分けられる。

レーザーと、ロボットを含むこともある融通性のある
（flexible）レーザービーム配送システムとの結合は、
以前には知られていなかった自由度でレーザーが作動す
るのを可能にする。二者の結合技術は、上首尾に実施さ
れれば、ガラスの切断、及びブラスチック又は複合材料
のトリミング等の多くの材料加熱及び／又は除去の用途
に適している。複雑な輪郭の構造体のトリミングには、
レーザーを５軸ビーム配送システムと連結することがで
きる。

あらゆる斯かるビーム配送装置においては、高加速度の
円滑な装置の運動を有することが重要である。切断する
如何なる特殊な材料に関しても、最高の仕上りを生じさ
せる速度の範囲がある。方向の変化がある場合には何等
でも、運動システムは、この速度を維持しなければなら
ず、さもなければ、切断の質が損なわれる。

金属工作レーザーに関する一般的な用途には、シーム溶
接、スポット溶接及び融接、切断、穿孔、表面硬化処
理、金属マーキング、そぎ（scarfing）、ばり取り、ト
リミング並びに加熱処理がある。レーザービームを用い
た金属切断は、加工片の表面上の点にビームの焦点を合
わせること、及び所望の切断経路を辿るようにビームを
操作することを含んでいる。

NC切断機（NC machines）が、ほぼ平坦な面をレーザー
ビームで切断するのにしばしば用いられる。ビーム進路
は、通常固定され、切断する対象は、二つの直交する方
向に操作可能なNC切断機のテーブルに固定される。

丸い孔を切欠くには、円状穿孔機の円状パターンの精度
と同等の精度を維持するため、NC切断機のテーブルは、
通常、比較的低い切断速度で稼動される。NC切断機のス
ライド台の質量が比較的大きく、慣性が比較的高いの
で、機械は、レーザービームによる切断に所望の高速度
で稼動することができない。高い線状切断速度で稼動し
ているNC切断機｛高出力（high power）レーザーを用い
れば可能｝は、望ましくないパターンの歪みをもたら
す。テーブルドライブからの反力が、ビーム配送支持構
造における振動を誘発することがある。このことは、切
れ目の粗さとして分る。ロボットを利用した従来の配送
システムを、レーザービームを操作するのに用いた場合
にも、パターンの歪みはより酷いことがあるが、状況は
同様である。

その問題を克服するための方法の一つは、ビームを所望
の孔の中心点に位置決めするのにNC切断機又はロボット
のみを用いることである。配送システムのエンドエフェ
クタが、ビーム焦点を所望の孔半径にずらし、しかる
後、ビーム自体を円の中心点の回りに回転させる。焦点
は、円を辿り、所望の切断を行なう。この状態で運動す
るエンドエフェクタの部品の比較的小さい質量及び慣性
のため、より高い速度が得られる。

斯かるエンドエフェクタの例が、第一図に示されてお
り、この例においては、４個の鏡が、ビームを所望の半
径にずらす。リニアスライドが、プログラム可能な又は
手動の態様において、孔半径の調節をもたらす。

質の高いレーザービームによる切断には、通常、切断対
象の面におけるビームの焦点の最適位置を維持するのを
助けるため、適応型合焦装置が必要である。表面変化
（modulation）は、通常、種々の市販のセンサによって
検知され、制御装置が、焦点を表面変化に従って表面の
方へ、又は表面から遠ざかる方へ移動させるよう指令さ
れる。これには、米国特許第4,764,655号及び米国特許
第4,761,534号に開示されているように、ビーム合焦装
置又は対象を移動させることが必要である。

先行技術のNC切断機は、通常、表面センサの信号に応答
してレーザーヘッド及び合焦装置を移動させるため、他
の制御軸を付け加えている。他の先行技術は、集束レン
ズが、表面センサの信号に応答してビーム中心線に沿っ
て移動される合焦構成を利用している。この構成は、可
動部が軽く、穿孔対象（hole object）又はレーザーヘ
ッドが移動した時に、それに応じ、可動部を、より高速
度で移動させることができるので、非常に望ましい。し
かしながら、孔切欠き構成との組み合せにおいては、こ
のアプローチは、たいへん複雑になる。

レーザービームを移動させて加工片への操作を行なうレ
ーザービーム配送システムの一つは、管状連結機構の各
連結部（即ち、光学ジョイント）に二つの鏡を含んでお
り、この管状連結機構は、レーザービームを所望の進路
に沿って方向付けるようにロボットにより操作される。
機構内に位置する集束レンズが、レーザーエネルギーを
集中させ、レーザーエネルギーを高いパワー密度で一点
に方向付ける。しかしながら、ロボットは、ビームを加
工片の正確な領域に方向付けるには、非常に正確でなけ
ればならない。ロボットの不正確さを補償するため、よ
り長い焦点距離のレンズを用いることもできる。しかし
ながら、その結果、ビームはより広い領域にわたって合
焦されるため、パワー密度及び速度の両方が低くなる。

レーザービーム配送システムにおける鏡の合計数から一
つの鏡でも排除することは、以下の理由で重要である。
（１）システムの他の部品と比較して鏡が比較的コスト
が高いので、かなりのコストの節約ができる。（２）平
行レーザービームのパワー損失が、各鏡において起きる
エネルギーの吸収にほぼ全体的によるものであるため、
パワー転送の効率が上がる。（３）整列させる鏡がより
少ないので、ビーム配送システムの初期整列（initial
alignment）が単純化され、それにより、実用上起こり
得る整列エラーの大きさを最小限にすることができる。
（４）汚れの無いようにし、整列状態に維持する鏡がよ
り少ないので、システムの信頼性が増し、必要な保全の
減少を達成できる。

プランケンホーン（Plankenhorn）に与えられた米国特
許第4,539,642号は、ロボットと、ロボットにより操作
されるレーザーアームを含むレーザーとを連結する方法
を開示している。レーザーアームは、ロボットアームに
より支持され、ロボットジョイントと同時に運動するよ
うに整列されている。

アキール（Akeel）に与えられた米国特許第4,560,952号
は、レーザーリスト機構を含むロボットレーザーシステ
ムを開示しており、このシステムにおいては、ロボット
は、交差する長手方向の軸（intersecting longitudina
l axes）に沿った二つの直交関係の線状の運動により構
成される多くの自由度を有している。リストは、交差す
る枢軸を有する二つの直交関係の回転ジョイントを有し
ている。

モンテイス（Monteith）等に与えられた米国特許第4,70
7,585号は、レーザーリストを含むレーザーロボットシ
ステムを開示している。

ビシアッチ（Bisiach）に与えられた米国特許第4,677,2
74号は、ロボットレーザーシステムを開示しており、こ
のシステムにおいては、レーザービームは、システムの
側部開口を通してロボットに達し、しかる後、レーザー
ビームは、一対の調節可能な鏡により軸に沿って中空ヘ
ッドへと送られる。

リビー（Libby）に与えられた米国特許第4,413,180号
は、光線がそれを通って入る中空モーターシャフトを利
用したイメージ捕捉装置を開示している。光線は、しか
る後、凹んだ円筒状の反射器により、インタセプト（in
tercept）へと反射される。

マリノリ（Marinori）に与えられた米国特許第4,698,48
3号は、ロボットレーザーシステムを開示しており、こ
のシステムにおいては、ロボットは、ベースと、ベース
により垂直に回転可能に支持されたフォーク要素とを含
んでいる。アームが、その第一の端においてフォーク要
素にほぼ水平な軸の回りに連節されている。前腕が、ア
ームの第二の端にほぼ水平な軸の回りに連節されてい
る。リストアセンブリが、前腕の非連節端に取り付けら
れており、前腕と平行な軸の回りに回転可能であり、レ
ーザービームを合焦するためのレンズを支持する端部を
有している。

ランド（Rando）等に与えられた米国特許第4,698,479号
は、レーザービーム配送システムに、封止摺動テレスコ
ーピングチューブを使用することを開示している。

日本国特許出願第59−107785号は、アーム部分の端に反
射鏡を備えた電動式マルチジョイント有するロボットを
含むレーザーロボットシステムを開示している。

日本国特許出願第59−223188号は、マニピュレータの各
ジョイント部に設けられた反射鏡を有するレーザービー
ムマシンを開示している。

レクサー（Rexer）等に与えられた米国特許第3,986,767
号は、二つの直交軸の回りにレーザービームを回転させ
ることができる集束及び回転鏡を含む光学集束装置を開
示している。

発明の開示本発明の目的は、レーザービーム等の平行ビームを加工
片へのビーム進路に沿って配送するための装置であっ
て、高速度で加工片に曲線を生じさせることを可能にす
るため、比較的単純な集束レンズ手段を含んでいる装置
を提供することである。

本発明の別の目的は、レーザービーム等の平行ビームを
加工片へのビーム進路に沿って配送するための装置であ
って、加工片上のいろいろな半径の曲線を辿るように調
節可能な集束レンズ手段を含んでいる装置を提供するこ
とである。

本発明の更に別の目的は、比較的単純で、低コストで、
軽量な、レーザービーム等の平行ビームを加工片へのビ
ーム進路に沿って配送するための装置であって、合焦及
び加工片上を辿る曲線の半径の両方を制御するため、単
一ギア機構により駆動される集束レンズ手段を含んでい
る装置を提供することである。

本発明の上記の目的及び他の目的の達成にあたり、レー
ザービーム等の平行ビームを加工片へのビーム進路に沿
って配送するための装置が提供される。この装置は、レ
ーザービーム等の平行ビームを加工片へのビーム進路に
沿って配送するための装置であって、第一回転軸及び第二回転軸と；内部キャビティを形成するハウジング手段と；内部キャビティ内に収容され、ビームを合焦するため第
一回転軸と交差する集束レンズ手段であって、第一及び
第二回転軸上に回転可能に支持され、レンズ手段におい
て第一回転軸から第一の距離だけずれている焦点軸に沿
う焦点を有するレンズ手段と；第一回転軸に沿ってレンズ手段へと延び第一回転軸を包
囲する連続的で障害のない中空な通路であって、レンズ
手段が、第一回転軸に沿って進行するビームを、第一回
転軸及び焦点軸に関して傾斜した合焦ビーム軸に沿って
進行し、そのため、焦点において焦点軸と交差するよう
に偏向し、焦点軸は、レンズ手段と焦点との間のビーム
進路に如何なる部分に沿っても、合焦ビーム軸又は第一
回転軸の何れとも一致しない上記中空な通路と；備えた装置であって、第一回転軸の回りのレンズ手段の回転が、焦点に加工片
上の曲線を辿らせ、第二回転軸を中心とするレンズ手段
の回転が第一の距離を変えることを特徴とする。

本発明の装置にもたらされる利点は多大である。例え
ば、本装置は、円状孔パターンを高速度で生じさせるこ
とのできる比較的単純なビームシフト構成を提供する。
更に、本装置は、ビーム進路をプログラム可能な方式で
変化することができる調節可能なビームシフト機構を提
供する。本装置は、更に、最少の数の光学装置を用いて
ビームの焦点を回転の軸からずらすことを可能にする。

本装置は、更に、ビームシフト機構と組み合せて比較的
単純な合焦構成を提供し、比較的少しの可動部しか利用
していない。更に、合焦及び可調ビームシフト機構の両
方を制御するため、単一の駆動機構を利用することがで
きる。こうして、低コストで、軽量で、調節可能なビー
ムシフト及び合焦構成が提供される。本装置は、円を金
属に高速で切欠かなくてはならない金属切断操作等の切
断操作において時に実益がある。本装置は、通常、本装
置の自動的でプロゲラムされた操作に必要な制御手段及
びフィードバックセンサと連携している。

本発明の他の利点は、添付図面とともに考慮して以下の
詳細な説明を参照することにより、それらの利点がより
良く理解されるに従い、容易に認められるであろう。

図面の簡単な説明第一図は、加工片に孔を切欠くのに利用されている先行
技術のレーザービーム配送装置の側面図である。第２図
は、本発明に従って構成されたレーザービーム等の平行
ビームを配送するための装置の部分切欠断面側面図であ
る。

第３図は、装置の部分集束レンズ、それと連携するレー
ザービーム並びに種々の回転軸、焦点軸及び合焦ビーム
軸を示す模式断面図である。

第４図は、第３図の部分集束レンズの平面図であり、仮
想線により示される関連する完全な軸対称レンズ及び部
分レンズが第一の軸の回りに回転すると、部分集束レン
ズの焦点によって辿られるいろいろな円を含んでいる。

第５図は、本発明の第二及び第三の実施態様の部分切欠
断面側面図であり、この図においては、装置の下部の右
側が、集束レンズをその合焦軸に沿って線状に移動させ
るための第一の機構を示し、装置の下部の左側が、集束
レンズを交互に線状に移動させるため、又は装置の第一
の軸と焦点軸との間の距離を変化させるための第二の機
構を示す。

発明を実施する最良の形態添付図面の第２図を参照すると、加工片又は部品12への
ビーム進路に沿ってレーザービーム等の電磁エネルギー
の平行ビームを配送するための装置が、全体として10で
示されている。第２図に示すように、装置10は、レーザ
ーロボット等の従来のビーム配送システムのレーザーヘ
ッド14に、回転運動可能に設けられている。レーザーヘ
ッド14に設けられたミラーブロック16が、レーザーヘッ
ド軸18に沿って進行するレーザービームを、装置10の第
一の軸20へと偏向する。偏向されたビームは、次いで、
部分的な集束レンズ（partial focusing lens）22によ
り偏向されて集束ビーム軸（focused beam axis）21に
沿って進行し、レンズ22の焦点軸23とレンズの焦点24で
交差して加工片12に対して切断又は何か別のレーザーの
応用を行なう。

装置10は、全体を26で示すハウジング手段又は機構を含
んでおり、このハウジング手段がまた、全体をそれぞれ
32及び28で示す第一及び第二のハウジングアセンブリを
含んでいる。第二のハウジングアセンブリ28は、第一の
軸20の回りを回転するように、軸受30によってレーザー
ヘッド14に回転可能に支持されている。軸、30は、スペ
ーサー31により間隔をおいて隔てられている。

第一のハウジングアセンブリ32は、第二の軸36の回りを
回転するように、軸受34によって第二のハウジングアセ
ンブリ28に回転可能に支持されており、第二の軸36は、
第一の軸20と焦点軸23との間ほぼ中間に位置している。
第一のハウジングアセンブリ32は、第二の軸36の回りを
一緒に回転するように、内部キャビティ38内にレンズ22
を収容し、保持している。焦点軸23は、第一及び第二の
軸20及び36それぞれに対して平行である。

第二のハウジングアセンブリ28は、全体を40で示す駆動
機構によって第一の軸20の回りを回転可能に駆動するの
が好ましい。駆動機構40は、全体を46で示す歯車機構を
駆動する出力シャフト44を有するプログラム可能な駆動
モーター42を含んでいる。歯車機構46は、第二のハウジ
ングアセンブリ28に固定された第一の駆動ギア50と駆動
係合する第一のピニオンギア48を含んでいるため、モー
ターシャフト44及びピニオンギア48の回転が、第二のハ
ウジングアセンブリ28を第一の軸20の回りに回転させ
る。

モーター42は、レーザーヘッド14とともに運動するよう
にレーザーヘッドに設けられた取付ブラケット52に設置
されている。円状シール54が、取付ブラケット52と第二
のハウジングアセンブリ28との間に備っており、軸受及
びギア潤滑剤を取付ブラケット51の内側に保持してい
る。第一のハウジングアセンブリ32は、全体を56で示す
第二の駆動機構により駆動され、この駆動機構は、出力
駆動シャフト60を有する第二のプログラム可能なモータ
ー58を含んでいる。全体を62で示す第二の歯車手段又は
機構が、出力シャフト60に設けられた第二のピニオンギ
ア64を含んでいる。更に、ピニオンギア64は、第一のハ
ウジングアセンブリ32とともに第二の軸36の回りを回転
するように第一のハウジングアセンブリに固定された第
二の駆動ギア66と駆動係合している。

モーター58は、第二のハウジングアセンブリ28に支持さ
れ、第二のハウジングアセンブリは、第一のハウジング
アセンブリ32を第二のハウジングアセンブリ28に回転可
能に支持するため、下方に垂下するフランジ部68を含ん
でいる。

軸受保持体70が、フランジ部68に固定され、軸受34を第
一及び第二のハウジングアセンブリ32及び28それぞれの
間に固定している。

第一のハウジングアセンブリ32は、ハウジング部分72と
全体を74で示すファンネルとを含み、それらの間には、
集束レンズ22が、第一の軸20と第二の軸36の両方が集束
レンズ22と交差するように、収容され、保持されてい
る。本技術分野で周知のように、ファンネル74は、加工
片切断の間等において、レンズ22の下面にゴミが付着
し、積るのを防止するのにも役立つ。

軸受34だけでなく軸受30も、軸受及びギア潤滑剤が内部
キャビティ38内に逃げ込むのを阻止するため、シール軸
受であることが好ましい。更に、内部キャビティ38を充
分に封止された状態に保つように、第二のハウジングア
センブリ28と第二の駆動ギア66との間には、円状シール
69が備っていることが好ましい。

第一のハウジングアセンブリ32を、第二のハウジングア
センブリ28に回転可能に支持するのに、単一（single）
軸受のみを利用するのが好ましい。軸受34は、ラジアル
荷重及びスラスト荷重だけでなくモーメントも受ける
（carry）Ｘ型と従来呼ばれている種類のものである。

レンズ22の上の内部キャビティ38は、レーザービームの
進路に沿って環境を清浄で、障害物のない状態に保持す
るため、清浄な空気又は不活性ガスで加圧することが好
ましい。清浄でない空気中に浮遊する粒子が、レーザー
ビームによって加熱され、それにより、装置10の効率が
低下することがある。

第３図及び第４図を参照すると、レンズ22は、参照番号
76により仮想的に示すような完全な軸対称レンズであっ
てもよい。しかしながら、コンパクトにするには、光学
的形態は完全なレンズ76等の完全な軸対称レンズの光学
的形態でありながらも部分的な集束レンズ22を利用す
る。

第３図に示すように、レンズ22は、それぞれ20、36及び
23である第一の軸、第二の軸及び焦点軸を包囲してい
る。

第４図に示すように、第一の軸20の回りに回転をさせる
ことにより、焦点24は、円状の進路、即ち円78を辿り、
このことは、円78の直径と等しい直径を有する孔の切欠
を行なうことができる。

モーター58は、第二の軸36の回りに回転させて焦点軸23
を円80の進路に沿って移動させるための駆動力を与える
ものである。こうにして、焦点軸23上に位置する焦点24
は、変化可能な距離だけ第一の軸20からずれている。そ
のため、切欠経路の大きさは、ゼロから円78で示す最大
値まで変化させることができる。

同様にして、モーター42は、モーター42が焦点24を含む
ハウジング機構26全体を第一の軸20の回りに駆動する際
に、切欠操作を制御する。装置10は、レーザービームの
焦点24を円に沿って回転させ（spinning）、孔の切欠操
作を行なうことにより、円を切欠く能力を提供するもの
である。

第５図を参照すると、レーザー等の平行ビームを加工片
12へ配送するための、全体を10′で示す、第二の装置が
示されている。第一の装置と同じ又は類似の機能及び／
又は構成を有する第二の装置10′の構成部材には、初め
の指示番号が付されている。概して、第５図の装置10′
は、部分的集束レンズ22′を内部キャビティ38′に支持
するため合焦手段又は機構を備えているので、レンズ2
2′は、その焦点軸23′に沿って線状に移動することが
でき、それにより焦点24′を加工片12に対して移動させ
ることができることにおいて、第２図の装置10と異なっ
ている。

第５図の実施態様においては、第一のハウジングアセン
ブリ32′が、それぞれ72b′及び72a′である第一及び第
二のハウジング部材を含んでいる。ハウジング部材72
a′及び72b′は、互にネジ式に連結され、第二のハウジ
ングアセンブリ28′により第一の軸20′の回りを回転可
能に支持されている。特に、ハウジング部材72a′及び7
2b′は、比較的小さなピッチの機械的ネジ山（mechanic
al thread）により係合している。

ハウジング部材72a′及び72b′を連結する二つの異なる
方法が、第５図の右下側及び左下側にそれぞれ示されて
いる。概して、右下側は、孔の半径の調節が手動で、合
焦調節とは独立して行なわれる連結手段又は機構を示
し、第５図の左下側は、合焦が動力化方式で孔の半径調
節と一緒に行なわれる連結機構を示している。

第５図の右下側を参照すると、装置10′は、切化孔の半
径の手動調節及び動力化した焦点調節ができるように構
成されている。保持要素70′が、軸受34′を保持して、
第二のハウジング部材72a′が第二の軸36′の回りに回
転できるようになっている。保持要素70′は、ネジ（図
示せず）等の固定具により第二のハウジングアセンブリ
28′に固定されている。

ガイドピン84を含む案内手段又は機構が、その一端にお
いて保持要素70′にネジ式に固定され、その反対の端に
おいて、第一のハウジング部材72b′の周辺状に延びる
フランジ部に形成された孔86内に摺動可能に収容され、
保持されている。フランジ部88には、その外周の回りに
周辺状に間隔をあけた複数の斯かる孔が備っており、各
々の孔は、第一の軸20′に対する異なる焦点軸23′の位
置を決定する。この構成においては、切化孔の直径が、
第一のハウジング部材72b′のフランジ部88の周辺に沿
って異なる孔にガイドピン84を据えることにより、手動
的に個別的な工程で調節される。更に、この構成におい
ては、モーター58′が、第二のハウジング部材72a′を
回転させるギア66′を回動させ、第二のハウジング部材
が、またフランジ部88にあるガイドピン84の線状の案内
配置により、第一のハウジング部材72b′を焦点軸23′
に沿って線状に摺動させる。この運動は、焦点軸23′に
沿う焦点24′の位置の変化を生じさせる。こうして、モ
ーター58′は、合焦制御モーターとして作用する。図示
はしていないが、焦点のその所望の位置からのずれを検
知し、合焦制御モーターが作動するのに必要な信号を提
供する高さセンサを装置10に取り付けることが普通であ
る。

第５図の左下側を参照すると、合焦だけでなく切欠孔の
大きさも、第一及び第二の作動状態の間を可動な異なる
連結手段又は機構を利用することにより、モーター58′
によって調節できる構成が全体的に示されている。

第５図の左下側の実施態様においては、保持要素70″
が、その周に沿って形成された複数の鋸歯状の歯90を有
し、ネジ82により第二のハウジングアセンブリ28″に連
結されている。本明細書で以下に詳細に説明するよう
に、カップラー92も鋸歯状の歯を有し、これらの歯は、
交互に（alterntely）保持要素70″の歯90と駆動係合、
又は第二のハウジング部材72a″の外周面に形成された
第二の歯94と駆動係合する。

カップラー92は、ガイドピン84″の一端にネジ式に固定
されている。ガイドピン84″は、ブッシュ96内に摺動可
能に案内され、ブッシュはまた、全体を74″で示すファ
ンネルの外周フランジ100に形成された孔98は据えられ
ている。

ネジ102の一端が、ガイドピン84″に形成された細長い
溝内に配置され、このことは、ガイドピン84″がブッシ
ュ96内を摺動することを可能にするが、ブッシュ96内で
ガイドピン84″が回転するのを防止するものである。

バネ104が、カップラー92及び、それに従い、ガイドピ
ン84″を保持要素の方へ押す賦勢力を付与している。

ソレノイド106等の作動器が備っており、ソレノイド106
に通電した時に、ガイドピン84″が、バネ104の賦勢作
用に抗して下方に移動するため、第５図に示すように、
カップラー92の歯は、保持要素70″の歯90ではなく、第
二のハウジング部材72a″の歯94と係合する。こうし
て、ハウジング部材72a″及び72b″は、ガイドピン74″
及びファンネルフランジ100を介して互に連結され、剛
体として一緒に運動することができるため、モーター5
8′を作動させると、第二の軸36′の回りを一緒に回転
し、それにより、切欠孔の半径を調節する。

作動器106への通電を停止すると、バネ104は、カップラ
ー92を上方に押すため、カップラー92の歯は、保持要素
70″の歯90と係合して第５図の右下側に関して説明した
構成と類似の構成をもたらし、この構成においては、第
一のハウジング部材72b″及び保持要素70″は互に連結
され、第一のハウジング部材72b″が、第二のハウジン
グ部材72a″に対して焦点軸23′に沿って線状に移動す
ることを可能にしている。

第５図の実施態様においては、保持要素70′及び70″の
うちの何れか一方と、その対応する第二のハウジング部
材72a′又は72a″との間に第三のシール108が備ってお
り、軸受及びギア潤滑剤を保持している。

更に、第２図に示す構造に加え、ファンネル74″には取
付具（fixture）110が備っており、レンズ22′が加熱し
ないように冷却用空気を導入することができるようにな
っている。酸素を冷却用空気の代りに用いることがで
き、加圧された酸素をファンネル74″の先端から強制的
に出してレーザー切欠過程を援助し、レンズ22′を汚損
することのある屑（debris）がファンネル74′に入らな
いようにすることができる。

装置10′は、多くの利点をもたらす。例えば、装置10′
は、レーザーによる孔の切欠のための半径調節装置と組
み合わせた比較的低コストで、軽量な焦点調節装置を提
供するものである。更に、ビーム合焦調節装置は、比較
的単純であり、比較的小数の可動部を利用している。最
後に、合焦機構及び半径変化機構の両方を制御するのに
単一の駆動ギアが利用されている。

本明細書において、発明を実施するための最良の形態を
詳細に説明したが、本発明が関連する技術分野における
当業者は、以下の請求の範囲により定義される本発明を
実施するための種々の別の設計及び実施態様を認識する
であろう。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザービーム等の平行ビームを加工片へ
のビーム進路に沿って配送するための装置であって、第一回転軸及び第二回転軸と；内部キャビティを形成するハウジング手段と；内部キャビティ内に収容され、ビームを合焦するため第
一回転軸と交差する集束レンズ手段であって、第一及び
第二回転軸上に回転可能に支持され、レンズ手段におい
て、第一回転軸から第一の距離だけずれている焦点軸に
沿う焦点を有するレンズ手段と；第一回転軸に沿ってレンズ手段へと延び第一回転軸を包
囲する連続的で障害のない中空な通路であって、レンズ
手段が、第一回転軸に沿って進行するビームを、第一回
転軸及び焦点軸に関して傾斜した合焦ビーム軸に沿って
進行し、そのため、焦点において焦点軸と交差するよう
に偏向し、焦点軸は、レンズ手段と焦点との間のビーム
進路に如何なる部分に沿っても、合焦ビーム軸又は第１
回転軸の何れとも一致しない上記中空な通路と；備えた装置であって、第一回転軸の回りのレンズ手段の回転が、焦点に加工片
上の曲線を辿らせ、第二回転軸を中心とするレンズ手段
の回転が第一の距離を変えることを特徴とする平行ビー
ム配送装置。
【請求項２】第二回転は、第一回転軸及び焦点軸と平行
であり、第一回転軸と焦点軸との間の中点でレンズ手段
と交差することを特徴とする請求項１記載の平行ビーム
配送装置。
【請求項３】ビームは、平行光学ビームであり、レンズ
手段は、光学軸対称レンズを含んでいることを特徴とす
る請求項１記載の平行ビーム配送装置。
【請求項４】ハウジング手段は、第一及び第二のハウジ
ングアセンブリを含んでおり、前記第二のハウジングア
センブリは、第一回転軸の回りに回転可能に支持され、
前記第一のハウジングアセンブリは、第二のハウジング
アセンブリによって第二回転軸の回りに回転可能に支持
され、第一のハウジングアセンブリは、第一及び第二の
ハウジング部材を含み、レンズ手段は、第一のハウジン
グ部材により第二のハウジング部材に対して焦点軸に沿
って線状に移動可能に支持され、焦点を加工片に対して
移動させることを特徴とする請求項１記載の平行ビーム
配送装置。
【請求項５】独立な第二回転軸の回りの第二のハウジン
グ部材の回転と、第一回転軸の回りの第二のハウジング
手段の回転とを与えるギア手段を更に備え、焦点の加工
片に対する位置を制御するため、第二のハウジング部材
は、順次、第一のハウジング部材を焦点軸に沿って線状
に駆動することを特徴とする請求項４記載の平行ビーム
配送装置。
【請求項６】第二のハウジングアセンブリと第一のハウ
ジング部材とを、第一の作動状態に互に連結させるため
の連結手段を更に備えた請求項５記載の平行ビーム配送
装置において、第一のハウジング部材は、第二のハウジ
ング部材にネジ式に取り付けられ、連結手段は、第一の
ハウジング部材に対して駆動機構が回転できるようにす
ることを特徴とする平行ビーム配送装置。
【請求項７】連結手段は、第二のハウジングアセンブリ
に設けられていて第一のハウジング部材の運動を焦点軸
に沿って案内するため第一のハウジング部材の方に延び
ているガイド機構を含んでいることを特徴とする請求項
６記載の平行ビーム配送装置。
【請求項８】前記相対線状運動を防止するため、連結手
段は、第一及び第二のハウジング部材を、選択的に第二
の作動状態に互に連結し、そのため、ギア手段は、第一
及び第二のハウジング部材を、レンズ手段とともに第二
回転軸の回りに回転させ、第一回転軸と焦点軸との間の
第一の距離を変化させることを特徴とする請求項６記載
の平行ビーム配送装置。