專利名稱：激光加工機(jī)中激光加工工具的噴嘴預(yù)調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加工機(jī)中激光加工工具的噴嘴預(yù)調(diào)裝置，該噴嘴預(yù)調(diào)裝置，是在激光加工機(jī)中可自由更換地安裝的加工工具上，通過在激光加工機(jī)的機(jī)外預(yù)先將加工透鏡所聚焦的光軸中心與噴嘴中心相一致，來提高激光加工機(jī)的生產(chǎn)性與安全性。
背景技術(shù)：
歷來，激光加工機(jī)是將激光振蕩機(jī)所輸出的激光光束引導(dǎo)到加工透鏡，聚焦在加工透鏡的焦點(diǎn)位置，將其附近設(shè)置的被加工物瞬時(shí)汽化及熔融而進(jìn)行加工。
而且，激光加工機(jī)需要對上述激光光束和被加工物的氧化反應(yīng)及熔融的被加工物急速排出的輔助氣體，還需要為了高效率地實(shí)施該氧化反應(yīng)及熔融被加工物排出而實(shí)現(xiàn)以適當(dāng)?shù)牧魇鴱脚c適當(dāng)?shù)牧魉賴姵鲚o助氣體的加工噴嘴。
在具有上述功能的激光加工工具(以下也稱為“加工工具”)中，為了穩(wěn)定且高速高精度地實(shí)施激光加工，必須使所述光軸中心與噴嘴中心一致并維持其一致。
加工透鏡由于位于被加工物的附近，所以經(jīng)常因被加工物的氧化或熔融的微細(xì)物體及由透鏡設(shè)置環(huán)境的因素而引起表面黏附污垢，由加工透鏡的透過率的低而使激光光束在加工透鏡內(nèi)積蓄熱，其結(jié)果是使加工透鏡的幾何學(xué)形狀發(fā)生變化，引起加工精度的降低等，進(jìn)而造成加工透鏡的破損等不能加工。
所以加工透鏡是消耗品，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)母鼡Q。
但是，由于加工透鏡的幾何學(xué)形狀因制作的理由等而包含有較大的誤差，所以光軸中心與噴嘴中心不一致，在更換加工透鏡時(shí)必須由手動(dòng)使光軸中心與噴嘴中心一致。
進(jìn)而，為了使光軸中心與噴嘴中心一致，在激光加工機(jī)中安裝有加工工具的狀態(tài)下，需要中斷激光加工操作，將靶材安裝于噴嘴前端，短時(shí)間照射來自激光振蕩器的低輸出的激光光束，對于靶材上由于殘留的光束而形成的燒痕，通過有手動(dòng)調(diào)整噴嘴的多個(gè)調(diào)整螺釘，使加工噴嘴在水平方向上移動(dòng)，而使光束燒痕與噴嘴中心一致。
而且，已知的還有在彎曲反射鏡上安裝可調(diào)節(jié)角度的反射鏡固定器，使光軸中心與噴嘴中心相吻合的定心方法(參照專利文獻(xiàn)1)。
進(jìn)而，還有在聚光透鏡的上方安裝可調(diào)節(jié)角度的光學(xué)平面，在聚光透鏡的下方安裝能夠觀察輔助氣體噴射口及工件的加工孔的反射鏡，通過反射鏡由CCD照相機(jī)攝影，由光學(xué)平面使光軸中心與噴嘴中心相吻合而定心的方法(參照專利文獻(xiàn)2)。
特開2003-170287號公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]特開2003-225287號公報(bào)由于必須進(jìn)行使光軸中心與噴嘴中心一致的機(jī)械操作，所以必須在加工中臨時(shí)中斷，這樣使生產(chǎn)性顯著下降，同時(shí)還需要熟練地進(jìn)行靶材上殘留的燒痕與噴嘴中心的必要與充分的一致的操作。
由于不能預(yù)測何時(shí)需要因加工透鏡的不良而進(jìn)行加工透鏡的更換，而要經(jīng)常依賴于人手，所以不可能實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人化運(yùn)行。
而且，照射于靶材的激光光束，是從加工用的激光振蕩器所輸出的強(qiáng)力光束，所以必須使眼睛接近噴嘴附近的操作，是具有危險(xiǎn)的操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述問題，其目的在于提供一種激光加工機(jī)中激光加工的噴嘴預(yù)調(diào)裝置。
本發(fā)明的在機(jī)外調(diào)整激光加工機(jī)中可自由更換地安裝的加工工具的預(yù)調(diào)裝置，作為基本的裝置設(shè)置有可自由裝卸地安裝加工工具的底座、裝配于底座上部并代替激光光束而照射光線的替代光束源、通過位置調(diào)整裝置安裝于加工工具本體上的噴嘴支撐部件、可自由裝卸地安裝于噴嘴支撐部件上的靶材部件、與設(shè)置在靶材部件中心的小徑孔對向設(shè)置的受光元件、對受光元件的輸出電壓進(jìn)行增幅的放大器、以及表示放大器的輸出的通知裝置。
而且，噴嘴支撐部件的位置調(diào)整裝置，是在加工工具本體的外周部等間隔設(shè)置的4個(gè)調(diào)整螺釘，而替代光束源是受光元件。
接著，激光加工機(jī)具有臺座，和配置于臺座上并支撐工件的托臺，和沿臺座長度方向的軸、即X軸移動(dòng)控制的支柱，和由支柱支撐并沿著與X軸垂直的Y軸移動(dòng)控制的滑鞍，和由滑鞍支撐并沿著與由X軸和Y軸所形成的平面垂直的Z軸移動(dòng)控制的加工頭，以及在于加工區(qū)域的外側(cè)準(zhǔn)備的自動(dòng)工具更換位置上所設(shè)置的激光加工工具的工具交換盒；激光加工工具設(shè)置有具有包括聚光透鏡的光學(xué)系統(tǒng)裝置的噴槍，以及在噴槍的前端可自由更換安裝的噴嘴。
(發(fā)明效果)本發(fā)明通過激光加工機(jī)的機(jī)外預(yù)調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)光軸中心與噴嘴中心的一致，所以沒有必要中斷加工操作，能夠使生產(chǎn)率大幅度提高。
由于激光加工工具的準(zhǔn)備能夠在機(jī)外進(jìn)行，所以在將激光加工工具在激光加工機(jī)與噴嘴預(yù)調(diào)裝置之間更換后能夠馬上進(jìn)行加工，使生產(chǎn)率大幅度提高。
由于能夠預(yù)先準(zhǔn)備必要的數(shù)量的加工工具，所以能夠迅速地對應(yīng)加工材質(zhì)及板厚的變化，使單件多品種生產(chǎn)的生產(chǎn)率大幅度提高。
由于能夠預(yù)先準(zhǔn)備加工工具，所以能夠運(yùn)行自動(dòng)加工工具更換裝置，能夠達(dá)到長時(shí)間無人化運(yùn)行。
由于對于光軸中心與噴嘴中心一致的操作不需要熟練性，所以即使是非熟練者也能夠容易地進(jìn)行。
通過采用低輸出、安全的替代光源，能夠消除對操作者的危險(xiǎn)性。
由于噴嘴預(yù)調(diào)裝置是可以由手動(dòng)操作的桌上型，所以能夠使操作的自由度增大，同時(shí)不會對操作者有過度的負(fù)擔(dān)。


圖1是本發(fā)明的激光加工機(jī)的整體立體圖。
圖2是本發(fā)明的激光加工機(jī)的俯視圖。
圖3是本發(fā)明的激光加工機(jī)的主要部分的主視圖。
圖4是本發(fā)明的激光加工機(jī)的主要部分的立體圖。
圖5是本發(fā)明的激光加工機(jī)的主要部分的側(cè)視圖。
圖6是激光加工工具的更換工作站的主視圖。
圖7是激光加工工具的更換工作站的俯視圖。
圖8是表示激光加工機(jī)中激光光束的焦點(diǎn)位置調(diào)整原理的說明圖。
圖9是表示由加工透鏡的誤差引起焦點(diǎn)位置變動(dòng)的說明圖。
圖10是表示歷來的噴嘴調(diào)整裝置的說明圖。
圖11是表示本發(fā)明的噴嘴預(yù)調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖12是表示本發(fā)明的噴嘴預(yù)調(diào)裝置的作用的說明圖。
圖13是表示本發(fā)明的噴嘴預(yù)調(diào)裝置的作用的說明圖。
圖14是表示受光元件所接受光線的強(qiáng)度與電壓關(guān)系的圖。
圖中1-激光加工機(jī)，10-臺座，20-托臺，30-支柱，40-滑鞍，50-加工頭，60-激光加工工具，70-強(qiáng)電盤，72-激光振蕩裝置，80-控制盤，90-罩，100-激光加工工具的更換工作站，200-激光加工機(jī)的工具工作站，220-盒，230-固定器，250-驅(qū)動(dòng)缸，300-激光加工機(jī)的噴嘴工作站，620-加工透鏡，900-噴嘴預(yù)調(diào)裝置，910-底座，920-替代光束源，930-靶材部件，940-受光元件。
具體實(shí)施例方式
圖1是表示本發(fā)明的激光加工機(jī)的整體立體圖，圖2是俯視圖，圖3是主視圖，圖4是主要部分的立體圖，圖5是側(cè)視圖。
由符號1表示整體的激光加工機(jī)，其具有在臺座10上配置的托臺(工作臺)20，裝載有板狀的工件W1。在臺座10的長度方向的延長線上設(shè)置有托臺交換裝置12，準(zhǔn)備有裝載了下一個(gè)加工用的工件W2的托臺20a。
在臺座10的兩側(cè)，沿長度方向安裝有一對導(dǎo)軌34，在導(dǎo)軌34上裝配有可自由地沿X軸方向移動(dòng)的支柱30。
支柱30的X軸方向上的驅(qū)動(dòng)裝置，例如可以使用線性馬達(dá)，在導(dǎo)軌34上設(shè)置的固定元件與直動(dòng)引導(dǎo)件32上設(shè)置的移動(dòng)元件之間形成線性馬達(dá)。
在支柱30上，沿著與的X軸垂直的Y軸設(shè)置有導(dǎo)軌44，在Y軸上可自由移動(dòng)地設(shè)置有滑鞍40?；?0具有結(jié)合于導(dǎo)軌44的直動(dòng)引導(dǎo)部件42，在導(dǎo)軌44與直動(dòng)引導(dǎo)件42之間形成線性馬達(dá)。
滑鞍40在與X軸、Y軸形成的平面垂直的Z軸方向上設(shè)置有導(dǎo)軌，沿Z軸可自由移動(dòng)地裝配有加工頭50。加工頭50設(shè)置有導(dǎo)入從激光振蕩裝置72送來的激光的光學(xué)系統(tǒng)。
在加工頭50中裝配有可自由更換的激光加工工具60。加工區(qū)域由罩90所覆蓋，以確保安全。與臺座10相鄰接配置有強(qiáng)電盤70及激光振蕩裝置72。操作者指示各種驅(qū)動(dòng)的操作盤80，被配置在臺座10的長度方向的端部。在臺座10的接近控制盤80的一方的端部，設(shè)置有準(zhǔn)備激光加工工具的更換工作站100。
圖6是從工作臺觀察激光加工工具的更換工作站100的主視圖。圖7是俯視圖。
激光加工工具的更換工作站100設(shè)置有工具工作站200與噴嘴工作站300，其中，工具工作站200設(shè)置有具有噴槍與噴嘴的激光加工工具的工具交換盒；噴嘴工作站300設(shè)置有激光加工工具的噴嘴的噴嘴交換盒。
本發(fā)明提供上述激光加工機(jī)中利用的激光加工工具的噴嘴預(yù)調(diào)裝置。
圖8是表示激光加工機(jī)中激光光束的焦點(diǎn)位置調(diào)整原理的說明圖。
激光加工機(jī)的加工頭50上安裝的激光加工工具60，由噴槍部件61與噴嘴部件65構(gòu)成。
噴槍部件61具有噴槍部件本體610，內(nèi)部裝配有加工透鏡620。
在噴槍部件61的前端安裝有噴嘴安裝部件660。該噴嘴安裝部件660與噴槍部件本體610螺紋接合。由4個(gè)調(diào)整螺釘670能夠調(diào)整軸線位置。在該噴嘴安裝部件660上安裝有噴嘴部件65。噴嘴部件65在本體650上設(shè)置有噴嘴孔652，通過安裝裝置654可對于噴嘴安裝部件660進(jìn)行裝卸。
由加工透鏡620聚集的激光光束形成焦點(diǎn)BC，希望該焦點(diǎn)BC與激光加工機(jī)的機(jī)械中心MC相一致。
但是，如圖9所示，在噴槍部件本體610內(nèi)安裝的加工透鏡620，由于透鏡自身的光學(xué)誤差及透鏡的安裝誤差，在多數(shù)情況下該焦點(diǎn)BC與機(jī)械中心MC并不一致。
圖10是表示歷來的噴嘴中心位置的調(diào)整裝置的說明圖。
歷來，在激光加工機(jī)的加工頭50上安裝的激光加工工具60的噴嘴本體650的噴嘴孔652的出口部，貼附有由紙等制作的靶材TG，照射微弱的激光光束。
在靶材TG上由光束焦點(diǎn)BC形成標(biāo)記。操作者觀察該標(biāo)記位置，調(diào)整4個(gè)調(diào)整螺釘670，進(jìn)行使噴嘴安裝部件660的機(jī)械中心MC與焦點(diǎn)BC的位置相吻合的操作。
但是，由于該操作是在實(shí)際的機(jī)器上進(jìn)行的，所以其間必須使加工中斷。
本發(fā)明的激光加工機(jī)中準(zhǔn)備有多個(gè)更換用激光加工工具。
因此提供了在機(jī)外實(shí)施對該激光加工工具上的噴嘴位置調(diào)整的裝置。
圖11是表示本發(fā)明的噴嘴預(yù)調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)的說明圖。
由符號900表示整體的噴嘴預(yù)調(diào)裝置，其具有底座910，在底座910的上部設(shè)置有可自由裝卸地支撐激光加工工具60的支撐部912。
在支撐部912的上部中心位置安裝有替代光束源920。該替代光束源920替代激光振蕩器，例如可以利用LED或半導(dǎo)體激光等發(fā)光源。
安裝于噴嘴預(yù)調(diào)裝置900的底座910上的激光加工工具60，具有噴槍部件61的本體610與支撐噴嘴部的支撐部件660。在支撐部件660上，通過安裝裝置654可自由裝卸地安裝有靶材部件930。該靶材部件930具有中心孔932，在接近中心孔932的正下方安裝有受光元件940。受光元件940，檢測使替代光束源920的光束由加工透鏡620聚光并通過靶材部件930的中心孔932、到達(dá)受光元件940的光量。
受光元件940將光變換為電壓，送到放大器950中，放大器950的輸出被送往通知裝置960。
圖14是表示受光元件940所接受光線的強(qiáng)度Q與電壓V關(guān)系的圖。
圖12是表示本發(fā)明的噴嘴預(yù)調(diào)裝置900上安裝調(diào)整前的激光加工工具60的狀態(tài)。
替代光束源920的光，由加工透鏡620聚集，在靶材部件930上形成焦點(diǎn)BC。
在該狀態(tài)下，通過靶材部件930的中心孔932的光量較小，受光元件940所發(fā)生的電壓也較低，不能達(dá)到圖14的閾值。
這里。如圖13所示，操作者操作4個(gè)調(diào)整螺釘670，變更噴嘴安裝部件660的軸線位置。當(dāng)所聚集的光束通過靶材部件930的中心孔932時(shí)，受光元件940的輸出電壓上升。通知裝置在該電壓達(dá)到閾值以上時(shí)，通過燈的點(diǎn)亮將其通知操作者。
操作者根據(jù)該通知得知變更噴嘴安裝部件660的中心位置與安裝于噴槍部件本體610上的加工透鏡620的光軸相一致，結(jié)束調(diào)整。
通過上述操作，在機(jī)外預(yù)先設(shè)定的激光加工工具中，在噴嘴安裝部件660上添加了靶材部件930，在安裝了加工用噴嘴的情況下，與噴槍部件61固有的加工透鏡620的光軸相吻合而安裝噴嘴。
所以，即使是在對于加工頭50更換安裝任意的激光加工工具時(shí)，也總能夠得到既定的激光光束的輸出，能夠繼續(xù)進(jìn)行良好的加工。
而且，由于該激光加工工具的噴嘴預(yù)調(diào)裝置能夠在機(jī)外，或離線(offline)實(shí)行，所以能夠確保安全性，而且能夠提高生產(chǎn)率。
還有，在上述實(shí)施例中，是以X軸及Y軸上的驅(qū)動(dòng)裝置中的線性馬達(dá)為例進(jìn)行的說明，但即使是使用滾珠絲杠，也能夠應(yīng)用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種激光加工機(jī)中激光加工工具的噴嘴預(yù)調(diào)裝置，是對可自由更換地安裝于激光加工機(jī)上的加工工具進(jìn)行機(jī)外調(diào)整的噴嘴預(yù)調(diào)裝置，其特征在于設(shè)置有可自由裝卸地安裝加工工具的底座、裝配于底座上部并代替激光光束而照射光線的替代光束源、通過位置調(diào)整裝置安裝于加工工具本體上的噴嘴支撐部件、可自由裝卸地安裝于噴嘴支撐部件上的靶材部件、與設(shè)置在靶材部件中心的小徑孔對向設(shè)置的受光元件、對受光元件的輸出電壓進(jìn)行增幅的放大器、以及表示放大器的輸出的通知裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工機(jī)中激光加工工具的噴嘴預(yù)調(diào)裝置，其特征在于噴嘴支撐部件的位置調(diào)整裝置，是在加工工具本體的外周部等間隔設(shè)置的4個(gè)調(diào)整螺釘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工機(jī)中激光加工工具的噴嘴預(yù)調(diào)裝置，其特征在于替代光束源是受光元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工機(jī)中激光加工工具的噴嘴預(yù)調(diào)裝置，其特征在于激光加工機(jī)具有臺座，和配置于臺座上并支撐工件的托臺，和沿臺座長度方向的軸、即X軸移動(dòng)控制的支柱，和由支柱支撐并沿著與X軸垂直的Y軸移動(dòng)控制的滑鞍，和由滑鞍支撐并沿著與由X軸和Y軸所形成的平面垂直的Z軸移動(dòng)控制的加工頭，以及在于加工區(qū)域的外側(cè)準(zhǔn)備的自動(dòng)工具更換位置上所設(shè)置的激光加工工具的工具交換盒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工機(jī)中激光加工工具的噴嘴預(yù)調(diào)裝置，其特征在于激光加工工具設(shè)置有具有包括聚光透鏡的光學(xué)系統(tǒng)裝置的噴槍，以及在噴槍的前端可自由更換安裝的噴嘴。
全文摘要
一種激光加工機(jī)中激光加工工具的噴嘴預(yù)調(diào)裝置，噴嘴預(yù)調(diào)裝置(900)具有底座(910)、在底座的上部可自由裝卸地支撐激光加工工具(60)的支撐部(912)。在支撐部的上部中心位置安裝有替代光束源(920)。在激光加工工具(60)的支撐部件(660)上，通過安裝裝置(654)可自由裝卸地安裝有靶材部件(930)。該靶材部件(930)，在中心孔(932)的正下方安裝有受光元件(940)。受光元件檢測通過靶材部件的中心孔并到達(dá)受光元件的光量。操作者操作4個(gè)調(diào)整螺釘(670)，以變更噴嘴安裝部件的軸線位置。當(dāng)所聚集的光束通過靶材部件的中心孔時(shí)，受光元件的輸出電壓上升。操作者根據(jù)該通知，結(jié)束調(diào)整。
文檔編號B23K26/14GK1701897SQ20051007376
公開日2005年11月30日 申請日期2005年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月26日
發(fā)明者山崎恒彥, 宮川直臣 申請人:山崎馬扎克公司