專利名稱：光掃描式激光加工機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使聚光的激光束移動掃描，進(jìn)行加工的光掃描式激光加工機(jī)。
已有技術(shù)的該種裝置，有特公昭62-11953號公報中所揭示的方案。以往的光掃描式激光加工機(jī)的構(gòu)成及部分構(gòu)成變更的部分構(gòu)成圖分別示于圖8和圖9。1是輸出激光光束2的激光振蕩器，激光光束2由偏轉(zhuǎn)鏡3偏轉(zhuǎn)導(dǎo)向加工透鏡4，由加工透鏡4聚光的激光光束2向加工件5照射，由此，進(jìn)行加工。
在該已有技術(shù)裝置的圖中示出單軸光掃描式激光加工機(jī)，其構(gòu)成是采用公知的圓頭螺桿、直線導(dǎo)軌、伺服電機(jī)等(沒有圖示)把持有偏轉(zhuǎn)鏡3及加工透鏡4的加工頭部6向圖示的X方向驅(qū)動、進(jìn)行移動掃描，由此，實(shí)施切斷加工。
在以往裝置中，作為在激光束2傳輸通路的一部分上伸縮自如的光路密閉保護(hù)體，其具體構(gòu)成是設(shè)置光路伸縮軟管7，經(jīng)連通箱9，把逆光路伸縮軟管8對稱地連接至光路的相對側(cè)。
10是用于調(diào)整、維護(hù)檢查連通箱9內(nèi)的偏轉(zhuǎn)鏡3的檢查口的檢查蓋，11是安裝在光路伸縮軟管7和逆光路伸縮軟管8適當(dāng)位置的導(dǎo)軌滾輪，12是引導(dǎo)導(dǎo)軌滾輪11的導(dǎo)軌。圖9中，示出逆光路伸縮軟管8的開口端安裝在加工頭部6側(cè)面的構(gòu)成。
然后說明其動作。激光束2的傳輸通路，從激光振蕩器1至加工透鏡4的全路經(jīng)由光路伸縮軟管7、連通箱9或偏轉(zhuǎn)鏡3、逆光路伸縮軟管8、加工頭部6構(gòu)成，它們形成密閉的室。在上述密閉室內(nèi)，充填不妨礙激光束2傳輸且不污損偏轉(zhuǎn)鏡3和加工透鏡4的潔凈氣體(通常是潔凈的空氣或干燥空氣)，因此，保護(hù)激光束傳輸通路防止傳輸通路外部的非清潔氣體(例如一些混入氣體，在熟知的二氧化碳激光器的場合，作為妨礙激光的氣體，有機(jī)溶劑的揮發(fā)性氣體等是眾所周知的)。
若加工頭部6例如驅(qū)動至X+方向，則由導(dǎo)軌滾輪11和導(dǎo)軌12限定運(yùn)動方向的光路伸縮軟管7伸長、逆光路伸縮軟管8壓縮，也可以進(jìn)行相反的動作，上述動作使加工頭部6移動時，各伸縮軟管腔之間，經(jīng)連通箱9或加工頭部6的筒體使?jié)崈魵怏w相互移動，因而密閉室內(nèi)的潔凈氣體的壓力經(jīng)常保持大體恒定。因而，外部的非潔凈氣體和粉塵不能進(jìn)入激光束傳輸通路。
以往的光掃描式激光加工機(jī)如上文所述那樣構(gòu)成，由于需要連通箱9，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格高且偏轉(zhuǎn)鏡的維修性能差。又，如圖9所示那種把逆光路伸縮軟管8非對稱地安裝在加工頭部6的構(gòu)成，與光路伸縮軟管7的導(dǎo)軌12不能共用，必須設(shè)置逆光路伸縮軟管8的專用導(dǎo)軌，因而結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴。除光路伸縮軟管7外，還需要逆光路伸縮軟管8，因而，基本上是復(fù)雜且高價的裝置，尤其在多軸移動形的加工機(jī)中，逆光路伸縮軟管8的存在是累贅，會引起降低裝置的其它功能例如可操作性的缺陷。
進(jìn)而，在特公昭62-11953號公報中揭示了采用壓力調(diào)整用的緩沖容器的方案，該方案可指出下列問題隨著可驅(qū)動范圍變長，壓力調(diào)整用緩沖容器的外形尺寸必須變大，因而增大設(shè)置面積，同時，使構(gòu)造復(fù)雜化。又，在用伸縮軟管之類的密閉程度較低的構(gòu)件構(gòu)成激光束傳輸通路時，存在隨著可驅(qū)動范圍變長，在偏離壓力調(diào)整用緩沖容器的位置上，漸漸吸入激光束傳輸通路外的非潔凈氣體的問題。由此，光路組成構(gòu)件做成使用管道和O型圈等，以確保密閉程度高，因而構(gòu)造變得復(fù)雜、價格昂貴。
本發(fā)明是為解決上述已有技術(shù)裝置的缺陷而提出的，其目的在于提供一種構(gòu)造簡單、易于維護(hù)且在其動作范圍內(nèi)不存在障礙的光掃描式激光加工機(jī)。
本發(fā)明的移動偏轉(zhuǎn)鏡和加工頭部進(jìn)行激光加工的光掃描式激光加工機(jī)，包括具有伸縮自如的光路密閉保護(hù)構(gòu)件的激光光束傳輸通路，由具有氣密性的伸縮自如的薄膜狀材料構(gòu)成，并與上述激光傳輸通路連通的壓力調(diào)整用緩沖手段。
又，壓力調(diào)整用緩沖手段設(shè)置在多處。
又，在激光傳輸通路內(nèi)設(shè)置單向閥，以調(diào)整施加于光路密閉保護(hù)構(gòu)件或壓力調(diào)整用緩沖手段的壓力。
又，在壓力調(diào)整用緩沖手段周圍設(shè)置氣密性低的保護(hù)罩。
進(jìn)而，設(shè)置對壓力調(diào)整用緩沖手段進(jìn)行壓縮的壓縮手段。
又，在激光傳輸通路上設(shè)置潔凈空氣供給手段。
又，壓力調(diào)整用緩沖手段是把多個袋疊合而構(gòu)成的。


圖1是本發(fā)明第1實(shí)施例的光掃描式激光加工機(jī)。
圖2是本發(fā)明第1實(shí)施例的光掃描式激光加工機(jī)的側(cè)視圖。
圖3是表示本發(fā)明壓力調(diào)整用緩沖容器和光路密閉保護(hù)體容積變化關(guān)系的圖。
圖4是本發(fā)明第2實(shí)施例的在保護(hù)罩上設(shè)置活塞的說明圖。
圖5是本發(fā)明的第2實(shí)施例的保護(hù)罩作為可動機(jī)構(gòu)的說明圖。
圖6是本發(fā)明第3實(shí)施例的光掃描式激光加工機(jī)的平面圖。
圖7是本發(fā)明第3實(shí)施例的光掃描式激光加工機(jī)的側(cè)視圖。
圖8是以往的光掃描式激光加工機(jī)的構(gòu)成圖。
圖9是以往的光掃描式激光加工機(jī)的部分構(gòu)成圖。
圖中，1是激光振蕩器，2是激光光束，3是偏轉(zhuǎn)鏡，3a、3b分別是第1和第2偏轉(zhuǎn)鏡，4是加工透鏡，5是工件，6是加工頭部，7是光路伸縮軟管，7a、7b分別是Y軸和X軸光路伸縮軟管，8是逆光路伸縮軟管，9是連通箱，10是檢查蓋，11是導(dǎo)軌滾輪，12是導(dǎo)軌，13是固定管道，14是接頭塊，15a、15b是開孔部，16a、16b是袋，17a、17管是軟管卡箍，18a、18b是保護(hù)罩，19是潔凈空氣供給口，20是潔凈空氣排氣口，21是單向閥，22是活塞，23是潔凈空氣供給裝置。
下文參照附圖敘述本發(fā)明的實(shí)施例。實(shí)施例1下文，參照圖1和圖2說明本發(fā)明的第1實(shí)施例。圖1、圖2是第1實(shí)施例的光掃描式激光加工機(jī)的構(gòu)成圖，圖1是平面圖，圖2是側(cè)視圖，它們表示X、Y二軸光掃描式激光加工機(jī)。圖中，1是輸出激光光束2的激光振蕩器，激光光束2由第1偏轉(zhuǎn)鏡3a水平方向偏轉(zhuǎn)后，由第2偏轉(zhuǎn)鏡3b垂直向下偏轉(zhuǎn)，通過加工透鏡4聚集的激光束2向工件5照射，由此，進(jìn)行激光加工。
二軸光掃描式激光加工機(jī)，如眾所周知，其構(gòu)成是通過公知的直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使保持第1偏轉(zhuǎn)鏡3a、第2偏轉(zhuǎn)鏡3b及加工透鏡的臺架(未圖示)向圖示的Y方向移動。另一方面，X方向，臺架構(gòu)造中的第1偏轉(zhuǎn)鏡3a固定，與此相反，第2偏轉(zhuǎn)鏡3b和加工透鏡4成一體，向圖示的X方向移動。因而，若用點(diǎn)劃線表示的偏轉(zhuǎn)鏡的位置，為各軸行程終點(diǎn)，則激光能加工斜線部所示范圍內(nèi)的x-y平面。
在本發(fā)明的第1實(shí)施例的裝置中，其構(gòu)成是在激光束2的傳輸通路的一部分中，作為伸縮自如的光路密閉保護(hù)體(光路密封保護(hù)構(gòu)件)，具體地有y軸光路伸縮軟管7a和x軸光路伸縮軟管7b，振蕩器1和y軸光路伸縮軟管7a間通過備有單向閥21的固定管道13連接，y軸光路伸縮軟管7a和x軸光路伸縮軟管7b，經(jīng)接頭塊(bend block)14連接，x軸光路伸縮軟管7b連接至加工頭部6。又，雖然沒有圖示，上述各種縮軟管與已有技術(shù)裝置同樣，也通過導(dǎo)軌滾輪和導(dǎo)軌引導(dǎo)，限定其移動方向。
15a、15b分別是設(shè)置在激光束傳輸通路的固定管道13和接頭塊14上的開口部。開口部15a、15b上分別用軟管卡箍17a、17b安裝由抗變形小的薄膜狀柔軟材料構(gòu)成，作為壓力調(diào)整用緩沖手段的氣密性袋16a、16b。18a、18b是設(shè)置在袋外側(cè)的保護(hù)罩。
激光光束2的傳輸通路的構(gòu)成使從激光振蕩器1至加工透鏡4之間，由固定管道13、袋16a，16b、y軸光路伸縮軟管7a、接頭塊14、x軸光路伸縮軟管7b，加工頭部6及第1偏轉(zhuǎn)鏡3a、第2偏轉(zhuǎn)鏡3b，形成密封的室。
下文，對本發(fā)明第1實(shí)施例的掃描式激光加工機(jī)的動作進(jìn)行說明。概略說明發(fā)明者們實(shí)驗(yàn)的裝置，即激光加工機(jī)是裝設(shè)2KW級二氧化碳?xì)怏w激光振蕩器的二維(x-y)光掃描式激光加工機(jī)，是一種目的在于切斷加工規(guī)定尺寸(4尺×8尺)鋼板的機(jī)械。各軸的加工進(jìn)給速度最大為15m/分，行程x軸為1250mm、Y軸為2500mm，傳輸?shù)募す馐?的外形為約φ30mm。
在激光加工實(shí)施中，若加工頭部6移動，X軸光路伸縮軟管7b及Y軸光路伸縮軟管7a伸縮，經(jīng)連通的固定管道13的開口部加以連接的、薄膜狀柔軟材料構(gòu)成的氣密性袋16a、16b膨脹、收縮，因此，各伸縮軟管腔間的氣體(空氣)相互移動，使上述密閉室內(nèi)的氣體壓力經(jīng)常保持大致恒定。
激光束傳輸路徑變長時(這里，是Y軸光路伸縮軟管7a變長)，由于伸縮軟管兩端分別設(shè)置袋16a、16b，相應(yīng)于伸縮軟管的伸縮，兩端的袋迅速膨脹、收縮，傳縮路徑內(nèi)的壓力保持更為恒定和均勻的狀態(tài)，因此，即使由密閉程度較低的伸縮軟管構(gòu)成傳輸通路，傳輸通路外部的非潔凈空氣也不會吸入，能充分發(fā)揮裝置的光學(xué)性能。若有必要，可分割伸縮軟管，在其間設(shè)置開口部，增加袋，則能使裝置更穩(wěn)定發(fā)揮其性能。
又，即使X軸光路伸縮軟管7b及y軸光路伸縮軟管7a獨(dú)立伸縮的場合，由于最近的袋16a、16b迅速膨脹，收縮，能使激光束傳輸通路內(nèi)的壓力分布均勻、不吸入傳輸通路外部的非潔凈空氣，充分發(fā)揮其光學(xué)性能。
對袋的內(nèi)容積進(jìn)行試驗(yàn)，通過計算，設(shè)伸縮軟管截面尺寸為85×85mm，最大伸長時的合計尺寸為(2750+1375)＝4125mm，上述激光加工機(jī)各光路伸縮軟管伸長時的合計內(nèi)容積約30升，因而考慮裕量，使用尺寸為650mm×800mm、內(nèi)容積額定45升的市售集塵袋，結(jié)果，不產(chǎn)生過分膨脹而破損，或過份收縮而開口部15a向固定管道側(cè)吸入之類問題，確認(rèn)如計算那樣有良好的膨脹收縮動作。又，實(shí)驗(yàn)裝置的尺寸若還包含控制裝置，則約為3.5m×7m。起壓力調(diào)整緩沖容器作用的袋16a、16b的尺寸與之相比要小得多，由此，顯然，不會招致設(shè)置面積增大。
又，在本實(shí)施例中，設(shè)置了兩個袋(袋16a、16b)，在光路長度短時，也可以至少設(shè)置1個袋。
又，對袋16a、16b要求的特性，希望富有柔軟性，氣密性，對各伸縮軟管的伸縮響應(yīng)良好，且，兼?zhèn)淠湍バ浴⒒瘜W(xué)惰性等對周圍環(huán)境的特性。通過多個袋重疊使用，每個袋分配必要的功能，可實(shí)現(xiàn)上述諸特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作為一個例子，已確認(rèn)內(nèi)側(cè)的袋為富柔軟性、氣密性的合成樹脂材料聚乙烯，價廉且性能良好，外側(cè)袋為含氟材料化學(xué)活潑性低，摩擦系數(shù)低且耐磨性高，動作良好。
當(dāng)激光束傳輸通路有誤，因而負(fù)荷過剩壓力時，緩沖容器和伸縮軟管之類的光路密閉保護(hù)體有破裂或破損的可能。
為此，如圖1所示，通過在激光光束傳輸通路上設(shè)置單向閥21，其動作、作用免卻這種可能性。
進(jìn)而，袋16a、16b是薄膜狀，有在動作時與周圍構(gòu)造物接觸，被掛住而破損的危險。為此，可在袋16a-16b外側(cè)設(shè)置保護(hù)罩18a、18b，以避免該情況。為了避免袋16a、16b膨脹時，保護(hù)罩18a、18b和袋16a、16b之間的壓力變動，妨礙袋16a、16b的膨脹、收縮動作，保護(hù)罩18a、18b采用網(wǎng)狀材料，或設(shè)置縫隙，這種構(gòu)成不降低氣密性，不妨礙袋16a、16b的膨脹，收縮動作。實(shí)施例2然后，參照圖3、圖4、圖5，說明本發(fā)明的第2實(shí)施例。圖3表示壓力調(diào)整用緩沖容器和光路密閉保護(hù)體的容積變化關(guān)系圖。
壓力調(diào)整用緩沖容器動作使光路密閉保護(hù)體的容積A與緩沖容器容積B的和與激光束傳輸通路總?cè)莘e相一致。在進(jìn)行加工機(jī)維護(hù)等時，光路密閉保護(hù)體為收縮狀態(tài)，即，緩沖容器(袋)為膨脹狀態(tài)a，從外部施加荷重至袋的場合，上述容積關(guān)系不再成立，加工機(jī)動作時，可能從激光束傳輸通路外部吸引周圍的非潔凈氣體。
在本實(shí)施例中，加工機(jī)維修等情況下，為了真正在圖3中狀態(tài)b的位置，使加工機(jī)停止，處于袋收縮的狀態(tài)，如圖4所示，在保護(hù)罩18a上設(shè)置用于壓縮袋的活塞22，或者如圖5所示，使保護(hù)罩18a本身做成可驅(qū)動等，通過排出袋中的氣體，使袋保持強(qiáng)制收縮的狀態(tài)，由此以可靠地維持示于圖3的容積關(guān)系的方式動作、作用。實(shí)施例3下文，參照圖6、圖7說明本發(fā)明的第3實(shí)施例。圖中標(biāo)號1～18與圖1中的構(gòu)成相同。19是設(shè)置在固定管道13上的潔凈空氣供給口，20是設(shè)置在加工頭部6的潔凈空氣排氣口，23是潔凈空氣供給裝置。
在上述實(shí)施例1、2中，激光束傳輸通路的構(gòu)成使形成密閉的室，在本實(shí)施例中，如圖6所示，潔凈空氣供給口19和潔凈空氣排氣口20對傳輸通路外部開放。
說明該第3實(shí)施例的動作、作用。在僅設(shè)置袋16a、16b的密閉激光束傳輸通路中，雖然傳輸通路內(nèi)的氣體壓力與外部氣壓相同，壓力能夠大致恒定，但伸縮軟管與伸縮軟管的連接部分等處制成完全氣密構(gòu)造，實(shí)際上是困難的，由于室內(nèi)與外部氣體(大氣)的少許壓差，外部氣體和粉塵即有可能(即使是微量的)進(jìn)入傳輸通路內(nèi)。為此，由潔凈空氣供給裝置23從潔凈空氣供給口19流入潔凈的干燥空氣，其作用、動作是使激光束傳輸路徑內(nèi)的壓力為必定比外部(大氣)氣壓高的狀態(tài)，由此，阻止外部氣體和粉塵進(jìn)入傳輸通路。傳輸通路內(nèi)保持的壓力最好為約2～5mmAq，為了使傳輸通路內(nèi)清潔，當(dāng)潔凈空氣供給口19設(shè)置在激光振蕩器1近側(cè)時，則在位于相對側(cè)的加工透鏡4近側(cè)的加工頭部6設(shè)置潔凈空氣排氣口，產(chǎn)生潔凈空氣流動，它具有使光學(xué)性能更穩(wěn)定的效果。
在沒有袋16a、16b的場合，傳輸通路伸長時，為了處于傳輸路徑內(nèi)的壓力比外部(大氣)氣壓高的狀態(tài)，需要與傳輸路徑的截面積、伸長時的速度成正比地加大潔凈空氣流量，因而具有潔凈空氣供給裝置23大型、高價的缺陷。
示于圖4的實(shí)施例中，解決了該課題，具有用小型、廉價的潔凈空氣供給裝置保持傳輸通路清潔的效果。
又，在上述實(shí)施例1、2、3中，激光加工機(jī)以二氧化碳激光等例作說明，但也可以是用不使用光纖的平面鏡進(jìn)行光束傳輸?shù)娜魏渭す饧庸C(jī)(例如YAG激光加工機(jī))，光掃描形態(tài)不限于二軸正交的直線運(yùn)動，也可以是多軸或如激光機(jī)器人那樣，把極坐標(biāo)系的回轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動相組合的運(yùn)動；伸縮自如的光路密閉保護(hù)體不僅限于伸縮軟管構(gòu)造，也可以是望遠(yuǎn)鏡形式的多段伸縮結(jié)構(gòu)，這樣變換均可取得與上述實(shí)施例同樣的效果。
根據(jù)上述發(fā)明，即使由密閉程度較低的伸縮軟管之類構(gòu)成多軸光掃描式的長距離激光束傳輸通路，也能得到外部氣體和粉塵不進(jìn)入激光束傳輸通路，從而光學(xué)性能能充分發(fā)揮的光掃描加工機(jī)。且，不必如已有技術(shù)裝置那樣，在激光加工機(jī)操作場所備有累贅的逆光路伸縮軟管，節(jié)省空間且操作性良好。
又，由多個袋構(gòu)成壓力調(diào)整用緩沖手段，具有合適的功能(柔軟性、密閉性、耐磨性、化學(xué)惰性等)，進(jìn)而通過設(shè)置單向閥和以不妨礙袋動作方式構(gòu)成的保護(hù)罩，袋不會破損、不會因周圍環(huán)境而性能惡化，為此，不必要維護(hù)，易于達(dá)到上述性能。
權(quán)利要求
1.一種移動偏轉(zhuǎn)鏡和加工頭部，進(jìn)行激光加工的光掃描式激光加工機(jī)，其特征在于，它包括具有伸縮自如的光路密閉保護(hù)構(gòu)件的激光束傳輸通路，以及由具有氣密性的伸縮自如薄膜狀材料構(gòu)成，并與所述激光束傳輸通路相連的壓力調(diào)整用緩沖手段。
2.如權(quán)利要求1所述的光掃描式激光加工機(jī)，其特征在于，所述壓力調(diào)整用緩沖手段，設(shè)置于多處。
3.如權(quán)利要求1所述的光掃描式激光加工機(jī)，其特征在于，在激光束傳輸通路上設(shè)置單向閥，以調(diào)整施加于光路密閉保護(hù)構(gòu)件或壓力調(diào)整用緩沖手段的壓力。
4.如權(quán)利要求1所述的光掃描式激光加工機(jī)，其特征在于，在壓力調(diào)整用緩沖手段周圍設(shè)置氣密性低的保護(hù)罩。
5.如權(quán)利要求1所述的光掃描式激光加工機(jī)，其特征在于，設(shè)置對壓力調(diào)整用緩沖手段進(jìn)行壓縮的壓縮手段。
6.如權(quán)利要求1所述的光掃描式激光加工機(jī)，其特征在于，在激光束傳輸通路中設(shè)置潔凈空氣供給手段。
7.如權(quán)利要求1所述的光掃描式激光束加工機(jī)，其特征在于，所述壓力調(diào)整用緩沖手段，由多個袋疊合構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)容易且動作范圍沒有障礙的光掃描式激光加工機(jī)。該加工機(jī)移動偏轉(zhuǎn)鏡(3a、3b)和加工頭部(6),進(jìn)行激光加工;它包括:具有伸縮自如的光路伸縮軟管(7a、7b)的激光束通路,具有氣密性且伸縮自如的薄膜狀袋(16a、16b)。
文檔編號B23K26/12GK1170650SQ9710459
公開日1998年1月21日 申請日期1997年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月17日
發(fā)明者澤井秀一, 松野司, 押村光信, 林榮吉 申請人:三菱電機(jī)株式會社