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JP2004202542A - Laser beam machining head and laser beam machining apparatus - Google Patents

Laser beam machining head and laser beam machining apparatus Download PDF

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Publication number
JP2004202542A
JP2004202542A JP2002375046A JP2002375046A JP2004202542A JP 2004202542 A JP2004202542 A JP 2004202542A JP 2002375046 A JP2002375046 A JP 2002375046A JP 2002375046 A JP2002375046 A JP 2002375046A JP 2004202542 A JP2004202542 A JP 2004202542A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
processing head
laser
laser processing
processing
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002375046A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Sugawara
彰 菅原
Yoshinari Suzuki
義成 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2002375046A priority Critical patent/JP2004202542A/en
Publication of JP2004202542A publication Critical patent/JP2004202542A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining head and a laser beam machining apparatus in which degradation of wires caused by twist and entanglement of wires and pipes of an optical fiber, a camera, a cooling device or the like is prevented in advance, the control is simplified, and the machining speed is increased. <P>SOLUTION: In a laser beam machining head 300 capable of irradiating laser beams on a work surface in a substantially circular shape, the laser beam machining head 300 comprises an output side machining head part 100 having a nozzle to irradiate the laser beams on the work surface and rotatable around a normal on the work surface as a center of rotation, and an input side machining head part 200 which has an optical fiber to introduce the laser beams, and is relatively rotatable with respect to the output side machining head part 100 and limited in the self-rotation. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工面に対してレーザ光を照射して、レーザ加工を行うようにしたレーザ加工ヘッドに関し、特に、光ファイバ、カメラ、冷却装置等の配線、配管の捻じれや絡まりによる劣化等を未然に防止すると共に、制御の簡略化、加工速度の向上等が可能なレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、板材等の被加工面にレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工の分野においては、被加工面に対してレーザ光を略円形状に照射可能なレーザ加工ヘッドが広く知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
このような従来公知のレーザ加工ヘッドにおいては、被加工面に対してレーザ光を略円形状に照射する必要があるため、被加工面を固定状態に維持した上で、該被加工面に対してレ−ザ光の焦点が所定の円軌跡等を描くようにレーザ加工ヘッドを回転駆動している。従って、レーザ加工ヘッドにレーザ光を導入する光ファイバが、レーザ加工ヘッドと一体的に回転することになり、光ファイバに捻じれが発生してしまうといった問題があった。
【0004】
かかる問題を解決する一手段として、光ファイバとレーザ加工ヘッドとの締結部にベアリングを配置し、レーザ加工ヘッドに対して光ファイバを相対回転可能とした技術が提案されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平6−677号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来公知のレーザ加工ヘッドでは、光ファイバのみを相対回転可能とし、レーザ加工ヘッド全体は回転駆動される構造となっていたため、レーザ加工ヘッドに設置されるカメラや冷却装置の配線、配管に捻じれが発生したり、複数本の配線、配管がある場合には、これら配線、配管同士が絡まってしまうといった問題があった。しかも、光ファイバは自転が可能なため(固定されていないため)、レーザ加工ヘッドの回転に伴って、光ファイバに微小な捻じれが発生してしまうといった問題もあった。
【0007】
又、このような配線、配管の捻じれや絡まりを回避するために、レーザ加工ヘッドの回転角度が制限されてしまう上に、捻じれを元に戻すためには加工の度にレーザ加工ヘッドを配線、配管の捻じれが解消する位置まで戻す必要があり、レーザ加工ヘッドの制御が複雑化しやすく、加工速度が低下してしまうといった問題があった。
【0008】
更に、配線、配管に対して捻じれが繰り返し加わることになるため、配線や配管が劣化しやすく、寿命が短くなってしまうといった問題もあった。
【0009】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであって、光ファイバ、カメラ、冷却装置等の配線、配管の捻じれや絡まりによる劣化等を未然に防止すると共に、制御の簡略化、加工速度の向上等が可能なレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
被加工面に対してレーザ光を略円形状に照射可能なレーザ加工ヘッドにおいて、該レーザ加工ヘッドを、前記レーザ光を前記被加工面に照射するノズルを有し、前記被加工面に立てた法線を回転中心として回転可能な出力側加工ヘッド部と、前記レーザ光を導入する光ファイバを有し、前記出力側加工ヘッド部に対して相対回転可能であると共に、自身の自転が制限された入力側加工ヘッド部とで構成したことにより、上記課題を解決したものである。
【0011】
本発明によれば、出力側加工ヘッド部を回転駆動した場合でも、入力側加工ヘッド部は、該出力側加工ヘッド部に対して相対回転可能であると共に、自身の自転が制限されているため、入力側加工ヘッド部に設ける光ファイバ等の配線に捻じれや絡まりが発生することがなく、配線の劣化等を未然に防止することが可能である。しかも、レーザ加工の際の配線の捻じれや絡まりを考慮した制御が不要となるため、レーザ加工ヘッドの制御の簡略化、加工速度の向上が可能である。
【0012】
従って、例えば、レーザ加工ヘッドに、CCDカメラや冷却用のブロック等を取り付ける場合があるが、このような場合でも、CCDカメラや冷却用のブロック等を入力側加工ヘッド部に設ければ、これらCCDカメラのケーブルや冷却用ブロックのホース等の配線に捻じれや絡まりが発生するのを防止することができる。
【0013】
なお、前記レーザ加工ヘッドを前記回転中心に対して傾斜可能とすれば、加工形状に応じてレーザの焦点位置を変えることが可能となる。例えば、前記レーザ加工ヘッドの傾斜角を0°〜45°の範囲で可変としてもよい。
【0014】
又、前記被加工面と前記回転中心との交点と、前記レ−ザ光の焦点とのオフセット距離を可変としても、加工形状に応じてレーザの焦点位置を変えることが可能となる。
【0015】
なお、前記入力側加工ヘッド部が、前記光ファイバから導入されるレーザ光を平行光線化するためのコリメーションレンズを有すると共に、前記出力側加工ヘッド部が、前記平行光線化されたレーザ光を集光する加工レンズを有するレーザ加工ヘッドとしてもよく、この場合には、平行光線部でレーザ加工ヘッドを分離することができる。
【0016】
又、前記入力側加工ヘッド又は前記出力側加工ヘッド部のいずれか一方が、前記光ファイバから導入されるレーザ光を平行光線化するためのコリメーションレンズ及び該平行光線化されたレーザ光を集光する加工レンズを共に有するレーザ加工ヘッドとしてもよい。この場合には、コリメーションレンズ及び加工レンズを一体的に成形することが可能なため、レーザ加工ヘッドの光学特性を向上させることが可能となる。特に、入力側加工ヘッドにコリメーションレンズ及び加工レンズを有する構造とした場合には、光ファイバに対して、該コリメーションレンズ及び加工レンズが相対回転しない構造となるため、更なる光学特性の向上が実現可能となる。
【0017】
更に、上述したレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工装置としてもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の例を図面に基づいて説明する。
【0019】
図1は、本発明の実施形態の例に係るレーザ加工ヘッドを適用したレーザ加工装置の斜視図を示したものであり、図2〜4は、それぞれ該レーザ加工装置の正面図、平面図、側面図である。
【0020】
このレーザ加工装置600は、主としてモータ500と、歯車減速機構400と、レーザ加工ヘッド300とから構成され、これらモータ500、歯車減速機構400及びレーザ加工ヘッド300が、ベース台602上に設置されている。該レーザ加工装置600では、モータ500から出力される動力を歯車減速機構400を介して減速・伝達し、レーザ加工ヘッド300を回転駆動する。
【0021】
前記モータ500は、モータ軸502をベース台602側(図中下側)に向けた状態で、モータ設置台603上に設置されている。又、図4に示すように、モータ軸502は、軸心L1を中心として回転可能であり、該モータ軸502には、後述する歯車減速機構400の第1の平歯車(以下、単に第1平歯車と称す。)402が平行キー502aを介して連結されている。
【0022】
なお、モータ500周辺を覆うケーシング604の側面604aには、レーザ加工ヘッド300の一端を支持する、回り止めプレート606がガイドレール608を介して延設されている。この回り止めプレート606はガイドレール608に沿って図1中のH1方向に移動可能である。
【0023】
前記歯車減速機構400は、第1平歯車402と、第2の平歯車(以下、単に第2平歯車と称す。)404と、第3の平歯車(以下、単に第3平歯車と称す。)406とを備えている。これら第1〜3平歯車402、404、406は、所定間隔をおいてベース台602上に平行に配置されている。
【0024】
前記第1平歯車402は、前記モータ軸502と共に、軸心L1を中心に回転可能である。
【0025】
前記第2平歯車404は、第1平歯車402よりも大径の歯車からなり、円板416によって回転自在に支持された回転軸414に取り付けられている。又、該第2平歯車404は、第1平歯車402と噛合可能であり、該第1平歯車402の回転に伴って軸心L2を中心として回転可能である。
【0026】
前記第3平歯車406は、第2平歯車402よりも大径のリング状の歯車からなり、クロスローラベアリング410によって回転自在に支持された円錐形の押えコーン408上にボルト412によって連結されている。又、該第3平歯車406は、第2平歯車404と噛合可能であり、該第2平歯車404の回転に伴って軸心L3を中心として回転可能である。これら第3平歯車406及び押えコーン408の中空部406a、408aにはレーザ加工ヘッド300が洞貫され、該レーザ加工ヘッド300は、第3平歯車406上に設置された一軸ステージ610に固定されている。
【0027】
次に、前記レーザ加工ヘッド300について詳細に説明する。
【0028】
該レーザ加工ヘッド300は、出力側加工ヘッド100と、入力側加工ヘッド200とで構成されている。
【0029】
該出力側加工ヘッド100は、レーザ光を集光する加工レンズ104と、該集光されたレーザ光を被加工面W1(図4参照)に照射するノズル102とを備えている。又、該出力側加工ヘッド100の上部には、ベアリング108が設置可能なベアリングケース106が設けられており、該ベアリングケース106には、ベアリング108を介して入力側加工ヘッド部200の一部が収納可能である。
【0030】
一方、入力側加工ヘッド部200は、レーザ光を導入する光ファイバ204と、該光ファイバ204から導入されるレーザ光を平行光線化するためのコリメーションレンズ202とを備えている。又、該入力側加工ヘッド部200は、図1中H1方向に前記回り止めプレート606と一体的に移動可能であると共に、回り止めプレート606の内周孔606aに沿って図1中H2方向にも移動可能である。更に、該入力側加工ヘッド部200の先端部200aは、前記回り止めプレート606に自身の自転が制限された状態で支持されている。より具体的には、図5に示すように、該先端部200aには、円柱形状から平行に面取りした2面巾凸部200a1が形成されており、該2面巾凸部200a1が回り止めプレート606の内周孔606aに嵌め込まれた構造となっている。なお、図5は図4中の矢視Vから見た入力側加工ヘッド200の先端部200a周辺を示した図である。
【0031】
更に、この例では、レーザ加工ヘッド300の入力側加工ヘッド部200に、冷却ブロック302及びCCDカメラ304がそれぞれ設置されており、該冷却ブロック302には冷却水を供給するためのホース(図示略)が、又、CCDカメラ304にはカメラケーブル304aがそれぞれ接続されている。
【0032】
入力側加工ヘッド部200の一部は、出力側加工ヘッド部100のベアリングケース106内に収容されており、該入力側加工ヘッド部200はベアリング108によって回転自在に支持されている。従って、入力側加工ヘッド部200は、出力側加工ヘッド部100に対して相対回転が可能であると共に、被加工面W1に立てた法線L3を回転中心として、出力側加工ヘッド100と一体的に回転可能である。
【0033】
なお、図4に示すように、このレーザ加工ヘッド300は、前記法線(回転中心)L3に対して傾斜可能であり、この例では、傾斜角R1が0°〜45°の範囲で可変であると共に、被加工面W1と前記法線(回転中心)L3との交点P1と、レ−ザ光の焦点P2とのオフセット距離E1が可変となっている。
【0034】
次に、レーザ加工装置600の作用について説明する。
【0035】
モータ500に通電すると、該モータ500のモータ軸502及び該モータ軸502に連結された第1平歯車402が軸心L1を中心に回転駆動される。該第1平歯車402の回転は、第2、第3平歯車404、406によって減速・伝達される。最終的に、第3平歯車406上に設置された一軸ステージ610を介して、レーザ加工ヘッド300が被加工面W1に立てた法線L3を回転中心に回転駆動される。その結果、ノズル102から照射されるレ−ザ光の焦点P2が被加工面W1に対して所定の円軌跡等を描くことになる。なお、入力側加工ヘッド部200は、出力側加工ヘッド100の回転に伴って、図1中H1方向又はH2方向に移動することになるが、2面巾凸部200a1が形成された先端部200aが回り止めプレート606の内周孔606aに嵌め込まれているため、自身の自転が制限されている。
【0036】
本発明の実施形態の例に係るレーザ加工ヘッド300によれば、出力側加工ヘッド部100を回転駆動した場合でも、入力側加工ヘッド部200は該出力側加工ヘッド部100に対して相対回転可能であると共に、自身の自転が制限されているため、入力側加工ヘッド部100に設ける光ファイバ204、カメラケーブル304a、冷却ブロック302のホース等の配線に捻じれや絡まりが発生することがなく、配線の劣化等を未然に防止することが可能である。しかも、レーザ加工の際の配線の捻じれや絡まりを考慮する必要がなくなるため、レーザ加工ヘッド300の制御の簡略化、加工速度の向上が可能である。
【0037】
又、前記レーザ加工ヘッド300は、前記法線(回転中心)L3に対して傾斜可能であり、傾斜角R1が0°〜45°の範囲で可変であると共に、被加工面W1と前記法線(回転中心)L3との交点P1と、レ−ザ光の焦点P2とのオフセット距離E1が可変であるため、加工形状に応じてレーザの焦点P2の位置を変えることができる。
【0038】
なお、上記実施形態においては、入力側加工ヘッド部200がコリメーションレンズ202を、又、出力側加工ヘッド部100が加工レンズ102をそれぞれ有する構造としたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0039】
従って、例えば、入力側加工ヘッド200又は出力側加工ヘッド部100のいずれか一方が、コリメーションレンズ202及び加工レンズ102を有する構造としてもよく、この場合には、コリメーションレンズ202及び加工レンズ102を一体的に成形することが可能なため、レーザ加工ヘッドの光学特性を向上させることが可能となる。特に、入力側加工ヘッド200にコリメーションレンズ202及び加工レンズ102を有する構造とした場合には、光ファイバ204に対して、該コリメーションレンズ202及び加工レンズ102が相対回転しない構造となるため、更なる光学特性の向上が実現可能となる。
【0040】
又、レーザ加工ヘッド300の形状等は、図中に示されたものに限定されるものではなく、レーザ加工ヘッドを、前記レーザ光を前記被加工面に照射するノズルを有し、前記被加工面に立てた法線を回転中心として回転可能な出力側加工ヘッド部と、前記レーザ光を導入する光ファイバを有し、前記出力側加工ヘッド部に対して相対回転可能であると共に、自身の自転が制限された入力側加工ヘッド部とで構成したものであればよい。
【0041】
更に、前記レーザ加工ヘッド300は、前記法線(回転中心)L3に対して傾斜可能であり、傾斜角R1が0°〜45°の範囲で可変とすると共に、被加工面W1と前記法線(回転中心)L3との交点P1と、レ−ザ光の焦点P2とのオフセット距離E1を可変としたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、光ファイバ、カメラ、冷却装置等の配線、配管の捻じれや絡まりによる配線の劣化等を未然に防止すると共に、制御の簡略化、加工速度の向上等が可能なレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の例に係るレーザ加工ヘッドを適用したレーザ加工装置の斜視図
【図2】図1におけるレーザ加工装置の正面図
【図3】図1におけるレーザ加工装置の平面図
【図4】図1におけるレーザ加工装置の側面図
【図5】図4における矢視Vから見た入力側加工ヘッドの先端部周辺を示した図
【符号の説明】
100…出力側加工ヘッド部
102…ノズル
104…加工レンズ
106…ベアリングケース
108…ベアリング
200…入力側加工ヘッド部
200a…入力側加工ヘッド部の先端部
200a1…2面巾凸部
202…コリメーションレンズ
204…光ファイバ
300…レーザ加工ヘッド
302…冷却ブロック
304…CCDカメラ
304…カメラケーブル
400…歯車減速機構
402、404、406…第1、第2、第3平歯車
408…押えコーン
410…クロスローラベアリング
414…回転軸
416…円板
500…モータ
502…モータ軸
502a…平行キー
600…レーザ加工装置
602…ベース台
603…モータ設置台
604…ケーシング
606…回り止めプレート
608…ガイドレール
610…一軸ステージ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing head that performs laser processing by irradiating a surface to be processed with laser light, and in particular, deterioration due to twisting or entanglement of wiring or piping of an optical fiber, a camera, a cooling device, or the like. The present invention relates to a laser processing head and a laser processing apparatus that can prevent the above and the like, simplify control, improve processing speed, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the field of laser processing that performs processing by irradiating a processing surface such as a plate material with laser light, laser processing heads that can irradiate the processing surface with a laser beam in a substantially circular shape are widely known. (For example, refer to Patent Document 1).
[0003]
In such a conventionally known laser processing head, it is necessary to irradiate the processing surface with laser light in a substantially circular shape. Therefore, the processing surface is maintained in a fixed state, and then the processing surface is fixed to the processing surface. Thus, the laser processing head is rotated so that the focus of the laser beam draws a predetermined circular locus or the like. Therefore, the optical fiber for introducing the laser light into the laser processing head rotates integrally with the laser processing head, and there is a problem that the optical fiber is twisted.
[0004]
As a means for solving such a problem, a technique has been proposed in which a bearing is disposed at a fastening portion between an optical fiber and a laser processing head so that the optical fiber can be rotated relative to the laser processing head.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-677
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventionally known laser processing head, only the optical fiber can be relatively rotated, and the entire laser processing head is rotationally driven. Therefore, the wiring and piping of the camera and cooling device installed in the laser processing head are not used. When twisting occurs or there are a plurality of wires and pipes, there is a problem that these wires and pipes are entangled with each other. In addition, since the optical fiber can rotate (because it is not fixed), there is a problem that a minute twist occurs in the optical fiber with the rotation of the laser processing head.
[0007]
In addition, in order to avoid such twisting and entanglement of wiring and piping, the rotation angle of the laser processing head is limited, and in order to return the twisting to the original state, the laser processing head is required for each processing. There is a problem that it is necessary to return to a position where the twisting of wiring and piping is eliminated, the control of the laser processing head is easily complicated, and the processing speed is reduced.
[0008]
Further, since twisting is repeatedly applied to the wiring and piping, there is a problem that the wiring and piping are likely to deteriorate and the life is shortened.
[0009]
The present invention has been made to solve such problems, and prevents deterioration due to twisting or entanglement of wiring, piping, etc. of optical fibers, cameras, cooling devices, etc., and simplification of control. It is an object of the present invention to provide a laser processing head and a laser processing apparatus capable of increasing the processing speed and the processing speed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In a laser processing head capable of irradiating a laser beam with a substantially circular shape on a processing surface, the laser processing head has a nozzle for irradiating the processing surface with the laser light, and stands on the processing surface. It has an output-side machining head that can rotate around the normal line and an optical fiber that introduces the laser beam, and can rotate relative to the output-side machining head, and its rotation is limited. The above-mentioned problems are solved by the configuration with the input side machining head section.
[0011]
According to the present invention, even when the output-side machining head portion is rotationally driven, the input-side machining head portion can be rotated relative to the output-side machining head portion and its rotation is limited. In addition, the wiring such as an optical fiber provided in the input side processing head portion is not twisted or entangled, and it is possible to prevent the deterioration of the wiring. In addition, since it is not necessary to take into consideration the twisting and entanglement of the wiring during laser processing, the control of the laser processing head can be simplified and the processing speed can be improved.
[0012]
Therefore, for example, a CCD camera or a cooling block may be attached to the laser processing head. Even in such a case, if a CCD camera or a cooling block is provided on the input side processing head, these may be used. It is possible to prevent twisting and entanglement from occurring in the wiring of the CCD camera cable and the cooling block hose.
[0013]
If the laser processing head can be tilted with respect to the center of rotation, the focal position of the laser can be changed according to the processing shape. For example, the tilt angle of the laser processing head may be variable in the range of 0 ° to 45 °.
[0014]
Further, even if the offset distance between the intersection between the surface to be processed and the rotation center and the focal point of the laser beam is variable, the focal position of the laser can be changed according to the machining shape.
[0015]
The input side processing head unit has a collimation lens for collimating the laser light introduced from the optical fiber, and the output side processing head unit collects the collimated laser beam. A laser processing head having a processing lens that emits light may be used. In this case, the laser processing head can be separated by a parallel beam portion.
[0016]
In addition, either the input-side processing head or the output-side processing head unit condenses the collimation lens for collimating the laser beam introduced from the optical fiber and the collimated laser beam. It is good also as a laser processing head which has a processing lens to perform. In this case, since the collimation lens and the processing lens can be integrally formed, the optical characteristics of the laser processing head can be improved. In particular, when the input-side processing head has a collimation lens and a processing lens, the optical characteristics are further improved because the collimation lens and the processing lens do not rotate relative to the optical fiber. It becomes possible.
[0017]
Furthermore, it is good also as a laser processing apparatus provided with the laser processing head mentioned above.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0019]
FIG. 1 is a perspective view of a laser processing apparatus to which a laser processing head according to an example of an embodiment of the present invention is applied. FIGS. 2 to 4 are a front view, a plan view, and a plan view of the laser processing apparatus, respectively. It is a side view.
[0020]
The laser processing apparatus 600 mainly includes a motor 500, a gear reduction mechanism 400, and a laser processing head 300. The motor 500, the gear reduction mechanism 400, and the laser processing head 300 are installed on a base table 602. Yes. In the laser processing apparatus 600, the power output from the motor 500 is decelerated and transmitted via the gear reduction mechanism 400, and the laser processing head 300 is rotationally driven.
[0021]
The motor 500 is installed on the motor installation base 603 with the motor shaft 502 facing the base base 602 (lower side in the figure). Further, as shown in FIG. 4, the motor shaft 502 is rotatable about an axis L1, and the motor shaft 502 includes a first spur gear (hereinafter simply referred to as a first spur gear) of a gear reduction mechanism 400 described later. 402 is connected via a parallel key 502a.
[0022]
An anti-rotation plate 606 that supports one end of the laser processing head 300 is extended through a guide rail 608 on the side surface 604 a of the casing 604 that covers the periphery of the motor 500. The detent plate 606 is movable along the guide rail 608 in the H1 direction in FIG.
[0023]
The gear reduction mechanism 400 is referred to as a first spur gear 402, a second spur gear (hereinafter simply referred to as a second spur gear) 404, and a third spur gear (hereinafter simply referred to as a third spur gear). ) 406. These first to third spur gears 402, 404, and 406 are arranged in parallel on the base table 602 at a predetermined interval.
[0024]
The first spur gear 402 can rotate around the shaft center L1 together with the motor shaft 502.
[0025]
The second spur gear 404 is a gear having a larger diameter than the first spur gear 402 and is attached to a rotating shaft 414 that is rotatably supported by a disc 416. The second spur gear 404 can mesh with the first spur gear 402 and can rotate about the axis L2 as the first spur gear 402 rotates.
[0026]
The third spur gear 406 is a ring-shaped gear having a diameter larger than that of the second spur gear 402 and is connected by a bolt 412 on a conical presser cone 408 rotatably supported by a cross roller bearing 410. Yes. The third spur gear 406 can mesh with the second spur gear 404, and can rotate about the axis L3 as the second spur gear 404 rotates. A laser processing head 300 is passed through the hollow portions 406 a and 408 a of the third spur gear 406 and the presser cone 408, and the laser processing head 300 is fixed to a uniaxial stage 610 installed on the third spur gear 406. ing.
[0027]
Next, the laser processing head 300 will be described in detail.
[0028]
The laser processing head 300 includes an output side processing head 100 and an input side processing head 200.
[0029]
The output-side processing head 100 includes a processing lens 104 that condenses laser light, and a nozzle 102 that irradiates the processed surface W1 (see FIG. 4) with the condensing laser light. Further, a bearing case 106 on which a bearing 108 can be installed is provided on the output side machining head 100, and a part of the input side machining head portion 200 is provided in the bearing case 106 via the bearing 108. It can be stored.
[0030]
On the other hand, the input-side processing head unit 200 includes an optical fiber 204 for introducing laser light and a collimation lens 202 for collimating the laser light introduced from the optical fiber 204. Further, the input-side machining head portion 200 can be moved integrally with the anti-rotation plate 606 in the H1 direction in FIG. 1 and along the inner peripheral hole 606a of the anti-rotation plate 606 in the H2 direction in FIG. Is also movable. Further, the tip end portion 200a of the input side processing head portion 200 is supported by the rotation preventing plate 606 in a state where its own rotation is limited. More specifically, as shown in FIG. 5, the tip portion 200 a is formed with a two-sided width convex portion 200 a 1 that is chamfered in parallel from a cylindrical shape, and the two-sided width convex portion 200 a 1 is formed on the anti-rotation plate 606. It has a structure fitted in the inner peripheral hole 606a. 5 is a view showing the periphery of the tip end portion 200a of the input-side machining head 200 as viewed from the direction of the arrow V in FIG.
[0031]
Further, in this example, a cooling block 302 and a CCD camera 304 are respectively installed on the input side processing head unit 200 of the laser processing head 300, and a hose (not shown) for supplying cooling water to the cooling block 302 is provided. The camera cable 304 a is connected to the CCD camera 304.
[0032]
A part of the input side machining head part 200 is accommodated in a bearing case 106 of the output side machining head part 100, and the input side machining head part 200 is rotatably supported by a bearing 108. Therefore, the input-side machining head unit 200 can rotate relative to the output-side machining head unit 100, and is integrated with the output-side machining head 100 around the normal line L3 set on the workpiece surface W1. Can be rotated.
[0033]
As shown in FIG. 4, the laser processing head 300 can be tilted with respect to the normal line (rotation center) L3. In this example, the tilt angle R1 is variable in the range of 0 ° to 45 °. In addition, the offset distance E1 between the intersection point P1 between the processing surface W1 and the normal line (rotation center) L3 and the focal point P2 of the laser beam is variable.
[0034]
Next, the operation of the laser processing apparatus 600 will be described.
[0035]
When the motor 500 is energized, the motor shaft 502 of the motor 500 and the first spur gear 402 connected to the motor shaft 502 are rotationally driven about the axis L1. The rotation of the first spur gear 402 is reduced and transmitted by the second and third spur gears 404 and 406. Finally, the laser processing head 300 is driven to rotate about the normal line L3 set up on the processing surface W1 via the uniaxial stage 610 installed on the third spur gear 406. As a result, the focal point P2 of the laser light emitted from the nozzle 102 draws a predetermined circular locus or the like on the processing surface W1. The input-side machining head portion 200 moves in the H1 direction or the H2 direction in FIG. 1 as the output-side machining head 100 rotates, but the tip portion 200a on which the two-surface width convex portion 200a1 is formed. Since it is fitted in the inner peripheral hole 606a of the rotation stop plate 606, its own rotation is limited.
[0036]
According to the laser processing head 300 according to the example of the embodiment of the present invention, the input-side processing head unit 200 can rotate relative to the output-side processing head unit 100 even when the output-side processing head unit 100 is rotationally driven. In addition, since the rotation of itself is restricted, the optical fiber 204 provided in the input side processing head unit 100, the camera cable 304a, the wiring such as the hose of the cooling block 302 is not twisted or entangled, It is possible to prevent the deterioration of the wiring. Moreover, since it is not necessary to consider the twisting and entanglement of the wiring during laser processing, the control of the laser processing head 300 can be simplified and the processing speed can be improved.
[0037]
The laser processing head 300 can be tilted with respect to the normal line (rotation center) L3, the tilt angle R1 is variable in the range of 0 ° to 45 °, and the surface to be processed W1 and the normal line. Since the offset distance E1 between the intersection point P1 with the (rotation center) L3 and the focal point P2 of the laser beam is variable, the position of the focal point P2 of the laser can be changed according to the machining shape.
[0038]
In the above embodiment, the input-side machining head unit 200 has the collimation lens 202 and the output-side machining head unit 100 has the machining lens 102. However, the present invention is not limited to this. Absent.
[0039]
Therefore, for example, either the input side processing head 200 or the output side processing head unit 100 may have a structure including the collimation lens 202 and the processing lens 102. In this case, the collimation lens 202 and the processing lens 102 are integrated. Therefore, the optical characteristics of the laser processing head can be improved. In particular, when the input-side processing head 200 has a structure including the collimation lens 202 and the processing lens 102, the collimation lens 202 and the processing lens 102 do not rotate relative to the optical fiber 204. Improvement of optical characteristics can be realized.
[0040]
Further, the shape or the like of the laser processing head 300 is not limited to that shown in the drawing, and the laser processing head has a nozzle for irradiating the processing surface with the laser beam, and the processing target An output-side machining head portion that can be rotated about a normal line that stands on the surface as a rotation center, and an optical fiber that introduces the laser beam, and is rotatable relative to the output-side machining head portion, What is necessary is just to comprise with the input side process head part by which rotation was restrict | limited.
[0041]
Further, the laser processing head 300 can be tilted with respect to the normal line (rotation center) L3, the tilt angle R1 is variable in the range of 0 ° to 45 °, and the processing surface W1 and the normal line. Although the offset distance E1 between the intersection point P1 with the (rotation center) L3 and the focal point P2 of the laser beam is variable, the present invention is not limited to this.
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, laser processing capable of preventing deterioration of wiring due to twisting or entanglement of optical fibers, cameras, cooling devices, etc., and simplifying control and improving processing speed, etc. A head and a laser processing apparatus can be provided.
[Brief description of the drawings]
1 is a perspective view of a laser processing apparatus to which a laser processing head according to an example of an embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is a front view of the laser processing apparatus in FIG. 1. FIG. 3 is a plan view of the laser processing apparatus in FIG. FIG. 4 is a side view of the laser processing apparatus in FIG. 1. FIG. 5 is a view showing the periphery of the tip of the input side processing head as viewed from the direction of the arrow V in FIG.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Output side processing head part 102 ... Nozzle 104 ... Processing lens 106 ... Bearing case 108 ... Bearing 200 ... Input side processing head part 200a ... Tip part 200a1 of input side processing head part ... Two-surface width convex part 202 ... Collimation lens 204 ... Optical fiber 300 ... Laser processing head 302 ... Cooling block 304 ... CCD camera 304 ... Camera cable 400 ... Gear reduction mechanism 402, 404, 406 ... First, second and third spur gears 408 ... Presser cone 410 ... Cross roller bearing 414 ... Rotary shaft 416 ... Disc 500 ... Motor 502 ... Motor shaft 502a ... Parallel key 600 ... Laser processing device 602 ... Base stand 603 ... Motor installation stand 604 ... Casing 606 ... Non-rotation plate 608 ... Guide rail 610 ... Single axis stage

Claims (7)

被加工面に対してレーザ光を略円形状に照射可能なレーザ加工ヘッドにおいて、
該レーザ加工ヘッドを、前記レーザ光を前記被加工面に照射するノズルを有し、前記被加工面に立てた法線を回転中心として回転可能な出力側加工ヘッド部と、
前記レーザ光を導入する光ファイバを有し、前記出力側加工ヘッド部に対して相対回転可能であると共に、自身の自転が制限された入力側加工ヘッド部とで構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
In the laser processing head capable of irradiating the processing surface with laser light in a substantially circular shape,
The laser processing head has a nozzle that irradiates the processing surface with the laser light, and an output side processing head portion that is rotatable about a normal line standing on the processing surface,
A laser comprising an optical fiber for introducing the laser light, and an input-side processing head portion that is rotatable relative to the output-side processing head portion and whose rotation is limited. Processing head.
請求項1において、
前記レーザ加工ヘッドを前記回転中心に対して傾斜可能としたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
In claim 1,
A laser processing head characterized in that the laser processing head can be inclined with respect to the rotation center.
請求項2において、
前記レーザ加工ヘッドの傾斜角を0°〜45°の範囲で可変としたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
In claim 2,
A laser processing head characterized in that an inclination angle of the laser processing head is variable in a range of 0 ° to 45 °.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記被加工面と前記回転中心との交点と、前記レ−ザ光の焦点とのオフセット距離を可変としたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
A laser processing head characterized in that an offset distance between an intersection of the processing surface and the rotation center and a focal point of the laser beam is variable.
請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記入力側加工ヘッド部が、前記光ファイバから導入されるレーザ光を平行光線化するためのコリメーションレンズを有すると共に、
前記出力側加工ヘッド部が、前記平行光線化されたレーザ光を集光する加工レンズを有することを特徴とするレーザ加工ヘッド。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The input side processing head unit has a collimation lens for collimating laser light introduced from the optical fiber,
The laser processing head, wherein the output side processing head portion has a processing lens for condensing the laser beam converted into the parallel light beam.
請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記入力側加工ヘッド又は前記出力側加工ヘッド部のいずれか一方が、前記光ファイバから導入されるレーザ光を平行光線化するためのコリメーションレンズ及び該平行光線化されたレーザ光を集光する加工レンズを共に有することを特徴とするレーザ加工ヘッド。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
Either one of the input-side processing head or the output-side processing head section collimates a collimation lens for collimating the laser light introduced from the optical fiber and processing for condensing the collimated laser light A laser processing head characterized by having a lens together.
請求項1乃至6のいずれかに記載のレーザ加工ヘッドを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。A laser processing apparatus comprising the laser processing head according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010274292A (en) * 2009-05-27 2010-12-09 Mitsubishi Electric Corp Laser beam processing apparatus
EP2674245A1 (en) * 2012-06-15 2013-12-18 Bystronic Laser AG Jet processing device
CN108788497A (en) * 2018-05-29 2018-11-13 江苏大学 A kind of device of real-time monitoring energy field strength Laser microdrilling

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