专利名称：激光加工机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来自激光起振器的激光输出来进行激光切割等激光加工的激光加工机。
背景技术：
通常所使用的激光器装置具备输出激光的激光起振器和使用输出的激光来加工被加工工件的激光加工机。在激光加工机中，从激光起振器输出的激光通过加工头的聚光透镜而会聚到被加工工件上，从而对被加工工件进行激光切割或激光焊接等。
图6是现有技术的激光加工机中所使用的加工头的长度方向的扩大剖视图。经过加工头16上保持的聚光透镜13的激光束从加工头16的喷嘴孔41向未图示的被加工工件上照射，从而对被加工工件进行激光加工。此外，辅助气体供给口42形成于聚光透镜13和喷嘴孔41之间的加工头16上。为在被加工工件上形成空隙，当照射激光束时，适当压力的辅助气体从辅助气体供给口41供给到加工头16内。
但是，在激光加工时，有时溅射物或粉尘(下称“粉尘等”)从被加工工件飞散出，且通过喷嘴孔41进入到加工头16内。如果这些粉尘等附着于加工头16的聚光透镜13的表面，则聚光透镜13的聚光特性下降，从而不能保持良好的加工性能。对于这点，由于从辅助气体供给口42供给到加工头16内部的辅助气体通过喷嘴孔41吹到被加工工件上，所以抑制了粉尘等在激光加工时附着到聚光透镜13上。
在特开平5-277781号公报中，公开了即使在激光加工结束后，即激光束的照射结束后，也在一定时间内喷出辅助气体的激光加工机。在此类情况下，抑制了在激光加工结束后粉尘等附着到聚光透镜13上。
但是，在实际作业现场，激光加工时产生的粉尘等多为终日在空气内浮动。因此，即使在激光加工后或激光加工结束后喷射辅助气体之后，仍存在这些粉尘等从喷嘴孔41进入到加工头16中并附着于聚光透镜13上的可能性。如果在特开平5-277781号公报所公开的激光加工机中使激光加工后的辅助气体喷出时间很长，则虽然可以抑制这段时间内的粉尘等的附着，但是在该情况下，由于持续喷出辅助气体，所以需要大量的费用。
此外，在激光起振器为二氧化碳激光器的情况下，二氧化碳激光束具有易于被空气中水分吸收的特性，所以在激光加工机的聚光透镜13的表面附着水分的情况下，聚光透镜13的放热量增加，聚光特性下降。
再有，聚光透镜13等光学部件的制造业者因光学部件在高温高湿环境下性能下降的原因而推荐将光学部件保存于控制温度及湿度的干燥器内。但是，在实际作业现场，聚光透镜13即使在激光加工机的非使用时也保持于加工头16上。即，聚光透镜13一旦保持于加工头16上便通过喷嘴孔41而处于总是曝露于大气中的状态，因此，聚光透镜13因从喷嘴孔41流入的空气中的水分，性能逐渐下降，在保持于加工头16上的期间内聚光透镜13的产品寿命缩短。
本发明鉴于此类问题而进行，其目的是提供即使在非使用时也可防止加工头的光学部件例如聚光透镜性能下降的激光加工机。
发明内容
根据用于实现上述目的第一方式，提供一种激光加工机，通过照射激光束加工被加工工件，具备形成有上述激光束通过的喷嘴孔的加工头；保持于该加工头上并会聚上述激光束的聚光光学系统；和封闭上述喷嘴孔的喷嘴孔封闭机构。
即，在第一方式中，由于可通过喷嘴孔封闭机构来封闭加工头的喷嘴孔，所以即使在激光加工机的使用后，也可防止粉尘等通过喷嘴孔流入到加工头内。因此，加工头的聚光光学系统(光学部件)、例如聚光透镜、反射型抛物面镜及保护窗等不会被粉尘等污染，可保持良好的加工特性。此外，由于可防止空气中的水分通过喷嘴孔流入到加工头中，所以可防止水分附着所产生的聚光特性下降及聚光光学系统的性能下降。
根据第二方式，在第一方式中，上述喷嘴孔封闭机构可转动地安装于上述加工头上，再有，具备使上述喷嘴孔封闭机构转动以致封闭上述喷嘴孔的驱动机构。
即，在第二方式中，仅通过简单地使喷嘴孔封闭机构转动便可简单且容易地封闭喷嘴孔。再有，喷嘴孔封闭机构的转动轴线可相对于激光束的光路平行也可垂直。
根据第三方式，在第一方式中，上述喷嘴孔封闭机构固定于上述激光加工机的规定位置处，还具备使上述加工头移动的加工头移动机构，通过上述加工头移动机构使上述加工头移动以致用上述喷嘴孔封闭机构封闭上述喷嘴孔。
即，在第三方式中，不采用有关喷嘴孔封闭机构的单独的驱动机构，通过激光加工机的加工头移动机构使加工头移动到喷嘴孔封闭机构以封闭喷嘴孔。
根据第四方式，在第一方式中，还具备保持上述被加工工件的保持机构，上述喷嘴孔封闭机构相对于上述保持机构固定于规定位置处，还具备使上述加工头和上述保持机构相对移动的相对移动机构，由上述相对移动机构使上述加工头和上述保持机构相对移动以用上述喷嘴孔封闭机构封闭上述喷嘴孔。
即，在第四方式中，不采用有关喷嘴孔封闭机构的单独驱动机构，通过使激光加工机的加工头移动机构和保持机构相对移动的相对移动机构，使加工头移动到喷嘴孔封闭机构以封闭喷嘴孔。
根据第五方式，在第一到第四中任意一方式中，还具备在上述喷嘴孔由上述喷嘴孔封闭机构封闭前，由吹除气体对上述加工头内进行吹除的吹除机构。
即，在第五方式中，由于在将加工头内部残留的空气中的水分和粉尘等排出后由喷嘴孔封闭机构封闭喷嘴孔，所以可避免粉尘等或水分保持存在于加工头内的状态。
根据第六方式，在第五方式中，上述吹除机构是供给激光加工所使用的辅助气体的辅助气体供给机构。
即，在第六方式中，可用比较简单的构成来形成吹除机构。
根据第七方式，在第一到第六任一方式中，还具备在由上述喷嘴孔封闭机构封闭上述喷嘴孔的状态下，将上述加工头内加压到比大气压还高的压力的加压机构。
即，在第七方式中，通过使加工头内部比大气压还高，可防止外部空气、特别是空气中的粉尘等及水分流入到加工头内。
根据第八方式，在第七方式中，上述加压机构是供给激光加工所使用的辅助气体的辅助气体供给机构。
即，在第八方式中，可用比较简单的构成来形成加压机构。
根据第九方式，在第一到第八中任意一方式中，上述喷嘴孔封闭机构由几乎没有透水性的材料形成。
即，在第九方式中，可防止空气中的水分通过喷嘴孔封闭机构进入到加工头内部。
从附图所示的本发明的典型实施方式的详细说明可更清楚本发明的这些目的、特征和优点以及其它目的、特征和优点。
图1是具备本发明的激光加工机的激光器装置的简图。
图2是本发明第一实施方式的激光加工机的加工头的长度方向扩大剖视图。
图3是本发明其它实施方式的激光加工机的加工头的长度方向扩大剖视图。
图4a是本发明第二实施方式的激光加工机的简图。
图4b是图4a所示的激光加工机的非使用时的简图。
图5a是本发明其它实施方式的激光加工机的简图。
图5b是图5a所示的激光加工机的非使用时的简图。
图6是现有技术的激光加工机中所使用的加工头的长度方向的扩大剖视图。
具体实施例方式
下面将参照附图来说明本发明的实施方式。在以下附图中，相同部件标以相同参考标记。为易于理解，这些附图皆进行了适当变更。
图1是本发明的激光器装置的简图。本发明的激光器装置100主要用于金属加工，其包括激光起振器2和激光加工机11。如图1所示，这些激光起振器2和激光加工机11经控制装置1互相电连接。
激光起振器2是作为放电激励型的较高输出的气体激光起振器，例如输出为1kW以上的二氧化碳激光器。激光起振器2包括连接到激光气压控制系统18的放电管9。激光气压控制系统18可经激光起振器2上形成的激光气体供给口17及激光气体排出口19来进行向放电管9供给激光气体及从放电管9排出激光气体。放电管9的一端设置有具有部分透射性的后镜6(共振器内部镜)，放电管9的另一端设置有具有部分透射性的输出镜8。输出镜8由ZnSe形成，在输出镜8的内面进行部分反射涂层的同时，输出镜8的外面不进行反射涂层。后镜6的背面配置有激光功率传感器5。如图所示，后镜6及输出镜8之间的光共振空间内设有两个放电部29a、29b。
各放电部29a、29b分别包括配置为夹持放电管9的一对放电电极7a、7b。这些放电电极7a、7b是同一尺寸，且进行金属化或安装了金属部件。如图1所示，放电电极7a经匹配电路3连接到激光器电源4。再有，虽然放电电极7b也经同样的匹配电路连接到激光器电源上，但为易于理解而未图示这些。这些激光器电源各自独立地被控制，且可自由地调整供给到相应各放电部29a、29b的电力。
再有，如图所示，放电管9上配置有送风机14，送风机的上游及下游分别配置有换热器12、12’。还有，激光起振器2连接到冷却水循环系统22上，对放电管9内的激光气体等进行适度冷却。
从激光起振器2的输出镜8输出的激光束入射到激光加工机11。激光加工机11中包括反射已入射激光的多个(图1中为三个)反射镜10a、10b、10c。如图所示，由这些反射镜10a、10b、10c反射的激光通过聚光透镜13及加工头16照射到加工台23上的被加工工件20上。这里，聚光透镜13由ZnSe形成，聚光透镜13的两面皆没有进行反射涂层。再有，虽然未图示，但可采用其它聚光光学系统(光学部件)例如反射型的抛物面镜、保护窗(保護ウィンドウ)或抛物面镜(パラボラミラ一)来替代聚光透镜13。
此外，通过用加工台移动机构21将加工台23在水平方向上移动，可将被加工工件20定位于规定地点。同样地，加工头16由加工头移动机构26在水平方向和铅垂方向上移动，并定位于预定地点。再有，如图1所示，激光加工机11上设置辅助气体供给系统15。来自在激光加工机11外部设置的辅助气体源15a的辅助气体通过辅助气体供给系统15供给到加工头16内部。辅助气体源15a内的辅助气体可以是氮气等惰性气体或干燥空气。
在激光器装置100工作时，激光气体由激光气压控制系统18经激光气体供给口17供给到放电管9内。接着，由送风机14使激光气体在由放电管9构成的循环路内循环。如图1中箭头所示，从送风机14送出的激光气体通过用于除去压缩热的换热器12’而供给到各放电部29a、29b。
如果在放电部29a、29b上通过放电电极7a、7b施加规定电压(例如从数百kHz到数十MHz)的交流电压，则由放电作用而激励激光气体，从而产生激光束。通过公知的原理，激光束在光共振空间内放大，并通过输出镜8发出激光束。因放电作用而成为高温的激光气体由换热器12冷却，再回到送风机14。再有，这时，冷却水循环系统22工作，冷却放电管9内的激光气体等。
从输出镜8发出的机构如图所示般从激光起振器2供给到激光加工机11。在激光加工机11中，激光由三个反射镜10a、10b、10c适当地反射。反射的激光束由聚光透镜13会聚，通过加工头16照射到被加工工件20上。这样，可对加工台23上的被加工工件20进行加工，例如切割或焊接。
图2是本发明第一实施方式的激光加工机的加工头的长度方向扩大剖视图。如图2所示，加工头16包括筒形部分16a和与筒形部分16a结合的圆锥状部分16b。这些筒形部分16a和圆锥状部分16b互相同轴，在加工头16的中心轴上的圆锥状部分16b的前端形成有喷嘴孔41。此外，光学部件(图2中的聚光透镜13)保持于筒形部分16a的内周面上形成的环状槽部16c中。
再有，位于聚光透镜13和喷嘴孔41之间的加工头16上形成有辅助气体供给口42。该辅助气体供给口42连接到图1所示的辅助气体供给系统15上，可通过控制装置1的控制来向加工头16内供给辅助气体。在激光加工机11使用时，从辅助气体供给口42供给的辅助气体由喷嘴孔41喷出，所以抑制了粉尘等及水分通过喷嘴孔41流入到加工头16内。
在本发明的第一实施方式中，喷嘴孔封闭部30设于加工头16上。如图所示，喷嘴孔封闭部30的基座31a固定于圆锥状部分16b的外面。从基座31a在大体水平方向上延伸的柱状部31的前端上设有转动轴部32。在第一实施方式中，转动轴部32的方向相对于加工头16的长度方向、即激光束的光路方向垂直。
此外，封闭喷嘴孔41的封闭盖部34包括与封闭盖部34一体的臂33。该臂33的前端可绕转动轴部32转动地安装。臂33和封闭盖部34之间的角度及臂33的长度选择为封闭盖部34可封闭喷嘴孔41。再有，转动轴部32上连接有由控制装置1控制的电机等驱动部35。因此，封闭盖部34在封闭喷嘴孔41的封闭位置和打开喷嘴孔41的打开位置34’之间可与臂33一同绕转动轴部32转动。
如上所述，在聚光透镜13的表面上附着水分的情况下，由于在聚光特性下降的同时聚光透镜13性能下降，所以封闭盖部34理想的是由几乎没有透水性的材料形成。这样，即使在由封闭盖部34封闭喷嘴孔41时，也可防止空气中的水分透过封闭盖部34而进入到加工头16内。此外，为了在封闭时确保喷嘴孔41周围的密封性，封闭盖部34理想的是由树脂等弹性材料形成。再有，可将与喷嘴孔41对应的密封材料(未图示)安装于封闭盖部34的表面上。
在本发明中，在由激光加工机11加工被加工工件20后，通过控制装置1来对驱动部35进行驱动。这样，由于封闭盖部34从打开位置34’转动到图2所示的封闭位置，所以可由封闭盖部34来封闭加工头16的喷嘴孔41。即，在本发明中，仅通过转动封闭盖部34，便可简单且容易地封闭喷嘴孔41。这样，在本发明中，可防止在空气中浮动的粉尘等通过喷嘴孔41流入到加工头16内。因此，在本发明中，由于可防止粉尘等附着于加工头16的聚光透镜13上，所以聚光透镜13的聚光特性不下降，因而在激光加工机11下次使用时也能获得良好的加工性能。
再有，在本发明中，通过使用封闭盖部34，可防止空气中的水分通过喷嘴孔41流入到加工头16内。因此，可防止空气中水分引起的聚光透镜13的聚光特性下降及聚光透镜13性能下降。
在图2所示的第一实施方式中，虽然转动轴部32相对于激光束的光路垂直，但转动轴部也可相对于光路不垂直。图3是另一实施方式的激光加工机的加工头的长度方向扩大剖视图。在图3中，臂33从封闭盖部34的表面垂直地延伸，臂33的前端可与转动轴部32同轴转动地安装。在图3所示的实施方式中，转动轴部32的方向相对于加工头16的长度方向即激光的光路方向平行。而且，通过使用驱动部35来使封闭盖部34从打开位置34’转动到封闭位置，可同样地封闭喷嘴孔41。可知在这种实施方式中也可获得与上述同样的效果。当然，也可以采用基座31a的安装位置或封闭盖部34的转动方向不同的其它方式的喷嘴孔封闭部30。
如上所述，在激光加工时，为了在被加工工件20上形成空隙，使辅助气体通过辅助气体供给口42从加工头16的喷嘴孔41向被加工工件20喷出。在本发明的未图示实施方式中，理想的是在激光加工机11使用后也在规定时间内向加工头16内继续供给辅助气体。这样，加工头16内部的空气由辅助气体吹除，并将加工头16内部可存在的粉尘等及水分与辅助气体一同排出。
即，在本实施方式中，将辅助气体供给系统15用作吹除机构。在吹除后，如果由封闭盖部34封闭喷嘴孔41，则加工头16内部仅残留辅助气体，且加工头16内部到下次使用时保持为以吹除气体填充的状态。即，可避免保持为粉尘等或水分存在于加工头内的状态。因此，也可避免加工头16的聚光透镜13被粉尘等污染以及水分附着到聚光透镜13上。再有，为将加工头16内存在的水分完全排出，辅助气体理想的是干燥气体。
此外，在未图示的气体实施方式中，在激光加工机11使用后，并在规定时间内将辅助气体持续供给到加工头16内后，由封闭盖部34封闭喷嘴孔41，接着，理想的是将辅助气体再次供给到加工头16内。或者，也可以在供给辅助气体的途中，不停止辅助气体的供给，由封闭盖部34封闭喷嘴孔41。这样在封闭喷嘴孔41的状态下继续供给辅助气体的情况下，辅助气体供给系统15作为加压机构发挥功能，这样，加工头16内部的压力比大气压高。在加工头内部的压力达到比大气压高的规定压力以上时，停止辅助气体的供给。
即，在本实施方式中，在使加工头16内部的压力比大气压高的状态下将加工头16维持到下次使用时。在这种情况下，由于外部空气的压力比加工头16内部的压力低，所以可完全防止空气中含有的粉尘等及水分的外部空气通过喷嘴孔41流入到加工头16内。再有，由于将封闭盖部34和喷嘴孔41之间完全密封很困难，所以有可能从封闭盖部34和喷嘴孔41之间泄漏加工头16内的空气，但在这种情况下，外部空气也不会流入到加工头16内。
图4a及图4b是本发明第二实施方式的激光加工机的简图。在这些附图中，封闭盖部61通过支架62安装于激光加工机11的规定部分处。激光加工机11的规定部分是在激光加工机11使用时及非使用时其位置都不变化的部分。封闭盖部61是与封闭盖部34相同的部件，在封闭盖部61上不设有臂33这点上与封闭盖部34不同。
如图4a所示，在激光加工机11使用时，驱动加工头驱动机构26及加工台移动机构21，由激光束加工被加工工件20。再有，在图4a及图4b中，为使附图简单而省略了加工台移动机构21。而且，如果对被加工工件20的激光加工结束，则如图4b所示，由加工头移动机构26使加工头16移动到封闭盖部61。接着，如果使加工头16装载于封闭盖部61上，则加工头16的喷嘴孔41由封闭盖部61封闭。
再有，封闭喷嘴孔41的封闭盖部可以固定于激光加工机11的规定部分上。图5a和图5b是本发明其它实施方式的激光加工机的简图。在这些附图中，封闭盖部65固定于加工台23的一部分上。从图5a可知，封闭盖部65的安装位置是对将被加工工件20保持于加工台23上不产生影响的位置。封闭盖部65是与封闭盖部34、61同样的部件，且在封闭盖部65上不设有臂33和/或支架62这点上与封闭盖部34不同。再有，可以采用加工台23的一部分直接起到封闭盖部65的作用的构成。
在对被加工工件20进行激光加工结束后，如图5b所示，由加工台移动机构21使加工台23向水平方向移动，从而将加工台23的封闭盖部65定位于加工台16下方。接着，通过用加工头移动机构26使加工头16下降到封闭盖部65，从而用封闭盖部65将加工头16的喷嘴孔41封闭。或者，在用加工头移动机构26使加工头16下降到封闭盖部65的高度后，使加工台23在水平方向上移动，从而可以封闭喷嘴孔41。
即，可以换言之，加工台移动机构21和加工头移动机构26是为封闭喷嘴孔41而使加工头16和加工台23相对移动的相对移动机构。
可知，这样在图4a到图5b所示的实施方式中，也通过封闭加工头16的喷嘴孔41，获得与参照图2所说明的实施方式同样的效果。此外，在图4a到图5b所示的实施方式中，由于使用激光加工机11上最初就具备的加工头移动机构26和/或加工台移动机构21来封闭加工头16的喷嘴孔41，所以不必使用驱动部35(图2或图3)。因此，在这些实施方式中，激光加工机11的构造不太复杂，可抑制制造费用。
当然，将上述实施方式中的几个进行适当组合也包含在本发明的范围内。
虽然使用典型的实施方式来说明本发明，但是可以理解的是，作为本领域技术人员，可在不脱离本发明范围的情况下对本发明进行上述改变及多种其它改变、省略、添加。
权利要求
1.一种激光加工机(11)，通过照射激光束加工被加工工件(20)，具备形成有所述激光束通过的喷嘴孔(41)的加工头(16)；和保持于该加工头(16)上并会聚所述激光束的聚光光学系统(13)，其特征在于，具备封闭所述喷嘴孔(41)的喷嘴孔封闭机构(30、61、65)。
2.根据权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，所述喷嘴孔封闭机构(30)可转动地安装于所述加工头(16)上，还具备封闭所述喷嘴孔(41)地使所述喷嘴孔封闭机构(30)转动的驱动机构(35)。
3.根据权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，所述喷嘴孔封闭机构(61)固定于所述激光加工机(11)的规定位置处，还具备使所述加工头(16)移动的加工头移动机构(26)，通过所述加工头移动机构(26)使所述加工头(16)移动以使由所述喷嘴孔封闭机构(61)封闭所述喷嘴孔(41)。
4.根据权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，还具备保持所述被加工工件(20)的保持机构(23)，所述喷嘴孔封闭机构(65)相对于所述保持机构(23)固定于规定位置处，还具备使所述加工头(16)和所述保持机构(23)相对移动的相对移动机构(23、26)，通过所述相对移动机构(23、26)使所述加工头(16)和所述保持机构(23)相对移动以使由所述喷嘴孔封闭机构(65)封闭所述喷嘴孔(41)。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的激光加工机，其特征在于，还具备在所述喷嘴孔(41)由所述喷嘴孔封闭机构(30)封闭前由吹除气体对所述加工头(16)内进行吹除的吹除机构(15)。
6.根据权利要求5所述的激光加工机，其特征在于，所述吹除机构(15)是供给激光加工所使用的辅助气体的辅助气体供给机构(15)。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的激光加工机，其特征在于，还具备在由所述喷嘴孔封闭机构(30)封闭所述喷嘴孔(41)的状态下将所述加工头(16)内加压到比大气压还高的压力的加压机构(15)。
8.根据权利要求7所述的激光加工机，其特征在于，所述加压机构(15)是供给激光加工所使用的辅助气体的辅助气体供给机构(15)。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的激光加工机，其特征在于，所述喷嘴孔封闭机构(30)由几乎没有透水性的材料形成。
全文摘要
本发明提供一种激光加工机，通过照射激光束加工被加工工件，具备形成有上述激光束通过的喷嘴孔(41)的加工头(16)；保持于该加工头上并会聚上述激光束的聚光光学系统(13)；和在上述激光加工机的非加工时封闭上述喷嘴孔的喷嘴孔封闭机构(30)。这样，可防止聚光光学系统的光学部件因空气中的粉尘或水分而性能下降以及聚光特性下降，可良好地保持激光加工机的加工特性。可以通过驱动机构(35)使要封闭喷嘴孔的封闭机构转动。此外，喷嘴孔封闭机构可设在激光加工机(11)的规定位置或被加工工件用保持机构(23)上的规定位置处。
文档编号B23K26/14GK1895834SQ200610101798
公开日2007年1月17日 申请日期2006年7月11日 优先权日2005年7月12日
发明者久保嘉孝, 盐见年康 申请人:发那科株式会社