JP4189522B2

JP4189522B2 - Laser processing machine

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Publication number: JP4189522B2
Application number: JP22423499A
Authority: JP
Inventors: 浩一岡本; 清武内; 安邦岩崎
Original assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2019-08-06
Also published as: JP2001047263A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工機に関し、特に、外部からの輻射熱を反射して、その輻射熱による温度上昇を生じにくくした加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ワークをレーザ光によって加工するレーザ加工機がある。レーザ加工機は、加工ヘッドからレーザ光を出力し、このレーザ光をワークの加工箇所に照射し、該加工箇所を加工温度にまで上昇させて加工を行うのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにレーザ光をワークに照射すると、ワークの加工箇所が急激に加工温度にまで上昇することがある。そして、ワーク内部に大きな温度勾配が生じて、ワーク内部に大きな応力が生じ、その結果、ワークにクラックや割れが発生することがある。かかる事態を回避するためには、例えば加熱炉内にワークを設置し、レーザ加工機によってレーザ光を照射する前に、ワークを加工温度未満の温度にまで加熱（予熱）し、その後にレーザ光による加工を施すことが考えられる。加熱炉には開口を形成しておき、この開口を介してワークにレーザ加工機からのレーザ光を照射するのである。
【０００４】
しかし、加熱炉の内部は高温であり、開口があるとそこから輻射熱が漏れ出る。従って、加熱炉の近傍にレーザ加工機が設置されると、加熱炉の開口から放射される輻射熱をレーザ加工機が浴びることになる。そうするとレーザ加工機の温度が上昇してしまう。この温度上昇が著しいと、レーザ加工機に種々の弊害が生ずる。例えば、温度上昇によって、レーザ加工機の駆動系が膨張して駆動精度が低下したりする。また、駆動部分の潤滑材が劣化したり、部品の寿命を早めたりすることもある。特に、レーザ加工機の内部にある光学系が温度上昇すると、加工精度に悪影響が出る。すなわち、ミラーやレンズが温度上昇によって膨張すると、光軸がずれたり、加工ヘッドから出力されるレーザ光の横断面形状が変形したりするのである。
【０００５】
さらに、加熱炉から漏れ出る輻射熱を、ワークの加工に、より積極的に利用することができれば、レーザ加工機や加熱炉の消費するエネルギーを低減したり、レーザ加工機の構成を単純化することもできるはずである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願発明のレーザ加工機は、開口を有する加熱炉の近傍に設置されたレーザ加工機であって、該レーザ加工機は、レーザ光をその先端から出力する加工ヘッドを有し、該加工ヘッドは、該開口を介して、該加熱炉内のワークにレーザ光を照射し、該加熱炉の該開口から放射される輻射熱が該加工ヘッドに照射され、該加工ヘッドは、光学系と、その光学系を覆うハウジングとを有し、該ハウジングの表面の、該開口からの該輻射熱が照射される部分が鏡面状に仕上げられている（請求項１）。かかる構成によれば、炉の開口からの輻射熱を有効に反射し、この輻射熱による加工機の温度上昇を極力小さくできる。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本願発明のもうひとつのレーザ加工機は、開口を有する加熱炉の近傍に設置されたレーザ加工機であって、該レーザ加工機は、レーザ光をその先端から出力する加工ヘッドを有し、該加工ヘッドは、該開口を介して、該加熱炉内のワークにレーザ光を照射し、該加工ヘッドには、該加工ヘッドの軸回りを周回するように反射部材が設けられており、該加熱炉の該開口から放射される輻射熱が、該反射部材によって、該開口部に向かって反射されるように構成されている（請求項２）。かかる構成によれば、炉の開口からの輻射熱を有効に反射し、この輻射熱による加工機の温度上昇を極力小さくできる。
【００１１】
上記レーザ加工機において、該加工ヘッドは、光学系と、その光学系を覆うハウジングとを有し、該ハウジングの表面における、該反射部材の該開口に向いた面よりも該開口の方に突出した部分が、鏡面状に仕上げられていてもよい（請求項３）。このようにすると、特に加工ヘッドの温度上昇防止に効果的である。
【００１２】
上記レーザ加工機において、該反射部材の該開口に向いた面が鏡面状に仕上げられていてもよい（請求項４）。また、該反射部材の該開口に向いた面が凹面状であってもよい（請求項５）。このようにすると、輻射熱を反射部材によって、より効率的に輻射熱源に戻すことができる。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本願発明のもうひとつのレーザ加工機は、開口を有する加熱炉の近傍に設置されたレーザ加工機であって、該レーザ加工機は、レーザ光をその先端から出力する加工ヘッドを有し、該加工ヘッドは、該開口を介して、該加熱炉内のワークにレーザ光を照射し、該加工ヘッドは、該ワークに対して移動しながらワークを加工し、該加工ヘッドには、該加工ヘッドの軸回りを周回するように反射部材が設けられており、該反射部材の該開口に向いた面が鏡面状に仕上げられており、該加熱炉の該開口から放射される輻射熱が、該反射部材の該開口に向いた面によって、該開口部に向かって反射され、該反射部材の該開口に向いた面は、反射させた輻射熱を該開口を通じて該加熱炉内の所定箇所に集中させることができるような形状であり、該所定箇所は、該加工ヘッドの軸から、該加工ヘッドの該ワークに対する移動方向に沿って距離を置いた箇所である（請求項６）。かかる構成によれば、加工ヘッドによる加工箇所と該所定箇所とをワーク上の加工方向に沿って距離を置いて並べることができる。このようにすると、加工ヘッドによる加工の前もしくは後に、その加工箇所を反射部材によって加熱して、予熱もしく徐冷するようにできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
この出願発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、本願発明の一実施形態たる加工機（レーザ加工機）10を示す３面図であり、(ａ)は背面図、(ｂ)は側面図、(ｃ)は平面図である。このレーザ加工機10は、加熱炉30の近傍に設置されており、図ではレーザ加工機10と一緒に加熱炉30も示されている。レーザ加工機10は、２本の脚部11と、脚部11上に掛け渡されたレール部12と、アーム部13と、旋回部14と、加工ヘッド15とを有している。脚部11は床面に固定されている。アーム部13は、レール部12に対して図中の矢印Ｘの方向、及び矢印Ｙの方向に移動できるようになっている。また、旋回部14はアーム部13に対して図中の矢印Ａの方向に旋回できるようになっており、加工ヘッド15は旋回部14に対して図中の矢印Ｂの方向に旋回できるようになっている。よって加工ヘッド15は、アーム部13に対して所定範囲において任意の角度に設定することができる。図中の仮想線は、加工ヘッド15が実線の位置から他の位置に移動した状態を示している。
【００２３】
レーザ光は、レーザ光導入口16から導入され、蛇腹部17の内部を通過して、アーム13内のミラーM1,M2、旋回部14内のミラーM3、加工ヘッド15内のミラーM4によって反射され、加工ヘッド15内のレンズＲを通過し、加工ヘッド15の先端から出力される。
【００２４】
レール部12、アーム部13、旋回部14、加工ヘッド15は、それぞれ、駆動系や光学系などの内部機構をハウジングで覆う構造になっている。加工ヘッド15のハウジングの表面、旋回部14のハウジングの表面、および、アーム部13のハウジングの表面は、鏡面状に仕上げられている。鏡面状に仕上げるには、例えば、ハウジングの表面に金属メッキを施してもよいし、ハウジングの表面に蒸着による鏡面状の膜を形成してもよいし、バフ研磨などの機械研磨をハウジング表面に施してもよい。中でも、メッキによる処理、特に、クロムメッキによる処理が、鏡面仕上げに適している。この鏡面仕上げされたハウジングの作用は後述する。なお、アーム部13の移動、旋回部14の旋回、加工ヘッド15の旋回は、図外の制御部によって制御される。このように構成されたレーザ加工機10によって、加熱炉30内のワークＷがレーザ加工される。
【００２５】
図２は、レーザ加工機10の一部と加熱炉30との斜観図である。このように加熱炉30には開口31が形成されている。この開口31はレーザ加工機10のレーザ光を加熱炉30内に導くためのものである。図には示されていないが、加熱炉30内には搬送装置が敷設されている。加熱炉30の端部にはワーク搬入口32が形成されており、ワークＷは載置台Ｓ上に固定された状態でこのワーク搬入口32から加熱炉30内に搬入され、搬送装置に載せられる。ワークＷは搬送装置によって、加熱炉30内を図中の矢印Ｃの方向に搬送される。レーザ加工機10は、搬送装置によってレーザ加工機10の前にまで搬送されて来たワークＷに対して、加工ヘッド15からのレーザ光を開口31を介して照射して、レーザ加工を施す。この場合、レーザ光による加工（レーザ加工）は、例えば、融着であってもよいし、加熱によってワークを変形させるような変形加工であってもよい。ワークＷは、ワーク搬入口32からレーザ加工機10の前まで、加熱炉30の内部を搬送されてくる。よって、ワークＷがレーザ加工機10の前まできたとき、ワークＷの加工箇所は、加工温度にまでには到達していないが、ある程度、温度上昇している。すなわち、予熱がされている。よって、レーザ光による主加工が施されても、ワークＷの加工箇所周辺に大きな温度勾配が生ずることがない。従って、ワークＷ内部に割れやクラックが生じにくい。また、レーザ光による主加工の完了したワークＷは、加熱炉30の内部を搬送されてゆく。よって、ワークＷの加工箇所が急激には冷却されることはなく、ワークＷの温度は均一にかつ徐々に低下する。すなわち、ワークＷは徐冷される。よって、ワークＷの冷却過程において、加工箇所周辺に大きな温度勾配が生ずることがなく、ワークＷ内部に割れやクラックが生じにくい。なお、開口31には蓋33が設けられている。開口31は、レーザ加工がされないときは、蓋33によって閉じられている。
【００２６】
図３は、レーザ加工機10の加工ヘッド15およびその周辺の部分の側面図を、加熱炉30の横断面図とともに示した図である。図中の矢印Ｄはレーザ光の進行方向を示す。図中のその他の矢印は輻射熱の進行方向を示している。加熱炉30内は高温であり、開口31からは輻射熱が漏れ出る。開口31から放射されたこの輻射熱は、レーザ加工機10の開口31に最も近い部分、すなわち、加工ヘッド15に特に強く照射される。しかし、前述したように加工ヘッド15のハウジングの表面は、鏡面仕上げが施されているので、輻射熱を反射する。よって、加工ヘッド15の内部機構が、輻射熱によって著しく温度上昇することが防止される。より詳細に説明すると、加工ヘッド15の内部にはミラーM4やレンズＲなどによる光学系が設けられているが、加工ヘッド15のハウジングの表面が輻射熱を反射するので、ミラーM4やレンズＲの膨張が防止され、よってレーザ光の光軸のズレやレーザ光の断面形状の変形が防止される。
【００２７】
同様に、旋回部14のハウジングの表面やアーム部13のハウジングの表面も鏡面仕上げされているので、旋回部14やアーム部13の内部に設けられたミラーM1,M2,M3等の光学系に関しても、温度上昇が防止される。
【００２８】
また、旋回部14やアーム部13の駆動系も膨張しにくくなるので、駆動精度が維持される。また、駆動系の潤滑剤も、温度上昇によって劣化することが防止される。さらに、加工ヘッド15,旋回部14,アーム部13の内部に、温度上昇によって寿命が早まるような材料（例えば、樹脂やゴム）によって形成された部品があったとしても、温度上昇が防止されることによって寿命が早められることを回避できる。
【００２９】
本実施形態では、加工ヘッド、旋回部、アーム部の表面に鏡面仕上げを施すようにしたが、加工機のハウジングの他の部分（例えば、レール部や脚部のハウジング）に鏡面仕上げを施してもよい。また、本実施形態では加工機としてレーザ加工機を例に挙げたが、本願発明は他の加工機に適用することもできる。
【００３０】
図４は本願発明に係る加工機（レーザ加工機）の他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機10Aの加工ヘッド15およびその周辺の部分の側面図を、加熱炉30の横断面図とともに示している。図中の矢印Ｄはレーザ光の進行方向を示す。図中のその他の矢印は輻射熱の進行方向を示している。
【００３１】
このレーザ加工機10Aは、図１〜３によって示されたレーザ加工機10と異なり、加工ヘッド15に反射板18を取り付けている。反射板18は平板状であり、加工ヘッド15の軸周りを周回するようにして設けられている。この反射板18は開口31からの輻射熱を前方に反射することができるように、前面18aが鏡面状に仕上げられている。レーザ加工機10Aのその他の構造は、図１〜３によって示されたレーザ加工機10と同様である。すなわち、このレーザ加工機10Aも、加工ヘッド15のハウジングの表面、旋回部14のハウジングの表面、および、アーム部13のハウジングの表面には鏡面仕上げが施されている。
【００３２】
図５は、レーザ加工機10Aの加工ヘッド15およびその周辺部分の断面図を、加熱炉30の開口31近傍の断面図とともに示した図である。図において、レーザ加工機10Aの内部機構は省略している。図中の矢印は輻射熱の進行方向を示している。
【００３３】
このレーザ加工機10Aは、反射板18の前面18aが鏡面仕上げされているため、開口31からの輻射熱は反射板18の前面18aで反射されて、加工ヘッド15の前方へ、すなわち加熱炉30内に戻る方向に進行する。また、加工ヘッド15のハウジングの表面が鏡面仕上げされており、加工ヘッド15のハウジングの表面で輻射熱が後方に反射されたとしても、反射板18の前面18aでさらに開口31に向かう方向に反射する。反射されて加熱炉30内に向かう輻射熱は、加熱炉30内を加熱することになる。このように、輻射熱によるレーザ加工機10Aの温度上昇が防止されるのみならず、輻射熱源たる加熱炉30の温度低下を防止することもできる。
【００３４】
本実施形態では、加工ヘッド、旋回部、アーム部のハウジングの表面にも鏡面仕上げが施されている。しかし、反射部材を設ける場合は、必ずしもこれらハウジングに鏡面仕上げを施すことは必要ではない。なお、反射部材を設ける場合は、加工ヘッドのハウジングの表面の、少なくとも反射部材より前方の部分に鏡面仕上げが施されていれば、加工ヘッドの温度上昇防止に特に有効である。また、本実施形態では加工機としてレーザ加工機を例に挙げたが、本願発明は他の加工機に適用することもできる。
【００３５】
図６は本願発明に係る加工機（レーザ加工機）のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機10Bの加工ヘッド15およびその周辺の部分の側面図を、加熱炉30の横断面図とともに示している。図中の矢印Ｄはレーザ光の進行方向を示す。図中のその他の矢印は輻射熱の進行方向を示している。
【００３６】
図７は、レーザ加工機10Bの加工ヘッド15およびその周辺部分の断面図を、加熱炉30の開口31近傍の断面図とともに示した図である。図において、レーザ加工機10Bの内部機構は省略している。図中の矢印は輻射熱の進行方向を示している。
【００３７】
このレーザ加工機10Bは、図４〜５によって示されたレーザ加工機10Aと異なり、加工ヘッド15に取り付けられた反射板19は、前面19aが凹面状をなすような形状に形成されている。この反射板19も加工ヘッド15の軸周りを周回するようにして設けられている。そして、開口31からの輻射熱を加工ヘッド15の前方に反射することができるように、反射板19の前面19aが鏡面状に仕上げられている。さらに、反射板19の前面19aは、略放物線回転面をなしている。そして、この放物線回転面の焦点Ｆは、加工ヘッド15の軸Ｌ上にある。レーザ加工機10Bの反射板19以外の構造は、図１〜３によって示されたレーザ加工機10と同様である。すなわち、このレーザ加工機10Bも、加工ヘッド15のハウジングの表面、旋回部14のハウジングの表面、および、アーム部13のハウジングの表面は、鏡面状に仕上げられている。
【００３８】
反射板19の前面19aが鏡面仕上げされているため、開口31からの輻射熱は反射板19の前面19aで反射されて、加工ヘッド15の前方へ、すなわち加熱炉30内に戻る方向に進行する。また、加工ヘッド15のハウジングの表面が鏡面仕上げされているので、加工ヘッド15のハウジングの表面で輻射熱が後方へ反射したとしても、反射板19の前面19aでさらに開口31に向かう方向に反射する。反射板19の前面19aが凹面状であるため、反射板19で反射された輻射熱は、開口31の周囲に拡散してしまうことなく、効率よく加熱炉30内に戻る。よって、加熱炉30内の温度低下防止により効果的である。
【００３９】
また、前面19aが略放物線回転面をなしているので、加工ヘッド15の軸Ｌと平行に進行して反射板19に照射される輻射熱は、反射板19で反射されて放物回転面の焦点Ｆに集められる。よって、ワークＷをその加工箇所が焦点Ｆに一致するように置くと、反射板19によって集中された輻射熱によって、該加工箇所を加熱することができる。開口31から漏れ出る輻射熱が強いほど、反射板19によるワークＷの加熱度合いは大きくなる。
【００４０】
前述のように、この放物線回転面の焦点Ｆは加工ヘッド15の軸Ｌ上にある。そして、レーザ光の焦点と放物線回転面の焦点Ｆとは略一致している。よって、反射板19は加工ヘッド15を補助してワークＷを加熱加工する。従って、加工ヘッド15からのレーザ光の出力は小さくてもよく、レーザ発振器も低出力のものを採用できる。すなわち、加工機のイニシャルコストやランニングコストを低減できるのである。
【００４１】
本実施形態では加工機としてレーザ加工機を例に挙げたが、本願発明は他の加工機に適用することもできる。
【００４２】
図８は本願発明に係る加工機（レーザ加工機）のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機10Cの加工ヘッド15およびその周辺部分の断面図を、加熱炉30を水平面で切断した断面図とともに示したものである。図中の矢印E1,E2以外の矢印は、輻射熱の進行方向を示している。
【００４３】
このレーザ加工機10Cは、図６〜７によって示されたレーザ加工機10Bと同様に、加工ヘッド15に反射部材たる反射板20が取り付けられている。そして、反射板20の前面20aは、凹面状かつ略放物線回転面をなし、鏡面状に仕上げられている。しかし、図６〜７によって示されたレーザ加工機10Bと異なり、該反射板20の前面20aの放物線回転面の焦点F2は、加工ヘッド15の軸Ｌ上にはなく、軸Ｌから離れたところに位置している。加工ヘッド15からのレーザ光の焦点F1と放物線回転面の焦点F2とは、ワークＷ上の加工方向に沿って距離を置いている。レーザ加工機10Cのそれ以外の構造は、図６〜７によって示されたレーザ加工機10Bと同様である。
【００４４】
このレーザ加工機10Cでは、加熱炉30内を搬送されてきたワークＷが加工機10Cの前までくると、そこでワークＷを停止させ、加工ヘッド15を移動制御しながらワークＷを加工する。加工ヘッド15は図８における矢印E1の方向に移動しつつ、ワークＷの加工箇所を加工する。ワークＷの加工箇所は、レーザ光の照射に先だって反射板20からの輻射熱による加熱を受ける。反射板20からの加熱のみでは、ワークＷの加工箇所を加工温度にまで上昇させることはできないが、ワークＷの他の箇所（反射板20からの輻射熱の照射を受けない箇所）よりは高い温度にすることができる。よって、ワークＷの加工箇所は、レーザ光による主加工が施される前に、反射板20によって予熱される。従って、加熱炉30内の温度がそれほど高くなくてもワークＷを十分に予熱できる。このため、加熱炉30のランニングコスト低減を図ることができる。
【００４５】
また、加工ヘッドを図８における矢印E2の方向に移動させて、ワークＷの加工箇所を加工してもよい。ワークＷの加工箇所は、レーザ光での主加工が施された後に反射板20からの輻射熱による加熱を受ける。つまり、ワークＷは、反射板20によって徐冷される。従って、加熱炉30内の温度がそれほど高くなくてもワークＷを十分に徐冷することができる。このため、加熱炉30のランニングコスト低減を図ることができる。
【００４６】
本実施形態では加工機としてレーザ加工機を例に挙げたが、本願発明は他の加工機に適用することもできる。
【００４７】
図９は本願発明に係る加工機のさらに他の実施形態を示す図であり、加工機10Dの加工ヘッドおよびその周辺部分の断面図を、加熱炉30の横断面図とともに示したものである。図中の矢印は輻射熱の進行方向を示している。このように加工機10Dは、加熱炉30の近傍に設置されており、加熱炉30内のワークＷを加工している。
【００４８】
この加工機10Dの加工ヘッドは反射部材たる反射板21で構成されており、レーザ光を照射するための機構は備えていない。反射板21は、加熱炉30の開口31から漏れ出る輻射熱を反射している。反射板21は、前方から照射される輻射熱を前方に反射することができるように、その前面21aが鏡面状に仕上げられている。そして、前面21aの形状は略放物線回転面をなす凹面状である。よって、前方から照射される輻射熱を反射によって放物線回転面の焦点F3に集めることができる。反射板21は、焦点F3がワークＷ上の加工箇所に沿って移動するように移動制御される。ワークＷの加工箇所は輻射熱によって加熱されて加工温度にまで上昇する。すなわち、反射板21からの輻射熱によってワークＷは加工される。
【００４９】
この加工機10Dは、レーザ発振器のような高価で複雑な設備を必要としない。また、レーザ光の光軸の調整などのメンテナンスも不要である。よって、安価で加工機を構成でき、しかも、ランニングコストも安い。また、メンテナンスに要する労力も低減できる。
【００５０】
図１０は、加工機10Dの反射板21が、予定しない方向に向いてしまった場合を示している。図中の矢印は輻射熱の進行方向を示している。例えば、加工機10Dが暴走してこの図のように反射板21が開口31以外の方向に向いてしまったような場合は、開口31の開口面に対する反射板21の投影面積が小さくなり、反射板21に照射される輻射熱量が少なくなる。よって、反射板21が反射した輻射熱がある点に集まったとしても、その点にある設備やそこにいる作業者が強い加熱を受けることはない。つまり、加工機10Dが暴走したり、加工機10Dの制御プログラムにミスが生じたとしても、安全である。
【００５１】
図１１は本願発明に係る加工機（レーザ加工機）のさらに他の実施形態を示す図であり、(ａ)は背面図、(ｂ)は側面図である。図１２は、このレーザ加工機40の旋回部44の一部断面図である。レーザ加工機40は、加熱炉30の近傍に設置されており、図１１(ｂ)では、レーザ加工機40と一緒に加熱炉30も示されている。この加熱炉30は、図１、図２で示した加熱炉30と同一構成のものである。
【００５２】
レーザ加工機40は、２本の脚部41と、脚部41上に掛け渡されたレール部42と、アーム部43と、旋回部44と、加工ヘッド45とを有している。脚部41は床面に固定されている。アーム部43は、レール部42に対して図中の矢印Ｘの方向、及び矢印Ｙの方向に移動できるようになっている。また、旋回部44はアーム部43に対して図中の矢印Ｇの方向に旋回できるようになっており、加工ヘッド45は旋回部44に対して図中の矢印Ｈの方向に角度変更できるようになっている。加工ヘッド45の旋回部44に対する角度変更は、旋回部44に組み込まれたモータ44a等によってなされる。すなわち、図１２に示されるように、旋回部44にはモータ44aが組み込まれている。また、加工ヘッド45は旋回部44に対して枢設されている。モータ44aの回転軸に取り付けられたプーリ44bは、加工ヘッド45の枢軸にとりつけられたプーリ45bと、ベルト48によって連結されている。よってモータ44aを回転制御することによって加工ヘッド45は旋回部44に対して図中の矢印Ｈの方向に回動する。なお、アーム部43の移動、旋回部44の旋回、モータ44aの回転は、図外の制御部によって制御される。
【００５３】
レーザ光は、レーザ光導入口46から導入され、レーザ加工機40の内部に組み込まれたミラーによって加工ヘッド45にまで導かれ、加工ヘッド45内のレンズを通過して加工ヘッド45の先端から出力される。図１１(ｂ)の矢印Ｄはレーザ光の進行方向を示す。
【００５４】
このレーザ加工機40も、図１〜３で示したレーザ加工機10と同様に、レール部42、アーム部43、旋回部44、加工ヘッド45は、それぞれ、駆動系や光学系などの内部機構をハウジングで覆う構造になっている。加工ヘッド45のハウジングの表面、旋回部44のハウジングの表面、および、アーム部43のハウジングの表面は、鏡面状に仕上げられている。よって、加熱炉30の開口31から漏れ出た輻射熱が、加工ヘッド45、旋回部44、アーム部43に照射されても、それらのハウジングの表面で輻射熱は反射される。よって、レーザ加工機40の内部機構が輻射熱によって著しく温度上昇することが防止される。
【００５５】
図１３は本願発明に係る加工機（レーザ加工機）のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機40Aの加工ヘッド45およびその周辺の部分の側面図を示している。図中の矢印Ｄはレーザ光の進行方向を示す。図中のその他の矢印は、輻射熱の進行方向を示している。
【００５６】
このレーザ加工機40Aは、図１１〜１２によって示されたレーザ加工機40と異なり、加工ヘッド45に反射板18を取り付けている。レーザ加工機40Aのその他の構造は、図１１〜１２によって示されたレーザ加工機40と同様である。レーザ加工機40Aの反射板18は、図４〜５で示したレーザ加工機10Aの反射板18と同一構造のものである。すなわち、レーザ加工機40Aの反射板18も平板状であり、加工ヘッド45の軸周りを周回するようにして設けられている。そして、加熱炉30の開口31からの輻射熱を前方に反射することができるように、前面18aが鏡面状に仕上げられている。
【００５７】
よって、図４〜５のレーザ加工機10Aと同様、輻射熱によるレーザ加工機40Aの温度上昇を防止することができるのみならず、輻射熱源たる加熱炉30の温度低下を防止することもできる。
【００５８】
図１４は本願発明に係る加工機（レーザ加工機）のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機40Bの加工ヘッド45およびその周辺の部分の側面図を示している。図中の矢印Ｄはレーザ光の進行方向を示す。図中のその他の矢印は輻射熱の進行方向を示している。
【００５９】
このレーザ加工機40Bの加工ヘッド45には、反射板19が取り付けられている。レーザ加工機40Bの反射板19以外の構造は、図１１〜１２によって示されたレーザ加工機40と同様である。レーザ加工機40Bの反射板19は、図６〜７に示されたレーザ加工機10Bの反射板19と同一構造である。つまり、レーザ加工機40Bの反射板19も、前面19aが凹面状をなすような形状に形成されており、加工ヘッド45の軸周りを周回するようにして設けられている。そして、加熱炉30の開口31からの輻射熱を加工ヘッド45の前方に反射することができるように、反射板19の前面19aが鏡面状に仕上げられている。さらに、反射板19の前面19aは、略放物線回転面をなしている。そして、この放物線回転面の焦点Ｆは、加工ヘッド15の軸Ｌ上にある。
【００６０】
よって、図６〜７のレーザ加工機10Bと同様、反射板19で反射した輻射熱を加熱炉30の開口31の周囲に拡散してしまうことなく、効率よく加熱炉30内に戻すことができる。また、反射板19は加工ヘッド45を補助してワークＷを加熱加工することができる。
【００６１】
図１５は本願発明に係る加工機（レーザ加工機）のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機40Cの加工ヘッド45およびその周辺部分を水平面で切断した断面図を示したものである。この図において、旋回部44と加工ヘッド45との内部機構は省略している。図中の矢印は、輻射熱の進行方向を示している。
【００６２】
このレーザ加工機40Cの加工ヘッド45には、反射板20が取り付けられている。レーザ加工機40Cの反射板20以外の構造は、図１１〜１２によって示されたレーザ加工機40と同様である。レーザ加工機40Cの反射板20は、図８に示されたレーザ加工機10Cの反射板20と同一構造である。つまり、レーザ加工機40Cの反射板20も、その前面20aが凹面状かつ略放物線回転面をなし、鏡面状に仕上げられている。そして、該反射板20の前面20aの放物線回転面の焦点F2は、加工ヘッド45の軸Ｌ上にはなく、軸Ｌから離れたところに位置している。加工ヘッド45からのレーザ光の焦点F1と放物線回転面の焦点F2とは、ワークＷ上の加工方向に沿って距離を置いている。
【００６３】
よって、ワークＷの加工箇所を、レーザ光による主加工が施される前に反射板20からの輻射熱によって予熱したり、レーザ光での主加工が施された後に反射板20からの輻射熱によって加熱しつつ徐冷したりすることができる。
【００６４】
図１６は本願発明に係る加工機のさらに他の実施形態を示す図であり、加工機40Dの加工ヘッドおよびその周辺部分を示す側面図である。図中の矢印は輻射熱の進行方向を示している。このように加工機40Dは、加熱炉30の近傍に設置されており、加熱炉30内のワークＷを加工している。
【００６５】
この加工機40Dは、図９〜１０で示した加工機10Dと同様に、その加工ヘッドは反射部材たる反射板21で構成されており、レーザ光を照射するための機構は備えていない。加工機40Dの反射板21は、図９〜１０で示した加工機10Dの反射板21と同一構造である。つまり、加工機40Dの反射板21は、加熱炉30の開口31から漏れ出る輻射熱を反射しているのであるが、前方から照射される輻射熱を前方に反射することができるように、その前面21aが鏡面状に仕上げられている。そして、前面21aの形状は略放物線回転面をなす凹面状である。反射板21は、放物線回転面の焦点F3がワークＷ上の加工箇所に沿って移動するように移動制御されて、ワークＷの加工箇所を輻射熱によって加工温度にまで上昇させる。
【００６６】
よって、加工機40Dも図９〜１０の加工機10Dと同様に、安価で構成でき、しかも、ランニングコストも安い。また、メンテナンスに要する労力も低減できる。さらに、加工機40Dが暴走したり、加工機40Dの制御プログラムにミスが生じたとしても、安全である。
【００６７】
以上、種々の実施形態に基づき、本願発明を説明した。上記実施形態では、反射によって輻射熱を所定箇所に集中させるために、反射部材の前面を略放物線回転面状としたので、その集中度は極めて高い。しかし、反射部材前面の形状はその他の形状、例えば双曲線回転面や球面形状としてもよい。このような形状によって輻射熱を集中させると、放物線回転面形状ほどには集中度を高めることはできないが、加熱範囲を広くできる。また、球面形状は加工のしやすい形状であるので、製造コストを安くできる。
【００６８】
【発明の効果】
本願発明は、以上に説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
(１)ハウジングの表面の少なくとも一部が鏡面状に仕上げられていると、加工機の輻射熱による温度上昇を極力小さくできる。
(２)ハウジングの、光学系を収容する部分の表面が鏡面状に仕上げられていると、光学系の温度上昇による膨張を防止でき、光学系の精度を維持できる。
(３)加工機が、開口を有する炉の近傍に設置されている場合は、炉の開口からの輻射熱を有効に反射し、この輻射熱による加工機の温度上昇を極力小さくできる。
(４)加工ヘッドのハウジングの表面が鏡面状に仕上げられていると、加工機の温度上昇防止に特に有効であり、また、加工ヘッドの内部機構の膨張による精度低下を防止できる。
(５)反射部材を設けると、加工機の温度上昇防止に有効であり、また、輻射熱源の温度低下を防止することもできる。
(６)加工ヘッドのハウジングの表面の、少なくとも反射部材よりも前の部分が鏡面状に仕上げられていると、特に加工ヘッドの温度上昇防止に効果的である。
(７)反射部材の前面が凹面状であると、輻射熱を反射板によって、より効率的に輻射熱源に戻すことができる。
(８)前方から照射される平行な輻射熱を反射によって所定箇所に集中させることのできるような反射部材を設けると、該所定箇所に輻射熱を集めて、ワークの加熱を行うことができる。
【００６９】
特に、加工ヘッドの軸上に該所定箇所がくるようにすると、加工ヘッドを補助してワークを加熱することができる。
【００７０】
また特に、加工ヘッドの軸から離れた位置に該所定箇所を位置させると、予熱や徐冷のためにワークを加熱することができる。
【００７１】
また特に、反射部材自身を主加工を行うための加工ヘッドとして用いると、単純な構造でしかも非常に安全な加工機を構成できる。
【００７２】
また特に、反射部材の前面の形状を、略放物線回転面をなす凹面状にすると、輻射熱の集中度を極めて高くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】加工機（レーザ加工機）を示す３面図であり、(ａ)は背面図、(ｂ)は側面図、(ｃ)は平面図である。
【図２】レーザ加工機の一部と加熱炉との斜観図である。
【図３】レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺の部分の側面図を、加熱炉の横断面図とともに示した図である。
【図４】加工機（レーザ加工機）の他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺の部分の側面図を、加熱炉の横断面図とともに示す図である。
【図５】レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺部分の断面図を、加熱炉の開口近傍の断面図とともに示す図である。
【図６】加工機（レーザ加工機）のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺の部分の側面図を、加熱炉の横断面図とともに示す図である。
【図７】レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺部分の断面図を、加熱炉の開口近傍の断面図とともに示す図である。
【図８】本願発明に係る加工機（レーザ加工機）のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺部分の断面図を、加熱炉を水平面で切断した断面図とともに示した図である。
【図９】本願発明に係る加工機のさらに他の実施形態を示す図であり、加工機の加工ヘッドおよびその周辺部分の断面図を、加熱炉の横断面図とともに示した図である。
【図１０】加工機の反射板が、予定しない方向に向いてしまった場合の、反射板および加熱炉の断面図である。
【図１１】加工機（レーザ加工機）のさらに他の実施形態を示す図であり、(ａ)はレーザ加工機の背面図、(ｂ)は側面図である。
【図１２】レーザ加工機の旋回部の一部断面図である。
【図１３】加工機（レーザ加工機）のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺の部分の側面図を、加熱炉の開口近傍の断面図とともに示す図である。
【図１４】加工機（レーザ加工機）のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺の部分の側面図を、加熱炉の開口近傍の断面図とともに示す図である。
【図１５】加工機（レーザ加工機）のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺の部分の横断面図を、加熱炉の横断面図とともに示す図である。
【図１６】加工機のさらに他の実施形態を示す図であり、加工ヘッドおよびその周辺の部分の側面図を、加熱炉の開口近傍の断面図とともに示す図である。
【符号の説明】
M1,M2,M3,M4 ミラー
Ｒレンズ
Ｓ載置台
Ｗワーク
10,10A,10B,10C レーザ加工機
10D 加工機
11 脚部
12 レール部
13 アーム部
14 旋回部
15 加工ヘッド
16 レーザ光導入口
17 蛇腹部
18,19,20,21 反射板
18a,19a,20a,21a 前面
30 加熱炉
31 開口
32 ワーク搬入口
33 蓋
40,40A,40B,40C レーザ加工機
40D 加工機
41 脚部
42 レール部
43 アーム部
44 旋回部
44a モータ
44b プーリ
45 加工ヘッド
45b プーリ
46 レーザ光導入口
48 ベルト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a processing machine, and more particularly to a processing machine that reflects radiant heat from the outside and hardly raises the temperature due to the radiant heat.
[0002]
[Prior art]
For example, there is a laser processing machine that processes a workpiece with laser light. The laser processing machine outputs laser light from a processing head, irradiates the laser beam on a processing portion of the workpiece, and raises the processing portion to a processing temperature to perform processing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When the workpiece is irradiated with the laser beam in this way, the machining location of the workpiece may suddenly rise to the machining temperature. And a big temperature gradient arises inside a workpiece | work, a big stress arises inside a workpiece | work, As a result, a crack and a crack may generate | occur | produce in a workpiece | work. In order to avoid such a situation, for example, the work is placed in a heating furnace, and before the laser beam is irradiated by the laser processing machine, the work is heated (preheated) to a temperature lower than the processing temperature, and then the laser beam is irradiated. It is conceivable to apply the processing by. An opening is formed in the heating furnace, and the workpiece is irradiated with laser light from the laser processing machine through the opening.
[0004]
However, the inside of the heating furnace is hot, and if there is an opening, radiant heat leaks from there. Therefore, when a laser processing machine is installed in the vicinity of the heating furnace, the laser processing machine receives radiant heat radiated from the opening of the heating furnace. If it does so, the temperature of a laser processing machine will rise. When this temperature rise is significant, various adverse effects occur in the laser processing machine. For example, the drive system of the laser processing machine expands due to the temperature rise, and the drive accuracy decreases. In addition, the lubricant in the drive part may deteriorate or the life of the parts may be shortened. In particular, when the temperature of the optical system inside the laser processing machine rises, the processing accuracy is adversely affected. That is, when the mirror or the lens expands due to a temperature rise, the optical axis is shifted, or the cross-sectional shape of the laser light output from the processing head is deformed.
[0005]
Furthermore, if the radiant heat leaking from the heating furnace can be used more actively in the processing of workpieces, the energy consumed by the laser processing machine and the heating furnace can be reduced and the configuration of the laser processing machine can be simplified. It should be possible.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a laser processing machine according to the present invention is a laser processing machine installed in the vicinity of a heating furnace having an opening, and the laser processing machine outputs a laser beam from its tip. The processing head irradiates the work in the heating furnace with laser light through the opening, and the processing head is irradiated with radiant heat radiated from the opening of the heating furnace. Has an optical system and a housing that covers the optical system, and a portion of the surface of the housing that is irradiated with the radiant heat from the opening is mirror-finished (Claim 1). According to such a configuration,The radiant heat from the furnace opening is effectively reflected, and the temperature rise of the processing machine due to the radiant heat can be minimized.
[0009]
In order to solve the above problems, another laser processing machine of the present invention is a laser processing machine installed in the vicinity of a heating furnace having an opening, and the laser processing machine transmits laser light at a tip thereof. The processing head irradiates the workpiece in the heating furnace with laser light through the opening, and the processing head circulates around the axis of the processing head. A reflecting member is provided, and radiant heat radiated from the opening of the heating furnace is reflected toward the opening by the reflecting member. According to such a configuration, the radiant heat from the opening of the furnace is effectively reflected, and the temperature rise of the processing machine due to the radiant heat can be minimized.
[0011]
In the laser processing machine, the processing head includes an optical system and a housing that covers the optical system, and protrudes toward the opening from the surface of the housing facing the opening of the reflecting member. The finished part may be mirror-finished (Claim 3).This is particularly effective for preventing the temperature rise of the machining head.
[0012]
In the laser processing machine, a surface of the reflecting member facing the opening may be finished in a mirror shape. Further, the surface of the reflecting member facing the opening may be concave.If it does in this way, radiant heat can be returned to a radiant heat source more efficiently by a reflective member.
[0017]
In order to solve the above problems, another laser processing machine of the present invention is a laser processing machine installed in the vicinity of a heating furnace having an opening, and the laser processing machine transmits laser light at a tip thereof. The processing head irradiates the workpiece in the heating furnace with laser light through the opening, and the processing head processes the workpiece while moving relative to the workpiece. The processing head is provided with a reflecting member so as to circulate around the axis of the processing head, and the surface of the reflecting member facing the opening is finished to be a mirror surface. Radiant heat radiated from the opening is reflected toward the opening by the surface of the reflecting member facing the opening, and the surface of the reflecting member facing the opening transmits the reflected radiant heat through the opening. Concentrate at a specific location in the furnace A shape as possible, the predetermined position from the axis of the machining head, a position at a distance along the direction of movement relative to said workpiece in said machining head (claim 6). According to such a configuration,It is possible to arrange the machining location by the machining head and the predetermined location at a distance along the machining direction on the workpiece. If it does in this way, before or after processing by a processing head, the processing part can be heated with a reflective member, and it can be made to preheat or cool slowly.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 is a three-plane view showing a processing machine (laser processing machine) 10 according to an embodiment of the present invention, wherein (a) is a rear view, (b) is a side view, and (c) is a plan view. The laser processing machine 10 is installed in the vicinity of the heating furnace 30, and in the drawing, the heating furnace 30 is also shown together with the laser processing machine 10. The laser processing machine 10 includes two leg portions 11, a rail portion 12, spanned on the leg portion 11, an arm portion 13, a turning portion 14, and a machining head 15. The leg 11 is fixed to the floor surface. The arm portion 13 can move with respect to the rail portion 12 in the direction of arrow X and the direction of arrow Y in the figure. Further, the turning portion 14 can turn in the direction of arrow A in the figure with respect to the arm portion 13, and the machining head 15 can turn in the direction of arrow B in the drawing with respect to the turning portion 14. It has become. Therefore, the machining head 15 can be set at an arbitrary angle with respect to the arm portion 13 within a predetermined range. The imaginary line in the figure shows a state in which the machining head 15 has moved from the position of the solid line to another position.
[0023]
The laser light is introduced from the laser light inlet 16, passes through the inside of the bellows part 17, and is reflected by the mirrors M1 and M2 in the arm 13, the mirror M3 in the swivel part 14, and the mirror M4 in the processing head 15. Then, the light passes through the lens R in the processing head 15 and is output from the tip of the processing head 15.
[0024]
Each of the rail part 12, the arm part 13, the turning part 14, and the machining head 15 has a structure in which internal mechanisms such as a drive system and an optical system are covered with a housing. The surface of the housing of the processing head 15, the surface of the housing of the turning portion 14, and the surface of the housing of the arm portion 13 are finished in a mirror shape. To finish the mirror surface, for example, the surface of the housing may be metal-plated, a mirror-like film may be formed by vapor deposition on the surface of the housing, or mechanical polishing such as buffing may be applied to the housing surface. You may give it. Among them, the treatment by plating, particularly the treatment by chrome plating is suitable for mirror finish. The operation of the mirror-finished housing will be described later. The movement of the arm unit 13, the turning of the turning unit 14, and the turning of the machining head 15 are controlled by a control unit (not shown). The workpiece W in the heating furnace 30 is laser processed by the laser processing machine 10 configured as described above.
[0025]
FIG. 2 is a perspective view of a part of the laser processing machine 10 and the heating furnace 30. As described above, the opening 31 is formed in the heating furnace 30. This opening 31 is for guiding the laser beam of the laser processing machine 10 into the heating furnace 30. Although not shown in the drawing, a conveying device is laid in the heating furnace 30. A workpiece carry-in port 32 is formed at the end of the heating furnace 30, and the work W is carried into the heating furnace 30 from the work carry-in port 32 in a state of being fixed on the mounting table S and placed on the transfer device. . The workpiece W is conveyed in the direction of the arrow C in the drawing by the conveying device. The laser processing machine 10 performs laser processing by irradiating the workpiece W, which has been transported to the front of the laser processing machine 10 by the transport device, with laser light from the processing head 15 through the opening 31. In this case, the processing with laser light (laser processing) may be, for example, fusion or deformation processing that deforms the workpiece by heating. The workpiece W is transported through the heating furnace 30 from the workpiece carry-in port 32 to the front of the laser processing machine 10. Therefore, when the workpiece W comes to the front of the laser processing machine 10, the processing portion of the workpiece W has not reached the processing temperature, but has risen to some extent. That is, preheating is performed. Therefore, even if the main processing with the laser beam is performed, a large temperature gradient does not occur around the processing portion of the workpiece W. Therefore, cracks and cracks are less likely to occur inside the workpiece W. In addition, the workpiece W that has been subjected to the main processing by the laser beam is conveyed inside the heating furnace 30. Therefore, the machining part of the workpiece W is not rapidly cooled, and the temperature of the workpiece W is uniformly and gradually decreased. That is, the workpiece W is gradually cooled. Therefore, in the cooling process of the workpiece W, a large temperature gradient does not occur around the machining location, and cracks and cracks are not easily generated inside the workpiece W. The opening 31 is provided with a lid 33. The opening 31 is closed by a lid 33 when laser processing is not performed.
[0026]
FIG. 3 is a view showing a side view of the processing head 15 of the laser processing machine 10 and its peripheral portion together with a cross-sectional view of the heating furnace 30. An arrow D in the figure indicates the traveling direction of the laser beam. The other arrows in the figure indicate the traveling direction of radiant heat. The inside of the heating furnace 30 is hot, and radiant heat leaks from the opening 31. This radiant heat radiated from the opening 31 is irradiated particularly strongly to the portion closest to the opening 31 of the laser processing machine 10, that is, the processing head 15. However, as described above, the surface of the housing of the processing head 15 is mirror-finished, and thus reflects radiant heat. Therefore, the temperature of the internal mechanism of the machining head 15 is prevented from being significantly increased due to radiant heat. More specifically, an optical system including a mirror M4 and a lens R is provided inside the processing head 15. However, since the surface of the housing of the processing head 15 reflects radiant heat, the expansion of the mirror M4 and the lens R is performed. Therefore, deviation of the optical axis of the laser beam and deformation of the cross-sectional shape of the laser beam are prevented.
[0027]
Similarly, since the surface of the housing of the swivel unit 14 and the surface of the housing of the arm unit 13 are also mirror-finished, the optical system such as the mirrors M1, M2, and M3 provided inside the swivel unit 14 and the arm unit 13 However, the temperature rise is prevented.
[0028]
In addition, the drive system of the swivel unit 14 and the arm unit 13 is not easily expanded, so that the drive accuracy is maintained. Further, the drive system lubricant is also prevented from deteriorating due to a temperature rise. Furthermore, even if there are parts formed of materials (for example, resin or rubber) whose life is shortened by the temperature rise inside the machining head 15, the swivel part 14, and the arm part 13, the temperature rise is prevented. This can prevent the life from being shortened.
[0029]
In this embodiment, the surface of the machining head, the swivel unit, and the arm unit is mirror-finished, but the other part of the housing of the processing machine (for example, the rail or leg housing) is mirror-finished. Also good. In the present embodiment, a laser processing machine is taken as an example of the processing machine, but the present invention can also be applied to other processing machines.
[0030]
FIG. 4 is a view showing another embodiment of a processing machine (laser processing machine) according to the present invention. A side view of the processing head 15 of the laser processing machine 10A and its peripheral portion is shown in a cross-sectional view of the heating furnace 30. Together with An arrow D in the figure indicates the traveling direction of the laser beam. The other arrows in the figure indicate the traveling direction of radiant heat.
[0031]
Unlike the laser processing machine 10 shown in FIGS. 1 to 3, the laser processing machine 10 </ b> A has a reflecting plate 18 attached to the processing head 15. The reflection plate 18 has a flat plate shape and is provided so as to go around the axis of the processing head 15. The reflecting plate 18 has a front surface 18a finished in a mirror shape so that the radiant heat from the opening 31 can be reflected forward. The other structure of the laser processing machine 10A is the same as that of the laser processing machine 10 shown by FIGS. That is, the laser processing machine 10A is also mirror-finished on the surface of the housing of the processing head 15, the surface of the housing of the swivel unit 14, and the surface of the housing of the arm unit 13.
[0032]
FIG. 5 is a cross-sectional view of the processing head 15 and its peripheral portion of the laser processing machine 10A, together with a cross-sectional view in the vicinity of the opening 31 of the heating furnace 30. In the figure, the internal mechanism of the laser beam machine 10A is omitted. The arrows in the figure indicate the traveling direction of radiant heat.
[0033]
In this laser processing machine 10A, since the front surface 18a of the reflector 18 is mirror-finished, the radiant heat from the opening 31 is reflected by the front surface 18a of the reflector 18 to the front of the processing head 15, that is, in the heating furnace 30. Proceed in the direction to return to. Further, the surface of the housing of the processing head 15 is mirror-finished, and even if the radiant heat is reflected backward on the surface of the housing of the processing head 15, it is reflected further in the direction toward the opening 31 by the front surface 18a of the reflecting plate 18. . The radiant heat that is reflected and goes into the heating furnace 30 heats the inside of the heating furnace 30. Thus, not only the temperature rise of the laser beam machine 10A due to radiant heat can be prevented, but also the temperature drop of the heating furnace 30 as a radiant heat source can be prevented.
[0034]
In the present embodiment, mirror finishing is also applied to the surfaces of the housings of the machining head, the swivel unit, and the arm unit. However, when the reflecting member is provided, it is not always necessary to apply a mirror finish to these housings. In the case where the reflecting member is provided, it is particularly effective for preventing the processing head from rising in temperature if at least a portion of the surface of the housing of the processing head is mirror-finished in front of the reflecting member. In the present embodiment, a laser processing machine is taken as an example of the processing machine, but the present invention can also be applied to other processing machines.
[0035]
FIG. 6 is a view showing still another embodiment of a processing machine (laser processing machine) according to the present invention. A side view of the processing head 15 of the laser processing machine 10B and its peripheral portion is shown in a cross section of the heating furnace 30. It is shown with a figure. An arrow D in the figure indicates the traveling direction of the laser beam. The other arrows in the figure indicate the traveling direction of radiant heat.
[0036]
FIG. 7 is a cross-sectional view of the processing head 15 and its peripheral portion of the laser processing machine 10B, together with a cross-sectional view in the vicinity of the opening 31 of the heating furnace 30. In the figure, the internal mechanism of the laser beam machine 10B is omitted. The arrows in the figure indicate the traveling direction of radiant heat.
[0037]
In this laser beam machine 10B, unlike the laser beam machine 10A shown in FIGS. 4 to 5, the reflector 19 attached to the machining head 15 is formed in a shape such that the front surface 19a is concave. The reflecting plate 19 is also provided so as to go around the axis of the processing head 15. The front surface 19a of the reflecting plate 19 is finished in a mirror shape so that the radiant heat from the opening 31 can be reflected in front of the processing head 15. Further, the front surface 19a of the reflecting plate 19 forms a substantially parabolic rotation surface. The focal point F of the parabolic rotation surface is on the axis L of the machining head 15. The structure of the laser beam machine 10B other than the reflector 19 is the same as that of the laser beam machine 10 shown in FIGS. That is, also in the laser processing machine 10B, the surface of the housing of the processing head 15, the surface of the housing of the swivel unit 14, and the surface of the housing of the arm unit 13 are finished in a mirror shape.
[0038]
Since the front surface 19a of the reflection plate 19 is mirror-finished, the radiant heat from the opening 31 is reflected by the front surface 19a of the reflection plate 19 and proceeds in the direction of returning to the front of the processing head 15, that is, into the heating furnace 30. Further, since the surface of the housing of the processing head 15 is mirror-finished, even if the radiant heat is reflected backward on the surface of the housing of the processing head 15, it is reflected in the direction toward the opening 31 further on the front surface 19a of the reflecting plate 19. . Since the front surface 19a of the reflecting plate 19 is concave, the radiant heat reflected by the reflecting plate 19 returns efficiently into the heating furnace 30 without being diffused around the opening 31. Therefore, it is more effective in preventing temperature drop in the heating furnace 30.
[0039]
In addition, since the front surface 19a has a substantially parabolic rotation surface, the radiant heat that travels parallel to the axis L of the processing head 15 and is applied to the reflection plate 19 is reflected by the reflection plate 19 and focused on the parabolic rotation surface. Collected by F. Therefore, when the workpiece W is placed so that the machining location coincides with the focal point F, the machining location can be heated by the radiant heat concentrated by the reflector 19. The stronger the radiant heat that leaks from the opening 31, the greater the degree of heating of the workpiece W by the reflector 19.
[0040]
As described above, the focal point F of the parabolic rotation surface is on the axis L of the machining head 15. The focal point of the laser beam and the focal point F of the parabolic rotation surface are substantially coincident. Therefore, the reflecting plate 19 assists the processing head 15 and heats the workpiece W. Therefore, the output of the laser beam from the machining head 15 may be small, and a laser oscillator having a low output can be adopted. That is, the initial cost and running cost of the processing machine can be reduced.
[0041]
In the present embodiment, a laser processing machine is taken as an example of a processing machine, but the present invention can also be applied to other processing machines.
[0042]
FIG. 8 is a view showing still another embodiment of a processing machine (laser processing machine) according to the present invention, in which a sectional view of the processing head 15 and its peripheral portion of the laser processing machine 10C is cut along the horizontal plane of the heating furnace 30. It is shown with the cross-sectional view. The arrows other than the arrows E1 and E2 in the figure indicate the traveling direction of the radiant heat.
[0043]
In this laser beam machine 10C, a reflection plate 20 as a reflection member is attached to the machining head 15 in the same manner as the laser beam machine 10B shown in FIGS. The front surface 20a of the reflecting plate 20 has a concave shape and a substantially parabolic rotation surface, and is finished in a mirror shape. However, unlike the laser beam machine 10B shown in FIGS. 6 to 7, the focal point F2 of the parabolic rotation surface of the front surface 20a of the reflector 20 is not on the axis L of the machining head 15, but away from the axis L. Is located. The focal point F1 of the laser beam from the machining head 15 and the focal point F2 of the parabolic rotation surface are spaced apart along the machining direction on the workpiece W. The other structure of the laser beam machine 10C is the same as that of the laser beam machine 10B shown in FIGS.
[0044]
In the laser processing machine 10C, when the work W conveyed in the heating furnace 30 comes to the front of the processing machine 10C, the work W is stopped and the work W is processed while controlling the movement of the processing head 15. The processing head 15 processes the processing portion of the workpiece W while moving in the direction of the arrow E1 in FIG. The processed portion of the workpiece W is heated by the radiant heat from the reflecting plate 20 prior to the irradiation of the laser beam. Although the processing location of the workpiece W cannot be raised to the processing temperature only by heating from the reflection plate 20, the temperature is higher than other locations of the workpiece W (locations that are not irradiated with radiant heat from the reflection plate 20). Can be. Therefore, the machining part of the workpiece W is preheated by the reflecting plate 20 before the main machining by the laser beam is performed. Therefore, the workpiece W can be sufficiently preheated even if the temperature in the heating furnace 30 is not so high. For this reason, the running cost of the heating furnace 30 can be reduced.
[0045]
Further, the machining portion of the workpiece W may be machined by moving the machining head in the direction of arrow E2 in FIG. The processed portion of the workpiece W is heated by the radiant heat from the reflecting plate 20 after being subjected to main processing with laser light. That is, the workpiece W is gradually cooled by the reflecting plate 20. Therefore, the workpiece W can be sufficiently cooled even if the temperature in the heating furnace 30 is not so high. For this reason, the running cost of the heating furnace 30 can be reduced.
[0046]
In the present embodiment, a laser processing machine is taken as an example of a processing machine, but the present invention can also be applied to other processing machines.
[0047]
FIG. 9 is a view showing still another embodiment of the processing machine according to the present invention, and shows a cross-sectional view of the processing head of the processing machine 10D and its peripheral portion together with a cross-sectional view of the heating furnace 30. The arrows in the figure indicate the traveling direction of radiant heat. Thus, the processing machine 10D is installed in the vicinity of the heating furnace 30, and processes the workpiece W in the heating furnace 30.
[0048]
The processing head of the processing machine 10D is composed of a reflecting plate 21 as a reflecting member, and does not include a mechanism for irradiating laser light. The reflector 21 reflects radiant heat leaking from the opening 31 of the heating furnace 30. The reflection plate 21 has a mirror-like front surface 21a so that radiant heat irradiated from the front can be reflected forward. The shape of the front surface 21a is a concave surface that forms a substantially parabolic rotation surface. Therefore, the radiant heat irradiated from the front can be collected at the focal point F3 of the parabolic rotation surface by reflection. The reflection plate 21 is controlled to move so that the focal point F3 moves along the machining location on the workpiece W. The machining part of the workpiece W is heated by radiant heat and rises to the machining temperature. That is, the workpiece W is processed by the radiant heat from the reflecting plate 21.
[0049]
The processing machine 10D does not require expensive and complicated equipment such as a laser oscillator. Also, maintenance such as adjustment of the optical axis of the laser beam is unnecessary. Therefore, the processing machine can be configured at low cost, and the running cost is low. In addition, labor required for maintenance can be reduced.
[0050]
FIG. 10 shows a case where the reflecting plate 21 of the processing machine 10D has turned to an unplanned direction. The arrows in the figure indicate the traveling direction of radiant heat. For example, if the processing machine 10D runs out of control and the reflecting plate 21 faces in a direction other than the opening 31 as shown in this figure, the projected area of the reflecting plate 21 with respect to the opening surface of the opening 31 becomes small, and reflection The amount of radiant heat applied to the plate 21 is reduced. Therefore, even if the radiant heat reflected by the reflecting plate 21 is collected at a point, the equipment at that point and the worker there are not subjected to strong heating. That is, even if the processing machine 10D runs out of control or an error occurs in the control program of the processing machine 10D, it is safe.
[0051]
FIG. 11 is a view showing still another embodiment of a processing machine (laser processing machine) according to the present invention, wherein (a) is a rear view and (b) is a side view. FIG. 12 is a partial cross-sectional view of the turning portion 44 of the laser beam machine 40. As shown in FIG. The laser processing machine 40 is installed in the vicinity of the heating furnace 30, and in FIG. 11B, the heating furnace 30 is also shown together with the laser processing machine 40. The heating furnace 30 has the same configuration as the heating furnace 30 shown in FIGS.
[0052]
The laser processing machine 40 has two leg portions 41, a rail portion 42 spanned on the leg portions 41, an arm portion 43, a turning portion 44, and a machining head 45. The leg portion 41 is fixed to the floor surface. The arm portion 43 can move in the direction of the arrow X and the direction of the arrow Y in the drawing with respect to the rail portion 42. Further, the turning portion 44 can turn in the direction of the arrow G in the drawing with respect to the arm portion 43, and the machining head 45 can change the angle in the direction of the arrow H in the drawing with respect to the turning portion 44. It has become. The angle of the machining head 45 with respect to the turning unit 44 is changed by a motor 44a or the like incorporated in the turning unit 44. That is, as shown in FIG. 12, a motor 44a is incorporated in the turning portion 44. Further, the machining head 45 is pivoted with respect to the turning portion 44. A pulley 44b attached to the rotation shaft of the motor 44a is connected to a pulley 45b attached to the pivot shaft of the machining head 45 by a belt 48. Therefore, by controlling the rotation of the motor 44a, the machining head 45 is rotated in the direction of the arrow H in the figure with respect to the turning portion 44. The movement of the arm unit 43, the turning of the turning unit 44, and the rotation of the motor 44a are controlled by a control unit (not shown).
[0053]
The laser beam is introduced from the laser beam inlet 46, guided to the machining head 45 by a mirror incorporated in the laser beam machine 40, passes through the lens in the machining head 45, and is output from the tip of the machining head 45. Is done. An arrow D in FIG. 11B indicates the traveling direction of the laser light.
[0054]
In the laser processing machine 40, similarly to the laser processing machine 10 shown in FIGS. 1 to 3, the rail part 42, the arm part 43, the turning part 44, and the processing head 45 are respectively provided with internal mechanisms such as a drive system and an optical system. Is covered with a housing. The surface of the housing of the processing head 45, the surface of the housing of the turning portion 44, and the surface of the housing of the arm portion 43 are finished in a mirror shape. Therefore, even if the radiant heat leaked from the opening 31 of the heating furnace 30 is applied to the processing head 45, the swivel part 44, and the arm part 43, the radiant heat is reflected on the surfaces of the housings. Therefore, it is possible to prevent the temperature of the internal mechanism of the laser beam machine 40 from rising significantly due to radiant heat.
[0055]
FIG. 13 is a view showing still another embodiment of the processing machine (laser processing machine) according to the present invention, and shows a side view of the processing head 45 of the laser processing machine 40A and its peripheral portion. An arrow D in the figure indicates the traveling direction of the laser beam. The other arrows in the figure indicate the traveling direction of radiant heat.
[0056]
The laser processing machine 40A is different from the laser processing machine 40 shown in FIGS. The other structure of the laser beam machine 40A is the same as that of the laser beam machine 40 shown in FIGS. The reflector 18 of the laser beam machine 40A has the same structure as the reflector plate 18 of the laser beam machine 10A shown in FIGS. That is, the reflecting plate 18 of the laser processing machine 40A is also flat and is provided so as to go around the axis of the processing head 45. The front surface 18a is finished in a mirror shape so that the radiant heat from the opening 31 of the heating furnace 30 can be reflected forward.
[0057]
Therefore, similarly to the laser beam machine 10A of FIGS. 4 to 5, not only the temperature rise of the laser beam machine 40A due to radiant heat can be prevented, but also the temperature drop of the heating furnace 30 as a radiant heat source can be prevented.
[0058]
FIG. 14 is a view showing still another embodiment of the processing machine (laser processing machine) according to the present invention, and shows a side view of the processing head 45 of the laser processing machine 40B and its peripheral portion. An arrow D in the figure indicates the traveling direction of the laser beam. The other arrows in the figure indicate the traveling direction of radiant heat.
[0059]
A reflecting plate 19 is attached to the processing head 45 of the laser processing machine 40B. The structure of the laser beam machine 40B other than the reflector 19 is the same as that of the laser beam machine 40 shown in FIGS. The reflecting plate 19 of the laser beam machine 40B has the same structure as the reflecting plate 19 of the laser beam machine 10B shown in FIGS. That is, the reflector 19 of the laser beam machine 40B is also formed in a shape such that the front surface 19a is concave, and is provided so as to go around the axis of the machining head 45. The front surface 19a of the reflecting plate 19 is finished in a mirror shape so that the radiant heat from the opening 31 of the heating furnace 30 can be reflected in front of the processing head 45. Further, the front surface 19a of the reflecting plate 19 forms a substantially parabolic rotation surface. The focal point F of the parabolic rotation surface is on the axis L of the machining head 15.
[0060]
Therefore, the radiant heat reflected by the reflecting plate 19 can be efficiently returned into the heating furnace 30 without being diffused around the opening 31 of the heating furnace 30 as in the laser processing machine 10B of FIGS. Further, the reflector 19 can heat the workpiece W by assisting the processing head 45.
[0061]
FIG. 15 is a view showing still another embodiment of the processing machine (laser processing machine) according to the present invention, and shows a cross-sectional view of the processing head 45 of the laser processing machine 40C and its peripheral portion cut along a horizontal plane. is there. In this figure, the internal mechanisms of the turning unit 44 and the machining head 45 are omitted. The arrows in the figure indicate the traveling direction of radiant heat.
[0062]
The reflection plate 20 is attached to the processing head 45 of the laser processing machine 40C. The structure of the laser beam machine 40C other than the reflector 20 is the same as that of the laser beam machine 40 shown in FIGS. The reflector 20 of the laser beam machine 40C has the same structure as the reflector plate 20 of the laser beam machine 10C shown in FIG. That is, the front surface 20a of the reflector 20 of the laser processing machine 40C has a concave shape and a substantially parabolic rotation surface, and is finished in a mirror shape. The focal point F2 of the parabolic rotation surface of the front surface 20a of the reflecting plate 20 is not on the axis L of the processing head 45 but is located away from the axis L. The focal point F1 of the laser beam from the machining head 45 and the focal point F2 of the parabolic rotation surface are spaced along the machining direction on the workpiece W.
[0063]
Therefore, the processing part of the workpiece W is preheated by radiant heat from the reflection plate 20 before the main processing by the laser beam is performed, or is heated by radiant heat from the reflection plate 20 after the main processing by the laser beam is performed. And can be gradually cooled.
[0064]
FIG. 16 is a view showing still another embodiment of the processing machine according to the present invention, and is a side view showing a processing head and its peripheral part of the processing machine 40D. The arrows in the figure indicate the traveling direction of radiant heat. Thus, the processing machine 40D is installed in the vicinity of the heating furnace 30, and processes the workpiece W in the heating furnace 30.
[0065]
In the processing machine 40D, similarly to the processing machine 10D shown in FIGS. 9 to 10, the processing head is composed of the reflecting plate 21 as a reflecting member, and does not include a mechanism for irradiating laser light. The reflecting plate 21 of the processing machine 40D has the same structure as the reflecting plate 21 of the processing machine 10D shown in FIGS. That is, the reflecting plate 21 of the processing machine 40D reflects the radiant heat leaking from the opening 31 of the heating furnace 30, but its front surface 21a so that the radiant heat irradiated from the front can be reflected forward. Is mirror-finished. The shape of the front surface 21a is a concave surface that forms a substantially parabolic rotation surface. The reflecting plate 21 is controlled to move so that the focal point F3 of the parabolic rotation surface moves along the machining location on the workpiece W, and raises the machining location of the workpiece W to the machining temperature by radiant heat.
[0066]
Therefore, the processing machine 40D can also be configured at a low cost as in the processing machine 10D of FIGS. 9 to 10, and the running cost is low. In addition, labor required for maintenance can be reduced. Furthermore, even if the processing machine 40D runs out of control or an error occurs in the control program of the processing machine 40D, it is safe.
[0067]
The present invention has been described above based on various embodiments. In the above-described embodiment, since the front surface of the reflecting member has a substantially parabolic rotating surface in order to concentrate radiant heat at a predetermined location by reflection, the degree of concentration is extremely high. However, the shape of the front surface of the reflecting member may be other shapes such as a hyperbolic rotation surface and a spherical shape. If the radiant heat is concentrated by such a shape, the degree of concentration cannot be increased as much as the parabolic rotating surface shape, but the heating range can be widened. Further, since the spherical shape is a shape that can be easily processed, the manufacturing cost can be reduced.
[0068]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form described above, and has the following effects.
(1) If at least a part of the surface of the housing is mirror-like, the temperature rise due to the radiant heat of the processing machine can be minimized.
(2) When the surface of the portion of the housing that accommodates the optical system is finished in a mirror shape, expansion due to a temperature rise of the optical system can be prevented, and the accuracy of the optical system can be maintained.
(3) When the processing machine is installed in the vicinity of the furnace having the opening, the radiant heat from the opening of the furnace is effectively reflected, and the temperature rise of the processing machine due to the radiant heat can be minimized.
(4) If the surface of the housing of the processing head is finished in a mirror surface, it is particularly effective for preventing the temperature rise of the processing machine, and it is possible to prevent a decrease in accuracy due to expansion of the internal mechanism of the processing head.
(5) Providing the reflecting member is effective in preventing the temperature rise of the processing machine, and can also prevent the temperature of the radiant heat source from decreasing.
(6) If at least a portion of the surface of the housing of the machining head is finished in a mirror-like shape, it is particularly effective for preventing the machining head from rising in temperature.
(7) When the front surface of the reflecting member is concave, the radiant heat can be more efficiently returned to the radiant heat source by the reflecting plate.
(8) When a reflecting member capable of concentrating parallel radiant heat irradiated from the front at a predetermined location by reflection is provided, the workpiece can be heated by collecting the radiant heat at the predetermined location.
[0069]
In particular, when the predetermined location is on the axis of the machining head, the workpiece can be heated with the assistance of the machining head.
[0070]
In particular, when the predetermined portion is located at a position away from the axis of the machining head, the workpiece can be heated for preheating or slow cooling.
[0071]
In particular, when the reflecting member itself is used as a processing head for performing main processing, a very safe processing machine having a simple structure can be configured.
[0072]
In particular, when the shape of the front surface of the reflecting member is a concave surface that forms a substantially parabolic rotation surface, the concentration of radiant heat can be made extremely high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a three-side view showing a processing machine (laser processing machine), where (a) is a rear view, (b) is a side view, and (c) is a plan view.
FIG. 2 is a perspective view of a part of a laser beam machine and a heating furnace.
FIG. 3 is a side view of a processing head of a laser beam machine and a peripheral portion thereof, together with a cross-sectional view of a heating furnace.
FIG. 4 is a view showing another embodiment of a processing machine (laser processing machine), and is a view showing a side view of a processing head of the laser processing machine and its peripheral portion together with a cross-sectional view of a heating furnace.
FIG. 5 is a view showing a sectional view of a machining head of a laser beam machine and its peripheral portion together with a sectional view in the vicinity of an opening of a heating furnace.
FIG. 6 is a view showing still another embodiment of a processing machine (laser processing machine), and is a view showing a side view of a processing head of the laser processing machine and its peripheral portion together with a cross-sectional view of a heating furnace. .
FIG. 7 is a view showing a sectional view of a machining head of a laser beam machine and its peripheral portion together with a sectional view in the vicinity of an opening of a heating furnace.
FIG. 8 is a view showing still another embodiment of a processing machine (laser processing machine) according to the present invention, and is a cross-sectional view of a processing head of the laser processing machine and a peripheral portion thereof, in which a heating furnace is cut along a horizontal plane. It is the figure shown with the figure.
FIG. 9 is a view showing still another embodiment of the processing machine according to the present invention, and is a view showing a cross-sectional view of the processing head of the processing machine and its peripheral portion together with a cross-sectional view of the heating furnace.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the reflector and the heating furnace when the reflector of the processing machine is directed in an unplanned direction.
11A and 11B are views showing still another embodiment of a processing machine (laser processing machine), where FIG. 11A is a rear view of the laser processing machine, and FIG. 11B is a side view.
FIG. 12 is a partial cross-sectional view of a turning unit of a laser beam machine.
FIG. 13 is a view showing still another embodiment of a processing machine (laser processing machine), and shows a side view of a processing head of the laser processing machine and a peripheral portion thereof along with a cross-sectional view in the vicinity of an opening of a heating furnace. It is.
FIG. 14 is a view showing still another embodiment of the processing machine (laser processing machine), and shows a side view of the processing head of the laser processing machine and its peripheral portion together with a sectional view in the vicinity of the opening of the heating furnace. It is.
FIG. 15 is a view showing still another embodiment of a processing machine (laser processing machine), and is a view showing a cross-sectional view of a processing head of the laser processing machine and its peripheral portion together with a cross-sectional view of a heating furnace. is there.
FIG. 16 is a view showing still another embodiment of the processing machine, and is a view showing a side view of the processing head and its peripheral portion together with a sectional view in the vicinity of the opening of the heating furnace.
[Explanation of symbols]
M1, M2, M3, M4 mirror
R lens
S mounting table
W Work
10,10A, 10B, 10C Laser processing machine
10D processing machine
11 legs
12 Rail section
13 Arm
14 Turning part
15 Processing head
16 Laser beam entrance
17 bellows
18, 19, 20, 21 Reflector
18a, 19a, 20a, 21a front
30 Heating furnace
31 opening
32 Workpiece inlet
33 lid
40,40A, 40B, 40C Laser processing machine
40D processing machine
41 legs
42 Rail section
43 Arm
44 Turning part
44a motor
44b pulley
45 Processing head
45b pulley
46 Laser beam entrance
48 belts

Claims

A laser processing machine installed in the vicinity of a heating furnace having an opening,
  The laser processing machine has a processing head that outputs laser light from its tip,
  The processing head irradiates the workpiece in the heating furnace with laser light through the opening,
  Radiation heat radiated from the opening of the heating furnace is irradiated to the processing head,
  The processing head includes an optical system and a housing that covers the optical system,
  A laser processing machine in which a portion of the surface of the housing irradiated with the radiant heat from the opening is finished in a mirror shape.

A laser processing machine installed in the vicinity of a heating furnace having an opening,
  The laser processing machine has a processing head that outputs laser light from its tip,
  The processing head irradiates the workpiece in the heating furnace with laser light through the opening,
  The processing head is provided with a reflecting member so as to circulate around the axis of the processing head,
  A laser processing machine configured to reflect radiant heat radiated from the opening of the heating furnace toward the opening by the reflecting member.

The processing head includes an optical system and a housing that covers the optical system,
The laser processing machine according to claim 2, wherein a portion of the surface of the housing that protrudes toward the opening rather than a surface of the reflecting member facing the opening is finished in a mirror shape.

4. The laser processing machine according to claim 2, wherein a surface of the reflecting member facing the opening is finished in a mirror shape.

The laser processing machine according to claim 4, wherein a surface of the reflecting member facing the opening is concave .

A laser processing machine installed in the vicinity of a heating furnace having an opening,
  The laser processing machine has a processing head that outputs laser light from its tip,
  The processing head irradiates the workpiece in the heating furnace with laser light through the opening,
  The processing head processes the workpiece while moving relative to the workpiece,
  The processing head is provided with a reflecting member so as to circulate around the axis of the processing head,
  The surface of the reflecting member facing the opening is finished in a mirror shape,
  Radiant heat radiated from the opening of the heating furnace is reflected toward the opening by the surface of the reflecting member facing the opening,
  The surface of the reflecting member facing the opening is shaped so that the reflected radiant heat can be concentrated at a predetermined location in the heating furnace through the opening.
  The predetermined position is a laser processing machine which is a distance from the axis of the processing head along a moving direction of the processing head with respect to the workpiece.