DE3603033A1

DE3603033A1 - Laserstrahl-bearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE3603033A1
Application number: DE19863603033
Authority: DE
Inventors: Rhyuichi Matsuto Ishikawa Nakai
Original assignee: Shibuya Kogyo Co Ltd
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 1985-01-31
Filing date: 1986-01-31
Publication date: 1986-08-07
Also published as: GB2170472A; FR2576816A1; SE8600393L; US4675499A; GB2170472B; DE3603033C2; FR2576816B1; GB8601251D0; SE8600393D0; SE469372B

Description

Beschreibung

Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine

Die Erfindung betrifft eine auch als Bearbeitungsroboter bezeichnete Bearbeitungsmaschine, die mit Laserstrahl arbeitet. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine mit einem Mehrgelenkarm.

Laserstrahl-Bearbeitungsroboter mit einem mehrge lenk igen Arm sind bereits bekannt. Bei einem typischen Roboter dieser Art besitzt der Mehrgelenkarm ein Unterteil, welches drehbar auf einem Maschinengestell montiert ist. An einem fernen Ende des Mehrgelenkarms ist ein Laser-Düsenkörper montiert, über den ein von einer Laserlichtquelle kommender Laserstrahl, der entlang dem Mehrgelenkarm geleitet wird, auf ein Werkstück abgegeben wird. Der Laser-Düsenkörper läßt sich in praktisch jeder beliebigen Richtung orientieren, so daß der aus dem Düsenkörper austretende Laserstrahl beliebig gerichtet werden kann.

Die bislang vorgeschlagenen Laser-Bearbeitungsroboter besitzen jedoch zum Leiten des von der Laserlichtquelle abgegebenen Laserstrahls in Richtung auf den Laser-Düsenkörper entlang des Mehrgelenkarms ein kompliziertes optisches System. Dies macht die Maschine teuer, schränkt ihren Arbeitsbereich ein und erschwert Wartungs- und Reparaturarbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine zu schaffen, die einen einfachen Aufbau besitzt, einen praktisch uneingeschränkten Arbeitsbereich aufweist und sich leicht warten und reparieren läßt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der gesamte Mehrgelenkarm kann sich um die erste Drehachse des ersten Gelenks innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs drehen. Da die erste Drehachse des ersten Gelenks
parallel zu der Geraden ist, entlang der sich die gesamte Maschine hin- und herzubewegen vermag, kann der von einer Laserlichtquelle kommende Laserstrahl durch die erste
Durchgangsöffnung hindurch in das optische System der Maschine eingeleitet werden. Der erste Reflektor lenkt den

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durch die erste Durchgangsöffnung gelangenden Laserstrahl an dem Mehrgelenkarm entlang, so daß der Laserstrahl schließlich bis zu dem Düsenkörper gelangen kann, von wo aus er in eine gewünschte Richtung abgestrahlt wird.

Das erfindungsgemäße optische System ist äußerst einfach, und man kann den Laserstrahl ohne komplizierte optische Elemente in das optische System der Maschine einleiten. Da sich der Roboter entlang der Geraden theoretisch unendlich weit bewegen kann, ist der Arbeitsbereich des Roboters praktisch unbeschränkt.

Da sich bei der erfindungsgemäßen Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine Reflektorspiegel paarweise auf beiden Seiten des Mehrgelenkarms befinden, sind die optischen Elemente des Systems leicht von außen zugänglich, was Wartungs- und Reparaturarbeiten erleichtert.

Die erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine besitzt einen einfachen Aufbau und läßt sich einfach und billig herstellen, Die Maschine besitzt einen großen Arbeitsbereich und eine hohe Funktionszuverlässigkeit.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Laserstrahl-Bearbeitungsroboters mit einem Mehrgelenkarm,

Fig. 2 eine Darstellung des Roboters nach Fig. 1 von der linken Seite her gesehen,

Fig. 3 eine Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 4 eine Ansicht der Ausführungsform nach Fig. 3 von links.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Laserstrahl-Bearbeitungsroboter besitzt ein Hauptgestell 1, welches entlang einer vorbestimmten Geraden 2, z. B. entlang einer Schiene oder dergleichen, hin- und herbewegbar ist. An dem Hauptgestell 1 ist mit einem Unterteil 4 ein Mehrgelenkarm 3 fest verbunden. Der Mehrgelenkarm 3 enthält einen ersten, gestreckten Arm 5 und ein erstes Gelenk 7, welches sich zwischen dem Unterteil

4 und dem ersten Arm 5 befindet, so daß sich der erste Arm

5 um das erste Gelenk 7 bezüglich des fest auf dem Hauptgestell 1 montierten Unterteils 4 drehen kann.

Das erste Gelenk 7 besitzt also eine erste Drehachse, um die sich der erste Arm 5 dreht, und diese erste Drehachse verläuft parallel zu der Geraden 2, entlang der sich das

Gestell 1 hin- und herzubewegeb vermag. Das erste Gelenk besitzt eine erste Durchgangsbohrung 13, welche das erste Gelenk 7 von der einen zu der anderen Seite der ersten Drehachse hin durchsetzt. Die Durchgangsbohrung ist so beschaffen, daß ein von einer (nicht gezeigten) Laserlichtquelle kommender Laserstrahl L die Durchgangsbohrung 13 auf der ersten Drehachse von der einen Seite des Gelenkarms 3 zu dessen anderer Seite hin (in Fig. 1 nach links) durchsetzt.

Der Mehrgelenkarm 3 besitzt in der Nähe des ersten Gelenks einen ersten Reflektorspiegel 12, der das die erste Durchgangsbohrung 13 des Gelenks 7 durchsetzende Laserlicht L unter einem rechten Winkel parallel zur Längserstreckung des ersten Arms 5 ablenkt. Der erste Reflektorspiegel 12 ist an dem ersten Gelenk 7 - ausgerichtet mit der ersten Drehachse des Gelenks 7 - an der linken Seite (betrachtet gemäß Fig. 1) des Mehrgelenkarms 3 derart fest montiert, daß sich der Spiegel 12 zusammen mit dem ersten Arm dreht, wenn sich dieser um die erste Drehachse bezüglich des Unterteils 4 dreht. Der die erste Durchgangsbohrung 13 durchsetzende Laserstrahl L trifft also immer auf den ersten Reflektorspiegel 12 auf und wird von diesem parallel zur Längsrichtung des ersten Arms 5 abgelenkt, auch wenn letzterer sich um die erste Drehachse dreht.

Am fernen Ende des ersten Arms 5 befindet sich ein zweites Gelenk 8, um das sich ein ebenfalls gestreckter zweiter Arm in bezug auf den ersten Arm 5 zu drehen vermag. Das zweite Gelenk 8 besitzt eine zweite Drehachse, um die sich der zweite Arm 6 bezüglich des ersten Arms 5 zu drehen vermag. Auch das zweite Gelenk 8 besitzt eine zweite Durchgangsbohrung 14, die parallel zu der ersten Durchgangsbohrung 13 von einer Seite des Mehrgelenkarms 3 zu dessen anderer Seite hin verläuft, ausgerichtet mit der zweiten Drehachse des zweiten Gelenks 8. Der Mehrgelenkarm 3 besitzt außerdem einen zweiten Reflektorspiegel 8, der auf dem zweiten Gelenk 8 an der Seite des ersten Arms 5 - ausgerichtet mit der zweiten Drehachse des zweiten Gelenks 8 - fest montiert ist. Die Lagebeziehung zwischen dem ersten Arm 5 und dem zweiten Reflektorspiegel 15 liegt also fest. Demzufolge trifft ein von dem ersten Reflektorspiegel 12 abgelenkter Laserstrahl L auf den zweiten Reflektorspiegel 15 auf, welcher den Laserstrahl L dann unter einem rechten Winkel ablenkt, so daß er durch das zweite Durchgangsloch 14 auf der zweiten Drehachse hindurchgelangt.

Der Mehrgelenkarm 3 besitzt außerdem einen rechts in Fig. an dem zweiten Gelenk 8 montierten dritten Reflektorspiegel 16, der also dem zweiten Reflektorspiegel 15 gegenüber-

liegt. Der Spiegel 16 ist so angeordnet, daß er mit der zweiten Drehachse des zweiten Gelenks 8 ausgerichtet ist, um den durch die zweite Durchgangsbohrung 14 gelangenden Laserstrahl L unter einem rechten Winkel parallel zur LängserStreckung des zweiten Arms 6 abzulenken. Der dritte Reflektorspiegel 16 ist also so an dem zweiten Gelenk 8 montiert, daß er zusammen mit dem zweiten Arm 6 verschwenkt wird, so daß sich der von dem dritten Spiegel 16 reflektierte Laserstrahl parallel zur Längserstreckung des zweiten Arms 6 fortpflanzt, selbst wenn dieser zweite Arm 6 bezüglich des ersten Arms 5 verschwenkt wird.

Der zweite Arm 6 trägt an seinem nahen Ende das zweite Gelenk 8, während an seinem fernen Ende ein drittes Gelenk vorgesehen ist. Der Mehrgelenkarm 3 besitzt außerdem ein Spiegelpaar, welches aus einem vierten und einem fünften Reflektorspiegel 17 bzw. 18 besteht und an dem dritten Gelenk 9 montiert ist. Diese Spiegel 17 und 18 sind auf der gleichen Seite am Gelenk 9 montiert, beim dargestellten Ausführungsbeispiel an der linken Seite des Arms 3. Der vierte Spiegel 17 ist so montiert, daß er eine feste Lagebeziehung bezüglich des zweiten Arms 6 beibehält und deshalb der vom Spiegel 16 kommende Laserstrahl L unter einem rechten Winkel in eine dritte Drehrichtung abgelenkt wird, welche

parallel zu der ersten und der zweiten Drehachse und somit mit der Geraden 2 ist. Andererseits ist der fünfte Reflektorspiegel 18 am dritten Gelenk 9 ausgerichtet mit der dritten Drehachse derart montiert, daß er sich in bezug auf den zweiten Arm dreht, so daß der von dem vierten Reflektorspiegel 17 entlang der dritten Drehachse kommende Laserstrahl immer im rechten Winkel in eine gewünschte Richtung reflektiert wird, wie nachstehend näher erläutert wird.

Der Mehrgelenkarm 3 enthält ein viertes Gelenk 10, welches an dem dritten Gelenk 9 derart montiert ist, daß es um 380° drehbar ist bezüglich einer Linie, die senkrecht auf der zwischen dem vierten und dem fünften Spiegel 17 und 18 definierten Drehachse steht. Die Richtung des von dem fünften Spiegel 18 reflektierten Laserstrahls definiert also diese Linie. Am vierten Gelenk 10 ist ausgerichtet mit der genannten Linie ein sechster Reflektorspiegel 19 fest angebracht, um den vom fünften Spiegel 18 des dritten Gelenks 9 kommenden, reflektierten Laserstrahl stets unter rechten Winkeln abzulenken. Das vierte Gelenk 10 besitzt außerdem einen Düsenkörper 11, der sich zusammen mit dem sechsten Reflektorspiegel 19 über 360° um eine Linie drehen läßt, die definiert wird durch die Ablenkrichtung des fünften Reflektorspiegels 18. Obschon dies nicht besonders

dargestellt ist, versteht sich, daß der Düsenkörper 11 ein optisches Element wie beispielsweise eine Konvergenzlinse besitzt, um den Laserstrahl L zu fokussieren. Der variable Lichtweg wird bei der Maschine also entlang dem Mehrgelenkarm 3 definiert durch die Reflektorspiegel 12, 15, 16, 17, 18 und 19, und der Lichtweg verläuft durch den Gelenkarm 3 hindurch und umfaßt Abschnitte auf beiden Seiten des Arms 3.

Bei diesem Aufbau der Maschine gelangt der von einer (nicht gezeigten) Laserlichtquelle kommende Laserstrahl L zunächst entlang der ersten Drehachse durch die erste Durchgangsbohrung 13 des ersten Gelenks 7. Dann wird der Laserstrahl L entlang dem Lichtweg geleitet, welcher an bzw. in dem Mehrgelenkarm 3 definiert wird durch die verschiedenen Spiegel 12, 15, 16,17, 18 und 19, und schließlich wird der Laserstrahl von dem Düsenkörper 11 in Richtung auf ein (nicht gezeigtes) Werkstück abgestrahlt. Bei einem Aufbau der oben beschriebenen Art ist also ein kompliziertes optisches System in dem Mehrgelenkarm zum Leiten des Laserstrahls zu einer gewünschten Stelle nicht notwendig, so daß sich der gesamte Aufbau stark vereinfacht. Die erste Durchgangsbohrung 13, welche den Einlaß des Lichtwegs des Mehrgelenkarms 3 für den Laserstrahl L bildet, verläuft

parallel zu der Geraden 2, entlang der sich das Hauptgestell der Maschine hin- und herbewegt, so daß sich der Mehrgelenkarm 3 praktisch ohne Beschränkung in einem sehr großen Bereich zu bewegen vermag. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die Spiegel 15 und 16 auf gegenüberliegenden Seiten des Mehrgelenkarms 3, so daß Wartungs- und Reparaturarbeiten dieser Spiegel sehr einfach sind. Alternativ kann der Lichtweg teilweise oder vollständig innerhalb der Arme 5 und 6 verlaufen, falls dies erwünscht ist.

Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Laserstrahl-Bearbeitungsroboter mit einem Mehrgelenkarm gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform ist ähnlich wie die oben anhand der Fig. 1 und 2 beschriebene Ausführungsform. Gleiche Bezugszeichen werden für gleiche und ähnliche Teile verwendet. Der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht in der Art der Anbringung des fünften Reflektorspiegeis 18. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 ist der fünfte Reflektorspiegel 18 auf der dem Spiegel 17 gegenüberliegenden Seite des Mehrgelenkarms angeordnet. Obschon dies nicht besonders dargestellt ist, muß also das dritte Gelenk 9 am fernen Ende des zweiten Arms 6 eine dritte Durchgangsbohrung besitzen, die das dritte Gelenk 9 von der einen Seite des Arms 3 zu dessen

anderer Seite hin durchsetzt, damit der von dem vierten Reflektorspiegel 17 unter rechtem Winkel reflektierte Laserstrahl den auf der anderen Seite des Mehrgelenkarms befindlichen fünften Reflektorspiegel 18 erreichen kann. Diese dritte Durchgangsbohrung sollte die dritte Drehachse enthalten, die als Teil des Lichtwegs zwischen dem vierten und dem fünften Reflektorspiegel 17 bzw. 18 definiert wird.

Da sich der fünfte Reflektorspiegel 18 auf der dem Reflektorspiegel 17 gegenüberliegenden Seite des Mehrgelenkarms 3 befindet, ist auch das mit dem dritten Gelenk 9 verbundene vierte Gelenk 10 auf der gleichen Seite wie der fünfte Reflektorspiegel 18 vorgesehen, d. h., links in Fig. 3. Der sechste Reflektorspiegel 19 am vierten Gelenk ist also so angeordnet, daß er den von dem fünften Spiegel 18 reflektierten Laserstrahl empfängt und den Strahl in Richtung auf die Spitze des Düsenkörpers 11 lenkt, damit der Laserstrahl in die von dem Düsenkörper 11 definierte gewünschte Richtung abgestrahlt wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 befinden sich also nicht nur die Spiegel 15 und 16 am Gelenk 8, sondern auch die Spiegel und 18 am Gelenk 9 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Mehrgelenkarms 3, so daß Wartungs- und Reparaturarbeiten des optischen Systems bei diesem Ausführungsbeispiel sehr einfach und ungehindert durchgeführt werden können.

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Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine, mit einem entlang einer ersten Geraden (2) hin- und herbewegbaren Gestell (1) und einer darauf mit einem Unterteil (4) befestigten Mehrgelenkarm (3),

dadurch gekennzeichnet , daß der Mehrgelenkarm (3) aufweist:

- einen ersten Arm (3), der mittels eines ersten Gelenks (7) um eine erste Drehachse drehbar an dem Unterteil (4) gelagert ist, einen zweiten Arm (6), der mittels eines zweiten Gelenks (8) um eine zweite Drehachse drehbar mit dem ersten Arm (5) verbunden ist,

- einen Düsenkörper (11) und

- ein optisches System, welches einen entlang der zu der ersten Geraden (2) parallel verlaufenden Drehachse zugeführten Laserstrahl (L) von einer Laserlichtquelle

RadecKesuaüe *l 8000 Mundien 60 Telefon (089) 8836OJ/8836CM Telex 5212313 Telegramme Patentconsuit

Sonneotetget S'raße 43 s"~ ■"■· ??Lace- TeIeO" .06121. 562?43/5i ·°«5 's ex Ai&cZV Telegramme Pate-'co^sui!

Tpiptax CC TT 7' Mu"cfien und Wiesbaden '089; 83446*8 Attention Patentconsuit

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dem Düsenkörper (11) zuleitet, damit der Laserstrahl von dort auf einen Gegenstand gerichtet wird, - wozu das erste Gelenk (7) eine erste Durchgangsöffnung(13) besitzt, die sich entlang der ersten Drehachse von der einen zu der anderen Seite erstreckt, so daß der von der Laserlichtquelle kommende Laserstrahl in das optische System eingeleitet wird, indem er die erste Durchgangsöffnung durchläuft.

2. Maschine nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das optische System einen an dem ersten Gelenk (7) ausgerichtet mit der ersten Drehachse montierten ersten Reflektorspiegel (12) enthält, der den durch die erste Durchgangsöffnung (13) gelangenden Laserstrahl unter einem rechten Winkel reflektiert, und daß der erste Reflektorspiegel (12) zusammen mit dem ersten Arm (5) drehbar ist.

3. Maschine nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der erste Arm (5) gestreckt verläuft, und daß der erste Reflektorspiegel den Laserstrahl in einer Richtung reflektiert, die parallel zur Längserstreckung des ersten Arms (5) verläuft.

4. Maschine nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das optische System ein aus einem zweiten und einem dritten Reflektorspiegel (15, 16) bestehendes Paar Spiegel enthält, daß der zweite und dritte Spiegel auf beiden Seiten des zweiten Gelenks (8) angeordnet sind, welches eine zweite Durchgangsöffnung (14) besitzt, die sich von der einen Seite zu der anderen Seite parallel zu der ersten Durchgangsöffnung (13) erstreckt, daß der zweite Spiegel ortsfest bezüglich des ersten Arms angeordnet ist, daß der dritte Spiegel (16) zusammen mit dem zweiten Arm drehbar ist, so daß der zweite Spiegel den von dem ersten Spiegel (12) kommenden Laserstrahl in Richtung auf den dritten Spiegel (16) reflektiert, der den Laserstrahl ebenfalls unter einem rechten Winkel ablenkt, wodurch ein Lichtweg zwischen dem zweiten und dem dritten Spiegel die zweite Drehachse definiert.

5. Maschine nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet , daß der Mehrgelenkarm außerdem ein drittes Gelenk (9) am fernen Ende des zweiten Arms (6) enthält, und daß das optische System außerdem ein aus einem vierten und einem fünften Reflektorspiegel (17, 18) bestehendes

Spiegel-Paar enthält, um den von dem dritten Spiegel kommenden Laserstrahl auf den Düsenkörper (11) zu lenken.

6. Maschine nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet , daß der vierte und der fünfte Spiegel (17, 18) bezüglich des Mehrgelenkarms an dem dritten Gelenk (9) auf der gleichen Seite montiert sind.

7. Maschine nach Anspruch 5,

dadurch gekennze ichnet , daß das dritte Gelenk (9) mit einer dritten Durchgangsöffnung ausgestattet ist, die sich entlang der dritten Drehachse, die parallel zu der ersten und der zweiten Drehachse verläuft, von der einen zu der anderen Seite hin erstreckt, so daß der vierte und der fünfte Spiegel auf beiden Seiten des Mehrgelenkarms angeordnet sind, um den Laserstrahl von dem dritten Spiegel durch die dritte Durchgangsöffnung hindurch auf den Düsenkörper zu lenken.

8. Maschine nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet , daß der Mehrgelenkarm außerdem ein viertes Gelenk (10) ent-

hält, welches an das dritte Gelenk (9) gekoppelt ist, und daß das optische System einen sechsten Reflektorspiegel (19) aufweist, der an dem vierten Gelenk montiert ist, um den von dem fünften Spiegel (18) kommenden Laserstrahl auf einen Ausgang des Düsenkörpers zu
lenken, welcher an dem vierten Gelenk montiert ist,
welches bezüglich des dritten Gelenks um 360° verdreht werden kann.