JP2002538971A - ロボット的に動作するレーザ・ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 レーザ切断または溶接装置であって、装置は、レーザ・ヘッド（１０）とロボット（３５）を有し、レーザ・ヘッドはロボット（３５）に取り付けられている。レーザ・ヘッド（１０）は、ハウジング（１２）と、ハウジング内に配置された焦点レンズ（２６）と、焦点レンズ（２６）に光学的に連通している光源（１８）とを有する。ハウジング（１２）は、先端部（９０）を備えたノズルを有し、先端部は出口ポート（１７）を有する。レーザ・ヘッド（１０）は、光源から焦点光学部品上に向けられた光線の光路を調節し、焦点光学部品によって形成された集束光線を先端部と同軸に集中させる手段（３３）を有する。本明細書のある態様では、レーザ装置は、衝突回避システムを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （関係出願の相互参照） 本出願は、「Ｌａｓｅｒ Ｃｕｔｉｎｇ−Ｈｅａｄ ｗｉｔｈ Ａｄｊｕｓｔ
ａｂｌｅ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ、Ｃｒａｓｈ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ Ｓｙ
ｓｔｅｍ ａｎｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｇａｓ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅ
ｍ」という名称で１９９８年９月９日に出願された、同時継続中の以前に出願さ
れたＵ．Ｓ．ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓ．Ｎ．６０
／０９９，５４７の完了出願であり、その開示は、本明細書に参考文献によって
組み込まれている。

【０００２】 （発明の背景） （Ｉ．発明の分野） 本発明は、ロボット的に動作するレーザ切断装置および溶接装置に関する。よ
り詳細には、本発明は、３次元工作物の表面について動作する、ロボット的に制
御されるレーザ切断ヘッドまたは溶接ヘッドに関する。

【０００３】 （ＩＩ．従来の技術） 今日のレーザ切断装置または溶接装置は、一般に、光を１つまたは複数のミラ
ーおよびレンズに向ける光源を有し、次にミラーおよびレンズは、光を焦点また
は集光光学部品に向ける。光源は、光ファイバとすることが可能である。レーザ
装置のミラーおよびレンズまたは光学部品は、一般に、レーザ・ヘッドに収容さ
れている。レーザ・ヘッドは、ノズルを備えるハウジングを有し、光線はノズル
を通って工作物を照射するように向けられる。工作物についてのレーザ・ヘッド
の動作または動きは、ロボットおよび制御装置などによって制御することが可能
である。

【０００４】 ロボット的に制御されるレーザ装置は、しばしば、劣悪な条件下で動作される
。装置は、軋み、衝突、振動の影響を受ける。このような条件下で連続的に使用
すると、しばしば、レーザ光学部品上で最適に位置合わせされたものではない光
線となる。

【０００５】 光線をレーザ光学部品に集中させることは、光が焦点レンズからノズルを通っ
て工作物に集束し、大量のエネルギーを供給する場合に重要である。しばしば焦
点レンズを使用して、そのような光源からの光を強力な光線に集中させて、様々
な材料を切断または溶接する。光線の最も強い部分は、アペックスまたは焦点で
ある。アペックスまたは焦点は工作物を照射して、レーザ動作の多くを実施する
。そのため、焦点レンズ上に入射してくる光線の最適部分を維持し、それにより
工作物上での焦点の動作を最大限にすることが必要である。

【０００６】 さらに、光源を置換することは一般的でない。新しい光源を据え付けた後は、
通常、光線は、光学システムの各ミラーまたはレンズ上で位置合わせされる。光
源から発散する光の最適経路の長さを著しく変更しないように注意して、集中光
線の強度を弱めないようにしなければならない。また、注意して、集中光線がレ
ーザ・ヘッドのノズルを通るように向けなければならない。したがって、新しい
光源の据付けは、しばしば、時間がかかり、困難で、十分な注意を必要とする。

【０００７】 多くの今日のレーザ・ヘッドで光学部品を再位置合わせすることは、ヘッドを
取り外し、各ミラーまたはレンズをそれぞれ調節することが必要である。レーザ
切断動作は、最もクリーンな環境で実施できない可能性がある。したがって、汚
染されない環境でレーザ光学部品を調節できるように、レーザ・ヘッドを動作サ
イトからきれいな場所に取り外さなければならない。据付けプロセスと同様に、
再位置合わせのプロセスも、時間がかかり、困難で、汚物または埃で光学部品を
汚染しないように十分な注意を必要とする。

【０００８】 いくつかのレーザ・ヘッドは、焦点レンズまたは集光レンズを調節することに
よって、光線を再位置合わせする方法を与える。そのようなレーザ・ヘッドでは
、集光レンズを調節する機構は、ノズルの近くまたはノズルに配置されている。
集光レンズを調節する機構を有するレーザ・ヘッドは、多くの理由で不利である
。１つの理由は、集光レンズを調節する機構は、結果的にかさばるハウジングと
ノズルを有するレーザ・ヘッドになるということである。かさばるハウジングと
ノズルは、変動するトポグラフィを有する３次元工作物の表面について、レーザ
・ヘッドを操作しなければならない場合、特に不利である。

【０００９】 さらに、酸素などのアシスト・ガスまたはメークアップ・ガスをレーザと共に
使用して、レーザの切断能力を増大し、切断表面から破片を取り除く。通常、ア
シスト・ガスは、レーザ・ヘッドのノズルから工作物の表面に供給される。ガス
は、ガス源に接続された外部のルース管またはホースを介して、ノズルに供給す
ることが可能である。今日のレーザ・ヘッドのガス供給管は、多くの理由で不十
分であり、その理由には、取り付ける工作物のために点または場所を生成すると
いうことが含まれる。さらに、これらの管は、レーザ・ヘッドに続いて外部に位
置するということの結果、しばしば摩耗または損傷し、したがって、繰り返し取
り替える必要がある。

【００１０】 当業者には一般的に知られているように、今日のレーザ・ヘッドは、ロボット
によって動作することができる。ロボットは、レーザ・ヘッドが工作物の表面に
ついて動作するパターンおよび距離を制御する。

【００１１】 工作物の表面トポグラフィは、かなり変動することができる。同様に、工作物
の厚さも、かなり変動することができる。その結果、レーザ・ヘッドと工作物ま
たは周囲の取付け具との間で衝突が生じ、レーザ・ヘッドまたは工作物を損傷す
る可能性がある、ということが長年にわたる問題となっている。さらに問題を複
雑にしているのが、産業用の動作中に、しばしば、工作物をまとめて切断するこ
とである。ロボットが、レーザ・ヘッドを工作物から工作物に移動する際に、支
持構造内で工作物の配置を誤ったために、衝突が生じる可能性がある。

【００１２】 衝突の問題を克服するある試みは、レーザ・ヘッドが工作物と衝突した後、ス
イッチが開いてロボットを停止するブレーカ・スイッチまたはマイクロ・スイッ
チを有する今日のレーザ・ヘッドを与える。ブレーカ・スイッチを開くために必
要な力は、ロボットからレーザ・ヘッドを分離するのに十分な力である可能性が
ある。この力は、レーザ・ヘッド、光学部品、またはロボットを損傷するのに十
分であることがある。

【００１３】 したがって、上記から、今日のロボット的に動作するレーザ・ヘッドは、変動
するトポグラフィを有する３次元工作物に関する精密な操作にもたらすには、多
くの理由から不十分であることを理解されたい。例えば、今日のレーザ・ヘッド
は、今日の光学部品とその支持構造を収容するために、かさばるハウジングを必
要とする。さらに、今日のレーザ・ヘッドは、通常、外部アシスト・ガス供給シ
ステムに適したものであり、このシステムは、工作物または取付け具を取り付け
、加速された摩耗により機能しなくなる可能性がある。

【００１４】 また、上記から、今日のロボット的に動作するレーザ・ヘッドは、集光光学部
品上で、光源の光路を調節する適切な手段を与え、レーザ光線を集束させて、レ
ーザ・ヘッドのノズルを通るようにできないことを理解されたい。

【００１５】 また、上記から、今日のロボット的に動作するレーザ・ヘッドは、アシスト・
ガスをレーザ・ヘッドのノズルに送達する効果的で、しかも耐久性のある方法を
与えることができないことを理解されたい。

【００１６】 また、上記から、ロボットに取り付けられたレーザ・ヘッドを有する今日のロ
ボット的に動作するレーザ・ヘッド装置は、工作物との衝突を回避し、レーザ・
ヘッドをそれに取り付けられているロボットから著しく分離しない効果的な手段
を与えるには不十分であることを理解されたい。

【００１７】 （発明の概要） 以下で議論するように、本発明は、本明細書で以下に詳述する上記の問題等に
取り組み、変動トポグラフィを有する３次元工作物について操作する改善された
レーザ・ヘッドを使用可能にする。また、本発明は、損傷がレーザ・ヘッドまた
はロボットに生じる前に、ロボットおよびレーザ・ヘッドを停止することによっ
て、工作物との衝突を回避するための手段を有する改善されたレーザ・ヘッドを
提供する。

【００１８】 このレーザ・ヘッドは、ハウジングと、その遠位端でハウジングに取り付けら
れ、先端部を形成しているノズルと、ハウジングによって支持される光線を生成
する光源と、光線を受光し、光線を高密度レーザ光線に集束してノズルを通過さ
せる少なくとも１つの焦点光学部品と、ハウジング内で、光線の光路を、光源か
ら焦点光学部品上へと調節し、集束光線が先端部と同軸に集中させるように適合
されている調節するための手段と、光線受光手段を調節するための手段とを有す
る。

【００１９】 さらに、レーザ・ヘッドは、アシスト・ガスを、ハウジングの内部からノズル
を通って工作物の切断表面に供給するための手段を含むことが可能である。また
、さらに、レーザ・ヘッドは、レーザ・ヘッドと工作物の近さを決定するための
手段を備えることが可能である。

【００２０】 ハウジングの内部からアシスト・ガスを供給し、ハウジングの上端部分の内部
に光線受光手段を調節するための手段を配置することによって、ノズルとレーザ
・ヘッドは、より合理化した設計で形成することが可能である。ハウジングとノ
ズルをより合理化することによって、３次元工作物の表面について、より精密に
レーザ・ヘッドを動作することができる。

【００２１】 また、本発明は、レーザ・ヘッドと工作物の間での衝突を回避するための手段
を提供する。レーザ・ヘッドのロボット的な動作は、いくつかのモードで実施す
ることが可能である。動作モードは、レーザ・ヘッドと工作物の表面の近さ、ま
たはロボット・ユニットの動作条件、あるいはその両方によって決定することが
可能である。動作モードは、例えば、動作または実行モード、パーク・モード、
教示モード、および保持モードを含むことが可能である。さらに、動作モードは
、例えばレーザ・ヘッドが伸長限界または短縮限界で動作しているかなど、レー
ザ・ヘッドの動作条件によって制御することが可能である。

【００２２】 使用時には、レーザ・ヘッドは、ロボットまたはロボットのアームに取り付け
られており、共動してレーザ装置として機能し、上述した１つまたは複数のモー
ドで工作物の表面を処理することが可能である。レーザ装置は、レーザ・ヘッド
が、工作物の表面に接しているか、または十分に近接しているかを判定するため
の手段を有する。レーザ・モードが機能している動作モードに応じて、装置、特
にロボット動作は、レーザ・ヘッドが工作物から所定の距離にあるとき、動作を
停止する。したがって、レーザ・ヘッドがある距離で工作物の表面より上にある
とき、装置があるモードで動作することを防止することによって、本発明は、レ
ーザ・ヘッドが工作物との衝突に関わりにくくなり、衝突のために続いて生じる
可能性がある損傷および他の問題を防ぐ衝突回避システムを提供する。

【００２３】 本明細書のレーザ・ヘッドは、入れ子式とすることが可能である。動作時には
、入れ子式レーザ・ヘッドは短縮および伸長して工作物の表面を追跡し、表面内
でのわずかなずれを訂正する。衝突回避システムは、入れ子式レーザ・ヘッドが
伸長限界または短縮限界に達するとき、レーザ・ヘッドおよびロボットまたはレ
ーザ装置を停止するための手段を与える。

【００２４】 レーザ・ヘッドは、通常、レーザ・ヘッドが完全に短縮され、工作物から最大
距離にあるとき、伸長限界に達し、したがってレーザ・ヘッドは、さらに伸長し
て、レーザ・ヘッドが動作している工作物からの距離に適応することができない
。この距離で、レーザ・ヘッドが工作物との衝突に関わる可能性がない場合でも
、そのような距離のために、レーザを劣悪に使用することになりやすい。したが
って、ロボットは、工作物について動作を続けるより、電源を切るか停止するほ
うが良い。

【００２５】 レーザ・ヘッドが工作物に非常に近接して動き、レーザ・ヘッドがもはやそれ
自体の内部に短縮することが可能でないとき、レーザ・ヘッドは短縮限界に達す
る。レーザ・ヘッドは、工作物間の表面トポグラフィの変動に対処しない動作プ
ログラミングの結果など、多くの理由で短縮限界に達することが可能である。レ
ーザ・ヘッドが短縮限界で動作を続ける場合、レーザ光線は、最適に、工作物の
表面を照射しない可能性がある。さらに、レーザ・ヘッドは、短縮限界で動作す
るとき、より衝突しやすくなる。したがって、ロボットおよびレーザ・ヘッドは
、ロボットを再プログラミングする、または工作物を再配置するなど、調整を実
施する可能性があるまで、停止することが好ましい。

【００２６】 本発明をより完全に理解するために、以下の詳細な説明および添付の図面を参
照する。図面では、同じ参照番号は図面を通して同じ部品を指している。

【００２７】 （好ましい実施形態の説明） 最初に、本発明は、金属切断、板金切断、溶接、重ね溶接など、固体材料の切
断または溶接、あるいは一般に自動車製造産業などに特に適していることに留意
されたい。しかし、当業者には、以下の開示からその他の用法も明らかになるで
あろう。

【００２８】 ここで図１、図２、および図３を参照すると、本発明によるレーザ・ヘッド１
０が、レーザ光学部品１３を包含するハウジング１２を含むことが示されている
。ハウジング１２は、光路を与え、かつレーザ切断または溶接動作中に、粒子状
物質および摩耗から光学部品１３を保護する空洞内部室２０を形成する。ハウジ
ング１２は、その第１の端で、ファスナなど従来の手段によって取付けブロック
１４に接続されている。取付けブロック１４は、ハウシング１２から分離して形
成することも、一体的に形成することも可能である。取付けブロック１４は、適
切な取付け部材を与え、様々な構成要素またはレーザ・ヘッドをそれに固定する
。ハウジング１２は、第２の端で、ノズル１６に向かって細くなっている。代替
として、ノズル１６は、適切な固定手段を用いて、第２の端に取り付けることが
可能である。さらにノズル１６は、出口またはノズル・ポート１７を有する先端
部９０に向かって細くなり、アシスト・ガスを向けることができるレーザ・ヘッ
ドを提供し、工作物を処理する際に生じる破片やスパッタがノズル１６に入るこ
とを防止する。

【００２９】 好ましい実施形態では、ノズル１６は、ハウジング１２より細い、伸長された
管状部材である。そのようなノズルは、第１の先細円錐状部分を有することが可
能であり、第２の先細部分が続き、これも縦方向に延びて、伸長された部材を提
供する。第２の先細部分には、先端部で終端する第３の円錐状先細部分が続く。
伸長されたより狭い管状ノズルは、３次元工作物について正確に動作することが
できるレーザ・ヘッドを提供する。

【００３０】 光源１８は、取付けブロック１４に接続されており、ハウジング１２の空洞内
部室２０光学的に連通している。光源１８は、レーザ・ヘッドに光線を提供する
。光源１８は、光ファイバなど、任意の適切なレーザ光線生成手段とすることが
できる。光源１８は、以下で説明するように、取付けブロック１４の室を通る光
線を光らせるように適合されており、調節可能なように室に接続されている。

【００３１】 光源１８は、光線を生成し、レーザ光学部品１３または光線受光手段上に光線
を向ける。受光手段は、レンズ、ミラー、プリズム、光線分割器などを含む、任
意のタイプの受光光学部品とすることが可能である。図示したように、光線受光
手段は、ハウジング１２の空洞内部室２０内に配置された第１のまたは受光レン
ズ２２を備える。受光レンズ２２は、照準レンズとすることが可能である。受光
レンズ２２は、適切な光線を第２のまたは焦点レンズ２６に供給するための手段
を提供する。図示したように、受光レンズ２２は、第１のレンズ・カートリッジ
２４によって、取付けブロック１４の反対側の端で、ハウジング１２の内部室内
において支持されている。第２のレンズ２６は、第２のレンズ・カートリッジ２
８によって、ノズルの先端部部分に近い、ハウジングの内部で支持されている。
第２のレンズ２６は、第１のレンズと連通光学的に連通しており、第１のレンズ
２２から平行光線を受光し、光線をノズル１６を通って工作物上に集束させるこ
とが可能である。

【００３２】 さらに、本明細書のレーザ・ヘッド１０は、第１の受光光学部品などの上に入
射する光線を調節するための手段を含み、全体を３３で示す。図示したように、
入射光線調節するための手段３３は、取付けブロック１４内に調節可能なように
設置されているファイバ・アダプタ４２を含む。第１の受光光学部品上に入射す
る光線を調節するための手段３３は、入射光線を所望の光路に向けるまたは集中
させることをもたらす。例えば、所望の光路は、焦点レンズまたは集光レンズ２
６と整列している光路である。したがって、調節するための手段３３の動作に際
し、強力なレーザ光線を形成するのに十分な量の光を焦点レンズ２６に供給する
ことに適した方式で、入射光線を焦点レンズ２６上に向けることができる。また
、調節するための手段３３により、焦点レンズまたはノズルを動かさずに、ノズ
ル・ポート１７またはホールと同軸に、レーザ光線の焦点を集中させることが可
能である。

【００３３】 調節するための手段３３は、ファイバ・アダプタ４２を備えることが可能であ
る。ファイバ・アダプタは、調節可能なように光ファイバを支持するための手段
を提供する。図示したように、ファイバ・アダプタ４２は、取付けブロック１４
内で光ファイバを支持する外壁４８を有する空洞部材である。外壁４８は、取付
けブロック１４内へ伸長するように適合されており、ファイバ・アダプタ４２の
先端部４４で終端する。先端部４４は、中央開口を有するか、または第１の端で
開いており、光ファイバからの光がそこを通るように向ける。支持リッジ４６は
、外壁４８から周囲に延び、取付けブロック１４のレッジまたはシェルフ３２上
で、スライドするようにファイバ・アダプタ４２を支持する。外壁４８は、支持
リッジ４６を超えて縦方向に延び、周囲に位置する少なくとも１つのノッチ５０
を有する。ノッチ５０を使用して、取付けブロック１４内で、ファイバ・アダプ
タ４２の位置を確保または固定する。壁４８は、第２の開口端５２で終端する。
第２の開口端５２は、そこを通る光ファイバを受けるように適合されている。

【００３４】 光学または光ファイバ３４は、ファイバ・アダプタ４２に設置されており、フ
ァイバ・アダプタ４２のほぼ先端部４４に向かって延びる。光ファイバ３４は、
先細部分５６に当たっているねじ５８など、任意の適切な固定手段を用いて、フ
ァイバ・アダプタ４２内で確保または取り外し可能なように固定される。光線を
生成するために光ファイバ３４を使用することは、一般に知られており、任意の
タイプの長く薄い融解石英の糸、または光を送信するために使用する任意の透明
な材料を含む。

【００３５】 取付けブロック１４は、ファイバ・アダプタ４２の支持物を与え、また、レー
ザ・ヘッドと工作物または他の装備品との間で、力によるまたは制御されない衝
突が生じたときに剪断する機構を与える。取付けブロック１４は、第１のスルー
ボア９１とそれと同軸の第２のボア９３を有し、ボア９１、９３は、共動してレ
ッジ３２を形成する。ファイバ・アダプタ４２は、取付けブロック１４のレッジ
３２上に位置するように適合されているリッジ４６を有する。第２のボア９３は
、ファイバ・アダプタのリッジ４６と取付けブロック１４の第１のファイバ・ボ
ア９１の両方よりも著しく大きい半径を有する。ファイバ・アダプタ４２は、ま
ず、取付けブロックの第１のスルーボア９１の先端部４４に配置され、したがっ
て、ファイバ・アダプタのリッジ４６は、取付けブロックのレッジ３２に接し、
その上で並進可能またはスライドするように設置される。したがって、ファイバ
・アダプタ４２は、レッジ３２上で並進またはスライドして動くように適合され
ている。ファイバ・アダプタ４２のスライドまたは並進は、焦点レンズ２６上で
光線を調節し、集束光線を集中させてノズル１６の先端部９０を通るようにする
ことをもたらす。

【００３６】 また、取付けブロック１４は、支持を提供してレーザ・ヘッドをロボット３５
（部分的に図示）に取り付けることが可能である。レーザ・ヘッドは、磁気アタ
ッチメント、剥離タブなど、任意の適切な固定手段を用いて、ロボット３５に取
り付けることが可能である。固定手段は、力によるまたは制御されない衝突の際
にロボットからレーザ・ヘッドを分離する、安全開放機構を提供することが好ま
しい。

【００３７】 図３に示すように、取付けブロックは、レーザ・ヘッドが制御されない状態で
他の物体と衝突したときに剪断し、ロボット３５から光学部品を含んでいるレー
ザ・ヘッドを分離するように適合された安全開放機構として作用する２つの構造
である。安全開放機構は、上部剥離フランジ３６と下部剥離フランジ４０を備え
る。上部剥離フランジ３６は、ねじ、ボルトなど、適切な固定手段を用いて、ロ
ボット３５に固定されている。下部剥離フランジ４０は、ねじ６０、ボルトなど
、適切な固定手段を用いて、取付けブロック１４に固定されている。下部剥離フ
ランジは、適切な剥離手段によって上部剥離フランジに固定されている。剥離手
段は、少なくとも１つの剥離プレート６２と、上部剥離フランジ３６を下部剥離
フランジ４０に接続している複数のピン９８、９９によってもたらされる。剥離
リング３８は、上部剥離フランジと下部剥離フランジの間に配置されており、フ
ランジを位置合わせするための手段を提供する。剥離リング３８は、上部および
下部フランジの内部形状に適合し、下部フランジの上に位置して、位置合わせを
実施する。

【００３８】 剥離プレート６２は、レーザ・ヘッドと工作物または他の物体との間で、制御
されない衝突が起きた場合に、下部フランジから上部フランジ３６を分離し、そ
れによりロボット３５からレーザ・ヘッドを分離する適切な剪断手段を提供する
任意の材料で形成することが可能である。そのような機構は、衝突が回避できな
い場合、ロボットとレーザ・ヘッドを保護する。

【００３９】 下部剥離フランジ４０は、ファイバ・アダプタ４２の外壁４８より著しく大き
い半径を備えるボアを有し、ファイバ・アダプタ４２の制約されない動きを考慮
している。以下で議論するように、ファイバ・アダプタ４２の動きは、１つまた
は複数のファスナによって制約することが可能である。

【００４０】 図２を参照すると、ファイバ・アダプタ４２は、複数のファスナ６６、６６’
、６６”、６６'''によって取付けブロック１４に調節可能なように取り付けら
れている。ファイバ・アダプタ４２は、取付けブロック内で、下部剥離フランジ
について直径に沿って径方向に配置され、ファイバ・アダプタ４２のノッチ５０
と接している少なくとも３つのファスナで、好ましくは４つのファスナで取り付
けられることが好ましい。図１に示すように、下部剥離フランジ４０を通って取
り付けられたねじ６６は、外壁４８のノッチ５０に接する。ねじ６６は、少なく
とも１つの他のねじと共動して、水平軸またはｘ−ｙ軸について、ファイバ・ア
ダプタ４２がスライドして動くことを制約する。

【００４１】 複数のファスナ６６、６６’、６６”、６６'''は、ファイバ・アダプタ４２
のまわりに均等に隔置されている。光線の調節は、弛緩特定ファスナ６６、６６
’、６６”、６６'''によって達成され、これに他の締付けねじ６６、６６’、
６６”、６６'''が続いている。これにより光ファイバまたはハイファ・アダプ
タ４２は、増加して動くことが可能である。この光ファイバの動きは、次に光源
から放出されている光線を動かし、レーザ・ヘッドのｘ−ｙ軸に沿って、光線の
光路を増加して変更する。光線の正しい位置に到達するとき、全てのファスナ６
６、６６’、６６”、６６'''は、再び締め付けられる。

【００４２】 使用時には、レーザ・ヘッドは、工作物の表面に沿って所定の速度で進む。本
発明で考慮するように、レーザ・ヘッドは、変動トポグラフィを有する３次元の
表面上で動作するように適合されている。そのようなレーザ・ヘッドは、工作物
の変化する表面トポグラフィに関連して、レーザ・ヘッドの先端部９０またはノ
ズルが動作する位置あるいは距離を連続的に変更するように適合されている。

【００４３】 ここで、動作高度を連続的に変更するように適合されたレーザ・ヘッドについ
て、好ましい実施形態で説明する。この好ましい実施形態のハウジング１２は、
第１の本体または上部眼球誘導管７０、および第１の本体７０の中へ短縮しかつ
第１の本体７０の外へ伸長できる第２の本体または下部管７２を備える入れ子式
の２つの部分の組立て品である。

【００４４】 入れ子式ハウジング７０、７２は、前記表面の変動トポグラフィに関して、工
作物の表面を精密に追跡することが可能なレーザ・ヘッドを提供する。また、入
れ子式ハウジングは、ロボットまたはロボットのアームのみによって調節するレ
ーザ・ヘッドと比較して、工作物上でレーザ・ヘッドが動作する距離または高度
を調節する改善された手段またはより速い手段を提供する。

【００４５】 第１のおよび第２の本体７０、７２は、ステンレス鋼、真鍮、セラミックなど
を含む、任意の適切な材料で形成することが可能である。適切な材料は、摩耗お
よび熱に耐性があり、光学部品に対して適切な支持を提供する。本体７０、７２
は、一方を他方の中にはめ込むようなサイズになっている、剛性円筒構造である
ことが好ましい。したがって、入れ子式ハウジングは、蛇腹式または柔軟なハウ
ジングの設計などとは対照的に、摩耗に対してより影響を受け難いハウジングを
提供する。

【００４６】 図３に示すように、レーザ・ヘッドは、ノズルまたはレーザ・ヘッドが工作物
の表面の上で動作する、距離または高度を連続的に調節するための手段２１を含
む。連続調節するための手段２１は、ハウジングをそれ自体内で、または取付け
ブロック内で、伸長および短縮する任意の適切な装置である。そのような手段は
、以下の電気モータ、ラックおよび小歯車、油圧手段、滑車およびケーブル、対
向ばねなど、１つまたは複数のものを含むことが可能である。

【００４７】 図示したように、調節するための手段２１は、入れ子式ハウジングを駆動する
ように接続されているモータ７６、フランジ７５、滑車７４、ケーブル８０、お
よび少なくとも１つのばね８２を含む。上述したように、下部管または第２の本
体７２は、上部管または第１の本体７０より小さい外径を有し、第１の本体に入
れ子式に収納することができる。フランジ７５は、下部管７２の上端に接続され
ているか、またはそれと一体化されている。滑車７４は、それに関連付けられた
ケーブル８０を有し、取付けブロック１４内で、回転するように取り付けられて
いる。ケーブル８０は、滑車７４上に巻き付けられており、一端は取付けブロッ
ク１４を通って延び、フランジ７５に接続されている。モータ７６は、取付けブ
ロックに取り付けられており、機能的に滑車７４に接続されている。モータ７６
は、制御装置（図示せず）を介して電気的に制御されている。モータ７６は、回
転運動を滑車７４に提供し、滑車は、それの回りにケーブル８０を巻きつけたり
解いたりする。次にケーブル８０はフランジ７５を動かし、対応する下部管７２
を上部管７０の中へと動かす。

【００４８】 図１に示しように、ばね８２は、上部管７０と下部管７２の間に設置されてお
り、上部管７０内での下部管７２の短縮に対抗し、したがって滑車７４の動きに
対抗するように動く。図示したように、ばね８２は、一端で、ばね遮蔽８４を有
する下部管７２によって支持されている。ばね８２の他端は、ばねポスト８６の
ところで取付けブロック１４に取り付けられている。ケーブル８０を巻き付ける
滑車７４の動作は、下部管７２を上部管７０内に短縮する。同様ではあるが反対
の方式で、ケーブル８０を解く滑車７４の動作は、下部管７２を上部管７０から
伸長する。

【００４９】 さらに、レーザ・ヘッドは、工作物の表面より上にレーザ・ヘッドを配置する
距離を決定するための手段を含むことが可能である。決定するための手段は、任
意の適切な距離感知装置または手段とすることが可能であり、様々な電気装置、
容量性感知、レーザ反射、変動抵抗センサ、線形電位差計などを含むが、これに
限定されるものではない。図示したように、決定するための手段は、容量性感知
のための手段９７である。容量性感知のための手段９７は、ノズル１６の自由端
または遠位端に配置されている電気的に伝導性の先端部９０と、ノズルに取り付
けられている容量性感知ケーブル９４（図示せず）とを含む。

【００５０】 図示したように、ノズル１６は、ハウジングの下部管７２の底部に接続されて
いる。ノズルは、電気的に伝導性の先端部９０を有することが好ましい。ノズル
１６は、伝導性で耐熱性である任意の金属または合金で作成することが可能であ
る。絶縁挿入８９は、先端部９０とノズルまたはハウジングの残りの部分との間
に配置されている。挿入は、所望しない電流が、ノズルまたは先端部からハウジ
ングに流れることを防止する。先端部９０は、伝導性でスレッドされた挿入８７
でノズル１６に接続されている。また、挿入８７は、先端部９０から容量性感知
ケーブル９４への接続を提供する。

【００５１】 したがって、先端部９０は、容量性感知ケーブル９４と電気的連通状態にある
。容量性感知ケーブル９４は、内部伝導性コア１０４を有する。内部伝導性コア
１０４は、絶縁外部被覆または誘電体１１０によって囲まれている。容量性感知
ケーブルは、点溶接、ファスナなど、任意の適切な方式で先端部９０に接続する
ことが可能である。内部伝導性コア１０４は、銅、銀など、伝導性金属である。
第２の挿入９２を使用して、先端部９０をノズル１６から分離することが可能で
ある。上記の第１の挿入の場合のように、第２の挿入９２は、所望しない電流が
ノズルを通ってハウジングに流れるのを防止する。

【００５２】 使用時には、容量性感知ケーブル９４を通して電気的な変化を絶縁先端部９０
に加え、これにより、先端部９０からの距離に関して、工作物への放電が生じる
。電気的な放電は、制御装置、またはＰＬＣ、コンピュータ・アナログ・デジタ
ル変換器、アナログ電気回路など、任意の他の適切な装置（図示せず）によって
測定または監視される。また、制御装置を動作し、モータ７６の動作を制御する
ことなどによって、先端部９０と工作物の距離を一定に保つことが可能である。
以下で議論するように、制御装置を衝突回避システムの部分として使用すること
も可能である。

【００５３】 モータ７６の動作は、ＰＬＣ、電気回路、プログラムを有することが可能なコ
ンピュータなど、制御装置（図示せず）によって制御される。制御装置は、電位
差計１０２、容量性感知のための手段９７などから送信された信号を処理するこ
とによって、モータ７６の動作を決定する。図示したように、電位差計１０２は
、取付けブロック１４と下部管７２の間に配置されている。電位差計１０２は、
電気的に制御装置に接続されている。電位差計１０２は、ハウジングが受けた圧
縮／短縮の量を感知し、電気信号を制御装置に送信する。次いでＡ／Ｄ変換器、
コンピュータにロードしたコンピュータ・ソフトウエアなど、任意の適切な装置
で信号を出処理する。次いで信号を使用して、ハウジングが受けた伸長／短縮を
決定する。

【００５４】 また、レーザ・ヘッドは、アシスト・ガス供給システムを含むことが可能であ
り、システムは、ハウジング内に配置され、アシスト・ガスをノズル１６に供給
するように適合されていることが好ましい。図示したように、アシスト・ガス送
達システムは、入れ子式の２つの部分からなる導管９６であり、ハウジング１２
の内側に沿って取付けブロック１４を通って延び、ガス入口コネクタ３０に接続
されている。ガス入口コネクタ３０は、取付けブロック１４の上端に取り付けら
れており、ハウジング１２内へ延びる。ガス入口コネクタ３０は、任意の適切な
固定手段によって、ハウジング１２内に配置されている導管９６に接続されてい
る。導管９６は、ノズル１６のところで細くなっているハウジング１２の全長に
沿っている。導管９６は、剛性外管１００内に折りたたむことができる剛性内管
９８を有しており、外管１００は、内管９８の外径より大きい内径を有し、これ
により、導管９６は、それ自体の中で、伸長／短縮することが可能である。短縮
可能、伸長可能なガス・アシスト供給システムは、耐久的な方法を提供してアシ
スト・ガスをノズルに提供し、３次元表面について、レーザ・ヘッドがより良好
に動作できるようにする。

【００５５】 好ましい実施形態では、レーザ・ヘッドとロボットは、衝突回避システムを有
するレーザ・ユニットを形成する。衝突回避システムは、レーザ・ヘッドの動作
モードを決定するための手段と、レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作して
いる距離を決定するための手段と、レーザ・ヘッドが、工作物の表面より上の所
定の距離のところで検出されたとき、レーザ・ユニットの動作を停止して、衝突
を回避するための手段とを含む。

【００５６】 図５を参照すると、全体を５２４で示す、本発明による衝突回避システムの動
作を表す流れ図が示されている。レーザ・ヘッドおよびロボットの動作は、ユニ
ットとして実施される。ユニットは、いくつかの異なるモードで動作することが
可能である。動作モードは、工作物に関するレーザ・ヘッドの位置、またはロボ
ットの動作条件、あるいはその両方によって決定することができる。動作モード
は、動作または実行モード、パーク・モード５１０、教示モード５１２、および
保持モード５１４などを含むことが可能である。

【００５７】 各動作モードは、離散動作モードとすることが可能である。実行モードは、ユ
ニットの実際の動作である。パーク・モード５１０は、ユニットが停止または潜
在モードにある場合の動作モードである。教示モード５１２は、ユニットをプロ
グラムするために、動作の所望の運動および行動を、ユニットがマスクまたは追
跡する場合の動作モードである。保持モード５１４は、工作物の縁またはホール
で、ユニットが工作物の部分を処理する場合の動作モードである。動作中、通常
、レーザ・ヘッドは、工作物と共に上昇および下降して工作物の表面を追跡する
。工作物の縁またはホールに到達した際に、劇的にレーザ・ヘッドの高度を下げ
るのではなく、保持モード５１４では、レーザ・ヘッドは、処理している表面に
関係なく、そのときの動作軸または高度を維持し、適切にレーザ動作を実施する
。

【００５８】 レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作している距離を決定するための手段
５２２は、レーザ・ヘッドの先端部の遠位端と、測定する工作物の表面の間でお
よその間隔を可能とする任意の装置または手段である。レーザ・ヘッドとロボッ
トは、ユニットとして機能し、上述した１つまたは複数のモードで、工作物の表
面を処理する。距離決定するための手段５２２は、上述した容量性感知のための
手段９７または線形電位差計１０２など、任意の適切な手段または装置とするこ
とが可能である。また、決定するための手段５２２は、単一装置、または距離を
決定する個々の装置５２２’、５２２”とすることが可能である。

【００５９】 上述し図３に示したように、レーザ・ヘッドが工作物の表面と接する場合、ま
たはそれに近接する場合、容量性感知のための手段９７は、ノズルまたは先端部
９０と、電気的に決定するための手段とを備える。ユニットが機能している動作
モードに応じて、レーザ・ヘッドが工作物から所定の距離にあるとき、ユニット
は動作しないか、または動作を停止する。通常、所定の距離は、０ｍｍから約１
ｍｍであり、レーザ・ヘッドと工作物の間が０．５ｍｍ未満であることが好まし
い。所定の距離が０ｍｍに設定されている場合でも、接する際にレーザ・ヘッド
またはロボット・ユニットに損傷が生じない限り、衝突は回避されたと見なされ
る。したがって、レーザ・ヘッドがある高度にあるとき、または工作物に接して
いるとき、ユニットがあるモードで動作することを防止することによって、本発
明は、レーザ・ヘッドが工作物との衝突に関わりにくくすること、または損傷さ
れないようにすることをもたらし、それにより、続いて生じる可能性がある問題
を防止する。

【００６０】 さらに、レーザ・ヘッドとロボットまたはユニットは、レーザ・ヘッドの動作
条件によって制御することが可能である。例えば、レーザ・ヘッドの動作条件は
、レーザ・ヘッドが伸長限界５１６または短縮限界５１８に達することを含むが
、これに限定されるものではない。また、本発明は、入れ子式または伸長可能な
レーザ・ヘッドを提供するので、衝突回避システムは、レーザ・ヘッドが伸長限
界５１６または短縮限界５１８に達するとき、ユニットを停止するための手段を
提供することが可能である。レーザ・ヘッドは、レーザ・ヘッドが工作物から最
大距離にあり、入れ子式ハウジングが最大限に伸長されているとき、一般に伸長
限界５１６に達する。レーザ・ヘッドが、工作物との衝突に関わる可能性がない
場合でも、そのような動作条件により、レーザ光線を劣悪に使用することになる
可能性がある。したがって、レーザ・ユニットは、工作物の処理を続けるより、
調整のため停止、または休止する方が良い。

【００６１】 レーザ・ヘッドは、レーザ・ヘッドが工作物に近接して、またはレーザ・ヘッ
ドの入れ子式のハウジングがもはやそれ自体内に短縮する可能性がないほど工作
物に接近して動作または動くとき、短縮限界５１８に達する。レーザ・ヘッドは
、レーザ・ヘッドの動作を予備プログラミングする結果、短縮限界５１８に達す
る可能性がある。プログラミングは、工作物の表面のトポグラフィの予期しない
変化とは同時には行われない。短縮限界５１８でレーザ・ヘッドを動作し続ける
場合、集束レーザ光線は、工作物の表面を適切に照射しないか、またはレーザ・
ヘッドは衝突が増大する可能性がある。したがって、ユニットの調整または再プ
ログラミングが実行される可能性があるまで、ユニットを停止または休止するこ
とが好ましい。

【００６２】 例えば、レーザが工作物を切断する際に、レーザ・ヘッドは、切断表面から約
１ｍｍのところで動作することが可能である。工作物から工作物に動くとき、レ
ーザ切断ヘッドは、工作物から１０ｍｍほどのパーク位置に瞬間的に到達するこ
とが可能である。次いで、ヘッドが工作物から工作物に動くとき、衝突回避手段
５２２は、工作物が、次の工作物の表面から３ｍｍから６ｍｍの範囲内になるか
を検出し、衝突が生じる前に、レーザ・ヘッドとロボットを停止する。

【００６３】 レーザ・ヘッドが、工作物の表面より上の所定の距離にあると検出されたとき
、レーザ・ヘッドの動作を停止して衝突を回避するための手段５２０は、「衝突
」条件が満足されたとき、レーザ・ヘッドとロボット・ユニットの動きを停止ま
たは防止する任意の適切な手段または装置とすることが可能である。適切な装置
は、例えば、線形電位差計から信号を受光する制御装置を備え、制御装置は、信
号を送信して衝突インターロックを開き、レーザ・ヘッドとロボットを停止する
。制御装置は、「衝突」条件が満足されたとき、信号を受光し、信号を送信する
可能性がある任意の適切な制御装置とすることができる。適切な制御装置は、Ｐ
ＬＣ、ソフトウエアで駆動されるコンピュータ、制御チップを有する回路板、電
気回路、アナログ電気回路、ＰＲＯＭなどを含む。

【００６４】 図４を参照すると、全体を２００で示す、本発明の第２の実施形態が示されて
いる。光ファイバ２２４は、ある角度で、レーザ・ヘッド２００に接続されてお
り、切断軸に対し垂直であることが好ましい。この実施形態では、レーザ・ヘッ
ドは、ハウジング２０１と、光ファイバ２２４と、光源から生成された光線の光
路を調節するための手段２１５とを備える。図示したように、調節するための手
段２１５は、レーザ・ヘッドのｙ軸に沿って入射光線を調節するために、ハウジ
ング２０１内に配置された調節可能な光学部品またはミラーの組立て品であり、
およびレーザ・ヘッドのｘ軸に沿って入射光を調節する並進またはスライド可能
な台車である。

【００６５】 ある角度で光ファイバ２２４を配置することにより、集束光線のすぐ上の、取
付けブロック２０４の上端に、カメラ２０２または他の視聴装置を取り付けるこ
とをもたらす。図示したように、受光ミラー２０６または光学部品は、ハウジン
グ２０１内に配置されており、入射光線を第１のレンズ上に偏向または曲げるこ
とによって、出て行く光線に関してある角度でハウジングに入射する光線を提供
する。光線は、第２のまたは焦点レンズ２１０に進み、そこからノズル２１２を
通って工作物（図示せず）上に集束する。

【００６６】 ハウジング２０１と共に取付けブロック２０４を使用して、レーザ・ヘッドを
ロボットまたはロボットのアーム（部分的に図示）に固定する。また、図示した
ように、取付けブロック２０４は、光源２２４、光学部品２０８、２０６、２１
０、およびカメラ２０２に対して、適切な支持を提供する。取付けブロック２０
４は、内部室２１８と、室２１８を２等分する取付けブロックの底部を通過する
第１のホール２２０と、室の側面から背壁へと延びる第２のホール２２２とを有
する。

【００６７】 調節するための手段２１５は、調節可能なミラー組立て品を含むことが可能で
ある。図示したように、調節可能なミラー組立て品は、取付けブロック２０４内
に配置されている。調節可能なミラー組立て品は、ミラー２０６と、ミラー・マ
ウント２１４と、バイアスされた調整ファスナ２５０の対（そのうちの１つを図
示）とを含む。ミラー２０６は、ミラー・マウント２１４の上に設置されており
、バイアスされた調節ファスナ２５０の対について、内部室２１８内で回転する
ように配置されている。ファスナ２５０は、ねじ、ボルト、クリップ、クランプ
など、調節可能な任意の適切な固定部材とすることが可能である。図示したよう
に、ファスナ２５０は、取付けブロックを通って延び、調節可能なようにミラー
・マウント２１４を適所に保持するねじである。

【００６８】 ミラー・マウント２１４は、ファイバ・アダプタ２３０の前面と、緊密に調和
するまたは密着している機械加工された側面を有する。ばね２１６は、ミラー・
マウント２１４と室２１８の背面の間で圧縮され、ファイバ・アダプタ２３０に
対し、ミラー・マウント２１４を密着または押し付ける。ミラー・マウント２１
４をファイバ・アダプタ２３０に密着させることによって、調和して並進または
スライドすることが可能であるが、２個の組立て品または台車２３１を形成する
組立て品を提供する。ミラー・マウント２１４またはミラーは、独立して、軸の
回りに回転することが可能である。

【００６９】 光ファイバ２２４または他の光源は、ファイバ・アダプタ２３０によって取付
けブロックに接続されている。光ファイバ２２４は、図示したようにバット・プ
レート２２８など、任意の適切な手段によって、ファイバ・アダプタ２３０に取
り付けられている。光ファイバ２２４は、第２のホール２２２を通して受光光学
部品またはミラー２０６へと光線を光らせるように配置されている。ミラー２０
６は、ミラー・マウント２１４上に配置されており、ミラー組立て品を形成する
。ミラー２０６は、所望の波長のみを反射するように設計することが可能である
。ミラー２０６は、ある角度で、好ましくは約４５度で配置され、光ファイバ２
２４と第１のレンズ２０８の間で光連通を提供する。

【００７０】 調節ねじ２５０（その一方を図示）など、ファスナの対は、取付けブロック内
で、回転可能なようにミラー・マウント２１４を支持する。調節ねじ２５０は、
取付けブロック２０４の外部からミラー・マウント２１４に延びる。調節ねじ２
５０は、光ファイバ２２４から第１のレンズ２０８まで光線が進む長さを変更せ
ずに、光ファイバ２２４からの光線を、レーザ・ヘッドのｙ軸に沿って、第１の
レンズ２０８上へと調節するように機能する。

【００７１】 図示したように、台車２３１は、ミラー組立て品とファイバ・アダプタ２３０
を備えており、ミラー組立て品は、機械加工した表面で、直径に沿ってファイバ
・アダプタと対向し、台車２３１を形成する。台車２３１は、スライドするよう
に、取付けブロック２０４に設置されている。取付けブロックに固定されたガイ
ド・ピン２３２は、台車２３１に形成されたガイド・チャネル２３４内にあり、
取付けブロック２０４内でのファイバ・アダプタ２３０の回転運動を防止する。

【００７２】 台車２３１は、レーザ・ヘッドの軸に沿って並進可能である。台車２３１の並
進は、任意の適切な手段または固定装置によって制限されている。図示したよう
に、セットねじ２４４、２４６の対は、台車の並進を制限する。セットねじ２４
４、２４６は、取付けブロック２０４を通って延び、スライド可能な台車２３１
上に形成された第２の溝２４８に接する。これにより、セットねじを締めて、ス
ライド可能な台車２３１の位置を固定する。

【００７３】 セットねじ２４４、２４６は、共力的な方式で動作して、レーザ・ヘッドの軸
に沿って、台車２３１を増加して動かす。台車を増加して動かすために、セット
ねじ２４４、２４６は、取付けブロックの溝に設置さており、溝２４８は、傾斜
壁の両端で終端する。ねじ２４４、２４６、および溝２４８は、ねじ２４４を緩
め、次いで他の２４６を締めるとき、ｘ軸に沿って台車を動かすように適合され
ている。ｘ軸に沿って台車を動かすことによって、光ファイバとミラー・マウン
トを調和して動かし、光ファイバ２２４とレンズ２０８の間の光路の長さを変更
せずに、レンズ２０８上で光線を再配置する。

【００７４】 本発明の実行において、ハウジング２０１が封止され、一般に正圧下に保ち、
光学部品を含むハウジング２０１の内部構成要素に埃がつかないようにすること
が好ましい。また、光学システムは、複数のレンズを備え、第１の受光レンズ２
０８または光学部品が、平行光線または照準された光線を第２の焦点レンズ２１
０に向けることが好ましい。

【００７５】 本発明を図面および上記の説明で詳細に説明してきたが、本発明は例示的であ
り、特徴を制限するものではないと見なされるべきである。好ましい実施形態に
ついてのみ完全に図示および説明しており、本発明の精神内にある全ての修正お
よび変更が保護されていることが望ましいことを理解されたい。

【００７６】 このように、本発明のいくつかの実施形態について上記で説明したので、請求
項について述べる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による、レーザ・ヘッドの第１の実施形態の断面側面図である。

【図２】 図３の線３−３および図１の線１−１に沿って見た、本発明のレーザ・ヘッド
の断面上面図である。

【図３】 本発明による、レーザ・ヘッドの第２の断面側面図である。

【図４】 本発明による、レーザ・ヘッドの第２の実施形態の断面図である。

【図５】 本発明による、ロボット的に動作するレーザ・ヘッドの衝突を回避する好まし
い方法の流れ図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年９月２１日（２０００．９．２１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3C007 AS11 BT14 KS31 KS36 KV04 KX07 MS07 MS16 4E068 CA12 CA18 CB02 CB05 CC00 CD15 CE06 CE08

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ・ヘッドとロボットとを有するタイプのレーザ装置に
   おいて、前記レーザ・ヘッドが前記ロボットに取り付けられており、前記レーザ
   ・ヘッドが、ハウジングと、該ハウジング内に配置された焦点レンズと、該焦点
   レンズに光学的に連通している光源とを有し、 （ａ）前記レーザ装置の動作モードを決定するための手段と、 （ｂ）前記レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作している距離を決定する
   ための手段と、 （ｃ）前記レーザ・ヘッドが、工作物の表面より上の所定の距離のところで検
   出されたとき、前記レーザ装置の動作を停止して、前記レーザ装置の損傷を回避
   するための手段とを備えていることを特徴とするレーザ装置。
2. 【請求項２】 前記レーザ・ヘッドが工作物の表面より上０ｍｍから約１ｍ
   ｍの間に位置しているとき、前記停止するための手段が、前記レーザ装置を停止
   するように適合されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
3. 【請求項３】 前記レーザ装置の動作モードが、パーク、教示、実行、保持
   、伸長限界、または短縮限界からなるグループから選択されていることを特徴と
   する請求項２に記載のレーザ装置。
4. 【請求項４】 前記レーザ・ヘッドが工作物の表面より上３ｍｍから約６ｍ
   ｍの間に位置し、前記レーザ装置の動作モードがパーク・モードであるとき、前
   記停止するための手段が、前記レーザ装置を停止するように適合されていること
   を特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
5. 【請求項５】 前記レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作している距離
   を決定するための手段が、さらに、容量性感知のための手段を含むことを特徴と
   する請求項２に記載のレーザ装置。
6. 【請求項６】 レーザ・ヘッドとロボットとを有するタイプのレーザ装置に
   おいて、前記レーザ・ヘッドが前記ロボットに取り付けられており、前記レーザ
   ・ヘッドが、ハウジングと、該ハウジング内に配置された焦点レンズと、該焦点
   レンズに光学的に連通している光源とを有し、 （ａ）前記ハウジングが、第１の本体部分と第２の本体部分を有する入れ子式
   ハウジングであって、前記第１の本体部分が、前記第２の本体部分について入れ
   子式であるハウジングと、 （ｂ）前記レーザ装置の動作モードを決定するための手段と、 （ｃ）前記レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作している距離を検出する
   ための手段と、 （ｄ）前記レーザ・ヘッドが工作物の表面より上の所定の距離のところで検出
   されたとき、前記レーザ装置の動作を停止して、前記レーザ装置の損傷を回避す
   るための手段とを備えていることを特徴とするレーザ装置。
7. 【請求項７】 前記レーザ装置が、さらに、 前記入れ子式ハウジングが、伸長限界にあるかを判定するための手段と、 前記入れ子式ハウジングが伸長限界にある場合、前記レーザ装置の動作を停止
   するための手段と、 前記入れ子式ハウジングが、短縮限界にあるかを判定するための手段と、 前記入れ子式ハウジングが短縮限界にある場合、前記レーザ装置の動作を停止
   するための手段とを含むことを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
8. 【請求項８】 前記レーザ・ヘッドが、工作物の表面より上０ｍｍから約１
   ｍｍの間に位置しているとき、前記停止するための手段が、前記レーザ装置を停
   止するように適合されていることを特徴とする請求項７に記載のレーザ装置。
9. 【請求項９】 前記レーザ・ヘッドの動作モードが、パーク、教示、実行、
   または保持からなるグループから選択されていることを特徴とする請求項８に記
   載のレーザ装置。
10. 【請求項１０】 前記レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作している距
    離を決定するための手段が、さらに、容量性感知のための手段を備えることを特
    徴とする請求項７に記載のレーザ装置。
11. 【請求項１１】 レーザ・ヘッドとロボットとを有するタイプのレーザ装置
    において、前記レーザ・ヘッドが前記ロボットに取り付けられており、前記レー
    ザ・ヘッドが、ハウジングと、該ハウジング内に配置された焦点レンズと、該焦
    点レンズに光学的に連通している光源とを有し、 （ａ）前記レーザ装置の動作モードを決定するための手段と、 （ｂ）前記レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作している距離を決定する
    ための手段と、 （ｃ）前記レーザ・ヘッドが、工作物の表面より上の所定の距離のところで検
    出されたとき、前記レーザ装置の動作を防止して、前記レーザ装置の損傷を回避
    するための手段と、 （ｄ）入れ子式ハウジングであるハウジングと、 （ｅ）該入れ子式ハウジングが伸長限界または短縮限界にある場合、前記レー
    ザ装置の動作を停止するための手段であって、 衝突インターロックを備えたレーザ装置の動作を停止するための手段とを備え
    ていることを特徴とするレーザ装置。
12. 【請求項１２】 前記所定の距離が、工作物の表面より上約０ｍｍから約１
    ｍｍであることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ・ヘッド。
13. 【請求項１３】 前記レーザ装置の動作モードが、パーク、教示、実行、ま
    たは保持からなる動作グループから選択されていることを特徴とする請求項１１
    に記載のレーザ・ヘッド。
14. 【請求項１４】 前記レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作している距
    離を決定するための手段が、容量性感知のための手段を備えることを特徴とする
    請求項１１に記載のレーザ装置。
15. 【請求項１５】 前記動作モードを決定するための手段が、ＰＬＣを備える
    ことを特徴とする請求項１１に記載のレーザ装置。
16. 【請求項１６】 前記動作モード決定するための手段が、コンピュータ・プ
    ログラムを有するコンピュータを備えることを特徴とする請求項１１に記載のレ
    ーザ装置。
17. 【請求項１７】 前記レーザ・ヘッドの動作モードを決定するための手段、
    前記距離を決定するための手段、前記レーザ・ヘッドの動作を防止するための手
    段、および前記レーザ装置の動作を停止するための手段が、電子回路を備えるこ
    とを特徴とする請求項１１に記載のレーザ装置。
18. 【請求項１８】 ロボットに取り付けられるように適合されたタイプのレー
    ザ・ヘッドにおいて、該レーザ・ヘッドがハウジングを有し、該ハウジングが、
    先端部を有するノズルと、前記ハウジングにある焦点レンズと、該焦点レンズに
    光学的に連通している光源とを有し、前記焦点レンズが、前記光源から焦点を有
    する集束レーザ光線に光線を集束させるように適合されており、 前記ハウジング内で、前記光源から焦点光学部品上に、光線の光路を調節する
    ための手段を備え、該調節するための手段が、前記先端部と同軸に前記集束レー
    ザ光線を集中させるように適合されていることを特徴とするレーザ・ヘッド。
19. 【請求項１９】 レーザ・ヘッドがロボット・ユニットに取り付けられてお
    り、前記レーザ・ヘッドが、ハウジングと、該ハウジング内にある焦点レンズと
    、該焦点レンズに光学的に連通している光源とを有し、前記ハウジングは先端部
    を備えたノズルを有しており、 前記光源から焦点光学部品に向けられた光線の光路を調節し、前記焦点光学部
    品によって形成された集束レーザ光線を前記先端部と同軸に集中させる装置を備
    え、該装置が前記ハウジングによって並進可能に支持されていることを特徴とす
    るレーザ・ヘッド。
20. 【請求項２０】 前記ハウジング内で光路を調節する装置が、光線を受光す
    るための受光光学部品を備え、該受光光学部品が、前記ハウジング内で並進可能
    に支持されており、前記ハウジングの第１の軸に沿って光線の光路を調節し、集
    束レーザ光線を前記先端部と同軸に集中させることを特徴とする請求項１９に記
    載のレーザ・ヘッド。
21. 【請求項２１】 前記受光光学部品が、前記ハウジング内で、旋回可能に支
    持されており、前記ハウジングの第２の軸に沿って光線の光路を調節することを
    特徴とする請求項２０に記載のレーザ・ヘッド。
22. 【請求項２２】 前記受光光学部品が、第１の軸に沿って並進可能で、第２
    の軸に沿って旋回し、前記焦点レンズ上へと光線の光路を調節し、集束レーザ光
    線を前記先端部と同軸に集中させることを特徴とする請求項１９に記載のレーザ
    ・ヘッド。
23. 【請求項２３】 前記光源が光ファイバを備え、前記光源を調整する装置が
    ファイバ・アダプタを備え、該ファイバ・アダプタが、前記光ファイバを支持し
    、光線を前記光ファイバから前記ハウジングに向けるように適合されており、前
    記ファイバ・アダプタが、前記ハウジングについて並進可能であり、光線の経路
    を前記ハウジング内で支持された受光光学部品上へと調節して、集束レーザ光線
    を前記先端部と同軸に集中させることを特徴とする請求項１９に記載のレーザ・
    ヘッド。
24. 【請求項２４】 前記光源が、ファイバ・アダプタによって支持された光フ
    ァイバであり、該光ファイバが、光線を前記ハウジングからさらに前記受光光学
    部品へと向けるように適合されており、前記光ファイバが、所定距離だけ前記受
    光光学部品から離れており、前記ファイバ・アダプタが、前記受光光学部品につ
    いて並進可能であり、前記光ファイバと前記受光光学部品の間で一定の距離を維
    持することを特徴とする請求項２０に記載のレーザ・ヘッド。
25. 【請求項２５】 レーザ・ヘッドがロボット・ユニットに取り付けられてお
    り、前記レーザ・ヘッドが、ハウジングと、該ハウジング内にある焦点レンズと
    、該焦点レンズに光学的に連通している光源とを有し、 入れ子式ハウジングであるハウジングと、 アシスト・ガス供給管が、入れ子式ハウジング内に配置されている入れ子式ア
    シスト・ガス供給管とを備えることを特徴とするレーザ・ヘッド。
26. 【請求項２６】 前記レーザ・ヘッドが、さらに、前記ハウジングに取り付
    けられたノズルを備え、該ノズルが第１の先細部分、第２の細長先細部分、およ
    び第３の先細部分を有することを特徴とする請求項２５に記載のレーザ・ヘッド
    。
27. 【請求項２７】 ロボットに取り付けられるように適合されているタイプの
    レーザ・ヘッドにおいて、前記レーザ・ヘッドが、ハウジングと、該ハウジング
    内にある焦点レンズと、該焦点レンズに光学的に連通している光源とを有し、 前記ハウジング内で、前記光源からの光線の光路を調節するための手段を備え
    、前記ハウジングが、入れ子式ハウジングであることを特徴とするレーザ・ヘッ
    ド。
28. 【請求項２８】 入れ子式ハウジング内に配置されたアシスト・ガス供給管
    をさらに備え、アシスト・ガス供給管が入れ子式であることを特徴とする請求項
    ２７に記載のレーザ・ヘッド。
29. 【請求項２９】 前記ハウジングに取り付けられた細長ノズルをさらに備え
    ることを特徴とする請求項２８に記載のレーザ・ヘッド。
30. 【請求項３０】 前記調節するための手段が、受光光学部品をさらに備え、
    該受光光学部品が、前記ハウジング内で並進可能に支持されており、前記ハウジ
    ングの第１の軸に沿って光線の光路を調節すると共に、旋回可能に支持されてお
    り、前記ハウジングの第２の軸に沿って光線の光路を前記焦点レンズ上へと調節
    することを特徴とする請求項２８に記載のレーザ・ヘッド。