JP2662679B2 - Articulated laser machining robot - Google Patents

Articulated laser machining robot

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JP2662679B2
JP2662679B2 JP3088078A JP8807891A JP2662679B2 JP 2662679 B2 JP2662679 B2 JP 2662679B2 JP 3088078 A JP3088078 A JP 3088078A JP 8807891 A JP8807891 A JP 8807891A JP 2662679 B2 JP2662679 B2 JP 2662679B2
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mirror
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rotation center
laser beam
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尚男 杉山
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B23K26/0884Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/042Automatically aligning the laser beam

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、三次元形状の対象物を
レーザビームにより溶接や切断、表面改質等を行う際に
使用する多関節形レーザ加工ロボットに関し、特にレー
ザビームを反射し所定の位置に誘導するミラーの枚数を
減らした構造のものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an articulated laser machining robot used for welding, cutting, and surface modification of a three-dimensional object with a laser beam. And a structure in which the number of mirrors guided to the position is reduced.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、レーザビームを使用して三次元形
状の対象物の溶接並びに切断、表面改質等を行う作業方
法が採用され始めている。これは、作業効率及び作業精
度が向上するためである。
2. Description of the Related Art In recent years, work methods for welding, cutting, and surface modification of three-dimensional objects using a laser beam have begun to be adopted. This is because work efficiency and work accuracy are improved.

【0003】多関節形レーザ加工ロボットにおける加工
ヘッド最終端の動作を三次元空間にて選定した任意の位
置において任意の角度に設定するには、例えば特開昭6
2−130788号公報に開示され図10に模式的に示
すように、可動軸が最低5軸(J1 ,J2 ,J3 ,J4
,J5 )必要である。図においてJ1 ,J2 ,J3 ,
J4 ,J5 軸は全て回転軸である。前記の事項は三次元
作業用多関節形レーザ加工ロボットにおいても同様であ
り、レーザビームの経路をロボットの機構構成部材に組
み込むものでは従来、ロボット設置台の側面Bi1(また
は底部Bi2)からレーザビームを入射し、加工ヘッド最
終端B0 まで導くのに、各軸の交差する角度を不変のも
のとし、各交点(a0 〜a6 またはa1 〜a6 )にミラ
ー(m0 〜m5 ,Pm )を入射側の軸と反対側の軸とで
形成される角度の2等分線がミラー反射面への垂線とな
るような方向にミラー反射面を向けて取付角度が変化し
ないように設置している。このため、レーザビームの方
向変換用として少なくとも5枚のミラーを必要としてい
る。
In order to set the operation of the final end of the machining head in an articulated laser machining robot to an arbitrary angle at an arbitrary position selected in a three-dimensional space, see, for example,
As disclosed in JP-A-2-130788 and schematically shown in FIG. 10, at least five movable axes (J1, J2, J3, J4) are provided.
, J5) required. In the figure, J1, J2, J3,
The J4 and J5 axes are all rotating axes. The same applies to the articulated laser machining robot for three-dimensional work. In the case where the path of the laser beam is incorporated into the mechanical components of the robot, conventionally, the laser beam is applied from the side surface Bi1 (or the bottom portion Bi2) of the robot installation table. Is incident and guided to the final end B0 of the machining head, the angle at which each axis intersects is fixed, and mirrors (m0 to m5, Pm) are provided at each intersection (a0 to a6 or a1 to a6) on the incident side. The mirror reflecting surface is oriented so that the bisector of the angle formed by the axis opposite to the axis and the perpendicular to the mirror reflecting surface is oriented so that the mounting angle does not change. Therefore, at least five mirrors are required for changing the direction of the laser beam.

【0004】一般にレーザ光利用の機器ではミラーの配
置を考慮しないと多数のミラーを必要とし、これら多数
のミラーによって伝達エネルギーの減衰が生じるうえ、
光軸調整時におけるミラー取付位置・角度の調整手間、
交換頻度が増大する。多関節形レーザ加工ロボットにお
いてもこの点の改善が望まれている。
In general, a device using laser light requires a large number of mirrors unless the arrangement of the mirrors is taken into consideration. These large number of mirrors cause attenuation of transmitted energy, and
Adjustment of the mirror mounting position and angle when adjusting the optical axis,
The replacement frequency increases. Improvements in this respect are also desired for articulated laser machining robots.

【0005】一方、ミラーの枚数を少なくするためにミ
ラーを可動する形態で多関節形ではなく極座標形でミラ
ー枚数を最小にするレーザ加工ロボットが提案されてい
る(特開平1−273688号)。このレーザ加工ロボ
ットは図11から図13に示すような構成となってい
る。図11はミラー可動の極座標形レーザ加工ロボット
を示したものである。旋回コラム2は、設置台1に対し
垂直方向の第1軸J1 の回りに回転するもので、第2ア
ーム4は、第1アーム3に対し第3軸J3 に沿って伸縮
自在の伸縮軸4を構成している。第1アーム3は旋回コ
ラム2に設けられた第2軸J2 を中心に俯仰可能なよう
に保持されている。前記3軸(第1軸J1 ,第2軸J2
,第3軸J3 )は交点a1にて交差するように構成され
ている。伸縮軸4の先端部には第1中空ヘッド5が組み
込まれている。第1中空ヘッド5は、第3軸J3 と同心
に構成された第4軸J4 の回りに回転し、第4軸J4 と
垂直に第2中空ヘッド6が組み込まれている。第2中空
ヘッド6は、第4軸J4 と垂直に交わるように構成され
た第5軸J5の回りに旋回し、第5軸J5 と垂直に交わ
る軸J0 の外周上に形成されたレーザビームの被加工物
への出射口であるノズル7より構成されている。そし
て、このロボットは、設置台1の側面から第1軸J1 と
の交点a0 に入射されたレーザビームBi1(設置台1の
下部第1軸J1 と同心に入射された場合のレーザビーム
は、Bi2)は、ミラーm0 により第1軸J1 と同心に反
射され、第1軸J1 ,第2軸J2 ,第3軸J3 の3軸の
交点a1 に誘導される。交点a1 に誘導されたレーザビ
ームは、ミラーm1 により第3軸J3 ,第4軸J4 と同
心に反射され、第1中空ヘッド5の内部に組み込まれた
ミラーm2 により第5軸J5 と同心に反射され、第5軸
J5 と該第5軸と垂直に交わる軸J0 との交点a3 に誘
導される。交点a3 に誘導されたレーザビームは、第2
中空ヘッド6の内部に組み込まれた放物面鏡Pm により
反射集光され、軸J0 の外周部に軸J0 と同軸に組み込
まれたノズル7によりレーザビームB0 としてロボット
の外部に出射される。第1中空ヘッド5,第2中空ヘッ
ド6の内部はレーザビームが貫通可能な構造になってい
る。
On the other hand, there has been proposed a laser machining robot in which the number of mirrors is minimized not in the articulated type but in the polar coordinate type in order to reduce the number of mirrors (JP-A-1-273688). This laser processing robot has a configuration as shown in FIGS. FIG. 11 shows a mirror-movable polar coordinate laser machining robot. The swivel column 2 rotates about a first axis J1 in a direction perpendicular to the mounting table 1, and the second arm 4 has a telescopic shaft 4 which is telescopic with respect to the first arm 3 along a third axis J3. Is composed. The first arm 3 is held so as to be able to descend about a second axis J2 provided on the revolving column 2. The three axes (first axis J1 and second axis J2)
, The third axis J3) intersect at the intersection a1. A first hollow head 5 is incorporated in the distal end of the telescopic shaft 4. The first hollow head 5 rotates around a fourth axis J4 concentric with the third axis J3, and incorporates a second hollow head 6 perpendicular to the fourth axis J4. The second hollow head 6 pivots about a fifth axis J5 perpendicularly intersecting the fourth axis J4, and the laser beam formed on the outer periphery of the axis J0 perpendicularly intersecting the fifth axis J5. It is constituted by a nozzle 7 which is an emission port to a workpiece. In this robot, the laser beam Bi1 incident on the intersection a0 with the first axis J1 from the side surface of the mounting table 1 (the laser beam Bi concentrically incident on the lower first axis J1 of the mounting table 1 is Bi2 ) Is reflected concentrically with the first axis J1 by the mirror m0, and is guided to the intersection a1 of three axes of the first axis J1, the second axis J2, and the third axis J3. The laser beam guided to the intersection a1 is reflected by the mirror m1 concentrically with the third and fourth axes J3 and J4, and is reflected by the mirror m2 incorporated inside the first hollow head 5 concentrically with the fifth axis J5. Then, it is guided to the intersection point a3 of the fifth axis J5 and the axis J0 perpendicular to the fifth axis. The laser beam guided to the intersection a3 is
The light is reflected and condensed by a parabolic mirror Pm incorporated in the hollow head 6, and is emitted outside the robot as a laser beam B0 by a nozzle 7 incorporated coaxially with the axis J0 around the axis J0. The inside of the first hollow head 5 and the second hollow head 6 has a structure through which a laser beam can pass.

【0006】以上の構成を機械的に単純化すると図12
のようになり、ミラーm0 は、反射面に第1軸J1 との
交点a0 を包含させ、かつ、該反射面を第1軸J1 ,第
2軸J2 ,第3軸J3 の3軸の交点a1 側に向け設置台
1に固定し、ミラーm1 は反射面に第1軸J1 ,第2軸
J2 ,第3軸J3 の交点a1 を包含させ、かつ、該反射
面を第3軸J3 と同心の第4軸J4 と第5軸J5 との交
点a2 側に向けてアーム3に回転可能に組み込まれてい
る。ミラーm2 は反射面に第4軸J4 と第5軸J5 との
交点a2 を包含させ、かつ、該反射面を第5軸J5 と該
第5軸と垂直に交わる軸J0 との交点a3 に向けて第1
中空ヘッド5の内部に取り付け、放物面鏡Pm は反射面
上に第5軸J5 と軸J0 との交点a3を包含させ、か
つ、該反射面を軸J0 側に向け軸J0 上に放物面鏡Pm
の焦点がくるように取り付ける。
When the above configuration is mechanically simplified, FIG.
The mirror m0 has a reflecting surface including an intersection a0 with the first axis J1, and the reflecting surface is defined by an intersection a1 of three axes of a first axis J1, a second axis J2, and a third axis J3. The mirror m1 has a reflecting surface including the intersection a1 of the first axis J1, the second axis J2, and the third axis J3, and the reflecting surface is concentric with the third axis J3. The arm 3 is rotatably mounted toward the intersection a2 between the fourth axis J4 and the fifth axis J5. The mirror m2 makes the reflecting surface include the intersection a2 of the fourth axis J4 and the fifth axis J5, and directs the reflecting surface to the intersection a3 of the fifth axis J5 and the axis J0 perpendicular to the fifth axis. First
Mounted inside the hollow head 5, the parabolic mirror Pm includes the intersection point a3 between the fifth axis J5 and the axis J0 on the reflecting surface, and the reflecting surface is oriented on the axis J0 with the reflecting surface facing the axis J0. Surface mirror Pm
Attach so that the focus of the comes.

【0007】ミラーm1 には前記交点a1 を通る法線
を、ミラーm1 に入射するレーザビームと第3軸J3 と
が構成する角度の2等分線に一致させるミラー角度設定
機構10が付設されている。図13はミラーm1 のミラ
ー角度設定機構10で、次のように構成される。10a
はミラー取付軸で、ミラー取付フレーム9dに回転自在
に保持されている。ミラー取付軸10aはミラー角度設
定回転用サーボモータ10bにより回転される。ミラー
取付軸10aの回転角度すなわちミラーm1 の旋回角度
はミラー回転角度検出器10cにより検出される。
The mirror m1 is provided with a mirror angle setting mechanism 10 for making the normal passing through the intersection a1 coincide with the bisector of the angle formed by the laser beam incident on the mirror m1 and the third axis J3. I have. FIG. 13 shows a mirror angle setting mechanism 10 for the mirror m1, which is constructed as follows. 10a
Is a mirror mounting shaft, which is rotatably held by the mirror mounting frame 9d. The mirror mounting shaft 10a is rotated by a mirror angle setting rotation servomotor 10b. The rotation angle of the mirror mounting shaft 10a, that is, the turning angle of the mirror m1, is detected by a mirror rotation angle detector 10c.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
1−273688号公報に示すようなミラー可動の極座
標形レーザ加工ロボットの場合には、ミラーの枚数を減
らすことが可能であるが、ロボットの動作範囲を大きく
とることができない。一方、特開昭62−130788
号公報に示すような多関節形レーザ加工ロボットの場合
はロボットの動作範囲を大きくできるが、ミラーの枚数
が多くなる。
However, in the case of a mirror-movable polar coordinate type laser machining robot as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-273688, it is possible to reduce the number of mirrors. The range cannot be made large. On the other hand, JP-A-62-130788
In the case of an articulated laser machining robot as disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication, the operating range of the robot can be increased, but the number of mirrors increases.

【0009】そこで本発明は、両者の特長を持つよう
に、つまりロボットの動作範囲が大きく、かつ、ミラー
枚数の少ないミラー可動の多関節形レーザ加工ロボット
を得ることを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a mirror-movable articulated laser machining robot having both features, that is, having a large robot operating range and a small number of mirrors.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る多関節形レーザ加工ロボットは、第1
軸の回りに回転する旋回コラムを設置台上に設置し、第
2軸の回りに俯仰する第1アームを旋回コラムに連結
し、第3軸の回りに俯仰する第2アームを第1アームの
先端に連結し、第2アームの内部に中心が第3軸の回転
中心を通り第1軸の中心と同一平面を形成するレーザビ
ーム伝送路を設け、第1軸と同心に入射されたレーザビ
ームを、第1軸とレーザビーム伝送路の中心の延長線と
の交点に配備されたミラーで反射しレーザビーム伝送路
に誘導する構成としたものである。
In order to achieve the above object, an articulated laser machining robot according to the present invention comprises:
A swivel column that rotates about an axis is installed on a mounting table, a first arm that elevates around a second axis is connected to the swivel column, and a second arm that elevates about a third axis is a first arm. A laser beam transmission path connected to the tip and having a center passing through the rotation center of the third axis and forming the same plane as the center of the first axis is provided inside the second arm, and a laser beam incident concentrically with the first axis Is reflected by a mirror provided at the intersection of the first axis and an extension of the center of the laser beam transmission path, and is guided to the laser beam transmission path.

【0011】また、前記ミラーは、第1軸とレーザビー
ム伝送路の中心軸とで形成される角度の2等分線がミラ
ー反射面上の垂線と一致するように追従させるミラー角
度設定機構、第1アーム並びに第2アームの角度変化に
伴う第1軸とレーザビーム伝送路の中心軸との交点の位
置の変化量に追従させるミラー位置設定機構を装備す
る。さらに、前記第2アームの先端に、第2アームの軸
心と同軸の第4軸の回りに回転する第1中空ヘッドを取
り付け、第1中空ヘッドに第4軸と垂直な第5軸の回り
に回転する第2中空ヘッドを取り付け、この直交する2
軸の交点にレーザビームを反射する第2のミラーを配置
し、レーザビームをノズルに誘導する構成とする。
A mirror angle setting mechanism for following the mirror such that a bisector of an angle formed between the first axis and a center axis of the laser beam transmission path coincides with a perpendicular on a mirror reflecting surface; A mirror position setting mechanism is provided for following the amount of change in the position of the intersection between the first axis and the central axis of the laser beam transmission path due to the angle change of the first arm and the second arm. Further, a first hollow head that rotates around a fourth axis that is coaxial with the axis of the second arm is attached to the tip of the second arm, and the first hollow head is rotated around a fifth axis that is perpendicular to the fourth axis. The second hollow head that rotates is attached to
A second mirror that reflects the laser beam is arranged at the intersection of the axes, and the laser beam is guided to the nozzle.

【0012】[0012]

【作用】旋回コラムの回転中心の第1軸と第2アームの
中心の延長線との交点に配備されたミラーは、第1アー
ム、第2アームの俯仰動作による角度変化に追従して、
第1軸と同心に入射されたレーザビームを第2アーム内
に設けたレーザビーム伝送路に誘導する。
The mirror provided at the intersection of the first axis of the center of rotation of the revolving column and the extension of the center of the second arm follows the angle change caused by the raising and lowering of the first and second arms.
The laser beam incident concentrically with the first axis is guided to a laser beam transmission path provided in the second arm.

【0013】[0013]

【実施例】図1は本発明の一実施例を示す多関節形レー
ザ加工ロボットの斜視図である。この多関節形レーザ加
工ロボット(以下、単にロボットという)は、設置台
1,旋回コラム2,第1アーム3,第2アーム4,第1
中空ヘッド5,及び第2中空ヘッド6を備える。旋回コ
ラム2は、設置台1に対して垂直方向の第1軸J1 の回
りに回転し、第1アーム3が組み込まれている。第1ア
ーム3は、第2軸J2 の回りに俯仰し、先端部に第2ア
ーム4が組み込まれている。第2アーム4は、第3軸J
3 の回りに俯仰し、先端部に第1中空ヘッド5が組み込
まれている。第1中空ヘッド5は、第2アーム4内部に
設けられたレーザビーム伝送路8の軸心と同心の第4軸
J4 の回りに回転し、第4軸J4 と垂直に第2中空ヘッ
ド6が組み込まれている。第2中空ヘッド6は、第4軸
J4 と垂直同一平面上に形成された第5軸J5 の回りに
旋回し、第5軸J5 と垂直同一平面上に形成された軸J
0 と同心に形成されたレーザービームの被加工物への出
射口であるノズル7より構成されている。そして、この
ロボットは、設置台1の側面から第1軸J1 との交点a
0 に入射されたレーザービームBi1(設置台1の下部よ
り第1軸J1 と同心に入射する場合のレーザービーム
は、Bi2)は、ミラーm0 により第1軸J1 と同心に反
射され、第1軸J1 と第4軸J4 との交点a1 に誘導さ
れる。交点a1 に誘導されたレーザービームは、ミラー
m1 により第4軸J4 と同心に反射され、第2アーム4
内に設けられたレーザービーム伝送路8を通り、第4軸
J4 と第5軸J5 の交点a2 に誘導される。交点a2 に
誘導されたレーザービームは、第1中空ヘッド5の内部
に組み込まれたミラーm2 により第5軸J5 と同心に反
射され、第5軸J5と同一平面上に形成された第5軸J5
に垂直な軸J0 との交点a3 に誘導される。交点a3
に誘導されたレーザービームは、第2中空ヘッド6の内
部に組み込まれた放物面鏡Pm により集光され、軸J0
の外周部に同軸に組み込まれたノズル7よりレーザービ
ームB0 としてロボットの外部に出射される。第1中空
ヘッド5,第2中空ヘッド6の内部はレーザービームが
貫通可能な構造となっている。
FIG. 1 is a perspective view of an articulated laser machining robot showing one embodiment of the present invention. This articulated laser machining robot (hereinafter simply referred to as a robot) includes an installation table 1, a rotating column 2, a first arm 3, a second arm 4, and a first arm 4.
A hollow head 5 and a second hollow head 6 are provided. The revolving column 2 rotates around a first axis J1 perpendicular to the mounting table 1, and incorporates a first arm 3. The first arm 3 descends around the second axis J2, and the second arm 4 is incorporated at the tip. The second arm 4 has a third axis J
3, the first hollow head 5 is incorporated at the tip. The first hollow head 5 rotates around a fourth axis J4 concentric with the axis of the laser beam transmission path 8 provided inside the second arm 4, and the second hollow head 6 is perpendicular to the fourth axis J4. It has been incorporated. The second hollow head 6 pivots around a fifth axis J5 formed on the same plane as the fourth axis J4, and the axis J formed on the same plane as the fifth axis J5.
It is constituted by a nozzle 7 which is an emission port of a laser beam formed concentrically with 0 to a workpiece. Then, the robot moves from the side of the mounting table 1 to the intersection a with the first axis J1.
The laser beam Bi1 incident on the first axis (the laser beam Bi2 concentric with the first axis J1 from the lower part of the mounting table 1 is Bi2) is reflected concentrically with the first axis J1 by the mirror m0, and is reflected on the first axis. It is guided to the intersection a1 between J1 and the fourth axis J4. The laser beam guided to the intersection a1 is reflected concentrically with the fourth axis J4 by the mirror m1, and
The laser beam is guided to the intersection a2 of the fourth axis J4 and the fifth axis J5 through a laser beam transmission path 8 provided therein. The laser beam guided to the intersection a2 is reflected concentrically with the fifth axis J5 by the mirror m2 incorporated inside the first hollow head 5, and formed on the same plane as the fifth axis J5.
At the intersection a3 with the axis J0 perpendicular to Intersection a3
Is focused by a parabolic mirror Pm incorporated in the second hollow head 6, and the axis J0
A laser beam B0 is emitted to the outside of the robot from a nozzle 7 coaxially mounted on the outer periphery of the robot. The inside of the first hollow head 5 and the second hollow head 6 has a structure through which a laser beam can pass.

【0014】以上の構成を機械的に単純化すると図2の
ようになり、ミラーm0 は反射面に第1軸J1 との交点
a0 を包含させ、かつ、該反射面を第1軸J1 と第4軸
J4の交点a1 に向け設置台1に取り付け、ミラーm1
は反射面に第1軸J1 と第4軸J4 との交点a1 を包含
させ、かつ、該反射面を第4軸J4 と第5軸J5との交
点a2 側に向けて旋回コラム2上に設けたミラー位置設
定機構9を介しミラー角度設定機構10に取り付ける。
ミラー位置設定機構9にはミラー角度設定機構10が組
み込まれており、ミラーm1 はこのミラー角度設定機構
10に設けられた第6軸J6 の回りに反射面を回転可能
に取り付ける。ミラー位置設定機構9は第1アーム3の
背面側において旋回コラム2上に立設された立板11に
取り付けられ、第7軸J7 に沿って上下動する。ミラー
m2 は反射面に第4軸J4 と第5軸J5 との交点a2 を
包含させ、かつ、該反射面を第5軸J5 と第5軸と同一
平面上に形成された第5軸に垂直な軸J0 との交点a3
側に向けて第1中空ヘッド5内部に取り付け、放物面鏡
Pm は反射面上に第5軸J5 と軸J0 との交点a3を包
含させ、かつ、該反射面を軸J0 側に向け軸J0 上に放
物面鏡Pm の焦点がくるように取り付ける。
FIG. 2 shows a mechanical simplification of the above structure. The mirror m0 has a reflecting surface including an intersection a0 with the first axis J1 and the reflecting surface is connected to the first axis J1 by the first axis J1. Attach to the mounting table 1 toward the intersection a1 of the four axes J4, and set the mirror m1
Is provided on the swivel column 2 such that the reflecting surface includes an intersection a1 between the first axis J1 and the fourth axis J4 and the reflecting surface is directed toward the intersection a2 between the fourth axis J4 and the fifth axis J5. It is attached to the mirror angle setting mechanism 10 via the mirror position setting mechanism 9.
A mirror angle setting mechanism 10 is incorporated in the mirror position setting mechanism 9, and the mirror m1 has a reflecting surface rotatably mounted around a sixth axis J6 provided in the mirror angle setting mechanism 10. The mirror position setting mechanism 9 is attached to an upright plate 11 erected on the turning column 2 on the back side of the first arm 3, and moves up and down along a seventh axis J7. The mirror m2 has a reflecting surface including an intersection a2 between the fourth axis J4 and the fifth axis J5, and the reflecting surface is perpendicular to a fifth axis formed on the same plane as the fifth axis J5 and the fifth axis. Intersection a3 with the main axis J0
The parabolic mirror Pm includes the intersection point a3 of the fifth axis J5 and the axis J0 on the reflecting surface, and the reflecting surface faces the axis J0. Attach so that the focus of the parabolic mirror Pm is on J0.

【0015】ミラーm1 には前記交点a1 を通る法線
を、ミラーm1 に入射するレーザビームと第4軸J4 と
が構成する角度の2等分線nに一致させるミラー角度設
定機構10と第1アーム3と第2アーム4の俯仰角度の
変化にともない交点a1 がミラーm1 に入射するレーザ
ビームの軸心上の変化量に追従し一致させるミラー位置
設定機構9が付設されている。ミラーm1のミラー角度
設定機構10,ミラー位置設定機構9は図3,図4に示
すように、次の構成を有する。図3は側面図、図4は正
面図である。フレーム9aに組み込まれたミラー位置設
定移動用サーボモータ9bの軸端にボールネジ9cを取
り付け、ボールネジ9cを回転することによりミラー取
付フレーム9dをミラーm1 に入射するレーザビームと
平行に構成された第7軸J7上で移動させる。ミラー位
置設定移動用サーボモータ9bは移動量検出器9eを備
え、検出したミラー取付フレーム9dの移動量に基づ
き、通常のサーボ制御によりミラー位置設定移動用サー
ボモータ9bを第1アーム3,第2アーム4の俯仰角度
より算定された移動量だけ移動させるものである。ミラ
ー取付軸10aはミラー取付フレーム9dに前記交点a
1 を包含する第6軸J6 を回転軸心として回転自在に保
持されている。ミラーm1 はその反射面を包含する交点
a1 並びに第6軸J6 を回転軸心として回転するように
ミラー取付軸10aに固着されている。ミラーm1 はミ
ラー取付フレーム9dに組み込まれたミラー角度設定回
転用サーボモータ10bにより該モータ10bの軸端に
取り付けられたミラー取付軸10aを介して回転駆動さ
れる。ミラー角度設定回転用サーボモータ10bはミラ
ー回転角度検出器10cを備え、検出したミラーm1 の
角度に基づき通常のサーボ制御によりミラーm1 の反射
面上の前記交点a1 を通る法線を、ミラーm1に入射す
るレーザビームと第4軸J4 とが形成する角度の2等分
線nに一致するようにさせるものである。
The mirror m1 has a mirror angle setting mechanism 10 for matching the normal passing through the intersection point a1 to a bisector n of the angle formed by the laser beam incident on the mirror m1 and the fourth axis J4. A mirror position setting mechanism 9 is provided to make the intersection a1 follow and match the amount of change on the axis of the laser beam incident on the mirror m1 with the change in the elevation angle of the arm 3 and the second arm 4. The mirror angle setting mechanism 10 and the mirror position setting mechanism 9 of the mirror m1 have the following configurations as shown in FIGS. FIG. 3 is a side view, and FIG. 4 is a front view. A ball screw 9c is attached to the shaft end of a mirror position setting movement servomotor 9b incorporated in the frame 9a, and the mirror attachment frame 9d is rotated in parallel with the laser beam incident on the mirror m1 by rotating the ball screw 9c. Move on axis J7. The mirror position setting movement servo motor 9b includes a movement amount detector 9e, and controls the mirror position setting movement servo motor 9b by the normal servo control based on the detected movement amount of the mirror mounting frame 9d. The arm 4 is moved by a movement amount calculated from the elevation angle of the arm 4. The mirror mounting shaft 10a is attached to the mirror mounting frame 9d at the intersection a.
1 is rotatably held about a sixth axis J6 including the axis of rotation. The mirror m1 is fixed to the mirror mounting shaft 10a so as to rotate about the intersection a1 including the reflection surface and the sixth axis J6 as a rotation axis. The mirror m1 is driven to rotate by a mirror angle setting rotation servomotor 10b incorporated in the mirror mounting frame 9d via a mirror mounting shaft 10a mounted on the shaft end of the motor 10b. The mirror angle setting rotation servomotor 10b includes a mirror rotation angle detector 10c. Based on the detected angle of the mirror m1, a normal line passing through the intersection a1 on the reflection surface of the mirror m1 is applied to the mirror m1 by ordinary servo control. This is to match the angle bisector n of the angle formed by the incident laser beam and the fourth axis J4.

【0016】以上の構成を座標系に単純化すると、図
5,図6のようになる。図5はレーザビームを設置台1
の側面または下部より入射させた場合であり、図6は旋
回コラム2の上部より第1軸J1 と同心に入射させた場
合である。図に示すように、第1軸J1 から距離Mだけ
偏心した位置に第2軸J2 を設け、第2軸J2 と第3軸
J3 間の距離すなわち第1アーム3の腕の長さをLとし
たときに、第1アーム3が第2軸J2 を中心に角度αだ
け傾き、第2アーム4が第3軸J3 を中心に角度θだけ
傾いたとき、ミラーm1 はm11の位置まで移動させる必
要がある。このときの移動量S=(M+Lsin α)tan
θで求められる。
When the above configuration is simplified to a coordinate system, it becomes as shown in FIGS. FIG. 5 shows the mounting table 1 for the laser beam.
FIG. 6 shows a case where the light is incident from the upper part of the revolving column 2 concentrically with the first axis J1. As shown in the figure, a second axis J2 is provided at a position eccentric from the first axis J1 by a distance M, and the distance between the second axis J2 and the third axis J3, that is, the arm length of the first arm 3 is L. Then, when the first arm 3 is tilted by the angle α about the second axis J2 and the second arm 4 is tilted by the angle θ about the third axis J3, the mirror m1 needs to be moved to the position of m11. There is. The moving amount S at this time = (M + L sin α) tan
θ.

【0017】ロボットは、前記の第1軸J1 ,第2軸J
2 ,第3軸J3 ,第4軸J4 ,第5軸J5 ,第6軸J6
を回転させるそれぞれのサーボモータ及び第7軸J7 の
移動軸をCNC制御装置により駆動して、ノズル7を三
次元空間の任意の位置に、任意の角度で被加工物を狙
い、その位置でレーザビームを出射しレーザ加工を行
う。すなわち、図7に示すように、ロボットに組み込ま
れた第2軸J2 ,第3軸J3 の角度検出信号はロボット
制御装置21に入力され、ロボット制御装置21にて前
記の数式S=(M+Lsin α)tan θを演算し、並びに
第1軸J1 と第4軸J4 とで形成される角度の2等分線
がミラーm1 の交点a1 を通る法線と一致するようにミ
ラー駆動制御装置22を制御する。
The robot has the first axis J1 and the second axis J1.
2, third axis J3, fourth axis J4, fifth axis J5, sixth axis J6
The CNC controller drives the respective servo motors for rotating the nozzles and the moving axis of the seventh axis J7, and aims the nozzle 7 at an arbitrary position in the three-dimensional space at an arbitrary angle, and at the position, a laser beam. The beam is emitted and laser processing is performed. That is, as shown in FIG. 7, the angle detection signals of the second axis J2 and the third axis J3 incorporated in the robot are input to the robot controller 21, and the above equation S = (M + L sin α) ) Calculates tan θ and controls the mirror drive controller 22 so that the bisector of the angle formed by the first axis J1 and the fourth axis J4 coincides with the normal passing through the intersection a1 of the mirror m1. I do.

【0018】次に、ロボットの動作範囲を比較して示す
と、図8,図9のようになる。図8は本発明に係るミラ
ー可動の多関節形レーザ加工ロボットの構成を、図9は
従来のミラー可動の極座標形レーザ加工ロボットの構成
を、それぞれ機械的に単純化して示したものである。い
ま、第1軸J1 の軸心からの最大距離Xを同一寸法にす
ると、動作範囲25を示すY,Z寸法がミラー可動の極
座標形レーザ加工ロボットの場合よりミラー可動の多関
節形レーザ加工ロボットのほうが大きくなる。なおこの
ときのミラーの使用枚数は同一である。
Next, FIG. 8 and FIG. 9 show a comparison of the operation range of the robot. FIG. 8 is a mechanically simplified configuration of a mirror movable articulated laser machining robot according to the present invention, and FIG. 9 is a mechanically simplified configuration of a conventional mirror movable polar coordinate laser machining robot. Assuming that the maximum distance X from the axis of the first axis J1 is the same, the articulated laser machining robot having a mirror movable than the polar coordinate type laser machining robot having the movable Y and Z dimensions indicating the operation range 25 is a movable mirror. Is larger. The number of mirrors used at this time is the same.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ロボット
の動作範囲が大きく、ミラーの枚数を著しく減少した多
関節形レーザ加工ロボットが得られる。そのため、ミラ
ーによるレーザビームの伝達エネルギーの減衰を低く抑
えることができ、ミラーの校正、交換等ミラーに関する
調整、保守、点検の作業を軽減できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an articulated laser machining robot in which the operating range of the robot is large and the number of mirrors is significantly reduced. Therefore, attenuation of the transmission energy of the laser beam by the mirror can be suppressed to a low level, and adjustment, maintenance, and inspection work on the mirror such as calibration and replacement of the mirror can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例による多関節形レーザ加工ロ
ボットを透視的に示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view perspectively showing an articulated laser machining robot according to an embodiment of the present invention.

【図2】実施例の構成の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a configuration of an embodiment.

【図3】実施例におけるミラー角度設定機構及びミラー
位置設定機構の側面図である。
FIG. 3 is a side view of a mirror angle setting mechanism and a mirror position setting mechanism in the embodiment.

【図4】図3の正面図である。FIG. 4 is a front view of FIG. 3;

【図5】レーザビームをロボットの下部から入射する場
合の図1のロボットの座標系を示した模式図である。
5 is a schematic diagram showing a coordinate system of the robot of FIG. 1 when a laser beam is incident from below the robot.

【図6】レーザビームをロボットの上部から入射する場
合の図1のロボットの座標系を示した模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a coordinate system of the robot in FIG. 1 when a laser beam is incident from above the robot.

【図7】実施例のロボットの制御ブロック図である。FIG. 7 is a control block diagram of the robot according to the embodiment.

【図8】実施例のミラー可動多関節形ロボットの動作範
囲を示す模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an operation range of the mirror movable articulated robot according to the embodiment.

【図9】従来のミラー可動極座標形ロボットの動作範囲
を示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an operation range of a conventional mirror movable polar coordinate robot.

【図10】従来の多関節形レーザ加工ロボットの模式図
である。
FIG. 10 is a schematic view of a conventional articulated laser machining robot.

【図11】従来のミラー可動極座標形ロボットの斜視図
である。
FIG. 11 is a perspective view of a conventional mirror movable polar coordinate robot.

【図12】図11の構成の模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram of the configuration of FIG. 11;

【図13】図11のロボットにおけるミラー角度設定機
構の斜視図である。
FIG. 13 is a perspective view of a mirror angle setting mechanism in the robot of FIG. 11;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 設置台 2 旋回コラム 3 第1アーム 4 第2アーム 5 第1中空ヘッド 6 第2中空ヘッド 7 ノズル 8 レーザビーム伝送路 9 ミラー位置設定機構 10 ミラー角度設定機構 11 立板 m0 ,m1 ,m2 ミラー Pm 放物面鏡 a0 ,a1 ,a2 ,a3 交点 J1 第1軸 J2 第2軸 J3 第3軸 J4 第4軸 J5 第5軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Installation stand 2 Revolving column 3 1st arm 4 2nd arm 5 1st hollow head 6 2nd hollow head 7 Nozzle 8 Laser beam transmission path 9 Mirror position setting mechanism 10 Mirror angle setting mechanism 11 Standing plate m0, m1, m2 Mirror Pm parabolic mirror a0, a1, a2, a3 intersection point J1 first axis J2 second axis J3 third axis J4 fourth axis J5 fifth axis

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 設置台と、該設置台上に該設置台に対し
垂直な中心軸の回りに回転可能に設置された旋回コラム
と、該旋回コラムに俯仰可能に連結された第1アーム
と、該第1アームに俯仰可能に連結された第2アーム
と、該第2アームの回転中心を通り前記旋回コラムの回
転中心と同一平面を形成する軸心と同心に前記第2アー
ムの内部に設けられたレーザビーム伝送路と、前記旋回
コラムの回転中心軸とレーザビーム伝送路の中心の延長
線との交点に配備され、前記旋回コラムの回転中心軸と
同心に入射されたレーザビームを反射し前記レーザビー
ム伝送路に導くミラーとを具備する多関節形レーザ加工
ロボット。
1. A mounting table, a turning column mounted on the mounting table so as to be rotatable around a central axis perpendicular to the mounting table, and a first arm connected to the turning column so as to be able to descend. A second arm connected to the first arm so as to be able to descend, and an inside of the second arm concentric with an axis passing through the center of rotation of the second arm and forming the same plane as the center of rotation of the revolving column. The provided laser beam transmission path is disposed at the intersection of the rotation center axis of the turning column and the extension of the center of the laser beam transmission path, and reflects the laser beam incident concentrically with the rotation center axis of the turning column. An articulated laser machining robot comprising: a mirror for guiding the laser beam to the laser beam transmission path.
【請求項2】 前記ミラーは、前記レーザビーム伝送路
の中心軸と前記旋回コラムの回転中心軸とで形成される
角度の2等分線が前記ミラー反射面上の垂線と一致する
ように回転追従させるミラー角度設定機構を有すること
を特徴とする請求項1記載の多関節形レーザ加工ロボッ
ト。
2. The mirror is rotated such that a bisector of an angle formed by a center axis of the laser beam transmission path and a rotation center axis of the swivel column coincides with a perpendicular line on the mirror reflecting surface. 2. The multi-joint laser processing robot according to claim 1, further comprising a mirror angle setting mechanism for following.
【請求項3】 前記第1アームの回転中心と前記旋回コ
ラムの回転中心軸との最短距離をM,前記第1アームの
回転中心と前記第2アームの回転中心とを結ぶ最短直線
と前記旋回コラムの回転中心軸とで形成される角度を
α,前記第1アームの回転中心と前記第2アームの回転
中心との最短直線距離をL,前記旋回コラムの回転中心
軸と前記レーザビーム伝送路の中心軸とで形成される平
面上において該回転中心軸に対する垂線と該中心軸とで
形成する角度をθとしたとき、α=0゜,θ=0゜のと
きの前記旋回コラムの回転中心軸上における前記ミラー
の回転中心位置を“0”とし、前記角度α,θが変化し
たときの前記ミラーの回転中心位置の“0”からの変化
量をSとしたとき、前記ミラーは該ミラーの回転中心位
置をS=(M+Lsin α)tan θで求められる変化量に
一致するように移動追従させるミラー位置設定機構を有
することを特徴とする請求項1または2記載の多関節形
レーザ加工ロボット。
3. The minimum distance between the rotation center of the first arm and the rotation center axis of the swivel column is M, and the shortest straight line connecting the rotation center of the first arm and the rotation center of the second arm is M. The angle formed by the rotation center axis of the column is α, the shortest linear distance between the rotation center of the first arm and the rotation center of the second arm is L, the rotation center axis of the turning column and the laser beam transmission path. Flat formed by the central axis of
On a plane perpendicular to the rotation center axis and the center axis.
When the formed angle is θ, the rotation center position of the mirror on the rotation center axis of the swivel column when α = 0 ° and θ = 0 ° is “0”, and the angles α and θ change. When the amount of change of the rotation center position of the mirror from “0” at that time is S, the mirror sets the rotation center position of the mirror so as to match the change amount obtained by S = (M + L sin α) tan θ. 3. The multi-joint type laser machining robot according to claim 1, further comprising a mirror position setting mechanism for moving and following.
【請求項4】 前記第2アームは、少なくとも2軸が直
交しそのうちの1軸を前記レーザビーム伝送路の中心軸
と一致させて該軸の回りに旋回可能な中空ヘッドを備
え、さらに前記2軸の交点に第2のミラーを配置したこ
とを特徴とする請求項1記載の多関節形レーザ加工ロボ
ット。
4. The second arm includes a hollow head having at least two axes orthogonal to each other, one of which is coincident with the center axis of the laser beam transmission path, and is rotatable around the axis. 2. The articulated laser machining robot according to claim 1, wherein a second mirror is disposed at an intersection of the axes.
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