JP2908928B2 - スピニング・ビーム・スキャナー - Google Patents

スピニング・ビーム・スキャナー

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JP2908928B2
JP2908928B2 JP4027793A JP2779392A JP2908928B2 JP 2908928 B2 JP2908928 B2 JP 2908928B2 JP 4027793 A JP4027793 A JP 4027793A JP 2779392 A JP2779392 A JP 2779392A JP 2908928 B2 JP2908928 B2 JP 2908928B2
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峰夫 樋口
久由 関口
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばレーザー溶接
ロボットのスピニング・ビーム・スキャナーに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】図3は従来のレーザー溶接ロボットを示
す斜視図、図4はこのレーザー溶接ロボットで使われて
いる2組の反射鏡を用いた従来のスピニング・ビーム・
スキャナーの原理図である(“溶接新報”No.24
7,1991−9−2)。図において、1は反射鏡とし
ての放物面鏡、2は本体、24はロボット本体、25は
放物面鏡1と対向して配設された第1の反射鏡、26は
第1の反射鏡25と対向して配設された第2の反射鏡、
27は第1の反射鏡25を回転駆動させる第1のモー
タ、28は第2の反射鏡26を回転駆動させる第2のモ
ータ、29は本体2に連設されたレーザー発振機であ
る。
【0003】次に、このスピニング・ビーム・スキャナ
ーの動作について説明する。レーザー発振機29から発
射されたレーザービームは図4の左側から本体2に入射
して、第2の反射鏡26に反射し、更に第1の反射鏡2
5に反射して、ロボット本体24に入射し、放物面鏡1
で反射して絞られ、焦点を結ぶ。第1の反射鏡25は第
1のモータ27の軸に対し△θa 、第2の反射鏡26は
第2のモータ28の軸に対し△θb だけ傾斜して取り付
けられているので、それぞれの反射鏡をモータで回転さ
せることにより、レーザービームはそれぞれ4△θa
4△θb だけ方向を変えることができる。反射鏡25,
26の回転方向と位相とを変えることにより、レーザー
ビームの振り幅と振り方向を制御できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の対向する反射鏡
25,26を用いたレーザー溶接ロボットのスピニング
・ビーム・スキャナーは、以上のように構成されている
ので、(1)ロボット手首に組み込んで使用するにはか
さばりすぎる、(2)レーザービームの振り幅がロボッ
トの手先にいくにつれて大きくなるので、レーザー発振
機29からのレーザービームを細く絞る必要があり、そ
のための絞り機構を設けなければならない、(3)反射
鏡25,26は回転するので、また放物面鏡1ではスペ
ース上の問題で反射鏡25,26、放物面鏡1を冷却す
る冷却機構を付設することが困難である、(4)ロボッ
トのベース側にスピニング・ビーム・スキャナーを取り
付けるので、スキャナー以降の光軸の調整に手間がかか
る、(5)放物面鏡1と反射鏡25,26とが必要なの
で、それぞれでレーザーが一部吸収されレーザーの効率
が低下する、といった課題があった。
【0005】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、構造がコンパクトで、反射鏡の
冷却が容易であるスピニング・ビーム・スキャナーを得
ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
るスピニング・ビーム・スキャナーは、直交する2支軸
に取り付けられ各支軸のまわりに回動可動な揺動板と、
この揺動板の一面の辺部であって各前記支軸の軸線の延
長線上にそれぞれ設けられた鉄片と、これらの鉄片にそ
れぞれ間隙をおいて対向して設けられた電磁石と、前記
揺動板の他面に連設された反射鏡と、この反射鏡の内部
に形成された反射鏡冷却用のチャンバーとを備えたもの
である。
【0007】この発明の請求項2に係るスピニング・ビ
ーム・スキャナーは、直交する2支軸に取り付けられ各
支軸のまわりに回動可能な揺動板と、この揺動板の一面
の辺部であって各前記支軸の軸線の延長線上にそれぞれ
設けられた鉄片と、これらの鉄片にそれぞれ間隙をおい
て対向して設けられた電磁石と、前記揺動板の他面に連
設されたホルダーと、このホルダー内にスペーサを挟ん
で収められた反射鏡と、この反射鏡の内部に形成された
反射鏡冷却用のチャンバーとを備えたものである。
【0008】
【作用】この発明の請求項1においては、揺動板を揺動
させることによりレーザービームの光軸を微小に振れ回
りされ、またチャンバーに冷却水を供給することで、反
射鏡は冷却される。
【0009】この発明の請求項2においては、揺動板を
揺動させることによりレーザービームの光軸を微小に振
り回りされ、またチャンバーに冷却水を供給すること
で、反射鏡は冷却される。さらに、スペーサの厚さを調
整することで、光軸の調整が可能となる。
【0010】
【実施例】以下、この発明の一実施例として、反射鏡と
して放物面鏡を使用した場合について、図について説明
する。図1はこの発明の一実施例を示す側面図、図2は
この図1の要部平面図である。図において、1は反射鏡
である放物面鏡、2は放物面鏡1を収納した本体、3は
放物面鏡1を支持するホルダー、4は放物面鏡1とホル
ダー3との間に介在するスペーサ、5は継軸、6は本体
2と継軸5との間に介在するパッキン、7は継軸5に連
設された揺動板、8は揺動板7を覆う枠体、9は弾性X
支軸、10は弾性Y支軸、11aは鉄片Xa、11bは
鉄片Xa11aに対向して配設された鉄片Xb、12a
は鉄片Xa11aの上方に配設された電磁石Xa、12
bは鉄片Xb11bの上方に配設された鉄片Xb、13
aは鉄片Ya、13bは鉄片Ya13aに対向して配設
された電磁石Yb、14aは鉄片Ya13aの上方に配
設された電磁石Ya、14bは鉄片Yb13bの上方に
配設された電磁石Yb、15は変位センサX、16は変
位センサY、17は放物面鏡1に形成された水冷チャン
バー、18は水冷チャンバー17中に先端部が指向した
水冷ノズル、19は水冷ノズル18に接続された水冷ホ
ース、20は本体2を閉じる本体フタ、21はロボット
手首、22はノズル、23はスピニング・ビーム・スキ
ャナーをロボット手首21に取り付けるための取り付け
フランジである。
【0011】レーザー発振機(図示せず)から発射され
たレーザービーム(図中a)はロボットのアーム(図示
せず)の内部を通ってロボット手首21に導かれ、放物
面鏡1で反射して絞られ、焦点(図中b)を結ぶ。この
焦点は小さいので、2枚の板を突き合わせて溶接するよ
うなとき、板の間に隙間があると、焦点が2枚の板の間
にまたがらず、有効な突き合わせ溶接ができない。この
ため、焦点を振って、焦点が2枚の板にまたがるように
する必要がある。スピニング・ビーム・スキャナーはこ
のような用途に使われる。
【0012】次に上記のように実施された実施例の動作
について説明する。放物面鏡1はスペーサ4を挟んでホ
ルダー3にはめあわされて固定されている。ホルダー3
は継軸5を介して揺動板7に固定されている。本体2の
内部には熱による酸化防止のため不活性ガスであるパー
ジエアが注入されており、ノズル22の先端から噴出す
る。本体2と継軸5との間にはパッキン6が入っている
ので、本体2の気密は保たれる。このパッキン6は柔ら
かいゴムなどでできているので、後述する放物面鏡1の
揺動を妨げるものではない。また、放物面鏡1の揺動角
度は微小なので、揺動しても気密は保たれる。
【0013】揺動板7は、その中央で弾性X支軸9によ
りX軸まわりに、弾性Y支軸10によりY軸まわりに、
ジンバル状に支持されて、枠体8に対して揺動自在に懸
架されている。揺動板7は正方形をなしており、その4
辺には、鉄片Xa11a、鉄片Xb11bと鉄片Ya1
3a,鉄片Yb13bが2個1組で向かいあうように固
定されている。枠体8の内部には、2個1組の電磁石X
a12a、電磁石Xb12b、および電磁石Ya14
a、電磁石Yb14bが、それぞれ2個1組の鉄片Xa
11a、鉄片Xb11b、および鉄片Ya13a、鉄片
Yb13bと間隙をおいて対向している。電磁石Xa1
2aを駆動すれば、鉄片Xa11aが上方に吸引され、
揺動板7が反時計まわりに回動し、放物面鏡1は図1の
右方向に傾く。これにより、レーザービームの焦点bは
右に移動する。同様にして、電磁石Xb12bの駆動に
より焦点bは左に、電磁石Ya14aの駆動により焦点
bは紙面の奥へ、電磁石Yb14bの駆動により焦点b
は紙面の手前へ移動する。以上の動作による揺動板7の
傾きを変位センサX15および変位センサY16により
検出し、外部のコントローラ(図示せず)から各電磁石
への指令電流をフィードバック制御する。これによりレ
ーザービームの焦点を微小に回転させる。
【0014】放物面鏡1に穿たれた水冷チャンバー17
には水冷ホース19が2本つながっており、冷却水を供
給・排出する。これにより、放物面鏡1は効率的に冷却
される。水冷ホース19は放物面鏡1と本体2との間を
つないでいるが、水冷ホース19は可撓性があるので、
放物面鏡1の揺動を妨げることはない。
【0015】本スピニング・ビーム・スキャナーの組み
立て時の光軸の調整には、調整リング4を用いる。すな
わち、厚さの違う調整リング4を用意しておき、これを
入れ替えることでレーザービームの焦点bの図1の左右
方向(X軸方向)の調整をし、放物面鏡1をホルダー3
の軸まわりに回動させることで、図1の奥行方向(Y軸
方向)の調整をする。これらの調整は、本体フタ20を
外すことで簡単に行える。
【0016】放物面鏡1に溶接のスパッタなどが付着す
ると反射率が低下するので、放物面鏡1はしばしば交換
する必要がある。このときは本体フタ20をはずした
後、放物面鏡1をホルダー3から抜いて外し、新しい放
物面鏡1を入れればよいので、交換作業は迅速に行え
る。スピニング・ビーム・スキャナーの本体2は取り付
けフランジ23によりロボット手首21に固定するの
で、取り付け取り外しは容易である。従ってスピニング
・ビーム・スキャナーの備わっていない従来の放物面鏡
との交換も容易である。この際のロボット側の光軸の調
整は不要である。
【0017】上記実施例は放物面鏡1を用いた場合を示
したが、反射鏡を用いてもよい。この場合、反射鏡の前
または後に凸レンズを入れてレーザービームを集光す
る。また、上記実施例は駆動手段として電磁石を用いた
ものを示したが、圧電素子など他の手段によってもよ
い。さらに、上記実施例は溶接ロボットに適用した場合
を示したが、レーザー加工機に適用してもよい。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
1によれば、直交する2軸の支軸のまわりに揺動板を回
動させることにより、レーザービームの光軸を微小に振
り回りさせるので、コンパクトなスピニング・ビーム・
スキャナーが得られるという効果がある。また、反射鏡
に形成されたチャンバーにより反射鏡は効率よく冷却さ
れ、反射鏡が熱歪みでレーザービームの焦点距離が変動
するといった不都合は生じない。
【0019】また、この発明の請求項2によれば、請求
項1の効果に加えて、スペーサの厚さを調整すること
で、光軸の調整を容易にすることができるという効果も
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す側面図である。
【図2】図1の要部平面図である。
【図3】従来のレーザー溶接ロボットの斜視図である。
【図4】従来のスピニング・ビーム・スキャナーの原理
図である。
【符号の説明】
1 放物面鏡 3 ホルダー 4 スペーサ 7 揺動板 9 弾性X支軸 10 弾性Y支軸 17 水冷チャンバー
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−105918(JP,A) 実開 昭61−200684(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 26/00 - 26/18

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直交する2支軸に取り付けられ各支軸の
    まわりに回動可動な揺動板と、この揺動板の一面の辺部
    であって各前記支軸の軸線の延長線上にそれぞれ設けら
    れた鉄片と、これらの鉄片にそれぞれ間隙をおいて対向
    して設けられた電磁石と、前記揺動板の他面に連設され
    た反射鏡と、この反射鏡の内部に形成された反射鏡冷却
    用のチャンバーとを備え、前記電磁石の駆動により前記
    鉄片が電磁石に吸引されて前記揺動板が揺動されること
    によりレーザービームの光軸が微小に振れ回りされるス
    ピニング・ビーム・スキャナー。
  2. 【請求項2】 直交する2支軸に取り付けられ各支軸の
    まわりに回動可能な揺動板と、この揺動板の一面の辺部
    であって各前記支軸の軸線の延長線上にそれぞれ設けら
    れた鉄片と、これらの鉄片にそれぞれ間隙をおいて対向
    して設けられた電磁石と、前記揺動板の他面に連設され
    たホルダーと、このホルダー内にスペーサを挟んで収め
    られた反射鏡と、この反射鏡の内部に形成された反射鏡
    冷却用のチャンバーとを備え、前記電磁石の駆動により
    前記鉄片が電磁石に吸引されて前記揺動板が揺動される
    ことによりレーザービームの光軸が微小に振れ回りされ
    るスピニング・ビーム・スキャナー。
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