JP3003895B2 - Laser processing equipment - Google Patents
Laser processing equipmentInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、たとえばロボットの手
首に取付けられて穴あけなどの加工を行うレーザ加工装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus which is attached to, for example, a wrist of a robot and performs processing such as drilling.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザ光を使用する加工は種々あるが、
薄板切断もその１つである。近年は自動車ボディなどの
３次元形状に対しての加工が求められており、このよう
な場合、産業用ロボットの手先にレーザの加工ヘッドを
設置して作業を行うのが一般的である。比較的小径の穴
をあける作業を行う場合、ロボットの持つ動作軸の全部
または大多数を使用して加工ヘッドを駆動しており、特
に穴を平面上にあける場合でも、その平面上を移動する
ためにはロボットの多数の軸を駆動する必要がある。し
かし、ロボットの各軸の動特性は一様でないために、高
速切断では動特性の差により加工ヘッドの軌跡が歪んで
しまい、真円の穴を形成しようとしても、その穴は真円
ではなく歪んだ形状の穴になってしまう。2. Description of the Related Art There are various types of processing using laser light.
Thin plate cutting is one of them. In recent years, processing on a three-dimensional shape of an automobile body or the like has been demanded. In such a case, it is common to work by installing a laser processing head at the hand of an industrial robot. When drilling a hole with a relatively small diameter, the machining head is driven using all or the majority of the motion axes of the robot, and even when the hole is drilled on a plane, it moves on that plane. This requires driving a number of axes of the robot. However, since the dynamic characteristics of each axis of the robot are not uniform, the trajectory of the processing head is distorted due to the difference in dynamic characteristics at high speed cutting, and even if you try to form a perfect circular hole, the hole is not a perfect circle It results in a distorted hole.
【０００３】この対策として、ロボットの先端に、穴あ
け用動作軸を追加する方式が実現されている。この先行
技術は、たとえばＲｏｂｏｔ Ｎｏ．６７ 第３４頁〜
第３８頁に開示されている。これはロボットが穴をあけ
る場所に移動して、作業対象面に対して位置、姿勢を保
持し、追加された共に高い動特性を持った２軸で穴の軌
跡を描くものであり、穴形状を極座標で取扱うことにな
る。第１の軸にツールを把持し、所定の円のツール軌跡
は、この第１の軸を回転させる回転軸となる第２の軸の
回転軌跡である。第１の軸の回転中心と第２の軸の回転
中心との距離は、装置の仕様によって決定される。第１
の軸の回転角によって、所定の半径が与えられ、周速度
の情報に基づいて、第１軸と第２軸とを制御することに
よって、小円加工を正確に行うことができる。As a countermeasure, a system has been realized in which a drilling operation axis is added to the end of a robot. This prior art is disclosed, for example, in Robot No. 67 Page 34-
It is disclosed on page 38. This is a robot that moves to a place to drill a hole, keeps its position and attitude with respect to the work target surface, and draws a trajectory of the hole with the added two axes with high dynamic characteristics. In polar coordinates. The tool is gripped by the first axis, and the tool trajectory of a predetermined circle is the rotation trajectory of the second axis which is the rotation axis for rotating the first axis. The distance between the rotation center of the first axis and the rotation center of the second axis is determined by the specifications of the device. First
A predetermined radius is given by the rotation angle of the shaft, and by controlling the first shaft and the second shaft based on the information on the peripheral speed, small circle machining can be performed accurately.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】この先行技術では、レ
ーザ光が光ファイバで伝送されているため、光ファイバ
の可撓性により、２次元運動する加工ヘッドに直接、光
ファイバを接続することが可能になっている。しかし、
レーザ光がＣＯ2レーザのような大出力のものになる
と、光ファイバでの導光が不可能となり、その対策とし
て鏡による導光手段を採用すると、加工ヘッド部への反
射鏡を用いる光路を設けることが必要になる。In this prior art, since laser light is transmitted through an optical fiber, the optical fiber can be directly connected to a processing head that moves two-dimensionally due to the flexibility of the optical fiber. It is possible. But,
If the laser beam has a high output such as a CO 2 laser, it will not be possible to guide the light through an optical fiber. If light guide means using a mirror is adopted as a countermeasure, an optical path using a reflecting mirror to the processing head will be required. It is necessary to provide.
【０００５】このような反射鏡を用いた構造に、前述の
先行技術の考え方を適用した構成は、単純には図８に示
されるようになるであろう。第１と第２の反射鏡Ｍ１，
Ｍ２は支持部材１に固定されており、また第３および第
４の反射鏡Ｍ３，Ｍ４はもう１つの支持部材２に固定さ
れている。支持部材２は第１の軸Ａ１まわりに角変位可
能である。支持部材１は第２の軸Ａ２まわりに角変位可
能であり、この第２軸Ａ２と一致した光軸を有するレー
ザ光が、レーザ光源から導かれる。反射鏡Ｍ１によって
反射されたレーザ光３は、参照符４で示されるように第
１の軸Ａ１に一致した光軸を有して、反射鏡Ｍ２によっ
て反射され、反射鏡Ｍ３，Ｍ４を経て、第１および第２
の軸Ａ１，Ａ２に平行に、集光レンズ５ａを介して参照
符５で示されるようにして射出され、穴加工のために用
いられる。A configuration in which the above-described prior art concept is applied to a structure using such a reflecting mirror will be simply shown in FIG. First and second reflecting mirrors M1,
M2 is fixed to the supporting member 1, and the third and fourth reflecting mirrors M3 and M4 are fixed to another supporting member 2. The support member 2 is angularly displaceable about the first axis A1. The support member 1 can be angularly displaced around the second axis A2, and laser light having an optical axis coinciding with the second axis A2 is guided from a laser light source. The laser beam 3 reflected by the reflecting mirror M1 has an optical axis coinciding with the first axis A1 as shown by reference numeral 4, is reflected by the reflecting mirror M2, passes through the reflecting mirrors M3 and M4, First and second
In parallel with the axes A1 and A2, the light is emitted through a condenser lens 5a as indicated by reference numeral 5 and used for drilling holes.
【０００６】このような図８に示される構成では、反射
鏡Ｍ１〜Ｍ４の数が多く、したがって光路長が長く、効
率が低下するという課題がある。また構成が複雑であり
全体の構成が大型になるという課題がある。The configuration shown in FIG. 8 has a problem that the number of reflecting mirrors M1 to M4 is large, so that the optical path length is long and the efficiency is reduced. There is also a problem that the configuration is complicated and the entire configuration becomes large.
【０００７】本発明の目的は、前述した課題を解決する
ため、構成が小型かつ軽量であって、動特性が優れたレ
ーザ加工装置を提供することである。[0007] An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus which is small in size and weight and has excellent dynamic characteristics in order to solve the above-mentioned problems.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、ロボット手首
に取付け可能な第１筐体と、ロボットから供給されるレ
ーザ光を集束してスポット光Ｓを形成するための、複数
の反射鏡を含む光学系と、前記光学系を支持し、かつ第
１筐体に対して角変位可能に支持され、前記レーザ光の
光軸に一致する第１回転軸Ｐを有する第２筐体と、第２
筐体を第１回転軸Ｐまわりに角変位させて角変位量θを
制御するための第１駆動手段と、前記反射鏡の少なくと
も１つを、第１回転軸Ｐを含む平面の法線方向を第２回
転軸Ｑとして角変位させて、第１回転軸Ｐからスポット
光Ｓまでの角変位半径Ｒを制御するための第２駆動手段
とを備え、角変位量θおよび角変位半径Ｒの制御に基づ
いてスポット光Ｓを２次元的に移動させることを特徴と
するレーザ加工装置である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a first housing attachable to a robot wrist, and a plurality of reflecting mirrors for converging laser light supplied from the robot to form spot light S. An optical system including: a second housing that supports the optical system, is supported so as to be angularly displaceable with respect to the first housing, and has a first rotation axis P coinciding with the optical axis of the laser light; 2
A first driving unit for controlling the amount of angular displacement θ by angularly displacing the housing about the first rotation axis P, and at least one of the reflecting mirrors is arranged in a direction normal to a plane including the first rotation axis P. And a second driving means for controlling the angular displacement radius R from the first rotary axis P to the spot light S by displacing the angular displacement as a second rotation axis Q. A laser processing apparatus characterized in that the spot light S is moved two-dimensionally based on control.
【０００９】[0009]
【作用】本発明に従えば、第１駆動手段の動作に基づい
て第２筐体がレーザ光の光軸まわりに角変位して角変位
量θが制御され、第２筐体が支持する光学系によって形
成されるスポット光Ｓも第１回転軸Ｐまわりに角変位す
る。さらに、第２駆動手段の動作に基づいて第１回転軸
Ｐからスポット光Ｓまでの角変位半径Ｒが制御される。
こうした角変位量θおよび角変位半径Ｒを用いたＲθ制
御によって、レーザ光がスポット光Ｓとして集束する加
工点の位置を、被加工物であるワークの上で２次元的に
高精度で制御することができるため、たとえば小径穴の
切断作業を高速かつ精度良く行うことが可能となる。According to the present invention, the second housing is angularly displaced around the optical axis of the laser beam based on the operation of the first driving means, whereby the amount of angular displacement θ is controlled, and the optics supported by the second housing are provided. The spot light S formed by the system is also angularly displaced around the first rotation axis P. Further, the angular displacement radius R from the first rotation axis P to the spot light S is controlled based on the operation of the second driving means.
By the Rθ control using the angular displacement amount θ and the angular displacement radius R, the position of the processing point at which the laser light is focused as the spot light S is controlled with high accuracy two-dimensionally on the workpiece as the workpiece. Therefore, for example, a small diameter hole cutting operation can be performed at high speed and with high accuracy.
【００１０】[0010]
【実施例】図１は、本発明の一実施例であるレーザ加工
装置の構成を示す断面図である。本実施例におけるレー
ザ加工装置６は、図２に示されるたとえば６軸の多関節
型のロボット７の手首８に取付けられ、レーザ光源１５
から射出されたレーザ光は、軸９〜１４に沿って反射鏡
などの導光手段によって導かれ、レーザ加工装置６の出
力側に形成されたスポット光Ｓが、薄板などのワーク
（不図示）に照射され、所望の形状に切断加工や穴加工
が行われる。FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a laser processing apparatus according to one embodiment of the present invention. The laser processing apparatus 6 according to the present embodiment is attached to a wrist 8 of, for example, a six-axis articulated robot 7 shown in FIG.
Is emitted by a light guide means such as a reflecting mirror along the axes 9 to 14, and the spot light S formed on the output side of the laser processing device 6 is turned into a work (not shown) such as a thin plate. And cut or drilled into a desired shape.
【００１１】図１に示すように、このレーザ加工装置６
は、レーザ光Ｌを集束してスポット光Ｓを形成するため
の平面鏡２１，２２およびレンズ２９から成る光学系
と、当該光学系を支持しかつレーザ光Ｌの光軸２０に一
致する回転軸Ｐを有する筐体４４と、筐体４４を回転軸
Ｐのまわりに角変位させるためのモータ４５、駆動歯車
４６および外歯車４７などから成る第１駆動手段と、回
転軸Ｐを含む平面の法線方向（紙面垂直方向）を回転軸
Ｑとして平面鏡２２を角変位させるためのプーリ３１，
３３、ベルト３２およびモータ３４などから成る第２駆
動手段３０などから構成される。As shown in FIG. 1, the laser processing device 6
Is an optical system composed of plane mirrors 21 and 22 and a lens 29 for converging the laser light L to form the spot light S, and a rotation axis P that supports the optical system and coincides with the optical axis 20 of the laser light L. , A first driving unit including a motor 45 for driving the housing 44 to angularly displace about the rotation axis P, a driving gear 46, an external gear 47, and the like, and a normal to a plane including the rotation axis P. A pulley 31 for angularly displacing the plane mirror 22 with the direction (perpendicular to the paper surface) as the rotation axis Q,
33, a second driving means 30 including a belt 32, a motor 34, and the like.
【００１２】筐体４４は、図２のロボット７の手首８に
取付けられるフランジ４１を有する筐体４２に対して、
角変位可能なように軸受４３によって支持されている。
さらに、筐体４４の上方には環状の外歯車４７が固定さ
れ、筐体４２の内側に固定されたモータ４５の出力軸に
固定された駆動歯車４６と噛み合うことにより、モータ
４５の回転量に応じて筐体４４が回転軸Ｐのまわりを角
変位する。The housing 44 is different from the housing 42 having the flange 41 attached to the wrist 8 of the robot 7 in FIG.
It is supported by a bearing 43 so as to be angularly displaceable.
Further, an annular external gear 47 is fixed above the housing 44, and meshes with a driving gear 46 fixed to an output shaft of a motor 45 fixed inside the housing 42, so that the rotation amount of the motor 45 is reduced. Accordingly, the housing 44 is angularly displaced around the rotation axis P.
【００１３】筐体４４に固定された平面鏡２１は、レー
ザ光Ｌの光軸２０が通る位置に設けられ、レーザ光Ｌを
回転軸Ｐから外すように反射する。The plane mirror 21 fixed to the housing 44 is provided at a position where the optical axis 20 of the laser light L passes, and reflects the laser light L so as to be out of the rotation axis P.
【００１４】平面鏡２２は、回転軸Ｑのまわりを回転す
るプーリ３１と連結しており、筐体４４の内側に設けら
れたモータ３４の出力軸に固定されたプーリ３３の回転
がベルト３２によって伝達されることによって、モータ
３４の回転量に応じて平面鏡２２が回転軸Ｑのまわりで
角変位する。The plane mirror 22 is connected to a pulley 31 that rotates around a rotation axis Q. The rotation of a pulley 33 fixed to an output shaft of a motor 34 provided inside a housing 44 is transmitted by a belt 32. Accordingly, the plane mirror 22 is angularly displaced around the rotation axis Q according to the rotation amount of the motor 34.
【００１５】図２に示すレーザ光源１５から導入された
レーザ光Ｌは、その光軸２０が筐体４４の回転軸Ｐに一
致するように入射して、平面鏡２１および平面鏡２２に
よって反射され、レンズ２９に入射することによって、
レンズ２９の焦点位置にスポット光Ｓが形成され、ワー
ク（不図示）に照射される。The laser light L introduced from the laser light source 15 shown in FIG. 2 is incident so that its optical axis 20 coincides with the rotation axis P of the housing 44, is reflected by the plane mirrors 21 and 22, and By incident on 29,
A spot light S is formed at the focal position of the lens 29 and is irradiated on a work (not shown).
【００１６】スポット光Ｓを２次元的に移動させる場
合、モータ４５の回転量を制御することによって、スポ
ット光Ｓの回転軸Ｐまわりの角変位量θが制御され、一
方、モータ３４の回転量を制御することによってスポッ
ト光Ｓの回転軸Ｐに対する角変位半径Ｒが制御される。
したがって、たとえば丸穴加工を行う場合、ロボット７
の軸９〜１４を制御して、加工すべき穴の中心と回転軸
Ｐを一致させた後、モータ３４を制御して丸穴の半径Ｒ
に相当する位置にスポット光Ｓを形成してから、モータ
４５を制御して筐体４４を一回転以上回転させることに
よって、所望の丸穴を形成することができる。また、半
円、長円、多角形などの複雑な幾何図形についても、半
径Ｒおよび角変位量θの極座標系で表現することによっ
て、丸穴と同様な加工を行うことができる。When the spot light S is moved two-dimensionally, the angular displacement θ of the spot light S about the rotation axis P is controlled by controlling the rotation amount of the motor 45, while the rotation amount of the motor 34 is controlled. Is controlled, the angular displacement radius R of the spot light S with respect to the rotation axis P is controlled.
Therefore, for example, when performing round hole processing, the robot 7
After controlling the axes 9 to 14 to make the center of the hole to be machined coincide with the rotation axis P, the motor 34 is controlled to control the radius R of the round hole.
After the spot light S is formed at a position corresponding to the above, the desired round hole can be formed by controlling the motor 45 and rotating the housing 44 one or more rotations. In addition, complex geometric figures such as semicircles, ellipses, and polygons can be processed in the same manner as round holes by expressing them in the polar coordinate system of the radius R and the angular displacement θ.
【００１７】図３は、本発明の他の実施例であるレーザ
加工装置の構成を示す断面図である。本実施例における
レーザ加工装置６は、図１に示したものと同様に、図２
に示されるたとえば６軸の多関節型のロボット７の手首
８に取付けられる。レーザ光源１５から射出されたレー
ザ光は、レーザ加工装置６に導入されて、その出力側に
スポット光Ｓが形成され、薄板などのワーク（不図示）
に照射されることによって切断加工や穴加工が行われ
る。FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention. The laser processing apparatus 6 in the present embodiment is similar to that shown in FIG.
Is attached to a wrist 8 of a six-axis articulated robot 7, for example. The laser light emitted from the laser light source 15 is introduced into the laser processing device 6, where a spot light S is formed on the output side thereof, and a work (not shown) such as a thin plate.
The cutting and the hole processing are performed by irradiating the wafer.
【００１８】図３に示すように、このレーザ加工装置６
は、レーザ光Ｌを集束してスポット光Ｓを形成するめた
の平面鏡２１，２２，２３およびレンズ２９から成る光
学系と、当該光学系を支持しかつレーザ光Ｌの光軸に一
致する回転軸Ｐを有する筐体４４と、筐体４４を回転軸
Ｐのまわりに角変位させるためのモータ４５、駆動歯車
４６および外歯車４７などから成る第１駆動手段と、回
転軸Ｐを含む平面法線方向（紙面垂直方向）を回転軸Ｑ
として平面鏡２３を角変位させるためのプーリ３１，３
３、ベルト３２およびモータ３４などから成る第２駆動
手段３０から構成される。As shown in FIG. 3, the laser processing device 6
Is an optical system composed of plane mirrors 21, 22, 23 and a lens 29 for converging the laser light L to form a spot light S, and a rotation axis supporting the optical system and coinciding with the optical axis of the laser light L. P, a housing 44 having P, first driving means including a motor 45 for driving the housing 44 to be angularly displaced about the rotation axis P, a driving gear 46, an external gear 47, and the like, and a plane normal including the rotation axis P. The direction (perpendicular to the paper) is the rotation axis Q
Pulleys 31 and 3 for angularly displacing the plane mirror 23
3, a second driving means 30 including a belt 32, a motor 34, and the like.
【００１９】筐体４４は、図１と同様に、筐体４２に対
して角変位可能なように軸受４３によって支持されてお
り、モータ４５の回転量に応じて回転軸Ｐのまわりを角
変位する。The housing 44 is supported by a bearing 43 so as to be angularly displaceable with respect to the housing 42, similarly to FIG. 1, and is angularly displaced around the rotation axis P according to the rotation amount of the motor 45. I do.
【００２０】平面鏡２３は、図１中の平面鏡２２と同様
に、モータ３４の回転量に応じて回転軸Ｑのまわりを角
変位する。なお、平面鏡２１，２２は、筐体４４に固定
されている。The plane mirror 23 is angularly displaced around the rotation axis Q according to the amount of rotation of the motor 34, similarly to the plane mirror 22 in FIG. The plane mirrors 21 and 22 are fixed to the housing 44.
【００２１】レーザ光Ｌは、その光軸２０が回転軸Ｐに
一致するように入射して、平面鏡２１，２２，２３によ
って反射され、レンズ２９に入射することによって、レ
ンズ２９の焦点位置にスポット光Ｓが形成され、ワーク
（不図示）に照射される。スポット光Ｓを２次元的に移
動させる場合、モータ４５の回転量を制御することによ
って、スポット光Ｓの回転軸Ｐまわりの角変位量θが制
御され、一方、モータ３４の回転量を制御することによ
って、スポット光Ｓの回転軸Ｐに対する角変位半径Ｒが
制御される。したがって、たとえば丸穴加工を行う場
合、ロボツト７の軸９〜１４を制御して加工すべき穴の
中心と回転軸Ｐを一致させた後、モータ３４を制御して
丸穴の半径Ｒに相当する位置にスポット光Ｓを形成して
から、モータ４５を制御して筐体４４を一回転以上角変
位させることによって所望の丸穴を形成することができ
る。The laser light L is incident so that its optical axis 20 coincides with the rotation axis P, is reflected by the plane mirrors 21, 22 and 23, and is incident on the lens 29 so as to be spotted at the focal position of the lens 29. Light S is formed and irradiates a work (not shown). When the spot light S is moved two-dimensionally, by controlling the amount of rotation of the motor 45, the amount of angular displacement θ of the spot light S around the rotation axis P is controlled, while the amount of rotation of the motor 34 is controlled. Thus, the angular displacement radius R of the spot light S with respect to the rotation axis P is controlled. Therefore, for example, in the case of performing round hole machining, after the axes 9 to 14 of the robot 7 are controlled to match the center of the hole to be machined with the rotation axis P, the motor 34 is controlled to correspond to the radius R of the round hole. A desired round hole can be formed by forming the spot light S at the desired position and then controlling the motor 45 to angularly displace the housing 44 by one or more rotations.
【００２２】図４は、本発明の他の実施例であるレーザ
加工装置の構成を示す断面図である。本実施例における
レーザ加工装置６は、図１に示したものと同様に、図２
に示されるたとえば６軸の多関節型のロボット７の手首
８に取付けられる。レーザ光源１５から射出されたレー
ザ光は、レーザ加工装置６に導入されて、その出力側に
スポット光Ｓが形成され、薄板などのワーク（不図示）
に照射されることによって切断加工や穴加工が行われ
る。FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention. The laser processing apparatus 6 in the present embodiment is similar to that shown in FIG.
Is attached to a wrist 8 of a six-axis articulated robot 7, for example. The laser light emitted from the laser light source 15 is introduced into the laser processing device 6, where a spot light S is formed on the output side thereof, and a work (not shown) such as a thin plate.
The cutting and the hole processing are performed by irradiating the wafer.
【００２３】図４に示すように、このレーザ加工装置６
は、レーザ光Ｌを集束してスポット光Ｓを形成するめた
の平面鏡２１，２２，２３，２４およびレンズ２９から
成る光学系と、当該光学系を支持しかつレーザ光Ｌの光
軸に一致する回転軸Ｐを有する筐体４４と、筐体４４を
回転軸Ｐのまわりに角変位させるためのモータ４５、駆
動歯車４６および外歯車４７などから成る第１駆動手段
と、回転軸Ｐを含む平面法線方向（紙面垂直方向）を回
転軸Ｑとして平面鏡２４を角変位させるためのプーリ３
１，３３、ベルト３２およびモータ３４などから成る第
２駆動手段３０から構成される。As shown in FIG. 4, the laser processing device 6
Is an optical system composed of a plane mirror 21, 22, 23, 24 and a lens 29 for converging the laser light L to form a spot light S, and supports the optical system and coincides with the optical axis of the laser light L. A housing 44 having a rotation axis P, a first driving means including a motor 45 for driving the housing 44 to angularly displace about the rotation axis P, a driving gear 46, an external gear 47, and the like; A pulley 3 for angularly displacing the plane mirror 24 with the normal direction (perpendicular to the paper) as the rotation axis Q
1 and 33, a second driving means 30 including a belt 32 and a motor 34.
【００２４】筐体４４は、図１と同様に、筐体４２に対
して角変位可能なように軸受４３によって支持されてお
り、モータ４５の回転量に応じて回転軸Ｐのまわりを角
変位する。The housing 44 is supported by a bearing 43 so as to be angularly displaceable with respect to the housing 42, similarly to FIG. 1, and is angularly displaced around the rotation axis P in accordance with the amount of rotation of the motor 45. I do.
【００２５】平面鏡２４は、図１中の平面鏡２２と同様
に、モータ３４の回転量に応じて回転軸Ｑのまわりを角
変位する。なお、平面鏡２１，２２，２３は、筐体４４
に固定されている。The plane mirror 24 is angularly displaced around the rotation axis Q in accordance with the amount of rotation of the motor 34, similarly to the plane mirror 22 in FIG. The plane mirrors 21, 22, and 23 are
It is fixed to.
【００２６】レーザ光Ｌは、その光軸２０が回転軸Ｐに
一致するように入射して、平面鏡２１，２２，２３，２
４によって反射され、レンズ２９に入射することによっ
て、レンズ２９の焦点位置にスポット光Ｓが形成され、
ワーク（不図示）に照射される。スポット光Ｓを２次元
的に移動させる場合、モータ４５の回転量を制御するこ
とによって、スポット光Ｓの回転軸Ｐまわりの角変位量
θが制御され、一方、モータ３４の回転量を制御するこ
とによって、スポット光Ｓの回転軸Ｐに対する角変位半
径Ｒが制御される。したがって、たとえば丸穴加工を行
う場合、ロボツト７の軸９〜１４を制御して加工すべき
穴の中心と回転軸Ｐを一致させた後、モータ３４を制御
して丸穴の半径Ｒに相当する位置にスポット光Ｓを形成
してから、モータ４５を制御して筐体４４を一回転以上
角変位させることによって所望の丸穴を形成することが
できる。The laser light L is incident so that its optical axis 20 coincides with the rotation axis P, and the plane mirrors 21, 22, 23, 2
4 and is incident on the lens 29, whereby a spot light S is formed at the focal position of the lens 29,
The work (not shown) is irradiated. When the spot light S is moved two-dimensionally, by controlling the amount of rotation of the motor 45, the amount of angular displacement θ of the spot light S around the rotation axis P is controlled, while the amount of rotation of the motor 34 is controlled. Thus, the angular displacement radius R of the spot light S with respect to the rotation axis P is controlled. Therefore, for example, in the case of performing round hole machining, after the axes 9 to 14 of the robot 7 are controlled to match the center of the hole to be machined with the rotation axis P, the motor 34 is controlled to correspond to the radius R of the round hole. A desired round hole can be formed by forming the spot light S at the desired position and then controlling the motor 45 to angularly displace the housing 44 by one or more rotations.
【００２７】図５は、本発明の他の実施例であるレーザ
加工装置の構成を示す断面図である。本実施例における
レーザ加工装置６は、図１に示したものと同様に、図２
に示されるたとえば６軸の多関節型のロボット７の手首
８に取付けられる。レーザ光源１５から射出されたレー
ザ光は、レーザ加工装置６に導入されて、その出力側に
スポット光Ｓが形成され、薄板などのワーク（不図示）
に照射されることによって切断加工や穴加工が行われ
る。FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention. The laser processing apparatus 6 in the present embodiment is similar to that shown in FIG.
Is attached to a wrist 8 of a six-axis articulated robot 7, for example. The laser light emitted from the laser light source 15 is introduced into the laser processing device 6, where a spot light S is formed on the output side thereof, and a work (not shown) such as a thin plate.
The cutting and the hole processing are performed by irradiating the wafer.
【００２８】図５に示すように、このレーザ加工装置６
は、レーザ光Ｌを集束してスポット光Ｓを形成するめた
の平面鏡２１，２２，２３およびレンズ２９から成る光
学系と、当該光学系を支持しかつレーザ光Ｌの光軸に一
致する回転軸Ｐを有する筐体４４と、筐体４４を回転軸
Ｐのまわりに角変位させるためのモータ４５、駆動歯車
４６および外歯車４７などから成る第１駆動手段と、回
転軸Ｐを含む平面法線方向（紙面垂直方向）を回転軸Ｑ
として平面鏡２３を角変位させるためのプーリ３１，３
３、ベルト３２およびモータ３４などから成る第２駆動
手段３０から構成される。As shown in FIG. 5, the laser processing device 6
Is an optical system composed of plane mirrors 21, 22, 23 and a lens 29 for converging the laser light L to form a spot light S, and a rotation axis supporting the optical system and coinciding with the optical axis of the laser light L. P, a housing 44 having P, first driving means including a motor 45 for driving the housing 44 to be angularly displaced about the rotation axis P, a driving gear 46, an external gear 47, and the like, and a plane normal including the rotation axis P. The direction (perpendicular to the paper) is the rotation axis Q
Pulleys 31 and 3 for angularly displacing the plane mirror 23
3, a second driving means 30 including a belt 32, a motor 34, and the like.
【００２９】筐体４４は、図１と同様に、筐体４２に対
して角変位可能なように軸受４３によって支持されてお
り、モータ４５の回転量に応じて回転軸Ｐのまわりを角
変位する。The housing 44 is supported by a bearing 43 so as to be angularly displaceable with respect to the housing 42, as in FIG. 1, and is angularly displaced around the rotation axis P in accordance with the amount of rotation of the motor 45. I do.
【００３０】平面鏡２３は、図１中の平面鏡２２と同様
に、モータ３４の回転量に応じて回転軸Ｑのまわりを角
変位する。なお、平面鏡２１，２２は、筐体４４に固定
されている。The plane mirror 23 is angularly displaced around the rotation axis Q in accordance with the amount of rotation of the motor 34, similarly to the plane mirror 22 in FIG. The plane mirrors 21 and 22 are fixed to the housing 44.
【００３１】レーザ光Ｌは、その光軸２０が回転軸Ｐに
一致するように入射して、平面鏡２１，２２，２３によ
って反射され、レンズ２９に入射することによって、レ
ンズ２９の焦点位置にスポット光Ｓが形成され、ワーク
（不図示）に照射される。スポット光Ｓを２次元的に移
動させる場合、モータ４５の回転量を制御することによ
って、スポット光Ｓの回転軸Ｐまわりの角変位量θが制
御され、一方、モータ３４の回転量を制御することによ
って、スポット光Ｓの回転軸Ｐに対する角変位半径Ｒが
制御される。したがって、たとえば丸穴加工を行う場
合、ロボツト７の軸９〜１４を制御して加工すべき穴の
中心と回転軸Ｐを一致させた後、モータ３４を制御して
丸穴の半径Ｒに相当する位置にスポット光Ｓを形成して
から、モータ４５を制御して筐体４４を一回転以上角変
位させることによって所望の丸穴を形成することができ
る。なお、本実施例におけるレーザ加工装置６は、平面
鏡２１と平面鏡２２の間の光学経路を長く設定している
ため、大きい半径の丸穴加工を行うことができる。The laser beam L is incident so that its optical axis 20 coincides with the rotation axis P, is reflected by the plane mirrors 21, 22 and 23, and is incident on the lens 29, so that the laser beam L is spotted at the focal position of the lens 29. Light S is formed and irradiates a work (not shown). When the spot light S is moved two-dimensionally, by controlling the amount of rotation of the motor 45, the amount of angular displacement θ of the spot light S around the rotation axis P is controlled, while the amount of rotation of the motor 34 is controlled. Thus, the angular displacement radius R of the spot light S with respect to the rotation axis P is controlled. Therefore, for example, in the case of performing round hole machining, after the axes 9 to 14 of the robot 7 are controlled to match the center of the hole to be machined with the rotation axis P, the motor 34 is controlled to correspond to the radius R of the round hole. A desired round hole can be formed by forming the spot light S at the desired position and then controlling the motor 45 to angularly displace the housing 44 by one or more rotations. In the laser processing apparatus 6 according to the present embodiment, since the optical path between the plane mirror 21 and the plane mirror 22 is set to be long, a round hole having a large radius can be formed.
【００３２】図６は、本発明の他の実施例であるレーザ
加工装置の構成を示す断面図である。本実施例における
レーザ加工装置６は、図１に示したものと同様に、図２
に示されるたとえば６軸の多関節型のロボット７の手首
８に取付けられる。レーザ光源１５から射出されたレー
ザ光は、レーザ加工装置６に導入されて、その出力側に
スポット光Ｓが形成され、薄板などのワーク（不図示）
に照射されることによって切断加工や穴加工が行われ
る。FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention. The laser processing apparatus 6 in the present embodiment is similar to that shown in FIG.
Is attached to a wrist 8 of a six-axis articulated robot 7, for example. The laser light emitted from the laser light source 15 is introduced into the laser processing device 6, where a spot light S is formed on the output side thereof, and a work (not shown) such as a thin plate.
The cutting and the hole processing are performed by irradiating the wafer.
【００３３】図６に示すように、このレーザ加工装置６
は、レーザ光Ｌを集束してスポット光Ｓを形成するめた
の平面鏡２１，２２およびレンズ２９から成る光学系
と、当該光学系を支持しかつレーザ光Ｌの光軸に一致す
る回転軸Ｐを有する筐体４４と、筐体４４を回転軸Ｐの
まわりに角変位させるためのモータ４５、駆動歯車４６
および外歯車４７などから成る第１駆動手段と、回転軸
Ｐを含む平面法線方向（紙面垂直方向）を回転軸Ｑとし
て平面鏡２１を角変位させるためのプーリ３１，３３、
ベルト３２およびモータ３４などから成る第２駆動手段
３０から構成される。As shown in FIG. 6, the laser processing device 6
Describes an optical system including flat mirrors 21 and 22 and a lens 29 for converging a laser beam L to form a spot beam S, and a rotation axis P that supports the optical system and coincides with the optical axis of the laser beam L. Housing 44, a motor 45 and a drive gear 46 for angularly displacing the housing 44 around the rotation axis P.
A first driving means comprising an external gear 47 and pulleys 31, 33 for angularly displacing the plane mirror 21 with the plane normal direction including the rotation axis P (perpendicular to the paper plane) as the rotation axis Q;
The second drive unit 30 includes a belt 32 and a motor 34.
【００３４】筐体４４は、図１と同様に、筐体４２に対
して角変位可能なように軸受４３によって支持されてお
り、モータ４５の回転量に応じて回転軸Ｐのまわりを角
変位する。The housing 44 is supported by a bearing 43 so as to be angularly displaceable with respect to the housing 42, similarly to FIG. 1, and is angularly displaced around the rotation axis P in accordance with the amount of rotation of the motor 45. I do.
【００３５】平面鏡２１は、図１中の平面鏡２２と同様
に、モータ３４の回転量に応じて回転軸Ｑのまわりを角
変位する。なお、平面鏡２２は、筐体４４に固定されて
いる。The plane mirror 21 is angularly displaced around the rotation axis Q in accordance with the amount of rotation of the motor 34, similarly to the plane mirror 22 in FIG. The plane mirror 22 is fixed to the housing 44.
【００３６】レーザ光Ｌは、その光軸２０が回転軸Ｐに
一致するように入射して、平面鏡２１，２２によって反
射され、レンズ２９に入射することによって、レンズ２
９の焦点位置にスポット光Ｓが形成され、ワーク（不図
示）に照射される。スポット光Ｓを２次元的に移動させ
る場合、モータ４５の回転量を制御することによって、
スポット光Ｓの回転軸Ｐまわりの角変位量θが制御さ
れ、一方、モータ３４の回転量を制御することによっ
て、スポット光Ｓの回転軸Ｐに対する角変位半径Ｒが制
御される。したがって、たとえば丸穴加工を行う場合、
ロボツト７の軸９〜１４を制御して加工すべき穴の中心
と回転軸Ｐを一致させた後、モータ３４を制御して丸穴
の半径Ｒに相当する位置にスポット光Ｓを形成してか
ら、モータ４５を制御して筐体４４を一回転以上角変位
させることによって所望の丸穴を形成することができ
る。The laser beam L is incident so that its optical axis 20 coincides with the rotation axis P, is reflected by the plane mirrors 21 and 22,
A spot light S is formed at the focal position of No. 9 and irradiates a work (not shown). When the spot light S is moved two-dimensionally, by controlling the amount of rotation of the motor 45,
The amount of angular displacement θ of the spot light S about the rotation axis P is controlled, while the amount of rotation of the motor 34 is controlled, thereby controlling the angular displacement radius R of the spot light S with respect to the rotation axis P. Therefore, for example, when performing round hole processing,
After the axes 9 to 14 of the robot 7 are controlled to make the center of the hole to be machined coincide with the rotation axis P, the motor 34 is controlled to form the spot light S at a position corresponding to the radius R of the round hole. Thus, a desired round hole can be formed by controlling the motor 45 and angularly displacing the housing 44 by one or more rotations.
【００３７】図７は、本発明の他の実施例であるレーザ
加工装置の構成を示す断面図である。本実施例における
レーザ加工装置６は、図１に示したものと同様に、図２
に示されるたとえば６軸の多関節型のロボット７の手首
８に取付けられる。レーザ光源１５から射出されたレー
ザ光は、レーザ加工装置６に導入されて、その出力側に
スポット光Ｓが形成され、薄板などのワーク（不図示）
に照射されることによって切断加工や穴加工が行われ
る。FIG. 7 is a sectional view showing the structure of a laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention. The laser processing apparatus 6 in the present embodiment is similar to that shown in FIG.
Is attached to a wrist 8 of a six-axis articulated robot 7, for example. The laser light emitted from the laser light source 15 is introduced into the laser processing device 6, where a spot light S is formed on the output side thereof, and a work (not shown) such as a thin plate.
The cutting and the hole processing are performed by irradiating the wafer.
【００３８】図７に示すように、このレーザ加工装置６
は、レーザ光Ｌを集束してスポット光Ｓを形成するめた
の平面鏡２１および凹面鏡２５から成る光学系と、当該
光学系を支持しかつレーザ光Ｌの光軸に一致する回転軸
Ｐを有する筐体４４と、筐体４４を回転軸Ｐのまわりに
角変位させるためのモータ４５、駆動歯車４６および外
歯車４７などから成る第１駆動手段と、回転軸Ｐを含む
平面法線方向（紙面垂直方向）を回転軸Ｑとして凹面鏡
２５を角変位させるためのプーリ３１，３３、ベルト３
２およびモータ３４などから成る第２駆動手段３０から
構成される。As shown in FIG. 7, the laser processing device 6
Is an optical system including a plane mirror 21 and a concave mirror 25 for converging a laser beam L to form a spot beam S, and a housing supporting the optical system and having a rotation axis P coinciding with the optical axis of the laser beam L. A body 44, a first driving unit including a motor 45 for angularly displacing the housing 44 around the rotation axis P, a driving gear 46, an external gear 47, and the like; and a plane normal direction including the rotation axis P (perpendicular to the paper surface). Direction) as a rotation axis Q, pulleys 31 and 33, and a belt 3 for angularly displacing the concave mirror 25.
2 and a second driving means 30 including a motor 34 and the like.
【００３９】筐体４４は、図１と同様に、筐体４２に対
して角変位可能なように軸受４３によって支持されてお
り、モータ４５の回転量に応じて回転軸Ｐのまわりを角
変位する。The housing 44 is supported by a bearing 43 so as to be angularly displaceable with respect to the housing 42, similarly to FIG. 1, and is angularly displaced around the rotation axis P in accordance with the amount of rotation of the motor 45. I do.
【００４０】凹面鏡２５は、図１中の平面鏡２２と同様
に、モータ３４の回転量に応じて回転軸Ｑのまわりを角
変位する。なお、平面鏡２１は、筐体４４に固定されて
いる。The concave mirror 25 is angularly displaced around the rotation axis Q in accordance with the amount of rotation of the motor 34, similarly to the plane mirror 22 in FIG. The plane mirror 21 is fixed to the housing 44.
【００４１】レーザ光Ｌは、その光軸２０が回転軸Ｐに
一致するように入射して、平面鏡２１によって反射さ
れ、凹面鏡２５に入射することによって、その焦点位置
にスポット光Ｓが形成され、ワーク（不図示）に照射さ
れる。スポット光Ｓを２次元的に移動させる場合、モー
タ４５の回転量を制御することによって、スポット光Ｓ
の回転軸Ｐまわりの角変位量θが制御され、一方、モー
タ３４の回転量を制御することによって、スポット光Ｓ
の回転軸Ｐに対する角変位半径Ｒが制御される。したが
って、たとえば丸穴加工を行う場合、ロボツト７の軸９
〜１４を制御して加工すべき穴の中心と回転軸Ｐを一致
させた後、モータ３４を制御して丸穴の半径Ｒに相当す
る位置にスポット光Ｓを形成してから、モータ４５を制
御して筐体４４を一回転以上角変位させることによって
所望の丸穴を形成することができる。The laser light L enters so that its optical axis 20 coincides with the rotation axis P, is reflected by the plane mirror 21, and enters the concave mirror 25, whereby a spot light S is formed at the focal position. The work (not shown) is irradiated. When the spot light S is moved two-dimensionally, the spot light S is controlled by controlling the rotation amount of the motor 45.
Is controlled around the rotation axis P, and by controlling the amount of rotation of the motor 34, the spot light S
Is controlled with respect to the rotation axis P. Therefore, for example, when performing round hole processing, the shaft 9 of the robot 7
14 to control the center of the hole to be machined and the rotation axis P, and then control the motor 34 to form the spot light S at a position corresponding to the radius R of the round hole. The desired round hole can be formed by controlling and angularly displacing the housing 44 by one or more rotations.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上詳説したように、本発明によれば、
多関節型のロボット全体を制御することなくロボットア
ームの先端に取付けられたレーザ加工装置によって、レ
ーザ加工を行うことができる。したがって、動作部分が
軽量かつ小型になるため、動特性の改善が図れ、高精度
かつ高速に穴加工や切断加工を行うことができる。As explained in detail above, according to the present invention,
Laser processing can be performed by a laser processing device attached to the tip of the robot arm without controlling the entire articulated robot. Therefore, since the operating portion is light and small, dynamic characteristics can be improved, and drilling and cutting can be performed with high accuracy and high speed.
【図１】本発明の一実施例であるレーザ加工装置の構成
を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明に係るレーザ加工装置６が取付けられる
多関節型ロボットの一例を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of an articulated robot to which a laser processing device 6 according to the present invention is attached.
【図３】本発明の他の実施例であるレーザ加工装置の構
成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
【図４】本発明の他の実施例であるレーザ加工装置の構
成を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
【図５】本発明の他の実施例であるレーザ加工装置の構
成を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
【図６】本発明の他の実施例であるレーザ加工装置の構
成を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
【図７】本発明の他の実施例であるレーザ加工装置の構
成を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
【図８】先行技術に係るレーザ加工装置の光学系の一例
を示す部分斜視図である。FIG. 8 is a partial perspective view showing an example of an optical system of a laser processing apparatus according to the prior art.
６ レーザ加工装置 ７ ロボット ８ 手首 ９〜１４ 軸 １５ レーザ光源 ２０ 光軸 ２１，２２，２３，２４ 平面鏡 ２５ 凹面鏡 ２９ レンズ ３０ 第２駆動手段 ３１，３３ プーリ ３２ ベルト ３４，４５ モータ ４１ フランジ ４２，４４ 筐体 ４３ 軸受 ４６ 駆動歯車 ４７ 外歯車 Reference Signs List 6 laser processing device 7 robot 8 wrist 9-14 axis 15 laser light source 20 optical axis 21, 22, 23, 24 plane mirror 25 concave mirror 29 lens 30 second drive means 31, 33 pulley 32 belt 34, 45 motor 41 flange 42, 44 Housing 43 Bearing 46 Drive gear 47 External gear
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−229688（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00,26/08 Continuation of the front page (56) References JP-A-2-229688 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B23K 26/00, 26/08
Claims (1)
と、 ロボットから供給されるレーザ光を集束してスポット光
Ｓを形成するための、複数の反射鏡を含む光学系と、 前記光学系を支持し、かつ第１筐体に対して角変位可能
に支持され、前記レーザ光の光軸に一致する第１回転軸
Ｐを有する第２筐体と、 第２筐体を第１回転軸Ｐまわりに角変位させて角変位量
θを制御するための第１駆動手段と、 前記反射鏡の少なくとも１つを、第１回転軸Ｐを含む平
面の法線方向を第２回転軸Ｑとして角変位させて、第１
回転軸Ｐからスポット光Ｓまでの角変位半径Ｒを制御す
るための第２駆動手段とを備え、 角変位量θおよび角変位半径Ｒの制御に基づいてスポッ
ト光Ｓを２次元的に移動させることを特徴とするレーザ
加工装置。A first housing attachable to a robot wrist; an optical system including a plurality of reflecting mirrors for converging a laser beam supplied from the robot to form a spot light S; And a second housing having a first rotation axis P coinciding with the optical axis of the laser beam, the second housing being supported by the first housing so as to be angularly displaceable with respect to the first housing. A first driving unit for controlling the amount of angular displacement θ by angularly displacing around P; and at least one of the reflecting mirrors, wherein a direction normal to a plane including the first axis of rotation P is a second axis of rotation Q Angular displacement, the first
A second driving unit for controlling an angular displacement radius R from the rotation axis P to the spot light S, and two-dimensionally moving the spot light S based on the control of the angular displacement amount θ and the angular displacement radius R. A laser processing apparatus characterized by the above-mentioned.
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