JP3617384B2 - レーザ加工装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ発振器を備えた多関節ロボットによるレーザ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、多関節ロボットによるレーザ加工装置には、図８に示すようなロボットの腕１０３にレーザ発振器１０６を備えたレーザ加工装置１００や、特開平５−１０４２７１号公報に開示される「円形穴加工装置」等がある。
【０００３】
図８に示すレーザ加工装置１００では、多関節ロボットの腕１０３に取り付けられたレーザ発振器１０６から発射するレーザ光を、多関節による加工動作に応じて配置された複数のミラー１０５によって反射させ、被加工物Ｗまで伝達する構成を採用している。また、前述の公報に開示される「円形穴加工装置」では、多関節による移動ロボットの手首部の先端に直接、レーザ加工装置（レーザ発振器を内蔵するもの）を固定するとともに、このレーザ加工装置の出力ミラー側に集光光学系を取り付けた構成を採用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示すレーザ加工装置１００によると、腕１０３のレーザ発振器１０６から発射したレーザ光は、複数のミラー１０５によって反射されて被加工物Ｗまで伝達することから、複数のミラー１０５相互間のアライメント、即ち鏡面角度誤差に関する信頼性が、多関節動作に伴う振動や歪み等によって低くならざるを得ず実用に適さないという問題がある。この問題は、多関節ロボットの腕１０３、手首、手１０４の中を通す光ファイバーによってレーザ光を伝送すれば解決するように考えられるが、光ファイバーによる減衰や光ファイバー自体が破損し易いこと、また比較的波長の長いＣＯ２ レーザは光ファイバーに通らないこと等を考慮すると、あまり現実的ではない。
【０００５】
また、特開平５−１０４２７１号公報に開示される「円形穴加工装置」によれば、移動ロボットの手首部の先端に直接、レーザ加工装置を固定する構成を採ることにより、ミラー１０５が不要になるため図８によるレーザ加工装置１００の前述した問題を解決している。ところが、移動ロボットの故障や誤操作によりレーザ加工装置や集光光学系自体が被加工物や治具に接触した場合、レーザ加工装置本体に被加工物等が接触したときは勿論のこと、集光光学系に被加工物等が接触したときにも、レーザ加工装置本体に直接的に取り付けられた集光光学系を介してレーザ加工装置本体にも衝撃が加わることから、レーザ加工装置本体に機械的、光学的な歪みを生ずる原因になる。したがって、集光光学系に被加工物等が接触しても比較的高価なレーザ加工装置本体の性能劣化や故障を招くことになるという新たなる問題が生ずる。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、多関節ロボットの手首にレーザ発振器を備えて構成しても、被加工物や治具等の接触による衝撃からレーザ発振器を保護し得るレーザ加工装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１のレーザ加工装置では、
レーザ発振器を備えた多関節ロボットによるレーザ加工装置であって、
レーザ光を発射し得るレーザ発振器と、
前記レーザ光の光路上に位置し、前記レーザ光を集光し照射し得る集光部と、
多関節ロボットの手首に固定されるとともに、前記レーザ発振器と前記集光部とが各々独立して取り付けられる接続構造部材と、を備え、
前記接続構造部材は、前記レーザ発射方向に平行な前記レーザ発振器の面に沿って配置されるとともに該面側から見た外縁形状が前記レーザ発振器のものより大きい発振器取付部と、前記発振器取付部から前記レーザ光の光路を遮断する方向に突出するとともに前記レーザ発射方向から見た外縁形状が前記レーザ発振器のものよりも大きい集光部取付部と、を有することを技術的特徴とする。
【０００９】
また、請求項２のレーザ加工装置では、請求項１において、
前記発振器取付部と前記集光部取付部とは、補強部により互いに固定されていることを技術的特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項３のレーザ加工装置では、請求項１または２において、前記集光部によるレーザ照射方向は、前記手首の回転軸方向にほぼ一致することを技術的特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明では、レーザ光を発射し得るレーザ発振器と、レーザ光を集光し照射し得る集光部とを備え、さらにこれらが各々独立して取り付けられて、多関節ロボットの手首に固定される接続構造部材を備える。これにより、接続構造部材を介してレーザ発振器と集光部とを間接的に接続しながら、多関節ロボットの手首にこれらを固定することができる。また、接続構造部材は、レーザ発射方向に平行なレーザ発振器の面に沿って配置されるとともに該面側から見た外縁形状がレーザ発振器のものより大きい発振器取付部と、発振器取付部からレーザ光の光路を遮断する方向に突出するとともにレーザ発射方向から見た外縁形状がレーザ発振器のものよりも大きい集光部取付部とを有する。これにより、発振器取付部に取り付けたレーザ発振器が、発振器取付部の外周縁より内側に位置することで、発振器取付部の外周方向から接近する被加工物や治具等の接触を発振器取付部の外縁によって阻止することができる。また発振器取付部に取り付けたレーザ発振器が、レーザ発射方向から見て集光部取付部の外周縁より内側に位置することで、集光部取付部の方向から接近する被加工物や治具等の接触を集光部取付部によって阻止することができる。
【００１３】
請求項２の発明では、発振器取付部と集光部取付部とは、補強部により互いに固定されている。これにより、発振器取付部から突出する集光部取付部が、例えば比較的変形し易い板形状であっても、その突出位置、角度等の変動を抑制することができる。
【００１４】
請求項３の発明では、集光部によるレーザ照射方向は、多関節ロボットの手首の回転軸方向にほぼ一致する。これにより、多関節ロボットの手に対する制御方向とレーザ照射方向を一致させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレーザ加工装置の実施形態について図１〜図７を参照して説明する。まず、本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の全体構成の概要を図２に基づいて説明する。
図２に示すように、レーザ加工装置１０は、主に、多関節ロボット６０と、その手首部６０ａに取り付けられたレーザ加工ヘッド２０とから構成されており、レーザ加工ヘッド２０のノズルから発射されるレーザ光を被加工物に照射して任意箇所に孔あけや切断等の加工を施すものである。この多関節ロボット６０は、例えば汎用の６軸ロボット等が用いられ、図示しない制御装置による制御プログラムによって自動的に制御されるものである。なお、多関節ロボット６０の手首部６０ａには、その手首回転軸βを中心に回動自在な回動部６１が取り付けられており、またこの回動部６１にはプレート６２がボルト６３によって固定されている。
【００１６】
次に、レーザ加工ヘッド２０の構成を図１、図３、図４に基づいて説明する。
図１および図３に示すように、レーザ加工ヘッド２０は、主に、接続構造部３０，レーザ発振器４０、集光光学系５０、カバー３６から構成されている。
接続構造部３０は、長板状に形成された鋼板からなる発振器取付プレート３２と、正方形に近い矩形状に形成された鋼板からなる集光系取付プレート３４とで構成されており、発振器取付プレート３２の一端部に集光系取付プレート３４が発振器取付プレート３２に対しほぼ垂直に立ち上がることでＬ字形状を形成するように、両者がボルト３３によって組み付け固定されている。
【００１７】
発振器取付プレート３２は、その一方の面に後述するレーザ発振器４０がボルト３８により取り付けられるように平板状に形成されるとともに、他方の面には前述した多関節ロボット６０の手首部６０ａがプレート６２を介してボルト６５により取り付けられるように平板状に形成されている。ここで、図４を参照して発振器取付プレート３２の形状とレーザ発振器４０の面４０ｋ側から見た外縁形状とを比較すると、同図（Ａ） から長方形状の発振器取付プレート３２の外縁形状の方が、斜線部により表されたレーザ発振器４０の面４０ｋ側から見た外縁形状４０ａよりも大きく設定されていることがわかる。即ち、発振器取付プレート３２からレーザ発振器４０がはみ出ることなく、レーザ発振器４０が発振器取付プレート３２の外周縁３２ａより内側に位置するように、発振器取付プレート３２の形状が設定されている。これにより、発振器取付プレート３２の外縁方向から被加工物や治具等が接近しても、この発振器取付プレート３２の外周縁３２ａによってその接近が阻止されることから、レーザ発振器４０に被加工物や治具等が直接接触することを防止できる。
【００１８】
一方、正方形に近い矩形状に形成される集光系取付プレート３４には、図１および図３に示すように、後述する集光光学系５０を取り付ける取付穴３４ａが偏心した位置に形成されている。このように偏心した位置に取付穴３４ａを形成するのは、レーザ発振器４０から発射されたレーザ光の光路Ｌ上に集光光学系５０を位置させ集光系取付プレート３４に取り付けるためである。ここでまた、図４を参照し、集光系取付プレート３４の形状とレーザ発振器４０のレーザ発射方向から見た外縁形状とを比較すると、同図（Ｂ） からほぼ正方形状の集光系取付プレート３４の外縁形状の方が、斜線部により表されたレーザ発振器４０のレーザ発射方向から見た外縁形状４０ｂよりも大きく設定されていることがわかる。即ち、集光系取付プレート３４からレーザ発振器４０がはみ出ることなく、レーザ発振器４０が集光系取付プレート３４の外周縁３４ｂより内側に位置するように、集光系取付プレート３４の形状が設定されている。これにより、集光系取付プレート３４の外縁方向から被加工物や治具等が接近しても、この集光系取付プレート３４の外周縁３４ｂによってその接近が阻止されることから、レーザ発振器４０に被加工物や治具等が直接接触することを防止できる。
【００１９】
つまり、発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４とをＬ字形状に組み合わせて接続構造部３０を構成することによって、図４（Ｃ） に示すように、発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４とにより仕切られる仮想空間Ｘが形成されるため、この仮想空間Ｘ内にレーザ発振器４０を位置させることで、レーザ発振器４０に被加工物等が直接接触することを防止できる。
なお、本実施形態では、発振器取付プレート３２および集光系取付プレート３４に鋼板を用いたが、レーザ発振器４０および集光光学系５０を取り付けた状態で撓み等の変形を生じないものであれば本発明ではこれに限られることはなく、例えばアルミニウム、チタン、その他各種合金、樹脂、セラミック等からなるものであっても良い。またこれらの材料の選択により、接続構造部３０の軽量化を図ることも可能になる。
【００２０】
レーザ発振器４０は、光共振部４２、出力部４４等から構成されている。
光共振部４２は、レーザ媒質で増幅される光ビームを正帰還させてレーザ発振を実現し得る働きをする。レーザ媒質の種類により気体レーザや固体レーザ等があり、気体レーザの代表的なものにＣＯ２ レーザ、固体レーザの代表的なものにＹＡＧレーザがある。出力部４４は、光共振部４２により得られたレーザ光を外部に向けて所定方向に導出する働きを有する。これにより、出力部４４からは図１に示す一点鎖線上にレーザ光の光路Ｌが形成される。
このように構成されるレーザ発振器４０は、前述した接続構造部３０の発振器取付プレート３２の外周縁３２ａより内側に位置するように複数のボルト３８によってねじ固定される。
【００２１】
集光光学系５０は、主に、集光部本体５１、導入部５３から構成されており、前述したレーザ発振器４０から発射されたレーザ光を導入部５３から導入し、集光部本体５１によってレーザビームを絞り込む働きを有する。つまり、集光部本体５１の内部には、図示しないビームエキスパンダと呼ばれるレンズ群、レーザビームを絞り込む集光レンズ等が収容されており、これらによってレーザビームがピンポイント状に絞り込まれる。これにより、レーザビームのエネルギ密度が増加するので、整ったレーザ加工面が形成され得る。
また、集光部本体５１内には、アシストガスと呼ばれる加圧ガスが図示しないチューブによって導入されており、集光部本体５１の端部にボルト５９で取り付けられるノズル５７の照射孔５８からレーザビームとともに被加工物に対して噴射される。これにより、レーザ加工の際に生ずる被加工物の切り屑等がアシストガスによって吹き飛ばされる。
【００２２】
このように構成される集光光学系５０は、前述した接続構造部３０の集光系取付プレート３４の取付穴３４ａに通されて、集光系取付プレート３４の外周縁３４ｂよりも内側に位置するように複数のボルト５５によってねじ固定される。また集光光学系５０は、接続構造部３０にのみ固定され、レーザ発振器４０には一切固定されていない。つまり、接続構造部３０を介してレーザ発振器４０と集光光学系５０とを間接的に接続しているにすぎない。これにより、レーザ発振器４０の光路Ｌ上に集光光学系５０が位置しても、両者は直接接続されることなく、接続構造部３０によって多関節ロボット６０の手首部６０ａに固定されているので、多関節ロボット６０の故障や誤操作により集光光学系５０自体が被加工物や治具等に接触しても、その接触による衝撃が、接続構造部３０の介在によって集光光学系５０から直接、レーザ発振器４０に伝わることがなく、また集光光学系５０の接触による衝撃によってレーザ発振器４０自体に機械的な歪み等を与えない。したがって、集光光学系５０が被加工物等に接触しても、その衝撃によるレーザ発振器４０の性能劣化や故障を抑制することができる。
【００２３】
なお、レーザ発振器４０の出力部４４と集光光学系５０の導入部５３との間の光路Ｌの途中に一つ以上のミラーを介在させても良い。これにより、光路Ｌを光学的に延長させることができるので、光路Ｌが延長された分、レーザビームの幅が拡がることから、集光部本体５１に内装された集光レンズによる絞り込みを一層高めることができる。したがって、さらに絞り込まれたよりシャープなレーザビームを得る効果がある。
【００２４】
カバー３６は、薄板状の鋼板等をコ字形状に折り曲げて形成されており、前述した発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４とにより仕切られて形成される仮想空間Ｘ（図４（Ｃ） 参照）を覆うように接続構造部３０にボルト３７により取り付けられている。これにより、外部からこの仮想空間Ｘ内に異物等が侵入することを防止するとともに、接続構造部３０だけでは防ぐことのできない接続構造部３０の外縁方向以外から接近する物体がレーザ発振器４０や集光光学系５０の一部に接触することを防止することができる。また、カバー３６は、ボルト３７によって発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４の双方の側面に固定されることから（図１参照）、発振器取付プレート３２からほぼ垂直立ち上がる集光系取付プレート３４に対し、いわゆる筋交いの役割を果たす。これにより、集光系取付プレート３４の位置や角度等の変動を抑制することができるため、集光系取付プレート３４に取り付けられた集光光学系５０の位置や角度の変動を抑制し、集光系取付プレート３４に多少の外力が加わっても集光光学系５０の位置や角度をレーザ光の光路Ｌに一致させたまま保持することができる。
【００２５】
なお、カバー３６の代わりに補強部として、発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４との間に、三角板形状に形成されたアングル部を両者に固定しても良い。即ち、組み合わせることによりＬ字形状を形成する発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４との側面に三角板形状のアングル部を固定しても、いわゆる筋交いの役割をこのアングル部に持たせることができるので、これによっても、集光系取付プレート３４の位置や角度等の変動を抑制することができる。したがって、カバー３６と同様に、集光系取付プレート３４に多少の外力が加わっても集光光学系５０の位置や角度をレーザ光の光路Ｌに一致させたまま保持することができる。
【００２６】
続いて、レーザ加工ヘッド２０の改変例を図５および図６に基づいて説明する。なお、前述したレーザ加工ヘッド２０と実質的に同一の構成部分には同一符号を付す。
図５および図６に示すレーザ加工ヘッド１２０は、前述したレーザ加工ヘッド２０に対しアタッチメント７０を装着することによって、多関節ロボット６０の手首部６０ａの取付方向を９０度変化させたものである。即ち、レーザ加工ヘッド１２０は、多関節ロボット６０の手首回転軸β方向にレーザ照射方向を一致させている点がレーザ加工ヘッド２０と異なる。
【００２７】
図５に示すように、アタッチメント７０は、ベースプレート７１、手首プレート７３、Ｌアングル部７５により構成されており、長板状のベースプレート７１に対しほぼ直角にベースプレート７１とともにＬ字形状を形成するように手首プレート７３が取り付けられている。そして、ベースプレート７１と手首プレート７３との間に、Ｌ字形状に形成されたＬアングル部７５が筋交い状態に両者に固定されている。即ち、直角三角形でいうところの垂辺と底辺をベースプレート７１と手首プレート７３とにより構成し、斜辺をＬアングル部７５によって構成するように、ベースプレート７１と手首プレート７３とにＬアングル部７５が溶接等により固定されている。
【００２８】
このように構成したアタッチメント７０のベースプレート７１側を接続構造部３０を構成する発振器取付プレート３２にボルト７６により取り付ける一方で、手首プレート７３側に多関節ロボット６０の手首部６０ａをボルト６５により取り付けることによって、発振器取付プレート３２に対して垂直に立ち上がった面、即ち集光系取付プレート３４と平行な面に手首部６０ａが取り付けられる。これにより、多関節ロボット６０の手首回転軸β方向とレーザ照射方向軸（光路Ｌの延びる方向）Ｌ’とを一致させることができる。また、図６に示すように、レーザ照射方向軸Ｌ’と手首回転軸βとを多関節ロボット６０の腕中心軸αを交わるように位置させるように接続構造部３０の取付位置を設定することによって、手首回転軸β方向とレーザ照射方向軸Ｌ’とを一致させながら、しかも腕中心軸αに沿ってレーザ照射方向を制御することができる。
【００２９】
ここで、レーザ加工ヘッド１２０を備えたレーザ加工装置１０の稼働状態を図７に基づいて説明する。図７は、レーザ加工装置１０を設置したレーザ孔あけ加工室９０の概要を示すものである。このレーザ孔あけ加工室９０の一方側の壁９１には、窓９１ａが形成されており、シャッター９２により開閉自在に構成されている。またこの窓９１ａを使ってターンテーブル９３がレーザ孔あけ加工室９０の内外に跨って設置されており、このターンテーブル９３のワーク受け治具９４上には孔あけ加工がなされる被加工物Ｗが載置されている。またワーク受け治具９４には、孔あけ加工により生ずる切り屑等を吸引する集塵ダクト９６が接続されており、レーザ孔あけ加工室９１の外部に設置された集塵機９７によって集められる。そして、レーザ孔あけ加工室９１のほぼ中央にはレーザ加工装置１０が設置されており、３次元で任意の方向に移動可能な手首部６０ａにレーザ加工ヘッド１２０を備えている。
【００３０】
このため、ワーク受け治具９４上に載置された被加工物Ｗに対して、任意の位置に孔あけ加工することができる一方で、多関節ロボット６０の故障やプログラムミスによる誤動作等により、被加工物Ｗやその周囲に位置する治具９５、壁９１等にレーザ加工ヘッド１２０が接触するおそれがある。つまり、被加工物Ｗの位置ずれによってレーザ加工ヘッド１２０の先端、即ちノズル５７に被加工物Ｗ自体が接触する場合があるほか、多関節ロボット６０の誤動作による予期せぬ腕等の旋回によりレーザ加工ヘッド１２０の接続構造部３０自体が治具９５や壁９１に接触する場合がある。
【００３１】
しかしながら、このような事態が生じても本実施形態に係るレーザ加工ヘッド２０、１２０では、レーザ発振器４０と集光光学系５０とは、接続構造部３０を介して間接的に接続されているので、被加工物Ｗの接触による集光光学系５０が受けた衝撃が接続構造部３０の介在によってレーザ発振器４０に直接伝わることがなく、また前述の如く発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４とにより仕切られて形成される仮想空間Ｘ内にレーザ発振器４０を位置させているので、レーザ発振器４０に治具９５や壁９１等が直接接触することがない。したがって、上述した事態が生じても、被加工物Ｗ、治具９５、壁９１等の接触による衝撃からレーザ発振器４０の性能劣化や故障を抑制することができる。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ加工装置１０によると、レーザ光を発射し得るレーザ発振器４０と、レーザ光を集光し照射し得る集光光学系５０とを備え、さらにこれらが各々独立して取り付けられて、多関節ロボット６０の手首部６０ａに固定される接続構造部３０を備えるところ、接続構造部３０を介してレーザ発振器４０と集光光学系５０とを間接的に接続しながら、多関節ロボット６０の手首部６０ａに両者を固定することができる。これにより、多関節ロボット６０の故障や誤操作により集光光学系５０自体が被加工物Ｗや治具９５等に接触しても、その接触による衝撃が、接続構造部３０の介在によって集光光学系５０から直接、レーザ発振器４０に伝わることがないため、集光光学系５０の接触による衝撃によってレーザ発振器４０自体に機械的な歪み等を与えない。したがって、集光光学系５０が被加工物Ｗや治具９５等に接触しても、その衝撃によるレーザ発振器４０の性能劣化や故障を抑制することができるから、多関節ロボット６０の手首部６０ａにレーザ発振器４０を備えて構成しても、被加工物Ｗや治具９５の接触による衝撃からレーザ発振器４０を保護し得る効果がある。
【００３３】
また、本実施形態に係るレーザ加工装置１０によると、接続構造部３０は、レーザ発射方向に平行なレーザ発振器４０の面４０ｋに沿って配置されるとともにこの面４０ｋ側から見た外縁形状４０ａがレーザ発振器４０のものより大きい発振器取付プレート３２と、発振器取付プレート３２からレーザ光の光路Ｌを遮断する方向に突出するとともにレーザ発射方向から見た外縁形状４０ｂがレーザ発振器４０のものよりも大きい集光系取付プレート３４とを有する。つまり、発振器取付プレート３２に取り付けたレーザ発振器４０が、発振器取付プレート３２の外周縁３２ａより内側に位置することで、発振器取付プレート３２の外周方向から接近する被加工物Ｗや治具９５等の接触を発振器取付プレート３２の外周縁３２ａによって阻止することができ、また発振器取付プレート３２に取り付けたレーザ発振器４０が、レーザ発射方向から見て集光系取付プレート３４の外周縁外周縁３４ｂより内側に位置することで、集光系取付プレート３４の方向から接近する被加工物Ｗや治具９５等の接触を集光系取付プレート３４によって阻止することができる。
【００３４】
これにより、多関節ロボット６０の故障や誤操作等によって、発振器取付プレート３２の外周方向や集光系取付プレート３４の方向から被加工物Ｗや治具９５等が接触するような事態が発射しても、発振器取付プレート３２や集光系取付プレート３４によりレーザ発振器４０への接触を阻止することができる。つまり、接続構造部３０の外周縁３２ａ、３４ｂによって被加工物Ｗや治具９５等がレーザ発振器４０に直接接触することを防止することができる。したがって、被加工物Ｗや治具９５等に接続構造部３０が接触しても、その衝撃によるレーザ発振器４０の性能劣化や故障を抑制することができるから、多関節ロボット６０の手首部６０ａにレーザ発振器４０を備えて構成しても、被加工物Ｗや治具９５の接触による衝撃からレーザ発振器４０を保護し得る効果がある。
【００３５】
さらに、本実施形態に係るレーザ加工装置１０によると、発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４とは、カバー３６により互いに固定されているところ、発振器取付プレート３２から突出する集光系取付プレート３４が、例えば比較的変形し易い板形状であっても、その突出位置、角度等の変動を抑制することができる。これにより、集光系取付プレート３４に取り付けられた集光光学系５０の位置や角度の変動を抑制し得るため、集光系取付プレート３４に多少の外力が加わっても集光光学系５０の位置や角度をレーザ光の光路Ｌに一致させたまま保持することができる。したがって、被加工物Ｗや治具９５が集光系取付プレート３４に接触しても、その衝撃により生じ得る集光光学系５０の位置変動や角度変動を抑制し得る効果もある。
【００３６】
さらにまた、本実施形態に係るレーザ加工装置１０によると、集光光学系５０によるレーザ照射方向軸Ｌ’は、多関節ロボット６０の手首回転軸βにほぼ一致するところ、多関節ロボット６０の手首部６０ａに対する制御方向とレーザ照射方向を一致させることができる。これにより、多関節ロボット６０の手首部６０ａを制御するのと同様の方向でレーザを照射する方向を制御することができるため、多関節ロボット６０の制御プログラムの作成に際し、手首部６０ａを制御する方向感覚でレーザ照射の方向を設定することができる。したがって、レーザ加工における制御プログラムの作成を容易にし得る効果もある。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の発明では、レーザ光を発射し得るレーザ発振器と、レーザ光を集光し照射し得る集光部とを備え、さらにこれらが各々独立して取り付けられて、多関節ロボットの手首に固定される接続構造部材を備えるところ、接続構造部材を介してレーザ発振器と集光部とを間接的に接続しながら、多関節ロボットの手首にこれらを固定することができる。これにより、多関節ロボットの故障や誤操作により集光部自体が被加工物や治具等に接触しても、その接触による衝撃が、接続構造部材の介在によって集光部から直接、レーザ発振器に伝わることがないため、集光部の接触による衝撃によってはレーザ発振器自体に機械的な歪み等を与えない。したがって、集光部が被加工物や治具等に接触しても、その衝撃によるレーザ発振器の性能劣化や故障を抑制することができるから、多関節ロボットの手首にレーザ発振器を備えて構成しても、被加工物や治具の接触による衝撃からレーザ発振器を保護し得る効果がある。また、接続構造部材は、レーザ発射方向に平行なレーザ発振器の面に沿って配置されるとともに該面側から見た外縁形状がレーザ発振器のものより大きい発振器取付部と、発振器取付部からレーザ光の光路を遮断する方向に突出するとともにレーザ発射方向から見た外縁形状がレーザ発振器のものよりも大きい集光部取付部とを有するところ、発振器取付部に取り付けたレーザ発振器が、発振器取付部の外周縁より内側に位置することで、発振器取付部の外周方向から接近する被加工物や治具等の接触を発振器取付部の外縁によって阻止することができる。また発振器取付部に取り付けたレーザ発振器が、レーザ発射方向から見て集光部取付部の外周縁より内側に位置することで、集光部取付部の方向から接近する被加工物や治具等の接触を集光部取付部によって阻止することができる。これにより、多関節ロボットの故障や誤操作等によって、発振器取付部の外周方向や集光部取付部の方向から被加工物や治具等が接触するような事態が発射しても、発振器取付部や集光部取付部によりレーザ発振器への接触を阻止することができる。つまり、接続構造部材の外縁によって被加工物や治具等がレーザ発振器に直接接触することを防止することができる。したがって、被加工物や治具等に接続構造部材が接触しても、その衝撃によるレーザ発振器の性能劣化や故障を抑制することができるから、多関節ロボットの手首にレーザ発振器を備えて構成しても、被加工物や治具の接触による衝撃からレーザ発振器を保護し得る効果がある。
【００３９】
請求項２の発明では、発振器取付部と集光部取付部とは、補強部により互いに固定されているところ、発振器取付部から突出する集光部取付部が、例えば比較的変形し易い板形状であっても、その突出位置、角度等の変動を抑制することができる。これにより、集光部取付部に取り付けられた集光部の位置や角度の変動を抑制し得るため、集光部取付部に多少の外力が加わっても集光部の位置や角度をレーザ光の光路に一致させたまま保持することができる。したがって、被加工物や治具が集光部取付部に接触しても、その衝撃により生じ得る集光部の位置変動や角度変動を抑制し得る効果もある。
【００４０】
請求項３の発明では、集光部によるレーザ照射方向は、多関節ロボットの手首の回転軸方向にほぼ一致するところ、多関節ロボットの手に対する制御方向とレーザ照射方向を一致させることができる。これにより、多関節ロボットの手を制御するのと同様の方向でレーザを照射する方向を制御することができるため、多関節ロボットの制御プログラムの作成に際し、ロボットの手を制御する方向感覚でレーザ照射の方向を設定することができる。したがって、レーザ加工における制御プログラムの作成を容易にし得る効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置のヘッド部を示す側面図である。
【図２】本実施形態に係るレーザ加工装置の全体構成の概要を示す説明図である。
【図３】本実施形態に係るレーザ加工装置のヘッド部を示す平面図である。
【図４】本実施形態のヘッド部を構成するレーザ発振器および接続構造部材のそれぞれの外縁形状の大小関係を示す模式図で、図４（Ａ） はレーザ発振器の面側から見たもの、図４（Ｂ） は同図（Ａ） に示すＢ矢印の方向から見たもの、図４（Ｃ） は同図（Ｂ） に示すＣ矢印方向から見たものである。
【図５】本実施形態の改変例に係るレーザ加工装置のヘッド部を示す側面図である。
【図６】図５に示すＩＶ方向矢視による側面図である。
【図７】本実施形態に係るレーザ加工装置を設置したレーザ孔あけ加工室の概要を示す説明図である。
【図８】従来の多関節ロボットによるレーザ加工装置の模式的な斜視図である。
【符号の説明】
１０ レーザ加工装置
２０ レーザ加工ヘッド
３０ 接続構造部 （接続構造部材）
３２ 発振器取付プレート（発振器取付部）
３２ａ 外周縁３２ａ （発振器取付部の外形）
３４ 集光系取付プレート（集光部取付部）
３４ａ 外周縁３４ｂ （集光部取付部の外形）
３６ カバー （補強部）
４０ レーザ発振器
４０ａ 外縁形状 （レーザ発振器の面側から見た外縁形状）
４０ｂ 外縁形状 （レーザ発射方向から見た外縁形状）
４０ｋ 面 （レーザ発振器の面）
５０ 集光光学系 （集光部）
５７ ノズル
６０ 多関節ロボット
６０ａ 手首部 （多関節ロボットの手首）
７０ アタッチメント
Ｌ 光路
Ｘ 仮想空間
α 腕中心軸
β 手首回転軸 （手首の回転軸）
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ発振器を備えた多関節ロボットによるレーザ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、多関節ロボットによるレーザ加工装置には、図８に示すようなロボットの腕１０３にレーザ発振器１０６を備えたレーザ加工装置１００や、特開平５−１０４２７１号公報に開示される「円形穴加工装置」等がある。
【０００３】
図８に示すレーザ加工装置１００では、多関節ロボットの腕１０３に取り付けられたレーザ発振器１０６から発射するレーザ光を、多関節による加工動作に応じて配置された複数のミラー１０５によって反射させ、被加工物Ｗまで伝達する構成を採用している。また、前述の公報に開示される「円形穴加工装置」では、多関節による移動ロボットの手首部の先端に直接、レーザ加工装置（レーザ発振器を内蔵するもの）を固定するとともに、このレーザ加工装置の出力ミラー側に集光光学系を取り付けた構成を採用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示すレーザ加工装置１００によると、腕１０３のレーザ発振器１０６から発射したレーザ光は、複数のミラー１０５によって反射されて被加工物Ｗまで伝達することから、複数のミラー１０５相互間のアライメント、即ち鏡面角度誤差に関する信頼性が、多関節動作に伴う振動や歪み等によって低くならざるを得ず実用に適さないという問題がある。この問題は、多関節ロボットの腕１０３、手首、手１０４の中を通す光ファイバーによってレーザ光を伝送すれば解決するように考えられるが、光ファイバーによる減衰や光ファイバー自体が破損し易いこと、また比較的波長の長いＣＯ２ レーザは光ファイバーに通らないこと等を考慮すると、あまり現実的ではない。
【０００５】
また、特開平５−１０４２７１号公報に開示される「円形穴加工装置」によれば、移動ロボットの手首部の先端に直接、レーザ加工装置を固定する構成を採ることにより、ミラー１０５が不要になるため図８によるレーザ加工装置１００の前述した問題を解決している。ところが、移動ロボットの故障や誤操作によりレーザ加工装置や集光光学系自体が被加工物や治具に接触した場合、レーザ加工装置本体に被加工物等が接触したときは勿論のこと、集光光学系に被加工物等が接触したときにも、レーザ加工装置本体に直接的に取り付けられた集光光学系を介してレーザ加工装置本体にも衝撃が加わることから、レーザ加工装置本体に機械的、光学的な歪みを生ずる原因になる。したがって、集光光学系に被加工物等が接触しても比較的高価なレーザ加工装置本体の性能劣化や故障を招くことになるという新たなる問題が生ずる。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、多関節ロボットの手首にレーザ発振器を備えて構成しても、被加工物や治具等の接触による衝撃からレーザ発振器を保護し得るレーザ加工装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１のレーザ加工装置では、
レーザ発振器を備えた多関節ロボットによるレーザ加工装置であって、
レーザ光を発射し得るレーザ発振器と、
前記レーザ光の光路上に位置し、前記レーザ光を集光し照射し得る集光部と、
多関節ロボットの手首に固定されるとともに、前記レーザ発振器と前記集光部とが各々独立して取り付けられる接続構造部材と、を備え、
前記接続構造部材は、前記レーザ発射方向に平行な前記レーザ発振器の面に沿って配置されるとともに該面側から見た外縁形状が前記レーザ発振器のものより大きい発振器取付部と、前記発振器取付部から前記レーザ光の光路を遮断する方向に突出するとともに前記レーザ発射方向から見た外縁形状が前記レーザ発振器のものよりも大きい集光部取付部と、を有することを技術的特徴とする。
【０００９】
また、請求項２のレーザ加工装置では、請求項１において、
前記発振器取付部と前記集光部取付部とは、補強部により互いに固定されていることを技術的特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項３のレーザ加工装置では、請求項１または２において、前記集光部によるレーザ照射方向は、前記手首の回転軸方向にほぼ一致することを技術的特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明では、レーザ光を発射し得るレーザ発振器と、レーザ光を集光し照射し得る集光部とを備え、さらにこれらが各々独立して取り付けられて、多関節ロボットの手首に固定される接続構造部材を備える。これにより、接続構造部材を介してレーザ発振器と集光部とを間接的に接続しながら、多関節ロボットの手首にこれらを固定することができる。また、接続構造部材は、レーザ発射方向に平行なレーザ発振器の面に沿って配置されるとともに該面側から見た外縁形状がレーザ発振器のものより大きい発振器取付部と、発振器取付部からレーザ光の光路を遮断する方向に突出するとともにレーザ発射方向から見た外縁形状がレーザ発振器のものよりも大きい集光部取付部とを有する。これにより、発振器取付部に取り付けたレーザ発振器が、発振器取付部の外周縁より内側に位置することで、発振器取付部の外周方向から接近する被加工物や治具等の接触を発振器取付部の外縁によって阻止することができる。また発振器取付部に取り付けたレーザ発振器が、レーザ発射方向から見て集光部取付部の外周縁より内側に位置することで、集光部取付部の方向から接近する被加工物や治具等の接触を集光部取付部によって阻止することができる。
【００１３】
請求項２の発明では、発振器取付部と集光部取付部とは、補強部により互いに固定されている。これにより、発振器取付部から突出する集光部取付部が、例えば比較的変形し易い板形状であっても、その突出位置、角度等の変動を抑制することができる。
【００１４】
請求項３の発明では、集光部によるレーザ照射方向は、多関節ロボットの手首の回転軸方向にほぼ一致する。これにより、多関節ロボットの手に対する制御方向とレーザ照射方向を一致させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレーザ加工装置の実施形態について図１〜図７を参照して説明する。まず、本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の全体構成の概要を図２に基づいて説明する。
図２に示すように、レーザ加工装置１０は、主に、多関節ロボット６０と、その手首部６０ａに取り付けられたレーザ加工ヘッド２０とから構成されており、レーザ加工ヘッド２０のノズルから発射されるレーザ光を被加工物に照射して任意箇所に孔あけや切断等の加工を施すものである。この多関節ロボット６０は、例えば汎用の６軸ロボット等が用いられ、図示しない制御装置による制御プログラムによって自動的に制御されるものである。なお、多関節ロボット６０の手首部６０ａには、その手首回転軸βを中心に回動自在な回動部６１が取り付けられており、またこの回動部６１にはプレート６２がボルト６３によって固定されている。
【００１６】
次に、レーザ加工ヘッド２０の構成を図１、図３、図４に基づいて説明する。
図１および図３に示すように、レーザ加工ヘッド２０は、主に、接続構造部３０，レーザ発振器４０、集光光学系５０、カバー３６から構成されている。
接続構造部３０は、長板状に形成された鋼板からなる発振器取付プレート３２と、正方形に近い矩形状に形成された鋼板からなる集光系取付プレート３４とで構成されており、発振器取付プレート３２の一端部に集光系取付プレート３４が発振器取付プレート３２に対しほぼ垂直に立ち上がることでＬ字形状を形成するように、両者がボルト３３によって組み付け固定されている。
【００１７】
発振器取付プレート３２は、その一方の面に後述するレーザ発振器４０がボルト３８により取り付けられるように平板状に形成されるとともに、他方の面には前述した多関節ロボット６０の手首部６０ａがプレート６２を介してボルト６５により取り付けられるように平板状に形成されている。ここで、図４を参照して発振器取付プレート３２の形状とレーザ発振器４０の面４０ｋ側から見た外縁形状とを比較すると、同図（Ａ） から長方形状の発振器取付プレート３２の外縁形状の方が、斜線部により表されたレーザ発振器４０の面４０ｋ側から見た外縁形状４０ａよりも大きく設定されていることがわかる。即ち、発振器取付プレート３２からレーザ発振器４０がはみ出ることなく、レーザ発振器４０が発振器取付プレート３２の外周縁３２ａより内側に位置するように、発振器取付プレート３２の形状が設定されている。これにより、発振器取付プレート３２の外縁方向から被加工物や治具等が接近しても、この発振器取付プレート３２の外周縁３２ａによってその接近が阻止されることから、レーザ発振器４０に被加工物や治具等が直接接触することを防止できる。
【００１８】
一方、正方形に近い矩形状に形成される集光系取付プレート３４には、図１および図３に示すように、後述する集光光学系５０を取り付ける取付穴３４ａが偏心した位置に形成されている。このように偏心した位置に取付穴３４ａを形成するのは、レーザ発振器４０から発射されたレーザ光の光路Ｌ上に集光光学系５０を位置させ集光系取付プレート３４に取り付けるためである。ここでまた、図４を参照し、集光系取付プレート３４の形状とレーザ発振器４０のレーザ発射方向から見た外縁形状とを比較すると、同図（Ｂ） からほぼ正方形状の集光系取付プレート３４の外縁形状の方が、斜線部により表されたレーザ発振器４０のレーザ発射方向から見た外縁形状４０ｂよりも大きく設定されていることがわかる。即ち、集光系取付プレート３４からレーザ発振器４０がはみ出ることなく、レーザ発振器４０が集光系取付プレート３４の外周縁３４ｂより内側に位置するように、集光系取付プレート３４の形状が設定されている。これにより、集光系取付プレート３４の外縁方向から被加工物や治具等が接近しても、この集光系取付プレート３４の外周縁３４ｂによってその接近が阻止されることから、レーザ発振器４０に被加工物や治具等が直接接触することを防止できる。
【００１９】
つまり、発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４とをＬ字形状に組み合わせて接続構造部３０を構成することによって、図４（Ｃ） に示すように、発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４とにより仕切られる仮想空間Ｘが形成されるため、この仮想空間Ｘ内にレーザ発振器４０を位置させることで、レーザ発振器４０に被加工物等が直接接触することを防止できる。
なお、本実施形態では、発振器取付プレート３２および集光系取付プレート３４に鋼板を用いたが、レーザ発振器４０および集光光学系５０を取り付けた状態で撓み等の変形を生じないものであれば本発明ではこれに限られることはなく、例えばアルミニウム、チタン、その他各種合金、樹脂、セラミック等からなるものであっても良い。またこれらの材料の選択により、接続構造部３０の軽量化を図ることも可能になる。
【００２０】
レーザ発振器４０は、光共振部４２、出力部４４等から構成されている。
光共振部４２は、レーザ媒質で増幅される光ビームを正帰還させてレーザ発振を実現し得る働きをする。レーザ媒質の種類により気体レーザや固体レーザ等があり、気体レーザの代表的なものにＣＯ２ レーザ、固体レーザの代表的なものにＹＡＧレーザがある。出力部４４は、光共振部４２により得られたレーザ光を外部に向けて所定方向に導出する働きを有する。これにより、出力部４４からは図１に示す一点鎖線上にレーザ光の光路Ｌが形成される。
このように構成されるレーザ発振器４０は、前述した接続構造部３０の発振器取付プレート３２の外周縁３２ａより内側に位置するように複数のボルト３８によってねじ固定される。
【００２１】
集光光学系５０は、主に、集光部本体５１、導入部５３から構成されており、前述したレーザ発振器４０から発射されたレーザ光を導入部５３から導入し、集光部本体５１によってレーザビームを絞り込む働きを有する。つまり、集光部本体５１の内部には、図示しないビームエキスパンダと呼ばれるレンズ群、レーザビームを絞り込む集光レンズ等が収容されており、これらによってレーザビームがピンポイント状に絞り込まれる。これにより、レーザビームのエネルギ密度が増加するので、整ったレーザ加工面が形成され得る。
また、集光部本体５１内には、アシストガスと呼ばれる加圧ガスが図示しないチューブによって導入されており、集光部本体５１の端部にボルト５９で取り付けられるノズル５７の照射孔５８からレーザビームとともに被加工物に対して噴射される。これにより、レーザ加工の際に生ずる被加工物の切り屑等がアシストガスによって吹き飛ばされる。
【００２２】
このように構成される集光光学系５０は、前述した接続構造部３０の集光系取付プレート３４の取付穴３４ａに通されて、集光系取付プレート３４の外周縁３４ｂよりも内側に位置するように複数のボルト５５によってねじ固定される。また集光光学系５０は、接続構造部３０にのみ固定され、レーザ発振器４０には一切固定されていない。つまり、接続構造部３０を介してレーザ発振器４０と集光光学系５０とを間接的に接続しているにすぎない。これにより、レーザ発振器４０の光路Ｌ上に集光光学系５０が位置しても、両者は直接接続されることなく、接続構造部３０によって多関節ロボット６０の手首部６０ａに固定されているので、多関節ロボット６０の故障や誤操作により集光光学系５０自体が被加工物や治具等に接触しても、その接触による衝撃が、接続構造部３０の介在によって集光光学系５０から直接、レーザ発振器４０に伝わることがなく、また集光光学系５０の接触による衝撃によってレーザ発振器４０自体に機械的な歪み等を与えない。したがって、集光光学系５０が被加工物等に接触しても、その衝撃によるレーザ発振器４０の性能劣化や故障を抑制することができる。
【００２３】
なお、レーザ発振器４０の出力部４４と集光光学系５０の導入部５３との間の光路Ｌの途中に一つ以上のミラーを介在させても良い。これにより、光路Ｌを光学的に延長させることができるので、光路Ｌが延長された分、レーザビームの幅が拡がることから、集光部本体５１に内装された集光レンズによる絞り込みを一層高めることができる。したがって、さらに絞り込まれたよりシャープなレーザビームを得る効果がある。
【００２４】
カバー３６は、薄板状の鋼板等をコ字形状に折り曲げて形成されており、前述した発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４とにより仕切られて形成される仮想空間Ｘ（図４（Ｃ） 参照）を覆うように接続構造部３０にボルト３７により取り付けられている。これにより、外部からこの仮想空間Ｘ内に異物等が侵入することを防止するとともに、接続構造部３０だけでは防ぐことのできない接続構造部３０の外縁方向以外から接近する物体がレーザ発振器４０や集光光学系５０の一部に接触することを防止することができる。また、カバー３６は、ボルト３７によって発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４の双方の側面に固定されることから（図１参照）、発振器取付プレート３２からほぼ垂直立ち上がる集光系取付プレート３４に対し、いわゆる筋交いの役割を果たす。これにより、集光系取付プレート３４の位置や角度等の変動を抑制することができるため、集光系取付プレート３４に取り付けられた集光光学系５０の位置や角度の変動を抑制し、集光系取付プレート３４に多少の外力が加わっても集光光学系５０の位置や角度をレーザ光の光路Ｌに一致させたまま保持することができる。
【００２５】
なお、カバー３６の代わりに補強部として、発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４との間に、三角板形状に形成されたアングル部を両者に固定しても良い。即ち、組み合わせることによりＬ字形状を形成する発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４との側面に三角板形状のアングル部を固定しても、いわゆる筋交いの役割をこのアングル部に持たせることができるので、これによっても、集光系取付プレート３４の位置や角度等の変動を抑制することができる。したがって、カバー３６と同様に、集光系取付プレート３４に多少の外力が加わっても集光光学系５０の位置や角度をレーザ光の光路Ｌに一致させたまま保持することができる。
【００２６】
続いて、レーザ加工ヘッド２０の改変例を図５および図６に基づいて説明する。なお、前述したレーザ加工ヘッド２０と実質的に同一の構成部分には同一符号を付す。
図５および図６に示すレーザ加工ヘッド１２０は、前述したレーザ加工ヘッド２０に対しアタッチメント７０を装着することによって、多関節ロボット６０の手首部６０ａの取付方向を９０度変化させたものである。即ち、レーザ加工ヘッド１２０は、多関節ロボット６０の手首回転軸β方向にレーザ照射方向を一致させている点がレーザ加工ヘッド２０と異なる。
【００２７】
図５に示すように、アタッチメント７０は、ベースプレート７１、手首プレート７３、Ｌアングル部７５により構成されており、長板状のベースプレート７１に対しほぼ直角にベースプレート７１とともにＬ字形状を形成するように手首プレート７３が取り付けられている。そして、ベースプレート７１と手首プレート７３との間に、Ｌ字形状に形成されたＬアングル部７５が筋交い状態に両者に固定されている。即ち、直角三角形でいうところの垂辺と底辺をベースプレート７１と手首プレート７３とにより構成し、斜辺をＬアングル部７５によって構成するように、ベースプレート７１と手首プレート７３とにＬアングル部７５が溶接等により固定されている。
【００２８】
このように構成したアタッチメント７０のベースプレート７１側を接続構造部３０を構成する発振器取付プレート３２にボルト７６により取り付ける一方で、手首プレート７３側に多関節ロボット６０の手首部６０ａをボルト６５により取り付けることによって、発振器取付プレート３２に対して垂直に立ち上がった面、即ち集光系取付プレート３４と平行な面に手首部６０ａが取り付けられる。これにより、多関節ロボット６０の手首回転軸β方向とレーザ照射方向軸（光路Ｌの延びる方向）Ｌ’とを一致させることができる。また、図６に示すように、レーザ照射方向軸Ｌ’と手首回転軸βとを多関節ロボット６０の腕中心軸αを交わるように位置させるように接続構造部３０の取付位置を設定することによって、手首回転軸β方向とレーザ照射方向軸Ｌ’とを一致させながら、しかも腕中心軸αに沿ってレーザ照射方向を制御することができる。
【００２９】
ここで、レーザ加工ヘッド１２０を備えたレーザ加工装置１０の稼働状態を図７に基づいて説明する。図７は、レーザ加工装置１０を設置したレーザ孔あけ加工室９０の概要を示すものである。このレーザ孔あけ加工室９０の一方側の壁９１には、窓９１ａが形成されており、シャッター９２により開閉自在に構成されている。またこの窓９１ａを使ってターンテーブル９３がレーザ孔あけ加工室９０の内外に跨って設置されており、このターンテーブル９３のワーク受け治具９４上には孔あけ加工がなされる被加工物Ｗが載置されている。またワーク受け治具９４には、孔あけ加工により生ずる切り屑等を吸引する集塵ダクト９６が接続されており、レーザ孔あけ加工室９１の外部に設置された集塵機９７によって集められる。そして、レーザ孔あけ加工室９１のほぼ中央にはレーザ加工装置１０が設置されており、３次元で任意の方向に移動可能な手首部６０ａにレーザ加工ヘッド１２０を備えている。
【００３０】
このため、ワーク受け治具９４上に載置された被加工物Ｗに対して、任意の位置に孔あけ加工することができる一方で、多関節ロボット６０の故障やプログラムミスによる誤動作等により、被加工物Ｗやその周囲に位置する治具９５、壁９１等にレーザ加工ヘッド１２０が接触するおそれがある。つまり、被加工物Ｗの位置ずれによってレーザ加工ヘッド１２０の先端、即ちノズル５７に被加工物Ｗ自体が接触する場合があるほか、多関節ロボット６０の誤動作による予期せぬ腕等の旋回によりレーザ加工ヘッド１２０の接続構造部３０自体が治具９５や壁９１に接触する場合がある。
【００３１】
しかしながら、このような事態が生じても本実施形態に係るレーザ加工ヘッド２０、１２０では、レーザ発振器４０と集光光学系５０とは、接続構造部３０を介して間接的に接続されているので、被加工物Ｗの接触による集光光学系５０が受けた衝撃が接続構造部３０の介在によってレーザ発振器４０に直接伝わることがなく、また前述の如く発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４とにより仕切られて形成される仮想空間Ｘ内にレーザ発振器４０を位置させているので、レーザ発振器４０に治具９５や壁９１等が直接接触することがない。したがって、上述した事態が生じても、被加工物Ｗ、治具９５、壁９１等の接触による衝撃からレーザ発振器４０の性能劣化や故障を抑制することができる。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ加工装置１０によると、レーザ光を発射し得るレーザ発振器４０と、レーザ光を集光し照射し得る集光光学系５０とを備え、さらにこれらが各々独立して取り付けられて、多関節ロボット６０の手首部６０ａに固定される接続構造部３０を備えるところ、接続構造部３０を介してレーザ発振器４０と集光光学系５０とを間接的に接続しながら、多関節ロボット６０の手首部６０ａに両者を固定することができる。これにより、多関節ロボット６０の故障や誤操作により集光光学系５０自体が被加工物Ｗや治具９５等に接触しても、その接触による衝撃が、接続構造部３０の介在によって集光光学系５０から直接、レーザ発振器４０に伝わることがないため、集光光学系５０の接触による衝撃によってレーザ発振器４０自体に機械的な歪み等を与えない。したがって、集光光学系５０が被加工物Ｗや治具９５等に接触しても、その衝撃によるレーザ発振器４０の性能劣化や故障を抑制することができるから、多関節ロボット６０の手首部６０ａにレーザ発振器４０を備えて構成しても、被加工物Ｗや治具９５の接触による衝撃からレーザ発振器４０を保護し得る効果がある。
【００３３】
また、本実施形態に係るレーザ加工装置１０によると、接続構造部３０は、レーザ発射方向に平行なレーザ発振器４０の面４０ｋに沿って配置されるとともにこの面４０ｋ側から見た外縁形状４０ａがレーザ発振器４０のものより大きい発振器取付プレート３２と、発振器取付プレート３２からレーザ光の光路Ｌを遮断する方向に突出するとともにレーザ発射方向から見た外縁形状４０ｂがレーザ発振器４０のものよりも大きい集光系取付プレート３４とを有する。つまり、発振器取付プレート３２に取り付けたレーザ発振器４０が、発振器取付プレート３２の外周縁３２ａより内側に位置することで、発振器取付プレート３２の外周方向から接近する被加工物Ｗや治具９５等の接触を発振器取付プレート３２の外周縁３２ａによって阻止することができ、また発振器取付プレート３２に取り付けたレーザ発振器４０が、レーザ発射方向から見て集光系取付プレート３４の外周縁外周縁３４ｂより内側に位置することで、集光系取付プレート３４の方向から接近する被加工物Ｗや治具９５等の接触を集光系取付プレート３４によって阻止することができる。
【００３４】
これにより、多関節ロボット６０の故障や誤操作等によって、発振器取付プレート３２の外周方向や集光系取付プレート３４の方向から被加工物Ｗや治具９５等が接触するような事態が発射しても、発振器取付プレート３２や集光系取付プレート３４によりレーザ発振器４０への接触を阻止することができる。つまり、接続構造部３０の外周縁３２ａ、３４ｂによって被加工物Ｗや治具９５等がレーザ発振器４０に直接接触することを防止することができる。したがって、被加工物Ｗや治具９５等に接続構造部３０が接触しても、その衝撃によるレーザ発振器４０の性能劣化や故障を抑制することができるから、多関節ロボット６０の手首部６０ａにレーザ発振器４０を備えて構成しても、被加工物Ｗや治具９５の接触による衝撃からレーザ発振器４０を保護し得る効果がある。
【００３５】
さらに、本実施形態に係るレーザ加工装置１０によると、発振器取付プレート３２と集光系取付プレート３４とは、カバー３６により互いに固定されているところ、発振器取付プレート３２から突出する集光系取付プレート３４が、例えば比較的変形し易い板形状であっても、その突出位置、角度等の変動を抑制することができる。これにより、集光系取付プレート３４に取り付けられた集光光学系５０の位置や角度の変動を抑制し得るため、集光系取付プレート３４に多少の外力が加わっても集光光学系５０の位置や角度をレーザ光の光路Ｌに一致させたまま保持することができる。したがって、被加工物Ｗや治具９５が集光系取付プレート３４に接触しても、その衝撃により生じ得る集光光学系５０の位置変動や角度変動を抑制し得る効果もある。
【００３６】
さらにまた、本実施形態に係るレーザ加工装置１０によると、集光光学系５０によるレーザ照射方向軸Ｌ’は、多関節ロボット６０の手首回転軸βにほぼ一致するところ、多関節ロボット６０の手首部６０ａに対する制御方向とレーザ照射方向を一致させることができる。これにより、多関節ロボット６０の手首部６０ａを制御するのと同様の方向でレーザを照射する方向を制御することができるため、多関節ロボット６０の制御プログラムの作成に際し、手首部６０ａを制御する方向感覚でレーザ照射の方向を設定することができる。したがって、レーザ加工における制御プログラムの作成を容易にし得る効果もある。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の発明では、レーザ光を発射し得るレーザ発振器と、レーザ光を集光し照射し得る集光部とを備え、さらにこれらが各々独立して取り付けられて、多関節ロボットの手首に固定される接続構造部材を備えるところ、接続構造部材を介してレーザ発振器と集光部とを間接的に接続しながら、多関節ロボットの手首にこれらを固定することができる。これにより、多関節ロボットの故障や誤操作により集光部自体が被加工物や治具等に接触しても、その接触による衝撃が、接続構造部材の介在によって集光部から直接、レーザ発振器に伝わることがないため、集光部の接触による衝撃によってはレーザ発振器自体に機械的な歪み等を与えない。したがって、集光部が被加工物や治具等に接触しても、その衝撃によるレーザ発振器の性能劣化や故障を抑制することができるから、多関節ロボットの手首にレーザ発振器を備えて構成しても、被加工物や治具の接触による衝撃からレーザ発振器を保護し得る効果がある。また、接続構造部材は、レーザ発射方向に平行なレーザ発振器の面に沿って配置されるとともに該面側から見た外縁形状がレーザ発振器のものより大きい発振器取付部と、発振器取付部からレーザ光の光路を遮断する方向に突出するとともにレーザ発射方向から見た外縁形状がレーザ発振器のものよりも大きい集光部取付部とを有するところ、発振器取付部に取り付けたレーザ発振器が、発振器取付部の外周縁より内側に位置することで、発振器取付部の外周方向から接近する被加工物や治具等の接触を発振器取付部の外縁によって阻止することができる。また発振器取付部に取り付けたレーザ発振器が、レーザ発射方向から見て集光部取付部の外周縁より内側に位置することで、集光部取付部の方向から接近する被加工物や治具等の接触を集光部取付部によって阻止することができる。これにより、多関節ロボットの故障や誤操作等によって、発振器取付部の外周方向や集光部取付部の方向から被加工物や治具等が接触するような事態が発射しても、発振器取付部や集光部取付部によりレーザ発振器への接触を阻止することができる。つまり、接続構造部材の外縁によって被加工物や治具等がレーザ発振器に直接接触することを防止することができる。したがって、被加工物や治具等に接続構造部材が接触しても、その衝撃によるレーザ発振器の性能劣化や故障を抑制することができるから、多関節ロボットの手首にレーザ発振器を備えて構成しても、被加工物や治具の接触による衝撃からレーザ発振器を保護し得る効果がある。
【００３９】
請求項２の発明では、発振器取付部と集光部取付部とは、補強部により互いに固定されているところ、発振器取付部から突出する集光部取付部が、例えば比較的変形し易い板形状であっても、その突出位置、角度等の変動を抑制することができる。これにより、集光部取付部に取り付けられた集光部の位置や角度の変動を抑制し得るため、集光部取付部に多少の外力が加わっても集光部の位置や角度をレーザ光の光路に一致させたまま保持することができる。したがって、被加工物や治具が集光部取付部に接触しても、その衝撃により生じ得る集光部の位置変動や角度変動を抑制し得る効果もある。
【００４０】
請求項３の発明では、集光部によるレーザ照射方向は、多関節ロボットの手首の回転軸方向にほぼ一致するところ、多関節ロボットの手に対する制御方向とレーザ照射方向を一致させることができる。これにより、多関節ロボットの手を制御するのと同様の方向でレーザを照射する方向を制御することができるため、多関節ロボットの制御プログラムの作成に際し、ロボットの手を制御する方向感覚でレーザ照射の方向を設定することができる。したがって、レーザ加工における制御プログラムの作成を容易にし得る効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置のヘッド部を示す側面図である。
【図２】本実施形態に係るレーザ加工装置の全体構成の概要を示す説明図である。
【図３】本実施形態に係るレーザ加工装置のヘッド部を示す平面図である。
【図４】本実施形態のヘッド部を構成するレーザ発振器および接続構造部材のそれぞれの外縁形状の大小関係を示す模式図で、図４（Ａ） はレーザ発振器の面側から見たもの、図４（Ｂ） は同図（Ａ） に示すＢ矢印の方向から見たもの、図４（Ｃ） は同図（Ｂ） に示すＣ矢印方向から見たものである。
【図５】本実施形態の改変例に係るレーザ加工装置のヘッド部を示す側面図である。
【図６】図５に示すＩＶ方向矢視による側面図である。
【図７】本実施形態に係るレーザ加工装置を設置したレーザ孔あけ加工室の概要を示す説明図である。
【図８】従来の多関節ロボットによるレーザ加工装置の模式的な斜視図である。
【符号の説明】
１０ レーザ加工装置
２０ レーザ加工ヘッド
３０ 接続構造部 （接続構造部材）
３２ 発振器取付プレート（発振器取付部）
３２ａ 外周縁３２ａ （発振器取付部の外形）
３４ 集光系取付プレート（集光部取付部）
３４ａ 外周縁３４ｂ （集光部取付部の外形）
３６ カバー （補強部）
４０ レーザ発振器
４０ａ 外縁形状 （レーザ発振器の面側から見た外縁形状）
４０ｂ 外縁形状 （レーザ発射方向から見た外縁形状）
４０ｋ 面 （レーザ発振器の面）
５０ 集光光学系 （集光部）
５７ ノズル
６０ 多関節ロボット
６０ａ 手首部 （多関節ロボットの手首）
７０ アタッチメント
Ｌ 光路
Ｘ 仮想空間
α 腕中心軸
β 手首回転軸 （手首の回転軸）
Claims (3)
- レーザ発振器を備えた多関節ロボットによるレーザ加工装置であって、
レーザ光を発射し得るレーザ発振器と、
前記レーザ光の光路上に位置し、前記レーザ光を集光し照射し得る集光部と、
多関節ロボットの手首に固定されるとともに、前記レーザ発振器と前記集光部とが各々独立して取り付けられる接続構造部材と、を備え、
前記接続構造部材は、
前記レーザ発射方向に平行な前記レーザ発振器の面に沿って配置されるとともに該面側から見た外縁形状が前記レーザ発振器のものより大きい発振器取付部と、
前記発振器取付部から前記レーザ光の光路を遮断する方向に突出するとともに前記レーザ発射方向から見た外縁形状が前記レーザ発振器のものよりも大きい集光部取付部と、
を有することを特徴とするレーザ加工装置。 - 前記発振器取付部と前記集光部取付部とは、補強部により互いに固定されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
- 前記集光部によるレーザ照射方向は、前記手首の回転軸方向にほぼ一致することを特徴とする請求項１または２記載のレーザ加工装置。
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