JP4085715B2 - Laser processing head and laser processing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,レーザ光を使用して加工対象物に加工を行うレーザ加工ヘッドおよびレーザ加工設備に関する。さらに詳細には,レーザ加工ヘッドを多関節ロボットに取り付けて使用するレーザ加工ヘッドおよびレーザ加工設備に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より,ワークに対して溶接,切断,孔あけ等といった加工処理を行うために,レーザ加工設備が用いられている。レーザ加工では,高速で精密な加工が可能である反面,安全対策が重要となる。特にYAGレーザによる加工設備では,レーザ光から人体を保護するために,設備の周囲を所定の範囲にわたってレーザ管理区域として指定している。そして,金属製の遮蔽板でレーザ管理区域のほぼ全周を囲い,その一部に特殊なフィルタによる観察用の窓を設けている。このフィルタは,例えば図8に示すような光学的特性を有する素材で形成されている。すなわち,可視光線はあまり吸収せず比較的よく透過させるのに対し,YAGレーザの波長域(図中に1点鎖線で表示)のレーザ光に対しては,かなり不透明な素材である。このような素材によって作成されたフィルタであって,YAGレーザ光の強度を10-5程度にまで減衰させることのできる半透明のフィルタを窓に使用している。この特殊フィルタは非常に高価であるので,窓面積をあまり大きくとることは現実的でない。
【0003】
一般的なYAGレーザによる加工設備では,ワークへのレーザ照射方向はある程度限定されている。つまり,通常の作業形態を想定すると,管理区域の外周に直射レーザ光が届きうる範囲はある程度限定されている。それ以外の方向へ届くレーザ光は散乱光や反射光であり,これらは弱いものである。従って,直射レーザ光が届きうる範囲を金属製遮蔽板で遮蔽すればよい。その他の散乱光や反射光のみが届く範囲については,10-1〜10-3程度の減衰率のフィルタによっても十分に安全な程度まで減衰させることができる。この程度の減衰率であれば,安価で半透明なフィルタがあるので,大きな面積であっても使用することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら,上記した従来のレーザ加工設備には,以下のような問題点があった。すなわち,多様な加工に対応するために,多関節ロボットにレーザ加工ヘッドを装着する場合には,安価なフィルタが使用できないのである。多関節ロボットを使用した場合,ロボットの暴走やティーチングミス等によるロボットの不測の動作を考慮する必要がある。つまり,加工のための予期された照射方向以外の方向へ照射してしまう可能性が無いとはいえないからである。この点を考慮すると,多関節ロボットを使用したレーザ加工設備では,上記した安価なフィルタを使用できる範囲はほとんどなくなってしまう。多関節ロボットの動作可能な範囲が広範囲であるため,散乱光や反射光のみが届くと断定できる範囲が,ほとんどないからである。その結果,多関節ロボットを使用する場合には,ほぼ全周を金属製遮蔽板で囲わなければならなかった。そのため,レーザ加工設備やレーザ加工が行われている工程が周囲から見えにくいものとなっていた。このことは,例えば,設備故障等の不測の事態に気づきにくくし,安全で素早い復旧を難しくするという問題点があった。
【0005】
本発明は,前記した従来のレーザ加工設備が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,多関節ロボットにレーザ加工ヘッドが取り付けられた設備であっても,安全性を確保しつつ安価で見通しのよいものとすることができるレーザ加工ヘッドおよびレーザ加工設備を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この課題の解決を目的としてなされた本発明のレーザ加工ヘッドは,レーザ照射口からレーザ光を照射して加工対象物をレーザ加工するレーザ加工ヘッドであって,加工対象位置に加工対象物が存在しているか否かを検知する加工対象物検知手段と,通常状態ではレーザ光の照射を禁止するとともに,加工対象位置に加工対象物が存在していることが加工対象物検知手段により検知されている場合に限りその禁止を解除する照射禁止手段とを有するレーザ加工ヘッドである。
【0007】
本発明のレーザ加工ヘッドによれば,加工対象位置に加工対象物が存在しているか否かが加工対象物検知手段により検知されるとともに,加工対象位置に加工対象物が存在しない場合には,照射禁止手段によりレーザ光の照射が禁止される。レーザ光が照射されるのは,加工対象位置に加工対象物が存在する場合に限られ,このとき照射されたレーザ光は加工対象物に正しく当たることとなる。従って,加工対象物以外の方向に対してレーザ光が照射されることはない。このレーザ加工ヘッドが,行動可能範囲の大きい多関節ロボットに取り付けられた場合でも,加工対象物の方向のみを不透明の遮蔽壁で囲えば十分である。そして,それ以外の方向は,安価で半透明の遮蔽壁であっても安全性が確保される。これにより,多関節ロボットにレーザ加工ヘッドが取り付けられた設備であっても,安全性を確保しつつ安価で見通しのよいものとすることができる。
【0008】
また,本発明に係るレーザ加工ヘッドの加工対象物検知手段は,レーザ照射口から離間する方向に付勢されるとともに,加工時にはレーザ照射口に接近する方向に加工対象物により押しつけられる移動部材である。
加工時には必ず,レーザ加工ヘッドの加工対象位置に加工対象物が存在する。このため,加工対象物により移動部材が,レーザ照射口に接近する方向に押しつけられた状態となる。これにより,加工対象物が加工対象位置にあることを判断できるのである。
【0009】
また,本発明に係るレーザ加工ヘッドの照射禁止手段は,移動部材の移動にリンクを介して連動し,通常状態ではレーザ照射口からのレーザ光の光路上に突出するとともに,移動部材がレーザ照射口に接近する方向に押しつけられると光路から退避する遮光部材である。
【0010】
移動部材がレーザ照射口に接近する方向に押しつけられるのは,加工対象位置に加工対象物がセットされた場合である。そのときに遮光部材が光路から退避すれば,レーザ光は遮られることなく加工対象物に照射される。このため,レーザ加工の妨げにはならない。一方,通常状態では,遮光部材がレーザ光の光路上に突出しているので,レーザ光は遮光部材によって遮られる。従って,加工対象位置に加工対象物が存在しない場合には,レーザ光の外部への照射が禁止されることになる。
【0011】
また,本発明のレーザ加工設備は,前記のレーザ加工ヘッドと,レーザ加工ヘッドおよび加工対象物の周囲を囲う遮蔽壁とを有するレーザ加工設備であって,レーザ加工ヘッドは,多関節ロボット上に取り付けられており,遮蔽壁は,少なくとも正常な加工作業にてレーザ加工ヘッドで加工対象物の端から端までレーザ光を照射したときに直射レーザ光が届きうる範囲に不透明な材料で設けられた第1遮蔽板と,残りの範囲に設けられた第2遮蔽板とを有し,第2遮蔽板は,レーザ加工ヘッドからのレーザ光に対する減衰率が可視光に対する減衰率より大きい材質のものであるレーザ加工設備である。
【0012】
本発明のレーザ加工設備のレーザ加工ヘッドは,加工対象物が加工対象位置に存在するとき以外はレーザ光の照射が禁止されるので,加工対象物以外の方向に対してレーザ光が照射されることはない。そこで,このレーザ加工ヘッドが多関節ロボットに取り付けられた設備では,正常な加工作業でレーザ加工ヘッドからレーザ光が照射される方向を包含する範囲に不透明な第1遮蔽壁が設けられる。この第1遮蔽壁によってレーザ光は遮蔽されるので,その方向の安全が確保される。一方,それ以外の方向に設けられる第2遮蔽壁は,可視光よりもレーザ光に対する減衰率が大きい。つまり,レーザ光はある程度減衰させるが可視光はかなり透過させるものであり,比較的安価なものがある。この第2遮蔽壁の方向へは弱いレーザ光が届くのみであるので,このような遮蔽壁で十分安全性が確保され,しかも内部を見通すことができる。これにより,多関節ロボットにレーザ加工ヘッドが取り付けられた設備であっても,安全性を確保しつつ安価で見通しのよいものとすることができる。
【0013】
また,本発明に係るレーザ加工設備の第2遮蔽板は,レーザ加工ヘッドからのレーザ光に対する減衰率が,10-1〜10-3の範囲内にある材質のものであることが望ましい。
この程度の減衰率であれば,安価で半透明のものがあるので,大きな窓を設けることに問題はないからである。
【0014】
【発明の実施の形態】
「第1の実施の形態」
以下,本発明を具体化した第1の実施の形態について,添付図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は,多関節ロボットに取り付けられたレーザ加工ヘッドおよびそのレーザ加工ヘッドを使用したレーザ溶接設備として本発明を具体化したものである。
【0015】
本実施の形態のレーザ溶接設備1は,図1の平面図に示すように,床面に設置された垂直多関節ロボット2の先端部に,YAGレーザ光11を照射するレーザ加工ヘッド10が装着された溶接装置を中心とした設備である。レーザ加工ヘッド10は,光ファイバ3によってレーザ発振器4に接続されている。このレーザ溶接設備1によって溶接作業が行われるときには,レーザ加工ヘッド10から照射されたレーザ光の焦点位置に相当する溶接対象位置に,溶接対象物であるワーク5が設置される。
【0016】
このレーザ溶接設備1では,装置周辺にレーザ管理区域6が設定され,その周囲には人体保護のための遮蔽板が設けられている。遮蔽板の一部は不透明な金属製遮蔽板7であり,残りの部分は半透明な簡易遮蔽板8である。金属製遮蔽板7の材質は,鉛等の重金属である必要はなく,鉄やアルミ等の一般的なもので十分である。簡易遮蔽板8の材質は,図8に示したように,可視光線はある程度透過させ,YAGレーザ光はあまり透過させない特性を有するものである。簡易遮蔽板8は,このような材質によって,YAGレーザ光に対する減衰率が10-1〜10-3程度の半透明の板状に構成されている。簡易遮蔽板8は,YAGレーザ光に対し10-5程度の高い減衰率を有するフィルタに比較して安価なものである。この金属製遮蔽板7が第1遮蔽板に,簡易遮蔽板8が第2遮蔽板に相当する。
【0017】
レーザ管理区域6の境界のうち,金属製遮蔽板7による遮蔽範囲は次のようにして決定される。まず,溶接作業中にレーザ加工ヘッド10から照射される直射レーザ光11の照射範囲は,図1に破線で示すように,レーザ加工ヘッド10の位置から決定される。レーザ加工ヘッド10がワーク5の端から端まで移動することを考慮すると,図1に斜線で示した領域Dが,レーザ光11のうち強い直射レーザ光の届きうる範囲となる。金属製遮蔽板7は,少なくともこの領域Dを囲うように設けられる。あるいは,通常の溶接作業時のあらゆる状態についてレーザ管理区域6の境界におけるレーザ強度を計測して,その計測結果に従って金属製遮蔽板7の範囲を決定してもよい。すなわち,計測されたレーザ強度が,人体に有害なレベルに達する箇所は,金属製遮蔽板7で囲わなければならない。そして,レーザ管理区域6の境界のうち,このように決定された金属製遮蔽板7の遮蔽範囲以外の部分が,簡易遮蔽板8によって囲われている。簡易遮蔽板8で覆われた範囲は十分大きいので,レーザ溶接設備1の作業工程を外部からよく見通すことができる。
【0018】
多関節ロボット2は,図2に示すように,床面に土台13が据え付けられて使用される。これは,複数の関節部を有し,各関節部を回転させることにより,先端のハンド部14をさまざまな位置,角度に動かすことができるものである。そして,ハンド部14には,光ファイバ3が接続されたレーザ加工ヘッド10が取り付けられている。この多関節ロボット2は,外部から制御信号を受信したり,内蔵されている記憶装置に記憶された制御信号を順次読み出して,その制御信号に従って動作する。そこで,各種の移動指令や作業指令をティーチングによって記憶させ,一連の連続した溶接作業を行わせることができる。なお,多関節ロボット2は,図2に示したものに限らず,どのようなタイプでもよい。
【0019】
次に,多関節ロボット2のハンド部14に取り付けられるレーザ加工ヘッド10について説明する。レーザ加工ヘッド10は,図3と図4に示すように,光ファイバ3によって伝送されたレーザ光11を照射位置に向けて照射するための照射口20を有するものである。図3,図4に破線で示しているレーザ光11は,照射された場合の光路を示しているのみであり,常に照射されていることを意味するものではない。また,レーザ加工ヘッド10の側面には,ブラケット21とアーム22とそれらを連結するリンク23とが取り付けられている。
【0020】
ブラケット21は,スプリング24によって図中下方へ付勢されている。そして,レーザ加工ヘッド10の側面に固定されたケース25に沿って,図中上下方向に移動可能にされている。ブラケット21の下部は,レーザ光11の光路に向かってやや斜めに形成され,下端部には押さえローラ26が取り付けられている。また,ケース25の内部には,ストッパ27が内側へ突出して固定されている。ブラケット21は,図中上方へ移動するとストッパ27に当接することとなる。これにより,ブラケット21の移動の上限位置が規定されている。この上限位置は,図4に示す溶接作業状態での位置である。このとき,押さえローラ26の先端位置とレーザ光11の照射焦点位置とが,照射口20からほぼ等距離にある。一方,図3に示したのは,スプリング24の付勢力のみがブラケット21に作用している通常状態である。このブラケット21が,移動部材に相当する。
【0021】
また,アーム22は,レーザ加工ヘッド10の側面に,軸31を中心として回動可能に取り付けられている。また,アーム22の下端部には,レーザ光11に対して不透明でかつ十分な強度をもつ材質(金属等)で形成されたレーザ遮蔽板32が固定されている。図3に示す通常状態では,レーザ遮蔽板32は押さえローラ26に当接し,レーザ光11の照射位置を遮蔽している。このレーザ遮蔽板32が,遮光部材に相当する。
また,リンク23は,略L字型に形成され,レーザ加工ヘッド10の側面に,軸33を中心として回動可能に取り付けられている。また,ブラケット21とアーム22には,それぞれ図中上端近傍にピン34,35が設けられている。そして,ブラケット21のピン34は,リンク23の図中左端部に設けられた溝36と係合されている。また,アーム22のピン35は,リンク23の図中右端部に設けられた溝37と係合されている。
【0022】
これらの構成により,ブラケット21の上下動は,リンク23の回動を介して,アーム22の回動に変換されるようになっている。まず,図3に示した通常状態では,レーザ光11の光路上にレーザ遮蔽板32が配置されているので,レーザ光11はレーザ遮蔽板32によって遮蔽される。なお,この状態は,レーザ加工ヘッド10の溶接対象位置にワーク5が設置されていない状態である。正常な溶接作業においては,この状態でレーザ光11が照射口20から照射されることはないが,万一レーザ光11が照射された場合においても,レーザ遮蔽板32によって遮蔽されているので,レーザ加工ヘッド10の外部へ照射光が漏れることはない。このときレーザ遮蔽板32は,照射禁止手段として機能する。
【0023】
図3の状態から,溶接作業の開始にあたって,溶接されるワーク5が所定の位置にセットされる。それから,多関節ロボット2を駆動させて,レーザ加工ヘッド10をワーク5に対向して接近させる。まず,押さえローラ26の先端部がワーク5に当接し,さらに,レーザ加工ヘッド10をワーク5に向かって押しつける。すると,スプリング24を縮めながら,ブラケット21がレーザ加工ヘッド10に対して相対的に図中上方向へ押し上げられる。このブラケット21の移動により,リンク23が時計方向,アーム22が反時計方向に回動される。従って,アーム22の下端部は図中右方向に移動し,レーザ遮蔽板32はレーザ光11の光路からはずれた位置に移動する。最後に,ブラケット21の上端がストッパ27に当接することにより,ワーク5が,溶接対象位置であるレーザ光11の焦点位置に配置される。その結果,図4に示す溶接作業状態となる。この状態でレーザ光11を照射口20から照射すれば,レーザ光11はワーク5に照射され,ワーク5が溶接される。このときブラケット21は,加工対象物検知手段として機能する。
【0024】
そして,溶接が終了したら,レーザ光11の照射を停止するとともに,多関節ロボット2を駆動してレーザ加工ヘッド10をワーク5から離す。従って,レーザ加工ヘッド10に対するワーク5による押圧がなくなり,スプリング24の付勢力によってブラケット21は図中下方へ押し戻される。これにより,リンク23は反時計方向,アーム22は時計方向へ回動される。その結果,アーム22の下端部は,レーザ遮蔽板32が押さえローラ26に当接するところまで図中左方向へ移動して,図3の通常状態に戻る。なお,押さえローラ26を利用して,線状に溶接作業を行うことができる。すなわち,レーザ加工ヘッド10をワーク5に押しつけて溶接を行っている状態で,押さえローラ26がワーク5の表面上を転がるようにレーザ加工ヘッド10を移動させるのである。これにより,ワーク5に対して焦点距離を保ちつつ,スムーズに連続して溶接を行うことができる。線状の溶接が終了したら,前述と同様にレーザ加工ヘッド10をワーク5から離す方向に移動させればよい。
【0025】
一方,多関節ロボット2の暴走やティーチングミス等の不測の原因によって,予期されていない方向へレーザ加工ヘッド10が向いた場合を考える。当然ながらこの場合,レーザ加工ヘッド10はワーク5からはずれてしまう。よって,ワーク5の配置は,レーザ加工ヘッド10に対して溶接対象位置ではなくなる。つまり,ブラケット21は図3に示す通常状態となり,レーザ光11の光路はレーザ遮蔽板32によって遮蔽される。従って,レーザ加工ヘッド10の外部へは,レーザ光11の照射が禁止される。
【0026】
これにより,レーザ加工ヘッド10の外部へレーザ光11が照射されるのは,ワーク5が溶接対象位置に存在し,溶接作業が行われているときのみである。このため,直射レーザ光11が届く可能性のある範囲は,図1に示した領域Dに限られることになる。この領域Dにおける外周はすべて金属製遮蔽板7で覆われているので,この直射レーザ光11はすべて金属製遮蔽板7によって遮蔽される。それ以外の部分は弱い散乱光や反射光が届くのみであるので,簡易遮蔽板8によって十分減衰される。従って,この金属製遮蔽板7と簡易遮蔽板8を組み合わせた遮蔽板によって,人体に対する安全が確保されている。
【0027】
以上詳細に説明したように,第1の実施の形態のレーザ溶接設備1によれば,溶接作業のためにレーザ加工ヘッド10の溶接対象位置にワーク5を存在させると,ワーク5によって押さえローラ26が押圧される。これにより,ブラケット21とリンク23とに連動してアーム22が左回りに回動され,レーザ遮蔽板32はレーザ光11の光路上から外れた位置に移動する。この状態で,ワーク5にレーザ光11を照射して溶接することができる。一方,レーザ加工ヘッド10の溶接対象位置にワーク5が存在していないときには,スプリング24の付勢力によってブラケット21が図中下方へ押し下げられる。これにより,ブラケット21とリンク23とに連動してアーム22が右回りに回動され,レーザ遮蔽板32はレーザ光11の光路上に配置される。従って,この通常状態では,レーザ光11はレーザ遮蔽板32によって遮蔽される。これにより,溶接作業によって照射光の届く可能性のある範囲にのみ高減衰率を有する金属製遮蔽板7を設ければよいこととなるので,それ以外の範囲は低減衰率で半透明の簡易遮蔽板8を使用することができる。従って,多関節ロボット2を使用したレーザ溶接設備であっても,安全性を確保しつつ安価で見通しのよいものとすることができた。
【0028】
「第2の実施の形態」
以下,本発明を具体化した第2の実施の形態について,添付図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態のレーザ溶接設備は,レーザ加工ヘッド40の一部が,第1の実施の形態のレーザ溶接設備1のレーザ加工ヘッド10と異なるのみであるので,異なる部分についてのみ説明する。
【0029】
第2の実施の形態のレーザ加工ヘッド40は,図5に示すように,スプリング24に代えてエアホース41とエア抜きバルブ42とがケース25に取り付けられている。レーザ加工ヘッド40は,エアホース41を介してケース25内にエアを導入することにより,エアの圧力によって,ブラケット21を図中下方へ付勢した状態で使用される。エア抜きバルブ42は,不要になったエアを外部へ排出するためのものである。導入されるエアの量により,エアの圧力を調節できる。従って,ブラケット21にかかる付勢力や,押さえローラ26のワーク5に対する押圧力も調節することができる。
【0030】
この第2の実施の形態のレーザ加工ヘッド40においても,レーザ加工ヘッド40の溶接対象位置にワーク5が存在していない通常状態では,レーザ遮蔽板32によってレーザ光11が遮蔽される。また,レーザ加工ヘッド40の溶接対象位置にワーク5が存在する溶接作業状態では,レーザ光11はワーク5に照射される。これらの点においては,第1の実施の形態のレーザ加工ヘッド10と同様である。従って,第1の実施の形態と同様に,レーザ管理区域6を囲う遮蔽板のうちの所定の範囲を簡易遮蔽板8とすることができる。その一方,ブラケット21にかかる付勢力は,第1の実施の形態のスプリング24と異なり,導入されるエアの量によって調節可能である。これにより,ワーク5の種類や溶接作業の内容によって,押さえローラ26の押圧力を変える等の細かな調整をすることが可能である。
【0031】
以上詳細に説明したように,第2の実施の形態のレーザ溶接設備によれば,第1の実施の形態と同様に,多関節ロボット2を使用したレーザ溶接設備であっても,安全性を確保しつつ安価で見通しのよいものとすることができる。さらに,ワーク5に対する押圧力を調節することもできる。なお,エアホース41とエア抜きバルブ42に代えて油ホースと油抜きバルブを使用すれば,ブラケット21に対する付勢力としてエア圧に代えて油圧を用いることもできる。
【0032】
「第3の実施の形態」
以下,本発明を具体化した第3の実施の形態について,添付図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態のレーザ溶接設備は,レーザ加工ヘッド50の一部が,第1の実施の形態のレーザ溶接設備1のレーザ加工ヘッド10と異なるのみであるので,異なる部分についてのみ説明する。
【0033】
第3の実施の形態のレーザ加工ヘッド50は,図6に示すように,レーザ加工ヘッド10のアーム22とリンク23とに代えて,スイッチ51が設けられている。スイッチ51によって開閉される導線は,レーザ発振器4の電源入力線に接続されている。また,スイッチ51は,自動OFFタイプのリミットスイッチであり,その可動片はブラケット21の図中上部に配置されている。
【0034】
図6に示した通常状態では,ブラケット21はスプリング24によって図中下方に押し下げられているので,ブラケット21とスイッチ51の可動片とは接していない。従って,スイッチ51はOFF状態であり,レーザ発振器4には電源が供給されないので,レーザ光11が照射されることはない。そして,レーザ加工ヘッド50の溶接対象位置にワーク5がセットされて,押さえローラ26がワーク5に押圧されることによりブラケット21が図中上方へ移動すると,ブラケット21によってスイッチ51の可動片が押し上げられる。これによって,スイッチ51がON状態となり,レーザ発振器4に電源が供給される。すなわち,レーザ加工ヘッド50の溶接対象位置にワーク5が存在して溶接作業状態となったとき以外は,レーザ光11は照射されない。これにより,このレーザ加工ヘッド50では,レーザ遮蔽板32が不要であり,より簡単な構成で,実施することができる。
【0035】
以上詳細に説明したように,第3の実施の形態のレーザ溶接設備によれば,第1の実施の形態と同様に,多関節ロボット2を使用したレーザ溶接設備であっても,安全性を確保しつつ安価で見通しのよいものとすることができる。さらに,この実施の形態によれば,多関節ロボット2の暴走,ティーチングミス等により,誤った位置でレーザ照射信号が入力されてもレーザ光11を照射することが無く,さらに安全性の高いものとなる。
【0036】
「第4の実施の形態」
以下,本発明を具体化した第4の実施の形態について,添付図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態のレーザ溶接設備は,レーザ加工ヘッド60の一部が,第3の実施の形態のレーザ溶接設備のレーザ加工ヘッド50と異なるのみであるので,異なる部分についてのみ説明する。
【0037】
第4の実施の形態のレーザ加工ヘッド60は,図7に示すように,第3の実施の形態のスイッチ51に代えて,ブラケット21の図中上端部に接続端子61を設けたものである。また,ストッパ27を導電性を有する材質で形成し,接続端子61とストッパ27との接触・非接触によって,スイッチとして機能させる。そして,第3の実施の形態のスイッチ51と同様に,レーザ発振器4の電源入力線を開閉可能なように接続されている。これにより,レーザ加工ヘッド60の溶接対象位置にワーク5が存在してブラケット21が図中上方に押し上げられ,接続端子61とストッパ27とが接触している間のみ,レーザ発振器4に電源が供給される。
【0038】
以上詳細に説明したように,第4の実施の形態のレーザ溶接設備によれば,第3の実施の形態と同様に,多関節ロボット2を使用したレーザ溶接設備であっても,安全性を確保しつつ安価で見通しのよいものとすることができる。
【0039】
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。
例えば,上記各実施の形態では,本発明をレーザ溶接設備に実施しているが,レーザ加工ヘッドを使用して行う設備であれば,他の加工設備にも実施できる。例えば,切断や孔あけ等のレーザ加工設備に本発明を実施することもできる。
また例えば,上記各実施の形態では,ブラケット21の先端部に押さえローラ26が取り付けられているが,押さえローラ26に代えて転がりボールとしてもよい。あるいは,ブラケット21の先端部を滑りのよい材質で形成して,ワーク5の表面上をすべらせることもできる。このようにすれば,ワーク5に沿っていずれの方向へも移動させることができる。
【0040】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明のレーザ加工ヘッドおよびレーザ加工設備によれば,多関節ロボットを使用したレーザ加工設備であっても,安全性を確保しつつ安価で見通しのよいものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】レーザ溶接設備の全体構成を示す平面図である。
【図2】多関節ロボットの外観を示す外観図である。
【図3】第1の実施の形態に係るレーザ加工ヘッドの構成を示す側面図である。
【図4】第1の実施の形態に係るレーザ加工ヘッドの構成を示す側面図である。
【図5】第2の実施の形態に係るレーザ加工ヘッドの構成を示す側面図である。
【図6】第3の実施の形態に係るレーザ加工ヘッドの構成を示す側面図である。
【図7】第4の実施の形態に係るレーザ加工ヘッドの構成を示す側面図である。
【図8】特殊フィルタの特性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
1 レーザ溶接設備
2 多関節ロボット
5 ワーク
7 金属製遮蔽板
8 簡易遮蔽板
10,40,50,60 レーザ加工ヘッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing head and laser processing equipment for processing a workpiece using laser light. More specifically, the present invention relates to a laser processing head and laser processing equipment that are used by attaching the laser processing head to an articulated robot.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, laser processing equipment has been used to perform processing such as welding, cutting, and drilling on workpieces. In laser processing, high-speed and precise processing is possible, but safety measures are important. In particular, in a processing facility using a YAG laser, the periphery of the facility is designated as a laser management area over a predetermined range in order to protect the human body from laser light. A metal shielding plate surrounds the entire circumference of the laser management area, and a special filter for observation windows is provided in a part of it. This filter is formed of a material having optical characteristics as shown in FIG. 8, for example. That is, visible light is not absorbed so much and is transmitted relatively well, while it is a material that is quite opaque to laser light in the YAG laser wavelength region (indicated by a one-dot chain line in the figure). It is a filter made of such a material, and the intensity of the YAG laser beam is 10-FiveTranslucent filters that can be attenuated to the extent are used for the windows. Since this special filter is very expensive, it is not practical to make the window area too large.
[0003]
In a general YAG laser processing facility, the laser irradiation direction on the workpiece is limited to some extent. That is, assuming a normal work form, the range in which the direct laser beam can reach the outer periphery of the management area is limited to some extent. Laser light reaching in other directions is scattered light and reflected light, which are weak. Therefore, the range where the direct laser beam can reach may be shielded by the metal shielding plate. For other ranges where only scattered or reflected light can reach, 10-1-10-3Even a filter with a moderate attenuation factor can be attenuated to a sufficiently safe level. With such an attenuation factor, there is an inexpensive and translucent filter, so it can be used even in a large area.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional laser processing equipment has the following problems. That is, an inexpensive filter cannot be used when a laser processing head is mounted on an articulated robot in order to cope with various types of processing. When an articulated robot is used, it is necessary to consider unexpected robot movement due to robot runaway or teaching mistakes. In other words, it cannot be said that there is no possibility of irradiation in a direction other than the expected irradiation direction for processing. Considering this point, in the laser processing equipment using an articulated robot, there is almost no range where the above-described inexpensive filter can be used. This is because the range in which the articulated robot can operate is wide, so there is almost no range that can be determined when only scattered light or reflected light arrives. As a result, when using an articulated robot, almost all the circumference had to be surrounded by a metal shielding plate. For this reason, laser processing equipment and processes in which laser processing is performed are difficult to see from the surroundings. This, for example, makes it difficult to notice unexpected situations such as equipment failures, and makes it difficult to perform safe and quick recovery.
[0005]
The present invention has been made to solve the problems of the conventional laser processing equipment. In other words, the problem is to provide a laser processing head and a laser processing facility that can be made inexpensive and have good prospects while ensuring safety even if the laser processing head is installed on an articulated robot. It is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The laser processing head of the present invention, which has been made for the purpose of solving this problem, is a laser processing head that performs laser processing on a processing object by irradiating a laser beam from a laser irradiation port, and the processing object exists at the processing target position. The processing object detection means for detecting whether or not the processing object is detected, and in the normal state, the irradiation of the laser beam is prohibited and the processing object detection means detects that the processing object exists at the processing target position. The laser processing head has an irradiation prohibiting means for canceling the prohibition only when it is present.
[0007]
According to the laser processing head of the present invention, whether or not a processing target exists at the processing target position is detected by the processing target detection means, and when there is no processing target at the processing target position, Laser irradiation is prohibited by the irradiation prohibiting means. The laser beam is irradiated only when the workpiece is present at the machining target position, and the laser beam irradiated at this time correctly strikes the workpiece. Therefore, the laser beam is not irradiated to directions other than the workpiece. Even when this laser processing head is attached to an articulated robot having a large actionable range, it is sufficient to surround only the direction of the processing object with an opaque shielding wall. And in other directions, safety is ensured even with a cheap and translucent shielding wall. As a result, even a facility in which a laser processing head is attached to an articulated robot can be made inexpensive and have good prospects while ensuring safety.
[0008]
The processing object detection means of the laser processing head according to the present invention is a moving member that is biased in a direction away from the laser irradiation port and pressed by the processing object in a direction approaching the laser irradiation port during processing. AhThe
At the time of processing, the processing target always exists at the processing target position of the laser processing head. For this reason, the moving member is pressed in a direction approaching the laser irradiation port by the workpiece. Thus, it can be determined that the processing object is at the processing target position.
[0009]
In addition, the irradiation prohibiting means of the laser processing head according to the present invention canVia linkIn conjunction with this, it is a light-shielding member that protrudes on the optical path of the laser beam from the laser irradiation port in a normal state and retreats from the optical path when the moving member is pressed in the direction approaching the laser irradiation port.The
[0010]
The moving member is pressed in the direction approaching the laser irradiation port when the processing object is set at the processing target position. If the light shielding member is retracted from the optical path at that time, the laser beam is irradiated to the workpiece without being blocked. For this reason, laser processing is not hindered. On the other hand, in a normal state, since the light shielding member protrudes on the optical path of the laser light, the laser light is blocked by the light shielding member. Therefore, when there is no object to be processed at the position to be processed, irradiation of the laser beam to the outside is prohibited.The
[0011]
The laser processing equipment of the present invention isAboveA laser processing equipment having a laser processing head and a shielding wall surrounding the laser processing head and an object to be processed. The laser processing head is mounted on an articulated robot., ShieldingThe barrier isat leastLaser processing head in normal processingFrom end to end of workpieceLaser lightTheIrradiationDirect laser light will arrive whenA first shielding plate provided with an opaque material in a certain range and a second shielding plate provided in the remaining range, and the second shielding plate has a visible attenuation factor for laser light from the laser processing head. This is a laser processing facility that is made of a material that is larger than the light attenuation factor.
[0012]
Since the laser processing head of the laser processing equipment of the present invention is prohibited from irradiating laser light except when the processing object is present at the processing target position, the laser light is irradiated in a direction other than the processing object. There is nothing. Therefore, in the equipment in which the laser processing head is attached to the articulated robot, the opaque first shielding wall is provided in a range including the direction in which the laser beam is irradiated from the laser processing head in a normal processing operation. Since the laser beam is shielded by the first shielding wall, safety in that direction is ensured. On the other hand, the second shielding wall provided in the other direction has a larger attenuation rate with respect to the laser light than visible light. In other words, laser light is attenuated to some extent, but visible light is considerably transmitted, and there is a relatively inexpensive one. Since only weak laser light reaches the direction of the second shielding wall, sufficient safety is ensured with such a shielding wall, and the inside can be seen through. As a result, even a facility in which a laser processing head is attached to an articulated robot can be made inexpensive and have good prospects while ensuring safety.
[0013]
Further, the second shielding plate of the laser processing facility according to the present invention has an attenuation rate of 10 with respect to the laser beam from the laser processing head.-1-10-3It is desirable that the material is within the range.
This is because there is no problem in providing a large window because there is an inexpensive and translucent material with such an attenuation factor.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
“First Embodiment”
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, the present invention is embodied as a laser processing head attached to an articulated robot and a laser welding equipment using the laser processing head.
[0015]
In the
[0016]
In this
[0017]
Of the boundary of the
[0018]
As shown in FIG. 2, the articulated
[0019]
Next, the
[0020]
The
[0021]
The
The
[0022]
With these configurations, the vertical movement of the
[0023]
From the state of FIG. 3, the
[0024]
When the welding is completed, the irradiation of the
[0025]
On the other hand, let us consider a case where the
[0026]
Thereby, the
[0027]
As described in detail above, according to the
[0028]
“Second Embodiment”
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the laser welding equipment of this embodiment, a part of the
[0029]
In the
[0030]
Also in the
[0031]
As described above in detail, according to the laser welding equipment of the second embodiment, as in the first embodiment, even in the laser welding equipment using the articulated
[0032]
“Third Embodiment”
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the laser welding equipment of the present embodiment, a part of the
[0033]
As shown in FIG. 6, the
[0034]
In the normal state shown in FIG. 6, the
[0035]
As described above in detail, according to the laser welding equipment of the third embodiment, as in the first embodiment, even in the laser welding equipment using the articulated
[0036]
“Fourth Embodiment”
Hereinafter, a fourth embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the laser welding equipment of this embodiment, a part of the
[0037]
As shown in FIG. 7, the
[0038]
As described above in detail, according to the laser welding equipment of the fourth embodiment, as in the third embodiment, even in the laser welding equipment using the articulated
[0039]
Note that this embodiment is merely an example, and does not limit the present invention. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof.
For example, in each of the above embodiments, the present invention is applied to laser welding equipment, but can be applied to other processing equipment as long as it is equipment that uses a laser processing head. For example, the present invention can also be implemented in laser processing equipment such as cutting and drilling.
Further, for example, in each of the above embodiments, the pressing
[0040]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the laser processing head and the laser processing equipment of the present invention, even if the laser processing equipment uses an articulated robot, it is inexpensive and has good prospects while ensuring safety. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing the overall configuration of a laser welding facility.
FIG. 2 is an external view showing an external appearance of an articulated robot.
FIG. 3 is a side view showing the configuration of the laser processing head according to the first embodiment.
FIG. 4 is a side view showing the configuration of the laser processing head according to the first embodiment.
FIG. 5 is a side view showing a configuration of a laser processing head according to a second embodiment.
FIG. 6 is a side view showing a configuration of a laser processing head according to a third embodiment.
FIG. 7 is a side view showing a configuration of a laser processing head according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a graph showing characteristics of a special filter.
[Explanation of symbols]
1 Laser welding equipment
2 Articulated robot
5 Work
7 Metal shield
8 Simple shielding plate
10, 40, 50, 60 Laser processing head
Claims (3)
前記レーザ照射口から離間する方向に付勢されるとともに,加工時には前記レーザ照射口に接近する方向に加工対象物により押しつけられて移動することにより,加工対象位置に加工対象物が存在しているか否かを検知する加工対象物検知手段と,
前記加工対象物検知手段の移動にリンクを介して連動し,通常状態では前記レーザ照射口からのレーザ光の光路上に突出することによりレーザ光の照射を禁止するとともに,加工対象位置の加工対象物により前記加工対象物検知手段が前記レーザ照射口に接近する方向に押しつけられると光路から退避してその禁止を解除する照射禁止手段とを有することを特徴とするレーザ加工ヘッド。In a laser processing head that irradiates a laser beam from a laser irradiation port and processes a workpiece,
Whether the processing object exists at the processing target position by being biased in a direction away from the laser irradiation port and moved by being pressed by the processing object in a direction approaching the laser irradiation port during processing Processing object detection means for detecting whether or not,
In conjunction with the movement of the workpiece detection means via a link, in the normal state, the laser beam irradiation is prohibited by projecting onto the optical path of the laser beam from the laser irradiation port , and the workpiece to be processed at the processing target position . the laser processing head and having an irradiation prohibiting means for the workpiece detecting means for canceling the prohibition retracted from is the optical path pressed in the direction approaching the laser irradiation port by things.
前記レーザ加工ヘッドは,多関節ロボット上に取り付けられており,
前記遮蔽壁は,
少なくとも正常な加工作業にて前記レーザ加工ヘッドで加工対象物の端から端までレーザ光を照射したときに直射レーザ光が届きうる範囲に不透明な材料で設けられた第1遮蔽板と,
残りの範囲に設けられた第2遮蔽板とを有し,
前記第2遮蔽板は,前記レーザ加工ヘッドからのレーザ光に対する減衰率が可視光に対する減衰率より大きい材質のものであることを特徴とするレーザ加工設備。A laser processing facility comprising: the laser processing head according to claim 1; and a shielding wall surrounding the laser processing head and an object to be processed.
The laser processing head is mounted on an articulated robot ,
Before Symbol shielding wall,
A first shielding plate provided with an opaque material to cormorants area by receive a direct laser light when irradiated with an end from to the end the laser beam of the object in the laser machining head in at least a normal machining operation,
A second shielding plate provided in the remaining area;
The laser processing equipment, wherein the second shielding plate is made of a material having an attenuation rate with respect to laser light from the laser processing head larger than an attenuation rate with respect to visible light.
前記第2遮蔽板は,前記レーザ加工ヘッドからのレーザ光に対する減衰率が,
10-1〜10-3の範囲内にある材質のものであることを特徴とするレーザ加工設備。In the laser processing equipment according to claim 2 ,
The second shielding plate has an attenuation rate with respect to the laser beam from the laser processing head.
Laser processing equipment characterized by being made of a material in the range of 10 -1 to 10 -3 .
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