JP4363772B2 - ビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー溶接等に用いられるビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、図７に示すように、ワークＷ１とワークＷ２とをＹＡＧ溶接により突合せ溶接する場合に、ＹＡＧレーザーのビーム径が０．６〜０．８ｍｍ程度と極めて細いため、ロボットでのティーチングミスや、あるいは溶接線ずれが僅かでも生じると、溶接不良を起こすという問題がある。また、ワークＷ１とワークＷ２との間の隙間Ｇの幅が狭く限定されるとともに、隙間Ｇの寸法誤差の精度管理を厳しくする必要があるという問題がある。
【０００３】
この問題に対処するため、図８に示すように、加工点（突合せ部）でビームを回転させることによりビーム幅を拡大して加工を行うビームウィービング加工が行われている。
このビームを回転させるビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッドとしては、従来、例えば、図９に示すものが知られている。
このレーザー加工ヘッド１は、ロボット２にショックセンサー３を介して連結されたブラケット４に取り付けられており、レーザー加工ヘッド１の上部には、光ファイバ５が挿入され、該光ファイバ５の出射部５Ａの直下には、外周部にギヤ６を有する円筒状のギヤホルダ７がベアリング８により回転可能に取り付けられている。ギヤホルダ７のギヤ６には、サーボモータ９の出力軸に固定された駆動ギヤ１０が歯合されている。ギヤホルダ７内には、オプチカルフラット１１がレーザービームＬＢの光軸１２に対して所定角度傾斜されて固定されている。
【０００４】
このレーザー加工ヘッド１においては、光ファイバ５の出射部５Ａから出射されたレーザービームＬＢがオプチカルフラット１１によってレーザービームＬＢの光軸１２から微小距離δだけ偏心した位置に集光される。したがって、サーボモータ９を駆動してオプチカルフラット１１が固定されているギヤホルダ７を回転させると、レーザービームＬＢはレーザービームＬＢの光軸１２を中心に半径ｒ＝δの円運動をする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッド１にあっては、オプチカルフラット１１を回転させないで加工を行う場合に、レーザービームＬＢがオプチカルフラット１１によってレーザービームＬＢの光軸１２から微小距離δだけ偏心した位置に集光されるので、狙ったポイントにビーム中心がこないため、ビード幅の狭い製品加工には不都合であり、またプログラミングによる加工中での切換えには補正が必要となるため、使い勝手が悪いという問題がある。
【０００６】
この問題に対処するため、特開２０００−１５８１７０号公報には、シリンダの側面にラックを形成し、このラックに歯合するピニオンをモータにより回転駆動することにより、シリンダを直線移動させて、シリンダをレーザー加工ヘッドに対して出入り可能とし、該シリンダの両端部に、異なる角度に設定されたガラス板（オプチカルフラット）を有する２つの筐体（ギヤホルダ）を取り付けるとともに、シリンダの中間部は筐体が配置されていない空間としたものが提案されている。
このレーザー加工ヘッドにおいては、シリンダを移動させてギヤホルダ（筐体）の位置を移動させることにより、ギヤホルダ内のオプチカルフラット（ガラス板）をレーザービームが通過するビームウィービング加工位置と、ギヤホルダ（筐体）が設置されていないシリンダの中間部をレーザービームが通過し、ビームウィービングを行わない通常の加工位置とに切り替え可能とされている。
【０００７】
しかしながら、このレーザー加工ヘッドにおいては、シリンダを移動させるためのモータ、すなわちピニオンを回転させるためのモータが別個に必要となるため、重量が重くなるとともに、設置スペースを必要とするため大型化するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、ギヤホルダが、レーザービームが通過するビームウィービング加工位置と、該ビームウィービング加工位置から離間され、レーザービームが通過しない通常加工位置とに移動可能とされているレーザー加工ヘッドにおいて、この切り替えを容易に行うことができるとともに、この切り替え装置の簡素化を図ることができるビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッドを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッドは、内部にオプチカルフラットを有するとともに、外周部にギヤを有するギヤホルダと、該ギヤホルダの前記ギヤに歯合される駆動ギヤと、該駆動ギヤを回転させるモータとを含むビームウィービング装置を備え、前記ギヤホルダが、レーザービームの通過するビームウィービング加工位置と、該ビームウィービング加工位置から離間され、レーザービームの通過しない通常加工位置とに移動可能とされているレーザー加工ヘッドであって、
前記ギヤホルダの前記ギヤが歯合されるとともに、前記ギヤホルダを前記ビームウィービング加工位置と前記通常加工位置とに案内可能に延在するガイドギヤが設けられ、
該ガイドギヤと前記駆動ギヤとの間に前記ギヤホルダの前記ギヤが挟まれ、前記駆動ギヤの正回転および逆回転により、前記ギヤホルダが前記ガイドギヤに案内されて前記ビームウィービング加工位置および前記通常加工位置にそれぞれ移動可能とされ、
前記ギヤホルダが前記ビームウィービング加工位置にあるときに、前記ガイドギヤを前記ギヤホルダから離間させるガイドギヤ離間手段が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明においては、ビームウィービングを行わない通常の加工を行う場合には、モータを逆回転させて駆動ギヤを逆回転させる。これにより、ギヤホルダが駆動ギヤおよびガイドギヤに挟まれた状態で回転し、ガイドギヤに案内されて通常加工位置に移動する。この状態で溶接等の加工を行うと、レーザービームがギヤホルダ内のオプチカルフラットを通過しないので、レーザービームがレーザービームの光軸から偏心せずに集光され、通常の加工を行うことができる。
【００１１】
他方、ビームウィービングを行うビームウィービング加工を行う場合には、モータを正回転させて駆動ギヤを正回転させる。これにより、ギヤホルダが駆動ギヤおよびガイドギヤに挟まれた状態で回転し、ガイドギヤに案内されてビームウィービング加工位置に移動する。その後、ガイドギヤ離間手段により、ガイドギヤをギヤホルダから離間させてギヤホルダのギヤから外す。この状態で、モータの回転によってギヤホルダを回転させつつ溶接等の加工を行うと、ギヤホルダ内のオプチカルフラットを通過するレーザービームがビームウィービングし、ビームウィービング加工を行うことができる。
【００１２】
請求項１の発明においては、モータの正回転および逆回転により、ギヤホルダをビームウィービング加工位置および通常加工位置に移動させることができるので、切り替えを容易に行うことができるとともに、切り替え装置の簡素化を図ることができる。また、ビームウィービングに用いるモータをギヤホルダの位置移動に用いているので、モータを別個に設ける必要がないため、設置スペースを省くことができるとともに、重量の軽減を図ることができる。
【００１３】
ここで、駆動ギヤは、モータの出力軸に設置して直接回転するようにしてもよいし、ギヤあるいはベルト、チェーン等を介してモータの回転を間接的に伝達するようにしてもよい。また、ガイドギヤ離間手段は、ガイドギヤをギヤホルダから離間させ、ガイドギヤをギヤホルダのギヤから外す手段であれば良く、例えば、エアシリンダ、油圧シリンダあるいは電動シリンダ等のアクチュエーターのほか、回転式のアクチュエーターであっても良い。
【００１４】
請求項２に記載のビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッドは、請求項１において、前記ギヤホルダが前記ビームウィービング加工位置および前記通常加工位置に移動したことを検知するセンサが設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明においては、モータを逆回転させてギヤホルダを通常加工位置に移動させると、そのギヤホルダをセンサが検知する。したがって、この検知信号に基づいて、モータの回転を停止することができる。
また、モータを正回転させてギヤホルダをビームウィービング加工位置に移動させると、そのギヤホルダをセンサが検知する。したがって、この検知信号に基づいて、ガイドギヤ離間手段により、ガイドギヤをギヤホルダから離間させてギヤホルダのギヤから外すことができる。
【００１６】
請求項３に記載のビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッドは、請求項１において、前記ギヤホルダが前記ビームウィービング加工位置にあるときに、前記ギヤホルダを位置固定する位置固定手段が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明においては、ギヤホルダが回転するビームウィービング加工時に、ギヤホルダがビームウィービング加工位置から不用意に動くことを防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、図９と同一構成要素には同一符号を付してその説明を簡略化する。
図１乃至図３は、本発明の実施の形態に係るビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッドを示す図であって、図１は一部を切り欠いて示す正面図、図２は側面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢視図である。
このレーザー加工ヘッド２０は、筒状の加工ヘッド本体２１と、この加工ヘッド本体２１の内部に先端側に向かって順に配設されたギヤホルダケース２２と、コリメートレンズ２３と、集光レンズ２４と、加工ヘッド本体２１の先端部に設けられたレーザーノズル２５とを備えている。加工ヘッド本体２１は、ロボット２にショックセンサー３を介して連結されたブラケット４に取り付けられており、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の三軸方向に移動可能となっている。加工ヘッド本体２１の上部には、光ファイバ５が挿入され、該光ファイバ５の出射部５Ａの直下に、ギヤホルダケース２２が設置されている。
【００１９】
ギヤホルダケース２２内には、円筒状のギヤホルダ７が配設されている。このギヤホルダ７は、図４に示すように、外周部にギヤ６が形成され、また内部にガラス板からなるオプチカルフラット（傾斜ウインド）１１がレーザービームＬＢの光軸１２に対して角度θ（光軸１２と直交する平面に対する角度）傾斜されて取り付けられている。オプチカルフラット１１は、上下の２つの円筒状の支持部材２６Ａ，２６Ｂに挟持され、これらの支持部材２６Ａ，２６Ｂがギヤホルダ７の内部に固定されている。ギヤホルダ７のギヤ６には、図１に示すように、サーボモータ（モータ）９の出力軸に固定された駆動ギヤ１０が歯合されている。
【００２０】
ギヤホルダケース２２には、図５に示すように、サーボモータ９の駆動ギヤ１０の反対側においてギヤホルダ７のギヤ６に歯合されるガイドギヤ３０が設置されている。このガイドギヤ３０は、ギヤホルダ７を、レーザービームＬＢのギヤホルダ７内のオプチカルフラット１１を通過するビームウィービング加工位置と、該ビームウィービング加工位置から離間され、オプチカルフラット１１をレーザービームＬＢが通過しない通常加工位置とに案内（ガイド）できるように、駆動ギヤ１０を中心とする円弧状に延びている。ギヤホルダ７は、該ギヤホルダ７のギヤ６がガイドギヤ３０と駆動ギヤ１０との間に挟まれ、駆動ギヤ１０の正回転および逆回転により、ギヤホルダ７がガイドギヤ３０に案内されてビームウィービング加工位置および通常加工位置にそれぞれ移動するようになっている。
【００２１】
また、ギヤホルダケース２２の上下面にはそれぞれ、エアシリンダ（ガイドギヤ離間手段）３１が設置されており、その伸縮ロッド３１ａの先端部は、ガイドギヤ３０の通常加工位置側端部に連結されている。ガイドギヤ３０の中央部は、ギヤホルダケース２２に固定されたピン３２に回動自在に取り付けられており、エアシリンダ３１の伸縮ロッド３１ａを縮めることによって、ピン３２を中心に回動して、ギヤホルダ７から離間し、ガイドギヤ７のギヤ６から外れるようになっている。
【００２２】
また、ギヤホルダケース２２の通常加工位置側の側端部には、ギヤホルダ７が通常加工位置に移動したことを検知する位置検出用の近接スイッチ（センサ）３５が設置されている。また、ギヤホルダケース２２のビームウィービング加工位置側の側端部には、ギヤホルダ７が通ビームウィービング加工位置に移動したことを検知する位置検出用の近接スイッチ（センサ）３６が設置されている。
【００２３】
また、ギヤホルダケース２２の上面には、エアシリンダ（ショットピンシリンダ）３７が設置されており、このエアシリンダ３７のショットピン（伸縮ロッド）３７ａがギヤホルダケース２２の開口部からギヤホルダケース２２の内部に突出（伸張）して（図６参照）、ビームウィービング加工位置でギヤホルダ７が回転したときや、ロボット２がレーザー加工ヘッド２０を傾斜させたときなどに、ギヤホルダ７が不用意に動かないように、ギヤホルダ７の側端部を押さえて、ギヤホルダ７をビームウィービング位置に位置固定するようになっている。
【００２４】
このように構成されたレーザー加工ヘッド２０においては、ビームウィービングを行わない通常の加工を行う場合には、図５（ａ）に示すように、サーボモータ９を逆回転させて駆動ギヤ１０を逆回転させる。このようにすると、ギヤホルダ７が駆動ギヤ１０およびガイドギヤ３０に挟まれた状態で回転し、ガイドギヤ３０に案内されて通常加工位置に移動する。ギヤホルダ７を通常加工位置に移動すると、これを近接スイッチ３５が検知し、この検知信号に基づいて、サーボモータ９の回転が停止される。この状態で溶接等の加工を行うと、レーザービームがギヤホルダ７内のオプチカルフラット１１を通過しないので、レーザービームがレーザービームの光軸から偏心せずに集光され、通常の加工を行うことができる。
【００２５】
一方、ビームウィービングを行うビームウィービング加工を行う場合には、図５（ｂ）に示すように、サーボモータ９を正回転させて駆動ギヤ１０を正回転させる。このようにすると、ギヤホルダ７が駆動ギヤ１０およびガイドギヤ３０に挟まれた状態で回転し、ガイドギヤ３０に案内されてビームウィービング加工位置に移動する。ギヤホルダ７がビームウィービング加工位置に移動すると、これを近接スイッチ３６が検知し、この検知信号に基づいて、エアシリンダ３１が作動してその伸縮ロッド３１ａが縮まり、ガイドギヤ３０がピン３２を中心に回動して、ギヤホルダ７から離間し、ガイドギヤ７のギヤ６から外れる。また、上記近接スイッチ３６からの検知信号に基づいて、エアシリンダ３７が作動してそのショットピン３７ａがギヤホルダケース２２の開口部からギヤホルダケース２２の内部に突出し、ギヤホルダ７が回転したときなどに、ギヤホルダ７が不用意に動かないように、ギヤホルダ７の側端部を押さえる。この状態で、サーボモータ９７の回転によってギヤホルダ７を回転させつつ溶接等の加工を行うと、ギヤホルダ内のオプチカルフラット１１を通過するレーザービームがビームウィービングし、ビームウィービング加工を行うことができる。
【００２６】
このレーザー加工ヘッド２０にあっては、サーボモータ９の正回転および逆回転により、ギヤホルダ７をビームウィービング加工位置および通常加工位置に移動させることができるため、切り替えを容易に行うことができ、また切り替え装置を簡素化することができる。さらに、ギヤホルダ７の回転用サーボモータ９をギヤホルダ７の位置移動に兼用しているため、ギヤホルダ７の位置移動用にモータを別個に設ける必要がないので、設置スペースを省くことができるとともに、重量を軽減することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ギヤホルダが、レーザービームが通過するビームウィービング加工位置と、該ビームウィービング加工位置から離間され、レーザービームが通過しない通常加工位置とに移動可能とされているレーザー加工ヘッドにおいて、この切り替えを容易に行うことができるとともに、この切り替え装置の簡素化を図ることができるビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッドを示す図であって、一部を切り欠いて示す正面図である。
【図２】同、側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】ギヤホルダを示す縦断面図である。
【図５】図１のＢ−Ｂ線矢視図であって、（ａ）はギヤホルダが通常加工位置に移動した状態を示す図、（ｂ）はギヤホルダがビームウィービング位置に移動した状態を示す図、（ｃ）はギヤホルダがビームウィービング位置で回転している状態を示す図である。
【図６】図３のＣ矢視図である。
【図７】従来の突合せ溶接方法を説明するために図である。
【図８】ビームウィービング加工を説明するための図である。
【図９】従来のビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッドを示す図であって、一部を切り欠いて示す正面図である。
【符号の説明】
５ 光ファイバ
５Ａ 光ファイバの出射部
７ ギヤホルダ
９ サーボモータ（モータ）
１０ 駆動ギヤ
１１ オプチカルフラット
ＬＢ レーザービーム
１２ レーザービームの光軸
２０ レーザー加工ヘッド
２１ 加工ヘッド本体
２２ ギヤホルダケース
２３ コリメートレンズ
２４ 集光レンズ
２５ レーザーノズル
３０ ガイドギヤ
３１ エアシリンダ（ガイドギヤ離間手段）
３１ａ 伸縮ロッド
３２ ピン
３５ 近接スイッチ（センサ）
３６ 近接スイッチ（センサ）
３７ エアシリンダ
３７ａ ショットピン

Claims (3)

1. 内部にオプチカルフラットを有するとともに、外周部にギヤを有するギヤホルダと、該ギヤホルダの前記ギヤに歯合される駆動ギヤと、該駆動ギヤを回転させるモータとを含むビームウィービング装置を備え、前記ギヤホルダが、レーザービームの通過するビームウィービング加工位置と、該ビームウィービング加工位置から離間され、レーザービームの通過しない通常加工位置とに移動可能とされているレーザー加工ヘッドであって、
   前記ギヤホルダの前記ギヤが歯合されるとともに、前記ギヤホルダを前記ビームウィービング加工位置と前記通常加工位置とに案内可能に延在するガイドギヤが設けられ、
   該ガイドギヤと前記駆動ギヤとの間に前記ギヤホルダの前記ギヤが挟まれ、前記駆動ギヤの正回転および逆回転により、前記ギヤホルダが前記ガイドギヤに案内されて前記ビームウィービング加工位置および前記通常加工位置にそれぞれ移動可能とされ、
   前記ギヤホルダが前記ビームウィービング加工位置にあるときに、前記ガイドギヤを前記ギヤホルダから離間させるガイドギヤ離間手段が設けられていることを特徴とするビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッド。
2. 前記ギヤホルダが前記ビームウィービング加工位置および前記通常加工位置に移動したことを検知するセンサが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッド。
3. 前記ギヤホルダが前記ビームウィービング加工位置にあるときに、前記ギヤホルダを位置固定する位置固定手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のビームウィービング装置を備えたレーザー加工ヘッド。

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