JP5586238B2 - High dynamic 3D machining system of workpiece using laser beam - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバケーブルを通して伝送されるレーザビームが、加工対象の被加工物までロボットの関節アームによって案内されるシステムに関する。この種のシステム/装置は、一般に、特許文献1から既知である。 The present invention relates to a system in which a laser beam transmitted through an optical fiber cable is guided by a joint arm of a robot to a workpiece to be processed. This type of system / device is generally known from US Pat.
部品(以下、被加工物と呼ぶ)の3次元加工は、製造において、特にニアネットシェイプ部品を溶接するため、または再成形作業の後に部品をトリミングし削り整えるために、ますます重要になってきている。 Three-dimensional machining of parts (hereinafter referred to as workpieces) is becoming increasingly important in manufacturing, especially for welding near net shape parts, or for trimming and trimming parts after reshaping operations. ing.
特に、レーザビームで加工される被加工物の表面または輪郭が平面内に位置していない場合(以下、3次元輪郭と呼ぶ)、運動シーケンスを自由にプログラムすることができるアーム型ロボットを使用することにより、大幅な設計の自由度が提供されるとともに、設備投資が削減され、許容可能な製造精度も得られる。 In particular, when the surface or contour of the workpiece to be machined by the laser beam is not located in a plane (hereinafter, referred to as a three-dimensional contour), luer over arm robot can be freely programmed movement sequence The use of provides a great degree of design freedom, reduces capital investment and provides acceptable manufacturing accuracy.
1kWを超える出力範囲では、アーム型ロボットおよびレーザビームを用いる被加工物の3次元輪郭の加工は、主に固体レーザ(YAG、ダイオードまたはファイバレーザ)によって行われる。この種のレーザのレーザビームは、1つまたは複数の光ファイバを含む光ファイバケーブルを通して数メートルもの長さにわたって有利に案内されることが可能であり、それにより、明らかに、レーザビームをロボットアームの外側で光ファイバケーブルを介してロボットハンドまで案内する機会がもたらされる。ロボットハンドには、被加工物上にレーザビームを集束させる加工レンズ系が配置されている。 The output range of more than 1 kW, machining of 3-dimensional contour of the workpiece using the A over arm robot and the laser beam is carried out mainly by a solid-state laser (YAG, diode or fiber lasers). The laser beam of this type of laser can be advantageously guided over a length of several meters through a fiber optic cable containing one or more optical fibers, so that clearly the laser beam is directed to the robot arm The opportunity to guide to the robot hand via the fiber optic cable outside of is provided. The robot hand is provided with a processing lens system for focusing the laser beam on the workpiece.
レーザ源から出るレーザ光線が、1本の光ファイバのみを介して案内されるか、1本の光ファイバケーブルにまとめられた複数の光ファイバを介して案内されるかに関わらず、ここでは、レーザ光線は、ビーム軸を有するレーザビームを指すように意図している。 Regardless of whether the laser beam emanating from the laser source is guided through only one optical fiber or through a plurality of optical fibers grouped together in a single optical fiber cable, Laser beam is intended to refer to a laser beam having a beam axis.
特許文献1は、被加工物の3次元加工用のロボットハンドについて開示している。5軸ロボットの第4軸を構成する1つのハンド軸において、光ファイバケーブルにプラグ用のコネクタを配置すると述べられている。コネクタは、プラグ・ソケットコネクタまたはねじ込み式コネクタであり得る。 Patent Document 1 discloses a robot hand for three-dimensional processing of a workpiece. It is stated that a plug connector is disposed on an optical fiber cable in one hand axis constituting the fourth axis of a 5-axis robot. The connector can be a plug-and-socket connector or a screw-in connector.
機械的過負荷から保護するために、光ファイバケーブルは、たとえばスパイラルシースによって保護されている。プラグ内に光学レンズ系が組み込まれていると述べられており、光学レンズ系によってレーザビームは、従来技術による方法を用いて平行にされる。レーザビームを平行にする光学レンズ系はまた、ファイバ側のプラグ・ソケットコネクタの外側、すなわちプラグの外側に配置される別個の組立体でもあり得ることが指摘されている。 In order to protect against mechanical overload, the fiber optic cable is protected, for example, by a spiral sheath. It is stated that an optical lens system is incorporated in the plug, by which the laser beam is collimated using a method according to the prior art. It has been pointed out that the optical lens system that collimates the laser beam can also be a separate assembly located outside the plug and socket connector on the fiber side, ie outside the plug.
レーザビームがこのようにロボットのハンド内に結合される場合、光ファイバケーブルの光ファイバ内を案内されるレーザビームのビーム軸と、ロボットハンドの加工レンズ系の光軸とは一致せず、組立体の公差に応じて互いに対してオフセットにされかつ傾斜している、ということは当業者には明らかである。 When the laser beam is coupled into the robot hand in this way, the beam axis of the laser beam guided in the optical fiber of the optical fiber cable and the optical axis of the processing lens system of the robot hand do not coincide with each other. It will be apparent to those skilled in the art that they are offset and tilted relative to each other depending on the tolerance of the volume.
しかしながら、レーザビームがロボットアーム内部の比較的短い距離のみを移動する(これは、ファイバの端部と加工レンズ系との間のビーム経路が短いことを意味する)ため、加工レンズ系におけるレーザビームのレーザ軸の入射点は、依然として光軸の通過点に十分近く、そのため、レーザビームはロボットハンドにおいてこのビーム経路内で弱められない。 However, since the laser beam travels only a relatively short distance inside the robot arm (which means that the beam path between the end of the fiber and the processing lens system is short), the laser beam in the processing lens system The point of incidence of the laser axis is still close enough to the point of passage of the optical axis, so that the laser beam is not weakened in this beam path in the robot hand.
しかしながら、加工レンズ系にレーザビームを案内し、加工レンズ系によってレーザビームが被加工物上に集束するこの方法の不都合は、ロボットアームの移動に追従する光ファイバケーブルが、ハンド軸の高ダイナミック移動に追従する必要はないにも関わらず、機械的応力を連続的に受ける、ということである。この応力を、シースによって減衰させるべきであるが、シースはまた、光ファイバの移動性を制限する。 However, the disadvantage of this method of guiding the laser beam to the processing lens system and focusing the laser beam on the workpiece by the processing lens system is that the optical fiber cable that follows the movement of the robot arm has a high dynamic movement of the hand axis. Although it is not necessary to follow this, it is subjected to mechanical stress continuously. This stress should be damped by the sheath, which also limits the mobility of the optical fiber.
一般に、光ファイバを、150mm未満の曲げ半径まで曲げてはならず、したがって、ロボットハンドが起伏の激しい被加工物に沿って移動する場合、ファイバはキンクのために損傷する可能性がある。 In general, optical fibers should not be bent to bend radii of less than 150 mm, so if the robot hand moves along a rough workpiece, the fiber can be damaged due to kinks.
さらに、光ファイバケーブルは、高ダイナミック移動の場合に、制御されないはね返りによる損傷をより受け易い。 In addition, fiber optic cables are more susceptible to damage from uncontrolled rebound in the case of high dynamic movement.
一般に、光ファイバが損傷すると、光ファイバケーブルを交換する必要があり、それには費用がかかるとともにダウンタイムが発生する。この場合、加工場所とレーザ源との間の距離は、数メートル、たとえば50mになる可能性があり、それは、迅速作動カップリング(rapid-action coupling)コネクタと嵌合する場合であっても、光ファイバケーブルの交換には極めて時間がかかることを意味する、ということが留意されるべきである。 In general, when an optical fiber is damaged, the fiber optic cable must be replaced, which is expensive and causes downtime. In this case, the distance between the processing location and the laser source can be several meters, for example 50 m, even when mating with a rapid-action coupling connector, It should be noted that the replacement of the fiber optic cable means that it takes a very long time.
特許文献2は、レーザビームを用いて工業的作業を行うロボットについて開示しており、レーザビームは、ロボットの関節アーム内部に配置されている光ファイバ内に案内される。
光ファイバは損傷を受け易くかつ曲げ半径が小さい(100mm〜200mm)ため、レーザビームを(ロボットのアーム内に)案内するために光ファイバをこのように組み込むことは、高ダイナミックロボットで用いるには適していない。 Because optical fibers are susceptible to damage and have a small bend radius (100 mm to 200 mm), incorporating an optical fiber in this manner to guide a laser beam (into the robot arm) is for use in high dynamic robots. Not suitable.
上述した従来技術による解決法の両方において、光ファイバケーブルは、ロボットアームとともに移動し、したがって、動的応力を受け易く、それによってその耐用年数が短くなる。それは、ビーム経路において最弱リンクであり、摩耗部品とみなされる。 In both of the prior art solutions described above, the fiber optic cable moves with the robot arm and is therefore susceptible to dynamic stress, thereby shortening its useful life. It is the weakest link in the beam path and is considered a wear part.
光ファイバは、送り込まれたレーザビームを伝送する(transport)役割を果たすことができ、または、レーザ自体、すなわちファイバレーザとして動作することができる。 The optical fiber can act as a transport for the injected laser beam, or it can operate as the laser itself, ie, a fiber laser.
ファイバレーザは、アクティブファイバ、たとえばイッテルビウムまたはエルビウムがドープされかつ融着接続により伝送ファイバに接続されるガラスファイバを含む。アクティブファイバの長さは、望ましくない副次的作用が発生するために制限されるため、光ファイバケーブルの全長は、レーザビームを、ビーム経路内に結合される場所まで、またはレーザビームの作用場所まで案内する伝送ファイバの長さによって、不変に決定される。アクティブファイバおよび伝送ファイバは、略一体構造の組立体を構成しており、それは、伝送ファイバに対する損傷およびその後の伝送ファイバの交換に、アクティブファイバへの融着接続を擦り傷から回復させなければならないことが必要であることを意味する。伝送ファイバに対して機械的応力がかからないようにするために、このファイバは、実際の応用では、プロセスファイバに接続されており、このように複数の部分、すなわちアクティブファイバ、伝送ファイバおよびプロセスファイバによって形成されている光ファイバケーブルの移動は、プロセスファイバの部分によって制限される。 The fiber laser includes an active fiber, such as a glass fiber doped with ytterbium or erbium and connected to the transmission fiber by a fusion splice. Since the length of the active fiber is limited due to undesired side effects, the total length of the fiber optic cable can reach the place where the laser beam is coupled into the beam path or where the laser beam acts. It is determined invariantly by the length of the transmission fiber guided to. The active fiber and transmission fiber constitute a substantially monolithic assembly, which must restore the fusion spliced to the active fiber from scratches for damage to the transmission fiber and subsequent replacement of the transmission fiber. Means that is necessary. In order to avoid mechanical stress on the transmission fiber, this fiber is connected to the process fiber in practical applications, and thus is divided into several parts: active fiber, transmission fiber and process fiber. The movement of the formed fiber optic cable is limited by the portion of the process fiber.
プロセスファイバは、プラグ・ソケットコネクタまたはねじ込み式コネクタとし得るファイバ−ファイバカップリングを介して容易に交換することができるオーダーメイドファイバである。しかしながら、ファイバ−ファイバカップリングによりビーム品質が著しく劣化し、特に、それはまたビームの直径の増大が原因である。これについて、一例を用いて説明する。 Process fibers are made-to-order fibers that can be easily replaced via fiber-fiber couplings, which can be plug-and-socket connectors or threaded connectors. However, fiber-to-fiber coupling significantly degrades beam quality, in particular it is also due to an increase in beam diameter. This will be described using an example.
伝送ファイバは、たとえば直径が50μmであり、ファイバ−ファイバカップリングに避けられないアライメント誤差および公差があるため、より径の大きい、たとえば100μmのプロセスファイバに結合される。直径が倍になることにより、ビームが被加工物の上に突き当たる際、ビームの断面を横切るビーム密度が1/4になり、それにより、加工速度が低下し、したがってサイクルタイムが増大することになる。加工プロセスの全体効率が低下する。 Transmission fibers are, for example, 50 μm in diameter and are coupled to larger diameter process fibers, for example 100 μm, due to the inevitable alignment errors and tolerances of fiber-fiber coupling. By doubling the diameter, when the beam strikes the workpiece, the beam density across the beam cross-section is reduced by a factor of four, thereby reducing the processing speed and thus increasing the cycle time. Become. The overall efficiency of the machining process is reduced.
したがって、(光ファイバケーブルへ)プロセスファイバを組み込む必要を失くすことができると、それは歓迎すべき改善である。 Thus, if the need to incorporate process fibers (to fiber optic cables) can be lost, it is a welcome improvement.
ロボットアーム内のレーザビームが、一連の内部ミラーを介して、レーザビームを集束させるヘッドまで案内される溶接ロボットが、特許文献3および特許文献4から既知である。この文書には、レーザビームがレーザ源からロボットアーム上の必然的に必要とされるカップリング場所までいかに送り出されるか、およびそこにいかに結合されるかについて、いかなる情報も記載されていない。意図されたレーザ源はCO2レーザであると仮定することができるが、それは、光ファイバで案内されるレーザビームに比較して、ビーム品質が非常に高いレーザビームを放出する。光ファイバ内で発生する事象のために、ビームの形状およびビーム火面(beam caustic)が、ビーム強度の略ガウス分布がトップヘッド分布に変化するように変化する。 Known from US Pat. Nos. 6,099,066 and 5,639,959 is a welding robot in which a laser beam in a robot arm is guided to a head for focusing the laser beam through a series of internal mirrors. This document does not provide any information on how the laser beam is delivered from the laser source to the required coupling location on the robot arm and how it is coupled there. It can be assumed that the intended laser source is a CO 2 laser, but it emits a laser beam with a very high beam quality compared to a laser beam guided by an optical fiber. Due to events that occur in the optical fiber, the beam shape and beam caustic change so that the approximately Gaussian distribution of beam intensity changes to a top head distribution.
本発明が解決すべき問題は、レーザビームを用いて被加工物を3次元加工するシステムを提供することであり、そのシステムは、光ファイバケーブルを機械的応力にさらすことなく、アーム型ロボットを使用し光ファイバケーブル内にレーザビームを案内することによって動作する。 The present invention is a problem to be solved is to provide a system for processing a workpiece 3-dimensionally by using a laser beam, the system without exposing the optical fiber cable to the mechanical stresses, A over arm type It operates by guiding a laser beam into a fiber optic cable using a robot.
本発明が提起する問題は、レーザビームによって被加工物を高ダイナミック3次元加工するシステムであって、ロボットフレームおよび関節アームを有するアーム型ロボットであって、そのアームの固定端がロボットフレームに取り付けられ、アームの自由端に加工レンズ系が配置され、それらレンズ系が光軸を画定する、アーム型ロボット、光ファイバケーブルであって、その一端が関節アームに接続され、かつそれを用いてビーム軸を有するレーザビームが関節アーム内に結合される、光ファイバケーブルとを備える、システムによって解決される。 Problems which the invention is filed, a system for processing high dynamic 3-dimensional workpieces by laser beam, a luer over beam-type robot having a robot frame and articulated arms, the fixed end of the arm attached to the robot frame, machining lens system to the free end of the arm is arranged, which lens system defines an optical axis, a over arm robot, an optical fiber cable, one end connected to the articulated arm, And a system comprising a fiber optic cable with which a laser beam having a beam axis is coupled into an articulated arm.
光ファイバケーブルは、レーザビームが関節アーム全体を通して案内されるように、関節アームの固定端に接続される。ビーム品質が一様なレーザビームを、関節アームを通して案内することを可能にするために、レーザビームが出る光ファイバケーブルの端部は、アライメントユニットを介して関節アームの固定端に間接的に接続される。アライメントユニットは、コリメートレンズ系と少なくとも2つのアライメントミラーとを備えており、アライメントミラーは各々、少なくとも1つの回転軸を中心に回転し、かつ少なくとも1つの並進軸に沿って移動することができ、回転軸および並進軸は互いに対して直角であり、それにより、レーザビームのビーム軸を光軸と一致させることができる。ビーム軸に対し光軸とのアライメントを常に行うことができるという事実により、市販のプラグ・ソケットコネクタまたはねじ込み式コネクタを用いて、光ファイバケーブルの端部を関節アームに接続することが可能になる。 The fiber optic cable is connected to the fixed end of the articulated arm so that the laser beam is guided through the entire articulated arm. In order to be able to guide a laser beam with uniform beam quality through the joint arm, the end of the fiber optic cable from which the laser beam exits is indirectly connected to the fixed end of the joint arm via an alignment unit Is done. The alignment unit comprises a collimating lens system and at least two alignment mirrors, each of the alignment mirrors rotating about at least one rotation axis and moving along at least one translation axis, The rotation axis and the translation axis are perpendicular to each other so that the beam axis of the laser beam can coincide with the optical axis. The fact that the beam axis can always be aligned with the optical axis allows the end of the fiber optic cable to be connected to the articulated arm using a commercially available plug-and-socket connector or screw-in connector. .
光ファイバケーブルとアライメントユニットとの接続が、光ファイバケーブルに配置されたプラグと、アライメントユニットのハウジングに配置されたジャックとを介して実施され、それらプラグおよびジャックが合わせて迅速作用係止を形成することが推奨される。 The connection between the fiber optic cable and the alignment unit is made through a plug located on the fiber optic cable and a jack located on the housing of the alignment unit, which together form a fast acting lock. It is recommended to do.
光ファイバケーブルが機械的応力を受けないため、1つの利点は、それがファイバレーザおよび伝送ファイバのみからなることが可能であり、またはさらには単にファイバレーザとし得るということであり、その場合、機械的応力が加えられる場合とは反対に、摩耗部品としての追加のプロセスファイバに結合するためのビーム品質を低下させるファイバ−ファイバカップリングが不要になる。 One advantage is that it can consist of only a fiber laser and a transmission fiber, or even simply a fiber laser, since the fiber optic cable is not subjected to mechanical stress, in which case the machine Contrary to the case where mechanical stress is applied, fiber-to-fiber coupling that reduces beam quality for coupling to additional process fibers as wear parts is eliminated.
アライメントユニットは、第3回転軸を中心に回転しかつ第3並進軸に沿って移動することができる方向変更ミラーも備えることが好ましく、それにより、アライメントユニットに対しアライメントのために6自由度が提供され、アライメントグループのハウジングのジャックをいかなる箇所にも配置することが可能になる。 The alignment unit preferably also comprises a redirection mirror that can rotate about the third axis of rotation and move along the third axis of translation, so that the alignment unit has 6 degrees of freedom for alignment. Provided, the jack of the alignment group housing can be placed anywhere.
加工レンズ系のレンズとコリメートレンズ系のレンズとが、互いに対して並進移動可能であることが好ましい。 It is preferable that the lens of the processing lens system and the lens of the collimating lens system can be translated relative to each other.
加工レンズ系のレンズを移動させることにより、加工レンズ系から種々の距離に対し焦点位置を調整することができ、それは、厚さの異なる被加工物が被加工物支持面から一定距離で加工される場合に不可欠である。 By moving the lens of the processing lens system, the focal position can be adjusted for various distances from the processing lens system, which means that workpieces with different thicknesses are processed at a constant distance from the workpiece support surface. Is indispensable.
コリメートレンズ系のレンズを移動させることにより、レンズの焦点距離を、レーザビームが光ファイバケーブルから出る際のレーザビームの発散に調整することができる。 By moving the lens of the collimating lens system, the focal length of the lens can be adjusted to the divergence of the laser beam as it exits the optical fiber cable.
本発明について、実例に基づきかつ図面を参照してより詳細に説明する。 The invention will be described in more detail on the basis of examples and with reference to the drawings.
図1に示すシステム/装置は、ロボットフレーム1と、複数の軸を備えた関節アーム2とを有するアーム型ロボットを備え、関節アームの自由端には加工レンズ系3が配置されており、このレンズ系は、関節アーム2内部のビーム経路に対する光軸4を画定する。関節アーム2の他端は、ロボットフレーム1に固定して取り付けられている。
System / apparatus illustrated in Figure 1, the robot frame 1 comprises a luer over arm type robot having a and articulated
関節アーム2は、中空であり、その全長に沿ってたとえば30mmの自由開口が延在している。関節アーム2内部に位置決めされているミラーが、関節アーム2内部でレーザビーム11の方向を変える。ミラー間の間隔は、関節アーム2の移動に関わらず常に同じままであり、それにより、ビーム径の望ましくない変動に対処する。光軸4は、ミラーを介して方向が変えられ、関節アーム2の固定端では、固定端から数えて関節アーム2の第1軸の方向において、安定空間位置にあり、この空間位置は、関節アーム2の移動とは無関係である。
The
光ファイバケーブル5の一端は、アライメントユニット6を介して関節アーム2の固定端に間接的に接続されている。このアライメントユニット6の設計は、光ファイバケーブル5から出る入射レーザビーム11に対し以下のようにアライメントがなされ得ることを確実にするように意図されている。すなわち、レーザビームのビーム軸10が、光軸4と一致するようにされ、すなわち、光軸に対してアライメントがなされ、この光軸は、関節アーム2の固定端において関節アーム2の第1軸の方向において安定空間位置にある。
One end of the
光ファイバケーブル5とアライメントユニット6との接続は、光ファイバケーブル5に配置されているプラグ7と、アライメントユニット6のハウジング8に配置されているジャック9とによって実施され、プラグおよびジャックは合わせて迅速作用係止を形成することが好ましい。後の時点でアライメントがなされるため、接続の機械公差が満たすべき特定の要件はない。
The connection between the
光ファイバケーブル5の端部が、剛性な接続要素を介して関節アーム2の固定端に間接的に接続されるため、光ファイバケーブル5は、関節アーム2が行う運動に関わらず固定したままである。これは、ケーブルが移動せず、したがって動的応力を受けないことを意味する。
Since the end of the
その結果、ファイバレーザのみからまたはファイバレーザおよび伝送ファイバのみからなる光ファイバケーブル5を用いることが可能になり得る。すなわち、光ファイバケーブル5が機械的応力を受けることがなく、したがっていかなる著しい摩耗も受けることがないため、摩耗部品として交換される可能性のあるプロセスファイバに結合する必要がない。
As a result, it may be possible to use an
光ファイバケーブル5はまた、遠くに配置されたレーザ源からアーム型ロボットにレーザビーム11を伝送する役割のみを果たすことができる。
The
光ファイバケーブル5の端部から出るレーザビーム11のビーム軸10の位置は、大部分が、光ファイバケーブル5の端部の性質と、プラグ7およびジャック9が形成する接続とによって決まる。x方向、y方向およびz方向における光軸4に対するビーム軸10の位置からの必然的に発生するずれと、光軸4に対するビーム軸の傾きとは、レーザビーム11が関節アーム2内に直接結合されていた場合、ビームが関節アーム2内で光軸4と同軸上に案内されないという影響を及ぼす。
The position of the
関節アーム2内部の経路長が長く、かつ関節アーム2内に組み込まれているミラーによる複数の方向変更があることにより、誤りが増加する。したがって、一シナリオによれば、レーザビーム11の一部が、組込みミラーに突き当たらず、それらが突き当たる関節アーム2の他の部品によって吸収されるかまたは反射される可能性がある。こうした望ましくない吸収により、関節アーム2が加熱され、したがって損傷する。望ましくない反射は、レーザビーム11のビーム品質を低下させる。
Since the path length inside the
同じ一様のビーム品質を維持しながら、光ファイバケーブル5の端部の接続の複雑性の程度を増大させることなく、関節アーム2内にレーザビーム11を案内することを可能にするために、レーザビーム11が関節アーム2内に案内される前に、アライメントユニット6を用いてビーム軸10に対し光軸4とのアライメントを行う。
In order to be able to guide the
アライメントユニット6は、2つのアライメントミラー12.1、12.2と、コリメートレンズ系13とを備えている。コリメートレンズ系13は、ビームの方向において光ファイバケーブル5の端部のすぐ下流に光学的に配置されており、それに続いて2つのアライメントミラー12.1、12.2が配置され、それに続き、ビームの方向において、加工レンズ系3までずっと関節アーム2の組込みミラーが配置されている。
The alignment unit 6 includes two alignment mirrors 12.1, 12.2, and a
コリメートレンズ系13は、以下のように設計されている。すなわち、一方では、光ファイバケーブル5の端部から出る発散レーザビーム11を平行にし、それにより、レーザビーム11が、関節アーム2内において一定のビーム径で平行な光の束として案内されるのを可能にする。他方では、組込みミラーが過熱されその結果変形する可能性を回避するように、これらミラーが応力に対して耐性があり得ることに対し、ビームの断面にわたるビーム密度が適応されるように、レーザビーム11を拡大させる。
The
平行レーザビーム11は、その後、2つのアライメントミラー12.1、12.2を介して方向が変えられる。それらミラーは各々、少なくとも1つの回転軸を中心にかつ1つの並進軸に沿って移動することができる。
The
2つの必要な回転軸と2つの必要な並進軸とは、互いに直角である。アライメントミラー12.1、12.2を適当に移動させかつひねることにより、ビーム軸10を光軸4と一致させる。
The two required rotation axes and the two required translation axes are perpendicular to each other. The
図2に示す第2の実例では、アライメントユニットは、2つのアライメントミラー12.1、12.2に加えて、方向変更ミラー14も有している。したがって、第1の実例とは対照的に、ロボットの第1軸の方向においてアライメントユニット6のハウジング8にジャック9を配置する必要がなく、代りにいかなる箇所に位置決めすることも可能である。この場合、方向変更ミラー14は、光ファイバケーブル5の端部から出るレーザビーム11を第1アライメントミラー12.1上に向かうように方向を変更する役割を果たす。2つのアライメントミラー12.1および12.2と方向変更ミラー14とを備えたアライメントユニット6は、ビーム軸10に対し光軸4とのアライメントを行うために6自由度を有している。
In the second example shown in FIG. 2, the alignment unit also has a
ロボットからの出口において、すなわち関節アーム2の自由端において、被加工物の表面と、加工ヘッドまたは切削先端部としての役割を果たすように設計されている関節アーム2の自由端との間の距離は、容量性または誘導性測距センサにより、かつセンサ信号の目標とされる処理によって制御される。
The distance between the surface of the workpiece and the free end of the articulated
分析ユニットによって処理される信号を用いて、予め定められた時刻におけるロボット制御への伝送によりロボット位置を変更する。 Using the signal processed by the analysis unit, the robot position is changed by transmission to the robot control at a predetermined time.
制御は、設計全体を複雑にするのみであるロボットヘッドに配置された外部軸を介してではなく、ロボットを介して直接行われる。傾き制御を確実にするため、かつオーバーシュートを回避するため、制御戦略は、加工ヘッド/切削先端部と被加工物の表面との間の領域を、遠視野と近視野とに分割する。遠視野領域では、制御は、被加工物と加工ヘッド/切削先端部との間の距離に基づいて行われ、近視野領域では、加工ヘッド/切削先端部と維持されるべき距離(たとえば、0.2mm〜2mm)との差のパーセントが制御変数として用いられる。 Control is done directly through the robot, not through external axes located on the robot head, which only complicates the overall design. In order to ensure tilt control and to avoid overshoot, the control strategy divides the region between the machining head / cutting tip and the workpiece surface into a far field and a near field. In the far field region, control is based on the distance between the workpiece and the machining head / cutting tip, and in the near field region, the distance to be maintained from the machining head / cutting tip (eg, 0). .2 mm to 2 mm) is used as the control variable.
1 ロボットフレーム
2 関節アーム
3 加工レンズ系
4 光軸
5 光ファイバケーブル
6 アライメントユニット
7 プラグ
8 ハウジング
9 ジャック
10 ビーム軸
11 レーザビーム
12 アライメントミラー
13 コリメートレンズ系
14 方向変更ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
ロボットフレーム(1)と関節アーム(2)を有するアーム型ロボットであって、前記アームの固定端が前記ロボットフレーム(1)に取り付けられ、前記アームの自由端に加工レンズ系(3)が配置され、前記レンズ系が光軸(4)を画定する、アーム型ロボットと、
ビーム軸(10)を有するレーザビーム(11)を前記関節アーム(2)内に結合することができるように前記関節アーム(2)の前記固定端に接続される光ファイバケーブル(5)とを備えるシステムにおいて、
前記光ファイバケーブル(5)が、アライメントユニット(6)を介して前記関節アーム(2)の前記固定端に間接的に接続され、
前記アライメントユニット(6)が、コリメートレンズ系(13)と少なくとも2つのアライメントミラー(12.1、12.2)とを備え、
それらミラーの各々が、少なくとも1つの回転軸を中心に旋回しかつ少なくとも1つの並進軸に沿って移動することができ、
前記回転軸と前記並進軸が互いに直角であり、それにより前記ビーム軸(10)が前記光軸(4)と一致することが可能になり、
前記アライメントユニット(6)が、第3回転軸を中心に旋回しかつ第3並進軸に沿って移動することができる方向変更ミラー(14)も有することを特徴とするシステム。 A system for highly dynamic three-dimensional processing of a workpiece by a laser beam,
A luer over beam-type robot having a robot frame (1) and joint arm (2), the fixed end of the arm is attached to the robot frame (1), machining the lens system to the free end of said arm ( 3) is arranged, the lens system defines an optical axis (4), and a over arm robot,
An optical fiber cable (5) connected to the fixed end of the joint arm (2) so that a laser beam (11) having a beam axis (10) can be coupled into the joint arm (2); In the system with
The optical fiber cable (5) is indirectly connected to the fixed end of the joint arm (2) via an alignment unit (6);
The alignment unit (6) comprises a collimating lens system (13) and at least two alignment mirrors (12.1, 12.2);
Each of the mirrors can pivot about at least one axis of rotation and move along at least one translation axis;
Wherein the rotation axis is translational axes perpendicular to each other, whereby said beam axis (1 0) Ri is possible to name that coincides with the optical axis (4),
System wherein the alignment unit (6) is a third pivot about a rotational axis and wherein Rukoto the direction changing mirror (14) also Yusuke which can be moved along the third translational axis.
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