JP6131158B2

JP6131158B2 - レーザ加工ヘッド

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Publication number: JP6131158B2
Application number: JP2013193702A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　和隆; 和隆佐藤; 俊英加藤
Original assignee: Amada Holdings Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2033-09-19
Also published as: JP2015058448A

Description

本発明は、レーザビームを照射する加工ヘッド本体の先端部を通してレーザ加工箇所に観察用の照明光を照射するレーザ加工ヘッドに係り、特に、シールドガスをレーザ加工箇所に向けて噴射するノズルの付け替えを行うレーザ加工ヘッドに関するものである。

レーザ加工ヘッドからワークにレーザビームを照射してレーザ溶接する場合、加工箇所にシールドガス（不活性ガスなど）を噴射して、溶接部が酸素と反応するのを抑制するようにしている。また、溶接箇所を観察するために、加工ヘッド本体の先端部を通してレーザ加工箇所に観察用の照明光を照射することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、シールドガスをレーザ加工箇所に向けて噴射するためのノズルは、加工の形態などによって付け替えられる。

この種の付け替えが行われるノズルの代表的な例としては、加工ヘッド本体の先端部に直接装着されて、レーザビームの通過する通路を通してシールドガスをレーザ加工箇所に向けて噴射する細型ノズル、レーザビームの通過する通路とその外側に同心状に形成された通路の両方から同心状にシールドガスをレーザ加工箇所に向けて噴射する同軸型ノズル、加工ヘッド本体の先端部に直接装着されずに加工ヘッド本体の側方に配置されて、レーザビームの通過する通路を通さないで、シールドガスをレーザ加工箇所に向けて噴射するサイドノズル、がある。

特開２０１３−５２４４０号公報

ところで、上述のような種類のノズルの付け替えを行った場合、使用するノズルによって、観察用に照射する照明光の明るさに違いが出てしまい、観察しにくくなったり、あるいは、観察用にレーザ加工箇所を撮像する場合は撮像品質に違いが出たりするなどの問題があった。

本発明は、上記事情を考慮し、ノズルの付け替えによらず、観察用の照明光の照度を自動的に適正状態に調整することができるレーザ加工ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明のレーザ加工ヘッドは、ワークの加工箇所に向けて加工用のレーザビームを出射する加工ヘッド本体と、前記ワークの加工箇所にシールドガスを噴射するノズルと、前記加工ヘッド本体の先端部を通して前記ワークの加工箇所に観察用の照明光を照射する照明手段と、前記加工ヘッド本体の先端部に設けられた交換部品装着部と、前記交換部品装着部に、使用する前記ノズルの種類に対応して着脱自在に装着される交換部品と、を備えたレーザ加工ヘッドにおいて、前記交換部品装着部に設けられ、該交換部品装着部に装着される前記交換部品を他の交換部品と識別する識別センサと、前記各交換部品に設けられ、前記識別センサによって識別される、交換部品ごとに異なる被識別部と、前記識別センサが認識した、前記交換部品装着部に装着された交換部品の種類に応じて前記照明手段による照明光の光量を調整する光量制御手段と、を備えることを特徴としている。

請求項２の発明のレーザ加工ヘッドは、請求項１に記載のレーザ加工ヘッドであって、前記加工ヘッド本体の先端部に直接取り付けられるノズルについては、該ノズルの基端部に該ノズルに対応した前記交換部品がノズルベースとして一体に設けられており、前記加工ヘッド本体の先端部に直接取り付けられないノズルについては、該ノズルと別体に該ノズルに対応した前記交換部品が用意されていることを特徴としている。

請求項３の発明のレーザ加工ヘッドは、請求項１または２に記載のレーザ加工ヘッドであって、前記識別センサとして、それぞれの検出対象部位に検出対象部材が存在するときと存在しないときとで異なる信号を出力する複数の近接センサが設けられ、前記交換部品の前記各近接センサによる検出対象部位に、それぞれ前記検出対象部材が着脱自在に挿入可能な複数の孔が穿設され、前記複数の孔のうち、前記検出対象部材が選択的に挿入された前記孔の位置と、前記検出対象部材が挿入されていない前記孔の位置との組み合わせにより、前記交換部品ごとに異なる前記被識別部が構成されていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、ノズルの付け替えに応じて交換部品を加工ヘッド本体の交換部品装着部に装着するだけで、使用するノズルがどの種類であるかを識別センサによって識別することができ、これにより、照明手段による照明光の光量を適正状態に調整することができる。従って、明る過ぎず暗過ぎずの条件で、レーザ加工箇所を観察することができる。また、撮像品質に違いが出るのを無くすことができる。

請求項２の発明によれば、加工ヘッド本体の先端部に直接取り付けられるノズルについては、ノズルベースとして交換部品を設けているので、ノズルを加工ヘッド本体の先端部に取り付けるだけで、当該ノズルの種類をセンサが識別することができ、これにより、照明手段による照明光の光量を適正状態に調整することができる。

請求項３の発明によれば、検出対象部材を挿入する交換部品の孔の位置を適当に違えるだけで、加工ヘッド本体の先端部に装着した交換部品の違い、即ち使用するノズルの種類をセンサが認識することができる。従って、簡単にノズルの種類に応じて異なる被識別部を作ることができる。

本発明の実施形態のレーザ加工ヘッドを備えた溶接ロボットの全体側面図である。図１のＭ部分の拡大図である。図２のＸ１方向から見た図である。サイドノズルを装着したレーザ加工ヘッドの拡大図で、（ａ）はサイドノズルの背面側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＸ２方向から見た図である。図４の状態からサイドノズルを取り外した状態を示す図で、（ａ）、（ｂ）は図４の（ａ）、（ｂ）とそれぞれ同じ方向から見た図である。図５の状態からサイドノズルに対応したブロック（交換部品）を取り外した状態を示す図で、（ａ）、（ｂ）は図５の（ａ）、（ｂ）とそれぞれ同じ方向から見た図である。図６の状態の加工ヘッド本体のブロック装着部（交換部品装着部）と該ブロック装着部に装着されるブロックとを示す斜視図である。加工ヘッド本体の先端部に同軸型ノズルを取り付けたレーザ加工ヘッドの構成（サイドノズルも一緒に付いている状態）を示す斜視図である。加工ヘッド本体の先端部に細型ノズルを取り付けたレーザ加工ヘッドの構成を示す斜視図である。サイドノズルを使用する場合に加工ヘッド本体のブロック装着部に装着されるブロックの構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。加工ヘッド本体の先端部に直接取り付けられる同軸型ノズルの構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。加工ヘッド本体の先端部に直接取り付けられる細型ノズルの構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。（ａ）は３種類のノズルＡ、Ｂ、Ｃに対応して用意された３種類のブロックＡ、Ｂ、Ｃ（Ｂ、Ｃについてはノズルベースが相当）の被識別部とブロック装着部に設けられた３つの近接センサとの関係を説明するための図、（ｂ）は３つの近接センサに対応する３つの孔にホローセット（イモネジ）を挿入するかしないかの組み合わせで構成し得る被識別部の種類の説明図である、図１３のように３つの近接センサと３つの孔を用いるのではなく、２つの近接センサと２つの孔で作ることのできる被識別部の組み合わせについての説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は実施形態のレーザ加工ヘッドを備えた溶接ロボットの全体側面図、図２は図１のＭ部分の拡大図、図３は図２のＸ１方向から見た図である。

図１〜図３に示すように、実施形態のレーザ加工ヘッド１０は、溶接ロボット１のロボットアームの先端部のごとく、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向へ移動自在なヘッド支持部材２に、取付アタッチメント３を介して適宜に装着されている。レーザ加工ヘッド１０は、加工用のレーザビームを先端部（下端部）からワークに向けて照射する加工ヘッド本体１１を備えており、加工ヘッド本体１１の先端部にはブロック装着部（交換部品装着部）１２が設けられている。

また、このレーザ加工ヘッド１０は、加工ヘッド本体１１の先端部を通してワークの加工箇所に向けて観察用の照明光を照射する照明手段４０を備えている。照明手段４０としては、例えば、回路基板に搭載されたＬＥＤや、ＬＥＤの光を下向きに反射する反射部材等が使用されている。また、このレーザ加工ヘッド１０には、照明されたレーザ加工箇所を、加工ヘッド本体１１の内部通路（レーザビームが通過する通路）を通して撮像する撮像手段（カメラ）が必要に応じて設けられている。

また、図３中の符号２０で示すものはサイドノズル、符号３０で示すものは溶接ワイヤ供給部である。サイドノズル２０は、レーザ加工箇所に不活性ガス等のシールドガスを吹き付けて、レーザ加工箇所が酸素と反応するのを防ぐ手段である。

ブロック装着部１２は、ワークの加工箇所にシールドガスを噴射するノズルの装着部として主に使用される部分であり、ノズルの種類によっては、ノズルとは別体に用意された単品のブロック（交換部品）１００が装着される。

図４は、サイドノズル２０を装着したレーザ加工ヘッド１０の拡大図で、図４（ａ）はサイドノズル２０の背面側から見た図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ２方向から見た図、図５は、図４の状態からサイドノズル２０を取り外した状態を示す図で、図５（ａ）、（ｂ）は図４の（ａ）、（ｂ）とそれぞれ同じ方向から見た図、図６は、図５の状態からサイドノズル２０に対応したブロック（交換部品）１００を取り外した状態を示す図で、図６（ａ）、（ｂ）は図５の（ａ）、（ｂ）とそれぞれ同じ方向から見た図である。また、図７は、図６の状態の加工ヘッド本体１１のブロック装着部１２と該ブロック装着部１２に装着される単品のブロック１００とを示す斜視図である。

サイドノズル２０は、加工ヘッド本体１１の先端部に直接装着されずに、加工ヘッド本体１１の側方に配置されて、レーザビームの通過する通路を通さないで、シールドガスをレーザ加工箇所に向けて噴射するノズルである。従って、このサイドノズル２０を使用する場合は、図４に示すように、ブロック装着部１２にサイドノズル２０専用の単品のブロック１００が取り付けられる。

図８は、加工ヘッド本体１１の先端部に同軸型ノズル２０１を取り付けたレーザ加工ヘッド１０の構成（サイドノズル２０も一緒に付いている状態）を示す斜視図、図９は、加工ヘッド本体１１の先端部に細型ノズル３０１を取り付けたレーザ加工ヘッド１０の構成を示す斜視図である。

同軸型ノズル２０１は、図８に示すように、加工ヘッド本体１１の先端部に直接装着されて、レーザビームの通過する通路とその外側に同心状に形成された通路の両方から同心状にシールドガスをレーザ加工箇所に向けて噴射するノズルである。この同軸型ノズル２０１の場合、基端部であるノズルベースとしてブロック２００が一体に取り付けられている。

また、細型ノズル３０１は、図９に示すように、加工ヘッド本体１１の先端部に直接装着されて、レーザビームの通過する通路を通してシールドガスをレーザ加工箇所に向けて噴射するノズルである。この細型ノズル３０１の場合も、基端部であるノズルベースとしてブロック３００が一体に取り付けられている。

加工ヘッド本体１１のブロック装着部１２は、これら３種類のノズル（サイドノズル２０、同軸型ノズル２０１、細型ノズル３０１）に対応したブロック１００、２００、３００が着脱自在に装着されるように構成されている。

各ブロック１００、２００、３００は、同一形状のものであるが、異なる被識別部７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃを有している。今、サイドノズル２０、同軸型ノズル２０１、細型ノズル３０１のノズルタイプをそれぞれタイプＡ、タイプＢ、タイプＣと呼び、それらにそれぞれ対応するブロック１００、２００、３００をタイプＡ、タイプＢ、タイプＣのブロックと呼ぶことにする。

各ブロック１００、２００、３００には、ブロック装着部１２の合わせ面１２ａに当接するフランジ６０が設けられており、フランジ６０には複数の孔６１が設けられている。

図１０は、サイドノズルを使用する場合に加工ヘッド本体のブロック装着部に装着されるブロックの構成図で、図１０（ａ）は上面図、図１０（ｂ）は正面図、図１０（ｃ）は側面図、図１１は、加工ヘッド本体の先端部に直接取り付けられる同軸型ノズルの構成図で、図１１（ａ）は上面図、図１１（ｂ）は正面図、図１１（ｃ）は側面図、図１２は、加工ヘッド本体の先端部に直接取り付けられる細型ノズルの構成図で、図１２（ａ）は上面図、図１２（ｂ）は正面図、図１２（ｃ）は側面図である。

図１０に示すように、サイドノズル２０用のタイプＡのブロック１００は単品で用意されているが、図１１及び図１２に示すように、同軸型ノズル２０１用のタイプＢのブロック２００および細型ノズル３０１用のタイプＣのブロック３００は、各ノズル２０１、３０１のノズルベースとして、各ノズル２０１、３０１と一体に設けられている。

図１０〜図１２に示すように、各ブロック１００、２００、３００のフランジ６０には、それぞれ６つの孔６１が穿設されており、それら孔６１のうちの３つの孔７１、７２、７３が、ブロック１００、２００、３００の識別のために利用されている。

図１３（ａ）は、３種類のノズルＡ、Ｂ、Ｃに対応して用意された３種類のブロックＡ（１００）、Ｂ（２００）、Ｃ（３００）の被識別部７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃとブロック装着部１２に設けられた３つの近接センサ５１、５２、５３との関係を説明するための図、図１３（ｂ）は３つの近接センサ５１、５２、５３に対応する３つの孔７１、７２、７３にホローセット（イモネジ）８０を挿入するかしないかの組み合わせで構成し得る被識別部の種類の説明図である。

図１３（ａ）に示すように、識別用に使用される３つの孔７１、７２、７３に対応するブロック装着部１２側の位置には、それぞれ近接センサ５１、５２、５３が設けられており、これら３つの近接センサ５１、５２、５３により、ブロック装着部１２に装着されるブロック１００、２００、３００の種類（タイプＡ、タイプＢ、タイプＣ）を識別する識別センサ５０が構成されている。

近接センサ５１，５２、５３は、それぞれの検出対象部位（孔７１、７２、７３）に検出対象部材であるホローセット（イモネジ）８０がねじ込まれているときとねじ込まれていないとき（つまり検出対象部位に検出対象部材が存在するときと存在しないとき）とで異なる信号（例えば、ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力するものである。

３つの近接センサ５１、５２、５３で構成される識別センサ５０は、ブロック装着部１２に装着されるブロック１００、２００、３００を他のブロック１００、２００、３００と識別するための手段であり、各ブロック１００、２００、３００には、識別センサ５０によって識別される、ブロック１００、２００、３００ごとに異なる被識別部７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃが設けられている。

各ブロック１００、２００、３００の識別用の孔７１、７２、７３とそれらに対応する近接センサ５１、５２、５３の位置を「１番の位置」、「２番の位置」、「３番の位置」と呼ぶ。

各ブロック１００、２００、３００の識別用の孔７１、７２、７３には、ホローセット（イモネジ）８０が必要に応じてねじ込まれるようになっており、ホローセット８０が選択的に挿入された孔の位置と、ホローセット８０が挿入されていない孔の位置との組み合わせにより、ブロック１００、２００、３００ごとに異なる被識別部７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃが構成されている。

即ち、１番の位置と２番の位置と３番の位置の孔７１、７２、７２にホローセット８０が挿入されているかいないかによる近接センサ５１、５２、５３のＯＮ（●）とＯＦＦ（○）の組み合わせで、被識別部７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃを互いに区別して認識できるように構成されている。

この場合、ＯＮ／ＯＦＦを判断する位置は３つあり、各位置で２値（ＯＮ／ＯＦＦ）を取り得るので、図１３（ｂ）に示すように、２の３乗である８通りの信号の組み合わせが可能である。

そこで、タイプＡのブロック１００では、１番の位置の孔７１にだけにホローセット８０を挿入することで、１番の位置＝ＯＮ（●）、２番の位置＝ＯＦＦ（○）、３番の位置＝ＯＦＦ（○）の組み合わせを構成している。

また、タイプＢのブロック２００では、２番の位置の孔７２にだけにホローセット８０を挿入することで、１番の位置＝ＯＦＦ（○）、２番の位置＝ＯＮ（●）、３番の位置＝ＯＦＦ（○）の組み合わせを構成している。

また、タイプＣのブロック３００では、２番の位置の孔７２と３番の位置の孔７３にホローセット８０を挿入することで、１番の位置＝ＯＦＦ（○）、２番の位置＝ＯＮ（●）、３番の位置＝ＯＮ（●）の組み合わせを構成している。

このように構成することで、ノズル２０、２０１、３０１の付け替えに応じてブロック１００、２００、３００を加工ヘッド本体１１のブロック装着部１２に装着するだけで、使用するノズルがどの種類であるかを識別センサ５０によって識別することができるようになる。

従って、前述の識別結果に基づいて光量制御手段（図示せず）によって、照明手段４０による照明光の光量を調整することにより、ノズルの付け替えによらず、適正な光量でレーザ加工箇所を照明することができ、明る過ぎず暗過ぎずの条件で、レーザ加工箇所を観察することができる。また、撮像品質に違いが出るのを無くすことができる。

例えば、同軸型ノズル２０１を使用する場合は光量大、サイドノズル２０を使用する場合は光量中、細型ノズル３０１を使用する場合は光量小に調整することで、レーザ加工箇所を使用するノズルにかかわらず同様の明るさで照明することができる。

また、加工ヘッド本体１１の先端部に直接取り付けられる同軸型ノズル２０１および細型ノズル３０１については、ノズルベースとして交換部品であるブロック２００、３００を設けているので、ノズル２０１、３０１を加工ヘッド本体１１の先端部に取り付けるだけで、当該ノズル２０１、３０１の種類を識別センサ５０が識別することができる。

また、検出対象部材であるホローセット８０を挿入するブロック１００、２００、３００の孔７１、７２、７３の位置を適当に違えるだけで、加工ヘッド本体１１の先端部に装着したブロック１００、２００、３００の違い、即ち使用するノズル２０、２０１、３０１の種類を識別センサ５０が認識することができる。従って、簡単にノズルの種類に応じて異なる被識別部を作ることができる。

なお、図１３のように３つの近接センサ５１、５２、５３と３つの孔７１、７２、７３を用いるのではなく、図１４に示すように、２つの近接センサと２つの孔で４通りのＯＮ（●）／ＯＦＦ（○）の組み合わせができるので、そのうちの３つの組み合わせで、３種類のブロック１００、２００、３００の識別を行うこともできる。

１０レーザ加工ヘッド
１１加工ヘッド本体
１２ブロック装着部（交換部品装着部）
２０サイドノズル
４０照明手段
５０識別センサ
５１，５２，５３近接センサ
６１孔
７０，７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ被識別部
７１，７２，７３孔（検出対象部位）
８０ホローセット（検出対象部材）
１００，２００，３００ブロック（交換部品）
２０１同軸型ノズル
３０１細型ノズル

Claims

ワークの加工箇所に向けて加工用のレーザビームを出射する加工ヘッド本体と、
前記ワークの加工箇所にシールドガスを噴射するノズルと、
前記加工ヘッド本体の先端部を通して前記ワークの加工箇所に観察用の照明光を照射する照明手段と、
前記加工ヘッド本体の先端部に設けられた交換部品装着部と、
前記交換部品装着部に、使用する前記ノズルの種類に対応して着脱自在に装着される交換部品と、
を備えたレーザ加工ヘッドにおいて、
前記交換部品装着部に設けられ、該交換部品装着部に装着される前記交換部品を他の交換部品と識別する識別センサと、
前記各交換部品に設けられ、前記識別センサによって識別される、交換部品ごとに異なる被識別部と、
前記識別センサが認識した、前記交換部品装着部に装着された交換部品の種類に応じて前記照明手段による照明光の光量を調整する光量制御手段と、
を備えることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
請求項１に記載のレーザ加工ヘッドであって、
前記加工ヘッド本体の先端部に直接取り付けられるノズルについては、該ノズルの基端部に該ノズルに対応した前記交換部品がノズルベースとして一体に設けられており、前記加工ヘッド本体の先端部に直接取り付けられないノズルについては、該ノズルと別体に該ノズルに対応した前記交換部品が用意されていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
請求項１または２に記載のレーザ加工ヘッドであって、
前記識別センサとして、それぞれの検出対象部位に検出対象部材が存在するときと存在しないときとで異なる信号を出力する複数の近接センサが設けられ、
前記交換部品の前記各近接センサによる検出対象部位に、それぞれ前記検出対象部材が着脱自在に挿入可能な複数の孔が穿設され、
前記複数の孔のうち、前記検出対象部材が選択的に挿入された前記孔の位置と、前記検出対象部材が挿入されていない前記孔の位置との組み合わせにより、前記交換部品ごとに異なる前記被識別部が構成されていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。