JPH01148486A - レーザ加工ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は人間の介在出来ない環境で使用するレーザ加工
ロボットの改良に関するものである。

［従来の技術］ 第６図はアーク溶接機２を搭載した従来の移動式溶接ロ
ボット１を示すもので、この移動式溶接ロボット１はア
ーク溶接機２、溶接ロボット３、テレビカメラ４、溶接
トーチ５などを台車６に搭載してなるものである。使用
に当たってはこの溶接ロボット１を所定の位置に移動さ
せ、テレビカメラ４により監視しながら遠隔操作により
ワーク７の溶接を行うのである。

この移動式溶接ロボット１は、原子力発電所等の人体に
危険な環境下における溶接等の作業を人間に代わってお
こなうために開発されたものであり、対象のワーク７を
高い精度で溶接し得る機能を備えていなければならない
。しかしアーク溶接機２では原子力発電用の材料を溶接
するには溶接品質が悪くまた微細部分の溶接ができない
。そこでこのアーク溶接器に代って、高品質で微細部分
の溶接に最適なレーザ加工ロボットが登場している。こ
のレーザ加工ロボットはレーザ発振器から出力されたレ
ーザ光を使用してワークに２次元または３次元のレーザ
加工を行うもので、原子力発電所等の危険な環境下で使
用されるため遠隔操作される。

［発明が解決しようとする問題点］ ところでこうして登場したレーザ加工ロボットであるが
、そのレーザ発振器は大出力のものになると形状が大き
く大ｍｍとなり、ロボットの移動は困難となる。これは
上記原子力発電所などに使用されるロボットとしては不
適格である。なぜなら原子力発電所は機器や配管が錯綜
し足場が悪く、こうした場所に使用されるロボットとし
ては何よりもまず軽量で軽快な運動性が要求されている
からである。それと合わせ高精度の溶接を保証するため
、使用するレーザ光の光軸がよく制御されていることが
必要である。このように厳しい環境下で使用されるレー
ザ加工ロボットには種々の条件があり、従来のロボット
は必ずしもこの要望に応え得るものではない。

本発明は従来のロボットの上記問題点を解消するために
なされたもので、軽量で容易に移動なし得るとともに、
任意の位置で精度よくレーザ加工を行うことの可能なレ
ーザ加工ロボットを提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ加工ロボ
ットを、レーザ加工を行う移動自在のロボット移動車と
、該ロボット移動車から離隔して配置されたレーザ光を
出力するレーザ発振器と、該レーザ発振器とロボット移
動車との間に配設され、上記レーザ発振器より出力され
たレーザ光を上記ロボット移動車の受光部に照射させる
ためのレーザ光光路変更手段とより構成するとともに、
ロボット移動車の受光部及び加工ヘッドに光軸センサを
備えた。

［作用］ レーザ発振器をレーザ加工ロボットより分離して配置し
たので、レーザ加工ロボットの構造は簡易化され軽量と
なり軽快な運動性を具備することとなる。またロボット
移動車の受光部に備えた光軸センサは、照射されるレー
ザ光の光軸のずれを検出し、それに応じてレーザ光光路
変更手段を制御するので、レーザ光を受光部の所定位置
に正確に伝送することが可能となり、加工ヘッドに設け
られた光軸センサの信号により受光部の姿勢を制御する
ので、光軸が受光部の軸心を通り高精度かつ高品質の加
工が可能となる。

［発明の実施例］ ｊ１１図は本発明の一実施例を示すレーザ加工ロボット
の斜視図、第２図はレーザ光光路の説明図、ｆｆ１３図
は光軸センサの正面図で、図中１０はレーザ発振器、１
１はレーザ光、１２はレーザ光光路変更装置、１３．１
５は反射鏡、１４．１６はそれぞれＸ方向、Ｙ方向の駆
動モータ、２０はロボット移動車、２１は受光部、２２
は光軸センサ、２２ａはその枠、２２ｂはセンサ、２３
は反射鏡、２４．２５は駆動モータ、２６は関節反射鏡
部、２７は加工ヘッド、２８は集光レンズ、２９は光軸
センサ、３０はテレビカメラ、３１は支持台、３２は台
車、３３は操作ケーブル、４０は建屋の壁である。

図にみるように、本発明に係るレーザ加工ロボットは、
ロボット移動車２０と、レーザ光光路変更装置１２と、
レーザ発振器１０とよりなり、レーザ発振器１０はロボ
ット移動車２０の稼動位置から離れた建屋の外に配置さ
れ、レーザ光光路変更装置１２はレーザ発振器１０の近
傍に配設されている。またロボット移動車２０は、受光
部２１と先端に加工ヘッド２７を装着した関節反射鏡部
２６とを載荷した支持台３１およびテレビカメラ３０を
台車３２上に搭載してなるものであり、レーザ光光路変
更装置１２は反射鏡１３．１５とそのＸ方向、Ｙ方向の
駆動モータ１４．１６とより構成されている。

レーザ加工ロボット２０の使用に当たっては、ロボット
移動車２０を所定の位置に移動し、レーザ発振器１０よ
り出力したレーザ光１１をレーザ光光路変更装置１２を
介してロボット２０に伝送し、溶接その他の作業を行わ
せる。すなわちレーザ発振器１０より出力したレーザ光
１１は、反射鏡１３．１５により所定の方向をとり、レ
ーザ加工ロボット２０の受光部２１に伝送される。受光
部２１に入射したレーザ光１１は、受光部内の反射鏡２
３により反射され、関節反射鏡部２６を経て、加工ヘッ
ド２７内の集光レンズ２８により集光されワーク７を加
工する。なお加工時は加工状況をテレビカメラ３０によ
り監視しながら、操作ケーブル３３を介し加工ヘッド２
７等を操作するのである。

本発明においては、さらにこのロボット２０の受光部２
２のレーザ光入射部と、加工ヘッド２７の基部とに光軸
センサ２２．２９を備えた。光軸センサ２２は第３図に
みるように、枠２２ａに４個のセンサを放射状に配置し
てなるもので、光軸センサ２９も同様な構成である。

この光軸センサ２２．２９を配置することにより、受光
部入り口及び加工ヘッド入り口において、レーザ光光軸
のずれの検出が可能となるので、以下述べるようにレー
ザ光の光軸の制御が可能となるのである。

すなわちレーザ発振器１より出力されたレーザ光１１は
、受光部２１の中心を狙って照射されるがそのままでは
精度は不十分であるため、光軸センサ２２はレーザ光の
光軸のずれを検出し、その信号をレーザ光光路変更装置
１２に送って光軸制御を行う。この結果レーザ光１１は
常に精度よく受光部２１の中心に照射される。

また受光部２１は光軸センサ２２および反射鏡２３と一
体に動き、光軸センサ２９の信号によりＸ方向及びＹ方
向の駆動モータ２４．２５を作動させ任意の方向に制御
できるように構成されている。

受光部２１内の反射鏡２３により反射されたレーザ光１
１は、関節反射鏡部２６および光軸センサ２９を経て、
加工ヘッド２７の集光レンズ２８によりワーク７上に集
光されワーク７を加工する。

この間関節反射鏡部２６を動かしてもレーザ光の光軸は
ずれないように構成されている。

第４図は光軸制御を説明する構成図で、５１．５３．５
５及び５７は差動アンプ、５２．５４．５６及び５８は
駆動アンプ、５９は数値制御装置である。光軸センサ２
２によりＸ方向とＹ方向の光軸のずれを検出し、その信
号をそれぞれ差動アンプ５１．５３及び駆動アンプ５２
．５４を介してレーザ光光路変更装置１２のＸ方向駆動
モータ１４及びＹ方向駆動モータ１６に入力し、レーザ
光１１の光軸が受光部の所定位置に位置するように制御
する。また光軸センサ２９により検出されたレーザ光の
Ｘ方向、Ｙ方向の光軸のずれは、差動アンプ５５．５７
及び駆動アンプ５６．５８を介して受光部２１のＸ方向
、Ｙ方向の駆動アンプ２４．２５に入力され受光部２１
の軸の方向を光軸方向に合致させる。この結果レーザ光
光路変更装置により受光部２１の中心に伝送されている
レーザ光１１の光軸は、受光部２１の軸心を通ることに
なり、さらに関節反射鏡部２６を経て集光レンズ２８の
中心を通ってワーク７上に集光するので、収差がなく、
集光性能の高い高品質のレーザ溶接が可能となる。

第５図はレーザ光光路変更装置１２の他の実施例を示す
もので、移動可能な同装置の斜視図である。図に示すよ
うにケーシング６０に収納したレーザ光光路変更装置１
２をレール６１上に載置し矢印方向に移動可能としたも
のである。固定配置した場合に比し、ロボット移動車２
０の稼動範囲が拡大される利点がある。

なおレーザ発振器１０についても、本実施例にみるよう
に固定式とせず可動式としてもよい。

さらに光軸センサも本実施例の型式に限定するものでは
ない。

以上述べたように、本発明に係るレーザ加工ロボットに
おいては、レーザ加工を行うロボット移動車が軽量で軽
快な運動性を備えるとともに、その先軸のずれを補正し
つつ遠隔操作により高い精度でレーザ加工が可能なので
、原子力発電所の放射能の多い箇所や宇宙空間、極低温
、高温環境下あるいは真空中など、人間が直接作業出来
ない環境下で、高精度高品質のレーザ加工作業を行うこ
とが可能である。

［発明の効果］ 本発明は、レーザ加工ロボットをロボット移動車とレー
ザ発振器とレーザ光光路変更装置とより構成するととも
に、レーザ光光路中に光軸センサを備え、光軸のずれを
検出して光軸の調整を行なうように構成したので、次に
述べるような優れた効果が期待される。

（１）ロボット移動車の構造が簡易化、軽量化され軽快
な運動性を備え、任意位置への移動が容易になる。

（２）高精度、高品質のレーザ加工を行うことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すレーザ加工ロボットの
斜視図、第２図はレーザ光光路の説明図、第３図は光軸
センサの正面図、第４図は光軸制御の構成図、第５図は
レーザ光光路変更装置の他の実施例を示す斜視図、第６
図は従来の移動式溶接ロボットの正面図である。 図中１０はレーザ発振器、１１はレーザ光、１２はレー
ザ光光路変更装置、１３．１５は反射ｍ、１４．１６は
その駆動モータ、２０はロボット移動車、２１は受光部
、２２．２９は光軸センサ、２４．２５は駆動モータ、
２６は関節反射鏡部、２７は加工ヘッド、２８は集光レ
ンズ、５１．５３．５５及び５７は差動アンプ、５２．
５４．５６及び５８は駆動アンプである。 なお図中同一符号は同一または相当部品を示すものであ
る。 代理人　弁理士　　佐々木　宗治 第２図 第４図 第５図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）任意の位置に移動し、レーザ発振器より出力され
   たレーザ光を使用してレーザ加工を行うレーザ加工ロボ
   ットにおいて、 該レーザ加工ロボットを、任意の位置でレーザ加工を行
   う移動自在のロボット移動車と、該ロボット移動車の稼
   動範囲外に配置され、レーザ光を出力するレーザ発振器
   と、該レーザ発振器と上記ロボット移動車との間に配設
   され、上記レーザ発振器のレーザ光を上記ロボット移動
   車の受光部に向けて照射するレーザ光光路変更手段とよ
   り構成するとともに、 上記ロボット移動車の受光部に光軸センサを備え、該セ
   ンサにより検出された信号により上記レーザ光光路変更
   手段を制御して、レーザ光の光軸を上記受光部の所定位
   置に一致させるように構成した ことを特徴とするレーザ加工ロボット。
2. （２）上記レーザ加工ロボットのロボット移動車の加工
   ヘッドに光軸センサを備え、該センサの信号により上記
   移動車の受光部の姿勢を制御するように構成した ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ加
   工ロボット。