JPH0239356B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はレーザ加工装置に係り、特に自由曲面
の加工を好適に行う装置に関する。

（従来の技術） 自由曲面をもつ被加工物、例えば自動車のボデ
イ等についてレーザ光により一方向もしくは所定
パターンの切断加工を行う場合、切断形状を一定
とするために、所定の切断部にレーザ光が常に一
定のスポツト径で照射されるように走査される。
上記の走査を行うには、図面上からの計算に基づ
いたプログラムによつてレーザ光を集束する集光
レンズと切断面との距離を相対的に数値制御する
方式、あるいはレーザ光の出光部であるノズル部
分に接触形もしくは非接触形のセンサを設け上記
相対位置を検出しながら制御する方式が考えられ
る。

（発明が解決しようとする課題） 上記前者の数値制御による場合は被加工物が図
面どおりである必要があるが、自動車のボデイは
プレス成形されているため、スプリングバツク等
により僅かながら図面に比べて変形しており、微
小スポツトを照射しているレーザ加工では僅かな
変形でも切断形状に大きな影響を与え、切断幅が
変化したり、切り残しを生じるような不具合が起
る。また後者のセンサによる制御では微小な凹凸
面の検出は実際上極めて難かしく不適切な制御と
なることが多い。さらに、レーザ加工ではレーザ
光の光軸と切断面とのなす角度が重要で一般には
法線方向に照射することが要求されるため、上記
のいずれの制御でもこの要求を満足できない欠点
があつた。

本発明は自由曲面に対するレーザ光の入光角度
および集光位置を一定に保つてレーザ加工が行え
るレーザ加工装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） アームを有しこのアームを所定のプログラムに
よつて駆動操作するロボツト本体と、上記アーム
の先端部に切り換え自在に設けられ上記アームに
追随して導かれたレーザ光を集束光にして出光さ
せ上記アームの一部を構成する加工ヘツドと、上
記被加工部上への照射区域がこの被加工部に対す
る相対位置によつて変化する投光手段と上記投影
区域を撮像する撮像部とを一体にして構成され上
記アームの先端部に切り換え自在に設けられる検
知装置と、上記撮像部からの信号を表示するとと
もに上記集束光の光軸の傾きと上記アームの一部
を構成する状態にされた上記加工ヘツドの所定位
置から上記被加工部までの距離とを照合させるマ
ークが表示されている表示装置と、この表示装置
における表示結果に基き上記アームの駆動方向を
教示する手段とを備え、上記教示後に上記検知装
置から上記ヘツドに切り換えてレーザ加工を行う
ようにしたものである。

（実施例） 以下、本発明を実施例を示す図面に基いて説明
する。第１図において、１はＺ軸方向に昇降動さ
れ、ロボツトアームの一要素をなすアーム取付体
２の所定の先端部に脱着自在に装着され２個の関
節をもつロボツトアーム状の加工ヘツドでクラン
ク状の外観形状になつている。この加工ヘツド１
は取付体２の先端部に同軸に回転駆動されるよう
に取着される取付体３と加工部に対向させられる
ノズル４およびこのノズル４と取付体３と継ぐ案
内筒５を有し、これらは全て空洞体で互いに連通
している。上記案内筒５は軸受５ａを介し取付体
３の軸線方向に直交する形状に接続し、案内筒５
の軸線を中心にして回転駆動されるようになつて
いる。取付体３、案内筒５には加工用のレーザ発
振器（図示せず）から放出されたレーザ光Ｌをノ
ズル４へ導くための反射鏡６ａおよび６ｂがそれ
ぞれ45度の角度で内設されている。またノズル４
には上記導かれたレーザ光L₁を集光する集光レ
ンズ７が内設されている。なお８はノズル４内に
補助ガスを供給する供給管である。

一方、第２図において、１０は検知装置で、装
着体１１、支持体１２および検知部１３の３個の
要素で構成されている。装着体１１は上記取付体
と、また、支持体１２は上記案内筒４とそれぞれ
外観上同形状であるとともに同様の駆動を受ける
機構になつているもので、装着体１１部分が取付
体３と同様アーム取付体２の先端部に脱着自在に
なりかつ回転駆動されるように取着されるように
なつている。さらに支持体１２は装着体１１に設
けられた軸受（図示省略）に嵌合し上記案内筒５
と同様に回転駆動するようになつている。検知部
１３は上記の加工部を照明し撮影する向きに設け
られているテレビジヨンカメラ等の撮像装置１４
とこの撮像装置１４の周囲に等角度に設けられた
４台のHe−Neレーザ発振装置１５とこれらHe
−Neレーザ発振装置１５から上記の加工部に向
けて放出されるHe−Neレーザ光L₂の光路上に格
別に設けられ上記レーザ光L₂を１点に交差させ
るための４個のプリズム１６とを有している。す
なわち、上記１点から後述する被加工物の上面ま
での距離の変化で各レーザ光L₂間で囲われる照
射区域も変化する。上記撮像装置１４、He−Ne
レーザ発振装置１５およびプリズム１６はいずれ
も支持体１２に固着された円筒体１７に保持され
ている。上記において、撮像装置１４による撮像
を表示するためにブラウン管からなる表示器１８
が備えられている。この表示器１８の表示部分１
９には撮像装置１４からの画像信号とそれぞれ交
差する基準線２０（この実施例では十字線）とこ
の基準線２０の交点C₁を中心とする基準円２１
が描かれている。なお、この基準円２１と上記基
準線２０との交点C₂に上記画像信号が合致した
ときに集光レンズ７の焦点位置を示すようになつ
ている。なお、He−Neレーザ発振装置は３台以
上であれば一般によい。

次に上記の構成による作用について説明する。

先ずレーザ加工を行う前に、検知装置１０をア
ーム取付体２の先端部に装着し、被加工物２２の
自由曲面上に描かれている罫書き線２３に撮像装
置１４を向け、これを撮影するとともに、He−
Neレーザ発振装置１５からHe−Neレーザ光L₂
を放出させる。表示器１８の表示部分１９には第
３図に示すように罫書き線２３と４本のHe−Ne
レーザ光L₂によつて被加工物２２の上面に照射
された４個の照射スポツト２４が写し出される。
上記において、第３図に示すように殆んどは照射
スポツト２４が基準線２０上で交点C₂から偏位
し、基準円２１に合致していない映像となる。こ
こで、次のような調整および教示の操作が行われ
る。すなわち、装着体１１および支持体１２を
個々に回動し、基準線２０に照射スポツト２４を
合わせ、レーザ光L₁の光軸が罫書き線２３の描
かれている面に対して法線方向に入射するように
調整し、さらにアーム取付体２をＺ方向すなわち
垂直方向に移動させ第４図に示すように基準線２
０と基準円２１の交点C₂上に合致させることに
より、レーザ光L₁の焦点スポツトを罫書き線２
３上に定めることができる。上記の操作における
交点C₂にHe−Neレーザ光L₂を合致した信号を図
示せぬアーム取付体２、装着体１１および支持体
１２を駆動するロボツト本体専用の制御装置に記
憶させる。上記の操作は罫書き線２３の全てにわ
たつて行つても差し支えないが、実際は予め組ま
れたプログラムを補正する形で、罫書き線２３に
おけるレーザ加工上不具合が予想されるポイント
毎に行うようにしてもよい。

以上のような検知装置１０および受像器１８を
使つた調整およびロボツト本体の制御装置への教
示操作の終了後、検知装置１０をアーム取付体２
から外し加工ヘツド１を装着する。そしてYAG
レーザ光もしくは炭酸ガスレーザ光等の加工用の
レーザ光L₁を取付体３に導き、上記教示された
制御装置からの指令でアーム取付体２のほか取付
体３および案内筒５を装着体１１、支持体１２の
教示に基づく制御により駆動することで、レーザ
光L₁を罫書き線２３に対し一定のスポツトでし
かも法線方向から照射し加工することができる。

なお、上記の実施例では加工ヘツド１と検知装
置１０とを脱着する構成として切り換えるように
したが、アーム取付体２の先端部に回転可能に取
り付ける構成にし回転によつて切り換えるように
してもよい。これを図示して説明すると、第５図
に示すように、アーム取付体２に回転連結具２５
を介し保持体２６が接続されている。この保持体
２６の相対向する側部には加工ヘツド１と検知装
置１０とがとりつけられ、加工ヘツド１によるレ
ーザ光の照射方向と、検知装置１０における撮像
方向とが180度をなすようにされている。また、
アーム取付体２および保持体２６には図示せぬ
が、導かれたレーザ光Ｌを加工ヘツド１に反射す
る反射鏡が45度の角度にされて内設されている。
このような構成により、ロボツトアームの重量的
な負担は増すが、切り換えは180度の回転で済む
ため、上記実施例のように取り外しおよび取り付
けの煩しさがなくなり、操作がより簡単になると
ともに、切り換え時の加工ヘツド１と検知装置１
０の光軸ずれもより微小となり、加工精度の向上
が計れるようになつた。

［発明の効果］ 自由曲面に対しレーザ光の光軸が法線方向とな
り、また焦点位置も一定となつて加工できるの
で、例えば切断加工では切断幅が常に一定とな
り、また切り残しを生じるとか、溶接加工では溶
け込み深さを一定にして均一な溶接ができるなど
の効果が生じた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成要素の一部を示す断面
図、第２図は同じく本発明の構成要素の一部を示
す斜視図、第３図および第４図は表示器での調整
作用を示す図、第５図は本発明の他の実施例を示
す斜視図である。 １……加工ヘツド、２……アーム取付体、１０
……検知装置、１３……検知部、１４……撮像装
置、１５……He−Neレーザ装置、１６……プリ
ズム、１８……表示器、２０……基準線、２１…
…基準円。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アームを有しこのアームを所定のプログラム
   によつて駆動操作するロボツト本体と、上記アー
   ムの先端部に切り換え自在に設けられ上記アーム
   に追随して導かれたレーザ光を集束光にして出光
   させ上記アームの一部を構成する加工ヘツドと、
   上記被加工部上への照射区域がこの被加工部に対
   する相対位置によつて変化する投光手段と、上記
   投影区域を撮像する撮像部とを一体にして構成さ
   れ上記アームの先端部に切り換え自在に設けられ
   る検知装置と、上記撮像部からの信号を表示する
   とともに上記集束光の光軸の傾きと上記アームの
   一部を構成する状態にされた上記加工ヘツドの所
   定位置から上記被加工部までの距離とを照合させ
   るマークが表示されている表示装置と、この表示
   装置における表示結果に基き上記アームの駆動方
   向を教示する手段とを備え、上記教示後に上記検
   知装置から上記ヘツドに切り換えてレーザ加工を
   行うようにしたことを特徴とするレーザ加工装
   置。 ２ 投光手段は等角度の位置で互いに交差する複
   数の光ビームを形成する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装置。 ３ 投光手段は三以上のHe−Neレーザ発振装置
   からの光ビームになることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載のレーザ加工装置。 ４ 投光手段は三以上の半導体レーザ発振装置か
   らの光ビームになる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装置。 ５ 投光手段は三以上のLEDチツプとレンズと
   の組合せからなる収れん光ビームになることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ加工
   装置。 ６ 表示装置はその表示面に撮像装置からの画像
   信号と交差する基準線およびこの基準線の交点を
   中心とする基準円とを表示することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のレーザ加工装置。 ７ 加工ヘツドと検知部は回転により切り換えら
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のレーザ加工装置。