JPH04242706A

JPH04242706A - レーザロボットの鏡を支持しかつ調節するための装置および該装置を用いたレーザロボット

Info

Publication number: JPH04242706A
Application number: JP3105261A
Authority: JP
Inventors: Mario Orsi; マリオ・オルシ; Aldo Fiora; アルド・フィオラ
Original assignee: Consiglio Nazionale delle Richerche CNR; Comau SpA
Current assignee: Consiglio Nazionale delle Richerche CNR; Comau SpA
Priority date: 1990-02-09
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1992-08-31
Also published as: DE69016772D1; DE69016772T2; IT9067100A0; EP0441108A2; ES2067726T3; EP0441108A3; EP0441108B1; IT9067100A1; IT1239891B; US5099102A

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】

【０００１】本発明は、レーザビームを発出するヘッド
に向けて所定の経路に沿つて順次にレーザビームを反射
させるための複数の鏡を含む形式のレーザロボットにお
ける鏡を支持しかつ調節するための装置に関する。例え
ば溶接、切断または穿孔作業に使用できるこの形式のレ
ーザロボットは、本出願人のイタリア国実用新案ＩＴ‐
Ｕ‐０２０６７０２および当該米国特許ＵＳ‐Ａ‐４６
９８４８３において記載されている。

【０００２】これまで、支持および調節装置はレーザビ
ーム自身が所定の方向に向けられることを確保するよう
に鏡を正確に位置決めするためにレーザロボットの各鏡
と関連している。文書ＩＴ‐Ｕ‐０２０６７０２にした
がって本出願人により製造されたレーザロボットは、各
鏡に対する三点調節装置を用いている。この装置の欠点
は、各調節操作が回転と並進の総和に相当する鏡の複雑
な運動をもたらすことにある。それは鏡の位置決めを面
倒かつ長たらしい作業にする、というのはビームが与え
られた平面において鏡により反射される方向を変えるた
めに装置が調節される毎に、ビームの方向は与えられた
平面に垂直な平面においても変えられるからである。

【０００３】本発明の主目的は、鏡を迅速かつ容易な操
作により所定の方位に正確に調節し得る調節装置を提供
することにある。

【０００４】本発明のもうひとつの目的は、鏡の支持装
置が迅速かつ容易な操作によりレーザロボットに正確に
装着されると共に、該支持装置上の鏡が迅速かつ容易な
操作により交換されることを可能ならしめることにある
。

【０００５】前記の主目的を達成するために、本発明の
対象は鏡、鏡ホルダー、前記鏡の反射面上に在る回転の
中心のまわりの空間において単純回転をなし得るように
前記鏡ホルダーを支持する部材、前記回転の中心を通る
第一軸線のまわりに前記鏡ホルダーを回転させるための
第一調節手段および前記回転の中心において垂直に前記
第一軸線に交差する第二軸線のまわりに前記鏡ホルダー
を回転させるための第二調節手段を含む鏡調節ユニット
を具備したことを特徴とする鏡を支持しかつ調節するた
めの装置である。

【０００６】これらの特徴により、本発明に基づく装置
は鏡を迅速かつ容易な操作によりあらゆる所望の方位に
正確に配置させることができる。鏡のあらゆる動きは、
前記中心のまわりの単純回転からなる。

【０００７】調節操作は迅速かつ容易である、というの
は、第一および第二調節手段は最初に第一軸線のまわり
に単純回転を為し（鏡を並進させることなく、またそれ
を第二軸線のまわりに回転させることなく）、次に第二
軸線のまわりに単純回転を為すために順次に操作できる
からである。２つの操作は互いに完全に独立しているた
め、最終調節は正確であり、また迅速かつ容易に行われ
る。

【０００８】本発明の別の特微は、鏡ホルダーを支持す
る部材がひとつまたはいくつかのスペーサ円板を介装し
てロボットの構造へねじ込まれる環状フランジを有し、
前記スペーサ円板は回転の中心がレーザビームの理論軸
をそこで反射すべきロボット内の所定点と一致すること
を確保することにある。環状フランジは、スペーサリン
グを介装して、ロボット構造の支持面に当接する。支持
面の平面とレーザビームの理論軸をそこで反射すべきロ
ボット内の所定点との距離は、既知である。装置が鏡に
装着される前に、前記の形式のひとつまたはいくつかの
スペーサリングが挿入され、ロボット構造を支持すべき
スペーサリングの平面から鏡ホルダーの回転の中心まで
の距離が前記の定義された既知の距離と正確に一致する
ことが測定器を用いて確認されなければならない。かく
して装置はロボットに迅速かつ容易に装着できる、とい
うのは、鏡が装着された後にそれがロボット構造に対し
て適正に配置されていることを吟味する必要がないから
である。

【０００９】本発明のもうひとつの重要な特徴は、鏡ホ
ルダーは鏡の反射面が弾性的に押し付けられる環状前部
当接面を具備した鏡に対する座部を有し、また回転の中
心は前記環状当接面の理論平面に含まれるという事実に
ある。したがって、鏡ホルダー内の鏡は、その反射面が
回転の中心を含む平面に適正に配置されたことを吟味す
ることを要さずに、迅速に交換できる。事実、鏡は装着
された後は当接面に対して弾性的に押し付けられ、該面
はそれを適正に配置せしめる。

【００１０】本発明のその他の特徴および長所は添付図
面に関連して行われる以下の説明により明らかにされる
が、これらの図面は純粋に非限定例として提示されてい
る。

【００１１】図１は、本発明に基づく複数の調節装置を
具備したレーザロボットの概略透視図である。

【００１２】図２は、図１のレーザロボットの部分断面
正面図である。

【００１３】図３は、本発明に基づく調節装置の拡大断
面透視図である。

【００１４】図４は、図３の調節装置の断面図である。

【００１５】図５および図６は、図４の矢印ＶおよびＶ
Ｉからみた正面図である。

【００１６】図７は、図４の変更態様の図である。

【００１７】図８は、図７の矢印ＶＩＩＩからみた正面
図である。

【００１８】図９は、図７の別の変更態様の図である。

【００１９】図１において、全体的に１と表示されたレ
ーザロボットはロボット２とレーザビームを発出するレ
ーザ源３を含むが、レーザ源はいずれかの既知の形式の
ものとされる。

【００２０】図示された実施態様において、ロボット２
は固定基部４、固定基部４上で垂直軸線６（図２）のま
わりに回転可能で、上方に延びる２つの平行柄７を持つ
下台５、水平軸線９（図２）のまわりで２つの柄７に関
節結合され、その自由端に２つの柄１２を持つたアーム
８、および別の水平軸線１１のまわりで２つの柄１２に
関節結合された前アーム１０を含む。前アーム１０に取
り付けられた端部１３は、前アーム１０に対してその縦
軸１４のまわりに回転できる。端部１３は、その端にレ
ーザトーチ１６つまりレーザビームを集めるための光学
装置を具備した方位可変ヘッド１５を有する。

【００２１】レーザ源３により発出されたレーザビーム
は、ロボット２の構造内の所定の経路に沿って配置され
た複数の鏡によって発出ヘッド１５へ順次に反射される
。

【００２２】図１および図２に示された実施態様では、
レーザ源３により発出されたレーザビームＦ１は、レー
ザ源３の構造をロボットの基部４と結合するひじ継手構
造１７に連結するダクトＣ１により覆われる。鏡Ｓ１は
ひじ継手構造１７内に取り付けられて、水平ビームＦ１
を反射するが、これはやはり水平でその軸がロボットの
下台５の回転軸６と交差するビームＦ２となる。ビーム
Ｆ２は、基部４に取り付けられた支持体１８（図２）に
より支持された鏡Ｓ２により反射される。鏡Ｓ２はビー
ムＦ２を反射するが、これはその軸がロボットの下台５
の回転軸６と本質的に一致するビームＦ３となる。ビー
ムＦ３はアーム８により担持された鏡Ｓ３により反射さ
れて、軸９に沿うビームＦ４となる。ビームＦ４はアー
ム８と関係するハウジング１９内設けられた鏡Ｓ４によ
り反射されてビームＦ５となるが、これは軸９および１
１と直交する。ビームＦ５は同様にハウジング１９と関
係する鏡Ｓ５により反射されてビームＦ６となるが、そ
の軸は本質的に軸１１と一致する。ビームＦ６は前アー
ム１０と関係する鏡Ｓ６により反射されて、その軸が軸
１４と一致するビームＦ７となる。最終的に、方位可変
ヘッド１５はレーザビームＦ７を連続して反射させる一
対の鏡Ｓ７およびＳ８を備えており、ビームＦ７はトー
チ１６により発出されるビームＦ８となる。

【００２３】本発明にしたがって、ひとつまたは複数の
鏡Ｓ１〜Ｓ８は以下に説明される形式の調節装置を具備
している。

【００２４】図３〜図６は、図１および図２で見ること
のできる鏡Ｓ４と関係する調節装置を例示により示して
いる。

【００２５】図３〜図６に関連して、鏡Ｓ４は半球形ヘ
ッド２１およびシャンク２２を含む鋼製鏡ホルダー２０
により支持されている。鏡ホルダー２０自体は座部２４
を備えた同じく鋼製の支持部材２３により支持されてい
るが、前記座部は半球形ヘッド２１の外面と滑動可能に
係合しているため、鏡ホルダー２０は半球形へツド２１
の中心であると共に図示された実施態様では標準円板形
の鏡Ｓ４の反射面上に在る回転の中心Ｃのまわりの空間
を回転できる。もちろん、鏡ホルダー２０が部材２３に
より支持されるやり方は例示により示されたものから大
幅に変えることができる。鏡Ｓ４をその反射面に在る点
Ｃのまわりの空間において回転させ得るいかなる他の方
法も、適用することができる。

【００２６】やはり図３〜図６に示された実施態様特に
図４に関連して、鏡Ｓ４はヘッド２１内の円筒形凹所２
５に正確に位置決めされており、この凹所は半球形ヘッ
ドの平坦面２６に開いている。鏡の反射面はヘッド２１
の面２６に一連のねじ２８により固定された鋼製リング
２７により半球形ヘッド２１の中心Ｃを含む面の平面に
正確に位置するが、前記リングは凹所２５に突き出た内
へりを持つため、面２６と共面の環状アバットメント２
９を画定する。鏡Ｓ４は凹所２５にの底部で支持されて
いるさら座金３０によりアバットメント２９に押し付け
られるが、外径がいずれも凹所２５の直径に一致する鋼
製リング３１および鋼板３２が鏡Ｓ４とさら座金３０と
の間に介装されている。

【００２７】レーザロボットの稼動中は、鏡Ｓ４は冷却
剤により冷却されるが、それは接続具３３（図３）、シ
ャンク２２内の軸方向ダクト３４、ヘッド２１内のダク
ト３５、および凹所２５の底部と板３２のそれぞれの座
部に密封リングを介装させて装着されたブシュ３７によ
り画定されたダクト３６（図４）を通って鏡ホルダー２
０に入る。ダクト３６から、冷却剤は板３２内のＺ状経
路３８に入るが、その後は前記のブシュ３７に類似した
ブシュ４０により画定されたダクト３９、ダクト３５に
平行なヘッド２１内のダクト４１、およびダクト３４に
平行なシャンク２２内のダクト４２を通って排出される
が、ダクト４２からは接続具４３（図３）へ流れる。

【００２８】支持部材２３は、環状体４４を備えている
。シャンク２２に装着された弾性リング４５と環状体４
４の内面の環状アバットメント４６との間に介装された
弾性手段は、半球形ヘッド２１をその座部２４に対して
保持する。図４の実施態様では、弾性手段はそれぞれア
バットメント４６および弾性リング４５により支持され
た円板４８、４９間に介装されたコイルばねにより構成
される。図３の実施態様では、弾性手段は板ばね５０に
より構成される。

【００２９】支持部材２３の環状体４４は、ロボット構
造にねじ込まれるべき外部環状フランジ５１を有する。鏡ホルダー２０を正確に位置決めするために、図３およ
び図４に示されたようなスペーサ５２がフランジ５１と
ロボット構造との間に介装される。具体的には、支持部
材２３したがって鏡ホルダーおよび鏡Ｓ４は鏡の回転の
中心Ｃ（前記のように、鏡の反射面に在る）がレーザビ
ームの理論軸線がそこで反射されるべきロボット構造内
の所定点と一致するように位置決めされる。換言すれば
、ビームＦ４の軸がビームＦ５の軸へ反射される点のロ
ボットに対する位置が決定されたならば、スペーサ５２
は中心Ｃが所定点と一致するように選定される。支持部
材２３がロボット構造に取り付けられたならば、鏡ホル
ダー２０の位置はビームＦ４およびビームＦ５の軸が事
前選択されたやり方で方向づけされることを確保するた
めに、回転の中心Ｃに対して調節できる。これは、それ
らの軸が直交する２つの調節ねじ５３（図３、図４）お
よび５４（図５）により達成される。具体的には図３、
図４および図５に関連して、２つのねじ５３、５４は支
持部材２３に固定された要素５５のねじ穴と係合してい
る。要素５５は中央穴５６を有し、それを通ってシャン
ク２２が延びている。ねじ５３はピン５７に作用するが
、このピンは要素５５のラジアル穴５８内で滑動でき、
またシャンク２２の平坦面５９と係合する頭部を有する
。コイルばね６０はピン５７と同軸上でシャンク２２の
反対側の２つの円板６１の間に取り付けられるが、これ
らの円板はシャンク２２および要素５５のねじ穴６３に
ねじ込まれた閉鎖要素６２に対してそれぞれ押し付けら
れている。ばね６０は、シャンク２２をピン５７の頭部
に対して保持する。ねじ５３の位置の調節は、ピン５７
したがってシャンク２２の位置を変化させる。それは、
鏡ホルダー２０を軸２２ａおよびねじ５３の軸５３ａを
含む平面における中心Ｃのまわりに回転させる。鏡ホル
ダー２０が所望どおりに位置決めされたならば、ねじ５
３はラジアルグラブねじ６３により位置固定できる。

【００３０】ねじ５４（図５）はシャンク２２の平坦面
６４に対して直接的に作用し、ばね６０に類似したコイ
ルばね６５（図３）がねじ５４の反対のシャンク２２の
側に配置されている。ねじ５４も、ラジアルグラブねじ
６６により所望位置に固定される。

【００３１】支持部材２３がロボット構造の部分を形成
する要素９０（図３）に装着されたならば、中心Ｃがレ
ーザビームの理論反射点と一致することを確保するため
にスペーサ５２を挿入し、さらに２つのねじ５３および
５４を調節して反射されたビームＦ５が所望軸に沿った
方向となることを確保する。

【００３２】図７および図８は、図３〜図６に示された
方式の変更態様である。図７および図８において、図３
〜図６に示されたものと同じ部材は同一の参照数字で表
されている。図７および図８に示された方式と前述した
方式との違いは、鏡Ｓ４の方位の調節のやり方にある。図７および図８の実施態様も、調節ねじ５３を備えてい
る。但し、それは調節ねじ５４は備えていない。しかし
、シャンク２２は回転のための横ピン６７により要素５
５と連結されており、要素５５は支持部材２３に対して
軸２２ａのまわりに回転できると共に、相対する弓形み
ぞ６９と係合する４つのねじ６８の係合により案内され
る。軸２２ａのまわりでの要素５５の角度位置は、要素
５５のフオーク部７３の２つのアーム７２内のねじ穴７
１にねじ込まれた２つのねじ７０により調節できる。ねじ７０の端面は、支持部材２３に固定された軸ピン７
４に対して作用する。したがって、軸２２ａのまわりで
のシャンク２２の角度位置は、ねじ７０の調節により調
節できる。ねじ５３（図７）により達成される調節と組
み合わせて、この調節により鏡をあらゆる所望のやり方
で位置決めすることができる。

【００３３】図９は図７および図８に示された方式の変
更態様であるが、図７および図８との違いはそれが支持
部材２３の延長を形成する管７５とシャンク２２の延長
を形成する管７６を有することだけである。この方式は
、鏡Ｓ２（図２）を遠くから操作して位置決めするのに
適している。

【００３４】当然ながら、本発明の原理は変えずに、構
造の細部および実施態様を純粋に例示により説明および
図示されたものに対して大幅に変更し、それにより本発
明の範囲から逸脱しないことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく複数の調節装置を具備したレー
ザロボットの概略透視図である。

【図２】図１のレーザロボットの部分断面正面図である
。

【図３】本発明に基づく調節装置の拡大断面透視図であ
る。

【図４】図３の調節装置の断面図である。

【図５および図６】図４の矢印ＶおよびＶＩからみた正
面図である。

【図７】図４の変更態様の図である。

【図８】図７の矢印ＶＩＩＩからみた正面図である。

【図９】図７の別の変更態様の図である。

【符号の説明】

１　　レーザロボット２　　ロボット４　　固定基部５　　下台２０　　鏡ホルダー２２　　シャンク２２ａ　　軸線２３　　支持部材２５　　座部２６　　平坦面２７　　リング２９　　アバットメント面５１　　環状フランジ５２　　スペーサ円板５３　　第一調節手段５７，７０　　第二調節手段Ｓ１−Ｓ８　　鏡Ｃ　　回転の中心

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　レーザビームを発出するヘッドに向け
て所定の経路に沿って順次にレーザビームを反射させる
ための複数の鏡を備えたレーザロボットにおける鏡を支
持しかつ調節するための装置において、鏡（Ｓ１−Ｓ８
）、鏡ホルダー（２０）、前記鏡の反射面上に在る回転
の中心のまわりの空間において回転できるように前記鏡
ホルダー（２０）を支持する部材（２３）、前記回転の
中心（Ｃ）を通る第一軸線のまわりに前記鏡ホルダー（
２０）を回転させるための第一調節手段（５３）および
前記回転の中心（Ｃ）において垂直に前記第一軸線に交
差する第二軸線のまわりに前記鏡ホルダー（２０）を回
転させるための第二調節手段（５７；７０）を含んだ鏡
調節ユニット（５３，５７；５３，７０）を具備したこ
とを特徴とするレーザロボットにおける鏡を支持しかつ
調節するための装置。
【請求項２】　　前記鏡ホルダー（２０）を支持する前
記部材（２３）がひとつまたはいくつかのスペーサ円板
（５２）を介装してロボット（２）の構造へねじ込まれ
る環状フランジ（５１）を有し、前記スペーサ円板は回
転の中心（Ｃ）がレーザビームの理論軸線をそこで反射
すべきロボット内の所定点と一致することを確保するこ
とを特徴とする請求項１のレーザロボットにおける鏡を
支持しかつ調節するための装置。
【請求項３】　　前記鏡ホルダー（２０）は前記鏡（Ｓ
４）の反射面が弾性的に押し付けられる環状前部当接面
（２９）を具備した前記鏡（Ｓ４）に対する座部（２５
）を有し、また前記回転の中心（Ｃ）は前記環状当接面
（２９）の理論平面に含まれることを特徴とする請求項
１のレーザロボットにおける鏡を支持しかつ調節するた
めの装置。
【請求項４】　　鏡に対する前記座部（２５）は前記鏡
ホルダーにおける円筒形凹所からなり、また前記円筒形
凹所の軸に垂直で前記回転の中心（Ｃ）を含む平坦面に
開いており、前記環状前部当接面は鏡ホルダーの平坦面
（２６）に固定されかつ平坦表面を持つリング（２７）
により画定され、前記平坦表面は鏡ホルダーの前記平坦
面と当接すると共に円筒形凹所（２５）に突出して環状
当接面（２９）を画定することを特徴とする請求項３の
レーザロボットにおける鏡を支持しかつ調節するための
装置。
【請求項５】　　前記鏡ホルダーは前記支持部材（２３
）の相対座部内に滑動可能に支持された半球形ヘッド（
２１）を有し、また前記半球形ヘッドの中心は鏡（Ｓ４
）の反射面の平面に在ることを特徴とする請求項１のレ
ーザロボットにおける鏡を支持しかつ調節するための装
置。
【請求項６】　　前記鏡ホルダー（２０）の頭部はシャ
ンク（２２）を有すること、また鏡（２０）を調節する
ための前記第一および第二手段は前記支持部材（２３）
に対して可動でかつ前記鏡ホルダーを前記第一および第
二軸線のまわりにそれぞれ回転させるための前記シャン
ク（２２）の軸線と交差する２つの垂直軸上に配置され
た２つの調節ねじ（５３，５４）を含むことを特徴とす
る請求項５のレーザロボットにおける鏡を支持しかつ調
節するための装置。
【請求項７】　　前記鏡ホルダー（２０）の半球形ヘッ
ド（２１）はシャンク（２２）を有すること、また鏡ホ
ルダー（２０）の位置を調節するための前記第一手段は
前記支持部材に対して可動でかつ前記シャンクの軸線と
直交する軸上に配置された調節ねじ（５３）を含むこと
、さらに前記第二調節手段は鏡ホルダー（２０）をシャ
ンク（２２）の軸線のまわりに回転させるように適合し
ていることを特徴とする請求項５のレーザロボットにお
ける鏡を支持しかつ調節するための装置。
【請求項８】　　前記第二調節手段は回転のためにシャ
ンク（２２）と連結されかつリャンクの軸線（２２ａ）
のまわりに前記支持部材（２３）上で回転できる中間要
素（５５）を含んでおり、ねじ手段（７０）は前記中間
要素（５５）と前記鏡ホルダー（２０）をシャンク（２
２）の軸線（２２ａ）のまわりに回転させるための支持
部材（２３）との間に介装されることを特徴とする請求
項７のレーザロボットにおける鏡を支持しかつ調節する
ための装置。