JPH04319090A - 多関節形レーザ加工ロボット - Google Patents
多関節形レーザ加工ロボットInfo
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- JPH04319090A JPH04319090A JP3088078A JP8807891A JPH04319090A JP H04319090 A JPH04319090 A JP H04319090A JP 3088078 A JP3088078 A JP 3088078A JP 8807891 A JP8807891 A JP 8807891A JP H04319090 A JPH04319090 A JP H04319090A
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- arm
- transmission path
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- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 15
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 11
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
- B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
- B23K26/0884—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
- B23K26/042—Automatically aligning the laser beam
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- Plasma & Fusion (AREA)
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- Robotics (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、三次元形状の対象物を
レーザビームにより溶接や切断、表面改質等を行う際に
使用する多関節形レーザ加工ロボットに関し、特にレー
ザビームを反射し所定の位置に誘導するミラーの枚数を
減らした構造のものに関する。
レーザビームにより溶接や切断、表面改質等を行う際に
使用する多関節形レーザ加工ロボットに関し、特にレー
ザビームを反射し所定の位置に誘導するミラーの枚数を
減らした構造のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、レーザビームを使用して三次元形
状の対象物の溶接並びに切断、表面改質等を行う作業方
法が採用され始めている。これは、作業効率及び作業精
度が向上するためである。
状の対象物の溶接並びに切断、表面改質等を行う作業方
法が採用され始めている。これは、作業効率及び作業精
度が向上するためである。
【０００３】多関節形レーザ加工ロボットにおける加工
ヘッド最終端の動作を三次元空間にて選定した任意の位
置において任意の角度に設定するには、例えば特開昭６
２−１３０７８８号公報に開示され図１０に模式的に示
すように、可動軸が最低５軸（Ｊ１ ，Ｊ２ ，Ｊ３
，Ｊ４ ，Ｊ５ ）必要である。図においてＪ１ ，Ｊ
２ ，Ｊ３ ，Ｊ４ ，Ｊ５ 軸は全て回転軸である。 前記の事項は三次元作業用多関節形レーザ加工ロボット
においても同様であり、レーザビームの経路をロボット
の機構構成部材に組み込むものでは従来、ロボット設置
台の側面Ｂｉ１（または底部Ｂｉ２）からレーザビーム
を入射し、加工ヘッド最終端Ｂ０ まで導くのに、各軸
の交差する角度を不変のものとし、各交点（ａ０ 〜ａ
６ またはａ１ 〜ａ６ ）にミラー（ｍ０ 〜ｍ５
，Ｐｍ ）を入射側の軸と反対側の軸とで形成される角
度の２等分線がミラー反射面への垂線となるような方向
にミラー反射面を向けて取付角度が変化しないように設
置している。このため、レーザビームの方向変換用とし
て少なくとも５枚のミラーを必要としている。
ヘッド最終端の動作を三次元空間にて選定した任意の位
置において任意の角度に設定するには、例えば特開昭６
２−１３０７８８号公報に開示され図１０に模式的に示
すように、可動軸が最低５軸（Ｊ１ ，Ｊ２ ，Ｊ３
，Ｊ４ ，Ｊ５ ）必要である。図においてＪ１ ，Ｊ
２ ，Ｊ３ ，Ｊ４ ，Ｊ５ 軸は全て回転軸である。 前記の事項は三次元作業用多関節形レーザ加工ロボット
においても同様であり、レーザビームの経路をロボット
の機構構成部材に組み込むものでは従来、ロボット設置
台の側面Ｂｉ１（または底部Ｂｉ２）からレーザビーム
を入射し、加工ヘッド最終端Ｂ０ まで導くのに、各軸
の交差する角度を不変のものとし、各交点（ａ０ 〜ａ
６ またはａ１ 〜ａ６ ）にミラー（ｍ０ 〜ｍ５
，Ｐｍ ）を入射側の軸と反対側の軸とで形成される角
度の２等分線がミラー反射面への垂線となるような方向
にミラー反射面を向けて取付角度が変化しないように設
置している。このため、レーザビームの方向変換用とし
て少なくとも５枚のミラーを必要としている。
【０００４】一般にレーザ光利用の機器ではミラーの配
置を考慮しないと多数のミラーを必要とし、これら多数
のミラーによって伝達エネルギーの減衰が生じるうえ、
光軸調整時におけるミラー取付位置・角度の調整手間、
交換頻度が増大する。多関節形レーザ加工ロボットにお
いてもこの点の改善が望まれている。
置を考慮しないと多数のミラーを必要とし、これら多数
のミラーによって伝達エネルギーの減衰が生じるうえ、
光軸調整時におけるミラー取付位置・角度の調整手間、
交換頻度が増大する。多関節形レーザ加工ロボットにお
いてもこの点の改善が望まれている。
【０００５】一方、ミラーの枚数を少なくするためにミ
ラーを可動する形態で多関節形ではなく極座標形でミラ
ー枚数を最小にするレーザ加工ロボットが提案されてい
る（特開平１−２７３６８８号）。このレーザ加工ロボ
ットは図１１から図１３に示すような構成となっている
。図１１はミラー可動の極座標形レーザ加工ロボットを
示したものである。旋回コラム２は、設置台１に対し垂
直方向の第１軸Ｊ１ の回りに回転するもので、第２ア
ーム４は、第１アーム３に対し第３軸Ｊ３ に沿って伸
縮自在の伸縮軸４を構成している。第１アーム３は旋回
コラム２に設けられた第２軸Ｊ２ を中心に俯仰可能な
ように保持されている。前記３軸（第１軸Ｊ１ ，第２
軸Ｊ２ ，第３軸Ｊ３ ）は交点ａ１にて交差するよう
に構成されている。伸縮軸４の先端部には第１中空ヘッ
ド５が組み込まれている。第１中空ヘッド５は、第３軸
Ｊ３ と同心に構成された第４軸Ｊ４ の回りに回転し
、第４軸Ｊ４ と垂直に第２中空ヘッド６が組み込まれ
ている。第２中空ヘッド６は、第４軸Ｊ４ と垂直に交
わるように構成された第５軸Ｊ５の回りに旋回し、第５
軸Ｊ５ と垂直に交わる軸Ｊ０ の外周上に形成された
レーザビームの被加工物への出射口であるノズル７より
構成されている。そして、このロボットは、設置台１の
側面から第１軸Ｊ１ との交点ａ０ に入射されたレー
ザビームＢｉ１（設置台１の下部第１軸Ｊ１ と同心に
入射された場合のレーザビームは、Ｂｉ２）は、ミラー
ｍ０ により第１軸Ｊ１ と同心に反射され、第１軸Ｊ
１ ，第２軸Ｊ２ ，第３軸Ｊ３ の３軸の交点ａ１
に誘導される。交点ａ１ に誘導されたレーザビームは
、ミラーｍ１ により第３軸Ｊ３ ，第４軸Ｊ４ と同
心に反射され、第１中空ヘッド５の内部に組み込まれた
ミラーｍ２ により第５軸Ｊ５ と同心に反射され、第
５軸Ｊ５ と該第５軸と垂直に交わる軸Ｊ０ との交点
ａ３ に誘導される。交点ａ３ に誘導されたレーザビ
ームは、第２中空ヘッド６の内部に組み込まれた放物面
鏡Ｐｍ により反射集光され、軸Ｊ０ の外周部に軸Ｊ
０ と同軸に組み込まれたノズル７によりレーザビーム
Ｂ０ としてロボットの外部に出射される。第１中空ヘ
ッド５，第２中空ヘッド６の内部はレーザビームが貫通
可能な構造になっている。
ラーを可動する形態で多関節形ではなく極座標形でミラ
ー枚数を最小にするレーザ加工ロボットが提案されてい
る（特開平１−２７３６８８号）。このレーザ加工ロボ
ットは図１１から図１３に示すような構成となっている
。図１１はミラー可動の極座標形レーザ加工ロボットを
示したものである。旋回コラム２は、設置台１に対し垂
直方向の第１軸Ｊ１ の回りに回転するもので、第２ア
ーム４は、第１アーム３に対し第３軸Ｊ３ に沿って伸
縮自在の伸縮軸４を構成している。第１アーム３は旋回
コラム２に設けられた第２軸Ｊ２ を中心に俯仰可能な
ように保持されている。前記３軸（第１軸Ｊ１ ，第２
軸Ｊ２ ，第３軸Ｊ３ ）は交点ａ１にて交差するよう
に構成されている。伸縮軸４の先端部には第１中空ヘッ
ド５が組み込まれている。第１中空ヘッド５は、第３軸
Ｊ３ と同心に構成された第４軸Ｊ４ の回りに回転し
、第４軸Ｊ４ と垂直に第２中空ヘッド６が組み込まれ
ている。第２中空ヘッド６は、第４軸Ｊ４ と垂直に交
わるように構成された第５軸Ｊ５の回りに旋回し、第５
軸Ｊ５ と垂直に交わる軸Ｊ０ の外周上に形成された
レーザビームの被加工物への出射口であるノズル７より
構成されている。そして、このロボットは、設置台１の
側面から第１軸Ｊ１ との交点ａ０ に入射されたレー
ザビームＢｉ１（設置台１の下部第１軸Ｊ１ と同心に
入射された場合のレーザビームは、Ｂｉ２）は、ミラー
ｍ０ により第１軸Ｊ１ と同心に反射され、第１軸Ｊ
１ ，第２軸Ｊ２ ，第３軸Ｊ３ の３軸の交点ａ１
に誘導される。交点ａ１ に誘導されたレーザビームは
、ミラーｍ１ により第３軸Ｊ３ ，第４軸Ｊ４ と同
心に反射され、第１中空ヘッド５の内部に組み込まれた
ミラーｍ２ により第５軸Ｊ５ と同心に反射され、第
５軸Ｊ５ と該第５軸と垂直に交わる軸Ｊ０ との交点
ａ３ に誘導される。交点ａ３ に誘導されたレーザビ
ームは、第２中空ヘッド６の内部に組み込まれた放物面
鏡Ｐｍ により反射集光され、軸Ｊ０ の外周部に軸Ｊ
０ と同軸に組み込まれたノズル７によりレーザビーム
Ｂ０ としてロボットの外部に出射される。第１中空ヘ
ッド５，第２中空ヘッド６の内部はレーザビームが貫通
可能な構造になっている。
【０００６】以上の構成を機械的に単純化すると図１２
のようになり、ミラーｍ０ は、反射面に第１軸Ｊ１
との交点ａ０ を包含させ、かつ、該反射面を第１軸Ｊ
１ ，第２軸Ｊ２ ，第３軸Ｊ３ の３軸の交点ａ１
側に向け設置台１に固定し、ミラーｍ１ は反射面に第
１軸Ｊ１ ，第２軸Ｊ２ ，第３軸Ｊ３ の交点ａ１
を包含させ、かつ、該反射面を第３軸Ｊ３ と同心の第
４軸Ｊ４ と第５軸Ｊ５ との交点ａ２ 側に向けてア
ーム３に回転可能に組み込まれている。ミラーｍ２ は
反射面に第４軸Ｊ４ と第５軸Ｊ５ との交点ａ２ を
包含させ、かつ、該反射面を第５軸Ｊ５ と該第５軸と
垂直に交わる軸Ｊ０ との交点ａ３ に向けて第１中空
ヘッド５の内部に取り付け、放物面鏡Ｐｍ は反射面上
に第５軸Ｊ５ と軸Ｊ０ との交点ａ３を包含させ、か
つ、該反射面を軸Ｊ０ 側に向け軸Ｊ０ 上に放物面鏡
Ｐｍ の焦点がくるように取り付ける。
のようになり、ミラーｍ０ は、反射面に第１軸Ｊ１
との交点ａ０ を包含させ、かつ、該反射面を第１軸Ｊ
１ ，第２軸Ｊ２ ，第３軸Ｊ３ の３軸の交点ａ１
側に向け設置台１に固定し、ミラーｍ１ は反射面に第
１軸Ｊ１ ，第２軸Ｊ２ ，第３軸Ｊ３ の交点ａ１
を包含させ、かつ、該反射面を第３軸Ｊ３ と同心の第
４軸Ｊ４ と第５軸Ｊ５ との交点ａ２ 側に向けてア
ーム３に回転可能に組み込まれている。ミラーｍ２ は
反射面に第４軸Ｊ４ と第５軸Ｊ５ との交点ａ２ を
包含させ、かつ、該反射面を第５軸Ｊ５ と該第５軸と
垂直に交わる軸Ｊ０ との交点ａ３ に向けて第１中空
ヘッド５の内部に取り付け、放物面鏡Ｐｍ は反射面上
に第５軸Ｊ５ と軸Ｊ０ との交点ａ３を包含させ、か
つ、該反射面を軸Ｊ０ 側に向け軸Ｊ０ 上に放物面鏡
Ｐｍ の焦点がくるように取り付ける。
【０００７】ミラーｍ１ には前記交点ａ１ を通る法
線を、ミラーｍ１ に入射するレーザビームと第３軸Ｊ
３ とが構成する角度の２等分線に一致させるミラー角
度設定機構１０が付設されている。図１３はミラーｍ１
のミラー角度設定機構１０で、次のように構成される
。１０ａはミラー取付軸で、ミラー取付フレーム９ｄに
回転自在に保持されている。ミラー取付軸１０ａはミラ
ー角度設定回転用サーボモータ１０ｂにより回転される
。ミラー取付軸１０ａの回転角度すなわちミラーｍ１
の旋回角度はミラー回転角度検出器１０ｃにより検出さ
れる。
線を、ミラーｍ１ に入射するレーザビームと第３軸Ｊ
３ とが構成する角度の２等分線に一致させるミラー角
度設定機構１０が付設されている。図１３はミラーｍ１
のミラー角度設定機構１０で、次のように構成される
。１０ａはミラー取付軸で、ミラー取付フレーム９ｄに
回転自在に保持されている。ミラー取付軸１０ａはミラ
ー角度設定回転用サーボモータ１０ｂにより回転される
。ミラー取付軸１０ａの回転角度すなわちミラーｍ１
の旋回角度はミラー回転角度検出器１０ｃにより検出さ
れる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１−２７３６８８号公報に示すようなミラー可動の極座
標形レーザ加工ロボットの場合には、ミラーの枚数を減
らすことが可能であるが、ロボットの動作範囲を大きく
とることができない。一方、特開昭６２−１３０７８８
号公報に示すような多関節形レーザ加工ロボットの場合
はロボットの動作範囲を大きくできるが、ミラーの枚数
が多くなる。
１−２７３６８８号公報に示すようなミラー可動の極座
標形レーザ加工ロボットの場合には、ミラーの枚数を減
らすことが可能であるが、ロボットの動作範囲を大きく
とることができない。一方、特開昭６２−１３０７８８
号公報に示すような多関節形レーザ加工ロボットの場合
はロボットの動作範囲を大きくできるが、ミラーの枚数
が多くなる。
【０００９】そこで本発明は、両者の特長を持つように
、つまりロボットの動作範囲が大きく、かつ、ミラー枚
数の少ないミラー可動の多関節形レーザ加工ロボットを
得ることを目的とする。
、つまりロボットの動作範囲が大きく、かつ、ミラー枚
数の少ないミラー可動の多関節形レーザ加工ロボットを
得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る多関節形レーザ加工ロボットは、第１
軸の回りに回転する旋回コラムを設置台上に設置し、第
２軸の回りに俯仰する第１アームを旋回コラムに連結し
、第３軸の回りに俯仰する第２アームを第１アームの先
端に連結し、第２アームの内部に中心が第３軸の回転中
心を通り第１軸の中心と同一平面を形成するレーザビー
ム伝送路を設け、第１軸と同心に入射されたレーザビー
ムを、第１軸とレーザビーム伝送路の中心の延長線との
交点に配備されたミラーで反射しレーザビーム伝送路に
誘導する構成としたものである。
め、本発明に係る多関節形レーザ加工ロボットは、第１
軸の回りに回転する旋回コラムを設置台上に設置し、第
２軸の回りに俯仰する第１アームを旋回コラムに連結し
、第３軸の回りに俯仰する第２アームを第１アームの先
端に連結し、第２アームの内部に中心が第３軸の回転中
心を通り第１軸の中心と同一平面を形成するレーザビー
ム伝送路を設け、第１軸と同心に入射されたレーザビー
ムを、第１軸とレーザビーム伝送路の中心の延長線との
交点に配備されたミラーで反射しレーザビーム伝送路に
誘導する構成としたものである。
【００１１】また、前記ミラーは、第１軸とレーザビー
ム伝送路の中心軸とで形成される角度の２等分線がミラ
ー反射面上の垂線と一致するように追従させるミラー角
度設定機構、第１アーム並びに第２アームの角度変化に
伴う第１軸とレーザビーム伝送路の中心軸との交点の位
置の変化量に追従させるミラー位置設定機構を装備する
。さらに、前記第２アームの先端に、第２アームの軸心
と同軸の第４軸の回りに回転する第１中空ヘッドを取り
付け、第１中空ヘッドに第４軸と垂直な第５軸の回りに
回転する第２中空ヘッドを取り付け、この直交する２軸
の交点にレーザビームを反射する第２のミラーを配置し
、レーザビームをノズルに誘導する構成とする。
ム伝送路の中心軸とで形成される角度の２等分線がミラ
ー反射面上の垂線と一致するように追従させるミラー角
度設定機構、第１アーム並びに第２アームの角度変化に
伴う第１軸とレーザビーム伝送路の中心軸との交点の位
置の変化量に追従させるミラー位置設定機構を装備する
。さらに、前記第２アームの先端に、第２アームの軸心
と同軸の第４軸の回りに回転する第１中空ヘッドを取り
付け、第１中空ヘッドに第４軸と垂直な第５軸の回りに
回転する第２中空ヘッドを取り付け、この直交する２軸
の交点にレーザビームを反射する第２のミラーを配置し
、レーザビームをノズルに誘導する構成とする。
【００１２】
【作用】旋回コラムの回転中心の第１軸と第２アームの
中心の延長線との交点に配備されたミラーは、第１アー
ム、第２アームの俯仰動作による角度変化に追従して、
第１軸と同心に入射されたレーザビームを第２アーム内
に設けたレーザビーム伝送路に誘導する。
中心の延長線との交点に配備されたミラーは、第１アー
ム、第２アームの俯仰動作による角度変化に追従して、
第１軸と同心に入射されたレーザビームを第２アーム内
に設けたレーザビーム伝送路に誘導する。
【００１３】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示す多関節形レー
ザ加工ロボットの斜視図である。この多関節形レーザ加
工ロボット（以下、単にロボットという）は、設置台１
，旋回コラム２，第１アーム３，第２アーム４，第１中
空ヘッド５，及び第２中空ヘッド６を備える。旋回コラ
ム２は、設置台１に対して垂直方向の第１軸Ｊ１ の回
りに回転し、第１アーム３が組み込まれている。第１ア
ーム３は、第２軸Ｊ２ の回りに俯仰し、先端部に第２
アーム４が組み込まれている。第２アーム４は、第３軸
Ｊ３ の回りに俯仰し、先端部に第１中空ヘッド５が組
み込まれている。第１中空ヘッド５は、第２アーム４内
部に設けられたレーザビーム伝送路８の軸心と同心の第
４軸Ｊ４ の回りに回転し、第４軸Ｊ４ と垂直に第２
中空ヘッド６が組み込まれている。第２中空ヘッド６は
、第４軸Ｊ４ と垂直同一平面上に形成された第５軸Ｊ
５ の回りに旋回し、第５軸Ｊ５ と垂直同一平面上に
形成された軸Ｊ０ と同心に形成されたレーザービーム
の被加工物への出射口であるノズル７より構成されてい
る。そして、このロボットは、設置台１の側面から第１
軸Ｊ１ との交点ａ０ に入射されたレーザービームＢ
ｉ１（設置台１の下部より第１軸Ｊ１ と同心に入射す
る場合のレーザービームは、Ｂｉ２）は、ミラーｍ０
により第１軸Ｊ１ と同心に反射され、第１軸Ｊ１ と
第４軸Ｊ４ との交点ａ１ に誘導される。交点ａ１
に誘導されたレーザービームは、ミラーｍ１ により第
４軸Ｊ４ と同心に反射され、第２アーム４内に設けら
れたレーザービーム伝送路８を通り、第４軸Ｊ４ と第
５軸Ｊ５ の交点ａ２ に誘導される。交点ａ２ に誘
導されたレーザービームは、第１中空ヘッド５の内部に
組み込まれたミラーｍ２ により第５軸Ｊ５ と同心に
反射され、第５軸Ｊ５と同一平面上に形成された第５軸
Ｊ５ に垂直な軸Ｊ０ との交点ａ３ に誘導される。 交点ａ３ に誘導されたレーザービームは、第２中空ヘ
ッド６の内部に組み込まれた放物面鏡Ｐｍ により集光
され、軸Ｊ０ の外周部に同軸に組み込まれたノズル７
よりレーザービームＢ０ としてロボットの外部に出射
される。第１中空ヘッド５，第２中空ヘッド６の内部は
レーザービームが貫通可能な構造となっている。
ザ加工ロボットの斜視図である。この多関節形レーザ加
工ロボット（以下、単にロボットという）は、設置台１
，旋回コラム２，第１アーム３，第２アーム４，第１中
空ヘッド５，及び第２中空ヘッド６を備える。旋回コラ
ム２は、設置台１に対して垂直方向の第１軸Ｊ１ の回
りに回転し、第１アーム３が組み込まれている。第１ア
ーム３は、第２軸Ｊ２ の回りに俯仰し、先端部に第２
アーム４が組み込まれている。第２アーム４は、第３軸
Ｊ３ の回りに俯仰し、先端部に第１中空ヘッド５が組
み込まれている。第１中空ヘッド５は、第２アーム４内
部に設けられたレーザビーム伝送路８の軸心と同心の第
４軸Ｊ４ の回りに回転し、第４軸Ｊ４ と垂直に第２
中空ヘッド６が組み込まれている。第２中空ヘッド６は
、第４軸Ｊ４ と垂直同一平面上に形成された第５軸Ｊ
５ の回りに旋回し、第５軸Ｊ５ と垂直同一平面上に
形成された軸Ｊ０ と同心に形成されたレーザービーム
の被加工物への出射口であるノズル７より構成されてい
る。そして、このロボットは、設置台１の側面から第１
軸Ｊ１ との交点ａ０ に入射されたレーザービームＢ
ｉ１（設置台１の下部より第１軸Ｊ１ と同心に入射す
る場合のレーザービームは、Ｂｉ２）は、ミラーｍ０
により第１軸Ｊ１ と同心に反射され、第１軸Ｊ１ と
第４軸Ｊ４ との交点ａ１ に誘導される。交点ａ１
に誘導されたレーザービームは、ミラーｍ１ により第
４軸Ｊ４ と同心に反射され、第２アーム４内に設けら
れたレーザービーム伝送路８を通り、第４軸Ｊ４ と第
５軸Ｊ５ の交点ａ２ に誘導される。交点ａ２ に誘
導されたレーザービームは、第１中空ヘッド５の内部に
組み込まれたミラーｍ２ により第５軸Ｊ５ と同心に
反射され、第５軸Ｊ５と同一平面上に形成された第５軸
Ｊ５ に垂直な軸Ｊ０ との交点ａ３ に誘導される。 交点ａ３ に誘導されたレーザービームは、第２中空ヘ
ッド６の内部に組み込まれた放物面鏡Ｐｍ により集光
され、軸Ｊ０ の外周部に同軸に組み込まれたノズル７
よりレーザービームＢ０ としてロボットの外部に出射
される。第１中空ヘッド５，第２中空ヘッド６の内部は
レーザービームが貫通可能な構造となっている。
【００１４】以上の構成を機械的に単純化すると図２の
ようになり、ミラーｍ０ は反射面に第１軸Ｊ１ との
交点ａ０ を包含させ、かつ、該反射面を第１軸Ｊ１
と第４軸Ｊ４の交点ａ１ に向け設置台１に取り付け、
ミラーｍ１ は反射面に第１軸Ｊ１ と第４軸Ｊ４ と
の交点ａ１ を包含させ、かつ、該反射面を第４軸Ｊ４
と第５軸Ｊ５との交点ａ２ 側に向けて旋回コラム２
上に設けたミラー位置設定機構９を介しミラー角度設定
機構１０に取り付ける。 ミラー位置設定機構９にはミラー角度設定機構１０が組
み込まれており、ミラーｍ１ はこのミラー角度設定機
構１０に設けられた第６軸Ｊ６ の回りに反射面を回転
可能に取り付ける。ミラー位置設定機構９は第１アーム
３の背面側において旋回コラム２上に立設された立板１
１に取り付けられ、第７軸Ｊ７ に沿って上下動する。 ミラーｍ２ は反射面に第４軸Ｊ４ と第５軸Ｊ５ と
の交点ａ２ を包含させ、かつ、該反射面を第５軸Ｊ５
と第５軸と同一平面上に形成された第５軸に垂直な軸
Ｊ０ との交点ａ３ 側に向けて第１中空ヘッド５内部
に取り付け、放物面鏡Ｐｍ は反射面上に第５軸Ｊ５
と軸Ｊ０ との交点ａ３を包含させ、かつ、該反射面を
軸Ｊ０ 側に向け軸Ｊ０ 上に放物面鏡Ｐｍ の焦点が
くるように取り付ける。
ようになり、ミラーｍ０ は反射面に第１軸Ｊ１ との
交点ａ０ を包含させ、かつ、該反射面を第１軸Ｊ１
と第４軸Ｊ４の交点ａ１ に向け設置台１に取り付け、
ミラーｍ１ は反射面に第１軸Ｊ１ と第４軸Ｊ４ と
の交点ａ１ を包含させ、かつ、該反射面を第４軸Ｊ４
と第５軸Ｊ５との交点ａ２ 側に向けて旋回コラム２
上に設けたミラー位置設定機構９を介しミラー角度設定
機構１０に取り付ける。 ミラー位置設定機構９にはミラー角度設定機構１０が組
み込まれており、ミラーｍ１ はこのミラー角度設定機
構１０に設けられた第６軸Ｊ６ の回りに反射面を回転
可能に取り付ける。ミラー位置設定機構９は第１アーム
３の背面側において旋回コラム２上に立設された立板１
１に取り付けられ、第７軸Ｊ７ に沿って上下動する。 ミラーｍ２ は反射面に第４軸Ｊ４ と第５軸Ｊ５ と
の交点ａ２ を包含させ、かつ、該反射面を第５軸Ｊ５
と第５軸と同一平面上に形成された第５軸に垂直な軸
Ｊ０ との交点ａ３ 側に向けて第１中空ヘッド５内部
に取り付け、放物面鏡Ｐｍ は反射面上に第５軸Ｊ５
と軸Ｊ０ との交点ａ３を包含させ、かつ、該反射面を
軸Ｊ０ 側に向け軸Ｊ０ 上に放物面鏡Ｐｍ の焦点が
くるように取り付ける。
【００１５】ミラーｍ１ には前記交点ａ１ を通る法
線を、ミラーｍ１ に入射するレーザビームと第４軸Ｊ
４ とが構成する角度の２等分線ｎに一致させるミラー
角度設定機構１０と第１アーム３と第２アーム４の俯仰
角度の変化にともない交点ａ１ がミラーｍ１ に入射
するレーザビームの軸心上の変化量に追従し一致させる
ミラー位置設定機構９が付設されている。ミラーｍ１の
ミラー角度設定機構１０，ミラー位置設定機構９は図３
，図４に示すように、次の構成を有する。図３は側面図
、図４は正面図である。フレーム９ａに組み込まれたミ
ラー位置設定移動用サーボモータ９ｂの軸端にボールネ
ジ９ｃを取り付け、ボールネジ９ｃを回転することによ
りミラー取付フレーム９ｄをミラーｍ１ に入射するレ
ーザビームと平行に構成された第７軸Ｊ７上で移動させ
る。ミラー位置設定移動用サーボモータ９ｂは移動量検
出器９ｅを備え、検出したミラー取付フレーム９ｄの移
動量に基づき、通常のサーボ制御によりミラー位置設定
移動用サーボモータ９ｂを第１アーム３，第２アーム４
の俯仰角度より算定された移動量だけ移動させるもので
ある。ミラー取付軸１０ａはミラー取付フレーム９ｄに
前記交点ａ１ を包含する第６軸Ｊ６ を回転軸心とし
て回転自在に保持されている。ミラーｍ１ はその反射
面を包含する交点ａ１ 並びに第６軸Ｊ６ を回転軸心
として回転するようにミラー取付軸１０ａに固着されて
いる。ミラーｍ１ はミラー取付フレーム９ｄに組み込
まれたミラー角度設定回転用サーボモータ１０ｂにより
該モータ１０ｂの軸端に取り付けられたミラー取付軸１
０ａを介して回転駆動される。ミラー角度設定回転用サ
ーボモータ１０ｂはミラー回転角度検出器１０ｃを備え
、検出したミラーｍ１ の角度に基づき通常のサーボ制
御によりミラーｍ１ の反射面上の前記交点ａ１ を通
る法線を、ミラーｍ１に入射するレーザビームと第４軸
Ｊ４ とが形成する角度の２等分線ｎに一致するように
させるものである。
線を、ミラーｍ１ に入射するレーザビームと第４軸Ｊ
４ とが構成する角度の２等分線ｎに一致させるミラー
角度設定機構１０と第１アーム３と第２アーム４の俯仰
角度の変化にともない交点ａ１ がミラーｍ１ に入射
するレーザビームの軸心上の変化量に追従し一致させる
ミラー位置設定機構９が付設されている。ミラーｍ１の
ミラー角度設定機構１０，ミラー位置設定機構９は図３
，図４に示すように、次の構成を有する。図３は側面図
、図４は正面図である。フレーム９ａに組み込まれたミ
ラー位置設定移動用サーボモータ９ｂの軸端にボールネ
ジ９ｃを取り付け、ボールネジ９ｃを回転することによ
りミラー取付フレーム９ｄをミラーｍ１ に入射するレ
ーザビームと平行に構成された第７軸Ｊ７上で移動させ
る。ミラー位置設定移動用サーボモータ９ｂは移動量検
出器９ｅを備え、検出したミラー取付フレーム９ｄの移
動量に基づき、通常のサーボ制御によりミラー位置設定
移動用サーボモータ９ｂを第１アーム３，第２アーム４
の俯仰角度より算定された移動量だけ移動させるもので
ある。ミラー取付軸１０ａはミラー取付フレーム９ｄに
前記交点ａ１ を包含する第６軸Ｊ６ を回転軸心とし
て回転自在に保持されている。ミラーｍ１ はその反射
面を包含する交点ａ１ 並びに第６軸Ｊ６ を回転軸心
として回転するようにミラー取付軸１０ａに固着されて
いる。ミラーｍ１ はミラー取付フレーム９ｄに組み込
まれたミラー角度設定回転用サーボモータ１０ｂにより
該モータ１０ｂの軸端に取り付けられたミラー取付軸１
０ａを介して回転駆動される。ミラー角度設定回転用サ
ーボモータ１０ｂはミラー回転角度検出器１０ｃを備え
、検出したミラーｍ１ の角度に基づき通常のサーボ制
御によりミラーｍ１ の反射面上の前記交点ａ１ を通
る法線を、ミラーｍ１に入射するレーザビームと第４軸
Ｊ４ とが形成する角度の２等分線ｎに一致するように
させるものである。
【００１６】以上の構成を座標系に単純化すると、図５
，図６のようになる。図５はレーザビームを設置台１の
側面または下部より入射させた場合であり、図６は旋回
コラム２の上部より第１軸Ｊ１ と同心に入射させた場
合である。図に示すように、第１軸Ｊ１ から距離Ｍだ
け偏心した位置に第２軸Ｊ２ を設け、第２軸Ｊ２ と
第３軸Ｊ３ 間の距離すなわち第１アーム３の腕の長さ
をＬとしたときに、第１アーム３が第２軸Ｊ２ を中心
に角度αだけ傾き、第２アーム４が第３軸Ｊ３ を中心
に角度θだけ傾いたとき、ミラーｍ１ はｍ１１の位置
まで移動させる必要がある。このときの移動量Ｓ＝（Ｍ
＋Ｌｓｉｎ α）ｔａｎ θで求められる。
，図６のようになる。図５はレーザビームを設置台１の
側面または下部より入射させた場合であり、図６は旋回
コラム２の上部より第１軸Ｊ１ と同心に入射させた場
合である。図に示すように、第１軸Ｊ１ から距離Ｍだ
け偏心した位置に第２軸Ｊ２ を設け、第２軸Ｊ２ と
第３軸Ｊ３ 間の距離すなわち第１アーム３の腕の長さ
をＬとしたときに、第１アーム３が第２軸Ｊ２ を中心
に角度αだけ傾き、第２アーム４が第３軸Ｊ３ を中心
に角度θだけ傾いたとき、ミラーｍ１ はｍ１１の位置
まで移動させる必要がある。このときの移動量Ｓ＝（Ｍ
＋Ｌｓｉｎ α）ｔａｎ θで求められる。
【００１７】ロボットは、前記の第１軸Ｊ１ ，第２軸
Ｊ２ ，第３軸Ｊ３ ，第４軸Ｊ４ ，第５軸Ｊ５ ，
第６軸Ｊ６ を回転させるそれぞれのサーボモータ及び
第７軸Ｊ７ の移動軸をＣＮＣ制御装置により駆動して
、ノズル７を三次元空間の任意の位置に、任意の角度で
被加工物を狙い、その位置でレーザビームを出射しレー
ザ加工を行う。すなわち、図７に示すように、ロボット
に組み込まれた第２軸Ｊ２ ，第３軸Ｊ３ の角度検出
信号はロボット制御装置２１に入力され、ロボット制御
装置２１にて前記の数式Ｓ＝（Ｍ＋Ｌｓｉｎ α）ｔａ
ｎ θを演算し、並びに第１軸Ｊ１ と第４軸Ｊ４ と
で形成される角度の２等分線がミラーｍ１ の交点ａ１
を通る法線と一致するようにミラー駆動制御装置２２
を制御する。
Ｊ２ ，第３軸Ｊ３ ，第４軸Ｊ４ ，第５軸Ｊ５ ，
第６軸Ｊ６ を回転させるそれぞれのサーボモータ及び
第７軸Ｊ７ の移動軸をＣＮＣ制御装置により駆動して
、ノズル７を三次元空間の任意の位置に、任意の角度で
被加工物を狙い、その位置でレーザビームを出射しレー
ザ加工を行う。すなわち、図７に示すように、ロボット
に組み込まれた第２軸Ｊ２ ，第３軸Ｊ３ の角度検出
信号はロボット制御装置２１に入力され、ロボット制御
装置２１にて前記の数式Ｓ＝（Ｍ＋Ｌｓｉｎ α）ｔａ
ｎ θを演算し、並びに第１軸Ｊ１ と第４軸Ｊ４ と
で形成される角度の２等分線がミラーｍ１ の交点ａ１
を通る法線と一致するようにミラー駆動制御装置２２
を制御する。
【００１８】次に、ロボットの動作範囲を比較して示す
と、図８，図９のようになる。図８は本発明に係るミラ
ー可動の多関節形レーザ加工ロボットの構成を、図９は
従来のミラー可動の極座標形レーザ加工ロボットの構成
を、それぞれ機械的に単純化して示したものである。い
ま、第１軸Ｊ１ の軸心からの最大距離Ｘを同一寸法に
すると、動作範囲２５を示すＹ，Ｚ寸法がミラー可動の
極座標形レーザ加工ロボットの場合よりミラー可動の多
関節形レーザ加工ロボットのほうが大きくなる。なおこ
のときのミラーの使用枚数は同一である。
と、図８，図９のようになる。図８は本発明に係るミラ
ー可動の多関節形レーザ加工ロボットの構成を、図９は
従来のミラー可動の極座標形レーザ加工ロボットの構成
を、それぞれ機械的に単純化して示したものである。い
ま、第１軸Ｊ１ の軸心からの最大距離Ｘを同一寸法に
すると、動作範囲２５を示すＹ，Ｚ寸法がミラー可動の
極座標形レーザ加工ロボットの場合よりミラー可動の多
関節形レーザ加工ロボットのほうが大きくなる。なおこ
のときのミラーの使用枚数は同一である。
【００１９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ロボット
の動作範囲が大きく、ミラーの枚数を著しく減少した多
関節形レーザ加工ロボットが得られる。そのため、ミラ
ーによるレーザビームの伝達エネルギーの減衰を低く抑
えることができ、ミラーの校正、交換等ミラーに関する
調整、保守、点検の作業を軽減できる。
の動作範囲が大きく、ミラーの枚数を著しく減少した多
関節形レーザ加工ロボットが得られる。そのため、ミラ
ーによるレーザビームの伝達エネルギーの減衰を低く抑
えることができ、ミラーの校正、交換等ミラーに関する
調整、保守、点検の作業を軽減できる。
【図１】本発明の一実施例による多関節形レーザ加工ロ
ボットを透視的に示す斜視図である。
ボットを透視的に示す斜視図である。
【図２】実施例の構成の模式図である。
【図３】実施例におけるミラー角度設定機構及びミラー
位置設定機構の側面図である。
位置設定機構の側面図である。
【図４】図３の正面図である。
【図５】レーザビームをロボットの下部から入射する場
合の図１のロボットの座標系を示した模式図である。
合の図１のロボットの座標系を示した模式図である。
【図６】レーザビームをロボットの上部から入射する場
合の図１のロボットの座標系を示した模式図である。
合の図１のロボットの座標系を示した模式図である。
【図７】実施例のロボットの制御ブロック図である。
【図８】実施例のミラー可動多関節形ロボットの動作範
囲を示す模式図である。
囲を示す模式図である。
【図９】従来のミラー可動極座標形ロボットの動作範囲
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図１０】従来の多関節形レーザ加工ロボットの模式図
である。
である。
【図１１】従来のミラー可動極座標形ロボットの斜視図
である。
である。
【図１２】図１１の構成の模式図である。
【図１３】図１１のロボットにおけるミラー角度設定機
構の斜視図である。
構の斜視図である。
【符号の説明】
１ 設置台
２ 旋回コラム
３ 第１アーム
４ 第２アーム
５ 第１中空ヘッド
６ 第２中空ヘッド
７ ノズル
８ レーザビーム伝送路
９ ミラー位置設定機構
１０ ミラー角度設定機構
１１ 立板
ｍ０ ，ｍ１ ，ｍ２ ミラー
Ｐｍ 放物面鏡
ａ０ ，ａ１ ，ａ２ ，ａ３ 交点Ｊ１ 第
１軸 Ｊ２ 第２軸 Ｊ３ 第３軸 Ｊ４ 第４軸 Ｊ５ 第５軸
１軸 Ｊ２ 第２軸 Ｊ３ 第３軸 Ｊ４ 第４軸 Ｊ５ 第５軸
Claims (4)
- 【請求項１】 設置台と、該設置台上に該設置台に対
し垂直な中心軸の回りに回転可能に設置された旋回コラ
ムと、該旋回コラムに俯仰可能に連結された第１アーム
と、該第１アームに俯仰可能に連結された第２アームと
、該第２アームの回転中心を通り前記旋回コラムの回転
中心と同一平面を形成する軸心と同心に前記第２アーム
の内部に設けられたレーザビーム伝送路と、前記旋回コ
ラムの回転中心軸とレーザビーム伝送路の中心の延長線
との交点に配備され、前記旋回コラムの回転中心軸と同
心に入射されたレーザビームを反射し前記レーザビーム
伝送路に導くミラーとを具備する多関節形レーザ加工ロ
ボット。 - 【請求項２】 前記ミラーは、前記レーザビーム伝送
路の中心軸と前記旋回コラムの回転中心軸とで形成され
る角度の２等分線が前記ミラー反射面上の垂線と一致す
るように回転追従させるミラー角度設定機構を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の多関節形レーザ加工ロボ
ット。 - 【請求項３】 前記第１アームの回転中心と前記旋回
コラムの回転中心軸との最短距離をＭ，前記第１アーム
の回転中心と前記第２アームの回転中心とを結ぶ最短直
線と前記旋回コラムの回転中心軸とで形成される角度を
α，前記第１アームの回転中心と前記第２アームの回転
中心との最短直線距離をＬ，前記旋回コラムの回転中心
軸に対する垂線と前記レーザビーム伝送路の中心軸とで
形成される角度をθとしたとき、α＝０°，θ＝０°の
ときの前記旋回コラムの回転中心軸上における前記ミラ
ーの回転中心位置を“０”とし、前記角度α，θが変化
したときの前記ミラーの回転中心位置の“０”からの変
化量をＳとしたとき、前記ミラーは該ミラーの回転中心
位置をＳ＝（Ｍ＋Ｌｓｉｎ α）ｔａｎ θで求められ
る変化量に一致するように移動追従させるミラー位置設
定機構を有することを特徴とする請求項１または２記載
の多関節形レーザ加工ロボット。 - 【請求項４】 前記第２アームは、少なくとも２軸が
直交しそのうちの１軸を前記レーザビーム伝送路の中心
軸と一致させて該軸の回りに旋回可能な中空ヘッドを備
え、さらに前記２軸の交点に第２のミラーを配置したこ
とを特徴とする請求項１記載の多関節形レーザ加工ロボ
ット。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3088078A JP2662679B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 多関節形レーザ加工ロボット |
| ITRM910903A IT1250149B (it) | 1991-04-19 | 1991-11-28 | Robot pluriarticolato di lavorazione con laser. |
| DE4139510A DE4139510A1 (de) | 1991-04-19 | 1991-11-29 | Vielgelenkiger laserbearbeitungsroboter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3088078A JP2662679B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 多関節形レーザ加工ロボット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04319090A true JPH04319090A (ja) | 1992-11-10 |
| JP2662679B2 JP2662679B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=13932831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3088078A Expired - Lifetime JP2662679B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 多関節形レーザ加工ロボット |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2662679B2 (ja) |
| DE (1) | DE4139510A1 (ja) |
| IT (1) | IT1250149B (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100692137B1 (ko) * | 2005-06-30 | 2007-03-12 | 현대자동차주식회사 | 레이저 용접 장치 및 시스템 |
| US7696452B2 (en) * | 2003-09-24 | 2010-04-13 | Kuka Systems Gmbh | Process for the laser beam machining, especially laser beam welding, of components |
| JP5486105B1 (ja) * | 2013-04-09 | 2014-05-07 | テクノコート株式会社 | レーザー肉盛溶接方法、レーザー溶接方法、レーザー切断方法、レーザー焼き入れ方法、レーザー肉盛溶接装置、レーザー溶接装置、レーザー切断装置及びレーザー焼き入れ装置 |
| US9314873B2 (en) * | 2011-03-21 | 2016-04-19 | Electronics And Computer Highlights | Apparatus for laser working of flat elements |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005016734A1 (de) * | 2005-04-11 | 2006-10-12 | Robot-Technology Gmbh | Bearbeitungssystem mit einem Bearbeitungsroboter |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4638143A (en) * | 1985-01-23 | 1987-01-20 | Gmf Robotics Corporation | Robot-laser system |
| IL78516A0 (en) * | 1986-04-16 | 1986-08-31 | Robomatix Ltd | Apparatus and method for laser cutting |
-
1991
- 1991-04-19 JP JP3088078A patent/JP2662679B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1991-11-28 IT ITRM910903A patent/IT1250149B/it active IP Right Grant
- 1991-11-29 DE DE4139510A patent/DE4139510A1/de not_active Ceased
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7696452B2 (en) * | 2003-09-24 | 2010-04-13 | Kuka Systems Gmbh | Process for the laser beam machining, especially laser beam welding, of components |
| KR100692137B1 (ko) * | 2005-06-30 | 2007-03-12 | 현대자동차주식회사 | 레이저 용접 장치 및 시스템 |
| US9314873B2 (en) * | 2011-03-21 | 2016-04-19 | Electronics And Computer Highlights | Apparatus for laser working of flat elements |
| JP5486105B1 (ja) * | 2013-04-09 | 2014-05-07 | テクノコート株式会社 | レーザー肉盛溶接方法、レーザー溶接方法、レーザー切断方法、レーザー焼き入れ方法、レーザー肉盛溶接装置、レーザー溶接装置、レーザー切断装置及びレーザー焼き入れ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4139510A1 (de) | 1992-10-22 |
| ITRM910903A0 (it) | 1991-11-28 |
| ITRM910903A1 (it) | 1993-05-28 |
| IT1250149B (it) | 1995-03-30 |
| JP2662679B2 (ja) | 1997-10-15 |
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