JPH05209731A - レーザロボットの光軸調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、レーザロボットの動作軸心
とレーザビームの光軸との調整を容易化する光軸調整方
法を提供することである。 【構成】 上記目的を達成するため、ロボット機体１０
の側面に装着した光軸調整具３０の半透明体からなるタ
ーゲット板３２の板面に、ロボット機体内のレーザビー
ム進路上に設けたビームスプリッタ４４で二分した一方
の可視レーザビームを導いてビームスポットＳｐを形成
し、ロボット動作時に同ビームスポットＳｐをターゲッ
ト板３２の裏側から視認しながら反射ミラー２６〜２８
を調整して光軸調整を行う構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザロボットの関節
における動作軸心とレーザビームの進路光軸とを一致さ
せるレーザロボットの光軸調整方法に関し、特に、半透
明板からなる光投射用のターゲット面を有し、そのター
ゲット面上に投射された光スポットを同光投射面の裏面
側から目視観察可能な光軸調整具をロボット機体に着脱
自在に取付けてレーザビームの光軸調整を作業者が簡便
に行うことができるようにしたレーザロボットの光軸調
整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザロボットは、外部に設備されたレ
ーザ発振器からレーザビーム導管路を経てロボット機体
のレーザビーム入口に導き、同レーザビーム入口からロ
ボット機体内に形成したレーザビーム進路を経由してロ
ボット機体の先端に設けられた手首に装着されるレーザ
ビーム出射装置から目標とするワーク上に出射させ、レ
ーザビームのエネルギーによって切断、溶接、バリ取り
等の諸レーザ加工を実行する産業用ロボットとして用い
られている。

【０００３】この種のレーザロボットは、レーザビーム
出射装置から出射するレーザビームがワークの目的位置
に合焦することが、レーザビームの高エネルギーを利用
したレーザ加工を遂行する上で必須の条件とされる。従
って、レーザロボットが教示プログラムに従ってその各
関節における動作を遂行し、レーザビーム出射装置から
出射されるレーザビームにより連続的にレーザ加工を遂
行する場合にも、レーザビーム出射装置の出射口から出
射されるレーザビームは、常時、ワークの所定の被加工
位置へ合焦されていなければ適正なレーザ加工を遂行す
るが不可能になる。

【０００４】このとき、レーザロボットの機体内におい
ては、外部のレーザビーム導管路から導入されたレーザ
ビームは、各関節の動作軸線上に設けた反射ミラーによ
って反射され、進路を変更することによってロボット機
体内部のレーザビーム進路に指向され、ロボット機体の
終端に設けられたレーザビーム出射装置へ導かれてい
る。従って、ロボット機体の内部においては、レーザビ
ームが各関節の動作軸心を通過して、つまり、各関節の
動作軸心とレーザビームの光軸とが、一致した状態に維
持されることが、レーザビーム出射装置から出射される
レーザビームをワーク上に合焦させる必須の条件とな
る。このために、従来よりレーザロボットはレーザロボ
ットの製作、組立段階、出荷段階、使用現場での据え付
け段階、定期的保守段階、１つの使用現場から他の使用
現場へ移設する段階等の種々の段階でレーザビームの光
軸調整が必要とされ、実行されている。そして、このよ
うなレーザロボットにおけるレーザビームの光軸調整に
当たっては、高いエネルギーを有した炭酸ガスレーザ等
の加工作業用レーザビームに替えてエネルギーが低く、
かつ可視性のレーザビーム、例えば、ルビーレーザ等を
用い、光軸調整を遂行している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、従来のレ
ーザロボットにおける可視レーザビームを用いた光軸調
整は、調整作業に用いる光軸調整治具が比較的高価であ
ると共に調整作業がやや困難であると言う難点を有して
いた。つまり、レーザビームの光軸調整度合いを目視に
より追求しながら簡単に実行する方法が未だ提供されて
いないと言う問題点があった。

【０００６】依って、本発明の目的は、レーザロボット
における関節の動作軸心とレーザビームの進路とを一致
させるレーザビーム光軸調整作業を半透明板からなる光
投射用のターゲット面を有し、そのターゲット面上に投
射された光スポットを同光投射面の裏面側から目視観察
可能なターゲット式光軸調整具を用いることにより、光
軸調整作業の容易化を図ることにある。

【０００７】本発明の他の目的は、レーザロボットを出
荷現場から使用、設置現場へ移動させて設置する場合や
１つの使用現場から他の使用現場へ移動、設置する場合
等に移動後の設置位置におけるレーザビーム供給系とレ
ーザロボットとを接続したとき、ロボット機体内におけ
る各関節における動作軸心とレーザビーム光軸とを一致
させる調整をターゲット式光軸調整具を用いて簡単に遂
行可能なレーザロボットの光軸調整方法を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、半
透明板からなる光投射用のターゲット面を有し、そのタ
ーゲット面上に投射された光スポットを同光投射面の裏
面側から目視観察可能なターゲット式光軸調整具をロボ
ット機体、例えば、ロボット機体におけるロボットアー
ム外側面や手首外面に取付け、ロボット機体内部のレー
ザビーム進路に介挿したレーザビーム分割手段により二
分したレーザビームの一方を上記のターゲット式光軸調
整具のターゲット面にスポットとして投射し、このスポ
ットをロボット機体の外部から目視で視認しながらロボ
ット機体の関節を動作させ、このときに、ロボット機体
内部の関節の動作軸心上に設けられた反射ミラーを調整
してターゲット面上でレーザビームスポットが静止する
ように光軸調整を行うものである。

【０００９】即ち、本発明によれば、レーザロボットの
関節の動作軸心とロボット機体内で反射ミラーを経由す
ることにより、進路変更されて進行するレーザビームの
光軸とを一致させるレーザロボットの光軸調整方法にお
いて、前記ロボット機体内のレーザビームの進路の相互
に離間した二位置にビーム分割手段を設けて該レーザビ
ームを前記進路を進行する第１のレーザビームとロボッ
ト機体外部に向かう第２のレーザビームとに分割し、前
記第２のレーザビームを前記ロボット機体に着脱自在に
取り付けた半透明板から成るターゲット面上に投射させ
てレーザビームスポットを形成させ、前記ロボットの関
節を動作させると共に前記半透明板から成るターゲット
面の裏面側から前記レーザビームスポットを目視し、該
レーザビームスポットが前記ターゲット面上で略一点に
静止するように前記反射ミラーを調整する、ことを特徴
とするレーザロボットの光軸調整方法を提供せんとする
ものである。

【００１０】

【作用】上述した半透明体からなるターゲット面を有す
る光軸調整具を用いることにより、一位置で光軸調整を
行ったレーザロボットを他の別の使用位置へ移動させて
設置したとき、予め移動前の位置において光軸調整具を
取付け、ビームスポットを２つのターゲットの中心に当
たるようにターゲットを調整した後、光軸調整具を装着
したまま移動設置すれば、光軸の中心は ２つのターゲ
ットによって記録されているため、レーザビームを２つ
のターゲットの中心に合わせれば、光軸調整は完了す
る。

【００１１】以下、本発明を、添付図面に示す実施例に
従って更に、詳細に説明する。

【００１２】

【実施例】図１は本発明によるレーザロボットの光軸調
整方法の実施例を説明する機構図であり、図２は、レー
ザロボットの機体及びそのロボット機体の側面に半透明
ターゲット面を有した光軸調整装置が取付けられた状態
を示す正面図、図３は図２のＡ部分を示し、ロボット機
体に取付けられた光軸調整装置を拡大図示した部分取出
し図、図４は図２の４−４矢視線方向から見たロボット
手首に着脱自在に取付られた光軸調整装置を示す部分拡
大図、図５は、図４の５ー５線による断面図である。

【００１３】先ず、図２をを参照すると、本発明による
光軸調整方法を適用して光軸調整が行われるレーザロボ
ットの機体の１例が示されている。このレーザロボット
のロボット機体１０はベース１２、同ベース１２の上面
の回転テーブル１４上に矢印θで示す縦軸回りの旋回が
可能に立設されたロボット胴部１６、同ロボット胴１６
の上方部に矢印Ｕで示す首振り動作状の回転動作が可能
に枢着された長尺な第１のロボット腕１８、この第１ロ
ボット腕１８の前端側から突出すると共に同ロボット腕
１８に対して長軸方向Ｒに前後進可能な第２のロボット
腕２０、同ロボット腕２０の先端に設けられ、旋回動作
αが可能に設けられたロボット手首２２等をロボット可
動要素として具備している。上記ロボット胴１６の旋回
動作は、ベース１２に取付けられた駆動モータＭθから
同ベース１２内に組み込まれたベルト・プーリ機構等の
伝動機構を介して駆動され、また、第１ロボット腕１８
の回転動作はロボット胴１６に取り付けられた駆動モー
タＭｕからボールねじ機構等の伝動機構を経て駆動され
る構成となっている。また、第２ロボット腕２０の前後
進動作やロボット手首２２の旋回動作も第１のロボット
腕１８の後端領域に取付けられた駆動モータＭｒ、Ｍα
に依って駆動される構成を有し、ロボット胴１６と第１
のロボット腕１８との枢着部や手首のα軸動作部に関節
構造が設けられている。また、ロボット手首２２の先端
には、レーザビームの集光手段を内蔵したレーザビーム
出射装置２４が取付けられる。

【００１４】このうよな構成を有したレーザロボットに
は、レーザビームの供給源であるレーザ発振器からレー
ザビーム導管路（図示なし）を経由してロボット機体の
上方または下方から導入される。いま、図２の例では、
ロボット胴１６の上端に設けたレーザビーム導入口から
レーザビームがロボット機体１０内に導入されるものと
する。このとき、ロボット機体内に導入されたレーザビ
ームは機体内でロボット胴１６と第１ロボット腕１８と
の枢着関節における動作軸心、つまり、第１ロボット腕
１８の“Ｕ”回転動作の動作軸心上に設けられた内蔵の
反射ミラーで反射されて進路を変更し、第１ロボット腕
１８内に進行し、次いで、同第１ロボット腕１８内で再
び別の内蔵反射ミラーで反射により進路を変更され、同
第１ロボット腕１８から第２ロボット腕２０の内部に連
通したレーザビーム管路を経てロボット手首２２へ進
む。ロボット手首２２に進んだレーザビームは同手首２
２に設けられた反射ミラー２８で再び反射により進路を
変更され、同手首２２の内部の下端に設けられたパラボ
ラミラー等の集光手段を経た後、レーザビーム出射装置
２４により、外部のレーザビーム照射対象であるワーク
に向けて出射される構成を有している。

【００１５】従って、レーザロボットが教示プログラム
に従ってロボット動作するとき、レーザビーム出射装置
２４から出射されるレーザビームが照射対象の所定目標
位置に常に正確に合焦して高エネルギーのレーザビーム
によるレーザ加工作業の遂行を可能にするには、ロボッ
ト胴１６のθ旋回動作、第１ロボット腕１８のＵ回転動
作やロボット手首２２のα旋回動作の動作軸心とロボッ
ト機体内を進行するレーザビームの光軸とが正確に一致
していることが必須の条件となる。このためにレーザビ
ームの光軸調整がレーザロボットの製造、出荷、使用現
場での設置、使用現場における設置位置の変更、保守管
理等の場面で行われるもので、本発明は、その光軸調整
に光軸調整用の治具手段として後述する半透明体、例え
ば、スリガラスから成るターゲット板を有した光軸調整
具３０と図２には現れないレーザビーム分割器、つま
り、ハーフミラーから成るビームスプリッタとを用い
て、簡単に作業者による光軸調整作業が遂行されるので
ある。

【００１６】なお、レーザビームの光軸調整はロボット
機体内のレーザビームの進路における一位置だけに光軸
調整具３０を設けて動作軸心と光軸との間の不一致を検
出し、その不一致を解消するように反射ミラーを調整す
る方法では、動作軸心と光軸との微少な傾きが検出でき
ないため、離間した二位置に光軸調整具３０を設け、両
位置で動作軸心と光軸との不一致が解消されるまで反射
ミラーの調整による光軸調整が遂行される。依って、本
実施例では、第１ロボット腕１８の後方部の適宜位置
（Ａで示す位置）とレーザビーム出射装置２４が、ロボ
ット手首２２の先端に取付けられる位置との二位置に光
軸調整具３０を着脱自在に装着して光軸調整を行う。な
お、後者のロボット手首２２に光軸調整具３０を装着す
るときにはレーザビーム出射装置２４を一旦、ロボット
手首２２から取外し、代わりに光軸調整具３０を装着す
る方法が採られる。

【００１７】さて、ここで、図３、図４、図５を参照す
ると、図３は第１ロボット腕１８に装着された光軸調整
具３０を拡大図示し、図４はロボット手首２２の先端に
装着された光軸調整具３０を示している。勿論、両者は
サイズの大小はあるが、構成的には全く同一の要素であ
り、従って、図５には図４の５ー５線による断面図が示
されている。

【００１８】光軸調整具３０は、半透明体、例えば、ス
リガラスから成るターゲット板３２と、そのターゲット
板３２を保持した枠体３４とを構造要素にして形成され
ており、同ターゲット板３２には同心円状に複数のスケ
ール円３６が図示のごとく描かれている。また、枠体３
４は例えば、軽量な金属材料、例えば、アルミ材料で形
成され、周辺にロボット機体への取付時に用いる取付孔
３８が形成されている。このような光軸調整具３０は、
その半透明体からなるターゲット板３２の片面に光やレ
ーザビームがスポット状に照射されると、同ターゲット
板３２が半透明体であることから他面側からそのスポッ
ト状の照射光を目視することが可能である。依って、同
スポットが目視、観測して光軸調整時に上記動作軸心と
光軸との不一致とを見出すことができるのである。

【００１９】次に、図１、図２により、本発明に係る光
軸調整方法を説明する。図１および図２において、レー
ザビームＬは、ロボット機体１０の外部のレーザビーム
導管路における反射ミラー４０で反射により進路を変更
され、ロボット機体１０（ロボット胴１６）のレーザビ
ーム入口５０から機体内に導入される。ロボット機体内
に進入したレーザビームＬは、ロボット胴１６と第１の
ロボット腕１８との枢着関節において第１ロボット腕１
８の回転動作軸上に設けられた反射ミラー２６で反射さ
れ、進路を変更して第１のロボット腕１８内に進入し、
反射ミラー２７で反射により進路を変更して、第１、第
２ロボット腕１８、２０の内部のレーザビーム路を進
む。次いで、ロボット手首２２内に設けられた反射ミラ
ー２８で反射されて進路を変更し、更に、集光ミラー４
６を経てレーザビーム出射装置２４からレーザビーム照
射対象に向けて出射される。

【００２０】ここで、関節の動作軸心とレーザビームＬ
の光軸とを一致させる光軸調整を行うときには、先ず、
レーザ発振器６０から可視レーザビームＬをロボット機
体内へ導入し、同レーザビームＬの進路上における相互
に離間した二位置、例えば、第１のロボット腕１８内の
位置とロボット手首２２の先端領域に、ビームスプリッ
ターとしてハーフミラー４２、４４が設けられる。ま
た、これらのハーフミラー４２、４４と対設してロボッ
ト機体に着脱自在にターゲット板３２を有した上述の光
軸調整具３０が取付けられる。かくして、各ハーフミラ
ー４２又は４４により可視レーザビームＬは、ハーフミ
ラー４２又は４４を透過して直進する第１のレーザビー
ムＬ１と進路を変更された第２レーザビームＬ２との２
つのビームに分離され、一方の第２レーザビームＬ２は
光軸調整具３０のターゲット板３２を照射し、そのター
ゲット板面にビームスポット（図３及び図４のターゲッ
ト板３２内に破線Ｓｐで示してある）を形成する。

【００２１】このとき、光軸調整具３０のターゲット板
３２の板面は、外部から作業者“Ｅ”が目視で照射面の
裏側を観察することができるので、ターゲット板３２の
板面に形成された可視レーザビームのビームスポットＳ
ｐを視認することができる。依って、次に、各光軸調整
具３０のターゲット板３２の板面にビームスポットＳｐ
を形成させ、作業者Ｅが同ビームスポットＳｐを目視し
ながら第１ロボット腕１８を回転動作（Ｕ軸回転）させ
る。このとき、第１ロボット腕１８の回転の動作軸心と
可視レーザビームの光軸が一致していると、光軸調整具
３０のターゲット板３２の板面に形成されるビームスポ
ットＳｐは同板面の中心と一致した円を形成して静止し
ているが、不一致の場合にはターゲット板３２の板面に
形成されたビームスポットＳｐは円弧軌跡に沿って移動
する。よって、このような円弧軌跡動作が視認されたと
きは、反射ミラー２６、２７等を調整してビームスポッ
トＳｐが静止する状態まで調整する。

【００２２】なお、第１ロボット腕１８に装着した光軸
調整具３０とロボット手首２２に装着した光軸調整具３
０において、前者側の光軸調整具３０で視認したビーム
スポットが静止状態となっても後者側の光軸調整具３０
側で視認されるビームスポットＳｐが依然として、ロボ
ット手首２２の回転に伴って円弧軌跡を辿る状態を持続
している場合は、更に、手首２２の反射ミラー２８も調
整して手首動作軸心と光軸との一致が得られた状態まで
追い込むように光軸調整作業を続行する。こうして両光
軸調整具３０のターゲット板３２の板面裏側から視認し
たビームスポットＳｐの中心が共にターゲット板３２の
板面の中央に静止円を形成したとき、レーザロボットの
光軸調整を終了する。なお、ターゲット板３２に同心の
スケール円３６が設けられていると、ビームスポットＳ
ｐの光軸調整度合いの視認が容易になるという利点を有
する。

【００２３】上述したレーザロボットの光軸調整方法
は、レーザロボットの製作段階、出荷段階、使用現場へ
の設置段階、使用現場を一位置から他位置へ移動、設置
する場合等に可視レーザビームを用いることにより容易
に実施することができる。従って、例えば、使用現場を
異なる位置へ移動、設置するときには、上述のようにし
て予め移動前にターゲット板３２を有した光軸調整具３
０を用いてロボット機体の光軸調整を終了させ、次い
で、同ロボット機体を他の設置場所へ移動して設置した
段階では、光軸調整具３０のターゲット板３２にレーザ
ビームを照射させ、そのビームスポットがターゲット板
３２のスケール円と一致させるように外部レーザビーム
管路とロボット機体１０との接続、調整を行うだけでロ
ボット動作軸とレーザビームの光軸との一致を得ること
ができる。従って、煩瑣な光軸調整作業を省略すること
ができる。

【００２４】更に、レーザロボットを製作後、出荷段階
で可視レーザビームを使用し、かつ、上述した光軸調整
具３０を用いて光軸調整作業を終了させ、ターゲットの
中心をビームスポットに合わせ、光軸調整具を装着した
まま、出荷すれば、使用現場にレーザロボットを設置
し、レーザビームを導入する外部の導管路とロボット機
体とを接続するとき、同光軸調整具３０のターゲット板
３２の板面へレーザビームスポットを形成してスケール
円３６と合致させる作業さえ遂行すれば、反射ミラー２
６等による調整作業を行うことなく、光軸調整作業を終
えることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、半透明体から成るターゲット板を有した簡単
な光軸調整具を用いるだけでレーザロボットの関節にお
ける動作軸心とレーザビームの光軸とを一致させること
ができ、しかも、ターゲット板に形成されたビームスポ
ットを同ターゲット板の裏側から視認することにより、
光軸の調整度合いを認識することができるので、光軸調
整作業が容易化される。

【００２６】又、レーザロボットの出荷時に、この光軸
調整具を使用して光軸調整を終了させておけば、使用現
場にレーザロボットを設置する段階では、実用される外
部レーザビーム管路とロボット機体との接続時にレーザ
ビームのビームスポットが光軸調整具上のターゲット板
面で事前に行った光軸調整時と同じビームスポット状態
を形成させるように接続するだけで光軸調整を達成で
き、レーザロボットの使用現場における設置作業を迅速
に完了させることができる。

【００２７】また、同様に、レーザロボットの使用現場
を一位置から他の位置へ移設する場合も、移動前に一
度、光軸調整を完了させておけば、他の位置へ移動設置
したときには、改めて煩瑣な光軸調整作業を行うことな
く、光軸調整を達成することができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザロボットの光軸調整方法の
実施例を説明する略示機構図である。

【図２】レーザロボットの機体及びそのロボット機体の
側面に半透明ターゲット面を有した光軸調整装置が取付
けられた状態を示す正面図である。

【図３】図２のＡ部分を示し、ロボット機体に取付けら
れた光軸調整装置を拡大図示した部分取出し図である。

【図４】図２の４−４矢視線方向から見たロボット手首
に着脱自在に取付られた光軸調整装置を示す部分拡大図
である。

【図５】図４の５ー５線による断面図である。

【符号の説明】

１０…ロボット機体 １６…ロボット胴 １８…第１ロボット腕 ２０…第２ロボット腕 ２２…ロボット手首 ２４…レーザビーム出射装置 ２６…反射ミラー ２７…反射ミラー ２８…反射ミラー ３０…光軸調整具 ３２…ターゲット板 ３６…スケール円 ４４…ハーフミラー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザロボットの関節の動作軸心とロボ
   ット機体内で反射ミラーを経由することにより、進路変
   更されて進行するレーザビームの光軸とを一致させるレ
   ーザロボットの光軸調整方法において、 前記ロボット機体内のレーザビームの進路の相互に離間
   した二位置にビーム分割手段を設けて該レーザビームを
   前記進路を進行する第１のレーザビームとロボット機体
   外部に向かう第２のレーザビームとに分割し、 前記第２のレーザビームを前記ロボット機体に着脱自在
   に取付けた半透明板から成るターゲット面上に投射させ
   てレーザビームスポットを形成させ、 前記ロボットの関節を動作させると共に前記半透明板か
   ら成るターゲット面の裏面側から前記レーザビームスポ
   ットを目視し、 該レーザビームスポットが前記ターゲット面上で略静止
   円を形成するように前記反射ミラーを調整するようにし
   た、ことを特徴とするレーザロボットの光軸調整方法。
2. 【請求項２】 前記ビーム分割手段が設けられる前記レ
   ーザビームの進路における二位置は、前記レーザビーム
   がロボット機体に導入される導入口に近いレーザビーム
   進路の上流位置と、該レーザビームが前記ロボット機体
   から出射される出射口に近いレーザビーム進路の下流位
   置との二位置であるように設定する請求項１に記載のレ
   ーザロボットの光軸調整方法。
3. 【請求項３】 前記ロボット機体に着脱自在に取付られ
   る前記半透明板から成るターゲット面に、予め、複数の
   同心円を目盛付けし、 該同心円の最小同心円内に前記レーザビームスポットを
   追い込むように前記反射ミラーを調整する請求項１また
   は２に記載のレーザロボットの光軸調整方法。