JPH05253690A - レーザロボットのノズルクリーニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、レーザロボットのレーザ光照射ヘ
ッドの先端ノズルを定期的にかつロボットの教示プログ
ラムに従って自動的に浄化し、スパッタ等の付着物を除
去できるノズルクリーニング装置を構成することにあ
る。 【構成】 本発明は、レーザロボット１０のレーザ照射
ヘッド２０先端の付着物を除去、洗浄する回転クリーニ
ングブラシ５０を水平可動台板３８上に取着し、かつ、
クリーニングブラシと略同心状に設けられた凹錐状のノ
ズル受け４２にノズル部２１を係合させて同ノズル受け
４２の凹錐状ガイド面４３で、ノズル先端のレーザ出射
口２０ａをクリーニングブラシ５０の中心に略同心に位
置決めし、水平可動台板３８を静止状態に固定してクリ
ーニングブラシを回転させ、偏心無くノズル先端の周囲
及びレーザ出射口２０ａの内部の付着物を除去する構成
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用レーザロボット
に関し、特に、レーザロボットの最先端に装備されるレ
ーザ光照射ヘッドが有する錐状ノズルに付着するスパッ
タ等の付着物を除去してノズル先端のレーザ光出射口を
浄化するノズルクリーニング装置に関し、また、クリー
ニング作用中にノズルから加工用アシストガスを噴射す
ることにより、レーザ光照射装置内部への付着物の侵入
を防止し得るノズルクリーニング装置に関する。

【０００２】

【従来技術】レーザロボットによるレーザ加工時にはロ
ボット最先端に装備したレーザ光照射ヘッドから集光さ
れたレーザ光がワークの被照射部位に向けて出射され、
レーザ光の高エネルギーにより溶接や切断その他のレー
ザ加工作業を遂行する。

【０００３】上記レーザ光照射ヘッドは、先端が先細り
形状のノズルに形成され、そのノズルの先端の開口から
集光されたレーザ光が出射されている。このため、被照
射対象であるワークに向けてレーザ光を出射するノズル
先端の開口の開口面積や付着物の有無等が出射されるレ
ーザ光のエネルギー量に大きな影響を及ぼす。

【０００４】他方、レーザ加工、特に、ワークの溶接加
工時には、レーザ光の照射対象であるワーク表面がメッ
キで被覆された材料である場合等に特にスパッタが発生
し、このスパッタがワーク表面から飛散され、レーザ照
射ヘッドのノズル先端に向けて飛来して来る。この飛来
したスパッタは高温溶融状態にあり、ノズル先端に当接
すると、その当接部に付着するからノズルの先端開口が
序々に付着したスパッタで開口面積を低減させて行く。
つまり、レーザ照射ヘッドのノズルのレーザ光出射口の
口径が漸減し、長時間のレーザ加工過程では漸次に加工
性能が所望の加工性能レベルから劣化する傾向を呈する
ようになる。

【０００５】このような状況から従来よりレーザロボッ
トのレーザ光照射ヘッドのノズルは同ノズルを着脱自在
構造に形成して定期的に浄化されたノズルと交換する方
法が取られるか、或いはレーザ加工領域の適宜位置に常
設した台板に駆動モータで回転されるクリーニングブラ
シを取り付け、この常設クリーニングブラシの位置にロ
ボット動作に従ってレーザ光照射ヘッドのノズルを定期
的に移動させ、ノズル先端開口部位をこのクリーニング
ブラシに押し当ててから同クリーニングブラシを回転さ
せ、ノズル先端や開口内部に付着したスパッタ等の付着
物を拭い去るクリーニング方法が遂行されていた。この
回転クリーニングブラシとしては、工作現場で使用する
ワイヤブラシが用いられ、このワイヤブラシを駆動モー
タの回転軸に装着し、回転させることにより、クリーニ
ング動作をさせるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、上述した
従来のレーザ光照射ヘッドのノズルクリーニング方法で
は、種々の問題点がある。つまり、上述した前者のノズ
ルを定期的に交換する方法では、レーザロボットのレー
ザ加工工程をノズル交換のために停止させる必要が有
り、加工能率を低減させる一因となる不具合がある。他
方、常設位置に設けた台板に回転性のクリーニングブラ
シを設け、このクリーニングブラシの位置へロボット動
作でノズルを定期的に移動させ、クリーニングを遂行す
る方法では、クリーニングブラシにノズルの先端開口を
正しく位置決めすることが困難であり、しかも非加工作
業外の浄化作業にロボットの動作精度を要することにな
る不都合がある。また、ノズル先端の開口が正しく位置
決めされずにクリーニングブラシと開口とが偏心状態の
ままクリーニング作用が遂行されると、付着したスパッ
タの払拭、除去が不完全になり、結局、レーザ加工性能
に悪影響を与える結果となる不都合があった。

【０００７】依って、本発明の目的は、このような従来
の不都合を解消することが可能なレーザロボットのレー
ザ照射ヘッドにおけるノズルのクリーニング装置を提供
せんとするものである。

【０００８】本発明の他の目的は、レーザ照射ヘッドの
ノズルの付着物を除去するクリーニングをロボットが自
動々作して必要時に自動的に遂行可能とするクリーニン
グ装置を提供せんとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的に
鑑みて、レーザロボットのレーザ照射ヘッド先端に付着
した付着物を除去、洗浄するクリーニングに当たり、同
レーザ照射ヘッドのノズルを所定の位置に配設された水
平可動台板上に取着された回転クリーニングブラシの位
置まで移動させ、上記のクリーニングブラシと略同心状
に設けられた凹錐状のノズル受けに係合させ、このと
き、同ノズル受けの凹錐状部は、ノズルのテーパ形状に
対して相補形に形成し、従って、同凹錐状のノズル受け
にノズルを係合させることで、ノズル先端のレーザ出射
口をクリーニングブラシの中心に略同心に配置できるよ
うにし、しかも、位置決め確定段階で水平可動台板を静
止状態に固定し、クリーニングブラシを回転させること
により、偏心無くノズル先端の周囲及びレーザ出射口の
内部をブラシで払拭し、付着物を除去するように構成し
たクリーニング装置を構成したものである。

【００１０】本発明によれば、レーザロボットの最先端
に設けられたレーザ光照射装置が有する錐体形状のノズ
ルに付着したスパッタ等の付着物をクリーニングする装
置において、クリーニング用ブラシを回転可能に支持
し、水平面内で自在に移動変位可能にかつ、所定位置で
静止固定可能に設けられた支持台板と、前記クリーニン
グブラシの周囲に設けられ、前記ノズルの錐状形状と略
相補形の凹錐面を有して該ノズルを該クリーニングブラ
シと略同心位置へ位置決めするノズル受けと、前記ノズ
ル受けを、前記支持台板に対し、該支持台板の水平移動
面に略垂直な方向に移動可能に支持し、前記ノズル受け
で位置決めされた前記錐状ノズルを所定位置で前記クリ
ーニングブラシに当接させ得るようにする弾性支持体と
を具備して構成され、レーザロボットのノズルを自動ク
リーニング可能にしたことを特徴とするレーザロボット
のノズルクリーニング装置が提供されるのである。な
お、好ましくは、前記錐状ノズルが前記クリーニングブ
ラシと当接する前記所定位置まで移動したことを検知す
る移動量のセンサ手段を前記ノズル受けに取着、配設
し、該センサ手段の検知信号に従って前記支持台板を停
止固定させるクランプ手段を設け、該クランプ手段で前
記支持台板を停止、固定させてから前記クリーニングブ
ラシを回転作動させ、ノズルのクリーニングを遂行す
る。

【００１１】更に、前記支持台板は、前記クリーニング
ブラシで前記レーザ光照射装置のノズルの付着物をクリ
ーニングするときに発生、落下する洗浄屑を排除する排
出孔を具備し、クリーニング中のノズルからアシストガ
スを噴射ることにより、該排出孔を介して洗浄屑を排除
し得るようにすることが好ましい。

【００１２】

【作用】上述した構成によれば、レーザ照射装置のノズ
ルをレーザロボットの動作で支持台板で保持された回転
クリーニングブラシの上方まで自動的に移動させ、次い
で、ノズルをノズル受けに下ろして該ノズル受けで受
け、更に、弾性支持体の弾性変位によりノズル先端をク
リーニングブラシと当接させて同心位置決めを自動的に
完了させ、その後、位置決め完了に従ってクリーニング
ブラシを回転させれば、ノズルの先端はクリーニングブ
ラシで均一、確実にクリーニングすることができる。ま
た、クリーニング作用中にアシストガスを噴射すること
により、レーザ照射装置内の汚染を防ぐことができる。
しかも、上述した位置決め過程は、レーザロボットに予
め教示したプログラムに従って自動的に遂行し得るか
ら、自動クリーニング工程を定期的に遂行することによ
り、レーザロボットの作業効率を低減させることなく、
レーザ光照射装置の先端のレーザ光出射ノズルを常に高
性能状態に維持することができるのである。 以下、本
発明を添付図面に示す実施例に基づいて、更に詳細に説
明する。

【００１３】

【実施例】図１は本発明に係るレーザロボットのノズル
クリーニング装置の構成を示す断面図、図２は、レーザ
ロボットの機体の構成を示す斜視図である。

【００１４】先ず、図２を参照すると、レーザロボット
の機体１０は、同ロボット機体を使用現場に設置するベ
ース部１２を有し、このベース部１２上にロボット胴１
４が縦軸線（θ軸）回りに旋回可能に立設され、このロ
ボット胴１４の上部の側面にロボットアーム１６が上下
にＵ軸線回りに揺動可能に設けられている。このロボッ
トアーム１６の前方部は更に後方部に対してアーム軸線
方向に矢印Ｌで示す進退動作が可能に設けられ、同アー
ム前方部の先端にロボット手首１８が矢印Ｌの進退動作
の軸線方向と直交した軸線（α軸）回りに旋回可能に設
けられ、同ロボット手首１８の先端に装着されたレーザ
光照射ヘッド２０のレーザ光照射方向を所望の任意方向
に指向させ得るように構成されている。

【００１５】レーザ光は、レーザ発振器等の外部設備か
ら図示されていないレーザ光管路を経てロボット機体１
０の近傍まで導かれ、そこから例えば、ベース１２の下
方部またはロボット胴１４の上方に設けられたレーザ光
導入口を介してロボット機体１０内に導入され、ロボッ
ト機体１０の内部の間接部に設けられたレーザ光反射ミ
ラーで進路を変更しながら進行し、レーザ光照射ヘッド
２０まで誘導される。このレーザ光照射ヘッド２０では
レーザ光が集光され、かつ、照射対象のワークの照射点
へレーザ光が適正の収束光として照射されるように合焦
され、先端の出射口２０ａから対象ワークへ照射される
構成を有している。また、レーザ光照射ヘッド２０には
ロボットアーム１６を経て加工用のアシストガスが配管
路を経て供給され、同アシストガスも出射口２０ａから
外部に向けて噴出される構成になっている。更に、ロボ
ット機体１０の各間接部に設けられたレーザ光の進路変
更を行うレーザミラーには冷却水が配給流されてレーザ
ミラーを冷却する構成も設けられている。

【００１６】レーザロボットのロボット機体１０は、レ
ーザ加工過程において、教示プログラムに従って動作
し、レーザ光照射ヘッド２０の先端ノズル部のレーザ光
出射口２０ａをワークの照射点へ指向させると共にワー
ク照射面との間に所定の合焦距離を置いてレーザ光を照
射し、ワークの溶接、切断、バリ取り等の種々の所望の
レーザ加工を行う構成に成っている。そして、レーザ光
出射口２０ａを有したノズル部を後述する本発明に係る
クリーニング装置へ移動させ、位置決めする動作も予め
レーザロボットに教示することにより、クリーニングを
定期的に、かつ自動的に遂行することができるのであ
る。

【００１７】ここで図１を参照すると、本発明の実施例
によるノズルクリーニング装置３０は、内部に空所を有
し、適宜のクリーニング作業場に設置可能な基台３２を
有し、この基台３２の上部に、その基台３２の内部空所
と連通する開口３５を有した定盤プレート３４が固定さ
れている。また、この定盤プレート３４の上方には、同
定盤プレート３４と対向してキャップ形状のホルダープ
レート３６が、上記の定盤プレート３４と一体に基台３
２に固定され、定盤プレート３４とホルダープレート３
６との間には空室３７が形成れている。この空室３７内
には、クリーニング用ブラシ５０を駆動モータ５３の出
力軸に装着した状態で取着し、従って、同クリーニング
ブラシ５０を回転可能に支持した支持台板３８が鋼球等
から成る転動体３９を介して上記の定盤プレート３４に
対して水平面内で自在に移動可能に配設されている。上
記のクリーニングブラシ５０は、大径ブラシ５１とレー
ザ光照射ヘッド２０のノズル部のレーザ光出射口２０ａ
内に挿入可能な適宜長さを有した小径ブラシ５２とを具
備し、このクリーニングブラシ５０を回転駆動する駆動
モータ５３は定盤プレート３４の開口３５を介して基台
３２の空所内に垂下、保持されている。

【００１８】他方、支持台板３８には後述する付着物の
排出孔３８ａがクリーニングブラシ５０の下方域にもう
けられると共に、クリーニングブラシ５０を略中心位置
にして円筒壁４０が立設されており、この円筒壁４０の
内側にコイルバネ、板ばね等で形成した弾性支持体４１
によってフローティング状態に支持したノズル受け４２
が同弾性支持体４１の弾性変位に応じて図１に矢印Ｓで
示す上下方向に移動変位可能に設けられている。つま
り、ノズル受け４２は、支持台板３８の水平移動面に対
して略垂直な方向に可動に構成されているのである。

【００１９】このノズル受け４２は内側にレーザ光照射
装置２０の先端の錐状ノズル部２１のテーパ角度に対応
した凹錐状のテーパガイド面４３を有することにより、
錐状ノズル部２１を受けたとき、そのノズル部２１の先
端のレーザ出射口２０ａの中心がクリーニングブラシ５
０の小径ブラシ５２と略一致した状態に位置決めされる
構成としている。なお、ノズル受け４２は、上記の凹錐
状テーパガイド面４３の下方に末広がりの開口４４を有
し、この開口４４内でクリーニングブラシ５０の回転が
行われるようになっている。また、ノズル受け４２の上
端には支持薄板４５が取着されており、この支持薄板４
５の外縁とホルダープレート３６の上面との間には周知
のシャバラ構造の被い４６が張設されている。そして、
このジャバラ構造の被い４６の内部においては、ホルダ
ープレート３６の上面にエアシリンダ５４が適数個、等
間隔に配置され、このエアシリンダ５４をオン・オフ作
動させることにより、水平面内で転動体３９を介して可
動の支持台板３８をホルダープレート３６に引き寄せて
静止、固定させることができるように構成されている。

【００２０】また、ノズル受け４２の外周には同ノズル
受け４２がフローティング状態から下方へ変位し、一定
の位置に達したとき、当該ノズル受け４２で受けたノズ
ル２０の先端のレーザ光出射口２０ａからクリーニング
ブラシ５０の小径ブラシ５２が挿入され、クリーニング
可能な状態であることを検出する位置センサー５５が設
定位置を変更、調節可能に設けられている。本実施例で
は、クリーニングブラシ５０の小径ブラシ５２がレーザ
光出射口２０ａの内部に挿入され、大径ブラシ５１がノ
ズル部２１の下端領域に当接したとき、位置センサー５
５はその検出先端が円筒壁４０の頂面に当接するように
設定された場合を示している。

【００２１】上述した構成から成るノズルクリーニング
装置３０の作用を説明する。このノズルクリーニング装
置３０は、レーザロボット１０の使用現場における適正
位置に配設されている。そして、レーザロボット１０
は、その最先端のレーザ光照射ヘッド２０の先端ノズル
２１の開口２０ａ内部及び周囲のスパッタ等の付着物浄
化が必要であると判断されると、レーザロボット１０の
ロボット制御装置（図示なし）を介して洗浄指令を入力
する。このとき、レーザロボット１０はそのロボット制
御装置にクリーニング動作が予め教示され、その教示プ
ログラムが記憶されているので、最先端のレーザ光照射
ヘッド２０をクリーニング装置３０の位置へロボット動
作により移動させる。

【００２２】次いで、レーザロボット１０の関節動作に
従って、先端のレーザ光照射ヘッド２０のノズル部２１
をクリーニング装置３０のノズル受け４２の上方に位置
させる。更に、そのノズル受け４２の凹錐状のガイド面
４３に向けてノズル部２１を降下させると、この時点で
はノズル受け４２の凹錐状ガイド面４３とノズル部２１
とは未だ、位置決めが不一致の状態にあるから、ノズル
部２１が降下し、ノズル受け４２と係合する過程で、支
持台板３８に水平移動方向への押圧力が作用する。故
に、支持台板３８が転動体３９を介して水平動作し、水
平方向の押圧力が解消したときクリーニングブラシ５０
に対する同心位置決めが達成されて停止する。この間に
ノズル受け４２に対してレーザ光照射装置２０のノズル
部２１は徐々に下降し、ノズル受け４２も弾性支持体４
１の弾性反力に抗して下動させる。そして、位置センサ
ー５５が検出信号を発した時点で、クリーニングブラシ
５０の小径ブラシ５２は、ノズル部２１のレーザ出射口
２０ａからレーザ照射ヘッド２０の内部に進入してお
り、大径ブラシ５１は、ノズル部２１の最先端に当接し
ている。この時点に達したとき、位置センサー５５は検
出信号を発しているから、その検出信号に従って、レー
ザロボット１０のクリーニング装置３０に対する動作を
一端停止する。次いで、同信号によりエアーシリンダ５
４を作動させて、支持台板３８を静止、固定し、更に駆
動モータ５３を作動させ、クリーニングブラシ５０の回
転を起動する。こうしてノズル部２１の先端は回転する
クリーニングブラシ５０の大径ブラシ５１と小径ブラシ
５２とによる浄化作用を受け、スパッタ等の付着物の除
去、浄化がなされるのである。クリーニングブラシ５０
によりノズル部２１の先端領域や開口２０ａの内部から
掻き落とされた付着物は、支持台板３８の排出孔３８ａ
を経て基台３２の空所内に落下する。特に、クリーニン
グ過程ででは、レーザ光照射ヘッド２０側からアシスト
ガスを図示のごとく噴出させると、クリーニングブラシ
５０により掻き落とされた付着物は、このアシストガス
の噴射力に乗って、下方へ強制的に落下、排出されるの
である。故に、クリーニング作用によって生じた掻落と
し付着物が粉塵となってノズル部２１の内部へ逆流、侵
入することは防止される。以上、本発明を実施例に基づ
いて説明したが、特許請求の範囲に記載の発明思想の下
に種々の改変、変更が可能であることは言うまでもな
い。

【００２３】

【発明の効果】上述した本発明によれば、レーザロボッ
トのレーザ照射ヘッド先端のノズル部に付着した付着物
を除去、洗浄するクリーニングするに当たり、同レーザ
照射ヘッドのノズルを所定の位置に配設された水平可動
台板上に取着された回転クリーニングブラシの位置まで
移動させ、上記のクリーニングブラシと略同心状に設け
られた凹錐状のノズル受けに案内、係合させ、このと
き、同ノズル受けの凹錐状部は、ノズルのテーパ形状に
対して相補形に形成し、従って、同凹錐状のノズル受け
にノズルを係合させることで、ノズル先端のレーザ出射
口をクリーニングブラシの中心に略同心に配置できるよ
うにし、しかも、位置決め確定段階で水平可動台板を静
止状態に固定し、クリーニングブラシを回転させること
により、偏心無くノズル先端の周囲及びレーザ出射口の
内部をブラシで払拭し、付着物を除去するように構成し
たから、以下のような効果が得られるのである。

【００２４】（１）水平面内で移動可能な支持台板が、
ノズル部のテーパ部と共動するノズル受けの凹錐状ガイ
ド受け面との嵌合過程で水平移動を行い、ノズル部の略
中心へ位置決めされる構造を有してきるから、レーザロ
ボットの動作精度に関係なく、クリーニング用ブラシを
適切なクリーニング作業位置へ誘導、位置決めでき、依
って、レーザ光出射口の周囲及び内部の全域に均等なブ
ラシ効果を与え、以てこれらの部位に付着したスパッタ
等の付着物を確実に除去、浄化することができるのであ
る。 （２）レーザロボットによりレーザ光照射ヘッドをクリ
ーニング装置へ位置決めする過程で、ノズル部とクリー
ニングブラシとが当接してクリーニング待機位置へ位置
決めされる過程は、位置センサーにより検出するように
構成し得るからクリーニング装置の位置決め完了が確実
に検知され、検知信号を送出できるから、その検知信号
に従ってクリーニングブラシを保持した支持台板の水平
移動を静止、固定させることができ。かつ、ノズル部の
開口内にブラシを挿入させた状態でクリーニングブラシ
の回転を起動できる。つまり、レーザロボットの動作を
利用してノズル部をクリーニングブラシ側へ押し付けて
クランプを行う従来式のクリーニング装置と異なり、レ
ーザロボット側へ無理な反力が作用することは無いと言
う利点を有する。 （３）クリーニングにより発生した除去付着物は、排出
孔から、好ましくはエシストガスの吹き出しを利用して
クリーニング装置の基台下方へ排出されるからレーザ光
照射ヘッドの先端ノズル部やまた上流域が浮遊粉塵で汚
染されたり、レーザ光の光路内への侵入が生ずる危惧が
無く、洗浄効果が顕著であると言う効果を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザロボットのノズルクリーニ
ング装置の構成を示す断面図である。

【図２】レーザロボットの機体の構成を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０…レーザロボット ２０…レーザ光照射ヘッド ２０ａ…レーザ光出射口 ２１…ノズル部 ３０…ノズルクリーニング装置 ３２…基台 ３８…支持台板 ３８ａ…排出孔 ３９…転動体 ４２…ノズル受け ４３…凹錐状ガイド面 ５０…クリーニングブラシ ５３…駆動モータ ５４…エアーシリンダ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザロボットの最先端に設けられたレ
   ーザ光照射装置が有する錐体形状のノズルに付着したス
   パッタ等の付着物をクリーニングする装置において、 クリーニング用ブラシを回転可能に支持し、水平面内で
   自在に移動変位可能にかつ、所定位置で静止固定可能に
   設けられた支持台板と、 前記クリーニングブラシの周囲に設けられ、前記ノズル
   の錐状形状と略相補形の凹錐面を有して該ノズルを該ク
   リーニングブラシと略同心位置へ位置決めするノズル受
   けと、 前記ノズル受けを、前記支持台板に対し、該支持台板の
   水平移動面に略垂直な方向に移動可能に支持し、前記ノ
   ズル受けで位置決めされた前記錐状ノズルを所定位置で
   前記クリーニングブラシに当接させ得るようにする弾性
   支持体とを、具備して構成され、レーザロボットのノズ
   ルを自動クリーニング可能にしたことを特徴とするレー
   ザロボットのノズルクリーニング装置。