JPH058079A - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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JPH058079A
JPH058079A JP3162843A JP16284391A JPH058079A JP H058079 A JPH058079 A JP H058079A JP 3162843 A JP3162843 A JP 3162843A JP 16284391 A JP16284391 A JP 16284391A JP H058079 A JPH058079 A JP H058079A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 長期間安定してレーザビームを伝送でき、加
工精度の高いレーザ加工装置を得る。 【構成】 レーザビームを発生するレーザ発振器と、こ
のレーザ発振器から出射されたレーザビームを被加工物
に照射するレーザロボットと、レーザ発振器からレーザ
ロボットにレーザビームを伝送するビーム伝送装置とか
らなるレーザ加工装置において、レーザ発振器の出口か
らレーザロボットのレーザビーム出射口までのビーム伝
送路をウインドウを有しない構造とし、ビーム伝送装置
の入口付近に加工ガス供給口を設け、この加工ガス供給
口から加工ガスを供給するように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザビームを用いて溶
接及び切断を行うレーザ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のレーザビームによる溶接及び切断
用レーザ加工装置に関する文献としては、公開昭６２ー
１３０７８８号がある。この公開特許公報に示された従
来の技術を図５に示す。
【０００３】図５はレーザビームの光路を主として示し
たレーザ加工装置のシステム構成図である。図５におい
て点線で表示された１は多関節型レーザロボットであ
る。本実施例においては、レーザロボット１として５軸
の多関節型ロボットを使用した。２はレーザビームを作
り出すレーザ発振器である。例えばＣＯ2レーザ発振器
等で構成される。３はレーザ発振器２で発生したレーザ
ビームをレーザロボット１に伝送するビーム伝送装置で
ある。ビーム伝送装置３は、ビームの方向を変えるベン
ドミラ（ＢＭ１、ＢＭ２）、人体をレーザ光から安全に
守るカバーとしてのビームダクト（通常は円筒のパイ
プ）及びこれらを支持する支柱（図示せず）から構成さ
れる。被加工物の切断にビームを利用する場合、レーザ
ビームを円偏光にする場合があるが、このような場合
は、ベンドミラＭＢ１にはリターダ（直線偏向／円偏向
変換器）が使用される。ベンドミラＢＭ２は光軸調整器
に保持され、光軸調整器によって上下、左右及び２軸の
角度調整が行われ、レーザ光をロボットのビームダクト
の光軸と一致させる機能を有する。１２はウインドウで
ある。このウインドウ１２は加工ガスがレーザロボット
中のビームダクトの中に侵入するのを防止するために、
放物面鏡１３の前または後に設けられる。このウインド
ウ１２の働きによって加工ガスはノズル先端で封じ込め
られ、溶接時に被加工物の表面から発生するヒュームや
粉塵がレーザロボットのビームダクト、ビーム伝送装置
３及びレーザ発振器２の出口にまで侵入することはなか
った。
【０００４】次に従来技術の動作について説明する。図
５のレーザ発振器２より出たレーザビームは、ビーム伝
送装置３によってレーザロボット１に導かれる。レーザ
ロボット１の基台上のＪ１軸（旋回軸）の垂直下に取り
付けられたベンドミラーＭ１でレーザビームは上方に変
向される。ベンドミラーＭ１は変向されたレーザビーム
がＪ１軸（旋回軸）に固定されたベンドミラーＭ２の中
心に来るように設置される。 ベンドミラーＭ２はレー
ザビームがＪ２軸（下腕軸）に取り付けられたベンドミ
ラーＭ３の中心に入射するように設置される。ベンドミ
ラーＭ３で変向されたレーザビームは、ベンドミラーＭ
４の中心に送出される。ベンドミラーＭ４はレーザビー
ムがＪ３軸（上腕軸）に取り付けられたベンドミラーＭ
５の中心に入射するように設置される。更にベンドミラ
ーＭ５で反射されたレーザビームは加工ヘッド部４中の
Ｊ４軸（手首回転）に設置されたベンドミラーＭ６の中
心に送出される。
【０００５】図６は、図５におけるレーザロボット１の
手首にあたる加工ヘッド部４を詳細に示したものであ
る。図６において、１１はレーザ発振器より出射された
レーザビーム、 Ｍ６はそのレーザビームを９０゜変向
するベンドミラー、１２は加工ガスを遮断しレーザビー
ムを通すウインドウ、１３はレーザビームを集光し、被
加工物面で焦点を結ばせるための金属製放物面鏡であ
る。１４は加工ガスを被加工物に吹き付けるノズルであ
り、１５は放物面鏡１３でレーザビームが集光される焦
点である。１８は加工ガスを供給するための加工ガス供
給口である。
【０００６】このロボットの手首軸部の動作について図
６を用いて説明する。ベンドミラーＭ６は変向されたレ
ーザビームがＪ５軸（手首振り）に取り付けられた放物
面鏡１３の中心位置に入射するように設置される。ベン
ドミラーＭ１〜Ｍ６は全て２軸の角度調整が可能であ
る。レーザビームの集束のためには、一般に、溶接ロボ
ットの場合は、放物面鏡１３が使用され、切断ロボット
の場合はレンズが使用される。本実施例は溶接の場合を
示すので、レーザビームの集束のために放物面鏡１３が
使用されている。溶接ロボットの場合、加工ガスがビー
ム伝送路（ロボット内光路も含む）に逆流しないように
するために、レーザビームは通すが加工ガスは遮断する
ように機能するウインドウ１２がベンドミラーＭ６と放
物面鏡１３との間に取り付けられる。また、ウインドウ
１２の下流側に加工ガス供給口１８が設けられ、ここか
らノズル１４を経由して被加工物に加工ガスを供給す
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レーザビームを用いた溶接用及び切断用工業ロボットは
以下のような問題点があった。 （１）ウインドウあるいはレンズの汚れによる熱レンズ
化現象でビーム変形が起こり焦点の位置が変化し、加工
性能に悪い影響を与え、最悪の場合は溶接ができない場
合があった。更に詳しく説明すると、溶接用ロボットに
おいては、被加工物の加工点のガス圧が高すぎると、加
工点の周囲のガスが吹き飛ばされるので、加工点の加工
ガス圧はガスが加工点を完全に包囲するように低く設定
される。このために、溶接時にノズル１４の先端から非
加工物から発散したヒュームや粉塵が侵入し、これが放
物面鏡１３やウインドウ１２に付着する。この場合、ウ
インドウ１２においては、その表面に付着したヒューム
や粉塵のためにレーザビームが吸収される。この吸収熱
のためにウインドウ１２は部分的に発熱しその熱のため
にウインドウ１２自体が変形する。このためにウインド
ウ１２は部分的にレンズとして働くことになり、レーザ
ビームが初期の経路を通らなくなり、焦点の位置が変化
し、そのために加工性能が変化し、極端な場合は溶接が
出来なくなり、また、ウインドウ１２が熱のため溶融す
ることさえ生じる。このために高価なウインドウ１２を
短期間に取り替える必要があった。
【０００８】（２）レーザロボット、ビーム伝送装置内
のダクト内に、加工時のヒュームや粉塵が入りベンドミ
ラーの表面に付着し、レーザビームの反射率を下げ、伝
送効率を低下させていた。このヒュームや粉塵の付着を
防止するために、従来定期的に洗浄ガス（空気の場合も
ある）を用いてレーザロボット、ビーム伝送装置及びレ
ーザロボット内のビームダクトのエアパージを行う必要
があった。このためエアパージ用ガスの設備費及びラン
ニングコストが高価である等の問題点があった。
【０００９】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので特に放物面鏡を使用した場合におい
て、長期安定してレーザビームを伝送でき、品質の高い
レーザ加工装置を得ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ加工装置
は、レーザビームを発生するレーザ発振器と、レーザ発
振器から出射されたレーザビームを被加工物に照射する
レーザロボットと、レーザ発振器からレーザロボットに
レーザビームを伝送するビーム伝送装置とからなるレー
ザ加工装置において、レーザ発振器の出口からレーザロ
ボットのレーザビーム出射口までのビーム伝送路をウイ
ンドウを有しない気密構造とし、ビーム伝送装置の入口
付近に加工ガス供給口を設け、この加工ガス供給口のガ
ス圧をガス出射口のガス圧よりも高くなるように、加工
ガス供給口から加工ガスを供給する構成となっている。
【００１１】
【作用】本発明においては、レーザ発振器の出口からレ
ーザロボットのレーザビーム出射口までのビーム伝送路
がウインドウを有しない構造になっているので、レーザ
発振器から出射されたレーザビームはウインドウを通過
することがない。したがって、ウインドウで発生する熱
レンズ化現象を生じないようにできる。この場合、加工
時に生じるヒュームや粉塵がレーザロボット、ビーム伝
送装置内のダクト内に入りベンドミラーの表面に付着
し、レーザビームの反射率を下げ、また伝送効率を低下
させる。これを防止するために、本発明ではビーム伝送
装置の入口付近に加工ガス供給口を設け、この加工ガス
供給口から加工ガスを供給する。
【００１２】
【実施例】図１は本発明の一実施例のレーザ加工装置を
示す図である。図１において、１はレーザロボット、２
はレーザビームを発生するレーザ発振器、３はレーザ発
振器からレーザロボットにレーザビームを伝送するビー
ム伝送装置、３１は加工ガスを供給する加工ガス供給
口、３２はレーザビームの通路を形成するビームダクト
である。
【００１３】図１に示すようにレーザビームはビームダ
クト内及びロボット内の各ベンドミラーを通り、ロボッ
ト内の放物面鏡１３で集光され焦点１５に到達する。図
５に示された従来技術と大きく異なるところは、ウイン
ドウ１２を無くしたこと、及び加工用ガス供給口３１を
レーザ発振器２の出口付近に設けたことある。ウインド
ウ１２をレーザビームの通路から無くしたことによって
従来発生していたウインドウ１２の熱レンズ化現象がな
くなり、レーザビームは常に焦点１５に集束するように
なり、レーザ加工は常に安定な状態で行われるようにな
る。しかしながら、ウインドウ１２を無くしたために、
被加工物から出たヒュームや粉塵が加工ガスに混じっ
て、ビームダクト系内を逆戻りし、ダクト内に充満し、
ベンドミラー及びレーザ発振器出口のレンズの表面等に
付着することとなる。
【００１４】これを防止するために、本発明ではロボッ
ト本体内部を含めビームダクトを密封構造とし、加工ガ
ス供給口３１をレーザ発振器のビーム出口近辺に設け
る。この加工ガス供給口３１から加工用ガスを供給し、
ビームダクト３２及びレーザロボット本体のダクトを経
由して加工ヘッド部４に加工ガスを供給する。このよう
な加工用ガスの供給により、ダクト内のガス圧が加工ヘ
ッド部４より高くなるので、被加工物で発生したヒュー
ムや粉塵はビームダクト系内を逆戻り出来なくなる。し
たがって、ヒュームや粉塵がベンドミラーやレーザ発振
器の出口のレンズに付着するのを防止できる。
【００１５】図２は、図１のビーム伝送装置３の加工ガ
ス供給口部を拡大した図である。図２において、２はレ
ーザ発振器、３１は加工ガス供給口、３２は外部ビーム
ダクト、３３はフレキシブルチューブ、３４は分流板、
３５は圧力センサ、３６は電磁弁、３７は制御装置であ
る。加工ガス供給口３１から加工ガスを供給する場合、
加工ガスの勢いが強いとレーザビームの流れが乱され、
焦点１５にレーザビームが焦点を結ばなくなる現象が生
じる。これを防止するために、ビームダクト３２の内側
にガス分流板３４を設け、加工ガスがガス分流板３４で
ガスの流れの方向が変えられビームダクト３２内に入
り、レーザビームを乱さないようにする。このようにし
てビームダクト３２に入った加工ガスは密封構造のビー
ムダクト３２内をレーザロボットの加工ヘッド部４の方
へと流れる。
【００１６】一般に、レーザビームがビームダクト内を
通過するとき、レーザビームの一部がビームダクトに当
たりビームダクトを加熱する。高精度加工（特に厚板加
工）のレーザ加工機においては、ビームダクト内に清浄
空気を送り込んでエアパージを行いビームダクトを冷却
している。本発明においては、加工ガスは、加工ガス供
給口３１から供給され、ビームダクト３２及びレーザロ
ボット１のビームダクト通過する間にこれらのビームダ
クトを冷却する働きも有する。
【００１７】なお、加工ガス供給口３１から供給された
加工ガスは、加工ヘッド部４から被加工物に吹き付けら
れ、加工時に生じるヒュウムが加工ノズル内に侵入しな
いような働きもする。しかし、この加工ガスは非加工時
にも流れ続けるため、ランニングコストが高くなる。し
たがって、非加工時には加工ガスを止める必要がある。
【００１８】図３はレーザロボットの非加工時に加工ヘ
ッドから加工ガスが排出されるのを防止するために、ス
トップ栓を設けた加工ガス節約のための装置である。図
３において、１１はレーザビーム、１３は被加工物面に
レーザビームの焦点を結ばせるための放物面鏡、１４は
レーザビームを被加工物に吹き付けるための加工ノズ
ル、１９は加工ガスが漏れるのを防止するストップ栓で
ある。１９１はストップ栓の中央に設けられたストップ
栓ゴムであり、加工ヘッドの先端がこのストップ栓ゴム
に押圧され加工ガスの漏れるのを防止する。１９２はス
トップ栓座である。このストップ栓１９はロボット本体
から少し離れた、加工ノズル１４の休止点（ロボットの
加工ノズルを待避させておく場所）に取り付けられ、加
工作業に影響を及ぼさないようになっている。
【００１９】図４はレーザロボットの非加工時に加工ヘ
ッドから加工ガスが排出されるのを防止するために、ノ
ズル内にストップ弁を設け、加工ガスを節約するための
他の装置である。図４において２１は加工ガスを止める
ストップ弁、２２はこのストップ弁を出し入れするエア
シリンダーである。図３と同一符号は同一機能の装置ま
たは部品である。この装置においては、空気圧によって
エアシリンダー２２が押され、このエアシリンダー２２
によってストップ弁２１が加工ノズル１４中に押し出さ
れる。このストップ弁が加工ガス出口を閉鎖することに
よって加工ガスがノズル１４から外に流出するのを防
ぐ。
【００２０】図３、図４のいずれの装置も、加工ガスを
ノズル先端で止めることを目的としている。図４の場合
はストップ弁が加工ノズルから遠いところに取り付けら
れると、ノズル先端部に空気が入り込み、加工の立ち上
がりが悪くなる。非加工時にストップ栓１９またはスト
ップ弁２１によって加工ガスの流れを止めると、ビーム
ダクト内の圧力が上昇する。この上昇したビームダクト
の内圧を図２の圧力センサによって検出し、制御装置３
７によってビームダクト内の圧力が所定の圧力以上にな
ったときに加工ガスの供給を停止するように制御する。
一方、ビームダクトを気密構造とし、圧力センサ３５に
よりビームダクト内の圧力を検出し、このビームダクト
内の圧力が外圧より少し高めになるように制御装置３７
によって電磁弁３６を制御する。これによって、ヒュウ
ムや粉塵が外部からビーム伝送路に入り込むことを防止
できる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来のレーザロボットに用いられていたウインドウを廃止
し、ロボット本体のビームダクトを含め、ビームが通る
全てのビームダクトを気密構造とし、加工ガスをビーム
伝送装置入口近傍から送気するようにした。このような
構造にしたため、従来、ウインドウによって熱レンズ化
現象が発生し、安定した加工ができない問題点は解消さ
れ、長期に渡る安定したレーザ加工装置の運転が可能と
なった。また、加工ガスを用いて常時エアパージを行う
ので、パージ用空気の設備費及びランニングコストの低
減が可能になる。さらに、レーザダクト内の圧力を常時
検出し、レーザダクト内の圧力が外圧よりも高くなるよ
うに圧力を制御することによって、ヒュウムや粉塵が外
部からビーム伝送路内に入り込むことを防止できる。さ
らに、非加工時にはノズル近傍に取付られた加工ガス遮
断装置を動作させ、加工ガスの供給を停止することによ
って、加工ガスのランニングコストを低減できる効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のレーザ加工装置の構成図で
ある。
【図２】本発明の一実施例における加工ガスをレーザダ
クトに供給する部分の詳細図である。
【図３】本発明の一実施例のロボットの加工ヘッド部で
加工ガスを遮断するストップ栓の構造図である。
【図４】本発明の一実施例のロボットの加工ヘッド部で
加工ガスを遮断するストップ弁の構造図である。
【図５】従来のレーザ加工装置の構成図である。
【図６】従来のレーザロボットの加工ヘッド部の詳細図
である。
【符号の説明】
１ レーザロボット ２ レーザ発振器 ３ ビーム伝送装置 ４ 加工ヘッド部 １１ レーザビーム １２ ウインドウ １３ 放物面鏡 １４ 加工ノズル １５ 放物面鏡の焦点 １８ 加工ガス供給口 １９ ストップ栓 １９１ ストップ栓ゴム １９２ ストップ栓座 ２１ ストップ弁 ２２ エアシリンダー ３１ 加工ガス供給口 ３２ ビームダクト ３３ フレキシブルチューブ ３４ ガス分流板 ３５ 圧力センサ ３６ 電磁弁 ３７ 制御装置 ＢＭ１〜ＢＭ２ ベンドミラー Ｍ１〜Ｍ６ ベンドミラー

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザビームを発生するレーザ発振器
    と、前記レーザ発振器から出射されたレーザビームを被
    加工物に照射するレーザロボットと、前記レーザ発振器
    から前記レーザロボットにレーザビームを伝送するビー
    ム伝送装置とからなるレーザ加工装置において、レーザ
    発振器の出口からレーザロボットのレーザビーム出射口
    までのビーム伝送路を気密構造とし、前記ビーム伝送装
    置の入口付近に加工ガス供給口を設け、この加工ガス供
    給口から加工ガスを供給することを特徴とするレーザ加
    工装置。
  2. 【請求項２】 前記加工ガス供給装置のガス圧をレーザ
    ビーム出射口のガス圧よりも高くしたことを特徴とする
    請求項１記載のレーザ加工装置。
  3. 【請求項３】 レーザ発振器の前記ビーム伝送装置の入
    口付近に設けられビームダクトの圧力を検出する圧力セ
    ンサと、加工ガスの供給を制御する加工ガス制御弁と、
    前記圧力センサの検出値に基づいて前記加工ガス制御弁
    を制御する制御装置とを備え、前記制御装置によってビ
    ームダクト内の圧力を外圧よりも高くなるように制御す
    ることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
  4. 【請求項４】 レーザロボットの加工ヘッド部に加工ガ
    スの供給を遮断する手段を設け、前記制御装置は前記圧
    力センサの圧力があらかじめ定められた値以上になった
    ときに加工ガスの供給を停止するように前記加工ガス制
    御弁を制御することを特徴とする請求項３記載のレーザ
    加工装置。
  5. 【請求項５】 前記ビーム伝送装置のビームダクト中に
    ガス分流板を設け、加工ガスを直接レーザビームに当て
    ないようにすることを特徴とする請求項１記載のレーザ
    加工装置。
JP3162843A 1991-07-03 1991-07-03 レーザ加工装置 Expired - Lifetime JP2591371B2 (ja)

Priority Applications (4)

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