JPH0659181A - レーザ加工装置用レーザ光反射ミラー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ光反射ミラーを保持するミラーホルダ
の軸方向位置と、それに直交する２つの軸回りの角度と
を夫々独立に調節可能にすること。 【構成】 ミラーユニット２０を全方向に揺動自在の揺
動支持機構５０を介して可動部材１０に支持し、可動部
材１０をＺ軸ガイド機構４０を介してＺ軸１４の方向へ
のみ移動自在に支持し、Ｚ軸位置微調節機構６０により
可動部材１０のＺ軸方向位置を微調節し、また、θ軸角
度微調節機構７０によりθ軸回りの角度を微調節し、ま
た、θ軸と直交するφ軸については、図外のφ軸角度微
調節機構によりφ軸回りの角度を微調節可能に構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザロボット等のレ
ーザ加工装置用レーザ光反射ミラー装置に関し、特にレ
ーザ反射ミラーの位置角度調節機構を改善したものに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、直交座標型ロボットにレーザ
導光系を組み込んだレーザ加工装置が実用化され、最近
では、多関節型ロボットの内部にレーザ導光系を組み込
んだレーザ加工装置が実用化されつつある。前記レーザ
加工装置においては、レーザー導光系の途中部にレーザ
光の方向を変換する複数のレーザ光反射ミラー装置を設
けてレーザ光の方向を変換するように構成してある。前
記レーザ光反射ミラーの位置自由度として、通常の場
合、レーザ光反射ミラーの軸心であるＺ軸（ミラーの反
射面の中央を通り、ミラー反射面と直交する方向）、こ
のＺ軸に直交する１つの軸（これをθ軸とする）、Ｚ軸
とθ軸とに直交する１つの軸（これをφ軸とする）の３
軸があり、レーザ光反射ミラーのこれら３軸（Ｚ軸、θ
軸、φ軸）方向の位置を適切に設定することで、レーザ
導光系を精密に設定することが出来る。

【０００３】ここで、従来のレーザ光反射ミラー装置に
おいては、特開平３−２１０９８８号公報、特開平３−
２１６２８９号公報に記載されているように、レーザ光
反射ミラーを保持するミラーホルダを３本のボルトによ
りバネを介して固定側のフレームに固定し、ミラーホル
ダを１本の支点ボルトによりフレームに当接状に支持
し、この支点ボルトの円周方向両側に位置する２本の調
整ネジによりミラーの角度を調整するように構成してあ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ光反射ミ
ラー装置では、ミラーのθ軸回りの揺動角及びφ軸回り
の揺動角を２本の調整ネジにより各軸独立的にではなし
に両軸複合的に調節する構成であるため、θ軸、φ軸に
ついて独立に角度調節できず、更に、Ｚ軸方向位置も調
節できないという問題がある。θ軸回りの角度を調節す
るとφ軸回りの角度が変化し、また、φ軸回りの角度を
調節するとθ軸回りの角度が変化することから、試行錯
誤的に２本の調整ネジを調節する必要がある。しかも、
レーザロボット等では、数個のレーザ光反射ミラーが設
けられているため、ミラーの角度調節に多大の労力と時
間がかかることになる。

【０００５】しかも、レーザ光反射ミラーとして比較的
大型のミラーを適用する場合には、通常、ミラーを角度
を調節するだけでよいが、多関節型レーザロボットのレ
ーザ導光系では、ミラーも比較的小型で、レーザ光の光
軸の変動許容幅も小さいため、ミラーのＺ軸方向位置を
も精密に設定する必要があるが、前記従来のレーザ光反
射ミラー装置では、Ｚ軸方向位置調節機能がなく、θ軸
とφ軸の両軸回りの角度を調節すると、ミラーのＺ軸方
向位置が変動し、レーザ光の光軸の位置が変動し、ミラ
ーの角度・位置調節が一層困難になるという問題があ
る。本発明の目的は、前記３軸の各々の軸に関して独立
にミラーの位置や角度を調節可能なレーザ光反射ミラー
装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１のレーザ加工装
置用レーザ光反射ミラー装置は、レーザロボット等のレ
ーザ加工装置のレーザー導光系の途中でレーザ光を方向
変換するレーザ光反射ミラーを位置調節可能に保持する
レーザ光反射ミラー装置において、前記レーザ光反射ミ
ラーを保持するミラーホルダと、前記ミラーホルダの外
周の外側に位置し、レーザ光反射ミラーの軸心であるＺ
軸の方向にのみ移動可能に支持された環状の可動部材
と、前記可動部材に対してミラーホルダを、前記Ｚ軸に
直交する全ての方向の軸心回りに揺動自在に支持する揺
動支持機構と、前記可動部材をＺ軸方向に位置調節する
為のＺ軸調節手段と、前記可動部材に対するミラーホル
ダの、Ｚ軸に直交する任意の第１軸心回りの角度を調節
する為の第１角度調節手段と、前記可動部材に対するミ
ラーホルダの、Ｚ軸に直交し且つ第１軸心に直交する第
２軸心回りの角度を調節する為の第２角度調節手段とを
備えたものである。

【０００７】請求項２のレーザ加工装置用レーザ光反射
ミラー装置は、請求項１の装置において、前記揺動支持
機構が、ミラーホルダと可動部材間に遊嵌状に配設され
たリング部材と、このリング部材を可動部材に対してＺ
軸に直交する第１方向軸心回りに揺動自在に支持する１
対の第１軸部材と、ミラーホルダをリング部材に対して
Ｚ軸に直交し且つ第１方向軸心に直交する第２方向軸心
回りに揺動自在に支持する１対の第２軸部材とを備えた
ものである。

【０００８】

【作用】請求項１のレーザ加工装置用レーザ光反射ミラ
ー装置においては、Ｚ軸軸調節手段により可動部材のＺ
軸方向位置を調節することにより、ミラーホルダのＺ軸
方向位置を独立に調節できる。また、可動部材は、Ｚ軸
方向にのみ移動自在であり、この可動部材にミラーホル
ダが揺動支持機構を介して、Ｚ軸に直交する全ての方向
の軸心回りに揺動自在に支持されているため、第１角度
調節手段及び第２角度調節手段により、夫々独立にミラ
ーホルダの角度を調節可能である。このように、ミラー
ホルダのＺ軸方向位置、Ｚ軸に直交する任意の第１軸心
回りの角度、Ｚ軸に直交し且つ第１軸心に直交する第２
軸心回りの角度を、夫々独立に調節することが出来る。
請求項２のレーザ加工装置用レーザ光反射ミラー装置に
おいては、Ｚ軸揺動支持機構が、リング部材と、１対の
第１軸部材と、１対の第２軸部材とからなる簡単な構成
で実現できる。

【０００９】

【発明の効果】請求項１のレーザ加工装置用レーザ光反
射ミラー装置によれば、可動部材、揺動支持機構、Ｚ軸
調節手段、第１角度調節手段、第２角度調節手段を設け
たことにより、レーザ光反射ミラーを保持するミラーホ
ルダのＺ軸方向位置、Ｚ軸に直交する任意の第１軸心回
りの角度、Ｚ軸に直交し且つ第１軸心に直交する第２軸
心回りの角度を、夫々独立に調節することが出来る。請
求項２のレーザ加工装置用レーザ光反射ミラー装置にお
いては、Ｚ軸揺動支持機構が、リング部材と、１対の第
１軸部材と、１対の第２軸部材とからなる簡単な構成で
実現できる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１、図２に示すように、レーザ加工
装置としての多関節レーザロボット１には、外部のレー
ザ光発生装置から受けるレーザ光をロボットハンド２ま
で導光するレーザ導光系が設けられるが、このレーザ導
光系には、レーザ光発生装置からのレーザ光を入力する
レーザ光入力部３と、レーザ光入力部３の内方に設けら
れた第１レーザ光反射ミラー装置４と、第２レーザ光反
射ミラー装置５と、第３レーザ光反射ミラー装置６と、
第４レーザ光反射ミラー装置７と、第５レーザ光反射ミ
ラー装置（図示略）と、第６レーザ光反射ミラー装置８
と、第６レーザ光反射ミラー装置８からのレーザ光を受
けて方向変換し且つ集束させてロボットハンド２の先端
方向へ出力するレーザ光出力部９等が設けられている。
前記第１〜第６レーザ光反射ミラー装置４〜８の構成は
略同様であるので、以下、レーザ光反射ミラー装置Ｍと
して説明する。

【００１１】図３、図４に示すように、レーザ光反射ミ
ラー装置Ｍには、それをロボットの取付け部位に固定す
る為の固定フランジ１１が設けられ、この固定フランジ
１１にはミラーユニット２０が環状のシリコンチューブ
１２を介して揺動自在に装着されている。前記ミラーユ
ニット２０は、レーザ光反射ミラー２１と、その背面に
当接状に配置された冷却板２２と、これらレーザ光反射
ミラー２１及び冷却板２２を保持するミラーホルダ２４
と、ミラーホルダ２４の後端部に内嵌螺合されて冷却板
２２を取付け位置に保持する押え筒部材２７と、冷却板
２２の背面の中央部に固定された把持部材２８等で構成
されている。尚、冷却板２２はアルミ製で、ミラーホル
ダ２４に螺合内嵌されている。前記ミラーホルダ２４
は、鍔付き筒状のホルダ本体２５と、このホルダ本体２
５の外周側に外嵌されてホルダ本体２５の鍔部２５ａに
３本のボルト２９を介して着脱自在に固定された補助ホ
ルダ２６とからなる。

【００１２】前記ミラーホルダ２４の外周の外側には、
環状の可動部材１０が遊嵌状に配設され、この可動部材
１０をＺ軸１４（レーザ光反射ミラー２１の中心を通
り、反射面２１ａに対して垂直な軸である）方向にのみ
移動自在に案内するＺ軸ガイド機構４０が設けられてい
る。前記Ｚ軸ガイド機構４０は、円周３等分位置で可動
部材１０に夫々摺動自在に内嵌されたＺ軸方向向きの３
つのスリーブ４１と、これらスリーブ４１に摺動自在に
夫々挿通され前端部において固定フランジ１１に固定さ
れ且つＺ軸方向に延びる３つのガイドロッド４２と、各
組のスリーブ４１とガイドロッド４２の後端側部分に外
嵌され可動部材１０の背面に当接するロック用部材４３
とで構成され、ロック用部材４３はビス４４によりスリ
ーブ４１に固定され、またロック用部材４３にはそれ自
身をガイドロッド４２に固定解除可能に固定する為のロ
ック用ビス４５が設けられている。

【００１３】前記可動部材１０に対してミラーユニット
２０をＺ軸１４を通りＺ軸１４に直交する全ての方向の
軸心回りに揺動自在に支持する揺動支持機構５０が設け
られている。この揺動支持機構５０は、ミラーホルダ２
４と可動部材１０間に遊嵌状に配設されたリング部材５
１と、可動部材１０に対してリング部材５１をＺ軸１４
を通りＺ軸１４に直交する第１方向軸心１５の回りに揺
動自在に支持する１対の第１枢支ビス５２と、リング部
材５１に対してミラーユニット２０をＺ軸１４を通りＺ
軸１４に直交し且つ第１方向軸心１５と直交する第２方
向軸心１６回りに揺動自在に支持する１対の第２枢支ビ
ス５３等で構成されている。

【００１４】前記第１枢支ビス５２は、可動部材１０に
螺着されていて、そのコーン状先端部がリング部材５１
のコーン状凹部に係合され、これら１対の第１枢支ビス
５２によりリング部材５１が第１方向軸心１５の回りに
揺動自在である。前記第２枢支ビス５３は、リング部材
５１に螺着されていて、そのコーン状先端部が補助ホル
ダ２６のコーン状凹部に係合され、これら１対の第２枢
支ビス５３によりミラーユニット２０がリング部材５１
に対して第２方向軸心１６の回りに揺動自在である。そ
して、第１方向軸心１５と第２方向軸心１６とは、Ｚ軸
１４に直交する同一平面内に位置している。従って、こ
の揺動支持機構５０を介して、ミラーユニット２０は、
可動部材１０に、Ｚ軸１４を通りＺ軸１４に直交する全
ての方向の軸心回りに揺動自在に支持されていることに
なる。しかも、その揺動によってレーザ光反射ミラー２
１の反射面２１ａの中心のＺ軸方向位置は不変である。

【００１５】次に、固定フランジ１１に対する、可動部
材１０のＺ軸方向位置を微調節するためのＺ軸位置微調
節機構６０について説明する。マイクロメータ式手動ア
クチュエータ６１が、円周方向の１個所において、可動
部材１０にＺ軸方向向きに固着され、その出力部６２が
固定フランジ１１の背面に当接され、可動部材１０を固
定フランジ１１に対して前方へ弾性付勢する５つのＺ軸
用バネ６３が設けられている。前記可動部材１０及びミ
ラーユニット２０のＺ軸方向位置を微調節するときに
は、先ずロック用ビス４５のロックを解除してから、手
動アクチュエータ６１を操作して出力部６２を進退させ
ることにより、可動部材１０及びミラーユニット２０の
固定フランジ１１に対するＺ軸方向位置を微調節し、そ
の後可動部材１０とロック用部材４３を当接させた状態
においてロック用ビス４５を締結してロック用部材４３
をガイドロッド４２に固定すればよい。

【００１６】次に、可動部材１０に対する、ミラーユニ
ット２０の、Ｚ軸１４を通りＺ軸１４に直交する任意の
第１軸心であるθ軸１７回りの揺動角を微調節するθ軸
角度微調節機構７０について説明する。前記手動アクチ
ュエータ６１に対して１８０度位相の異なる円周方向の
１個所において、可動部材１０には、マイクロメータ式
手動アクチュエータ７１が、可動部材１０にＺ軸方向向
きに固着され、その出力部７２が補助ホルダ２６に固着
されたピン部材７３に当接され、また、固定フランジ１
１と補助ホルダ２６間には、複数の揺動用バネ７４が装
着され、これらの揺動用バネ７４により、補助ホルダ２
６つまりミラーユニット２０は、固定フランジ１１に対
して可動部材１０の方ヘ弾性付勢されている。従って、
可動部材１０に対するミラーユニット２０の、θ軸１７
回りの揺動角を微調節するときには、後述するロックネ
ジ９０を緩めてから、手動アクチュエータ７１の操作部
７１ａを操作して出力部７２を進退調節すると、可動部
材１０に対するミラーユニット２０のθ軸１７回りの揺
動角が微調節される。しかも、この揺動角調節によっ
て、レーザ光反射ミラー２１の反射面２１ａの中心のＺ
軸方向位置は全く変化しない。

【００１７】次に、可動部材１０に対する、ミラーユニ
ット２０の、Ｚ軸１４を通りＺ軸１４に直交し且つ第１
軸心１７に直交する第２軸心であるφ軸１８回りの揺動
角を微調節するφ軸角度微調節機構８０について説明す
る。前記手動アクチュエータ７１に対して９０度位相の
異なる円周方向の１個所において、可動部材１０には、
マイクロメータ式手動アクチュエータ８１が、可動部材
１０にＺ軸方向向きに固着され、その出力部（図示略）
が補助ホルダ２６に固着されたピン部材（図示略）に当
接されている。

【００１８】このφ軸角度微調節機構８０は、前記θ軸
角度微調節機構７０と同様の構成であり、装着位置だけ
異ならせた構成であるためこれ以上の説明を省略する
が、複数の揺動用バネ７４は、φ軸角度微調節機構８０
にも兼用されるものである。前記可動部材１０に対する
ミラーユニット２０の、φ軸１８回りの揺動角を微調節
するときには、後述するロックネジ９０を緩めてから、
手動アクチュエータ８１の操作部８１ａを操作して出力
部を進退調節すると、可動部材１０に対するミラーユニ
ット２０のφ軸１８回りの揺動角が微調節される。しか
も、この揺動角調節によって、レーザ光反射ミラー２１
の反射面２１ａの中心のＺ軸方向位置は全く変化しな
い。

【００１９】更に、手動アクチュエータ７１，８１で揺
動角調節後に可動部材１０に対してミラーユニット２０
をロックする為、ホルダ本体２５に固着されたブラケッ
ト９１には、θ軸角度微調節機構７０とφ軸角度微調節
機構８０との間の周方向の中間位置において、Ｚ軸方向
向きのロックネジ９０が螺着され、その出力部が、可動
部材１０に固着された受け部材９２に後方より接近状に
配設されている。従って、θ軸角度微調節機構７０によ
りθ軸１７回りの揺動角を調節し、且つφ軸角度微調節
機構８０によりφ軸１８回りの揺動角を調節してから、
ロックネジ９０を操作してその出力部を受け部材９２に
当接させると、ミラーユニット２０がθ軸１７及びφ軸
１８回りに揺動不能にロックされることになる。

【００２０】次に、その他の種々の細部の構成について
説明する。前記冷却板２２内には、冷却水通路２９が形
成され、この冷却水通路２９には冷却水供給ホース３０
から冷却水が供給され、冷却に供された水は冷却水戻り
ホース３１から戻されるように構成してある。前記レー
ザ光反射ミラー２１は、銅製のミラー本体に金メッキを
施した構成であり、レーザ光導光管３４から導入される
レーザ光は、反射面２１ａで反射して９０度方向変換し
てレーザ光導光管３５の方へ放出されるが、反射面２１
ａ側は、レーザ光導光管３４，３５で覆われてダストの
付着の心配がないが、レーザ光反射ミラー２１の背部か
ら空気と共に進入するダストが反射面２１ａに付着する
のを防止する為、固定フランジ１１とミラーホルダ２４
間はシリコンチューブ１２で封止され、また、冷却板２
２の外周部はＯリング３２で封止されている。

【００２１】更に、レーザ光反射ミラー２１の温度を検
知する為、サーミスタからなる温度センサ３７が設けら
れ、また、レーザ光反射ミラー２１と冷却板２２との密
着度合いを検知する為、レーザ光反射ミラー２１と冷却
板２２間の微小隙間を加圧エアのエア圧で検知するエア
インタロック３８が設けられている。

【００２２】更に、ミラーユニット２０の保守作業を簡
単化するため、ミラーユニット２０のうちの補助ホルダ
２６以外の部分は、補助ホルダ２６から分離可能に構成
してある。即ち、ホルダ本体２５と補助ホルダ２６とを
固定する３本のボルト２９に関して、ホルダ本体２５に
形成されたボルト挿通穴の付近にボルト挿通穴に連なる
ボルト頭部挿通穴３９が形成してあり、前記把持部２８
を掴んでホルダ本体２５を、図４の矢印Ａ方向へ僅かに
回動させると、３本のボルト２９の各頭部がボルト頭部
挿通穴３９の位置に合致するため、その状態で後方へ引
き出すことにより、ミラーユニット２０のうちの補助ホ
ルダ２６以外の部分を、そっくり取り出すことが出来
る。但し、レーザ光反射ミラー２１の保守作業のとき
は、抑え筒部材２７、冷却板２２を取り外すことによ
り、レーザ光反射ミラー２１を取り外して保守点検する
ことができる。この場合、ホルダ本体２５を取り外す必
要はない。尚、キャプ状のケース１３は、ミラー装置Ｍ
の外周部と背部とを覆うもので、着脱自在に固定フラン
ジ１１に固定されるものである。また、符号１９ａは、
固定フランジ１１をロボットの取付け部位に固定する為
のボルトのボルト穴、１９ｂは可動部材１０に開けたボ
ルト頭部挿通穴であって前記ボルトの頭部を挿通させる
ボルト頭部挿通穴である。

【００２３】以上説明したレーザ光反射ミラー装置Ｍの
作用について説明する。前記Ｚ軸ガイド機構４０により
固定フランジ１１に対してＺ軸方向にのみ移動自在に支
持した可動部材１０に、揺動支持機構５０を介してミラ
ーユニット２０を支持したので、ミラーユニット２０を
Ｚ軸方向に位置調節しても、ミラーユニット２０の揺動
角が変化しない、つまりＺ軸方向位置を揺動角とは独立
に調節できる。更に、ミラーユニット２０を可動部材１
０に対して、揺動支持機構５０を介して、Ｚ軸１４を通
りＺ軸１４に直交する全ての方向の軸心回りに揺動自在
に支持したので、ミラーユニット２０をθ軸１７回り
に、Ｚ軸１４及びφ軸１８とは独立に角度調節でき、同
様に、ミラーユニット２０をφ軸１８回りに、Ｚ軸１４
及びθ軸１７とは独立に角度調節できる。

【００２４】しかも、巧妙な揺動支持機構５０を介して
ミラーユニット２０を支持したため、θ軸角度微調節機
構７０とφ軸角度微調節機構８０の構成を著しく簡単化
できた。このように、Ｚ軸位置微調節機構４０、θ軸角
度微調節機構７０、φ軸角度微調節機構８０を介して、
Ｚ軸方向位置、θ軸回りの揺動角度、φ軸回りの揺動角
度、を夫々独立に、簡単に、能率的に調節できるため、
レーザロボット１のレーザ導光系を、初期設定したり、
補修時に再初期設定したりするのが非常に簡単になる。

【００２５】更に、シリコンチューブ１２とＯリング３
２による封止を完全にしたので、ミラーユニット２０の
背部から空気と共にダストが侵入しにくくなる。また、
エアインターロック３８により、レーザ光反射ミラー２
１と冷却板２２間の隙間の状態を監視できるため、レー
ザ光反射ミラー２１の異常熱変形を早期に検出出来る。
尚、前記第１枢支ピン５２や第２枢支ピン５３の先端部
は、円柱状に形成して相手側部材のピン穴に係合させて
もよい。前記手動アクチュエータ６１，７１，８１の全
部又は一部を電動式微動アクチュエータで構成すること
も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るレーザロボットの側面図である。

【図２】図１のレーザロボットの正面図である。

【図３】図１のレーザロボットにおけるレーザ光反射ミ
ラー装置の断面図である。

【図４】図３の４−４線断面図である。

【符号の説明】

Ｍ レーザ光反射ミラー装置 １ レーザロボット １０ 可動部材 ２０ ミラーユニット ２１ レーザ光反射ミラー ２４ ミラーホルダ ４０ Ｚ軸ガイド機構 ５０ 揺動支持機構 ５１ リング部材 ５２ 第１枢支ビス ５３ 第２枢支ビス ６０ Ｚ軸位置微調節機構 ７０ θ軸角度微調節機構 ８０ φ軸角度微調節機構

フロントページの続き (72)発明者 青木 よし明 神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号 川 崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 田中 繁次 明石市川崎町１番１号 川崎重工業株式会 社明石工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザロボット等のレーザ加工装置のレ
   ーザー導光系の途中でレーザ光を方向変換するレーザ光
   反射ミラーを位置調節可能に保持するレーザ光反射ミラ
   ー装置において、 前記レーザ光反射ミラーを保持するミラーホルダと、 前記ミラーホルダの外周の外側に位置し、レーザ光反射
   ミラーの軸心であるＺ軸の方向にのみ移動可能に支持さ
   れた環状の可動部材と、 前記可動部材に対してミラーホルダを、前記Ｚ軸に直交
   する全ての方向の軸心回りに揺動自在に支持する揺動支
   持機構と、 前記可動部材をＺ軸方向に位置調節する為のＺ軸調節手
   段と、 前記可動部材に対するミラーホルダの、Ｚ軸に直交する
   任意の第１軸心回りの角度を調節する為の第１角度調節
   手段と、 前記可動部材に対するミラーホルダの、Ｚ軸に直交し且
   つ第１軸心に直交する第２軸心回りの角度を調節する為
   の第２角度調節手段と、 を備えたことを特徴とするレーザ加工装置用レーザ光反
   射ミラー装置。
2. 【請求項２】 前記揺動支持機構が、ミラーホルダと可
   動部材間に遊嵌状に配設されたリング部材と、このリン
   グ部材を可動部材に対してＺ軸に直交する第１方向軸心
   回りに揺動自在に支持する１対の第１軸部材と、ミラー
   ホルダをリング部材に対してＺ軸に直交し且つ第１方向
   軸心に直交する第２方向軸心回りに揺動自在に支持する
   １対の第２軸部材とを備えたことを特徴とする請求項１
   に記載のレーザ加工装置用レーザ光反射ミラー装置。