JPH0999381A - マニュアル溶接加工システム及び同システムに使用するレーザー加工ヘッド及びレーザー光防護具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マニュアル溶接加工システムの提供と同シス
テムに使用するレーザー加工ヘッド及びレーザー光防護
具の提供。 【解決手段】 ＹＡＧレーザー発振器９と、被加工材接
触検出手段を備えたレーザー加工ヘッド２５と、装着確
認スイッチと防護面の開閉検出スイッチとを備えたレー
ザー光防護具２９と、加工準備完了信号を出力するフッ
トスイッチ３１と、前記レーザー発振器、レーザー加工
ヘッド、レーザー光防護具及びフットスイッチとを制御
する制御装置１９とからなるマニュアル溶接加工システ
ム１にして、前記制御装置が前記レーザー加工ヘッドの
被加工材との接触と、前記レーザー光防護具の装着と防
護面の閉状態と、前記フットスイッチからの準備完了信
号とを検出後、前記レーザー加工ヘッドのレーザー出射
スイッチがＯＮされたとき、ＹＡＧレーザー発振器から
レーザー光を出射することを特徴とするマニュアル溶接
加工システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマニュアル溶接加工
システム及び同システムに使用するレーザー加工ヘッド
及びレーザー光防護具に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＹＡＧレーザー加工機において、例えば
溶接を行う場合、レーザー加工機本体のレーザー加工ヘ
ッドを使用せずに付属の小形のレーザー加工ヘッドを手
に持って本溶接を行う前の仮止め溶接が行われている。
また作業者の安全のために、レーザー光を遮蔽する保護
眼鏡または顔面を保護するレーザー光保護具が用いられ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の小形のレーザー
加工ヘッドを手に持って仮止め溶接を実施する場合、被
加工材とレーザー加工ヘッドとの間にある程度の間隔が
空いているので、被加工材の表面からの散乱反射光が作
業者に当たることがある。特にＹＡＧレーザーの反射光
が眼に当たると、ＹＡＧレーザー光は網膜まで到達する
ので網膜に障害が生じるという問題がある。網膜に障害
を与える光エネルギーは皮膚に障害を与えるエネルギー
より、かなり小さな値であるとされており、特に網膜の
黄斑部が障害を受けると黄斑部には再生能力がないので
失明することもある。

【０００４】上述の従来のレーザー光保護具は、作業者
が保護眼鏡またはレーザー光保護具を着用したか否かを
確認することができなかった。従って、作業者の安全保
証は作業者自身の安全に対する意識に任されていた。

【０００５】本発明は上述の問題に鑑みてなされたもの
であり、本発明の課題は作業者が安全にＹＡＧレーザー
によるマニュアル溶接加工が行えるマニュアル溶接加工
システムの提供と、被加工材の表面からの散乱反射光を
遮蔽可能な同システムに使用するレーザー加工ヘッド
と、被加工材からの反射光を遮蔽するレーザー光防護具
を提供をすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として、請求項１に記載のマニュアル溶接加工システム
は、ＹＡＧレーザー発振器と、該ＹＡＧレーザー発振器
に光ファイバーで接続され、被加工材との接触を検出す
る接触検出手段を備えたレーザー加工ヘッドと、装着確
認スイッチと防護面の開閉検出スイッチとを備えたレー
ザー光防護具と、レーザー加工作業準備完了信号を出力
するフットスイッチと、前記ＹＡＧレーザー発振器、前
記レーザー加工ヘッド、前記レーザー光防護具及び前記
フットスイッチとを制御する制御装置とからなるマニュ
アル溶接加工システムにして、前記制御装置が前記レー
ザー加工ヘッドの被加工材との接触と、前記レーザー光
防護具の装着と防護面の閉状態と、前記フットスイッチ
の作業準備完了信号とを検出後、前記レーザー加工ヘッ
ドのレーザー出射スイッチがＯＮになったとき、前記Ｙ
ＡＧレーザー発振器からレーザー光を前記レーザー加工
ヘッドに出射することを特徴とするものである。

【０００７】従って、レーザー加工ヘッドの被加工材と
の接触と、前記レーザー光防護具の装着と、レーザー光
防護具の防護面の閉止と、前記フットスイッチのＯＮ状
態との検出後、レーザー加工ヘッドのレーザー出射スイ
ッチをＯＮするこによりレーザー光がレーザー加工ヘッ
ドから出射されるので、レーザー加工ヘッドと被加工材
とが接触しない状態でレーザー光が出射されることを防
止することができる。また万一レーザー加工ヘッドと被
加工材とが接触しない状態でレーザー光が出射されても
レーザー光防護具のレーザー光遮蔽ウインドで作業者の
眼にレーザー光が入ることを防止できる。

【０００８】請求項２に記載のレーザー加工ヘッドは、
レーザー発振器と光ファイバーで接続されたレーザー加
工ヘッドにおいて、該レーザー加工ヘッドと被加工材と
の接触を検出する接触検出手段を設けたことを特徴とす
るものである。

【０００９】従って、レーザー加工ヘッドと被加工材と
が接触しない限りレーザー加工ヘッドからレーザー光が
出射されないので危険なレーザー光が作業者の眼に入る
ことを防止できる。

【００１０】請求項３に記載のレーザー加工ヘッドは、
請求項２に記載の発明において、前記接触検出手段は、
前記レーザー加工ヘッドのレーザー光出射部に導電体の
接触子を進退自在に突出させて設け、該接触子と被加工
材との電気的な導通を検出することを特徴とするもので
ある。

【００１１】従って、導電性を有する被加工材において
は、レーザー加工ヘッドと被加工材との間の電気的に導
通の有無を検出することにより、レーザー加工ヘッドと
被加工材との接触を確実に検出することができる。

【００１２】請求項４に記載のレーザー加工ヘッドは、
請求項３に記載の発明において、前記接触子は、シール
ドガス噴射ノズルを備えた導電性のシリンダーからな
り、該接触子が前記被加工材に接触中は、該被加工材か
らの散乱反射光を該接触子により遮断することを特徴と
するものである。

【００１３】従って、レーザー加工中に被加工材から発
生する散乱反射光は接触子により完全に遮断することが
できる。

【００１４】請求項５に記載のレーザー加工ヘッドは、
請求項３に記載の発明において、前記接触検出手段は、
前記接触子と被加工材との接触時のシールドガスの圧力
増加を検出することを特徴とするものである。

【００１５】従って、導電性のない被加工材において
も、シールドガスの圧力の増加を検出することにより、
レーザー加工ヘッドと被加工材との接触を確実に検出す
ることができる。

【００１６】請求項６に記載のレーザー加工ヘッドは、
請求項２に記載の発明において、レーザー光を遮断し可
視光を透過させるウインドを前記レーザー加工ヘッドの
側部に設け、該レーザー加工ヘッド内部に被加工材の加
工位置を照明する光源と前記ウインドを介して被加工材
の加工位置を観察可能な反射鏡とを設け、被加工材の加
工位置を前記ウインドを介して肉眼で観察可能にしたこ
とを特徴とするものである。

【００１７】従って、被加工材の加工位置を肉眼で安全
に観察することができるので高価な撮像装置を必要とし
ない。

【００１８】請求項７に記載のレーザー用レーザー光防
護具は、レーザー光を遮蔽する防護面を備えたレーザー
光防護具において、レーザー光を遮蔽する遮蔽窓を備え
た防護面を防護面支持体に開閉自在に設け、該防護面の
開閉を検出する検出スイッチとレーザー光防護具の装着
を検出するベルトスイッチとを前記防護面支持体に設け
たことを特徴とするものである。

【００１９】従って、作業者がレーザー光防護具を確実
に装着したか否か、また防護面を確実に閉めたか否かを
検出することが可能であり、作業者のレーザー光に対す
る安全を保証するシステムを作ることが可能である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は本発明に係わるマニュアル溶接
加工システムの一実施の形態に一般的な本溶接加工シス
テムが組合わされた溶接加工システムを示したものであ
る。図１に示したこの溶接加工システムは、マニュアル
溶接加工システム１と本溶接加工システム３からなって
おり、本溶接加工システム３には公知のプレイバック式
の多関節ロボット５を用いたレーザー溶接加工システム
が示してある。

【００２１】本溶接加工システム３の多関節ロボット５
は、その手首部分７にＹＡＧレーザー発振器９と光ファ
イバーを含む信号ケーブル１１Ａで連結されたレーザー
加工ヘッド１３を備えている。また、このレーザー加工
ヘッド１３は被加工材Ｗの表面を観察するための公知の
ＣＣＤカメラ１５を備えている。

【００２２】上記多関節ロボット５の前方（図１におい
て右側）には、テーブル１７が設置してあり、このテー
ブル１７上に被加工材Ｗを載置して本溶接または切断な
どのレーザー加工が実施される。この多関節ロボット５
はＣＮＣ装置（図示省略）を内臓する制御装置１９によ
ってコントロールされて被加工材Ｗの溶接加工または切
断を行うようになっている。また、この制御装置１９に
は前記多関節ロボット５に動作を教示するためのティー
チングボックス２１とＣＣＤカメラ１５からの映像をモ
ニターするためのＣＲＴモニター２３とが設けられてい
る。

【００２３】前記マニュアル溶接加工システム１は、前
記ＹＡＧレーザー発振器９に光ファイバーを含む信号ケ
ーブル１１Ｂで連結された手持ちのレーザー加工ヘッド
２５と、本溶接前の被加工材Ｗを前記手持ちのレーザー
加工ヘッド２５によって仮溶接を行うための作業台２７
と、作業者をＹＡＧレーザー光から防護するためのレー
ザー光防護具２９と、レーザー加工作業準備完了信号を
前記制御装置１９に出力するフットスイッチ３１とから
構成されている。なおレーザー加工ヘッド２５とレーザ
ー光防護具２９及びフットスイッチ３１は前記制御装置
１９と信号ケーブルＳＣにより接続されている。

【００２４】上記構成のマニュアル溶接加工システム１
において、制御装置１９がレーザー加工ヘッド２５の被
加工材との接触と、レーザー光防護具２９の装着と該レ
ーザー光防護具２９の防護面（後述）の閉状態と、前記
フットスイッチ３１の作業準備完了信号とを検出後、前
記レーザー加工ヘッド２５のレーザー出射スイッチを作
業者がＯＮにしたとき、ＹＡＧレーザー発振器９を発振
させてレーザー光をレーザー加工ヘッド２５に出射させ
ることが可能である。または、ＹＡＧレーザー発振器９
のシャッターを開閉させることによってもレーザー光の
出射を制御することも可能である。

【００２５】次に、上記マニュアル溶接加工システム１
を構成するのに適したレーザー加工ヘッド２５とレーザ
ー光防護具２９について説明する。図２は上述の手持ち
のレーザー加工ヘッド２５の構造を示したものであり、
この図２によってレーザー加工ヘッド２５の詳細につい
て説明する。レーザー加工ヘッド２５の上方に設けたレ
ンズ保持筒３３の上端部に、前記信号ケーブル１１Ｂの
端部に設けられた光ファイバーの出射端３５が設けてあ
る。そして、このレンズ保持筒３３にはコリメートレン
ズ３７と集光レンズ４１とが設けてあり、前記光ファイ
バーの出射端３５から出たレーザー光ＬＢは、このコリ
メートレンズ３７で平行光線に矯正されて集光レンズ４
１に入射されるようになっている。なお前記コリメート
レンズ３７と集光レンズ４１との位置はスペーサー３９
によって固定されている。

【００２６】また前記レンズ保持筒３３の下端部には円
筒形の接触子保持体４３が設けてある。なおこの接触子
保持体４３は絶縁体で製作されており、そしてこの接触
子保持体４３に導電性を有するのシリンダー状の接触子
４５が設けてある。またこのシリンダー状の接触子４５
は前記接触子保持体４３に嵌合する摺動ブッシュ４９に
レーザー光ＬＢの光軸方向に移動可能に嵌合してある。
前記シリンダー状の接触子４５の上端部にはフランジ５
１を設け、このフランジ５１を前記摺動ブッシュ４９に
係合当接させることにより、接触子４５を前記接触子保
持体４３から脱落しないように保持している。さらに接
触子４５と前記接触子保持体４３との間には弾装したス
プリング５５によって、この接触子４５を接触子保持体
４３から常に突出するように付勢してある。なお、上記
接触子４５が被加工材Ｗに接触すると信号ケーブル１１
Ｂを介して前記制御装置と被加工材Ｗとの間に電気回路
が形成されて、被加工材Ｗと接触子との接触を検出する
ことができるようになっている。

【００２７】上記シリンダー状の接触子４５の軸心に、
すなわち前記レーザー光ＬＢの光軸中心に集光されたレ
ーザー光とシールドガスとが通過するシールドガス噴射
口４７を備えたシールドガス噴射ノズル５９がねじなど
の締結手段により着脱交換可能に取付けてある。また、
前記円筒形の接触子保持体４３の外周部分にＹＡＧレー
ザー光を遮断し可視光を透過させるウインド５７を設け
ると共に、この接触子保持体４３の内部に被加工材の加
工位置を照明するＬＥＤなどの光源５３を設けてある。
さらに、前記ウインドから被加工材の加工位置を作業者
が肉眼で観察できるように、前記接触子保持体４３の内
部で、かつ噴射ノズル５９の上方の位置に在って、前記
集光レンズ４１からのレーザー光の光路の邪魔にならな
い適宜な位置に反射鏡６１を取付けてある。

【００２８】また作業者がレーザー加工ヘッド２５を被
加工材に接触押圧したとき、前記シリンダー状の接触子
４５が後退端まで後退したか否かを検出する検出器とし
て、例えばリミットスイッチ６３が前記接触子保持体４
３に設けてある。

【００２９】前記レンズ保持筒３３の周囲には前記接触
子保持体４３の外径とほぼ同径の外筒６５が設けてあ
る。またこの外筒６５の側方には前記ＹＡＧレーザー発
振器９のレーザー光を出射させるレーザー出射スイッチ
６７が設けてあり、前記信号ケーブル１１Ｂを介して前
記制御装置１９に接続してある。また、前記レンズ保持
筒３３に設けられた集光レンズ４１の下方の位置にシー
ルドガスＳＧを供給するシールドガス供給口６９が設け
てある。なおシールドガスとしては窒素ガス、アルゴン
ガスなどの不活性ガスが使用される。

【００３０】上記構成のレーザー加工ヘッド２５におい
て、作業者がレーザー加工ヘッド２５を被加工材に接触
押圧すると、接触子４５は接触子保持体４３内部に押し
込まれて、接触子４５のフランジ５１がリミットスイッ
チ６３を押圧する。このリミットスイッチ６３の信号を
信号ケーブル１１Ｂを介して例えば前記制御装置１９の
如き制御装置に入力すれば、接触子４５が後退端に在る
か否かを検出判断させることが可能である。

【００３１】また、接触子４５と被加工材Ｗとが接触す
るので被加工材Ｗとの間に電気回路が形成され、被加工
材Ｗと接触子との接触を検出することが可能である。な
お接触子４５と被加工材Ｗとが接触するとシールドガス
の圧力が増加するので、この圧力変化を検出することで
も被加工材Ｗと接触子との接触を検出することが可能で
ある。

【００３２】さらに、作業者が被加工材Ｗの加工位置を
確認したい場合には、前記ウインド５７から反射鏡６１
を介して加工位置を肉眼で確認することも可能である。

【００３３】図３〜図５は、前記レーザー光防護具２９
の構造を示した図であり、図３は正面図、図４は図３に
おける平面図、図５は図３における右側面図を示してい
る。さて、図３〜図５を参照しながらレーザー光防護具
２９について説明する。レーザー光防護具２９の防護面
支持体７１に防護面７３が設けてある。この防護面７３
は防護面支持体７１の両脇に設けた支軸７５（Ｒ，Ｌ）
に開閉自在に軸支されており、そしてこの防護面７３の
前面には、ＹＡＧレーザー光を遮蔽する遮蔽窓７７が設
けてある。

【００３４】また、前記防護面支持体７１には、レーザ
ー光防護具を装着する者の頭部のサイズに合わせてレー
ザー光防護具の上下位置を調節する上下位置調節ベルト
７９、前記防護面支持体７１を頭部の周囲にフィットさ
せるための装着状態調節機構８１及び長さが調節可能な
顎ベルト８３などが設けてある。

【００３５】また前記防護面支持体７１には防護面７３
の開閉を検出するためのマイクロスイッチ８５と、レー
ザー光防護具２９を作業者が装着したか否かを検出する
ベルトスイッチ８７とを設けてある。このベルトスイッ
チ８７は作業者がレーザー光防護具２９を装着すると、
作業者の額の部分でベルトスイッチ８７が押圧されるこ
とによりベルトスイッチ８７がＯＮとなるものである。
そして前記マイクロスイッチ８５と、このベルトスイッ
チ８７に接続されたリード線８９が前記防護面支持体７
１に設けたコネクター９１に接続されている。

【００３６】上記構成のレーザー光防護具２９におい
て、マイクロスイッチ８５とベルトスイッチ８７の信号
出力をコネクター９１、前記信号ケーブルＳＣを介し
て、例えば前記制御装置１９の如き制御装置に入力し、
作業者がレーザー光防護具２９を装着したのか否か、及
び作業者が防護面７３を開けたか否かを検出判断させる
ことが可能である。

【００３７】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、レーザ
ー加工ヘッドの被加工材との接触と、前記レーザー光防
護具の装着と、レーザー光防護具の防護面の閉止と、前
記フットスイッチのＯＮ状態との検出後、レーザー加工
ヘッドのレーザー出射スイッチをＯＮするこによりレー
ザー光がレーザー加工ヘッドから出射されるので、レー
ザー加工ヘッドと被加工材とが接触しない状態でレーザ
ー光が出射されることを防止することができる。従っ
て、危険なレーザー光が作業者の眼に入ることを防ぐこ
とができる。これにより作業者も安心して作業ができる
ので作業効率も向上する。

【００３８】請求項２に記載の発明によれば、レーザー
加工ヘッドと被加工材とが接触しない限りレーザー加工
ヘッドからレーザー光が出射されないので危険なレーザ
ー光が作業者の眼に入ることを防止できる。

【００３９】請求項３に記載の発明によれば、導電性を
有する被加工材においては、レーザー加工ヘッドと被加
工材との間の電気的に導通の有無を検出することによ
り、レーザー加工ヘッドと被加工材との接触を確実に検
出することができる。

【００４０】請求項４に記載の発明によれば、接触子が
前記被加工材に接触中は、該被加工材からの散乱反射光
を該接触子により遮断する。従って、レーザー加工中に
被加工材から発生する散乱反射光は接触子により完全に
遮断することができる。

【００４１】請求項５に記載の発明によれば、導電性の
ない被加工材においても、シールドガスの圧力の増加を
検出することにより、レーザー加工ヘッドと被加工材と
の接触を確実に検出することができるので、溶接以外の
レーザー加工にも適用することが可能である。

【００４２】請求項６に記載の発明によれば、被加工材
の加工位置を肉眼で観察可能であるのでより正確な溶接
加工ができる。

【００４３】請求項７に記載の発明によれば、作業者が
レーザー光防護具を確実に装着したか否か、またレーザ
ー光を遮蔽する防護面を下げたか否かを確認するシステ
ムを作ることが容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマニュアル溶接加工システムの一実施
の形態を示した図。

【図２】本発明のマニュアル溶接加工システムに使用す
る手持ちのレーザー加工ヘッドの一実施の形態を示した
図。

【図３】本発明のマニュアル溶接加工システムに使用す
るレーザー光防護具の一実施の形態の正面図。

【図４】図３における右側面図。

【図５】図３における左側面図。

【符号の説明】

１ マニュアル溶接加工システム ３ 本溶接加工システム ９ ＹＡＧレーザー発振器 １３ レーザー加工ヘッド １９ 制御装置 ２５ 手持ちのレーザー加工ヘッド ２７ 作業台 ２９ レーザー光防護具 ３１ フットスイッチ ３５ 出射端 ４１ 集光レンズ ４３ 接触子保持体 ４５ 接触子 ４７ シールドガス噴射口 ５３ 光源 ５７ ウインド ５９ 噴射ノズル ６１ 反射鏡 ６３ リミットスイッチ ６７ レーザー出射スイッチ ６９ シールドガス供給口 ７１ 防護面支持体 ７３ 防護面 ７７ 遮蔽窓 ８５ マイクロスイッチ ８７ ベルトスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 26/14 Ｂ２３Ｋ 26/14 Ｚ Ｆ１６Ｐ 1/06 Ｆ１６Ｐ 1/06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＹＡＧレーザー発振器と、該ＹＡＧレー
   ザー発振器に光ファイバーで接続され、被加工材との接
   触を検出する接触検出手段を備えたレーザー加工ヘッド
   と、装着確認スイッチと防護面の開閉検出スイッチとを
   備えたレーザー光防護具と、レーザー加工作業準備完了
   信号を出力するフットスイッチと、前記ＹＡＧレーザー
   発振器、前記レーザー加工ヘッド、前記レーザー光防護
   具及び前記フットスイッチとを制御する制御装置とから
   なるマニュアル溶接加工システムにして、前記制御装置
   が前記レーザー加工ヘッドの被加工材との接触と、前記
   レーザー光防護具の装着と防護面の閉状態と、前記フッ
   トスイッチの作業準備完了信号とを検出後、前記レーザ
   ー加工ヘッドのレーザー出射スイッチがＯＮになったと
   き、前記ＹＡＧレーザー発振器からレーザー光を前記レ
   ーザー加工ヘッドに出射することを特徴とするマニュア
   ル溶接加工システム。
2. 【請求項２】 レーザー発振器と光ファイバーで接続さ
   れたレーザー加工ヘッドにおいて、該レーザー加工ヘッ
   ドと被加工材との接触を検出する接触検出手段を設けた
   ことを特徴とするレーザー加工ヘッド。
3. 【請求項３】 前記接触検出手段は、前記レーザー加工
   ヘッドのレーザー光出射部に導電体の接触子を進退自在
   に突出させて設け、該接触子と被加工材との電気的な導
   通を検出することを特徴とする請求項２に記載のレーザ
   ー加工ヘッド。
4. 【請求項４】 前記接触子は、シールドガス噴射ノズル
   を備えた導電性のシリンダーからなり、該接触子が前記
   被加工材に接触中は、該被加工材からの散乱反射光を該
   接触子により遮断することを特徴とする請求項３に記載
   のレーザー加工ヘッド。
5. 【請求項５】 前記接触検出手段は、前記接触子と被加
   工材との接触時のシールドガスの圧力増加を検出するこ
   とを特徴とする請求項３に記載のレーザー加工ヘッド。
6. 【請求項６】 レーザー光を遮断し可視光を透過させる
   ウインドを前記レーザー加工ヘッドの側部に設け、該レ
   ーザー加工ヘッド内部に被加工材の加工位置を照明する
   光源と前記ウインドを介して被加工材の加工位置を観察
   可能な反射鏡とを設け、被加工材の加工位置を前記ウイ
   ンドを介して肉眼で観察可能にしたことを特徴とする請
   求項２に記載のレーザー加工ヘッド。
7. 【請求項７】 レーザー光を遮蔽する防護面を備えたレ
   ーザー光防護具において、レーザー光を遮蔽する遮蔽窓
   を備えた防護面を防護面支持体に開閉自在に設け、該防
   護面の開閉を検出する検出スイッチとレーザー光防護具
   の装着を検出するベルトスイッチとを前記防護面支持体
   に設けたことを特徴とするレーザー光防護具。