JPS623891A - 工業用マニピユレ−タと併用するツ−リング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動化製造装置及びこれを利用するシステム
に関わり、特に、レーザ／ロボット作業セルにおけるレ
ーザによる材料加ニジステムに使用するアーム端ツーリ
ングのための組み込み円形コンベア・システムに関わる
。

生産性向上の重要条件として工業の自動化が広く受は入
れられるのに伴って、自動化を達成する手段であるロボ
ットまたはマニピュレータ装置に要求されるレベルも次
第に高くなりつつある。有用な「工具」としてロボット
が普及するに従って、従来のコンピュータ数値制御、群
管理、及び例えばＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｒｏｇｒａｍｍ
ｉｎｇ　Ｔｏｏｌ（ＡＰＴ）のような言語によるオンラ
イン・プログラミングで制御するのに好適な工作機械と
同様の簡単な設計のロボット・システムに対するマーケ
ット需要が生まれるに至った。

蒸着、穿孔、切断など各種の材料加工における熱源とし
ては高出力レーザが最適である。レーザは溶接や表面被
覆のような作業、即ち、材料を融解させる必要のある作
業にも応用できる。また、硬化や焼なまし作業において
レーザを利用することにより固体相材料の温度を変化さ
せることができる。

レーザ・ビームを照射された時に材料に現われる熱効果
は主としてレーザ・エネルギーの強さ、材料の吸収率及
びレーザ・ビーム照射時間の長さによって異なる。これ
らのパラメータを正確に制御することにより材料の相ま
たは状態に所要の変化を与えることができる。溶接、切
断、表面処理のような作業にレーザを使用する場合には
、工作物の被加工部分をレーザ・ビームと直交させ、ビ
ームが工作物表面に垂直に衝突するように配慮するのが
普通である。このように配向すれば材料の吸収率を最適
化し、加熱を容易にすることができる。レーザと工作物
を相対運動させるのが普通であり、この相対運動は２通
りの方式で行うことができる。即ち、第１の方式では工
作物を固定し、この上方をビームが横切るようにし、第
２の方式ではレーザ・ビームを固定して工作物を操作す
る。多くの場合、第１の方式では、レーザを可動装置に
取り付けるか、または可動光学系を使用して固定レーザ
から工作物にビームを照射することによってレーザ・ビ
ームを移動させねばならない。

工業用マニピュレータと高出力レーザを最も効果的に用
いて一体的ロボット／レーザ・システムを提供する試み
はすでになされている。本発明の出願人に譲渡されてい
るダニエル・ビー・ソロ力等のヨーロッパ特許公報第０
１２１４６号「汎用直交軸マニピュレータ・システム」
は広い直方形作業空間を有するオーバヘッド・ガントリ
ー形ロボットを開示している。このロボットは複雑な極
座標ではなく、直角座標でのプログラミングを可能にす
る。

このガントリー形ロボット構成により、ロボット特有の
速度及び器用さを維持しながら工作機械と同様の補間動
作、高い精度及び繰り返し性を可能にする堅牢なマニピ
ュレータが得られる。ガントリー構成ではオーバヘッド
Ｘ軸集合体が垂直な構造部材によって支持され、Ｙ軸集
合体がＸ＠集合体からアーム状に突出して垂直なＺ４ｉ
ｌｈ集合体を支持する。Ｘ１Ｙ及びＺ軸集合体のほかに
、適当なエンドエフエクタを取り付けることのできる多
軸回転リストとして作用するようにＺ！！［ｌＩ集合体
に取り付は面を形成する。以下の説明から明らかなよう
に、本発明の主題はこのエンドエフェクタである。

本発明の出願人に譲渡されているダニエル・ジェイ・プ
ランケンホーンの（米国特許第４．５３９，４６２号に
対応する）英国特許第２，１３４，０７１号は複数の直
線セグメントから成る通路にレーザ光などの反射ビーム
を話導するレーザ・ビーム話導装置を開示している。ビ
ームの各セグメントを一定の空間関係でロボット軸の各
セグメントと連携させる。

尚、上記特許は完全な作業セルを構成するのに利用でき
るシステム全体の一部だけを開示している。

上記一体的ロボット／レーザ・システムの重要な利点は
焦点合わせ光学系の「工具」変更とビーム出力及び照射
時間のプログラム調整だけで穿孔、切断、溶接、表面処
理、合金化／被覆、焼入れ及び焼なましを同一の機械に
よって達成できることにある。このような材料加工を目
的とする究極的なシステムが実現するとすれば、すべて
の工具変更をソフトウェア制御で行なうことにより、レ
ーザ／ロボット・システムの融通性を完全に使いこなす
ものとなるであろう。残念ながら、公知のシステムにお
いては異なる焦点距離、スポット・サイズ、強さなどを
得るための焦点合わせ光学系の変更は手動操作に頼らね
ばならない。

本発明の目的は、ロボット制御される装置において、ロ
ボットアーム端に設けた円形コンベアに種々の工具セッ
トを配置し、ロボット制御装置からのサーボ制御を利用
して円形コンベア及びこれに配置された工具セットを操
作することによって従来の手動操作によるアーム端工具
変更を不必要にすることにある。

本発明はまた、ロボットまたはシステム制御装置によっ
て自動制御可能な２つ以上のエンドエフェクタを含むア
ーム端工具セットを提供する。本発明のエンドエフェク
タはレーザから工作物にレーザ・ビームを供給するビー
ム搬送システムと、ソレノイド作動機構を介、して光が
漏れない方式で自動的に結合する。エンドエフェクタは
ロボットまたはシステム制御装置によって自動的に操作
及び制御できるように円形コンベアに配置でき、前記円
形コンベア・システムは各種の材料加工に必要な汎用シ
ールドとの組合わせで使用される。

本発明は工業用マニピュレータと併用するための円形コ
ンベア式ツーリング装置において、第１ツーリング部及
び少なくとも第２ツーリング部を有し、回転運動を与え
られるように工業用マニピュレータのリスト集合体に取
り付けられ、リスト集合体によって与えられる回転運動
に伴って第１及び第２ツーリング部のいずれか一方が選
択的にレーザ・ビーム供給システムの末端位置に臨むよ
うに構成されたベース部材と；第１ツーリング部が第１
焦点合わせ光学系を限定する手段、及び第１焦点合わせ
光学系画定手段を組み込みレーザ・ビーム供給システム
と連動させることにより、所定の焦点距離、スポット・
サイズまたは強さのレーザ・ビームを画定する手段を含
むことと、；第２ツーリング部が第２焦点合わせ光学系
を画定する手段、及び第２焦点合わせ光学系画定手段を
レーザ・ビーム供給システムと結合する手段を含むこと
と；ツーリング部光学系をレーザ・ビーム供給システム
末端位置と結合する手段が、常態において偏倚作用下に
閉鎖状態にあり、レーザ・ビーム供給システムとの相互
作用により開放位置まで回転するカバー手段を有する導
管を含み、導管が内部に端ぐり溝を画定し、レーザ・ビ
ーム供給システムがその末端位置に端ぐり溝に挿入可能
なサイズの上下自在な伝導チューブ及び伝導チューブと
作動的に関連して上下動させる手段を含むことを特徴と
する工業用マニピュレータと併用するための円形コンベ
ア式ツーリング装置に関わる。

本発明の好ましい実施例は一体的なロボット／レーザ・
システムと併用するための円形コンベア式ツーリング装
置を提供する。このロボット／レーザ・システムは第１
運動軸及び第２運動軸の少なくとも一部を画定する単数
または複数の機械継手を有するロボット・システムを含
む。これらの運動軸はロボット・システムの幾何学的運
動範囲を通る等高通路を画定し、機械継手のそれぞれは
枠部材の一部を画定する。エンドエフェクタなどに少な
くとも回転運動を与えるためこのエンドエフェクタなど
をリスト集合体に装着する。リスト集合体はロボットの
Ｚ軸アーム端に取り付けるのが普通である。ロボットの
幾何学的運動範囲内の任意の点に沿ってリスト集合体に
近い末端位置にビームを供給するレーザ・ビーム供給シ
ステムをロボット・システムと一体的に組み込む。この
組み込みレーザ・ビーム供給システムは複数の光学継手
、及び隣接する光学継手間に介在させた管状部材を含む
。ビームは光学継手から光学継手への移動に際して通過
するのが前記管状部材である。

上記ロボット／レーザ・システムと併用される円形コン
ベア式ツーリング装置はリスト集合体に取り付けられ、
軸部材の回転を介して回転運動を与えられるベース部材
を含む。ベース部材は第１ツーリング部及び少なくとも
第２ツーリング部を有し、リスト集合体によるベース部
材の回転運動に伴って、選択的にいずれか一方のツーリ
ング部がレーザ・ビーム供給システムの末端位置に臨む
。ツーリング部は焦点合わせ光学系セットを画定する手
段、及び焦点合わせ光学系を組み込みレーザ・ビーム供
給システムと結合して所定の焦点距離、スポット・サイ
ズまたは強さのレーザ・ビームを形成する手段を含むこ
とができる。また、この装置の円形コンベア式ツーリン
グは種々の金属加工に使用する汎用シールドと併用する
ことができる。

本発明はさらに、レーザ・ビーム供給システムと、レー
ザ・ビームの焦点距離、スポット・サイズなどを設定す
る端部光学系とを光が濶れないように結合するソレノイ
ド作動機構をも提供する。さらにまた、エンドエフェク
タを構成する光学素子を汚染するおそれのある異物から
、各光学系を保護する密閉方式を実現する開口ビーム伝
達管と協働するばね偏倚カバー集合体をも提供する。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

完成したロボット／レーザ作業セルを第１図に斜視図で
示し、一括して参照番号１１を付した。ロボット／レー
ザ・システム１１はレーザ・ビーム供給システム１７を
介してレーザ・システム１５に結合された直交軸マニピ
ュータ・システム１３を含む。システム１１は排気シス
テム１９、安全囲壁手段２１及び精密テーブルまたはそ
の他の取り付は具２３をむ含む。レーザ・ビーム供給シ
ステム及び汎用シールドに使用する光学系の冷却装置を
参照番号２５で示した。直交軸マニピュレータを制御す
るプログラム可能制御装置を参照番号２７で示した。尚
、レーザ・ビーム供給システム１７及び直交軸マニピュ
レータ１３と併用するアーム端工具またはエンドエフェ
クタは用途に応じて選択することができる。従って、レ
ーザ／ロボット・システムによって行う作業に応じて、
ロボットと併用される具体的な工具、及び本発明の円形
コンベア式アーム端ツーリング装置２０１に装備される
個々のエンドエフェクタまたは「工具」の個数が決定さ
れる。円形コンベア２０１については、第３図に関連し
て詳しく後述する。

マニピュレータ・システム１３はＸ軸集合体３３、Ｙ％
集合体３５、及びＺ軸集合体３７から成る３つの直交軸
集合体を含む。リス１・機構３９はＺ軸集合体３７と機
械的に結合されて本発明のアーム端ツーリング円形コン
ベア２０１と協働する。アーム端ツーリング円形コンベ
ア２０１にはレーザ・ビーム供給システム１７との組合
わせで行われる各種の金属加工に必要な光学系を設ける
。

Ｘ、Ｙ及びＺ軸集合体一式は工場の床面下に固定した垂
直支持部材ＳＭによってガントリ一式に支持される。マ
ニピュレータ・システム１３及び円形コンベア式アーム
端ツーリング装置２０１の動作は例えばウェスチングハ
ウス・エレクトリック・コーポレーションからＰＲＯＤ
ＵＣＥＲＣＮＣＳＹＳＴＥＭの商品名で販売されている
ような在来型の数値制御コンソール２７によって工作機
械と同様に制御される。

ガントリ一式に昇降するＸ、Ｙ及びｚｆ！ｄＩ集合体を
直交軸工作機械のように構成したから、はぼ直方体状の
作業ゾーンに対応する最適化作業空間が画定される。直
交軸マニピュレータ・システムをこのようにガントリ一
式に構成すれば所要の作業プロセスを実行するのに必要
なリスト関節数が著しく少なくてすみ、回転テーブルの
ような補助装置の必要性も軽減される。ただし、上記回
転テーブルのような補助装置を使用すれば、この作業セ
ルにおいて得られる製造能力に極めて幅広い融通性を与
えることができる。それぞれの軸集合体の閉ループＤＣ
サーボモータ機構はロボット制御装置２７の駆動装置キ
ャビネット部分′に配置した公知の駆動回路を利用して
パルス幅変調方式により駆動される。直結形ＤＣサーボ
モータ機構はモータ／タコメータ・パッケージ及びレゾ
ルバまたは符号器を含む。タコメータは制御コンソール
に対して速度フィードバック情報を提供し、レゾルバは
制御コンソールに対して駆動モータから直接的に位置フ
ィードバック情報を供給する。これに対して極めて安定
なサーボ応答が発生する。Ｘ軸集合体３３はＸ軸案内シ
ステムに沿って移動する過程におけるＸ軸ギヤリッジの
ねじれたわみを極力防止して所要のシステム精度及び繰
り返し性を可能にする閉鎖セル機構から成る。Ｘ軸案内
システムはねじり曲げモードに対して極めて高い剛度及
びスティフネスを提供する２木の３インチ径研削ガイド
レール４１を含む。部材ＳＭで支持されたこの複式レー
ル・システムは閉ループＤＣサーボ制御装置に応答する
Ｘ軸ギヤリッジの円滑な低摩擦移動をも可能にする。Ｘ
軸ギヤリッジはプレロードされ、かつ防塵のため密封さ
れた線形軸受を介してガイドレール４１．４３と結合さ
れている。Ｘ軸集合体の機械的駆動手段はラックと、Ｄ
Ｃモータ／タコメータ・パッケージと直接結合されたピ
ニオンシャフトとから成るラック／ビニオン機構である
。

Ｙ軸集合体３５はＸ軸集合体３３から垂直に突出するア
ームとして作用する。Ｙ軸集合体は支持部材集合体と、
Ｙ軸ギヤリッジのＹ軸方向移動中及び作業ゾーン内での
Ｚ軸集合体３７の位置ぎめ中に発生する応力及び回転た
わみを極力抑制する複式レール機構とを含む。ガイドレ
ールはベローズ・カバー４３で保護されている。

Ｚ軸集合体３７は固定ナツト内に設けたボール・スクリ
ュウから成るボール・スクリュウ機構を、ガイドレール
から成るレール機構と併用することにより、駆動、モー
タ／タコメータ・パッケージ・モータに応答してＺ軸ギ
ヤリッジを搬送する。複式レール機構はＸ及びＹ軸に関
して上記複式レール機構と同様に機能する。本発明の直
交軸マニピュレータに組み込まれるその他の構成要件は
本発明の出願人に譲渡され、この明細書にもそのまま引
用する米国特許出願第４８５，０７６号に開示されてい
る。

このロボットと併用されるレーザ・ビーム供給システム
は、その最も簡単な実施態様の場合、ロボット・システ
ム１３の１つの運動軸を画定する支持部材またはアーム
に取り付けた一連の継手を含む。第２図に示す構成はユ
ニメート・シリーズ６０００直交軸マニピユレータ１３
と併用されるレーザ・ビーム供給システムの実施例であ
る。この構成はマニピュレータ１３の軸を画定する各ア
ームの変位との同期運動を可能にする。入射光ビームが
光学継手の運動軸Ａ上に位置する限り、レーザ・ビーム
が供給され、レーザ・ビーム供給システムは正しく機能
する。尚、この運動軸は軸方向運動または回転運動、ま
たはこの組合わせ運動の軸である。特に、第２図では２
つの光学継手１４０．１４２が互いに軸方向に間隔をお
いて配置されている。第１図に示すシステムの構成では
、光学継手１４０．１４２がビームを直交軸マニピュレ
ータ１３のＹ軸に沿ってお導する。説明の便宜上、継手
１４０が空間内に固定されていると仮定すると、継手１
４２は矢印１４４で示す方向に運動軸Ａに沿って継手１
４０に対して接近または離脱することができる。換言す
れば、継手１４２は例えば参照番号１４２．１４２′で
示す位置のいずれか一方を取ることができる。平行入射
光ビーム１４６が矢印１４８の方向に管状部材１５０を
通って継手１４０に進入すると、反射部材１５２に衝突
し、光ビーム１５４に沿って９０°の角度で反射する。

この光ビーム１５４は運動軸Ａに沿って管状部材１５６
を通り、継手１４２に進入する。第２図から明らかなよ
うに、継手１４２は管状部材１５８に固定されている。

管状部材１５８は摺動自在に管状部材１５６と連携する
。摺動自在に連携するこの２つの管状部材が矢印１４４
の方向に互いに軸沿いに穆勤しながら、継手１４２は継
手１４０に接近するがまたはこれから遠ざかる。継手１
４２の反射部材１６０が光ビーム１５４に対して一定角
度４５°の位置にある限り、反射光ビーム１６２は光学
継手１４２の反射部材１６０から、光ビーム１５４に対
して９０°の方向に管状部材１６４を通って光学継手１
４２から出る。従って、光学継手１４２が光学継手１４
０に対してこのように軸方向に移動すると、反射光ビー
ム１６２は線形パス上を移動することになる。尚、第２
図に鎖線で示した継手１４２及びダッシュを付した同じ
参照番号で示したその連携素子はこの光学継手が占める
別の位置を表わしている。

マニピュレータのＹ軸に関連して以上に述べたレーザ・
ビーム供給光学系及び管状部材の構成及び動作にはＸ軸
及びＺ軸に沿ったマニピュレータの動作についても同様
であるから、Ｘ及びＺ軸に関連したレーザ・ビーム供給
システムの構成、動作は上述したＹ軸関連の説明から明
らかになるであろう。

本発明のシステムは市販されている各種レーザと併用で
きる。実施例として、コヒーレント・インコーホレーテ
ッドによって製造されたＥｖｅｒｌａｓｔ　ＥＦＡ　５
１　ＣＯ２レーザを組み込んだシステムを構成した。こ
の軸流レーザの出力定格は１，２５０ワツトである。こ
こに述べるシリーズ６０００ロボツトとは各種のレーザ
・システムをインターフェースさせることができた。レ
ーザの選択が主として用途に基づいて行なわれるから、
このインターフェースにより、セル・システムを構成す
る過程で個々の用途に最適の製造条件を弾力的に満たす
ことができる。尚、いかなる種類の工業用レーザも制御
自在な水冷システムを必要とする。冷却方式は任意であ
るが、ここに述べるシステムは循環式閉ループ水冷シス
テムを採用する。このシステムを図面では参照番号２５
で一括して略示した。

以　　下　　余　　白 また、第１図に示す作業セルは空気ろか式乾燥／循環シ
ステム２０を利用する。適当なシステムはパルストロン
・フィルタ・プロダクツから”Ａｉｒ　Ｄｒｙｅｒ　Ｍ
ｏｄｅｌ　７５”の商品名で市販されている。第２図に
示す光学継手１４０のような光学継手の反射面は高度に
反射性の材料から成る。この反斜面上にダスト及び凝縮
水が付くとここに述べるようなレーザ・ビーム供給シス
テムにおいて深刻な問題となる。レーザ・ビーム供給シ
ステム１７内にダストや凝縮水が存在すると、ビーム・
ブルーミングの原因となり、システムの正しい作動を不
可能にする。システム作動中ミラーにダストや凝縮水が
ほとんど付着しないようにし、供給システムの所期の機
能を維持するためには、乾燥／空気ろかシステムを採用
することが好ましい。上記市販のるかシステムは水蒸気
、炭酸ガス、六弗化硫黄など、熱によってレーザ・ビー
ム供給システム内にビーム・ブルーミングを発生させる
成分を除去する顆粒状吸収剤の床をも含む。

第１図に示す排気システム１９はその末端がマニピュレ
ータ１３のレーザ・ビーム供給点３０の近傍にまで達し
ている導管システム１９′を含む。本発明のシステムは
広汎な種類の材料加工を行うものであるから、材料によ
ってはレーザ加工中に有毒な煙を発生させるものである
。そこで、この排気システム１９はリストの近傍に配置
され、煙の発生源に向けられたピックアップ・ノズルを
含み、このピックアップ・ノズルト連携して、最終的に
は放出及び／またはるかするため作業空間から煙を吸引
するのに必要な負圧を発生させる手段をも含む。

第１図に示した作業セルは高い安全率を確立すべく作業
空間を囲むプレキシガラス製の囲壁をも含む。プレキシ
ガラス囲壁はプレキシガラスの性質上、多様な目的に寄
与する。

例えば１０．６ミクロンＣＯ□レーザを使用する場合、
プレキシガラスにレーザが衝突すると、焼き通される前
に煙が発生し、これが作業セルの近くにいるオペレータ
に対する早期警報信号の役割を果たす。また、プレキシ
ガラスはオペレータがシステムの動作を、危険に曝され
ることなく観察することを可能にする。

プレキシガラスは関係者以外の者が作業空間に立ち入る
のを防止する防衛線の機能をも果たす。このプレキシガ
ラスは枠組部材１７５で支持された複数の固設パネル１
７３の形で使用することができる。軌道部材１８１で支
持された引戸１７７．１７９を利用すれば、オペレータ
の作業セルへの出入りが容易になる。ざらにまた、プレ
キシガラス引戸が開放状態にあり、従って、オペレータ
が誤動作の原因を究明できるまではレーザ操作を停止さ
せておけねばならないことをロボット制御装置に指示す
るインターロックシステム１８３を設けることができる
。

第３乃至６図には本発明の円形コンベア式アーム端ツー
リング装置を示した。第３図に示す円形コンベア２０１
の側面図は第４及び６図に示す排気ダクトを除く要部を
すべて含んでいる。本発明の利点を最大限に活用するた
め、円形コンベア２０１に少なくとも２つのツーリング
部２０３．２０５を設ける。ただし、円形コンベアに設
けるツーリング部の数は任意であり、この数は個々の用
途次第で異なり、必要に応じてツーリング部を追加すれ
ばよい。円形コンベア２０１はモジュール・リスト３９
の面板２０９に着脱自在に取り付けることのできるベー
ス部材２０７を含む。本発明の円形コンベアと併用する
のに好適なリストはウェスチングハウス・エレクトリッ
ク・コーポレーション製のシリーズ６゜ＯＯヘビー・ダ
スト・リスト／アキシス・モジュールである。このヘビ
ー・ダスト・リストは従来の回転式アクチュエータに比
較して多くの長所を備えており、特に、リストが完全な
サーボ作動方式であること、スティフネスが高いこと、
精度及び繰り返し性が確保され、その構成がモジュール
式であるため、将来の選択に適応できることなどの長所
が挙げられる。ベース部材２０７には２つ以上をツーリ
ング部を装着することがで籾る。従って、ベース部材２
０７の実寸法を所期の用途に従って変更することができ
る。例えば、図示のベース部材は２つの別個のツーリン
グ部を収容するのに充分な表面積を備える。このベース
部材の他の実施態様では、ツーリング部を増設できるよ
うに余分のスペースを設けることができる。

図示の円形コンベア式アーム端ツーリング機構はレーザ
による材料加工に利用するための焦点合わせ光学系を含
む第１ツーリング部２０３を具備する。これらの光学系
は市販されており、ここでは説明を省く。第２ツーリン
グ部２０５は焦点合わせレンズ集合体に作用する振動ミ
ラーまたは焦点合わせ振動ミラーを含むビーム走査集合
体２０６を具備する。このような装置は低耐熱性の材料
を加工する場合に１マイクロセコンドまたはそれ以下の
極めて短いパルス長がレーザに要求される時に使用され
る。この装置の一例としてフォトン・ソーセズ社から市
販のＭｏｄｅｌ　４３０Ｓｗｆｔｃｈ　Ａｓｓｅｍｂｌ
ｙがある。

レーザ・ビーム供給システムと円形コンベアに取り付け
られているツーリング部を正しく接続するためこの種の
ツーリングに利用できる光密閉集合体もすでに開発され
ている。

第１．３及び５図から明らかなように、光密閉継手はレ
ーザ・ビーム供給システム１７と円形コンベア２０１に
設けた個々のツーリング部２０３．２０５とを接続する
。個々のツーリング部は下方に配置された光学系部分に
搬送されるレーザ・ビームを通す導管手段２１１を含む
。この導管２１１は導管の側方に配置されたピボット点
２１５を中心に旋回するばね偏倚カバー集合体２１３を
含む。個々のツーリング部がリスト３９の動作に件なう
ベース部材２０７の動作域を通る位置まで旋回すると、
ばね偏倚カバー集合体２１３が押しやられ、任意のツー
リング部がレーザ・ビーム供給システム１７の導管１６
４の下方位置まで回動する。カバー２１３が押しやられ
ると、ビーム伝達チューブまたは導管２１１が露出する
。カバー集合体２１３の目的は各光学系を閉鎖して異物
がレンズを汚染するのを防止することにある。円形コン
ベアに設けられたツーリング部のビーム伝導チューブま
たは導管２１１はその頂面に内側／外側ざら穴または溝
２１９を具備する。

レーザ・ビーム供給システムの端部は第１図に示すよう
なロボットのＺ軸ブラケット２２０に取り付けられ、内
側／外側ざら穴２１９に挿入可能なサイズの伝達チュー
ブ２２１を具備する。伝達チューブ２２１はビーム供給
システムのビームのビーム通路を画定する導管に対して
線形移動自在であり、この移動は作動手段２２３を利用
して行なわれる。作動手段２２３は例えば電気的ソレノ
イドでもよいし、空気圧シリンダでもよい。作動すると
、作動手段２２３は伝達チューブ２２１を、これと連携
するブラケット２２４を介して、ばね偏倚カバー集合体
２１３がツーリング部の導管から移動できるようにする
高さまで持ち上げる。伝達チューブのこの上昇位置は円
形コンベアのベース部材が個々のツーリング部をレーザ
・ビーム供給システムの下方位置から回動させることが
できる高さでなければならない。可動伝達チューブ２２
１は自己６立てリンケージ手段２２５により、レーザ・
ビーム供給システムの導管と線形かつ平行関係に維持さ
れる。伝達チューブ２２１はレーザ・ビーム供給システ
ムの端部と嵌合し、上記内側／外側ざら穴または溝２１
９に降下嵌入する。この結、果、光密閉結台が達成され
る。なぜなら、平行レーザ光ビームが漏れるためには９
０″′回転しなければならないからである。

エンドエフェクタツーリング部２０３は汎用切断ノズル
°から成り、エンドエフェクタツーリング部２０５は上
記市販のレーザ・ビーム振動手段を一部として利用する
金属被覆装置から成る。ツーリング部２０５はこのほか
に、溶接、表面処理及び被覆作業用の汎用シールドをも
含む。

第７及び８図には汎用シールドの詳細な構成を示した。

この汎用シールド３１１は好ましくは４分円３１５．３
１７．３１９及び３２１に仕切られたチェンバを画定す
る筺体３１３を有し、この筐体３１３はその中央に、工
作物または基材３２５の任意の位置に金属加工のための
熱励起を作用させるための導管を画定する通孔３２３を
具備する。筐体の導管３２３内には、レーザ・ビーム３
３１を所期の点に焦合させるための適当なレンズ３２９
を内蔵するレーザ伝達チェンバ３２７が支持されている
。筺体３１３の周りには円周方向に除煙フード３３３が
設けてあり、筐体３１３の外周縁に負圧ゾーンを発生さ
せる排気ダクト手段３３５．３３７と連通している。

フード３３３は１２０°間隔で配置した３個の蝶ナツト
４０１で筐体３１３に固定されている。筐体３１３の周
りには円周方向にスカート３３９を設けてあり、筐体３
１３の４分円下方の不活性ガスゾーン３４１を隔離する
作用を果たす。このスカート３３９は比較的非可撓性の
部材で形成してもよいが、比較的可撓性の石綿材で形成
してもよい。スカート材料の組成選択はこの装置のその
他の性能に関する後述の説明から容易に理解できるであ
ろう。

シールド・ガスの配分を制御できるようにするため、シ
ールド筐体を、独立に制御されるガス放出チェンバ３１
５．３１７．３１９及び３２１で構成する。このように
構成することで、シールド／基材間隔及び両者の相対配
向の変化に即応できるという独自に能力がシールド筐体
に与えられる。

不活性ガスはデフレクタ３４５ヘガスを放出するノズル
３４３を介してチェンバに導入される。デフレクタは個
々の４分円の天井３４７にむかってガスを放出するよう
に構成されている。その結果、デフレクタを出たガス流
は方向性の乏しいガス流となる。好ましくはニッケル・
ウールから成るガス拡散手段３４９にむかって流動しな
がら、ガスは比較的均一にチェンバに「充満する」よう
に強制される。方向変換したガスがこのように均等に充
満することでチェンバ内にエアポケットが形成し難くな
り、拡散スクリーン３５１に到達するまでにガス流の乱
れた少なくなる。ニッケル・ウールは第１段ガス拡散手
段として利用され、これを通過するガス流の方向性を崩
壊させ、流速を低下させる。これらの作用によりチェン
バ内にガスが均一に充満する。

フィルタ・スクリーン層３５１はシールドのガス・レン
ズを構成する。このガス拡散スクリーン層は断面積が一
定のガス流を形成すると共に、ガス拡散スクリーン層か
ら基材３２５にむかって流出するシールド・ガスに層状
の流動パターンを与える。この構成の基本原理はスクリ
ーン３５１を挟んで、即ち、チェンバ内の圧力とスクリ
ーン層の他方の側における大気圧との間に均一な圧力勾
配を発生させることにある。好ましくは３乃至５層の２
００メツシユ・フィルタ・スクリーンを重ねてフィルタ
・スクリーン３５１の煙道を画定する。スクリーンはス
テンレススチール、銅、真鍮などで形成することができ
る。拡散スクリーン３５１は周期的に取り替えるように
構成する。２次及び／または散乱レーザ・ビームまたは
アークによる融解やスパッタ及び煙の堆積でスクリーン
孔の詰まりが進行して機能の低下を招くからである。こ
れらのスクリーンは内側及び外側スビノロツクス・リン
グ３５３，３５４によってシールドに固定すればよい。

ニッケル・ウールを支持するだけでなく、穴あきフィル
タ板３５５もスクリ−ンの上方に取り付ける。ニッケル
・ウール支持板は平頭ねじステンレススチールのソケッ
トに螺入することによってシールドに固定する。このソ
ケットはシールド構造へ強制的に挿入するものであり、
図面には示さなかった。

シールド域３４１の周りに配置したスカート３３９はワ
イヤ・クランプ３５７によって固定する。ただし、口径
の大きいホース・クランプを利用してもよい。また、ス
カートとシールド本体との摩擦係合を強めてワイヤ・ク
ランプ３５７のずれを防止するため、クランプによって
スカートを圧接させられるシールド本体の部分に溝を形
成してもよい。シールド３１１の筐体３１３はアルミニ
ウムのような熱伝導率の高い材料で構成することが好ま
しい。さらに、シールドからの熱消散は水冷ループ３５
９を組み込むことで容易になる。筐体の上部に入口３６
１及び出口３６３を設ける。ループ３５９を構成するチ
ューブはアルミニウムから成り、シールドにろう接、は
んだ付け、溶接またはアルミ・プラズマ・スプレーすれ
ばよい。水冷ループを採用したこととシールドの構成に
アルミニウムを使用したことが相俟って、シールドに局
部的な熱蓄積が起こったり、軽量構造であるための慣性
の悪影響を招くおそれを極力防止することができる。

レーザの射出点付近にプラズマ抑制ノズル３６５を設け
る。ノズル３６５は放散状の高速不活性ガス噴流を放出
することにより、ガス中の過熱蒸気を強制的に溶接部位
から吹き払う。プラズマと呼ばれるこの蒸気は溶接中の
基材からレーザ・ビームを光学的にｒ減結合する」傾向
があるから除去しなければならない。筐体３１３には導
管３６９を配置するための孔３６７を設ける。この導管
がノズル３６５を画定する。ノズル３６５の位置は締付
けねじ４００によってプラズマに対して調節する。

排気フード３３３と連携する排気ダクトまたは煙出し口
３３５．３３７はフード付近から煙を除去するが、その
ためには真空掃除機または集中除塵ダクトを利用すれば
よい。排気吸引率は用途に応じて、即ち、シールドを通
過する不活性ガスの流量、スカート端から基材までの距
離、及び許容シールド・レベルに応じて調節することが
好ましい。排気フード３３３とシールド本体またはスカ
ート域３３９の間にバッフル３７１．３７３を介在させ
、排気ダクト３３５．３３７と隣接するゾーンからシー
ルド・ガスが集中的に吸引されるのを防止するように構
成する。バッフル３７１．３７３は排気口の周りの吸引
を弱めると共に、シールド周りに吸引作用をより均等に
配分する。

レーザ伝達チェンバに不活性ガスを導入するための導管
３２７にホース取り付は具３７５を設けてもよい。チェ
ンバを通過し、抑制ノズル３６５付近の開口端から流出
するこの不活性ガスが煙からレーザ・レンズを保護する
ことを目的とする。煙の流入を防止することでレンズの
耐用寿命が延び、レーザの性能が一貫して信顆性の高い
ものとなる。チェンバ３３７はねじ付き部材３７９によ
って上端をレンズ・ヒート・シンク３７７に圧接させる
とレンズ・ホルダの回転を阻止するダボ・ピン３８５を
含む。

円形コンベア装置２０１は金属加工中に発生する有毒ガ
スを排除するために設けた排気ダクト手段を含む。この
実施例では２つの別々の排気ダクト系を図示した。第１
排気ダクト系２２９は工具セツティング部２０３の作業
端付近に設けた排気口２３０を含む。第２工具セツティ
ング部には第２排気ダクト系２４３を連携させた。第６
図に示した第２排気ダクト系の接続部２３１は傾斜面２
３３を有し、これに可撓材料２３５を設けてもよい。

ロボットのＺ軸から垂下する固定支持構造２３７は排気
管２２９の傾斜面２３３と対向する補完面２４１を含む
排気ダクト部材２３９を具備する。面２３３．２４１の
補完的な角度は傾斜は円形コンベア装置２０１がツーリ
ング部を所期の位置へ回動させる際に両排気ダクトの正
しい係合を容易にする。第１排気ダクト系２３９も同様
に、ロボットのＸ軸に設けた固定排気手段２４７と正し
く係合するように傾斜させた面部２４５を具備する。従
って、円形コンベア装置が、第１ツーリング部がレーザ
・ビーム供給システムと整列し、かつ接続する第１位置
から回動するのに伴って、排気ダクト系が作業セルの固
定排気ダクト系と接続する。次いで、第２ツーリング部
が円形コンベア装置の動作域を通る位置まで回動すると
、第１排気ダクト系が接続を断たれ、第２排気ダクト系
が接続される。特定の工具セットがレーザ・ビームの下
を回動する時、山形ガスケットがアーム端ツーリング・
バイブと真空系バイブとの間を密封する。

第２排気ダクト系２４３は第６及び７図に示すダクト３
３５．３３７をブ、して排気フード３３３への（図示し
ない）ダクトと接続する１対の排気口２５１．２５３を
含む。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レーザ・ビーム供給システム及び本発明独自
の円形コンベア式アーム端ツーリング装置を組み込んだ
直交軸マニピュレータ・システムの実施例を示す斜視図
。 第２図は、レーザ・ビーム供給システムに採用され、第
１図の直交軸マニピュレータの１つの軸を画定する支持
アームに摺動自在に取り付けられている光学継手の概略
図。 第３図は、排気ダクトを省略して示す本発明の円形コン
ベア式アーム端ツーリング装置の立面図。 第４図は、排気ダクトをも示す本発明の円゛形コンベア
式アーム端ツーリング装置の部分平面図。 第５図は、ツーリング装置をレーザ・ビーム供給システ
ムと結合するアーム端ツーリング用密閉結合装置の斜視
図。 第６図は、本発明の排気ダクト系結合装置の部分立面図
。 第７図は、本発明のレーザ・ビーム供給システム及びア
ーム端ツーリング装置と併用する汎用ガス・シールド装
置の縦断面図。 第８図は、数個のガス・チェンバを含む本発明の汎用シ
ールド装置の平面図である。 １１・・・・作業セル １３・・・・直交軸マニピュレータ エ５・・・・レーザ・システム １７・・・・レーザ・ビーム供給システム１９・・・・
排気系 ３９・・・・リスト ２０１・・・・円形コンベア ２０３．２０５・・・・ツーリング部 ２０６・・・・ビーム走査集合体 ２１１・・・・導管 ３１１・・・・汎用シールド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、工業用マニピュレータと併用するための円形コンベ
   ア式ツーリング装置において、第１ツーリング部及び少
   なくとも第２ツーリング部を有し、回転運動を与えられ
   るように工業用マニピュレータのリスト集合体に取り付
   けられ、リスト集合体によって与えられる回転運動に伴
   って第１及び第２ツーリング部のいずれか一方が選択的
   にレーザ・ビーム供給システムの末端位置に臨むように
   構成されたベース部材と；第１ツーリング部が第１焦点
   合わせ光学系を限定する手段、及び第１焦点合わせ光学
   系画定手段を組み込みレーザ・ビーム供給システムと連
   動させることにより、所定の焦点距離、スポット・サイ
   ズまたは強さのレーザ・ビームを画定する手段を含むこ
   とと、；第２ツーリング部が第２焦点合わせ光学系を画
   定する手段、及び第２焦点合わせ光学系画定手段をレー
   ザ・ビーム供給システムと結合する手段を含むことと；
   ツーリング部光学系をレーザ・ビーム供給システム末端
   位置と結合する手段が、常態において偏倚作用下に閉鎖
   状態にあり、レーザ・ビーム供給システムとの相互作用
   により開放位置まで回転するカバー手段を有する導管を
   含み、導管が内部に端ぐり溝を画定し、レーザ・ビーム
   供給システムがその末端位置に端ぐり溝に挿入可能なサ
   イズの上下自在な伝導チューブ及び伝導チューブと作動
   的に関連して上下動させる手段を含むことを特徴とする
   工業用マニピュレータと併用するための円形コンベア式
   ツーリング装置。 ２、工業用マニピュレータが幾何学的な運動範囲及びロ
   ボット・システムの幾何学的運動範囲を通る等高通路を
   画定する第１運動軸及び第２運動軸の少なくとも一部を
   画定すると共に、それぞれが枠部材の一部を画定する単
   数及び複数の幾何学的継手と；エンドエフェクタなどを
   装着されてこれに少なくとも回転運動を与えるリスト集
   合体とを有するロボット・システムと；幾何学的運動範
   囲内の任意の点に沿ってリスト集合体に近い末端位置に
   ビームを送り、複数の光学的継手と、隣接する光学的継
   手間に介在して光学的継手から光学的継手へ移動するビ
   ームを通過させる管状部材とを含む組み込みレーザ・ビ
   ーム供給システムとを含むことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の円形コンベア式ツーリング装置。