WO2022137723A1 - レーザ加工装置及びそれを用いたレーザ光の焦点位置調整方法 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a laser processing apparatus and a method for adjusting the focal position of a laser beam using the laser processing apparatus.
- Patent Document 1 proposes a laser processing apparatus using a galvano scanner. By adjusting the position of the condenser lens with the lens drive mechanism provided in the galvano scanner, it is possible to accurately align the focal point of the laser beam in the optical axis direction. Further, in the direction orthogonal to the optical axis direction, the focal position can be adjusted accurately by the galvano mirror connected to the motor.
- Patent Document 2 proposes a method of focusing the laser beam with a jig provided with a slit or a pinhole.
- Patent Document 2 it is necessary to determine the arrangement of slits and pinholes with high accuracy in order to align the focal point of the laser beam, but such work is actually difficult.
- the present disclosure has been made in view of this point, and an object thereof is a laser processing apparatus capable of accurately confirming the focal position of a laser beam with a simple and inexpensive configuration, and a method for adjusting the focal position of the laser beam using the laser processing apparatus. Is to provide.
- the laser processing apparatus includes at least a laser oscillator that generates a laser beam, a laser head that irradiates the laser beam toward the work, and an articulated robot to which the laser head is attached.
- the articulated robot connects the robot arm, a hand shaft rotatably around a predetermined axis and provided at the tip of the robot arm, and the hand shaft and the laser head. It has at least a connecting component, and the connecting component is provided with a gauge mounting portion for attaching and detaching a gauge, and the gauge has a reference point corresponding to the focal position of the laser beam. It is characterized by being.
- the method for adjusting the focal position of the laser beam of the present disclosure is the method for adjusting the focal position of the laser beam using the laser processing apparatus, and includes the first step of attaching the gauge to the connecting component attached to the hand shaft. After the first step, a second step of emitting a guide laser beam from the laser head, and during the execution of the second step, the irradiation position of the guide laser beam on the gauge and the reference point. A third step of determining whether or not the distance is within a predetermined range is provided, and if the determination result in the third step is negative, the position of the laser head with respect to the hand axis is adjusted. Then, it is characterized in that it returns to the first step and repeatedly executes a series of steps until the determination result in the third step becomes affirmative.
- the focal position of the laser beam can be confirmed accurately with a simple and inexpensive configuration.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment.
- FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the manipulator.
- FIG. 3 is an exploded perspective view of a connecting component connecting the laser head and the hand shaft.
- FIG. 4A is a perspective view of the gauge.
- FIG. 4B is an enlarged view of a portion surrounded by a broken line in FIG. 4A.
- FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for adjusting the focal position of the laser beam.
- FIG. 6A is a schematic diagram when the distance between the irradiation position of the guide laser beam and the reference point of the gauge exceeds a predetermined range.
- FIG. 6A is a schematic diagram when the distance between the irradiation position of the guide laser beam and the reference point of the gauge exceeds a predetermined range.
- FIG. 6B is a schematic view showing a procedure for adjusting the position of the laser head with respect to the hand axis.
- FIG. 6C is a schematic diagram when the distance between the irradiation position of the guide laser beam and the reference point of the gauge is within a predetermined range.
- FIG. 7A is a perspective view of another gauge.
- FIG. 7B is an enlarged view of a portion surrounded by a broken line in FIG. 7A.
- FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to the present embodiment.
- the traveling direction of the laser beam LB in the optical unit 20 may be referred to as the X direction
- the direction intersecting the X direction on the surface of the work 200 shown in FIG. 1 may be referred to as the Y direction.
- the direction that intersects each of the X direction and the Y direction may be referred to as the Z direction.
- the side where the laser head 60 is arranged is called the upper side or the upper side
- the side where the work 200 is arranged is called the lower side or the lower side in the Z direction.
- the side on which the laser head 60 is arranged may be referred to as the front side or the front side
- the side on which the robot arm 41 is arranged may be referred to as the rear side or the rear side in the X direction.
- the laser processing apparatus 100 includes a laser oscillator 10, an optical unit 20, a manipulator 40, an optical fiber 30, and a laser head 60. Further, the laser processing apparatus 100 has a laser control unit 71, a manipulator control unit 72, and a teaching pendant 73.
- the laser oscillator 10 generates a laser beam LB and emits it toward the optical unit 20.
- the wavelength of the laser beam LB is about 900 nm to 1000 nm, and the output is about 1 kW to 5 kW.
- the present invention is not particularly limited to this, and other values can be taken respectively.
- the laser oscillator 10 includes another laser light source (not shown), and the guide laser beam GLB is emitted from the other laser light source.
- the wavelength of the guide laser beam GLB is about 650 nm, and the output is about several mW to several tens of mW.
- the optical axis of the guide laser beam GLB substantially coincides with the optical axis of the laser beam LB.
- substantially coincident or “substantially orthogonal” means that the comparison targets are matched or orthogonal to each other, including the machining tolerance and the assembly tolerance of each component constituting the laser processing apparatus 100. Good. It does not mean that the comparison targets are exactly the same or orthogonal to each other.
- the optical unit 20 has a condenser lens 22 and a shutter 23 inside the housing 21.
- the condenser lens 22 collects the laser beam LB incident on the inside of the housing 21 and causes it to be incident on the optical fiber 30.
- the shutter 23 is provided so as to be movable between the inside of the optical path of the laser beam LB and the outside of the optical path, and controls the incident state of the laser beam LB on the optical fiber 30 by the opening / closing operation.
- the optical unit 20 may be provided with a light-collecting position adjusting mechanism (not shown) in order to align the light-collecting position of the laser beam LB with the incident end surface of the optical fiber 30.
- the manipulator 40 is a known vertical 6-axis robot having 1st to 6th joint axes J1 to J6.
- the sixth joint axis J6 may be referred to as a hand axis J6.
- the hand shaft J6 is provided at the tip of the robot arm 41. Further, the hand axis J6 is configured to be rotatable around a predetermined axis RA (see FIGS. 1 and 2).
- the cable 42 accommodates an I / O line (not shown) such as a cooling hose (not shown) of the laser head 60 and a thermal switch.
- the optical fiber 30 is connected to the optical unit 20 and the laser head 60, and transmits the laser light LB incident from the optical unit 20 to the laser head 60.
- the optical fiber 30 has one or more cores that are waveguides for the laser beam LB.
- the laser head 60 is attached to the hand shaft J6 by a manipulator 40, specifically, a connecting component 50.
- the laser head 60 irradiates the work 200 with the laser light LB transmitted from the optical fiber 30 to the laser head 60, and the work 200 is laser-processed.
- the laser head 60 has an optical system (for example, a collimation lens and a condenser lens) (not shown) inside, and after converting the laser beam LB into parallel light, the laser head 60 concentrates on the surface of the work 200.
- the laser head 60 rotates with the rotation of the hand axis J6 and moves on the circumference of the radius corresponding to the length of the connecting component 50.
- the arrangement relationship between the laser head 60, the hand axis J6, and the connecting component 50 connecting them is set so that the focal position of the laser beam LB emitted from the laser head 60 does not fluctuate due to the rotation of the laser head 60.
- the arrangement relationship between the laser head 60, the hand axis J6, and the connecting component 50 connecting them is set so that the focal position of the laser beam LB is located on the axis RA which is the rotation axis of the hand axis J6.
- the manipulator 40 is pivoted, the accuracy of the operation is improved. That is, when the work 200 is laser-machined while rotating the hand axis J6, the focal position of the laser beam LB does not change, and appropriate laser machining can be performed for a predetermined processing point.
- the laser control unit 71 is electrically connected to the laser oscillator 10 and controls the operation of the laser oscillator 10. It also controls the operation of a power supply (not shown) connected to the laser oscillator 10. Specifically, the laser oscillator 10 controls the output and oscillation time of the laser beam LB, and the timing of oscillation start and oscillation stop of the laser beam LB and the guide laser beam GLB.
- the manipulator control unit 72 is electrically connected to the manipulator 40 and controls the operation of the manipulator 40. Specifically, the manipulator control unit 72 is connected to the manipulator 40 and a laser by controlling the rotation speed and the amount of rotation of the motors (not shown) connected to the first to sixth joint axes J1 to J6, respectively. The movement speed and the amount of movement of the head 60 are controlled.
- the manipulator control unit 72 controls the operation of the manipulator 40 based on the operation program prepared in advance or the parameters input from the teaching pendant 73.
- the manipulator control unit 72 also sets and saves the focal position of the laser beam LB emitted from the laser head 60.
- the teaching pendant 73 is a device used to store a predetermined operation in the manipulator control unit 72.
- An operator actually operates the manipulator 40 using the teaching pendant 73, and the manipulator control unit 72 is connected to various parameters, for example, motors (not shown) connected to the first to sixth joint axes J1 to J6, respectively.
- the amount of rotation from one teaching point to the next teaching point is stored.
- the operation stored in the manipulator control unit 72 is executed again by the manipulator 40, various parameters are finely modified by the teaching pendant 73 as necessary, and the operation is stored in the manipulator control unit 72 again.
- FIG. 2 shows an enlarged view of a main part of the manipulator
- FIG. 3 shows an exploded perspective view of a connecting component connecting the laser head and the hand shaft.
- 4A shows a perspective view of the gauge
- FIG. 4B shows an enlarged view of a portion surrounded by a broken line in FIG. 4A. Note that FIG. 2 shows a state before the gauge 80 is attached to the gauge attachment portion 51a.
- the laser head 60 is attached to the hand shaft J6 by the connecting component 50.
- the connecting component 50 is composed of the first to third components 51 to 53.
- the gauge mounting portion 51a is provided on the first component 51.
- the gauge mounting portion 51a is composed of a flat surface 51a2 of the first component 51 and a through hole 51a1 penetrating the first component 51 in the Z direction in FIG.
- the above-mentioned axis RA which is the rotation axis of the hand axis J6, is a virtual line that passes through the center of the through hole 51a1 and is substantially orthogonal to the flat surface 51a2.
- a gauge 80 is attached to a lower portion of the through hole 51a1.
- the hand shaft J6 is attached to the upper portion of the through hole 51a1.
- the first component 51 has a plurality of first bolt holes 51b so as to surround the through holes 51a1.
- the first bolt 54a is inserted into each of the plurality of first bolt holes 51b. By fastening the first bolt 54a, the first component 51 is attached and fixed to the hand shaft J6.
- the second component 52 has a recess 52a behind in the X direction. Further, the second component 52 has a mounting portion 52e in front of the second component 52 in the X direction. The mounting portion 52e is rectangular when viewed from the front.
- first to third positioning holes 52b to 52d are formed in the second component 52.
- Two first positioning holes 52b are formed on the side surface of the second component 52 and at intervals in the Z direction. Further, the inner diameter of the first positioning hole 52b is longer in the X direction than in the Z direction.
- Two second positioning holes 52c are formed on the upper surface of the second component 52 and at intervals in the Y direction. Further, the inner diameter of the second positioning hole 52c is longer in the X direction than in the Y direction.
- the third positioning holes 52d are formed at the four corners of the mounting portion 52e of the second component 52, respectively. Further, the inner diameter of the third positioning hole 52d is longer in the Y direction than in the Z direction.
- the first component 51 is provided with a second bolt hole 51c and a third bolt hole 51d at locations corresponding to the first positioning hole 52b and the second positioning hole 52c of the second component 52, respectively.
- the third component 53 is a plate-shaped component and is attached to the side surface of the laser head 60.
- the third component 53 is provided with a fourth bolt hole 53a at a position corresponding to the third positioning hole 52d of the second component 52.
- the third component 53 has a plurality of fifth bolt holes 53b.
- the fifth bolt 54e is inserted into each of the plurality of fifth bolt holes 53b. By fastening the fifth bolt 54e, the third component 53 is attached and fixed to the laser head 60.
- the front portion of the first component 51 is housed in the recess 52a of the second component 52. Further, the mounting portion 52e of the second component 52 comes into contact with the surface of the third component 53. Further, the second bolt 54b is inserted into the first positioning hole 52b and the second bolt hole 51c, and the third bolt 54c is inserted into the second positioning hole 52c and the third bolt hole 51d. By fastening the second bolt 54b and the third bolt 54c, respectively, the second component 52 is attached to the first component 51. Further, the fourth bolt 54d is inserted into the third positioning hole 52d and the fourth bolt hole 53a. By fastening the fourth bolt 54d, the second component 52 is attached to the third component 53.
- the positional relationship between the first component 51 and the second component 52 is adjusted at the positions of the second bolt 54b and the third bolt 54c inserted into the first positioning hole 52b and the second positioning hole 52c, respectively.
- the second bolt 54b is located in the first positioning hole 52b and the second positioning hole 52c on the front side in the X direction from the center.
- the third bolt 54c are inserted, respectively, and the second bolt 54b and the third bolt 54c are fastened in that state, and the second component 52 is attached to the first component 51.
- the positional relationship between the second component 52 and the third component 53 is adjusted at the position of the fourth bolt 54d inserted into the third positioning hole 52d.
- a fourth bolt 54d is inserted in the third positioning hole 52d on one side in the Y direction from the center. In this state, the fourth bolt 54d is fastened, and the second component 52 is attached to the third component 53.
- the gauge 80 is a member for confirming the focal position of the laser beam LB. As shown in FIG. 4A, the gauge 80 is composed of a head 81 and legs 82 extending linearly from the head 81. The head 81 is composed of a convex portion 81a and a flange 81b surrounding the convex portion 81a. The flange 81b is screwed to the first component 51 in a state where the convex portion 81a is housed in the through hole 51a1 and the upper surface of the flange 81b is in contact with the flat surface 51a2 of the first component 51. Further, the gauge 80 can be easily removed from the gauge mounting portion 51a by removing the screwing between the flange 81b and the first component 51. That is, the gauge 80 is detachably attached to the gauge attachment portion 51a.
- the leg portion 82 is a columnar member having a notch portion 83 in an intermediate portion along the Z direction.
- a center line 84 extending in the Z direction is formed in the center of the notch portion 83.
- the center line 84 is a indentation line formed by scratching the surface of the notch portion 83.
- the gauge 80 is attached to the connecting component 50, and the adjustment work of the focal position of the laser beam LB is executed. Further, it goes without saying that the gauge 80 is removed from the gauge mounting portion 51a during normal laser processing.
- FIG. 5 shows a flowchart of the procedure for adjusting the focal position of the laser beam.
- FIG. 6A shows a schematic diagram when the distance between the irradiation position of the guide laser beam and the reference point of the gauge exceeds a predetermined range.
- FIG. 6B shows a schematic diagram of the procedure for adjusting the position of the laser head with respect to the hand axis.
- FIG. 6C shows a schematic diagram when the distance between the irradiation position of the guide laser beam and the reference point of the gauge is within a predetermined range.
- the manipulator 40 moves the laser head 60 so as to pass through a predetermined trajectory, so that desired laser processing can be performed on the work 200.
- the focal position of the laser beam LB needs to be located on or near the surface of the work 200 to be machined.
- the position of the laser head 60 with respect to the hand axis J6 of the manipulator 40 may shift. Due to this misalignment, the focal position of the laser beam LB may deviate from the position set in the manipulator control unit 72. When such a situation occurs, the width of the weld bead, the diameter of the hole at the time of drilling, the cutting width at the time of cutting, and the like may deviate from a desired range, resulting in processing defects.
- the laser head 60 when the laser head 60 is removed from the manipulator 40 or when other maintenance is performed, it is necessary to confirm whether the focal position of the laser beam LB is in the desired position. If the focal position of the laser beam LB deviates from the position set in the manipulator control unit 72, it is necessary to perform adjustment work for returning it to the original position. Even when the parameters of the operation program of the manipulator 40 are reset again by the teaching pendant 73 after the maintenance of the laser processing apparatus 100, it is necessary to confirm the focal position of the laser beam LB as shown in the present embodiment. Adjustments need to be made accordingly.
- the gauge 80 is attached to the gauge mounting portion 51a, and the irradiation position of the guide laser beam GLB with respect to the reference point 85 is confirmed to confirm the focal position of the laser beam LB and, if necessary, the focal position. We are making adjustments. Hereinafter, the description will be further described with reference to FIGS. 5 and 6A to 6C.
- the gauge 80 is attached to the gauge attachment portion 51a of the first component 51 (step S1 (first step)).
- the laser oscillator 10 generates a guide laser beam GLB and transmits it to the laser head 60 via the optical unit 20 and the optical fiber 30.
- the transmitted guide laser beam GLB is emitted to the outside of the laser head 60.
- the optical path of the guide laser beam GLB substantially coincides with the optical path of the laser beam LB. Therefore, it can be said that the gauge 80 is arranged at a position intersecting the optical path of the guide laser beam GLB emitted from the laser head 60. That is, the guide laser beam GLB is applied to the gauge 80 (step S2 (second step)).
- the guide laser beam GLB is radiated to the reference point 85 of the gauge 80.
- step S3 it is determined whether the guide laser beam GLB is irradiating the reference point 85 during the execution of step S2. More specifically, it is determined whether or not the distance between the irradiation position of the guide laser beam GLB on the gauge 80 and the reference point 85 is within a predetermined range (step S3 (third step)).
- the laser beam LB Since it is determined that the focal position of is at the position set in the manipulator control unit 72, the work is terminated.
- the judgment result of the third step is negative, that is, when the distance between the irradiation position on the gauge 80 of the guide laser beam GLB and the reference point 85 exceeds a predetermined range, that is, it is shown in FIG. 6A.
- the focal position of the laser beam LB is deviated from the position set in the manipulator control unit 72.
- the focal position of the laser beam LB is corrected by adjusting the position of the laser head 60 with respect to the hand axis J6 (step S4 (fourth step)). Specifically, the gauge 80 is removed from the hand shaft J6.
- the positional relationship of the first to third components 51 to 53 included in the connecting component 50 is adjusted to correct the focal position of the laser beam LB. Specifically, as described above, by adjusting the insertion positions of the second to fourth bolts 54b to 54d in the first to third positioning holes 52b to 52d of the second component 52, as shown in FIG. 6B. , The positional relationship between the first to third parts 51 to 53, and by extension, the position of the laser head 60 with respect to the hand shaft J6 is adjusted.
- step S4 After the end of step S4, the process returns to step S1 and a series of steps are repeatedly executed until the determination result of the third step becomes affirmative.
- the distance between the irradiation position of the guide laser beam GLB on the gauge 80 and the reference point 85 is zero.
- the gauge 80 of the guide laser light GLB The distance between the irradiation position above and the reference point 85 does not become zero, and the above-mentioned predetermined range can be a finite value.
- the predetermined range is appropriately determined according to the laser processing method, the specifications required for the laser processing apparatus 100, and the like.
- the laser processing apparatus 100 is equipped with a laser oscillator 10 that generates at least a laser beam LB, a laser head 60 that irradiates the laser beam LB toward the work 200, and a laser head 60. It is equipped with at least a manipulator (articulated robot) 40.
- the manipulator 40 includes a robot arm 41, a hand shaft J6 that is rotatable around a predetermined axis RA and is provided at the tip of the robot arm 41, a connecting component 50 that connects the hand shaft J6 and the laser head 60, and a connecting component 50.
- a robot arm 41 a hand shaft J6 that is rotatable around a predetermined axis RA and is provided at the tip of the robot arm 41, a connecting component 50 that connects the hand shaft J6 and the laser head 60, and a connecting component 50.
- connection component 50 is provided with a gauge mounting portion 51a for detachably mounting the gauge 80.
- the gauge 80 has a reference point 85 corresponding to the focal position of the laser beam LB.
- the focal position of the laser beam LB can be confirmed accurately with a simple and inexpensive configuration. Further, when the optical axis of the laser LB fluctuates, for example, when the laser oscillator 10, the optical fiber 30, or the laser head 60 is replaced, it is not necessary to modify the operation program of the manipulator 40.
- connection component 50 has first to third components 51 to 53, and the first component 51 is attached to the hand shaft J6. Further, the gauge mounting portion 51a is provided on the first component 51.
- the laser processing apparatus 100 is configured to be able to adjust the focal position of the laser beam LB by adjusting the positional relationship between the first to third parts 51 to 53 included in the connecting component 50.
- the focal position of the laser beam LB can be adjusted with high accuracy with a simple and inexpensive configuration.
- the center line 84 extending in the longitudinal direction of the gauge 80 and the axis RA, which is the rotation axis of the hand axis J6, substantially coincide with each other. Further, a reference point 85 is provided on the center line 84.
- the focal position of the laser beam LB can be confirmed easily and inexpensively.
- the gauge 80 is a columnar member having a notch 83 in an intermediate portion along the Z direction, which is the longitudinal direction.
- the intersection of the lower end of the notch 83 and the center line 84 of the notch 83 extending in the Z direction is the reference point 85.
- the gauge 80 when the gauge 80 is irradiated with the guide laser beam GLB, it can be reliably determined whether or not the guide laser beam GLB is irradiated to the reference point 85.
- the operator wearing the protective equipment visually determines, or the guide laser beam GLB in the gauge 80 is determined by the camera.
- the distance between the irradiation position and the reference point 85 is measured.
- the guide laser light GLB may be used depending on the intensity of the guide laser light GLB and the sensitivity of the camera. It may be difficult to determine whether or not the reference point 85 is irradiated.
- the guide laser beam GLB is scattered and the reflected light spreads.
- the guide laser beam GLB is irradiated to the portion of the notch 83 or the leg 82 that is deviated from the reference point 85 and is located below the notch 83, the guide laser beam GLB is scattered or reflected. The spread of light becomes smaller.
- the method for adjusting the focal position of the laser beam LB is a step S1 (first step) in which the gauge 80 is attached to the connection component 50 attached to the hand shaft J6, and a guide for the laser head 60 after the step S1.
- a step S2 (second step) for emitting a laser beam GLB is provided.
- step S3 (third step) of determining whether or not the distance between the irradiation position of the guide laser beam GLB on the gauge 80 and the reference point 85 is within a predetermined range is performed. Further prepared.
- step S3 If the judgment result in step S3 is negative, the position of the laser head 60 with respect to the hand axis J6 is adjusted (step S4), and the process returns to step S1 until the judgment result in step S3 becomes affirmative. Repeat the steps.
- the focal position of the laser beam LB can be adjusted easily and inexpensively.
- the focal position of the laser beam LB can be adjusted with high accuracy.
- the optical axis of the laser LB fluctuates, for example, when the laser oscillator 10, the optical fiber 30, or the laser head 60 is replaced, it is not necessary to modify the operation program of the manipulator 40, and the maintenance of the laser processing device 100 is maintained. Work time can be shortened. In addition, an increase in maintenance cost can be suppressed.
- the gauge 80 shown in FIGS. 4A and 4B has been described as an example, but the shape of the gauge 80 is not particularly limited to this.
- the legs 86 of the gauge 80 may be prismatic.
- the reference point 87 may have a cross shape formed on the side surface of the leg portion 86.
- the reference point 87 is preferably recessed inward from the side surface of the leg portion 86 or protrudes outward.
- the guide laser light GLB is used as the reference point 87 by also evaluating the degree of spread of the reflected light of the guide laser light GLB. It is possible to reliably and accurately determine whether or not the light is irradiated.
- the shape of the reference point is not limited to the examples shown in FIGS. 4B and 7B.
- the gauge 80 may be provided with a plurality of concave portions or convex portions, and the intersection of the plurality of concave portions or convex portions may be set as a reference point 87.
- the connecting component 50 is composed of the first to third components 51 to 53 , but the present invention is not particularly limited to this.
- the third component 53 may be omitted and the second component 52 may be directly attached to the laser head 60.
- the connecting component 50 may have another component other than the first to third components 51 to 53.
- the manipulator 40 is a robot having six joint axes J1 to J6 is shown, but the present invention is not particularly limited to this.
- the manipulator 40 may be an articulated robot having three or more joint axes.
- the hand shaft is rotatably provided around a predetermined axis and is provided at the tip of the robot arm 41.
- the laser oscillator 10 has a laser light source for generating the guide laser beam GLB is shown, but the laser light source may be provided separately from the laser oscillator 10. It suffices that the optical axis of the guide laser beam GLB incident on the optical fiber 30 substantially coincides with the optical axis of the laser beam LB.
- the laser processing apparatus of the present disclosure is useful because it has a simple and inexpensive configuration and can accurately confirm the focal position of the laser beam.
- Laser oscillator 20 Optical unit 21 Housing 22 Condensing lens 23 Shutter 30 Optical fiber 40 Manipulator 41 Robot arm 42 Cable 50 Connection part 51 First part 51a Gauge mounting part 51a2 Flat surface 51a1 Through hole 51b First bolt hole 51c Second Bolt hole 51d 3rd bolt hole 52 2nd part 52b 1st positioning hole 52c 2nd positioning hole 52d 3rd positioning hole 52e Mounting part 53 3rd part 53a 4th bolt hole 53b 5th bolt hole 54a to 54e 1st to 1st 5 volt 60 Laser head 71 Laser control unit 72 Manipulator control unit 73 Teaching pendant 80 Gauge 81 Head 81a Convex part 81b Flange 82,86 Leg part 83 Notch part 84 Center line 85,87 Reference point 100 Laser processing device 200 Work J1 ⁇ J5 1st ⁇ 5th joint axis J6 6th joint axis (hand axis) LB laser light GLB guide laser light
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Abstract
レーザ加工装置(100)は、レーザ光(LB)を発生させるレーザ発振器と、レーザ光(LB)をワークに向けて照射するレーザヘッド(60)と、レーザヘッド(60)が取り付けられたマニピュレータ(40)と、を少なくとも備えている。マニピュレータ(40)は、ロボットアーム(41)と、軸線(RA)の回りに回転可能にかつロボットアーム(41)の先端に設けられた手先軸(J6)と、手先軸(J6)とレーザヘッド(60)とを接続する接続部品(50)と、を有している。接続部品(50)には、ゲージ(80)を着脱可能に取り付けるためのゲージ取り付け部(51a)が設けられている。ゲージ(80)は、レーザ光(LB)の焦点位置に対応する基準点を有している。
Description
本開示は、レーザ加工装置及びそれを用いたレーザ光の焦点位置調整方法に関する。
従来、ロボットを用いてレーザヘッドを移動させながらレーザ加工を行う技術が広く知られている。この場合、所望の加工を行うために、レーザヘッドから出射される実際のレーザ光の焦点位置とロボットまたはその制御部に設定されたレーザ光の焦点位置とを一致させておく必要がある。
特許文献1には、ガルバノスキャナを用いたレーザ加工装置が提案されている。ガルバノスキャナに設けられたレンズ駆動機構で集光レンズの位置を調整することにより、レーザ光の光軸方向の焦点位置合わせが精度良く行うことができる。また、光軸方向と直交する方向に対しては、モータに連結されたガルバノミラーで焦点位置を精度良く調整できる。
また、特許文献2には、スリットやピンホールを設けた治具でレーザ光の焦点位置合わせを行う方法が提案されている。
しかし、特許文献1に開示されるようなガルバノスキャナは高価である。一方、ガルバノスキャナを持たない安価なレーザ加工装置においては、レーザヘッド自体を動かしてロボットに設定された焦点位置に実際のレーザ光の焦点位置を合わせるか、あるいは、実際のレーザ光の焦点位置を測定してロボットにその位置を設定する必要がある。しかし、これは、面倒かつ複雑な作業を要し、コストがかかっていた。
また、特許文献2に開示される方法では、レーザ光の焦点位置合わせのためにスリットやピンホールの配置を高精度に定める必要があるが、実際にはこのような作業は難しかった。
本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡便かつ安価な構成で、レーザ光の焦点位置を精度良く確認可能なレーザ加工装置及びそれを用いたレーザ光の焦点位置調整方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本開示に係るレーザ加工装置は、少なくともレーザ光を発生させるレーザ発振器と、前記レーザ光をワークに向けて照射するレーザヘッドと、前記レーザヘッドが取り付けられた多関節ロボットと、を少なくとも備え、前記多関節ロボットは、ロボットアームと、所定の軸線の回りに回転可能にかつ前記ロボットアームの先端に設けられた手先軸と、前記手先軸と前記レーザヘッドとを接続する接続部品と、を少なくとも有し、前記接続部品には、ゲージを着脱可能に取り付けるためのゲージ取り付け部が設けられており、前記ゲージは、前記レーザ光の焦点位置に対応する基準点を有していることを特徴とする。
本開示のレーザ光の焦点位置調整方法は、前記レーザ加工装置を用いたレーザ光の焦点位置調整方法であって、前記手先軸に取り付けられた前記接続部品に前記ゲージを取り付ける第1ステップと、前記第1ステップの後に、前記レーザヘッドからガイド用レーザ光を出射する第2ステップと、前記第2ステップの実行中に、前記ガイド用レーザ光の前記ゲージ上での照射位置と前記基準点との距離が所定の範囲内であるか否かを判断する第3ステップと、を少なくとも備え、前記第3ステップでの判断結果が否定的であれば、前記手先軸に対する前記レーザヘッドの位置を調整し、前記第1ステップに戻って、前記第3ステップでの判断結果が肯定的になるまで一連のステップを繰り返し実行することを特徴とする。
本開示によれば、簡便かつ安価な構成で、レーザ光の焦点位置を精度良く確認することができる。
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
(実施形態1)
[レーザ加工装置の構成]
図1は、本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図を示す。なお、以降の説明において、光学ユニット20内でのレーザ光LBの進行方向をX方向と呼び、図1に示すワーク200の表面におけるX方向と交差する方向をY方向と呼ぶことがある。X方向及びY方向のそれぞれと交差する方向をZ方向と呼ぶことがある。また、図1に示す姿勢でマニピュレータ40が静止している状態で、Z方向において、レーザヘッド60が配置された側を上方または上側と呼び、ワーク200が配置された側を下方または下側と呼ぶことがある。また、マニピュレータ40が同じ状態で、X方向において、レーザヘッド60が配置された側を前方または前側と呼び、ロボットアーム41が配置された側を後方または後側と呼ぶことがある。
[レーザ加工装置の構成]
図1は、本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図を示す。なお、以降の説明において、光学ユニット20内でのレーザ光LBの進行方向をX方向と呼び、図1に示すワーク200の表面におけるX方向と交差する方向をY方向と呼ぶことがある。X方向及びY方向のそれぞれと交差する方向をZ方向と呼ぶことがある。また、図1に示す姿勢でマニピュレータ40が静止している状態で、Z方向において、レーザヘッド60が配置された側を上方または上側と呼び、ワーク200が配置された側を下方または下側と呼ぶことがある。また、マニピュレータ40が同じ状態で、X方向において、レーザヘッド60が配置された側を前方または前側と呼び、ロボットアーム41が配置された側を後方または後側と呼ぶことがある。
図1に示すように、レーザ加工装置100は、レーザ発振器10と光学ユニット20とマニピュレータ40と光ファイバ30とレーザヘッド60とを有している。また、レーザ加工装置100は、レーザ制御部71とマニピュレータ制御部72とティーチングペンダント73とを有している。
レーザ発振器10は、レーザ光LBを発生させ、光学ユニット20に向けて出射する。本実施形態では、レーザ光LBの波長は、900nm~1000nm程度であり、出力は、1kW~5kW程度である。ただし、特にこれに限定されず、それぞれ他の値を取りうる。また、レーザ発振器10は、別のレーザ光源(図示せず)を備えており、別のレーザ光源からガイド用レーザ光GLBが出射される。ガイド用レーザ光GLBの波長は650nm程度であり、出力は数mW~数十mW程度である。ガイド用レーザ光GLBの光軸は、レーザ光LBの光軸と略一致している。
なお、本願明細書において、「略一致」または「略直交」とは、レーザ加工装置100の構成する各部品の加工公差や組立公差を含んで、比較対象間が一致または直交していることをいい。比較対象間が厳密な意味で一致または直交していることまでを意味するものではない。
光学ユニット20は、筐体21の内部に集光レンズ22とシャッタ23とを有している。集光レンズ22は、筐体21の内部に入射されたレーザ光LBを集光して、光ファイバ30に入射させる。シャッタ23は、レーザ光LBの光路中と光路外との間を移動可能に設けられ、開閉動作により、レーザ光LBの光ファイバ30への入射状態を制御する。なお、レーザ光LBの集光位置を光ファイバ30の入射端面に合わせるために、光学ユニット20に図示しない集光位置調整機構が設けられていてもよい。
マニピュレータ40は、第1~第6関節軸J1~J6を有する公知の垂直6軸ロボットである。なお、以降の説明において、第6関節軸J6を手先軸J6と呼ぶことがある。手先軸J6は、ロボットアーム41の先端に設けられている。また、手先軸J6は、所定の軸線RA(図1,2参照)の回りに回転可能に構成されている。なお、ケーブル42には、レーザヘッド60の冷却ホース(図示せず)やサーマルスイッチ等のI/O線(図示せず)が収容されている。
光ファイバ30は、光学ユニット20とレーザヘッド60とに接続されており、光学ユニット20から入射されたレーザ光LBをレーザヘッド60に伝送する。なお、図示しないが、光ファイバ30は、レーザ光LBの導波路であるコアを1または複数有している。
レーザヘッド60は、マニピュレータ40、具体的には、接続部品50により手先軸J6に取り付けられている。レーザヘッド60は、光ファイバ30からレーザヘッド60に伝送されたレーザ光LBをワーク200に向かって照射し、ワーク200がレーザ加工される。また、レーザヘッド60は、内部に図示しない光学系、例えばコリメーションレンズと集光レンズとを有しており、レーザ光LBを平行光に変換した後、ワーク200の表面に集光する。
レーザヘッド60は、手先軸J6の回転とともに回転し、接続部品50の長さに応じた半径の円周上を移動する。ただし、レーザヘッド60から出射されるレーザ光LBの焦点位置が、レーザヘッド60の回転によって変動しないように、レーザヘッド60と手先軸J6とこれらを接続する接続部品50との配置関係が設定されている。言い換えると、レーザ光LBの焦点位置が手先軸J6の回転軸線である軸線RA上に位置するように、レーザヘッド60と手先軸J6とこれらを接続する接続部品50との配置関係が設定されている。このようにすることで、例えば、マニピュレータ40をピボット動作させる場合、動作の精度が良くなる。つまり、手先軸J6を回転させながらワーク200をレーザ加工する場合に、レーザ光LBの焦点位置が変動せず、所定の加工点に対して適切なレーザ加工を行うことができる。
レーザ制御部71は、レーザ発振器10に電気的に接続されており、レーザ発振器10の動作を制御する。また、レーザ発振器10に接続された電源(図示せず)の動作を制御する。具体的には、レーザ発振器10は、レーザ光LBの出力や発振時間、また、レーザ光LBやガイド用レーザ光GLBの発振開始及び発振停止のタイミングを制御する。
マニピュレータ制御部72は、マニピュレータ40に電気的に接続されており、マニピュレータ40の動作を制御する。具体的には、マニピュレータ制御部72は、第1~第6関節軸J1~J6にそれぞれ接続されたモータ(図示せず)の回転速度や回転量を制御することで、マニピュレータ40に接続されレーザヘッド60の移動速度や移動量を制御する。
なお、マニピュレータ制御部72は、予め準備された動作プログラム、またはティーチングペンダント73から入力されたパラメータに基づいて、マニピュレータ40の動作を制御する。なお、マニピュレータ制御部72には、レーザヘッド60から出射されるレーザ光LBの焦点位置も設定保存される。
ティーチングペンダント73は、マニピュレータ制御部72に所定の動作を記憶させるために用いられる機器である。作業者がティーチングペンダント73を用いて実際にマニピュレータ40を操作し、マニピュレータ制御部72に、各種パラメータ、例えば、第1~第6関節軸J1~J6にそれぞれ接続されたモータ(図示せず)の一の教示点から次の教示点までの回転量等を記憶させる。また、マニピュレータ制御部72に記憶した動作をマニピュレータ40に再度実行させ、必要に応じて、ティーチングペンダント73により各種パラメータを微修正し、マニピュレータ制御部72に再度記憶させる。
[マニピュレータ及びゲージの構成]
図2は、マニピュレータの要部の拡大図を示し、図3は、レーザヘッドと手先軸とを接続する接続部品の分解斜視図を示す。図4Aは、ゲージの斜視図を示し、図4Bは、図4Aの破線で囲まれた部分の拡大図を示す。なお、図2は、ゲージ取り付け部51aにゲージ80が取り付けられる前の状態を示している。
図2は、マニピュレータの要部の拡大図を示し、図3は、レーザヘッドと手先軸とを接続する接続部品の分解斜視図を示す。図4Aは、ゲージの斜視図を示し、図4Bは、図4Aの破線で囲まれた部分の拡大図を示す。なお、図2は、ゲージ取り付け部51aにゲージ80が取り付けられる前の状態を示している。
図2に示すように、レーザヘッド60は、接続部品50により手先軸J6に取り付けられている。また、図3に示すように、接続部品50は、第1~第3部品51~53で構成されている。
図2に示すように、第1部品51には、ゲージ取り付け部51aが設けられている。ゲージ取り付け部51aは、第1部品51の平坦面51a2と、第1部品51を図2におけるZ方向に貫通する貫通孔51a1とで構成されている。手先軸J6の回転軸線である前述の軸線RAは、貫通孔51a1の中心を通り、平坦面51a2と略直交する仮想線である。また、図2に示すように、貫通孔51a1の下方部分にゲージ80が取り付けられる。また、貫通孔51a1の上方部分に手先軸J6が取り付けられる。
図3に示すように、第1部品51は、貫通孔51a1を取り囲むように複数の第1ボルト孔51bを有している。複数の第1ボルト孔51bのそれぞれに第1ボルト54aが挿入される。第1ボルト54aを締結することで、手先軸J6に第1部品51が取り付け固定される。
第2部品52は、X方向の後方に凹部52aを有している。また、第2部品52は、X方向の前方に取り付け部52eを有している。前方から見て取り付け部52eは四角形状である。
また、第2部品52には、第1~第3位置決め孔52b~52dが形成されている。第1位置決め孔52bは、第2部品52の側面にかつZ方向に互いに間隔をあけて2つ形成されている。また、第1位置決め孔52bの内径は、Z方向よりもX方向で長くなっている。第2位置決め孔52cは、第2部品52の上面にかつY方向に互いに間隔をあけて2つ形成されている。また、第2位置決め孔52cの内径は、Y方向よりもX方向で長くなっている。第3位置決め孔52dは、第2部品52の取り付け部52eの四隅にそれぞれ形成されている。また、第3位置決め孔52dの内径は、Z方向よりもY方向で長くなっている。
第1部品51には、第2部品52の第1位置決め孔52b及び第2位置決め孔52cにそれぞれ対応する箇所に第2ボルト孔51c及び第3ボルト孔51dが設けられている。第3部品53は、板状の部品であり、レーザヘッド60の側面に取り付けられている。第3部品53には、第2部品52の第3位置決め孔52dに対応する箇所に第4ボルト孔53aが設けられている。また、第3部品53には、複数の第5ボルト孔53bを有している。複数の第5ボルト孔53bのそれぞれに第5ボルト54eが挿入される。第5ボルト54eを締結することで、レーザヘッド60に第3部品53が取り付け固定される。
接続部品50が組み立てられた状態で、第2部品52の凹部52aに第1部品51の前方部分が収容される。また、第2部品52の取り付け部52eが第3部品53の表面に当接する。また、第1位置決め孔52bと第2ボルト孔51cとに第2ボルト54bを、第2位置決め孔52cと第3ボルト孔51dに第3ボルト54cをそれぞれ挿入する。第2ボルト54b及び第3ボルト54cをそれぞれ締結することで、第1部品51に第2部品52が取り付けられる。また、第3位置決め孔52dと第4ボルト孔53aとに第4ボルト54dを挿入する。第4ボルト54dを締結することで、第3部品53に第2部品52が取り付けられる。
第1部品51と第2部品52との位置関係は、第1位置決め孔52b及び第2位置決め孔52cにそれぞれ挿入される第2ボルト54b及び第3ボルト54cの位置で調整される。例えば、第1部品51に対して第2部品52をX方向の前方にシフトさせたい場合は、第1位置決め孔52b及び第2位置決め孔52cにおいて、中央よりもX方向の前側に第2ボルト54b及び第3ボルト54cをそれぞれ挿入し、その状態で第2ボルト54b及び第3ボルト54cを締結して、第1部品51に第2部品52を取り付ける。同様に、第2部品52と第3部品53との位置関係は、第3位置決め孔52dに挿入される第4ボルト54dの位置で調整される。例えば、第3部品53に対して第2部品52をY方向の一方にシフトさせたい場合は、第3位置決め孔52dにおいて、中央よりもY方向の一方側に第4ボルト54dを挿入し、その状態で第4ボルト54dを締結して、第3部品53に第2部品52を取り付ける。
ゲージ80は、レーザ光LBの焦点位置を確認するための部材である。図4Aに示すように、ゲージ80は、頭部81と頭部81から直線状に延びる脚部82とで構成されている。頭部81は、凸部81aと凸部81aを取り囲むフランジ81bとで構成されている。凸部81aが貫通孔51a1に収容され、フランジ81bの上面が第1部品51の平坦面51a2に当接した状態で、フランジ81bが第1部品51にねじ止めされる。また、フランジ81bと第1部品51とのねじ止めを外すことで、ゲージ80は、簡単にゲージ取り付け部51aから取り外すことができる。つまり、ゲージ80は、ゲージ取り付け部51aに着脱可能に取り付けられる。
図4Bに示すように、脚部82は、Z方向に沿った中間部分に切り欠き部83を有する、円柱状の部材である。切り欠き部83の中央には、Z方向に延びる中心線84が形成されている、なお、本実施形態において、当該中心線84は切り欠き部83の表面をけがくことにより形成されたけがき線である。ゲージ取り付け部51aにゲージ80が取り付けられた状態で、切り欠き部83の中心線84と軸線RAとが略一致している。また、この状態で、ゲージ80は、レーザヘッド60から出射されたレーザ光LBの光路と交差する位置に配置される。切り欠き部83のZ方向の下端部と切り欠き部83の中心線84との交点が、レーザ光LBの焦点位置に対応する基準点85となる。
後で述べるように、接続部品50にゲージ80を取り付けて、レーザ光LBの焦点位置の調整作業が実行される。また、通常のレーザ加工時に、ゲージ80がゲージ取り付け部51aから取り外されていることは言うまでもない。
[レーザ光の焦点位置調整手順]
図5は、レーザ光の焦点位置調整手順のフローチャートを示す。図6Aは、ガイド用レーザ光の照射位置とゲージの基準点との距離が所定の範囲を超えている場合の模式図を示す。図6Bは、手先軸に対するレーザヘッドの位置調整手順の模式図を示す。図6Cは、ガイド用レーザ光の照射位置とゲージの基準点との距離が所定の範囲内である場合の模式図を示す。
図5は、レーザ光の焦点位置調整手順のフローチャートを示す。図6Aは、ガイド用レーザ光の照射位置とゲージの基準点との距離が所定の範囲を超えている場合の模式図を示す。図6Bは、手先軸に対するレーザヘッドの位置調整手順の模式図を示す。図6Cは、ガイド用レーザ光の照射位置とゲージの基準点との距離が所定の範囲内である場合の模式図を示す。
レーザヘッド60からレーザ光LBを出射させた状態で、予め決められた軌跡を通るようにマニピュレータ40がレーザヘッド60を移動させることで、ワーク200に対して所望のレーザ加工を行うことができる。このとき、レーザ光LBの焦点位置は、加工対象であるワーク200の表面またはその近傍に位置している必要がある。
しかし、メンテナンス等でマニピュレータ40からレーザヘッド60を取り外し、再度取り付けた場合、マニピュレータ40の手先軸J6に対するレーザヘッド60の位置がずれてしまうことがある。この位置ずれに起因して、レーザ光LBの焦点位置がマニピュレータ制御部72に設定された位置からずれてしまうことがある。このようなことが起こると、溶接ビードの幅や穴あけ時の穴の直径、あるいは切断時の切断幅等が所望の範囲から外れて加工不良を生じるおそれがある。
そこで、マニピュレータ40からレーザヘッド60を取り外す場合や他のメンテナンス等を行った場合には、レーザ光LBの焦点位置が所望の位置にあるかどうかを確認する必要がある。レーザ光LBの焦点位置がマニピュレータ制御部72に設定された位置からずれている場合は、もとに戻すための調整作業を行う必要がある。なお、レーザ加工装置100のメンテナンス後に、ティーチングペンダント73によりマニピュレータ40の動作プログラムのパラメータを再度設定し直す場合にも、本実施形態に示すように、レーザ光LBの焦点位置の確認と、必要に応じて調整を行う必要がある。
本実施形態では、ゲージ80をゲージ取り付け部51aに取り付け、基準点85に対するガイド用レーザ光GLBの照射位置を確認することで、レーザ光LBの焦点位置の確認と、必要に応じて焦点位置の調整とを行っている。以下、図5及び図6A~6Cを用いてさらに説明する。
図5に示すように、レーザ光LBの焦点位置を確認するにあたって、第1部品51のゲージ取り付け部51aにゲージ80を取り付ける(ステップS1(第1ステップ))。この状態で、レーザ発振器10でガイド用レーザ光GLBを発生させ、光学ユニット20と光ファイバ30とを介してレーザヘッド60に伝送する。伝送されたガイド用レーザ光GLBがレーザヘッド60の外部に出射される。ガイド用レーザ光GLBの光路は、レーザ光LBの光路と略一致している。したがって、ゲージ80は、レーザヘッド60から出射されたガイド用レーザ光GLBの光路と交差する位置に配置されていると言える。つまり、ガイド用レーザ光GLBはゲージ80に照射される(ステップS2(第2ステップ))。
また、レーザ光LBの焦点位置がマニピュレータ制御部72に設定された位置にあるとき、ガイド用レーザ光GLBは、ゲージ80の基準点85に照射されるようにしている。
よって、ステップS2の実行中に、ガイド用レーザ光GLBが基準点85に照射されているかを判断する。より詳細に言えば、ガイド用レーザ光GLBのゲージ80上での照射位置と基準点85との距離が所定の範囲内であるか否かを判断する(ステップS3(第3ステップ))。
第3ステップの判断結果が肯定的、つまり、ガイド用レーザ光GLBのゲージ80上での照射位置と基準点85との距離が所定の範囲内である場合(図6C参照)は、レーザ光LBの焦点位置がマニピュレータ制御部72に設定された位置にあると判断されるため、作業を終了する。
一方、第3ステップの判断結果が否定的、つまり、ガイド用レーザ光GLBのゲージ80上での照射位置と基準点85との距離が所定の範囲を超えている場合、つまり、図6Aに示す場合は、レーザ光LBの焦点位置がマニピュレータ制御部72に設定された位置からずれていると判断される。この場合、手先軸J6に対するレーザヘッド60の位置を調整することで、レーザ光LBの焦点位置を修正する(ステップS4(第4ステップ))。具体的には、手先軸J6からゲージ80を取り外す。さらに、接続部品50に含まれる第1~第3部品51~53の位置関係を調整して、レーザ光LBの焦点位置を修正する。具体的には、前述したように、第2部品52の第1~第3位置決め孔52b~52dにおける第2~第4ボルト54b~54dの挿入位置を調整することで、図6Bに示すように、第1~第3部品51~53の位置関係、ひいては手先軸J6に対するレーザヘッド60の位置が調整される。
ステップS4の終了後は、ステップS1に戻って、第3ステップの判断結果が肯定的になるまで一連のステップが繰り返し実行される。
なお、ガイド用レーザ光GLBのゲージ80上での照射位置と基準点85との距離がゼロであるのが好ましいことは言うまでもない。ただし、集光レンズ22やレーザヘッド60内部の光学系に色収差がある場合やガイド用レーザ光GLBの光路とレーザ光LBの光路とにずれがある場合等では、ガイド用レーザ光GLBのゲージ80上での照射位置と基準点85との距離がゼロにならず、前述の所定の範囲は有限の値となりうる。なお、当該所定の範囲は、レーザ加工方法やレーザ加工装置100に求められる仕様等に応じて適宜決定される。
[効果等]
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ加工装置100は、少なくともレーザ光LBを発生させるレーザ発振器10と、レーザ光LBをワーク200に向けて照射するレーザヘッド60と、レーザヘッド60が取り付けられたマニピュレータ(多関節ロボット)40と、を少なくとも備えている。
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ加工装置100は、少なくともレーザ光LBを発生させるレーザ発振器10と、レーザ光LBをワーク200に向けて照射するレーザヘッド60と、レーザヘッド60が取り付けられたマニピュレータ(多関節ロボット)40と、を少なくとも備えている。
マニピュレータ40は、ロボットアーム41と、所定の軸線RAの回りに回転可能にかつロボットアーム41の先端に設けられた手先軸J6と、手先軸J6とレーザヘッド60とを接続する接続部品50と、を少なくとも有している。
接続部品50には、ゲージ80を着脱可能に取り付けるためのゲージ取り付け部51aが設けられている。ゲージ80は、レーザ光LBの焦点位置に対応する基準点85を有している。
本実施形態によれば、簡便かつ安価な構成で、レーザ光LBの焦点位置を精度良く確認することができる。また、レーザLBの光軸が変動してしまう場合、例えば、レーザ発振器10や光ファイバ30やレーザヘッド60の交換時において、マニピュレータ40の動作プログラムを修正する必要が無くなる。
接続部品50は、第1~第3部品51~53を有しており、手先軸J6には第1部品51が取り付けられている。また、第1部品51に、ゲージ取り付け部51aが設けられている。
レーザ加工装置100は、接続部品50に含まれる第1~第3部品51~53間の位置関係を調整することで、レーザ光LBの焦点位置を調整可能に構成されている。
本実施形態によれば、簡便かつ安価な構成で、レーザ光LBの焦点位置を精度良く調整することができる。
ゲージ取り付け部51aにゲージ80が取り付けられた状態で、ゲージ80における長手方向に延びる中心線84と手先軸J6の回転軸線である軸線RAとが略一致している。また、中心線84上に基準点85が設けられている。
このようにすることで、簡便かつ安価にレーザ光LBの焦点位置を確認することができる。
ゲージ80は、長手方向であるZ方向に沿った中間部分に切り欠き部83を有する円柱状の部材である。切り欠き部83の下端部とZ方向に延びる切り欠き部83の中心線84との交点が、基準点85である。
このようにすることで、ガイド用レーザ光GLBをゲージ80に照射した場合、ガイド用レーザ光GLBが基準点85に照射されているか否かを確実に判断することができる。
通常、ガイド用レーザ光GLBが基準点85に照射されているか否かを判断するにあたっては、保護具を装着した作業者が目視で判断するか、あるいは、カメラでゲージ80におけるガイド用レーザ光GLBの照射位置と基準点85との距離を測定する。
基準点85が平面的、例えば、軸線RAと平行な平面上に基準点85が画像として表示されている場合に、ガイド用レーザ光GLBの強度やカメラの感度によっては、ガイド用レーザ光GLBが基準点85に照射されているか否かを判断しづらい場合がある。
一方、前述の交点を基準点85とした場合、基準点85にガイド用レーザ光GLBが照射されると、ガイド用レーザ光GLBが散乱されて、反射光が広がる。基準点85からずれて切り欠き部83や脚部82のうち、切り欠き部83の下方に位置する部分にガイド用レーザ光GLBが照射されると、ガイド用レーザ光GLBの散乱、ひいては、反射光の広がりが小さくなる。
このように、ガイド用レーザ光GLBの反射光の広がり度合いも併せて評価することで、ガイド用レーザ光GLBが基準点85に照射されているか否かを確実にかつ精度良く判断することができる。
本実施形態に係るレーザ光LBの焦点位置調整方法は、手先軸J6に取り付けられた接続部品50にゲージ80を取り付けるステップS1(第1ステップ)と、ステップS1の後に、レーザヘッド60からガイド用レーザ光GLBを出射するステップS2(第2ステップ)と、を備えている。
ステップS2の実行中に、ガイド用レーザ光GLBのゲージ80上での照射位置と基準点85との距離が所定の範囲内であるか否かを判断するステップS3(第3ステップ)と、をさらに備えている。
ステップS3での判断結果が否定的であれば、手先軸J6に対するレーザヘッド60の位置を調整し(ステップS4)、ステップS1に戻って、ステップS3での判断結果が肯定的になるまで一連のステップを繰り返し実行する。
本実施形態によれば、簡便かつ安価に、レーザ光LBの焦点位置を調整することができる。
また、接続部品50に含まれる第1~第3部品51~53間の位置関係を調整することで、レーザ光LBの焦点位置を精度良く調整することができる。
また、レーザLBの光軸が変動してしまう場合、例えば、レーザ発振器10や光ファイバ30やレーザヘッド60の交換時において、マニピュレータ40の動作プログラムを修正する必要が無くなり、レーザ加工装置100のメンテナンス作業時間の短縮が図れる。また、メンテナンスコストの増加を抑制できる。
(その他の実施形態)
実施形態では、図4A及び図4Bに示すゲージ80を例に取って説明したが、ゲージ80の形状は特にこれに限定されない。例えば、図7A及び7Bに示すように、ゲージ80の脚部86が、角柱状であってもよい。また、基準点87が脚部86の側面に形成された十字形状であってもよい。なお、基準点87は、図7Bに示すように、脚部86の側面から内側に凹んでいるか、あるいは外側に突出しているのが好ましい。このようにすることで、基準点87にガイド用レーザ光GLBが照射された場合、ガイド用レーザ光GLBの反射光の広がり度合いも併せて評価することで、ガイド用レーザ光GLBが基準点87に照射されているか否かを確実にかつ精度良く判断することができる。
実施形態では、図4A及び図4Bに示すゲージ80を例に取って説明したが、ゲージ80の形状は特にこれに限定されない。例えば、図7A及び7Bに示すように、ゲージ80の脚部86が、角柱状であってもよい。また、基準点87が脚部86の側面に形成された十字形状であってもよい。なお、基準点87は、図7Bに示すように、脚部86の側面から内側に凹んでいるか、あるいは外側に突出しているのが好ましい。このようにすることで、基準点87にガイド用レーザ光GLBが照射された場合、ガイド用レーザ光GLBの反射光の広がり度合いも併せて評価することで、ガイド用レーザ光GLBが基準点87に照射されているか否かを確実にかつ精度良く判断することができる。
また、基準点の形状は、図4Bや図7Bに示す例に限定されない。例えば、ゲージ80に複数の凹部または凸部を設け、当該複数の凹部または凸部の交点を基準点87としてもよい。
また、実施形態では、接続部品50が、第1~第3部品51~53で構成される例を示したが、特にこれに限定されない。例えば、第3部品53を省略して、第2部品52をレーザヘッド60に直接取り付けるようにしてもよい。また、接続部品50が、第1~第3部品51~53以外の別の部品を有していてもよい。
また、実施形態では、マニピュレータ40が、6つの関節軸J1~J6を有するロボットである例を示したが、特にこれに限定されない。例えば、マニピュレータ40が、3つ以上の関節軸を有する多関節ロボットであってもよい。その場合も、手先軸は、所定の軸線の回りに回転可能にかつロボットアーム41の先端に設けられる。
また、実施形態では、レーザ発振器10が、ガイド用レーザ光GLBを発生させるレーザ光源を有している例を示したが、当該レーザ光源が、レーザ発振器10と別に設けられていてもよい。光ファイバ30に入射されるガイド用レーザ光GLBの光軸が、レーザ光LBの光軸と略一致していればよい。
本開示のレーザ加工装置は、簡便かつ安価な構成で、レーザ光の焦点位置を精度良く確認することができるため、有用である。
10 レーザ発振器
20 光学ユニット
21 筐体
22 集光レンズ
23 シャッタ
30 光ファイバ
40 マニピュレータ
41 ロボットアーム
42 ケーブル
50 接続部品
51 第1部品
51a ゲージ取り付け部
51a2 平坦面
51a1 貫通孔
51b 第1ボルト孔
51c 第2ボルト孔
51d 第3ボルト孔
52 第2部品
52b 第1位置決め孔
52c 第2位置決め孔
52d 第3位置決め孔
52e 取り付け部
53 第3部品
53a 第4ボルト孔
53b 第5ボルト孔
54a~54e 第1~第5ボルト
60 レーザヘッド
71 レーザ制御部
72 マニピュレータ制御部
73 ティーチングペンダント
80 ゲージ
81 頭部
81a 凸部
81b フランジ
82,86 脚部
83 切り欠き部
84 中心線
85,87 基準点
100 レーザ加工装置
200 ワーク
J1~J5 第1~第5関節軸J6 第6関節軸(手先軸)
LB レーザ光
GLB ガイド用レーザ光
20 光学ユニット
21 筐体
22 集光レンズ
23 シャッタ
30 光ファイバ
40 マニピュレータ
41 ロボットアーム
42 ケーブル
50 接続部品
51 第1部品
51a ゲージ取り付け部
51a2 平坦面
51a1 貫通孔
51b 第1ボルト孔
51c 第2ボルト孔
51d 第3ボルト孔
52 第2部品
52b 第1位置決め孔
52c 第2位置決め孔
52d 第3位置決め孔
52e 取り付け部
53 第3部品
53a 第4ボルト孔
53b 第5ボルト孔
54a~54e 第1~第5ボルト
60 レーザヘッド
71 レーザ制御部
72 マニピュレータ制御部
73 ティーチングペンダント
80 ゲージ
81 頭部
81a 凸部
81b フランジ
82,86 脚部
83 切り欠き部
84 中心線
85,87 基準点
100 レーザ加工装置
200 ワーク
J1~J5 第1~第5関節軸J6 第6関節軸(手先軸)
LB レーザ光
GLB ガイド用レーザ光
Claims (6)
- 少なくともレーザ光を発生させるレーザ発振器と、
前記レーザ光をワークに向けて照射するレーザヘッドと、
前記レーザヘッドが取り付けられた多関節ロボットと、を少なくとも備え、
前記多関節ロボットは、
ロボットアームと、
所定の軸線の回りに回転可能にかつ前記ロボットアームの先端に設けられた手先軸と、
前記手先軸と前記レーザヘッドとを接続する接続部品と、を少なくとも有し、
前記接続部品には、ゲージを着脱可能に取り付けるためのゲージ取り付け部が設けられており、
前記ゲージは、前記レーザ光の焦点位置に対応する基準点を有していることを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項1に記載のレーザ加工装置において、
前記ゲージには、複数の凹部または凸部が設けられており、
前記複数の凹部または凸部の交点が前記基準点であることを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項1または2に記載のレーザ加工装置において、
前記接続部品は、少なくとも第1部品と第2部品とを有し、
前記手先軸には前記第1部品が取り付けられ、
前記第1部品に、前記ゲージ取り付け部が設けられていることを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項3に記載のレーザ加工装置において、
前記接続部品に含まれる複数の部品間の位置関係を調整することで、前記レーザ光の焦点位置を調整可能に構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載のレーザ加工装置において、
前記ゲージ取り付け部に前記ゲージが取り付けられた状態で、前記ゲージにおける長手方向に延びる中心線と前記軸線とが略一致しており、
前記中心線上に前記基準点が設けられていることを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項5に記載のレーザ加工装置を用いたレーザ光の焦点位置調整方法であって、
前記手先軸に取り付けられた前記接続部品に前記ゲージを取り付ける第1ステップと、
前記第1ステップの後に、前記レーザヘッドからガイド用レーザ光を出射する第2ステップと、
前記第2ステップの実行中に、前記ガイド用レーザ光の前記ゲージ上での照射位置と前記基準点との距離が所定の範囲内であるか否かを判断する第3ステップと、を少なくとも備え、
前記第3ステップでの判断結果が否定的であれば、前記手先軸に対する前記レーザヘッドの位置を調整し、前記第1ステップに戻って、前記第3ステップでの判断結果が肯定的になるまで一連のステップを繰り返し実行することを特徴とするレーザ光の焦点位置調整方法。
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---|---|---|---|
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JP2020104168A (ja) | 2018-12-28 | 2020-07-09 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 光学調整装置および光学調整方法 |
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- 2021-10-06 WO PCT/JP2021/036992 patent/WO2022137723A1/ja unknown
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- 2021-10-06 CN CN202180066454.7A patent/CN116261498A/zh active Pending
-
2023
- 2023-02-24 US US18/174,604 patent/US20230219166A1/en active Pending
Patent Citations (6)
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JP2020104168A (ja) | 2018-12-28 | 2020-07-09 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 光学調整装置および光学調整方法 |
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JP7113201B1 (ja) | 2022-08-05 |
JPWO2022137723A1 (ja) | 2022-06-30 |
EP4269016A4 (en) | 2024-07-24 |
US20230219166A1 (en) | 2023-07-13 |
EP4269016A1 (en) | 2023-11-01 |
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