JP2002538971A - ロボット的に動作するレーザ・ヘッド - Google Patents
ロボット的に動作するレーザ・ヘッドInfo
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- Plasma & Fusion (AREA)
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- Robotics (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
レーザ切断または溶接装置であって、装置は、レーザ・ヘッド(10)とロボット(35)を有し、レーザ・ヘッドはロボット(35)に取り付けられている。レーザ・ヘッド(10)は、ハウジング(12)と、ハウジング内に配置された焦点レンズ(26)と、焦点レンズ(26)に光学的に連通している光源(18)とを有する。ハウジング(12)は、先端部(90)を備えたノズルを有し、先端部は出口ポート(17)を有する。レーザ・ヘッド(10)は、光源から焦点光学部品上に向けられた光線の光路を調節し、焦点光学部品によって形成された集束光線を先端部と同軸に集中させる手段(33)を有する。本明細書のある態様では、レーザ装置は、衝突回避システムを有する。
Description
【0001】 (関係出願の相互参照) 本出願は、「Laser Cuting−Head with Adjust
able Light Source、Crash Avoidance Sy
stem and Improved Gas Delivery Syste
m」という名称で1998年9月9日に出願された、同時継続中の以前に出願さ
れたU.S.provisional application S.N.60
/099,547の完了出願であり、その開示は、本明細書に参考文献によって
組み込まれている。
able Light Source、Crash Avoidance Sy
stem and Improved Gas Delivery Syste
m」という名称で1998年9月9日に出願された、同時継続中の以前に出願さ
れたU.S.provisional application S.N.60
/099,547の完了出願であり、その開示は、本明細書に参考文献によって
組み込まれている。
【0002】 (発明の背景) (I.発明の分野) 本発明は、ロボット的に動作するレーザ切断装置および溶接装置に関する。よ
り詳細には、本発明は、3次元工作物の表面について動作する、ロボット的に制
御されるレーザ切断ヘッドまたは溶接ヘッドに関する。
り詳細には、本発明は、3次元工作物の表面について動作する、ロボット的に制
御されるレーザ切断ヘッドまたは溶接ヘッドに関する。
【0003】 (II.従来の技術) 今日のレーザ切断装置または溶接装置は、一般に、光を1つまたは複数のミラ
ーおよびレンズに向ける光源を有し、次にミラーおよびレンズは、光を焦点また
は集光光学部品に向ける。光源は、光ファイバとすることが可能である。レーザ
装置のミラーおよびレンズまたは光学部品は、一般に、レーザ・ヘッドに収容さ
れている。レーザ・ヘッドは、ノズルを備えるハウジングを有し、光線はノズル
を通って工作物を照射するように向けられる。工作物についてのレーザ・ヘッド
の動作または動きは、ロボットおよび制御装置などによって制御することが可能
である。
ーおよびレンズに向ける光源を有し、次にミラーおよびレンズは、光を焦点また
は集光光学部品に向ける。光源は、光ファイバとすることが可能である。レーザ
装置のミラーおよびレンズまたは光学部品は、一般に、レーザ・ヘッドに収容さ
れている。レーザ・ヘッドは、ノズルを備えるハウジングを有し、光線はノズル
を通って工作物を照射するように向けられる。工作物についてのレーザ・ヘッド
の動作または動きは、ロボットおよび制御装置などによって制御することが可能
である。
【0004】 ロボット的に制御されるレーザ装置は、しばしば、劣悪な条件下で動作される
。装置は、軋み、衝突、振動の影響を受ける。このような条件下で連続的に使用
すると、しばしば、レーザ光学部品上で最適に位置合わせされたものではない光
線となる。
。装置は、軋み、衝突、振動の影響を受ける。このような条件下で連続的に使用
すると、しばしば、レーザ光学部品上で最適に位置合わせされたものではない光
線となる。
【0005】 光線をレーザ光学部品に集中させることは、光が焦点レンズからノズルを通っ
て工作物に集束し、大量のエネルギーを供給する場合に重要である。しばしば焦
点レンズを使用して、そのような光源からの光を強力な光線に集中させて、様々
な材料を切断または溶接する。光線の最も強い部分は、アペックスまたは焦点で
ある。アペックスまたは焦点は工作物を照射して、レーザ動作の多くを実施する
。そのため、焦点レンズ上に入射してくる光線の最適部分を維持し、それにより
工作物上での焦点の動作を最大限にすることが必要である。
て工作物に集束し、大量のエネルギーを供給する場合に重要である。しばしば焦
点レンズを使用して、そのような光源からの光を強力な光線に集中させて、様々
な材料を切断または溶接する。光線の最も強い部分は、アペックスまたは焦点で
ある。アペックスまたは焦点は工作物を照射して、レーザ動作の多くを実施する
。そのため、焦点レンズ上に入射してくる光線の最適部分を維持し、それにより
工作物上での焦点の動作を最大限にすることが必要である。
【0006】 さらに、光源を置換することは一般的でない。新しい光源を据え付けた後は、
通常、光線は、光学システムの各ミラーまたはレンズ上で位置合わせされる。光
源から発散する光の最適経路の長さを著しく変更しないように注意して、集中光
線の強度を弱めないようにしなければならない。また、注意して、集中光線がレ
ーザ・ヘッドのノズルを通るように向けなければならない。したがって、新しい
光源の据付けは、しばしば、時間がかかり、困難で、十分な注意を必要とする。
通常、光線は、光学システムの各ミラーまたはレンズ上で位置合わせされる。光
源から発散する光の最適経路の長さを著しく変更しないように注意して、集中光
線の強度を弱めないようにしなければならない。また、注意して、集中光線がレ
ーザ・ヘッドのノズルを通るように向けなければならない。したがって、新しい
光源の据付けは、しばしば、時間がかかり、困難で、十分な注意を必要とする。
【0007】 多くの今日のレーザ・ヘッドで光学部品を再位置合わせすることは、ヘッドを
取り外し、各ミラーまたはレンズをそれぞれ調節することが必要である。レーザ
切断動作は、最もクリーンな環境で実施できない可能性がある。したがって、汚
染されない環境でレーザ光学部品を調節できるように、レーザ・ヘッドを動作サ
イトからきれいな場所に取り外さなければならない。据付けプロセスと同様に、
再位置合わせのプロセスも、時間がかかり、困難で、汚物または埃で光学部品を
汚染しないように十分な注意を必要とする。
取り外し、各ミラーまたはレンズをそれぞれ調節することが必要である。レーザ
切断動作は、最もクリーンな環境で実施できない可能性がある。したがって、汚
染されない環境でレーザ光学部品を調節できるように、レーザ・ヘッドを動作サ
イトからきれいな場所に取り外さなければならない。据付けプロセスと同様に、
再位置合わせのプロセスも、時間がかかり、困難で、汚物または埃で光学部品を
汚染しないように十分な注意を必要とする。
【0008】 いくつかのレーザ・ヘッドは、焦点レンズまたは集光レンズを調節することに
よって、光線を再位置合わせする方法を与える。そのようなレーザ・ヘッドでは
、集光レンズを調節する機構は、ノズルの近くまたはノズルに配置されている。
集光レンズを調節する機構を有するレーザ・ヘッドは、多くの理由で不利である
。1つの理由は、集光レンズを調節する機構は、結果的にかさばるハウジングと
ノズルを有するレーザ・ヘッドになるということである。かさばるハウジングと
ノズルは、変動するトポグラフィを有する3次元工作物の表面について、レーザ
・ヘッドを操作しなければならない場合、特に不利である。
よって、光線を再位置合わせする方法を与える。そのようなレーザ・ヘッドでは
、集光レンズを調節する機構は、ノズルの近くまたはノズルに配置されている。
集光レンズを調節する機構を有するレーザ・ヘッドは、多くの理由で不利である
。1つの理由は、集光レンズを調節する機構は、結果的にかさばるハウジングと
ノズルを有するレーザ・ヘッドになるということである。かさばるハウジングと
ノズルは、変動するトポグラフィを有する3次元工作物の表面について、レーザ
・ヘッドを操作しなければならない場合、特に不利である。
【0009】 さらに、酸素などのアシスト・ガスまたはメークアップ・ガスをレーザと共に
使用して、レーザの切断能力を増大し、切断表面から破片を取り除く。通常、ア
シスト・ガスは、レーザ・ヘッドのノズルから工作物の表面に供給される。ガス
は、ガス源に接続された外部のルース管またはホースを介して、ノズルに供給す
ることが可能である。今日のレーザ・ヘッドのガス供給管は、多くの理由で不十
分であり、その理由には、取り付ける工作物のために点または場所を生成すると
いうことが含まれる。さらに、これらの管は、レーザ・ヘッドに続いて外部に位
置するということの結果、しばしば摩耗または損傷し、したがって、繰り返し取
り替える必要がある。
使用して、レーザの切断能力を増大し、切断表面から破片を取り除く。通常、ア
シスト・ガスは、レーザ・ヘッドのノズルから工作物の表面に供給される。ガス
は、ガス源に接続された外部のルース管またはホースを介して、ノズルに供給す
ることが可能である。今日のレーザ・ヘッドのガス供給管は、多くの理由で不十
分であり、その理由には、取り付ける工作物のために点または場所を生成すると
いうことが含まれる。さらに、これらの管は、レーザ・ヘッドに続いて外部に位
置するということの結果、しばしば摩耗または損傷し、したがって、繰り返し取
り替える必要がある。
【0010】 当業者には一般的に知られているように、今日のレーザ・ヘッドは、ロボット
によって動作することができる。ロボットは、レーザ・ヘッドが工作物の表面に
ついて動作するパターンおよび距離を制御する。
によって動作することができる。ロボットは、レーザ・ヘッドが工作物の表面に
ついて動作するパターンおよび距離を制御する。
【0011】 工作物の表面トポグラフィは、かなり変動することができる。同様に、工作物
の厚さも、かなり変動することができる。その結果、レーザ・ヘッドと工作物ま
たは周囲の取付け具との間で衝突が生じ、レーザ・ヘッドまたは工作物を損傷す
る可能性がある、ということが長年にわたる問題となっている。さらに問題を複
雑にしているのが、産業用の動作中に、しばしば、工作物をまとめて切断するこ
とである。ロボットが、レーザ・ヘッドを工作物から工作物に移動する際に、支
持構造内で工作物の配置を誤ったために、衝突が生じる可能性がある。
の厚さも、かなり変動することができる。その結果、レーザ・ヘッドと工作物ま
たは周囲の取付け具との間で衝突が生じ、レーザ・ヘッドまたは工作物を損傷す
る可能性がある、ということが長年にわたる問題となっている。さらに問題を複
雑にしているのが、産業用の動作中に、しばしば、工作物をまとめて切断するこ
とである。ロボットが、レーザ・ヘッドを工作物から工作物に移動する際に、支
持構造内で工作物の配置を誤ったために、衝突が生じる可能性がある。
【0012】 衝突の問題を克服するある試みは、レーザ・ヘッドが工作物と衝突した後、ス
イッチが開いてロボットを停止するブレーカ・スイッチまたはマイクロ・スイッ
チを有する今日のレーザ・ヘッドを与える。ブレーカ・スイッチを開くために必
要な力は、ロボットからレーザ・ヘッドを分離するのに十分な力である可能性が
ある。この力は、レーザ・ヘッド、光学部品、またはロボットを損傷するのに十
分であることがある。
イッチが開いてロボットを停止するブレーカ・スイッチまたはマイクロ・スイッ
チを有する今日のレーザ・ヘッドを与える。ブレーカ・スイッチを開くために必
要な力は、ロボットからレーザ・ヘッドを分離するのに十分な力である可能性が
ある。この力は、レーザ・ヘッド、光学部品、またはロボットを損傷するのに十
分であることがある。
【0013】 したがって、上記から、今日のロボット的に動作するレーザ・ヘッドは、変動
するトポグラフィを有する3次元工作物に関する精密な操作にもたらすには、多
くの理由から不十分であることを理解されたい。例えば、今日のレーザ・ヘッド
は、今日の光学部品とその支持構造を収容するために、かさばるハウジングを必
要とする。さらに、今日のレーザ・ヘッドは、通常、外部アシスト・ガス供給シ
ステムに適したものであり、このシステムは、工作物または取付け具を取り付け
、加速された摩耗により機能しなくなる可能性がある。
するトポグラフィを有する3次元工作物に関する精密な操作にもたらすには、多
くの理由から不十分であることを理解されたい。例えば、今日のレーザ・ヘッド
は、今日の光学部品とその支持構造を収容するために、かさばるハウジングを必
要とする。さらに、今日のレーザ・ヘッドは、通常、外部アシスト・ガス供給シ
ステムに適したものであり、このシステムは、工作物または取付け具を取り付け
、加速された摩耗により機能しなくなる可能性がある。
【0014】 また、上記から、今日のロボット的に動作するレーザ・ヘッドは、集光光学部
品上で、光源の光路を調節する適切な手段を与え、レーザ光線を集束させて、レ
ーザ・ヘッドのノズルを通るようにできないことを理解されたい。
品上で、光源の光路を調節する適切な手段を与え、レーザ光線を集束させて、レ
ーザ・ヘッドのノズルを通るようにできないことを理解されたい。
【0015】 また、上記から、今日のロボット的に動作するレーザ・ヘッドは、アシスト・
ガスをレーザ・ヘッドのノズルに送達する効果的で、しかも耐久性のある方法を
与えることができないことを理解されたい。
ガスをレーザ・ヘッドのノズルに送達する効果的で、しかも耐久性のある方法を
与えることができないことを理解されたい。
【0016】 また、上記から、ロボットに取り付けられたレーザ・ヘッドを有する今日のロ
ボット的に動作するレーザ・ヘッド装置は、工作物との衝突を回避し、レーザ・
ヘッドをそれに取り付けられているロボットから著しく分離しない効果的な手段
を与えるには不十分であることを理解されたい。
ボット的に動作するレーザ・ヘッド装置は、工作物との衝突を回避し、レーザ・
ヘッドをそれに取り付けられているロボットから著しく分離しない効果的な手段
を与えるには不十分であることを理解されたい。
【0017】 (発明の概要) 以下で議論するように、本発明は、本明細書で以下に詳述する上記の問題等に
取り組み、変動トポグラフィを有する3次元工作物について操作する改善された
レーザ・ヘッドを使用可能にする。また、本発明は、損傷がレーザ・ヘッドまた
はロボットに生じる前に、ロボットおよびレーザ・ヘッドを停止することによっ
て、工作物との衝突を回避するための手段を有する改善されたレーザ・ヘッドを
提供する。
取り組み、変動トポグラフィを有する3次元工作物について操作する改善された
レーザ・ヘッドを使用可能にする。また、本発明は、損傷がレーザ・ヘッドまた
はロボットに生じる前に、ロボットおよびレーザ・ヘッドを停止することによっ
て、工作物との衝突を回避するための手段を有する改善されたレーザ・ヘッドを
提供する。
【0018】 このレーザ・ヘッドは、ハウジングと、その遠位端でハウジングに取り付けら
れ、先端部を形成しているノズルと、ハウジングによって支持される光線を生成
する光源と、光線を受光し、光線を高密度レーザ光線に集束してノズルを通過さ
せる少なくとも1つの焦点光学部品と、ハウジング内で、光線の光路を、光源か
ら焦点光学部品上へと調節し、集束光線が先端部と同軸に集中させるように適合
されている調節するための手段と、光線受光手段を調節するための手段とを有す
る。
れ、先端部を形成しているノズルと、ハウジングによって支持される光線を生成
する光源と、光線を受光し、光線を高密度レーザ光線に集束してノズルを通過さ
せる少なくとも1つの焦点光学部品と、ハウジング内で、光線の光路を、光源か
ら焦点光学部品上へと調節し、集束光線が先端部と同軸に集中させるように適合
されている調節するための手段と、光線受光手段を調節するための手段とを有す
る。
【0019】 さらに、レーザ・ヘッドは、アシスト・ガスを、ハウジングの内部からノズル
を通って工作物の切断表面に供給するための手段を含むことが可能である。また
、さらに、レーザ・ヘッドは、レーザ・ヘッドと工作物の近さを決定するための
手段を備えることが可能である。
を通って工作物の切断表面に供給するための手段を含むことが可能である。また
、さらに、レーザ・ヘッドは、レーザ・ヘッドと工作物の近さを決定するための
手段を備えることが可能である。
【0020】 ハウジングの内部からアシスト・ガスを供給し、ハウジングの上端部分の内部
に光線受光手段を調節するための手段を配置することによって、ノズルとレーザ
・ヘッドは、より合理化した設計で形成することが可能である。ハウジングとノ
ズルをより合理化することによって、3次元工作物の表面について、より精密に
レーザ・ヘッドを動作することができる。
に光線受光手段を調節するための手段を配置することによって、ノズルとレーザ
・ヘッドは、より合理化した設計で形成することが可能である。ハウジングとノ
ズルをより合理化することによって、3次元工作物の表面について、より精密に
レーザ・ヘッドを動作することができる。
【0021】 また、本発明は、レーザ・ヘッドと工作物の間での衝突を回避するための手段
を提供する。レーザ・ヘッドのロボット的な動作は、いくつかのモードで実施す
ることが可能である。動作モードは、レーザ・ヘッドと工作物の表面の近さ、ま
たはロボット・ユニットの動作条件、あるいはその両方によって決定することが
可能である。動作モードは、例えば、動作または実行モード、パーク・モード、
教示モード、および保持モードを含むことが可能である。さらに、動作モードは
、例えばレーザ・ヘッドが伸長限界または短縮限界で動作しているかなど、レー
ザ・ヘッドの動作条件によって制御することが可能である。
を提供する。レーザ・ヘッドのロボット的な動作は、いくつかのモードで実施す
ることが可能である。動作モードは、レーザ・ヘッドと工作物の表面の近さ、ま
たはロボット・ユニットの動作条件、あるいはその両方によって決定することが
可能である。動作モードは、例えば、動作または実行モード、パーク・モード、
教示モード、および保持モードを含むことが可能である。さらに、動作モードは
、例えばレーザ・ヘッドが伸長限界または短縮限界で動作しているかなど、レー
ザ・ヘッドの動作条件によって制御することが可能である。
【0022】 使用時には、レーザ・ヘッドは、ロボットまたはロボットのアームに取り付け
られており、共動してレーザ装置として機能し、上述した1つまたは複数のモー
ドで工作物の表面を処理することが可能である。レーザ装置は、レーザ・ヘッド
が、工作物の表面に接しているか、または十分に近接しているかを判定するため
の手段を有する。レーザ・モードが機能している動作モードに応じて、装置、特
にロボット動作は、レーザ・ヘッドが工作物から所定の距離にあるとき、動作を
停止する。したがって、レーザ・ヘッドがある距離で工作物の表面より上にある
とき、装置があるモードで動作することを防止することによって、本発明は、レ
ーザ・ヘッドが工作物との衝突に関わりにくくなり、衝突のために続いて生じる
可能性がある損傷および他の問題を防ぐ衝突回避システムを提供する。
られており、共動してレーザ装置として機能し、上述した1つまたは複数のモー
ドで工作物の表面を処理することが可能である。レーザ装置は、レーザ・ヘッド
が、工作物の表面に接しているか、または十分に近接しているかを判定するため
の手段を有する。レーザ・モードが機能している動作モードに応じて、装置、特
にロボット動作は、レーザ・ヘッドが工作物から所定の距離にあるとき、動作を
停止する。したがって、レーザ・ヘッドがある距離で工作物の表面より上にある
とき、装置があるモードで動作することを防止することによって、本発明は、レ
ーザ・ヘッドが工作物との衝突に関わりにくくなり、衝突のために続いて生じる
可能性がある損傷および他の問題を防ぐ衝突回避システムを提供する。
【0023】 本明細書のレーザ・ヘッドは、入れ子式とすることが可能である。動作時には
、入れ子式レーザ・ヘッドは短縮および伸長して工作物の表面を追跡し、表面内
でのわずかなずれを訂正する。衝突回避システムは、入れ子式レーザ・ヘッドが
伸長限界または短縮限界に達するとき、レーザ・ヘッドおよびロボットまたはレ
ーザ装置を停止するための手段を与える。
、入れ子式レーザ・ヘッドは短縮および伸長して工作物の表面を追跡し、表面内
でのわずかなずれを訂正する。衝突回避システムは、入れ子式レーザ・ヘッドが
伸長限界または短縮限界に達するとき、レーザ・ヘッドおよびロボットまたはレ
ーザ装置を停止するための手段を与える。
【0024】 レーザ・ヘッドは、通常、レーザ・ヘッドが完全に短縮され、工作物から最大
距離にあるとき、伸長限界に達し、したがってレーザ・ヘッドは、さらに伸長し
て、レーザ・ヘッドが動作している工作物からの距離に適応することができない
。この距離で、レーザ・ヘッドが工作物との衝突に関わる可能性がない場合でも
、そのような距離のために、レーザを劣悪に使用することになりやすい。したが
って、ロボットは、工作物について動作を続けるより、電源を切るか停止するほ
うが良い。
距離にあるとき、伸長限界に達し、したがってレーザ・ヘッドは、さらに伸長し
て、レーザ・ヘッドが動作している工作物からの距離に適応することができない
。この距離で、レーザ・ヘッドが工作物との衝突に関わる可能性がない場合でも
、そのような距離のために、レーザを劣悪に使用することになりやすい。したが
って、ロボットは、工作物について動作を続けるより、電源を切るか停止するほ
うが良い。
【0025】 レーザ・ヘッドが工作物に非常に近接して動き、レーザ・ヘッドがもはやそれ
自体の内部に短縮することが可能でないとき、レーザ・ヘッドは短縮限界に達す
る。レーザ・ヘッドは、工作物間の表面トポグラフィの変動に対処しない動作プ
ログラミングの結果など、多くの理由で短縮限界に達することが可能である。レ
ーザ・ヘッドが短縮限界で動作を続ける場合、レーザ光線は、最適に、工作物の
表面を照射しない可能性がある。さらに、レーザ・ヘッドは、短縮限界で動作す
るとき、より衝突しやすくなる。したがって、ロボットおよびレーザ・ヘッドは
、ロボットを再プログラミングする、または工作物を再配置するなど、調整を実
施する可能性があるまで、停止することが好ましい。
自体の内部に短縮することが可能でないとき、レーザ・ヘッドは短縮限界に達す
る。レーザ・ヘッドは、工作物間の表面トポグラフィの変動に対処しない動作プ
ログラミングの結果など、多くの理由で短縮限界に達することが可能である。レ
ーザ・ヘッドが短縮限界で動作を続ける場合、レーザ光線は、最適に、工作物の
表面を照射しない可能性がある。さらに、レーザ・ヘッドは、短縮限界で動作す
るとき、より衝突しやすくなる。したがって、ロボットおよびレーザ・ヘッドは
、ロボットを再プログラミングする、または工作物を再配置するなど、調整を実
施する可能性があるまで、停止することが好ましい。
【0026】 本発明をより完全に理解するために、以下の詳細な説明および添付の図面を参
照する。図面では、同じ参照番号は図面を通して同じ部品を指している。
照する。図面では、同じ参照番号は図面を通して同じ部品を指している。
【0027】 (好ましい実施形態の説明) 最初に、本発明は、金属切断、板金切断、溶接、重ね溶接など、固体材料の切
断または溶接、あるいは一般に自動車製造産業などに特に適していることに留意
されたい。しかし、当業者には、以下の開示からその他の用法も明らかになるで
あろう。
断または溶接、あるいは一般に自動車製造産業などに特に適していることに留意
されたい。しかし、当業者には、以下の開示からその他の用法も明らかになるで
あろう。
【0028】 ここで図1、図2、および図3を参照すると、本発明によるレーザ・ヘッド1
0が、レーザ光学部品13を包含するハウジング12を含むことが示されている
。ハウジング12は、光路を与え、かつレーザ切断または溶接動作中に、粒子状
物質および摩耗から光学部品13を保護する空洞内部室20を形成する。ハウジ
ング12は、その第1の端で、ファスナなど従来の手段によって取付けブロック
14に接続されている。取付けブロック14は、ハウシング12から分離して形
成することも、一体的に形成することも可能である。取付けブロック14は、適
切な取付け部材を与え、様々な構成要素またはレーザ・ヘッドをそれに固定する
。ハウジング12は、第2の端で、ノズル16に向かって細くなっている。代替
として、ノズル16は、適切な固定手段を用いて、第2の端に取り付けることが
可能である。さらにノズル16は、出口またはノズル・ポート17を有する先端
部90に向かって細くなり、アシスト・ガスを向けることができるレーザ・ヘッ
ドを提供し、工作物を処理する際に生じる破片やスパッタがノズル16に入るこ
とを防止する。
0が、レーザ光学部品13を包含するハウジング12を含むことが示されている
。ハウジング12は、光路を与え、かつレーザ切断または溶接動作中に、粒子状
物質および摩耗から光学部品13を保護する空洞内部室20を形成する。ハウジ
ング12は、その第1の端で、ファスナなど従来の手段によって取付けブロック
14に接続されている。取付けブロック14は、ハウシング12から分離して形
成することも、一体的に形成することも可能である。取付けブロック14は、適
切な取付け部材を与え、様々な構成要素またはレーザ・ヘッドをそれに固定する
。ハウジング12は、第2の端で、ノズル16に向かって細くなっている。代替
として、ノズル16は、適切な固定手段を用いて、第2の端に取り付けることが
可能である。さらにノズル16は、出口またはノズル・ポート17を有する先端
部90に向かって細くなり、アシスト・ガスを向けることができるレーザ・ヘッ
ドを提供し、工作物を処理する際に生じる破片やスパッタがノズル16に入るこ
とを防止する。
【0029】 好ましい実施形態では、ノズル16は、ハウジング12より細い、伸長された
管状部材である。そのようなノズルは、第1の先細円錐状部分を有することが可
能であり、第2の先細部分が続き、これも縦方向に延びて、伸長された部材を提
供する。第2の先細部分には、先端部で終端する第3の円錐状先細部分が続く。
伸長されたより狭い管状ノズルは、3次元工作物について正確に動作することが
できるレーザ・ヘッドを提供する。
管状部材である。そのようなノズルは、第1の先細円錐状部分を有することが可
能であり、第2の先細部分が続き、これも縦方向に延びて、伸長された部材を提
供する。第2の先細部分には、先端部で終端する第3の円錐状先細部分が続く。
伸長されたより狭い管状ノズルは、3次元工作物について正確に動作することが
できるレーザ・ヘッドを提供する。
【0030】 光源18は、取付けブロック14に接続されており、ハウジング12の空洞内
部室20光学的に連通している。光源18は、レーザ・ヘッドに光線を提供する
。光源18は、光ファイバなど、任意の適切なレーザ光線生成手段とすることが
できる。光源18は、以下で説明するように、取付けブロック14の室を通る光
線を光らせるように適合されており、調節可能なように室に接続されている。
部室20光学的に連通している。光源18は、レーザ・ヘッドに光線を提供する
。光源18は、光ファイバなど、任意の適切なレーザ光線生成手段とすることが
できる。光源18は、以下で説明するように、取付けブロック14の室を通る光
線を光らせるように適合されており、調節可能なように室に接続されている。
【0031】 光源18は、光線を生成し、レーザ光学部品13または光線受光手段上に光線
を向ける。受光手段は、レンズ、ミラー、プリズム、光線分割器などを含む、任
意のタイプの受光光学部品とすることが可能である。図示したように、光線受光
手段は、ハウジング12の空洞内部室20内に配置された第1のまたは受光レン
ズ22を備える。受光レンズ22は、照準レンズとすることが可能である。受光
レンズ22は、適切な光線を第2のまたは焦点レンズ26に供給するための手段
を提供する。図示したように、受光レンズ22は、第1のレンズ・カートリッジ
24によって、取付けブロック14の反対側の端で、ハウジング12の内部室内
において支持されている。第2のレンズ26は、第2のレンズ・カートリッジ2
8によって、ノズルの先端部部分に近い、ハウジングの内部で支持されている。
第2のレンズ26は、第1のレンズと連通光学的に連通しており、第1のレンズ
22から平行光線を受光し、光線をノズル16を通って工作物上に集束させるこ
とが可能である。
を向ける。受光手段は、レンズ、ミラー、プリズム、光線分割器などを含む、任
意のタイプの受光光学部品とすることが可能である。図示したように、光線受光
手段は、ハウジング12の空洞内部室20内に配置された第1のまたは受光レン
ズ22を備える。受光レンズ22は、照準レンズとすることが可能である。受光
レンズ22は、適切な光線を第2のまたは焦点レンズ26に供給するための手段
を提供する。図示したように、受光レンズ22は、第1のレンズ・カートリッジ
24によって、取付けブロック14の反対側の端で、ハウジング12の内部室内
において支持されている。第2のレンズ26は、第2のレンズ・カートリッジ2
8によって、ノズルの先端部部分に近い、ハウジングの内部で支持されている。
第2のレンズ26は、第1のレンズと連通光学的に連通しており、第1のレンズ
22から平行光線を受光し、光線をノズル16を通って工作物上に集束させるこ
とが可能である。
【0032】 さらに、本明細書のレーザ・ヘッド10は、第1の受光光学部品などの上に入
射する光線を調節するための手段を含み、全体を33で示す。図示したように、
入射光線調節するための手段33は、取付けブロック14内に調節可能なように
設置されているファイバ・アダプタ42を含む。第1の受光光学部品上に入射す
る光線を調節するための手段33は、入射光線を所望の光路に向けるまたは集中
させることをもたらす。例えば、所望の光路は、焦点レンズまたは集光レンズ2
6と整列している光路である。したがって、調節するための手段33の動作に際
し、強力なレーザ光線を形成するのに十分な量の光を焦点レンズ26に供給する
ことに適した方式で、入射光線を焦点レンズ26上に向けることができる。また
、調節するための手段33により、焦点レンズまたはノズルを動かさずに、ノズ
ル・ポート17またはホールと同軸に、レーザ光線の焦点を集中させることが可
能である。
射する光線を調節するための手段を含み、全体を33で示す。図示したように、
入射光線調節するための手段33は、取付けブロック14内に調節可能なように
設置されているファイバ・アダプタ42を含む。第1の受光光学部品上に入射す
る光線を調節するための手段33は、入射光線を所望の光路に向けるまたは集中
させることをもたらす。例えば、所望の光路は、焦点レンズまたは集光レンズ2
6と整列している光路である。したがって、調節するための手段33の動作に際
し、強力なレーザ光線を形成するのに十分な量の光を焦点レンズ26に供給する
ことに適した方式で、入射光線を焦点レンズ26上に向けることができる。また
、調節するための手段33により、焦点レンズまたはノズルを動かさずに、ノズ
ル・ポート17またはホールと同軸に、レーザ光線の焦点を集中させることが可
能である。
【0033】 調節するための手段33は、ファイバ・アダプタ42を備えることが可能であ
る。ファイバ・アダプタは、調節可能なように光ファイバを支持するための手段
を提供する。図示したように、ファイバ・アダプタ42は、取付けブロック14
内で光ファイバを支持する外壁48を有する空洞部材である。外壁48は、取付
けブロック14内へ伸長するように適合されており、ファイバ・アダプタ42の
先端部44で終端する。先端部44は、中央開口を有するか、または第1の端で
開いており、光ファイバからの光がそこを通るように向ける。支持リッジ46は
、外壁48から周囲に延び、取付けブロック14のレッジまたはシェルフ32上
で、スライドするようにファイバ・アダプタ42を支持する。外壁48は、支持
リッジ46を超えて縦方向に延び、周囲に位置する少なくとも1つのノッチ50
を有する。ノッチ50を使用して、取付けブロック14内で、ファイバ・アダプ
タ42の位置を確保または固定する。壁48は、第2の開口端52で終端する。
第2の開口端52は、そこを通る光ファイバを受けるように適合されている。
る。ファイバ・アダプタは、調節可能なように光ファイバを支持するための手段
を提供する。図示したように、ファイバ・アダプタ42は、取付けブロック14
内で光ファイバを支持する外壁48を有する空洞部材である。外壁48は、取付
けブロック14内へ伸長するように適合されており、ファイバ・アダプタ42の
先端部44で終端する。先端部44は、中央開口を有するか、または第1の端で
開いており、光ファイバからの光がそこを通るように向ける。支持リッジ46は
、外壁48から周囲に延び、取付けブロック14のレッジまたはシェルフ32上
で、スライドするようにファイバ・アダプタ42を支持する。外壁48は、支持
リッジ46を超えて縦方向に延び、周囲に位置する少なくとも1つのノッチ50
を有する。ノッチ50を使用して、取付けブロック14内で、ファイバ・アダプ
タ42の位置を確保または固定する。壁48は、第2の開口端52で終端する。
第2の開口端52は、そこを通る光ファイバを受けるように適合されている。
【0034】 光学または光ファイバ34は、ファイバ・アダプタ42に設置されており、フ
ァイバ・アダプタ42のほぼ先端部44に向かって延びる。光ファイバ34は、
先細部分56に当たっているねじ58など、任意の適切な固定手段を用いて、フ
ァイバ・アダプタ42内で確保または取り外し可能なように固定される。光線を
生成するために光ファイバ34を使用することは、一般に知られており、任意の
タイプの長く薄い融解石英の糸、または光を送信するために使用する任意の透明
な材料を含む。
ァイバ・アダプタ42のほぼ先端部44に向かって延びる。光ファイバ34は、
先細部分56に当たっているねじ58など、任意の適切な固定手段を用いて、フ
ァイバ・アダプタ42内で確保または取り外し可能なように固定される。光線を
生成するために光ファイバ34を使用することは、一般に知られており、任意の
タイプの長く薄い融解石英の糸、または光を送信するために使用する任意の透明
な材料を含む。
【0035】 取付けブロック14は、ファイバ・アダプタ42の支持物を与え、また、レー
ザ・ヘッドと工作物または他の装備品との間で、力によるまたは制御されない衝
突が生じたときに剪断する機構を与える。取付けブロック14は、第1のスルー
ボア91とそれと同軸の第2のボア93を有し、ボア91、93は、共動してレ
ッジ32を形成する。ファイバ・アダプタ42は、取付けブロック14のレッジ
32上に位置するように適合されているリッジ46を有する。第2のボア93は
、ファイバ・アダプタのリッジ46と取付けブロック14の第1のファイバ・ボ
ア91の両方よりも著しく大きい半径を有する。ファイバ・アダプタ42は、ま
ず、取付けブロックの第1のスルーボア91の先端部44に配置され、したがっ
て、ファイバ・アダプタのリッジ46は、取付けブロックのレッジ32に接し、
その上で並進可能またはスライドするように設置される。したがって、ファイバ
・アダプタ42は、レッジ32上で並進またはスライドして動くように適合され
ている。ファイバ・アダプタ42のスライドまたは並進は、焦点レンズ26上で
光線を調節し、集束光線を集中させてノズル16の先端部90を通るようにする
ことをもたらす。
ザ・ヘッドと工作物または他の装備品との間で、力によるまたは制御されない衝
突が生じたときに剪断する機構を与える。取付けブロック14は、第1のスルー
ボア91とそれと同軸の第2のボア93を有し、ボア91、93は、共動してレ
ッジ32を形成する。ファイバ・アダプタ42は、取付けブロック14のレッジ
32上に位置するように適合されているリッジ46を有する。第2のボア93は
、ファイバ・アダプタのリッジ46と取付けブロック14の第1のファイバ・ボ
ア91の両方よりも著しく大きい半径を有する。ファイバ・アダプタ42は、ま
ず、取付けブロックの第1のスルーボア91の先端部44に配置され、したがっ
て、ファイバ・アダプタのリッジ46は、取付けブロックのレッジ32に接し、
その上で並進可能またはスライドするように設置される。したがって、ファイバ
・アダプタ42は、レッジ32上で並進またはスライドして動くように適合され
ている。ファイバ・アダプタ42のスライドまたは並進は、焦点レンズ26上で
光線を調節し、集束光線を集中させてノズル16の先端部90を通るようにする
ことをもたらす。
【0036】 また、取付けブロック14は、支持を提供してレーザ・ヘッドをロボット35
(部分的に図示)に取り付けることが可能である。レーザ・ヘッドは、磁気アタ
ッチメント、剥離タブなど、任意の適切な固定手段を用いて、ロボット35に取
り付けることが可能である。固定手段は、力によるまたは制御されない衝突の際
にロボットからレーザ・ヘッドを分離する、安全開放機構を提供することが好ま
しい。
(部分的に図示)に取り付けることが可能である。レーザ・ヘッドは、磁気アタ
ッチメント、剥離タブなど、任意の適切な固定手段を用いて、ロボット35に取
り付けることが可能である。固定手段は、力によるまたは制御されない衝突の際
にロボットからレーザ・ヘッドを分離する、安全開放機構を提供することが好ま
しい。
【0037】 図3に示すように、取付けブロックは、レーザ・ヘッドが制御されない状態で
他の物体と衝突したときに剪断し、ロボット35から光学部品を含んでいるレー
ザ・ヘッドを分離するように適合された安全開放機構として作用する2つの構造
である。安全開放機構は、上部剥離フランジ36と下部剥離フランジ40を備え
る。上部剥離フランジ36は、ねじ、ボルトなど、適切な固定手段を用いて、ロ
ボット35に固定されている。下部剥離フランジ40は、ねじ60、ボルトなど
、適切な固定手段を用いて、取付けブロック14に固定されている。下部剥離フ
ランジは、適切な剥離手段によって上部剥離フランジに固定されている。剥離手
段は、少なくとも1つの剥離プレート62と、上部剥離フランジ36を下部剥離
フランジ40に接続している複数のピン98、99によってもたらされる。剥離
リング38は、上部剥離フランジと下部剥離フランジの間に配置されており、フ
ランジを位置合わせするための手段を提供する。剥離リング38は、上部および
下部フランジの内部形状に適合し、下部フランジの上に位置して、位置合わせを
実施する。
他の物体と衝突したときに剪断し、ロボット35から光学部品を含んでいるレー
ザ・ヘッドを分離するように適合された安全開放機構として作用する2つの構造
である。安全開放機構は、上部剥離フランジ36と下部剥離フランジ40を備え
る。上部剥離フランジ36は、ねじ、ボルトなど、適切な固定手段を用いて、ロ
ボット35に固定されている。下部剥離フランジ40は、ねじ60、ボルトなど
、適切な固定手段を用いて、取付けブロック14に固定されている。下部剥離フ
ランジは、適切な剥離手段によって上部剥離フランジに固定されている。剥離手
段は、少なくとも1つの剥離プレート62と、上部剥離フランジ36を下部剥離
フランジ40に接続している複数のピン98、99によってもたらされる。剥離
リング38は、上部剥離フランジと下部剥離フランジの間に配置されており、フ
ランジを位置合わせするための手段を提供する。剥離リング38は、上部および
下部フランジの内部形状に適合し、下部フランジの上に位置して、位置合わせを
実施する。
【0038】 剥離プレート62は、レーザ・ヘッドと工作物または他の物体との間で、制御
されない衝突が起きた場合に、下部フランジから上部フランジ36を分離し、そ
れによりロボット35からレーザ・ヘッドを分離する適切な剪断手段を提供する
任意の材料で形成することが可能である。そのような機構は、衝突が回避できな
い場合、ロボットとレーザ・ヘッドを保護する。
されない衝突が起きた場合に、下部フランジから上部フランジ36を分離し、そ
れによりロボット35からレーザ・ヘッドを分離する適切な剪断手段を提供する
任意の材料で形成することが可能である。そのような機構は、衝突が回避できな
い場合、ロボットとレーザ・ヘッドを保護する。
【0039】 下部剥離フランジ40は、ファイバ・アダプタ42の外壁48より著しく大き
い半径を備えるボアを有し、ファイバ・アダプタ42の制約されない動きを考慮
している。以下で議論するように、ファイバ・アダプタ42の動きは、1つまた
は複数のファスナによって制約することが可能である。
い半径を備えるボアを有し、ファイバ・アダプタ42の制約されない動きを考慮
している。以下で議論するように、ファイバ・アダプタ42の動きは、1つまた
は複数のファスナによって制約することが可能である。
【0040】 図2を参照すると、ファイバ・アダプタ42は、複数のファスナ66、66’
、66”、66'''によって取付けブロック14に調節可能なように取り付けら
れている。ファイバ・アダプタ42は、取付けブロック内で、下部剥離フランジ
について直径に沿って径方向に配置され、ファイバ・アダプタ42のノッチ50
と接している少なくとも3つのファスナで、好ましくは4つのファスナで取り付
けられることが好ましい。図1に示すように、下部剥離フランジ40を通って取
り付けられたねじ66は、外壁48のノッチ50に接する。ねじ66は、少なく
とも1つの他のねじと共動して、水平軸またはx−y軸について、ファイバ・ア
ダプタ42がスライドして動くことを制約する。
、66”、66'''によって取付けブロック14に調節可能なように取り付けら
れている。ファイバ・アダプタ42は、取付けブロック内で、下部剥離フランジ
について直径に沿って径方向に配置され、ファイバ・アダプタ42のノッチ50
と接している少なくとも3つのファスナで、好ましくは4つのファスナで取り付
けられることが好ましい。図1に示すように、下部剥離フランジ40を通って取
り付けられたねじ66は、外壁48のノッチ50に接する。ねじ66は、少なく
とも1つの他のねじと共動して、水平軸またはx−y軸について、ファイバ・ア
ダプタ42がスライドして動くことを制約する。
【0041】 複数のファスナ66、66’、66”、66'''は、ファイバ・アダプタ42
のまわりに均等に隔置されている。光線の調節は、弛緩特定ファスナ66、66
’、66”、66'''によって達成され、これに他の締付けねじ66、66’、
66”、66'''が続いている。これにより光ファイバまたはハイファ・アダプ
タ42は、増加して動くことが可能である。この光ファイバの動きは、次に光源
から放出されている光線を動かし、レーザ・ヘッドのx−y軸に沿って、光線の
光路を増加して変更する。光線の正しい位置に到達するとき、全てのファスナ6
6、66’、66”、66'''は、再び締め付けられる。
のまわりに均等に隔置されている。光線の調節は、弛緩特定ファスナ66、66
’、66”、66'''によって達成され、これに他の締付けねじ66、66’、
66”、66'''が続いている。これにより光ファイバまたはハイファ・アダプ
タ42は、増加して動くことが可能である。この光ファイバの動きは、次に光源
から放出されている光線を動かし、レーザ・ヘッドのx−y軸に沿って、光線の
光路を増加して変更する。光線の正しい位置に到達するとき、全てのファスナ6
6、66’、66”、66'''は、再び締め付けられる。
【0042】 使用時には、レーザ・ヘッドは、工作物の表面に沿って所定の速度で進む。本
発明で考慮するように、レーザ・ヘッドは、変動トポグラフィを有する3次元の
表面上で動作するように適合されている。そのようなレーザ・ヘッドは、工作物
の変化する表面トポグラフィに関連して、レーザ・ヘッドの先端部90またはノ
ズルが動作する位置あるいは距離を連続的に変更するように適合されている。
発明で考慮するように、レーザ・ヘッドは、変動トポグラフィを有する3次元の
表面上で動作するように適合されている。そのようなレーザ・ヘッドは、工作物
の変化する表面トポグラフィに関連して、レーザ・ヘッドの先端部90またはノ
ズルが動作する位置あるいは距離を連続的に変更するように適合されている。
【0043】 ここで、動作高度を連続的に変更するように適合されたレーザ・ヘッドについ
て、好ましい実施形態で説明する。この好ましい実施形態のハウジング12は、
第1の本体または上部眼球誘導管70、および第1の本体70の中へ短縮しかつ
第1の本体70の外へ伸長できる第2の本体または下部管72を備える入れ子式
の2つの部分の組立て品である。
て、好ましい実施形態で説明する。この好ましい実施形態のハウジング12は、
第1の本体または上部眼球誘導管70、および第1の本体70の中へ短縮しかつ
第1の本体70の外へ伸長できる第2の本体または下部管72を備える入れ子式
の2つの部分の組立て品である。
【0044】 入れ子式ハウジング70、72は、前記表面の変動トポグラフィに関して、工
作物の表面を精密に追跡することが可能なレーザ・ヘッドを提供する。また、入
れ子式ハウジングは、ロボットまたはロボットのアームのみによって調節するレ
ーザ・ヘッドと比較して、工作物上でレーザ・ヘッドが動作する距離または高度
を調節する改善された手段またはより速い手段を提供する。
作物の表面を精密に追跡することが可能なレーザ・ヘッドを提供する。また、入
れ子式ハウジングは、ロボットまたはロボットのアームのみによって調節するレ
ーザ・ヘッドと比較して、工作物上でレーザ・ヘッドが動作する距離または高度
を調節する改善された手段またはより速い手段を提供する。
【0045】 第1のおよび第2の本体70、72は、ステンレス鋼、真鍮、セラミックなど
を含む、任意の適切な材料で形成することが可能である。適切な材料は、摩耗お
よび熱に耐性があり、光学部品に対して適切な支持を提供する。本体70、72
は、一方を他方の中にはめ込むようなサイズになっている、剛性円筒構造である
ことが好ましい。したがって、入れ子式ハウジングは、蛇腹式または柔軟なハウ
ジングの設計などとは対照的に、摩耗に対してより影響を受け難いハウジングを
提供する。
を含む、任意の適切な材料で形成することが可能である。適切な材料は、摩耗お
よび熱に耐性があり、光学部品に対して適切な支持を提供する。本体70、72
は、一方を他方の中にはめ込むようなサイズになっている、剛性円筒構造である
ことが好ましい。したがって、入れ子式ハウジングは、蛇腹式または柔軟なハウ
ジングの設計などとは対照的に、摩耗に対してより影響を受け難いハウジングを
提供する。
【0046】 図3に示すように、レーザ・ヘッドは、ノズルまたはレーザ・ヘッドが工作物
の表面の上で動作する、距離または高度を連続的に調節するための手段21を含
む。連続調節するための手段21は、ハウジングをそれ自体内で、または取付け
ブロック内で、伸長および短縮する任意の適切な装置である。そのような手段は
、以下の電気モータ、ラックおよび小歯車、油圧手段、滑車およびケーブル、対
向ばねなど、1つまたは複数のものを含むことが可能である。
の表面の上で動作する、距離または高度を連続的に調節するための手段21を含
む。連続調節するための手段21は、ハウジングをそれ自体内で、または取付け
ブロック内で、伸長および短縮する任意の適切な装置である。そのような手段は
、以下の電気モータ、ラックおよび小歯車、油圧手段、滑車およびケーブル、対
向ばねなど、1つまたは複数のものを含むことが可能である。
【0047】 図示したように、調節するための手段21は、入れ子式ハウジングを駆動する
ように接続されているモータ76、フランジ75、滑車74、ケーブル80、お
よび少なくとも1つのばね82を含む。上述したように、下部管または第2の本
体72は、上部管または第1の本体70より小さい外径を有し、第1の本体に入
れ子式に収納することができる。フランジ75は、下部管72の上端に接続され
ているか、またはそれと一体化されている。滑車74は、それに関連付けられた
ケーブル80を有し、取付けブロック14内で、回転するように取り付けられて
いる。ケーブル80は、滑車74上に巻き付けられており、一端は取付けブロッ
ク14を通って延び、フランジ75に接続されている。モータ76は、取付けブ
ロックに取り付けられており、機能的に滑車74に接続されている。モータ76
は、制御装置(図示せず)を介して電気的に制御されている。モータ76は、回
転運動を滑車74に提供し、滑車は、それの回りにケーブル80を巻きつけたり
解いたりする。次にケーブル80はフランジ75を動かし、対応する下部管72
を上部管70の中へと動かす。
ように接続されているモータ76、フランジ75、滑車74、ケーブル80、お
よび少なくとも1つのばね82を含む。上述したように、下部管または第2の本
体72は、上部管または第1の本体70より小さい外径を有し、第1の本体に入
れ子式に収納することができる。フランジ75は、下部管72の上端に接続され
ているか、またはそれと一体化されている。滑車74は、それに関連付けられた
ケーブル80を有し、取付けブロック14内で、回転するように取り付けられて
いる。ケーブル80は、滑車74上に巻き付けられており、一端は取付けブロッ
ク14を通って延び、フランジ75に接続されている。モータ76は、取付けブ
ロックに取り付けられており、機能的に滑車74に接続されている。モータ76
は、制御装置(図示せず)を介して電気的に制御されている。モータ76は、回
転運動を滑車74に提供し、滑車は、それの回りにケーブル80を巻きつけたり
解いたりする。次にケーブル80はフランジ75を動かし、対応する下部管72
を上部管70の中へと動かす。
【0048】 図1に示しように、ばね82は、上部管70と下部管72の間に設置されてお
り、上部管70内での下部管72の短縮に対抗し、したがって滑車74の動きに
対抗するように動く。図示したように、ばね82は、一端で、ばね遮蔽84を有
する下部管72によって支持されている。ばね82の他端は、ばねポスト86の
ところで取付けブロック14に取り付けられている。ケーブル80を巻き付ける
滑車74の動作は、下部管72を上部管70内に短縮する。同様ではあるが反対
の方式で、ケーブル80を解く滑車74の動作は、下部管72を上部管70から
伸長する。
り、上部管70内での下部管72の短縮に対抗し、したがって滑車74の動きに
対抗するように動く。図示したように、ばね82は、一端で、ばね遮蔽84を有
する下部管72によって支持されている。ばね82の他端は、ばねポスト86の
ところで取付けブロック14に取り付けられている。ケーブル80を巻き付ける
滑車74の動作は、下部管72を上部管70内に短縮する。同様ではあるが反対
の方式で、ケーブル80を解く滑車74の動作は、下部管72を上部管70から
伸長する。
【0049】 さらに、レーザ・ヘッドは、工作物の表面より上にレーザ・ヘッドを配置する
距離を決定するための手段を含むことが可能である。決定するための手段は、任
意の適切な距離感知装置または手段とすることが可能であり、様々な電気装置、
容量性感知、レーザ反射、変動抵抗センサ、線形電位差計などを含むが、これに
限定されるものではない。図示したように、決定するための手段は、容量性感知
のための手段97である。容量性感知のための手段97は、ノズル16の自由端
または遠位端に配置されている電気的に伝導性の先端部90と、ノズルに取り付
けられている容量性感知ケーブル94(図示せず)とを含む。
距離を決定するための手段を含むことが可能である。決定するための手段は、任
意の適切な距離感知装置または手段とすることが可能であり、様々な電気装置、
容量性感知、レーザ反射、変動抵抗センサ、線形電位差計などを含むが、これに
限定されるものではない。図示したように、決定するための手段は、容量性感知
のための手段97である。容量性感知のための手段97は、ノズル16の自由端
または遠位端に配置されている電気的に伝導性の先端部90と、ノズルに取り付
けられている容量性感知ケーブル94(図示せず)とを含む。
【0050】 図示したように、ノズル16は、ハウジングの下部管72の底部に接続されて
いる。ノズルは、電気的に伝導性の先端部90を有することが好ましい。ノズル
16は、伝導性で耐熱性である任意の金属または合金で作成することが可能であ
る。絶縁挿入89は、先端部90とノズルまたはハウジングの残りの部分との間
に配置されている。挿入は、所望しない電流が、ノズルまたは先端部からハウジ
ングに流れることを防止する。先端部90は、伝導性でスレッドされた挿入87
でノズル16に接続されている。また、挿入87は、先端部90から容量性感知
ケーブル94への接続を提供する。
いる。ノズルは、電気的に伝導性の先端部90を有することが好ましい。ノズル
16は、伝導性で耐熱性である任意の金属または合金で作成することが可能であ
る。絶縁挿入89は、先端部90とノズルまたはハウジングの残りの部分との間
に配置されている。挿入は、所望しない電流が、ノズルまたは先端部からハウジ
ングに流れることを防止する。先端部90は、伝導性でスレッドされた挿入87
でノズル16に接続されている。また、挿入87は、先端部90から容量性感知
ケーブル94への接続を提供する。
【0051】 したがって、先端部90は、容量性感知ケーブル94と電気的連通状態にある
。容量性感知ケーブル94は、内部伝導性コア104を有する。内部伝導性コア
104は、絶縁外部被覆または誘電体110によって囲まれている。容量性感知
ケーブルは、点溶接、ファスナなど、任意の適切な方式で先端部90に接続する
ことが可能である。内部伝導性コア104は、銅、銀など、伝導性金属である。
第2の挿入92を使用して、先端部90をノズル16から分離することが可能で
ある。上記の第1の挿入の場合のように、第2の挿入92は、所望しない電流が
ノズルを通ってハウジングに流れるのを防止する。
。容量性感知ケーブル94は、内部伝導性コア104を有する。内部伝導性コア
104は、絶縁外部被覆または誘電体110によって囲まれている。容量性感知
ケーブルは、点溶接、ファスナなど、任意の適切な方式で先端部90に接続する
ことが可能である。内部伝導性コア104は、銅、銀など、伝導性金属である。
第2の挿入92を使用して、先端部90をノズル16から分離することが可能で
ある。上記の第1の挿入の場合のように、第2の挿入92は、所望しない電流が
ノズルを通ってハウジングに流れるのを防止する。
【0052】 使用時には、容量性感知ケーブル94を通して電気的な変化を絶縁先端部90
に加え、これにより、先端部90からの距離に関して、工作物への放電が生じる
。電気的な放電は、制御装置、またはPLC、コンピュータ・アナログ・デジタ
ル変換器、アナログ電気回路など、任意の他の適切な装置(図示せず)によって
測定または監視される。また、制御装置を動作し、モータ76の動作を制御する
ことなどによって、先端部90と工作物の距離を一定に保つことが可能である。
以下で議論するように、制御装置を衝突回避システムの部分として使用すること
も可能である。
に加え、これにより、先端部90からの距離に関して、工作物への放電が生じる
。電気的な放電は、制御装置、またはPLC、コンピュータ・アナログ・デジタ
ル変換器、アナログ電気回路など、任意の他の適切な装置(図示せず)によって
測定または監視される。また、制御装置を動作し、モータ76の動作を制御する
ことなどによって、先端部90と工作物の距離を一定に保つことが可能である。
以下で議論するように、制御装置を衝突回避システムの部分として使用すること
も可能である。
【0053】 モータ76の動作は、PLC、電気回路、プログラムを有することが可能なコ
ンピュータなど、制御装置(図示せず)によって制御される。制御装置は、電位
差計102、容量性感知のための手段97などから送信された信号を処理するこ
とによって、モータ76の動作を決定する。図示したように、電位差計102は
、取付けブロック14と下部管72の間に配置されている。電位差計102は、
電気的に制御装置に接続されている。電位差計102は、ハウジングが受けた圧
縮/短縮の量を感知し、電気信号を制御装置に送信する。次いでA/D変換器、
コンピュータにロードしたコンピュータ・ソフトウエアなど、任意の適切な装置
で信号を出処理する。次いで信号を使用して、ハウジングが受けた伸長/短縮を
決定する。
ンピュータなど、制御装置(図示せず)によって制御される。制御装置は、電位
差計102、容量性感知のための手段97などから送信された信号を処理するこ
とによって、モータ76の動作を決定する。図示したように、電位差計102は
、取付けブロック14と下部管72の間に配置されている。電位差計102は、
電気的に制御装置に接続されている。電位差計102は、ハウジングが受けた圧
縮/短縮の量を感知し、電気信号を制御装置に送信する。次いでA/D変換器、
コンピュータにロードしたコンピュータ・ソフトウエアなど、任意の適切な装置
で信号を出処理する。次いで信号を使用して、ハウジングが受けた伸長/短縮を
決定する。
【0054】 また、レーザ・ヘッドは、アシスト・ガス供給システムを含むことが可能であ
り、システムは、ハウジング内に配置され、アシスト・ガスをノズル16に供給
するように適合されていることが好ましい。図示したように、アシスト・ガス送
達システムは、入れ子式の2つの部分からなる導管96であり、ハウジング12
の内側に沿って取付けブロック14を通って延び、ガス入口コネクタ30に接続
されている。ガス入口コネクタ30は、取付けブロック14の上端に取り付けら
れており、ハウジング12内へ延びる。ガス入口コネクタ30は、任意の適切な
固定手段によって、ハウジング12内に配置されている導管96に接続されてい
る。導管96は、ノズル16のところで細くなっているハウジング12の全長に
沿っている。導管96は、剛性外管100内に折りたたむことができる剛性内管
98を有しており、外管100は、内管98の外径より大きい内径を有し、これ
により、導管96は、それ自体の中で、伸長/短縮することが可能である。短縮
可能、伸長可能なガス・アシスト供給システムは、耐久的な方法を提供してアシ
スト・ガスをノズルに提供し、3次元表面について、レーザ・ヘッドがより良好
に動作できるようにする。
り、システムは、ハウジング内に配置され、アシスト・ガスをノズル16に供給
するように適合されていることが好ましい。図示したように、アシスト・ガス送
達システムは、入れ子式の2つの部分からなる導管96であり、ハウジング12
の内側に沿って取付けブロック14を通って延び、ガス入口コネクタ30に接続
されている。ガス入口コネクタ30は、取付けブロック14の上端に取り付けら
れており、ハウジング12内へ延びる。ガス入口コネクタ30は、任意の適切な
固定手段によって、ハウジング12内に配置されている導管96に接続されてい
る。導管96は、ノズル16のところで細くなっているハウジング12の全長に
沿っている。導管96は、剛性外管100内に折りたたむことができる剛性内管
98を有しており、外管100は、内管98の外径より大きい内径を有し、これ
により、導管96は、それ自体の中で、伸長/短縮することが可能である。短縮
可能、伸長可能なガス・アシスト供給システムは、耐久的な方法を提供してアシ
スト・ガスをノズルに提供し、3次元表面について、レーザ・ヘッドがより良好
に動作できるようにする。
【0055】 好ましい実施形態では、レーザ・ヘッドとロボットは、衝突回避システムを有
するレーザ・ユニットを形成する。衝突回避システムは、レーザ・ヘッドの動作
モードを決定するための手段と、レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作して
いる距離を決定するための手段と、レーザ・ヘッドが、工作物の表面より上の所
定の距離のところで検出されたとき、レーザ・ユニットの動作を停止して、衝突
を回避するための手段とを含む。
するレーザ・ユニットを形成する。衝突回避システムは、レーザ・ヘッドの動作
モードを決定するための手段と、レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作して
いる距離を決定するための手段と、レーザ・ヘッドが、工作物の表面より上の所
定の距離のところで検出されたとき、レーザ・ユニットの動作を停止して、衝突
を回避するための手段とを含む。
【0056】 図5を参照すると、全体を524で示す、本発明による衝突回避システムの動
作を表す流れ図が示されている。レーザ・ヘッドおよびロボットの動作は、ユニ
ットとして実施される。ユニットは、いくつかの異なるモードで動作することが
可能である。動作モードは、工作物に関するレーザ・ヘッドの位置、またはロボ
ットの動作条件、あるいはその両方によって決定することができる。動作モード
は、動作または実行モード、パーク・モード510、教示モード512、および
保持モード514などを含むことが可能である。
作を表す流れ図が示されている。レーザ・ヘッドおよびロボットの動作は、ユニ
ットとして実施される。ユニットは、いくつかの異なるモードで動作することが
可能である。動作モードは、工作物に関するレーザ・ヘッドの位置、またはロボ
ットの動作条件、あるいはその両方によって決定することができる。動作モード
は、動作または実行モード、パーク・モード510、教示モード512、および
保持モード514などを含むことが可能である。
【0057】 各動作モードは、離散動作モードとすることが可能である。実行モードは、ユ
ニットの実際の動作である。パーク・モード510は、ユニットが停止または潜
在モードにある場合の動作モードである。教示モード512は、ユニットをプロ
グラムするために、動作の所望の運動および行動を、ユニットがマスクまたは追
跡する場合の動作モードである。保持モード514は、工作物の縁またはホール
で、ユニットが工作物の部分を処理する場合の動作モードである。動作中、通常
、レーザ・ヘッドは、工作物と共に上昇および下降して工作物の表面を追跡する
。工作物の縁またはホールに到達した際に、劇的にレーザ・ヘッドの高度を下げ
るのではなく、保持モード514では、レーザ・ヘッドは、処理している表面に
関係なく、そのときの動作軸または高度を維持し、適切にレーザ動作を実施する
。
ニットの実際の動作である。パーク・モード510は、ユニットが停止または潜
在モードにある場合の動作モードである。教示モード512は、ユニットをプロ
グラムするために、動作の所望の運動および行動を、ユニットがマスクまたは追
跡する場合の動作モードである。保持モード514は、工作物の縁またはホール
で、ユニットが工作物の部分を処理する場合の動作モードである。動作中、通常
、レーザ・ヘッドは、工作物と共に上昇および下降して工作物の表面を追跡する
。工作物の縁またはホールに到達した際に、劇的にレーザ・ヘッドの高度を下げ
るのではなく、保持モード514では、レーザ・ヘッドは、処理している表面に
関係なく、そのときの動作軸または高度を維持し、適切にレーザ動作を実施する
。
【0058】 レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作している距離を決定するための手段
522は、レーザ・ヘッドの先端部の遠位端と、測定する工作物の表面の間でお
よその間隔を可能とする任意の装置または手段である。レーザ・ヘッドとロボッ
トは、ユニットとして機能し、上述した1つまたは複数のモードで、工作物の表
面を処理する。距離決定するための手段522は、上述した容量性感知のための
手段97または線形電位差計102など、任意の適切な手段または装置とするこ
とが可能である。また、決定するための手段522は、単一装置、または距離を
決定する個々の装置522’、522”とすることが可能である。
522は、レーザ・ヘッドの先端部の遠位端と、測定する工作物の表面の間でお
よその間隔を可能とする任意の装置または手段である。レーザ・ヘッドとロボッ
トは、ユニットとして機能し、上述した1つまたは複数のモードで、工作物の表
面を処理する。距離決定するための手段522は、上述した容量性感知のための
手段97または線形電位差計102など、任意の適切な手段または装置とするこ
とが可能である。また、決定するための手段522は、単一装置、または距離を
決定する個々の装置522’、522”とすることが可能である。
【0059】 上述し図3に示したように、レーザ・ヘッドが工作物の表面と接する場合、ま
たはそれに近接する場合、容量性感知のための手段97は、ノズルまたは先端部
90と、電気的に決定するための手段とを備える。ユニットが機能している動作
モードに応じて、レーザ・ヘッドが工作物から所定の距離にあるとき、ユニット
は動作しないか、または動作を停止する。通常、所定の距離は、0mmから約1
mmであり、レーザ・ヘッドと工作物の間が0.5mm未満であることが好まし
い。所定の距離が0mmに設定されている場合でも、接する際にレーザ・ヘッド
またはロボット・ユニットに損傷が生じない限り、衝突は回避されたと見なされ
る。したがって、レーザ・ヘッドがある高度にあるとき、または工作物に接して
いるとき、ユニットがあるモードで動作することを防止することによって、本発
明は、レーザ・ヘッドが工作物との衝突に関わりにくくすること、または損傷さ
れないようにすることをもたらし、それにより、続いて生じる可能性がある問題
を防止する。
たはそれに近接する場合、容量性感知のための手段97は、ノズルまたは先端部
90と、電気的に決定するための手段とを備える。ユニットが機能している動作
モードに応じて、レーザ・ヘッドが工作物から所定の距離にあるとき、ユニット
は動作しないか、または動作を停止する。通常、所定の距離は、0mmから約1
mmであり、レーザ・ヘッドと工作物の間が0.5mm未満であることが好まし
い。所定の距離が0mmに設定されている場合でも、接する際にレーザ・ヘッド
またはロボット・ユニットに損傷が生じない限り、衝突は回避されたと見なされ
る。したがって、レーザ・ヘッドがある高度にあるとき、または工作物に接して
いるとき、ユニットがあるモードで動作することを防止することによって、本発
明は、レーザ・ヘッドが工作物との衝突に関わりにくくすること、または損傷さ
れないようにすることをもたらし、それにより、続いて生じる可能性がある問題
を防止する。
【0060】 さらに、レーザ・ヘッドとロボットまたはユニットは、レーザ・ヘッドの動作
条件によって制御することが可能である。例えば、レーザ・ヘッドの動作条件は
、レーザ・ヘッドが伸長限界516または短縮限界518に達することを含むが
、これに限定されるものではない。また、本発明は、入れ子式または伸長可能な
レーザ・ヘッドを提供するので、衝突回避システムは、レーザ・ヘッドが伸長限
界516または短縮限界518に達するとき、ユニットを停止するための手段を
提供することが可能である。レーザ・ヘッドは、レーザ・ヘッドが工作物から最
大距離にあり、入れ子式ハウジングが最大限に伸長されているとき、一般に伸長
限界516に達する。レーザ・ヘッドが、工作物との衝突に関わる可能性がない
場合でも、そのような動作条件により、レーザ光線を劣悪に使用することになる
可能性がある。したがって、レーザ・ユニットは、工作物の処理を続けるより、
調整のため停止、または休止する方が良い。
条件によって制御することが可能である。例えば、レーザ・ヘッドの動作条件は
、レーザ・ヘッドが伸長限界516または短縮限界518に達することを含むが
、これに限定されるものではない。また、本発明は、入れ子式または伸長可能な
レーザ・ヘッドを提供するので、衝突回避システムは、レーザ・ヘッドが伸長限
界516または短縮限界518に達するとき、ユニットを停止するための手段を
提供することが可能である。レーザ・ヘッドは、レーザ・ヘッドが工作物から最
大距離にあり、入れ子式ハウジングが最大限に伸長されているとき、一般に伸長
限界516に達する。レーザ・ヘッドが、工作物との衝突に関わる可能性がない
場合でも、そのような動作条件により、レーザ光線を劣悪に使用することになる
可能性がある。したがって、レーザ・ユニットは、工作物の処理を続けるより、
調整のため停止、または休止する方が良い。
【0061】 レーザ・ヘッドは、レーザ・ヘッドが工作物に近接して、またはレーザ・ヘッ
ドの入れ子式のハウジングがもはやそれ自体内に短縮する可能性がないほど工作
物に接近して動作または動くとき、短縮限界518に達する。レーザ・ヘッドは
、レーザ・ヘッドの動作を予備プログラミングする結果、短縮限界518に達す
る可能性がある。プログラミングは、工作物の表面のトポグラフィの予期しない
変化とは同時には行われない。短縮限界518でレーザ・ヘッドを動作し続ける
場合、集束レーザ光線は、工作物の表面を適切に照射しないか、またはレーザ・
ヘッドは衝突が増大する可能性がある。したがって、ユニットの調整または再プ
ログラミングが実行される可能性があるまで、ユニットを停止または休止するこ
とが好ましい。
ドの入れ子式のハウジングがもはやそれ自体内に短縮する可能性がないほど工作
物に接近して動作または動くとき、短縮限界518に達する。レーザ・ヘッドは
、レーザ・ヘッドの動作を予備プログラミングする結果、短縮限界518に達す
る可能性がある。プログラミングは、工作物の表面のトポグラフィの予期しない
変化とは同時には行われない。短縮限界518でレーザ・ヘッドを動作し続ける
場合、集束レーザ光線は、工作物の表面を適切に照射しないか、またはレーザ・
ヘッドは衝突が増大する可能性がある。したがって、ユニットの調整または再プ
ログラミングが実行される可能性があるまで、ユニットを停止または休止するこ
とが好ましい。
【0062】 例えば、レーザが工作物を切断する際に、レーザ・ヘッドは、切断表面から約
1mmのところで動作することが可能である。工作物から工作物に動くとき、レ
ーザ切断ヘッドは、工作物から10mmほどのパーク位置に瞬間的に到達するこ
とが可能である。次いで、ヘッドが工作物から工作物に動くとき、衝突回避手段
522は、工作物が、次の工作物の表面から3mmから6mmの範囲内になるか
を検出し、衝突が生じる前に、レーザ・ヘッドとロボットを停止する。
1mmのところで動作することが可能である。工作物から工作物に動くとき、レ
ーザ切断ヘッドは、工作物から10mmほどのパーク位置に瞬間的に到達するこ
とが可能である。次いで、ヘッドが工作物から工作物に動くとき、衝突回避手段
522は、工作物が、次の工作物の表面から3mmから6mmの範囲内になるか
を検出し、衝突が生じる前に、レーザ・ヘッドとロボットを停止する。
【0063】 レーザ・ヘッドが、工作物の表面より上の所定の距離にあると検出されたとき
、レーザ・ヘッドの動作を停止して衝突を回避するための手段520は、「衝突
」条件が満足されたとき、レーザ・ヘッドとロボット・ユニットの動きを停止ま
たは防止する任意の適切な手段または装置とすることが可能である。適切な装置
は、例えば、線形電位差計から信号を受光する制御装置を備え、制御装置は、信
号を送信して衝突インターロックを開き、レーザ・ヘッドとロボットを停止する
。制御装置は、「衝突」条件が満足されたとき、信号を受光し、信号を送信する
可能性がある任意の適切な制御装置とすることができる。適切な制御装置は、P
LC、ソフトウエアで駆動されるコンピュータ、制御チップを有する回路板、電
気回路、アナログ電気回路、PROMなどを含む。
、レーザ・ヘッドの動作を停止して衝突を回避するための手段520は、「衝突
」条件が満足されたとき、レーザ・ヘッドとロボット・ユニットの動きを停止ま
たは防止する任意の適切な手段または装置とすることが可能である。適切な装置
は、例えば、線形電位差計から信号を受光する制御装置を備え、制御装置は、信
号を送信して衝突インターロックを開き、レーザ・ヘッドとロボットを停止する
。制御装置は、「衝突」条件が満足されたとき、信号を受光し、信号を送信する
可能性がある任意の適切な制御装置とすることができる。適切な制御装置は、P
LC、ソフトウエアで駆動されるコンピュータ、制御チップを有する回路板、電
気回路、アナログ電気回路、PROMなどを含む。
【0064】 図4を参照すると、全体を200で示す、本発明の第2の実施形態が示されて
いる。光ファイバ224は、ある角度で、レーザ・ヘッド200に接続されてお
り、切断軸に対し垂直であることが好ましい。この実施形態では、レーザ・ヘッ
ドは、ハウジング201と、光ファイバ224と、光源から生成された光線の光
路を調節するための手段215とを備える。図示したように、調節するための手
段215は、レーザ・ヘッドのy軸に沿って入射光線を調節するために、ハウジ
ング201内に配置された調節可能な光学部品またはミラーの組立て品であり、
およびレーザ・ヘッドのx軸に沿って入射光を調節する並進またはスライド可能
な台車である。
いる。光ファイバ224は、ある角度で、レーザ・ヘッド200に接続されてお
り、切断軸に対し垂直であることが好ましい。この実施形態では、レーザ・ヘッ
ドは、ハウジング201と、光ファイバ224と、光源から生成された光線の光
路を調節するための手段215とを備える。図示したように、調節するための手
段215は、レーザ・ヘッドのy軸に沿って入射光線を調節するために、ハウジ
ング201内に配置された調節可能な光学部品またはミラーの組立て品であり、
およびレーザ・ヘッドのx軸に沿って入射光を調節する並進またはスライド可能
な台車である。
【0065】 ある角度で光ファイバ224を配置することにより、集束光線のすぐ上の、取
付けブロック204の上端に、カメラ202または他の視聴装置を取り付けるこ
とをもたらす。図示したように、受光ミラー206または光学部品は、ハウジン
グ201内に配置されており、入射光線を第1のレンズ上に偏向または曲げるこ
とによって、出て行く光線に関してある角度でハウジングに入射する光線を提供
する。光線は、第2のまたは焦点レンズ210に進み、そこからノズル212を
通って工作物(図示せず)上に集束する。
付けブロック204の上端に、カメラ202または他の視聴装置を取り付けるこ
とをもたらす。図示したように、受光ミラー206または光学部品は、ハウジン
グ201内に配置されており、入射光線を第1のレンズ上に偏向または曲げるこ
とによって、出て行く光線に関してある角度でハウジングに入射する光線を提供
する。光線は、第2のまたは焦点レンズ210に進み、そこからノズル212を
通って工作物(図示せず)上に集束する。
【0066】 ハウジング201と共に取付けブロック204を使用して、レーザ・ヘッドを
ロボットまたはロボットのアーム(部分的に図示)に固定する。また、図示した
ように、取付けブロック204は、光源224、光学部品208、206、21
0、およびカメラ202に対して、適切な支持を提供する。取付けブロック20
4は、内部室218と、室218を2等分する取付けブロックの底部を通過する
第1のホール220と、室の側面から背壁へと延びる第2のホール222とを有
する。
ロボットまたはロボットのアーム(部分的に図示)に固定する。また、図示した
ように、取付けブロック204は、光源224、光学部品208、206、21
0、およびカメラ202に対して、適切な支持を提供する。取付けブロック20
4は、内部室218と、室218を2等分する取付けブロックの底部を通過する
第1のホール220と、室の側面から背壁へと延びる第2のホール222とを有
する。
【0067】 調節するための手段215は、調節可能なミラー組立て品を含むことが可能で
ある。図示したように、調節可能なミラー組立て品は、取付けブロック204内
に配置されている。調節可能なミラー組立て品は、ミラー206と、ミラー・マ
ウント214と、バイアスされた調整ファスナ250の対(そのうちの1つを図
示)とを含む。ミラー206は、ミラー・マウント214の上に設置されており
、バイアスされた調節ファスナ250の対について、内部室218内で回転する
ように配置されている。ファスナ250は、ねじ、ボルト、クリップ、クランプ
など、調節可能な任意の適切な固定部材とすることが可能である。図示したよう
に、ファスナ250は、取付けブロックを通って延び、調節可能なようにミラー
・マウント214を適所に保持するねじである。
ある。図示したように、調節可能なミラー組立て品は、取付けブロック204内
に配置されている。調節可能なミラー組立て品は、ミラー206と、ミラー・マ
ウント214と、バイアスされた調整ファスナ250の対(そのうちの1つを図
示)とを含む。ミラー206は、ミラー・マウント214の上に設置されており
、バイアスされた調節ファスナ250の対について、内部室218内で回転する
ように配置されている。ファスナ250は、ねじ、ボルト、クリップ、クランプ
など、調節可能な任意の適切な固定部材とすることが可能である。図示したよう
に、ファスナ250は、取付けブロックを通って延び、調節可能なようにミラー
・マウント214を適所に保持するねじである。
【0068】 ミラー・マウント214は、ファイバ・アダプタ230の前面と、緊密に調和
するまたは密着している機械加工された側面を有する。ばね216は、ミラー・
マウント214と室218の背面の間で圧縮され、ファイバ・アダプタ230に
対し、ミラー・マウント214を密着または押し付ける。ミラー・マウント21
4をファイバ・アダプタ230に密着させることによって、調和して並進または
スライドすることが可能であるが、2個の組立て品または台車231を形成する
組立て品を提供する。ミラー・マウント214またはミラーは、独立して、軸の
回りに回転することが可能である。
するまたは密着している機械加工された側面を有する。ばね216は、ミラー・
マウント214と室218の背面の間で圧縮され、ファイバ・アダプタ230に
対し、ミラー・マウント214を密着または押し付ける。ミラー・マウント21
4をファイバ・アダプタ230に密着させることによって、調和して並進または
スライドすることが可能であるが、2個の組立て品または台車231を形成する
組立て品を提供する。ミラー・マウント214またはミラーは、独立して、軸の
回りに回転することが可能である。
【0069】 光ファイバ224または他の光源は、ファイバ・アダプタ230によって取付
けブロックに接続されている。光ファイバ224は、図示したようにバット・プ
レート228など、任意の適切な手段によって、ファイバ・アダプタ230に取
り付けられている。光ファイバ224は、第2のホール222を通して受光光学
部品またはミラー206へと光線を光らせるように配置されている。ミラー20
6は、ミラー・マウント214上に配置されており、ミラー組立て品を形成する
。ミラー206は、所望の波長のみを反射するように設計することが可能である
。ミラー206は、ある角度で、好ましくは約45度で配置され、光ファイバ2
24と第1のレンズ208の間で光連通を提供する。
けブロックに接続されている。光ファイバ224は、図示したようにバット・プ
レート228など、任意の適切な手段によって、ファイバ・アダプタ230に取
り付けられている。光ファイバ224は、第2のホール222を通して受光光学
部品またはミラー206へと光線を光らせるように配置されている。ミラー20
6は、ミラー・マウント214上に配置されており、ミラー組立て品を形成する
。ミラー206は、所望の波長のみを反射するように設計することが可能である
。ミラー206は、ある角度で、好ましくは約45度で配置され、光ファイバ2
24と第1のレンズ208の間で光連通を提供する。
【0070】 調節ねじ250(その一方を図示)など、ファスナの対は、取付けブロック内
で、回転可能なようにミラー・マウント214を支持する。調節ねじ250は、
取付けブロック204の外部からミラー・マウント214に延びる。調節ねじ2
50は、光ファイバ224から第1のレンズ208まで光線が進む長さを変更せ
ずに、光ファイバ224からの光線を、レーザ・ヘッドのy軸に沿って、第1の
レンズ208上へと調節するように機能する。
で、回転可能なようにミラー・マウント214を支持する。調節ねじ250は、
取付けブロック204の外部からミラー・マウント214に延びる。調節ねじ2
50は、光ファイバ224から第1のレンズ208まで光線が進む長さを変更せ
ずに、光ファイバ224からの光線を、レーザ・ヘッドのy軸に沿って、第1の
レンズ208上へと調節するように機能する。
【0071】 図示したように、台車231は、ミラー組立て品とファイバ・アダプタ230
を備えており、ミラー組立て品は、機械加工した表面で、直径に沿ってファイバ
・アダプタと対向し、台車231を形成する。台車231は、スライドするよう
に、取付けブロック204に設置されている。取付けブロックに固定されたガイ
ド・ピン232は、台車231に形成されたガイド・チャネル234内にあり、
取付けブロック204内でのファイバ・アダプタ230の回転運動を防止する。
を備えており、ミラー組立て品は、機械加工した表面で、直径に沿ってファイバ
・アダプタと対向し、台車231を形成する。台車231は、スライドするよう
に、取付けブロック204に設置されている。取付けブロックに固定されたガイ
ド・ピン232は、台車231に形成されたガイド・チャネル234内にあり、
取付けブロック204内でのファイバ・アダプタ230の回転運動を防止する。
【0072】 台車231は、レーザ・ヘッドの軸に沿って並進可能である。台車231の並
進は、任意の適切な手段または固定装置によって制限されている。図示したよう
に、セットねじ244、246の対は、台車の並進を制限する。セットねじ24
4、246は、取付けブロック204を通って延び、スライド可能な台車231
上に形成された第2の溝248に接する。これにより、セットねじを締めて、ス
ライド可能な台車231の位置を固定する。
進は、任意の適切な手段または固定装置によって制限されている。図示したよう
に、セットねじ244、246の対は、台車の並進を制限する。セットねじ24
4、246は、取付けブロック204を通って延び、スライド可能な台車231
上に形成された第2の溝248に接する。これにより、セットねじを締めて、ス
ライド可能な台車231の位置を固定する。
【0073】 セットねじ244、246は、共力的な方式で動作して、レーザ・ヘッドの軸
に沿って、台車231を増加して動かす。台車を増加して動かすために、セット
ねじ244、246は、取付けブロックの溝に設置さており、溝248は、傾斜
壁の両端で終端する。ねじ244、246、および溝248は、ねじ244を緩
め、次いで他の246を締めるとき、x軸に沿って台車を動かすように適合され
ている。x軸に沿って台車を動かすことによって、光ファイバとミラー・マウン
トを調和して動かし、光ファイバ224とレンズ208の間の光路の長さを変更
せずに、レンズ208上で光線を再配置する。
に沿って、台車231を増加して動かす。台車を増加して動かすために、セット
ねじ244、246は、取付けブロックの溝に設置さており、溝248は、傾斜
壁の両端で終端する。ねじ244、246、および溝248は、ねじ244を緩
め、次いで他の246を締めるとき、x軸に沿って台車を動かすように適合され
ている。x軸に沿って台車を動かすことによって、光ファイバとミラー・マウン
トを調和して動かし、光ファイバ224とレンズ208の間の光路の長さを変更
せずに、レンズ208上で光線を再配置する。
【0074】 本発明の実行において、ハウジング201が封止され、一般に正圧下に保ち、
光学部品を含むハウジング201の内部構成要素に埃がつかないようにすること
が好ましい。また、光学システムは、複数のレンズを備え、第1の受光レンズ2
08または光学部品が、平行光線または照準された光線を第2の焦点レンズ21
0に向けることが好ましい。
光学部品を含むハウジング201の内部構成要素に埃がつかないようにすること
が好ましい。また、光学システムは、複数のレンズを備え、第1の受光レンズ2
08または光学部品が、平行光線または照準された光線を第2の焦点レンズ21
0に向けることが好ましい。
【0075】 本発明を図面および上記の説明で詳細に説明してきたが、本発明は例示的であ
り、特徴を制限するものではないと見なされるべきである。好ましい実施形態に
ついてのみ完全に図示および説明しており、本発明の精神内にある全ての修正お
よび変更が保護されていることが望ましいことを理解されたい。
り、特徴を制限するものではないと見なされるべきである。好ましい実施形態に
ついてのみ完全に図示および説明しており、本発明の精神内にある全ての修正お
よび変更が保護されていることが望ましいことを理解されたい。
【0076】 このように、本発明のいくつかの実施形態について上記で説明したので、請求
項について述べる。
項について述べる。
【図1】 本発明による、レーザ・ヘッドの第1の実施形態の断面側面図である。
【図2】 図3の線3−3および図1の線1−1に沿って見た、本発明のレーザ・ヘッド
の断面上面図である。
の断面上面図である。
【図3】 本発明による、レーザ・ヘッドの第2の断面側面図である。
【図4】 本発明による、レーザ・ヘッドの第2の実施形態の断面図である。
【図5】 本発明による、ロボット的に動作するレーザ・ヘッドの衝突を回避する好まし
い方法の流れ図である。
い方法の流れ図である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年9月21日(2000.9.21)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,Z A,ZW Fターム(参考) 3C007 AS11 BT14 KS31 KS36 KV04 KX07 MS07 MS16 4E068 CA12 CA18 CB02 CB05 CC00 CD15 CE06 CE08
Claims (30)
- 【請求項1】 レーザ・ヘッドとロボットとを有するタイプのレーザ装置に
おいて、前記レーザ・ヘッドが前記ロボットに取り付けられており、前記レーザ
・ヘッドが、ハウジングと、該ハウジング内に配置された焦点レンズと、該焦点
レンズに光学的に連通している光源とを有し、 (a)前記レーザ装置の動作モードを決定するための手段と、 (b)前記レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作している距離を決定する
ための手段と、 (c)前記レーザ・ヘッドが、工作物の表面より上の所定の距離のところで検
出されたとき、前記レーザ装置の動作を停止して、前記レーザ装置の損傷を回避
するための手段とを備えていることを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項2】 前記レーザ・ヘッドが工作物の表面より上0mmから約1m
mの間に位置しているとき、前記停止するための手段が、前記レーザ装置を停止
するように適合されていることを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。 - 【請求項3】 前記レーザ装置の動作モードが、パーク、教示、実行、保持
、伸長限界、または短縮限界からなるグループから選択されていることを特徴と
する請求項2に記載のレーザ装置。 - 【請求項4】 前記レーザ・ヘッドが工作物の表面より上3mmから約6m
mの間に位置し、前記レーザ装置の動作モードがパーク・モードであるとき、前
記停止するための手段が、前記レーザ装置を停止するように適合されていること
を特徴とする請求項3に記載のレーザ装置。 - 【請求項5】 前記レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作している距離
を決定するための手段が、さらに、容量性感知のための手段を含むことを特徴と
する請求項2に記載のレーザ装置。 - 【請求項6】 レーザ・ヘッドとロボットとを有するタイプのレーザ装置に
おいて、前記レーザ・ヘッドが前記ロボットに取り付けられており、前記レーザ
・ヘッドが、ハウジングと、該ハウジング内に配置された焦点レンズと、該焦点
レンズに光学的に連通している光源とを有し、 (a)前記ハウジングが、第1の本体部分と第2の本体部分を有する入れ子式
ハウジングであって、前記第1の本体部分が、前記第2の本体部分について入れ
子式であるハウジングと、 (b)前記レーザ装置の動作モードを決定するための手段と、 (c)前記レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作している距離を検出する
ための手段と、 (d)前記レーザ・ヘッドが工作物の表面より上の所定の距離のところで検出
されたとき、前記レーザ装置の動作を停止して、前記レーザ装置の損傷を回避す
るための手段とを備えていることを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項7】 前記レーザ装置が、さらに、 前記入れ子式ハウジングが、伸長限界にあるかを判定するための手段と、 前記入れ子式ハウジングが伸長限界にある場合、前記レーザ装置の動作を停止
するための手段と、 前記入れ子式ハウジングが、短縮限界にあるかを判定するための手段と、 前記入れ子式ハウジングが短縮限界にある場合、前記レーザ装置の動作を停止
するための手段とを含むことを特徴とする請求項6に記載のレーザ装置。 - 【請求項8】 前記レーザ・ヘッドが、工作物の表面より上0mmから約1
mmの間に位置しているとき、前記停止するための手段が、前記レーザ装置を停
止するように適合されていることを特徴とする請求項7に記載のレーザ装置。 - 【請求項9】 前記レーザ・ヘッドの動作モードが、パーク、教示、実行、
または保持からなるグループから選択されていることを特徴とする請求項8に記
載のレーザ装置。 - 【請求項10】 前記レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作している距
離を決定するための手段が、さらに、容量性感知のための手段を備えることを特
徴とする請求項7に記載のレーザ装置。 - 【請求項11】 レーザ・ヘッドとロボットとを有するタイプのレーザ装置
において、前記レーザ・ヘッドが前記ロボットに取り付けられており、前記レー
ザ・ヘッドが、ハウジングと、該ハウジング内に配置された焦点レンズと、該焦
点レンズに光学的に連通している光源とを有し、 (a)前記レーザ装置の動作モードを決定するための手段と、 (b)前記レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作している距離を決定する
ための手段と、 (c)前記レーザ・ヘッドが、工作物の表面より上の所定の距離のところで検
出されたとき、前記レーザ装置の動作を防止して、前記レーザ装置の損傷を回避
するための手段と、 (d)入れ子式ハウジングであるハウジングと、 (e)該入れ子式ハウジングが伸長限界または短縮限界にある場合、前記レー
ザ装置の動作を停止するための手段であって、 衝突インターロックを備えたレーザ装置の動作を停止するための手段とを備え
ていることを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項12】 前記所定の距離が、工作物の表面より上約0mmから約1
mmであることを特徴とする請求項11に記載のレーザ・ヘッド。 - 【請求項13】 前記レーザ装置の動作モードが、パーク、教示、実行、ま
たは保持からなる動作グループから選択されていることを特徴とする請求項11
に記載のレーザ・ヘッド。 - 【請求項14】 前記レーザ・ヘッドが工作物の表面の上で動作している距
離を決定するための手段が、容量性感知のための手段を備えることを特徴とする
請求項11に記載のレーザ装置。 - 【請求項15】 前記動作モードを決定するための手段が、PLCを備える
ことを特徴とする請求項11に記載のレーザ装置。 - 【請求項16】 前記動作モード決定するための手段が、コンピュータ・プ
ログラムを有するコンピュータを備えることを特徴とする請求項11に記載のレ
ーザ装置。 - 【請求項17】 前記レーザ・ヘッドの動作モードを決定するための手段、
前記距離を決定するための手段、前記レーザ・ヘッドの動作を防止するための手
段、および前記レーザ装置の動作を停止するための手段が、電子回路を備えるこ
とを特徴とする請求項11に記載のレーザ装置。 - 【請求項18】 ロボットに取り付けられるように適合されたタイプのレー
ザ・ヘッドにおいて、該レーザ・ヘッドがハウジングを有し、該ハウジングが、
先端部を有するノズルと、前記ハウジングにある焦点レンズと、該焦点レンズに
光学的に連通している光源とを有し、前記焦点レンズが、前記光源から焦点を有
する集束レーザ光線に光線を集束させるように適合されており、 前記ハウジング内で、前記光源から焦点光学部品上に、光線の光路を調節する
ための手段を備え、該調節するための手段が、前記先端部と同軸に前記集束レー
ザ光線を集中させるように適合されていることを特徴とするレーザ・ヘッド。 - 【請求項19】 レーザ・ヘッドがロボット・ユニットに取り付けられてお
り、前記レーザ・ヘッドが、ハウジングと、該ハウジング内にある焦点レンズと
、該焦点レンズに光学的に連通している光源とを有し、前記ハウジングは先端部
を備えたノズルを有しており、 前記光源から焦点光学部品に向けられた光線の光路を調節し、前記焦点光学部
品によって形成された集束レーザ光線を前記先端部と同軸に集中させる装置を備
え、該装置が前記ハウジングによって並進可能に支持されていることを特徴とす
るレーザ・ヘッド。 - 【請求項20】 前記ハウジング内で光路を調節する装置が、光線を受光す
るための受光光学部品を備え、該受光光学部品が、前記ハウジング内で並進可能
に支持されており、前記ハウジングの第1の軸に沿って光線の光路を調節し、集
束レーザ光線を前記先端部と同軸に集中させることを特徴とする請求項19に記
載のレーザ・ヘッド。 - 【請求項21】 前記受光光学部品が、前記ハウジング内で、旋回可能に支
持されており、前記ハウジングの第2の軸に沿って光線の光路を調節することを
特徴とする請求項20に記載のレーザ・ヘッド。 - 【請求項22】 前記受光光学部品が、第1の軸に沿って並進可能で、第2
の軸に沿って旋回し、前記焦点レンズ上へと光線の光路を調節し、集束レーザ光
線を前記先端部と同軸に集中させることを特徴とする請求項19に記載のレーザ
・ヘッド。 - 【請求項23】 前記光源が光ファイバを備え、前記光源を調整する装置が
ファイバ・アダプタを備え、該ファイバ・アダプタが、前記光ファイバを支持し
、光線を前記光ファイバから前記ハウジングに向けるように適合されており、前
記ファイバ・アダプタが、前記ハウジングについて並進可能であり、光線の経路
を前記ハウジング内で支持された受光光学部品上へと調節して、集束レーザ光線
を前記先端部と同軸に集中させることを特徴とする請求項19に記載のレーザ・
ヘッド。 - 【請求項24】 前記光源が、ファイバ・アダプタによって支持された光フ
ァイバであり、該光ファイバが、光線を前記ハウジングからさらに前記受光光学
部品へと向けるように適合されており、前記光ファイバが、所定距離だけ前記受
光光学部品から離れており、前記ファイバ・アダプタが、前記受光光学部品につ
いて並進可能であり、前記光ファイバと前記受光光学部品の間で一定の距離を維
持することを特徴とする請求項20に記載のレーザ・ヘッド。 - 【請求項25】 レーザ・ヘッドがロボット・ユニットに取り付けられてお
り、前記レーザ・ヘッドが、ハウジングと、該ハウジング内にある焦点レンズと
、該焦点レンズに光学的に連通している光源とを有し、 入れ子式ハウジングであるハウジングと、 アシスト・ガス供給管が、入れ子式ハウジング内に配置されている入れ子式ア
シスト・ガス供給管とを備えることを特徴とするレーザ・ヘッド。 - 【請求項26】 前記レーザ・ヘッドが、さらに、前記ハウジングに取り付
けられたノズルを備え、該ノズルが第1の先細部分、第2の細長先細部分、およ
び第3の先細部分を有することを特徴とする請求項25に記載のレーザ・ヘッド
。 - 【請求項27】 ロボットに取り付けられるように適合されているタイプの
レーザ・ヘッドにおいて、前記レーザ・ヘッドが、ハウジングと、該ハウジング
内にある焦点レンズと、該焦点レンズに光学的に連通している光源とを有し、 前記ハウジング内で、前記光源からの光線の光路を調節するための手段を備え
、前記ハウジングが、入れ子式ハウジングであることを特徴とするレーザ・ヘッ
ド。 - 【請求項28】 入れ子式ハウジング内に配置されたアシスト・ガス供給管
をさらに備え、アシスト・ガス供給管が入れ子式であることを特徴とする請求項
27に記載のレーザ・ヘッド。 - 【請求項29】 前記ハウジングに取り付けられた細長ノズルをさらに備え
ることを特徴とする請求項28に記載のレーザ・ヘッド。 - 【請求項30】 前記調節するための手段が、受光光学部品をさらに備え、
該受光光学部品が、前記ハウジング内で並進可能に支持されており、前記ハウジ
ングの第1の軸に沿って光線の光路を調節すると共に、旋回可能に支持されてお
り、前記ハウジングの第2の軸に沿って光線の光路を前記焦点レンズ上へと調節
することを特徴とする請求項28に記載のレーザ・ヘッド。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US9954798P | 1998-09-09 | 1998-09-09 | |
US60/099,547 | 1998-09-09 | ||
PCT/US1999/020820 WO2000054925A1 (en) | 1998-09-09 | 1999-09-09 | Robotically operated laser head |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002538971A true JP2002538971A (ja) | 2002-11-19 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000604985A Pending JP2002538971A (ja) | 1998-09-09 | 1999-09-09 | ロボット的に動作するレーザ・ヘッド |
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Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1146988A4 (ja) |
JP (1) | JP2002538971A (ja) |
AU (1) | AU6033499A (ja) |
CA (1) | CA2343722A1 (ja) |
WO (1) | WO2000054925A1 (ja) |
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ITVI20050339A1 (it) | 2005-12-20 | 2007-06-21 | Livio Campana | Macchina utensile per il taglio laser di materiali in lastre e in tubi |
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