JP3476441B2 - レーザ加工ノズル - Google Patents
レーザ加工ノズルInfo
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- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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Description
けてレーザビームを照射するためのレーザ加工ノズルに
関し、更に詳しく言えば、ロボットのアームに取り付け
てレーザ加工及びそのための教示を行なう際に使用され
るレーザ加工ノズルに関する。
においてもロボットを用いたレーザ加工装置による3次
元加工の二一ズが高まってきている。しかしながら、ロ
ボットに3次元な動作を教示することは難しく、時間が
かかる為、敬遠されているのが実状である。オフライン
の教示ソフトを用いることも可能ではあるが、教示ソフ
トがデータで表現しているワークと実際に加工対象とさ
れるワークとの間には、ワーク寸法のばらつき等によっ
て微妙なずれがあることが多い。
示後に、教示修正を行なう必要が生じる。そこで、実際
のレーザ加工を行う加工ノズルにCCDカメラを取付
け、実際のワークの検出画像から教示点を算出するソフ
トウェアを利用して教示経路を作成する手法が提案され
ている(例えば特許第2822315号公報参照)。
カメラに接続されるケーブルの存在によって、ロボット
が干渉の心配無く動作出来る範囲が狭くなるという問題
点があった。また、そのために新たにロボットの動作範
囲に制限を加えなければならず、非常にめんどうであっ
た。
明しておく。図1は、上記提案に係る従来例の要部を示
した断面図である。同図において、符号1で示した加工
ノズルは、その内部に半透鏡5及びレンズ6、7を備え
ている。加工のためのレーザビームは、半透鏡5に対応
した位置で加工ノズル1の側面に接続される光ファイバ
2から供給される。
持つレーザビームは、45度に傾斜して配置された半透
鏡5でその多くが反射された後、レンズ6で集光されて
収束性の加工ビーム4となり、被加工対象物(ワーク)
15に照射される。
を撮影するカメラ8は、加工ノズル1の頂部に、その光
軸10が加工ビーム4の光軸と一致するように取り付け
られる。
わせた系がカメラ8による撮影に適した特性を持つよう
にするための調整用のもので、必要に応じて配置され
る。教示時には、カメラ8で撮影した画像をケーブル9
を介して画像処理装置(図示せず)に送り、上記教示用
のソフトウェアを使って希望する所定点及び関連データ
(直線移動/円弧移動の運動形式指定など)を適宜ロボ
ットに教示する。
ズル1の頂部に取り付けたために、加工ビーム4を供給
する光ファイバ2が加工ノズル1の側部に接続されてい
ることである。即ち、この光ファイバ2は、教示作業中
にも加工ノズル1の側部から引き出された状態にあり、
ロボットの移動につれて引き回されることになる。その
ために干渉事故が起こり易く、それを確実に避けようと
すると、ロボットの動作許容範囲が非常に狭くなり、希
望する位置に加工ノズルをもって来ることが困難にな
る。
は、上記した従来技術の問題点を解消し、カメラを取り
付けても実際の加工ノズルのみの時と干渉領域に変化が
なく、3次元的な教示経路の教示を支障なく行えるよう
にしたレーザ加工ノズルを提供することにある。
ームに取付けて、対象物へのレーザ加工、及び該レーザ
加工のためのロボットヘの位置教示を行う際に使用する
レーザ加工ノズルに次のような改良を加えることによっ
て上記課題を解決する。
従えば、レーザ加工ノズルは、レーザ加工を行う際に
は、レーザ光を導く光ファイバ端を支持する光ファイバ
支持部材と、該光ファイバ支持部材に支持された光ファ
イバから出射されるレーザ光を集光するレンズを備えた
集光部材とを組合わせて構成され、前記ロボットヘの位
置教示を行う際には、カメラを保持したカメラアダプタ
を前記光ファイバ支持部材の代わりに取付けて、該カメ
ラを保持したカメラアダプタと前記集光部材とを組合わ
せて構成される。
イバ支持部材、及び前記カメラを保持したカメラアダプ
タを前記集光部材に対して、位置の再現性のある取付
け、取り外しを行える手段を更に備えていることが好ま
しい。
えば、レーザ加工ノズルは、レーザ加工を行う際には、
レーザ光を導く光ファイバ端を支持する光ファイバ支持
部材と、該光ファイバ支持部材に支持された光ファイバ
から出射されるレーザ光を集光するレンズを備えた集光
部材とを組合わせて構成される。そして、前記ロボット
ヘの位置教示を行う際には、前記集光部材の代わりに、
その外形が該集光部材とほぼ等しいカメラアダプタを該
カメラアダプタにカメラを保持させた状態で、前記集光
部材と同じ取付位置に取付けて用いられる。
に対して例えばスポット光やスリット光のようなパター
ン光を照射する手段を設けても良い。
示専用のアダプタを設けてそれにカメラを取付けて教示
作業を行なう一方、実際の加工を行う際には光ファイバ
に繋がった加工専用のアダプタに取りかえるようにした
ため、教示作業時における干渉領域が、加工ノズルに光
ファイバのみが繋がっている状態における干渉領域とほ
ぼ同様のものとすることが可能となる。その結果、複雑
な3次元形状のワークに対しても無理なく教示作業を進
めることが出来るようになる。
の実施形態に係る加工ノズルについて、教示時/作業時
に応じて交換して使用する部材が併せて断面図で示され
ている。先ず同図の左側に示した作業時には、レンズ2
1、22を装備した加工ノズル本体部20の頂部に光フ
ァイバ支持部材12が結合(例えば嵌着)される。図示
しないレーザ発振器からのレーザビームを供給する光フ
ァイバ14は、光ファイバ支持部材12に設けられた光
ファイバコネクタ13に接続される。光ファイバコネク
タ13は、そこを通して加工ノズル本体部20の内部に
送り込まれるレーザ光の光軸が、レンズ21、22の光
軸と一致するように設計されている。
いは光ファイバ支持部材12をロボットのアーム先端部
11(破線で表示)の所定位置に装着した状態で、通常
の態様で加工経路に対応したロボット動作とレーザ光供
給によって実行される。
2に代えて、図2の右側に示したカメラアダプタ25が
使用される。即ち、加工ノズル本体部20の頂部から光
ファイバ支持部材12を外し、カメラアダプタ25が結
合(例えば嵌着)される。カメラアダプタ25は、同ア
ダプタ25の所定位置にカメラ(例えばCCDカメラ;
以下同じ)26を支持する。カメラアダプタ25は、同
所定位置にカメラ26を支持し、ロボットに搭載された
状態でカメラ26の光軸が、レンズ21、22の光軸と
一致するように設計されている。この設計と、光ファイ
バコネクタ13の前述の設計とにより、加工時と教示時
の位置の対応関係が簡潔になる。
26を所定位置で支持し、加工ノズル本体部20あるい
はカメラアダプタ25がロボットのアーム先端部11の
所定位置に装着された状態で、カメラ26で撮影した画
像をカメラ用のケーブル32を介して画像処理装置(図
示せず)に送り、前述した教示点を算出するソフトウェ
アを利用した手法に従って行なわれる。なお、このカメ
ラ、画像処理装置を含む視覚センサとソフトウェアを用
いた教示作業自体については周知であり、その詳細は本
発明と特に関係がないので説明を省略する。
バコネクタ13と光ファイバ14を加工ノズル本体部2
0から取り外し、代わりにカメラ26とカメラケーブル
27をほぼ同態様で装着している点である。即ち、この
ような交換使用の手法を採用したことで、光ファイバを
従来技術(図1参照)のように加工ノズルの側部に接続
する必要がなくなり、従って干渉領域を狭く保つことが
出来る。
施形態に係る加工ノズルについて、教示時/作業時に応
じて交換して使用する部材が併せて断面図で示されてい
る。上述した第1の実施形態では、加工時/教示時に応
じてアダプタを交換する方式を採用したが、この第2の
実施形態では、加工ノズル本体部を含めて使用部材を交
換する。
工時にはレンズ31、32を装備した加工ノズル本体部
30の頂部に光ファイバ支持部材40が結合(例えば嵌
着)される。図示しないレーザ発振器からのレーザビー
ムを供給する光ファイバ14は、光ファイバ支持部材4
0に設けられた光ファイバコネクタ41に接続される。
光ファイバコネクタ41は、そこを通して加工ノズル本
体部30の内部に送り込まれるレーザ光の光軸が、レン
ズ31、32の光軸と一致するように設計されている。
いは光ファイバ支持部材40をロボットのアーム先端部
11の所定位置に装着した状態で、通常の態様で加工経
路に対応したロボット動作とレーザ光供給によって実行
される。
及び光ファイバ支持部材40に代えて、図3の右側に示
したカメラ支持部材50が使用される。このカメラ支持
部材50は、加工ノズル本体部30と同等の形状を有
し、所定位置にカメラ51を支持する。支持機構は、嵌
着、ネジ止め等任意である。
使用されない一種のダミーノズルである。従って加工用
のレーザビーム集光系(レンズ31、32)は不要であ
る。但し、カメラ51の光学特性を調整するレンズを必
要に応じて装備するケースも有り得る。
メラ51を支持し、ロボットに搭載された状態でカメラ
51の光軸が、カメラ支持部材(加工ノズル本体部30
と形状が同等のダミーノズル)50内で、レンズ31、
32の光軸に対応するライン上に乗るように設計されて
いる。この設計と、前述の光ファイバコネクタ41の設
計とにより、加工時と教示時の位置の対応関係が簡潔に
なる。
51を所定位置で支持し、同カメラ支持部材50がロボ
ットのアーム先端部11の所定位置に装着された状態
で、カメラ51で撮影した画像をカメラ用のケーブル5
2を介して画像処理装置(図示せず)に送り、前述した
教示点を算出するソフトウェアを利用した手法に従って
行なわれる。前述したように、このカメラ、画像処理装
置を含む視覚センサとソフトウェアを用いた教示作業自
体については周知であり、その詳細は本発明と特に関係
がないので説明を省略する。
イバ支持部材40、光ファイバ14、加工ノズル本体部
30が取り外され、代わりにカメラ51を支持したカメ
ラ支持部材(ダミーノズル)50がほぼ同態様で装着さ
れている点である。即ち、このような交換使用の手法を
採用したことで、光ファイバを従来技術(図1参照)の
ように加工ノズルの側部に接続する必要がなくなり、従
って干渉領域を狭く保つことが出来る。
段取り替えは短時間でおこなえることが望ましい。そこ
で、この条件を実現する1つの方法について、図4を参
照して説明しておく。なお、図4では、加工時に使用す
る光ファイバ支持部材及びカメラアダプタを符号A、加
工ノズル本体部を符号Bで表記している。ここで、説明
する手法は、前述の第1実施形態ににも適用可能であ
る。
材Aとレーザビーム集光部材を含む加工ノズル本体部B
の2ユニットで構成されている。
共通する符号Aで表示したように、互換性をもつ機構と
なっている。また、ユニットA(光ファイバ支持部材及
びカメラアダプタ)及びユニットB(レーザビーム集光
部材を含む加工ノズル本体部)のロボット先端部に対す
る取り付け/取り外しは、適当な脱着機構を利用して行
なわれるようになってい。このため、ユニットAまたは
Bに不具合が生じても短時間でユニットごとの交換が可
能となる。
工用レーザビーム集光レンズ)の代わりに市販のカメラ
レンズユニットを取り付けても良い。この場合、カメラ
観察時の倍率を任意に設定、選択出来るようにすること
も可能である。
A及び集光部材Bの接続には、一眼レフカメラの交換レ
ンズ装着方式で一般的に使用されているバヨネットマウ
ントが採用可能である。バヨネットマウントを採用した
場合、マウント(台座)に爪が3つもった形式のもので
ばねによってコニットA,Bがロボット先端部11に押
さえつけられる。
にコニットA,Bをセットすることも可能である。その
場合、ノズル部品、内部レンズ偏心の影響による光軸の
ずれを防止することが出来る。
撮影を行なうもので、特にスポット光、スリット光など
の投射は行なっていない。しかし、周知のように、スポ
ット光、スリット光などのいわゆるパターン光投射手段
を含む3次元視覚センサは広く用いられている3次元計
測手段であり、これを本発明に取り込んで利用すること
も出来る。そのようなケースに対応する実施形態を、第
3及び第4の実施形態として図5、図6に示した。
変形に相当し、教示時に、図3の右側に示したユニット
(加工ノズル本体部50+カメラ51)に代えて、図5
あるいは図6に示したユニットがロボットのアーム先端
部(図示省略)に取り付けられる。
に使用される加工ノズルは、ダミーノズル本体部55と
その頂部に設けられたカメラ−スポット投光器支持部材
56で構成されている。ダミーノズル本体部55は、第
2の実施形態で用いたカメラ支持部材50と同様の形状
(ノズル本体部30と同形)を有する。カメラ−スポッ
ト投光器支持部材56は、カメラ51と共に、例えば半
導体レーザ、LEDなどを利用したスポット光投光器6
0を所定位置で支持する。
ーム62が投光され、ワーク(図示省略)上にスポット
(輝点)63が形成される。このスポット(輝点)63
を希望する教示位置に形成した状態で、同スポットを含
む画像をカメラ51で取得し、ケーブル52で伝送して
画像処理装置で解析することで、スポット(輝点)63
の3次元位置が認識される。なお、このようなスポット
光を利用した3次元視覚センサ自体は周知なので、詳し
い説明は省略する。
に使用される加工ノズルは、ダミーノズル本体部70と
その頂部に設けられたカメラ−スリット投光器支持部材
71で構成されている。ダミーノズル本体部70は、第
2の実施形態で用いたカメラ支持部材50と同様の形状
(ノズル本体部30と同形)を有する。カメラ−スポッ
ト投光器支持部材71は、カメラ51と共に、例えば半
導体レーザ、LEDなどの光源とシリンドリカルレンズ
とを利用したスリット光投光器80、81を所定位置で
支持する。
ーム82、83が投光され、ワーク(図示省略)上に2
本の輝線が形成される。この輝線の交点を希望する教示
位置に形成した状態で、同輝線を含む画像をカメラ51
で取得し、ケーブル52で伝送して画像処理装置で解析
することで、2本の輝線の交差点の3次元位置が認識さ
れる。なお、このようなスリット光を利用した3次元視
覚センサ自体は周知なので、詳しい説明は省略する。
加工時と比べて干渉領域が顕著に拡大することが回避出
来る。その結果、複雑な3次元形状のワークに対しても
無理なく教示作業を進めることが出来るようになる。加
工時に必要の無い教示ツールの重量をロボットアームの
搭載重量から除くことが出来ることは、軌道精度向上、
動作の高速化などの面から見ても有利である。
る。
いて、教示時/作業時に応じて交換して使用する部材を
併せて示した断面図である。
いて、教示時/作業時に応じて交換して使用する部材を
併せて示した断面図である。
り付けについて説明する図である。
実施形態に係る加工ノズルについて説明する断面図であ
る。
実施形態に係る加工ノズルについて説明する断面図であ
る。
心) 4 加工ビーム 5 半透鏡 6、7、21、22、31、32 レンズ 8、26、51 カメラ 9、27、52 カメラのケーブル 10 カメラ8の光軸 11 ロボットのアーム先端部 12、40 光ファイバ支持部材 13、41 光ファイバコネクタ 15 被加工対象物(ワーク) 20、30 加工ノズル本体部 25 カメラアダプタ 50 カメラ支持部材(ダミーノズル) 55、70 ダミーノズル本体部 56 カメラ−スポット投光器支持部材 60 スポット光投光器 61 スポット光投光器のリード線 62 スポット光ビーム 71 カメラ−スリット投光器支持部材 80、81 スリット光投光器 82、83 スリット光 84、85 スリット光投光器のリード線
Claims (6)
- 【請求項1】 ロボットのアームに取付けて、対象物へ
のレーザ加工、及び該レーザ加工のためのロボットヘの
位置教示を行う際に使用するレーザ加工ノズルにおい
て;レーザ加工を行う際には、レーザ光を導く光ファイ
バ端を支持する光ファイバ支持部材と、該光ファイバ支
持部材に支持された光ファイバから出射されるレーザ光
を集光するレンズを備えた集光部材とを組合わせて構成
し、 前記ロボットヘの位置教示を行う際には、カメラを保持
したカメラアダプタを前記光ファイバ支持部材の代わり
に取付けて、該カメラを保持したカメラアダプタと前記
集光部材とを組合わせて構成することを特徴とするレー
ザ加工ノズル。 - 【請求項2】 前記光ファイバ支持部材、及び前記カメ
ラを保持したカメラアダプタを前記集光部材に対して、
位置の再現性のある取付け、取り外しを行える手段を備
えた、請求項1に記載のレーザ加工ノズル。 - 【請求項3】 ロボットのアームに取付けて、対象物へ
のレーザ加工、及び該レーザ加工のためのロボットヘの
位置教示を行う際に使用するレーザ加工ノズルにおい
て:レーザ加工を行う際には、レーザ光を導く光ファイ
バ端を支持する光ファイバ支持部材と、該光ファイバ支
持部材に支持された光ファイバから出射されるレーザ光
を集光するレンズを備えた集光部材とを組合わせて構成
し、 前記ロボットヘの位置教示を行う際には、前記集光部材
の代わりに取り付けられるカメラアダプタを、該カメラ
アダプタにカメラを保持させた状態で、カメラの視野に
教示位置が入るような取付位置に取付けて用いることを
特徴とするレーザ加工ノズル。 - 【請求項4】 前記カメラアダプタは対象物に対してパ
ターン光を照射する手段を備えたことを特徴とする、請
求項1乃至請求項3の内の何れか1項に記載のレーザ加
工ノズル。 - 【請求項5】 前記パターン光がスポット光である、請
求項4に記載のレーザ加工ノズル。 - 【請求項6】 前記パターン光が少なくとも1本以上の
スリット光である、請求項4に記載のレーザ加工ノズ
ル。
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