JPH0381081A - レーザ加工ヘッド - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザ溶接に代表されるようなレーザ加工を
目的としたレーザ加工ヘッドに関する。

従来の技術 この種のレーザ加工ヘッドとしては例えば第３図に示す
ように、鏡筒５Ｉの一端から導入されたレーザ光Ｌｅを
ミラー５２．５３で反射させた上でレンズ５４を通して
被加工物Ｗ上に焦点を結ばせ、鏡筒５１と被加工物Ｗと
の間の距離Ｃが変動した場合には焦点距離を変化させる
べくレンズ５４を上下動させるようにしたものがある（
類似構造が例えば特開昭６１−４６３８９号公報に開示
されている）。

この構造においては、スパッタの飛散のない溶断等の加
工には容易に適用できるものの、スパッタの飛散の著し
い溶接の場合には、スパッタの付着によるレンズ５４の
破損を招きやすいために一般的に不向きとされている。

そこで、溶接等のためにいわゆる耐スパツタ性を向上さ
せた構造として第４図に示すように光学系のうち被加工
物Ｗに近い部分からレンズをなくした構造のものがある
。これは、鏡筒６■の一端から導入されたレーザ光Ｌｅ
をミラー６２および金属製の集光ミラー（放物面鏡）６
３で反射させた上で直接被加工物Ｗに照射するようにし
たちのである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら第４図に示した構造では、第３図のような
可変焦点レンズ機構をもたないために、鏡筒６１と被加
工物Ｗとの間の距離Ｃの変動に対しては加工ヘッドが取
り付けられるロボット等の加工母機側の動きにより対応
しなければならない。

その結果、軸数の多いロボットにおいては上記の距＠Ｃ
の変動に対して各軸の合成送りで加工ヘッドの位置を補
正しなければならず、演算処理が複雑になるとともに応
答性が悪く、またロボット等の加工母機側の精度が直接
加工精度に影響するという問題がある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたもので
、その目的とするところは、耐スパツタ性を有しながら
もレンズ調整機構による可変焦点機能を具備したレーザ
加工ヘッドを提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、加工母機に取り付けられるエルボ状の鏡筒の
一端から導入されるレーザ光を鏡筒のコーナー部に設け
たミラーで反射させて鏡筒の他端の開口部から被加工物
に対して照射してレーザ加工を行うようにしたレーザ加
工ヘッドにおいて、エルボ状の鏡筒のうちミラーよりも
入射方向前段側にレンズを配設するとともに、鏡筒の他
端面と被加工物との間の距離に応じてレンズをその光軸
方向にスライド変位させるレンズ調整機構を設けた構成
としている。

作用 この構造によると、鏡筒の一端から導入されたレーザ光
はレンズを透過した上でミラーで反射して被加工物に照
射される。そして、レンズ調整機構のはたらきによりレ
ンズを光軸方向にスライド変位させることで焦点距離が
変化するので、レーザ加工ヘッド単独で鏡筒と被加工物
との間の距離の変動に対応できる。しかも、レンズはミ
ラーの前段側に位置していて被加工物から離れているの
で、・溶接時においてもスパッタ付着の問題は生じない
。

実施例 第１図および第２図は本発明の一実施例を示す図である
。

図において、１は加工母機となる産業用ロボットの中空
状のアーム、２はアーム１の先端に取り付けられて手首
部として機能するエルボ状のホルダ、３はホルダ２の先
端に取り付けられたレーザ加工ヘッド（以下、単に加工
ヘッドという）である。

ホルダ２はアーム１に対しベアリング４を介して回転可
能に支持されており、アームｌの内周を通して導入され
るレーザ光Ｌｅを反射させるミラー５のほか、ドリブン
ギヤ６を備えている。ドリブンギヤ６はモータ７によっ
て回転駆動されるドライブギヤ８と噛み合っており、し
たがってホルダ２はモータ７のはたらきによりアーム１
の中心線を回転中心としてα方向に旋回動作する構成と
なっている。９は減速機、１０は回転軸である。

加工ヘッド３は、ヘッド本体１１と先細りのノズル１２
とを組み合わせることでエルボ状に形成された鏡筒１３
と、この鏡筒１３と一体に連結されたスリーブ１４とか
ら構成され、スリーブ１４はホルダ２に対しベアリング
１５を介して回転可能に支持されている。

スリーブ１４にはドリブンギヤ１６が一体に固定されて
いる一方、ホルダ２の側部には第２図に示すようにドラ
イブギヤ１７を有するモータ１８が固定されており、ド
ライブギヤ１７はドリブンギヤ１６に噛み合っている。

したがって１、加工ヘッド３はモータ１８のはたらきに
より双方のギヤ１６．１７を介して回転する構成となっ
ている。

つまり、加工ヘッド３はα方向の回転自由度のほか、ア
ーム中心線と直交する軸線を回転中心とするβ方向の回
転自由度を有している。１９は減速機、２０はカバーで
ある。

鏡筒１３内には、そのコーナー部に位置する金属製の集
光ミラー（放物面鏡）２６が設けられており、さらに集
光ミラー２６の前段にはレンズホルダ２７に支持された
レンズ２８が設けられている。レンズホルダ２７は鏡筒
１３内に設けたガイドロノド２９に案内されて光軸方向
に移動可能に構成されており、さらにレンズホルダ２７
はモータ３０によって回転駆動されるスクリューシャフ
ト３１に螺合している。したがって、スクリューシャフ
ト３１の回転に応じてレンズ２８が鏡筒１３内を軸線方
向にスライド変位するもので、上記のモータ３０および
スクリューシャフト３１に減速Ｒ３２およびギヤ３３．
３４等を加えてレンズ調整機構３５を構成している。３
６は回転検出器である。

このように構成された装置においては、図示しないレー
ザ発振器からアームｌの内部を通して導入されるレーザ
光Ｌｅは、ミラー５で反射してレンズ２８を透過した上
、さらに集光ミラー２６で集光・反射してノズル１２の
先端開口部３７から被加工物Ｗを照射する。

そして、産業用ロボットの制御系に予め入力されている
位置データに基づき、溶接すべき軌跡に沿って加工ヘッ
ド３を動かすことによりレーザ溶接が施される。

この時、上記のようなロボットの動きと併せて、被加工
物Ｗの凹凸等のために被加工物Ｗとノズル１２の先端と
の間の距離Ｃが変動したとしてもレーザ光Ｌｅが常に被
加工物Ｗの表面上で焦点を結ぶようにレンズ２８の位置
を調整する。これは、上記の距離Ｃに応じたレンズ２８
の位置データをモータ３０の制御系に予め入力しておく
ことで対応できる。

例えば第１図に示すように被加工物Ｗの高さが変化して
距離ＣがＣ１に変化した場合には、レンズ２８を仮想線
位置Ｐまで移動させることにより、被加工部位の高さが
変化した場合でも被加工物Ｗの表面上においてレーザ光
Ｌｅの焦点を結ばせることができ、上記の距離Ｃの変動
にかかわらず一定した溶接条件のもとて溶接を行えるよ
うになる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、エルボ状の鏡筒のうちミ
ラ一部よりも入射方向前段側にレンズを配設するととも
に、鏡筒と被加工物との間の距離に応じてレンズをその
光軸方向のスライド変位させるレンズ調整機構を設けた
ことにより、上記の距離の変動に対して加工母機側の動
きによらずにレーザ加工ヘッド側のレンズ移動のみで対
応できるようになる。その結果、上記の距離の変動に対
して加工母機側の動きで対応する場合と比べて演算処理
が容易で応答性が向上するほか、少なくとも鏡筒と被加
工物との間の距離の変動に対しては加工母機側の位置精
度は影響しないので加工精度の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部の断面図、第２図
は第１図の■−■線に沿う断面図、第３図および第４図
は従来のレーザ加工ヘッドを示す構成説明図である。 １・・・産業用ロボットのアーム、３・・・レーザ加工
ヘッド、１１・・・ヘッド本体、１２・・・ノズル、１
３・・鏡筒、２６・・・集光ミラー、２７・・・レンズ
ホルダ、２８・・・レンズ、２９・・・ガイドロッド、
３０・・・モータ、３１・・・スクリューシャフト、３
５・・・レンズ調整機構、Ｌｅ・・・レーザ光、Ｗ・・
・被加工物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）加工母機に取り付けられるエルボ状の鏡筒の一端
   から導入されるレーザ光を、鏡筒のコーナー部に設けた
   ミラーで反射させて鏡筒の他端の開口部から被加工物に
   対して照射してレーザ加工を行うようにしたレーザ加工
   ヘッドにおいて、エルボ状の鏡筒のうちミラーよりも入
   射方向前段側にレンズを配設するとともに、鏡筒の他端
   面と被加工物との間の距離に応じてレンズをその光軸方
   向にスライド変位させるレンズ調整機構を設けたことを
   特徴とするレーザ加工ヘッド。