JPH05285686A - Wrist structure for laser beam machine and laser beam processing method by using the same - Google Patents
Wrist structure for laser beam machine and laser beam processing method by using the sameInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、レーザ加工機やレー
ザロボットなどのレーザ加工装置に用いられるレーザ加
工装置用手首構造、特にレーザ光線の焦点位置高さ調
整、およびそれを用いたレーザ加工方法に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wrist structure for a laser processing apparatus used in a laser processing apparatus such as a laser processing machine or a laser robot, and in particular, adjusting a focus position height of a laser beam, and a laser processing method using the same. It is about.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図９は例えば特公昭６２−４５０３３号
公報に示された従来のレーザ加工装置用手首構造を示す
断面図である。図において、１はレーザ光線Ｌを照射す
る集光ヘッドであり、２はそのレーザ光線集光用の集光
レンズ、３はその焦点位置である。４は当該手首構造の
支持枠、５はこの支持枠４に固定されたモータであり、
６はモータ５の出力を直動に変換するねじ軸、７は前記
集光ヘッド１を支持してねじ軸６による直動をガイドす
る案内ロッドである。８はこのように構成された手首構
造を持つレーザ加工装置によって加工されるワークであ
る。2. Description of the Related Art FIG. 9 is a sectional view showing a conventional wrist structure for a laser processing apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-45033. In the figure, 1 is a condenser head for irradiating the laser beam L, 2 is a condenser lens for condensing the laser beam, and 3 is its focal position. 4 is a supporting frame of the wrist structure, 5 is a motor fixed to the supporting frame 4,
Reference numeral 6 is a screw shaft that converts the output of the motor 5 into linear motion, and 7 is a guide rod that supports the condensing head 1 and guides the linear motion by the screw shaft 6. Reference numeral 8 is a workpiece which is machined by the laser machining apparatus having the wrist structure thus configured.
【０００３】次に動作について説明する。従来のレーザ
加工装置用手首は上記のように構成され、ワーク８の高
さを計測する図示を省略した変位計の出力に応じて、モ
ータ５を正逆転させ、このモータ５の回転をねじ軸６に
よって直動に変換し、集光ヘッド１を高さ方向に動かす
ことにより焦点位置３をワーク高さに応じて調整するよ
うになっている。Next, the operation will be described. The conventional wrist for a laser processing apparatus is configured as described above, and the motor 5 is normally and reversely rotated according to the output of a displacement gauge (not shown) that measures the height of the work 8 and the rotation of the motor 5 is rotated by the screw shaft. The focus position 3 is adjusted in accordance with the height of the work by converting it into a linear motion by 6 and moving the focusing head 1 in the height direction.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ加工装置
用手首構造は以上のように構成されているので、レーザ
加工装置の先端部分にモータ５、直動変換用ねじ軸６や
歯車、プーリ、ベルトなどの伝達機構、案内ロッド７な
どの直動ガイド機構が配置されることとなり、この構造
を放物面鏡により集光を行う大出力のレーザ加工装置に
用いると、レーザ加工装置先端の重量や形状が大きくな
って、ベース側のアクチュエータの負荷が大きくなって
しまうばかりか、ワーク８と干渉しやすく、また、この
ようなレーザ加工装置を用いて突合せ溶接を行う場合、
ワーク８のばらつきによるギャップの許容値が極めて小
さくなるなどの問題点があった。Since the conventional wrist structure for a laser processing apparatus is constructed as described above, the motor 5, the linear motion converting screw shaft 6, the gear, the pulley, A transmission mechanism such as a belt and a linear motion guide mechanism such as a guide rod 7 are arranged. When this structure is used in a high-power laser processing device that focuses light with a parabolic mirror, the weight of the tip of the laser processing device is increased. And the shape becomes large, the load on the actuator on the base side becomes large, and it is easy to interfere with the work 8, and when butt welding is performed using such a laser processing device,
There has been a problem that the allowable value of the gap becomes extremely small due to the variation of the work 8.
【０００５】請求項１および２に記載の発明は、以上の
問題点を解消するためになされたものであり、放物面鏡
集光方式のレーザ加工装置に使用する、小形・軽量な焦
点位置高さ調整用ハイト軸が構成できるレーザ加工装置
用手首構造を得ることを目的とする。The invention described in claims 1 and 2 has been made to solve the above problems, and is a compact and lightweight focus position used in a laser processing device of a parabolic mirror focusing system. An object of the present invention is to obtain a wrist structure for a laser processing device in which a height axis for height adjustment can be configured.
【０００６】また、請求項３に記載の発明は、そのよう
なレーザ加工装置用手首構造を用いてワークの突合せ溶
接などを行うのに適したレーザ加工方法を得ることを目
的とする。A third object of the present invention is to obtain a laser processing method suitable for performing butt welding of a workpiece using such a wrist structure for a laser processing apparatus.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係るレーザ加工装置用手首構造は、レーザ光線の進路を
変更させて放物面鏡に導くベンドミラーを揺動させる第
１のアクチュエータ、そのレーザ光線をワーク上に集光
させる前記放物面鏡を揺動させる第２のアクチュエー
タ、および、これら第１のアクチュエータと第２のアク
チュエータとを協調して動作させるコントローラを設け
たものである。A wrist structure for a laser processing apparatus according to a first aspect of the present invention is a first actuator for swinging a bend mirror for changing the course of a laser beam and guiding it to a parabolic mirror. A second actuator that swings the parabolic mirror that focuses the laser beam on the workpiece, and a controller that operates the first actuator and the second actuator in cooperation with each other. is there.
【０００８】また、請求項２に記載の発明に係るレーザ
加工装置用手首構造は、第１および第２のアクチュエー
タ中の一方を直交した２軸のまわりに揺動する２自由度
構成とし、他方を１軸のまわりに揺動する１自由度構成
としたものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a wrist structure for a laser processing apparatus in which one of the first and second actuators has a two-degree-of-freedom structure which swings about two axes orthogonal to each other, and the other one. Is a one-degree-of-freedom structure that swings about one axis.
【０００９】さらに、請求項３に記載の発明に係るレー
ザ加工方法は、第１および第２のアクチュエータの一方
もしくは双方を駆動することにより、レーザ光線の焦点
位置をワークの加工部上で振るようにしたものである。Further, in the laser processing method according to the third aspect of the present invention, one or both of the first and second actuators are driven to move the focus position of the laser beam on the processing portion of the work. It is the one.
【００１０】[0010]
【作用】請求項１に記載の発明における第１および第２
のアクチュエータは、コントローラによって制御され
て、レーザ光線の進路を変更させて放物面鏡に導くベン
ドミラー、およびそのレーザ光線をワーク上に集光させ
る前記放物面鏡を協調して揺動させることにより、小形
・軽量な焦点位置高さ調整用ハイト軸が構成できるレー
ザ加工装置用手首構造を実現する。The first and second aspects of the invention according to claim 1
Is controlled by a controller to change the course of a laser beam to guide it to a parabolic mirror, and to swing the parabolic mirror for converging the laser beam on a work piece in a coordinated manner. As a result, a small and lightweight wrist structure for a laser processing device that can construct a height axis for focus position height adjustment is realized.
【００１１】また、請求項２に記載の発明における第１
および第２のアクチュエータは、その一方を直交した２
軸のまわりに揺動する２自由度構成、他方を１軸のまわ
りに揺動する１自由度構成とすることにより、小形・軽
量な焦点位置高さ調整用ハイト軸が構成できるレーザ加
工装置用手首構造を実現する。The first aspect of the invention described in claim 2
And the second actuator has two
For a laser processing device that can configure a compact and lightweight height axis for focus position height adjustment by using a two-degree-of-freedom structure that swings around an axis and another one-degree-of-freedom structure that swings around one axis Realizes a wrist structure.
【００１２】さらに、請求項３に記載の発明に係るレー
ザ加工方法は、第１および第２のアクチュエータの一方
もしくは双方を駆動してレーザ光線を振ることにより、
レーザ光線の焦点位置をワークの加工部上で微小に動か
して、ワークの突合せ溶接などを当該レーザ加工装置用
手首構造を用いて行うのに適したレーザ加工方法を実現
する。Further, in the laser processing method according to the invention described in claim 3, one or both of the first and second actuators are driven to shake the laser beam,
A laser processing method suitable for performing butt welding of a work or the like by using the wrist structure for the laser processing apparatus by slightly moving the focal position of the laser beam on the processing portion of the work.
【００１３】[0013]
実施例１．以下、この発明の実施例１を図について説明
する。図１はこの発明の一実施例によるレーザ加工装置
用手首構造を示す断面図であり、図２はそこで用いられ
る第１のアクチュエータの構成を示す断面図、図３は同
じく第２のアクチュエータの構成を示す断面図である。
図において、１は集光ヘッド、３はレーザ光線Ｌの焦点
位置、８はワークであり、図９に同一符号を付した従来
のそれらと同一、あるいは相当部分であるため詳細な説
明は省略する。Example 1. Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a sectional view showing a wrist structure for a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a structure of a first actuator used therein, and FIG. 3 is a structure of a second actuator of the same. It is sectional drawing which shows.
In the figure, 1 is a condensing head, 3 is a focal position of a laser beam L, and 8 is a work, which is the same as or equivalent to those of the conventional ones given the same reference numerals in FIG. ..
【００１４】また、１１はレーザ光線Ｌの進行方向を変
えるベンドミラーであり、１２はベンドミラー１１にて
進行方向が変更されたレーザ光線Ｌを焦点位置３に集光
させる放物面鏡である。１３は前記ベンドミラー１１を
揺動させる第１のアクチュエータであり、１４は放物面
鏡１２を揺動させる第２のアクチュエータである。１５
は当該手首構造のアーム、１６はその手首回転入力軸で
あり、１７はこの手首回転入力軸１６とともに回転する
第１のベベルギア、１８は第１のベベルギア１７とかみ
合う第２のベベルギア、１９はこれら第１および第２の
ベベルギア１７，１８のベアリングである。Reference numeral 11 is a bend mirror for changing the traveling direction of the laser beam L, and 12 is a parabolic mirror for condensing the laser beam L whose traveling direction is changed by the bend mirror 11 at the focal position 3. .. Reference numeral 13 is a first actuator that swings the bend mirror 11, and 14 is a second actuator that swings the parabolic mirror 12. 15
Is the arm of the wrist structure, 16 is the wrist rotation input shaft, 17 is the first bevel gear that rotates together with the wrist rotation input shaft 16, 18 is the second bevel gear that meshes with the first bevel gear 17, and 19 is these The bearings of the first and second bevel gears 17 and 18.
【００１５】２０は第１のアクチュエータ１３内のＹ方
向の弾性支軸、２１および２２はＹ方向の電磁石であ
り、２３および２４はこの電磁石２１あるいは２２に吸
引される鉄片である。２５はベンドミラー１１のＹ方向
の傾きを検出する変位センサ、２６はベンドミラー１１
が取り付けられて、弾性支軸２０で支持されたベンドミ
ラー揺動板、２７はこれらを収納した第１のアクチュエ
ータ１３の支持枠体である。Reference numeral 20 is an elastic support shaft in the Y direction inside the first actuator 13, 21 and 22 are electromagnets in the Y direction, and 23 and 24 are iron pieces attracted to the electromagnets 21 or 22. Reference numeral 25 is a displacement sensor for detecting the tilt of the bend mirror 11 in the Y direction, and 26 is a bend mirror 11.
Is a bend mirror swing plate supported by the elastic support shaft 20, and 27 is a support frame body of the first actuator 13 accommodating the bend mirror swing plate.
【００１６】２８は第２のアクチュエータ１４内のＹ方
向の弾性支軸、２９は同じくＸ方向の弾性支軸であり、
３０および３１はＹ方向の電磁石、３２および３３はＸ
方向の電磁石である。３４および３５は電磁石３０ある
いは３１によって吸引される鉄片、３６および３７は電
磁石３２あるいは３３によって吸引される鉄片であり、
３８は放物面鏡１２のＹ方向の傾きを検出する変位セン
サ、３９は同じくＸ方向の傾きを検出する変位センサで
ある。４０は放物面鏡１２が取り付けられて弾性軸２８
および２９で支持された放物面鏡揺動板であり、４１は
これらを収納した第２のアクチュエータ１４の支持枠体
である。28 is an elastic support shaft in the Y direction in the second actuator 14, 29 is an elastic support shaft in the X direction,
30 and 31 are electromagnets in the Y direction, and 32 and 33 are X magnets.
Direction electromagnet. 34 and 35 are iron pieces attracted by the electromagnets 30 or 31, 36 and 37 are iron pieces attracted by the electromagnets 32 or 33,
Reference numeral 38 is a displacement sensor that detects the tilt of the parabolic mirror 12 in the Y direction, and 39 is a displacement sensor that also detects the tilt of the parabolic mirror 12 in the X direction. 40 is the elastic shaft 28 to which the parabolic mirror 12 is attached.
And 29 are parabolic mirror rocking plates, and 41 is a support frame for the second actuator 14 that accommodates them.
【００１７】また、４２は第１のアクチュエータ１３の
電磁石２１，２２への通電と、第２のアクチュエータ１
４の電磁石３０，３１および３２，３３への通電を制御
して、ベンドミラー１１と放物面鏡１２とを協調して揺
動させるコントローラである。Reference numeral 42 denotes energization of the electromagnets 21 and 22 of the first actuator 13 and the second actuator 1
4 is a controller that controls the energization of the electromagnets 30, 31 and 32, 33 of No. 4 to swing the bend mirror 11 and the parabolic mirror 12 in cooperation with each other.
【００１８】次に動作について説明する。レーザ光線Ｌ
はベンドミラー１１により進行方向を変えられ、放物面
鏡１２に入射し、焦点位置３に集光される。手首回転入
力軸１６の回転は第１のベベルギア１７、第２のベベル
ギア１８により集光ヘッド１に伝達され、集光ヘッド１
はＡ軸まわりに回転する。第１のアクチュエータ１３ま
わりについて見ると、ベンドミラー１１は第１のアクチ
ュエータ１３のベンドミラー揺動板２６に固定され、ベ
ンドミラー揺動板２６はその中央で弾性支軸２０により
支持されて、第１のアクチュエータ１３の支持枠体２７
に対してＹ軸まわりに揺動可能に懸架されている。この
支持枠体２７には電磁石２１および電磁石２２が固定さ
れており、ベンドミラー揺動板２６に取り付けられた鉄
片２３あるいは鉄片２４と間隙を隔てて対向している。
従って、コントローラ４２より電磁石２１に通電すれ
ば、対向して配置された鉄片２３が吸引されて、ベンド
ミラー揺動板２６に固定されたベンドミラー１１が、Ｙ
軸の正方向から見て時計まわりに回動する。同様にし
て、電磁石２２の通電により、ベンドミラー１１がＹ軸
の正方向から見て反時計まわりに回動する。以上の動作
によるベンドミラー揺動板２６の傾きを変位センサ２５
によって検出し、コントローラ４２から各電磁石２１，
２２への印加電流を制御する。Next, the operation will be described. Laser beam L
Is changed in its traveling direction by the bend mirror 11, enters the parabolic mirror 12, and is condensed at the focal position 3. The rotation of the wrist rotation input shaft 16 is transmitted to the condenser head 1 by the first bevel gear 17 and the second bevel gear 18, and the condenser head 1
Rotates about the A axis. Looking around the first actuator 13, the bend mirror 11 is fixed to the bend mirror rocking plate 26 of the first actuator 13, and the bend mirror rocking plate 26 is supported at its center by the elastic support shaft 20. Support frame 27 of the actuator 13 of No. 1
On the other hand, it is swingably suspended around the Y axis. The electromagnet 21 and the electromagnet 22 are fixed to the support frame 27 and face the iron piece 23 or the iron piece 24 attached to the bend mirror swing plate 26 with a gap.
Therefore, when the electromagnet 21 is energized by the controller 42, the iron pieces 23 arranged to face each other are attracted, and the bend mirror 11 fixed to the bend mirror rocking plate 26 becomes Y.
Rotate clockwise when viewed from the positive direction of the shaft. Similarly, when the electromagnet 22 is energized, the bend mirror 11 rotates counterclockwise when viewed from the positive direction of the Y axis. The displacement sensor 25 detects the inclination of the bend mirror swing plate 26 due to the above operation.
Detected by the controller 42 from the electromagnets 21,
The applied current to 22 is controlled.
【００１９】次に第２のアクチュエータ１４まわりにつ
いて見ると、放物面鏡１２は第２のアクチュエータ１４
の放物面鏡揺動板４０に固定され、放物面鏡揺動板４０
はその中央で弾性支軸２８によりＹ軸まわりに、弾性支
軸２９によりＸ軸まわりに、ジンバル状に支持されて、
第２のアクチュエータ１４の支持枠体４１に対して揺動
自在に懸架されている。この放物面鏡揺動板４０は正方
形をしており、その４辺には、それぞれ鉄片３４〜３７
が固定されており、第２のアクチュエータ１４の支持枠
体４１には、電磁石３０〜３３がそれぞれ鉄片３４〜３
７と間隙を隔てて対向している。従って、コントローラ
４２より電磁石３０に通電すれば、鉄片３４が吸引され
て、放物面鏡揺動板４０に固定された放物面鏡１２が、
Ｙ軸の正方向から見て時計まわりに回動する。同様にし
て、電磁石３１の通電により、放物面鏡１２がＹ軸の正
方向から見て反時計まわりに回動する。また、電磁石３
２および３３への通電によって、放物面鏡１２は同様に
してＸ軸まわりに回動する。以上の動作による放物面鏡
揺動板４０の傾きを、変位センサ３８と３９によって検
出し、コントローラ４２から各電磁石３０〜３３への印
加電流を制御する。Next, looking around the second actuator 14, the parabolic mirror 12 has the second actuator 14.
Fixed to the parabolic mirror swing plate 40 of
Is supported at its center in a gimbal shape around the Y axis by the elastic support shaft 28 and around the X axis by the elastic support shaft 29,
The second actuator 14 is suspended so as to be swingable with respect to the support frame 41. The parabolic mirror swing plate 40 has a square shape, and the iron pieces 34 to 37 are provided on the four sides thereof, respectively.
Are fixed, and the electromagnets 30 to 33 are attached to the support frame 41 of the second actuator 14 by the iron pieces 34 to 3, respectively.
7 and 7 with a gap. Therefore, when the electromagnet 30 is energized by the controller 42, the iron piece 34 is attracted and the parabolic mirror 12 fixed to the parabolic mirror rocking plate 40 becomes
Rotate clockwise when viewed from the positive direction of the Y-axis. Similarly, when the electromagnet 31 is energized, the parabolic mirror 12 rotates counterclockwise when viewed from the positive direction of the Y axis. Also, the electromagnet 3
By energizing 2 and 33, the parabolic mirror 12 similarly rotates around the X axis. The tilt of the parabolic mirror rocking plate 40 due to the above operation is detected by the displacement sensors 38 and 39, and the current applied from the controller 42 to the electromagnets 30 to 33 is controlled.
【００２０】ここで、放物面鏡１２の性質について説明
しておく、図４に示すように、レーザ光線Ｌが放物面鏡
１２に入射する場合を、説明の簡単化のために２次元で
考える。放物面鏡１２の放物面の方程式はｆを焦点距離
とすると、次式で与えられる。Here, the properties of the parabolic mirror 12 will be described. As shown in FIG. 4, the case where the laser beam L is incident on the parabolic mirror 12 is two-dimensional for simplification of description. Think in. The equation of the parabolic surface of the parabolic mirror 12 is given by the following equation, where f is the focal length.
【００２１】Ｘ＝Ｚ2 ／２ｆX = Z 2 / 2f
【００２２】また、反射光の方程式は次式のように与え
られ、レーザ光線Ｌが図中の一点鎖線から実線のように
平行にずれても焦点位置３が変わることはない。The equation of the reflected light is given by the following equation, and the focal position 3 does not change even if the laser beam L shifts from the alternate long and short dash line in FIG.
【００２３】Ｘ＝ａ1 Ｚ＋ｂ1 ａ1 ＝ｔａｎ｛２・ｔａｎ-1（Ｚ／ｆ）−（π／２）｝ ｂ1 ＝（Ｚ2 ／２ｆ）−ａ1 ＺX = a 1 Z + b 1 a 1 = tan {2 · tan -1 (Z / f)-(π / 2)} b 1 = (Z 2 / 2f) -a 1 Z
【００２４】次に、レーザ光線Ｌの角度ずれについて、
図５を基に検討する。レーザ光線Ｌが図中の一点鎖線か
ら実線のように角度θずれて放物面鏡１２に入射する場
合について考える。この場合の実線のレーザ光線の反射
光の方程式は次式で与えられる。Next, regarding the angular deviation of the laser beam L,
Consider based on FIG. Consider a case where the laser beam L is incident on the parabolic mirror 12 with an angle θ shifted from the alternate long and short dash line in the figure as shown by the solid line. The equation of the reflected light of the laser beam of the solid line in this case is given by the following equation.
【００２５】Ｘ＝ａ2 Ｚ＋ｂ2 ａ2 ＝ｔａｎ｛２・ｔａｎ-1（Ｚ／ｆ）−（π／２）−
θ｝ ｂ2 ＝（Ｚ2 ／２ｆ）−ａ2 ＺX = a 2 Z + b 2 a 2 = tan {2 · tan -1 (Z / f)-(π / 2)-
θ} b 2 = (Z 2 / 2f) −a 2 Z
【００２６】このように、放物面鏡１２に入射するレー
ザ光線Ｌが傾くと、焦点位置３は傾き角に応じて変化す
る。図６に、焦点距離ｆが２５４ｍｍの場合について、
入射するレーザ光線Ｌの傾き角θとＸ方向の焦点位置３
の変化量ΔＸおよびＺ方向の焦点位置３の変化量ΔＺと
の関係を示す。このように焦点位置３の変化量ΔＸおよ
びΔＺは、入射するレーザ光線Ｌの傾き角θと比例関係
にあることがわかる。As described above, when the laser beam L incident on the parabolic mirror 12 is tilted, the focal position 3 changes according to the tilt angle. FIG. 6 shows a case where the focal length f is 254 mm.
The tilt angle θ of the incident laser beam L and the focus position 3 in the X direction
The relationship between the change amount ΔX and the change amount ΔZ of the focus position 3 in the Z direction is shown. Thus, it can be seen that the amounts of change ΔX and ΔZ of the focal point position 3 are proportional to the inclination angle θ of the incident laser beam L.
【００２７】次に、このような放物面鏡１２の性質を利
用して、焦点位置高さを調整する方法について説明す
る。その概念図を図７に示す。図７（ａ）に示すよう
に、第１のアクチュエータ１３を制御して、ベンドミラ
ー１１をＹ軸の正方向から見て反時計方向にθ傾ける
と、ベンドミラー１１で反射されたレーザ光線ＬはＹ軸
の正方向から見て反時計方向に２θ傾く。このベンドミ
ラー１１で反射されたレーザ光線Ｌが放物面鏡１２に入
射するわけであるが、放物面鏡１２を第２のアクチュエ
ータ１４を制御することにより、ベンドミラー１１に同
期させてＹ軸の正方向から見て反時計方向にθ傾ける
と、焦点位置３の変化はＸ方向にはキャンセルされて無
くなり、Ｚ座標の負方向にのみ移動する。Next, a method of adjusting the height of the focal position by utilizing the properties of the parabolic mirror 12 will be described. The conceptual diagram is shown in FIG. As shown in FIG. 7A, the first actuator 13 is controlled to incline the bend mirror 11 in the counterclockwise direction when viewed from the positive direction of the Y-axis by θ, and the laser beam L reflected by the bend mirror 11 is reflected. Tilts 2θ counterclockwise when viewed from the positive direction of the Y-axis. The laser beam L reflected by the bend mirror 11 is incident on the parabolic mirror 12, and the parabolic mirror 12 is controlled in synchronization with the bend mirror 11 by controlling the second actuator 14. When tilted in the counterclockwise direction when viewed from the positive direction of the axis, the change in the focus position 3 is canceled in the X direction and disappears, and the focus position 3 moves only in the negative direction of the Z coordinate.
【００２８】これは、次のように考えることができる。
すなわち、ベンドミラー１１で反射されたレーザ光線Ｌ
はＹ軸の正方向から見て反時計方向に２θ傾いており、
これに対して放物面鏡１２をＹ軸の正方向から見て反時
計方向にθ傾けるわけであるから、放物面鏡１２に対す
る入射レーザ光線Ｌの相対的な傾き角はＹ軸の正方向か
ら見て反時計方向にθとなる。したがって、まず放物面
鏡１２を固定して入射レーザ光線がＹ軸の正方向から見
て反時計方向にθ傾く場合について考え、最後に放物面
鏡１２をＹ軸の正方向から見て反時計方向にθ傾ける場
合について考えれば良い。放物面鏡１２を固定して入射
レーザ光線がＹ軸の正方向から見て反時計方向にθ傾く
場合は、焦点位置３は図５および図６に示したように変
化する。次に、放物面鏡１２をＹ軸の正方向から見て反
時計方向にθ傾けると、焦点位置３はＸ方向の変化がキ
ャンセルされて無くなるため、高さ方向（Ｚ方向）にの
み変化する。This can be considered as follows.
That is, the laser beam L reflected by the bend mirror 11
Is tilted 2θ counterclockwise when viewed from the positive direction of the Y-axis,
On the other hand, since the parabolic mirror 12 is tilted by θ in the counterclockwise direction when viewed from the positive direction of the Y axis, the relative tilt angle of the incident laser beam L with respect to the parabolic mirror 12 is the positive axis of the Y axis. When viewed from the direction, θ becomes counterclockwise. Therefore, first consider the case where the parabolic mirror 12 is fixed and the incident laser beam is tilted by θ in the counterclockwise direction when viewed from the positive direction of the Y axis. Finally, when the parabolic mirror 12 is viewed from the positive direction of the Y axis. It is sufficient to consider the case of inclining θ counterclockwise. When the parabolic mirror 12 is fixed and the incident laser beam is tilted by θ in the counterclockwise direction when viewed from the positive direction of the Y axis, the focus position 3 changes as shown in FIGS. 5 and 6. Next, when the parabolic mirror 12 is tilted by θ in the counterclockwise direction when viewed from the positive direction of the Y axis, the focus position 3 changes only in the height direction (Z direction) because the change in the X direction is canceled and disappears. To do.
【００２９】同様に、図７（ｂ）に示すように、ベンド
ミラー１１をＹ軸の正方向から見て時計方向にθ傾け、
放物面鏡１２をベンドミラー１１に同期させてＹ軸の正
方向から見て時計方向にθ傾けると、焦点位置３はＺ座
標の正方向にのみ移動する。以上のような方法により、
焦点位置高さを調整することが可能となる。Similarly, as shown in FIG. 7B, the bend mirror 11 is tilted by θ in the clockwise direction when viewed from the positive direction of the Y-axis,
When the parabolic mirror 12 is synchronized with the bend mirror 11 and tilted by θ in the clockwise direction when viewed from the positive direction of the Y axis, the focus position 3 moves only in the positive direction of the Z coordinate. By the above method,
It is possible to adjust the focus position height.
【００３０】手首回転入力軸１６の回転が、第１のベベ
ルギア１７および第二のベベルギア１８を介して集光ヘ
ッド１に伝達され、集光ヘッド１がＡ軸まわりに回動す
る場合は、第２のアクチュエータ１４は２自由度構成で
あるため、このＡ軸まわりの回転に同期して、ベンドミ
ラー１１の傾き方向と同じ方向に放物面鏡１２を傾けれ
ばよい。When the rotation of the wrist rotation input shaft 16 is transmitted to the condensing head 1 via the first bevel gear 17 and the second bevel gear 18, and the condensing head 1 rotates about the A axis, Since the two actuators 14 have a two-degree-of-freedom structure, the parabolic mirror 12 may be tilted in the same direction as the tilt direction of the bend mirror 11 in synchronization with the rotation about the A axis.
【００３１】次に、図１に示すように構成されたレーザ
加工装置用手首構造を用いて、２つのワークの突合せ溶
接などを行うのに適したレーザ加工方法について説明す
る。レーザ光線Ｌを用いた溶接は、集光したときのビー
ムスポット径が小さくエネルギー密度が高いためにビー
ド幅が狭く、深溶け込みが可能という特長を持つ反面、
高い位置精度が必要であり、前にも説明したように、突
合せ溶接の際に生じるワークのばらつきによるギャップ
の許容値が小さいという欠点がある。図８はそのような
突合せ溶接などに用いて有効なレーザ加工方法を示す説
明図である。図において、４４は突合せ溶接が行われる
加工部としての、２つのワーク８の突合せ部であり、４
５は加工方向、４６はレーザ光線Ｌの焦点位置３の軌跡
である。２つのワーク８の突合せ部４４は各ワーク８の
ばらつきによるギャップを持つため、突合せ部４４に沿
ってレーザ光線を移動させるだけでは溶接しにくい。そ
こで、たとえばレーザ光線Ｌの焦点位置３が図８に４６
で示す軌跡上を移動するように、加工方向４５に対して
レーザ光線Ｌを微小に振れば、効率的に溶接を行うこと
ができる。そのためには、図１および図３に示した第２
のアクチュエータ１４をコントローラ４２で制御して、
放物面鏡１２を２自由度に揺動させればよい。Next, a laser processing method suitable for butt welding two works using the wrist structure for a laser processing apparatus constructed as shown in FIG. 1 will be described. Welding using the laser beam L has a feature that the beam width when condensed is small and the energy density is high, so the bead width is narrow and deep penetration is possible.
A high positional accuracy is required, and as described above, there is a drawback that the allowable value of the gap is small due to variations in the work that occurs during butt welding. FIG. 8 is an explanatory view showing a laser processing method effective for such butt welding. In the figure, reference numeral 44 denotes a butt portion of two works 8 as a processing portion where butt welding is performed.
5 is the processing direction, and 46 is the locus of the focal position 3 of the laser beam L. Since the abutting portion 44 of the two works 8 has a gap due to the variation of the respective works 8, it is difficult to weld only by moving the laser beam along the abutting part 44. Therefore, for example, the focus position 3 of the laser beam L is 46 in FIG.
If the laser beam L is slightly shaken in the processing direction 45 so as to move on the locus shown by, welding can be performed efficiently. For that purpose, the second one shown in FIGS. 1 and 3 is used.
Control the actuator 14 of
The parabolic mirror 12 may be swung in two degrees of freedom.
【００３２】実施例２．なお、上記実施例ではアクチュ
エータに電磁石を用いたものを示したが、圧電素子，磁
歪素子，リニアモータ、サーボモータなど、ベンドミラ
ーおよび放物面鏡を揺動できるメカニズムを有するもの
であれば、他のものを用いてもよく、上記実施例と同様
の効果を奏する。Example 2. In the above-mentioned embodiment, the one using the electromagnet as the actuator is shown. However, as long as it has a mechanism capable of swinging the bend mirror and the parabolic mirror, such as a piezoelectric element, a magnetostrictive element, a linear motor, a servomotor, Other materials may be used, and the same effect as that of the above-described embodiment is obtained.
【００３３】実施例３．また、上記実施例では第１のア
クチュエータとして１自由度構成のものを、第２のアク
チュエータとして２自由度構成のものを用いた場合につ
いて述べたが、これらを入れ換えてもよく、上記実施例
と同様の効果を奏する。Example 3. Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the first actuator having the one-degree-of-freedom structure is used and the second actuator having the two-degree-of-freedom structure is used, but these may be replaced with each other. Has the same effect.
【００３４】実施例４．さらに、上記実施例では、突合
せ溶接時にレーザ光線の焦点を微小に振るために第２の
アクチュエータを制御するものについて説明したが、第
１のアクチュエータを制御するようにしてもよい。Example 4. Further, in the above-mentioned embodiment, the second actuator is controlled in order to slightly move the focus of the laser beam at the time of butt welding, but the first actuator may be controlled.
【００３５】[0035]
【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明に
よれば、ベンドミラーを揺動させる第１のアクチュエー
タと、放物面鏡を揺動させる第２のアクチュエータとを
コントローラの制御で協調して作動させるように構成し
たので、放物面鏡集光方式によるレーザ加工装置に使用
する、小形・軽量な焦点位置高さ調整用ハイト軸が構成
できるレーザ加工装置用手首構造が得られる。As described above, according to the first aspect of the invention, the controller controls the first actuator that swings the bend mirror and the second actuator that swings the parabolic mirror. Since it is configured to operate in cooperation with the laser processing device, it is possible to obtain a wrist structure for a laser processing device that can be used for a laser processing device with a parabolic mirror focusing method and that can configure a small and lightweight height axis for focus position height adjustment. Be done.
【００３６】また、請求項２に記載の発明によれば、前
記２つのアクチュエータ中の一方を２自由度構成、他方
を１自由度構成とするように構成したので、放物面鏡集
光方式によるレーザ加工装置に使用する、小形・軽量な
焦点位置高さ調整用ハイト軸が構成できるレーザ加工装
置用手首構造が得られる。According to the second aspect of the present invention, one of the two actuators has a two-degree-of-freedom structure and the other has a one-degree-of-freedom structure. A wrist structure for a laser processing device, which can be used in a laser processing device according to the above, can be configured with a small and lightweight focus height adjusting height axis.
【００３７】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
第１および第２のアクチュエータの一方もしくは双方を
駆動してレーザ光線を振るように構成したので、レーザ
光線の焦点位置をワークの加工部上で微小に動かすこと
が可能になり、当該レーザ加工装置用手首構造を用いて
ワークの突合せ溶接などを行うのに適したレーザ加工方
法が得られる。Further, according to the invention described in claim 3,
Since the laser beam is oscillated by driving one or both of the first and second actuators, the focus position of the laser beam can be finely moved on the processing portion of the work, and the laser processing apparatus can be used. It is possible to obtain a laser processing method suitable for performing butt welding and the like of works using the wrist structure.
【図１】この発明の実施例１によるレーザ加工装置用手
首構造を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a wrist structure for a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】上記実施例における第１のアクチュエータの構
成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a first actuator in the above embodiment.
【図３】上記実施例における第２のアクチュエータの構
成を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a second actuator in the above embodiment.
【図４】放物面鏡への入射レーザ光線が平行にずれた場
合の反射光線を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a reflected light beam when the incident laser light beam on the parabolic mirror is shifted in parallel.
【図５】放物面鏡への入射レーザが傾いた場合の反射光
線を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing reflected light rays when an incident laser on a parabolic mirror is tilted.
【図６】放物面鏡への入射レーザ光線の傾き角と焦点位
置の変化量との関係を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between a tilt angle of a laser beam incident on a parabolic mirror and a change amount of a focus position.
【図７】焦点位置高さの調整を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing adjustment of a focus position height.
【図８】突合せ溶接などに適したレーザ加工方法を示す
説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a laser processing method suitable for butt welding and the like.
【図９】従来のレーザ加工装置用手首構造を示す断面図
である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a conventional wrist structure for a laser processing apparatus.
３ 焦点位置 ８ ワーク １１ ベンドミラー １２ 放物面鏡 １３ 第一のアクチュエータ １４ 第二のアクチュエータ ４２ コントローラ ４４ 突合せ部（加工部） Ｌ レーザ光線 3 Focus Position 8 Work 11 Bend Mirror 12 Parabolic Mirror 13 First Actuator 14 Second Actuator 42 Controller 44 Butt (Processing) L Laser Beam
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成４年８月１８日[Submission date] August 18, 1992
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１５[Correction target item name] 0015
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１５】２０は第１のアクチュエータ１３内のＹ軸
まわりの弾性支軸、２１および２２はＹ軸まわりの揺動
用電磁石であり、２３および２４はこの電磁石２１ある
いは２２に吸引される鉄片である。２５はベンドミラー
１１のＹ軸まわりの傾きを検出する変位センサ、２６は
ベンドミラー１１が取り付けられて、弾性支軸２０で支
持されたベンドミラー揺動板、２７はこれらを収納した
第１のアクチュエータ１３の支持枠体である。Reference numeral 20 denotes the Y axis in the first actuator 13.
Elastic support shaft around , 21 and 22 swing around Y- axis
The electromagnets 23 and 24 are iron pieces attracted to the electromagnet 21 or 22. Reference numeral 25 is a displacement sensor for detecting the inclination of the bend mirror 11 around the Y axis , 26 is a bend mirror swing plate supported by the elastic support shaft 20 to which the bend mirror 11 is attached, and 27 is a first mirror housing them. It is a support frame for the actuator 13.
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１６[Correction target item name] 0016
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１６】２８は第２のアクチュエータ１４内のＹ軸
まわりの弾性支軸、２９は同じくＸ軸まわりの弾性支軸
であり、３０および３１はＹ軸まわりの揺動用電磁石、
３２および３３はＸ軸まわりの揺動用電磁石である。３
４および３５は電磁石３０あるいは３１によって吸引さ
れる鉄片、３６および３７は電磁石３２あるいは３３に
よって吸引される鉄片であり、３８は放物面鏡１２のＹ
軸まわりの傾きを検出する変位センサ、３９は同じくＸ
軸まわりの傾きを検出する変位センサである。４０は放
物面鏡１２が取り付けられて弾性軸２８および２９で支
持された放物面鏡揺動板であり、４１はこれらを収納し
た第２のアクチュエータ１４の支持枠体である。28 is the Y axis in the second actuator 14.
Around the elastic support shaft, 29 is an elastic support shaft around the X axis , 30 and 31 are swinging electromagnets around the Y axis ,
Reference numerals 32 and 33 are electromagnets for swinging around the X axis . Three
Reference numerals 4 and 35 are iron pieces attracted by the electromagnets 30 or 31, 36 and 37 are iron pieces attracted by the electromagnets 32 or 33, and 38 is Y of the parabolic mirror 12.
Displacement sensor that detects the tilt around the axis , 39 is also X
It is a displacement sensor that detects the inclination around the axis . Reference numeral 40 is a parabolic mirror rocking plate to which the parabolic mirror 12 is attached and supported by the elastic shafts 28 and 29, and 41 is a support frame body of the second actuator 14 which accommodates these.
Claims (3)
変更して放物面鏡に導き、前記放物面鏡によってワーク
上に前記レーザ光線を集光させて、前記ワークを加工す
るレーザ加工装置に用いられるレーザ加工装置用手首構
造において、前記ベンドミラーを揺動させる第１のアク
チュエータと前記放物面鏡を揺動させる第２のアクチュ
エータと、前記第１のアクチュエータと第２のアクチュ
エータとを協調して動作させるコントローラとを設けた
ことを特徴とするレーザ加工装置用手首構造。1. A laser processing apparatus for processing a workpiece by changing the path of the laser beam by a bend mirror to guide the laser beam to a parabolic mirror and condensing the laser beam on a work by the parabolic mirror. In a wrist structure for a laser processing apparatus used, a first actuator that swings the bend mirror, a second actuator that swings the parabolic mirror, and the first actuator and the second actuator cooperate with each other. A wrist structure for a laser processing apparatus, which is provided with a controller for operating the laser processing apparatus.
チュエータのいずれか一方が、直交した２軸のまわりに
揺動する２自由度構成であり、他方が１軸のまわりに揺
動する１自由度構成であることを特徴とする請求項１に
記載のレーザ加工装置用手首構造。2. One of the first actuator and the second actuator has a two-degree-of-freedom structure that swings around two orthogonal axes, and the other has one freedom that swings around one axis. The wrist structure for a laser processing apparatus according to claim 1, wherein the wrist structure has a predetermined structure.
アクチュエータのいずれか一方、もしくはそれら双方を
駆動して、レーザ光線の焦点位置を前記ワークの加工部
上で振ることを特徴とする、請求項１または２に記載の
レーザ加工装置用手首構造を用いたレーザ加工方法。3. The focus position of the laser beam is swung on the processing part of the workpiece by driving one or both of the first actuator and the second actuator. A laser processing method using the wrist structure for a laser processing device according to 1 or 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4113231A JP2925835B2 (en) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | Wrist structure for laser processing equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05285686A true JPH05285686A (en) | 1993-11-02 |
| JP2925835B2 JP2925835B2 (en) | 1999-07-28 |
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ID=14606892
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| Country | Link |
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- 1992-04-07 JP JP4113231A patent/JP2925835B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2925835B2 (en) | 1999-07-28 |
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