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.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4113231A JP2925835B2 (en) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | Wrist structure for laser processing equipment |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH05285686A true JPH05285686A (en) | 1993-11-02 |
JP2925835B2 JP2925835B2 (en) | 1999-07-28 |
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ID=14606892
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- 1992-04-07 JP JP4113231A patent/JP2925835B2/en not_active Expired - Fee Related
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