(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＹＡＧレーザ加工トーチを装着したフレームカバーに、固定ワーク上を所定のレーザ加工ラインに沿って自動走行機能を有する複数の送りローラと、前記加工ラインに沿うワーク外形側面に当接して従動走行するサイドガイドローラと、前記フレームカバーの前記走行方向に対する重心位置を可変制御可能の移動式バランスウエート手段と、前記ワークの端部及び前記カバーフレームの浮上りをそれぞれ検知する検知手段とを備えると共に、この装置の所定条件時に、前記トーチのレーザ光の照射及び前記各送りローラの回転駆動を自動的に停止させる安全手段を有することを特徴とするＹＡＧレーザ加工装置。
【請求項２】
前記ＹＡＧレーザ加工トーチの前記フレームカバーへの装着手段は、異なる形式の加工トーチとの互換性を有することを特徴とする請求項１記載のＹＡＧレーザ加工装置。
【請求項３】
前記送りローラは、前記サイドガイドローラが常に前記ワークの外形側面への当接を維持するための手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のＹＡＧレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＹＡＧレーザ加工装置に、特にそのワーク加工ラインを自動的に正確に維持するための手段の提供に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＹＡＧレーザを用いてワーク材料の諸加工を行うこの種のＹＡＧレーザ加工装置、例えばＹＡＧレーザ溶接機において金属材料の溶接を行う場合、つぎに示すような各作業方法が行われている。
【０００３】
（１）ロボット溶接：ＹＡＧレーザ加工用のトーチを、例えば多関節ロボット等に搭載し、予めティーチングしておいた所定の溶接ライン上を正確に再生させ乍らレーザ光を照射することにより加工を行う。図４に従来のこの種のＹＡＧレーザ加工システムの一例の概要図を参考用に示す。
【０００４】
詳細説明は省略するが、このＹＧＡレーザ加工（溶接）システム４０は、つぎの主要部分より成る。図中、Ｒは加工用多関節ロボットで、出射光学ユニット４１を備え、テーブル４２上のワーク（材料）Ｗを溶接加工するものである。４３はチラーユニット、４４はＹＡＧレーザ発振器及びファイバ分岐ユニットを示す。
【０００５】
４５は、ハンディ出射ユニット、４６は、このハンディ出射ユニット４５用のコントローラ、４７はハンディ加工用テーブル、４８は、出射ユニット４５用のフットスイッチである。なお、４９はロボットコントローラ及びティーチングボックスで、５０は加工室（遮光設備）を示す。各構成及び動作の詳細説明は省略する。
【０００６】
（２）手作業溶接：ＹＧＡレーザ加工用トーチを、作業者が直接手で持って、溶接すべきライン上を手動で送りながらレーザ光を照射することにより行う。
【０００７】
（３）座標位置追随溶接：ＹＡＧレーザ加工トーチを、直交形の２次元あるいは３次元加工機等に搭載し、予めプログラミング入力された数値制御（ＮＣ）データに基づきトーチを移動させ乍らレーザ光を照射することにより行う，など。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来の各作業方法（装置）にあっては、それぞれ次に示すような問題点があった。
【０００９】
（１）ロボット溶接：溶接に使用されるＹＡＧレーザは、レーザ光のスポット径が最大でも１φ程度と極めて小さいため、所定の溶接ラインから外れないようにする必要があり、もしも外れた場合には溶接不良や品質低下等の原因となる。
【００１０】
このため、ＹＡＧレーザ溶接では、溶接幅の比較的広いアーク溶接等に較べると、かなり慎重に、かつ正確に溶接位置を教示／再生しなければならない。
【００１１】
しかも、溶接前のワーク部品のばらつき等により、通常はそのワーク毎に教示するか、あるいは可成り大掛かりのジグ等を用意しなければならず、このためワークの数量や種類が多い場合、あるいはワークサイズが比較的大きい場合には、教示すべきポイント数も厖大となり、加工時間の増加につながるのみならず、作業者にとっても大きな負担となり、あるいはジグ等の製作費の増大や製品納期の長期化等の原因ともなっている。
【００１２】
（２）手作業溶接：ＹＡＧレーザ加工用トーチを作業者が直接手持ちで加工する場合、溶接部の品質や必要強度を維持するためには、溶接ライン上を所定高さ、所定速度で、しかもこのラインから外れないように正確に加工用トーチを送る必要がある。
【００１３】
しかしながら、このためには実際問題として、可成りの熟練と忍耐とを要し、従って、現実的には、比較的小さなワークの、しかも小ロット部品に限定されてしまうのが実情である。
【００１４】
（３）座標位置追随溶接：この種のＹＡＧレーザ溶接加工は、立体形状に仮付け（仮止め）されたワークに対して行うのが一般的であるが、実際問題として、ワークの形状は千差万別であり、このため、対応できるプログラミングソフトにも限界があり、実際上は、ティーチング方法に頼らざるを得ず、従って、前記（１）項のロボット溶接におけると同様の問題点を抱えている。
【００１５】
本発明は、以上のような局面にかんがみてなされたもので、前項（１）のような大掛がりなロボットを使用することなく、自動走行用の駆動手段等を設けることにより、比較的低コストで作業者の負担が少なく、高品質の安定したＹＡＧレーザ加工が可能なＹＡＧレーザ加工装置の提供を目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明においては、ＹＡＧレーザ加工トーチを装着したフレームカバーに、固定ワーク上を所定のレーザ加工ラインに沿って自動走行機能を有する複数の送りローラと、前記加工ラインに沿うワーク外形側面に当接して従動走行するサイドガイドローラと、前記フレームカバーの前記走行方向に対する重心位置を可変制御可能の移動式バランスウエート手段と、前記ワークの端部及び前記カバーフレームの浮上りをそれぞれ検知する検知手段とを備えると共に、この装置の所定条件時に、前記トーチのレーザ光の照射及び前記各送りローラの回転駆動を自動的に停止させる安全手段を有することを特徴とするＹＡＧレーザ加工装置を提供することにより、前記目的を達成しようとするものである。
【００１７】
【作用】
以上のような本発明構成により、高価な多関節ロボット等を利用することなく、高品質で安定したＹＡＧレーザ加工が低コストで実現可能となり、さらに作業者の負担を大幅に軽減することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の態様を一実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
【実施例】
図１に、本発明に係る一実施例のＹＡＧレーザ加工装置の一例としてのＹＡＧレーザ溶接機の正面図、図２及び図３にそれぞれ図１の側面図及び平面図を示す。
【００２０】
（構成）
図１〜３において、１はＹＡＧレーザ加工トーチで、本装置のクレームカバー７にボルト等により、着脱容易に取付けられ、レーザ光Ｌを加工すべき材料またはワーク１３（テーブルあるいはジグ等で支持，固定されている）へ照射する。１３ａはワーク端面を示す。２は光ファイバで、不図示のレーザ発振器からのレーザ光Ｌをトーチ１に導光するもので、このトーチ１に固定されている。
【００２１】
３は、トーチ１に固定されたコリメータレンズで、光ファイバ２から出たビームを平行光にし、このビームを、集光レンズ４により集光させるよう構成されている。５（図２）は保護ガラスで、溶接加工中に発生するスパッタやヒューム等から集光レンズ４を保護するために、ノズル６に支持されている。ノズル６は、ワーク１３の加工点へシールドガスを吹付け、溶接部の酸化，変色灯を防止するためのものである。
【００２２】
７は本装置のフレームカバー、８は、フレームカバー７に固定されて、装置の走行駆動用回転力を発生させるための電気モータ、９，１１は、モータトルクを装置走行駆動力に変換するためのタイミングベルト１１用の各駆動及び従動プーリで、駆動プーリ９はモータ８に直結され、従動プーリ１１は、駆動軸２７に固定され、各駆動軸２７に固定された複数の送りローラ１２及び前後の各サポートローラ１５と共に回転する（サポートローラ１５の回転駆動手段は不図示）。
【００２３】
１４（図２）は、ワーク１３の合わせ目の溶接すべきラインを示す。１６は、フレームカバー７に取付けられ、ワーク１３の外形側面に当接して従動走行させるための一対のサイドガイドローラである。また、１７は、装置全体を持上げるための一対の取手、１８はバランスウエートであり、不図示のシリンダによりその位置を、リニアスライド２０に沿って進行方向に移動し得る。２１はバランスウエート１８の移動位置を検出するための各リミットスイッチである。
【００２４】
２２は、本装置と別個に設置されて、本装置の滑車２３をガイドして光ファイバ２及び不図示の各ケーブル，ホース等を、移動する本装置に円滑に追従させるためのガイドバーである。
【００２５】
なお、本装置のフレームカバー７外面には、レーザ照射及びモータ８の回転をそれぞれオン／オフするための押ボタンスイッチ、ならびにモータ８の回転速度すなわち装置走行速度を調整するためのスライドスイッチ等（共に不図示）が設けられている。
【００２６】
（動作・作用）
以上のような構成の本実施例装置において、ワーク１３の所定の溶接作業を開始する場合には、作業者は一対の取手１７を持って、テーブル上に固定されたワーク１３の所定位置にセットする。このとき、サイドガイドローラ１６をワーク端面１３ａに当接するようセットすれば、レーザ光Ｌの中心は、所定の溶接ライン１４に合うような位置関係としてある。
【００２７】
次に、バランスウエート１８が進行方向に移動するよう、不図示の弁（バルブ）を切換えて前記不図示のシリンダを作動させておく。この状態のまま前記不図示の押ボタンを押すと、予め前記不図示のスライドスイッチにより設定された任意の回転速度で駆動モータ８が始動する。この回転は、駆動プーリ９により、タイミングベルト１０を介して被動プーリ１１と一体の各送りローラ１２に伝達され、装置全体が所定速度で駆動走行を開始する。
【００２８】
これと同時に不図示のＹＡＧレーザ発振器より出たレーザ光Ｌは、光ファイバ２を通って、コリメータレンズ３，集光レンズ４，保護ガラス５，ノズル６等を経て溶接ライン１４に集光され、レーザ溶接加工が開始される。
【００２９】
本装置が加工走行中は、サイドガイドローラ１６が常にワーク１３の端面１３ａに当接するようにするために、各送りローラ１２を進行方向に対して若干の角度を付したり、あるいは送りローラ１２の外径を、各サポートローラ１５の外径より若干大きくしておくか、またあるいは送りローラ１２にのみ駆動力を与える等の寸法により、サイドガイドローラ１６が、ワーク端面１３ａに常時当接するための分力を発生させるため、本装置は、自動的に直線あるいは曲線状のワーク端面１３ａ形状に沿って走行するため、ティーチング等の操作キーも一切不要となる。
【００３０】
また、サイドガイドローラ１６には、端部接触検出センサ２６が設けられているため、万が一、ローラ１６がワーク端面１３ａから不時に離れた場合は、走行及びレーザビーム照射を直ちに停止させることにより加工不良の発生を未然に防止することかできる。
【００３１】
以上のように、レーザビームが常に所定の溶接ライン１４に合った状態を維持したまま走行するため、本装置は、作業者の助力を要することなく自動的に溶接加工を継続するため、作業者への負担も大幅に軽減される。
【００３２】
作業途中でこの加工を終了したい場合は、前記不図示の押ボタンスイッチを押すことにより、また、自動的に作業運転を停止させる場合には、端部検出センサ２６がワーク１３の進行方向の端部を検出した後、走行速度に応じたタイマ時間分だけ余分に走行した後、すなわちワークの端部までレーザ光Ｌ中心線が移動した後にモータ８が停止し、レーザビームも切れて加工が終了する。
【００３３】
端部検出センサ２６が、ワーク１３の端部を検出した時点では、各送りローラ１２が、サポートローラ１５やサイドガイドローラ１６等の片側は、ワーク１３の端部から外れるので、そのままでは走行が不安定になるが、端部検出センサ２６が検出した時、前記不図示のシリンダを作動させ、バランスウエート１８を進行方向と逆の方向に移動させるようにしているため、装置全体の重心もその方向に移動し、従って送りローラ１２等が、ワーク１３の端部から外れても、装置が傾く等の問題も発生することなく、ワーク１３の端部まで安定した走行を続けることができる。
【００３４】
以上のように、通常では不可能なワーク１３両端までの全加工領域を１回のセットでワンパスで完全加工を行うことができる。また、装置の移動に伴い、光ファイバ２や不図示の各ケーブル，ホース等は、滑車２４及び不図示の前記押ボタン等により、スムーズに装置の動きに追従し、作業に支障を及ぼすことがない。
【００３５】
また、万一、走行中に装置が浮上がったり、外れたりしても、端部検出センサ２６がワーク１３から離れたことを検出して、レーザ光Ｌの照射を直ちに停止させることにより安全を図っている。
【００３６】
（他の実施例）
なお、前記実施例は、ＹＡＧレーザ溶接機の事例について説明したが、本発明は、これのみに限定されるものでなく、ＹＡＧレーザを使用したワークの切断や表面改質加工等の装置に適用し得ることはもちろんである。
【００３７】
さらにまたレーザ光線以外のガスプラズマ加工装置しても使用し得る。
【００３８】
また、前記実施例においては、不図示の各スイッチ類は、フレームカバー７上に配設するものとして説明したが、これのみに限定されるものでなく、遠隔操作（リモコン）方法等を用いることもできる。
【００３９】
また、ワーク１３の全域を加工するために操作等を乗せ換える方法でもよければ、前記バランスウエート１８手段等は不要となる。
【００４０】
ワーク１３は、図例のようにＬ形溶接のみに限定されるものでなく、フラットな突き合わせ溶接、あるいは隅肉溶接等に対応し得る装置も同様に可能である。
また、厳密な安定加工や高品質加工が要求されない加工作業の場合は前記安定化対策としての送りローラ１２の角度付けまたは直径差付与等の処置は省略しても差支えない。
【００４１】
また、端部検出センサ２６に代えて、サポートローラ１５等がワーク１３に当接していることを検知することにより、端部の検出や装置の浮き上り等の現象を検知することも可能である。
【００４２】
なお、前記実施例においては、例えば各種フィラー等の供給装置を搭載したり、加工中にウィービング（微少な蛇行送り）機能等を付加させること等も可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上、一実施例を用いて説明したように、本発明によれば、下記のような各効果が得られる。
【００４４】
（１）ＹＡＧレーザ加工装置にモータ等を配設して自動移動（走行）機能を持たせたため、予め設定した所定速度及び所定焦点高さで自動加工ができるため、作業者は加工装置を常時監視する必要がなく、大幅の省力化が図れる。
【００４５】
また、複雑，高価なロボット等を使用しないため、極めて低コストで済むのみならず、ワーク毎のティーチングがプログラミング修正等が一切不要となり、大幅の工数低減及び作業者の負担軽減が得れる。
【００４６】
（２）移動式のバランスウエート手段を設けたため、加工の途中で装置の乗せ換え等の必要がなく、ワンパスでワークの全域を完全に加工し得る。
【００４７】
（３）ワーク端面の検出手段及び装置浮上り検出手段を設けたため、ワークの一端から他端までの一連の加工を無人で実行可能となり、しかも装置の落下や傾き等の事故が発生してもレーザ光の放射や装置の走行を直ちに停止させることができるため安全である。
【００４８】
（４）加工用トーチが簡単な操作で容易に着脱／交換が可能なため、保護ガラスや集光レンズ，ノズル等の保守が容易であり、さらに、加工用トーチをロボット用あるいはハンディ用（図４参照）等に付け替えて使用することができる。
【００４９】
（５）送りローラを装置の所定の進行方向に対して常にワークに安定して走行可能の手段を備えたため、常に装置をワーク端面に当接させ乍ら走行するため、直線状あるいは曲線状のワーク外形に做って所定の加工ライン上から外れることなく安定した高品質加工が可能である，など。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＹＡＧレーザ溶接機の一実施例の正面図
【図２】ＹＡＧレーザ溶接機の一実施例の側面図
【図３】ＹＡＧレーザ溶接機の一実施例の平面図
【図４】従来のＹＡＧレーザ加工システムの一例の概要図
【符号の説明】
１    トーチ
２    光ファイバ
３    コリメータレンズ
４    集光レンズ
５    保護ガラス
６    ノズル
７    フレームカバー
８    モータ
９    駆動プーリ
１０    タイミングベルト
１１    従動プーリ
１２    送りローラ
１３    ワーク（材料）
１４    溶接ライン
１５    サポートローラ
１６    サイドガイドローラ
１７    取手
１８    バランスウエート
２０    リニアスライド
２１    リミットスイッチ
２２    ガイドバー
２３    滑車
２６    端部検出センサ
２７    ドライブシャット
Ｌ    レーザ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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