(57)【要約】【課題】  大出力のレーザ発振器を用いて高速でかつ高精度でレーザ加工をおこなうことができ、被加工物や治具等との干渉が少ないレーザ加工ロボットを提供する。【解決手段】  垂直多関節形ロボット１の第３軸Ｊ３により駆動されるアーム１０の先端部に、第３軸Ｊ３の軸線に対して直角方向に延びる第４軸線Ｓ４とこの第４軸線に直交する第５軸線Ｓ５の回りに２つの回転自由度を有し先端に集光部２４をそなえた手首部２０であって、第４軸線Ｓ４に沿って入射したレーザビームを第５軸線Ｓ５上に設けた２つのベンドミラー２５，２６により第５軸線Ｓ５を経て集光部２４へ偏向するレーザビーム伝送路を内部にそなえてなる手首部の基部２０ａを、取付けるとともに、手首部の基部２０ａに向って第４軸線Ｓ４と同軸状にレーザビームを出力するレーザ発振器３０を、アーム１０に搭載した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直多関節形ロボットの第３軸により駆動されるアームの先端部に、前記第３軸の軸線に対して直角方向に延びる第４軸線とこの第４軸線に直交する第５軸線の回りに２つの回転自由度を有し先端に集光部をそなえた手首部であって、前記第４軸線に沿って入射したレーザビームを前記第５軸線上に設けた２つのベンドミラーにより前記第５軸線を経て前記集光部へ偏向するレーザビーム伝送路を内部にそなえてなる手首部の基部を、取付けるとともに、
前記手首部の基部に向って前記第４軸線と同軸状にレーザビームを出力するレーザ発振器を、前記アームに搭載したことを特徴とするレーザ加工ロボット。
【請求項２】
前記レーザ発振器の出力するレーザビームを前記第４軸線と同軸状に合わせる手段として、前記レーザ発振器の前記アームに対する取付位置調整機構をそなえたことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工ロボット。
【請求項３】
前記レーザ発振器の出力するレーザビームを前記第４軸線と同軸状に合わせる手段として、前記レーザ発振器のレーザビーム出口部に、反射角度調整機構をそなえた２枚のベンドミラーをレーザビーム出力軸と交差する交差軸上に配設してなり、両ベンドミラーによるレーザビームの偏向によりレーザビームの軸線の位置および向きを調整するビーム調整機構を設けたことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザビームを集束して立体形状の被加工物をレーザ加工するレーザ加工ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば樹脂成形部品などの立体形状の被加工物に対して、穴あけ、切断、加熱、溶融などのレーザ加工をおこなうレーザ加工装置としては、ガントリー型やテーブル移動型などの直交型の三次元レーザ加工機より、ロボットの先端軸に加工ヘッドをそなえたレーザロボットの方がコンパクトで安価であり、複数台による同時加工もできるため、多くの装置が生産現場に導入されている。そしてこのレーザロボットとしては、ロボットとは別置きのレーザ発振装置を用いるものは、設置スペースがかさむものであるため、レーザ発振器をロボット本体に搭載する型式のレーザロボットも提案されている（たとえば特許文献１，２参照。）。
【特許文献１】特許第３６１７３８４号公報
【特許文献２】特開２００４ー２４３３５号公報
【０００３】
しかしながら、上記従来技術のうち先ず特許文献１に記載のものは、図５に示すように、垂直多関節形ロボット６１のアーム先端の手首部６２に、レーザ発振器６３をそなえた加工ヘッド６４を取付けたものであり、レーザ加工時にはレーザ発振器６３は手首部６２と共に手首旋回軸線αの回りに、および手首部６２に対して手首回転軸線βの回りに、それぞれ回動するため、大型大出力のレーザ発振器６３の場合、大重量の加工ヘッド６４が振動して出力レーザビームの軌跡精度が悪化するので加工速度が大巾に制限され、また大型の加工ヘッド６４が被加工物やそれを支える治具などと干渉し衝突するなど、大きな問題点を有するものであった。
【０００４】
また特許文献２に記載のものは、垂直多関節形ロボットの第３関節部と一体の上部アームに手首旋回軸を、第３関節部の軸線に直交する第４軸線の回りに旋回自在に支持し、この手首旋回転軸の外部側方に、第４軸線と平行にレーザ発振器を取付けたものであるため、レーザ加工時には第４軸線に対して偏心位置にあるレーザ発振器は第４軸線の回りに回動することにより、特許文献１に記載のものと同様に加工ヘッドの振動や軌跡精度の悪化を生じ、大型大出力のレーザ発振器の採用は困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は上記従来の問題点を解決しようとするもので、大出力のレーザ発振器を用いて高速でかつ高精度でレーザ加工をおこなうことができ、被加工物や治具等との干渉が少ないレーザ加工ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載のレーザ加工ロボットは、垂直多関節形ロボットの第３軸により駆動されるアームの先端部に、前記第３軸の軸線に対して直角方向に延びる第４軸線とこの第４軸線に直交する第５軸線の回りに２つの回転自由度を有し先端に集光部をそなえた手首部であって、前記第４軸線に沿って入射したレーザビームを前記第５軸線上に設けた２つのベンドミラーにより前記第５軸線を経て前記集光部へ偏向するレーザビーム伝送路を内部にそなえてなる手首部の基部を、取付けるとともに、前記手首部の基部に向って前記第４軸線と同軸状にレーザビームを出力するレーザ発振器を、前記アームに搭載したことを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、レーザ発振器は第３軸により揺動駆動されるアーム上に搭載されており、従来のレーザ加工ロボットのように第４軸線や第５軸線の回りに回転駆動されることはないので、大形大出力のレーザ発振器を用いても振動などによる加工精度の低下を生じることがなく、また被加工物やそれを保持する治具等とレーザ発振器部との干渉も少なくて済み、手首部の基部に第４軸線と同軸状に入射しレーザビーム伝送路を経て集光部から射出されるレーザビームによって、高速でかつ高精度でレーザ加工をおこなうことができる。
【０００８】
また請求項２記載のレーザ加工ロボットは、請求項１記載のレーザ加工ロボットにおいて、前記レーザ発振器の出力するレーザビームを前記第４軸線と同軸状に合わせる手段として、前記レーザ発振器の前記アームに対する取付位置調整機構をそなえたことを特徴とする。
【０００９】
この請求項２記載の発明によれば、レーザ発振器のアームに対する取付位置の調整により、レーザ発振器の出力するレーザビームのビーム軸を手首部の第４軸線に対して確実・容易に同軸状に調整でき、高精度のレーザ加工をおこなうことができる。
【００１０】
また請求項３記載のレーザ加工ロボットは、請求項１記載のレーザ加工ロボットにおいて、前記レーザ発振器の出力するレーザビームを前記第４軸線と同軸状に合わせる手段として、前記レーザ発振器のレーザビーム出口部に、反射角度調整機構をそなえた２枚のベンドミラーをレーザビーム出力軸と交差する交差軸上に配設してなり、両ベンドミラーによるレーザビームの偏向によりレーザビームの軸線の位置および向きを調整するビーム調整機構を設けたことを特徴とする。
【００１１】
この請求項３記載の発明によれば、小型軽量のビーム調整機構の２枚のベンドミラーの反射角度調整により、手首部の基部に入射するレーザビームのビーム軸を第４軸線に対して確実・容易に同軸状に調整でき、高精度のレーザ加工をおこなうことができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したようにこの発明によれば、大出力のレーザ発振器を用いて高速でかつ高精度でレーザ加工をおこなうことができ、被加工物や治具等との干渉が少ないレーザ加工ロボットを得ることができる。
【００１３】
また上記の効果に加えて、請求項２記載の発明によれば、レーザ発振器のアームに対する取付位置の調整により、レーザビームを手首部の基部に第４軸線と同軸状に入射させて高精度のレーザ加工をおこなうことができ、また請求項３記載の発明によれば、ビーム調整機構によりレーザビームを手首部の基部に第４軸線と同軸状に入射させて高精度のレーザ加工をおこなうことができるとともに、ビーム調整機構は小型軽量・低コストのもので済み、アーム部を小型軽量化してさらに高精度のレーザ加工をおこなうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下図１〜図３により、この発明の実施の形態の一例を説明する。図１において、１は垂直多関節形ロボットで、基本三軸として第１軸Ｊ１，第２軸Ｊ２，第３軸Ｊ３を有し、第３軸Ｊ３により駆動されるアーム１０の先端に、第４軸および第５軸に相当する２つの回転自由度を有する手首部２０を取付けて、全体として五軸構成のロボットを形成している。
【００１５】
基本三軸部の構成としてこの例では、基台２上に支持され略垂直な第１軸線Ｓ１の回りに第１軸Ｊ１により旋回駆動される下部アーム３の上端部に、略水平な第２軸線Ｓ２の回りに第２軸Ｊ２により揺動駆動される中間アーム４を連結し、この中間アーム４の上端部に、上記第２軸線Ｓ２と平行な第３軸線Ｓ３の回りに、第３軸Ｊ３により揺動駆動されるアーム（上部アーム）１０を揺動可能に連結してなる。
【００１６】
アーム１０は、図２および図３に示すように、レーザ発振器３０の収容・支持部材としてケーシング状を呈するとともに、手首部２０の回転支持部材であり、ケーシング前壁部１１に、手首部２０の基部が、後述する第４軸線Ｓ４の回りに回転自在に取付けられている。
【００１７】
手首部２０は、第３軸Ｊ３の回転中心線である前記第３軸線Ｓ３に対して直角方向に延びる第４軸線Ｓ４と、この第４軸線Ｓ４に直交する第５軸線Ｓ５の回りに、２つの回転自由度を有するものであり、図２に示すように、第４軸線Ｓ４の回りに回転する円筒状の第１手首部材２１と、この第１手首部材２１の先端側側部に第５軸線Ｓ５の回りに回転可能に取付けられ先端部に集光レンズ２３を内蔵する集光部２４をそなえた中空短筒状の第２手首部材２２とからなる。そして第１手首部材２１には、第４軸線Ｓ４と第５軸線Ｓ５の交差部に第１ベンドミラー２５を設け、第２手首部材２２には、第５軸線Ｓ５上に第２ベンドミラー２６を設けて、第４軸線Ｓ４に沿って入射したレーザビームを第５軸線Ｓ５を経て集光部２４の集光レンズ２３部へ偏向し、第５軸線Ｓ５に直交する出力ビーム２７として射出するレーザビーム伝送路２８を、手首部２０の内部に形成してある。
【００１８】
そして第１手首部材２１の基部は、前記ケーシング前壁部１１に第４軸線Ｓ４の回りに回転自在に支持され、この例では第１手首部材２１はアーム１０内に設けた第４軸モータＭ１により、また第２手首部材２２は第１手首部材２１に取付けた第５軸モータＭ２により、それぞれタイミングベルトを介して回転駆動される。
【００１９】
一方レーザ発振器３０は、前記手首部２０（の第１手首部材２１）の基部２０ａに向って、第４軸線Ｓ４と同軸状にレーザビームを出力するように、アーム１０上に取付けられ、この例では、アーム１０のケーシング底板１２上に間隔をおいて支持された支持板１３上に、レーザ発振器３０が取付けられている。そして支持板１３（従ってレーザ発振器３０）の上下方向および図３に矢印Ｙで示す左右方向の位置調整用に、支持板１３の四隅部に、ケーシング底板１２に設けたねじ穴にねじ込まれ上端部が支持板１３下面を支持する押上ボルト１４と、頭部が支持板１３に溶接等により固着され下部がケーシング底板１２に設けた左右方向に延びる長穴を貫通してナット１６が締付けられるロックボルト１５と、ケーシング側壁１７に設けたねじ穴にねじ込まれ先端部が支持板１３の側端面部に当接する位置決めボルト１８とを、それぞれ設けて、これら各ボルト類と支持板１３とによって、レーザ発振器３０のアーム１０に対する取付位置調整機構１９を形成してある。
【００２０】
上記構成のレーザ加工ロボット４０によりレーザ加工をおこなうには、先ずアーム１０上のレーザ発振器３０を、取付位置調整機構１９の各ボルト類の回転操作により、レーザ発振器３０の出力するレーザビームのビーム軸を第４軸線Ｓ４と同軸状になるように調整後、アーム１０に固定する。これによってレーザ発振器３０の出力するレーザビームは、第１手首部材２１内を第４軸線Ｓ４と同軸状に進行し第１ベンドミラー２５により９０度偏向させられて第５軸線Ｓ５上を進行し、第２手首部材２２の第２ベンドミラー２６により９０度偏向させられ、集光レンズ２３により集光されて集光部２４の先端から出力ビーム２７として射出される。
【００２１】
そこで垂直多関節形ロボット１の第１軸Ｊ１〜第３軸Ｊ３によるアーム１０の三軸動作と、手首部２０の第４軸線Ｓ４および第５軸線Ｓ５回りの回転動作とを組合わせた五軸自由度のロボット動作を、公知の制御方法によっておこなわせることにより、集光部２４の出力ビーム２７を立体形状の被加工物の表面に対して垂直に保つよう移行動作させて、三次元の立体レーザ加工をおこなうことができる。
【００２２】
このとき前述のようにレーザ発振器３０の出力するレーザビームのビーム軸と、手首部２０の回転中心である第４軸線Ｓ４は同軸状となるように調整してあるので、上記ビーム軸と第４軸線Ｓ４のずれがある場合に手首部２０の回転動作に伴って集光部２４の出力ビーム２７が被加工物照射面に対して、みそすり状に回転移動する現象が回避され、また出力ビーム２７と、集光部２４と同軸状に被加工物に加工ガスを吹付けるガスノズル（図示しない）との干渉も防止されて、精度よくかつ支障なくレーザ加工をおこなうことができる。
【００２３】
そしてレーザ発振器３０は第３軸Ｊ３により揺動駆動されるアーム１０上に搭載されており、従来のレーザ加工ロボットのように第４軸線Ｓ４や第５軸線Ｓ５の回りに回転駆動されることはないので、大形大出力のレーザ発振器３０を用いても振動などによる加工精度の低下を生じることがなく、また被加工物やそれを保持する治具等とレーザ発振器３０部との干渉も少なくて済み、高速でかつ高精度でレーザ加工をおこなうことができるのである。
【００２４】
次に図４は、この発明の実施の形態の他の例を示し、レーザ発振器３０のアーム１０に対する取付構造が前記の例と異なるものであり、その他の各部構成は前記の例と同じであり、図２と同一部分には同一符号を付して図示し、それらの部分の詳細な説明は省略する。
【００２５】
すなわちこの例では、レーザ発振器３０は前記の支持板１３を介することなくアーム１０のケーシング底板１２上に直接取付けられているとともに、レーザ発振器３０のレーザビーム出力部３０ａには、屈曲管状の導波管５１に反射角度調整機構付きの２枚のベンドミラー５２，５３を取付けてなるベンドブロック５０を取付けてある。２枚のベンドミラーのうち一方のベンドミラー５２は、レーザ発振器３０の出力するレーザビームのレーザビーム出力軸３０ｂ上に設けてあり、このベンドミラー５２の反射面部においてレーザビーム出力軸３０ｂに対して交差（この例においては直交）する交差軸線５４上に、他方のベンドミラー５３が取付けてあり、このベンドブロック５０が、手首部２０の基部２０ａに入射するレーザビームの軸線および向きを調整するビーム調整機構を形成している。
【００２６】
そしてこのベンドブロック５０部においては、レーザ発振器３０の出力するレーザビームは、導波管５１内に入射してベンドミラー５２によりベンドミラー５３に向う方向に偏向され、ベンドミラー５３により手首部２０の基部２０ａに向うように偏向される。このとき各ベンドミラー５２，５３の反射角度調整機構によってレーザビームの偏向方向を調整することにより、上記基部２０ａに入射するレーザビームの軸線の位置および向き（角度）を調整して、レーザ発振器３０の出力するレーザビームを第４軸線と同軸状のレーザビームＬとして上記基部２０ａに入射させることができる。
【００２７】
これによって、前記の例より小型軽量のベンドブロック５０により、前記の例と同様に手首部２０の基部２０ａに入射するレーザビームＬのビーム軸と第４軸線Ｓ４とのずれをなくして、このずれによる前述の出力ビーム２７のみそすり状の回転移動や出力ビーム２７とガスノズルとの干渉などの問題点を解消して、精度よくかつ支障なくレーザ加工をおこなうことができるのである。
【００２８】
この発明は上記の各例に限定されるものはなく、たとえば垂直多関節形ロボット１，アーム１０，手首部２０などの具体的構成は上記以外のものとしてもよく、またレーザ発振器３０のアーム１０への取付構造やその出力するレーザビームを第４軸線と同軸状に合せる機構も、上記以外のものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態の一例を示すレーザ加工ロボットの概略構造説明図である。
【図２】図１のアームの縦断面（図３のＡ−Ａ線断面）図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【図４】この発明の実施の形態の他の例を示すアーム先端部の部分切欠平面図である。
【図５】従来のレーザ加工ロボットの一例を示す概略構造説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…垂直多関節形ロボット、１０…アーム、１１…ケーシング前壁部、１２…ケーシング底板、１３…支持板、１４…押上ボルト、１５…ロックボルト、１６…ナット、１７…ケーシング側壁、１８…位置決めボルト、１９…取付位置調整機構、２０…手首部、２０ａ…基部、２１…第１手首部材、２２…第２手首部材、２３…集光レンズ、２４…集光部、２５…第１ベンドミラー、２６…第２ベンドミラー、２８…レーザビーム伝送路、３０…レーザ発振器、４０…レーザ加工ロボット、５０…ベンドブロック、５２…ベンドミラー、５３…ベンドミラー、５４…交差軸線、Ｊ３…第３軸、Ｓ３…第３軸線、Ｓ４…第４軸線、Ｓ５…第５軸線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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