JPH0518674B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は人間の介在出来ない環境で使用するレ
ーザ加工ロボツトの改良に関するものである。

［従来の技術］ 第６図はアーム溶接機２を搭載した従来の移動
式溶接ロボツト１を示すもので、この移動式溶接
ロボツト１はアーク溶接機２、溶接ロボツト３、
テレビカメラ４、溶接トーチ５などを台車６に搭
載してなるものである。使用に当たつてはこの溶
接ロボツト１を所定の位置に移動させ、テレビカ
メラ４により監視しながら遠隔操作によりワーク
７の溶接を行うのである。

この移動式溶接ロボツト１は、原子力発電所等
の人体に危険な環境下における溶接等の作業を人
間に代わつておこなうために開発されたものであ
り、対象のワーク７を高い精度で溶接し得る機能
を備えていなければならない。しかしアーク溶接
機２では原子力発電用の材料を溶接するには溶接
品質が悪くまた微細部分の溶接ができない。そこ
でこのアーム溶接機に代つて、高品質で微細部分
の溶接に最適なレーザ加工ロボツトが登場してい
る。このレーザ加工ロボツトはレーザ発振器から
出力されたレーザ光を使用してワークに２次元ま
たは３次元のレーザ加工を行うもので、原子力発
電所等の危険な環境下で使用されるため遠隔操作
される。

［発明が解決しようとする問題点］ ところがこうして登場したレーザ加工ロボツト
であるが、そのレーザ発振器は大出力のものにな
ると形状が大きく大重量となり、ロボツトの移動
は困難となる。これは上記原子力発電所などに使
用されるロボツトとしては不適格である。なぜな
ら原子力発電所は機器や配管が錯綜し足場が悪
く、こうした場所に使用されるロボツトとしては
何よりもまず軽量で軽快な運動性が要求されてい
るからである。それと合わせ高精度の溶接を保証
するため、使用するレーザ光の光軸がよく制御さ
れていることが必要である。このように厳しい環
境下で使用されるレーザ加工ロボツトには種々の
条件があり、従来のロボツトは必ずしもこの要望
に応え得るものではない。

本発明は従来のロボツトの上記問題点を解消す
るためになされたもので、軽量で容易に移動なし
得るとともに、任意の位置で精度よくレーザ加工
を行うことの可能なレーザ加工ロボツトを提供し
ようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ
加工ロボツトを、レーザ加工を行う移動自在のロ
ボツト移動車と、該ロボツト移動車から離隔して
配置されたレーザ光を出力するレーザ発振器と、
該レーザ発振器とロボツト移動車との間に配設さ
れ、上記レーザ発振器より出力されたレーザ光を
上記ロボツト移動車の受光部に照射させるための
レーザ光光路変更手段とより構成するとともに、
ロボツト移動車の受光部及び加工ヘツドに光軸セ
ンサを備えた。

［作用］ レーザ発振器をレーザ加工ロボツトより分離し
て配置したので、レーザ加工ロボツトの構造は簡
易化され軽量となり軽快な運動性を具備すること
となる。またロボツト移動車の受光部に備えた光
軸センサは、照射されるレーザ光の光軸のずれを
検出し、それに応じてレーザ光光路変更手段を制
御するので、レーザ光を受光部の所定位置に正確
に伝送することが可能となり、加工ヘツドに設け
られた光軸センサの信号により受光部の姿勢を制
御するので、光軸が受光部の軸心を通り高精度か
つ高品質の加工が可能となる。

［発明の実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示すレーザ加工ロ
ボツトの斜視図、第２図はレーザ光光路の説明
図、第３図は光軸センサの正面図で、図中１０は
レーザ発振器、１１はレーザ光、１２はレーザ光
光路変更装置、１３，１５は反射鏡、１４，１６
はそれぞれＸ方向、Ｙ方向の駆動モータ、２０は
ロボツト移動車、２１は受光部、２２は光軸セン
サ、２２ａはその枠、２２ｂはセンサ、２３は反
射鏡、２４，２５は駆動モータ、２６は関節反射
鏡部、２７は加工ヘツド、２８は集光レンズ、２
９は光軸センサ、３０はテレビカメラ、３１は支
持台、３２は台車、３３は操作ケーブル、４０は
建屋の壁である。

図にみるように、本発明に係るレーザ加工ロボ
ツトは、ロボツト移動車２０と、レーザ光光路変
更装置１２と、レーザ発振器１０とよりなり、レ
ーザ発振器１０はロボツト移動車２０の稼動位置
から離れた建屋の外に配置され、レーザ光光路変
更装置１２はレーザ発振器１０の近傍に配設され
ている。またロボツト移動車２０は、受光部２１
と先端に加工ヘツド２７を装着した関節反射鏡部
２６とを載荷した支持台３１およびテレビカメラ
３０を台車３２上に搭載してなるものであり、レ
ーザ光光路変更装置１２は反射鏡１３，１５とそ
のＸ方向、Ｙ方向の駆動モータ１４，１６とより
構成されている。

レーザ加工ロボツト２０の使用に当たつては、
ロボツト移動車２０を所定の位置に移動し、レー
ザ発振器１０より出力したレーザ光１１をレーザ
光光路変更装置１２を介してロボツト２０に伝送
し、溶接その他の作業を行わせる。すなわちレー
ザ発振器１０より出力したレーザ光１１は、反射
鏡１３，１５により所定の方向をとり、レーザ加
工ロボツト２０の受光部２１に伝送される。受光
部２１に入射したレーザ光１１は、受光部内の反
射鏡２３により反射され、関節反射鏡部２６を経
て、加工ヘツド２７内の集光レンズ２８により集
光されワーク７を加工する。なお加工時は加工状
況をテレビカメラ３０により監視しながら、操作
ケーブル３３を介し加工ヘツド２７等を操作する
のである。

本発明においては、さらにこのロボツト２０の
受光部２２のレーザ光入射部と、加工ヘツド２７
の基部とに光軸センサ２２，２９を備えた。光軸
センサ２２は第３図にみるように、枠２２ａに４
個のセンサを放射状に配置してなるもので、光軸
センサ２９も同様な構成である。

この光軸センサ２２，２９を配置することによ
り、受光部入り口及び加工ヘツド入り口におい
て、レーザ光光軸のずれの検出が可能となるの
で、以下述べるようにレーザ光の光軸の制御が可
能となるのである。

すなわちレーザ発振器１より出力されたレーザ
光１１は、受光部２１の中心を狙つて照射される
がそのままでは精度は不十分であるため、光軸セ
ンサ２２はレーザ光の光軸のずれを検出し、その
信号をレーザ光光路変更装置１２に送つて光軸制
御を行う。この結果レーザ光１１は常に精度よく
受光部２１の中心に照射される。

また受光部２１は光軸センサ２２および反射鏡
２３と一体に動き、光軸センサ２９の信号により
Ｘ方向及びＹ方向の駆動モータ２４，２５を作動
させ任意の方向に制御できるように構成されてい
る。

受光部２１内の反射鏡２３により反射されたレ
ーザ光１１は、関節反射鏡部２６および光軸セン
サ２９を経て、加工ヘツド２７の集光レンズ２８
にによりワーク７上に集光されワーク７を加工す
る。この間関節反射鏡部２６を動かしてもレーザ
光の光軸はずれないうように構成されている。

第４図は光軸制御を説明する構成図で、５１，
５３，５５及び５７は差動アンプ、５２，５４、
５６及び５８は駆動アンプ、５９は数値制御装置
である。光軸センサ２２によりＸ方向とＹ方向の
光軸のずれを検出し、その信号をそれぞれ差動ア
ンプ５１，５３及び駆動アンプ５２，５４を介し
てレーザ光光路変更装置１２のＸ方向駆動モータ
１４及びＹ方向駆動モータ１６に入力し、レーザ
光１１の光軸が受光部の所定位置に位置するよう
に制御する。また光軸センサ２９により検出され
たレーザ光のＸ方向、Ｙ方向の光軸のずれは、差
動アンプ５５，５７及び駆動アンプ５６，５８を
介して受光部２１のＸ方向、Ｙ方向の駆動モータ
２４，２５に入力され受光部２１の軸の方向を光
軸方向に合致させる。この結果レーザ光光路変更
装置により受光部２１の中心に伝送されているレ
ーザ光１１の光軸は、受光部２１の軸心を通るこ
とになり、さらに関節反射鏡部２６を経て集光レ
ンズ２８の中心を通つてワーク７上に集光するの
で、収差がなく、集光性能の高い高品質のレーザ
溶接が可能となる。

第５図はレーザ光光路変更装置１２の他の実施
例を示すもので、移動可能な同装置の斜視図であ
る。図に示すようにケーシング６０に収納したレ
ーザ光光路変更装置１２をレール６１上に載置し
矢印方向に移動可能としたものである。固定配置
した場合に比し、ロボツト移動車２０の稼動範囲
が拡大される利点がある。

なお、レーザ発振器１０についても、本実施例
にみるように固定式とせず可動式としてもよい。

さらに光軸センサも本実施例の型式に限定する
ものではない。

以上述べたように、本発明に係るレーザ加工ロ
ボツトにおいては、レーザ加工を行うロボツト移
動車が軽量で軽快な運動性を備えるとともに、そ
の光軸のずれを補正しつつ遠隔操作により高い精
度でレーザ加工が可能なので、原子力発電所の放
射能の多い箇所や宇宙空間、極低温、高温環境下
あるいは真空中など、人間が直接作業出来ない環
境下で、高精度高品質のレーザ加工作業を行うこ
とが可能である。

［発明の効果］ 本発明は、レーザ加工ロボツトをロボツト移動
車とレーザ発振器とレーザ光光路変更装置とより
構成するとともに、レーザ光光路中に光軸センサ
を備え、光軸のずれを検出して光軸の調整を行な
うように構成したので、次に述べるような優れた
効果が期待される。

(1) ロボツト移動車の構造が簡易化、軽量化され
軽快な運動性を備え、任意位置への移動が容易
になる。

(2) 高精度、高品質のレーザ加工を行うことが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すレーザ加工ロ
ボツトの斜視図、第２図はレーザ光光路の説明
図、第３図は光軸センサの正面図、第４図は光軸
制御の構成図、第５図はレーザ光光路変更装置の
他の実施例を示す斜視図、第６図は従来の移動式
溶接ロボツトの正面図である。 図中１０はレーザ発振器、１１はレーザ光、１
２はレーザ光光路変更装置、１３，１５は反射
鏡、１４，１６はその駆動モータ、２０はロボツ
ト移動車、２１は受光部、２２，２９は光軸セン
サ、２４，２５は駆動モータ、２６は関節反射鏡
部、２７は加工ヘツド、２８は集光レンズ、５
１，５３，５５及び５７は差動アンプ、５２，５
４，５６及び５８は駆動アンプである。なお図中
同一符号は同一または相当部品を示すものであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 任意の位置に移動し、レーザ発振器より出力
   されたレーザ光を使用してレーザ加工を行うレー
   ザ加工ロボツトにおいて、 該レーザ加工ロボツトを、任意の位置でレーザ
   加工を行う移動自在のロボツト移動車と、該ロボ
   ツト移動車の稼動範囲外に配置され、レーザ光を
   出力するレーザ発振器と、該レーザ発振器と上記
   ロボツト移動車との間に配設され、上記レーザ発
   振器のレーザ光を上記ロボツト移動車の受光部に
   向けて照射するレーザ光光路変更手段とより構成
   するとともに、 上記ロボツト移動車の受光部に光軸センサを備
   え、該センサにより検出された信号により上記レ
   ーザ光光路変更手段を制御して、レーザ光の光軸
   を上記受光部の所定位置に一致させるように構成
   した ことを特徴とするレーザ加工ロボツト。 ２ 上記レーザ加工ロボツトのロボツト移動車の
   加工ヘツドに光軸センサを備え、該センサの信号
   により上記移動車の受光部の姿勢を制御するよう
   に構成した ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレ
   ーザ加工ロボツト。