JPH01255816A - レーザー光反射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、反射鏡を有したレーザ光反射装置に関するも
のであり、特に、固定方向から入射するレーザ光束を最
少数の反射鏡を用いて３次元空間内で方向が変る出射方
向へ指向させるレーザ光反射装置に関する。

〔従来の技術〕

レーザ光は、近時、多種の用途、例えば、エネルギーを
利用した切断加工用途や溶接用途、可干渉性を利用した
計測用途、その他デイスプレィ用途等に用いられる。こ
のようなレーザ光は、用途に従って、レーザ発振器から
のレーザ光束を目的地点に導く必要がある。該目的地点
が３次元空間内の固定位置であれば、レーザ光の光路と
して開放された通路内の適宜位置に順次に反射鏡やレン
ズ系を固定、配置して最終目的部位にレーザ光束を到達
させればよい。然しなから、近年多用される産業用ロボ
ット、例えば、溶接ロボット等で、レーザ光を成る固定
方向から導入し、ロボット腕の最先端の溶接器に導くよ
うな場合には、レーザ光の用途目的地点がロボット腕の
運動に伴って３次元空間内で移動するから、多数の反射
鏡をロボット機体の可動体上に取付け、順次にレーザ光
を反射させながらロボット腕の先端の溶接器までレーザ
光束を到達させる必要がある。このような産業用ロボッ
トのような可動機構や装置内においてレーザ光の光路を
形成する場合には、可動部の旋回軸や直線変位軸の適所
に可動部と一緒に運動して相対的にレーザ光路を固定状
態を維持するように反射鏡を取付ける構成が取られるか
ら、多数の反射鏡の設置が必要となる。

〔発明が解決すべき課題〕

然しなから、可動機構や可動装置内で固定方向から入射
するレーザ光を三次元空間内を移動する目的地点に究極
的に出射させるときに、多数の反射鏡を配設して光路を
確保する構成を採ると、次のような諸問題点が発生する
。

即ち、反射鏡の数が多い程、反射率の１員率分が大きく
なり、レーザ光エネルギーの損失を招く。

反射鏡に不可避の歪み反射鏡の個数分だけ累積され、そ
の結果、レーザ光路に誤差を生ずることになる。

反射鏡が多い程、使用中に破損等も生じ易く、故に、反
射鏡の交換を頻繁に行う必要が生ずる。

反射鏡を多数を用いると、高品質の反射鏡であるほど高
価格となり、可動機構や装置の価格増に繋がる。

可動機構内に反射鏡を配設する段階や交換段階でキャリ
ブレーションが必要であるが、反射鏡の個数が多い程、
そのキャリブレーション作業が煩瑣に成る。

これらの諸課題点を解決するためには、可及的に反射鏡
の個数を減少させたレーザ光反射装置が必要である。依
って、本発明の目的は、反射鏡の使用を少なくしても固
定源から入射されるレーザ光束を所望の非固定目的地点
に到達可能とするレーザ光反射装置を提供することにあ
る。

〔解決手段〕

上述の発明目的に鑑みて、本発明によれば、レーザ光束
を受光、反射する反射平面を有した反射鏡と、３次元空
間内において相対運動可能な２部材の少なくとも２つの
運動軸の交点又は交叉位置に前記反射鏡を支持する支持
体と、前記反射鏡の反射平面に対する法線を前記レーザ
光束の入射光束と出射光束とが成す角度の２等分線に一
致するように前記支持体を介して前記反射鏡の向きを移
動制御する反射鏡駆動機構とを具備して構成されたレー
ザ光反射装置を提供するものである。

〔作　用〕

上述の構成によれば、一つの反射鏡が、１以上の動作自
由度を有し、レーザ光束を従来のように１平面内におけ
る他方向へ出射させるだけではなく、相対運動可能な部
材の運動に従動して３次元空間内で所望の出射方向にレ
ーザ光束を出射させるように支持体を介して反射鏡を移
動変位させ、かつ、常に反射平面に対する法線方向をレ
ーザ光束の入射光束と出射光束とが成す角度の２等分線
に一致させ、出射方向を所望の方向に一致させることが
できる。以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づい
て、詳細に説明する。

〔実施例〕

第１Ａ図、第１Ｂ図は本発明の実施例によるレーザ光反
射装置の構成原理を示した略示機構図、第２Ａ図、第２
Ｂ図は第１Ａ図、第１Ｂ図の構成に対応した従来のレー
ザ光反射装置を示した略示機構図、第３Ａ図と第３Ｂ図
とは、反射鏡駆動機構の一実施例を示す略示平面図と、
その要部斜視図、第４図は同じく反射鏡駆動機構の他の
一実施例を示す略示平面図、第５図は、反射鏡駆動機構
がサーボ機構として構成された一実施例を示す部分的斜
視図である。

先ず、第２Ａ図、第２Ｂ図を参照すると、前者は固定レ
ーザ発振源から発射されたレーザ光束を３つの回転軸線
を有した可動機構内の光路を経由して所望の方向に出射
させるレーザ光反射装置を示し、後者は、同じく固定レ
ーザ発振源から発射されたレーザ光束を２つの回転軸線
と１つの直線動作軸を備えた可動機構内の光路に沿って
直線動作軸と一致する所望の方向に出射させるレーザ光
反射装置を示している。第２Ａ図において、レーザ光束
Ｉは、回転軸受から成る第１の関節２により縦軸線回り
に固定軸３ａに対して相対回転可能な回転軸３ｂに取付
けられた第１の反射鏡４に入射し、第２の回転関節５に
より、上記回転軸３ｂと一体の横軸６ａに対して相対回
転可能な横軸６ｂと一体の横軸９ａ上に設けた第２の反
射鏡７に向けて反射、指向させ、この第２の反射鏡７で
反射したレーザ光束１を更に第３の回転関節８で上記横
軸９ａ対して相対回転可能な同軸の横軸９ｂ上における
所望の地点へ向は出射するようになっている。ここで、
反射鏡４は回転軸３ｂと共に関節２により回転可能であ
り、また、反射鏡７は関節５により、回転軸６ｂと一緒
に回転可能であるが、両者とも入射したレーザ光束１を
各１つの平面内における種々の方向に出射し得るのみで
あるから、固定発振源から来たレーザ光束Ｉを所望の地
点である回転軸９ｂの先端まで誘導する光路に２つの反
射鏡４．７を配設して順次に目的地点に導かねばならな
いため、記述の課題が発生する。

また、第２Ｂ図に示した実施例は、上記の最後の回転軸
９ａ、９ｂ間は回転関節８に変えて例えばシリンダ装置
から成る直動関節１０として構成されている点で異なる
が、レーザ光束１の光路に２つの反射鏡４．７がやはり
必要である点において、上記の第２Ａ図の従来例と同じ
である。

さて、これに対比して、第１Ａ図、第１Ｂ図を参照する
と、レーザ光束の反射鏡の使用個数を削減し得る本発明
の実施例が示されている。なお、従来と同様な作用要素
に就いては、同じ参照番号で示しである。

第１Ａ図の実施例では、回転関節２を有して縦軸線回り
に相対回転可能な回転軸３ａ、３ｂにおける該回転軸３
ｂと、回転関節８を有して横軸線回りに相対回転自在な
横軸９ａ、９ｂにおける横軸９ａとの交点に更に回転関
節５を配設し、この回転関節５の部分に反射鏡１１を唯
一つ適宜の支持手段（図には現れていない）を介して配
置し、固定発振源から来るレーザ光束１を横軸９ｂの先
端部位の目的地点に誘導する光路を構成しているのであ
る。ここで、本発明の特徴として、反射鏡１１が有する
光の反射平面１１ａは、その平面に対する法線の向きが
常にレーザ光束１の入射光束と出射光束とが成す角度の
２等分線に一致するように可動であるように設けである
。つまり、このような反射平面１１ａの向きを設定する
ことにより、回転軸３Ｂの回転、横軸９ａの回転、横軸
９ｂの回転が同時に全て発生しても、反射面１１ａが追
従して面方向を変更してレーザ光束１を目的の地点に向
かう光路へ進めることができるのである。

第１Ｂ図の構成も横軸９ａと９ｂとが直動関節１０を介
して相対的に直線変位可能に構成されている点が第１Ａ
図の構成と異なるだけで、結局、唯一つのレーザ光反射
用の反射鏡１１を交点にある回転関節５の位置に適宜の
支持手段を介して配設した点で第１Ａ図の構成と同じで
ある。このように、本発明の実施例によると、レーザ光
束１を受光し、反射させる反射鏡１１が１つで３次元空
間内の種々の方向に向けて出射可能であり、第２Ａ図、
第２Ｂ図に示した従来の２つの反射鏡４．７を要した構
成に較べ、反射鏡個数の削減を可能にしている。なお、
上記の２つの実施例では、いずれも軸３ｂと軸９ａとの
２つの相対可動部材の運動軸が１つの運動自由度を有し
た回転関節５の位置に適宜の支持手段を介して反射鏡１
１を配設した実施例としたが、例えば、回転関節５を周
知のユニバーサルジヨイントから成る関節（３運動自由
度を有する）におきかえた可動機構としたばあいにも該
ユニバーサルジヨイントから成る関節に反射鏡１１を配
置しても入射レーザ光束１を所望の出射方向に指向させ
ることができることは言うまでもない。つまり、本発明
は、運動軸の交点位置或いは若干オフセットした交叉位
置に反射鏡１１を配置し、その反射面１１ａに対する法
線の方向を入射光束と出射光束とが成す角度の２等分線
に一致するように反射鏡１１を追従移動させれば、所望
の方向へ出射させ得るのである。

次に上述した実施例の構成において、反射鏡１１を相互
運動部材の複数の運動軸の交点位置または交叉位置に配
置した場合において、上述した法線方向を常に入射光束
と出射光束との２等分線に一致するように反射鏡を移動
制御する反射鏡駆動機構に関する実施例に就いて説明す
る。

第３Ａ図と第３Ｂ図とは、その１実施例を示しており、
反射鏡１１は、レーザ光反射平面１１ａを有して支持軸
１３に保持され、前述した交点位置または交叉位置に設
けられている。ここで、レーザ光束１の入射方向に一致
した方向に延設されたレバー１５（例えば、第１Ａ図の
軸３ｂの延長部に対応するもの）と出射方向に一致した
方向に延設されたレバー１７　（第１Ａ図の軸９ａの延
長部に対応するもの）との両レバー上に枢着軸受１９．
２１を介して結合された摺動軸２３の略中央部に設けら
れた滑り環２５から成る運動機構が設けられ、該運動機
構の上記滑り環２５に上記支持軸１３が摺動可能に保持
されている。上記枢着軸受１９．２１は、第３Ｂ図から
明らかなように摺動軸２３を摺動自在に保持する摺動孔
を具備している。このような反射鏡駆動機構によれば、
レバー１７がレバー１５に対して交点位置に設けられた
関節を介して相対運動すると、予め滑り環２５の摺動軸
２３上における位置を選定、調節して反射鏡１１の反射
平面１１ａに対する法線１１ｂの方向が、固定入射光束
方向と可変出射光束方向との２等分線と一致するように
設定しておけば、出射方向の変化に従って、枢着軸受１
９．２１の回転と、摺動軸２３がこれら枢着軸受１９．
２１に対して摺動する動作と、支持軸１３が滑り環２５
に沿って滑り変位する動作との複合により、常に出射方
向の変化に追従し、上記法線１１ｂは、常に固定入射光
束方向と可変出射光束方向との２等分線に一致するよう
に反射鏡１１が移動させられるのである。

第４図に示した実施例の反射鏡駆動機構は、上述の第３
Ａ図、第３Ｂ図の実施例における機構の摺動軸２３に替
えて２つの枢動レバー２７．２９を上記枢着軸受１９．
２１とは摺動孔を有しない点でのみ異なる枢着軸受１９
’　、２１’　でレバー１５．１７上に枢着し、両枢動
レバー２７．２９の交点に摺動、枢軸回転自在な滑り環
２５°を設けて反射鏡１１の支持軸１３を滑り変位自在
に保持したものである。従って、この反射鏡駆動機構も
レーザ光束１の入射光束が反射鏡１１の反射平面１１ａ
に固定方向から入射したとき、３次元空間内でレバー１
７の運動により所望の出射方向が変化すると、それに追
従して該所望の出射方向へ該レーザ光束を指向、出射さ
せるように、反射鏡１１を移動変位させることができる
のである。つまり、反射平面１１ａの法線１−１ｂの方
向を常に固定入射光束方向と可変出射光束方向との２等
分線に一致させるように反射鏡１１を移動させ得るので
ある。

第５図は、反射鏡駆動機構がサーボ機構として構成され
た実施例を示している。

同実施例によると、部材３０は、固定又は、縦軸線ｅの
回りに旋回可能な部材として設けられ、この部材３０に
対して、他の腕状部材３２は、横軸線Ｕの回りに回転可
能に設けられている。そして、両軸θとＵとの交叉位置
に反射鏡１１が反射平面１１ａを有して支持軸３３によ
り保持されている。上記腕状部材３２は、駆動モータ３
５ＭＩＪから減速機３５を介してＵ軸回りの回転を付与
される機構にあり、他方、部材３０は、縦軸回りに回転
可能な構成のときは、図示されていない駆動モータによ
り、縦軸回りに旋回可能に成っている。

このとき、レーザ光束１は、θ軸に一致した固定方向か
ら反射鏡１１の反射面１１ａに入射される構成にあり、
その入射レーザ光束１を反射平面１１ａで反射後、回転
可能な腕部材３２の先端部位の所望地点に向けて、常に
腕部材３２の回転変位に追従して指向させる光路を形成
すべく、反射鏡駆動サーボ機構が形成されている。即ち
、反射鏡支持軸３３は、部材３０の一端に設けた反射鏡
駆動モータＭＷと減速機３７とを介して駆動される構成
にあり、しかも、この反射鏡駆動モータＭ、は腕状部材
３２の駆動モータＭ。に設けたエンコーダ等の回転検出
器３９からの回転検出量の信号に応動して支持軸３３を
旋回させ、常に反射平面１１ａの法線１１ｂの方向が入
射レーザ光束１と出射レーザ光束１゛とが成す角度の２
等分線方向に指向するように反射鏡１１を移動制御する
のである。このように構成すれば、レーザ光を常に所望
の地点へ１つの反射鏡を用いて誘導することができるの
である。

以上の実施例は、２つの相対運動部材間の運動軸の交点
位置または交叉位置に１つの反射鏡を設けて、これを部
材の運動に追従させて制御する反射鏡駆動機構を設けた
構成としたが、レーザ光の光路形成が更に複雑化して多
数の相対運動部材を有した可動機構または装置内に光路
をもうけなげれば成らない場合には、本実施例と同じレ
ーザ光反射装置を各交点位置又は交叉位置に設ければよ
い。そのようにしても、従来のレーザ光のｍＲ光路の構
成に必要とされる反射鏡数より、少ない反射鏡を用いる
ことで、所望のレーザ光反射装置を構成できる。

〔発明の効果〕

以上の実施例の説明を介して理解できるように、本発明
によれば、レーザ光束を受光、反射する反射平面を有し
た反射鏡と、３次元空間内において相対運動可能な２部
材の少なくとも２つの運動軸の交点又は交叉位置に上記
反射鏡を支持する支持体と、上記反射鏡の反射平面に対
する法線を上記レーザ光束の入射光束と出射光束とが成
す角度の２等分線に一致するように上記支持体を介して
反射鏡の向きを移動制御する反射鏡駆動機構とを具備し
た構成のレーザ光反射装置としたから、反射鏡は、交点
位置または交叉位置に設けた１つの反射鏡で所望の出射
方向に指向させ得ることになり、反射鏡の数の低減が可
能となるから、レーザ光の反射鏡面における反射率の損
率骨は極力低減され、レーザエネルギーの損失を防止し
、また、反射鏡の歪みによる誤差発生も個数低減により
、最小限に抑制でき、更に、反射鏡の破損の危険度も減
少するから、交換頻度を低減させ得る。また、反射鏡と
して高精度、高品質の反射鏡を用いても個数が少ないか
ら、徒な価格増加を来す危惧がなく、また、反射鏡設置
のキャリブレーションも手間も最低限で済む等の有利な
効果が多数得られる。従って、このようなレーザ光反射
装置を産業用ロボット等の可動機構に組み込むことで、
レーザ光を加工用、溶接用、計測用等の諸用途に用いる
とき、レーザ光の指向性、可干渉性等の特性を充分に活
”用させ得るのである。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図は本発明の実施例によるレーザ光反
射装置の構成原理を示した略示機構図、第２Ａ図、第２
Ｂ図は第１Ａ図、第１Ｂ図の構成に対応した従来のレー
ザ光反射装置を示した略示機構図、第３Ａ図と第３Ｂ図
とは、反射鏡駆動機構の一実施例を示す略示平面図と、
その要部斜視図、第４図は同じく反射鏡駆動機構の他の
一実施例を示す略示平面図、第５図は、反射鏡駆動機構
がサーボ機構として構成された一実施例を示す部分的斜
視図。 １・・・レーザ光束、　　２．５．８・・・回転関節、
３ａ、３ｂ・−軸、　　９ａ、９ｂ−・・軸、１１・・
・反射鏡、　　　　ｌｌａ・・・反射平面、１１ｂ・・
・法線、　　　１３．３３・・・支持軸、１５．１７・
・・レバー、１９．２１・・・枢着軸受、２３・・・摺
動軸、　　　２５・・・滑り環、Ｍ、・・・反射鏡駆動
モータ。 第１Ａ図　　　　第旧図 第２Ａ図　　　　　　第２８図 第３Ａ図 ］′３ 第３Ｂ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光束を受光、反射する反射平面を有した反射
   鏡と、３次元空間内において相対運動可能な２部材の少
   なくとも２つの運動軸の交点又は交叉位置に前記反射鏡
   を支持する支持体と、前記反射鏡の反射平面に対する法
   線を前記レーザ光束の入射光束と出射光束とが成す角度
   の２等分線に一致するように前記支持体を介して前記反
   射鏡の向きを移動制御する反射鏡駆動機構とを具備して
   構成されたことを特徴とするレーザ光反射装置。 ２、前記反射鏡駆動機構は、前記２つの部材の相対運動
   に応じて前記反射鏡支持体を機械的に移動させ、前記反
   射鏡の反射平面の法線を前記レーザ光束の入射光束と出
   射光束とが成す角度の２等分線に一致させる機械的従動
   機構から成る特許請求の範囲１、に記載のレーザ光反射
   装置。 ３、前記反射鏡駆動機構は、前記２つの部材の相対運動
   に応じて前記反射鏡支持体を追従移動させるサーボ機構
   から成る特許請求の範囲１、に記載のレーザ光反射装置
   。