JPH02295695A - レーザ加工用ロボット - 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、レーザにより切断、溶接等の加工を自動的に
行なうレーザ加工用ロボットにあって、特に、ロボット
を被加工部材に対して接近させて配置可能であり、被加
工部材に対するロボットの作業範囲を拡大させることが
可能なレーザ加工用ロボットに関する。

（従来の技術） 一般に、自動車製造工場等にあって、例えば、車体等の
各部を接合する等の加工を行なう方法としては、スポッ
ト溶接、レーザ溶接等が行なわれており、このような溶
接作業は、近年の自動化技術の進歩に伴って、いわゆる
ロボットにより自動的に行なわれるようになっている。

特に最近では、スポット溶接にあってはスポットしるが
必要となりそのスポットしるの分、車体重量が増したり
、部分的に溶接するスポット溶接では、車体の剛性を向
上させることが困難である等の理由により、レーザ溶接
の要求が強く、従来には、例えば、第６、７図に示すレ
ーザ加工用ロボットによりそのようなレーザ加工を自動
的に行なうものがある。

第６図に示すレーザ加工用ロボット１は、レーザ加工す
る被加工部材に対してロボット本体を直線的に移動する
移動台２上に取付けられており、コノロボット１は、第
７図に示すように、２のアーム３が関節部により夫々接
続され、アーム３の先端部には、レーザ光を照射するノ
ズル４が取付けられ、ロボット１は、このノズル４を、
作業台５に載置される被加工部材に対して任意の加工位
置に位置決め可能になっている。

又、このロボット１の側部には、第６図に示すように、
その移動台２により移動する方向に伸縮自在なレーザ光
の通路管６が取付けられ、ロボット１は、図示するよう
に、ロボット１の上部に位置し、加工用のレーザ光を形
成して発射するレーザ発射装置７から発射されたレーザ
光をその通路管５から入力するようになっている。

そして、人力したレーザ光は、第７図に示すように、各
アーム３に配設されたミラー８によりロボット１の各関
節部の中心を通るように誘導され、各アーム３に沿って
ノズル４に入射し、このノズル４が被加工部材の加工位
置に位置決めされることにより、その加工位置にレーザ
光を照射し、被加工部材にレーザ加工を行なうことがで
きるようになっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のロボットにあっては、
レーザをロボットに供給するための通路管をアームの関
節部の中心に合せた位置に配設する必要があり、これに
伴ってレーザ発射装置が、被加工部材に対して、ロボッ
トの配置位置とほぼ同距離に配置しなければならなくな
り、比較的大型の被加工部材に対してノズルを被加工部
材側に、より突出させるようにロボットを配置しようと
すると、そのレーザ発射装置もワークに近づけなければ
ならず、レーザ発射装置が邪魔になるという問題があっ
た。

又、レーザ発射装置がロボットと一体的に設置されるの
で、複数のロボットをワークに対して並列に配置するこ
とが困難であり、複数のロボットにより加工作業効率を
向上させることが困難であり、生産性を向上させること
が困難であった。

さらには、ロボットの各間接部には、レーザ光を通過さ
せるための通路を形成する必要があり、関節部の構造が
複雑になり、又、各間接部に対応して少なくとも１個以
上のミラーが必要となり、コスト高になるばかりかメン
テナンス等が煩雑であり、又、レーザ光の出力がこのよ
うな複数のミラーの反射により減衰する虞もあった。

本発明は、このような従来の問題点を解決するために成
されたものであり、ロボットを被加工部材に対して近づ
けて配置することによりアームを被加工部材側により突
出させ、アームの動作範囲を広げることが可能であると
共に、複数のロボットをワークに対して並列に配置でき
、生産性を向上可能なレーザ加工用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） 前記目的を達成するために本発明は、内部にレーザ通路
を有するアームをロボット本体に回動自在に取付け、前
記アームの回動中心軸に向けてこれに対して直角の方向
にレーザ光を案内する案内筒を前記アームの基部に対向
して配設する一方、前記アームの先端に前記レーザ光を
被加工部材に照射するノズル部を設け、前記回動中心軸
と前記案内筒からのレーザ光とが交差する位置にミラー
を前記アームの回動方向と同一方向で回動自在に前記ロ
ボット本体に取付け、前記アームの回動角度の２分の１
の回動角度で前記ミラーを回動させて前記案内筒からの
レーザ光を前記ノズル部に反射させる回動手段を前記ロ
ボット本体に備えてなることを特徴とする。

（作用） 上記のように構成された本発明は、以下のように作用す
る。

アームが任意の回動角度に回動ずると、ミラーは、回動
手段によりその回動角度の２分の１の回動角度に回動す
る。そして、外部のレーザ発射装置により出力されたレ
ーザ光は、案内筒を通り、ミラーに到達し、ミラーは、
このレーザ光をアーム先端のノズル部に反射させること
ができ、ノズル部は、このレーザ光を被加工部材に照射
してレーザ加工を行なうことができる。

したがって、外部のレーザ発射装置は、案内筒にレーザ
光を入射させれば良く、ロボットに対して任意の位置に
配置することができ、例えば、ロボットの後方にレーザ
発射装置を配置することにより被加工部材に対してロボ
ットのみを接近させて配置することができ、比較的大型
の被加工部材に対してアームを被加工部材側により突出
させ、レーザ加工する範囲を広げることが可能になる。

（実施例） 以下に、本発明に係るレーザ加工用ロボットを図面に基
づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明に係るレーザ加工用ロボットの外観図
であり、同図には、加工用のレーザ光を形成し、ロボッ
ト１０にこのレーザ光を供給するレーザ発射装置１１が
ロボット１０の後方に位置して配置されている様子が示
されている。そして、このロボット１０は、以下のよう
に構成されている。

ロボット１０本体を床面に固定する基台１２に、回動台
１３を回動ずる主軸部１４が形成されており、この主軸
部１４には、内部に駆動用の主軸モータが配設され、こ
の主軸モータにより回動台１３を駆動するようになって
いる。そして、この回動台１３には、先端に加工用のレ
ーザ光を照射するノズル部１４が設けられたアーム部１
６が取付けられており、このアーム部１６は、回動台１
３に軸支され回動可能にこの回動台１３に取付けられ、
アーム部１６を支持するアーム基部１７及び直線的に伸
縮自在のアーム１８からなり、このアーム基部１７の回
動中心軸は、回動台１３の回動中心軸に直交しており、
回動台１３の回動方向に直交した方向にアーム１６が回
動可能になっている。さらに、回動台１３には、主軸部
１４と同様にアーム１６を回動ずる駆動用のアーム回動
モータ１９が取付けられており、このアーム回動モータ
１９によりアーム１６を駆動するようになっている。又
、アーム基部１７の内部には、アーム１８を伸縮させる
アームモー夕が配設されており、このアームモー夕によ
りアーム１８は、伸縮動作が可能になっている。

そして、このようなアーム部１６の先端に取付けられて
いるノズル部１５は、アーム１８の伸縮方向に対して直
交する方向に回動するノズル基部２０及びこのノズル基
部２０の回動方向に直交する方向に回動してレーザ光を
被加工部材に照射するノズル２１からなり、これらのノ
ズル基部２０及びノズル２１の夫々は、回動台１３及び
アーム基部１７と同様に図示しないノズル基部駆動モー
タ及びノズル駆動モータにより駆動されるようになって
いる。

尚、これら主軸モータ、アーム回動モータ、アームモー
夕、ノズル基部駆動モータ及びノズルモー夕は、図示し
ない制御装置に接続され、この制御装置は、これらのモ
ータの動作を制御し、ロボット１０の動作を制御するよ
うになっている。

つまり、ノズル２１は、回動台１３、アーム基部１７、
アーム１８、ノズル基部２０及びノズル２１の夫々の回
動運動及び伸縮運動により被溶接部材に対して任意の加
工位置に位置決め可能になっている。

さらに、アーム部１６及びノズル部１５の内部には、外
部のレーザ発射装置１１から供給される加工用のレーザ
光を、ノズル２１に到達させるレーザ通路が形成されて
いる。

アーム基部１７に形成されたレーザ光導入口２２により
アーム基部１７に導入したレーザ光は、後述するアーム
基部１７に内設された回動ミラーによりアーム部１６の
内部を直進し、ノズル基部２０及びノズル２１に配設さ
れているミラー２３により反射してノズル２１に到達し
、ノズル２１がこのレーザ光を被加工部材に照射するこ
とによリレーザ加工が行なわれるようになっている。

一方、ロボット１０に加工用のレーザ光を供給するレー
ザ発射装置１１は、加工に必要な出力のレーザ光を形成
すると共に、形成したこのレーザ光を出力口２４から出
力し、出力されたレーザ光は、この出力口２４に接続さ
れた案内筒２５の内部を通り、レーザ光導入口２２に到
達するようになっている。この案内筒２５の屈曲部には
、ミラー２６が屈曲方向にレーザ光を反射するように配
設され、案内筒２５は、レーザ光を回動台１３の回動中
心軸上からレーザ光導入口２２に到達させるようになっ
ている。尚、この案内筒２５の端部は、ジャバラ２７を
介してアーム基部１７に接続され、高出力のレーザ光に
ついて外部に対する保護がなされている。

次に、このようなロボット１０のアーム部１６の内部を
、ロボット１０の縦断面図である第２図及びその横断面
図である第３図に基づいて説明する。

第２図に示すようにアーム基部１７は、アーム回動モー
タ１９に一体的に取付けられた減速機３０の出力軸３１
に接続され、回動中心軸を回動台１３の回動中心軸に交
差させて回動台１３に軸支されている。

そして、それぞれの回動中心軸の交差する位置に、レー
ザ光導入口２２から入射するレーザ光を反射させてノズ
ル部１５に到達させる回動ミラー３２が、この回動ミラ
ー３２を駆動するミラーモータ３３に一体的に取付けら
れた減速機３４の出力軸３５に接続されており、回動ミ
ラー３２は、このミラーモータ３３によりアーム部１６
の回動方向と同一方向に回動するようになっている。こ
のミラーモータ３３は、他のモータと同様に図示しない
制御装置に接続され、この制御装置によりアーム部１６
の回動角度の２分の１の回動角度に回動ミラー３２を回
動させるように駆動され、回動ミラー３２は、アーム部
１６の回動角度に応じて、レーザ光導入口２２から入射
するレーザ光を常にノズル部１５に反射させることが可
能になっている。

さらに、アーム基部１７には、アーム部１６を伸縮させ
るアーム伸縮機構３６が取付けられており、このアーム
伸縮機構３６は、アーム基部１７に取付けられたスライ
ドベアリング４ｏにより直線的に案内されるレール４１
にアーム本体４２が取付けられて成り、さらに、このア
ーム本体４２には、第３図に示すように前記アームモー
タ４３が取付けられ、このアームモータ４３の出力軸が
ベアリングにより支持されたボールネジ４４に接続され
ており、このボールネジ４４にねじ結合するナット４５
は、アーム基部１７に取付けられ、アームモータ４３が
駆動することにより、ボールネジ４４が回転し、そのナ
ット４５によりボールネジ４４の回転に応じてアーム本
体４２が直線的に移動し、アーム部１６が伸縮移動する
ようになっている。

このように構成されたロボット１０にあっては、以下の
ように加工用のレーザ光を被加工部材に照射することが
できる。

図示しない制御装置により各モータが駆動され、、レー
ザ加工を行なう被加工部材の加工位置にノズル２１を位
置決めする。このとき、回動ミラー３２は、アーム部１
６の回動角度の２分の１の角度に回動移動する。

そして、レーザ発射装置１１により形成され、出力され
たレーザ光は、案内筒２５を通り回動ミラー３２に到達
し、このレーザ光は、回動ミラー３２により反射してノ
ズル部１５に入射し、ノズル２１から被加工部材の加工
位置に照射され、レーザ加工が行なわれる。

したがって、このようなロボットにあっては、回動台１
３の回動中心軸上から入射するレーザ光が、この中心軸
とアーム部１６の回動中心軸との交差位置に配設され、
アーム部１６の回動角度の２分の１の角度に回動移動す
る回動ミラー３２によりノズル部１５に入射され、ノズ
ル部１５が被加工部材にレーザ光を照射してレーザ加工
を行なうことができるので、レーザ発射装置１１は、案
内筒２５を介して回動台１３の回動中心軸上にレーザ光
を出力すれば良く、ロボット１０の配置位置の無関係な
任意の位置に配置可能であり、例えば、第５図に示すよ
うにレーザ発射装置１１をロボット１０の後方に配置す
ることにより、ロボット１０を被加工部材７０に近づけ
ることが可能になり、アーム部１６をより被加工部材７
０側に突出させることができ、被加工部材７０に対する
ロボット１０の作業範囲を拡大することが可能になる。

又、そのような配置とすることにより、同図に示すよう
に、被加工部材７０に対して複数のロボット１０を並列
に配置可能であり、従来１台のロボットにより行なって
いた作業内容をこの各ロボット１０により分担すること
が可能であり、作業効率が向上し、生産性良好になる。

さらには、回動ミラー３２は、回動台１３の回動中心軸
とアーム部１６の回動中心軸との交差位置に配設されて
いるので、ロボット１０に取付けられるミラーの数が減
少し、メンテナンス等が容易になるぼりでなく、ミラー
によるレーザ光の出力減衰が低減されることになる。

又、回動ミラー３２は、第４図に示すような回動機構に
より回動させるようにすることもできる。

同図には、アーム回動モータ１９により回動ずるアーム
基部１７に歯車列を介して回動ミラー３２を接続するこ
とにより、そのアーム基部１７の回動運動によって、回
動ミラー３２をアーム部１６の回動角度の２分の１の回
動角度にする回動機構が示されている。

アーム基部１７は、一方が出力軸３１に接続され、他方
がこの出力軸３１に対向して回動台１３に取付けられた
固定ヒンジビン５０がベアリング５１を介して挿通する
ことにより回動台１３に軸支され、アーム基部モータ１
９により回動するようになっている。又、この固定ヒン
ジピン５０の先端部には、回動ミラー３２を前記交差位
置に回動自在に配設するブラケット５２が取付けられて
おり、このブラケット５２は、その固定ヒンジピン５０
の先端に取付られ、回動台１３に固定されている。さら
に、このブラケット５２には、回動ミラー３２に一体的
に形成された回動輪５３が、アーム基部１７の回動中心
軸と同軸上にベアリング５４を介して挿通されていると
共に、この回動輪５３の出力軸３１側には、ブラケット
５２と回動ミラー３２との間に前記歯車列を構成する第
４山車５５が取付けられている。さらに、回動軸５３の
出力軸３１側の端部は、アーム基部１７に固着された固
定ヒンジピン５６にベアリング５７を介して接続され、
この固定ヒンジピン５６のブラケット５２側の端部には
、前記歯車列を形成する第１ｌ！ｉ車５８が取付けらで
いる。そして、ブラケット５２には、この第１ｍ車５８
の回転力を伝達する第２歯車５９を一端に取付け、他端
には、この回転力を第４歯車５５に伝達する第３歯車６
０が取付けられた歯車軸６１がベアリング６２を介して
挿通されており、第１１！１車５８の回転力、すなわち
、アーム基部１７の回動運動が回動ミラー３２が取付け
られた回動輪５３に伝達され、この回動運動により回動
ミラー３２を回動することが可能になっている。又、第
１歯車５８及び第２歯車５９は、同一歯数を有し、第３
ｍ車６０と第４歯車５５との歯数比は、１：２に設定さ
れており、これにより、アーム基部１７の回動角度の２
分の１の回動角度でミラー３２が回動するようになって
いる。

このように構成された回動機構は、以下のように回動ミ
ラー３２を回動させる。

アーム回動モータ１９が図示しない制御装置に駆動され
ることにより、減速機３０で減速された回転力が減速機
３０の出力軸３１からアーム基部１７に伝達され、アー
ム基部１７は、任意の回動角度に移動する。すると同時
に、回動台１３に固定されたブラケット５２に支持され
ている回動軸５３には、アーム基部１７の回転力が第１
歯車５８、第２歯車５９、第３歯車６０及び第４歯車５
５を介して伝達され、回動軸５３は、アーム基部１７の
回動角度の２分の１の角度に回動ミラー３２を移動する
。

したがって、前記と同様に、レーザ発射装置１１により
出力されたレーザ光は、案内筒２５を通り回動台１３の
回動中心軸上からロ動ミラー３２に到達し、このレーザ
光を回動ミラー３２が反射してノズル部１５に入射させ
、ノズル２１が被加工部材の加工位置にそのレーザ光を
照射することによりレーザ加工が行なわれる。

尚、このような回動機構は、歯車列を利用したものに限
らず、例えば、ベルト及びブーり等により構成しても良
く、アーム基部１７の回動運動を駆動源として、このア
ーム基部１７の回動角度に対して２分の１の回動角度で
回動ずるようにすれば良いのはもちろんである。

（発明の効果） 以上の説明により明らかように、本発明にあっては以下
のような効果を奏す。

アームの回動中心軸に向けてこれに対して直角方向から
入射するレーザ光は、アームの回動方向と同一方向かつ
、この回動角度の２分の１の回動角度で回動するミラー
によりノズル部１５に反射され、ノズル部１５が被加工
部材にこのレーザ光を照射することによりレーザ加工を
行なうことができるので、外部でそのレーザ光を形成し
て出力するレーザ発射装置等は、案内筒を介してアーム
の回動中心軸に向けてこれに対して直角方向にレーザ光
を出力すれば良く、ロボットの配置位置の無関係な任意
の位置に配置可能であり、例えば、このレーザ発射装置
をロボットの後方に配置することにより、ロボットを被
加工部材に近づけることが可能になり、アームをより被
加工部材側に突出させることができ、被加工部材に対す
るノズル部の作業範囲を拡大することが可能になる。

又、そのような配置とすることにより、被加工部材に対
して複数のロボットを並列に配置可能であり、これらの
複数のロボットにより作業を分担することによって、作
業効率が向上し、生産性良好になる。

さらに、ミラーは、アームの回動中心軸と、この回動中
心軸に向けてこれに対して直角方向から入射するレーザ
光とが交差する位置に配設してあるので、ロボットに取
付けられるミラーの数が減少し、経済的であり、メンテ
ナンス等が容易になるばりでなく、ミラーによるレーザ
光の出力減衰が低減されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るレーザ加工用ロボットの外観図
、第２図は、本発明に係るレーザ加工用ロボットの縦断
面図、第３図は、本発明に係るレーザ加工用ロボットの
横断面図、第４図は、本発明に係るレーザ加工用ロボッ
トのアーム部のその他の実施例の説明図、第５図は、本
発明に係るレーザ加工用ロボットの配置説明図、第６、
７図は、従来のレーザ加工用ロボットの説明図である。 １０・・・ロボット、１１・・・レーザ発射装置、１３
・・・回動台、１５・・・ノズル部、１６・・・アーム
部（アーム）、１７・・・アーム基部（基部）、１９・
・・アーム回動モータ、２５・・・案内筒、３２・・・
回動ミラー（ミラー）、３３・・・ミラーモータ（回動
手段）、３４・・・減速機（回動手段）、３５・・・出
力軸（回動手段）、３６・・・アーム伸縮機描、５０・
・・固定ヒンジピン（回動手段）、５２・・・ブラケッ
ト（回動手段）、５３・・・回動軸（回動手段）、５５
・・・第４歯車（回動手段）、５６・・・固定ヒンジビ
ン（回動手段）、５８・・・第１歯車（回動手段）、５
９・・・第２歯車（回動手段）、６０・・・第３歯車（
回動手段）、６１・・・歯車軸（回動手段）、７０・・
・被加工部材。 特許出願人　　　　日産自動車株式会社代理人　弁理士
　　八田　幹雄（ほか一名）第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　内部にレーザ通路を有するアームをロボット本体に回
   動自在に取付け、前記アームの回動中心軸に向けてこれ
   に対して直角の方向にレーザ光を案内する案内筒を前記
   アームの基部に対向して配設する一方、前記アームの先
   端に前記レーザ光を被加工部材に照射するノズル部を設
   け、前記回動中心軸と前記案内筒からのレーザ光とが交
   差する位置にミラーを前記アームの回動方向と同一方向
   で回動自在に前記ロボット本体に取付け、前記アームの
   回動角度の２分の１の回動角度で前記ミラーを回動させ
   て前記案内筒からのレーザ光を前記ノズル部に反射させ
   る回動手段を前記ロボット本体に備えてなるレーザ加工
   用ロボット。