JPH03106586A - 多関節レーザロボット用アライメント装置及びその調整方法 - Google Patents

多関節レーザロボット用アライメント装置及びその調整方法

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JPH03106586A
JPH03106586A JP1243951A JP24395189A JPH03106586A JP H03106586 A JPH03106586 A JP H03106586A JP 1243951 A JP1243951 A JP 1243951A JP 24395189 A JP24395189 A JP 24395189A JP H03106586 A JPH03106586 A JP H03106586A
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JP
Japan
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laser beam
laser
robot
optical axis
articulated
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JP1243951A
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English (en)
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Atsushi Mori
敦 森
Takeji Arai
武二 新井
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Fanuc Corp
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Fanuc Corp
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/042—Automatically aligning the laser beam

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

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〕 本発明は多関節ロボットとレーザ発振装置との結合から
なる多関節レーザロボットの光軸を調整する多関節レー
ザロボット用アライメント装置に関する。
このような門型機械は非常に高価である。
一方、多関節ロボットを用いたレーザ加工機は価格的に
は門型機械よりも安価であるが、門型機械に比べて一般
的に普及していないのが現状である。それは、多関節レ
ーザロボットはアーム内に設けられた多くのミラーによ
ってレーザビームを伝送しているため、位置精度が約1
mm程度と低いからである。
〔従来の技術〕
従来の三次元加工用レーザ加工機は、門型機械とレーザ
発振装置とを結合した門型レーザ加工機と、多関節型ロ
ボットとレーザ発振装置とを結合した多関節レーザロボ
ットとの2種に大別される。
門型機械ではレーザビームを加工点まで導く際に、X軸
、Y軸及びZ軸に合わせてレーザビームを伝送すればよ
いので、レーザビーム伝送装置を容易に構戒することが
できる。さらに、門型機械では位置精度が10μmと高
く、レーザビームの移動速度も速いという特徴を有して
いる。しかし、〔発明が解決しようとする課題〕 このような多関節レーザロボットでも、アーム内のミラ
ーを高精度で調整すれば、位置精度を門型機械程度に向
上させることは可能である。
しかし、ミラー調整は機械精度に頼った上での簡易型H
 e −N eレーザビーム通過法により行われており
、その精度は調整者の技能的な勘によるところが大であ
った。
従って、一殻のユーザが簡易型He−Neレーザビーム
通過法により光軸の調整を行っても、He−Neレーザ
ビームの光束拡がりによる減衰のため、正確に調整する
ことは困難であった。
また、多関節レーザロボットの場合は各軸の回転、直線
運動によって、その先軸ずれの影響が顕著に表れるため
、門型機械に比べて著しく位置精度の性能が低下してい
る。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、多
関節レーザロボットの光軸を簡易かつ高精度に調整でき
る多関節レーザロボット用アライメント装置を提供する
ことを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明では上記課題を解決するために、多関節ロボット
とレーザ発振装置との結合からなる多関節レーザロボッ
トの光軸を前記レーザ発振装置から出射される光軸調整
用レーザビームを用いて調整する多関節レーザロボット
用アライメント装置において、前記光軸調整用レーザビ
ームの拡がりを調整するレーザビーム補正手段と、前記
レーザビーム補正手段通過後の前記光軸調整用レーザビ
ームの光量を制限する濃度フィルタと、前記濃度フィル
タ通過後の前記光軸調整用レーザビームを受光するテレ
ビカメラとからなるアライメント装置を前記多関節レー
ザロボットのアーム先端に設け、前記光軸の調整を行う
ことを特徴とする多関節レーザロボット用アライメント
装置が提供される。
また、本発明では上記課題を解決するために、前記アラ
イメント装置を前記多関節レーザロボットのアーム先端
に設け、前記テレビカメラからのビデオ信号をモニタテ
レビで観察しながら前記多関節レーザロボットの一つの
回転軸のみを回転させ、前記回転軸と光軸の一致するミ
ラーを順次調整することを特徴とする多関節レーザロボ
ット用アライメント調整方法が提供される。
〔作用〕
レーザビーム補正手段は光軸調整用のHe−Neレーザ
ビームの光束が拡がって減衰するのを防止する。濃度フ
ィルタはレーザビーム補正手段で集光されたレーザビー
ムの光量を調整し、テレビカメラにハレーション又はブ
ルーミングが発生するのを防止する。テレビカメラは多
関節レーザロボットの光学系を通過してきた光軸調整用
レーザビームの軌跡を受像する。受像されたレーザピー
ム軌跡をモニタテレビ上で観察することによって光学ミ
ラーのずれを把握することができ、このモニタテレビを
観察しながらミラー光軸を容易に調整することができる
ようになる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
第4図は多関節レーザロボットの概略構成を示す図であ
る。レーザ発振装置lは、加工用のCO2レープビーム
と、光軸調整用のH e −N eレーザビームとの2
種類のレーザビーム2aを出射する。レーザビーム2a
は多関節ロボッ}10の回転軸(θ軸)上に設けられた
ミラー3によって、回転軸(θ軸)方向のレーザビーム
2bに偏向される。レーザビーム2bは多関節ロボット
lO内に設けられた複数のミラーによって反射され、多
関節ロボット10のアーム8の先端に設けられたノズル
9から出射される。
第5図は多関節ロボット内を伝送するレーザビームの伝
送経路の詳細を示す図である。
ミラー3及び4は多関節ロボット10の回転軸(θ軸)
上に設けられる。ミラー5、6及び7は多関節ロボット
lOのアーム8内に設けられる。
ミラー3はレーザ発振装置1からのレーザビーム2aを
回転軸方向のレーヂビーム2bに偏向する。ミラー3は
回転軸(θ軸)上に設けられている限り、多関節ロボッ
ト10のアーム8の動きとは無関係である。
ミラー4はレーザビーム2bをミラー5に向かうレーザ
ビーム2Cに偏向する。ミラー4の入射側の光軸は多関
節ロボット10のθ軸と一致するように設けられている
。従って、反射側の光軸はθ軸を中心に回転する。アー
ム8内のミラー5、6及び7も同様にθ軸の回転に応じ
て回転するがこの回転によってこれらの光軸の位置関係
にずれが生じることはない。
ミラー5はレーザビーム2cをアーム8の長手方向のレ
ーザビーム2dに偏向する。ミラー50入射側の光軸は
アーム8のW軸と一致するように設けられている。従っ
て、反射側の光軸はW軸を中心に回転する。アーム8内
のミラー6及び7も同様にW軸の回転に応じて回転する
が、光軸のずれは生じない。
ミラー6はレーザビーム2dをミラー(パラボラミラー
)7に向かうレーザビーム2eに偏向する。ミラー60
入射側の光軸はアーム8の先端のT軸と一致するように
設けられている。従って、反射側の光軸はT軸を中心に
回転する。パラボラミラー7も同様にT軸の回転に応じ
て回転するが、光軸のずれは生じない。
パラボラミラー7はレーザビーム2eをノズル9の先端
から出射するレーザビーム2fに偏向する。パラボラミ
ラー7の入射側の光軸はβ軸と一致するように設けられ
ている。従って、反射側の光軸、即ち出射レーザビーム
2fはβ軸を中心に回転する。
第6図は多関節レーザロボット10のアーム8に設けら
れたパラボラミラー7の近傍の詳細を示す図である。導
光路11と導光路12とは軸受13によって回転自在に
結合されている。導光路12はβ軸方向に回転する。導
光路12の先端にはパラボラミラー7を有するミラー支
持部材l4が取り付けられている。導光路12とミラー
支持部材l4とは図示していないネジによって接続され
る。パラボラミラー7はレーずビーム2eをノズル9の
出射レーザビーム2fに偏向する。
第1図は本発明の一実施例である多関節レーザロボット
用アライメント装置を示す図である。本図では多関節レ
ーザロポット用アライメント装置を第6図のミラー支持
部材l4に代えてアーム先端に取り付けた状態を示して
いる。
アライメント装置はレーずビーム補正手役15とCCT
Vカメラ18を内蔵した受像手段17とからなる。
レーザビーム補正手段15にはH e −N eレーザ
ビームの拡がりを抑え、レーザビームの光路を正確にす
るためにレーザビーム2eを小さく絞るコリメータレン
ズ又は集光レンズが取り付けられている。
レーザビーム補正手段15を通過したレーザビームが直
接CCTVカメラ18に入射すると、輝度が高すぎるた
めに、ハレーション又はブルーミングを起こす。そこで
、受像手段l7にはCCTVカメラ18の前面に濃度フ
ィルタ19を設け、CCTVカメラ18に入射するレー
ザビームの光量を調節している。濃度フィルタl9は回
転板からなり、その回転方向に濃度差が設けられており
、回転によって所望の濃度フィルタとして使用できる。
濃度フィルタl9には回転式フィルタに代えて、濃度の
異なるフィルタを交換する差し込み方式の濃度フィルタ
にしてもよい。
CCTVカメラl8のビデオ信号は図示していない同軸
ケーブル等を介してモニタテレビ等に伝送される。そし
て、調整者はこのモニタテレビを観察しながら光軸の調
整を行う。
次に、多関節レーザロボットの光軸調整について説明す
る。多関節レーザロボットの各ミラーは、ロボットの回
転軸に対して、基本的には一対一の関係にある。故に、
一つのミラーを調整している時に、残りのミラーは動か
さずに固定しておけば、残りのミラーは光学的には直列
となるので、残りのミラーは単なるレーザビームのバス
地点となる。
そこで、一つの回転軸だけを回転し、モニタテレビでH
e−Neレーザビームの軌跡を観察する。
レーザビームの軌跡はその回転に応じて円弧状の軌跡を
描く。
第2図は多関節レーザロボット10のθ軸のみを回転し
た場合のモニタテレビ上のレーザビーム軌跡を示す図で
ある。第3図は多関節レーザロボット10のW軸のみを
回転した場合のモニタテレビ上のレーザビーム軌跡を示
す図である。
多関節レーザロボッ}10のθ軸のみを回転させ、第5
図のミラー4の光軸調整を行う。ミラー4の光軸がθ軸
に一致していないと、θ軸の回転によって、レーザビー
ム軌跡は第2図のような円弧軌跡C1を描く。そこで、
円弧軌跡C1の移動距離が小さくなるようにミラー4を
微調整する。
最終的にはレーザビーム軌跡が円弧軌跡C1を描かなく
なり、θ軸を回転してもレーザビーム軌跡が中心点P1
に固定し、ビームスポットとなるように調整する。
θ軸の調整が終了したら、次はアーム8のW軸のみを回
転させ、第5図のミラー5の光軸調整を行う。ミラー5
の光軸がW軸に一致していないと、W軸の回転によって
、レーザビーム軌跡は第3図のような円弧軌跡C2を描
く。そこで、円弧軌跡C2の移動距離が小さくなるよう
にミラー5を微調整する。最終的にはレーザビーム軌跡
が円弧軌跡C2を描かなくなり、W軸を回転してもレー
ザビーム軌跡が中心点P2に固定し、ビームスポットと
なるように調整する。以下、ミラー6に対してもγ軸を
回転させながら、光軸の調整を行う。
以上の調整はモニタテレビの画面上に透明のメッシュフ
ィルムを貼付し、レーザビーム軌跡をトレースすること
によって行う。
ミラー6の調整が終了したら、再度ミラー4からミラー
6まで順番に同様の調整を繰り返す。これによって、さ
らに高精度に光軸を調整することができる。
光軸調整が終了したら、アライメント装置を外し、ミラ
ー支持部材l4を取り付け、パラボラミラー7の光軸調
整を行う。この位置でパラボラミラー7に正確で変動の
少ないレーザビームが入射すれば、パラボラミラー7に
よる集光は正確に行われるようになる。
以上の調整作業によって、多関節レーザロボットの光軸
調整は終了する。
このようにして光軸調整を行うことによって、従来、最
大10mのレーザビーム伝送距離に対して、1.0mm
程度だった多関節レーザロボットの位置精度を約0.5
mmの位置精度範囲におさえることができるようになる
。・ 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、多関節レ−ザロボ
ットの光軸調整を容易かつ高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例である多関節レーザロボット
用アライメント装置を示す図、第2図は多関節レーザロ
ボットのθ軸のみを回転した場合のモニタテレビ上のレ
ーザビーム軌跡を示す図、 第3図は多関節レーザロボットのW軸のみを回転した場
合のモニタテレビ上のレーザビーム軌跡を示す図、 第4図は多関節レーザロボットの概略構戒を示す図、 第5図は多関節ロボット内を伝送するレーザビームの伝
送経路の詳細を示す図、 第6図は多関節レーザロボットのアームに設けられたパ
ラボラミラーの近傍の詳細を示す図である。 1 ・・・・−一−レーザ発振装置 2a,2b,2C% 2ds 2e,2r゛レーザビー
ム 3、4、5、6 ミラー 7〜−  −パラボラミラー 8    ・・アーム 10−・  多関節ロボット 15    レーザビーム補正手段 l8    テレビカメラ 19 ・・・・・一 濃度フィルタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)多関節ロボットとレーザ発振装置との結合からな
    る多関節レーザロボットの光軸を前記レーザ発振装置か
    ら出射される光軸調整用レーザビームを用いて調整する
    多関節レーザロボット用アライメント装置において、 前記光軸調整用レーザビームの光束拡がりを調整するレ
    ーザビーム補正手段と、前記レーザビーム補正手段通過
    後の前記光軸調整用レーザビームの光量を制限する濃度
    フィルタと、前記濃度フィルタ通過後の前記光軸調整用
    レーザビームを受光するテレビカメラとからなるアライ
    メント装置を前記多関節レーザロボットのアーム先端に
    設け、前記光軸の調整を行うことを特徴とする多関節レ
    ーザロボット用アライメント装置。
  2. (2)光軸調整用レーザビームの光束拡がりを調整する
    レーザビーム補正手段と、前記レーザビーム補正手段通
    過後の前記光軸調整用レーザビームの光量を制限する濃
    度フィルタと、前記濃度フィルタ通過後の前記光軸調整
    用レーザビームを受光するテレビカメラとで構成される
    多関節レーザロボット用アライメント装置。
  3. (3)多関節ロボットとレーザ発振装置との結合からな
    る多関節レーザロボットの光軸を前記レーザ発振装置か
    ら出射される光軸調整用レーザビームを用いて光軸を調
    整する多関節レーザロボット用アライメント調整方法に
    おいて、 特許請求の範囲第2項記載の多関節レーザロボット用ア
    ライメント装置を前記多関節レーザロボットのアーム先
    端に設け、前記テレビカメラからのビデオ信号をモニタ
    テレビで観察しながら前記多関節レーザロボットの一つ
    の回転軸のみを回転させ、前記回転軸と光軸の一致する
    ミラーを順次調整することを特徴とする多関節レーザロ
    ボット用アライメント調整方法。
JP1243951A 1989-09-20 1989-09-20 多関節レーザロボット用アライメント装置及びその調整方法 Pending JPH03106586A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993014899A1 (fr) * 1992-01-31 1993-08-05 Fanuc Ltd Procede de reglage de l'axe optique d'un robot laser
EP1211015A1 (de) * 2000-11-04 2002-06-05 Messer Cutting & Welding GmbH Verschleisskontroll-Einrichtung für Schneiddüsen von Laserschneidmaschinen
JP2013126670A (ja) * 2011-12-16 2013-06-27 Toyota Auto Body Co Ltd レーザー加工ロボットシステム
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