JPH03106587A - 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

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ポ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。

〔従来の技術〕

従来の三次元加工を目的としたレーザ加工機は、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戊することが
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、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
は凹型機械よりも安価であるが、門型機械に比べて一〇
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。

〔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−Ｎｅ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、一般のユーザが簡易型Ｈ　ｅ　−Ｎ　ｅ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、その光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
関節レーザロポ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
用レーず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
ザビームが照射されるターゲットと、前記光軸調整用レ
ーザビームが前記ターゲット上で描く軌跡を受像するテ
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。ターゲ
ットにはレーザビーム補正手段で集光されたレーザビー
ムが照射されるので、レーザビーム軌跡が投影される。

テレビカメラはこのターゲット上のレーザビーム軌跡を
受像するので、レーザビームを直接受像する時に生じて
いたハレーション又はブルーミングが発生するのを防止
することができる。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がタ
ーゲット上に描く軌跡を受像する。受像されたレーザビ
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、モニタテレビを観
察しながら光学ミラーの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或．を示す図で
ある。レーザ発振装置１は、加工用のＣ○，レーザビー
ムと、光軸調整用のＨｅ−Ｎｅ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
関節ロボット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１０
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
１０のアーム８内に設けられる。

ミラー３はレーザ発振装置ｌからのレーザビーム２ａを
回転軸方向のレーザビーム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
節ロポッ｝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６の
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γ軸を中心に
回転する。パラボラミラー７も同様にγ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｝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１ｌ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１４が取り付けられている。導光路ｌ２とミラー
支持部材１４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はレーザビーム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
ーザロボ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ザビーム補正手段１５とＣＣＴ
Ｖカメラｌ８を内蔵した受像手段ｌ７とからなる。

レーザビーム補正手段ｌ５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ｌ５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１７にはレーザビーム補正手段１５通過後の
レーザビームが照射されるターゲット２０と、ターゲッ
ト上のレーザビーム軌跡をＣＣＴＶ１　８の方向に偏向
するミラー２１とが設けられている。ターゲット２０は
半光沢又は白色の材質からなる。

ターゲット２０に照射されたレーザビーム２ｅは、ター
ゲット上でビームスポットとなる。そのビームスポット
をミラー２ｌを介してテレビカメラで受像する。

ターゲット２０とミラー２１との位置関係を入れ換えて
もよい。即ち、ターゲッ｝２０の位置にミラーを置き、
ミラー２１の位置にターゲットを置く。そして、ミラー
で反射したレーザビームをターゲット上に照射し、それ
をテレビカメラで受像する。このようにしても同様にレ
ーザビーム軌跡を受像することができる。

ＣＣＴＶカメラ１８の前面には濃度フィルタｌ９が設け
られている。濃度フィルタ１９はＣＣＴＶカメラｌ８に
入射するレーザビームの光量を調節する。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１９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。また、ターゲット２０上のレー
ザビーム軌跡の輝度の関係によっては、この濃度フィル
タ１９は設けなくてもよい。

ＣＣＴＶカメラ１８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、多関節レーデ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パス
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　−Ｎ　ｅ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｝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Ｃｌを痛く。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Ｃｔ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Ｔ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１４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、ｌ．Ｑｍｍ
程度だった多関節レーザロボットの位置精度を約Ｑ．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、多関節レーザロボ
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或を示す図、 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。 ２０ ターゲット

Claims (4)

【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が照射されるターゲッ
   トと、前記光軸調整用レーザビームが前記ターゲット上
   で描く軌跡を受像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が照射されるターゲ
   ットと、前記光軸調整用レーザビームが前記ターゲット
   上で描く軌跡を受像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）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を前記テ
   レビカメラの前に設けたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項又は第２項記載の多関節レーザロボット用アラ
   イメント装置。
4. （４）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項又は第３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。