JPH0323093A - レーザ加工機のヘッド - Google Patents
レーザ加工機のヘッドInfo
- Publication number
- JPH0323093A JPH0323093A JP1156715A JP15671589A JPH0323093A JP H0323093 A JPH0323093 A JP H0323093A JP 1156715 A JP1156715 A JP 1156715A JP 15671589 A JP15671589 A JP 15671589A JP H0323093 A JPH0323093 A JP H0323093A
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- JP
- Japan
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- link
- optical
- arm
- optical joint
- axis
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- Pending
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業゛上の利用分野）
本発明は、レーザ加工機のヘッドに関する。
（従来の技術）
三次元の加工をするレーザ加工機のなかには、第５図の
ようにＸ，Ｙ，Ｚの３自由度を備えた移動機構のアーム
２の先端に、回転αと振りβなどの自由度のヘッド３を
設けたものがあり、ワーク４に対するレーザ光の位置と
方向を変えて溶接・切断などを行なっている。
ようにＸ，Ｙ，Ｚの３自由度を備えた移動機構のアーム
２の先端に、回転αと振りβなどの自由度のヘッド３を
設けたものがあり、ワーク４に対するレーザ光の位置と
方向を変えて溶接・切断などを行なっている。
（発明が解決しようとする課題）
ところが、このような構或のレーザ加工機では、第６図
のように、ワークの照射点Ｐに対して照射方向だけを変
えるときには、アーム２の位置をＡ，Ｂ，Ｃと変えねば
ならず、各軸の動作速度が制約され、突き出た角部など
での急峻な姿勢変化が困難で、移１７１機構１の重さで
大きな動力が要るだけでなく、系が振動する。
のように、ワークの照射点Ｐに対して照射方向だけを変
えるときには、アーム２の位置をＡ，Ｂ，Ｃと変えねば
ならず、各軸の動作速度が制約され、突き出た角部など
での急峻な姿勢変化が困難で、移１７１機構１の重さで
大きな動力が要るだけでなく、系が振動する。
そこで、アームを移動させないで照剣方向だけを変える
ために、第７図のようなヘッドがある。
ために、第７図のようなヘッドがある。
これは、図示しない移動機構に設けられたアーム２の下
端でレーザ光Ｌを直角に曲げる第１の光学系５を旋回さ
せるα軸と、その先端でレーザ光Ｌを斜めに曲げる第２
の光学系６と、このレーザ光Ｌを更に直角に曲げる第３
の光学系７およびこの第３の光学系７を先のレーザ光軸
回りに回動させるＴ軸と、その先端でレーザ光軸を斜め
に曲げる第４の光学系８およびその先端に設けられた集
光系９などからなり、α軸，Ｔ軸の動作で、ヘッド３の
向きを変えて照躬方向を変えるものである。
端でレーザ光Ｌを直角に曲げる第１の光学系５を旋回さ
せるα軸と、その先端でレーザ光Ｌを斜めに曲げる第２
の光学系６と、このレーザ光Ｌを更に直角に曲げる第３
の光学系７およびこの第３の光学系７を先のレーザ光軸
回りに回動させるＴ軸と、その先端でレーザ光軸を斜め
に曲げる第４の光学系８およびその先端に設けられた集
光系９などからなり、α軸，Ｔ軸の動作で、ヘッド３の
向きを変えて照躬方向を変えるものである。
ところが、このヘッド３は、鉛直に対する姿勢角動作範
囲が約９０゜に限られ、アーム下端でレーザ光しを一旦
直角に曲げたＴ軸の駆動系１０と、第３，第４の光学系
７，８、集光系９の可動空間で大形となるだけでなく、
α軸，Ｔ軸の回動の合或で鉛直に対する姿勢角が決まる
ので、ヘッド３とワークの干渉の有無を直観的に判断で
きず、教示やプログラミングが難しい。
囲が約９０゜に限られ、アーム下端でレーザ光しを一旦
直角に曲げたＴ軸の駆動系１０と、第３，第４の光学系
７，８、集光系９の可動空間で大形となるだけでなく、
α軸，Ｔ軸の回動の合或で鉛直に対する姿勢角が決まる
ので、ヘッド３とワークの干渉の有無を直観的に判断で
きず、教示やプログラミングが難しい。
そこで、本発明の目的は、レーザ光の照射方向の変化に
伴なうヘッド位置の変化が少なく、小形で、教示の容易
なレーザ加工機のヘッドを得ることである゛。
伴なうヘッド位置の変化が少なく、小形で、教示の容易
なレーザ加工機のヘッドを得ることである゛。
［発明の構或］
（課題を解決するための手段）
本発明は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３自由度の移ａ機構に懸下され
回転するＺ軸のアーム下端に、アーム内に伝送されたレ
ーザ光軸と４５゜の一対のミラーで構或ざれる第１，第
２の光学関節を連結管を介して水平かつ平行に直列に設
け、第１の光学関節に第１の光学関節を駆動する駆動部
を設け、上端がアームに沿って上下動する移動部に連結
された１）ンクの下端と第２の光学関節に取付けられた
集光部の後端を連結し、リンクの下端と第２の光学関節
又は第ゴの光学関節とリンク間にリンクと連結管を平行
に保持する機構を設けたレーザ加工機のヘッドである。
回転するＺ軸のアーム下端に、アーム内に伝送されたレ
ーザ光軸と４５゜の一対のミラーで構或ざれる第１，第
２の光学関節を連結管を介して水平かつ平行に直列に設
け、第１の光学関節に第１の光学関節を駆動する駆動部
を設け、上端がアームに沿って上下動する移動部に連結
された１）ンクの下端と第２の光学関節に取付けられた
集光部の後端を連結し、リンクの下端と第２の光学関節
又は第ゴの光学関節とリンク間にリンクと連結管を平行
に保持する機構を設けたレーザ加工機のヘッドである。
（作 用）
この結果、駆動部でアーム下端の第１の光学関節を駆動
すると、第１の光学関節の出力側とリンクは、平行を保
持機構で連動し常に平行に揺動する。このとき、集光部
の焦点Ｐから第２光学関節軸心までと同じく焦点Ｐから
集光部後端のリンク支点までとの比と、第１の光学関節
と第２の光学関節の軸間とリンクの長さとの比を等しく
設定することで、焦点Ｐ，第１の光学関節の軸，第２の
光学関節の軸の３点で囲まれた三角形と、同じく焦点Ｐ
とリンクの両端の連結軸心の３点で囲まれた三角形は相
似となり、しかも、リンクの上端と第１の光学関節の軸
がアーム軸心上になるので、焦点Ｐも常にアーム軸心の
延長上にあり、駆動部で第１の光学関節を揺動すると、
焦点Ｐの鉛直方向の位置と鉛直に対するレーザ光の照射
角度が変化する。
すると、第１の光学関節の出力側とリンクは、平行を保
持機構で連動し常に平行に揺動する。このとき、集光部
の焦点Ｐから第２光学関節軸心までと同じく焦点Ｐから
集光部後端のリンク支点までとの比と、第１の光学関節
と第２の光学関節の軸間とリンクの長さとの比を等しく
設定することで、焦点Ｐ，第１の光学関節の軸，第２の
光学関節の軸の３点で囲まれた三角形と、同じく焦点Ｐ
とリンクの両端の連結軸心の３点で囲まれた三角形は相
似となり、しかも、リンクの上端と第１の光学関節の軸
がアーム軸心上になるので、焦点Ｐも常にアーム軸心の
延長上にあり、駆動部で第１の光学関節を揺動すると、
焦点Ｐの鉛直方向の位置と鉛直に対するレーザ光の照射
角度が変化する。
（実施例）
以下、本発明のレーザカ０工機のヘッドの一実施例を図
面を参照して説明する。
面を参照して説明する。
第１図は、本発明のレーザ加工機のヘッドの要部を示す
縦断面図、第２図は第１図の右側面図である。
縦断面図、第２図は第１図の右側面図である。
第１〜２図において、Ｘ，Ｙ．Ｚの３自由度の図示しな
い移動機構に懸下され、図示しない駆動手段で軸回りに
回動する中空のアーム２の下端には、レーザ光軸Ｌと４
５゜で対向する一対のミラー１１Ａ， １１Ｂ、軸受１
２、ハウジング１３などでなる第１の光学関節１４が設
けられ、軸受１２にはアーム２に固定された平歯車１５
と噛み合う平歯車１６が出力軸１６に固定され、モータ
と減速機などで構戒された駆動部１７が設けられている
。又、第１の光学関節１４の出力側には、伝送管１８の
Ｅ端が固定ざれ、この伝送管１８の下端には同じくミラ
ー１９Ａ， １９Ｂ、軸受２０、ハウジング２１などで
なる第２の光学関節２２が設けられ、ハウジング２１に
固定された中空軸２３の基部外周は醗車２３ａとなって
いる。
い移動機構に懸下され、図示しない駆動手段で軸回りに
回動する中空のアーム２の下端には、レーザ光軸Ｌと４
５゜で対向する一対のミラー１１Ａ， １１Ｂ、軸受１
２、ハウジング１３などでなる第１の光学関節１４が設
けられ、軸受１２にはアーム２に固定された平歯車１５
と噛み合う平歯車１６が出力軸１６に固定され、モータ
と減速機などで構戒された駆動部１７が設けられている
。又、第１の光学関節１４の出力側には、伝送管１８の
Ｅ端が固定ざれ、この伝送管１８の下端には同じくミラ
ー１９Ａ， １９Ｂ、軸受２０、ハウジング２１などで
なる第２の光学関節２２が設けられ、ハウジング２１に
固定された中空軸２３の基部外周は醗車２３ａとなって
いる。
次に、第２の光学関節２２の先端の集光系ハウジング２
５の先端には、レンズマウント２６とノズル２７が設け
られ、後端の突出部２５ａには、軸２８，軸受２９で平
歯車２４と同一歯数の平歯車３０が固定されたリンク３
１の下端が揺勤自在に連結され、リンク３１の上端は、
アーム２の表面に設けられた軌通３２に上下に直勤自在
のガイド軸受３２ａに支持された移動台３３に軸受３４
，軸３５で揺動自在に連結ざれている（注；鋸切状は防
塵用ジャバラ）。更に、集光系ハウジング２５の後端に
は、両側にアイドラ歯車３６Ａ，３６Ｂが取付けられた
軸３７が軸受３８で回動自在に支持ざれている。
５の先端には、レンズマウント２６とノズル２７が設け
られ、後端の突出部２５ａには、軸２８，軸受２９で平
歯車２４と同一歯数の平歯車３０が固定されたリンク３
１の下端が揺勤自在に連結され、リンク３１の上端は、
アーム２の表面に設けられた軌通３２に上下に直勤自在
のガイド軸受３２ａに支持された移動台３３に軸受３４
，軸３５で揺動自在に連結ざれている（注；鋸切状は防
塵用ジャバラ）。更に、集光系ハウジング２５の後端に
は、両側にアイドラ歯車３６Ａ，３６Ｂが取付けられた
軸３７が軸受３８で回動自在に支持ざれている。
次に、本発明のレーザ７１０工機のヘッドの作用を第１
〜３図で説明する。
〜３図で説明する。
まず、駆動部１７で第１の光学関節１４を揺動すると、
リンク３１は第２の光学関節２２の歯車２３ａ，アイド
ラ歯車３６Ａ， ３６Ｂと平歯車３０で軸３５を支点と
して第１の光学関節１４の出力側（即ち伝送パイプ１８
）と平行に揺動する。
リンク３１は第２の光学関節２２の歯車２３ａ，アイド
ラ歯車３６Ａ， ３６Ｂと平歯車３０で軸３５を支点と
して第１の光学関節１４の出力側（即ち伝送パイプ１８
）と平行に揺動する。
このとき、焦点Ｐから第２の光学関節２２の軸心Ｑまで
の距離ｌ２と焦点Ｐから連結軸２８の軸心Ｒまでの距離
ＰＲとの比と、第１の光学関節１４，第２光学関節２２
間の軸間距離ｌ１ とリンク３１の長さｌとの比が等し
くなるようにリンク３１の長さを設定して軸３５の軸心
をＳとすると、三角形ＯＰＱと三角形ＳＰＲは相似とな
って、焦点Ｐは常にアーム２の軸心の延長線上にある。
の距離ｌ２と焦点Ｐから連結軸２８の軸心Ｒまでの距離
ＰＲとの比と、第１の光学関節１４，第２光学関節２２
間の軸間距離ｌ１ とリンク３１の長さｌとの比が等し
くなるようにリンク３１の長さを設定して軸３５の軸心
をＳとすると、三角形ＯＰＱと三角形ＳＰＲは相似とな
って、焦点Ｐは常にアーム２の軸心の延長線上にある。
更にこのとき、レーザ光照躬方向アーム２の軸心でなす
挟角ψは、第１の光学関節１４の動作角度をθとすると
、となる。
挟角ψは、第１の光学関節１４の動作角度をθとすると
、となる。
またこのとき、伝送管１８と第２の光学関節２２が伸び
切った状態（即ち、θ−０゜の状態）の焦点ＰのＺ方向
の変位ｊＺは、 Ｉｌｚ−（１−ｃｏｓθ） ！！１＋（１− ｃｏｓ
（ Ｓｉｎ−１ ’２ｉ Ｓｉ’θ）｝む となる。
切った状態（即ち、θ−０゜の状態）の焦点ＰのＺ方向
の変位ｊＺは、 Ｉｌｚ−（１−ｃｏｓθ） ！！１＋（１− ｃｏｓ
（ Ｓｉｎ−１ ’２ｉ Ｓｉ’θ）｝む となる。
したがって、このＺ方向の変位ｊｚを計鋒し、Ｚ軸駆動
系で逐次補正して角度θを制御すれば、焦点Ｐの位置を
変えなくてレーザ光の照射方向を変えることができる。
系で逐次補正して角度θを制御すれば、焦点Ｐの位置を
変えなくてレーザ光の照射方向を変えることができる。
一般にＺ軸は、第６図の構成で比較的軽いので、この補
正の動力も小さい。
正の動力も小さい。
更に動作はＸ軸，Ｙ軸と異なり軸方向のため、振動しな
い。
い。
更に、この第１，第２の光学関節１４． ２２でなるヘ
ッドは、曲げないときには第１，第２の光学関節１４．
２２の幅の空間を占めるだけで、曲げたときでも照躬
方向に突き出る部分がないので、従来の回転α，曲げβ
の自由度のものと同程度の空間で、ワークとの干渉の有
無が直感的に判る。
ッドは、曲げないときには第１，第２の光学関節１４．
２２の幅の空間を占めるだけで、曲げたときでも照躬
方向に突き出る部分がないので、従来の回転α，曲げβ
の自由度のものと同程度の空間で、ワークとの干渉の有
無が直感的に判る。
尚、本実施例では、第１の光学関節１４に対し第２の光
学関節２２を連動させる手段を、リンク３１の平歯車３
０と第１の光学関節１４の出力側の同一歯数の平歯車２
３ａで構或したが、第４図（ａ）のように、伝送パイプ
１８の上端を延長したアーム２１Ａと、このアーム４１
Ａと連結し軸３５間にＱＲと平行なリンク４１１３を設
け、或いは第４図（ｂ）のようにＱＲと平行に出力軸１
６の軸心Ｏとリンク３１間を連結するリンク４１Ｃを設
けて平行四辺形リンクを用いて行ってもよい。
学関節２２を連動させる手段を、リンク３１の平歯車３
０と第１の光学関節１４の出力側の同一歯数の平歯車２
３ａで構或したが、第４図（ａ）のように、伝送パイプ
１８の上端を延長したアーム２１Ａと、このアーム４１
Ａと連結し軸３５間にＱＲと平行なリンク４１１３を設
け、或いは第４図（ｂ）のようにＱＲと平行に出力軸１
６の軸心Ｏとリンク３１間を連結するリンク４１Ｃを設
けて平行四辺形リンクを用いて行ってもよい。
［発明の効果］
以上、本発明によれば、Ｘ，Ｙ．Ｚの３自由度の移動機
構に懸下され回転するＺ軸のアーム下端に、アーム内に
伝送されたレーザ光の光軸と４５゜の一対のミラーで構
戊する第１，第２の光学関節を連結管を介して横に平行
に直列に設け、第１の光学関節に第１の光学関節の駆動
部を設け、上端がアームに沿って上下動する移動部に取
付けられたリンクの下端と第２の光学関節に取付（ブら
れた集光部の後端を連結し、リンクの下端と第２の光学
関節間又は第１の光学関節とリンク間にリンクと連結管
の平行保持機構を設けたので、照躬方向を変えても焦点
位置が変らず教示の容易なレーザ加工機のヘッドを得る
ことができる。
構に懸下され回転するＺ軸のアーム下端に、アーム内に
伝送されたレーザ光の光軸と４５゜の一対のミラーで構
戊する第１，第２の光学関節を連結管を介して横に平行
に直列に設け、第１の光学関節に第１の光学関節の駆動
部を設け、上端がアームに沿って上下動する移動部に取
付けられたリンクの下端と第２の光学関節に取付（ブら
れた集光部の後端を連結し、リンクの下端と第２の光学
関節間又は第１の光学関節とリンク間にリンクと連結管
の平行保持機構を設けたので、照躬方向を変えても焦点
位置が変らず教示の容易なレーザ加工機のヘッドを得る
ことができる。
第１図は本発明のレーザ加工機のヘッドの一実施例を示
す縦断面図、第２図は第１図の側面図、第３図は本発明
のレーザ加工機のヘッドの作用を示す説明図、第４図（
ａＬ（ｂ）は本発明のレーザ加工機のヘッドの他の実施
例を示す機構説明図、第５図は従来のレーザ加工機の一
例を示す斜視図、第６図は第５図の作用を示す図、第７
図は従来のレーザ加工機のヘッドを示す正面図である。 ２・・・アーム １４・・・第１の光学関節 １７・・・駆動部 １８・・・伝送パイプ ２２・・・第２の光学関節 ２５・・・集光系ハウジング ２７・・・ノズル ２８， ３５． ３７・・・軸 ３１・・・リンク ３３・・・移動台 （８７３３）代理人 弁理士 猪 股 祥 晃（ばか
１名〉 第 ５ 図 茅 Ｚ 図 箒 ７ 阿
す縦断面図、第２図は第１図の側面図、第３図は本発明
のレーザ加工機のヘッドの作用を示す説明図、第４図（
ａＬ（ｂ）は本発明のレーザ加工機のヘッドの他の実施
例を示す機構説明図、第５図は従来のレーザ加工機の一
例を示す斜視図、第６図は第５図の作用を示す図、第７
図は従来のレーザ加工機のヘッドを示す正面図である。 ２・・・アーム １４・・・第１の光学関節 １７・・・駆動部 １８・・・伝送パイプ ２２・・・第２の光学関節 ２５・・・集光系ハウジング ２７・・・ノズル ２８， ３５． ３７・・・軸 ３１・・・リンク ３３・・・移動台 （８７３３）代理人 弁理士 猪 股 祥 晃（ばか
１名〉 第 ５ 図 茅 Ｚ 図 箒 ７ 阿
Claims (1)
- Ｘ、Ｙ、Ｚの３自由度の移動機構に取付けられて回動す
るＺ軸のアーム下端に集光部が設けられたレーザ加工機
のヘッドにおいて、前記アーム下端に前記アーム内に伝
送されたレーザ光を４５゜に折り曲げる一対のミラーで
なる第１と第２の光学関節を連結管を介して平行に設け
、前記第１の光学関節にこの第１の光学関節の駆動部を
設け、上端が前記アームに沿つて上下動する移動部に連
結されたリンクの下端と前記第２の光学関節に取付けら
れた前記集光部の後端を連結し、前記リンクの下端と前
記第２の光学関節間又は前記第１の光学関節と前記リン
ク間に前記リンクと前記連結管の平行保持機構を設けた
ことを特徴とするレーザ加工機のヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1156715A JPH0323093A (ja) | 1989-06-21 | 1989-06-21 | レーザ加工機のヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1156715A JPH0323093A (ja) | 1989-06-21 | 1989-06-21 | レーザ加工機のヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0323093A true JPH0323093A (ja) | 1991-01-31 |
Family
ID=15633756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1156715A Pending JPH0323093A (ja) | 1989-06-21 | 1989-06-21 | レーザ加工機のヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0323093A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6747241B2 (en) | 2000-12-25 | 2004-06-08 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Laser beam projector |
-
1989
- 1989-06-21 JP JP1156715A patent/JPH0323093A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6747241B2 (en) | 2000-12-25 | 2004-06-08 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Laser beam projector |
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