JPH0381081A - Laser beam machining head - Google Patents

Laser beam machining head

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Publication number
JPH0381081A
JPH0381081A JP1216257A JP21625789A JPH0381081A JP H0381081 A JPH0381081 A JP H0381081A JP 1216257 A JP1216257 A JP 1216257A JP 21625789 A JP21625789 A JP 21625789A JP H0381081 A JPH0381081 A JP H0381081A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
workpiece
distance
lens barrel
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1216257A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Imamura
洋 今村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP1216257A priority Critical patent/JPH0381081A/en
Publication of JPH0381081A publication Critical patent/JPH0381081A/en
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  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

PURPOSE:To meet variation of the distance between a lens barrel and a workpiece only by moving a lens by arranging the lens at the front stage side in the incident direction from a mirror in the elbow-shaped lens barrel and sliding the lens in the direction of an optical axis according to the distance between the other end face of the lens barrel and the workpiece. CONSTITUTION:A laser beam Le introduced through the inside of an arm 1 from a laser beam oscillator is reflected by the mirror 5 and transmitted through the lens 28 and then, further converged and reflected by a converging mirror 26 and the workpiece W is irradiated from a tip opening 37 of a nozzle 12. At this time, when the height of the workpiece W is changed due to unevenness, etc., of the workpiece W and the distance C between the workpiece W and the tip of the nozzle 12 is changed to C', the laser beam Le can be focused on the surface of the workpiece W and welding can be performed under speci fied welding conditions regardless of variation of the distance by moving the lens 28 up to the virtual line position P.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザ溶接に代表されるようなレーザ加工を
目的としたレーザ加工ヘッドに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a laser processing head for the purpose of laser processing, typified by laser welding.

従来の技術 この種のレーザ加工ヘッドとしては例えば第3図に示す
ように、鏡筒5Iの一端から導入されたレーザ光Leを
ミラー52.53で反射させた上でレンズ54を通して
被加工物W上に焦点を結ばせ、鏡筒51と被加工物Wと
の間の距離Cが変動した場合には焦点距離を変化させる
べくレンズ54を上下動させるようにしたものがある(
類似構造が例えば特開昭61−46389号公報に開示
されている)。
2. Description of the Related Art In this type of laser processing head, for example, as shown in FIG. There is one that focuses upward and moves the lens 54 up and down to change the focal length when the distance C between the lens barrel 51 and the workpiece W changes (
A similar structure is disclosed, for example, in JP-A-61-46389).

この構造においては、スパッタの飛散のない溶断等の加
工には容易に適用できるものの、スパッタの飛散の著し
い溶接の場合には、スパッタの付着によるレンズ54の
破損を招きやすいために一般的に不向きとされている。
Although this structure can be easily applied to processing such as fusing without scattering of spatter, it is generally unsuitable for welding with significant scattering of spatter because the lens 54 is likely to be damaged due to adhesion of spatter. It is said that

そこで、溶接等のためにいわゆる耐スパツタ性を向上さ
せた構造として第4図に示すように光学系のうち被加工
物Wに近い部分からレンズをなくした構造のものがある
。これは、鏡筒6■の一端から導入されたレーザ光Le
をミラー62および金属製の集光ミラー(放物面鏡)6
3で反射させた上で直接被加工物Wに照射するようにし
たちのである。
Therefore, as a structure with improved so-called spatter resistance for welding and the like, there is a structure in which the lens is removed from the part of the optical system near the workpiece W, as shown in FIG. This is the laser beam Le introduced from one end of the lens barrel 6■.
Mirror 62 and metal condensing mirror (parabolic mirror) 6
3 and then directly irradiates the workpiece W.

発明が解決しようとする課題 しかしながら第4図に示した構造では、第3図のような
可変焦点レンズ機構をもたないために、鏡筒61と被加
工物Wとの間の距離Cの変動に対しては加工ヘッドが取
り付けられるロボット等の加工母機側の動きにより対応
しなければならない。
Problems to be Solved by the Invention However, since the structure shown in FIG. 4 does not have a variable focus lens mechanism as shown in FIG. This must be handled by the movement of the machining base machine, such as a robot, to which the machining head is attached.

その結果、軸数の多いロボットにおいては上記の距@C
の変動に対して各軸の合成送りで加工ヘッドの位置を補
正しなければならず、演算処理が複雑になるとともに応
答性が悪く、またロボット等の加工母機側の精度が直接
加工精度に影響するという問題がある。
As a result, in a robot with a large number of axes, the above distance @C
The position of the machining head must be corrected using the combined feed of each axis in response to fluctuations in the machining speed, which complicates calculation processing and slows response.In addition, the accuracy of the machining machine such as a robot directly affects the machining accuracy. There is a problem with doing so.

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたもので
、その目的とするところは、耐スパツタ性を有しながら
もレンズ調整機構による可変焦点機能を具備したレーザ
加工ヘッドを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a laser processing head that has spatter resistance and has a variable focus function using a lens adjustment mechanism. It is in.

課題を解決するための手段 本発明は、加工母機に取り付けられるエルボ状の鏡筒の
一端から導入されるレーザ光を鏡筒のコーナー部に設け
たミラーで反射させて鏡筒の他端の開口部から被加工物
に対して照射してレーザ加工を行うようにしたレーザ加
工ヘッドにおいて、エルボ状の鏡筒のうちミラーよりも
入射方向前段側にレンズを配設するとともに、鏡筒の他
端面と被加工物との間の距離に応じてレンズをその光軸
方向にスライド変位させるレンズ調整機構を設けた構成
としている。
Means for Solving the Problems The present invention provides an opening at the other end of the lens barrel by reflecting a laser beam introduced from one end of an elbow-shaped lens barrel attached to a processing base machine with a mirror provided at a corner of the lens barrel. In a laser processing head that performs laser processing by irradiating a workpiece from the front side, a lens is disposed on the front side of the elbow-shaped lens barrel in the direction of incidence than the mirror, and the other end surface of the lens barrel The structure includes a lens adjustment mechanism that slides and displaces the lens in the optical axis direction according to the distance between the lens and the workpiece.

作用 この構造によると、鏡筒の一端から導入されたレーザ光
はレンズを透過した上でミラーで反射して被加工物に照
射される。そして、レンズ調整機構のはたらきによりレ
ンズを光軸方向にスライド変位させることで焦点距離が
変化するので、レーザ加工ヘッド単独で鏡筒と被加工物
との間の距離の変動に対応できる。しかも、レンズはミ
ラーの前段側に位置していて被加工物から離れているの
で、・溶接時においてもスパッタ付着の問題は生じない
According to this structure, the laser light introduced from one end of the lens barrel passes through the lens, is reflected by the mirror, and is irradiated onto the workpiece. Since the focal length is changed by sliding the lens in the optical axis direction by the action of the lens adjustment mechanism, the laser processing head alone can respond to changes in the distance between the lens barrel and the workpiece. Moreover, since the lens is located in front of the mirror and is away from the workpiece, there is no problem of spatter adhesion during welding.

実施例 第1図および第2図は本発明の一実施例を示す図である
Embodiment FIGS. 1 and 2 are diagrams showing an embodiment of the present invention.

図において、1は加工母機となる産業用ロボットの中空
状のアーム、2はアーム1の先端に取り付けられて手首
部として機能するエルボ状のホルダ、3はホルダ2の先
端に取り付けられたレーザ加工ヘッド(以下、単に加工
ヘッドという)である。
In the figure, 1 is a hollow arm of an industrial robot that serves as a processing base machine, 2 is an elbow-shaped holder that is attached to the tip of arm 1 and functions as a wrist, and 3 is a laser processing device that is attached to the tip of holder 2. head (hereinafter simply referred to as a processing head).

ホルダ2はアーム1に対しベアリング4を介して回転可
能に支持されており、アームlの内周を通して導入され
るレーザ光Leを反射させるミラー5のほか、ドリブン
ギヤ6を備えている。ドリブンギヤ6はモータ7によっ
て回転駆動されるドライブギヤ8と噛み合っており、し
たがってホルダ2はモータ7のはたらきによりアーム1
の中心線を回転中心としてα方向に旋回動作する構成と
なっている。9は減速機、10は回転軸である。
The holder 2 is rotatably supported by the arm 1 via a bearing 4, and includes a driven gear 6 as well as a mirror 5 that reflects the laser beam Le introduced through the inner periphery of the arm 1. The driven gear 6 is in mesh with a drive gear 8 which is rotationally driven by a motor 7, and therefore the holder 2 is rotated by the arm 1 due to the action of the motor 7.
It is configured to rotate in the α direction with the center line of the rotation center as the center of rotation. 9 is a speed reducer, and 10 is a rotating shaft.

加工ヘッド3は、ヘッド本体11と先細りのノズル12
とを組み合わせることでエルボ状に形成された鏡筒13
と、この鏡筒13と一体に連結されたスリーブ14とか
ら構成され、スリーブ14はホルダ2に対しベアリング
15を介して回転可能に支持されている。
The processing head 3 includes a head body 11 and a tapered nozzle 12.
Lens barrel 13 formed into an elbow shape by combining
and a sleeve 14 integrally connected to this lens barrel 13, and the sleeve 14 is rotatably supported by the holder 2 via a bearing 15.

スリーブ14にはドリブンギヤ16が一体に固定されて
いる一方、ホルダ2の側部には第2図に示すようにドラ
イブギヤ17を有するモータ18が固定されており、ド
ライブギヤ17はドリブンギヤ16に噛み合っている。
A driven gear 16 is integrally fixed to the sleeve 14, while a motor 18 having a drive gear 17 is fixed to the side of the holder 2 as shown in FIG. 2, and the drive gear 17 meshes with the driven gear 16. ing.

したがって1、加工ヘッド3はモータ18のはたらきに
より双方のギヤ16.17を介して回転する構成となっ
ている。
Therefore, the processing head 3 is configured to rotate via both gears 16 and 17 by the action of the motor 18.

つまり、加工ヘッド3はα方向の回転自由度のほか、ア
ーム中心線と直交する軸線を回転中心とするβ方向の回
転自由度を有している。19は減速機、20はカバーで
ある。
In other words, the processing head 3 has a rotational degree of freedom in the α direction as well as a rotational degree of freedom in the β direction about the axis perpendicular to the arm center line. 19 is a speed reducer, and 20 is a cover.

鏡筒13内には、そのコーナー部に位置する金属製の集
光ミラー(放物面鏡)26が設けられており、さらに集
光ミラー26の前段にはレンズホルダ27に支持された
レンズ28が設けられている。レンズホルダ27は鏡筒
13内に設けたガイドロノド29に案内されて光軸方向
に移動可能に構成されており、さらにレンズホルダ27
はモータ30によって回転駆動されるスクリューシャフ
ト31に螺合している。したがって、スクリューシャフ
ト31の回転に応じてレンズ28が鏡筒13内を軸線方
向にスライド変位するもので、上記のモータ30および
スクリューシャフト31に減速R32およびギヤ33.
34等を加えてレンズ調整機構35を構成している。3
6は回転検出器である。
Inside the lens barrel 13, a metal condensing mirror (parabolic mirror) 26 is provided at a corner thereof, and a lens 28 supported by a lens holder 27 is provided in front of the condensing mirror 26. is provided. The lens holder 27 is configured to be movable in the optical axis direction while being guided by a guide rod 29 provided in the lens barrel 13.
is screwed onto a screw shaft 31 which is rotationally driven by a motor 30. Therefore, the lens 28 slides in the axial direction within the lens barrel 13 in accordance with the rotation of the screw shaft 31, and the motor 30 and the screw shaft 31 are connected to the reduction gear R32 and the gear 33.
34 and the like constitute a lens adjustment mechanism 35. 3
6 is a rotation detector.

このように構成された装置においては、図示しないレー
ザ発振器からアームlの内部を通して導入されるレーザ
光Leは、ミラー5で反射してレンズ28を透過した上
、さらに集光ミラー26で集光・反射してノズル12の
先端開口部37から被加工物Wを照射する。
In the device configured in this way, the laser beam Le introduced from a laser oscillator (not shown) through the inside of the arm l is reflected by the mirror 5, transmitted through the lens 28, and further condensed by the condensing mirror 26. The reflected light irradiates the workpiece W from the tip opening 37 of the nozzle 12 .

そして、産業用ロボットの制御系に予め入力されている
位置データに基づき、溶接すべき軌跡に沿って加工ヘッ
ド3を動かすことによりレーザ溶接が施される。
Then, laser welding is performed by moving the processing head 3 along the trajectory to be welded based on position data inputted in advance to the control system of the industrial robot.

この時、上記のようなロボットの動きと併せて、被加工
物Wの凹凸等のために被加工物Wとノズル12の先端と
の間の距離Cが変動したとしてもレーザ光Leが常に被
加工物Wの表面上で焦点を結ぶようにレンズ28の位置
を調整する。これは、上記の距離Cに応じたレンズ28
の位置データをモータ30の制御系に予め入力しておく
ことで対応できる。
At this time, even if the distance C between the workpiece W and the tip of the nozzle 12 fluctuates due to unevenness of the workpiece W in addition to the movement of the robot as described above, the laser beam Le is always applied. The position of the lens 28 is adjusted so that it is focused on the surface of the workpiece W. This is the lens 28 according to the above distance C.
This can be handled by inputting position data to the control system of the motor 30 in advance.

例えば第1図に示すように被加工物Wの高さが変化して
距離CがC1に変化した場合には、レンズ28を仮想線
位置Pまで移動させることにより、被加工部位の高さが
変化した場合でも被加工物Wの表面上においてレーザ光
Leの焦点を結ばせることができ、上記の距離Cの変動
にかかわらず一定した溶接条件のもとて溶接を行えるよ
うになる。
For example, when the height of the workpiece W changes and the distance C changes to C1 as shown in FIG. 1, by moving the lens 28 to the imaginary line position P, the height of the workpiece part is changed. Even if the distance C changes, the laser beam Le can be focused on the surface of the workpiece W, and welding can be performed under constant welding conditions regardless of the change in the distance C.

発明の効果 以上のように本発明によれば、エルボ状の鏡筒のうちミ
ラ一部よりも入射方向前段側にレンズを配設するととも
に、鏡筒と被加工物との間の距離に応じてレンズをその
光軸方向のスライド変位させるレンズ調整機構を設けた
ことにより、上記の距離の変動に対して加工母機側の動
きによらずにレーザ加工ヘッド側のレンズ移動のみで対
応できるようになる。その結果、上記の距離の変動に対
して加工母機側の動きで対応する場合と比べて演算処理
が容易で応答性が向上するほか、少なくとも鏡筒と被加
工物との間の距離の変動に対しては加工母機側の位置精
度は影響しないので加工精度の向上が図れる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, the lens is disposed on the front side in the direction of incidence of the mirror part of the elbow-shaped lens barrel, and the lens is arranged in accordance with the distance between the lens barrel and the workpiece. By providing a lens adjustment mechanism that slides the lens in the direction of its optical axis, it is possible to respond to the above-mentioned distance fluctuations by simply moving the lens on the laser processing head side, without relying on movement on the processing base machine. Become. As a result, calculation processing is easier and responsiveness is improved compared to the case where the above-mentioned changes in distance are handled by movement on the processing base machine side, and at least the change in distance between the lens barrel and the workpiece is On the other hand, since the positional accuracy of the machining base machine side is not affected, the machining accuracy can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す要部の断面図、第2図
は第1図の■−■線に沿う断面図、第3図および第4図
は従来のレーザ加工ヘッドを示す構成説明図である。 1・・・産業用ロボットのアーム、3・・・レーザ加工
ヘッド、11・・・ヘッド本体、12・・・ノズル、1
3・・鏡筒、26・・・集光ミラー、27・・・レンズ
ホルダ、28・・・レンズ、29・・・ガイドロッド、
30・・・モータ、31・・・スクリューシャフト、3
5・・・レンズ調整機構、Le・・・レーザ光、W・・
・被加工物。
Fig. 1 is a sectional view of a main part showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a sectional view taken along the line ■-■ in Fig. 1, and Figs. 3 and 4 show a conventional laser processing head. It is a configuration explanatory diagram. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Arm of industrial robot, 3... Laser processing head, 11... Head body, 12... Nozzle, 1
3... Lens barrel, 26... Condensing mirror, 27... Lens holder, 28... Lens, 29... Guide rod,
30...Motor, 31...Screw shaft, 3
5... Lens adjustment mechanism, Le... Laser light, W...
・Workpiece.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)加工母機に取り付けられるエルボ状の鏡筒の一端
から導入されるレーザ光を、鏡筒のコーナー部に設けた
ミラーで反射させて鏡筒の他端の開口部から被加工物に
対して照射してレーザ加工を行うようにしたレーザ加工
ヘッドにおいて、エルボ状の鏡筒のうちミラーよりも入
射方向前段側にレンズを配設するとともに、鏡筒の他端
面と被加工物との間の距離に応じてレンズをその光軸方
向にスライド変位させるレンズ調整機構を設けたことを
特徴とするレーザ加工ヘッド。
(1) Laser light introduced from one end of the elbow-shaped lens barrel attached to the processing base machine is reflected by a mirror installed at the corner of the lens barrel, and is directed to the workpiece from the opening at the other end of the lens barrel. In a laser processing head that performs laser processing by irradiating light with A laser processing head characterized by being provided with a lens adjustment mechanism that slides and displaces a lens in its optical axis direction according to the distance between the lenses.
JP1216257A 1989-08-23 1989-08-23 Laser beam machining head Pending JPH0381081A (en)

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JP1216257A JPH0381081A (en) 1989-08-23 1989-08-23 Laser beam machining head

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JP (1) JPH0381081A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101041864B1 (en) * 2008-10-22 2011-06-15 한국기계연구원 Optical head device for processing workpieces using laser

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101041864B1 (en) * 2008-10-22 2011-06-15 한국기계연구원 Optical head device for processing workpieces using laser

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