JPH03492A - レーザー装置 - 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】 １１上り皿里分Ｉ 本発明は、−射的にはレーザー装置に係り、とりわけ、
ロボット式レーザー装置に関係している。

、および　　が　゛しよ　と　る 様々なロボット式レーザー装置が開発され、様々な用途
、例えば自動車の生産ラインに使用されている。これら
のロボット式レーザー装置は、通例では既存のロボット
装置または改良型のロボット装置にレーザー装置を組み
合わせることで構成されており、こうした方法により開
発経費を節約することが行なわれている。

英国特許第２，１３４，０７１号は、鏡を用い平行なレ
ーザー光線をロボットを通じて誘導する、回転移動式の
光学ジヨイントについて記載し箋 ている。またこの特許はジヨイントを動かす装置につい
ても明らかにしているが、この装置は、そうしたジヨイ
ントを複数個組み込んだロボットの形態をしている。

英国特許第２．１３４，０７１号に記載されたお互いに
回転する２つのジヨイントの組合わせ構造は回転エルボ
として知られており、通例ではロボットの個々の回転ジ
ヨイントの位置に設置されている。そうした回転エルボ
の２つの鏡は、非常に精度よく三次元の方向に平行に保
っておかなくてはならない。鏡が整合していないと、レ
ーザー光線が大きくずれることがある。光路の端部から
約２．５ｍ離れて位置する不整合の回転エルボの場合、
照射されるレーザー光線は数ｍｍ程度ずれてしまう。こ
のずれは、レーザー光線の照準機能を害し精度を低下さ
せることになる。

英国のフエランチ・レーザー・システムズ社（Ｆｅｒｒ
ａｎｔｉ　Ｌａ５ｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）製のコブラ・
ロボット式レーザー（ＣＯＢＲＡ　ｒｏｂｏｔｉｃ　１
ａｓｅｒ）が知られており、このレーザーはフエランチ
・レーザー式レーザー装置とＡＳＥＡ社の関節ロボット
から構成されている。コブラ・ロボット式レーザーのレ
ーザー光線はロボット内に進入する以前に分光され、Ａ
ＳＥＡ社製ロボットの両側部に沿って２つのし一ザー光
線の誘導が行なわれる。ロボットの６つのジヨイントの
各々には２つの回転エルボが設置されており、これら回
転エルボはロボットの両側にあって計２４個の鏡が配置
されている。これら鏡のすべては三次元方向に正確に整
合させておかなくてはならず、レーザー光線が許容範囲
を超えてずれるのを防ぐ必要がある。

米国特許第４．６９８，４８３号は、他の形式のロボッ
ト式レーザー装置を明らかにしている。

この装置には、イタリー国のコマウ社（Ｃｏｍａｕ）製
の「スマート」ロボット（ＳＭＡＲＴ　Ｒｏｂｏｔｌ　
が組み込まれている。このロボット装置は５度の自由度
があり、レーザー光線を切断箇所に導く９つの鏡を使用
している。使われている鏡の数は従来技術に比べて少な
（なってはいるが、９つの鏡を整合させるのが困難なた
め先に指摘した精度不良の課題は未だに未解決のままで
ある。

その他のロボットレーザー装置の例として、米国のジェ
ネラル・モーターズ・ファナック社（ＧＭＦ）製のＬ−
１００も周知の従来技術である。

前述した他の会社でも、ＧＭＦは既存のロボットにレー
ザー装置を組み込むことを行なりできているが、使用さ
れるロボットはいずれも４つの鏡だけを使用する単純な
構造のものが多い。ロボット装置は、レーザー光線が上
方から縦向きにロボット内に進入し、光路の入口付近に
ある回転エルボに衝突するように構成されている。２つ
のロボットを組み合わせたい場合には、レーザー光線誘
導器を装備することは技術的に周知である。このレーザ
ー光線誘導器は、通例では２つの鏡を備えている。それ
ぞれの鏡は２つのロボットの各々に向けられている。ま
た前記レーザー光線誘導器は、レーザー光線を水平に送
り出す働きをしている。

ロボット毎に設けである１つの鏡は、レーザー光線の進
路を変えてロボット内に縦向きに送り込むためのもので
ある。

前記Ｌ−１００では鏡の枚数を大幅に少なくしているた
め、はとんど拡散がなくしかもずれることの少ないレー
ザー光線を作り出すことができる。しかしながら、既存
のロボットの構造は光路が必要とする程度の精度を備え
ていない。ロボットの機械部品に光路が必要とする精度
を持たせるには、機械部品の製造許容誤差を大幅に少な
（しなくてはならない。さらに、光路の始点にある回転
エルボによりレーザー光線は拡散を起こしてしまう欠点
も認められている。

；　　　゛　るこめの 本発明の好ましい実施例によれば、ほぼ水平な第１の固
定軸に沿ってレーザー光線を送り出すレーザー装置と、
このレーザー光線の進路を変えてワークピースの所望の
箇所にレーザー光線を照射するための装置と、ほぼ水平
な第１の固定軸の廻りを回転し且つこの固定軸に沿って
移動することができ、レーザー光線の進路を第２の軸に
沿って変えられるように配置されている装置と、第２の
軸に沿ってレーザー光線を受け取り、このレーザー光線
をワークピースの所望の箇所に照射するように配置され
ているレーザーヘッド装置と、第２の軸に沿ってレーザ
ーヘッド装置を移動させるための装置とを有し、この第
２の軸に沿った移動が第１の軸に沿った移動とは別個に
行なわれるレーザー装置が得られる。

また本発明の好ましい実施例によれば、ほぼ水平な第１
の固定軸に沿ってレーザー光線を送出すレーザー装置と
、このレーザー光線の進路を変えてワークピースの所望
の箇所にレーザー光線を照射するための装置と、ほぼ水
平な第１の固定軸の廻りを回転し且つこの固定軸に沿っ
て移動することができ、レーザー光線の進路を第２の軸
に沿って変えられるように配置されている装置と、第２
の軸に沿ってレーザー光線を受け取り、このレーザー光
線をワークピースの所望の箇所に照射するように配置さ
れているレーザーヘッド装置とを有するレーザー装置が
得られる。回転し且つ移動できるように配置された前記
装置は、非回転ベース上で回転することができる。

また本発明の好ましい実施例によれば、回転し且つ移動
できるように配置された装置が、単一の平面鏡を備えて
いる。

さらに、本発明の好ましい実施例によれば、レーザー装
置は、第３の軸に沿ってレーザー光線を受け取り、この
レーザー光線の進路を第１の固定軸に沿って変えるため
の装置を備えている。レーザー光線を受け取るための装
置は、レーザー光線を２つの方向のうちの選択された１
つの方向に導くレーザー光線誘導器を備えている。

また本発明の好ましい実施例によれば、レーザーヘッド
装置は、２つの平面鏡と収束レンズを備えた切断ヘッド
を備えている。さらにレーザーヘッド装置は、平面鏡と
収束鏡を持つ溶接ヘッドを備えている。レーザーヘッド
装置は、ほぼ直交する２つの軸の廻りで回転する。

さらに本発明の好ましい実施例によれば、第１の固定軸
に沿った光路の長さは、この第１の固定軸から前記所望
の箇所までの光路の長さに比べて大幅に長くすることが
できる。またレーザー装置からレーザーヘッド装置まで
の光路の長さは、レーザーヘッド装置から所望の箇所ま
での長さに比べて大幅に長くされている。

本発明の好ましい実施例によれば、回転および移動用に
配置された装置は、Ｘ軸キャリッジ、ｙ軸アームおよび
Ｚ軸回転ユニットを備えている。

本発明の好ましい実施例によれば、比較的剛性のある構
造体を得るために、Ｘ軸キャリッジとｙ軸アームの各々
は固定された直線スクリューに沿って移動するようにさ
れている。Ｚ軸回転ユニットは、Ｚ軸の回転中心から離
れた位置に直線スクリューを備え回転できる。直線運動
を行なえるため、本発明の装置は車両シャーシの４つの
側面のうち３つの側面を加工することができる。従来の
関節ロボットでは、通例では車両のシャーシの１つの側
面しか加工することができない。

本発明の好ましい実施例によれば、Ｘ軸キャリッジの移
動する固定Ｘ軸軌道が得られる。本発明の変更例によれ
ば、Ｘ軸軌道はＸ軸の廻りを回転する。

さらに本発明の好ましい実施例によれば、レーザー光線
の進路変更用の装置は、進路変更用の第１と第２の独立
した装置からなり、またレーザー装置は単一のレーザー
から構成されている。レーザー光線の進路変更用の独立
した個々の装置が３つの鏡を備え、またレーザー装置は
単一のレーザー光線誘導器を備えている。

本発明の変更例によれば、進路変更用の装置は第１．第
２、第３および第４の独立した装置からなり、またレー
ザー装置が単一のレーザーから構成されている。この変
更例では、進路変更用の第１と第２の独立した装置が進
路変更用の第３と第４の装置の上方に配置されている。

レーザー光線の進路変更用の個々の独立した装置は３つ
の鏡を有し、レーザー装置が３つのレーザー光線誘導器
を備えている。

少数の鏡の調整を行なうだけで済むのも本発明の特徴で
ある。進路変更用の個々の独立した装置の例では、レー
ザーヘッド装置の鏡はお互いに対し較正が行なわれる。

進路変更用の装置の残りの鏡のうち、較正を必要とする
鏡はレーザー装置の内側の鏡だけである。レーザー装置
がレーザー光線誘導器を備えている場合には５レーザー
光線誘導器の鏡の較正を終えた後に、進路調整用の装置
の鏡の調整が行なわれる。

固定Ｘ軸軌道を設置することで、光路の精度を高めるこ
とができる。そうした構造によれば、比較的長いＸ軸軌
道を付設し、これに複数のレーザー光線・タイムシェア
ー溶接ユニットまたは切断ユニットを設置することがで
きる。

添付図面に沿った以下の詳細な説明を読めば、本発明を
さらに詳しく理解することができる。

夾血刊 第１Ａ図から第１Ｃ図を参照する。これらの図は、本発
明の第１の実施例に則って構成され且つ操作され、ワー
クピース、例えば車両のシャーシ１１の加工を行なうレ
ーザー切断装置またはレーザー溶接装置１０を示してい
る。以下の説明では、レーザー溶接装置を例にとって説
明を行なっているが、この装置は溶接装置はもとより切
断装置のいずれの用途にも使用することができる。

第１Ａ図に示すレーザー溶接装置１０は、フエランチ・
レーザー・システムズ社製の１例えばレーザー光線発生
用のＭＦＫＰレーザーヘッド１２と、レーザー光線を離
れた２箇所の溶接位置に導く２つのレーザー光線伝達組
立体１４とを備えている。これらレーザー光線伝達組立
体１４の各々は、Ｘ軸キャリッジ１６（第１Ｂ図）と、
ｙ軸フレーム１９を介してＸ軸キャリッジに取り付けら
れたｙ軸アーム１８（第１Ｂ図）と、２つのレーザー光
線伝達組立体１４の接続箇所に配置されているＺ軸支承
ユニット２０および中間支承ユニット２２と、レーザー
光線を溶接箇所に照射するための溶接ヘッド２４とを備
えている。中間支承ユニット２２は、例えば、２つのＺ
軸支承ユニット２０のエレメントと同じものから構成さ
れている。溶接ヘッド２４には近接センサー２５を設け
ておき、このヘッド２４がシャーシ１１から所定の距離
を開けておけるように、例えば１〜３ｍｌＴｌの間隔を
設けておけるようにしておくことが好ましい（第１Ｃ図
）。

ｙ軸フレーム１９の２つの側部に取り付けられたベロー
ズ・ユニット１７により、組立体１４は完全に遮蔽され
ている。ベローズ１７を設置しであるため、ダストや他
の粒子が内部に侵入したりあるいは人間の手が装置の操
作中に組立体１４内に入り込むことがなく、装置１０の
安全性を保ち且つ装置内部を清潔にしてお（ことができ
る。

レーザー光線伝達組立体１４の一方を経てレーザー光線
を誘導する操作は、以下のようにユニット１６〜２４を
動かすことにより行なわれる。Ｘ軸キャリッジ１６は、
ｙ軸アーム１８とヘッド２４を矢印３０が示すように固
定Ｘ軸に沿って移動させる。レーザー光線伝達組立体１
４は、固定Ｘ軸を中心として矢印３４が示すようにｘ−
ｙ平面の上下に±３０度の範囲にわたり回転を行なうこ
とができる。組立体１４の回転はＺ軸支承ユニット２０
と中間支承ユニット２２により支持され、全体としてＺ
方向の運動が行なわれる。ｙ軸アーム１８は、矢印３２
で示すようにｙ軸に沿ってヘッド２４を移動させている
。ヘッド２４は第１Ｃ図に示すような２つの回転軸を備
えている。

これら２つの回転軸は、ｙ軸に平行な旋回軸３５とこの
旋回軸３５に直交する揺動軸３７である。

これらの軸の回転方向は、それぞれ矢印３６と３８が示
している。Ｘ軸は装置の唯一の固定軸であり、残りの軸
の位置は全体としてＸ軸キャリッジ１６の位置に応じて
変化させることができる。

前述したレーザー装置１０の各々は、例えば、長さが約
３ｍ、幅が２ｍ、高さが２ｍあり、シャーシ１１から１
．５〜２．５ｍ離れて設置されている。またｙ軸１８は
例えば最大で１．６ｍ延ばすことができ、またＺ軸の回
転範囲は約２ｍある。２つの装置ｌＯを合わせた場合の
全長は例えば約７ｍあり、これに対し、シャーシ１１は
例えば３．５ｍである。

次に第２図を参照する。この図には、レーザー光線の通
るほぼ真っ直ぐな光路が４０で表わされている。この「
真っ直ぐな」光路には回転エルボは存在していない。レ
ーザー光線の進路の方向転換は一枚の鏡により行なわれ
る。

レーザーヘッド１２はレーザー光線４０を発生し、例え
ば垂直方向下向きにこのレーザー光線を照射している。

レーザー光線４０は外側導管４２を通り抜け、レーザー
光線誘導器４４の２枚の非回転平面鏡４３の一方に衝突
する。この平面鏡４３には、例えば英国のスペカック社
（ＳＰＥＣＡ（：１製の金被覆銅鏡（ｃｏｐｐｅｒ　ｇ
ｏｌｄｃｏａｔｅｄ　ｍ１ｒｒｏｒｓ）が使われる。衝
突したレーザー光線は、レーザー光線伝達組立体１４の
一方の軸線Ｘに沿った向きに方向を変える。外側導管４
２の長さは、レーザー光線の外部への照射距離に合わせ
て設定されている。こうして装置１０の各々は、必要と
する時期にレーザー光線４０を受けるようにされている
。

装置内部におけるレーザー光線の照射は以下のようにし
て行なわれている。レーザー光線４０はレーザー光線誘
導器４４を出て平面鏡４６に衝突する。この平面鏡には
、例えばＸ軸キャリッジ１６の固定位置に配置された金
被覆銅鏡が使用される。Ｘ軸し−ザー光線の照射距離は
変えることができ、Ｘ軸キャリッジの位置により変化す
る。

ベローズ１７はＸ軸キャリッジ１６の運動に伴って伸張
収縮し、レーザー光線４０を完全に封じ込めておくこと
ができる。

Ｘ軸キャリッジ１６には鏡４６が配置されており、この
鏡４６はｙ軸アーム１８に沿ってベローズ４８の内側に
レーザー光線４０を通し、このレーザー光線はヘッド２
４に配置された平面鏡５０に送られてい（。平面鏡５０
には、例えばスベカック社製の金被覆銅鏡が使用される
。ｙ方向の照射距離は変えることができ、ｙ軸アーム１
６の伸長により変化するが、通例ではＸ軸し−ザー光線
照射距離よりも短い。また前述した説明から明らかなよ
うに、通例では、外部のレーザー光線照射距離は内部の
レーザー光線照射距離よりも短い。

鏡５０は収束鏡５２に向けてレーザー光線４０の進路を
変える。収束鏡５２には、例えばスペカック社製の銅被
覆モリブデン放物面鏡が使用される。この収束鏡５２は
レーザー光線４０を収束させ、シャーシ１１の所望の溶
接箇所に向けてレーザー光線を反射させている。第３Ａ
図は、溶接ヘッド２４とこのヘッドを通る光路を詳細に
示している。

本発明の変更例では、第３Ｂ図に示すように、溶接ヘッ
ド２４に代えて切断ヘッド５１が使用されている。この
第２の実施例によれば、鏡５２は平面鏡である。この平
面鏡には、例えばスベカック社製の金被覆銅鏡が使用さ
れる。平面鏡５２はレンズ５３に向けてレーザー光線４
０の進路を変え、さらにこのレーザー光線を切断箇所に
向けて照射している。前記レンズ５３には、例えばスベ
カック社製の二重反射防止コーティングを施したＺｎ５
ｅレンズが使われる。

前述した２つの実施例において、溶接ヘッド２４の鏡５
０と５２は回転エルボを構成し、それぞれ軸３５と３７
を中心として回転する。これらの回転はほぼ真っ直ぐな
光路に沿った回転であり、しかも光路の端部で行なわれ
ている。溶接ヘッド２４からシャーシ１１の溶接箇所ま
での光路の長さは、溶接ヘッド２４までの光路の長さに
比べて大幅に短い。従って、溶接ヘッドの２枚の鏡５０
と５２の間に不整合があっても溶接箇所におけるレーザ
ー光線４０のずれは極く僅かで済む。

溶接ヘッド２４には適当な溶接ヘッドを選んで使用でき
、また切断ヘッド５１も適当な切断ヘッドを選んで使用
することができる。こうしたヘッドの操作方法は、好ま
しい実施例に基づいて既に概略的に説明しである。

本発明には、Ｘ軸が空間内にあって固定された位置にあ
り、移動軸と回転軸の両方の軸からなり、しかもレーザ
ー光線４０を軸に沿って送るようにした３つの特徴を備
えている。さらに本発明の別の特徴によれば、鏡４６が
Ｘ軸、Ｘ軸およびＺ軸の３つの軸に沿ってレーザー光線
４０の進路を変える働きをしている。Ｘ軸上での鏡４６
の位置はＸ軸キャリッジ１６の移動と共に変化し、これ
に伴いＸ軸のレーザー光線照射距離も変化する。Ｘ軸上
のキャリッジに設けた鏡４６は、レーザー光線４０の進
路をｙ方向に変えている。また、組立体１４がＸ軸を中
心として回転する際には鏡４６も同じように回転し、レ
ーザー光線４０の進路を２方向に変化させる。

鏡４６を利用して３つの軸に沿ったレーザー光線４０の
進路を変化させることにより、従来技術に比べて大幅に
鏡の枚数を減らすことができ、装置の較正に要する手間
も同じように僅かで済む。

またＸ軸に沿った移動およびこのＸ軸を中心とした回転
が行なわれても、Ｘ軸のレーザー光線照射精度に影響の
ないことも改良点である。

さらにほぼ真っ直ぐな光路に設定しであるため、比較的
剛性のある機構にでき、しかもシャーシ１１上の多数の
溶接箇所に容易に接近できる構造上の利点が得られる。

第４図は、４つの溶接箇所を示している。これら溶接箇
所は、一対のレーザー溶接装置１０ａと１０ｂが担当し
ている。その際、各装置ｌＯは２つの位置に移動してい
る。

位置１は実線で示してあり、位置２は点線で示しである
。装置１０ａの溶接ヘッド２４ａはシャーシ１１の左側
の後方の隅まで移動しており、これとほぼ同時期にヘッ
ド２４ｂは右側の側面パネルの中央部まで移動している
。また位置２の例では、ヘッド２４ａは右側の側面パネ
ルの中央部まで移動しており、その際ヘッド２４ｂはシ
ャーシ１１の前方パネルまで移動している。第４図の示
すシャーシ１１の中央にはオーバーラツプ領域があり、
このオーバーラツプ領域内で両方の装置を作動させるこ
とができる。第４図に示すもの以外にも、２つの溶接箇
所の組み合わせ方には様々なものが考えられる。

次に第５図を参照する。第５図は、２つの装置１０の垂
直方向すなわちＺ方向の移動範囲を表わしている。図示
したヘッド２４ａはシャーシ１１の下側の溶接箇所にあ
り、これとほぼ同時期にヘッド２４ｂはシャーシ１１の
屋根の溶接箇所に位置している。第５図から明らかなよ
うに、ヘッド２４ｂはシャーシ１１の屋根の全面に届く
わけではない。ベース支持体６０を高くする変更例によ
ればこうした問題は解消することができる。この構造に
ついては、第６Ａ図に詳しく示されている。

第６Ａ図は１対の溶接装置１０を示している。

これら溶接装置のベース支持体６０は、ｙ軸アーム１８
がシャーシ１１の頂面な越えて端まで届くように必要な
高さまで持ち上げられている。第６Ａ図に示すように位
置を高くすれば、シャーシ１１の屋根の全面をカバーす
ることができる。第４図に関連して示したように、この
例でもｙ軸アーム１８はシャーシ１１の側部の隅にまで
届いている。

第６Ａ図に示した変更例では、レーザー装置１２は装置
１０の下側に配置されている。従って、レーザー光線４
０は先ず垂直方向上向きに発射される。この６Ａ図の構
造の装置は、前述した相違点を除き先の実施例のものと
同じように機能する。また第６Ａ図に示す変更例のレー
ザー装置１２の構造によると、先に説明した装置１０で
はレーザー装置が直交して設置されておらずこの装置１
０に平行に位置している。

本発明のレーザー装置はモジュールとして構成されてい
る。２つの装置１０は、前述したようにシャーシ１１に
対し高さの異なる任意の位置に配置することができる。

また、４つの装置１０を１つのユニットとして構成する
こともできる。これら４つの装置は、第６Ｂ図に基づい
て以下に説明するように、同じ高さに配置された第１の
２つの装置と、これら第１の２つの装置の上部に配置さ
れた第２の２つの装置から構成されている。これとは別
に、シャーシの周り４辺に８つの装置からなる溶接ステ
ーションを設置することもできる。

また６０図に関連して以下に説明するように、先に説明
した２つの装置１０を使用する方式に代えて、シャーシ
１１のほぼ全長を１つの装置を用いてカバーすることも
できる。

第６Ｂ図は、４つの溶接装置からなる構造例を示してい
る。この変更例によれば、シャーシ１１の４箇所をほぼ
同時に溶接することができる。レーザー光線４０はレー
ザー装置１２からレーザー光線誘導器４４ａに送られる
。レーザー光線誘導器４４ａはレーザー光線４０を下側
の２つの装置１０のレーザー光線誘導器４４ｂに向けて
垂直方向を下向きに送るか、または上側の２つの装置１
０のレーザー光線誘導器４４ｃに向けて垂直方向を上向
きにレーザー光線４０を発射している。

レーザー光線４０を受けたレーザー光線誘導器４４ｂま
たは４４ｃはこのレーザー光線の進路を装置１０の方向
に変化させ、装置１０が同時に溶接を行なえるようにし
ている。以下に詳細に説明するように、レーザー光線誘
導器４４ａは側方に向いており、レーザー光線誘導器４
４ｂは上向きに配置され、またレーザー光線誘導器４４
ｃは下向きに配置されている。

第６Ｃ図は、シャーシ１１のほぼ全長に沿って１つの装
置１０を設置した実施例を示している。

この実施例では、レーザー装置１２は装置の固定Ｘ軸線
に沿って水平にレーザー光線を送るようにしてあり、レ
ーザー光線誘導器４４は必要としない。従って、この実
施例には３枚の鏡４６．５０および５２だけが必要とさ
れている。

次に第７Ａ図を参照する。この図は、上向きのレーザー
光線誘導器４４の機構を示している。レーザー光線誘導
器４４は、例えば中間支承ユニット２２の下側表面に配
置され、しかもレーザー光線誘導器の左側にあるレーザ
ー溶接装置１０とレーザー光線誘導器の右側にあるレー
ザー溶接装置１０の各々にレーザー光線４０を送る２つ
の誘導鏡４３ａと４３ｂを備えている。誘導鏡４３は、
例えば空気圧式の精密作動テーブル７４に取り付けられ
ている。このテーブルには、日本国のＴＨＫ社製のＨＯ
−２０７５の機種を使用することができる。テーブル７
４は鏡４３の一方を精密に位置決めし、レーザー光線４
０を受取りこれを一対の装置１０のうちの必要とする装
置のＸ軸に沿った向きに進路を変える働きをする。空気
圧式テーブル７４は、例えば矢印７５が示すように装置
のｙ軸に沿って移動することができる。

個々の鏡はレーザー光線４０の入射軸に対し正確に４５
度に設置され、第７Ａ図に示すように。

鏡４３ａは左側に向いており鏡４３ｂは右側に向いてい
る。

第６Ｂ図に基づいて説明したように、レーザー光線誘導
器の変更例では、下向きのレーザー光線誘導器４４は中
間支承ユニット２２の上側表面に配置されている。第７
Ｂ図に示すレーザー光線誘導器の第３の実施例では、第
６Ｂ図に関連して説明したように、レーザー光線誘導器
４４ａを中間支承ユニット２２の側壁に設置しである。

鏡４３はレーザー光線４０を垂直方向上向きまたは垂直
方向下向きに反射し、また空気圧式テーブル７４はＸ軸
に沿って移動することができる。下向きと上向きのレー
ザー光線誘導器を備えた他の２種類の実施例においては
、空気圧式テーブル７４をｙ方向に移動させることがで
きる。これら実施例におけるレーザー光線誘導器４４の
その他の細部構造については、前述した２つの実施例の
ものと同じである。

第８図を参照する。この図は、ほぼ剛性のあるＸ軸およ
びｙ方向の移動機構、並びにこの移動機構に組み込まれ
たほぼ真っ直ぐな光路を示している。移動機構は、Ｘ軸
キャリッジ１６に設置されたＤＣサーボモータ８０を備
えている。このサーボモータはタイミングベルト８４を
経てナツト８２を回転させ、固定リードボールねじ８６
に沿ってＸ軸キャリッジ１６を動かすことができる。

前記サーボモータ８０には、例えば米国のＰＭＩ社製の
ＪＲ１６Ｍ４ＣＨＦ１２Ｔの機種が使われる。また前記
固定リードボールねじ８６には、例えば西独のスター社
（Ｓｔａｒ）製の１５１２−４−９００４の機種を使用
することができる。ｙ軸アーム１８は、例えばＰＭＩ社
製のＪＲ２４Ｍ４ＣＨＦ１２Ｔのタイプのサーボモータ
８８、タイミングベルト９０、ナツト９２およびボール
ねじ８６に類似した固定ボールねじ９４を用いて、先の
実施例と同じようにｙ軸フレーム１９を通り抜けて移動
するようにしである。固定ボールねじ８６と９４を使用
することにより事実上安定した精度のよい動きが得られ
、しかも全体としての動きは滑らかである。

第８図は、移動機構を備えた光路の座標系も示している
。前述したように、レーザー光線誘導器４４の一方の鏡
４３により装置ｌＯの固定Ｘ軸に沿った向きにレーザー
光線４０の進路を変える方式が本発明の特徴であるとい
える。従って、光路の邪魔にならないよう固定リードボ
ールねじ８６は軸に平行に配置されているが、固定Ｘ軸
から離れた位置に設けられている。

Ｘ軸キャリッジ１６に設置された鏡４６は、例えばレー
ザー光線誘導器４４に近接した側部にあって且つｙ軸ア
ーム１８とスクリューねじ９４の前方に配置されている
。従って、ベローズ４８で覆われたｙ軸方向の光路は移
動機構から仕切られている。第６Ｃ図に示す装置では、
Ｘ軸キャリッジ１８に設置された鏡４６はレーザーヘッ
ド１２の設置箇所に近接した側部に位置している。

前述したように、光レーザー光線４０の光路に符合する
固定Ｘ軸はレーザー光線伝達組立体１４の回転軸でもあ
る。固定Ｘ軸を中心として組立体１４を回転させる機構
は、第９Ａ図から第９Ｄ図に示し以下に詳しく説明する
ように、回転中心から所定の距離をおいてリニアスクリ
ューを利用することにより、相対的に滑らかでしかも精
度のよい動作を行なえるようにされている。

第９Ａ図と第９Ｂ図を参照する。レーザー光線伝達組立
体１４は、大きい２つのリング１０２ａ、１０２ｂとフ
レーム１０３を備えている。フレーム１０３は、例えば
これらリングに一体的に連結されている。またこのフレ
ーム１０３には、Ｘ軸キャリッジ１６の機構全体が取り
付けられている。大型リング１０２ａ、１０２ｂが中間
支承ユニット２２とＺ軸ユニット２ｏの各々に設置され
、これらリングが断面厚の薄い口径の大きな２つのベア
リング１００に沿って回転するようにしている。ベアリ
ング１００には、例えばＴＨＫ社製のＲＢ６００４０Ｕ
Ｕの機種が使用される。またフレーム１０３には１例え
ば大型リング１０２ａの付近に延長部１０４が取り付け
られている。中間支承ユニット２２のベース支持体６ｏ
に連結され且つ、この中間支承ユニットの外側に位置し
ている回転組立体１０６（第９Ｂ図）は延長部１０４を
回転させ、フレーム１０３はベアリング１００に沿って
回転し組立体１４が２軸方向に動くようになる。

回転組立体１０６はＤＣサーボモータ１１ｏを備えてい
る（第９Ｂ図）。このＤＣサーボモータはタイミングベ
ルト１１２を回転させ、タイミングベルトはベアリング
１１５を通り抜けているボールねじ１１４を回転させる
ようになっている。

前記ＤＣサーボモータ１１０には、例えばＰＭ１社・製
のＪＲ２４Ｍ４ＣＨＦ１２Ｔの機種を使用することがで
き、また前記ボールねじ１１４には、例えばスター社製
の１５１２−５−４００４を用いることができる。ボー
ルねじ１１４はナツト１１６の内側で回転する。ナツト
１１６は、ビン１１８を介して延長部１０４に取り付け
られている。ボールねじ１１４が回転すると、延長部１
０４並びに組立体１４の回転が行なわれる。延長部１０
４とボールねじ１１４同志の角度変化を吸収するために
、ナツト１１６は揺動できるようにビン１１８に取り付
けられている。さらにモータ１１０とボールねじ１１４
がフランジ１２０に取り付けられ、例えばベアリングユ
ニット２２のベース６ｏに連結された軸端１２２を揺動
させるようになっている。

第９Ｂ図は中央部分に延長部１０４を備えた回転組立体
１０６を示し、また第９ｃ図と第９Ｄ図は相対する事実
上の両極端に延長部１０４の設置された回転組立体を示
している。大型のベアリングの廻りで直線運動している
ボールねじにより、ほぼ安定したＺ方向の動きが生み出
されている。

溶接ヘッド２４の構成要素を回転させる機構を示した第
１０図を参照する。ｙ軸アーム１８に取り付けられたＤ
Ｃサーボモータ１３０は、タイミングベルト１３２と歯
車１３４を介し軸３５の廻りで溶接ヘッド２４を回転さ
せている。このＤＣサーボモータ１３０には、日本国の
ハーモニックドライブ社製のＨＤＳＡ−２０を用いるこ
とができる。この回転運動により鏡５０の回転が行なわ
れる。

モータ１３０に類似していてしかも溶接ヘッド２４に取
り付けられているＤＣサーボモータ１３６は、タイミン
グベルト１４０と歯車１４２を介して鏡５２とノズル１
３８を回転させる。溶接ヘッド２４の持つ２つの回転軸
により、ノズル１３８はシャーシ１１の溶接箇所にほぼ
直交する角度でシャーシ１１にレーザー光線４０を照射
することができる。

第１１Ａ図から第１１ｃ図を参照する。これらの図には
、基本的には前述した装置に類似する本発明の変更例が
示されている。ただし、この変更例では固定Ｘ軸トラッ
ク１５０の設置されている点が先の実施例とは異なって
いる。Ｘ軸キャリッジ１５４が装着されており、このキ
ャリッジはボールねじ１５２により軌道１５０に沿って
正確に移動するようにしている。

レーザー光線誘導ユニット１５６は電気モータ駆動式の
スクリュー駆動組立体１５８により駆動され、例えばＸ
軸に平行なＺ軸の廻りで機密な角度回転を行なえるよう
に配置されている。ユニット１５６は、例えば延長可能
なアーム１６２の装着されたベース部分１６０を備えて
いる。アーム１６２はｙ軸に沿って位置しており、外側
先端部には切断ヘッド１６４が装着されている。この切
断ヘッドには適当なレーザー切断ヘッドを使用でき、あ
るいは前述したような溶接ヘッドに交換することもでき
る。

第１図から第１０図に関連して説明した装置の光路の基
本的な特徴は、この変更例においても取り入れられてい
る。この変更例では、レーザーヘッド１６６から送られ
てきたレーザー光線は定置鏡１６８により反射される。

定置鏡１６８は軌道１５０に固定的に装着されＺ軸に沿
って位置している。このＺ軸は移動軸と回転軸を兼ねて
いる。

第１１Ａ図から第１１Ｃ図に示す実施例の特徴とすべき
点は、先の実施例で説明したように軌道を回転させる必
要がないため定置Ｘ軸軌道を非常に長い軌道として付設
できることにある。この利点は、第１１Ａ図から第１１
Ｃ図に類似している本発明の実施例を示した第１２Ａ図
と第１２・Ｂ図を参照すれば明らかである。ただし、第
１２Ａ図と第１２Ｂ図の実施例は複数のレーザー光線誘
導ユニット１５６を備えている。これらユニットの各々
は単独に動作させることができるが、単一のレーザー光
源を用い時間差を設けてレーザー光線の分配を行なう方
式が好ましい。第１２Ａ図と第１２Ｂ図の配置上の重要
な特徴として、単一の軌道１５０に必要数の誘導ユニッ
ト１５６を設置して設備能力に余裕をもたせ、１つまた
はそれ以上のユニットに故障が生じた場合にこれをバッ
クアップするようにもできる。また多数の誘導ユニット
１５６を設置することにより、単位床面積当たりの作業
量を従来の装置に比べて大幅に高めることができる。

次に、第１３Ａ図と第１３Ｂ図を参照する。これらの図
は、第１２Ａ図と第１２Ｂ図の装置に特に有用なレーザ
ー光線・タイムシェアリング光学装置を示している。第
１のレーザー光線誘導ユニット１６８から第２のレーザ
ー光線誘導ユニット１５６にレーザー光線を切り替える
操作は、第１のレーザー光線誘導ユニット１６８に付属
して配置された鏡１７０を用いれば、図示のようにして
簡単に行なうことができる。前記第１のレーザー光線誘
導ユニットは、Ｚ軸に沿ったレーザー光路に選択的に出
入りするように構成されている。鏡１７０が第１３Ｂ図
に示すようにＺ軸し−ザー光路内に進入すると、鏡は第
１のレーザー光線誘導ユニット１６８の動作に伴いレー
ザー光線をｙ軸に沿って反射するようになる。

鏡１７０が第１３Ａ図に示すようにＺ軸し−ザー光路の
外に移動すると、レーザー光線は第２のレーザー光線誘
導ユニット１５６の一部を構成する鏡にだけ衝突する。

多数のレーザー光線誘導鏡１７０を設けておき、これら
鏡の各々を個々のレーザー光線誘導ユニット１５６に連
係させ、先に図示し説明したのと基本的には同じ方法に
より。

２つのレーザー光線誘導ユニット１５６以外のユニット
も含めてこれらユニット間でレーザー光線を切り替える
こともできる。鏡」、７０はＺ軸し−ザー光路に比較的
速やかに出入りできるように装着され、比較的多数のレ
ーザー光線誘導ユニット１５６を同時に使用できるよう
にしてお（こともでき、レーザー光線のタイムシェアリ
ング操作により時間効率にロスの生じることがない。

当業者にとって、本発明が図示し先に詳しく説明した実
施例にのみ限定されないことは自明である。本発明の範
囲は特許請求の範囲によってのみ特定されるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は、本発明の好ましい実施例に則って構成され
且つ操作されるレーザー溶接装置を示した全体図である
。 第１Ｂ図は、第１Ａ図の装置に有用なＸ軸キャリッジを
示した拡大図である。 第１Ｃ図は、第１Ａ図の装置に有用な溶接ヘッドを示す
拡大図である。 第２図は、第１図の装置のレーザー光線用のほぼ真っ直
ぐな光路な示す概略図である。 第３Ａ図は、第１Ａ図の装置の溶接ヘッド内に設けた溶
接レーザー光線の光路を示す概略図である。 第３Ｂ図は、第１Ａ図の定置の切断ヘッド内に設けた切
断レーザー光線の光路を示す概略図である。 第４図は、第１Ａ図の装置の到達可能な複数の溶接箇所
を示す説明図である。 第５図は、第１Ａ図の装置の垂直軸線に沿った運動範囲
を示す説明図である。 第６Ａ図から第６Ｃ図は、第１Ａ図の装置の変更例の構
造を示す概略図である。 第７Ａ図は、第１図の装置に用いられるレーザー光線誘
導器を示す概略図である。 第７Ｂ図は、第６Ｂ図の装置に用いられるレーザー光線
誘導器を示す概略図である。 第８図は、第１Ａ図の装置に用いられるＸ軸キャリッジ
を示す概略図である。 第９Ａ図から第９Ｄ図は、第１Ａ図の装置に用いられる
Ｚ軸回転組立体を示す概略図である。 第１０図は、第１Ａ図の装置に用いられる、溶接ヘッド
を回転させる機構を示した概略図である。 第１１Ａ図、第１１Ｂ図および第１１Ｃ図は、本発明の
変更例に則って構成され且つ操作されるレーザー溶接装
置または切断装置を示す、それぞれ正面図、側面図およ
び平面図である。 第１２Ａ図と第１２Ｂ図は、本発明の他の変更例に則っ
て構成され且つ操作されるレーザー溶接装置または切断
装置を示す、それぞれ正面図と平面図である。 第１３Ａ図と第１３Ｂ図は、第１２Ａ図と第１２Ｂ図の
装置のレーザー光線光路を示す説明図にして、それぞれ
の装置は、装備した第１と第２の切断ヘッドの操作用に
設置されたレーザー光線切替え装置を備えている。 １０・・・レーザー切断装置または溶接装置：１１・・
・車両のシャーシ；１２・・・レーザーヘッド；１４・
・・レーザー光線伝達組立体：１６・　・Ｘ軸キャリッ
ジ；１７・・・ベローズ；１８・・・ｙ軸アーム；１９
　・・ｙ軸フレーム；２０・・・２軸支承ユニット；２
２・・・中間支承ユニット；２４・・・溶接ヘッド；２
５・・・近接センサー；４０・・・レーザー光線；４２
・・・外側導管；４３・・・誘導鏡：４４・・・レーザ
ー光線誘導器；４６・・・平面鏡；４８・・・ベローズ
；５０・・・平面鏡：５１・・・切断ヘッド；５２・・
・収束鏡；５３・・・レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ほぼ水平な第１の固定軸に沿ってレーザー光線を送
   り出すレーザー手段と、 このレーザー光線の進路を変えてワークピースの所望の
   箇所にレーザー光線を照射するための手段と、 前記ほぼ水平な第１の固定軸の廻りを回転し且つこの固
   定軸に沿って移動することができ、前記レーザー光線の
   進路を第２の軸に沿って変えられるように配置されてい
   て、非回転ベース上で回転の行なわれる手段と、 前記第２の軸に沿って前記レーザー光線を受け取り、こ
   のレーザー光線を前記ワークピースの所望の箇所に照射
   するように配置されているレーザーヘッド手段とを有し
   ているレーザー装置。 ２、ほぼ水平な第１の固定軸に沿ってレーザー光線を送
   り出すレーザー手段と、 このレーザー光線の進路を変えてワークピースの所望の
   箇所にレーザー光線を照射するための手段と、 前記ほぼ水平な第１の固定軸の廻りを回転し且つこの固
   定軸に沿って移動することができ、前記レーザー光線の
   進路を第２の軸に沿って変えられるように配置されてい
   て、非回転ベース上で回転の行なわれる手段と、 前記第２の軸に沿って前記レーザー光線を受け取り、こ
   のレーザー光線を前記ワークピースの所望の箇所に照射
   するように配置されているレーザーヘッド手段と、 前記第２の軸に沿ってレーザーヘッド手段を移動させる
   ための手段とを有し、この第２の軸に沿った移動が前記
   第１の軸に沿った移動とは別個に行なわれるレーザー装
   置。 ３、第１の固定軸の廻りを回転し且つこの固定軸に沿っ
   て移動できるように配置された前記手段が、単一の平面
   鏡を有している、請求項１または２に記載されたレーザ
   ー装置。 ４、前記レーザー装置は、第３の軸に沿って前記レーザ
   ー光線を受け取り、このレーザー光線の進路を前記第１
   の固定軸に沿って変えるための手段を有している、請求
   項１または２に記載されたレーザー装置。 ５、前記レーザー光線を受け取るための前記手段は、レ
   ーザー光線を２つの方向のうちの選択された１つの方向
   に導くレーザー光線誘導器を有している、請求項４に記
   載されたレーザー装置。 ６、前記レーザーヘッド手段は、２つの平面鏡と収束レ
   ンズを備えた切断ヘッドを有している、請求項１または
   ２に記載されたレーザー装置。 ７、前記レーザーヘッド手段は、平面鏡と収束鏡を備え
   た溶接ヘッドを有している、請求項１または２に記載さ
   れたレーザー装置。 ８、前記レーザーヘッド手段は、ほぼ直交する２つの軸
   の廻りで回転する２つの鏡要素を備えている、請求項６
   に記載されたレーザー装置。 ９、前記レーザーヘッド手段は、ほぼ直交する２つの軸
   の廻りで回転する２つの鏡要素を備えている、請求項７
   に記載されたレーザー装置。 １０、前記第１の固定軸に沿った光路の長さは、この第
   １の固定軸から前記所望の箇所までの光路の長さに比べ
   て大幅に長くすることができる、請求項１または２に記
   載されたレーザー装置。 １１、前記レーザー手段からレーザーヘッド手段までの
   光路の長さは、前記レーザーヘッド手段から前記所望の
   箇所までの長さに比べて大幅に長くされている、請求項
   １または２に記載されたレーザー装置。 １２、回転および移動用に配置された前記手段は、ｘ軸
   キャリッジ、ｙ軸アームおよびｚ軸回転ユニットを有し
   ている、請求項１または２に記載されたレーザー装置。 １３、前記ｘ軸キャリッジは固定された直線スクリュー
   に沿って移動し、滑らかで安定した動きを行なうように
   した、請求項１２に記載されたレーザー装置。 １４、ｙ軸アームは固定された直線スクリューに沿つて
   移動し、滑らかで安定した動きを行なうようにした、請
   求項１２に記載されたレーザー装置。 １５、前記ｚ軸回転ユニットは、ｚ軸の回転中心から離
   れた位置に直線スクリューを有し、滑らかで安定した動
   きを行なうようにした、請求項１２に記載されたレーザ
   ー装置。 １６、レーザー光線の進路変更用の前記手段は、進路変
   更用の第１と第２の独立した手段からなり、また前記レ
   ーザー手段が単一のレーザーからなる、請求項１または
   ２に記載されたレーザー装置。 １７、レーザー光線の進路変更用の前記手段は、進路変
   更用の第１、第２、第３および第４の独立した手段から
   なり、また前記レーザー手段が単一のレーザーからなり
   、しかも進路変更用の前記第１と第２の独立した手段が
   進路変更用の前記第３と第４の手段の上方に配置されて
   いる、請求項１または２に記載されたレーザー装置。 １８、レーザー光線の進路変更用の個々の独立した手段
   が３つの鏡を有し、しかも前記レーザー手段が単一のレ
   ーザー光線誘導器を有している、請求項１６に記載され
   たレーザー装置。 １９、レーザー光線の進路変更用の個々の独立した手段
   が３つの鏡を有し、しかも前記レーザー手段が３つのレ
   ーザー光線誘導器を有している、請求項１７に記載され
   たレーザー装置。 ２０、前記非回転ベースは固定された細長い軌道を有し
   、また回転と移動用に配置された前記手段は、前記第１
   の固定軸に平行な前記細長い軌道に沿って移動可能な少
   なくとも１つのキャリッジを有している、請求項１に記
   載されたレーザー装置。 ２１、前記少なくとも１つのキャリッジは複数のキャリ
   ッジを有し、また回転と移動用に配置された前記手段は
   、複数のレーザーヘッド手段各々に前記レーザー光線を
   タイムシエアリングするための手段を備え、個々のレー
   ザーヘッド手段が前記複数のキャリッジの各々に付属し
   ている、請求項２０に記載されたレーザー装置。