JP7355642B2

JP7355642B2 - 遮光用シールドおよびレーザ加工システム

Info

Publication number: JP7355642B2
Application number: JP2019232861A
Authority: JP
Inventors: 好丈古屋
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2023-10-03
Anticipated expiration: 2039-12-24
Also published as: DE102020133465A1; CN113020822A; JP2021100762A; US20210187669A1

Description

本開示は、遮光用シールドおよびレーザ加工システムに関するものである。

ロボットにレーザ光の照射ヘッドあるいはワークを装着して、レーザ光によりワークの加工を行うレーザ加工装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このレーザ加工システムは、外部に対してレーザ光を遮蔽するために、ロボット全体を含むレーザ加工システムを遮光用シールドによって取り囲んでいる。

特開２００８－１１４４５８号公報

ロボット全体を含むレーザ加工システムを取り囲む場合には、遮光用シールドが大型化してしまう。したがって、システム全体の小型化を図りつつ、レーザ光をより確実に遮蔽することができる遮光用シールドおよびレーザ加工システムが望まれている。

本開示の一態様は、ロボットの手首の先端にワークまたはレーザ照射装置を装着して行われるレーザ加工中に、前記ワークが配置される空間を取り囲む遮光用シールドであって、組み合わせられることにより閉じた空間を形成可能な複数のシールド部材を備え、少なくとも１つの前記シールド部材が、他の前記シールド部材に対して離間した状態と組み合わせられた状態との間で移動可能に設けられ、組み合わせられた状態の２つの前記シールド部材の境界位置に、前記ロボットの一部を隙間なく貫通させる開口部が画定される遮光用シールドである。

本開示の一実施形態に係るレーザ加工システムを示す全体構成図である。図１のレーザ加工システムに備えられた本開示の一実施形態に係る遮光用シールドの開かれた状態を示す斜視図である。図２の遮光用シールドの閉じられた状態を示す斜視図である。図１のレーザ加工システムの遮光用シールドを閉じてレーザ加工を行っている状態を示す全体構成図である。図２の遮光用シールドの変形例の開かれた状態を示す斜視図である。図５の遮光用シールドの閉じた状態を示す斜視図である。図５の遮光用シールドの正面図である。

本開示の一実施形態に係る遮光用シールド４およびレーザ加工システム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るレーザ加工システム１は、図１に示されるように、手首ユニット（手首）１０の先端にワークＷを装着するロボット２と、レーザ光によりワークＷを加工するレーザ加工装置３と、本実施形態に係る遮光用シールド４と、これらを制御する制御装置５とを備えている。

ロボット２は、例えば、垂直６軸多関節型ロボットである。ロボット２は、床面Ｆに固定されるベース６と、鉛直な第１軸線回りにベース６に対して回転可能に支持された旋回胴７と、水平な第２軸線回りに旋回胴７に対して揺動可能に支持された第１アーム８とを備えている。
また、ロボット２は、水平な第３軸線回りに第１アーム８に対して回転可能に支持された第２アーム９を備え、第２アーム９の先端には、３軸の手首ユニット１０が取り付けられている。

本実施形態に係る遮光用シールド４は、図１から図３に示されるように、組み合わせられることにより、直方体状の箱体を構成する上箱部材（シールド部材）１１と下箱部材（シールド部材）１２と、これらを開閉する開閉機構１３とを備えている。上箱部材１１および下箱部材１２は、レーザ光を遮蔽することができる材質により構成されている。

上箱部材１１は、図２に示されるように、長方形状の天板１１ａと、天板１１ａの４辺から鉛直下方に延びる４つの側壁（壁面）１１ｂとを備え、底板のない箱状に形成されている。
下箱部材１２は、図２に示されるように、天板１１ａと略同一形状の底板１２ａと、底板１２ａの４辺から鉛直上方に延びる４つの側壁（壁面）１２ｂとを備え、天板のない箱状に形成されている。

上箱部材１１の１つの側壁１１ｂの下縁（境界）には、その幅方向の中央位置に半円形状の切欠１４が設けられている。
また、下箱部材１２の１つの側壁１２ｂの上縁（境界）には、その幅方向の中央位置に半円形状の切欠１５が設けられている。

切欠１４，１５の半径は、例えば、ロボット２の手首ユニット１０の先端のフランジ３１の半径より若干大きく形成されている。切欠１４，１５の内縁には、押圧されることにより弾性変形するスポンジゴム等の弾性部材１６，１７が全周にわたって配置されている。弾性部材１６，１７もレーザ光を遮蔽することができる材質により構成されている。

上箱部材１１と下箱部材１２とは、上箱部材１１の下縁と下箱部材１２の上縁とを相互に突き合わせる位置に配置され、上箱部材１１の半円形状の切欠１４と下箱部材１２の半円形状の切欠１５とは、突き合せられたときに、円形の開口部３０を形成する位置に配置されている。
上箱部材１１および下箱部材１２は、組み合わせられた状態で、図４に示されるようにロボット２の手首ユニット１０の先端に取り付けたハンド１８およびハンド１８に把持したワークＷを収容し、内部で回転させることができる程度の大きさを有している。

開閉機構１３は、上箱部材１１を昇降させる上側直動機構１９と、下箱部材１２を昇降させる下側直動機構２０とを備えている。上側直動機構１９は、例えば、エアシリンダであり、ロッドの先端に取り付けた上箱部材１１を、下箱部材１２と突き当てる下端位置と、下端位置に対して鉛直上方に配置される上端位置との間で鉛直方向に昇降させる。

下側直動機構２０も、例えば、エアシリンダであり、ロッドの先端に取り付けた下箱部材１２を、上箱部材１１と突き当てる上端位置と、上端位置に対して鉛直下方に配置される下端位置との間で鉛直方向に昇降させる。

レーザ加工装置３は、レーザ光を発生するレーザ発振器２１と、レーザ発振器２１から発せられたレーザ光を走査するスキャナ２２とを備えている。スキャナ２２は、上箱部材１１の天板１１ａ上部に固定されている。天板１１ａには、スキャナ２２から出力されたレーザ光を上箱部材１１の内部に通過させる貫通部２３が設けられている。レーザ発振器２１とスキャナ２２とは光ファイバ２４によって接続され、レーザ発振器２１から発せられたレーザ光は光ファイバ２４を経由してスキャナ２２に入射される。

このように構成された本実施形態に係る遮光用シールド４およびレーザ加工システム１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るレーザ加工システム１を用いてワークＷにレーザ加工を施すには、制御装置５が開閉機構１３を作動させて、図２に示されるように、上箱部材１１を上端位置に、下箱部材１２を下端位置に移動させる。これにより、上箱部材１１の下端と下箱部材１２の上端との間に十分な隙間をあける。

次いで、制御装置５がロボット２を作動させハンド１８にワークＷを把持させるとともに、図１に示されるように、把持したワークＷを上箱部材１１と下箱部材１２との間の隙間に配置する。
この状態で、制御装置５が、開閉機構１３を作動させて、図３に示されるように、上箱部材１１を下端位置に、下箱部材１２を上端位置に移動させる。これにより、上箱部材１１の下縁と下箱部材１２の上縁とが突き合せられて、両者間が密閉され、直方体状の箱体からなる遮光用シールド４が構成される。

このとき、上箱部材１１の下縁に形成された半円形の切欠１４と、下箱部材１２の上縁に形成された半円形の切欠１５とが組み合わせられて円形の開口部３０が形成され、図４に示されるように、形成された開口部３０をロボット２の手首ユニット１０の先端のフランジ３１が貫通する。切欠１４，１５には弾性部材１６，１７が配置されているので、フランジ３１の外周面に押し付けられることにより弾性部材１６，１７が弾性変形して、切欠１４，１５とフランジ３１の外周面との間の隙間を埋める。

この状態で、ロボット２の手首ユニット１０の先端に取り付けたハンド１８およびハンド１８により把持しているワークＷが、遮光用シールド４内に収容される。遮光用シールド４に構成された開口部３０にロボット２のフランジ３１を貫通させることにより、フランジ３１と開口部３０との相対位置を変化させずに、先端軸のみを回転させることができる。これにより、遮光用シールド４内部においてワークＷを回転させることができる。

そして、制御装置５がレーザ加工装置３を制御して、図４に示されるように、レーザ発振器２１から発せられたレーザ光をスキャナ２２によってワークＷ上の所望の位置に照射し、ワークＷに対してレーザ加工を行うことができる。
この場合に、ワークＷが遮光用シールド４によって覆われているので、レーザ光が外部に漏れることを、より確実に防止することができる。

すなわち、本実施形態に係るレーザ加工システム１によれば、ロボット２全体を含む領域を遮光用シールド４で取り囲むのではなく、ロボット２の手首ユニット１０の先端およびワークＷを含む領域のみを遮光用シールド４で取り囲む。これにより、レーザ加工システム１全体を大型化させずに済むという利点がある。

なお、本実施形態においては、上箱部材１１および下箱部材１２を開閉機構１３によって上下方向に移動させたが、これに代えて、任意の方向、例えば、水平方向に移動させてもよい。また、開閉機構１３としてエアシリンダを採用したが、これに代えて、モータおよびボールねじを備える直動機構その他のアクチュエータを採用してもよい。

また、上箱部材１１および下箱部材１２の両方を移動させることとしたが、これに代えて、いずれか一方を固定し、他方のみを移動させることにしてもよい。

また、本実施形態においては、上箱部材１１および下箱部材１２として、半円形の切欠１４，１５を有するものを採用した。これに代えて、図５から図７に示されるように、上箱部材１１および下箱部材１２の開口部３０が形成される壁面１１ｂ，１２ｂとして、上箱部材１１および下箱部材１２の移動方向に延びる複数の帯板状の短冊部材（長尺部材）２５，２６を幅方向に隙間なく隣接させたものを採用してもよい。

各短冊部材２５，２６は、上箱部材１１および下箱部材１２の移動方向（長手方向）に個別に移動可能に設けられ、図７に示されるように、バネ（付勢機構）２７，２８によって境界を形成する先端に向かう方向に付勢されている。
したがって、間に何も挟まない状態の上箱部材１１の下縁および下箱部材１２の上縁はバネ２７，２８によって押されることにより、図５に示されるように、それぞれ直線状に揃えられている。

また、各短冊部材２５，２６は、先端にロボット２の外面形状に合わせて弾性変形するスポンジゴム等の弾性部材（弾性体）２９ａ，２９ｂが配置されている。
そして、上箱部材１１の下縁と下箱部材１２の上縁とを近接させ、間にロボット２のフランジ３１を挟むと、フランジ３１に接触する部分の短冊部材２５，２６が、図６および図７に示されるように、バネ２７，２８による付勢力に抗して長手方向に押されて移動する。これにより、上箱部材１１と下箱部材１２とが近接するに従って、フランジ３１の形状に倣ってフランジ３１を取り囲む開口部３０が形成される。したがって、上記と同様にして、ロボット２の手首ユニット１０の先端およびワークＷを含む領域のみを遮光用シールド４で取り囲みながらレーザ加工を行うことができる。

この構造によれば、開口部３０が、ロボット２のフランジ３１外周面に短冊部材２５，２６の端縁を押し付けることにより形成されるので、フランジ３１を挟む位置を短冊部材２５，２６の幅方向に自由に設定することができる。この場合、短冊部材２５，２６としては、幅寸法が比較的小さいものの方が、ロボット２のフランジ３１の外周面に精度よく開口部３０を形成できるので好ましい。

なお、短冊部材２５，２６を付勢するバネ２７，２８に代えてモータおよびボールねじを含む直動機構等を採用し、制御装置５がロボット２の位置情報に基づいて各モータを制御し開口部３０の位置を変更することにしてもよい。これにより、ロボット２を動かしながら、開口部３０の位置を変更し、ワークＷの姿勢をさらに自由に変更することができる。

また、短冊部材２５，２６を配列してなる壁面１１ｂ，１２ｂは、１面のみならず、２面以上に設けてもよい。また、ロボット２のフランジ３１の外周面の形状に精度よく倣う開口部３０を形成するためには、短冊部材２５，２６に代えて、細径の横断面円形のピンを配列して構成してもよい。

また、本実施形態においては、上箱部材１１と下箱部材１２の１壁面に形成される開口部３０に、ロボット２のフランジ３１を貫通させることとした。これに代えて、ロボット２の任意の位置を開口させてもよい。ただし、形状の決まった開口部３０あるいは短冊部材２５，２６を移動させることにより形成される開口部３０に貫通させるには、いずれも単純な円形あるいは楕円形等の横断面形状を有する部分であることが好ましい。単純な形状であれば、弾性部材１６，１７，２９ａ，２９ｂの弾性変形により、より確実に隙間なく遮光用シールド４を構成することができる。

また、本実施形態においては、ロボット２の手首ユニット１０の先端に取り付けたハンド１８によってワークＷを把持する場合を例示したが、これに代えて、ワークＷを遮光用シールド４内に配置し、ロボット２にレーザ照射装置を支持する場合に適用してもよい。

１レーザ加工システム
２ロボット
４遮光用シールド
１０手首ユニット（手首）
１１上箱部材（シールド部材）
１１ｂ，１２ｂ側壁（壁面）
１２下箱部材（シールド部材）
１４，１５切欠
２５，２６短冊部材（長尺部材）
２７，２８バネ（付勢機構）
２９ａ，２９ｂ弾性部材（弾性体）
３０開口部
Ｗワーク

Claims

ロボットの手首の先端にワークまたはレーザ照射装置を装着して行われるレーザ加工中に、前記ワークが配置される空間を取り囲む遮光用シールドであって、
組み合わせられることにより閉じた空間を形成可能な複数のシールド部材を備え、
少なくとも１つの前記シールド部材が、他の前記シールド部材に対して離間した状態と組み合わせられた状態との間で移動可能に設けられ、
組み合わせられた状態の２つの前記シールド部材の境界位置に、前記ロボットの一部を隙間なく貫通させる開口部が画定される遮光用シールド。
２つの前記シールド部材が、組み合わせられることにより前記開口部を形成する切欠をそれぞれ備える請求項１に記載の遮光用シールド。
２つの前記シールド部材の前記開口部が形成される壁面が、前記シールド部材の移動方向に延びる複数の長尺部材を、前記移動方向に直交する方向に隙間なく隣接して配列することにより構成され、
各前記長尺部材が、長手方向に個別に移動可能に設けられ、
各該長尺部材を、前記境界を形成する先端に向かう方向に付勢する付勢機構を備える請求項１に記載の遮光用シールド。
前記付勢機構がバネである請求項３に記載の遮光用シールド。
前記長尺部材の前記先端に前記ロボットの外面形状に合わせて変形する弾性体を備える請求項３または請求項４に記載の遮光用シールド。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の遮光用シールドを備えるレーザ加工システム。