專利名稱：激光加工用機器人系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種激光加工用機器人。本發明還涉及一種具備激光加工用機器人的機器人系統。
背景技術：
就利用產業用機器人實施激光加工的激光加工機器人系統而言，作為向安裝于機器人機構部(本申請中稱為機械手)的手腕部的激光加工工具提供來自激光振蕩器的激光的傳輸路徑，已知有使用光纖的構成。在該機器人系統中，光纖由于其允許最小曲率半徑大，所以通常作為纜線或導管容納方式的管線，具有可維持允許最小曲率半徑或以上的曲率半徑的自由度，架設于機械手的外部。在這種構成中，當激光加工作業時，在機械手動作期間，管線的架設狀態隨之較大地變動，例如管線過渡地被拉伸，纏繞在臂部或外圍部件上，或管線過渡松弛，因其曲率變動，激光的輸出下降等，會產生對加工作業帶來障礙的擔心。
為了解決關于激光加工機器人系統中的光纖架設的問題，以前提出將光纖(或管線)容納于機械手的臂部。例如，特許第2606011號公報(JP-B-2606011)公開了沿旋轉軸線將連接在裝配于多關節機器人前端的手腕部上的激光焊炬上的光纖配設在具有手腕部的臂和旋轉軸和中空部中的構成。另外，特開2003-200376號公報(JP-A-2003-200376)公開了如下構成，在把將動力、信號、材料等提供給安裝于產業用機器人的手腕部上的末端執行器的纜線從臂側面的進入口引入到臂內部的同時，從設置在與手腕部的旋轉軸軸線交叉的位置上的通過口引出，延伸設置到末端執行器。
在JP-B-2606011中公開的構成中，光纖從具有手腕部的臂的后端通過旋轉軸的中空部導入到臂內，原樣延伸設置到前端的激光焊炬。激光焊炬從手腕部向垂直于臂旋轉軸的軸線的方向突出設置，所以光纖在激光焊炬的跟前方向轉換約90度后延伸設置。在這種構成中，在激光焊炬跟前的彎曲區域，擔心難以確保光纖的允許最小曲率半徑。此時，通過將激光焊炬從手腕部較大地突出量，可確保光纖在激光焊炬跟前的允許最小曲率半徑，但此時，擔心機器人尤其是末端執行器區域的外形尺寸增大。
另外，在JP-A-2003-200376中公開的構成中，末端執行器依然向垂直于手腕部的旋轉軸的軸線的方向突出設置，所以為了在末端執行器跟前確保纜線的允許最小曲率半徑，構成為將手腕部形成為兩股狀構造且纜線的一部分露出到外部。這種纜線的露出部分在內置光纖的情況下，擔心產生所述過渡纏繞或松弛而引起的問題。另外，該構成中，還擔心末端執行器區域的外形尺寸增大。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可消除激光加工作業中光纖中產生的纏繞或撓曲的問題、并可有效抑制機器人的外形尺寸的增加的激光加工用機器人。
本發明的另一目的在于提供一種具備這種激光加工用機器人的安全且容易使用的機器人系統。
為了實現上述目的，本發明提供一種激光加工用機器人，其中具備機械手，配備具有手腕部的臂部，設置有多個控制軸；安裝在機械手的手腕部上的激光加工工具；向激光加工工具傳輸激光的光纖；和配線通路，內設于機械手的腕部中，容納光纖，臂部具備在與手腕部的相反側相對于第1控制軸固定配置的第1部件；和可相對于第1控制軸旋轉地支撐在第1部件上、在末端具有手腕部的第2部件，配線通路在第1部件和第2部件的內部連續形成，在第1部件上設置配線通路的光纖導入口，同時，在第2部件的手腕部上設置配線通路的光纖導出口，激光加工工具具備安裝部，可相對于垂直于第1控制軸的第2控制軸旋轉地安裝在手腕部上；噴嘴部，具有沿與第2控制軸的軸線交叉的方向延伸的激光通路，從安裝部延伸設置；和反射部，內設于安裝部中，反射從光纖射出的激光，并將其導向激光通路，光纖的輸出端面被定位于設置在手腕部上的光纖導出口與激光加工工具的反射部之間。
就上述激光加工用機器人而言，光纖的輸出端面可被定位于第2控制軸的軸線上，從輸出端面射出的激光的光軸與第2控制軸的該軸線一致。
另外，激光加工工具的反射部在噴嘴部的激光通路內，在離開第1控制軸的軸線的位置，規定大致垂直于第2控制軸的軸線的反射激光的光軸。
上述激光加工用機器人還具備使激光加工工具相對第2控制軸回旋的電動機，電動機可被容納于腕部的第2部件的內部。
本發明還提供一種機器人系統，具備上述的激光加工用機器人和連接于光纖上的激光振蕩器。
通過關聯于附圖的以下最佳實施方式的說明，本發明的上述和其它目的、特征和優點會進一步顯而易見。附圖中，圖1是示意表示本發明的激光加工用機器人系統的基本構成的圖。
圖2A是本發明一實施方式的激光加工用機器人的主視圖。
圖2B是圖2A的激光加工用機器人的側視圖。
圖3是切下部分后表示圖2A的激光加工用機器人中的機械手的臂部和激光加工工具的放大圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖來詳細說明本發明的實施方式。圖中，向相同或類似的構成單元附加共同的參照符號。
參照附圖，圖1示意表示本發明的激光加工用機器人10和機器人系統12的基本構成。激光加工用機器人10具備具有多個控制軸的機械手(機器人機構部)14、控制機械手14的動作的控制裝置16、和作為末端執行器安裝在機械手14前端的激光加工工具18。機器人系統12在該激光加工用機器人10上附設激光振蕩器20而構成。
在激光加工用機器人10與激光振蕩器20之間，架設將激光振蕩器20生成的激光傳遞到激光加工工具18的光纖22。控制裝置16經控制線24連接于機械手14和激光振蕩器20雙方上，控制機械手14的動作，同時，控制通過光纖22從激光振蕩器20提供給激光加工工具18的激光，由此對工件W實施期望的激光加工。另外，光纖22通常具有容納于外皮中的纜線形態，另外，有時也與輔助氣體、冷卻水的配管、傳感器控制用纜線等一起被收納于導管中而被架設。
圖2A和圖2B表示具有上述基本構成的激光加工用機器人10的一實施方式。在圖示的實施方式中，機械手14是5軸垂直多關節型機械手，具備具有手腕部26的臂部(所謂的前臂)28。并且，機械手14還具備靜止基臺30、和經第1關節部32連接于靜止基臺30上的第2臂部(所謂的后臂)34，臂部28經第2關節部36連結于第2臂部34上。第1關節部32相對靜止基臺30，可相對鉛直軸線(控制軸)38旋轉且可相對水平軸線(控制軸)40回旋地連結第2臂部34。另外，第2關節部36相對第2腕部34，可相對第2水平軸線(控制軸)42回旋且可相對第2鉛直軸線(控制軸)44旋轉地連結腕部28。并且，在臂部28的手腕部26上，可相對第3水平軸線(控制軸)46回旋地連結激光加工工具18。在本申請中，將以第2鉛直軸線44為旋轉中心的臂部28的旋轉控制軸稱為第1控制軸44，將以第3水平軸線46為回旋中心的激光加工工具18回旋控制軸稱為與第1控制軸44垂直的第2控制軸46。
參照圖3來進一步詳細描述，臂部28具備第1部件48，在與手腕部26的相反側，相對第1控制軸44固定安裝在第2關節部36上；和第2部件50，可相對第1控制軸44旋轉地被支撐在第1部件48上，在末端具有手腕部26。這些第1部件48和第2部件50都是中空筒狀部件，容納光纖22的配線通路52在第1部件48和第2部件50內部連續形成。在腕部28的第1部件48中，以第2關節部36為基準、開口在與第2腕部34相反側的側面上地設置用于向配線通路52導入光纖22的光纖導入口54(圖2B)。另外，在腕部28的第2部件50中，在其手腕部26中，沿第2控制軸46的軸線開口地設置用于從配線通路52導出光纖22的光纖導出口56。
激光加工工具18具備安裝部60，可相對第2旋轉軸46旋轉地安裝在臂部28的手腕部26上，具有連通于配線通路52的光纖導出口56的空洞部58；噴嘴部64，從安裝部60一體延伸設置，具有沿與第2控制軸46的軸線交叉的方向延伸的激光通路62；和反射部66，固定內設于安裝部60的空洞部58中，反射從光纖22射出的激光L，并向激光通路62導入。光纖22在配線通路52內適當(即以允許最小曲率半徑或以上)撓曲配置，以便其輸出端面22a被定位于設置在手腕部26中的光纖導出口56與激光加工工具18的反射部66之間。另外，包含光纖22的輸出端面22a的末端區域例如通過隔片部件68由未圖示的構件相對手腕部26固定地被支撐是有利的。
根據具有上述構成的激光加工用機器人10，容納于腕部28的配線通路52中的光纖52實質上未受到安裝于手腕部26上的激光加工工具18的旋轉動作的影響，可在配線通路52內維持事先設定的適當的(即允許最小曲率半徑或以上的)撓曲形態。另外，將光纖22保持在與臂部28的第1和第2部件48、50連續設置的配線通路52內。因此，當激光加工作業時，切實防止在使機械手14的姿勢多樣變化以便激光加工工具18的噴嘴部64相對工件W(圖1)取得適當的熔接姿勢期間，在光纖22中產生導致光纖損傷或激光輸出下降的過渡纏繞或撓曲。并且，利用設置在激光加工工具18中的反射部66，向與第2控制軸46的軸線交叉的方向反射從光纖22射出的激光L，使其從噴嘴部64照射到工件W(圖1)上，所以可削減噴嘴部64相對手腕部26的沿第2控制軸46方向的突出量，所以可有效抑制激光加工用機器人10的末端執行器區域的尺寸增加。
在激光加工用機器人10中，如圖3所示，將光纖22的輸出端面22a定位在第2控制軸46的軸線上，從輸出端面22a射出的激光L的光軸在激光加工工具18的反射部66跟前與第2控制軸46的軸線一致是有利的。根據這種構成，在相對第2旋轉軸46使激光加工工具18回旋動作期間，由反射部66反射的激光L的光軸不管旋轉角度如何，在噴嘴部64的激光通路62內都被維持在相同位置上，所以激光加工作業時的機械手14的控制變容易。
另外，如圖所示，激光加工工具18的反射部66構成為在噴嘴部64的激光通路62內、在離開第1控制軸44的軸線的位置上規定大致垂直于第2控制軸46的軸線的反射激光L的光軸是有利的。根據這種構成，可將從手腕部26的噴嘴部64的沿第2控制軸46方向的突出量限制到最小。
如圖3所示，就激光加工用機器人10而言，在機械手14的臂部28的手腕部26中設置截面為コ字狀的連結軸部件70。連結軸部件70是第2控制軸46的驅動機構中的動力傳遞機構的輸出端側的一單元，經作為動力傳遞機構的皮帶/滑輪裝置74被連接于作為同一驅動機構的驅動源的電動機72上。這些第2控制軸46的驅動機構(連結軸部件70、電動機72、皮帶/滑輪裝置74)在手腕部26容納于臂部28的第2部件50的內部。連結軸部件70具有在手腕部26從設置在第2部件50中的側方開口50a露出到外部的法蘭70a，在該法蘭70a上形成光纖導出口56，同時，將激光加工工具18的安裝部60固定在法蘭70a上。由此，激光加工工具18與連結軸部件70一體地通過電動機72的輸出相對第2控制軸46回旋動作。
這樣，通過將第2控制軸46的驅動機構(尤其是電動機72)容納于腕部28的第2部件50中，盡可能地排除手腕部26的外面上的突出部分，進一步容易的實施狹窄空間中的激光加工作業。連結軸部件70的コ字狀截面的形狀用于盡量避免在激光加工工具18的回旋中連結軸部件70與光纖22干涉。尤其是如圖所示，根據電動機72在第2部件50的內部并置于連結軸部件70(動力傳遞機構的輸出側單元)，并且兩者的中心(旋轉)軸線彼此平行配置的構成，可充分確保在機械手14的動作中(尤其是涉及第1控制軸44的臂部28的旋轉中)、在第2部件50的內部光纖22可自由變位的空間。
在激光加工用機器人10中，接近設置在臂部28的第1部件48中的光纖導入口54、在第2關節部36的外面，固定設置用于保持光纖22的支架76是有利的。由此，可抑制光纖22在機械手14的動作中的變位動作。
另外，在圖示實施方式中，例如也可代替在臂部28的第1部件48的側面設置光纖導入口54的圖示構成，而在第2關節部36和與之相鄰的第1部件48的軸線方向端面上設置貫通孔，將該貫通孔作為光纖導入口。另外，在圖示實施方式中，采用5軸垂直多關節型機械手14，但也可取而代之以采用具有其它各種構成的機械手。
從以上說明可知，本發明的激光加工用機器人和具備其的機器人系統由于可以廉價的構造避免激光傳輸用的光纖的過渡纏繞或撓曲，所以最適用于可防止光纖與機器人外圍設置相互干涉的安全、容易使用的產業用機器人。
以上關聯于最佳實施方式來說明了本發明，但本領域的技術人員應該理解，在不脫離后述的權利要求范圍的精神及公開范圍的情況下，可進行各種修正及變更。
權利要求
1.一種激光加工用機器人(10)，其特征在于，具備機械手(14)，配備具有手腕部(26)的臂部(28)，并且設置有多個控制軸(38、40、42、44、46)；激光加工工具(18)，安裝在所述機械手的所述手腕部上；光纖(22)，向所述激光加工工具傳輸激光(L)；和配線通路(52)，內設于所述機械手的所述臂部中，容納所述光纖，所述臂部具備在與所述手腕部的相反側相對于第1控制軸(44)固定配置的第1部件(48)；和可相對于該第1控制軸旋轉地支撐在該第1部件上、在末端具有該手腕部的第2部件(50)，所述配線通路在該第1部件和該第2部件的內部連續形成，在該第1部件上設置該配線通路的光纖導入口(54)，同時在該第2部件的該手腕部上設置該配線通路的光纖導出口(56)，所述激光加工工具具備安裝部(60)，可相對于垂直于所述第1控制軸的第2控制軸(46)回旋地安裝在所述手腕部上；噴嘴部(64)，具有沿與該第2控制軸的軸線交叉的方向延伸的激光通路(62)，并且從該安裝部延伸設置；和反射部(66)，內設于該安裝部中，反射從所述光纖射出的激光，并且將其導向該激光通路，所述光纖的輸出端面(22a)被定位于設置在所述手腕部上的所述光纖導出口與所述激光加工工具的所述反射部之間。
2.根據權利要求1所述的激光加工用機器人，其特征在于，所述光纖的所述輸出端面被定位于所述第2控制軸的所述軸線上，從該輸出端面射出的激光的光軸與該第2控制軸的該軸線一致。
3.根據權利要求1所述的激光加工用機器人，其特征在于，所述激光加工工具的所述反射部在所述噴嘴部的所述激光通路內，在離開所述第1控制軸的軸線的位置，規定大致垂直于所述第2控制軸的所述軸線的反射激光的光軸。
4.根據權利要求1所述的激光加工用機器人，其特征在于，還具備使所述激光加工工具相對于所述第2控制軸回旋的電動機(72)，該電動機被容納于所述腕部的所述第2部件的內部。
5.根據權利要求4所述的激光加工用機器人，其特征在于，還具備將所述電動機的輸出傳遞到所述激光加工工具的所述安裝部的動力傳遞機構(70、74)，該電動機在所述第2部件的內部與該動力傳遞機構的輸出側單元(70)并置。
6.根據權利要求1所述的激光加工用機器人，其特征在于，所述機械手是5軸垂直多關節型機械手。
7.一種機器人系統，其特征在于，具備根據權利要求1～6中任意一項所述的激光加工用機器人和連接于所述光纖上的激光振蕩器(20)。
全文摘要
一種激光加工用機器人，其中具備機械手；激光加工工具；光纖；和配線通路。臂部具備第1部件和第2部件。配線通路在第1部件和第2部件的內部連續形成，在第1部件中設置配線通路的光纖導入口，同時，在第2部件的手腕部中設置配線通路的光纖導出口。激光加工工具具備安裝部，可相對垂直于第1控制軸的第2控制軸回旋地安裝在手腕部上；噴嘴部，具有沿與第2控制軸的軸線交叉的方向延伸的激光通路，從安裝部延伸設置；和反射部，內設于安裝部中，反射從光纖射出的激光，并且導向激光通路。光纖的輸出端面被定位于設置在手腕部中的光纖導出口與激光加工工具的反射部之間。
文檔編號B23K26/00GK1736652SQ20051009325
公開日2006年2月22日 申請日期2005年8月19日 優先權日2004年8月20日
發明者二瓶亮, 井上俊彥, 巖山貴敏 申請人:發那科株式會社