ニュース - ロボット溶接システム

コリメート集束ヘッドは、支持プラットフォームとして機械装置を使用し、機械装置を介して前後に移動することで、異なる軌道での溶接を実現します。溶接精度はアクチュエータの精度に依存するため、精度が低い、応答速度が遅い、慣性が大きいなどの問題があります。ガルバノメータ走査システムは、モーターを使用してレンズを偏向させます。モーターは一定の電流で駆動され、高精度、慣性が小さい、応答が速いという利点があります。ガルバノメータレンズに光線が照射されると、ガルバノメータの偏向によってレーザー光線の反射角が変化します。したがって、ガルバノメータシステムを介して、レーザー光線は走査視野内の任意の軌道を走査できます。ロボット溶接システムで使用される垂直ヘッドは、この原理に基づいた応用例です。

主な構成要素は検流計スキャンシステムビーム拡張コリメータ、集束レンズ、XY二軸走査ガルバノメータ、制御基板、およびホストコンピュータソフトウェアシステムから構成される。走査ガルバノメータは主に、高速往復サーボモータによって駆動される2つのXYガルバノメータ走査ヘッドを指す。二軸サーボシステムは、X軸およびY軸サーボモータにコマンド信号を送信することにより、XY二軸走査ガルバノメータをそれぞれX軸およびY軸に沿って偏向させる。このようにして、XY二軸ミラーレンズの複合的な動きにより、制御システムは、ホストコンピュータソフトウェアのプリセットグラフィックのテンプレートおよび設定されたパスモードに従って、ガルバノメータ基板を介して信号を変換し、ワークピースの平面上を高速に移動して走査軌跡を形成することができる。

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集光レンズとレーザーガルバノメータの位置関係により、ガルバノメータのスキャンモードは、前方集光スキャン（左図）と後方集光スキャン（右図）に分けられます。レーザービームが異なる位置に偏向する際の光路差（ビーム伝送距離が異なる）が存在するため、前述の集光スキャンプロセスにおけるレーザー焦点面は、左図に示すように半球状の曲面になります。後方集光スキャン方式は右図に示されており、対物レンズは平面レンズです。平面レンズは特殊な光学設計になっています。

ロボット溶接システム

光学補正を導入することで、レーザービームの半球状の焦点面を平面に調整できます。バックフォーカススキャンは、レーザーマーキング、レーザー微細構造溶接など、高い加工精度が要求され、加工範囲が小さいアプリケーションに主に適しています。スキャン領域が大きくなるにつれて、レンズの開口も大きくなります。技術的および材料的な制約により、大口径レンズの価格は非常に高価であり、このソリューションは受け入れられません。対物レンズの前にガルバノメータスキャンシステムと6軸ロボットを組み合わせることは、ガルバノメータ装置への依存度を減らし、かなりのシステム精度と良好な互換性を実現できる実現可能なソリューションです。このソリューションはほとんどのインテグレータに採用されており、しばしばフライング溶接と呼ばれています。モジュールバスバーの溶接（ポールのクリーニングを含む）にはフライングアプリケーションがあり、柔軟かつ効率的に加工フォーマットを増やすことができます。

フロントフォーカス走査でもリアフォーカス走査でも、レーザービームの焦点は動的に制御することはできません。フロントフォーカス走査モードでは、加工対象物が小さい場合、集光レンズには一定の焦点深度範囲があるため、小型フォーマットでの集光走査が可能です。しかし、走査対象面が大きい場合、周辺部の点が焦点から外れ、レーザーの焦点深度の上限と下限を超えるため、加工対象物の表面に焦点を合わせることができません。したがって、走査面上の任意の位置でレーザービームを適切に集光する必要があり、かつ視野が広い場合、固定焦点距離レンズでは走査要件を満たすことができません。

ダイナミックフォーカシングシステムは、必要に応じて焦点距離を変更できる光学系です。そのため、ダイナミックフォーカシングレンズを使用して光路差を補正し、凹レンズ（ビームエキスパンダー）を光軸に沿って直線的に移動させて焦点位置を制御することで、加工対象面の異なる位置における光路差を動的に補正します。2Dガルバノメータと比較して、3Dガルバノメータは主に「Z軸光学系」を追加することで構成されており、2Dガルバノメータのように工作機械やロボットなどの搬送体の高さを変更して溶接焦点位置を調整する必要なく、溶接プロセス中に焦点位置を自由に変更して空間曲面溶接を行うことができます。