JP2012157867A - レーザ加工装置、レーザ加工方法、及びティーチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な操作によって、ティーチング操作を行うことを目的とする。
【解決手段】レーザ溶接装置１０は、レーザ溶接ヘッド２２、レーザ溶接ヘッド２２による対象ワーク１２の溶接開先を含む領域を撮像するカメラ２８、カメラ２８によって撮像された画像を表示すると共に、該カメラ中心線４７を表示するモニタ、及び対象ワーク１２にレーザマーカー４６Ａを照射するマーカー照射部３０が備えられている。そして、レーザ溶接装置１０は、操作ユニットによって、レーザマーカー４６Ａの中心位置とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合うと共に、溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合うようにレーザ溶接ヘッド２２の位置が操作され、制御装置が、操作されたレーザ溶接ヘッド２２の位置で、対象ワーク１２がレーザ溶接ヘッド２２によって溶接されるように、レーザ溶接ヘッド２２の位置を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、被加工物と加工ヘッドとを相対的に移動させて、被加工物を加工するレーザ加工装置に関するものである。

加工ヘッドとして、例えばレーザ溶接を行うためのレーザ溶接ヘッド、又はアーク溶接を行うためのアーク溶接ヘッド等を備え、被加工物と加工ヘッドとを相対的に移動させて、被加工物を加工する加工装置が種々開発されている。このような加工装置は、被加工物を加工するにあたり、加工ヘッドの移動経路を例えばＣＡＤデータやＣＡＭデータから取得したり、ティーチング操作を行う等によって予め設定する必要がある。

特許文献１には、レーザヘッドトーチが設けられる手首部に連接されるアーム部と、手首部のティーチング操作を記憶する制御部とを備えた溶接ロボットであって、手首部又はレーザヘッドトーチの光軸との相対的な向きが保持されるように角度計測機器を設け、角度計測機器の測定値に基づいて手首部及びアーム部を作動させることによりレーザヘッドトーチが目標とする目標角度に調整する、調整方法が記載されている。

特開２０１０−４６６９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の調整方法では、角度計測機器の指示値（角度θ）がレーザヘッドトーチの目標角度と一致するか、又は目標角度の許容範囲内となるように手首部等を作動させて調整するので、レーザヘッドトーチの目標角度が正確でなければ、角度計測機器の指示値とレーザヘッドトーチの目標角度とを一致させても正確に被加工物を加工できなかった。
このため、加工精度の向上のためには、レーザヘッドトーチの目標角度を正確に得るための作業が必要であり、ティーチング操作等の作業が煩雑となっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡易な操作によって、ティーチング操作を行うことができる、レーザ加工装置、レーザ加工方法、及びティーチング方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工装置、レーザ加工方法、及びティーチング方法は以下の手段を採用する。

すなわち、本発明に係るレーザ加工装置は、被加工物に対して相対的に移動しながらレーザを用いて溶接加工を行う加工ヘッドと、前記加工ヘッドによる前記被加工物の加工部位を含む領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像を表示すると共に、該画像の中心位置を表示する表示手段と、前記被加工物に光学的な標識を照射し、かつ該標識の中心位置と前記画像の中心位置とが重なり合った場合に、前記加工ヘッドと前記被加工物との距離が前記被加工物に対する加工が可能な距離になるように配置された照射手段と、前記標識の中心位置と前記画像の中心位置とが重なり合うと共に、前記加工部位と前記画像の中心位置とが重なり合うように前記加工ヘッドと前記被加工物との相対位置を操作する操作手段と、前記操作手段によって操作された前記相対位置で前記被加工物が前記加工ヘッドによって加工されるように、前記加工ヘッドと前記被加工物との相対位置を制御する制御手段と、を備える。

本発明によれば、レーザ加工装置は、被加工物に対して相対的に移動しながら加工を行う加工ヘッド、加工ヘッドによる被加工物の加工部位（例えば溶接開先等）を含む領域を撮像する撮像手段、撮像手段によって撮像された画像を表示すると共に、該画像の中心位置を表示する表示手段、及び被加工物に光学的な標識を照射する照射手段が備えられている。
なお、上記相対的に移動しながら加工を行うとは、被加工物及び加工ヘッドの両方又は一方が移動しながら、加工ヘッドが被加工物に対して加工を行うことをいう。

また、照射手段は、照射した光学的な標識の中心位置と表示手段に表示された画像の中心位置とが重なり合った場合に、加工ヘッドと被加工物との距離が被加工物に対する加工が可能な距離になるように配置されている。
該距離は、例えば、加工ヘッドがレーザ溶接を行うためのレーザ溶接ヘッドである場合、レーザの焦点位置が被加工物の略表面となる距離である。すなわち、該距離は、被加工物に対する加工に適した距離のことである。

そして、操作手段によって、標識の中心位置と画像の中心位置とが重なり合うと共に、加工部位と画像の中心位置とが重なり合うように加工ヘッドと被加工物との相対位置が操作される。
加工ヘッドが被加工物の上方に位置している場合を例にすると、標識の中心位置と画像の中心位置とを重なり合わせるとは、加工ヘッドと被加工物の高さ方向（Ｚ軸方向）の距離を調整することをいう。一方、加工部位と画像の中心位置とを重なり合わせるとは、高さ方向に直交する平面方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に対する加工ヘッドの位置を調整することをいう。
このような操作を、複数又は所定の長さの加工部位に対して連続的に行うことが、ティーチング操作となる。

そして、操作手段で操作された加工ヘッドと被加工物との相対位置で被加工物が加工ヘッドによって加工されるように、制御手段によって、加工ヘッドと被加工物との相対位置が制御される。

以上のように、加工ヘッドが被加工物を加工する場合における加工ヘッドと被加工物との相対位置は、光学的な標識の中心位置、画像の中心位置、及び被加工物の加工部位を、操作者が表示手段で視認しながら操作手段を操作することによって決定され、ティーチングデータが作成される。
このため、操作者は、視覚によって直感的に加工ヘッドの移動経路を被加工物の加工部位に応じて決定できるので、簡易な操作によって、ティーチング操作を行うことができる。

また、本発明のレーザ加工装置は、前記操作手段が、前記加工ヘッドが前記被加工物を加工している場合であっても、前記加工ヘッドと前記被加工物との相対位置の操作を可能とされてもよい。

加工ヘッドによる被加工物への加工が熱を伴う加工である場合、被加工物が、加工されると共に変形する場合がある。このような場合、予め定められた移動経路に従って加工ヘッドを移動させながら加工を行っても、加工ヘッドは、本来加工すべき加工部位からずれた部位を加工してしまう可能性がある。

そこで、本発明によれば、加工ヘッドが被加工物を加工している場合であっても、操作者による操作手段を用いた、加工ヘッドと被加工物との相対位置の操作が可能とされているので、加工ヘッドによる被加工物への加工が熱を伴う加工であっても、被加工物に対する加工精度を向上させることができる。

また、本発明のレーザ加工装置は、前記標識を２次元形状としてもよい。

本発明によれば、照射手段から照射される光学的な標識を、線と線との組み合わせ、円形と多角形との組み合わせ、及び円形又は多角形と線との組み合わせ等の２次元形状とする。
例えば、光学的な標識を円とした場合、被加工物に対する加工ヘッドの傾きが無い場合、該標識は、被加工物の表面において真円を描く。しかし、傾きが生じている場合、該標識は、被加工物の表面において楕円状となる。そして、傾きの度合いが大きいと、楕円の長軸と短軸の比は大きくなる。

このように、標識を２次元形状とすることによって、操作者は、被加工物に対する加工ヘッドの傾きの有無及び傾きの度合いを容易に視認することができる。

また、本発明のレーザ加工装置は、前記操作手段が、遠隔によって、前記被加工物と前記被加工物との相対位置の操作を可能とされてもよい。

本発明によれば、例えば、加工ヘッドによる被加工物の加工によって高輝度の光が生じる場合であっても、操作手段が遠隔による操作が可能とされているので、操作者への高輝度の光を容易に遮ることができる。

また、本発明のレーザ加工装置は、前記撮像手段が、前記加工ヘッドによる前記被加工物の加工によって生じる光を抑制するモードを有し、該モードのオン又はオフが切り替えられてもよい。

本発明によれば、撮像手段が加工ヘッドによる被加工物の加工によって生じる光を抑制するモードを有しているので、該モードをオンとすることで、例えば、加工ヘッドによる被加工物の加工によって高輝度の光が生じる場合であっても、操作者は、表示手段を介して被加工物の加工状態を確認できる。

さらに、本発明に係るレーザ加工方法は、被加工物に対して相対的に移動しながら溶接レーザを用いて溶接加工を行う加工ヘッドと、前記加工ヘッドによる前記被加工物の加工部位を含む領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像を表示すると共に、該画像の中心位置を表示する表示手段と、前記被加工物に光学的な標識を照射し、かつ該標識の中心位置と前記画像の中心位置とが重なり合った場合に、前記加工ヘッドと前記被加工物との距離が前記被加工物に対する加工が可能な距離になるように配置された照射手段と、を備えたレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法であって、前記標識の中心位置と前記画像の中心位置とが重なり合うと共に、前記加工部位と前記画像の中心位置とが重なり合うように前記加工ヘッドと前記被加工物との相対位置を操作する第１工程と、前記第１工程によって操作された前記相対位置で前記被加工物が前記加工ヘッドによって加工されるように、前記加工ヘッドと前記被加工物との相対位置を制御する第２工程と、を含む。

本発明によれば、操作者は、視覚によって直感的に加工ヘッドの移動経路を被加工物の加工部位に応じて決定できるので、簡易な操作によって、ティーチング操作を行うことができる。

また、本発明に係るティーチング方法は、被加工物に対して相対的に移動しながらレーザを用いて溶接加工を行う加工ヘッドと、前記加工ヘッドによる前記被加工物の加工部位を含む領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像を表示すると共に、該画像の中心位置を表示する表示手段と、前記被加工物に光学的な標識を照射し、かつ該標識の中心位置と前記画像の中心位置とが重なり合った場合に、前記加工ヘッドと前記被加工物との距離が前記被加工物に対する加工が可能な距離になるように配置された照射手段と、を備えたレーザ加工装置を用いたティーチング方法であって、前記標識の中心位置と前記画像の中心位置とが重なり合うように前記加工ヘッドと前記被加工物との相対位置を操作する第１工程と、前記加工部位と前記画像の中心位置とが重なり合うように前記相対位置を操作する第２工程と、前記第１工程と前記第２工程とを繰り返すことによって取得された相対位置の時間変化を、前記加工ヘッドのティーチングデータとして予め定められた記憶手段へ記憶させる第３工程と、を含む。

本発明によれば、操作者は、視覚によって直感的に加工ヘッドの移動経路を被加工物の加工部位に応じて決定できるので、簡易な操作によって、ティーチング操作を行うことができる。

本発明によれば、簡易な操作によって、ティーチング操作を行うことができる、という優れた効果を有する。

本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接装置の構成図である。 本発明の第１実施形態に係るレーザマーカーを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る操作ユニットの外観構成図である。 本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接ヘッドのＺ軸方向の移動の説明に要する図である。 本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接ヘッドのＸ軸方向の移動の説明に要する図である。 本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接ヘッドのＹ軸方向の移動の説明に要する図である。 本発明の第１実施形態に係る溶接処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る補正後のティーチングポイントを示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザマーカーを示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接ヘッドのＺ軸方向の移動の説明に要する図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接ヘッドが＋Ｒ回転軸方向にずれている場合のレーザマーカーの形状を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接ヘッドが−Ｒ回転軸方向にずれている場合のレーザマーカーの形状を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接ヘッドが＋Ｕ回転軸方向にずれている場合のレーザマーカーの形状を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接ヘッドが−Ｕ回転軸方向にずれている場合のレーザマーカーの形状を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザマーカーの他の形状を示した図である。

以下に、本発明に係るレーザ加工装置、レーザ加工方法、及びティーチング方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
図１に、本第１実施形態に係るレーザ加工装置の構成図を示す。本第１実施形態では、レーザ加工装置を、一例として、被加工物（以下、「対象ワーク１２」という。）に対する加工としてレーザによる溶接（以下、「レーザ溶接」という。）を行うレーザ溶接装置として説明する。

本第１実施形態に係るレーザ溶接装置１０は、対象ワーク１２に対してレーザ溶接を行う溶接ロボット１４、レーザ発振を行うレーザ発振器１６、溶接ロボット１４及びレーザ発振器１６を制御する制御装置１８、並びにレーザ溶接装置１０の操作を行うための操作システム２０を備えている。

溶接ロボット１４は、対象ワーク１２に対して相対的に移動しながら溶接を行うレーザ溶接ヘッド２２が先端に設けられ、かつ縦横高さ方向に回動自在なアーム部２４を備えている。そして、溶接ロボット１４は、制御装置１８からの制御信号に基づいて、アーム部２４を回動させ、レーザ発振器１６で発振されたレーザをレーザ溶接ヘッド２２から照射して対象ワーク１２に対する溶接を行う。

なお、上記相対的に移動しながら溶接を行うとは、対象ワーク１２及びレーザ溶接ヘッド２２の少なくとも一方が移動しながら、レーザ溶接ヘッド２２が対象ワーク１２に対して溶接を行うことをいうが、本第１実施形態では、一例として、対象ワーク１２が固定され、レーザ溶接ヘッド２２が移動しながら溶接を行う形態について説明する。
また、以下の説明において、対象ワーク１２とレーザ溶接ヘッド２２先端との距離（溶接高さ）を、高さ方向（Ｚ軸方向）と定義し、高さ方向に直交する平面方向を縦方向（Ｘ軸方向）及び横方向（Ｙ軸方向）と定義する。

また、アーム部２４の先端には、対象ワーク１２の表面を観察するための観察ユニット２６が設けられている。
観察ユニット２６は、レーザ溶接ヘッド２２による対象ワーク１２の加工部位である溶接開先を含む領域を撮像するカメラ２８、及び対象ワーク１２に光学的な標識（以下、「レーザマーカー４６Ａ」という。）を照射するマーカー照射部３０を備えている。なお、本第１実施形態に係るレーザマーカー４６Ａは、一例として、十字形となっている。

操作システム２０は、アーム部２４を回動させるための操作指示を与える操作ユニット４０、カメラ２８によって撮像された画像を表示すると共に、該画像の中心位置を表示するモニタ４２、モニタ４２に表示される画像の中心位置を示すカメラ中心線４７を発生させ、モニタ４２へ出力するライン発生器４４を備える。

本第１実施形態に係るカメラ２８は、溶接を行っていない場合において自然光の明るさで撮像を行う通常カメラモード、及びレーザ溶接ヘッド２２による対象ワーク１２の溶接によって生じる溶接輝度光を抑制する溶接カメラモードを有している。
溶接カメラモードをオンとすることで、例えば、レーザ溶接ヘッド２２による対象ワーク１２の溶接によって溶接輝度光が生じても、操作者は、モニタ４２を介して対象ワーク１２の溶接状態を確認できる。なお、通常カメラモードから溶接カメラモードへの切り替えは、溶接ロボット１４が溶接を行うと共に自動的に切り替えられてもよい。

このため、カメラ２８には、溶接近傍と溶接溶融池とを同時に撮像するための色波長フィルターが備えられており、溶接カメラモードがオンとされた場合、カメラ２８のレンズに該色波長フィルターが装着される。

図２は、モニタ４２の画面に表示されたレーザマーカー４６Ａを示す図である。
なお、モニタ４２の画面の縦方向は、Ｘ軸方向に対応し、横方向はＹ軸方向に対応している。また、モニタ４２に表示される領域は、拡大されており、例えば，縦（Ｘ軸）１０ｍｍ、横（Ｙ軸）１５ｍｍの領域が表示される。なお、図２には図示していないものの、モニタ４２には、対象ワーク１２も表示される。

図２に示す例は、レーザマーカー４６Ａとカメラ中心線４７で示される画像の中心位置とが重なっている場合である。このような場合は、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２との距離が、レーザ溶接ヘッド２２による対象ワーク１２に対する溶接が可能な距離となっている場合である。
溶接が可能な距離とは、レーザ溶接ヘッド２２から照射されるレーザの焦点位置が、対象ワーク１２の略表面となる距離（Ｚ軸で示される高さ）であり、すなわち、対象ワーク１２に対する溶接に適した距離のことである。

このため、マーカー照射部３０は、照射したレーザマーカー４６Ａの中心位置とカメラ中心線４７で示される画像の中心位置とが重なり合った場合に、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２との距離が、対象ワーク１２に対する溶接が可能な距離となるように予め配置されている。

また、レーザ中心点４８は、レーザ溶接ヘッド２２によって対象ワーク１２が溶接される位置を示しており、レーザ中心点４８は、実際にレーザ溶接ヘッド２２から照射されるレーザ（溶接時に比べて強度を弱くしたレーザ）による光である。なお、レーザ中心点４８は、操作ユニット４０によって点灯のオン又はオフが切り替え可能とされている。

そして、操作者は、操作ユニット４０を用いて、レーザマーカー４６Ａの中心位置とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合うと共に、対象ワーク１２の溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合うようにレーザ溶接ヘッド２２の位置を操作（ティーチング操作）する。
なお、レーザマーカー４６Ａの中心位置とカメラ中心線４７の中心位置とを重なり合わせるとは、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２の高さ方向（Ｚ軸方向）の距離を調整することをいう。一方、対象ワーク１２の溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とを重なり合わせるとは、平面方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に対するレーザ溶接ヘッド２２の位置を調整することをいう。

図３は、操作ユニット４０の外観図であり、図３（ａ)は正面図を示し、図３（ｂ）は側面図を示す。
本第１実施形態に係る操作ユニット４０は、一例として、２本の操縦桿５０（所謂、ジョイスティック）、各種スイッチ５２、及びタッチパネル５４を備えている。

操縦桿５０は、一方がアーム部２４をＺ軸方向に移動させると共にレーザ溶接ヘッド２２の傾きを変化させ、他方がアーム部２４をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させる。
操縦桿５０が操作されることによって、アーム部２４と共にアーム部２４の先端のレーザ溶接ヘッド２２及び観察ユニット２６も移動する。このため、操作者は、モニタ４２を視認しながら操作ユニット４０を用いて、上述したようなレーザ溶接ヘッド２２の位置の操作を行える。

各種スイッチ５２は、アーム部２４の操作の開始又は停止を切り替えるスイッチ、アーム部２４の移動を一時停止させるためのスイッチ、及び非常停止させるためのスイッチ等である。

タッチパネル５４は、運転モードの切り替え、溶接カメラモードと通常カメラモードとの切り替え、操縦桿５０の操作量に応じたアーム部２４の移動速度の切り替え、並びにレーザ中心点４８のオン又はオフの切り替え等種々の指示を受け付ける。

そして、操作ユニット４０は、操縦桿５０の操作量（操縦桿５０を傾かせた方向、及び操縦桿５０を傾かせた角度）、並びに各種スイッチ５２及びタッチパネル５４で受け付けた各種指示等の操作信号を制御装置１８へ送信する。
制御装置１８は、操作信号を受信すると、操作信号に含まれる操縦桿５０の操作量を、アーム部２４の移動量（レーザ溶接ヘッド２２のＸ，Ｙ，Ｚ軸位置、傾き角度）に変換し、該移動量に基づいてアーム部２４を移動させる。また、操縦桿５０の操作量に対するアーム部２４の移動速度の倍率は、タッチパネル５４に対する操作によって複数段階（例えば、高・中・低）に変更可能とされている。また、操縦桿５０の操作量に対するアーム部２４の移動量の倍率も、複数段階に変更可能としてもよい。

さらに、本第１実施形態に係る操作ユニット４０は、有線又は無線を用いた、溶接ロボット１４の遠隔による操作が可能とされている。このため、レーザ溶接ヘッド２２による対象ワーク１２の溶接によって生じる溶接輝度光を遮るための手立てを容易に行うことができる。溶接輝度光を遮るための手立てとは、例えば、溶接ロボット１４と操作ユニット４０を別室に配置する、又は溶接ロボット１４と操作ユニット４０との間に遮光板を介在させる等である。

次に、本第１実施形態に係る溶接ロボット１４の操作者による操作について説明する。
操作者が溶接ロボット１４を操作する場合とは、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２との縦横高さ（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸）の位置関係を溶接開先に適した位置関係とする場合である。このような場合の具体例は、レーザ溶接ヘッド２２の対象ワーク１２に対する移動経路を導出するためのティーチング操作を行う場合や、レーザ溶接ヘッド２２が対象ワーク１２を溶接している場合等である。

図４は、レーザ溶接ヘッド２２のＺ軸方向の移動の説明に要する図である。
図４（Ａ）は、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２との位置関係を示した側面図を示し、図４（Ｂ）から図４（Ｄ）は、モニタ４２に表示される画面を示す。

図４（Ａ）における溶接位置で示されるレーザ溶接ヘッド２２の位置は、溶接に適した高さとなっている場合であり、図４（Ｃ）に示されるようにレーザマーカー４６Ａの中心位置とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合う。

一方、図４（Ａ）における＋Ｚ位置で示される高さは、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２との距離が近すぎるため、溶接に適した高さとなっておらず、図４（Ｂ）に示されるようにレーザマーカー４６Ａの中心位置とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合わない。

また、図４（Ａ）における−Ｚ位置で示される高さは、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２との距離が遠すぎるため、溶接に適した高さとなっておらず、図４（Ｄ）に示されるようにレーザマーカー４６Ａの中心位置とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合わない。

そこで、図４（Ｂ），（Ｄ）に示されるようにレーザマーカー４６Ａの中心位置とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合っていない場合、操作者は、モニタ４２を視認しながら操作ユニット４０を操作する。そして、操作者は、図４（Ｃ）に示されるように、レーザマーカー４６Ａの中心位置とカメラ中心線４７の中心位置とを重なり合わせることによって、レーザ溶接ヘッド２２の位置を溶接に適した高さとなるように、レーザ溶接ヘッド２２の位置を操作する。

図５は、レーザ溶接ヘッド２２のＸ軸方向の移動の説明に要する図である。なお、図５に示されるレーザ溶接ヘッド２２の位置は、溶接に適した高さとなっている。
図５（Ａ）は、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２との位置関係を示した側面図を示し、図５（Ｂ）から図５（Ｄ）は、モニタ４２に表示される画面を示す。

図５（Ａ）における溶接位置で示されるレーザ溶接ヘッド２２の位置は、レーザ溶接ヘッド２２からのレーザの照射位置と溶接開先が一致する場合であり、図５（Ｃ）に示されるように溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合う。

一方、図５（Ａ）における＋Ｘ位置で示されるレーザ溶接ヘッド２２の位置は、レーザ溶接ヘッド２２からのレーザの照射位置が溶接開先からずれている場合であり、図５（Ｂ）に示されるように溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合わない。

また、図５（Ａ）における−Ｘ位置で示されるレーザ溶接ヘッド２２の位置は、レーザ溶接ヘッド２２からのレーザの照射位置が溶接開先からずれている場合であり、図５（Ｄ）に示されるように溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合わない。

そこで、図５（Ｂ），（Ｄ）に示されるように溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合っていない場合、操作者は、モニタ４２を視認しながら操作ユニット４０を操作する。そして、操作者は、図５（Ｃ）に示されるように、溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とを重なり合わせることによって、レーザ溶接ヘッド２２からのレーザの照射位置と溶接開先が一致するように、レーザ溶接ヘッド２２の位置を操作する。

図６は、レーザ溶接ヘッド２２のＹ軸方向の移動の説明に要する図である。なお、図６に示されるレーザ溶接ヘッド２２の位置は、溶接に適した高さとなっている。
図６（Ａ）は、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２との位置関係を示した側面図を示し、図６（Ｂ）から図６（Ｄ）は、モニタ４２に表示される画面を示す。

図６（Ａ）における溶接位置で示されるレーザ溶接ヘッド２２の位置は、レーザ溶接ヘッド２２からのレーザの照射位置と溶接開先が一致する場合であり、図６（Ｃ）に示されるように溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合う。

一方、図６（Ａ）における＋Ｙ位置で示されるレーザ溶接ヘッド２２の位置は、レーザ溶接ヘッド２２からのレーザの照射位置が溶接開先からずれている場合であり、図６（Ｂ）に示されるように溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合わない。

また、図６（Ａ）における−Ｙ位置で示されるレーザ溶接ヘッド２２の位置は、レーザ溶接ヘッド２２からのレーザの照射位置が溶接開先からずれている場合であり、図６（Ｄ）に示されるように溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合わない。

そこで、図６（Ｂ），（Ｄ）に示されるように溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合っていない場合、操作者は、モニタ４２を視認しながら操作ユニット４０を操作する。そして、操作者は、図６（Ｃ）に示されるように、溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とを重なり合わせることによって、レーザ溶接ヘッド２２からのレーザの照射位置と溶接開先が一致するように、レーザ溶接ヘッド２２の位置を操作する。

そして、図４から図６を用いて説明した操作者による操作は、溶接開先に対して連続的に行われるとティーチング操作となり、レーザ溶接ヘッド２２の位置（座標位置）の時間変化が、レーザ溶接ヘッド２２の移動経路として導出される。

導出された移動経路は、溶接ロボット１４の動作に関する制御サーボの制御情報と共に、ティーチングデータとして予め定められた記憶装置へ記憶される。なお、記憶装置は、制御装置１８が備えてもよいし、制御装置１８でティーチングデータを読み込むことが可能とされていれば、他の情報処理装置に備えられてもよい。
制御装置１８は、記憶装置から読み出したティーチングデータに基づいて、アーム部２４を制御することによって、複数の対象ワーク１２に対して同様の溶接加工の繰り返しが可能となる。

図７は、本第１実施形態に係るレーザ溶接装置１０によるティーチング操作を用いた溶接処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、ステップ１００では、元となるティーチングデータを作成する。本ステップ１００で作成するティーチングデータは、例えば、ＣＡＤデータやＣＡＭデータに基づいて作成してもよいし、手動で作成してもよい。

次のステップ１０２では、ステップ１００で作成したティーチングデータに基づいて、レーザ溶接ヘッド２２を対象ワーク１２に対して移動させる（以下、「自動送り」という。）。なお、本ステップ１０２では、溶接は行われていない。

操作者は、自動送りを行いながら、レーザマーカー４６Ａ、カメラ中心線４７、及び対象ワーク１２の溶接開先をモニタ４２で視認する。
そして、操作者は、レーザマーカー４６Ａの中心位置とカメラ中心線４７の中心位置とがずれている場合に、レーザマーカー４６Ａの中心位置とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合うように操作ユニット４０を操作する。また、操作者は、溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とがずれている場合に、溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合うように操作ユニット４０を操作する。

これにより、元のティーチングデータにより示されるテーチングポイントと溶接開先とのずれが、図８に示されるように、補正される。
操作ユニット４０で操作されたレーザ溶接ヘッド２２の座標位置は、制御装置１８によって適宜記憶され、補正後のティーチングデータが作成される。

次のステップ１０４では、補正後のティーチングデータを用いて、対象ワーク１２に対する溶接を行う。
ここで、レーザ溶接は、熱を伴う加工であるので、対象ワーク１２が、溶接されると共に変形する場合がある。このような場合、予め定められたティーチングデータに従ってレーザ溶接ヘッド２２を移動させながら溶接を行っても、レーザ溶接ヘッド２２は、本来溶接すべき溶接開先からずれた部位を溶接してしまう可能性がある。

そこで、本第１実施形態では、レーザ溶接ヘッド２２が対象ワーク１２を溶接している場合であっても、操作者による操作ユニット４０を用いた、レーザ溶接ヘッド２２の位置の操作が可能とされている。この場合、カメラ２８は、操作ユニット４０が操作されることによって、溶接カメラモードに切り替えられる。
そして、操作者は、溶接カメラモードとされたカメラ２８で撮像された画像をモニタ４２で視認しながら、レーザ溶接ヘッド２２の位置を操作することによって、レーザ溶接ヘッド２２による対象ワーク１２に対する溶接位置を補正することができる。

なお、図７に示すフローチャートでは、元となるティーチングデータを補正するために、操作ユニット４０を用いたレーザ溶接ヘッド２２の操作を行う場合について説明したが、これに限らず、元となるティーチングデータそのものを作成するために、操作ユニット４０を用いたレーザ溶接ヘッド２２の操作を行ってよい。

以上説明したように、本第１実施形態に係るレーザ溶接装置１０は、レーザ溶接ヘッド２２、レーザ溶接ヘッド２２による対象ワーク１２の溶接開先を含む領域を撮像するカメラ２８、カメラ２８によって撮像された画像を表示すると共に、該カメラ中心線４７を表示するモニタ４２、及び対象ワーク１２にレーザマーカー４６Ａを照射するマーカー照射部３０が備えられている。
レーザ溶接装置１０は、操作ユニット４０によって、レーザマーカー４６Ａの中心位置とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合うと共に、溶接開先とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合うようにレーザ溶接ヘッド２２の位置が操作される。そして、制御装置１８が、操作されたレーザ溶接ヘッド２２の位置で、対象ワーク１２がレーザ溶接ヘッド２２によって溶接されるように、レーザ溶接ヘッド２２の位置を制御する。

このように、レーザ溶接装置１０では、操作者が、レーザマーカー４６Ａ、カメラ中心線４７、及び対象ワーク１２の溶接開先をモニタ４２で視認しながら操作ユニット４０を操作することによって、レーザ溶接ヘッド２２が対象ワーク１２を加工する場合におけるレーザ溶接ヘッド２２の位置が決定可能とされている。
このため、本第１実施形態に係るレーザ溶接装置１０を用いることによって、操作者は、視覚によって直感的にレーザ溶接ヘッド２２の移動経路を対象ワーク１２の溶接開先に応じて決定できるので、簡易な操作によって、ティーチング操作を行うことができる。

特に、元となるティーチングデータを容易に補正することができるため、操作者は、元となるティーチングデータを用いて、小ロット品や多品種に対するティーチングデータを容易に作成することができる。

また、溶接開先を視認しながらティーチングデータを作成するため、レーザ溶接装置１０は、対象ワーク１２に対する加工精度を向上させることができる。

また、本第１実施形態に係るレーザ溶接装置１０は、レーザ溶接ヘッド２２が対象ワーク１２を溶接している場合であっても、操作者による操作ユニット４０を用いた、レーザ溶接ヘッド２２の位置の操作が可能とされているので、レーザ溶接ヘッド２２による対象ワーク１２への加工が熱を伴う加工であっても、対象ワーク１２に対する加工精度を向上させることができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
本第２実施形態では、レーザマーカーを、円形を含むレーザマーカーとし、一例として、図９に示すように円形と十字形を組み合わせたレーザマーカー４６Ｂとする。
なお、本第２実施形態に係るレーザ溶接装置１０の構成は、図１に示す第１実施形態に係るレーザ溶接装置１０の構成と同様であるので説明を省略する。

本第２実施形態に係るレーザマーカー４６Ｂは、図９に示すように、Ｙ軸に平行な直線がＸ軸移動用マーカーであり、Ｘ軸に平行な直線がＹ軸移動用マーカーである。このＸ軸及びＹ軸に平行な直線で形成されるレーザマーカー４６Ｂによって得られる作用は、第１実施形態に係るレーザマーカー４６Ａと同様である。
一方、円形のマーカーは、Ｒ，Ｕ回転軸用マーカーである。Ｒ軸とはＹ軸を中心軸とした回転軸であり、Ｕ軸とはＸ軸を中心軸とした回転軸である。

対象ワーク１２に対するレーザ溶接ヘッドの傾きが無い場合、該レーザマーカー４６Ｂは、対象ワーク１２の表面において真円を描く。しかし、傾きが生じている場合、該レーザマーカー４６Ｂは、対象ワーク１２の表面において楕円状となる。そして、傾きの度合いが大きいと、楕円の長軸と短軸の比は大きくなる。
このように、レーザマーカー４６Ｂに円形を含むことによって、操作者は、対象ワーク１２に対するレーザ溶接ヘッド２２の傾きの有無及び傾きの度合いを容易に視認することができる。

図１０は、本第２実施形態に係るレーザマーカー４６Ｂを用いたレーザ溶接ヘッド２２のＺ軸方向の移動の説明に要する図である。
図１０（Ａ）は、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２との位置関係を示した側面図を示し、図１０（Ｂ）から図１０（Ｄ）は、モニタ４２に表示される画面を示す。

図１０（Ａ）における溶接位置で示されるレーザ溶接ヘッド２２の位置は、溶接に適した高さとなっている場合であり、図１０（Ｃ）に示されるようにレーザマーカー４６Ｂの中心位置とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合う。

一方、図１０（Ａ）における＋Ｚ位置又は−Ｚ位置で示される高さは、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２との距離が適切でないため、図１０（Ｂ），（Ｄ）に示されるようにレーザマーカー４６Ｂの中心位置とカメラ中心線４７の中心位置とが重なり合わない。

しかし、この場合も、図１０（Ａ）に示されるレーザ溶接ヘッド２２は、対象ワーク１２に対して傾いていないため、レーザマーカー４６Ｂの円形は、真円を描くこととなる。

図１１は、本第２実施形態に係るレーザマーカー４６Ｂを用いたレーザ溶接ヘッド２２が対象ワーク１２に対して＋Ｒ軸方向に傾いている場合を示す図である。
図１１（Ａ）は、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２との位置関係を示した側面図を示し、図１１（Ｂ）は、モニタ４２に表示される画面を示す。

図１１（Ａ）に示されるように、レーザ溶接ヘッド２２が対象ワーク１２に対して＋Ｒ軸方向に傾いていると、図１１（Ｂ）に示されるようにレーザマーカー４６Ｂは−Ｘ軸方向に長い楕円形となる。

そこで、レーザマーカー４６Ｂが図１１（Ｂ）に示されるような楕円形状となっている場合、操作者は、レーザマーカー４６Ｂが対象ワーク１２の表面で真円となるように、モニタ４２を視認しながら操作ユニット４０を操作し、レーザ溶接ヘッド２２を−Ｒ軸方向へ回動させる。

図１２は、本第２実施形態に係るレーザマーカー４６Ｂを用いたレーザ溶接ヘッド２２が対象ワーク１２に対して−Ｒ軸方向に傾いている場合を示す図である。
図１２（Ａ）は、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２との位置関係を示した側面図を示し、図１２（Ｂ）は、モニタ４２に表示される画面を示す。

図１２（Ａ）に示されるように、レーザ溶接ヘッド２２が対象ワーク１２に対して−Ｒ軸方向に傾いていると、図１２（Ｂ）に示されるようにレーザマーカー４６Ｂは＋Ｘ軸方向に長い楕円形となる。

そこで、レーザマーカー４６Ｂが図１２（Ｂ）に示されるような楕円形状となっている場合、操作者は、レーザマーカー４６Ｂが対象ワーク１２の表面で真円となるように、モニタ４２を視認しながら操作ユニット４０を操作し、レーザ溶接ヘッド２２を＋Ｒ軸方向へ回動させる。

図１３は、本第２実施形態に係るレーザマーカー４６Ｂを用いたレーザ溶接ヘッド２２が対象ワーク１２に対して＋Ｕ軸方向に傾いている場合を示す図である。
図１３（Ａ）は、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２との位置関係を示した側面図を示し、図１３（Ｂ）は、モニタ４２に表示される画面を示す。

図１３（Ａ）に示されるように、レーザ溶接ヘッド２２が対象ワーク１２に対して＋Ｕ軸方向に傾いていると、図１３（Ｂ）に示されるようにレーザマーカー４６Ｂは−Ｙ軸方向に長い楕円形となる。

そこで、レーザマーカー４６Ｂが図１３（Ｂ）に示されるような楕円形状となっている場合、操作者は、レーザマーカー４６Ｂが対象ワーク１２の表面で真円となるように、モニタ４２を視認しながら操作ユニット４０を操作し、レーザ溶接ヘッド２２を−Ｕ軸方向へ回動させる。

図１４は、本第２実施形態に係るレーザマーカー４６Ｂを用いたレーザ溶接ヘッド２２が対象ワーク１２に対して−Ｕ軸方向に傾いている場合を示す図である。
図１４（Ａ）は、レーザ溶接ヘッド２２と対象ワーク１２との位置関係を示した側面図を示し、図１４（Ｂ）は、モニタ４２に表示される画面を示す。

図１４（Ａ）に示されるように、レーザ溶接ヘッド２２が対象ワーク１２に対して−Ｕ軸方向に傾いていると、図１４（Ｂ）に示されるようにレーザマーカー４６Ｂは＋Ｙ軸方向に長い楕円形となる。

そこで、レーザマーカー４６Ｂが図１４（Ｂ）に示されるような楕円形状となっている場合、操作者は、レーザマーカー４６Ｂが対象ワーク１２の表面で真円となるように、モニタ４２を視認しながら操作ユニット４０を操作し、レーザ溶接ヘッド２２を＋Ｕ軸方向へ回動させる。

なお、レーザマーカー４６Ｂの形状は、上記の他に、図１５（Ａ）に示すような四角形と十字形との組み合わせ、図１５（Ｂ）に示すような円形と点との組み合わせ、円形と多角形との組み合わせ、円形又は多角形と線との組み合わせ、多角形と多角形の中心を示す点との組み合わせ、及び円形と円形の中心を示す点との組み合わせ等、他の２次元形状としてもよい。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記各実施形態では、本発明をレーザ溶接装置１０に適用する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明を、加工ヘッドと被加工物とを相対的に移動させながら加工を行う装置であれば、他の装置に適用する形態としてもよい。
他の装置としては、例えば、被加工物に対しアークによる溶接を行う溶接装置、レーザとアークを併用して溶接を行う溶接装置、被加工物をレーザ等によって切断する切断装置、又は窓枠（サッシ）とガラスとを接合するための樹脂を窓枠とガラスとの接合部分に吐出させるための装置等が挙げられる。

さらに、本発明は、先端部分から樹脂塗布を行う装置に適用してもよい。

また、本発明は、金型等の複雑形状を持つワークに対して、粉末溶射装置等の先端部の目的形状部に沿った動きを生成する場合に適用しもよい。

また、上記各実施形態では、対象ワーク１２を固定し、レーザ溶接ヘッド２２の位置を操作する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、レーザ溶接ヘッド２２を固定し、対象ワーク１２の位置を操作する形態、又は対象ワーク１２の位置とレーザ溶接ヘッド２２の位置両方を操作する形態としてもよい。

また、上記各実施形態では、操作ユニット４０は、操縦桿５０を備え、操縦桿５０の操作量に応じてアーム部２４を回動させる形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、操作ユニット４０は、操縦桿５０の替わりに例えばボタン（例えば所謂十字キー）を備え、ボタンの操作量に応じてアーム部２４を回動させる形態としてもよい。この形態の場合、ボタンを押圧した時間長さをアーム部２４に対する操作量とする。

また、上記各実施形態では、操作システム２０は、操作ユニット４０とモニタ４２とが別構成とされているが、一体構成としてもよい。

１０ レーザ溶接装置
１８ 制御装置
２２ レーザ溶接ヘッド
２８ カメラ
３０ マーカー照射部
４０ 操作ユニット
４２ モニタ
４６Ａ レーザマーカー
４６Ｂ レーザマーカー
４７ カメラ中心線

Claims (7)

1. 被加工物に対して相対的に移動しながらレーザを用いて溶接加工を行う加工ヘッドと、
   前記加工ヘッドによる前記被加工物の加工部位を含む領域を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された画像を表示すると共に、該画像の中心位置を表示する表示手段と、
   前記被加工物に光学的な標識を照射し、かつ該標識の中心位置と前記画像の中心位置とが重なり合った場合に、前記加工ヘッドと前記被加工物との距離が前記被加工物に対する加工が可能な距離になるように配置された照射手段と、
   前記標識の中心位置と前記画像の中心位置とが重なり合うと共に、前記加工部位と前記画像の中心位置とが重なり合うように前記加工ヘッドと前記被加工物との相対位置を操作する操作手段と、
   前記操作手段によって操作された前記相対位置で前記被加工物が前記加工ヘッドによって加工されるように、前記加工ヘッドと前記被加工物との相対位置を制御する制御手段と、
   を備えたレーザ加工装置。
2. 前記操作手段は、前記加工ヘッドが前記被加工物を加工している場合であっても、前記加工ヘッドと前記被加工物との相対位置の操作が可能とされている請求項１記載のレーザ加工装置。
3. 前記標識は、２次元形状である請求項１又は請求項２記載のレーザ加工装置。
4. 前記操作手段は、遠隔によって、前記被加工物と前記被加工物との相対位置の操作が可能とされている請求項１から請求項３の何れか１項記載のレーザ加工装置。
5. 前記撮像手段は、前記加工ヘッドによる前記被加工物の加工によって生じる光を抑制するモードを有し、該モードのオン又はオフが切り替えられる請求項１から請求項４の何れか１項記載のレーザ加工装置。
6. 被加工物に対して相対的に移動しながらレーザを用いて溶接加工を行う加工ヘッドと、前記加工ヘッドによる前記被加工物の加工部位を含む領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像を表示すると共に、該画像の中心位置を表示する表示手段と、前記被加工物に光学的な標識を照射し、かつ該標識の中心位置と前記画像の中心位置とが重なり合った場合に、前記加工ヘッドと前記被加工物との距離が前記被加工物に対する加工が可能な距離になるように配置された照射手段と、を備えたレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法であって、
   前記標識の中心位置と前記画像の中心位置とが重なり合うと共に、前記加工部位と前記画像の中心位置とが重なり合うように前記加工ヘッドと前記被加工物との相対位置を操作する第１工程と、
   前記第１工程によって操作された前記相対位置で前記被加工物が前記加工ヘッドによって加工されるように、前記加工ヘッドと前記被加工物との相対位置を制御する第２工程と、
   を含むレーザ加工方法。
7. 被加工物に対して相対的に移動しながらレーザを用いて溶接加工を行う加工ヘッドと、前記加工ヘッドによる前記被加工物の加工部位を含む領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像を表示すると共に、該画像の中心位置を表示する表示手段と、前記被加工物に光学的な標識を照射し、かつ該標識の中心位置と前記画像の中心位置とが重なり合った場合に、前記加工ヘッドと前記被加工物との距離が前記被加工物に対する加工が可能な距離になるように配置された照射手段と、を備えたレーザ加工装置を用いたティーチング方法であって、
   前記標識の中心位置と前記画像の中心位置とが重なり合うように前記加工ヘッドと前記被加工物との相対位置を操作する第１工程と、
   前記加工部位と前記画像の中心位置とが重なり合うように前記相対位置を操作する第２工程と、
   前記第１工程と前記第２工程とを繰り返すことによって取得された相対位置の時間変化を、前記加工ヘッドのティーチングデータとして予め定められた記憶手段へ記憶させる第３工程と、
   を含むティーチング方法。

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