JP2670246B2 - 切断用レーザ集光ヘッドの調整方法及び調整治具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は遠隔保守対象機器の
ロボット等の操作により切断用レーザ集光ヘッドの焦点
位置調整方法に関するものであり、特に原子力プラント
等における人が容易に近づけないか又は確認の為の確実
な手段がとれない場所で設置されるレーザ集光ヘッドの
調整方法及びその調整治具に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の切断用レーザは、レーザビーム
を用いて金属等の被切断物を切断する場合レーザビーム
を集光させる機能と、レーザビームを集光させてその
集中エネルギによって被切断物の部分を溶融しこれを除
却する機能との、二つの機能を持つ部分（以下集光ヘッ
ドと言う）が必要である。この二つの機能はその作用点
が一致することが必要で、ある限界以上に二つの作用点
がずれると切断ができなくなる。

【０００３】一般に知られている切断用レーザーの一例
を、図３を参照して説明する。図３中、符号０１は反射
鏡、０２は集光レンズ、０３は集光ヘッド、０４はアシ
ストガスノズル、０５はボールベアリング、０６は被切
断物、０７はレーザ光及び０８は作用点を各々図示す
る。前述した二つの機能の内、被切断物０６を溶融しこ
れを除却する方法として、噴射手段から気体を高圧で吹
き付ける方法がある。この気体の種類は、例えば空気、
窒素ガス、酸素ガス等が用いられこれらを称して「アシ
ストガス」と称し、アシストガスノズル０４より噴射し
ている。又、もう一つの機能としてのレーザ光０７は、
集光される前にレーザ光発振器（図示せず）から集光ヘ
ッド０３まで導かれるが、該発振器から集光ヘッド０３
までが屈折している場合は、直線的に進む性格があるレ
ーザ光０７を、反射鏡０１により効率よく反射させて集
光レンズ０２にて集光し、集光ヘッド０３に導くように
している。

【０００４】ここで、上記反射鏡０１が、例えば振動等
によりその取付角度が微妙に変化したり、レーザビーム
発振器からのビームの発射角度がずれたりすると、集光
される位置である作用点０８がずれることが発生し、切
断不可能に至る。

【０００５】この為従来では、人為的にアシストガスの
作用点をレーザ光作用点０８に合わせるか、逆にアシス
トガスの作用点にレーザ光０７が集中するようにし、反
射鏡０１の角度を調整するかの、いづれかによってい
た。尚、アシストガス、レーザ光０７共に、人の目で直
接確認できない為、これらの調整は、アシストガスはア
シストガスノズル０４の向きにより、又レーザ光０７は
該レーザ光０７と同軸にした可視光（物体に当ると人の
目で見える）である「Ｈｅ−Ｎｅレーザ」を用いて行う
のが一般的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た図３に示す従来の光軸調整の場合の目視方向Ｘを示す
場合では、複数のアシストガスノズル０４や、移動の為
のボールベアリング０５の間から被切断物０６の表面に
写る焦点を斜め方向から見定め、然もこれが見えないア
シストガスノズル０４の作用点と合致しているかどうか
を定めるのは、熟練と多大な時間を必要とするばかり
か、それを確認する為には実際に切断を試すことによっ
てのみ可能となり、運転上大きな支障となることが考え
られる。

【０００７】すなわち、（１）従来の方法では集光ヘッ
ド０３の近くで２つの作用点が一致していることを確認
する必要があり、該集光ヘッド０３に近づけない様な場
所に該集光ヘッド０３がある場合には、調整が不可能に
なってしまう、という問題がある。 （２）これを解決する為に、集光部分が遠隔で見えるよ
うなカメラ等の治具を集光ヘッドの近辺に設置しておく
ことが考えられるが、人の目で作用点が見えたとして
も、非常に複雑な構造をした集光部を具体的に確認しな
がら調整する手段として、アシストノズルとレーザビー
ム集光の作用点をカメラ等の治具等を用いて確認するの
は困難である。

【０００８】本発明は上記問題に鑑み、例えば原子力プ
ラント等における人が容易に近づけないか又は確認の為
の確実な手段がとれない場所で設置されるレーザ集光ヘ
ッドの調整を容易にするその調整方法及びその調整に用
いる治具を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明に係るレーザ集光ヘッドの調整方法は、可視レーザ光
を反射・集光系を介して集束させ、その焦点がアシスト
ガスの作用点に置かれた半透明の的に一致しているか
を、レーザ光投射側と反対側から前記半透明の的を撮像
手段により確認しながら、レーザ光反射手段の角度を調
整し、上記的とレーザ光の作用点を一致させることを特
徴とする。

【００１０】また、本発明に係るレーザ集光ヘッドの調
整方法に用いる治具の構成は、レーザ光を反射・集光系
を介して集束させ、その焦点に配した被切断物にレーザ
光を照射すると共に、該被切断物に対しアシストガスを
ノズルを介してから高圧で吹き付け溶融しこれを除却す
る切断用レーザ集光ヘッドに用いてなる調整治具であっ
て、上記アシストガスの作用点に半透明の的を固定する
的保持手段と、上記レーザ光と同軸に設けた可視レーザ
光の焦点が上記半透明の的に一致しているかを、レーザ
光投射側と対向する側から確認する撮像手段とを具備す
ることを特徴とする。

【００１１】上記構成において、上記撮像手段に、該焦
点の像を送出する手段を備えたことを特徴とする。

【００１２】上記構成において、上記可視レーザ光がＨ
ｅ−Ｎｅレーザであることを特徴とする。

【００１３】すなわち、二つの作用点のうちアシストガ
スの作用点を固定し、焦点認識用の可視レーザ光であ
る、例えばＨｅ−Ｎｅレーザビームの集光作用点を移動
してアシストガスの作用点に合わせる。この手段とし
て、アシストガスの作用点に印をつけた「的」を、集光
ヘッド先端に設置し、これに可視光であるＨｅ−Ｎｅレ
ーザを当て、これをカメラ等の撮像手段を介して目視に
より解認する。尚、Ｈｅ−Ｎｅレーザの光軸調整は、集
光ヘッド入口の反射ミラーの角度を遠隔で操作して行う
が、この時、狭隘な２つの作用点を、通常の方法でカメ
ラ等の撮像手段で見ることは困難である。従って本発明
では、この作用点を直視する手段を考慮した。但し、
「的」がある為通常の方法ではこれは不可能な為、
「的」の材料を半透明にすることによってこれが可能と
なる。

【００１４】「的」の作用 集光ヘッドの作用の一つであるレーザ光の集光は集光点
を過ぎると拡がり始める、又光軸調整用のＨｅ−Ｎｅレ
ーザは、可視光であるが、物体に当って初めて目視が可
能である。従って、集光作用点を見る為の「的」は、集
光点に設置する必要がある。集光ヘッド出口と集光部の
距離は、集光する光学部品としてのレンズ材や集光ミー
の焦点距離によって固定されている。尚、「的」は光軸
を調整する時にのみ使用する為、通常は集光ヘッドから
外しておくが、逆に調整時には、常に集光ヘッド出口と
的の設置距離が一定になる様に考慮する必要がある。こ
の為の機能を的取付治具に持たせる。又この治具には集
光点を直視する為にカメラを直接接続するかあるいは間
接的にカメラで容易に確認できる機能を持たせる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施する実施の形
態例について図面を参照にして詳細に説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。

【００１６】図１（Ａ）は「的」を撮像手段で直接直視
する一実施の形態例を説明する図である。 同図中、符
号１１は的、２１は反射鏡、２２は集光レンズ、２３は
集光ヘッド、２４はアシストガスノズル、２５はボール
ベアリング、２６は被切断物、２７はレーザ光を各々図
示する。

【００１７】図１（Ａ）に示すように、本実施例の調整
治具は、レーザ光を反射・集光系を介して集束させ、そ
の焦点に配した被切断物にレーザ光を照射すると共に、
該被切断物に対しアシストガス２４をノズルを介してか
ら高圧で吹き付け溶融しこれを除却する切断用レーザ集
光ヘッド２３に用いてなる調整治具であって、上記アシ
ストガスの作用点に半透明の的１１を固定する的保持手
段である的取付部１２と、上記レーザ光と同軸に設けた
可視レーザ光２７の焦点が上記半透明の的１１に一致し
ているかを、レーザ光投射側と対向する側から確認する
撮像手段１５とを具備し、上記レーザ光の焦点がアシス
トガスの作用点に置かれた半透明の的１１に一致してい
るかを、撮像手段１５により確認しながら、レーザ光反
射手段である反射鏡２１の角度を調整し、上記的１１と
レーザ光２７の作用点を一致させる。

【００１８】すなわち、上記反射鏡２１は従来と同様
に、レーザ光及びＨｅ−Ｎｅレーザ光を屈折させるもの
であり、この反射鏡２１の角度を調整することにより、
集光レンズ２２へのＨｅ−Ｎｅレーザ２７の入射角をロ
ボットで変えることにより、焦点位置を移動させること
ができるようにしている。半透明の的１１を固定する的
保持手段である的取付部１２は、ボールプラジャー１３
を介して集光ヘッド２３先端への該的１１の取付位置を
決める為のものである。

【００１９】上記的取付部１２に取付けられる的１１
は、透明板１４の表面に取り付けられており、半透明の
材料（例えば製図に使用されるトレーシングペーパー
等）を用いている。この的１１にあったＨｅ−Ｎｅレー
ザ２７は、透明板１４を通して該レーザ光２７と対向す
る側からカメラ１５等の撮像手段を介してその位置を目
視確認することができる。

【００２０】図１（Ａ）に示すアシストノズル２４で
は、切断する方向に対応して必要に応じて２〜４本設け
る場合がある。又ボールベアリング２５は、被切断物
（図示せず）に機械的に倣わせる為のものであり、通常
２〜４個が設けられている。カメラ１５は、カメラ保持
部１６で支えられている。

【００２１】図１（Ａ）中に図示する「Ｌ」部は、集光
レンズ２２での焦点距離であり、この位置に的１１が設
置される様に、的取付部１２のサイズ及び集光ヘッド２
３先端への取付位置が固定される様に集光ヘッド２３先
端部にボールプラジャー１３のボール部がセットされる
様に計画されている。

【００２２】尚、図１（Ｂ）は、的１１を上面から見た
図で、表面に十字１１ａが刻まれている。この十字の交
点１１ｂが常に複数のアシストガスノズルの作用点の中
心に合致する様に計画される。又図１（Ｂ）の十字の交
点の黒丸部１１ｂは、Ｈｅ−Ｎｅ焦点を示すものであ
り、もし、この焦点の黒丸部１１ｂが十字の交点になけ
れば交点にくる様、反射鏡２１の角度を調整することに
より、切断可能な状態としている。

【００２３】図２は、本発明の他の一実施の形態例を示
すものであり、図１で説明した的１１を撮像手段として
のカメラ１５で間接的に直視する場合を示す図である。

【００２４】図２に示すように、本実施例においては、
該反射鏡１７が的１１の裏側に透けて見えるＨｅ−Ｎｅ
の焦点を写し出すように配設されており、当該反射鏡１
７を治具とは別に配設したカメラ１５で直視しようとす
るものである。尚、保持具１８は上記反射鏡１７を保持
する部分である。本発明では調整時間が簡単で熟練を必
要とせずかつ「的」を確認するだけで確実に切断可能な
ことが判る点が大きな効果である。

【００２５】

【発明の効果】以上実施例と共に述べたように、本発明
によれば、調整時間が簡単で熟練を必要とせずかつ
「的」を確認するだけで確実に切断可能なことが判る点
が大きな効果である。このため従来のように、アシスト
ガスノズルの作用点と合致しているかどうかを確認する
熟練と多大な時間を要せず、然もそれを確認する為には
切断を試すことによってのみ可能となり、運転上大きな
支障となっていた事が改善された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態例に係る集光ヘッド先端部
の図。

【図２】本発明の他の実施の形態例に係る集光ヘッド先
端部の図。

【図３】従来の集光ヘッド先端部を示す図。

【符号の説明】

１１ 的 １２ 的取付部 １３ ボールプラジャー １４ 透明板 １５ カメラ ２１ 反射鏡 ２２ 集光レンズ ２３ 集光ヘッド ２４ アシストガスノズル ２５ ボールベアリング ２７ レーザ光

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可視レーザ光を反射・集光系を介して集
   束させ、 その焦点がアシストガスの作用点に置かれた半透明の的
   に一致しているかを、レーザ光投射側と反対側から前記
   半透明の的を撮像手段により確認しながら、レーザ光反
   射手段の角度を調整し、 上記的とレーザ光の作用点を一致させることを特徴とす
   るレーザ集光ヘッドの調整方法。
2. 【請求項２】 レーザ光を反射・集光系を介して集束さ
   せ、その焦点に配した被切断物にレーザ光を照射すると
   共に、該被切断物に対しアシストガスをノズルを介して
   から高圧で吹き付け溶融しこれを除却する切断用レーザ
   集光ヘッドに用いてなる調整治具であって、 上記アシストガスの作用点に半透明の的を固定する的保
   持手段と、上記レーザ光と同軸に設けた可視レーザ光の
   焦点が上記半透明の的に一致しているかを、レーザ光投
   射側と対向する側から確認する撮像手段とを具備するこ
   とを特徴とするレーザ集光ヘッドに用いる調整治具。
3. 【請求項３】 請求項２記載のレーザ集光ヘッドに用い
   る調整治具において、 上記撮像手段に、該焦点の像を送出する手段を備えたこ
   とを特徴とするレーザ集光ヘッドに用いる調整治具。
4. 【請求項４】 請求項２記載のレーザ集光ヘッドに用い
   る調整治具において、 上記可視レーザ光がＨｅ−Ｎｅレーザであることを特徴
   とするレーザ集光ヘッドに用いる調整治具。