JP3498075B2 - 薄板のレーザ溶接用出力ヘッド - 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、レーザ光を用いて
ステンレス鋼などの金属薄板を溶接するために用いられ
るレーザ光の出力ヘッドおよびそれを用いたレーザ溶接
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】先行技術では、レーザ光を集光する出力
ヘッドにおいて、集光点における収差をできるだけ小さ
くしてパワー密度すなわちエネルギ密度を高くすること
が必要であると考えられてきている。そのためにレンズ
集光光学系は、多数枚、たとえば３〜４枚のレンズを組
合わせて構成され、これによってレーザ光を集光点にで
きるだけ小さい収差で集光する。

【０００３】この先行技術では、レンズ集光光学系は多
数枚のレンズを有し、したがって大形であり、重量が大
きくなり、さらに構造が複雑であり、高価である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、小形
軽量化を図り、構造を単純化し、安価に実現することが
できるようにした薄板のレーザ溶接用出力ヘッドおよび
それを用いた薄板のレーザ溶接装置を提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ源と、
レーザ源からのレーザ光を、溶接すべき薄板に導き、縦
収差Δｓが５〜１５ｍｍであり、集光比が０．７５〜
１．２５であり、開口数ＮＡが０．１〜０．２のものを
対象とするレンズ集光光学系とを含むことを特徴とする
薄板のレーザ溶接用出力ヘッドである。

【０００６】本発明に従えば、レーザ源からのレーザ光
は、光ファイバによって、またはレーザ源から直接に、
レンズ集光光学系に導かれ、このレンズ集光光学系を経
て被加工物である溶接されるべき薄板に照射され、レー
ザ溶接され、たとえば重ね合わせ溶接または突き合わせ
溶接などの溶接作業が行われる。本発明において重要な
構成は、レンズ集光光学系の縦収差Δｓを５〜１５ｍｍ
に選ぶことである。先行技術では、縦収差などの収差を
可能なかぎり抑制して小さくするように、レンズ集光光
学系が構成されているが、本件発明者の実験によれば、
縦収差Δｓを前述の範囲に選ぶことによって、レーザ溶
接すべき集光点におけるレーザ光のエネルギ密度を先行
技術に比べて高くすることができることが判った。縦収
差Δｓが５ｍｍ未満では、集光点におけるレーザ光のエ
ネルギ密度が低く、また１５ｍｍを超える値の範囲で
も、エネルギ密度が低い。

【０００７】さらに本発明に従えば、集光比を０．７５
〜１．２５に選び、開口数ＮＡが０．１〜０．２のもの
に対して、集光点におけるレーザ光のエネルギ密度を向
上することができる。

【０００８】集光点は、薄板の表面またはその薄板の厚
み方向の途中位置に選ばれてもよい。本発明では、集光
点を、レンズ集光光学系の焦点位置よりもレンズ集光光
学系寄りに近い位置に選び、これによって上述のように
レーザ光のエネルギ密度を向上し、そのため比較的わず
かなエネルギのレーザ光によって、希望するレーザ溶接
を達成することができる。

【０００９】さらにこのような縦収差Δｓを有し、また
集光比および開口数を有するレンズ集光光学系は、先行
技術のように多数枚のレンズを必要とせず、たとえば２
群２枚の構成によって実現することができる。そのため
レンズ集光光学系、したがってレーザ溶接用出力ヘッド
の構成を、小形軽量化、構造の単純化、低コストを図る
ことができる。

【００１０】また本発明のレンズ集光光学系は、コリメ
ート用前群レンズと、集光用後群レンズとから成ること
を特徴とする。

【００１１】また本発明は、前群レンズと後群レンズと
は、凸レンズをそれぞれ含むことを特徴とする。

【００１２】また本発明は、前群レンズと後群レンズと
は、単一枚の平凸レンズからそれぞれ成り、各平凸レン
ズの平面が、光軸の軸線方向外方に向けて配置されるこ
とを特徴とする。

【００１３】本発明に従えば、たとえば凸レンズによっ
て構成されるコリメート用前群レンズと、凸レンズによ
って構成される集光用後群レンズとから、レンズ集光光
学系が実現されてもよい。前群レンズは単一枚の平凸レ
ンズから構成され、後群レンズもまた単一枚の平凸レン
ズから構成され、それらの各平凸レンズの平面は光軸方
向外方に向けられ、すなわち凸面が中側に向けられて配
置される。平面が光軸方向外方に向けて配置されること
によって、本発明の縦収差Δｓを５〜１５ｍｍに適切に
設定することが容易に可能になる。

【００１４】また本発明は、前記開口数ＮＡが０．１５
のものを対象とすることを特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、レンズ集光光学系の開口
数ＮＡを、０．１５に選び、これによって縦収差Δｓを
前述の範囲に適切に選ぶことが確実になる。光ファイバ
の開口数は、レンズ集光光学系の開口数とほぼ同一の値
に選ばれ、これによってレンズ集光光学系の縦収差Δｓ
を５〜１５ｍｍに確実に設定することが容易になる。

【００１６】また本発明は、レーザ源は、ＹＡＧレーザ
光を出力することを特徴とする。本発明に従えば、レー
ザ源は、ＹＡＧレーザ光を出力し、すなわちＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザ光であることが望まれるが、そのほかのレーザ
光であってもよく、たとえばＣＯ₂レーザ光であっても
よく、そのほかのレーザ光であってもよい。

【００１７】また本発明は、レンズ集光光学系は、前群
レンズを支持し、光ファイバの出力端面が前群レンズに
向けて取付けられる第１筒体と、後群レンズを支持し、
第１筒体の端部に着脱可能な第２筒体とを含むことを特
徴とする。

【００１８】本発明に従えば、前群レンズの第１筒体と
後群レンズの第２筒体とによって２群のレンズ集光光学
系を構成し、第２筒体を着脱可能にして、レーザ溶接さ
れるべき薄板の金属材料の種類、厚み、溶接ビードの形
状などに応じて第２筒体、したがって後群レンズを交換
して希望する適切な縦収差Δｓが得られるようにするこ
とができる。第１筒体を着脱交換可能にしてもよく、さ
らに第１および第２筒体を一体的に構成し、この一体的
な構成を、着脱交換可能にしてもよい。第２筒体を着脱
交換可能とすることによって、収差および焦点距離の少
なくともいずれか一方を変更することができる。

【００１９】また本発明は、第１または第２筒体に着脱
可能な取付部と、取付部に連なり、レーザ光の光軸外方
に延び、光軸上で溶接位置に存在する教示用先端部を有
する教示片とを含む教示部材をさらに含むことを特徴と
する。

【００２０】本発明に従えば、溶接される薄板上のレー
ザ光の縦収差Δｓが先行技術に比べて大きい値であるの
で、もしも仮に、レーザ溶接時に用いられるレーザ光に
比べて小さいエネルギを有する可視光であるガイドレー
ザ光を用いて集光点の位置を確認する作業を行おうとす
れば、その際、そのガイドレーザ光による位置教示が不
明瞭になるおそれが生じる。

【００２１】この問題を解決するために、本発明では、
教示部材を用いることもできる。教示位置（集光点）の
判断にやや慣れを必要とするが、ガイドレーザ光による
教示が全く不可能と言うわけではないため、ガイドレー
ザ光によって教示してもよい。この教示部材は、位置教
示を行う際、取付部を第１または第２筒体に着脱可能に
装着し、取付部に連なる教示用先端部がレーザ光の集光
点を示すことになる。縦収差は、光路追跡の中で観測さ
れる値で光軸上の特定の位置がある値の縦収差を有する
わけではない。これによって作業者は、本件出力ヘッド
を用いて薄板のレーザ溶接すべき位置を正確に教示する
ことができる。レーザ溶接時には、この教示部材の取付
部を第１または第２筒体から離脱して本件出力ヘッドか
らレーザ光を照射することにより、教示片の教示用先端
部が位置していた集光点に、本発明に従う適切な縦収差
Δｓでレーザ光を集光する。

【００２２】レーザ溶接に用いられるレーザ光が可視波
長のレーザである場合など作業者が認識することができ
る場合には、集光点の位置教示を行うために、レーザ溶
接用レーザ光に比べて低い出力でレーザ光を発生させて
ガイドレーザ光に用いてもよく、この教示時には教示部
材を用いる必要はない。ＹＡＧレーザは赤外光なので不
可視であるため一般的にはこれを認識することは不可能
である。ＹＡＧ高調波レーザ（光学的処理でＹＡＧレー
ザ光の波長を短くしたレーザ）などの可視光レーザを使
用する場合や不可視光を用いる場合でも、画像モニタな
どによる観察で集光状態を認識できるようにした場合に
使える。

【００２３】また本発明は、前述のレンズ集光光学系
と、レンズ集光光学系と、溶接されるべき薄板とを、溶
接線に沿って相対的に移動する移動手段とを含むことを
特徴とする薄板のレーザ溶接装置である。

【００２４】本発明に従えば、金属薄板のレーザ溶接
を、小形軽量化、構造の単純化および低コスト化が図ら
れた出力ヘッドを用いてレーザ溶接することができるよ
うになる。本発明の実施の他の形態では、上述と同様な
出力ヘッドは、レーザ溶接などの溶接のために用いられ
るだけでなく、レーザ光を集光点に高いエネルギ密度で
照射する用途に、広範囲に実施することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態の薄
板のレーザ溶接用出力ヘッド１を示す斜視図であり、図
２はこの出力ヘッド１を備える薄板のレーザ溶接装置２
を示す簡略化した斜視図である。レーザ源３から発生さ
れるレーザ光は、可撓性の光ファイバ４を経て出力ヘッ
ド１に導かれ、この出力ヘッド１から出射されるレーザ
光は、レーザ溶接されるべき被加工物であるステンレス
鋼などの金属製薄板５に照射される。こうして薄板５
は、たとえば重ね合わせ溶接される。

【００２６】出力ヘッド１は、第１筒体６と、その第１
筒体６に着脱可能な第２筒体７とを含み、これらの第１
および第２筒体６，７は、レンズ集光光学系８の一部を
構成する。第２筒体７は、第１筒体６の下端部に着脱交
換可能であり、これによってそのほかの構成を有する第
２筒体９，１０を交換して装着することができる。さら
にこの第１筒体６の下部には、教示部材１１を着脱する
ことができる。光ファイバ４の出射端部４ａは、第１筒
体６の上端部に固定される。

【００２７】レンズ集光光学系８の第１筒体６は、産業
用ロボット１２の手首１３に装着される。産業用ロボッ
ト１２は、複数（たとえば６）軸を有し、溶接されるべ
き薄板５が固定された状態で、レンズ集光光学系８を、
ｘｙｚ直角座標系で相対的に移動することができる。こ
れによってレーザ光１６の光軸１７は、薄板５の表面に
垂直であり、またはそのほかの角度を成してレーザ光１
６が薄板５に照射される。

【００２８】図３は、出力ヘッド１のレンズ集光光学系
８を示す断面図である。第１筒体６の下端部には、コリ
メート用前群レンズ２１が固定される。第２筒体７に
は、集光用鋼群レンズ２２が固定される。第１筒体６
は、光軸１７に沿って延びる光案内経路２３を有する。
この光案内経路２３は、光軸１７に垂直な断面が円形で
ある。この第１筒体６の光案内経路２３の途中には、レ
ーザ光１６の外径を制限する絞り部２４が形成される。

【００２９】図４は、第１筒体６の下部付近の分解斜視
図である。第１筒体６の下部の環状部６６には、装着孔
２６が形成される。この装着孔２６には、第２筒体７の
装着筒部２７が着脱可能に内嵌することができる。この
ような嵌合構造によって、第２筒体７を取外し、図１に
関連して前述したそのほかの第２筒体９，１０を着脱交
換可能である。出力ヘッド１は、レンズ集光光学系８
と、光ファイバ４の出射端部４ａを第１筒体６の上部に
固定する図２の保持部２９とによって、構成される。

【００３０】各レンズ２１，２２は、それぞれ単一枚の
平凸レンズであり、それらの平凸レンズ２１，２２の平
面２１ａ，２２ａは、光軸１７の軸線方向外方に向けて
配置される。すなわちコリメート用前群レンズを構成す
るレンズ２１の平面２１ａは図４の上方に臨み、光ファ
イバ４の出射端部４ａに臨む。集光用後群レンズを構成
する平凸レンズ２２の平面２２ａは、溶接される薄板５
に臨む。レンズ２１，２２の凸面は中側に対向する。こ
のようなレンズ２１，２２を用いることによって、本発
明に従う希望する縦収差Δｓが達成される。

【００３１】レンズ２１，２２から成る２群２枚集光光
学系８は、小形軽量化が図られ、また構造が単純化され
ており、安価に実現される。そのほかの第２筒体９，１
０にもまた、前述のレンズ２２とは異なるレンズが装着
されており、各種の縦収差Δｓなどを含むレンズ特性が
異なる光学系を構成する。本発明の実施の他の形態で
は、レンズ２１が着脱交換されるように構成されてもよ
い。第２筒体７，９，１０は、支持体１２に着脱交換可
能に取付けられてもよい。

【００３２】図５は、レンズ集光光学系８の光線追跡結
果を示す図である。光ファイバ４の出射端部４ａからの
レーザ光は、近軸領域における焦点（以下、近軸焦点ま
たは焦点という）３１に向けて進む。レンズ集光光学系
８の光軸１７上における光ファイバ４の出射端部４ａの
位置からレンズ集光光学系８の主点３２までの距離をＬ
１とし、この主点３２から焦点３１までの光軸１７上の
距離をＬ２とし、薄板５に照射されるレーザ光の近軸焦
点３１と、周辺光の光路が光軸１７と交差する点３３と
の間の光軸１７に沿う距離である縦収差Δｓとすると
き、本発明では、この縦収差Δｓを５〜１５ｍｍに選
ぶ。集光比Ａ（＝Ｌ２／Ｌ１）は、０．７５〜１．２５
に選ばれる。レンズ集光光学系８の外縁の主点３２にお
ける半径をＲ１とするとき、開口数ＮＡ（Ｒ１／Ｌ１）
は、本発明では０．１〜０．２、好ましくは０．１５の
ものを対象とする。光ファイバ４の出射端部４ａの開口
数もまた、レンズ集光光学系８の前述の開口数ＮＡとほ
ぼ同一の値のものを対象とする。

【００３３】図６は、レンズ集光光学系８の光経路を示
す図である。薄板５のたとえば表面は、焦点３１からレ
ンズ集光光学系８に近づく方向に縦収差Δｓの点３３に
配置される。点３３は、薄板５の表面ではなく、厚み方
向内方の位置であってもよい。Δｙは、横収差を示す。

【００３４】図７は、本発明の焦点３１、およびその焦
点３１からレンズ集光光学系８寄りに近接した焦点を外
した点３３の位置におけるレーザ光のエネルギ密度分布
を簡略化して示す図である。図７（１）は焦点３１の位
置における状態を示し、図７（２）は点３３における状
態を示す。焦点３１および点３３におけるレーザ光のエ
ネルギ密度は、ライン３４，３５で示される。図７の実
施の形態では、図１〜図６に示される実施の形態におい
て、縦収差Δｓ＝７ｍｍの２群２枚の集光光学系８を用
いる。仮想線３６で示されるレーザ光のエネルギ密度の
分布は、比較のためにレンズ集光光学系８として縦収差
Δｓを充分に補正して小さくした構成を用いた場合、得
られる。

【００３５】ライン３４，３５で示される本発明のエネ
ルギ密度は、仮想線３６で示される縦収差Δｓがほぼ零
である構成に比べて高い値を有することが判る。こうし
て本発明では、焦点３１においても、また縦収差Δｓの
点３３においても、照射されるレーザ光のエネルギ密度
が高く、またピークパワーおよびパワー分布の光軸１７
上の変化量が小さく、したがって点３３の位置が光軸１
７に沿ってずれていても、溶接施工状況への悪影響が小
さい。また上述のように本発明ではレーザ光のピークパ
ワーが高いので、薄板５のレーザ溶接時の溶接ビードが
形成される貫通能力を高めることができる。

【００３６】図８は、本件発明者による比較例の実験結
果を説明するための図である。本発明のレンズ集光光学
系８に代えて、収差を充分に小さく補正した先行技術に
おける光学系を用いた構成において、焦点位置では、前
述の仮想線３６と同一の図８（１）の実線で示されるレ
ーザ光のエネルギ分布が、円錐台状に得られる。また縦
収差Δｓを有する点３３では、図８（２）のライン３７
で示されるように、仮想線３６のエネルギ強度よりも低
い。こうして図８に示される比較例である収差を充分小
さく補正した光学系を用いた構成では、焦点３１では図
８（１）に示される実用上大きな問題が生じないパワー
分布が得られる反面、焦点３１を外れた縦収差の点３３
では図８（２）のライン３７で示されるように、レーザ
光のピークパワーが低下し、パワー分布が光軸１７方向
に大きく変化し、これによって焦点位置から外れた状態
における溶接施工状況への悪影響が大きいという問題が
ある。本発明はこのような図８に示される比較例の問題
点を解決する。

【００３７】図９は、本発明の実施の他の形態における
レンズ集光光学系８の断面図である。コリメート用前群
レンズ４１は、光ファイバ４の出射端部４ａ側に平凹レ
ンズ４２とその反対側に両凸レンズ４３とが配置されて
構成される。集光用後群レンズ４４は、前群レンズ４１
側に平凸レンズ４５と反対側にもう１つの平凸レンズ４
６とが配置されて構成される。こうしてレンズ集光光学
系８は、２群４枚光学系によって構成される。

【００３８】図１０は、第１筒体６の下部に教示部材１
１を着脱可能に装着した状態を示す断面図である。教示
部材１１は、取付部４７と、この取付部４７に連なる教
示片４８とを有する。取付部４７は、装着孔２６を形成
する環状部６６の外周面に着脱可能に外嵌される。教示
片４８は、中空円錐台状の教示片本体５１と、その教示
片本体５１の先細状の先端部に固定される教示用先端部
４９とを含む。教示部材１１の軸線５２は、教示用先端
部４９の教示点５３を通り、その第１筒体６の光軸１７
に一致する。

【００３９】レンズ集光光学系８は、本発明に従えば薄
板５の溶接される位置において縦収差を有し、したがっ
てレーザ源３から比較的エネルギが低いガイドレーザ光
を発生したときに、そのガイドレーザ光を薄板５に照射
すれば、教示点が不明瞭になるおそれがある。そこで教
示部材１１を図１０に示されるように第１筒体６に装着
し、溶接される位置に教示点５３が位置するようにロボ
ット１２によってレンズ集光光学系８と薄板５との相対
的位置を設定し、ロボット１２によって薄板５を、予め
定める溶接ビードの溶接線に沿って移動することができ
る。この教示の確認の際、レーザ源３からの溶接のため
のレーザ光およびガイドレーザ光は発生されない。

【００４０】図１１は、レーザ光１６が照射される薄板
５の断面図である。薄板５は上下に重ねられた個別的に
参照符５ａ，５ｂで示される２枚の薄板から成る。図１
１（１）は、薄板５の溶接線に沿うｘ方向１４の断面図
である。こうして重ね合わせ溶接継手が形成される。図
１１（２）は図１１（１）の切断面線ＩＩ−ＩＩから見
た断面図である。レーザ光１６が薄板５に照射され、こ
のとき移動手段１３によって移動されるとき、溶接ビー
ド５５が形成される。

【００４１】図１２は、本件発明者の実験結果を示す図
である。図１１に示されるように溶接されるべき薄板５
がｘ方向１４に移動する溶接速度が変化したとき、縦収
差Δｓに依存して、レーザ光１６が上の薄板５ａを貫通
する貫通状態５７、移動方向１４に貫通したり貫通しな
かったりする中間域の状態５８、および薄板５ａを貫通
しない非貫通状態５９を示す。薄板５ａ，５ｂは、ステ
ンレス鋼ＳＵＳ３０４であり、その薄板５ａの厚みは
１．５ｍｍであり、溶接位置におけるシールドガスはＡ
ｒを用いる。図１２（１）〜図１２（３）における縦収
差Δｓは、表１のとおりである。

【００４２】

【表１】

【００４３】レーザ源３は、出力３．５ｋＷのＹＡＧレ
ーザ光を発生する。縦収差Δｓに応じて薄板５ａの貫通
状態５７を達成するための溶接速度が異なる。本発明に
よれば、図１２（２）に示されるように、縦収差Δｓ＝
７ｍｍであるとき、溶接速度を、そのほかの図１２
（１）および図１２（３）に示される構成に比べて、大
きくすることができることが判る。本発明によれば、縦
収差Δｓを、前述のように５〜１５ｍｍに選ぶことによ
って、溶接速度を、図１２（１）および図１２（３）の
構成に比べて、大きくすることができる。

【００４４】図１３は、本件発明者の実験結果を示すグ
ラフである。縦収差Δｓ＝７ｍｍであるときにおける前
述の２群２枚光学系８を用いたとき、その点３３におけ
るレーザ光のエネルギ密度は比較的高い。これに対して
比較例では、レンズ集光光学系８として単レンズを用
い、その縦収差Δｓ＝２４ｍｍである構成では、ライン
６３で示されるように点３３におけるレーザ光のエネル
ギ密度は低い。また縦収差Δｓがほぼ零である数枚のレ
ンズによって構成される比較例ではライン６２に示され
るように、焦点位置では、ライン６１と同様なエネルギ
密度を有しているが、光軸方向の点３３の位置がずれる
ことによってエネルギ密度が低下する。したがって図１
３からもまた、本発明によれば、縦収差Δｓが７ｍｍに
選ぶことによって、点３３におけるレーザ光のエネルギ
密度を高くすることができることが理解される。このこ
とは本発明に従う縦収差Δｓを５〜１５ｍｍに選ぶとき
にも同様な優れた効果が達成される。

【００４５】光ファイバ４を省略し、レーザ源３のレー
ザ光を直接に、レンズ集光光学系８に与えるようにして
もよい。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、薄板のレーザ溶接用出
力ヘッドを、小形軽量化し、構造を単純化し、安価に実
現することができるようになり、しかも集光点に高いエ
ネルギ密度でレーザ光を照射することができるので、そ
の分、レーザ源の出力が低くてもよい。

【００４７】本発明によれば、集光点におけるレーザ光
のエネルギ密度、したがってピークパワーを向上するこ
とができるので、薄板溶接時の貫通能力が向上し、溶接
速度の向上を図ることができる。

【００４８】さらに本発明によれば、レンズ集光光学系
を、たとえば２群２枚レンズで構成することができ、し
たがって先行技術に比べて構成の大幅な単純化を図るこ
とができる。

【００４９】また本発明によれば、レンズ集光光学系の
残留した収差を利用して前述のように集光点におけるエ
ネルギ密度の向上を図り、また光軸方向に希望する焦光
点が外れた際におけるエネルギ密度の低下する割合、す
なわちピークパワーの低下率の低減を図ることができ
る。これによって光軸方向の教示精度に対する余裕度が
高まり、レーザ溶接作業が容易になる。

【００５０】さらに本発明によれば、教示部材を用いる
ことによって、集光点へのガイドレーザによる位置教示
の精度を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の薄板のレーザ溶接用出
力ヘッド１を示す斜視図である。

【図２】出力ヘッド１を備える薄板のレーザ溶接装置２
を示す簡略化した斜視図である。

【図３】出力ヘッド１のレンズ集光光学系８を示す断面
図である。

【図４】第１筒体６の下部付近の分解斜視図である。

【図５】レンズ集光光学系８の光線追跡結果を示す図で
ある。

【図６】レンズ集光光学系８の光経路を示す図である。

【図７】本発明の焦点３１およびその焦点３１からレン
ズ集光光学系８寄りに近接した焦点を外した点３３の位
置におけるレーザ光のエネルギ分布を簡略化して示す図
である。

【図８】本件発明者による比較例の実験結果を説明する
ための図である。

【図９】本発明の実施の他の形態におけるレンズ集光光
学系８の断面図である。

【図１０】第１筒体６の下部に教示部材１１を着脱可能
に装着した状態を示す断面図である。

【図１１】レーザ光１６が照射される薄板５の断面図で
ある。

【図１２】本件発明者の実験結果を示す図である。

【図１３】本件発明者の実験結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ レーザ溶接用出力ヘッド ２ レーザ溶接装置 ３ レーザ源 ４ 光ファイバ ５，５ａ，５ｂ 薄板 ６ 第１筒体 ７，９，１０ 第２筒体 ８ レンズ集光光学系 １２ 産業用ロボット １３ 手首 １６ レーザ光 １７ 光軸 ２１，４１ コリメート用前群レンズ ２２，４４ 集光用後群レンズ ３１ 近軸領域における焦点 ３３ 周辺光の光路が光軸と交差する点 ４７ 取付部 ４８ 教示片 ４９ 教示用先端部

フロントページの続き (72)発明者 西尾 護 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社 神戸工場内 (56)参考文献 特開2001−9580（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−277277（ＪＰ，Ａ) 特開2000−317667（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−104872（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−299788（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/06 G02B 13/00

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ源と、 レーザ源からのレーザ光を、溶接すべき薄板に導き、縦
   収差Δｓが５〜１５ｍｍであり、集光比が０．７５〜
   １．２５であり、開口数ＮＡが０．１〜０．２のものを
   対象とするレンズ集光光学系とを含むことを特徴とする
   薄板のレーザ溶接用出力ヘッド。
2. 【請求項２】 レンズ集光光学系は、 コリメート用前群レンズと、集光用後群レンズとから成
   ることを特徴とする請求項１記載の薄板のレーザ溶接用
   出力ヘッド。
3. 【請求項３】 前群レンズと後群レンズとは、凸レンズ
   をそれぞれ含むことを特徴とする請求項２記載の薄板の
   レーザ溶接用出力ヘッド。
4. 【請求項４】 前群レンズと後群レンズとは、単一枚の
   平凸レンズからそれぞれ成り、 各平凸レンズの平面が、光軸の軸線方向外方に向けて配
   置されることを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに
   記載の薄板のレーザ溶接用出力ヘッド。
5. 【請求項５】 前記開口数ＮＡが０．１５のものを対象
   とすることを特徴とする請求項１〜４のうちの１つに記
   載の薄板のレーザ溶接用出力ヘッド。
6. 【請求項６】 レーザ源は、ＹＡＧレーザ光を出力する
   ことを特徴とする請求項１〜５のうちの１つに記載の薄
   板のレーザ溶接用出力ヘッド。
7. 【請求項７】 レンズ集光光学系は、 前群レンズを支持し、光ファイバの出力端面が前群レン
   ズに向けて取付けられる第１筒体と、 後群レンズを支持し、第１筒体の端部に着脱可能な第２
   筒体とを含むことを特徴とする請求項１〜６のうちの１
   つに記載の薄板のレーザ溶接用出力ヘッド。
8. 【請求項８】 第１または第２筒体に着脱可能な取付部
   と、 取付部に連なり、レーザ光の光軸外方に延び、光軸上で
   溶接位置に存在する教示用先端部を有する教示片とを含
   む教示部材をさらに含むことを特徴とする請求項１〜７
   のうちの１つに記載の薄板のレーザ溶接用出力ヘッド。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のうちの１つに記載のレン
   ズ集光光学系と、 レンズ集光光学系と、溶接されるべき薄板とを、溶接線
   に沿って相対的に移動する移動手段とを含むことを特徴
   とする薄板のレーザ溶接装置。