JP7352787B1 - レーザ溶接装置及びレーザ光の照射位置ずれの補正方法 - Google Patents

Abstract

レーザ溶接装置（１００）は、レーザ発振器（１０）と、レーザヘッド（３０）と、コントローラ（５０）と、ステージ（７０）と、を備えている。レーザヘッド（３０）は、レーザ光（ＬＢ）を二次元的に走査するレーザ光スキャナ（４０）と、光センサ（３８）と、レーザ光（ＬＢ）の反射戻り光を光センサ（３８）に入射させる光学系（３９）と、を有している。レーザ光スキャナ（４０）によりレーザ光（ＬＢ）を二次元的に走査しながら、ステージ（７０）に設けられた反射スポット（７２ｂ）の周りに照射する場合に、コントローラ（５０）は、反射スポット（７２ｂ）の中心位置と光センサ（３８）の出力がピークとなる第１ピーク位置（Ｏ１）とに基づいて、レーザ光（ＬＢ）の照射位置ずれを補正する。

Description

本開示は、レーザ溶接装置及びレーザ光の照射位置ずれの補正方法に関する。

レーザ光を照射してワークを溶接するレーザ溶接は、レーザ光のパワー密度が高いため高品質の溶接を行うことができる。このため、近年、レーザ溶接が広く利用されている。

また、レーザ溶接において、ワークを高速で溶接するために、レーザ光の照射位置を光学的に走査するスキャン方式が用いられる。多くの場合、ガルバノミラーを用いてレーザ光を二次元的に走査する（例えば、特許文献１参照）。

しかし、ガルバノミラーを用いたレーザ溶接装置では、レーザ光の一部が、ガルバノミラーに吸収されてしまうため、レーザ溶接中にガルバノミラーの温度が上昇する。この影響により、レーザ光の照射位置が設定した位置からずれてしまうことがある。また、これ以外にも、ガルバノミラーを駆動する駆動回路の発熱やレーザ溶接中の溶接装置の内部雰囲気の温度上昇等により、ガルバノミラーの温度が上昇し、レーザ光の照射位置ずれが発生する場合がある。このように、種々の要因により、ガルバノミラーの温度が上昇して、温度ドリフトと呼ばれる、レーザ光の照射位置ずれが発生する。

温度ドリフトに起因したレーザ光の照射位置ずれを低減するため、例えば、特許文献２には、ＣＣＤカメラとガルバノミラーのマウント部等に取り付けられた温度センサとを備えたレーザ加工装置が開示されている。ＣＣＤカメラは、レーザ光による実際の加工位置を検出し、加工位置と設定位置との間のずれ量を、温度センサで計測した温度と、予め求められた補正係数テーブルとを用いて補正する。

特開２００５－９５９３４号公報 特開２００５－４０８４３号公報

一方、温度ドリフト以外にも、レーザ光の照射位置ずれを生じさせる要因がある。主なものとして、レーザヘッドを保持し、移動させるマニピュレータの調整不足、摩耗もしくは経年劣化が挙げられる。マニピュレータの可動機構の調整が不十分である場合、もしくは摩耗、経年劣化が発生すると、設定した位置に対してレーザ光の照射位置がずれてしまうことがある。

これを解決するには、マニピュレータの定期点検とメンテナンスが必要になる。しかし、点検頻度を高めると、装置のダウンタイムが長くなるとともに労力とメンテナンスコストがかかるという問題があった。

本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡便な構成でレーザ光の照射位置ずれを補正可能なレーザ溶接装置及びレーザ光の照射位置ずれの補正方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本開示に係るレーザ溶接装置は、レーザ光を発生させるレーザ発振器と、前記レーザ光を受け取ってワークに向けて照射するレーザヘッドと、少なくとも前記レーザヘッドの動作を制御するコントローラと、前記ワークを載置するステージと、を少なくとも備え、前記レーザヘッドは、前記レーザ光を第１方向と前記第１方向と交差する第２方向のそれぞれに走査するレーザ光スキャナと、光センサと、前記レーザ光の反射戻り光を前記光センサに入射させる光学系と、を有し、前記コントローラは、前記レーザ光を溶接線に沿って進行させながら、前記レーザ光を二次元的に走査するように前記レーザ光スキャナを駆動制御し、前記ステージは、補正部を有し、前記補正部は、反射板と、前記反射板の表面に設けられた反射スポットと、を有し、前記コントローラは、前記レーザ光を二次元的に走査しながら、前記反射スポットの周りに前記レーザ光を照射するように前記レーザ光スキャナを駆動制御して、前記光センサの出力がピークとなる第１ピーク位置を検出し、前記コントローラは、前記反射スポットの中心位置と前記第１ピーク位置とに基づいて、前記レーザ光の照射位置ずれを補正するように構成されていることを特徴とする。

本開示に係るレーザ光の照射位置ずれの補正方法は、前記レーザ溶接装置を用いたレーザ光の照射位置ずれの補正方法であって、前記レーザヘッドを前記反射スポットの中心位置に移動させるステップと、前記レーザ光スキャナを動作させて、前記レーザ光を二次元的に走査させながら、前記反射スポットの中心位置の周りに照射するステップと、前記光センサの出力がピークとなる第１ピーク位置を確認するステップと、前記第１ピーク位置が、前記反射スポットの中心位置と一致しているか否かを判断するステップと、前記第１ピーク位置が、前記反射スポットの中心位置と一致していれば、補正作業を終了するステップと、前記第１ピーク位置が、前記反射スポットの中心位置と一致していなければ、前記第１ピーク位置と前記反射スポットの中心位置とのずれ量を求めるステップと、前記反射スポットの中心位置の座標と前記ずれ量とに基づいて、前記レーザ光の照射位置ずれを補正するステップと、を備えたことを特徴とする。

本開示のレーザ溶接装置によれば、簡便な構成でレーザ光の照射位置ずれを補正できる。また、本開示のレーザ光の照射位置ずれの補正方法によれば、簡便にレーザ光の照射位置ずれを補正できる。

実施形態１に係るレーザ溶接装置の概略構成図である。 レーザ光スキャナの概略構成図である。 ステージの平面図である。 補正部の拡大平面図である。 図４のＶ－Ｖ線での断面模式図である。 レーザヘッドの概略構成図である。 実施形態１に係るレーザ光の照射位置ずれの補正手順を示すフローチャートである。 光センサの出力をレーザ光が走査されるＸＹ平面にプロットした場合の模式図である。 レーザ光の照射角度ずれの補正における誤差発生のメカニズムを示す模式図であって、レーザ光が反射スポットに対して垂直に入射した場合の模式図である。 レーザ光の照射角度ずれの補正における誤差発生のメカニズムを示す模式図であって、レーザ光が反射スポットに対して斜めに入射した場合の模式図である。 レーザ光の垂直入射からの入射角度ずれ量とＸＹ平面での位置ずれ量との関係を示す模式図である。 実施形態２に係るレーザ光の照射位置ずれの補正手順を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
［レーザ溶接装置の構成］
［レーザ溶接装置及びレーザ光スキャナの構成］
図１は、本実施形態に係るレーザ溶接装置の構成の模式図を示し、図２は、レーザ光スキャナの概略構成図を示す。

なお、以降の説明において、ミラー３３から光センサ３８に向かうレーザ光ＬＢの進行方向と平行な方向をＸ方向と呼ぶことがある。レーザヘッド３０から出射されるレーザ光ＬＢの光軸と平行な方向をＺ方向と呼ぶことがある。Ｘ方向及びＺ方向とそれぞれ直交する方向をＹ方向と呼ぶことがある。Ｘ方向とＹ方向とを面内に含むＸＹ平面は、ワーク２００の表面が平坦面である場合、当該表面と略平行でもよく、当該表面と一定の角度をなしていてもよい。

図１に示すように、レーザ溶接装置１００は、レーザ発振器１０と光ファイバ２０とレーザヘッド３０とコントローラ５０とマニピュレータ６０とステージ７０を備えている。

レーザ発振器１０は、図示しない電源から電力が供給されてレーザ光ＬＢを発生させるレーザ光源である。なお、レーザ発振器１０は、単一のレーザ光源で構成されていてもよいし、複数のレーザモジュールで構成されていてもよい。後者の場合は、複数のレーザモジュールからそれぞれ出射されたレーザ光を結合してレーザ光ＬＢとして出射する。また、レーザ発振器１０で使用されるレーザ光源あるいはレーザモジュールは、ワーク２００の材質や溶接部位の形状等に応じて、適宜選択される。

光ファイバ２０は、レーザ発振器１０に光学的に結合されている。レーザ発振器１０で発生したレーザ光ＬＢは、光ファイバ２０に入射されて、光ファイバ２０の内部をレーザヘッド３０に向けて伝送される。

レーザヘッド３０は、光ファイバ２０の端部に取り付けられており、光ファイバ２０から伝送されたレーザ光ＬＢをワーク２００に向けて照射する。

また、レーザヘッド３０は、光学部品として、コリメーションレンズ３２とミラー３３と第１集光レンズ３４とレーザ光スキャナ４０とを有している。また、レーザヘッド３０は、保護ガラス３５とアパーチャー３６と第２集光レンズ３７と光センサ３８とを有している。筐体３１の内部にこれらの光学部品が所定の配置関係を保って収容されている。

コリメーションレンズ３２は、光ファイバ２０から出射されたレーザ光ＬＢを受け取って、平行光に変換し、ミラー３３に入射させる。また、コリメーションレンズ３２は、図示しない駆動部に連結されており、コントローラ５０からの制御信号に応じて、Ｚ方向に変位可能に構成されている。コリメーションレンズ３２をＺ方向に変位させることで、レーザ光ＬＢの焦点位置を変化させ、ワーク２００の形状に応じて適切にレーザ光ＬＢを照射させることができる。つまり、コリメーションレンズ３２は、図示しない駆動部との組み合わせにより、レーザ光ＬＢの焦点位置調整機構としても機能している。図１では、コリメーションレンズ３２が１枚のレンズで構成された例を示している。コリメーションレンズ３２の位置をＺ方向に駆動すると焦点位置を調整できるが、コリメーションレンズ３２から出射されたレーザ光ＬＢは、その平行度が多少減少する。このことを防ぐために、コリメーションレンズ３２を複数枚のレンズを組み合わせた構成とするのが望ましい。なお、第１集光レンズ３４を駆動部により変位させて、レーザ光ＬＢの焦点位置を変化させるようにしてもよい。駆動部は、例えば、アクチュエータまたはモータである。

ミラー３３は、コリメーションレンズ３２を透過したレーザ光ＬＢをさらに透過して、レーザ光スキャナ４０に入射させる。一方、ミラー３３は、ステージ７０の反射スポット７２ｂ（図３～５参照）で反射され、レーザ光スキャナ４０を通過したレーザ光ＬＢの反射戻り光をアパーチャー３６に向けて反射させる（図６参照）。ミラー３３の表面は、コリメーションレンズ３２を透過したレーザ光ＬＢの光軸と約４５度をなすように設けられている。

第１集光レンズ３４は、ミラー３３を透過して、レーザ光スキャナ４０で走査されたレーザ光ＬＢをワーク２００の表面に集光させる。

保護ガラス３５は、レーザ光ＬＢに対して透明な材質からなる。保護ガラス３５は、レーザ溶接中に発生したスパッタやヒュームが、筐体３１の内部に入り込むのを防止する。なお、スパッタとは、ワーク２００の溶融物が飛び散ったものであり、ヒュームとは、ワーク２００が溶融して発生する金属蒸気である。

アパーチャー３６は、Ｘ方向に沿って、ミラー３３と第２集光レンズ３７との間に配置される。第２集光レンズ３７は、Ｘ方向に沿って、アパーチャー３６と光センサ３８との間に配置される。なお、アパーチャー３６と第２集光レンズ３７と光センサ３８との機能については後で述べる。また、後で述べるように、ミラー３３とアパーチャー３６と第２集光レンズ３７とで構成される光学系３９は、レーザ光ＬＢの反射戻り光を光センサ３８に入射させるように構成されている。なお、図１では、光ファイバ２０の端面から出射し、レーザ光スキャナ４０に入射するレーザ光の光軸とレーザ光スキャナ４０から出射したレーザ光ＬＢの光軸とが一致しているように描いているが、これは模式的な図示であり、レーザ光スキャナ４０を構成する第１ガルバノミラー４１と第２ガルバノミラー４２（いずれも図２参照）との関係で、実際には両者は一致しない。このことについては、後で図６を用いて詳細に説明する。

図２に示すように、レーザ光スキャナ４０は、第１ガルバノミラー４１と第２ガルバノミラー４２とを有する公知のガルバノスキャナである。第１ガルバノミラー４１は、第１ミラー４１ａと第１回転軸４１ｂと第１駆動部４１ｃとを有し、第２ガルバノミラー４２は、第２ミラー４２ａと第２回転軸４２ｂと第２駆動部４２ｃとを有している。第１集光レンズ３４を透過したレーザ光ＬＢは、第１ミラー４１ａで反射され、さらに第２ミラー４２ａで反射されて、ワーク２００の表面に照射される。

例えば、第１駆動部４１ｃ及び第２駆動部４２ｃは、ガルバノモータであり、第１回転軸４１ｂ及び第２回転軸４２ｂは、モータの出力軸である。図示していないが、第１駆動部４１ｃが、コントローラ５０からの制御信号に応じて動作するドライバによって回転駆動することで、第１回転軸４１ｂに取り付けられた第１ミラー４１ａが第１回転軸４１ｂの軸線回りに回転する。同様に、第２駆動部４２ｃが、コントローラ５０からの制御信号に応じて動作するドライバによって回転駆動することで、第２回転軸４２ｂに取り付けられた第２ミラー４２ａが第２回転軸４２ｂの軸線回りに回転する。

第１ミラー４１ａが第１回転軸４１ｂの軸線回りに所定の角度まで回転動作をすることで、レーザ光ＬＢがＸ方向に走査される。また、第２ミラー４２ａが第２回転軸４２ｂの軸線回りに所定の角度まで回転動作をすることで、レーザ光ＬＢがＹ方向に走査される。つまり、レーザ光スキャナ４０は、レーザ光ＬＢをＸＹ平面内で二次元的に走査してワーク２００に向けて照射するように構成されている。

コントローラ５０は、レーザ発振器１０のレーザ発振を制御する。具体的には、レーザ発振器１０に接続された図示しない電源に対してレーザ光ＬＢの出力と所定の関係をなす出力電流やオンオフ時間等の制御信号を供給することにより、レーザ発振制御を行う。また、コントローラ５０は、レーザ光ＬＢの出力を制御する。

また、コントローラ５０は、選択されたレーザ溶接プログラムの内容に応じて、レーザヘッド３０の動作を制御する。具体的には、レーザヘッド３０に設けられたレーザ光スキャナ４０及び、コリメーションレンズ３２の図示しない駆動部の駆動制御を行う。さらに、コントローラ５０は、マニピュレータ６０の動作を制御する。

コントローラ５０は、情報処理部５１として、ＬＳＩまたはマイクロコンピュータ等の集積回路を有しており、この集積回路上でソフトウェアであるレーザ溶接プログラムを実行することで、前述のコントローラ５０の機能が実現される。また、コントローラ５０は、記憶部５２として、ＲＡＭやＲＯＭやＳＳＤ等のメモリデバイスを有している。レーザ溶接プログラムは、記憶部５２に保存され、コントローラ５０からの命令によってコントローラ５０に呼び出される。なお、記憶部５２は、コントローラ５０に着脱可能なＳＤカード（登録商標）であってもよい。また、記憶部５２は、コントローラ５０とは別の場所に設けられてもよい。

また、記憶部５２は、後で述べるレーザ光ＬＢの照射位置の補正結果等を保存する。例えば、温度ドリフトに起因したレーザ光ＬＢの照射位置のずれ量やその補正結果が記憶部５２に保存される。具体的には、第１ガルバノミラー４１と第２ガルバノミラー４２でのレーザ光ＬＢの吸収に起因するレーザ光ＬＢの照射位置のずれ量やその補正結果が記憶部５２に保存される。あるいは、これらを駆動する駆動回路の発熱に起因するレーザ光ＬＢの照射位置のずれ量やその補正結果が記憶部５２に保存される。

なお、レーザヘッド３０の動作を制御するコントローラ５０とレーザ光ＬＢの出力を制御するコントローラ５０とを別個に設けてもよい。

マニピュレータ６０は、多関節ロボットであり、レーザヘッド３０の筐体３１に取り付けられている。また、マニピュレータ６０は、コントローラ５０と信号の授受が可能に接続され、前述のレーザ溶接プログラムに応じて所定の軌跡を描くようにレーザヘッド３０を移動させる。その結果、レーザ光ＬＢが、溶接線ＷＬに沿って、また、溶接線ＷＬの周りを二次元的に走査されながら、ワーク２００の表面に照射される。

なお、マニピュレータ６０の動作を制御する別のコントローラ（図示せず）を設けるようにしてもよい。ただし、その場合も、レーザ光ＬＢの照射位置の構成を行うため、レーザヘッド３０の動作を制御するコントローラ５０とデータ通信可能に構成される必要がある。

ステージ７０は、本体部７１と補正部７２とを有している。ステージ７０の構成については、後で詳述する。

図１に示すレーザ溶接装置１００は、種々の形状のワーク２００に対してレーザ溶接を行うことができる。

［ステージ及びレーザヘッドの構成］
図３は、ステージの平面図を、図４は、補正部の拡大平面図を、図５は、図４のＶ－Ｖ線での断面模式図をそれぞれ示す。

図３に示すように、ステージ７０は、本体部７１と補正部７２とを有している。本体部７１にはワーク２００が載置され、レーザ光ＬＢの照射によりワーク２００が溶接される。このため、図示しないが、本体部７１は、ワーク２００を支持する平坦面を有する部分とレーザ光ＬＢが通過する部分とを含んでいる。

一方、補正部７２は、本体部７１の一角に配置されている。図４及び図５に示すように、補正部７２は、レーザ光ＬＢを反射する反射板７２ａと、反射板７２ａの表面に設けられた反射スポット７２ｂとを有している。なお、反射スポット７２ｂの直径ｄは、レーザ光ＬＢの直径の１／１０倍～等倍（１倍）程度になるように設定されている。なお、図４及び図５に示す反射スポット７２ｂの形状は、Ｚ方向から見て円形状で、断面視で板状であるが、特にこれに限定されない。例えば、反射スポット７２ｂが、Ｚ方向から見て四角形であってもよい。なお、反射スポット７２ｂの表面と反射板７２ａの表面とが面一になるように、反射スポット７２ｂが設けられてもよい。

反射スポット７２ｂにおけるレーザ光ＬＢの反射率は、反射板７２ａにおけるレーザ光ＬＢの反射率よりも高くなるように設計されている。本開示の内容を限定するものではないが、補正部７２は、一例として、以下の通りに構成することができる。例えば、補正部７２として、表面に所定の形状の銅箔が設けられたプリント基板を使用することができる。その際、反射板７２ａは、銅箔が除去されたエポキシ樹脂の板材部分とし、反射スポット７２ｂは、所定の直径を有するスポット形状の銅箔とすればよい。また、銅箔の部分には、金メッキを施せば、なおよい。このようにすると、銅箔の部分とエポキシ樹脂とで、レーザ光ＬＢに対する反射率の差が十分に大きくなるので、補正部７２の役割を容易に果たすことができる。また、反射スポット７２ｂは、銅や金に特に限定されず、レーザ光ＬＢに対して所定以上の反射率を有する材料であればよい。例えば、アルミニウムや銀であってもよい。また、反射スポット７２ｂ以外の補正部７２が、レーザ光ＬＢに対して反射スポット７２ｂよりも反射率が低い材料であればよい。

後で述べるように、補正部７２は、レーザ光スキャナ４０において、前述した温度ドリフトが発生しているか否か、また、発生している場合は、温度ドリフトの補正量を測定するために利用される。

なお、ステージ７０における補正部７２の位置は、図３に示したものに特に限定されない。ただし、ワーク２００のレーザ溶接時には、溶接線ＷＬの近傍に、スパッタやヒュームが飛散したり、ワーク２００がアルミニウムを含む場合には、スマットが付着したりする。これらが反射スポット７２ｂに付着するのを防ぐため、ワーク２００の溶接線ＷＬが、補正部７２から所定以上離れた位置に配置されるようにする必要がある。また、溶接工程では、補正部７２は使用されないため、その表面を保護するように図示しないカバーを取り付けてもよい。

レーザ光ＬＢが、図４に示す破線に沿って、言い換えると、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに所定の間隔をあけて順次走査されながら、補正部７２に照射される。レーザ光ＬＢが反射スポット７２ｂに入射された場合、ほとんど散乱等されること無く、もとの光路に沿って反射される。ただし、反射スポット７２ｂに対し垂直に入射したレーザ光以外は、もとの光路をそのまま戻って反射されるわけではなく、もとの光路とわずかなずれが生じる。後述するが、このずれに対しても補正すれば、レーザ光ＬＢの照射位置ずれに対する補正精度をさらに高めることができる。

図６は、レーザヘッドの概略構成図を示す。なお、説明の便宜上、図６において、筐体３１の図示を省略している。また、レーザ光スキャナ４０を簡略化して図示している。

図６に示すように、光ファイバ２０から筐体３１の内部に導光されたレーザ光ＬＢは、コリメーションレンズ３２で平行化される。平行化されたレーザ光ＬＢは、ミラー３３を透過する。ミラー３３を透過したレーザ光ＬＢは、レーザ光スキャナ４０に入射する。なお、この場合、レーザ光スキャナ４０におけるレーザ光ＬＢの入射位置Ｐ１は、光ファイバ２０から筐体３１の内部に導光されたレーザ光ＬＢの光軸ａ－ａ’上にある。

レーザ光スキャナ４０を通過したレーザ光ＬＢは、レーザ光スキャナ４０における位置Ｐ２から出射される。レーザ光スキャナ４０を動作させず、第１ガルバノミラー４１と第２ガルバノミラー４２がそれぞれ初期位置にある場合、図６において、位置Ｐ２は光軸ｃ－ｃ’上にあるとしている。ただし、レーザ光ＬＢを走査する場合は、位置Ｐ２は光軸ｃ－ｃ’とともに別のずれた場所に位置する（図示せず）。なお、レーザ光スキャナ４０によりレーザ光ＬＢを走査した場合と走査しない場合のいずれにおいても、実際のレーザ光ＬＢは、レーザ光スキャナ４０の内部では第１ガルバノミラー４１と第２ガルバノミラー４２の反射を受ける。そのため、入射ビームの光軸ａ－ａ’は出射ビームの光軸ｃ－ｃ’とは一致しない。このことにより、図６において、レーザ光スキャナ４０から出射されたレーザ光ＬＢが所定の距離だけＸ方向へシフトしているように描いている。

レーザ光ＬＢは、反射板７２ａに位置Ｐ３で入射し、レーザ光スキャナ４０に向けて、つまり、概ねＺ方向に沿って反射板７２ａから入射方向とは反対の方向に反射される。レーザ光ＬＢの反射戻り光は、位置Ｐ４でレーザ光スキャナ４０に入射し、位置Ｐ５からレーザ光スキャナ４０の外部に出射され、さらにミラー３３に入射される。レーザ光ＬＢは、位置Ｐ６でミラー３３に入射した後、Ｘ方向に反射され、アパーチャー３６に入射する。アパーチャー３６で絞りがかけられたレーザ光ＬＢは、光量と直径とが調整される。なお、位置Ｐ６から光センサ３８の中心位置Ｐ７に向かうレーザ光ＬＢの光軸は、図６において、ｂ－ｂ’で示される。

第２集光レンズ３７は、アパーチャー３６を通過したレーザ光ＬＢを光センサ３８の受光面（図示せず）に集光させる。つまり、前述の光学系３９は、保護ガラス３５を透過して、筐体３１の内部に進入したレーザ光ＬＢの反射戻り光を光センサ３８に入射させる。

光センサ３８は、入射したレーザ光ＬＢの光量に応じた電気信号を出力する。この出力信号は、コントローラ５０に入力され、後で述べるレーザ光ＬＢの照射位置の補正に用いられる。

［レーザ光の照射位置ずれの補正方法］
図７は、レーザ光の照射位置ずれの補正手順のフローチャートを示し、図８は、光センサの出力をレーザ光が走査されるＸＹ平面にプロットした場合の模式図を示す。図８では、説明のために、ＸＹ平面上における反射スポット７２ｂに対する入射ビームの角度が常に垂直の場合を想定している。

図３に示す補正部７２において、ＸＹ平面上で反射スポット７２ｂの中心位置をレーザ光スキャナ４０のガルバノ原点と一致するようにし、原点Ｏとする。ここで、ガルバノ原点は、温度ドリフトが無い場合の、レーザヘッド３０のＸＹ平面上でのレーザ光ＬＢの初期位置に対応している。言い換えると、ガルバノ原点は、マニピュレータ６０の先端のＸＹ平面上での初期位置に対応している。原点Ｏは、ＸＹ平面上の座標として記憶部５２に保存されている。

温度ドリフトが無い場合、レーザ光ＬＢが原点Ｏ及びその近傍に照査された場合のみに、光センサ３８で出力信号が発生する。なお、この場合の「近傍」とは、原点ＯからＸＹ平面上にレーザ光ＬＢを集光した際の半径の１／１０～１／２程度に離れた距離をいう。言うまでもなく、この距離を短くすることもできる。その際には、後述する補正の精度がより高くなる。

一方、温度ドリフトが発生している場合、その影響によって、レーザ光ＬＢを走査する場合に、走査時の原点がガルバノ原点に該当する原点Ｏからずれてしまう場合がある。つまり、原点Ｏからレーザ光ＬＢが所定以上に離れた位置に照射された場合に、光センサ３８で出力信号が発生することがある。

このようなことが起こると、ワーク２００に対して所望の照射軌跡でレーザ光ＬＢを照射できなくなり、溶接不良が発生する原因となるおそれがある。

なお、「走査時の原点」とは、実際の溶接、または後述する補正時にレーザ光スキャナ４０にてワーク２００またはステージ７０表面に照射した場合の、Ｘ軸方向の位置指令とＹ軸方向の位置指令とがともにゼロ（もしくは、レーザ光スキャナ４０と対応する固定値。説明上、以下では、この値をゼロとする。）の場合の、ＸＹ平面上での実際のレーザ光ＬＢの照射点にあたる。なお、Ｘ軸方向の位置指令とは、第１駆動部４１ｃに対する回転位置の指令（以下、回転指令という）であり、Ｙ軸方向の位置指令とは、第２駆動部４２ｃに対する回転指令である。この場合、Ｘ軸方向とＹ軸方向の位置指令はともにゼロなので、温度ドリフトが無い場合、走査時の原点はガルバノ原点と一致する。

そこで、図７に示す手順で、レーザ光ＬＢの照射位置、この場合は、走査時の原点位置のずれを補正することで、ワーク２００に対して所望の照射軌跡でレーザ光ＬＢを照射でき、溶接不良の発生を抑制できる。以下、さらに説明する。

マニピュレータ６０を移動させて、レーザヘッド３０のレーザ光スキャナ４０をＸＹ平面上で、補正部７２の反射スポット７２ｂの中心位置、つまり原点Ｏに移動させる（図７のステップＳ１）。

レーザ光スキャナ４０を動作させて、レーザ光ＬＢを図４に示す破線に沿って走査させながら、原点Ｏの周りに照射する（図７のステップＳ２）。ステップＳ２において、マニピュレータ６０は移動させない。つまり、レーザヘッド３０の位置自体は、原点Ｏを保ったまま、レーザ光ＬＢを図４に示す破線に沿って走査させる。また、ステップＳ２におけるレーザ光ＬＢの出力は、レーザ溶接時よりも大幅に低下させている。反射板７２ａや光センサ３８の損傷を防止するためである。例えば、レーザ溶接時のレーザ光ＬＢの出力が数ｋＷである場合、ステップＳ２におけるレーザ光ＬＢの出力は、反射板７２ａまたは反射スポット７２ｂに損傷を与えず、かつ、光センサ３８で十分感知できる程度の値（数ｍＷ程度）でよい。なお、通常、レーザ発振器１０では、レーザ光ＬＢの照射位置を視認するためにガイドレーザ（図示せず）を使用する場合があるが、前述のステップＳ２にてこのガイドレーザから出射されたレーザ光を走査するようにしてもよい。

ステップＳ２の実行中または実行後に、光センサ３８の出力を確認し、出力がピークとなる第１ピーク位置Ｏ１を確認する（図７のステップＳ３）。第１ピーク位置Ｏ１は、ＸＹ平面上の座標で表される。また、第１ピーク位置Ｏ１の座標及び第１ピーク位置Ｏ１における光センサ３８の出力は、記憶部５２に保存される。

次に、第１ピーク位置Ｏ１が原点Ｏと一致しているか否かを、コントローラ５０の情報処理部５１が判断する（図７のステップＳ４）。なお、本願明細書における「一致」とは、厳密な意味での一致だけでなく、第１ピーク位置Ｏ１と原点ＯとのＸＹ平面上での距離が、レーザ光ＬＢを集光した際のビーム半径の１／１０～１／２程度以下である場合も含む。言うまでもなく、この距離を短くすることもできるが、その際には、補正の精度がより高くなる。

なお、予め設定された初期位置に固定された状態の第１ガルバノミラー４１と第２ガルバノミラー４２とで反射されたレーザ光ＬＢがステージ７０の表面に照射される位置が、前述した「走査時の原点」である。例えば、レーザヘッド３０を、ＸＹ平面上で補正部７２の反射スポット７２ｂの中心位置に移動させ、その状態で、それぞれ初期位置に固定された第１ガルバノミラー４１と第２ガルバノミラー４２とでレーザ光ＬＢを反射する。この場合、温度ドリフトが無ければ、レーザ光ＬＢの走査時の原点は、前述の原点Ｏに一致し、光センサ３８からの出力がピークとなる。

ステップＳ４の判断結果が肯定的、つまり、第１ピーク位置Ｏ１が原点Ｏと一致している場合は、レーザ光ＬＢの走査時の原点が原点Ｏに一致していると判断される。つまり、レーザ光スキャナ４０に温度ドリフトが発生していないと判断できるため、一連の作業を終了する。

一方、ステップＳ４の判断結果が否定的、つまり、第１ピーク位置Ｏ１が原点Ｏと一致していない場合は、図８に示すように、ＸＹ平面上で、光センサ３８の出力のピークが、原点Ｏから離れた位置に現れる。なお、図７に示す例では、第１ピーク位置Ｏ１は、原点Ｏに対して、Ｘ方向、Ｙ方向ともにマイナス側にずれている。

この場合、コントローラ５０は、原点Ｏの座標と第１ピーク位置Ｏ１の座標との差、つまり、原点Ｏと第１ピーク位置Ｏ１とのずれ量を取得し、当該ずれ量を記憶部５２に保存する（図７のステップＳ５）。

コントローラ５０の情報処理部５１は、原点Ｏの座標とステップＳ５で取得したずれ量に基づいて、式（１）、（２）を用いて、走査時の原点位置のずれを補正する、（図７のステップＳ６）。

図７に示す例では、補正後の走査時の原点位置は、式（１）、（２）に示す関係を満たす。

Ｘｃ＝Ｘ０－Ｘａ ・・・（１）
Ｙｃ＝Ｙ０－Ｙａ ・・・（２）
ここで、
Ｘ０：温度ドリフトが無い状態での走査時の原点のＸ座標
Ｙ０：温度ドリフトが無い状態での走査時の原点のＹ座標
Ｘｃ：補正後の走査時の原点のＸ座標
Ｙｃ：補正後の走査時の原点のＹ座標
Ｘａ：原点Ｏと第１ピーク位置Ｏ１とのＸ方向のずれ量
Ｙａ：原点Ｏと第１ピーク位置Ｏ１とのＹ方向のずれ量
である。前述の通り、レーザ光スキャナ４０のガルバノ原点を原点Ｏとしているので、式（１）と式（２）では、原点のＸ座標Ｘ０と原点のＹ座標Ｙ０はともにゼロとしてよい。なお、図８に示す例では、ずれ量Ｘａとずれ量Ｙａはともにマイナスの値を取る。

実際の補正にあたっては、第１駆動部４１ｃ及び第２駆動部４２ｃの回転指令を式（１）と式（２）の結果に従い修正する。つまり、当初、設定された走査時の原点（＝（Ｘ０、Ｙ０））に対応する回転指令に対し、ずれ量Ｘａ，Ｙａに対応した回転量を加算または減算して、走査時の原点に対応する回転指令を修正する。

補正後の走査時の原点の座標（Ｘｃ、Ｙｃ）及びずれ量Ｘａ，Ｙａは、記憶部５２に保存される。また、ずれ量Ｘａ，Ｙａにそれぞれ対応した第１駆動部４１ｃ及び第２駆動部４２ｃの回転指令の修正量も、記憶部５２に保存される。以降のレーザ溶接において、レーザ光ＬＢを走査する場合は、走査時の原点の座標は、（Ｘｃ、Ｙｃ）に設定される。

図６に示したように、レーザビームＬＢは、反射スポット７２ｂに対し垂直に入射した場合以外では、もとの光路をそのまま戻って反射されない。すなわち、レーザ光スキャナ４０からレーザ光ＬＢが出射される位置Ｐ２は、レーザ光ＬＢが反射スポット７２ｂに対し垂直に入射される場合以外では、反射光がレーザ光スキャナ４０に入射される位置Ｐ４とは、厳密には一致しない。したがって、実際には、反射スポット７２ｂに対してビームが垂直に入射すると仮定して、図８に示した、原点Ｏと第１ピーク位置Ｏ１とのＸ方向またはＹ方向のずれ量Ｘａ，Ｙａに、この入射角度による誤差がそれぞれ加算される。この誤差を含めて補正を行うことで、補正の精度をより高くすることが可能である。以下、誤差発生のメカニズムと補正方法の概略を説明する。なお、以下に示す例では、位置Ｐ２，Ｐ４ともに、第２ミラー４２ａの表面での位置に相当する。

図９Ａ，９Ｂは、それぞれ、レーザ光の照射角度ずれの補正における誤差発生のメカニズムを示す模式図である。図９Ａは、レーザ光ＬＢが反射スポット７２ｂに対して垂直に入射した場合の模式図を示し、図９Ｂは、レーザ光が反射スポットに対して斜めに入射した場合の模式図を示す。なお、図９Ｂにおける角度αは、レーザ光が垂直に入射した場合を基準とした入射角度のずれ量を示しており、図９Ｂに示す例では、０°＜α＜９０°であるが、反射スポット７２ｂからの反射光が、図６に図示した反射ルートに沿って光センサ３８に入射されるようにするためには、できるだけ０°に近いほうが望ましい。

図１０は、レーザ光の垂直入射からの入射角度ずれ量とＸＹ平面での位置ずれ量との関係を示す模式図である。入射角度のずれ量αが増加するとともに、ピーク位置のＸ軸、もしくはＹ軸のずれ量Ｘａ１とＹａ１が増加する。図示していないが、入射角度のずれ量αが大きすぎると、反射光が光センサ３８に入射できなくなってしまい、センシングができなくなってしまうおそれがある。したがって、できるだけ入射角度のずれ量αを０に近い値にしたほうがよいことは前述の通りである。

図９Ａ，９Ｂでは、反射スポット７２ｂに対する入射光は、実線の矢印で、反射光は、点線の矢印でそれぞれ示される。図９Ａでは、入射光が反射スポット７２ｂに対して垂直に入射しているので、反射光の光路も反射スポット７２ｂに対して垂直となり、両者は、第２ミラー４２ａの表面での位置Ｐ２とＰ４が一致する。

一方、図９Ｂに示す例では、反射スポット７２ｂの法線に対して、入射光の入射角度がα（０°＜α＜９０°）となるため、反射光の光路も反射スポット７２ｂの法線に対して、αの角度をなす。このため、図９Ｂに示すように、第２ミラー４２ａの表面に入射光が入射される位置Ｐ２と反射光が入射される位置Ｐ４が一致しなくなる。通常の光学系では、この角度αが非常に小さいので、第１集光レンズ３４の焦点距離をｆｆとすると、そのずれ量、すなわち、位置Ｐ２と位置Ｐ４と間の距離が近似的に、ｆｆ・αとなる。光学系が決定されると、このずれ量ｆｆ・αは、事前に計測することができ、コントローラ５０に記憶しておくことが可能である。入射角度のずれ量αが小さくなると、このずれ量ｆｆ・αも小さくなることが言うまでもない。図１０に示す例では、入射角度のずれ量αに対して、前述したずれ量Ｘａ１，Ｙａ１は、単調に増加している。

このことを考慮すると、式（１）、（２）に代えて、それぞれ以下に示す式（３）、（４）に基づいて、補正後の走査時の原点のＸ座標、Ｙ座標がそれぞれ求められる。

Ｘｃ１＝Ｘ０－Ｘａ－Ｘａ１ ・・・（３）
Ｙｃ１＝Ｙ０－Ｙａ－Ｙａ１ ・・・（４）
ここで、
Ｘｃ１：反射スポットに対する入射角度を考慮した、補正後の走査時の原点のＸ座標
Ｙｃ１：反射スポットに対する入射角度を考慮した、補正後の走査時の原点のＹ座標
Ｘａ１：反射スポットに対する入射角度を考慮した、原点Ｏと第１ピーク位置Ｏ１とのＸ方向のずれ量
Ｙａ１：反射スポットに対する入射角度を考慮した、原点Ｏと第１ピーク位置Ｏ１とのＹ方向のずれ量
である。

なお、ずれ量Ｘａ１とＹａ１は、レーザ光スキャナ４０の光学系と補正部７２の設置位置に依存するもので、事前に温度ドリフトの無い条件にて計測しておき、コントローラ５０に記憶させることができる。

［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ溶接装置１００は、レーザ光ＬＢを発生させるレーザ発振器１０と、レーザ光ＬＢを受け取ってワーク２００に向けて照射するレーザヘッド３０と、レーザヘッド３０の動作及びレーザ光ＬＢの出力Ｐを制御するコントローラ５０と、ワーク２００を載置するステージ７０と、を少なくとも備えている。

レーザヘッド３０は、レーザ光ＬＢをＸ方向（第１方向）とＸ方向と交差するＹ方向（第２方向）のそれぞれに走査するレーザ光スキャナ４０を有している。また、レーザヘッド３０は、光センサ３８を有している。レーザヘッド３０は、さらにレーザ光ＬＢの反射戻り光を光センサ３８に入射させる光学系３９を有している。光学系３９は、ミラー３３とアパーチャー３６と第２集光レンズ３７とで構成される。

コントローラ５０は、レーザ光ＬＢを溶接線ＷＬに沿って進行させながら、レーザ光ＬＢを二次元的に走査するようにレーザ光スキャナ４０を駆動制御する。

ステージ７０は、本体部７１と補正部７２とを有している。補正部７２は、反射板７２ａと、反射板７２ａの表面に設けられた反射スポット７２ｂとを有している。

コントローラ５０は、レーザ光ＬＢを二次元的に走査しながら、反射スポット７２ｂの周りにレーザ光ＬＢを照射するようにレーザ光スキャナ４０を駆動制御して、光センサ３８の出力がピークとなる第１ピーク位置Ｏ１を検出する。コントローラ５０は、反射スポット７２ｂの中心位置である原点Ｏと第１ピーク位置Ｏ１とに基づいて、レーザ光ＬＢの照射位置ずれを補正するように構成されている。本開示では、「反射スポット７２ｂの周り」とは、反射スポット７２ｂ自体と、反射スポット７２ｂの周囲とを含む領域をいう。

本実施形態によれば、ステージ７０に反射スポット７２ｂを有する補正部７２を設け、レーザヘッド３０に、光センサ３８とレーザ光ＬＢの反射戻り光を光センサ３８に入射させる光学系３９とを設けるというきわめて簡便な構成で、レーザ光ＬＢの照射位置ずれを補正することができる。また、光学系３９、特にアパーチャー３６を設けることにより、光センサ３８への入射光量をコントロールでき、光センサ３８の出力信号が飽和するのを抑制できる。このことにより、光センサ３８の出力がピークとなる第１ピーク位置Ｏ１を精度良く検出できる。

また、レーザ光ＬＢを二次元的に走査しながら、溶接線ＷＬに沿って、ワーク２００の所望の位置に正確に照射することができる。このことにより、溶接不良の発生を低減でき、溶接歩留まりを向上できる。

また、コントローラ５０は、反射スポット７２ｂの中心位置である原点Ｏと第１ピーク位置Ｏ１とのずれ量に基づいて、レーザ光ＬＢの走査時の原点位置のずれを補正するように構成されている。

このようにすることで、特に、温度ドリフトに起因したレーザ光ＬＢの照射位置ずれを簡便に補正することができる。

レーザ発振器１０とレーザヘッド３０とは光ファイバ２０で接続されており、レーザ光ＬＢは、光ファイバ２０を通って、レーザ発振器１０からレーザヘッド３０に伝送される。

このように光ファイバ２０を設けることで、レーザ発振器１０から離れた位置に設置されたワーク２００に対してレーザ溶接を行うことが可能となる。このことにより、レーザ溶接装置１００の各部を配置する自由度が高められる。

レーザ光スキャナ４０は、レーザ光ＬＢをＸ方向に走査する第１ガルバノミラー４１と、レーザ光ＬＢをＹ方向に走査する第２ガルバノミラー４２と、で構成されている。

レーザ光スキャナ４０をこのように構成することで、レーザ光ＬＢを簡便に二次元的に走査することができる。また、公知のガルバノスキャナをレーザ光スキャナ４０として用いているため、レーザ溶接装置１００のコストが上昇するのを抑制できる。

レーザヘッド３０は、コリメーションレンズ３２をさらに有し、コリメーションレンズ３２は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに交差するＺ方向に沿って、レーザ光ＬＢの焦点位置を変化させるように構成されている。言い換えると、コリメーションレンズ３２は、ワーク２００の表面と交差するＺ方向に沿って、レーザ光ＬＢの焦点位置を変化させるように構成されている。つまり、コリメーションレンズ３２は、図示しない駆動部との組み合わせにより、レーザ光ＬＢの焦点位置調整機構としても機能している。すなわち、溶接中に任意の照射位置に合わせて焦点位置を変更することができ、溶接条件設定の自由度を高めることができる。

このようにすることで、レーザ光ＬＢの焦点位置を簡便に変化させることができ、ワーク２００の形状に応じて適切にレーザ光ＬＢを照射させることができる。

レーザ溶接装置１００は、レーザヘッド３０が取り付けられたマニピュレータ６０をさらに備え、コントローラ５０は、マニピュレータ６０の動作を制御する。マニピュレータ６０は、ワーク２００の表面に対して、所定の方向にレーザヘッド３０を移動させる。

このようにマニピュレータ６０を設けることで、レーザ光ＬＢの溶接方向、または溶接点位置を変化させることができる。また、複雑な形状、例えば、立体的な形状のワーク２００に対して、レーザ溶接を容易に行うことができる。

本実施形態に係るレーザ光の照射位置ずれの補正方法は、レーザヘッド３０をステージ７０に設けられた反射スポット７２ｂの中心位置である原点Ｏに移動させる第１ステップ（図７のステップＳ１）とレーザ光スキャナ４０を動作させて、レーザ光ＬＢを二次元的に走査させながら、原点Ｏの周りに照射する第２ステップ（図７のステップＳ２）と、少なくとも備えている。

また、本実施形態の補正方法は、光センサ３８の出力がピークとなる第１ピーク位置Ｏ１を確認する第３ステップ（図７のステップＳ３）と、第１ピーク位置Ｏ１が、原点Ｏと一致しているか否かを判断する第４ステップ（図７のステップＳ３）と、を備えている。

本実施形態の補正方法は、第４ステップの判断結果が肯定的であれば、つまり、第１ピーク位置Ｏ１が、原点Ｏと一致していれば、補正作業を終了するステップを備える。

本実施形態の補正方法は、第４ステップの判断結果が否定的であれば、つまり、第１ピーク位置Ｏ１が、原点Ｏと一致していなければ、第１ピーク位置Ｏ１と原点Ｏとのずれ量を求めるステップと、原点Ｏの座標と当該ずれ量とに基づいて、レーザ光ＬＢの照射位置ずれを補正するステップとを備えている。

このようにすることで、特に、温度ドリフトに起因したレーザ光ＬＢの照射位置ずれを簡便に補正することができる。また、レーザ光ＬＢを二次元的に走査しながら、溶接線ＷＬに沿って、ワーク２００の所望の位置に正確に照射することができる。このことにより、溶接不良の発生を低減でき、溶接歩留まりを向上できる。

（実施形態２）
図１１は、本実施形態に係るレーザ光の照射位置ずれの補正手順のフローチャートを示す。

実施形態１では、温度ドリフトに起因したレーザ光ＬＢの照射位置ずれを補正するための装置構成及び補正手順について説明した。

一方、前述したように、レーザ光ＬＢの照射位置ずれは、マニピュレータ６０の調整不足、摩耗または経時劣化によっても起こりうる。マニピュレータ６０の調整が不十分な場合、摩耗または経時劣化が発生した場合、マニピュレータ６０の先端位置自体が、溶接プログラム等に予め設定されていた位置からずれていることがありうる。この場合、レーザヘッド３０の位置もずれるため、ワーク２００に対して所定の位置にレーザ光ＬＢを照射することができない。

そこで、図１１に示す手順でマニピュレータ６０の調整状態を確認し、その結果に基づいてレーザ光ＬＢの照射位置ずれを補正する。以下に詳細を説明する。

まず、マニピュレータ６０を初期位置から移動させて、レーザヘッド３０のレーザ光スキャナ４０を前述の原点Ｏに移動させる（ステップＳ１０）。レーザ光スキャナ４０を動作させて、レーザ光ＬＢを図４に示す破線に沿って走査させながら、原点Ｏの周りに照射する（ステップＳ１１）。さらに、光センサ３８の出力を確認し、出力がピークとなる第１ピーク位置Ｏ１を確認する（ステップＳ１２）。続けて、原点Ｏと第１ピーク位置Ｏ１とのずれ量（第１ずれ量）を取得し、第１ずれ量を記憶部５２に保存する（ステップＳ１３）。なお、ステップＳ１０～Ｓ１３は、図７のステップＳ１～Ｓ３，Ｓ５と同様の処理である。

次に、マニピュレータ６０を移動させて、レーザヘッド３０のレーザ光スキャナ４０を前述の原点Ｏの近傍の所定位置Ｐ（以下、単に位置Ｐという。図４参照）に移動させる（ステップＳ１４）。位置Ｐは、ロボットのティーチングにおいてコントローラ５０に事前に記憶させた位置である。図４に示す例では、位置Ｐは、破線で示すレーザ光ＬＢの走査軌跡において、原点ＯからＸ方向及びＹ方向にそれぞれ１区画分ずれている。ただし、原点Ｏを基準とした位置Ｐは特にこれに限定されず、別の位置に設定されてもよい。位置Ｐと原点Ｏとの距離も、予めコントローラ５０に記憶された値である。なお、位置Ｐと原点Ｏとは、ともに前述したＸＹ平面のＸ軸上、もしくはＹ軸上に無いことが望ましい。マニピュレータ６０のメンテナンスを必要とするレーザ光ＬＢの照射位置ずれの補正は、Ｘ軸とＹ軸の両方に存在する可能性があるためである。ステップＳ１４の具体的な内容は、レーザ光スキャナ４０の移動先が別である以外は、ステップＳ１０と同様の処理である。

さらに、レーザ光スキャナ４０を動作させて、レーザ光ＬＢを図４に示す破線に沿って走査させながら、位置Ｐの周りに照射する（ステップＳ１５）。光センサ３８の出力を確認し、出力がピークとなる第２ピーク位置Ｏ２を確認する（ステップＳ１６）。続けて、位置Ｐと第２ピーク位置Ｏ２とのずれ量（第２ずれ量）を取得し、第２ずれ量を記憶部５２に保存する（ステップＳ１７）。なお、ステップＳ１５～Ｓ１７は、ステップＳ１１～Ｓ１３と同様の処理である。

次に、コントローラ５０の情報処理部５１は、原点Ｏを基準とした第１ピーク位置Ｏ１と位置Ｐを基準とした第２ピーク位置Ｏ２とのずれ量、言い換えると、第１ずれ量と第２ずれ量との差を算出する。さらに、原点Ｏを基準とした第１ピーク位置Ｏ１と位置Ｐを基準とした第２ピーク位置Ｏ２とのずれ量が許容範囲内か否かを判断する（ステップＳ１８）。

つまり、ステップＳ１８では、原点Ｏと位置Ｐを基準とした第２ピーク位置Ｏ２とのＸ方向のずれ量をＸｂとし、原点Ｏと位置Ｐを基準とした第２ピーク位置Ｏ２とのＹ方向のずれ量をＹｂとするとき、式（５）、（６）に満たす関係を満足するか否かを判断している。

｜Ｘａ－Ｘｂ｜≦εｘ ・・・（５）
｜Ｙａ－Ｙｂ｜≦εｙ ・・・（６）
ここで、εｘは、Ｘ方向の差の許容上限、εｙは、Ｙ方向の差の許容上限である。εｘやεｙは、レーザ溶接時に許容される加工公差やマニピュレータ６０の組立許容公差等に応じて、適宜設定される。

ステップＳ１８の判断結果が肯定的であれば、マニピュレータ６０の位置が設定位置からずれていないか、その差が許容範囲内であると判断できる。よって、ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１９～Ｓ２１は、図７のステップＳ４～Ｓ６と同様の処理であるため、詳細な説明を省略する。つまり、ステップＳ１９の判断結果が肯定的であれば、補正作業を終了する。ステップＳ１９の判断結果が否定的であれば、原点Ｏの座標とステップＳ１３で取得したずれ量に基づいて、走査時の原点位置のずれを補正する（ステップＳ２０）。

一方、ステップＳ１８の判断結果が否定的であれば、マニピュレータ６０の位置が設定位置からず許容範囲を超えてずれていると判断できる。このため、レーザ溶接装置１００を停止して、マニピュレータ６０をメンテナンスし、位置や姿勢等を再調整する。

その後、ステップＳ１０に戻って、ステップＳ１８の判断結果が肯定的になるまで一連の処理を繰り返し実行する。さらに、ステップＳ１９以降を実行し、走査時の原点位置のずれを補正して、補正作業を終了する。

以上説明したように、本実施形態に係るレーザ溶接装置１００において、第１の処理と第２の処理とがそれぞれ実行される。

第１の処理では、レーザヘッド３０を反射スポット７２ｂの中心位置、つまり、原点Ｏに移動させ、レーザ光ＬＢを二次元的に走査しながら、反射スポット７２ｂの周り（原点Ｏの周り）にレーザ光ＬＢを照射する（図１１のステップＳ１０，Ｓ１１）。

第２の処理では、レーザヘッド３０を原点Ｏの近傍の位置Ｐに移動させ、レーザ光ＬＢを二次元的に走査しながら、反射スポット７２ｂの周り（位置Ｐの周り）にレーザ光ＬＢを照射する（図１１のステップＳ１４，Ｓ１５）。

第１の処理と第２の処理とが実行された場合、コントローラ５０は、反射スポット７２ｂの中心位置である原点Ｏと第１の処理で光センサ３８の出力がピークとなる第１ピーク位置Ｏ１と第２の処理で光センサ３８の出力がピークとなる第２ピーク位置Ｏ２とに基づいて、レーザ光ＬＢの照射位置ずれを補正するように構成されている。

さらに言うと、第１ピーク位置Ｏ１と第２ピーク位置Ｏ２とのずれ量が所定の許容範囲内であれば、コントローラ５０は、原点Ｏと第１ピーク位置Ｏ１とのずれ量に基づいて、レーザ光ＬＢの走査時の原点位置のずれを補正するように構成されている。

また、本実施形態におけるレーザ光ＬＢの照射位置ずれの補正方法は、レーザヘッド３０を原点Ｏへ移動させる第１ステップ（図１１のステップＳ１０）を少なくとも備えている。

さらに、本実施形態の補正方法は、レーザ光スキャナ４０を動作させて、レーザ光ＬＢを二次元的に走査させながら、原点Ｏの周りに照射する第２ステップ（図１１のステップＳ１１）と、光センサ３８の出力がピークとなる第１ピーク位置Ｏ１を確認する第３ステップ（図１１のステップＳ１２）と、第１ピーク位置Ｏ１と原点Ｏとのずれ量（第１ずれ量）を求める第４ステップ（図１１のステップＳ１５）と、を備えている。

さらに、本実施形態の補正方法は、第１ずれ量を求めた後に、レーザヘッド３０を前述の位置Ｐに移動させる第５ステップ（図１１のステップＳ１４）と、レーザ光スキャナ４０を動作させて、レーザ光ＬＢを二次元的に走査させながら、位置Ｐの周りに照射する第６ステップ（図１１のステップＳ１５）と、を備えている。

本実施形態の補正方法は、第６ステップの後に、光センサ３８の出力がピークとなる第２ピーク位置Ｏ２を確認する第７ステップ（図１１のステップＳ１６）と、第２ピーク位置Ｏ２と位置Ｐとのずれ量（第２ずれ量）を求める第８ステップ（図１１のステップＳ１７）と、を備えている。

さらに、本実施形態の補正方法は、第１ずれ量と第２ずれ量との差が許容範囲以内であるか否かを判断する第９ステップ（図１１のステップＳ１８）と、を備えている。

本実施形態の補正方法は、第９ステップの判断結果が肯定的であれば、つまり、第１ずれ量と第２ずれ量との差が前述の許容範囲内であれば、第１ピーク位置Ｏ１が、原点Ｏと一致しているか否かを判断する第１０ステップ（図１１のステップＳ１９）をさらに備えている。

本実施形態の補正方法は、第１０ステップの判断結果が肯定的であれば、つまり、第１ピーク位置Ｏ１が、原点Ｏと一致していれば、補正作業を終了するステップを備える。

本実施形態の補正方法は、第１０ステップの判断結果が否定的であれば、つまり、第１ピーク位置Ｏ１が、原点Ｏと一致していなければ、原点Ｏの座標と第１ずれ量とに基づいて、レーザ光ＬＢの照射位置ずれを補正する第１１ステップを備える（図１１のステップＳ２０）。

本実施形態の補正方法は、第９ステップの判断結果が否定的であれば、つまり、第１ピーク位置Ｏ１が、原点Ｏと一致していなければ、マニピュレータ６０を調整（図１１のステップＳ２１）した後、第１ステップに戻って、第９ステップの判断結果が肯定的になるまで、一連の処理を繰り返し実行する。

本実施形態によれば、実施形態１に示す構成及び方法が奏するのと同様の効果を奏することができる。つまり、レーザ光ＬＢを二次元的に走査しながら、溶接線ＷＬに沿って、ワーク２００の所望の位置に正確に照射することができる。このことにより、溶接不良の発生を低減でき、溶接歩留まりを向上できる。

また、本実施形態によれば、レーザ光ＬＢの照射位置ずれ、この場合は、走査時の原点位置のずれが、マニピュレータ６０の調整不足によるものか温度ドリフトによるものかを分離して判断できる。また、それぞれの要因で照射位置ずれが起こっている場合に、マニピュレータ６０のメンテナンスや実施形態１に示した補正手順を実行することで、照射位置ずれを解消できる。このことにより、ワーク２００に対して、レーザ光ＬＢを二次元的に走査しながら、所定の溶接線ＷＬに沿って照射でき、溶接不良の発生を抑制できる。また、マニピュレータ６０の定期点検やメンテナンスの頻度を不必要に高める必要がなくなり、装置のダウンタイムを低減できる。このため、溶接工程のコスト増加を抑制できる。

なお、図１１に示すステップＳ１９～Ｓ２１において、位置Ｐと第２ピーク位置Ｏ２とが一致しているかを判断し、一致していなければ、位置Ｐの座標とステップＳ１８で取得したずれ量に基づいて、走査時の原点位置のずれを補正してもよい。

つまり、本実施形態のレーザ溶接装置１００は、原点Ｏと第１ピーク位置Ｏ１とのずれ量、または、位置Ｐと第２ピーク位置Ｏ２とのずれ量のいずれかに基づいて、レーザ光ＬＢの走査時の原点位置のずれを補正するように構成されている。

また、本実施形態のレーザ光ＬＢの照射位置ずれの補正方法は、第１０ステップ（図１１のステップＳ１９）において、第２ピーク位置Ｏ２が、位置Ｐと一致しているか否かを判断し、第１１ステップの判断結果が否定的であれば、つまり、第２ピーク位置Ｏ２が、位置Ｐと一致していなければ、位置Ｐの座標と第２ずれ量とに基づいて、レーザ光ＬＢの照射位置ずれを補正（第１１ステップ；図１１のステップＳ２０）してもよい。

本開示のレーザ溶接装置は、簡便な構成で、レーザ光の照射位置ずれ、特に、レーザ光の走査時の原点位置のずれを補正でき、有用である。

１０ レーザ発振器
２０ 光ファイバ
３０ レーザヘッド
３１ 筐体
３２ コリメーションレンズ
３３ ミラー
３４ 第１集光レンズ
３５ 保護ガラス
３６ アパーチャー
３７ 第２集光レンズ
３８ 光センサ
３９ 光学系
４０ レーザ光スキャナ
４１ 第１ガルバノミラー
４１ａ 第１ミラー
４１ｂ 第１回転軸
４１ｃ 第１駆動部
４２ 第２ガルバノミラー
４２ａ 第２ミラー
４２ｂ 第２回転軸
４２ｃ 第２駆動部
５０ コントローラ
６０ マニピュレータ
７０ ステージ
７１ 本体部
７２ 補正部
７２ａ 反射板
７２ｂ 反射スポット
１００ レーザ溶接装置
２００ ワーク

Claims (11)

1. レーザ光を発生させるレーザ発振器と、
   前記レーザ光を受け取ってワークに向けて照射するレーザヘッドと、
   少なくとも前記レーザヘッドの動作を制御するコントローラと、
   前記ワークを載置するステージと、を少なくとも備え、
   前記レーザヘッドは、
   前記レーザ光を第１方向と前記第１方向と交差する第２方向のそれぞれに走査するレーザ光スキャナと、
   光センサと、
   前記レーザ光の反射戻り光を前記光センサに入射させる光学系と、を有し、
   前記コントローラは、前記レーザ光を溶接線に沿って進行させながら、前記レーザ光を二次元的に走査するように前記レーザ光スキャナを駆動制御し、
   前記ステージは、補正部を有し、
   前記補正部は、反射板と、前記反射板の表面に設けられた反射スポットと、を有し、
   前記コントローラは、前記レーザ光を二次元的に走査しながら、前記反射スポットの周りに前記レーザ光を照射するように前記レーザ光スキャナを駆動制御して、前記光センサの出力がピークとなる第１ピーク位置を検出し、
   前記コントローラは、前記反射スポットの中心位置と前記第１ピーク位置とに基づいて、前記レーザ光の照射位置ずれを補正するように構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
2. 請求項１に記載のレーザ溶接装置において、
   前記コントローラは、前記反射スポットの中心位置と前記第１ピーク位置とのずれ量に基づいて、前記レーザ光の走査時の原点位置のずれを補正するように構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
3. 請求項１または２に記載のレーザ溶接装置において、
   前記レーザ発振器と前記レーザヘッドとは光ファイバで接続されており、
   前記レーザ光は、前記光ファイバを通って、前記レーザ発振器から前記レーザヘッドに伝送されることを特徴とするレーザ溶接装置。
4. 請求項１または２に記載のレーザ溶接装置において、
   前記レーザ光スキャナは、前記レーザ光を前記第１方向に走査する第１ガルバノミラーと、前記レーザ光を前記第１方向と交差する第２方向に走査する第２ガルバノミラーと、で構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
5. 請求項１または２に記載のレーザ溶接装置において、
   前記レーザヘッドは、焦点位置調整機構をさらに有し、
   前記焦点位置調整機構は、前記ワークの表面と交差する方向に沿って、前記レーザ光の焦点位置を変化させるように構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
6. 請求項１または２に記載のレーザ溶接装置において、
   前記レーザヘッドが取り付けられたマニピュレータをさらに備え、
   前記コントローラは、前記マニピュレータの動作を制御し、
   前記マニピュレータは、前記ワークの表面に対して、所定の方向に前記レーザヘッドを移動させることを特徴とするレーザ溶接装置。
7. 請求項６に記載のレーザ溶接装置において、
   前記レーザヘッドを前記反射スポットの中心位置に移動させ、前記レーザ光を二次元的に走査しながら、前記反射スポットの周りに前記レーザ光を照射する第１の処理と、
   前記レーザヘッドを前記反射スポットの中心位置の近傍の所定の位置に移動させ、前記レーザ光を二次元的に走査しながら、前記反射スポットの周りに前記レーザ光を照射する第２の処理と、が実行された場合、
   前記コントローラは、前記反射スポットの中心位置と前記第１の処理で前記光センサの出力がピークとなる第１ピーク位置と前記第２の処理で前記光センサの出力がピークとなる第２ピーク位置とに基づいて、前記レーザ光の照射位置ずれを補正するように構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
8. 請求項７に記載のレーザ溶接装置において、
   前記第１ピーク位置と前記第２ピーク位置とのずれ量が所定の許容範囲内であれば、
   前記コントローラは、前記反射スポットの中心位置と前記第１ピーク位置とのずれ量、または前記所定の位置と前記第２ピーク位置とのずれ量のいずれかに基づいて、前記レーザ光の走査時の原点位置のずれを補正するように構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
9. 請求項１または２に記載のレーザ溶接装置を用いたレーザ光の照射位置ずれの補正方法であって、
   前記レーザヘッドを前記反射スポットの中心位置に移動させるステップと、
   前記レーザ光スキャナを動作させて、前記レーザ光を二次元的に走査させながら、前記反射スポットの中心位置の周りに照射するステップと、
   前記光センサの出力がピークとなる第１ピーク位置を確認するステップと、
   前記第１ピーク位置が、前記反射スポットの中心位置と一致しているか否かを判断するステップと、
   前記第１ピーク位置が、前記反射スポットの中心位置と一致していれば、補正作業を終了するステップと、
   前記第１ピーク位置が、前記反射スポットの中心位置と一致していなければ、前記第１ピーク位置と前記反射スポットの中心位置とのずれ量を求めるステップと、
   前記反射スポットの中心位置の座標と前記ずれ量とに基づいて、前記レーザ光の照射位置ずれを補正するステップと、を備えたことを特徴とするレーザ光の照射位置ずれの補正方法。
10. 請求項６に記載のレーザ溶接装置を用いたレーザ光の照射位置ずれの補正方法であって、
    前記レーザヘッドを前記反射スポットの中心位置に移動させる第１ステップと、
    前記レーザ光スキャナを動作させて、前記レーザ光を二次元的に走査させながら、前記反射スポットの中心位置の周りに照射する第２ステップと、
    前記光センサの出力がピークとなる第１ピーク位置を確認する第３ステップと、
    前記第１ピーク位置と前記反射スポットの中心位置とのずれ量を求める第４ステップと、
    前記第１ピーク位置と前記反射スポットの中心位置とのずれ量を求めた後に、前記レーザヘッドを前記反射スポットの中心位置の近傍の所定の位置に移動させる第５ステップと、
    前記レーザ光スキャナを動作させて、前記レーザ光を二次元的に走査させながら、前記所定の位置の周りに照射する第６ステップと、前記第６ステップの後に、前記光センサの出力がピークとなる第２ピーク位置を確認する第７ステップと、
    前記第２ピーク位置と前記所定の位置とのずれ量を求める第８ステップと、
    前記第１ピーク位置と前記反射スポットの中心位置とのずれ量である第１ずれ量と前記第２ピーク位置と前記所定の位置とのずれ量である第２ずれ量との差が許容範囲以内であるか否かを判断する第９ステップと、
    前記第９ステップの判断結果が肯定的であれば、前記第１ピーク位置が、前記反射スポットの中心位置と一致しているか否かを判断する第１０ステップと、
    前記第１０ステップの判断結果が肯定的であれば、補正作業を終了するステップと、
    前記第１０ステップの判断結果が否定的であれば、前記反射スポットの中心位置の座標と前記第１ずれ量とに基づいて、前記レーザ光の照射位置ずれを補正する第１１ステップと、
    前記第９ステップの判断結果が否定的であれば、前記マニピュレータを調整した後、前記第１ステップに戻って、前記第９ステップの判断結果が肯定的になるまで、一連の処理を繰り返し実行することを特徴とするレーザ光の照射位置ずれの補正方法。
11. 請求項１０に記載のレーザ光の照射位置ずれの補正方法において、
    前記第１０ステップでは、前記第２ピーク位置が、前記所定の位置と一致しているか否かを判断し、
    前記第１１ステップでは、前記所定の位置の座標と前記第２ずれ量とに基づいて、前記レーザ光の照射位置ずれを補正することを特徴とするレーザ光の照射位置ずれの補正方法。

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