JPH06328283A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ加工ヘッド１７の位置教示を、より正
確に、より容易にしかもより短時間で行うことができる
レーザ加工ヘッドを提供する。 【構成】 レーザ加工ヘッド１７のノズル部６には計測
センサ用のレーザ光源３３〜３６が取り付けられてお
り、溶接される加工面Ｍに向けてレーザ光Ｌが照射され
る。またレーザ加工ヘッド１７には受像装置４１が取り
付けられており、加工面Ｍ上のレーザ光の照射スポット
位置Ｐ1 〜Ｐ4 を画像データとして読み込み、スポット
位置を検知するようになっている。このようにして検知
されたスポット位置は、演算処理部に送られるようにな
っており、この位置データを基にレーザ加工ヘッドの加
工面に対する位置が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームを被加工
物に照射し溶接等のレーザ加工を行なうレーザ加工装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工は、レーザビームを集光する
ことにより形成された、高いエネルギが集中された微小
なビームスポットをレーザ加工ヘッドから被加工物に向
けて照射し、溶接をはじめ、切断、穿孔など種々の加工
を行うもので、高精度な加工を比較的容易に実現でき、
また被加工物に与える熱的影響が小さい等の利点を有し
ていることから多用されている。

【０００３】従来からレーザ加工装置に使用されている
レーザ加工ヘッドは、例えば、図１８に示すようなもの
がある。図１８において、レーザ加工ヘッド１０１は、
移動自在なロボットアーム（不図示）に取り付けられ、
ロボットをティーチングすることにより、レーザ加工ヘ
ッド１０１を所定の移動経路に沿って移動させるように
なっている。

【０００４】このレーザ加工ヘッド１０１は、本体２の
端部に取り付けられた集光レンズ３により図外のレーザ
発振源から発振されたレーザビームＢを集光している。
集光レンズ３の光軸Ｔ1 上には反射鏡４が取り付けら
れ、集光レンズ３で集光されたレーザビームＢをノズル
部６に向けて反射し、ノズル部６の外部で焦点Ｆを結ぶ
ようになっている。

【０００５】この焦点Ｆの位置でワークＷの溶接部に照
射し溶接するが、溶接は、レーザビームＢの焦点位置と
ワークＷの溶接部とを正確に合わせることが重要であ
る。レーザビームＢは、通常の光と比較すると位相がそ
ろっており、極めて集光性が高いという性質を有してい
るので、集光されたレーザビームＢのスポット径を最小
とする焦点距離は、許容範囲が狭く、わずかなずれで許
容範囲から外れる。

【０００６】従来の集光レンズ３では、この許容範囲は
±０．３ｍｍ以内と非常に狭く、レーザ加工ヘッド１０
１のティーチングを行う場合、目視による位置調整では
不十分であり、常に正確な位置決めができるとは限らな
かった。

【０００７】このため、従来は、図１９に示されるよう
に、いわゆるスキ見ゲージ等の調整用の治具５を用いて
ノズル部６とワークＷとの隙間の量を調整して、レーザ
加工ヘッド１０１の位置を溶接ロボットのロボットコン
トローラ等に教示している。また、従来のレーザ加工ヘ
ッドの他の例としては、例えば、図２０に示すようなも
のがある。この図２０に示すレーザ加工ヘッド１０２
は、最終ミラー７により反射されたレーザ光を放物面鏡
８により反射すると共に集光し、加工を行なうようにし
たものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
レーザ加工ヘッド１０１では、スキ見ゲージ等の調整用
の治具５を用いて、ノズル部６の位置調整を行っても、
通常、教示位置に±０．５ｍｍ程度のずれが残る。特
に、溶接位置によっては、位置調整されるレーザ加工ヘ
ッド１０１のノズル部６の位置が直接目視できない場合
もあり、教示作業は極めて困難となっている。

【０００９】スキ見ゲージ等を用いても位置調整が不十
分となり、教示位置の位置精度が十分でない場合には、
スキ見ゲージによる位置調整を行った後に、実際にワー
クの試し溶接を行い、生じたビードの状態から溶接の良
否を判断し、これによりレーザ加工ヘッドの位置が、よ
り最適な位置となるように微調整し教示している。

【００１０】ところが、試し溶接を行うと、ティーチン
グに要する時間は非常に長くなり、試し溶接の回数も、
ティーチングする点につき一回で済むとは限らないこと
から、このティーチングに要する時間はさらに長くな
り、ティーチング作業の負担はさらに大きくなる。しか
も試し溶接には、試し溶接用のワークも必要となるとい
う不具合もある。

【００１１】また、集光レンズ３の焦点距離は、同一の
焦点距離に加工されたものであっても、個々のレンズ毎
にばらつきがあり、各集光レンズ毎に焦点位置が異なる
と、レーザ加工ヘッドのティーチング作業は、原則とし
て各レーザ加工ヘッド毎に行う必要が生じる。この場合
にはティーチング作業には多大な時間を要することにな
り、この作業時間の短縮が、かねてからの課題となって
いる。

【００１２】後者のレーザ加工ヘッド１０２では、最終
ミラー７より前の光路が合っているかどうかを事前に複
数設けられたミラー（図示せず）を調整する必要があ
る。つまり、光路の確認は、図２１に示すように、放物
面鏡８の代わりに半透明のミラー９を取り付け、事前調
整のために設けられているガイド用のＨｅ−Ｎｅレーザ
の位置を種々の方向に動かしても半透明のミラー９に生
じたスポットの位置が動かないように調整することによ
り行なう。しかし、この場合、最終ミラー７の前に設け
られている複数個のミラーを調整しなければならないた
め、この調整作業は面倒なものとなっている。また、こ
のガイド用のＨｅ−Ｎｅレーザを用いて光路の調整した
後に、放物面鏡８を取り付け、加工用のＣＯ2 レーザを
作動して加工を行ない、所定の加工が行なわれているか
どうか調べる必要があるが、前記Ｈｅ−Ｎｅレーザの場
合とＣＯ2 レーザの場合では、両者間で誤差が生じるこ
ともあり、再度調整しなければならないこともある。

【００１３】本発明は、上述した課題に鑑みてなされた
もので、レーザ加工ヘッドの移動経路を教示するティー
チング作業をより容易にかつ正確に、短時間で行うこと
ができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、レーザビーム出力源から照射されたレーザ
ビームを集光手段により集光し、この集光されたレーザ
ビームを被加工物に照射するレーザ加工ヘッドを備えた
レーザ加工装置において、前記レーザ加工ヘッドに、被
加工物に向けて計測センサ用のレーザ光を照射する計測
センサ用のレーザ光源と、この計測センサ用のレーザ光
の被加工物上でのスポット位置を検知する受像手段とを
取り付け、当該受像手段により検知されたスポット位置
に基づいてレーザ加工ヘッドの被加工物に対する相対位
置を求め、この求められた相対位置データを演算手段に
より演算し、出力手段からの出力により前記レーザ加工
ヘッドが所定位置となるようにしたことを特徴とするレ
ーザ加工装置である。

【００１５】前記計測センサ用のレーザ光源は、スリッ
ト光を被加工物に向けて照射するようにすることが好ま
しい。

【００１６】

【作用】レーザ加工を開始する前に、計測センサ用のレ
ーザ光源から計測センサ用のレーザ光を被加工物に向け
て照射すると、被加工物上に計測センサ用のレーザ光の
スポットが現れる。このスポット位置を受像手段により
検知し、検知したスポット位置データを演算手段に入力
し、この演算手段においてレーザ加工ヘッドの被加工物
に対する相対位置を演算する。演算された相対位置デー
タに基づき出力手段がレーザ加工ヘッドを所定位置に設
定する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。第１実施例 図１は、本発明の第１実施例のレーザ加工ヘッドが組み
込まれた溶接ロボットを示す全体斜視図、図２は同レー
ザ加工ヘッドを示す正面断面図、図３は同レーザ加工ヘ
ッドの本体を示す図、図４はレーザビームが照射される
ノズル部を示し、図５，６はレーザビームの照射状態を
示す図である。

【００１８】図１において、溶接ロボット１１は、ロボ
ットコントローラ１５によって動作位置が制御される移
動自在なロボットアーム１３を有し、このロボットアー
ム１３の先端には、本実施例に係るレーザ加工ヘッド１
７A が取付けられ、このレーザ加工ヘッド１７A にはレ
ーザファイバ２１を介してレーザ発振機１９が接続され
ている。

【００１９】このレーザ加工ヘッド１７A は、図２に示
されるように、基端部にレーザファイバ２１が接続され
た筒状の本体２を有し、レーザ発振機１９から発振され
たレーザビームＢ（２点鎖線で示す）がレーザファイバ
２１を通って導光路２ａ内に導かれている。

【００２０】なお、本実施例では、溶接用のレーザとし
てＹＡＧレーザを用いているが、レーザの種類はこれに
限られるものではなく、例えば、ネオジウムガラスレー
ザでもよく、固体レーザ以外のもの、例えば炭酸ガスレ
ーザ等であってもよい。

【００２１】前記本体２の先端には、レーザビームＢを
集光させる集光レンズ３が取り付けられ、この集光レン
ズ３の光軸Ｔ1 上には反射鏡４がブラケット２３にスプ
リング２５を介して取付けられている。このブラケット
２３の下端は、本体２に揺動自在に支持され、他端には
本体２に沿って延びるワイヤ２７の先端が取付けられて
いる。そして、このワイヤ２７の基端部に取付けられて
いる操作つまみ２９を長手方向に沿って進退移動するこ
とにより、反射鏡４は図２において実線図示のレーザ反
射位置や、二点鎖線で示す退避位置にすることができ
る。

【００２２】なお、図３（ａ）に示されるように、本体
２には、反射鏡４がレーザ反射位置に移動されたときに
当接するミラー当り面３０が両側部に設けられ、ブラケ
ット２３の停止位置にずれがあっても、反射鏡４の反射
面がミラー当り面３０に当接すれば、反射鏡４が確実に
集光レンズ３の光軸に対して４５°の角度となり、集光
レンズ３を通過したレーザビームＢが集光レンズ３の光
軸Ｔ1 に対して直交下向きに照射されるようにしてい
る。図２に示されるように、ワイヤ２７に、ばね３１に
よる付勢力を加え、レーザ反射位置に移動された反射鏡
４がミラー当り面３０に確実に密着するようにしてもよ
い。

【００２３】また、このレーザ加工ヘッド１７A は、反
射鏡４の下方にノズル部６が設けられている。このノズ
ル部６は、単なる筒体であり、反射鏡４に反射された反
射レーザビームＢ2 が通過して外部に照射される。な
お、レーザビームＢの焦点Ｆは、ノズル部６から所定の
距離離れた位置で結ばれるようになっている。

【００２４】このノズル部６の縁部には、図４に示され
るように、４等分された位置にＨｅ−Ｎｅレーザを照射
する計測センサ用のレーザ光源３３〜３６が取付けられ
ている。これら計測センサ用のレーザ光源３３〜３６か
ら照射されるレーザ光Ｌは、図５（ａ）に示されるよう
に、すべて反射レーザビームＢ2 の光軸Ｔ2 上の一点で
交差するようになっている。各計測センサ用のレーザ光
源３３〜３６から照射されるレーザ光Ｌを水平面に投影
すると、図５（ｂ）に示されるようになっており、ワー
クＷの加工面Ｍが反射レーザビームＢ2 の光軸Ｔ2 に対
して直交する場合は、この加工面Ｍ上に照射された計測
センサ用のレーザ光Ｌのスポット位置Ｐ1 〜Ｐ4 を結ぶ
と正方形になる。

【００２５】また、このスポット位置Ｐ1 〜Ｐ4 により
形成される正方形の対角線の距離Ｄが測定されると、Ｈ
＝Ｅ（１＋Ｄ／Ｒ）によってノズル部から加工面Ｍまで
の距離Ｈを求めることができる。ここにおいて、 Ｅ：ノズル部６の端面からレーザビームの焦点Ｆまでの
距離 Ｒ：相対向する計測センサ用のレーザ光源とノズル部６
の端面との交点間距離。

【００２６】図６（ａ）は、反射レーザビームＢ2 の光
軸Ｔ2 と加工面Ｍとが直交しない場合のレーザビームの
照射状態を示す説明図、図６（ｂ）は、加工面Ｍ上の計
測センサ用のレーザ光Ｌのスポット位置Ｐ1 〜Ｐ4 を平
面上に投影した状態を示す説明図である。

【００２７】図６（ａ）に示すように、反射レーザビー
ムＢ2 の光軸Ｔ2 と加工面Ｍとが直交しない場合にも、
加工面Ｍと反射レーザビームＢ2 との交点つまり図心Ｏ
の位置や、加工面Ｍにおける各レーザスポット位置Ｐ1
〜Ｐ4 と焦点Ｆにおける水平面（破線で示す）との間の
距離（通称スポットの深さ）Ｋ1 〜Ｋ4 を求め、これら
の値を用いていわゆる平面方程式を解くことにより、ノ
ズル部６の端面から図心Ｏまでの距離Ｈや、反射レーザ
ビームＢ2 と加工面Ｍとのなす角を求めることができ
る。

【００２８】また、レーザ加工ヘッド１７A の先端上部
には、ＣＣＤカメラ等からなる受像装置４１が取付けら
れている。この受像装置４１は、その光軸が反射鏡によ
り反射された反射レーザビームＢ2 の光軸Ｔ2 と一致す
るように取付けられ、反射鏡４が退避位置に移動される
と、ノズル部６から見える加工面Ｍの状態を撮影するこ
とができるようになっている。したがって、この受像装
置４１により、ワークＷの加工面Ｍ上に投影された計測
センサ用のレーザ光源３３〜３６からのレーザ光のスポ
ットＰ1 〜Ｐ4 を撮影すると、スポットＰ1 〜Ｐ4 の位
置を検知できる。この受像装置４１により撮影され、検
知されたスポットＰ1 〜Ｐ4 の位置データは、計測演算
装置４３（図１）に送信され、これらのデータを基に前
述した平面方程式を解く等の演算処理が行われる。

【００２９】次に、本実施例のレーザ加工ヘッドを、所
定の教示位置に教示する手順を、図７〜図９に示される
フローチャートを用いて説明する。

【００３０】ここに、図７は作業者の作業手順を示すフ
ローチャート、図８は計測センサの動作を示すフローチ
ャート、図９は演算部の動作を示すフローチャートであ
る。図７において、まず作業者が溶接ロボット１１を作
動し、レーザ加工ヘッド１７A を目標位置に移動する
（Ｓ１）。このときレーザ加工ヘッド１７A の反射鏡４
は、操作つまみ２９の操作により退避位置に移動され、
受像装置４１がノズル部６から見える加工面Ｍを撮影で
きるようになっている。

【００３１】次に、図８に示すように、計測センサの作
動が開始される。レーザ光源３３〜３６から計測センサ
用のＨｅ−Ｎｅレーザ光が加工面Ｍに照射される（Ｓ
２）。この照射により、図６（ｂ）に示すように、ワー
クＷの加工面ＭにスポットＰ1〜Ｐ4 が現れる。これら
スポットＰ1 〜Ｐ4 の位置は受像装置４１により画像デ
ータとして取り込まれ（Ｓ３）、その位置が検知され
る。受像装置４１により検知されたスポット位置データ
は、計測演算装置４３に送信され（Ｓ４）、図９に示す
ように、まず反射レーザビームＢ2 の光軸Ｔ2 と加工面
Ｍとの交点つまり図心Ｏの位置が求められる（Ｓ５）。
ついで各レーザスポット位置Ｐ1 〜Ｐ4 と焦点Ｆにおけ
る水平面との間の距離（通称スポットの深さ）Ｋ1 〜Ｋ
4 が求められる（Ｓ６）。そして、これらの値を基にし
ていわゆる平面方程式の演算が行われ（Ｓ７）、ノズル
部６の端面から図心Ｏまでの距離Ｈ（いわゆるＺ軸方向
の距離）や、いわゆるＸ軸，Ｙ軸の傾斜角度等からノズ
ル部６と加工面Ｍとの相対的位置あるいは角度とが求め
られる（Ｓ８）。これら各値は表示装置４５に表示され
（Ｓ９）、図７に示すように各値が許容範囲内であるか
否かが判断される（Ｓ１０）。

【００３２】各値が許容範囲を逸脱していると、そのず
れ量に応じてレーザ加工ヘッド１７A の位置および角度
が修正される（Ｓ１１）。この修正後、再び計測センサ
用のレーザ光ＬによるスポットＰ1 〜Ｐ4 の位置が測定
され、レーザ加工ヘッド１７A の加工面Ｍに対する相対
位置が求められ（Ｓ２〜Ｓ９）、各値が許容範囲内であ
るか否か判断される（Ｓ１０）。

【００３３】各値が許容範囲内であれば、その位置がレ
ーザ加工ヘッド１７A の教示され、次の教示位置がある
場合は、次の教示動作に移る。また教示する点がなけれ
ば教示動作を終了する。教示作業が終了すると、操作つ
まみ２９を操作して、反射鏡４をレーザ反射位置に移動
させ固定する。

【００３４】このように、前記実施例では、加工面Ｍ上
に照射された計測センサ用のレーザ光Ｌによるスポット
Ｐ1 〜Ｐ4 位置を受像装置４１により検知し、レーザ加
工ヘッド１７A の加工面Ｍに対する相対位置あるいは角
度を求め、これら値が許容範囲内であれば、レーザ加工
ヘッド１７A に所定の位置を教示しているので、レーザ
加工ヘッド１７A の加工面に対する位置が自動的に検知
測定でき、レーザ加工ヘッド１７A に対する位置教示作
業が、正確でかつ簡単にしかも迅速になり、作業者の負
担が軽減される。特に試し溶接を最小限（本実施例では
皆無）にでき、ロボット位置の教示作業に要する時間は
大幅に短縮される。また試し溶接用ワークも不用とな
り、材料量も少なくなる。

【００３５】第２実施例 図１０（ａ）は本発明の第２実施例のレーザ加工ヘッド
を示す断面図、図１０（ｂ）は同図のＩ−Ｉ線に沿う断
面図、図１１（ａ）は同実施例の計測状態を示す断面
図、図１１（ｂ）は同図のＪ−Ｊ線に沿う断面図であ
る。図１０および図１１に示すように、この実施例のレ
ーザ加工ヘッド１７B は、計測センサ用のレーザ光Ｌを
照射するレーザ光源３３〜３６と、このレーザ光源３３
〜３６から照射されたレーザ光Ｌの加工面上のスポット
位置Ｐ1 〜Ｐ4 を検知する受像装置４１とが交換可能と
されている。

【００３６】図１０において、レーザ加工ヘッド１７B
の本体２の先端部にねじ手段が設けられ、このねじ手段
を利用して前記本体２の先端部に、反射鏡４を有するレ
ーザ反射ユニット５３を取り付けるとレーザ溶接を行う
ことができ、図１１に示されるように、計測センサ用の
レーザ光源３３〜３６を有するノズル部６と、これらの
レーザ光源３３〜３６から照射されるレーザ光Ｌのスポ
ット位置Ｐ1 〜Ｐ4 を読み取る受像装置４１とを有する
ティーチングユニット５５を取り付けると、レーザ加工
ヘッド１７A の加工面Ｍに対する相対位置等を容易に検
知することができる。

【００３７】この実施例では、ユニット交換の際、レー
ザビームＢを集光する集光レンズは交換されないので、
集光レンズの焦点位置がずれることがなく、先に説明し
た実施例と同様に、正確かつ迅速な教示作業を容易に行
うことができる。

【００３８】第３実施例 図１２は本発明の第３実施例のレーザ加工ヘッドを示す
断面図、図１３は同実施例の計測状態を示す説明図、図
１４は突き合わせ溶接に使用した状態を示す斜視図、図
１５は突き合わせ溶接する被加工物に照射したスリット
光とレーザの焦点位置との関係を示す説明図である。図
１２に示す実施例のレーザ加工ヘッド１７C は、大部分
の構成が前記図２に示す第１実施例と同様であるので、
同一符号を付し説明は省略するが、前記計測センサ用の
レーザ光源３３，３５の先端に蒲鉾状のレンズ６０を取
り付けている点が相違している。つまり、計測センサ用
のレーザ光源３３，３５は、第１実施例の４つとは異な
り、２つでよく、その先端に蒲鉾状のレンズ６０が取り
付けられている。

【００３９】このようにすると、レーザ光源３３，３５
から照射されたレーザ光Ｌは、蒲鉾状のレンズ６０によ
りスリット状の細長い光となり、被加工物Ｗの加工面Ｍ
上に線状のスポットＰ1 ，Ｐ2 を形成することになる。
このスリット光を受像装置４１により検知し、レーザ加
工ヘッド１７C の加工面Ｍに対する相対位置あるいは角
度を求めると、レーザ加工ヘッドに所定の位置を教示す
ることができる。

【００４０】例えば、図１３に示すａ）実線状態の場合
には、スポットＰ1 とスポットＰ2は平行状態となり、
両スポットＰ1 ，Ｐ2 間の距離ｄは、所定のｄ0 とな
り、加工面Ｍとレーザ加工ヘッド１７C との間の相対距
離Ｈは、所定のＨ0 となる。

【００４１】ｂ）前記相対距離Ｈが、所定のＨ0 より近
くなると、両スポットＰ1 ，Ｐ2 は平行状態となり、両
スポットＰ1 ，Ｐ2 間の距離ｄは所定のｄ0 より小さく
なる。 ｃ）前記相対距離Ｈが、所定のＨ0 より遠くなると、両
スポットＰ1 ，Ｐ2 は平行状態となり、両スポットＰ1
，Ｐ2 間の距離ｄは所定のｄ0 より大きくなる。 このｂ）ｃ）の場合の相対距離Ｈは、 Ｈ＝Ｈ0 ＋１／２（ｄ−ｄ0 ） により求めることができる。

【００４２】ｄ）図１３に二点鎖線で示すように、加工
面Ｍがある角度θだけ紙面に垂直な軸を中心として回転
した場合には、両スポットＰ1 ，Ｐ2 は平行状態とな
り、光軸Ｔ2 とスポットＰ1 あるいはスポットＰ2 の位
置は両者が異なるｄ1 ，ｄ2 となる。この場合の回転角
θは、 θ＝ｓｉｎ^-1｛（ｄ1 −ｄ2 ）／（ｄ1 ＋ｄ2 ）｝ により求めることができる。

【００４３】ｅ）加工面Ｍが光軸Ｔ2 に直交する軸を中
心としてある角度φだけ回転した場合には、両スポット
Ｐ1 ，Ｐ2 間の距離ｄは両端で相違する。一端側の距離
をｄ1 とし、他端側の距離をｄ2 とすれば、回転角φ
は、 φ＝ｓｉｎ^-1｛（ｄ1 −ｄ2 ）／ｌ｝ により求めることができる。ここに「ｌ」は、スリット
光の長さ、つまり両スポットＰ1 ，Ｐ2 を水平面に投影
したときの長さである。

【００４４】この第３実施例では、２つの計測センサ用
のレーザ光源３３，３５からのレーザ光は、蒲鉾状のレ
ンズ６０によりスリット光とされるので、計測用のレー
ザ光Ｌが所定の長さをもって加工面に当たり、被加工物
Ｗの加工面Ｍが遠近、傾斜あるいは回転するなどあらゆ
る状態にあっても、上述した如く相対距離、角度を検出
でき、先に説明した実施例と同様に、正確かつ迅速な教
示作業を容易に行うことができ、教示作業を行なう作業
者の負担が軽減される。

【００４５】したがって、被加工物の状態に関しては種
々のものが対象となり、図１４に示すように、一対の被
加工物の端部を近接配置し、両者の突き合わせ溶接を行
なう場合にも使用することができる。この場合、２つの
計測センサ用のレーザ光源３３，３５から蒲鉾状のレン
ズ６０を介して照射されたレーザ光Ｌは、両被加工物Ｗ
の突き合わせ端部間の開先位置６２の部分で、図１４，
１５に示すように、一部が変形したものとなる。このス
リット光の変形部分６３がスリット光全体のどの位置に
あるかにより、反射レーザ光Ｂの焦点位置と合致してい
るか否かが判断でき、これに基づきロボットの教示位置
を補正することができる。

【００４６】また、このような開先位置６２のない重ね
合わせ溶接などの場合には、溶接する部分に前記スリッ
ト光により読み取ることができる程度のケガキをいれる
ことにより行なうことができる。

【００４７】さらに、被加工物Ｗに対し直接加工用のレ
ーザ光を集束させて走らせ、被加工物Ｗ上に生じたビー
ドや、被加工物Ｗがアクリル板の場合に描かれるバーン
パターン等の位置を、前述の２つの計測センサ用のレー
ザ光源３３，３５からのスリット光を用いて測定するこ
とにより、反射レーザ光Ｂの焦点位置を検出し、ロボッ
トの教示位置を補正することも可能である。

【００４８】第４実施例 図１６は本発明の第４実施例のレーザ加工ヘッドを示す
概略断面図、図１７は同実施例の光路の確認状態を示す
概略断面図、図１８は同実施例の計測状態を示す斜視図
である。図１６に示す実施例のレーザ加工ヘッド１７D
は、最終ミラー７０により反射されたレーザ光Ｂを放物
面鏡７１により反射すると共に集光し、レーザ加工を行
なうようにしたものであり、前記放物面鏡７１の直上位
置には受像装置４１が設けられ、ノズル部６の近傍には
前述したスリット光を発する計測センサ用のレーザ光源
３３，３５が設けられている。

【００４９】このレーザ加工ヘッド１７D における光路
の調整は、図１７に示すように、放物面鏡７１の代わり
に半透明のミラー７２を設置し、このミラー７２に写っ
たＨｅ−ＮｅレーザＬのスポットの位置がＨｅ−Ｎｅレ
ーザを動かしても動かないように最終ミラー７０より前
のミラー（図示せず）を調整する。そして、前記半透明
のミラー７２の代わりに放物面鏡７１を取り付け、加工
用のＣＯ2 レーザを作動し、例えば、アクリル板のよう
な被加工物Ｗにバーンパターンを描く。このバーンパタ
ーンに対し前記計測センサ用のレーザ光源３３，３５か
らスリット光Ｌを発し、そのスリット光Ｌを受像装置４
１により読取ることにより、先の実施例と同様に加工用
のレーザー光の焦点位置を検出し、ロボットの教示位置
を補正することが可能となる。

【００５０】本発明は、上述した実施例のみに限定され
るものではなく、特許請求の範囲内において種々改変す
ることができる。たとえば、前記実施例においては、受
像手段としてＣＣＤカメラを使用しているが、これのみ
でなく、他の適当な手段を使用しても良い。また、計測
センサ用のレーザ光源も２または４という偶数に限定さ
れるものではなく、１以上であれば良い。

【００５１】

【発明の効果】以上のように本発明によると、受像手段
によって被加工面城のレーザ光照射スポット位置を検知
することができるので、この検知データを、演算手段に
伝達することにより、容易にしかも迅速にレーザ加工ヘ
ッドの被加工物に対する位置を求めることができる。し
たがって、求められた相対位置や相対角度等の値を、基
にしてレーザ加工ヘッドを所定の位置に容易に移動させ
ることができ、作業者自身による調整作業は大幅に削減
される。また、試し溶接を行わないので、作業時間が大
幅に短縮されると共に、試し溶接に用いるワークを準備
する必要がなく、使用する材料の量を減少できる。

【００５２】さらに、計測センサ用のレーザ光をスリッ
ト光とすれば、加工面上のレーザスポットが線状となる
ので、レーザ発振源から発振されたレーザビームを導く
光ファイバーや反射鏡による導光路のずれあるいは偏向
に起因する焦点ずれに対しても、また突き合わせ溶接な
どの開先位置のばらつきに対してもこれに対応してロボ
ットの教示位置を補正できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係るレーザ加工装置を
示す外観図である。

【図２】 同第１実施例のレーザ加工ヘッドを示す正面
断面図である。

【図３】 本体を示す図面であり、図３（ａ）は正面
図、また図３（ｂ）は側面図である。

【図４】 ノズル部を示す図２の矢印Ａ１方向の矢視図
である。

【図５】 ノズル部を示す図面であり、図５（ａ）は拡
大正面図、図５（ｂ）はワークの加工面を示す矢印Ａ２
方向の矢視図である。

【図６】 ノズル部を示す図面であり、図６（ａ）は拡
大正面図、図６（ｂ）はワークの加工面を示す矢印Ａ３
方向の矢視図である。

【図７】 作業者の作業を示すフローチャート図であ
る。

【図８】 計測センサの動作を示すフローチャート図で
ある。

【図９】 演算処理部の動作を示すフローチャート図で
ある。

【図１０】 （ａ）は本発明の第２実施例のレーザ加工
ヘッドのレーザ加工時の状態を示す正面図、（ｂ）はＩ
−Ｉ断面図である。

【図１１】 （ａ）は本発明の第３実施例のレーザ加工
ヘッドの教示動作時の状態を示す正面図、（ｂ）はＪ−
Ｊ断面図である。

【図１２】 本発明の第３実施例のレーザ加工ヘッドを
示す正面断面図である。

【図１３】 前記第３実施例の教示動作時の状態を示す
説明図である。

【図１４】 前記第３実施例の変形例の教示動作時の状
態を示す斜視図である。

【図１５】 同変形例のスリット光の状態を示す説明図
である。

【図１６】 本発明の第４実施例のレーザ加工ヘッドを
示す概略断面図である。

【図１７】 同実施例の光路の確認状態を示す概略断面
図である。

【図１８】 従来のレーザ加工ヘッドの１例を示す正面
断面図である。

【図１９】 従来用いていた調整用治具を示す側面図で
ある。

【図２０】 従来のレーザ加工ヘッドの他の例を示す概
略図である。

【図２１】 同他の例の光路の確認状態を示す概略図で
ある。

【符号の説明】

３…集光レンズ、 ４…反射
鏡、６…ノズル部、 １７A …レ
ーザ加工ヘッド、１９…レーザ発振機 ３
３〜３６…レーザ光源、４１…受像装置
Ｂ…加工用のレーザ光、Ｆ…焦点、
Ｌ…計測用のレーザ光、Ｍ…
加工面、 Ｐ1 〜Ｐ4 …スポット、
Ｔ1 ，Ｔ2 …光軸、 Ｗ…ワー
ク。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビーム出力源から照射されたレー
   ザビームを集光手段により集光し、この集光されたレー
   ザビームを被加工物に照射するレーザ加工ヘッドを備え
   たレーザ加工装置において、前記レーザ加工ヘッドに、
   被加工物に向けて計測センサ用のレーザ光を照射する計
   測センサ用のレーザ光源と、この計測センサ用のレーザ
   光の被加工物上でのスポット位置を検知する受像手段と
   を取り付け、当該受像手段により検知されたスポット位
   置に基づいてレーザ加工ヘッドの被加工物に対する相対
   位置を求め、この求められた相対位置データを演算手段
   により演算し、出力手段からの出力により前記レーザ加
   工ヘッドが所定位置となるようにしたことを特徴とする
   レーザ加工装置。
2. 【請求項２】 前記計測センサ用のレーザ光源は、スリ
   ット光を被加工物に向けて照射するようにした請求項１
   に記載のレーザ加工装置。