JP2000312984A - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘッドを小型化・軽量化することができ、か
つ、デフォーカス量の制御も可能なレーザ装置を提供す
る。 【解決手段】 溶接用レーザ光を放射するレーザ発振器
１０と、レーザ発振器１０から放射された溶接用レーザ
光Ａ１をワーク５に向けて照射するヘッド部（第３ミラ
ー４ｅ）とからなるレーザ装置であって、レーザ発振器
１０内に２台の位置決めガイド用レーザ３ａ，３ｂを設
けられ、このガイド用レーザ３ａ，３ｂから放射される
２本のガイド用レーザ光Ａ２，Ａ３が、溶接用レーザ光
Ａ１に対して同軸異心となるように配置され、かつ、こ
れら２本のガイド用レーザ光Ａ２，Ａ３の断面の各中心
点を結ぶ直線の中心点が、溶接用レーザ光の断面の中心
点と一致するように配置されているものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接用レーザ装置
として使用され、レーザ光伝送用のミラー伝送経路や光
ファイバを有するレーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザ光を用いた溶接装置によれ
ば、その熱源が微小なスポット径を実現可能であるた
め、低入熱、高速溶接により良好なビードが得られる。
しかしその反面、照射位置（溶接狙い位置）に対して正
確に位置決めをする必要があり、この照射位置に対する
レーザ光の照射位置のずれの許容範囲は、通常０．１ｍ
ｍから０．２ｍｍ以内である。

【０００３】このレーザ光を用いた溶接装置の一例とし
ては、図１２に示すような、ミラー伝送経路を備えたレ
ーザ装置がある。

【０００４】このレーザ装置は、レーザ発振器１１０と
ヘッド部とから構成されており、ミラー伝送経路によっ
て、レーザ発振器１１０からヘッド部へレーザ光を伝送
するようになっている。

【０００５】レーザ発振器１１０は、溶接用レーザ光Ａ
１０１を放射する溶接用レーザとしての、２つの励起ラ
ンプ１０１ａ，１０１ｂおよびこの２つの励起ランプ１
０１ａ，１０１ｂに挟持された発振ロッド１０２と、溶
接用レーザ光Ａ１０１を所定の位置に伝送する第１ミラ
ー１０４ａ、第１ハーフミラー１０４ｂ、第２ミラー１
０４ｃおよび第２ハーフミラー１０４ｄと、溶接用レー
ザ光Ａ１０１に対して同軸同心の位置決めガイド用レー
ザ光Ａ１０２を放射するガイド用レーザ１０３とを備え
ている。一方、ヘッド部は、レーザ光集光部材としての
第３ミラー１０４ｅを備えている。

【０００６】このレーザ装置では、発振ロッド１０２か
ら放射された溶接用レーザ光Ａ１０１は、発振ロッド１
０２の一端部側近傍に配置された第１ミラー１０４ａと
発振ロッド１０２の他端部側近傍に配置された第１ハー
フミラー１０４ｂとの間で共振した後、第１ハーフミラ
ー１０４ｂを透過し、この第１ハーフミラー１０４ｂの
前方に配置された第２ミラー１０４ｃでの反射により、
第２ハーフミラー１０４ｄの一主面に導かれ反射し、レ
ーザ発振器１１０から取り出される。このレーザ発振器
１１０から取り出された溶接用レーザ光Ａ１０１は、ヘ
ッド部に配置された第３ミラー１０４ｅの凹面で反射し
て集光された後、ヘッド部下方に配置されたワーク１０
５に照射される。

【０００７】このレーザ装置では、このヘッド部に配置
された第３ミラー１０４ｅによって微小なスポット径を
実現している。そのため、ヘッド部の高さがずれてレー
ザ光の焦点が適切に絞れなかった場合（即ち、集光高さ
ずれが生じた場合）には、ワークの溶接部で溶け込み不
良等の不具合が発生していた。

【０００８】そのため、従来の溶接用レーザ装置では、
発振器内部において、溶接用レーザ光に対して同軸同心
で細径の可視光レーザを照射し、ヘッド部から溶接用レ
ーザ光とともに放射したこの可視光レーザを用いて照射
位置を定めている（住友重機械工業株式会社カタログ
「ＹＡＧレーザ」参照）。

【０００９】さらに、作業ロボットやサーボテーブルで
は、レーザ装置のヘッド部上方にＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ
ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）カメラ１０６を設置
し、このＣＣＤカメラ１０６で取り込んだ画像（図１３
参照）を画像処理することによって、ヘッド部の照射位
置のずれ（図１３（ａ）参照）やワーク上での焦点高さ
のずれ（図１３（ｂ）参照）を求め、これらのずれを補
正するように自動的にヘッド部を移動して焦点高さや照
射位置を調整している。

【００１０】この焦点高さのずれを調整する方法として
は治具・スケール等を用いて行う方法があり、例えば作
業ロボットやサーボテーブルでは、ハイトセンサを用い
てフィードバック制御を行い、焦点高さのずれを調整し
ている（第２１回ロボット学会学術講演予稿集「ロボッ
ト用オートフォーカス機構の高速追従制御」参照）。

【００１１】また、従来の溶接用レーザ装置の他の例と
しては、図１４ないし図１６に示すような、レーザ伝送
用の光ファイバを備えたレーザ装置がある。なお、図１
５は、図１４に示すレーザ装置における溶接用レーザ光
の伝送経路の一部分を示す説明図であり、図１６は、図
１４に示すレーザ装置におけるガイド用レーザ光の伝送
経路の一部分を示す説明図である。

【００１２】このレーザ装置は、レーザ光を放射するレ
ーザ発振器１１０と、レーザ発振器から取り出されたレ
ーザ光をワーク１０５に向けて照射するヘッド部と、レ
ーザ発振器１１０およびヘッド部に両端部が接続され、
レーザ発振器１１０から取り出したレーザ光をヘッド部
へ導く光ファイバ１１２とから構成されている。

【００１３】レーザ発振器１１０は、溶接用レーザ光Ａ
１０１を放射する溶接用レーザとしての、２つの励起ラ
ンプ１０１ａ，１０１ｂおよびこの２つの励起ランプ１
０１ａ，１０１ｂに挟持された発振ロッド１０２と、溶
接用レーザ光Ａ１０１を所定の位置に伝送する第１ミラ
ー１０４ａ、第１ハーフミラー１０４ｂ、第２ミラー１
０４ｃおよび第２ハーフミラー１０４ｄと、伝送された
レーザ光を集光し光ファイバ１１２に導く第１レンズ１
１１ａと、溶接用レーザ光Ａ１０１に対して同軸同心の
位置決めガイド用レーザ光Ａ１０２を放射するガイド用
レーザ１０３とを備えている。

【００１４】一方、ヘッド部は、光ファイバ１１２によ
ってレーザ発振器１１０から取り出された溶接用レーザ
光Ａ１０２を伝送するレーザ光伝送部材としての第２レ
ンズ１１１ｂおよび第３ミラー１０４ｆと、この溶接用
レーザ光Ａ１０２を集光するレーザ光集光部材としての
第３レンズ１１１ｃとを備えている。

【００１５】このレーザ装置において、発振ロッド１０
２から放射された溶接用レーザ光Ａ１０１は、発振ロッ
ド１０２の一端部側近傍に配置された第１ミラー１０４
ａと発振ロッド１０２の他端部側近傍に配置された第１
ハーフミラー１０４ｂとの間で共振した後、第１ハーフ
ミラー１０４ｂを透過し、この第１ハーフミラー１０４
ｂの前方に配置された第２ミラー１０４ｃでの反射によ
り、第２ハーフミラー１０４ｄの一主面に導かれ反射
し、第１レンズ１１１ａで集光され光ファイバ１１２に
導かれる（このときの溶接用レーザ光Ａ１０１のＤ６−
Ｄ６′線断面を図１５（ｂ）に示す）。この光ファイバ
１１２に導かれることによってレーザ発振器１１０から
取り出された溶接用レーザ光Ａ１０１は、ヘッド部に設
けられた第２レンズ１１１ｂを凹面である一主面から平
らな他主面へ透過し、第３ミラー１０４ｆで反射して第
３レンズ１１１ｃに導かれ、この第３レンズ１１１ｃを
平らな一主面から凹面である他主面へ透過し、ヘッド部
下方に配置されたワーク１０５に照射される（ワーク１
０５上から距離Ｘだけ離れたところでの溶接用レーザ光
Ａ１０１のＤ７−Ｄ７′線断面を図１５（ｃ）に示
す）。

【００１６】一方、ガイド用レーザ光Ａ１０２は、第２
ハーフミラー１０４ｄに向けて放射され、第２ハーフミ
ラー１０４ｄを他主面側から一主面側へ透過する。この
第２ハーフミラー１０４ｄの一主面には溶接用レーザ光
Ａ１０１が導かれており、ここで、ガイド用レーザ光Ａ
１０２は光ファイバ１１２の端面の中心点に入射され
（このときのガイド用レーザ光Ａ１０２のＤ８−Ｄ８′
線断面を図１６（ｂ）に示す）、光ファイバ１１２によ
ってレーザ発振器１１０から取り出される。そして、光
ファイバ１１２によって溶接用レーザ光Ａ１０１ととも
に取り出されたガイド用レーザ光Ａ１０２は、溶接用レ
ーザ光Ａ１０１に対して同軸、同心円の断面リング状の
レーザ光（以下、「リング光」ともいう）となり、溶接
用レーザ光Ａ１０１と同様に、第２レンズ１１１ｂ、第
３ミラー１０４ｆおよび第３レンズ１１１ｃを介してワ
ーク１０５に照射される（ワーク１０５上から距離Ｘだ
け離れてたところでのガイド用レーザ光Ａ１０２のＤ９
−Ｄ９′線断面を図１６（ｃ）に示す）。

【００１７】このレーザ装置では、このヘッド部に配置
された第３レンズ１１１ｃによって微小なスポット径を
実現している。そのため、ヘッド部の高さがずれてレー
ザ光の焦点Ｐ１０１が適切に絞れなかった場合（図１７
（ｂ）参照）には、ワークの溶接部で溶け込み不良等の
不具合が発生していた。

【００１８】そのため、前述のミラー伝送経路を備えた
レーザ装置の場合と同様の方法で、ヘッド部を上下方向
に移動して焦点高さを調整し、ワーク１０５上に焦点Ｐ
を絞り（図１７（ａ）参照）、さらに、ヘッド部を左右
方向に移動して照射位置を調整している。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
レーザ溶接を行うための装置において可視光レーザを使
用して照射位置を定める場合には、焦点付近以外では焦
点の距離の２乗に比例して輝度が低下するため、レーザ
照射径を判断することが難しく、正確に照射位置を定め
ることができないといった問題があった。

【００２０】また、前述のように可視光レーザやＣＣＤ
カメラ等を併用して焦点高さや照射位置のずれを調整す
る場合には、ヘッド部にハイトセンサが追加されるた
め、重量が増え、ヘッド寸法が大きくなり、その上、ハ
イトセンサが溶接部付近に配置されるので、このセンサ
自体の耐久性が懸念されるといった問題があった。

【００２１】本発明はこのような問題を解決すべく創案
されたもので、ヘッドを小型化・軽量化することがで
き、かつ、デフォーカス量の制御も可能なレーザ装置を
提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
レーザ装置は、溶接用レーザ光を放射するレーザ発振器
と、レーザ発振器から放射された溶接用レーザ光をワー
クに向けて照射するヘッド部とからなるレーザ装置であ
って、レーザ発振器内に２台の位置決めガイド用レーザ
を設けられ、このガイド用レーザから放射される２本の
ガイド用レーザ光が、溶接用レーザ光に対して同軸異心
となるように配置され、かつ、これら２本のガイド用レ
ーザ光の断面の各中心点を結ぶ直線の中心点が、溶接用
レーザ光の断面の中心点と一致するように配置されてい
るものである。

【００２３】また、本発明の請求項２記載のレーザ装置
は、溶接用レーザ光を放射するレーザ発振器と、レーザ
発振器から放射された溶接用レーザ光をワークに向けて
照射するヘッド部とからなるレーザ装置であって、レー
ザ発振器内に少なくとも３台の位置決めガイド用レーザ
が設けられ、これら位置決めガイド用レーザから放射さ
れる少なくとも３本のガイド用レーザ光が、溶接用レー
ザ光に対して同軸異心となるように配置され、かつ、こ
れら３本のガイド用レーザ光の断面の各中心点を結んで
得られた多角形の重心または中心が、溶接用レーザ光の
断面の中心点と一致するように配置されているものであ
る。

【００２４】また、本発明の請求項３記載のレーザ装置
は、溶接用レーザ光を放射するレーザ発振器と、レーザ
発振器から放射された溶接用レーザ光をワークに向けて
照射するヘッド部とからなるレーザ装置であって、レー
ザ発振器内に複数台の位置決めガイド用レーザが設けら
れ、これら複数台の位置決めガイド用レーザのうちの少
なくとも１台のガイド用レーザから放射されるガイド用
レーザ光が、溶接用レーザ光に対して同軸異心に配置さ
れ、前記複数台の位置決めガイド用レーザのうちのさら
に別の少なくとも１台のガイド用レーザから放射される
ガイド用レーザ光が、溶接用レーザ光に対して同軸同心
となるように配置され、さらに別の少なくとも１台のガ
イド用レーザから放射されるガイド用レーザ光の断面の
中心点が、溶接用レーザ光の断面の中心点と一致するよ
うに配置されているものである。

【００２５】また、本発明の請求項４記載のレーザ装置
は、溶接用レーザ光を放射するレーザ発振器と、レーザ
発振器から放射された溶接用レーザ光をワークに向けて
照射するヘッド部と、レーザ発振器から放射された溶接
用レーザ光をヘッド部へ導く光ファイバとからなるレー
ザ装置であって、レーザ発振器内に位置決めガイド用レ
ーザが設けられ、この位置決めガイド用レーザから放射
されるガイド用レーザ光が、溶接用レーザ光に対して同
軸異心でかつ光ファイバの外周部またはその近傍に入射
するように配置されることにより、光ファイバの出力側
において、ガイド用レーザ光を溶接用レーザ光に対し同
軸、同心円のリング光に形成するものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、本発明のレーザ装置の実施
の形態について説明する。 ［実施の形態１］まず、本発明のレーザ装置の実施の形
態１について図面を参照しつつ説明する。

【００２７】図１は、本発明のレーザ装置の一実施の形
態を示す説明図であり、同図（ａ）はこのレーザ装置の
構成を示す説明図であり、同図（ｂ）はこのレーザ装置
における溶接用レーザ光およびガイド用レーザ光の断面
を示す説明図である。

【００２８】このレーザ装置は、レーザ発振器１０内部
に、２つの励起ランプ１ａ，１ｂに挟持された発振ロッ
ド（溶接用レーザ）２から放射された溶接用レーザ光Ａ
１に対して同軸で細径の可視光レーザ（例えばＨｅ−Ｎ
ｅレーザ光）を位置決めガイド用レーザ光Ａ２，Ａ３と
して照射する２台のガイド用レーザ３ａ，３ｂを備えて
いる。

【００２９】この発振ロッド２から放射された溶接用レ
ーザ光Ａ１は、発振ロッド２の一端部側近傍に配置され
た第１ミラー４ａと発振ロッド２の他端部側近傍に配置
された第１ハーフミラー４ｂとの間で共振した後、第１
ハーフミラー４ｂを透過し、この第１ハーフミラー４ｂ
の前方に配置された第２ミラー４ｃでの反射により、第
２ハーフミラー４ｄの一主面に導かれ反射し、レーザ発
振器１０から取り出される。このレーザ発振器１０から
取り出された溶接用レーザ光Ａ１は、ヘッド部に配置さ
れた第３ミラー（レーザ光集光部材）４ｅの凹面で反射
して集光された後、ヘッド部下方に配置されたワーク５
に照射される。

【００３０】一方、各ガイド用レーザ光Ａ２，Ａ３は、
第２ハーフミラー４ｄに向けて放射され、第２ハーフミ
ラー４ｄを他主面側から一主面側へ透過する。この第２
ハーフミラー４ｄの一主面には溶接用レーザ光Ａ１が導
かれており、ここで、ガイド用レーザ光Ａ２，Ａ３は、
それぞれ溶接用レーザ光Ａ１に対して同軸異心になり、
即ち、溶接用レーザ光Ａ１に外周部近傍（好ましくは外
周部）で重なり（溶接用レーザ光Ａ１およびガイド用レ
ーザ光Ａ２，Ａ３のＤ１−Ｄ１′線断面を示す図１
（ｂ）参照）、レーザ発振器１０から取り出される。そ
の後、レーザ発振器１０から取り出されたガイド用レー
ザ光Ａ２，Ａ３は、第３ミラー４ｅの凹面の端部でそれ
ぞれ反射し、溶接用レーザ光Ａ１の集光位置に導かれ
る。つまり、この２本のガイド用レーザ光Ａ２，Ａ３を
それぞれ放射する２台のガイド用レーザ３ａ，３ｂは、
第２ハーフミラー４ｄを透過したガイド用レーザ光Ａ
２，Ａ３が、溶接用レーザ光Ａ１に外周部近傍（好まし
くは外周部）で重なり、かつ、この２本のガイド用レー
ザ光Ａ２，Ａ３の各光軸間の距離が溶接用レーザ光Ａ１
の直径にほぼ等しくなるように配置されている。

【００３１】図１に示すレーザ装置のように、その焦点
高さが適切に調整されている場合には、図２（ａ）に示
すように、ガイド用レーザ光Ａ２，Ａ３の各光軸が、溶
接用レーザ光Ａ１の集光位置Ｐに導かれ交わる。しか
し、例えば焦点高さが高すぎる場合には、ガイド用レー
ザ光Ａ２，Ａ３の光軸はワーク５上方で交わり、図２
（ｂ）に示すように、ガイド用レーザ光Ａ２，Ａ３がワ
ーク５上の異なる２つの位置Ｐ１，Ｐ２に照射される。
つまり、ワーク５上でレーザ光が２点確認された場合に
は、焦点高さがずれた状態であると認識することができ
る。

【００３２】また、通常、溶接用レーザ光Ａ１の光軸は
ワーク５のレーザ照射面に垂直であるので、焦点高さが
ずれている場合、ガイド用レーザ光Ａ２，Ａ３が照射さ
れる位置（照射位置）Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線の中心点Ｐ
０が溶接用レーザ光Ａ１の集光位置Ｐに一致する。従っ
て、この状態でレーザ装置の配置を調整して、溶接用レ
ーザ光Ａ１の集光位置Ｐを溶接線Ｂ上に移動させること
ができる。

【００３３】また、本実施の形態のレーザ装置の仕様の
一例としては、溶接用レーザ光として出力エネルギ２ｋ
ｗのＣＯ２レーザ光が使用され、溶接用レーザ光の発振
時のレーザ径Ｌｗが１０ｍｍであり、ガイド用レーザ光
の発振時のレーザ径Ｌｇが０．２ｍｍであり、溶接用レ
ーザ光の集光時のスポット径Ｓｗが１ｍｍであり、溶接
用レーザ光やガイド用レーザ光の集光角度θが３０度で
ある。

【００３４】また、手動でレーザ装置の位置調整を行う
場合は、目視にてワーク５上でのガイド用レーザ光Ａ
２，Ａ３の照射位置とその数を確認し、照射位置が溶接
線Ｂ上に１個ある状態になるように、レーザ装置の位置
調整を行えばよい。

【００３５】一方、自動でレーザ装置の位置調整を行う
場合は、ヘッド部上方にＣＣＤカメラ６を配置し、ＣＣ
Ｄカメラ６でワーク５上をモニタする。このＣＣＤカメ
ラ６は、例えば、図３に示す自動位置補正システムに接
続されている。このシステムでは、まず、画像処理装置
７で、取り込んだワーク５の画像データを画像処理し
て、ガイド用レーザ光Ａ２，Ａ３の照射位置とその数を
示すデータを抽出する。その後、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａ
ｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）８で、この抽出
したデータに基づきレーザ装置の移動量を算出し、レー
ザ装置位置調整装置９で、この移動量に基づきレーザ装
置の位置を自動調整して、焦点高さやレーザ照射位置の
調整を行う。

【００３６】このようにレーザ装置の位置を自動調整す
る場合は、まず、ワーク５上の照射位置が１箇所である
か２箇所であるかを判断する。そして、１箇所である場
合は、この照射位置が溶接線に重なるように、レーザ装
置を左右方向に移動する。一方、ワーク５上の照射位置
が２箇所である場合は、この２個の照射位置の中心点が
溶接線に重なるように、レーザ装置を左右方向に移動
し、その後、レーザ装置を微小に上下方向に移動して、
２個の照射位置の変化により焦点高さが高すぎるのか低
すぎるのかを判断し、移動方向を決定する。例えば、上
方向に移動したときに２個の照射位置間の距離が短くな
った場合は、ワーク下方に焦点があると判断できる。さ
らに、この２個の照射位置間の距離と第３ミラーの集光
角度とから、焦点高さのずれの大きさを求めることがで
きる。そして、決定した移動方向に焦点高さのずれの大
きさ分だけレーザ装置を移動する。［実施の形態２］次
に、本発明のレーザ装置の実施の形態２について図面を
参照しつつ説明する。

【００３７】図４は、本発明のレーザ装置の他の実施の
形態を示す説明図であり、同図（ａ）はこのレーザ装置
の構成を示す説明図であり、同図（ｂ）はこのレーザ装
置における溶接用レーザ光およびガイド用レーザ光の断
面を示す説明図である。

【００３８】このレーザ装置は、前述のレーザ装置と比
較すると、ガイド用レーザの配置および台数が異なり、
溶接用レーザ光上でのガイド用レーザ光の重なり位置が
異なっている点以外は同様のものであるので、ガイド用
レーザの配置および台数やガイド用レーザ光の重なり位
置以外の構成については、詳細な説明を省略する。

【００３９】本実施の形態のレーザ装置は、３台のガイ
ド用レーザ１３ａ，１３ｂ，１３ｃを備えている。そし
て、各ガイド用レーザ１３ａ，１３ｂ，１３ｃから放射
されるガイド用レーザ光Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４が溶接
用レーザ光Ａ１に外周部近傍（好ましくは外周部）で重
なり、かつ、ガイド用レーザ光Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４
が溶接用レーザ光Ａ１の断面に描かれる正三角形の頂点
を通過するとともに、この正三角形の重心が溶接用レー
ザ光Ａ１の光軸に一致するように（溶接用レーザ光Ａ１
およびガイド用レーザ光Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４のＤ２
−Ｄ２′線断を示す面図４（ｂ）参照）、３台のガイド
用レーザ１３ａ，１３ｂ，１３ｃは配置されている。つ
まり、ガイド用レーザ光Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４は、溶
接用レーザ光Ａ１に対して同軸異心である。なお、この
ガイド用レーザ光の本数は３本に限定されるものではな
く、４本以上であってもよい。この場合、ガイド用レー
ザ光の断面の各中心点を結んで得られた多角形の中心
が、溶接用レーザ光の断面の中心点と一致するように、
ガイド用レーザを配置すればよい。

【００４０】従って、焦点高さが正確に調整されていれ
ば、前述の実施の形態と同様に、ワーク５上で確認され
る照射位置Ｐの数は１個であり（図５（ａ）参照）、一
方、焦点高さが正確に調整されていなければ、ワーク５
上で確認される照射位置Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の数は
３個になる（図５（ｂ）参照）。また、焦点について
は、もし、ワーク５上で確認される照射位置Ｐの数が１
個であれば、前述の実施の形態と同様に、この照射位置
Ｐを溶接線８上に重ねればよく、一方、ワーク５上で確
認される照射位置Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の数が３個で
あれば、この３個の照射位置Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３が
描く正三角形の重心Ｐ０を溶接線８上に重ねればよい。

【００４１】この焦点高さや照射位置の調整は、図３に
示す自動位置補正システムを用いて、前述の実施の形態
と同様の手順で実施することができる。

【００４２】また、本実施の形態のレーザ装置の仕様の
一例としては、溶接用レーザ光として出力エネルギ２ｋ
ｗのＣＯ２レーザ光が使用され、溶接用レーザ光の発振
時のレーザ径Ｌｗが１０ｍｍであり、ガイド用レーザ光
の発振時のレーザ径Ｌｇが０．２ｍｍであり、溶接用レ
ーザ光の集光時のスポット径Ｓｗが１ｍｍであり、溶接
用レーザ光やガイド用レーザ光の集光角度θが３０度で
ある。 ［実施の形態３］次に、本発明のレーザ装置の実施の形
態３について図面を参照しつつ説明する。

【００４３】図６は、本発明のレーザ装置のさらに他の
実施の形態を示す説明図であり、同図（ａ）はこのレー
ザ装置の構成を示す説明図であり、同図（ｂ）はこのレ
ーザ装置における溶接用レーザ光およびガイド用レーザ
光の断面を示す説明図である。

【００４４】このレーザ装置は、前述の実施の形態２の
レーザ装置と比較すると、ガイド用レーザの配置が異な
り、溶接用レーザ光上でのガイド用レーザ光の重なり位
置が異なっている点以外は同様のものであるので、ガイ
ド用レーザの配置やガイド用レーザ光の重なり位置以外
の構成については、詳細な説明を省略する。

【００４５】本実施の形態のレーザ装置は、２台のガイ
ド用レーザ２３ａ，２３ｂを備えている。そして、各ガ
イド用レーザ２３ａ，２３ｂから放射されるガイド用レ
ーザ光Ａ２２，Ａ２３のうち、一方のガイド用レーザ光
Ａ２２が溶接用レーザ光Ａ１に外周部近傍（好ましくは
外周部）で重なっている。つまり、ガイド用レーザ光Ａ
２２は溶接用レーザ光Ａ１に対して同軸異心である。一
方、他方のガイド用レーザ光Ａ２３が溶接用レーザ光Ａ
１に光軸上で重なるように（溶接用レーザ光Ａ１および
ガイド用レーザ光Ａ２２，Ａ２３のＤ３−Ｄ３′線断面
を示す図６（ｂ）参照）、２台のガイド用レーザ２３
ａ，２３ｂは配置されている。つまり、ガイド用レーザ
光Ａ２３は溶接用レーザ光Ａ１に対して同軸同心であ
る。なお、溶接用レーザ光Ａ１に対して同軸異心のガイ
ド用レーザ光や溶接用レーザ光Ａ１に対して同軸同心の
ガイド用レーザ光の数は、それぞれ１本に限定されるも
のではなく、必要に応じて複数本用いてもよい。

【００４６】従って、焦点高さが正確に調整されていれ
ば、前述の実施の形態と同様に、ワーク５上で確認され
る照射位置Ｐの数は１個であり（図７（ａ）参照）、一
方、焦点高さが正確に調整されていなければ、前述の実
施の形態と同様に、ワーク５上で確認される照射位置Ｐ
２１，Ｐ２２の数は２個になる（図７（ｂ）参照）。ま
た、焦点については、もし、ワーク５上で確認される照
射位置Ｐの数が１個であれば、前述の実施の形態と同様
に、この照射位置Ｐを溶接線８上に重ねればよく、一
方、ワーク５上で確認される照射位置Ｐ２１，Ｐ２２の
数が２個であれば、この２個の照射位置Ｐ２１，Ｐ２２
のうち、レーザ装置を微小に上下方向に移動させても移
動しない方の照射位置Ｐ２１を溶接線８上に重ねればよ
い。

【００４７】この焦点高さや照射位置の調整は、図３に
示す自動位置補正システムを用いて、前述の実施の形態
１と同様の手順で実施することができる。

【００４８】また、本実施の形態のレーザ装置の仕様の
一例としては、溶接用レーザ光として出力エネルギ２ｋ
ｗのＣＯ２レーザ光が使用され、溶接用レーザ光の発振
時のレーザ径Ｌｗが１０ｍｍであり、ガイド用レーザ光
の発振時のレーザ径Ｌｇが０．２ｍｍであり、溶接用レ
ーザ光の集光時のスポット径Ｓｗが１ｍｍであり、溶接
用レーザ光やガイド用レーザ光の集光角度θが３０度で
ある。 ［実施の形態４］次に、本発明のレーザ装置の実施の形
態４について図面を参照しつつ説明する。

【００４９】図８は、本発明のレーザ装置のさらに他の
実施の形態を示す説明図であり、同図（ａ）はこのレー
ザ装置の構成を示す説明図であり、同図（ｂ）はこのレ
ーザ装置を構成する光ファイバの入射側端部における溶
接用レーザ光およびガイド用レーザ光の断面を示す説明
図であり、同図（ｃ）はワーク上の照射位置から距離Ｘ
だけ離れた箇所での溶接用レーザ光およびガイド用レー
ザ光の断面を示す説明図である。

【００５０】このレーザ装置は、レーザ発振器１０内部
に、２つの励起ランプ１ａ，１ｂに挟持された発振ロッ
ド（例えばＹＡＧレーザ）２から放射された溶接用レー
ザ光Ａ１に対して同軸で細径の可視光レーザ（例えばＨ
ｅ−Ｎｅレーザ光）を位置決めガイド用レーザ光Ａ３２
として照射するガイド用レーザ３３ａを備えている。

【００５１】この発振ロッド２から放射された溶接用レ
ーザ光Ａ１は、発振ロッド２の一端部側近傍に配置され
た第１ミラー４ａと発振ロッド２の他端部側近傍に配置
された第１ハーフミラー４ｂとの間で共振した後、第１
ハーフミラー４ｂを透過し、この第１ハーフミラー４ｂ
の前方に配置された第２ミラー４ｃでの反射により、第
２ハーフミラー４ｄの一主面に導かれ反射し、第１レン
ズ１１ａを平らな一主面から凹面である他主面へ透過す
る。この第１レンズ１１ａを透過することにより集光さ
れ、一端部がレーザ発振器１０に挿入・固定されている
光ファイバ１２に導かれて、レーザ発振器１０から取り
出される。そして、レーザ発振器１０から取り出された
溶接用レーザ光Ａ１は、ヘッド部に設けられた第２レン
ズ（レーザ光伝送部材）１１ｂを凹面である一主面から
平らな他主面へ透過し、同じくヘッド部に設けられた第
３ミラー（レーザ光伝送部材）４ｆで反射して第３レン
ズ（レーザ光集光部材）１１ｃに導かれ、この第３レン
ズ１１ｃを平らな一主面から凹面である他主面へ透過
し、ヘッド部下方に配置されたワーク５に照射される。

【００５２】一方、ガイド用レーザ光Ａ３２は、第２ハ
ーフミラー４ｄに向けて放射され、第２ハーフミラー４
ｄを他主面側から一主面側へ透過する。この第２ハーフ
ミラー４ｄの一主面には溶接用レーザ光Ａ１が導かれて
おり、ここで、ガイド用レーザ光Ａ３２は光ファイバ１
２の端面の外周部近傍（好ましくは外周部）に入射され
（溶接用レーザ光Ａ１およびガイド用レーザ光Ａ３２の
Ｄ４−Ｄ４′線断面を示す図８（ｂ）参照）、光ファイ
バ１２によってレーザ発振器１０から取り出される。そ
して、光ファイバ１２によって溶接用レーザ光Ａ１とと
もに取り出されたガイド用レーザ光Ａ３２は、溶接用レ
ーザ光Ａ１に対して同軸、同心円の断面リング状のレー
ザ光（以下、「リング光」という）となり（溶接用レー
ザ光Ａ１およびガイド用レーザ光Ａ３２の焦点から距離
Ｘ離れたところでのＤ５−Ｄ５′線断面を示す図８
（ｃ）参照）、溶接用レーザ光Ａ１と同様に、第２レン
ズ１１ｂ、第３ミラー４ｆおよび第３レンズ１１ｃを介
してワーク５に照射される。つまり、このガイド用レー
ザ光Ａ３２を放射するガイド用レーザ３３ａは、第２ハ
ーフミラー４ｄを透過したガイド用レーザ光Ａ３２が、
光ファイバ１２の外周部近傍（好ましくは外周部）に入
射されるように配置されている。

【００５３】このレーザ装置では、細径のガイド用レー
ザ光Ａ３２をリング光として光ファイバ１２から取り出
し用いている。ここで、このリング光となったガイド用
レーザ光Ａ３２に関して、焦点高さがずれワーク上で焦
点が確認されなかった場合でも、リング光が確認できる
か否かを実験結果より確かめる。

【００５４】図９は、ガイド光の焦点高さのズレに対す
る照度低下係数（この値が０に近いほど照度は低く、確
認が困難になる）を示すグラフである。この図９におい
て、横軸は焦点からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は照度
低下係数を示す。また、本実施の形態のレーザ装置のよ
うに、ガイド用レーザ光を光ファイバ１２の外周部近傍
（好ましくは外周部）に入射して測定し得られた実験結
果を実線で示し、従来のレーザ装置のように、ガイド用
レーザ光を溶接用レーザ光に中心軸で重なるようにして
測定し得られた実験結果を破線で示している。

【００５５】なお、この実験結果を得るにあたり、ガイ
ド用レーザ光として出力エネルギ１ｋｗのＹＡＧレーザ
光が使用され、溶接用レーザ光の発振時のレーザ径Ｌｗ
が１０ｍｍであり、ガイド用レーザ光の発振時のレーザ
径Ｌｇが０．２ｍｍであり、溶接用レーザ光の集光時の
スポット径Ｓｗが１ｍｍであり、溶接用レーザ光やガイ
ド用レーザ光の集光角度θが３０度であるレーザ装置を
用いた。

【００５６】図９から明らかなように、本発明のレーザ
装置のように、ガイド用レーザ光を光ファイバ１２の外
周部近傍（好ましくは外周部）に入射した場合、焦点か
らの距離が大きくなっても照度低下係数は０に集束する
ことなく、リング光ははっきりと確認できることが分か
る。

【００５７】従って、従来のレーザ装置では、焦点高さ
がずれ焦点がワーク上からずれた場合にはガイド用レー
ザ光を確認することが困難であったが、本実施の形態の
レーザ装置によれば、焦点高さがずれても容易にワーク
上でガイド用レーザ光の照射位置を確認することができ
る。

【００５８】次に、本実施の形態のレーザ装置では従来
のレーザ装置と比較するとリング光の輝度が低下しない
ので、ワーク上でリング光の照射位置を確認できること
を、式を用いて説明する。

【００５９】なお、式中では、発振時の溶接用レーザ光
のレーザ径をＬｗ、ガイド用レーザ光のレーザ径をＬｇ
とし、ヘッド部内に集光用に設けられた第３レンズで集
光された溶接用レーザ光のスポット径をＳｗ、ガイド用
レーザ光のスポット径をＳｇとし、リング光の外周端部
から光軸Ｃまでの角度である第１集光角度をθとし、リ
ング光の内周端部から光軸Ｃまでの角度である第２集光
角度をθ′とし、焦点からの距離をＸとする（図１０参
照）。

【００６０】溶接用レーザ光の照射面積Ａｗ＝（Ｓｗ／
２＋Ｘ×ｔａｎθ）² ×π となり、従来のレーザ装置では、ガイド光の面積がほぼ
上記溶接用レーザ光と同様の面積となる。

【００６１】しかし、リング光では、 リング内周の集光角度ｔａｎθ′＝（１−Ｌｇ／Ｌｗ）
×ｔａｎθ となり、｜Ｘ｜＜（Ｓｗ／２／ｔａｎθ）の場合は、 ガイド用レーザ光の照射面積Ａｇ＝（Ｓｗ／２＋Ｘ×ｔ
ａｎθ）² ×π ｜Ｘ｜≧（Ｓｗ／２／ｔａｎθ）の場合は、 ガイド用レーザ光の照射面積Ａｇ＝（Ｓｗ／２＋Ｘ×ｔ
ａｎθ−Ｘ×ｔａｎθ′）² ×π となる。

【００６２】つまり、レーザ光の照度の変化は、各Ａ
ｗ、Ａｇの逆数を係数とすることで現せ、ガイド光が細
径であり、かつ、溶接用レーザ光の外周部近辺にあるほ
ど照射の低下を少なくできる。

【００６３】本実施の形態のレーザ装置は、前述の実施
の形態１のレーザ装置と同様に、手動または自動で焦点
高さや照射位置のズレを調整することができる。

【００６４】まず、手動でレーザ装置の位置調整を行う
場合は、目視にてワーク５上でのガイド用レーザ光Ａ３
２の照射位置とその形状を確認し、照射位置が溶接線Ｂ
上に点形状である状態になるように、レーザ装置の位置
調整を上下方向および左右方向に行えばよい。

【００６５】一方、自動でレーザ装置の位置調整を行う
場合は、ヘッド部上方にＣＣＤカメラ６を配置し、ＣＣ
Ｄカメラ６でワーク５上をモニタする。このＣＣＤカメ
ラ６は、例えば、図３に示す自動位置補正システムに接
続されている。このシステムでは、まず、画像処理装置
７で、取り込んだワーク５の画像データを画像処理し
て、ガイド用レーザ光Ａ３２の照射位置とその形状を示
すデータを抽出する。その後、ＣＰＵ８で、この抽出し
たデータに基づきレーザ装置の移動量を算出し、レーザ
装置位置調整装置９で、この移動量に基づきレーザ装置
の位置を自動調整して、焦点高さやレーザ照射位置の調
整を行う。

【００６６】このようにレーザ装置の位置を自動調整す
る場合は、まず、ワーク５上のガイド用レーザ光Ａ３２
の形状が点形状であるかリング形状であるかを判断す
る。そして、ガイド用レーザ光Ａ３２の照射位置Ｐが所
定値以下の径の点形状である場合は（図１１（ａ）参
照）、この照射位置Ｐが溶接線８に重なるように、レー
ザ装置を左右方向に移動する。一方、ワーク５上のガイ
ド用レーザ光Ａ３２の照射位置Ｐ３１がリング形状、つ
まりリング光である場合は（図１１（ｂ）参照）、この
リング光の中心点Ｐ０が溶接線８に重なるように、レー
ザ装置を左右方向に移動し、その後、レーザ装置を微小
に上下方向に移動して、リング光の径の変化により焦点
高さが高すぎるのか低すぎるのかを判断し、移動方向を
決定する。例えば、上方向に移動したときにリング光の
径が小さくなった場合は、ワーク下方に焦点があると判
断できる。さらに、このリング光の径と第３レンズの集
光角度とから、焦点高さのずれの大きさを求めることが
できる。そして、決定した移動方向に焦点高さのずれの
大きさ分だけレーザ装置を移動する。

【００６７】また、前述の実施の形態１〜４において、
ガイド用レーザは、Ｈｅ−Ｎｅレーザに限定されるもの
ではなく、可視光波長のレーザであればよい。また、ガ
イド用レーザ光の照射方式については、ハーフミラーを
使用してもよく、ミラーによる切替方式を使用してもよ
い。さらに別のガイド用レーザ光の照射方式としては、
ヘッド部に溶接用レーザ光を送る光ファイバの途中に設
けられた分岐部等から投入してもよく、この場合、ヘッ
ド部に溶接用レーザ光を送る光ファイバに、溶接用レー
ザ光に対して同軸で、中心部以外または外周部近辺に異
心にガイド用レーザ光を投光可能であればよい。但し、
好ましくは、溶接用レーザ光外周部近辺にガイド用レー
ザ光を投光可能である。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヘッド部にハイトセンサや投光器等を設ける必要がない
ので、ヘッドを小型化・軽量化することができる。さら
に、第３ミラーの集光角度を予め把握しておくだけで、
デフォーカス量の制御（即ち、焦点をワーク上またはワ
ーク内部に置く等、所望の位置にずらすこと）もでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ装置の実施の形態１を示す説明
図である。

【図２】図１に示すレーザ装置のガイド用レーザから放
射されたガイド用レーザ光のワーク上での照射位置の一
例を示す説明図である。

【図３】本発明のレーザ装置に接続される自動位置補正
システムの一例を示すブロック図である。

【図４】本発明のレーザ装置の他の実施の形態を示す説
明図である。

【図５】図４に示すレーザ装置のガイド用レーザから放
射されたガイド用レーザ光のワーク上での照射位置の一
例を示す説明図である。

【図６】本発明のレーザ装置のさらに他の実施の形態を
示す説明図であ

【図７】図６に示すレーザ装置のガイド用レーザから放
射されたガイド用レーザ光のワーク上での照射位置の一
例を示す説明図である。

【図８】本発明のレーザ装置のさらに他の実施の形態を
示す説明図である。

【図９】ガイド光の焦点高さのズレに対する照度低下係
数を示すグラフである。

【図１０】図８に示すレーザ装置において焦点およびそ
の周辺部のガイド用レーザ光

【図１１】図８に示すレーザ装置のガイド用レーザから
放射されたガイド用レーザ光の一例を示す説明図であ
る。

【図１２】従来のレーザ装置の一例を示す説明図であ
る。

【図１３】図１２に示すレーザ装置のガイド用レーザか
ら放射されたガイド用レーザ光のワーク上での照射位置
の一例を示す説明図である。

【図１４】従来のレーザ装置の他の例を示す説明図であ
る。

【図１５】図１４に示すレーザ装置における溶接用レー
ザ光の伝送経路の一部分を示す説明図である。

【図１６】図１４に示すレーザ装置におけるガイド用レ
ーザ光の伝送経路の一部分を示す説明図である。

【図１７】図１４に示すレーザ装置のガイド用レーザか
ら放射されたガイド用レーザ光のワーク上での照射位置
の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 励起ランプ ２ 発振ロッド ３ａ，３ｂ ガイド用レーザ ４ａ 第１ミラー ４ｂ 第１ハーフミラー ４ｃ 第２ミラー ４ｄ 第２ハーフミラー ４ｅ，４ｆ 第３ミラー ５ ワーク ６ ＣＣＤカメラ ７ 画像処理装置 ８ ＣＰＵ ９ レーザ装置位置調整装置 １０ レーザ発振器 １１ａ 第１レンズ １１ｂ 第２レンズ １１ｃ 第３レンズ １２ 光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA19 DD02 FF04 GG04 GG12 HH04 JJ03 JJ09 JJ26 LL02 LL19 QQ31 UU07 4E068 CA09 CA11 CC02 CD02 CD15 CE08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接用レーザ光を放射するレーザ発振器
   と、レーザ発振器から放射された溶接用レーザ光をワー
   クに向けて照射するヘッド部とからなるレーザ装置であ
   って、 レーザ発振器内に２台の位置決めガイド用レーザを設け
   られ、このガイド用レーザから放射される２本のガイド
   用レーザ光が、溶接用レーザ光に対して同軸異心となる
   ように配置され、かつ、これら２本のガイド用レーザ光
   の断面の各中心点を結ぶ直線の中心点が、溶接用レーザ
   光の断面の中心点と一致するように配置されていること
   を特徴とするレーザ装置。
2. 【請求項２】 溶接用レーザ光を放射するレーザ発振器
   と、レーザ発振器から放射された溶接用レーザ光をワー
   クに向けて照射するヘッド部とからなるレーザ装置であ
   って、 レーザ発振器内に少なくとも３台の位置決めガイド用レ
   ーザが設けられ、これら位置決めガイド用レーザから放
   射される少なくとも３本のガイド用レーザ光が、溶接用
   レーザ光に対して同軸異心となるように配置され、か
   つ、これら３本のガイド用レーザ光の断面の各中心点を
   結んで得られた多角形の重心または中心が、溶接用レー
   ザ光の断面の中心点と一致するように配置されているこ
   とを特徴とするレーザ装置。
3. 【請求項３】 溶接用レーザ光を放射するレーザ発振器
   と、レーザ発振器から放射された溶接用レーザ光をワー
   クに向けて照射するヘッド部とからなるレーザ装置であ
   って、 レーザ発振器内に複数台の位置決めガイド用レーザが設
   けられ、これら複数台の位置決めガイド用レーザのうち
   の少なくとも１台のガイド用レーザから放射されるガイ
   ド用レーザ光が、溶接用レーザ光に対して同軸異心に配
   置され、前記複数台の位置決めガイド用レーザのうちの
   さらに別の少なくとも１台のガイド用レーザから放射さ
   れるガイド用レーザ光が、溶接用レーザ光に対して同軸
   同心となるように配置され、さらに別の少なくとも１台
   のガイド用レーザから放射されるガイド用レーザ光の断
   面の中心点が、溶接用レーザ光の断面の中心点と一致す
   るように配置されていることを特徴とするレーザ装置。
4. 【請求項４】 溶接用レーザ光を放射するレーザ発振器
   と、レーザ発振器から放射された溶接用レーザ光をワー
   クに向けて照射するヘッド部と、レーザ発振器から放射
   された溶接用レーザ光をヘッド部へ導く光ファイバとか
   らなるレーザ装置であって、 レーザ発振器内に位置決めガイド用レーザが設けられ、
   この位置決めガイド用レーザから放射されるガイド用レ
   ーザ光が、溶接用レーザ光に対して同軸異心でかつ光フ
   ァイバの外周部またはその近傍に入射するように配置さ
   れることにより、光ファイバの出力側において、ガイド
   用レーザ光を溶接用レーザ光に対し同軸、同心円のリン
   グ光に形成することを特徴とするレーザ装置。