JPH01224190A - レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザ加工機に係り、更に詳しくはレーザ溶
接等で形成される開先線を検出する開先線検出センサの
改良に関するものである。

［従来の技術］ 第６図は従来から知られたこの種の装置の構成説明図で
、ここでは特開昭５９−１８３０９１号公報所載の装置
が例示されている。

図において、（１）はレーザビーム、（２）は加工ヘッ
ド、（３）はレーザビーム（１）を集光するレンズ、（
４）はレンズ（３）の焦点位置、（５）は溶接される２
つの被加工物、（６）は被加工物（５）の突合わせ部分
で形成する開先線よりなる溶接線、（７）は撮像用のＴ
Ｖカメラ、（８）は映像信号、（９）はＣＲＴで構成し
たモニターテレビ、（１０）は画像処理装置、（１１）
は制御信号、（１２）はレーザ加工ヘッドの制御装置、
（１３）は移動信号、（１４）はＴＶカメラ（７）の照
明用投光器である。ＴＶカメラ（７）及び投光器（１４
）等で、開先線検出センサ（Ｓ）を構成している。

上記のような構成の従来のレーザ加工機の動作を、次に
説明する。

図示されていないレーザ発振器から発射されたレーザビ
ーム（１）は、加工ヘッド（２）を通ってレンズ（３）
により集光される。集光されたレーザビーム（１）の焦
点位置（４）が被加工物（５）上の溶接線（６）に沿っ
て投射されて、被加工物（５）が溶接される。

一方、投光器（１４）のスポット光によって横から被加
工物（５）を照明した光は、表面の部分では反射するが
溶接線（６）の部分では吸収される。したがって、ＴＶ
カメラ（７）で撮影された画像には、溶接線（６）が周
りの明るい部分の中の暗い線とし検出され、モニターテ
レビ（９）がこれに対応して１本の黒線をＣＲＴ上に映
し出す。

そして、この撮影画像を利用して、画像処理装置（１０
）で画像を処理してから、制御装置（１２）の制御信号
（１３）によって加工ヘッド（２）が駆動される。この
結果、溶接線（６）と焦点位置（４）との相対的な位置
関係が制御されて、開先線に沿った溶接が実施される。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のこの種の位置検出センサ（Ｓ）は、上述のように
投光器（１４）のスポット光で被加工物（５）を横から
照明するように構成されている。

このため、被加工物（５）の表面に溶接線（６）と平行
した線状のキズや凹凸があると、これらのキズ等によっ
て照明の投影面に陰影が生じる。そして、ＴＶカメラ（
７）がこのキズ等でできた影を同時に撮影してモニター
テレビ（９）で映し出しているので、第７図に示すよう
に溶接線（６）の画像と疑似画像（６１）との判別が困
難であった。特に、被加工物（５）の表面加工が粗雑で
突合わせ面のみが精密に加工されているような場合には
、溶接線（６）の画像が極く細い線状となるので、その
検出が事実上不可能になるという問題があった。

本発明は、この様な従来のレーザ加工機の問題点を解決
するために成されたもので、被加工物（５）の表面状態
に無関係で、溶接線（６）（開先線）だけを検出できる
ようなレーザ加工機を実現することを目的とするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ この発明は、ＴＶカメラの撮影用の照明に、循環状の光
源で作られた投光器を使用し、この投光器を加工ヘッド
から投射されるレーザビームの光軸と同軸的に配置して
焦点付近を拡散光で照明するレーザ加工機を構成したも
のである。

［作　　用コ 循環状の光源で作られた投光器がら投射された拡散光は
、焦点位置の付近を中心にして回りから被加工物の表面
を一様に照明する。したがって、被加工物の表面に多少
の凹凸があったときでも、投光器から出た光の投影面の
部分には影が出来るようなことがない。よって、ＴＶカ
メラで撮影した画像には、−条の暗線で表示された溶接
線（開先線）だけが写し出される。

［発明の実施例］ 第１図は本発明の実施例の構成説明図、第２図はその要
部の拡大説明図で、前述の従来装置と同様に本発明をレ
ーザ溶接機に適用して、溶接線（開先線）を検出する場
合で説明を進める。

第１図において、第６図及び第７図と同じ記号のものは
同様構成で同じ機能を有するので再説明を省略する。た
だし、この実施例では加工ヘッド（２）と投光器（１４
）が、前述の従来装置と異なる構成になっている。即ち
、図示のように投光器（１４）には円形の光源が使われ
ていて、その形状がリング状の投光器を構成している。

このリング状の投光器（１４）は内面が全周に亘って光
の反射面を形成した加工ヘッド（２）の内部に組み込ま
れており、レーザビーム（１）の光軸、従って加工ヘッ
ド（２）の軸心（Ｚ）と同軸に配置されている。そして
、レーザビーム（１）の集光光束が、投光器（１４）の
リング内を通過するようになっている。

上述のような構成の本発明実施例の動作を、次に説明す
る。

レーザビーム（１）は加工ヘッド（２）の内部のレンズ
（３）で集光され、投光器（１４）のリング内を通過し
てから被加工物（５）上の焦点位置（４）に投射される
。焦点位置（４）におけるエネルギー密度は、普通１０
５〜１０６Ｗ／ｃｊ程度である。そして、このような高
エネルギーのレーザビーム（１）が溶接線（６）に投射
されて、被加工物（５）の突き合わせ部が溶接されるこ
とになる。

一方、加工ヘッド（２）内に設けられた投光器（１４）
から出た光（Ｌ）は、加工ヘッド（２）の全内周面で反
射・散乱される。そして、事実上の拡散光となって、加
工ヘッド（２）の開口部から被加工物（５）に投射され
る。被加工物（５）の加工状態は投光器（１４）のこの
照明光によって回り中から照明され、ＴＶカメラ（７）
がその状況を撮影する。ＴＶカメラ（７）の映像信号（
８）は、モニターテレビ（９）と画像処理装置（１０）
に送られ、モニターテレビ（９）は焦点位置（４）を中
心にしてその付近の溶接線（６）も映し出す。この場合
、リング状投光器（１４）の拡散光で焦点位置（４）付
近が周り中から照明されるので、被加工物（５）の表面
に例え線状の加工キズがあっても疑似画像は生じない。

よって、モニタテレビ（９）のＣＲＴには、溶接線（６
）の１本の画像のみが黒い線となって映し出される。

このときのモニターテレビ（９）の溶接線（６）の表示
態様が、第３図に示されている。

一方、画像処理装置（１０）は送られてきた映像信号（
８）に基づいて、溶接線（６）と焦点位置（４）との相
対的な位置のズレ量を検出する。

この検出されたズレ量は、位置信号（１１）としてレー
ザ加工ヘッドの制御装置（１２）に送られる。そして、
レーザ加工ヘッドの制御装置（１２）から上記のズレ量
をなくすための制御信号（１３）が加工ヘッド（２）に
送られて、溶接線（６）と焦点位置（４）との相対的な
位置が一致するように制御される。

第４図は本発明の別の実施例の構成説明図、第５図は第
４図の動作説明図である。

両図において、（１５）は切換えミラー付きの切換器、
（１６）はペンドミラー、（１７）は制御装置である。

また、（１８）は回転治具、（１９）はＸＹ子テーブル
ある。この実施例でも投光器（１４）に円形の光源が用
いられて（Ｚ）軸と同軸的になっているが、加工ヘッド
（２）の先端の途中の外側に配置されている。また、被
加工物（５）は同径で同軸的な２個の円柱体からなり、
回転治具（１８）に軸心を中心に回転可能に保持されて
いる。

この装置では、先ずレーザ加工を開始する前に切換器（
１５）によって光学系の光路をＴＶカメラ（７）側に切
換えて、溶接線（６）が観ｎ１できる状態にする。被加
工物（５）の溶接線（６）の付近の表面は、リング状の
投光器（１４）によってあらゆる角度から進行してくる
拡散光によって周りから照明される。この為、第５図の
ような工作機械の加工による線状のキズや突条（６１）
があるような場合でも、陰影の生ずることがなく、モニ
ターテレビ（９）にはこれらの画像が映し出されるよう
なことがない。

そして、手動等によって回転治具（１８）に取り付けら
れた被加工物（５）を数回回転しながら、モニターテレ
ビ（９）に写し出された溶接線（６）の映像と例えばＣ
ＲＴの中心に対応する焦点位置（４）との位置合わせを
行う。位置合せ終了後、光学系を切換器（１５）でレー
ザビーム（１）側に切換えて、第１図のときと同様にし
て制御装置（１７）等によるレーザ溶接の自動運転が開
始されることになる。

なお、上述の実施例では連続したリング状の投光器を例
示して説明したが、鎖線状或いは１点鎖線状等の不連続
な形状でもよい。また、輪郭形状は三角形や長方形等の
多角形状でもよく、要するに加工ヘッドと同軸的に配置
され、循環的な光源を備えた投光器によって焦点位置付
近を周りから拡散光で照明するようなものであればよい
。また、第４図の実施例では投光器を加工ヘッドの外側
の途中に配置した場合を図示して説明したが、先端を含
む先端付近に設けたものであれば良い。また、この実施
例ではレーザビームとＴＶ右カメラ光学系を切換える場
合で説明したが、２つの光学系を第１図のように並列形
に構成しても良く、運転前の焦点位置と溶接線の位置合
わせ操作を省略することもできる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、加工ヘッドと同軸的に配
置され、循環的な光源を備えた投光器によって焦点位置
付近を周りから拡散光で照明するような開先線検出セン
サを備えたレーザ加工機を構成した。

この結果、ＴＶ右カメラりなる撮像装置の撮影画像には
、キズ等による疑似画像が無くなって開先線のみが映し
出されることになる。

よって、本発明をレーザ溶接に適用すれば、簡単な構成
で加工精度の高いレーザ溶接機を実現することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成説明図、第２図はその要
部の拡大説明図、第３図は本発明の動作説明図、第４図
は本発明の別の実施例の構成説明図、第５図は第４図の
動作説明図、第６図は従来装置の構成説明図、第７図は
従来装置の動作説明図である。 図において、（１）はレーザビーム、（２）は加工ヘッ
ド、（３）はレンズ、（４）は焦点位置、（５）は被加
工物、（６）は溶接線、（７）は撮像装置（ＴＶ右カメ
ラ、（８）は映像信号、（９）はモニターテレビ、（１
０）は画像処理装置、（１１）は位置信号、（１２）は
制御装置、（ユ３）は移動信号、（１４）は投光器であ
る。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザビームを集光して投射するための光学系が
   組み込まれた加工ヘッドと、前記レーザビームの焦点位
   置付近に配置されて開先線を形成した被加工物と、該被
   加工物上の焦点位置付近を照明する投光器と、該投光器
   で照明された被加工物を撮像する撮像装置と、該撮像装
   置が撮像した画像を表示するモニターテレビと、前記撮
   像装置が撮像した画像を処理する画像処理装置とを具備
   するレーザ加工機において、 前記投光器を内面に反射面を備えた加工ヘッド内に配置
   して前記被加工物の開先線を検出する開先線検出センサ
   を備えたことを特徴とするレーザ加工機。
2. （２）前記投光器を加工ヘッドの先端付近に配置して前
   記被加工物の開先線を検出する開先線検出センサを備え
   たことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工機。