JP2000042775A - レーザ加工方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工点に非接触でレーザ加工ヘッドを前後左
右上下方向の移動を一つの表示器で確認する。 【解決手段】 ＹＡＧレーザ光ＬＢを照射して得たワー
クＷ上の照射位置をレーザ加工ヘッド１１内のＣＣＤカ
メラ２９にてＹＡＧレーザ光軸上で撮像してモニタ３５
に表示する。この照射位置の中心にモニタ３５のクロス
ターゲット３７を移動して前後左右に原点位置決めす
る。予めレーザ加工ヘッド１１をＹＡＧレーザ光ＬＢの
最適焦点位置に位置決めした状態で、外部の測定光源用
ヘッド４１から測定光を斜めにワークＷに照射し、ワー
クＷ上の測定光の反射光をＣＣＤカメラ２９にて撮像し
て表示する。測定光源用ヘッド４１を移動して反射光の
中心をクロスターゲット３７に上下に原点位置決めす
る。ティーチング時はレーザ加工ヘッド１１を前後左右
上下方向に移動し、モニタ３５上の加工線並びに反射光
の中心をクロスターゲット３７に合わせた後、レーザ加
工を開始する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＹＡＧレーザ加工
機の焦点位置を検出してワークのレーザ加工点に合わせ
るティーチングした後にレーザ加工するレーザ加工方法
及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ティーチング時には、ワークのレ
ーザ加工点をＹＡＧレーザ光と同軸上で撮影できるよう
にミラーが用いられ、このミラーに反射されたワークの
レーザ加工点をＣＣＤカメラで撮像し、この撮像された
画像は電気的に送られてモニタに表示される。

【０００３】モニタ上にはクロスターゲットが備えられ
ており、このクロスターゲットにＹＡＧレーザ光の光軸
を一致するように設定可能に設けられている。このよう
にＹＡＧレーザ光の光軸に一致させたクロスターゲット
をモニタ上でワークの溶接線に合わせるようにレーザ加
工ヘッドを前後左右方向（ワークの表面上を二次元的な
方向）に移動せしめることにより、ＹＡＧレーザ光の光
軸をワークの溶接線に一致させるべくティーチングす
る。

【０００４】また、レーザ加工ヘッドの上下方向（高さ
方向）を調整する方法としては、予めＣＣＤカメラのピ
ントがＹＡＧレーザ光の焦点位置に一致するように調整
しておき、実際のワークのレーザ加工点にＹＡＧレーザ
光の焦点位置を合わせるにはＣＣＤカメラのピントが合
う位置で決定する。

【０００５】また、レーザ加工ヘッドの高さを調整する
他の方法としては、超音波センサでノズル高さ・焦点位
置を検出する方法がある。

【０００６】また、レーザ加工ヘッドの高さを調整する
別の方法としては、レーザ変位センサでノズル高さ・焦
点位置を検出する方法がある。この場合は角度はある程
度許容できる。

【０００７】また、レーザ加工ヘッドの高さを調整する
別の方法としては、静電容量センサのノズル部で高さ・
焦点位置を検出する方法がある。この場合は加工付近の
デッドゾーンが少ない。

【０００８】また、レーザ加工ヘッドの高さを調整する
別の方法としては、接触式センサでノズル高さ・焦点位
置を検出する方法がある。

【０００９】上記の各種センサで検出した場合は、その
検出結果は表示器で表示される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のレー
ザ加工点をＣＣＤカメラにて撮像し、画像のレーザ加工
点をモニタ上のクロスターゲットに合わせる方法におい
ては、Ｘ軸及びＹ軸の二次元しか検出または確認ができ
ないという問題点があった。

【００１１】また、ＣＣＤカメラのピントを合わせてレ
ーザ加工ヘッドの高さを調整する方法では、ＣＣＤカメ
ラのピントが合う位置が2〜3mm程度あるために、その中
心を作業者が決定しなければならず、精度が良くないと
いう問題点があった。また、溶接線とクロスターゲット
が合う位置を決定するには比較的個人差が出にくいが，
ＣＣＤカメラのピントを合わせるには個人差が生じてし
まうという問題点があった。また、レーザ加工ヘッドの
高さが極端にずれてしまうと加工不良が発生するという
問題点があった。

【００１２】また、超音波センサでレーザ加工ヘッドの
高さを調整する方法では、ワークの傾き角度に影響され
るので超音波センサをワークに近づける必要があるため
にデッドゾーンが生じるという問題点があった。また、
表示器が必要であり、センサ自体が大きいという問題点
があった。

【００１３】また、レーザ変位センサでレーザ加工ヘッ
ドの高さを調整する方法では、レーザ変位センサをワー
クに近づける必要があるのでデッドゾーンが生じ、ま
た、表示器が必要である。また、コストが高く、高反射
材の検出は不可能であるという問題点があった。

【００１４】また、静電容量センサでレーザ加工ヘッド
の高さを調整する方法では、レーザ溶接時の熱的な影響
を受けやすく、ダメージが大きく表示器が必要であると
いう問題点があった。また、ワークが継手形状のとき
は、継手形状により静電容量の変化のために出力が異な
るという問題点があった。

【００１５】また、接触式センサでレーザ加工ヘッドの
高さを調整する方法では、接触式のために使い勝手が悪
く、加工時待避させるなどの動作が必要であり、センサ
が何かにぶつかると破損するという問題点があった。

【００１６】各種センサでレーザ加工ヘッドの高さを検
出するときは、その検出結果が表示器で表示されるの
で、作業者はＸ軸及びＹ軸方向のデータをティーチング
するために別のモニタを確認し、なおかつ高さ方向（Ｚ
軸方向）をティーチングするために前記表示器を確認し
なければならないので、作業が大変であるという問題点
があった。

【００１７】また、一つのセンサでいろいろな角度から
検出したり、いろいろな材質や継手に対応するのは難し
いという問題点があった。

【００１８】本発明は叙上の課題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、デッドゾーンを作らないため
に加工点に近づけないようにして非接触でレーザ加工ヘ
ッドの高さ方向の検出・確認可能であり、ワークの角度
に影響を受けずに検出・確認可能であり、高反射材等の
材質や継手形状の影響を受けることなく検出・確認可能
であり、前後左右上下方向の三次元方向を一つの表示器
で確認できるレーザ加工方法及びその装置を提供するこ
とにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１によるこの発明のレーザ加工方法は、レーザ
発振器で発振したＹＡＧレーザ光を光ファイバを経てレ
ーザ加工ヘッド内に備えた集光レンズからワークに照射
してレーザ加工を行うレーザ加工方法において、ＹＡＧ
レーザ光を照射して得たワーク上の照射位置をレーザ加
工ヘッド内の撮像手段にてＹＡＧレーザ光軸上で撮像し
て表示器に表示すると共にこの表示された照射位置の中
心に表示器のクロスターゲットを移動して位置合わせす
る前後左右原点位置決め工程と、予めレーザ加工ヘッド
を上下方向へ移動せしめてワーク上のＹＡＧレーザ光の
最適焦点位置に位置決めした状態で、レーザ加工ヘッド
の外部の測定光源用ヘッドから測定光を斜めにワークに
照射し、このワーク上の測定光の反射光を前記撮像手段
にて撮像して表示すると共に前記測定光源用ヘッドをＹ
ＡＧレーザ光軸方向に移動せしめて前記表示器上の反射
光の中心を表示器のクロスターゲットに位置合わせする
上下原点位置決め工程と、前記レーザ加工ヘッドを前後
左右上下方向に移動せしめて、前記表示器に表示される
ワーク上の加工線並びに前記反射光の中心をクロスター
ゲットに合わせるティーチング工程とを行った後、レー
ザ加工を開始することを特徴とするものである。

【００２０】したがって、作業者はレーザ加工ヘッドを
上下方向に移動せしめて、表示器上に表示された測定光
の反射光をクロスターゲットに一致させるだけで、最適
焦点位置にティーチングすることが簡単に行われる。こ
の方法では従来の撮像手段のピントをレーザ加工点に合
わせる方法に比較して数倍の精度でティーチングが行わ
れる。さらに、高反射材等の各種材質や継手形状のワー
クにも対応可能となる。

【００２１】また、作業者はワーク上の加工線とＹＡＧ
レーザ光の焦点位置との前後左右上下方向の三次元方向
の位置合わせを同時に一つの表示器の画面上で確認可能
となり容易に調整される。

【００２２】また、測定光源用ヘッドがワークのレーザ
加工点から離れているのでデッドゾーンができにくい。

【００２３】請求項２によるこの発明のレーザ加工方法
は、請求項１記載のレーザ加工方法において、前記ティ
ーチング工程時、前記表示器に表示されるワーク上の加
工線をクロスターゲットに合わせるときに前記測定光の
発光を停止せしめてレーザ加工ヘッドを前後左右方向に
移動せしめることを特徴とするものである。

【００２４】したがって、作業者が溶接線を確認する際
に、測定光が邪魔になる場合は、測定光を消灯して必要
なときにのみ点灯して使用される。

【００２５】請求項３によるこの発明のレーザ加工方法
は、請求項１又は２記載のレーザ加工方法において、前
記測定光が半導体レーザであることを特徴とするもので
ある。

【００２６】したがって、半導体レーザは集光しやすい
ので小径の測定光がワークに照射される。

【００２７】請求項４によるこの発明のレーザ加工装置
は、レーザ発振器で発振したＹＡＧレーザ光を光ファイ
バを経てレーザ加工ヘッド内に備えた集光レンズからワ
ークに照射してレーザ加工を行うレーザ加工装置におい
て、ワークに照射するＹＡＧレーザ光軸に対して斜めに
ワーク上に測定光を照射する測定光源用ヘッドを前記Ｙ
ＡＧレーザ光と同軸方向に移動調整可能に設け、ワーク
上の加工点と前記測定光の反射光を前記ＹＡＧレーザ光
軸上で撮像する撮像手段を前記レーザ加工ヘッド内に設
け、前記撮像手段で撮像されたワーク上の加工点および
前記反射光を表示すると共に前記表示されたワーク上の
加工点の位置に位置決め調整自在なクロスターゲットを
備えた表示器を設けてなることを特徴とするものであ
る。

【００２８】したがって、請求項１記載の作用と同様で
あり、作業者はレーザ加工ヘッドを上下方向に移動せし
めて、表示器上に表示された測定光の反射光をクロスタ
ーゲットに一致させるだけで、最適焦点位置にティーチ
ングすることが簡単に行われる。この方法では従来の撮
像手段のピントをレーザ加工点に合わせる方法に比較し
て数倍の精度でティーチングが行われる。さらに、高反
射材等の各種材質や継手形状のワークにも対応可能とな
る。

【００２９】また、作業者はワーク上の加工線とＹＡＧ
レーザ光の焦点位置との前後左右上下方向の三次元方向
の位置合わせを同時に一つの表示器の画面上で確認可能
となり容易に調整される。

【００３０】また、測定光源用ヘッドがワークのレーザ
加工点から離れているのでデッドゾーンができにくい。

【００３１】請求項５によるこの発明のレーザ加工装置
は、請求項４記載のレーザ加工装置において、前記測定
光源用ヘッドが測定光の発光をＯＮ／ＯＦＦ可能である
ことを特徴とするものである。

【００３２】したがって、請求項２記載の作用と同様で
あり、作業者が加工線を確認する際に、測定光が邪魔に
なる場合は、測定光を消灯して必要なときにのみ点灯し
て使用される。

【００３３】請求項６によるこの発明のレーザ加工装置
は、請求項４又は５記載のレーザ加工装置において、前
記測定光源用ヘッドが半導体レーザを発光する発光装置
を備えた半導体レーザヘッドでなることを特徴とするも
のである。

【００３４】したがって、請求項３記載の作用と同様で
あり、半導体レーザは集光しやすいので小径の測定光が
ワークに照射される。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザ加工方法お
よびその装置の実施の形態について、図面を参照して説
明する。

【００３６】図２を参照するに、本実施の形態に係わる
ＹＡＧレーザ加工機１は、レーザ発振器３からＹＡＧレ
ーザ光が発振され、このＹＡＧレーザ光が光ファイバ５
に導かれてレーザ自動加工機としての例えばＸ，Ｙ，Ｚ
方向の三次元方向に移動可能なロボット７、いわゆる多
間節ロボットのアーム９の先端に設けられたレーザ加工
ヘッド１１へ送られる。

【００３７】また、ロボット７は床面上で水平面方向に
回転自在なロボット本体１３の上部にブーム１５が前後
方向に回動自在に設けられており、このブーム１５の先
端にはアーム９が上下方向に回動自在に設けられてい
る。アーム９の先端にはレーザ加工ヘッド１１がヘッド
支持アーム１７により水平面方向に首振り可能に設けら
れ、且つヘッド支持アーム１７の長手方向に対して直交
する方向に旋回自在に設けられている。

【００３８】なお、光ファイバ５はレーザ発振器３とレ
ーザ加工ヘッド１１の加工点との位置関係は基本的に自
由である。

【００３９】レーザ加工ヘッド１１の先端部には、ＹＡ
Ｇレーザ光を集光するための集光レンズが備えられてお
り、このＹＡＧレーザ光はレーザ加工ヘッド１１に備え
られているノズル１９からワークに向けて出射されて所
望の形状に切断や溶接加工などのレーザ加工が行なわれ
る。

【００４０】なお、ロボット７としては上述した多間節
ロボットに限定されず、アームが直交座標上を移動自在
の直交座標系ロボットでも構わない。この場合のレーザ
加工ヘッドはアームに昇降自在に設けられる。

【００４１】本発明の実施の形態の主要部にかかわるレ
ーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドの詳細について
説明する。

【００４２】図１を参照するに、光ファイバ５の先端か
ら出射されるＹＡＧレーザ光ＬＢはレーザ加工ヘッド１
１内に設けられたコリメータレンズ２１により平行光と
され、この平行光は集光レンズ２３で集光されるよう構
成されている。なお、集光レンズ２３とワークＷの間に
はスパッタ・ヒュームから保護するための保護ガラス２
５が設けられている。

【００４３】また、集光レンズ２３で集光されたＹＡＧ
レーザ光ＬＢはレーザ加工ヘッド１１の下部に設けたノ
ズルホルダ２７およびこのノズルホルダ２７の下部に備
えたノズル１９を通過してワークＷに照射される。

【００４４】なお、レーザ加工ヘッド１１内にはアシス
トガス（シールドガス）が供給され、このアシストガス
はノズル１９からＹＡＧレーザ光ＬＢの同軸上に噴射さ
れる。

【００４５】また、レーザ加工ヘッド１１内には、ティ
ーチングする際にＹＡＧレーザ光ＬＢと同軸上でワーク
Ｗ上の溶接線を確認するための撮像手段としての一例の
例えばＣＣＤカメラ２９が配置されている。本実施の形
態では、ベンドミラー３１が図１の２点鎖線に示されて
いるようにコリメータレンズ２１と集光レンズ２３との
間のＹＡＧレーザ光ＬＢの同軸上に出没自在に設けられ
ており、ティーチング時のみＹＡＧレーザ光ＬＢの同軸
上に前進し、それ以外は後退する。

【００４６】ＣＣＤカメラ２９はライン発生器３３を経
てロボット７に搭載された表示器としての例えばモニタ
３５に接続されている。したがって、ワークＷ上の加工
線としての一例の溶接線はベンドミラー３１に反射され
てＣＣＤカメラ２９に撮像され、ＣＣＤカメラ２９で得
られた画像はモニタ３５上に表示される。このモニタ３
５の画面上には上下左右方向に移動位置決め自在なクロ
スターゲット３７が表示されている。

【００４７】上記のＣＣＤカメラ２９による別の撮像方
法としては、図６に示されているように光ファイバ５か
ら出射されたＹＡＧレーザ光ＬＢがコリメータレンズ２
１で平行光とされた後にベンドミラー３９により垂直下
へ変向され、集光レンズ２３により集光し下方のワーク
Ｗに照射するように構成される。ベンドミラー３９が可
視光を透過可能なものであり、このベンドミラー３９の
上方位置にＣＣＤカメラ２９が配置されている。換言す
ればＣＣＤカメラ２９はベンドミラー３９により変向さ
れたＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸上に位置してベンドミラ
ー３９の反射方向に対して後方側に配置されており、ベ
ンドミラー３９を透過してワークＷ上の例えば溶接線を
撮像するように構成しても構わない。

【００４８】再び図１を参照するに、測定光源用ヘッド
としての一例の例えば半導体レーザヘッド４１がレーザ
加工ヘッド１１を支持するヘッド支持アーム１７にブラ
ケット４３を介してＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸と同方向
に移動調整自在に設けられている。半導体レーザヘッド
４１は測定光としての一例の例えば半導体レーザＳＬを
発光する発光ダイオードなどの発光装置が内蔵されてお
り、この発光される半導体レーザＳＬがワークＷに照射
されるＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸に対して約５０°（ワ
ークＷに対して約４０°）傾斜してワークＷ上に照射さ
れるよう構成されている。

【００４９】半導体レーザヘッド４１は加工エリアにで
きるだけ影響を与えない部分に取り付けられており、本
実施の形態では半導体レーザヘッド４１とレーザ加工点
との距離は約２５０ｍｍである。また、半導体レーザヘ
ッド４１の先端には半導体レーザＳＬを集光調整可能な
集光レンズ４５が設けられており、本実施の形態では集
光径が約0.2〜0.4mm程度のスポット光となる。

【００５０】また、半導体レーザヘッド４１内の発光装
置には例えばＡＣ100ＶからＤＣ6Ｖに変換するＡＣアダ
プタを介して電源供給されており、作業者が必要なとき
にのみＯＮ／ＯＦＦ可能な半導体レーザＳＬの図示せざ
るＯＮ／ＯＦＦスイッチがロボット７のティーチングペ
ンダントに設けられている。なお、半導体レーザＳＬは
ティーチング時のみＯＮするように制御されるように構
成しても構わない。

【００５１】また、半導体レーザヘッド４１内の発光装
置には半導体レーザＳＬの光量調整可能なボリュームが
設けられており、本実施の形態で使用される半導体レー
ザＳＬは中心波長が６７０ｍｍで、出射口の出力が１．
２ｍｗであるが、特に限定されず、波長および出力とも
任意であって構わない。

【００５２】上記構成により、本発明の実施の形態のレ
ーザ加工方法について説明すると、まず、ＹＡＧレーザ
光ＬＢの光軸とモニタ３５上のクロスターゲット３７と
を一致させるための前後左右原点位置決め工程が行われ
る。

【００５３】より詳しくは、レーザ加工ヘッド１１は移
動されずにＹＡＧレーザ光ＬＢがワークＷに１ショット
だけ照射されて直径約１ｍｍのビード痕が形成される。
その後、ベンドミラー３１をＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸
上へ前進せしめて上記のビード痕がＣＣＤカメラ２９で
撮像され、この撮像されたビード痕がモニタ３５上に表
示される。次いで、クロスターゲット３７が上下左右方
向に移動調整されてビード痕の中心に位置決めされる。

【００５４】上記のように前後左右方向（図１の紙面に
対して垂直方向のＸ軸及び図１において左右方向のＹ軸
の二次元方向）が原点位置決めされた後は、次からはク
ロスターゲット３７の中心がモニタ３５に表示されるワ
ークＷの溶接線上に合わせてティーチングされることに
より、必ずＹＡＧレーザ光ＬＢと溶接線が一致すること
になる。したがって、Ｘ軸及びＹ軸の二次元方向のティ
ーチング工程が非常に簡単に行われる。

【００５５】次に、ＹＡＧレーザ光ＬＢの焦点位置とワ
ークＷのレーザ加工点とを簡単に一致させるための方法
として、半導体レーザＳＬのスポット光がＹＡＧレーザ
光ＬＢの焦点位置に一致すべく調整するためにモニタ３
５の画面上で半導体レーザＳＬのスポット光とクロスタ
ーゲット３７とを一致させる上下原点位置決め工程が行
われる。

【００５６】より詳しくは、まず、レーザ加工ヘッド１
１とワークＷとの間隔は最適焦点位置となるように、例
えばＹＡＧレーザ光ＬＢの焦点位置がワークＷの表面に
位置するように予め調整される。次に、半導体レーザヘ
ッド４１から発光された半導体レーザＳＬはＹＡＧレー
ザ光ＬＢの光軸に対して５０°の傾斜角でワークＷの表
面にスポット光として照射される。この半導体レーザＳ
Ｌのスポット光のワークＷ上での反射光はベンドミラー
３１を介してＣＣＤカメラ２９で撮像され、ライン発生
器３３を経てモニタ３５上にワークＷと共に表示され
る。

【００５７】レーザ加工ヘッド１１及びモニタ３５上の
クロスターゲット３７は移動させずに、半導体レーザヘ
ッド４１を取り付けているブラケット４３が上下動され
ると、モニタ３５の画面上のスポット光は上下方向（図
１においてＺ軸方向）に移動する。このスポット光の中
心がモニタ３５のクロスターゲット３７に一致するよう
に半導体レーザヘッド４１がブラケット４３を介して上
下方向（図１においてＺ軸方向）に移動位置決め調整さ
れる。ブラケット４３のフランジ部には長孔４６が設け
られており、移動位置決めされたブラケット４３はボル
ト４７でヘッド支持アーム１７に固定され、換言すれば
レーザ加工ヘッド１１に固定される。

【００５８】したがって、上記のように半導体レーザヘ
ッド４１がレーザ加工ヘッド１１に対して一旦原点位置
決め調整されると、ＹＡＧレーザ光ＬＢの焦点位置と半
導体レーザＳＬのスポット光との位置関係は、ブラケッ
ト４３や半導体レーザヘッド４１が何かにぶつからない
限り変わらない。この状態でレーザ加工ヘッド１１が上
下動されると、半導体レーザＳＬのスポット光はモニタ
３５上で上下動する。例えば、図１においてレーザ加工
ヘッド１１が上方へ移動されると半導体レーザヘッド４
１も一緒に上昇するので半導体レーザＳＬのスポット光
はワークＷ上を図１において左方向へ移動することにな
るので、このスポット光はモニタ３５上では下方向へ移
動する。逆にレーザ加工ヘッド１１が下方へ移動される
とモニタ３５上のスポット光は上方向へ移動する。

【００５９】なお、半導体レーザＳＬをワークＷに当て
る方向あるいはＣＣＤカメラ２９の取付け方向によって
はレーザ加工ヘッド１１が上下動するとき上記のスポッ
ト光がモニタ３５上で左右方向に移動するように構成す
ることもできる。例えば、半導体レーザヘッド４１が図
１において紙面に対して垂直方向側に設けられるとモニ
タ３５上のスポット光は左右方向に移動する。

【００６０】以上のように前後左右上下の三次元方向
（Ｘ軸及びＹ軸，Ｚ軸の三次元方向）のモニタ３５上で
の原点位置決め工程が行われた後に、実際にレーザ加工
が行われる際に、まず、レーザ加工ヘッド１１がロボッ
ト７のアーム９によってＸ軸及びＹ軸，Ｚ軸の三次元方
向に移動されて、モニタ３５上に表示されるワークＷ上
の溶接線並びに半導体レーザＳＬのスポット光の中心が
クロスターゲット３７に位置合わせされることにより、
ＹＡＧレーザ光ＬＢの焦点位置をワークＷの溶接線とレ
ーザ加工点に位置決めするためのティーチング工程が行
われる。

【００６１】作業者はモニタ３５を見ながらまずレーザ
加工ヘッド１１を前後左右方向（Ｘ軸及びＹ軸方向）に
移動してワークＷの溶接線をクロスターゲット３７に非
常に簡単に合わせることができる。

【００６２】次に、作業者はモニタ３５を見ながらレー
ザ加工ヘッド１１を上下方向（Ｚ軸方向）に移動してス
ポット光をクロスターゲット３７に非常に簡単にしかも
精度良く合わせることができる。

【００６３】より詳しくは、半導体レーザＳＬはワーク
Ｗの表面に対して傾斜角４０°を持ってワークＷに照射
されているので、レーザ加工ヘッド１１がＺ軸方向に移
動してワークＷとの距離が変化するとワークＷに当たる
スポット光の位置が図１においてＹ軸方向に変化する。
このワーク表面上でのスポット光の移動量Ｙはレーザ加
工ヘッド１１の移動量Ｚに対してＹ＝Ｚ／ｔａｎ４０°
の式で表される。例えば、レーザ加工ヘッド１１の移動
量Ｚが１ｍｍのときは、スポット光の移動量Ｙは１．１
９ｍｍとなる。このスポット光の移動量Ｙはモニタ３５
上で表示されると、モニタ３５の大きさによって異なる
が本実施の形態では約１４倍に拡大されて表示される。

【００６４】図３（Ａ）〜（Ｋ）はスポット光Ｓｐのモ
ニタ３５上での移動軌跡を示すものであり、鋼板の突き
合わせ溶接の溶接線がクロスターゲット３７に合わされ
ている状態でレーザ加工ヘッド１１を上下動してＹＡＧ
レーザ光ＬＢの焦点位置（実際の測定位置はノズル高
さ）を＋２．５ｍｍ〜−２．５ｍｍまで０．５ｍｍづつ
変化させ、その時のモニタ３５上でのスポット光Ｓｐを
デジタルカメラで撮影したもので、Ｃはスポット光Ｓｐ
の中心位置を示すものである。

【００６５】ちなみに、図４は図３で表示された映像を
基にしてＹＡＧレーザ光ＬＢの焦点位置を０．５ｍｍづ
つ移動させたときのモニタ３５上でスポット光Ｓｐの中
心Ｃの移動量を定規で測定し、これをグラフに表示した
もので、クロスターゲット３７の中心を０（ゼロ）とし
下方向を−、上方向を＋としたものである。

【００６６】写真とグラフに示されている変化量はほぼ
リニアであり、センサとして検出するには精度が低い
が、人間が判断するには十分なレベルである。写真とグ
ラフに示されているように、ＹＡＧレーザ光ＬＢの焦点
位置がわずか０．５ｍｍの変化量であるにもかかわら
ず、スポット光Ｓｐの中心Ｃとクロスターゲット３７と
の間の距離が拡大されて表示されているので、±０ｍｍ
の位置に精確に容易に位置決めすることができる。

【００６７】以上のように、作業者はモニタ３５上で溶
接線とＹＡＧレーザ光ＬＢの焦点位置の両方を確認しな
がら、ティーチングが可能となる。

【００６８】なお、作業者が溶接線を確認する際にスポ
ット光が邪魔になる場合は、ティーチングペンダントに
あるＯＮ／ＯＦＦスイッチでＯＦＦにすればよい。

【００６９】なお、本実施の形態ではＹＡＧレーザ光Ｌ
Ｂの光軸に対する半導体レーザＳＬの傾斜角は上述した
ように約５０°（ワークＷの表面に対する傾斜角は４０
°）であるが、この傾斜角は特に限定されるものではな
く、ＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸に対する傾斜角が大きい
ほど（ワークＷに対して寝かせる方が）レーザ加工ヘッ
ド１１の上下方向の移動量に対してモニタ３５上に表示
されるスポット光の移動変化量が大きくなる。

【００７０】図５を参照するに、本発明のレーザ加工方
法及びその装置が効果的であることとを確認するため
に、照射光源としての半導体レーザＳＬを使用した場合
と半導体レーザＳＬを使用しない場合との位置決め精度
の差が比較できるよう図示されている。それぞれ１０回
位置決めしたときのデータが示されている。

【００７１】図５（Ａ）は半導体レーザＳＬを使用せず
に、ＹＡＧレーザ光ＬＢの焦点位置をワークＷの加工点
に位置決めするために作業者がＣＣＤカメラ２９のピン
トを合わせるべくレーザ加工ヘッド１１を上下動せしめ
て判断したもので、この時のモニタ３５上の測定座標値
は−３８５．２１〜−３８６．２２の間でバラツキがあ
り、約１ｍｍの誤差が発生する。

【００７２】図５（Ｂ）は半導体レーザＳＬを使用した
場合で、前述したように作業者がモニタ３５上でスポッ
ト光の中心がクロスターゲット３７に合わせるべくレー
ザ加工ヘッド１１を上下動せしめて判断したもので、こ
の時のモニタ３５上の測定座標値は−３８４．７２〜−
３８４．９１の間でバラツキがあり、約０．２ｍｍの誤
差内で設定可能であることが分かる。図５（Ａ）の場合
に対して約５倍の精度でティーチング可能となる。

【００７３】本発明のレーザ加工方法では、各種材質や
継手形状でもスポット光の認識が可能である。例えば、
高反射材などはスポット光がぼやけて大きくなったりす
るが、作業者はスポット光の中心を考慮すればよい。し
かし、従来の方法としてのレーザ変位センサでは光点の
状態が変化するとその光点の状況によって認識できず判
断できなくなる。

【００７４】なお、この発明は前述した発明の実施の形
態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより
その他の態様で実施し得るものである。

【００７５】半導体レーザＳＬにはいろいろな波長のも
のがあるが、ワーク表面で反射する波長であればＣＣＤ
カメラ２９で捕らえることは可能である。

【００７６】また、前述した本実施の形態では測定光用
ヘッドとして半導体レーザＳＬを発光する半導体レーザ
ヘッド４１を例にとって説明したが、Ｈｅ−Ｎｅレーザ
等のレーザ光を発光するものであっても構わない。ま
た、レーザ光ではなく通常のランプ等の光源で発光する
光を集光レンズ等で集光させて使用しても構わない。

【００７７】また、前述した本実施の形態ではスポット
光を使用したが、ラインタイプの光学系を備えた測定光
用ヘッドを用いることもできる。ライン光であるとモニ
タ３５の画面を横切るので光の中心を判断しやすいとい
う長所がある。

【００７８】また、前述した本実施の形態では作業者が
スポット光の中心をクロスターゲット３７に合わせるべ
く調整するのであるが、スポット光の位置を画像処理す
ることにより自動的に計測し、自動的に補正量を算出す
ることも可能である。この算出された補正量を制御装置
にフィードバックして制御装置からロボット７に指令を
発生してレーザ加工ヘッド１１を移動せしめるように構
成しても構わない。

【００７９】また、半導体レーザヘッド４１の先端にア
パーチャを設けて半導体レーザＳＬのライン光を例えば
図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示されているように形成
し、クロスターゲット３７との位置合わせを調整しやす
くすることもできる。

【００８０】

【発明の効果】以上のごとき発明の実施の形態の説明か
ら理解されるように、請求項１の発明によれば、作業者
はレーザ加工ヘッドを上下方向に移動せしめて、表示器
上に表示された測定光の反射光をクロスターゲットに一
致させるだけで、最適焦点位置にティーチングすること
を簡単に行なえる。この方法では従来の撮像手段のピン
トをレーザ加工点に合わせる方法に比較して数倍の精度
でティーチングを行なえる。さらに、高反射材等の各種
材質や継手形状のワークに対応可能である。

【００８１】また、作業者はワーク上の溶接線とＹＡＧ
レーザ光の焦点位置との前後左右上下方向の三次元方向
の位置合わせを同時に一つの表示器の画面上で確認可能
であるので容易に調整できる。

【００８２】また、測定光源用ヘッドがワークのレーザ
加工点から離れているのでデッドゾーンができにくい。

【００８３】請求項２の発明によれば、作業者が溶接線
を確認する際に、測定光が邪魔になる場合は、測定光を
消灯して必要なときにのみ点灯して使用できる。

【００８４】請求項３の発明によれば、半導体レーザは
集光しやすいので小径の測定光をワークに照射できる。

【００８５】請求項４の発明によれば、請求項１記載の
効果と同様であり、作業者はレーザ加工ヘッドを上下方
向に移動せしめて、表示器上に表示された測定光の反射
光をクロスターゲットに一致させるだけで、最適焦点位
置にティーチングすることを簡単に行なえる。この方法
では従来の撮像手段のピントをレーザ加工点に合わせる
方法に比較して数倍の精度でティーチングを行なえる。
さらに、高反射材等の各種材質や継手形状のワークに対
応可能である。

【００８６】また、作業者はワーク上の溶接線とＹＡＧ
レーザ光の焦点位置との前後左右上下方向の三次元方向
の位置合わせを同時に一つの表示器の画面上で確認可能
であるので容易に調整できる。

【００８７】また、測定光源用ヘッドがワークのレーザ
加工点から離れているのでデッドゾーンができにくい。

【００８８】請求項５の発明によれば、請求項２記載の
効果と同様であり、作業者が加工線を確認する際に、測
定光が邪魔になる場合は、測定光を消灯して必要なとき
にのみ点灯して使用できる。

【００８９】請求項６の発明によれば、請求項３記載の
効果と同様であり、半導体レーザは集光しやすいので小
径の測定光をワークに照射できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すもので、レーザ加工
ヘッドの要部断面を含む側面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係わるＹＡＧレーザ加工
機の全体図である。

【図３】本発明の実施の形態を示すもので、（Ａ）〜
（Ｋ）はモニタ上でのスポット光の移動軌跡を示す撮像
図である。

【図４】本発明の実施の形態を示すもので、焦点位置を
移動させたときのモニタ上でのスポット光の中心の移動
量を示すグラフである。

【図５】（Ａ）は半導体レーザを使用せずに、他の方法
でＹＡＧレーザ光の焦点位置をワークの加工点に位置決
めしたときのモニタ上の測定座標値を示すグラフで、
（Ｂ）は本願の半導体レーザを使用したときのモニタ上
の測定座標値を示すグラフである。

【図６】本発明の実施の形態のＣＣＤカメラによる別の
撮像方法を示す説明図である。

【図７】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）半導体レーザヘッドの
先端に各種アパーチャを設けたときの半導体レーザのラ
イン光の形状を示す平面図である。

【符号の説明】

１ ＹＡＧレーザ加工機 ３ レーザ発振器 ５ 光ファイバ ９ アーム １１ レーザ加工ヘッド １９ ノズル ２３ 集光レンズ ２９ ＣＣＤカメラ（撮像手段） ３１ ベンドミラー ３５ モニタ（表示器） ３７ クロスターゲット ４１ 半導体レーザヘッド（測定光源用ヘッド）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器で発振したＹＡＧレーザ光
   を光ファイバを経てレーザ加工ヘッド内に備えた集光レ
   ンズからワークに照射してレーザ加工を行うレーザ加工
   方法において、 ＹＡＧレーザ光を照射して得たワーク上の照射位置をレ
   ーザ加工ヘッド内の撮像手段にてＹＡＧレーザ光軸上で
   撮像して表示器に表示すると共にこの表示された照射位
   置の中心に表示器のクロスターゲットを移動して位置合
   わせする前後左右原点位置決め工程と、 予めレーザ加工ヘッドを上下方向へ移動せしめてワーク
   上のＹＡＧレーザ光の最適焦点位置に位置決めした状態
   で、レーザ加工ヘッドの外部の測定光源用ヘッドから測
   定光を斜めにワークに照射し、このワーク上の測定光の
   反射光を前記撮像手段にて撮像して表示すると共に前記
   測定光源用ヘッドをＹＡＧレーザ光軸方向に移動せしめ
   て前記表示器上の反射光の中心を表示器のクロスターゲ
   ットに位置合わせする上下原点位置決め工程と、 前記レーザ加工ヘッドを前後左右上下方向に移動せしめ
   て、前記表示器に表示されるワーク上の加工線並びに前
   記反射光の中心をクロスターゲットに合わせるティーチ
   ング工程とを行った後、レーザ加工を開始することを特
   徴とするレーザ加工方法。
2. 【請求項２】 前記ティーチング工程時、前記表示器に
   表示されるワーク上の加工線をクロスターゲットに合わ
   せるときに前記測定光の発光を停止せしめてレーザ加工
   ヘッドを前後左右方向に移動せしめることを特徴とする
   請求項１記載のレーザ加工方法。
3. 【請求項３】 前記測定光が半導体レーザであることを
   特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
4. 【請求項４】 レーザ発振器で発振したＹＡＧレーザ光
   を光ファイバを経てレーザ加工ヘッド内に備えた集光レ
   ンズからワークに照射してレーザ加工を行うレーザ加工
   装置において、 ワークに照射するＹＡＧレーザ光軸に対して斜めにワー
   ク上に測定光を照射する測定光源用ヘッドを前記ＹＡＧ
   レーザ光と同軸方向に移動調整可能に設け、ワーク上の
   加工点と前記測定光の反射光を前記ＹＡＧレーザ光軸上
   で撮像する撮像手段を前記レーザ加工ヘッド内に設け、
   前記撮像手段で撮像されたワーク上の加工点および前記
   反射光を表示すると共に前記表示されたワーク上の加工
   点の位置に位置決め調整自在なクロスターゲットを備え
   た表示器を設けてなることを特徴とするレーザ加工装
   置。
5. 【請求項５】 前記測定光源用ヘッドが測定光の発光を
   ＯＮ／ＯＦＦ可能であることを特徴とする請求項４記載
   のレーザ加工装置。
6. 【請求項６】 前記測定光源用ヘッドが半導体レーザを
   発光する発光装置を備えた半導体レーザヘッドからなる
   ことを特徴とする請求項４又は５記載のレーザ加工装
   置。