JP2018202471A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】共通のレーザ照射ヘッド及びレーザ発振器を用いて溶接及び表面処理を行うことが可能なレーザ加工装置等を提供する。【解決手段】レーザ発振器４００から伝達されたレーザ光Ｌが入射され集光手段１２０及び偏向手段１３０を有する光学系と、偏向手段による偏向方向を変化させる偏向方向変化手段１５０とを備える照射ヘッド１００を有するレーザ加工装置１を、偏向方向の変化を停止した第１の照射モードと、偏向方向を変化させながら照射する第２の照射モードとを選択可能な制御手段５００と、レーザ光の偏向方向を検出する偏向方向検出手段１６０と、加工パスに沿って照射位置を移動するよう照射ヘッドを移動させる照射ヘッド移動手段２００とを備え、照射ヘッド移動手段は、第１の照射モードが選択されている際に、偏向方向検出手段の検出結果に基づいてレーザ光の照射位置を加工パスに一致させる構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、共通のレーザ照射ヘッド及びレーザ発振器を用いて溶接及び表面処理を行うことが可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

例えばＣＯ_２レーザやＹＡＧレーザ等のＣＷレーザ光を熱源として金属等のワークに照射し、金属を局部的に溶融、凝固させるレーザ溶接が知られている。
また、特許文献１には、金属製品等の表面において、レーザ光による照射位置を高速で円弧状に旋回させながら走査し、塗り替え前の旧塗膜や、錆等の異物を除去（クリーニング）することが記載されている。

国際公開ＷＯ２０１３／１３３４１５

レーザ溶接を行う前の前処理として溶接個所周辺部の異物を除去したり、レーザ溶接後の後処理として溶接デブリや煤等を除去するクリーニングを行う場合がある。
しかし、従来レーザ溶接と、レーザを用いたクリーニング等の処理とは、別々の照射ヘッド及びレーザ発振器を有する別個の処理装置を用いて行っており、これらの各処理をともに行うためには、溶接用とクリーニング用の照射ヘッド及びレーザ発振器をそれぞれ設けるため、設備の構成が複雑となって大きな設置スペースを要したり、設備のコストも高騰するという問題があった。
加えて、溶接工程とクリーニング工程との切り替えに応じた使用設備の切り替え作業が発生していた。さらに、クリーニング工程が不要な溶接工程のみの場合もあるため、クリーニング装置の稼働率が低下していた。このように、切替え作業工数が発生し、生産性にも影響する問題があった。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、共通のレーザ照射ヘッド及びレーザ発振器を用いて溶接及び表面処理を行うことが可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、レーザ発振器が発生するレーザ光を集光させる集光手段、及び、前記レーザ光を所定の偏角だけ偏向させる偏向手段を有する光学系と、前記偏向手段による前記レーザ光の偏向方向を変化させる偏向方向変化手段とを備える照射ヘッドを有するレーザ加工装置であって、前記偏向手段による前記偏向方向の変化を停止した状態でレーザ光を照射する第１の照射モードと、前記偏向手段により前記偏向方向を変化させながらレーザ光を照射する第２の照射モードとを選択可能な制御手段と、前記偏向手段から出射されるレーザ光の偏向方向を検出する偏向方向検出手段と、前記レーザ光の照射位置が所定の加工パスに沿って移動するよう前記照射ヘッドを照射対象物に対して相対移動させる照射ヘッド移動手段とを備え、前記照射ヘッド移動手段は、前記第１の照射モードにおいて前記偏向方向検出手段の検出結果に基づいて前記レーザ光の照射位置が前記加工パスに実質的に一致するよう前記照射ヘッドを移動させることを特徴とするレーザ加工装置である。
これによれば、レーザ光の照射時における偏向光学系による偏向方向変化の実行、停止を切り換えることによって、レーザ溶接に用いられる第１の照射モードと、異物除去等に用いられる第２の照射モードとを、共通の照射ヘッド及びレーザ発振器によって行うことができる。
また、偏向手段による偏向方向の変化を停止した際におけるレーザ光の偏向方向を検出することによって、第１の照射モードにおける照射点（ビームスポット）の位置制御を適切に行い、溶接品質を確保することができる。

請求項２に係る発明は、前記偏向手段は、入射するレーザ光の光軸と実質的に平行な回転軸回りに回動する偏向光学系を有し、前記偏向方向検出手段は、前記偏向光学系の角度位置を検出するエンコーダを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置である。
請求項３に係る発明は、前記偏向方向検出手段は、前記偏向光学系を通過するガイド光による照射位置を検出するガイド光検出手段を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置である。
これらの各発明によれば、簡単な構成により確実に上述した効果を得ることができる。

請求項４に係る発明は、前記照射ヘッドは、前記光学系を通過したレーザ光が内部を通過する筒状のノズルと、前記第１の照射モードにおいて前記ノズルの内部から照射対象物へシールドガスを噴射させるシールドガス供給手段とを有し、前記制御手段は、前記第１の照射モードにおいてレーザ光が前記ノズルの中心軸に対して照射位置の移動方向前方側に偏向して出射されるよう前記偏向方向変化手段を制御することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレーザ加工装置である。
これによれば、溶接時に照射位置が通過した直後の溶接ビードをシールドガスによって適切にシールドすることが可能となり、溶接品質を向上することができる。

請求項５に係る発明は、レーザ発振器が発生するレーザ光を集光させる集光手段、及び、前記レーザ光を所定の偏角だけ偏向させる偏向手段を有する光学系と、前記偏向手段による前記レーザ光の偏向方向を変化させる偏向方向変化手段とを備える照射ヘッドを有するレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法であって、前記偏向手段による前記偏向方向の変化を停止した状態でレーザ光を照射してレーザ溶接を行う第１の照射工程の前後少なくとも一方に、前記偏向手段により前記偏向方向を変化させながらレーザ光を照射して照射対象物表面の異物除去を行う第２の照射工程を行うことを特徴とするレーザ加工方法である。
請求項６に係る発明は、前記レーザ加工装置は、前記偏向手段から出射されるレーザ光の偏向方向を検出する偏向方向検出手段と、前記レーザ光の照射位置が所定の加工パスに沿って移動するよう前記照射ヘッドを照射対象物に対して相対移動させる照射ヘッド移動手段とを有し、前記第１の照射モードが選択されている際に、前記照射ヘッド移動手段は、前記偏向方向検出手段の検出結果に基づいてレーザ光の照射位置が前記加工パスに実質的に一致するよう制御されることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工方法である。
請求項７に係る発明は、前記照射ヘッドは、前記光学系を通過したレーザ光が内部を通過する筒状のノズルと、前記第１の照射モードが選択された場合に前記ノズルの内部から照射対象物へシールドガスを噴射させるシールドガス供給手段とを有し、前記第１の照射モードにおいて、前記ノズルの内部から照射対象物へシールドガスを噴射するとともに、レーザ光が前記ノズルの中心軸に対して照射位置の移動方向前方側に偏向して出射されるよう前記偏向方向変化手段を制御することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のレーザ加工方法である。
これらの各発明によれば、上述したレーザ加工装置の発明と実質的に同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、共通のレーザ照射ヘッド及びレーザ発振器を用いて溶接及び表面処理を行うことが可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することができる。

本発明を適用したレーザ加工装置の第１実施形態の構成を模式的に示す図である。 第１実施形態のレーザ加工装置におけるクリーニングモード時の動作を示すフローチャートである。 第１実施形態のレーザ加工装置における溶接モード時の動作を示すフローチャートである。 第１実施形態のレーザ加工装置における溶接パスとビームスポット、ノズルとの位置関係を模式的に示す図であって、溶接パスが直線である場合を示す図である。 第１実施形態のレーザ加工装置における溶接パスとビームスポット、ノズルとの位置関係を模式的に示す図であって、溶接パスが屈曲している場合を示す図である。 本発明の比較例であるレーザ加工装置における溶接パスとビームスポット、ノズルとの位置関係を模式的に示す図であって、溶接パスが直線である場合を示す図である。 本発明を適用したレーザ加工装置の第２実施形態の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明を適用したレーザ加工装置及びレーザ加工方法の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
第１実施形態のレーザ加工装置は、共通のＣＷレーザ発振器、及び、共通のレーザ照射ヘッドを用いて、照射対象物の表面を旋回するレーザ光により円弧状に走査して異物除去等を行うクリーニング処理と、このようなレーザ光の旋回を行わないレーザ溶接とを順次行うものである。

図１は、第１実施形態のレーザ加工装置の構成を模式的に示す図である。
レーザ加工装置１は、照射ヘッド１００、ロボット２００、ロボット制御装置３００、レーザ発振器４００、プリズム駆動制御装置５００、シールドガス供給装置６００、パージガス供給装置７００等を有して構成されている。

照射ヘッド１００は、レーザ発振器４００からファイバ４１０を介して導入されるレーザ光を、所定の焦点ＦＰに集光するよう出射するものである。
照射対象物であるワークＷにレーザ光が照射される箇所であるビームスポットＢＳは、焦点ＦＰと実質的に一致するように配置してもよく、また、焦点ＦＰから所定の距離だけ離間して（デフォーカスして）配置されるようにしてもよい。
照射ヘッド１００は、レーザ加工装置１がレーザ溶接を行う場合の溶接トーチとして機能する。
また、照射ヘッド１００は、クリーニング処理を行う際に、ワーク表面を円弧状に走査するため、レーザ光Ｌを旋回させて出射する機能を有する。
照射ヘッド１００は、コリメートレンズ１１０、集光レンズ１２０、ウェッジプリズム１３０、保護ガラス１４０、プリズム駆動装置１５０、エンコーダ１６０、ノズル１７０等を有して構成されている。

コリメートレンズ１１０、集光レンズ１２０、ウェッジプリズム１３０、保護ガラス１４０は、ファイバ４１０側から順次配列されている。
コリメートレンズ１１０は、ファイバ４１０から出射されるレーザ光Ｌをコリメートし、平行光とする光学素子である。

集光レンズ１２０は、コリメートレンズ１１０から平行光として入射するレーザ光Ｌを、所定の焦点ＦＰに集まるよう集光する光学素子（集光光学系）である。
コリメートレンズ１１０、集光レンズ１２０は、照射ヘッド１００の筐体（ハウジング）に固定されている。

ウェッジプリズム１３０は、集光レンズ１２０側から入射されるレーザ光Ｌを、所定の偏角θだけ偏向させる偏向光学系（偏向手段）である。
ウェッジプリズム１３０は、照射ヘッド１００の筐体に対して、集光レンズ１２０の光軸回りに回転可能に支持されている。

保護ガラス１４０は、ワークＷ側から飛散するダスト等の異物がウェッジプリズム１３０等に付着することを防止する部材である。
保護ガラス１４０は、例えば、実質的に平板状に形成されている。
保護ガラス１４０は、ウェッジプリズム１３０等が収容される空間部を、ノズル１７０の内径側の領域とは実質的に気密された状態で区画する機能を有する。
保護ガラス１４０は、汚染時や焼損時等に容易に交換可能なよう、照射ヘッド１００の本体部から着脱可能に構成されている。

プリズム駆動装置１５０は、ウェッジプリズム１３０を集光レンズ１２０の光軸と実質的に同心となる回転中心軸回りに回転駆動するアクチュエータである。
プリズム駆動装置１５０は、例えば、円環状の電動モータを有し、ウェッジプリズム１３０はその内径側に保持される。
プリズム駆動装置１５０は、後述するプリズム駆動制御装置５００によって制御され作動する。
プリズム駆動装置１５０は、ウェッジプリズム１３０によるレーザ光の偏向方向を変化させる偏向方向変化手段として機能する。

エンコーダ１６０は、ウェッジプリズム１３０の角度位置を検出する角度センサである。
エンコーダ１６０の出力は、プリズム駆動制御装置５００に伝達される。

ノズル１７０は、照射ヘッド１００のワークＷ側の端部に設けられた筒状の部材である。
ノズル１７０は、保護ガラス１４０からワークＷ側に突出し、レーザ光Ｌはノズル１７０の内径側を通って出射される。
ノズル１７０は、先端部側が縮径されたテーパ筒状に形成されている。

ロボット２００は、照射ヘッド１００を保持し、所定の加工パス（クリーニングパス・溶接パス）に応じて照射ヘッド１００をワークＷに対して相対移動させる例えば６軸溶接ロボットである。

ロボット制御装置３００は、ロボット２００の各軸にそれぞれ設けられたアクチュエータ（モータ）等を統括的に制御するものである。
ロボット制御装置３００は、ＣＰＵ等の情報処理手段、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶手段、入出力インターフェイス及びこれらを接続するバス等を有して構成されている。
ロボット制御装置３００は、予めティーチングされた加工パスに関する情報を保持するとともに、照射ヘッド１００が加工パスに沿って所定の送り速度で移動するよう、ロボット２００の各アクチュエータに指令を与える。

また、ロボット制御装置３００は、レーザ発振器４００、プリズム駆動制御装置５００、シールドガス供給装置６００、パージガス供給装置７００と通信を行い、これらに対して指令を与え、協調制御を行うよう構成されている。
これらは共働して本発明にいう制御手段として機能する。

ロボット制御装置３００には、入出力装置３１０が接続されている。
入出力装置３１０は、ユーザ（オペレータ）が加工順序、加工パスのティーチングを行ったり、作業の開始操作、緊急時における作業中止操作等を入力するものである。

レーザ発振器４００は、照射ヘッド１００からワークＷへ照射されるレーザ光を発生するものである。
レーザ発振器４００として、例えば出力が５００Ｗ〜３ｋＷ程度のＣＷレーザ発振器を用いることができる。

プリズム駆動制御装置５００は、プリズム駆動装置１５０を制御してウェッジプリズム１３０を回転駆動させるものである。
プリズム駆動制御装置５００は、後述するクリーニングモード時においては、ウェッジプリズム１３０を例えば1,000〜36,000ｒｐｍで回転させる。
また、後述する溶接モード時においては、エンコーダ１６０の出力に基づいて、ウェッジプリズム１３０の角度位置が、レーザ光Ｌの焦点ＦＰ及びビームスポットＢＳの偏向方向が溶接パスＷＰの前方側（進行方向側）となるようにプリズム駆動装置１５０をフィードバック制御する機能を有する。

シールドガス供給装置６００は、配管６１０を介して不活性ガス等のシールドガスをノズル１７０の内径側に導入し、ノズル１７０からワークＷへシールドガスを噴射させるものである。

パージガス供給装置７００は、配管７１０を介してクリーニング時にダスト等の異物がノズル１７０の内部に侵入することを防止するパージガスをノズル１７０内に導入するものである。
パージガスとして、例えば、異物をフィルタ等によって除去した清浄な空気や不活性ガス等の各種気体を用いることができる。

以下、第１実施形態のレーザ加工装置の動作について説明する。
第１実施形態のレーザ加工装置は、ワークＷの表面をレーザ光で照射して異物等を除去するクリーニングモード、及び、ワークＷにレーザ溶接を施す溶接モードを有する。
図２は、第１実施形態のレーザ加工装置におけるクリーニングモード時の動作を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。

＜ステップＳ０１：照射ヘッド加工開始位置へ移動＞
ロボット制御装置３００は、ロボット２００の各アクチュエータを制御し、照射ヘッド１００を予めティーチングされた加工パスの始点に対応する加工開始位置へ移動する。
その後、ステップＳ０２に進む。

＜ステップＳ０２：ウェッジプリズム回転＞
プリズム駆動制御装置５００は、予め設定された回転速度（回転数）でプリズム駆動装置１５０にウェッジプリズム１３０を回転させる。
その後、ステップＳ０３に進む。

＜ステップＳ０３：パージガス供給＞
パージガス供給装置７００は、配管７１０を介して例えば空気等のパージガスをノズル１７０の内径側に導入する。
パージガスは、ノズル１７０の先端部からワークＷ側へ噴射される。
その後、ステップＳ０４に進む。

＜ステップＳ０４：レーザ光出射＞
レーザ発振器４００は、予め設定された出力のレーザ発振を開始し、レーザ光Ｌを発生させる。
レーザ光Ｌは、ファイバ４１０を介して照射ヘッド１００に伝達され、コリメートレンズ１１０、集光レンズ１２０、ウェッジプリズム１３０、保護ガラス１４０を順次通過して、ノズル１７０の内径側からワークＷへ照射される。
レーザ光Ｌの焦点ＦＰは、ワークＷへのレーザ光Ｌの照射位置であるビームスポットＢＳと実質的に一致するか、あるいは、ビームスポットＢＳから所定の距離だけ離間させて（デフォーカスさせて）配置される。
また、レーザ光Ｌは、ウェッジプリズム１３０の回転に伴い、集光レンズ１２０の光軸と同心の円錐の外周面に沿って旋回する。
このとき、ビームスポットＢＳは、照射ヘッド１００に対して、集光レンズ１２０の光軸と実質的に直交する平面に沿って円形に旋回する。
その後、ステップＳ０５に進む。

＜ステップＳ０５：ティーチングされたパスに沿い照射ヘッド移動＞
ロボット制御装置３００は、予めティーチングされたクリーニング用の照射パスに沿って照射ヘッド１００をワークＷに対して所定の送り速度で相対移動させる。
これによって、レーザ光ＬのビームスポットＢＳは、ワークＷの表面を所定の半径で旋回しながら走査する。
ワークＷの表面においては、レーザ光Ｌに走査されることによって、被膜、錆、ダスト等の各種異物が破砕され、ワークＷから分離して飛散する。
飛散した異物はノズル１７０から噴出されるパージガスによってノズル１７０から遠ざかる方向へ噴き飛ばされるが、このパージガスを異物とともに吸引して回収する回収装置を設けてもよい。
その後、ステップＳ０６に進む。

＜ステップＳ０６：照射パス終了判断＞
ロボット制御装置３００は、照射パスが終了したか（ビームスポットＢＳ位置が照射パスの終端に到達したか）否かを判別する。
照射パスが終了している場合は、ロボット２００を停止させてステップＳ０７に進み、終了していない場合はステップＳ０５に戻り、以降の処理を繰り返す。

＜ステップＳ０７：レーザ光出射停止＞
レーザ発振器４００は、レーザ光Ｌの発生を停止する。
その後、ステップＳ０８に進む。

＜ステップＳ０８：ウェッジプリズム回転停止＞
プリズム駆動制御装置５００は、プリズム駆動装置１５０によるウェッジプリズム１３０の回転駆動を停止させる。
その後、ステップＳ０９に進む。

＜ステップＳ０９：パージガス供給停止＞
パージガス供給装置７００は、パージガスの供給を停止する。
その後、一連の処理を終了する。

一方、レーザ溶接を行う場合には、レーザ加工装置１は、溶接パスが直線状である限り、ウェッジプリズム１３０を回転させずにレーザ光Ｌの照射を行う。
図３は、第１実施形態のレーザ加工装置における溶接モード時の動作を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。

＜ステップＳ１１：：照射ヘッド溶接開始位置へ移動＞
ロボット制御装置３００は、ロボット２００の各アクチュエータを制御し、照射ヘッド１００を予めティーチングされた溶接パス（溶接時における加工パス）の始点に対応する溶接開始位置へ移動する。
その後、ステップＳ１２に進む。

＜ステップＳ１２：ウェッジプリズム初期位置へ回転＞
プリズム駆動制御装置５００は、ノズル１７０の中心軸方向から見たビームスポットＢＳの位置が、ノズル１７０の中心に対して溶接パスＷＰの前方側（進行方向側）となる初期位置となるように、ウェッジプリズム１３０の目標角度位置を算出する。
プリズム駆動制御装置５００は、ウェッジプリズム１３０の実際の角度位置が目標角度位置と実質的に一致するよう、エンコーダ１６０の検出結果に基づいてプリズム駆動装置１５０をフィードバック制御する。
その後、ステップＳ１３に進む。

＜ステップＳ１３：シールドガス供給＞
シールドガス供給装置６００は、配管６１０を介して、例えば不活性ガス等のシールドガスをノズル１７０の内径側に導入する。
シールドガスは、ノズル１７０の先端部からワークＷ側へ噴射される。
その後、ステップＳ１４に進む。

＜ステップＳ１４：レーザ光出射＞
レーザ発振器４００は、予め設定された出力のレーザ発振を開始し、レーザ光Ｌを発生させる。
レーザ光Ｌの焦点ＦＰは、ワークＷへのレーザ光Ｌの照射位置であるビームスポットＢＳと実質的に一致するか、あるいは、ビームスポットＢＳから所定の距離だけ離間させて（デフォーカスさせて）配置される。
その後ステップＳ１４に進む。

＜ステップＳ１５：ティーチングされた溶接パスに沿い照射ヘッド移動＞
ロボット制御装置３００は、予めティーチングされた溶接パスＷＰに沿って、照射ヘッド１００をワークＷに対して所定の送り速度で相対移動させる。
これによって、レーザ光ＬのビームスポットＢＳは、ワークＷに形成された溶接パスに沿って所定の送り速度で移動しつつ、ワークＷのレーザ溶接を行う。
その後、ステップＳ１６に進む。

＜ステップＳ１６：溶接パス方向転換判断＞
ロボット制御装置３００は、溶接パスＷＰに沿ったビームスポットＢＳの進行方向が方向転換（屈曲、湾曲等）したか否かを判別する。
方向転換している場合にはステップＳ１７に進み、方向転換していない（直線状の溶接を続行）場合にはステップＳ１８に進む。

＜ステップＳ１７：ウェッジプリズム回転＞
プリズム駆動制御装置５００は、ビームスポットＢＳの位置が、方向転換後の溶接パスＷＰにおける前方側（進行方向側）となるように、溶接パスＷＰの方向変化に応じた角度だけウェッジプリズム１３０をプリズム駆動装置１５０により回転させる。
その後、ステップＳ１８に進む。

＜ステップＳ１８：溶接パス終了判断＞
ロボット制御装置３００は、溶接パスＷＰが終了したか（ビームスポットＢＳ位置が溶接パスの終端に到達したか）否かを判別する。
溶接パスＷＰが終了している場合は、ロボット２００を停止させてステップＳ１９に進み、終了していない場合はステップＳ１５に戻り、以降の処理を繰り返す。

＜ステップＳ１９：レーザ光出射停止＞
レーザ発振器４００は、レーザ光Ｌの発生を停止する。
その後、ステップＳ２０に進む。

＜ステップＳ２０：パージガス供給停止＞
シールドガス供給装置６００は、シールドガスの供給を停止する。
その後、一連の処理を終了する。

上述したように、第１実施形態のレーザ加工装置１においては、溶接モード時に、ビームスポットＢＳがノズル１７０の中心軸に対して溶接パスＷＰの前方側（照射ヘッド１００の進行方向前方側）となるようにウェッジプリズム１３０の角度位置を制御している。
以下、その効果について説明する。
図４は、第１実施形態のレーザ加工装置における溶接パスとビームスポット、ノズルとの位置関係を模式的に示す図であって、溶接パスが直線である場合を示す図である。
図４においては、ノズル１７０の中心軸方向に沿って見たときのノズル１７０、溶接パスＷＰ、ビームスポットＢＳ、溶接ビードＷＢ、ウェッジプリズム１３０を回転させた際のビームスポットＢＳの旋回軌跡Ｃの位置関係を示している。（図５，６において同じ）

図４に示すように、ビームスポットＢＳは、ノズル１７０の中心軸に対して、溶接パスＷＰの前方側に配置されている。
その結果溶接ビードＷＢにおける溶接直後の部分はノズル１７０の中心軸に近い位置に配置されることになり、冷却中の溶接ビードＷＢへのシールドガスによるシールド効果が向上し、溶接品質を向上することができる。

図５は、第１実施形態のレーザ加工装置における溶接パスとビームスポット、ノズルとの位置関係を模式的に示す図であって、溶接パスが屈曲している場合を示す図である。
このように、溶接パスＷＰが屈曲している場合には、屈曲箇所を溶接するタイミングの前後でウェッジプリズム１３０をプリズム駆動装置１５０により回動させることによって、屈曲後の溶接パスＷＰを溶接する際にも、ビームスポットＢＳを溶接パスＷＰの前方側に配置し、上述した効果を得ることができる。

これに対し、図６は、本発明の比較例であるレーザ加工装置における溶接パスとビームスポット、ノズルとの位置関係を模式的に示す図であって、溶接パスが直線である場合を示す図である。
比較例のレーザ加工装置は、溶接モード時におけるビームスポットＢＳの位置を、ノズル１７０の中心に対して溶接パスＷＰの後方側に配置している点で第１実施形態と相違する。
図６に示す例においては、ビームスポットＢＳがノズル１７０の中心に対して溶接パスＷＰの後方側に配置されており、溶接直後の溶接ビードＷＢがノズル１７０から外れており、シールドガスによるシールド効果が不十分となることが懸念される。
この点、第１実施形態によれば、溶接直後であり部分的に溶融状態となっている溶接ビードＷＢを確実にシールドし、酸素等の影響による溶接品質の低下を効果的に防止することができる。

以上説明した第１実施形態によれば、以下説明する効果を得ることができる。
（１）レーザ光Ｌの照射時におけるウェッジプリズム１３０の回転駆動の実行、停止を切り換えることによって、レーザ溶接モードと、クリーニングモードとを共通の照射ヘッド１００及びレーザ発振器４００によって行うことができる。
これによって、加工設備の構成を簡素かつコンパクトにすることができ、コストも低下させることができる。さらに、照射ヘッドやレーザ発振器の交換作業等も不要となり、生産性を向上することができる。
また、回転駆動を停止した際にウェッジプリズム１３０の角度位置をエンコーダ１６０により検出することによって、溶接モードにおけるレーザ光Ｌの偏向方向を推定することが可能であり、溶接時におけるビームスポットＢＳの位置制御を適切に行うことができる。
（２）エンコーダ１６０により検出されるウェッジプリズム１３０の角度位置に基づいてビームスポットＢＳの位置を推定し、推定されたビームスポットＢＳが溶接パスＷＰに実質的に沿って移動するようにロボット２００を制御して照射ヘッド１００の送りを行うことによって、照射ヘッド１００の位置制御を適切に行うことが可能であり、溶接品質を確保することができる。
（３）溶接モードにおけるビームスポットＢＳの位置を、ノズル１７０の中心に対して溶接パスＷＰの前方側に配置することによって、溶接時にビームスポットＢＳが通過した直後の溶接ビードＷＢをシールドガスによって適切にシールドすることが可能となり、溶接品質を向上することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用したレーザ加工装置の第２実施形態について説明する。
以下説明する各実施形態において、第１実施形態と実質的に共通する箇所には同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図７は、第２実施形態のレーザ加工装置の構成を模式的に示す図である。
第２実施形態においては、レーザ発振器４００からワークＷの性状に対して実質的に影響を及ぼさない程度に微弱なレーザ光を発生させてこれをガイド光Ｇとし、ガイド光Ｇの照射位置に基づいてウェッジプリズム１３０の偏向方向（レーザ光Ｌの偏向方向）を検出することを特徴とする。
第２実施形態においては、第１実施形態のようなエンコーダ１６０は省略することができる。

第２実施形態においては、ガイド光Ｇが照射されたワークＷの表面を撮像する撮像装置８１０と、撮像した画像に画像処理を施すことによってガイド光Ｇの照射点の座標位置を求める画像処理装置８２０とを、レーザ光の偏向方向を検出する偏向方向検出手段として備えている。
ガイド光Ｇの照射点の座標位置と、ロボット２００による照射ヘッド１００の保持姿勢とがわかれば、集光レンズ１２０の光軸方向に対してガイド光Ｇの照射位置がどの方向に偏向しているかを判別することができる。
以上説明した第２実施形態においても、上述した第１実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明を適用したレーザ加工装置の第３実施形態について説明する。
第３実施形態においては、溶接モードにおける集光レンズ１２０の光軸に対するレーザ光Ｌの偏向方向制御（ビームスポットＢＳの位置制御）を、プリズム駆動装置１５０によるウェッジプリズム１３０の回転ではなく、ロボット２００による照射ヘッド１００自体の回転によって行うことを特徴とする。
ロボット２００は、照射ヘッド１００を集光レンズ１２０の光軸回りに回動させる回転軸及びアクチュエータを有する。
ロボット制御装置３００は、溶接モード時に、ビームスポットＢＳがノズル１７０の中心軸に対して溶接パスＷＰにおける前方側となるよう、ロボット２００により照射ヘッド１００を回動させる。
以上説明した第３実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果と実質的に同様の効果が得られることに加え、プリズム駆動装置１５０として角度制御が不可能あるいは困難なアクチュエータ（例えばエアモータ等）を用いた場合であっても、溶接モード時におけるビームスポットの位置制御を適切に行うことができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）レーザ加工装置の構成は上述した実施形態に限定されず、適宜変更することができる。例えば、照射ヘッドの光学系の構成や、偏向光学系を回転駆動するアクチュエータの種類、配置は適宜変更することが可能である。
例えば、集光光学系と偏向光学系の機能を１つの光学素子に集約することができる。
また、レーザ発振器の種類や出力、ロボットの構成なども特に限定されない。
また、制御装置の構成も実施形態の構成には限定されず、溶接モードとクリーニングモードとを選択可能であるよう、レーザ光の偏向方向及びその変化を制御できる構成であればよい。
（２）実施形態において、レーザ発振器から照射ヘッドへレーザ光を伝送する伝送系としてファイバを用いているが、伝送系の構成はこれに限定されず適宜変更することができる。
例えば、伝送系として、ミラーによって構成された空間伝送系を用いてもよい。
また、レーザ発振器を照射ヘッドに搭載可能な場合には、このような伝送系をもたない構成とすることもできる。
（３）実施形態において、レーザ光を偏向させる偏向手段としてウェッジプリズムを用い、ウェッジプリズムを回転駆動することによって偏向方向を変化させているが、偏向手段及び偏向方向変化手段の構成はこれに限らず適宜変更することができる。
例えば、偏向手段として一対のガルバノミラーを有する構成としてもよい。
また、光学素子を機械的に駆動する手法に代えて、あるいは、このような手法と併用して、与えられる信号電圧により光の方向を変化させることが可能なＫＴＮ結晶等を用いてレーザ光を偏向させてもよい。
（４）実施形態において、加工パス（溶接パス）は、事前にティーチングされた加工パスを用いているが、このような事前にティーチングされた加工パスそのものに限らず、照射対象物の物理量に基づくフィードバック等により補正、修正された加工パスを用いてもよい。

１ レーザ加工装置 １００ 照射ヘッド
１１０ コリメートレンズ １２０ 集光レンズ
１３０ ウェッジプリズム １４０ 保護ガラス
１５０ ウェッジプリズム駆動装置 １６０ エンコーダ
１７０ ノズル ２００ ロボット
３００ ロボット制御装置 ４００ レーザ発振器
４１０ ファイバ ５００ プリズム駆動制御装置
６００ シールドガス供給装置 ６１０ 配管
７００ パージガス供給装置 ７１０ 配管
８１０ 撮像装置 ８２０ 画像処理装置
ＦＰ 焦点 ＢＳ ビームスポット
ＷＰ 溶接パス ＷＢ 溶接ビード
Ｃ ビームスポット旋回軌跡 Ｗ ワーク（照射対象物）

Claims (7)

1. レーザ発振器が発生するレーザ光を集光させる集光手段、及び、前記レーザ光を所定の偏角だけ偏向させる偏向手段を有する光学系と、
   前記偏向手段による前記レーザ光の偏向方向を変化させる偏向方向変化手段と
   を備える照射ヘッドを有するレーザ加工装置であって、
   前記偏向手段による前記偏向方向の変化を停止した状態でレーザ光を照射する第１の照射モードと、前記偏向手段により前記偏向方向を変化させながらレーザ光を照射する第２の照射モードとを選択可能な制御手段と、
   前記偏向手段から出射されるレーザ光の偏向方向を検出する偏向方向検出手段と、
   前記レーザ光の照射位置が所定の加工パスに沿って移動するよう前記照射ヘッドを照射対象物に対して相対移動させる照射ヘッド移動手段とを備え、
   前記照射ヘッド移動手段は、前記第１の照射モードにおいて前記偏向方向検出手段の検出結果に基づいて前記レーザ光の照射位置が前記加工パスに実質的に一致するよう前記照射ヘッドを移動させること
   を特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記偏向手段は、入射するレーザ光の光軸と実質的に平行な回転軸回りに回動する偏向光学系を有し、
   前記偏向方向検出手段は、前記偏向光学系の角度位置を検出するエンコーダを有すること
   を特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記偏向方向検出手段は、前記偏向光学系を通過するガイド光による照射位置を検出するガイド光検出手段を有すること
   を特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
4. 前記照射ヘッドは、前記光学系を通過したレーザ光が内部を通過する筒状のノズルと、前記第１の照射モードにおいて前記ノズルの内部から照射対象物へシールドガスを噴射させるシールドガス供給手段とを有し、
   前記制御手段は、前記第１の照射モードにおいてレーザ光が前記ノズルの中心軸に対して照射位置の移動方向前方側に偏向して出射されるよう前記偏向方向変化手段を制御すること
   を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
5. レーザ発振器が発生するレーザ光を集光させる集光手段、及び、前記レーザ光を所定の偏角だけ偏向させる偏向手段を有する光学系と、
   前記偏向手段による前記レーザ光の偏向方向を変化させる偏向方向変化手段と
   を備える照射ヘッドを有するレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法であって、
   前記偏向手段による前記偏向方向の変化を停止した状態でレーザ光を照射してレーザ溶接を行う第１の照射工程の前後少なくとも一方に、前記偏向手段により前記偏向方向を変化させながらレーザ光を照射して照射対象物表面の異物除去を行う第２の照射工程を行うこと
   を特徴とするレーザ加工方法。
6. 前記レーザ加工装置は、
   前記偏向手段から出射されるレーザ光の偏向方向を検出する偏向方向検出手段と、
   前記レーザ光の照射位置が所定の加工パスに沿って移動するよう前記照射ヘッドを照射対象物に対して相対移動させる照射ヘッド移動手段とを有し、
   前記第１の照射モードが選択されている際に、前記照射ヘッド移動手段は、前記偏向方向検出手段の検出結果に基づいてレーザ光の照射位置が前記加工パスに実質的に一致するよう制御されること
   を特徴とする請求項５に記載のレーザ加工方法。
7. 前記照射ヘッドは、前記光学系を通過したレーザ光が内部を通過する筒状のノズルと、前記第１の照射モードが選択された場合に前記ノズルの内部から照射対象物へシールドガスを噴射させるシールドガス供給手段とを有し、
   前記第１の照射モードにおいて、前記ノズルの内部から照射対象物へシールドガスを噴射するとともに、レーザ光が前記ノズルの中心軸に対して照射位置の移動方向前方側に偏向して出射されるよう前記偏向方向変化手段を制御すること
   を特徴とする請求項５又は請求項６に記載のレーザ加工方法。

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