JP5277548B2 - レーザ加工装置用の透明保護板汚れ判定装置およびその方法、ならびにレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工装置用の透明保護板汚れ判定装置およびその方法、ならびにレーザ加工方法に関する。

レーザ溶接は、強力なレーザ光を用いた溶接である。近年、レーザ溶接装置として、レーザ光を反射鏡を利用して、その照射方向を転換させて射出させて、レーザ溶接装置自体は移動せずに、さまざま方向にある溶接点への溶接を行う技術がある（たとえば特許文献１参照）。このような技術を、離れたところから溶接を行うことからここではリモート溶接と称する。

一方、このようなレーザ照射装置は、ケース内部に反射鏡やレンズなどの光学系が納められていて、レーザ光の射出口は保護ガラスで覆われている。この保護ガラスはレーザ溶接の際に発生するスパッタなどがレーザ照射装置内部の光学系を傷つけてしまわないように設けられているものである。したがって、この保護ガラスは溶接の際にスパッタが当たるため、次第に汚れてくる。保護ガラスが汚れると、そこを透過するレーザ光を減衰させてしまうことになる。

従来、このような保護ガラスの汚れによるレーザ光の減衰を防ぐために、保護ガラス表面の汚れを検出して、あらかじめ決められた一定以上の汚れを検出した場合には、溶接作業を停止させ、その後保護ガラスを交換することが行われている（たとえば特許文献２参照）。
特開平１０−１８０４７１号公報 特開２００５−２２４８３６号公報

しかしながら、リモート溶接において、前記特許文献２のような保護ガラスの汚れ検出技術を用いた場合、保護ガラス表面のどこかにレーザ光が減衰するような汚れがあった場合、他の領域はほとんど汚れていない場合でも溶接を中断して、保護ガラスの交換や洗浄を行うことになる。特に、リモート溶接においては、保護ガラスを通してさまざまな方向へレーザ光を転換させるため、保護ガラスの面積が広く、保護ガラスの交換コストが高くなり、また、洗浄などのために装置の停止時間が長くなるなどして、工程コストが上がる原因となる。

そこで本発明の目的は、レーザ加工装置用透明保護板（たとえば保護ガラス）面の汚れ度合いをその位置と共に判定して、より効率よくレーザ溶接装置を稼動させることのできる透明保護板汚れ判定装置およびその方法、ならびにこの透明保護板汚れ判定装置を利用したレーザ加工方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明は、内部にレーザ光の照射方向を変更する反射鏡を備え、前記レーザ光が射出される射出口を覆う透明保護板が設けられているレーザ加工装置の当該透明保護板の汚れ度合いを判定する透明保護板汚れ判定装置であって、前記透明保護板の前記レーザ光が透過する面を複数の領域に分割し、当該複数の領域のうち任意の領域を透過した光の量を測定する測定手段と、前記測定手段が測定した前記光の量から、前記任意の領域ごとの前記透明保護板の汚れ度合いを判定する判定手段と、前記レーザ加工装置を移動させる移動手段と、前記移動手段と前記反射鏡を移動させることで、前記反射鏡によって反射された光が、位置が固定された前記測定手段に対して常に照射され、かつ、前記任意の領域を順次前記光が透過するように、前記移動手段および前記反射鏡を制御する制御手段と、を有し、前記移動手段および前記反射鏡を制御することによって、前記光の照射方向を一定方向に保ったまま、前記透明保護板を透過する光に対して前記透明保護板の位置を相対的に移動させることで前記任意の領域を透過した前記光の量を測定することを特徴とする透明保護板汚れ判定装置である。

また、上記課題を解決するための本発明は、内部にレーザ光の照射方向を変更する反射鏡を備え、前記レーザ光が射出される射出口を覆う透明保護板が設けられているレーザ加工装置の当該透明保護板の汚れ度合いを判定する透明保護板汚れ判定方法であって、
前記透明保護板の前記レーザ光が透過する面を複数の領域に分割し、前記レーザ加工装置を移動させる移動手段と前記反射鏡を制御することで前記光の照射方向を一定方向に保ったまま、前記透明保護板を透過する光に対して前記透明保護板の位置を相対的に移動させることで当該複数の領域のうち任意の領域を透過した前記光の量を測定して、当該光の量から前記任意の領域ごとの前記透明保護板の汚れ度合いを判定すること特徴とする透明保護板汚れ判定方法である。

さらに、上記課題を解決するための本発明は、上記の透明保護板汚れ判定装置を用いたレーザ加工方法であって、各領域を透過する前記レーザ光による被加工部材への入熱量を、前記判定手段によって判定された各領域の汚れ度合いに応じて制御すること特徴とするレーザ加工方法である。

以上のように構成された本発明によれば、透明保護板の面内を複数の領域に分割して、領域ごとに汚れの度合いを判定することとしたので、透明保護板の一部が汚れているような場合には、そこをレーザ光が通過するかしないかによってそのまま透明保護板を使用したり、また、汚れ度合いに応じてレーザ光による入熱量を制御することが可能となる。したがって、透明保護板の洗浄や交換回数を減らすことができ、透明保護板の汚れによる工程停止時間を少なくすることができる。

以下、添付した図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明を利用するレーザ溶接システムの構成を示す概略図であり、図２はこのレーザ溶接システム内のレーザ照射装置の内部構造図である。

まず、図１に示すレーザ溶接システムは、加工対象物としての被溶接部材であるワーク（不図示）に、ワーク上方に位置されるレーザ照射装置３からレーザ光１００を照射することによって、直接ワークに触れることなくワークの溶接を行うものである。

図示するレーザ溶接システム（以下、単にシステムと称する）は、ロボット１（移動手段）と、ロボット１のアーム２の先端に取り付けられ、レーザ光１００を照射するレーザ照射装置３（レーザ照射手段）と、レーザ光を発生させるレーザ発振器５と、レーザ発振器５からレーザ照射装置３までレーザ光を導く光ファイバーケーブル６と、ロボット１およびレーザ照射装置３の動作を制御するロボット制御装置７と、ロボット制御装置７に各種の指示を送るティーチボックス８とから構成される。

レーザ照射装置３のレーザ光を射出する射出口１９には、そこを覆う保護ガラス（透明保護板）１８が設けられている。

そして、透明保護板汚れ判定装置（以下単に汚れ判定装置と称する）として、レーザ光１００の熱量を測定する熱量測定器５１（測定手段）と、熱量測定器５１から得られた熱量値により保護ガラス１８の汚れ度合いを判定するコンピュータ５２が設けられている。

このシステムにおいては、ロボット１の動作を実行させるために、あらかじめ決められた教示データや溶接パターンのデータがＣＡＤシステム９から取得することができるようになっている。なお、ＣＡＤシステム９は、常時接続されている必要はない。また、ティーチボックス８からの指令により、オペレータがロボットに対して、反射鏡１１の向きとロボット姿勢を任意に制御することができるようになっている。また、それにより実行させた反射鏡１１の向きとロボット姿勢は、教示データとして記憶させて再生することができる。

ロボット１は一般的な多軸ロボットであり、教示作業によって与えられた経路データに従ってアーム２が駆動され、レーザ照射装置３を３次元のさまざまな位置および方向に移動させることができる。レーザ発振器５にはＹＡＧレーザが用いられ、レーザ発振器５で発生されたレーザ光は光ファイバーケーブル６によってレーザ照射装置３に導かれる。

レーザ照射装置３は導かれたレーザ光を内蔵した反射鏡１１で反射し、ワークの加工打点（以下、溶接点と称する）に対して強力なレーザ光１００を走査する。走査されたレーザ光１００は溶接点上に照射され、レーザ照射装置３が走査した形状に従って溶接点の溶接（溶接ビードの形成）が行われる。

ロボット制御装置７はロボット１の姿勢を認識しながらロボット１の動作を制御するとともに、レーザ光の照射方向を変更し走査するためにレーザ照射装置３の制御（反射鏡１１の制御）も行っている。この反射鏡１１の制御は、あらかじめ決められた教示データ中に設定されている溶接パターンを描くように行われる。また、ロボット制御装置７はレーザ発振器５からのレーザ出力のＯＮ、ＯＦＦも制御している。

レーザ照射装置３は、入力されたレーザ光および可視レーザ光（可視光）の照射方向を自在に変更できるように構成されている。すなわち、レーザ照射装置３は、図２に示すように、光ファイバーケーブル６によって導かれたレーザ光１００を、溶接点に向けて照射するための反射鏡１１（反射鏡）と、反射鏡１１を回動させるモータ１６および１７およびレンズ群１２とを有している。

反射鏡１１は、鏡面を通る垂直な軸線をＺ軸とし、Ｚ軸と直交するＸ軸およびＹ軸をそれぞれ中心として独立に回動自在に支持されている。モータ１６およびモータ１７は、それぞれのモータの回動位置の合成によって、反射鏡１１の向きを３次元方向に変える。したがって、反射鏡１１は、光ファイバーケーブル６から入射されるレーザ光を３次元方向に放射自在に取り付けられている。反射鏡１１を３次元方向に回動させることによって、ワーク上に設定されている溶接点に所定の形状となる溶接パターンを描かせることができる。

また、この反射鏡１１の移動速度（回動速度）によって入熱量の調節も行うことができる。すなわち、反射鏡１１の移動によって溶接パターンを描くレーザ光のワーク上での移動速度を遅くすれば、溶接点では単位時間当たりのレーザ光の入射量が多くなり、溶接点における入熱量が高くなる。一方、これを速くすれば、単位時間当たりのレーザ光の入射量が少なくなって、溶接点における入熱量は低くなる。

反射鏡１１の移動速度の変更によるレーザ光強度の変更は、ロボット制御装置７からの指示によって行われる。このレーザ光強度の変更指示は、あらかじめ溶接パターンの位置に応じて行われる（詳細後述）。

レンズ群１２は、光ファイバーケーブル６の端部から放射されたレーザ光を平行光にするためのコリメートレンズ１２１と平行光となったレーザ光１００をワーク上で集光させるための集光レンズ１２２から構成される。そして、集光レンズ１２２の位置を変えることでレーザ照射装置３は溶接点から反射鏡１１までの距離に応じてレーザ光が商店を結ぶ位置を変更する。なお、このような焦点位置の変更（集光レンズ位置の変更動作）は、ロボットによる移動経路の教示と共にあらかじめ教示される。

レーザ発振器５内部は、図３に示すように、ＹＡＧレーザの発振源５０１の他に、半導体レーザなどによる可視レーザ光発振源５０２が備えられている。可視光を出すか溶接用のレーザ光を出すかは、レーザ発振器５内部の切り替えミラー５０３によって切り替えられている。すなわち、切り替えミラー５０３が実線の位置のときは、ＹＡＧレーザ光が光ファイバーケーブル６へ出力され、点線の位置のときには可視レーザ光が光ファイバーケーブル６へ出力される。可視レーザ光は目視によりレーザ光の経路を確認する際に用いられる。

この切り替えミラー５０３の切り替えはロボット制御装置７からの指示または手動によって行われる。

汚れ度合い判定装置としてのコンピュータ５２は、制御手段としての機能によりレーザ光が常に熱量測定器５１へ照射され、かつ、複数の領域に分割された保護ガラスの面内を透過するようにロボットおよび反射鏡１１の動きを制御する。

ここで、保護ガラス面内を複数の領域に分けることの作用について説明する。

図４は、保護ガラス面を示す平面図である。

本実施形態では、保護ガラス面の汚れ度合いを判定する際に、図４に示すようにレーザ光が透過する部分を複数の領域に分割している。図では１６分割した場合を示している。そして、図示横方向にＸ１〜４、縦方向にＹ１〜４の座標番号をつけて、各領域を識別している（各領域を識別するための名称または座標となる）。したがって、たとえば、図示左下の領域は「Ｘ１，Ｙ１」、右上の領域は「Ｘ４，Ｙ４」、そのほか「Ｘｎ，Ｙｎ（ただしｎは１〜４）」などとして特定することになる。

なお、このような分割数や座標位置のとり方などは、このような例に限定されるものではない。

図４に示すように、スパッタによる保護ガラス１８面の汚れ２０１〜２０４などは、さまざまな位置に、さまざまな汚れ方（図示する場合には汚れ２０１〜２０４の濃い部分がより汚れていることを示す）で発生する。そこで、本実施形態では、このようにさまざまな位置にさまざまな汚れ方で発生する汚れを領域ごとに検査して、領域ごとにその汚れ度合いを判定することにしたものである。

領域ごとに汚れ度合いの判定は、保護ガラス１８の各領域にレーザ光を透過させて、そのときのレーザ光の熱量を測定することにより行う。

熱量の測定は熱量測定器５１によって行われる。熱量測定器５１は、たとえば、感熱素子を利用することができる。熱量測定器５１に照射するレーザ光は、必ずしもレーザ溶接装置３のレンズ系１２の焦点位置に合焦させる必要はない。たとえば、図５に示すように、レーザ光の合焦位置Ｐに対して熱量測定器５１の位置をずらして照射するようにしてもよい。これは、熱量の測定を行う際には、まず、汚れがない状態で基準となる熱量（基準熱量と称する）を測定し、それに対して、汚れ度合いが不明な領域を測定することで、相対的に汚れの有無とその度合いを見ればよいので、必ずしもレーザ光が最も集中する合焦位置で測定する必要がないためである。

熱量の測定は、上記の保護ガラス面内を領域ごとにレーザ光を透過させてその熱量を測定するのである。その際、レーザ溶接装置３を固定して（すなわち保護ガラス面を動かさずに）、反射鏡１１を移動させることのみで、レーザ光を各領域が透過するようにレーザ光を保護ガラス面で走査してもよい。しかしながら、これではレーザ光の照射方向が変わってしまうために、それに合わせて熱量測定器５１も移動させなくてはならない。

そこで、本実施形態では、レーザ光の照射方向自体は移動させずに、常にレーザ光が一点に照射されるようにして、レーザ溶接装置３（すなわち保護ガラス面）の方を動かすことにしている。これにより熱量測定器５１を移動させずに定位置に置いたままでレーザ光に対して相対的に保護ガラス１８を移動させ、各領域をレーザ光１００が透過するようにしている。

図６は、レーザ光に対して保護ガラス面を相対的に移動させるための方法を説明するための図面である。

レーザ光に対して保護ガラス面を相対的に移動させるためには、図示するように、ロボット１の姿勢を変更してレーザ溶接装置３の向きを変更（制御）するとともに、反射鏡１１の向きを変更（制御）することで、レーザ光１００の照射方向は一定方向を保ったまま、保護ガラス１８に設定した各領域をレーザ光によって走査することができる。

ただし、レーザ溶接装置３の向きを変える際に、ロボット１の姿勢を変更するとレンズ１２から熱量測定器５１までのレーザ光の光路長が変化してしまうことがある。もし光路長が変化した場合、測定した熱量が変化してしまうことになる。そこで、このような光路長が変化しないようにするために、反射鏡１１の中心が空間上で移動しないように、反射鏡１１の中心を支点としてロボット１の姿勢を変更する。これは実質的に反射鏡１１の向きを変更した場合でも反射鏡１１からレンズ１２１までの距離は変化しないのに対し、ロボット１の姿勢を変えるときに反射鏡１１の空間上での位置が変わってしまうと、反射鏡１１から熱量測定器５１間の距離が大きく変わってしまうので、それを防止するためである。なお、ロボットの姿勢制御については、既存のロボット制御技術を使用すればよいので説明は省略する。

次に、保護ガラス面の走査方法について説明する。図７は保護ガラス面におけるレーザ光を透過させる際の走査方法を説明する説明図である。

保護ガラス面の走査方法は、２つの方法がある。第１は図７（ａ）に示すように、複数の領域に分けた保護ガラス面の各領域すべてにレーザ光を透過させて、すべての領域で汚れ判定を行う方法である。第２は図７（ｂ）に示すように、複数の領域のうち、溶接実行時にレーザ光が透過する予定の領域（パターン）だけを選択的に走査して、その部分の汚れ度合いのみ判定する方法である。

以下図７（ａ）に示した方法と図７（ｂ）に示した方法で、それぞれ汚れ度合いの判定方法と、その結果を利用した溶接時の制御について説明する。

まず、図７（ａ）に示した方法では、すべての領域をくまなくレーザ光を透過させて、領域ごとにレーザ光の熱量を測定する。このときレーザ光は、一つの領域内において数箇所透過させて、それぞれ熱量を測定し、そのうち熱量が最も小さい値をその領域の熱量の値として、これをコンピュータ５２内の記憶装置（たとえばハードディスクなど）に、領域を識別する名称など（領域の座標や記号など）とともに記憶させる。ここで、最も小さい値をその領域の熱量値として記憶するのは、溶接時にレーザ光がその領域内を透過した際に、その領域内で最も汚れた部分を透過する可能性を考慮するためである。

なお、一つの領域で複数箇所レーザ光を透過させるのは、一つの領域の大きさがレーザ光の光束径よりも大きくなる場合に、一つの領域内でどの程度汚れが発生しているかを知るために一つの領域内で数箇所の測定結果が必要となるためである。一つの領域内においてレーザ光を透過させる数は、一つの領域が小さければレーザ光を透過させる箇所も少なくてよい。一方、一つの領域が大きければ透過させる箇所は多くした方がよい。最も好ましいのは、一つの領域の大きさを、そこを透過するレーザ光の光束の直径と同じ程度にするのがよい。そうすることで、一領域一箇所の熱量測定とすることができる。

実際の運用に当たっては、図７（ａ）に示したように、レーザ光の軌跡（走査パターンＴ１）のように、保護ガラス面を、各領域において複数回レーザ光が透過するように走査し、そのときの熱量を連続的に測定する。なお、熱量測定のための走査パターンＴ１は、図示したパターンに限定されるものではなく、そのほかの走査パターンでもよいし、各領域で度合いを判定することができれば、とびとびの箇所を測定するものであってもよい。

測定された熱量値はいったんコンピュータ５２内に記憶されたのち、あらかじめ決められている基準値と比較することで、汚れ度合いを判定する。ここで基準値は、汚れのない状態の保護ガラスをレーザ光が透過したときの熱量を用いることができる。

ただし、この基準値は汚れ判定として測定された熱量に対する基準となるものであるから、これ以外の値であっても良い。たとえば、あらかじめ基準値として透過率９０％程度の値を競ってしておいて、それに対し汚れ判定の耐えに測定された熱量がこの基準値を下回った場合にのみ汚れがあると判定するようにしてもよい。

そして判定された各領域の汚れ度合いは、コンピュータ５２内に記憶される。記憶された汚れ度合いは、その後、溶接実行の際にレーザ光の制御に用いられる。

汚れ判定結果を利用する方法は、レーザ溶接の方法に応じて適宜な方法をとれば良いが、ここでは、２つの方法について説明する。

レーザ溶接（特にリモート溶接）では、大別して２つの溶接方法がある。第１はレーザ光の移動を止めて行う方法である。第２は所定の溶接パターンを連続的に描きながら溶接する方法である。

まず、第１の溶接方法に対しては、汚れ度合いの判別データの利用方法が２通りある。

第１の利用方法は、汚れの度合いの高い領域をレーザ光が透過しないように、汚れ度合いの高い領域を避けてレーザ光を透過させる方法である。具体的には、汚れ度合い判定前にレーザ光を透過させていた領域が、汚れ度合いの検査によって、汚れがある領域があらかじめ定めた熱量が得られないとなった場合、ロボット１の姿勢を変えることで汚れ度合いのない（または少ない）と判定された領域でレーザ光を透過させるようにする。

ここであらかじめ定めた熱量とは、その領域を用いるか否かを判断するしきい値となるもので、たとえば、汚れのない保護ガラスを透過させたときの熱量の値（熱量測定器５１で測定された一定時間あたりのレーザ光の熱量、以下同様）を１００％としたとき、汚れ判定時の熱量が８０％未満となった領域は使用しないようにするなどである。なお、このようなしきい値の値は、汚れがない状態でのレーザ光の熱量や被溶接部材の材質などによって変わるものである。たとえば最初から溶接可能なぎりぎりの熱量を設定している場合には、しきい値を元の９０％などと大きくし、汚れがない状態での熱量を溶接可能な熱量よりも余裕を持って大きく設定してある場合いは、７０％程度などにするなど適宜設定することになる。

なお、ロボットの姿勢を変えるためには、汚れ度合いが高いとされた領域をレーザ光が透過するかどうか教示データを参照して判断し、もし、汚れ度合いが高い領域をレーザ光が透過するようであれば、汚れのない領域または汚れ度合いの低い領域をレーザ光が透過するように、教示データの中のロボット姿勢のデータを書き換えて、以後、書き換えたデータに従って、汚れのない（または少ない）領域から溶接が行われるようにする。このような教示データの書き換えは、たとえば、可視レーザ光を照射して目視により、どの領域をレーザ光が透過するか確認しながらティーチングボックス８からロボット姿勢を変更して、教示データを書き換えればよい。

次にレーザ光の移動を止めて溶接する場合の第２の利用方法は、汚れの度合いが高い領域をそのまま使用するが、レーザの照射時間を長くして、被溶接部材への入熱量を汚れがない状態を同程度にする方法である。

この方法は、基本的に、汚れのある領域では、その領域の汚れ度合いに応じてレーザ光による被溶接部材への入熱量上げるために、その領域でのレーザの照射時間を長くするのである。具体的には、たとえば、汚れ度合いが汚れていない場合の熱量を１００％として、１０％低下した領域があれば、そこをレーザ光が透過する際には１０％レーザ光の照射時間を上げるのである。また、あらかじめ汚れ度合いを段階的に分けるための範囲基準を決めておいて、範囲ごとにレーザの照射時間を長くするようにしてもよい。

次に、第２の溶接方法における汚れ判定結果の利用方法について説明する。

第２の溶接方法においても、上記第１の利用方法のように汚れ度合いの高い領域を使用しないようにすることも可能である。しかし、第２の溶接方法は所定の溶接パターンを連続的に描きながら溶接するため、連続的な溶接パターンのうち、汚れの多い領域に差し掛かったときにのみロボット１の姿勢を変えることは難しいため、溶接パターンの全体にわたり汚れ度合いの高い領域を回避するような教示データを作成し直さねばならなくなる。

もちろんこのような方法も可能ではある。しかし、これでは教示データの作り直しに多くの時間がかかるため、上記の第２の利用方法を若干修正して適用することが好ましい。すなわち、所定の溶接パターンを描く際に透過する領域のうち、汚れ度合いの高い領域を透過する際には、反射鏡１１の移動速度を遅くして、その領域を透過したときの被溶接部材への入熱量を上げるのである。この方法により、溶接パターンを描くためのロボット姿勢変更などの教示データは修正を加えずに、教示データのうち、反射鏡１１の速度を一部分変更するように指令すればよい。したがって、比較的簡単な修正で済む。

ただし、汚れ度合いがあまりにも高い領域の場合（たとえば測定された熱量が５０％未満となるような領域）または、汚れの領域が広範囲になっている場合（たとえば測定された熱量が７５％未満となる領域が保護ガラス面の半分以上となるような場合）は、それらの領域をそのまま使用し続けると、溶接パターンを描くための速度を低下させなければならない領域が多くなりすぎて、溶接工程全体の作業時間を遅延させる原因となる。したがって、これらの場合には溶接パターン全体として汚れ度合いの低い領域を用いるように教示データ全部を変更するか、または保護ガラスそのものを洗浄したり交換したりするようにした方がよい。

次に、図７（ｂ）に示した方法は、複数の領域のうち、溶接実行時にレーザ光が透過する予定の領域（パターン）だけを選択的に走査して、その部分の汚れ度合いのみ判定する方法である。

この方法では、レーザ光を実際の溶接時における溶接パターンとなるように保護ガラス面を相対的に移動させて、レーザ光を熱量測定器５１に照射して熱量を測定する。そして、各領域での熱量の値をコンピュータ５２内の記憶装置（たとえばハードディスクなど）に、領域を識別する名称など（領域の座標や記号など）とともに記憶させる。その後測定された熱量と基準値を比較することで汚れ判定を行う。判定結果は各領域の名称や座標などと共にコンピュータ５２内に記憶する。なお、基準値は上述したものと同様である。

この方法で計測された汚れ判定結果の利用は、一つであり、汚れのある領域では、その領域の汚れ度合いに応じてレーザ光による被溶接部材への入熱量を上げる。すなわち、汚れ度合いに応じて各領域でのレーザの照射時間を長くするのである。具体的には、たとえば、汚れ度合いは汚れていない場合の熱量を１００％として、汚れ判別の結果、１０％低下した領域があれば、そこをレーザ光が透過する際には１０％レーザ光の照射時間を上げるのである。また、あらかじめ汚れ度合いを段階的に分けるための範囲基準を決めておいて、範囲ごとにレーザの照射時間を長くするようにしてもよい。

なお、この図７（ｂ）に示した方法を用いた場合、溶接パターンとなる領域での汚れ度合いがあまりにも高い場合（たとえば測定された熱量が５０％未満となるような領域がある場合）または、汚れの領域が広範囲になっている場合（たとえば測定された熱量が７５％未満となる領域が溶接パターンの半分以上となるような場合）は、それらの領域をそのまま使用し続けると、溶接パターンを描くための速度を低下させなければならない領域が多くなりすぎて、溶接工程全体の作業時間を遅延させる原因となる。したがって、これらの場合には、前述した、保護ガラス全面を走査する図７（ａ）に示した方法に変えて、もう一度保護ガラス全面のレーザ光の熱量を測定して、汚れの低い領域があるようであれば、溶接パターン全体として汚れ度合いの低い領域を用いるように教示データ全部を変更するか、またはこのような全面走査は行わずに保護ガラスそのものを洗浄したり交換したりするようにした方がよい。

図８は、溶接パターンの例を示す図面である。

溶接パターンは、被溶接部材Ｗの一つの溶接点Ｂにおいて、たとえば図８（ａ）に示すようにＳ字形状、図８（ｂ）に示すようにＣ字形状、図８（ｃ）に示すようにＩ字形状（棒形状）、などさまざまな形状のものが利用可能である。

なお、レーザ溶接装置３を停止させた状態で、反射鏡の向きを変えることで複数の溶接点へ向けてレーザ光を照射する場合には、それらに合わせて保護ガラス面での汚れ判定のための走査経路を設定するとよい。

図９は、上述した汚れ度合い判定の動作手順を示すフローチャートである。

汚れ度合い判定においては、ロボット１の姿勢制御として、レーザ光の照射点を熱量測定器５１に向けて、保護ガラス１８を相対的に移動させるための教示データを、事前に汚れ判定用の教示データとして用意しておく。

そして、まず、コンピュータ５２は、汚れ度判定用の教示データを使用して、熱量測定器５１へ向けたレーザ照射を実行するようにロボット制御装置７に対して指令する（Ｓ１）。このとき保護ガラス１８面を走査する走査パターンは、あらかじめコンピュータ５２に入力しておく。ロボット制御装置７ではこの指令を受けて、レーザ光によってあらかじめ決められた走査パターンとなるようにロボット姿勢及び反射鏡１１の動きを制御するとともにレーザ光の照射を行う。

コンピュータ５２は、レーザ照射開始と同時に熱量測定器５１による熱量測定結果を取得する（Ｓ２）。取得した結果は取得時間と共に記憶される。

続いてコンピュータ５２は、汚れ判定用の教示データによる動作が終了したことをロボット制御装置から受け取り（Ｓ３：Ｙｅｓ）、取得した時間ごとの熱量値と走査パターンに従って移動するレーザ光が各領域を透過する時間とを対比して、各領域における熱量を求める（Ｓ４）。このとき、一つの領域を複数箇所でレーザ光が透過するように走査パターンが設定されている場合には、一つの領域内における最も熱量の低い値をその領域の熱量として記録する。なお、汚れ度合い判定時に実行される教示データには、ロボット制御装置が、一回の走査パターン終了後により、そのことを示す信号を出力するようになっている。

続いて、コンピュータ５２は、基準値と、記録された各領域の熱量の値を比較して、汚れ度合いを求める（Ｓ５）。そして処理は終了となる。

求めた各領域の汚れ度合いは、コンピュータ５２の記憶装置内に記憶させておいて、後から取り出せるようにしておくとよい。もちろんその場でコンピュータ５２に接続されているディスプレイやプリンタに出力されるようにしてもよい。

その後、汚れ度合いの判定結果は、既に説明したように、実際の溶接時における入熱量の調整や教示データの変更、または保護ガラスの洗浄や交換のために利用されることになる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。

たとえば、他の実施形態としては、レーザ照射装置３から可視光を照射することで、その可視光のロウを測定することにより汚れ度合いの判定を行うようにしても良い。これは、上述したようにレーザ発振器には、実際に溶接に使用するレーザ光の他に、レーザ光の軌跡を目しておうことができるように可視光（可視レーザ）を照射する機能がある。そこで、この可視レーザを、保護ガラスに設定した各領域を透過させて、Ｃｄセルや、太陽電池、フォトダイオード、ＣＣＤ型（またはＭＯＳ型）エリアセンサなどの光電変換器によってその光量を電気的に測定することでも、保護ガラスの各領域を透過する光の量から汚れ度合いを判定することが可能となる。この場合、特に、太陽電池やエリアセンサなどを用いた場合、測定エリアを広くすることができるため、照射する光を可視レーザに切り替えるだけで、ロボットの姿勢（すなわちレーザ照射装置３の動き）および反射鏡１１の動きは溶接動作能登機と全く同じようにしても、照射された可視レーザが広い測定エリア外れることがない。したがって、汚れ判定のためにロボット姿勢やハンン写経の動きを別途教示する必要がない。

なお、このように可視レーザを用いる場合も基本的な汚れ判定の方法、すなわち、保護ガラス面を複数の領域に分けて、各領域ごとに汚れ判定を行うことは、上述した実施形態と同じでよい。また、判定結果は可視レーザを用いた場合でも、汚れていない状態を１００％の透過率としてこれより何％光透過率が落ちるかを示すものであるから、上述した実施形態同様に溶接の際のレーザ光による入熱量の制御に用いることができる。

また、さらに他の実施形態として、保護ガラス面の領域分割を、均等な大きさで分割するのではなく、汚れの有無を細かく見たい部分は細かく小さな領域に分割し、汚れの影響が大きくない部分は荒く分割するようにしてもよい。具体的には、たとえば、図１０に示すように、溶接時にレーザ光がよく透過する部分である保護ガラスの中央部３０１を細かく分割し、周辺部３０２を荒く分割する。このようにすることで、保護ガラスの分割数を少なくして、汚れ判定時の処理時間を速くすることができる。

そのほか、本発明はさまざまな変形形態が可能なことはいうまでもない。

本発明は、レーザ溶接、レーザ切断などのレーザを用いた溶接や加工などに好適である。

レーザ溶接システムの概略図である。 レーザ照射装置の内部構造図である。 レーザ発振器の内部構造図である。 保護ガラス面の領域分割の一例を示す平面図である。 熱量測定器に対するレーザ光の照射状態の一例を示す図である。 レーザ光に対して保護ガラス面を相対的に移動させるための方法を説明するための図面である。 保護ガラス面におけるレーザ光を透過させる際の走査方法を説明する説明図である。 溶接パターンの例を示す図面である。 汚れ度合い判定の動作手順を示すフローチャートである。 保護ガラス面の領域分割の他の例を示す平面図である。

符号の説明

１…ロボット、
２…アーム、
３…レーザ照射装置、
５…レーザ発振器、
６…光ファイバーケーブル、
７…ロボット制御装置、
８…ティーチボックス、
９…ＣＡＤシステム、
１１…反射鏡、
１２…レンズ群、
１８…保護ガラス、
２１…教示データ記憶部、
２２…ロボット制御部、
２３…エリア内溶接データ記憶部、
２３…溶接パターン記憶部、
２４…溶接パターン生成部、
２５…レーザ光走査制御部、
２６…指示部、
５１…熱量測定器、
５２…コンピュータ、
１００…レーザ光、
１２１…コリメートレンズ、
１２２…集光レンズ。

Claims (11)

1. 内部にレーザ光の照射方向を変更する反射鏡を備え、前記レーザ光が射出される射出口を覆う透明保護板が設けられているレーザ加工装置の当該透明保護板の汚れ度合いを判定する透明保護板汚れ判定装置であって、
   前記透明保護板の前記レーザ光が透過する面を複数の領域に分割し、当該複数の領域のうち任意の領域を透過した光の量を測定する測定手段と、
   前記測定手段が測定した前記光の量から、前記任意の領域ごとの前記透明保護板の汚れ度合いを判定する判定手段と、
   前記レーザ加工装置を移動させる移動手段と、
   前記移動手段と前記反射鏡を移動させることで、前記反射鏡によって反射された光が、位置が固定された前記測定手段に対して常に照射され、かつ、前記任意の領域を順次前記光が透過するように、前記移動手段および前記反射鏡を制御する制御手段と、を有し、
   前記移動手段および前記反射鏡を制御することによって、前記光の照射方向を一定方向に保ったまま、前記透明保護板を透過する光に対して前記透明保護板の位置を相対的に移動させることで前記任意の領域を透過した前記光の量を測定することを特徴とする透明保護板汚れ判定装置。
2. 前記任意の領域は、前記分割された複数の領域のすべての領域であることを特徴とする請求項１記載の透明保護板汚れ判定装置。
3. 前記任意の領域は、溶接時に前記レーザ光を透過する予定の領域であることを特徴とする請求項１記載の透明保護板汚れ判定装置。
4. 前記測定手段は、前記レーザ光が照射された際の熱量を測定する熱量測定器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の透明保護板汚れ判定装置。
5. 前記測定手段は、前記反射鏡によって前記透明保護板を透過するように反射された可視光の光量を測定する光電変換器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の透明保護板汚れ判定装置。
6. 内部にレーザ光の照射方向を変更する反射鏡を備え、前記レーザ光が射出される射出口を覆う透明保護板が設けられているレーザ加工装置の当該透明保護板の汚れ度合いを判定する透明保護板汚れ判定方法であって、
   前記透明保護板の前記レーザ光が透過する面を複数の領域に分割し、前記レーザ加工装置を移動させる移動手段と前記反射鏡を制御することで前記光の照射方向を一定方向に保ったまま、前記透明保護板を透過する光に対して前記透明保護板の位置を相対的に移動させることで当該複数の領域のうち任意の領域を透過した前記光の量を測定して、当該光の量から前記任意の領域ごとの前記透明保護板の汚れ度合いを判定すること特徴とする透明保護板汚れ判定方法。
7. 前記任意の領域は、前記分割された複数の領域のすべての領域であることを特徴とする請求項６記載の透明保護板汚れ判定方法。
8. 前記任意の領域は、前記少なくとも前記レーザ光を透過する予定の領域であることを特徴とする請求項６記載の透明保護板汚れ判定方法。
9. 前記透明保護板の前記任意の領域を透過させる前記光は、前記レーザ光または可視光であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載の透明保護板汚れ判定方法。
10. 請求項１〜５記載の透明保護板汚れ判定装置を用いたレーザ加工方法であって、
    各領域を透過する前記レーザ光による被加工部材への入熱量を、前記判定手段によって判定された各領域の汚れ度合いに応じて制御すること特徴とするレーザ加工方法。
11. 請求項１〜５記載の透明保護板汚れ判定装置を用いたレーザ加工方法であって、
    前記判定手段によって判定された領域のうち、前記レーザ光が減衰すると判定される汚れ度合いとなっている領域を避けて前記レーザ光を射出させること特徴とするレーザ加工方法。

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