(57)【要約】【課題】装置コストを抑え、溶接箇所の周辺の可視化を容易にすることを可能とする投光装置及び溶接装置を提供すること。【解決手段】複数の光ファイバーを束ねたバンドル光ファイバーにより導かれた光を照射する投光装置において、バンドル光ファイバーは、出射部分３ａで複数に分割されるとともに複数の出射部分３ａのそれぞれに集光光学系を有し、集光光学系を介したそれぞれの出射光を交差させることを特徴とする。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバーを束ねたバンドル光ファイバーにより導かれた光を照射する投光装置において、
前記バンドル光ファイバーは、出射部分で複数に分割されるとともに該複数の出射部分のそれぞれに集光光学系を有し、該集光光学系を介したそれぞれの出射光を交差させることを特徴とする投光装置。
【請求項２】
請求項１記載の投光装置において、
前記出射光が交差する照射領域を撮像する撮像装置を備えることを特徴とする投光装置。
【請求項３】
溶接箇所を含む照射領域を照射するための請求項１又は２記載の投光装置を備えることを特徴とする溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶接装置に関し、特に安価に高輝度の光を被溶接部に照射することを可能とする溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、レーザービームを用いるレーザー溶接は、レーザー光を非常に小さい領域に集光してこの集光領域にレーザー光のエネルギーを集中させることにより被溶接物を溶接するものである。したがって、被溶接物を溶接する場合には、溶接の精度や品質を確保する目的から溶接箇所の周辺領域（照射領域）を可視化することが行われている。
【０００３】
従来、溶接箇所の周辺領域を可視化する装置としては、パルスレーザー光源を用いて光ファイバーで導光した光を溶接箇所の周辺に照射し、反射された光をＣＣＤカメラ等の受光器に取り込むことで溶接箇所の周辺を可視化するものが提案されている。溶接箇所の周辺に光を照射する理由は、溶接の際に溶接箇所から発せられる光の輝度が高すぎてハレーションが生じ、溶接箇所の周辺の可視化が困難になるからであり、パルスレーザー光源を用いる理由は、パルスレーザーから発せられる光が溶接箇所の周辺を可視化するのに十分な光強度をもっているからである。
【０００４】
また、フラッシュランプを光源として用い、光ファイバーで導光した光を出射端側に配置されたレンズで集光させてから溶接箇所の周辺に照射し、同様に溶接箇所の周辺を可視化するものも提案されている。光ファイバーの出射端側で光を集光させる理由は、フラッシュランプそのままでは光の強度が不十分であり、溶接箇所の周辺の可視化が困難だからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の溶接装置において、パルスレーザーを光源として用いた場合には、パルスレーザーが高価であるので装置コストがかかるという問題があった。また、フラッシュランプを光源として用いた場合には、その出射端側に光を集光するためのレンズ等の光学系を必要とする一方で、光学系が配置される溶接の作業領域には十分な空間がないので、空間的な制約からくる集光能力の限界から光の強度が不足し、溶接箇所の周辺の可視化が不十分であるという問題があった。
【０００６】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、装置コストを抑えることを可能とする投光装置及び溶接装置を提供することにある。また、溶接箇所の周辺を十分に可視化することを可能とする投光装置及び溶接装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、複数の光ファイバーを束ねたバンドル光ファイバーにより導かれた光を照射する投光装置において、前記バンドル光ファイバーは、出射部分で複数に分割されるとともに該複数の出射部分のそれぞれに集光光学系を有し、該集光光学系を介したそれぞれの出射光を交差させることを特徴とする。この発明に係る投光装置によれば、バンドル光ファイバーの出射部分から出射されたそれぞれの光は、集光光学系により集光された状態で交差する（空間的に合成される）。ここで、バンドル光ファイバーが等分割されている場合には、各出射部分の面積は分割前の面積の分割数分の１になるので、各出射光が交差する領域（照射領域）の面積は、ほぼ分割前の照射領域の面積の分割数分の１である。すなわち、この照射領域に光が入射すると、分割前の出射端面における光の強度と分割後の各出射端面における光の強度とは同一であるので、各出射部分からの出射光は分割前と比べて小さい面積を有する照射領域に空間的に合成され、その照射領域での光強度は分割前のほぼ分割数倍になる。したがって、各出射部分からの出射光が同一の小さな面積を有する照射領域に集められて照射されるので、その照射領域における光の光強度を増加させることができる。また、このことにより、分割をしないで小さな面積を有する照射領域に集光するために大きな光学系を組む必要がなくなるので、そのためのスペースを省くことができる。また、大きな光学系を用いないことで、コストを抑えることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の投光装置において、前記出射光が交差する照射領域を撮像する撮像装置を備えることを特徴とする。
この発明に係る投光装置によれば、対象物に出射光を照射すると照射領域からの光が撮像装置に取り込まれる。この際、対象物に照射される出射光は、光源からの光が空間的に合成されて十分な強度を有しているので、照射領域からの光も十分な強度を有する。したがって、撮像装置に取り込まれる光の強度が十分なので、対象物を可視化することができる。また、撮像装置が光の出射部分に一体に取り付けられるので、取り扱いを容易に行うことができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、溶接箇所を含む照射領域を照射するための請求項１又は２記載の投光装置を備えることを特徴とする。
この発明に係る溶接装置によれば、溶接箇所を含む照射領域に投光装置からの光を照射すると照射領域から十分な強度の光が放射される。したがって、照射領域からの光に基づいて溶接箇所を含む照射領域における温度などの情報を取得することができる。溶接装置に投光装置と撮像装置とが組み合わされている場合には、照射領域内にある溶接箇所の周辺を可視化することができる。また、照射領域からの光は十分な強度をもっているので、バンドル光ファイバーに導く光源としてパルスレーザーと比べて比較的安価なフラッシュランプを光源として用いることができ、装置コストを抑えることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施の形態を示す図である。
図１において、投光装置１は、光源であるフラッシュランプ２と、フラッシュランプ２で発せられた光を導いて出射するバンドル光ファイバー３と、フラッシュランプ２から発せられた光をバンドル光ファイバー３の入射端面３２に結像させる光学系４と、バンドル光ファイバー３からの出射光を集光する集光光学系６とを主な構成要素とする。
【００１１】
フラッシュランプ２は、光を出射する出射窓が形成された円筒形状の外殻２１を有しており、外殻２１内には電圧が印加されると共にその間に放電によって光を発生させる一対の電極部２２と、放電のきっかけをつくるトリガー部（不図示）と、電極部２２の間で発生した光を出射窓の方向へ反射する反射鏡（不図示）とが設けられている。フラッシュランプ２は、一対の電極部２２に電圧を印加すると共にトリガー部により内部ガスのイオン化を促進することで、放電により電極部２２の間に光を発生させるものである。
【００１２】
光学系４は、フラッシュランプ２で発せられた光をバンドル光ファイバー３の入射端面３２に結像させるレンズ４１、４２を備えている。光学系４は、電極部２２の間で放電により発生した光をバンドル光ファイバー３の入射端面３２に結像させるものである。
【００１３】
バンドル光ファイバー３は、光ファイバーが複数束ねられたものであり、バンドル光ファイバー３の出射側が２つの光ファイバー束（出射部分）３ａに分割されている。バンドル光ファイバー３の入射端面３２は、電極部２２の間で放電により発生する光の輪郭とほぼ同一となるように形成されている。このバンドル光ファイバー３は、例えば５０μｍのコア径を有する多成分ガラスからなる光ファイバーが数１０００本束ねられたものである。出射部分３ａの出射端の径はΦ＝３ｍｍ程度となっており、出射端におけるＮＡ（開口数）は０．５７程度となっている。
【００１４】
バンドル光ファイバー３の出射部分３ａは、図２に示すように、撮像装置５を挟んでその両側に対向配置されている。撮像装置５は、例えばＣＣＤカメラからなるものであり、出射部分３ａを保持するための投光アーム５１が設けられている。出射部分３ａは投光ノズル３３内に固定されており、投光ノズル３３内には、出射部分３ａの出射端から出射される光を集光する集光レンズ（集光光学系６）３４が固定されている。出射部分３ａから出射される光は、それぞれが集光レンズ３４にて集光されると共に照射領域７において互いの光軸が交差するようになっている。
【００１５】
出射部分３ａからの出射光の光軸と集光レンズ３４の中心軸とは、同一の中心軸３５上に位置している。出射部分３ａ、３ａと撮像装置５とは、出射部分３ａ、３ａから出射される光の中心軸３５、３５と撮像装置５の光軸５５とが同一平面上（図２の紙面上）に位置するように配置されており、２つの出射部分３ａ、３ａは、その中心軸３５、３５が撮像装置５の光軸５５に対して同一の角度θをもつよう、対称に配置されている。光軸５５から見たときの撮像装置５と出射部分３ａの位置関係は、図３に示されている。
【００１６】
投光ノズル３３には、撮像装置５に取り付けるための投光アーム３１が設けられている。出射部分３ａは、投光アーム３１と投光アーム５１の部分でネジ等により締め付けられることによって撮像装置５に保持されている。ここで、投光アーム３１と投光アーム５１とには、それぞれネジ穴（不図示）と貫通孔５１ａ、５１ｂとが形成されているが、貫通孔５１ａ、５１ｂの内、一方の貫通孔５１ｂが長穴状に形成されていることで、投光ノズル３３は他方の貫通孔５１ａを軸として回転できるようになっている。その際の回転は、集光レンズ３４の光軸３５と撮像装置５の光軸５５とを含む平面内（図２の紙面内）で行われる。そして、所定の角度でネジ止めすることによってその角度で固定されるようになっている。
【００１７】
上記の構成からなる溶接装置１においては、フラッシュランプ２の電極部２２に電圧を印加し、さらにトリガーにより一対の電極部２２の間で放電させると、放電によって光が発生する。発生した光は、直接又は不図示の反射鏡によって反射されて出射窓から出射される。フラッシュランプ２から出射された光は、光学系４のレンズ４１、４２によりバンドル光ファイバー３の入射端面３２に結像して入射する。入射端面３２に入射した光は、バンドル光ファイバー３内に導かれ、各出射部分３ａの出射端面から出射される。この際、バンドル光ファイバー３の入射端面３２の面積と、出射部分３ａの出射端面の総面積とはほぼ同一であるので、入射端面３２における光の強度と出射端面における光の強度はほぼ同一である。
【００１８】
各出射部分３ａの出射端面から出射される光は出射側で拡がるが、それぞれの先方に集光レンズ３４が設けられていることで、そこで小さな面積を有する領域に集光されつつさらにその前方を照射する。そして、一方の集光レンズ３４の中心軸３５と他方の集光レンズ３４の中心軸３５とが交差する領域に至ったときに、そこでその強度がほぼ２倍になる。これは、各出射部分３ａの出射端面の面積が同じ場合には、照射領域７の面積が分割前の照射領域の面積の２分の１（同じ集光能力を有するレンズを用いた場合）であり、分割前の出射端面における光の強度と各出射部分３ａの出射端面における光の強度とは同一だからである。つまり、バンドル光ファイバー３の入射端面３２から入射した光は、出射部分３ａから出射されて互いに交差したときに空間的に合成され、中心軸３５、３５の交点を含む周辺領域（照射領域７）において光の強度が最も強められる。（図４参照）
【００１９】
上記の構成によれば、各出射部分３ａから出射される光が同一の小さな面積を有する照射領域７に照射されることで空間的に合成され、各出射部分３ａからの光強度が照射領域７において倍増するので、照射領域７における出射光の光強度を増加させることができる。このことにより、分割をしないで小さな面積を有する照射領域７に集光するために大きな光学系６を組む必要がなくなるので、そのためのスペースを省くことができる。大きな光学系を用いないことで、コストを抑えることができる。
【００２０】
また、図５に示すように、この投光装置１を溶接箇所の周辺（照射領域７）を照射してその部分を可視化（撮像）する目的で使用した場合には、撮像装置５と一体になったバンドル光ファイバー３の出射部分３ａ、３ａからの出射光が溶接箇所の周辺７において十分な光強度をもつので、溶接箇所の周辺７に照射されて撮像装置５に取り込まれる光の強度も十分となり、容易に溶接箇所の周辺７を可視化することができる。（図５においては、溶接用レーザー８により溶接箇所９が溶接されている様子が示されている。これら全体が溶接装置を表す。）この際、撮像装置５が光の出射部分３ａに一体に取り付けられるので、取り扱いが容易になる。また、撮像する際に最もよく可視化するための出射光と撮像装置５との角度が決まっている場合には、それぞれを個別に位置合わせする必要がなく、一体物を位置合わせするだけで済む。
【００２１】
また、照射領域からの光は十分な強度をもっているので、バンドル光ファイバーに導く光源としてパルスレーザーと比べて比較的安価なフラッシュランプを光源として用いているので、装置コストを抑えることができる。
【００２２】
なお、上記の実施の形態では、出射部分３ａの数は２つとされているが、これに限られず、３つ以上でもよい。例として３つの場合の出射部分３ａの配置が図６に示されている。図６（撮像装置５の光軸５５から見た図）では、出射部分３ａが光軸５５の回りに１２０°間隔で配置されているが、この間隔は溶接用レーザーの位置を考慮して適宜調整してよいものである。また、上記の実施の形態では出射部分３ａと集光レンズ３４との相対位置を固定し、各出射部分３ａ、３ａをそこからの出射光の光軸が交差するように配置したが、図７に示すように、出射光の光軸が平行となるように配置し、各集光レンズ３４、３４の先方に各出射光の方向を変化させて互いに交差させるような光学系（例えば反射鏡３６）を設けてよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、各出射部分からの出射光が同一の小さな面積を有する照射領域に集められて照射されるので、その照射領域における光の光強度を増加させることができる。また、このことにより、分割をしないで小さな面積を有する照射領域に集光するために大きな光学系を組む必要がなくなるので、そのためのスペースを省くことができる。また、大きな光学系を用いないことで、コストを抑えることができる。
また、請求項２に係る発明によれば、撮像装置が光の出射部分に一体に取り付けられるので、取り扱いが容易になる。つまり、撮像する際に、最もよく可視化するための出射光と撮像装置との角度が決まっている場合には、それぞれを個別に位置合わせする必要がなく、一体物を位置合わせするだけで済む。
また、請求項３に係る発明によれば、照射領域からの光に基づいて溶接箇所を含む照射領域における温度などの情報を取得することができる。溶接装置に投光装置と撮像装置とが組み合わされている場合には、照射領域内にある溶接箇所の周辺を可視化することができる。また、照射領域からの光は十分な強度をもっているので、バンドル光ファイバーに導く光源としてパルスレーザーと比べて比較的安価なフラッシュランプを光源として用いることができ、装置コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る投光装置を示す概略図である。
【図２】この発明の一実施形態に係る投光装置の出射部分を示す拡大図である。
【図３】この発明の一実施形態に係る投光装置の出射部分の付近を撮像装置の光軸に沿って見た図である。
【図４】この発明の一実施形態に係る投光装置を用いた空間的合成の例を示す概念図である。
【図５】この発明の一実施形態に係る投光装置を溶接装置に適用した場合を示す概略図である。
【図６】この発明の他の実施形態に係る投光装置の出射部分の付近を撮像装置の光軸に沿って見た図であって、出射部分が３つある場合の図である。
【図７】この発明の他の実施形態に係る投光装置を示す図であって、光学系として集光レンズの先方に反射鏡をつけた場合を示す図である。
【符号の説明】
１　　　投光装置
３　　　バンドル光ファイバー
５　　　撮像装置
６　　　集光光学系
７　　　照射領域
３ａ　　　光ファイバー束（出射部分）
【図１】
2004050190.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004050190.tif 000006
【図５】
2004050190.tif 000007
【図６】
2004050190.tif 000008
【図７】
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