(57)【要約】【課題】稜線における溶接位置の検出精度を向上させることにより、溶接固定時のばらつきを低減し、固定精度の向上を目的とする。【解決手段】被溶接物１、２を溶接するためのＹＡＧレーザ４と、ＹＡＧレーザ４の出射光と光軸がほぼ一致するように固定され、照射位置表示のためのＨｅ−Ｎｅレーザ６と、ＹＡＧレーザ４およびＨｅ−Ｎｅレーザ６を同一点で集光する集光レンズ８と、戻り光９を表面に結像させ光量を検出するフォトダイオード１２と、以上より構成される光学系１４を移動させる移動手段１５を設け、被溶接物１、２にＨｅ−Ｎｅレーザ６を照射し戻り光９の光量が最大となる位置を目標溶接位置として検出し、その位置に光学系１４を移動させ、ＹＡＧレーザ４を照射し溶接固定する。【選択図】  図１
2004230423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接構造体の溶接位置を照射する溶接位置照射光を出射する工程と、目標溶接位置に前記溶接位置照射光を集光し、戻り光強度を測定する光量検出工程と、前記戻り光強度が最大となる位置に前記溶接位置照射光を移動させる工程と、前記隣接構造体を溶接固定するダイクロイックミラーにより前記溶接位置照射光と光軸を一致させ、前記溶接位置照射光と集光点が一致するように調整されたレーザ光を出射し溶接する工程を有することを特徴とする隣接構造体の固定方法。
【請求項２】
隣接構造体を溶接し固定するレーザ光源と、溶接位置を照射する溶接位置照射用光源と、前記レーザ光源出射光と前記溶接位置照射用光源出射光との光軸を合わせるダイクロイックミラーと、前記レーザ光源および溶接位置照射用光源より出射された光を同一点に集光する集光手段と、前記溶接位置照射用光源出射光を目標溶接位置近傍に照射した際の戻り光強度を測定する光量検出手段と、前記レーザ光源、溶接位置照射用光源、ダイクロイックミラー、集光手段及び光量検出手段を移動させる移動手段を有し、前記溶接位置照射用光源を前記目標溶接位置近傍に照射した際の前記戻り光の強度が最大となる位置に移動させ溶接することを特徴とする隣接構造体の固定装置。
【請求項３】
溶接位置照射手段は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、半導体レーザ、ＹＡＧレーザの第２高調波の少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項２記載の隣接構造体の固定装置。
【請求項４】
光量検出手段は、フォトダイオード、ＣＣＤカメラの少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項２記載の隣接構造体の固定装置。
【請求項５】
隣接構造体に線状光を照射し、前記隣接構造体に照射された前記線状光の光切断線を前記線状光と同軸でない位置で観察する工程と、観察位置を移動させるための工程と、前記光切断線の延長線上の交点を目標溶接位置として検出する工程と、前記光切断線の不連続点間の距離を元に前記隣接構造体間の隙間を検出する工程の後に、隙間のない状態で前記隣接構造体を溶接固定するレーザ光を出射し、前記レーザ光を集光し溶接目標位置に移動させる工程を有することを特徴とする隣接構造体の固定方法。
【請求項６】
隣接構造体を溶接し固定するレーザ光源と、前記レーザ光源より出射されたレーザ光を集光する集光手段と、前記レーザ光源及び集光手段を移動させる移動手段と、前記隣接構造体に照射する線状光と、前記隣接構造体に照射された前記線状光の光切断線を前記線状光と同軸でない位置から観察する撮像光学系と、前記撮像光学系を移動させる撮像光学系移動手段を有し、前記光切断線の延長線上の交点を目標溶接位置として検出し、前記光切断線の不連続点間の距離を元に前記隣接構造体間の隙間を検出し、前記隙間のない状態で前記移動手段により前記溶接光学系を前記溶接目標位置に移動させ溶接することを特徴とする隣接構造体の固定装置。
【請求項７】
線状光は、スリットを通した光、点状光を反復移動させた光、シリンドリカルレンズに平行光を通して線状にした光の少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項６記載の隣接構造体の固定装置。
【請求項８】
溶接位置表示手段は、ラインジェネレータを用いたレーザ溶接であることを特徴とする請求項６記載の隣接構造体の固定装置。
【請求項９】
強度分布を有する発散光を出射する発散光源を発光点中心に回転させる工程と、前記発散光源より出射された光を平行光にし、開口を通過した平行光を撮像する工程と、撮像された前記平行光画像の開口による回折の影響部を除去した後に強度分布中心位置を画像処理により求める工程と、前記発散光源を回転させることにより前記強度分布中心位置を調整する工程と、その後に前記隣接構造体を溶接固定するレーザ光を出射し、前記レーザ光を溶接目標位置に集光し隣接構造体を溶接する工程を有することを特徴とする隣接構造体の固定方法。
【請求項１０】
隣接構造体を固定するレーザ光源と、前記レーザ光源より出射された光を集光する集光手段と、発光点中心に回転可能な構造を有し強度分布を有する発散光を出射する発散光源と、前記発散光源を回転させる構造を有し前記発散光源と接する箇所を溶接固定する被溶接物と、前記発散光源を発光点中心に回転させる回転手段と、前記発散光源より出射された光を平行光にするコリメートレンズと、前記平行光を通過させる開口と、前記開口を通過した光を撮像する撮像光学系と、前記撮像光学系より得られた平行光画像の画像処理により強度分布中心位置を求める画像処理手段を有し、前記画像処理手段において、撮像された画像の開口による回折の影響部を除去し前記強度分布中心位置を求め、前記回転手段により前記発散光源を回転させ前記強度分布中心位置を調整し、前記発散光源の位置を決めた後に、前記発散光源を被溶接物に溶接することを特徴とする隣接構造体の固定装置。
【請求項１１】
レーザ光源は炭酸ガスレーザ、半導体レーザ、ＹＡＧレーザの少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項２又は請求項６記載の隣接構造体の固定装置。
【請求項１２】
移動手段は、ステージ、ガルバノスキャナの少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項２又は請求項６記載の隣接構造体の固定装置。
【請求項１３】
集光手段はレンズ、反射鏡の少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項２又は請求項６記載の隣接構造体の固定装置。
【請求項１４】
隣接構造体の材質は、アルミニウム合金、アルミニウム鋳造材の少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項２又は請求項６記載の隣接構造体の固定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスク型情報記憶媒体への記録手段である光ピックアップにおける隣接構造体の固定方法および固定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、隣接構造体固定のための溶接位置検出方法および固定方法は、例えば、非特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
以下に図面を用いて従来の技術を説明する。図９に従来の隣接構造体の固定方法を示す。
【０００４】
１０１、１０２はそれぞれ粗い表面を持つ被溶接物であり、互いに接する面を持ち、接する面上に稜線を有する、１０３は稜線上に設定された目標溶接位置である。１０４は平行光を出射するＹＡＧレーザ、１０５は目標溶接位置近傍を撮像するためのＣＣＤカメラ、１０６はＹＡＧレーザ１０４の出射光を反射し、ＣＣＤカメラ１０５に撮像される像を透過する半透過鏡、１０７はＹＡＧレーザ１０４を集光し、ＣＣＤカメラ１０５の対物レンズの働きを有する焦点距離ｆ１の集光レンズであり目標溶接位置１０３より焦点距離ｆ１離れ、稜線が観察できるように、光軸が稜線を構成する２つの平面の成す角度のほぼ２等分線上に設置されている。
【０００５】
１０８は集光レンズ１０７による像をＣＣＤカメラ１０５上に結像するように調整された焦点距離ｆ２の結像レンズであり、焦点距離ｆ２は焦点距離ｆ１より大きく集光点近傍が拡大されてＣＣＤカメラ１０５に撮像されるように設定されている。１０９は以上の要素より構成される光学系、１１０はＣＣＤカメラにより撮像された画像に十字線を加えるためのラインジェネレータで、十字線の交点の位置にＹＡＧレーザ１０４の出射光の集光点が一致するように調整されている。１１１はＣＣＤカメラ１０５により撮像された画像とラインジェネレータ１１０により加えられた十字線を表示させるためのモニタ、１１２は光学系１０９を移動させるための移動手段である。
【０００６】
以上の構成を持つ従来の隣接構造体固定装置の動作を説明する。
【０００７】
図９において、ＹＡＧレーザ１０４により出射される平行光は半透過鏡１０６により反射され、集光レンズ１０７により集光点が稜線上の溶接位置１０３近傍に調整されているため、ＣＣＤカメラ１０５には溶接位置１０３が撮像され、得られた画像はモニタ１１１に映し出される。モニタ１１１上にはラインジェネレータ１１０により十字線が描かれ、ＣＣＤカメラ１０５の撮像画像のピントが合った状態でラインジェネレータ１１０の十字線の交点により示される位置がＹＡＧレーザ１０４の集光点と一致する。
【０００８】
モニタ１１１を観察しながら駆動装置１１２を用いて、撮像画像のピントおよび十字線の交点を目標溶接位置１０３に目視により調整し、位置調整後ＹＡＧレーザ１０４を照射することにより目標溶接位置１０３における溶接を行う。
【０００９】
【非特許文献１】
レーザプロセス技術ハンドブック、第２９７頁、１９９２年出版、朝倉書店
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような構成では、稜線の検出が困難であるという問題を有することになる。以下にその理由を述べる。
【００１１】
図９において、ＣＣＤカメラ１０５の撮像画像の中でピントの合う被写体が集光レンズ１０７の焦点距離ｆ１と一致し、ピントの合った状態で被写体を十字線の交点に調整することで、被写体にＹＡＧレーザ１０４の集光点を調整する。
【００１２】
集光レンズ１０７の被写界深度はＹＡＧレーザ１０４の焦点深度に比べ小さいので、撮像画像のピント調整によりＹＡＧレーザ１０４の集光点を集光レンズ１０７の焦点位置上に調整可能であるが、集光レンズ１０７の光軸が稜線を構成する２平面の成す角度のほぼ２等分線上に設置されているため、ピントの合う視野が小さく、位置調整の度にピントがずれるため、位置調整が困難で時間を要する。
【００１３】
また、拡大系を用いて目視で目標照射位置の調整を行った場合でも、稜線を構成する被溶接物の角が取れていることが多く、稜線を視認することは困難であり、調整精度は数十μｍ程度である。画像処理を用いた場合であっても、稜線を認識することが困難であるため精度は悪い。以上説明したように、目標溶接位置への集光点の調整精度が低いため、溶接箇所のばらつきにより固定精度が低いという課題を有する。
【００１４】
本発明では上記課題を鑑み、稜線における溶接位置検出精度を向上させることにより固定精度を向上させることが可能な隣接構造体の固定方法および固定装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、隣接構造体を溶接し固定するレーザ光源と、溶接位置を照射する溶接位置照射用光源と、前記レーザ光源および溶接位置照射用光源より出射された光を同一点に集光する集光手段と、前記レーザ光源出射光と前記溶接位置照射用光源出射光との光軸を合わせるダイクロイックミラーと、前記溶接位置照射用光源出射光を目標溶接位置近傍に照射した際の戻り光強度を測定する光量検出手段と、以上から構成される光学系を移動させる移動手段を有し、前記溶接位置照射用光源を前記目標溶接位置近傍に照射した際の前記戻り光の強度が最大となる位置に前記光学系を前記移動手段を用いて移動させ溶接することを特徴としたものである。
【００１６】
あるいは、隣接構造体を溶接し固定するレーザ光源と、前記レーザ光源より出射されたレーザ光を集光する集光手段と、以上より構成される溶接光学系を移動させる移動手段と、前記隣接構造体に照射する線状光と、前記隣接構造体に照射された前記線状光の光切断線を前記線状光と同軸でない位置から観察する撮像光学系と、前記撮像光学系を移動させる撮像光学系移動手段を有し、前記光切断線の延長線上の交点を目標溶接位置として検出し、前記光切断線の不連続点間の距離を元に前記隣接構造体間の隙間を検出し、前記隙間のない状態で前記移動手段により前記溶接光学系を前記溶接目標位置に移動させ溶接することを特徴としたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態における隣接構造体固定装置の構成図を示すものである。
【００１８】
図１において、１、２はそれぞれ粗い表面を持つ被溶接物であり、互いに接する面を持ち、接する面上に稜線を有する、３は稜線上に設定された目標溶接位置である。４は平行光を出射するＹＡＧレーザ、５はＹＡＧレーザ光を反射しＨｅ−Ｎｅレーザ光を透過させるダイクロイックミラー、６はダイクロイックミラー５により反射されたＹＡＧレーザ４の出射光と光軸がほぼ一致するように固定され平行光を出射するＨｅ−Ｎｅレーザ、７はＨｅ−Ｎｅレーザより出射され被溶接物１あるいは被溶接物２に照射される入射光、８はＹＡＧレーザ４およびＨｅ−Ｎｅレーザ６の入射光７を同一の集光点で集光し、目標溶接位置３近傍での反射光を入射させるための十分な開口を有し、十分に色収差のとれた、あるいはＹＡＧレーザ４とＨｅ−Ｎｅレーザ６の焦点距離を補正するための移動手段を有する焦点距離ｆ１の集光レンズであり、目標溶接位置３より焦点距離ｆ１離れた位置に設置されている。
【００１９】
９は入射光７が被溶接物１および２の表面で反射された光のうち集光レンズ８に入射し平行光となった戻り光、１０はＨｅ−Ｎｅレーザ６からの入射光７を透過し、戻り光９を反射する半透過鏡である。１１は半透過鏡１０で反射された戻り光９を集光するための焦点距離ｆ２の集光レンズであり、焦点距離ｆ２を集光レンズ８の焦点距離ｆ１よりも大きく設定し、集光レンズ８と拡大結像光学系を構成する。１２は集光レンズ１１から焦点距離ｆ２の位置に設置され、入射される光の光量を調べ、光量を電気信号として出力する機能を有するフォトダイオード、１３はフォトダイオード１２上に結像される戻り光９の集光径よりも小さく、例えば戻り光９の集光径の８０％程度の大きさのピンホールで孔より外側を遮光する。１４は以上の要素より構成される光学系であり、１５はＸ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ方向に移動可能で光学系１４を移動させることができる移動手段、１６はフォトダイオード１２より戻り光９の光量信号を受け取り、移動手段１５の移動量および移動方向を求める処理を行い、移動手段１５に出力移動量信号を送り、移動させるための計算機である。
【００２０】
以上の構成を持つ隣接構造体固定装置の動作を説明する。
【００２１】
図１の構成図において、ＹＡＧレーザ４より出射された平行光はダイクロイックミラー５により反射され、集光レンズ８を透過し集光点に集光される。Ｈｅ−Ｎｅレーザ６の出射光は半透過鏡１０およびダイクロイックミラー５を透過し、色収差のとれた、あるいは波長差による焦点距離を補正する移動手段を有する集光レンズ８により、ＹＡＧレーザ４と同一の集光点に集光される。集光点を稜線上の目標溶接位置３近傍で移動手段１５により移動させ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ６の出射光を被溶接物表面で反射させる。
【００２２】
被溶接物表面で反射され集光レンズ８に入射し平行な光となった戻り光９は、半透過鏡１０で反射され集光レンズ１１によりピンホール１３を通過した光のみフォトダイオード１２の表面に結像される。
【００２３】
図２（ａ）にＨｅ−Ｎｅレーザ６の出射光が目標溶接位置３近傍で反射する時の模式図、図２（ｂ）に集光点を目標溶接位置３にＨｅ−Ｎｅレーザ６出射光の集光径以下程度まで近づけた時の模式図を示す。
【００２４】
図２において、被溶接物１および２の表面は粗いため、この表面での光の反射は乱反射となる。図２（ａ）において、１７は入射光７が被溶接物１表面で乱反射された第一の拡散光、１８は第一の拡散光１７が被溶接物２表面で乱反射されたことにより広がった第二の拡散光である。
【００２５】
これら拡散光のうち、集光レンズ８の焦点位置近傍で反射され、開口に入射した光が平行な光となり、戻り光９となる。集光された光が目標溶接位置よりｄ１ずれている場合、被溶接物１表面において反射された第一の拡散光１７の直径をφ１、第二の拡散光１８の直径をφ２、Ｈｅ−Ｎｅレーザ６の集光径をφ３とする。第一の拡散光１７のずれ量ｄ１が大きくなると、直径φ２も大きくなり、拡散光１８は被溶接物２表面の広い範囲で乱反射される。ピンホール１３の直径はフォトダイオード１２へ結像される光の集光径よりも小さいため、結像光学系によりフォトダイオード１２に結像されるのはＨｅ−Ｎｅレーザ光の集光径φ３より狭い範囲で反射された光であり、ずれ量ｄ１が集光径φ３より大きい場合には、第二の拡散光は集光レンズ８の開口に入射してもフォトダイオード１２上に結像せず、第一の拡散光１７の一部が結像されるのみである。
【００２６】
このため、ずれ量ｄ１が集光径φ３より大きい場合には、ずれ量ｄ１を変化させてもフォトダイオード１２により検出される光量は小さくほぼ一定である。図２（ｂ）において、ずれ量ｄ１が集光径φ３よりも小さい場合には、第一の拡散光１７の一部と第二の拡散光１８の多くが集光径φ３の範囲より集光レンズ８に入射するため、結像される光の光量は大きくなる。このため、目標照射位置３近傍で集光点を移動させた時にフォトダイオード１２により検出される光量は図３に示すような強度とずれ量ｄ１の関係を示す。
【００２７】
図３において、ａ点は図２（ａ）に示すようにｄ１が集光径φ３よりも大きいため光量が小さく一定の場合で、ｂ点は図２（ｂ）に示すようにｄ１が集光径φ３よりも小さく検出される光量は大きい。光量が大きく変化する位置は、ずれ量ｄ１が集光径φ３と同程度になる箇所であるので、最大光量を示すｃ点の８０％を示すｄ点およびｅ点の中点ｆ点が稜線とほぼ一致する。また、被溶接物の角が取れている場合であっても、ずれ量ｄ１が集光径φ３よりも小さければ、被溶接物の表面で乱反射する光がフォトダイオード１２に結像するため光量が大きくなり、正確に稜線を検出することができる。
【００２８】
計算機１６は、移動手段１５により集光点を移動させるための制御信号を送り、フォトダイオード１２において検出された目標溶接位置３に集光点を移動させる。Ｈｅ−Ｎｅレーザ６の集光点を目標溶接位置３に調整することで、集光点が同一のＹＡＧレーザ４の照射位置も調整される。最後にＹＡＧレーザ４を照射し、被溶接物１と２を溶接し固定する。
【００２９】
以上の第１の実施の形態によれば、ＹＡＧレーザ４と光軸をあわせ、集光点が同一のＨｅ−Ｎｅレーザ６の出射光を目標溶接位置３近傍に照射し、被溶接物１および２の表面において乱反射された光の一部が集光レンズ８の開口に入射することで得られる戻り光９の光量が、結像光学系により結像されたフォトダイオード１２上で大きく変化する２点の中点を強度分布の最大値を示す位置として求めることで、稜線上の目標溶接位置を高精度に検出することが可能となる。
【００３０】
集光点の目標溶接位置への高精度な位置調整が可能となることで、集光点が同一のＹＡＧレーザを用いた溶接による固定精度の向上が得られる。従来の目視による集光点の位置調整では数十μｍの調整精度であったが、結像光学系を構成し戻り光９の強度が最大を示す位置を測定することで高精度な調整が可能である。
【００３１】
なお、図１において結像光学系を構成し戻り光９を集光させる代わりに、十分大きな受光面を有するフォトダイオード１２を目標溶接位置近傍で反射した平行な戻り光９が全て入射する距離Ｌの位置に設置し、フォトダイオード１２に入射する光量が最大を示す位置を検出してもよい。
【００３２】
また、Ｈｅ−Ｎｅレーザ６の代わりに、半導体レーザ、ＹＡＧレーザの第２高調波のいずれかを用いてもよいし、フォトダイオード１２の代わりにＣＣＤカメラを用いてもよいし、移動手段１５としてステージ、ガルバノスキャナのいずれか一つを用いてもよい。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態における隣接構造体固定装置の構成図を示すものである。
【００３４】
図４において、図１と同一機能をもつものは同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３５】
２１はＹＡＧレーザ４と集光レンズ８から構成される光学系であり、移動手段１５により移動される。２２は被溶接物１および２に比べ十分に大きな径を有し平行な光を出射する平行光源、２３は平行光源２２より出射される平行光を線状に遮光し線状光を得るためのスリットで被溶接物１および２に比べスリット幅は十分に小さく、スリットの長さは十分に長く、出射されるスリット光が稜線と平行にならないように設置されている。
【００３６】
２４はスリットおよびスリット光を含む平面と角度θ１をなし、光切断像を観察するためのＣＣＤカメラ、２５は被写体をＣＣＤカメラ２４に撮像し視野の拡大・縮小を可能とする焦点深度の大きい対物レンズで、ＣＣＤカメラ２３の視野は被溶接物１および２の稜線を構成する２つの平面を見渡せる範囲であり、焦点は目標溶接位置近傍に調整されている。２６はＣＣＤカメラ２４を移動させるための移動手段でありＸ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚの方向に移動することができ、ＣＣＤカメラ２４の視野の固定点にＹＡＧレーザ４の集光点を一致させている。
【００３７】
２７はＣＣＤカメラ２４で撮影された光切断像の画像データを受け取り、画像処理を行い、移動手段１５に移動量および移動方向を指示する信号を送るために接続されている計算機である。
【００３８】
以上の構成を持つ隣接構造体固定装置の動作を図を用いて説明する。
【００３９】
図４は光切断法の一般的な光学系の構成図である。
【００４０】
平行光源２２より出射された光は、スリット２３を通り被溶接物１および２に照射され、光切断線となり、この光切断線を対物レンズ２５によりＣＣＤカメラ２４に撮像させる。稜線を構成する２つの平面のうち被溶接物１の平面をＡ、被溶接物２の平面をＢとする。
【００４１】
図５にＣＣＤカメラ２４に撮像された稜線を構成する２つの平面Ａ、Ｂ上の光切断線を示す。図５（ａ）は被溶接物間に隙間がほとんどなく被溶接物の角が取れていない場合に平面Ｂに垂直な視野から見た平面図、図５（ｂ）は正面図、図５（ｃ）は被溶接物間に隙間がほとんどないが被溶接物の角が取れている場合に平面Ｂに垂直な視野から見た平面図、図５（ｄ）は正面図である。図５（ａ）に示すように、光切断線は稜線において屈折し、この屈折点が稜線上の点を示す。しかしながら、例えば図５（ｄ）に示すように被溶接物の角が取れている場合がほとんどで、光切断線は稜線近傍で不連続点を有するため、稜線を正確に検出することは困難であるが、次に説明する方法により稜線を正確に検出することができる。
【００４２】
図５（ｄ）において光切断線はガウシアンビームであり、被溶接物１および２の粗い表面で乱反射され拡散光となり光切断線の幅方向に強度分布を持った光となるがＣＣＤカメラ２４で得られた画像を基に幅方向の最大値を求め、それを光切断線の特徴線とすれば、稜線を構成する２平面Ａ、Ｂ上の特徴線の延長線上の交点Ｃが被溶接物の角が取れていない場合の屈折点とほぼ一致するため、稜線の精度の良い位置検出が可能である。
【００４３】
また、２つの被溶接物が接する際に、被溶接物間に隙間がある場合には被溶接物間が溶接されない場合や溶接強度のばらつきにより溶接時に被溶接物が移動するため固定精度は低下する。図５（ｅ）は被溶接物間に高さｈの隙間がある場合の平面図、図５（ｆ）は正面図を示し、図５（ｇ）は側面図を示す。
【００４４】
被溶接物間に隙間が存在する場合には、光切断線の稜線における不連続点間の距離ｄ２より、隙間の高さｈ１と角が取れている高さｈ２の和が求められる。角を取った高さｈ２があらかじめわかっていれば、この不連続点間の距離ｄ２、およびスリット光の入射方向と平面Ｂのなす角度θ２を求めることでｈ１＝ｄ２×ｔａｎθ２−ｈ２により隙間ｈ１を求められる。この隙間ｈ１を低減することで、溶接によるばらつきが軽減され、高精度な溶接位置検出および高精度な固定が可能となる。
【００４５】
溶接位置を検出し、隙間がないことを確認した後、光学系２１を移動手段１５により目標溶接位置に移動させ、ＹＡＧレーザ４を照射することで溶接する。
【００４６】
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、スリット光を目標溶接位置３近傍に照射し、被溶接物の角が取れている場合であっても、強度分布を持った光切断線の幅方向の最大値により特徴線を求め、稜線を構成する２平面Ａ、Ｂ上の特徴線の延長線上の交点Ｃを屈折点として検出することにより、稜線を高精度に検出できるという第１の実施の形態と同様の効果がある。
【００４７】
更に、光切断線に不連続点が存在し角を取った高さｈ２がわかっていれば、不連続点間の距離により隙間の大きさを調べることができる。溶接位置の隙間が大きい場合には、溶接が不可能である場合や溶接強度の著しい低下により、レーザ溶接部が溶融後、収縮する際の収縮力のばらつきにより被溶接物が移動するため固定精度が低下する。隙間のない状態で溶接することにより、より精度の高い固定が可能となる。
【００４８】
なお、スリット光の代わりに平行光をシリンドリカルレンズを透過させ線状光にしたものを用いてもよいし、点状光をガルバノスキャナを用いて高速に往復させた線状光を用いてもよい。更に、移動手段１５および移動手段２６としてステージ、ガルバノスキャナのいずれか一つを用いてもよい。
【００４９】
（第３の実施の形態）
図６は本発明の第３の実施の形態における隣接構造体固定装置の構成図を示すものである。
【００５０】
図６において、図１と同一機能をもつものは同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５１】
５１はＹＡＧレーザ４および集光レンズ８から構成される光学系で移動手段１５により移動される。５２は強度分布を有する発散光を出射し、発光点Ｏ中心に回転するためのガイドとなる凸型の球面座を有した半導体レーザで安定したレーザ発光を得るためには十分大きな発光量が必要である、５３は半導体レーザ５２の球面座と接する凹型の球面座を持ち、半導体レーザ５２と溶接されるための稜線を有する被溶接物、５４は半導体レーザ５２を発光点中心にθｘ、θｙ方向に回転させるためのあおり装置である。５５は半導体レーザ５２が回転したとしても出射光が入射可能な程十分大きな開口を有する焦点距離ｆ３のコリメートレンズで半導体レーザ５２の発光点Ｏから焦点距離ｆ３の距離に設置されている。
【００５２】
５６はコリメートレンズ５５の開口よりも小さい半径ｒの円形開口を有する遮光板で、開口の中心はコリメートレンズ５５の光軸に一致させる。５７は白黒２５６階調の画像を得るＣＣＤカメラであり、遮光板５６の開口よりも大きいＣＣＤ素子を有し、ＣＣＤ素子の中心をコリメートレンズ５５の光軸に一致させて設置する。
【００５３】
５８はＣＣＤカメラ５７およびあおり装置５４に接続され、ＣＣＤカメラ５７より得られた画像を処理し、あおり装置５４に回転量および回転方向の信号を送るための計算機である。５９は半導体レーザ５２、被溶接物５３およびコリメータレンズ５５よりなるワークで、例えば光ピックアップの一部で平行光を出射する光学デバイスであり、取り替え溶接する。
【００５４】
以上の要素により構成される装置の動作を説明する。
【００５５】
図６において、６０は強度分布中心位置のずれがない場合の強度分布、６１は強度分布中心位置のずれが存在する場合の強度分布である。コリメートレンズ５５の焦点位置ｆ３に設置された半導体レーザ５２より出射される発散光はコリメートレンズ５５を透過することにより強度分布を有する平行光となり、この平行光は遮光板５６の円形開口を通る際に開口より外側の光は遮光され、開口の内側の強度分布を有する平行光がＣＣＤカメラ５７に入射される。
【００５６】
ＣＣＤカメラで撮像された画像を計算機５８において画像処理し、強度分布中心位置のずれ量を求める。また、半導体レーザ５２を発光点Ｏ中心に回転させることにより、強度の大きい出射光の発光角度を変えることで強度分布中心位置を変位させることができる。例えば、半導体レーザ５２をθ３回転させることにより強度分布中心位置のずれがない強度分布６０をずれの存在する強度分布６１に変えることができる。
【００５７】
図７にＣＣＤカメラ５７に撮像された光およびその投影プロファイルを示し、強度分布中心位置のずれ量を求める際の従来の課題について説明する。
【００５８】
図７において、６２は開口を通った平行光の強度の等高線、６３は強度分布をＸ、Ｙ方向への投影し加算した投影プロファイル、６４は平行光が円形開口を通ったことで生じる回折によるノイズ、６５は開口中心、６６は強度分布中心位置、６７は強度分布中心位置のずれ量である。強度分布中心位置６６を求める際には、半導体レーザ５２の安定したレーザ発光を得るために、十分な発光量が必要であり、そのためＣＣＤカメラ５７に入射する光量を電子シャッターでは十分落とせず光路中に光学フィルタを使用する必要があるが、光学フィルタを用いた場合、光学フィルタ表面および裏面における反射により、干渉縞が生じやすく干渉縞の明るい部分が示す階調値は干渉する光が強めあった結果であるためばらつきを有し、平滑化処理では除去しきれず、強度分布中心位置６６は強度分布の最大値では求められない。
【００５９】
このため、重心計算により強度分布中心位置６６を求める。強度分布を持った平行光は強度の等高線６２に示すような強度分布を持ち、強度分布をＸ、Ｙ方向に投影したときの投影プロファイル６３より、回折によるノイズ６４が存在する。開口中心６５は、開口の内側が全て、しきい値以上になるような２値化を行い、その面積重心の計算により求める。
【００６０】
強度分布中心位置６６は、微小ノイズの影響を除去するために平滑化処理を行った後、強度分布の面積重心により求める。開口中心６５と強度分布中心位置６６の差分により強度分布中心位置のずれ量６７を求める。
【００６１】
しかしながら、円形開口を通った光には、回折によるノイズ６４が最外周に生じ、重心計算において重心位置はノイズの影響をうけやすく、ノイズのばらつきが強度分布中心位置６６のばらつきの原因となる。
【００６２】
図８は回折の影響を除いた強度分布を示す。図８において、６８は半径ｒの円形開口を透過してＣＣＤカメラ５７に撮像された平行光画像、６９は計算機５８における画像処理において円の内側の階調値はそのまま残し、外側の階調値を全て０に変換する半径Ｒの画像処理用フィルタで、例えば円形開口最外周の回折の影響が重心計算に含まれないように半径Ｒは円形開口半径ｒより２０％小さい。７０は強度分布中心位置計算に使用するデータ領域である。図６における半径ｒの円形開口を通りＣＣＤカメラ５７に撮像された平行光画像は計算機５８において、円形開口より小さい半径Ｒの画像処理用フィルタ６９により内側の階調値はそのまま残し、画像処理用フィルタ６９外側の階調値を０に変換することで、円形開口最外周の回折の影響が表れる部分が除去され、その画像の重心計算により、強度分布中心位置６６が求められる。計算機５８における画像処理により、回折による影響が除去され、ばらつきの小さい強度分布中心位置６６の測定が可能となる。
【００６３】
計算機５８において強度分布中心位置のずれ量６７を調べ、調整精度内になければ、回転量および回転方向を指示する信号を送り、半導体レーザ５２を発光点Ｏ中心に回転させることにより、強度分布中心位置６６を調整する。半導体レーザ５２の角度を調整した後、目標溶接位置３に集光点を調整されたＹＡＧレーザ４を照射し溶接する。
【００６４】
以上、説明したように、第３の実施の形態によれば、円形開口を通過してＣＣＤカメラ５７に撮像された画像において、回折によるノイズ６４を画像処理用フィルタ６９により除去し、物理的な開口による干渉の影響を除去することで、強度分布中心位置６６のばらつきが小さくなり、従来の手法に比べ高精度に強度分布中心位置６６を求める事ができる。高精度に強度分布中心位置６６を測定し角度調整された半導体レーザ５２をレーザ溶接することにより、半導体レーザの高精度な固定が可能となる。
【００６５】
従来の光ピックアップの光学デバイスは、紫外線硬化接着剤で固定されており、接着剤が硬化する際の収縮により光学デバイスの固定位置がずれ、固定精度が悪いため、固定前の位置調整に精度の良い測定方法は必要なかった。しかし、今後、光情報記録媒体および装置の高密度化および高倍速化により精度の高い固定が必要とされると考えられる。
【００６６】
高精度な固定を実現するために、例えば光学デバイスを固定する際の位置ずれがほとんどないため高精度に固定することができるレーザ溶接技術、および溶接後に溶接部近傍を再照射することにより固定位置の微調整が可能なレーザアジャストメント技術を用いる場合には、サブミクロンオーダーの高精度な固定位置調整を実現するための高精度な測定系が必要であり、高精度な測定により高精度な固定が可能となる本発明の効果が期待できる。
【００６７】
なお、本発明の各実施の形態では、ＹＡＧレーザ４の代わりに、炭酸ガスレーザ、半導体レーザのいずれかを用いてもよいし、集光レンズ８の代わりに反射鏡を用いてもよいし、移動手段１５としてステージ、ガルバノスキャナのいずれか一つを用いてもよい。さらに、被溶接物１、２の材質としてアルミニウム合金、アルミニウム鋳造材のいずれかを用いてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、隣接構造体の溶接位置を照射する溶接位置照射光を出射する工程と、目標溶接位置に前記溶接位置照射光を集光し、戻り光強度を測定する光量検出工程と、前記戻り光強度が最大となる位置に前記溶接位置照射光を移動させる工程と、前記隣接構造体を溶接固定するダイクロイックミラーにより前記溶接位置照射光と光軸を一致させ、前記溶接位置照射光と集光点が一致するように調整されたレーザ光を出射し溶接する工程を有することで稜線上の目標溶接位置を高精度に検出することにより、高精度な固定が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における隣接構造体固定装置の構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるＨｅ−Ｎｅレーザの反射を示す図
【図３】本発明の第１の実施の形態における集光点移動量と集光レンズへの入射光量の関係を示す図
【図４】本発明の第２の実施の形態における隣接構造体固定装置の構成図
【図５】本発明の第２の実施の形態における光切断線を示す図
【図６】本発明の第３の実施の形態における隣接構造体固定装置の構成図
【図７】本発明の第３の実施の形態における従来の強度分布測定方法の模式図
【図８】本発明の第３の実施の形態における回折の影響を除いた強度分布測定方法の模式図
【図９】従来の技術における隣接構造体固定装置の構成図
【符号の説明】
４  ＹＡＧレーザ
６  Ｈｅ−Ｎｅレーザ
８  集光レンズ
１２  フォトダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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