【製造・生産技術】溶接の深さをリアルタイムに測る！パナソニックの「OCTレーザ加工技術」

【課題】加工レーザと測定光の「ズレ」が命取りになる

レーザ溶接を行う際、強いレーザ光によって金属が溶けると、そこに「キーホール」と呼ばれる深い穴が開きます。このキーホールの深さを測ることで、溶接の品質を確認します。

OCT（光干渉）技術を使ってこの深さを測るためには、「加工用のレーザ光」と「測定用のOCT光」を同じレンズに通して照射し、測定光をキーホールの最も深い部分（底）にドンピシャで当てる必要があります。

しかし、加工用レーザと測定光は光の波長（色）が違うため、レンズを通る時に微妙な屈折の差が生まれ、どうしても到達位置に「ズレ」が生じてしまいます。キーホールは非常に細くて小さいため、測定光がわずかでもズレると壁に当たってしまい、正確な深さが測れないという大きな壁がありました。

【解決策】「加工用」と「補正用」、2つのミラーで完璧に制御する

パナソニックは、このズレを解消するために、「加工用ガルバノミラー」に加えて、測定光の角度だけを微調整する「補正用ガルバノミラー」をシステムに組み込むという画期的な構造を発明しました。

1. 測定光専用の「補正用ミラー」を追加

図1の通り、レーザ溶接を行う強い光（加工レーザ）と、深さを測るための光（測定光）は、途中で合流して同じ集光レンズ（fθレンズ）を通り、対象の金属へと照射されます。

しかし、この2つの光は「波長（色）」が異なるため、レンズを通過する際の屈折率に差が生じます。これが着弾点に「ズレ」を生む最大の原因です。

本特許では、測定光の通り道に専用の「補正用ガルバノミラー」を配置しています。メインの加工用ミラーの動きに合わせて、この補正用ミラーが「レンズの屈折によるズレ」を完全に相殺するような微細な角度調整を行います。これにより、どれだけ高速で広範囲を溶接していても、測定光を常にキーホールのど真ん中（最深部）に命中させることができるのです。

2. 本番は「地図」を読み出して瞬時に補間

いくら補正用ミラーがあっても、その場で計算していては超高速な溶接スピードに追いつけません。そこで、実際の加工を行う前にあらかじめ「格子状パターン（網の目状のポイント）」を設定し、「加工用ミラーの角度」と「補正用ミラーの角度」のペアをすべて記録したデータテーブル（補正数表）を作っておきます。

実際の溶接加工中は、複雑な計算は行いません。溶接したいポイントが決まると、システムはこの「補正数表」をメモリから読み出します。もし加工ポイントが格子点の間にある場合は、周辺の4点から補間処理（予測計算）を行って瞬時に補正角を割り出します。

【効果】「切って確認する」時代から「全数リアルタイム検査」の時代へ

この特許技術により、製造現場に以下のような劇的な変化がもたらされます。

• 全数・非破壊検査の実現： これまで常識だった「製品を切断して断面を見る（破壊検査）」がなくなり、溶接しているその瞬間にすべての製品の深さを計測（非破壊検査）できるようになります。
• 製品ロスの削減とコストダウン： 検査のために製品を破壊する必要がなくなり、また不良品の発生をリアルタイムに検知できるため、無駄な材料費や製造コストを大幅に削減できます。
• 高い安全性の担保： EV（電気自動車）のバッテリー製造など、絶対に液漏れやショートが許されない製品において、完璧な品質保証が可能になります。

検査のための人員や製品ロスを極限まで減らしつつ、製品の安全性を完全に担保するこの技術は、日本のモノづくり産業全体のコスト競争力を一段階引き上げる、極めて経済的価値の高い特許技術です。

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