JP2000015469A - レーザ溶接製管法におけるレーザビームの初期照射位置設定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザ溶接製管の段取り替え時に、加工ヘッド
の初期位置設定作業を簡単かつ迅速に行うことが可能な
レーザビームの初期照射位置設定方法と装置を提供す
る。 【解決手段】平面鏡のミルラインと交叉する方向の両側
縁部に、光軸が平面鏡で反射されたレーザビームの光軸
と平行な２個一対の可視光レーザビーム発生器を取り付
け、これから発せられる可視光レーザビームが形成する
被溶接材料表面上のマーカー点と被溶接材料のシームセ
ンターとをＣＣＤカメラで同時に撮影し、その画像情報
に基づいて加工ヘッドを水平方向と上下方向に移動させ
ることにより、溶接用のレーザビームの焦点またはその
近傍を所定の位置に合わせる方法と装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属管のレーザ溶
接製管法において、レーザビームの照射位置を迅速かつ
確実に所定の位置に合わせることができる方法と装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ溶接は、他の溶接方法に比べて熱
源のエネルギー密度が高いために溶け込みが深く、高速
溶接が可能である。また、総入熱量を少なくできるため
に溶接部の性能も良好である。このため、金属溶接管の
溶接法としても注目され、実製造への適用が進んでい
る。さらに、溶接速度の向上を図るために、高周波加熱
手段を用いて溶接部を予熱した後にレーザ溶接する方法
も提案されている（例えば、特開昭５６−１６８９８１
号公報参照）。

【０００３】その際、肉厚が３ｍｍ以上のいわゆる厚肉
管の場合には、大きな出力のレーザビームを高いエネル
ギー密度のまま伝送する必要がある。しかし、ミラーな
どのビーム伝送装置の耐光性が十分でないなどの理由か
ら、高いエネルギー密度のままでレーザビームを伝送す
ることが困難である。このため、通常は、図８に示すよ
うに、内部に平面鏡１と集光ミラー２が配置されるとと
もに、溶接トーチ３を有する加工ヘッド４が用いられて
いる。

【０００４】すなわち、図９に示すように、加工ヘッド
４を溶接位置であるスクイズロール５の上方に位置調整
自在に配置し、この加工ヘッド４に到るまでのレーザビ
ーム６のビーム直径を数十ｍｍ程度にすることによりエ
ネルギー密度を低くして伝送する。そして、加工ヘッド
４内の集光ミラー２でレーザビーム６を集光してエネル
ギー密度を高め、その焦点７（図８参照）の近傍で溶接
するようにしている。

【０００５】したがって、実際に溶接製管を行う場合に
は、オープンパイプ状に成形された後にスクイズロール
５によって突き合わせられる金属帯８の両端面の衝合中
心（以下、シームセンターという）に上記の焦点７の近
傍を合わせる必要があり、段取り替えの都度、加工ヘッ
ド４の初期位置設定作業が行われる。

【０００６】これは、段取り替え時には、成形ロール群
やスクイズロール５などを製造すべき溶接管９のサイズ
に応じて交換するが、その際に加工ヘッド４を取り外す
場合が多い。また、交換後の成形ロール群やスクイズロ
ール５の設置位置の調整不良や金属帯８のうねりに起因
して上記のシームセンターが水平方向（以下、周方向と
いう）に変位する。

【０００７】さらに、溶接製管法は、平板同士の突き合
わせとは異なり、図１０に示すように、スクイズロール
５によって拘束されていない金属帯８の両端部分が弾性
回復して変形する。その変形量δは、金属帯８の材料強
度や管寸法などによって異なる。このため、上記のシー
ムセンターにおける金属帯８（溶接管９）の外表面位置
が製造すべき溶接管９のサイズ（外径）と上記の変形量
δに応じて上下方向（以下、高さ方向という）に変位す
る。

【０００８】これに対し、加工ヘッド４内の集光ミラー
２で集光された焦点７近傍のレーザビーム６のビーム直
径は極めて小さいので、シームセンターで、しかも金属
帯８の肉厚方向の所定の位置に、例えば０．１ｍｍ以下
というような極めて高い精度で焦点７を合わせないと正
常な溶接が行えなくなる。

【０００９】この加工ヘッド４の初期位置設定は、従
来、次のようにして行っていた。先ず最初に、段取り替
え時に取り外された加工ヘッド４を所定の位置に仮取り
付けする。次いで、溶接用のレーザ発振器に付設され、
レーザビーム６と同じ光軸のＨｅ−Ｎｅなどの１条の可
視光ガイドレーザビーム（以下、単にガイドビームとい
う）を照射したり、試験溶接を行ってレーザビーム６の
実際の照射位置とシームセンターとの周方向の変位量を
ミル操作員が製管ミル内に入り込んで目視で確認し、こ
の変位量が所定値（例えば０．１ｍｍ）以下になるよう
に加工ヘッド４を水平方向に微移動させてその周方向位
置をセットする。

【００１０】引き続いて、レーザビーム６の照射位置に
おける溶接前のオープンパイプ状に成形された金属帯８
の外表面と溶接トーチ３の先端面との離間距離を内径測
定用のノギスやマイクロメーターなどを用いて実測し、
この実測結果に基づいて金属帯８の外表面と溶接トーチ
３の先端面との離間距離が所定の値になるように加工ヘ
ッド４を上下方向に移動させてその高さ方向位置をセッ
トする。

【００１１】ここで、溶接トーチ３の先端面とレーザビ
ーム６の焦点７間の離間距離は既知である。したがっ
て、上記の所定の値は、溶接トーチ３の先端面とレーザ
ビーム６の焦点７間の離間距離と金属帯８の板厚とを考
慮して設定され、その設定値と目標値との差が所定値
（例えば０．１ｍｍ）以下になるように設定される。

【００１２】しかし、上記従来の初期位置設定作業は、
主として人手による作業あるので、ミル操作員間の誤差
が大きく、しかもその位置設定に多大な工数がかかり、
製管ミルの稼働率を向上させるうえで１つの障害となっ
ていた。また、製管ミル内にミル操作員が入り込んで行
うのであるが、これは極めて危険で、安全上問題であっ
た。

【００１３】なお、上記の加工ヘッド４の初期位置設定
に際して適用可能なシームセンターの検出方法として
は、例えば、特開平５−１４６８８４号公報や同１０−
２４３７１号公報に示されるような方法がある。すなわ
ち、特開平５−１４６８８４号公報に示される方法は、
加工ヘッドよりも上流側の位置に、金属帯の両端面で形
成されるＶ字状のスリット形状部分に向けて斜め上方位
置から周方向に細長いスリット光を照射するレーザ発振
器を設置する一方、その反射光を周方向に放射配設した
リニアレイカメラで受光し、その結果を画像処理してシ
ームセンターを検出する方法である。

【００１４】また、特開平１０−２４３７１号公報に示
される方法は、溶接直前の金属帯の両端面が形成するＶ
字状のスリット形状をＣＣＤカメラで撮像し、その撮影
画像を画像処理してシームセンターを決定し、この決定
したシームセンターに集光ミラーで集光されたレーザビ
ームの焦点Ｆ近傍を合わせるように加工ヘッドの位置を
調整する方法である。

【００１５】上記いずれの方法も、シームセンターを検
出することが一応可能であるが、レーザビームの照射点
を直接検出する方法ではない。このため、レーザビーム
の照射点がシームセンターから外れていてもこれが検出
できないばかりか、レーザビームの照射点とシームセン
ターとの変位量の絶対値を正確に測定することができな
い。また、シームセンターの周方向位置は検出できて
も、高さ方向の位置を検出することができない。

【００１６】このため、これらの方法では、段取り替え
時に一旦取り外され、再度取り付けられた加工ヘッド
を、周方向と高さ方向ともに０．１ｍｍ以下というよう
な極めて高い精度で所定の位置にセットすることはでき
ない。また、仮に用いても、前記の精度でセットするに
は、多大の工数と時間がかかる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、加工ヘ
ッドの初期位置設定作業の簡素化と迅速化を図るため
に、前述のガイドビームを有効活用する実験を試みた。
すなわち、加工ヘッドの下部にＣＣＤカメラを取り付
け、このカメラでガイドビームが照射される被溶接材料
表面をミルライン方向の斜め上方から撮影し、その画像
処理結果からマーカー点の直径と中心およびその中心と
シームセンターとのずれ量を求めて加工ヘッドの周方向
位置と高さ方向位置を設定する方法である。

【００１８】ところが、この方法では、下記に述べる理
由から、加工ヘッドを０．１ｍｍ以下というような極め
て高い精度で所定の位置にセットすることができず、ミ
ル操作員が画像を見ながら加工ヘッドを微移動させる操
作を繰り返してマーカー点をシームセンター上の所定の
位置に合わせる必要があり、簡素化と迅速化は図り得な
かった。

【００１９】周方向の位置合わせは、マーカー点の中心
をシームセンターに一致させる。しかし、ＣＣＤカメラ
で撮影されるマーカー点は、集光ミラーで集束され、ビ
ーム径内の光量密度が光軸心を最大値とする正規分布
で、その最大値がビーム直径の２乗に反比例するガイド
ビームの被溶接材料表面からの反射光である。したがっ
て、マーカー点の大きさ（ビーム直径）によって被溶接
材料表面からの反射光量（照度）が変化する。その結
果、マーカー点が大きい場合は、周縁部の照度が小さく
なるので、実際の大きさよりも小さいマーカー点として
撮影される。逆に、マーカー点が小さい場合は、周縁部
の照度が高くなるので、実際のマーカー点よりも大きい
マーカー点として撮影される。さらに、マーカー点は、
被溶接材料の表面状態や形状によってガイドビームの被
溶接材料表面からの反射率が変化するので、その形状が
変形して撮影される。このため、マーカー点の真の中心
およびこの真の中心とシームセンターとのずれ量が正確
に測定できない。

【００２０】高さ方向の位置合わせは、ガイドビームが
集光ミラーで絞られているので、そのビーム径が最小に
なる位置（焦点）またはその近傍位置をシームセンター
上の所定の位置に一致させる。このため、加工ヘッドを
上下動させる必要がある。しかし、加工ヘッドを上下動
させると、前述したように、マーカー点の大きさ（直
径）が変化する。その結果、前述したのと同じ理由によ
って、その真の大きさ（直径）がＣＣＤカメラで撮影さ
れない。また、ＣＣＤカメラの視野が変化するために画
像内における寸法補正が必要になるが、マーカー点とＣ
ＣＤカメラとの位置関係が決まらないので、視野変化に
よる寸法補正ができない。その結果、マーカー点の最小
直径が正確に測定できない。

【００２１】なお、高さ方向の位置合わせに際し、マー
カー点の最小直径位置（焦点）と接加工ヘッドに取り付
けられた溶接トーチの先端との離間距離が既知であるこ
とから、加工ヘッドにレーザ距離計を取り付けて被溶接
材料表面と溶接トーチ先端との距離を計測し、この計測
結果に基づいて高さ方向位置をセットすることも試み
た。しかし、この場合には、被溶接材料が管状であるの
で、例えば外径が５０８ｍｍの溶接管の場合、ガイドビ
ームの照射位置から周方向に５ｍｍずれると被溶接材料
表面の高さ方向位置が０．１ｍｍ程度変化する。このた
め、レーザ距離計によるエリアでの高さ測定では、測定
誤差が大きすぎ、０．１ｍｍ以下というような極めて高
い精度での位置設定はできなかった。

【００２２】本発明の目的は、レーザ溶接製管法の段取
り替え時などにおいて行われる加工ヘッドの初期位置設
定作業を簡単かつ迅速に行うことが可能なレーザビーム
の初期照射位置設定方法と、機器配置に必ずしも高い精
度を必要としないレーザビームの初期照射位置設定装置
を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、段取り替
え時におけるレーザビームの初期照射位置設定作業を簡
単かつ迅速に行う方法について検討を重ねた結果、段取
り替え時におけるレーザビームの初期照射位置設定に際
しては、加工ヘッドを必ず上下方向に移動させる必要が
あることに注目した。

【００２４】すなわち、前述したように、加工ヘッドに
伝送されたガイドビームは、レーザビームと同様に、加
工ヘッド内の集光ミラーで絞られる。このため、加工ヘ
ッドの高さ方向位置を変化させると、被溶接材料表面上
に形成されるガイドビームのマーカー点の直径が変化す
る。

【００２５】そこで、１条のガイドビームに代えて２条
のガイドビームを用いれば、ＣＣＤカメラを従来のよう
に高精度に設置しなくても、レーザビームの焦点または
その近傍がシームセンター上の所定の位置に一致する位
置に加工ヘッドを簡単かつ迅速に位置設定できることを
知見した。

【００２６】上記の知見に基づく本発明の要旨は、下記
（１）のレーザ溶接製管法におけるレーザビームの照射
位置設定方法と、下記（２）のレーザビームの照射位置
設定装置にある。

【００２７】（１）レーザビームを集光する機能を有す
る加工ヘッドを用いたレーザ溶接製管法において、加工
ヘッド内に設けられた平面鏡のミルラインと交叉する方
向の両側縁部に、その光軸が平面鏡で反射されたレーザ
ビームの光軸と平行な２個一対の可視光レーザビーム発
生器を取り付け、この２個一対の可視光レーザビーム発
生器から発せられる可視光レーザビームが形成する被溶
接材料表面上のマーカー点を検出し、その検出結果に基
づいて加工ヘッドを水平方向と上下方向に移動させるこ
とにより、集光されたレーザビームの焦点またはその近
傍を前記のシームセンター上で、かつその肉厚方向の所
定の位置に合わせることを特徴とするレーザ溶接製管法
におけるレーザビームの初期照射位置設定方法。

【００２８】（２）レーザビームを集光する機能を有す
る加工ヘッドを備え、この加工ヘッド内で集光されたレ
ーザビームの焦点またはその近傍を被溶接材料のシーム
センター上で、かつ肉厚方向の所定の位置に合わせるた
めのレーザ溶接製管法におけるレーザビームの初期照射
位置設定装置であって、加工ヘッド内に設けられた平面
鏡のミルラインと交叉する方向の両側縁部に、その光軸
が平面鏡で反射されたレーザビームの光軸と平行になる
ように取り付けられた２個一対の可視光レーザビーム発
生器と、この２個一対の可視光レーザビーム発生器から
発せられる可視光レーザビームが形成する被溶接材料表
面上のマーカー点と被溶接材料のシームセンターとを同
時に撮影するカメラと、このカメラで撮影された画像を
処理して加工ヘッドの水平方向と上下方向への所要移動
量を求める画像処理手段とを具備することを特徴とする
レーザ溶接製管法におけるレーザビームの初期照射位置
設定装置。

【００２９】上記（１）の本発明の方法においては、可
視光レーザビームが形成する被溶接材料表面上のマーカ
ー点と被溶接材料のシームセンターとをカメラで同時に
撮影し、その画像情報に基づいて加工ヘッドを水平方向
と上下方向に移動させるのが好ましい。また、上記
（２）の本発明の装置における加工ヘッドは、画像処理
手段の処理結果に基づいて加工ヘッドを水平方向と上下
方向に移動させる駆動機構を介してスクイズロールの上
方に設置されていることが好ましい。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の方法と装置につい
て、添付図面を参照して詳しく説明する。

【００３１】前述の図８に示すように、加工ヘッド４に
伝送された断面形状が円形のレーザビーム６は、平面鏡
１で方向を変えた後、集光ミラー２で焦点７を頂点とす
る逆円錐形状に集束される。

【００３２】そこで、本発明においては、図１および図
２に示すように、加工ヘッド４内に設けられた平面鏡１
のミルラインＬと直交する方向の両側縁部に２個一対の
可視光レーザビーム発生器１０、１０を取り付け、光軸
が平面鏡１で反射されたレーザビーム６と平行なビーム
径の細い断面円形の２条のガイドビーム１１、１１を集
光ミラー２に向けて照射する。

【００３３】上記のように照射された２条のガイドビー
ム１１、１１は、レーザビーム６と同様に、集光ミラー
２で集光されるが、その際、ビーム径が細いために別々
に集光され、それぞれが焦点７を頂点とする２つの逆円
錐形状に集束される。

【００３４】したがって、図３に示すように、被溶接材
料であるオープンパイプ状に成形された金属帯８の上面
に対する加工ヘッド４の高さ方向の位置を変化させる
と、金属帯８の上面に形成されるマーカー点１２は、図
４に示すようになる。

【００３５】なお、図３は、加工ヘッド４を高さ方向に
位置変化させる代わりに金属帯８の上面の高さ方向位置
（以下、材料位置という）を変化させて示した図であ
る。

【００３６】すなわち、焦点７と材料位置が一致してい
る場合（材料位置ニ−ニ）には、２条のガイドビーム１
１、１１が形成するマーカー点１２は１つである。これ
に対し、焦点７が材料位置ニ−ニよりも寸法Ａだけ下方
の場合（材料位置ハ−ハ）には、マーカー点１２は間隔
ｂを隔てて２つ形成され、その直径も上記の場合よりも
大きくなる。また、焦点７が材料位置ハ−ハよりもさら
に大きく寸法Ｂだけ下方の場合（材料位置ロ−ロ）に
は、マーカー点１２は間隔ｂよりもさらに広い間隔ａを
隔てて２つ形成され、その直径も上記の場合よりもさら
に大きくなる。

【００３７】したがって、加工ヘッド４の初期位置設定
に際して加工ヘッド４を上下動させ、図４の材料位置ニ
−ニのように、２条のガイドビーム１１、１１が完全に
重なってマーカー点１２が１つのみ形成される位置で停
止させることにより、レーザビーム６の焦点７を容易
に、しかも正確に求めることができる。

【００３８】また、図４の材料位置ロ−ロまたはハ−ハ
のように、２つのマーカー点１２、１２が形成された場
合におけるマーカー点間の間隔ａおよびｂは、これら２
つのマーカー点１２、１２と焦点７との関係が既知であ
るので、計算によって正確に求めることができる。すな
わち、ガイドビーム１１の集光ミラー２での屈折角度α
と、焦点７で交わる２条のガイドビーム１１、１１がな
す角度βは、集光ミラー２を変更しない限り、常に一定
で既知である。したがって、マーカー点１２が１つだけ
形成される位置に加工ヘッド４を移動させた後、その位
置からの加工ヘッド４の高さ方向への移動距離Ａまたは
Ｂと前記の角度αおよびβとに基づいて幾何学的に計算
によって正確な間隔ａおよびｂの寸法が求められる。

【００３９】ここで、集光ミラー２に向けて照射する２
条のガイドビーム１１は、前述したように、その光軸が
平面鏡１で反射されたレーザビーム６の光軸と平行でな
ければならない。これは、通常、加工ヘッド４内に設け
られた平面鏡１と集光ミラー２とはその位置関係が固定
されており、この状態でレーザビーム６の光軸調整のた
めに平面鏡１の角度を変更する場合があるが、この時、
ガイドビーム１１の光軸が平面鏡１で反射されたレーザ
ビーム６の光軸と平行でないと、ガイドビーム１１の集
束点が集光ミラー２の焦点７から外れるからである。

【００４０】また、前述の図１に示すように、２条のガ
イドビーム１１、１１をミルラインＬと直交する線上の
２点から照射するようにしたのは、次の理由による。

【００４１】本発明においては、図５に示すように、加
工ヘッド４の下面にＣＣＤカメラ１４を取り付けて被溶
接部の近傍を斜め上方位置から撮影する。そして、その
詳細な手順は後述するが、その画像を画像処理して得ら
れた結果と上記の幾何学的計算によって求められる正確
な寸法とを比較した上で加工ヘッド４の周方向への移動
量を求める。

【００４２】この時、２条のガイドビーム１１、１１が
形成する２つのマーカー点１２、１２をミルラインＬと
直交する線上に形成させた場合には、ＣＣＤカメラ１４
に写る画像が図６の（ａ）および（ｂ）に示すようにな
る。その結果、画像上のシームセンター１３と一方のマ
ーカー点１２との離間寸法Ｙと、２つのマーカー点１
２、１２間の離間寸法Ｘとの比（Ｙ／Ｘ）は、両マーカ
ー点とＣＣＤカメラ１４間の離間距離が同じであるため
にＣＣＤカメラ１４の高さ方向位置を変化させても常に
一定であるので、この両者の寸法から加工ヘッド４の周
方向への移動量が容易に求められる。

【００４３】これに対し、２条のガイドビーム１１、１
１が形成する２つのマーカー点１２、１２をミルライン
Ｌと平行な線上に形成させた場合には、ＣＣＤカメラ１
４に写る画像が図６の（ｃ）に示すようになる。その結
果、画像上のシームセンター１３とマーカー点１２、１
２の形成線との離間寸法Ｙと、２つのマーカー点１２、
１２間の離間寸法Ｘとの比（Ｙ／Ｘ）が、両マーカー点
とＣＣＤカメラ１４間の離間距離が異なるためにＣＣＤ
カメラの１４の高さ方向位置を変化させると変化し、こ
の両者の寸法からは加工ヘッド４の周方向への移動量を
正確に求められなくなる。

【００４４】なお、２条のガイドビーム１１、１１は、
前述したように、ミルラインＬと直交する線上の２点か
ら照射するのが最も好ましいが、９０°以外の角度でミ
ルラインＬと交叉する線上の２点から照射するようにし
てもよい。ただし、この場合には、図６の（ｃ）の場合
と同様の理由により、ＣＣＤカメラの１４の高さ方向位
置を変化させると変化し、離間寸法ＹとＸの比（Ｙ／
Ｘ）が変化するために測定精度が低下することを考慮す
る必要がある。

【００４５】さらに、集光ミラー２に向けてガイドビー
ム１１を照射する２個一対の可視光レーザビーム発生器
１０、１０を加工ヘッド４に取り付けることとしたの
は、ビーム径の細いガイドビーム１１の光量減衰がほぼ
無視できるためである。

【００４６】次に、画像情報に基づいてレーザビーム６
の初期照射位置を設定するための加工ヘッド４の操作手
順の一例について説明する。

【００４７】先ず始めに、２個一対の可視光レーザビー
ム発生器１０、１０を作動させて２条のガイドビーム１
１、１１を集光ミラー２に向けて照射するとともに、比
溶接部の近傍をＣＣＤカメラ１４で撮影する。そして、
ＣＣＤカメラ１４からの情報を画像処理装置１５（図７
参照）で処理して２つのマーカー点１２、１２の中心間
の間隔を測定しながら、その測定値が小さくなる方向に
加工ヘッド４を上下動させ、測定値が０（ゼロ）になっ
た位置（図３および図４の材料位置ニ−ニ）で加工ヘッ
ド４を停止させ、この位置を原点として演算装置１６
（図７参照）に記憶させる。

【００４８】次いで、加工ヘッド４を一定の距離Ｂ（図
３および図４の材料位置ロ−ロ）だけ降下させる。そし
て、この位置における２つのマーカー点１２、１２の中
心間の幾何学的に計算によって求められる間隔ａと画像
処理装置１５で求められた間隔ａg との比率（ａg ／
ａ）を演算装置１６で求め、この比率（ａg ／ａ）をＣ
ＣＤカメラ１４に写る画像の換算倍率として演算装置１
６に記憶させ、以降の画像情報を処理する際の基礎デー
タとする。

【００４９】引き続き、画像処理装置１５の処理情報を
もとに演算装置１６で、図６の（ａ）または（ｂ）の関
係にある２つのマーカー点１２、１２の中心間の寸法Ｘ
（上記のａg を比率（ａg ／ａ）で補正した値）と、シ
ームセンター１３とシームセンター１３に近い方のマー
カー点１２との離間寸法Ｙ（画像処理結果の離間寸法Ｙ
g を比率（ａg ／ａ）で補正した値）を求める一方、加
工ヘッド４を所定の位置に位置させるのに必要な水平方
向への移動量△Ｙを求める。

【００５０】例えば、寸法Ｘの中点をシームセンター１
３に合わせる場合における上記の移動量△Ｙは、２つの
マーカー点１２、１２とシームセンター１３との位置関
係が図６の（ａ）の場合で、かつ「Ｙ＞（Ｘ／２）」の
時は「Ｙ−（Ｘ／２）」であり、「Ｙ＜（Ｘ／２）」の
時は「（Ｘ／２）−Ｙ」である。また、図６の（ｂ）の
場合の△Ｙは「Ｙ＋（Ｘ／２）」である。

【００５１】そして、その機構の図示は省略するが、加
工ヘッド４を上下方向（高さ方向）と水平方向（周方
向）に別々に移動させるため、加工ヘッド４とその取り
付け部材との間に介設された親ねじ送り機構からなる昇
降手段の駆動用モータ１７と横行手段の駆動用モータ１
８（図７参照）のうち、横行手段の駆動用モータ１８に
上記の移動量△Ｙを出力させて加工ヘッド４の周方向位
置を所定の初期位置にセットする。

【００５２】上記の画像処理装置１５によるシームセン
ター１３の位置決定は、検出精度を上げるために、ミル
ラインＬの方向に複数の位置データ作成してこれを直線
などに近似処理することで求めるようにすることが望ま
しい。

【００５３】なお、溶接条件によっては、レーザビーム
６の焦点７を金属帯８の上面とは異なる位置に初期設定
することがあるが、この場合には、その高さ方向への移
動量△ｙを演算装置１６に入力し、これを昇降手段の駆
動用モータ１７に出力させて加工ヘッド４の高さ方向位
置を所定の初期位置にセットする。

【００５４】以上の操作は、演算装置１６の出力をモニ
ターに表示させ、ミル操作員がモニターを見ながら手動
で行うようにしてもよい。

【００５５】

【実施例】放物面鏡で、その焦点距離が３８１ｍｍの集
光ミラーを有する加工ヘッドを備えた溶接製管設備を対
象に、図１〜図５および図７に示す構成の装置を用いた
本発明の方法と、溶接用のレーザ発振器に付設された１
条のガイドレーザビームを用いる従来の方法とで、段取
り替え時に要する所要時間を比較した。

【００５６】その結果、従来の方法では、高さ方向の位
置設定に１０分間、周方向の位置設定に２０分間を要
し、合計３０分間かかった。

【００５７】これに対し、本発明の方法によった場合に
は、高さ方向および周方向ともに、いずれも２分間、合
計４分間で、従来の１／７．５という極めて短い所要時
間でその初期位置設定を完了することができた。

【００５８】なお、上記の所要時間は、溶接管の外径を
４５７．２ｍｍから４０６．４ｍｍに変更する場合を対
象とし、これを３回行った場合の平均値である。また、
本発明の方法における２条のガイドビームには、出力が
０．５ｍＷ、ビーム径が２ｍｍのＨｅ−Ｎｅレーザ発生
器を用い、平面鏡のミルラインと平行な両側縁部にその
光軸が平面鏡で反射されたレーザビームの光軸と平行に
なるように８０ｍｍの間隔を隔てて設置した。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、レーザ製管溶接の段取
り替え時おける加工ヘッドの初期位置設定作業を迅速か
つ高精度に行うことができ、製管ミルの稼働率が向上す
る。また、親ねじ送り機構などからなる水平移動手段と
昇降移動手段を介して所定の位置に加工ヘッドを取り付
ける場合には、その初期位置設定作業の自動化が図れ、
ミル操作員の作業負荷が軽減する。仮に、手動操作する
場合でも、ミル操作員が製管ミル内に入り込む必要がな
いので、極めて安全である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる２個一対の可視光レーザビーム
発生器の配置を示す模式的平面図である。

【図２】本発明で用いる２個一対の可視光レーザビーム
発生器の配置を示す模式的縦断面図である。

【図３】加工ヘッドの高さ方向の位置を変化させた場合
における２条のガイドビームと材料との位置関係を示す
模式的縦断面図である。

【図４】加工ヘッドの高さ方向の位置を変化させた場合
における２条のガイドビームと材料との位置関係を示す
模式的平面図である。

【図５】２個一対の可視光レーザビーム発生器とＣＣＤ
カメラとの位置関係を示す模式的縦断面図である。

【図６】２個一対の可視光レーザビーム発生器をミルラ
インと直交する線上に配置する必要性を説明するための
模式的平面図である。

【図７】本発明の装置を構成する要部の一部を示すブロ
ック図である。

【図８】一般的な加工ヘッドを示す模式的縦断面図であ
る。

【図９】加工ヘッドを用いたレーザ溶接製管態様の一例
を示す模式的斜視図である。

【図１０】スクイズロール位置における金属帯両端部の
変形態様を示す模式的正面図である。

【符号の説明】

１：平面鏡、 ２：集光ミラー、 ３：溶接トーチ、 ４：加工ヘッド、 ５：スクイズロール、 ６：レーザビーム、 ７：焦点、 ８：金属帯、 ９：溶接管、 １０：可視光レーザビーム発生器、 １１：ガイドビーム、 １２：マーカー点、 １３：シームセンター、 １４：ＣＣＤカメラ、 １５：画像処理装置、 １６：演算装置、 １７：昇降手段の駆動用モータ、 １８：横行手段の駆動用モータ、 Ｌ：ミルライン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA06 AA09 AA15 AA20 AA24 BB08 BB29 CC15 DD06 EE05 FF09 FF10 FF41 GG04 GG13 GG22 HH04 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL19 PP04 PP16 PP22 QQ17 QQ23 QQ26 QQ28 TT02 4E068 BG01 CA11 CB02 CB05 CC02 CD11 CE03 CE05 DA15 DB01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザビームを集光する機能を有する加工
   ヘッドを用いたレーザ溶接製管法において、加工ヘッド
   内に設けられた平面鏡のミルラインと交叉する方向の両
   側縁部に、その光軸が平面鏡で反射されたレーザビーム
   の光軸と平行な２個一対の可視光レーザビーム発生器を
   取り付け、この２個一対の可視光レーザビーム発生器か
   ら発せられる可視光レーザビームが形成する被溶接材料
   表面上のマーカー点を検出し、その検出結果に基づいて
   加工ヘッドを水平方向と上下方向に移動させることによ
   り、集光されたレーザビームの焦点またはその近傍を前
   記のシームセンター上で、かつその肉厚方向の所定の位
   置に合わせることを特徴とするレーザ溶接製管法におけ
   るレーザビームの初期照射位置設定方法。
2. 【請求項２】可視光レーザビームが形成する被溶接材料
   表面上のマーカー点と被溶接材料のシームセンターとを
   カメラで同時に撮影し、その画像情報に基づいて加工ヘ
   ッドを水平方向と上下方向に移動させることを特徴とす
   る請求項１に記載のレーザ溶接製管法におけるレーザビ
   ームの初期照射位置設定方法。
3. 【請求項３】レーザビームを集光する機能を有する加工
   ヘッドを備え、この加工ヘッド内で集光されたレーザビ
   ームの焦点またはその近傍を被溶接材料のシームセンタ
   ー上で、かつ肉厚方向の所定の位置に合わせるためのレ
   ーザ溶接製管法におけるレーザビームの初期照射位置設
   定装置であって、加工ヘッド内に設けられた平面鏡のミ
   ルラインと交叉する方向の両側縁部に、その光軸が平面
   鏡で反射されたレーザビームの光軸と平行になるように
   取り付けられた２個一対の可視光レーザビーム発生器
   と、この２個一対の可視光レーザビーム発生器から発せ
   られる可視光レーザビームが形成する被溶接材料表面上
   のマーカー点と被溶接材料のシームセンターとを同時に
   撮影するカメラと、このカメラで撮影された画像を処理
   して加工ヘッドの水平方向と上下方向への所要移動量を
   求める画像処理手段とを具備することを特徴とするレー
   ザ溶接製管法におけるレーザビームの初期照射位置設定
   装置。
4. 【請求項４】上記の加工ヘッドは、画像処理手段からの
   出力に基づいて加工ヘッドを水平方向と上下方向に移動
   させる駆動機構を介してスクイズロールの上方に設置さ
   れていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ溶接
   製管法におけるレーザビームの初期照射位置設定装置。