JP2001513704A - 多光束ビームレーザ溶接装置及びその使用方法 - Google Patents

多光束ビームレーザ溶接装置及びその使用方法

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Abstract

(57)【要約】 部材加工用レーザ溶接装置において、継目線に沿って加工用部材を溶接するためにレーザ・エネルギーを放射する。放射されたレーザ・エネルギーは、2以上の可干渉光源の多光束ビームからなる。継目線に関する多光束ビームの方向を選択的に設定することにより、加工用部材の突合せ端部間の隙間に応じた補償を行う。

Description

【発明の詳細な説明】 多光束ビームレーザ溶接装置及びその使用方法 〔技術分野〕 本発明は、2以上の板状加工用部材を継目線に沿ってレーザ溶接する装置及び その使用方法に関し、より詳しくは、継目線上のレーザ・ビーム・エネルギーの 焦点強度及び/又は溶接時間を調整して、接合される加工用部材の端部同志の間 の隙間の変動を補償するものに関する。 〔背景技術〕 近年の種々の部材の製作においては、2以上の板状の金属加工用部材を溶接接 合することがよく行われている。また、部材の製作において継目線に沿って板状 加工用部材の突合せ端部を溶接するためにレーザを使用することも行われている 。 従来のレーザ溶接装置では、加工用部材の接合にレーザ溶接を適用するには、 板状加工用部材の突合せ端部は予備加工し鏡面のように滑らかに仕上げておく必 要がある。このように加工用部材端部の予備仕上が必要であるために、板状加工 用部材の形成のための連続した溶接接合プロセスにおいて、レーザ溶接を採用す る気運が乏しかった。 また、従来のレーザ溶接装置では、突合せ溶接接合部にへこみ部を生じさせな い完全な溶接を実施するために、板状加工用部材の突合せ端部同志の接触を溶接 線の全長に亘って高精度に形成する必要があった。このように、板状加工用部材 を溶接中高精度で接触させ維持する必要があるために、加工用部材を溶接前に正 しく突合せ位置に確保することが必要であり、結果として部材の生産時間の増大 をもたらしていた。 〔発明の開示〕 本発明者は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)レーザを使 用して板状の金属加工用部材を突合せ溶接する装置の改良を行い、これを199 6年1月15日付カナダ特許出願第2,167,111号において開示した。こ の場合、板状加工用部材の突合せ溶接にYAGレーザを採用することは、板状加 工用部材同志の間の隙間が、0.1mm以内である場合に、へこみ部のない溶接継目 を形成することに適していた。 しかしながら、上記の過程において本出願人には、板状加工用部材の突合せ溶 接において隙間をより大きくすることができれば、板状加工用部材の位置決めや 溶接前の端部の予備仕上も緩やかにすることができ、それにより部材生産を容易 化することができるということであった。この事は、結果として、有効生産時間 を増加させ、板状加工用部材の製作コストを低減させる。 従来技術の問題点を少くとも部分的にでも解決するために、本発明は、加工用 部材を継目線に沿って溶接接合する溶接装置において、エネルギー・ビーム又は イオン・ビーム(以下エネルギー・ビームと総称する)を放射することにより実 施される加工工程に使用するものを提供する。この加工用部材の溶接に使用され るエネルギー・ビームは、好ましくは、2以上の可干渉光源の多光束ビームから なる。この装置は、多光束ビームの方位を継目線に関して選択的に設定する機構 を含む。 本発明の別の目的は、2以上の板状加工用部材の接合端部を突合せ溶接する装 置において、接合部の隙間が0.25mmまで又はそれ以上のものの溶接装置を提供す ることである。 本発明の別の目的は、2以上の板状加工用部材をレーザ溶接する装置において 、加工用部材端部の予備仕上げを必要としないものを提供することである。 本発明の別の目的は、複合的な加工済部材を形成するために加工用部材を接合 する装置において、接合前に加工用部材を正確に整列させ位置決めすることを要 しないものを提供することである。 本発明の別の目的は、互いに厚さの異る板状加工用部材の接合端部を溶接する 装置を提供することである。 本発明の更に別の目的は、2以上の加工用部材を継目線に沿ってレーザにて突 合せ溶接する装置において、板状加工用部材の接合端部間の隙間を自動的に感知 し、その変動をレーザ・エネルギーの移動速度及び/又は位置及び/又は出力の 少くとも一つにより補償し、それにより接合端部間の有効な溶接継目を確実に形 成できるものを提供することである。 本発明の別の目的は、直線、非直線又は曲線の溶接継目に沿って板状の金属加 工用部材の接合端部を溶接することのできるレーザ溶接装置を提供することであ る。 前記目的の少くとも一部を達成するため、本発明による2以上の板状加工用部 材の接合端部を溶接する装置は、2以上のエネルギー・ビームからなる多光束又 は合成エネルギー・ビームを放射するように構成されている。板状加工用部材を 継目線に沿って溶接するこのエネルギー・ビームは、レーザ・ビーム又は可干渉 光源であることが好ましいが、イオン又は電子ビーム等のその他のエネルギー・ ビームであっても良く、同様に実施することができるものである。 合成ビームを形成する可干渉光源又はレーザ・ビームは、加工用部材の溶接さ れる部分に向って、それぞれの焦点面又は焦点部に焦点を合わせられる。各レー ザ・ビームの焦点面は光中心を有し、合成ビームを形成する少くとも2つのレー ザ・ビーム(即ち、第一レーザ・ビーム及び第二レーザ・ビーム)の光中心は互 いに離れ又は偏差している。 第一及び第二レーザ・ビームの互いに離れた光中心は、合成ビームを形成し、 この合成ビームは2つの光中心を結ぶ方向に伸長したビーム・エネルギー又は強 度プロファイルを有している。こうして、レーザ・ビームの各光中心は、伸長し た合成ビームの焦点線の各端部を形成する。 レーザ・エネルギーの合成ビームは、加工用部材の上方を移動することのでき るレーザ・ヘッドから放射される。溶接装置は、合成ビームの単位面積当りの強 度を変える機構を含む。例えば、レーザ・ヘッドは、好ましくは、回転自在に取 付けておき、これにより溶接される加工用部材の接合端部に関して合成ビームの 焦点線を変動させることができる。ビームは、焦点線が加工用部材の接合端部に 対して実質的に垂直をなす方向位置と焦点線が溶接される加工用部材の接合端部 と実質的に一致する方向位置との間で変動することができる。 単位面積当りのビーム強度を変える他の機構としては、継目線の上方を移動す るレーザ・ヘッドの速度を変える駆動機構やレーザ・ビームの出力を変える出力 調整器が用いられる。 合成ビームを形成する可干渉光源は、例えばCO2レーザを含むほとんどの形 式のレーザ・ビームを含むことができる。しかしながら、より好ましくは、イッ トリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)レーザのような高エネルギー・ レーザであり、これらが加工用部材の溶接に使用される。 レーザ・ヘッドは、好ましくは、装置内に可動に取付けておき、こうして所定 の又は感知された直線及び/又は曲線の進路に沿って板状加工用部材に関して合 成ビームを変動させることができる。これにより、レーザ装置は賦勢され、レー ザ・ヘッドは感知された又は所定の進路に沿って動き、板状加工部材の接合端部 を継目線に沿って溶接する。 より好ましくは、装置は、溶接される加工用部材の突合せ端部の隙間を感知す る感知機構を備える。マイクロプロセッサーによる制御により、感知した隙間に 応答して継目線に関してレーザ・ヘッド又は光学繊維コネクターを回転させる。 このようにして、合成ビームを選択的に回転させ、焦点線を移動させる。焦点線 は、加工用部材の突合せ端部の上方で、同突合せ端部に垂直をなす方向位置とこ れと実質的に一致する方向位置との間で、形成される継目線の部分に関して事前 設定された方向に回転させられる。 接合される加工用部材の突合せ端部の間に隙間がある場合、合成ビームは、第 一及び第二レーザ・ビームの光中心がそれぞれ各加工用部材のそれぞれの突合せ 端部上に位置するように、放射され、この場合、合成ビームの焦点線は上記隙間 をまたぐようになっている。このような合成ビームの放射位置は、隙間を横切っ てレーザ・エネルギーを最大に拡げることにより、溶融した金属を加工用部材の 突合せ端部から隙間内に最高に充填する状態となっている。 加工用部材の突合せ端部の間に隙間がない場合には、レーザ・ヘッドは、合成 ビームの焦点線が継目線に向ってそれに一致するように回転させられる。この位 置において、レーザ・エネルギーは形成される継目線に沿って焦点を合わせられ る。このようにして、レーザ・エネルギーの継目線に沿う強度は、集中して強め られ、溶接継目の完成に必要とされる時間は減少し、より速い溶接速度で完成部 材を生産することが可能となる。 より好ましくは加工用部材上を動くレーザ・ヘッドの移動速度は、加工用部材 の接合端部同志の間の隙間の程度に応じて、及び/又は形成される継目線に関す る合成ビームの焦点線の方向に応じて制御する。また、場合により、加工用部材 の突合せ端部間の隙間を感知することに応じて、エネルギー・ビームの出力を変 化させることもできる。このようにして、ビーム・エネルギーの焦点線が隙間を またぐ状態の時はより高いエネルギー出力とし、また、焦点線が溶接継目と一致 する状態の時にはより低いビーム・エネルギーとすることができる。 従って、本発明は、一特徴として、次の構成の装置を提供する。 即ち、継目線に沿って2つの加工用部材の端部を接合する装置であって; 前記継目線に沿って前記加工用部材を溶接するために合成ビームを放射するレ ーザ放射手段を備え;前記合成ビームは第一レーザ・ビームと第二レーザ・ビー ムを含み、前記第一及び第二レーザ・ビームの各々は前記加工用部材の溶接され る部分に向って光中心を有するそれぞれの焦点面に焦点を合わせられ、かつ、前 記第一及び第二レーザ・ビームの光中心はそれぞれ互いに離れた位置にあって、 前記合成ビームの焦点線の各端部を形成してなり; 回転手段を備え;前記回転手段は前記レーザ放射手段を選択的に回転させて、 前記焦点線が前記継目線の溶接される部分に対して実質的に垂直をなす方向位置 と、前記焦点線が前記継目線の溶接される部分と実質的に一致する方向位置との 間で、前記焦点線を前記加工用部材の溶接される部分に関して、移動させる; ことを特徴とする装置。 本発明は、別の特徴として、次の構成の装置を提供する。 即ち、継目線に沿って2つの板状加工用部材の突合せ端部を溶接するレーザ装置 であって; 前記継目線に沿って、前記加工用部材を溶接するためにレーザ・エネルギーを 放射するレーザ・ヘッドと; 前記レーザ・ヘッドを回転させて、前記継目線に関して前記レーザ・エネルギ ーの方向を変える回転手段;を備え; 前記レーザ・エネルギーは、少くとも2つの互いに離隔した多光束ビームでな る; ことを特徴とする装置。 本発明はまた、別の特徴として、次の工程からなる方法を提供する。 即ち、請求の範囲15に記載の方法に加えて; 前記装置は更に、前記加工用部材の突合せ端部間の隙間を感知する感知手段を 含み; 前記方法は更に、前記加工用部材の溶接される部分に沿って前記焦点線を移動 させる前に、前記加工用部材の溶接される部分における隣接部分の隙間を感知す る工程;及び、前記加工用部材の隣接部分の感知された隙間に応じて前記焦点線 の事前設定位置を決定する工程;を含んでなる; ことを特徴とする方法。 本発明は、更に別の特徴として、次の構成の装置を提供する。 即ち、継目線に沿って2つの加工用部材の端部を接合する装置であって; 前記継目線に沿って前記加工用部材を溶接するために合成エネルギー・ビーム を放射する放射手段を備え;前記合成エネルギー・ビームは第一エネルギー・ビ ームと第二エネルギー・ビームを含み、前記第一及び第二エネルギー・ビームの 各々は、前記加工用部材の溶接される部分に向って、中心を有するそれぞれの焦 点面に焦点を合わせられ、かつ、前記第一及び第二エネルギー・ビームの中心は それぞれ互いに離れた位置にあって、前記合成エネルギー・ビームの焦点線の各 端部を形成してなり; 前記加工用部材の端部同志の間の隙間を感知する感知手段;及び 単位面積当りのビームの強度を調整する調整手段;を備え; 前記ビーム強度の調整手段は、次の(1)〜(3)の手段;即ち、 (1)前記合成エネルギー・ビームを放射する前記放射手段を選択的に回転さ せて、前記焦点線が前記継目線の溶接される部分に対して実質的に垂直をなす方 向位置と、前記焦点線が前記継目線の溶接される部分と実質的に一致する方向位 置との間で、前記焦点線を前記加工用部材の溶接される部分に関して移動させる 回転手段; (2)前記加工用部材の端部同志の間の感知された隙間に応じて前記合成エネ ルギー・ビームの移動速度を変動させるように、前記合成エネルギー・ビームを 放射する前記放射手段を前記継目線に沿って移動させる駆動手段; (3)前記加工用部材の端部同志の間の感知された隙間に応じて前記合成エネ ルギー・ビームのエネルギー出力を変動させる出力調整手段; の少くとも一つから選択されたものでなる; ことを特徴とする装置。 〔図面の簡単な説明〕 図1は、本発明により複合加工済部材を形成する生産用組立ライン装置の略式 上面図である。 図2は、図1の生産用組立ライン装置に使用されるレーザ溶接ヘッドの略式側 面図である。 図3は、図1の線3−3’に沿う矢視図で、前記生産用組立ライン装置におけ る板状加工用部材をレーザ溶接する部分を示す。 図4は、本発明の実施の形態による合成レーザ・ビームの強度プロファイルを 示す立体図である。 図5は、図4の合成レーザ・ビームの強度プロファイルの焦点面を示す略式平 面図である。 図6は、図4の合成レーザ・ビームの焦点面を示す平面図で、ここにおいて合 成レーザ・ビームはその焦点線を加工用部材の溶接される突合せ端部に垂直をな す方向に有している。 図7は、図4の合成レーザ・ビームの焦点面を示す平面図で、ここにおいて合 成レーザ・ビームはその焦点線を加工用部材の溶接される突合せ端部に一致する 方向に有している。 図8及び図9は、本発明の別の実施の形態による図1のレーザを使用する可干 渉光源の束のレーザ・ビーム焦点面を示す略式図である。 〔発明を実施するための最良の形態〕 図1は、本発明による同時的に2個の加工済部材12a,12bを製作する生 産用組立ライン装置10を示す。この組立ライン装置10では、ロボット式の真 空リフト装置18a,18bが、各対の板状の金属加工用部材14a,16a及 び14b,16bをそれぞれの補給場所から搬送し、供給する。各リフト装置1 8a,18bは各対の加工用部材14a,16a及び14b,16bをコンベア 列20上に移動させ、次いで加工用部材14a,16a及び14b,16bは組 立ライン装置10に沿って運ばれ、加工されて加工済部材12a,12bとなる 。コンベア列20は、各対の加工用部材14a,16a及び14b,16b及び 加 工済部材12a,12bを矢印28の長手方向に移動させる長いマグネット式コ ンベアの3つのセット22,24,26からなっている。各コンベア・セット2 2,24,26を構成するマグネット式コンベアは、図1に示すように、各セッ ト内についても、また、他のセットに対しても、それぞれ平行方向にそろえて配 置されている。なお、コンベアの配置はこれに限定されず他の配置も可能である 。 後で説明するように、第一のコンベア・セット22は、組立ライン装置10内 での加工用部材14a,16a及び14b,16bの最初の位置決めとこのよう に位置決めされた加工用部材14a,16a及び14b,16bの第二のコンベ ア・セット24への搬送を行う。 第二のコンベア・セット24は、レーザ溶接ステーション32の部分を構成し ており、ここで加工用部材14a,16a及び14b,16bの接合端部がイッ トリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)レーザ装置36により継目線に 沿って溶接接合される。このように、第二のコンベア・セット24は未溶接の加 工用部材14a,16a及び14b,16bを溶接位置に移動させると共に、溶 接済部材12a,12bを第三のコンベア・セット26へ搬送する。 第三のコンベア・セット26は加工済部材12a,12bをロボット式の真空 リフト装置38a,38bに送り、ここで加工済部材12a,12bは真空リフ ト装置38a,38bにより持ち上げられて集積場所へ送られる。 図1に示した生産用組立ライン装置10は、1台のレーザ装置36により2個 の加工済部材12a,12bを同時的に製作するように構成されている。図1〜 図3に見られるように、YAGレーザ装置36は、2つの可干渉光源又はレーザ ・ビームを形成する可干渉光源発生器40、可動のレーザ・ヘッド・アセンブリ 42(図2)及び可干渉光源発生器40とレーザ・ヘッド・アセンブリ42とを 光学的に接続する光学繊維結合線44(図1,図3)を備える。光学繊維結合線 44は、2本の光学繊維ケーブル(図示なし)を束にしたものからなる。可干渉 光源発生器40で発生された2つの可干渉光源のエネルギーは、それぞれの光学 繊維ケーブルを経由して、レーザ・ヘッド・アセンブリ42に送られる。 図2に見るように、レーザ・ヘッド・アセンブリ42は、レーザ・エネルギー を放射する光放射レーザ・ヘッド46を備える。上述のように、レーザ・エネル ギーは、2つの可干渉光源からなる合成ビームを含む。レーザ・ヘッド・アセン ブリ42は更に、レーザ・ヘッド46を回転自在に支える支持部材48とレーザ ・ヘッド46を支持部材48上で回転させる駆動モータ52を備える。レーザ・ ヘッド・アセンブリ42は、その動きを事前にプログラム化しておくこともでき るか、好ましくはマイクロプロセッサーにより制御される継目追跡センサー49 (図2)を備えるとよい。このセンサー49は接合される各対の板状加工用部材 14a,16a及び14b,16bの接合端部同志の間の隙間を感知する。セン サー49は、例えば、可干渉光のビームを下向きに板状加工用部材の接合端部に 向けて放射する別の可干渉光源とこれから反射される光を感知する視覚又は光学 センサーを有するものとすることができる。隙間部では反射光がないことから、 視覚又は光学センサー49は、板状加工用部材の突合せ端部間の隙間を示すデー タを発することができる。より好ましくは、センサー49は、継目線34を追跡 するように使用して、駆動モータ52,64及びガントリー(架構)式搬送ロボ ット54に制御信号を送り、これにより合成ビームを溶接継目線に指向させるよ うにレーザ・ヘッド42を自動的に位置決めすることができる。 図1に見られるように、レーザ装置36はハウジング50内に完全に収容され ている。ハウジング50には、郵便箱型の入口ドア51及び出口ドア53が設け られている。入口ドア51は、加工用部材14a,16a及び14b,16bの ハウジング50内への進入と共に開閉され、また、出口ドア53は、加工済部材 12a,12bのハウジング50からの退出と共に開閉される。入口ドア51と 出口ドア53は、溶接作業中は閉じられて、レーザ装置36を光学的に隔離する と共に、YAGレーザ・エネルギーによる人の目の傷害を防止する。 ハウジング50内には、溶接作業中板状加工用部材14a,16a及び14b ,16bを突合せ位置に固定し、これを維持するクランプ装置60が設けられて いる。クランプ方式には種々のものがあるか、クランプ装置60は、本発明の出 願人の1997年7月12日公開のカナダ特許出願第2,167,111号に開 示された型式のマグネット式クランプ装置とすることが好ましい。 レーザ・ヘッド・アセンブリ42は全体として、水平な2軸線上を移動するよ うに設けられている。レーザ・ヘッド・アセンブリ42は、コンベア24及び加 工用部材14a,16a及び14b,16bの上方において、ガントリー式搬送 ロボット54を介して、対をなす上部支持部材56aと従属支持部材56bに沿 う第一水平方向に移動することができる。レーザ・ヘッド・アセンブリ42は、 上部支持部材56a上に設けられた軌道58(図3)に沿って、ガントリー式搬 送ロボット54を介して前記第一水平方向に移動する。対の支持部材56a,5 6bは更に、互いに平行に間隔を置いて配された端部支持部材62a,62b上 を、前記第一水平方向に垂直な第二水平方向に摺動することができる。 端部支持部材62a,62bは各々互いに平行な支持部材56a,56bのそ れぞれの端部を可動に支持している。支持部材56aの一端にはサーボ駆動モー タ64(図1)が設けられており、これが支持部材62aに沿って設けられた軌 道66と係合している。支持部材56a,56bに沿うレーザ・ヘッド・アセン ブリ42の動き及び端部支持部材62a,62b上の支持部材56a,56bの 動きにより、レーザ・ヘッド46は加工用部材14a,16a及び14b,16 b上であらゆる水平方向に移動することができる。これに加えて、レーザ・ヘッ ド・アセンブリ42は、例えば、ラックピニオン式リフト機構又は空気式摺動装 置68(図2)により、垂直移動ができるようにすることが好ましく、これによ りレーザ・ヘッド42の全3軸に沿う動きを可能とし、組立ライン装置10への 適用性を増大させることができる。以上のような構成により、レーザ装置36は 、板状加工用部材に格別の事前調整や事前位置決めを行うことなく、種々の部材 に対して事前にプログラム化された直線溶接線のみならず、曲線溶接線に沿って も加工用部材14a,16a及び14b,16bを接合することができる。 溶接作業中は、可干渉光源発生器40により2つの可干渉光源が発生させられ る。可干渉光源は、結合線44内の光学繊維ケーブルを通ってレーザ・ヘッド4 2に至り、ここからレーザ溶接される溶接継目線34の部分に向って放射される 。こうして、2本のレーザ・ビームがレーザ・ヘッド42から放射され、合成レ ーザ・ビーム30として、加工用部材14a,16a及び14b,16bの接合 端部を溶接する。 図4は、2本の互いに実質的に重複しないレーザ・ビームB1,B2で作られた 合成ビーム30のエネルギー・プロファイルを立体的に示している。図5は、 接合される加工用部材14,16の表面における2本のレーザ・ビームB1,B2 の開度又は焦点面FA1,FA2を示している。各レーザ・ビームは、それぞれ光中 心C1,C2を有し、加工用部材におけるビームの開度半径は約0.2mm〜1mmの間 、好ましくは約0.6mm、に選定される。光中心C1,C2は、約0.1mm〜3.0mmの間 、好ましくは約1.2mmの距離D1(図4)をもって互いに離れている。光中心C1 ,C2はそれぞれ、レーザ・ビームB1,B2のエネルギーの広がり方向に一致し て延びる合成レーザ・ビーム30の焦点線L1(図5)の各一端を形成している 。 組立ライン装置10の運転中、各対の板状加工用部材14a,16a及び14 b,16bは、それぞれの補給場所からロボット型真空リフト装置18a,18 bを介して、次々と供給される。対の加工用部材14a,16a及び14b,1 6bは互いに平行なマグネット式供給コンベア22上に配置される。真空リフト 装置18a,18bにより、各板状加工用部材14a,16a及び14b,16 bをそれぞれ、所定の初期手順に従って移動させる。所定の手順により、供給コ ンベア22上の板状加工用部材の正しい位置決めを確保するために、板状加工用 部材14,16を摺動させ、複数の引込式位置決めピン72(図1)に押付けて 初期位置を確実にする。 真空リフト装置18a,18bは、種々の吸引圧を有する吸引カップ部材で操 作される。先ず、真空リフト装置18は、板状加工用部材14a,16a及び1 4b,16bを補給場所から取上げ、これをそのまましっかりと保持するために 高い真空圧で運転される。板状部材が所定の手順で移動されると、吸引圧は減じ られる。吸引圧の減少の程度は、板状加工用部材14a,16a及び14b,1 6bがそれぞれのリフト装置18a,18bの真空力により継続して保持される 一方、加工用部材が吸引カップ部材に対して横方向に摺動できるように選定され る。板状加工用部材14a,16a及び14b,16bの端部は位置決めピン7 2に押しあてられ、こうして板状部材14,16をコンベア22上の所定位置に 配置する。板状加工用部材14a,16a及び14b,16bをこうして初期位 置決めをした後、真空リフト装置18a,18bの賦勢を止め、加工用部材を解 放し、位置決めピン72をコンベア22の表面内部に引込ませ、板状加工用部材 14,16をハウジング50内へ障害なく供給する。 初期の手順の後、各対の板状加工用部材14a,16a及び14b,16bは 、レーザ溶接のためにハウジング50内部へ送られる。加工用部材14a,16 a及び14b,16bはコンベア22上から、ハウジング50の郵便箱状ドア又 は摺動ドア51を通ってコンベア24上に運ばれる。ハウジング50は、レーザ 操作室として機能する他に、加工用部材をレーザ溶接する間に放射されるレーザ ・エネルギーから周辺の作業員を保護する安全策を提供する。 次いで、加工用部材14a,16a及び14b,16bは、コンベア24上を 移動して、これらの加工用部材を磁気的に締付けて固定するマグネット式、クラ ンプ・アセンブリ60に運ばれる。各対の加工用部材14a,16a及び14b ,16bはそれぞれのクランプ装置60内に位置決めされて、溶接で接合される べき接合端部分は実質的に突合せの位置関係に配置される。 なお、加工用部材14a,16a及び14b,16bは、その接合すべき端部 を継目線34の全長に亘って正確に突合わせるように位置決めすることが望まし く、またレーザ装置36は接合部材の端部同志の隙間を0.3mm以内として溶接作 業を行うようにすれば、完成した溶接継目部にへこみ部分が生じることがなく好 ましい。 締付け固定した後、レーザ装置36を賦勢し、レーザ・ヘッド46から合成レ ーザ・ビーム30を放射させる。レーザ・ヘッド46は、互いに隣接するレーザ ・ビーム、もしくは光源B1,B2の各々が、各対の加工用部材14a,16a及 び14b,16bの表面においてそれぞれの焦点部、もしくは焦点面FA1,FA2 に焦点を合わせるように位置決めされる。互いに隣接する光源の焦点合わせは、 レーザ・ビームB1,B2の開度、もしくは、焦点面FA1,FA2がそれぞれほぼ1. 2mmの平均直径を有するように行われる。更にレーザ・ビームB1,B2は、各レ ーザ・ビームB1,B2の光中心C1,C2が互いに1.2mmの距離の間隔をなすよう に並べられる。 加工用部材を溶接するために、可干渉光源発生器40を賦勢し、レーザ・ヘッ ド46から合成レーザ・ビーム30を放射させるが、その間レーザ・ヘッド46 は先ず加工用部材14a,16aの継目線34に沿って移動され、次いで加工用 部材14b,16bの継目線34に沿って移動される。この時、レーザ・ヘッド ・アセンブリ42は、ガントリー式搬送ロボット54及びサーボ駆動モータ64 により支持部材56a,56b及び62a,62b上を移動され、これに伴いレ ーザ・ヘッド46が移動され、かつ、駆動モータ52により支持部材48上を回 転させられる。 このようにレーザ装置36を操作して、各対の加工用部材14,16を継目線 34に沿って溶接することは、図6及び図7に示されている。即ち、図6及び図 7は、溶接される加工用部材14,16の接合端部を拡大して示している。レー ザ・ヘッド46が各継目線34に沿って矢視方向79に移動すると、板状加工用 部材14a,16a及び14b,16bの突合せ端部の間隔をセンサー49によ り連続的に感知し、この信号がマイクロプロセッサーに送られる。加工用部材1 4,16の端部間隔が、例えば図6に示すように、大きくなった場合、マイクロ プロセッサーはモータ52を賦勢し、合成レーザ・ビーム30の焦点線L1が継 目線34の方向及びレーザ・ヘッド46の移動方向をほぼ横切る方向に、かつ、 溶接する板状加工用部材14,16の接合端部に対してほぼ垂直をなす方向に拡 がるようにレーザ・ヘッド46を回転させる。同時に、マイクロプロセッサーは ガントリー式搬送ロボット54及びサーボ駆動モータ64に信号を送り、継目線 34の前記部分の上方にあるレーザ・ヘッド46の水平方向の移動速度を緩めさ せる。こうしてレーザ・ヘッド46の速度を緩めることにより、板状加工用部材 14,16の対応する部分上のレーザ・エネルギーの滞留時間を増加させ、完全 な溶接継目の形成を確保する。 場合により、レーザ・ヘッド46の動きと同時に、焦点線L1が継目線34を 横切る位置にある時に、合成レーザ・ビーム30の出力を増大させるように可干 渉光源発生器40の出力を変えてもよい。こうしてレーザ・ビーム30の出力を 増大させることは、レーザ・ビームB1,B2の一つの焦点面のみが各加工用部材 16,14のそれぞれに衝突するという場合にも、これを補償する。 それぞれの板状の金属加工用部材16,14上の各レーザ・ビームB1,B2の エネルギーは、これらの部材16,14の端部内に浸透する。加圧用部材14, 16の金属の気化による蒸気圧は、レーザ・ヘッド46が接合部に沿って移動す るまで、溶融金属をレーザ・ビーム周辺部において浮遊状態に保持する。各加工 用部材の端部から溶融した金属は、加工用部材14,16間の隙間に流入し、固 化して自生的な完全に溶け込んだ突合せ溶接を形成する。 レーザ・ヘッド46が継目線34に沿って動くにつれて、センサー49は、図 7に示したように、加工用部材14,16の突合せ端部の隙間の減少や隙間のな い接触を感知し、マイクロプロセッサーの制御によりモータ52を賦勢し、レー ザ・ヘッド46を回転させる。こうして、合成レーザ・ビーム30の焦点線L1 は、図7に示すように、継目線34上でこれと同じ方向にそろえられる。このよ うな状態で、2つのレーザ・ビームB1,B2のエネルギーは、継目線34に沿っ て焦点合わせが行われるため、より少い滞留時間で、合成レーザ・ビーム30に よる金属の気化を達成することができる。この場合、好ましくは、マイクロプロ セッサー制御によりガントリー式搬送ロボット54とサーボ駆動モータ64を賦 勢し、継目線34上を水平に動くレーザ・ヘッド46の速度を増大させ、これに より、部材加工の速度を増し、及び/又は合成レーザ・ビーム30の出力強度を 減少させる。 なお、隙間のサイズが最大許容値以内の場合の制御は、マイクロプロセッサー によりモータ52(又は空気シリンダのような別のアクチュエータ)を賦勢し、 レーザ・ヘッド46を回転させ、合成レーザ・ビーム30の焦点線L1を加工用 部材14,16の接合端部に対して斜めになる位置に移動させるようにして行わ れる。 2対の加工用部材14a,16a及び14b,16bが溶接され、加工済部材 12a,12bが形成されると、これらの加工済部材12a,12bはコンベア 24上を運ばれ、出口ドア53を通ってコンベア26上に送られる。コンベア2 6は加工済部材12a,12bを荷揚ステーションに送り、ここから荷揚ロボッ ト38a,38bが加工済部材12a,12bを荷揚コンテナ74a,74b( 図1)内に搬入する。 本実施の形態では、レーザ・ヘッド46を回転させて、合成レーザ・ビーム3 0の焦点線L1を設定する例を示したが、本発明はこれに限定されず、場合によ り、レーザ・ヘッドを選択的に賦勢可能な2本,3本,4本、又はそれ以上の光 学繊維ケーブルを束にしたもので形成し、各ケーブルが隣接する各エネルギー源 を提供するようにすることもできる。この場合、光学繊維ケーブルの束から選択 的に2つ又はそれ以上の隣接する各光源を放射することにより、合成レーザ・ビ ームの焦点線L1の方向をほぼ瞬時に変えることができる。 また、図4〜図7において、互いに重複しない2つの隣接する光源からなる合 成レーザ・ビーム30の例について説明したが、本発明はこれに限定されず、例 えば、合成レーザ・ビームは、重複又は非重複形状のエネルギー・プロファイル を有する2本、3本又はそれ以上のレーザ・ビームからなるものとすることもで きる。 図8及び図9は、本発明の別の実施の形態を示し、前述と同様の部品は同じ符 号で示してある。この実施の形態では、合成レーザ・ビーム30を形成するため の7本の光学繊維ケーブルの束(図示なし)が設けられており、7つまでの互い に隣接する光源B1,B2,B3,B4,B5,B6及びB7を選択的に放射すること ができる。束の中の光繊維ケーブル同志の間のスイッチ切換は、例えば、可干渉 光源発生器40内で個々のレーザ・エネルギー源の賦勢を選択的に切換えること により、又は、レンズやその他の焦点合わせ装置の位置を選択することにより実 施される。 運転中に、図8のように、加工用部材14,16の接合端部の隙間が大きくな った時は、光源B1,B3,B4,B5及びB7が同時に賦勢される。これにより、 焦点線L1及びL2の2方向に沿って延在する合成レーザ・ビーム30が形成され る。こうして、合成レーザ・ビーム30の焦点線L1,L2は、図8に示すように 、継目線34の方向及びレーザ・ヘッド46の移動方向に対して斜めになるよう に形成される。これにより、ビーム・エネルギーは、板状加工用部材14,16 の端部に対して横方向に焦点合わせが行われる。この場合も、マイクロプロセッ サーの制御により、ガントリー式搬送ロボット54及びサーボ駆動モータ64に 信号を送り、継目線34上のレーザ・ヘッド46の動きを遅らせたり、レーザ・ ビームの出力を増大させたりすることができる。 図9に見られるように、加工用部材14,16の接合端部の突合せの隙間が密 接している場合には、光源、B2,B4及びB6を合成レーザ・ビーム30とし て放射する。この場合、合成レーザ・ビーム30は、継目線34に一致する1本 の焦点線L1を有する。図7に示した合成レーザ・ビームの場合と同様に、レー ザ・エネルギーは継目線34に沿って焦点合わせが行われ、突合せ溶接を行うレ ーザ・ビームの滞留時間は短かくなる。従って、マイクロプロセッサーの制御に よって、継目線34上を矢79の方向に動くレーザ・ベッド46の速度は、前述 と同様に速くさせられる。 更に、場合により、光学繊維ケーブルは、合成レーザ・ビーム30の焦点線L1 と一致して、又はそれから離れて1つ又はそれ以上のレーザ・ビームを形成す るように選択的に賦勢することもできる。例えば、図8のレーザ・ビームB2を 、溶接される板状加工用部材14,16の接合端部を部分的に予備気化させるよ うに、使用することができる。 本実施の形態では、突合せ溶接のためにYAGレーザを使用するものについて 説明したが、本発明はこれに限定されず、CO2レーザを含むその他のレーザを 使用することもできる。また、本発明は板状加工用部材を突合せ溶接することに 適しているが、その他の用途への適用を言うまでもなく可能である。 図1は、それぞれ直線の継目線34を有する2つの加工済部材12a,12b を同時的に生産する例を示しているが、本発明はこれに限定されず、場合により 直線、曲線又は山形の継目線に沿って1つ、2つ又はそれ以上の部材を溶接する ことにも使用できる。 図1〜図3に示した生産用組立ライン装置10では、2対の加工用部材14a ,16a及び14b,16bを溶接する1つのレーザ装置36を使用しているが 、本発明はこれに限定されず、場合により、それぞれ可動のレーザ・ヘッドを有 する2つ又はそれ以上のレーザ装置を備え、それぞれが対の加工用部材14,1 6を継目線に沿って同時的に溶接するようにすることもできる。 本実施の形態では、板状加工用部材14,16の間の隙間を連続的に感知する センサー49を含む装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、例え ば、よりコスト効果の高いものとして、センサーを省略することもできる。この ような構成のものでは、レーザ・ヘッド46は、溶接運転中操作員により連続的 に手動で位置調整を行うことができる。あるいは、例えば、異なる厚みの加工用 部材14を接合する場合には、レーザ・ヘッド46を異なる初期位置に動かし、 これをその溶接運転中一定に保持するようにすることもできる。 本実施の形態では、個々のレーザ・ビームを発生させるために可干渉光源発生 器40を使用する例を示したが、場合により、エネルギー源として、レーザ・ヘ ッド46の内部又はそこに至る途中において2以上のレーザ・ビームに分離され る単一可干渉光源を発生させるものを使用することもできる。 本発明は上述の実施の形態について図示し、説明したが、本発明はこれらに限 定されず、熟練者には種々の修正、変形が思い付くものであり、本発明の範囲は 、付随する特許請求の範囲によって決まるものである。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成10年9月16日(1998.9.16) 【補正内容】 請求の範囲 1.継目線に沿って2つの加工用部材の端部を接合する装置であって; 前記継目線に沿って前記加工用部材を溶接するために合成ビームを放射するレ ーザ放射手段を備え;前記合成ビームは、第一レーザ・ビームと第二レーザ・ビ ームを含み、前記第一及び第二レーザ・ビームの各々は前記加工用部材の溶接さ れる部分に向って、光中心を有するそれぞれの焦点面に焦点を合わせられ、かつ 、前記第一及び第二レーザ・ビームの光中心はそれぞれ互いに離れた位置にあっ て、前記合成ビームの焦点線の各端部を形成してなり; 回転手段を備え;前記回転手段は前記レーザ放射手段を選択的に回転させて、 前記焦点線が前記継目線の溶接される部分に対して実質的に垂直をなす方向位置 と、前記焦点線が前記継目線の溶接される部分と実質的に一致する方向位置との 間で、前記焦点線を前記加工用部材の溶接される部分に関して移動させるもので あり; 前記加工用部材の溶接される部分において前記加工用部材の突合せ端部間の隙 間を感知する感知手段;及び、 感知した前記隙間に応じて前記回転手段を制御し、前記レーザ放射手段を回転 させて、前記焦点線を前記加工用部材の溶接される部分に関して事前設定方向に 移動させる制御手段;を備えてなる; ことを特徴とする装置。 2.前記光中心は、約0.1mm〜3mmの距離をもって互いに離れてなることを特 徴とする請求の範囲1記載の装置。 3.前記継目線における前記第一及び第二レーザ・ビームの各々の焦点面は、 約0.2mmと1mmの間で選択された開度半径を有してなることを特徴とする請求の 範囲2記載の装置。 4.前記感知手段は、可干渉光源と前記可干渉光源からの光を感知するセンサ ーを備えてなることを特徴とする請求の範囲1記載の装置。 5.前記レーザ放射手段は、前記継目線と実質的に一致する方向にある進路に 沿って可動なレーザ・ヘッドを含み、かつ、前記加工用部材を接合する前記装置 は更に、前記レーザ・ヘッドを前記進路に沿って移動させるべく賦勢される駆動 手段を含み、前記レーザ・ヘッドの前記進路に沿う移動の速度は、感知された前 記隙間と前記加工用部材の溶接される部分に関する前記焦点線の位置の少くとも 一方から選択された動作要素と関連づけて制御されることを特徴とする請求の範 囲1記載の装置。 6.継目線に沿って2つの板状加工用部材の突合せ端部を溶接するレーザ装置 であって; 前記継目線に沿って、前記加工用部材を溶接するためにレーザ・エネルギーを 放射するレーザ・ヘッドと; 前記レーザ・ヘッドを回転させて、前記継目線に関して前記レーザ・エネルギ ーの方向を変える回転手段と; 前記加工用部材の溶接される部分において前記加工用部材の突合せ端部間の隙 間を感知する感知手段;及び、 感知した前記隙間に応じて前記回転手段を制御する制御手段;を備え; 前記レーザ・エネルギーは、少くとも2つの互いに離隔した多光束ビームでな る; ことを特徴とする装置。 7.前記感知手段は可干渉光源と前記可干渉光源からの光を感知するセンサー を備えてなることを特徴とする請求の範囲6記載の装置。 8.前記レーザ・エネルギーのビームの各々の焦点面は、前記継目線において 約0.2mmと1mmの間で選択された開度半径を有してなることを特徴とする請求の 範囲7記載の装置。 9.前記合成レーザ・ビームは更に、第三レーザ・ビームを含み、前記第三レ ーザ・ビームは、前記加工用部材に向って、光中心を有する焦点面に焦点を合わ せられ、かつ、前記第三レーザ・ビームの光中心は、前記焦点線上にあることを 特徴とする請求の範囲1記載の装置。 10.前記合成レーザ・ビームは更に、第三レーザ・ビームを含み、前記第三 レーザ・ビームは、前記加工用部材に向って、光中心を有する焦点面に焦点を合 わせられ、かつ、前記第三レーザ・ビームの光中心は、前記焦点線から離れた位 置にあることを特徴とする請求の範囲1記載の装置。 11.前記光中心は、約0.1mm〜3mmの距離をもって互いに離隔してなること を特徴とする請求の範囲1記載の装置。 12.前記第一及び第二レーザ・ビームの各々の焦点面は、前記継目線におい て約0.2mmと1mmの間で選択された開度半径を有してなることを特徴とする請求 の範囲5記載の装置。 13.前記感知手段は、可干渉光源と前記可干渉光源からの光を感知するセン サーを備えてなることを特徴とする請求の範囲5記載の装置。 14.継目線に沿って2つの加工用部材の突合せ端部を接合する装置の使用方 法であって; 前記装置は、前記継目線に沿って前記加工用部材を溶接するために合成ビーム を放射するレーザ放射手段を備え;前記合成ビームは、第一レーザ・ビームと第 二レーザ・ビームを含み、前記第一及び第二レーザ・ビームの各々は、前記加工 用部材の溶接される部分に向って、光中心を有するそれぞれの焦点面に焦点を合 わせられ、かつ、前記第一及び第二レーザ・ビームの光中心はそれぞれ互いに離 れた位置にあって前記合成ビームの焦点線の各端部を形成してなり;回転手段を 備え;前記回転手段は、前記レーザ放射手段を選択的に回転させて、前記焦点線 が前記継目線の溶接される部分に対して実質的に垂直をなす方向位置と、前記焦 点線が前記継目線の溶接される部分と実質的に一致する方向位置との間で、前記 焦点線を前記加工用部材の溶接される部分に関して移動させる;装置であり; 前記加工用部材の突合せ端部の接合は; 前記レーザ放射手段を賦勢して、前記合成ビームを前記継目線に向って放射さ せる工程; 前記合成ビームと前記加工用部材とを互いに移動させて、前記加工用部材の溶 接される部分に沿って前記焦点線を移動させる工程; 前記移動させる工程と実質的に同時に、前記レーザ放射手段を回転させて、前 記加工用部材の溶接される部分同志の間の隙間に応じて決定される事前設定され た位置に、前記焦点線を前記継目線の溶接される部分に関して移動させる工程; により実施する; ことを特徴とする方法。 15.前記合成ビームを移動させる前記工程の間に、前記合成ビームと前記加 工用部材を、前記加工用部材の溶接される部分に関する前記焦点線の位置と前記 加工用部材の溶接される部分同志の間の隙間の少くとも一方によって決定される 速度において、互いに移動させる; ことを特徴とする請求の範囲14記載の方法。 16.前記装置は更に、前記加工用部材の突合せ端部間の隙間を感知する感知 手段を含み; 前記方法は更に、前記加工用部材の溶接される部分に沿って前記焦点線を移動 させる前に、前記加工用部材の溶接される部分における隣接部分の隙間を感知す る工程;及び、前記加工用部材の隣接部分の感知された隙間に応じて前記焦点線 の事前設定位置を決定する工程;を含んでなる; ことを特徴とする請求の範囲15記載の方法。 17.前記レーザ放射手段は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(Y AG)レーザを放射するものであることを特徴とする請求の範囲1記載の装置。 18.前記装置は更に、前記加工用部材の突合せ端部間の隙間を感知する感知 手段を含み; 前記方法は更に、前記加工用部材の溶接される部分に沿って前記焦点線を移動 させる前に、前記加工用部材の溶接される部分における隣接部分の隙間を感知す る工程;及び、前記加工用部材の隣接部分の感知された隙間に応じて前記焦点線 の事前設定位置を決定する工程;を含んでなる; ことを特徴とする請求の範囲14記載の方法。 19.継目線に沿って2つの加工用部材の端部を接合する装置であって; 前記継目線に沿って前記加工用部材を溶接するために合成エネルギー・ビーム を放射する放射手段を備え;前記合成エネルギー・ビームは第一エネルギー・ビ ームと第二エネルギー・ビームを含み、前記第一及び第二エネルギー・ビームの 各々は、前記加工用部材の溶接される部分に向って、中心を有するそれぞれの焦 点面に焦点を合わせられ、かつ、前記第一及び第二エネルギー・ビームの中心は それぞれ互いに離れた位置にあって前記合成エネルギー・ビームの焦点線の各端 部を形成してなり; 前記加工用部材の端部同志の間の隙間を感知する感知手段;及び 単位面積当りのビームの強度を調整する調整手段;を備え; 前記ビーム強度の調整手段は、次の(1)〜(3)の手段;即ち、 (1)前記合成エネルギー・ビームを放射する前記放射手段を選択的に回転さ せて、前記焦点線が前記継目線の溶接される部分に対して実質的に垂直をなす方 向位置と前記焦点線が前記継目線の溶接される部分と実質的に一致する方向位置 との間で、前記焦点線を前記加工用部材の溶接される部分に関して移動させる回 転手段; (2)前記加工用部材の端部同志の間の感知された隙間に応じて前記合成エネ ルギー・ビームの移動速度を変動させるように、前記合成エネルギー・ビームを 放射する前記放射手段を前記継目線に沿って移動させる駆動手段; (3)前記加工用部材の端部同志の間の感知された隙間に応じて前記合成エネ ルギー・ビームのエネルギー出力を変動させる出力調整手段; の少くとも一つから選択されたものでなる; ことを特徴とする装置。 20.前記第一及び第二エネルギー・ビームの各々は可干渉光源からなること を特徴とする請求の範囲19記載の装置。 【手続補正書】 【提出日】平成12年1月26日(2000.1.26) 【補正内容】 (1)明細書第4頁第11行目の「垂直をなす方向位置と」を「一致しない方向 位置と」と訂正する。 (2)明細書第5頁第12行目の「前記レーザ放射手段を選択的に回転させて」 を「前記合成ビームの方向を選択的に変更させて」と、同第13行目の「 行に対して実質的に垂直をなす方向位置」を「と一致しない方向位置」と 訂正する。 (3)明細書第6頁第20〜21行目の「に対して実質的に垂直をなす方向 位置と」を「と一致しない方向位置と」と訂正する。 (4)請求の範囲を別紙の通り訂正する。 請求の範囲 1.継目線に沿って2つの加工用部材の端部を接合する装置であって; 前記継目線に沿って前記加工用部材を溶接するために合成ビームを放射するレ ーザ放射手段を備え;前記合成ビームは、第一レーザ・ビームと第二レーザ・ビ ームを含み、前記第一及び第二レーザ・ビームの各々は前記加工用部材の溶接さ れる部分に向って、光中心を有するそれぞれの焦点面に焦点を合わせられ、かつ 、前記第一及び第二レーザ・ビームの光中心はそれぞれ互いに離れた位置にあっ て、前記合成ビームの焦点線の各端部を形成してなり; 回転手段を備え;前記回転手段は前記合成ビームの向きを選択的に変えて、前 記焦点線が前記継目線の溶接される部分に対して一致しない方向位置と、前記焦 点線が前記継目線の溶接される部分と実質的に一致する方向位置との間で、前記 焦点線を前記加工用部材の溶接される部分に関して移動させるものであり; 前記加工用部材の溶接される部分において前記加工用部材の突合せ端部間の隙 間を感知する感知手段;及び、 感知した前記隙間に応じて前記回転手段を制御し、前記合成ビームの向きを変 て、前記焦点線を前記加工用部材の溶接される部分に関して事前設定方向に移 動させる制御手段;を備えてなる; ことを特徴とする装置。 2.前記光中心は、約0.1mm〜3mmの距離をもって互いに離れてなることを特 徴とする請求の範囲1記載の装置。 3.前記継目線における前記第一及び第二レーザ・ビームの各々の焦点面は、 約0.2mmと1mmの間で選択された開度半径を有してなることを特徴とする請求の 範囲1又は2記載の装置。 4.前記感知手段は、可干渉光源と前記可干渉光源からの光を感知するセンサ ーを備えてなることを特徴とする請求の範囲1〜3のいづれかに記載の装置。 5.前記レーザ放射手段は、前記継目線と実質的に一致する方向にある進路に 沿って可動なレーザ・ヘッドを含み、かつ、前記加工用部材を接合する前記装置 は更に、前記レーザ・ヘッドを前記進路に沿って移動させるべく賦勢される駆動 手段を含み、前記レーザ・ヘッドの前記進路に沿う移動の速度は、感知された前 記隙間と前記加工用部材の溶接される部分に関する前記焦点線の位置の少くとも 一方から選択された動作要素と関連づけて制御されることを特徴とする請求の範 囲1〜4のいづれかに記載の装置。 6.継目線に沿って2つの板状加工用部材の突合せ端部を溶接するレーザ装置 であって; 前記継目線に沿って、前記加工用部材を溶接するためにレーザ・エネルギーを 放射するレーザ・ヘッドと; 前記レーザ・ヘッドを回転させて、前記継目線に関して前記レーザ・エネルギ ーの方向を変える回転手段と; 前記加工用部材の突合せ端部間の隙間を感知する感知手段;及び、 感知した前記隙間に応じて前記回転手段を制御する制御手段;を備え; 前記レーザ・エネルギーは、少くとも2つの互いに離隔した多光束ビームでな る; ことを特徴とする装置。 7.前記感知手段は可干渉光源と前記可干渉光源からの光を感知するセンサー を備えてなることを特徴とする請求の範囲6記載の装置。 8.前記レーザ・エネルギーのビームの各々の焦点面は、前記継目線において 約0.2mmと1mmの間で選択された開度半径を有してなることを特徴とする請求の 範囲6又は7記載の装置。 9.前記合成レーザ・ビームは更に、第三レーザ・ビームを含み、前記第三レ ーザ・ビームは、前記加工用部材に向って、光中心を有する焦点面に焦点を合わ せられ、かつ、前記第三レーザ・ビームの光中心は、前記焦点線上にあることを 特徴とする請求の範囲1〜5のいづれかに記載の装置。 10.前記合成レーザ・ビームは更に、第三レーザ・ビームを含み、前記第三 レーザ・ビームは、前記加工用部材に向って、光中心を有する焦点面に焦点を合 わせられ、かつ、前記第三レーザ・ビームの光中心は、前記焦点線から離れた位 置にあることを特徴とする請求の範囲6〜9のいづれかに記載の装置。 11.前記光中心は、約0.1mm〜3mmの距離をもって互いに離隔してなること を特徴とする請求の範囲10記載の装置。 12.前記第一及び第二レーザ・ビームの各々の焦点面は、前記継目線におい て約0.2mmと1mmの間で選択された開度半径を有してなることを特徴とする請求 の範囲5記載の装置。 13.前記感知手段は、可干渉光源と前記可干渉光源からの光を感知するセン サーを備えてなることを特徴とする請求の範囲5記載の装置。 14.継目線に沿って2つの加工用部材の突合せ端部を接合する装置の使用方 法であって; 前記装置は、前記継目線に沿って前記加工用部材を溶接するために合成ビーム を放射するレーザ放射手段を備え;前記合成ビームは、第一レーザ・ビームと第 二レーザ・ビームを含み、前記第一及び第二レーザ・ビームの各々は、前記加工 用部材の溶接される部分に向って、光中心を有するそれぞれの焦点面に焦点を合 わせられ、かつ、前記第一及び第二レーザ・ビームの光中心はそれぞれ互いに離 れた位置にあって前記合成ビームの焦点線の各端部を形成してなり;回転手段を 備え;前記回転手段は、前記合成ビームの出力を選択的に向きを変えて、前記焦 点線が前記継目線の溶接される部分に対して一致しない方向位置と、前記焦点線 が前記継目線の溶接される部分と実質的に一致する方向位置との間で、前記焦点 線を前記加工用部材の溶接される部分に関して移動させる;装置であり; 前記加工用部材の突合せ端部の接合は; 前記レーザ放射手段を賦勢して、前記合成ビームを前記継目線に向って放射さ せる工程; 前記合成ビームと前記加工用部材とを互いに移動させて、前記加工用部材の溶 接される部分に沿って前記焦点線を移動させる工程; 前記移動させる工程と実質的に同時に、前記回転手段を選択的に作動させて、 前記加工用部材の溶接される部分同志の間の隙間に応じて決定される事前設定さ れた位置に、前記焦点線を前記継目線の溶接される部分に関して移動させる工程 ; により実施する; ことを特徴とする方法。 15.前記合成ビームを移動させる前記工程の間に、前記合成ビームと前記加 工用部材を、前記加工用部材の溶接される部分に関する前記焦点線の位置と前記 加工用部材の溶接される部分同志の間の隙間の少くとも一方によって決定される 速度において、互いに移動させる; ことを特徴とする請求の範囲14記載の方法。 16.前記装置は更に、前記加工用部材の突合せ端部間の隙間を感知する感知 手段を含み; 前記方法は更に、前記加工用部材の溶接される部分に沿って前記焦点線を移動 させる前に、前記加工用部材の溶接される部分における隣接部分の隙間を感知す る工程;及び、前記加工用部材の隣接部分の感知された隙間に応じて前記焦点線 の事前設定位置を決定する工程;を含んでなる; ことを特徴とする請求の範囲15記載の方法。 17.前記レーザ放射手段は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(Y AG)レーザを放射するものであることを特徴とする請求の範囲1記載の装置。 18.継目線に沿って2つの加工用部材の端部を接合する装置であって; 前記継目線に沿って前記加工用部材を溶接するために合成エネルギー・ビーム を放射する放射手段を備え;前記合成エネルギー・ビームは第一エネルギー・ビ ームと第二エネルギー・ビームを含み、前記第一及び第二エネルギー・ビームの 各々は、前記加工用部材の溶接される部分に向って、中心を有するそれぞれの焦 点面に焦点を合わせられ、かつ、前記第一及び第二エネルギー・ビームの中心は それぞれ互いに離れた位置にあって前記合成エネルギー・ビームの焦点線の各端 部を形成してなり; 前記加工用部材の端部同志の間の隙間を感知する感知手段;及び 単位面積当りのビームの強度を調整する調整手段;を備え; 前記ビーム強度の調整手段は、次の(1)〜(3)の手段;即ち、 (1)前記合成エネルギー・ビームを放射する前記放射手段を選択的に回転さ せて、前記焦点線が前記継目線の溶接される部分に対して一致しない方向位置と 前記焦点線が前記継目線の溶接される部分と実質的に一致する方向位置との間で 、前記焦点線を前記加工用部材の溶接される部分に関して移動させる回転手段; (2)前記加工用部材の端部同志の間の感知された隙間に応じて前記合成エネ ルギー・ビームの移動速度を変動させるように、前記合成エネルギー・ビームを 放射する前記放射手段を前記継目線に沿って移動させる駆動手段; (3)前記加工用部材の端部同志の間の感知された隙間に応じて前記合成エネ ルギー・ビームのエネルギー出力を変動させる出力調整手段; の少くとも一つから選択されたものでなる; ことを特徴とする装置。 19.前記第一及び第二エネルギー・ビームの各々は可干渉光源からなること を特徴とする請求の範囲18記載の装置。 20.継目線に沿って2つの加工用部材の端部を接合する装置であって; 前記継目線に沿って前記加工用部材を溶接するために合成ビームを放射する可 干渉光源手段を備え;前記合成ビームは、第一レーザ・ビームと第二レーザ・ビ ームを含み、前記第一及び第二レーザ・ビームの各々は前記加工用部材の溶接さ れる部分に向って、光中心を有するそれぞれの焦点面に焦点を合わせられ、かつ 、前記第一及び第二レーザ・ビームの光中心はそれぞれ互いに離れた位置にあっ て、前記合成ビームの焦点線上の点を形成してなり; 前記加工用部材の前記溶接される部分に対する前記焦点線の向きを選択的に変 える手段; 前記加工用部材の溶接される部分において前記加工用部材の基端部間の隙間を 感知する感知手段;及び、 感知した前記隙間に応じて前記焦点線の向きを変える手段を制御し、前記合成 ビームの向きを変えて、前記焦点線を前記加工用部材の溶接される部分に関して 事前設定方向に移動させる制御手段;を備えてなる; ことを特徴とする装置。 21.前記焦点線の向きを変える手段が、前記第一及び第二レーザ・ビームの 一つを放射するように選択的に作動可能な少くとも3つの可干渉光源エミッタを 有しており;前記制御手段が、前記焦点線の向きを変えるように前記可干渉光源 エミッタを選択的に作動させうるものであることを特徴とする請求の範囲20記 載の装置。 22.前記可干渉光源エミッタが光学繊維ケーブルを有していることを特徴と する請求の範囲21記載の装置。 23.前記第一レーザ・ビームと前記第二レーザ・ビームが実質的に重なって いないことを特徴とする請求の範囲20〜22のいづれかに記載の装置。 24.前記焦点線の向きを変える手段が少くとも5つの光学繊維ケーブルエミ ッタを有し、同光学繊維エミッタの各々は、実質的に重なっていない焦点面に前 記第一及び第二レーザ・ビームの少くとも1つを選択的に放射可能であることを 特徴とする請求の範囲20〜23のいづれかに記載の装置。 25.前記可干渉光源手段が少くとも2つの可干渉光源エミッタを有し、前記 焦点線の向きを変える前記手段が前記加工用部材に対する少くとも2つの可干渉 光源エミッタの位置を回転するための回転手段を有していることを特徴とする請 求の範囲20〜24のいづれかに記載の装置。 26.前記合成ビームの向きを選択的に変える前記手段が、前記合成ビームを 、前記焦点線が前記継目線の前記溶接される部分と一致しない位置と、前記継目 線の前記溶接される部分と実質的に一致する位置との間で移動させるものである ことを特徴とする請求の範囲20〜25のいづれかに記載の装置。 27.前記光中心が、約0.1mm〜3mmの距離をもって互いに離れてなることを 特徴とする請求の範囲20〜26のいづれかに記載の装置。 28.前記継目線における前記第一及び第二レーザ・ビームの各々の焦点面が 、約0.2mmと1mmの間で選択された開度半径を有してなることを特徴とする請求 の範囲20〜27のいづれかに記載の装置。 29.前記感知手段が、可干渉光源と前記可干渉光源からの光を感知するセン サーを備えてなることを特徴とする請求の範囲20〜28のいづれかに記載の装 置。 30.前記可干渉光源が、前記継目線と実質的に一致する方向にある進路に沿 って可動なレーザ・ヘッドを含み、かつ、前記加工用部材を接合する前記装置は 更に、前記レーザ・ヘッドを前記進路に沿って移動させるべく賦勢される駆動手 段を含み、前記レーザ・ヘッドの前記進路に沿う移動の速度は、感知された前記 隙間と前記加工用部材の溶接される部分に関する前記焦点線の位置の少くとも一 方から選択された動作要素と関連づけて制御されることを特徴とする請求の範囲 20〜29のいづれかに記載の装置。 31.前記合成レーザ・ビームは更に、第三レーザ・ビームを含み、前記第三 レーザ・ビームは、前記加工用部材に向って、光中心を有する焦点面に焦点を合 わせられ、かつ、前記第三レーザ・ビームの光中心は、前記焦点線上にあること を特徴とする請求の範囲20〜30のいづれかに記載の装置。 32.継目線に沿って2つの板状加工用部材の突合せ端部を溶接するレーザ装 置であって; 前記継目線に沿って前記板状加工用部材を溶接するためにレーザ・エネルギー を放射するレーザ装置; 前記継目線に対する前記レーザ・エネルギーの向きを変えるための調節機構; 前記板状加工用部材の突合せ端部間の隙間を感知する感知手段;及び 感知した前記隙間に応じて前記調節機構を制御するための制御手段を有し; 前記レーザ・エネルギーが少くとも2つの離れたレーザ・ビームの多光束ビー ムを有していることを特徴とする装置。 33.継目線に沿って2つの加工用部材の隣接端部を接合する装置の使用方法 であって; 前記装置は、前記継目線に沿って前記加工用部材を溶接するために合成ビーム を放射するレーザ放射手段を備え;前記合成ビームは、第一レーザ・ビームと第 二レーザ・ビームを含み、前記第一及び第二レーザ・ビームの各々は、前記加工 用部材の溶接される部分に向って、光中心を有するそれぞれの焦点面に焦点を合 わせられ、かつ、前記第一及び第二レーザ・ビームの光中心はそれぞれ互いに離 れた位置にあって前記合成ビームの焦点線の各端部を形成してなり; 前記焦点線を前記加工用部材の溶接される部分に関して移動させるよう前記合 成ビームの向きを選択的に変えるための手段;及び 前記加工用部材の突合せ部の間の隙間を感知するための感知手段を備え; 前記加工用部材の前記隣接部の接合を; 前記レーザ放射手段を賦勢して、前記合成ビームを前記継目線に向って放射さ せる工程; 前記加工用部材の前記溶接部分における隣接部分の間の隙間に沿って前記合成 ビームを移動させる前又は移動中にその隙間を感知する工程; 前記合成ビームと前記加工用部材とを互いに移動させて、前記加工用部材の溶 接される部分に沿って前記焦点線を移動させる工程; 前記移動させる工程と実質的に同時に、前記加工用部材の溶接される部分同志 の間の感知した前記隙間に応じて決定される事前設定された位置に、前記焦点線 を前記継目線の溶接される部分に関して向きを変える工程;により実施する; ことを特徴とする方法。 34.前記合成ビームを移動させる前記工程の間に、前記合成ビームと前記加 工用部材を、前記加工用部材の溶接される部分に関する前記焦点線の位置と前記 加工用部材の溶接される部分同志の間の隙間の少くとも一方によって決定される 速度において、互いに移動させる; ことを特徴とする請求の範囲33記載の方法。 35.前記合成ビームの向きを変えるための前記手段が、前記第一レーザ・ビ ーム及び第二レーザ・ビームの一つを放射するように選択的に賦勢可能な少くと も3つの光学繊維ケーブルエミッタの束を有し、前記加工用部材の前記溶接部分 に対する前記焦点線の向きが、前記繊維光ケーブルエミッタの選択的な賦勢又は 非賦勢によってなされることを特徴とする請求の範囲33又は34に記載の方法 36.前記レーザ放射手段が、前記第一及び第二レーザ・ビームを放射するた めのレーザ・ヘッドを有し、かつ、前記レーザ放射手段の向きを選択的に変える ための手段が前記レーザ・ヘッドを回転させるように作動する回転手段を有して いることを特徴とする請求の範囲33〜35のいづれかに記載の方法。 37.前記レーザ放射手段が、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(Y AG)レーザを放射するものであることを特徴とする請求の範囲33〜36のい づれかに記載の方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M W,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY ,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM ,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,GH,GM,GW,HU,ID,IL ,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC, LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,M K,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO ,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ, TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,Y U,ZW

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.継目線に沿って2つの加工用部材の端部を接合する装置であって; 前記継目線に沿って前記加工用部材を溶接するために合成ビームを放射するレ ーザ放射手段を備え;前記合成ビームは、第一レーザ・ビームと第二レーザ・ビ ームを含み、前記第一及び第二レーザ・ビームの各々は前記加工用部材の溶接さ れる部分に向って、光中心を有するそれぞれの焦点面に焦点を合わせられ、かつ 、前記第一及び第二レーザ・ビームの光中心はそれぞれ互いに離れた位置にあっ て、前記合成ビームの焦点線の各端部を形成してなり; 回転手段を備え;前記回転手段は前記レーザ放射手段を選択的に回転させて、 前記焦点線が前記継目線の溶接される部分に対して実質的に垂直をなす方向位置 と、前記焦点線が前記継目線の溶接される部分と実質的に一致する方向位置との 間で、前記焦点線を前記加工用部材の溶接される部分に関して移動させてなる; ことを特徴とする装置。 2.前記光中心は、約0.1mm〜3mmの距離をもって互いに離れてなることを特 徴とする請求の範囲1記載の装置。 3.前記継目線における前記第一及び第二レーザ・ビームの各々の焦点面は、 約0.2mmと1mmの間で選択された開度半径を有してなることを特徴とする請求の 範囲2記載の装置。 4.更に、前記加工用部材の溶接される部分において前記加工用部材の突合せ 端部間の隙間を感知する感知手段と、感知した前記隙間に応じて前記回転手段を 制御し、前記レーザ放射手段を回転させて、前記焦点線を前記加工用部材の溶接 される部分に関して事前設定方向に移動させる制御手段を備えてなることを特徴 とする請求の範囲1記載の装置。 5.前記レーザ放射手段は、前記継目線と実質的に一致する方向にある進路に 沿って可動なレーザ・ヘッドを含み、かつ、前記加工用部材を接合する前記装置 は更に、前記レーザ・ヘッドを前記進路に沿って移動させるべく賦勢される駆動 手段を含み、前記レーザ・ヘッドの前記進路に沿う移動の速度は、感知された前 記隙間と、前記加工用部材の溶接される部分に関する前記焦点線の位置の少くと も一方から選択された動作要素と関連づけて制御されてなることを特徴とする請 求の範囲4記載の装置。 6.継目線に沿って2つの板状加工用部材の突合せ端部を溶接するレーザ装置 であって; 前記継目線に沿って、前記加工用部材を溶接するためにレーザ・エネルギーを 放射するレーザ・ヘッドと; 前記レーザ・ヘッドを回転させて、前記継目線に関して前記レーザ・エネルギ ーの方向を変える回転手段;を備え; 前記レーザ・エネルギーは、少くとも2つの互いに離隔した多光束ビームでな る; ことを特徴とする装置。 7.更に、前記加工用部材の溶接される部分において前記加工用部材の突合せ 端部間の隙間を感知する感知手段と、感知した前記隙間に応じて前記回転手段を 制御する制御手段を備えてなることを特徴とする請求の範囲6記載の装置。 8.前記感知手段は可干渉光源と前記可干渉光源からの光を感知するセンサー を備えてなることを特徴とする請求の範囲7記載の装置。 9.前記合成レーザ・ビームは更に、第三レーザ・ビームを含み、前記第三レ ーザ・ビームは、前記加工用部材に向って、光中心を有する焦点面に焦点を合わ せられ、かつ、前記第三レーザ・ビームの光中心は、前記焦点線上にあることを 特徴とする請求の範囲1記載の装置。 10.前記合成レーザ・ビームは更に、第三レーザ・ビームを含み、前記第三 レーザ・ビームは、前記加工用部材に向って、光中心を有する焦点面に焦点を合 わせられ、かつ、前記第三レーザ・ビームの光中心は、前記焦点線から離れた位 置にあることを特徴とする請求の範囲1記載の装置。 11.前記光中心は、約0.1mm〜3mmの距離をもって互いに離隔してなること を特徴とする請求の範囲4記載の装置。 12.前記第一及び第二レーザ・ビームの各々の焦点面は、前記継目線におい て約0.2mmと1mmの間で選択された開度半径を有してなることを特徴とする請求 の範囲5記載の装置。 13.前記感知手段は、可干渉光源と前記可干渉光源からの光を感知するセン サーを備えてなることを特徴とする請求の範囲5記載の装置。 14.継目線に沿って2つの加工用部材の突合せ端部を接合する装置の使用方 法であって; 前記装置は、前記継目線に沿って前記加工用部材を溶接するために合成ビーム を放射するレーザ放射手段を備え;前記合成ビームは、第一レーザ・ビームと第 二レーザ・ビームを含み、前記第一及び第二レーザ・ビームの各々は前記加工用 部材の溶接される部分に向って光中心を有するそれぞれの焦点面に焦点を合わせ られ、かつ、前記第一及び第二レーザ・ビームの光中心はそれぞれ互いに離れた 位置にあって、前記合成ビームの焦点線の各端部を形成してなり;回転手段を備 え;前記回転手段は、前記レーザ放射手段を選択的に回転させて、前記焦点線か 前記継目線の溶接される部分に対して実質的に垂直をなす方向位置と、前記焦点 線が前記継目線の溶接される部分と実質的に一致する方向位置との間で、前記焦 点線を前記加工用部材の溶接される部分に関して移動させてなる;装置であり; 前記加工用部材の突合せ端部の接合は; 前記レーザ放射手段を賦勢して、前記合成ビームを前記継目線に向って放射さ せる工程; 前記合成ビームと前記加工用部材とを互いに移動させて、前記加工用部材の溶 接される部分に沿って前記焦点線を移動させる工程; 前記移動させる工程と実質的に同時に、前記レーザ放射手段を回転させて、前 記加工用部材の溶接される部分同志の間の隙間に応じて決定される事前設定され た位置に、前記焦点線を前記継目線の溶接される部分に関して移動させる工程; により実施する; ことを特徴とする方法。 15.前記合成ビームを移動させる前記工程の間に、前記合成ビームと前記加 工用部材を、前記加工用部材の溶接される部分に関する前記焦点線の位置と前記 加工用部材の溶接される部分同志の間の隙間の少くとも一方によって決定される 速度において、互いに移動させる工程;を含んでなる; ことを特徴とする請求の範囲14記載の方法。 16.前記装置は更に、前記加工用部材の突合せ端部間の隙間を感知する感知 手段を含み: 前記方法は更に、前記加工用部材の溶接される部分に沿って前記焦点線を移動 させる前に、前記加工用部材の溶接される部分における隣接部分の隙間を感知す る工程;及び、前記加工用部材の隣接部分の感知された隙間に応じて前記焦点線 の事前設定位置を決定する工程;を含んでなる; ことを特徴とする請求の範囲15記載の方法。 17.前記レーザ放射手段は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(Y AG)レーザを放射するものであることを特徴とする請求の範囲1記載の装置。 18.前記装置は更に、前記加工用部材の突合せ端部間の隙間を感知する感知 手段を含み; 前記方法は更に、前記加工用部材の溶接される部分に沿って前記焦点線を移動 させる前に、前記加工用部材の溶接される部分における隣接部分の隙間を感知す る工程;及び、前記加工用部材の隣接部分の感知された隙間に応じて前記焦点線 の事前設定位置を決定する工程;を含んでなる; ことを特徴とする請求の範囲14記載の方法。 19.継目線に沿って2つの加工用部材の端部を接合する装置であって; 前記継目線に沿って前記加工用部材を溶接するために合成エネルギー・ビーム を放射する放射手段を備え;前記合成エネルギー・ビームは第一エネルギー・ビ ームと第二エネルギー・ビームを含み、前記第一及び第二エネルギー・ビームの 各々は、前記加工用部材の溶接される部分に向って、中心を有するそれぞれの焦 点面に焦点を合わせられ、かつ、前記第一及び第二エネルギー・ビームの中心は それぞれ互いに離れた位置にあって、前記合成エネルギー・ビームの焦点線の各 端部を形成してなり; 前記加工用部材の端部同志の間の隙間を感知する感知手段;及び 単位面積当りのビームの強度を調整する調整手段;を備え; 前記ビーム強度の調整手段は、次の(1)〜(3)の手段;即ち、 (1)前記合成エネルギー・ビームを放射する前記放射手段を選択的に回転さ せて、前記焦点線が前記継目線の溶接される部分に対して実質的に垂直をなす方 向位置と、前記焦点線が前記継目線の溶接される部分と実質的に一致する方向位 置との間で、前記焦点線を前記加工用部材の溶接される部分に関して移動させる 回転手段; (2)前記加工用部材の端部同志の間の感知された隙間に応じて前記合成エネ ルギー・ビームの移動速度を変動させるように、前記合成エネルギー・ビームを 放射する前記放射手段を前記継目線に沿って移動させる駆動手段; (3)前記加工用部材の端部同志の間の感知された隙間に応じて前記合成エネ ルギー・ビームのエネルギー出力を変動させる出力調整手段; の少くとも一つから選択されたものでなる; ことを特徴とする装置。 20.前記第一及び第二エネルギー・ビームの各々は可干渉光源からなること を特徴とする請求の範囲19記載の装置。
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