JP2003211274A - レーザ溶接装置および溶接方法 - Google Patents

レーザ溶接装置および溶接方法

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JP2003211274A
JP2003211274A JP2002008829A JP2002008829A JP2003211274A JP 2003211274 A JP2003211274 A JP 2003211274A JP 2002008829 A JP2002008829 A JP 2002008829A JP 2002008829 A JP2002008829 A JP 2002008829A JP 2003211274 A JP2003211274 A JP 2003211274A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザ溶接を行う際に送給するフィラーワイヤ
の水平位置、高さおよび/または角度を検出する。ま
た、レーザの投光部の高さを検出する。 【解決手段】レーザ溶接によって鋼板W1、W2を溶接
する際に、フィラーワイヤ78を鋼板W1、W2の溶接
部に送給しながら溶接する。補助ビームL1によりフィ
ラーワイヤ78の全幅79と鋼板W1、W2とを照射
し、これらの照射部をカメラによって撮像する。撮像し
た画像のうち、補助ビームL1がフィラーワイヤ78を
照射する計測用照射部96の位置、形状、面積に基づい
てフィラーワイヤ78の位置を算出する。補助ビームL
1が鋼板W1、W2を照射する被溶接部材照射部70と
溶接部位Pとの距離ΔXPに基づいてレーザの投光部の
高さを検出する。検出したフィラーワイヤ78の位置お
よび投光部の高さに基づいて、フィラーワイヤ78およ
び投光部を規定位置および/または規定角度に整合する
ように調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ溶接装置お
よび溶接方法に関し、特にフィラーワイヤおよび/また
はレーザの投光部を適正な位置へ調整するレーザ溶接装
置および溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、レーザビームを用いる加工が広範
に採用されており、車両製造工程においても、フレーム
や板金の溶接等に用いられている。この際、高融点であ
る材質の接合や突き合わせ溶接時の隙間を埋めるためや
溶接強度を向上させるための肉盛り等を目的として、溶
接時の溶接池にフィラーワイヤを送給し、前記フィラー
ワイヤを被溶接部材とともに溶融させて溶接することが
行われている。
【0003】ところで、フィラーワイヤが溶融池に対し
てずれた状態で送給されると、板金隙間を埋めるギャッ
プタフネス性の低下、フィラーワイヤが均質に肉盛りさ
れる姿勢タフネス性の低下およびフィラーワイヤと被溶
接部材との摺動による振動発生などの不都合が発生す
る。
【0004】また、レーザ溶接ではTIG溶接などに比
べて溶接速度が速く、しかも一般にレーザビーム径は
0.6[mm]と小径である。従って、小径の溶融池が
速い速度で移動することとなり、高い制御精度の下でフ
ィラーワイヤを送給する必要がある。
【0005】さらに、高エネルギーを得るためには、レ
ーザビームは焦点距離が被溶接部材に対して正確に調整
されている必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】フィラーワイヤを正確
に送給するために、フィラーワイヤに沿ってカメラを移
動させながら撮像し、フィラーワイヤの位置を検出する
技術(特許第2941588号公報参照)や、フィラー
ワイヤの先端部を撮像し、得られた画像からフィラーワ
イヤの送り出し量および送り出し方向を検出する技術
(特開2001−179471号公報参照)が提案され
ている。
【0007】しかしながら、これらの従来技術において
は、フィラーワイヤの水平面における位置のみが検出可
能であり、高さや角度については検出することができな
い。従って、板厚の異なる多種の板金を溶接する際に
は、その都度溶接作業を中断して、高さおよび角度を目
視確認しながら手動により調整しなければならない。
【0008】また、従来技術は、フィラーワイヤの位置
だけを検出するものであり、レーザビームの焦点距離の
調整については検出不可能である。従って、板厚の異な
る多種の板金を溶接する際には、焦点距離検出のための
装置を、ワイヤ位置検出装置とは別に設ける必要があ
る。
【0009】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、レーザ溶接を行う際に送給するフィラー
ワイヤの水平位置、高さおよび/または角度を検出し
て、フィラーワイヤを規定位置および/または規定角度
に調整することを可能にするレーザ溶接装置および溶接
方法を提供することを目的とする。
【0010】また、本発明の他の目的は、レーザの投光
部の高さを焦点距離に合わせて調整するために、投光部
の高さの検出を可能にすることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ溶接
装置は、レーザ溶接によって被溶接部材を溶接する際
に、フィラーワイヤを被溶接部材の溶接部に送給し、レ
ーザによって前記フィラーワイヤを溶融させて前記被溶
接部材を溶接するレーザ溶接装置において、少なくとも
前記フィラーワイヤの全幅を照射するビームと、前記ビ
ームが照射する前記フィラーワイヤの計測用照射部を撮
像するカメラと、前記カメラによって撮像される画像か
ら前記計測用照射部の撮像情報に基づいて前記フィラー
ワイヤの位置を算出する位置算出部と、前記位置算出部
で算出された位置が規定位置および/または規定角度を
基準とした許容範囲の外であるとき、前記フィラーワイ
ヤを前記許容範囲内へ移動調整するワイヤ位置調整部と
を有することを特徴とする。
【0012】このようにすることにより、ビームがフィ
ラーワイヤを照射する計測用照射部の位置、形状、面積
からフィラーワイヤの位置を算出することができ、フィ
ラーワイヤの位置が規定位置または規定角度からずれて
いるときには、位置調整を行うことができる。
【0013】この場合、前記撮像情報は、前記計測用照
射部の位置、形状または面積を含む情報であってもよ
い。
【0014】また、前記位置算出部で算出する位置は、
前記フィラーワイヤの水平位置、高さまたは角度であっ
てもよい。
【0015】さらに、前記カメラは、前記ビームが照射
する前記被溶接部材の被溶接部材照射部と前記レーザが
照射される溶接照射部とを同時に撮像し、前記被溶接部
材照射部と前記溶接照射部との距離に基づいて前記レー
ザの投光部の前記溶接照射部に対する高さを算出するレ
ーザ高さ算出部と、前記レーザ高さ算出部で算出された
高さが規定高さを基準とした許容高さ範囲の外であると
き、前記レーザと前記ビームのそれぞれの投光部を、前
記溶接照射部に対して一体的に進退駆動させて前記許容
高さ内へ移動調整する進退駆動部とを有していてもよ
い。
【0016】さらにまた、前記ビームは、レーザの一部
を偏向することによって生成するようにしてもよい。
【0017】前記ビームは、ライン状で2以上のレーザ
を用いてもよい。
【0018】前記カメラは、前記レーザの光軸上に配置
されたプリズムを介して画像を撮像するようにしてもよ
い。
【0019】また、本発明に係るレーザ溶接装置は、レ
ーザにより被溶接部材を溶接するレーザ溶接装置におい
て、前記被溶接部材を照射するビームと、前記ビームが
照射する前記被溶接部材の被溶接部材照射部と前記レー
ザが照射される溶接照射部とを同時に撮像するカメラ
と、前記被溶接部材照射部と前記溶接照射部との距離に
基づいて前記レーザの投光部の前記溶接照射部に対する
高さを算出するレーザ高さ算出部と、前記レーザ高さ算
出部で算出された高さが規定高さを基準とした許容高さ
外であるとき、前記レーザと前記ビームのそれぞれの投
光部を、前記溶接照射部に対して一体的に進退駆動させ
て前記許容高さ内へ移動調整する進退駆動部とを有する
ことを特徴とする。
【0020】このようにすることにより、ビームが被溶
接部材を照射する被溶接部材照射部の位置と溶接照射部
との距離からレーザの投光部の高さを算出することがで
き、この高さが規定高さからずれているときには、高さ
調整を行うことができる。
【0021】本発明に係るレーザ溶接方法は、レーザ溶
接によって被溶接部材を溶接する際に、フィラーワイヤ
を被溶接部材の溶接部に送給し、レーザによって前記フ
ィラーワイヤを溶融させて前記被溶接部材を溶接するレ
ーザ溶接方法において、ビームにより少なくとも前記フ
ィラーワイヤの全幅を照射するステップと、前記ビーム
が前記フィラーワイヤを照射する計測用照射部をカメラ
により撮像するステップと、前記カメラによって撮像さ
れる画像から得られる前記計測用照射部の撮像情報に基
づいて前記フィラーワイヤの位置を算出するステップ
と、算出された前記フィラーワイヤの位置が規定位置お
よび/または規定角度を基準とした許容範囲の外である
とき、前記フィラーワイヤを前記許容範囲内へ移動調整
するステップとを有することを特徴とする。
【0022】また、本発明に係るレーザ溶接方法は、レ
ーザにより被溶接部材を溶接するレーザ溶接方法におい
て、ビームにより被溶接部材を照射するステップと、前
記ビームが照射する前記被溶接部材の溶接部材照射部と
前記レーザが照射される溶接照射部とを同時に撮像する
ステップと、前記溶接部材照射部と前記溶接照射部との
距離に基づいて前記レーザの投光部の前記溶接照射部に
対する投光部高さを算出するステップと、前記投光部高
さが規定高さを基準とした許容高さ外であるとき、前記
レーザと前記ビームのそれぞれの投光部を、前記溶接照
射部に対して一体的に進退駆動させて前記許容高さ内へ
移動調整するステップとを有することを特徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るレーザ溶接装
置および溶接方法の実施形態例を、図1〜図11を参照
しながら説明する。
【0024】まず、第1の実施形態に係るレーザ溶接装
置10およびこのレーザ溶接装置10を用いた溶接方法
について、図1〜図8を参照しながら説明する。
【0025】レーザ溶接装置10は、基本的には、溶接
に用いられるレーザの一部を偏向して補助ビームとし、
この補助ビームをフィラーワイヤに照射するものであ
る。この照射部をカメラにより撮像し、照射部の位置、
形状および面積からフィラーワイヤの位置を求めるとと
もにレーザの投光部の高さを算出する。
【0026】以下、説明の便宜のため、方向を特定する
3次元座標を設定し、図1の矢印X、Yで示される方向
をそれぞれX軸、Y軸とする。Y軸は鋼板W1、W2に
対する高さを表し、Y軸方向を高さ方向ともよぶ。ま
た、図1の紙面に垂直な方向をZ軸とする(図3参
照)。さらに、X軸およびZ軸で表現される面、すなわ
ち鋼板W1、W2の表面に平行な面を水平面として規定
する。
【0027】図1に示すように、レーザ溶接装置10
は、補助ビームL1を鋼板W1、W2に照射するととも
に、鋼板W1、W2が突き合わされている溶接部位(溶
接照射部)PにレーザビームL2を照射して鋼板W1、
W2同士を溶接するレーザ照射機構12と、前記補助ビ
ームL1および前記レーザビームL2を互いに同期して
溶接方向に移動させるロボットアーム14と、レーザ溶
接装置10の全体を制御する制御機構16とを備える。
【0028】ロボットアーム14には、支持ブラケット
18が固着されており、この支持ブラケット18は上面
板20と、この上面板20に対して略直交する長手方向
に延在する側面板22とを備える。上面板20には、シ
リンダピストン機構等の第1アクチュエータ24が取着
され、側面板22の内側面22aには、後述する進退駆
動部30を摺動自在に支持するガイド部材28が取着さ
れている。
【0029】一側面がガイド部材28に摺動自在に支持
された進退駆動部30は、一側部が第1アクチュエータ
24のロッド32にナット34を介して螺着されてい
る。これにより、進退駆動部30は、ガイド部材28に
ガイドされて第1アクチュエータ24の駆動作用下に、
Y軸方向に沿って往復動作可能に設けられている。
【0030】進退駆動部30の他側面には、ベースプレ
ート36が固着され、前記ベースプレート36には、補
助ビームL1およびレーザビームL2を照射するレーザ
照射機構12が取着されている。
【0031】レーザ照射機構12は、ベースプレート3
6に固定されるケーシング38を備え、このケーシング
38の上端部には、レーザ発振器40から前記ケーシン
グ38内にレーザビームLを導入するための光ファイバ
42が接続されている。また、溶接時のスパッタ飛散か
らレーザ照射機構12を防護するために、ケーシング3
8の下端部には下方へ縮径する円筒状のシールドノズル
44が設けられている。
【0032】光ファイバ42から導出されるレーザビー
ムLの光軸O上には、Y軸方向に沿ってコリメータレン
ズ46および集光レンズ48が配置されるとともに、前
記コリメータレンズ46と前記集光レンズ48との間に
は、偏向レンズ50が進退手段52および回転手段54
を介して配置される。
【0033】さらに、光軸O上であって、コリメータレ
ンズ46と集光レンズ48との間には、シールドノズル
44の開口部から臨むことのできる視界(破線55参
照)を光軸Oに対して直角に屈折させる第1の直角プリ
ズム56が配置されている。第1の直角プリズム56で
屈折された映像は、第2の直角プリズム58によって再
度屈折することにより、光軸Oに対して平行光線となり
カメラ60(CMOSカメラまたはCCDカメラ等)に
よって撮像される。カメラ60によって撮像された画像
は制御機構16に供給される。
【0034】これにより、カメラ60は溶接部位Pを真
上から撮像することができ、溶接部位Pの周辺を詳細に
検証することができる。しかも得られる画像は水平面す
なわちXZ平面の画像なので解析処理において好適であ
る。
【0035】なお、カメラ60を光軸Oに対して直角な
姿勢とし、第2のプリズム58の位置に配置すれば、第
2のプリズム58を省略することも可能である。さら
に、第1のプリズム56、第2のプリズム58をいずれ
も省略し、溶接部位Pおよびその周辺部を臨むことので
きる任意の位置に、カメラ60を配置して撮像するよう
にしてもよい。
【0036】図1および図2に示すように、進退手段5
2は、回転部材62に固定される第2アクチュエータ6
4を備え、この第2アクチュエータ64から光軸O側に
突出するロッド66の先端には、偏向レンズ50が固定
されている。回転部材62は、ケーシング38に対しベ
アリング68を介して回転可能に支持されている。偏向
レンズ50は、レーザビームLを補助ビームL1および
レーザビームL2に分割するとともに、進退手段52
は、前記補助ビームL1およびレーザビームL2の出力
比を調整する機能を有しており、補助ビームL1はカメ
ラ60で撮像可能な程度に撮像範囲内の所定位置を照射
可能な弱い出力に調整されている。一方、レーザビーム
L2は、鋼板W1、W2を一度溶融することにより溶接
可能な大きい出力に調整されている。
【0037】このように偏光レンズ50を用いることに
より、レーザの供給源がレーザ発振器40だけであって
も、補助ビームL1とレーザビームL2との2つのビー
ムを得ることができるとともに、進退手段52により補
助ビームL1とレーザビームL2との出力比を調整する
ことができる。また、補助ビームL1は、偏光レンズ5
0の特性によって任意の形状とすることができる。
【0038】図3に示すように、補助ビームL1は、偏
向レンズ50および集光レンズ48の特性により略平行
光となっており、幅T1のライン状のビームとして照射
される。補助ビームL1の照射方向は、幅T1の方向が
後述するフィラーワイヤ78の延出する方向に略一致
し、フィラーワイヤ78の全幅79を計測用照射部69
として照射している。
【0039】補助ビームL1の縦方向の幅T2は、フィ
ラーワイヤ78の全幅79より長く設定されており、計
測用照射部69を照射しない部分の補助ビームL1は、
鋼板W1、W2を被溶接部材照射部70として照射して
いる。なお、補助ビームL1の縦方向、つまり幅T2の
方向は、Z軸方向と一致するように回転手段54により
調整されている。
【0040】回転手段54(図2参照)は、第3アクチ
ュエータ71を備えており、この第3アクチュエータ7
1の回転軸72に駆動歯車74が軸着される。回転部材
62には、駆動歯車74に噛合するリング状の従動歯車
76が設けられており、回転手段54は、補助ビームL
1、レーザビームL2の相対位置を調整する機能を有し
ている。また、前記第1および第2のプリズム56、5
8とカメラ60は、回転手段54と一体的に回転するよ
うにしてもよい。
【0041】フィラーワイヤ78は、溶接部位Pに送給
されることによって、鋼板W1、W2とともにレーザビ
ームL2によって過熱溶融し鋼板W1、W2の隙間部を
埋める作用をもつ。この作用により、鋼板W1と鋼板W
2との溶接強度を向上させることができる。
【0042】図1に示すように、フィラーワイヤ78は
フィラーワイヤ送り出し装置80によって溶接速度に応
じた一定速度で送給される。フィラーワイヤ送り出し装
置80は第4アクチュエータ(ワイヤ位置調整部)82
によって移動可能であり、これにより、フィラーワイヤ
78をX軸方向、Y軸方向に移動調整が可能であり、さ
らに高さ方向の角度θ1および水平方向の角度θ2(図
3参照)の移動調整が可能となっている。第4アクチュ
エータ82の調整動作は制御機構16から供給される指
令信号によって制御される。
【0043】制御機構16は、アクチュエータ制御部9
0、ロボット制御部92、位置算出部94およびレーザ
高さ算出部96とを有する。また、制御機構16は、レ
ーザ発振器40を駆動制御する。
【0044】アクチュエータ制御部90、ロボット制御
部92、位置算出部94およびレーザ高さ算出部96
は、それぞれ一体となっていてもよい。
【0045】アクチュエータ制御部90は、第1乃至第
4アクチュエータ24、64、71および82を駆動制
御するとともに、ロボット制御部92は、ロボットアー
ム14を備える図示しないロボットの駆動制御を行う。
【0046】位置算出部94は、基本的には、カメラ6
0によって撮像される画像から計測用照射部69の位
置、形状に基づいてフィラーワイヤ78の位置を算出す
る機能を有するものである。
【0047】レーザ高さ算出部96は、基本的には、被
溶接部材照射部70と溶接部位Pとの距離ΔX(図3参
照)に基づいてケーシング38の溶接部位Pに対する高
さ(投光部高さ)Y1(図1参照)を算出する機能を有
するものである。
【0048】次に、位置算出部94の機能を主に用いて
フィラーワイヤ78の位置を調整しながら鋼板W1と鋼
板W2を溶接する方法について、図4〜図7を参照しな
がら説明する。なお、図4に示される処理は、実際上は
微小時間毎に連続的に実行されるものであり、所謂、リ
アルタイム処理が可能である。
【0049】まず、図4のステップS1において、鋼板
W1と鋼板W2との突き合わせ部にレーザビームL2を
照射し、フィラーワイヤ78には補助ビームL1を照射
する。
【0050】次に、ステップS2において、第1プリズ
ム56、第2プリズム58を介してシールドノズル44
の先端開口部から望む視界をカメラ60によって撮像す
る。
【0051】この撮像データには、溶接部位P(図3参
照)、計測用照射部69および被溶接部材照射部70が
含まれており、撮像データは制御機構16に供給され
る。制御機構16では、取得したデータを、例えば、2
値化で画像前処理した画像100(図5参照)を生成
し、位置算出部94に供給する。また、この画像100
は、レーザ高さ算出部96にも供給される。
【0052】次に、ステップS3において、画像100
から、計測用照射部69を抽出し、さらに計測用照射部
69の位置、形状(撮像情報)を求める。すなわち、位
置に関しては、計測用照射部69の重心位置G(XG、
ZG)を求める。この重心位置Gは、水平面における重
心を示し、X軸座標値がXGでありZ軸座標値がZGで
ある。形状に関しては、計測用照射部69の2つの端点
69a、69bのZ軸方向の偏差εと、X軸方向の幅T
3とを求める。
【0053】次に、ステップS4において、重心位置G
からフィラーワイヤ78のZ軸方向のずれ量ΔZを求め
る。つまり、重心位置GのZ軸座標値ZGとZ軸に係る
規定位置Z0とを比較して、ずれ量ΔZをΔZ=Z0−Z
Gとして求める。規定位置Z 0は予め設定されている値
を用いるか、または溶接部位Pの重心位置を求め、その
Z軸成分を採用してもよい。
【0054】次に、ステップS5において、重心位置G
からフィラーワイヤ78のY軸方向のずれ量ΔYを求め
る。すなわち、図6に示すように、重心位置GのZ軸座
標値ZGとX軸に係る規定位置X0とを比較して、X軸
方向のずれ量ΔXをΔX=X0−XGとして求める。そ
して、このずれ量ΔXを用いてY軸方向のずれ量ΔYを
ΔY=ΔX・tanθL1として求める。θL1は、補助ビ
ームL1と水平面とのなす角度である。
【0055】次に、ステップS6において、計測用照射
部69のX軸方向の幅T3(図5参照)からフィラーワ
イヤ78の高さ方向の角度θ2を求める。図7に示すよ
うに、角度θ1は、幅T3、補助ビームL1と水平面と
のなす角度θL1、および補助ビームL1の幅T1とから
求めることができる。さらに求めた角度θ1と高さ方向
に係る規定角度θ10とのずれ量Δθ1をΔθ1=θ10
−θ1として求める。
【0056】次に、ステップS7において、計測用照射
部69のX軸方向の幅T3とZ軸方向の偏差εとから水
平方向の角度θ2を求める。角度θ2は、θ2=Tan
-1(ε/T3)として求めることができる。さらに求め
た角度θ2と水平方向に係る規定角度θ20とのずれ量
Δθ2をΔθ2=θ20−θ2として求める。なお、規
定角度θ20は、X軸方向を基準にして0°とすると式
が簡略化することができ好適である。
【0057】次に、ステップS8において、位置算出部
94は、算出したずれ量ΔX、ΔY、ΔZ、Δθ1およ
びΔθ2をアクチュエータ制御部90へ供給する。
【0058】最後にステップS9において、アクチュエ
ータ制御部90は、取得したずれ量ΔX、ΔY、ΔZ、
Δθ1およびΔθ2が「0」でないとき、または許容範
囲内にないときは、それぞれのずれ量が「0」、または
許容範囲内になるように第4アクチュエータ82を動作
させる。
【0059】このようにして、位置算出部94は、画像
100から得られる重心位置G、偏差εおよび幅T3か
ら、フィラーワイヤ78のX軸、Y軸、Z軸に関するそ
れぞれのずれ量ΔX、ΔY、ΔZを求めることができ
る。また、高さ方向および水平方向の角度に関するずれ
量Δθ1およびΔθ2を求めることができる。さらにこ
れらのずれ量Δθ1、Δθ2により、フィラーワイヤ7
8の角度を調整することができる。
【0060】次に、レーザ高さ算出部96の機能を主に
用いてレーザ照射機構12の高さを調整しながら鋼板W
1と鋼板W2を溶接する方法について、図8を参照しな
がら説明する。なお、図8に示される処理は、実際上は
微小時間毎に連続的に実行されるものであり、所謂、リ
アルタイム処理が可能である。また、このレーザ高さ算
出部96は、前記位置算出部94と同時並行的に動作す
るものである。
【0061】図8のステップS101およびS102
は、前記ステップS1およびS2と同じ処理であり、実
際上は区別されずに共用される。
【0062】次に、ステップS103において、レーザ
高さ算出部96は画像100(図5参照)を取得した
後、画像100から溶接部位Pと被溶接部材照射部70
を抽出する。さらに溶接部位Pの水平面における位置
(XP、ZP)と被溶接部材照射部70のX軸座標値X
1を求める。画像100において溶接部位Pが所定の
面積を持つときには、その重心位置を溶接部位Pの位置
(XP、ZP)とする。また、画像100は第1プリズ
ム56の機能によって光軸Oを中心とした画像となって
おり、溶接部位Pは光軸O上にあることから、画像10
0の中心を溶接部位Pの位置(XP、ZP)としてもよ
い。
【0063】次に、ステップS104において、被溶接
部材照射部70と溶接部位Pとの距離ΔXPをΔXP=
XP−XP1として求める。
【0064】次に、ステップS105において、距離Δ
XPを用いて集光レンズ48の溶接部位Pに対する高さ
Y1を求める。図6から諒解されるように、高さY1は
Y1=ΔXP・tanθL1+Ycとして求められる。こ
こでYcは、補助ビームL1と光軸Oとの交点を交点Q
としたときの、該交点Qと集光レンズ48との距離であ
り、レーザ高さ算出部96が記憶しているものである。
【0065】次に、ステップS106において、集光レ
ンズ48の焦点距離(規定高さ)Y 0と高さY1とのず
れ量ΔY1をΔY1=Y0−Y1として求める。集光レ
ンズ48の焦点距離Y0は、規定値としてレーザ高さ算
出部96が記憶しているものである。
【0066】次に、ステップS107において、レーザ
高さ算出部96は、焦点距離Y0に係るずれ量ΔY1を
アクチュエータ制御部90に供給する。アクチュエータ
制御部90は、取得したずれ量ΔY1を参照し、ΔY1
が「0」でないとき、または許容高さ範囲内にないとき
は、ずれ量ΔY1が「0」または許容高さ範囲内になる
ように第1アクチュエータ24を動作させる。
【0067】このようにして、レーザ高さ算出部96
は、画像100から得られる距離ΔXPに基づいて集光
レンズ48の溶接部位Pに対する高さY1を算出するこ
とができる。また、このずれ量ΔY1をアクチュエータ
制御部90に供給することにより、集光レンズ48の焦
点距離Y0を溶接部位Pに対して適正に制御することが
できる。特に、被溶接部材である鋼板W1、W2が複数
種類存在し厚みがそれぞれ異なるときに、それぞれの鋼
板W1、W2に対して高さY1を焦点距離Y0に一致す
るように制御することができる。さらに、鋼板W1、W
2の厚みが連続的に変化している場合にも同様に制御可
能である。
【0068】次に、第2の実施形態に係るレーザ溶接装
置10aおよびこのレーザ溶接装置10aを用いた溶接
方法について、図9〜図11を参照しながら説明する。
【0069】図9に示すように、レーザ溶接装置10a
は、基本的には、第1の実施形態に係るレーザ溶接装置
10における補助ビームL1を、外部から照射する一対
のラインビームL3、L4に置き換えたものである。以
下、上述したレーザ溶接装置10と同一の構成要素には
同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0070】レーザ溶接装置10aには、回転部材62
の下端部に一対のラインビーム発振器101、102が
備えられており、このラインビーム発振器101、10
2から出力されるラインビームL3およびL4は、互い
に平行でありフィラーワイヤ78と鋼板W1、W2とを
照射する。このラインビームL3およびL4は、レーザ
ビームL2とは異なる波長のレーザ、例えば、IR(i
nfrared)レーザとすると、画像100において
明確に識別可能となり好適である。
【0071】また、ラインビームL3、L4はレーザで
ある必要はなく、例えば、指向性のある光、放射線など
であってもよい。
【0072】なお、レーザ溶接装置10aでは、第1の
実施形態における偏向レンズ50、進退手段52、第2
アクチュエータ64およびロッド66は不要である。
【0073】図10に示すように、ラインビームL3、
L4は間隔が幅T1aのライン状のビームとして照射さ
れ、ラインビームL3、L4の照射方向は、幅T1aの
方向がフィラーワイヤ78の延出する方向に略一致し、
フィラーワイヤ78の全幅79を補助照射線104およ
び106として照射している。
【0074】ラインビームL3、L4の縦方向の幅T2
aは、フィラーワイヤ78の全幅79より長く設定され
ており、補助照射線104、106を照射しない部分の
ラインビームL3、L4は、鋼板W1、W2を被溶接部
材照射部108、110として照射している。なお、ラ
インビームL3、L4の縦方向、つまり幅T2aの方向
は、Z軸方向と一致するように回転手段54により調整
されている。
【0075】制御機構16aは、第1の実施形態と同様
のアクチュエータ制御部90、ロボット制御部92を有
し、さらに位置算出部94aおよびレーザ高さ算出部9
6aを有する。また、制御機構16aは、レーザ発振器
40とともにラインビーム発振器101、102を駆動
制御する。
【0076】位置算出部94aは、カメラ60によって
撮像される画像から得られる補助照射線104、106
で囲まれる領域(計測用照射部)112(図11参照)
の位置、形状に基づいてフィラーワイヤ78の位置を算
出する機能を有するものである。具体的には、領域11
2を第1の実施形態における計測用照射部69と同様に
扱い、ずれ量ΔX、ΔY、ΔZ、Δθ1およびΔθ2を
算出した後、アクチュエータ制御部90へ供給する。
【0077】また、この場合、溶接部位Pは無関係であ
ることから、カメラ60により撮像する際にラインビー
ムL3、L4による照射部、つまり補助照射線104、
106および被溶接部材照射部108、110の波長だ
けに感光するように撮像してもよい。このようにする
と、レーザビームL2による溶接部位Pが画像100上
に現れないので、補助照射線104、106を抽出しや
すい。
【0078】さらに、ラインビームL3、L4の幅T1
aは、ラインビーム発振器101と102の配置によっ
て任意の幅に設定可能であり、画像100において抽出
しやすい幅に設定できる。
【0079】レーザ高さ算出部96aは、被溶接部材照
射部108のX座標値XPa1(図11参照)と溶接部
位PとのX軸方向の距離ΔXPaに基づいてケーシング
38の溶接部位Pに対する高さY1(図6参照)を算出
する機能を有するものである。具体的には、距離ΔXP
aを第1の実施形態における距離ΔXPと同様に扱い、
集光レンズ48の溶接部位Pに対する高さY1を求め
る。この場合、第1の実施形態における交点Qは、光軸
OとラインビームL3との交点とすればよい。
【0080】この後、焦点距離Y0に係るずれ量ΔY1
をアクチュエータ制御部90に供給し、第1アクチュエ
ータ24を動作させることにより集光レンズ48および
レーザ照射機構12の高さを調整することができる。
【0081】このように第2の実施形態においては、第
1の実施形態と同様の効果が得られる。
【0082】上記の第1および第2の実施形態では、計
測用照射部69および領域112は簡易的に長方形また
は平行四辺形として扱う例を示したが、厳密には計測用
照射部69および領域112はフィラーワイヤ78の外
周に沿った円弧をもつ形状となるので、位置算出部9
4、94aはこの円弧形状を考慮して処理を行うように
してもよい。
【0083】また、計測用照射部69および領域112
については、位置を示す重心位置G、形状を示す偏差ε
および幅T3を用いてフィラーワイヤ78の位置を算出
するものとしたが、計測用照射部69および領域112
の面積(撮像情報)を用いるようにしてもよい。例え
ば、幅T3と面積は比例関係にあるので、面積を幅T3
の代替として用いることができる。
【0084】さらに、第2の実施形態では、ラインビー
ムL3、L4と同様のラインビームを追加し、3つ以上
のラインビームを用いるようにしてもよい。この場合、
フィラーワイヤ78の位置に応じて、任意の2つを選択
して処理するようにしてもよい。
【0085】なお、この発明に係るレーザ溶接装置およ
び溶接方法は、上述の実施形態例に限らず、この発明の
要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは
もちろんである。
【0086】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るレー
ザ溶接装置および溶接方法によれば、レーザ溶接を行う
際に送給するフィラーワイヤの水平位置、高さおよび/
または角度を検出することができるという効果が達成さ
れる。これらの水平位置、高さおよび/または角度に基
づいてフィラーワイヤを規定位置および/または規定角
度へ調整することができる。
【0087】また、投光部の高さを検出することができ
ることから、レーザの投光部の高さを焦点距離に合わせ
て調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るレーザ溶接方法
を実施するためのレーザ溶接装置の一部を破断させた状
態を示す側面説明図である。
【図2】前記レーザ溶接装置を構成する進退手段および
回転手段の斜視説明図である。
【図3】第1の実施形態における溶接部位およびその周
辺を示す概略斜視図である。
【図4】フィラーワイヤの位置を制御しながらレーザ溶
接を行う手順を示すフローチャートである。
【図5】第1の実施形態において、カメラが撮像する画
像を示す説明図である。
【図6】第1の実施形態において、集光レンズ、レーザ
ビーム、補助ビームおよびフィラーワイヤの相互位置関
係を示す側面説明図である。
【図7】第1の実施形態において、補助ビームとフィラ
ーワイヤとの相対角度を示す側面説明図である。
【図8】集光レンズおよびレーザ照射機構の高さを制御
しながらレーザ溶接を行う手順を示すフローチャートで
ある。
【図9】本発明の第2の実施形態に係るレーザ溶接方法
を実施するためのレーザ溶接装置の一部を破断させた状
態を示す側面説明図である。
【図10】第2の実施形態における溶接部位およびその
周辺を示す概略斜視図である。
【図11】第2の実施形態において、カメラが撮像する
画像を示す説明図である。
【符号の説明】
10、10a…レーザ溶接装置 12…レーザ照射
機構 14…ロボットアーム 16、16a…制
御機構 24、64、71、82…アクチュエータ 40…レーザ発振器 46…コリメータ
レンズ 48…集光レンズ 50…偏向レンズ 56、58…直角プリズム 60…カメラ 69…計測用照射部 70…被溶接部材
照射部 72…回転軸 78…フィラーワ
イヤ 79…全幅 80…ワイヤ送り
出し装置 90…アクチュエータ制御部 94、94a…位
置算出部 96、96a…レーザ高さ算出部 100…画像 112…領域 L1…補助ビーム L2…レーザビーム L3、L4…ライ
ンビーム P…溶接部位 W1、W2…鋼板 X0、Z0…規定位置 XP1…X軸座標
値 Y0…焦点距離 Y1…高さ Yc…交点と集光レンズとの距離 ε…偏差 θ1…高さ方向の角度 θ2…水平方向の
角度

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ溶接によって被溶接部材を溶接する
    際に、フィラーワイヤを被溶接部材の溶接部に送給し、
    レーザによって前記フィラーワイヤを溶融させて前記被
    溶接部材を溶接するレーザ溶接装置において、 少なくとも前記フィラーワイヤの全幅を照射するビーム
    と、 前記ビームが照射する前記フィラーワイヤの計測用照射
    部を撮像するカメラと、 前記カメラによって撮像される画像から前記計測用照射
    部の撮像情報に基づいて前記フィラーワイヤの位置を算
    出する位置算出部と、 前記位置算出部で算出された位置が規定位置および/ま
    たは規定角度を基準とした許容範囲の外であるとき、前
    記フィラーワイヤを前記許容範囲内へ移動調整するワイ
    ヤ位置調整部と、 を有することを特徴とするレーザ溶接装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のレーザ溶接装置において、 前記撮像情報は、前記計測用照射部の位置、形状または
    面積を含む情報であることを特徴とするレーザ溶接装
    置。
  3. 【請求項3】請求項1または2記載のレーザ溶接装置に
    おいて、 前記位置算出部で算出する位置は、前記フィラーワイヤ
    の水平位置、高さまたは角度であることを特徴とするレ
    ーザ溶接装置。
  4. 【請求項4】請求項1〜3のいずれか1項に記載のレー
    ザ溶接装置において、 前記カメラは、前記ビームが照射する前記被溶接部材の
    被溶接部材照射部と前記レーザが照射される溶接照射部
    とを同時に撮像し、 前記被溶接部材照射部と前記溶接照射部との距離に基づ
    いて前記レーザの投光部の前記溶接照射部に対する高さ
    を算出するレーザ高さ算出部と、 前記レーザ高さ算出部で算出された高さが規定高さを基
    準とした許容高さ範囲の外であるとき、前記レーザと前
    記ビームのそれぞれの投光部を、前記溶接照射部に対し
    て一体的に進退駆動させて前記許容高さ内へ移動調整す
    る進退駆動部と、 を有することを特徴とするレーザ溶接装置。
  5. 【請求項5】請求項1〜4のいずれか1項に記載のレー
    ザ溶接装置において、 前記ビームは、レーザの一部を偏向することによって生
    成することを特徴とするレーザ溶接装置。
  6. 【請求項6】請求項1〜4のいずれか1項に記載のレー
    ザ溶接装置において、 前記ビームは、ライン状で2以上のレーザを用いること
    を特徴とするレーザ溶接装置。
  7. 【請求項7】請求項1〜6のいずれか1項に記載のレー
    ザ溶接装置において、 前記カメラは、前記レーザの光軸上に配置されたプリズ
    ムを介して画像を撮像することを特徴とするレーザ溶接
    装置。
  8. 【請求項8】レーザにより被溶接部材を溶接するレーザ
    溶接装置において、 前記被溶接部材を照射するビームと、 前記ビームが照射する前記被溶接部材の被溶接部材照射
    部と前記レーザが照射される溶接照射部とを同時に撮像
    するカメラと、 前記被溶接部材照射部と前記溶接照射部との距離に基づ
    いて前記レーザの投光部の前記溶接照射部に対する高さ
    を算出するレーザ高さ算出部と、 前記レーザ高さ算出部で算出された高さが規定高さを基
    準とした許容高さ外であるとき、前記レーザと前記ビー
    ムのそれぞれの投光部を、前記溶接照射部に対して一体
    的に進退駆動させて前記許容高さ内へ移動調整する進退
    駆動部と、 を有することを特徴とするレーザ溶接装置。
  9. 【請求項9】レーザ溶接によって被溶接部材を溶接する
    際に、フィラーワイヤを被溶接部材の溶接部に送給し、
    レーザによって前記フィラーワイヤを溶融させて前記被
    溶接部材を溶接するレーザ溶接方法において、 ビームにより少なくとも前記フィラーワイヤの全幅を照
    射するステップと、 前記ビームが前記フィラーワイヤを照射する計測用照射
    部をカメラにより撮像するステップと、 前記カメラによって撮像される画像から得られる前記計
    測用照射部の撮像情報に基づいて前記フィラーワイヤの
    位置を算出するステップと、 算出された前記フィラーワイヤの位置が規定位置および
    /または規定角度を基準とした許容範囲の外であると
    き、前記フィラーワイヤを前記許容範囲内へ移動調整す
    るステップとを有することを特徴とするレーザ溶接方
    法。
  10. 【請求項10】レーザにより被溶接部材を溶接するレー
    ザ溶接方法において、 ビームにより被溶接部材を照射するステップと、 前記ビームが照射する前記被溶接部材の溶接部材照射部
    と前記レーザが照射される溶接照射部とを同時に撮像す
    るステップと、 前記溶接部材照射部と前記溶接照射部との距離に基づい
    て前記レーザの投光部の前記溶接照射部に対する投光部
    高さを算出するステップと、 前記投光部高さが規定高さを基準とした許容高さ外であ
    るとき、前記レーザと前記ビームのそれぞれの投光部
    を、前記溶接照射部に対して一体的に進退駆動させて前
    記許容高さ内へ移動調整するステップとを有することを
    特徴とするレーザ溶接方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009006339A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザ加工装置、及び、レーザ加工方法
JP2012030263A (ja) * 2010-08-02 2012-02-16 Panasonic Corp レーザ溶接方法とレーザ溶接装置
JP2013128968A (ja) * 2011-12-22 2013-07-04 Amada Co Ltd フィラーワイヤの先端位置合せ方法及びレーザ溶接装置
CN109514744A (zh) * 2017-09-19 2019-03-26 株式会社迪思科 晶片的加工方法

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