JP2003220479A - レーザ溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単かつ安価な構成で、互いに突き合わされた
板材／または互いに重ね合わされた板材の位置決め状態
および／または溶接状態を高精度に検出する。 【解決手段】レーザ溶接装置１０は、レーザビーム照射
機構１４と、互いに突き合わされた板材Ｗ１、Ｗ２のレ
ーザビーム照射側に配設され、前記板材Ｗ１、Ｗ２の位
置決め状態および溶接状態を検出するＣＣＤカメラユニ
ット１６と、前記板材Ｗ１、Ｗ２のレーザビーム照射側
とは反対側に配設され、該板材Ｗ１、Ｗ２を透過したレ
ーザビームＬを反射させて前記ＣＣＤカメラユニット１
６に照射するレーザビーム反射機構１８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、互いに突き合わさ
れた板材、または互いに重ね合わされた板材を、所定の
位置に位置決めしてレーザビームを照射することによ
り、前記板材を接合するレーザ溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、２枚以上の板材同士を互いに
重ね合わせた状態で、または、２枚以上の板材同士を互
いに突き合わせた状態で、所定の溶接部位に沿ってレー
ザビームを照射することにより、前記板材を一体的に溶
接するレーザ溶接処理が、各種の製造工程で広く行われ
ている。エネルギ効率がよく、しかも熱歪み等の熱影響
範囲が縮小化されるからである。

【０００３】この種のレーザ溶接処理では、良好な溶接
品質を維持するために、位置決め状態や溶接状態を確認
することが望まれている。例えば、板材同士の突き合わ
せ溶接では、溶接品質に影響する前記板材同士の突き合
わせ部位の隙間を検出する必要があり、また、前記突き
合わせ溶接および板材同士の重ね合わせ溶接では、外観
や強度を保証するために、溶接部位の貫通孔や未溶接部
分等の溶接不良部位を検出する必要がある。

【０００４】そこで、例えば、特公平６−８８１５０号
公報（以下、従来技術１という）に開示されたビーム溶
接装置や、特公平４−６９５１１号公報（以下、従来技
術２という）に開示された溶接異常検出方法が知られて
いる。

【０００５】上記の従来技術１では、板材同士の突き合
わせ部位の隙間および幅を検出するため、前記板材が載
置される載置台に、光源と、この光源から発せられる光
を前記突き合わせ部位の隙間に導入するアダプタとが設
けられるとともに、前記突き合わせ部位の上方には、前
記突き合わせ部位の隙間を透過して上方に出射される光
を受光する光センサが設けられている。

【０００６】また、上記の従来技術２では、溶融金属の
溶け落ち現象を検出するため、溶接部の裏面適所にＮＤ
フィルタ、干渉フィルタ、偏光フィルタの組み合わせお
よびＣＣＤカメラ等からなる監視装置が設置されるとと
もに、前記監視装置の視野内にスポット光を投光する短
波長投光器が設けられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の従来
技術１では、溶接部位の貫通孔や未溶接部分等の検出を
行うことができない。しかも、突き合わせ部位の隙間お
よび幅を検出するために、専用の光源、アダプタおよび
光センサが必要となり、装置全体が複雑でかつ高価なも
のとなってしまうという問題が指摘されている。

【０００８】また、上記の従来技術２では、板材同士の
突き合わせ部位の隙間および溶接部位の未溶接部の検出
を行うことができない。さらに、複雑かつ高価な監視装
置や短波長投光器を使用するために、装置全体のコスト
が高騰するとともに、前記監視装置を板材の裏側に設置
しなければならず、設計の自由度が低下するという問題
がある。

【０００９】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、簡単かつ安価な構成で、互いに突き合わされた板
材、または互いに重ね合わされた板材の位置決め状態お
よび／または溶接状態を高精度に検出することが可能な
レーザ溶接装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ溶接
装置では、互いに突き合わされた板材、または互いに重
ね合わされた板材のレーザビーム照射側に配設され、前
記板材の位置決め状態および／または溶接状態を検出す
る撮像機構と、前記板材のレーザビーム照射側とは反対
側に配設され、該板材を透過したレーザビームを反射さ
せて前記撮像機構に照射するレーザビーム反射機構とを
備えている。

【００１１】このため、互いに突き合わされた板材で
は、突き合わせ部位に隙間が存在したり、溶接部位に貫
通孔や未溶接部分等の溶接不良部位が発生したりする
と、レーザビームが前記隙間や前記溶接不良部位を透過
してレーザビーム反射機構に照射される。従って、レー
ザビーム反射機構は、レーザビームを反射してこのレー
ザビームを撮像機構に照射させることにより、突き合わ
せ部位の隙間や溶接不良部位を確実に検出することがで
きる。

【００１２】一方、互いに重ね合わされた板材では、溶
接部位に貫通孔や未溶接部分等の溶接不良部位が発生す
ると、レーザビームが前記溶接不良部位を透過してレー
ザビーム反射機構に照射される。これにより、レーザビ
ームは、このレーザビーム反射機構で反射されて撮像機
構に照射されるため、重ね合わせ溶接での溶接不良部位
を良好に検出することが可能になる。

【００１３】しかも、板材のレーザビーム照射側とは反
対側に、レーザビーム反射機構を配置するだけでよい。
このため、レーザ溶接装置全体の構成が有効に簡素化さ
れ、前記レーザ溶接装置を経済的に製造することができ
るとともに、互いに突き合わされた板材、および互いに
重ね合わされた板材の位置決め状態および／または溶接
状態を精度よく検出することが可能になる。

【００１４】また、レーザビーム反射機構は、板材を透
過したレーザビームを撮像機構に向かって反射させるた
めの反射形状部を備えている。例えば、撮像機構に集光
させるための集光形状部や、前記撮像機構に指向して確
実に照射させるための傾斜形状部等を設けている。従っ
て、簡単な構成で、レーザビーム反射機構で反射された
レーザビームを撮像機構に確実に照射することができ、
高精度な検出処理が効率的に遂行可能になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
レーザ溶接装置１０の概略構成説明図である。

【００１６】レーザ溶接装置１０は、溶接用ロボット１
２に装着されるレーザビーム（ＹＡＧ光）照射機構１４
と、例えば、互いに突き合わされた板材Ｗ１、Ｗ２の位
置決め状態および溶接状態を検出するために、前記板材
Ｗ１、Ｗ２のレーザビーム照射側に配置された撮像機構
であるＣＣＤカメラユニット（または、ＣＭＯＳカメラ
ユニット）１６と、前記板材Ｗ１、Ｗ２の前記レーザビ
ーム照射側とは反対側に配設され、該板材Ｗ１、Ｗ２を
透過したレーザビームＬを反射させて前記ＣＣＤカメラ
ユニット１６に照射するレーザビーム反射機構１８とを
備える。

【００１７】ＣＣＤカメラユニット１６には、前記ＣＣ
Ｄカメラユニット１６による撮像画像を表示するモニタ
１９が接続されるとともに、レーザビーム照射機構１４
には、レーザビームＬを導出するレーザ発振器２０が接
続される。レーザ発振器２０とモニタ１９に連結された
画像処理部２１とが制御盤２２に接続され、前記制御盤
２２は、溶接用ロボット１２を駆動制御するロボットコ
ントローラ２４に接続される。

【００１８】溶接用ロボット１２を構成するロボットア
ーム２６の先端には、レーザビーム照射機構１４が装着
される。レーザビーム照射機構１４は、ロボットアーム
２６の先端にフローチング支持されるケーシング２８を
備え、このケーシング２８の端部には、レーザ発振器２
０から前記ケーシング２８内にレーザビームＬを導入す
るための光ファイバ３２が接続されている。光ファイバ
３２から導出されるレーザビームＬの溶接光軸Ｏ上に
は、矢印Ａ方向に向かってコリメータレンズ３４および
集光レンズ３６が配置される。

【００１９】ＣＣＤカメラユニット１６は、ケーシング
２８に固定されるアーム部材３８を備え、このアーム部
材３８の端部にユニット本体４０が取着されている。図
１および図２に示すように、ＣＣＤカメラユニット１６
は、板材Ｗ１、Ｗ２の突き合わせ線Ｔと溶接光軸Ｏを含
む面上で、前記溶接光軸Ｏから溶接方向（矢印Ｂ方向）
前方に所定の角度θ°（約１０°）だけ傾斜して配設さ
れる。ＣＣＤカメラユニット１６には、偏光フィルタ４
２と、ＹＡＧ光バンドパスフィルタ４４とが装着され
る。

【００２０】偏光フィルタ４２は、溶接時の金属蒸気や
金属微粒子によるレーザビームＬの乱反射成分を除去
し、板材Ｗ１、Ｗ２の表面およびレーザビーム反射機構
１８からのレーザビーム反射光Ｌ１のみを選択的に検出
する機能を有する。この偏光フィルタ４２は、ある一方
向の振動の光のみを透過させるため、回転機構（図示せ
ず）を備えている。ＹＡＧ光バンドパスフィルタ４４
は、撮影時にノイズとなる溶接光やプラズマ光を除去
し、レーザビーム反射機構１８からのレーザビーム反射
光Ｌ１のみを選択的に検出する機能を有する。

【００２１】レーザビーム反射機構１８は反射部材４６
を備え、この反射部材４６は、銅製ブロックにクロムメ
ッキ処理が施されている。図２に示すように、反射部材
４６は、溶接方向（矢印Ｂ方向）に長尺に構成されてお
り、前記反射部材４６の上部には、ＣＣＤカメラユニッ
ト１６にレーザビーム反射光Ｌ１を集光させるために、
幅方向（進行方向に交差する方向）の断面が楔形状（ま
たは湾曲形状）の集光形状部４８が、矢印Ｂ方向に延在
して設けられる。

【００２２】反射部材４６の上部には、溶接時に板材Ｗ
１、Ｗ２を透過したレーザビームＬが、溶接方向前方の
隙間を透過してＣＣＤカメラユニット１６に確実に入射
するように、進行方向の断面が鋸形状の傾斜形状部５０
が、矢印Ｂ方向に沿って設けられる。

【００２３】このように構成されるレーザ溶接装置１０
の動作について、以下に説明する。

【００２４】まず、図２に示すように、板材Ｗ１、Ｗ２
が、互いの端部を突き合わされた状態で、反射部材４６
に対応して位置決め保持される。ここで、レーザビーム
照射機構１４は、溶接用ロボット１２の駆動作用下に、
図１中、矢印Ｂ方向に変位する。その際、制御盤２２を
介してレーザ発振器２０が駆動され、このレーザ発振器
２０から導出されるレーザビームＬが、光ファイバ３２
を介してレーザビーム照射機構１４に送られる。

【００２５】ケーシング２８内では、レーザビームＬが
コリメータレンズ３４を介して集光レンズ３６に至り、
さらに板材Ｗ１、Ｗ２の突き合わせ線Ｔの近傍に集光し
て照射される。このため、板材Ｗ１、Ｗ２は、レーザビ
ームＬが照射された部位が加熱され、レーザビーム照射
機構１４が矢印Ｂ方向に移動することによって、前記板
材Ｗ１、Ｗ２が互いに接合される。

【００２６】この場合、本実施形態では、ＣＣＤカメラ
ユニット１６が、レーザビーム照射機構１４側に、溶接
光軸Ｏから溶接方向前方に所定の角度θ°だけ傾斜して
配設されるとともに、板材Ｗ１、Ｗ２のレーザビーム照
射側とは反対側に、レーザビーム反射機構１８が配設さ
れている。

【００２７】そして、レーザビームＬが板材Ｗ１、Ｗ２
に照射される際、この板材Ｗ１、Ｗ２の突き合わせ部位
に隙間が発生していなければ、モニタ１９には、図３に
示すように、前記レーザビームＬの照射によって前記板
材Ｗ１、Ｗ２が溶融している溶融点６０の光のみが検出
表示される。このため、画像処理部２１では、ＣＣＤカ
メラユニット１６により検出された画像データに基づい
て、板材Ｗ１、Ｗ２の隙間が０であることを検出する。

【００２８】ここで、板材Ｗ１、Ｗ２の突き合わせ部位
に隙間が発生していると、レーザビームＬの一部が前記
隙間を透過してレーザビーム反射機構１８を構成する反
射部材４６に照射される。この反射部材４６には、図２
に示すように、集光形状部４８と傾斜形状部５０とが設
けられている。

【００２９】従って、板材Ｗ１、Ｗ２の隙間を透過した
レーザビームＬは、反射部材４６の上面で反射し、レー
ザビーム反射光Ｌ１として前記板材Ｗ１、Ｗ２の隙間を
再度透過してＣＣＤカメラユニット１６に照射される。
モニタ１９には、図４に示すように、溶融点６０の溶接
方向前方に隙間光６２が表示され、互いに突き合わされ
ている板材Ｗ１、Ｗ２間に隙間が存在していることが検
出される。

【００３０】一方、板材Ｗ１、Ｗ２において、レーザビ
ームＬの照射によって溶接が行われた部分に、貫通孔や
未溶接部分等の溶接不良部位が発生していると、この不
良発生部位を透過したレーザビームＬがレーザビーム反
射機構１８に照射される。これにより、レーザビーム反
射機構１８を構成する反射部材４６で反射されたレーザ
ビーム反射光Ｌ１が、溶接不良部位を再度透過してＣＣ
Ｄカメラユニット１６に照射される。

【００３１】このため、図５に示すように、モニタ１９
には、溶融点６０の溶接方向後方に溶接不良光６４が表
示され、板材Ｗ１、Ｗ２の溶接終了後の部分に、溶接不
良部位が存在していることを検出することができる。

【００３２】次に、図６に示すように、互いに重ね合わ
された板材Ｗ３、Ｗ４を溶接する際には、上記した板材
Ｗ１、Ｗ２の突き合わせ溶接と同様に、レーザビーム照
射機構１４から前記板材Ｗ３、Ｗ４にレーザビームＬが
照射される。そして、板材Ｗ３、Ｗ４の溶接部位に溶接
不良部位、例えば、貫通孔が発生していると、レーザビ
ームＬがこの貫通孔を透過してレーザビーム反射機構１
８に照射される。

【００３３】従って、反射部材４６の上面でレーザビー
ムＬが反射されて得られたレーザビーム反射光Ｌ１が、
貫通孔を再度透過してＣＣＤカメラユニット１６に照射
される。このため、モニタ１９には、図５に示すよう
に、溶融点６０の溶接方向後方に位置して溶接不良光６
４が表示され、互いに重ね合わされた板材Ｗ３、Ｗ４の
溶接不良部位が自動的に検出されることになる。

【００３４】このように、本実施形態では、レーザビー
ム反射機構１８を構成する反射部材４６が、互いに突き
合わされた板材Ｗ１、Ｗ２の隙間または溶接不良部位
や、互いに重ね合わされた板材Ｗ３、Ｗ４の溶接不良部
位を透過したレーザビームＬを反射し、レーザビーム反
射光Ｌ１をＣＣＤカメラユニット１６に確実に照射して
いる。

【００３５】これにより、レーザ溶接装置１０を用い
て、板材Ｗ１、Ｗ２の突き合わせ溶接や板材Ｗ３、Ｗ４
の重ね合わせ溶接を良好に行うとともに、前記板材Ｗ
１、Ｗ２の位置決め状態と、前記板材Ｗ１、Ｗ２および
前記板材Ｗ３、Ｗ４の溶接状態とを、容易かつ確実に検
出することができるという効果が得られる。しかも、レ
ーザビーム反射機構１８は、反射部材４６を備えるだけ
でよく、例えば、従来のように、専用の光源、アダプタ
および光センサを用いたり、監視装置および短波長投光
器を備えたりするものに比べ、構成が一挙に簡素化され
るとともに、経済的であるという利点がある。

【００３６】さらに、反射部材４６は、銅製ブロックに
クロムメッキ処理を施して構成されている。このため、
レーザビームＬに対する反射率を十分に高く維持すると
ともに、前記レーザビームＬの照射に対する耐久性が高
く、かつ比較的安価に製造することができる。

【００３７】また、反射部材４６の上部には、幅方向の
断面が楔形状の集光形状部４８と、進行方向の断面が鋸
形状の傾斜形状部５０とが設定されている。従って、反
射部材４６に照射されたレーザビームＬを、レーザビー
ム反射光Ｌ１としてＣＣＤカメラユニット１６に対し確
実に照射させることが可能になる。

【００３８】なお、本実施形態では、それぞれ２枚の板
材Ｗ１、Ｗ２およびＷ３、Ｗ４を用いた突き合わせ溶接
および重ね合わせ溶接について説明したが、これに限定
されるものではなく、３枚以上の板材を突き合わせ溶接
および重ね合わせ溶接する際にも、良好に適応すること
ができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明に係るレーザ溶接装置では、突き
合わせ溶接される板材の位置決め状態や溶接状態、また
は互いに重ね合わせ溶接される板材の溶接状態を、簡単
な構成からなるレーザビーム反射機構を用いて容易かつ
確実に検出することができる。これにより、汎用性に優
れるとともに、レーザ溶接装置全体の構成を簡素化し、
前記レーザ溶接装置を経済的に得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るレーザ溶接装置の概略
構成説明図である。

【図２】前記レーザ溶接装置の要部斜視説明図である。

【図３】板材間に隙間がない状態を示すモニタの表示画
面の説明図である。

【図４】前記板材間に隙間が存在する場合を示す前記モ
ニタの表示画面の説明図である。

【図５】前記板材間に溶接不良部位が存在する場合を示
す前記モニタの表示画面の説明図である。

【図６】互いに重ね合わされた板材を溶接する際の前記
レーザ溶接装置の要部斜視説明図である。

【符号の説明】

１０…レーザ溶接装置 １２…溶接用ロ
ボット １４…レーザビーム照射機構 １６…ＣＣＤカ
メラユニット １８…レーザビーム反射機構 １９…モニタ ２０…レーザ発振器 ２１…画像処理
部 ２２…制御盤 ２４…ロボット
コントローラ ２８…ケーシング ３２…光ファイ
バ ３４…コリメータレンズ ３６…集光レン
ズ ４０…ユニット本体 ４２…偏光フィ
ルタ ４４…ＹＡＧ光バンドパスフィルタ ４６…反射部材 ４８…集光形状部 ５０…傾斜形状
部 Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４…板材

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA15 AA49 BB01 CC15 FF42 GG04 HH04 HH12 HH15 JJ03 JJ09 JJ26 LL02 LL04 LL11 LL21 LL22 LL33 PP25 SS02 SS13 4E068 BE00 BF00 CA17 CB09 CC01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに突き合わされた板材、または互いに
   重ね合わされた板材を、所定の位置に位置決めしてレー
   ザビームを照射することにより、前記板材を接合するレ
   ーザ溶接装置であって、 前記板材のレーザビーム照射側に配設され、該板材の位
   置決め状態および／または溶接状態を検出する撮像機構
   と、 前記板材の前記レーザビーム照射側とは反対側に配設さ
   れ、該板材を透過したレーザビームを反射させて前記撮
   像機構に照射するレーザビーム反射機構と、 を備え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、
   前記レーザビーム反射機構は、前記板材を透過したレー
   ザビームを前記撮像機構に向かって反射させるための反
   射形状部を備えることを特徴とするレーザ溶接装置。