JP2011050997A - Laser beam welding apparatus and laser beam welding method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam welding apparatus and a laser beam welding method which feed a filler wire to an adequate position in a molten pool, stabilize welding and perform the excellent laser beam welding of two metal plates even if the inner shape of the molten pool is changed when performing the laser beam welding of two vertically superposed metal plates while feeding the filler wire. <P>SOLUTION: When performing the laser beam welding of the two vertically superposed metal plates W1, W2 while feeding the filler wire X, upper and lower surfaces of a molten pool are imaged; the inner shape of the molten pool is estimated based on the imaged upper and lower surface shapes of the molten pool, and the advancing position and the advancing angle of the filler wire X with respect to the molten pool are adjusted based on the estimated inner shape of the molten pool. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、フィラーワイヤを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接するレーザー溶接装置及びレーザー溶接方法に関する。   The present invention relates to a laser welding apparatus and a laser welding method for laser welding two metal plates that are stacked one above the other while supplying filler wires.

近年、上下に重ね合わされた二枚の金属板の溶接方法として、レーザー溶接が利用されつつある。このレーザー溶接は、二枚の金属板の上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射しつつ該レーザー光を所定の溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板に対して移動させることにより、二枚の金属板を溶融させて線状の溶接ビードを形成させるものである。   In recent years, laser welding is being used as a method for welding two metal plates stacked one above the other. This laser welding is performed by moving the laser light with respect to the two metal plates along a predetermined welding path while irradiating laser light toward the upper metal plate surface of the two metal plates. Two metal plates are melted to form a linear weld bead.

また、レーザー光が照射される被照射部位にフィラーワイヤを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接することにより、金属板だけでなくフィラーワイヤも溶融させて、すなわち溶融金属を増加させて、二枚の金属板を連結させることも知られている。   Also, not only the metal plate but also the filler wire is melted, that is, melted by laser welding the two metal plates that are stacked one above the other while supplying the filler wire to the irradiated site that is irradiated with laser light. It is also known to connect two metal plates by increasing the metal.

このレーザー溶接におけるフィラーワイヤの供給に関して、上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接するものではないが、例えば特許文献1には、レーザー溶接とMIG溶接とを組み合わせた複合溶接において、溶接時に被溶接物に形成された溶融池を撮像し、撮像した画像に基づいてレーザー光の照射点から溶融池の輪郭までの距離を求め、求めた距離に基づいてレーザー光の照射点とフィラーワイヤの供給ノズルの相対的な位置を変化させることが開示されている。   Regarding the supply of filler wire in this laser welding, the two metal plates stacked one above the other are not laser welded. For example, Patent Document 1 discloses a combined welding that combines laser welding and MIG welding. The weld pool formed on the work piece during welding is imaged, the distance from the laser beam irradiation point to the outline of the weld pool is determined based on the captured image, and the laser beam irradiation point and filler are calculated based on the calculated distance. Changing the relative position of the wire feed nozzle is disclosed.

また、例えば特許文献2には、フィラーワイヤの先端を撮像手段により撮像し、この撮像信号を画像処理してフィラーワイヤの送り出し量および送り出し方向のずれを検出し、フィラーワイヤの先端がレーザー光の照射部位から許容範囲内に位置するように制御することが開示されている。   Further, for example, in Patent Document 2, the tip of a filler wire is imaged by an imaging means, and this imaging signal is subjected to image processing to detect a deviation in the amount and direction of delivery of the filler wire. It is disclosed that control is performed so as to be within an allowable range from the irradiation site.

さらに、例えば特許文献3には、溶接に用いるレーザーの一部を偏向させた補助ビームをフィラーワイヤに照射し、この照射部をカメラにより撮像し、撮像される画像からフィラーワイヤの位置を算出し、算出された位置が許容範囲外であるときフィラーワイヤを許容範囲内へ移動調整することが開示されている。   Further, for example, in Patent Document 3, an auxiliary beam obtained by deflecting a part of a laser used for welding is irradiated onto a filler wire, the irradiated portion is imaged with a camera, and the position of the filler wire is calculated from the captured image. It is disclosed that when the calculated position is outside the allowable range, the filler wire is moved and adjusted within the allowable range.

特開2003−181664号公報JP 2003-181664 A 特開2001−179471号公報JP 2001-179471 A 特開2003−211274号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-211274

ところで、レーザー光が照射される被照射部位にフィラーワイヤを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接する場合、金属板とフィラーワイヤとをレーザー光によって溶融させることから、フィラーワイヤの溶融にエネルギーが消費されて金属板の溶融が不十分となることがある。   By the way, when laser welding two metal plates stacked on top and bottom while supplying filler wire to the irradiated site irradiated with laser light, the metal plate and filler wire are melted by laser light, Energy may be consumed for melting the filler wire, and the metal plate may not be sufficiently melted.

これに対して、二枚の金属板のうち上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射することによりレーザー光によって金属板を溶融させて溶融金属が貯留されてなる溶融池を形成し、この溶融池にフィラーワイヤをレーザー光よりも溶接進行方向後方側から供給することで、レーザー光のエネルギーがフィラーワイヤの溶融に消費されることなく、金属板の溶融に利用することが可能であると考えられる。   In contrast, by irradiating laser light toward the upper metal plate surface of the two metal plates, the metal plate is melted by the laser light to form a molten pool in which the molten metal is stored. By supplying the filler wire to the molten pool from the rear side in the welding direction with respect to the laser beam, the energy of the laser beam can be used for melting the metal plate without being consumed for melting the filler wire. Conceivable.

そして、その場合、二枚の金属板における対向する面は一般に完全な平面ではなく二枚の金属板間には少なからず隙間が生じることから、溶融金属の下方への垂下を促進させるため、溶融池に供給するフィラーワイヤを溶融池内の所定深さまで進入させることが望ましいと考えられる。   In that case, the opposing surfaces of the two metal plates are generally not completely flat, and a gap is formed between the two metal plates. Therefore, in order to promote downward dripping of the molten metal, It is considered desirable to allow the filler wire supplied to the pond to enter a predetermined depth in the molten pool.

しかしながら、フィラーワイヤを溶融池内の所定深さまで進入させて溶融池に供給する場合、二枚の金属板間に生じた隙間の大きさなど種々の条件によって溶融池の形状がレーザー溶接中に変化し、フィラーワイヤが溶融池の外周面を形成する非溶融状態の金属板や被溶接部に接触したり、レーザー光によって溶融池内に形成されたキーホールに入ったりする場合がある。   However, when the filler wire enters the molten pool and is supplied to the molten pool, the shape of the molten pool changes during laser welding depending on various conditions such as the size of the gap formed between the two metal plates. In some cases, the filler wire may come into contact with a non-molten metal plate or welded portion that forms the outer peripheral surface of the molten pool, or may enter a keyhole formed in the molten pool by laser light.

フィラーワイヤが非溶融状態の金属板や被溶接部に接触すると、フィラーワイヤが引っかかったり折れ曲がったりしてワイヤ供給状態が一定せず溶接が不安定になる一方、フィラーワイヤがレーザー光によって溶融池内に形成されたキーホールに入ると、フィラーワイヤがレーザー光によって溶断されワイヤ供給状態が一定せず溶接が不安定になる。   When the filler wire comes into contact with a non-molten metal plate or welded part, the filler wire is caught or bent, and the wire supply state becomes unstable and welding becomes unstable. When entering the formed keyhole, the filler wire is melted by the laser beam, the wire supply state is not constant, and welding becomes unstable.

そこで、本発明は、フィラーワイヤを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接する際に、フィラーワイヤを溶融池内の好適な位置に供給することができ、溶接を安定化させ、二枚の金属板を良好にレーザー溶接することができるレーザー溶接装置及びレーザー溶接方法を提供する、ことを基本的な目的とする。   Therefore, the present invention stabilizes the welding by supplying the filler wire to a suitable position in the molten pool when laser welding the two metal plates stacked one above the other while supplying the filler wire. It is a basic object to provide a laser welding apparatus and a laser welding method capable of satisfactorily laser welding two metal plates.

このため、本願の請求項1に係る発明は、上下に重ね合わせられた二枚の金属板のうち上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射しつつ該レーザー光を所定の溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板に対して相対的に移動させ、レーザー光によって二枚の金属板を溶融させて溶融金属が貯留されてなる溶融池を上側の金属板の上面から下側の金属板の下面にわたって形成するとともに、前記溶融池にフィラーワイヤをレーザー光よりも溶接進行方向後方側から供給し、フィラーワイヤを供給しながら二枚の金属板をレーザー溶接するレーザー溶接装置であって、前記溶融池に対する前記フィラーワイヤの進入位置及び進入角度を調整するワイヤ供給調整手段と、前記溶融池の上面を撮像する第1の撮像手段と、前記溶融池の下面を撮像する第2の撮像手段と、前記第1の撮像手段によって撮像された前記溶融池の上面形状と前記第2の撮像手段によって撮像された前記溶融池の下面形状とに基づいて、前記溶融池の内部形状を推定する溶融池形状推定手段と、を備え、前記ワイヤ供給調整手段は、前記溶融池形状推定手段によって推定された前記溶融池の内部形状に基づいて、前記溶融池に対する前記フィラーワイヤの進入位置及び進入角度を調整する、ことを特徴としたものである。   For this reason, the invention according to claim 1 of the present application irradiates the laser beam toward the upper metal plate surface of the two metal plates stacked one above the other along the predetermined welding path. The two metal plates are moved relative to the two metal plates, and the two metal plates are melted by laser light to store the molten metal in the molten pool from the upper surface of the upper metal plate to the lower metal plate. A laser welding apparatus for forming a filler wire to the molten pool from the rear side in the welding progress direction with respect to the laser beam, and laser welding two metal plates while supplying the filler wire, Wire supply adjusting means for adjusting the entry position and angle of the filler wire with respect to the molten pool, first imaging means for imaging the upper surface of the molten pool, and first imaging means for imaging the lower surface of the molten pool The inner shape of the molten pool based on the upper surface shape of the molten pool imaged by the first imaging means and the lower surface shape of the molten pool imaged by the second imaging means. A molten pool shape estimating means for estimating, the wire supply adjusting means, based on the internal shape of the molten pool estimated by the molten pool shape estimating means, and the position of the filler wire entering the molten pool and The approach angle is adjusted.

また、本願の請求項2に係る発明は、請求項1に記載のレーザー溶接装置において、前記溶融池形状推定手段は、前記第1の撮像手段によって撮像された前記溶融池の上面形状の溶接進行方向後端位置と、前記第2の撮像手段によって撮像された前記溶融池の下面形状の溶接進行方向後端位置とに基づいて、前記溶融池内部の溶接進行方向後端側の形状を推定し、前記ワイヤ供給調整手段は、前記溶融池に所定の進入位置において所定の進入角度で進入する前記フィラーワイヤの延長線が、前記溶融池形状推定手段によって推定された前記溶融池内部の溶接進行方向後端側の形状のうち前記上側の金属板に対応する部分と交差しないように、前記溶融池に対する前記フィラーワイヤの進入位置及び進入角度を調整する、ことを特徴としたものである。   The invention according to claim 2 of the present application is the laser welding apparatus according to claim 1, wherein the molten pool shape estimation means is a welding progress of the upper surface shape of the molten pool imaged by the first imaging means. Based on the direction rear end position and the welding progress direction rear end position of the lower surface shape of the molten pool imaged by the second imaging means, the shape of the welding progress direction rear end side inside the molten pool is estimated. The wire supply adjusting means has a welding progress direction inside the molten pool in which an extension line of the filler wire that enters the molten pool at a predetermined entry position at a predetermined entry angle is estimated by the molten pool shape estimating means. Adjusting the entry position and the entry angle of the filler wire with respect to the molten pool so as not to intersect with the portion corresponding to the upper metal plate in the shape of the rear end side A.

更に、本願の請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載のレーザー溶接装置において、前記溶融池形状推定手段は、前記第1の撮像手段によって撮像された前記溶融池の上面形状の溶接進行方向後端位置と前記第2の撮像手段によって撮像された前記溶融池の下面形状の溶接進行方向後端位置とを直線状に結ぶ形状を、前記溶融池内部の溶接進行方向後端側の形状と推定する、ことを特徴としたものである。   Further, the invention according to claim 3 of the present application is the laser welding apparatus according to claim 1 or 2, wherein the molten pool shape estimating means is an upper surface of the molten pool imaged by the first imaging means. A shape that linearly connects the rear end position of the welding progress direction of the shape and the rear end position of the weld progress direction of the bottom surface of the molten pool imaged by the second imaging means is the rear of the welding progress direction inside the weld pool. It is estimated that the shape is the end side.

また更に、本願の請求項4に係る発明は、請求項1から請求項3の何れか一項に記載のレーザー溶接装置において、前記溶融池形状推定手段は、前記第1の撮像手段によって撮像された前記溶融池の上面形状と前記第2の撮像手段によって撮像された前記溶融池の下面形状とに基づいて、前記レーザー光によって前記溶融池内に形成されるキーホールの形状を推定し、前記ワイヤ供給調整手段は、前記溶融池に所定の進入位置において所定の進入角度で進入する前記フィラーワイヤの延長線が、前記溶融池形状推定手段によって推定された前記キーホールの形状のうち前記上側の金属板に対応する部分と交差しないように、前記溶融池に対する前記フィラーワイヤの進入位置及び進入角度を調整する、ことを特徴としたものである。   Still further, an invention according to claim 4 of the present application is the laser welding apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the molten pool shape estimation means is imaged by the first imaging means. Based on the upper surface shape of the molten pool and the lower surface shape of the molten pool imaged by the second imaging means, the shape of the keyhole formed in the molten pool by the laser light is estimated, and the wire The supply adjusting means is configured such that an extension line of the filler wire that enters the molten pool at a predetermined entry position at a predetermined entry angle is an upper metal of the keyhole shape estimated by the molten pool shape estimating means. The entry position and the entry angle of the filler wire with respect to the molten pool are adjusted so as not to intersect with the portion corresponding to the plate.

また更に、本願の請求項5に係る発明は、上下に重ね合わせられた二枚の金属板のうち上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射しつつ該レーザー光を所定の溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板に対して相対的に移動させ、レーザー光によって二枚の金属板を溶融させて溶融金属が貯留されてなる溶融池を上側の金属板の上面から下側の金属板の下面にわたって形成するとともに、前記溶融池にフィラーワイヤをレーザー光よりも溶接進行方向後方側から供給し、フィラーワイヤを供給しながら二枚の金属板をレーザー溶接するレーザー溶接方法であって、前記溶融池の上面と前記溶融池の下面とをそれぞれ撮像し、撮像された前記溶融池の上面形状と前記溶融池の下面形状とに基づいて、前記溶融池の内部形状を推定し、推定された前記溶融池の内部形状に基づいて、前記溶融池に対する前記フィラーワイヤの進入位置及び進入角度を調整するようにした、ことを特徴としたものである。   Furthermore, in the invention according to claim 5 of the present application, the laser beam is irradiated along the predetermined welding path while irradiating the laser beam toward the upper metal plate surface of the two metal plates stacked one above the other. The two metal plates are moved relative to the two metal plates, and the two metal plates are melted by laser light to store the molten metal in the molten pool from the upper surface of the upper metal plate to the lower metal plate. A laser welding method in which the filler wire is supplied to the molten pool from the rear side in the welding progress direction with respect to the laser beam, and the two metal plates are laser welded while supplying the filler wire, The upper surface of the molten pool and the lower surface of the molten pool were respectively imaged, and based on the imaged upper surface shape of the molten pool and the lower surface shape of the molten pool, the internal shape of the molten pool was estimated and estimated in front Based on the internal shape of the molten pool, and to adjust the entry position and the entry angle of the filler wire relative to the molten pool, it is obtained by it said.

本願の請求項1に係る発明によれば、レーザー光によって上側の金属板の上面から下側の金属板の下面にわたって形成される溶融池に、フィラーワイヤをレーザー光よりも溶接進行方向後方側から供給する場合に、第1の撮像手段によって撮像された溶融池の上面形状と第2の撮像手段によって撮像された溶融池の下面形状とに基づいて溶融池の内部形状が推定され、この推定された溶融池の内部形状に基づいて溶融池に対するフィラーワイヤの進入位置及び進入角度が調整されるので、フィラーワイヤを非溶融状態の金属板や被溶接部に接触させたりキーホールに入れたりすることがなく、フィラーワイヤを溶融池内の好適な位置に供給することができ、ワイヤ供給状態を略一定にして溶接を安定化させ、二枚の金属板を良好にレーザー溶接することができる。二枚の金属板間に生じた隙間の大きさが変化した場合など、溶融池の内部形状が変化した場合においても、推定される溶融池の内部形状に応じてフィラーワイヤを溶融池内の好適な位置に供給することができ、前記効果を有効に得ることができる。   According to the invention of claim 1 of the present application, the filler wire is placed from the rear side in the welding progress direction with respect to the laser beam into the molten pool formed by the laser beam from the upper surface of the upper metal plate to the lower surface of the lower metal plate. When supplying, the internal shape of the molten pool is estimated based on the upper surface shape of the molten pool imaged by the first imaging means and the lower surface shape of the molten pool imaged by the second imaging means, and this estimated Because the filler wire entry position and entry angle are adjusted based on the internal shape of the molten pool, the filler wire must be brought into contact with a non-molten metal plate or welded part or placed in a keyhole. The filler wire can be supplied to a suitable position in the molten pool, the wire supply state is made substantially constant to stabilize the welding, and the two metal plates are well laser welded. It can be. Even when the internal shape of the molten pool has changed, such as when the size of the gap formed between the two metal plates has changed, the filler wire is preferably used in the molten pool according to the estimated internal shape of the molten pool. The effect can be effectively obtained.

また、本願の請求項2に係る発明によれば、第1の撮像手段によって撮像された溶融池の上面形状の溶接進行方向後端位置と第2の撮像手段によって撮像された溶融池の下面形状の溶接進行方向後端位置とに基づいて溶融池内部の溶接進行方向後端側の形状が推定され、溶融池内に進入するフィラーワイヤの延長線が、この推定された溶融池内部の溶接進行方向後端側の形状のうち上側の金属板に対応する部分と交差しないように、溶融池に対するフィラーワイヤの進入位置及び進入角度が調整されるので、前記効果をより具体的に実現することができる。フィラーワイヤの延長線が推定された溶融池内部の溶接進行方向後端側の形状のうち上側の金属板に対応する部分と交差しないように、溶融池に対するフィラーワイヤの進入位置及び進入角度を調整するようにしたのは、溶融池に進入するフィラーワイヤは進入深さが深くなるほど溶融されやすく、溶融池の上側の金属板に対応する部分を除く部分ではフィラーワイヤが溶融されてフィラーワイヤが非溶融状態にある金属板と接触することを回避できるからである。   Further, according to the invention according to claim 2 of the present application, the rear end position of the welding progress direction rear end position of the upper surface shape of the molten pool imaged by the first imaging means and the lower surface shape of the molten pool imaged by the second imaging means. The shape of the rear end side of the weld progress direction inside the weld pool is estimated based on the position of the rear end of the weld progress direction, and the extension line of the filler wire entering the weld pool is the estimated weld progress direction inside the weld pool. Since the entry position and the entry angle of the filler wire with respect to the molten pool are adjusted so as not to intersect with the portion corresponding to the upper metal plate in the shape on the rear end side, the effect can be realized more specifically. . The filler wire entry position and entry angle are adjusted so that the filler wire extension line does not intersect the portion corresponding to the upper metal plate in the shape of the weld welding direction rear end side in the molten pool. The filler wire that enters the molten pool is easily melted as the depth of penetration increases, and the filler wire is melted in the portion other than the portion corresponding to the upper metal plate of the molten pool, and the filler wire is not melted. It is because it can avoid contacting with the metal plate in a state.

更に、本願の請求項3に係る発明によれば、第1の撮像手段によって撮像された溶融池の上面形状の溶接進行方向後端位置と第2の撮像手段によって撮像された溶融池の下面形状の溶接進行方向後端位置とを直線状に結ぶ形状が、溶融池内部の溶接進行方向後端側の形状と推定されるので、前記作用効果を有効に奏することができる。   Further, according to the invention according to claim 3 of the present application, the rear end position of the welding progress direction rear end position of the upper surface shape of the molten pool imaged by the first imaging means and the lower surface shape of the molten pool imaged by the second imaging means. Since the shape that linearly connects the rear end position in the welding progress direction is estimated to be the shape on the rear end side in the welding progress direction inside the molten pool, the above-described effects can be effectively achieved.

また更に、本願の請求項4に係る発明によれば、第1の撮像手段によって撮像された溶融池の上面形状と第2の撮像手段によって撮像された溶融池の下面形状とに基づいてキーホールの形状が推定され、溶融池内に進入するフィラーワイヤの延長線が、この推定されたキーホールの形状のうち上側の金属板に対応する部分と交差しないように、溶融池に対するフィラーワイヤの進入位置及び進入角度が調整されるので、前記効果をより具体的に実現することができる。フィラーワイヤの延長線が推定されたキーホールの形状のうち上側の金属板に対応する部分と交差しないように、溶融池に対するフィラーワイヤの進入位置及び進入角度を調整するようにしたのは、溶融池に進入するフィラーワイヤは進入深さが深くなるほど溶融されやすく、溶融池の上側の金属板に対応する部分を除く部分ではフィラーワイヤが溶融されてフィラーワイヤがキーホールに入ることを回避できるからである。   Still further, according to the invention of claim 4 of the present application, the keyhole is based on the upper surface shape of the molten pool imaged by the first imaging means and the lower surface shape of the molten pool imaged by the second imaging means. The filler wire entry position with respect to the molten pool so that the extension of the filler wire entering the molten pool does not intersect the portion corresponding to the upper metal plate in the estimated keyhole shape. Since the approach angle is adjusted, the effect can be realized more specifically. The filler wire entry position and entry angle were adjusted so that the filler wire extension line did not intersect the portion of the estimated keyhole shape corresponding to the upper metal plate. The filler wire entering the pond is more likely to be melted as the depth of penetration increases, and it can be avoided that the filler wire is melted in the portion other than the portion corresponding to the upper metal plate of the molten pool and the filler wire enters the keyhole. is there.

また更に、本願の請求項5に係る方法発明によれば、本願の請求項1に記載の装置発明と同様の作用効果を得ることができる。   Furthermore, according to the method invention of claim 5 of the present application, the same effect as that of the device invention of claim 1 of the present application can be obtained.

本発明の実施形態に係るレーザー溶接装置の要部を概略的に示す側面図である。It is a side view which shows roughly the principal part of the laser welding apparatus which concerns on embodiment of this invention. 前記レーザー溶接装置の制御構成図である。It is a control block diagram of the said laser welding apparatus. 前記レーザー溶接装置によってレーザー溶接中にある二枚の金属板のレーザー光被照射部位及びその近傍の状態を示す図である。It is a figure which shows the laser beam irradiation site | part of two metal plates currently in laser welding by the said laser welding apparatus, and the state of the vicinity. 前記レーザー溶接装置において溶融池の形状を推定する方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the method to estimate the shape of a molten pool in the said laser welding apparatus.

以下、本発明の実施形態に係るレーザー溶接装置及びレーザー溶接方法について、添付図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a laser welding apparatus and a laser welding method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施形態に係るレーザー溶接装置の要部を概略的に示す側面図であり、図2は、前記レーザー溶接装置の制御構成図である。このレーザー溶接装置10は、レーザー光LBを発生するレーザーヘッド2と、該レーザーヘッド2からのレーザー光被照射部位Lの後方にフィラーワイヤXを供給するワイヤ供給装置3と、フィラーワイヤXを所定温度に加熱するワイヤ加熱装置4と、レーザーヘッド2及びワイヤ供給装置3を支持すると共にワークWに対して相対的に移動させるアーム型の溶接ロボット5とを有している。なお、図1では、溶接ロボット5のロボットアーム51の先端のみが示されている。   FIG. 1 is a side view schematically showing a main part of a laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a control configuration diagram of the laser welding apparatus. This laser welding apparatus 10 includes a laser head 2 that generates a laser beam LB, a wire supply device 3 that supplies a filler wire X to the rear of a laser beam irradiated portion L from the laser head 2, and a filler wire X that is a predetermined one. A wire heating device 4 for heating to a temperature and an arm-type welding robot 5 that supports the laser head 2 and the wire supply device 3 and moves relative to the workpiece W are provided. In FIG. 1, only the tip of the robot arm 51 of the welding robot 5 is shown.

本実施形態では、ワークWとしては、上下に重ね合わされた平板状の二枚の金属板W1、W2を一例として示している。二枚の金属板W1、W2は、複数のクランプ治具8によって把持されているが、金属板W1、W2の精度上、対向する面の間に少なからず隙間Zが生じている。   In the present embodiment, as the work W, two flat metal plates W1 and W2 that are stacked one above the other are shown as an example. The two metal plates W1 and W2 are gripped by the plurality of clamp jigs 8. However, a gap Z is generated between the opposing surfaces because of the accuracy of the metal plates W1 and W2.

レーザーヘッド2は、例えばYAGレーザー、炭酸ガスレーザー等の高出力レーザーを利用して構成されていると共に、レーザー出力が可変とされている。また、レーザー光の焦点位置は可変であるが、本実施形態においては下側の金属板W2の下面に設定されている。レーザーヘッド2は、ロボットアーム51の先端に取付ブラケット52を介して取り付けられている。この取付ブラケット52は、平面状に形成され、ロボットアーム51に沿って延び略矩形状に形成される矩形部52aと該矩形部52aから溶接進行方向後方側に湾曲して延びる湾曲部52bとを備え、矩形部52aにレーザーヘッド2が取り付けられている。   The laser head 2 is configured using a high output laser such as a YAG laser or a carbon dioxide gas laser, and the laser output is variable. Further, although the focal position of the laser beam is variable, in the present embodiment, it is set on the lower surface of the lower metal plate W2. The laser head 2 is attached to the tip of the robot arm 51 via a mounting bracket 52. The mounting bracket 52 includes a rectangular portion 52a that is formed in a planar shape and extends along the robot arm 51, and a curved portion 52b that curves from the rectangular portion 52a to the rear side in the welding direction. The laser head 2 is attached to the rectangular portion 52a.

ワイヤ供給装置3は、レーザー光LBよりも溶接進行方向後方側においてレーザー光LBの被照射部位Lの近傍に配置されたワイヤ供給ノズル31と、ワイヤ供給モータ33(図2参照)により駆動され、フィラーワイヤXが巻回された図示しないワイヤロールより繰り出されたフィラーワイヤXをワイヤ供給ノズル31まで誘導するチューブ32とを有している。ワイヤ供給モータ33は、回転速度の制御が可能なサーボモータにより構成され、これにより、被溶接部位へのフィラーワイヤXの供給量が調整可能になっている。   The wire supply device 3 is driven by a wire supply nozzle 31 and a wire supply motor 33 (see FIG. 2) disposed in the vicinity of the irradiated portion L of the laser beam LB on the rear side in the welding progress direction with respect to the laser beam LB. And a tube 32 that guides the filler wire X fed from a wire roll (not shown) around which the filler wire X is wound to the wire supply nozzle 31. The wire supply motor 33 is configured by a servo motor capable of controlling the rotation speed, and thereby the supply amount of the filler wire X to the welded portion can be adjusted.

ワイヤ供給ノズル31もまた、ロボットアーム51の先端に取付ブラケット52を介して取り付けられている。具体的には、取付ブラケット52の湾曲部52bに、ワイヤノズル水平移動機構55(図2参照)によって取付ブラケット52に対して水平方向に移動可能に構成される移動プレート53が取り付けられ、この移動プレート53に、ワイヤノズル回動駆動機構56(図2参照)によって移動プレート53に対して回動可能に構成される回動軸54が取り付けられ、この回動軸54にワイヤ供給ノズル31が取り付けられている。   The wire supply nozzle 31 is also attached to the tip of the robot arm 51 via a mounting bracket 52. Specifically, a moving plate 53 configured to be movable in the horizontal direction with respect to the mounting bracket 52 by the wire nozzle horizontal moving mechanism 55 (see FIG. 2) is attached to the curved portion 52b of the mounting bracket 52. A rotation shaft 54 configured to be rotatable with respect to the moving plate 53 is attached to the plate 53 by a wire nozzle rotation drive mechanism 56 (see FIG. 2), and the wire supply nozzle 31 is attached to the rotation shaft 54. It has been.

このようにして、レーザーヘッド2とワイヤ供給ノズル31とがロボットアーム51の先端に取り付けられ、ワイヤ供給ノズル31は、レーザーヘッド2の溶接進行方向後方側に配置され、レーザーヘッド2に対して相対的に、ワイヤノズル水平移動機構55によって水平方向に移動されるようになっているとともに、ワイヤノズル回動駆動機構56によって回動されるようになっている。なお、レーザーヘッド2とワイヤ供給ノズル31とは、後述する図3に示すように、レーザーヘッド2から照射されるレーザー光LBの中心LBcとワイヤ供給ノズル31から供給されるフィラーワイヤXとが溶接経路Rに沿って移動するように位置調整されている。   In this way, the laser head 2 and the wire supply nozzle 31 are attached to the tip of the robot arm 51, and the wire supply nozzle 31 is disposed on the rear side in the welding progress direction of the laser head 2 and is relative to the laser head 2. In addition, the wire nozzle is horizontally moved by the wire nozzle horizontal moving mechanism 55 and is rotated by the wire nozzle rotating drive mechanism 56. The laser head 2 and the wire supply nozzle 31 are welded to the center LBc of the laser beam LB emitted from the laser head 2 and the filler wire X supplied from the wire supply nozzle 31, as shown in FIG. The position is adjusted so as to move along the route R.

ワイヤ加熱装置4は、フィラーワイヤXに通電することにより、該ワイヤXに生じるジュール熱で該ワイヤXを加熱するものであり、加熱電源装置41と、該加熱電源装置41とワイヤ供給ノズル31とを接続するノズル接続ケーブル42と、該加熱電源装置41とクランプ治具8とを接続する、すなわち加熱電源装置41と金属板W1、W2とを接続する金属板接続ケーブル43とを有し、加熱電源装置41から流れる電流が、ノズル接続ケーブル42、ワイヤ供給ノズル31、フィラーワイヤX、金属板W1、W2、クランプ治具8、金属板接続ケーブル43を介して加熱電源装置41に戻るようになっている。なお、逆回りに電流が流れるように構成してももちろんよい。   The wire heating device 4 heats the wire X with Joule heat generated in the wire X by energizing the filler wire X. The heating power supply device 41, the heating power supply device 41, the wire supply nozzle 31, A nozzle connection cable 42 for connecting the heating power supply device 41 and the clamping jig 8, that is, a metal plate connection cable 43 for connecting the heating power supply device 41 and the metal plates W 1, W 2. The current flowing from the power supply device 41 returns to the heating power supply device 41 via the nozzle connection cable 42, the wire supply nozzle 31, the filler wire X, the metal plates W1, W2, the clamp jig 8, and the metal plate connection cable 43. ing. Of course, the current may flow in the reverse direction.

ここで、前記所定温度は、フィラーワイヤXの端部が、後述する図3に示す溶融池WYに供給され、溶融池WY内の所定深さ、例えば上側の金属板W1の板厚の半分程度まで進入したときに、ワイヤ加熱装置4による熱と溶融池WYの熱とで溶融する温度に設定されている。フィラーワイヤXを所定温度に加熱するための電流値については実験等を行って導けばよい。   Here, the predetermined temperature is such that the end of the filler wire X is supplied to a molten pool WY shown in FIG. 3 to be described later, and is about a predetermined depth in the molten pool WY, for example, about half the plate thickness of the upper metal plate W1. Is set to a temperature that melts with the heat of the wire heating device 4 and the heat of the molten pool WY. The current value for heating the filler wire X to a predetermined temperature may be derived by conducting an experiment or the like.

本実施形態に係るレーザー溶接装置10にはさらに、ワークWのレーザー光被照射部位L及びその近傍を上側の金属板W1の上方側から撮像する第1の撮像手段としての第1の撮像装置6と、ワークW1のレーザー光被照射部位L及びその近傍を下側の金属板W2の下方側から撮像する第2の撮像手段としての第2の撮像装置7とが備えられている。第1の撮像装置6と第2の撮像装置7とは、例えばCCDカメラなどによって所定周期毎に画像を取得可能に構成されており、第1の撮像装置6は、溶融池WYの上面を撮像することができるようになっており、第2の撮像装置7は、溶融池WYの下面を撮像することができるようになっている。   The laser welding apparatus 10 according to the present embodiment further includes a first imaging device 6 as a first imaging unit that images the laser beam irradiated portion L of the workpiece W and the vicinity thereof from above the upper metal plate W1. And a second imaging device 7 as second imaging means for imaging the laser beam irradiated portion L of the workpiece W1 and the vicinity thereof from the lower side of the lower metal plate W2. The first imaging device 6 and the second imaging device 7 are configured so as to be able to acquire images at predetermined intervals using, for example, a CCD camera, and the first imaging device 6 images the upper surface of the molten pool WY. The second imaging device 7 can image the lower surface of the molten pool WY.

また、レーザー溶接装置10には、図2に示すように、レーザーヘッド2、ワイヤ供給装置3のワイヤ供給モータ33、ワイヤノズル水平移動機構55、ワイヤノズル回動駆動機構56、ワイヤ加熱装置4及び溶接ロボット5の作動など、レーザー溶接装置10に関係する構成を総合的に制御するコントロールユニット60が備えられている。このコントロールユニット60は、ワイヤノズル水平移動機構55及びワイヤノズル回動駆動機構56の作動を制御し、溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置及び進入角度を調整するワイヤ供給調整手段としてのワイヤ供給調整部61と、第1の撮像装置6によって撮像された溶融池WYの上面形状と第2の撮像手段7によって撮像された溶融池WYの下面形状とに基づいて、溶融池WYの内部形状を推定する溶融池形状推定手段としての溶融池形状推定部62とを備え、ワイヤ供給調整部61は、溶融池形状推定部62によって推定された溶融池WYの内部形状に基づいて、溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置及び進入角度を調整することができるようになっている。なお、コントロールユニット60は、例えばマイクロコンピュータを主要部として構成されている。   As shown in FIG. 2, the laser welding apparatus 10 includes a laser head 2, a wire supply motor 33 of the wire supply apparatus 3, a wire nozzle horizontal movement mechanism 55, a wire nozzle rotation drive mechanism 56, a wire heating apparatus 4, and A control unit 60 that comprehensively controls the configuration related to the laser welding apparatus 10 such as the operation of the welding robot 5 is provided. The control unit 60 controls the operation of the wire nozzle horizontal movement mechanism 55 and the wire nozzle rotation drive mechanism 56 to adjust the entry position and the entry angle of the filler wire X with respect to the molten pool WY. Based on the upper surface shape of the molten pool WY imaged by the adjustment unit 61 and the first imaging device 6 and the lower surface shape of the molten pool WY imaged by the second imaging means 7, the internal shape of the molten pool WY is determined. A molten pool shape estimation unit 62 as a molten pool shape estimation means to estimate, and the wire supply adjustment unit 61 applies to the molten pool WY based on the internal shape of the molten pool WY estimated by the molten pool shape estimation unit 62. The entry position and the entry angle of the filler wire X can be adjusted. Note that the control unit 60 is configured with, for example, a microcomputer as a main part.

このようにして構成されるレーザー溶接装置10を用いてレーザー溶接する際には、図1に示すように、先ず、平板状の二枚の金属板W1、W2を上下に重ね合わせた状態で二枚の金属板W1、W2を所定位置においてクランプ治具8によって把持する。この二枚の金属板W1、W2の対向する面の間には、前述したように隙間Zが生じている。   When laser welding is performed using the laser welding apparatus 10 configured as described above, as shown in FIG. 1, first, two flat metal plates W1 and W2 are overlapped in the vertical direction. The metal plates W1 and W2 are gripped by the clamp jig 8 at a predetermined position. As described above, the gap Z is generated between the opposing surfaces of the two metal plates W1 and W2.

そして、二枚の金属板W1、W2のうち上側の金属板W1表面に向けてレーザー光LBを照射しつつ該レーザー光LBを溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板W1、W2に対して相対的に移動させ、これにより、上下の金属板W1、W2のレーザー光被照射部位Lを溶融させて上下の金属板W1、W2の溶融金属が貯留されてなる溶融池を上側の金属板W1の上面から下側の金属板W2の下面にわたって形成する。そして、溶融池の熱とで溶融するように加熱されたフィラーワイヤXをレーザー光LBよりも溶接進行方向後方側から溶融池に供給し、これにより、フィラーワイヤXを溶融させて溶融池に溶融金属を追加供給する。   And while irradiating the laser beam LB toward the upper metal plate W1 surface of the two metal plates W1 and W2, the laser beam LB is applied to the two metal plates W1 and W2 along the welding path. By moving relatively, the molten metal of the upper and lower metal plates W1 and W2 is melted by melting the laser beam irradiated portions L of the upper and lower metal plates W1 and W2, and the molten metal in the upper and lower metal plates W1 and W2 is stored. From the upper surface to the lower surface of the lower metal plate W2. Then, the filler wire X heated so as to be melted with the heat of the molten pool is supplied to the molten pool from the rear side in the welding progress direction with respect to the laser beam LB, and thereby the filler wire X is melted and melted into the molten pool. Supply additional metal.

図3は、前記レーザー溶接装置によってレーザー溶接中にある二枚の金属板のレーザー光被照射部位及びその近傍の状態を示す図であり、図3の(a)は、金属板のレーザー光被照射部位及びその近傍の状態を示す平面図、図3の(b)は、図3(a)のY3b−Y3b線に沿った断面図である。   FIG. 3 is a view showing a portion irradiated with laser light of two metal plates during laser welding by the laser welding apparatus and a state in the vicinity thereof. FIG. FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line Y3b-Y3b in FIG. 3A. FIG.

図3を参照しつつ詳しく説明すると、先ず、溶接経路Rにおけるレーザー光LBの中心LBcの前方近傍では、上側の金属板W1におけるレーザー光LBの中心LBc近傍の金属が溶融され、溶融金属Wyが生成されている。レーザー光LBが照射されるレーザー光被照射部位Lは、レーザー光LBにより金属がプラズマ状態となり、その圧力により溶融金属Wyを周囲に押しやってキーホールWKが形成されている。   Describing in detail with reference to FIG. 3, first, in the vicinity of the front of the center LBc of the laser beam LB in the welding path R, the metal in the vicinity of the center LBc of the laser beam LB in the upper metal plate W1 is melted, and the molten metal Wy is formed. Has been generated. In the laser beam irradiated portion L irradiated with the laser beam LB, the metal is turned into a plasma state by the laser beam LB, and the keyhole WK is formed by pushing the molten metal Wy around by the pressure.

溶接経路Rにおけるレーザー光中心LBc位置では、キーホールWKは、上側の金属板W1を貫通して下側の金属板W2に達している。そして、下側の金属板W2においても、レーザー光中心LBc近傍の金属が溶融されて溶融金属Wyが生成されている。また、上側の金属板W1の溶融金属Wyは、重力により下側の金属板W2側に垂下し始めている。   At the position of the laser beam center LBc in the welding path R, the keyhole WK passes through the upper metal plate W1 and reaches the lower metal plate W2. In the lower metal plate W2, the metal in the vicinity of the laser beam center LBc is melted to produce a molten metal Wy. Further, the molten metal Wy of the upper metal plate W1 starts to hang down to the lower metal plate W2 side due to gravity.

溶接経路Rにおけるレーザー光LBの中心LBcの後方近傍では、上側の金属板W1の溶融金属Wyが重力により下方へ垂下し、溶融経路Rにおけるレーザー光中心LBcよりも後方位置においては、溶融金属Wyが、先に形成されていたキーホールWKに運ばれ、溶融金属Wyが貯留されてなる溶融池WYが上側の金属板W1の上面から下側の金属板W2の下面にわたって形成されている。   In the vicinity of the rear of the center LBc of the laser beam LB in the welding path R, the molten metal Wy of the upper metal plate W1 hangs down due to gravity, and in the position behind the laser beam center LBc in the melting path R, the molten metal Wy. However, the molten pool WY, which is carried to the previously formed keyhole WK and stores the molten metal Wy, is formed from the upper surface of the upper metal plate W1 to the lower surface of the lower metal plate W2.

本実施形態では、溶融池WYの熱とで溶融するように加熱されたフィラーワイヤXが、レーザー光LBよりも溶接進行方向後方側から溶融池WYに供給され、フィラーワイヤXが溶融して溶融金属Wy’が生成される。そして、この新たに生成された溶融金属Wy’が溶融池WY内に供給されることにより、もとから存在していた溶融池WY内の溶融金属Wyが点線の矢印で示すように下方へ押しやられて、該溶融金属Wyの隙間Zを超えた下方への垂下が促進され、上側の金属板W1と下側の金属板W2とが溶融金属Wyにより連結されることとなる。   In this embodiment, the filler wire X heated so as to be melted with the heat of the molten pool WY is supplied to the molten pool WY from the rear side in the welding progress direction with respect to the laser beam LB, and the filler wire X is melted and melted. Metal Wy ′ is produced. Then, the newly generated molten metal Wy ′ is supplied into the molten pool WY, so that the molten metal Wy in the molten pool WY that originally existed is pushed downward as indicated by a dotted arrow. As a result, the downward drooping of the molten metal Wy beyond the gap Z is promoted, and the upper metal plate W1 and the lower metal plate W2 are connected by the molten metal Wy.

そして、溶接経路Rにおけるレーザー光中心LBcよりもさらに後方位置においては、溶融池WYの溶融金属Wy、Wy’が下側から固化し始め、さらに後方においては、溶融池WYの溶融金属Wy、Wy’が上から下まで全て固化し、非溶融状態の被溶接部WBが形成されることとなる。   Then, at a position further rearward than the laser beam center LBc in the welding path R, the molten metal Wy, Wy ′ of the molten pool WY starts to solidify from the lower side, and further behind, the molten metal Wy, Wy of the molten pool WY. 'Is solidified from the top to the bottom, and a non-molten welded portion WB is formed.

ここで、溶融池WYへのフィラーワイヤXの供給についてさらに説明する。
図3に示すように、フィラーワイヤXは、溶接経路Rに沿って溶融池WYに供給されるとともに、矢印βで示すように前下がりに傾斜した状態で溶融池WY内に進入するように供給される。より詳しくは、フィラーワイヤXは、溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置、すなわちフィラーワイヤXが溶融池WYの上面と交差する溶接進行方向前端位置Xpが、レーザー光中心LBcから溶接経路R後方の距離Dとなるように供給され、溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入角度、すなわちフィラーワイヤXと溶融池WYの上面とのなす角度がθとなるように供給される。また、溶融池WY内に進入させるフィラーワイヤXは、所定の進入深さHで溶融されるように供給される。
Here, the supply of the filler wire X to the molten pool WY will be further described.
As shown in FIG. 3, the filler wire X is supplied to the molten pool WY along the welding path R, and is supplied so as to enter the molten pool WY while being inclined forward and downward as indicated by an arrow β. Is done. More specifically, the filler wire X has a position in which the filler wire X enters the molten pool WY, that is, a front end position Xp in the welding progress direction where the filler wire X intersects the upper surface of the molten pool WY, from the laser beam center LBc to the rear of the welding path R. Of the filler wire X with respect to the molten pool WY, that is, the angle formed by the filler wire X and the upper surface of the molten pool WY is θ. Further, the filler wire X that enters the molten pool WY is supplied so as to be melted at a predetermined penetration depth H.

そして、図3に示すように、溶融池WYに供給されるフィラーワイヤXを、溶融池WY内に形成されたキーホールWKに入らないように、且つ、溶融池WYの溶接進行方向後端側の形状と接触しないように、すなわち非溶融状態にある金属板W1、W2や被溶接部WBと接触しないように溶融池WY内に進入させる。   And as shown in FIG. 3, the filler wire X supplied to the molten pool WY does not enter the keyhole WK formed in the molten pool WY, and the rear end side in the welding progress direction of the molten pool WY. It is made to enter into the molten pool WY so as not to come into contact with the shape of the metal plate, that is, so as not to come into contact with the metal plates W1, W2 and the welded portion WB in the non-molten state.

なお、本実施形態では、フィラーワイヤXの進入位置Xpが、例えば距離Dがレーザー光LBのビーム径の2倍となるように設定され、フィラーワイヤXの進入角度θが、例えば70°に設定される。また、溶融池WY内に進入させるフィラーワイヤXは、好ましくは、進入深さHが上側の金属板W1の板厚の範囲内となるように設定される。   In the present embodiment, the entry position Xp of the filler wire X is set so that the distance D is, for example, twice the beam diameter of the laser beam LB, and the entry angle θ of the filler wire X is set to 70 °, for example. Is done. Further, the filler wire X that enters the molten pool WY is preferably set so that the penetration depth H is within the range of the plate thickness of the upper metal plate W1.

このようにして、フィラーワイヤXを供給しながら二枚の金属板W1、W2をレーザー溶接することにより、金属板W1、W2の溶融金属WyにフィラーワイヤXの溶融金属Wy’を加えて溶融金属量を増大させることができるとともに、溶融池WY内へのフィラーワイヤXの進入によって上側の金属板W1の溶融金属Wyの下方への垂下を促進させることができ、二枚の金属板W1、W2間に比較的大きい隙間Zが生じている場合においても、上下の金属板W1、W2を良好に連結させることができる。   In this way, the molten metal Wy ′ of the filler wire X is added to the molten metal Wy of the metal plates W1 and W2 by laser welding the two metal plates W1 and W2 while supplying the filler wire X. It is possible to increase the amount, and by allowing the filler wire X to enter the molten pool WY, it is possible to promote the downward droop of the molten metal Wy of the upper metal plate W1, and the two metal plates W1, W2 Even when a relatively large gap Z is generated therebetween, the upper and lower metal plates W1 and W2 can be well connected.

前述したように、フィラーワイヤXを供給しながら二枚の金属板W1、W2をレーザー溶接する際には、二枚の金属板W1、W2間に生じた隙間Zの大きさなどによって溶融池WYの内部形状が変化することから、フィラーワイヤXが溶融池WYの外周面を形成する非溶融状態の金属板W1、W2や被溶接部WBに接触したり、レーザー光LBによって溶融池WY内に形成されたキーホールWKに入ったりする場合があるが、本実施形態では、溶融池WYの上面と溶融池WYの下面とをそれぞれ撮像し、撮像された溶融池WYの上面形状と溶融池WYの下面形状とに基づいて、溶融池WYの内部形状を推定し、推定された溶融池WYの内部形状に基づいて溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置及び進入角度を調整することで、かかる問題を回避する。   As described above, when laser welding the two metal plates W1 and W2 while supplying the filler wire X, the molten pool WY depends on the size of the gap Z formed between the two metal plates W1 and W2. Since the inner shape of the filler wire X changes, the filler wire X comes into contact with the non-molten metal plates W1, W2 and the welded portion WB forming the outer peripheral surface of the molten pool WY, or the laser beam LB enters the molten pool WY. In this embodiment, the upper surface of the molten pool WY and the lower surface of the molten pool WY are respectively imaged, and the upper surface shape of the imaged molten pool WY and the molten pool WY are captured. By estimating the internal shape of the molten pool WY based on the shape of the lower surface of the weld pool and adjusting the entry position and the entry angle of the filler wire X with respect to the molten pool WY based on the estimated internal shape of the molten pool WY, Or To work around the problem.

以下、図4を参照しながら、溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置及び進入角度を調整する方法について説明する。
図4は、前記レーザー溶接装置において溶融池の形状を推定する方法を説明するための説明図であり、図4では、溶接経路Rに沿った二枚の金属板W1、W2の断面について、フィラーワイヤXを溶融池WYにレーザー光LBよりも溶接進行方向後方側から供給しながらレーザー溶接している状態を模式的に示している。
Hereinafter, a method of adjusting the entry position and the entry angle of the filler wire X with respect to the molten pool WY will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a method of estimating the shape of the molten pool in the laser welding apparatus. In FIG. 4, fillers are used for the cross sections of the two metal plates W1 and W2 along the welding path R. A state is schematically shown in which laser welding is performed while the wire X is supplied to the molten pool WY from the rear side in the welding progress direction with respect to the laser beam LB.

前述したように、本実施形態に係るレーザー溶接装置10では、第1の撮像装置6によって溶融池WYの上面が撮像され、第2の撮像装置7によって溶融池WYの下面が撮像され、撮像された溶融池WYの上面形状及び下面形状の画像が溶融池形状推定部62に入力される。そして、溶融池形状推定部62では、入力される溶融池WYの上面形状及び下面形状の画像に基づいて、溶融池WYの内部形状を推定する。   As described above, in the laser welding apparatus 10 according to the present embodiment, the upper surface of the molten pool WY is imaged by the first imaging device 6, and the lower surface of the molten pool WY is imaged and imaged by the second imaging device 7. The images of the upper surface shape and the lower surface shape of the molten pool WY are input to the molten pool shape estimation unit 62. And the molten pool shape estimation part 62 estimates the internal shape of the molten pool WY based on the image of the upper surface shape and lower surface shape of the molten pool WY input.

溶融池形状推定部62では、溶融池WYの上面形状の画像を画像処理して溶融池WYの上面形状の溶接進行方向後端位置P1及び溶接進行方向前端位置P2、並びに溶融池WYの上面に形成されるキーホールWKの溶接進行方向後端位置P3及び溶接進行方向前端位置P4を検出するととともに、溶融池WYの下面形状の画像を画像処理して溶融池WYの下面形状の溶接進行方向後端位置P5及び溶接進行方向前端位置P6、並びに溶融池WYの下面とレーザー光中心LBcとが交差する位置P7とを検出する。   In the molten pool shape estimation unit 62, an image of the upper surface shape of the molten pool WY is image-processed, and the upper surface shape of the molten pool WY is subjected to the welding progress direction rear end position P1 and the welding progress direction front end position P2 and The welding progress direction rear end position P3 and the welding progress direction front end position P4 of the formed keyhole WK are detected, and the lower surface shape image of the molten pool WY is image-processed to perform the lower surface shape welding progress direction of the molten pool WY. An end position P5, a welding progress direction front end position P6, and a position P7 where the lower surface of the weld pool WY intersects the laser beam center LBc are detected.

次に、溶融池形状推定部62では、検出された溶融池WYの上面形状の溶接進行方向後端位置P1と溶融池WYの下面形状の溶接進行方向後端位置P5とに基づいて、位置P1と位置P5とを直線状に結ぶ形状S1を溶融池WY内部の溶接進行方向後端側の形状と推定するととともに、検出された溶融池WYの上面形状の溶接進行方向前端位置P2と溶融池WYの下面形状の溶接進行方向前端位置P6とに基づいて、位置P2と位置P6とを直線状に結ぶ形状S2を溶融池WY内部の溶接進行方向前端側の形状と推定する。   Next, the weld pool shape estimation unit 62 determines the position P1 based on the detected welding progress direction rear end position P1 of the upper surface shape of the weld pool WY and the welding progress direction rear end position P5 of the lower surface shape of the weld pool WY. And a position S5 in a straight line are estimated as the shape on the rear end side in the welding progress direction inside the weld pool WY, and the front end position P2 and the weld pool WY in the welding progress direction of the detected upper surface shape of the weld pool WY. The shape S2 connecting the position P2 and the position P6 in a straight line is estimated to be the shape on the front end side in the welding progress direction inside the molten pool WY, based on the lower end shape of the welding progress direction front end position P6.

また、溶融池形状推定部62では、検出された溶融池WYの上面に形成されるキーホールWKの溶接進行方向後端位置P3と溶融池WYの下面とレーザー光中心LBcとが交差する位置P7とに基づいて、位置P3と位置P7とを直線状に結ぶ形状S3をレーザー光LBによって溶融池WY内に形成されたキーホールWKの溶接進行方向後端側の形状と推定するとともに、検出された溶融池WYの上面に形成されるキーホールWKの溶接進行方向前端位置P4と、溶融池WYの下面とレーザー光中心LBcとが交差する位置P7とに基づいて、位置P4と位置P7とを直線状に結ぶ形状S4をレーザー光LBによって溶融池WY内に形成されたキーホールWKの溶接進行方向前端側の形状と推定する。   Further, in the molten pool shape estimation unit 62, the position P7 where the rear end position P3 of the keyhole WK formed in the upper surface of the detected molten pool WY in the welding progress direction, the lower surface of the molten pool WY, and the laser beam center LBc intersect. Based on the above, the shape S3 that linearly connects the position P3 and the position P7 is estimated and detected as the shape of the keyhole WK formed in the weld pool WY by the laser beam LB on the rear end side in the welding progress direction. The position P4 and the position P7 are based on the front end position P4 of the welding progress direction of the keyhole WK formed on the upper surface of the molten pool WY and the position P7 where the lower surface of the molten pool WY intersects the laser beam center LBc. The shape S4 connected in a straight line is estimated as the shape on the front end side in the welding progress direction of the keyhole WK formed in the weld pool WY by the laser beam LB.

そして、ワイヤ供給調整部61は、溶融池形状推定部62によって推定された溶融池WY内部の形状に基づいて、ワイヤノズル水平移動機構55及び/又はワイヤノズル回動駆動機構56の作動を制御し、溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置Xp及び進入角度θを調整する。具体的には、溶融池WYに所定の進入位置Xpにおいて所定の進入角度θで進入し、所定の進入深さHまで進入するフィラーワイヤXの延長線ILが、推定された溶融池WY内部の溶接進行方向後端側の形状S1のうち上側の金属板W1に対応する部分(形状S1のうち位置P1と位置P10とを結ぶ部分)と交差しないように、溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置Xp及び進入角度θを調整する。   The wire supply adjustment unit 61 controls the operation of the wire nozzle horizontal movement mechanism 55 and / or the wire nozzle rotation drive mechanism 56 based on the shape inside the molten pool WY estimated by the molten pool shape estimation unit 62. The entrance position Xp and the entrance angle θ of the filler wire X with respect to the molten pool WY are adjusted. Specifically, the extension line IL of the filler wire X that enters the molten pool WY at the predetermined entry position Xp at the predetermined entry angle θ and enters the predetermined depth of penetration H is formed inside the estimated molten pool WY. The filler wire X enters the molten pool WY so as not to intersect the portion corresponding to the upper metal plate W1 (the portion connecting the position P1 and the position P10 in the shape S1) of the shape S1 on the rear end side in the welding progress direction. The position Xp and the approach angle θ are adjusted.

ここで、フィラーワイヤXの延長線ILが推定された溶融池WY内部の溶接進行方向後端側の形状S1のうち上側の金属板W1に対応する部分と交差しないように、溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置Xp及び進入角度θを調整するようにしたのは、溶融池WYに進入するフィラーワイヤXは進入深さHが深くなるほど溶融されやすく、溶融池WYの上側の金属板W1に対応する部分を除く部分ではフィラーワイヤXが溶融されてフィラーワイヤXが非溶融状態にある金属板W2と接触することを回避できるからである。   Here, the filler for the molten pool WY is not crossed with the portion corresponding to the upper metal plate W1 in the shape S1 on the rear end side in the welding progress direction inside the molten pool WY where the extension line IL of the filler wire X is estimated. The entry position Xp and the entry angle θ of the wire X are adjusted because the filler wire X entering the molten pool WY is more likely to be melted as the penetration depth H becomes deeper, and the metal plate W1 on the upper side of the molten pool WY. This is because it is possible to avoid the filler wire X from being melted in the part other than the corresponding part and coming into contact with the metal plate W2 in the non-molten state.

このようにして、フィラーワイヤXを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板W1、W2をレーザー溶接する際に、溶融池WY内に進入するフィラーワイヤXの延長線ILが、この推定された溶融池WY内部の溶接進行方向後端側の形状S1のうち上側の金属板W1に対応する部分と交差しないように、溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置Xp及び進入角度θが調整されるので、フィラーワイヤXを非溶融状態の金属板W1や被溶接部WBに接触させることなく、フィラーワイヤXを溶融池WY内の好適な位置に供給することができる。   In this way, when the two metal plates W1 and W2 stacked one above the other while supplying the filler wire X are laser welded, the extension line IL of the filler wire X entering the molten pool WY is The entry position Xp and the entry angle θ of the filler wire X with respect to the molten pool WY are set so as not to intersect the portion corresponding to the upper metal plate W1 in the estimated shape S1 on the rear end side in the welding progress direction inside the molten pool WY. Since the adjustment is made, the filler wire X can be supplied to a suitable position in the molten pool WY without bringing the filler wire X into contact with the unmelted metal plate W1 or the welded portion WB.

また、ワイヤ供給調整部61は、溶融池WYに所定の進入位置Xpにおいて所定の進入角度θで進入し、所定の進入深さHまで進入するフィラーワイヤXの延長線ILが、推定されたレーザー光LBによって溶融池WY内に形成されたキーホールWKの溶接進行方向後端側の形状S3のうち上側の金属板W1に対応する部分(形状S3のうち位置P3と位置P11とを結ぶ部分)と交差しないように、ワイヤノズル水平移動機構55及び/又はワイヤノズル回動駆動機構56の作動を制御し、溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置Xp及び進入角度θを調整する。   Further, the wire supply adjusting unit 61 enters the molten pool WY at a predetermined entry position Xp at a predetermined entry angle θ, and an extension line IL of the filler wire X that enters to a predetermined entry depth H is estimated laser. The portion corresponding to the upper metal plate W1 in the shape S3 on the rear end side in the welding progress direction of the keyhole WK formed in the molten pool WY by the light LB (the portion connecting the position P3 and the position P11 in the shape S3) The operation of the wire nozzle horizontal movement mechanism 55 and / or the wire nozzle rotation drive mechanism 56 is controlled so as not to intersect with the welding position, and the entry position Xp and the entry angle θ of the filler wire X with respect to the molten pool WY are adjusted.

ここで、フィラーワイヤXの延長線ILが推定されたキーホールWKの溶接進行方向後端形状S3のうち上側の金属板W1に対応する部分と交差しないように、溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置Xp及び進入角度θを調整するようにしたのは、溶融池WYに進入するフィラーワイヤXは進入深さHが深くなるほど溶融されやすく、溶融池WYの上側の金属板W1に対応する部分を除く部分ではフィラーワイヤXが溶融されてフィラーワイヤXがキーホールWKに入ることを回避できるからである。   Here, an extension line IL of the filler wire X is estimated so that the filler wire X with respect to the molten pool WY does not intersect with the portion corresponding to the upper metal plate W1 in the welding progress direction rear end shape S3 of the keyhole WK. The approach position Xp and the approach angle θ are adjusted because the filler wire X entering the molten pool WY is more easily melted as the approach depth H becomes deeper, and corresponds to the metal plate W1 on the upper side of the molten pool WY. This is because it is possible to avoid the filler wire X from being melted and entering the keyhole WK in the portion excluding.

また、レーザー光LBによって溶融池WY内に形成されたキーホールWKの溶接進行方向後端側の形状を、溶融池WYの上面に形成されるキーホールWKの溶接進行方向後端側の位置P3と溶融池WYの下面とレーザー光中心LBcとが交差する位置P7とを直線状に結ぶ形状S3と推定したのは、溶融池WYの下面にキーホールWKが形成されない場合、レーザー溶接中にある実際のキーホールWKの溶接進行方向後端側の形状は、少なくとも推定されたキーホールWKの溶接進行方向後端側の形状S3よりも溶接進行方向前方側に形成されることとなるからである。   Further, the shape of the keyhole WK formed in the weld pool WY by the laser beam LB on the rear end side in the welding progress direction is the position P3 of the keyhole WK formed in the upper surface of the weld pool WY on the rear end side in the welding progress direction. The shape S3 that linearly connects the lower surface of the molten pool WY and the position P7 where the laser beam center LBc intersects is estimated to be during laser welding when the keyhole WK is not formed on the lower surface of the molten pool WY. This is because the actual shape of the keyhole WK on the rear end side in the welding progress direction is formed at least on the front side in the welding progress direction with respect to the estimated shape S3 of the keyhole WK on the rear end side in the welding progress direction. .

一方、溶融池WYの下面までキーホールWKが形成される場合、溶融池形状推定部62では、溶融池WYの下面形状の画像を画像処理して溶融池WYの下面に形成されるキーホールWKの溶接進行方向後端位置及び溶接進行方向前端位置を検出し、検出された溶融池WYの下面に形成されるキーホールWKの前記溶接進行方向後端位置と溶融池WYの上面に形成されるキーホールWKの溶接進行方向後端位置P3とに基づいて、これらの位置を直線状に結ぶ形状をキーホールWKの溶接進行方向後端側の形状と推定するともに、検出された溶融池WYの下面に形成されるキーホールWKの前記溶接進行方向前端位置と溶融池WYの上面に形成されるキーホールWKの溶接進行方向前端位置P4とに基づいて、これらの位置を直線状に結ぶ形状をキーホールWKの溶接進行方向前端側の形状と推定する。   On the other hand, when the keyhole WK is formed up to the lower surface of the molten pool WY, the molten pool shape estimation unit 62 performs image processing on an image of the lower surface shape of the molten pool WY and forms the keyhole WK on the lower surface of the molten pool WY. The welding progress direction rear end position and the welding progress direction front end position are detected, and the detected welding progress direction rear end position of the keyhole WK formed on the lower surface of the weld pool WY and the upper surface of the weld pool WY are formed. Based on the welding progress direction rear end position P3 of the keyhole WK, the shape connecting these positions in a straight line is estimated as the shape of the keyhole WK on the rear end side in the welding progress direction, and the detected molten pool WY A shape that connects these positions in a straight line based on the front end position of the keyhole WK formed on the lower surface in the welding progress direction and the front end position P4 of the keyhole WK formed on the upper surface of the weld pool WY. Estimating a welding direction front end side of the shape of the keyhole WK.

そして、ワイヤ供給調整部61は、この推定されたキーホールWKの溶接進行方向後端側の形状、すなわち、溶融池WYの下面に形成されるキーホールWKの前記溶接進行方向後端位置と溶融池WYの上面に形成されるキーホールWKの溶接進行方向後端位置P3とを直線状に結ぶ形状のうち上側の金属板W1に対応する部分と、溶融池WYに所定の進入位置Xpにおいて所定の進入角度θで進入し、所定の進入深さHまで進入するフィラーワイヤXの延長線ILが交差しないように、ワイヤノズル水平移動機構55及び/又はワイヤノズル回動駆動機構56の作動を制御し、溶融池WYに対するフィラーワイヤの進入位置Xp及び進入角度θを調整する。   The wire supply adjusting unit 61 then melts the estimated shape of the rear end side of the keyhole WK in the welding progress direction, that is, the position of the rear end of the keyhole WK formed in the lower surface of the molten pool WY and the welding progress direction. A portion corresponding to the upper metal plate W1 in a shape connecting the rear end position P3 of the keyhole WK formed in the upper surface of the pond WY in a straight line and a predetermined position at the predetermined entry position Xp to the molten pool WY. The operation of the wire nozzle horizontal movement mechanism 55 and / or the wire nozzle rotation drive mechanism 56 is controlled so that the extension line IL of the filler wire X entering at a predetermined entry depth H does not intersect. Then, the filler wire entry position Xp and the entry angle θ with respect to the molten pool WY are adjusted.

このようにして、フィラーワイヤXを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板W1、W2をレーザー溶接する際に、溶融池WY内に進入するフィラーワイヤXの延長線ILが、この推定されたキーホールWKの形状のうち上側の金属板W1に対応する部分と交差しないように、溶融池WKに対するフィラーワイヤXの進入位置Xp及び進入角度θが調整されるので、フィラーワイヤXをキーホールWKに入れることなく、フィラーワイヤXを溶融池WY内の好適な位置に供給することができる。   In this way, when the two metal plates W1 and W2 stacked one above the other while supplying the filler wire X are laser welded, the extension line IL of the filler wire X entering the molten pool WY is The entry position Xp and the entry angle θ of the filler wire X with respect to the molten pool WK are adjusted so as not to intersect the portion corresponding to the upper metal plate W1 in the estimated shape of the keyhole WK. The filler wire X can be supplied to a suitable position in the molten pool WY without entering the keyhole WK.

このように、本実施形態では、溶融池WY内に進入させるフィラーワイヤXは、進入深さHが上側の金属板W1の板厚の範囲内となるように設定され、溶融池WYに進入位置Xpにおいて進入角度θで進入するフィラーワイヤXの延長線ILが、推定された溶融池WY内部の溶接進行方向後端側の形状S1のうち上側の金属板W1に対応する部分と交差しないように、且つ、推定されるキーホールWKの溶接進行方向後端側の形状S3のうち上側の金属板W1に対応する部分と交差しないように、溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置Xp及び進入角度θが調整される。   Thus, in this embodiment, the filler wire X that enters the molten pool WY is set so that the penetration depth H is within the range of the thickness of the upper metal plate W1, and enters the molten pool WY. The extension line IL of the filler wire X that enters at an entrance angle θ in Xp does not intersect the portion corresponding to the upper metal plate W1 in the estimated shape S1 on the rear end side in the welding progress direction inside the molten pool WY. And the approach position Xp and the entrance angle of the filler wire X with respect to the molten pool WY so as not to intersect with the portion corresponding to the upper metal plate W1 in the estimated shape S3 of the rear end side of the welding progress direction of the keyhole WK θ is adjusted.

すなわち、溶融池WY内に進入させるフィラーワイヤXは、溶融池WYに進入位置Xpにおいて進入角度θで進入するフィラーワイヤXの延長線ILが、推定された溶融池WY内部の溶接進行方向後端形状S1のうち上側の金属板W1の下面に対応する位置P10と、推定されたキーホールWKの溶接進行方向後端側の形状S3のうち上側の金属板W1の下面に対応する位置P11とを直線状に結ぶ部分と交差するように、溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置Xp及び進入角度θが調整される。   That is, the filler wire X that enters the molten pool WY has an extension line IL of the filler wire X that enters the molten pool WY at the entry position Xp at the entry position Xp, and the rear end in the welding progress direction inside the estimated molten pool WY. A position P10 corresponding to the lower surface of the upper metal plate W1 in the shape S1 and a position P11 corresponding to the lower surface of the upper metal plate W1 in the estimated shape S3 on the rear end side in the welding progress direction of the keyhole WK. The entry position Xp and the entry angle θ of the filler wire X with respect to the molten pool WY are adjusted so as to intersect with the linearly connected portion.

これにより、溶融池WY内に進入させたフィラーワイヤXが、非溶融状態の上側の金属板W1や被溶接部WBに接触したり上側の金属板W1に形成されたキーホールWKに入ったりすることを防止することができ、フィラーワイヤXを溶融池WY内の好適な位置に供給することができる。   As a result, the filler wire X that has entered the molten pool WY comes into contact with the upper molten metal plate W1 or the welded portion WB or enters the keyhole WK formed in the upper molten metal plate W1. This can be prevented, and the filler wire X can be supplied to a suitable position in the molten pool WY.

このように、本実施形態においては、レーザー光LBによって上側の金属板W1の上面から下側の金属板W2の下面にわたって形成される溶融池WYに、フィラーワイヤXをレーザー光LBよりも溶接進行方向後方側から供給する場合に、第1の撮像手段6によって撮像された溶融池WYの上面形状と第2の撮像手段7によって撮像された溶融池WYの下面形状とに基づいて溶融池WYの内部形状が推定され、この推定された溶融池WYの内部形状に基づいて溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置Xp及び進入角度θが調整されるので、フィラーワイヤXを非溶融状態の金属板W1や被溶接部WBに接触させたりキーホールWKに入れたりすることがなく、フィラーワイヤXを溶融池WY内の好適な位置に供給することができ、ワイヤ供給状態を略一定にして溶接を安定化させ、二枚の金属板W1、W2を良好にレーザー溶接することができる。二枚の金属板W1、W2間に生じた隙間Zの大きさが変化した場合など、溶融池WYの内部形状が変化した場合においても、推定される溶融池WYの内部形状に応じてフィラーワイヤXを溶融池WY内の好適な位置に供給することができ、前記効果を有効に得ることができる。   As described above, in this embodiment, the filler wire X is welded to the molten pool WY formed by the laser beam LB from the upper surface of the upper metal plate W1 to the lower surface of the lower metal plate W2, as compared with the laser beam LB. When supplying from the rear side in the direction, based on the upper surface shape of the molten pool WY imaged by the first imaging means 6 and the lower surface shape of the molten pool WY imaged by the second imaging means 7, The internal shape is estimated, and the entry position Xp and the entry angle θ of the filler wire X with respect to the molten pool WY are adjusted based on the estimated internal shape of the molten pool WY. The filler wire X can be supplied to a suitable position in the molten pool WY without being brought into contact with W1 or the welded part WB or entering the keyhole WK. To stabilize the welding by the Ya supply state substantially constant, it is possible to satisfactorily laser welding two metal plates W1, W2. Even when the internal shape of the molten pool WY changes, such as when the size of the gap Z generated between the two metal plates W1, W2 changes, the filler wire depends on the estimated internal shape of the molten pool WY. X can be supplied to a suitable position in the molten pool WY, and the above effect can be obtained effectively.

また、前述した実施形態では、ワイヤ供給調整部61において、第1の撮像装置6によって撮像された溶融池WYの上面形状と第2の撮像装置7によって撮像された溶融池WYの下面形状とに基づいて、溶融池WYの上面形状の溶接進行方向後端位置P1と溶融池WYの下面形状の溶接進行方向後端位置P5とを直線状に結ぶ形状S1が溶融池WY内部の溶接進行方向後端側の形状と推定されているが、溶融池WYの上面形状の溶接進行方向後端位置P1と、レーザー光中心LBcと下側の金属板W2の下面とが交差する位置とを直線状に結ぶ形状を溶融池WY内部の溶接進行方向後端側の形状と推定するようにすることも可能である。   In the embodiment described above, the wire supply adjustment unit 61 converts the upper surface shape of the molten pool WY imaged by the first imaging device 6 and the lower surface shape of the molten pool WY imaged by the second imaging device 7. Based on the welding progress direction rear end position P1 of the upper surface shape of the molten pool WY and the welding progress direction rear end position P5 of the lower surface shape of the molten pool WY, the shape S1 linearly connects the welding progress direction inside the molten pool WY. Although it is estimated that the shape is the end side, the rear end position P1 in the welding progress direction of the upper surface shape of the molten pool WY and the position where the laser beam center LBc intersects the lower surface of the lower metal plate W2 are linearly formed. It is also possible to estimate the shape to be tied as the shape on the rear end side in the welding progress direction inside the molten pool WY.

かかる場合においても、ワイヤ供給調整部61では、溶融池WYに所定の進入位置Wpにおいて所定の進入角度θで進入するフィラーワイヤXの延長線ILが、この推定された溶融池WY内部の溶接進行方向後端側の形状のうち上側の金属板W1に対応する部分と交差しないように、溶融池WYに対するフィラーワイヤXの進入位置Xp及び進入角度θが調整される。これにより、溶融池WY内に進入させるフィラーワイヤXを非溶融状態の金属板W1や被溶接部WBに接触させることなく、フィラーワイヤXを溶融池WY内の好適な位置に供給することができる。   Even in such a case, in the wire supply adjusting unit 61, the extension line IL of the filler wire X entering the molten pool WY at the predetermined entry position Wp at the predetermined entry angle θ is the welding progress inside the estimated molten pool WY. The entry position Xp and the entry angle θ of the filler wire X with respect to the molten pool WY are adjusted so as not to intersect with the portion corresponding to the upper metal plate W1 in the shape on the rear end side in the direction. Thereby, the filler wire X can be supplied to the suitable position in the molten pool WY, without making the filler wire X entered into the molten pool WY contact the non-molten metal plate W1 or the to-be-welded part WB. .

この場合、第1の撮像装置6と第2の撮像装置7とを用いて撮像された溶融池WYの上面形状と溶融池WYの下面形状とに基づいて推定された溶融池WY内部の溶接進行方向後端側の形状S1よりも、推定される溶融池WY内部の溶接進行方向後端側の形状が溶接進行方向前方側に推定されることとなるので、第2の撮像装置7を用いることなく、1つの撮像装置6を用いて、前記効果を有効に得ることができる。   In this case, the welding progress inside the molten pool WY estimated based on the upper surface shape of the molten pool WY and the lower surface shape of the molten pool WY imaged using the first imaging device 6 and the second imaging device 7. Since the shape on the rear end side in the welding progress direction inside the molten pool WY estimated from the shape S1 on the rear end side in the direction is estimated on the front side in the welding progress direction, the second imaging device 7 is used. In addition, the above effect can be effectively obtained by using one imaging device 6.

以上のように、本発明は、例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。   As described above, the present invention is not limited to the illustrated embodiments, and it goes without saying that various improvements and design changes can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明は、フィラーワイヤを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接する場合に、金属板間に生じた隙間が変化した場合においても、上下の金属板を良好に連結させることができるレーザー溶接装置及びレーザー溶接方法を提供することができ、自動車産業の他、二枚の金属板の溶接が必要となる産業において広く利用される可能性がある。   In the present invention, when two metal plates stacked on top and bottom are fed while supplying filler wires, even when the gap formed between the metal plates changes, the upper and lower metal plates are connected well. The laser welding apparatus and the laser welding method can be provided and can be widely used not only in the automobile industry but also in industries that require welding of two metal plates.

6 第1の撮像装置
7 第2の撮像装置
10 レーザー溶接装置
60 コントロールユニット
61 ワイヤ供給調整部
62 溶融池形状推定部
LB レーザー光
R 溶接経路
W1、W2 金属板
WK キーホール
Wy、Wy’ 溶融金属
WY 溶融池
X フィラーワイヤ
Xp フィラーワイヤの進入位置
θ フィラーワイヤの進入角度
6 First imaging device 7 Second imaging device 10 Laser welding device 60 Control unit 61 Wire supply adjustment unit
62 Molten pool shape estimation part LB Laser beam R Welding path W1, W2 Metal plate WK Keyhole Wy, Wy 'Molten metal WY Molten pool X Filler wire Xp Filler wire entry position θ Filler wire entry angle

Claims (5)

上下に重ね合わせられた二枚の金属板のうち上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射しつつ該レーザー光を所定の溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板に対して相対的に移動させ、レーザー光によって二枚の金属板を溶融させて溶融金属が貯留されてなる溶融池を上側の金属板の上面から下側の金属板の下面にわたって形成するとともに、前記溶融池にフィラーワイヤをレーザー光よりも溶接進行方向後方側から供給し、フィラーワイヤを供給しながら二枚の金属板をレーザー溶接するレーザー溶接装置であって、
前記溶融池に対する前記フィラーワイヤの進入位置及び進入角度を調整するワイヤ供給調整手段と、
前記溶融池の上面を撮像する第1の撮像手段と、
前記溶融池の下面を撮像する第2の撮像手段と、
前記第1の撮像手段によって撮像された前記溶融池の上面形状と前記第2の撮像手段によって撮像された前記溶融池の下面形状とに基づいて、前記溶融池の内部形状を推定する溶融池形状推定手段と、
を備え、
前記ワイヤ供給調整手段は、前記溶融池形状推定手段によって推定された前記溶融池の内部形状に基づいて、前記溶融池に対する前記フィラーワイヤの進入位置及び進入角度を調整する、
ことを特徴とするレーザー溶接装置。
While irradiating a laser beam toward the upper metal plate surface of the two metal plates stacked one above the other, the laser beam is relatively directed to the two metal plates along a predetermined welding path. And forming a molten pool in which the molten metal is stored by melting two metal plates by moving the laser beam from the upper surface of the upper metal plate to the lower surface of the lower metal plate, and a filler wire is formed in the molten pool Is a laser welding apparatus that laser-welds two metal plates while supplying filler wire from the rear side of the welding progress direction than laser light,
Wire supply adjusting means for adjusting the entry position and the entry angle of the filler wire with respect to the molten pool;
First imaging means for imaging the upper surface of the molten pool;
Second imaging means for imaging the lower surface of the molten pool;
A molten pool shape that estimates an internal shape of the molten pool based on an upper surface shape of the molten pool imaged by the first imaging unit and a lower surface shape of the molten pool imaged by the second imaging unit. An estimation means;
With
The wire supply adjusting means adjusts the entry position and the entry angle of the filler wire with respect to the molten pool based on the internal shape of the molten pool estimated by the molten pool shape estimating means.
A laser welding apparatus characterized by that.
前記請求項1に記載のレーザー溶接装置において、
前記溶融池形状推定手段は、前記第1の撮像手段によって撮像された前記溶融池の上面形状の溶接進行方向後端位置と、前記第2の撮像手段によって撮像された前記溶融池の下面形状の溶接進行方向後端位置とに基づいて、前記溶融池内部の溶接進行方向後端側の形状を推定し、
前記ワイヤ供給調整手段は、前記溶融池に所定の進入位置において所定の進入角度で進入する前記フィラーワイヤの延長線が、前記溶融池形状推定手段によって推定された前記溶融池内部の溶接進行方向後端側の形状のうち前記上側の金属板に対応する部分と交差しないように、前記溶融池に対する前記フィラーワイヤの進入位置及び進入角度を調整する、
ことを特徴とするレーザー溶接装置。
In the laser welding apparatus according to claim 1,
The molten pool shape estimating means includes a rear end position in the welding progress direction of the upper surface shape of the molten pool imaged by the first imaging means, and a lower surface shape of the molten pool imaged by the second imaging means. Based on the welding progress direction rear end position, estimate the shape of the welding progress direction rear end side inside the molten pool,
The wire supply adjusting means is configured so that an extension line of the filler wire entering the molten pool at a predetermined entry position at a predetermined entry position is after the welding progress direction inside the molten pool estimated by the molten pool shape estimating means. Adjust the entry position and the entry angle of the filler wire with respect to the molten pool so as not to intersect with the portion corresponding to the upper metal plate in the end side shape,
A laser welding apparatus characterized by that.
前記請求項1または前記請求項2に記載のレーザー溶接装置において、
前記溶融池形状推定手段は、前記第1の撮像手段によって撮像された前記溶融池の上面形状の溶接進行方向後端位置と前記第2の撮像手段によって撮像された前記溶融池の下面形状の溶接進行方向後端位置とを直線状に結ぶ形状を、前記溶融池内部の溶接進行方向後端側の形状と推定する、
ことを特徴とするレーザー溶接装置。
In the laser welding apparatus according to claim 1 or 2,
The molten pool shape estimation means includes a welding progress direction rear end position of the upper surface shape of the molten pool imaged by the first imaging means and a lower surface shape weld of the molten pool imaged by the second imaging means. Estimating the shape that linearly connects the rear end position in the traveling direction as the shape on the rear end side in the welding traveling direction inside the molten pool,
A laser welding apparatus characterized by that.
前記請求項1から前記請求項3の何れか一項に記載のレーザー溶接装置において、
前記溶融池形状推定手段は、前記第1の撮像手段によって撮像された前記溶融池の上面形状と前記第2の撮像手段によって撮像された前記溶融池の下面形状とに基づいて、前記レーザー光によって前記溶融池内に形成されるキーホールの形状を推定し、
前記ワイヤ供給調整手段は、前記溶融池に所定の進入位置において所定の進入角度で進入する前記フィラーワイヤの延長線が、前記溶融池形状推定手段によって推定された前記キーホールの形状のうち前記上側の金属板に対応する部分と交差しないように、前記溶融池に対する前記フィラーワイヤの進入位置及び進入角度を調整する、
ことを特徴とするレーザー溶接装置。
In the laser welding apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The molten pool shape estimating means uses the laser light based on the upper surface shape of the molten pool imaged by the first imaging means and the lower surface shape of the molten pool imaged by the second imaging means. Estimating the shape of the keyhole formed in the molten pool,
The wire supply adjusting means is configured such that an extension line of the filler wire entering the molten pool at a predetermined entry position at a predetermined entry position is an upper side of the keyhole shape estimated by the molten pool shape estimating means. Adjusting the entry position and the entry angle of the filler wire with respect to the molten pool so as not to intersect with the portion corresponding to the metal plate of
A laser welding apparatus characterized by that.
上下に重ね合わせられた二枚の金属板のうち上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射しつつ該レーザー光を所定の溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板に対して相対的に移動させ、レーザー光によって二枚の金属板を溶融させて溶融金属が貯留されてなる溶融池を上側の金属板の上面から下側の金属板の下面にわたって形成するとともに、前記溶融池にフィラーワイヤをレーザー光よりも溶接進行方向後方側から供給し、フィラーワイヤを供給しながら二枚の金属板をレーザー溶接するレーザー溶接方法であって、
前記溶融池の上面と前記溶融池の下面とをそれぞれ撮像し、撮像された前記溶融池の上面形状と前記溶融池の下面形状とに基づいて、前記溶融池の内部形状を推定し、推定された前記溶融池の内部形状に基づいて、前記溶融池に対する前記フィラーワイヤの進入位置及び進入角度を調整するようにした、
ことを特徴とするレーザー溶接方法。
While irradiating a laser beam toward the upper metal plate surface of the two metal plates stacked one above the other, the laser beam is relatively directed to the two metal plates along a predetermined welding path. And forming a molten pool in which the molten metal is stored by melting two metal plates by moving the laser beam from the upper surface of the upper metal plate to the lower surface of the lower metal plate, and a filler wire is formed in the molten pool Is a laser welding method in which two metal plates are laser-welded while supplying filler wire from the rear side of the welding progress direction than laser light,
The upper surface of the molten pool and the lower surface of the molten pool are respectively imaged, and based on the imaged upper surface shape of the molten pool and the lower surface shape of the molten pool, the internal shape of the molten pool is estimated and estimated. Further, based on the internal shape of the molten pool, the entry position and the entry angle of the filler wire with respect to the molten pool were adjusted,
A laser welding method characterized by that.
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