JP2627016B2 - レーザー光線を用いた溶接方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザー溶接時のレーザー出力を実測する
レーザー出力測定方法とその構造に関する。

（従来技術とその問題点） レーザー溶接機は、被溶接物であるワークをその外周
上に一定間隔で配設した例えばターンテーブルと、ター
ンテーブルの外方に配設され、ターンテーブルの中心方
向に向けてそのレーザー照射面が向けられたレーザー照
射装置とで構成されている。そして、レーザー照射装置
に内蔵されているレンズでレーザー光線をターンテーブ
ル上のワークの溶接箇所に集光して溶接を行っている。

さて、このようにレーザー光線を利用して行なうレー
ザー溶接機では、所定の出力に制御しつつレーザー光線
を正確にワークの溶接面に集光させて溶接を実行するの
であるが、従来のレーザー溶接機では、制御機器でレー
ザー光線の出力制御を行なっているのみで、実際のレー
ザービームの出力を実測しつつ制御している訳ではなか
った。それ故、制御機器の指令出力値に対して実際の出
力は10％程度の誤差が発生しており、溶接の品質に若干
のむらが発生するという問題があった。

（発明の目的） 本発明はかかる従来例の問題点に鑑みて為されたもの
で、その目的とするところは、照射されているレーザー
光線の出力を実測してこれをフィードバック制御してよ
り正確な出力制御を行なう事の出来るレーザー出力測定
方法とその構造を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明のレーザー光線を用いた溶接方法は、かかる従
来例の問題点を解決するために、請求項（１）にて、 被溶接物であるワーク（１）にレーザー光線出力装置
（３）からのレーザー光線（５）を照射して溶接するに
際し、 ワーク（１）の被照射面に集光されるときのレーザー
光線（５）の外縁に接するように光センサ（14）を配設
して光センサ（14）にてレーザー出力を実測し、 実測したレーザー出力値を制御装置（９）にフィード
バックして基準出力値と比較し、 前記出力値が基準出力値に合致するようにレーザー光
線出力装置（３）を出力制御する。

；と言う技術的手段を採用しており、 請求項（２）のレーザー光線を用いた溶接装置では、 被溶接物であるワーク（１）に向かってレーザー光線
（５）を発するレーザー光線出力装置（３）と、 ワーク（１）のレーザー被照射面の前面近傍に配設さ
れる遮蔽板（11）とを備え、 遮蔽板（11）にレーザー光線（５）の直径にほぼ等し
い大きさのレーザー通過孔（11a）を穿設すると共に レーザー光線（５）の外縁に接するようにレーザー出
力検出用の光センサー（14）をレーザー通過孔（11a）
の孔縁に設置し、 光センサにて実測されるレーザー光線のレーザー出力
値を予め設定されている基準出力値と比較しかつ上記レ
ーザー出力値が基準出力値に合致するようにレーザー光
線出力装置（３）を出力制御する制御装置（９）を設け
る。

；という技術的手段を採用している。

（作用） レーザー光線出力装置（３）から照射されたレーザー
光線（５）がワーク（１）の溶接ポイントに正確に集光
して瞬時に溶接ポイントを昇温させる。この時、レーザ
ー光線（５）の外縁が光センサ（14）に入射してレーザ
ー光線（５）の出力値を実測する。実測したレーザー出
力値は、制御装置（９）にフィードバックされて基準出
力値と比較され、前記実測データが基準出力値に合致す
るように出力制御される。

又、レーザー光線（５）が溶接ポイントに照射される
と当該溶接ポイントから金属蒸気であるヒュームや、溶
融金属粉であるスパッタなどが飛散するが、その大部分
が前記遮蔽板（11）に衝突して遮蔽板（11）の背方に入
り込まず、これにより、光センサ（14）並びにレーザー
照射面の汚損を防止しつつ溶接を実行していく。

（実 施 例） 以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。本発明
を適用したレーザー溶接機（Ａ）はターンテーブル方式
のものであり、これを中心に説明するがこれは単なる一
例であり、これに限定される事はない。レーザー溶接機
（Ａ）の中心には、ターンテーブル（２）が配設されて
おり、所定の角度（本実施例では45゜間隔）で間欠回転
するようになっている。ターンテーブル（２）の外周上
には被溶接物であるワーク支持台（６）が前記間欠回転
角度に合わせて設置されており、ワーク（１）がワーク
支持台（６）に装着されるようになっている。ターンテ
ーブル（２）の中心には、レーザー遮蔽ブロック（４）
が配設されており、ターンテーブル（２）のほぼ中心を
通過するレーザー光線（５）を遮蔽するようになってい
る。

次ぎに、ターンテーブル（２）の周囲に配置されてい
る各機構について略述する。

（７）は、ワーク供給装置で、ワークが個別化されて
ターンテーブルのワーク支持台（６）に載置される装置
である。（３）は、レーザー光線出力装置で、その照射
面がターンテーブルの中心方向に向けられている。レー
ザー光線出力装置（３）は第2,3図のようにレーザー物
質（3a）が内蔵されており、その前後に反射鏡（3b）が
配置されていて側方に設置されたランプ（3c）から入射
した光りを単波長のレーザー光線に変え、前方に向けて
照射できるようになっており、前方のレンズ（3d）でレ
ーザー光線（５）を集光するようになっている。本実施
例ではYAGレーザーが使用される。レーザー光線出力装
置（３）は、熱を発生するため冷却水（８）が循環する
ようになっている。（９）は制御装置並びに電源回路で
ある。第３図の遮蔽板（11）は、単なる板状のもので
（勿論、これに限られず各種形状のものが考えられ
る。）、ワーク（１）のレーザー被照射面の前面近傍に
配設されている。遮蔽板（11）にはレーザー光線（５）
の直径にほぼ等しい大きさ（例えばレーザー光線（５）
の焦点直前の直径を0.2〜0.1mmとするとレーザー通過孔
（11a）の直径は２〜3mm程度である。）のレーザー通過
孔（11a）を穿設してある。遮蔽板（11）は、ターンテ
ーブル（２）に設置しても良いが、第６図のようにレー
ザー光線出力装置（３）の胴体からアーム（11b）を前
進・後退自由に延出し、このアーム（11b）に前記遮蔽
板（11）を装着してもよい。遮蔽板（11）は例えば高融
点金属乃至高融点金属の鍍金又は溶射などの表面処理を
施したもの、黒鉛、ハードクロム鍍金を施したものが、
ヒュームやスパッタの熔着が少なくて好ましい。遮蔽板
（11）のレーザー通過孔（11a）の孔縁には光センサ（1
4）が装着されており、レーザー光線（５）の外縁に接
して溶接中のレーザー光線（５）の出力値を検出してお
り、その出力値を前記制御装置（９）にフィードバック
し、制御装置（９）に予め設定されている設定出力値と
比較し、レーザー出力値が設定出力値に合致するように
出力制御する。光センサ（14）は、図のように遮蔽板
（11）の背方に設置するのが、ヒュームやスパッタ、溶
接熱の影響を受けないので望ましい。特に吸引リング
（13）の背方に設置するのがよい。しかして、ターンテ
ーブル（２）のワーク支持台（６）にワーク（１）を１
つづつ供給して固定し、次ぎにターンテーブル（２）を
間欠回転させて第１レーザー光線出力装置（３）の前方
までワーク（１）を移動させる。ワーク（１）が停止す
るとレーザー光線出力装置（３）から照射されたレーザ
ー光線（５）がワーク（１）の溶接ポイントに正確に集
光して瞬時に溶接ポイントを昇温させる。この時、レー
ザー光線（５）の外縁が光センサ（14）に入射してレー
ザー光線（５）の出力値を実測する。レーザー光線
（５）が溶接ポイントに照射されると当該溶接ポイント
から金属蒸気であるヒュームや、溶融金属粉であるスパ
ッタなどが飛散し、その大部分が前記遮蔽板（11）に衝
突して遮蔽板（11）の背方に入り込まない。これによ
り、光センサ（14）並びにレーザー照射面の汚損を防止
しつつ溶接を実行していく。

第４図は本発明の第２実施例で、レーザー通過孔（11
a）の孔縁をワーク（１）に向かって碗状に凸曲させた
凸曲部（11b）を形成し、その背方に光センサ（14）を
配置した例であり、前述のヒュームやスパッタは碗状凸
曲部（11b）に沿って流れ、単なる板状の遮蔽板（11）
に比べてレーザー通過孔（11a）を通過するヒュームや
スパッタの量が減少する。

第５図は第４図の改良で、凸曲部（11b）の内側に吸
引リング（13）を配設し、吸引リング（13）の背方に光
センサ（14）を配置した例である。即ち、遮蔽板（11）
の存在でヒュームやスパッタの光センサ（14）やレーザ
ー照射面への付着は相当軽減されるもののレーザー通過
孔（11a）が存在するので、ある程度の通過は避け得
ず、長期間のレーザー溶接を行なえば光センサ（14）や
レーザー照射面の曇りが発生するものである。そこで、
前記吸引リング（13）の内周に穿設された空気噴出孔
（13a）と空気吸入孔（13b）と穿設し、空気噴出孔（13
a）から圧縮空気を噴出すると共に空気吸入孔（13b）か
ら圧縮空気共に通過してきたヒュームやスパッタを吸引
して光センサ（14）やレーザー照射面への到達を妨げ
る。

尚、噴出乃至吸引だけでもある程度の効果を奏する事
は出来るものである。

このレーザー光線出力装置（３）は、ワーク（１）の
溶接箇所の数に合わせて設置されており、本実施例では
４箇所に設けられている。

（10）は、溶接の完了したワーク（１）を取り出す取
り出し装置である。

（効果） 本発明のレーザー光線を用いた溶接方法及びその装置
は、被溶接物であるワークにレーザー光線出力装置から
のレーザー光線を照射して溶接するに際し、ワークの被
照射面に集光されるときのレーザー光線の外縁に接する
ように光センサを配設して光センサにてレーザー出力を
実測し、実測したレーザー出力値を制御装置フィードバ
ックして基準出力値と比較し、前記出力値が基準出力値
に合致するようにレーザー光線出力装置を出力制御する
ので、レーザー光線の出力変化に対して迅速且つ正確に
対応する事が出来て実際の出力に誤差が発生せず、溶接
の品質に若干のむらが生じないという利点がある。

又、請求項（２）では、被溶接物であるワークに向か
ってレーザー光線を発するレーザー光線出力装置と、ワ
ークのレーザー被照射面の前面近傍に配設される遮蔽板
とを備え、遮蔽板にレーザー光線の直径にほぼ等しい大
きさのレーザー通過孔を穿設すると共にレーザー光線の
外縁に接するようにレーザー出力検出用の光センサをレ
ーザー通過孔の孔縁に設置してあるので、レーザー溶接
時のレーザー出力を実測出来るばかりか、光センサ並び
にレーザー照射面を溶接ポイントから発生するヒューム
やスパッタから保護出来て長期間のレーザー溶接におい
てもレーザー照射面の汚損が非常に少なく、長期の連続
レーザー溶接を実施する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図……本発明にかかるレーザー溶接機の平面図 第２図……本発明にかかるレーザー溶接機の概略側面図 第３図……本発明にかかるレーザー光線出力装置の原理
図 第４図……本発明の第２実施例の概略断面図 第５図……本発明に使用する吸引リングの断面図 （１）……ワーク、（２）……ターンテーブル、（３）
……レーザー光線出力装置、（４）……レーザー遮蔽ブ
ロック、（５）……レーザー光線、（11）……遮蔽板、
（11a）……レーザー通過孔、（11b）……凸曲部（11
b）、（13）……吸引リング、（13a）……空気噴出孔、
（13b）……空気吸入孔、（14）……光センサ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被溶接物であるワークにレーザー光線出力
   装置からのレーザー光線を照射して溶接するに際し、ワ
   ークの被照射面に集光されるときのレーザー光線の外縁
   に接するように光センサを配設して光センサにてレーザ
   ー出力を実測し、実測したレーザー出力値を制御装置に
   フィードバックして基準出力値と比較し、前記出力値が
   基準出力値に合致するようにレーザー光線出力装置を出
   力制御する事を特徴とするレーザー光線を用いた溶接方
   法。
2. 【請求項２】被溶接物であるワークに向かってレーザー
   光線を発するレーザー光線出力装置と、ワークのレーザ
   ー被照射面の前面近傍に配設される遮蔽板とを備え、遮
   蔽板にレーザー光線の直径にほぼ等しい大きさのレーザ
   ー通過孔を穿設すると共にレーザー光線の外縁に接する
   ようにレーザー出力検出用の光センサをレーザー通過孔
   の孔縁に設置し、光センサにて実測されるレーザー光線
   のレーザー出力値を予め設定されている基準出力値と比
   較しかつ上記レーザー出力値が基準出力値に合致するよ
   うにレーザー光線出力装置を出力制御する制御装置を設
   けてなることを特徴とするレーザー光線を用いた溶接装
   置。