JP2663834B2 - 複合熱源溶接におけるシーム倣い制御方法 - Google Patents
複合熱源溶接におけるシーム倣い制御方法Info
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- JP2663834B2 JP2663834B2 JP5143689A JP14368993A JP2663834B2 JP 2663834 B2 JP2663834 B2 JP 2663834B2 JP 5143689 A JP5143689 A JP 5143689A JP 14368993 A JP14368993 A JP 14368993A JP 2663834 B2 JP2663834 B2 JP 2663834B2
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- end faces
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
- B23K26/24—Seam welding
- B23K26/26—Seam welding of rectilinear seams
- B23K26/262—Seam welding of rectilinear seams of longitudinal seams of tubes
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気的エネルギーによ
り加熱して衝合圧接する方法と、エネルギービームを照
射して溶接する方法とを組み合わせて溶接管を製造する
際のシーム倣いを制御する方法に関する。
り加熱して衝合圧接する方法と、エネルギービームを照
射して溶接する方法とを組み合わせて溶接管を製造する
際のシーム倣いを制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ溶接は、他の溶接方法に比較して
熱源のエネルギー密度が高いために、溶け込みが深く高
速溶接が可能であり、また総入熱量を少なくでき、溶接
部分の性能が良好である。その高速化率をさらに高める
ために、本出願人は金属帯の両端面に高周波加熱を行っ
た後にレーザビームを照射して溶融溶接を行う方法を提
案し（特開平２─70379 号公報等）、既に実用技術とし
て報告している（ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ VOL.４，1991，
p.578 ，p.579 ）。この技術によりレーザ溶接単独の場
合と比較して２倍以上の速度で溶接することができる。
熱源のエネルギー密度が高いために、溶け込みが深く高
速溶接が可能であり、また総入熱量を少なくでき、溶接
部分の性能が良好である。その高速化率をさらに高める
ために、本出願人は金属帯の両端面に高周波加熱を行っ
た後にレーザビームを照射して溶融溶接を行う方法を提
案し（特開平２─70379 号公報等）、既に実用技術とし
て報告している（ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ VOL.４，1991，
p.578 ，p.579 ）。この技術によりレーザ溶接単独の場
合と比較して２倍以上の速度で溶接することができる。
【０００３】このような複合熱源溶接法により溶接され
た製管は、ＴＩＧ，ＭＩＧ等で溶接された場合と比較し
てビード幅が狭い。このために、長時間連続して溶接を
行う場合にシームずれ即ち金属帯の両端面衝合部分とレ
ーザビームの照射点との位置ずれのために、溶接部分に
欠陥が発生し易くなる。平板の溶接の場合のシームずれ
は、１点を検出することにより衝合部分の基準線からの
平行ずれを修正することができるが、金属帯をオープン
パイプに曲成して両端面を溶接せしめる製管の溶接の場
合は、管が捻じれるために１点だけの検出では修正する
ことができない。
た製管は、ＴＩＧ，ＭＩＧ等で溶接された場合と比較し
てビード幅が狭い。このために、長時間連続して溶接を
行う場合にシームずれ即ち金属帯の両端面衝合部分とレ
ーザビームの照射点との位置ずれのために、溶接部分に
欠陥が発生し易くなる。平板の溶接の場合のシームずれ
は、１点を検出することにより衝合部分の基準線からの
平行ずれを修正することができるが、金属帯をオープン
パイプに曲成して両端面を溶接せしめる製管の溶接の場
合は、管が捻じれるために１点だけの検出では修正する
ことができない。
【０００４】レーザ溶接単独の場合の製管のシームずれ
を修正する方法は、特公平４─３１７９９号公報に提案
されている。この方法は、光学式の非接触の測定装置を
用いるか、又はガイドローラのような接触式の測定装置
を用いて、レーザ溶接上流側の所定間隔にある両端面点
を測定し、端面点のギャップ中間点である検出点を算出
する。このように算出された２箇所の検出点の溶接基準
線からのずれベクトルを夫々測定し、検出点の溶接点か
らの距離とずれベクトルとに基づいて溶接点のずれ量を
求め、これに応じてレーザ加工ヘッドを移動させる方法
である。この方法により、レーザ溶接単独の場合のシー
ムずれを防止することができる。
を修正する方法は、特公平４─３１７９９号公報に提案
されている。この方法は、光学式の非接触の測定装置を
用いるか、又はガイドローラのような接触式の測定装置
を用いて、レーザ溶接上流側の所定間隔にある両端面点
を測定し、端面点のギャップ中間点である検出点を算出
する。このように算出された２箇所の検出点の溶接基準
線からのずれベクトルを夫々測定し、検出点の溶接点か
らの距離とずれベクトルとに基づいて溶接点のずれ量を
求め、これに応じてレーザ加工ヘッドを移動させる方法
である。この方法により、レーザ溶接単独の場合のシー
ムずれを防止することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように金属帯の端面を加熱した後にレーザ溶接を行う溶
接方法では、金属帯の端面位置を測定する場合に、光学
式の非接触な測定装置を用いたときには、加熱された端
面から放出される光により、測定装置の光と端面からの
光が干渉して正確な測定ができない。また、ガイドロー
ラのような接触式の測定装置を用いたときには、加熱さ
れた端面の剛性が低下しており、接触することにより端
面が変形して、その位置を測定することができないとい
う問題があった。
ように金属帯の端面を加熱した後にレーザ溶接を行う溶
接方法では、金属帯の端面位置を測定する場合に、光学
式の非接触な測定装置を用いたときには、加熱された端
面から放出される光により、測定装置の光と端面からの
光が干渉して正確な測定ができない。また、ガイドロー
ラのような接触式の測定装置を用いたときには、加熱さ
れた端面の剛性が低下しており、接触することにより端
面が変形して、その位置を測定することができないとい
う問題があった。
【０００６】これを解決するためには、接触式、非接触
式の装置共に衝合点よりも上流側に十分離れた端面位置
を測定しなければならないが、衝合点と端面位置との離
隔距離が長すぎることにより、衝合点の位置を求めるた
めの直線近似の際の誤差が大きく、シームずれの検出精
度が低いという問題があった。また、直線近似を行わず
にシームずれを検出するためには、溶接部分の溶接管の
寸法及び材質に対する補正を必要とする複雑な関数の式
を用いなければならず、この補正係数を求めるために数
多くの実験が必要となる。また補正係数の精度も十分な
ものとは限らないために、直線近似を行わない場合もシ
ームずれの検出精度が低いという問題があった。
式の装置共に衝合点よりも上流側に十分離れた端面位置
を測定しなければならないが、衝合点と端面位置との離
隔距離が長すぎることにより、衝合点の位置を求めるた
めの直線近似の際の誤差が大きく、シームずれの検出精
度が低いという問題があった。また、直線近似を行わず
にシームずれを検出するためには、溶接部分の溶接管の
寸法及び材質に対する補正を必要とする複雑な関数の式
を用いなければならず、この補正係数を求めるために数
多くの実験が必要となる。また補正係数の精度も十分な
ものとは限らないために、直線近似を行わない場合もシ
ームずれの検出精度が低いという問題があった。
【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、金属帯を高周波加熱した後にエネルギービー
ムで溶融する複合熱源溶接の際に、両端面の衝合点の位
置及び両端面の位置から、エネルギービームの照射点と
照射目標点との位置ずれを検出し、エネルギービームの
照射点を移動せしめてシームずれを防止するシーム倣い
制御方法を提供することを目的とする。
のであり、金属帯を高周波加熱した後にエネルギービー
ムで溶融する複合熱源溶接の際に、両端面の衝合点の位
置及び両端面の位置から、エネルギービームの照射点と
照射目標点との位置ずれを検出し、エネルギービームの
照射点を移動せしめてシームずれを防止するシーム倣い
制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る複合熱源溶
接におけるシーム倣い制御方法は、金属帯を長手方向に
搬送しつつ、幅方向の両端面が相対向するオープンパイ
プに曲成し、その両端面をコンタクトチップ又は誘導コ
イルにより高周波加熱し、スクイズロールを用いて加熱
された両端面を衝合せしめ、衝合点の搬送下流側にエネ
ルギービームを照射して溶融する複合熱源溶接のシーム
倣い制御方法であって、前記コンタクトチップ又は誘導
コイルにより高周波加熱された領域からの放射エネルギ
ーを検出して前記衝合点を求め、一方、前記高周波加熱
された領域よりも搬送上流側の両端面の位置を検出し、
前記衝合点及び両端面の位置から前記エネルギービーム
を照射すべき照射目標点を求め、該照射目標点と前記エ
ネルギービームの照射点との位置ずれ量に応じて前記照
射点を移動せしめることを特徴とする。
接におけるシーム倣い制御方法は、金属帯を長手方向に
搬送しつつ、幅方向の両端面が相対向するオープンパイ
プに曲成し、その両端面をコンタクトチップ又は誘導コ
イルにより高周波加熱し、スクイズロールを用いて加熱
された両端面を衝合せしめ、衝合点の搬送下流側にエネ
ルギービームを照射して溶融する複合熱源溶接のシーム
倣い制御方法であって、前記コンタクトチップ又は誘導
コイルにより高周波加熱された領域からの放射エネルギ
ーを検出して前記衝合点を求め、一方、前記高周波加熱
された領域よりも搬送上流側の両端面の位置を検出し、
前記衝合点及び両端面の位置から前記エネルギービーム
を照射すべき照射目標点を求め、該照射目標点と前記エ
ネルギービームの照射点との位置ずれ量に応じて前記照
射点を移動せしめることを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明の複合熱源溶接におけるシーム倣い制御
方法では、金属帯の加熱された領域からの放射エネルギ
ーを例えば面温度計のような放射温度計を用いて検出す
る。金属帯の搬送方向の複数箇所で直交する幅方向の断
面における温度分布を測定し、その高温部分である両端
面を検出し直線近似して、両端面の交点である衝合点を
求めている。また、高周波加熱された両端面よりも搬送
上流側での両端面の位置を、接触的な測定装置又は非接
触的な光学式の測定装置を用いて検出する。例えば、ス
リット光源から金属帯の幅方向にスリット光を照射して
反射光をＣＣＤカメラにて受光し、撮像した画像信号か
ら両端面の位置を算出する。この両端面の位置は衝合点
と直線近似を行うために十分な距離にあるために、エネ
ルギービームを照射すべき照射目標点が高精度に算出で
き、照射目標点とエネルギービームの照射点との位置ず
れ量が高精度に求まる。
方法では、金属帯の加熱された領域からの放射エネルギ
ーを例えば面温度計のような放射温度計を用いて検出す
る。金属帯の搬送方向の複数箇所で直交する幅方向の断
面における温度分布を測定し、その高温部分である両端
面を検出し直線近似して、両端面の交点である衝合点を
求めている。また、高周波加熱された両端面よりも搬送
上流側での両端面の位置を、接触的な測定装置又は非接
触的な光学式の測定装置を用いて検出する。例えば、ス
リット光源から金属帯の幅方向にスリット光を照射して
反射光をＣＣＤカメラにて受光し、撮像した画像信号か
ら両端面の位置を算出する。この両端面の位置は衝合点
と直線近似を行うために十分な距離にあるために、エネ
ルギービームを照射すべき照射目標点が高精度に算出で
き、照射目標点とエネルギービームの照射点との位置ず
れ量が高精度に求まる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図１は、本発明方法を実施するた
めの溶接装置の構成を示すブロック図である。図中Ｈは
金属帯であり、長手方向に直列配置された図示しない各
種ロール成形スタンドにより搬送され、この間に搬送方
向に直交する幅方向の端面が対向するる断面円形のオー
プンパイプに曲成される。そして、衝合端面に側圧を与
えるべくスクイズロール１，１が対をなして金属帯Ｈの
両側に夫々配設されている。
き具体的に説明する。図１は、本発明方法を実施するた
めの溶接装置の構成を示すブロック図である。図中Ｈは
金属帯であり、長手方向に直列配置された図示しない各
種ロール成形スタンドにより搬送され、この間に搬送方
向に直交する幅方向の端面が対向するる断面円形のオー
プンパイプに曲成される。そして、衝合端面に側圧を与
えるべくスクイズロール１，１が対をなして金属帯Ｈの
両側に夫々配設されている。
【００１１】そして、スクイズロール１，１の搬送上流
側の両端面近傍にコンタクトチップ６，６が配設されて
おり、高周波発振機５で発生した高周波電流がコンタク
トチップ６，６から供給され、両端面が衝合する衝合点
ａ1 を経由して両端面が加熱される。スクイズロール
１，１とコンタクトチップ６，６との間には面温度計７
が配設されており、金属帯Ｈの衝合点ａ1 を含む高周波
予熱領域の温度分布を測定する。面温度計７は２色温度
計であり、金属帯Ｈに付着した防錆用油からの煙に対し
て影響を受け難くしてある。このような面温度計７で測
定された温度分布の情報は衝合点位置算出部１０へ与え
られ、ここで両端面の位置情報を決定し、両端面の交点
位置である衝合点ａ1 を後述する方法で求めるようにな
っている。
側の両端面近傍にコンタクトチップ６，６が配設されて
おり、高周波発振機５で発生した高周波電流がコンタク
トチップ６，６から供給され、両端面が衝合する衝合点
ａ1 を経由して両端面が加熱される。スクイズロール
１，１とコンタクトチップ６，６との間には面温度計７
が配設されており、金属帯Ｈの衝合点ａ1 を含む高周波
予熱領域の温度分布を測定する。面温度計７は２色温度
計であり、金属帯Ｈに付着した防錆用油からの煙に対し
て影響を受け難くしてある。このような面温度計７で測
定された温度分布の情報は衝合点位置算出部１０へ与え
られ、ここで両端面の位置情報を決定し、両端面の交点
位置である衝合点ａ1 を後述する方法で求めるようにな
っている。
【００１２】また、コンタクトチップ６，６の搬送上流
側にはスリット光源８が配設され、スリット光源８の上
流側にはＣＣＤカメラ９が配設されている。図２は、金
属帯Ｈと、スリット光源８及びＣＣＤカメラ９との位置
関係を示す模式的斜視図である。スリット光源８から出
射されたスリット光は金属帯Ｈの幅方向に照射され、ス
クイズロール１，１よりも上流側に所定距離離隔したス
リット光照射位置で反射し、この反射光がＣＣＤカメラ
９で受光されるようになっている。
側にはスリット光源８が配設され、スリット光源８の上
流側にはＣＣＤカメラ９が配設されている。図２は、金
属帯Ｈと、スリット光源８及びＣＣＤカメラ９との位置
関係を示す模式的斜視図である。スリット光源８から出
射されたスリット光は金属帯Ｈの幅方向に照射され、ス
クイズロール１，１よりも上流側に所定距離離隔したス
リット光照射位置で反射し、この反射光がＣＣＤカメラ
９で受光されるようになっている。
【００１３】そして、ＣＣＤカメラ９の撮像した画像信
号は端面位置算出部１１へ入力され、端面位置算出部１
１にてスリット光照射位置上の端面照射点ｂ1 ，ｃ1 の
位置が求められる。そして、前記衝合点位置算出部１０
で求められた衝合点ａ1 と端面照射点ｂ1 ，ｃ1 とが制
御量算出部１２へ入力され、制御量算出部１２ではこれ
ら３点から後述するレーザビームの照射目標点Ｇの位置
を求めて、レーザビームの照射点との位置ずれ量δを算
出するようになっている。
号は端面位置算出部１１へ入力され、端面位置算出部１
１にてスリット光照射位置上の端面照射点ｂ1 ，ｃ1 の
位置が求められる。そして、前記衝合点位置算出部１０
で求められた衝合点ａ1 と端面照射点ｂ1 ，ｃ1 とが制
御量算出部１２へ入力され、制御量算出部１２ではこれ
ら３点から後述するレーザビームの照射目標点Ｇの位置
を求めて、レーザビームの照射点との位置ずれ量δを算
出するようになっている。
【００１４】一方、対をなすスクイズロール１，１間に
は、レーザビーム３を放射するレーザ加工ヘッド２が、
スクイズロール１，１軸芯を結ぶ線よりも所定の距離ｇ
ｘ1だけ上流側に配設され、求められた照射目標点Ｇに
レーザビーム３を照射するようになっている。レーザ加
工ヘッド２は金属帯Ｈの幅方向又は周方向に延設された
レールに係合されており、駆動制御系４は、前記制御量
算出部１２から入力された位置ずれ量δの情報をレーザ
加工ヘッド２へ与え、図示しないモータの駆動によりレ
ーザ加工ヘッド２を移動せしめるようになっている。
は、レーザビーム３を放射するレーザ加工ヘッド２が、
スクイズロール１，１軸芯を結ぶ線よりも所定の距離ｇ
ｘ1だけ上流側に配設され、求められた照射目標点Ｇに
レーザビーム３を照射するようになっている。レーザ加
工ヘッド２は金属帯Ｈの幅方向又は周方向に延設された
レールに係合されており、駆動制御系４は、前記制御量
算出部１２から入力された位置ずれ量δの情報をレーザ
加工ヘッド２へ与え、図示しないモータの駆動によりレ
ーザ加工ヘッド２を移動せしめるようになっている。
【００１５】以上の如き構成の溶接装置を用いて、金属
帯Ｈを溶接する際のシーム倣い制御を行う方法を以下に
説明する。金属帯Ｈは搬送されつつ、コンタクトチップ
６，６から供給された高周波電流により、衝合点ａ1 を
含むコンタクトチップ６，６より下流側の両端面が加熱
されている。
帯Ｈを溶接する際のシーム倣い制御を行う方法を以下に
説明する。金属帯Ｈは搬送されつつ、コンタクトチップ
６，６から供給された高周波電流により、衝合点ａ1 を
含むコンタクトチップ６，６より下流側の両端面が加熱
されている。
【００１６】まず、面温度計７が衝合点ａ1 付近の温度
分布を測定し、衝合点位置算出部１０へ温度分布を表す
信号を与える。図３は、面温度計７の測定範囲内で、搬
送方向に直交する方向の金属帯Ｈの断面の位置を示した
説明図であり、図４はこの断面の温度分布を示した説明
図である。図３に示す断面Ａ，Ｂ，…ｉでの温度分布
は、図４に示すように端面部分が最高温度を有し、金属
帯Ｈの周方向即ち幅方向に向かって急峻に低下してい
る。また、両端面間で温度は低くなっている。図５は、
このような両端面付近の温度変化を示したグラフであ
り、横軸は金属帯Ｈの幅方向の位置を表し、縦軸は温度
及び温度微分値を表している。図５に示すように、温度
変化の最大値及び最小値は端面位置と一致しており、こ
れにより、断面Ａ，Ｂ，…ｉにおける両端面の位置を求
めることができる。衝合点位置算出部１０では、断面
Ａ，Ｂ，…ｉにおける端面の位置を最小自乗法を用いて
直線近似し、直線近似された両端面の交点を衝合点ａ1
として、その位置を求める。
分布を測定し、衝合点位置算出部１０へ温度分布を表す
信号を与える。図３は、面温度計７の測定範囲内で、搬
送方向に直交する方向の金属帯Ｈの断面の位置を示した
説明図であり、図４はこの断面の温度分布を示した説明
図である。図３に示す断面Ａ，Ｂ，…ｉでの温度分布
は、図４に示すように端面部分が最高温度を有し、金属
帯Ｈの周方向即ち幅方向に向かって急峻に低下してい
る。また、両端面間で温度は低くなっている。図５は、
このような両端面付近の温度変化を示したグラフであ
り、横軸は金属帯Ｈの幅方向の位置を表し、縦軸は温度
及び温度微分値を表している。図５に示すように、温度
変化の最大値及び最小値は端面位置と一致しており、こ
れにより、断面Ａ，Ｂ，…ｉにおける両端面の位置を求
めることができる。衝合点位置算出部１０では、断面
Ａ，Ｂ，…ｉにおける端面の位置を最小自乗法を用いて
直線近似し、直線近似された両端面の交点を衝合点ａ1
として、その位置を求める。
【００１７】なお、以上の如く衝合点ａ1 を求める面温
度計７及び衝合点位置算出部１０とを有する装置は、本
出願人が既に電縫管の溶接部分を監視する装置として特
開昭57−79803 号公報で提案している。
度計７及び衝合点位置算出部１０とを有する装置は、本
出願人が既に電縫管の溶接部分を監視する装置として特
開昭57−79803 号公報で提案している。
【００１８】一方、高周波電流を供給するコンタクトチ
ップ６，６よりも上流側に配されたスリット光源８は、
スクイズロール１から所定距離Ｌ1 を有する金属帯Ｈの
スリット光照射位置へスリット光を出射する。ここで反
射した光がＣＣＤカメラ９で受光され、撮像される。こ
の撮像信号が端面位置算出部１１へ与えられ、スリット
光照射位置上の端面照射点ｂ1 ，ｃ1 が求められる。
ップ６，６よりも上流側に配されたスリット光源８は、
スクイズロール１から所定距離Ｌ1 を有する金属帯Ｈの
スリット光照射位置へスリット光を出射する。ここで反
射した光がＣＣＤカメラ９で受光され、撮像される。こ
の撮像信号が端面位置算出部１１へ与えられ、スリット
光照射位置上の端面照射点ｂ1 ，ｃ1 が求められる。
【００１９】そして、上述した衝合点ａ1 と端面照射点
ｂ1 ，ｃ1 との位置情報が制御量算出部１２へ与えられ
る。図６は金属帯Ｈの溶接実施状態の平面図であり、衝
合点ａ1 ，端面照射点ｂ1 ，ｃ1 及び照射目標点Ｇの位
置を示している。また、図７はこれらの点の位置関係を
表す座標系である。金属帯Ｈの搬送方向をＸ軸方向，幅
方向をＹ軸方向とし、スクイズロール１の軸芯を結ぶ線
から上流側をＸ軸正側に、レーザ加工ヘッド２のＹ軸位
置をＹ軸の基準にしている。図７の座標系において図６
に示す衝合点ａ1 は（ａｘ1 ，ａｙ1 ）で表され、端面
照射点ｂ1 は（ｂｘ1 ，ｂｙ1 ），端面照射点ｃ1 は
（ｃｘ1 ，ｃｙ1 ）で表される。ここで、端面照射点ｂ
1 ，ｃ1 は金属帯Ｈのスリット照射位置上の点であるの
で、ｂｙ1＝ｃｙ1 ＝Ｌ1 である。これらの３点から照
射目標点Ｇの位置（ｇｘ1 ，ｇｙ1）を以下に示す如く
算出する。
ｂ1 ，ｃ1 との位置情報が制御量算出部１２へ与えられ
る。図６は金属帯Ｈの溶接実施状態の平面図であり、衝
合点ａ1 ，端面照射点ｂ1 ，ｃ1 及び照射目標点Ｇの位
置を示している。また、図７はこれらの点の位置関係を
表す座標系である。金属帯Ｈの搬送方向をＸ軸方向，幅
方向をＹ軸方向とし、スクイズロール１の軸芯を結ぶ線
から上流側をＸ軸正側に、レーザ加工ヘッド２のＹ軸位
置をＹ軸の基準にしている。図７の座標系において図６
に示す衝合点ａ1 は（ａｘ1 ，ａｙ1 ）で表され、端面
照射点ｂ1 は（ｂｘ1 ，ｂｙ1 ），端面照射点ｃ1 は
（ｃｘ1 ，ｃｙ1 ）で表される。ここで、端面照射点ｂ
1 ，ｃ1 は金属帯Ｈのスリット照射位置上の点であるの
で、ｂｙ1＝ｃｙ1 ＝Ｌ1 である。これらの３点から照
射目標点Ｇの位置（ｇｘ1 ，ｇｙ1）を以下に示す如く
算出する。
【００２０】端面照射点ｂ1 ，ｃ1 の中点と衝合点ａ1
とを通る直線が照射目標点Ｇを通るとする。端面照射点
ｂ1 ，ｃ1 の中点の座標は、（（ｂｘ1 ＋ｃｘ1 ）／
２，（ｂｙ1 ＋ｃｙ1 ）／２）であり、この中点と衝合
点ａ1 を通る直線の式を、 Ｙ＝αＸ＋βとすると、 （ｂｙ1 ＋ｃｙ1 ）／２＝α（ｂｘ1 ＋ｃｘ1 ）／２＋β …（１） ａｙ1 ＝αａｘ1 ＋β …（２） となり、（１）式，（２）式を解くと、
とを通る直線が照射目標点Ｇを通るとする。端面照射点
ｂ1 ，ｃ1 の中点の座標は、（（ｂｘ1 ＋ｃｘ1 ）／
２，（ｂｙ1 ＋ｃｙ1 ）／２）であり、この中点と衝合
点ａ1 を通る直線の式を、 Ｙ＝αＸ＋βとすると、 （ｂｙ1 ＋ｃｙ1 ）／２＝α（ｂｘ1 ＋ｃｘ1 ）／２＋β …（１） ａｙ1 ＝αａｘ1 ＋β …（２） となり、（１）式，（２）式を解くと、
【００２１】
【数１】
【００２２】そして、照射目標点Ｇは（３）式に示す直
線を通るので、照射目標点Ｇのｙ座標は以下の（４）式
に示す値となる。
線を通るので、照射目標点Ｇのｙ座標は以下の（４）式
に示す値となる。
【００２３】
【数２】
【００２４】上述したように、照射目標点ＧのＸ軸方向
の距離ｇｘ1 は所定であるので、これを代入することに
より、（４）式に示すｇｙ1 即ち金属帯Ｈの捻じれによ
る位置ずれ量δが求められる。このように制御量算出部
１２で求められた位置ずれ量δを表す信号が駆動制御系
４へ入力され、搬送方向に直交する幅方向又は周方向へ
位置ずれ量δだけレーザ加工ヘッド２を移動せしめ、シ
ームずれを生じることなく溶融溶接を行う。
の距離ｇｘ1 は所定であるので、これを代入することに
より、（４）式に示すｇｙ1 即ち金属帯Ｈの捻じれによ
る位置ずれ量δが求められる。このように制御量算出部
１２で求められた位置ずれ量δを表す信号が駆動制御系
４へ入力され、搬送方向に直交する幅方向又は周方向へ
位置ずれ量δだけレーザ加工ヘッド２を移動せしめ、シ
ームずれを生じることなく溶融溶接を行う。
【００２５】なお、上述の溶接方法において、面温度計
７による温度分布測定データだけを用いて照射目標点Ｇ
の位置を求めない理由を以下に説明する。金属対Ｈの端
面からのエネルギーを検出する装置は測定可能な領域に
限りがあり、測定される端面位置は衝合点ａ1 と近距離
にある。これにより衝合点ａ1 は高精度に求めることが
できるが、個々の端面位置のデータはばらつきが大き
く、端面の測定精度を高めるためには測定点数を多くす
るか又は測定領域を大きくすることが必要である。しか
しながら上述したように、このような装置の測定可能な
端面領域は狭く、実用状測定点数にも限りがあるため
に、端面位置の検出のために他の測定装置を用いて高周
波加熱端面よりも上流側の端面照射点ｂ1 ，ｃ1 を測定
することにより端面の測定精度を高め、衝合点ａ1 及び
端面照射点ｂ1 ，ｃ1 から照射目標点Ｇを求めるように
している。
７による温度分布測定データだけを用いて照射目標点Ｇ
の位置を求めない理由を以下に説明する。金属対Ｈの端
面からのエネルギーを検出する装置は測定可能な領域に
限りがあり、測定される端面位置は衝合点ａ1 と近距離
にある。これにより衝合点ａ1 は高精度に求めることが
できるが、個々の端面位置のデータはばらつきが大き
く、端面の測定精度を高めるためには測定点数を多くす
るか又は測定領域を大きくすることが必要である。しか
しながら上述したように、このような装置の測定可能な
端面領域は狭く、実用状測定点数にも限りがあるため
に、端面位置の検出のために他の測定装置を用いて高周
波加熱端面よりも上流側の端面照射点ｂ1 ，ｃ1 を測定
することにより端面の測定精度を高め、衝合点ａ1 及び
端面照射点ｂ1 ，ｃ1 から照射目標点Ｇを求めるように
している。
【００２６】以上の如きシーム倣い制御方法により、表
１に示す溶接条件にて溶接製管を行い、シームずれを測
定した。比較実験として、端面位置測定を行わない場合
（NO．２），端面位置測定をコンタクトチップ６とスク
イズロール１との間（スクイズロール１より約80mm位置
の端面）で行った場合（NO．３），端面位置測定及び衝
合点測定を行わない場合（NO．４），衝合点測定を行わ
ず、コンタクトチップ６より上流側で端面位置測定を行
った場合（NO．５）について溶接製管を行った（上述の
実施例をNO．１とする）。
１に示す溶接条件にて溶接製管を行い、シームずれを測
定した。比較実験として、端面位置測定を行わない場合
（NO．２），端面位置測定をコンタクトチップ６とスク
イズロール１との間（スクイズロール１より約80mm位置
の端面）で行った場合（NO．３），端面位置測定及び衝
合点測定を行わない場合（NO．４），衝合点測定を行わ
ず、コンタクトチップ６より上流側で端面位置測定を行
った場合（NO．５）について溶接製管を行った（上述の
実施例をNO．１とする）。
【００２７】
【表１】
【００２８】金属帯Ｈは、レーザビームの照射点の位置
ずれ量δが大きくなるようにキャンバ量が大きいものを
用い、製管のシームずれ量は、予め金属帯Ｈに両端面か
ら周方向一定位置にけがき線を施し、溶接長さ１ｍ毎に
製管のサンプルを２０箇所採取して、レーザビームの照
射点とけがき線との間隔を測定することにより算出し
た。この結果を表２に示す。
ずれ量δが大きくなるようにキャンバ量が大きいものを
用い、製管のシームずれ量は、予め金属帯Ｈに両端面か
ら周方向一定位置にけがき線を施し、溶接長さ１ｍ毎に
製管のサンプルを２０箇所採取して、レーザビームの照
射点とけがき線との間隔を測定することにより算出し
た。この結果を表２に示す。
【００２９】
【表２】
【００３０】表２から明らかなように、本実施例のNo．
１ではシームずれ量は小さく、ほとんどシームずれを生
じていないことが判る。また、比較実験のNo．４とNo．
５とではシームずれ量が同レベルであることから、コン
タクトチップ６より上流側での端面位置測定だけではシ
ームずれが防止できないことが判る。また、比較実験の
No．２及びNo．３では、制御を全く行わない（No．４）
よりはシームずれ量は小さいが、シムずれ許容範囲（本
実施例では１ｍｍ）よりも大きく、このことからコンタ
クトチップ６より上流側での端面位置測定を行わない場
合は、十分なシームずれ防止が行えないこと、また、端
面位置測定を行ったとしてもコンタクトチップ６よりも
下流側である場合は効果が得られないことが判る。
１ではシームずれ量は小さく、ほとんどシームずれを生
じていないことが判る。また、比較実験のNo．４とNo．
５とではシームずれ量が同レベルであることから、コン
タクトチップ６より上流側での端面位置測定だけではシ
ームずれが防止できないことが判る。また、比較実験の
No．２及びNo．３では、制御を全く行わない（No．４）
よりはシームずれ量は小さいが、シムずれ許容範囲（本
実施例では１ｍｍ）よりも大きく、このことからコンタ
クトチップ６より上流側での端面位置測定を行わない場
合は、十分なシームずれ防止が行えないこと、また、端
面位置測定を行ったとしてもコンタクトチップ６よりも
下流側である場合は効果が得られないことが判る。
【００３１】なお、上述の本実施例では金属帯Ｈに接触
式の高周波予熱を行っているが、これに限るものではな
く、誘導式の高周波予熱を行っても良い。また、エネル
ギービームとしてレーザビームを用いて溶融している
が、これに限るものではなく、電子ビームを用いても良
い。
式の高周波予熱を行っているが、これに限るものではな
く、誘導式の高周波予熱を行っても良い。また、エネル
ギービームとしてレーザビームを用いて溶融している
が、これに限るものではなく、電子ビームを用いても良
い。
【００３２】また、上述の本実施例では衝合点ａ1 を求
める装置として面温度計７を用いているが、これに限る
ものではなく、画像処理装置を用いて金属帯Ｈの端面の
輝度を測定することにより衝合点ａ1 を求めても良い
し、画像処理装置及び面温度計７双方からの情報により
衝合点ａ1 を求めても良い。
める装置として面温度計７を用いているが、これに限る
ものではなく、画像処理装置を用いて金属帯Ｈの端面の
輝度を測定することにより衝合点ａ1 を求めても良い
し、画像処理装置及び面温度計７双方からの情報により
衝合点ａ1 を求めても良い。
【００３３】さらに、上述の本実施例では、コンタクト
チップ６よりも上流側の金属帯Ｈの端面を測定する装置
として、スリットレーザ光源８及びＣＣＤカメラ９を用
いているが、これに限るものではなく、この領域は低温
度であるために、光学式の非接触な測定装置又はガイド
ローラのような接触式の測定装置を用いても良い。
チップ６よりも上流側の金属帯Ｈの端面を測定する装置
として、スリットレーザ光源８及びＣＣＤカメラ９を用
いているが、これに限るものではなく、この領域は低温
度であるために、光学式の非接触な測定装置又はガイド
ローラのような接触式の測定装置を用いても良い。
【００３４】
【発明の効果】以上のように、本発明においては、高周
波加熱された端面からの放射エネルギーを測定すること
により求めた衝合点と、高周波加熱された領域より上流
側で検出した端面の位置とからエネルギービームの照射
目標点を検出し、照射点と照射目標点との位置ずれを検
出するので、高精度で位置ずれ量を求めることができ、
この位置ずれ量に応じてエネルギービームの照射点を移
動せしめることにより、シームずれを防止することがで
きる。
波加熱された端面からの放射エネルギーを測定すること
により求めた衝合点と、高周波加熱された領域より上流
側で検出した端面の位置とからエネルギービームの照射
目標点を検出し、照射点と照射目標点との位置ずれを検
出するので、高精度で位置ずれ量を求めることができ、
この位置ずれ量に応じてエネルギービームの照射点を移
動せしめることにより、シームずれを防止することがで
きる。
【図１】本発明方法を実施するための溶接装置の構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２】本発明方法を実施する場合の金属帯とスリット
光源及びＣＣＤカメラとの位置関係を示す模式的斜視図
である。
光源及びＣＣＤカメラとの位置関係を示す模式的斜視図
である。
【図３】面温度計の測定範囲内での搬送方向に直交する
方向の金属帯の断面の位置を示した説明図である。
方向の金属帯の断面の位置を示した説明図である。
【図４】面温度計の測定範囲内での搬送方向に直交する
方向の金属帯の断面の温度分布を示した説明図である。
方向の金属帯の断面の温度分布を示した説明図である。
【図５】両端面付近の温度変化を示したグラフである。
【図６】金属帯の溶接実施状態の平面図である。
【図７】照射目標点，衝合点及び両端面上の点の位置関
係を表す座標系である。
係を表す座標系である。
１ スクイズロール ２ レーザ加工ヘッド ３ レーザビーム ５ 高周波発振機 ６ コンタクトチップ ７ 面温度計 ８ スリット光源 ９ ＣＣＤカメラ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２３Ｋ 101:06
Claims (1)
- 【請求項１】 金属帯を長手方向に搬送しつつ、幅方向
の両端面が相対向するオープンパイプに曲成し、その両
端面をコンタクトチップ又は誘導コイルにより高周波加
熱し、スクイズロールを用いて加熱された両端面を衝合
せしめ、衝合点の搬送下流側にエネルギービームを照射
して溶融する複合熱源溶接のシーム倣い制御方法であっ
て、 前記コンタクトチップ又は誘導コイルにより高周波加熱
された領域からの放射エネルギーを検出して前記衝合点
を求め、一方、前記高周波加熱された領域よりも搬送上
流側の両端面の位置を検出し、前記衝合点及び両端面の
位置から前記エネルギービームを照射すべき照射目標点
を求め、該照射目標点と前記エネルギービームの照射点
との位置ずれ量に応じて前記照射点を移動せしめること
を特徴とする複合熱源溶接におけるシーム倣い制御方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5143689A JP2663834B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 複合熱源溶接におけるシーム倣い制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5143689A JP2663834B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 複合熱源溶接におけるシーム倣い制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH071167A JPH071167A (ja) | 1995-01-06 |
| JP2663834B2 true JP2663834B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=15344673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5143689A Expired - Lifetime JP2663834B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 複合熱源溶接におけるシーム倣い制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2663834B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5398014B2 (ja) * | 2010-05-11 | 2014-01-29 | 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 | 電縫管スクイズミル |
| CN109317821A (zh) * | 2017-07-24 | 2019-02-12 | 北京中科镭特电子有限公司 | 一种激光焊接系统 |
| KR102114422B1 (ko) * | 2018-12-10 | 2020-05-22 | 권선구 | 파이프 조관용 레이저 용접 흄(fume) 및 스패터(spatter) 배기장치 |
| CN114959240B (zh) * | 2022-04-24 | 2023-01-17 | 燕山大学 | 一种用于板材的加热装置及方法 |
-
1993
- 1993-06-15 JP JP5143689A patent/JP2663834B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH071167A (ja) | 1995-01-06 |
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