JP2669147B2 - レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ溶接トーチから発するレーザ光を被
溶接物の開先部に合わせるレーザ溶接装置およびレーザ
溶接方法に関する。

〔従来の技術〕

レーザ溶接はその熱源が微小なスポットであるため、
低入熱、高速溶接により良好な継手ビートが得られると
いう長所がある。しかしその反面、被溶接物を突き合わ
せた溶接開先に対して、溶接トーチから発するレーザ光
を正確に位置決めする必要がある。そして溶接開先に対
するレーザ光の位置ずれは、通常0.1mm乃至0.2mm以内と
しなければならない。

一方、レーザ溶接トーチは通常３軸乃至５軸のロボッ
トまたは多関節ロボットに取り付けられており、これら
のロボットにレーザ光を突合せ部に沿って移動させるよ
うにティーチング作業を行なう必要がある。このティー
チング作業の従来の方法としては、レーザ溶接トーチか
ら発するレーザ光の光軸と正確に一致するように調整さ
れた別のHe−Neレーザ光か、あるいは前記レーザ溶接ト
ーチから発する極低出力のレーザ光かを溶接開先位置に
照射して、第２図に示すように被溶接物1,2の突合せ部
３と前記レーザ光の照射位置3aとの位置ずれを読み取
り、この位置ずれ量をロボットの制御位置にティーチン
グする方法が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の従来のティーチング方法による
と、いずれも0.1mm乃至0.2mmの位置ずれ量を目視で読み
取ることとなるため、正確に読み取るためには何度もや
り直すこともあり、多大の労力と時間を要するという問
題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、目視
による位置ずれの読取りの不正確さ及びロボット制御装
置への位置ずれ量を入力する際の誤りなどを解消し、レ
ーザ光の被溶接物の突合せ部に対する位置ずれを、少な
い工数で正確に補正することのできるレーザ溶接装置お
よびレーザ溶接方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記の目的を達成するために、レーザ溶接ト
ーチから発するレーザ光の照射位置を補正可能なレーザ
溶接装置において、被溶接物の突合せ部を撮像するカメ
ラと、該カメラにより撮像された前記突合せ部及び前記
被溶接物上に形成されたスポット刻印をそれぞれ表示す
る表示手段と、該表示手段上に２本のカーソル線を表示
させ、一方のカーソル線を突合せ部の像の一致させると
ともに、他方のカーソル線をスポット刻印の像と一致さ
せることによって前記レーザ溶接トーチから照射される
レーザ光と前記被溶接物の突合せ部とのずれ量を測定す
る測定手段とを設けたことを特徴としており、またレー
ザ溶接トーチから発するレーザ光の照射位置を補正可能
なレーザ溶接方法において、被溶接物の突合せ部を撮像
する工程と、撮像された前記突合せ部及び前記被溶接物
上に形成されたスポット刻印をそれぞれ表示する工程
と、前記突合せ部及び前記スポット刻印とともに２本の
カーソル線を表示させ、一方のカーソル線を突合せ部の
像と一致させるとともに、他方のカーソル線をスポット
刻印の像と一致させることによって前記レーザ溶接トー
チから照射されるレーザ光と前記被溶接物の突合せ部と
のずれ量を測定する工程とを有することを特徴としてい
る。

〔作用〕

上記の構成によると、レーザ溶接トーチから発するレ
ーザ光が被溶接物上を照射するスポット光と突合せ部と
がテレビカメラにより撮像され、モニタテレビなどの表
示手段に表示される。表示手段のモニタテレビのディス
プレイ上に２本のカーソル線を表示させ、前記測定手段
の操作盤の一方のダイアルの操作で一方のカーソル線を
突合せ部の像と一致させるとともに、他方のダイアルの
操作で他方のカーソル線をスポット刻印の像と一致させ
ることによって前記レーザ溶接トーチから照射されるレ
ーザ光と前記被溶接物の突合せ部とのずれ量を測定さ
せ、この測定値は記憶手段に入力されて記憶される。こ
の記憶された測定値により溶接ロボット制御装置にティ
ーチングされた溶接始点及び終点の位置を補正すること
ができ実際の溶接時に溶接ロボットは補正されたデータ
に基づいて作動し、レーザ光の移動軌跡は正確に溶接線
である突合せ部に一致する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照し説明する。

第１図に本発明の一実施例の概略構成を示す。

一対の被溶接物1,2は突合せ部３を介して突き合わさ
れている。突合せ部３の上部にはレーザ溶接トーチ４
が、図示しない溶接ロボットのアームに支持されて配設
されている。レーザ溶接トーチ４に近接して白黒テレビ
カメラ５及び光源体６が設けられている。光源体６は半
導体レーザ光を出射し、このレーザ光はレンズ７を介し
て被溶接物1,2上の符号８で示す部分に集光される。ま
たテレビカメラ５はレーザ光が集光された部分８内の被
溶接物1,2の表面の符号９で示す部分を撮像する。光源
体６は駆動用電源回路10によって駆動され、テレビカメ
ラ５、光源体６、レンズ７及び駆動用電源回路10は図示
しない密閉されたケース内に収納されている。そしてこ
のケースはレーザ溶接トーチ４を支持する図示しないフ
レームに取り付けられており、レーザ溶接トーチ４と一
体に移動する。

テレビカメラ５はインターフェースボード11を介して
測定手段としてのコンピュータ12に接続されており、イ
ンターフェースボード11には表示手段としてのモニタテ
レビ13が接続されている。そしてテレビカメラ５から出
力されたカメラの映像信号と、コンピュータ12から出力
されたディスプレイ信号とがインターフェースボード11
によって合成され、モニタテレビ13に入力されてディス
プレイ上に映し出される。すなわち、モニタテレビ13の
図中下半分には被溶接物１の表面の映像14が、上半分に
被溶接物２の表面の映像15がそれぞれ映し出される。

なお、符号16は被溶接物1,2の突合せ３の映像であ
り、符号17は被溶接物２の表面にレーザ溶接トーチ４か
ら静止状態で低出力かつ瞬間的にレーザ光が照射された
ときに形成されたスポット刻印18の映像である。

一方、コンピュータ12からインターフェースボード11
を介してモニタテレビ13に入力されるディスプレイ信号
により、モニタテレビ13上に２本のカーソル線19,20が
表示される。またコンピュータ12にはAD変換器21を介し
て操作盤22が接続されており、操作盤22に設けられたダ
イヤル23,24によって制御される電圧をAD変換器21によ
り直流変換してコンピュータ12に入力することにより、
それぞれカーソル線19,20を矢印Ａ−Ｂ方向に移動させ
ることができる。

また、コンピュータ12には入出力インターフェースボ
ード25を介してシーケンスコントローラ26が接続されて
おり、コンピュータ12と通信を行なって駆動用電源回路
10のON−OFF制御を行なう。さらにシーケンスコントロ
ーラ26にはコンピュータ数値制御コントローラ（CNC）2
7が接続されており、シーケンスコントローラ26と通信
を行なってレーザ溶接トーチ４を移動させるロボットの
制御装置に信号を送る。さらにシーケンスコントローラ
26には押しボタンスイッチ28が設けられた操作盤29が接
続されており、押しボタンスイッチ28を押すことによ
り、コンピュータ12からの信号をシーケンスコントロー
ラ26に出力させる。またこの信号はCNC27に出力され、C
NC27内の変数メモリに登録される。

次に、本実施例の作用を説明する。溶接を行なう前に
被溶接物1,2の溶接箇所の始点と終点とに、レーザ溶接
トーチ４から低出力のレーザ光を照射して、スポット刻
印18を形成する。但しスポット刻印18は２箇所以上に形
成する場合もある。

次に、スポット刻印18がカメラ５によって撮像できる
位置まで、レーザ溶接トーチ４とともにカメラ５、レン
ズ７、光源体６及び駆動用電源回路10を一体として移動
させ、電源回路10をONとして光源体６を点灯させる。こ
の結果被溶接物1,2の表面の８で示す範囲が照明され、
９で示す範囲がカメラ５によって撮像され、モニタテレ
ビ13のディスプレイ上に突合せ部の像16と、スポット刻
印18の像17とが映し出される。

一方、コンピュータ12からインターフェースボード11
を介して出力されるディスプレイ信号によって、モニタ
テレビ13のディスプレイ上には２本のカーソル線19,20
が表示される。ここで操作盤22のダイアル23を回して、
カーソル線19を突合せ部３の像16と一致させる。同様に
ダイアル24を回してカーソル線20をスポット刻印18の像
17の中心と一致させる。従ってこのときのカーソル線1
9,20間の距離がレーザ溶接トーチ４から照射されるレー
ザ光と被溶接物1,2の突合せ部３とのずれ量となる。

このずれ量をコンピュータ12によって実際の長さに換
算し、入出力インターフェースボード25を通してシーケ
ンスコントローラ26に出力する。同時にスポット刻印18
の像７が突合せ線３の像16に対して、モニタテレビ13上
で上にあるか下にあるかの符号も、シーケンスコントロ
ーラ26に出力する。

上記の位置合わせ作業が完了したら、操作盤29に設け
られた押しボタンスイッチ28を押すと、前記信号がシー
ケンスコントローラ26に入力される。次にシーケンスコ
ントローラ26はコンピュータ12から送られてきた距離及
び符号の信号をCNC27に出力する。CNC27はその信号をデ
ータとして内部に変数メモリに登録する。

上記の動作は溶接始点及び溶接終点において形成され
たスポット刻印18について同様に行なう。

次に、実際の溶接時の作用について説明する。あらか
じめロボットの制御装置にティーチングされていた溶接
の始点と終点との座標に、CNC27の変数メモリに登録さ
れた溶接線とレーザ光とのずれ量のデータを加えること
により、ロボットにより移動されるレーザ溶接トーチ４
の移動軌跡を溶接線である突合せ部３上に正確に一致さ
せることができる。この結果良好な溶接継手を得ること
ができる。

また、上記の動作はCNC27に登録されたプログラムに
より制御され、作業者は操作盤22に設けられたダイアル
23,24と、操作盤29に設けられた押しボタンスイッチ28
を操作するだけの作業で、レーザ溶接トーチ４の芯合せ
作業を行なうことができる。

さらに、本装置の分解能はカメラ５の撮影する範囲の
大きさで決定され、例えば撮影範囲を4mm×6mm程度にす
ることで分解能を0.01mm以下とすることができ、従来の
目視による芯合せ作業よりはるかに高精度で行なうこと
ができる。

また、溶接開先の突合せ品質の一つであるすき間量の
検査も、溶接機に中に入ることなくオフラインで行なう
ことが可能となり、溶接作業の準備を全てオフライン作
業とすることができる。さらに、モニタテレビ13上に突
合せ部３が映されるため、芯合せ作業と同様にモニタテ
レビ13上のカーソル線19,20の位置を調整することによ
り、突合せ部３のすき間量の計測を行なうこともでき、
このすき間量によって良好な溶接が得られる突合せ状態
か否かを判断することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、被溶接物の突合せ部と
スポット刻印とを表示手段上に表示し、作業者のカーソ
ル合わせ作業で、レーザ溶接トーチの位置ずれの測定を
行なうことができるので、従来の目視による作業よりは
るかに精度を高めることができ、突合せ部の良否の判断
も可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ溶接の位置補正装置の一実施例
の概略構成を示す説明図、第２図は従来のレーザ溶接の
位置補正方法の一例を示す説明図である。 1,2……被溶接物、 ３……突合せ部、 ４……レーザ溶接トーチ４、 ５……テレビカメラ、 ６……光源体、 12……コンピュータ（測定手段）、 13……モニタテレビ（表示手段）、 18……スポット刻印、 27……コンピュータ数値制御コントローラ（記憶手
段）。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ溶接トーチから発するレーザ光の照
   射位置を補正可能なレーザ溶接装置において、被溶接物
   の突合せ部を撮像するカメラと、該カメラにより撮像さ
   れた前記突合せ部及び前記被溶接物上に形成されたスポ
   ット刻印をそれぞれ表示する表示手段と、該表示手段上
   に２本のカーソル線を表示させ、一方のカーソル線を突
   合せ部の像と一致させるとともに、他方のカーソル線を
   スポット刻印の像と一致させることによって前記レーザ
   溶接トーチから照射されるレーザ光と前記被溶接物の突
   合せ部とのずれ量を測定する測定手段とを設けたことを
   特徴とするレーザ溶接装置。
2. 【請求項２】レーザ溶接トーチから発するレーザ光の照
   射位置を補正可能なレーザ溶接方法において、被溶接物
   の突合せ部を撮像する工程と、撮像された前記突合せ部
   及び前記被溶接物上に形成されたスポット刻印をそれぞ
   れ表示する工程と、前記突合せ部及び前記スポット刻印
   とともに２本のカーソル線を表示させ、一方のカーソル
   線を突合せ部の像と一致させるとともに、他方のカーソ
   ル線をスポット刻印の像と一致させることによって前記
   レーザ溶接トーチから照射されるレーザ光と前記被溶接
   物の突合せ部とのずれ量を測定する工程とを有すること
   を特徴とするレーザ溶接方法。