JP2751780B2 - レーザビーム加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザビーム加工装
置に関し、特にレーザヘッドの位置制御を自動倣い制御
とすることにより、加工能率、品質の向上を図ったレー
ザビーム加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】加工装置を自動倣い制御により位置制御
する従来装置として、以下に示す装置が提案されてい
る。図１４は、例えば、特公平３−５９７９４号公報に
示されたアーク放電を付加したレーザビーム加工装置を
示す縦断面構成図、図１５はその主要部を一部切欠いて
内部を示す斜視図である。

【０００３】図において、１はレーザ発信器（図示せ
ず）から出射されたレーザビーム、２はこのレーザビー
ム１を被加工物３上に所望のエネルギー密度に集光する
光学系、４はこの光学系２の下部に設けられ集光ビーム
と同軸で円筒状の電気絶縁材料により形成されたアシス
トガスノズル、５はこのアシストガスノズル４の先端に
設けられ集光ビームと同軸で円環状の電極、６はアシス
トガス供給パイプ、７はアーク放電電極、８はアシスト
ガスノズル４の外側に設けられたシールドノズル、９は
シールドガス供給パイプ、１０は被加工物３と電極５と
の間に生成されるガスプラズマ、１１はアーク放電によ
る放電電流により被加工物３の加工線１２をなすギャッ
プ部に生じる洩れ磁束を検出する磁気センサ、１３はこ
の磁気センサ１１をスキャンするための磁気センサ駆動
部、１４はこれら磁気センサ１１および磁気センサ駆動
部１３でなる格納部をレーザビーム１を中心に回転運動
させる駆動部である。

【０００４】図１６は従来のレーザビーム加工装置を示
すブロック図、図１７は被加工物の加工線検出の手順を
示すフローチャートである。電極５を介して、被加工物
の厚さ方向の電流が流れると、被加工物内に磁気ループ
が作られる。被加工物３が鋼材のような場合、加工線１
２間の空気との比透磁率の違いによって、加工線１２上
の洩れ磁気が誘起される。磁気センサ１１は、２個の磁
気検出素子１１ａ、１１ｂにより構成されている。この
２個の磁気検出素子１１ａ、１１ｂからの出力は、比較
器１５で比較され、２個の磁気検出素子１１ａ、１１ｂ
の出力が等しくなるまで、センサ移動用モータの駆動回
路１６、センサ移動用モータ１７、センサ移動用治具１
８等よりなる駆動部１３により磁気センサ１１をスキャ
ンする。そして、その位置をリニアポテンショメータ１
９で読み取り、Ａ／Ｄ変換器２０によりディジタル信号
に変換してこの出力信号を入力回路２１、ＣＰＵ２２、
メモリ２３、及び出力回路２４により処理して加工線１
２の位置を求める。

【０００５】この位置信号に基づいてレーザヘッドをヘ
ッド移動用モータの駆動回路、ヘッド移動用モータ２
６、及びヘッド移動用治具２７等によりなる駆動部２８
により位置制御する。駆動部２８は複雑な形状に追従で
きるように、センサ格納部全体がレーザヘッドを中心軸
として回転駆動するようになっており、例えば円形状の
溶接をも完全自動で行えるようになっている。

【０００６】又、図１７において検出が開始されるとま
ずセンサ格納部が回転し（ステップＳ１）、大まかな溶
接加工線１２の検出が行われる。そして信号が検出され
ると（ステップＳ２）磁気センサ１１をスキャニングし
（ステップＳ３）、２つの磁気検出素子１１ａ，１１ｂ
の検出信号が等しくなる点をエンコーダにより検出する
（ステップＳ４）。そして加工線の位置計算を行い（ス
テップＳ５）、レーザヘッドを駆動する（ステップＳ
６）。加工線が急激に変化した場合は再びセンサ回転
（ステップＳ１）から始める。このようにして、常に加
工線とビーム照射位置との整合が図られ、目はずれなど
の溶接欠陥のない高品質の溶接が完全自動で行える。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザビーム加
工装置は以上のように構成され、加工線（ギャップ部）
１２におけるレーザビーム１の位置を制御していないの
で、溶接される被加工物３同士の板圧が異なる場合、各
被加工物３への入熱が不均一になる。このため、溶接品
質を確保できないという問題点があった。

【０００８】又、加工線１２は隙間のある場合には磁気
センサ１１により検出できるが、隙間が極めて小さい
か、あるいはない場合は漏れ磁気が磁気センサ１１にて
検出できず加工線１２が確認できなくなり、レーザヘッ
ドの移動を制御することが不可能となり、レーザ加工が
出来ないという問題点があった。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、溶接される被加工物同士に厚さ
の差があっても入熱が不均一になるのを防止して溶接品
質を確保でき、また、確実に溶接される被加工物同士を
当接させたときのギャップを検出してこの位置に対応し
てレーザヘッドの位置制御ができ、高品質、高信頼化を
図ったレーザビーム加工装置を得ることを目的としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明のレーザビーム加工装置においては、先行被
加工物と後行被加工物の突き合わせギャップを検出する
突き合せギャップ検出手段と、この突き合せギャップ検
出手段の出力に基づいてギャップを算出しこのギャップ
と各被加工物の厚さとに基づいてギャップ位置を演算す
る演算手段と、両被加工物を溶接するレーザヘッドの位
置をギャップ位置に合わせて制御する位置制御手段とを
備えたものである。

【００１１】そして、互いに対向し且つ接離可能に設け
られた先行被加工物と後行被加工物とをそれぞれ固定す
る一対のクランプ装置と、この一対のクランプ装置によ
り固定された各被加工物の対向する両端部を切断して間
隙を設けて対向する加工面をそれぞれ形成する切断装置
と、一対のクランプ装置により固定された各被加工物の
それぞれの加工面の位置を測定することにより両加工面
の形状をそれぞれ検出し両加工面を当接させた時に生じ
る両加工面間のギャップを求めるギャップ検出手段と、
このギャップ検出手段により求めたギャップに沿って両
被加工物を溶接するレーザヘッドの移動を制御するヘッ
ド移動制御手段とを備えたものである。

【００１２】さらに、切断装置を両被加工物の接離方向
と直角方向に進退可能に設けられ前進した位置で両被加
工物の対向する両端部を接離方向及び進退方向の両方向
にともに垂直な方向から同時に切断してそれぞれ加工面
を形成する切断刃を有するものとし、ギャップ検出手段
を切断刃の後退にともない両被加工物のそれぞれの加工
面の位置を順次測定することにより両加工面の形状を検
出し両加工面を当接させた時に生じる両加工面間のギャ
ップを求めるものとした。

【００１３】また、切断装置を各被加工物をそれぞれ挟
んで両被加工物の接離方向と直角方向に回転しながら進
退することにより両被加工物の対向する両端部を切断し
てそれぞれ加工面を形成する二対の回転刃を有するもの
とし、ギャップ検出手段を回転刃による切断にともない
回転刃の各対とこれにそれぞれ対向する両クランプ装 置
のそれぞれの基準面との距離を順次測定することによっ
て両加工面の形状をそれぞれ検出し両加工面を当接させ
た時に生じる両加工面間のギャップを求めるものとし
た。

【００１４】そして、各被加工物の両加工面の形状をそ
れぞれ検出することによって両加工面を最適な状態で当
接させるために必要な両被加工物の接離方向に直角方向
における両加工面の１端側の移動量と他端側の移動量と
を求める移動量検出手段と、各移動量に応じて各被加工
物を移動させる被加工物移動手段とを設けたものであっ
て、ヘッド移動制御手段を両加工面の形状と各移動量に
応じてレーザヘッドの移動を制御するものとしたもので
ある。

【００１５】

【作用】上記のように構成されたレーザビーム加工装置
においては、演算手段がギャップと各被加工物の厚さと
に基づいてギャップ位置を演算し、位置制御手段が両被
加工物を溶接するレーザヘッドの位置をギャップ位置に
合わせて制御することにより、各被加工物の厚さの差に
より各被加工物への入熱が不均一にならないようにでき
る。これにより、各被加工物の厚さの差に影響される事
なく安定したレーザ溶接が可能となる。

【００１６】そして、従来のように両加工面を当接させ
てからギャップを測定しようとすると、小さい間隙で対
向する部分や当接する部分を感度良く検出できない場合
があるが、このようにギャップ検出手段によりクランプ
装置により固定され両加工面が間隙を設けて対向する状
態にて加工面の位置を検出することにより、加工面の形
状を確実に検出できる。従って、これに基づき両加工面
を当接させた時に生じる両加工面間のギャップを確実に
求めることができる。

【００１７】さらに、ギャップ検出手段により切断刃の
後退にともない両被加工物のそれぞれの加工面の位置を
順次測定することにより、すなわち切断刃の後退の際に
両被 加工物の形状を検出することにより、作業時間の短
縮を図ることができる。

【００１８】また、ギャップ検出手段により回転刃とこ
れに対向する両クランプ装置のそれぞれの基準面との距
離を測定して両加工面の形状をそれぞれ検出することに
より、測定が容易になる。また、回転刃による切断にと
もない回転刃の各対とこれにそれぞれ対向する両クラン
プ装置のそれぞれの基準面との距離を順次測定すること
により回転刃による切断の際に両被加工物の形状を検出
することにより、作業時間の短縮を図ることができる。

【００１９】そして、被加工物移動手段により加工面の
ギャップが最適な状態、すなわちギャップの少ない状態
で両加工面を当接させることにより、溶接をより容易に
かつ高速に行うことができる。

【００２０】

【実施例】実施例１． 以下、この発明の実施例を図について説明する。図１は
この発明の実施例１の構成を示す斜視図である。図にお
いて、２９、３０は被溶接材としての先行板と後行板、
２９ａ、３０ａはそれぞれ先行板の終端面と後行板の始
端面、３１は先行板２９と後行板３０の突き合わせ時に
生じるギャップ、３２は先行板２９と後行板３０の溶接
部に供給されるフィラワイヤ、３３は上記溶接部にレー
サビームを集光するレーザヘッド、３４はレーザヘッド
３３から所定距離離れた位置に取り付けられ、ギャップ
３１を検出するギャップセンサである。

【００２１】３５は検出手段としてのギャップセンサ３
４の出力に基づいてギャップ量及び集光したレーザビー
ムを合わせ込むためのギャップ位置（溶接方向であるＹ
軸方向に直交するＸ軸方向の位置）を演算する演算手段
としての演算回路、３６は第１の制御手段としての制御
回路であって、この制御回路３６は、演算回路３５から
のギャップ量と初期の設定条件（ただし、ギャップ位置
に関連した初期設定値を除く）に基づいてレーザヘッド
３３の高さ及び溶接速度Ｖ（ギャップ３１のＹ軸方向に
沿ってレーザヘッド３３を移動させる速度）を制御する
制御信号を形成すると共に演算回路３５からのギャップ
位置とギャップ位置に関する初期の設定条件に基づいて
ギャップ３１の溶接方向と直交するＸ軸方向に沿ってレ
ーザヘッド３３を制御する。

【００２２】３７は演算回路３５からのギャップ量と初
期の設定条件（ただし、ギャップ位置に関連した初期設
定値を除く）に基づいてレーザ発振器（図示せず）の出
力、つまりレーザパワーＰを制御する制御信号を形成す
る制御回路、３８は演算回路３５からのギャップ量と初
期の設定条件（ただし、ギャップ位置に関連した初期設
定値を除く）に基づいてフィラワイヤ３２の供給速度Ｆ
Ｖを制御する制御信号を形成する制御回路である。尚、
制御回路３７及び３８は第２の制御手段を構成する。

【００２３】次に、動作について、図２及び図３を参照
しながら説明する。尚、図２はこのギャップセンサ３４
の出力波形を示すもので、図において、例えば左側は先
行板２９に対応した出力波形、右側は後行板３０に対応
した出力波形である。又、図２において、Ｇはギャップ
量、Ｃは集光したレーザビームを合わせ込むためのギャ
ップ位置、Ｐ１はギャップセンサ３４の検出範囲の基準
点（Ｘ軸及びＹ軸の原点に対応）から先行板２９の溶接
端面までの距離、Ｐ２はギャップセンサ３４の検出範囲
の基準点から後行板３０の溶接端面までの距離である。
ここで、ギャップ位置Ｃは、一例として、先行板２９と
後行板３０の板厚が等しいと見做してギャップの中間位
置にあるように示しているが、先行板１と後行板２の板
厚の違いに応じて適当に変えても良く、例えば先行板２
９が後行板３０に対して厚い場合には、先行板２９側に
ギャップ位置Ｃをずらしても良い。

【００２４】ステップＳ７において、外部よりレーザヘ
ッドの高さ（Ｚ軸方向の位置）、ギャップ位置に関連し
た初期設定値、溶接速度、レーザパワー、フィラワイヤ
供給速度等の初期の溶接条件を演算回路３５に設定し、
ステップＳ８において、前の工程の板厚情報を板厚セン
サ（図示せず）で検出して演算回路３５に供給する。
又、ステップＳ１９において、ギャップセンサ３４の出
力を取り込んで演算回路３５に供給し、演算回路３５
は、ステップＳ１０において、次式に従ってギャップ量
Ｇを演算する。

【００２５】Ｇ＝Ｐ２−Ｐ１・・・・（１）

【００２６】そして、演算回路３５では、ステップＳ１
１において、入力された初期の溶接条件（ただし、ギャ
ップ位置に関連した初期設定値を除く）と、板厚情報
と、上述のごとく演算して求めたギャップ量Ｇに基づい
て最終的な溶接条件を演算する。

【００２７】次にステップＳ１２において、制御回路３
６により演算回路３５からの出力に基づいてレーザヘッ
ド３３のＹ軸及びＺ軸の動きに関連した制御信号を形成
する。そして、この制御回路３６からの制御信号によ
り、ステップＳ１３において、レーザヘッド３３の高さ
を調整し、ステップＳ１４において、溶接速度、つまり
レーザヘッド３３のギャップ３１に沿った溶接方向（Ｙ
軸方向）への移動速度を調整する。

【００２８】又、ステップ１５において、制御回路３７
により演算回路３５からの出力に基づいてレーザ発振器
（図示せず）に関連した制御信号を形成する。そして、
この制御回路３７からの制御信号により、ステップＳ１
６において、レーザ発振器の出力、つまりレーザパワー
を調整する。又、ステップＳ１７において、制御回路３
８により演算回路３５からの出力に基づいてフィラワイ
ヤ３２に関連した制御信号を形成する。そして、この制
御回路３８からの制御信号により、ステップＳ１８にお
いて、ギャップ３１の溶接部に供給されるフィラワイヤ
３２の供給速度を調整する。

【００２９】又、演算回路３５は、ステップ１９におい
て、ステップＳ７におけるギャップ位置に関連した初期
の溶接条件とギャップセンサ３１からの出力に基づき次
式に従って最終的な溶接条件の１つであるギャップ位置
Ｃを演算する。

【００３０】 Ｃ＝｛（Ｐ２−Ｐ１）／２｝＋Ｐ１・・・・（２）

【００３１】次に、ステップＳ２０において、制御回路
３６により演算回路３５からの出力に基づいてレーザヘ
ッド３３のＸ軸方向の動きに関連した制御信号を制御す
る。そして、この制御回路３６からの制御信号により、
ステップＳ２１において、ギャップ位置Ｃに向かってレ
ーザヘッド３３をＸ軸方向に連続的に移動させる。そし
て、このような調整を逐次行いながら、レーザヘッド３
３をギャップ３１に沿って走行させてレーザ溶接を行
う。

【００３２】このように、本実施例では、ギャップセン
サ３４の出力より演算して求めたギャップ位置Ｃに向か
ってレーザヘッド３３をＸ軸方向に連続的に移動出来る
ようにしているので、安定したレーザ溶接を行うことが
出来る。

【００３３】実施例２． この発明の実施例２を図について説明する。図４および
図６はこの発明の実施例２におけるレーザビーム加工装
置の構成をそれぞれ示す斜視図およびブロック図、図５
はレーザ変位計のスキャニング軌跡を示す図である。図
において、３９は内蔵された光学系（図示せず）を介し
てレーザビーム４０を出射するレーザヘッド、４１は被
加工物、４２はレーザヘッド３９をＸ方向に移動可能に
保持するレーザユニット、４３はレーザヘッド３９をＸ
方向に走査してレーザビーム４０の照射方向を調整する
レーザヘッド駆動部およびエンコーダ、４４はレーザヘ
ッドユニット４２をＹ方向に走査してレーザビーム４０
の照射方向を調整するレーザユニット駆動部およびエン
コーダ、４５は被加工物４１の加工線４６をなすギャッ
プ部を検出するレーザ変位計、４７はこのレーザ変位計
４５を加工線４６に対して略直角方向へスキャンするた
めのレーザ変位計駆動部およびエンコーダである。

【００３４】まず、レーザ変位計４５から照射されるレ
ーザビーム４８は、レーザ変位計駆動部及びエンコーダ
４７により、図５に示すように被加工物４１の加工線４
６に対して略直角方向へスキャンされる。図５におい
て、４９はレーザビームのスキャンする軌跡である。即
ち、レーザ変位計４５をＸ方向へ一定幅でスキャンしつ
つ、レーザユニット駆動部及びエンコーダ４４がレーザ
ユニット４２をＹ方向へ移動させる。レーザ変位計４５
により照射されたレーザビーム４８は被加工物で反射し
て反射光となり、レーザ変位計４５により検出される。
レーザビーム４８は被加工物上では反射されるが、加工
線４６上に照射されても反射されないことから、レーザ
変位計は反射光が途切れた位置を加工線４６と認識す
る。そして、その加工線の位置（ｘ，ｙ）を読み取り、
記憶する。レーザユニット４２がさらにＹ方向に移動
し、レーザヘッド３９が位置ｙを通過するとき、レーザ
ヘッド駆動部及びエンコーダがレーザヘッド３９をＸ方
向へ走査し、レーザビーム４１が位置（ｘ，ｙ）に照射
するように調整する。

【００３５】以下、図６により、より詳細に説明する。
即ち、加工線４６はレーザ変位計４５よりレーザビーム
４８が途切れたことにより検出できる。レーザビームが
途切れた信号、その時のレーザ変位計４５のｘ座標、レ
ーザ変位計４５のｙ座標は入力回路５０を介してレーザ
変位計４５、レーザ変位計駆動部及びエンコーダ４７、
及びレーザユニット駆動部及びエンコーダ４４から得ら
れる信号により、ＣＰＵ５１がメモリ５２に記憶された
プログラムに従い求める。この位置（ｘ，ｙ）情報は出
力回路５３を通して駆動回路５４に与えられ、レーザヘ
ッド３９が位置（ｘ，ｙ）にレーザビーム４０を照射す
るようにレーザヘッド駆動部及びエンコーダ４３を制御
する。このようにして、レーザ変位計４５の検出した加
工線位置に倣ってレーザヘッドが位置調整され加工線４
６とレーザビーム４０照射位置との整合性が図られるの
で、目はずれなどの溶接欠陥のない高品質な加工が完全
自動で実現できる。

【００３６】実施例３． なお、上記実施例２ではレーザ変位計４５でスキャンし
ながら溶接を行うリアルタイム方式の場合を示したが、
予め被加工物の加工線４６位置全体をＣＰＵ５１で求
め、記憶しておき、記憶しておいたデータに従ってオフ
ライン方式で溶接するようにしてもよい。

【００３７】実施例４． 図７はこの発明の実施例４のレーザビーム加工装置の構
成を示す斜視図で、図８は図７に示すレーザビーム加工
装置の被加工物を切断する部分の詳細な説明を行うため
の図である。図において、５５はコモンベース、５６及
び５７はこのコモンベース５５の上部に互いに対向し且
つ、接離可能に設けられ、被加工物５８及び５９をそれ
ぞれ固定する第１及び第２のクランプ装置、６０はこの
第１及び第２のクランプ装置５６、５７の接離方向と直
角方向に進退可能に設けられ、刃幅６１ａの直刃６１を
有し、前進した位置で被加工物５８及び５９の端部５８
ａ及び５９ａを直刃６１を下降させることにより同時に
切断して、それぞれ加工面５８ｂ及び５９ｂを形成する
シャー装置である。

【００３８】６２は第１及び第２のクランプ装置５６及
び５７の接離方向と直角方向に進退可能に設けられたバ
ックバー装置、６３は第２のクランプ装置５７の上部に
取り付けられた上部ベッド、６４はこの上部ベッド６３
の上に設けられ、後述するギャップ検出装置にて得られ
た被加工物５８及び５９の加工面５８ｂ及び５９ｂ間の
ギャップに沿ってレーザヘッド６５の移動を制御する制
御装置、６６はレーザ発振装置６７で発振されたレーザ
ビームをレーザヘッド６５まで伝送する伝送管、６８は
シャー装置６０の一端に設けられ、シャー装置６０にて
切断された被加工物５８及び５９の加工面５８ｂ及び５
９ｂの垂直方向から順次光を照射して加工面５８ｂ及び
５９ｂの位置を測定する光センサ、６９はこの光センサ
６８にて測定された加工面５８ｂ及び５９ｂの位置より
加工面５８ｂ及び５９ｂの形状をそれぞれ検出し、第１
のクランプ装置５６を一定量第２のクランプ装置５７方
向に移動させた時に生じる加工面５８ｂ及び５９ｂ間の
ギャップ（加工線）を求めるギャップ検出装置である。

【００３９】次いで、上記のように構成された実施例４
のレーザビーム加工装置の動作について説明する。一般
に被加工物は鉄鋼プロセスラインにおいて酸洗い、メッ
キ及び熱処理などの連続処理を終えた後に図７（ａ）の
矢印Ａで示す方向に順次移送されてくる。まず、被加工
物５９はその後端部５９ａが図８（ａ）に示すようにシ
ャー装置６０の刃幅６１ａ内を通過する直前に停止す
る。次に、被加工物５８はその先端部５８ａがシャー装
置６０の刃幅６１ａ内に送り込まれると、被加工物５９
の後端部５９ａと一定の間隔を持った状態で停止する。
そして、被加工物５８及び５９はこの状態で第１及び第
２のクランプ装置５６、５７で固定される。

【００４０】そして、被加工物５８及び５９が固定され
ると、シャー装置６０が前進して図７（ａ）に示す状態
となり、直刃６１を下降させることによって被加工物５
８及び５９の端部５８ａ及び５９ａは同時に切断され、
それぞれ加工面５８ｂ及び５９ｂが形成される（図８
(ｂ)に示す）。この後、シャー装置６０は図７（ｂ）に
示すように後退する。この時、光センサ６８は図９に示
すように被加工物５８及び５９のそれぞれの加工面５８
ｂ及び５９ｂに下方から垂直方向に光を順次発信し、こ
の光を上方にて受信することにより、加工面５８ｂ及び
５９ｂの位置を順次測定しており、検出装置６９はこの
位置から加工面５８ｂ及び５９ｂの形状をそれぞれ検出
し、この形状から第１のクランプ装置５６を一定量移動
させた時に生じる加工面５８ｂ及び５９ｂ間のギャップ
を求める。

【００４１】そして、バックバー装置６２を図７（ｂ）
に示すように前進させて、加工面５８ｂ及び５９ｂの下
部に位置させ、第１のクランプ装置５６を上記一定量移
動させ、加工面５８ｂ及び５９ｂを当接させる。次に、
検出装置６９により求められたギャップに沿って、制御
装置６４がレーザヘッド６５を図８（ｃ）に示すように
制御して、移動させることによって、レーザ発振器６７
から伝送管６６を介してレーザヘッド６５に伝送された
レーザビームをギャップに沿って照射させ、被加工物５
８及び５９のレーザ溶接を行う。

【００４２】実施例４によれば当接させた時の加工面５
８ｂ及び５９ｂのギャップ量が極めて少ない場合でも、
ギャップ位置の確認を行って高品質な加工を行うことが
でき、又、シャー装置６０の後退の際に加工面５８ｂ及
び５９ｂの形状を同時に検出するようにしたもので作業
時間の短縮を図ることができる。

【００４３】実施例５． 上記実施例４では加工面５８ｂ及び５９ｂの位置を測定
するのに光センサ６８を用いた例を示したが、ここでは
図１０に示すようにリニアゲージセンサ７０にて、被加
工物５８及び５９の加工面５８ｂ及び５９ｂの位置を順
次測定するようにしてもよく、このようにすればリニア
ゲージセンサ７０にて被加工物５８及び５９の加工面５
８ｂ及び５９ｂの位置を順次測定しているので、実施例
４の光センサ６８のように外乱光や塵による影響を受け
ることなく測定ができる。

【００４４】実施例６． 上記実施例４ではシャー装置６０の直刃６１を下降させ
ることにより同時に被加工物５８及び５９の端部５８ａ
及び５９ａを切断し、加工面５８ｂ及び５９ｂを形成す
るものについて説明したが、ここでは、図１１及び図１
２に示すように２対の円形刃を有するシャー装置による
レーザビーム加工装置について説明する。図において、
実施例４と同様の部分は同一符号を付して説明を省略す
る。７１は１対の円形上刃７２及びこの１対の円形上刃
７２を案内するための１対の円形下刃７３を有し、第１
及び第２のクランプ装置５６及び５７の接離方向と直角
方向に、１対の円形上刃７２が回転しながら前進するこ
とにより被加工物５８及び５９の端部をそれぞれ切断し
て加工面５８ｂ及び５９ｂをそれぞれ形成するシャー装
置である。

【００４５】７４及び７５はシャー装置７１の円形下刃
７３の側面に対向して、第１及び第２のクランプ装置５
６及び５７にこれら接離方向と直角方向に形成された第
１及び第２の基準面、７６はこの第１及び第２の基準面
７４及び７５と、これらにそれぞれ対向する円形下刃７
３との距離をシャー装置７１の切断にともない順次測定
するリニアゲージセンサ、７７はこのリニアゲージセン
サ７６にて測定された距離により、加工面５８ｂと５９
ｂ間のギャップを求めるギャップ検出装置である。

【００４６】次に、上記のように構成された実施例６の
レーザビーム加工装置の動作について説明する。まず、
実施例４と同様に被加工物５８及び５９を第１及び第２
のクランプ装置５６及び５７にそれぞれ固定したのち、
１対の円形下刃７３で被加工物５８及び５９の両端部５
８ａ、５９ａを支持し１対の円形上刃７２が回転しなが
ら前進し、被加工物５８及び５９の端部をそれぞれ切断
する。この動作にともなってリニアゲージセンサ７６は
第１及び第２の基準面７４、７５とそれぞれ対向する円
形下刃７３の側面との距離を順次測定する。

【００４７】そして、ギャップ検出装置７７ではこの測
定された距離から加工面５８ｂ及び５９ｂの形状をそれ
ぞれ検出し、この形状から第１のクランプ装置５６を一
定量移動させた時に生じる、加工面５８ｂ及び５９ｂ間
のギャップを求め、このギャップに沿って制御装置６４
がレーザヘッド６５の移動を制御し、ギャップにレーザ
を照射することにより、被加工物５８及び５９の溶接を
行う。実施例６によれば第１及び第２のクランプ装置５
６、５７の第１及び第２の基準面７４、７５とそれぞれ
対向する円形下刃７３との距離をリニアゲージセンサ７
６にて測定しているので、実施例５のように薄い板で成
る被加工物５８及び５９の加工面５８ｂ及び５９ｂを基
準に測定するのと比べて、測定がより確実になる。

【００４８】実施例７． 上記実施例４ないし６ではフィラワイヤについて述べな
かったが、図示しないフィラワイヤ供給手段にてフィラ
ワイヤの供給速度を上記各実施例にて求められた被加工
物５８及び５９の加工面５８ｂ及び５９ｂ間のギャップ
量に反比例して供給するようにすれば、ギャップ量に応
じたフィラワイヤの量が供給されるのでフィラワイヤの
溶け落ちや供給不足が防止される。

【００４９】実施例８． 上記実施例４ないし６では第１のクランプ装置５６を一
定量移動させる場合について説明したが、本実施例は図
１３に示すように、被加工物５８及び５９の加工面５８
ｂ及び５９ｂの形状を上記各実施例と同様に検出し、加
工面５８ｂ及び５９ｂ間のギャップ量の少ない最適な当
接を行うために必要な加工面５８ｂ及び５９ｂの幅方向
の一端側の移動量ａと他端側の移動量ｂとを求め、１端
側に第１のクランプ装置５６から距離が移動量ａだけ離
れた位置に図示しない第１のストッパを、又、他端側に
第１のクランプ装置５６から距離が移動量ｂだけ離れた
位置に図示しない第２のストッパをそれぞれ配置させ、
第１のクランプ装置５６が両ストッパにあたるまで前進
移動させるようにしたものである。

【００５０】実施例８によれば、加工面５８ｂ及び５９
ｂ間のギャップ量の少ない状態すなわち、最適な当接を
行うために加工面５８ｂの幅方向の一端側を移動量ａ及
び他端側を移動量ｂだけ、第１のクランプ装置５６にて
加工面５８ｂを移動させているので、加工面５８ｂ及び
５９ｂ間のギャップ量が最適となり、より溶接が容易と
なる。

【００５１】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。 先行被
加工物と後行被加工物の突き合わせギャップを検出する
突き合せギャップ検出手段と、この突き合せギャップ検
出手段の出力に基づいてギャップを算出しこのギャップ
と各被加工物の厚さとに基づいてギャップ位置を演算す
る演算手段と、両被加工物を溶接するレーザヘッドの位
置をギャップ位置に合わせて制御する位置制御手段とを
備えたので、ギャップと各被加工物の厚さとに基づいて
ギ ャップ位置を演算し、ギャップ位置に合わせてレーザ
ヘッドの位置を制御することにより、各被加工物の厚さ
の差により各被加工物への入熱が不均一にならないよう
にできる。これにより、各被加工物の厚さの差に影響さ
れる事なく安定したレーザ溶接が可能となり、品質が向
上する。

【００５２】そして、互いに対向し且つ接離可能に設け
られた先行被加工物と後行被加工物とをそれぞれ固定す
る一対のクランプ装置と、この一対のクランプ装置によ
り固定された各被加工物の対向する両端部を切断して間
隙を設けて対向する加工面をそれぞれ形成する切断装置
と、一対のクランプ装置により固定された各被加工物の
それぞれの加工面の位置を測定することにより両加工面
の形状をそれぞれ検出し両加工面を当接させた時に生じ
る両加工面間のギャップを求めるギャップ検出手段と、
このギャップ検出手段により求めたギャップに沿って両
被加工物を溶接するレーザヘッドの移動を制御するヘッ
ド移動制御手段とを備えたので、従来のように両加工面
を当接させてからギャップを測定しようとすると、小さ
い間隙で対向する部分や当接する部分を感度良く検出で
きない場合があるが、このようにギャップ検出手段によ
りクランプ装置により固定され両加工面が間隙を設けて
対向する状態にて加工面の位置を検出することにより、
加工面の形状を確実に検出できる。従って、これに基づ
き両加工面を当接させた時に生じる両加工面間のギャッ
プを確実に求めて溶接することができるので、高品質、
高信頼化を図ることができる。

【００５３】さらに、切断装置を両被加工物の接離方向
と直角方向に進退可能に設けられ前進した位置で両被加
工物の対向する両端部を接離方向及び進退方向の両方向
にともに垂直な方向から同時に切断してそれぞれ加工面
を形成する切断刃を有するものとし、ギャップ検出手段
を切断刃の後退にともない両被加工物のそれぞれの加工
面の位置を順次測定することにより両加工面の形状を検
出し両加工面を当接させた時に生じる両加工面間のギャ
ップを求めるものとしたので、ギャップ検出手段により
切断刃の後退にともない両被加工物のそれぞれの加工面
の位置を順次測定することにより、すなわち切断刃の後
退の際に両被加工物の形状を検出するこ とにより、作業
時間の短縮を図ることができる。

【００５４】また、切断装置を各被加工物をそれぞれ挟
んで両被加工物の接離方向と直角方向に回転しながら進
退することにより両被加工物の対向する両端部を切断し
てそれぞれ加工面を形成する二対の回転刃を有するもの
とし、ギャップ検出手段は回転刃の各対にそれぞれ対向
する両クランプ装置のそれぞれの基準面との距離を順次
測定することによって両加工面の形状をそれぞれ検出し
両加工面を当接させた時に生じる両加工面間のギャップ
を求めるものとしたので、ギャップ検出手段により回転
刃とこれに対向する両クランプ装置のそれぞれの基準面
との距離を測定して両加工面の形状をそれぞれ検出する
ことにより、測定が容易になる。また、回転刃による切
断にともない回転刃の各対とこれにそれぞれ対向する両
クランプ装置のそれぞれの基準面との距離を順次測定す
ることにより、すなわち回転刃による切断の際に両被加
工物の形状を検出することにより、作業時間の短縮を図
ることができる。

【００５５】そして、各被加工物の両加工面の形状をそ
れぞれ検出することによって両加工面を最適な状態で当
接させるために必要な両被加工物の接離方向に直角方向
における両加工面の１端側の移動量と他端側の移動量と
を求める移動量検出手段と、各移動量に応じて各被加工
物を移動させる被加工物移動手段とを設けたものであっ
て、ヘッド移動制御手段を両加工面の形状と各移動量に
応じてレーザヘッドの移動を制御するものとしたもので
あるので、被加工物移動手段により加工面のギャップが
最適な状態、すなわちギャップの少ない状態で両加工面
を当接させることにより、溶接をより容易にかつ高速に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１のレーザビーム加工装置
の構成を示す図である。

【図２】 この発明の実施例１の動作説明に供するため
の図である。

【図３】 この発明の実施例１の動作説明に供するため
のフローチャートである。

【図４】 この発明の実施例２のレーザビーム加工装置
の構成を示す斜視図である。

【図５】 レーザ変位計のスキャンの様子を示す図であ
る。

【図６】 この発明の実施例２のレーザビーム加工装置
を示すブロック図である。

【図７】 この発明の実施例４のレーザビーム加工装置
の構成を示す斜視図である。

【図８】 図７に示すレーザビーム加工装置の動作の説
明を行うための図である。

【図９】 図７に示す被加工物の加工面に光センサから
の光が照射された状態を示す図である。

【図１０】 被加工物の加工面をリニアゲージセンサで
測定している状態を示す図である。

【図１１】 この発明の実施例６のレーザビーム加工装
置の構成を示す斜視図である。

【図１２】 図１１に示すレーザビーム加工装置の被加
工物を切断する部分の詳細な説明を行うための図であ
る。

【図１３】 両被加工物を当接させる過程を説明するた
めの図である。

【図１４】 従来のレーザビーム加工装置の構内を示す
縦断面構成図である。

【図１５】 従来のレーザビーム加工装置の主要部の一
部を切り欠いて内部を示す斜視図である。

【図１６】 従来のレーザビーム加工装置を示すブロッ
ク図である。

【図１７】 従来のレーザビーム加工装置の動作を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

２９ 先行板、３０ 後行板、３１ ギャップ、３２
フィラワイヤ、３３，３９，６５ レーザヘッド、３４
ギャップセンサ、３５ 演算回路、３６，３７，３８
制御回路、４０ レーザビーム（第１のレーザビー
ム）、４１，５８，５９ 被加工物、４２ レーザユニ
ット、４３ レーザヘッド駆動部およびエンコーダ（第
１の駆動部）、４４ レーザユニット駆動部およびエン
コーダ、４５ レーザ変位計、４６ 加工線、４７ レ
ーザ変位計駆動部およびエンコーダ（第２の駆動部）、
４８ レーザビーム（第２のレーザビーム）、５４ 駆
動回路（制御部）、５６ 第１のクランプ装置、５７
第２のクランプ装置、５８ａ，５９ａ 端部、５８ｂ，
５９ｂ 加工面、６０，７１ シャー装置、６４ 制御
装置、６８ 光センサ、６９，７７ ギャップ検出装
置、７０，７６ リニアゲージセンサ、７２ 円形上
刃、７３ 円形下刃、７４，７５ 基準面。

フロントページの続き (72)発明者 北川 勉 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平４−127984（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−181990（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−212496（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−83393（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−192286（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−4988（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−135886（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−151087（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先行被加工物と後行被加工物の突き合わ
   せギャップを検出する突き合せギャップ検出手段と、こ
   の突き合せギャップ検出手段の出力に基づいてギャップ
   を算出しこのギャップと上記各被加工物の厚さとに基づ
   いてギャップ位置を演算する演算手段と、上記両被加工
   物を溶接するレーザヘッドの位置を上記ギャップ位置に
   合わせて制御する位置制御手段とを備えたレーザビーム
   加工装置。
2. 【請求項２】 互いに対向し且つ接離可能に設けられた
   先行被加工物と後行被加工物とをそれぞれ固定する一対
   のクランプ装置と、この一対のクランプ装置により固定
   された上記各被加工物の対向する両端部を切断して間隙
   を設けて対向する加工面をそれぞれ形成する切断装置
   と、上記一対のクランプ装置により固定された各被加工
   物のそれぞれの加工面の位置を測定することにより上記
   両加工面の形状をそれぞれ検出し上記両加工面を当接さ
   せた時に生じる上記両加工面間のギャップを求めるギャ
   ップ検出手段と、このギャップ検出手段により求めた上
   記ギャップに沿って上記両被加工物を溶接するレーザヘ
   ッドの移動を制御するヘッド移動制御手段とを備えたレ
   ーザビーム加工装置。
3. 【請求項３】 切断装置は両被加工物の接離方向と直角
   な方向に進退可能に設けられ前進した位置で両被加工物
   の対向する両端部を上記接離方向及び上記進退方向の両
   方向にともに垂直な方向から同時に切断してそれぞれ加
   工面を形成する切断刃を有するものであり、ギャップ検
   出手段は切断刃の後退にともない両被加工物のそれぞれ
   の加工面の位置を順次測定することにより両加工面の形
   状を検出し両加工面を当接させた時に生じる両加工面間
   のギャップを求めるものであることを特徴とする請求項
   ２に記載のレーザビーム加工装置。
4. 【請求項４】 切断装置は各被加工物をそれぞれ挟んで
   両被加工物の接離方向と直角な方向に回転しながら進退
   することにより両被加工物の対向する両端部を切断して
   それぞれ加工面を形成する二対の回転刃を有するもので
   あり、ギャップ検出手段は上記回転刃による切断にとも
   ない上記回転刃の各対とこれにそれぞ れ対向する両クラ
   ンプ装置のそれぞれの基準面との距離を順次測定するこ
   とによって両加工面の形状をそれぞれ検出し両加工面を
   当接させた時に生じる両加工面間のギャップを求めるも
   のであることを特徴とする請求項２に記載のレーザビー
   ム加工装置。
5. 【請求項５】 各被加工物の両加工面の形状をそれぞれ
   検出することによって両加工面を最適な状態で当接させ
   るために必要な両被加工物の接離方向に直角な方向にお
   ける両加工面の１端側の移動量と他端側の移動量とを求
   める移動量検出手段と、上記各移動量に応じて各被加工
   物を移動させる被加工物移動手段とを設けたものであっ
   て、ヘッド移動制御手段は両加工面の形状と上記各移動
   量に応じてレーザヘッドの移動を制御するものであるこ
   とを特徴とする請求項２に記載のレーザビーム加工装
   置。