JP2855093B2 - レーザビーム溶接装置の設備診断方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビーム溶接装置
の設備診断方法およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、先行ストリップと後行ストリップ
の端部同士を溶接するのに用いられるレーザビーム溶接
装置としては、例えば特開平４−200986号公報に記載さ
れているようなシャー装置を一体的に組付けたものがあ
る。このレーザビーム溶接装置を図６、図７に示すが、
これらの図において、コモンベース１上に所定間隔をお
いて設置されている入側クランプ装置２および出側クラ
ンプ装置３があり、入側クランプ装置２および出側クラ
ンプ装置３の間を左右方向から進退可能なシャー装置４
と、これと同様に入側クランプ装置２および出側クラン
プ装置３の間に左右方向から進退可能なバックバー装置
５がある。

【０００３】さらに、出側クランプ装置３の上部に取付
けられている上部ヘッド６、および上部ヘッド６上を左
右方向、すなわち被溶接材である先行ストリップ12と後
行ストリップ13の端面方向および入側、出側方向ならび
に両ストリップ端面間を垂直方向に加工ヘッド９を移動
させる溶接キャリッジ装置７, ８を設置し、レーザ発振
器11で発振したレーザビームを伝送する伝送管10を配設
している。ここで、矢印Ａは後行ストリップ13の移動方
向を示す。また、図８は上記従来のレーザビーム溶接装
置の光学系を示したもので、レーザビーム16の光路を変
更するための反射ミラー14と加工ヘッド９に内蔵されて
いる集光レンズ15で構成されている。

【０００４】次にこの従来装置の動作について説明す
る。製鉄プロセスラインにおいては、ストリップの酸洗
やめっき、熱処理などの連続処理がなされている場合に
は、ストリップは図６の矢印Ａで示す方向に走行してい
る。そして、ストリップが送られてその端部がくると、
この先行ストリップ12が図９に示すように、シャー装置
４の刃幅４ａ内に導かれて停止する。この状態になる
と、後行ストリップ13がその先端部をシャー装置４の刃
幅４ａ内に送り込まれて停止する。そして、図６および
図９に示すようにバックバー装置５が後退し、シャー装
置４が前進して入側クランプ装置２と出側クランプ装置
３との間に位置する。

【０００５】次いで、両クランプ装置２, ３によって先
後行ストリップ12, 13をクランプした後、シャー装置４
の上部シャー刃が下降して両ストリップ12, 13の対向す
る端部を切断する。引き続いて、図７および図10に示す
ようにシャー装置４が後退し、バックバー装置５が前進
して入側クランプ装置２と出側クランプ装置３との間に
位置し、次いで入側クランプ装置２を出側クランプ装置
３側へ所定量移動させ、先行ストリップ12と後行ストリ
ップ13の切断面を突き合わせて、該突き合わせ部のルー
トギャップが所定量になるように制御する。

【０００６】次いで、突き合わせた両ストリップ12, 13
の突き合わせ部上に加工ヘッド９がくるように溶接キャ
リッジ装置７, ８を入側、出側方向、すなわち両ストリ
ップ12, 13の端面に対して直角方向に移動させて位置制
御する。このようにして、溶接準備を整えた後、伝送管
10を介してレーザ発振器11によって発振されたレーザビ
ーム16を反射ミラー14により方向を変え、かつ集光レン
ズ15により両ストリップの突き合わせ部へ集光させて溶
接を開始する。それとともに、溶接キャリッジ装置７を
左右方向、すなわち両ストリップ12, 13の端面方向に移
動させることにより、両ストリップ12, 13を連続して溶
接する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のレーザビーム溶接装置では突き合わせ溶接にお
いて溶接不良が生じるのであるが、その原因として以下
のようなものが挙げられる。 レーザ出力、加工ヘッドの走行速度などの実績値が
設定値から外れたような場合。 入出側クランプ装置やシャー装置、バックバー装置
などの機械精度の変化やアクチュエータの油漏れなどが
発生した場合。

【０００８】そこで、これらの対策として、まず、の
レーザ出力、加工ヘッドの走行速度などの異常の判定に
は、その監視を主体とした種々の判定、診断方法が提案
されている。ところが、の各装置の機械精度の変化な
どについては目下のところ適当な対策がなく、その都度
稼働中のプロセスラインを停止し、装置を分解した上で
詳細に点検・測定し、不具合箇所を修理しているのが実
状である。

【０００９】そのため、の異常要因による溶接不良が
検知されない場合、溶接されたストリップがプロセスラ
イン内で蛇行したり、あるいは溶接部から破断が発生
し、長時間にわたりプロセスラインを停止しなければな
らないし、その異常状態が長時間にわたり発生すると、
操業上多大な損害を被ることになる。そこで、上記のよ
うな問題を解決するためには、(a) 連続的な溶接毎の情
報が得られること、(b) 突き合わせ量の差が発生する要
因を解明すること、(c) 突き合わせ量の差を精度良く検
出すること、(d) 突き合わせ量の変化と溶接部の品質の
関係を解明すること、などの調査が必要である。

【００１０】上記のうち、(a) ，(b) および(d) につい
ては、すでに解明あるいは監視方法が確立されている
が、(c) の突き合わせ量の差を精度よく検出する方法は
従来確立されていなかったため、装置の異常が発生して
もその異常を早期に検知し、迅速に対応することができ
なかったのである。本発明は、上記のような従来技術の
有する課題を解決するために提案されたものであって、
入側クランプ装置の前進位置と後退位置での位置変化の
有無を判定し得るレーザビーム溶接装置の設備診断方法
およびその装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、先行ストリッ
プ尾端部と後行ストリップの先端部とを切断した後突き
合わせて、出側クランプ装置と入側クランプ装置とでそ
れぞれクランプしながら溶接するレーザビーム溶接装置
における設備の機械的誤差の有無を診断する方法におい
て、前記入側クランプ装置の前進位置を決めるテーパウ
ェッジのストリップの進行方向に対して直角な方向の移
動量を測定して、この測定値に基づいて換算された突き
合わせ量とあらかじめ設定された所定の突き合わせ量と
を比較して、前記入側クランプ装置が所定の位置に停止
したか否かを診断する工程と、前記入側クランプ装置が
前記前進位置に移動した状態でのワーク側とドライブ側
での位置を計測して、前記入側クランプ装置の前進位置
の変化の有無を診断する工程と、前記入側クランプ装置
が後退位置に待機した状態でのワーク側とドライブ側で
の位置を計測して、前記入側クランプ装置の後退位置の
変化の有無を診断する工程と、からなることを特徴とす
るレーザビーム溶接装置の設備診断方法である。

【００１２】また、本発明は、先行ストリップ尾端部と
後行ストリップの先端部とを切断した後突き合わせて、
出側クランプ装置と入側クランプ装置とでそれぞれクラ
ンプしながら溶接するレーザビーム溶接装置における設
備の機械的誤差の有無を診断する装置において、前記入
側クランプ装置の前進位置を決めるテーパウェッジの端
部に取り付けられて前記テーパウェッジの位置を検出す
る位置検出器と、前記入側クランプ装置のワーク側とド
ライブ側に取付けられて前記入側クランプ装置の前進位
置および後退位置における位置を検出する位置検出器
と、該位置検出器の電気信号を入力して前記入側クラン
プ装置の前進位置および後退位置における位置の変化の
有無を診断する計算機と、からなることを特徴とするレ
ーザビーム溶接装置の設備診断装置である。

【００１３】

【作用】本発明によれば、入側クランプ装置のテーパウ
ェッジおよびワーク側、ドライブ側に位置検出器を取付
けて、入側クランプ装置の前進位置および後退位置にお
けるそれぞれの位置変化の有無を診断するようにしたの
で、入側クランプ装置に位置変化が発生すると迅速に検
出することが可能である。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を参照
して詳しく説明する。図１は本発明の一実施例に係る入
側クランプ装置の前進状態を示す(a) 側面図、(b) 平面
図であり、図２は同じく入側クランプ装置の後退状態を
示す(a) 側面図、(b) 平面図である。なお、図中におけ
る従来例と同一部材には、同一符号を付して説明を省略
する。

【００１５】図１において、17は入側クランプ装置２の
前進位置を決めるテーパウェッジで、入側クランプ装置
２の下部に水平方向に取り付けられる。18はこのテーパ
ウェッジ17を作動させる作動アームである。19ａ〜19ｃ
は入側クランプ装置２のテーパウェッジ17側およびワー
ク側（ＷＳ）、ドライブ側（ＤＳ）にそれぞれ設けられ
る例えばロッド位置の磁気抵抗変化を検出する型式の位
置検出器である。20ａ〜20ｃは位置検出器19ａ〜19ｃを
機械的に接続する接続部材である。21ａ〜21ｃは各位置
検出器19ａ〜19ｃに対応して設けられる変換器で、信号
回線22ａ〜22ｃを介して伝送される位置検出器19ａ〜19
ｃからの検出信号を電気信号に変換する。23は計算機
で、信号回線24ａ〜24ｃを介して変換器21ａ〜21ｃから
の電気信号を入力して、後述する演算処理を行う。25は
表示器で、信号回線26を介して計算機23によって演算さ
れた結果を表示する。27はストッパである。

【００１６】そこで、まず、位置検出器19ａによって接
続部材20ａを介して、入側クランプ装置２に取付けられ
たテーパウェッジ17の矢印Ｂで示す垂直方向の移動量を
計測し、信号回線22ａを介して変換器21ａで電気信号に
変換して、信号回線24ａを介して計算機23に入力する。
これにより、計算機23において、あらかじめ設定された
所定の突き合わせ量と、位置検出器19ａで計測されたテ
ーパウェッジ17の移動量を用いて演算により換算した突
き合わせ量とを比較演算し、所定の突き合わせ量になる
ようにテーパウェッジ17の所定位置に位置決めされたか
否かを診断することができる。

【００１７】次いで、入側クランプ装置２が前進位置Ｆ
Ｐに移動した状態（先行ストリップ12と後行ストリップ
13を突き合わせて溶接している状態）で、位置検出器19
ｂ，19ｃにより接続部材20ｂ，20ｃを介して入側クラン
プ装置２の前進位置ＦＰを検出し、信号回線22ｂ，22ｃ
を介して変換器21ｂ，21ｃでその検出信号を変換して、
信号回線24ｂ，24ｃを介して計算機23に入力する。これ
により、計算機23において、入側クランプ装置２の前進
位置ＦＰの変化を上記のように常時診断することができ
る。

【００１８】つぎに、図２において、入側クランプ装置
２が後退位置ＢＰに待機した状態で、位置検出器19ｂ，
19ｃにより接続部材20ｂ，20ｃを介して入側クランプ装
置２の後退位置ＢＰを検出して計算機23で演算処理する
ことにより、入側クランプ装置２の後退位置ＢＰの変化
を常時診断することができる。以下に、このように構成
された本発明装置を適用した例について説明する。

【００１９】位置検出器19ａには、テーパウェッジ17の
ストローク60mmに合わせて計測範囲が100mm の仕様のも
のを適用した。この位置検出器19ａの測定精度は0.01mm
である。また、位置検出器19ｂ，19ｃには、入側クラン
プ装置２の前進・後退のストローク400mm に合わせて計
測範囲が500 mmの仕様のものを適用した。その測定精度
は0.01mmである。この場合、入側クランプ装置２の装置
本体と位置検出器19ｂ，19ｃを機械的に接続するため
に、接続部材20ｂ，20ｃを入側クランプ装置２の装置本
体に取り付けた。

【００２０】まず、テーパウェッジ17は入側クランプ装
置２の前進位置ＦＰを位置決めするために、前出図１の
矢印Ｂの方向に移動するが、レーザビーム溶接する際の
先行ストリップ12および後行ストリップ13の突き合わせ
量（以下、ルートギャップという）の指令値ＲＧ_SVとテ
ーパウェッジ17の移動量Ｌ_W とは下記(1) 式の関係があ
る。

【００２１】 Ｌ_W ＝ＲＧ_SV／Ｔ_P ………………(1) ここで、Ｔ_P はテーパウェッジ17の傾斜面の勾配の逆数
を表すものである。また、この実施例では、ルートギャ
ップ指令値ＲＧ_SVとテーパウェッジ17の移動量Ｌ_W の関
係をわかりやすくするために、前記(1) 式を変形して下
記(2) 式を導出し、この(2) 式によりテーパウェッジ17
の移動量Ｌ_W からルートギャップ換算値ＲＧ_RVを算出す
る。

【００２２】 ＲＧ_RV＝Ｌ_W ・Ｔ_P ………………(2) そして、このルートギャップ換算値ＲＧ_RVからルートギ
ャップ指令値ＲＧ_SVを減算して、ルートギャップ換算値
ＲＧ_RVとルートギャップ指令値ＲＧ_SVとの偏差量ΔＲＧ
_i を算定して、あらかじめ設定した基準偏差量ΔＲＧ_SV
と偏差量ΔＲＧ _i とを比較演算するようにする。

【００２３】 ΔＲＧ_i ＝ＲＧ_RV−ＲＧ_SV ………………(3) この診断例を図３に示した。図中の縦軸はルートギャッ
プ換算値ＲＧ_RVを示し、横軸はルートギャップ指令値Ｒ
Ｇ_SVを示している。この図における実線はＲＧ _SV＝ＲＧ
_RVの直線を示しており、また白丸印○は計測値を示して
いる。また、図中の実線をはさむ上下２本の一点鎖線は
ルートギャップ指令値ＲＧ_SVに対するルートギャップ換
算値ＲＧ_RVのばらつきの許容範囲を示している。この計
測例のように、テーパウェッジ17の指令値に対する動作
状態をこの診断により定量的に把握できるものである。

【００２４】次いで、図４は入側クランプ装置２の前進
位置ＦＰの計測値を示したものである。この計測は入側
クランプ装置２のワーク側（ＷＳ）およびドライブ側
（ＤＳ）にそれぞれ配設した位置検出器19ｂ，19ｃによ
り計測したものである。この図における縦軸は入側クラ
ンプ装置２における前進位置ＦＰの測定値と指令値との
差を示し、横軸は計測された信号のデータ番号を示して
いる。また、図中の基準位置は前進位置ＦＰの測定値＝
指令値の位置を示しており、白丸印○は入側クランプ装
置２のワーク側（ＷＳ）を、四角印□は同じくドライブ
側（ＤＳ）の計測値をそれぞれ示している。この場合の
入側クランプ装置２の前進位置ＦＰの測定値と指令値の
差のばらつきの許容値の上下限値を一点鎖線で示してい
る。

【００２５】この計測例に示すように、入側クランプ装
置２の前進位置ＦＰの指令値に対する測定値の差を、各
溶接毎にトレンドグラフで解析することで、入側クラン
プ装置２の機械精度を定量的に診断するとができ、かつ
入側クランプ装置２のワーク側とドライブ側の前進位置
の測定値と指令値の差を同時に解析することで、溶接時
の先後行ストリップ12，13の突き合わせ量の変化を診断
することができる。

【００２６】次いで、図５は入側クランプ装置２の後退
位置ＢＰの計測例を示したものである。この計測は入側
クランプ装置２のワーク側およびドライブ側にそれぞれ
配設した位置検出器19ｂ，19ｃにより計測したものであ
る。この図における縦軸は入側クランプ装置２の後退位
置ＢＰの計測値を示し、横軸は溶接毎のデータ番号を示
している。また、図中の一点鎖線は、入側クランプ装置
の後退位置ＢＰのばらつきの許容範囲の上下限値を示し
ている。

【００２７】この計測例のように、入側クランプ装置２
が後退位置ＢＰに待機している状態では、入側クランプ
装置２の後退位置ＢＰは常時定位置となるような機械構
造になっている。この入側クランプ装置２の後退位置Ｂ
Ｐが後退位置待機中に変化すると、シャー装置４で先後
行ストリップ12，13を切断する際、ストリップの移動方
向でその切断位置が変化してしまうため、溶接時の突き
合わせ部のルートギャップが変化して溶接品質が低下す
るので、入側クランプ装置２の後退位置ＢＰの測定も重
要な管理ポイントの一つである。

【００２８】この図５の計測例のように、入側クランプ
装置２の後退位置ＢＰを測定することで、前出した図４
の場合と同様に入側クランプ装置２の機械精度の診断を
定量的に行うことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入側クランプ装置のテーパウェッジおよびワーク側、ド
ライブ側に位置検出器を取付けて、入側クランプ装置の
前進位置および後退位置におけるそれぞれの位置変化の
有無を診断するようにしたので、もし入側クランプ装置
に位置ずれが発生すれば、迅速に検出することが可能で
ある。これによって、装置異常を示す徴候を早期に検出
することができるので、装置の不具合を迅速に修正する
ことができ、したがってストリップの蛇行や溶接部の破
断の発生を大幅に低減させることが可能である。また、
定性効果として操業安定化を達成できるので、操業経費
の節減などにすぐれた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る入側クランプ装置の前
進状態を示す(a) 側面図、(b)平面図である。

【図２】本発明の一実施例に係る入側クランプ装置の後
退状態を示す(a) 側面図、(b)平面図である。

【図３】ルートギャップ指令値とルートギャップ換算値
の関係を示す特性図である。

【図４】入側クランプ装置の前進位置の測定値と指令値
の差のデータを示す特性図である。

【図５】入側クランプ装置の後退位置の計測データを示
す特性図である。

【図６】従来のレーザビーム溶接位置の動作状態を示す
斜視図である。

【図７】従来のレーザビーム溶接位置の動作状態を示す
斜視図である。

【図８】レーザビームの光路の説明図である。

【図９】従来のレーザビーム溶接位置の動作状態の説明
図である。

【図１０】従来のレーザビーム溶接位置の動作状態の説
明図である。

【符号の説明】

１ コモンベース ２ 入側クランプ装置 ３ 出側クランプ装置 ４ シャー装置 ５ バックバー装置 ６ 上部ヘッド ７，８ 溶接キャリッジ装置 ９ 加工ヘッド 10 伝送管 11 レーザ発振器 12 先行ストリップ 13 後行ストリップ 14 反射ミラー 15 集光レンズ 16 レーザビーム 17 テーパウェッジ 18 作動アーム 19ａ〜19ｃ 位置検出器 20ａ〜20ｃ 接続部材 21ａ〜21ｃ 変換器 22ａ〜22ｃ，24ａ〜24ｃ，26 信号回線 23 計算機 25 表示器 27 ストッパ ＷＳ ワーク側 ＤＳ ドライブ側 ＦＰ 前進位置 ＢＰ 後退位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先行ストリップ尾端部と後行ストリップ
   の先端部とを切断した後突き合わせて、出側クランプ装
   置と入側クランプ装置とでそれぞれクランプしながら溶
   接するレーザビーム溶接装置における設備の機械的誤差
   の有無を診断する方法において、 前記入側クランプ装置の前進位置を決めるテーパウェッ
   ジのストリップの進行方向に対して直角な方向の移動量
   を測定して、この測定値に基づいて換算された突き合わ
   せ量とあらかじめ設定された所定の突き合わせ量とを比
   較して、前記入側クランプ装置が所定の位置に停止した
   か否かを診断する工程と、 前記入側クランプ装置が前記前進位置に移動した状態で
   のワーク側とドライブ側での位置を計測して、前記入側
   クランプ装置の前進位置の変化の有無を診断する工程
   と、 前記入側クランプ装置が後退位置に待機した状態でのワ
   ーク側とドライブ側での位置を計測して、前記入側クラ
   ンプ装置の後退位置の変化の有無を診断する工程と、か
   らなることを特徴とするレーザビーム溶接装置の設備診
   断方法。
2. 【請求項２】 先行ストリップ尾端部と後行ストリッ
   プの先端部とを切断した後突き合わせて、出側クランプ
   装置と入側クランプ装置とでそれぞれクランプしながら
   溶接するレーザビーム溶接装置における設備の機械的誤
   差の有無を診断する装置において、 前記入側クランプ装置の前進位置を決めるテーパウェッ
   ジの端部に取り付けられて前記テーパウェッジの位置を
   検出する位置検出器と、前記入側クランプ装置のワーク
   側とドライブ側に取付けられて前記入側クランプ装置の
   前進位置および後退位置における位置を検出する位置検
   出器と、該位置検出器の電気信号を入力して前記入側ク
   ランプ装置の前進位置および後退位置における位置の変
   化の有無を診断する計算機と、からなることを特徴とす
   るレーザビーム溶接装置の設備診断装置。