JP3190612B2

JP3190612B2 - レーザ溶接装置

Info

Publication number: JP3190612B2
Application number: JP01296098A
Authority: JP
Inventors: 上晶弘井; 沢哲黒
Original assignee: 日本ニユクリア・フユエル株式会社
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 2001-07-23
Anticipated expiration: 2018-01-26
Also published as: JPH11207480A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料集合体用のス
ペーサを製作する際に用いるレーザ溶接装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】原子炉に用いられる燃料集合体は、長さ
約４ｍにわたる長尺状の原子燃料棒を複数本束ね、その
長手方向の複数個所を金属製のスペーサで結束すること
により組み立てられたものである。そして、この金属製
スペーサは、マトリクス状に配列された複数個の管状セ
ルの周囲をバンド部材で取り囲むことにより形成されて
いる。

【０００３】上記のスペーサを形成している管状セル同
士の固着、バンド部材同士の固着、あるいは管状セルと
バンド部材との間の固着は溶接により行われているが、
その溶接の種類としては、スペーサが高い寸法精度を要
求されていることから、通常、レーザ溶接が採用されて
いる。スペーサに対するこのようなレーザ溶接は、例え
ば特開平２−１９７３９０号公報に示されているよう
に、スペーサ構成部材を所定の治具に装着させ、この治
具を溶接ボックス内の加工テーブルに固定した後に不活
性ガス雰囲気中で行われるようになっている。以下、従
来から行われている、燃料集合体用のスペーサに対する
レーザ溶接の技術について説明する。

【０００４】図７はレーザ溶接により製作された燃料集
合体用のスペーサの構成を示す平面図である。この図に
おいて、スペーサ１は略Ｌ字形状の４つのバンド部材２
を有しており、これら４つのバンド部材２は４カ所の溶
接部３においてレーザ溶接により固着されている。これ
らバンド部材２の内側には複数の管状セル４が配設され
ている。管状セル４の内側の２カ所には突起４ａが形成
されており、また、隣接する管状セル４同士の間にバネ
部材５が取り付けられている。管状セル４の内側に挿通
される原子燃料棒（図示せず）は、これら突起４ａ及び
バネ部材５によって管状セル４の内側の中心に配置され
る。

【０００５】また、隣接する管状セル４同士は溶接部６
においてレーザ溶接により固着されている。この溶接部
６の位置は管状セル４の上端部（図７の紙面手前側）及
び下端部（図７の紙面向こう側）の２カ所である。バン
ド部材２の内側の中央部付近の管状セル４にはプレート
部材７，８が取り付けられており、これによりウォータ
ロッド（図示せず）の配設領域９が形成されている。

【０００６】図８は、図７に示したスペーサ１が所定の
治具に装着された状態を示す平面図である。この図にお
いて、スペーサ１が装着されている治具１０は、底板１
１を有している。底板１１には、その低板面から複数の
直立壁１２ａ〜１２ｇが立設されており、これらの直立
壁同士の間には隙間１３ａ〜１３ｄが形成されている。
これらの隙間１３ａ〜１３ｄの位置は、スペーサ１の４
カ所の溶接部３の位置と対応するようになっている。つ
まり、これら隙間１３ａ〜１３ｄが形成されていること
により、レーザ溶接加工ヘッド（図示せず）がバンド部
材２に接近することができ、溶接部３においてレーザ溶
接を行うことができる。

【０００７】底板１１から上方に向かって複数のガイド
棒１４が立設されており、これにより各管状セル４が所
定の位置に配設され、また、バンド部材２の中心部付近
にウォータロッド配設領域９が確保されるようになって
いる。各ガイド棒１４の外側には、このガイド棒１４の
断面を半割れ形状にした断面を有するガイド棒１５が配
設されており、この各ガイド棒１５の平坦面と各直立壁
１２ａ〜１２ｇの内面との間にバンド部材２が装着され
るようになっている。

【０００８】図９はレーザ溶接装置の全体の概略構成を
示す斜視図である。この図に示すように、レーザ溶接装
置は、大略、レーザ源としてのレーザ発生装置１７と、
スペーサ１に対してレーザ溶接による溶接作業を行う溶
接装置本体１８と、オペレータの操作指令に基づきレー
ザ発生装置１７及び溶接装置本体１８に対する制御を行
う制御盤２３とにより構成されている。

【０００９】溶接装置本体１８は、不活性ガス（例え
ば、アルゴン）が満たされた密閉空間を形成する溶接ボ
ックス１９と、溶接ボックス１９の下方でＸ，Ｙの２軸
方向へそれぞれ移動自在に配設されたＸテーブル２０ａ
及びＹテーブル２０ｂから成るＸ−Ｙテーブル２０と、
Ｘテーブル２０ａをＸ軸方向へ移動させるＸ軸駆動モー
タ２１と、Ｙテーブル２０ｂをＹ軸方向へ移動させるＹ
軸駆動モータ２２とを有している。なお、スペーサ１に
対するレーザ溶接を不活性ガス雰囲気中で行うのは、ス
ペーサ１を構成する材料が高温で活性なジルカロイとい
う金属で形成されていることから、溶接時の酸化及び窒
化を防止するためである。

【００１０】図１０は、溶接ボックス１９内に配設され
る各部材を示した平面図である。ベース部材２４は、そ
の下部（裏面側）が図９で示したＸ−Ｙテーブル２０に
取り付けられており、Ｘ−Ｙテーブル２０の移動に伴っ
て溶接ボックス１９内をＸ，Ｙ方向へ移動するようにな
っている。ベース部材２４の上方（紙面手前側）には取
付台２５が取り付けられており、取付台２５には円形の
加工テーブル２６が取り付けられている。そして、加工
テーブル２６の側方にはＣ軸駆動モータ２７が配設され
ている。

【００１１】この加工テーブル２６は、図１０の紙面と
平行な平面内で回転できるように回転軸（Ｃ軸）に取り
付けられており、その側面には歯部が形成されている。
そして、図示を省略してあるウォームギアを介してＣ軸
駆動モータ２７により、この平面内で回転駆動されるよ
うになっている。

【００１２】次に、スペーサ１の製作の際のレーザ溶接
作業につき説明する。レーザ溶接作業に先だって、一対
の管状セル４にバネ部材５が取り付けられ、さらに、バ
ネ部材５が取り付けられた一対の管状セル４が、図８に
示す治具１０内側の所定位置へ順次ガイド棒１４に案内
されながら配置されていく。そして、一対の管状セル４
が全て配置された後、４つのバンド部材２が直立壁１２
ａ〜１２ｇと半割れ形状のガイド棒１５との間に差し込
まれる。

【００１３】このようにしてスペーサ１が装着された治
具１０は、図９の溶接装置本体１８へ向かって送られ、
図示を省略してある扉が開放された後、溶接ボックス１
９内に送り込まれる。溶接ボックス１９内に送り込まれ
た治具１０は、図１０に示す加工テーブル２６上に止め
ピン等の固定部材により固定される。スペーサ１を装着
した治具１０が加工テーブル２６上に固定されると、溶
接ボックス１９内に不活性ガスが充填され、所定のプロ
グラムに基づいてレーザ溶接加工ヘッドによるレーザ溶
接作業が開始される。このレーザ溶接作業においては、
Ｘ−Ｙテーブル２０によるＸ軸方向及びＹ軸方向の移
動、並びに加工テーブル２６によるＣ軸方向への回転に
よって、レーザ溶接加工ヘッドとスペーサ１の各溶接個
所との間の位置及び姿勢が制御され、溶接作業が円滑に
行われるようになっている。なお、このようなＸ−Ｙテ
ーブル２０の移動及び加工テーブル２６の回転について
の制御は、位置制御回路（図示せず）により行われるよ
うになっている。

【００１４】ところで、レーザ溶接はレーザ溶接加工ヘ
ッドと溶接個所との間が非接触の状態で行われるもので
あるため、スペーサ１に対する位置制御は高い精度で行
われなければならない。通常、このような高精度の位置
制御を行うにあたっては、レーザ光軸上あるいはレーザ
光軸上から一定距離だけ離れた位置に設置したＣＣＤカ
メラ等で各溶接点を観察し、コンピュータにより構成さ
れた位置制御回路が、この観察に基づいて設定した座標
上でＸ−Ｙテーブル２０及び加工テーブル２６の各移動
量を演算するようにしている。

【００１５】溶接作業が終了すると、加工テーブル２６
に対する治具１０の固定が解除され、治具１０は溶接ボ
ックス１９から取り出される。そして、次のスペーサ１
が装着された新たな治具１０の受け入れ準備が行われ、
同様の溶接作業が繰り返される。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、スペー
サ１を装着した治具１０が加工テーブル２６上に一旦固
定された後は、コンピュータにより構成された位置制御
回路によって設定座標上におけるＸ−Ｙテーブル２０及
び加工テーブル２６の各移動量が正確に演算されて高精
度の位置制御が実行され、各溶接点での溶接作業が円滑
に行われていく。したがって、繰り返し行われる治具１
０の加工テーブル２６への固定が常に正確に行われてい
るならば、それ以降の位置制御も正確に行われているは
ずである。しかし、実際には、繰り返し行われる治具１
０の加工テーブル２６への固定を正確に行い、正規の固
定位置に対する取付誤差を一定以下に抑制することは困
難である。治具１０の固定位置に関する繰り返し精度が
このように悪いままであると、確実な溶接が行われず、
溶接不良品を製作してしまう虞れがある。そして、この
ような溶接不良品の発生は、大量生産においては歩留ま
りを低下させる大きな要因となってしまう可能性があ
る。

【００１７】そこで、治具１０の加工テーブル２６への
固定作業及び位置決め作業を、作業員がガイドピン等を
用いて行うようにして、固定位置に関する繰り返し精度
を向上させようとする方策も考えられる。しかし、現
在、殆ど自動化されているレーザ溶接工程の中に、この
ような作業員による手作業を含めることは、生産効率を
低下させると共に、作業員に対する労力の負担を増大さ
せてしまう結果となる。したがって、このような方策を
採用することは事実上不可能であった。

【００１８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、スペーサを装着した治具を加工テーブルへ固定す
る際に、その固定位置に関する繰り返し精度の向上を作
業員の手作業によることなく可能にし、もって、溶接不
良の発生及び生産効率の低下を防止することが可能なレ
ーザ溶接装置を提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項１記載の発明は、燃料集合体用ス
ペーサの構成部材が装着された治具を、所定平面内での
２軸方向への移動動作及び所定回転軸を中心とする回転
動作が可能な加工テーブルに固定し、この加工テーブル
の前記各動作についての制御を行うことにより、前記構
成部材の各溶接点に対してレーザ溶接加工ヘッドがレー
ザ溶接を行う際の位置に制御されるレーザ溶接装置にお
いて、前記治具に形成した第１乃至第３の基準面と、前
記第１乃至第３の基準面の所定個所の位置を検出する位
置検出センサと、前記位置検出センサが検出した第１及
び第２の基準面の所定個所の位置に基づいて、前記所定
回転軸を中心として前記加工テーブルを所定角度だけ回
転させ、この回転後に前記位置検出センサが検出した第
３の基準面の所定個所の位置に基づいて、前記治具の中
心位置を求め、この求めた治具の中心位置を基準として
前記位置制御を行う位置制御回路と、を備えたことを特
徴とする。

【００２０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記治具は、平板状の底板と、略正方形の
外形を有するように形成され前記底板から垂直に立ち上
がる直立壁とを有し、前記基準面は、前記直立壁の正方
形の各辺の上端面に形成され、前記位置検出センサが検
出する前記所定個所は、前記基準面の外側エッジ部であ
る、ことを特徴とする。

【００２１】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、前記第１及び第２の基準面は、前記直立壁
の正方形のいずれか１辺の上端面に形成され、前記第３
の基準面は、前記第１及び第２の基準面が形成されてい
る正方形の１辺に隣接する他の１辺に形成されている、
ことを特徴とする。

【００２２】請求項４記載の発明は、前記位置制御回路
が前記加工テーブルを回転させる所定角度をθとし、前
記所定平面内での２軸方向をＸ軸方向及びＹ軸方向と
し、前記第１及び第２の基準面の各外側エッジ部の座標
位置をＡ（ｘa，Ｙa）及びＢ（ｘb，Ｙb）とし、ｘa，
ｘbを前記位置検出センサにによる検出値とすると共に
Ｙa，Ｙbを予め設定された定数値とした場合に、前記所
定角度θは下式により表されるものである、ことを特徴
とする。

【００２３】 θ＝tan^-1｛（ｘa−ｘb）／（Ｙa−Ｙb）｝ …（１）請求項５記載の発明は、前記加工テーブルを前記所定角
度θだけ回転させた後の前記第１及び第２の基準面の各
外側エッジ部の座標位置をＡ′（ｘ′a，Ｙ′a）、Ｂ′
（ｘ′b，Ｙ′b）とした場合に、ｘ′aの値は下式によ
り表されるものである、ことを特徴とする。

【００２４】ｘ′a＝（ｘa−Ｘ0）・cosθ−（Ｙa−Ｙ
0）・sinθ＋Ｘ0＝ｘ′b 請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、
前記第３の基準面の外側エッジ部の座標位置をＥ（Ｘ
e，ｙe）とし、前記治具の正方形の互いに対向する各辺
に属する基準面に形成された各外側エッジ部同士の間の
距離を２ｄとし、前記治具の中心位置Ｃ1の座標位置を
（ｘzc，ｙzc）とした場合に、これらｘzc，ｙzcの値は
下式により表されるものである、ことを特徴とする。

【００２５】ｘzc＝ｘ′a＋ｄｙzc＝ｙe−ｄ請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記
載の発明において、前記位置検出センサは、反射型の半
導体レーザ変位計により構成されるものである、ことを
特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づき説明する。但し、本発明は、加工テーブルに対する
治具の固定が正確であると否とに拘わらず、溶接作業に
おける位置制御を高精度に行うことが可能なことを特徴
とするものであるため、以下の説明においては、この高
精度の位置制御を可能にする技術を中心に説明する。そ
して、位置制御以外の他の溶接作業についての動作は従
来と同様であるため、その重複した説明は省略する。

【００２７】図１は、本実施形態のレーザ溶接装置に用
いられる治具５１の構成を示す平面図である。この図に
おいて、治具５０は底板５１を有しており、この底板５
１からは、上方に向かって（紙面向こう側から手前側に
向かって）略Ｌ字形状の４つの直立壁５３が延びてい
る。そして、各直立壁５３同士の間には、スペーサのバ
ンド部材同士の溶接部の位置に対応して隙間５２が４カ
所に形成されている。また、各直立壁５３で囲まれた内
側の領域には複数のガイド棒１４が立設されており、こ
れら複数のガイド棒１４の外側には、このガイド棒１４
の断面を半割れ形状にした断面を有するガイド棒１５が
立設されている。

【００２８】略Ｌ字形状の上記各直立壁５３の上端面に
は、高い寸法精度で加工された基準面が形成されてい
る。これら各基準面に対し、図示のように、順に符号５
３Ａ〜５３Ｈを付すことにする。そして、基準面５３Ａ
（５３Ｂ）の外側エッジ部と基準面５３Ｇ（５３Ｈ）の
外側エッジ部との間の距離は２ｄとなっており、同様
に、基準面５３Ｃ（５３Ｄ）の外側エッジ部と基準面５
３Ｅ（５３Ｆ）の外側エッジ部との間の距離も２ｄとな
っている。なお、治具５０の各構成部分はもともと寸法
精度が高く作られているので、本発明の適用にあたって
は、直立壁５３の上端面を特に加工することなくそのま
ま基準面として使用することも可能であるが、本実施形
態ではより精度の高い位置制御を実現するために、上記
の基準面５３Ａ〜５３Ｈを敢えて各直立壁５３の上端面
に加工によって形成するようにしている。

【００２９】図２は、本実施形態に係るレーザ溶接装置
のレーザ溶接加工ヘッド５４の構成を示す一部破砕断面
図である。この図に示すように、光路カバー５５の一端
側にヘッド本体部５６が取り付けられており、ヘッド本
体部５６の内部に集光レンズ５７が配設されている。こ
の集光レンズ５７によって、光路カバー５５からのレー
ザ光５８がレーザ光軸５９に集束するようになってい
る。そして、レーザ光軸５９から距離ｌ1だけ離れたヘ
ッド本体部５６の側方位置に位置検出センサ６０が取り
付けられている。

【００３０】位置検出センサ６０は、反射型の半導体レ
ーザ変位計により構成されており、そのセンサスキャン
方向は、図３に示すように、各基準面に対して平行な方
向となっている。そして、位置検出センサ６０を図の左
方から右方へ向けて平行に移動させていくと、エッジ部
手前側では基準面高さは変化しないために変位信号のレ
ベルはほぼ一定となる。しかし、位置検出センサ６０が
エッジ部を横切ると、基準面高さは∞に変化するため変
位信号のレベルは急激に大きく変化する。したがって、
このような変位信号のレベル変化を捉えることにより各
基準面のエッジ部の位置を検出することができる。な
お、位置検出センサ６０のスキャン動作は、実際には、
位置検出センサ６０を移動させるのではなく、Ｘ−Ｙテ
ーブル２０（図９参照）を移動させることにより行うこ
とになる。

【００３１】図４は、このような位置検出センサ６０の
変位信号レベルと基準面上の位置との関係を示す説明図
である。本実施形態では、例えば、変位信号のレベルが
ゼロとなる高さで位置検出センサ６０をスキャンさせる
ようにし、閾値のレベルを基準面から0.125mm離れた高
さに対応するレベルに設定してある。そして、位置検出
センサ６０は、変位信号のレベルがこの閾値を超えた時
点で、位置検出信号を出力するようになっている。

【００３２】次に、本実施形態の動作につき説明する。
図５及び図６は、本実施形態における位置制御回路によ
る位置決め制御の内容を説明するための概念図である。
図５において、加工テーブル２６（図１０参照）の中心
すなわちＣ軸中心の位置をＣ0とし、治具５０の中心位
置をＣ1とする。Ｃ1は、本来、Ｃ0に一致すべきである
が、治具５０の加工テーブル２６に対する固定が正確に
行われなかったために、図５に示すように、Ｃ0とＣ1と
がずれてしまったものとする。

【００３３】まず、位置制御回路は、加工テーブル２６
上に座標系を設定し、この座標系におけるＣ0の座標位
置をＣ0（Ｘ0，Ｙ0）とする。このＸ0，Ｙ0の値は装置
固有の値であって定数として設定することができる。次
いで、位置制御回路は、Ｘ−Ｙテーブル２０を移動させ
ることにより位置検出センサ６０にスキャン動作を行わ
せ、位置検出センサ６０からの位置検出信号に基づき、
基準面５３Ａ，５３Ｂの各外側エッジ部の位置を検出す
る。

【００３４】このとき、位置検出センサ６０により検出
された各外側エッジ部の座標位置をそれぞれＡ（ｘa，
Ｙa）、Ｂ（ｘb，Ｙb）とする。ここで、ｘa，Ｙa，ｘ
b，Ｙbの各値につき、大文字で表されたものは定数とし
て設定される値であり、小文字で表されたものは変数
（すなわち位置検出センサ６０により測定されたデー
タ）であることを示している（以下、同様とする。）。
したがって、基準面５３Ａ，５３Ｂの各外側エッジ部の
Ｙ軸方向位置は予め設定されているものとする。

【００３５】位置制御回路は、各座標位置Ａ（ｘa，Ｙ
a）、Ｂ（ｘb，Ｙb）のＸ軸方向の位置を等しくすべ
く、加工テーブル２６を角度θだけ回転させる。この場
合のθの値は、（１）式により求めることができる。

【００３６】 θ＝tan^-1｛（ｘa−ｘb）／（Ｙa−Ｙb）｝ …（１）図６は、加工テーブル２６をθだけ回転した状態を示し
たものである。そして、回転後の基準面５３Ａ，５３Ｂ
の各外側エッジ部の各座標位置をＡ′（ｘ′a，Ｙ′
a）、Ｂ′（ｘ′b，Ｙ′b）とすると、これらのＸ軸方
向の位置と加工テーブル２６の中心Ｃ0のＸ軸方向の位
置との関係から（２），（３）式が成立する。

【００３７】なお、（２），（３）式におけるsinθの
負符号の位置から明らかなように、本実施形態では、図
５および図６において反時計回り方向を正方向としてい
る。

【００３８】また、（２）式はｘ′ａ，ｘａおよびＹ′
ａ，ＹａをそれぞれＸ0，Ｙ0だけ平行移動したものとな
っているが、これは次の理由による。すなわち、現実に
はＸ−Ｙ平面はＸ，Ｙ移動軸により設定されるため、実
際の使用にあたってＣ軸中心Ｃ0を原点とした座標系を
設定するのは困難である。しかし、Ｃ軸中心Ｃ0の位置
は装置の組付けによって決まるものであり、測定可能な
ものである。そこで、この座標を（Ｘ0，Ｙ0）とし、ま
ず、この座標が原点となる仮想の座標系に平行移動させ
ることとしたものである。

【００３９】

【数１】（２）式より、ｘ′a＝（ｘa−Ｘ0）・cosθ−（Ｙa−Ｙ0）・sinθ＋
Ｘ0 となってｘ′aの値が求まる。ｘ′a＝ｘ′bであるが、
同様にして、（３）式より、ｘ′b＝（ｘb−Ｘ0）・cosθ−（Ｙb−Ｙ0）・sinθ＋
Ｘ0 となってｘ′bの値が求まる。したがって、このｘ′a
（＝ｘ′b）を用いてＸ軸方向の基準位置を設定するこ
とができる。すなわち、治具５０の中心Ｃ1の座標位置
を、Ｃ1＝（ｘzc，ｙzc）とすると、この中心Ｃ1のＸ軸
方向の位置ｘzcは、ｘzc＝ｘa＋ｄ … （４）により求まる。なお、（４）式において、ｄの符号が負
でなく正となっているのは、図５および図６では右側上
部を原点とする座標系（通常のＸ−Ｙ座標軸の第１象限
を逆さ方向から見たもの）を設定しており、Ｘ軸は左へ
行くほど大きく、Ｙ軸は下へ行くほど大きくなっている
からである。

【００４０】次に、加工テーブル２６を角度θだけ回転
した後の基準面５３Ｅの外側エッジ部の座標位置を位置
検出センサ６０の検出により求める（但し、Ｘ軸方向の
位置は予め設定されている。）。この検出された座標位
置をＥ（Ｘe，ｙe）とすれば、このｙeを用いてＹ軸方
向の基準位置を設定することができる。すなわち、治具
５０の中心Ｃ1のＹ軸方向位置ｙzcは、ｙzc＝ｙe−ｄ … （５）により求まる。

【００４１】したがって、（４），（５）式より治具５
０の中心Ｃ1の座標位置（ｘzc，ｙzc）を設定すること
ができ、位置制御回路は、この中心Ｃ1を基準とした各
溶接点の位置を演算により求め、その演算結果に基づき
Ｘ−Ｙテーブル２０の移動量を決定すれば、加工テーブ
ル２６の中心Ｃ0と治具５０の中心Ｃ1との位置のずれの
有無如何に拘わらず、常に正確な位置制御を行うことが
可能となる。

【００４２】なお、上述した治具５０の中心Ｃ1の座標
位置（ｘzc，ｙzc）の設定は、図９における溶接装置本
体１８内の雰囲気を不活性ガスに置換する間に行うこと
ができるため、この設定のためのみの時間を余分に追加
する必要はなく、作業時間を増大させることはない。

【００４３】また、図２に示したように、位置検出セン
サ６０はレーザ光軸５９から距離ｌ１だけ離れた位置に
設置されているため、位置制御回路は、位置検出センサ
６０からの検出値に基づき各基準面の外側エッジ部の位
置の演算等を行う場合に、この検出値をレーザ光軸５９
の位置を基準とした座標における値に変換する必要があ
る。しかし、このような変換は、距離ｌ１の値は常に一
定であることから、この距離ｌ１に対応するオフセット
量を位置検出センサ６０の検出値に対して加減すること
により容易に行うことができる。

【００４４】上記実施形態においては、位置検出センサ
６０として反射型の半導体レーザ変位計により構成され
るものを採用しているが、この位置検出センサ６０は、
各基準面の外側エッジ部の位置を高精度に検出できるも
のであればよく、特にタイプが限定されるものではな
い。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、治具に
形成した複数の基準面の所定個所の位置を検出し、この
検出した第１及び第２の基準面の所定個所の位置に基づ
いて、加工テーブルを所定角度だけ回転させ、この回転
後に第３の基準面の所定個所の位置を検出して治具の中
心位置を求め、この求めた治具の中心位置を基準として
位置制御を行うようにしているので、スペーサを装着し
た治具を加工テーブルへ固定する際に、その固定位置に
関する繰り返し精度を作業員の手作業によることなく向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のレーザ溶接装置に用いられ
る治具の構成を示す平面図。

【図２】本発明の実施形態に係るレーザ溶接装置のレー
ザ溶接加工ヘッドの構成を示す一部破砕断面図。

【図３】図２における位置検出センサのセンサスキャン
方向を示す説明図。

【図４】図３における位置検出センサの変位信号レベル
と基準面上の位置との関係を示す説明図。

【図５】本発明の実施形態における位置決め制御の内容
を説明するための概念図。

【図６】本発明の実施形態における位置決め制御の内容
を説明するための概念図。

【図７】図７はレーザ溶接により製作された燃料集合体
用のスペーサの構成を示す平面図。

【図８】図７に示したスペーサが所定の治具に装着され
た状態を示す平面図。

【図９】レーザ溶接装置の全体の概略構成を示す斜視
図。

【図１０】図９における溶接ボックス内に配設される各
部材を示した平面図。

【符号の説明】

１スペーサ２バンド部材３溶接部４管状セル４ａ突起５バネ部材６溶接部７プレート部材８プレート部材９ウォータロッド１０治具１１底板１２ａ〜１２ｇ直立壁１３ａ〜１３ｄ隙間１４ガイド棒１５ガイド棒１７レーザ発生装置１８溶接装置本体１９溶接ボックス２０Ｘ−Ｙテーブル２０ａＸテーブル２０ｂＹテーブル２１Ｘ軸駆動モータ２２Ｙ軸駆動モータ２３制御盤２４ベース部材２５取付台２６加工テーブル２７Ｃ軸駆動モータ５０治具５１底板５２隙間５３直立壁５３Ａ〜５３Ｈ基準面５４レーザ溶接加工ヘッド５５光路カバー５６ヘッド本体部５７集光レンズ５８レーザ光５９レーザ光軸６０位置検出センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−156638（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−128270（ＪＰ，Ａ) 特開平２−197390（ＪＰ，Ａ) 特開平２−147183（ＪＰ，Ａ) 特開平２−52169（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/00 B23K 26/02 B23K 37/04 G21C 3/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料集合体用スペーサの構成部材が装着さ
れた治具を、所定平面内での２軸方向への移動動作及び
所定回転軸を中心とする回転動作が可能な加工テーブル
に固定し、この加工テーブルの前記各動作についての制
御を行うことにより、前記構成部材の各溶接点に対して
レーザ溶接加工ヘッドがレーザ溶接を行う際の位置に制
御されるレーザ溶接装置において、前記治具に形成した第１乃至第３の基準面と、前記第１乃至第３の基準面の所定個所の位置を検出する
位置検出センサと、前記位置検出センサが検出した第１及び第２の基準面の
所定個所の位置に基づいて、前記所定回転軸を中心とし
て前記加工テーブルを所定角度だけ回転させ、この回転
後に前記位置検出センサが検出した第３の基準面の所定
個所の位置に基づいて、前記治具の中心位置を求め、こ
の求めた治具の中心位置を基準として前記位置制御を行
う位置制御回路と、を備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】前記治具は、平板状の底板と、略正方形の
外形を有するように形成され前記底板から垂直に立ち上
がる直立壁とを有し、前記基準面は、前記直立壁の正方形の各辺の上端面に形
成され、前記位置検出センサが検出する前記所定個所は、前記基
準面の外側エッジ部である、ことを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】前記第１及び第２の基準面は、前記直立壁
の正方形のいずれか１辺の上端面に形成され、前記第３
の基準面は、前記第１及び第２の基準面が形成されてい
る正方形の１辺に隣接する他の１辺に形成されている、ことを特徴とする請求項２記載のレーザ溶接装置。
【請求項４】前記位置制御回路が前記加工テーブルを回
転させる所定角度をθとし、前記所定平面内での２軸方
向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、前記第１及び第２の基
準面の各外側エッジ部の座標位置をＡ（ｘa，Ｙa）及び
Ｂ（ｘb，Ｙb）とし、ｘa，ｘbを前記位置検出センサに
による検出値とすると共にＹa，Ｙbを予め設定された定
数値とした場合に、前記所定角度θは下式により表され
るものである、ことを特徴とする請求項３記載のレーザ溶接装置。 θ＝tan^-1｛（ｘa−ｘb）／（Ｙa−Ｙb）｝
【請求項５】前記加工テーブルを前記所定角度θだけ回
転させた後の前記第１及び第２の基準面の各外側エッジ
部の座標位置をＡ′（ｘ′a，Ｙ′a）、Ｂ′（ｘ′b，
Ｙ′b）とした場合に、ｘ′aの値は下式により表される
ものである、ことを特徴とする請求項４記載のレーザ溶接装置。ｘ′a＝（ｘa−Ｘ0）・cosθ−（Ｙa−Ｙ0）・sinθ＋
Ｘ0＝ｘ′b
【請求項６】前記第３の基準面の外側エッジ部の座標位
置をＥ（Ｘe，ｙe）とし、前記治具の正方形の互いに対
向する各辺に属する基準面に形成された各外側エッジ部
同士の間の距離を２ｄとし、前記治具の中心位置Ｃ1の
座標位置を（ｘzc，ｙzc）とした場合に、これらｘzc，
ｙzcの値は下式により表されるものである、ことを特徴とする請求項５記載のレーザ溶接装置。ｘzc＝ｘ′a＋ｄｙzc＝ｙe−ｄ
【請求項７】前記位置検出センサは、反射型の半導体レ
ーザ変位計により構成されるものである、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のレ
ーザ溶接装置。