JP3573222B2 - 突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、２つのワークの端面を接触させてレーザビームにより溶接する突き合わせ溶接に係り、特にシャーやプレスなどにより切断されたワークを突き合わせ溶接するのに好適なワーク突き合わせ位置の検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ溶接は、レーザ光を細いビームに絞って溶接をおこなうもので、特に板厚が２ｍｍ以下の薄板を高精度で溶接するのに適している。ところが、レーザ光による突き合わせ溶接においては、板厚が１．６ｍｍ以下の場合、突き合わせ位置に対するレーザビームの位置ずれの許容限界が±０．２ｍｍであり、ビームのずれ量がこれより大きくなると溶接不良を生ずる原因となる。このため、従来からワークの突き合わせ位置を検出する方法が各種提案されており、代表的なものとして次のものがある。
【０００３】
（１）突き合わせ部の裏面から圧縮ガスを吹き付け、突き合わせ部を通過したガスを表面側において検知して突き合わせ位置、すなわち溶接線の位置を検出する方法（特開昭５９−１５０６８５号公報）。
（２）ワークの裏側に配置した発光装置により突き合わせ部に光を照射し、突き合わせ部を透過した光を表面側で検出して突き合わせ位置を検知する方法（特開昭６１−１２３４９４号公報等）。
（３）突き合わせ部をＣＣＤカメラによって撮像し、その明暗を画像処理して突き合わせ位置や突き合わせギャップを検出する方法（特公平３−５０６３５号公報、特開平１−９９７９１号公報等）。
（４）突き合わせ部に渦電流を発生させ、これを磁力線式センサを用いて検出して突き合わせ部の位置を求めたり、電流接触抵抗の変化により突き合わせ位置を求める方法（特開昭５９−１０１２９５号公報、特開昭５９−１５０６８６号公報等）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、圧縮ガスや光を透過させる方法は、突き合わせ部にギャップが存在しないと突き合わせ位置を検出することができない。ところが、レーザ溶接される薄板は、シャーやプレスによって切断加工される場合が多く、このように切断したワークを突き合わせすると、突き合わせギャップを生じないのが普通であるため、圧縮ガスや光を透過させる方法を適用することができない。
【０００５】
また、突き合わせ位置を撮像して検出する方法は、ＣＣＤカメラにより撮像した画像を処理してその濃淡から突き合わせ部である溶接線とそうでない部分とを識別して溶接線を抽出するものであるが、シャーやプレスによって切断したワークのように、端部に「だれ」を有している場合、その部分は暗部となり、ある幅をもつ暗部から±０．２ｍｍ以内の精度で実際の溶接線を検出することは極めて困難である。さらに、画像処理による突き合わせ部の検出は、ワークの表面に傷があった場合に誤判定をしやすく、また処理速度が遅いためにサイクルタイムが長くなる欠点がある。一方、渦電流を検出する方法や電流接触抵抗による方法においても、上記した精度をもって突き合わせ位置を検出することは困難であり、また検出システムが高価となる欠点がある。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、端部に面取りや「だれ」を有するワークの突き合わせ位置を高精度で検出することができる突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法は、表面の端部が漸次低くなっているワークに照射した光ビームを溶接線と交差させて走査し、その反射光から前記ワークの表面位置を求めて前記漸次低くなっているワーク端を検出することを特徴としている。光ビームは、通常の光またはレーザ光を用いて形成できるが、拡散の少ない安定した細いビームが得られるとともに、外乱の影響を受けにくいところから、レーザ光を用いることが望ましい。また、光ビームを走査する場合、溶接線と任意の角度で交差させてもよいが、交差位置の算出が容易であるところから、ビームの走査ラインと溶接線とを直交させるとよい。
【０００８】
凹処を検出する場合、ワークの上面より低い位置に凹処検出ラインを設定し、検出した表面位置が凹処検出ラインと交差した場合に、交差した２点間の検出表面の最も低い位置の点を突き合わせ位置とすることができる。そして、検出した表面位置が予め定めた下限値となった場合、この下限値の検出された長さが予め定めた値以下であるときには、下限値検出長さを予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置とする。しかし、検出した表面位置が予め定めた下限値となった場合において、この下限値の検出された長さが予め定めた値より大きいときは、溶接不可とする。
【０００９】
また、凹処検出ラインの下方の予め定めた位置にギャップ検出ラインを設定し、検出した表面位置がギャプ検出ラインと交差しなかった場合に、検出表面位置と凹処検出ラインとの交差した２点間における検出表面位置の最も低い位置の点を突き合わせ位置とする。さらに、凹処検出ラインの下方の予め定めた位置にギャップ検出ラインを設定し、検出した表面位置がギャプ検出ラインと交差しなかった場合に、検出表面位置が凹処検出ラインと交差した２点間の距離を求め、この検出距離を予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置とすることもできる。
【００１０】
検出した表面位置が前記ギャプ検出ラインと交差した場合、検出表面とギャプ検出ラインとの交差した２点間の距離を求め、この検出距離が予め定めた下限距離と上限距離との間にあるときには、検出距離を予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置とする。しかし、検出した表面位置がギャプ検出ラインと交差した場合に、検出表面とギャプ検出ラインとの交差した２点間の距離が予め定めた上限距離より大きいときには、溶接不可とする。さらに、検出した表面位置がギャプ検出ラインと交差した場合に、検出表面とギャプ検出ラインとの交差した２点間の距離が予め定めた下限距離より小さいときには、交差した２点間における検出表面位置の最も低い位置の点を突き合わせ位置とする。
【００１１】
なお、凹処検出ラインは、突き合わせした２つのワークごとに独立して設定することができる。また、検出した表面位置が凹処検出ラインを上から下に横切る場合、光ビームの予め定めた走査距離の間に、検出表面位置が凹処検出ラインを下から上に横切ったときは、先の上から下への交差を無視し、検出した表面位置が凹処検出ラインを下から上に横切る場合、光ビームの予め定めた走査距離の間に、検出表面位置が凹処検出ラインを上から下に横切ったときは、先の下から上への交差を無視するとよい。
【００１２】
【作用】
上記のごとく構成した本発明は、本発明によれば、光ビームを溶接線と交差させて走査してワークの表面位置を求め、シャーやプレスなどによって切断したワーク端部の「だれ」による突き合わせ部の凹処を検出してワーク端部の位置を求めるようにしているため、正確な突き合わせ位置を容易に検出することができる。この場合、ワークの表面は、微小な凹凸が存在するので、「だれ」による凹処を検出するための基準線を設定する必要があり、検出したワーク表面位置を「だれ」による凹処検出の基準線とすると、ワークが傾いているときなどの場合、基準線がワークと交わらず、「だれ」による凹処を検出することができないことがあるので、ワークの上面より下方に凹処検出ラインを設定し、検出したワークの表面位置が凹処検出ラインと交差した２点間において、最も低い位置となった点をワーク端、すなわち突き合わせ位置とする。なお、凹処検出ラインは、光ビームを走査したときに、最初と最後の部分における予め定めた検出数から最小二乗法により上面位置の回帰直線を求め、これをワークの深さ方向（マイナスＺ方向）に予め定めた量だけ平行移動させて設定する。
【００１３】
検出した表面位置が予め定めた下限値となったときには、突き合わせしたワーク間に突き合わせギャップが発生していると見なせるため、突き合わせ位置を特定することができない。そこで、このような場合、そのギャップ長を検出し、検出ギャップ長が所定値以下であれば、検出ギャップ長を所定の比に按分する点を突き合わせ位置とすることにより、ギャップが存在していても正確な突き合わせ位置を求めることができる。そして、下限値の検出される長さが所定値を超える場合、突き合わせギャップが溶接に不適切な大きさであるとして溶接不可と判断し、溶接不良の発生を未然に防止する。なお、按分比は、突き合わせた２つのワークの切断加工方法が同じ（例えば、シャーとシャー、プレスとプレス）であれば、「だれ」の状態が同じであるため１対１にする。２つのワーク間において切断加工方法がシャーとプレスのように異なっている場合には、「だれ」の状態が異なるので、実験等によって予め按分比を定める。
【００１４】
突き合わせギャップの存在の有無は、凹処検出ラインの下方にギャプ検出ラインを設定し、検出表面位置がこのギャプ検出ラインと交差したか否かによっても判断することができる。このようにすると、下限値を検出する不安定さをなくして突き合わせギャプを容易に検出することができる。そして、検出表面位置がギャプ検出ラインと交差しない場合、突き合わせギャップは存在しないので、検出表面位置が凹処検出ラインと交差する２点間の距離を予め定めた比に按分する点、または検出表面位置の最も低い点を突き合わせ位置とする。この検出表面位置の最も低い点を突き合わせ位置とすると、一方のワークが新しい刃によって切断され、他方のワークが古い刃によって切断されたような場合、加工方法が同じでも「だれ」の状態に相違が生じて按分法を適用することができない場合であっても、突き合わせ位置を正確に求めることができる。
【００１５】
一方、検出表面位置がギャプ検出ラインと交差する場合、突き合わせギャップが存在すると判断し、交差する２点間の距離が予め定めた下限距離と上限距離との間にあれば、この距離を予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置とすることにより、突き合わせギャップが存在していても突き合わせ位置を求めることができる。しかし、ギャプ検出ラインと検出表面位置との２つの交差間距離が上限距離（例えば０．１５ｍｍ）より大きいときには、突き合わせギャップが溶接可能なギャップより大きいため、溶接不可とする。逆に、ギャプ検出ラインと検出表面位置との２つの交差間距離が下限距離（例えば、０．０５ｍｍ）より小さいときには、突き合わせギャップは小さいので、検出表面位置の最も低い位置を突き合わせ位置として差し支えない。なお、厚さの異なる２つのワークを突き合わせ溶接する場合があるので、各ワークの厚さに応じて凹処検出ラインを異ならせて設定する。また、ワークの微小な凹凸や外乱によるノイズが測定値に含まれる場合があるので、検出した表面位置と凹処検出ラインとの連続した２つの交差位置間の距離が予め定めた基準値以下である場合には、これら２点においてワークの表面が凹処検出ラインと交差しなかったものとして検出値を無視し、ノイズの影響を排除する。
【００１６】
【実施例】
本発明に係る突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法の好ましい実施例を、添付図面に従って詳細に説明する。
図２は、本発明の実施例に係る突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法が適用されるレーザ溶接装置の概略を示す正面図であり、図３はその平面図である。
【００１７】
これらの図において、上面に溶接するワーク１、２、３を配置したベッド１０の両側にサポート１２、１４が設けてあり、これらのサポート１２、１４間にガイドビーム１６が渡してある。そして、ガイドビーム１６の上部には、アーム１７を介してレーザ溶接トーチ１８を取りつけたガイドブロック２０が配設してある。このブロック２０は、ワーク１、２、３を突き合わせた溶接線４、５に沿ってトーチ１８を案内するもので、下部がビーム１６に摺動自在に嵌合しており、上部がねじ軸２２と螺合している。そして、このねじ軸２２の両端は、サポート１２、１４に軸支されているとともに、一端がサポート１４にブラケット２３を介して取り付けたモータ２４に接続してあり、モータ２４が回転することによって回転させられ、ガイドブロック２０を介してレーザ溶接トーチ１８を図の左右方向に移動させる。また、アーム１７は、レーザ溶接トーチ１８をガイドブロック２０に対して進退させ、トーチ１８を溶接線４、５と直交した方向に移動させる。
【００１８】
一方、ガイドビーム１６の下部には、カム装置２６が設けてある。このカム装置２６は、ブラケット２８を介して取り付けたレーザ位置センサ３０を、図２の紙面と直交した方向に直線的に往復動させるもので、例えば円筒カムによって構成してある。そして、カム装置２６は、上端部がビーム１６の下部に摺動自在に嵌合し、ビーム１６に沿って図の左右方向に案内されるようになっている。さらに、カム装置２６は、サポート１２、１４に軸支してあるねじ軸３２と螺合しており、ねじ軸３２が回転することによってガイドビーム１６に沿って案内され、図の左右方向に移動するようになっている。そして、ねじ軸３２は、サポート１４にブラケット３４を介して取り付けたモータ３６に接続され、モータ３６によって回転させられるようになっている。なお、図３に示した符号３８は、カム装置２６を駆動してレーザ位置センサ３０を往復動させる駆動モータである。
【００１９】
レーザ位置センサ３０は、例えば図４のように構成してあり、傾斜面が受光部４２および発光部４４となっている。そして、発光部４４が投光したレーザビームのワークからの反射光を受光部４２で受け、散乱光を集光した位置のずれ検知することにより、ワークの高さの変位を検出するようになっている。なお、レーザ位置センサ３０を往復動させる機構は、前記のカム装置２６に限定されず、シリンダやねじ軸等によって行ってもよい。
【００２０】
溶接線４、５の検出は、図５（１）のようにレーザ位置センサ３０を矢印５０のように溶接線４、５と直交した方向に移動させることにより行う。そして、ワーク１とワーク２との溶接線４を求める場合、ワーク２の幅方向両端近くのＡ、Ｂにおいてレーザビーム５２を走査し、例えば０．０１ｍｍごとにワークの表面位置を検出し、これらのＡ、Ｂの位置における２つのワーク１、２の突き合わせ位置を検出して溶接線を決定する。
【００２１】
すなわち、溶接するワーク１をシャーによって切断加工し、ワーク２、３をプレスによって切断加工した場合、図５（２）に示したように、切断部であるワークの端部が漸次低くなる、いわゆるだれ４６、４７を生じ、突き合わせ位置４８において深さδの微小な凹みを形成する。従って、このだれ４６、４７の端部を検出することにより、突き合わせ位置４８を求めることができる。この突き合わせ位置４８の検出は、レーザ位置センサ３０の検出信号をコンピュータなどの信号処理装置に入力して行われる。
【００２２】
すなわち、突き合わせ位置を含むＺ方向（ワークの厚さ方向）のレーザ位置センサ３０の検出データ、すなわちワーク１、２の表面位置のデータを所定の走査ピッチごとに信号処理装置に入力し、突き合わせ位置４８を算出させる。実施例においては、レーザ位置センサ３０の走査長さを６ｍｍで、０．０１ｍｍごとにデータの取り込みを行った。このようにして得たデータによるワークの表面形状の一例を図６（１）の実線に示した。
【００２３】
次に、ワーク１、２の突き合わせ部の微小な凹みの幅を検出するための基準線を設定する。この基準線は、まず、取り込んだデータから最小二乗法によりワークの上面の回帰直線を演算することにより求める。この回帰直線の演算は、レーザ位置センサ３０による走査の開始部と終了部の予め定めた複数個のデータ、例えば開始時の２０個と終了時の２０個のデータを用いて行う。図６（１）に示した破線６０は、このようにして得た回帰直線である。
【００２４】
ところで、図６（２）のようにワークが傾いている場合、あるいは図６（３）のように突き合わせをした２つのワークの間に厚さの相違がある場合、回帰直線６０が一方のワークと交差せず、突き合わせ部の凹み幅を検出することができなくなる。そこで、図６（１）に示したように、回帰直線６０を予め定めた距離だけ下方（マイナスＺ方向）に平行移動して凹処検出ライン６２を設定する。そして、一般的には、検出したワークの表面位置がこの凹処検出ライン６２と交差した２点ａ、ｂ間の幅ｄを求め、この幅ｄを予め定めた比ｍ：ｎに按分する点を突き合わせ位置４８とする。これは、次の理由による。
【００２５】
例えば、ワーク１をシャーによって切断し、ワーク２をプレスによって切断した場合、一般にシャーはプレスよりシャープな切断ができるため、図５（２）に示したように、ワーク１のだれ４６とワーク２のだれ４７とではその形状が異なる。このため、図７（１）に拡大して示したように、ワーク１が凹処検出ライン６２と交差した点ａから突き合わせ位置４８までの距離と、ワーク２が凹処検出ライン６２と交差した点ｂから突き合わせ位置４８までの距離とが異なることになり、検出幅ｄの中間点を突き合わせ位置としたのでは、実際の突き合わせ位置４８とずれるためである。この按分する比ｍ：ｎは、切断方法、ワークの材質、板厚等に応じて予め実験などによって定めておく。また、突き合わせ溶接する２つのワークの切断加工方法がシャーとシャー、プレスとプレスのように同じであれば、ｍ：ｎは１：１とする。
【００２６】
また、図６（１）に示したように、検出したワークの表面位置の最も低い点（最下点）ｃを検出することによっても突き合わせ位置４８をもとめることができる。この最下点ｃを検出して合わせ位置４８を求める利点は、図７（２）のような場合である。すなわち、溶接する２つのワーク１、２の切断加工方法が同じであったとしても、例えはワーク１を使い古した刃によって切断し、ワーク２を新しい刃によって切断したとすると、古い刃による切断は「だれ」が大きくなるため、突き合わせ面に段差を生ずる。このため、検出幅ｄの中心位置ｅを突き合わせ位置とすると、実際の突き合わせ位置４８からずれてしまう。そこで、このような場合、最下点ｃを検出することにより、正確な突き合わせ位置４８を求めることができる。
【００２７】
なお、図６（３）に示したように、突き合わせた２つのワーク間において厚さが相違している場合、図８に示したように凹処検出ラインの位置をワークの厚さに応じて異ならせる。すなわち、前記したようにレーザ位置センサ３０を走査して取り込んだデータからワーク１に対する回帰直線６０ａと、ワーク２に対する回帰直線６０ｂとを求め、これらの回帰直線６０ａ、６０ｂを予め定めた値Ｚ０ だけマイナスＺ方向にシフトさせて凹処検出ライン６２ａ、６２ｂを設定する。そしてワーク表面の検出値が上方から下方に（または下方から上方に）に凹処検出ライン６２ａを切った点と、凹処検出ライン６２ｂを下方から上方に（または上方から下方に）切った点とを検出し、この２点間の幅ｄを予め求めた比ｍ：ｎに按分する点を突き合わせ位置４８とする。
【００２８】
ところで、レーザ位置センサ３０を走査した位置において、突き合わせたワーク１、２との間にギャップが存在する場合、最下点ｃを検出して突き合わせ位置４８を求めようとしても、ギャップの存在によって最下点ｃを得ることができない。すなわち、突き合わせたワーク間にギャップが存在すると、図９のように検出したワーク表面位置が通常の検出値よりはるかに低い値となる。そこで、ワークの厚さを考慮した下限値を設定しておき、検出値がこの下限値になった場合、突き合わせギャップが存在すると判断する。そして、設定した下限値が得られる範囲を突き合わせギャップＧとして検出し、このギャップＧを予め定めた比ｍ：ｎに按分する点を突き合わせ位置４８とする。
【００２９】
なお、例えば図１０（１）の左から右方向にレーザ位置センサ３０を走査したときに、ワークの凹凸や外乱により、符号Ｐ、Ｑのように数個の検出値を得る間に、検出表面位置が凹処検出ライン６２と複数回交差するような場合がある。そして、破線ｑの位置が本来の交差位置であるのに、実線ｐの位置を交差位置としてしまうと、検出幅ｄ’が実際の幅ｄより広くなり、これをｍ：ｎに按分した点ｆは、実際の突き合わせ位置４８とずれてしまう。そこで、このような不都合を避けるため、検出値が凹処検出ライン６２を上から下に横切る場合、予め定めた検出数（例えば１０個）以内に再び測定値が凹処検出ライン６２を上方に横切ったときは、外乱であるとして最初に上から下に横切った位置を幅ｄの検出に採用しないようにする。最下点ｃの右側において、検出値が凹処検出ライン６２を下から上に横切る場合も同様である。
【００３０】
また、最下点ｃを求める場合、やはり外乱により、検出値の１つまたは２〜３個が凹処検出ライン６２を下回り、しかも図１０（２）の符号ｓに示したように、最下点ｃを下回る場合がある。そこで、このような場合の最下点ｃの誤検出を避けるため、最下点ｃを求める場合、検出値が所定個数（例えば１０個）連続して凹処検出ライン６２ａ、６２ｂを下回っている検出値群の中の最も小さな検出値を、突き合わせ位置４８を示す最下点ｃとする。
【００３１】
図１は、上記の突き合わせ位置の検出方法の実施例の具体的な手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートは凹処検出ラインとギャップラインの両者を用いる場合を示している。
まず、ステップ１０１に示したように、レーザ位置センサ３０を溶接線に直交させて走査する。そして、図示しない信号処理装置は、レーザ位置センサ３０の所定走査ピッチごとにワーク表面の位置データをセンサ３０から取り込む（ステップ１０２）。次に、信号処理装置は、取り込んだデータの始めのＮ個と終わりのＮ個のデータを用い、最小二乗法によってワークの上面に対応した回帰直線６０を演算する（ステップ１０３）。その後、信号処理装置は、突き合わせギャップＧを検出するために、図１１に示したように、回帰直線６０をマイナスＺ方向にＺ１ （例えば０．１ｍｍ）だけ平行移動させ、ギャプ検出ライン７０を設定する（ステップ１０４）。なお、このギャプ検出ライン７０は、後述するように、凹処検出ライン６２よりも低い位置に設定される。
【００３２】
次に、信号処理装置は、検出したワークの表面位置がギャプ検出ライン７０と交差しているか否かを調べる（ステップ１０５）。そして、信号処理装置は、検出表面位置がギャプ検出ライン７０と交差していない場合、ステップ１０６に示したように、回帰直線６０をＺ０ （例えば０．０２ｍｍ）だけ下方にシフトさせて凹処検出ライン６２を作成する。その後、信号処理装置は、ワーク表面の検出値と凹処検出ライン６２とを比較し、前記した外乱による誤検出を避けるため、連続している凹処検出ライン６２を下回っている検出値群のうち、最もマイナス方向、すなわち最も低い表面位置（最下点ｃ）を選びだし、これを突き合わせ位置４８とする（ステップ１０７）。なお、この場合、検出したワーク表面位置と凹処検出ラインとの２つの交差位置間を予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置としてもよい。
【００３３】
一方、信号処理装置は、検出したワークの表面位置がギャプ検出ライン７０と交差する場合には、ステップ１０５からステップ１０８に進み、検出表面位置がギャプ検出ライン７０と交差する２点Ｙ１ 、Ｙ２ 間の距離をギャップ量Ｇとして求める。この検出されたギャップ量Ｇは、予め定めてある下限距離Ｇ１ （例えば０．０５ｍｍ）と上限距離Ｇ２ （例えば０．１５）と比較される（ステップ１０９）。そして、Ｇ１ ≦Ｇ≦Ｇ２ であれば、この検出ギャップ量Ｇを予め定めた比ｍ：ｎに按分する点を突き合わせ位置とする（ステップ１１０）。
【００３４】
しかし、ステップ１０９において比較した結果、検出ギャップ量が上限距離より大きくＧ＞Ｇ２ である場合には、検出ギャップ量Ｇが溶接を行うのに不適切なほど大きいために溶接不可と判断し、判断結果を溶接制御装置（ＮＣ本体）に送出し、アラームなどを発生させて溶接不可を告知する（ステップ１１１）。また、信号制御装置は、ステップ１０９において検出ギャップ量が下限距離より小さくＧ＜Ｇ１ となった場合には、ステップ１０９からステップ１０６に進み、凹処検出ライン６２を設定して検出したワーク表面位置の最も低い値（最下点ｃ）を突き合わせ位置４８と定める（ステップ１０７）。
以上は、突き合わせ位置の検出に凹処検出ラインとギャップラインの両者を用いる場合を示したが、ギャップラインを用いない場合ある。
【００３５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、光ビームを溶接線と交差させて走査してワークの表面位置を求め、シャーやプレスなどによって切断したワーク端部の「だれ」による突き合わせ部の凹処を検出してワーク端部の位置を求めるようにしているため、正確な突き合わせ位置を容易に検出することができる。この場合、検出したワーク表面位置を「だれ」による凹処検出の基準線とすると、ワークが傾いているときなどの場合、基準線がワークと交差せず、「だれ」による凹処を検出することができないことがあるので、ワークの上面より下方に凹処検出ラインを設定し、検出したワークの表面位置が凹処検出ラインと交差した２点間において、最も低い位置となった点をワーク端、すなわち突き合わせ位置とし、突き合わせ位置を確実に検出できるようにしている。
【００３６】
検出した表面位置が予め定めた下限値となったときには、下限値の検出される長さを検出し、その長さが所定値以下であれば、検出長を所定の比に按分する点を突き合わせ位置とすることにより、突き合わせギャップが存在していても正確な突き合わせ位置を求めることができる。しかも、下限値の検出される長さが所定値を超える場合、突き合わせギャップが溶接に不適切な大きさであるとして溶接不可と判断するようにしており、溶接不良の発生を避けることができる。
【００３７】
また、本発明は、下限値の検出による突き合わせギャップの検出の不安定さをなくすため、突き合わせギャップの存在の有無を、凹処検出ラインの下方にギャプ検出ラインを設定し、検出表面位置がこのギャプ検出ラインと交差したか否かによって判断しており、ギャップの検出が容易である。そして、検出表面位置がギャプ検出ラインと交差しない場合、突き合わせギャップは存在しないので、検出表面位置が凹処検出ラインと交差する２点間の距離を予め定めた比に按分する点、または検出表面位置の最も低い点を突き合わせ位置とすることにより、突き合わせ位置を確実に検出できる。この検出表面位置の最も低い点を突き合わせ位置とすると、一方のワークが新しい刃によって切断され、他方のワークが古い刃によって切断されたような場合、加工方法が同じでも「だれ」の状態に相違が生じて按分法を適用することができない場合であっても、突き合わせ位置を正確に求めることができる。
【００３８】
検出表面位置がギャプ検出ラインと交差する場合、突き合わせギャップが存在すると判断し、交差する２点間の距離が予め定めた下限距離と上限距離との間にあれば、この距離を予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置とすることにより、ギャップの存在下に置いても突き合わせ位置を求められる。また、ギャプ検出ラインと検出表面位置との２つの交差間距離が上限距離より大きいときには、溶接に不適当であるために溶接不可としたことにより、溶接不良の発生を未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明の突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法が適用されるレーザ溶接装置の概略を示す正面図である。
【図３】本発明の突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法が適用されるレーザ溶接装置の概略を示す平面図である。
【図４】実施例に係るレーザ位置センサの斜視図である。
【図５】本発明に係る突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法の原理の説明図である。
【図６】実施例に係る突き合わせ位置検出方法のワーク上面の回帰直線とワークとの関係を示す図である。
【図７】実施例に係る突き合わせ位置の求め方の説明図である。
【図８】突き合わせした２つのワークの板厚が異なる場合の凹処検出ラインの設定方法の説明図である。
【図９】２つのワーク間に突き合わせギャップが存在する場合の突き合わせ位置の求め方の説明図である。
【図１０】実施例に係る突き合わせ位置検出方法における外乱による影響を除去する方法の説明図である。
【図１１】実施例に係る凹処検出ラインとギャプ検出ラインとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１、２、３ ワーク
４、５ 溶接線
１８ レーザトーチ
２０ ガイドブロック
２２、３２ ねじ軸
２６ カム装置
３０ レーザ位置センサ
【産業上の利用分野】
本発明は、２つのワークの端面を接触させてレーザビームにより溶接する突き合わせ溶接に係り、特にシャーやプレスなどにより切断されたワークを突き合わせ溶接するのに好適なワーク突き合わせ位置の検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ溶接は、レーザ光を細いビームに絞って溶接をおこなうもので、特に板厚が２ｍｍ以下の薄板を高精度で溶接するのに適している。ところが、レーザ光による突き合わせ溶接においては、板厚が１．６ｍｍ以下の場合、突き合わせ位置に対するレーザビームの位置ずれの許容限界が±０．２ｍｍであり、ビームのずれ量がこれより大きくなると溶接不良を生ずる原因となる。このため、従来からワークの突き合わせ位置を検出する方法が各種提案されており、代表的なものとして次のものがある。
【０００３】
（１）突き合わせ部の裏面から圧縮ガスを吹き付け、突き合わせ部を通過したガスを表面側において検知して突き合わせ位置、すなわち溶接線の位置を検出する方法（特開昭５９−１５０６８５号公報）。
（２）ワークの裏側に配置した発光装置により突き合わせ部に光を照射し、突き合わせ部を透過した光を表面側で検出して突き合わせ位置を検知する方法（特開昭６１−１２３４９４号公報等）。
（３）突き合わせ部をＣＣＤカメラによって撮像し、その明暗を画像処理して突き合わせ位置や突き合わせギャップを検出する方法（特公平３−５０６３５号公報、特開平１−９９７９１号公報等）。
（４）突き合わせ部に渦電流を発生させ、これを磁力線式センサを用いて検出して突き合わせ部の位置を求めたり、電流接触抵抗の変化により突き合わせ位置を求める方法（特開昭５９−１０１２９５号公報、特開昭５９−１５０６８６号公報等）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、圧縮ガスや光を透過させる方法は、突き合わせ部にギャップが存在しないと突き合わせ位置を検出することができない。ところが、レーザ溶接される薄板は、シャーやプレスによって切断加工される場合が多く、このように切断したワークを突き合わせすると、突き合わせギャップを生じないのが普通であるため、圧縮ガスや光を透過させる方法を適用することができない。
【０００５】
また、突き合わせ位置を撮像して検出する方法は、ＣＣＤカメラにより撮像した画像を処理してその濃淡から突き合わせ部である溶接線とそうでない部分とを識別して溶接線を抽出するものであるが、シャーやプレスによって切断したワークのように、端部に「だれ」を有している場合、その部分は暗部となり、ある幅をもつ暗部から±０．２ｍｍ以内の精度で実際の溶接線を検出することは極めて困難である。さらに、画像処理による突き合わせ部の検出は、ワークの表面に傷があった場合に誤判定をしやすく、また処理速度が遅いためにサイクルタイムが長くなる欠点がある。一方、渦電流を検出する方法や電流接触抵抗による方法においても、上記した精度をもって突き合わせ位置を検出することは困難であり、また検出システムが高価となる欠点がある。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、端部に面取りや「だれ」を有するワークの突き合わせ位置を高精度で検出することができる突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法は、表面の端部が漸次低くなっているワークに照射した光ビームを溶接線と交差させて走査し、その反射光から前記ワークの表面位置を求めて前記漸次低くなっているワーク端を検出することを特徴としている。光ビームは、通常の光またはレーザ光を用いて形成できるが、拡散の少ない安定した細いビームが得られるとともに、外乱の影響を受けにくいところから、レーザ光を用いることが望ましい。また、光ビームを走査する場合、溶接線と任意の角度で交差させてもよいが、交差位置の算出が容易であるところから、ビームの走査ラインと溶接線とを直交させるとよい。
【０００８】
凹処を検出する場合、ワークの上面より低い位置に凹処検出ラインを設定し、検出した表面位置が凹処検出ラインと交差した場合に、交差した２点間の検出表面の最も低い位置の点を突き合わせ位置とすることができる。そして、検出した表面位置が予め定めた下限値となった場合、この下限値の検出された長さが予め定めた値以下であるときには、下限値検出長さを予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置とする。しかし、検出した表面位置が予め定めた下限値となった場合において、この下限値の検出された長さが予め定めた値より大きいときは、溶接不可とする。
【０００９】
また、凹処検出ラインの下方の予め定めた位置にギャップ検出ラインを設定し、検出した表面位置がギャプ検出ラインと交差しなかった場合に、検出表面位置と凹処検出ラインとの交差した２点間における検出表面位置の最も低い位置の点を突き合わせ位置とする。さらに、凹処検出ラインの下方の予め定めた位置にギャップ検出ラインを設定し、検出した表面位置がギャプ検出ラインと交差しなかった場合に、検出表面位置が凹処検出ラインと交差した２点間の距離を求め、この検出距離を予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置とすることもできる。
【００１０】
検出した表面位置が前記ギャプ検出ラインと交差した場合、検出表面とギャプ検出ラインとの交差した２点間の距離を求め、この検出距離が予め定めた下限距離と上限距離との間にあるときには、検出距離を予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置とする。しかし、検出した表面位置がギャプ検出ラインと交差した場合に、検出表面とギャプ検出ラインとの交差した２点間の距離が予め定めた上限距離より大きいときには、溶接不可とする。さらに、検出した表面位置がギャプ検出ラインと交差した場合に、検出表面とギャプ検出ラインとの交差した２点間の距離が予め定めた下限距離より小さいときには、交差した２点間における検出表面位置の最も低い位置の点を突き合わせ位置とする。
【００１１】
なお、凹処検出ラインは、突き合わせした２つのワークごとに独立して設定することができる。また、検出した表面位置が凹処検出ラインを上から下に横切る場合、光ビームの予め定めた走査距離の間に、検出表面位置が凹処検出ラインを下から上に横切ったときは、先の上から下への交差を無視し、検出した表面位置が凹処検出ラインを下から上に横切る場合、光ビームの予め定めた走査距離の間に、検出表面位置が凹処検出ラインを上から下に横切ったときは、先の下から上への交差を無視するとよい。
【００１２】
【作用】
上記のごとく構成した本発明は、本発明によれば、光ビームを溶接線と交差させて走査してワークの表面位置を求め、シャーやプレスなどによって切断したワーク端部の「だれ」による突き合わせ部の凹処を検出してワーク端部の位置を求めるようにしているため、正確な突き合わせ位置を容易に検出することができる。この場合、ワークの表面は、微小な凹凸が存在するので、「だれ」による凹処を検出するための基準線を設定する必要があり、検出したワーク表面位置を「だれ」による凹処検出の基準線とすると、ワークが傾いているときなどの場合、基準線がワークと交わらず、「だれ」による凹処を検出することができないことがあるので、ワークの上面より下方に凹処検出ラインを設定し、検出したワークの表面位置が凹処検出ラインと交差した２点間において、最も低い位置となった点をワーク端、すなわち突き合わせ位置とする。なお、凹処検出ラインは、光ビームを走査したときに、最初と最後の部分における予め定めた検出数から最小二乗法により上面位置の回帰直線を求め、これをワークの深さ方向（マイナスＺ方向）に予め定めた量だけ平行移動させて設定する。
【００１３】
検出した表面位置が予め定めた下限値となったときには、突き合わせしたワーク間に突き合わせギャップが発生していると見なせるため、突き合わせ位置を特定することができない。そこで、このような場合、そのギャップ長を検出し、検出ギャップ長が所定値以下であれば、検出ギャップ長を所定の比に按分する点を突き合わせ位置とすることにより、ギャップが存在していても正確な突き合わせ位置を求めることができる。そして、下限値の検出される長さが所定値を超える場合、突き合わせギャップが溶接に不適切な大きさであるとして溶接不可と判断し、溶接不良の発生を未然に防止する。なお、按分比は、突き合わせた２つのワークの切断加工方法が同じ（例えば、シャーとシャー、プレスとプレス）であれば、「だれ」の状態が同じであるため１対１にする。２つのワーク間において切断加工方法がシャーとプレスのように異なっている場合には、「だれ」の状態が異なるので、実験等によって予め按分比を定める。
【００１４】
突き合わせギャップの存在の有無は、凹処検出ラインの下方にギャプ検出ラインを設定し、検出表面位置がこのギャプ検出ラインと交差したか否かによっても判断することができる。このようにすると、下限値を検出する不安定さをなくして突き合わせギャプを容易に検出することができる。そして、検出表面位置がギャプ検出ラインと交差しない場合、突き合わせギャップは存在しないので、検出表面位置が凹処検出ラインと交差する２点間の距離を予め定めた比に按分する点、または検出表面位置の最も低い点を突き合わせ位置とする。この検出表面位置の最も低い点を突き合わせ位置とすると、一方のワークが新しい刃によって切断され、他方のワークが古い刃によって切断されたような場合、加工方法が同じでも「だれ」の状態に相違が生じて按分法を適用することができない場合であっても、突き合わせ位置を正確に求めることができる。
【００１５】
一方、検出表面位置がギャプ検出ラインと交差する場合、突き合わせギャップが存在すると判断し、交差する２点間の距離が予め定めた下限距離と上限距離との間にあれば、この距離を予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置とすることにより、突き合わせギャップが存在していても突き合わせ位置を求めることができる。しかし、ギャプ検出ラインと検出表面位置との２つの交差間距離が上限距離（例えば０．１５ｍｍ）より大きいときには、突き合わせギャップが溶接可能なギャップより大きいため、溶接不可とする。逆に、ギャプ検出ラインと検出表面位置との２つの交差間距離が下限距離（例えば、０．０５ｍｍ）より小さいときには、突き合わせギャップは小さいので、検出表面位置の最も低い位置を突き合わせ位置として差し支えない。なお、厚さの異なる２つのワークを突き合わせ溶接する場合があるので、各ワークの厚さに応じて凹処検出ラインを異ならせて設定する。また、ワークの微小な凹凸や外乱によるノイズが測定値に含まれる場合があるので、検出した表面位置と凹処検出ラインとの連続した２つの交差位置間の距離が予め定めた基準値以下である場合には、これら２点においてワークの表面が凹処検出ラインと交差しなかったものとして検出値を無視し、ノイズの影響を排除する。
【００１６】
【実施例】
本発明に係る突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法の好ましい実施例を、添付図面に従って詳細に説明する。
図２は、本発明の実施例に係る突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法が適用されるレーザ溶接装置の概略を示す正面図であり、図３はその平面図である。
【００１７】
これらの図において、上面に溶接するワーク１、２、３を配置したベッド１０の両側にサポート１２、１４が設けてあり、これらのサポート１２、１４間にガイドビーム１６が渡してある。そして、ガイドビーム１６の上部には、アーム１７を介してレーザ溶接トーチ１８を取りつけたガイドブロック２０が配設してある。このブロック２０は、ワーク１、２、３を突き合わせた溶接線４、５に沿ってトーチ１８を案内するもので、下部がビーム１６に摺動自在に嵌合しており、上部がねじ軸２２と螺合している。そして、このねじ軸２２の両端は、サポート１２、１４に軸支されているとともに、一端がサポート１４にブラケット２３を介して取り付けたモータ２４に接続してあり、モータ２４が回転することによって回転させられ、ガイドブロック２０を介してレーザ溶接トーチ１８を図の左右方向に移動させる。また、アーム１７は、レーザ溶接トーチ１８をガイドブロック２０に対して進退させ、トーチ１８を溶接線４、５と直交した方向に移動させる。
【００１８】
一方、ガイドビーム１６の下部には、カム装置２６が設けてある。このカム装置２６は、ブラケット２８を介して取り付けたレーザ位置センサ３０を、図２の紙面と直交した方向に直線的に往復動させるもので、例えば円筒カムによって構成してある。そして、カム装置２６は、上端部がビーム１６の下部に摺動自在に嵌合し、ビーム１６に沿って図の左右方向に案内されるようになっている。さらに、カム装置２６は、サポート１２、１４に軸支してあるねじ軸３２と螺合しており、ねじ軸３２が回転することによってガイドビーム１６に沿って案内され、図の左右方向に移動するようになっている。そして、ねじ軸３２は、サポート１４にブラケット３４を介して取り付けたモータ３６に接続され、モータ３６によって回転させられるようになっている。なお、図３に示した符号３８は、カム装置２６を駆動してレーザ位置センサ３０を往復動させる駆動モータである。
【００１９】
レーザ位置センサ３０は、例えば図４のように構成してあり、傾斜面が受光部４２および発光部４４となっている。そして、発光部４４が投光したレーザビームのワークからの反射光を受光部４２で受け、散乱光を集光した位置のずれ検知することにより、ワークの高さの変位を検出するようになっている。なお、レーザ位置センサ３０を往復動させる機構は、前記のカム装置２６に限定されず、シリンダやねじ軸等によって行ってもよい。
【００２０】
溶接線４、５の検出は、図５（１）のようにレーザ位置センサ３０を矢印５０のように溶接線４、５と直交した方向に移動させることにより行う。そして、ワーク１とワーク２との溶接線４を求める場合、ワーク２の幅方向両端近くのＡ、Ｂにおいてレーザビーム５２を走査し、例えば０．０１ｍｍごとにワークの表面位置を検出し、これらのＡ、Ｂの位置における２つのワーク１、２の突き合わせ位置を検出して溶接線を決定する。
【００２１】
すなわち、溶接するワーク１をシャーによって切断加工し、ワーク２、３をプレスによって切断加工した場合、図５（２）に示したように、切断部であるワークの端部が漸次低くなる、いわゆるだれ４６、４７を生じ、突き合わせ位置４８において深さδの微小な凹みを形成する。従って、このだれ４６、４７の端部を検出することにより、突き合わせ位置４８を求めることができる。この突き合わせ位置４８の検出は、レーザ位置センサ３０の検出信号をコンピュータなどの信号処理装置に入力して行われる。
【００２２】
すなわち、突き合わせ位置を含むＺ方向（ワークの厚さ方向）のレーザ位置センサ３０の検出データ、すなわちワーク１、２の表面位置のデータを所定の走査ピッチごとに信号処理装置に入力し、突き合わせ位置４８を算出させる。実施例においては、レーザ位置センサ３０の走査長さを６ｍｍで、０．０１ｍｍごとにデータの取り込みを行った。このようにして得たデータによるワークの表面形状の一例を図６（１）の実線に示した。
【００２３】
次に、ワーク１、２の突き合わせ部の微小な凹みの幅を検出するための基準線を設定する。この基準線は、まず、取り込んだデータから最小二乗法によりワークの上面の回帰直線を演算することにより求める。この回帰直線の演算は、レーザ位置センサ３０による走査の開始部と終了部の予め定めた複数個のデータ、例えば開始時の２０個と終了時の２０個のデータを用いて行う。図６（１）に示した破線６０は、このようにして得た回帰直線である。
【００２４】
ところで、図６（２）のようにワークが傾いている場合、あるいは図６（３）のように突き合わせをした２つのワークの間に厚さの相違がある場合、回帰直線６０が一方のワークと交差せず、突き合わせ部の凹み幅を検出することができなくなる。そこで、図６（１）に示したように、回帰直線６０を予め定めた距離だけ下方（マイナスＺ方向）に平行移動して凹処検出ライン６２を設定する。そして、一般的には、検出したワークの表面位置がこの凹処検出ライン６２と交差した２点ａ、ｂ間の幅ｄを求め、この幅ｄを予め定めた比ｍ：ｎに按分する点を突き合わせ位置４８とする。これは、次の理由による。
【００２５】
例えば、ワーク１をシャーによって切断し、ワーク２をプレスによって切断した場合、一般にシャーはプレスよりシャープな切断ができるため、図５（２）に示したように、ワーク１のだれ４６とワーク２のだれ４７とではその形状が異なる。このため、図７（１）に拡大して示したように、ワーク１が凹処検出ライン６２と交差した点ａから突き合わせ位置４８までの距離と、ワーク２が凹処検出ライン６２と交差した点ｂから突き合わせ位置４８までの距離とが異なることになり、検出幅ｄの中間点を突き合わせ位置としたのでは、実際の突き合わせ位置４８とずれるためである。この按分する比ｍ：ｎは、切断方法、ワークの材質、板厚等に応じて予め実験などによって定めておく。また、突き合わせ溶接する２つのワークの切断加工方法がシャーとシャー、プレスとプレスのように同じであれば、ｍ：ｎは１：１とする。
【００２６】
また、図６（１）に示したように、検出したワークの表面位置の最も低い点（最下点）ｃを検出することによっても突き合わせ位置４８をもとめることができる。この最下点ｃを検出して合わせ位置４８を求める利点は、図７（２）のような場合である。すなわち、溶接する２つのワーク１、２の切断加工方法が同じであったとしても、例えはワーク１を使い古した刃によって切断し、ワーク２を新しい刃によって切断したとすると、古い刃による切断は「だれ」が大きくなるため、突き合わせ面に段差を生ずる。このため、検出幅ｄの中心位置ｅを突き合わせ位置とすると、実際の突き合わせ位置４８からずれてしまう。そこで、このような場合、最下点ｃを検出することにより、正確な突き合わせ位置４８を求めることができる。
【００２７】
なお、図６（３）に示したように、突き合わせた２つのワーク間において厚さが相違している場合、図８に示したように凹処検出ラインの位置をワークの厚さに応じて異ならせる。すなわち、前記したようにレーザ位置センサ３０を走査して取り込んだデータからワーク１に対する回帰直線６０ａと、ワーク２に対する回帰直線６０ｂとを求め、これらの回帰直線６０ａ、６０ｂを予め定めた値Ｚ０ だけマイナスＺ方向にシフトさせて凹処検出ライン６２ａ、６２ｂを設定する。そしてワーク表面の検出値が上方から下方に（または下方から上方に）に凹処検出ライン６２ａを切った点と、凹処検出ライン６２ｂを下方から上方に（または上方から下方に）切った点とを検出し、この２点間の幅ｄを予め求めた比ｍ：ｎに按分する点を突き合わせ位置４８とする。
【００２８】
ところで、レーザ位置センサ３０を走査した位置において、突き合わせたワーク１、２との間にギャップが存在する場合、最下点ｃを検出して突き合わせ位置４８を求めようとしても、ギャップの存在によって最下点ｃを得ることができない。すなわち、突き合わせたワーク間にギャップが存在すると、図９のように検出したワーク表面位置が通常の検出値よりはるかに低い値となる。そこで、ワークの厚さを考慮した下限値を設定しておき、検出値がこの下限値になった場合、突き合わせギャップが存在すると判断する。そして、設定した下限値が得られる範囲を突き合わせギャップＧとして検出し、このギャップＧを予め定めた比ｍ：ｎに按分する点を突き合わせ位置４８とする。
【００２９】
なお、例えば図１０（１）の左から右方向にレーザ位置センサ３０を走査したときに、ワークの凹凸や外乱により、符号Ｐ、Ｑのように数個の検出値を得る間に、検出表面位置が凹処検出ライン６２と複数回交差するような場合がある。そして、破線ｑの位置が本来の交差位置であるのに、実線ｐの位置を交差位置としてしまうと、検出幅ｄ’が実際の幅ｄより広くなり、これをｍ：ｎに按分した点ｆは、実際の突き合わせ位置４８とずれてしまう。そこで、このような不都合を避けるため、検出値が凹処検出ライン６２を上から下に横切る場合、予め定めた検出数（例えば１０個）以内に再び測定値が凹処検出ライン６２を上方に横切ったときは、外乱であるとして最初に上から下に横切った位置を幅ｄの検出に採用しないようにする。最下点ｃの右側において、検出値が凹処検出ライン６２を下から上に横切る場合も同様である。
【００３０】
また、最下点ｃを求める場合、やはり外乱により、検出値の１つまたは２〜３個が凹処検出ライン６２を下回り、しかも図１０（２）の符号ｓに示したように、最下点ｃを下回る場合がある。そこで、このような場合の最下点ｃの誤検出を避けるため、最下点ｃを求める場合、検出値が所定個数（例えば１０個）連続して凹処検出ライン６２ａ、６２ｂを下回っている検出値群の中の最も小さな検出値を、突き合わせ位置４８を示す最下点ｃとする。
【００３１】
図１は、上記の突き合わせ位置の検出方法の実施例の具体的な手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートは凹処検出ラインとギャップラインの両者を用いる場合を示している。
まず、ステップ１０１に示したように、レーザ位置センサ３０を溶接線に直交させて走査する。そして、図示しない信号処理装置は、レーザ位置センサ３０の所定走査ピッチごとにワーク表面の位置データをセンサ３０から取り込む（ステップ１０２）。次に、信号処理装置は、取り込んだデータの始めのＮ個と終わりのＮ個のデータを用い、最小二乗法によってワークの上面に対応した回帰直線６０を演算する（ステップ１０３）。その後、信号処理装置は、突き合わせギャップＧを検出するために、図１１に示したように、回帰直線６０をマイナスＺ方向にＺ１ （例えば０．１ｍｍ）だけ平行移動させ、ギャプ検出ライン７０を設定する（ステップ１０４）。なお、このギャプ検出ライン７０は、後述するように、凹処検出ライン６２よりも低い位置に設定される。
【００３２】
次に、信号処理装置は、検出したワークの表面位置がギャプ検出ライン７０と交差しているか否かを調べる（ステップ１０５）。そして、信号処理装置は、検出表面位置がギャプ検出ライン７０と交差していない場合、ステップ１０６に示したように、回帰直線６０をＺ０ （例えば０．０２ｍｍ）だけ下方にシフトさせて凹処検出ライン６２を作成する。その後、信号処理装置は、ワーク表面の検出値と凹処検出ライン６２とを比較し、前記した外乱による誤検出を避けるため、連続している凹処検出ライン６２を下回っている検出値群のうち、最もマイナス方向、すなわち最も低い表面位置（最下点ｃ）を選びだし、これを突き合わせ位置４８とする（ステップ１０７）。なお、この場合、検出したワーク表面位置と凹処検出ラインとの２つの交差位置間を予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置としてもよい。
【００３３】
一方、信号処理装置は、検出したワークの表面位置がギャプ検出ライン７０と交差する場合には、ステップ１０５からステップ１０８に進み、検出表面位置がギャプ検出ライン７０と交差する２点Ｙ１ 、Ｙ２ 間の距離をギャップ量Ｇとして求める。この検出されたギャップ量Ｇは、予め定めてある下限距離Ｇ１ （例えば０．０５ｍｍ）と上限距離Ｇ２ （例えば０．１５）と比較される（ステップ１０９）。そして、Ｇ１ ≦Ｇ≦Ｇ２ であれば、この検出ギャップ量Ｇを予め定めた比ｍ：ｎに按分する点を突き合わせ位置とする（ステップ１１０）。
【００３４】
しかし、ステップ１０９において比較した結果、検出ギャップ量が上限距離より大きくＧ＞Ｇ２ である場合には、検出ギャップ量Ｇが溶接を行うのに不適切なほど大きいために溶接不可と判断し、判断結果を溶接制御装置（ＮＣ本体）に送出し、アラームなどを発生させて溶接不可を告知する（ステップ１１１）。また、信号制御装置は、ステップ１０９において検出ギャップ量が下限距離より小さくＧ＜Ｇ１ となった場合には、ステップ１０９からステップ１０６に進み、凹処検出ライン６２を設定して検出したワーク表面位置の最も低い値（最下点ｃ）を突き合わせ位置４８と定める（ステップ１０７）。
以上は、突き合わせ位置の検出に凹処検出ラインとギャップラインの両者を用いる場合を示したが、ギャップラインを用いない場合ある。
【００３５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、光ビームを溶接線と交差させて走査してワークの表面位置を求め、シャーやプレスなどによって切断したワーク端部の「だれ」による突き合わせ部の凹処を検出してワーク端部の位置を求めるようにしているため、正確な突き合わせ位置を容易に検出することができる。この場合、検出したワーク表面位置を「だれ」による凹処検出の基準線とすると、ワークが傾いているときなどの場合、基準線がワークと交差せず、「だれ」による凹処を検出することができないことがあるので、ワークの上面より下方に凹処検出ラインを設定し、検出したワークの表面位置が凹処検出ラインと交差した２点間において、最も低い位置となった点をワーク端、すなわち突き合わせ位置とし、突き合わせ位置を確実に検出できるようにしている。
【００３６】
検出した表面位置が予め定めた下限値となったときには、下限値の検出される長さを検出し、その長さが所定値以下であれば、検出長を所定の比に按分する点を突き合わせ位置とすることにより、突き合わせギャップが存在していても正確な突き合わせ位置を求めることができる。しかも、下限値の検出される長さが所定値を超える場合、突き合わせギャップが溶接に不適切な大きさであるとして溶接不可と判断するようにしており、溶接不良の発生を避けることができる。
【００３７】
また、本発明は、下限値の検出による突き合わせギャップの検出の不安定さをなくすため、突き合わせギャップの存在の有無を、凹処検出ラインの下方にギャプ検出ラインを設定し、検出表面位置がこのギャプ検出ラインと交差したか否かによって判断しており、ギャップの検出が容易である。そして、検出表面位置がギャプ検出ラインと交差しない場合、突き合わせギャップは存在しないので、検出表面位置が凹処検出ラインと交差する２点間の距離を予め定めた比に按分する点、または検出表面位置の最も低い点を突き合わせ位置とすることにより、突き合わせ位置を確実に検出できる。この検出表面位置の最も低い点を突き合わせ位置とすると、一方のワークが新しい刃によって切断され、他方のワークが古い刃によって切断されたような場合、加工方法が同じでも「だれ」の状態に相違が生じて按分法を適用することができない場合であっても、突き合わせ位置を正確に求めることができる。
【００３８】
検出表面位置がギャプ検出ラインと交差する場合、突き合わせギャップが存在すると判断し、交差する２点間の距離が予め定めた下限距離と上限距離との間にあれば、この距離を予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置とすることにより、ギャップの存在下に置いても突き合わせ位置を求められる。また、ギャプ検出ラインと検出表面位置との２つの交差間距離が上限距離より大きいときには、溶接に不適当であるために溶接不可としたことにより、溶接不良の発生を未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明の突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法が適用されるレーザ溶接装置の概略を示す正面図である。
【図３】本発明の突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法が適用されるレーザ溶接装置の概略を示す平面図である。
【図４】実施例に係るレーザ位置センサの斜視図である。
【図５】本発明に係る突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法の原理の説明図である。
【図６】実施例に係る突き合わせ位置検出方法のワーク上面の回帰直線とワークとの関係を示す図である。
【図７】実施例に係る突き合わせ位置の求め方の説明図である。
【図８】突き合わせした２つのワークの板厚が異なる場合の凹処検出ラインの設定方法の説明図である。
【図９】２つのワーク間に突き合わせギャップが存在する場合の突き合わせ位置の求め方の説明図である。
【図１０】実施例に係る突き合わせ位置検出方法における外乱による影響を除去する方法の説明図である。
【図１１】実施例に係る凹処検出ラインとギャプ検出ラインとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１、２、３ ワーク
４、５ 溶接線
１８ レーザトーチ
２０ ガイドブロック
２２、３２ ねじ軸
２６ カム装置
３０ レーザ位置センサ
Claims (11)
- 表面の端部が漸次低くなっているワークに照射した光ビームを溶接線と交差させて走査し、その反射光から前記ワークの表面位置を求めて、前記ワークの上面より低い位置に凹処検出ラインを設定し、検出した表面位置が前記凹処検出ラインと交差した場合に、交差した２点間の検出表面位置の最も低い位置の点を突き合わせ位置とすることを特徴とする突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法。
- 表面の端部が漸次低くなっているワークに照射した光ビームを溶接線と交差させて走査し、その反射光から前記ワークの表面位置を求めて、前記ワークの上面より低い位置に凹処検出ラインを設定し、検出した表面位置が前記凹処検出ラインと交差した場合に、交差した２点間の距離を求め、この検出距離を予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置とすることを特徴とする突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法。
- 前記凹処検出ラインの下方の予め定めた位置にギャップ検出ラインを設定し、前記検出した表面位置が前記ギャップ検出ラインと交差した場合に、検出表面位置と前記ギャップ検出ラインとの交差した２点間の距離を求め、この検出距離が予め定めた下限距離と上限距離との間にあるときには、検出距離を予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置とすることを特徴とする請求項１または２に記載の突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法。
- 前記凹処検出ラインの下方の予め定めた位置にギャップ検出ラインを設定し、前記検出した表面位置が前記ギャップ検出ラインと交差した場合に、検出表面位置と前記ギャップ検出ラインとの交差した２点間の距離を求め、この検出距離が予め定めた上限距離より大きいときには、溶接不可とすることを特徴とする請求項１または２に記載の突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法。
- 前記凹処検出ラインの下方の予め定めた位置にギャップ検出ラインを設定し、前記検出した表面位置が前記ギャップ検出ラインと交差した場合に、検出表面位置と前記ギャップ検出ラインとの交差した２点間の距離を求め、この検出距離が予め定めた下限距離より小さいときには、交差した２点間における検出表面位置の最も低い位置の点を突き合わせ位置とすることを特徴とする請求項１または２に記載の突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法。
- 前記凹処検出ラインは、突き合わせした２つのワークごとに設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法。
- 前記検出した表面位置が前記凹処検出ラインを上から下に横切る場合、前記光ビームの予め定めた走査距離の間に、検出表面位置が前記凹処検出ラインを下から上に横切ったときは、先の上から下への交差を無視し、前記検出した表面位置が前記凹処検出ラインを下から上に横切る場合、前記光ビームの予め定めた走査距離の間に、検出表面位置が前記凹処検出ラインを上から下に横切ったときは、先の下から上への交差を無視することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法。
- 前記検出した表面位置が予め定めた下限値となった場合において、この下限値の検出された長さが予め定めた値以下であるときは、下限値検出長さを予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置とすることを特徴とする請求項１または２に記載の突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法。
- 前記検出した表面位置が予め定めた下限値となった場合において、この下限値の検出された長さが予め定めた値より大きいときは、溶接不能とすることを特徴とする請求項１または２に記載の突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法。
- 表面の端部が漸次低くなっているワークに照射した光ビームを溶接線と交差させて走査し、その反射光から前記ワークの表面位置を求めて、検出した表面位置が予め定めた下限値となった場合において、この下限値の検出された長さが予め定めた値以下であるときは、前記長さを予め定めた比に按分する点を突き合わせ位置とすることを特徴とする突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法。
- 表面の端部が漸次低くなっているワークに照射した光ビームを溶接線と交差させて走査し、その反射光から前記ワークの表面位置を求めて、検出した表面位置が予め定めた下限値となった場合において、この下限値の検出された長さが予め定めた値より大きいときは、溶接不能とすることを特徴とする突き合わせ溶接のワーク突き合わせ位置検出方法。
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