JPH0252184A - 突合せ溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属板、金属線あるいはこれらを成形加工した
部材の突き合わせ溶接に関する。

〔従来の技術〕

金属板、金属線あるいはこれらを成形加工した部材を突
き合わせ溶接するに当たっては、特に金属板や線材が比
較的薄くあるいは細い場合には。

アプセットバット溶接、フラッシュバット溶接等の突合
せ抵抗溶接法、あるいは、レーザー、電子ビームなどの
高エネルギービーム溶接法が多く用いられている。

アプセットバット溶接方法は、互いに溶接すべき二つの
部材を固定台と移動台にそれぞれクランプして、移動台
を固定台に向けて前進運動させ。

被溶接物の突合せ端面を突き合わせたのち所定の加圧力
を作用せしめつつ、部材間に電流を通電して被溶接物の
固有抵抗及び突合せ面における接触抵抗等による抵抗発
熱により被溶接部材を加熱し、かつ部材に塑性変形を生
ぜしめて接合する。

また、フラッシュバット溶接方法は、上記アプセットバ
ット溶接と同様な部材配置と工程で行うが、溶接工程中
に部材間にフラッシュを発生させて、より効率良く発熱
させるものである。

これらの抵抗溶接では、溶接材料が不用であること、短
時間で溶接できるため高能率であること、接合すべき部
材の端部加工にさほど高い精度を要求しないことなど、
経済上のメリットが大きい。

また、全断面を同時に接合するという特徴があり、溶接
線を端部から順次溶接する、アーク溶接やビーム溶接に
よる溶接に比較して、溶接部の温度勾配に起因する歪の
問題が小さいという特徴がある。

フラッシュバット溶接とアプセットバット溶接の比較で
は、フラッシュバット溶接では溶接前の端部加工がより
ラフでも実行可能であるという特徴があり、一方、アプ
セットバット溶接では溶接工程中にフラッシュの発生を
伴わないため作業環境を汚さず精密な制御装置を必要と
するラインの自動化に適しているなど、それぞれ特徴が
みられる。

バット溶接方法に付いては例えば特開昭６１−３８７８
７号公報、特開昭６１−３８７８８号公報等に記載され
ている。

高エネルギービーム溶接方法は、溶接部にレーザビーム
或は高エネルギーの電子ビームを照射する事により溶融
し溶接する方法であって、エネルギー密度の高い集中熱
源であることから加熱溶融範囲が狭く、溶接対象物の材
質的ないしは幾何学的形状の変化が起きる範囲が狭くな
り、また高能率であることから経済上のメリットが大き
く広く利用されている。

例えば、溶接管の造管においては、金属板をパイプ状に
屈曲させて端部をクサビ形に対向させてクサビの頂点部
に高周波電流を通電して加熱しかつ、そこにレーザビー
ムを照射する（特公昭６１−２９８３０号公報）、また
、板の突合せ溶接においては、開先間隙を予備溶接し、
この溶接部にレーザビームを照射して本溶接をする（特
開昭５７−１６０５８２号公報）、また予熱および本溶
接共にレーザ照射で行なう提案もある（特開昭６０−１
２１０９３号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

バット溶接方法は、上記利点が享受できる反面以下のよ
うな欠点を持っている。

■発熱のための電気的に大きなパワー、および、加圧の
ための機械的な大きなパワーが必要である。

■接合界面に大きな余盛りができるため溶接後の削除が
必要であり、工程が増えるばかりか材料のロスが多く歩
留りが悪い。

■接合界面、特に溶接端部、に於て酸化物や冷接などの
欠陥が残り易く、またこれらの欠陥に対する適切な非破
壊検査方法が無いため、抜取りによる破壊検査を用いて
品質の安定確保を図らなければならない故に、高い信頼
性を要求される部材について品質保証の点でもコストア
ップの大きな要因となっている。

一方、高エネルギービーム溶接方法には以下のような欠
点がある。

■集中熱源であるために突合せ精度が要求され、前工程
に手間が掛かる。これの対策として、特開昭５７−１６
０５８２号公報では、予備溶接した後エネルギービーム
を照射して溶接する方法が開示されている。

■溶接対象物が急速加熱および急速冷却されるため、過
度の硬化などを生じ、望ましくない材質的変化を来す。

１′１）溶接終点での溶接対象物端部の引けや、溶接部
断面におけるアンダーカットやへこみ等、溶融金属不足
による、溶接終了後では手直しの出来ない、また加工さ
れたものの機械的強度に悪影響を及ぼす、ビート形状の
不良を起し易い。

尚、あらかじめレーザ照射により電気的に接触させ、そ
の後通電し抵抗発熱させる電気溶接方法が特開昭５７−
２０２９８５号公報で開示されているが、これは、著し
く相異なる熱容敏をもった２つの被溶接物を効率よく接
合するためのものである。

本発明は前記二溶接方法の欠点を互いに相殺、或は一方
の欠点を他方の長所で補うことにより、ただ単に二つの
溶接方法を組み合せただけに留まらず、全く新しい溶接
方法を実現する装置を提供することを目的とするもので
ある。

〔課題を解決しようとする手段〕

前述の従来の問題を改善するため１本発明者は。

金属材料を突き合わせバット溶接方法により高エネルギ
ービーム溶接のための間隙のない溶接線を形成したのち
、該バット溶接実行時の抵抗発熱による入熱量及び加圧
力に基づいて決定される出力の高エネルギービームを該
溶接線に沿って照射して溶接する方法であって、かつ必
要に応じて照射前、照射後のうちのｌ工程或は２工程以
上に於て、該金属材料に通電し加熱する、バット溶接を
併用した高エネルギービーム溶接方法を提供した（特願
昭６２−２２１５６２号）。本発明はこのような溶接方
法を高い信頼度で実施する装置を提供するものである。

まず該溶接方法を説明すると、具体例として、ここで、
本発明の一実施例を示す第１図を参照して説明すると、
リング状に成形され突合せ端部が開いておりその溶接が
必要な車輪用材１００を突合せ溶接して完全リング状の
車輪材にする際の基本的構成を示す。８は車輪用材１０
０の開いた端部を突き合わせて加圧する際の油圧シリン
ダ、６および７は、車輪用材１００の対向端部をクラン
プするための油圧シリンダである。また２３は、炭酸ガ
スレーザ光束を照射するためのレーザトーチであって、
アルゴンガスあるいはヘリウムガス等の、加工する際の
ガスを噴射できる。

バット溶接による前記溶接対象物への通電は。

突合せ部の抵抗発熱により溶接対象物を加熱昇温し、軟
化させうる。加圧は前記昇温された溶接部を互いに押し
付けることにより接合界面に塑性変形を与え、馴染みを
良くしうるとともに小さな余盛りを形成しうる。これに
より高エネルギービーム照射に必要な１間隙のない突合
せ端部が得られ、また小さな余盛りが高エネルギービー
ムを照射する際に溶接材料の代替物として働く。このと
き、高エネルギービームを照射して溶融すべき板厚は、
前記溶接対象物の本来の厚みに予備的バット溶接により
生じた余盛りの高さを含めたものとなる。

余盛り形成は、バット溶接時の溶接電流値と加圧力の強
さにより決まり、従って高エネルギービームの出力は、
前記予備的バット溶接時の抵抗発熱による入熱量及び加
圧力に基づいて決定されなければならない。そして前記
高エネルギービームの照射は、前記予備的なバット溶接
により得られた不完全な接合界面を溶融し溶接しうる。

前記バット溶接後高エネルギービーム照射前。

照射中、照融後、のうちｌ工程或は２工程以上に於ての
通電は、接合界面及び該金属材料中における抵抗発熱に
よって、前記高エネルギービームによる溶接対象物の急
速加熱、急速冷却を緩和し。

溶接部の過度の硬化を防止しつる。

また、高エネルギービームとしてレーザ光束を用いる場
合には、該金属材料の溶融を容易ならしめるアルゴンガ
ス或は他の加工ガスを吹き付けることが出来る。アルゴ
ンガスを用いた場合は、レーザ光束照射による溶融幅は
広くなり、ヘリウムガスを用いた場合は、アルゴンガス
の場合に比較して溶融幅は狭くなる。加工ガスとしてど
ちらを用いるべきか、或はこれらの混合ガス、或は他の
どのガスを用いるかは、該溶接対象物の冶金的性質と、
余盛り形状、板厚を勘案して決定する必要がある。

このようなバット溶接と高エネルギービーム溶接の併用
において、バット溶接により溶接線が形成されるが、細
かくはこの溶接線が溶接線の長さ方向でそれと直交する
方向に曲がり、高エネルギービーム例えばレーザビーム
の照射径が極く小さいので、レーザビームの照射点が溶
接線の中央に対してずれる箇所を生ずる。

前述のような溶接方法を実施するため、またバット溶接
の後のレーザビームの照射をバット溶接線の中央に倣わ
せるために、本発明の突合せ溶接装置は、Ｘ方向に延び
、溶接対象材を支持するための第１部材（１０＋　１）
；　Ｘ方向に延び、Ｘ方向に実質上直交する２方向で第
１部材に対向する第２部材（１０１２）；第１部材（１
（ｈ　１）と第２部材（１０１２）の少くとも一方を他
方に向けて駆動する第１駆動手段（６）　；　Ｘ方向に
延び、Ｘ方向およびＺ方向と実質上直交するＸ方向で第
１部材（１０＋　１）に対向する第３部材（１０２１）
；Ｘ方向に延び、２方向で第３部材（１（ｈ　ｔ　）と
対向する第４部材（１（ｈ　２　）　；第３部材（１０
２１）と第４部材（１０２２）の少くとも一方を他方に
向けて駆動する第２駆動手段（７）；第３部材（１０２
１ＬＬ１２材（１，０２２）および第２駆動手段（７）
をＸ方向に移動自在に支持するＸ移動支持手段（４）　
；　Ｘ移動支持手段（４）をＸ方向に駆動する第３駆動
手段（８）；第１部材（ｌｌｈ　１）と第２部材（１（
ｈ　２　）の少くとも一方（］（ｈｔ）と、第３部材（
１０２＋　）と第４部材（＋（ｈ　２　）の少くとも一
方（１０２ｔ　）の間の溶接対象材（１００）に通電す
る電源装置（４０，４１）　；第１部材（１０＋＋）と
第３部材（１０２＋　）の間の空間を指向したレーザト
ーチ（２３）を有するレーザビーム照射手段（２２）　
；該レーザビーム照射手段を支持する支持手段（１９）
　；該支持手段（１９）をＸ方向に走査駆動するｙ走査
駆動手段（Ｍｙ）　；前記支持手段（１９）をＸ方向に
駆動するＸ駆動手段（Ｍｘ）；第１部材（ＩＩ）＋　＋
　）と第３部材（１０２＋　）の間の突合せ溶接線のＸ
方向位置を検出する位置検出手段（２４，４９）　；お
よび、第１駆動手段（６）および第２駆動手段（７）を
付勢し。

第３駆動手段（８）を付勢し、そして前記電源装置（４
０，４１）を付勢した後、ｙ走査駆動手段（Ｍｙ）を付
勢して位置検出手段（２４，４９）が検出した位置に対
応してＸ駆動手段（Ｍｘ）を付勢してレーザトーチ（２
３）を突合せ溶接線に倣わせかっレーザビーム照射手段
（２２）を付勢する溶接制御手段（４４，３９）　；を
備える。

〔作用〕

この突合せ溶接装置によれば、前述のバット溶接に続い
て、照射点をバット溶接線の中央に倣わせたレーザビー
ム溶接が自動的に実現する。したがって、前述のバット
溶接を併用した高エネルギービーム溶接が自動的に実現
しかつ、レーザビーム溶接の品質が向上する。また、レ
ーザビーム溶接の前１間、および後の、前記バット溶接
用の電源装置を用いた加熱も可能である６ 本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の
実施例の説明より明らかになろう。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例の１機構部の外観を示す、な
お、理解を容易にするために、第１図は、レーザトーチ
２３を溶接線沿って駆動するためのｙ駆動機構を分解し
て、レーザトーチ支持台１３を、機枠９から外して上方
に持ち上げた状態を示す。

突合せ溶接装置の基台１には、固定支持台２と支え台５
が直立して固着されている。台２と５の間には、上下に
、ガイド梁３１＋　３２が渡っており、これらは台２お
よび５に固着されている。ガイド梁３＋＋３２にはＸ方
向に移動自在に電極支持ブロック４が装着されている。

固定支持台２には、Ｘ方向に延びる第１電極材１０１１
の一端が固着されている。固定支持台２には、上下方向
（ｚ）に移動しうるように電極支持ブロック（図示せず
）が装着されており、この電極支持ブロックにＸ方向に
延びる第２電極材１０１２が固着されており、該電極支
持ブロックと固定支持台２の間に、油圧シリンダ６が介
挿されている。油圧シリンダ６の、ピストンロッドで区
分された上室と下室をそれぞれ高圧ラインおよび低圧ラ
インに接続することにより、ピストンが下降移動してピ
ストンロッドがシリンダから延び出し、第２電極材１０
１２が上移動して第１電極材１０．、に当たる。このと
き、突合せ溶接対象である車輪用材１００がそれらの電
極間にあると。

該１００が電極材１０１１および１０１２で挟圧される
。

電極支持ブロック４にはＸ方向に延びる第３電極材１０
２１が、絶縁材を介して固着されている。

電極支持ブロック４には、上下方向（ｚ）に移動しうる
ように電極支持ブロック５２が装着されており、この電
極支持ブロック５２にＸ方向に延びる第４電極材１０２
２が絶縁材を介して固着されており、該電極支持ブロッ
ク５２と電極支持ブロック４の間に、油圧シリンダ７が
介挿され、そのシリンダがブロック５２に、ピストンロ
ッドがブロック４に固着されている。油圧シリンダ７の
、ピストンロッドで区分された上室と下室をそれぞれ高
圧ラインおよび低圧ラインに接続することにより。

ピストンが下降移動してピストンロッドがシリンダから
延び出し、第４電極材１０２２が上移動して第３電極材
１０２１に当たる、このとき、突合せ溶接対象である車
輪用材１００がそれらの電極間にあると、該１００が電
極材１０２１および１０２２で挟圧される。

電極支持ブロック４と支え台５の間には、油圧シリンダ
８が介挿され、そのシリンダがブロック４に固着され、
ピストンロッドが支え台５に固着されている。油圧シリ
ンダ８の、ピストンロッドで区分された左室と右室をそ
れぞれ高圧ラインおよび低圧ラインに接続することによ
り、ピストンが右移動してピストンロッドがシリンダか
ら延び出し、電極支持ブロック４が左方に移動して、第
３電極材１０２１および第４電極材１０□２が左移動し
て、上述のように車輪用材１００の一端部が第１および
第２電極材１０１１＋１０１２で挟圧されかつ他端部が
第３および第４電極材１０２＋１１０２２で挟圧されて
いると、該一端部と他端部が突合せ衝突し、端面間（突
合せ面）に加圧力が加わる。このように加圧力を加えた
状態で、第１．第３電極材１０１１１１０２１にバット
溶接電圧を印加することにより、突合せ端面間が抵抗溶
接により圧着する。このとき端面の軟化により、突合せ
面を中央にして両端部がそれぞれ山伏に隆起する。すな
わち溶接線の横断面がＭ形になる。

固定支持台２にはコの字形の機枠９が固着されており、
Ｘ方向に延びている。この機枠９に、Ｘ方向に延びるね
じ棒１２１が回転自在に支持されており、かつ、それと
平行にガイドバー１２１が固着されている。また固定支
持台２と機枠９の間にもう１つのガイドバー１２１がね
じ捧１２１と平行にして固着されている。ねじ棒１２１
の一端は機枠９を貫通して、減速機５３の出力軸に連結
されている。減速機５３の入力軸には、電気モータＭｙ
の回転軸が連結されかつロータリエンコーダＲＥＩが連
結されている。このロータリエンコーダＲＥＩは、減速
機５３の入力軸の所定角度の回転につき１パルスの電気
パルスを発生する。

第１図には分離して示すが、実際には、ねじ捧１１は、
レーザトーチ支持台１３に固着されているナツト（雌ね
じ）１４のねじ穴を貫通しかつそれに螺合している。レ
ーザトーチ支持台１３には、断面が凹形状のガイド座具
１５１および１５□が固着されており、これらがガイド
バー１２１および１２２に係合しており、該ガイドバー
で支えられている。したがって、モータＭｙが正転する
とねじ捧１１が正回転してレーザトーチ支持台１３が往
移動（第１図の紙面衣から裏に向かう方向）し、モータ
ＭＹが逆回転するとねじ捧１１が逆回転してレーザトー
チ支持台１３が復移動（第１図の紙面衣から表に向かう
方向）する。レーザトーチ台１３には、１つのリミット
スイッチＳ１が装備されており、上述の復移動がリミッ
ト位置間近になると、このリミットスイッチＳ１の作用
子が機枠９に当り、リミットスイッチＳ１が閉から開に
なり、モータＭｙの逆転（復移動）付勢が停止する。

レーザトーチ台１３には、前述のねじ捧１１゜ガイドバ
ー１２ｉ＋１２２と同様なねじ捧１７およびガイドバー
１８１，１８２　　（１８２は図面には表われない）が
、Ｘ方向に沿って設置されている。

ねじ捧１７は、もう１つのレーザトーチ台１９に固着さ
れたナツト（図面の表われない）に螺合している。レー
ザトーチ台１９には、断面が凹形状のガイド座具２１１
および２１２　（２１２これは図面の表われない）が固
着されており、これらがガイドバー１８＋および１８２
に係合しており、該ガイドバーで支持されている。ねじ
捧１７の一端には減速機５４の出力軸が連結されており
、減速機５４０入力軸にモータＭｘおよびロータリエン
コーダＲ，Ｅ２が連結されている。したがって、モータ
Ｍｘが正転するとねじ捧１７が正回転してレーザトーチ
支持台１３に対して支持台１９が往移動（左方）し、モ
ータＭｘが逆回転するとねじ捧１７が逆回転してレーザ
トーチ支持台１３に対して支持台１９が復移動（右方）
する、レーザトーチ台１９にも、１つのリミットスイッ
チＳ２が装備されており、ヒ述の復移動がリミット位置
間近になると、このリミットスイッチＳ２の作用子がレ
ーザトーチ台１３のねじ捧支持台に当り、リミットスイ
ッチＳ２が閉から開になり、モータＭｘの逆転（復移動
）付勢が停止する。

レーザトーチ支持台Ｉ９には、レーザトーチ２３が結合
されたレーザ照射装置２２が搭載されている。一方、レ
ーザ支持台１３には、テレビカメラ２４および照明灯２
５が装着されている。したがってこの実施例では、機枠
９に対して、レーザトーチ支持台１３はＸ方向のみに移
動し、したがってテレビカメラ２４および照明灯２５も
Ｘ方向のみに移動するのに対して、レーザトーチ支持台
１９は機枠９に対してＸ方向およびＸ方向の両者に移動
し、したがってレーザ照射装置２２およびレーザトーチ
２３はＸ方向およびＸ方向に移動する。テレビカメラ２
４および照明灯２５は、第１電極材ｌ０１１および第２
電極材１０】２の右側面よりＸ方向にわずかに右方にず
れた位置、すなわち予定されたフラッシュバット溶接で
溶接線が形成される位置、の真上にあり、モータＭｙの
回転により、Ｘ方向の該位置で、Ｘ方向に移動する。こ
の移動と共にレーザトーチ２３が同様にＸ方向に移動す
るが、モータＭｘが回転するとＸ方向にも移動する。こ
のＸ方向の駆動は、Ｘ方向の移動中にレーザ照射を溶接
線の線幅中央に常時合せるように、レーザトーチ２３を
溶接線のＸ方向の位置ずれに対応して行なわれる。

第２図に、＠述の各種機構要素を駆動する電気要素およ
びこれらの電気要素の付勢を制御する制御システムの構
成を示す。

油圧シリンダ６〜８のそれぞ九と、高圧油圧ラインおよ
び低圧油圧ラインの間には、電磁切換弁２６〜２８が介
挿されており、これらの電磁切換弁は、それに通電があ
ると、油圧シリンダに、ピストンロッドを押し出す向き
の油圧を供給し、非通電のときには、ピストンロッドを
引込む向きの油圧を供給する。これらの電磁切換弁２６
〜２８には、ソレノイドドライバ２９〜３１が、マイク
ロプロセッサ（以下ＣＰＵと称す）４５の指示に応じて
通電する。

照明灯２５はランプドライバ３２から定電流通電を受け
る。ランプドライバ３２は、ＣＰＵ４５が通電を指示し
たときに定電流を照明灯２５に通電する。この通電によ
り、照明灯２５は、テレビカメラ２４の視野部を照明す
る。

モータＭｙはモータドライバ３３により正、逆転付勢さ
れる。モータドライバ３３はＣＰＵ４５の正、逆転駆動
指示に応答して正、逆極性の通電をモータＭＹに行なう
。なお、逆転付勢用の通電ラインには、リミットスイッ
チＳ１が介挿されているので、逆転付勢中にリミットス
イッチＳ１が閏から開になる（トーチ支持台１３が復移
動リミット位置になった）ときには、電気モータＭｙの
通電は自動的に停止する。

電気モータＭｙが回転しているときロータリエンコーダ
ＲＥＩが電気パルスを発生し、増幅＆波形整形回路３４
がこれを増幅して矩形波に波形整形すると共に、所定の
分周比に分周して７分周したパルス（以下ｙ駆動同期パ
ルスと称する）をＣＰＵ４５の割込ボートと画像処理ユ
ニット４９（のＣＰＵの割込ボート）に与える。

ＣＰＵ４５は、スイッチＳ１が閉の間は、ｙ位置レジス
タの内容を０　（クリア）に維持し、電気モータＭｙを
正転付勢している間は、ｙ駆動同期パルスが１個到来す
る毎にＸ位置レジスタの内容を１インクレメント（カウ
ントアツプ）する、モータＭｙを逆転付勢している間は
、ｙ駆動同期パルスが１個到来する毎にＸ位置レジスタ
の内容を１デクレメント（カウントダウン）する、これ
により、１位塁レジスタの内容は、レーザトーチ支持台
１３のｙ位置、つまりはレーザトーチ２３のｙ位置、を
示す。

モータＭｘはモータドライバ３６により正、逆転付勢さ
れる。モータドライバ３６は位置決めコントローラ（Ｃ
ＰＵを主体とする）３９の正、逆転駆動指示に応答して
正、逆極性の通電をモータＭｘに行なう。なお、逆転付
勢用の通電ラインには、リミットスイッチＳ２が介挿さ
れているので。

逆転付勢中にリミットスイッチＳ２が閉から開になる（
トーチ支持台１９が復移動リミット位置になった）とき
には、電気モータＭｘの通電は自動的に停止する。

電気モータＭスが回転しているときロータリエンコーダ
ＲＥ２が電気パルスを発生し、増幅＆波形整形回路３７
がこれを増幅して矩形波に波形整形すると共に、所定の
分周比で分周して１分周したパルス（以下Ｘ駆動同期パ
ルスと称する）を位置決めコントローラ３９（のＣＰＵ
の割込ポート）に与える。

位置決めコントローラ３９は、スイッチＳ２が閉の間は
、Ｘ位置レジスタの内容をＯ（クリア）に維持し、電気
モータＭｘを正転付勢している間は、Ｘ駆動同期パルス
が１個到来する毎にＸ位置レジスタの内容を１インクレ
メント（カウントアツプ）する、モータＭｘを逆転付勢
している間は、Ｘ駆動同期パルスが１個到来する毎にＸ
位置レジスタの内容を１デクレメント（カウントダウン
）する。これにより、Ｘ位置レジスタの内容は、レーザ
トーチ支持台１９のＸ位置、つまりはレーザトーチ２３
のＸ位置、を示す。

第１電極材１０１１にはバット溶接電源４０のアース出
力端が、第３電極材１０２１にはプラス出力端が接続さ
れている。バット溶接電源４０は、バット溶接電流を制
御し得るものであると共に、溶接以外の加熱通電電流も
出力しかつ制御し得るものである。溶接電源４０の、バ
ット溶接電流。

加熱通電電流および通電スタート／ストップは、溶接コ
ントローラ４１が指定し指示する。溶接コントローラ４
１には、ＣＰＵ４５が、バット溶接電流指定データ２通
電時間データおよびスタート信号を与え、かつ、加熱通
電電流指定データ、通電時間データおよびスタート信号
を与える。溶接コントローラ４１は、バット溶接電流指
定データ。

通電時間データおよびスタート信号を受けると。

溶接電源４０を該電流指定データが示す出力電流に設定
して該電源４０を出力オン付勢し、それから通電時間デ
ータが示す時間の後に出力オフにする。また加熱通電電
流指定データ、通電時間データおよびスタート信号を受
けると、溶接電源４０を該電流指定データが示す出力電
流に設定して該電源４０を出力オン付勢し、それから通
電時間データが示す時間の後に出力オフにする。

レーザ照射装置２２のレーザ電源４２は、レーザ溶接エ
ネルギを制御し得るものであり、これをレーザコントロ
ーラ４３が設定し、かつレーザ照射装置２２のレーザの
オン（出射：シャツタ開）／オフ（停止：シャツタ閉）
および電源４２のオン／オフをコントローラ４３が制御
する。レーザ照射エネルギを指定するデータとスタート
（オン）／ストップ（オフ）信号をＣＰＵ４５がレーザ
コントローラ４３に与え、コントローラ４３がこれに対
応して、レーザ電源４２を指定されたレーザ照射エネル
ギに設定し、照射装置２２にオン（シャツタ開）を指示
し、かつストップ信号に応答して照射装置２２にオフ（
シャツタ閉）を指示する。

画像処理ユニット４９は、ＣＰＵ４５より画像読取が指
令されると所要の画像読取を行なって溶接線を検出し、
溶接線各部の位置を示すデータをＣＰＵ４５に送信する
。

操作ボード＆デイスプレィ５１は、ＣＰＵ４５に後述す
る各種データを入力し、かつＣＰＵ４５の報知を表示す
るものであり、操作ボードに各種入カキ−と共にスター
ト指示キーがある。スタート指示キーが操作されるとＣ
ＰＵ４５にスタート信号が送信される。一方、第１図に
示す突合せ溶接装置は、車輪ホイール自動製造ラインに
あり。

それへの車軸用材１００の装着と、突合せ溶接後の車輪
用材１００の取り外しは、別途自動機（ロボット）が行
なう。このロボットが、車輪用材１００を突合せ溶接装
置（第１図）に適正に装着した時に、スタート信号（ロ
ボットでは装着終了信号）を発生する。このスタート信
号が操作ボード５１が接続された信号ケーブルを通して
ＣＰＵ４５に与えられる。すなわちＣＰＵ４５には、操
作ボード５１のスタート指示キーが操作されたとき、又
は、前述のロボットがスタート信号を発したときに、ス
タート信号が与えられる。

第３図に、ＣＰＵ４５の制御によりもたらされる。■サ
イクルの突合せ溶接動作中の、各電気要素の動作タイミ
ングを示し、第４ａ図および第４ｂ図に、ＣＰＵ４５の
制御動作を示す。これらの図面を参照して、ＣＰＵ４５
の制御動作を以下に説明する。

電源が投入される（第４ａ図のステップ１：以下、カッ
コ内ではステップという語を省略する）と、ＣＰＵ４５
は、出力ボートを、待機時（非付勢）の信号レベルに設
定し、内部レジスタ、カウンタ、タイマ等を待機時の内
容に設定する（２）。

そして、操作ボード５１の入力読取（３）を行ない、入
力に対応した表示をする。

ここで、後述の突合せ溶接制御に必要最小限のデータは
、第３図に示すＤｏｔ〜Ｄ８である。これらの内容は後
述する。操作ボード５１からこれらのデータの入力があ
ると、ＣＰＵ４５は、それを所要のレジスタに書込む（
３）。

なお、データＤ。１は、車輪用材１００の予定溶接始端
部のｙ方向位置（ｙ駆動同期パルスの一周期の間の、レ
ーザトーチ支持台１３の移動量ｄｙを１単位とする）を
示すものであり、データＤｏ２は、車輪用材１００の予
定溶接始端部のＸ方向位置（ｘ駆動同期パルスの一周期
の間の、レーザトーチ支持台１３の移動量ｄｘを１単位
とする）を示すものであり、これらが入力されるとＣＰ
Ｕ４５は５それらをレジスタに書込み、そしてレーザト
ーチ２３の初期位置決めを実行する。

この初期位置決めにおいては、ＣＰＵ４５はまずモータ
Ｍｙを逆転駆動し、スイッチＳｌが閉から開になると（
これによりモータＭＹの逆転付勢ラインがオフになるが
）、モータＭｙの付勢を停止しＸ位置レジスタをクリア
（原点位置０を書込み）する。このとき、テレビカメラ
２４の視野中心が、適正に装着された車軸用材１００の
予定始端部から、データＤＯ＋が示す距離分離れた位置
にある。

次にＣＰ　Ｕ　４５は、モータＭｙを正転付勢する。

この正転付勢によりＸ位置レジスタがカウントアツプさ
れる。モしてＸ位置レジスタの内容がＩ）ｏ＋が示す位
置と等しくなると、モータＭｙの付勢を停止する。これ
により、テレビカメラ２４の視野中心が、適正に装着さ
れた車輪用材１００の予定始端部（のｙ位置）の真上に
位置する。

次にＣＰＵ４５は、位置決めコントローラ３９に復駆動
を指示する。これに応答して位置決めコントローラ３９
が、モータＭｘを逆転駆動し、スイッチＳ２が閉から開
に変わると（これによりモータＭｘの逆転付勢ラインが
オフになるが）、モータＭｘの付勢を停止し、Ｘ位置レ
ジスタに０を書込む（クリア）。その後ＣＰＵ４５がコ
ントローラ３９にＤＯ２を出力する。これに応答してコ
ントローラ３９がモータＭｘを正転付勢する。この正転
付勢によりＸ位置レジスタがカウントアツプされる。そ
してＸ位置レジスタの内容が、ＤＯ２が示す位置と等し
くなると、モータＭｘの付勢を停止する。これにより、
レーザトーチ２３の照射位置が、適正に装着された車軸
用材１００の溶接予定始端部のＸ位置上に位置する。

以上に説明した初期位置決めにより、テレビカメラ２４
の視野中心が溶接予定始端部のｙ位置に位置し、レーザ
トーチ２３のレーザ照射点が溶接予定始端部のＸ位置に
位置する。

操作ボード５１又は加工ラインのコンピュータからスタ
ート信号が到来すると（４）　、ＣＰＵ４５は、データ
［）ｏｔ〜Ｄ８の読込みが終了しているか否かをチエツ
クして（５）、終了していないとまた入力読取（３）に
戻る。

データＤｏｔ〜ＤＢの読込みが終了しているときにスタ
ート信号が到来すると、ＣＰＵ４５は、油圧シリンダ６
および７をホールド（挟圧）付勢して（６）、タイマｔ
１をスタートする（７）。

ｔｌは時限値であり、データＤ１で表わされるものであ
る。このｔｌは、電磁切換弁２６．２７に通電を開始し
てから、油圧シリンダ６．７か所定圧の挟圧力を第１．
第２電極材Ｊｏｌｌｙ１０１２間および第３．第４１！
極材１０２１＋ｌＯ□２間に与えるに要する時間である
。ＣＰＵ４５はタイマｔ１のタイムオーバを待ち（８）
。

タイムオーバすると、油圧シリンダ８をホールド付勢し
て（９）、タイマｔ２をスタートする（１０）ｔ２は時
限値であり、データＤ２で表わされるものである。この
ｔ２は、電磁切換弁２８に通電を開始してから、油圧シ
リンダ８か所定圧の突合せ圧力を、第１．第２電極材１
０１１＋　　１０１２間に挟圧された車輪用材１００の
一端部の端面と、第３．第４電極材１０２１１１０２２
間に挟圧された車輪用材１００の他端部の端面と、の間
に与えるに要する時間である。

ＣＰＵ４５はタイマｔ２のタイムオーバを待ち（１１）
　、タイムオーバすると、溶接コントローラ４１に、デ
ータＤ３＋Ｄ６を与え、そしてスタート信号を与えて（
１２）、タイマｔ３をスタートする（１３）−Ｄ３はバ
ット溶接の通電時間ｔ３を示すもの、Ｄ６はバット溶接
電流値を示すものである。溶接コントローラ４１は、こ
れに応答して、Ｄ６対応の溶接電流出力を溶接電源４０
に設定して出力をオンとし、タイマｔ３をスタートし、
タイマｔ３がタイムオーバすると溶接電流出力をオフに
する。これによりバット溶接が行なわれたことになる（
バット溶接の終了）。

ＣＰＵ４５は、それ自身が設定したタイマｔ３のタイム
オーバを待って（１４）、タイムオーバすると、照明灯
２５を点灯しく１５）　、画像処理ユニット４９に溶接
線始端位置検出を指示する（１６）。

画像処理ユニット４９は、ＣＰＵ４５より溶接線位置検
出が指令されるとテレビカメラ２４の撮映画像を読込ん
で、溶接線の始端位１ｔ（ｘｏ。

ｙｏ）を算出し、これをＣＰＵ４５に送信する。

ＣＰＵ４５は、画像処理ユニット４９が溶接線の始端位
置（Ｘｏ、’１０）の検出（そのデータの受信）を終了
すると、始端のＸ座標（Ｘｏ）を位置決めコントローラ
３９に出力する（１７）。位置決めコントローラ３９は
、このときのＸ位置レジスタの内容をＨＰｘレジスタに
書込み、このデータ（Ｘｏ）とＸ位置レジスタの内容か
ら、レーザトーチ２３を溶接線始端のＸ位置の真上に置
くように、モータＭｘを正／逆転付勢する。

ＣＰＵ４５は、このときのｙ位置レジスタの内容をＨｐ
ｙ−レジスタに書込み、モータＭｙを定速正回転（往駆
動）付勢し、そして、テレビカメラ２４の視野中心が、
その往駆動により溶接線の始端（ｙｏ）に到達すると、
そこでモータＭｙの付勢を停止する（１８）。

以上により、テレビカメラ２４の視野中心が前述のバッ
ト溶接で形成された溶接線の溶接始端のｙ位置上に位置
決めされ、レーザトーチ２３が該溶接始端のＸ位置上に
位置決めされたことになる。

次にＣＰＵ４５は、モータＭｙの定速性駆動を開始しく
１９）、カウンタにＤ４をセットして。

このカウンタの、ｙＮ動同期パルスカウントダウンをス
タートしく２０）、画像処理ユニット４９にｙ駆動同期
パルス応答の溶接線位置検出を指示して（２１）、画像
処理ユニット４９よりのデータ送信を受信する割込を許
可する（２２）。Ｄ４は、ｙ方向の、テレビカメラ２４
の視野中心からレーザトーチ２３のレーザ照射点までの
距離（ｙ駆動同期パルスの１周期の間の、支持台１３の
移動量ｄｙ単位）を示すデータである。

画像処理ユニット４９は、ｙ駆動同期パルス応答の溶接
線位置検出が指示されると、ｙ駆動同期パルスが到来す
る毎に、テレビカメラ２４の撮像画像を読込んで、ｙ方
向視野中心位置の、溶接線の中央位置のｘＦＩｉ樟値を
算出して、ＣＰＵ４５に送信する。ＣＰＵ４．５はこの
データを、受信レジスタに蓄積書込みする。画像処理ユ
ニット４９は、溶接線の後端〔視野中心のｙ座標位置に
溶接線がない〕を検出すると「エンド」を示すデータを
ＣＰＵ４５に送信し、ｙ駆動同期パルスに応答する溶接
線のＸ座標値の検出動作（割込処理）を終了する（割込
を禁止する）。ＣＰＵ４５はこの「エンド」を示すデー
タも受信レジスタに蓄積書込みする。

ＣＰＵ４５は、ステップ２０でセットしたカウンタの値
をチエツクして（２３）、それが０になると、すなわち
、レーザトーチ２３がバット溶接線の始端位置に到達す
ると、レーザコントローラ４３にデータＤ７を出力し次
いでスタート信号を出力する（２４）。データＤ７は、
レーザ照射エネルギを指定するものである。レーザコン
トローラ４３は、レーザ電源４２を、このＤ７のエネル
ギ出力に設定して、出力オンとする。これによリレーザ
照射、すなわちレーザ溶接が開始され、レーザがまずバ
ット溶接線始端の溶接線幅中心に照射される。

ＣＰＵ４５は、その後は、ｙ駆動同期パルスが到来する
毎に、受信レジスタの次のデータ（ｙ往移動方向でｄＹ
分進んだ位置のＸ位置）を読み出して位置決めコントロ
ーラ３９に出力する（２５）。位置決めコントローラ３
９は５このように与えられるＸ位置データとＸ位置レジ
スタの内容とを参照して、トーチ２３が、Ｘ位置データ
で示される溶接線中央の真上に位置するように電気モー
タＭｘを正／逆転付勢する。これにより、レーザ照射が
ｙ方向に溶接線に沿って移動しつつ溶接線の幅中心（Ｘ
位置）に倣って進行する。

ＣＰＵ４５は、受信レジスタよりデータを読出す毎にこ
のデータが「エンド」を示すものであるか否かをチエツ
クしく２６）、「エンド」を示すものでないときにはこ
れを位置決めコントローラ３９に出力する（２７）が、
「エンド」を示すものであると、レーザコントローラ４
３にストップ信号を与える（２８）、これによりレーザ
照射が停止する（レーザ溶接照射の終了）。

ＣＰＵ４５は次に、モータＭｙの復駆動をスタートシて
ｙ位置レジスタは減算カウントに設定し。

位置決めコントローラ３９には、ＨＰｘレジスタのデー
タを出力する（２９）、これにより、レーザトーチ支持
台１３が復駆動され、支持台１９が溶接予定始端部（Ｘ
位置：ＨＰｘ）に位置決めされる。

ＣＰＵ４５は、溶接コントローラ４１に、データＤ、お
よびＤ８を出力し次いでスタート信号を出力しく３０）
、タイマｔ５をスタートする。溶接コントローラ４１は
、データＤＢが示す通電電流に溶接電源４０の出力を設
定して電源４０をオンにすると共に、データＤ５が示す
時限値ｔ、をタイマに設定してスタートする。これによ
り、レーザ溶接照射がなされたバット溶接線部に加熱通
電が行なわれる。

ＣＰＵ４５は、その後はｙ位置レジスタのデータが溶接
予定始端部（ｙ位置）を示すＨｐｙ（ＨＰｙレジスタの
内容）になったか、スイッチＳ１が開になったか、ある
いは、タイマｔ、がタイムオーバしたかをチエツクしく
３２．３３Ｂ。

３４）、ｙ位置レジスタの内容がＨｐｙになるとモータ
ＭＹの逆回転付勢を停止し、スイッチＳ１が開になった
とき（このときには５モ一タＭｙの逆回転付勢ラインが
オフになる）はモータＭｙの逆回転付勢を停止する（３
３Ａ）。タイマｔ５がタイムオーバすると、溶接コント
ローラ４１にストップ信号を出力し、油圧シリンダ６〜
８のホールドを解除し、操作ボード５１にエンド信号を
出力する（３５．３６）、溶接コントローラ４１はこれ
に応答して溶接電源４０をオフにし、第２および第４電
極材１０１２＋１０２２が第１および第３電極材１０１
１ｒ　　１０２　＋より離れ、支持ブロック・１が右方
に退避する。操作ボード５１には、突合せ溶接終了が表
示され、加工ラインコンピュータが接続されているとき
には、それにエンド信号が送信される。

ＣＰＵ４５は、エンド信号を出力すると、入力読込み（
３）に戻り。次にスタート信号が到来するのを待つ、こ
の待ち状態では、テレビカメラ２４の視野中心は位置Ｈ
Ｐｙ（ＨＰｙレジスタの内容）にあり、レーザトーチ２
３のレーザ照射位置は位［ＨＰＸにある。入力読込み（
３）で再度新たな入力があると、それを対応レジスタに
書込む。

すなわち、すでに書込んでいるデータが、新たに入力さ
れたものに更新される。この更新が。

Ｄｏｔおよび又はり。２であると、ステップ２０に関し
て説明した、初期位置決めを再度実行する。

なお、レーザビーム溶接照射においては、金属材料の溶
融を容易ならしめるアルゴンガス或は他の加工ガスを溶
接線に吹き付ける。アルゴンガスを用いた場合は、レー
ザ光束照射による溶融幅は広くなり、ヘリウムガスを用
いた場合は、アルゴンガスの場合に比較して溶融幅は狭
くなる。加工ガスとしてどちらを用いるべきか、或はこ
れらの混合ガス、或は他のどのガスを用いるかは、該溶
接対象物の冶金的性質と、余盛り形状、板厚を勘案して
決定する。

上記実施例では、レーザ溶接照射が終了すると同時に、
焼鈍用の通電加熱を所定時間ｔ５だけ行なうようにして
いるが、この通電加熱をレーザ溶接照射の前から、又は
レーザ溶接照射の開始と同時に開始するようにしてもよ
い。例えばステップ１５又は１９で開始するようにして
もよいし、あるいはステップ２４で開始するようにして
もよい。

いずれにしても、上記実施例では、操作ボード５１から
、バット溶接電流値（Ｄ６）および通電時間（Ｄ３　）
　、レーザ溶接照射エネルギ（Ｄ７）、ならびに、加熱
用電流値（Ｄ８）および通電時間（Ｄ、）を、突合せ溶
接前にＣＰＵ４５に入力（設定）するようにしているの
で、これらを実績に騙づいた最適値に設定することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上に説明した本発明の突合せ溶接装置の、前述のバッ
ト溶接による溶接対象物（１００）への通電は、突合せ
部の抵抗発熱により溶接対象物を加熱昇温し、軟化させ
る。加圧は昇温された溶接部を互いに押し付けることに
より接合界面に塑性変形を与え、馴染みを良くしうると
ともに小さな余盛りを形成する。これにより前述のレー
ザビーム溶接照射に必要な１間隙のない突合せ端部が得
られ。

また小さな余盛りがレーザビームを照）ｔする際に溶接
材料の代替物として働く。このとき、レーザ溶接照射の
板厚は、溶接対象物（＋００）の本来の厚みに、バット
溶接により生じた余盛りの高さを含めたものとなる。余
盛り形成は、バット溶接時の溶接電流値と加圧力の強さ
により決まり、従ってレーザビームの出力は、バット溶
接時の抵抗発熱による入熱量及び加圧力に基づいて決定
されたものに設定しうる。そしてレーザビームの溶接照
射が、バット溶接により得られた不完全な接合界面を溶
融し溶接する。

バット溶接後レーザビーム溶射前、照射中、照融後、の
うちｌ工程或は２工程以上に於ての通電が可能であり、
これは、接合界面及び該界面の金属材料中における抵抗
発熱によって、レーザビームによる溶接対象物の急速加
熱、急速冷却を緩和し、溶接部の過度の硬化を防止する
。

このようなバット溶接と高エネルギービーム溶接の併用
において、バット溶接により溶接線が形成されるが、細
かくはこの溶接線が溶接線の長さ方向でそれと直交する
方向に曲がり、高エネルギービーム例えばレーザビーム
の照射径が極く小さいので、レーザビームの照射点が溶
接線の中央に対してずれる箇所を生ずるが１本発明の突
合せ溶接装置では、レーザビームをバット溶接線の線幅
中央に倣わせるので、溶接線の全長に渡って、良品質の
突合せ溶接が実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の主に機構部の外観を示す
斜視図である。 第２図は、該実施例の電気制御系の構成を示すブロック
図である。 第３図は、該実施例の電気要素の動作タイミングを示す
タイムチャートである。 第４ａ図および第４ｂ図は、第２図に示すマイクロプロ
セッサ（ＣＰＵ）４５の制御動作を示すフローチャート
である。 ■＝基台　　　　　　　　　　２：固定支持台３１　ｒ
３２ガイド梁　　　　　　４：′重接支持ブロック５：
支え台　　　　　　　　　６：油圧シリンダ（第１ＦＦ
？ＩＪ毛段）７：油圧シリンダ（第２駆動手段）　８：
油圧シリンダ（第３ｙＪＡ動手段）９：機枠　　　　　
　　　　　１０１　、　：第１電極材（第１部材）１０
１２’第２電極材（第２部材）　　１０゜１：第３電極
材（第３部材）ｌＯ□２：第４電極材（第４部材）　　
　　１１：ねじ捧１２、．１２２ニガイドパー　　　　
　　１３：レーザトーチ支持台Ｍｙ：電気モータ（ｙ走
査間ｖＪ手段）ＲＥＩ：ロータリエンコーダ５３：減速
機　　　　　　　　　　　１４：ナツト１．５．．１５
２ニガイド座具　　１６．．１６２：支台Ｓｌ：リミッ
トスイッチ　　　　　　Ｉ７：ねじ棒１８１ニガイドパ
ー　　　　１９：レーザトーチ支持台（支持手段）Ｍｘ
二主電気モータＸ駆動手段）　　　ＲＥ２：ロータリエ
ンコーダ５４：減速機　　　　　　　　　　２１１ニガ
イドバーＳ２：リミットスイッチ ２２：レーザ照射装置（レーザビーム照射手段）２３：
レーザトーチ（レーザトーチ） ２４：テレビカメラ（位置検出手段）２５：照明灯４５
：マイクロプロセッサ（溶接制御手段）１００：車輪用
材（溶接対象材）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｙ方向に延び、溶接対象材を支持するための第１部材； ｙ方向に延び、ｙ方向に実質上直交するｚ方向で第１部
   材に対向する第２部材； 第１部材と第２部材の少くとも一方を他方に向けて駆動
   する第１駆動手段； ｙ方向に延び、ｙ方向およびｚ方向と実質上直交するｘ
   方向で第１部材に対向する第３部材；ｙ方向に延び、ｚ
   方向で第３部材と対向する第４部材； 第３部材と第４部材の少くとも一方を他方に向けて駆動
   する第２駆動手段； 第３部材、第４部材および第２駆動手段をｘ方向に移動
   自在に支持するｘ移動支持手段； ｘ移動支持手段をｘ方向に駆動する第３駆動手段； 第１部材と第２部材の少くとも一方と、第３部材と第４
   部材の少くとも一方の間の溶接対象材に通電する電源装
   置； 第１部材と第３部材の間の空間を指向したレーザトーチ
   を有するレーザビーム照射手段； 該レーザビーム照射手段を支持する支持手段；該支持手
   段をｙ方向に走査駆動するｙ走査駆動手段； 前記支持手段をｘ方向に駆動するｘ駆動手段；第１部材
   と第３部材の間の突合せ溶接線のｘ方向位置を検出する
   位置検出手段；および、 第１駆動手段および第２駆動手段を付勢し、第３駆動手
   段を付勢し、そして前記電源装置を付勢した後、ｙ走査
   駆動手段を付勢して位置検出手段が検出した位置に対応
   してｘ駆動手段を付勢してレーザトーチを突合せ溶接線
   に倣わせかつレーザビーム照射手段を付勢する溶接制御
   手段； を備える突合せ溶接装置。