JPH031117B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レンズビーム、電子ビーム等を被溶
接部材の溶接部位に投射してビーム溶接を施すビ
ーム溶接装置において、ビームスポツトの位置を
調節する装置に関するものである。

ビーム源から発射されたレーザビーム、電子ビ
ーム等のビームを光学レンズまたは電子レンズか
ら構成されるレンズ装置を用いて集束させ、その
ビームのビームスポツトを被溶接部材上に形成す
るビームヘツドを備え、そのビームスポツトが被
溶接部材の溶接線に沿うようにそのビームヘツド
と被溶接部材とを予め定められた軌跡に従つて相
対移動させることによりその被溶接部材にビーム
溶接を施すビーム溶接装置が知られている。斯る
装置においては、ビームスポツトが微小面積に投
射させられるため、きわめて細いビードが得ら
れ、しかも溶接歪が少ない等の利点がある反面、
被溶接部材の位置決め位置、寸法公差等に起因す
る僅かな位置ずれによつて溶接不良が発生し易い
ため、溶接線とビームスポツトとの位置ずれを検
出しその位置ずれが零となるようにビームスポツ
トの位置を調節するスポツト位置調節装置が望ま
れている。

これに対して、ビームヘツドに反射鏡または偏
向コイルを取り付け、被溶接部材に向かうビーム
の方向角度を変更させることにより、ビームスポ
ツトの位置を調節する装置が考えられている。し
かしながら、斯る装置によれば、僅かな偏向角度
誤差が被溶接部材までの距離が長くなる程拡大さ
れてビームスポツト位置が大きくばらつき易く、
ビームスポツトと溶接線とを正確に一致させるこ
とが困難であり、ビームスポツトの位置を高精度
に制御するためには複雑且つ高価な偏向角度制御
装置が必要となる。

本発明は以上の事情を背景として為されたもの
であり、その目的とするところは、ビームスポツ
トの位置を高精度に調節し得る簡単なスポツト位
置調節装置を提供することにある。

斯る目的を達成するため、本発明のスポツト位
置調節装置は、 (1) 前記レンズ装置に含まれる少なくともひとつ
のレンズを支持し、そのレンズの中心軸に対し
て直角を成し且つ前記溶接線と交差する直線に
そつて平行移動可能に前記ビームヘツドに設け
られたレンズ支持部材と、 (2) そのレンズ支持部材を駆動することにより、
前記ビームスポツトの位置を前記溶接部材と交
差する方向に移動させ、そのビームスポツトを
溶接線に一致させるレンズ駆動装置と、 を含むことを特徴とする。

このようにすれば、たとえばレンズ支持部材の
位置に僅かなばらつきが生じても、そのばらつき
が被溶接部材までの位置に拘らずビームスポツト
位置のばらつきに拡大されないので、ビームスポ
ツト位置が比較的高精度に調節され得るととも
に、ビームヘツドに平行移動可能に設けられたレ
ンズ支持部材とこれを駆動するレンズ駆動装置と
によつて装置が極めて簡単且つ安価に構成される
のである。

以下、本発明の一実施例を示す図面に基づいて
詳細に説明する。

第１図は本発明がレーザ溶接装置に適用された
例を示しており、レーザ溶接装置は、被溶接部材
である第１鋼板１２及び第２鋼板１４が載置され
る図示しないテーブルと、図示しないレーザ光源
から発射されたレーザビームを後述のレンズ装置
１６により集束させて第１鋼板１２および第２鋼
板１４上にビームスポツト１８を形成するビーム
ヘツドとしてのレーザヘツド２０とを備えてい
る。このレーザヘツド２０は、図示しない駆動装
置によつて、ビームスポツト１８が第１鋼板１２
と第２鋼板１４との突合せ部に形成される溶接線
Ｂに沿うように予め定められた一定の軌跡に従つ
て矢印Ｊ方向に移動させられるようになつてい
る。

レーザヘツド２０は、第２図乃至第４図にも詳
しく示されるように、管状の本体２２と、本体２
２の下端部において本体２２の中心軸まわりの回
動自在に設けられ、パルスモータ２４によつて駆
動される回動部材２６と、取付棒２８を介してそ
の回転部材２６に固定され、レーザヘツド２０の
前方においてレーザヘツド２０の中心を通り進行
方向Ｊに平行な基準線Ａに対する溶接線Ｂのずれ
Ｚを検出するイメージセンサ３０と、回動部材２
６に取り付けられビームスポツト１８の位置を基
準線Ａに対して交差する方向に移動させるスポツ
ト位置移動機構３２とを備えている。

すなわち、回動部材２６は、上面において上方
に突設された円環状の係合突起３４を備えた矩形
の箱状を成し、その係合突起３４の内向きフラン
ジが本体２２の外周面に形成された環状凹溝３６
とベアリング３８を介して係合させられることに
よつて回動自在とされ、且つ、その係合突起３４
の外周面に形成された外周歯と本体２２に固定の
パルスモータ２４出力軸のピニオンと噛み合わせ
られている。このため、パルスモータ２４によつ
てレーザヘツド２０の基準線Ａが常時その進行方
向に平行となるように図示しない制御装置によつ
て制御され得るのである。

スポツト位置移動機構３２は、全体として管状
を成して断面矩形の上部と断面円形の中間部と薄
肉逆円錐形の下部とを有し、回動部材２６によつ
て基準線Ａに対して直角方向の移動自在に支持さ
れたレンズ支持部材としての本体４０と、本体４
０の中間部と下部との間に取り付けられたレンズ
装置１６と、取付保護枠４２を介して回動部材２
６に固定されるとともに、本体４０に先端が当接
させられた伸縮自在な出力軸を有したレンズ駆動
装置としてのアクチユエータ４４と、本体４０と
回動部材２６との間に介挿され、本体４０をアク
チユエータ４４に向かつて付勢するスプリング４
６とを備えている。すなわち、回動部材２６の下
部に設けられた内向きのフランジ部上面には本体
４０の回動部材２６内に収容された部分に外向き
に突設されたフランジ部が摺接させられ、且つそ
のフランジ部の側面とこれに対向する回動部材２
６の内壁面との間にベアリング４８が介挿される
ことによて、本体４０が摺動可能に支持されてお
り、リニヤソレノイド、モータシリンダ等によつ
て構成されるアクチユエータ４４の出力軸が伸縮
されることによつてレンズ装置１６が基準線Ａと
直交する方向に平行移動させられるのである。

ここで、レンズ装置１６が一枚の凸レンズから
構成され、その中心軸である光軸が本体２２の中
心軸と平行とされているので、レンズ装置１６が
移動させられると、被溶接部材上に形成されるビ
ームスポツト１８はレンズ装置１６とともに移動
させられるのである。たとえば、第５図に示され
るように、レンズ装置１６が破線に示される位置
まで移動させられると、レーザビームは平行光線
であるので、ビームスポツト１８は１８′に示さ
れる位置に移動させられる。

イメージセンサ３０は、第６図に示されるよう
に、本体５０と、その本体５０内に固定された固
体撮像素子５２と、その固体撮像素子５２上に溶
接線Ｂを結像させるレンズ５４とを備えている。
固体撮像素子５２の受光面には溶接線Ｂと直交す
る方向に多数の光電素子が一列に配設されてお
り、基準線Ａと溶接線ＢとのずれＺがレーザヘツ
ド２０に先立つて検出されるようになつている。
すなわち、イメージセンサ３０の視野Ｓに対応す
る光電素子の数をＮ、視野Ｓの直径をＤ，Ｎ個の
光電素子のうち基準線Ａに対応するものが一端か
らｎ番目であり、溶接線Ｂが結像される光電素子
が一端からn′番目とすると、ずれ量Ｚは次式 Ｚ＝（ｎ−n′）×Ｄ／Ｎ ……(1) を演算することにより求められるのである。

以上のように構成されたスポツト位置調節装置
には、第７図に示される回路が備えられている。
すなわち、イメージセンサ３０からの出力信号は
イメージセンサ出力回路５６に供給され、固体撮
像素子５２の光電素子のうち溶接線Ｂが結像され
る光電素子の位置を表すずれ信号SZがイメージ
センサ出力回路５６からＩ／Ｏポート５８に供給
される。Ｉ／Ｏポート５８にはデータバスライン
を介してCPU６０、ROM６２、RAM６４が接
続されており、CPU６０はROM６２に予め記憶
されたプログラムに従つてRAM６４の一時記憶
機能を利用しつつ、ずれ信号SZに基づいて前記
(1)式からずれＺを算出し、このずれＺを零とする
ためのスポツト位置指令信号SCを所定の時間遅
延させてアクチユエータ駆動回路６６に出力す
る。その所定の時間は、レーザヘツド２０の移動
速度に基づくイメージセンサ３０の検出位置とビ
ームスポツト１８との間の距離ｌに対応する時
間、換言すればレーザヘツド２０が距離ｌを走行
する時間であつて、レーザヘツド２０の移動速度
に応じて自動的に決定される。アクチユエータ駆
動回路６６は、スポツト位置指令信号SCに基づ
いて駆動信号SDをアクチユエータ４４に供給す
る。アクチユエータ４４はその出力軸を伸縮させ
ることによつてビームスポツト１８が溶接線Ｂに
一致するようにスポツト位置移動機構３２の本体
４０を移動させる。尚、前記(1)式の演算におい
て、前記視野Ｓに対応する光電素子数Ｎ、視野の
直径Ｄ、および基準線Ａに対応する光電素子の順
位ｎは、イメージセンサ３０の構造およびレーザ
ヘツド２０への取付装置によつて決められ、予め
ROM６２に記憶されているのである。

このように、本実施例によれば、第１鋼板１２
および第２鋼板１４の載置位置および寸法公差等
に起因して溶接線Ｂの位置がばらついても、基準
線Ａと溶接線ＢとのずれＺが検出され、そのずれ
Ｚに基づいてビームスポツト１８が溶接線Ｂ上に
一致させられるので、極めて高い溶接品質が得ら
れるのである。

また、本実施例によれば、レンズ支持部材とし
ての本体４０がアクチユエータ４４によつて駆動
されることにより、ビームスポツト１８が移動さ
せられるので、レーザ光線を反射させる反射鏡や
電子ビームを偏向させる偏向コイルを用いる従来
の場合に比較して、スポツト位置移動機構のばら
つき、換言すれば本体４０の位置誤差がビームス
ポツト１８の位置に拡大されないので、ビームス
ポツト１８の位置決め精度が簡単な機構によつて
好適に得られ、しかもスポツト位置移動機構３２
が安価となる利点がある。

以上、本発明の一実施例を示す図面に基づいて
説明したが、本発明はその他態様においても適用
される。

例えば、前述の実施例においてレンズ装置１６
は一枚の凸レンズから構成されているが複数のレ
ンズの組合せによつて構成されても良いことは勿
論であり、この様な場合には、そのレンズ系全体
またはそのレンズ系を構成する少なくとも一枚の
レンズがその光軸に対して直角を成し且つ溶接線
Ｂと交差する直線に沿つて平行移動可能にもうけ
られたレンズ支持部材に支持されれば良いのであ
る。また、電子ビーム溶接装置においては、電子
ビームを集束させる電子レンズはコイルによつて
空間中に構成されるのでそのコイルがレンズ支持
部材に支持されれば良いのである。

また、前述のレーザヘツド２０はＸ−Ｙ軸の二
次元平面内において駆動されても良く、また、被
溶接部材がレーザヘツド２０に対して駆動されて
も良い。

また、前述のイメージセンサ３０の替わりに、
磁気式センサ等の他のずれセンサが用いられ得る
ことは言うまでもない。

尚、上述したのはあくまでも本発明の一実施例
であり、本発明はその精神を逸脱しない範囲にお
いて種々変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例が適用されたレーザ溶接
装置の要部を示す斜視図である。第２図乃至第４
図は、第１図の実施例におけるレーザヘツドの正
面断面図、側面断面図、および水平断面図であ
る。第５図は第１図の実施例におけるスポツト位
置移動機構の作用を説明する図である。第６図は
第１図の実施例におけるイメージセンサの説明図
である。第７図は第１図の装置に備えられた電気
回路を示すブロツク線図である。 ｛１２：第１鋼板、１４：第２鋼板｝（被溶接
部材）、１６：レンズ装置、１８：ビームスポツ
ト、２０：レーザヘツド（ビームヘツド）、４
０：本体（レンズ支持部材）、４４：アクチユエ
ータ（レンズ駆動装置）、Ｂ：溶接線、Ｚ：ずれ
（位置ずれ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ビーム源から発射されたビームをレンズ装置
   を用いて集束させ、該ビームのビームスポツトを
   被溶接部材上に形成するビームヘツドを備え、該
   ビームスポツトが該被溶接部材の溶接線に沿うよ
   うに該ビームヘツドと被溶接部材とを予め定めら
   れた軌跡に従つて相対移動させることにより該被
   溶接部材にビーム溶接を施すビーム溶接装置にお
   いて、前記ビームヘツドと溶接線との位置ずれを
   検出し、この位置ずれに基づき前記ビームスポツ
   トの位置を調節して該ビームスポツトと溶接線と
   を一致させるスポツト位置調節装置であつて、 前記レンズ装置に含まれる少なくとも一つのレ
   ンズを支持し、該レンズの中心軸に対して直角を
   成し且つ前記溶接線と交差する直線に沿つて平行
   移動可能に前記ビームヘツドに設けられたレンズ
   支持部材と、 該レンズ支持部材を駆動することにより、前記
   ビームスポツトの位置を前記溶接線と交差する方
   向に移動させ、該ビームスポツトを該溶接線に一
   致させるレンズ駆動装置と を含むことを特徴とするビーム溶接装置のスポツ
   ト位置調節装置。