JPH05333911A - レーザ溶接加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワークのセッティングズレに起因する溶接品
質のバラツキを、サイクルタイムの増大をも考慮しつつ
比較的簡易な手段で防止する。 【構成】 センサ５ｃによって検出した座標データに基
づき、点Ｐ１と点Ｐ２とを含む直線Ｓ１を求めるととも
に、これら２点のＸＹ座標値（Ｘ１、Ｙ１）（Ｘ２、Ｙ
２）に対応したマスタデータＬ０の２点Ｐ１０およびＰ
２０を含む直線Ｓ０を求める。そして、直線Ｓ１とＳ０
の離間距離Ｚ０と傾きのずれ角θを演算し、この演算値
に基づいてマスタデータＬ０の全Ｚ座標値を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を用いて溶接
加工を行なうための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ溶接は自動化が容易であり、溶接
時のひずみ、熱影響が少なく、しかも高融点・耐熱合金
等の溶接が容易であることなどから、自動車産業をはじ
め各種産業において広く利用されている。

【０００３】レーザ溶接は、レーザ光の示す強い指向性
によって得られる高いエネルギー密度を利用して溶接加
工を行なうものであるが、一般に、レーザ源からのレー
ザビームを光学系を用いて集束させ、ワークの溶接部位
上にレーザビームのスポットを形成するようにしてい
る。レーザ光のパワー密度はこのスポットの径によって
変わり、スポット径が最小となる位置（焦点位置）で最
大となり、スポット径が大きくなるにつれて低下する。
また、レーザ溶接においては、焦点位置を溶接材料のど
この位置に設定（焦点はずし距離）するかにより溶接深
さが異なる。レーザ溶接においては、この焦点はずし距
離が重要なパラメータの一つであり、これの設定如何に
よって溶接の品質に大きな違いが生じる。また、溶接加
工時には、これを一定に維持する必要がある。

【０００４】ところで、レーザ溶接は従来より全自動で
行なわれることが多く、その場合、集束ミラーおよびト
ーチを含むヘッド部を２次元あるいは３次元ロボット等
で自動制御するのが一般的である。例えば、マスタワー
クの表面に予め溶接線をマーキングしておき、これをロ
ボットに１点ずつティーチングし、ティーチングにより
得られたマスタデータに従ってヘッド部を溶接線に沿っ
て一定の離間距離を維持させながら送り移動し、トーチ
の先端からレーザビームを射出して溶接加工を行なうと
いった方法がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】焦点はずし距離を最適
値に設定したとしても、これが変動してしまうと、溶接
点におけるレーザビームのパワー密度が変動し、溶接の
品質にムラが生じる。焦点はずし距離は、レーザ光の種
類および光学系が同一であれば、光学系の集束ミラーと
ワークの溶接点との離間距離によって決まる。したがっ
て、ヘッド部側をいかに精度よく位置決めしたとして
も、ワーク側の位置決めが不十分であると、離間距離の
変動によって焦点はずし距離が変動してしまうことにな
る。この意味で、マスタデータはあくまでもマスタワー
クに関するものに過ぎないと言える。つまり、ロボット
がマスタデータに従って忠実にヘッド部を送り制御した
としても、加工すべきワークにセッティングのズレがあ
ると、離間距離の変動によって溶接の品質にバラツキが
生じるということである。上述した従来の方法は、この
ような問題点を考慮していない。

【０００６】そこで、本発明の目的は、ワークのセッテ
ィングズレに起因する溶接品質のバラツキを、サイクル
タイムの増大をも考慮しつつ比較的簡易な手段で防止す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、ワークのセ
ッティングが完了した段階で、ワークの溶接部位上の少
なくとも２点のＸＹＺ座標値を実測し、この実測値を基
に上記２点を含む直線を求めると共に、上記２点のＸＹ
座標値に対応したマスタデータの２点を含む直線を求
め、両直線の、上記実測した２点を含むＺ軸平面内にお
ける離間距離および傾きのズレからワークのセッティン
グによるズレを演算し、この演算値を基にマスタデータ
の全Ｚ座標値を補正して得られた補正データに従って溶
接加工を行なうようにした。

【０００８】

【作用】本発明は、ワークのセッティングが完了した段
階で、ワークの溶接部位上の少なくとも２点の位置を実
測し、この実測値を基に、加工すべきワークのセッティ
ングによるズレを演算し、この演算値を基にしてマスタ
データを補正するものである。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って説明す
る。

【００１０】まず、図１および図２を参照しながら、本
実施例に係わる溶接加工方法を実施するための装置につ
いて概説する。このレーザ溶接加工装置は、レーザ源と
なるＣＯ2レーザ発振器１、一対のガイドレール３上を
Ｘ軸方向にスライド駆動されるテーブル２、テーブル２
上に装着され、テーブル２に対してＹ軸およびＺ軸方向
にスライド駆動されるヘッド部５、レーザ発振器１で発
生させたレーザビームＢをヘッド部５に導き入れる一連
の通路管７を主要な要素として構成される。尚、図１に
おけるＣは、テーブル２およびヘッド部５の位置決め制
御等を行なう制御器である。

【００１１】通路管７内には複数の反射ミラー７ａが配
置され、レーザ発振器１から射出されたレーザビームＢ
は反射ミラー７ａによって複数段階に反射されたのち、
ヘッド部５内に配置された集束ミラー（図示省略）によ
って集束される。そして、トーチ５ａの先端からワーク
Ｗの溶接部位に向けて照射される。

【００１２】図２に示すように、ヘッド部５の側部には
ロータリアクチュエータ５ｂが装着され、ロータリアク
チュエータ５ｂのロッドに位置検出用のセンサ５ｃが連
結されている。本実施例では、センサ５ｃとして接触式
のものを用いている。勿論、非接触式のものでもかまわ
ない。センサ５ｃは、常時は、垂直上方へ向いている
が、位置検出時に、ロータリアクチュエータ５ｂの作動
により、１８０度揺動して垂直下方へ向く。この時、セ
ンサ５ｃの先端はトーチ５ａの先端よりも下方に位置す
る。

【００１３】以上が、このレーザ溶接加工装置の概略で
あるが、次に、この装置を用いた溶接加工方法について
説明する。まず、加工すべきワークＷについての溶接条
件を設定する。溶接条件は、レーザビームのパワー、焦
点はずし距離、照射角度・時間など溶接加工に必要なす
べての情報を含み、これらの情報はマスタデータとして
制御器Ｃに記憶される。このうち、レーザビームの焦点
はずし距離に関するデータは、ヘッド部５のＸＹＺ座標
データに関連づけられる。尚、ヘッド部５の座標データ
は、前述したようなダイレクトティーチングによる他、
ワークの設計、セッティングのデータから算出したデー
タを入力する等、種々の慣用の手段によって記憶させる
ことができる。

【００１４】加工すべきワークＷが所定位置に位置決め
供給されると、図３に示すように、ワークＷの溶接線Ｌ
１上の任意の１点（点Ｐ１とする。）について位置検出
が行なわれる。ヘッド部５は、溶接線Ｌ１の垂直上方位
置までＸＹ軸方向に位置決め送りされ、センサ５ｃが下
方に向けて揺動したのち、センサ５ｃの先端が点Ｐ１に
接触する位置まで下降する。センサ５ｃが接触した点Ｐ
１の座標データ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）は制御器Ｃにて読
み込まれる。Ｐ１の位置検出が終わるとヘッド５は一旦
上昇する。そして、同様の態様で、溶接線Ｌ１上の任意
の他の１点（点Ｐ２とする。）について位置検出が行な
われる。センサ５ｃが接触した点Ｐ２の座標データ（Ｘ
２、Ｙ２、Ｚ２）も制御器Ｃにて読み込まれる。このよ
うにして、溶接線Ｌ１上の任意の２点Ｐ１およびＰ２の
位置検出が完了すると、センサ５ｃは上方に向けて揺動
し、ヘッド部５は溶接開始点Ｐ０の垂直上方位置まで位
置決め送りされる。ヘッド部５は、制御器Ｃから加工開
始指令を受けるまでその位置で待機する。

【００１５】図４に示すように、制御器Ｃはセンサ５ｃ
により実測した座標データに基づき、点Ｐ１と点Ｐ２と
を含む直線Ｓ１を求めるとともに、これら２点のＸＹ座
標値（Ｘ１、Ｙ１）（Ｘ２、Ｙ２）に対応したマスタデ
ータＬ０の２点Ｐ１０およびＰ２０を含む直線Ｓ０を求
める。そして、同図に示すＺ軸平面内における、直線Ｓ
１とＳ０の離間距離Ｚ０と傾きのずれ角θを演算する。
離間距離Ｚ０とずれ角θがわかれば、直線Ｓ１、Ｓ０の
Ｚ座標値のズレが、すべてのＸＹ座標値についてわか
る。この演算値に基づいてマスタデータＬ０の全Ｚ座標
値を補正するのである。例えば、実測されていない溶接
線Ｌ１上の点Ｐ３（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）｛Ｘ１＜Ｘ３＜
Ｘ２、Ｙ１＜Ｙ３＜Ｙ２とする｝のＺ座標値Ｚ３は、
（Ｘ３、Ｙ３）における直線Ｓ１とＳ０のＺ座標値のズ
レ分を、（Ｘ３、Ｙ３）におけるマスタデータＬ０のＺ
座標値にプラスしたものとして求める。このようにする
ことにより、ワークＷのセッティングによるズレを補正
することができる。制御器Ｃは、この補正したデータに
従ってヘッド部５を送り制御し、加工開始点Ｐ０から溶
接線Ｌ１に沿って溶接加工を行なわせる。したがって、
トーチ５ａから溶接線Ｌ１上に照射されるレーザビーム
Ｂの焦点はずし距離はどのワークＷに対してもほぼ同一
となる。そのため、溶接の品質のバラツキが極めて少な
くなる。

【００１６】ここで、重要なことは、この実施例に係わ
る方法が、レーザ溶接加工という用途上の特質に着目
し、制御系の複雑化、サイクルタイムの増大化を極力押
さえるようにしていることである。具体的に言うと、精
密機械加工の分野などにおいては、ワークの加工部位全
体の位置検出を事前にあるいはリアルタイムで行ない、
これに基づいてマスタデータを補正して加工を行なうと
いった方法は一般的に行なわれているところである。と
ころが、レーザ溶接加工においては、溶接中にスパッタ
が生じ、プラズマの発生により溶接部位の近傍が高温に
なるため、リアルタイムでの位置検出が困難なばかりか
（測定治具を溶接箇所に接触させることができないた
め）、従来の制御方法をそのまま適用すると、サイクル
タイムの増大、制御系の複雑化などによって加工コスト
を不必要に上昇させてしまう懸念がある。本実施例で
は、ワークのセッティングが完了した段階で、ワークの
溶接線上の少なくとも２点についてのみ位置検出を行な
い、この実測データに基づいてマスタデータを補正する
ことにより、このような懸念を解消せしめている。尚、
「少なくとも２点」であるから、２点以上測定するよう
にしても良い。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、ワークのセッティング
が完了した段階で、ワークの溶接部位上の少なくとも２
点のＸＹＺ座標値を実測し、この実測値を基にワークの
セッティングによるズレを補正するようにしたので、比
較的簡易な手段でワークの溶接品質を向上させることが
できる。しかも、サイクルタイムの増大を最小限に押さ
えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる溶接加工方法を実施するための
装置を示す平面図である。

【図２】図１におけるヘッド部の周辺を示す側面図であ
る。

【図３】溶接線上における２点の位置検出方法を説明す
る図である。

【図４】ワークのセッティングによるズレを演算する方
法を説明する図である。

【符号の説明】

５ ヘッド部 ５ａ トーチ ５ｃ 位置検出用センサ Ｐ１ 溶接線上の任意の点 Ｐ２ 溶接線上の任意の点 Ｐ１０ マスタデータの点 Ｐ２０ マスタデータの点 Ｓ１ 直線 ＳＯ 直線 Ｚ０ 離間距離 θ ずれ角

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の溶接条件をデータ化したマスタデ
   ータに基づき、集束ミラーおよびトーチを含むヘッド部
   をワークの溶接部位に沿って送り制御しながら、ワーク
   の溶接部位にレーザビームを照射して溶接加工を行なう
   方法において、ワークのセッティングが完了した段階
   で、ワークの溶接部位上の少なくとも２点のＸＹＺ座標
   値を実測し、この実測値を基に上記２点を含む直線を求
   めると共に、上記２点のＸＹ座標値に対応したマスタデ
   ータの２点を含む直線を求め、両直線の、上記実測した
   ２点を含むＺ軸平面内における離間距離および傾きのズ
   レからワークのセッティングによるズレを演算し、この
   演算値を基にマスタデータの全Ｚ座標値を補正して得ら
   れた補正データに従って溶接加工を行なうようにしたこ
   とを特徴とするレーザ溶接加工方法。