JPH06102275B2 - レーザ溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１対の被溶接部材を突き合わせてレーザ溶接を
行なうレーザ溶接装置に係り、特に溶接ビードの形状の
検査と補修溶接とを自動的に行なうことのできるレーザ
溶接装置に関する。

〔従来の技術〕

レーザ溶接は高密度のエネルギが得られるレーザビーム
により集中加熱して高速度溶接を行なうことができ、溶
接部と溶接熱影響部のそれぞれの幅が狭い良好な溶接継
手を得ることができる溶接法として広く使用されてい
る。

このレーザ溶接法によって１対の被溶接部材を突き合わ
せて溶接する場合、その突合せ部にギャップがあるとス
ポットに集光されたレーザビームがこのギャップを素通
りしてしまい、良好な溶接ビードが得られない。例えば
集光されたレーザビームのスポット径が約0.3mmである
場合、アーク溶接などのようにワイヤなどの溶接材料で
ギャップを埋めることがないため、被溶接部材の板厚が
1.0mm以下とすると、突合せ開先部のギャップは、0.1mm
以下という高い精度が要求される。しかしながら実際の
溶接において、上記の精度を完全に満足させることは、
被溶接部材の端面の直線加工精度の管理上困難である。
この結果溶接部の溶融金属が不足し、ビードヒケ過大、
ビード幅不足、溶融池傾斜角過大などの溶接不良が発生
するが、この溶接不良の程度が軽微な場合は再度溶接す
ることにより良好な溶接ビードを得ることができる。

従来は上記の溶接部の検査は溶接後目視検査によって行
なっていた。この検査のため被溶接部材を溶接後取り出
し、別の検査工程で検査をしなければならず、リアルタ
イムでの検査が困難であった。したがって作業効率が低
下し、しかも目視検査によるため熟練を要し正確さも期
しがたいという問題があった。

この問題を解決するための手段としては、本願出願人に
より提案され特開昭62−118994号公報に記載されたよう
に、レーザ突合せ溶接がされた被溶接部材の溶接ビード
に帯状平行光線束を照射し、この光線が照射された溶接
線部分を撮像し、この撮像信号を画像処理装置に入力し
て溶接線におけるビードの形状を検査する溶接品質検査
装置が公知である。また、特開昭57−9584号公報に記載
されたように、Ｅ型コイルの中央ポールと両側のポール
とにそれぞれ１次コイル及び２次コイルを巻回して差動
結線し、このＥ型コイルを被測定材に対して一定距離を
介して固定し、前記１次コイルに交流電流を供給して２
次コイルに誘起される差分電圧を同期検波することによ
り溶接部信号を得るようにした溶接部検出方法も公知で
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記２つの公報によって開示された提案
のうち前者は、レーザ突合せ溶接におけるビードの形状
の検査をリアルタイムで自動的に正確に行なうことはで
きるが、この検査結果により再溶接して良好なビードを
得ることができるか否かの判定機能と、この判定結果に
より再溶接を自動的に行なう機能を有していなかった。
このため検査結果により再溶接して救済可能な被溶接部
材を選別して取り出し、別工程で再溶接を行なわなけれ
ばならず、検査、判定、再溶接を全自動で行なうことが
できないという問題があった。

また、後者の公報による提案は溶接部の存在を検出する
検出方法に関するものであり、溶接によるビード形状の
検査については配慮されていなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、レーザ
突合せ溶接におけるビード形状の検査と、再溶接により
救済可能な被溶接部材の選択と、再溶接とをそれぞれリ
アルタイムで、かつ自動的に行なうことができ、溶接の
全工程を自動化することができるレーザ溶接装置を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、レーザ発振器より
発するレーザビームをレーザ溶接トーチを介して１対の
被溶接部材の突合せ部に照射し、レーザ溶接を行ないつ
つ該被溶接部材の溶接ビードに帯状平行光線を照射し、
該平行光線が照射された前記溶接ビードを撮像して該溶
接ビードの形状を検査する画像処理装置を具備したレー
ザ溶接装置において、前記画像処理装置により検出され
たビードのヒケ、幅、溶接池傾斜角の検査結果を入力
し、該各検査結果から再溶接可能か否かの判定を行なう
総合制御装置と、該総合制御装置による判定結果の補修
可能信号により前記レーザ発振器及び前記レーザ溶接ト
ーチを駆動して前記突合せ部の溶接ビードを再度溶接を
行なう数値制御装置とを設けたものである。

〔作用〕

上記の構成によると、レーザ突合せ溶接により形成され
た溶接ビード部に斜め上方から帯状平行光線のスリット
光を溶接線方向とこのスリット光の長手方向とが直角に
なるように照射し、このスリット光の反射光をビードの
垂直上方からテレビカメラによって撮像することにより
ビードの断面形状を表わす画像が得られる。この画像を
画像処理装置に入力して高速処理することにより溶接し
ながら溶接ビードのヒケ、幅、溶融池傾斜角を計測する
ことができる。この計測値により溶接終了後溶接品質を
良好ビード、再溶接により補修可能なビード、不良ビー
ドの３種類に瞬時に判定分類する。

この判定結果が再溶接により補修可能なビードであった
場合、この補修可能信号を総合制御装置から数値制御装
置に送ってレーザ発振器及びレーザ溶接トーチを駆動
し、溶接線上に再度レーザ溶接を行なう。そして再度溶
接ビードを検査して良好ビードが形成された被溶接部材
を良品として取り出して次工程へ送り、不良ビードのも
のは廃棄される。

〔実施例〕

以下、本発明に係るレーザ溶接装置の一実施例を図面を
参照して説明する。

第１図に本発明の一実施例を示す。図において、図示せ
ぬ溶接治具上には１対の鋼板などの被溶接部材1a,1bが
突合せ部２を介して密着固定されている。レーザ溶接ト
ーチ３は前記突合せ部２の上部をこの突合せ部２に治っ
て走行可能に図示せぬ走行装置により支持されている。
そしてレーザ溶接トーチ３はレーザ発振器４から出力さ
れるレーザビームを、このトーチ３内に設けられた図示
せぬレンズを介して前記突合せ部２に集光するようにな
っている。このレーザ溶接トーチ３の走行駆動は数値制
御装置５によって制御される。

一方、レーザ溶接トーチ３には検査用光線照射装置６及
び撮像装置７が図示しないケース内に収納されて固定さ
れている。光線照射装置６は半導体レーザ発振器８と、
このレーザ発振器８から出力されるレーザ光を平行光線
に変換するためのコリメートレンズ９と、さらにこの平
行光線を１軸方向のみ収束させてスリット状の光線10に
変換するシリンドリカルレンズ11とが順次同軸上に配設
されてなっている。

そして、この光軸は前記突合せ部２に対して斜め下方に
向かって交差するように形成されており、前記光線10が
前記被溶接部材1a,1b上に投影する光切断線12と突合せ
部２とは直角の角度をなしている。

前記撮像装置７はCCDカメラ13と、このカメラ13の前端
部に同軸上に順次連結された接写リング14及びレンズ15
とからなっている。そしてこの光軸は前記光切断線12と
突合せ部２の交点を通り、かつ前記被溶接部材1a,1bに
対して直角方向になっっている。またレンズ15には溶接
光などの外乱光の影響を排除するため、前記半導体レー
ザ発振器８が発生するレーザビームの波長帯の光のみを
通過させる図示せぬ干渉フィルタが取り付けられてい
る。

また、前記CCDカメラ13の出力端は画像処理装置16に接
続されており、この画像処理装置16はシステム総合制御
装置17に接続されている。このシステム総合制御装置17
は画像処理装置16に検査の開始、終了などの制御信号を
出力するとともに、前記数値制御装置５との間で検査及
び溶接の開始及び終了など制御信号の交換を行なうよう
になっている。また前記半導体レーザ発振器８はドライ
バ18により駆動され、このドライバ18はシステム総合制
御装置17によって制御される。

次に本実施例の動作を説明する。

レーザ溶接トーチ３から被溶接部材1a,1bの突合せ部２
に照射されたスポット状のレーザ光により、突合せ部２
に溶接ビード2aが形成されて、被溶接部材1a,1bが溶接
される。一方、レーザドライバ18によって駆動された半
導体レーザ発振器８によりレーザ光10が出力され、この
レーザ光10はコリメートレンズ９及びシリンドリカルレ
ンズ11を通って帯状になり、被溶接部材1a,1b上に突合
せ部２と直角に交差するように照射される。この照射部
とその近傍はレンズ15及び接写リング14を通してCCDカ
メラ13で撮像され、第２図に示すような画像19としてと
らえられ、この撮像信号は画像処理装置16に入力され
る。この画像処理装置16により、画像19の情報から溶接
ビード2aのヒケ、幅、溶融池傾斜角を計測し、ハードデ
ィスクなどのメモリに記憶させる。

以上の動作は約1/30秒のサイクルで行なわれる。そして
溶接終了後前記計測値から良好ビード、再度の溶接によ
り補修可能なビード、不良ビードの３段階のうちいずれ
に該当するかの判定を行なう。この判定は約0.1秒で行
なわれ、この判定結果をシステム総合制御装置17に入力
する。

そして、判定結果が前記３段階のうち第２の再度の溶接
により補修可能なビードである場合、数値制御装置５に
システム総合制御装置17から指令が発せられ、数値制御
装置５によりレーザ発振器４を作動させて、レーザ溶接
トーチ３から被溶接部材1a,1bの溶接ビード2a上にレー
ザ光を照射して再度レーザ溶接を行なう。前記判定結果
が良好ビードまたは不良ビードの場合は被溶接部材１を
溶接治具より取り出し、前者の場合は次の加工工程に搬
送し、後者の場合は廃棄する。

なお、再溶接された被溶接部材１は再度前記と同様な検
査を行ない、良好ビードまたは不良ビードの判定を行な
う。この場合はさらに再溶接することはない。

実験によれば、再溶接された被溶接部材１の合格率は約
90％である。第３図は良好ビード、第４図はビードヒケ
過大、第５図はビード幅不足、第６図は溶融池傾斜角過
大の状態を示す。

本実施例によれば、被溶接部材１の溶接治具への装着、
レーザ溶接、検査、再溶接による不良補修、溶接済の被
溶接部材１の良品の次工程への搬送、不良品の廃棄の溶
接全工程をリアルタイムで完全自動化することが可能と
なり、作業効率を著しく向上させることができる。

上記実施例では光線照射手段としてレーザ光を用いた場
合について説明したが、これに限定されるものではな
く、帯状の平行線束が得られるものであればよい。また
光線照射手段の配置位置も本実施例に示した位置に限定
されるものではない。またレーザ溶接トーチを移動する
代りに被溶接部材を移動してもよい。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、レーザ溶接装置によっ
て形成された溶接ビードに帯状平行光線を照射して撮像
し、溶接ビードの形状を検査するとともに、この検査結
果により再溶接可能か否かを判定して、可能の場合には
自動的に再溶接を行なうようにしたので、目視による検
査を廃止して溶接作業と同時にリアルタイムで正確、か
つ自動的に検査を行なうことができ、しかも補修溶接を
含む溶接全工程を完全自動化することが可能となり、作
業効率を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るレーザ溶接装置の一実施例を示す
概略斜視図、第２図は同じく撮像装置で得られる画像の
平面図、第３図乃至第６図はビード形状の状態を示す断
面図である。 1a,1b……被溶接部材、 ２……突合せ部、2a……溶接ビード、 ３……レーザ溶接トーチ、 ４……レーザ発振器、５……数値制御装置、 10……帯状平行光線、16……画像処理装置、 17……システム総合制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ発振器より発するレーザビームをレ
   ーザ溶接トーチを介して１対の被溶接部材の突合せ部に
   照射し、レーザ溶接を行ないつつ該被溶接部材の溶接ビ
   ードに帯状平行光線を照射し、該平行光線が照射された
   前記溶接ビードを撮像して該溶接ビードの形状を検査す
   る画像処理装置を具備したレーザ溶接装置において、前
   記画像処理装置により検出されたビードのヒケ、幅、溶
   接池傾斜角の検査結果を入力し、該各検査結果から再溶
   接可能か否かの判定を行なう総合制御装置と、該総合制
   御装置による判定結果の補修可能信号により前記レーザ
   発振器及び前記レーザ溶接トーチを駆動して前記突合せ
   部の溶接ビードを再度溶接を行なう数値制御装置とを設
   けたことを特徴とするレーザ溶接装置。