JPH07136787A - レーザー溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザー溶接に伴って発生する被加工物のひ
ずみ量に従って、溶接作業を制御しうるレーザー溶接装
置を提供する。 【構成】 一対のギャップセンサー４ａ，４ｂが、駆動
装置９によって、被加工物であるフランジ３の外周上と
内周上に、被加工物の回転軸１４に平行に配設されてい
る。また、前記ギャップセンサー４は、これより送られ
た電気信号を変位データに変換する信号変換器５に接続
され、さらに、この信号変換器５は、被加工物の平面
度、垂直度を求めて許容値内かどうかを判定する判定装
置６に接続されている。また、この判定装置６には制御
装置８が接続され、判定装置６によって得られた判定結
果に基づいて、レーザー溶接装置のレーザー出力及び被
加工物の回転速度を適宜制御するように構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザーにて溶接を行
うレーザー溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から用いられているレーザー溶接装
置は、図４に示した様に構成されている。即ち、発振器
１８によって発振されたレーザー光は、数枚のベンダー
ミラー１９を介して集光ミラーまたはレンズ２０へ入射
され、ここで集光されて、被加工物２１のスポット位置
２４まで導かれる。一方、被加工物２１は、溶接する部
分である溶接線２５が、前記スポット位置２４へくるよ
うにセットされ、これを適当なスピードで回転又は移動
させることにより、溶接を行うように構成されている。

【０００３】ところで、レーザー溶接は、高エネルギー
密度のレーザー光を被加工物に照射することにより溶接
を行うため、加工による熱歪が小さいことが大きな特徴
となっている。従って、フランジなど平面度の要求され
るものに関しても、熱によるひずみが小さく、溶接後に
平面度を出すための特別な加工が不要であり、効率的な
溶接作業が行えるといった利点がある。

【０００４】しかし、高い気密性を必要とするフランジ
部の溶接にあっては、特にきびしい平面度が要求される
ため、上記の様なレーザー溶接を行っても、レーザーに
よる熱の影響を受けて、フランジ部がおわん状又はすり
鉢状に反ってしまい、所望の平面度が得られない場合が
ある。この場合、従来は、被加工物の平面度が許容限度
内におさまっているかどうかを確認するために、図５に
示した様に、溶接後、被加工物をレーザー溶接装置から
取り外し、スタンド２３に設置した三次元測定器または
ダイヤルゲージ２２を用いて、被加工物であるフランジ
の内外周のひずみを測定し（図中矢印方向）、その値が
許容限度内におさまっているかどうかを検査していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た様な従来のレーザー溶接装置には、以下に述べる様な
問題点があった。即ち、ひずみの測定を溶接作業が完了
した後に行っているため、フランジなどの被加工物２１
を溶接装置からいったん取り外し、前記三次元測定器ま
たはダイヤルゲージ２２に取り付けなければならず、作
業工程が増し、コスト及び時間もかかるという欠点があ
った。

【０００６】また、溶接作業によってひずみが発生して
いる場合には、このひずみを修正すべく、溶接後に改め
て平面度を出すための特別な加工が必要となるといった
欠点があった。

【０００７】本発明は、上述した様な従来技術の問題点
を解消するために提案されたもので、その目的は、レー
ザー溶接に伴って発生する被加工物のひずみ量に従っ
て、溶接作業を制御しうるレーザー溶接装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザー溶接装
置は、被加工物の所定点と対向する位置に配設される変
位計測装置と、前記変位計測装置の位置座標を認識して
前記変位計測装置を移動させる駆動装置と、前記変位計
測装置から送られた電気信号を変位データに変換する信
号変換器と、この信号変換器より送られてくる変位デー
タにより、溶接作業によって生じうるひずみ量が許容値
内におさまっているかどうかを判定する判定装置と、前
記判定装置の判定結果に基づいて、レーザー溶接作業を
制御する制御装置を備えたことを特徴とするものであ
る。

【０００９】

【作用】本発明のレーザー溶接装置によれば、溶接作業
等が済んだ後、直ちに被加工物の所定部位における変位
が変位計測装置によって測定され、その測定電圧は信号
変換器へ送られて変位のデータに変換され、この変位デ
ータが判定装置へ送られ、そこで溶接作業等によるひず
みが発生しているか否かの判定がなされる。また、同時
に被加工物の平面度、垂直度のデータも得られるので、
ひずみを解消するためのレーザー溶接条件（加工速度、
レーザー出力等）が決定され、制御装置により、前記溶
接条件にしたがって、それ以後のレーザー溶接作業を制
御することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図３に基
づいて具体的に説明する。

【００１１】即ち、本実施例においては、図１及び図２
に示した様に、一対の非接触変位計測装置（以下、ギャ
ップセンサーと記す）４ａ，４ｂが、駆動装置９によっ
て、被加工物であるフランジ３の外周上と内周上に、被
加工物の回転軸１４に平行に配設されている。また、前
記ギャップセンサー４ａ，４ｂの設置位置は、被加工物
であるフランジ３のサイズにより適宜調節することがで
きるように構成され、その設置位置のＸＹＺ座標が前記
駆動装置９により認識され、そのデータが信号変換器５
へ送られるように構成されている。

【００１２】また、前記ギャップセンサー４ａ，４ｂ
は、ギャップセンサーとフランジ面の間の距離に応じた
電圧を出力するように構成され、この出力電圧が前記信
号変換器５に送られ、信号変換器５によって距離に変換
され、これによりフランジからの距離の測定ができるよ
うに構成されている。さらに、前記信号変換器５には判
定装置６が接続され、信号変換器５によって距離に変換
されたデータに基づいて、被加工物であるフランジ３の
平面度、垂直度を求め、それらが許容値内におさまって
いるかどうかを判定するように構成されている。また、
前記判定装置６には制御装置８が接続され、判定装置６
によって得られた判定結果に基づいて、レーザー溶接装
置のレーザー出力及び被加工物の回転速度を適宜制御す
ることができるように構成されている。

【００１３】この様な構成を有する本実施例のレーザー
溶接装置は、以下に述べる様に作用する。即ち、２つの
ギャップセンサー４ａ，４ｂは、溶接前に、フランジ３
からの距離が等しくなるようにセットされている。そし
て、レーザー光１がスポット位置７へ入射し、被加工物
３が１回転するとレーザー光が停止して溶接が終了する
が、溶接終了後さらに一回転させ、ギャップセンサー４
ａ，４ｂによって、フランジの内周・外周上の２点にお
ける溶接後の回転軸方向の距離を測定する。

【００１４】ギャップセンサー４ａ，４ｂにより１周分
２箇所で測定された電圧は信号変換器５へ送られて、回
転軸方向の変位のデータに変換され、さらに、判定装置
６へ送られて、その判定結果が図３（Ａ）に示した様な
グラフとして示される。図３（Ａ）において、縦軸は回
転軸方向の距離（位置）、横軸は計測開始点からの角度
（３６０度で一周）であり、図中実線１０は外周のデー
タ、破線１１は内周のデータを示している。なお、図３
（Ｂ）は、ある回転角度におけるギャップセンサー４
ａ，４ｂによる２点の測定状態を示したものである。

【００１５】ここで、溶接後のフランジ部に何等のひず
みも生じていないとすれば、実線１０と破線１１とは一
致し、また、直線状となるはずである。しかし、図３
（Ａ）に示した様に、実線１０の方が破線１１より大き
くなっていることから、フランジの内周部分の方が外周
部分より外側に盛り上がっており、フランジがおわん型
に反っていることを示している。また、実線１０、破線
１１とも波形となっており、それぞれの部位において平
面度に欠けることを示している。

【００１６】この様に、計測開始点からの角度が等しい
点での実線１０と破線１１の差、すなわちフランジの外
周と内周の変位の差Ｌ₁ は、その部位におけるフランジ
の反りに相当し、実線１０と破線１１の最大と最小の差
Ｌ₂ が、その部位における平面度の指標となる。この平
面度と許容平面度とを判定装置６において比較・検討す
ることにより、溶接作業によってひずみが発生している
か否かの判定がなされる。さらに、ギャップセンサー４
ａ，４ｂは、被加工物３の回転軸と平行な方向の距離を
測定しているため、回転軸１４とフランジ３の面の垂直
度が同時に求まる。そして、制御装置に送られたこれら
の結果に基づいて、フランジの反りが大きい場合には、
溶接溶け込み深さが十分得られる範囲で徐々にレーザー
出力を落とすか、加工速度（回転速度）を上げるように
制御することにより、許容平面度内におさまるような適
正な溶接条件下で、以後の溶接作業を行うことができ
る。

【００１７】この様に、本実施例によれば、レーザー溶
接後、直ちにフランジの平面度、垂直度を求めることが
でき、また、これらのデータに基づいてひずみ判定が行
え、溶接条件と平面度の関係が直ちに求まるため、以後
の溶接条件を決定する際の指針となる。これにより、レ
ーザー溶接作業の一貫としてひずみの修正ができ、ま
た、適正な溶接条件を定めることができるので、従来の
様に溶接作業終了後に、再度特別な加工を施すといった
無駄がなくなる。

【００１８】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明のレーザー溶接
装置によれば、被加工物の所定点と対向する位置に配設
される変位計測装置と、前記変位計測装置の位置座標を
認識して前記変位計測装置を移動させる駆動装置と、前
記変位計測装置から送られた電気信号を変位データに変
換する信号変換器と、この信号変換器より送られてくる
変位データにより、溶接作業によって生じうるひずみ量
が許容値内におさまっているかどうかを判定する判定装
置と、前記判定装置の判定結果に基づいて、レーザー溶
接作業を制御する制御装置を備えることにより、レーザ
ー溶接に伴って発生する被加工物のひずみ量に従って溶
接作業を制御しうるレーザー溶接装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザー溶接装置の一実施例の概略構
成図

【図２】図１に示した実施例の溶接作業の例解図

【図３】（Ａ）は図１に示した実施例における判定結果
を示す図、（Ｂ）はある回転角度における２点の測定状
態を示した側面図

【図４】従来から用いられているレーザー溶接装置の構
成図

【図５】従来から用いられているレーザー溶接ひずみ測
定器の一例を示す斜視図

【符号の説明】

１…レーザー光 ２…溶接線 ３…被加工物（フランジ） ４…ギャップセンサー ５…信号変換器 ６…判定装置 ７…スポット位置 ８…制御装置 ９…駆動装置 １４…回転軸 １８…発振器 １９…ベンダーミラー ２０…集光ミラー又はレンズ ２１…被加工物 ２２…ダイヤルゲージ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光によって被加工物の溶接を行
   うレーザー溶接装置において、 前記被加工物の所定点と対向する位置に配設される変位
   計測装置と、前記変位計測装置の位置座標を認識して前
   記変位計測装置を移動させる駆動装置と、前記変位計測
   装置から送られた電気信号を変位データに変換する信号
   変換器と、この信号変換器より送られてくる変位データ
   により、溶接作業によって生じうるひずみ量が許容値内
   におさまっているかどうかを判定する判定装置と、前記
   判定装置の判定結果に基づいて、レーザー溶接作業を制
   御する制御装置を備えたことを特徴とするレーザー溶接
   装置。