JPH07241687A - レーザ加工方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工線をリング状に有する被加工物にあっ
て、加工線の位置検出の精度の向上を図る。 【構成】 ディスクホイール１１は回転テーブルに固定
状態にセットされ、Ｙ軸方向に延びる軸心Ｏを中心に回
転駆動される。ディスクホイール１１の上方にレーザヘ
ッド１８を設ける。レーザヘッド１８を自在にＸ，Ｙ，
Ｚ軸方向に移動させるヘッド駆動機構１９を設ける。デ
ィスクホイール１１の左側に、溶接線１４の位置を検出
するためのＣＣＤカメラ等からなる加工線検出装置２０
を設ける。制御装置１７は、ディスクホイール１１を回
転させながら加工線検出装置２０により溶接線１４の位
置データを全周に渡って検出する加工線検出工程と、そ
の溶接線１４の位置データに基づいてレーザヘッド１８
を位置合せ移動させながらレーザ光Ｌの照射を行う加工
工程との２工程により溶接作業を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工線をリング状に有
する被加工物の加工線を検出してレーザヘッドからレー
ザ光を照射するようにしたレーザ加工方法及びその装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のレーザ加工装置として、例えば
車両用のディスクホイールのリムとディスク部とを溶接
により接合するものがある。この場合、リムとディスク
部との突合わせ部分即ち溶接線（加工線）は、全体とし
てほぼ円筒状をなすディスクホイールの外周面部に円周
方向に延びるリング状に形成される。

【０００３】図４は、この種の従来のレーザ加工装置の
構成を概略的に示すものである。ここで、被加工物（デ
ィスクホイール）１は、図示しない回転テーブルに固定
状態にセットされ、その中心部を軸心Ｏ（Ｙ軸方向に延
びる軸）として、矢印Ａ方向に回転駆動されるようにな
っている。また、前記回転テーブル（被加工物１）の回
転位置がエンコーダ２により検出されるようになってい
る。

【０００４】そして、回転テーブル（被加工物１）の図
で上方部には、レーザヘッド３が下向きに設けられてい
る。このレーザヘッド３は、ヘッド駆動装置４により、
Ｙ軸方向（被加工物１の軸方向）、Ｚ軸方向（図で上下
方向）及びＸ軸方向（図で左右方向）に自在に移動され
るようになっている。このレーザヘッド３は、被加工物
１の真上部分に位置され、上方からその溶接線に向けて
レーザ光Ｌを照射するように構成されている。

【０００５】一方、回転テーブル（被加工物１）の図で
左側部には、被加工物１の溶接線（加工線）を検出する
ための加工線検出装置５が設けられている。詳しい図示
はしないが、この加工線検出装置５は、光源及びＣＣＤ
カメラを備えて構成され、前記被加工物１のうちレーザ
ヘッド３によるレーザ光照射位置から例えば角度９０度
ずれた位置（この角度を遅れ角と称する）の溶接線の画
像を取込むようになっている。そして、その画像データ
が、データ処理装置６に入力され、溶接線のＹ軸方向位
置が検出されるようになっている。また、この加工線検
出装置５も、駆動装置７によりＵ，Ｖ，Ｗ軸に沿って移
動可能とされている。

【０００６】そして、レーザ加工装置の制御装置８は、
図５のフローチャートに示すような制御を行うようにな
っている。即ち、被加工物１がセットされると、レーザ
ヘッド３及び加工線検出装置５を、所定の部位に移動さ
せ（Ｓ１）、まず、被加工物１を遅れ角度分（９０度）
回転させながら加工線検出装置５により溶接線のＹ軸方
向位置を検出してそのデータを記憶しておく（Ｓ２，Ｓ
３）。その後、エンコーダ２からの回転位置信号に基づ
いて、加工線検出装置５による溶接線の位置検出を行い
ながら、現在の被加工物１の位置から遅れ角度（９０
度）だけ前の溶接線のＹ軸方向位置に従ってヘッド駆動
装置４を介してレーザヘッド３をＹ軸方向に移動させる
ようになっている（Ｓ４，Ｓ５）。これにて、レーザヘ
ッド３のレーザ光Ｌの照射位置を溶接線に一致させるよ
うにしながら、連続的に溶接加工が行われるのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものにおいては、レーザヘッド３によるレーザ溶接
が行われている部位の近傍にて、加工線検出装置５によ
る位置検出（撮影）が同時に平行して行われているの
で、溶接作業に伴って発生するスパッタや金属蒸気によ
り、例えばＣＣＤカメラや光源のレンズが汚れてしまう
といった事態が生じていた。その結果、溶接線の検出精
度が低下してしまい、ひいては加工不良を招いてしまう
虞もある。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、加工線をリング状に有する被加工物に
あって、加工線の位置検出の精度をより一層向上するこ
とができるレーザ加工方法及びその装置を提供するにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ加工方法
は、加工線をリング状に有する被加工物を、前記加工線
の中心を軸心として回転させながら、レーザヘッドによ
りレーザ光を照射して加工を行うようにした方法であっ
て、前記被加工物を回転させながら前記加工線の位置デ
ータをその被加工物の全周に渡って検出する加工線検出
工程と、この加工線検出工程により検出された加工線の
位置データに基づいて前記レーザヘッドを前記被加工物
に対して相対的に位置合せ移動させながら加工を行う加
工工程とを順に実行するところに特徴を有する（請求項
１の発明）。

【００１０】そして、本発明のレーザ加工装置は、加工
線をリング状に有する被加工物を、回転駆動手段により
前記加工線の中心を軸心として回転させながら、レーザ
ヘッドによりレーザ光を照射して加工を行うようにした
ものであって、被加工物の加工線の位置を検出する加工
線検出手段と、被加工物を回転駆動手段により回転させ
ながら前記加工線検出手段によって検出されたその被加
工物の全周に渡る加工線の位置データを記憶する加工線
位置記憶手段と、この加工線位置記憶手段に記憶された
位置データに基づいてレーザヘッドを被加工物に対して
相対的に位置合せ移動させながら加工を行うレーザヘッ
ド制御手段とを具備するところに特徴を有する（請求項
２の発明）。

【００１１】また、この場合、加工線検出手段を、レー
ザヘッドによる被加工物の加工時には、被加工物から離
間した位置に退避させるように構成すれば（請求項３の
発明）、より効果的である。

【００１２】

【作用】本発明のレーザ加工方法によれば、まず、被加
工物を回転させながら加工線の位置データをその被加工
物の全周に渡って検出する加工線検出工程が実行され
る。これにより、被加工物の加工線の位置データが全周
に渡って予め得られることになる。

【００１３】次に、その加工線の位置データに基づいて
レーザヘッドを被加工物に対して相対的に位置合せ移動
させながら加工を行う加工工程が実行される。このと
き、レーザヘッドは、検出された加工線の位置データに
基づいて位置合わせ移動されるので、加工線に倣った精
度の高い加工が行われるようになる。そして、加工線検
出工程と、加工工程とが別途に行われるので、加工工程
において発生するスパッタや金属蒸気の悪影響を受ける
ことなく、加工線検出工程を実行することができる。

【００１４】そして、本発明のレーザ加工装置によれ
ば、加工線検出手段により被加工物の加工線の位置が検
出されるのであるが、このとき、加工線位置記憶手段に
より、その被加工物の全周に渡る加工線の位置データが
記憶される。そして、レーザヘッド制御手段により、前
記加工線位置記憶手段に記憶された位置データに基づい
て、レーザヘッドを被加工物に対して相対的に位置合せ
移動させながら加工が行われる。

【００１５】従って、レーザヘッドは、検出された加工
線の位置データに基づいて位置合わせ移動されるので、
加工線に倣った精度の高い加工が行われるようになる。
そして、加工線検出手段による加工線の検出と、レーザ
ヘッドによる加工とが別途に行われるので、加工時にお
いて発生するスパッタや金属蒸気の悪影響を受けること
なく、加工線の検出を行うことができる。

【００１６】また、この場合、加工線検出手段を、レー
ザヘッドによる被加工物の加工時に、被加工物から離間
した位置に退避させるように構成すれば、加工線検出手
段を構成する部材等に加工時に発生するスパッタや金属
蒸気が付着することを確実に防止することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明をレーザ溶接装置による車両用
のディスクホイールのリムとディスク部との溶接に適用
した一実施例について、図１乃至図３を参照して説明す
る。まず、図３は被加工物としてのディスクホイール１
１を示しており、これは、共に円形状をなすリム１２と
ディスク部１３とを軸方向に突合わせて連結して構成さ
れる。その突合わせ部分は、ディスクホイール１１の外
周部にリング状に現れることになり、この突合わせ部分
が、レーザ溶接装置より溶接されるべき加工線たる溶接
線１４とされる。尚、図３では、（ａ）にアルミホイー
ル、（ｂ）にスチールホイールの代表的な形状を示して
おり、どちらも同様に外周部に溶接線１４がリング状に
形成される。

【００１８】次に、図２は、上記ディスクホイール１１
の溶接加工を行うための本実施例に係るレーザ加工装置
たるレーザ溶接装置１５の全体構成を概略的に示すもの
である。ここで、前記ディスクホイール１１は、図示し
ない回転テーブルに固定状態にセットされるようになっ
ており、回転テーブルは、回転駆動手段としてのモータ
等からなる回転駆動機構により、ディスクホイール１１
の中心部を軸心Ｏ（Ｙ軸方向に延びる軸）として、矢印
Ａ方向に所定速度で回転駆動されるようになっている。
また、前記回転テーブル（ディスクホイール１１）の回
転位置は、エンコーダ１６により検出されるようになっ
ている。このエンコーダ１６の検出信号は、後述する制
御装置１７に与えられ、また、前記回転駆動機構は、こ
の制御装置１７により制御されるようになっている。

【００１９】そして、前記回転テーブル（ディスクホイ
ール１１）の図で上方には、レーザヘッド１８が設けら
れている。詳しく図示はしないが、このレーザヘッド１
８は、図示しないＣＯ2 レーザ発振器から供給されたレ
ーザ光Ｌを集束して下端のノズルから下方に向けて照射
するようになっている。

【００２０】このレーザヘッド１８は、ヘッド駆動機構
１９に連結されており、このヘッド駆動機構１９によ
り、前記ディスクホイール１１の外周部に対する接離方
向である図で上下方向（Ｚ軸方向）、前記ディスクホイ
ール１１の軸方向（Ｙ軸方向）、及び、図で左右方向
（Ｘ軸方向）に自在に移動されるようになっている。ま
た、このヘッド駆動機構１９は、前記制御装置１７によ
り制御されるようになっている。

【００２１】一方、前記回転テーブル（ディスクホイー
ル１１）の図で左側には、前記溶接線１４の位置を非接
触にて検出するための加工線検出手段たる加工線検出装
置２０が設けられている。詳しく図示はしないが、この
加工線検出装置２０は、前記ディスクホイール１１の外
周部に、前記溶接線１４に直交するように細長い帯状の
光を照射する光源と、その照明部位を撮影する撮像手段
としてのＣＣＤカメラ等を備えて構成されている。これ
にて、加工線検出装置２０は、前記レーザヘッド１８に
よる溶接（レーザ光Ｌの照射）位置から、例えば角度９
０度ずれた位置の溶接線１４の画像を取込むようになっ
ている。

【００２２】そして、前記ＣＣＤカメラからの画像デー
タはデータ処理装置２１に送られ、このデータ処理装置
２１により、溶接線１４のＹ軸方向（回転軸方向）位置
が検出されるようになっているのである。検出された位
置データは、前記制御装置１７に入力されるようになっ
ている。また、前記加工線検出装置２０も、駆動機構２
２により、Ｕ軸（図で左右方向），Ｖ軸（回転軸方向）
及びＷ軸（図で上下方向）方向に自在に移動されるよう
になっており、この駆動機構２２も制御装置１７により
制御されるようになっている。

【００２３】さて、前記制御装置１７は、マイコン等か
ら構成され、そのソフトウエア構成により、上記各機構
を制御してディスクホイール１１の溶接加工の作業を自
動的に実行するようになっている。この場合、後のフロ
ーチャートの説明にて明らかとなるように、溶接加工の
作業は、前記ディスクホイール１１を回転駆動機構によ
り回転させながら前記加工線検出装置２０により溶接線
１４の位置データを全周に渡って検出する加工線検出工
程と、この加工線検出工程により検出された溶接線１４
の位置データに基づいて前記レーザヘッド１８を前記デ
ィスクホイール１１に対して相対的に位置合せ移動させ
ながら加工を行う加工工程との２工程により行われるよ
うになっている。

【００２４】従って、制御装置１７が本発明にいうレー
ザヘッド制御手段として機能するのである。また、この
とき、制御装置１７は、加工線検出装置２０及びデータ
処理装置２１により得られた溶接線１４の全周（角度３
６０度）分の位置データを記憶する記憶手段として機能
するようになっている。さらに、本実施例では、制御装
置１７は、前記加工工程においては、加工線検出装置２
０をディスクホイール１１から大きく離間した位置に退
避させるように構成されている。

【００２５】次に、上記構成の作用について、図１も参
照して述べる。ディスクホイール１１に対する溶接加工
の作業を行うにあたっては、作業者は、回転テーブルに
ディスクホイール１１をセットする作業を行う。このと
きには、前記レーザヘッド１８及び加工線検出装置２０
は、回転テーブルから離間した位置に停止されている。
この状態で、レーザ溶接装置１５を起動させると、図１
のフローチャートに示す手順で、溶接加工の作業が実行
される。

【００２６】即ち、ステップＳ１１〜Ｓ１４では、加工
線検出工程が実行される。この工程では、まず、ステッ
プＳ１１にて、加工線検出装置２０が駆動機構２２によ
り検出位置つまり図２でディスクホイール１１の左側に
あってその外周部から所定距離離間した位置に移動され
る。

【００２７】そして、回転駆動機構によりによりディス
クホイール１１が所定速度で矢印Ａ方向に回転されなが
ら、加工線検出装置２０及びデータ処理装置２１による
溶接線１４のＹ軸方向位置の検出が行われ、その位置デ
ータが制御装置１７に記憶される（ステップＳ１２）。
この溶接線１４の位置検出は、ディスクホイール１１の
全周（０度〜３６０度）に渡って行われる（ステップＳ
１３）。

【００２８】３６０度分の位置検出が終了すると、検出
したディスクホイール１１の０度の位置を、溶接位置
（レーザ光Ｌの照射位置）まで持っていくために、遅れ
角（９０度）分だけ、ディスクホイール１１が回転され
る（ステップＳ１４）。

【００２９】次に、ステップＳ１５〜Ｓ１８では、加工
工程が実行される。この工程では、まず、ステップＳ１
５にて、ディスクホイール１１の近傍に位置されていた
加工線検出装置２０が、駆動機構２２によりディスクホ
イール１１から大きく離間した位置に退避され、ステッ
プＳ１６にて、レーザヘッド１８がヘッド駆動機構１９
により溶接位置つまり図２でディスクホイール１１の直
ぐ上方の位置に移動される。

【００３０】そして、回転駆動機構によりによりディス
クホイール１１が所定速度で矢印Ａ方向に回転されなが
ら、レーザヘッド１８からディスクホイール１１の外周
部に向けてレーザ光Ｌが照射され、溶接加工が行われる
のであるが、このとき、制御装置１７が、記憶された溶
接線１４の位置データに基づいて、ヘッド駆動機構１９
を制御し、レーザヘッド１８が検出された溶接線１４の
Ｙ軸方向位置に移動され、溶接線１４に位置合せされた
状態でレーザ光Ｌが照射されるのである（ステップＳ１
７）。

【００３１】この位置合せ及びレーザ光Ｌの照射は、デ
ィスクホイール１１の回転に伴って連続的に行われ、も
ってレーザヘッド１８が溶接線１４にならって移動しな
がら、適切な溶接位置に対する精度の高い溶接加工が行
われるのである。ディスクホイール１１の全周（０度〜
３６０度）に対する溶接が完了すると（ステップＳ１
８）、溶接加工の作業が終了する。

【００３２】ところで、上記加工工程においては、溶接
作業に伴ってスパッタや金属蒸気が発生する事情があ
り、もし、このスパッタや金属蒸気が加工線検出装置２
０のＣＣＤカメラや光源のレンズに付着するようなこと
があると、溶接線の検出精度が低下しひいては加工不良
を招くことになる。

【００３３】ところが、本実施例では、加工線検出工程
と、加工工程とが別途に行われるので、加工工程におい
て発生するスパッタや金属蒸気の悪影響を受けることな
く加工線検出工程を実行することができ、溶接線１４の
位置検出の精度をより一層向上することができるのであ
る。特に本実施例では、加工工程において、加工線検出
装置２０を、ディスクホイール１１から大きく離間した
位置に退避させるようにしたので、加工線検出装置２０
を構成する部材等にスパッタや金属蒸気が付着すること
を確実に防止することができるのである。

【００３４】このように本実施例によれば、加工線検出
装置１４を設けたことにより、精度の高い溶接作業を行
うことができるものにあって、加工線検出工程と加工工
程とが別途に行うように構成したので、位置検出と溶接
作業とが同時に平行して行われていた従来のものと異な
り、溶接作業に伴って発生するスパッタや金属蒸気の悪
影響を受けることなく加工線検出工程を実行することが
できる。この結果、溶接線１４の位置検出の精度をより
一層向上することができるという優れた実用的効果を得
ることができるものである。

【００３５】尚、上記実施例では、ディスクホイール１
１の溶接に本発明を適用したが、パイプ状の被加工物を
突合わせ状態で溶接するといった場合にも適用すること
ができ、また、加工の種類としても、溶接に限らず、切
断，穿孔，表面処理等を行う場合にも適用することがで
きる。その他、本発明は上記した実施例に限定されるも
のではなく、例えば回転テーブルや加工線検出装置の構
成等についても、種々の変形例が考えられる等、要旨を
逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものであ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明にて明らかなように、本発明
のレーザ加工方法によれば、加工線をリング状に有する
被加工物にあって、被加工物を回転させながら加工線の
位置データをその被加工物の全周に渡って検出する加工
線検出工程と、この加工線検出工程により検出された加
工線の位置データに基づいてレーザヘッドを被加工物に
対して相対的に位置合せ移動させながら加工を行う加工
工程とを順に実行するようにしたので、加工作業に伴っ
て発生するスパッタや金属蒸気の悪影響を受けることな
く加工線検出工程を実行することができ、その結果、加
工線の位置検出の精度をより一層向上することができる
という優れた効果を奏する。

【００３７】そして、本発明のレーザ加工装置によれ
ば、加工線をリング状に有する被加工物にあって、被加
工物の加工線の位置を検出する加工線検出手段と、被加
工物を回転駆動手段により回転させながら前記加工線検
出手段によって検出されたその被加工物の全周に渡る加
工線の位置データを記憶する加工線位置記憶手段と、こ
の加工線位置記憶手段に記憶された位置データに基づい
てレーザヘッドを被加工物に対して相対的に位置合せ移
動させながら加工を行うレーザヘッド制御手段とを具備
するので、加工線検出手段が加工作業に伴って発生する
スパッタや金属蒸気の悪影響を受けることがなくなり、
この結果、加工線の位置検出の精度をより一層向上する
ことができるという優れた効果を奏する。

【００３８】また、この場合、加工線検出手段を、レー
ザヘッドによる被加工物の加工時には、被加工物から離
間した位置に退避させるように構成すれば（請求項３の
レーザ加工装置）、加工線検出手段を構成する部材等に
加工時に発生するスパッタや金属蒸気が付着することを
確実に防止することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、溶接加工の手
順を示すフローチャート

【図２】レーザ溶接装置の全体構成を概略的に示す図

【図３】被加工物の一例を示す縦断側面図

【図４】従来例を示す図２相当図

【図５】図１相当図

【符号の説明】

図面中、１１はディスクホイール（被加工物）、１４は
溶接線（加工線）、１５はレーザ溶接装置（レーザ加工
装置）、１６はエンコーダ、１７は制御装置（加工線位
置記憶手段，レーザヘッド制御手段）、１８はレーザヘ
ッド、１９はヘッド駆動機構、２０は加工線検出装置
（加工線検出手段）、２１はデータ処理装置、２２は駆
動機構、Ｌはレーザ光、Ｏは軸心を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 26/10 37/047 ５０２ Ｂ６０Ｂ 23/00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工線をリング状に有する被加工物を、
   前記加工線の中心を軸心として回転させながら、レーザ
   ヘッドによりレーザ光を照射して加工を行うようにした
   レーザ加工方法であって、 前記被加工物を回転させながら前記加工線の位置データ
   をその被加工物の全周に渡って検出する加工線検出工程
   と、 この加工線検出工程により検出された加工線の位置デー
   タに基づいて前記レーザヘッドを前記被加工物に対して
   相対的に位置合せ移動させながら加工を行う加工工程と
   を順に実行することを特徴とするレーザ加工方法。
2. 【請求項２】 加工線をリング状に有する被加工物を、
   回転駆動手段により前記加工線の中心を軸心として回転
   させながら、レーザヘッドによりレーザ光を照射して加
   工を行うようにしたレーザ加工装置であって、 前記被加工物の加工線の位置を検出する加工線検出手段
   と、 前記被加工物を回転駆動手段により回転させながら前記
   加工線検出手段によって検出されたその被加工物の全周
   に渡る加工線の位置データを記憶する加工線位置記憶手
   段と、 この加工線位置記憶手段に記憶された位置データに基づ
   いて前記レーザヘッドを前記被加工物に対して相対的に
   位置合せ移動させながら加工を行うレーザヘッド制御手
   段とを具備することを特徴とするレーザ加工装置。
3. 【請求項３】 加工線検出手段は、レーザヘッドによる
   被加工物の加工時には、前記被加工物から離間した位置
   に退避するように構成されていることを特徴とする請求
   項２記載のレーザ加工装置。