JPH0985477A - レーザー溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接不良による作業のやり直しによって作業
効率が悪かった。 【解決手段】 熱電対４１を備えた温度計測手段によ
り、ワーク１０におけるレーザー照射部位の温度を計測
するとともに、フィードバック制御手段である演算装置
５０がこの計測温度結果に基づいてレーザー照射手段で
あるレーザー照射装置２０の出力制御装置２２に修正し
た目標発振出力値を設定しており、言い換えれば、ワー
ク１０の温度が現実の加工点での出力と判断したフィー
ドバック制御を行えるようになり、モデル的な溶接を可
能として、作業効率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー溶接装置
に関し、特に、ヘミング部などの溶接に使用して好適な
レーザー溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のレーザー溶接装置とし
て、図７に示すものが知られている。インナパネル１の
縁部をアウタパネル２の縁部で巻き込んで三重構造とし
たヘミング部３のワークに対し、ワーク裏面からレーザ
ーを照射する。レーザーは、出力制御装置４にて出力を
制御されたレーザー発振器５にてレーザー発振させ、所
定の光路６を経てワークに照射する。レーザー光の出力
は、レーザー発振器５の出口部分での出力値を計測して
フィードバック制御している。レーザー照射部位におけ
る溶け込み深さは、レーザー出力及びワークの表面状態
により、図８〜図１０に示すように変化する。すなわ
ち、溶け込み深さが一枚目だけであれば、溶接不足であ
るし、二枚目にいたっていれば良好であり、三枚目にい
たっていると外面側に歪みが生じて不良となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のレーザ
ー溶接装置においては、レーザー発振器５の出口部分で
の出力値を一定とできたとしても、光路の汚染やワーク
の表面状態によってワークが実際に受ける熱量に変化が
あり、接合不良が生じてしまうことがあった。この場
合、後の検査工程において再度溶接し直したり、歪みを
修正したりするので、不要な手間を発生させるという課
題があった。

【０００４】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、溶接不良を亡くして作業の効率を向上させることが
可能なレーザー溶接装置の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる発明は、所定の出力でワークにレ
ーザー光を照射するレーザー照射手段と、上記ワークに
おけるレーザー照射部位の温度を計測する温度計測手段
と、この温度計測手段にて計測されたレーザー照射部位
の温度に基づいて上記レーザー照射手段における出力に
フィードバックさせるフィードバック制御手段とを具備
する構成としてある。

【０００６】また、請求項２にかかる発明は、請求項１
に記載のレーザー溶接装置において、上記温度計測手段
は、ワークの照射部位を面的に温度計測する構成として
ある。

【０００７】

【作用】上記のように構成した請求項１にかかる発明に
おいては、レーザー照射手段がある出力でレーザー光を
ワークに照射すると、温度計測手段は上記ワークにおけ
るレーザー照射部位の温度を計測し、フィードバック制
御手段がこの温度計測手段にて計測されたレーザー照射
部位の温度に基づいて上記レーザー照射手段における出
力にフィードバックさせる。

【０００８】また、上記のように構成した請求項２にか
かる発明においては、温度計測手段がワークにおける照
射部位を面的に温度計測しており、局部的な温度計測に
よらないので、照射部位と計測部位にわずかなずれがあ
っても計測温度の誤差が小さくなる。

【０００９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ワークの
温度に基づいてレーザー出力にフィードバックしている
ため、加工点での出力がレーザー発振器の出力や途中の
光路の影響で変動しなくなり、溶接不良を未然に防いで
作業性を向上させることが可能なレーザー溶接装置を提
供することができる。

【００１０】また、請求項２にかかる発明によれば、局
部的な温度計測でなく、広い範囲での面的な温度計測を
行うため、計測温度の誤差が小さくなり、正確にフィー
ドバック制御することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態にかか
るレーザー溶接装置をブロック図により示しており、図
２は、制御に使用するパラメータなどをワークの概略断
面図により示している。

【００１２】ワーク１０は、自動車の外装パネルであ
り、アウタパネル１１の縁部を１８０度折り返すととも
に、インナパネル１２の縁部を折り返した間に挟み込ん
で形成したヘミング部１３を備えており、当該ヘミング
部１３の裏面側からレーザー光を照射してレーザー溶接
を行う。ここにおいて、レーザー照射面からの溶け込み
深さをｔｗとし、アウタパネル１１の裏面側の温度をｔ
１で表すことにする。本実施形態においては、ヘミング
部１３を備えたワーク１０のレーザー溶接を対象として
いるが、必ずしもヘミング部１３を備える必要はなく、
一般的にレーザー溶接の対象となるものであれば特に限
定されない。従って、二枚のパネル同士を重ね合わせる
だけのワークであっても適用可能である。

【００１３】レーザー照射装置２０は、発振出力を変化
可能なレーザー発振器２１と、このレーザー発振器２１
の発振出力を制御する出力制御装置２２と、およびレー
ザー発振器２１の出力レーザー光をワークに照射せしめ
る途中に介在されたミラーやレンズなどからなる光学系
２３とから構成されている。レーザー照射装置２０とし
ては、所定の出力となるように制御可能なものであれば
良く、レーザー発振器２１の種類、光学系２３の構成な
どについては、適宜変更可能である。また、出力制御装
置２２に対する目標出力値の設定方法においても、特に
限定される必要はなく、適宜、変形可能である。

【００１４】ワーク１０はパネル受け３０上に載置さ
れ、同パネル受け３０には上記ワーク１０のヘミング部
１３表面に押圧されてレーザー照射部位の温度を計測す
るための熱電対４１を装着してあり、同熱電対４１の他
端は温度計４２に接続されている。本実施形態において
は、温度計測手段として熱電対４１と温度計４２を装着
しているが、レーザー照射部位の温度を検知できれば良
く、他の温度計測機器、例えば、赤外線などを使用して
無接触で温度計測するなど、適宜変更可能である。ま
た、熱電対４１であっても、図１及び図２に示すように
点接触とするのではなく、図３に示すように面接触で面
的に温度計測するようにしても良い。面的に温度計測す
る場合は、図４に示すように、レーザー照射部位に対し
て広い範囲でワーク１０の温度を計測できるが、点接触
で局部的に温度計測する場合には、図５に示すように、
計測位置のずれが生じる可能性もあり、これによって制
御が不正確となることもあり得る。

【００１５】温度計４２は、フィードバック制御手段を
構成する演算装置５０に接続されており、この演算装置
５０は所定の演算に基づいて上記レーザー照射装置２０
における出力制御装置２２の目標発振出力を設定し、フ
ィードバック制御を行う。すなわち、 ｔ0 ：設定温度 ｔ1 ：測定温度 ｔa ，ｔb ：しきい値 Ｐ0 ：発振出力設定値 Ｐ1 ：修正発振出力設定値 ｋ：補正係数 とした場合に、演算装置５０は、 Δｔ＝ｔ0 −ｔ1 を演算し、同Δｔが、 ｔa ≦Δｔ≦ｔb なる範囲内にあれば、温度良好として修正発振出力設定
値Ｐ1 の演算は行わないが、この範囲を外れている場合
には、 Ｐ1 ＝Ｐ0 ＋ｋΔｔ なる、修正発振出力設定値Ｐ1 を演算して出力制御装置
２２の目標発振出力を設定する。これによれば、測定温
度が設定温度からずれている場合に、そのずれた温度幅
が所定幅を越えていれば、ずれを打ち消すように発振出
力設定値を補正するという、いわゆるフィードバック制
御を行うことになる。

【００１６】本実施形態においては、温度のずれを発振
出力に比例的に反映させてフィードバック制御している
が、フィードバック制御である限り、発振出力の設定方
法については適宜変更可能である。例えば、温度変化の
度合い（微分値）に基づいて発振出力に反映させたりす
るなど、演算方法についても適宜変更可能である。次
に、上記構成からなる本実施形態の動作を説明する。溶
接作業は、図６に示すフローチャートに対応して行われ
る。なお、一連の溶接作業の制御については、上記演算
装置５０が行っても良いし、別の制御装置を備えて制御
するものであっても構わないが、本実施形態において
は、演算装置５０にて行う。

【００１７】ステップ１１０にてレーザー照射時間に対
応した固定値ｎの値を変数Ｎに設定するとともに、ステ
ップ１２０にて本来の発振出力値Ｐ0 を出力制御装置２
２に設定し、ステップ１３０にてレーザービームの照射
を開始する。レーザービームの照射は出力制御装置２２
に対して所定値以上の発振出力値を設定することによっ
て開始されるようにしておいても良い。次に、ステップ
１４０にて温度計４２から熱電対４１が計測した温度を
取り込むことにより、温度測定を行う。ステップ１５０
では、演算装置５０はまずΔｔを計測し、所定のしきい
値内であれば温度良好としてステップ１６０にて残りの
レーザー照射時間を表す変数Ｎの値を「１」だけ減算す
るとともに、ステップ１７０にて残りの照射時間がある
と判断するとサイドステップ１３０に戻って上述した作
業を繰り返す。

【００１８】光学系２３に汚れが付着しておらず、レー
ザー発振器２１の出力が安定しており、ワーク１０の表
面状態が比較的良好であれば、特に発振出力を修正しな
くても、ワーク１０の表面温度は一定範囲内となり、所
定時間が経過したときにステップ１６０にてレーザーの
発振を止めて溶接作業を終了することになる。しかし、
各種の要因によってはワーク１０の表面温度が一定範囲
内とならないことがある。このような場合には、溶け込
み深さがモデル的とならず、上述したように図８あるい
は図１０に示すような溶接不良が発生する原因となる。

【００１９】しかし、温度のずれが所定範囲から外れた
場合には、ステップ１５０にて温度不良と判断し、ステ
ップ１８０にてかかる温度不良を打ち消すような修正発
振出力設定値Ｐ1 を演算する。そして、ステップ１９０
にて残りのレーザー照射時間を更新した後、ステップ１
２０にて同修正発振出力設定値Ｐ1を出力制御装置２２
に設定するので、ステップ１３０ではレーザー発振器２
１の発振出力が調整される。この結果、温度不良が抑制
されるようになり、レーザー照射時間が経過したときに
は、極めて良好な溶接結果が得られる。

【００２０】このように、熱電対４１を備えた温度計測
手段により、ワーク１０におけるレーザー照射部位の温
度を計測するとともに、フィードバック制御手段である
演算装置５０がこの計測温度結果に基づいてレーザー照
射手段であるレーザー照射装置２０の出力制御装置２２
に修正した目標発振出力値を設定しており、言い換えれ
ば、ワーク１０の温度が現実の加工点での出力と判断し
たフィードバック制御を行えるようになり、モデル的な
溶接を可能として、作業効率を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかるレーザー溶接装置
のブロック図である。

【図２】ワークの概略断面図である。

【図３】他の実施形態にかかるレーザー溶接装置の部分
図である。

【図４】面的な温度計測手段による計測温度範囲を示す
図である。

【図５】局部的な温度計測手段による計測温度範囲を示
す図である。

【図６】本発明の一実施形態にかかる制御を示すフロー
チャートである。

【図７】従来のレーザー溶接装置のブロック図である。

【図８】溶け込み不足の場合のワークの概略断面図であ
る。

【図９】良好な溶接の場合のワークの概略断面図であ
る。

【図１０】溶け込み深さ過多の場合のワークの概略断面
図である。

【符号の説明】

１０…ワーク ２０…レーザー照射装置 ２１…レーザー発振器 ２２…出力制御装置 ２３…光学系 ４１…熱電対 ４２…温度計 ５０…演算装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の出力でワークにレーザー光を照射
   するレーザー照射手段と、 上記ワークにおけるレーザー照射部位の温度を計測する
   温度計測手段と、 この温度計測手段にて計測されたレーザー照射部位の温
   度に基づいて上記レーザー照射手段における出力にフィ
   ードバックさせるフィードバック制御手段とを具備する
   ことを特徴とするレーザー溶接装置。
2. 【請求項２】 上記請求項１に記載のレーザー溶接装置
   において、上記温度計測手段は、ワークの照射部位を面
   的に温度計測するものであることを特徴とするレーザー
   溶接装置。