JPH1119787A - Laser welding method and its device - Google Patents

Laser welding method and its device

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Publication number
JPH1119787A
JPH1119787A JP9178381A JP17838197A JPH1119787A JP H1119787 A JPH1119787 A JP H1119787A JP 9178381 A JP9178381 A JP 9178381A JP 17838197 A JP17838197 A JP 17838197A JP H1119787 A JPH1119787 A JP H1119787A
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JP
Japan
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laser beam
vibration
plate
welding line
welding
Prior art date
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Application number
JP9178381A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyokazu Mori
清和 森
Minoru Kasukawa
実 粕川
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH1119787A publication Critical patent/JPH1119787A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To cope with scanning speed of a laser beam and also to enable laser welding while a weld line position is detected with high precision. SOLUTION: In butt welding between a sheet 15 and a plate 17, a plane mirror 23 is oscillated in an area of a specific angle around the shaft 29 by a oscillating unit 31, thereby oscillating a laser beam 19 in a diagram orthogonally crossing a weld line W in the direction vertical to the paper surface. A plasma beam 41 generating each from the sheet 15 and the plate 17 in laser beam irradiation is such that the intensity is different mutually because the focal position of the laser beam 19 is different between the sheet 15 and the plate 17, and that the timewise change of this plasma beam intensity is detected by a photo sensor 39; then, a computer 49 judges whether the oscillation center of the laser beam 19 is deviated to the sheet 15 or to the plate 17 with respect to the weld line W, controlling the operation of the oscillating unit 31 so as to correct the deviation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、板厚の異なる板
材相互の突き合わせ溶接、あるいは板材相互を重ね合わ
せた際の隅肉溶接などのように、板材相互を溶接接合す
る合わせ部に段差部が形成され、この段差部における合
わせ部に対してレーザビームを照射して溶接を行うレー
ザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a stepped joint formed by welding plates, such as butt welding of plates having different thicknesses or fillet welding when the plates are overlapped. The present invention relates to a laser welding method and a laser welding apparatus which are formed and irradiate a laser beam to a joining portion at the step portion to perform welding.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ溶接は、生産性が高く高品質の継
ぎ手が得られるが、レーザビームの集光スポット径が
0.1〜0.6mm程度と小さいため、溶接部位に対して
レーザビームの狙い位置に誤差が発生しやすく、溶接接
合部の強度低下を招きやすい。例えば、図6に示す板厚
の異なる板材1,3相互の突き合わせ溶接における合わ
せ部5及び、図7に示す板材7,9相互を重ね合わせた
際の隅肉溶接における合わせ部11などのように、板材
相互間で段差部を備えたものにおいても、レーザビーム
13を溶接線Wに沿って正確に走査することが要求され
る。
2. Description of the Related Art In laser welding, a high-quality joint can be obtained with high productivity. However, since the focused spot diameter of the laser beam is as small as about 0.1 to 0.6 mm, the laser beam is An error is likely to occur at the target position, and the strength of the welded joint is likely to be reduced. For example, as shown in FIG. 6, a joining portion 5 in the butt welding of the plate materials 1 and 3 having different thicknesses, and a joining portion 11 in the fillet welding when the plate materials 7 and 9 shown in FIG. Even in the case where a step is provided between the plate materials, it is required that the laser beam 13 be accurately scanned along the welding line W.

【0003】溶接線位置の検出技術として従来では、静
電容量あるいは光切断法(株式会社東芝 重電技術研究
所 中山和雄、木村盛一郎、杉山貞夫「レーザ溶接にお
ける溶接線の検出」第26回レーザ熱加工研究会論文集
平成3年7月 pp.31-41参照)などの画像処理の適用
が検討されている。
Conventionally, as a technique for detecting the position of a welding line, a capacitance or optical cutting method (Kazuo Nakayama, Seiichiro Kimura, Sadao Sugiyama, "Detection of Welding Line in Laser Welding", 26th edition, Toshiba Heavy Industries, Ltd.) The application of image processing such as the Laser Thermal Processing Research Group Transactions, July 1991, pp.31-41) is being considered.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の溶接線の検出方法では、次のような問題がある
ことから、実用的ではない。
However, the conventional method of detecting a welding line described above is not practical because of the following problems.

【0005】(1)0.01mmオーダの位置制御を、レ
ーザ溶接の走査速度である数10mm/secの加工速度に対
応して行うには無理がある。
(1) It is impossible to perform position control on the order of 0.01 mm corresponding to a processing speed of several tens mm / sec, which is a scanning speed of laser welding.

【0006】(2)レーザビームを照射する際に、材料
が溶融して蒸発し、このとき誘起される高温のプラズマ
から、光,音及び電磁波が発生してセンサ部に対して強
力なノイズ源となり、検出精度が低下する。
(2) When irradiating a laser beam, the material melts and evaporates, and high-temperature plasma induced at this time generates light, sound, and electromagnetic waves, and is a strong noise source for the sensor unit. And the detection accuracy decreases.

【0007】そこで、この発明は、レーザビームの走査
速度に対応可能、かつ高精度に溶接線位置の検出をしつ
つレーザ溶接を行えるようにすることを目的としてい
る。
Accordingly, an object of the present invention is to make it possible to perform laser welding while detecting the position of a welding line with high accuracy, which can correspond to the scanning speed of a laser beam.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1の発明は、板材相互を溶接接合する合わせ
部に段差部が形成され、この段差部における溶接線に沿
って移動しつつ照射するレーザビームを、前記溶接線と
直交する方向に前記板材相互にわたって往復動させるべ
く振動させ、前記各板材へのレーザビーム照射により発
生するプラズマ光の強度の、前記振動に伴う時間変化に
基づいて、前記レーザビームの振動中心の前記溶接線に
対するずれ方向及びずれ量を求め、この求めたずれ方向
及びずれ量に基づいて前記レーザビームの振動中心を前
記溶接線に一致するよう補正するものとしてある。
To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a step portion is formed at a joining portion for joining plates by welding, and the step portion moves along a welding line at the step portion. The laser beam to be irradiated is vibrated so as to reciprocate across the plates in a direction orthogonal to the welding line, and the intensity of the plasma light generated by the laser beam irradiation on each of the plates is changed over time due to the vibration. Calculating a shift direction and a shift amount of the center of vibration of the laser beam with respect to the welding line, and correcting the center of vibration of the laser beam to coincide with the weld line based on the obtained shift direction and shift amount. There is.

【0009】上記したレーザ溶接方法によれば、一方の
板材と他方の板材とで発生するプラズマ光の強度が異な
り、このプラズマ光強度のレーザビームの振動による時
間変化により、振動中心が溶接線に対してどちらにどれ
だけずれているかを、つまりレーザビームの振動中心の
ずれ方向及びずれ量を、求めることができる。この求め
たずれ方向及びずれ量に基づいて、レーザビームの振動
中心を溶接線に一致するよう補正し、これによりレーザ
ビームが溶接線に沿って正確に走査される。
According to the above-described laser welding method, the intensity of plasma light generated between one plate material and the other plate material is different, and the center of vibration is at the welding line due to the time change of the plasma light intensity due to the laser beam vibration. On the other hand, it is possible to obtain the position and the amount of the deviation, that is, the deviation direction and the deviation amount of the oscillation center of the laser beam. Based on the determined shift direction and shift amount, the center of vibration of the laser beam is corrected to coincide with the welding line, whereby the laser beam is accurately scanned along the welding line.

【0010】請求項2の発明は、板材相互を溶接接合す
る合わせ部に段差部が形成され、この段差部における溶
接線に沿って移動しつつ照射するレーザビームを、前記
溶接線と直交する方向に前記板材相互にわたって往復動
させるべく振動させる振動発生手段と、前記各板材への
レーザビーム照射により発生するプラズマ光の強度を検
知するプラズマ光検知手段と、このプラズマ光検知手段
が検知した前記プラズマ光の強度の、前記振動に伴う時
間変化に基づいて、前記レーザビームの振動中心の前記
溶接線に対するずれ方向及びずれ量を求めるとともに、
この求めたずれ方向及びずれ量に基づいて、前記レーザ
ビームの振動中心を前記溶接線に一致するよう補正して
前記振動発生手段を動作させる制御手段とを有する構成
としてある。
According to a second aspect of the present invention, a step portion is formed at a joining portion where the plate members are welded to each other, and a laser beam irradiated while moving along the welding line at the step portion is directed in a direction orthogonal to the welding line. A vibration generating means for oscillating the plate material so as to reciprocate, a plasma light detecting means for detecting the intensity of plasma light generated by irradiating the plate material with a laser beam, and the plasma detected by the plasma light detecting means. The intensity of light, based on the time change due to the vibration, while determining the direction and amount of deviation of the center of vibration of the laser beam with respect to the welding line,
A control means for correcting the center of vibration of the laser beam so as to coincide with the welding line based on the obtained shift direction and shift amount and operating the vibration generating means is provided.

【0011】上記構成によれば、レーザビームを振動発
生手段により溶接線と直交する方向に振動させ、この振
動状態でレーザビームを溶接線に沿って走査させてレー
ザ溶接を行う。ここで、レーザビームの板材への照射に
より発生するプラズマ光の強度は、一方の板材と他方の
板材とで異なり、このプラズマ光強度のレーザビームの
振動による時間変化により、振動中心が溶接線に対して
どちらにどれだけずれているかが、つまりレーザビーム
の振動中心のずれ方向及びずれ量が、求まる。この求め
たずれ方向及びずれ量に基づいて、レーザビームの振動
中心を溶接線に一致するよう補正すべく振動発生手段を
動作させ、これによりレーザビームが溶接線に沿って正
確に走査される。
According to the above construction, the laser beam is vibrated by the vibration generating means in a direction orthogonal to the welding line, and the laser beam is scanned along the welding line in this vibration state to perform laser welding. Here, the intensity of the plasma light generated by irradiating the plate material with the laser beam is different between one plate material and the other plate material. On the other hand, the difference and the shift amount, that is, the shift direction and the shift amount of the oscillation center of the laser beam are obtained. The vibration generating means is operated to correct the center of vibration of the laser beam so as to coincide with the welding line based on the determined direction and amount of deviation, whereby the laser beam is accurately scanned along the welding line.

【0012】請求項3の発明は、請求項2の発明の構成
において、振動発生手段は、溶接接合する合わせ部に向
けてレーザビームを集光させるミラーを振動させる構成
としてある。
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the second aspect of the present invention, the vibration generating means vibrates a mirror that focuses the laser beam toward the joining portion to be welded and joined.

【0013】上記構成によれば、ミラーが振動すること
で、集光されたレーザビームが、溶接線と直交する方
向、すなわち一方の板材と他方の板材との間を往復する
方向に振動する。
[0013] According to the above configuration, the converged laser beam vibrates in a direction orthogonal to the welding line, that is, in a direction reciprocating between one plate and the other plate by vibrating the mirror.

【0014】請求項4の発明は、請求項3の発明の構成
において、ミラーを振動させる振動発生手段は、ミラー
に対しその反射面と平行な状態で一端に接続した軸部の
他端が、永久磁石及び電圧印加されるコイルによってそ
れぞれ発生する磁界の相互作用で回転する前記永久磁石
とコイルとのいずれか一方に接続固定されている構成と
してある。
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the third aspect of the present invention, the vibration generating means for vibrating the mirror comprises a shaft portion connected to one end of the mirror in parallel with the reflection surface of the mirror, and It is configured to be connected and fixed to one of the permanent magnet and the coil, which rotate by the interaction of the magnetic field generated by the permanent magnet and the coil to which a voltage is applied.

【0015】上記構成によれば、永久磁石及びコイルの
いずれか一方が磁界の影響を受けて一定角度範囲内にて
回転方向に振動し、これに伴い軸を介して接続されたミ
ラーが振動することで、ミラーによって集光されたレー
ザビームが溶接線と直交する方向、すなわち一方の板材
と他方の板材との間を往復する方向に振動する。
According to the above configuration, one of the permanent magnet and the coil vibrates in the rotational direction within a certain angle range under the influence of the magnetic field, and accordingly, the mirror connected via the shaft vibrates. Thus, the laser beam condensed by the mirror vibrates in a direction orthogonal to the welding line, that is, in a direction of reciprocating between one plate and the other plate.

【0016】請求項5の発明は、請求項2の発明の構成
において、段差部は、板厚の異なる板材相互の端面を突
き合わせて形成されるものとしてある。
According to a fifth aspect of the present invention, in the configuration of the second aspect of the invention, the step portion is formed by abutting end faces of plate members having different plate thicknesses.

【0017】上記構成によれば、板厚の異なる各板材の
端面相互を突き合わせると、この突き合わせ部分に段差
部が形成され、この段差部における板材相互の合わせ部
の溶接線に沿ってレーザビームを、溶接線を中心として
板材相互間を往復動させるべく振動させつつ照射してレ
ーザ溶接がなされる。
According to the above construction, when the end faces of the plate materials having different plate thicknesses are abutted against each other, a step is formed at the abutting portion, and the laser beam is formed along the welding line of the joint between the plate materials at the step. Is irradiated while oscillating so as to reciprocate between the plate materials about the welding line, thereby performing laser welding.

【0018】請求項6の発明は、請求項2の発明の構成
において、段差部は、板材相互を重ね合わせて形成され
るものとしてある。
According to a sixth aspect of the invention, in the configuration of the second aspect of the invention, the step portion is formed by overlapping the plate members.

【0019】上記構成によれば、板材相互を重ね合わせ
ると、その合わせ部分に段差部が形成され、この段差部
における板材相互の合わせ部の溶接線に沿ってレーザビ
ームを、溶接線を中心として板材相互間を往復動させる
べく振動させつつ照射してレーザ溶接がなされる。
According to the above arrangement, when the plate materials are overlapped with each other, a step portion is formed at the joining portion, and the laser beam is applied along the welding line of the joint portion between the plate materials at the step portion with the welding line as the center. Laser welding is performed by irradiating while oscillating to reciprocate between the plate materials.

【0020】[0020]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、一方の板材と
他方の板材とで発生するプラズマ光の強度が異なり、こ
のプラズマ光強度のレーザビームの振動による時間変化
により、溶接線に対するレーザビームの振動中心のずれ
方向及びずれ量を求め、この求めたずれ方向及びずれ量
に基づいて、レーザビームの振動中心を溶接線に一致す
るよう補正するので、レーザビームを溶接線に沿って正
確に走査できる。
According to the first aspect of the present invention, the intensity of plasma light generated between one plate material and the other plate material is different, and the plasma light intensity changes with time due to the vibration of the laser beam. The deviation direction and deviation amount of the beam vibration center are determined, and the laser beam vibration center is corrected to match the welding line based on the determined deviation direction and deviation amount. Can be scanned.

【0021】請求項2の発明によれば、一方の板材と他
方の板材とで発生するプラズマ光の強度が異なり、この
プラズマ光強度のレーザビームの振動による時間変化に
より、溶接線に対するレーザビームの振動中心のずれ方
向及びずれ量を求め、この求めたずれ方向及びずれ量に
基づいて、レーザビームの振動中心が溶接線に一致すべ
く補正するように構成したので、レーザビームを溶接線
に沿って正確に走査できる。この場合、プラズマ光の検
出速度及び補正機構の応答速度は、レーザビームの振動
周波数に依存するので、レーザ加工速度に充分対応で
き、またプラズマ光の強度を検知する手段としてフォト
センサなどを使用できるので、ノイズの影響を受けるこ
となく高精度な溶接線の検出が可能となる。
According to the second aspect of the present invention, the intensity of the plasma light generated between the one plate material and the other plate material is different, and the change of the plasma light intensity with time due to the vibration of the laser beam causes the change of the laser beam with respect to the welding line. The shift direction and the shift amount of the vibration center are obtained, and based on the obtained shift direction and the shift amount, the laser beam is corrected so that the vibration center coincides with the welding line. And can be scanned accurately. In this case, since the detection speed of the plasma light and the response speed of the correction mechanism depend on the oscillation frequency of the laser beam, it can sufficiently cope with the laser processing speed, and a photosensor can be used as a means for detecting the intensity of the plasma light. Therefore, it is possible to detect a welding line with high accuracy without being affected by noise.

【0022】請求項3の発明によれば、ミラーが振動す
ることで、集光したレーザビームが、溶接線と直交する
方向、すなわち一方の板材と他方の板材との間を往復す
る方向に振動するので、溶接線に対するレーザビームの
振動中心のずれ方向及びずれ量を求めることができ、こ
れに基づきレーザビームの振動中心位置を補正してレー
ザビームを溶接線に沿って正確に走査できるものとな
る。
According to the third aspect of the invention, the converged laser beam vibrates in a direction orthogonal to the welding line, that is, in a direction reciprocating between one plate and the other plate by vibrating the mirror. Therefore, the direction and amount of deviation of the center of oscillation of the laser beam with respect to the welding line can be obtained, and based on this, the center of oscillation of the laser beam can be corrected and the laser beam can be accurately scanned along the welding line. Become.

【0023】請求項4の発明によれば、振動発生手段
は、永久磁石あるいはコイルが回転振動する際の振動範
囲の中心位置を自由に設定できるので、レーザビームの
振動中心の補正を容易に行うことができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the vibration generating means can freely set the center position of the vibration range when the permanent magnet or the coil rotationally vibrates, so that the vibration center of the laser beam can be easily corrected. be able to.

【0024】請求項5の発明によれば、板厚の異なる各
板材の端面相互を突き合わせると、この突き合わせ部分
に段差部が形成され、この段差部における板材相互の合
わせ部の溶接線に沿ってレーザビームを、溶接線を中心
として板材相互間を往復動させるべく振動させつつ照射
することで、溶接線に沿ったレーザ溶接が正確になされ
る。
According to the fifth aspect of the present invention, when the end faces of the plate materials having different plate thicknesses abut against each other, a step is formed at the abutting portion, and the step is formed along the welding line of the joint of the plate materials at the step. By irradiating a laser beam while vibrating so as to reciprocate between the sheet materials around the welding line, laser welding along the welding line is accurately performed.

【0025】請求項6の発明によれば、板材相互を重ね
合わせると、その合わせ部分に段差部が形成され、この
段差部における板材相互の合わせ部の溶接線に沿ってレ
ーザビームを、溶接線を中心として板材相互間を往復動
させるべく振動させつつ照射することで、溶接線に沿っ
たレーザ溶接が正確になされる。
According to the sixth aspect of the present invention, when the sheet materials are overlapped with each other, a step is formed at the joining portion, and the laser beam is applied along the welding line of the joint between the plate materials at the step. Irradiation while oscillating so as to reciprocate between the plate materials around the center allows laser welding along the welding line to be performed accurately.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】図1は、この発明の実施の一形態を示すレ
ーザ溶接装置の全体構成図であり、ここでは板厚の異な
る2種の板材、すなわち薄板15及び厚板17の各端面
相互を突き合わせて溶接を行う、前記図6に示した突き
合わせ溶接に適用している。図1は、薄板15側から厚
板17側を見た図であり、これら薄板15及び厚板17
相互の合わせ部18は、板厚差によって段差部が形成さ
れ、この段差部を備えた合わせ部18には、図中で左右
方向に延長される直線状の溶接線Wを備える。レーザビ
ーム19は、図示外のレーザ発振器から出力されたもの
が、円形の放物面ミラー21及び円形の平面ミラー23
でそれぞれ反射して薄板15及び厚板17相互の合わせ
部18に向け、前記溶接線Wに沿って走査しつつ照射さ
れる。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a laser welding apparatus showing an embodiment of the present invention. Here, two kinds of plate materials having different plate thicknesses, that is, respective end surfaces of a thin plate 15 and a thick plate 17 are butted to each other. This is applied to the butt welding shown in FIG. FIG. 1 is a view of the thick plate 17 viewed from the thin plate 15 side.
The joining portion 18 has a stepped portion formed by a thickness difference, and the joining portion 18 having the stepped portion is provided with a linear welding line W extending in the left-right direction in the drawing. The laser beam 19 output from a laser oscillator (not shown) is a circular parabolic mirror 21 and a circular plane mirror 23.
Then, the light is reflected and directed toward the joint 18 between the thin plate 15 and the thick plate 17 while being scanned along the welding line W.

【0028】放物面ミラー21は、レーザ発振器からの
出力方向と平行な鉛直方向に対し45度傾斜した状態で
ハウジング27の下方に固定されており、一方平面ミラ
ー23は放物面ミラー21に対向する位置のハウジング
27の外部に配置されている。この平面ミラー23は、
その反射面と平行な軸部29を介して振動発生手段とし
ての振動ユニット31に接続されている。上記ハウジン
グ27は、レーザビーム19が溶接線Wに沿って走査可
能なように、図中で左右方向に移動可能である。
The parabolic mirror 21 is fixed below the housing 27 at an angle of 45 degrees with respect to the vertical direction parallel to the output direction from the laser oscillator, while the flat mirror 23 is attached to the parabolic mirror 21. It is arranged outside of the housing 27 at the opposing position. This plane mirror 23
It is connected to a vibration unit 31 as a vibration generating means via a shaft portion 29 parallel to the reflection surface. The housing 27 is movable left and right in the drawing so that the laser beam 19 can scan along the welding line W.

【0029】振動ユニット31は、ハウジング27の側
部に取付ブラケット33を介して取り付けられており、
軸部29をその軸心を中心とした回転方向に一定角度範
囲で振動させ、これに伴い平面ミラー23も同方向に振
動し、結果としてレーザビーム19は、溶接線Wに対し
て直交する方向、すなわち図1中で紙面に直交する方向
に振動し、溶接線Wを境にして薄板15及び厚板17相
互にわたって往復動することになる。振動ユニット31
の具体例としては、磁界中に配置したムービングコイル
を内蔵し、電圧によって角度変化するガルバノメータを
利用したもので、ムービングコイルの回転中心に軸部2
9を接続する。
The vibration unit 31 is mounted on the side of the housing 27 via a mounting bracket 33.
The shaft portion 29 is oscillated in a rotational direction about the axis thereof within a certain angle range, and accordingly, the plane mirror 23 also oscillates in the same direction. As a result, the laser beam 19 is directed in a direction orthogonal to the welding line W. That is, it vibrates in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1 and reciprocates across the thin plate 15 and the thick plate 17 with the welding line W as a boundary. Vibration unit 31
As a specific example, a moving coil disposed in a magnetic field is incorporated, and a galvanometer that changes the angle according to a voltage is used.
9 is connected.

【0030】振動ユニット31には、アンプ33を介し
てファンクションジェネレータ(波形発生器)35が接
続されており、ファンクションジェネレータ35で発生
した波形信号をアンプ33で増幅して振動ユニット31
に出力し振動ユニット31を駆動する。
A function generator (waveform generator) 35 is connected to the vibration unit 31 via an amplifier 33, and the waveform signal generated by the function generator 35 is amplified by the amplifier 33 and the vibration unit 31
And the vibration unit 31 is driven.

【0031】ハウジング27の下部のレーザビーム19
の走査方向(図1中で右方向)前方側には、ブラケット
37を介してフォトセンサ39が取り付けられている。
フォトセンサ39は、薄板15及び厚板17が、レーザ
ビーム19の照射を受ける際に、溶融・蒸発・電離して
発生するプラズマ光41の強度を検知するプラズマ光検
知手段を構成するもので、フォトダイオードで構成され
ている。
The laser beam 19 below the housing 27
A photo sensor 39 is mounted via a bracket 37 on the front side in the scanning direction (right direction in FIG. 1).
The photo sensor 39 constitutes a plasma light detecting means for detecting the intensity of the plasma light 41 generated by melting, evaporating and ionizing when the thin plate 15 and the thick plate 17 are irradiated with the laser beam 19, It is composed of a photodiode.

【0032】ここで、フォトセンサ39の出力は、板材
の板厚及びレーザビームの焦点位置によって、図2に示
すように変化する。図2において、実線で示すデータは
板厚が1mmで、破線で示すデータは板厚が2mmの板材で
ある。横軸に示した焦点位置は、「0」のとき焦点が板
材の表面に位置し、「1」,「2」と正の値のときは焦
点が板材の表面よりそれぞれ1mm,2mm上方に位置し、
逆に「−1」,「−2」と負の値のときは焦点が板材の
表面からそれぞれ1mm,2mm内部側に位置するものとす
る。
Here, the output of the photo sensor 39 changes as shown in FIG. 2 depending on the thickness of the plate material and the focal position of the laser beam. In FIG. 2, the data indicated by a solid line is a plate having a thickness of 1 mm, and the data indicated by a broken line is a plate having a thickness of 2 mm. When the focus position shown on the horizontal axis is "0", the focus is located on the surface of the plate material, and when the value is "1" or "2", the focus position is 1 mm or 2 mm above the surface of the plate material, respectively. And
Conversely, when the values are negative values of "-1" and "-2", it is assumed that the focal point is located 1 mm and 2 mm inside from the surface of the plate material, respectively.

【0033】上記図2によれば、いずれの板厚において
も、焦点位置が「0」を境してプラス側及びマイナス側
にずれることによってプラズマ発光強度が高まり、プラ
ス側は「1.5」、マイナス側は「−2.5」付近の焦
点位置で、それぞれ最大となる。ここで、薄板15及び
厚板17相互を突き合わせ溶接する際に、焦点位置を薄
板15に対して「0」とした場合、つまり焦点位置を薄
板15の表面に設定した場合、縦軸の出力レベルは、薄
板15については「A」に相当する値となり、一方厚板
17については、焦点位置が材料の内部の「−1」に位
置することになるので、「B」に相当する値となって薄
板15側より高いものとなる。
According to FIG. 2, at any plate thickness, the focus position is shifted to the plus side and the minus side with respect to "0", and the plasma emission intensity is increased, and the plus side is "1.5". , The minus side is the focal position near “−2.5” and is the maximum. Here, when the thin plate 15 and the thick plate 17 are butt-welded to each other, when the focal position is set to “0” with respect to the thin plate 15, that is, when the focal position is set to the surface of the thin plate 15, the output level on the vertical axis is Is a value corresponding to “A” for the thin plate 15, whereas a value corresponding to “B” for the thick plate 17 because the focal position is located at “−1” inside the material. And is higher than the thin plate 15 side.

【0034】このため、レーザビーム19を振動ユニッ
ト31によって溶接線Wと直交する方向に振動させて、
薄板15及び厚板17相互間を往復振動させれば、板材
に対する焦点位置が薄板15と厚板17とで変化するの
で、図3(a),(b),(c)のいずれかのタイプの
波形が得られることになる。図3(a)はレーザビーム
19の振動中心が、図4(a)のように厚板17側にず
れた場合であり、図2に示した出力レベルBの出力時間
が長い波形となっている。一方、図3(b)は振動中心
が、図4(b)のように薄板15側にずれた場合であ
り、図2に示した出力レベルAの出力時間が長い波形と
なっている。図3(c)は振動中心が、いずれの側にも
ずれず、図4(c)のように板材相互の溶接線Wに一致
している場合であり、図2に示した出力レベルA,Bの
各出力時間が均等になっている。
For this reason, the laser beam 19 is vibrated by the vibration unit 31 in a direction orthogonal to the welding line W,
If the thin plate 15 and the thick plate 17 are reciprocated, the focal position with respect to the plate material changes between the thin plate 15 and the thick plate 17, so that any one of the types shown in FIGS. 3 (a), 3 (b) and 3 (c) can be used. Will be obtained. FIG. 3A shows a case where the oscillation center of the laser beam 19 is shifted toward the thick plate 17 as shown in FIG. 4A, and the output level B shown in FIG. I have. On the other hand, FIG. 3B shows a case where the vibration center is shifted to the thin plate 15 side as shown in FIG. 4B, and has a long output time of the output level A shown in FIG. FIG. 3 (c) shows a case where the center of vibration does not shift to any side and coincides with the welding line W between the plate members as shown in FIG. 4 (c). Each output time of B is equal.

【0035】これらの得られた波形、すなわちフォトセ
ンサ39の出力値は、フィルタ43及びアンプ45を介
してA/D変換器47に入力され、さらに制御手段とし
てのコンピュータ49に入力される。コンピュータ49
は、レーザビーム19の振動中心が、溶接線Wに一致し
ている前記図3(c)に対し、図3(a)のように厚板
17側か、あるいは図3(b)のように薄板15側のい
ずれかにどの程度ずれているかを判断する。
The obtained waveform, that is, the output value of the photo sensor 39 is input to the A / D converter 47 via the filter 43 and the amplifier 45, and further input to the computer 49 as control means. Computer 49
3C, the center of vibration of the laser beam 19 coincides with the welding line W, as shown in FIG. 3A, or on the thick plate 17 side, or as shown in FIG. It is determined how much the sheet 15 is displaced.

【0036】上記ずれ量とずれ方向のデータは、D/A
変換器51を介してオフセット信号としてアンプ33に
入力される。つまり、このオフセット信号がアンプ33
に入力されることで、ずれ量及びずれ方向に応じて振動
ユニット31が、レーザビーム19の振動中心を溶接線
Wに一致するよう補正することが可能となる。振動ユニ
ット31は、内蔵するムービングコイルが回転振動する
際の振動範囲の中心位置を自由に設定できるので、レー
ザビーム19の振動中心の補正は容易にできる。なお、
振動ユニットは、ムービングコイルに代えて磁石を回転
可能に配置し、その周囲にコイルを配置する構成として
もよい。
The data of the shift amount and the shift direction are D / A
The signal is input to the amplifier 33 via the converter 51 as an offset signal. That is, the offset signal is
, The vibration unit 31 can correct the vibration center of the laser beam 19 so as to coincide with the welding line W in accordance with the displacement amount and the displacement direction. Since the vibration unit 31 can freely set the center position of the vibration range when the built-in moving coil vibrates rotationally, the vibration center of the laser beam 19 can be easily corrected. In addition,
The vibration unit may have a configuration in which a magnet is rotatably arranged instead of the moving coil, and the coil is arranged around the magnet.

【0037】図5は、上記したレーザ溶接装置の動作を
示すフローチャートである。まず、コンピュータ49
が、ファンクションジェネレータ35からトリガ信号と
なる同期信号の入力を受けると(ステップ101)、プ
ラズマ光の発光強度の計測開始処理が実行される(ステ
ップ103)。すなわち、ファンクションジェネレータ
35からアンプ33を介して振動ユニット31が動作
し、レーザビーム19が薄板15と厚板17との間を往
復振動する。このとき、レーザビーム19はハウジング
27の移動によって溶接線Wに沿って図1中で右方向に
走査しており、このレーザビーム19の照射によって薄
板15及び厚板17からプラズマ光41が発生してい
る。
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the laser welding apparatus described above. First, the computer 49
Receives the input of the synchronization signal serving as the trigger signal from the function generator 35 (step 101), the measurement start processing of the emission intensity of the plasma light is executed (step 103). That is, the vibration unit 31 operates from the function generator 35 via the amplifier 33, and the laser beam 19 reciprocates between the thin plate 15 and the thick plate 17. At this time, the laser beam 19 scans rightward in FIG. 1 along the welding line W by moving the housing 27, and the irradiation of the laser beam 19 generates plasma light 41 from the thin plate 15 and the thick plate 17. ing.

【0038】レーザビーム19の往復振動が1サイクル
終了したら(ステップ105)、フォトセンサ39によ
って検知しているプラズマ光41の発光強度に対応す
る、図3(a),(b),(c)に示したような波形を
解析する(ステップ107)。次に、薄板15側でのプ
ラズマ光強度に対応する出力レベル信号Aの出力時間T
aと、厚板17側でのプラズマ光強度に対応する出力レ
ベル信号Bの出力時間Tbとの比率が、両者均等の場合
に比較してどれだけずれているかを判断する(ステップ
109)。
When one cycle of the reciprocating oscillation of the laser beam 19 is completed (step 105), the light emission intensity of the plasma light 41 detected by the photo sensor 39, as shown in FIGS. 3 (a), 3 (b) and 3 (c). (Step 107). Next, the output time T of the output level signal A corresponding to the plasma light intensity on the thin plate 15 side
It is determined how much the ratio of “a” to the output time Tb of the output level signal B corresponding to the plasma light intensity on the thick plate 17 is different from the case where both are equal (step 109).

【0039】ここで、Ta<Tbであれば、図3(a)及
び図4(a)のように、レーザビーム19の振動中心は
厚板17側にその差分だけずれており、このためその振
動中心を薄板15側に所定量寄せて溶接線Wに一致させ
る(ステップ111)。逆に、Ta>Tbであれば、図3
(b)及び図4(b)のように、レーザビーム19の振
動中心は薄板15側にその差分だけずれており、このた
めその振動中心を厚板17側に所定量寄せて溶接線Wに
一致させる(ステップ113)。また、Ta=Tbの場合
には、レーザビーム19の振動中心が溶接線Wに一致し
ているので、振動中心の位置補正は行わない。そして、
レーザ溶接加工が終了すると(ステップ115)、上記
計測動作は終了する。
Here, if Ta <Tb, the vibration center of the laser beam 19 is shifted toward the thick plate 17 by the difference as shown in FIGS. The center of vibration is shifted to the thin plate 15 side by a predetermined amount so as to coincide with the welding line W (step 111). Conversely, if Ta> Tb, FIG.
4 (b) and FIG. 4 (b), the center of vibration of the laser beam 19 is shifted toward the thin plate 15 by that difference. It is made to match (step 113). When Ta = Tb, the center of vibration of the laser beam 19 coincides with the welding line W, so that the position of the center of vibration is not corrected. And
When the laser welding is completed (step 115), the measurement operation is completed.

【0040】このように、レーザビーム19の溶接線W
に直交する方向の振動中心の溶接線Wに対するずれを、
薄板15と厚板17とで発光強度の異なるプラズマ光を
検知することで求め、そのずれを補正するようにしたの
で、レーザビーム19を確実に溶接線Wに沿って走査さ
せることができる。フォトセンサ39によってプラズマ
光41の強度を検知していることから、プラズマ光41
が発生する光、音、電磁波によって検出精度が低下する
ことはなく、高精度な溶接線の検出が可能となる。ま
た、検出速度及び補正機構の応答速度は、振動ユニット
31の周波数に依存し、通常は100Hz程度以上が可
能であり、数10mm/secの加工速度に充分対応できる。
Thus, the welding line W of the laser beam 19 is
The deviation of the vibration center in the direction orthogonal to
The deviation is corrected by detecting the plasma light having different light emission intensity between the thin plate 15 and the thick plate 17 and correcting the deviation, so that the laser beam 19 can be reliably scanned along the welding line W. Since the intensity of the plasma light 41 is detected by the photo sensor 39, the plasma light 41
The detection accuracy does not decrease due to the light, sound, and electromagnetic waves generated by this, and it is possible to detect the welding line with high accuracy. In addition, the detection speed and the response speed of the correction mechanism depend on the frequency of the vibration unit 31 and can normally be about 100 Hz or more, and can sufficiently cope with a processing speed of several tens mm / sec.

【0041】なお、上記実施の形態では、板厚の異なる
薄板15及び厚板17相互の突き合わせ溶接にこの発明
を適用したが、図7に示した2枚の板材相互を重ね合わ
せた際の隅肉溶接にも適用できる。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the butt welding of the thin plate 15 and the thick plate 17 having different plate thicknesses, but the corner when the two plate materials shown in FIG. Also applicable to meat welding.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施の一形態を示すレーザ溶接装置
の全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】板材に対するレーザビームの焦点位置と、レー
ザビーム照射によって板材から発生するプラズマ光の強
度との関係を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the focal position of a laser beam on a plate and the intensity of plasma light generated from the plate by laser beam irradiation.

【図3】図1のレーザ溶接装置におけるセンサ出力波形
図であり、(a)はレーザビームの振動中心が厚板側に
ずれた場合、(b)は同振動中心が薄板側にずれた場
合、(c)は同振動中心が溶接線に一致した場合であ
る。
3A and 3B are sensor output waveform diagrams of the laser welding apparatus of FIG. 1, wherein FIG. 3A shows a case where the vibration center of the laser beam is shifted to the thick plate side, and FIG. 3B shows a case where the vibration center is shifted to the thin plate side. , (C) show the case where the vibration center coincides with the welding line.

【図4】図1のレーザ溶接装置におけるレーザビームの
振動状態を示したもので、(a)はレーザビームの振動
中心が厚板側にずれた場合、(b)は同振動中心が薄板
側にずれ場合、(c)は同振動中心が溶接線に一致した
場合である。
4A and 4B show a vibration state of a laser beam in the laser welding apparatus of FIG. 1; FIG. 4A shows a case where the vibration center of the laser beam is shifted to the thick plate side; (C) is a case where the vibration center coincides with the welding line.

【図5】図1のレーザ溶接装置の動作を示すフローチャ
ートである。
FIG. 5 is a flowchart showing an operation of the laser welding apparatus of FIG. 1;

【図6】板厚の異なる2枚の板材の端面相互を突き合わ
せた場合の突き合わせ溶接の動作を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing an operation of butt welding when end faces of two plate materials having different plate thicknesses are butted to each other.

【図7】2枚の板材相互を重ね合わせた場合の隅肉溶接
の動作を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing an operation of fillet welding when two sheet materials are overlapped with each other.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15 薄板 17 厚板 19 レーザビーム 23 平面ミラー(ミラー) 29 軸部 31 振動ユニット(振動発生手段) 39 フォトセンサ(プラズマ光検知手段) 41 プラズマ光 49 コンピュータ(制御手段) Reference Signs List 15 thin plate 17 thick plate 19 laser beam 23 plane mirror (mirror) 29 shaft part 31 vibration unit (vibration generating means) 39 photo sensor (plasma light detecting means) 41 plasma light 49 computer (control means)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 板材相互を溶接接合する合わせ部に段差
部が形成され、この段差部における溶接線に沿って移動
しつつ照射するレーザビームを、前記溶接線と直交する
方向に前記板材相互にわたって往復動させるべく振動さ
せ、前記各板材へのレーザビーム照射により発生するプ
ラズマ光の強度の、前記振動に伴う時間変化に基づい
て、前記レーザビームの振動中心の前記溶接線に対する
ずれ方向及びずれ量を求め、この求めたずれ方向及びず
れ量に基づいて前記レーザビームの振動中心を前記溶接
線に一致するよう補正することを特徴とするレーザ溶接
方法。
1. A step portion is formed in a joining portion for welding and joining sheet materials to each other, and a laser beam irradiated while moving along a welding line at the step portion is applied across the sheet materials in a direction orthogonal to the welding line. Vibration is caused to reciprocate, and the direction and amount of deviation of the center of vibration of the laser beam with respect to the welding line based on the time change of the intensity of plasma light generated by irradiating the plate material with the laser beam based on the vibration. And correcting the center of vibration of the laser beam so as to coincide with the welding line based on the determined shift direction and shift amount.
【請求項2】 板材相互を溶接接合する合わせ部に段差
部が形成され、この段差部における溶接線に沿って移動
しつつ照射するレーザビームを、前記溶接線と直交する
方向に前記板材相互にわたって往復動させるべく振動さ
せる振動発生手段と、前記各板材へのレーザビーム照射
により発生するプラズマ光の強度を検知するプラズマ光
検知手段と、このプラズマ光検知手段が検知した前記プ
ラズマ光の強度の、前記振動に伴う時間変化に基づい
て、前記レーザビームの振動中心の前記溶接線に対する
ずれ方向及びずれ量を求めるとともに、この求めたずれ
方向及びずれ量に基づいて、前記レーザビームの振動中
心を前記溶接線に一致するよう補正して前記振動発生手
段を動作させる制御手段とを有することを特徴とするレ
ーザ溶接装置。
2. A step portion is formed at a joining portion where the plate members are welded to each other, and a laser beam irradiated while moving along a welding line at the step portion is applied to the plate members in a direction orthogonal to the welding line. Vibration generating means for vibrating to reciprocate, plasma light detecting means for detecting the intensity of plasma light generated by irradiating the plate material with a laser beam, and the intensity of the plasma light detected by the plasma light detecting means, Based on the time change due to the vibration, the shift direction and the shift amount of the center of vibration of the laser beam with respect to the welding line are determined, and based on the determined shift direction and the shift amount, the center of vibration of the laser beam is determined. And a control means for operating the vibration generating means by making a correction so as to match the welding line.
【請求項3】 振動発生手段は、溶接接合する合わせ部
に向けてレーザビームを集光させるミラーを振動させる
構成であることを特徴とする請求項2記載のレーザ溶接
装置。
3. The laser welding apparatus according to claim 2, wherein the vibration generating means is configured to vibrate a mirror for converging a laser beam toward a joining portion to be welded and joined.
【請求項4】 ミラーを振動させる振動発生手段は、ミ
ラーに対しその反射面と平行な状態で一端に接続した軸
部の他端が、永久磁石及び電圧印加されるコイルによっ
てそれぞれ発生する磁界の相互作用で回転する前記永久
磁石とコイルとのいずれか一方に接続固定されているこ
とを特徴とする請求項3記載のレーザ溶接装置。
4. A vibration generating means for vibrating a mirror, wherein the other end of a shaft connected to one end of the mirror in parallel with the reflection surface has a magnetic field generated by a permanent magnet and a coil to which a voltage is applied. 4. The laser welding apparatus according to claim 3, wherein the laser welding apparatus is connected and fixed to one of the permanent magnet and the coil rotating by interaction.
【請求項5】 段差部は、板厚の異なる板材相互の端面
を突き合わせて形成されるものであることを特徴とする
請求項2記載のレーザ溶接装置。
5. The laser welding apparatus according to claim 2, wherein the step portion is formed by abutting end faces of plate members having different plate thicknesses.
【請求項6】 段差部は、板材相互を重ね合わせて形成
されるものであることを特徴とする請求項2記載のレー
ザ溶接装置。
6. The laser welding apparatus according to claim 2, wherein the step portion is formed by overlapping plate members.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6739647B2 (en) 2000-03-13 2004-05-25 Kikuchi Co., Ltd. Tailored blank article and manufacturing method of the same
JP2010517783A (en) * 2007-02-08 2010-05-27 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Laser welding method and apparatus
CN102019913A (en) * 2009-09-17 2011-04-20 丰田铁工株式会社 Operating pedal and overlapping welding method
WO2016055184A1 (en) * 2014-10-10 2016-04-14 Audi Ag Method for the laser beam welding of at least two parts to be joined by means of optical seam tracking and a scanner device having superimposed oscillating mirror oscillation
US10857624B2 (en) 2017-06-15 2020-12-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Laser-beam welding method and laser-beam welding apparatus

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6739647B2 (en) 2000-03-13 2004-05-25 Kikuchi Co., Ltd. Tailored blank article and manufacturing method of the same
JP2010517783A (en) * 2007-02-08 2010-05-27 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Laser welding method and apparatus
CN102019913A (en) * 2009-09-17 2011-04-20 丰田铁工株式会社 Operating pedal and overlapping welding method
WO2016055184A1 (en) * 2014-10-10 2016-04-14 Audi Ag Method for the laser beam welding of at least two parts to be joined by means of optical seam tracking and a scanner device having superimposed oscillating mirror oscillation
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