JPS59141391A - ビ−ム溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レーザビーム、電子ビーム等を被溶接部Ｈの
溶接部位に投射してビーム溶接ヲ施すビーム溶接装置に
関し、特に、ビームスポット金被溶接部拐の溶接線に正
確に一致させる技術に関するものである。

被溶接部材とビーム源から発射されたビーム全集束させ
その被溶接部材上にビームスボッ）Ｑ形成するビームヘ
ッドとを、そのビームスポットが被溶接部材の溶接され
るべき突合せ線等の溶接線に沿うように予め定められた
軌跡に従って相対移動させることにより、その被溶接部
材にビーム溶接を施すビーム溶接装置が知られている。

斯る装置においては、ビームスポットが微小面積に投射
させられるため、極めて細いビードが得られ、しかも溶
接歪が少ない等の利点がある反面、被溶接部材の位置決
め位置、寸法公差等に起因する溶接線とビームヘッドと
の僅かな位置ずれによって溶接不良が発生し易い欠点が
あった。

これに対して、被溶接部材の溶接線上にＶ溝を形成する
とともに、その■溝に案内されることによりビーム偏向
装置の角度をビームスボンドが溶接線に一致するように
機械的に制御する方法や、溶接線とビームヘッドとのず
れ全テレビカメラで検出し、そのずれに基づいてビーム
スポットが溶接線と一致するようにビーム偏向装ｆ＆ｌ
ｒ制御する方法が考えられている。しかしながら、ｉｉ
Ｊ者によれば、偏向装置全案内するための■溝全形成し
なければならず、しかもＶ溝形状のばらつきの影響を受
けて高い溶接品質が得られなかった。また、後者によれ
ば、テレビカメラから得られたビデオ信号からずれを検
出するための画像処理装置が必要となυ、装置が複雑且
つ高価となる欠点があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その目邑とするところは、高い溶接品質が得られ、しか
も簡単な構成のビーム溶接装置を提供することにある。

斯る目的を達成するため、本発明のビーム溶接装置は、 （］）　　ビビームヘラの相対移動方向前部に固定され
、すと、 （２）　　ビームヘッドに設ケラれ、ビームスボッ、ト
全前記基準線と交差する方向に移動させるスポット移動
装置と、 （３）　　前記磁気式センサによって検出されたずれに
基づき、前記ビームヘッドと被溶接部材との相対移動速
度に基づく前記磁気式センサの検出位置とビームスポッ
トとの時間距離に対応した時間後に、前記スポット移動
装置にビームスポットを移動させぞのビームスボツトの
位置を前記溶接線に一致させる制御回路と を含むこと？特徴とする。

この様にすれば、被溶接部材の位置決めや寸法公差に起
因してビームヘッドと溶接線とにずれが生じてもビーム
スポットが溶接線に正確に一致させられ、高い溶接品質
が得られるのである。しかも、磁気式センサによってビ
ームヘッドと溶接線とのずれが検出されるので、テレビ
カメラを用いてギのずれを検出する従来の装置に比較し
、て画像処理装置等の復雑な装置が不要となり、装置が
簡・ 単且つ安価となるのである。

以下、本発明の一実施例を示す図面に基づいて詳却Ｉに
説明する。

第１図は本発明がレーザ溶接装置に適用された例を示し
ておｐル−ザ溶接装置１０は被溶接部イΔである第１鋼
板１２及び第２鋼板１４が載置きれる図示しないテーブ
ルと、図示しないレーザ光源から発射されたレーザ光線
１４−レンズ装置１６によジ集束させて第１Ｋ４板１２
及び第２鋼板１４上にビームスポット１８を形成するビ
ームヘッドとしてのレーザヘッド２０とを備えている。

レーザヘッド２０は水平部と垂直部とから成る逆り字形
の管状を成し、下端部に前記レンズ鏡型１６が設けられ
た本体２２と、その本体２２の下端部に取り付けられ下
端部に小径の貫通孔を有する薄肉逆円錐状のノーズ部２
４と、そのノーズ部２４の移動方向前方及び後方におい
てセンサボルダ２６を介してそれぞれノーズ部２４に取
り付けられ、レーザヘッド２０の中心を通り進行方向に
平行な基準線入と溶接線Ｂどのずれを磁気的に検出する
磁気式センサであるずれセンサ２８、及び溶接後の溶接
線Ｊ３上に形成されたビードの溶接状態全磁気的に検出
する溶接状態センサ３０と、前記本体２２丙の角部に設
けられレーザ光線Ｉ４一本体２２に沿って略９０°偏向
させるとともに前記ビームスポット１８を基準線Ａに直
角を成して交差する方向に移動させるスポット移動装置
３２と全備えている。そして、本体２２は第１鋼板１２
及び第２鋼板１４上方において基準線Ａと平行に配役さ
れたガイドレール３４によって支持され且つ図示しない
駆動装置によってガイドレール３４に沿って駆動される
ブラケット３６に固定されることにより、溶接線Ｂに沿
うように予め定められた軌跡に従って移動させられるよ
うになっている。

スポット移動装置３２は、本体２２の水平部及び垂直部
の軸線に対して４５°を成す回動軸３７によって回動可
能に支持された鏡３８と、その鏡３８に作動的に連結さ
れて突出し可能なスプール４０を備えてその鏡３８の回
動位置を決めるサーボバルブ４２とを備え、後述の駆動
信号がサーボバルブ４２に供給されて鏡３８の回動位置
が変更さビームスポット１８が溶接＠Ｂと交差する方向
に移動させられるようになっている。

前記ずれセンサ２８は、第２文に詳しく示されるように
、第１鋼板１２及び第２鋼板１４の間に形成された溶接
線Ｂ上に所定の間隙を隔てて位置する共通部４４と溶接
線Ｂの両側においてそれぞれ第１鋼板１２及び第２鋼板
１４の表面上に所定の間隙を隔てて位置し共通部４４の
上端部と連結された一対のヨーク部４６とから成るケイ
素鋼板等の透磁率の高い材料製の磁気回路形成部材４８
と、磁気回路形成部材４８の共通部４４に巻回され、共
通部４４を励磁することによって磁気回路形成部材４８
と第１鋼板１２及び第２鋼板１４の磁気回路形成部材４
８の下方に所定の間隙を隔てて位置する部分とにおいて
相互に隣接した環状の磁気回路Ｍ−６それぞれ形成する
交流励磁コイル５０と、磁気回路形成部材４８のヨーク
部４６にそれぞれ巻回され、磁気回路Ｍの磁束数に対応
して誘導起電万全それぞれ発生し、それ等の起電力差に
基づいて磁気回路形成部材４８に対する溶接線Ｂの位置
ずれを検出する検知コイル５２とを備えている。磁気回
路形成部材４８の中心線は基準線Ａ上に位置するように
配設されており、基準線Ａと溶接線Ｉ３とが一致した状
態においては第１鋼板１２と第２鋼板１４との突合せ面
がいずれの磁気回路Ｍにも影響しないが、基準＠Ａから
溶接線Ｂかずらされたとき、溶接線１３がずれた側の磁
気回路Ｍの磁束が第１ｗ４板１２と第２鋼板１４との裟
合せ曲を貫通させられることにより磁気抵抗が増加はせ
られるので、検知コイル５２に発生する誘導起電力の差
が生じ、基準ｍＡと溶接ｆ４　Ｂとのずれが検出される
ようになっている。例えば、第２図において溶接ＩＪＢ
が右方にずれると、右側の磁気回路Ｍにおける磁気抵抗
がそのずれ量に応じて増加し、右側の検知コイル５２に
発生する誘導起電圧が小さくなる。このため、検知コイ
ル５２相互の起電力差△Ｖは、そのずれ量に従って増加
させられる。溶接線Ｂが逆方向にずらされた場合には、
そのずれ量に応じて起電力差△Ｖは負の方向に増加させ
られるので、検知コイル５２の起電力差△Ｖとずれ量と
の関係は第３図の実線に示される如くとなるＬ従って、
検知コイル５２の起電力差へＶを検知することにより、
基準線Ａと溶接線Ｂとのずれ量が検知されるのである。

尚、第１鋼板１２に対して第２鋼板１４の板厚が薄い場
合には、第３図の一点鎖線に示される横軸を基準とする
破線に示される特性が得られ、この特性に基づいてずれ
が検知され得るのである。

前記溶接状態センサ３０は、第４図に示されるように、
ずれセンサ２８と同様の共通部５４及びヨーク部５６を
有する磁気回路形成部材５８と、共通部５４に巻回され
た交流励磁コイル６０と、ヨーク部５６にそれぞれ巻回
された検知コイル６２と全備えている。磁気回路形成部
材５８の中心線が溶接後の溶接線Ｂであるビードに対し
て所定のずれ量りだけずらされた状態で回路形成部材５
８が位置決めされており、一方の磁気回路Δ４の磁束が
第１鋼板１２と第２鋼板１４との突合せ而を貫通するよ
うにされている。一般に、その突合せ面の溶接状態が良
好である場合には磁気抵抗が小さくなる一方、溶接線Ｂ
とビードとの位置ずれ、溶は込み不良、溶は落ち等の溶
接不良が生じた場合には磁気抵抗が増加するので、検知
コイル６２に発生する起電力差△Ｖによってその溶接状
態が判別きれるのである。すなわち、第１ｆＡ板１２と
第２鋼板１４との突合せ面に溶接不良が生・しると、検
知コイル６２に生じる起電力差△Ｖが大きくなり、それ
等が予め定められた一定の基準電圧Ｖｓを超えたとき溶
接不良と判断されるのである。第５図のＮ１区間はこの
状態を示す。突合せ面が良好に溶接きれその部分の磁気
抵抗が小さい場合には起電力差△Ｖ（／′ｉ小さくなる
ので、その起電力差△Ｖが基準電圧Ｖｓ　　よＩ）■ま
わると溶接状態が良好であると判断されるのである。第
５図のＧ区間はこの状態を示す。尚、鋼板１２．１４の
前端部または後端部に溶接状態センサ３ｏが近づくと、
鋼板１２．１４自体の磁気抵抗が増加して誘導起電力差
△Ｖが小さくなる傾向にあるので、レーザ仮 ヘッド２０が鋼）１１１２．１４の端部に近づくと基準
電圧Ｖｓｊｐも小さな基準電圧Ｖｓ’が鋼板１２゜１４
の端部との予め定められた距離に関連して自動的に用い
られる。第５図のＮ２区間は、鋼板１２、】４の端部に
おける溶接不良状態を示している。また、第６図に示さ
れるように、鋼板１２゜１４の端部からレーザヘッド２
ｏまでの距離１１と溶接状態の判断に用いる基準電圧Ｖ
ｓ、との関係を予め後述の判定回路６８に記憶させ、実
際の距離Ｎ２検出して判定回路６８に大刀させることに
ょシ、基準電圧Ｖｓ　　を連続的または多段階に変更σ
せても良い。このような場合には、一層信頼性の高い判
別信号が得られる。

以上の様に構成されたレーザ溶接装置１ｏには、第７図
に示される回路が備えられてい金。

すなわち、ずれセンサ２８及び溶接状態センサ３０の励
磁コイル５０及び６ｏには数Ｋ　Ｎ２の励磁用交流電力
が図示しない電源から供給される一方、ずれセンサ２８
の検知コイル５２に発生する起電力差△Ｖが制御回路６
４に供給され、溶接状態センサ３０の検知コイル６２に
発生する起電力差△Ｖが増幅器６６を介して判定回路６
８に供給される。この判定回路６８は、溶接状態センサ
３ｏから出力された信号が基準電圧Ｖｓを超えたとき判
別（不良）信号を発生して、ブザーによる音声表示また
は表示器の点灯による発光信号によって作業者に知らし
める一方、場合によってはレーザ溶接装置１０を停止さ
せるためにも用いられる。

前記制御回路６４は増幅器７０．遅延回路７２゜および
演算回路７４を備えている。ずれセンサ２８から出力さ
れる信号である検知コイル５２に発生する起電力差△Ｖ
は、増幅器７ｏを介して遅延回路７２に供給される。遅
延回路７２は、レーザヘッド２０と鋼板１２．１４との
相対移動速度に基づくずれセンサ２８の検出位置とビー
ムスポット１８との時間距離に対応した時間だけ入力信
号を遅らせて演算回路７４に供給する。すなわち、例え
ばずれセンサ２８の検出位置とビームスポット１８との
間の距離ｌが１８間であシ、レーザヘッド２０と鋼板１
２’、ｚとの相対速度が５　ＭＪｌ　７秒であったとす
ると、ずれセンサ２８とビームスポット１８との時間距
離は３秒であシ、遅延回路７２は人力信号を３秒間だけ
遅らせて演算回路７４に供給するのである。尚、この場
合において、サーボバルブ４２等の遅れ時間が無視でき
ない程である場合には、その遅れ時間が遅延回路７２の
遅延時間から差引かれる。演算回路７４においては、起
電力差△Ｖが表すずれに基づいてそのずれが零となるよ
うに制御信号ＳＣＩ演算し、サーボバルブ駆動回路７６
に供給する。サーボバルブ駆動回路７６は制御信号ＳＣ
をサーボバルブ４２を駆動するための信号に変換してサ
ーボバルブ４２に供給し、そのスプール４０の突き出し
位置を変更させて鏡３８０回動位置を変更し、ビームス
ポット１８を溶接線Ｂ上に一致させるのである。

従って、図示しない駆動装置によって矢印に方向にブラ
ケット３６が移動させられるのに伴い、　　−レーザヘ
ッド２０が溶接ｉＢに沿うように移動させられるとき、
第８図に示されるように、ずれセ。

ンサ２８によってレーザヘッド２０の基準線Ａと溶接線
ＢとのずれＺがビームスポット１８に距離ｌだけ先立′
つて検出され、そのずれ２に基づいてそのずれ２が零に
なるように制御信号ＳＣが距離βに対応した時間だけ遅
らされて供給され、ビームスポット１８の位置がスポッ
ト移動装置３２によって移動させられて溶接ｉＢ上に一
致させられるので、第１鋼板１２及び第２鋼板１４の図
示しないテーブル上における位置決め位置のばらつきや
、それ等第１鋼板１２．第２鋼板１４の寸法公差のばら
つきに拘らず好適にビームスポット１８が溶接線Ｂ上に
一致させられて高い溶接品質が得られるのである。

また、レーザヘッド２０の基準線Ａと溶接線Ｂとのずれ
が、磁気式センサであるずれセンサ２８によって検出さ
れるので、テレビカメラを用いて検出する場合に比較し
て画像処理装置等の複雑な装置が不要となり、ずれを検
出するための装置が極めて簡単且つ安価となるのである
。

更に、本実施例によれば、ずれセンサ２８と同様に構成
され、その中心位置が溶接線１３と所定のずれ・Ｄを形
成して配設された溶接状態センサ３（）によって、第１
鋼板１２と第２鋼板１４との突合せ而におけるレーザ溶
接状態が逐次検出且つ判断されるので、鋼板１２．１４
の大幅な位置ずれに対する修正、レーザ光線りの出力設
定等の溶接不良に対する処理が容易且つ迅速に行われ得
る利点がある。

以上、本発明の一実施例を示す図面に茅づいて説明した
が、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例においてはレーザヘッド２０が鋼
板１２，１４に対して駆動されるように構成きれている
が、鋼板１２．１４がレーザヘッド２０に対して駆動さ
れても良く、捷たその駆動方向は一方向だけではな（Ｘ
ｔｈＩｌＩ−Ｙ軸から構成される面内において曲線を含
む二次元方向に駆動されても良いのである。要するに、
レーザヘッド２０と被溶接部材である鋼板］’２．１４
とが、予め定められた軌跡に従って相対的に駆動される
ものであれば良いのである。

前述の実施例において、スポット移動装置３２は一軸捷
わ９に回動させられる鏡３８と、この回前位置を変更す
るサーボバルブ４２とを有して構成されているが、第９
図に示されるように、鏡３８はサーボモータ７８によっ
て駆動されても良く、またレンズ装置１６を構成するレ
ンズの少くともＪ琶 一枚の光軸が基準線Ａと直交する方向に移動可能設けら
れ、そのレンズが駆動装置によって位置決めされること
によりビームスポット１８が移動させられるようにして
も“良いのである。溶接装置が電子ビームを用いたもの
である場合には、斯るスポット移動装置によって電子レ
ンズを移動させることにより、電子ビームのスボツ）（
５好適に移動きせることかできる。

更に、判定回路６８．前記遅延回路７２および演算回路
７４は、アナログ回路のみならず、所謂マイクロコンピ
ュータを含むデジタル回路によっても構成されることは
言うまでもない。

尚、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、
本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変更が
加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例が適用されたレーザ溶接装置の一
部を切欠いた斜視図である。第２図は第１図の装置に備
えられた磁気式センサを説明する図である。第３図は、
第２図のセンサによって得られた起電力差△Ｖとずれ量
との関係の一例を示す１図表である。第４図は第１図の
装置に備えられた溶接状態センサを説明する図で、第２
図に相当する図である。第５図は、第４図のセンサによ
って得られた起電力差△Ｖと溶接状態との関係の一例を
示す図表である。第７図は第１図の装置に備えられた電
気回路の構成を示す図である。第６図は判定回路６８の
他の態様に用いられる基準電圧と、レーザへ／ドから鋼
板の端部に至る距離との関係を示す図である。第８図は
、第１図の装置の作動を説明するための図である。第９
肖は、第１図の装置に備えられたスポット移動装置の他
の態様を示す斜視図である。 ｌ（）：レーザ溶接装置（ビーム溶接装置）１８：ビー
ムスポット ２０：し〜ザヘッド（ビームヘッド） ２８：ずれセンサ（磁気式センサ） ３２ニスポツト移動装置　６４：制御回路Ｌ：レーザ光
線（ビーム） Ａ：基準線　　　　　　　Ｂ：溶接線 出願人　　トヨタ自動車株式会社 第１図 ｔｈＶ　　　　　　　　　　　第３図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被溶接部材とビーム源から発射されたビームを集束させ
   該被溶接部材上にビームスポット−１形成するビームヘ
   ッドとを、該ビームスポットが該被溶接部材の溶接線に
   沿うように予め定められた＋ｌυ１跡に従って相対移動
   させることにより、該被溶接部材にビーム溶接を強すに
   際し、該ビームヘッドと溶接線とのずれを検出し該ずれ
   に基づいてＭｉｊ記ビームスポットの位置を該溶接線上
   に補正する型式のビーム溶接装置であって、 前記ビームヘッドの相対移動方向前部に固設され、該相
   対移動方向に平行な該ビームヘッドの基準線と前記溶接
   線とのずれを前記ビームスボンドにｌ先行して検出する
   磁気式センサと、ｔ％１ｊ記ビームヘッドに設けられ、
   前記ビームスポットを前記基準線と交差する方向に移動
   きせるスポット移動装置と、 前記磁気式センサによって検出されたずれに基づき、前
   記ビームヘッドと被溶接部材との相対移動速度に基づく
   前記磁気式センサの検出位置と前記ビームスポットとの
   時間距離に対応した時間後、に、前記スポット移動装置
   にビームスポラトラ移動させ該ビームスボッｈ’ｌ前記
   溶接線に一致埒せる制御回路ζ 全含むことを特徴とするビーム溶接装置。