JPS62110886A - 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】 技術分野 本発明は、レーザビーム、電子ビーム等を溶接部材と被
溶接部材との突合−１位置に投射してビーム溶接を行う
ビーム溶接装置に係り、特にその突合せ位置を検出する
技術に関するものである。

従来技術 溶接部材の端縁の一部に被溶接部材を突き合わせ、ビー
ムヘッドから投射されたレーザビーム。

電子ビーム等のビームスボッ１−をそれ等溶接部材と被
溶接部材との突合上位置に一致させてビーム溶接を行う
ビーム溶接装置が知られている。このような装置におい
ては、ビームが非常に狭い範囲に投射されるため、極め
て細いビードが得られるとともに溶接歪が少ない等の利
点がある反面、溶接部材と被溶接部材との突合せ位置の
僅かな位置ずれや寸法公差等によってビームスポットの
位置と突合せ位置とがずれてしまい、溶接不良が発生し
易いという欠点がある。

これに対し、」１記溶接部材と被溶接部材との突合せ部
分に磁気回路を形成し、これに伴って発生ずるうず電流
に基づいてそれ等の突合せ位置を検出したり、或いは突
合せ部分からの反射光量を測定するごとにより突合せ位
置を検出したりして、その突合せ位置にビームスボッ１
〜を正確に一致させるようにすることが考えられている
。例えば、特開昭５９−１４．１３９１号公報、特開昭
５９−１４１３９２号公報等に記載されているビーム溶
接装置はその一例である。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、うず電流を利用する場合には、溶接部材
や被溶接部材の材質、板厚等によってうず電流の発生量
が異なり、反射光を利用する場合には、それ等両部材の
板厚２表面状態等によって反射光量が異なるため、何れ
の場合においても、溶接すべき両部材の種類に応して設
定値等を調節したり、検出した溶接位置を補正したりす
る必要があった。

問題点を解決するだめの手段 本発明は上記問題点を解決するために為されたものであ
り、その要旨とするところは、溶接部材の端縁の一部に
被溶接部材を突き合わせ、ビームヘッドから投射された
ビームのビームスボソトヲそれ等溶接部材と被溶接部材
との突合せ位置に一致させてビーム溶接を行う装置にお
いて、（ａ＋発光部を有し、その発光部の一部が前記端
縁によって遮られるように前記溶接部材の裏側に配設さ
れた光源装置と、（ｂ）前記ビームでソドに固定され、
前記光源装置から発せられた光を受光して受光信号を出
力する受光素子を前記端縁と交差する方向に複数備えた
受光装置と、（ｃｌ前記複数の受光素子からそれぞれ出
力される前記受光信号に基づいて前記端縁の位置を検出
する端縁検出装置とを設けたことにある。

作用 このようなビーム溶接装置においては、光源装置から発
せられた光のうちの−・部は溶接部材によって遮られる
が、他の部分は溶接部材の端縁よりも外側を通過して、
受光装置の複数の受光素子のうちの一部に照射される。

このため、それ等複数の受光素子は、溶接部材の端縁に
対応する位置を境として、光源装置からの光を受ける部
分と光が届かない影の部分とに分かれ、そのような受光
素子から出力される受光信号に基づいて、溶接部材の端
縁の位置が端縁検出装置によって検出される。

なお、このようにして検出された端縁の位置に基づいて
、ビームヘッドにより形成されるビームスポットの位置
が前記突合せ位置と一致するように制御される。

発明の効果 このように、本発明のビーム溶接装置は、光源装置から
発せられた光の一部が溶接部材によって遮られることに
より、その溶接部材の端縁の位置を検出するようになっ
ているため、溶接部材や被溶接部材の材質、板厚９表面
状態等に影響されることなく、常に高い精度で溶接部材
の端縁を検出することができる。したがって、種類の異
なる部材同士を突き合わせて溶接する場合であっても、
−々設定値等を調節したり検出した位置を補正し。

たりする必要がないのである。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は、本発明が適用されたレーザ溶接装置の概略を
示す斜視図である。このレーザ溶接装置は、ビームヘッ
ドとしてのレーザヘッド１０と、レーザビームを発射す
るレーザ発振器１２とを備えており、レーザヘソ１′Ｉ
Ｏは移動装置１４によ加工台１６上を自在に移動させら
れるようになっている。レーザ発振器１２から発射され
たレーザビームは、光管１ｉｉ！？１Ｂ、２０．２２お
よび図示しないミラーによってレーザヘッド１０まで送
られるようになっている。また、移動装置１４は、矢印
Ｘで示すＸ軸方向へ移動させられるＸ軸移動部材２４と
、そのＸ軸移動部材２４に設けられ、Ｘ軸方向と直角な
矢印Ｙで示すＹ軸方向へ移動させられるＹ軸移動部材２
６とを備えており、そのＹ軸移動部材２６にレーザヘッ
ド１０が取り付けられている。なお、上記光管路２０お
よび２２は、それぞれＸ軸移動部材２４およびＹ軸移動
部材２６の移動に伴って長手方向に伸縮するようになっ
ている。

加工台１６」二には、溶接すべき４枚のパネル２８．３
０．３２および３４が載置されている。これ等のパネル
２８．３０．３２および３４は何れも長方形状を成し、
先ず、パネル２８がその側端縁３６を基準として加工台
１６上に前記Ｘ軸方向に沿って位置決めされた後、パネ
ル３０．３４の長手方向における一方の端縁が上記側端
縁３６の両端部に突き合わされ、更にそれ等のパネル３
０゜３４の他方の端縁にパネル３２の側端縁３８の両端
部が突き合わされている。そして、それ等のパネル２８
，３０．３２および３４の４箇所の突合せ位置／１０，
４２．４４および４６にそれぞれレーザ溶接が施される
のである。

前記レーザヘッド１０は、第２図に示されているように
レンズ４８を備えて構成されており、レーザ発振器１２
から発射されたレーザビームをそのレンズ４８によって
集束させることにより、前記パネル２８，３０．３２．
３４の上面と同じ高さ位置にビームスポット５０を形成
する。また、このレーザヘッド１０には前記Ｘ軸方向に
突き出すブラケット５２が固定され、受光装置５４を保
持している。受光装置５４は前記パネル３２の裏側に配
設された照射装置５Ｇ、５Ｂから照射された光を撮像す
るもので、第３図に示されているように、パネル３２の
側端縁３８と直角な方向すなわち前記Ｙ軸方向に沿って
設けられたイメージセンサ６０と、そのイメージセン・
す６０上に結像させるレンズ６２とを備えており、イメ
ージセンサ６０は受光量に対応した強さの受光信号ＳＳ
をそれぞれ出力する複数の光電素子６４から構成されて
いる。これ等の光電素子６４は受光素子を成している。

一方、上記照射装置５６．５８は何れも光源装置を成す
もので、発光部としてマトリックス状に配設された複数
のＬ　ＥＤランプ６６を備えている。

それ等のＬ　Ｅ　Ｄランプ６６から発せられる光は、第
３図において破線で示されているようにそれぞれピーク
をもっているが、その−に部に設けられたアクリル板６
８を通すことにより、一点鎖線で示されているようにピ
ークのない略均−な光を照射するようになっている。そ
して、このような照射装置５６．５８は、前記突合せ位
置４４．４６の近傍に位置する２箇所に、それぞれＬＥ
Ｄランプ６６の一部がパネル３２によって遮られるよう
にそのパネル３２の側端縁３８の下方に設けられている
。

以上のように構成されたレーザ溶接装置には、第４図の
ブロック線図に示されている制御回路が設けられており
、前記イメージセンサ６０の各光電素子６４から出力さ
れた光電信号ＳＳは増幅器７０にて増幅され、デジタル
信号に変換された後制御装置７２のＩ１０ボート７４に
供給される。

制御装置７２は、ＣＰＵ７６、ＲＯＭ７８およびＲＡＭ
８０を備えており、ＣＰＵ７６はＲＡＭ８０の一時記憶
機能を利用しつつＲＯＭ７８に予め記憶されたプログラ
ムに従って光電信号ＳＳの信号処理を行い、Ｉ１０ポー
ト７４から駆動制御装置８２に駆動信号を供給して移動
装置１４の作動を制御する。なお、この制御装置７２に
は、前記突合せ位置４．０，４２．４４および４６に沿
ってレーザヘッド１０を移動さ−Ｕるように移動装置１
４を駆動するプログラムが予め設定されている。

次に、本実施例の作動を説明する。

制御装置７２に予め設定されたプログラムに従って駆動
制御装置８２が駆動されると、移動装置１４に取り付け
られたレーザヘッド１０は、先ず、突合せ位Ｗ４０．　
４２−にを移動させられ、パネル２８の側端縁３６にパ
ネル３０．３４がレーザ溶接される。パネル２８は、そ
の側端縁３６を基準として加工台１６上に位置決めされ
ているため、レーザヘッド】０が予め設定されたプログ
ラムに従って移動させられても、そのビームスボッ１〜
５０は突合せ位置４０．４２に止痛に一致させられる。

続いて、突合せ位置４４にレーザ溶接が施されるのであ
るが、レーザヘッド１０はそのレーザ溶接に先立って突
合せ位置４４の近傍に配設された照射装置５６上に受光
装置５４が位置するように巨 移動させられ、照射袋Ｗ５６から照射された光が受光装
置５４によって受光される。ここで、照射装置５６は、
その一部がパネル３２によって遮られるように側端縁３
８の下方に配設されているため、照射装置５６から照射
された光のうちの一部はパネル３２によって遮られ、他
の部分はパネル３２の側＠縁３８よりも外側を通過して
受光装置５４の複数の光電素子６４のうちの一部に照射
される。このため、それ等複数の光電素子６４は、パネ
ル３２の側端縁３８に対応する位置を境として、照射装
置５６からの光を受ける部分と光が届かない影の部分と
に分かれる。例えば、第３図に示されている場合には、
光電素子６４ｉよりも右側に位置する光電素子６４が影
の部分に相当するのであり、それ等の光電素子６４から
出力される光電信号ＳＳの信号強度は、同図に示されて
いるグラフ８４から明らかなように、光を受けている部
分の光電素子６４から出力される光電信号ＳＳに比較し
て極めて小さい。

そして、このような光電信号ＳＳが供給される制御装置
７２においては、その信号強度が急激に変化する位置の
光電素子６４ｉ　と、予め定められた基準の光電素子６
４ｊとのずれに基づいて、パネル３２の位置偏差Ｚを算
出する。ずなわち、イメージセンサ６０によって撮像さ
れる視野の直径をり、その視野に対応する光電素子６４
の数をＮ。

Ｎ個の光電素子６４のうち光電素″￥−６４３が一端か
らｎ番目、光電素子６４ｉがｎ°番目とすると、位置偏
差Ｚは、次式 ％式％（１１ を演算することにより求められる。基準の光電素子６４
ｊは、前記Ｙ軸方向においてレーザヘッド１０のビーム
スポット５０と一致する位置の光電素子６４に設定され
ており、上記位置偏差Ｚはビームスポット５０とパネル
３２の側端縁３８とのＹ軸方向における位置偏差量に相
当する。これにより、ビームスポット５０に対する側端
縁３８の位置が検出されるのであり、このような信号処
理を行う制御装置７２は端縁検出装置として機能してい
る。

上記位置偏差Ｚが求められると、突合せ位置４４にレー
ザ溶接を行うために予め設定されたプログラムが表すレ
ーザヘッド１０のＹ軸方向における位置がその位置偏差
Ｚだけ補正され、レーザヘッド１０は、そのように補正
されたプログラムに従って前記突合せ位置４４上を移動
させられ、パネル３２の側端縁３８にパネル３０がレー
ザ溶接される。したがって、例えばパネル３０の寸法公
差等に起因して突弄せ位置４４が予め設定された位置か
らずれていても、ビームスポット５０はその突合せ位置
４４に正確に一致させられるのである。なお、側端縁３
８を検出した位置すなわち照射装置５６が配設された位
置と突合せ位置４４とは異なるが、照射装置５６は突合
せ位置４４の近傍に配設されているため、そのような検
出位置と溶接位置との相違に起因してビームスポット５
０の位置が突合せ位置４４からずれることは殆どない。

このようにして突合せ位置４４におけるレーザ溶接が終
了すると、次に突合せ位置４６にレーザ溶接が施される
のであるが、ここでも上記突合せ位置４４にレーザ溶接
を施した場合と同様に、レーザヘッド１０はレーザ溶接
に先立って突合せ位置４６の近傍に配設された照射装置
５８上に受光装置５４が位置するように移動させられる
。以後、上述したのと同様にして側端縁３８が検出され
、レーザヘッド１０のＹ軸方向における位置が補正され
た後、突合せ位置４６にレーザ溶接が施されてパネル３
２の側端縁３８にパネル３４が溶接される。

このように、本実施例のレーザ溶接装置においては、照
射装置５６．５８から照射された光の一部がパネル３２
によって遮られることにより、そのパネル３２の側端縁
３８を検出するようになっているため、従来装置のよう
にうず電流や反射光を利用して溶接位置を検出する場合
に比較して、パネル３２やそのパネル３２の側端縁３８
に溶接されるパネル３０．３４の材質、板厚２表面状態
等によって影響されることがない。したがって、常に高
い精度でパネル３２の側端縁３８を検出するごとかでき
るようになり、溶接すべきパネル３２とパネル３０．３
４の材質等が異なる場合であっても、−々設定値等を調
節したり検出した位置を補正したりする必要がないので
ある。

なお、以」二の説明から明らかなように、本実施例では
パネル３２が溶接部材を成し、パネル３０゜３４が被溶
接部材を成している。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明し
たが、本発明は他の態様で実施することもできる。

例えば、前記実施例ではパネル３２がＸ軸方向に沿って
配置され、その側端縁３８のＹ軸方向における位置偏差
Ｚを検出するようになっているが、パネル３２の向きを
適宜変更しても良いことは勿論であり、その場合には少
なくともその側端縁３８と交差する方向、望ましくは直
角な方向の位置偏差を検出することとなる。

また、前記実施例では受光素子として受光量に対応した
強さの受光信号ＳＳを出力する光電素子６４が用いられ
ているが、予め設定された一定の１　へ 受光量を境としてＯＮ、ＯＦＦの受光信号を出力するも
のなど他の受光素子を採用することもできる。同様に、
ＬＥＤラン１６６の替わりにネオンランプ、螢光ランプ
等を用いることもできる。

さらに、前記実施例では検出した位置偏差Ｚに基づいて
レーザヘッド１０の位置を補正するようになっているが
、レンズ６２を移動してビームスポット５０の位置だげ
を補正するようにすることも可能である。

また、前記実施例では４枚のパネル２Ｂ、３０゜３２お
よび３４を四角形状に突き合わせてレーザ溶接を行う場
合について説明したが、２枚のパネルを丁字形状に突き
合わせたり、３枚のパネルをＩ字形状に突き合わせたり
するなど、複数のパネルを他の形状に突き合わ一１！・
てレーリ！溶接を施すようにしてもよいことば勿論であ
る。

その他−々例示はしないが、本発明はその精神を逸脱す
ることなく当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を
加えた態様で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるレーザ溶接装置の概略
を示す斜視図である。第２図は第１図の装置のレーザヘ
ッド近傍を示す斜視図である。第３図は第１図の装置に
備えられている照射装置および受光装置を説明する図で
ある。第４図は第１図の装置に備えられている制御回路
のブロック線図である。 １０：レーザヘッド（ビームヘッド） ３ｏ、ａｔ：パネル（被溶接部材） ３２：パネル（溶接部材） ３８二側端縁（端縁）　　４４．４６：突合せ位置５０
：ビームスポット　５４：受光装置５６．５８：照射装
置（光源装置） ６４：光電素子（受光素子） ６６：ＬＥＤランプ（発光部） ７２：制御装置（端縁検出装置） ｔｉ ｂｂ　　　ｂｂ　　　ｂｂ ７゜、ロ〜丁′°＝￥−拝し 第４図　閣■閣下印 二、−ニー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 溶接部材の端縁の一部に被溶接部材を突き合わせ、ビー
   ムヘッドから投射されたビームのビームスポットをそれ
   等溶接部材と被溶接部材との突合せ位置に一致させてビ
   ーム溶接を行う装置において、 発光部を有し、該発光部の一部が前記端縁によって遮ら
   れるように前記溶接部材の裏側に配設された光源装置と
   、 前記ビームヘッドに固定され、前記光源装置から発せら
   れた光を受光して受光信号を出力する受光素子を前記端
   縁と交差する方向に複数備えた受光装置と、 前記複数の受光素子からそれぞれ出力される前記受光信
   号に基づいて前記端縁の位置を検出する端縁検出装置と を設けたことを特徴とするビーム溶接装置。