JPS62137188A - ビ−ム溶接装置の制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ビーム溶接装置の制御装置に関するものであ
る。

（従来技術） 現在、レーザビーム等の高密度エネルギー源を用いた溶
接技術が盛んに研究されている。このレーザビームを用
いるメリットとして、例えば従来からシーム溶接によっ
て接合されているフランジのある部材を例にとると、 （１）フランジが最小限にとれる（あるいはフランジの
ない接合も可能） （２）集中熱源にあるので熱影響幅が小さい（そのため
に材料の熱変形が少ない） 等の点が挙げられる。

しかし、このレーザビームは集中熱源であるために、上
記（１）で記したフランジのない接合を行なう際にその
位置決めと接合する２部材間の隙間の量が非常に大きな
影響を与えろ。つまり、２部材間の隙間がある許容限界
値を越えろと溶接不可能となる。例えば鋼製薄板の溶接
を例にとると、板厚の約３０％以上の隙間があると、良
好な溶接ができないことが知られている。従って、良好
な溶接を行なうためには、先ず （ａ）　　隙間ができないようにすること（ｂ）　　レ
ーザビームが２部材間の接合すべき部分に確実に照射さ
れること が絶対必要である。

ところが、実際問題として溶接を行なう前に隙間ができ
ないように２部材の各接合面を精度よく研削しておくこ
とはコスト及び工数の面でまず不可能であり、また一方
陣間が当然あると仮定して、あらかじめその隙間に連打
を送ってレーザビームで溶かしながら当該隙間をうめて
やる方法が考えられるが、これもまた一定の隙間をはじ
めから設けておく必要があり、もし隙間量に変動がある
と狭い部分で無駄な肉盛ができるために溶接後の研削工
程が余計に増えることになる。

ところで、従来上記のようなビーム溶接装置として、例
えば特開昭５９−１４１３９２号公報および特開昭５９
−２３２６８７号公報に記載のもツカ知られている。前
者の従来技術は、ビーム溶接用のレーザビーム照射ヘッ
ドと、イメージセンサからなる被溶接部材間の突き合せ
部の位置制御手段と、この位置制御手段の検出値に応じ
上記レーザビーム照射ヘッド（特にそのスポット部）を
２つの被溶接部材間の突き合せ部接合面に做って相対的
に移動させるための位置制御用駆動手段とを備えて構成
されており、上記位置制御手段により上記レーザビーム
照射ヘッドを上記被溶接部材間の突き合せ部（溶接ライ
ン）に沿って自由に追従せしめ得るようになし、連続的
な自動溶接作業を可能としたものである。

また、後者の従来技術は、被溶接部材を溶接部（突き合
せ部）方向に移送可能に支持せしめ、当該溶接部を介し
て上方にビーム照射ヘッドを、また下方に帯状博打の連
続供給装置を設け、溶接作業の進行に応じて連続的な連
打の供給を可能としたものである。

（発明が解決しようとする問題点） 従って、前者の従来技術および後者の従来技術を組み合
わせると、２つの被溶接部材間の突き合せ部に沿った連
続的な連打の自動供給並びに溶接が可能になり、上述し
た（ｂ）の課題は一応達成することができるが、他方、
２つの被溶接部材間の突き合せ部に隙間を形成しないか
、或いは当該隙間濤に応じた連打の供給を行うと言うビ
ーム溶接における基本的な問題点は全く解決されていな
い。

すなわち、上記突き合せ部の隙間が所定量以上大きかっ
たり、一定でなかったりすると、やはり良好な溶接を行
なうことができない。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の問題点を解決または改善することを目
的としてなされたもので被溶接部材間の突き合せ部に倣
って位置制御手段により溶接用ビームヘッドと被溶接部
材との相対位置を位置制御するとともに当該溶接用ビー
ムヘッドと被溶接部材との相対移動に応じて心材供給手
段により連打の供給を行なうビーム溶接装置において、
上記溶接用ビームヘッドに対し、該溶接用ビームヘッド
から照射されろ溶接ビームの上記被溶接部材間の突き合
せ部上スポット部近傍を２辺が上記被溶接部材間の突き
合せ部と所定の交差角をらって交差する非平行な所定形
状の照射スポットで照射するスリット光源とこのスリッ
ト光源からの反射光を検出するイメージセンサとを備え
た溶接ライン検出手段を設け、該溶接ライン検出手段か
らの検出信号により上記位置制御手段を作動させて溶接
用ビームヘッドの位置制御を行なうとともに上記心材供
給手段による博打供給最を制御するようにしてなるもの
である。

（作　用） 上記の手段によると、溶接ライン検出手段が、２辺が被
溶接部材間の突き合せ部と所定の交差角をもって交差す
る非平行な照射スポット形状を形成するスリット光源と
該スリット光源からの反射光を検出するイメージセンサ
とから構成される装リ、該溶接ライン検出手段の上記ス
ポット部の非平行２辺間において被溶接部材間の突き合
せ部によって形成される非反射部間の距離の変動により
上記被溶接部材間の突き合せ部位置を検出し、該検出値
に応じて位置制御手段を作動させるとともに上記スポッ
ト部の反射光量の変化から上記被溶接部材間の突き合せ
部の隙間量を具体的に検出し、該検出値に応じて上記溶
材供給手段の博打供給量を制御できるようになっている
。そのため、溶接用ビームヘッドからのビームスポット
を常に正確に被溶接部材間の突き合せ部に追従させるこ
とができることはもとより、当該突き合せ部の隙間量に
応じた名相の供給が可能となるので、不必要な肉盛の形
成を行なうことなく常に良好な溶接を行なうことができ
る。

（実施例） 第１図〜第３図は、本発明の実施例に係るビーム溶接装
置の制御装置を示している。

先ず第１図において、符号」はビーム溶接装置を示して
おり、このビーム溶接装置ｌは、数値制御装置２によっ
てＸ−Ｙ平面方向に任意に移動可能にコントロールされ
るＸ−Ｙテーブル（特許請求の範囲中の位置制御手段に
該当する）３と、このＸ−Ｙテーブル３上に設置されろ
２つの被溶接部材Ｗ　＋　、　Ｗ　２　（第２図参照）
間の突き合せ部の溶接ラインσ上に位置して該溶接ライ
ンσ上にレーザビームを照射するためのビームヘッド４
並びにこのビームヘッド４に接続されたレーザ発生器５
と、上記ビームヘッド４の上記溶接ラインＱ上のビーム
照射スポットに線状の名相６を連続的に供給する連打供
給装置８と、上記ビームヘッド４から溶接ラインＱ上に
照射されるビームスポットの溶接進行方向前方側近傍の
溶接ライン０面を第２図に仮想線で示すように２辺が所
定の交差角をもって上記溶接ラインａと交差する略Ｖ形
の照射スポットにより当該溶接ライン迂の位置と幅を検
出する溶接ライン検出手段１２とから構成されている。

上記ビームヘッド４は、上記レーザ発生器５内のレーザ
チューブで発生せしめられたレーザ光線を例えばシリン
ドリカルレンズで所定光束に収束させた後に反射鏡ｌＯ
で上記溶接ラインσ方向に反射させ、フォーカスレンズ
（焦点調節可能な対物レンズ）１１を介してさらにビー
ム状に収束させて上記溶接ラインＵ上に溶接用のビーム
スポットを形成するようになっている。

また、上記連打供給装置８は、上記ビームスポットに線
状の名相６を連続して供給するために、ガイド部１３お
よび送りローラｌ　４，１４を備えてなり、該送りロー
ラ１４，１４は送り量制御用のステッピングモータ１５
により駆動されるようになっている。従って、上記線状
の名相６は送りローラ１４，１４から上記ガイド部１３
を経て上記ビームスポット位置に順次供給され、結局そ
の供給量は上記ステッピングモータ１５によって調節さ
れるようになっている。

さらに、上記溶接ライン検出手段１２は、レーザ光源７
からのレーザ光を所定の光学系を介して平行光線に変換
した後Ｖ形のスリット板１６を介して上記被溶接部材Ｗ
、、Ｗ２間の溶接ラインＱ上に投影することによって第
２図に示すような上記溶接ラインＵ上に該溶接ラインＱ
と２辺Ｐ＋、Ｐａが所定の交差角をもって交差する相互
に非平行の略Ｖ形照射スポットを形成するスリット光源
部１７と、このスリット光源部１７からの上記照射スポ
ット部を経た反射光を入力し、その人力値に応じた電気
信号を発生するイメージセンサ１８とから構成されてい
る。イメージセンサ１８は、上記スリット光源部１７側
の光投影糸路途中に介装したハーフミラ−（一方向透過
性反射鏡）１９で受光反射される上記Ｖ形照射スポット
からの反射光をさらに反射鏡２１でさらに内部上方に反
射させ、これを撮像部２２に入射させる。撮像部２２で
は、上記入射光から上記照射スポットの形状の変化、反
射部の光量の変化を検出しデジタル信号に変換した上で
その出力を溶接コントロールユニット２０に入力する。

溶接コントロールユニット２０は、上記入力を基にして
第３図のフローチャートに示す制御動作を行なう。

すなわち、上記スリット光源部１７からの平行光線より
なる■形投影面を有する照射光は、上述のように被溶接
部材Ｗ、、Ｗ２間の突き合せ部の溶接ライン部上を照射
２辺Ｐ、、Ｐ２が該溶接ライン迂と所定の交差角をもっ
て交差するＶ形の照射スポットで照射する。従って、そ
れらの両辺Ｐ１．Ｐ２の反射面の面積Ａは、上記溶接ラ
インａの幅、つまり突き合せ部の隙間量によって変動す
る。また当該Ｖ形照射スポットの２辺Ｐ、、Ｐ２を横切
る部分Ｃ，，Ｃ２間の溶接ライン拝上の長さＱ、は、上
記溶接ライン部上から横方向左右のいずれかにずれろこ
とにより変動する。そして、これら各変動量は、そのま
まイメージセンサＩ８の撮像部２２への入力値の変動と
なる。

そこで、先ずステップＳ、で上記Ｖ形照射スポットの２
辺Ｐ、、Ｐ、間の上記溶接ライン部上の長さ１１１の変
動から溶接用ビームヘッド４と溶接ラインＱとの左右方
向への相対的位置変動を検出（ｒｌ。

検出）し、次にステップＳｔで該検出値＋１．をセンタ
ーポイントを示す基準値ａと比較し、（ｌ　Ｉ＞　ａの
場合にはステップＳ３で上記数値制御装置２を作動させ
て上記Ｘ−Ｙテーブル３を左側に所定量駆動し、また、
Ω、＜ａの場合には同様の方法でＸ−Ｙテーブル３をス
テップＳ４で右側に所定量駆動してビームヘッド４から
のビームスポットが常に溶接ラインＯ中心に一致、つま
りａ、の値が常に一定（Ｑ、＝ａ）となるように位置制
御を行なう。

次に、イメージセンサ１８は、上述のように上記Ｖ形照
射スポットの反射面の面積Ａの変動から、上記溶接ライ
ンＵの幅の変動、つまり突き合せ部の隙間の大きさαを
検出し、該検出信号を溶接コントロールユニット２０に
供給している。従って、先ずステップＳ、では、該隙間
量αを検出し、次にステップＳ６でこの検出値αを所定
の基準値すと比較する。その結果、αンｂの場合には先
ずステップＳ７でレーザビームの出力決定のための演算
Ｘ＝（α−ｂ）Ｋを行なって出力アップ値を算出した後
にステップＳ８に進む。なお、Ｘはレーザビームの出力
値、ｂは溶接ラインａの最大許容隙間最における反射光
量、Ｋは演算定数である。次にステップＳＩｌでは、上
記隙間の大きさに応じた上記溶は供給量の演算（Ｘ−Ｋ
）を行ない、該演算値に応じて上記ステッピングモータ
Ｉ５を駆動する。

これにより、実際の隙間量に対応した最適ビーム容重と
最適溶材量で溶接作業が行なわれる。

（発明の効果） 本発明は、以上に説明したように、被溶接部材間の突き
合せ部に做って位置制御手段により溶接用ビームヘッド
と被溶接部材との相対位置を位置制御するとともに当該
溶接用ビームヘッドと被溶接部材との相対移動に応じて
溶材供給手段により博打の供給を行なうビーム溶接装置
において、上記溶接用ビームヘッドに対し、該溶接用ビ
ームヘッドから照射される溶接ビームの上記被溶接部材
間の突き合せ部上スポット部近傍を２辺が上記被溶接部
材間の突き合せ部と所定の交差角をもって交差する非平
行な所定形状の照射スポットで照射ずろスリット光源と
このスリット光源からの反射光を検出するイメージセン
サとを備えた溶接ライン検出手段を設け、該溶接ライン
検出手段からの検出信号により上記位置制御手段を作動
させて溶接用ビームヘッドの位置制御を行なうとともに
上記溶材供給手段による博打供給量を制御するようにし
てなるものである。

従って、本発明によると、溶接ライン検出手段が、２辺
が被溶接部材間の突き合せ部と所定の交差角をもって交
差する非平行な照射スポット形状を形成するスリット光
源と該スリット光源からの反射光を検出するイメージセ
ンサとから構成されており、該溶接ライン検出手段の上
記スポット部の非平行２辺間において被溶接部材間の突
さ合せ部によって形成される非反射部間の距離の変動に
より上記被溶接部材間の突き合せ部位置を検出し、該検
出値に応じて位置制御手段を作動させろととらに上記ス
ポット部の反射光量の変化から上記被溶接部材間の突き
合せ部の隙間量を具体的に検出し、該検出値に応じて上
記溶材供給手段の博打供給虫を制御できろようになって
いる。そのため、溶接用ビームヘッドからのビームスポ
ットを常に正確に被溶接部材間の突き合せ部に追従させ
ることができることはもとより、当該突き合せ部の隙間
量に応じた博打の供給が可能となるので、不必要な肉盛
の形成を行なうことなく常に良好な溶接を行なうことが
できろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係るビーム溶接装置の制御
装置を示す制御システム図、第２図は、上記第１図の溶
接ライン検出手段による照射スポット形状を示す溶接部
の平面図、第３図は、上記実施例装置の制御動作を示す
フローチャートである。 ｌ　・・・・・ビーム溶接装置 ２　・・・・・数値制御装置 ３　・・・・・Ｘ−Ｙテーブル ４　・・・・・溶接用ビームヘッド ５　・・・・・レーザ発生器 ６　・・・・・名付 ７　・・・・・レーザ光源 ８　・・・・・連打供給装置 １５・・・・・ステッピングモータ １７・・・・・スリット光源部 ２０・・・・・溶接コントロールユニットＵ　・・・・
・溶接ライン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被溶接部材間の突き合せ部に做って位置制御手段に
   より溶接用ビームヘッドと被溶接部材との相対位置を位
   置制御するとともに当該溶接用ビームヘッドと被溶接部
   材との相対移動に応じて溶材供給手段により溶材の供給
   を行なうビーム溶接装置において、上記溶接用ビームヘ
   ッドに対し、該溶接用ビームヘッドから照射される溶接
   ビームの上記被溶接部材間の突き合せ部上スポット部近
   傍を２辺が上記被溶接部材間の突き合せ部と所定の交差
   角をもって交差する非平行な所定形状の照射スポットで
   照射するスリット光源とこのスリット光源からの反射光
   を検出するイメージセンサとを備えた溶接ライン検出手
   段を設け、該溶接ライン検出手段からの検出信号により
   上記位置制御手段を作動させて溶接用ビームヘッドの位
   置制御を行なうとともに上記溶材供給手段による溶材供
   給量を制御するようにしてなるビーム溶接装置の制御装
   置。