KR101213613B1

KR101213613B1 - 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법

Info

Publication number: KR101213613B1
Application number: KR1020107023893A
Authority: KR
Inventors: 히사시 호즈미; 유타카 도가사와; 겐지 마츠자키; 미츠아키 시마무라; 사토시 오카다; 와타루 고노; 마사키 요다
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2012-12-18
Also published as: WO2009128231A1; JP5306333B2; EP2283961A4; US8445810B2; JPWO2009128231A1; EP2283961A1; KR20100136523A; US20110024402A1

Abstract

레이저 용접 장치는, 외측 프레임(9) 내에, 내부가 투광성 및 반사성을 구비한 구획 부재(15)에 의해, 광원측(1a)과 조사측(1b)으로 분할되고, 조사측(1b)의 선단부에 개구부(19)가 형성된 레이저 조사 헤드(1)를 갖는다. 개구부(19)에 직렬로 연결되어 용접 시공 부위(31)에 레이저광을 조사하는 동시에, 용접 시공 부위(31)에 불활성 가스를 분사하도록 형성된 가스 분사 노즐(21)과, 용접 와이어(11)의 선단부가 용접 시공 부위(31)와 접촉하도록, 용접 와이어(11)를 순차 이송하는 용접 와이어 이송관(23)을 갖는다. 조사측(1b)의 선단부와 용접 와이어(11)의 선단부의 거리를 계측하는 계측 수단을 구비하고, 탄성 부재(33)에 의해 용접 와이어(11)의 선단부를 용접 시공 부위(31)에 가압하면서 접촉하도록 형성된 용접 와이어 접촉 기구(13)를 갖는다.

Description

레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법{LASER WELDING DEVICE AND LASER WELDING METHOD}

본 발명은 레이저 용접 장치 및 그 장치를 이용한 레이저 용접 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 원자로의 구조물 등의 부재에 결함이 발생했을 경우에, 건전성(健全性) 회복을 위해 레이저 용접에 의한 보수가 행해지고 있는 것이 알려져 있다.

이러한 레이저 용접으로서는, 수중에서 용융부 근방에 대량의 가스를 분출하여 부분적으로 건조 상태를 실현하고, 이 건조된 금속 표면에 레이저광을 조사하여, 모재 및 용접 와이어의 선단부를 용융시켜서, 결함부를 보수하는 것이 있다.

레이저 용접 장치는, 예를 들면 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 수중에서 레이저 용접을 행할 수 있는 레이저 용접 장치가 공지되어 있다.

일본국 특개2002-103077호 공보 일본국 특개2005-279720호 공보

상술한 레이저 용접에서는, 기설(旣設)의 용접 구조물은 도면과 오차가 클 경우, 용접 시공 부위에 곡면이 형성되어 있을 경우, 및 용접 시공 부위에 단차가 형성되어 있을 경우 등에는, 레이저 용접 헤드와 용접 시공 부위의 간격을 일정하게 유지하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 이들의 경우에는, 안정된 레이저 용접 헤드와 용접 시공 부위의 위치 관계가 얻어지지 않게 되어 고품질의 용접을 행할 수 없다는 과제가 있었다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은, 레이저 용접 장치의 레이저 조사 헤드의 선단부와 용접 시공 부위의 거리를 일정하게 유지하고, 또한 용접 와이어의 선단부와 용접 시공 부위가 접촉한 상태를 유지하면서 용접을 행하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 용접 장치는, 외측 프레임과, 이 외측 프레임 내에 배치된 관(管) 형상이며, 그 내부가 투광성 및 반사성을 구비한 구획 부재에 의해, 레이저광을 집광하는 광학 부재가 배치된 광원측과 이 레이저광을 조사하는 조사측으로 분할되고, 이 조사측의 선단부에 개구부가 형성된 레이저 조사 헤드와, 상기 조사측의 측면에 연결되고, 상기 조사측의 내부에 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 배관과, 상기 조사측의 선단부의 개구부에 직렬로 연결되고, 용접 시공 부위에 상기 레이저광을 조사하는 동시에, 이 용접 시공 부위에 상기 불활성 가스를 분사하도록 형성된 가스 분사 노즐과, 용접 와이어의 선단부가 상기 용접 시공 부위와 접촉하도록, 이 용접 와이어를 순차 이송하는 용접 와이어 이송관과, 상기 조사측의 선단부와 상기 용접 와이어의 선단부의 거리를 계측하고, 탄성 부재에 의해 상기 용접 와이어의 선단부를 상기 용접 시공 부위에 가압하면서 접촉하도록 형성된 용접 와이어 접촉 기구를 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 탄성 부재는 예컨대, 상기 용접 와이어 이송관과 상기 가스 분사 노즐 근방의 상기 외측 프레임을 연결하도록 형성된 제 1 탄성 부재, 또는, 레이저광의 광 축 방향으로 신축하도록 형성된 제 2 탄성 부재일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 레이저 용접 방법은, 용접 대상물의 용접 시공 부위를 따라 레이저 용접 장치를 구동 장치에 의해 주행시켜서, 상기 레이저 용접 장치의 레이저 조사 헤드의 선단부와 상기 용접 시공 부위의 거리를 계측하는 사전(pre) 주행 공정과, 상기 사전 주행 공정의 후에, 상기 사전 주행 공정에서 계측한 상기 거리에 의거하여, 상기 거리가 일정해지도록 레이저 용접 장치의 이동 경로를 보정하는 이동 경로 보정 공정과, 상기 이동 경로 보정 공정의 후에, 상기 이동 경로 보정 공정의 보정 결과에 의거하여 구동 장치를 제어하면서 상기 레이저 용접 장치에 의해 상기 용접 시공 부위에 레이저광을 조사해서 용접을 행하는 레이저 조사 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 레이저 용접 방법은, 용접 대상물의 용접 시공 부위를 따라 레이저 용접 장치를 주행시켜서, 상기 레이저 용접 장치의 레이저 조사 헤드의 선단부와 상기 용접 시공 부위의 거리를 계측하는 거리 계측 공정과, 상기 계측된 거리에 의거하여 상기 거리가 일정해지도록 레이저 용접 장치의 이동 경로를 보정하는 이동 경로 보정 공정을 갖고, 상기 거리 계측 공정 및 이동 경로 보정 공정은, 상기 이동 경로 보정 공정의 보정 결과에 의거하여 구동 장치를 제어하면서 상기 레이저 용접 장치에 의해 상기 용접 시공 부위에 대하여 레이저광을 조사해서 용접을 행하는 레이저 조사 공정과, 병행하여 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 레이저 용접 장치의 레이저 조사 헤드의 선단부와 용접 시공 부위의 거리를 일정하게 유지하고, 또한 용접 와이어의 선단부와 용접 시공 부위가 접촉한 상태를 유지하면서 용접을 행하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시형태의 레이저 용접 장치 본체를 나타내는 일부 절취한 부분 정단면도.
도 2는 본 발명에 따른 제 2 실시형태의 레이저 용접 장치 본체를 나타내는 일부 절취한 부분 정단면도.
도 3은 본 발명에 따른 제 3 실시형태의 레이저 용접 장치 본체를 나타내는 일부 절취한 부분 정단면도.
도 4는 본 발명에 따른 제 4 실시형태의 레이저 용접 장치 본체를 나타내는 일부 절취한 부분 정단면도.
도 5는 액체 렌즈의 구성을 나타내는 개략적인 측면 종단면도.
도 6은 액체 렌즈에 인가하는 인가 전압과 검출 거리의 관계를 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 제 5 실시형태의 레이저 용접 장치 본체를 나타내는 개략적인 정단면도.
도 8은 본 발명에 따른 제 6 실시형태의 구성을 나타내는 블록도.
도 9는 용접이 정상적으로 행해지고 있는 상태를 내장 카메라로 촬영한 화상의 예를 나타낸 도면.
도 10은 용접이 정상적으로 행해지고 있지 않은 상태를 내장 카메라로 촬영한 화상의 예를 나타낸 도면.
도 11은 도 9에 나타내는 화상을 화상 해석 수단에 의해 2치화(二値化) 처리한 도면.
도 12는 도 10에 나타내는 화상을 화상 해석 수단에 의해 2치화 처리한 도면.
도 13은 도 9에 나타내는 화상을 화상 해석 수단에 의해 RGB 휘도 해석을 행한 결과를 나타내는 그래프.
도 14는 도 10에 나타내는 화상을 화상 해석 수단에 의해 RGB 휘도 해석을 행한 결과를 나타내는 그래프.
도 15는 도 10의 XV-XV선 상의 각 포인트 각각에 대해서 RGB 휘도 해석을 행한 결과를 나타내는 그래프.

이하, 본 발명에 따른 레이저 용접 장치의 실시형태에 대해서 도면을 참조해서 설명한다.

[제 1 실시형태]

본 발명에 따른 레이저 용접 장치의 제 1 실시형태에 대해서, 도 1을 이용해서 설명한다. 도 1은, 본 실시형태의 레이저 용접 장치의 주요부인 레이저 용접 장치 본체(100)를 나타내는 일부 절취한 부분 정단면도이다. 우선은, 본 실시형태의 레이저 용접 장치 본체(100)의 구성에 대해서 설명한다.

본 실시형태의 레이저 용접 장치 본체(100)는, 레이저 조사 헤드(1)와, 이 레이저 조사 헤드(1)에 레이저광을 공급하는 광파이버(3)와, 레이저 조사 헤드(1)에 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 배관(5)과, 용접 와이어(11)를 용접 시공 부위(31)에 이송하는 용접 와이어 이송 기구(7)와, 이들을 덮어서 내부에 물이 유입하지 않도록 형성된 외측 프레임(9)을 갖는다. 또한, 이 레이저 용접 장치 본체(100)는, 용접 와이어(11)를 용접 시공 부위(31)에 소정의 가압력을 작용시키면서 접촉시키는 용접 와이어 접촉 기구(13)를 갖고 있다.

레이저 조사 헤드(1)는, 예를 들면 통 형상이며, 그 내부는 유리 등의 투광성 및 반사성을 갖는 평판 형상의 구획 부재(15)에 의해, 광원측(1a)과 조사측(1b)으로 구획되어 있다. 이 구획 부재(15)는, 그 면이 레이저광 축 방향에 대하여 소정의 경사를 가지도록 고정되어 있다.

이 레이저 조사 헤드(1)의 광원측(1a)의 단부에는, 레이저광을 공급하는 광파이버(3)가 접속되어 있다. 레이저 조사 헤드(1)의 내부의 광원측(1a)에는, 예를 들면 렌즈 등의 복수의 광학 소자(17)가 배치되어 있다. 이들 광학 소자(17)는, 예를 들면 용접 대상물의 용접 시공 부위(31)에 있어서의 레이저광의 초점 등을 조정하는 기능을 갖고 있고, 광파이버(3)로부터 공급된 레이저광 중 소정의 파장 대역이 투과되도록 구성되어 있다.

조사측(1b)의 단부에는, 레이저광을 조사하는 개구부(19)가 형성되어 있다. 이 개구부(19)의 외측에는, 가스 분사 노즐(21)이 직렬로 연결되어 있다.

가스 공급 배관(5)은, 레이저 용접 장치 본체(100)의 외부로부터 외측 프레임(9)의 내부를 통과해서 레이저 조사 헤드(1)의 조사측(1b)의 측면에 접속되어 있다. 불활성 가스는, 이 가스 공급 배관(5)으로부터 공급되고, 조사측(1b)에 배치된 구획 부재(15)에 내뿜어져서, 가스 분사 노즐(21)로부터 용접 시공 부위(31)를 향해서 분사된다. 구획 부재(15)는, 레이저 조사 헤드(1)의 측면으로부터 레이저광 축에 거의 수직 방향으로 유통해서 공급된 불활성 가스를, 레이저광 축 방향으로 유통 방향을 변화시키면서 가스 분사 노즐(21) 측에 공급하도록 경사져 있다.

가스 분사 노즐(21)은, 레이저광이 조사되는 동시에, 불활성 가스가 분사되도록 구성되어 있다.

용접 와이어 이송 기구(7)는, 외측 프레임(9) 내에서 레이저 조사 헤드(1)에 인접해서 배치되고, 용접 와이어(11)의 선단부를 소정의 속도로 용접 시공 부위(31)에 송출하도록 구성되어 있다. 이 용접 와이어 이송 기구(7)로부터 용접 대상물의 용접 시공 부위(31) 근방까지, 용접 와이어 이송관(23)이 연장되어 있다. 용접 와이어(11)의 선단부는, 이 용접 와이어 이송관(23)의 내부를 통과해서, 용접 와이어 이송관(23)의 와이어 출구부(12)로부터 용접 와이어 이송관(23)의 외부로 송출되어, 용접 시공 부위(31)에 접촉하도록 형성되어 있다.

또한, 용접 와이어 이송 기구(7)에서 용접 와이어(11)를 송출하는 속도는, 레이저 용접 장치 본체(100)가 용접하면서 주행하는 속도(V)의 7할증 정도의 속도(1.7V)로 송출하면 된다.

용접 시공 부위(31) 근방에 배치되어 있는 용접 와이어 이송관(23)은, 레이저광 축 방향에 대하여, 소정의 경사를 갖는 방향으로 연장되어 있다.

용접 와이어 접촉 기구(13)는, 회전 각도를 검출할 수 있는 회전 센서(25), 용접 와이어 이송관(23)을 지지하는 예를 들면 금속 재료로 형성되는 제 1 지지 부재(27), 한 쪽의 단부가 제 1 지지 부재(27)에 접속된 제 1 탄성 부재(33)를 갖고 있다.

회전 센서(25)는, 가스 분사 노즐(21) 근방의 외측 프레임(9)에 배치되고, 그 회전축(29)이 레이저광 축에 수직한 방향으로 연장되도록 배치되어 있다.

이 회전축(29)의 예를 들면 단부에는, 선단이 용접 시공 부위(31) 부근까지 연장된 용접 와이어 이송관(23)을 지지하는 제 1 지지 부재(27)가 접속되어 있다. 이 제 1 지지 부재(27)는, 예를 들면 직사각 형상의 평판이며, 이 제 1 지지 부재(27)의 한 쪽의 단변(短邊) 측은, 회전축(29)의 단부에 회전축(29) 방향에 수직하게 부착되어 있다. 다른 쪽의 단변 측은, 용접 와이어 이송관(23)과 연결되어서, 용접 와이어 이송관(23)을 지지하고 있다.

회전 센서(25)의 회전축(29)이 회전함으로써, 이 회전에 따가 제 1 지지 부재(27)가 회동하도록 구성되어 있다. 즉, 이 회전축(29)을 중심으로 해서, 용접 시공 부위(31) 근방에서 용접 와이어 이송관(23)의 선단이 회동한다. 따라서, 이 회전축(29)의 회전에 따라, 용접 와이어 이송관(23)으로부터 송출된 용접 와이어(11)의 선단부가 회동한다. 이 용접 와이어(11)의 선단부는, 회전 센서(25)의 회전축(29) 방향에 대하여 수직하며 또한 레이저광 축을 포함하는 평면 위를 따라 동작한다.

용접 와이어(11)의 선단부는, 엄밀하게는 회전축(29)의 회전에 따라 회동하지만, 회동량(이동량)이 적기 때문에, 레이저광 축 방향을 따라 요동하도록 이동하는 것으로서 파악해도 된다. 이후, 본 실시형태에 있어서는, 용접 와이어(11)의 회동 동작을 요동 동작으로 파악해서 설명한다.

용접 시공 부위(31) 근방의 용접 와이어 이송관(23)은, 회전 센서(25)의 근방의 외측 프레임(9)에, 예를 들면, 스프링이나 고무 등의 압축된 제 1 탄성 부재(33)에 의해 연결되어 있다. 용접 와이어(11)의 선단부는, 용접 대상물의 용접 시공 부위(31)에, 압축된 제 1 탄성 부재(33)의 반력에 의해 소정의 가압력을 작용시키면서 접촉해 있다. 이 가압력에 의해, 용접 와이어(11)의 선단부는, 용접 시공 부위(31)로부터 떨어지지 않고 항상 접촉 상태를 유지하는 것이 가능하다.

또한, 이 용접 와이어 접촉 기구(13)는, 회전 센서(25)에 의해, 레이저 조사 헤드(1)의 선단부와 용접 시공 부위(31) 부근에 배치된 용접 와이어(11)의 선단부의 거리를 계측하는 것이 가능하다.

또한, 이 용접 와이어 접촉 기구(13)는, 회전 센서(25)에 의해 검출된 회전 각도 및 기하학 계산에 의거하여, 레이저 조사 헤드(1)의 선단과 용접 와이어(11)의 선단부(용접 시공 부위(31))까지의 거리를 계측하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시형태의 레이저 용접 장치 본체(100)가 용접 중에 주행하는 방향은, 예를 들면 도 1의 화살표(50)로 나타내는 방향을 향해서 주행한다. 용접 시공 부위(31) 부근의 용접 와이어(11)가 용접 시공 부위(31)로부터 떨어지는 쪽으로 연장되는 방향과 화살표(50)의 방향이, 예를 들면 예각으로 되도록 설정되어 있다. 이 때문에, 용접 시공 부위(31)에 상정(想定) 이외의, 예를 들면 볼록 형상의 단차부 등이 있었을 경우에는, 이 단차부가 용접 와이어(11)의 측부에 접촉하게 된다.

용접 와이어(11)의 선단부가 용접 시공 부위(31)에 작용하는 가압력은, 용접 와이어(11)의 측부에 단차부가 접촉했을 경우 등에는, 용접 와이어(11)의 선단부가 단차부 형상에 추종하고, 용접 와이어(11)의 선단부와 용접 시공 부위(31)의 접촉이 유지된다.

또한, 이 레이저 용접 장치 본체(100)의 구동 장치(도시하지 않음)는, 도 1에 나타내는 화살표(50) 방향으로 구동하는 횡방향 구동부와 레이저광 축 방향을 따라 구동시키는 종방향 구동부를 갖는다.

계속해서, 레이저광의 광로 및 불활성 가스의 유로에 대해서 설명한다.

광파이버(3)로부터 공급된 레이저광은, 레이저 조사 헤드(1)의 광원측(1a)에 공급된다. 이 레이저광은, 광원측(1a)에 복수 배치된 광학 소자(17)를 투과한다. 이들 광학 소자(17)를 투과한 레이저광은, 구획 부재(15)를 투과해서 조사측(1b)에 공급되어, 가스 분사 노즐(21)에 보내진다. 한편, 불활성 가스는, 가스 공급 배관(5)을 유통해서 레이저 조사 헤드(1)의 조사측(1b)에 공급된다. 조사측(1b)에 공급된 불활성 가스는, 구획 부재(15)에 내뿜어지면서, 가스 분사 노즐(21)에 보내진다.

이때 가스 분사 노즐(21)에서는, 레이저광의 조사 및 불활성 가스의 분사가 병행하여 행해지고 있다. 이것에 의해 레이저 용접 장치 본체(100)는, 용접 시공 부위(31)에 대하여 용접을 행한다.

다음으로, 본 실시형태의 레이저 용접 장치에 의한 용접 방법에 대해서 설명한다.

용접 작업 전의 준비로서, 레이저 조사 헤드(1)의 선단부와 용접 시공 부위(31)의 거리에 있어서, 미리 용접에 최적인 거리를 설정해 둔다. 또한, 이 용접에 최적인 거리에 대하여, 레이저 조사 헤드(1)의 선단부가 용접 시공 부위(31)에 근접하는 방향 및 떨어지는 방향에 있어서의 용접 가능한 거리, 즉 용접 가능한 거리의 변동 범위도 설정해 둔다. 이때의 용접 가능한 변동 범위 내란, 용접 시공 부위(31)에 레이저광이 조사되었을 때에, 용접 와이어(11)의 선단부가 용융해서 용접 가능한 상태를 유지할 수 있는 변동 범위 내인 것을 말한다.

계속해서, 이 레이저 용접 장치 본체(100)를 용접하지 않는 상태, 예를 들면 레이저광을 조사하고 있지 않은 상태에서, 용접 시공 부위(31)를 따라 사전(pre) 주행시킨다. 이때, 레이저 조사 헤드(1)의 선단부와 용접 시공 부위(31)의 거리를, 회전 센서(25) 등을 이용해서 구해 둔다.

이 사전 주행에서 구한 당해 거리에 의거하여, 레이저 용접 장치 본체(100)의 최적의 주행 동작을 산출한다. 즉, 당해 거리가 용접 가능한 거리를 유지하면서 주행할 수 있도록, 레이저 용접 장치 본체(100)의 이동 경로를 보정한다. 산출된 당해 주행 동작에 의거하여, 레이저 용접 장치 본체(100)는, 레이저광 축 방향에 대하여 용접에 최적인 거리를 유지하면서 주행하여 용접을 행한다. 예를 들면, 용접 시공 부위(31)가 레이저광 축 방향에 대하여 요철을 갖는 경우에는, 레이저 조사 헤드(1)의 선단부와 용접 시공 부위(31)의 거리를 용접 가능한 범위에 유지하도록 종방향 구동부를 제어한다.

레이저 용접 장치 본체(100)는, 상기한 대로 용접 방향을 따라 용접을 행하면서 이동하도록 구성되어 있다. 사전 주행시 및 용접하고 있을 때의 용접 와이어(11)의 선단부는, 항상 레이저광 축과 소정의 각도를 유지하고, 용접 시공 부위(31)에 소정의 가압력을 작용시키면서 접촉하고 있다.

용접 시공 부위(31)가 평탄한 면일 경우에는, 레이저 용접 장치 본체(100)는 평탄면을 따라 이동한다. 이때, 용접 와이어(11)의 선단은, 거의 일정한 가압력을 작용시키면서 용접 시공 부위(31)에 접촉하면서, 떨어지지 않고 이동한다.

용접 시공 부위(31)가, 레이저광 축에 대하여 요철을 갖는 면일 경우에도, 평탄면일 경우와 마찬가지로, 레이저 용접 장치 본체(100)는, 요철을 갖는 용접 시공 부위(31)를 따라 떨어지지 않고, 레이저 조사 헤드(1)의 선단부와 용접 시공 부위(31)의 거리를 용접 가능한 거리로 유지하면서 용접하도록 구성되어 있다.

용접 시공 부위(31)의 요철 형상에 있어서, 레이저광 축 방향에 대한 최고부와 최저부의 거리의 차이, 즉 요철 형상의 PV값이 용접 가능한 거리의 변동 범위 내이면, 레이저 용접 장치 본체(100)가 요철 형상을 따라서 주행하지 않더라도, 용접하는 것이 가능하다.

이 경우에는, 제 1 탄성 부재(33)에 의한 가압력에 의해, 용접 와이어(11)의 선단부는, 요철 형상을 따르도록 레이저광 축 방향을 따라 요동 동작을 행하면서, 용접 시공 부위(31)로부터 떨어지지 않고 접촉을 유지해서 용접을 행하는 것이 가능하다. 따라서, 레이저 용접 장치 본체(100)마다 이동하는 것보다, 제어를 용이하게 행하는 것이 가능하다.

또한, 이 레이저 용접 장치 본체(100)는, 사전 주행에 의해 미리 용접 시공 부위(31)의 표면 형상을 반드시 측정할 필요는 없다. 예를 들면, 레이저 조사 헤드(1)의 선단부 및 용접 와이어(11)의 선단부의 거리와, 회전 센서(25)로 검출하는 각도와의 관계를 미리 설정해 두면, 당해 거리를 측정하면서, 용접을 행하는 것도 가능하다. 즉, 이 레이저 용접 장치 본체(100)는, 당해 거리의 측정 결과에 의거하여, 레이저 조사 헤드(1)의 선단부와 용접 시공 부위(31)의 거리를 항상 소정의 범위가 되도록 보정하면서 용접을 행할 수 있다.

또한, 이 경우, 가령 레이저 조사 헤드(1)의 선단부와 용접 시공 부위(31)의 거리가, 용접 가능한 범위로부터 벗어났다고 판단되었을 경우에는, 용접 와이어(11)의 선단부를 용접 시공 부위(31)로부터 떨어지는 방향으로 이동하도록 제어한다. 이때, 용접 와이어(11)의 선단부만을 용접 시공 부위(31)로부터 떨어지게 해도 되지만, 레이저 용접 장치 본체(100)마다 용접 시공 부위(31)로부터 떨어지도록 제어해도 된다.

용접 시공 부위(31)로부터 용접 와이어(11)의 선단부를 떨어지게 한 후에, 다시 레이저 조사 헤드(1)의 선단부와 용접 와이어(11)의 선단부의 거리를 계측하고, 최적인 용접 거리가 되도록 레이저 용접 장치 본체(100)를 이동시켜서, 용접을 재개시켜도 된다.

또한, 이 레이저 용접 장치 본체(100)는, 구획 부재(15)를 향해서, 건조한 불활성 가스를 내뿜기 때문에, 구획 부재(15)에 부착된 물을 불어내는 것이 가능하다. 따라서, 수중에서도, 구획 부재(15)의 표면을 건조한 상태로 유지하는 것이 가능하기 때문에, 이 레이저 용접 장치 본체(100)는, 수중에서도 용접하는 것이 가능하다.

이상의 설명으로부터 알 수 있듯이 본 실시형태에 따르면, 레이저 용접 장치는, 용접 시공 부위(31)와 레이저 조사 헤드(1)의 선단부의 거리가 변동하고 있을 경우에 있어서도, 용접 시공 부위(31)와의 접촉 상태를 유지한 채 용접을 행하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시형태에서는 수중에서의 시공을 상정한 장치 구성으로 되어 있지만, 대기중에서도 운용 가능하다. 대기중에서 운용할 경우, 외측 프레임(9)은 물이 유입하지 않는 구조가 아니어도 된다.

[제 2 실시형태]

본 발명에 따른 레이저 용접 장치의 제 2 실시형태에 대해서, 도 2를 이용해서 설명한다. 도 2는, 본 실시형태의 레이저 용접 장치 본체(100)를 나타내는 일부 절취한 부분 정단면도이다. 본 실시형태는 제 1 실시형태의 변형예로서, 제 1 실시형태와 동일 부분 또는 유사 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 용접 와이어 접촉 기구(13)는, 레이저광 축 방향으로 신축하는 스프링이나 고무 등의 제 2 탄성 부재(35)와, 이 제 2 탄성 부재(35)의 용접 시공 부위(31)에 가까운 쪽의 단부로부터 레이저광 축 방향으로 연장되어 용접 시공 부위(31) 부근의 용접 와이어 이송관(23)에 연결되어서 용접 와이어 이송관(23)을 지지하는 제 2 지지 부재(37)와, 이 제 2 지지 부재(37)가 레이저광 축 방향을 따라 요동하도록 구성된 슬라이드축(39)과, 요동 동작에 따르는 슬라이드축(39)의 위치 변동을 검출하는 위치 센서(41)를 갖는다.

용접 와이어 이송관(23)의 선단부로부터 용접 시공 부위(31)로 연장되는 용접 와이어(11)의 선단부는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 제 2 탄성 부재(35)의 작용에 의한 가압력에 의해 용접 시공 부위(31)로부터 떨어지지 않고 접촉 상태를 유지하는 것이 가능해진다.

본 실시형태에서는, 제 2 탄성 부재(35)가 레이저광 축 방향으로 신축하기 때문에, 용접 와이어(11)의 선단부를 가압하는 힘은, 용접 시공 부위(31)에 대하여 레이저광 축 방향으로 작용한다.

제 1 실시형태에서는, 용접 와이어(11)의 선단부의 동작은, 회동 동작을 요동 동작으로 치환하고 있다. 따라서, 엄밀하게는, 용접 와이어(11)의 선단부는, 레이저광 축상에서 약간 어긋나는 경우가 있다.

이것에 대하여 본 실시형태에서는, 제 2 지지 부재(37)가 레이저광 축 방향을 따라 요동하기 때문에, 용접 와이어(11)의 선단부는, 레이저광 축상을 요동시키는 것이 가능하다.

또한, 레이저 조사 헤드(1)의 선단부와 용접 와이어(11)의 선단부의 거리의 변동은, 위치 센서(41)에 의해 판독하는 것이 가능하다. 따라서, 사전 주행에서 행하는 당해 거리의 계측을, 제 1 실시형태에 비해, 보다 정확하게 행하는 것이 가능해진다.

[제 3 실시형태]

본 발명에 따른 레이저 용접 장치의 제 3 실시형태에 대해서, 도 3을 이용해서 설명한다. 도 3은, 본 실시형태의 레이저 용접 장치 본체(100)를 나타내는 일부 절취한 부분 정단면도이다. 본 실시형태는 제 1 실시형태의 변형예로서, 제 1 실시형태와 동일 부분 또는 유사 부분에는, 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.

본 실시형태에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 용접 시공 부위(31)를 관찰하기 위해서 내장 카메라(43)가 레이저 조사 헤드(1)의 근방에 부착되어 있다. 또한, 레이저 조사 헤드(1)의 구획 부재(15)는, 예를 들면 가시광 등의 특정 파장을 반사하고, 예를 들면 적외광의 용접용의 레이저광을 투과하도록 형성되어 있다. 이 구획 부재(15)와 내장 카메라(43)의 광로간에는, 광학 필터(47) 등을 설치해도 된다.

용접 시공 부위(31)의 용접 상태는, 우선 레이저 조사 헤드(1)에 배치된 구획 부재(15)에 비친다. 구획 부재(15)에 비친 화상은, 이 구획 부재(15)를 반사해서, 반사판(44)에 비치고, 그 후에, 광학 필터(47)를 통해서 내장 카메라(43)에 수용된다. 이 내장 카메라(43)에 수용된 화상 데이터는, 내장 카메라(43)에 접속되어서 외측 프레임(9)의 외부로 연장된 카메라 케이블(45)을 통해서 예를 들면 화상 처리 장치(도시하지 않음)에 전송된다. 이 화상 처리 장치에 의해 해석되어 출력된 화면 등에 의해, 용접 작업자가 용접 상태의 좋고 나쁨을 판단할 수 있다.

또한, 레이저 조사 헤드(1)의 선단부와 용접 시공 부위(31)의 거리가, 용접 가능한 거리의 변동 범위일 때에, 내장 카메라(43)의 용접 시공 부위(31)에 대한 초점이 맞도록 설정해 두는 것이 바람직하다.

이상의 설명으로부터 알 수 있듯이 본 실시형태에 따르면, 레이저 조사점(용접 시공 부위(31))을 레이저 조사 방향과 동일한 방향으로부터 감시할 수 있다. 이에 따라, 예를 들면 용접 비드의 상태, 용접 와이어(11)의 선단부의 용융 상태, 및 용융지(溶融池)의 상태 등을 용이하게 확인할 수 있기 때문에, 용접 상태의 이상 진단을 용이하게 행하는 것이 가능해진다.

또한, 예를 들면 용접 와이어(11)의 선단이 용접 시공 부위(31)로부터 떨어져 있을 경우에는, 용접 와이어(11)의 선단부는 초점이 맞지 않는 화상 데이터가, 화상 처리 장치 등에 전송된다. 이때 용접 와이어(11)의 선단부의 초점이 맞게, 용접 와이어(11)를 송출하도록 용접 와이어 이송 기구(7)를 제어한다. 용접 와이어(11)의 선단부의 초점이 맞게, 용접 와이어(11)를 송출한 후에는, 용접 가능한 상태가 된다.

따라서, 내장 카메라(43)의 화상에 의거하여, 용접 작업자는, 용접 와이어(11)의 선단부가 용접 가능한 위치에 있는 지를 용이하게 확인할 수 있고, 또한 용접 가능한 위치에 없을 경우에는, 용접 와이어(11)의 선단부를 당해 위치로 용이하게 이동시킬 수 있다.

레이저 용접에 이용하는 레이저광의 파장은, 통상, 적외광이다. 따라서, 용접 분위기가 어두울 경우 등에는 내장 카메라(43)로 용접 시공 부위(31)를 관찰하려고 해도, 용접 작업자가 확인하기 쉬운 화상을 얻는 것이 곤란할 경우가 있다.

이때에는, 레이저 조사 헤드(1)에 의해 용접용의 레이저광에 겹치도록 가시 레이저광 조사 수단이 가시 영역의 파장을 갖는 가시 레이저광을 조사시키면 된다. 이것에 의해, 용접 시공 부위(31)의 관찰을 보다 용이하게 행할 수 있다.

또한, 이 가시 레이저광은, 용접 시공 부위(31)의 관찰을 용이하게 하기 위한 것이며, 용접의, 예를 들면 용융 공정에 영향을 주는 것은 아니다.

[제 4 실시형태]

본 발명에 따른 레이저 용접 장치의 제 4 실시형태에 대해서, 도 4～도 6을 이용해서 설명한다. 도 4는, 본 실시형태의 레이저 용접 장치 본체(100)를 나타내는 일부 절취한 부분 정단면도이다. 도 5는, 액체 렌즈(49)의 구성을 나타내는 개략적인 측면 종단면도이다. 도 6은, 액체 렌즈(49)에 인가하는 인가 전압과 이 액체 렌즈(49)의 초점을 검출했을 때의 거리(검출 거리)의 관계를 나타내는 그래프이다. 본 실시형태는, 제 3 실시형태의 변형예로서, 제 3 실시형태와 동일 부분 또는 유사 부분에는, 동일 부호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.

본 실시형태에서는, 내장 카메라(43) 내에 액체 렌즈(49)가 배치되어 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 액체 렌즈(49)는, 예를 들면 원통 형상의 용기이며, 양 측의 단부면은, 제 1 투명창(51) 및 제 2 투명창(53)이 형성되어 있다. 또한, 이 용기의 내부에는, 수용액(55) 및 오일(57)이 봉입되어 있다. 당해 용기의 측면부의 외주에는, 원통의 축방향을 따라 예를 들면 링(ring) 형상의 제 1 전극(59) 및 제 2 전극(61)이 배치되어 있다. 이들 전극간에는, 절연 재료(60)가 배치되어 있다.

이 제 1 전극(59) 및 제 2 전극(61)에 상이한 전압을 인가함으로써, 수용액(55)이 한 쪽의 전극, 예를 들면 제 1 전극(59) 측에 모이려고 한다. 이에 따른 오일(57)과 수용액(55)이 접하는 면(경계면(56))의 형상이 변하고, 굴절율 등의 광학 특성을 자유롭게 바꿀 수 있다.

예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같이, 인가 전압을 높게 함에 따라, 이 액체 렌즈(49)의 초점을 검출하는 거리(검출 거리)가 짧아지는 경향을 인지할 수 있다. 이 특성을 이용함으로써, 레이저 조사 헤드(1)의 선단부와 용접 와이어(11)의 선단부의 거리를, 액체 렌즈(49)에 인가하는 인가 전압에 의거하여 계측하는 것이 가능해진다.

또한, 액체 렌즈(49)를 이용해서 초점을 조정함으로써, 복잡한 줌(zoom) 기구를 설치할 필요가 없어진다. 따라서, 내장 카메라(43)의 부품 점수 등을 적게 할 수 있기 때문에, 구조를 보다 간소화하는 것이 가능해진다.

또한, 제 3 실시형태에서도 설명한 바와 같이, 용접 분위기가 어두울 경우에는, 용접용의 레이저광에 겹치도록 가시 영역의 파장을 갖는 가시 레이저광을 조사시켜도 된다.

[제 5 실시형태]

본 발명에 따른 레이저 용접 장치의 제 5 실시형태에 대해서, 도 7을 이용해서 설명한다. 도 7은, 본 실시형태의 레이저 용접 장치 본체(100)를 나타내는 일부 절취한 부분 정단면도이다. 본 실시형태는 제 3 실시형태의 변형예로서, 제 3 실시형태와 동일 부분 또는 유사 부분에는, 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 용접 시공 부위(31)에 가시 레이저광을 조사시키는 수단으로서, 예를 들면 외측 프레임(9)의 외측에 가시광 영역의 파장대를 조사시키는 가시 레이저광 조사 장치(63)을 부착하고, 용접용의 레이저광 축과는 다른 방향으로부터, 가시 레이저광을 조사시켜도 된다.

본 실시형태에 따르면, 가시 레이저광의 초점을, 용접용의 레이저광의 조사 장치와는 다른 장치로 조정할 수 있다. 이 때문에, 제 3 및 제 4 실시형태에서 기술한 바와 같이, 용접용의 레이저광에 중첩시킬 경우에 비해, 가시 레이저광의 광량이나 초점 등을 조정하기 쉬워져서, 용접 시공 부위(31)를 보다 선명하게 촬영하는 것이 가능해진다.

[제 6 실시형태]

본 발명에 따른 레이저 용접 장치의 제 6 실시형태에 대해서, 도 8～도 14를 이용해서 설명한다. 본 실시형태는, 내장 카메라(43)를 구비한 예를 들면 제 3 실시형태의 레이저 용접 장치 본체(100)에 화상 해석 시스템(89) 등을 조합시킨 예이다.

도 8은, 본 실시형태의 레이저 용접 장치의 구성을 나타내는 블록도이며, 레이저 용접 장치 본체(100), 레이저광 등의 제어를 행하는 레이저 제어반(65), 이 레이저 용접 장치 본체(100)를 구동하는 구동 시스템(91), 및 내장 카메라(43)에서 수용한 화상 데이터를 해석하는 화상 해석 시스템(89)을 조합시킨 구성의 예를 나타내고 있다. 레이저 용접 장치 본체(100)의 구성은, 예를 들면 제 3 실시형태(도 3)의 것이다.

레이저 용접 장치 본체(100)의 구동 시스템(91)은, 드라이버(67) 및 구동 제어 장치(69)를 갖고 있다. 구동 제어 컨트롤러는, 회전 센서(25) 등으로 계측한 값을 센서 앰프(amplifier)(71)를 통해서 수용하고, 레이저 용접 장치 본체(100)의 이동 경로를 보정한다. 이 구동 제어 컨트롤러는, 이동 경로를 보정한 후에, 이 보정 결과에 의거하여 드라이버(67) 등에 레이저 용접 장치 본체(100)의 구동 지령을 전송한다. 레이저 용접 장치 본체(100)는, 이 구동 지령에 의거하여 드라이버(67) 등에 의해 구동된다.

화상 해석 시스템(89)은, 카메라 컨트롤러(71), 조작 펜던트(pendant)(75), 및 이상 감시 모니터(77; 화상 출력 수단의 일례)를 갖고 있다. 카메라 컨트롤러(71)는, 용접 시공 부위(31)의 화상의 초점을 맞추도록 내장 카메라(43)의 예를 들면 초점 맞춤 동작 등을 제어한다. 이때, 조작 펜던트(75) 등을 이용해서 조작해도 된다. 이상 감시 모니터(77)는, 내장 카메라(43)로부터 수용한 화상 데이터나 해석한 화상 등을 표시한다.

이들 이외에 화상 해석 시스템(89)은, 내장 카메라(43)에 의해 수용한 화상 데이터를 보존하는 화상 보존 수단(79)과, 이 화상 데이터를 2치화 처리 및 RGB 휘도 해석 등의 해석을 행하는 화상 해석 수단(81)을 갖는다.

도 9는, 용접이 정상적으로 행해지고 있는 상태를 내장 카메라로 촬영한 화상의 예를 나타낸 도면이다. 도 10은, 용접점과 용접 와이어(11)의 선단부가 떨어진 상태로서, 용접이 정상적으로 행해지고 있지 않은 화상의 예를 나타낸 도면이다.

도 11은, 도 9에 나타내는 화상을 화상 해석 수단에 의해 2치화 처리한 도면이다. 도 12는, 도 10을 마찬가지로 2치화 처리한 도면이다.

내장 카메라(43)에 의해 수용된 화상은, 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이, 용접이 정상적으로 행해지고 있을 경우에는, 용접점과 용접 와이어(11)의 선단부가 거의 한 군데에 원을 그리도록 표시된다. 도 11에 나타내는 바와 같이 2치화 처리하면, 원을 그리고 있는 부위가, 하얗게 명확히 표시된다.

이에 대하여, 도 10에 나타내는 바와 같이, 용접 시공 부위(31)와 용접 와이어(11)의 선단부가 떨어진 경우에는, 용융점을 표시하는 부위와 용접 와이어(11)의 선단부를 표시하는 부위가 별개로 표시되어 있다. 2치화 처리하면, 용접점 및 용접 와이어(11)의 선단부 각각을 표시하는 부위가, 하얗게 명확히 표시된다.

상기한 바와 같이 내장 카메라(43)로부터 수용된 화상 데이터를 2치화 처리함으로써, 용접 상태의 이상 판단을 용이하게 행하는 것이 가능해진다.

또한, 내장 카메라(43)로부터 수용한 컬러 화상의 데이터에 대해서 화상 해석 수단(81)에 의해 RGB의 휘도를 해석함으로써, 용접 상태의 이상 진단을 행하는 것도 가능하다.

도 13은, 도 9에 나타내는 정상인 용접 상태를 나타내는 화상에 대해서 RGB 휘도 해석을 행한 결과를 나타내는 그래프이다. Red 특성을 나타내는 선(83), Green 특성을 나타내는 선(85), 및 Blue 특성을 나타내는 선(87)은, 각각이 1개의 산을 그리도록 표시되어 있다.

도 9에 나타내는 화살표 A의 방향으로 화상을 복수 분할하고, 그 중 1개의 영역 내의 Red 특성 데이터의 평균치를 산출한다. 복수로 분할되어 있는 모든 영역에 대해서 마찬가지로 평균치를 산출한다. 다음으로, 화살표 B의 방향을 따라, 각 영역에 대해서 계산한 평균치를 그래프 위에 표시해 나간다. 그 결과, 화상의 화살표 B 방향에 대한 Red 특성이 얻어진다. 이 처리를 Green 및 Blue에 대해서 마찬가지로 행한다.

이것에 대하여, 도 14는, 도 10의 화상에 대해서 RGB 휘도 해석을 행한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 14의 해석 방법은, 도 13에서 행한 해석 방법과 동일하다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 도 13에 나타낸 정상인 상태의 해석 결과에 비해, Red 특성을 나타내는 선(83), Green 특성을 나타내는 선(85),및 Blue 특성을 나타내는 선(87)은, 각각 2개의 산을 그리도록 표시되어 있다.

상기한 바와 같이 내장 카메라(43)로부터 수용한 화상 데이터에 대해서 RGB 휘도 해석을 행함으로써, 용접 상태의 이상 판단을 용이하게 행하는 것이 가능해진다.

[그밖의 실시형태]

상기 실시형태의 설명은, 본 발명을 설명하기 위한 예시이며, 특허 청구의 범위에 기재된 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 각 부 구성은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.

예를 들면, 제 6 실시형태에서, RGB 휘도 해석은 상기의 방법에 한정되지 않는다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 도 10 중의 XV-XV 선상의 각 포인트 각각에 대해서 RGB 휘도 해석을 행한 결과를 나타내는 그래프이다. 이렇게, 내장 카메라(43)로부터 수용한 화상에 있어서, 도 10 중의 XV-XV 선과 같은 특징적인 부위를 추출해서, RGB 휘도 해석을 행해도 된다.

또한, 내장 카메라(43)의 영상 신호는 홀수 필드와 짝수 필드를 갖고, 통상은 이들 양 쪽의 데이터를 이상 감시 모니터(77) 등의 화상 표시 장치에 입력해서 화상을 표시하고 있다. 이 홀수 필드의 데이터와, 짝수 필드의 데이터를 교대로 이상 감시 모니터(77) 등에 입력함으로써, 화상 표시를 배속(倍速) 처리해도 된다.

1…레이저 조사 헤드, 1a…광원측, 1b…조사측, 3…광파이버, 5…가스 공급 배관, 7…용접 와이어 이송 기구, 9…외측 프레임, 11…용접 와이어, 12…와이어 출구부, 13…용접 와이어 접촉 기구, 15…구획 부재, 17…광학 소자, 19…개구부, 21…가스 분사 노즐, 23…용접 와이어 이송관, 25…회전 센서, 27…제 1 지지 부재, 29…회전축, 31…용접 시공 부위, 33…제 1 탄성 부재, 35…제 2 탄성 부재, 37…제 2 지지 부재, 39…슬라이드축, 41…위치 센서, 43…내장 카메라, 44…반사판, 45…카메라 케이블, 47…광학 필터, 49…액체 렌즈, 51…제 1 투명창, 53…제 2 투명창, 55…수용액, 56…경계면, 57…오일, 59…제 1 전극, 60…절연재, 61…제 2 전극, 63…가시 레이저광 조사 장치, 65…레이저 제어반, 67…드라이버, 69…구동 제어 장치, 71…센서 앰프, 73…카메라 컨트롤러, 75…조작 펜던트, 77 …이상 감시 모니터, 79…화상 보존 수단, 81…화상 해석 수단, 83…Red 특성을 나타내는 선, 85…Green 특성을 나타내는 선, 87…Blue 특성을 나타내는 선, 100…레이저 용접 장치 본체

Claims

외측 프레임과,
이 외측 프레임 내에 배치된 관(管) 형상이며, 그 내부가 투광성 및 반사성을 구비한 구획 부재에 의해, 레이저광을 집광하는 광학 부재가 배치된 광원측과 이 레이저광을 조사하는 조사측으로 분할되고, 이 조사측의 선단부에 개구부가 형성된 레이저 조사 헤드와,
상기 조사측의 측면에 연결되고, 상기 조사측의 내부에 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 배관과,
상기 조사측의 선단부의 개구부에 직렬로 연결되고, 용접 시공 부위에 상기 레이저광을 조사하는 동시에, 이 용접 시공 부위에 상기 불활성 가스를 분사하도록 형성된 가스 분사 노즐과,
용접 와이어의 선단부가 상기 용접 시공 부위와 접촉하도록, 이 용접 와이어를 순차 이송하는 용접 와이어 이송관과,
상기 조사측의 선단부와 상기 용접 와이어의 선단부의 거리를 계측하고, 탄성 부재에 의해 상기 용접 와이어의 선단부를 상기 용접 시공 부위에 가압하면서 접촉하도록 형성된 용접 와이어 접촉 기구,
를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 용접 와이어 접촉 기구는,
상기 가스 분사 노즐 근방에 배치된 회전축과,
상기 회전축의 회전 각도를 검출하는 회전 센서와,
한 쪽의 단부가 상기 회전축에 연결되고, 다른 한 쪽의 단부가 상기 용접 시공 부위 부근의 상기 용접 와이어 이송관을 지지하도록 형성된 제 1 지지 부재,
를 갖고,
상기 탄성 부재는, 상기 가스 분사 노즐 부근의 상기 외측 프레임과 상기 제 1 지지 부재를 연결하도록 형성되고,
상기 용접 와이어의 선단부가 회동하는 각도를 상기 회전 센서에 의해 검출하고, 이 검출 결과에 의거하여 상기 조사측의 선단부와 상기 용접 시공 부위의 거리를 도출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 탄성 부재는, 상기 레이저광의 광 축 방향으로 신축하도록 형성되고,
상기 용접 와이어 접촉 기구는,
상기 탄성 부재의 상기 용접 시공 부위에 가까운 쪽의 단부로부터 상기 광 축 방향으로 연장되어 용접 시공 부위 부근의 상기 용접 와이어 이송관을 지지하도록 형성된 제 2 지지 부재와,
상기 제 2 지지 부재가 상기 광 축 방향을 따라 요동 가능하게 구성된 슬라이드축과,
이 요동 동작에 따르는 슬라이드축의 위치 변동을 검출하는 위치 센서,
를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외측 프레임의 내부에서 상기 레이저 조사 헤드의 근방에 배치되어 상기 용접 시공 부위를 촬영하도록 형성된 내장 카메라와,
상기 내장 카메라에 의해 촬영된 화상을 해석하는 화상 해석 수단과,
상기 화상 해석 수단에 의해 처리된 화상 데이터를 출력하는 화상 출력 수단,
을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 내장 카메라에는, 인가 전압에 따라 광학 특성을 변화시키도록 형성된 액체 렌즈가 배치되고, 이 액체 렌즈에 의해 상기 용접 시공 부위의 초점을 맞추도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 내장 카메라에 의해 촬영한 화상의 초점에 의거하여, 상기 조사측의 선단부와 상기 용접 시공 부위의 거리가 용접 가능한 거리의 범위에 속하는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 레이저 조사 헤드는, 용접용의 상기 레이저광의 광 축에 중첩하도록, 가시광 영역의 파장대를 구비한 가시 레이저광 조사 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
제 4 항에 있어서,
용접용의 상기 레이저광의 광 축과 소정의 각도를 이루는 방향으로부터, 가시 레이저광을 상기 용접 시공 부위에 조사하도록 구성된 가시 레이저광 조사 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 화상 해석 수단은, 상기 내장 카메라로 촬영한 상기 용접 시공 부위의 화상에 대해서 2치화(二値化) 처리하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 화상 해석 수단은, 상기 내장 카메라로 촬영한 상기 용접 시공 부위의 화상에 대해서 RGB 휘도를 해석하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외측 프레임은 내부에 물이 유입되지 않게 형성되고,
상기 가스 공급 배관은, 상기 조사측의 내부에 불활성 가스를 공급하고, 상기 레이저 조사 헤드 내의 레이저 광로 내의 물을 차단하도록 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
회전축과, 상기 회전축의 회전 각도를 검출하는 회전 센서와, 한 쪽의 단부가 상기 회전축에 연결되고, 다른 한 쪽의 단부는, 용접 와이어의 선단부가 용접 시공 부위와 접촉하도록 용접 와이어를 순차 이송하는 용접 와이어 이송관을 상기 용접 시공 부위 부근에서 지지하도록 형성된 제 1 지지 부재와, 외측 프레임과 상기 제 1 지지 부재를 연결하도록 형성되어, 상기 용접 와이어의 선단부를 상기 용접 시공 부위에 가압하면서 접촉시키는 탄성 부재를 갖는 용접 와이어 접촉 기구를 포함하는 레이저 용접 장치를 이용한 레이저 용접 방법으로서,
용접 대상물의 용접 시공 부위를 따라 레이저 용접 장치를 구동 장치에 의해 주행시키면서, 상기 용접 와이어의 선단부가 회동하는 각도를 상기 회전 센서에 의해 검출하고, 이 검출 결과에 의거하여 상기 레이저 용접 장치의 레이저 조사 헤드의 선단부와 상기 용접 시공 부위의 거리를 계측하는 사전(pre) 주행 공정과,
상기 사전 주행 공정의 후에, 상기 사전 주행 공정에서 계측한 상기 거리에 의거하여, 상기 거리가 일정해지도록 레이저 용접 장치의 이동 경로를 보정하는 이동 경로 보정 공정과,
상기 이동 경로 보정 공정의 후에, 상기 이동 경로 보정 공정의 보정 결과에 의거하여 구동 장치를 제어하면서 상기 레이저 용접 장치에 의해 상기 용접 시공 부위에 레이저광을 조사해서 용접을 행하는 레이저 조사 공정,
을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 방법.
회전축과, 상기 회전축의 회전 각도를 검출하는 회전 센서와, 한 쪽의 단부가 상기 회전축에 연결되고, 다른 한 쪽의 단부는, 용접 와이어의 선단부가 용접 시공 부위와 접촉하도록 용접 와이어를 순차 이송하는 용접 와이어 이송관을 상기 용접 시공 부위 부근에서 지지하도록 형성된 제 1 지지 부재와, 외측 프레임과 상기 제 1 지지 부재를 연결하도록 형성되어, 상기 용접 와이어의 선단부를 상기 용접 시공 부위에 가압하면서 접촉시키는 탄성 부재를 갖는 용접 와이어 접촉 기구를 포함하는 레이저 용접 장치를 이용한 레이저 용접 방법으로서,
용접 대상물의 용접 시공 부위를 따라 레이저 용접 장치를 주행시키면서, 상기 용접 와이어의 선단부가 회동하는 각도를 상기 회전 센서에 의해 검출하고, 이 검출 결과에 의거하여 상기 레이저 용접 장치의 레이저 조사 헤드의 선단부와 상기 용접 시공 부위의 거리를 계측하는 거리 계측 공정과,
상기 계측된 거리에 의거하여 상기 거리가 일정해지도록 레이저 용접 장치의 이동 경로를 보정하는 이동 경로 보정 공정,
을 갖고,
상기 거리 계측 공정 및 이동 경로 보정 공정은, 상기 이동 경로 보정 공정의 보정 결과에 의거하여 구동 장치를 제어하면서 상기 레이저 용접 장치에 의해 상기 용접 시공 부위에 대하여 레이저광을 조사해서 용접을 행하는 레이저 조사 공정과, 병행하여 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 방법.