WO2007043707A1

WO2007043707A1 - 鋼板の突合せ溶接システム及び鋼板の突合せ溶接方法

Info

Publication number: WO2007043707A1
Application number: PCT/JP2006/320884
Authority: WO
Inventors: Masahiro Nishio; Masaki Tanzawa; Masako Hida; Takayuki Shimizu; Keiichi Kashiwabara; Shuuji Sakemi
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2007-04-19
Also published as: WO2007043707A9; CN101287572B; JP2007105775A; JP4636261B2; US8003914B2; US20090159579A1; CN101287572A

Abstract

製品の品質が確保される突合せ溶接システム及び鋼板の突合せ溶接方法を提供する。相互に接合される各ブランク材１，２の各被突合せ部が突合されて、該突合せ部に所定の突合せ荷重が負荷される。そして、この状態で、ブランク材１，２が溶接線方向へ相対移動されて、突合せ部が摺合される。これにより、各ブランク材１，２の各被突合せ部に形成される凹凸が平坦化されて、摺合せしない場合と比較して、各ブランク材１，２の各被突合せ部の直線精度が高められる。したがって、突合せ部の隙間が極めて小さくなり、当該突合せ部の溶接が容易になる。これにより、突合せ部に良好な溶接ビードが得られて、製品の品質が確保される。

Description

明細書

鋼板の突合せ溶接システム及び板の突合せ溶接方法

技術分野

本発明は、鋼板の突合せ溶接システム及び鋼板の突合せ溶接方法に関するもので、特に、ブランキングされた鋼板同士を突合せ溶接するための突合せ溶接システム及び突合せ溶接方法に関する。

背景技術

従来から、自動車の外板部品等においては、車体の軽量化や衝突安全性能を高めるために、相互に板厚や機械的性質が異なる鋼板同士を接合して形成されるテーラードプランク材が用いられる。例えば、ブランキングされた鋼板（以下、ブランク材と称する。）同士を突合せて、該ブランク材同士の突合せ部（以下、単に突合せ部と称する。，）にレーザ光を照射することにより当該ブランク材同士を突合せ溶接してテーラードプランク材を得る場合、該突合せ部の隙間が許容値（許容される隙間の大きさ）よりも大きいと、ピンホール等の溶接欠陥を生じる虞がある。したがって、ブランク材同士の突合せ溶接では、突合せ部の隙間の管理が極めて重要になる。そこで、突合せ部の隙間を許容値以下に収める術として、各ブランク材の各被突合せ部の直線精度を高めることが考えられる。しかしながら、各ブランク材の各被突合せ部がブランキングによって形成される場合、ブランキング型（ブランキング刃）の精度を高い精度に保持する必要があるため、作業者に高い技能が要求されると共にブランキング型の厳格な管理を要する。

また、レーザを用いる切断加工によっても各ブランク材の各被突合せ部の直線精度を高めることができるが、設備コスト及び製造コストが増大する。そこで、特許文献 1には、ブランク材同士を突合せた状態で突合せ部に突合せ荷重を付与させた後、該突合せ荷重を開放することにより、各ブランク材の各被突合せ部を整合させて当該突合せ部の直線精度を高める突合せ接合装置の記載がある。しかしながら、上記特許文献 1の突合せ接合装置では、プランク材の被突合せ部に比較的大きな凹凸ゃバリが存在する場合、突合せ荷重を開放した時に突合せ部に隙間が生じてしまい、当該突合せ部にピンホール等の溶接欠陥が発生する虞がある。また、この種の突合せ接合装置では、ブランク材を保持するクランプ装置が各ブランク材の形状に合わせて専用に製作されているため、汎用性に問題がある。そこで、各エアシリンダによって駆動される複数個のクランパを突合せ部に沿って配設してもよいが、多数のエアシリンダが必要になるため；製造コストが増大する。

一方、従来のレーザ溶接装置では、溶接品質を確保するために、定期的に、パワーメータを用いてパワーレーザ（実際に溶接に用いられるレーザ光）のレーザ出力を測定して発振器のレーザ出力の補正が行われるものがあるが、測定に時間を要するため (10〜60sec) 、生産性の問題から品毎にレーザ出力を測定することができず、レーザ出力に問題があることが発覚した時点で、溶接欠陥がある製品を大量に生産してしまう虞がある。また、従来のレーザ溶接装置では、 C C Dカメラ等の視覚センサによつて撮像された画像データに基づいて、溶接ビードにおけるピンホールの有無を判別するピンホール検出装置を備えるものがあるが、画像処理に時間を要することから、ピンホール検出を溶接と同時に実行することができず、ピンホール検出は、専ら、溶接後に検査工程で行われていたのが現状であった。このたや、検査工程に多大な工数が発生していたため、溶接時と同時にピンホールの検出が可能なシステムが要望されていた。

特許文献 1 特開 2 0 0 3— 2 7 5 8 8 3号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 '

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第 1の目的は、製品の品質が確保される鋼板の突合せ溶接システムを提供することにある。

また、第 2の目的は、製品の品質が確保される鋼板の突合せ溶接方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

上記第 1の目的を達成するために、本発明のうち請求項 1に記載の発明は、鋼板同士が突合せ部で溶接されて接合される突合せ溶接システムであって、接合される各鋼が各鋼板の各被突合せ部近傍で把持される把持手段と、該把持手段によつて把持された鋼板同士が各被突合せ部で突合されると共に、突合された鋼板の突合せ部に所定の突合せ荷重が付与される突合せ手段と、該突合せ手段によって突合された鋼板が相対移動されて各鋼板の各被突合せ部が摺合される摺合せ手段と、鋼板の突合せ部が溶接線に沿つて溶接される溶接手段と、具備することを特徴とする。

請求項 2に記載の発明は、請求項 1に記載の突合せ溶接システムにおいて、把持手段は、溶接線に沿って延びて各鋼板の下面の各被突合せ部近傍を支持する基台と、該基台の上方に基台に対向して設けられるクランプバーと、該クランプバーに上下移動可能に垂設されてクランプバーに沿って配列される複数個のクランパと、クランプバ一と各グランパとの間に介装されて各クランパ毎に複数個が並列に配置される圧縮ばねと、クランプバーを上下方向へ駆動するクランプバー駆動手段と、を具備して、各クランパの端部寄りに配置される圧縮ばねのばね力が、中央寄りに配置される圧縮ばねのばね力よりも大きく設定されることを特徴とする。

請求項 3に記載の発明は、請求項 1又は 2に記載の突合せ溶接システムにおいて、把持手段は、クランパがクランプバーの中央寄りの端部が低くなるようにクランプバ一に対して傾斜されると共に、クランプづ一の中央寄りに配置されるクランパほど低くなるように設けられることを特徴とする。

請求項 4に記載の発明は、請求項 1〜 3のいずれかに記載の突合せ溶接システムにおいて、溶接手段は、発振器によって発生させたレーザ光をレーザヘッドから突合せ部に照射するレーザ溶接装置であって、レーザへッドに収容される光学系におけるレ —ザ光の反射光強度に基づいて溶接ビードのピンホールが検出されるピンホール検出手段を備えることを特徴とする。

請求項 5に記載の発明は、請求項 1〜4のいずれかに記載の突合せ溶接システムにおいて、ピンホール検出手段は、レーザヘッドに設けられてレーザ光の反射光が取込まれるフォトセンサと、該フォトセンサによって取込まれた反射光が高周波成分と低周波成分とに分離されて、該反射光の高周波成分と低周波成分との差、若しくは高周波成分と低周波成分とを除したものを反射光強度データとして、該反射光強度データがしきレ、値を所定データ数だけ連続して下回った場合にピンホールが検出されるピンホール検出制御装置と、を具備することを特徴とする。

請求項 6に記載の発明は、請求項 1〜 5のいずれかに記載の突合せ溶接システムにおいて、レーザへッドの光学部品におけるレーザ光の透過光若しくは反射光の強度に基づいて発振器のレーザ出力が調節されるレーザ出力調節手段を具備することを特徴とする。

請求項 7に記載の発明は、請求項 1〜 6のいずれかに記載の突合せ溶接システムにおいて、レーザ出力調節装置は、レーザヘッドに設けられてレーザ光の透過光若しくは反射光が取込まれるフォトセンサと、該フォトセンサによって取込まれたレ一ザ光の透過光若しくは反射光に基づレ、て該レーザ光のレーザ出力が測定されると共に、該測定結果に基づレ、て算出されたレ出力調節信号が発振器に出力されるレーザ出力制御装置と、を具備することを特徴とする。

上記第 2の目的を達成するために、本発明のうち請求項 8に記載の発明は、鋼板同士を突合せ部で溶接して接合する突合せ溶接方法であって、各鋼板を各被突合せ部近傍で把持して、次に、鋼板同士を各被突合せ部で突合せると共に該鋼板の突合せ部に所定の突合せ荷重を付与させて、この状態で、鋼板を相対移動させて各鋼板の各被突合せ部を摺合せた後、鋼板の突合せ部を溶接することを特とする。

請求項 9に記載の発明は、請求項 8に記載の突合せ溶接方法において、相互に接合される鋼板のうち少なくとも一方の鋼板が溶接鋼板である場合の突合せ溶接に適用されることを特徴とする。

したがって、請求項 1に記載の発明では、接合される各鋼板の各被突合せ部近傍が把持手段によって把持される。また、把持された各鋼板は、突合せ手段によって各被突合せ部が突合されると共に該突合せ部に所定の突合せ荷重が付与される。そして、摺合せ手段によつて各鋼板の各被突合せ部が摺合された後、溶接手段によつて突合せ部が溶接される。

請求項 2に記載の発明では、クランプバー駆動手段によってクランプバーが下降されると、位置決めされた各鋼板の各被突合せ部近傍が各クランパによって把持される。この時、各クランパは、各クランパとクランプバーとの間に介装された複数個の圧縮ばねによって鋼板に押付けられる。そして、各クランパの外側に配置された圧縮ばねのばね力が中央寄りに配置された圧縮ばねのばね力よりも高められたので、各クランパの両端が強くブランク材に押付けられる。請求項 3に記載の発明では、クランプバーに作用する荷重によってクランプバーの中央が凸状に変形された場合であっても、クランプバーの中央寄りに配置したクランパがブランク材に強く押付けられる。

請求項 4に記載の発明では、溶接中に発生したピンホールが即時に検出される。請求項 5に記載の発明では、フォトセンサによって取込まれた反射光が高周波成分と低周波成分とに分離されて、該反射光の高周波成分と低周波成分との差、若しくは高周波成分と低周波成分とを除したものを反射光強度データとして、該反射光強度デ —タがしきレ、値を所定データ数だけ連続して下回つた場合にピンホールが検出される。請求項 6に記載の発明では、レーザ出力の測定が極めて短い時間で実施される。請求項 7に記載の発明では、フォトセンサによって取込まれたレーザ光の透過光若しくは反射光に基づいて該レーザ光のレーザ出力が測定されると共に、該測定結果に基づいて算出されたレーザ出力調節信号が発振器に出力される。

請求項 8に記載の発明では、接合される各鋼板の各被突合せ部近傍が把持されて、把持された各鋼板は、各被突合せ部が突合されると共に該突合せ部に所定の突合せ荷重が付与される。この状態で、各鋼板の各被突合せ部が摺合された後、突合せ部が溶接される。

請求項 9に記載の発明では、請求項 8に記載の突合せ溶接方法が、例えば、レーザ溶接鋼板同士を突合せ部で溶接して接合する場合に適用される。

発明の効果

製品の品質が確保される突合せ溶接システム及び鋼板の突合せ溶接方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

[図 1 ] 本突合せ溶接システムの概略構成を示す図である。

[図 2〗ワーク供給装置の説明図で、素材パレットに積載された最上部のブランク材を各吸着パッドによって吸着している状態を示す図である。

[図 3 ] ワーク供給装置の説明図で、搬送中のブランク材を示す図である。

[図 4 ] ワーク位置決め装置の説明図で、一対の位置決めピンによってプランク材が位置決めされる状態を示す図である。 [図 5] ワーク把持装置の正面図である。 . [図 6] ワーク把持装置の説明図で、圧縮コイルばねがクランパとク 'ランプバーとの間に並列に介装された状態を示す図である。

[図 7] 把持装置の各クランプユニットによって把持された各ブランク材が、ワーク突合せ装置によつて突合された状態を示す平面図である。

[図 8] ワーク摺合せ装置の説明図で、固定側のブランク材に対して可動側のブランク材が溶接線方向へ往復動される状態を示す平面図である。，

[図 9] レーザへッド周辺における位置決め状態監視装置及びビ一ド形状検査装置の C

CDカメラの配置を示す斜視図である。

[図 10] ピンホール検出装置の概略構成を示す図である。

[図 1 1] ピンホール検出装置のフローチャート図である。

[図, 1 2] レーザ出力調節装置の概略構成を示す図である。

[図 1 3] 把持装置の各クランプユニットによって把持された各ブランク材が、ワーク突合せ装置によって突合された状態を示す正面図である。

[図 14] ワーク位置決め装置の説明図で、ワーク供給装置によってマグネットコンペァ上に載置された直後のプランク材を示す図である。

[図 1 5] 他の実施の形態の説明図で、 2枚取りされたブランク材がワーク位置決め装置によって位置決めされる状態を示す図である。

[図 1 6] 他の実施の形態の説明図で、 3枚取りされたブランク材がワーク位置決め装置によって位置決めされる状態を示す図である。

符号の説明

1, 2 ブランク材、 l a, 2 a 被突合せ部、 3, 4 マグネットコンベア（コンベア）、 7 ワーク把持装置（把持手段）、 8 突合せ部、 9 ワーク突合せ装置

(突合せ手段）、 i 0 ワーク摺合せ装置（摺合せ手段）、 21 治具ベース（基台）、 22 クランプバー、 23 クランパ、 25 圧縮コイルばね（圧縮ばね）、 32 反射光、 33 フォトセンサ（ピンホール検出手段）、 37 フォトセンサ

(レーザ出力調節手段）

発明を実施するための最良の形態本発明の一実施の形態を図 1〜図 1 4に基づいて説明する。図 1に示されるように、本突合せ溶接システムは、相互に接合される各ブランク材 1 , 2 (鋼板）が各マグネットコンベア 3 , 4上に 1枚づっ供給（載置）されるワーク供給装置 5と、各マグネットコンベア 3 , 4上に載置された各ブランク材 1 , 2が各々所定位置に位置決めされるワーク位置決め装置 6と、該ワーク位置決め装置 6によって位置決めされた各ブランク材 1 , 2力各ブランク材 1 , 2の各被突合せ部 l a， 2 a近傍で把持されるワーク把持装置 7 (把持手段）と、該ワーク把持装置 7によって把持された各ブランク材 1 , 2が各被突合せ部 l a , 2 aで突合されると共に、該ブランク材 1 , 2の突合せ部 8に所定の突合せ荷重が付与されるワーク突合せ装置 9 (突合せ手段）と、該ワーク突合せ装置 9によって突合された上記ブランク材 1， 2が溶接線方向（図 1における紙面視方向）に相対移動されて各ブランク材 1， 2の各被突合せ部 l a , 2 a が摺合されるワーク摺合せ装置 1 0 (摺合せ手段）と、該ワーク摺合せ装置 1 0によつて摺合された上記ブランク材 1 , 2の突合せ部 8が溶接線に沿ってレーザ溶接される溶接装置 1 1 (溶接手段）と、を含んで構成される。

図 2及び図 3に示されるように、上記ワーク供給装置 5は、ロボット制御装置の制御に基づいて動作するロボットアーム 1 2と、該ロボットアーム 1 2に装着されるパッドフレーム 1 3と、該パッドフレーム 1 3に配設される複数個（例えば、 3 X 3配列で合計 9個。）の吸着パッド 1 4 (真空圧パッド）とを、各ブランク材 1 , 2に対応して各々備える。各吸着パッド 1 4は、上記パッドフレーム 1 3に当該パッドフレーム 1 3に対して上下動可能に垂設された各シャフト 1 5の下端部に取付けられて、各シャフト 1 5には吸着時に各吸着パッド 1 4を各ブランク材 1 , 2に向けて押付ける圧縮コイルばね 1 6が外挿される。そして、上記ワーク供給装置 5は、各パッドフレーム 1 3を、各ロボットアーム 1 2によって、各素材パレット 1 7に積載された各ブランク材 1 , 2の直上の吸着位置に位置決めさせて、この状態で、各パッドフレーム 1 3の各吸着パッド 1 4を各ブランク材 1 , 2に吸着させる。この状態で、各パッドフレーム 1 3が上方へ移動されることにより、各素材パレット 1 7から各ブランク材 1 , 2が 1枚だけ取出される構造になっている。

なお、上記ワーク供給装置 5では、正面視（図 3における紙面視）において、各パッドフレーム 1 3の中央に配列される各シャフト 1 5の長さを他の列（外側の列）に- 配設されるシャフト 1 5の長さりも長く設定される。これにより、図 3に示されるように、各ブランク材 1， 2の搬送時に、各ブランク材 1 , 2が自重によって中央が低くなるように橈み、各吸着パッド 1 4への負荷が均一化されるため、特定の吸着パッド 1 4に負荷が集中することによる吸着パッド 1 4の外れが防止される構造になつている。また、各素材パレット 1 7には、最上部のブランク材 1 , 2の一端部を浮かせることにより各プランク材 1 , 2の重ね取りを防ぐマグネットフロータが装備される。図 1に示されるように、上記ワーク位置決め装置 6は、正面視（図 1における紙面視）で上記溶接装置 1 1のパワーモータへッド 1 8の左右両側に配設される各マグネットコンベア 3 , 4を備えて、上記ワーク供給装置 5によって供給された各ブランク材 1 , 2が各マグネットコンベア 3， 4の磁力によって保持（吸着）される構造になっている。

また、図 4に示されるように、上記ワーク位置決め装置 6は、各マグネットコンペァ 3， 4の溶接線方向（図 4における上下方向）の一側（図 4における下側）に、各マグネットコンベア 3， 4の搬送面（上面）に対して突出する一対の位置決めピン 1 9， 2 0を備える。そして、上記ワーク位置決め装置 6は、各マグネットコンベア 3 , 4が溶接線方向の一側へ移動されることにより、上記ワーク供給装置 5によつて各マグネットコンベア 3 , 4上に載置された各ブランク材 1 , 2が溶接線方向の一側へ移動される。これにより、各ブランク材 1 , 2の一側（図 4における下側）が各位置決めピン 1 9 , 2 0に当接されて、各ブランク材 1 , 2が溶接線方向へ位置決めされる構造になっている。また、図 1及び図 4に示されるように、上記ワーク位置決め装置 6は、並設される上記マグネットコンベア 3とマグネットコンベア 4との間に、上昇 Z下降することにより各マグネットコンベア 3 , 4の搬送面（上面）に対して出没可能な複数個の位置決めピン 4 0が、溶接線方向（図 4における上下方向）に沿って一列に配設される。

そして、上記ワーク位置決め装置 6では、各ブランク材 1 , 2が各位置決めピン 1 9 , 2 0によって溶接線方向へ位置決めされた後、各マグネットコンベア 3 , 4が前進側に駆動されて、各ブランク材 1 , 2が前進側へ移動（マグネットコンベア 3では、ブランク材 1が図 4における右方向へ移動。マグネットコンベア 4では、ブランク材 2が図 4における左方向へ移動。）されることにより、各ブランク l , 2の各被突合せ部 l a， 2 aが各位置決めピン 4 0に当接されて、各ブランク材 1 , 2が突合せ方向（図 4における左右方向）に位置決めされる構造になっている。図 5に示されるように、上記ワーク把持装置 7は、溶接線方向（図 1における紙面視方向。）へ延びる治具ベース 2 1 (基台）と、上下移動されることにより該治具べ一ス 2 1に対して近接離反されるクランプバー 2 2と、によって構成される各クランプュニットを備える。該クランプユニットは、上記クランプバ一2 2に垂設されて、当該クランプバ一 2 2に沿って一列に配列される複数個（本実施の形態では、 4個。）のクランパ 2 3 を備える。 '

図 6に示されるように、上記クランパ 2 3は、両端が、上記クランプバー 2 2に対して上下移動可能な一対のシャフト 2 4によって吊持されており、一対のシャフト 2 4間における当該クランパ 2 3と上記クランプバー 2 2との間には、複数個（本実施の形態では、 4個。）の圧縮コイルばね 5 (圧縮ばね）が配設される。そして、上記ワーク把持装置 7は、各クランパ 2 3の外側に配置される圧縮コイルばね 2 5のばね力が、内側に配置される圧縮コイルばね 2 5のばね力よりも強く（2〜4倍）設定される。これにより、上記ワーク把持装置 7では、各クランパ 2 3の中央が凹状に反ることが防止されて、各クランパ 2 3によって各ブランク材 1 , 2が各治具ベース 2 1上の各ブランク材 1 , 2に密着される構造になっている。また、上記ワーク把持装置 7は、上記シャフト 2 4の長さ力;、クランプバ一2 2の中央寄りに配置されるものほど長く形成される。

これにより、図 5に示されるように、上記クランパ 2 3力クランプバー 2 2の中央寄りの端部ほど低くなるように治具ベース 2 1に対して傾斜して設けられると共に、クランプバー 2 2の中央寄りに配置されたクランパ 2 3ほど低く取付けられる。これにより、上記ワーク把持装置 7では、各プランク材 1 , 2の把持時に、クランプシリンダ 2 6による荷重によってクランプバー 2 2が凸状に変形した場合であっても、中央に配置されたクランパ 2 3によるクランプ力（把持力）、外側に配置されたクランパ 2 3に対して低下してしまうことが防がれて、各ブランク材 1 , 2の治具ベース 2 1に対する密着不足が防止される構造になっている。なお、各クランパ 2 3のクラ- ンプ面には、ブランク材 1 , 2のグリップ力を高めるための凹凸がけられる。

図 7に示されるように、上記ワーク突合せ装置 9は、一方のクランプユニットを他方のクランプュニットに向けて移動させる一対の突合せシリンダ 2 7を備えて、該一対の突合せシリンダ 2 7によって、可動側のブランク材 2をクランプ（把持）した他方クランプュニットを、固定側のブランク材 1をクランプした一方のクランプュニットに向けて移動させることにより、ブランク材 1の被突合せ部 1 aとブランク材 2の被突合せ部 2 aとが突合されると共に、ブランク材 1とブランク材 2との突合せ部 8

(以下、単に突合せ部 8と称する。）に所定の突合せ荷重（10〜50 kN/ra) が負荷される構造になっている。また、図 8に示されるように、上記ワーク摺合せ装置 1 0は、他方のクランプュニットを一方のクランプュニットに対して溶接線方向（図 8における左右方向）へ往復動させる摺合せシリンダ 2 8を備える。

そして、上記ワーク摺合せ装置 1◦は、上記ワーク突合せ装置 9によって上記突合せ部 8に突合せ荷重が負荷された状態で、 ,他方のクランプュ二ットを一方向への移動距離 5mmで 1往復させて、ブランク材 1の被突合せ部 1 a (端面）とプランク材 2の被突合せ部 2 a (端面）とを摺合せることにより、上記突合せ部 8の隙間が狭められる（本実施の形態では、 0 Irani以下。）構造になっている。なお、上記摺合せシリンダ 2 8によって駆動される側のクランプユニットは、各ブランク材 1 , 2の摺合せ時に、直動ガイドによって溶接線方向へ案内される。上記溶接装置 1 1は、発振器、光学系、パワーモータヘッド 1 8、レーザヘッド駆動機構、レーザ制御装置を含んで構成されて、発振器で発生させたレーザ光が光学系を介してパワーモータへッド 1 8力、ら上記突合せ部 8に照射される。そして、レーザ制御装置の制御に基づいて上記パヮ一モータへッド 1 8を移動させて、上記突合せ部 8に照射されたレーザ光の焦点位置を溶接線に沿って移動させることにより、上記突合せ部 8が溶接されてブランク材 1 とプランク材 2とが接合される構造になっている。

また、本突合せ溶接システムは、上記ワーク位置決め装置 6によって位置決めされた各ブランク材 1， 2 (ワーク把持装置 7の各クランプユニットによって把持される直前の各ブランク材 1 , 2 ) の溶接線方向の位置、及び上記ワーク摺合せ装置 1 0による摺合せが完了したブランク材 1 , 2の突合せ部 8の隙間が計測される位置決め状態監視装置を備える。該位置決め状態監視装置は、図 9に示されるように、複数個の C C Dカメラ 2 9と、マイクロコンピュータによって構成される位置決め状態判定装置 3 0とによって構成されており、各 C C Dカメラ 2 9によって撮像された画像が処理されて得られる画像データに基づいて、各ブランク材 1 , 2の溶接線方向の位置及び上記突合せ部 8の隙間が計測されて、該計測結果に基づいて 0KZNGが判定される構造になっている。なお、画像処理及び判定処理には、従来の制御ロジックが適宜用、られる。

また、本突合せ溶接システムは、上記溶接装置 1 1によってレーザ溶接された突合せ部 8 (以下、溶接部 8と称する。 ) のピンホール（溶接欠陥）を検出するピンホール検出装置（ピンホール検出手段）を備える。ピンホール検出装置は、図 1 0に示されるように、上記パワーモータヘッド 1 8に収容される光学系に設けられる低反射ミラー 3 1と、該低反射ミラー 3 1で反射したレーザ光 3 2 (以下、反射光 3 2と称する。）が取込まれるフォトセンサ 3 3と、マイクロコンピュータによって構成されて、該フォトセンサ 3 3によって取込まれた上記反射光 3 2の強度に基づいて上記溶接部 8におけるピンホール（溶接欠陥）の有無が判定されるピンホール判定装置 3 4 と、を備える。そして、上記ピンホール検出装置では、図 1 1に示されるように、溶接中の上記反射光 3 2の強度（以下、反射光強度と称する。）が連続して計測される (図 1 1におけるステップ 1 ) 。

そして、上記上記ピンホール判定装置 3 4では、計測された反射光強度（計測結果）は、上記ピンホール判定装置 3 4によって処理（例えば、 F F T処理。）されて、ピンホールによる反射光強度の変化が含まれる高周波成分と、ノイズや反射光 3 2の連続的な変化が含まれる低周波成分とに分離される（図 1 1におけるステップ 2 ) 。また、上記上記ピンホール判定装置 3 4では、上記反射光強度の高周波成分（100〜 500Hz) と低周波成分（10〜50Hz) との差が算出されて、該算出結果に基づいてピンホール判定用データが作成される（図 1 1におけるステップ 3 ) 。さらに、上記ピンホール判定装置 3 4では、上記ピンホール判定用データと記憶部（メモリ）に記憶された第 1のしきい値とが比較されて（図 1 1におけるステップ 4 ) 、溶接部 8において、ピンホール判定用データが第 1のしきい値よりも下回った部分がある場合（図 1 1におけるステップ 4の YES) 、溶接部 8におけるピンホール判定用データが第 1のしきい値よりも下回った部分の長さ（データ数）が算出される（図 1 1におけるステップ 5 )

なお、図 1 1におけるステップ 4において、ピンホール判定用データが第 1のしきい値よりも下回った部分がない場合（図 1 1におけるステップ 4の NO) 、 OK (ピンホール無し）と判定される（図 1 1におけるステップ 6 ) 。また、上記ピンホール判定装置 3 4では、上記ステツプ 5によつて算出された溶接部 8におけるピンホール判定用データが第 1のしきい値よりも下回った部分の長さ（データ数）と、記憶部（メモリ）に記憶された第 2のしきい値とが比較される（図 1 1におけるステップ 7 ) 。そして、上記ステップ 5によって算出された、溶接部 8におけるピンホール判定用データが第 1のしきい値よりも下回った部分の長さ（データ数）に、上記第 2のしきい値を越える部分がある場合（図 1 1におけるステップ 7の YES) 、最終的に、溶接部 8 に NG (ピンホール有り）と判定される（図 1 1におけるステップ 8 ) 。また、図 1 1 におけるステップ 7において、上記ステップ 7によって算出された、溶接部 8におけるピンホール判定用データが第 1のしきい値よりも下回った部分の長さ（データ数）に、上記第 2のしきい値を越える部分がない場合（図 1 1におけるステップ 7の NO) 、 OK (ピンホール無し）と判定される（図 1 1におけるステップ 9 ) 。

なお、上記ピンホール検出装置は、溶接部 8にピンホールが発生した場合、パワーレーザ（パワーモータヘッド 1 8から突合せ部 8に向けて照射されるレーザ光）が溶接に使用されずに突合せ部 8からブランク材 1 , 2の裏側へ抜けることから上記反射光強度が定常状態（ピンホールがない状態）として弱くなる、という現象を利用して当該反射光強度を規格化したことにより成立している。図 9に示されるように、本突合せ溶接システムは、スリツト状のレーザ光が上記溶接部 8に向けて照射される光源と、該光源によって上記スリット状のレーザ光が照射された溶接部 8の画像が撮像される C C Dカメラ 3 5と、マイクロコンピュータによって構成されるビード判定装置とによって構成されるビード形状検査装置を備える。該ビード形状検査装置では、 C C Dカメラ 3 5によって撮像された画像が処理されて得られる画像データに基づいて上記溶接部 8のビード高さ及び溶接部 8両側の各ブランク材 1， 2の高さが溶接と同時に測定されて、該測定結果に基ついて当該溶接部 8の 0KZNGが判定される構造になつている。なお、画像処理及び判定処理には、従来の制御ロジックが適宜用いられる。また、本突合せ溶接システムは、パワーレーザのレーザ出力（実際に溶接に使用されるレーザ光の出力。発振器におけるレーザ出力と区別して用いられる。）が短時間 (0 5sec) で測定されて、該測定結果に基づいて発振器のレーザ出力が調節されるレ一ザ出力調節装置を備える。該レーザ出力調節装置は、図 1 2に示されるように、パヮーモータへッド 1 8に収容された光学系の透過光（レーザ光）が取込まれるフォトセンサ 3 7と、マイクロコンピュータによって構成される制御装置 3 8とを含んて構成される。上記レーザ出力調節装置では、上記フォトセンサ 3 7によって取込まれたレーザ光がアンプ 3 9によって電気信号に変換されて、該電気信号に基づいて上記制御装置 3 8によって上記パワーレーザのレーザ出力が算出される構造になっている。なお、上記制御装置 3 8において、アンプ 3 9によって変換された電気信号からパヮ一レーザのレーザ出力が算出される過程で、所定の出力変換式が用いられる。

また、上記レーザ出力調節装置では、上記出力変換式によって算出されたパワーレ —ザのレーザ出力値に上記制御装置 3 8によって温度ドリフト補正が施される。さらに、上記レーザ出力調節装置では、上記制御装置 3 8によって、温度ドリフト補正されたパワーレーザのレーザ出力値の、予め設定されたパワーレーザのレーザ出力の上限値及び下限値に対する過不足割合が算出されて、該算出されたパワーレーザのレーザ出力の過不足割合に基づいて、上記発振器のレーザ出力が調節される構造になっている。

次に、本突合せ溶接システムの作用を説明する。まず、ワーク供給装置 5によって、各素材パレット 1 7に積載された各ブランク材 1 , 2 (鋼板）が最上部のものから取出されて各マグネットコンベア 3 , 4へ向けて搬送される。ここで、各パッドフレーム 1 3の各吸着パッド 1 4のうち、中央に配列される各吸着パッド 1 4が、他の列 (外側の列）に配列される吸着パッド 1 4よりも低い位置に取付けられるため、各ブランク材 1， 2が橈んだ状態で搬送されて、吸着ミス及び吸着外れが防止される。そして、図 1 4に示されるように、搬送された各ブランク材 1 , 2がワーク位置決め装置 6の各マグネットコンベア 3 , 4上に載置されると、各マグネットコンベア 3 , 4 が溶接線方向（図 1 4における上下方向）の一側（図 1 4における側）へ移動されて、各マグネットコンベア 3 , 4上に載置された各ブランク材 1， 2が溶接線方向の一側へ移動される。これにより、各プランク材 1， 2の一側（図 1 4における下側）が各位置決めピン 1 9， 2 0に当接されて、各ブランク材 1， 2が溶接線方向へ位置決めされる。

次に、各ブランク材 1 , 2が溶接線方向へ位置決めされると、各位置決めピン 4 Ό が上昇して、各マグネットコンベア 3 , 4が前進側に駆動される。これにより、各ブランク材 1 , 2が前進側へ移動（マグネットコンベア 3では、ブランク材 1が図 1 4 における右方向へ移動。マグネットコンベア 4では、ブランク材 2が図 1 4における左方向へ移動。）されて、図 1に示されるように、各ブランク材 1 , 2の各被突合せ部 l a， 2 aが各位置決めピン 4 0に当接されることにより、各ブランク材 1 , 2 突合せ方向（図 1における左右方向）に位置決めされる。そして、各ブランク材 1 , 2の位置決め完了後、位置決め状態監視装置によって各ブランク材 1 , 2の溶接線方向の位置が計測されて、当該位置決め状態監視装置によって 0Kと判定された場合に、ワーク把持装置 7 (把持手段）の各クランプユニットの各クランプバー 2 2が下降されて、各クランプユニットによって各ブランク材 1 , 2の各被突合せ部 l a， 2 a近傍が把持される。

そして、各クランプュニットのクランパ 2 3とクランプバー 2 2との間に並列に設けられる 4本の圧縮コイルばね 2 5のうち、外側に配置される圧縮コイルばね 2 5のばね力が内側（中央）に配置される圧縮コイルばね 2 5のばね力よりも大きく設定されるため、クランプ時に、クランパ 2 3の中央が凹状に反ることが防がれて、各ブランク材 1 , 2の各治具ベース 2 1に対する密着不足が防止される。さらに、図 5に示されるように、各クランパ 2 3のクランプバ一2 2の中央寄りの端部ほど低くなるように各クランパ 2 3が傾斜して設けられると共に、クランプバー 2 2の中央寄りに配置されるクランパ 2 3ほど低くなるように各クランパ 2 3が設けられることにより、各ブランク材 1 , 2の把持時における荷重によって、各クランプバ一2 2の中央が凸状に変形された場合であっても、各クランプパー 2 2の中央寄りのクランパ 2 3の把持力が低下するのが防がれて、各ブランク材 1 ， 2の各治具ベース 2 1に対する密着不足が防止される。 ' '

なお、位置決め状態監視装置によって NG (位置決め不良）と判定された場合、システムが停止されてワーク位置決め不良のアラームが作動する。この場合、各ブランク材 1 ， 2の位置を修正後、システムがリスタートされると、再度、位置決め状態監視装置によって各ブランク材 1 , 2の溶接線方向の位置が計測される。また、各クランプユニットによって各ブランク材 1 ， 2の各被突合せ部 l a , 2 a近傍が把持されると、各位置決めピン 4 0が下降され ¾。また、各クランプユニットによって各ブランク材 1 ， 2が把持されると、各位置決めピン 4 0が下降されて退避される。次に、図 1 3に示されるように、ワーク突合せ装置 9によって、各ブランク材 1 , 2の各被突合せ部 l a ， 2 aが突合されて該突合せ部 8に突合せ荷重が負荷される。この状態で、ヮー,ク摺合せ装置 1 0 (摺合せ手段）によって、ブランク材 2がブランク材 1に対して片道 5瞧の移動量で溶接線方向（図 1 3における紙面視方向）へ往復動される。

これにより、双方のブランク材 1 , 2の被突合せ部 l a , 2 aが摺合されて、突合せ部 8の隙間をレーザ溶接に向けて好適な 0 lrara以下とすることができる。そして、各ブランク材 1 , 2の各被突合せ部 l a , 2 aの摺合せが完了すると、位置決め状態監視装置によってブランク材 1 , 2の突合せ部 8の隙間が計測される。そして、位置決め状態監視装置によって 0Kと判定された場合に、レーザ出力調節装置によってパヮ一レーザのレーザ出力が計測されて、該計測結果に基づいて発振器のレーザ出力が調節される。なお、位置決め状態監視装置によって NG (突合せ不良）と判定された場合、システムが停止されて突合せ不良のアラームが作動する。この場合、突合せ部 8の隙間を修正後、システムがリスタートされると、再度、位置決め状態監視装置によって突合せ部 8の隙間が計測される。また、レーザ出力調節装置によって発振器のレーザ出力が調節されると、溶接装置（溶接手段）によって当該突合せ部 8のレーザ溶接が開始される。

そして、ピンホール検出装置（ピンホール検出手段）によって、溶接加工と並行して、レーザ光の反射光強度が計測されて、該計測結果に基づいて溶接部 8におけるピンホール（溶接欠陥）の有無が判定される。なお、ピンホール検出装置によって NG (ピンホール有り）と判定された場合、アラームが作動して、 NG (ピンホール有り） - 信号が外部へ出力される。さら、本突合せ溶接システムでは、ビ一ド形状検査装置によって、 C C Dカメラ 3 5によって撮像された溶接部 8の画像に基づいて溶接部 8 のビ一ド高さ及び溶接部 8両側の各ブランク材 1 , 2の高さが溶接と同時に測定されて、該測定結果に基づいて溶接部 8の 0K/NGが判定される。なお、ビード形状検査装置によって NG (溶接不良）と判定された場合も、アラームが作動して、 NG (溶接不良）信号が外部へ出力される。そして、本突合せ溶接システムでは、溶接が完了すると、ワーク把持装置 7の各クランプュニットの各クランプバー 2 2が上昇することにより各クランプユニットによる製品（テーラードブランク材）の把持が解放されて、ワーク位置決め装置 6の各マグネットコンベア 3， 4によって当該製品が搬出される。また、搬出された製品は、所定の搬送装置によって搬送されて製品パレットに積み込まれる。

この実施の形態では以下の効果を奏する。

本突合せ溶接システムでは、相互に接合される各ブランク材 1 , 2 (鋼板）の各被突合せ部 1 a , 2 aが突合されて、該突合せ部 8に所定の突合せ荷重が負荷される。そして、この状態で、ブランク材 1， 2が溶接線方向へ相対移動されて、突合せ部 8

(ブランク材 1の被突合せ部 1 aとブランク材 2の被突合せ部 2 aと）が摺合される。これにより、各ブランク材 1 , 2の各被突合せ部 l a , 2 aに形成される凹凸が平坦化されて、摺合せしない場合と比較して、各ブランク材 1 , 2の各被突合せ部 l a , 2 aの直線精度が高められる。したがって、突合せ部 8の隙間が極めて小さくなり、当該突合せ部 8の溶接が容易になる。これにより、良好な溶接ビードが得られて、製品の品質が確保される。

また、本突合せ溶接システムでは、ワーク把持装置 7 (把持手段）の各クランプュニットの各クランパ 2 3が溶接線方向へ複数個に分割されて形成されると共に、各クランパ 2 3と各クランプバー 2 2との間に複数個の圧縮コイルばね 2 5 (圧縮ばね）が並列に介装される。そして、各クランパ 2 3の外側に配置される圧縮コイルばね 2 5のばね力が内側（中央）に配置される圧縮コイルばね 2 5のばね力よりも大きく設定されることにより、各クランパ 2 3が凹状に反るように変形するのが防がれる。これにより、各クランパ 2 3の全長に亘つて各ブランク材 1 , 2を各治具ベース 2 1 - (基台）に密着させることができる。さらに、クランパ 2 3力当！^クランパ 2 3のクランプバー 2 2の中央寄りの端部ほど低くなるように傾斜して設けられると共に、クランプバ^" 2 2の中央寄りに配置されるクランパ 2 3ほど低くなるように各クランパ 2 3が設けられるため、各ブランク材 1， 2の把持時における荷重によって、各クランプバー 2 2の中央が凸状に変形された場合であっても、各クランプバ一 2 2の中央寄りの各クランパ 2 3による把持力不足が防がれて、各ブランク材 1 , 2が各治具ベース 2 1に確実に密着される。また' 、ワーク把持装置 7は、汎用性が高く、多様なブランク材に対応させることができる。

また、本突合せ溶接システムでは、ピンホール検出装置（ピンホール検出手段）によって、溶接中のレーザ光の光学系における反射光強度が計測されて、該計測結果に基づいて溶接部 8におけるピンホール（溶接欠陥）の有無が判定される。したがって、溶接中にピンホールが発生すると即時に該ピンホールを検出することが可能になり、従来、溶接完了後に検査工程で実施されていた溶接欠陥検査が廃止されることにより、工数が削減されて生産性が高められると共に製造コストを低下させることができる。さらに、ピンホール検出装置では、反射光強度に基づいて算出された反射光強度データがしきレ、値を規定されたデータ数だけ連続して下回つた場合に NG (ピンホール有り）と判定されるため、単に反射光強度だけでピンホールの有無を判定する場合と比較して、溶接部 8の小さい凹状の傷をピンホールと誤判定することを防止することができる。

また、本突合せ溶接システムは、フォトセンサ 3 7によって取込まれたレーザの光学系の透過光（レーザ光）を電気信号に変換して、該電気信号に基づいて発振器のレ一ザ出力が調節されるレーザ出力調節装置を備える、したがって、短時間（0. 5sec) でパワーレーザのレーザ出力が測定されて発振器のレーザ出力が調節されるため、生産性を損なわずに、 1サイクル毎にレ一ザ出力を調節することが可能になり、レーザ出力に起因する溶接欠陥を防止することができる。

なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。ワーク供給装置 5は、吸着手段として吸着パッド 1 4 (真空パッド）を用いたが、 - 一部若しくは全ての吸着パッド 1 4を必要に応じてマグネッ卜に置換えて構成してもよい。

ワーク位置決め装置 6は、 1枚取りされた各ブランク材 1 , 2力各マグネットコンベア 3 , 4の一対の各位置决めピン 1 9， 2 0によって溶接線方向へ位置決めされるが、図 1 5及び図 1 6に示されるように、一対の各位置決めピン 1 9， 2 0を 2組或いは 3組設けておいて、各ブランク材 1， 2を 2枚取り或いは 3枚取りして、複数組の各位置決めピン 1 9 , 2 0によって複数枚の各ブランク材 1， 2を同時に溶接線方向へ位置決めするように構成してもよい。

ワーク突合せ装置 9は、突合せシリンダ（油圧シリンダ）の駆動力によってクランプユニットが駆動されるが、油圧シリンダの代わりに、サーボモータ、ポールねじ、及び直動ガイドを含んで構成される直動ュニットを用いてクランプュニットを駆動するように構成してもよレ、。

ワーク摺合せ装置 1 0は、ブランク材が溶接線方向へ 1往復されて双方のプランク材 1， 2が摺合されるが、ブランク材 2を必要に応じて 2往復或いは 3往復させてもよい。

ピンホール検出装置は、フォトセンサ 3 3によって取込まれた反射光 3 2が高周波成分と低周波成分とに分離されて、該高周波成分と低周波成分との差を以て反射光強度データとしたが、反射光 3 2の高周波成分と低周波成分とを除したものを反射光強度データとしてもよレ、。

レーザ出力調節装置は、光学系の透過光がフォトセンサ 3 7によって取込まれる力光学系の反射光をフォトセンサ 3 7によって取込んで電気信号に変換するように構成してもよい。また、レーザの冷却された金属製ビームダンパーからの散乱光の一部をフォトセンサ 3 7によって取込んで電気信号に変換するように構成してもよい。

本実施形態では、当該突合せ溶接システムを用いてブランク材 1， 2同士を接合する場合を説明したが、例えば、当該突合せ溶接システムを用いて、ブランク材 1とレ一ザ溶接鋼板とを、或いはレーザ溶接鋼板同士を溶接して接合してもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 鋼板同士が突合せ部で溶接されて接合される突合せ溶接システム'であって、接合される各鋼板が各鋼板の各被突合せ部近傍で把持される把持手段と、該把持手段によつて把持された前記鋼板同士が各被突合せ部で突合されると共に、突合された前記鋼板の突合せ部に所定の突合せ荷重が付与される突合せ手段と、該突合せ手段によって突合された前記鋼板が相対移動されて各鋼板の各被突合せ部が摺合される摺合せ手段と、前記鋼板の突合せ部が溶接線に沿って溶接される溶接手段と、具備することを特徴とする鋼板の突合せ溶接システム。

[2] 前記把持手段は、溶接線に沿って延びて各鋼板の下面の各被突合せ部近傍を支持する基台と、' 該基台の上方に前記基台に対向して設けられるクランプバーと、該クランプバーに上下移動可能に垂設されて前記クランプバーに沿って配列される複数個のクラ,ンパと、前記クランプバーと各クランパとの間に介装されて各クランパ毎に複数個が並列に配置される圧縮ばねと、前記クランプバーを上下方向へ駆動するクランプバー駆動手段と、を具備して、各クランぺの端部寄りに配置される前記圧縮ばねのばね力が、中央寄りに配置される前記圧縮ばねのばね力よりも大きく設定されることを特徴とする請求項 1に記載の鋼板の突合せ溶接システム。

[3] 前記把持手段は、前記クランパが前記クランプバーの中央寄りの端部が低くなるように前記クランプバ一に対して傾斜されると共に、前記クランプバーの中央寄りに配置される前記クランパほど低くなるように設けられることを特徴とする請求項 1又は 2のいずれかに記載の鋼板の突合せ溶接システム。

[4] 前記溶接手段は、発振器によって発生させたレーザ光をレーザヘッドから前記突合せ部に照射するレーザ溶接装置であって、前記レーザへッドに収容される光学系におけるレーザ光の反射光強度に基づレ、て溶接ビードのピンホールが検出されるピンホール検出手段を備えることを特徴とする請求項 1〜 3のいずれかに記載の鋼板の突合せ溶接システム。

[5] 前記ピンホール検出手段は、前記レーザヘッドに設けられて前記レーザ光の反射光が取込まれるフォトセンサと、該フォトセンサによって取込まれた反射光が高周波成分と低周波成分とに分離されて、該反射光の高周波成分と低周波成分との差、若しくは高周波成分と低周波成分とを除したものを反射光強度データとして、該反射光強- 度データがしきい値を所定デ一数だけ連続して下回った場合にピンホールが検出されるピンホール検出制御装置と、を具備することを特徴とする請求項 1〜 4のレ、ずれかに記載の鋼板の突合せ溶接システム。

[6] 前記レーザへッドの光学部品におけるレーザ光の透過光若しくは反射光の強度に基づいて発振器のレーザ出力が調節されるレーザ出力調節手段を具備することを特徴とする請求項 1〜 5のいずれかに記載の鋼板の突合せ溶接システム。 '

[7] 前記レーザ出力調節装置は、前記レーザヘッドに設けられて前記レーザ光の透過光若しくは反射光が取込まれるフォトセンサと、該フォトセンサによって取込まれた前記レーザ光の透過光若しくは反射光に基づレ、て該レーザ光のレーザ出力が測定されると共に、該測定結果に基づいて算出されたレーザ出力調節信号が発振器に出力されるレーザ出力制御装置と、を具備することを特徴とする請求項 1〜6のいずれかに記載の鋼板の突合せ溶接システム。

[8] 鋼板同士を突合せ部で溶接して接合する突合せ溶接方法であって、各鋼板を各被突合せ部近傍で把持して、次に、鋼板同士を各被突合せ部で突合せると共に該鋼板の突合せ部に所定の突合せ荷重を付与させて、この状態で、前記鋼板を相対移動させて各鋼板の各被突合せ部を摺合せた後、前記鋼板の前記突合せ部を溶接することを特徴とする鋼板の突合せ溶接方法。

[9] 相互に接合される鋼板のうち少なくとも一方の鋼板が溶接鋼板である場合の突合せ溶接に適用されることを特徴とする請求項 8に記載の鋼板の突合せ溶接方法。