JPH0359794B2 - - Google Patents
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- JPH0359794B2 JPH0359794B2 JP60121151A JP12115185A JPH0359794B2 JP H0359794 B2 JPH0359794 B2 JP H0359794B2 JP 60121151 A JP60121151 A JP 60121151A JP 12115185 A JP12115185 A JP 12115185A JP H0359794 B2 JPH0359794 B2 JP H0359794B2
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- Japan
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- laser beam
- workpiece
- arc discharge
- welding
- laser
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. tungsten inert gas [TIG], metal inert gas [MIG] or plasma welding
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明はレーザビーム加工装置、とくにアー
ク放電を付加することによつて高加工能率、高品
質化を図つたレーザビーム加工装置に関するもの
である。
ク放電を付加することによつて高加工能率、高品
質化を図つたレーザビーム加工装置に関するもの
である。
従来、この種の装置として第５図及び第６図に
示すものがあつた。第５図は従来のアーク放電を
利用したレーザビーム加工装置を示す縦断面構成
図、第６図はその主要部を示す縦断面図である。
図において、１はレーザ発振器、２はレーザ発振
器１から出射されたレーザビーム、２ａは集光ビ
ーム、３はレーザビーム２を加工部へ導くために
レーザビーム２を折り曲げるベンドミラー、４は
レーザビーム２を加工の目的にあつたエネルギー
密度に集光するための集光光学系である。５は集
光光学系４の下部にもうけられ、集光ビーム２ａ
と同軸で円筒上の電気絶縁材料により構成された
アシストガスノズル、６はアシストガスノズル５
の先端に設けられた集光ビーム２ａと同軸円環状
の電極、７はアシストガス供給口である。また８
は被加工物、９は電極６と被加工物８との間に電
圧を印加するとともにアーク放電を発生させるア
ーク放電電源である。
示すものがあつた。第５図は従来のアーク放電を
利用したレーザビーム加工装置を示す縦断面構成
図、第６図はその主要部を示す縦断面図である。
図において、１はレーザ発振器、２はレーザ発振
器１から出射されたレーザビーム、２ａは集光ビ
ーム、３はレーザビーム２を加工部へ導くために
レーザビーム２を折り曲げるベンドミラー、４は
レーザビーム２を加工の目的にあつたエネルギー
密度に集光するための集光光学系である。５は集
光光学系４の下部にもうけられ、集光ビーム２ａ
と同軸で円筒上の電気絶縁材料により構成された
アシストガスノズル、６はアシストガスノズル５
の先端に設けられた集光ビーム２ａと同軸円環状
の電極、７はアシストガス供給口である。また８
は被加工物、９は電極６と被加工物８との間に電
圧を印加するとともにアーク放電を発生させるア
ーク放電電源である。
上記のように構成された従来のレーザビーム加
工装置では、レーザビーム２は、集光光学系４に
より、106〜108W／cm2という高エネルギー密度の
スポツトに集光され、被加工物８の表面に照射さ
れて切断、溶接、熱処理などの加工がおこなわれ
る。一方レーザビーム２が出射すると同時に、電
気絶縁材料により構成されたアシストガスノズル
５の先端に設けられた集光ビーム２ａと同軸円環
状の電極６と被加工物８との間にアーク放電電源
９により電圧が印加される。このためガス供給口
６から導入されたアシストガスの作用とあいまつ
て、電極６と被加工物８の間にアークが発生す
る。アシストガスは、このアークにより高温に加
熱され、アシストガスの一部は解離して集光ビー
ム２ａを取り巻く形で高温のガスプラズマ１０と
なり、被加工物８の表面に集光ビーム２ａと同時
に噴射される。このようにアークを利用したレー
ザビーム加工装置は、高エネルギー密度の集光レ
ーザビーム２ａと、集光レーザビーム２ａ取り巻
くように形成された高温ガスプラズマ１０とを被
加工物８に同時に照射するように構成してあるの
で、切断・溶接・熱処理の加工効率が上昇する。
特に溶接においてはギヤツプ裕度などが大幅に向
上している。第７図はこのようなアーク放電を利
用したレーザビーム加工装置をさらに改良した装
置を示す要部縦断面図であり、電極６の消耗を防
止するために、電極６が設けられたアシストガス
ノズルの外側にシールドノズル１１を設けるな
ど、装置の高信頼化が図られ、実用化されてい
る。なお７ａはシールドガスの供給パイプであ
る。
工装置では、レーザビーム２は、集光光学系４に
より、106〜108W／cm2という高エネルギー密度の
スポツトに集光され、被加工物８の表面に照射さ
れて切断、溶接、熱処理などの加工がおこなわれ
る。一方レーザビーム２が出射すると同時に、電
気絶縁材料により構成されたアシストガスノズル
５の先端に設けられた集光ビーム２ａと同軸円環
状の電極６と被加工物８との間にアーク放電電源
９により電圧が印加される。このためガス供給口
６から導入されたアシストガスの作用とあいまつ
て、電極６と被加工物８の間にアークが発生す
る。アシストガスは、このアークにより高温に加
熱され、アシストガスの一部は解離して集光ビー
ム２ａを取り巻く形で高温のガスプラズマ１０と
なり、被加工物８の表面に集光ビーム２ａと同時
に噴射される。このようにアークを利用したレー
ザビーム加工装置は、高エネルギー密度の集光レ
ーザビーム２ａと、集光レーザビーム２ａ取り巻
くように形成された高温ガスプラズマ１０とを被
加工物８に同時に照射するように構成してあるの
で、切断・溶接・熱処理の加工効率が上昇する。
特に溶接においてはギヤツプ裕度などが大幅に向
上している。第７図はこのようなアーク放電を利
用したレーザビーム加工装置をさらに改良した装
置を示す要部縦断面図であり、電極６の消耗を防
止するために、電極６が設けられたアシストガス
ノズルの外側にシールドノズル１１を設けるな
ど、装置の高信頼化が図られ、実用化されてい
る。なお７ａはシールドガスの供給パイプであ
る。
一方、鉄などの磁性材料に電流が流れると、そ
の電流の周囲に磁界が発生する。そしてこの材料
にギヤツプがあると、このギヤツプ部から磁束が
漏洩する。被加工物８とアーク溶接トーチ１５に
設けた電極６との間に大電流のアーク放電を発生
させて行うアーク溶接では、この原理を応用した
第８図に示すような溶接線倣いアーク溶接装置が
考案されている。被加工物８に流れる電流により
加工線をなすギヤツプ部１９からは磁束が漏洩す
る。そこで、洩れ磁気センサ１２をギヤツプ部１
９に直交する方向、即ち、Ｙ方向にセンサ駆動部
１３により移動させつつこの洩れ磁束が最大とな
る位置をセンサ信号処理回路１４および位置読取
器１６で検出し、これを制御装置即ち、自動倣い
プロセツサ１７に取り込み、溶接トーチ１５と洩
れ磁気センサ１２との距離差を演算処理し溶接ト
ーチ１５の位置制御を行い、溶接トーチブロツク
１８により溶接線倣いを行つている。
の電流の周囲に磁界が発生する。そしてこの材料
にギヤツプがあると、このギヤツプ部から磁束が
漏洩する。被加工物８とアーク溶接トーチ１５に
設けた電極６との間に大電流のアーク放電を発生
させて行うアーク溶接では、この原理を応用した
第８図に示すような溶接線倣いアーク溶接装置が
考案されている。被加工物８に流れる電流により
加工線をなすギヤツプ部１９からは磁束が漏洩す
る。そこで、洩れ磁気センサ１２をギヤツプ部１
９に直交する方向、即ち、Ｙ方向にセンサ駆動部
１３により移動させつつこの洩れ磁束が最大とな
る位置をセンサ信号処理回路１４および位置読取
器１６で検出し、これを制御装置即ち、自動倣い
プロセツサ１７に取り込み、溶接トーチ１５と洩
れ磁気センサ１２との距離差を演算処理し溶接ト
ーチ１５の位置制御を行い、溶接トーチブロツク
１８により溶接線倣いを行つている。
レーザ溶接は、狭幅な深い溶け込みの溶接がで
きるが、そのような溶接を行うためには、溶接線
とビーム照射位置とを高精度で位置合せすること
が必要である。アーク付加によつて加工能率が向
上するとともに位置合わせに対する裕度はかなり
広くなつた。しかし、薄板などの溶接において
は、被溶接物の前加工精度もあまりよくなく、ま
た、溶接中に変形もおこるため、目はずれや融合
不良など溶接不良が多く発生しており、自動化を
大きく阻害している。
きるが、そのような溶接を行うためには、溶接線
とビーム照射位置とを高精度で位置合せすること
が必要である。アーク付加によつて加工能率が向
上するとともに位置合わせに対する裕度はかなり
広くなつた。しかし、薄板などの溶接において
は、被溶接物の前加工精度もあまりよくなく、ま
た、溶接中に変形もおこるため、目はずれや融合
不良など溶接不良が多く発生しており、自動化を
大きく阻害している。
この発明は、上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、レーザ溶接の高品質、高信
頼化を図るとともに、複雑な形状の被溶接物に対
しても簡単に適用できる溶接線自動倣い機能を備
えたレーザビーム加工装置を得ることを目的とす
る。
めになされたもので、レーザ溶接の高品質、高信
頼化を図るとともに、複雑な形状の被溶接物に対
しても簡単に適用できる溶接線自動倣い機能を備
えたレーザビーム加工装置を得ることを目的とす
る。
この発明に係るレーザビーム加工装置な、レー
ザビームを集光する光学系、レーザビームと同軸
に設けられたアシストガスノズル、このアシスト
ガスノズルの先端に上記レーザビームと同軸に設
けられた電極、この電極と被加工物間に電圧を印
加させるとともにアーク放電を発生させるアーク
放電電源、上記アーク放電による放電電流によ
り、上記被加工物の加工線をなすギヤツプ部に生
じる洩れ磁束を検出する磁気センサ、この磁気セ
ンサの駆動部、上記磁気センサで検出される信号
を処理して上記加工線の位置を求めるセンサ信号
処理手段、及びこのセンサ信号処理手段で得られ
た上記加工線の位置信号に基づいて、上記レーザ
ヘツドの位置制御を行うレーザヘツド駆動部を備
え、上記加工線を自動倣いするようにしたもので
ある。
ザビームを集光する光学系、レーザビームと同軸
に設けられたアシストガスノズル、このアシスト
ガスノズルの先端に上記レーザビームと同軸に設
けられた電極、この電極と被加工物間に電圧を印
加させるとともにアーク放電を発生させるアーク
放電電源、上記アーク放電による放電電流によ
り、上記被加工物の加工線をなすギヤツプ部に生
じる洩れ磁束を検出する磁気センサ、この磁気セ
ンサの駆動部、上記磁気センサで検出される信号
を処理して上記加工線の位置を求めるセンサ信号
処理手段、及びこのセンサ信号処理手段で得られ
た上記加工線の位置信号に基づいて、上記レーザ
ヘツドの位置制御を行うレーザヘツド駆動部を備
え、上記加工線を自動倣いするようにしたもので
ある。
この発明におけるレーザビーム加工装置は、ア
ーク放電電流によつて発生するギヤツプ部での洩
れ磁束を検出することにより自動的に加工線を特
定し、レーザ溶接の進行方向を制御するようにし
たことによつて、常に加工線とビーム照射位置と
整合が図られ、目はずれなど溶接欠陥のない高品
質な溶接が、完全自動で行なえる。
ーク放電電流によつて発生するギヤツプ部での洩
れ磁束を検出することにより自動的に加工線を特
定し、レーザ溶接の進行方向を制御するようにし
たことによつて、常に加工線とビーム照射位置と
整合が図られ、目はずれなど溶接欠陥のない高品
質な溶接が、完全自動で行なえる。
第１図はこの発明の一実施例によるレーザビー
ム加工装置は示す縦断面構成図、第２図はその主
要部を一部切欠いて内部を示す斜視図である。図
において、１２はアーク放電による放電電流によ
り、被加工物８の加工線１９をなすギヤツプ部に
生じる洩れ磁束を検出する磁気センサ、１３はこ
の磁気センサをスキヤンするための駆動部、２０
はこれら磁気センサ１２及び駆動部１３よりなる
センサ格納部をレーザビームを中心軸に回転運動
させる駆動部である。
ム加工装置は示す縦断面構成図、第２図はその主
要部を一部切欠いて内部を示す斜視図である。図
において、１２はアーク放電による放電電流によ
り、被加工物８の加工線１９をなすギヤツプ部に
生じる洩れ磁束を検出する磁気センサ、１３はこ
の磁気センサをスキヤンするための駆動部、２０
はこれら磁気センサ１２及び駆動部１３よりなる
センサ格納部をレーザビームを中心軸に回転運動
させる駆動部である。
第３図はこの発明の一実施例によるレーザビー
ム加工装置を示すブロツク図、第４図はその動作
を示すフローチヤートである。
ム加工装置を示すブロツク図、第４図はその動作
を示すフローチヤートである。
電極６を介して、被溶接物８の厚さ方向の電流
が流れると、被加工物８内に磁気ループが作られ
る。被溶接物８が鋼材のような場合、加工線間の
空気との比磁率の違いによつて、加工線１９上の
洩れ磁気が誘起される。磁気センサ１２は、２個
の磁気検出素子により構成されている。この２個
の磁気センサ１２からの出力は、比較器２１で比
較され、２個のセンサ１２の出力信号が等しくな
るまで、センサ移動用モータの駆動回路２２、セ
ンサ移動用モータ２３、センサ移動用治具等より
なる駆動部１３，２０により磁気センサ１２をス
キヤンする。そして、その位置をリニヤポテンシ
ヨンメータ２５で読み取り、Ａ／Ｄ変換器２６に
よりデイジタル信号に変換してこの出力信号を入
力回路２７、CPU２８、メモリ２９、及び出力
回路３０により処理して加工線の位置を求める。
この位置信号に基づいてレーザヘツドを、ヘツド
移動用モータの駆動回路３１、ヘツド移動用モー
タ、及びヘツド移動用治具３３よりなるレーザヘ
ツド駆動部３４により位置制御する。
が流れると、被加工物８内に磁気ループが作られ
る。被溶接物８が鋼材のような場合、加工線間の
空気との比磁率の違いによつて、加工線１９上の
洩れ磁気が誘起される。磁気センサ１２は、２個
の磁気検出素子により構成されている。この２個
の磁気センサ１２からの出力は、比較器２１で比
較され、２個のセンサ１２の出力信号が等しくな
るまで、センサ移動用モータの駆動回路２２、セ
ンサ移動用モータ２３、センサ移動用治具等より
なる駆動部１３，２０により磁気センサ１２をス
キヤンする。そして、その位置をリニヤポテンシ
ヨンメータ２５で読み取り、Ａ／Ｄ変換器２６に
よりデイジタル信号に変換してこの出力信号を入
力回路２７、CPU２８、メモリ２９、及び出力
回路３０により処理して加工線の位置を求める。
この位置信号に基づいてレーザヘツドを、ヘツド
移動用モータの駆動回路３１、ヘツド移動用モー
タ、及びヘツド移動用治具３３よりなるレーザヘ
ツド駆動部３４により位置制御する。
駆動部１３，２０は複雑な形状に追従できるよ
うに、センサ格納部全体が、レーザヘツドを中心
軸として回転駆動するようになつており、例え
ば、円形状の溶接をも完全自動で行なえるように
なつている。
うに、センサ格納部全体が、レーザヘツドを中心
軸として回転駆動するようになつており、例え
ば、円形状の溶接をも完全自動で行なえるように
なつている。
第４図は、溶接加工線検出の手順を示すフロー
チヤートであり、検出が開始されるとまずセンサ
格納部が回転し（ステツプ（34））、大まかな溶接
加工線検出が行なわれる。そして信号が検出され
ると（ステツプ（35））、磁気センサをスキヤンニ
ングし（ステツプ（36））、２つの磁気センサ信号
が等しくなる点をエンコーダにより検出する（ス
テツプ（36））。そして溶接加工線の計算を行い
（ステツプ（38））、レーザヘツドを駆動する（ス
テツプ（39））。曲線が急激な変化した場合は再び
センサ回転から始める。このようにして、常に溶
接加工線とビーム照射位置との整合が図られ、目
はずれなどの溶接欠陥のない高品質な溶接が完全
自動で行なえる。
チヤートであり、検出が開始されるとまずセンサ
格納部が回転し（ステツプ（34））、大まかな溶接
加工線検出が行なわれる。そして信号が検出され
ると（ステツプ（35））、磁気センサをスキヤンニ
ングし（ステツプ（36））、２つの磁気センサ信号
が等しくなる点をエンコーダにより検出する（ス
テツプ（36））。そして溶接加工線の計算を行い
（ステツプ（38））、レーザヘツドを駆動する（ス
テツプ（39））。曲線が急激な変化した場合は再び
センサ回転から始める。このようにして、常に溶
接加工線とビーム照射位置との整合が図られ、目
はずれなどの溶接欠陥のない高品質な溶接が完全
自動で行なえる。
なお、上記実施例ではセンサ駆動部を駆動部１
３と駆動部２０の２段階としたが駆動部１３の機
能を駆動部２０に含ませてもよい。
３と駆動部２０の２段階としたが駆動部１３の機
能を駆動部２０に含ませてもよい。
以上のように、この発明によれば、高温ガスプ
ラズマを併用したレーザ溶接に対し、溶接線自動
倣い機能を付加する構成をしたので、精度の高い
加工及び、完全自動化が実施できる。
ラズマを併用したレーザ溶接に対し、溶接線自動
倣い機能を付加する構成をしたので、精度の高い
加工及び、完全自動化が実施できる。
第１図はこの発明の一実施例によるレーザビー
ム加工装置を示す縦断面構成図、第２図はその主
要部の一部切欠いて内部を示す斜視図、第３図は
この発明の一実施例によるレーザビーム加工装置
を示すブロツク図、第４図はその動作を示すフロ
ーチヤート、第５図は従来のレーザビーム加工装
置を示す縦断面構成図、第６図はその主要部を示
す縦断面図、第７図は改良された従来のレーザビ
ーム加工装置の主要部を示す縦断面図、及び第８
図は従来の自動倣いアーク溶接装置を示すブロツ
ク構成図である。 図において、２はレーザビーム、４は集光光学
系、５はアシストガスノズル、６は電極、８は被
加工物、９はアーク放電電源、１２は磁気セン
サ、１３，２０はセンサ駆動部、２１は比較器、
２５はリニアポテンシヨメータ、２８はCPU、
２９はメモリ、３４はレーザヘツド駆動部であ
る。なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を
示す。
ム加工装置を示す縦断面構成図、第２図はその主
要部の一部切欠いて内部を示す斜視図、第３図は
この発明の一実施例によるレーザビーム加工装置
を示すブロツク図、第４図はその動作を示すフロ
ーチヤート、第５図は従来のレーザビーム加工装
置を示す縦断面構成図、第６図はその主要部を示
す縦断面図、第７図は改良された従来のレーザビ
ーム加工装置の主要部を示す縦断面図、及び第８
図は従来の自動倣いアーク溶接装置を示すブロツ
ク構成図である。 図において、２はレーザビーム、４は集光光学
系、５はアシストガスノズル、６は電極、８は被
加工物、９はアーク放電電源、１２は磁気セン
サ、１３，２０はセンサ駆動部、２１は比較器、
２５はリニアポテンシヨメータ、２８はCPU、
２９はメモリ、３４はレーザヘツド駆動部であ
る。なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を
示す。
Claims (1)
- １ レーザヘツドより出射する高エネルギー密度
のレーザビームを用いて、被加工物の加工を行う
レーザビーム加工装置において、上記レーザビー
ムを集光する光学系、上記レーザビームと同軸に
設けられたアシストガスノズル、このアシストガ
スノズルの先端に上記レーザビームと同軸に設け
られた電極、この電極と上記被加工物間に電圧を
印加させるとともにアーク放電を発生させるアー
ク放電電源、上記アーク放電による放電電流によ
り、上記被加工物の加工線をなすギヤツプ部に生
じる洩れ磁束を検出する磁気センサ、この磁気セ
ンサの駆動部、上記磁気センサで検出される信号
を処理して上記加工線の位置を求めるセンサ信号
処理手段、及びこのセンサ信号処理手段で得られ
た上記加工線の位置信号に基づいて上記レーザヘ
ツドの位置制御を行うレーザヘツド駆動部を備
え、上記加工線を自動倣いすることを特徴とする
レーザビーム加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60121151A JPS61279390A (ja) | 1985-06-04 | 1985-06-04 | レ−ザビ−ム加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60121151A JPS61279390A (ja) | 1985-06-04 | 1985-06-04 | レ−ザビ−ム加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61279390A JPS61279390A (ja) | 1986-12-10 |
| JPH0359794B2 true JPH0359794B2 (ja) | 1991-09-11 |
Family
ID=14804107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60121151A Granted JPS61279390A (ja) | 1985-06-04 | 1985-06-04 | レ−ザビ−ム加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61279390A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT410067B (de) * | 2000-11-16 | 2003-01-27 | Fronius Schweissmasch Prod | Vorrichtung für einen laser-hybrid-schweissprozess |
-
1985
- 1985-06-04 JP JP60121151A patent/JPS61279390A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61279390A (ja) | 1986-12-10 |
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