JPH0647183B2 - ビ−ム溶接装置の制御装置 - Google Patents

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
響を与える。つまり、２部材間の隙間がある許容限界値
を越える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
隙間が当然あると仮定して、あらかじめその隙間に溶材
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号公報に記載のものが知られている。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、また下方に帯状溶材の連
続供給装置を設け、溶接作業の進行に応じて連続的な溶
材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
続的な溶材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、
或いは当該隙間量に応じた溶材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
状で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
供給手段の溶材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
じた溶材の供給が可能となるもので、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１はビーム溶接装置を示して
おり、このビーム溶接装置１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上に設置される
２つの被溶接部材W₁,W₂（第２図参照）間の突き合せ部
の溶接ラインｌ上に位置して該溶接ラインｌ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ｌ上のビーム照射スポットに
線状の溶材６を連続的に供給する溶材供給装置８と、上
記ビームヘッド４から溶接ラインｌ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ｌ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ｌ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ｌ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１０
で上記溶接ラインｌ方向に反射させ、フオーカスレンズ
（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ｌ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、上記溶材供給装置８は、上記ビームスポットに線
状の溶材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14,14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、上記線状の溶材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Ｗ₁,
Ｗ₂間の溶接ラインｌ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ｌ上に該溶接ラインｌと２
辺Ｐ₁,Ｐ₂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、その入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
影系路途中に介装したハーフミラー（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Ｖ形投影面を有する照射光は、上述のように被溶接
部材Ｗ₁,Ｗ₂の突き合せ部の溶接ラインｌ上を照射２辺
Ｐ₁,Ｐ₂が該溶接ラインｌ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ｌ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Ｐ₁,Ｐ₂を横切る部分Ｃ₁,
Ｃ₂間の溶接ラインｌ上の長さｌ₁は、上記溶接ラインｌ
上から横方向左右のいずれかにずれることにより変動す
る。そして、これら各変動量は、そのままイメージセン
サ１８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Ｓ₁で上記Ｖ形照射スポットの２
辺Ｐ₁,Ｐ₂間の上記溶接ラインｌ上の長さｌ₁の変動から
溶接用ビームヘッド４と溶接ラインｌとの左右方向への
相対的位置変動を検出（ｌ₁検出）し、次にステップＳ₂
で該検出値ｌ₁をセンターポイントを示す基準値ａと比
較し、ｌ₁＞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、ｌ₁＜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ｌ中
心に一致、つまりｌ₁の値が常に一定（ｌ₁＝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ｌ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Ｓ₅では、該隙間
量αを検出し、次にステップＳ₆でこの検出量αを所定
の基準値ｂと比較する。その結果、α＞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ｌの最大許容隙間量における反射光
量、Ｋは演算定数である。次にステップＳ₈では、上記
隙間の大きさに応じた上記溶材供給量の演算（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１
５を駆動する。これにより、実際の隙間量に対応した最
適ビーム容量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
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
記溶材供給手段の溶材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
量に応じた溶材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。

【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。 １……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……溶材 ７……レーザ光源 ８……溶材供給装置 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 ｌ……溶接ライン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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
   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。