JPH1119787A - レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 - Google Patents
レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置Info
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- JPH1119787A JPH1119787A JP9178381A JP17838197A JPH1119787A JP H1119787 A JPH1119787 A JP H1119787A JP 9178381 A JP9178381 A JP 9178381A JP 17838197 A JP17838197 A JP 17838197A JP H1119787 A JPH1119787 A JP H1119787A
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- welding
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザビームの走査速度に対応可能、かつ高
精度に溶接線位置の検出をしつつレーザ溶接を行えるよ
うにする。 【解決手段】 薄板１５と厚板１７との突き合わせ溶接
を行う際に、振動ユニット３１によって軸部２９を中心
に一定角度範囲で平面ミラー２３を振動させることで、
レーザビーム１９を溶接線Ｗと直交する図１中で紙面に
直交する方向に振動させる。レーザビーム照射時に薄板
１５及び厚板１７からそれぞれ発生するプラズマ光４１
は、レーザビーム１９の焦点位置が薄板１５と厚板１７
とで異なることから強度が互いに異なり、このプラズマ
光強度の時間変化をフォトセンサ３９が検知して、レー
ザビーム１９が溶接線Ｗに対して薄板１５あるいは厚板
１７のいずれかに振動中心がずれているかをコンピュー
タ４９が判断し、ぞのずれ量を補正するよう振動ユニッ
ト３１の動作を制御する。
精度に溶接線位置の検出をしつつレーザ溶接を行えるよ
うにする。 【解決手段】 薄板１５と厚板１７との突き合わせ溶接
を行う際に、振動ユニット３１によって軸部２９を中心
に一定角度範囲で平面ミラー２３を振動させることで、
レーザビーム１９を溶接線Ｗと直交する図１中で紙面に
直交する方向に振動させる。レーザビーム照射時に薄板
１５及び厚板１７からそれぞれ発生するプラズマ光４１
は、レーザビーム１９の焦点位置が薄板１５と厚板１７
とで異なることから強度が互いに異なり、このプラズマ
光強度の時間変化をフォトセンサ３９が検知して、レー
ザビーム１９が溶接線Ｗに対して薄板１５あるいは厚板
１７のいずれかに振動中心がずれているかをコンピュー
タ４９が判断し、ぞのずれ量を補正するよう振動ユニッ
ト３１の動作を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、板厚の異なる板
材相互の突き合わせ溶接、あるいは板材相互を重ね合わ
せた際の隅肉溶接などのように、板材相互を溶接接合す
る合わせ部に段差部が形成され、この段差部における合
わせ部に対してレーザビームを照射して溶接を行うレー
ザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。
材相互の突き合わせ溶接、あるいは板材相互を重ね合わ
せた際の隅肉溶接などのように、板材相互を溶接接合す
る合わせ部に段差部が形成され、この段差部における合
わせ部に対してレーザビームを照射して溶接を行うレー
ザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ溶接は、生産性が高く高品質の継
ぎ手が得られるが、レーザビームの集光スポット径が
０．１〜０．６mm程度と小さいため、溶接部位に対して
レーザビームの狙い位置に誤差が発生しやすく、溶接接
合部の強度低下を招きやすい。例えば、図６に示す板厚
の異なる板材１，３相互の突き合わせ溶接における合わ
せ部５及び、図７に示す板材７，９相互を重ね合わせた
際の隅肉溶接における合わせ部１１などのように、板材
相互間で段差部を備えたものにおいても、レーザビーム
１３を溶接線Ｗに沿って正確に走査することが要求され
る。
ぎ手が得られるが、レーザビームの集光スポット径が
０．１〜０．６mm程度と小さいため、溶接部位に対して
レーザビームの狙い位置に誤差が発生しやすく、溶接接
合部の強度低下を招きやすい。例えば、図６に示す板厚
の異なる板材１，３相互の突き合わせ溶接における合わ
せ部５及び、図７に示す板材７，９相互を重ね合わせた
際の隅肉溶接における合わせ部１１などのように、板材
相互間で段差部を備えたものにおいても、レーザビーム
１３を溶接線Ｗに沿って正確に走査することが要求され
る。
【０００３】溶接線位置の検出技術として従来では、静
電容量あるいは光切断法（株式会社東芝 重電技術研究
所 中山和雄、木村盛一郎、杉山貞夫「レーザ溶接にお
ける溶接線の検出」第２６回レーザ熱加工研究会論文集
平成３年７月 pp.31-41参照）などの画像処理の適用
が検討されている。
電容量あるいは光切断法（株式会社東芝 重電技術研究
所 中山和雄、木村盛一郎、杉山貞夫「レーザ溶接にお
ける溶接線の検出」第２６回レーザ熱加工研究会論文集
平成３年７月 pp.31-41参照）などの画像処理の適用
が検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の溶接線の検出方法では、次のような問題がある
ことから、実用的ではない。
た従来の溶接線の検出方法では、次のような問題がある
ことから、実用的ではない。
【０００５】（１）０．０１mmオーダの位置制御を、レ
ーザ溶接の走査速度である数１０mm/secの加工速度に対
応して行うには無理がある。
ーザ溶接の走査速度である数１０mm/secの加工速度に対
応して行うには無理がある。
【０００６】（２）レーザビームを照射する際に、材料
が溶融して蒸発し、このとき誘起される高温のプラズマ
から、光，音及び電磁波が発生してセンサ部に対して強
力なノイズ源となり、検出精度が低下する。
が溶融して蒸発し、このとき誘起される高温のプラズマ
から、光，音及び電磁波が発生してセンサ部に対して強
力なノイズ源となり、検出精度が低下する。
【０００７】そこで、この発明は、レーザビームの走査
速度に対応可能、かつ高精度に溶接線位置の検出をしつ
つレーザ溶接を行えるようにすることを目的としてい
る。
速度に対応可能、かつ高精度に溶接線位置の検出をしつ
つレーザ溶接を行えるようにすることを目的としてい
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、板材相互を溶接接合する合わせ
部に段差部が形成され、この段差部における溶接線に沿
って移動しつつ照射するレーザビームを、前記溶接線と
直交する方向に前記板材相互にわたって往復動させるべ
く振動させ、前記各板材へのレーザビーム照射により発
生するプラズマ光の強度の、前記振動に伴う時間変化に
基づいて、前記レーザビームの振動中心の前記溶接線に
対するずれ方向及びずれ量を求め、この求めたずれ方向
及びずれ量に基づいて前記レーザビームの振動中心を前
記溶接線に一致するよう補正するものとしてある。
に、請求項１の発明は、板材相互を溶接接合する合わせ
部に段差部が形成され、この段差部における溶接線に沿
って移動しつつ照射するレーザビームを、前記溶接線と
直交する方向に前記板材相互にわたって往復動させるべ
く振動させ、前記各板材へのレーザビーム照射により発
生するプラズマ光の強度の、前記振動に伴う時間変化に
基づいて、前記レーザビームの振動中心の前記溶接線に
対するずれ方向及びずれ量を求め、この求めたずれ方向
及びずれ量に基づいて前記レーザビームの振動中心を前
記溶接線に一致するよう補正するものとしてある。
【０００９】上記したレーザ溶接方法によれば、一方の
板材と他方の板材とで発生するプラズマ光の強度が異な
り、このプラズマ光強度のレーザビームの振動による時
間変化により、振動中心が溶接線に対してどちらにどれ
だけずれているかを、つまりレーザビームの振動中心の
ずれ方向及びずれ量を、求めることができる。この求め
たずれ方向及びずれ量に基づいて、レーザビームの振動
中心を溶接線に一致するよう補正し、これによりレーザ
ビームが溶接線に沿って正確に走査される。
板材と他方の板材とで発生するプラズマ光の強度が異な
り、このプラズマ光強度のレーザビームの振動による時
間変化により、振動中心が溶接線に対してどちらにどれ
だけずれているかを、つまりレーザビームの振動中心の
ずれ方向及びずれ量を、求めることができる。この求め
たずれ方向及びずれ量に基づいて、レーザビームの振動
中心を溶接線に一致するよう補正し、これによりレーザ
ビームが溶接線に沿って正確に走査される。
【００１０】請求項２の発明は、板材相互を溶接接合す
る合わせ部に段差部が形成され、この段差部における溶
接線に沿って移動しつつ照射するレーザビームを、前記
溶接線と直交する方向に前記板材相互にわたって往復動
させるべく振動させる振動発生手段と、前記各板材への
レーザビーム照射により発生するプラズマ光の強度を検
知するプラズマ光検知手段と、このプラズマ光検知手段
が検知した前記プラズマ光の強度の、前記振動に伴う時
間変化に基づいて、前記レーザビームの振動中心の前記
溶接線に対するずれ方向及びずれ量を求めるとともに、
この求めたずれ方向及びずれ量に基づいて、前記レーザ
ビームの振動中心を前記溶接線に一致するよう補正して
前記振動発生手段を動作させる制御手段とを有する構成
としてある。
る合わせ部に段差部が形成され、この段差部における溶
接線に沿って移動しつつ照射するレーザビームを、前記
溶接線と直交する方向に前記板材相互にわたって往復動
させるべく振動させる振動発生手段と、前記各板材への
レーザビーム照射により発生するプラズマ光の強度を検
知するプラズマ光検知手段と、このプラズマ光検知手段
が検知した前記プラズマ光の強度の、前記振動に伴う時
間変化に基づいて、前記レーザビームの振動中心の前記
溶接線に対するずれ方向及びずれ量を求めるとともに、
この求めたずれ方向及びずれ量に基づいて、前記レーザ
ビームの振動中心を前記溶接線に一致するよう補正して
前記振動発生手段を動作させる制御手段とを有する構成
としてある。
【００１１】上記構成によれば、レーザビームを振動発
生手段により溶接線と直交する方向に振動させ、この振
動状態でレーザビームを溶接線に沿って走査させてレー
ザ溶接を行う。ここで、レーザビームの板材への照射に
より発生するプラズマ光の強度は、一方の板材と他方の
板材とで異なり、このプラズマ光強度のレーザビームの
振動による時間変化により、振動中心が溶接線に対して
どちらにどれだけずれているかが、つまりレーザビーム
の振動中心のずれ方向及びずれ量が、求まる。この求め
たずれ方向及びずれ量に基づいて、レーザビームの振動
中心を溶接線に一致するよう補正すべく振動発生手段を
動作させ、これによりレーザビームが溶接線に沿って正
確に走査される。
生手段により溶接線と直交する方向に振動させ、この振
動状態でレーザビームを溶接線に沿って走査させてレー
ザ溶接を行う。ここで、レーザビームの板材への照射に
より発生するプラズマ光の強度は、一方の板材と他方の
板材とで異なり、このプラズマ光強度のレーザビームの
振動による時間変化により、振動中心が溶接線に対して
どちらにどれだけずれているかが、つまりレーザビーム
の振動中心のずれ方向及びずれ量が、求まる。この求め
たずれ方向及びずれ量に基づいて、レーザビームの振動
中心を溶接線に一致するよう補正すべく振動発生手段を
動作させ、これによりレーザビームが溶接線に沿って正
確に走査される。
【００１２】請求項３の発明は、請求項２の発明の構成
において、振動発生手段は、溶接接合する合わせ部に向
けてレーザビームを集光させるミラーを振動させる構成
としてある。
において、振動発生手段は、溶接接合する合わせ部に向
けてレーザビームを集光させるミラーを振動させる構成
としてある。
【００１３】上記構成によれば、ミラーが振動すること
で、集光されたレーザビームが、溶接線と直交する方
向、すなわち一方の板材と他方の板材との間を往復する
方向に振動する。
で、集光されたレーザビームが、溶接線と直交する方
向、すなわち一方の板材と他方の板材との間を往復する
方向に振動する。
【００１４】請求項４の発明は、請求項３の発明の構成
において、ミラーを振動させる振動発生手段は、ミラー
に対しその反射面と平行な状態で一端に接続した軸部の
他端が、永久磁石及び電圧印加されるコイルによってそ
れぞれ発生する磁界の相互作用で回転する前記永久磁石
とコイルとのいずれか一方に接続固定されている構成と
してある。
において、ミラーを振動させる振動発生手段は、ミラー
に対しその反射面と平行な状態で一端に接続した軸部の
他端が、永久磁石及び電圧印加されるコイルによってそ
れぞれ発生する磁界の相互作用で回転する前記永久磁石
とコイルとのいずれか一方に接続固定されている構成と
してある。
【００１５】上記構成によれば、永久磁石及びコイルの
いずれか一方が磁界の影響を受けて一定角度範囲内にて
回転方向に振動し、これに伴い軸を介して接続されたミ
ラーが振動することで、ミラーによって集光されたレー
ザビームが溶接線と直交する方向、すなわち一方の板材
と他方の板材との間を往復する方向に振動する。
いずれか一方が磁界の影響を受けて一定角度範囲内にて
回転方向に振動し、これに伴い軸を介して接続されたミ
ラーが振動することで、ミラーによって集光されたレー
ザビームが溶接線と直交する方向、すなわち一方の板材
と他方の板材との間を往復する方向に振動する。
【００１６】請求項５の発明は、請求項２の発明の構成
において、段差部は、板厚の異なる板材相互の端面を突
き合わせて形成されるものとしてある。
において、段差部は、板厚の異なる板材相互の端面を突
き合わせて形成されるものとしてある。
【００１７】上記構成によれば、板厚の異なる各板材の
端面相互を突き合わせると、この突き合わせ部分に段差
部が形成され、この段差部における板材相互の合わせ部
の溶接線に沿ってレーザビームを、溶接線を中心として
板材相互間を往復動させるべく振動させつつ照射してレ
ーザ溶接がなされる。
端面相互を突き合わせると、この突き合わせ部分に段差
部が形成され、この段差部における板材相互の合わせ部
の溶接線に沿ってレーザビームを、溶接線を中心として
板材相互間を往復動させるべく振動させつつ照射してレ
ーザ溶接がなされる。
【００１８】請求項６の発明は、請求項２の発明の構成
において、段差部は、板材相互を重ね合わせて形成され
るものとしてある。
において、段差部は、板材相互を重ね合わせて形成され
るものとしてある。
【００１９】上記構成によれば、板材相互を重ね合わせ
ると、その合わせ部分に段差部が形成され、この段差部
における板材相互の合わせ部の溶接線に沿ってレーザビ
ームを、溶接線を中心として板材相互間を往復動させる
べく振動させつつ照射してレーザ溶接がなされる。
ると、その合わせ部分に段差部が形成され、この段差部
における板材相互の合わせ部の溶接線に沿ってレーザビ
ームを、溶接線を中心として板材相互間を往復動させる
べく振動させつつ照射してレーザ溶接がなされる。
【００２０】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、一方の板材と
他方の板材とで発生するプラズマ光の強度が異なり、こ
のプラズマ光強度のレーザビームの振動による時間変化
により、溶接線に対するレーザビームの振動中心のずれ
方向及びずれ量を求め、この求めたずれ方向及びずれ量
に基づいて、レーザビームの振動中心を溶接線に一致す
るよう補正するので、レーザビームを溶接線に沿って正
確に走査できる。
他方の板材とで発生するプラズマ光の強度が異なり、こ
のプラズマ光強度のレーザビームの振動による時間変化
により、溶接線に対するレーザビームの振動中心のずれ
方向及びずれ量を求め、この求めたずれ方向及びずれ量
に基づいて、レーザビームの振動中心を溶接線に一致す
るよう補正するので、レーザビームを溶接線に沿って正
確に走査できる。
【００２１】請求項２の発明によれば、一方の板材と他
方の板材とで発生するプラズマ光の強度が異なり、この
プラズマ光強度のレーザビームの振動による時間変化に
より、溶接線に対するレーザビームの振動中心のずれ方
向及びずれ量を求め、この求めたずれ方向及びずれ量に
基づいて、レーザビームの振動中心が溶接線に一致すべ
く補正するように構成したので、レーザビームを溶接線
に沿って正確に走査できる。この場合、プラズマ光の検
出速度及び補正機構の応答速度は、レーザビームの振動
周波数に依存するので、レーザ加工速度に充分対応で
き、またプラズマ光の強度を検知する手段としてフォト
センサなどを使用できるので、ノイズの影響を受けるこ
となく高精度な溶接線の検出が可能となる。
方の板材とで発生するプラズマ光の強度が異なり、この
プラズマ光強度のレーザビームの振動による時間変化に
より、溶接線に対するレーザビームの振動中心のずれ方
向及びずれ量を求め、この求めたずれ方向及びずれ量に
基づいて、レーザビームの振動中心が溶接線に一致すべ
く補正するように構成したので、レーザビームを溶接線
に沿って正確に走査できる。この場合、プラズマ光の検
出速度及び補正機構の応答速度は、レーザビームの振動
周波数に依存するので、レーザ加工速度に充分対応で
き、またプラズマ光の強度を検知する手段としてフォト
センサなどを使用できるので、ノイズの影響を受けるこ
となく高精度な溶接線の検出が可能となる。
【００２２】請求項３の発明によれば、ミラーが振動す
ることで、集光したレーザビームが、溶接線と直交する
方向、すなわち一方の板材と他方の板材との間を往復す
る方向に振動するので、溶接線に対するレーザビームの
振動中心のずれ方向及びずれ量を求めることができ、こ
れに基づきレーザビームの振動中心位置を補正してレー
ザビームを溶接線に沿って正確に走査できるものとな
る。
ることで、集光したレーザビームが、溶接線と直交する
方向、すなわち一方の板材と他方の板材との間を往復す
る方向に振動するので、溶接線に対するレーザビームの
振動中心のずれ方向及びずれ量を求めることができ、こ
れに基づきレーザビームの振動中心位置を補正してレー
ザビームを溶接線に沿って正確に走査できるものとな
る。
【００２３】請求項４の発明によれば、振動発生手段
は、永久磁石あるいはコイルが回転振動する際の振動範
囲の中心位置を自由に設定できるので、レーザビームの
振動中心の補正を容易に行うことができる。
は、永久磁石あるいはコイルが回転振動する際の振動範
囲の中心位置を自由に設定できるので、レーザビームの
振動中心の補正を容易に行うことができる。
【００２４】請求項５の発明によれば、板厚の異なる各
板材の端面相互を突き合わせると、この突き合わせ部分
に段差部が形成され、この段差部における板材相互の合
わせ部の溶接線に沿ってレーザビームを、溶接線を中心
として板材相互間を往復動させるべく振動させつつ照射
することで、溶接線に沿ったレーザ溶接が正確になされ
る。
板材の端面相互を突き合わせると、この突き合わせ部分
に段差部が形成され、この段差部における板材相互の合
わせ部の溶接線に沿ってレーザビームを、溶接線を中心
として板材相互間を往復動させるべく振動させつつ照射
することで、溶接線に沿ったレーザ溶接が正確になされ
る。
【００２５】請求項６の発明によれば、板材相互を重ね
合わせると、その合わせ部分に段差部が形成され、この
段差部における板材相互の合わせ部の溶接線に沿ってレ
ーザビームを、溶接線を中心として板材相互間を往復動
させるべく振動させつつ照射することで、溶接線に沿っ
たレーザ溶接が正確になされる。
合わせると、その合わせ部分に段差部が形成され、この
段差部における板材相互の合わせ部の溶接線に沿ってレ
ーザビームを、溶接線を中心として板材相互間を往復動
させるべく振動させつつ照射することで、溶接線に沿っ
たレーザ溶接が正確になされる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき説明する。
面に基づき説明する。
【００２７】図１は、この発明の実施の一形態を示すレ
ーザ溶接装置の全体構成図であり、ここでは板厚の異な
る２種の板材、すなわち薄板１５及び厚板１７の各端面
相互を突き合わせて溶接を行う、前記図６に示した突き
合わせ溶接に適用している。図１は、薄板１５側から厚
板１７側を見た図であり、これら薄板１５及び厚板１７
相互の合わせ部１８は、板厚差によって段差部が形成さ
れ、この段差部を備えた合わせ部１８には、図中で左右
方向に延長される直線状の溶接線Ｗを備える。レーザビ
ーム１９は、図示外のレーザ発振器から出力されたもの
が、円形の放物面ミラー２１及び円形の平面ミラー２３
でそれぞれ反射して薄板１５及び厚板１７相互の合わせ
部１８に向け、前記溶接線Ｗに沿って走査しつつ照射さ
れる。
ーザ溶接装置の全体構成図であり、ここでは板厚の異な
る２種の板材、すなわち薄板１５及び厚板１７の各端面
相互を突き合わせて溶接を行う、前記図６に示した突き
合わせ溶接に適用している。図１は、薄板１５側から厚
板１７側を見た図であり、これら薄板１５及び厚板１７
相互の合わせ部１８は、板厚差によって段差部が形成さ
れ、この段差部を備えた合わせ部１８には、図中で左右
方向に延長される直線状の溶接線Ｗを備える。レーザビ
ーム１９は、図示外のレーザ発振器から出力されたもの
が、円形の放物面ミラー２１及び円形の平面ミラー２３
でそれぞれ反射して薄板１５及び厚板１７相互の合わせ
部１８に向け、前記溶接線Ｗに沿って走査しつつ照射さ
れる。
【００２８】放物面ミラー２１は、レーザ発振器からの
出力方向と平行な鉛直方向に対し４５度傾斜した状態で
ハウジング２７の下方に固定されており、一方平面ミラ
ー２３は放物面ミラー２１に対向する位置のハウジング
２７の外部に配置されている。この平面ミラー２３は、
その反射面と平行な軸部２９を介して振動発生手段とし
ての振動ユニット３１に接続されている。上記ハウジン
グ２７は、レーザビーム１９が溶接線Ｗに沿って走査可
能なように、図中で左右方向に移動可能である。
出力方向と平行な鉛直方向に対し４５度傾斜した状態で
ハウジング２７の下方に固定されており、一方平面ミラ
ー２３は放物面ミラー２１に対向する位置のハウジング
２７の外部に配置されている。この平面ミラー２３は、
その反射面と平行な軸部２９を介して振動発生手段とし
ての振動ユニット３１に接続されている。上記ハウジン
グ２７は、レーザビーム１９が溶接線Ｗに沿って走査可
能なように、図中で左右方向に移動可能である。
【００２９】振動ユニット３１は、ハウジング２７の側
部に取付ブラケット３３を介して取り付けられており、
軸部２９をその軸心を中心とした回転方向に一定角度範
囲で振動させ、これに伴い平面ミラー２３も同方向に振
動し、結果としてレーザビーム１９は、溶接線Ｗに対し
て直交する方向、すなわち図１中で紙面に直交する方向
に振動し、溶接線Ｗを境にして薄板１５及び厚板１７相
互にわたって往復動することになる。振動ユニット３１
の具体例としては、磁界中に配置したムービングコイル
を内蔵し、電圧によって角度変化するガルバノメータを
利用したもので、ムービングコイルの回転中心に軸部２
９を接続する。
部に取付ブラケット３３を介して取り付けられており、
軸部２９をその軸心を中心とした回転方向に一定角度範
囲で振動させ、これに伴い平面ミラー２３も同方向に振
動し、結果としてレーザビーム１９は、溶接線Ｗに対し
て直交する方向、すなわち図１中で紙面に直交する方向
に振動し、溶接線Ｗを境にして薄板１５及び厚板１７相
互にわたって往復動することになる。振動ユニット３１
の具体例としては、磁界中に配置したムービングコイル
を内蔵し、電圧によって角度変化するガルバノメータを
利用したもので、ムービングコイルの回転中心に軸部２
９を接続する。
【００３０】振動ユニット３１には、アンプ３３を介し
てファンクションジェネレータ（波形発生器）３５が接
続されており、ファンクションジェネレータ３５で発生
した波形信号をアンプ３３で増幅して振動ユニット３１
に出力し振動ユニット３１を駆動する。
てファンクションジェネレータ（波形発生器）３５が接
続されており、ファンクションジェネレータ３５で発生
した波形信号をアンプ３３で増幅して振動ユニット３１
に出力し振動ユニット３１を駆動する。
【００３１】ハウジング２７の下部のレーザビーム１９
の走査方向（図１中で右方向）前方側には、ブラケット
３７を介してフォトセンサ３９が取り付けられている。
フォトセンサ３９は、薄板１５及び厚板１７が、レーザ
ビーム１９の照射を受ける際に、溶融・蒸発・電離して
発生するプラズマ光４１の強度を検知するプラズマ光検
知手段を構成するもので、フォトダイオードで構成され
ている。
の走査方向（図１中で右方向）前方側には、ブラケット
３７を介してフォトセンサ３９が取り付けられている。
フォトセンサ３９は、薄板１５及び厚板１７が、レーザ
ビーム１９の照射を受ける際に、溶融・蒸発・電離して
発生するプラズマ光４１の強度を検知するプラズマ光検
知手段を構成するもので、フォトダイオードで構成され
ている。
【００３２】ここで、フォトセンサ３９の出力は、板材
の板厚及びレーザビームの焦点位置によって、図２に示
すように変化する。図２において、実線で示すデータは
板厚が１mmで、破線で示すデータは板厚が２mmの板材で
ある。横軸に示した焦点位置は、「０」のとき焦点が板
材の表面に位置し、「１」，「２」と正の値のときは焦
点が板材の表面よりそれぞれ１mm，２mm上方に位置し、
逆に「−１」，「−２」と負の値のときは焦点が板材の
表面からそれぞれ１mm，２mm内部側に位置するものとす
る。
の板厚及びレーザビームの焦点位置によって、図２に示
すように変化する。図２において、実線で示すデータは
板厚が１mmで、破線で示すデータは板厚が２mmの板材で
ある。横軸に示した焦点位置は、「０」のとき焦点が板
材の表面に位置し、「１」，「２」と正の値のときは焦
点が板材の表面よりそれぞれ１mm，２mm上方に位置し、
逆に「−１」，「−２」と負の値のときは焦点が板材の
表面からそれぞれ１mm，２mm内部側に位置するものとす
る。
【００３３】上記図２によれば、いずれの板厚において
も、焦点位置が「０」を境してプラス側及びマイナス側
にずれることによってプラズマ発光強度が高まり、プラ
ス側は「１．５」、マイナス側は「−２．５」付近の焦
点位置で、それぞれ最大となる。ここで、薄板１５及び
厚板１７相互を突き合わせ溶接する際に、焦点位置を薄
板１５に対して「０」とした場合、つまり焦点位置を薄
板１５の表面に設定した場合、縦軸の出力レベルは、薄
板１５については「Ａ」に相当する値となり、一方厚板
１７については、焦点位置が材料の内部の「−１」に位
置することになるので、「Ｂ」に相当する値となって薄
板１５側より高いものとなる。
も、焦点位置が「０」を境してプラス側及びマイナス側
にずれることによってプラズマ発光強度が高まり、プラ
ス側は「１．５」、マイナス側は「−２．５」付近の焦
点位置で、それぞれ最大となる。ここで、薄板１５及び
厚板１７相互を突き合わせ溶接する際に、焦点位置を薄
板１５に対して「０」とした場合、つまり焦点位置を薄
板１５の表面に設定した場合、縦軸の出力レベルは、薄
板１５については「Ａ」に相当する値となり、一方厚板
１７については、焦点位置が材料の内部の「−１」に位
置することになるので、「Ｂ」に相当する値となって薄
板１５側より高いものとなる。
【００３４】このため、レーザビーム１９を振動ユニッ
ト３１によって溶接線Ｗと直交する方向に振動させて、
薄板１５及び厚板１７相互間を往復振動させれば、板材
に対する焦点位置が薄板１５と厚板１７とで変化するの
で、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）のいずれかのタイプの
波形が得られることになる。図３（ａ）はレーザビーム
１９の振動中心が、図４（ａ）のように厚板１７側にず
れた場合であり、図２に示した出力レベルＢの出力時間
が長い波形となっている。一方、図３（ｂ）は振動中心
が、図４（ｂ）のように薄板１５側にずれた場合であ
り、図２に示した出力レベルＡの出力時間が長い波形と
なっている。図３（ｃ）は振動中心が、いずれの側にも
ずれず、図４（ｃ）のように板材相互の溶接線Ｗに一致
している場合であり、図２に示した出力レベルＡ，Ｂの
各出力時間が均等になっている。
ト３１によって溶接線Ｗと直交する方向に振動させて、
薄板１５及び厚板１７相互間を往復振動させれば、板材
に対する焦点位置が薄板１５と厚板１７とで変化するの
で、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）のいずれかのタイプの
波形が得られることになる。図３（ａ）はレーザビーム
１９の振動中心が、図４（ａ）のように厚板１７側にず
れた場合であり、図２に示した出力レベルＢの出力時間
が長い波形となっている。一方、図３（ｂ）は振動中心
が、図４（ｂ）のように薄板１５側にずれた場合であ
り、図２に示した出力レベルＡの出力時間が長い波形と
なっている。図３（ｃ）は振動中心が、いずれの側にも
ずれず、図４（ｃ）のように板材相互の溶接線Ｗに一致
している場合であり、図２に示した出力レベルＡ，Ｂの
各出力時間が均等になっている。
【００３５】これらの得られた波形、すなわちフォトセ
ンサ３９の出力値は、フィルタ４３及びアンプ４５を介
してＡ／Ｄ変換器４７に入力され、さらに制御手段とし
てのコンピュータ４９に入力される。コンピュータ４９
は、レーザビーム１９の振動中心が、溶接線Ｗに一致し
ている前記図３（ｃ）に対し、図３（ａ）のように厚板
１７側か、あるいは図３（ｂ）のように薄板１５側のい
ずれかにどの程度ずれているかを判断する。
ンサ３９の出力値は、フィルタ４３及びアンプ４５を介
してＡ／Ｄ変換器４７に入力され、さらに制御手段とし
てのコンピュータ４９に入力される。コンピュータ４９
は、レーザビーム１９の振動中心が、溶接線Ｗに一致し
ている前記図３（ｃ）に対し、図３（ａ）のように厚板
１７側か、あるいは図３（ｂ）のように薄板１５側のい
ずれかにどの程度ずれているかを判断する。
【００３６】上記ずれ量とずれ方向のデータは、Ｄ／Ａ
変換器５１を介してオフセット信号としてアンプ３３に
入力される。つまり、このオフセット信号がアンプ３３
に入力されることで、ずれ量及びずれ方向に応じて振動
ユニット３１が、レーザビーム１９の振動中心を溶接線
Ｗに一致するよう補正することが可能となる。振動ユニ
ット３１は、内蔵するムービングコイルが回転振動する
際の振動範囲の中心位置を自由に設定できるので、レー
ザビーム１９の振動中心の補正は容易にできる。なお、
振動ユニットは、ムービングコイルに代えて磁石を回転
可能に配置し、その周囲にコイルを配置する構成として
もよい。
変換器５１を介してオフセット信号としてアンプ３３に
入力される。つまり、このオフセット信号がアンプ３３
に入力されることで、ずれ量及びずれ方向に応じて振動
ユニット３１が、レーザビーム１９の振動中心を溶接線
Ｗに一致するよう補正することが可能となる。振動ユニ
ット３１は、内蔵するムービングコイルが回転振動する
際の振動範囲の中心位置を自由に設定できるので、レー
ザビーム１９の振動中心の補正は容易にできる。なお、
振動ユニットは、ムービングコイルに代えて磁石を回転
可能に配置し、その周囲にコイルを配置する構成として
もよい。
【００３７】図５は、上記したレーザ溶接装置の動作を
示すフローチャートである。まず、コンピュータ４９
が、ファンクションジェネレータ３５からトリガ信号と
なる同期信号の入力を受けると（ステップ１０１）、プ
ラズマ光の発光強度の計測開始処理が実行される（ステ
ップ１０３）。すなわち、ファンクションジェネレータ
３５からアンプ３３を介して振動ユニット３１が動作
し、レーザビーム１９が薄板１５と厚板１７との間を往
復振動する。このとき、レーザビーム１９はハウジング
２７の移動によって溶接線Ｗに沿って図１中で右方向に
走査しており、このレーザビーム１９の照射によって薄
板１５及び厚板１７からプラズマ光４１が発生してい
る。
示すフローチャートである。まず、コンピュータ４９
が、ファンクションジェネレータ３５からトリガ信号と
なる同期信号の入力を受けると（ステップ１０１）、プ
ラズマ光の発光強度の計測開始処理が実行される（ステ
ップ１０３）。すなわち、ファンクションジェネレータ
３５からアンプ３３を介して振動ユニット３１が動作
し、レーザビーム１９が薄板１５と厚板１７との間を往
復振動する。このとき、レーザビーム１９はハウジング
２７の移動によって溶接線Ｗに沿って図１中で右方向に
走査しており、このレーザビーム１９の照射によって薄
板１５及び厚板１７からプラズマ光４１が発生してい
る。
【００３８】レーザビーム１９の往復振動が１サイクル
終了したら（ステップ１０５）、フォトセンサ３９によ
って検知しているプラズマ光４１の発光強度に対応す
る、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したような波形を
解析する（ステップ１０７）。次に、薄板１５側でのプ
ラズマ光強度に対応する出力レベル信号Ａの出力時間Ｔ
aと、厚板１７側でのプラズマ光強度に対応する出力レ
ベル信号Ｂの出力時間Ｔbとの比率が、両者均等の場合
に比較してどれだけずれているかを判断する（ステップ
１０９）。
終了したら（ステップ１０５）、フォトセンサ３９によ
って検知しているプラズマ光４１の発光強度に対応す
る、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したような波形を
解析する（ステップ１０７）。次に、薄板１５側でのプ
ラズマ光強度に対応する出力レベル信号Ａの出力時間Ｔ
aと、厚板１７側でのプラズマ光強度に対応する出力レ
ベル信号Ｂの出力時間Ｔbとの比率が、両者均等の場合
に比較してどれだけずれているかを判断する（ステップ
１０９）。
【００３９】ここで、Ｔa＜Ｔbであれば、図３（ａ）及
び図４（ａ）のように、レーザビーム１９の振動中心は
厚板１７側にその差分だけずれており、このためその振
動中心を薄板１５側に所定量寄せて溶接線Ｗに一致させ
る（ステップ１１１）。逆に、Ｔa＞Ｔbであれば、図３
（ｂ）及び図４（ｂ）のように、レーザビーム１９の振
動中心は薄板１５側にその差分だけずれており、このた
めその振動中心を厚板１７側に所定量寄せて溶接線Ｗに
一致させる（ステップ１１３）。また、Ｔa＝Ｔbの場合
には、レーザビーム１９の振動中心が溶接線Ｗに一致し
ているので、振動中心の位置補正は行わない。そして、
レーザ溶接加工が終了すると（ステップ１１５）、上記
計測動作は終了する。
び図４（ａ）のように、レーザビーム１９の振動中心は
厚板１７側にその差分だけずれており、このためその振
動中心を薄板１５側に所定量寄せて溶接線Ｗに一致させ
る（ステップ１１１）。逆に、Ｔa＞Ｔbであれば、図３
（ｂ）及び図４（ｂ）のように、レーザビーム１９の振
動中心は薄板１５側にその差分だけずれており、このた
めその振動中心を厚板１７側に所定量寄せて溶接線Ｗに
一致させる（ステップ１１３）。また、Ｔa＝Ｔbの場合
には、レーザビーム１９の振動中心が溶接線Ｗに一致し
ているので、振動中心の位置補正は行わない。そして、
レーザ溶接加工が終了すると（ステップ１１５）、上記
計測動作は終了する。
【００４０】このように、レーザビーム１９の溶接線Ｗ
に直交する方向の振動中心の溶接線Ｗに対するずれを、
薄板１５と厚板１７とで発光強度の異なるプラズマ光を
検知することで求め、そのずれを補正するようにしたの
で、レーザビーム１９を確実に溶接線Ｗに沿って走査さ
せることができる。フォトセンサ３９によってプラズマ
光４１の強度を検知していることから、プラズマ光４１
が発生する光、音、電磁波によって検出精度が低下する
ことはなく、高精度な溶接線の検出が可能となる。ま
た、検出速度及び補正機構の応答速度は、振動ユニット
３１の周波数に依存し、通常は１００Ｈz程度以上が可
能であり、数１０mm/secの加工速度に充分対応できる。
に直交する方向の振動中心の溶接線Ｗに対するずれを、
薄板１５と厚板１７とで発光強度の異なるプラズマ光を
検知することで求め、そのずれを補正するようにしたの
で、レーザビーム１９を確実に溶接線Ｗに沿って走査さ
せることができる。フォトセンサ３９によってプラズマ
光４１の強度を検知していることから、プラズマ光４１
が発生する光、音、電磁波によって検出精度が低下する
ことはなく、高精度な溶接線の検出が可能となる。ま
た、検出速度及び補正機構の応答速度は、振動ユニット
３１の周波数に依存し、通常は１００Ｈz程度以上が可
能であり、数１０mm/secの加工速度に充分対応できる。
【００４１】なお、上記実施の形態では、板厚の異なる
薄板１５及び厚板１７相互の突き合わせ溶接にこの発明
を適用したが、図７に示した２枚の板材相互を重ね合わ
せた際の隅肉溶接にも適用できる。
薄板１５及び厚板１７相互の突き合わせ溶接にこの発明
を適用したが、図７に示した２枚の板材相互を重ね合わ
せた際の隅肉溶接にも適用できる。
【図１】この発明の実施の一形態を示すレーザ溶接装置
の全体構成図である。
の全体構成図である。
【図２】板材に対するレーザビームの焦点位置と、レー
ザビーム照射によって板材から発生するプラズマ光の強
度との関係を示す説明図である。
ザビーム照射によって板材から発生するプラズマ光の強
度との関係を示す説明図である。
【図３】図１のレーザ溶接装置におけるセンサ出力波形
図であり、（ａ）はレーザビームの振動中心が厚板側に
ずれた場合、（ｂ）は同振動中心が薄板側にずれた場
合、（ｃ）は同振動中心が溶接線に一致した場合であ
る。
図であり、（ａ）はレーザビームの振動中心が厚板側に
ずれた場合、（ｂ）は同振動中心が薄板側にずれた場
合、（ｃ）は同振動中心が溶接線に一致した場合であ
る。
【図４】図１のレーザ溶接装置におけるレーザビームの
振動状態を示したもので、（ａ）はレーザビームの振動
中心が厚板側にずれた場合、（ｂ）は同振動中心が薄板
側にずれ場合、（ｃ）は同振動中心が溶接線に一致した
場合である。
振動状態を示したもので、（ａ）はレーザビームの振動
中心が厚板側にずれた場合、（ｂ）は同振動中心が薄板
側にずれ場合、（ｃ）は同振動中心が溶接線に一致した
場合である。
【図５】図１のレーザ溶接装置の動作を示すフローチャ
ートである。
ートである。
【図６】板厚の異なる２枚の板材の端面相互を突き合わ
せた場合の突き合わせ溶接の動作を示す斜視図である。
せた場合の突き合わせ溶接の動作を示す斜視図である。
【図７】２枚の板材相互を重ね合わせた場合の隅肉溶接
の動作を示す斜視図である。
の動作を示す斜視図である。
１５ 薄板 １７ 厚板 １９ レーザビーム ２３ 平面ミラー（ミラー） ２９ 軸部 ３１ 振動ユニット（振動発生手段） ３９ フォトセンサ（プラズマ光検知手段） ４１ プラズマ光 ４９ コンピュータ（制御手段）
Claims (6)
- 【請求項１】 板材相互を溶接接合する合わせ部に段差
部が形成され、この段差部における溶接線に沿って移動
しつつ照射するレーザビームを、前記溶接線と直交する
方向に前記板材相互にわたって往復動させるべく振動さ
せ、前記各板材へのレーザビーム照射により発生するプ
ラズマ光の強度の、前記振動に伴う時間変化に基づい
て、前記レーザビームの振動中心の前記溶接線に対する
ずれ方向及びずれ量を求め、この求めたずれ方向及びず
れ量に基づいて前記レーザビームの振動中心を前記溶接
線に一致するよう補正することを特徴とするレーザ溶接
方法。 - 【請求項２】 板材相互を溶接接合する合わせ部に段差
部が形成され、この段差部における溶接線に沿って移動
しつつ照射するレーザビームを、前記溶接線と直交する
方向に前記板材相互にわたって往復動させるべく振動さ
せる振動発生手段と、前記各板材へのレーザビーム照射
により発生するプラズマ光の強度を検知するプラズマ光
検知手段と、このプラズマ光検知手段が検知した前記プ
ラズマ光の強度の、前記振動に伴う時間変化に基づい
て、前記レーザビームの振動中心の前記溶接線に対する
ずれ方向及びずれ量を求めるとともに、この求めたずれ
方向及びずれ量に基づいて、前記レーザビームの振動中
心を前記溶接線に一致するよう補正して前記振動発生手
段を動作させる制御手段とを有することを特徴とするレ
ーザ溶接装置。 - 【請求項３】 振動発生手段は、溶接接合する合わせ部
に向けてレーザビームを集光させるミラーを振動させる
構成であることを特徴とする請求項２記載のレーザ溶接
装置。 - 【請求項４】 ミラーを振動させる振動発生手段は、ミ
ラーに対しその反射面と平行な状態で一端に接続した軸
部の他端が、永久磁石及び電圧印加されるコイルによっ
てそれぞれ発生する磁界の相互作用で回転する前記永久
磁石とコイルとのいずれか一方に接続固定されているこ
とを特徴とする請求項３記載のレーザ溶接装置。 - 【請求項５】 段差部は、板厚の異なる板材相互の端面
を突き合わせて形成されるものであることを特徴とする
請求項２記載のレーザ溶接装置。 - 【請求項６】 段差部は、板材相互を重ね合わせて形成
されるものであることを特徴とする請求項２記載のレー
ザ溶接装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9178381A JPH1119787A (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9178381A JPH1119787A (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1119787A true JPH1119787A (ja) | 1999-01-26 |
Family
ID=16047505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9178381A Pending JPH1119787A (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1119787A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6739647B2 (en) | 2000-03-13 | 2004-05-25 | Kikuchi Co., Ltd. | Tailored blank article and manufacturing method of the same |
| JP2010517783A (ja) * | 2007-02-08 | 2010-05-27 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | レーザ溶接する方法及び装置 |
| CN102019913A (zh) * | 2009-09-17 | 2011-04-20 | 丰田铁工株式会社 | 操作踏板和搭接焊接方法 |
| WO2016055184A1 (de) * | 2014-10-10 | 2016-04-14 | Audi Ag | Verfahren zum laserstrahlschweissen von mindestens zwei fügepartnern mittels potischer nahtführung und einer scannereinrichtung mit überlagerter schwingungsspiegeloszillation |
| JP2018012119A (ja) * | 2016-07-19 | 2018-01-25 | トヨタ自動車株式会社 | 溶接装置 |
| US10857624B2 (en) | 2017-06-15 | 2020-12-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Laser-beam welding method and laser-beam welding apparatus |
| CN112317959A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-02-05 | 敏实汽车技术研发有限公司 | 一种自动跟踪激光填丝焊用振动激光焊机构 |
-
1997
- 1997-07-03 JP JP9178381A patent/JPH1119787A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6739647B2 (en) | 2000-03-13 | 2004-05-25 | Kikuchi Co., Ltd. | Tailored blank article and manufacturing method of the same |
| JP2010517783A (ja) * | 2007-02-08 | 2010-05-27 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | レーザ溶接する方法及び装置 |
| CN102019913A (zh) * | 2009-09-17 | 2011-04-20 | 丰田铁工株式会社 | 操作踏板和搭接焊接方法 |
| WO2016055184A1 (de) * | 2014-10-10 | 2016-04-14 | Audi Ag | Verfahren zum laserstrahlschweissen von mindestens zwei fügepartnern mittels potischer nahtführung und einer scannereinrichtung mit überlagerter schwingungsspiegeloszillation |
| JP2018012119A (ja) * | 2016-07-19 | 2018-01-25 | トヨタ自動車株式会社 | 溶接装置 |
| US10857624B2 (en) | 2017-06-15 | 2020-12-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Laser-beam welding method and laser-beam welding apparatus |
| US12172233B2 (en) | 2017-06-15 | 2024-12-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Laser-beam welding method and laser-beam welding apparatus |
| CN112317959A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-02-05 | 敏实汽车技术研发有限公司 | 一种自动跟踪激光填丝焊用振动激光焊机构 |
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