JPH0343951B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、レーザ光によつて鉄鋼を溶接する
レーザ溶接装置に係り、特に溶接される先行板と
後行板の突き合わせ部分におけるギヤツプのギヤ
ツプ巾を検出してから溶接を行うようにしたレー
ザ溶接装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第１０図は従来のレーザ溶接装置の平面図であ
る。図において、４は図示しないレーザ発振器か
らのレーザ光を伝送するダクトが装着された移動
ブロツク、５は移動ブロツク４を移動させる送り
ネジ、６は送りネジ５の軸受で、一対の支柱７，
７に架設された横桁８の両端側に設けられてい
る。１０は送りネジ５を回転させるための加工ヘ
ツドＹ軸移動用サーボモータ、１１はサーボモー
タ１０のモータ軸に固着された駆動歯車、１２は
送りネジ５の一端に固着された歯車で、駆動歯車
１１と噛合させられている。１３は移動ブロツク
４の側部に装着された加工ヘツド、１４はベツ
ド、１５ａはベツド１４に載置される鋼板である
先行板、１５ｂはベツド１４に載置された鋼板で
ある後行板、１６は先行板１５ａと後行板１５ｂ
との溶接線である。

従来のレーザ溶接装置は上記のように構成さ
れ、たとえば、溶接しようとする先行板１５ａと
後行板１５ｂの長手方向即ち第１０図の矢印Ｘ方
向の端部をベツト１４上で互いに突き合わせる。

次に、先行板１５ａと後行板１５ｂの突き合わ
せ部即ち溶接線１６に加工ベツド１３より射出さ
れたレーザ光を照射して溶接を行う。このとき、
サーボモータ１０を回転させ、その回転力を駆動
歯車１１、歯車１２を介して送りネジ５に伝達
し、送りネジ５の回転により移動ブロツク４を第
１０図の矢印Ｙ方向に移動させ、移動ブロツク４
に装着された加工ヘツド１３を溶接点１６に沿わ
せながら移動させて溶接を行う。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来のレーザ溶接装置では、ベツ
ト１４上で先行板１５ａと後行板１５ｂの突き合
わせはクランパによつて位置決めして行われるか
ら先行板１５ａと後行板１５ｂの突き合わせ部に
おけるギヤツプ量即ちギヤツプ巾はクランパの位
置決め動作により決定され、そのギヤツプ巾は数
十μmであるが適正ギヤツプ巾かどうかの判断は
できず、確実で精度の高い溶接がえられるとは限
らないという問題点があつた。

この発明はかかる問題点を解決するためになさ
れたもので、先行板と後行板との突き合せ部にお
けるギヤツプ巾を溶接前に非接触で測定し、その
ギヤツプ巾がレーザ溶接に適正かどうかの判断を
行つた後にレーザ溶接を行つて確実で精度の高い
レーザ溶接を行うことができるレーザ溶接装置を
得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るレーザ溶接装置は、レーザビー
ムにより溶接される二つの溶接板の突き合せ部分
を撮像する光学検知手段と、光学検知手段が撮像
した該突き合わせ部分の正画像からギヤツプの左
側及び右側ギヤツプ巾の値を演算する演算手段
と、演算手段の演算した左側及び右側ギヤツプ巾
の値を予め設定された左側及び右側ギヤツプ巾の
基準値とでそれぞれ比較して判断する比較回路
と、比較回路が判断して出力する信号に応じて溶
接を開始させたり停止させたりし、停止させると
きには鋼板左側及び右側部移動用サーボモータを
駆動させる溶接機制御回路とを備えるように構成
したものである。

〔作用〕

この発明においては、二つの溶接板のギヤツプ
巾を光学検知手段で正画像として検知し、正画像
からギヤツプの左側及び右側ギヤツプ巾をそれぞ
れ演算手段で演算し、演算された左側及び右側ギ
ヤツプ巾の値を比較回路で左側及び右側ギヤツプ
巾の基準値とそれぞれ比較して判断し、比較回路
の出力信号に応じて溶接機制御回路により溶接を
開始させたり、停止させたりし、停止させるとき
には鋼板左側部と鋼板右側部移動用サーボモータ
を駆動させてギヤツプ巾の微調整を行う。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示すレーザ溶接
装置の正面図、第２図は同レーザ溶接装置の平面
図である。図において、従来例と同一の構成は同
一符号を付して重複する説明を省略する。

符号１はレーザビームを射出するレーザ発振
器、２ａはレーザビームを伝送するテレスコピツ
ク状のビーム伝送ダクト、２ｂは通常のビーム伝
送ダクト、３はビーム伝送ダクト２ａ及び２ｂを
支持すると共に光路変換を行う伝送ダクト支持部
材、１７は加工ヘツド１３から射出されるレーザ
ビーム、１８は加工ヘツド１３の側部に並設され
た工業用のビデイオカメラで、先行板１５ａと後
行板１５ｂの突き合せ部を撮映する。

２０は加工ヘツドＸ軸移動用サーボモータ、２
１はサーボモータ２０のモータ軸に軸着された駆
動歯車、２２は加工ヘツド１３を移動させる送り
ネジで、軸受２３に回転自在に支承されている。
２４は送りネジ２２の一端に固着された歯車で、
駆動歯車２１と噛合されている。２５ａは先行板
１５ａを把持する先行板クランパ、２５ｂは後行
板１５ｂを把持する後行板クランパ、２６ａは後
行板１５ｂの左側部である鋼板左側部、２６ｂは
後行板１５ｂの右側部である鋼板右側部である。
２７は鋼板左側部移動用サーボモータ、２８はサ
ーボモータ２７のモータ軸に軸着された駆動歯
車、２９は後行板クランパ２５ｂの左端側を移動
させる送りネジで、軸受３０に回転自在に支承さ
れている。３１は送りネジ２９の一端に固着され
た歯車で、駆動歯車２８と噛合されている。３２
は鋼板右側部移動用サーボモータ、３３はサーボ
モータ３２のモータ軸に軸着された駆動歯車、３
４は後行板クランパ２５ｂの右端側を移動させる
送りネジで、軸受３５に回転自在に支承されてい
る。３６は送りネジ３４の一端に固着された歯車
で、駆動歯車３３と噛合されている。サーボモー
タ２０，２７，３２、軸受２３，３０，３５はい
ずれもレーザ溶接装置の据付台に固定された適当
な部材に固定されているものとする。なお、図に
おいて、それらの固定部材は図示を省略してい
る。

第３図はレーザ溶接装置で溶接される部材のギ
ヤツプの異常を検出する概略的なブロツク図、第
４図は第３図より更に詳細なブロツク図である。

図において、１５ａ，１５ｂは溶接される先行
板と後行板、Ｇは先行板１５ａと後行板１５ｂの
突き合せ部分のギヤツプ、１０は加工ヘツドＹ軸
移動用サーボモータ、２０は加工ヘツドＸ軸移動
用サーボモータ、２７は鋼板左側部移動用サーボ
モータ、３２は鋼板右側部移動用サーボモータで
ある。１９はギヤツプＧの像を拡大する拡大光学
系、４１は工業用ビデオカメラ１８の正画像を２
値化像にする２値化回路、４２はギヤツプＧの巾
を２値化回路４２の出力信号から演算する演算回
路、４３は演算回路４２の演算結果を表示する
CRT、４４は演算回路４１の演算したギヤツプ
巾を予め設定されたギヤツプ巾の基準値と比較し
て判断する比較回路、４５は２値化回路４１と演
算回路４２とからなる演算手段、４６は加工ヘツ
ド１３にレーザ加工を行わせるように制御する溶
接制御回路である。４７は２値化回路４１、演算
回路４２、比較回路４４を含むマイクロコンピユ
ータである。次に、ベツト１４下の先行板１５ａ
と後行板１５ｂの突き合せられた部分におけるギ
ヤツプＧのギヤツプ巾の異常を検出する場合の動
作を第３図及び第４図のブロツク図、第５図〜第
７図のギヤツプ検出の模式図及び第８図のフロー
チヤートを参照しながら説明する。

まず、ステツプ100でベツド１４上における溶
接される先行板１５ａと後行板１５ｂの突き合わ
せが行われ、スタートする。次にステツプ101で
先行板１５ａと後行板１５ｂの突き合せが終了す
る。そうすると、ステツプ102で加工ヘツドＹ軸
移動用サーボモータ１０が回転して送りネジ５を
回転させ、それに伴い移動ブロツク４がＹ方向に
移動し移動ブロツク４に装着されたビデオカメラ
２０が先行板１５ａと後行板１５ｂの溶接線１６
に沿つて移動し、突き合せ部におけるギヤツプＧ
のスキヤニングが行われる。ステツプ103で、ビ
デオカメラ２０に取り付けられた拡大光学系２１
でギヤツプＧの像が拡大され、ビデオカメラ２０
にはギヤツプＧの拡大された正画像が撮像され
る。ステツプ104で、拡大されたギヤツプＧの正
画像が２値化回路４１によつて２値化像に変換さ
れる。ステツプ105ではその２値化像はギヤツプ
Ｇが黒、その他は白の像となることを示す。ステ
ツプ106で演算回路４２によつて２値化像のギヤ
ツプＧに相当する黒の像の部分でギヤツプＧにお
ける左右の部分の値が演算される。ステツプ107
で、演算回路４２によるギヤツプＧの演算結果を
CRT４３に表示する。ステツプ108で比較回路４
４が演算回路４２の演算したギヤツプ巾の値と予
め設定されたギヤツプＧにおける左右の部分のギ
ヤツプ巾の基準値Rf₁，Rf₂とを比較し、基準値
以内にあるかどうかをステツプ109で判断する。
そして、演算回路４２の演算したギヤツプＧにお
ける左右の部分のギヤツプ巾の値がそれぞれ基準
値Rf₁，Rf₂以内であるときは比較回路４４はス
テツプ１１０で示すように溶接開始信号を出力す
る。ステツプ１１１では溶接開始信号を受けた溶
接機制御回路４６は加工ヘツドＹ軸移動用サーボ
モータ１０を駆動させると共に加工ヘツド１３に
より溶接を行わせる。即ち、サーボモータ１０を
駆動させて加工ヘツド１３を一旦原位置に戻して
から再びサーボモータ１０を駆動させて送りネジ
５を回転させ、加工ヘツド１３をＹ軸方向に移動
させながらレーザ発振器１をオンにしてレーザ発
振器１から出たレーザビームをビーム伝送ダクト
２ａ、移動ブロツク３、ビーム伝送ダクト２ｂを
経由させて加工ヘツド１３より先行板１５ａと後
行板１５ｂの溶接線１６に照射させて溶接を行
い、ステツプ112で溶接は終了する。

一方、第５図に示すように演算回路４２の演算
したギヤツプＧにおける左右の部分のギヤツプ幅
の値G₁，G₂がそれぞれ基準値Rf₁，Rf₂以内にな
いことをステツプ113で判断したときは、比較回
路４４はステツプ115で示すように溶接停止信号
と共に鋼板左側部及び右側部移動信号を出力す
る。ステツプ116ではその溶接停止信号と鋼板左
側部及び右側部移動信号を受けた溶接機制御回路
４６は加工ヘツド１３による溶接を停止させると
共に鋼板左側部移動用サーボモータ２７及び鋼板
右側部移動用サーボモータ３２を駆動させて、ギ
ヤツプＧの微調整を行い再び先行板１５ａと後行
板１５ｂの突き合わせを行わせる（ステツプ
117）。それ以後の動作はステツプ102に戻る。

また、第６図に示すように、演算回路４２の演
算したギヤツプＧにおける左右のギヤツプ幅の値
G₁，G₂がG₁＜G₂の条件のときでG₁が基準値Rf₁
以内にあり、G₂が基準値Rf₂以内にないことをス
テツプ114で判断したときには比較回路４４はス
テツプ118で示すように溶接停止信号と共に鋼板
左側部移動信号を出力する。ステツプ119ではそ
の溶接停止信号と鋼板左側部移動信号を受けた溶
接機制御回路４６は加工ヘツド１３による溶接を
停止させると共に鋼板左側部移動用サーボモータ
２７を駆動させて後行板１５ｂの左側部を先行板
１５ａに向けて移動させてギヤツプＧの微調整を
行い、再び先行板１５ａと後行板１５ｂの突き合
わせを行わせる（ステツプ120）。それ以後の動作
はステツプ102に戻る。

更に第７図に示すように、演算回路４２の演算
したギヤツプＧにおける左右のギヤツプ巾の値
G₁，G₂がG₁＞G₂の条件のときで、G₂が基準値
Rf₂以内にあり、G₁が基準値Rf₁以内にないこと
をステツプ121で判断したときには比較回路４４
はステツプ121で示すように溶接停止信号と共に
鋼板右側部移動信号を出力する。ステツプ122で
はその溶接停止信号と鋼板右側部移動信号を受け
た溶接制御回路４６は加工ヘツド１３による溶接
を停止させると共に鋼板右側部移動用サーボモー
タ２７を駆動させて後行板１５ｂの右側部を先行
板１５ａに向けて移動させてギヤツプＧの微調整
を行い、再び先行板１５ａと後行板１５ｂの突き
合わせを行わせる（ステツプ120）。それ以後の動
作はステツプ102に戻る。

以上の動作により、レーザビームの鋼板突き合
せ溶接が精度よく確実に行える。

なお、加工ヘツドＸ軸移動用サーボモータ１０
はギヤツプ微調整動作により溶接線１６がずれた
場合に、加工ヘツド１３が目はずれしないように
Ｘ軸方向に微調整を行うためのものである。第９
図はこの発明の第２実施例を示す正面図である。

図において第１実施例と同一の構成は従来例と
同一符号を付して重複した説明を省略する。この
実施例では二台の工業用のビデオカメラ１８，１
８が用いられており、それぞれが送りネジ５とは
別の小送ネジ５ａ，５ｂの回転によつて移動させ
られるように構成されている。そして、一方のビ
デオカメラ２０は先行板１５ａと後行板１５ｂの
突き合わせ部の半分を撮像し、他方のビデオカメ
ラ２０はその突き合わせ部の残り半分を撮像して
突き合わせ部全体のギヤツプを検知するものであ
る。また、各小送りネジ５ａ，５ｂはそれぞれ専
用のサーボモータ３８によつて駆動される。各ビ
デオカメラ１８によつて撮像されたギヤツプＧの
ギヤツプ巾の制御は第１実施例と同様な動作によ
つて行われるので、その作用の説明は省略する。

この実施例では二つのビデオカメラ１８，１８
で突き合わせ部のギヤツプを半分ずつ検知するの
で、スキヤニングの時間が短かくて済むという利
点がある。

上述の実施例ではギヤツプＧの微調整を鋼板左
側部移動用サーボモータ２７と鋼板右側部移動用
サーボモータ３２で行つているが、これらサーボ
モータ２７，３２の代わりに他の方法例えば油圧
機構によつて行うようにしても実施し得ることは
勿論である。また、上述の実施例では、鋼板左側
部移動用サーボモータ２７と鋼板右側部移動用サ
ーボモータ３８の駆動によつて後行板１５ｂを移
動させてギヤツプＧの微調整を行つていたが、こ
れらのサーボモータ２７，３８によつて先行板１
５ａ或いは先行板１５ａと後行板１５ｂとを移動
させてギヤツプＧの微調整を行うようにしてもよ
いことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、この溶接板の
ギヤツプ巾を正画像として検知し正画像からギヤ
ツプの左側及び右側ギヤツプ巾をそれぞれ演算手
段で演算し、演算された左側及び右側ギヤツプ巾
の値を比較回路で左側及び右側ギヤツプ巾の基準
値とそれぞれ比較して判断し、比較回路の出力信
号に応じて溶接機制御回路により溶接を開始させ
たり、停止させたりし、停止させるときには鋼板
左側部と鋼板右側部移動用サーボモータを駆動さ
せてレーザビームによる鋼板突き合わせ溶接が精
度よく確実に行えるようにギヤツプ巾を確定でき
るようにギヤツプ巾を設定できるようにしたの
で、確実で精度の高い溶接結果が得られるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示すレーザ溶
接装置の正面図、第２図は同レーザ溶接装置の平
面図、第３図はレーザ溶接装置で溶接される部材
のギヤツプの異常を検出する概略的なブロツク
図、第４図は第３図より更に詳細なブロツク図、
第５図〜第７図はギヤツプ検出の模式図、第８図
は動作を示すフローチヤート、第９図はこの発明
の第２実施例を示すレーザ溶接装置の正面図、第
１０図は従来のレーザ溶接装置の平面図である。 図において、１５ａは先行板（鋼板）、１５ｂ
は後行板（鋼板）、１８はビデオカメラ（光学検
知手段）、２７は鋼板左側部移動用サーボモータ、
３２は鋼板右側部移動用サーボモータ、４１は２
値化回路、４２は演算回路、４４は比較回路、４
５は演算手段、４６は溶接機制御回路である。な
お各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザビームにより溶接される二つの鋼板の
   突き合せ部分を撮像する光学検知手段と、光学検
   知手段が撮像した該突き合わせ部分の正画像から
   ギヤツプの左側及び右側ギヤツプ巾の値を演算す
   る演算手段と、演算手段の演算した左側及び右側
   ギヤツプ巾の値を予め設定された左側及び右側ギ
   ヤツプ巾の基準値とそれぞれ比較し、左側及び右
   側ギヤツプ巾の値が各々の左側及び右側ギヤツプ
   巾の基準値以下のときには溶接開始信号を出力
   し、左側及び右側ギヤツプ巾の値が各々の左側及
   び右側ギヤツプ巾の基準値以上のときには溶接停
   止信号を出力すると共に鋼板左側部及び右側部移
   動信号を出力し、左側ギヤツプ巾の値が左側ギヤ
   ツプ巾の基準値以下で、右側ギヤツプ巾の値が右
   側ギヤツプ巾の基準値以上のときには溶接停止信
   号を出力すると共に鋼板右側部移動信号を出力
   し、左側ギヤツプ巾の値が左側ギヤツプ巾の基準
   値以上で、右側ギヤツプ巾の値が右側ギヤツプ巾
   の基準値以下のときには溶接停止信号を出力する
   と共に鋼板左側部移動信号を出力する比較回路
   と、比較回路の溶接開始信号により溶接を開始さ
   せ、溶接停止信号により溶接を停止させると共に
   鋼板左側部移動信号により鋼板左側部移動用サー
   ボモータを駆動させ、鋼板右側部移動信号により
   鋼板右側部移動用サーボモータを駆動させる溶接
   機制御回路とを備えたことを特徴とするレーザ溶
   接機。 ２ 演算手段は二つの鋼板の突き合せ部分の正画
   像をギヤツプとそれ以外の部分の２値化像に変換
   する２値化回路と２値化回路の出力したギヤツプ
   巾の値を演算する演算回路とを備えていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ溶
   接装置。