JP2003326382A - レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可動部分を極力小さくして、高速且つ高精度
な溶接を可能としたレーザ溶接装置を提供する。 【解決手段】 レーザ側回転体９に支持されたウエッジ
板６とワイヤ供給部３とをサーボモータ１４およびギヤ
１０，１２，１３にて同期回転可能とする。被溶接物Ｗ
上でのレーザ光Ｌの焦点位置Ｐをウエッジ板６にて発射
光軸Ｑから距離Ｒ１だけオフセットさせ、半径Ｒ１の円
周Ｍ上で回転変位させる。焦点位置Ｐにフィラーワイヤ
２の先端を一致させておき、焦点位置Ｐの回転変位に同
期してフィラーワイヤ２を含むワイヤ供給部３全体を同
じ円周上で回転変位させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ溶接装置およ
びレーザ溶接方法の改良に関し、特に被溶接物に照射さ
れるレーザ光の焦点位置に溶接材であるフィラーワイヤ
の先端位置を合わせてた上でそのフィラーワイヤを順次
繰り出しながら溶接を行うようにしたレーザ溶接装置お
よびレーザ溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来のレーザ溶接に関する技術
としては、例えば特開２００１−１７９４１号公報に記
載されているように、レーザ光学系として機能すること
になるレーザヘッド部と溶接材であるフィラーワイヤを
案内しながら順次送り出すことになるワイヤ供給部（ワ
イヤノズル部）とを溶接母機として機能することになる
産業用ロボットのリスト部に共に支持させた上で、これ
らレーザヘッド部およびワイヤ供給部を予め設定された
溶接軌跡データに沿うようにロボット自体の自由度を使
って所定速度で動かすことにより溶接を施すようにした
ものが知られている。

【０００３】この場合において、特開平６−７１４７０
号公報に記載されているように、ワイヤ供給部よりも溶
接方向前方側に配置した所定のセンサにて被溶接物の端
縁等を実際の溶接軌跡となるべき位置として検出して、
この溶接軌跡に倣わせるようにレーザヘッド部およびワ
イヤ供給部をそれぞれ移動させることも行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のレー
ザ溶接技術では、レーザヘッド部およびワイヤ供給部を
含む加工ヘッド全体を一体のものとして例えばロボット
アーム先端のリスト部に支持させた上でロボットそのも
のの動きを使って移動させることになるため、ロボット
アーム最先端部における可動部分の体積が大きくなり、
近接配置されることになる付帯機器との干渉等の問題が
生じやすい。

【０００５】しかも、溶接機能の上で最も重要なレーザ
光の照射位置およびフィラーワイヤの先端位置から駆動
支点部までの距離が必然的に大きくなるため、特に微小
量変位時の動きが緩慢となるほか、先端可動部分以外で
の振動やがたつき等の影響を受けてレーザ光の照射位置
やフィラーワイヤの先端位置がばらつきやすく、その結
果として溶接品質の向上が望めない。

【０００６】本発明は、このような従来の課題に着目し
てなされたものであり、とりわけ産業用ロボット等の溶
接母機の最先端部における可動部分を極力小さくして、
高速且つ高精度な溶接作業を可能としたレーザ溶接装置
およびレーザ溶接方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、被溶接物に対しレーザ光を照射するとともに、その
レーザ光の焦点位置を所定の軌跡に沿って被溶接物上で
変位させることが可能なレーザヘッド部と、溶接材であ
るフィラーワイヤを案内しながらレーザ光の焦点位置に
対してそのワイヤを順次供給するとともに、レーザ光の
焦点位置とフィラーワイヤの先端位置との相対位置関係
を保ちながらレーザ光の焦点位置の変位に連動して変位
するワイヤ供給部と、上記レーザヘッド部およびワイヤ
供給部を共に支持する支持体と、レーザ光の焦点位置を
所定の軌跡に沿って変位させるべくレーザヘッド部の少
なくとも一部を駆動するレーザ光照射位置変更手段と、
を備えたことを特徴とする。

【０００８】この場合、溶接母機は例えば産業用ロボッ
ト（溶接ロボットそのもの）とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の技術をレーザ溶接方法として捉えたものであって、被
溶接物に対してレーザ光を照射するレーザヘッド部と溶
接材であるフィラーワイヤを案内しながらレーザ光の焦
点位置に対してそのワイヤを順次供給するワイヤ供給部
とを共通の支持体に支持させた上で、レーザ光照射位置
変更手段にてレーザヘッド部のうち少なくともその一部
を駆動することでレーザ光の焦点位置を所定の軌跡に沿
って被溶接物上で変位させる一方、レーザ光の焦点位置
とフィラーワイヤの先端位置との相対位置関係を保ちな
がらレーザ光の焦点位置の変位に連動してワイヤ供給部
を変位させて溶接を行うことを特徴とする。

【００１０】請求項１の記載においては、請求項３に記
載のようにレーザヘッド部から被溶接物に対してレーザ
ヘッド部自体の軸心からオフセットした位置にレーザ光
を照射するのが望ましく、そのための手段としては、請
求項５に記載のように屈折手段を用いる方法のほか、レ
ーザ光の光軸そのものをレーザヘッド部自体の軸心に対
して所定角度傾けてもよい。

【００１１】また、請求項４に記載のように、支持体と
ワイヤ供給部との間には、レーザ光の焦点位置の変位に
ワイヤ供給部が連動する際にそのレーザ光の焦点位置と
フィラーワイヤの先端位置との相対位置関係を保ちなが
ら支持体とワイヤ供給部の相対変位を許容するフローテ
ィング機構を備えていることが望ましい。

【００１２】さらに、請求項５に記載のように、レーザ
光照射位置変更手段は、レーザヘッド部内に変位可能に
設けられて、被溶接物に対しレーザヘッド部自体の軸心
からオフセットした位置にレーザ光を照射するべくその
レーザ光を屈折させる屈折手段と、屈折手段を変位させ
る駆動手段と、を備えていることが望ましい。より望ま
しくは、請求項６に記載のように、上記屈折手段はレー
ザヘッド部内に回転可能に設けられていて、駆動手段に
よる屈折手段の回転変位に応じて被溶接物上のレーザ光
の焦点位置をレーザヘッド部の軸心を回転中心とする円
形軌跡上で回転変位させるとともに、それに連動してフ
ィラーワイヤの先端が同じ円形軌跡上で回転変位するよ
うにワイヤ供給部を回転変位させるようにする。

【００１３】特に、装置全体のより一層の小型化の上で
は、請求項７に記載のように、屈折手段とワイヤ供給部
とが共通の駆動手段により同じ回転比をもって回転駆動
されるようになっていることが望ましい。

【００１４】また、請求項４に記載のフローティング機
構によるフローティング自由度は、請求項８に記載のよ
うに、レーザヘッド部の軸心と直交する平面内での自由
度として設定されていれば足りる。

【００１５】したがって、これら請求項１〜８に記載の
発明では、レーザ光照射位置変更手段を構成することに
なる駆動手段にて屈折手段を回転変位させると、被溶接
物上でのレーザ光の焦点位置はレーザヘッド部自体の軸
心からのオフセット量を半径をする円形軌跡上で回転変
位することになることから、溶接方向での連続移動は溶
接ロボット等の溶接母機の動きに依存してはいても、例
えば溶接方向と直交方向では上記円形軌跡上での回転変
位をもってレーザ光の照射位置を変更することが可能で
ある。

【００１６】その一方、被溶接物上でのレーザ光の焦点
位置が変位した場合には、なおもその焦点位置とフィラ
ーワイヤの先端との相対位置関係は従前のまま維持させ
る必要がある。そこで、上記のような円形軌跡上での回
転変位をもってレーザ光の照射位置を変更すると、それ
に連動してレーザ光の焦点位置とフィラーワイヤ先端と
の相対位置関係を保ちながら同じ円形軌跡上での回転変
位をもってワイヤ供給部が回転することになる。この場
合、請求項７に記載のように屈折手段とワイヤ供給部と
が共通の駆動手段にて同じ回転比をもって回転駆動され
るようになっていれば、請求項８に記載のフローティン
グ機構のフローティング自由度をもって屈折手段とワイ
ヤ供給部とが完全同期して、レーザ光の焦点位置の動き
にワイヤ供給部が自動追従することになる。

【００１７】請求項９に記載の発明は、請求項１および
３〜５のうちのいずれかの記載を前提として、予め設定
された理想溶接軌跡データに沿ってレーザヘッド部およ
びワイヤ供給部を動かすべく少なくともレーザ光照射位
置変更手段の制御を司る制御手段と、ワイヤ供給部によ
る実際の溶接位置よりも溶接方向前方側を検出対象とし
て、溶接軌跡となるべき被溶接物の端縁を検出する検出
手段と、検出手段による検出出力と予め設定された理想
溶接軌跡データとに基づいて該当する部位での両者の差
を補正量データとして算出し、この補正量データをレー
ザ光照射位置変更手段によるレーザ光の焦点位置の変位
量指令として制御手段に付与する演算手段と、を備えて
いることを特徴とする。

【００１８】また、請求項１０に記載の発明は、請求項
９に記載の技術をレーザ溶接方法として捉えたものであ
って、被溶接物に対してレーザ光を照射するレーザヘッ
ド部と溶接材であるフィラーワイヤを案内しながらレー
ザ光の焦点位置に対してそのワイヤを順次供給するワイ
ヤ供給部とを共通の支持体に支持させた上で、予め設定
された理想溶接軌跡データに沿ってレーザヘッド部およ
びワイヤ供給部を動かすべく、少なくともレーザ光照射
位置変更手段にてレーザヘッド部のうち少なくともその
一部を駆動することでレーザ光の焦点位置を所定の軌跡
に沿って被溶接物上で変位させるとともに、レーザ光の
焦点位置とフィラーワイヤの先端位置との相対位置関係
を保ちながらレーザ光の焦点位置の変位に連動してワイ
ヤ供給部を変位させて溶接を施す。そして、溶接中にお
いて、ワイヤ供給部による実際の溶接位置よりも溶接方
向前方側を検出対象として溶接軌跡となるべき被溶接物
の端縁を検出し、この検出出力と予め設定された理想溶
接軌跡データとに基づいて該当する部位での両者の差を
補正量データとして算出した上でこの補正量データをレ
ーザ光照射位置変更手段によるレーザ光の焦点位置の変
位量指令として付与することを特徴とする。

【００１９】したがって、この請求項９，１０に記載の
発明では、実際の溶接軌跡となるべき被溶接物の端縁位
置が予めティーチングされた理想溶接軌跡位置に対して
ずれている場合であっても、実際の被溶接物の端縁位置
に倣うようにしてレーザ光の焦点位置がフィラーワイヤ
先端との相対位置関係を保ちながら自動修正されること
になる。

【００２０】

【発明の効果】請求項１〜３に記載の発明によれば、レ
ーザヘッド部およびワイヤ供給部を含む加工ヘッド部全
体を一つのユニットとして駆動する方式と異なり、必要
最小限の部分のみを必要最小量だけ駆動する方式とした
ので、先端部の可動部分を小型化することができるほ
か、レーザ光の照射位置を高速にて変更することがで
き、しかも非可動部分の振動やがたつきの影響を受けに
くくなってレーザ光の照射位置精度やフィラーワイヤの
供給位置精度が高くなり、溶接精度が大幅に向上する。

【００２１】また、請求項４に記載の発明によれば、支
持体とワイヤ供給部との間にフローティング機構が介装
されているため、レーザ光の焦点位置の変位にワイヤ供
給部を純機械的に且つスムーズに連動させることができ
る利点がある。

【００２２】また、請求項５，６に記載の発明によれ
ば、レーザヘッド部内に設けられた屈折手段を駆動手段
にて駆動させるか、もしくはレーザヘッド部内に回転可
能に設けられた屈折手段を駆動手段にて回転駆動させる
ようにしたので、可動部分をより一層小型化できる利点
がある。

【００２３】請求項７に記載の発明によれば、屈折手段
とワイヤ供給部とを共通の駆動手段にて回転駆動させる
ようにしたので、駆動手段および駆動制御系を一段と小
型化且つ簡素化できるとともに、屈折手段とワイヤ供給
部との同期精度の高精度化が可能となる。

【００２４】請求項８に記載の発明によれば、フローテ
ィング機構によるフローティング自由度を、レーザヘッ
ド部の軸心と直交する平面内での自由度として設定した
ので、特にワイヤ供給部が変位したとしてもワイヤ供給
部そのものの姿勢ひいてはフィラーワイヤ供給姿勢は何
ら変化することはなく、レーザ光焦点位置に対してフィ
ラーワイヤを常に一定方向から安定して供給することが
できる利点がある。

【００２５】請求項９，１０に記載の発明によれば、実
際の被溶接物の端縁位置形状に沿うようにレーザ光照射
位置を変更していわゆる倣い制御の形態としたので、被
溶接物の端縁位置や形状のばらつきが溶接品質に影響し
にくくなって、溶接品質の向上とその安定化に貢献でき
るようになる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１〜３は本発明に係るレーザ溶
接装置の好ましい第１の実施の形態を示す図であり、特
に図１はその側面説明図を、図２はレーザ光照射位置で
の拡大平面図を、また図３の（Ａ），（Ｂ）は図１の構
造を模式化したときの側面説明図および平面説明図をそ
れぞれ示している。

【００２７】図１に示すように、レーザ溶接装置は、レ
ーザ光学系を内蔵したレーザヘッド部１と、溶接材であ
るフィラーワイヤ２を案内しながらその先端が常にレー
ザ光照射位置（焦点位置）Ｐに一致するように順次繰り
出し供給することになるワイヤ供給部３とを中心として
構成されていて、これらのレーザヘッド部１とワイヤ供
給部３は図３にも示すように支持体である二股状のブラ
ケット４を介して溶接母機として機能することになる図
示しない溶接ロボット（産業用ロボット）のリスト部Ｒ
に支持させてある。

【００２８】レーザヘッド部１における円筒状のヘッド
本体５内には、光学系として上段側から順に屈折手段で
あるウエッジ板６とコリメーションレンズ７およびフォ
ーカシングレンズ８がそれぞれ配置されており、ウエッ
ジ板６は同図に示すようにそれ自体の傾きに応じてレー
ザ光Ｌの焦点位置Ｐをヘッド本体５の中心（レーザ光Ｌ
がウエッジ板６を通過する前の発射光軸）Ｑに対し所定
量Ｒ１だけオフセットさせる機能を有する。したがっ
て、図示しないレーザ発振器から出力されたレーザ光Ｌ
はウエッジ板６、コリメーションレンズ７およびフォー
カシングレンズ８をそれぞれ通過した上で、被溶接物Ｗ
上の焦点位置Ｐにて発射光軸Ｑから距離Ｒ１だけオフセ
ットした位置に照射される。

【００２９】また、ヘッド本体５内には中心をヘッド本
体５の中心Ｑと一致させたレーザ側回転体９が設けられ
ているとともに、このレーザ側回転体９にウエッジ板６
が取り付けられている。これにより、レーザ側回転体９
とともにウエッジ板６が回転運動することでレーザ光Ｌ
の焦点位置Ｐは発射光軸Ｑを中心とした半径Ｒ１の円周
Ｍ上を移動することになる。

【００３０】レーザ側回転体９の外周にはレーザ側ドリ
ブンギヤ１０が一体に形成されている一方、レーザヘッ
ド部１と隣接配置されたギヤボックス内１１にはワイヤ
側ドリブンギヤ１２のほか双方のドリブンギヤ１０，１
２に噛み合う小径のドライブギヤ（中間ギヤ）１３が設
けられていて、ドライブギヤ１３は駆動手段たるサーボ
モータ１４によって回転駆動されるようになっている。
ここで、レーザ側ドリブンギヤ１０とワイヤ側ドリブン
ギヤ１２はピッチ円直径や歯数等を含む歯車諸元が共に
等しく設定されていることから、レーザ側ドリブンギヤ
１０とワイヤ側ドリブンギヤ１２は１：１の速比をもっ
て互いに同方向に同期回転することになる。したがっ
て、サーボモータ１４の起動によりウエッジ板６がレー
ザ側回転体９とともに回転駆動されることになり、これ
らのサーボモータ１４、ドライブギヤ１３、レーザ側ド
リブンギヤ１０、レーザ側回転体９およびウエッジ板６
によりレーザ光照射位置変更手段１５が構成されてい
る。

【００３１】また、ワイヤ側ドリブンギヤ１２にはこれ
と一体に別のワイヤ側回転体１６が設けられていて、ワ
イヤ側回転体１６の下端にはその回転中心から距離Ｒ２
だけオフセットした位置にボールジョイント１７が設け
られている。このオフセット量Ｒ２は先に述べた発射光
軸Ｑを中心とした焦点位置Ｐの回転半径Ｒ１と等しくな
るように設定されている。

【００３２】一方、フィラーワイヤ２を案内することに
なるワイヤ供給部３は水平なステー１８に下向き傾斜姿
勢をもって固定支持されていて、そのステー１８の先端
はボールジョイント１７を介してワイヤ側回転体１６に
支持されているとともに、ステー１８そのものはスライ
ダジョイント１９にスライド可能に挿入支持されてい
る。なお、サーボモータ１４とドライブギヤ１３は、レ
ーザ側ドリブンギヤ１０を介してレーザ側回転体９を回
転駆動するのと同時にワイヤ側ドリブンギヤ１２を介し
てワイヤ側回転体１６も同時に回転駆動させることにな
る故に、サーボモータ１４とドライブギヤ１３は後述す
るようにワイヤ供給部３を回転変位させるための駆動手
段を兼ねている。

【００３３】スライダジョイント１９は、図３にも示す
ように一対のジョイントスリーブ２０，２１をその軸線
が直交関係になるように結合したものであって、一方の
ジョイントスリーブ２０がブラケット４側のサポートバ
ー２２に、他方のジョイントスリーブ２１がステー１８
にそれぞれスライド可能に挿入支持されている。これら
のステー１８、スライダジョイント１９およびサポート
バー２２は、ボールジョイント１７とともにワイヤ供給
部３をフローティング可能に支持するフローティング機
構２３を構成しており、ワイヤ供給部３はボールジョイ
ント１７およびフローティング機構２３の自由度をもっ
てワイヤ側回転体１６の回転中心と直交する水平面内に
おいて直交２軸方向にスライド可能に支持されているこ
とになる。

【００３４】したがって、ワイヤ側回転体１６が回転駆
動されると、ワイヤ供給部３は水平面内においてワイヤ
側回転体１６の中心からボールジョイント１７までの距
離を半径Ｒ２とする円周上を回転変位することになるも
のの、ワイヤ供給部３そのものの姿勢が変化することが
ないようにステー１８およびスライダジョイント１９に
て拘束されているため、そのワイヤ供給部３に案内され
たフィラーワイヤ２の先端での動きはその先端とレーザ
光Ｌの焦点位置Ｐとが一致したままその焦点位置Ｐが描
く半径Ｒ１の円周Ｍと同じ円周上での動きとなるように
設定されている。

【００３５】このように構成された本実施の形態によれ
ば、図２にも示すようにワイヤ供給部３に案内されなが
ら繰り出されたフィラーワイヤ２の先端位置がワイヤ供
給部３そのものの延長軸線上に位置し、且つレーザ光Ｌ
の焦点位置Ｐが描く円周Ｍ上においてその焦点位置Ｐと
フィラーワイヤ２の先端位置とが互いに一致するよう
に、レーザ側およびワイヤ側の各回転体９，１６の回転
開始位置をそれぞれ予め調整おくものとする。なお、図
２における傾斜角αは常に一定である。

【００３６】この状態でサーボモータ１４を起動する
と、レーザ側回転体９に支持されたウエッジ板６の回転
に伴い被溶接物Ｗ上の焦点位置Ｐは半径Ｒ１の円周Ｍに
沿って回転変位する一方、この動きに純機械的に完全同
期してワイヤ側回転体１６に支持されたワイヤ供給部３
もまた同じ半径Ｒ２（Ｒ１＝Ｒ２）の円周上で回転変位
することから、上記のように被溶接物Ｗ上において焦点
位置Ｐとフィラーワイヤ２の先端位置とを予め一致させ
ておくとともに、それに同期してフィラーワイヤ２の送
り出し動作を行えば、レーザ光Ｌの焦点位置Ｐとフィラ
ーワイヤ２の先端位置とはその位置が一致したままで常
に半径Ｒ１の円周Ｍに沿って回転変位することになる。

【００３７】したがって、主たる溶接送りを溶接ロボッ
トによって与える一方で、それに同期して上記のように
予めその位置を互いに一致させてあるレーザ光Ｌの焦点
位置Ｐとフィラーワイヤ２の先端位置とを半径Ｒ１の円
周Ｍに沿って動かすことにより、任意の溶接軌跡に沿っ
たレーザ溶接を行うことができる。

【００３８】図４の（Ａ），（Ｂ）には本発明の第２の
実施の形態を示す。ただし、先の第１の実施の形態と共
通する部分には同一符号を付してある。

【００３９】この第２の実施の形態では、図１に示した
サーボモータ１４によって強制的に回転駆動されるワイ
ヤ側回転体１６とは別に、ワイヤ側回転体１６と軸心が
平行で直径が等しく且つ従動回転が可能な補助回転体２
６が付加されている。この補助回転体２６の下面にはそ
の軸心から所定距離離れた位置にボールジョイント２７
が設けられていて、このボールジョイント２７を介して
下向き傾斜姿勢のワイヤ供給部３３の上部側が補助回転
体２６に支持されている。補助回転体２６の中心とボー
ルジョイント２７となす距離はワイヤ側回転体１６の中
心とボールジョイント１７とのなす距離と同じ大きさに
設定されているとともに、補助回転体２６の中心とボー
ルジョイント２７とを結んだ線が同じくワイヤ側回転体
１６の中心とボールジョイント１７とを結んだ線と平行
となるように双方の回転体１６，２６の回転位相位置が
設定されていて、結果として短い方の腕の長さを半径Ｒ
３とする四節平行リンク機構が形成されている。なお、
半径Ｒ３はレーザ光Ｌの焦点位置が描く円周Ｍの半径Ｒ
１と等しくなるように設定される。これにより、四節平
行リンク機構を形成しているボールジョイント１７，２
７や補助回転体２６はワイヤ供給部３３をフローティン
グ可能に支持するフローティング機構３０を形成してい
る。

【００４０】したがって、この第２の実施の形態によれ
ば、ワイヤ側回転体１６と補助回転体２６が回転動作す
ることでワイヤ供給部３３が四節平行リンク機構にて拘
束されながら半径Ｒ１（＝Ｒ３）の円周Ｍ上を回転変位
することになり、第１の実施の形態のものと全く同様の
機能が発揮されることになる。

【００４１】図５，６は本発明の第３の実施の形態を示
す図で、図１に示した第１の実施の形態と共通する部分
には同一符号を付してある。

【００４２】図５に示すように、被溶接物Ｗ上でのレー
ザ光Ｌの焦点位置Ｐとワイヤ供給部３から繰り出される
フィラーワイヤ２の先端位置とを予め一致させてあり、
予め設定された理想軌跡データ（予めティーチングされ
た教示データ）に基づく軌跡Ｆに沿ってレーザヘッド部
１およびワイヤ供給部３を動かすべく、制御回路４０か
らサーボモータ１４に対して正逆転駆動指令を与えるこ
とで焦点位置Ｐとフィラーワイヤ２の先端位置とが互い
に一致したまま半径Ｒ１の円周Ｍ上を回転変位すること
になる。

【００４３】その一方、本実施の形態ではワイヤ供給部
３に隣接して検出手段として被溶接物Ｗの方向を指向す
る非接触式のエッジセンサ４１を設けてあり、このエッ
ジセンサ４１はレーザヘッド部１およびワイヤ供給部３
とともに同一の支持体に支持されている。エッジセンサ
４１は、被溶接物Ｗのうち溶接トーチ３よる実際の溶接
位置よりも溶接方向前方側に溶接送り方向と直交するよ
うなかたちでレーザスリット光Ｓを照射する一方、その
レーザスリット光Ｓの反射光を内蔵する光電素子にて捉
えて被溶接部Ｗの端縁位置を連続的に検出するものであ
る。ここでは、例えば重ね継手溶接を想定していること
から、図６に示すように上側となる一方の被溶接物Ｗ１
の端縁（エッジ部）Ｅを検出してその位置を実際の溶接
軌跡としようとするものであり、突き合わせ継手溶接の
場合には被溶接物同士の突き合わせ部もしくはギャップ
を同様にして検出することができる。要は溶接対象とな
る被溶接物Ｗ（Ｗ１）の端縁位置を検出できればよく、
上記のような投受光部一体型のエッジセンサ４１に代え
て、例えばレーザスリット光Ｓの反射光をＣＣＤ等の固
体撮像素子で捉えるようにしたものでもよい。

【００４４】図５のほか図６に示すように、エッジセン
サ４１による検出位置はワイヤ供給部３による実際の溶
接位置よりもオフセット量Ｓ１だけ常に先行していて、
そのエッジセンサ４１の検出出力は演算回路４２に取り
込まれて、現在の実際の溶接位置（互いに一致している
レーザ光Ｌの焦点位置Ｐとフィラーワイヤ２の先端位
置）との差が補正量データＤとして算出される。ただ
し、ここでは現在の実際の溶接位置に理想軌跡データに
基づく軌跡Ｆが一致しているものとみなして上記の演算
処理を行う。そして、この補正量データＤは順次制御回
路４０に入力されて、サーボモータ１４の駆動指令すな
わちレーザ光Ｌやワイヤ供給部３の回転変位量指令に変
換された上で、上記のオフセット量Ｓ１に相当する時間
遅れをもってサーボモータ１４に与えられることにな
る。

【００４５】図６の例では、同図の（Ａ）の状態からオ
フセット量Ｓ１だけ溶接が進んで同図（Ｂ）の状態にな
ったと想定した場合、上記の補正量データＤに基づく回
転変位量指令を受けてサーボモータ１４にてレーザ光Ｌ
およびワイヤ供給部３がそれぞれ回転駆動されることか
ら、レーザ光Ｌの焦点位置Ｐおよびフィラーワイヤ２の
先端位置である溶接位置は距離Ｄだけ移動することにな
る。これにより、被溶接物Ｗ（Ｗ１）の端縁Ｅの形状や
位置の変化にかかわらず常に被溶接物Ｗ（Ｗ１）の端縁
Ｅにレーザ光Ｌの焦点位置Ｐおよびフィラーワイヤ２の
先端位置を一致させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ溶接装置の第１の実施の形
態を示す側面説明図。

【図２】図１におけるレーザ光焦点位置近傍での平面説
明図。

【図３】（Ａ）は図１の構造を模式化した側面説明図、
（Ｂ）は同図（Ａ）の平面説明図。

【図４】本発明に係るレーザ溶接装置の第２の実施の形
態を示す図で、（Ａ）はその側面説明図、（Ｂ）は同図
（Ａ）の平面説明図。

【図５】本発明に係るレーザ溶接装置の第３の実施の形
態を示す要部側面説明図。

【図６】（Ａ），（Ｂ）ともに図５のレーザ溶接装置の
作動を示す平面説明図。

【符号の説明】

１…レーザヘッド部 ２…フィラーワイヤ（溶接材） ３…ワイヤ供給部 ４…ブラケット（支持体） ６…ウエッジ板（屈折手段） ９…レーザ側回転体 １０…レーザ側ドリブンギヤ １２…ワイヤ側ドリブンギヤ １３…ドライブギヤ １４…サーボモータ（駆動手段） １５…レーザ光照射位置変更手段 １６…ワイヤ側回転体 １７…ボールジョイント １９…スライダジョイント ２３…フローティング機構 ２６…補助回転体 ２７…ボールジョイント ３０…フローティング機構 ４０…制御回路 ４１…エッジセンサ（検出手段） ４２…演算回路 Ｄ…補正量データ Ｅ…被溶接物の端縁 Ｆ…理想軌跡データに基づく軌跡 Ｌ…レーザ光 Ｐ…レーザ光の焦点位置 Ｗ，Ｗ１…被溶接物

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接物に対しレーザ光を照射するとと
   もに、そのレーザ光の焦点位置を所定の軌跡に沿って被
   溶接物上で変位させることが可能なレーザヘッド部と、 溶接材であるフィラーワイヤを案内しながらレーザ光の
   焦点位置に対してそのワイヤを順次供給するとともに、
   レーザ光の焦点位置とフィラーワイヤの先端位置との相
   対位置関係を保ちながらレーザ光の焦点位置の変位に連
   動して変位するワイヤ供給部と、 上記レーザヘッド部およびワイヤ供給部を共に支持する
   支持体と、 レーザ光の焦点位置を所定の軌跡に沿って変位させるべ
   くレーザヘッド部の少なくとも一部を駆動するレーザ光
   照射位置変更手段と、 を備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。
2. 【請求項２】 被溶接物に対してレーザ光を照射するレ
   ーザヘッド部と溶接材であるフィラーワイヤを案内しな
   がらレーザ光の焦点位置に対してそのワイヤを順次供給
   するワイヤ供給部とを共通の支持体に支持させた上で、 レーザ光照射位置変更手段にてレーザヘッド部のうち少
   なくともその一部を駆動することでレーザ光の焦点位置
   を所定の軌跡に沿って被溶接物上で変位させる一方、 レーザ光の焦点位置とフィラーワイヤの先端位置との相
   対位置関係を保ちながらレーザ光の焦点位置の変位に連
   動してワイヤ供給部を変位させて溶接を行うことを特徴
   とするレーザ溶接方法。
3. 【請求項３】 レーザヘッド部は、被溶接物に対しレー
   ザヘッド部自体の軸心からオフセットした位置にレーザ
   光を照射するものであることを特徴とする請求項１に記
   載のレーザ溶接装置。
4. 【請求項４】 支持体とワイヤ供給部との間に介装され
   て、レーザ光の焦点位置の変位にワイヤ供給部が連動す
   る際にそのレーザ光の焦点位置とフィラーワイヤの先端
   位置との相対位置関係を保ちながら支持体とワイヤ供給
   部の相対変位を許容するフローティング機構を備えてい
   ることを特徴とする請求項１または３に記載のレーザ溶
   接装置。
5. 【請求項５】 レーザ光照射位置変更手段は、 レーザヘッド部内に変位可能に設けられて、被溶接物に
   対しレーザヘッド部自体の軸心からオフセットした位置
   にレーザ光を照射するべくそのレーザ光を屈折させる屈
   折手段と、 屈折手段を変位させる駆動手段と、 を備えていることを特徴とする請求項１および３，４の
   うちのいずれかに記載のレーザ溶接装置。
6. 【請求項６】 屈折手段はレーザヘッド部内に回転可能
   に設けられていて、 駆動手段による屈折手段の回転変位に応じて被溶接物上
   のレーザ光の焦点位置をレーザヘッド部の軸心を回転中
   心とする円形軌跡上で回転変位させるとともに、 それに連動してフィラーワイヤの先端が同じ円形軌跡上
   で回転変位するようにワイヤ供給部を回転変位させるよ
   うになっていることを特徴とする請求項５に記載のレー
   ザ溶接装置。
7. 【請求項７】 屈折手段とワイヤ供給部とが共通の駆動
   手段により同じ回転比をもって回転駆動されるようにな
   っていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ溶接
   装置。
8. 【請求項８】 フローティング機構によるフローティン
   グ自由度は、レーザヘッド部の軸心と直交する平面内で
   の自由度として設定されていることを特徴とする請求項
   ４に記載のレーザ溶接装置。
9. 【請求項９】 予め設定された理想溶接軌跡データに沿
   ってレーザヘッド部およびワイヤ供給部を動かすべく少
   なくともレーザ光照射位置変更手段の制御を司る制御手
   段と、 ワイヤ供給部による実際の溶接位置よりも溶接方向前方
   側を検出対象として、溶接軌跡となるべき被溶接物の端
   縁を検出する検出手段と、 検出手段による検出出力と予め設定された理想溶接軌跡
   データとに基づいて該当する部位での両者の差を補正量
   データとして算出し、この補正量データをレーザ光照射
   位置変更手段によるレーザ光の焦点位置の変位量指令と
   して制御手段に付与する演算手段と、 を備えていることを特徴とする請求項１および３〜８の
   うちのいずれかに記載のレーザ溶接装置。
10. 【請求項１０】 被溶接物に対してレーザ光を照射する
    レーザヘッド部と溶接材であるフィラーワイヤを案内し
    ながらレーザ光の焦点位置に対してそのワイヤを順次供
    給するワイヤ供給部とを共通の支持体に支持させた上
    で、 予め設定された理想溶接軌跡データに沿ってレーザヘッ
    ド部およびワイヤ供給部を動かすべく、少なくともレー
    ザ光照射位置変更手段にてレーザヘッド部のうち少なく
    ともその一部を駆動することでレーザ光の焦点位置を所
    定の軌跡に沿って被溶接物上で変位させるとともに、 レーザ光の焦点位置とフィラーワイヤの先端位置との相
    対位置関係を保ちながらレーザ光の焦点位置の変位に連
    動してワイヤ供給部を変位させて溶接を施す一方、 溶接中において、ワイヤ供給部による実際の溶接位置よ
    りも溶接方向前方側を検出対象として溶接軌跡となるべ
    き被溶接物の端縁を検出し、 この検出出力と予め設定された理想溶接軌跡データとに
    基づいて該当する部位での両者の差を補正量データとし
    て算出した上でこの補正量データをレーザ光照射位置変
    更手段によるレーザ光の焦点位置の変位量指令として付
    与することを特徴とするレーザ溶接方法。