JPH03207590A - レーザ溶接位置の位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く産業上の利用分野〉 本発明はレーザ加工機にわけるレーザ溶接位置の位置決
め装置に関する。

く従来の技術〉 第８図及び第９図に従来のレーザ加工機におけるレーザ
溶接位置の位置決め装置を示す。

第８図に示すものは炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザ加工
機である。このレーザ加工機は、レーザ発振器１と、入
射光学系２と、伝送用光ファイバ３と、出躬光学系４と
、出射光学系駆動系５を備えている。なお、レーザ発振
器１は可視光のＨｅ−Ｎｅレーザチューブ６と全反射ミ
ラー７，８，９と部分透過ミラー１０を有し、Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザビームの光軸を一致させて照射するものである
。

而して、レーザ発振器１から発振された１／一ザピーム
は入射光学系２に入って集光され、光ファイバ３によっ
て出射光学系４に伝送されてここから被溶接物１１に出
射される。このとき、作業者は目視、あるいはカメラに
よって溶接位置を検出し、その溶接位置決めを行ってい
ろ。

また、第９図に示すものは、細管１２の内面からの重ね
溶接を行うものであって、細管１２側にマーキング位置
１３を設定すると共に溶接工具１４側にもマーキング位
置１５を設定し、各マーキング位置１３，１５の相対位
置をカメラ１６にて検出してこれを作業者がモニタ１７
で目視する乙とで溶接位置を検出し、その溶接位置決め
を行っている。

く発明が解決しようとする課題〉 上述した各レーザ加工機にあって、レーザ溶接位置の位
置決め作業は作業者の目視によって行われていた。従っ
て、狭隘複雑箇所や細管内面などからの溶接作業におい
て、レーザ溶接位置の位置決めを目視によって行うこと
は困難であり、正確な溶接作業を行うことがてきないと
いう問題点があった。また、ＹＡＧレーザビームなどで
反射ミラーを使用するとき、可視光域の光が波長１．０
６のＹＡＧレーザビームのコーティングで十分な反射能
力を持たないことから、その適用には困難性があった。

３ 更に、可視光のＨｅ−ＮｅレーザビームをＣＯＤカメラ
等で検出するにはこのＣＯＤカメラを設置するための十
分なスペースが必要となり、実用上に問題があった。ま
た、細管内面などからのレーザ溶接作業において、適用
１ノ得るマーキング位置の位置合わせはその細管の長さ
が短ければ比較的高精度の位置決めを行うことができる
ものの、細管の長さが長くなるとそれに伴って位置決め
精度Ｌま低下してしまう。

本発明はこのような問題点を解決するものであって、簡
単且つ正確な位置決めを行うことのできるレーザ溶接位
置の位置決め装置を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 上述の目的を達成するための本発明のレーザ溶接位置の
位置決め装置は、レーザビームを照射するレーザ発振器
と、該レーザビームを集光して溶接位置に出射する出射
光学系と、該出射光学系を移動してレーザビームを溶接
ビード位置の幅方向に走査させる出射光学系駆動系と、
前記照射されたレーザビームの溶接ビード位置からの反
射光強度を検出する反射光強度検出器と、該反射光強度
検出器の検出結果と前記出射光学系からの溶接位置信号
によって既溶接位置を検出する既溶接位置検出器とを具
えたことを待黴とするものである。

く作　　　用〉 レーザ発振器から照射されたレーザビームは出射光学系
によって集光され、溶接ビード位置に出射されることで
溶接がなされる。

このとき、出射光学系駆動系によって出射光学系を移動
して溶接ビード位置の幅方向に走査する乙とて反射光強
度検出器によって溶接ビード位置からの反射光強度を検
出し、その反射光強度検出器の検出結果と出射光学系か
らの溶接位置信号によって既溶接位置検出器は既溶接位
置を検出する。それによって、出射光学系を移動し、次
の溶接位置の位置決めを行う。

〈実 施　例〉 以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図に本発明の一実施例に係るレーザ溶接位置の位置
決め装置の概要を示す。

本実施例のレーザ加工機はＹＡＧレーザ加工機である。

第１図に示すように、レーザ発振器３１には入射光学系
３２が接続されており、入射光学系３２はレーザ伝送用
光ファイバ３３を介して出射光学系３４に接続されてい
る。この出射光学系３４は出射光学系駆動系３５を備え
ており、被溶接物５１にレーザビームを照射しつつ、溶
接ビード５２の幅方向と平行に移動できるようになって
いる。なお、レーザ発振器１は従来と同様であるため、
詳細な説明は省略する。

前述したレーサ伝送用光ファイバ３３にはモニタリング
光ファイバ３６が付設されている。このモニタリング光
ファイバ３６はレーザビームの溶接ビート位置からの反
射光強度を検出するものであって、その一端は出射光学
系３４に接続される一方、他端はＯ／Ｅ（Ｏｐｔｉｃａ
ｌ／　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）変換器３７に接続されている
。Ｏ／Ｅ変換器３７は検出された反射光強度を電圧信号
に変換するものである。そして、乙のＯ／Ｅ変換器３７
はコンピュータ３８に接続される乙とでその電圧信号が
コンピュータ３８に送出されるようになっている。

また、前述した出射光学系３４はパルスカウンタ３９を
介してコンピュータ３８に接続されており、出射光学系
３４の移動位置信号がこのコンピュータ３８に送出され
るようになっている。

第２図に本実施例のレーザ溶接位置の位置決め装置が適
用されるレーザ加工機の溶接ヘッドを、第３図にレーザ
溶接位置の位置決め方法を示す。

第２図に示すように、細管６１に対して新たに補修管６
２をその内周面に嵌入してＹＡＧレーザビームで溶接を
行うものである。

７ Ｉ／−ザ加工機において、溶接ヘッドには上部より調心
機構を有する固定部６３、反射ミラー６４を有ずる回転
部６５、複数の集光レンズ６６．，６７，６８，６９を
有ずる出射光学系３４、そして、レーザ伝送用光ファイ
バ３３及び複数本の小径のモニタリング光ファイバ３６
が備えられている。

なお、回転部６５は一回転ごとに細管６１及び補修管６
２の内周面を溶接し、且つ所定量（本実施例では０．５
ｍｍｌ上昇あるいは下降できるようになっ゛Ｃおり、こ
のとき、レーザビームのビーム集光径が変化しないよう
に図示しない出射光学系駆動系３５によって出射光学系
３４が追従できるようになっている。

而して、第１図乃至第３図に示すように、レーザ発振器
３１から照射された波長０．９μｍ以上のレーサビーム
、あるいはＹＡＧレーザビームは入射光学系３２によっ
て集光され、レーザ伝送用光ファイバ３３で出射光学系
３４に伝送され、ここで再集光され、袖修管６２（被溶
接物５１の溶接ビード位置５２）に出射された溶接がな
される。

レーザ溶接位置の位置決めを行うには、まず、微小出力
のＹＡＧレーザビームを溶接ビード５２に照射しつつ、
出射光学系駆動系３５によって出射光学系３４を移動し
てレーザビームを溶接ビード位置５２の幅方向に走査さ
せる（溶接ヘッドの回転部６５を上下動させる）ことで
モニタリング光ファイバ３６によって溶接ビード位置か
らの反射光強度を検出する。そして、その反射光強度を
Ｏ／Ｅ変換器３７によって電圧信号に変換してその電圧
信号をコンピュータ３８に送出する。

一方、出射光学系３４は出射光学系駆動系３５による溶
接位置信号をパルスカウンタ３９を介してコンピュータ
３８に送出する。

従って、既溶接位置検出器としてのコンピュータ３８は
反射光強度の電圧信号と出射光学系３４からの溶接位置
信号によって既溶接位置を検出する。それによって、出
射光学系３４を移動し、次の溶接位置（未溶接位置）の
概略位置決めを行う。

そして、次に、溶接ヘッドの回転部６５を使用し、この
回転部６５の回転に伴う上下動によってレーザビームを
走査して前述と同様に反射光強度と移動位置とによって
溶接位置（未溶接位置）の正確な位置決めを行う。

以上のように、既溶接位置と未溶接位置の判別が正確に
した後、出射光学系３４から照射されるレーザビームを
未溶接位置に合わせる乙とで、次の溶接位置の位置決め
がなされる。

第４図に溶接ヘッドの移動距離に対する反射光強度を表
すグラフを、第５図に溶接ヘッドの回転移動距離に対す
る反射光強度を表すグラフを示す。

第４図に示すものは、微小出力のＹＡＧレーザビームに
よる溶接ビード５２からの反射光強度を回転部６５を上
下動させてモニタしたものである。その結果、溶接ビー
ド位置は反射光強度が低い乙とから、乙のグラフに実線
で示すように溶接ビード位置が判別できる。

但し、長尺の細管にあっては、溶接ビード位置が遠方に
あるため、溶接ヘッド部の剛性不足により同図点線で示
すように検出信号のずれが生じる。従って、前述したよ
うに、回転部６５を回転させることで正確なビード位置
の検出を行う。

第５図に示すように、回転部６５の回転に伴う図示しな
いエンコーダのパルス信号よりこの回転部６５の上下方
向の移動距離、及びこのときの反射光強度を検出する。

その結果、溶接ビード位置を正確に溶接ビード位置が判
別できる。

また、以下にレーザビーム反射光を照射光源とし、白色
光を使用した際のモニタ分析結果について説明する。

第６図に未溶接部において波長に対する反射光強度を表
すグラフを、第７図に既溶接ビードにおいて波長に対す
る反射光強度を表す１１ グラフを示す。

第６図と第７図に示す反射光強度を比較してみると、第
７図に示す溶接ビード位置からの反射光強度の方が第６
図に示す未溶接部からの反射光強度よりもそのデータ値
が低く、更に、０．９μｍより長波長の光を用いること
により溶接ビード位置の検出が可能となる。

また、前述したＹＡＧ　ｌノ−ザビームの波長１．０６
μｍの光を用いることで、特殊な赤外波長の光源を用い
ることなく同一システムで溶接ビード位置の位置検出、
並びにＹＡＧレーザ溶接が可能となる。

く発明の効果〉 以上、実施例を挙げて詳細に説明したように本発明のレ
ーザ溶接位置の位置決め装置によれば、レーザ発振器か
ら照射されたレーザビームを溶接ビード位置の幅方向に
走査することで反射光強度検出器によって検出された溶
接ビード位置からの反射光強度と出射光学系からの溶接
位置信号とによって既溶接位置１２ 検出器が既溶接位置を検出するようにしたので、狭隘複
雑箇所などの溶接位置決め作業を簡単且つ正確に行うこ
とができ、検出器自体が余分なスペースを制約ずろこと
がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るレーザ溶接位置の位置
決め装置の概要図、第２図は本実施例のレーザ溶接位置
の位置決め装置が適用されるレーザ加工機の溶接ヘッド
の縦断面図、第３図はレーザ溶接位置の位置決め方法の
説明図、第４図は溶接ヘッドの移動距離に対する反射光
強度を表すグラフ、第５図は溶接ヘッドの回転移動距離
に対する反射光強度を表すグラフ、第６図は未溶接部に
おいて波長に対する反射光強度を表すグラフ、第７図は
既溶接ビードにおいて波長に対する反則光強度を表すグ
ラフ、第８図及び第９図は従来のレーザ加工機における
レーサ溶接位置の位置決め装置の概要図である。 図　面　中、 ３１はレーザ発振器、 ３２ぱ入射光学系、 ３３はレーザ伝送用光ファイバ、 ３４は出射光学系、 ３５は出射光学系駆動系、 ３６ばモニタリング用光ファイバ、 ３７はＯ／Ｅ変換器、 ３８はコンピュータ（既溶接位置検出器）５２は溶接ビ
ード位置である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザビームを照射するレーザ発振器と、該レーザビー
   ムを集光して溶接位置に出射する出射光学系と、該出射
   光学系を移動してレーザビームを溶接ビード位置の幅方
   向に走査させる出射光学系駆動系と、前記照射されたレ
   ーザビームの溶接ビード位置からの反射光強度を検出す
   る反射光強度検出器と、該反射光強度検出器の検出結果
   と前記出射光学系からの溶接位置信号によって既溶接位
   置を検出する既溶接位置検出器とを具えたことを特徴と
   するレーザ溶接位置の位置決め装置。