JPS59141392A - ビ−ム溶接装置のスポツト位置調節装置 - 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】 本発明は、レンスビーム、電子ビーム等を被溶接部材の
溶接部位に投射してヒーＪＸ溶接を施すし一１１溶接装
置において、ビームスポットの位置を調節ずイ）装お′
に関するものである。

ビーフ、源から発射されたレーザヒーＪ・、電子ビーム
等のビームを光学レンズまたは電子レンスから構成され
るレンス装置を用いて集束さセ、そのビームのビームス
ポットを被溶接部月士に形成するビームヘットを備え、
そのビームスポットが被溶接部材の溶接線に沿うように
そのビームへ、ｙＦと被溶接部材とを予め定められた軌
跡に従って相対移動させることによりその被溶接部材に
と一ム溶接を施すビーフ、溶接装置が知られている。斯
る装置においてム；Ｌ、ビーＪ・スボ用□力怜１（小面
積に投射させられるため、きわめて細いヒー１゛が得＾
れ。

しかも溶接歪が少ない等の利点がある反面、被溶接部組
の位置決め位置、寸法公差等に起因する僅かな位置ずれ
るごよって溶接不良が発生と７易いため、溶接線とビー
ノ・スポットとの（ｉ″７置ずれを検出しその位置ずれ
が零となるようにビームスポットの位置をＫ）ｔｄ節１
−るスポット位置調節装置が望まれ゛（いる。

これに列して、ビームヘノトに反射鏡またＬ；Ｌ　ｆｌ
、、’１向コイルを取りｆｔ　Ｌ：１．被溶接部Ｈに向
かうヒーＪ１の方向角度を変更させることにより、ビー
ムズボソ１への位置を間ｔイ“１する装置が名えられ”
（いる。し。

かしながら、斯る装置によれば、僅かな偏向角度誤差が
被溶接部組までの距離が１バなる程拡大されてビーノ、
スポット位；６が大きくほらつき易く、し−ムスボノト
と溶接線とを正確に一致させることか困ｔ１ｆであり、
ビームスポットの位置を高精度に制御するためには複り
（トし１づ高価な偏向角度制御装置ｉｔがζＱ・要とな
る。

本発明はツ上の事情を背景とＵ７て為されたものであり
、その目的とするところは、ビームスボノ）・の位置を
高精度に調節し１厚る筒中なスポット位置調節装置を提
供することにある。

斯る目的を達成するため、本発明のスポット位置調節装
置σば、 （１）　　前記レンズ装置に含まれる少なくともひとつ
のレンズを支持し、そのレンズの中心軸に対して直角を
成し且つ前記溶接線と交差する直線にそって中１１移動
弓能に前記ビームヘノトに設Ｇ−ｊられたレンズ支持部
材と、 （２）　　そのレンズ支持部材を駆動することにより、
前記ヒーＪ、スポットの位置を１１１記溶接部祠と交差
ずろ方間に移動させ、そのビームスポットを溶接線に一
致させるレンズ駆動装置と、 を含む・ごとを１寺徴とする。

このようにずれば、たとえレンズ支持部材の位置に僅か
なほらつきが生しても、そのばらつきが被溶接部組まで
の位置に拘らずヒーＪ・スボソ１〜位：ｈ：のばらつき
に拡大されないので、ビームスボソ１−位ｉＮ￥か比較
的１：１１錆度にεｉｆ、１節され得るとともに、ビー
ムヘノトに平行移動ｉ」能に設りられたレンズ支持部材
とこれを駆動するレンズ駆動装置とＧ３二よ、って装置
が極めて筒中且つ安１曲に構成されイ）のである。

Ｊツ下、本発明の一実施例を示す図面に基づいて詳細に
説明゛４−る。

第１１図は本発明がレーザ溶接装置に通用され／コ例を
示しており、レーザ溶接部−゛は、被ｌＷ接部＋７）で
ある第１＄１１反１２及び第２鋼１反１４が載置さＪ　
１゜る図示しないテーブルと、図示し７ないレージ′光
源から発射されたレーザビームを後述のレンズν・ｉＮ
ｔ’１６によりフ（５束させて第１＆１ＨＮ１２および
第２　Ｉｔ（板１４十にビームスボソＩ−１８を形成す
るビーノ・ヘットとしてのレーザヘット２０とを備え−
（いる。

このレーザヘット２０ば２５図示Ｌ７ない駆動装置に、
■、ゲζ、ビームスポット１８が第１１イ１板１２と第
２鋼板１４との突合せ部に形成される溶接線Ｂ４こ沿う
ように予め定められた一定の軌跡に従って矢印Ｊｊｊ向
に移動させられるようになっている。

レーザへ、ド２０は、第２図乃至第４図ｔこも詳しく示
されるように、管状の本体２２と、本体２２の下端部に
おいて本体２２の中心軸まわりの回ｉリノ自在に設りら
れ、パルスモータ２４によって駆動されＪ、　ｌｊｉ目
リノす材２　〔ｉと、取イＫＪ棒２８を介してその回転
１°ｆ１目４２６に固定され、し・−ザヘノド２０の重
力においてレーザヘット２０の中心を通り進行ソノ’　
ｌｉ＋Ｉ　、Ｊに平行な基準線入に対するｌ容接線１３
の−４−れ／、を検出′４ろイメージセンサ３０と、回
動ｒＨ＋材２（ｊ（・こ取り付りら着、ビームスポット
１８の位置を基ｉｊｆ、　ｌｉ＋八に夕１し、て交差す
る方向に移動させるスボソ［イ妬？′Ｉ：移動機構３２
とを（Ｊｉえている。

１−なわら、回１すＪ部材２６は、」二面において上方
Ｇこ突没された円環状の係合突起３４を備えたう、Ｌ形
の箱状を成し、その係合突起３４の内向きソシンソか本
体２２の外周面に形成された環状凹溝３６とヘアリング
３８を介して保合さ−ｌられることによっ−ζ回動自在
とされ、且つ、その係合突起３４の外周面に形成された
外周歯と本体２２に固定のパルスモータ２４出力軸のピ
ニオンｈ　＋＋ｔｉみ合わせられ−（いイ〕。このため
、パルスモータ２４によ−。

ζレーザヘット２０の基１ｌｉ４線八が常時その進行方
向に１１情１°となる、１う（５こ図示Ｕ２ない制御ｉ
かｉ”＋’、　４こ、トー。

で制御され（ｎるのである。

スボノＩ−（１７置移動機横３２　ＩＩ、全体としｃｌ
ｌ；仄を成しく断面矩形の１部と断面円形の中間部と薄
肉逆円ｔ□ｆｅ形の下部とを治し、回動部祠２６にょ−
２て基準線入に列して直角方１ｉｉ１の移動Ｐ１在に支
持され］こレンス支持部刊としての本体４ｏと、本体４
ｆ）の中間部と下部との間に取りイマ１りられたレンス
装：ｉＩｉ’、　］　５と、取イＫｊ保護枠４２．を介
Ｕ′ｃ回→すＪ　ｆｉｌ（材２６に固定されるとともに
、本体４０に先端が当接さ−Ｕられ）こ伸縮自在な出力
軸を有しノこ］／ンス駆１肋装置としてのアクチェエー
タ４４と、本一体／ＩＱと回動部利２　［ｉとの間に介
挿され、本体４０をアクチブ二〇−り４４に向かって伺
勢１−るスプリンタ４Ｆ）とをイハ１１えている。すな
わち、回動部）Ａ２６のト部に設＆Ｊられた内向きのフ
ランジ部−に面には本体／ＩＯの同動部＋Ａ’　２　ｆ
ｉ内に収容された部分に外向きに突１役されたフランジ
部が摺接させられ、目っそのフランジ部の側面とこれに
対向する同動部４Ａ２ｂの内壁面との間にヘアリング４
８か介挿されることによて、本体４０が摺動ｉｉＪ能に
支持されており、リニヤソレノイド、モータシリンダ等
によつ′Ｃ構成されるアクチュエータ４４の出力軸が伸
縮されることによってレンス装置１６が基準線入と直交
する方向に平行移動させられるのである。

こごで、レンス装置１６か一枚の凸レンズから構成され
、その中心軸である光中１１１が本体２２の中心軸と・
）１行とされているので、し・ンス装５９．１６が移・
ｌす＋させられると、被溶接部材上に形成されるビーム
スボノト１Ｂはレンス装置１６ととｔ）に移動さ−Ｕら
れるのである。たとえば、第５１図に示されるように、
レンス装置１６か破線に示される位置まで移動さ−Ｕら
れると、レーヂビームは平行光線であるので、ビームス
ボソト１８は１８′乙こ示される位置に移動させられる
。

イメージセンサ３０ば、第６し１に示されるように、本
体５０と、その本体５０内に固定された固体撮像素子５
２と、その固体撮像素子５２−１−に溶接線１３を結像
さ・ｌるレンス５４とをイル°１え−（いイ〕。

固体撮像素子５２の受光面には溶接線Ｂと直交′二する
方向に多数の光電素子が一列に配設され５て才・す、ノ
、ｌ；【ｌ＃″−線△と／ｇ　ｔａ線）３との゛りれＺ
かＬ・−ザ・＼ノド２（）に先）゛ノーっ−（検出され
るようになっている。ず４（わん、イメージセンサ３０
の視野Ｓに対応する光電素子の数をＮ、視野Ｓの直径を
１〕、Ｎ個の光電素子の・うら基準線Ａに対応するもの
が一１瑞からｒ１番ト１であり、溶接線Ｂが結像される
光電素子が−、’１．１からｎ′番目とすると、」−れ
川Ｚは次式％式％） （１１ を油解する、二とにより求められるのである。

以Ｌ：　（７，）　、ｌ：っに構成されノこノボノド装
置ｇ１４節装置に番、１、第７図に示される回路が備え
られている。

セるψわ４）、イメージセンサ３０からの出力イト１号
４．１イメージセンナ出力回路５　ｆｉに供給され、固
体撮像率ｆ５２の光′ＩＶｌｉ素子のうち溶接線Ｂが結
像される光電素子の位ｉｉＧ：を表ずずれ信号ＳＺがイ
メージセンナ出力回路Ｆｌ　ｆｉからＩ１０ボート５８
に供給される。１１０ポート５）３にはデータバスライ
ンを介してＣＰ“ｌ１１．ＲＯＭ６２．ＩぐΔＭ６４が
接続されており、ＣＰ　ＬＪ　６０６；ｌ’、　ＲＯＭ
　６２に予め記１ぎされたプＩ＋ダラムに従ってＲＡＭ
６／ｌの一時記憶機能を利用しつつ、ずれ信、０３７．
に基づいて＋ｉｉｉ記（１）式からずれＺを算出し、こ
のずれＺを零と′するためのスポット位置指令信号ＳＣ
を所定の時間遅延させて−アクチｊ−Ｉ−夕ｊ）ｉｉ動
回路６６に出力１ろ。その所定の時間は、レーザへ、　
ト’　２　（ｌの移動速１隻（、こ貼一つくイメージセ
ンサ３０の検出位置とビームスボノト１８との間の距離
ａに対応する時間、１１４ずれす、＋Ｉ／−ヂヘノＦ”
２　（ｌがｊｔ′ｌＪｇｉｔ　ｅを走Ｌ＋する時間であ
って、レージ′−・ノド２０の移動速度に応じて自すリ
Ｊ的に決定される。アクチｊ、エーク駆勅回路６６は、
スポット位置指令信号Ｓ（Ｊこ基づいて駆すリＪ信３ぺ
Ｓ　Ｉ）をアクチュエータ４４に供給する。アクチュエ
ータ４４ばその出力軸を伸縮させろことによってビーム
スポソト１８が／８接線Ｂに一致するようにスポット位
置移動機構３２の本体４０を移１す」させる。尚、前記
（１）式の挿算において、前記視野８もこ対応する光電
累ｆ′故Ｎ、視野の的（、■（）、および）、ｊ；　ｌ
ｉｌ；線Δに列応する光電素子の順位［１は、イメージ
セン＋Ｊ−３０の構造およＯ・レーザヘッド２０への取
イ・ｊ装ｊｊ”Ｉ：に、１って決められ、）′−め１？
０Ｍ６２に記憶されていイ）のである。

このよ゛）に、本実施例によれば、第１鋼払コ１２およ
び第２梱板１４の；ｌ＆　ｉ；’ｉ：位置および・１゛
法公差ハに起因して溶接線１３の位置かばらついで４）
、臥ｆｐ：線Δと溶接線Ｉ３とのずれＺか検出され、そ
のずれＺに基づいてヒ゛−ムスボノト１８力くｌ容１妾
に、泉ｌ−’　、ｉ−ｉ、ご−・致させられるので、極
めて高い溶接品質か（ち１．−１れるのでｌｂる◇ まゾこ、本実施例によれは、レンス支持部刊とし−（の
本体４０がアク千ユニ１−−タ４７１に、■−）で駆・
１す」される、二とＧこより、ヒープ、スポット＋　８
か移動さ・けられるので、し・−ザ光線を反則さ廿イ〕
反則鏡や？Ｉｉ了ヒーＪ・を偏向さ“口ろ偏向ｍｌイル
を用いイ、ｔｊｆ＝来の場合に化軽し−（、スボノ）　
（ｉ′７．　ｉｉ’；°移動機構のはらて）き、換言す
れば本体４（）の位置誤差かビームス十７１−１８の位
置に拡大されないので、Ｌ−ムスボ、　ｌ−１８の位置
決め１７度か筒中４−′機構によって好適に得られ、し
かもスボ・ノ１〜位置移・ｌｌＪＪ機構３２か安１ｉ１
１ｉとなる利点かある。

以下、本発明の一実施例を示〉１−レｌ　ｉｆｉ’ｉに
姑−９いて説明したか、本発明はその他！虎様において
も適用される。

例えは、前述の実施例においてレンズ装置１〔）乙、ト
一枚の凸レンズから構成されているが複数のレンズの組
合せに８−ゲて構成されても良いことは勿論で３・〕す
、ごの様な場合には、そのレンズ系全体またはそのレン
ズ基を構成する４ｊ夕なくとも一枚のレンツ、かその先
軸にス（して直ｊ匂を成し１−１つ溶接線１３と交差す
る直線に沿って平行移動可能にもうけられ）こｌ／ンス
支１；１１部祠に支楯されれは良いのである。また、７
ｈ子ヒーム溶接装置におい”ζし４、電子ビームを集束
させる電子レンズは′ＸＩイルによって空間中に構成さ
れるのでそのｍｌイルかレンズ支持部＋Ａに支持されれ
ば良いのである。

また、前述のレーザヘッド２０εＪ：　Ｘ−Ｙ軸の一エ
次元平面内におい−（駆動されて４）良く、また、被溶
接部祠かレーサヘ・ノ１２０にり１して駆動３さ；１１
．７も良い。

また、前述のイメージセンサ３０の替わりＧこ、θ多気
式センサ等の他のずれセン号が用（、＞レノれ（！脳、
ことは許うまでもない。

尚、上述したのはあくまで４）本発明０）−＝・′実施
例であり、本発明はその１゛１ｊ神を逸脱しなし）挽回
に、）ンいて神々変更か加えられ得る４）のである、。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例か適用されたレー」Ｊ−７容接装
置のｉＷ部を示す斜視図である。第２図ハゲ第４図は、
第１図の実施例におりろレーク’　”　ノ）　Ｑ）　＋
ｌ：ｌ：面断面図）１す曲１祈面図２および水ｊｌＺ断
１ｉｉ　１ソｌ−Ｃある。 第５図は第１図の実施例におりるスボノ１（妬１・１”
移動機構の作用を説明する図である。第０図Ｇ、１第１
図の実施例におりるイメージセンサの説明図−で、多）
２〕。第７図は第１図の装置ｉ（に備えられた電気ｌ！
Ｊｌ　ｉ♂ｈを示オソロノク線図である。 １６：レンス装置湿　　Ｉ８：に−ムスボ、ト２０：レ
ーザヘノド（ビームヘ、ト） ４０・本体（レンス支持部祠）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ビーム源から発射されたヒーＪ、をレンス装置を用い゛
   （４３（束ざ・已、該ビームのビームスポットを破熔接
   部祠十に形成するビーム−・ソトを（Ｎｆｉえ、該ヒー
   ｊ、スポットが該被７８接１ｔｌｉ材の溶接線に沿う、
   １、うに該ビーフ？・ヘットと被溶接部材とをやめ定め
   られゾこ軌跡に従って相対移動さ−ＩＪる、二とにより
   該被溶接部材にヒーＪオ熔接を施ずビーム濱接装置乙こ
   お、いて、前記ビームへメトと溶接線との位置゛ずれを
   検出し、この位置ずれに−、（つき前記ビームスボ７１
   −の位置を調節して該ヒーＪ１スポットと溶］Ｘ線とを
   一致す’ｌ！’　Ｚ＋　スボ、１位置Ｍｌｆ＋Ｉ　ｒＭ
   ｊ装置＋’ｊ：　−’Ｃ：　８ｊ　ッテ、前記レンス装
   置に含まれる少なくとも−・つのレンズを支持し、該レ
   ンスの中心軸に対して直角を成し１土つｉ；Ｉ記熔接線
   と交差する直線に沿って平行移動可能Ｑに前記ピーＪ、
   へ、ドに設番“ｊられたレンヌ支持部材と、 該レンス支持部材を駆動することにより１．前記ビーム
   スポットの位置を前記溶接線と交差する方向Ｇこ移Ｗｉ
   Ｊ＋さ−μ、Ｊ亥ビームスボソトを該溶接線に一致させ
   るレンス駆動装置と を含むことを特徴とするヒーＪｈ　７ｈ接装置のスポッ
   ト位置調節装置。