(57)【要約】【課題】隠れて離れた接触位置において第１の部品を第２の部品にビーム溶接する溶接装置および溶接方法を提供する。【解決手段】本発明の溶接装置およびその溶接方法は第１のパネル２４を第２のパネル２２に溶接するために用いられる。上記第１のパネル２４は上記第２のパネル２２に部分的に接触する内側面３４と反対位置の外側面３６とを有する。溶接装置は溶接ビームを生成する手段を備える。溶接装置は上記第１のパネル２４の内側面３４上の圧力を上記外側面３６上の隣接圧力よりも低下させることにより、上記第２のパネル２２に接触しない上記第１のパネル２４の第１の部分４０に沿って上記第１のパネル２４を第２の部分４２よりも内側に変形させる手段を備える。溶接装置は上記第１の部分４０もしくは上記第２の部分４２のうちの少なくとも１つの変形に基づいて位置決めをする手段を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のパネルを第２のパネルに溶接するための溶接装置であって、
上記第１のパネルは上記第２のパネルに部分的に接触する内側面と反対位置の外側面とを有しており、
該溶接装置は、
溶接ビームを生成する手段と、
上記第１のパネルの内側面上の圧力を上記外側面上の隣接圧力よりも低下させることにより、上記第２のパネルに接触しない上記第１のパネルの第１の部分に沿って上記第１のパネルを第２の部分よりも内側に変形させる手段と、
上記第１の部分もしくは上記第２の部分のうちの少なくとも１つの上記変形に基づいて位置決めをする手段と、
を備えた溶接装置。
【請求項２】
上記位置決めに応答して上記第２の部分に上記溶接ビームを案内する手段をさらに備えた請求項１に記載の溶接装置。
【請求項３】
位置決めをする上記手段はレーザホログラフィ装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
【請求項４】
位置決めをする上記手段は、レーザホログラフィ装置と、上記ホログラフィ装置からのホログラフィ干渉縞パターンを表示するビデオディスプレイと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
【請求項５】
溶接ビームを生成する上記手段は、レーザ生成機および電子銃のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
【請求項６】
上記圧力を低下させる手段は上記第１・第２の部分に溶接されるプレナム部分を備えることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
【請求項７】
第１のパネルを第２のパネルに溶接するための溶接装置であって、
上記第１のパネルは上記第２のパネルに部分的に接触する内側面と反対位置の外側面とを有しており、
該溶接装置は、
上記第１のパネルと上記第２のパネルとのアセンブリを結合しかつ保持するような寸法を備えた固定具と、
上記アセンブリに溶接ビームを案内するように配置された溶接ビーム生成機と、
上記固定具に連結されたポンプであって、上記第１のパネルの内側面上の圧力を、上記外側面上の隣接圧力よりも低下させることにより、上記第２のパネルとは接触しない上記第１のパネルの第１の部分に沿って上記第１のパネルを第２の部分よりも内側に変形させるポンプと、
第１のレーザビームを上記第１のパネルの外側面に案内するように配置された第１のレーザ生成機と、
上記第１のレーザビームの反射を検出するように配置された検出器と、
を備えた溶接装置。
【請求項８】
上記検出器に連結された制御装置を備え、かつ
上記溶接ビーム生成機は上記反射の検出に応答して上記溶接ビームを上記第２の部分に案内するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の溶接装置。
【請求項９】
上記溶接ビーム生成機は第２のレーザ生成機を備えることを特徴とする請求項７に記載の溶接装置。
【請求項１０】
上記溶接ビーム生成機は電子ビーム生成機を備えることを特徴とする請求項７に記載の溶接装置。
【請求項１１】
上記溶接ビーム生成機は上記第１のパネルにわたって上記溶接ビームを横断させるアクチュエータを備えることを特徴とする請求項７に記載の溶接装置。
【請求項１２】
上記第１のパネルと上記第２のパネルとが組み合わされた請求項７に記載の溶接装置であって、
上記第１のパネルはほぼ平坦なシートであって、かつ、
上記第２のパネルはほぼ平坦な第１の面と複数の並列のリブを有した第２の面とを有することを特徴とする請求項７に記載の溶接装置。
【請求項１３】
第１のパネルを第２のパネルに溶接するための溶接方法であって、
上記第１のパネルは上記第２のパネルに部分的に接触する内側面と反対位置の外側面とを有しており、
該溶接方法は、
上記外側面上の隣接圧力よりも上記第１パネルの内側面上の圧力を低下させることにより、上記第２のパネルに接触しない上記第１のパネルの第１の部分に沿って第２の部分よりも上記第１のパネルを内側に変形させる変形ステップと、
上記変形に基づいて、上記第１の部分および上記第２の部分のうちの少なくとも１つの位置決めする位置決めステップと、
上記特定決めステップに応答して、上記第２の部分に溶接ビームを案内する案内ステップと、
を含んだ溶接方法。
【請求項１４】
上記位置決めステップはレーザホログラフィを含むことを特徴とする請求項１３に記載の溶接方法。
【請求項１５】
上記案内ステップによって、上記溶接ビームが上記第２のパネルの複数の並列のリブに沿って上記第１のパネルを上記第２のパネルに溶接することを特徴とする請求項１３に記載の溶接方法。
【請求項１６】
上記第１・第２のパネルに少なくとも１つの犠牲的なシーリング要素を溶接するステップをさらに含んだ請求項１３に記載の溶接方法。
【請求項１７】
上記シーリング要素は環状プレナム要素であることを特徴とする請求項１６に記載の溶接方法。
【請求項１８】
上記第１・第２のパネルは長手方向の軸を中心に回転する本体を基本的に構成し、かつ、
上記第１・第２のパネルは上記長手方向の軸をほぼ中心にして徐々に増加する回転をし、上記第１の部分を構成する個々の位置に順次溶接することを可能にすることを特徴とする請求項１３に記載の溶接方法。
【請求項１９】
上記個々の位置は上記第２のパネルの長手方向のリブに関連し、かつ、上記溶接ステップは上記溶接ビームに対して上記第１・第２のパネルをほぼ長手方向に横断させること含むことを特徴とする請求項１８に記載の溶接方法。
【請求項２０】
上記溶接ステップは上記長手方向の軸をほぼ中心に上記第１・第２のパネルを回転させることによってリブ整合上の誤差を動的に補正するステップをさらに含んだ請求項１９に記載の溶接方法。
【請求項２１】
リブを残すように上記第２のパネル内に複数の溝を加工するステップをさらに含んだ請求項１３に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶接に関する。より具体的には、本発明は隠れて離れた接触位置において第１の部品を第２の部品にビーム溶接することに関する。
【背景技術】
【０００２】
盲目的な溶接は、溝加工が付される熱交換器の分野において厄介な問題である。溝付きの熱交換器の実施例の一つはロケットノズルの壁に用いられ、これは、Ｄａｍｇａａｒｄらによる“ＲＬ６０エンジンのためのレーザ溶接されたサンドイッチ状ノズル延長部”（ＡＩＡＡ−２００３−４４７８）、ＡＩＡＡ、Ｒｅｓｔｏｎ、ＶＡ、２００３に開示され、この開示の詳細はここに参照として引用される。溝付き熱交換器の実施例においては、溝間にリブを残すように基材に一連の溝の加工が施される。カバーシートもしくはカバーパネルがリブの上に置かれ、そこに（例えば、基層から離れて面している上記シートの側面からのレーザビームや電子ビーム（ｅ−ｂｅａｍ）によって）溶接が施される。リブと溶接ビームとの位置決めは困難であることが分かっている。Ｘ線装置が提案されている。Ｘ線装置は、しかしながら、高価で取扱いが難しい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の１つの態様は第１のパネルを第２のパネルに溶接する溶接装置を含み、第１のパネルは第２のパネルに部分的に接触する内側面と反対位置の外側面とを有する。溶接装置は溶接ビームを生成する手段を備える。溶接装置は第１のパネルの内側面上の圧力を外側面上の隣接圧力よりも低下させることにより、第２のパネルに接触しない第１のパネルの第１の部分に沿って第１のパネルを第２の部分よりも内側に変形させる手段を備える。溶接装置は第１の部分もしくは第２の部分のうちの少なくとも１つの変形に基づいて位置決めをする手段を備える。
【０００４】
幾つかの実施例においては、上記装置は上記位置決めに応答して上記第２の部分に上記溶接ビームを案内する手段をさらに備える。上記装置は、レーザホログラフィ装置を備えた位置決め手段を有する。上記位置決め手段は、レーザホログラフィ装置と、上記レーザホログラフィ装置からのホログラフィ干渉縞パターンを表示するビデオディスプレイと、を備える。上記溶接ビームを生成する生成手段は、レーザ生成機および電子銃のうちの少なくとも１つを備える。上記圧力を低下させる手段は上記第１・第２の部分に溶接されるプレナム部分を備える。
【０００５】
本発明のもう１つの態様は、第１のパネルを第２のパネルに溶接するための溶接装置を含み、上記第１のパネルは上記第２のパネルに部分的に接触する内側面と反対位置の外側面とを有する。該溶接装置は、上記第１のパネルと上記第２のパネルとのアセンブリを結合しかつ保持するような寸法を備えた固定具を備える。上記装置は上記アセンブリに溶接ビームを案内するように配置された溶接ビーム生成機を備える。上記装置は、上記固定具に連結されたポンプを備え、該ポンプは上記第１のパネルの内側面上の圧力を、上記外側面上の隣接圧力よりも低下させることにより、上記第２のパネルとは接触しない上記第１のパネルの第１の部分に沿って上記第１のパネルを第２の部分よりも内側に変形させる。上記装置は第１のレーザビームを上記第１のパネルの外側面に案内するように配置された第１のレーザ生成機を備える。上記装置は、上記第１のレーザビームの反射を検出するように配置された検出器を備える。
【０００６】
幾つかの実施例においては、溶接装置は、上記検出器に連結された制御装置を備え、かつ上記溶接ビーム生成機は上記反射の検出に応答して上記溶接ビームを上記第２の部分に案内するように構成されている。上記溶接ビーム生成機は第２のレーザ生成機を備える。上記溶接ビーム生成機は電子ビーム生成機を備える。上記溶接ビーム生成機は上記第１のパネルにわたって上記溶接ビームを横断させるアクチュエータを備える。上記装置は上記第１のパネルと上記第２のパネルとが組み合わされている。上記第１のパネルはほぼ平坦なシートであって、かつ、上記第２のパネルはほぼ平坦な第１の面と複数の並列のリブを有した第２の面とを有する。上記第１のパネルはほぼ円錐台状であり、第２のパネルは基本的に平滑な円錐台状の第１の面と複数のリブを有した第２の面とを備える。
【０００７】
本発明のもう１つの態様は、第１のパネルを第２のパネルに溶接するための溶接方法を含み、上記第１のパネルは上記第２のパネルに部分的に接触する内側面と反対位置の外側面とを有する。上記第１パネルの内側面上の圧力は、上記外側面上の隣接圧力よりも低下して、上記第２のパネルに接触しない上記第１のパネルの第１の部分に沿って第１の部分は第２の部分よりも内側に変形する。上記変形に基づいて、上記第１の部分および上記第２の部分のうちの少なくとも１つが位置決めされる。上記位置決めステップに応答して、上記第２の部分に溶接ビームが案内される。
【０００８】
幾つかの態様においては、上記位置決めステップはレーザホログラフィを含む。上記案内ステップによって、上記溶接ビームが上記第２のパネルの複数の並列のリブに沿って上記第１のパネルを上記第２のパネルに溶接する。上記第１・第２のパネルに少なくとも１つの犠牲的なシーリング要素が溶接される。上記シーリング要素は環状プレナム要素である。上記第１・第２のパネルは長手方向の軸を中心に回転する本体を基本的に構成する。上記第１・第２のパネルは上記長手方向の軸をほぼ中心にして徐々に増加する回転をし、上記第１の部分を構成する個々の位置に順次溶接することを可能にする。上記個々の位置は上記第２のパネルの長手方向のリブに関連し、かつ、上記溶接ステップは上記溶接ビームに対して上記第１・第２のパネルをほぼ長手方向に横断させること含む。上記溶接ステップは上記長手方向の軸をほぼ中心に上記第１・第２のパネルを回転させることによってリブ整合上の誤差を動的に補正するステップをさらに含む。リブを残すように上記第２のパネル内に複数の溝が加工される。
【０００９】
本発明の１つもしくは複数の実施例の詳細が添付の図面や以下の詳細な説明に開示されている。本発明の他の特徴、目的、および利点は、詳細な説明および図面や特許請求の範囲から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、基層２２とカバー層２４とを含んだサンドイッチ構造２０の断面図を示す。これらの層は、鋼、チタン合金、ニッケル系もしくはコバルト系の超合金、または、溶接可能な材料から成る。一連の溝２６がこの基層の第１の面２８に加工され、一連のリブ３０と基本的に加工されない第２の面３２が残される。この加工が施された後は、カバー層２４が基層に組み付けられ、カバー層２４の面３４つまり底面がリブ３０上の面２８に接触する。サンドイッチ状に積層させてみると、面３４、２８は内側面となり、もう一方のカバー層の面３６は外側面となる。これらの層は平坦であっても、別の形状をしていてもよい。例えば、上記層やサンドイッチ構造は、ロケットノズル部品内に長手方向に伸びる溝が付いた円錐台であってもよい（その後、ベル状に形成される）。
【００１１】
本願の技術によれば、溝２６内の圧力を面３６の外側の圧力よりも低下させることにより、少なくとも一時的にカバーシート２４を変形させて、面４０を生じさせる。この面４０は面３６のうち、基層のリブもしくもう一方の加工されない部分の上の面４２に対して変形あるいはくぼんだ面となる。面３６の変形は、溶接ビームを案内し、リブ位置にある層を局所的に溶接する光学技術に役立つ。
【００１２】
実施例として、円錐台のロケットノズル部品（図３参照）として形成されるサンドイッチ構造２０が挙げられる。ノズル部品は第１の長手方向の端部５０から第２の長手方向の端部５２まで延びる。局所的な水平軸５０２から角度θだけ傾斜した長手方向の軸５００が示されている。この実施例においては、上記θはまた円錐の半分の角度となっており、これにより、ノズル部品の外部面の（例えば、面３６の）最も上の部分も水平となる。従って、この実施例においては、面３６はノズル部品外部面を形成し、面３２はノズル部品内部面を形成する。取付具６０はノズル部品を固定し、軸５００を中心にノズル部品を回転させるアクチュエータ（例えば、モータ６２）と、ノズル部品を（例えば、軸５００との共通垂直面上の水平方向５０４に）移動させるアクチュエータ（例えば、モータ駆動テーブル６４）とを含む。溶接システム６８が概略的に示され、以下に詳細に検討される。溝２６の圧力を低下させるために真空ポンプ７０が設けられる。上記圧力を低下させるのに多くの方法が存在する。これらの方法は、溝をシールするための種々の技術を含む。図４は、第１・第２の端部５０，５２の間のノズル部品サンドイッチ構造の長手方向の断面図である。実施例においては、プレナム８０が第１の端部５０に取り付けられ、シーリング／遮断要素８２が第２の端部５２に取り付けられる。この実施例の要素８２は溶接８４，８５によって層２２，２４に取り付けられる。この実施例のプレナム８０はパイプ８６からなり、このパイプは溶接８７，８８によって層２２，２４に溶接されている。この実施例においては、プレナム８０は、まず直線状パイプストックを輪になるように曲げ、両端を溶接することによって作られる。スロット９０がパイプに加工され、パイプが第１の端部に取付、溶接されると溝２６と連通するように位置決められる。１つもしくは複数の穴が加工され、真空ポンプ７０に連結するように継手９２が取り付けられる。溶接によって（説明のために、溶接材料は上記層の本来の構造とシーリング要素と混ざり合っていないように示されている）、ノズル部品は各端部付近で余分な長さが付与されており、これにより、リブに沿って最終的な溶接を施した後にマニフォールド８０や要素８２を切除することが可能になる。
【００１３】
図５は溶接装置６８の詳細をさらに示す。この装置６８の光学検出システムは例えばレーザホログラフィを利用する。出力ビーム１０２をビームスプリッタ１０４に案内して第１・第２の部分１０６，１０８に分割するようにホログラフレーザ生成機１００が位置決められる。第２の部分１０８は、その途中でレンズ１１０を通過し、検出器１１４の入射面１１２に向かうリファレンスとしての役割を果たす。第１のビーム部分１０６はレンズ１１６を通過し、面３６から面１１２に反射する。検出器１１４は制御システム１２０に接続されており、この制御システム１２０はレーザ生成機１００、ディスプレイ１２２、およびユーザ入力装置１２４（例えばキーボードや位置指示装置）にも接続されている。制御システム１２０はまた、溶接ビーム生成機１３０（例えば、レーザ生成機や電子ビーム（ｅ−ｂｅａｍ）生成機）に接続されていてもよい。生成機１３０は溶接ビーム１３２を面３６に案内する。
【００１４】
図６は、リブの存在を示す部分１４２を含んだ干渉縞１４０が表示されたディスプレイ１２２の出力を示す。ディスプレイはビーム１３２の照準点を指示する照準印（例えば十字線１４４）をさらに示す。自動的に又はユーザガイダンスに従って、制御システムは、選択された１つのリブに対するビームの照準を維持しつつこのリブに沿ってビームを移動させてこのリブ位置において上記２つの層を溶接する。例えば、制御システム１２０は、モータ６２とテーブル６４とに連結され、基本的に静止したレーザビームに対してノズル部品サンドイッチ構造の回転および位置を制御する。あるいは、基材が静止していてレーザビームが付随したアクチュエータによって（例えば、鏡の回転等によってビーム１３２のみを移動させることによって、または、溶接ビーム生成機のみ、もしくはこれとホログラフィビーム１０２や生成機や検出機と組み合わせたものを移動させることによって）移動可能となるものであってもよい。状況によっては双方が移動可能である。複合した状況の１つの実施例では、ノズル部品サンドイッチ構造が軸５００を中心に回転のみ行うとともに、システム６８の光学部品が方向５０４に通過可能である。このシステムは不整合を吸収する（例えば、ほぼ長手方向の溝とリブとが長手方向から僅かに外れた場合）。また、このシステムはリブや溝のより複雑な形状に適合する。
【００１５】
本発明の１つもしくは複数の実施例を説明した。しかしながら、本発明の趣旨や範囲から逸脱することなしに様々な改良がなされよう。例えば、溶接される個々の部品の詳細は個々の実施の詳細に影響するであろう。様々な既存の又は未だ開発されていないシステムやサブシステムが利用されるであろう。代替的に、非犠牲的なシーリングシステムが例えば符号８０や符号８２のような要素に利用されてもよい。従って、その他の実施例も添付の特許請求の範囲に属する。
【００１６】
各図面の同様な符号と名称は、同様な要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】熱交換器を構成する溝加工されたサンドイッチ型ノズル部品の溶接前の断面図。
【図２】溝内の圧力を低下させた図１のノズル部品の断面図。
【図３】図１のノズル部品を溶接するためのシステムの部分概略図。
【図４】溝をシールしかつこれらの溝内の圧力を低下させる端部要素に組み付けられた図１のノズル部品の長手方向の部分断面図。
【図５】図３のシステムの溶接要素および光学検査要素の部分概略図。
【図６】図５の光学検査要素によって生成された干渉縞のパターンを示すディスプレイの図。
【符号の説明】
【００１８】
２０…サンドイッチ構造
２２…基層
２４…カバー層
２６…溝
２８…第１の面
３０…リブ
３２…第２の面
３４…カバー層の内側面
３６…カバー層の外側面
４０…くぼんだ部分
４２…加工されない部分
【図１】
2006130565.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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