(57)【要約】【課題】溶接対象線７に対する溶接加工ヘッド４の位置決めを正確に行なう。【解決手段】レーザー発振器２から出力されたレーザー光を溶接加工ヘッド４に伝送する光ファイバー３と、溶接加工ヘッド４の位置を移動させる移動手段５と、被溶接部の平面状況を検出するＣＣＤカメラ８と、被溶接部と溶接加工ヘッドとの距離を検出する高さセンサ９と、ＣＣＤカメラ８及び高さセンサ９の情報に基づいて溶接対象線７に対する溶接加工ヘッド４の位置を所定位置に制御するように移動手段５を作動させる制御手段１０とを備え、溶接対象線７に対する溶接加工ヘッド４の位置決めを正確に行なう。【選択図】　　　　図１
2004105971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を出力するレーザー発振器と、
レーザー発振器から出力されたレーザー光を溶接加工ヘッドに伝送する光ファイバーと、
溶接加工ヘッドの位置を移動させる移動手段と、
被溶接部の平面状況を検出する画像センサと、
被溶接部と溶接加工ヘッドとの距離を検出する距離センサと、
画像センサ及び距離センサの情報に基づいて被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置を所定位置に制御するように移動手段を作動させる制御手段と
を備えたことを特徴とするレーザー溶接装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー光を出力するレーザー発振器が複数設けられ、
光ファイバーはそれぞれのレーザー発振器からのレーザー光を単独及び合体させて溶接加工ヘッドに伝送する
ことを特徴とするレーザー溶接装置。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー光の出力が異なる複数の溶接加工ヘッドを備え、
制御手段は被溶接部の状況により溶接加工ヘッドを選択する機能を備え、選択された溶接加工ヘッドを所定位置に制御するように移動手段を作動させる
ことを特徴とするレーザー溶接装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
画像センサは被溶接部を撮影して二次元画像を得る撮像手段であることを特徴とするレーザー溶接装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
距離センサは被溶接部に接触することで被溶接部と溶接加工ヘッドとの距離を検出する接触式のセンサであることを特徴とするレーザー溶接装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー発振器はＹＡＧレーザー発振器であることを特徴とするレーザー溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー溶接装置に関し、被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置を正確に位置決めできるように企図したものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光は、極めて指向性がよく大エネルギーを有しているので、小さな点に集光することにより、精密な溶接・切断・穿孔・表面改質処理などに利用されている。
【０００３】
この場合、ワークの材質や加工手法の違いに応じてパルス波レーザー光（ＰＷ）や連続波レーザー光（ＣＷ）が使用される。一般的に、パルス波レーザー光は、その持続時間が短いので周辺への影響をおよぼさずに微小な孔をあけたりスポット溶接する加工に適しており、連続波レーザー光は、つぎ目のない溶接などの加工に適している。
【０００４】
固体レーザー発振器の一種であるＹＡＧレーザー発振器は、レーザー単結晶としてＮｄをドープしたＹＡＧ（イットリウム，アルミニウム，ガーネット）結晶を用いており、波長が１．０６４μｍのレーザー光を、パルス波レーザー光または連続波レーザー光として出力する。ＹＡＧレーザー光は波長が１．０６４μｍの赤外レーザー光であるため、光ファイバーによる伝送が可能である。
【０００５】
この結果、ＹＡＧレーザー発振器を用いた溶接装置や切断装置では、レーザー光を光ファイバーにより引き回すことができ、設計や配置の自由度が大きい。
【０００６】
このようなレーザー溶接装置によりレーザー溶接したときには、狭い溶接範囲に対して溶け込み深さの深い溶接を行うことができる。これはレーザー光には非常に強い集光性があり、エネルギー密度の極めて高い強力な集中熱源として、レーザー光が機能するからである。
【０００７】
レーザー溶接装置における被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置決めは、溶接加工ヘッドに設けた静電容量式のセンサを用いて溶接加工ヘッドと被溶接部との間の静電容量の変化に基づいて溶接加工ヘッドの高さを調整し、溶接高さを一定に維持して溶接加工ヘッドを移動させることでワークの面積を求め、溶接線を検出することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−３４７７６８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術では、静電容量の変化に基づいて溶接加工ヘッドの高さを演算して求めているため、溶接加工ヘッドと被溶接部との間の距離を正確に検出するには限度があった。また、溶接線（被溶接部）の検出を溶接加工ヘッドの移動により実施しているので、溶接部を正確に認識することは困難であった。
【００１０】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置決めが正確に行なえるレーザー溶接装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のレーザー溶接装置は、
レーザー光を出力するレーザー発振器と、
レーザー発振器から出力されたレーザー光を溶接加工ヘッドに伝送する光ファイバーと、
溶接加工ヘッドの位置を移動させる移動手段と、
被溶接部の平面状況を検出する画像センサと、
被溶接部と溶接加工ヘッドとの距離を検出する距離センサと、
画像センサ及び距離センサの情報に基づいて被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置を所定位置に制御するように移動手段を作動させる制御手段と
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項１に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー光を出力するレーザー発振器が複数設けられ、
光ファイバーはそれぞれのレーザー発振器からのレーザー光を単独及び合体させて溶接加工ヘッドに伝送する
ことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項１に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー光の出力が異なる複数の溶接加工ヘッドを備え、
制御手段は被溶接部の状況により溶接加工ヘッドを選択する機能を備え、選択された溶接加工ヘッドを所定位置に制御するように移動手段を作動させる
ことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
画像センサは被溶接部を撮影して二次元画像を得る撮像手段であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
距離センサは被溶接部に接触することで被溶接部と溶接加工ヘッドとの距離を検出する接触式のセンサであることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー発振器はＹＡＧレーザー発振器であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１、図２には本発明の一実施形態例に係るレーザー溶接装置の概略構成を示してあり、図１は溶接部を認識している状態、図２は溶接中の状態を示してある。
【００１８】
図１、図２に基づいてレーザー溶接装置の概略構成を説明する。図に示すように、レーザー溶接装置１には、レーザー光を出力するＹＡＧレーザー発振器２が備えられ、ＹＡＧレーザー発振器２から出力されたレーザー光は光ファイバー３によりコネクタ１５を介して溶接加工ヘッド４に伝送される。溶接加工ヘッド４は移動手段（例えば、多軸ＮＣロボット）５に保持され、移動手段５により任意の位置に位置決め移動される。
【００１９】
また、レーザー溶接装置１には、被溶接部ととての円筒ワーク６の溶接対象線７の平面状況を撮影（検出）する画像センサとしてのＣＣＤカメラ８が備えられている。ＣＣＤカメラ８には照度調整が可能な照明装置が備えられている。
【００２０】
尚、画像センサとしては、溶接対象線７の平面状況を検出できるものであれば、輝度センサ等ＣＣＤカメラ８以外のものを適用することも可能である。
【００２１】
更に、レーザー溶接装置１には、円筒ワーク６と溶接加工ヘッド４との距離を検出する距離センサとしての高さセンサ９が設けられている。溶接部の認識を行なう場合、図１に示すように、ＣＣＤカメラ８及び高さセンサ９は円筒ワーク６側に接近移動（下降）させ、円筒ワーク６を回転させることで、所定の距離でＣＣＤカメラ８による撮影が行なわれると共に高さセンサ９が円筒ワーク６に接触して高さ検出が行なわれる。
【００２２】
ＣＣＤカメラ８の撮影結果及び高さセンサ９の検出結果は制御手段１０に入力され、制御手段１０からは入力結果に基づいて溶接加工ヘッド４を所定位置に制御するように移動手段５の駆動部１１に移動指令を出力する。
【００２３】
つまり、ＣＣＤカメラ８の撮影結果により溶接対象線７の横方向の位置及び開先状況等が判断され、高さセンサ９により溶接対象線７までの高さが判断され、これらの判断結果に基づいて溶接加工ヘッド４からのレーザー光１２が溶接対象線７に集光するように溶接加工ヘッド４の位置が制御される（図２参照）。
【００２４】
上記構成のレーザー溶接装置１では、図１に示すように、円筒ワーク６を回転させた状態でＣＣＤカメラ８及び高さセンサ９を下降させ、溶接対象線７の画像状況（平面位置等）及び溶接対象線７の高さ状況が認識されて制御手段１０に入力される。制御手段１０からは溶接対象線７の画像状況及び溶接対象線７の高さ状況に基づいて移動手段５の駆動部１１に移動指令を出力される。
【００２５】
これにより、溶接加工ヘッド４からのレーザー光１２が溶接対象線７に集光するように溶接加工ヘッド４の位置が制御される。また、作業者は画像を確認することで溶接状況を手動で調整することもできる。
【００２６】
ＣＣＤカメラ８による平面状況と高さセンサ９による高さ状況に基づいて溶接対象線７を自動的に倣って溶接加工ヘッド４の平面方向位置及び高さ方向位置（即ち３次元位置）を制御することができる。画像処理により平面状況の認識を行なうことにより、作業者は実際の溶接対象線７を確認することができる。
【００２７】
従って、溶接対象線７とレーザー光１２の集光点（照射点）とを自動的に一致させることができ、予めティーチング等により設定した動作に対して補正を行なう等が可能になる。これにより、溶接対象線７に沿った溶接が可能になり、安定した溶接品質を保つことが可能になる。
【００２８】
この結果、被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置決めが正確に行なえるレーザー溶接装置とすることができる。
【００２９】
コネクタ１５は、例えば、３種類の光ファイバーの接続が可能になっている。例えば、ＹＡＧレーザー発振器２の概略構成を表す図３に示すように、ＹＡＧレーザー発振器２として３種類のＹＡＧレーザー発振器２ａ，２ｂ，２ｃが備えられている。
【００３０】
そして、それぞれのＹＡＧレーザー発振器２ａ，２ｂ，２ｃからの光ファイバーがそれぞれ単独で接続される低出力用の光ファイバー３ａと（図３（ａ）　参照）、ＹＡＧレーザー発振器２ａ，２ｂからの光ファイバーが束ねられて接続される中出力用の光ファイバー３ｂと（図３（ｂ）　参照）、ＹＡＧレーザー発振器２ａ，２ｂ，２ｃからの光ファイバーが束ねられて接続される高出力用の光ファイバー３ｃと（図３（ｃ）　参照）が適宜接続されるようになっている。
【００３１】
作業者は、対象となる円筒ワーク６に応じた（必要な溶接深さに応じた）光ファイバー３をコネクタ１５に接続しておく。ＣＣＤカメラ８による平面状況と高さセンサ９による高さ状況に基づいて溶接対象線７を検出することで、予め接続された光ファイバー３の出力と検出された溶接対象線７に対する出力とが一致しているか否かの確認を行なうことができる。不一致が確認された場合、作業前に要求される出力に合った光ファイバーを接続することができる。
【００３２】
図４には本発明の他の実施形態例に係るレーザー溶接装置の概略構成を示してある。尚、図１乃至図３に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。
【００３３】
図に示すように、レーザー溶接装置１には、レーザー光を出力するＹＡＧレーザー発振器２ａ，２ｂ，２ｃが備えられ（図３参照）、ＹＡＧレーザー発振器２ａ，２ｂ，２ｃから出力されたレーザー光は光ファイバー３ａ，３ｂ，３ｃによりコネクタ１５を介して溶接加工ヘッド２１ａ，２１ｂ，２１ｃに伝送される。
【００３４】
溶接加工ヘッド２１ａ，２１ｂ，２１ｃは移動手段（例えば、多軸ＮＣロボット）５に保持され、移動手段５により必要な溶接加工ヘッド２１ａ，２１ｂ，２１ｃが任意の位置に位置決め移動される。
【００３５】
光ファイバー３は、ＹＡＧレーザー発振器２ａ，２ｂ，２ｃからの光ファイバーがそれぞれ単独で接続される低出力用の光ファイバー３ａと（図３（ａ）　参照）、ＹＡＧレーザー発振器２ａ，２ｂからの光ファイバーが束ねられて接続される中出力用の光ファイバー３ｂと（図３（ｂ）　参照）、ＹＡＧレーザー発振器２ａ，２ｂ，２ｃからの光ファイバーが束ねられて接続される高出力用の光ファイバー３ｃと（図３（ｃ）　参照）で構成されている。
【００３６】
レーザー溶接装置１には、被溶接部ととての円筒ワーク６の溶接対象線７の平面状況を撮影（検出）する画像センサとしてのＣＣＤカメラ８が備えられている。ＣＣＤカメラ８には照度調整が可能な照明装置が備えられている。
【００３７】
尚、画像センサとしては、溶接対象線７の平面状況を検出できるものであれば、輝度センサ等ＣＣＤカメラ８以外のものを適用することも可能である。
【００３８】
また、レーザー溶接装置１には、円筒ワーク６と溶接加工ヘッド４との距離を検出する距離センサとしての高さセンサ９が設けられている。溶接部の認識を行なう場合、ＣＣＤカメラ８及び高さセンサ９を円筒ワーク６側に接近移動（下降）させ（図１参照）、円筒ワーク６を回転させることで、所定の距離でＣＣＤカメラ８による撮影が行なわれると共に高さセンサ９が円筒ワーク６に接触して高さ検出が行なわれる。
【００３９】
ＣＣＤカメラ８の撮影結果及び高さセンサ９の検出結果は制御手段１０に入力され、制御手段１０からは入力結果に基づいて溶接に用いられる溶接加工ヘッド２１ａ，２１ｂ，２１ｃを選択して選択された溶接加工ヘッド２１を所定位置に制御するように移動手段５の駆動部１１に移動指令を出力する。
【００４０】
つまり、ＣＣＤカメラ８の撮影結果により溶接対象線７の横方向の位置及び開先状況等が判断され、高さセンサ９により溶接対象線７までの高さが判断され、これらの判断結果に基づいて、所定の溶接深さに対応する溶接加工ヘッド２１からのレーザー光１２が溶接対象線７に集光するように溶接加工ヘッド２１ａ，２１ｂ，２１ｃが選択されて選択された溶接加工ヘッド２１の位置が制御される（図２参照）。
【００４１】
上記構成のレーザー溶接装置１では、円筒ワーク６を回転させた状態でＣＣＤカメラ８及び高さセンサ９を下降させ、溶接対象線７の画像状況（平面位置等）及び溶接対象線７の高さ状況が認識されて制御手段１０に入力される。このとき、高さセンサ９により円筒ワーク６の径が認識される。
【００４２】
制御手段１０からは溶接対象線７の画像状況及び溶接対象線７の高さ状況に基づいて所定の溶接深さに対応する（円筒ワーク６の径に対応する）溶接加工ヘッド２１が選択されて移動手段５の駆動部１１に移動指令を出力される。
【００４３】
これにより、円筒ワーク６の径に対応する溶接加工ヘッド２１からのレーザー光１２が溶接対象線７に集光するように溶接加工ヘッド２１ａ，２１ｂ，２１ｃの位置が制御される。また、作業者は画像を確認することで溶接状況を手動で調整することもできる。
【００４４】
ＣＣＤカメラ８による平面状況と高さセンサ９による高さ状況に基づいて溶接対象線７を自動的に倣って円筒ワーク６の径に対応する溶接加工ヘッド２１を選択して平面方向位置及び高さ方向位置（即ち３次元位置）を制御することができる。画像処理により平面状況の認識を行なうことにより、作業者は実際の溶接対象線７を確認することができる。
【００４５】
従って、溶接対象線７と円筒ワーク６の径に対応した溶接加工ヘッド２１のレーザー光１２の集光点（照射点）とを自動的に一致させることができ、予めティーチング等により設定した動作に対して補正を行なう等が可能になる。これにより、径の異なる円筒ワーク６の溶接に適用しても必要な溶接加工ヘッド２１を選択し溶接対象線７に沿った溶接が可能になり、安定した溶接品質を保つことが可能になる。
【００４６】
この結果、被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置決めが正確に行なえるレーザー溶接装置とすることができる。
【００４７】
尚、溶接加工ヘッド２１の台数は３台に限らず、２台もしくは４台以上を適用することも可能である。
【００４８】
また、円筒ワーク６の溶接に限らず、。ワークの他の例を表す図５に示したように、厚さの異なる一つのワーク２５に適用することも可能である。図示例の場合、高さセンサ９によりワーク２５の厚さの分布を予め検出し、厚さの異なる区間ａ，ｂ，ｃで溶接加工ヘッド２１ａ，２１ｂ，２１ｃを変更して選択するように制御することができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明のレーザー溶接装置は、
レーザー光を出力するレーザー発振器と、
レーザー発振器から出力されたレーザー光を溶接加工ヘッドに伝送する光ファイバーと、
溶接加工ヘッドの位置を移動させる移動手段と、
被溶接部の平面状況を検出する画像センサと、
被溶接部と溶接加工ヘッドとの距離を検出する距離センサと、
画像センサ及び距離センサの情報に基づいて被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置を所定位置に制御するように移動手段を作動させる制御手段と
を備えたので、
被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置決めが正確に行なえるレーザー溶接装置とすることができる。
【００５０】
また、請求項１に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー光を出力するレーザー発振器が複数設けられ、
光ファイバーはそれぞれのレーザー発振器からのレーザー光を単独及び合体させて溶接加工ヘッドに伝送するようにしたので、
出力の異なるレーザー光を使用することができる。
【００５１】
また、請求項１に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー光の出力が異なる複数の溶接加工ヘッドを備え、
制御手段は被溶接部の状況により溶接加工ヘッドを選択する機能を備え、選択された溶接加工ヘッドを所定位置に制御するように移動手段を作動させるようにしたので、
異なる種類の被溶接部に対して使用することができる。
【００５２】
また、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
画像センサは被溶接部を撮影して二次元画像を得る撮像手段であるので、目視により被溶接部を認識することができる。
【００５３】
また、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
距離センサは被溶接部に接触することで被溶接部と溶接加工ヘッドとの距離を検出する接触式のセンサであるので、確実に距離を検出することができる。
【００５４】
また、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー発振器はＹＡＧレーザー発振器であるので、ＹＡＧレーザー溶接に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係るレーザー溶接装置の概略構成図。
【図２】本発明の一実施形態例に係るレーザー溶接装置の概略構成図。
【図３】ＹＡＧレーザー発振器２の概略構成図。
【図４】本発明の他の実施形態例に係るレーザー溶接装置の概略構成図。
【図５】ワークの他の例を表す側面図。
【符号の説明】
１　レーザー溶接装置
２　ＹＡＧレーザー発振器
３　光ファイバー
４　溶接加工ヘッド
５　移動手段
６　円筒ワーク
７　溶接対象線
８　ＣＣＤカメラ
９　高さセンサ
１０　制御手段
１１　駆動部
１２　レーザー光
１５　コネクタ
２１　溶接加工ヘッド
２５　ワーク
【図１】
2004105971.tif 000003
【図２】
2004105971.tif 000004
【図３】
2004105971.tif 000005
【図４】
2004105971.tif 000006
【図５】
2004105971.tif 000007