(57)【要約】【課題】重ね合わせ溶接時の板間隙間量を正確に計測すると共に、その測定結果に基づいて、適切な溶接作業を行うことにより、板材の重ね合わせ溶接における溶接欠陥を確実に防ぐ。【解決手段】振動発生装置３から発生される振動を、振動伝達ローラ４によって、板材Ｗ１、Ｗ２の溶接未完了部位へと付与し、ピックアップセンサ５で板材Ｗ１、Ｗ２に付与した振動を検知する。板材Ｗ１、Ｗ２の溶接未完了部位に付与した振動を、当該板材を介して検知すると、板間隙間量に応じて検知される周波数が異なることを利用し、検知された周波数を解析手段６において、予め把握した板間隙間量と検知周波数との相関関係に照らし合わせ、溶接直前の板間隙間量を求める。溶接直前の正確な板間隙間量に応じて、加圧ローラ９により板材Ｗ１、Ｗ２への押圧力を調節する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材の重ね合わせ部分を溶接により固定する際に、板材の溶接未完了部位に付与した振動を、当該板材を介して検知し、かかる検知信号に基づき板材間隙間量を求めることを特徴とする重ね合わせ溶接時の板間隙間量計測方法。
【請求項２】
前記振動の検知を、溶接部位または溶接部位の前後近傍で行うことを特徴とする請求項１記載の重ね合わせ溶接時の板間隙間量計測方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法により計測した板間隙間量に基づき、板材の重ね合わせ部分への押圧力を調節して溶接することを特徴とする溶接方法。
【請求項４】
請求項１または２記載の方法により計測した板間隙間量に基づき、溶接条件を調節して溶接することを特徴とする溶接方法。
【請求項５】
溶接トーチに、振動発生装置と、該振動発生装置の振動を板材の溶接未完了部位へと付与する振動伝達ローラと、前記板材に付与した振動を前記板材を介して検知するピックアップセンサとを備え、かつ、前記ピックアップセンサの検知信号に基づき板材間隙間量を求める解析手段を有することを特徴とする重ね合わせ溶接の板間隙間量計測装置。
【請求項６】
前記振動伝達ローラを溶接部位の前方に、前記ピックアップセンサを溶接部位上または溶接部位の前後近傍に配置したことを特徴とする請求項５記載の重ね合わせ溶接の板間隙間量計測装置。
【請求項７】
前記板材に対する前記振動伝達ローラの接触力一定化手段を備えることを特徴とする請求項５または６記載の重ね合わせ溶接の板間隙間量計測装置。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１項記載の装置により計測した板間隙間量に基づき、板材の重ね合わせ部分への押圧力を調節する加圧ローラを備えることを特徴とする溶接装置。
【請求項９】
請求項５から７のいずれか１項記載の装置により計測した板間隙間量に基づき、溶接条件を調節する制御手段を備えることを特徴とする溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板材の重ね合わせ溶接における溶接欠陥を防ぐための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、板材の形状に合わせて、重ね合わせ溶接を精密に行うための種々の技術が発明されており、レーザー溶接装置を例に挙げれば、レーザートーチに板材同士の良好な密着状態を確保するための加圧ローラを設けたものが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２８８７５６号（請求項１、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の加圧ローラを備えた重ね合せ溶接装置は、板材の立体的な外形に沿って、加圧ローラを移動させることは可能であるが、重ね合わされる板材同士のプレス精度のばらつき等により生ずる微小な板間隙間に対し、常に適切な加圧力を付与するものとはなっておらず、かかる板間隙間のばらつきに起因する溶接欠陥（溶接品質のバラツキ）を十分に回避し得るものではなかった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、重ね合わせ溶接時の板間隙間量を正確に計測すると共に、その測定結果に基づいて、適切な溶接作業を行うことにより、板材の重ね合わせ溶接における溶接欠陥を確実に防ぐことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係る重ね合わせ溶接時の板間隙間量計測方法は、板材の重ね合わせ部分を溶接により固定する際に、板材の溶接未完了部位に付与した振動を、当該板材を介して検知し、かかる検知信号に基づき板材間隙間量を求めることを特徴とするものである。
本発明によれば、板材の溶接未完了部位に付与した振動を、当該板材を介して検知すると、板間隙間量に応じて検知される周波数（特徴的な信号部分の発生する周波数）が異なることを利用し、検知された周波数を予め把握した板間隙間量と検知周波数との相関関係に照らし合わせて、溶接直前の板間隙間量を求めることができる。
【０００６】
また、本発明の請求項２に係る重ね合わせ溶接時の板間隙間量計測方法は、請求項１記載の重ね合わせ溶接時の板間隙間量計測方法において、前記振動の検知を、溶接部位または溶接部位の前後近傍で行うことを特徴とするものである。
本発明によれば、板材の溶接未完了部位に付与した振動を、溶接部位上または溶接部位の前後近傍で検知することで、高い検知感度で振動検知を行うことが可能となる。
【０００７】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項３に係る溶接方法は、請求項１または２記載の方法により計測した板間隙間量に基づき、板材の重ね合わせ部分への押圧力を調節して溶接することを特徴とするものである。
本発明によれば、請求項１または２記載の方法により計測した、溶接直前の正確な板間隙間量に応じて、板材への密着圧力を調節することで、微小な板間隙間に対しても確実にその隙間を無くした状態で、重ね合せ溶接作業を行うことが可能となる。
【０００８】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項４に係る溶接方法は、請求項１または２記載の方法により計測した板間隙間量に基づき、溶接条件を調節して溶接することを特徴とするものである。
本発明によれば、請求項１または２記載の方法により計測した、溶接直前の正確な板間隙間量に応じて、板材の溶接部位に付与する単位時間当りの熱量等の溶接条件を調節することで、板間隙間に応じた条件で、重ね合せ溶接作業を行うことが可能となる。
【０００９】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項５に係る重ね合わせ溶接の板間隙間量計測装置は、溶接トーチに、振動発生装置と、該振動発生装置の振動を板材の溶接未完了部位へと付与する振動伝達ローラと、前記板材に付与した振動を前記板材を介して検知するピックアップセンサとを備え、かつ、前記ピックアップセンサの検知信号に基づき板材間隙間量を求める解析手段を有することを特徴とするものである。
本発明によれば、前記振動発生装置の振動を、前記振動伝達ローラによって、板材の溶接未完了部位へと付与し、前記ピックアップセンサで前記板材に付与した振動を前記板材を介して検知する。板材の溶接未完了部位に付与した振動を、当該板材を介して検知すると、板間隙間量に応じて検知される周波数（特徴的な信号部分の発生する周波数）が異なることを利用し、検知された周波数を前記解析手段において、予め把握した板間隙間量と検知周波数との相関関係に照らし合わせ、溶接直前の板間隙間量を求めることができる。
【００１０】
また、本発明の請求項６に係る重ね合わせ溶接の板間隙間量計測装置は、請求項５記載の重ね合わせ溶接の板間隙間量計測装置において、前記振動伝達ローラを溶接部位の前方に、前記ピックアップセンサを溶接部位上または溶接部位の前後近傍に配置したものである。
本発明によれば、前記振動伝達ローラを、前記振動伝達ローラを溶接部位の前方（溶接部位を基準として、板材が送り込まれて来る方向）に配置して、板材の溶接未完了部位に付与した振動を、前記ピックアップセンサにより、溶接部位上または溶接部位の前後近傍で検知することで、高い検知感度で振動検知を行うことが可能となる。
【００１１】
また、本発明の請求項７に係る重ね合わせ溶接の板間隙間量計測装置は、請求項５または６記載の重ね合わせ溶接の板間隙間量計測装置において、前記板材に対する前記振動伝達ローラの接触力一定化手段を備えるものである。
本発明によれば、前記板材に対する前記振動伝達ローラの接触を一定化することで、前記ピックアップセンサによる振動検知条件の安定化を図り、高精度の振動検知を行うことが可能となる。
【００１２】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項８に係る溶接装置は、請求項５から７のいずれか１項記載の装置により計測した板間隙間量に基づき、板材の重ね合わせ部への押圧力を調節する加圧ローラを備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、５から７のいずれか１項記載の装置により計測した、溶接直前の正確な板間隙間量に応じて、前記加圧ローラにより板材への密着圧力を調節することで、微小な板間隙間に対しても確実にその隙間を無くした状態で、重ね合せ溶接作業を行うことが可能となる。
【００１３】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項９に係る溶接装置は、請求項５から７のいずれか１項記載の装置により計測した板間隙間量に基づき、溶接条件を調節する制御手段を備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、５から７のいずれか１項記載の装置により計測した、溶接直前の正確な板間隙間量に応じて、前記制御手段により板材の溶接部位に付与する単位時間当りの熱量等の溶接条件を調節することで、板間隙間に応じた条件で、重ね合せ溶接作業を行うことが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１には、本発明の実施の形態に係る、重ね合わせ溶接時の板間隙間量計測装置を備えたレーザー溶接装置１の要部模式図を示している。このレーザー溶接装置１は、溶接トーチ２に、振動発生装置３と、振動発生装置３の振動を板材Ｗ１、Ｗ２の溶接未完了部位へと付与する振動伝達ローラ４と、板材Ｗ１、Ｗ２に付与した振動を板材Ｗ１、Ｗ２を介して検知するピックアップセンサ５とを備え、かつ、ピックアップセンサ５の検知信号に基づき板材間隙間量を求める解析手段６を有する板間隙間量計測装置を備えている。
【００１６】
振動発生装置３は、設定された一定の周波数の振動を発振する振動子を有しており、かつ、板材Ｗ１、Ｗ２に対する振動伝達ローラ４の接触力一定化手段７を介して溶接トーチ２に固定されている。また、接触力一定化手段７は、振動伝達ローラ４から板材Ｗ１、Ｗ２へと振動を伝達するに適した接触力を維持するためのものであり、例えば、油圧シリンダ等にリリーフバルブを設けたもの等を用いることができる。振動伝達ローラ４は、振動伝達アーム８によって振動発生装置３に連結されている。
さらに、溶接トーチ２には、板材Ｗ１、Ｗ２の密着圧力を調節する加圧ローラ９を備えており、加圧ローラ９を溶接トーチ２に固定するための加圧アーム１０に、ピックアップセンサ５が設けられている。したがって、図１の例では、ピックアップセンサ５は、加圧ローラ９から加圧アーム１０に伝えられた振動を検出するものである。なお、溶接トーチ２から発振されるレーザーの焦点は、加圧ローラ９が板材Ｗ１に当接する位置に設定されており、よって、ピックアップセンサ５は、溶接部位上に位置している。
【００１７】
また、解析手段６は、ピックアップセンサ５で検出した振動周波数を、図３に例示するように、予め把握した板間隙間量ｓ（ｍｍ）と検知周波数ｆ（Ｈｚ）との相関関係に照らし合わせて、溶接直前の板間隙間量を求めるものであり、パーソナルコンピュータ等を用いることができる。
ところで、図３に例示するように、板間隙間量ｓと検知周波数ｆとの相関関係は、一般に板間隙間量ｓの増大と共に検知周波数ｆが減少する傾向にある。また、図３の検知周波数ｆは、ピックアップセンサ５によって検出される振動周波数のうち、特徴的振動部分の周波数である。この特徴的振動部分は、図４に例示するように、波形のピークとして現われる。
【００１８】
そして、レーザー溶接装置１は、板間隙間量計測装置により計測した板間隙間量に基づき、加圧ローラ９の板材への密着圧力を調節し、板材Ｗ１、Ｗ２の板間隙間を無くすことができる。なお、加圧ローラ９の加圧力の調整は、加圧ローラ９を支持する溶接トーチ２の位置を制御するための、レーザー溶接装置１が通常備える制御手段により、溶接トーチ２を板材Ｗ１、Ｗ２に対し離間、接近させることにより行うことができる。
【００１９】
図２には、図１に示すレーザー溶接装置１とは異なる位置にピックアップセンサ５を設けたレーザー溶接装置１１を例示している。具体的には、ピックアップセンサ５は、図１の振動発生装置３を支持する接触力一定化手段７と同様の構造を有する接触力一定化手段１２を介して、溶接トーチ２に固定されている。また，ピックアップセンサ５へと板材Ｗ１、Ｗ２の振動を伝達するための、振動受信ローラ１３を、振動受信アーム１４を介してピックアップセンサ５に連結している。
ここで、図１、図２に示す振動伝達ローラ４、加圧ローラ９、および図２に示す振動受信ローラ１３は、いずれも同様の構造を持ち、各ローラの大小関係は、溶接トーチの大きさや板材の形状等に応じて、適宜選択されるものである。
【００２０】
なお、振動受信ローラ１３を振動伝達ローラ４と加圧ローラ９との間に設けることも可能である。一般的には、最後の例の如く、振動受信ローラ１３を振動伝達ローラ４と加圧ローラ９（溶接位置）との間に設ける場合が、最も高感度に振動検出を行うことができる。また、図１に示すように、加圧ローラ９を加圧アーム１０に設けた場合、すなわち、溶接部位上にピックアップセンサ５を設ける場合がその次に高感度であり、図２に示すように、溶接部位の後方に振動受信ローラ１３、ピックアップセンサ５を設ける場合が、さらにその次に高感度となる。
【００２１】
上記構成をなす本発明の実施の形態により得られる作用効果は、以下の通りである。まず、レーザー溶接装置１、１１が備える、板間隙間量計測装置は、振動発生装置３の振動を、振動伝達ローラ４によって、板材Ｗ１、Ｗ２の溶接未完了部位へと付与し、ピックアップセンサ５で板材Ｗ１、Ｗ２に付与した振動を、板材Ｗ１、Ｗ２を介して検知する。
そして、板材Ｗ１、Ｗ２の溶接未完了部位に付与した振動を、当該板材を介して検知すると、板間隙間量に応じて検知される周波数（特徴的な信号部分の発生する周波数）が異なることを利用し、検知された周波数を解析手段６において、予め把握した板間隙間量ｓと検知周波数ｆとの相関関係（図３）に照らし合わせて、溶接直前の板間隙間量を求めることができる。
【００２２】
また、振動伝達ローラ４を溶接部位の前方に、ピックアップセンサ５を溶接部位上または溶接部位の前後近傍に配置し、かかる位置で振動を検知することで、高い検知感度を得ることが可能となる。
しかも、板材Ｗ１、Ｗ２に対する振動伝達ローラ４の接触力一定化手段７を備えるので、板材Ｗ１、Ｗ２に対する振動伝達ローラ４の接触力の一定化を確保することが可能となり、ピックアップセンサ５による振動検知条件の安定化を図り、高精度の振動検知を行うことが可能となる。また、図２に示す例では、ピックアップセンサ５についても接触力一定化手段１２を介して溶接トーチ２に固定することで、振動受信ローラ１３の板材Ｗ１への接触力一定化を確保し、ピックアップセンサ５による振動検知条件の安定化を図っている。
【００２３】
そして、上記重ね合わせ溶接の板間隙間量計測装置により計測した、溶接直前の正確な板間隙間量に応じて、加圧ローラ９により板材Ｗ１、Ｗ２への押圧力を調節することで、微小な板間隙間に対しても確実にその隙間を無くした状態で、重ね合せ溶接作業を行うことが可能となる。
なお、溶接トーチ２が小さい等、加圧ローラ９のごとき加圧力付与手段を設けることができない場合には、上記重ね合わせ溶接の板間隙間量計測装置により計測した、溶接直前の正確な板間隙間量に応じて、溶接装置が通常備える溶接条件の制御装置を操作し、レーザー出力または溶接速度等、板材の溶接部位に付与する単位時間当りの熱量等を調節することで、板間隙間に応じた条件で、重ね合せ溶接作業を行うことが可能となる。
【００２４】
以上のごとく、本発明の実施の形態では、レーザー溶接装置を例に挙げて説明したが、本発明はレーザー溶接装置への適用に限定されるものではなく、ガスシールドアーク溶接装置、プラズマアーク溶接装置等にも、同様に適用することが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、重ね合わせ溶接時の板間隙間量を正確に計測すると共に、その測定結果に基づいて、適切な溶接作業を行い、板材の重ね合わせ溶接における溶接欠陥を確実に防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る、重ね合わせ溶接時の板間隙間量計測装置を備えたレーザー溶接装置の要部模式図である。
【図２】図１に示すレーザー溶接装置の応用例を示す模式図である。
【図３】板間隙間量と検知周波数との相関関係を示すグラフである。
【図４】図３に示す板間隙間量と検知周波数との相関関係を求めるための、加振試験の結果を例示するグラフである。
【符号の説明】
１、１１　レーザー溶接装置
２　溶接トーチ
３　振動発生装置
４　振動伝達ローラ
５　ピックアップセンサ
６　解析手段
７、１２　接触力一定化手段
８　振動伝達アーム
９　加圧ローラ
１０　加圧アーム
１３　振動受信ローラ
１４　振動受信アーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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