(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】磁気発生装置６により、板材Ｗ１、Ｗ２の溶接未完了部位に磁気を印加する。また、磁気センサ７により、印加部位の近傍で磁気を検出する。そして、板間隙間量に応じて検知される磁気の強度が異なることを利用し、解析手段であるコントローラ１２によって、検知された磁力検出信号出力を、予め把握した板間隙間量と検知された磁力検出信号出力との相関関係に照らし合わせて、溶接直前の板材Ｗ１、Ｗ２の板間隙間量を求める。磁気発生装置６および磁気センサ７は、何れも補助加圧ローラ４により板材Ｗ１に対する距離が一定となるように支持されていることから、上記の検出精度の安定化が図られる。【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向けて磁気を印加し、当該印加部位の近傍で磁気を検出し、かかる検出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】
請求項１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３】
請求項１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４】
溶接トーチに、一定接触力発生装置を介して補助加圧ローラを設け、該補助加圧ローラにより板材に対する磁気発生装置および磁気センサの距離を一定に支持するとともに、前記磁気センサの検知信号に基づき板材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５】
前記磁気センサの近傍に温度センサを設け、かつ、該温度センサの検知信号に基づき前記磁気センサの検知信号を温度補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項４記載の重ね合わせ溶接の板間隙間量計測装置。
【請求項６】
請求項４または５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７】
請求項４または５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向けて磁気を印加し、当該印加部位の近傍で磁気を検出し、かかる検出信号に基づき板材間隙間量を求めることを特徴とする。
本発明によれば、板材の溶接未完了部位に印加した磁気を検出すると、板間隙間量に応じて検知される磁気の強度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される磁気強度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、上記課題を解決するための、本発明の請求項２に係る溶接方法は、請求項１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。
【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。
【０００８】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項４に係る重ね合わせ溶接の板間隙間量計測装置は、溶接トーチに、一定接触力発生装置を介して補助加圧ローラを設け、該補助加圧ローラにより板材に対する磁気発生装置および磁気センサの距離を一定に支持するとともに、前記磁気センサの検知信号に基づき板材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、前記磁気発生装置により、板材の溶接未完了部位に向けて磁気を印加し、前記磁気センサにより、印加部位の近傍で磁気を検出する。そして、板間隙間量に応じて検知される磁気の強度が異なることを利用し、前記解析手段において、検知された磁力検出信号出力を予め把握した板間隙間量と検知される磁気強度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。しかも、前記磁気発生装置および前記磁気センサは、何れも前記補助加圧ローラにより板材に対する磁気発生装置および磁気センサの距離が一定となるように支持されていることから、上記の検出精度の安定化が図られる。
【０００９】
また、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、請求項４記載の重ね合わせ溶接の板間隙間量計測装置において、前記磁気センサの近傍に温度センサを設け、かつ、該温度センサの検知信号に基づき前記磁気センサの検知信号を温度補正する補正手段を備えるものである。
本発明によれば、前記温度センサによって、前記磁気センサ近傍の温度を測定し、前記補正手段によって、該温度センサの検知信号に基づき前記磁気センサの検知信号を温度補正することにより、溶接直前の板間隙間量の検出精度を高めている。
【００１０】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項６に係る溶接装置は、請求項４または５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ものである。
本発明によれば、請求項４または５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。
【００１１】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項７に係る溶接装置は、請求項４または５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、請求項４または５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。
【００１２】
【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。
【００１３】
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の要部を、模式的に示している。このレーザー溶接装置１は、溶接トーチ２に、一定接触力発生装置３を介して、補助加圧ローラ４を支持する支持アーム５を固定している。補助加圧ローラ４は、重ね合わされた板材Ｗ１、Ｗ２のうち板材Ｗ１に密着し、板材Ｗ１の表面に沿って回転するものである。また、一定接触力発生装置３は、補助加圧ローラ４の板材Ｗ１への接触圧力を一定にするための付勢力を発生させるものであり、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。
さらに、支持アーム５には、磁気発生装置６と磁気センサ７とが固定され、板材Ｗ１に対する磁気発生装置６および磁気センサ７の距離が、補助加圧ローラ４により一定となるように支持される。また、磁気センサ７の近傍には、温度センサ８が設けられている。加えて、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、圧力制御部１１が設けられている。
【００１４】
磁気発生装置６、磁気センサ７、温度センサ８、圧力制御部１１は、何れもコントローラ１２に対し電気的に接続されている。コントローラ１２は、磁気センサ７の検知信号に基づき板材Ｗ１、Ｗ２の隙間量を求める解析手段としての機能を有している。そして、圧力制御部１１では、コントローラ１２の指令に基づき加圧ローラ９から板材Ｗ１へと必要な圧力を付与するとともに、実際に付与された圧力を監視し、圧力フィードバックを行う。
なお、符号１３で示す部分は、レーザー溶接時の熱を遮蔽して、磁気発生装置６、磁気センサ７、温度センサ８への熱の影響を抑えるための、遮熱板である。また、矢印Ａは、板材Ｗ１、Ｗ２に対するレーザー溶接装置１の進行方向（溶接方向）を示している。
【００１５】
図２には、補助加圧ローラ４の近傍部分を斜視図で示している。図中矢印Ｂで示す、磁気発生装置６から板材Ｗ１、Ｗ２の溶接未完了部位に向けて印加された磁気は、矢印Ｃで示すように、磁気センサ７によって捉えられ、検出信号の強弱として把握される。磁気発生装置６は、図３に示すように、磁気発生コイル・磁石１４をノイズ除去シールド１５によって覆い、さらに、非磁性体材料で構成されたケース１６に格納した構造を有している。したがって、磁気発生装置６から板材Ｗ１、Ｗ２の溶接未完了部位に向けて印加される磁気Ｂからノイズが除去され、磁気センサ７における計測結果の安定化が図られている。
【００１６】
図４には、板材Ｗ１、Ｗ２の隙間量Ｄ（ｍｍ）に応じて、磁気センサ７により検出される磁力検出信号出力Ｅ（ｄＢ）が変化する様子を示している。図示の如く、板材Ｗ１、Ｗ２の隙間量Ｄが大きい程、磁力検出信号出力Ｅも大きくなることが解かる。よって、コントローラ１２において、温度センサ８の検知信号に基づき磁気センサ７の検知信号を温度補正しつつ、溶接直前の板材Ｗ１、Ｗ２の隙間量Ｄを検出することができる。
なお、図４に例示した、板間隙間量Ｄと検知される磁気強度Ｅとの相関関係図（板間隙間評価テーブル）は、磁気センサ７で検出される磁力検出信号出力Ｅが、板材Ｗ１、Ｗ２の厚さに応じて異なることを考慮し、板厚に応じた複数の板間隙間評価テーブルを予め複数用意し、適宜、選択するものとする。
【００１７】
図５には、コントローラ１２と、磁気発生装置６、磁気センサ７、温度センサ８および圧力制御部１１との情報交換の様子を、ブロック図で示している。
まず、コントローラ１２の基準信号発生側において、所定強度の磁気を発生させるための指令値５０を、アンプ５１において増幅し、磁気発生装置６を励磁する。指令値５０は、２枚の板材Ｗ１、Ｗ２を透過することが可能な強度の磁力が得られるものとする。
【００１８】
また、コントローラ１２の信号受信側では、磁気センサ７で検出した信号をアンプ５２で増幅し、判定器５３に送る。また、温度センサ８で検出した信号をアンプ５４で増幅し、判定器５３に送る。判定器５３では、図４に例示した、板材Ｗ１、Ｗ２の隙間量Ｄ（ｍｍ）と、磁気センサ７により検出される磁力検出信号出力Ｅ（ｄＢ）との関係に基づき、実際の隙間量Ｄを求める。この際、温度センサ８で検出した温度情報に基づき磁気センサ７の検出信号を温度補正する。すなわち、判定器５３は、温度センサ８の検知信号に基づき磁気センサ７の検知信号を温度補正する、補正手段としての機能も担持している。
そして、判定器５３により判定された板材Ｗ１、Ｗ２の隙間量Ｄ（ｍｍ）は、記録部の記録計５５に記録されると共に、加圧制御部である圧力制御部１１において判定器５３の判定結果がフィードバックされ、加圧ローラ９から板材Ｗ１、Ｗ２への密着圧力を調節し、微小な板間隙間に対しても確実にその隙間が除去される。
【００１９】
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、磁気発生装置６により、板材Ｗ１、Ｗ２の溶接未完了部位に向けて所定強度（２枚の板材Ｗ１、Ｗ２を透過することが可能な強度。）の磁気Ｂを印加し、磁気センサ７により、印加部位の近傍で磁気Ｃを検出する。そして、板間隙間量Ｄ（ｍｍ）に応じて検知される磁気Ｃの強度が異なることを利用し、解析手段であるコントローラ１２の判定器５３によって、検知された磁力検出信号出力を、予め把握した板間隙間量Ｄ（ｍｍ）と検知された磁力検出信号出力Ｅ（ｄＢ）との相関関係（図４）に照らし合わせて、溶接直前の板材Ｗ１、Ｗ２の板間隙間量Ｄ（ｍｍ）を求めることができる。しかも、磁気発生装置６および磁気センサ７は、何れも補助加圧ローラ４により板材Ｗ１に対する磁気発生装置６および磁気センサ７の距離が一定となるように支持されていることから、上記の検出精度の安定化が図られる。
また、温度センサ７によって、磁気センサ６の近傍の温度を測定し、補正手段である判定器５３によって、温度センサ７の検知信号に基づき磁気センサ６の検知信号を温度補正することにより、溶接直前の板間隙間量の検出精度を高めている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
【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、補助加圧ローラの近傍部分を示す斜視図である。
【図３】磁気発生装置の構造を一部断面で示した斜視図である。
【図４】板間隙間量と磁気センサにより検出される磁力検出信号出力との相関関係を示すグラフである。
【図５】レーザー溶接装置の、コントローラと、磁気発生装置、磁気センサ、温度センサおよび圧力制御部との情報交換の様子を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  レーザー溶接装置
２  溶接トーチ
３  一定接触力発生装置
４  補助加圧ローラ
５  支持アーム
６  磁気発生装置
７  磁気センサ
８  温度センサ
９  加圧ローラ
１０  加圧アーム
１１  圧力制御部
１２  コントローラ
５３  判定器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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