(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接体にレーザ光を照射するレーザヘッドと、前記レーザ光の被照射部に向けて斜めからアシストガスを噴射するガス供給ノズルと、を備えたレーザ溶接装置において、
前記ガス供給ノズルを可動させるノズルアクチュエータと、
前記被照射部の溶融状態を示すプラズマとプルームとの光強度、表面で反射するレーザ光の光強度、及び溶融池の温度の少なくとも一つの変化を検出する溶接状態検出部と、
前記溶接状態検出部からの出力信号に基づいて、前記アシストガスに起因した溶接異常の有無を判断する溶接異常判断部と、
前記溶接異常判断部によって溶接異常有りと判断されたときにのみ、前記ガス供給ノズルを、予め溶融池の温度が最も高い箇所となるように設定された初期位置の状態に戻すように前記ノズルアクチュエータに駆動信号を出力するアクチュエータ制御部とを備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
前記初期位置は、前記ガス供給ノズルの前後左右位置によって予め設定されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】
前記ガス供給ノズルの管軸線と前記被溶接体との交点を撮像する撮像素子と、
前記初期位置の前記ガス供給ノズルの前記管軸線と前記被溶接体との基準交点から前記撮像素子によって撮像された前記交点までの変位を求める変位演算部と、を更に備え、
前記ノズルアクチュエータは、前記ガス供給ノズルを前後左右に移動自在に支持すると共に、前記ガス供給ノズルを平行移動させ、
前記アクチュエータ制御部は、前記初期位置の状態に戻すために、前記変位演算部によって求められた前記変位を戻す補正量だけ前記ガス供給ノズルを平行移動させる前記駆動信号を出力することを特徴とする請求項２記載のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光とアシストガスとの協働により被溶接体に溶接を施行するためのレーザ溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光の被照射部に向けてアシストガスを噴射するレーザ溶接装置が知られている。例えば、特許文献１に記載のレーザ溶接装置は、可動自在なガス供給ノズルを備えている。このレーザ溶接装置では、被溶接体の材質、板厚、溶接面形状などの溶接条件に応じて、アシストガスの噴射角度の目標値が設定される。そして、レーザ溶接装置では、センサによって検出された噴射角度に基づいて目標値からの偏差を演算し、サーボモータなどのアクチュエータのフィードバック制御によって偏差が無くなるようにガス供給ノズルが傾けられる。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２０８２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、溶接開始から終了まで連続的にフィードバック制御を行うと、ガス供給ノズルの噴射角度が目標値に落ち着かず、発散系の制御になってしまう可能性がある。特に、サーボモータを有するアクチュエータの位置決め性能がセンサの位置検出性能に比べて劣る場合には、発散系の制御になると、ガス供給ノズルに微振動が起こる。さらに、サーボモータは、センサに比べて経年劣化しやすく、使用を続けていくうちにガス供給ノズルが振動し易くなる。
【０００５】
本発明は、ガス供給ノズルの位置ズレを確実に防止しつつ、アシストガスによる溶接異常を起き難くしたレーザ溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、被溶接体にレーザ光を照射するレーザヘッドと、レーザ光の被照射部に向けて斜めからアシストガスを噴射するガス供給ノズルと、を備えたレーザ溶接装置において、ガス供給ノズルを可動させるノズルアクチュエータと、被照射部の溶融状態を示すプラズマとプルームとの光強度、表面で反射するレーザ光の光強度、及び溶融池の温度の少なくとも一つの変化を検出する溶接状態検出部と、溶接状態検出部からの出力信号に基づいて、アシストガスに起因した溶接異常の有無を判断する溶接異常判断部と、溶接異常判断部によって溶接異常有りと判断されたときにのみ、ガス供給ノズルを、予め溶融池の温度が最も高い箇所となるように設定された初期位置の状態に戻すようにノズルアクチュエータに駆動信号を出力するアクチュエータ制御部とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
このレーザ溶接装置によれば、被照射部の溶融状態を示すプラズマとプルームとの光強度、表面で反射するレーザ光の光強度、及び溶融池の温度の少なくとも一つの変化に基づいて、アシストガスに起因した溶接異常の有無が判断される。そして、レーザ溶接装置は、溶接異常有りと判断する場合にのみ、ガス供給ノズルを予め設定された初期位置の状態に戻し、溶接異常有りと判断しない場合には、ガス供給ノズルが初期位置の状態からズレていたとしても溶融池の温度が最も高い箇所となる初期位置の状態には戻さない。その結果として、フィードバック制御によって初期位置からの偏差を無くすようにガス供給ノズルを移動させる場合に比較して発散系の制御になり難く、ガス供給ノズルを振動し難くする。
【０００８】
また、初期位置は、ガス供給ノズルの前後左右位置によって予め設定されていると好適である。レーザ光の走査に伴ってガス供給ノズルが初期位置の状態から前後または左右にズレた場合、前後左右の動作によってガス供給ノズルを初期位置の状態に戻すような制御が行われる。
【０００９】
さらに、ガス供給ノズルの管軸線と被溶接体との交点を撮像する撮像素子と、初期位置のガス供給ノズルの管軸線と被溶接体との基準交点から撮像素子によって撮像された交点までの変位を求める変位演算部と、を更に備え、ノズルアクチュエータは、ガス供給ノズルを前後左右に移動自在に支持すると共に、ガス供給ノズルを平行移動させ、アクチュエータ制御部は、初期位置の状態に戻すために、変位演算部によって求められた変位を戻す補正量だけガス供給ノズルを平行移動させる駆動信号を出力すると好適である。ガス供給ノズルの管軸線と被溶接体との交点は、被溶接体上において実際にアシストガスが噴射される位置である。そして、溶接異常と判断されたときにのみ、このレーザ溶接装置では、基準交点に向けてアシストガスが噴射される状態にガス供給ノズルが戻り、溶接異常が解消する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ガス供給ノズルの位置ズレを確実に防止しつつ、アシストガスによる溶接異常を起き難くする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明に係るレーザ溶接装置の好適な実施の形態について詳細に説明をする。
【００１２】
［第１の実施の形態］
（レーザ溶接装置）
図１〜図３に示すように、レーザ溶接装置５０は、溶接用熱源としてＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザを用いる溶接装置であり、被溶接体としてのステンレス製の板材Ｗに向けてレーザ光Ｌを照射するレーザヘッド５２と、レーザ光Ｌの焦点近傍の被照射部Ｓに向けて斜めからアシストガスＧを噴射するガス供給ノズル５３とを備える。レーザヘッド５２及びガス供給ノズル５３は、二枚の板材Ｗが重なる箇所における直線状の接合予定線ＳＳに沿って移動する。なお、以下の説明において、レーザヘッド２の進行方向を基準にして前方と後方及び左方と右方を説明し、レーザ光Ｌの照射方向を下方、その逆を上方として説明する。
【００１３】
レーザヘッド５２は、ケース５２ａ内にレーザ発振部５２ｂを備える。ＹＡＧレーザは、光励起型の個体レーザであり、レーザ発振部５２ｂは、発振波長が１．０６μｍのレーザ光Ｌを出射する。レーザ光Ｌの光軸ＬＳ上には、光学ガラス製の集光レンズ５２ｃが配置され、集光レンズ５２ｃを透過したレーザ光Ｌは、極めて小さな点に集光される。
【００１４】
さらに、ケース５２ａ内には反射鏡２ｄ（図３参照）が設けられており、反射鏡２ｄの近傍には、フォトセンサユニット５４が設けられている。フォトセンサユニット５４は、レーザ光の照射によって板材Ｗの表面で発生するプラズマとプルームとの光強度を検出する第１のフォトセンサ（溶接状態検出部）５４ａと、板材Ｗの表面で反射するレーザ光Ｌの光強度を検出する第２のフォトセンサ（溶接状態検出部）５４ｂと、レーザ光Ｌの照射によって生じる溶融池Ｍの温度を検出する第３のフォトセンサ（溶接状態検出部）５４ｃとを備えている。
【００１５】
第１フォトセンサ５４ａは、レーザ光Ｌの波長を除く、約３００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の光を検出する。そして、第１フォトセンサ５４ａは、プラズマの光強度に対応する出力信号と、プルームの光強度に対応する出力信号とをそれぞれ出力する。なお、プラズマの光強度に対応する出力信号と、プルームの光強度に対応する出力信号とは、双方を併せて出力してもよく、バンドパスフィルタなどによって、分離して出力してもよい。第１フォトセンサ５４ａからの出力信号は、後に詳述する主制御処理部６８のＣＰＵ６４に入力される。
【００１６】
第２フォトセンサ５４ｂはレーザ光Ｌと同波長の光の強度に対応する出力信号を出力し、第３フォトセンサ５４ｃはレーザ光Ｌの波長を除く赤外線領域の光の光強度に対応する出力信号を出力する。これらの各出力信号は、後に詳述する主制御処理部６８のＣＰＵ６４に入力される。
【００１７】
第１フォトセンサ５４ａで検出される約３００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の光の強度、第２フォトセンサ５４ｂで検出されるレーザ光Ｌと同波長の光の強度及び第３フォトセンサ５４ｃで検出される赤外線領域の光強度は、レーザ光Ｌの被照射部Ｓに生じる溶融池Ｍの状態に応じて変化する物理量であり、これらの物理量は被照射部Ｓの溶融状態を示している。
【００１８】
レーザヘッド５２のケース５２ａには、レーザヘッド２の進行方向に対して後方側に突き出したブラケット５２ｅが設けられており、ブラケット５２ｅには、第１リニアアクチュエータ５５が取り付けられている。第１リニアアクチュエータ５５は、サーボモータとサーボモータの出力軸に形成されたボールねじとを有し、ボールねじの回転により、ブラケット５２ｅに対して左右に直線移動する。第１リニアアクチュエータ５５には、第２リニアアクチュエータ５６が取り付けられている。第２リニアアクチュエータ５６も第１リニアアクチュエータ５５と同様のサーボモータ及びボールねじを有し、ボールねじの回転により、第１リニアアクチュエータ５５に対して前後に直線移動する。第２リニアアクチュエータ５６の端部５６ａには、下方に突き出したロッド５６ｂが設けられている。第１及び第２リニアアクチュエータ５５，５６によってノズルアクチュエータ５９が構成される。
【００１９】
ロッド５６ｂの先端には、Ｕ字状のノズルブラケット５６ｃが設けられている。ノズルブラケット５６ｃには、ガス供給ノズル５３を挟むようにして左右一対の側壁５６ｄ，５６ｅが設けられ、各側壁５６ｄ，５６ｅにはスリットＳＬが形成されている。一対のスリットＳＬ内には、ガス供給ノズル５３から水平方向に突き出ている一対のねじ部５３ａ，５３ｂが挿し込まれている。ねじ部５３ａ，５３ｂは、ガス供給ノズル５３の後端５３ｅの近傍に設けられると共に、ガス供給ノズル５３の管軸線ＮＳに対して直交して延在する。ねじ部５３ａ，５３ｂの先端部分には、各側壁５６ｄ，５６ｅから突出した状態でナット５３ｃ，５３ｄが螺合する。ガス供給ノズル５３は、ナット５３ｃ，５３ｄの締め付けにより、光軸ＬＳに対して管軸線ＮＳが傾いた状態でノズルブラケット５５ｃに固定されている。
【００２０】
ガス供給ノズル５３の後端５３ｅ近傍の周壁には、アシストガスＧを供給するためのホース５３ｈが管継ぎ手部５３ｇを介して固定されている。圧縮されたアシストガスＧは、ホース５３ｈを介してガス供給ノズル５３内に供給され、ガス供給ノズル５３の先端５３ｆから、溶融池Ｍに向けて噴射される。
【００２１】
ガス供給ノズル５３の後端５３ｅには、ＣＣＤカメラ（撮像素子）５７が固定されている。ＣＣＤカメラ５７は、光量に応じて蓄積された電荷を、時系列に沿って順番に出力する電子結合素子を備えたカメラである。ＣＣＤカメラ５７の視野は、ガス供給ノズル５３の内部を通して認識される範囲であり、ＣＣＤカメラ５７の光軸とガス供給ノズル５３の管軸線ＮＳとは一致している。ＣＣＤカメラ５７は、１サンプリング周期ごとの２次元画像データを出力信号として出力する。この２次元画像データは、輝度が所定数の階調からなる複数行、複数列の出力画素数によって決定される。ＣＣＤカメラ５７によって、管軸線ＮＳと板材Ｗとの交点を含む所定範囲が撮像される。
【００２２】
さらに、ＣＣＤカメラ５７のレンズには、ＮＤフィルタ（図示省略）が取り付けられている。ＮＤフィルタを取り付けることによって、高温になっている溶融池Ｍからの入射光量が抑えられ、ＣＣＤカメラ５７は、溶融池Ｍの光の強度に関する情報を正確に撮像できる。
【００２３】
ガス供給ノズル５３は、ノズルアクチュエータ５９によって前後左右に移動自在に支持されており、ノズルアクチュエータ５９の駆動によって前後左右に平行移動する。ガス供給ノズル５３は、レーザ光Ｌの被照射部Ｓを基準にした前後左右位置によっての初期位置が予め設定される。
【００２４】
レーザヘッド５２は、溶接台１３上の二枚の板材Ｗが重なる箇所における直線状の接合予定線ＳＳに向けてレーザ光Ｌを照射し、マニピュレータ６２の作動によって溶接台１３上で直線的に移動する。このレーザヘッド２の移動に伴い、レーザ光Ｌの被照射部Ｓは、接合予定線ＳＳに沿って走査される。レーザ光Ｌの被照射部Ｓには溶融池Ｍが生じ、被照射部Ｓが通過した後には、レーザ溶接部ＬＪが形成される。
【００２５】
図３に示すように、レーザ溶接装置５０は、バスを介して接続されたＣＰＵ６４、ＲＯＭ６６及びＲＡＭ６７等によって構成される主制御処理部６８を有する。ＣＰＵ６４は、マニピュレータ６２、レーザ発振部６２ｂ、第１及び第２リニアアクチュエータ５５，５６の各サーボモータ及びＣＣＤカメラ５７に有線もしくは無線によって信号送受信可能に接続されている。
【００２６】
ＣＰＵ６４は、レーザ溶接装置５０全体の動作制御を行い、特に、レーザ光Ｌの照射強度及びレーザ走査速度を制御するレーザ走査制御部６４ａと、フォトセンサユニット４からの出力信号に基づいて溶接異常の有無を判断する溶接異常判断部６４ｂとを備える。さらに、ＣＰＵ６４は、ＣＣＤカメラ５７からの出力信号に基づいてガス供給ノズル５３の管軸線ＮＳと板材Ｗとの交点（以下「測定交点」という）Ｘ１を特定し、初期位置のガス供給ノズル５３の管軸線ＮＳと板材Ｗとの基準交点Ｘ２から測定交点Ｘ１までの交点変位を求める変位演算部６４ｃと、交点変位を戻すようにガス供給ノズル５３を平行移動させる駆動信号をノズルアクチュエータ５９に出力するアクチュエータ制御部６４ｄとを有する。なお、ＣＰＵ６４は、ガス供給ノズル５３に供給されるアシストガスＧの流路を開閉する制御弁（図示省略）及び操作部としてのタッチパネル６９にも信号送受信可能に接続されている。
【００２７】
レーザ走査制御部６４ａは、レーザ発振部５２ｂに対してレーザ光Ｌの照射強度を設定する照射強度設定信号及びレーザ光Ｌの照射開始と停止に関するＯＮ／ＯＦＦ信号を出力し、さらに、マニピュレータ６２に対してレーザ走査速度を設定する速度設定信号、レーザ走査開始信号及びレーザ走査停止信号を出力する。
【００２８】
溶接異常判断部６４ｂは、アシストガスＧに起因した溶接異常の有無を判断する。レーザ走査制御部６４ａからレーザ走査開始信号が出力されると、溶接異常判断部６４ｂは、フォトセンサユニット４からの３種類の出力信号の取得を開始し、各出力信号の時間軸に対する波形パターンを生成し、かかる波形パターンから溶接異常の有無を判断する。
【００２９】
変位演算部６４ｃは、ＣＣＤカメラ５７からＣＰＵ６４に入力された２次元画像データに係る出力信号に基づいて、ガス供給ノズル５３の管軸線ＮＳと板材Ｗとの測定交点Ｘ１（図１１〜図１３参照）を特定する。さらに、変位演算部６４ｃは、初期位置のガス供給ノズル５３の管軸線ＮＳと板材Ｗとの基準交点Ｘ２と測定交点Ｘ１との概略距離ｄ１及びズレた方向を交点変位として求める。さらに、変位演算部６４ｃは、交点変位ｄ１を戻すための前後左右方向への移動量ｄ２及び移動方向を補正値として求める。なお、概略距離ｄ１は、ＣＣＤカメラ５７で撮像された２次元画像上の測定交点Ｘ１と基準交点Ｘ２との間の距離であり、移動量ｄ２は、ガス供給ノズル５３の傾きを考慮すると共に、概略距離ｄ１を無くすためにガス供給ノズル５３を前後左右方法に平行移動させる距離である。
【００３０】
アクチュエータ制御部６４ｂは、ガス供給ノズル５３を初期位置の状態に戻すために、変位演算部６４ｃで求められた補正値に対応する駆動信号を出力し、ノズルアクチュエータ５９に入力してガス供給ノズル５３を平行移動させる。
【００３１】
（レーザ溶接方法）
第３実施形態に係るレーザ溶接装置５０を用いたレーザ溶接方法は、第１実施形態に係るレーザ溶接装置１を用いたレーザ溶接方法に比べて、ノズル制御が異なる。以下の説明では、図３、図５、図１０〜図１３を参照し、ノズル制御を中心に説明する。
【００３２】
まず、作業者によるタッチパネル６９の操作に応じた初期設定（Ｓ２１）が行われる。初期設定では、ガス供給ノズル５３の初期位置としての前後左右位置、レーザ光Ｌの強度及びレーザ走査速度に対応する初期設定信号がタッチパネル６９から出力され、ＣＰＵ６４に入力される。ＣＰＵ６４のアクチュエータ制御部６４ｂは、初期設定信号に基づいて、ノズルアクチュエータ５９に初期駆動信号を出力する。すると、ノズルアクチュエータ５９が作動し、ガス供給ノズル５３を初期位置まで平行移動させ、初期位置でガス供給ノズル５３を保持する（図１０参照）。なお、アシストガスＧは溶融池Ｍの温度が最も高い箇所に噴射されるのが好ましい。そして、溶融池Ｍの温度は、レーザ光Ｌの被照射部Ｓよりも若干後側で最も高くなる。したがって、初期位置のガス供給ノズル５３の管軸線ＮＳと板材Ｗとの基準交点Ｘ２は、被照射部Ｓよりも後側にずれた位置に設定される（図１１参照）。
【００３３】
その後、アシストガスＧの噴射、レーザ光Ｌの照射及びレーザ走査が開始され、ガス供給ノズル５３の初期位置からのズレを補正するノズル制御（Ｓ４）が実行される。図１４に示すように、レーザ溶接が行われている間、フォトセンサユニット６４では溶融状態の検出が行われ（Ｓ２１）、ＣＰＵ６４には、フォトセンサユニット６４から光の強度に対応した出力信号が入力されている。ＣＰＵ６４の溶接異常判断部６４ｂは、フォトセンサユニット６４からの出力信号に基づいて、アシストガスＧによる溶接異常の有無を判断する（Ｓ２２）。
【００３４】
（溶接異常の有無の判断方法に係る第１の態様）
図６、及び図７を参照して溶接異常の有無の判断方法に係る第１の態様について説明する。図６は、第１フォトセンサ６４ａ及び第３フォトセンサ６４ｃからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。同図においては、横軸は時間、縦軸は出力信号の強度となっている。図６に示す例では、プラズマとプルームとの光強度の波形パターンＰ１及び溶融池温度の波形パターンＰ２は、例えばデータ点１００点毎の移動平均値をとることによってそれぞれスムージング処理が施されている。溶接異常判断部１４ｂは、波形パターンＰ１，Ｐ２を監視し、プラズマとプルームとの光強度及び溶融池Ｍの温度がいずれも正常値の２倍を超えた場合に、アシストガスに起因した「溶接異常有り」と判断する。
【００３５】
図７は、第２フォトセンサ６４ｂからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。同図においては、横軸は時間、縦軸は出力信号の強度となっている。図７に示す例では、反射光強度の波形パターンＰ３は、例えばデータ点５０点毎の移動平均値をとることによってスムージング処理が施されている。波形パターンＰ３の閾値を定めるため、予め反射光強度の上限測定値の波形パターンＰ４及び下限測定値の波形パターンＰ５が測定されており、波形パターンＰ４の最小値及び波形パターンＰ５の最大値が、反射光強度の波形パターンＰ３の上限閾値Ｌ１及び下限閾値Ｌ２としてそれぞれ設定されている。波形パターンＰ３が上限閾値Ｌ１を超える場合、照射位置におけるレーザ光Ｌのロスが大きく、溶け込み量が不十分になっていることが考えられ、波形パターンＰ３が下限閾値Ｌ２を下回る場合、レーザ光Ｌのロスが小さすぎ、溶け込み量が過剰になっていることが考えられる。溶接異常判断部６４ｂは、波形パターンＰ３を監視し、反射光強度が予め設定した下限閾値Ｌ２を下回った場合又は上限閾値Ｌ１を超えた場合に、アシストガスＧに起因した「溶接異常有り」と判断する。
【００３６】
（溶接異常の有無の判断方法に係る第２の態様）
図８、及び図９を参照して溶接異常の有無の判断方法に係る第２の態様について説明する。図８は、プラズマ／プルームの光強度の基準波形パターンＰ１０の一例を示す。図８では、横軸はレーザ走査の開始から終了までの時間を示し、縦軸は出力信号の強度を示している。基準波形パターンＰ１０は、例えば、ガス供給ノズル５３の噴射角度の変更制御を行うことなく、一定に保った状態で試行的なレーザ走査を行った結果、レーザ溶接が正常に完了した場合の出力信号に基づく波形パターンである。基準波形パターンＰ１０に含まれる各出力値を標準偏差σに基づいて正規化し、標準偏差σを２倍することによって基準正規化値「＋２σ」が求められる。溶接異常判断部１４ｂは、溶接異常の有無の判断において基準正規化値「＋２σ」を利用する。図９は、レーザ溶接中において、所定のサンプリング時間内に測定されたプラズマ／プルームの光強度の測定波形パターンＰ１１と基準正規化値「＋２σ」とをプロットした図である。図９では、横軸は時間、縦軸は出力信号の強度を示している。溶接異常判断部１４ｂは、測定波形パターンＰ１１が基準正規化値「＋２σ」を超えた回数を積算し、積算回数が予め設定された所定回数（例えば３回）を超えている場合に、アシストガスに起因した溶接異常であると判断する。溶接異常判断部１４ｂは定期的に測定波形パターンＰ１１を取得して監視しており、図９に示すように、例えば、所定のサンプリング時間内における測定波形パターンＰ１１の積算回数が４回となった場合には「溶接異常有り」と判断する。
【００３７】
変位演算部６４ｃは、溶接異常判断部６４ｂにおいて「溶接異常有り」と判断された場合にのみ、測定交点Ｘ１を特定（Ｓ２３）し、溶融池の温度が最も高い箇所となる初期位置のガス供給ノズル５３の基準交点Ｘ２から測定交点Ｘ１までの交点変位を演算する（Ｓ２４）。変位演算部６４ｃは、ＣＣＤカメラ５７からＣＰＵ６４に入力された出力信号に基づいて基準交点Ｘ２と測定交点Ｘ１との間の概略距離ｄ１（図１１〜図１３参照）及びズレた方向を交点変位として求める。さらに、変位演算部６４ｃは、交点変位を戻すための移動量ｄ２及び移動方向を補正値として求める。
【００３８】
アクチュエータ制御部６４ｄは、変位演算部６４ｃによって補正値が求められると、ガス供給ノズル５３を初期位置の状態に戻すために、補正値に対応した駆動信号を出力し、ノズルアクチュエータ５９に入力する。ノズルアクチュエータ５９は、駆動信号に基づいて駆動し、ガス供給ノズル５３を平行移動させて初期位置の状態に戻す。その結果として、アシストガスＧに起因した溶接異常が解消される。
【００３９】
レーザ溶接装置５０によれば、被照射部Ｓの溶融状態を示す物理量の変化に基づいて、アシストガスＧに起因した溶接異常の有無が判断される。そして、レーザ溶接装置５０は、「溶接異常有り」と判断する場合にのみ、ガス供給ノズル５３を予め設定された初期位置の状態に戻し、「溶接異常有り」と判断しない場合には、ガス供給ノズル５３が初期位置の状態からズレていたとしても初期位置の状態には戻さない。その結果として、フィードバック制御によって初期位置からの偏差を無くすようにガス供給ノズルを移動させる従来のレーザ溶接装置に比較して発散系の制御になり難く、ガス供給ノズル５３を振動し難くする。したがって、ガス供給ノズル５３の位置ズレを確実に防止しつつ、アシストガスＧによる溶接異常を起き難くする。
【００４０】
さらに、被照射部Ｓを基準にした前後左右位置によってガス供給ノズル５３の初期位置を設定でき、レーザ光Ｌの走査に伴ってガス供給ノズル５３が初期位置の状態から前後または左右にズレた場合、前後左右の動作によってガス供給ノズル５３を初期位置の状態に戻すような制御が行われる。
【００４１】
さらに、ガス供給ノズル５３の管軸線ＮＳと板材Ｗとの交点は、板材Ｗ上において実際にアシストガスＧが噴射される位置である。そして、溶接異常と判断されたときにのみ、このレーザ溶接装置５０では、基準交点Ｘ２に向けてアシストガスＧが噴射される状態にガス供給ノズル５３が戻り、溶接異常が解消する。
【００４２】
本発明は、上記の各実施形態に限定されず、例えば、溶接用熱源として半導体レーザ、ＣＯ２レーザ等を用いても良い。また、溶接状態検出部としてのフォトセンサは、レーザ光の照射によって被溶接体の表面で発生するプラズマとプルームとの光強度を検出するフォトセンサ、板材の表面で反射するレーザ光の光強度を検出するフォトセンサ及びレーザ光の照射によって生じる溶融池の温度を検出するフォトセンサのいずれか二つを組み合わせて利用したり、単独で利用したりしてもよい。さらに、ガス供給ノズルの噴射角度の変更と前後左右方向への平行移動との両方の移動を可能にし、アシストガスに起因した溶接異常が有る場合に、ガス供給ノズルの噴射角度の変更と前後左右方向への平行移動とを行って初期位置に戻すような制御を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係るレーザ溶接装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】レーザ溶接装置のブロック図である。
【図４】レーザ溶接の動作手順を示すフローチャートである。
【図５】ノズル制御の動作手順を示すフローチャートである。
【図６】プラズマ／プルームの光強度及び溶融池の温度に係る出力信号の波形パターンの一例を示す図である。
【図７】レーザ光の反射光の光強度に係る出力信号の波形パターンの一例を示す図である。
【図８】プラズマ／プルームの光強度に係る出力信号の基準波形パターンの一例を示す図である。
【図９】サンプリング時間内におけるプラズマ／プルームの光強度に係る出力信号の測定波形パターンと基準正規化値とを示す図である。
【図１０】初期位置を設定する状態を示すレーザ溶接装置の斜視図である。
【図１１】ＣＣＤカメラで撮像された溶融池の２次元画像であり、交点変位が無い場合を示す図である。
【図１２】ＣＣＤカメラで撮像された溶融池の２次元画像であり、交点変位が有る場合を示す図である。
【図１３】ガス供給ノズルの先端及び溶融池の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
５０…レーザ溶接装置、５２…レーザヘッド、５３…ガス供給ノズル、５４ａ…第１のフォトセンサ（溶接状態検出部）、５４ｂ…第２のフォトセンサ（溶接状態検出部）、５４ｃ…第３のフォトセンサ（溶接状態検出部）、５９…ノズルアクチュエータ、６４ｂ…溶接異常判断部、６４ｃ…変位演算部、６４ｄ…アクチュエータ制御部、５７…ＣＣＤカメラ（撮像素子）、ＮＳ…ガス供給ノズルの管軸線、Ｘ１…測定交点、Ｘ２…基準交点、Ｃ…回転軸線、Ｌ…レーザ光、Ｓ…被照射部、Ｇ…アシストガス。
【図１】
0004777856.tif 000002
【図２】
0004777856.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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