レーザー光線を用いた溶接方法及びその装置
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、レーザー溶接時のレーザー出力を実測するレーザー出力測定方法とその構造に関する。
（従来技術とその問題点）
レーザー溶接機は、被溶接物であるワークをその外周上に一定間隔で配設した例えばターンテーブルと、ターンテーブルの外方に配設され、ターンテーブルの中心方向に向けてそのレーザー照射面が向けられたレーザー照射装置とで構成されている。そして、レーザー照射装置に内蔵されているレンズでレーザー光線をターンテーブル上のワークの溶接箇所に集光して溶接を行っている。
さて、このようにレーザー光線を利用して行なうレーザー溶接機では、所定の出力に制御しつつレーザー光線を正確にワークの溶接面に集光させて溶接を実行するのであるが、従来のレーザー溶接機では、制御機器でレーザー光線の出力制御を行なっているのみで、実際のレーザービームの出力を実測しつつ制御している訳ではなかった。それ故、制御機器の指令出力値に対して実際の出力は10％程度の誤差が発生しており、溶接の品質に若干のむらが発生するという問題があった。
（発明の目的）
本発明はかかる従来例の問題点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、照射されているレーザー光線の出力を実測してこれをフィードバック制御してより正確な出力制御を行なう事の出来るレーザー出力測定方法とその構造を提供するにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明のレーザー光線を用いた溶接方法は、かかる従来例の問題点を解決するために、請求項（１）にて、■被溶接物であるワーク（１）にレーザー光線出力装置（３）からのレーザー光線（５）を照射して溶接するに際し、■ワーク（１）の被照射面に集光されるときのレーザー光線（５）の外縁に接するように光センサ（14）を配設して光センサ（14）にてレーザー出力を実測し、■実測したレーザー出力値を制御装置（９）にフィードバックして基準出力値と比較し、■前記出力値が基準出力値に合致するようにレーザー光線出力装置（３）を出力制御する。
；と言う技術的手段を採用しており、 請求項（２）のレーザー光線を用いた溶接装置では、■被溶接物であるワーク（１）に向かってレーザー光線（５）を発するレーザー光線出力装置（３）と、■ワーク（１）のレーザー被照射面の前面近傍に配設される遮蔽板（11）とを備え、■遮蔽板（11）にレーザー光線（５）の直径にほぼ等しい大きさのレーザー通過孔（11a）を穿設すると共に■レーザー光線（５）の外縁に接するようにレーザー出力検出用の光センサー（14）をレーザー通過孔（11a）の孔縁に設置し、■光センサにて実測されるレーザー光線のレーザー出力値を予め設定されている基準出力値と比較しかつ上記レーザー出力値が基準出力値に合致するようにレーザー光線出力装置（３）を出力制御する制御装置（９）を設ける。
；という技術的手段を採用している。
（作用）
■レーザー光線出力装置（３）から照射されたレーザー光線（５）がワーク（１）の溶接ポイントに正確に集光して瞬時に溶接ポイントを昇温させる。この時、レーザー光線（５）の外縁が光センサ（14）に入射してレーザー光線（５）の出力値を実測する。実測したレーザー出力値は、制御装置（９）にフィードバックされて基準出力値と比較され、前記実測データが基準出力値に合致するように出力制御される。
■又、レーザー光線（５）が溶接ポイントに照射されると当該溶接ポイントから金属蒸気であるヒュームや、溶融金属粉であるスパッタなどが飛散するが、その大部分が前記遮蔽板（11）に衝突して遮蔽板（11）の背方に入り込まず、これにより、光センサ（14）並びにレーザー照射面の汚損を防止しつつ溶接を実行していく。
（実 施 例）
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。本発明を適用したレーザー溶接機（Ａ）はターンテーブル方式のものであり、これを中心に説明するがこれは単なる一例であり、これに限定される事はない。レーザー溶接機（Ａ）の中心には、ターンテーブル（２）が配設されており、所定の角度（本実施例では45゜間隔）で間欠回転するようになっている。ターンテーブル（２）の外周上には被溶接物であるワーク支持台（６）が前記間欠回転角度に合わせて設置されており、ワーク（１）がワーク支持台（６）に装着されるようになっている。ターンテーブル（２）の中心には、レーザー遮蔽ブロック（４）が配設されており、ターンテーブル（２）のほぼ中心を通過するレーザー光線（５）を遮蔽するようになっている。
次ぎに、ターンテーブル（２）の周囲に配置されている各機構について略述する。
（７）は、ワーク供給装置で、ワークが個別化されてターンテーブルのワーク支持台（６）に載置される装置である。（３）は、レーザー光線出力装置で、その照射面がターンテーブルの中心方向に向けられている。レーザー光線出力装置（３）は第2,3図のようにレーザー物質（3a）が内蔵されており、その前後に反射鏡（3b）が配置されていて側方に設置されたランプ（3c）から入射した光りを単波長のレーザー光線に変え、前方に向けて照射できるようになっており、前方のレンズ（3d）でレーザー光線（５）を集光するようになっている。本実施例ではYAGレーザーが使用される。レーザー光線出力装置（３）は、熱を発生するため冷却水（８）が循環するようになっている。（９）は制御装置並びに電源回路である。第３図の遮蔽板（11）は、単なる板状のもので（勿論、これに限られず各種形状のものが考えられる。）、ワーク（１）のレーザー被照射面の前面近傍に配設されている。遮蔽板（11）にはレーザー光線（５）の直径にほぼ等しい大きさ（例えばレーザー光線（５）の焦点直前の直径を0.2〜0.1mmとするとレーザー通過孔（11a）の直径は２〜3mm程度である。）のレーザー通過孔（11a）を穿設してある。遮蔽板（11）は、ターンテーブル（２）に設置しても良いが、第６図のようにレーザー光線出力装置（３）の胴体からアーム（11b）を前進・後退自由に延出し、このアーム（11b）に前記遮蔽板（11）を装着してもよい。遮蔽板（11）は例えば高融点金属乃至高融点金属の鍍金又は溶射などの表面処理を施したもの、黒鉛、ハードクロム鍍金を施したものが、ヒュームやスパッタの熔着が少なくて好ましい。遮蔽板（11）のレーザー通過孔（11a）の孔縁には光センサ（14）が装着されており、レーザー光線（５）の外縁に接して溶接中のレーザー光線（５）の出力値を検出しており、その出力値を前記制御装置（９）にフィードバックし、制御装置（９）に予め設定されている設定出力値と比較し、レーザー出力値が設定出力値に合致するように出力制御する。光センサ（14）は、図のように遮蔽板（11）の背方に設置するのが、ヒュームやスパッタ、溶接熱の影響を受けないので望ましい。特に吸引リング（13）の背方に設置するのがよい。しかして、ターンテーブル（２）のワーク支持台（６）にワーク（１）を１つづつ供給して固定し、次ぎにターンテーブル（２）を間欠回転させて第１レーザー光線出力装置（３）の前方までワーク（１）を移動させる。ワーク（１）が停止するとレーザー光線出力装置（３）から照射されたレーザー光線（５）がワーク（１）の溶接ポイントに正確に集光して瞬時に溶接ポイントを昇温させる。この時、レーザー光線（５）の外縁が光センサ（14）に入射してレーザー光線（５）の出力値を実測する。レーザー光線（５）が溶接ポイントに照射されると当該溶接ポイントから金属蒸気であるヒュームや、溶融金属粉であるスパッタなどが飛散し、その大部分が前記遮蔽板（11）に衝突して遮蔽板（11）の背方に入り込まない。これにより、光センサ（14）並びにレーザー照射面の汚損を防止しつつ溶接を実行していく。
第４図は本発明の第２実施例で、レーザー通過孔（11a）の孔縁をワーク（１）に向かって碗状に凸曲させた凸曲部（11b）を形成し、その背方に光センサ（14）を配置した例であり、前述のヒュームやスパッタは碗状凸曲部（11b）に沿って流れ、単なる板状の遮蔽板（11）に比べてレーザー通過孔（11a）を通過するヒュームやスパッタの量が減少する。
第５図は第４図の改良で、凸曲部（11b）の内側に吸引リング（13）を配設し、吸引リング（13）の背方に光センサ（14）を配置した例である。即ち、遮蔽板（11）の存在でヒュームやスパッタの光センサ（14）やレーザー照射面への付着は相当軽減されるもののレーザー通過孔（11a）が存在するので、ある程度の通過は避け得ず、長期間のレーザー溶接を行なえば光センサ（14）やレーザー照射面の曇りが発生するものである。そこで、前記吸引リング（13）の内周に穿設された空気噴出孔（13a）と空気吸入孔（13b）と穿設し、空気噴出孔（13a）から圧縮空気を噴出すると共に空気吸入孔（13b）から圧縮空気共に通過してきたヒュームやスパッタを吸引して光センサ（14）やレーザー照射面への到達を妨げる。
尚、噴出乃至吸引だけでもある程度の効果を奏する事は出来るものである。
このレーザー光線出力装置（３）は、ワーク（１）の溶接箇所の数に合わせて設置されており、本実施例では４箇所に設けられている。
（10）は、溶接の完了したワーク（１）を取り出す取り出し装置である。
（効果）
本発明のレーザー光線を用いた溶接方法及びその装置は、被溶接物であるワークにレーザー光線出力装置からのレーザー光線を照射して溶接するに際し、ワークの被照射面に集光されるときのレーザー光線の外縁に接するように光センサを配設して光センサにてレーザー出力を実測し、実測したレーザー出力値を制御装置フィードバックして基準出力値と比較し、前記出力値が基準出力値に合致するようにレーザー光線出力装置を出力制御するので、レーザー光線の出力変化に対して迅速且つ正確に対応する事が出来て実際の出力に誤差が発生せず、溶接の品質に若干のむらが生じないという利点がある。
又、請求項（２）では、被溶接物であるワークに向かってレーザー光線を発するレーザー光線出力装置と、ワークのレーザー被照射面の前面近傍に配設される遮蔽板とを備え、遮蔽板にレーザー光線の直径にほぼ等しい大きさのレーザー通過孔を穿設すると共にレーザー光線の外縁に接するようにレーザー出力検出用の光センサをレーザー通過孔の孔縁に設置してあるので、レーザー溶接時のレーザー出力を実測出来るばかりか、光センサ並びにレーザー照射面を溶接ポイントから発生するヒュームやスパッタから保護出来て長期間のレーザー溶接においてもレーザー照射面の汚損が非常に少なく、長期の連続レーザー溶接を実施する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図……本発明にかかるレーザー溶接機の平面図
第２図……本発明にかかるレーザー溶接機の概略側面図
第３図……本発明にかかるレーザー光線出力装置の原理図
第４図……本発明の第２実施例の概略断面図
第５図……本発明に使用する吸引リングの断面図
（１）……ワーク、（２）……ターンテーブル、（３）……レーザー光線出力装置、（４）……レーザー遮蔽ブロック、（５）……レーザー光線、（11）……遮蔽板、（11a）……レーザー通過孔、（11b）……凸曲部（11b）、（13）……吸引リング、（13a）……空気噴出孔、（13b）……空気吸入孔、（14）……光センサ。
（産業上の利用分野）
本発明は、レーザー溶接時のレーザー出力を実測するレーザー出力測定方法とその構造に関する。
（従来技術とその問題点）
レーザー溶接機は、被溶接物であるワークをその外周上に一定間隔で配設した例えばターンテーブルと、ターンテーブルの外方に配設され、ターンテーブルの中心方向に向けてそのレーザー照射面が向けられたレーザー照射装置とで構成されている。そして、レーザー照射装置に内蔵されているレンズでレーザー光線をターンテーブル上のワークの溶接箇所に集光して溶接を行っている。
さて、このようにレーザー光線を利用して行なうレーザー溶接機では、所定の出力に制御しつつレーザー光線を正確にワークの溶接面に集光させて溶接を実行するのであるが、従来のレーザー溶接機では、制御機器でレーザー光線の出力制御を行なっているのみで、実際のレーザービームの出力を実測しつつ制御している訳ではなかった。それ故、制御機器の指令出力値に対して実際の出力は10％程度の誤差が発生しており、溶接の品質に若干のむらが発生するという問題があった。
（発明の目的）
本発明はかかる従来例の問題点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、照射されているレーザー光線の出力を実測してこれをフィードバック制御してより正確な出力制御を行なう事の出来るレーザー出力測定方法とその構造を提供するにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明のレーザー光線を用いた溶接方法は、かかる従来例の問題点を解決するために、請求項（１）にて、
；と言う技術的手段を採用しており、 請求項（２）のレーザー光線を用いた溶接装置では、
；という技術的手段を採用している。
（作用）
（実 施 例）
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。本発明を適用したレーザー溶接機（Ａ）はターンテーブル方式のものであり、これを中心に説明するがこれは単なる一例であり、これに限定される事はない。レーザー溶接機（Ａ）の中心には、ターンテーブル（２）が配設されており、所定の角度（本実施例では45゜間隔）で間欠回転するようになっている。ターンテーブル（２）の外周上には被溶接物であるワーク支持台（６）が前記間欠回転角度に合わせて設置されており、ワーク（１）がワーク支持台（６）に装着されるようになっている。ターンテーブル（２）の中心には、レーザー遮蔽ブロック（４）が配設されており、ターンテーブル（２）のほぼ中心を通過するレーザー光線（５）を遮蔽するようになっている。
次ぎに、ターンテーブル（２）の周囲に配置されている各機構について略述する。
（７）は、ワーク供給装置で、ワークが個別化されてターンテーブルのワーク支持台（６）に載置される装置である。（３）は、レーザー光線出力装置で、その照射面がターンテーブルの中心方向に向けられている。レーザー光線出力装置（３）は第2,3図のようにレーザー物質（3a）が内蔵されており、その前後に反射鏡（3b）が配置されていて側方に設置されたランプ（3c）から入射した光りを単波長のレーザー光線に変え、前方に向けて照射できるようになっており、前方のレンズ（3d）でレーザー光線（５）を集光するようになっている。本実施例ではYAGレーザーが使用される。レーザー光線出力装置（３）は、熱を発生するため冷却水（８）が循環するようになっている。（９）は制御装置並びに電源回路である。第３図の遮蔽板（11）は、単なる板状のもので（勿論、これに限られず各種形状のものが考えられる。）、ワーク（１）のレーザー被照射面の前面近傍に配設されている。遮蔽板（11）にはレーザー光線（５）の直径にほぼ等しい大きさ（例えばレーザー光線（５）の焦点直前の直径を0.2〜0.1mmとするとレーザー通過孔（11a）の直径は２〜3mm程度である。）のレーザー通過孔（11a）を穿設してある。遮蔽板（11）は、ターンテーブル（２）に設置しても良いが、第６図のようにレーザー光線出力装置（３）の胴体からアーム（11b）を前進・後退自由に延出し、このアーム（11b）に前記遮蔽板（11）を装着してもよい。遮蔽板（11）は例えば高融点金属乃至高融点金属の鍍金又は溶射などの表面処理を施したもの、黒鉛、ハードクロム鍍金を施したものが、ヒュームやスパッタの熔着が少なくて好ましい。遮蔽板（11）のレーザー通過孔（11a）の孔縁には光センサ（14）が装着されており、レーザー光線（５）の外縁に接して溶接中のレーザー光線（５）の出力値を検出しており、その出力値を前記制御装置（９）にフィードバックし、制御装置（９）に予め設定されている設定出力値と比較し、レーザー出力値が設定出力値に合致するように出力制御する。光センサ（14）は、図のように遮蔽板（11）の背方に設置するのが、ヒュームやスパッタ、溶接熱の影響を受けないので望ましい。特に吸引リング（13）の背方に設置するのがよい。しかして、ターンテーブル（２）のワーク支持台（６）にワーク（１）を１つづつ供給して固定し、次ぎにターンテーブル（２）を間欠回転させて第１レーザー光線出力装置（３）の前方までワーク（１）を移動させる。ワーク（１）が停止するとレーザー光線出力装置（３）から照射されたレーザー光線（５）がワーク（１）の溶接ポイントに正確に集光して瞬時に溶接ポイントを昇温させる。この時、レーザー光線（５）の外縁が光センサ（14）に入射してレーザー光線（５）の出力値を実測する。レーザー光線（５）が溶接ポイントに照射されると当該溶接ポイントから金属蒸気であるヒュームや、溶融金属粉であるスパッタなどが飛散し、その大部分が前記遮蔽板（11）に衝突して遮蔽板（11）の背方に入り込まない。これにより、光センサ（14）並びにレーザー照射面の汚損を防止しつつ溶接を実行していく。
第４図は本発明の第２実施例で、レーザー通過孔（11a）の孔縁をワーク（１）に向かって碗状に凸曲させた凸曲部（11b）を形成し、その背方に光センサ（14）を配置した例であり、前述のヒュームやスパッタは碗状凸曲部（11b）に沿って流れ、単なる板状の遮蔽板（11）に比べてレーザー通過孔（11a）を通過するヒュームやスパッタの量が減少する。
第５図は第４図の改良で、凸曲部（11b）の内側に吸引リング（13）を配設し、吸引リング（13）の背方に光センサ（14）を配置した例である。即ち、遮蔽板（11）の存在でヒュームやスパッタの光センサ（14）やレーザー照射面への付着は相当軽減されるもののレーザー通過孔（11a）が存在するので、ある程度の通過は避け得ず、長期間のレーザー溶接を行なえば光センサ（14）やレーザー照射面の曇りが発生するものである。そこで、前記吸引リング（13）の内周に穿設された空気噴出孔（13a）と空気吸入孔（13b）と穿設し、空気噴出孔（13a）から圧縮空気を噴出すると共に空気吸入孔（13b）から圧縮空気共に通過してきたヒュームやスパッタを吸引して光センサ（14）やレーザー照射面への到達を妨げる。
尚、噴出乃至吸引だけでもある程度の効果を奏する事は出来るものである。
このレーザー光線出力装置（３）は、ワーク（１）の溶接箇所の数に合わせて設置されており、本実施例では４箇所に設けられている。
（10）は、溶接の完了したワーク（１）を取り出す取り出し装置である。
（効果）
本発明のレーザー光線を用いた溶接方法及びその装置は、被溶接物であるワークにレーザー光線出力装置からのレーザー光線を照射して溶接するに際し、ワークの被照射面に集光されるときのレーザー光線の外縁に接するように光センサを配設して光センサにてレーザー出力を実測し、実測したレーザー出力値を制御装置フィードバックして基準出力値と比較し、前記出力値が基準出力値に合致するようにレーザー光線出力装置を出力制御するので、レーザー光線の出力変化に対して迅速且つ正確に対応する事が出来て実際の出力に誤差が発生せず、溶接の品質に若干のむらが生じないという利点がある。
又、請求項（２）では、被溶接物であるワークに向かってレーザー光線を発するレーザー光線出力装置と、ワークのレーザー被照射面の前面近傍に配設される遮蔽板とを備え、遮蔽板にレーザー光線の直径にほぼ等しい大きさのレーザー通過孔を穿設すると共にレーザー光線の外縁に接するようにレーザー出力検出用の光センサをレーザー通過孔の孔縁に設置してあるので、レーザー溶接時のレーザー出力を実測出来るばかりか、光センサ並びにレーザー照射面を溶接ポイントから発生するヒュームやスパッタから保護出来て長期間のレーザー溶接においてもレーザー照射面の汚損が非常に少なく、長期の連続レーザー溶接を実施する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図……本発明にかかるレーザー溶接機の平面図
第２図……本発明にかかるレーザー溶接機の概略側面図
第３図……本発明にかかるレーザー光線出力装置の原理図
第４図……本発明の第２実施例の概略断面図
第５図……本発明に使用する吸引リングの断面図
（１）……ワーク、（２）……ターンテーブル、（３）……レーザー光線出力装置、（４）……レーザー遮蔽ブロック、（５）……レーザー光線、（11）……遮蔽板、（11a）……レーザー通過孔、（11b）……凸曲部（11b）、（13）……吸引リング、（13a）……空気噴出孔、（13b）……空気吸入孔、（14）……光センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】被溶接物であるワークにレーザー光線出力装置からのレーザー光線を照射して溶接するに際し、ワークの被照射面に集光されるときのレーザー光線の外縁に接するように光センサを配設して光センサにてレーザー出力を実測し、実測したレーザー出力値を制御装置にフィードバックして基準出力値と比較し、前記出力値が基準出力値に合致するようにレーザー光線出力装置を出力制御する事を特徴とするレーザー光線を用いた溶接方法。
【請求項２】被溶接物であるワークに向かってレーザー光線を発するレーザー光線出力装置と、ワークのレーザー被照射面の前面近傍に配設される遮蔽板とを備え、遮蔽板にレーザー光線の直径にほぼ等しい大きさのレーザー通過孔を穿設すると共にレーザー光線の外縁に接するようにレーザー出力検出用の光センサをレーザー通過孔の孔縁に設置し、光センサにて実測されるレーザー光線のレーザー出力値を予め設定されている基準出力値と比較しかつ上記レーザー出力値が基準出力値に合致するようにレーザー光線出力装置を出力制御する制御装置を設けてなることを特徴とするレーザー光線を用いた溶接装置。
【請求項１】被溶接物であるワークにレーザー光線出力装置からのレーザー光線を照射して溶接するに際し、ワークの被照射面に集光されるときのレーザー光線の外縁に接するように光センサを配設して光センサにてレーザー出力を実測し、実測したレーザー出力値を制御装置にフィードバックして基準出力値と比較し、前記出力値が基準出力値に合致するようにレーザー光線出力装置を出力制御する事を特徴とするレーザー光線を用いた溶接方法。
【請求項２】被溶接物であるワークに向かってレーザー光線を発するレーザー光線出力装置と、ワークのレーザー被照射面の前面近傍に配設される遮蔽板とを備え、遮蔽板にレーザー光線の直径にほぼ等しい大きさのレーザー通過孔を穿設すると共にレーザー光線の外縁に接するようにレーザー出力検出用の光センサをレーザー通過孔の孔縁に設置し、光センサにて実測されるレーザー光線のレーザー出力値を予め設定されている基準出力値と比較しかつ上記レーザー出力値が基準出力値に合致するようにレーザー光線出力装置を出力制御する制御装置を設けてなることを特徴とするレーザー光線を用いた溶接装置。
【第１図】
【第２図】
【第３図】
【第４図】
【第５図】
【第２図】
【第３図】
【第４図】
【第５図】
【特許番号】第２６２７０１６号
【登録日】平成９年（１９９７）４月１８日
【発行日】平成９年（１９９７）７月２日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平２−１４６８８８
【出願日】平成２年（１９９０）６月４日
【公開番号】特開平４−４１０８７
【公開日】平成４年（１９９２）２月１２日
【前置審査】 前置審査
【出願人】（９９９９９９９９９）オー・エム・シー株式会社
【参考文献】
【文献】特開 昭５８−５４９４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭５７−１３９４８９（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成９年（１９９７）４月１８日
【発行日】平成９年（１９９７）７月２日
【国際特許分類】
【出願日】平成２年（１９９０）６月４日
【公開番号】特開平４−４１０８７
【公開日】平成４年（１９９２）２月１２日
【前置審査】 前置審査
【出願人】（９９９９９９９９９）オー・エム・シー株式会社
【参考文献】
【文献】特開 昭５８−５４９４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭５７−１３９４８９（ＪＰ，Ａ）
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