レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置
【課題】レーザ光を常時開先に沿わせ得るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供する。
【解決手段】溶接用レーザ光Ｌｗを照射しつつ開先Ｗａに沿って移動する溶接用レーザヘッド３と、これとともに移動して前方に開先Ｗａを跨ぐ先行レーザスポットＬＳｆ及び倣いレーザスポットＬＳｒを形成する開先検出用レーザヘッド９と、両スポットＬＳｆ，ＬＳｒを撮影するカメラ１１，１２と、両カメラ１１，１２の各画像を処理する画像処理部１３と、倣いカメラ１２の画像からの開先位置情報により溶接用レーザヘッド３を開先Ｗａに倣って移動させると共に、先行レーザスポットＬＳｆの開先非検出部Ｎ通過時には、開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓ及びエンド位置Ｎｅでの先行カメラ１１の画像から得られる開先非検出部Ｎでの開先情報を保存し、倣いレーザスポットＬＳｒの開先非検出部Ｎ通過時には、保存した開先情報により溶接用レーザヘッド３を移動させる制御部４を備えた。
【解決手段】溶接用レーザ光Ｌｗを照射しつつ開先Ｗａに沿って移動する溶接用レーザヘッド３と、これとともに移動して前方に開先Ｗａを跨ぐ先行レーザスポットＬＳｆ及び倣いレーザスポットＬＳｒを形成する開先検出用レーザヘッド９と、両スポットＬＳｆ，ＬＳｒを撮影するカメラ１１，１２と、両カメラ１１，１２の各画像を処理する画像処理部１３と、倣いカメラ１２の画像からの開先位置情報により溶接用レーザヘッド３を開先Ｗａに倣って移動させると共に、先行レーザスポットＬＳｆの開先非検出部Ｎ通過時には、開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓ及びエンド位置Ｎｅでの先行カメラ１１の画像から得られる開先非検出部Ｎでの開先情報を保存し、倣いレーザスポットＬＳｒの開先非検出部Ｎ通過時には、保存した開先情報により溶接用レーザヘッド３を移動させる制御部４を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光軸が極細のレーザ光を用いたレーザ溶接（レーザアークハイブリッド溶接を含む）により長い距離を接合するのに好適なレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記したレーザ光を用いたレーザ溶接では、レーザ光の光軸が極細であることから、大型構造物において長い距離を接合する場合には、レーザ光の狙い位置を０．１ｍｍ単位で管理する必要がある。
【０００３】
従来、このような溶接に用いるのに適したレーザ溶接装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。このレーザ溶接装置は、ロボットアームの先端にレーザヘッド及びセンサを配置して成り、これらのレーザヘッド及びセンサは、いずれもロボットアームのプログラムされた動作に伴って、溶接線に沿って移動する。
【０００４】
レーザヘッド及びセンサは、いずれもロボットアームの先端に対して溶接線と直交する方向（左右方向及び上下方向）に移動可能となっており、レーザヘッドからのレーザ光が溶接線から外れたり接近離間したりするのをセンサが検出した際に、制御系からの指令に基づいてレーザ光を溶接線に対してプログラム通りの位置に復帰させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第6430472号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
大型構造物において長い距離を接合する場合には、溶接中にワーク間の開先に生じる歪みや相互の位置ずれを防ぐために、開先の複数個所を仮付けするのが一般的である。この仮付け部（仮溶接ビード）の長さは、通常２０ｍｍ前後であるが、上記したレーザ溶接装置では、この仮付け部が開先上に存在すると、開先を見失う可能性を否定することができないという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００７】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、開先上に仮付け部があったとしても、開先を見失うことなく光軸が極細のレーザ光を常時開先に沿わせることができ、その結果、長い距離を精度良く且つ確実に接合することが可能であるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係る発明は、溶接用レーザ光を開先に沿って移動させて溶接を行うに際して、前記溶接用レーザ光の進行方向前方側に、該溶接用レーザ光とともに移動する二筋の開先検出用レーザ光を照射して、前記開先を跨ぐ２個のレーザスポットを互いに間隔をおいて前後して形成し、前記２個のレーザスポットのうち、前方のレーザスポットを先行レーザスポットとすると共に、後方のレーザスポットを倣いレーザスポットとして、前記先行レーザスポット及び倣いレーザスポットの各動作をそれぞれ撮影し、前記倣いレーザスポットの画像を処理して得られる開先情報に基づいて前記溶接用レーザ光を開先に沿って移動させ、前記先行レーザスポットが前記開先上に存在する仮付け部やバリなどの開先非検出部を通過する場合には、該開先非検出部に差し掛かった位置の画像及び該開先非検出部から離脱した位置の画像をそれぞれ処理して、該開先非検出部における隠れた開先の情報を取得し、前記倣いレーザスポットが前記先行レーザスポットに追随して前記開先非検出部を通過する場合には、前記先行レーザスポットが該開先非検出部を通過することで得た前記隠れた開先の情報に基づいて前記溶接用レーザ光を移動させる構成としたことを特徴としており、この構成のレーザ溶接方法を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
本発明の請求項２に係るレーザ溶接方法では、前記開先非検出部の溶接進行方向における長さの最大値を設定し、前記先行レーザスポットが前記開先非検出部を通過するに際して、該開先非検出部の溶接進行方向における長さが前記最大値を超えると認識した場合には、溶接を中止する構成としている。
【００１０】
ここで、開先非検出部として想定される仮付け部は、開先の全長にわたって連続して形成される場合と、間隔をおいて点在して形成される場合とがあるが、本発明は、開先上に開先非検出部として仮付け部が点在する場合、或いは、開先上に仮付け部がなく開先非検出部としてバリ（切り粉を含む）のみが存在する場合に適用される。
開先上に点在する仮付け部の長さは、開先を形成するワークの厚さや開先形状そのものに基づいて決定され、通常２０ｍｍ前後であり、バリによる開先非検出区間は長くても１５ｍｍを超えない。
【００１１】
本発明に係るレーザ溶接方法において、開先非検出部の溶接進行方向における最大長さは、特に限定されることなく自由に設定することができるが、上記の通常の仮付け部の長さやバリによる開先非検出区間の長さを考慮して、例えば、開先非検出部の溶接進行方向における長さの最大値を約３０ｍｍに設定することができる。
【００１２】
一方、本発明の請求項３に係る発明は、溶接用レーザ光をワーク間の開先に沿って移動させて溶接を行うレーザ溶接装置であって、前記開先に向けて溶接用レーザ光を照射し且つ前記開先に沿って移動可能な溶接用レーザヘッドと、前記溶接用レーザヘッドとともに移動し、該溶接用レーザヘッドの進行方向前方側に二筋の開先検出用レーザ光を照射して、前記開先を跨ぐ２個のレーザスポットを互いに間隔をおいて前後して形成する開先検出用レーザヘッドと、前記２個のレーザスポットのうちの前方に位置する先行レーザスポット及び後方に位置する倣いレーザスポットの各動作をそれぞれ撮影する２台の画像処理用カメラと、前記２台の画像処理用カメラのうちの前記先行レーザスポットの動作を撮影する先行カメラからの画像及び前記倣いレーザスポットの動作を撮影する倣いカメラからの画像を処理する画像処理部と、前記倣いカメラからの画像を前記画像処理部で処理して得られる開先位置情報に基づいて前記溶接用レーザヘッドを前記開先に沿って移動させる制御部を備え、前記制御部は、前記先行レーザスポットが前記開先上に存在する仮付け部やバリなどの開先非検出部を通過する場合において、前記先行レーザスポットが該開先非検出部に差し掛かった位置及び該開先非検出部から離脱した位置における前記先行カメラからの画像をそれぞれ処理して得られる該開先非検出部における隠れた開先の情報を保存し、前記倣いレーザスポットが前記先行レーザスポットに追随して前記開先非検出部を通過する場合において、前記先行レーザスポットが該開先非検出部を通過することで得た前記隠れた開先の情報に基づいて前記溶接用レーザヘッドを移動させる構成としたことを特徴としており、この構成のレーザ溶接装置を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１３】
本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置において、光軸が極細のレーザ光のみを用いたレーザ溶接に限定されるものではなく、レーザアークハイブリッド溶接にも適用可能である。
【００１４】
また、本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置において、溶接用レーザ光には、ＣＯ２レーザ光やＹＡＧレーザ光などのレーザ光を用いることができ、一方、先行レーザスポット及び倣いレーザスポットを形成する開先検出用レーザ光には、半導体レーザ光を用いることができる。
【００１５】
さらに、本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置において、先行レーザスポット及び倣いレーザスポットの各大きさは、開先の形状に基づいて適宜設定されるものであり、特に限定しない。
例えば、開先がＩ開先（狭開先）である場合には、画像処理時における狭開先の検出精度の向上及びスポット同士の干渉を避けるうえで、先行レーザスポット及び倣いレーザスポットの各大きさを長さ５ｍｍ程度、幅０．５ｍｍ程度とすることができる。
また、例えば、開先がＶ開先やＹ開先やＵ開先である場合には、レーザスポットがこれらの開先を完全に跨ぐ必要があることから、先行レーザスポット及び倣いレーザスポットの各長さは、上記Ｉ開先の場合と比べて当然大きく設定される。
【００１６】
この際、溶接の進行方向に前後して位置する先行レーザスポット及び倣いレーザスポットのスポット間距離は、上記した開先非検出部の長さの最大値を上回るように設定することは勿論であり、例えば、上記のように開先非検出部の長さの最大値を約３０ｍｍに設定した場合には、余裕をもって両レーザスポットのスポット間距離を５０ｍｍ程度に設定することが望ましい。
【００１７】
さらにまた、本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置において、倣いレーザスポットと溶接位置との距離は、例えば、レーザスポットの動作撮影時において、レーザアークハイブリッド溶接で生じるアーク光や溶接ヒューム等のノイズに倣いレーザスポット付近の視界が妨げられない程度の距離に設定することが望ましい。
【００１８】
本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置において、開先非検出部のない部分を溶接している状況では、倣いレーザスポットの画像を処理して得られる開先情報に基づいて溶接用レーザ光を開先に沿って移動させ、一方、開先上に仮付け部やバリなどの開先非検出部が存在する部分を溶接している状況では、この開先非検出部を倣いレーザスポットが通過する時点において、先行レーザスポットがすでに開先非検出部を通過することで得た隠れた開先の情報に基づいて移動するので、開先を見失うことなく光軸が極細のレーザ光を常時開先に沿わせ得ることとなり、したがって、長い距離であってとしても、精度良く且つ確実に接合し得ることとなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るレーザ溶接方法では、上記した構成としているので、開先上に仮付け部やバリなどの開先を検出し得ない部分が存在する場合であったとしても、開先を見失うことなくレーザ光を常時開先に沿わせることができ、その結果、長い距離を精度良く且つ確実に接合することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例に係るレーザ溶接装置を概略的に示す斜視説明図である。
【図２】図１に示したレーザ溶接装置の開先非検出部における開先検出要領説明図である。
【図３】図１におけるレーザ溶接装置の動作を示すフローチャート前半である。
【図４】図１におけるレーザ溶接装置の動作を示すフローチャート後半である。
【図５】図１におけるレーザ溶接装置の開先検出動作を図３におけるフローチャートの各ステップに対応して示す動作説明図（ａ）〜（ｃ）である。
【図６】図１におけるレーザ溶接装置の開先検出動作を図４におけるフローチャートの各ステップに対応して示す動作説明図（ａ）〜（ｃ）である。
【図７】図１におけるレーザ溶接装置の開先検出動作を図４におけるフローチャートの各ステップに対応して示す動作説明図（ａ）〜（ｃ）である。
【図８】本発明の他の実施例に係るレーザ溶接装置を概略的に示す斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図７は本発明に係るレーザ溶接装置の一実施例を示している。
【００２２】
図１に示すように、このレーザ溶接装置１は、溶接用レーザ発振器２と、この溶接用レーザ発振器２から発せられたレーザ光を照射する溶接用レーザヘッド３と、制御部４を備えている。
【００２３】
この場合、このレーザ溶接装置１は、ワークＷ，Ｗを並べて置いた基礎Ｅに沿って水平に配置されたベース梁５と、このベース梁５から基礎Ｅ上に張り出すようにして設けられてベース梁５に沿ってスライドする張り出し梁６と、この張り出し梁６に沿ってスライドすると共に張り出し梁６に対して上下方向にスライドする垂直梁７と、この垂直梁７の下端に配置された固定梁８を具備した駆動機構を備えている。
【００２４】
上記溶接用レーザヘッド３は、このレーザヘッド駆動機構の固定梁８に装着されており、レーザヘッド駆動機構は、制御部４からの指令により動作して、基礎Ｅ上のワークＷ，Ｗに対する溶接用レーザヘッド３の高さを適宜位置に調節すると共に、この溶接用レーザヘッド３から照射されるレーザ光ＬｗをワークＷ，Ｗ間の開先Ｗａに沿って移動させるようになっている。
【００２５】
また、このレーザ溶接装置１は、溶接用レーザヘッド３とともにレーザヘッド駆動機構の固定梁８に装着された開先検出用レーザヘッド９を備えている。この開先検出用レーザヘッド９は、開先検出用レーザ発振器１０から発せられたレーザ光を基礎Ｅ側に向けて二筋のレーザ光Ｌｆ，Ｌｒに分けて照射して、ワークＷ，Ｗ上に２個の矩形状のレーザスポットＬＳｆ，ＬＳｒを形成するようになっており、これらの矩形状のレーザスポットＬＳｆ，ＬＳｒは、いずれもワークＷ，Ｗ間の開先Ｗａを跨いで形成されるようになっている。２個の矩形状のレーザスポットＬＳｆ，ＬＳｒは、溶接の進行方向に後述する間隔をおいて前後して形成され、進行方向前側のレーザスポットＬＳｆを先行レーザスポットＬＳｆとし、進行方向後側のレーザスポットＬＳｒを倣いレーザスポットＬＳｒとしている。
【００２６】
さらに、このレーザ溶接装置１は、溶接用レーザヘッド３及び開先検出用レーザヘッド１０とともにレーザヘッド駆動機構の固定梁８に装着された２台の画像処理用のカメラ１１，１２と、これらのカメラ１１，１２で撮影した画像を処理して制御部４に伝達する画像処理部１３を備えている。２台の画像処理用のカメラ１１，１２のうちの一方のカメラ１１は、上記先行レーザスポットＬＳｆないしその近傍を撮影する先行カメラ１１としてあり、２台の画像処理用のカメラ１１，１２のうちの他方のカメラ１２は、上記倣いレーザスポットＬＳｒないしその近傍を撮影する倣いカメラ１２としてある。
【００２７】
つまり、このレーザ溶接装置１は、溶接中において、ワークＷ，Ｗ間の開先Ｗａを跨ぐ倣いレーザスポットＬＳｒを倣いカメラ１２で撮影して、この倣いカメラ１２からの画像を画像処理部１３で処理して制御部４に伝達し、画像処理部１３から得た開先位置情報に基づく制御部４からの指令により、溶接用レーザヘッド３をワークＷ，Ｗ間の開先Ｗａに倣って移動させるようになっている。
【００２８】
また、このレーザ溶接装置１は、溶接中において、仮付けされたりバリが嵌まり込んだりして開先Ｗａが見えなくなった部位、すなわち、開先非検出部Ｎを先行レーザスポットＬＳｆが乗り越えた場合には、図２に示すように、これを撮影した先行カメラ１１の画像を画像処理部１３により処理して開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓ及びエンド位置Ｎｅを求めるようになっており、先行レーザスポットＬＳｆが開先非検出部Ｎを通過している間は、倣いカメラ１２で得られる開先位置情報に基づいて、レーザ光Ｌｗを照射しつつ溶接用レーザヘッド３を移動させて本溶接ビードＢを形成するようになっている。
【００２９】
そして、この開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓまでは、倣いカメラ１２で得られる開先位置情報に基づく制御部４からの指令により、溶接用レーザヘッド３を開先Ｗａに倣って移動させ、一方、開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓからエンド位置Ｎｅまでは、先行カメラ１１で得た開先非検出部Ｎの開先位置情報に基づく制御部４からの指令により、溶接用レーザヘッド３を移動させるようになっている。
【００３０】
ここで、開先非検出部Ｎの最大長さは特に限定しないが、開先非検出部Ｎとしての仮付け部の長さが通常２０ｍｍ前後であり、バリによる開先非検出区間は長くても１５ｍｍを超えないことを考慮して、この実施例では、開先非検出部Ｎの長さの最大値を約３０ｍｍに設定している。先行レーザスポットＬＳｆがこの開先非検出部Ｎを乗り越えた場合には、すなわち、開先Ｗａが見えない区間が設定範囲の最大値３０ｍｍを超えない場合には、上述したように先行カメラ１１からの画像に基づいて開先非検出部Ｎでの開先位置を算出し、一方、先行レーザスポットＬＳｆが開先非検出部Ｎを乗り越えられずに、開先Ｗａが見えない区間が設定範囲の最大値３０ｍｍを超えた場合には、レーザヘッド駆動機構又は制御部４でエラーが生じている可能性があるとして、溶接を中止するようにしている。
【００３１】
なお、溶接の進行方向に前後して位置する先行レーザスポットＬＳｆ及び倣いレーザスポットＬＳｒのスポット間距離ａは、開先非検出部Ｎの長さの最大値を上回るように設定することは言うまでもなく、上記のように開先非検出部Ｎの長さの最大値を約３０ｍｍに設定した場合には、余裕をもって先行レーザスポットＬＳｆ及び倣いレーザスポットＬＳｒのスポット間距離ａを５０ｍｍ程度に設定することが望ましい。
【００３２】
また、倣いレーザスポットＬＳｒと溶接用レーザヘッド３からレーザ光Ｌｗが照射される溶接位置Ｐ（本溶接ビードＢの先端位置）との距離ｂは、倣いレーザスポットＬＳｒを撮影する倣いカメラ１２の視野が溶接中に生じる溶接ヒュームに妨げられない程度の距離に設定する。
【００３３】
そこで、上記したレーザ溶接装置１による溶接動作を説明する。
まず、図３に示すように、ステップＳ１において、開先倣いプログラムがオンするのに続いて、ステップＳ２において、溶接プログラムがオンする。
【００３４】
このように、溶接プログラムがオンすると、溶接用レーザ発振器２のレーザ出力や、溶接モードや、シールドガスの流量や、溶接速度などの溶接条件が、あらかじめ設定された値に制御され、溶接開始可能な状態となる。
【００３５】
次いで、ステップＳ３において、図５（ａ）に示すように、開先検出用レーザヘッド９からレーザ光Ｌｆが照射されることでワークＷ，Ｗ上に形成される先行レーザスポットＬＳｆが、溶接開始位置ＳＰを通過した時点から先行カメラ１１による開先画像の撮影が開始され、先行カメラ１１による開先Ｗａの検出がなされる。この際、溶接開始位置ＳＰは、開先Ｗａ上の仮付けされたりバリが嵌まり込んだりしていない部位、すなわち、開先Ｗａを検出可能な部位に設定される。
【００３６】
また、ステップＳ４において、図５（ｂ）に示すように、開先検出用レーザヘッド９からレーザ光Ｌｒが照射されることでワークＷ，Ｗ上に形成される倣いレーザスポットＬＳｒが、溶接開始位置ＳＰを通過したした時点から倣いカメラ１２による開先画像の撮影が開始され、倣いカメラ１２による開先Ｗａの検出がなされる。
【００３７】
次に、ステップＳ５において、倣いカメラ１２による撮影画像から検出した溶接開始位置ＳＰの開先位置情報を画像処理部１３及び制御部４に送信するのに続いて、ステップＳ６において、制御部４の指令により溶接用レーザヘッド３が溶接開始位置ＳＰまで移動し、ステップＳ７において、同じく制御部４の指令により、図５（ｃ）に示すように、溶接が開始される。
【００３８】
このように、溶接を開始すると、図４に示すように、ステップＳ８において、先行カメラ１１及び倣いカメラ１２の双方により、開先Ｗａの検出が継続して行われ、ステップＳ９において、倣いカメラ１２側から開先位置情報が画像処理部１３及び制御部４に送信され、ステップＳ１０において、溶接用レーザヘッド３は制御部４の指令により開先位置情報に倣ってレーザ光Ｌｗを照射しつつ移動する。
【００３９】
そして、ステップＳ１１において、図６（ａ）に示すように、先行レーザスポットＬＳｆが開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓに到達して、先行カメラ１１による開先Ｗａの検出ができなくなると、ステップＳ１２において、先行レーザスポットＬＳｆを追う先行カメラ１１による開先非検出部Ｎの長さの測定が開始される。
【００４０】
続いて、ステップＳ１３において、図６（ｂ）に示すように、上記先行レーザスポットＬＳｆが開先非検出部Ｎのエンド位置Ｎｅに到達して、先行カメラ１１による開先Ｗａの検出が復活することで、開先非検出部Ｎの長さの測定が完了し、この開先非検出部Ｎの長さがあらかじめ設定した範囲内（ＯＫ）であれば、ステップＳ１４において、先行カメラ１１で取得した開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓ及びエンド位置Ｎｅの開先位置情報に基づいて、制御部４により開先非検出部Ｎ全体の開先位置が算出され、ステップＳ１５において、この算出した開先非検出部Ｎ全体の開先位置情報が保存される。
【００４１】
上記先行レーザスポットＬＳｆが開先非検出部Ｎを通過している間（上記先行カメラ１１が開先Ｗａを見失っている間）において、溶接用レーザヘッド３は、倣いカメラ１２で得られる開先位置情報に基づいて、レーザ光Ｌｗを照射しつつ移動する。
【００４２】
この後、ステップＳ１６において、図７（ａ）に示すように、開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓまでの矢印区間Ｄ１も、倣いカメラ１２で得られる開先位置情報に基づく制御部４からの指令により、溶接用レーザヘッド３は、開先Ｗａに倣ってレーザ光Ｌｗを照射しつつ移動して本溶接ビードＢを形成し、続いて、ステップＳ１７において、図７（ｂ）に示すように、開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓからエンド位置Ｎｅまでの矢印区間Ｄ２は、先行カメラ１１で得た開先非検出部Ｎの開先位置情報に基づく制御部４からの指令に従って、溶接用レーザヘッド３が、開先非検出部Ｎ上に本溶接ビードＢを重ねて形成しつつ移動する。
【００４３】
そして、ステップＳ１８において、あらかじめ設定された溶接長さに達したか否かの判定がなされ、図７（ｃ）に示すように、本溶接ビードＢの先端が設定された溶接長さである溶接終了点ＥＰに達している場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１９に進んで溶接プログラムがオフとなり、これに続いて、ステップＳ２０において、開先倣いプログラムがオフとなる。この際、溶接終了点ＥＰも溶接開始位置ＳＰと同様に、開先Ｗａ上の仮付けされたりバリが嵌まり込んだりしていない部位、すなわち、開先Ｗａを検出可能な部位に設定される。
【００４４】
上記ステップＳ１８において、本溶接ビードＢの先端が溶接終了点ＥＰに達していない場合（Ｎｏ）には、本溶接ビードＢの先端が溶接終了点ＥＰに到達するまで、ステップＳ８〜ステップＳ１８までの工程が繰り返し行われる。
【００４５】
一方、上記ステップＳ１３において、開先非検出部Ｎの長さがあらかじめ設定した範囲の最大値を超えた場合（ＮＧ）には、ステップＳ２１において、開先検出エラーと判定して、図６（ｃ）に示すように、開先非検出部Ｎが開先検出不能部Ｎｇとして処理され、ステップＳ１９及びステップＳ２０に順次進んで溶接プログラム及び開先倣いプログラムが相次いでオフとなる。
【００４６】
したがって、上記した本実施例に係るレーザ溶接装置１では、開先非検出部Ｎのない部分の溶接中において、倣いレーザスポットＬＳｒの画像を処理して得られる開先情報に基づいて溶接用レーザ光Ｌｗを開先Ｗａに沿って移動させ、一方、開先Ｗａ上に仮付け部やバリなどの開先非検出部Ｎが存在する部分の溶接中において、この開先非検出部Ｎを倣いレーザスポットＬＳｒが通過する際には、先行レーザスポットＬＳｆがすでに開先非検出部Ｎを通過することで得た隠れた開先の情報に基づいて移動することになるので、開先Ｗａを見失うことなく溶接用レーザ光Ｌｗを常時開先Ｗａに沿わせ得ることとなる。
【００４７】
また、上記した本実施例に係るレーザ溶接装置１において、先行レーザスポットＬＳｆが開先非検出部Ｎを乗り越えられずに、開先Ｗａが見えない区間が設定範囲の最大値を超えた場合に、レーザヘッド駆動機構又は制御部４でエラーが生じている可能性があるとして、溶接を中止するようにしているので、溶接の不具合が生じるのを回避し得ることとなる。
【００４８】
なお、上記したレーザ溶接装置１では、実際に溶接を行うのに先立って、上記溶接プログラムにおけるステップＳ７を実行せずに、すなわち、溶接用レーザヘッド３からレーザ光Ｌｗを照射させずに工程を進める運用が可能である。
このようなレーザ溶接装置１の運用法では、ステップＳ１３，ステップＳ２１，ステップＳ１９に至る過程を経ることで、溶接を行わずに、あらかじめ設定した最大値を超える長さの開先非検出部Ｎを開先検出不能部Ｎｇとして判定し得るので、溶接前の不具合検出に役立つこととなる。
【００４９】
上記した実施例では、光軸が極細のレーザ光のみを用いたレーザ溶接を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図８に示すレーザアークハイブリッド溶接にも適用可能である。
【００５０】
図８に示すように、このレーザアークハイブリッド溶接装置２１は、アーク溶接機電源２２と、固定梁８に適宜角度で装着されてアーク溶接機電源２２から電源を供給されて作動する溶接トーチ２３を備えており、他の構成は先の実施例に係るレーザ溶接装置１と同じである。
【００５１】
このレーザアークハイブリッド溶接装置２１でも、開先Ｗａ上に開先非検出部Ｎが存在する部分の溶接中において、この開先非検出部Ｎを倣いレーザスポットＬＳｒが通過する際には、先行レーザスポットＬＳｆがすでに開先非検出部Ｎを通過することで得た隠れた開先の情報に基づいて移動することになるので、開先Ｗａを見失うことなく溶接トーチ２３及び溶接用レーザ光Ｌｗをいずれも常時開先Ｗａに沿わせ得ることとなる。
【００５２】
なお、本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５３】
１ レーザ溶接装置
２ 溶接用レーザ発振器
３ 溶接用レーザヘッド
４ 制御部
９ 開先検出用レーザヘッド
１０ 開先検出用レーザ発振器
１１ 先行カメラ
１２ 倣いカメラ
１３ 画像処理部
２１ レーザアークハイブリッド溶接装置
Ｌｆ，Ｌｒ 開先検出用レーザ光
ＬＳｆ 先行レーザスポット
ＬＳｒ 倣いレーザスポット
Ｌｗ 溶接用レーザ光
Ｎ 開先非検出部
Ｎｅ エンド位置（先行レーザスポットが開先非検出部から離脱する位置）
Ｎｓ スタート位置（先行レーザスポットが開先非検出部に差し掛かる位置）
Ｗ ワーク
Ｗａ 開先
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光軸が極細のレーザ光を用いたレーザ溶接（レーザアークハイブリッド溶接を含む）により長い距離を接合するのに好適なレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記したレーザ光を用いたレーザ溶接では、レーザ光の光軸が極細であることから、大型構造物において長い距離を接合する場合には、レーザ光の狙い位置を０．１ｍｍ単位で管理する必要がある。
【０００３】
従来、このような溶接に用いるのに適したレーザ溶接装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。このレーザ溶接装置は、ロボットアームの先端にレーザヘッド及びセンサを配置して成り、これらのレーザヘッド及びセンサは、いずれもロボットアームのプログラムされた動作に伴って、溶接線に沿って移動する。
【０００４】
レーザヘッド及びセンサは、いずれもロボットアームの先端に対して溶接線と直交する方向（左右方向及び上下方向）に移動可能となっており、レーザヘッドからのレーザ光が溶接線から外れたり接近離間したりするのをセンサが検出した際に、制御系からの指令に基づいてレーザ光を溶接線に対してプログラム通りの位置に復帰させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第6430472号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
大型構造物において長い距離を接合する場合には、溶接中にワーク間の開先に生じる歪みや相互の位置ずれを防ぐために、開先の複数個所を仮付けするのが一般的である。この仮付け部（仮溶接ビード）の長さは、通常２０ｍｍ前後であるが、上記したレーザ溶接装置では、この仮付け部が開先上に存在すると、開先を見失う可能性を否定することができないという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００７】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、開先上に仮付け部があったとしても、開先を見失うことなく光軸が極細のレーザ光を常時開先に沿わせることができ、その結果、長い距離を精度良く且つ確実に接合することが可能であるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係る発明は、溶接用レーザ光を開先に沿って移動させて溶接を行うに際して、前記溶接用レーザ光の進行方向前方側に、該溶接用レーザ光とともに移動する二筋の開先検出用レーザ光を照射して、前記開先を跨ぐ２個のレーザスポットを互いに間隔をおいて前後して形成し、前記２個のレーザスポットのうち、前方のレーザスポットを先行レーザスポットとすると共に、後方のレーザスポットを倣いレーザスポットとして、前記先行レーザスポット及び倣いレーザスポットの各動作をそれぞれ撮影し、前記倣いレーザスポットの画像を処理して得られる開先情報に基づいて前記溶接用レーザ光を開先に沿って移動させ、前記先行レーザスポットが前記開先上に存在する仮付け部やバリなどの開先非検出部を通過する場合には、該開先非検出部に差し掛かった位置の画像及び該開先非検出部から離脱した位置の画像をそれぞれ処理して、該開先非検出部における隠れた開先の情報を取得し、前記倣いレーザスポットが前記先行レーザスポットに追随して前記開先非検出部を通過する場合には、前記先行レーザスポットが該開先非検出部を通過することで得た前記隠れた開先の情報に基づいて前記溶接用レーザ光を移動させる構成としたことを特徴としており、この構成のレーザ溶接方法を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
本発明の請求項２に係るレーザ溶接方法では、前記開先非検出部の溶接進行方向における長さの最大値を設定し、前記先行レーザスポットが前記開先非検出部を通過するに際して、該開先非検出部の溶接進行方向における長さが前記最大値を超えると認識した場合には、溶接を中止する構成としている。
【００１０】
ここで、開先非検出部として想定される仮付け部は、開先の全長にわたって連続して形成される場合と、間隔をおいて点在して形成される場合とがあるが、本発明は、開先上に開先非検出部として仮付け部が点在する場合、或いは、開先上に仮付け部がなく開先非検出部としてバリ（切り粉を含む）のみが存在する場合に適用される。
開先上に点在する仮付け部の長さは、開先を形成するワークの厚さや開先形状そのものに基づいて決定され、通常２０ｍｍ前後であり、バリによる開先非検出区間は長くても１５ｍｍを超えない。
【００１１】
本発明に係るレーザ溶接方法において、開先非検出部の溶接進行方向における最大長さは、特に限定されることなく自由に設定することができるが、上記の通常の仮付け部の長さやバリによる開先非検出区間の長さを考慮して、例えば、開先非検出部の溶接進行方向における長さの最大値を約３０ｍｍに設定することができる。
【００１２】
一方、本発明の請求項３に係る発明は、溶接用レーザ光をワーク間の開先に沿って移動させて溶接を行うレーザ溶接装置であって、前記開先に向けて溶接用レーザ光を照射し且つ前記開先に沿って移動可能な溶接用レーザヘッドと、前記溶接用レーザヘッドとともに移動し、該溶接用レーザヘッドの進行方向前方側に二筋の開先検出用レーザ光を照射して、前記開先を跨ぐ２個のレーザスポットを互いに間隔をおいて前後して形成する開先検出用レーザヘッドと、前記２個のレーザスポットのうちの前方に位置する先行レーザスポット及び後方に位置する倣いレーザスポットの各動作をそれぞれ撮影する２台の画像処理用カメラと、前記２台の画像処理用カメラのうちの前記先行レーザスポットの動作を撮影する先行カメラからの画像及び前記倣いレーザスポットの動作を撮影する倣いカメラからの画像を処理する画像処理部と、前記倣いカメラからの画像を前記画像処理部で処理して得られる開先位置情報に基づいて前記溶接用レーザヘッドを前記開先に沿って移動させる制御部を備え、前記制御部は、前記先行レーザスポットが前記開先上に存在する仮付け部やバリなどの開先非検出部を通過する場合において、前記先行レーザスポットが該開先非検出部に差し掛かった位置及び該開先非検出部から離脱した位置における前記先行カメラからの画像をそれぞれ処理して得られる該開先非検出部における隠れた開先の情報を保存し、前記倣いレーザスポットが前記先行レーザスポットに追随して前記開先非検出部を通過する場合において、前記先行レーザスポットが該開先非検出部を通過することで得た前記隠れた開先の情報に基づいて前記溶接用レーザヘッドを移動させる構成としたことを特徴としており、この構成のレーザ溶接装置を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１３】
本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置において、光軸が極細のレーザ光のみを用いたレーザ溶接に限定されるものではなく、レーザアークハイブリッド溶接にも適用可能である。
【００１４】
また、本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置において、溶接用レーザ光には、ＣＯ２レーザ光やＹＡＧレーザ光などのレーザ光を用いることができ、一方、先行レーザスポット及び倣いレーザスポットを形成する開先検出用レーザ光には、半導体レーザ光を用いることができる。
【００１５】
さらに、本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置において、先行レーザスポット及び倣いレーザスポットの各大きさは、開先の形状に基づいて適宜設定されるものであり、特に限定しない。
例えば、開先がＩ開先（狭開先）である場合には、画像処理時における狭開先の検出精度の向上及びスポット同士の干渉を避けるうえで、先行レーザスポット及び倣いレーザスポットの各大きさを長さ５ｍｍ程度、幅０．５ｍｍ程度とすることができる。
また、例えば、開先がＶ開先やＹ開先やＵ開先である場合には、レーザスポットがこれらの開先を完全に跨ぐ必要があることから、先行レーザスポット及び倣いレーザスポットの各長さは、上記Ｉ開先の場合と比べて当然大きく設定される。
【００１６】
この際、溶接の進行方向に前後して位置する先行レーザスポット及び倣いレーザスポットのスポット間距離は、上記した開先非検出部の長さの最大値を上回るように設定することは勿論であり、例えば、上記のように開先非検出部の長さの最大値を約３０ｍｍに設定した場合には、余裕をもって両レーザスポットのスポット間距離を５０ｍｍ程度に設定することが望ましい。
【００１７】
さらにまた、本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置において、倣いレーザスポットと溶接位置との距離は、例えば、レーザスポットの動作撮影時において、レーザアークハイブリッド溶接で生じるアーク光や溶接ヒューム等のノイズに倣いレーザスポット付近の視界が妨げられない程度の距離に設定することが望ましい。
【００１８】
本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置において、開先非検出部のない部分を溶接している状況では、倣いレーザスポットの画像を処理して得られる開先情報に基づいて溶接用レーザ光を開先に沿って移動させ、一方、開先上に仮付け部やバリなどの開先非検出部が存在する部分を溶接している状況では、この開先非検出部を倣いレーザスポットが通過する時点において、先行レーザスポットがすでに開先非検出部を通過することで得た隠れた開先の情報に基づいて移動するので、開先を見失うことなく光軸が極細のレーザ光を常時開先に沿わせ得ることとなり、したがって、長い距離であってとしても、精度良く且つ確実に接合し得ることとなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るレーザ溶接方法では、上記した構成としているので、開先上に仮付け部やバリなどの開先を検出し得ない部分が存在する場合であったとしても、開先を見失うことなくレーザ光を常時開先に沿わせることができ、その結果、長い距離を精度良く且つ確実に接合することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例に係るレーザ溶接装置を概略的に示す斜視説明図である。
【図２】図１に示したレーザ溶接装置の開先非検出部における開先検出要領説明図である。
【図３】図１におけるレーザ溶接装置の動作を示すフローチャート前半である。
【図４】図１におけるレーザ溶接装置の動作を示すフローチャート後半である。
【図５】図１におけるレーザ溶接装置の開先検出動作を図３におけるフローチャートの各ステップに対応して示す動作説明図（ａ）〜（ｃ）である。
【図６】図１におけるレーザ溶接装置の開先検出動作を図４におけるフローチャートの各ステップに対応して示す動作説明図（ａ）〜（ｃ）である。
【図７】図１におけるレーザ溶接装置の開先検出動作を図４におけるフローチャートの各ステップに対応して示す動作説明図（ａ）〜（ｃ）である。
【図８】本発明の他の実施例に係るレーザ溶接装置を概略的に示す斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図７は本発明に係るレーザ溶接装置の一実施例を示している。
【００２２】
図１に示すように、このレーザ溶接装置１は、溶接用レーザ発振器２と、この溶接用レーザ発振器２から発せられたレーザ光を照射する溶接用レーザヘッド３と、制御部４を備えている。
【００２３】
この場合、このレーザ溶接装置１は、ワークＷ，Ｗを並べて置いた基礎Ｅに沿って水平に配置されたベース梁５と、このベース梁５から基礎Ｅ上に張り出すようにして設けられてベース梁５に沿ってスライドする張り出し梁６と、この張り出し梁６に沿ってスライドすると共に張り出し梁６に対して上下方向にスライドする垂直梁７と、この垂直梁７の下端に配置された固定梁８を具備した駆動機構を備えている。
【００２４】
上記溶接用レーザヘッド３は、このレーザヘッド駆動機構の固定梁８に装着されており、レーザヘッド駆動機構は、制御部４からの指令により動作して、基礎Ｅ上のワークＷ，Ｗに対する溶接用レーザヘッド３の高さを適宜位置に調節すると共に、この溶接用レーザヘッド３から照射されるレーザ光ＬｗをワークＷ，Ｗ間の開先Ｗａに沿って移動させるようになっている。
【００２５】
また、このレーザ溶接装置１は、溶接用レーザヘッド３とともにレーザヘッド駆動機構の固定梁８に装着された開先検出用レーザヘッド９を備えている。この開先検出用レーザヘッド９は、開先検出用レーザ発振器１０から発せられたレーザ光を基礎Ｅ側に向けて二筋のレーザ光Ｌｆ，Ｌｒに分けて照射して、ワークＷ，Ｗ上に２個の矩形状のレーザスポットＬＳｆ，ＬＳｒを形成するようになっており、これらの矩形状のレーザスポットＬＳｆ，ＬＳｒは、いずれもワークＷ，Ｗ間の開先Ｗａを跨いで形成されるようになっている。２個の矩形状のレーザスポットＬＳｆ，ＬＳｒは、溶接の進行方向に後述する間隔をおいて前後して形成され、進行方向前側のレーザスポットＬＳｆを先行レーザスポットＬＳｆとし、進行方向後側のレーザスポットＬＳｒを倣いレーザスポットＬＳｒとしている。
【００２６】
さらに、このレーザ溶接装置１は、溶接用レーザヘッド３及び開先検出用レーザヘッド１０とともにレーザヘッド駆動機構の固定梁８に装着された２台の画像処理用のカメラ１１，１２と、これらのカメラ１１，１２で撮影した画像を処理して制御部４に伝達する画像処理部１３を備えている。２台の画像処理用のカメラ１１，１２のうちの一方のカメラ１１は、上記先行レーザスポットＬＳｆないしその近傍を撮影する先行カメラ１１としてあり、２台の画像処理用のカメラ１１，１２のうちの他方のカメラ１２は、上記倣いレーザスポットＬＳｒないしその近傍を撮影する倣いカメラ１２としてある。
【００２７】
つまり、このレーザ溶接装置１は、溶接中において、ワークＷ，Ｗ間の開先Ｗａを跨ぐ倣いレーザスポットＬＳｒを倣いカメラ１２で撮影して、この倣いカメラ１２からの画像を画像処理部１３で処理して制御部４に伝達し、画像処理部１３から得た開先位置情報に基づく制御部４からの指令により、溶接用レーザヘッド３をワークＷ，Ｗ間の開先Ｗａに倣って移動させるようになっている。
【００２８】
また、このレーザ溶接装置１は、溶接中において、仮付けされたりバリが嵌まり込んだりして開先Ｗａが見えなくなった部位、すなわち、開先非検出部Ｎを先行レーザスポットＬＳｆが乗り越えた場合には、図２に示すように、これを撮影した先行カメラ１１の画像を画像処理部１３により処理して開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓ及びエンド位置Ｎｅを求めるようになっており、先行レーザスポットＬＳｆが開先非検出部Ｎを通過している間は、倣いカメラ１２で得られる開先位置情報に基づいて、レーザ光Ｌｗを照射しつつ溶接用レーザヘッド３を移動させて本溶接ビードＢを形成するようになっている。
【００２９】
そして、この開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓまでは、倣いカメラ１２で得られる開先位置情報に基づく制御部４からの指令により、溶接用レーザヘッド３を開先Ｗａに倣って移動させ、一方、開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓからエンド位置Ｎｅまでは、先行カメラ１１で得た開先非検出部Ｎの開先位置情報に基づく制御部４からの指令により、溶接用レーザヘッド３を移動させるようになっている。
【００３０】
ここで、開先非検出部Ｎの最大長さは特に限定しないが、開先非検出部Ｎとしての仮付け部の長さが通常２０ｍｍ前後であり、バリによる開先非検出区間は長くても１５ｍｍを超えないことを考慮して、この実施例では、開先非検出部Ｎの長さの最大値を約３０ｍｍに設定している。先行レーザスポットＬＳｆがこの開先非検出部Ｎを乗り越えた場合には、すなわち、開先Ｗａが見えない区間が設定範囲の最大値３０ｍｍを超えない場合には、上述したように先行カメラ１１からの画像に基づいて開先非検出部Ｎでの開先位置を算出し、一方、先行レーザスポットＬＳｆが開先非検出部Ｎを乗り越えられずに、開先Ｗａが見えない区間が設定範囲の最大値３０ｍｍを超えた場合には、レーザヘッド駆動機構又は制御部４でエラーが生じている可能性があるとして、溶接を中止するようにしている。
【００３１】
なお、溶接の進行方向に前後して位置する先行レーザスポットＬＳｆ及び倣いレーザスポットＬＳｒのスポット間距離ａは、開先非検出部Ｎの長さの最大値を上回るように設定することは言うまでもなく、上記のように開先非検出部Ｎの長さの最大値を約３０ｍｍに設定した場合には、余裕をもって先行レーザスポットＬＳｆ及び倣いレーザスポットＬＳｒのスポット間距離ａを５０ｍｍ程度に設定することが望ましい。
【００３２】
また、倣いレーザスポットＬＳｒと溶接用レーザヘッド３からレーザ光Ｌｗが照射される溶接位置Ｐ（本溶接ビードＢの先端位置）との距離ｂは、倣いレーザスポットＬＳｒを撮影する倣いカメラ１２の視野が溶接中に生じる溶接ヒュームに妨げられない程度の距離に設定する。
【００３３】
そこで、上記したレーザ溶接装置１による溶接動作を説明する。
まず、図３に示すように、ステップＳ１において、開先倣いプログラムがオンするのに続いて、ステップＳ２において、溶接プログラムがオンする。
【００３４】
このように、溶接プログラムがオンすると、溶接用レーザ発振器２のレーザ出力や、溶接モードや、シールドガスの流量や、溶接速度などの溶接条件が、あらかじめ設定された値に制御され、溶接開始可能な状態となる。
【００３５】
次いで、ステップＳ３において、図５（ａ）に示すように、開先検出用レーザヘッド９からレーザ光Ｌｆが照射されることでワークＷ，Ｗ上に形成される先行レーザスポットＬＳｆが、溶接開始位置ＳＰを通過した時点から先行カメラ１１による開先画像の撮影が開始され、先行カメラ１１による開先Ｗａの検出がなされる。この際、溶接開始位置ＳＰは、開先Ｗａ上の仮付けされたりバリが嵌まり込んだりしていない部位、すなわち、開先Ｗａを検出可能な部位に設定される。
【００３６】
また、ステップＳ４において、図５（ｂ）に示すように、開先検出用レーザヘッド９からレーザ光Ｌｒが照射されることでワークＷ，Ｗ上に形成される倣いレーザスポットＬＳｒが、溶接開始位置ＳＰを通過したした時点から倣いカメラ１２による開先画像の撮影が開始され、倣いカメラ１２による開先Ｗａの検出がなされる。
【００３７】
次に、ステップＳ５において、倣いカメラ１２による撮影画像から検出した溶接開始位置ＳＰの開先位置情報を画像処理部１３及び制御部４に送信するのに続いて、ステップＳ６において、制御部４の指令により溶接用レーザヘッド３が溶接開始位置ＳＰまで移動し、ステップＳ７において、同じく制御部４の指令により、図５（ｃ）に示すように、溶接が開始される。
【００３８】
このように、溶接を開始すると、図４に示すように、ステップＳ８において、先行カメラ１１及び倣いカメラ１２の双方により、開先Ｗａの検出が継続して行われ、ステップＳ９において、倣いカメラ１２側から開先位置情報が画像処理部１３及び制御部４に送信され、ステップＳ１０において、溶接用レーザヘッド３は制御部４の指令により開先位置情報に倣ってレーザ光Ｌｗを照射しつつ移動する。
【００３９】
そして、ステップＳ１１において、図６（ａ）に示すように、先行レーザスポットＬＳｆが開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓに到達して、先行カメラ１１による開先Ｗａの検出ができなくなると、ステップＳ１２において、先行レーザスポットＬＳｆを追う先行カメラ１１による開先非検出部Ｎの長さの測定が開始される。
【００４０】
続いて、ステップＳ１３において、図６（ｂ）に示すように、上記先行レーザスポットＬＳｆが開先非検出部Ｎのエンド位置Ｎｅに到達して、先行カメラ１１による開先Ｗａの検出が復活することで、開先非検出部Ｎの長さの測定が完了し、この開先非検出部Ｎの長さがあらかじめ設定した範囲内（ＯＫ）であれば、ステップＳ１４において、先行カメラ１１で取得した開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓ及びエンド位置Ｎｅの開先位置情報に基づいて、制御部４により開先非検出部Ｎ全体の開先位置が算出され、ステップＳ１５において、この算出した開先非検出部Ｎ全体の開先位置情報が保存される。
【００４１】
上記先行レーザスポットＬＳｆが開先非検出部Ｎを通過している間（上記先行カメラ１１が開先Ｗａを見失っている間）において、溶接用レーザヘッド３は、倣いカメラ１２で得られる開先位置情報に基づいて、レーザ光Ｌｗを照射しつつ移動する。
【００４２】
この後、ステップＳ１６において、図７（ａ）に示すように、開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓまでの矢印区間Ｄ１も、倣いカメラ１２で得られる開先位置情報に基づく制御部４からの指令により、溶接用レーザヘッド３は、開先Ｗａに倣ってレーザ光Ｌｗを照射しつつ移動して本溶接ビードＢを形成し、続いて、ステップＳ１７において、図７（ｂ）に示すように、開先非検出部Ｎのスタート位置Ｎｓからエンド位置Ｎｅまでの矢印区間Ｄ２は、先行カメラ１１で得た開先非検出部Ｎの開先位置情報に基づく制御部４からの指令に従って、溶接用レーザヘッド３が、開先非検出部Ｎ上に本溶接ビードＢを重ねて形成しつつ移動する。
【００４３】
そして、ステップＳ１８において、あらかじめ設定された溶接長さに達したか否かの判定がなされ、図７（ｃ）に示すように、本溶接ビードＢの先端が設定された溶接長さである溶接終了点ＥＰに達している場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１９に進んで溶接プログラムがオフとなり、これに続いて、ステップＳ２０において、開先倣いプログラムがオフとなる。この際、溶接終了点ＥＰも溶接開始位置ＳＰと同様に、開先Ｗａ上の仮付けされたりバリが嵌まり込んだりしていない部位、すなわち、開先Ｗａを検出可能な部位に設定される。
【００４４】
上記ステップＳ１８において、本溶接ビードＢの先端が溶接終了点ＥＰに達していない場合（Ｎｏ）には、本溶接ビードＢの先端が溶接終了点ＥＰに到達するまで、ステップＳ８〜ステップＳ１８までの工程が繰り返し行われる。
【００４５】
一方、上記ステップＳ１３において、開先非検出部Ｎの長さがあらかじめ設定した範囲の最大値を超えた場合（ＮＧ）には、ステップＳ２１において、開先検出エラーと判定して、図６（ｃ）に示すように、開先非検出部Ｎが開先検出不能部Ｎｇとして処理され、ステップＳ１９及びステップＳ２０に順次進んで溶接プログラム及び開先倣いプログラムが相次いでオフとなる。
【００４６】
したがって、上記した本実施例に係るレーザ溶接装置１では、開先非検出部Ｎのない部分の溶接中において、倣いレーザスポットＬＳｒの画像を処理して得られる開先情報に基づいて溶接用レーザ光Ｌｗを開先Ｗａに沿って移動させ、一方、開先Ｗａ上に仮付け部やバリなどの開先非検出部Ｎが存在する部分の溶接中において、この開先非検出部Ｎを倣いレーザスポットＬＳｒが通過する際には、先行レーザスポットＬＳｆがすでに開先非検出部Ｎを通過することで得た隠れた開先の情報に基づいて移動することになるので、開先Ｗａを見失うことなく溶接用レーザ光Ｌｗを常時開先Ｗａに沿わせ得ることとなる。
【００４７】
また、上記した本実施例に係るレーザ溶接装置１において、先行レーザスポットＬＳｆが開先非検出部Ｎを乗り越えられずに、開先Ｗａが見えない区間が設定範囲の最大値を超えた場合に、レーザヘッド駆動機構又は制御部４でエラーが生じている可能性があるとして、溶接を中止するようにしているので、溶接の不具合が生じるのを回避し得ることとなる。
【００４８】
なお、上記したレーザ溶接装置１では、実際に溶接を行うのに先立って、上記溶接プログラムにおけるステップＳ７を実行せずに、すなわち、溶接用レーザヘッド３からレーザ光Ｌｗを照射させずに工程を進める運用が可能である。
このようなレーザ溶接装置１の運用法では、ステップＳ１３，ステップＳ２１，ステップＳ１９に至る過程を経ることで、溶接を行わずに、あらかじめ設定した最大値を超える長さの開先非検出部Ｎを開先検出不能部Ｎｇとして判定し得るので、溶接前の不具合検出に役立つこととなる。
【００４９】
上記した実施例では、光軸が極細のレーザ光のみを用いたレーザ溶接を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図８に示すレーザアークハイブリッド溶接にも適用可能である。
【００５０】
図８に示すように、このレーザアークハイブリッド溶接装置２１は、アーク溶接機電源２２と、固定梁８に適宜角度で装着されてアーク溶接機電源２２から電源を供給されて作動する溶接トーチ２３を備えており、他の構成は先の実施例に係るレーザ溶接装置１と同じである。
【００５１】
このレーザアークハイブリッド溶接装置２１でも、開先Ｗａ上に開先非検出部Ｎが存在する部分の溶接中において、この開先非検出部Ｎを倣いレーザスポットＬＳｒが通過する際には、先行レーザスポットＬＳｆがすでに開先非検出部Ｎを通過することで得た隠れた開先の情報に基づいて移動することになるので、開先Ｗａを見失うことなく溶接トーチ２３及び溶接用レーザ光Ｌｗをいずれも常時開先Ｗａに沿わせ得ることとなる。
【００５２】
なお、本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５３】
１ レーザ溶接装置
２ 溶接用レーザ発振器
３ 溶接用レーザヘッド
４ 制御部
９ 開先検出用レーザヘッド
１０ 開先検出用レーザ発振器
１１ 先行カメラ
１２ 倣いカメラ
１３ 画像処理部
２１ レーザアークハイブリッド溶接装置
Ｌｆ，Ｌｒ 開先検出用レーザ光
ＬＳｆ 先行レーザスポット
ＬＳｒ 倣いレーザスポット
Ｌｗ 溶接用レーザ光
Ｎ 開先非検出部
Ｎｅ エンド位置（先行レーザスポットが開先非検出部から離脱する位置）
Ｎｓ スタート位置（先行レーザスポットが開先非検出部に差し掛かる位置）
Ｗ ワーク
Ｗａ 開先
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接用レーザ光を開先に沿って移動させて溶接を行うに際して、
前記溶接用レーザ光の進行方向前方側に、該溶接用レーザ光とともに移動する二筋の開先検出用レーザ光を照射して、前記開先を跨ぐ２個のレーザスポットを互いに間隔をおいて前後して形成し、
前記２個のレーザスポットのうち、前方のレーザスポットを先行レーザスポットとすると共に、後方のレーザスポットを倣いレーザスポットとして、前記先行レーザスポット及び倣いレーザスポットの各動作をそれぞれ撮影し、
前記倣いレーザスポットの画像を処理して得られる開先情報に基づいて前記溶接用レーザ光を開先に沿って移動させ、
前記先行レーザスポットが前記開先上に存在する開先非検出部を通過する場合には、前記先行レーザスポットが該開先非検出部に差し掛かった位置の画像及び該開先非検出部から離脱した位置の画像をそれぞれ処理して、該開先非検出部における隠れた開先の情報を取得し、
前記倣いレーザスポットが前記先行レーザスポットに追随して前記開先非検出部を通過する場合には、前記先行レーザスポットが該開先非検出部を通過することで得た前記隠れた開先の情報に基づいて前記溶接用レーザ光を移動させる
ことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記開先非検出部の溶接進行方向における長さの最大値を設定し、前記先行レーザスポットが前記開先非検出部を通過するに際して、該開先非検出部の溶接進行方向における長さが前記最大値を超えると認識した場合には、溶接を中止する請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
溶接用レーザ光をワーク間の開先に沿って移動させて溶接を行うレーザ溶接装置であって、
前記開先に向けて溶接用レーザ光を照射し且つ前記開先に沿って移動可能な溶接用レーザヘッドと、
前記溶接用レーザヘッドとともに移動し、該溶接用レーザヘッドの進行方向前方側に二筋の開先検出用レーザ光を照射して、前記開先を跨ぐ２個のレーザスポットを互いに間隔をおいて前後して形成する開先検出用レーザヘッドと、
前記２個のレーザスポットのうちの前方に位置する先行レーザスポット及び後方に位置する倣いレーザスポットの各動作をそれぞれ撮影する２台の画像処理用カメラと、
前記２台の画像処理用カメラのうちの前記先行レーザスポットの動作を撮影する先行カメラからの画像及び前記倣いレーザスポットの動作を撮影する倣いカメラからの画像を処理する画像処理部と、
前記倣いカメラからの画像を前記画像処理部で処理して得られる開先位置情報に基づいて前記溶接用レーザヘッドを前記開先に沿って移動させる制御部を備え、
前記制御部は、前記先行レーザスポットが前記開先上に存在する開先非検出部を通過する場合において、前記先行レーザスポットが該開先非検出部に差し掛かった位置及び該開先非検出部から離脱した位置における前記先行カメラからの画像をそれぞれ処理して得られる該開先非検出部における隠れた開先の情報を保存し、前記倣いレーザスポットが前記先行レーザスポットに追随して前記開先非検出部を通過する場合において、前記先行レーザスポットが該開先非検出部を通過することで得た前記隠れた開先の情報に基づいて前記溶接用レーザヘッドを移動させる
ことを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項１】
溶接用レーザ光を開先に沿って移動させて溶接を行うに際して、
前記溶接用レーザ光の進行方向前方側に、該溶接用レーザ光とともに移動する二筋の開先検出用レーザ光を照射して、前記開先を跨ぐ２個のレーザスポットを互いに間隔をおいて前後して形成し、
前記２個のレーザスポットのうち、前方のレーザスポットを先行レーザスポットとすると共に、後方のレーザスポットを倣いレーザスポットとして、前記先行レーザスポット及び倣いレーザスポットの各動作をそれぞれ撮影し、
前記倣いレーザスポットの画像を処理して得られる開先情報に基づいて前記溶接用レーザ光を開先に沿って移動させ、
前記先行レーザスポットが前記開先上に存在する開先非検出部を通過する場合には、前記先行レーザスポットが該開先非検出部に差し掛かった位置の画像及び該開先非検出部から離脱した位置の画像をそれぞれ処理して、該開先非検出部における隠れた開先の情報を取得し、
前記倣いレーザスポットが前記先行レーザスポットに追随して前記開先非検出部を通過する場合には、前記先行レーザスポットが該開先非検出部を通過することで得た前記隠れた開先の情報に基づいて前記溶接用レーザ光を移動させる
ことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記開先非検出部の溶接進行方向における長さの最大値を設定し、前記先行レーザスポットが前記開先非検出部を通過するに際して、該開先非検出部の溶接進行方向における長さが前記最大値を超えると認識した場合には、溶接を中止する請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
溶接用レーザ光をワーク間の開先に沿って移動させて溶接を行うレーザ溶接装置であって、
前記開先に向けて溶接用レーザ光を照射し且つ前記開先に沿って移動可能な溶接用レーザヘッドと、
前記溶接用レーザヘッドとともに移動し、該溶接用レーザヘッドの進行方向前方側に二筋の開先検出用レーザ光を照射して、前記開先を跨ぐ２個のレーザスポットを互いに間隔をおいて前後して形成する開先検出用レーザヘッドと、
前記２個のレーザスポットのうちの前方に位置する先行レーザスポット及び後方に位置する倣いレーザスポットの各動作をそれぞれ撮影する２台の画像処理用カメラと、
前記２台の画像処理用カメラのうちの前記先行レーザスポットの動作を撮影する先行カメラからの画像及び前記倣いレーザスポットの動作を撮影する倣いカメラからの画像を処理する画像処理部と、
前記倣いカメラからの画像を前記画像処理部で処理して得られる開先位置情報に基づいて前記溶接用レーザヘッドを前記開先に沿って移動させる制御部を備え、
前記制御部は、前記先行レーザスポットが前記開先上に存在する開先非検出部を通過する場合において、前記先行レーザスポットが該開先非検出部に差し掛かった位置及び該開先非検出部から離脱した位置における前記先行カメラからの画像をそれぞれ処理して得られる該開先非検出部における隠れた開先の情報を保存し、前記倣いレーザスポットが前記先行レーザスポットに追随して前記開先非検出部を通過する場合において、前記先行レーザスポットが該開先非検出部を通過することで得た前記隠れた開先の情報に基づいて前記溶接用レーザヘッドを移動させる
ことを特徴とするレーザ溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１２５７８２（Ｐ２０１２−１２５７８２Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７７９５３（Ｐ２０１０−２７７９５３）
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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