レーザ溶接装置
【課題】ガス供給ノズルから噴射されるアシストガスが目標位置からズレてしまった場合の自動補正を可能にし、溶接部の安定した品質を維持し易くする。
【解決手段】板材Ｗにレーザを照射するレーザヘッド２と、レーザヘッド２に取り付けられ、レーザＬの照射によって生じる溶融池Ｍ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３と、ガス供給ノズル３を可動させるノズルアクチュエータ９と、溶融池Ｍを撮像するＣＣＤカメラ７と、ＣＣＤカメラ７によって撮像された画像情報に基づいて、溶融池Ｍの中心位置ＣＰを検出する検出部１４ｂと、検出部１４ｂによって検出された中心位置ＣＰとガス供給ノズル３の管軸線ＮＳとの距離偏差ｄ１を演算し、距離偏差ｄ１が少なくなるようにガス供給ノズル３を可動させる制御信号をノズルアクチュエータ９に対して出力するノズル制御部１４ｃとを有することを特徴とする。
【解決手段】板材Ｗにレーザを照射するレーザヘッド２と、レーザヘッド２に取り付けられ、レーザＬの照射によって生じる溶融池Ｍ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３と、ガス供給ノズル３を可動させるノズルアクチュエータ９と、溶融池Ｍを撮像するＣＣＤカメラ７と、ＣＣＤカメラ７によって撮像された画像情報に基づいて、溶融池Ｍの中心位置ＣＰを検出する検出部１４ｂと、検出部１４ｂによって検出された中心位置ＣＰとガス供給ノズル３の管軸線ＮＳとの距離偏差ｄ１を演算し、距離偏差ｄ１が少なくなるようにガス供給ノズル３を可動させる制御信号をノズルアクチュエータ９に対して出力するノズル制御部１４ｃとを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザとアシストガスとの協働により被溶接体の溶接を行うレーザ溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザの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。そして、この種のレーザ溶接装置として、ガス供給ノズルの先端からレーザの照射部に向けてアシストガスを噴射するとともに、ガス供給ノズルの基端に固定したカメラによって照射部を撮像し、その撮像画像をディスプレイ装置に写し出し、アシストガスの吹き付け位置を照射部の適当な位置に手動で合わせるという装置がある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２６２４０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のレーザ溶接装置では、ディスプレイ装置に写し出された撮像画像を確認した作業者が、手動によってアシストガスの吹き付け位置を調整しており、レーザ走査中にアシストガスの吹き付け位置が目標からズレてしまった場合の正確な補正が困難であった。その結果として、溶接部の品質が不安定になり易かった。
【０００５】
本発明は、ガス供給ノズルから噴射されるアシストガスが目標位置からズレてしまった場合の自動補正を可能にし、溶接部の安定した品質を維持し易くする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】
本発明に係るレーザ溶接装置は、被溶接体にレーザを照射するレーザヘッドと、レーザヘッドに取り付けられ、レーザの照射によって生じる溶融池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、ガス供給ノズルを可動させるノズルアクチュエータと、溶融池を撮像するカメラと、カメラによって撮像された画像情報に基づいて、溶融池中心位置を検出する検出部と、検出部によって検出された溶融池中心位置とガス供給ノズルの管軸線との距離偏差を演算し、距離偏差が少なくなるようにガス供給ノズルを可動させる制御信号をノズルアクチュエータに対して出力するノズル制御部とを有することを特徴とする。
【０００７】
このレーザ溶接装置は、カメラで撮像された溶融池の画像情報に基づいて、検出部が溶融池中心位置を検出し、ノズル制御部は、この溶融池中心位置とガス供給ノズルの管軸線との距離偏差を演算し、距離偏差が少なくようにガス供給ノズルを可動させる制御信号をノズルアクチュエータに出力する。ノズルアクチュエータは、入力された制御信号に基づいて、ガス供給ノズルを可動させる。その結果として、ガス供給ノズルから噴射されるアシストガスの吹き付け位置が溶融池中心位置からズレ難くなり、溶接部の安定した品質が維持し易くなる。
【０００８】
さらに、検出部は、カメラによって撮像された溶融池の輝度分布画像情報に基づいて、溶融池中心位置を検出すると好適である。溶融池の輝度分布と溶融池の溶融状態（例えば溶融池の温度）とは密接に関係し、輝度分布画像情報によって溶融池の溶融状態を認識できるため、輝度分布画像情報を用いて溶融池中心位置を検出することにより、溶融池の溶融状態に応じた、最適な位置にアシストガスを吹き付けることができ、溶接部の品質が向上する。
【０００９】
さらに、溶融池中心位置は、前記溶融池の輝度が最も高い位置であると好適である。溶融池の輝度が最も高い位置は、溶融池の温度が最も高い位置である。そして、溶融池の輝度が最も高い位置を溶融池中心位置としてアシストガスを吹き付けることにより、溶融池の酸化を効果的に防止するというシールド効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ガス供給ノズルから噴射されるアシストガスが目標位置からズレてしまった場合の自動補正を可能にし、溶接部の安定した品質を維持し易くする。
【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】
（レーザ溶接装置）
図１及び図２に示すように、レーザ溶接装置１は、溶接用熱源としてＹＡＧレーザを用いる溶接装置である。レーザ溶接装置１は、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Ｌを照射するレーザヘッド２と、レーザＬによって板材Ｗの表面に生じる溶融池Ｍに向けて斜めからアシストガス（通称「シールドガス」、「加工ガス」ともいう）Ｇを噴射するガス供給ノズル３とを備える。レーザヘッド２及びガス供給ノズル３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。
【００１３】
レーザヘッド２は、ケース２ａ内にレーザ発振部２ｂを備える。ＹＡＧレーザは、光励起形の個体レーザであり、レーザ発振部２ｂは、発振波長が１．０６μｍのレーザＬを出射する。レーザＬの光軸ＬＳ上には、光学ガラス製の集光レンズ２ｃが配置され、集光レンズ２ｃを透過したレーザＬは、極めて小さな点に集光される。
【００１４】
なお、以下の説明において、レーザＬの光軸ＬＳに直交し、且つレーザヘッド２の移動方向に沿った方向をＸ軸方向、Ｘ軸及びレーザＬの光軸ＬＳに直交する方向をＹ軸方向、レーザＬの光軸ＬＳに沿った方向をＺ軸方向として説明する
【００１５】
レーザヘッド２のケース２ａ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２ｄが設けられており、ブラケット２ｄには、第１リニアアクチュエータ４が取り付けられている。第１リニアアクチュエータ４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２ｄに対してＹ軸方向に直線移動する。第１リニアアクチュエータ４には、第２リニアアクチュエータ５が取り付けられている。第２リニアアクチュエータ５も第１リニアアクチュエータ４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４に対してＸ軸方向に直線移動する。第２リニアアクチュエータ５の端部５ａには、Ｚ軸方向（下方）に突き出したロッド５ｂが設けられている。 第１及び第２リニアアクチュエータ４，５によってノズルアクチュエータ９が構成される。
【００１６】
ロッド５ｂの先端には、Ｕ字状のノズルブラケット５ｃが設けられている。ノズルブラケット５ｃには、ガス供給ノズル３を挟むようにして左右一対の側壁５ｄ，５ｅが設けられ、各側壁５ｄ，５ｅ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３から水平方向に突き出ている一対のねじ部３ａ，３ｂが挿し込まれている。ねじ部３ａ，３ｂは、ガス供給ノズル３の後端３ｅの近傍に設けられると共に、ガス供給ノズル３の管軸線ＮＳに対して直交して延在する。ねじ部３ａ，３ｂの先端部分には、各側壁５ｄ，５ｅから突出した状態でナット３ｃ，３ｄが螺合する。ガス供給ノズル３は、ナット３ｃ，３ｄ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５ｃに固定されている。
【００１７】
ガス供給ノズル３の後端３ｅ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３ｈが管継ぎ手部３ｇを介して固定されている。このアシストガスＧは不活性ガスとしてのアルゴンを含有する。圧縮されたアシストガスＧは、ホース３ｈを介してガス供給ノズル３内に供給され、ガス供給ノズル３の先端３ｆから、溶融池Ｍに向けて噴射される。
【００１８】
ガス供給ノズル３の後端３ｅには、ＣＣＤカメラ７が固定されている。ＣＣＤカメラ７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７の視野は、ガス供給ノズル３の内部を通して認識される範囲であり、ＣＣＤカメラ７の光軸Ｌとガス供給ノズル３の管軸線ＮＳとは一致している。ＣＣＤカメラ７は、１サンプリング周期ごとの２次元画像データをデジタル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。さらに、ＣＣＤカメラ７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７は、溶融池Ｍの輝度に関する情報を正確に撮像できる。
【００１９】
図１及び図３に示すように、レーザヘッド２の上端部には、支柱部２ｅを介してマニピュレータ１２の可動アーム部１２ａが固定されている。マニピュレータ１２は、可動アーム部１２ａを移動させることで、レーザヘッド２をＸ軸方向に移動させる。板材Ｗを載せる溶接台１３上には、二枚の板材Ｗが重ね合わせられた状態で載せられる。レーザヘッド２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に向けてレーザＬを照射し、マニピュレータ１２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Ｌは、接合予定線ＳＳに沿って走査される。レーザＬの照射によって溶融池Ｍが生じ、レーザＬが通過した後には、溶融池Ｍが固化してレーザ溶接部ＬＪが形成される。
【００２０】
図３に示すように、レーザ溶接装置１は、バスを介して接続されたＣＰＵ１４、ＲＯＭ１６及びＲＡＭ１７等によって構成される主制御処理部１８を有する。ＣＰＵ１４は、マニピュレータ１２、レーザ発振部２ｂ、第１及び第２リニアアクチュエータ４，５の各サーボモータ及びＣＣＤカメラ７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。ＣＰＵ１４は、レーザ溶接装置１全体の動作制御を行い、特に、レーザ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１４ａと、ＣＣＤカメラ７によって撮像された溶融池Ｍの２次元画像情報（輝度分布画像情報）ＩＭ（図６及び図７参照）に基づいて溶融池Ｍの中心位置（溶融池中心位置）ＣＰ（図６〜図８参照）を検出する検出部１４ｂと、ガス供給ノズル３の可動を制御するノズル制御部１４ｃとを有する。
【００２１】
レーザ走査制御部１４ａは、レーザ発振部２ｂに対してレーザＬの照射強度を設定する照射強度設定信号及びレーザ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１２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。また、検出部１４ｂは、ＣＣＤカメラ７によって撮像された溶融池Ｍの２次元画像情報ＩＭから輝度の最も高い位置を解析し、その位置を溶融池Ｍの中心位置ＣＰ（図６〜図８参照）として検出する。また、ノズル制御部１４ｃは、ＣＣＤカメラ７によって撮像された溶融池Ｍの２次元画像情報ＩＭに基づいて、溶融池Ｍの中心位置ＣＰからガス供給ノズル３の管軸線ＮＳに引いた垂線の長さである偏差距離ｄ１（図７及び図８参照）を演算し、偏差距離ｄ１を減少させるようにガス供給ノズル３を水平方向に可動させる補正制御信号をノズルアクチュエータ９に出力する。なお、ＣＰＵ１４は、ガス供給ノズル３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）にも信号送受信可能に接続されており、制御弁に対する開閉信号をも出力する。
【００２２】
ＣＰＵ１４には、操作部としてのタッチパネル１９が信号送受信可能に接続されている。タッチパネル１９の液晶画面上には、レーザ溶接の初期条件やレーザ溶接の開始を指示するためタッチ部が表示されている。タッチパネル１９は、液晶画面上における作業者の指が触れた位置を検出し、その位置情報に基づく初期設定信号を出力する。ＣＰＵ１４には、タッチパネル１９から出力された初期設定信号が入力され、ＣＰＵ１４は、初期設定信号に応じた制御を実行するために、レーザヘッド２、マニピュレータ１２、ノズルアクチュエータ９に対して各種信号を出力する。
【００２３】
（レーザ溶接方法）
レーザ溶接装置１を用いたレーザ溶接方法について説明する。レーザ溶接を行う場合には、レーザヘッド２から照射されるレーザＬの焦点を板材Ｗの接合予定線ＳＳに合わせ（図４参照）、レーザＬを、接合予定線ＳＳに沿って所定の速度で移動させながらレーザ走査を行う（図１参照）。また、レーザ走査と同時に、ガス供給ノズル３からアシストガスＧを噴射させ、溶融池Ｍの周囲に酸化防止雰囲気を形成する。酸化防止雰囲気が形成されることにより、溶融池Ｍが固化した後の溶接ビード形状が安定し、焼け焦げも防止される。特に、レーザ溶接装置１Ａでは、溶融池Ｍの輝度が最も高い中心位置ＣＰに向けてアシストガスＧを噴射させている。溶融池Ｍの輝度が最も高い中心位置ＣＰは、最も高温であり、この中心位置ＣＰに向けてアシストガスＧを噴射することで、溶融池Ｍの酸化を効果的に防止してシールド効果を高めることができる。
【００２４】
レーザ走査中における溶融池Ｍの中心位置ＣＰは、図９（ｂ）に示すように、レーザＬの光軸ＬＳよりも、レーザヘッド２の進行方向における後方側に僅かにズレていると共に、図９（ｂ）に示すように、レーザヘッド２の進行方向に直交する左右方向の略中央に位置する。レーザ溶接装置１では、レーザ走査中、溶融池Ｍの中心位置ＣＰを検出し続けるので、正確なズレ量を検出することができる。なお、図９は、溶融池Ｍの輝度分布を示す図であり、図９（ａ）は、溶融池Ｍを上から見たときの輝度分布を示す図である。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）のｂ−ｂ線に沿った輝度分布を示すグラフであり、ｂ−ｂ線に沿った前端Ｐ１から後端Ｐ２までの距離を横軸で示し、輝度を縦軸で示している。また、図９（ｃ）は、図９（ａ）のｃ−ｃ線に沿った輝度分布を示すグラフであり、ｃ−ｃ線に沿った一方端Ｐ３から他方端Ｐ４までの距離を縦軸で示し、輝度を横軸で示している。
【００２５】
続いて、図５を参照してレーザ溶接の開始から終了までの手順を説明する。作業者は、タッチパネル１９を用いて、レーザ溶接を開始する操作を行う。すると、タッチパネル１９から溶接条件を設定する初期設定信号が出力され、初期設定信号がＣＰＵ１４に入力される（Ｓ１）。ＣＰＵ１４は、ノズルアクチュエータ９に初期設定信号に基づく制御信号を出力する（Ｓ２）。すると、ノズルアクチュエータ９が作動し、初期設定位置までガス供給ノズル３を可動させ（図４参照）、初期設定位置でガス供給ノズル３を保持する（Ｓ３）。なお、レーザ走査中における溶融池Ｍの中心位置ＣＰは、レーザＬの光軸ＬＳよりも、レーザヘッド２の進行方向における後方側に僅かにズレ、そのズレ幅はレーザ走査速度から概算値として割り出される。ＣＰＵ１４は、初期設定信号に基づくレーザ走査速度からズレ幅の概算値を割り出した後、概算値に基づいて、ズレ幅に対応した位置に向けてアシストガスＧを噴射させるような初期設定を行い、初期設定に基づいて第２リニアアクチュエータ５を動作させ、ガス供給ノズル３を所定位置まで可動させる。
【００２６】
その後、ＣＰＵ１４のレーザ走査制御部１４ａは、タッチパネル１９から出力された初期設定信号に基づいて、レーザ発振部２ｂに対して、レーザＬの照射強度を設定する照射強度設定信号及びレーザＬの照射を開始させるＯＮ信号を出力し、マニピュレータ１２に対してレーザ走査速度を設定する速度設定信号及びレーザ走査開始信号を出力する。さらに、ＣＰＵ１４は、ガス供給ノズル３からアシストガスＧを噴射させるために、制御弁（図示省略）に開信号を出力する（Ｓ４）。レーザヘッド２のレーザ発振部２ｂは、照射強度設定信号及びＯＮ信号が入力されると、照射強度設定信号に応じた照射強度でレーザＬの照射を行う（図１参照）。さらに、マニピュレータ１２は、速度設定信号及びレーザ走査開始信号が入力されると、速度設定信号に基づく定速度で、レーザ走査を開始する。さらに、制御弁は、開信号が入力されるとアシストガスの流路を開放し、ガス供給ノズル３からアシストガスＧを噴射させる。
【００２７】
レーザ走査の開始後、ＣＰＵ１４は、板材Ｗの接合予定線ＳＳの終点に達したか否かによって、溶接終了条件の成否を判定する（Ｓ５）。溶接終了条件が不成立の場合、ＣＰＵ１４の検出部１４ｂは、ＣＣＤカメラ７からの出力に基づいて、溶融池Ｍの２次元画像情報ＩＭ（図６及び図７参照）を取得し（Ｓ６）、取得した２次元画像情報ＩＭから溶融池Ｍの輝度分布を解析し、輝度が最も高い位置を溶融池Ｍの中心位置ＣＰとして検出する（Ｓ７）。その後、ＣＰＵ１４のノズル制御部１４ｃは、ガス供給ノズル３の管軸線ＮＳに対応する２次元画像情報ＩＭの中心から、溶融池Ｍの中心位置ＣＰまでの距離偏差ｄ１（図７及び図８参照）を演算する（Ｓ８）。なお、図７及び図８には、ガス供給ノズルの管軸線ＮＳを基準にした場合に、溶融池Ｍの中心位置ＣＰが、レーザヘッド２の進行方向の後方側にズレている場合を示している。
【００２８】
その後、ＣＰＵ１４のノズル制御部１６ｃは、ステップ８で演算した距離偏差ｄ１が所定の範囲に含まれるか否かを判定し、所定の範囲外であれば距離偏差ｄ１有りと判定し、所定の範囲内であれば距離偏差ｄ１無しと判定する（Ｓ９）。図６に示すように、距離偏差ｄ１無しと判定する場合には、ＣＰＵ１４は、ステップ５に戻り、再度、溶接終了条件の成否を判定する（Ｓ５）。一方、図７及び図８に示すように、距離偏差ｄ１有りと判定する場合、ＣＰＵ１４のノズル制御部１４ｃは、距離偏差ｄ１が“０”に近づくように、ガス供給ノズル３を可動させるための補正制御信号を第２リニアアクチュエータ５に対して出力する（Ｓ１０）。第２リニアアクチュエータ５は、補正制御信号に基づいて駆動し、ガス供給ノズル３を可動させる（Ｓ１１）。なお、図７及び図８に示すように、溶融池Ｍの中心位置ＣＰが、ガス供給ノズルの管軸線ＮＳよりも、レーザヘッド２の進行方向の後側にズレている場合には、第２リニアアクチュエータ５は、ガス供給ノズル３をレーザヘッド２の進行方向の後方側に平行移動させる。なお、溶融池Ｍの中心位置ＣＰが、ガス供給ノズルの管軸線ＮＳよりも、レーザヘッド２の進行方向の前側にズレている場合には、第２リニアアクチュエータ５は、ガス供給ノズル３をレーザヘッド２の進行方向の前方側に平行移動させる。
【００２９】
レーザ溶接装置１は、レーザ走査中において、ステップ５〜ステップ１１までの各処理を繰り返し実行し、ガス供給ノズル３の管軸線ＮＳが溶融池Ｍの中心位置ＣＰからズレている場合には、ＣＰＵ１４が第２リニアアクチュエータ５に対して補正制御信号を出力し、ガス供給ノズル３を可動させて自動的に補正する。そして、レーザＬが板材Ｗの接合予定線ＳＳの終端まで達すると、ＣＰＵ１４は、溶接終了条件が成立すると判定し（Ｓ５）、レーザ発振部２ｂに対して、レーザＬの照射を停止させるＯＦＦ信号を出力し、マニピュレータ１２に対してレーザ走査停止信号を出力する。さらに、アシストガスＧの噴射を停止するために、制御弁（図示省略）に閉信号を出力する。レーザ発振部２ｂは、ＯＦＦ信号が入力されると、レーザＬの照射を停止し、マニピュレータ１２は、レーザ走査停止信号が入力されるとレーザヘッド２の移動を停止させてレーザ走査を停止する。さらに、制御弁は、閉信号が入力されると、アシストガスＧの流路を閉鎖してアシストガスＧの噴射を停止させる（Ｓ１２）。レーザＬの照射停止、レーザ走査停止及びアシストガスＧの噴射停止によってレーザ溶接は終了する。
【００３０】
レーザ溶接装置１によれば、ＣＣＤカメラ７で撮像された溶融池Ｍの２次元画像情報ＩＭに基づいて、検出部１４ｂが溶融池Ｍの中心位置ＣＰを検出し、ノズル制御部１４ｃは、この溶融池Ｍの中心位置ＣＰとガス供給ノズルの管軸線ＮＳとの距離偏差ｄ１を演算し、距離偏差ｄ１が少なくようにガス供給ノズル３を可動させる補正制御信号をノズルアクチュエータ９に出力する。第２リニアアクチュエータ５は、入力された補正制御信号に基づいて、ガス供給ノズル３を水平方向に可動させる。このように、アシストガスＧの吹き付け位置が溶融池Ｍの中心位置ＣＰからズレてしまった場合の自動補正が行われ、ガス供給ノズル３から噴射されたアシストガスＧの吹き付け中心位置が常に溶融池Ｍの中心位置ＣＰ上に来るように制御されることで、レーザ溶接部の安定した品質が維持し易くなる。
【００３１】
特に、検出部１４ｂは、溶融池Ｍの２次元画像情報ＩＭに基づいて、溶融池Ｍの輝度分布を解析し、その輝度分布から溶融池Ｍの中心位置ＣＰを検出している。溶融池Ｍの輝度分布と溶融池Ｍの溶融状態（例えば、溶融池Ｍの温度）とは密接に関係し、２次元画像情報ＩＭによって溶融池Ｍの溶融状態を認識できる。そして、溶融池Ｍの２次元画像情報ＩＭを用いて溶融池Ｍの中心位置ＣＰを検出することにより、溶融池Ｍの溶融状態に応じた、最適な位置にアシストガスＧを吹き付けることができ、レーザ溶接部ＬＪの品質が向上する。
【００３２】
さらに、溶融池Ｍの中心位置ＣＰは、溶融池Ｍの輝度が最も高い位置であり、溶融池Ｍの輝度が最も高い位置は、溶融池Ｍの温度が最も高い位置である。そして、溶融池Ｍの輝度が最も高い位置を溶融池Ｍの中心位置ＣＰとしてアシストガスＧを吹き付けることにより、溶融池Ｍの酸化を効果的に防止するというシールド効果を高めることができる。
【００３３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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り、レーザ走査中の状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】レーザ走査開始前におけるレーザを接合予定線に合わせ、且つアシストガスの吹き付け位置を接合予定線に合わせている状態を示すレーザ溶接装置の斜視図である。
【図５】レーザ溶接の手順を示すフローチャートである。
【図６】ＣＣＤカメラで撮像された溶融池の２次元画像情報であり、距離偏差を有しない場合を示す図である。
【図７】ＣＣＤカメラで撮像された溶融池の２次元画像情報であり、距離偏差を有する場合を示す図である。
【図８】ガス供給ノズルの先端及び溶融池の拡大断面図である。
【図９】溶融池の輝度分布を示す図であり、（ａ）図は、溶融池を上から見たときの輝度分布を示す図であり、（ｂ）図は、（ａ）図のｂ−ｂ線に沿った輝度分布を示すグラフであり、（ｃ）図は、（ａ）図のｃ−ｃ線に沿った輝度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１…レーザ溶接装置、２…レーザヘッド、３…ガス供給ノズル、７…ＣＣＤカメラ、９…ノズルアクチュエータ、１４ｂ…検出部、１４ｃ…ノズル制御部、Ｗ…板材（被溶接体）、Ｌ…レーザ、Ｍ…溶融池、Ｇ…アシストガス、ＣＰ…中心位置（溶融池中心位置）、ＮＳ…管軸線、ｄ１…距離偏差、ＩＭ…２次元画像情報（輝度分布画像情報）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザとアシストガスとの協働により被溶接体の溶接を行うレーザ溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザの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。そして、この種のレーザ溶接装置として、ガス供給ノズルの先端からレーザの照射部に向けてアシストガスを噴射するとともに、ガス供給ノズルの基端に固定したカメラによって照射部を撮像し、その撮像画像をディスプレイ装置に写し出し、アシストガスの吹き付け位置を照射部の適当な位置に手動で合わせるという装置がある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２６２４０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のレーザ溶接装置では、ディスプレイ装置に写し出された撮像画像を確認した作業者が、手動によってアシストガスの吹き付け位置を調整しており、レーザ走査中にアシストガスの吹き付け位置が目標からズレてしまった場合の正確な補正が困難であった。その結果として、溶接部の品質が不安定になり易かった。
【０００５】
本発明は、ガス供給ノズルから噴射されるアシストガスが目標位置からズレてしまった場合の自動補正を可能にし、溶接部の安定した品質を維持し易くする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】
本発明に係るレーザ溶接装置は、被溶接体にレーザを照射するレーザヘッドと、レーザヘッドに取り付けられ、レーザの照射によって生じる溶融池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、ガス供給ノズルを可動させるノズルアクチュエータと、溶融池を撮像するカメラと、カメラによって撮像された画像情報に基づいて、溶融池中心位置を検出する検出部と、検出部によって検出された溶融池中心位置とガス供給ノズルの管軸線との距離偏差を演算し、距離偏差が少なくなるようにガス供給ノズルを可動させる制御信号をノズルアクチュエータに対して出力するノズル制御部とを有することを特徴とする。
【０００７】
このレーザ溶接装置は、カメラで撮像された溶融池の画像情報に基づいて、検出部が溶融池中心位置を検出し、ノズル制御部は、この溶融池中心位置とガス供給ノズルの管軸線との距離偏差を演算し、距離偏差が少なくようにガス供給ノズルを可動させる制御信号をノズルアクチュエータに出力する。ノズルアクチュエータは、入力された制御信号に基づいて、ガス供給ノズルを可動させる。その結果として、ガス供給ノズルから噴射されるアシストガスの吹き付け位置が溶融池中心位置からズレ難くなり、溶接部の安定した品質が維持し易くなる。
【０００８】
さらに、検出部は、カメラによって撮像された溶融池の輝度分布画像情報に基づいて、溶融池中心位置を検出すると好適である。溶融池の輝度分布と溶融池の溶融状態（例えば溶融池の温度）とは密接に関係し、輝度分布画像情報によって溶融池の溶融状態を認識できるため、輝度分布画像情報を用いて溶融池中心位置を検出することにより、溶融池の溶融状態に応じた、最適な位置にアシストガスを吹き付けることができ、溶接部の品質が向上する。
【０００９】
さらに、溶融池中心位置は、前記溶融池の輝度が最も高い位置であると好適である。溶融池の輝度が最も高い位置は、溶融池の温度が最も高い位置である。そして、溶融池の輝度が最も高い位置を溶融池中心位置としてアシストガスを吹き付けることにより、溶融池の酸化を効果的に防止するというシールド効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ガス供給ノズルから噴射されるアシストガスが目標位置からズレてしまった場合の自動補正を可能にし、溶接部の安定した品質を維持し易くする。
【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】
（レーザ溶接装置）
図１及び図２に示すように、レーザ溶接装置１は、溶接用熱源としてＹＡＧレーザを用いる溶接装置である。レーザ溶接装置１は、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Ｌを照射するレーザヘッド２と、レーザＬによって板材Ｗの表面に生じる溶融池Ｍに向けて斜めからアシストガス（通称「シールドガス」、「加工ガス」ともいう）Ｇを噴射するガス供給ノズル３とを備える。レーザヘッド２及びガス供給ノズル３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。
【００１３】
レーザヘッド２は、ケース２ａ内にレーザ発振部２ｂを備える。ＹＡＧレーザは、光励起形の個体レーザであり、レーザ発振部２ｂは、発振波長が１．０６μｍのレーザＬを出射する。レーザＬの光軸ＬＳ上には、光学ガラス製の集光レンズ２ｃが配置され、集光レンズ２ｃを透過したレーザＬは、極めて小さな点に集光される。
【００１４】
なお、以下の説明において、レーザＬの光軸ＬＳに直交し、且つレーザヘッド２の移動方向に沿った方向をＸ軸方向、Ｘ軸及びレーザＬの光軸ＬＳに直交する方向をＹ軸方向、レーザＬの光軸ＬＳに沿った方向をＺ軸方向として説明する
【００１５】
レーザヘッド２のケース２ａ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２ｄが設けられており、ブラケット２ｄには、第１リニアアクチュエータ４が取り付けられている。第１リニアアクチュエータ４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２ｄに対してＹ軸方向に直線移動する。第１リニアアクチュエータ４には、第２リニアアクチュエータ５が取り付けられている。第２リニアアクチュエータ５も第１リニアアクチュエータ４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４に対してＸ軸方向に直線移動する。第２リニアアクチュエータ５の端部５ａには、Ｚ軸方向（下方）に突き出したロッド５ｂが設けられている。 第１及び第２リニアアクチュエータ４，５によってノズルアクチュエータ９が構成される。
【００１６】
ロッド５ｂの先端には、Ｕ字状のノズルブラケット５ｃが設けられている。ノズルブラケット５ｃには、ガス供給ノズル３を挟むようにして左右一対の側壁５ｄ，５ｅが設けられ、各側壁５ｄ，５ｅ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３から水平方向に突き出ている一対のねじ部３ａ，３ｂが挿し込まれている。ねじ部３ａ，３ｂは、ガス供給ノズル３の後端３ｅの近傍に設けられると共に、ガス供給ノズル３の管軸線ＮＳに対して直交して延在する。ねじ部３ａ，３ｂの先端部分には、各側壁５ｄ，５ｅから突出した状態でナット３ｃ，３ｄが螺合する。ガス供給ノズル３は、ナット３ｃ，３ｄ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５ｃに固定されている。
【００１７】
ガス供給ノズル３の後端３ｅ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３ｈが管継ぎ手部３ｇを介して固定されている。このアシストガスＧは不活性ガスとしてのアルゴンを含有する。圧縮されたアシストガスＧは、ホース３ｈを介してガス供給ノズル３内に供給され、ガス供給ノズル３の先端３ｆから、溶融池Ｍに向けて噴射される。
【００１８】
ガス供給ノズル３の後端３ｅには、ＣＣＤカメラ７が固定されている。ＣＣＤカメラ７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７の視野は、ガス供給ノズル３の内部を通して認識される範囲であり、ＣＣＤカメラ７の光軸Ｌとガス供給ノズル３の管軸線ＮＳとは一致している。ＣＣＤカメラ７は、１サンプリング周期ごとの２次元画像データをデジタル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。さらに、ＣＣＤカメラ７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７は、溶融池Ｍの輝度に関する情報を正確に撮像できる。
【００１９】
図１及び図３に示すように、レーザヘッド２の上端部には、支柱部２ｅを介してマニピュレータ１２の可動アーム部１２ａが固定されている。マニピュレータ１２は、可動アーム部１２ａを移動させることで、レーザヘッド２をＸ軸方向に移動させる。板材Ｗを載せる溶接台１３上には、二枚の板材Ｗが重ね合わせられた状態で載せられる。レーザヘッド２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に向けてレーザＬを照射し、マニピュレータ１２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Ｌは、接合予定線ＳＳに沿って走査される。レーザＬの照射によって溶融池Ｍが生じ、レーザＬが通過した後には、溶融池Ｍが固化してレーザ溶接部ＬＪが形成される。
【００２０】
図３に示すように、レーザ溶接装置１は、バスを介して接続されたＣＰＵ１４、ＲＯＭ１６及びＲＡＭ１７等によって構成される主制御処理部１８を有する。ＣＰＵ１４は、マニピュレータ１２、レーザ発振部２ｂ、第１及び第２リニアアクチュエータ４，５の各サーボモータ及びＣＣＤカメラ７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。ＣＰＵ１４は、レーザ溶接装置１全体の動作制御を行い、特に、レーザ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１４ａと、ＣＣＤカメラ７によって撮像された溶融池Ｍの２次元画像情報（輝度分布画像情報）ＩＭ（図６及び図７参照）に基づいて溶融池Ｍの中心位置（溶融池中心位置）ＣＰ（図６〜図８参照）を検出する検出部１４ｂと、ガス供給ノズル３の可動を制御するノズル制御部１４ｃとを有する。
【００２１】
レーザ走査制御部１４ａは、レーザ発振部２ｂに対してレーザＬの照射強度を設定する照射強度設定信号及びレーザ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１２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。また、検出部１４ｂは、ＣＣＤカメラ７によって撮像された溶融池Ｍの２次元画像情報ＩＭから輝度の最も高い位置を解析し、その位置を溶融池Ｍの中心位置ＣＰ（図６〜図８参照）として検出する。また、ノズル制御部１４ｃは、ＣＣＤカメラ７によって撮像された溶融池Ｍの２次元画像情報ＩＭに基づいて、溶融池Ｍの中心位置ＣＰからガス供給ノズル３の管軸線ＮＳに引いた垂線の長さである偏差距離ｄ１（図７及び図８参照）を演算し、偏差距離ｄ１を減少させるようにガス供給ノズル３を水平方向に可動させる補正制御信号をノズルアクチュエータ９に出力する。なお、ＣＰＵ１４は、ガス供給ノズル３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）にも信号送受信可能に接続されており、制御弁に対する開閉信号をも出力する。
【００２２】
ＣＰＵ１４には、操作部としてのタッチパネル１９が信号送受信可能に接続されている。タッチパネル１９の液晶画面上には、レーザ溶接の初期条件やレーザ溶接の開始を指示するためタッチ部が表示されている。タッチパネル１９は、液晶画面上における作業者の指が触れた位置を検出し、その位置情報に基づく初期設定信号を出力する。ＣＰＵ１４には、タッチパネル１９から出力された初期設定信号が入力され、ＣＰＵ１４は、初期設定信号に応じた制御を実行するために、レーザヘッド２、マニピュレータ１２、ノズルアクチュエータ９に対して各種信号を出力する。
【００２３】
（レーザ溶接方法）
レーザ溶接装置１を用いたレーザ溶接方法について説明する。レーザ溶接を行う場合には、レーザヘッド２から照射されるレーザＬの焦点を板材Ｗの接合予定線ＳＳに合わせ（図４参照）、レーザＬを、接合予定線ＳＳに沿って所定の速度で移動させながらレーザ走査を行う（図１参照）。また、レーザ走査と同時に、ガス供給ノズル３からアシストガスＧを噴射させ、溶融池Ｍの周囲に酸化防止雰囲気を形成する。酸化防止雰囲気が形成されることにより、溶融池Ｍが固化した後の溶接ビード形状が安定し、焼け焦げも防止される。特に、レーザ溶接装置１Ａでは、溶融池Ｍの輝度が最も高い中心位置ＣＰに向けてアシストガスＧを噴射させている。溶融池Ｍの輝度が最も高い中心位置ＣＰは、最も高温であり、この中心位置ＣＰに向けてアシストガスＧを噴射することで、溶融池Ｍの酸化を効果的に防止してシールド効果を高めることができる。
【００２４】
レーザ走査中における溶融池Ｍの中心位置ＣＰは、図９（ｂ）に示すように、レーザＬの光軸ＬＳよりも、レーザヘッド２の進行方向における後方側に僅かにズレていると共に、図９（ｂ）に示すように、レーザヘッド２の進行方向に直交する左右方向の略中央に位置する。レーザ溶接装置１では、レーザ走査中、溶融池Ｍの中心位置ＣＰを検出し続けるので、正確なズレ量を検出することができる。なお、図９は、溶融池Ｍの輝度分布を示す図であり、図９（ａ）は、溶融池Ｍを上から見たときの輝度分布を示す図である。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）のｂ−ｂ線に沿った輝度分布を示すグラフであり、ｂ−ｂ線に沿った前端Ｐ１から後端Ｐ２までの距離を横軸で示し、輝度を縦軸で示している。また、図９（ｃ）は、図９（ａ）のｃ−ｃ線に沿った輝度分布を示すグラフであり、ｃ−ｃ線に沿った一方端Ｐ３から他方端Ｐ４までの距離を縦軸で示し、輝度を横軸で示している。
【００２５】
続いて、図５を参照してレーザ溶接の開始から終了までの手順を説明する。作業者は、タッチパネル１９を用いて、レーザ溶接を開始する操作を行う。すると、タッチパネル１９から溶接条件を設定する初期設定信号が出力され、初期設定信号がＣＰＵ１４に入力される（Ｓ１）。ＣＰＵ１４は、ノズルアクチュエータ９に初期設定信号に基づく制御信号を出力する（Ｓ２）。すると、ノズルアクチュエータ９が作動し、初期設定位置までガス供給ノズル３を可動させ（図４参照）、初期設定位置でガス供給ノズル３を保持する（Ｓ３）。なお、レーザ走査中における溶融池Ｍの中心位置ＣＰは、レーザＬの光軸ＬＳよりも、レーザヘッド２の進行方向における後方側に僅かにズレ、そのズレ幅はレーザ走査速度から概算値として割り出される。ＣＰＵ１４は、初期設定信号に基づくレーザ走査速度からズレ幅の概算値を割り出した後、概算値に基づいて、ズレ幅に対応した位置に向けてアシストガスＧを噴射させるような初期設定を行い、初期設定に基づいて第２リニアアクチュエータ５を動作させ、ガス供給ノズル３を所定位置まで可動させる。
【００２６】
その後、ＣＰＵ１４のレーザ走査制御部１４ａは、タッチパネル１９から出力された初期設定信号に基づいて、レーザ発振部２ｂに対して、レーザＬの照射強度を設定する照射強度設定信号及びレーザＬの照射を開始させるＯＮ信号を出力し、マニピュレータ１２に対してレーザ走査速度を設定する速度設定信号及びレーザ走査開始信号を出力する。さらに、ＣＰＵ１４は、ガス供給ノズル３からアシストガスＧを噴射させるために、制御弁（図示省略）に開信号を出力する（Ｓ４）。レーザヘッド２のレーザ発振部２ｂは、照射強度設定信号及びＯＮ信号が入力されると、照射強度設定信号に応じた照射強度でレーザＬの照射を行う（図１参照）。さらに、マニピュレータ１２は、速度設定信号及びレーザ走査開始信号が入力されると、速度設定信号に基づく定速度で、レーザ走査を開始する。さらに、制御弁は、開信号が入力されるとアシストガスの流路を開放し、ガス供給ノズル３からアシストガスＧを噴射させる。
【００２７】
レーザ走査の開始後、ＣＰＵ１４は、板材Ｗの接合予定線ＳＳの終点に達したか否かによって、溶接終了条件の成否を判定する（Ｓ５）。溶接終了条件が不成立の場合、ＣＰＵ１４の検出部１４ｂは、ＣＣＤカメラ７からの出力に基づいて、溶融池Ｍの２次元画像情報ＩＭ（図６及び図７参照）を取得し（Ｓ６）、取得した２次元画像情報ＩＭから溶融池Ｍの輝度分布を解析し、輝度が最も高い位置を溶融池Ｍの中心位置ＣＰとして検出する（Ｓ７）。その後、ＣＰＵ１４のノズル制御部１４ｃは、ガス供給ノズル３の管軸線ＮＳに対応する２次元画像情報ＩＭの中心から、溶融池Ｍの中心位置ＣＰまでの距離偏差ｄ１（図７及び図８参照）を演算する（Ｓ８）。なお、図７及び図８には、ガス供給ノズルの管軸線ＮＳを基準にした場合に、溶融池Ｍの中心位置ＣＰが、レーザヘッド２の進行方向の後方側にズレている場合を示している。
【００２８】
その後、ＣＰＵ１４のノズル制御部１６ｃは、ステップ８で演算した距離偏差ｄ１が所定の範囲に含まれるか否かを判定し、所定の範囲外であれば距離偏差ｄ１有りと判定し、所定の範囲内であれば距離偏差ｄ１無しと判定する（Ｓ９）。図６に示すように、距離偏差ｄ１無しと判定する場合には、ＣＰＵ１４は、ステップ５に戻り、再度、溶接終了条件の成否を判定する（Ｓ５）。一方、図７及び図８に示すように、距離偏差ｄ１有りと判定する場合、ＣＰＵ１４のノズル制御部１４ｃは、距離偏差ｄ１が“０”に近づくように、ガス供給ノズル３を可動させるための補正制御信号を第２リニアアクチュエータ５に対して出力する（Ｓ１０）。第２リニアアクチュエータ５は、補正制御信号に基づいて駆動し、ガス供給ノズル３を可動させる（Ｓ１１）。なお、図７及び図８に示すように、溶融池Ｍの中心位置ＣＰが、ガス供給ノズルの管軸線ＮＳよりも、レーザヘッド２の進行方向の後側にズレている場合には、第２リニアアクチュエータ５は、ガス供給ノズル３をレーザヘッド２の進行方向の後方側に平行移動させる。なお、溶融池Ｍの中心位置ＣＰが、ガス供給ノズルの管軸線ＮＳよりも、レーザヘッド２の進行方向の前側にズレている場合には、第２リニアアクチュエータ５は、ガス供給ノズル３をレーザヘッド２の進行方向の前方側に平行移動させる。
【００２９】
レーザ溶接装置１は、レーザ走査中において、ステップ５〜ステップ１１までの各処理を繰り返し実行し、ガス供給ノズル３の管軸線ＮＳが溶融池Ｍの中心位置ＣＰからズレている場合には、ＣＰＵ１４が第２リニアアクチュエータ５に対して補正制御信号を出力し、ガス供給ノズル３を可動させて自動的に補正する。そして、レーザＬが板材Ｗの接合予定線ＳＳの終端まで達すると、ＣＰＵ１４は、溶接終了条件が成立すると判定し（Ｓ５）、レーザ発振部２ｂに対して、レーザＬの照射を停止させるＯＦＦ信号を出力し、マニピュレータ１２に対してレーザ走査停止信号を出力する。さらに、アシストガスＧの噴射を停止するために、制御弁（図示省略）に閉信号を出力する。レーザ発振部２ｂは、ＯＦＦ信号が入力されると、レーザＬの照射を停止し、マニピュレータ１２は、レーザ走査停止信号が入力されるとレーザヘッド２の移動を停止させてレーザ走査を停止する。さらに、制御弁は、閉信号が入力されると、アシストガスＧの流路を閉鎖してアシストガスＧの噴射を停止させる（Ｓ１２）。レーザＬの照射停止、レーザ走査停止及びアシストガスＧの噴射停止によってレーザ溶接は終了する。
【００３０】
レーザ溶接装置１によれば、ＣＣＤカメラ７で撮像された溶融池Ｍの２次元画像情報ＩＭに基づいて、検出部１４ｂが溶融池Ｍの中心位置ＣＰを検出し、ノズル制御部１４ｃは、この溶融池Ｍの中心位置ＣＰとガス供給ノズルの管軸線ＮＳとの距離偏差ｄ１を演算し、距離偏差ｄ１が少なくようにガス供給ノズル３を可動させる補正制御信号をノズルアクチュエータ９に出力する。第２リニアアクチュエータ５は、入力された補正制御信号に基づいて、ガス供給ノズル３を水平方向に可動させる。このように、アシストガスＧの吹き付け位置が溶融池Ｍの中心位置ＣＰからズレてしまった場合の自動補正が行われ、ガス供給ノズル３から噴射されたアシストガスＧの吹き付け中心位置が常に溶融池Ｍの中心位置ＣＰ上に来るように制御されることで、レーザ溶接部の安定した品質が維持し易くなる。
【００３１】
特に、検出部１４ｂは、溶融池Ｍの２次元画像情報ＩＭに基づいて、溶融池Ｍの輝度分布を解析し、その輝度分布から溶融池Ｍの中心位置ＣＰを検出している。溶融池Ｍの輝度分布と溶融池Ｍの溶融状態（例えば、溶融池Ｍの温度）とは密接に関係し、２次元画像情報ＩＭによって溶融池Ｍの溶融状態を認識できる。そして、溶融池Ｍの２次元画像情報ＩＭを用いて溶融池Ｍの中心位置ＣＰを検出することにより、溶融池Ｍの溶融状態に応じた、最適な位置にアシストガスＧを吹き付けることができ、レーザ溶接部ＬＪの品質が向上する。
【００３２】
さらに、溶融池Ｍの中心位置ＣＰは、溶融池Ｍの輝度が最も高い位置であり、溶融池Ｍの輝度が最も高い位置は、溶融池Ｍの温度が最も高い位置である。そして、溶融池Ｍの輝度が最も高い位置を溶融池Ｍの中心位置ＣＰとしてアシストガスＧを吹き付けることにより、溶融池Ｍの酸化を効果的に防止するというシールド効果を高めることができる。
【００３３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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り、レーザ走査中の状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】レーザ走査開始前におけるレーザを接合予定線に合わせ、且つアシストガスの吹き付け位置を接合予定線に合わせている状態を示すレーザ溶接装置の斜視図である。
【図５】レーザ溶接の手順を示すフローチャートである。
【図６】ＣＣＤカメラで撮像された溶融池の２次元画像情報であり、距離偏差を有しない場合を示す図である。
【図７】ＣＣＤカメラで撮像された溶融池の２次元画像情報であり、距離偏差を有する場合を示す図である。
【図８】ガス供給ノズルの先端及び溶融池の拡大断面図である。
【図９】溶融池の輝度分布を示す図であり、（ａ）図は、溶融池を上から見たときの輝度分布を示す図であり、（ｂ）図は、（ａ）図のｂ−ｂ線に沿った輝度分布を示すグラフであり、（ｃ）図は、（ａ）図のｃ−ｃ線に沿った輝度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１…レーザ溶接装置、２…レーザヘッド、３…ガス供給ノズル、７…ＣＣＤカメラ、９…ノズルアクチュエータ、１４ｂ…検出部、１４ｃ…ノズル制御部、Ｗ…板材（被溶接体）、Ｌ…レーザ、Ｍ…溶融池、Ｇ…アシストガス、ＣＰ…中心位置（溶融池中心位置）、ＮＳ…管軸線、ｄ１…距離偏差、ＩＭ…２次元画像情報（輝度分布画像情報）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接体にレーザを照射するレーザヘッドと、
前記レーザヘッドに取り付けられ、前記レーザの照射によって生じる溶融池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、
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、
前記溶融池を撮像するカメラと、
前記カメラによって撮像された画像情報に基づいて、溶融池中心位置を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記溶融池中心位置と前記ガス供給ノズルの管軸線との距離偏差を演算し、前記距離偏差が少なくなるように前記ガス供給ノズルを可動させる制御信号を前記ノズルアクチュエータに対して出力するノズル制御部とを有することを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記カメラによって撮像された前記溶融池の輝度分布画像情報に基づいて、前記溶融池中心位置を検出す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】
前記溶融池中心位置は、前記溶融池の輝度が最も高い位置であることを特徴とする請求項２記載のレーザ溶接装置。
【請求項１】
被溶接体にレーザを照射するレーザヘッドと、
前記レーザヘッドに取り付けられ、前記レーザの照射によって生じる溶融池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、
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、
前記溶融池を撮像するカメラと、
前記カメラによって撮像された画像情報に基づいて、溶融池中心位置を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記溶融池中心位置と前記ガス供給ノズルの管軸線との距離偏差を演算し、前記距離偏差が少なくなるように前記ガス供給ノズルを可動させる制御信号を前記ノズルアクチュエータに対して出力するノズル制御部とを有することを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記カメラによって撮像された前記溶融池の輝度分布画像情報に基づいて、前記溶融池中心位置を検出す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】
前記溶融池中心位置は、前記溶融池の輝度が最も高い位置であることを特徴とする請求項２記載のレーザ溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２６８５７０（Ｐ２００７−２６８５７０Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９８１７８（Ｐ２００６−９８１７８）
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（０００００３３７７）東急車輛製造株式会社 (332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（０００００３３７７）東急車輛製造株式会社 (332)
【Ｆターム（参考）】
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