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レーザ溶接ヘッド制御システムおよびこれを具えるレーザ溶接ヘッド

国内特許コード P020000335
整理番号 U1999P206
掲載日 2003年5月27日
出願番号 特願2000-138283
公開番号 特開2001-321971
登録番号 特許第3385362号
出願日 平成12年5月11日(2000.5.11)
公開日 平成13年11月20日(2001.11.20)
登録日 平成15年1月10日(2003.1.10)
発明者
  • 武笠 幸一
  • 池田 正幸
  • 末岡 和久
  • 上田 映介
  • 上遠野 久夫
  • 武藤 征一
出願人
  • 国立大学法人北海道大学
発明の名称 レーザ溶接ヘッド制御システムおよびこれを具えるレーザ溶接ヘッド
発明の概要 【課題】 簡単な構造のレーザ溶接ヘッド制御システムを提供する。
【解決手段】 溶接部材表面にライン状に測定用レーザ光を所定の角度で投射する少なくとも2個の半導体レーザと、前記測定用レーザ光の波長のみを透過するバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタを通して前記測定用レーザ光を撮影するCCDカメラと、前記CCDカメラが撮影した前記測定用レーザ光の画像を画像処理し、溶接面の状態を決定する画像処理手段とを具え、決定された前記溶接面の状態に基づいて前記レーザ溶接ヘッドの姿勢を制御する。
従来技術、競合技術の概要


レーザ溶接は、ステンレスの高精度加工部品を組立てて製造する超高真空機器等に適用するのに適している。このようなレーザ溶接において、最近ではYAG(yttrium-aluminum-garnet:イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザ溶接が普及してきている。このようなYAGレーザ溶接の利点としては、金属材料に対する吸収率が一般的に高いので、加工効率がよい点と、レーザビームを光ファイバで伝送できるため、三次元溶接装置や産業用ロボットに加工ヘッドを搭載できる点と、レンズやビーム透過窓に石英が利用できるので、破損時にも安全であり、低コストである点などが挙げられる。



一方で、高精度な加工を実現するレーザ溶接においては、レーザの集光スポットの位置決め精度に関しても高い精度が要求される。この位置決めに関する裕度としては、溶接可能なギャップ量は板厚の10%または集光スポット径の50%、位置決め精度は集光スポット径の1/3以下である。レーザ溶接に使用されるレーザビームのスポット径は1mm以下である。例えば、集光スポット径をφ0.5mmとすると、約0.2mm以下の位置決め精度が要求されることになり、適切なレーザ溶接を行うためには、溶接線(シームライン)に沿って約0.2mm以下の位置精度で集光したレーザビームを一定の距離を保持した状態でトレースする必要がある。また、溶接面に対して、所定の角度を維持する姿勢制御が必要となる。



このために、部品寸法の精度向上、治具による位置決め精度向上、センサによる位置決め精度向上、センサによる溶接位置の補正等が試みられてきた。従来は溶接の焦点位置、溶接のシームトレース、溶接面に対するレーザ溶接ヘッドの姿勢を検出するために、各々個別のセンサを使用していた。




産業上の利用分野


本発明は、レーザ溶接ヘッドを制御するシステムに関する。さらに本発明は、このようなレーザ溶接ヘッドを制御するシステムを具えるレーザ溶接ヘッドにも関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
レーザ溶接ヘッドの姿勢を制御するシステムにおいて、
溶接の進行方向において前記レーザ溶接ヘッドの前後に前記レーザ溶接ヘッドと一体に固定され、溶接部材表面にライン状に測定用レーザ光を所定の角度で投射する少なくとも2個の半導体レーザと、
前記測定用レーザ光の波長のみを透過するバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタを通して前記測定用レーザ光を撮影するCCDカメラと、
前記CCDカメラが撮影した前記測定用レーザ光の画像を画像処理し、前記溶接部材表面の状態を決定する画像処理手段とを具え、
溶接前に決定された前記溶接部材表面の状態に基づいて前記レーザ溶接ヘッドの溶接時の姿勢を制御することを特徴とするレーザ溶接ヘッド制御システム。


【請求項2】
請求項1に記載のレーザ溶接ヘッド制御システムにおいて、前記レーザ溶接ヘッドの姿勢を、溶接しようとする溶接部材のCADデータにも基づいて制御することを特徴とするレーザ溶接ヘッド制御システム。


【請求項3】
請求項1または2に記載のレーザ溶接ヘッド制御システムにおいて、前記撮影された前記測定用レーザ光の状態が、前記2本のラインレーザの間隔、相対位置および絶対位置と、前記ラインレーザの太さおよび形状とを含むことを特徴とするレーザ溶接ヘッド制御システム。


【請求項4】
請求項1、2または3に記載のレーザ溶接ヘッド制御システムにおいて、前記決定された前記溶接面の状態が、前記溶接面の形状、傾き、高さおよび位置と、シームラインとを含むことを特徴とするレーザ溶接ヘッド制御システム。


【請求項5】
請求項2、3または4に記載のレーザ溶接ヘッド制御システムにおいて、前記CCDカメラによって撮影された測定用レーザ光の状態と前記CADデータとから正確な溶接を可能としたことを特徴とするレーザ溶接ヘッド制御システム。


【請求項6】
請求項1ないし5のいずれか1項に記載のレーザ溶接ヘッド制御システムを具えるレーザ溶接ヘッド。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2000138283thum.jpg
出願権利状態 登録
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