特許 7288786 レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-31

(45)【発行日】2023-06-08

(54)【発明の名称】レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/21 20140101AFI20230601BHJP

   B23K 26/02 20140101ALI20230601BHJP

   B23K 26/70 20140101ALI20230601BHJP

【ＦＩ】

B23K26/21 W

B23K26/02 A

B23K26/70

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019066120

(22)【出願日】2019-03-29

(65)【公開番号】P2020163423

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2022-03-11

(73)【特許権者】

【識別番号】712004783

【氏名又は名称】株式会社総合車両製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100148013

【弁理士】

【氏名又は名称】中山 浩光

(72)【発明者】

【氏名】及川 昌志

【審査官】黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－１６９２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－１０８４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１１６１１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄道車両構体を構成するワークに参照光を照射して溶接予定ラインを設定し、設定された前記溶接予定ラインに沿って溶接を行うレーザ溶接方法であって、
前記ワークに比べて前記参照光に対する反射率及び散乱の少なくとも一方が小さいマーカを前記ワークに付与する付与工程と、
前記ワークに向けて前記参照光を照射し、当該参照光の反射光に基づいて前記マーカの付与位置を検出するマーカ検出工程と、
前記マーカ検出工程で検出された前記マーカの付与位置に基づいて設定された溶接予定ラインに沿って、溶接用のレーザビームを照射する溶接作業工程と、を備え、
前記マーカ検出工程で検出された前記マーカの付与位置に基づいてプローブの可動範囲を設定し、前記ワークに前記プローブを接触させて前記ワークの配置を検出する接触検出工程を更に備え、
前記溶接作業工程では、前記接触検出工程で検出された前記ワークの配置に応じて設定された前記溶接予定ラインに沿って、前記溶接用のレーザビームを照射する、レーザ溶接方法。

【請求項2】

前記溶接作業工程では、前記マーカの付与位置に対して予め決められた位置関係にある前記溶接予定ラインに基づいて、前記溶接用のレーザビームを照射する、請求項１に記載のレーザ溶接方法。

【請求項3】

前記溶接作業工程では、前記マーカ検出工程で検出された前記マーカの付与位置と、前記溶接予定ラインに予め対応付けられたマーカの配置モデルとを比較し、比較結果に応じて設定された、前記マーカ検出工程で検出された前記マーカの付与位置に対応する前記溶接予定ラインに基づいて、前記溶接用のレーザビームを照射する、請求項２に記載のレーザ溶接方法。

【請求項4】

前記マーカ検出工程では、前記プローブの可動範囲よりも広い範囲において、前記マーカの付与位置を検出する、請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法。

【請求項5】

鉄道車両構体を構成するワークに参照光を照射して溶接予定ラインを設定し、設定された前記溶接予定ラインに沿って溶接を行うレーザ溶接方法であって、
前記ワークに比べて前記参照光に対する反射率及び散乱の少なくとも一方が小さいマーカを前記ワークに付与する付与工程と、
前記ワークに向けて前記参照光を照射し、当該参照光の反射光に基づいて前記マーカの付与位置を検出するマーカ検出工程と、
前記マーカ検出工程で検出された前記マーカの付与位置に基づいて設定された溶接予定ラインに沿って、溶接用のレーザビームを照射する溶接作業工程と、を備え、
前記溶接作業工程では、前記マーカ検出工程で検出された前記マーカの付与位置と、前記溶接予定ラインに予め対応付けられたマーカの複数の配置モデルとを比較し、比較結果に応じて設定された、前記マーカ検出工程で検出された前記マーカの付与位置に対応する前記溶接予定ラインに基づいて、前記溶接用のレーザビームを照射する、レーザ溶接方法。

【請求項6】

前記付与工程では、貫通孔を有する治具を前記ワークに配置し、前記貫通孔から露出する前記ワークの露出部分に前記マーカを付与する、請求項１～５のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法。

【請求項7】

鉄道車両構体を構成するワークに向けて参照光を照射する照射部と前記参照光の反射光を検出する光検出部とを有し、前記光検出部の検出結果に基づいて、前記ワークに付与され且つ前記ワークに比べて前記参照光に対する反射率及び散乱の少なくとも一方が小さい複数のマーカの付与位置を検出するマーカ検出部と、
前記マーカ検出部によって検出された前記マーカの付与位置に基づいて、溶接用のレーザビームを照射する溶接予定ラインを設定する制御部と、
前記ワークにプローブを接触させることで前記ワークの配置を検出する接触検出部と、を備え、
前記制御部は、前記マーカ検出部で検出された前記マーカの付与位置に基づいて前記プローブの可動範囲を制御し、
前記マーカ検出部の検出結果と前記接触検出部の検出結果とに基づいて、前記溶接予定ラインを設定する、レーザ溶接装置。

【請求項8】

前記マーカの付与位置と前記溶接予定ラインとの位置関係に関する情報を予め格納している記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記マーカ検出部で検出された前記マーカの付与位置と、前記記憶部に格納されている前記情報とに基づいて、前記溶接予定ラインを設定する、請求項７に記載のレーザ溶接装置。

【請求項9】

前記記憶部は、予め決定された前記マーカの配置モデルと、前記マーカの配置モデルに対応付けられた前記溶接予定ラインとを格納しており、
前記制御部は、前記マーカ検出部で検出された前記マーカの付与位置と、前記記憶部に格納されている前記マーカの配置モデルとを比較し、比較結果に基づいて、前記マーカ検出部で検出された前記マーカの付与位置に対応する溶接予定ラインを設定する、請求項８に記載のレーザ溶接装置。

【請求項10】

前記マーカ検出部は、前記プローブの可動範囲よりも広い範囲において、前記マーカの付与位置を検出する、請求項７～９のいずれか一項に記載のレーザ溶接装置。

【請求項11】

鉄道車両構体を構成するワークに向けて参照光を照射する照射部と前記参照光の反射光を検出する光検出部とを有し、前記光検出部の検出結果に基づいて、前記ワークに付与され且つ前記ワークに比べて前記参照光に対する反射率及び散乱の少なくとも一方が小さい複数のマーカの付与位置を検出するマーカ検出部と、
前記マーカ検出部によって検出された前記マーカの付与位置に基づいて、溶接用のレーザビームを照射する溶接予定ラインを設定する制御部と、
前記マーカの付与位置と前記溶接予定ラインとの位置関係に関する情報を予め格納している記憶部と、を備え、
前記記憶部は、予め決定された前記マーカの配置モデルと、前記マーカの配置モデルに対応付けられた前記溶接予定ラインとを格納しており、
前記制御部は、前記マーカ検出部で検出された前記マーカの付与位置と、前記記憶部に格納されている前記マーカの配置モデルとを比較し、比較結果に基づいて、前記マーカ検出部で検出された前記マーカの付与位置に対応する溶接予定ラインを設定する、レーザ溶接装置。

【請求項12】

前記マーカの付与位置を決定する貫通孔を有すると共に、前記ワークに配置される治具を更に備える、請求項７～１１のいずれか一項に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、レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ワークのレーザ溶接を自動で行う溶接装置がある（例えば特許文献１）。自動の溶接装置では、溶接の始点から終点までのライン（溶接予定ライン）を検出し、溶接ヘッドを溶接予定ラインに倣わせることが重要となる。溶接予定ラインの検出としては、例えばワークに直接プローブを接触させる接触方式と、光を用いて非接触で検出を行う光学方式とが挙げられる。上述した特許文献１には、ワークに参照光を照射し、ワークからの反射光に基づいて溶接予定ラインの検出が行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平５－６９１３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

接触方式では、溶接予定ラインを検出可能な領域がプローブの可動域に制限される。このため、ワークの配置ずれ等に起因して溶接予定ラインがプローブの可動域から外れてしまうと溶接予定ラインの検出ができなくなるおそれがある。この問題は、小型のワークでは生じにくいが、鉄道車両構体などのように大型のワークの溶接が必要な場面では特に顕著となる。

【0005】

光学方式では、一般に、機械方式に比べて広範囲の検出が可能である。しかしながら、光学方式では、ワーク自体の光の反射率や散乱が大きすぎる場合、十分な検出精度が確保されにくいという問題がある。

【0006】

本発明は、大型のワークに対して、簡便且つ精度の良いレーザ溶接を実現でき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する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面に係るレーザ溶接方法は、鉄道車両構体を構成するワークに参照光を照射して溶接予定ラインを設定し、設定された溶接予定ラインに沿って溶接を行うレーザ溶接方法であって、ワークに比べて参照光に対する反射率及び散乱の少なくとも一方が小さいマーカをワークに付与する付与工程と、ワークに向けて参照光を照射し、当該参照光の反射光に基づいてマーカの付与位置を検出するマーカ検出工程と、マーカ検出工程で検出されたマーカの付与位置に基づいて設定された溶接予定ラインに沿って、溶接用のレーザビームを照射する溶接作業工程と、を備える。

【0008】

上記レーザ溶接方法では、ワークに比べて参照光に対する反射率及び散乱の少なくとも一方が小さいマーカをワークに付与する。このため、例えば、ワークの参照光に対する反射率が大きすぎる場合、又は、ワークの表面形状に起因して参照光が散乱する場合にも、マーカの付与位置に基づいて溶接予定ラインを設定できる。したがって、大型のワークに対しても、ワークの表面の状態に依らずに、簡便且つ精度良くレーザ溶接を実現できる。

【0009】

溶接作業工程では、マーカの付与位置に対して予め決められた位置関係にある溶接予定ラインに基づいて、溶接用のレーザビームを照射してもよい。この場合、マーカの付与位置を検出することで、より簡便に溶接予定ラインを設定できる。

【0010】

溶接作業工程では、マーカ検出工程で検出されたマーカの付与位置と、溶接予定ラインに予め対応付けられたマーカの配置モデルとを比較し、比較結果に応じて設定された、マーカ検出工程で検出されたマーカの付与位置に対応する溶接予定ラインに基づいて、溶接用のレーザビームを照射してもよい。この場合、マーカの付与位置を検出することで、より簡便にレーザ溶接を実現できる。

【0011】

マーカ検出工程で検出されたマーカの付与位置に基づいてプローブの可動範囲を設定し、ワークに前記プローブを接触させてワークの配置を検出する接触検出工程を更に備え、溶接作業工程では、接触検出工程で検出されたワークの配置に応じて設定された溶接予定ラインに沿って、溶接用のレーザビームを照射してもよい。この場合、プローブの接触によって、より精度良くレーザ溶接を実現できる。

【0012】

マーカ検出工程では、プローブの可動範囲よりも広い範囲において、マーカの付与位置を検出してもよい。この場合、大型のワークに対して、より適切にプローブをワークに接触させることができる。

【0013】

付与工程では、貫通孔を有する治具をワークに配置し、貫通孔から露出するワークの露出部分にマーカを付与してもよい。この場合、ワークに対してマーカを精度良く配置することができる。このため、より精度良くレーザ溶接を実現できる。

【0014】

本発明の別側面に係るレーザ溶接装置は、鉄道車両構体を構成するワークに向けて参照光を照射する照射部と参照光の反射光を検出する光検出部とを有し、光検出部の検出結果に基づいて、ワークに付与され且つワークに比べて参照光に対する反射率及び散乱の少なくとも一方が小さい複数のマーカの付与位置を検出するマーカ検出部と、マーカ検出部によって検出されたマーカの付与位置に基づいて、溶接用のレーザビームを照射する溶接予定ラインを設定する制御部と、を備える。

【0015】

上記レーザ溶接装置では、ワークに比べて参照光に対する反射率及び散乱の少なくとも一方が小さいマーカの付与位置を検出するマーカ検出部を備える。さらに、当該レーザ溶接装置は、マーカ検出部によって検出されたマーカの付与位置に基づいて、溶接用のレーザビームを照射する溶接予定ラインを設定する。このため、例えば、ワークの参照光に対する反射率が大きすぎる場合、又は、ワークの表面形状に起因して参照光が散乱する場合にも、マーカの付与位置に基づいて溶接予定ラインを設定できる。したがって、大型のワークに対しても、ワークの表面の状態に依らずに、簡便且つ精度良くレーザ溶接を実現できる。

【0016】

マーカの付与位置と溶接予定ラインとの位置関係に関する情報を予め格納している記憶部を更に備え、制御部は、マーカ検出部で検出されたマーカの付与位置と、記憶部に格納されている上記情報とに基づいて、溶接予定ラインを設定してもよい。この場合、マーカの付与位置を検出することで、より簡便に溶接予定ラインを設定できる。

【0017】

記憶部は、予め決定されたマーカの配置モデルと、マーカの配置モデルに対応付けられた溶接予定ラインとを格納しており、制御部は、マーカ検出部で検出されたマーカの付与位置と、記憶部に格納されているマーカの配置モデルとを比較し、比較結果に基づいて、マーカ検出部で検出されたマーカの付与位置に対応する溶接予定ラインを設定してもよい。この場合、マーカの付与位置を検出することで、より簡便にレーザ溶接を実現できる。

【0018】

ワークにプローブを接触させることでワークの配置を検出する接触検出部を更に備え、制御部は、マーカ検出部で検出されたマーカの付与位置に基づいてプローブの可動範囲を制御し、マーカ検出部の検出結果と接触検出部の検出結果とに基づいて、溶接予定ラインを設定してもよい。この場合、プローブの接触によって、より精度良くレーザ溶接を実現できる。

【0019】

マーカ検出部は、プローブの可動範囲よりも広い範囲において、マーカの付与位置を検出してもよい。この場合、大型のワークに対して、より適切にプローブをワークに接触させることができる。

【0020】

マーカの付与位置を決定する貫通孔を有すると共に、ワークに配置される治具を更に備えてもよい。この場合、ワークに対してマーカを精度良く配置することができる。このため、より精度良くレーザ溶接を実現できる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、大型のワークに対して、簡便且つ精度の良いレーザ溶接を実現できるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本実施形態に係るレーザ溶接装置の概略図である。

【図2】レーザ溶接装置のブロック図である。

【図3】マーカの配置モデルと配置モデルに対応する溶接予定ラインとを示す概念図である。

【図4】マーカ検出部の検出結果の一例を示す概念図である。

【図5】複数のマーカと記憶部に格納された情報との比較の一例を示す概念図である。

【図6】治具を説明するための図である。

【図7】レーザ溶接方法を示すフローチャートである。

【図8】溶接工程を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。

【0024】

図１及び図２を参照して、本実施形態に係るレーザ溶接装置について説明する。図１は、本実施形態に係るレーザ溶接装置の概略図である。図２は、レーザ溶接装置のブロック図である。

【0025】

レーザ溶接装置１は、ワーク１０に参照光を照射して溶接予定ラインを設定し、設定された溶接予定ラインに沿って溶接を行う。図１に示されているように、レーザ溶接装置１は、マーカ検出部２と、接触検出部３と、溶接作業部４と、制御部５とを備えている。マーカ検出部２は、ワーク１０に付与されたマーカ１３を光学的に検出する。接触検出部３は、ワーク１０に物理的に接触して溶接予定ラインを検出する。溶接作業部４は、設置された溶接予定ラインに沿って溶接作業を行う。制御部５は、マーカ検出部２、接触検出部３、及び、溶接作業部４をそれぞれ制御する。

【0026】

ワーク１０は、鉄道車両構体を構成する部材であり、比較的大型である。ワーク１０は、一対の金属板１１，１２を含んでいる。例えば、金属板１１は、例えば、側構体を構成する外板であり、金属板１２はドアフレームである。一対の金属板１１，１２は、例えば、ステンレス鋼又はアルミニウム合金からなる。本実施形態では、一対の金属板１１，１２の表面は、デザイン加工が施されている。例えば、一対の金属板１１，１２の表面には、凹凸加工又は所定方向にキズを付けたツヤ消し加工などが施されている。

【0027】

レーザ溶接装置１は、一対の金属板１１，１２をレーザビームによって溶接する。本実施形態では、ワーク１０は一対の金属板１１，１２を重ね合わせることによって構成されており、一対の金属板１１，１２の端部によって段差部１５が形成されている。本実施形態では、レーザ溶接装置１は、段差部１５に対して、いわゆる重ね隅肉溶接を行う。

【0028】

マーカ検出部２は、ワーク１０に付与されたマーカ１３を検出する。図１及び図２に示されているように、マーカ検出部２は、照射部６と光検出部７とを有する。照射部６は、ワーク１０に向けて参照光Ｌ１を照射する。照射部６が参照光Ｌ１を照射する範囲は、少なくとも接触検出部３が検出する範囲よりも広い。光検出部７は、ワーク１０における参照光Ｌ１の反射光Ｌ２を検出する。光検出部７が検出する範囲は、少なくとも接触検出部３が検出する範囲よりも広い。

【0029】

マーカ検出部２は、照射部６によってワーク１０に参照光Ｌ１を照射し、光検出部７によって検出された反射光Ｌ２に基づいてマーカ１３の付与位置を検出する。本実施形態では、マーカ検出部２は、照射部６及び光検出部７によってラインスキャンを行う。具体的には、マーカ検出部２は、照射部６からライン状の参照光Ｌ１を照射した状態で、照射部６を光検出部７と共に、ワーク１０に沿った方向に移動させる。これによって、マーカ検出部２は、ライン状の参照光Ｌ１の幅に応じた範囲の反射光Ｌ２を、逐次、光検出部７によって検出する。マーカ検出部２は、照射部６からワーク１０に参照光Ｌ１を照射した状態で、光検出部７によってワーク１０の全体又は一部を一度に取得してもよい。

【0030】

マーカ検出部２と制御部５とは物理的に分離して構成されていてもよいし、マーカ検出部２の一部が制御部５によって構成されていてもよい。例えば、光検出部７で検出された反射光Ｌ２に基づいて、制御部５がマーカ１３の付与位置を検出してもよい。

【0031】

マーカ１３は、ワーク１０に比べて、参照光Ｌ１に対する反射率及び散乱の少なくとも一方が小さい。マーカ１３は、参照光Ｌ１に対して適切な反射率及び散乱を有し、参照光Ｌ１の入射に応じて光検出部７でマーカ１３の付与位置を特定可能な反射光Ｌ２を発する。本発明において「散乱」とは、ワーク１０の表面形状に応じた拡散反射を意味する。「散乱が小さい」とは、拡散反射の程度が小さく正反射の程度が大きいことを意味する。本実施形態では、上述したようにワーク１０にデザイン加工が施されており、ワーク１０の表面において参照光Ｌ１に対する散乱がマーカ１３よりも大きい。

【0032】

マーカ１３は、金属板１１，１２の少なくとも一方に付与される。本実施形態では、マーカ１３は、ワーク１０の金属板１１に対して剥離可能に付与されたシールである。マーカ１３は、抹消可能に印刷又は描画された印であってもよい。本実施形態では、マーカ１３は、円形状であり、マーカ１３自体の向きを判別可能な模様が付されている。

【0033】

接触検出部３は、プローブ８を有する。接触検出部３は、ワーク１０の段差部１５にプローブ８を接触させることでワーク１０の配置を検出する。本実施形態では、接触検出部３は、段差部１５のうち、金属板１１と金属板１２との境界にプローブ８の先端を配置し、当該境界に沿ってプローブ８を摺動させる。接触検出部３は、プローブ８の先端位置の情報から金属板１１と金属板１２との境界の位置を検出する。本実施形態では、制御部５が、金属板１１と金属板１２との境界線上に溶接予定ラインを設定する。

【0034】

接触検出部３と制御部５とは物理的に分離して構成されていてもよいし、接触検出部３の一部が制御部５によって構成されていてもよい。例えば、プローブ８の先端位置の情報に基づいて、制御部５が溶接予定ラインを検出してもよい。

【0035】

溶接作業部４は、制御部５からの指示に応じて、溶接用のレーザビームＬ３をワーク１０に照射する。溶接作業部４から照射されたレーザビームＬ３によって、金属板１１と金属板１２とが溶接される。溶接作業部４は、レーザビームＬ３をワーク１０に照射した状態で、制御部５からの指示に応じて、溶接予定ラインに沿って移動する。この結果、溶接作業部４から照射されたレーザビームＬ３は溶接予定ラインに沿って移動し、溶接予定ラインに沿った溶接が行われる。

【0036】

制御部５は、マーカ検出部２の検出結果と接触検出部３の検出結果とに基づいて溶接予定ラインを設定し、設定された溶接予定ラインに応じて、溶接作業部４にレーザ溶接を指示する。本実施形態では、制御部５は、マーカ検出部２におけるマーカ１３の付与位置の検出結果に基づいて溶接予定ラインを設定し、当該溶接予定ラインに応じて接触検出部３のプローブ８の可動範囲を制御する。制御部５は、接触検出部３におけるワーク１０の配置の検出結果に基づいて溶接予定ラインを再び設定し、当該溶接予定ラインに沿って溶接作業部４にレーザビームＬ３を照射させる。なお、本発明において、「設定」には、修正の意味も含まれる。

【0037】

本実施形態の変形例として、制御部５は、マーカ検出部２の検出結果から溶接予定ラインを設定せずに、マーカ検出部２の検出結果に基づいてプローブ８の可動範囲を設定してもよい。この場合、制御部５は、設定されたプローブ８の可動範囲に基づいて、接触検出部３のプローブ８を動作させる。

【0038】

図２に示されているように、制御部５は、記憶部２１と、溶接予定ライン設定部２２と、指示部２３とを有する。記憶部２１は、マーカ１３の付与位置と溶接予定ラインとの位置関係に関する情報を予め格納している。本実施形態では、記憶部２１は、予め決定されたマーカ１３の配置モデルと、マーカ１３の配置モデルに対応付けられた溶接予定ラインとを格納している。図３は、記憶部２１に格納されているマーカ１３の配置モデル３１と、当該配置モデル３１に対応する溶接予定ライン３２とを示す概念図である。例えば、記憶部２１は、配置モデル３１のマーカ１３の位置に対応して溶接予定ライン３２の位置を格納している。すなわち、配置モデル３１は、溶接予定ライン３２に予め対応付けられている。記憶部２１は、複数の配置モデル３１と、それぞれに対応付けた溶接予定ライン３２とを格納していてもよい。

【0039】

溶接予定ライン設定部２２は、マーカ検出部２によって検出されたマーカ１３の付与位置と、記憶部２１に格納されている上記位置関係に関する情報とに基づいてレーザビームＬ３を照射する溶接予定ラインを設定する。本実施形態では、溶接予定ライン設定部２２は、マーカ検出部２で検出されたマーカ１３の付与位置と、記憶部２１に格納されているマーカ１３の配置モデルとを比較する。溶接予定ライン設定部２２は、当該比較結果に基づいて、マーカ検出部２で検出されたマーカ１３の付与位置に対応する溶接予定ラインを設定する。溶接予定ライン設定部２２は、更に、接触検出部３におけるワーク１０の配置の検出結果に基づいて溶接予定ラインを再設定する。

【0040】

図３から図５を参照して、溶接予定ライン設定部２２における、マーカ１３の付与位置とマーカ１３の配置モデルとの比較による溶接予定ラインの設定の一例を説明する。図３は、上述したように、記憶部２１に格納されているマーカ１３の配置モデル３１と、当該配置モデル３１に対応付けられた溶接予定ライン３２とを示す概念図である。図４は、本実施形態においてマーカ検出部２で検出された複数のマーカ１３を示している。本実施形態では、マーカ検出部２は、予め決められた溶接範囲について複数のマーカ１３を一度に検出する。図５は、マーカ検出部２で検出された複数のマーカ１３と記憶部２１に格納された情報との比較の一例を示す概念図である。

【0041】

本実施形態では、溶接予定ライン設定部２２は、図３に示されている配置モデル３１及び当該配置モデル３１に対応する溶接予定ライン３２の情報と、図４に示されている各マーカ１３の付与位置の情報とを取得する。溶接予定ライン設定部２２は、図５に示されているように、上記溶接範囲においてマーカ検出部２で検出された複数のマーカ１３と配置モデル３１とを比較し、当該複数のマーカ１３と配置モデル３１とが重なる場合の配置モデル３１の配置を演算する。

【0042】

この際、溶接予定ライン設定部２２は、演算された配置モデル３１の配置に応じて、当該配置モデル３１に対応付けられている溶接予定ライン３２の配置を演算する。このように、溶接予定ライン設定部２２は、マーカ検出部２で検出された複数のマーカ１３の付与位置に基づいて、溶接予定ライン３２の配置を演算する。このように、溶接予定ライン設定部２２は、マーカ検出部２の検出結果に基づいて溶接予定ラインを設定する。

【0043】

溶接予定ライン設定部２２は、記憶部２１に格納されている複数の配置モデルから、マーカ検出部２によって検出されたマーカ１３の付与位置に最も近い配置モデルを選択してもよい。この場合、溶接予定ライン設定部２２は、選択された配置モデルと、マーカ検出部２で検出されたマーカ１３の付与位置との比較結果に基づいて、溶接予定ラインを設定してもよい。

【0044】

指示部２３は、マーカ検出部２、接触検出部３、及び溶接作業部４の動作を指示する。指示部２３は、溶接予定ライン設定部２２において最終的に設定された溶接予定ラインに沿って、溶接作業部４にレーザビームＬ３を照射させる。

【0045】

本実施形態では、指示部２３は、マーカ検出部２の検出結果に基づいて溶接予定ラインが設定されると、当該溶接予定ラインにプローブ８を移動させる。具体的には、指示部２３は、マーカ検出部２の検出結果に基づいて、段差部１５がプローブ８の可動範囲に含まれるようにプローブ８を移動させる。指示部２３は、接触検出部３の検出結果に基づいて再設定された溶接予定ラインに沿って、溶接作業部４にレーザビームＬ３を照射させる。

【0046】

本実施形態では、指示部２３は、予め決められた溶接範囲についてマーカ検出部２の照射部６に参照光Ｌ１を照射させた後に、接触検出部３にワーク１０の配置を検出させる。指示部２３は、上記溶接範囲において金属板１１と金属板１２との境界に対してプローブ８を摺動させた後に、溶接作業部４にレーザビームＬ３を照射させる。レーザ溶接装置１において、マーカ検出部２、接触検出部３、及び溶接作業部４の動作のタイミングは、これに限定されない。

【0047】

例えば、指示部２３は、照射部６に参照光Ｌ１を照射させている間に、参照光Ｌ１の照射に追従するようにプローブ８を摺動させてもよい。この場合、溶接予定ライン設定部２２は、上記溶接範囲の全体について溶接予定ラインをマーカ検出部２の検出結果に基づいて逐次、再設定してもよいし、上記溶接範囲を分割した分割範囲ごとにそれぞれの分割範囲に対応する溶接予定ラインを設定してもよい。

【0048】

また、例えば、指示部２３は、プローブ８を摺動させている間に、プローブ８の摺動に追従するようにレーザビームＬ３を照射させてもよい。この場合、溶接予定ライン設定部２２は、上記溶接範囲の全体について溶接予定ラインを接触検出部３の検出結果に基づいて逐次、再設定してもよいし、上記溶接範囲を分割した分割範囲ごとにそれぞれの分割範囲に対応する溶接予定ラインを再設定してもよい。

【0049】

図６に示されているように、レーザ溶接装置１は、更に、マーカ１３の付与位置を決定する治具３０を備えていてもよい。治具３０は、板形状を有している。治具３０には、所定間隔で設けられた複数の貫通孔３０ａを有している。複数の貫通孔３０ａは、マーカ１３の付与位置を決定する。

【0050】

治具３０は、ワーク１０に配置される。本実施形態では、治具３０は、金属板１１の上に、金属板１１の縁に沿って配置される。ワーク１０に配置された治具３０の貫通孔３０ａを通して、ワーク１０にマーカ１３を付与することで、ワーク１０に対するマーカ１３が位置決めされる。治具３０は、手作業によってワーク１０に対して位置決めされてもよいし、制御部５によって位置決め制御されてもよい。

【0051】

次に、図１及び図６から図８を参照して、本実施形態に係るレーザ溶接方法について説明する。図７及び図８は、レーザ溶接方法を示すフローチャートである。図７に示されているように、レーザ溶接方法は、準備工程Ｓ１と、溶接工程Ｓ２とを備える。

【0052】

準備工程Ｓ１では、図６に示されているように、金属板１１と金属板１２とを重ね合わせ、治具３０を金属板１１に配置し、貫通孔３０ａから露出する金属板１１の露出部分に複数のマーカ１３を付与する。マーカ１３を付与する付与工程は、金属板１１と金属板１２とを重ね合わせる前に行われてもよい。マーカ１３は、ワーク１０に比べて参照光に対する反射率及び散乱の少なくとも一方が小さい。溶接工程Ｓ２では、制御部５が、溶接予定ラインを設定し、設定された溶接予定ラインに沿ってレーザビームＬ３を溶接作業部４に照射させる。これによって、金属板１１と金属板１２とに対して、重ね隅肉溶接が行われる。

【0053】

本実施形態では、溶接工程Ｓ２は、図８に示されているように、マーカ検出工程Ｓ２１と、接触検出工程Ｓ２２と、溶接作業工程Ｓ２３とを含んでいる。マーカ検出工程Ｓ２１と、接触検出工程Ｓ２２と、溶接作業工程Ｓ２３とによって、溶接予定ラインが設定される。

【0054】

まず、マーカ検出工程Ｓ２１において、制御部５の指示部２３は、マーカ検出部２に、図１に示されているように、ワーク１０に向けて参照光Ｌ１を照射し、参照光Ｌ１の反射光Ｌ２を検出させ、検出された反射光Ｌ２に基づいてマーカ１３の付与位置を検出させる。参照光Ｌ１が照射される範囲、及び、反射光Ｌ２が検出される範囲は、少なくともプローブ８の可動範囲よりも広い。本実施形態では、図４に示されているように、予め決められた溶接範囲について複数のマーカ１３を一度に検出する。

【0055】

続いて、接触検出工程Ｓ２２において、制御部５は、マーカ検出工程Ｓ２１で検出されたマーカ１３の付与位置に基づいてプローブ８の可動範囲を設定し、接触検出部３に、プローブ８をワーク１０に接触させることでワーク１０の配置を検出させる。本実施形態では、制御部５が、溶接予定ライン設定部２２においてマーカ検出部２におけるマーカ１３の付与位置の検出結果に基づいて溶接予定ラインを設定し、当該溶接予定ラインに応じて接触検出部３のプローブ８の可動範囲を制御する。この際、制御部５は、例えば、マーカの付与位置に対して予め決められた位置関係にある溶接予定ラインを設定する。

【0056】

例えば、制御部５は、上述したように、記憶部２１に、予め決定されたマーカ１３の配置モデル３１と、マーカ１３の配置モデルと予め対応付けられている溶接予定ライン３２とを格納している。制御部５は、マーカ検出工程Ｓ２１で検出されたマーカ１３の付与位置と、溶接予定ライン３２に予め対応付けられたマーカ１３の配置モデル３１とを比較する。制御部５の溶接予定ライン設定部２２は、比較結果に応じて、マーカ検出工程Ｓ２１で検出されたマーカ１３の付与位置に対応する溶接予定ラインを設定する。

【0057】

制御部５の指示部２３は、接触検出部３に、マーカ検出部２の検出結果に基づいて設定された溶接予定ラインにプローブ８を移動させる。制御部５の指示部２３は、接触検出部３にワーク１０の段差部１５にプローブ８を接触させることでワーク１０の配置を検出させる。

【0058】

続いて、溶接作業工程Ｓ２３において、制御部５の溶接予定ライン設定部２２は、接触検出部３の検出結果に基づいて溶接予定ラインを設定する。制御部５の指示部２３は、設定された溶接予定ラインに沿って、溶接作業部４に溶接用のレーザビームＬ３を照射させる。

【0059】

本実施形態では、制御部５の指示部２３は、接触検出工程Ｓ２２で検出されたワーク１０の配置に応じて設定された溶接予定ラインに沿って、溶接作業部４にレーザビームＬ３を照射させる。制御部５の指示部２３は、接触検出部３の検出結果を用いずに、マーカ検出部２におけるマーカ１３の付与位置の検出結果に基づいて設定された溶接予定ラインに沿って溶接用のレーザビームＬ３を溶接作業部４に照射させてもよい。以上により、ワーク１０に対してレーザ溶接が行われる。

【0060】

本実施形態では、溶接工程Ｓ２において、マーカ検出工程Ｓ２１と、接触検出工程Ｓ２２と、溶接作業工程Ｓ２３とが別々に一回ずつ行われる。しかし、溶接工程Ｓ２において、マーカ検出工程Ｓ２１と、接触検出工程Ｓ２２と、溶接作業工程Ｓ２３とが並列して行われてもよい。この場合、図８に示されているフローは、溶接範囲を分割した分割範囲ごとに行われる。例えば、マーカ検出部２の照射部６及び光検出部７に追従して接触検出部３のプローブ８が摺動する場合、第１の分割範囲で接触検出工程Ｓ２２が行われている間に、第１の分割範囲に隣接する第２の分割範囲でマーカ検出工程Ｓ２１が行われてもよい。同様に、例えば、プローブ８の摺動に追従してレーザビームＬ３が照射される場合、第１の分割範囲で溶接作業工程Ｓ２３が行われている間に、第１の分割範囲に隣接する第２の分割範囲で接触検出工程Ｓ２２が行われてもよい。

【0061】

次に、上述したレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置１の作用効果について説明する。上述したレーザ溶接方法では、ワーク１０に比べて参照光Ｌ１に対する反射率及び散乱の少なくとも一方が小さいマーカ１３をワーク１０に付与する。レーザ溶接装置１は、マーカ１３の付与位置を検出するマーカ検出部２を備える。このため、例えば、ワーク１０の参照光Ｌ１に対する反射率が大きすぎる場合、又は、ワーク１０の表面形状に起因して参照光Ｌ１が散乱する場合にも、マーカ１３の付与位置に基づいて溶接予定ラインを設定できる。したがって、ワーク１０が大型であっても、ワーク１０の表面の状態に依らずに、簡便且つ精度良くレーザ溶接を実現できる。

【0062】

記憶部２１は、マーカ１３の付与位置と溶接予定ラインとの位置関係に関する情報を予め格納している。溶接作業工程Ｓ２３では、制御部５の指示部２３が、マーカ１３の付与位置に対して予め決められた位置関係にある溶接予定ラインに基づいて、溶接作業部４に溶接用のレーザビームＬ３を照射させる。この場合、マーカ１３の付与位置を検出することで、より簡便に溶接予定ラインを設定できる。

【0063】

記憶部２１は、予め決定されたマーカ１３の配置モデルと、マーカ１３の配置モデル３１に対応付けられた溶接予定ラインとを格納している。制御部５は、マーカ検出部２で検出されたマーカ１３の付与位置と、記憶部２１に格納されているマーカ１３の配置モデル３１とを比較する。制御部５の溶接予定ライン設定部２２は、比較結果に応じて、マーカ検出部２で検出されたマーカ１３の付与位置に対応する溶接予定ラインを設定する。溶接作業工程Ｓ２３では、制御部５の指示部２３が、当該比較結果に応じて設定された溶接予定ラインに基づいて、溶接作業部４に溶接用のレーザビームＬ３を照射させる。この場合、マーカ１３の付与位置を検出することで、より簡便にレーザ溶接を行うことができる。

【0064】

接触検出工程Ｓ２２では、接触検出部３が、ワーク１０にプローブ８を接触させることでワーク１０の配置を検出する。制御部５は、マーカ検出部２で検出されたマーカ１３の付与位置に基づいてプローブの可動範囲を制御する。溶接作業工程Ｓ２３では、溶接予定ライン設定部２２が、マーカ検出部２の検出結果と接触検出部３の検出結果とに基づいて、溶接予定ラインを設定する。溶接作業工程Ｓ２３では、指示部２３が、検出されたワーク１０の配置に応じて設定された溶接予定ラインに沿って、溶接用のレーザビームＬ３を照射する。この場合、プローブの接触によって、より精度良く溶接予定ラインを設定できる。

【0065】

マーカ検出工程Ｓ２１では、マーカ検出部２が、プローブ８の可動範囲よりも広い範囲において、マーカの付与位置を検出する。この場合、ワーク１０が大型であっても、より適切にプローブ８をワーク１０に接触させることができる。

【0066】

治具３０は、マーカ１３の付与位置を決定する貫通孔３０ａを有する。治具３０は、ワーク１０に配置される。付与工程では、貫通孔３０ａを有する治具３０をワーク１０に配置し、貫通孔３０ａから露出するワーク１０の露出部分にマーカ１３を付与する。この場合、ワーク１０に対してマーカ１３を精度良く配置することができる。このため、溶接予定ラインをより精度良く設定できる。

【0067】

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【0068】

例えば、本実施形態では、制御部５は、マーカ検出部２で検出されたマーカ１３の付与位置と、予め格納されたマーカ１３の配置モデルとの比較結果に基づいて、溶接予定ラインを設定した。しかし、制御部５は、マーカ１３の配置モデルを用いずに、マーカ検出部２の検出結果から溶接予定ラインを設定してもよい。例えば、制御部５は、マーカ検出部２で検出された複数のマーカ１３の付与位置から当該複数のマーカ１３の付与位置の近似曲線を演算し、当該近似曲線に対応する線上に溶接予定ラインを設定してもよい。この場合、演算された近似曲線を予め決められた距離及び方向にずらした線上に、溶接予定ラインを設定してもよい。この場合、制御部５は、マーカ検出部２におけるマーカ１３の検出に応じて、逐次、上記近似曲線を演算し、溶接予定ラインを設定してもよい。

【0069】

本実施形態では、溶接作業部４がレーザ溶接装置１に含まれているが、レーザ溶接装置１は溶接作業部４を含まなくてもよい。すなわち、レーザ溶接装置１は、溶接予定ラインン検出装置として機能してもよい。レーザ溶接装置１の外部に、レーザ溶接用のレーザビームＬ３を照射する溶接作業部が設けられ、当該外部の溶接作業部を制御部５が制御してもよい。

【符号の説明】

【0070】

１…レーザ溶接装置、２…マーカ検出部、３…接触検出部、４…溶接作業部、５…制御部、６…照射部、７…光検出部、８…プローブ、１０…ワーク、１３…マーカ、２１…記憶部、２２…溶接予定ライン設定部、２３…指示部、３１…配置モデル、３２…溶接予定ライン、Ｌ１…参照光、Ｌ２…反射光、Ｌ３…レーザビーム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】