KR100515627B1

KR100515627B1 - 레이저 용접방법 및 레이저 용접장치

Info

Publication number: KR100515627B1
Application number: KR10-2001-0085993A
Authority: KR
Inventors: 데츠야 구보타; 야스미츠 구로사키; 에이이치 야기; 도모유키 우노; 히로타카 우에하라; 오사무 사토; 시게타즈 시코다; 다카유키 무라타; 마모루 니시오
Original assignee: 가와사키 쥬코교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2005-09-20
Also published as: JP2002192373A; KR20020055424A; JP3424001B2; EP1219380A2; EP1219380A3; EP1219380B1; US20020084260A1; ATE324221T1; US6657156B2; DE60119072T2; DE60119072D1

Abstract

용접부 검출기(20)와 이 용접부 검출기(20)로부터 소정 거리 후방에 배설된 레이저 광선 조사장치(10)는 같이 이동된다. 상기 용접부 검출기(20)는 용접선을 검출하고, 상기 레이저 광선 조사장치(10)는 레이저 용접을 위해 용접부 검출기(20)에 의해 검출된 용접선에 대해 조사한다. 상기 용접부 검출기(20)에 의해 검출된 용접위치의 데이터는, 용접위치의 데이터가 획득될 때의 시각 및 상기 용접부 검출기(20)의 이동속도와 함께 순차적으로 메모리에 기억된다. 상기 용접부 검출기(20)가 상기 레이저 광선 조사장치(10)의 도달한 지점을 통과한 시각은, 상기 메모리에 기억되어 있는 시각 및 이동속도에 기초하여 산출된다. 레이저 광선 조사장치는, 이렇게 산출된 시각에 있어서 검출된 용접위치에 대해 레이저 광선을 조사한다.

Description

레이저 용접방법 및 레이저 용접장치 {LASER WELDING METHOD AND LASER WELDING APPARATUS}

본 발명은 레이저 용접방법 및 레이저 용접장치에 관한 것이다. 더 상세하게는, 선행하여 검출한 용접위치에 정밀하게 레이저 조사를 행할 수 있는 레이저 용접방법 및 레이저 용접장치에 관한 것이다.

종래부터 자동차 등의 제조에 있어서는 부재의 접합에 레이저에 의한 맞대기 용접(butt welding)이 이용되고 있다. 근래, CO₂ 레이저에 의해 형성할 수 있는 스폿의 레이저 광선보다 더 작은 스폿의 레이저 광선을 집속시킬 수 있는 YAG 레이저가 CO₂ 레이저 대신에 이용되어 오고 있다. 작은 스폿의 레이저 광선을 집속시킬 수 있는 YAG 레이저를 이용하는 용접 프로세스는 작은 레이저 광선 스폿을 이용하여 미세한 용접을 달성할 수 있다. 단, 이 미세한 용접을 행하기 위해, 그루브 (groove)로의 위치결정 정밀도로서 0.1㎜ 이하의 정밀도가 요구된다.

그렇지만, 현재의 산업용 로봇의 트래킹(tracking) 정밀도는 상기 요구를 만족시킬 정도로 높지는 않다. 이 때문에, 현재의 YAG 레이저에 의한 맞대기 용접에서는 1대 수천만원이나 하는 고가의 NC용접장치(Numerically Controlled welding machine)를 이용하는 것이 통상 행해지고 있다. 이러한 NC용접장치의 필요성은 YAG 레이저에 의한 맞대기 용접의 이용으로의 장벽으로 되고 있다.

이러한 장벽은, 예컨대 1대 수백만원 정도의 경제적인 산업용 로봇에 의해 상기 트래킹 정밀도를 달성할 수 있으면 해소된다. 이 때문에, 트래킹 정밀도를 향상시키는 산업용 로봇의 개발이 행해지고 있고, 예컨대 특개평 제6-246660호에 제안되어 있는 것이 있다.

이 산업용 로봇은, 이동방향에 선행하여 센서에 의해 용접개소를 검출하고, 이 검출값을 일단 메모리에 격납한다. 그 후, 필요에 따라 메모리로부터 검출값을 독출하며, 이에 기초하여 레이저 조사위치의 수정량을 산출하여 소망 위치에 레이저가 조사되도록 산업용 로봇의 트래킹 제어를 행하는 것이다.

그렇지만, 이 산업용 로봇에서는, 레이저 조사위치의 수정량을 구할 때에 교시용 데이터를 이용하고 있기 때문에, 로봇 고유의 오차의 영향 등에 의해 높은 트래킹 정밀도, 즉 높은 위치결정 정밀도에 의해 레이저를 조사하여 용접하는 것이 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 종래기술의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 산업용 로봇 고유의 오차 등의 영향을 받지 않고 용접위치로 고정밀도로 위치결정하여 레이저 조사를 행할 수 있는 레이저 용접방법 및 레이저 용접장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 제1관점에 따르면 레이저 용접방법은, 용접부 검출기와 이 용접부 검출기로부터 소정 거리 후방에 배설된 레이저 광선 조사장치를 상대속도 0으로 이동시키면서, 상기 용접부 검출기에 의해 검출된 용접부에 상기 레이저 광선 조사장치에 의해 레이저 광선을 조사시키는 레이저 용접방법에 있어서, 상기 용접부 검출기에 의해 순차적으로 검출된 용접위치의 데이터를, 상기 용접위치의 데이터가 획득될 때의 시각 및 상기 용접부 검출기가 이동하는 이동속도와 함께 순차적으로 메모리에 기억시키는 단계와, 상기 용접부 검출기가 상기 레이저 광선 조사장치의 도달한 지점을 통과한 시각을, 상기 메모리에 기억되어 있는 시각 및 이동속도에 기초하여 산출하는 단계 및, 상기 산출하는 단계에 의해 산출된 시각에 있어서 상기 용접부 검출기에 의해 검출된 상기 용접위치에 대해 상기 레이저 광선 조사장치에 의해 레이저 광선을 조사시키는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 레이저 용접방법에 있어서는, 용접부 검출기가 레이저 광선 조사장치의 도달한 지점을 통과한 시각이, 상기 용접부 검출기의 이동거리를 상기 메모리에 기억되어 있는 시각 및 이동속도에 기초하여 과거로 거슬러 올라가 산출하고, 상기 시각을 상기 용접부 검출기의 이동거리가 상기 레이저 광선 조사장치와 상기 용접부 검출기 사이의 소정 거리와 일치하는 시각, 또는 넘는 시각으로 함으로써 결정된다. 그 경우, 상기 용접부 검출기가 레이저 광선 조사장치의 도달한 지점을 통과한 시각의 산출에 이용되는 데이터는, 그 산출의 종료시에 소거되도록 되는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 레이저 용접방법에 있어서는, 상기 용접부 검출기로부터 복수의 플랫 레이저 광선을 용접부에 조사하고, 상기 플랫 레이저 광선으로 조사된 상기 용접부의 화상을 촬상장치(imaging device)에 의해 촬상하며, 상기 화상을 합성화상을 얻기 위해 적산하고, 상기 합성화상에 기초하여 용접위치를 검출하도록 되는 것이 바람직하다.

상기 레이저 광선 조사장치에 대해 상대위치가 고정되어 있는 압박장치 (pressing device)가 레이저 용접작업 동안에 상기 용접부에 압력을 가해도 좋다.

레이저 광선 조사장치는 YAG 레이저 광선을 조사한다.

본 발명의 제2관점에 따르면 레이저 용접장치는, 용접부를 검출하는 용접부 검출기와, 상기 용접부에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사장치, 상기 용접부 검출기와 상기 레이저 광선 조사장치간에 소정의 거리를 유지하도록 상기 용접부 검출기와 상기 레이저 광선 조사장치를 유지하면서, 상기 레이저 광선 조사장치를 그 이동방향과 직교 방향으로 회전이동시키는 회전이동 유지기구, 상기 회전이동 유지기구를 이동시키는 이동수단 및, 레이저 용접작업을 제어하는 제어장치를 구비하고, 상기 제어장치는, 상기 용접부 검출기에 의해 검출된 용접위치의 데이터를, 상기 용접위치의 데이터가 검출될 때의 시각 및 상기 회전이동 유지기구가 이동하는 이동속도와 함께 순차적으로 메모리에 기억시키고, 상기 용접부 검출기가 상기 레이저 광선 조사장치의 도달한 지점을 통과한 시각을 산출하며, 상기 제어장치에 의해 산출된 시각에 있어서 상기 용접부 검출기에 의해 검출된 용접위치에 대해 레이저 광선이 조사되도록 상기 레이저 광선 조사장치 및 상기 회전이동 유지기구를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 레이저 용접장치에 있어서는, 상기 용접부 검출기가 레이저 광선 조사장치의 도달한 지점을 통과한 시각이, 상기 용접부 검출기의 이동거리를 상기 메모리에 기억되어 있는 시각 및 이동속도에 기초하여 과거로 거슬러 올라가 산출하고, 상기 시각을 상기 용접부 검출기의 이동거리가 상기 레이저 광선 조사장치와 상기 용접부 검출기 사이의 소정 거리와 일치하는 시각, 또는 넘는 시각으로 함으로써 결정된다.

용접부 검출기는 플랫 레이저 광선 조사장치와 촬상장치를 갖추고, 제어장치는 화상처리장치를 갖추며, 상기 플랫 레이저 광선 조사장치는 복수의 플랫 레이저 광선을 소정 간격으로 조사하고, 상기 촬상장치는 상기 복수의 플랫 레이저 광선으로 조사되어 있는 부분의 화상을 촬상하며, 상기 화상처리장치는 합성화상을 형성하기 위해 촬상장치에 의해 촬상된 화상을 적산하고, 상기 합성화상에 기초하여 용접위치를 검출하는 것이 바람직하다.

레이저 용접장치는, 레이저 광선 조사장치에 대해 상대위치가 고정되어 있는 압박장치를 더 구비하고 있다. 상기 압박장치는 레이저 용접작업 동안에 상기 용접부를 가압하는데 적합하도록 되어 있다.

레이저 광선 조사장치는 YAG 레이저 광선을 조사하는 것이 바람직하다.

이동수단은 로봇인 것이 바람직하다.

본 발명은 상기와 같이 구성되어 있기 때문에, 레이저 광선 조사장치의 이동속도가 변동하는 경우에 있어서도, 레이저 광선 조사장치의 소정 거리 전방에 배설되어 있는 용접부 검출기에 의해 검출된 용접위치에 레이저 광선 조사장치의 레이저 조사위치를 고정밀도로 위치결정하여 레이저 조사가 행해질 수 있다.

(발명의 실시형태)

본 발명의 실시형태에 따른 레이저 용접방법이 적용되는 레이저 용접장치에 대해 도 1 내지 도 9를 참조하면서 설명한다. 레이저 용접장치(A)는 도 1에 나타낸 바와 같이, YAG 레이저로 제공되는 레이저 광선 조사장치(10)와, 이 레이저 광선 조사장치(10)의 전방 소정의 위치에 배설된 그루브(groove) 검출기(용접부 검출기; 20)를 주요 구성요소로서 구비하여 이루어진다. 레이저 용접장치(A)는 용접로봇(R)의 로봇암(robot arm; RA)의 선단에 장착되어 있다. 로봇 콘트롤러(C)는, 레이저 용접장치(A)가 소정의 용접선(1)을 따라 이동하도록 로봇암(RA)을 제어한다. 로봇 콘트롤러(C)에 포함된 제어장치(30)는, 레이저 광선(2)이 맞대기 용접에 의해 부재(W1, W2)와 더불어 용접하기 위해 용접선(1)에 조사되도록 레이저 용접장치(A)를 제어한다. 제어장치(30)는, 레이저 광선 조사장치(10)가 레이저 맞대기 용접을 위해 그루브(3)에 정확하게 레이저 광선을 조사하도록 레이저 광선 조사장치(1)의 위치를 조절한다.

레이저 광선 조사장치(10)는, 도 2에 나타낸 바와 같이 YAG 레이저(레이저 스폿광(spot beam); 2)를 조사하는 광학헤드(optical head; 11)와, 로봇암(RA)의 선단에 장착되어 광학헤드(11)를 회전이동 자재로 유지하는 회전이동 유지기구(40)를 포함한다.

광학헤드(11)는 다단 원통모양을 갖는다. YAG 레이저 광선(2)에 의해 방사되는 레이저 광선은, 용접선에 광학헤드(11)의 단부를 조사하는 레이저 광선을 통해 조사된다. 그 구성자체는 공지된 YAG 레이저 광선 조사장치와 마찬가지로 되어 있기 때문에, 그 구성의 상세한 설명은 생략한다. 이 광학헤드(11)를 구성하고 있는 원통모양체의 중심위치에는 회전이동 유지기구(40)에 광학헤드(11)를 회전이동시키기 위해 한쌍의 축(12)이 대칭으로 설치되어 있다. 또, 도시예에 있어서는, 광학헤드(11)는 선단면을 아래쪽을 향해 회전이동 유지기구(40)로 지지되어 있다.

도 2에 있어서, 회전이동 유지기구(40)는, 구체적으로는 광학헤드(11)를 지지하는 회전이동 프레임(41)과, 광학헤드(11)를 지지하는 회전이동 프레임(41)을 주축으로 지지하는 유지 프레임(42), 모터(44)와 커넥터(43A)를 포함하는 회전이동기구(43) 및, 회전이동기구(43)에 접합되는 접합부재(45)를 포함한다. 상기 접합부재(45)에 설치되어 있는 플랜지(flange; 도시생략)는 로봇암(RA)의 선단에 설치된 플랜지(도시생략)에 볼트·너트접합된다.

회전이동 프레임(41)은 U자형 부재의 대향하는 양측의 자유단을 반원형 부재의 대향하는 양단에 접합하여 형성된다. 광학헤드(11)는 U자형 부재의 대향하는 양측을 통해 고정하여 연장되는 축(12)을 갖춘 회전이동 프레임(41)에 지지된다.

유지프레임(42)는 상기 회전이동 프레임(41)의 반원호모양 부재보다 큰 소정 반경의 반원호모양 부재(42a)의 양단에 평판모양 부재(42b)가 접합되어 이루어진 U자형 부재로 되어 상기 회전이동 프레임(41)의 외측에 배설된다. 이 경우, 상기 회전이동 프레임(41) 및 유지프레임(42)의 각 반원호모양 부재는 동일측에 위치시켜지고, 또 평판모양 부재(42b)의 상기 축(12)에 대응하는 위치에는 그 축(12)을 회전가능하게 지지하는 베어링(bearing; 42c)이 설치되고, 회전이동축(12)이 유지프레임(42)에 회전이동가능하게 유지된다.

접합부재(45)는, 예컨대 장방형의 평판이다. 그 표면 하부 양측단부에는 상기 지지부재(42)를 구성하고 있는 U자형 부재의 선단이 접합되어 유지프레임(42)과 일체화되어 이루어진 것으로, 그 표면 상부 중앙에는 모터(44)가 장착된다. 접합부재(45)의 이면에는 로봇암(RA)의 선단의 플랜지에 접합되는 플랜지를 갖춘 접합부가 형성되어 있다.

도 3a, 도 3b, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 회전이동기구(43)는 모터(44)에 포함된 진퇴자재한 구동축(44a)에 볼 조인트(ball joint)에 의해 접합된 일단과, 회전이동 프레임(41)의 U자형 부재의 마주 보는 측 부분 사이에 연재하는 교차부의 바깥 면에 설치된 조인트(joint; 41a)에 볼 조인트에 의해 접합된 타단을 갖춘 링크(link; 43A)를 갖추고 있다. 모터(44)가 도 3a에 나타낸 화살표 A1 방향으로 구동축(44a)을 내밀도록 구동되면, U자형 부재의 교차부는 화살표 A2 방향으로 내려가고, 광학헤드(11)는 도 3a와 도 3b에 나타낸 바와 같이 화살표 A3 방향으로 반시계방향으로 회전이동되며, 이에 따라 광학헤드(11)의 레이저 광선 조사 단부는 바깥쪽, 즉 화살표 A3로 나타낸 바와 같이 로봇암(RA)으로부터 떨어져서 이동된다. 모터(44)가 도 3a에 나타낸 화살표 B1 방향으로 구동축(44a)이 들어가도록 구동되면, U자형 부재의 교차부는 화살표 B2 방향으로 끌어 올려지고, 광학헤드(11)는 도 3a와 도 3c에 나타낸 바와 같이 화살표 B3 방향으로 시계방향으로 회전이동되며, 이에 따라 광학헤드(11)의 레이저 광선 조사 단부는 안쪽, 즉 화살표 B3로 나타낸 바와 같이 로봇암(RA)을 향해 이동된다. 광학헤드(11)의 축(12)은 유지프레임(42)의 베어링(42c)으로 지지되고 있기 때문에, 광학헤드(11)는 용접선과 직교방향으로 축(12)을 중심으로 회전이동된다.

도 1과 도 4에 나타낸 바와 같이, 그루브 검출기(20)는 플랫 레이저 광선 조사장치(21)와 그 플랫 레이저 광선 조사장치(21)에 의해 조사된 그루브(3)를 포함하는 영역(r)을 비스듬히 뒤쪽으로부터 촬상하는 촬상장치(22)를 케이스(23)내에 구비하고, 그 케이스(23)는 플랫 레이저 광선(4)이 아래쪽을 향해 조사되도록 브래킷(bracket; 24)을 매개로 광학헤드(11)의 전방 소정 위치에 위치시켜 상기 유지프레임(42)에 지지된다.

플랫 레이저 광선 조사장치(21)는 복수개의 플랫 레이저 광선(4a, 4b, 4c, 4d)을 소정 간격, 예컨대 1㎜ 간격으로 조사한다.

촬상장치(22)는, 예컨대 CCD(charge coupled device) 카메라, 즉 CCD를 갖춘 카메라이다. 촬상장치(22)는 촬상면의 휘도변화에 대응한 전기신호를 제어장치 (30)의 화상처리장치(31)로 송출한다.

다음으로, 도 5를 참조하면서, 그루브 검출기(20)에 의한 그루브(3)의 위치검출 원리에 대해 설명한다.

도 5의 (a)는 촬상장치(22)에 의해 형성된 영역(r)의 화상을 나타내고, 도 5의 (b)는 도 4에 나타낸 플랫 레이저 광선(4a, 4b, 4c, 4d)으로 조사된 부분을 나타내는 화상신호를 적산하여 얻은 적산한 화상신호에 의해 나타내어지는 화상을 나타낸다. 도 5의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 각 플랫 레이저 광선(4a, 4b, 4c, 4d)의 화상에서는 노이즈가 존재하기 때문에 그루브(3)의 위치가 명료하게는 검출되지 않지만, 각 플랫 레이저 광선(4a, 4b, 4c, 4d)을 적산한 화상에서는 노이즈가 평균화되어 노이즈의 영향이 배제되는 한편, 그루브(3) 위치가 강조되기 때문에, 그루브(3) 위치를 명료하게 검출할 수 있다. 또, 도 5의 (b)에 나타낸 화상에서는 화상신호의 변화가 제일 큰 부분이 그루브 중심(3a)으로 된다.

그 때문에, 예컨대 도 6에 나타낸 바와 같이 촬상화상의 기준선(LS)을 미리 티칭경로(teaching path)에 세트하여 두면, 촬상화상에 기초하여 검출된 그루브 중심(3a)의 기준선(LS)으로부터의 오차량(D)을 산출함으로써, 실제 그루브 중심(3a)의 티치경로로부터의 오차량(D)을 검출할 수 있다. 단, 상술한 바와 같이 그루브 검출기(20)는 광학헤드(11)로부터 소정 거리 전방에 배설되어 있기 때문에, 단순히 상기 오차량(D)에 대응시켜 광학헤드(11)의 조사위치를 보정하는 것만으로는 반드시 레이저 광선(2)을 그루브(3)의 중심(3a)에 조사시킬 수 있다.

그 때문에, 레이저 용접장치(A)가 다음과 같은 처리를 함으로써, 그루브 검출기(20)로부터 소정 거리 뒤쪽에 위치하는 광학헤드(11)에 대해 그루브 검출기 (20)에 의해 검출된 그루브(3)의 중심(3a)에 레이저 광선(2)을 조사시키도록 하고 있다.

레이저 용접장치(A)가 용접선(1)을 따라 일정 속도 V로 이동되고 있는 경우는, 그루브 검출기(20)에 의해 검출된 위치와 광학헤드(11)에 의해 조사되는 레이저 광선(2)의 스폿은 거리 L에 의해 분리된다. 이 때, 레이저 광선(2)의 스폿은 L/V시각 후에 검출위치에 도달한다. 그래서, L/V 시각후에 광학헤드(11)의 조사위치를 그루브 검출기(20)로 검출된 검출위치로 제어함으로써, 레이저 광선(2)을 그루브(3)의 중심(3a)에 조사할 수 있다. 즉, 그루브 검출기(20)에 의해 검출된 그루브(3)의 중심(3a)을 제어장치(30)의 메모리, 예컨대 버퍼메모리에 기억시켜 두고, L/V 시각후에 축차 그 검출위치를 호출하여 그 위치에 레이저 광선(2)을 조사함으로써, 실제 용접선(1)에 모방시켜 레이저 광선(2)에 의한 용접이 행해질 수 있다.

그러나, 레이저 용접장치(A)의 이동속도가 변동하는 경우에는, 상기 방법으로는 레이저 광선(2)이 실제의 그루브(3)의 중심(3a)에 조사된다고는 한정할 수 없다. 그래서, 레이저 용접장치(A)의 이동속도가 변동하는 경우에는, 이하와 같이 하여 그루브 검출기(20)에 의해 검출된 그루브(3)의 중심(3a)을 광학헤드(11)가 통과하는 시각을 산출한다. 반대로 말하면, 광학헤드(11)가 도달한 지점을 그루브 검출기(20)가 통과한 시각을 산출한다.

우선, 그루브 검출기(20)에 의한 검출시각 t(n), 그 때의 레이저 용접장치 (A)의 이동속도 V(t(n)), 용접선(1; 기준선 LS)의 티칭경로로부터의 어긋남량 d(t(n))을 축차, 예컨대 20msec간격으로 제어장치(30)의 버퍼메모리(33)에 격납한다.

이어서, 그 버퍼메모리(33)에 격납된 데이터에 기초하여 광학헤드(11)가 도달한 지점을 그루브 검출기(20)가 통과한 시각을 산출한다. 예컨대, 그루브 검출기(20)가 점(P)의 위치에 도달한 경우, 그것보다 거리(L) 뒤쪽에 위치하는 점(Q)의 그루브 검출기(20)가 통과한 시각을 계산한다(도 7 참조). 즉, 광학헤드(11)가 점(Q)에 도달하는 시각을 상출한다. 이 시각의 산출은 버퍼메모리에 격납되어 있는 시각 t(n) 및 속도 V(t(n))(도 8 참조)을 이용하여 그루브 검출기(20)가 점(P)에 도달한 시각으로부터 과거쪽으로의 이동거리를 적산하고, 그 적산값이 L 또는 그 이상이 된 시각 t(q)을 광학헤드(11)가 점(Q)에 도달하는 시각으로 한다. 즉, L(t(q+1))〈 L ≤L(t(q))가 성립하면, 그루브 검출기(20)가 점(Q)을 통과한 시각(T)은 T=t(q)로 된다.

여기에서,

L(t(q))=V(t(p))x(t(p)-t(p-1))+V(t(p-1))x(t(p-1)-t(p-2))+…+V(t(q+1))x(t(q+1)-t(q))+V(t(q))x(t(q)-t(q-1))

L(t(q+1))=V(t(p))x(t(p)-t(p-1))+V(t(p-1))x(t(p-1)-t(p-2))+…+V(t(q+1))x(t(q+1)-t(q))

또, 그 때의 용접선(1)의 티칭경로로부터의 어긋남량(D)은, 버퍼메모리에 격납되어 있는 값보다 D=d(t(q))로 된다.

그렇지만, 제어장치(30)는 상기 어긋남량(D)에 따라 회전이동 유지기구(40)를 동작시킴으로써, 레이저 광선(2)을 그루브(3)의 중심(3a)에 조사시킬 수 있다. 또, 제어장치(30)는 상기 연산처리가 종료하면, 버퍼메모리(33)에 격납되어 있는 시각 t(q) 이전의 데이터를 소거한다. 이에 따라, 버퍼메모리(33)의 용량을 필요최소한으로 억제할 수 있다.

도 9는 상술한 화상처리기능 및 광학헤드(11)가 그루브 검출기(20)에 의해 검출된 위치에 도달하는 시각을 산출하는 기능을 갖춘 제어장치(30)의 블록도이다. 이 제어장치(30)는 화상처리장치(31)과 도달시각 산출수단(32) 및 버퍼메모리(33)를 포함한다. 또한, 화상처리장치(31)과 도달시각 산출수단(32)을 갖춘 제어장치 (30)는 구체적으로는 로봇 콘트롤러(C)에 상기 수단(31, 32)의 기능을 규정하는 프로그램을 격납함으로써 실현된다.

본 실시형태에서의 레이저 용접장치(A)의 이동속도가 변동할지라도, 광학헤드(11)의 전방에 배치된 그루브 검출기(20)에 의해 검출된 그루브(3)의 중심(3a)에 레이저 광선(2)의 스폿을 정밀도 좋게 조사하여 레이저 용접을 행할 수 있다. 또한, 광학헤드(11) 및 그루브 검출기(20) 모두를 유지하는 접합부재(45)가 로봇암 (RA)에 장착되기 때문에, 용접로봇(R)이 갖는 절대오차가 용접 정밀도에 영향을 미치는 것을 막을 수 있다. 즉, 광학헤드(11)의 이동거리가 이동전후에 광학헤드 (11)의 위치상의 데이터를 기초로 하여 산출되는 상대량이기 때문에, 이 거리는 용접로봇(R)이 갖는 절대오차에 영향을 받지 않는다. 더욱이, 복수의 플랫 레이저 광선으로 조명된 부분의 복수의 화상을 적산하여 그루브(3)의 위치를 검출하고 있기 때문에, 그루브(3)의 변화가 확대됨과 더불어 노이즈의 영향을 배제할 수 있어 그루브(3)의 중심(3a)을 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

부수적으로, 약간의 단차와 갭은 상술한 그루브 검출방법에 의해 검출될 수 있다.

레이저 용접방법이 적용되는 본 발명에 따른 다른 실시형태의 레이저 용접장치는 도 10과 관련하여 설명된다. 레이저 용접장치(A1)는 이전 실시형태의 레이저 용접장치(A)의 변형이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 레이저 용접장치(A1)는 이전 실시형태에서의 레이저 용접장치(A)의 구성요소와 유사한 구성요소 외에 또 압박장치(50)를 포함한다. 압박장치(50)는 레이저 광선 조사장치(10)의 광학헤드에 포함된 YAG 레이저에 의해 방사되는 레이저 광선(스폿광; 2)을 이용하여 겹치기 용접 (lap-welding)하는 동안 워크피스(workpiece; W4)에 겹쳐 놓은 워크피스(W3)를 가압 휠(pressure wheel; 51)로 가압한다.

압박장치(50)는, 용접선 둘레의 워크피스(W3) 일부를 가압하는 가압 휠(51)과, 이 가압 휠(51)을 회전가능하게 지지하는 지지부재(52), 슬라이딩 부재(slidi ng member; 53) 및, 공기 실린더 액추에이터(pneumatic cylinder actuator; 54A) 등의 실린더 액추에이터(54)를 포함한다. 지지부재(52)의 상단부는 슬라이딩 부재 (53)의 하단부에 고착된다. 실린더 액추에이터(54)는 가압 휠(51)에 의해 워크피스(W3)에 가압력을 부여하기 위해 접합부재(45)에 고착된 가이드를 따라 슬라이딩 하는 슬라이딩 부재(53)를 구동시킨다. 슬라이딩 부재(53)와 실린더 액추에이터 (54)는 레이저 광선 조사장치(10)가 장착되어 있는 접합부재(45) 표면에 장착된다. 그러므로, 레이저 광선 조사장치(10)와 압박장치(50)는 같은 위치관계를 유지하도록 서로 구속되어 있다. 즉, 레이저 광선 조사장치(10)와 압박장치(10)는 일체적인 장치로서 수직으로 움직인다. 실린더 액추에이터(54)는 가압 휠(51)이 워크피스(W3)에 일정한 압력을 가하도록 제어된다.

본 발명에 따르면, 워크피스(W3)가 용접동안 일정한 압력에 의해 워크피스 (W4)에 가압되기 때문에, 만족스러운 용접 품질이 달성될 수 있다. 레이저 광선 조사장치(10)와 압박장치(50)는 같은 위치관계를 유지하기 때문에, 가압 휠(51)이 워크피스(W3)의 표면을 따라 이동해도 광학헤드(11)와 워크피스(W3)의 표면간의 거리는 변화하지 않는다. 그러므로, 가압 휠(51)이 워크피스(W3)의 표면을 따라 이동해도 광학헤드(11)의 초점을 항상 워크피스(W3)의 표면으로 할 수 있다. 즉, YAG 레이저에 의해 방사되고 레이저 광선 조사장치(10)에 의해 조사된 레이저 광선을 항상 워크피스(W3)의 표면에 조사할 수 있다.

상술한 바람직한 실시형태의 여러 가지 변형이 가능하다. 예컨대, 상술한 실시형태에서의 레이저 용접장치의 그루브 검출기는 4개의 플랫 레이저 광선을 이용하고 있지만, 그루브 검출기에 의해 조사되는 플랫 레이저 광선의 수는 4개 이외의 어떤 적당한 수, 예컨대 2개나 5개이어도 좋다.

상술한 실시형태에서의 레이저 용접장치는 용접선이 직선인 용접 작업에 적용되었지만, 본 발명의 레이저 용접장치는 곡률반경이 크고 레이저 광선 조사장치와 그루브 검출기 사이가 직선으로서 취급될 수 있는 곡선모양의 용접선을 따라 용접하는데 적용할 수 있다.

상술한 실시형태의 제어장치(30)는 로봇 콘트롤러(C)에 포함되어 있지만, 제어장치(30)는 레이저 광선 조사장치(10)에 장착되어 로봇 콘트롤러(C)와 신호를 교환할 수 있도록 해도 좋다.

또한, 본 발명은 여러 가지의 특정한 실시예와 관련하여 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 레이저 용접장치의 이동속도가 변동할지라도, 레이저 광선 조사장치는 용접방향에 대해 레이저 광선 조사장치의 소정 거리 전방에 배설된 그루브 검출기에 의해 검출된 워크피스 일부에 레이저를 정밀하게 조사할 수 있다.

본 발명의 레이저 용접장치는, 그루브 형상이 그루브의 검출이 어려운 매우 작은 변화를 가질지라도, 확실하면서 정밀도 좋게 그루브, 즉 용접선을 검출할 수 있다.

본 발명의 레이저 용접장치는, 메모리를 유효하게 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태의 레이저 용접장치를 갖춘 용접로봇의 개략도이고,

도 2는 도 1에 나타낸 레이저 용접장치의 사시도,

도 3a, 도 3b, 도 3c는 광학헤드 회전이동기구의 설명을 돕는 개략도,

도 4는 그루브(groove) 검출기(용접부 검출기)의 개략도,

도 5는 화상처리장치에 의해 실행되는 화상처리 프로시저를 설명을 돕는 도면으로, (a)는 플랫 레이저 광선으로 조사되는 부분의 화상을 나타낸 도면이고, (b)는 (a)에 나타낸 화상을 적산함으로써 획득되는 화상을 나타낸 도면,

도 6은 촬상장치(imaging device)에 의해 형성된 화상을 기초로 하여 위치오차량의 산출 원리의 설명을 돕는 도면,

도 7은 검출위치와 스폿형성위치의 위치관계를 나타낸 도면,

도 8은 버퍼메모리의 내용을 나타낸 도면,

도 9는 제어장치의 블록도,

도 10은 본 발명에 따른 다른 실시형태의 레이저 용접장치의 요부의 개략적인 정면도이다.

Claims

용접부 검출기와 이 용접부 검출기로부터 소정 거리 후방에 배설된 레이저 광선 조사장치를 상대속도 0으로 이동시키면서, 상기 용접부 검출기에 의해 검출된 용접부에 대해 상기 레이저 광선 조사장치에 의해 레이저 광선을 조사시키는 레이저 용접방법에 있어서,

상기 용접부 검출기에 의해 순차적으로 검출된 용접위치의 데이터를, 상기 용접위치의 데이터가 획득될 때의 시각 및 상기 용접부 검출기가 이동하는 이동속도와 함께 순차적으로 메모리에 기억시키는 단계와,

상기 용접부 검출기가 상기 레이저 광선 조사장치의 도달한 지점을 통과한 시각을, 상기 메모리에 기억되어 있는 시각 및 이동속도에 기초하여 산출하는 단계 및,

상기 산출하는 단계에 의해 산출된 시각에 있어서 상기 용접부 검출기에 의해 검출된 상기 용접위치에 대해 상기 레이저 광선 조사장치에 의해 레이저 광선을 조사시키는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 용접방법.
제1항에 있어서, 상기 용접부 검출기가 레이저 광선 조사장치의 도달한 지점을 통과한 시각이, 상기 용접부 검출기의 이동거리를 상기 메모리에 기억되어 있는 시각 및 이동속도에 기초하여 과거로 거슬러 올라가 산출하고, 상기 시각을 상기 용접부 검출기의 이동거리가 상기 레이저 광선 조사장치와 상기 용접부 검출기 사이의 소정 거리와 일치하는 시각, 또는 넘는 시각으로 함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용접부 검출기가 레이저 광선 조사장치의 도달한 지점을 통과한 시각의 산출에 이용되는 데이터는, 그 산출의 종료시에 소거되도록 된 것을 특징으로 하는 레이저 용접방법.
제1항에 있어서, 상기 용접부 검출기로부터 복수의 플랫 레이저 광선을 용접부에 조사하고, 상기 플랫 레이저 광선으로 조사된 상기 용접부의 화상을 촬상장치에 의해 촬상하며, 상기 화상을 합성화상을 얻기 위해 적산하고, 상기 합성화상에 기초하여 용접위치를 검출하도록 된 것을 특징으로 하는 레이저 용접방법.
제1항에 있어서, 상기 레이저 광선 조사장치에 대해 상대위치가 고정되어 있는 압박장치가 레이저 용접작업 동안에 상기 용접부에 압력을 가하도록 된 것을 특징으로 하는 레이저 용접방법.
제1항에 있어서, 상기 레이저 광선 조사장치가 YAG 레이저 광선을 조사하도록 된 것을 특징으로 하는 레이저 용접방법.
용접부를 검출하는 용접부 검출기와,

상기 용접부에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사장치,

상기 용접부 검출기와 상기 레이저 광선 조사장치간에 소정의 거리를 유지하도록 상기 용접부 검출기와 상기 레이저 광선 조사장치를 유지하면서, 상기 레이저 광선 조사장치를 그 이동방향과 직교 방향으로 회전이동시키는 회전이동 유지기구,

상기 회전이동 유지기구를 이동시키는 이동수단 및,

레이저 용접작업을 제어하는 제어장치를 구비하고,

상기 제어장치는, 상기 용접부 검출기에 의해 검출된 용접위치의 데이터를, 상기 용접위치의 데이터가 검출될 때의 시각 및 상기 회전이동 유지기구가 이동하는 이동속도와 함께 순차적으로 메모리에 기억시키고, 상기 용접부 검출기가 상기 레이저 광선 조사장치의 도달한 지점을 통과한 시각을 산출하며, 상기 제어장치에 의해 산출된 시각에 있어서 상기 용접부 검출기에 의해 검출된 용접위치에 대해 레이저 광선이 조사되도록 상기 레이저 광선 조사장치 및 상기 회전이동 유지기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
제7항에 있어서, 상기 용접부 검출기가 레이저 광선 조사장치의 도달한 지점을 통과한 시각이, 상기 용접부 검출기의 이동거리를 상기 메모리에 기억되어 있는 시각 및 이동속도에 기초하여 과거로 거슬러 올라가 산출하고, 상기 시각을 상기 용접부 검출기의 이동거리가 상기 레이저 광선 조사장치와 상기 용접부 검출기 사이의 소정 거리와 일치하는 시각, 또는 넘는 시각으로 함으로써 결정되도록 된 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 용접부 검출기가 플랫 레이저 광선 조사장치와 촬상장치를 갖추고, 상기 제어장치는 화상처리장치를 갖추며,

상기 플랫 레이저 광선 조사장치가 복수의 플랫 레이저 광선을 소정 간격으로 조사하고,

상기 촬상장치는 상기 플랫 레이저 광선으로 조사되어 있는 부분의 화상을 촬상하며,

상기 화상처리장치는 합성화상을 형성하기 위해 상기 촬상장치에 의해 촬상된 화상을 적산하고, 상기 합성화상에 기초하여 용접위치를 검출하도록 된 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
제7항에 있어서, 상기 레이저 광선 조사장치에 대해 상대위치가 고정되어 있는 압박장치를 더 구비하고, 상기 압박장치는 레이저 용접작업 동안에 상기 용접부를 가압하는데 적합한 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
제7항에 있어서, 상기 레이저 광선 조사장치가 YAG 레이저 광선을 조사하도록 된 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
제7항에 있어서, 상기 이동수단이 로봇인 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.