JP2004090054A

JP2004090054A - レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置

Info

Publication number: JP2004090054A
Application number: JP2002255877A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Yoshikawa; 吉川　暢広
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP4052068B2

Abstract

【課題】互いに重ね合わせたワーク相互間に隙間が生じても、それを矯正してレーザ光を所望の溶接位置に照射し、溶接品質を向上させる。
【解決手段】互いに重ね合わせた２枚の板材７，９のうち上側の板材９の端縁部に沿ってレーザ光５を照射する。レーザ光５の照射は、ロボット３が支持した加工ヘッド３を板材９の端縁部に沿って移動させ、このとき押圧ローラ２３により、板材７，９相互の重ね合わせ部を押圧して板材７，９相互の隙間Ｓを矯正する。加工ヘッド３の移動方向前方側にてロボット３が支持したレーザセンサ３７が、板材９の端縁部を検出し、この検出位置を溶接位置としてレーザ光５を照射するよう、リニアモータ１９により加工ヘッド３を溶接移動方向と直交する横方向に移動させる。また、隙間Ｓの矯正時での押圧ローラ２３の押圧量を考慮して、加工ヘッド３を上記横方向に移動させる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２つのワークを互いに重ね合わせ、この重ね合わせた上部側のワークの端縁部に沿って、加工ヘッドが移動しつつレーザ光を照射してレーザ溶接を行うレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ワークの溶接位置を検出しながら溶接を行う溶接方法として、例えば特公平６−３０８１４号公報に記載されたものがある。
【０００３】
上記した溶接位置を検出する場合、ワークとして２枚の板材を重ね合わせ、その上側の板材の端縁部に沿ってレーザ溶接を行う際には、特にワークが自動車用パネル材のように３次元の複雑な形状を備えている場合には、各板材相互間に隙間が生じやすいものとなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように各板材相互間に隙間が生じていると、検出した溶接位置にレーザ光を照射しても、板材相互の継ぎ手部の接合強度が低下し、溶接品質の低下を招く。
【０００５】
そこで、この発明は、互いに重ね合わせたワーク相互間に隙間が生じても、それを矯正してレーザ光を所望の溶接位置に照射し、溶接品質を向上させることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、２つのワークを互いに重ね合わせ、この重ね合わせた上側のワークの端縁部に沿って加工ヘッドが移動しつつレーザ光を照射してレーザ溶接を行うレーザ溶接方法において、前記加工ヘッドの溶接移動方向前方の前記ワーク重ね合わせ部を溶接位置検出手段で検出するとともに、前記レーザ光の照射位置付近の前記ワーク重ね合わせ部を隙間矯正手段で押圧してワーク相互の隙間を矯正し、前記溶接位置検出手段で検出した溶接位置に基づいて、前記加工ヘッドをその溶接移動方向と交差する横方向に移動させ、この横方向の移動を、前記隙間矯正手段によるワークに対する押圧量を考慮して行うものとしてある。
【０００７】
【発明の効果】
この発明によれば、溶接位置検出手段で検出した溶接位置に基づいて、加工ヘッドをその溶接移動方向と交差する横方向に移動させる際に、互いに重ね合わせたワーク相互の隙間を矯正するときのワーク押圧量を考慮するようにしたため、ワーク相互間に隙間が生じていても、その隙間を矯正してレーザ光を所望の溶接位置に照射でき、溶接品質を向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【０００９】
図１（ａ）は、この発明の実施の一形態を示すレーザ溶接装置の側面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のレーザ溶接装置による溶接位置を示す平面図である。移動手段としてのロボット１に支持される加工ヘッド３は、図１中で左方向に移動しながらレーザ光５をワークＷに対して照射しつつレーザ溶接を行う。すなわち、上記左方向が溶接移動方向Ａとなる。ワークＷは、図２に示すように、２枚の板材７，９を重ね合わせたもので、この重ね合わせた上側の板材９の端縁部９ａに沿ってレーザ溶接を行う。
【００１０】
加工ヘッド３は、図示しないレーザ発振器から発振したレーザ光を光ファイバ１１にてハウジング１３内に導き、ハウジング１３内に設けた光学系のレンズ１５，１７を介して前記したレーザ光５としてワークＷに向けて照射する。
【００１１】
上記した加工ヘッド３は、横方向移動支持手段としてのリニアモータ１９によって、前記したロボット１に支持されているブラケット２１に対して図１中で紙面に直交する方向に移動可能である。すなわち、加工ヘッド３は、その溶接移動方向Ａと交差する横方向に移動可能である。
【００１２】
上記したブラケット２１は、下端が加工ヘッド３側に向けて突出するよう屈曲したローラ支持アーム部２１ａを備え、ローラ支持アーム部２１ａの図２に示してある下方への凸部２１ｂが、隙間矯正手段としての押圧ローラ２３を、支持軸２５を介して回転可能に支持している。この押圧ローラ２３は、レーザ光５のワークＷへの照射位置近傍の各板材７，９相互の重ね合わせ部を押圧する。
【００１３】
一方、前記したロボット１は、図１中で上下方向に延長される支持フレーム２７を備え、この支持フレーム２７に、前記したブラケット２１を、押圧方向移動支持手段としてのガイド部２９を介して図１中で上下方向に移動可能に支持させてある。
【００１４】
また、支持フレーム２７の上端には、加工ヘッド３側に向けて突出する支持アーム３１を設け、支持アーム３１の下面に、前記したブラケット２１を図１中で下方に向けて加圧する加圧手段３３を設けてある。加圧手段３３としては、ブラケット２１を弾性的に加圧するものであればよく、例えばスプリングのような弾性手段でよい。
【００１５】
上記した加圧手段３３により、ブラケット２１を押圧してガイド部２９に沿って下方へ移動させると、これに伴い加工ヘッド３が下降するとともに、押圧ローラ２３も下降してワークＷを押圧する。
【００１６】
前記したロボット１における支持フレーム２７の下端に、加工ヘッド３より溶接移動方向Ａの前方に向けて突出するセンサ支持アーム３５を設け、このセンサ支持アーム３５の先端に、溶接位置検出手段としてのレーザセンサ３７を設けてある。
【００１７】
レーザセンサ３７は、その下端のレーザ照射部３９から、図１（ｂ）に示すように、溶接移動方向Ａと交差する横方向（図１（ｂ）中で上下方向）に長いスリット状のレーザ光４１をワークＷの重ね合わせ部に向けて照射する。このレーザ光４１の照射により、上側の板材９の端縁部９ａの位置、すなわち溶接位置を検出し、この検出した溶接位置に基づいて、制御手段としてのコントローラ４３が、前記したリニアモータ１９を駆動し、レーザ光５が常に前記溶接位置に照射されるよう制御する。
【００１８】
図１（ｂ）中で左右方向に延長される屈曲した実線Ｐは、板材９の端縁部９ａを示しており、この端縁部９ａをレーザセンサ３７により検出し、この検出した溶接位置と、ロボット１にあらかじめ教示された一点鎖線で示す直線状の溶接基準線Ｑとの横方向（図１（ｂ）中で上下方向）のずれ量を算出し、このずれ量に基づいて、リニアモータ１９を駆動して加工ヘッド３を横方向に移動させ、レーザ光５が実線Ｐに沿って照射されるようにする。
【００１９】
また、ガイド部２９は、加圧手段３３によりブラケット２１を押圧する前のブラケット２１の上下方向の基準位置から、加圧手段３３による押圧量、すなわち押圧ローラ２３によるワークＷに対する押圧量を検出する図示しないセンサを備えている。このセンサが検出した押圧量をコントローラ４３が取り込んで、前記したリニアモータ１９の駆動制御を行う。すなわち、コントローラ４３は、加工ヘッド３の上記した横方向の移動を、押圧ローラ２３によるワークＷに対する押圧量を考慮して行う。
【００２０】
次に作用を説明する。加工ヘッド３を備えたロボット１が溶接移動方向Ａに向けて移動し、このとき加圧手段３３のブラケット２１への下方への加圧力により、ブラケット２１に取り付けてある押圧ローラ２３が、２枚の板材７，９相互の重ね合わせ部を押圧しながら回転しつつ移動する。
【００２１】
ここで、図１（ａ）に示すように、２枚の板材７，９は、溶接前のワークセット時に、相互間に隙間Ｓが生じる場合があり、上記した押圧ローラ２３のワークＷへの押圧動作により、上記した隙間Ｓを矯正する。そして、この押圧量すなわち、ブラケット２１の下方への移動量は、前記した図示しないセンサが検出し、この検出値がコントローラ４３に入力される。
【００２２】
上記した加工ヘッド３の溶接移動方向Ａに向けての移動時には、レーザセンサ３７により溶接位置である前記上側の板材９の端縁部９ａを検出し、この検出した溶接位置に、レーザ光５が常に照射されるように、コントローラ４３がリニアモータ１９を駆動制御して、加工ヘッド３を図１（ａ）中で紙面に直交する方向に移動させる。
【００２３】
ここで、図２におけるスリット状のレーザ光４１のスリット長方向（図１（ｂ）の上下方向）に沿うワークＷの断面図である図３（ａ）に示すように、レーザ光５の照射向き（レーザ光中心軸Ｔ）が、上側の板材９の面に対する垂線Ｒに対して、角度θだけ図３（ａ）中で左側に傾いている場合を考える。レーザ光５に、このような傾きを与えることで、溶接時に発生する異物を溶接位置から離れた方向に飛ばすことができる。
【００２４】
このとき、押圧ローラ２３により上側の板材９を、隙間Ｓを矯正するために押圧するので、板材９が２点鎖線位置まで変形し、レーザ光５の照射すべき位置は、上側の板材９の端縁部９ａと下側の板材７の表面とが接触する点Ｐ_Ｂとなる。したがって、レーザセンサ３７で検出したワーク押圧前の溶接位置となる板材９の端縁部９ａ（図３（ａ）中の点Ｐ_０）に向けてレーザ光５を照射すると、実際の溶接点Ｐ_Ｂに対し、εだけ横方向にずれを生じる。
【００２５】
ここで、板材７，９相互間の板材９の板厚を含む初期隙間寸法をＤとすると、上記したずれ量εは、ＤＴａｎθとなる。初期隙間寸法Ｄが０．５〜１ｍｍの間を変動し、θ＝５°とすると、狙い誤差（ずれ量ε）は０．１６ｍｍ生じる。これは、継手端部をレーザで隅肉溶接する際に必要な狙い精度のおよそ４０％の大きさであり、溶接品質の低下を招く。
【００２６】
この際、図３（ｂ）に示すように、レーザセンサ３７で検出したワークＷの形状から、上側の板材９の端縁部９ａにおける継手端部Ｐ_０および上側の板材９の表面上の点Ｐ_３、下側の板材７上の点Ｐ_１、Ｐ_２を、それぞれ抽出する。なお、点Ｐ_１は、レーザ光５の中心軸の延長線と板材７の表面との交点である。
【００２７】
一方、発生している隙間Ｓは、レーザ溶接点近傍においては押圧ローラ２３によって、前述したように板材９の面に垂直な方向に押圧して矯正される。このため、上記抽出した形状の特徴点のうち、Ｐ_０−Ｐ_３から板材９の面方向を算出し、その面の垂線ＲとＰ_１−Ｐ_２直線の延長線との交点Ｐ_Ｂを、レーザ光５の狙い位置として設定する。つまり、コントローラ４３は、加工ヘッド３が上記したεだけ図３中で左方向に移動するように、リニアモータ１９を駆動制御する。
【００２８】
すなわち、コントローラ４３は、押圧ローラ２３によるワークＷに対する押圧量（隙間Ｓの寸法Ｄに相当）と、上側の板材９の板厚と、レーザセンサ３７が検出した溶接位置とに基づいて、板材９の端縁部９ａの押圧ローラ２３に押されることによる変形位置Ｐ_Ｂを算出し、この算出した端縁部９ａの変形位置Ｐ_Ｂに、レーザ光５を照射するように、加工ヘッド３をその溶接移動方向Ａと直交する方向に移動させる。
【００２９】
これにより、各板材７，９相互間に隙間Ｓが生じても、この隙間Ｓを矯正してレーザ光５を所望の溶接位置に照射でき、溶接品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はこの発明の実施の一形態を示すレーザ溶接装置の側面図、（ｂ）は（ａ）のレーザ溶接装置による溶接位置を示す同平面図である。
【図２】図１のレーザ溶接装置によりレーザ溶接を行っている状態を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は図２におけるスリット状のレーザセンサのスリット長方向に沿うワークの断面図、（ｂ）は隙間が発生することによる溶接位置のずれを補正するための動作を示す説明図である。
【符号の説明】
３　加工ヘッド
５　レーザ光
７，９　板材（ワーク）
９ａ　上側の板材の端縁部
１９　リニアモータ（横方向移動支持手段）
２３　押圧ローラ（隙間矯正手段）
２９　ガイド部（押圧方向移動支持手段）
３３　加圧手段
３７　レーザセンサ（溶接位置検出手段）
４３　コントローラ（制御手段）
Ｓ　板材相互の隙間（ワーク相互の隙間）

Claims

２つのワークを互いに重ね合わせ、この重ね合わせた上側のワークの端縁部に沿って加工ヘッドが移動しつつレーザ光を照射してレーザ溶接を行うレーザ溶接方法において、前記加工ヘッドの溶接移動方向前方の前記ワーク重ね合わせ部を溶接位置検出手段で検出するとともに、前記レーザ光の照射位置付近の前記ワーク重ね合わせ部を隙間矯正手段で押圧してワーク相互の隙間を矯正し、前記溶接位置検出手段で検出した溶接位置に基づいて、前記加工ヘッドをその溶接移動方向と交差する横方向に移動させ、この横方向の移動を、前記隙間矯正手段によるワークに対する押圧量を考慮して行うことを特徴とするレーザ溶接方法。
前記隙間矯正手段によるワークに対する押圧量と、前記上側のワークの板厚と、前記溶接位置検出手段が検出した溶接位置とに基づいて、前記上側のワークの端縁部の前記隙間矯正手段に押圧されることによる変形位置を算出し、この算出した前記端縁部の変形位置を基に、前記加工ヘッドをその溶接移動方向と交差する横方向に移動させることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
２つのワークを互いに重ね合わせ、この重ね合わせた上側のワークの端縁部に沿って、加工ヘッドが移動手段に支持されて移動しつつレーザ光を照射してレーザ溶接を行うレーザ溶接装置において、前記加工ヘッドの溶接移動方向前方の前記ワーク重ね合わせ部を検出する溶接位置検出手段と、前記レーザ光の照射位置付近の前記ワーク重ね合わせ部を押圧する隙間矯正手段と、前記加工ヘッドおよび隙間矯正手段を、この隙間矯正手段によるワーク押圧方向に移動可能に支持する押圧方向移動支持手段と、前記加工ヘッドを、その溶接移動方向と交差する横方向に移動可能に支持する横方向移動支持手段と、前記溶接位置検出手段が検出した溶接位置に基づいて、前記加工ヘッドをその溶接移動方向と交差する横方向に移動させる動作を、前記隙間矯正手段によるワークに対する押圧量を考慮して行う制御手段とを有することを特徴とするレーザ溶接装置。
前記制御手段は、前記隙間矯正手段によるワークに対する押圧量と、前記上側のワークの板厚と、前記溶接位置検出手段が検出した溶接位置とに基づいて、前記上側のワークの端縁部の前記隙間矯正手段に押圧されることによる変形位置を算出し、この算出した前記端縁部の変形位置を基に、前記加工ヘッドをその溶接移動方向と交差する横方向に移動させることを特徴とする請求項３記載のレーザ溶接装置。
前記溶接位置検出手段を、前記移動手段に支持させるとともに、前記加工ヘッドを、前記横方向移動支持手段および押圧方向移動支持手段を介して前記移動手段に支持させ、この移動手段に、前記隙間矯正手段を、前記加工ヘッドとともに隙間矯正手段の押圧方向に押し付ける加圧手段を設けたことを特徴とする請求項４記載のレーザ溶接装置。