JP2007000909A - レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークを２枚の板材の重ね継手でレーザ溶接を行う際の板材相互の隙間を適正に確保し、溶接品質を向上させる。
【解決手段】 亜鉛メッキ鋼板からなる２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄ相互間に、上側の板材Ｗｕに形成した突起部５によって隙間Ｓを形成する。突起部５近傍の溶接進行方向と直交する側のワークＷに対し、２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄ相互を接触させるべく加圧ローラ１１により加圧し、この加圧状態で、加圧ローラ１１と突起部５との間のレーザ光照射部位７近傍に、隙間Ｓを確保した状態で２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄ相互が接触する方向に加圧ピン１５により加圧する。加圧ピン１５は、レーザ光照射部位７より溶接進行方向前側に位置する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、加熱によりガスが発生する被覆層にて表面処理されたワークを２枚の板材の重ね継手でレーザ溶接を行うレーザ溶接装置およびレーザ溶接方法に関する。

レーザ溶接などの局部加熱による溶接は、ワークに対する入熱が少ないことからワークの溶接歪みが少ない溶接方法として、突き合わせ溶接や重ね溶接などに用いられている。入熱が少ない理由は、レーザビームなどの局部加熱源を小さな点に集めてエネルギを集中することができ、高速で溶接可能だからである。

このようなレーザ溶接では、ワークのエネルギ入熱部のみを溶融して接合を行うため、ワークの溶融量が少なく、継手隙間を小さくする必要がある。

また、亜鉛メッキ鋼板をレーザ溶接する際には、特に重ね溶接において、ワーク表面の亜鉛メッキ層が蒸発、飛散して溶接欠陥（ブローホールや気泡）が生じることから、これを防ぐためにワーク相互間に適正な隙間を設ける必要があり、この隙間を設けるために、ワークに突起部を設けることが一般的に行われている。

例えば、下記特許文献１に記載のものは、重ね合わせた２枚のメッキ鋼板の上板に、下板に向けて突出する突起部を設け、この突起部を下板に接触させることでメッキ鋼板相互に隙間を形成している。この際、突起部近傍の上板を治具により下板に向けて加圧し、突起部の高さに対応した隙間を確保するようにしている。
特開２００１−１６２３８８号公報

しかしながら、上記した従来の技術では、突起部，加圧部および溶接部の位置関係と、突起部の高さに応じて隙間が変化することから、これらの管理を精度よく行う必要があり、このため隙間を適正に確保することが困難であり、隙間が変化することで、溶接ビード形状が不安定となって溶接品質の低下を招いている。

そこで、本発明は、ワークを２枚の板材の重ね継手でレーザ溶接を行う際の板材相互の隙間を適正に確保し、溶接品質を向上させることを目的としている。

本発明は、加熱によりガスが発生する被覆層にて表面処理されたワークを２枚の板材の重ね継手でレーザ溶接を行うレーザ溶接装置において、前記２枚の板材相互間に隙間を形成するための隙間確保部を設けるとともに、この隙間確保部の近傍に、前記２枚の板材相互を接触させるべく加圧する第１加圧部を設け、この第１加圧部と前記隙間確保部との間における前記２枚の板材相互間に隙間を有するレーザ光照射部位近傍に対し、前記隙間を確保した状態で前記２枚の板材相互が接触する方向に加圧し、かつ前記第１加圧部に対して加圧方向に規定寸法ずれた位置に設置した第２加圧部を設けたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、隙間確保部と２枚の板材相互を接触させるべく加圧する第１加圧部との間のレーザ光照射部位近傍において、第２加圧部により、２枚の板材相互が接触する方向に加圧して、隙間を確保するようにしたので、隙間確保部，第１加圧部およびレーザ光照射部位の相互の位置関係や、隙間確保部の寸法が多少変化したとしても、第１加圧部に対して加圧方向に規定寸法ずれた位置にある第２加圧部による加圧によって、レーザ光照射部位での隙間を適正に確保することができ、溶接品質を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態を示すレーザ溶接装置の側面図、図２は、図１のＡ矢視方向から見た要部の正面図である。ここでのワークＷは、加熱によりガスが発生する、例えば亜鉛が表面処理としてメッキされている亜鉛メッキ鋼板である２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄを重ね合わせたもので、この２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄに対し、レーザ加工ヘッド１から照射されるレーザ光３により重ね継手溶接を行う。

そして、ここでの上部に位置する板材Ｗｕには、例えばエンボス加工によって形成した隙間確保部としての突起部５を、下部の板材Ｗｄに向けて突出して設けており、この突起部５の図２中で右側の近傍にレーザ光３を照射し、ここをレーザ照射部位７としている。

レーザ加工ヘッド１に一端を接続した光ファイバ５の他端に設けるレーザ発振器としては、例えばＹＡＧレーザを用い、図１中の矢印Ｂで示す右方向（図２中では紙面手前方向）にレーザ加工ヘッド１が移動しながら溶接を行う。

図２に示すように、レーザ加工ヘッド１の下部側面にはローラ保持ブロック９を装着し、ローラ保持ブロック９の先端には、ローラ保持ブラケット１０の上部を取り付ける。そしてローラ保持ブラケット１０の下部側面には、第１加圧部を構成する加圧ローラ１１を、支持軸１３を介して回転可能に取り付ける。

この加圧ローラ１１は、レーザ照射部位７に対し突起部５と反対側に位置しており、この位置でワークＷに対して上側の板材Ｗｕを加圧し、この加圧した板材Ｗｕを下側の板材Ｗｄに接触させる。これにより、突起部５と加圧ローラ１１との間の板材Ｗｕ，Ｗｄ相互間に、図２中でほぼ三角形状となる隙間Ｓを形成する。

また、レーザ加工ヘッド１の下部における溶接進行方向（図１中の矢印Ｂ方向）前方側には、第２加圧部となる加圧ピン１５の上部を取り付け、加圧ピン１５の下部は、図１に示すようにレーザ光３側に向けて屈曲させ、その下端により図２のように上側の板材Ｗｕを加圧する。加圧ピン１５による板材Ｗｕへの加圧位置は、図１に示すようにレーザ光３によるレーザ照射部位７に対して溶接進行方向Ｂの前方で、かつ溶接進行方向の同一直線上に位置している。

加圧ピン１５の下端は、板材Ｗｕ，Ｗｄ相互を密着させるように加圧する加圧ローラ１１の下端より、例えばｈ＝０．２〜０．３ｍｍ上方に規定寸法ずれた位置に設置し、加圧ピン１５による加圧時には、板材Ｗｕと板材Ｗｄとの間の隙間が適正なものとなるようにする。

上記したレーザ加工ヘッド１は、レーザ溶接用ロボット１９により保持されて上記した溶接進行方向Ｂに向けて移動する。レーザ溶接用ロボット１９はヘッド保持ブラケット２１を備えている。ヘッド保持ブラケット２１は、基部２３の先端に、図１中で上下方向に延長されるシリンダ取付部２５を備えるとともに、シリンダ取付部２５の上端に図１中で右方向に突出するガイド取付部２７を備えている。シリンダ取付部２５には、レーザ加工ヘッド１を上下動させるエアシリンダ２９を装着し、ガイド取付部２７には、レーザ加工ヘッド１の上下移動をガイドするガイドレール３１の上部を装着している。

一方、レーザ加工ヘッド１には、ヘッド保持具３３を装着している。ヘッド保持具３３は、レーザ加工ヘッド１に固定される固定部３５と、エアシリンダ２９のピストンロッド３７の先端が連結固定される連結部３９と、ガイドレール３１に沿って上下動するスライド部４１とを、それぞれ備えている。

また、レーザ加工ヘッド１またはヘッド保持具３３には、溶接部を保護するためのシールドガスとなるアルゴンガスを吐出するノズル４３を、図示しないブラケットを介して取り付けている。このノズル４３には、図示しないアルゴンガスボンベからガス配管を通してアルゴンガスを供給する。さらに、特に図示しないが、溶接フュームやスパッタからレーザ照射口を保護するエアシャッタとなるエアを放出する機構を備えている。

なお、加圧ローラ１１によるワークＷに対する加圧部位は、レーザ照射部位７に対し溶接進行方向Ｂに直交する図２中で右側方位置と、加圧ピン１５に対し溶接進行方向Ｂに直交する図２中で右側方位置との間のＰ（図１）の範囲内におけるどの位置にあってもよい。

図３は、上記した加圧ローラ１１および加圧ピン１５により、ワークＷを加圧した状態で、レーザ光３をワークＷに照射しつつ、レーザ加工ヘッド１を溶接進行方向Ｂへ移動させつつレーザ溶接を行っている状態を簡略化して示した斜視図である。

次に作用を説明する。まず、図４（ａ）のように、板材Ｗｄの上に、突起部５を備える板材Ｗｕを載せる。このとき、各板材Ｗｕ，Ｗｄは撓みなどの発生により、突起部５は、その全体が板材Ｗｄに接触するわけではなく、図４（ａ）のように板材Ｗｄに対して離間している部分がある。

この状態で、レーザ溶接用ロボット１９により、レーザ加工ヘッド１をワークＷの加工部位の上方位置まで移動させた後、エアシリンダ２９の駆動により、そのピストンロッド３７が図１中で下方に進出移動することで、ヘッド保持具３３を介してレーザ加工ヘッド１が下方に移動する。

これにより、図４（ｂ）のように、加圧ローラ１１が突起部５から所定間隔離れた位置にて板材Ｗｕに接触し、その近傍の突起部５は、板材Ｗｄに対して離間している部位が板材Ｗｄに接触する。このとき、加圧ピン１５は板材Ｗｕにまだ接触していない。

その後、さらにエアシリンダ２９の駆動によりレーザ加工ヘッド１を下降させることで、図４（ｃ）のように板材Ｗｕが変形し始め、これに伴い加圧ピン１５も板材Ｗｕに接触して加圧する。続いて図４（ｄ）のように、加圧ローラ１１による加圧部分で板材Ｗｕが板材Ｗｄに接触することになり、この状態でワークＷに対する加圧が完了する。

図４（ｄ）のように、加圧ローラ１１が、板材Ｗｕを板材Ｗｄに接触させるまで加圧した状態では、加圧ピン１５は、その加圧部下方位置での板材Ｗｕの下面と板材Ｗｄの上面との間に形成される隙間寸法ｔが、亜鉛メッキ鋼板の板材Ｗｕ，Ｗｄ相互の重ね合わせ溶接を行う際の適正な値となるように、加圧している。

上記した隙間寸法ｔの適正な値とは、レーザ光３照射時の加熱により発生する亜鉛メッキ層のガスを逃がし得る最低許容値以上である。このような隙間寸法ｔは、加圧ピン１５の下端を、加圧ローラ１１の下端より、前記した規定寸法ｈだけ上方にずれた位置とすることで容易に形成できる。

上記したワークＷに対する加圧状態で、レーザ溶接用ロボット１９の教示動作に従って、レーザ加工ヘッド１が図３に示すように溶接進行方向Ｂに向けて移動することで、レーザ溶接を行う。このとき、加圧ローラ１１は板材Ｗｕに対して回転しながら移動し、加圧ピン１５は板材Ｗｕに対して接触した状態で移動する。

上記のようなレーザ溶接を行う際には、加圧ピン１５が、板材Ｗｕ，Ｗｄ相互を接触させている加圧ローラ１１と突起部５との間のレーザ照射部位７近傍を加圧することで、レーザ照射部位７近傍の板材Ｗｕ，Ｗｄ相互間の隙間寸法ｔを適正に確保する。

この際、本実施形態では、突起部５，加圧ローラ１１およびレーザ照射部位７の相互の位置関係や、突起部５の高さが多少変化しても、加圧ローラ１１と加圧ピン１５との上下位置を規定寸法ｈだけずらせているので、上記した隙間寸法ｔを一定に確保できる。

したがって、これら突起部５，加圧ローラ１１およびレーザ照射部位７の相互の位置関係や、突起部５の高さの管理を精度よく行うことなく、隙間寸法ｔを適正に確保することができ、ワークＷ表面の亜鉛メッキ層が蒸発、飛散しても、溶接欠陥（ブローホールや気泡）の発生を防止し、これにより溶接ビード形状も安定して溶接品質が向上する。

図５（ａ）〜（ｃ）は、上記した突起部５，加圧ローラ１１およびレーザ照射部位７の相互の位置関係や、突起部５の高さが変化した例を示している。

図５（ｂ）は、突起部５と加圧ピン１５との間隔Ｃが、図５（ａ）の同間隔Ｄより広い例である。この例では、レーザ加工ヘッド１が、図５（ａ）に対して突起部５からより離れた位置にあり、この際加圧ローラ１１および加圧ピン１５はレーザ加工ヘッド１に一体化しているので、両者相互の高さの差（規定寸法ｈ）および図中で左右方向の間隔Ｅは、図５（ａ）と（ｂ）で同一である。

また、加圧ローラ１１による加圧部位では板材Ｗｕ，Ｗｄ相互が密着しているので、加圧ローラ１１と下部の板材Ｗｄの上面との間隔も、上部の板材Ｗｕの板厚分となって図５（ａ）と（ｂ）で一定であり、したがって、加圧ピン１５と板材Ｗｄとの間隔も一定となり、加圧ピン１５に対応する板材Ｗｕの下面と板材Ｗｄの上面との隙間寸法ｔも、板材Ｗｕの傾斜角度の相違によって僅かに相違するものの、図５（ａ）と（ｂ）でほぼ同一となる。

以上より、突起部５と加圧ピン１５との間隔Ｄ，Ｃが、図５（ａ），（ｂ）のように変化しても、レーザ照射部位７近傍の隙間寸法ｔを一定に確保することができる。

図５（ｃ）は、突起部５の高さＦが、図５（ａ）の同高さＧより高い例である。この例では、レーザ加工ヘッド１とワークＷとの相対位置関係が、図５（ａ），（ｃ）で同一であり、また加圧ローラ１１および加圧ピン１５はレーザ加工ヘッド１に一体化しているので、上記と同様に両者相互の高さの差（規定寸法ｈ）および図中で左右方向の間隔Ｅは、図５（ａ）と（ｃ）で同一である。なお、加圧力については、突起部５の高さＦが高くなる分高くすることになる。

したがって、この例においても、加圧ローラ１１による加圧部位では板材Ｗｕ，Ｗｄ相互が密着しているので、加圧ローラ１１と下部の板材Ｗｄの上面との間隔も、板材Ｗｕの板厚分となって図５（ａ）と（ｃ）で同一であり、よって、加圧ピン１５と板材Ｗｄとの間隔も図５（ａ）と（ｃ）で同一となり、板材Ｗｕの下面と板材Ｗｄの上面との隙間寸法ｔも、板材Ｗｕの傾斜角度の相違によって僅かに相違するものの、図５（ａ）と（ｃ）でほぼ同一となる。

以上より、突起部５の高さＧ，Ｆが、図５（ａ），（ｃ）のように変化しても、レーザ照射部位７近傍の隙間寸法ｔを一定に確保することができる。

上記した本実施形態では、突起部５，加圧ローラ１１およびレーザ照射部位７の相互の位置関係や、突起部５の高さの変化の許容値を、加圧ピン１５を設けない従来例に対し、適正な隙間寸法ｔを確保した状態で大きくとることができる。

また、加圧力の管理についても、従来に比較して許容値を大きくとることができ、また前記図４（ａ）の状態で発生しうる突起部５と下部の板材Ｗｄとの隙間についても、従来に比較して許容値を大きくとることができる。

さらに、本実施形態では、以下に示す作用効果を得ることができる。

加圧ローラ１１および加圧ピン１５をワークＷの一方側の上方から加圧するので、ワークＷの端末近傍のみでなく、端末から離れた部位に対するレーザ溶接についても、隙間寸法ｔを適正に確保しつつ実施可能である。

プレス加工などにより板厚が変化した場合でも、加圧ローラ１１と加圧ピン１５との上下高さの差（規定寸法ｈ）が一定なので、隙間寸法ｔを適正に確保することができる。

なお、本実施形態では、加圧ローラ１１と加圧ピン１５との高さの差（規定寸法ｈ）を規定値に管理する必要があるが、これら加圧ローラ１１および加圧ピン１５は、前記図１に示したように、レーザ加工ヘッド１に一体化しているので、取り付け時（または設備保全時，仕業点検時など）の精度を確保することで、容易に管理可能であり、隙間寸法ｔを容易に確保することができる。

ワークＷに対する加圧力としては、加圧ローラ１１と加圧ピン１５にかかる圧力の合計値を管理すればよい。

なお、加圧ローラ１１および加圧ピン１５は、溶接作業時においてレーザ照射部位７の近傍に位置してそれとの相対位置が一定であることから、加圧ローラ１１または加圧ピン１５に、前記したアルゴンガスを吐出するノズル４３の機能をもたせてもよい。

また、加圧ローラ１１は、ワークＷ上を回転せずに、加圧ピン１５のように摺動するピン状としてもよく、逆に加圧ピン１５は、ワークＷ上を摺動せずに、加圧ローラ１１のように回転するローラとしてもよい。

さらに、図３のように溶接進行方向Ｂに連続する突起部５に代えて、円形の突起部を溶接進行方向Ｂに沿って所定間隔を置いて断続的に複数設けてもよい。

また、隙間確保部として前記した突起部５に代えて、図６（ａ）のように、２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄ相互間に異材４５を挿入して隙間Ｓを確保する方法や、図６（ｂ）のように上部の板材Ｗｕに上方に向けて屈曲する屈曲部４７を設けて隙間Ｓを確保する方法でもよい。

なお、板材Ｗｕ，Ｗｄ相互間の隙間を形成するための前記した突起部５は、下側の板材Ｗｄに設けても構わない。

ただし、２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄ相互で剛性が異なるとすれば、加圧する上部の板材Ｗｕを剛性の低いものとした方が加圧しやすく、したがってこの加圧しやすい上部の板材、つまり剛性の低い板材に対してエンボス加工を行う方が成形性がよいので、２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄ相互の剛性が異なる場合には、上部の板材に突起部５を設けた方がよい。

また、上部の板材Ｗｕに突起部５を設けた場合、溶接する上側から突起部５と溶接部位との位置関係を確認できるため、溶接作業自体および溶接後の品質確認などが容易である。

図７は、突起部５と加圧ローラ１１との間隔をＨ、加圧ローラ１１と加圧ピン１５との間隔をＥ、突起部５の高さ相当寸法をｔ0、加圧ピン１５における隙間寸法をｔ、加圧ローラ１１と加圧ピン１５との高さ寸法差をｈとした場合の、各値相互の関係を示している。

このような各値相互の位置関係において、突起部５の高さは、ｔ0／Ｈ＞ｈ／Ｅ、すなわち、ｔ0＞（Ｈ／Ｅ）×ｈ、が成り立つように設定する。この式が成り立たない場合には、突起部５の高さ（突起部５の高さ相当寸法ｔ0）が低すぎることになり、隙間寸法ｔも適正値より小さくなってしまう。

このように、突起部５の高さを、最低値で管理することで、ある一定の幅で管理する場合に比較して管理が容易となる。

本発明の第２の実施形態として、加圧ローラ１１の加圧によって発生する荷重を測定し、この測定した荷重に応じて、ワークＷに対する加圧ローラ１１と加圧ピン１５を合わせた全体の加圧力を調整する。これにより、加圧力が高すぎることによるワークＷ（下側の板材Ｗｄ）の変形を防ぎ、板材Ｗｕ，Ｗｄ相互の隙間の変形を防いで隙間寸法ｔを適正なものとする。また、加圧に必要なエネルギを最小限とすることができる。

また、必要な加圧力の変化を記録することで、突起部５の精度変化、板材Ｗｕ，Ｗｄ相互間の合わせの精度変化をモニタリングすることができる。

例えば、前記図５（ａ）〜（ｃ）において、加圧ローラ１１による荷重が一定となるように合計加圧力を変化させる。表１は、そのときの加圧力を示す。

加圧ローラ１１による荷重を一定の１００Ｎとなるようにした状態で、加圧ピン１５による荷重が、図５（ａ）では２００Ｎ，図５（ｂ）では１００Ｎ，図５（ｃ）では３００Ｎとなり、合計加圧力は、図５（ａ）で３００Ｎ，図５（ｂ）で２００Ｎ，図５（ｃ）で４００Ｎとなる。すなわちこの場合、加圧ピン１５は、加圧ピン１５が突起部５に近い位置にあるほど、また突起部５の高さ寸法が大きいほど、２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄへの加圧力を大きくしている。

このように、板材Ｗｕ，Ｗｄ相互が密着して加圧される部位の荷重を一定とすることで、下側の板材Ｗｄの変形を防ぎ、溶接部での隙間寸法ｔを適正に確保することができる。

これに対し、表２は、合計加圧力を図５（ａ）〜（ｃ）のすべてにおいて一定の４００Ｎとした場合の、加圧ローラ１１と加圧ピン１５による荷重を示している。この場合には、加圧ローラ１１における荷重が図５（ａ）〜（ｃ）で互いに変化してしまい、この結果下側の板材Ｗｄが、例えば荷重が３００Ｎとなる図５（ｂ）では変形し、溶接部での隙間寸法ｔを適正に確保することができなくなる。

図８は、本発明の第３の実施形態に係わる、前記図４（ｂ）に対応する正面図である。この実施形態は、２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄを間に挟んで加圧ローラ１１と反対側に、下側の板材Ｗｄを受けて、加圧ローラ１１との間で２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄを挟持するワーク受け部としてのローラ側受け治具４９を設けるとともに、２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄを間に挟んで加圧ローラ１１と反対側の、突起部５に対応する部位に、下側の板材Ｗｄを受けるワーク受け部としての突起部側受け治具５１を設けている。

これにより、特に板材Ｗｄの剛性が低く、２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄ相互の合わせばらつきを矯正するためなどに、加圧力を高めた場合に、板材Ｗｄの変形を防止することができ、隙間寸法ｔを精度よく確保することができる。

なお、上記したローラ側受け治具４９や突起部側受け治具５１に代えて、板材Ｗｄ自体に補強材を設けて強度を高め、変形を防ぐようにしてもよい。

図９は、本発明の第４の実施形態に係わる、前記図３に対応する斜視図である。この実施形態は、第１の実施形態における１本の加圧ピン１５に代えて、２本の加圧ピン５３，５５により、レーザ光照射部位７に対して溶接進行方向Ｂの両側の２箇所を加圧する構成としている。ここで、２本の加圧ピン５３，５５による２箇所の加圧位置は、レーザ光照射部位７から等距離にあるものとする。

上記２本の加圧ピン５３，５５は、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、前記図１に示したものと同様なレーザ加工ヘッド１に設けた支持軸５７に、リンク機構５９を介して支持してある。リンク機構５９は、支持軸５７に対し左右に延びて上下に揺動可能な横リンク６１と、横リンク６１の両端に対して上端を回転可能に連結する一方、下端を前記加圧ピン５３，５５に連結する一対の縦リンク６３，６５とを、それぞれ備えている。

すなわち、図１０（ａ）のように互いに同一高さとなった状態の２本の加圧ピン５３，５５が、上側の板材Ｗｕに対し、加圧ローラ１１の加圧動作に続いて加圧動作を行うと、板材Ｗｕの傾斜に沿ってリンク機構５９が図１０中で時計回り方向に回転する。この際、２本の加圧ピン５３，５５の上下高さの平均値が、各ピン５３，５５相互の中間位置の上下高さ、すなわち第１の実施形態における加圧ピン１５の上下高さと同等となり、結果として加圧ローラ１１と２本の加圧ピン５３，５５との間の高さの差（規定寸法ｈ）を、第１の実施形態と同様に確保することができる。

このように、２本の加圧ピン５３，５５によりレーザ照射部位７の両側の２箇所を加圧することで、加圧部位がレーザ照射部位７に対して溶接進行方向同等位置となり、第１の実施形態のように加圧ピン１５による加圧部位がレーザ照射部位７より溶接進行方向前方となる場合と比較して、隙間寸法ｔをより適正なものとすることができる。

また、上記した第４の実施形態において、２本の加圧ピン５３，５５の高さの差を、図示しない加圧部位置検出手段によって検出し、この検出した差が規定値から外れている場合には、異常判定手段によって、溶接位置のずれや突起部５の異常を判定し、溶接作業を停止する処理を行う。

図１１は、本発明の第５の実施形態に係わるレーザ溶接装置の模式化した平面図である。この実施形態は、前記図１に示した第１の実施形態におけるレーザ加工ヘッド１に対し、加圧ローラ１１および加圧ピン１５を、溶接点となるレーザ照射部位７を中心として一体的に回転可能に構成している。

この場合、図１１（ａ）のように図中で上から下に向かってレーザ加工ヘッド１が移動してレーザ溶接を行っている状態で、図１１（ｂ）のように図中で左方向へレーザ加工ヘッド１が移動しつつ連続してレーザ溶接を行う場合、その溶接進行方向がＢからＢａに変化する方向変換点６７で、加圧ローラ１１および加圧ピン１５を、互いに一体化した状態で図１１中で時計回り方向に９０度回転させる。この際、レーザ溶接用ロボット１９の姿勢はそのままで変化させる必要はない。なお、図１１中の符号６９で示すものは、溶接ビードである。

加圧ローラ１１および加圧ピン１５を一体的に回転させる具体的な手段としては、図１におけるレーザ加工ヘッド１やヘッド保持具３３に、モータおよびこのモータによってこれらに対して回転する部材を取り付け、この回転する部材に加圧ローラ１１および加圧ピン１５を固定保持させればよい。

なお、上記した各実施形態では、ワークＷに対して下方に向けて加圧する例を示したが、ワークを起立させた状態で、水平方向に向けて加圧する場合にも本発明を適用することができる。

図１２は、本発明の第６の実施形態を示すレーザ溶接装置の、前記図１に対応する側面図、図１３は、図１２の右方向（溶接進行方向Ｂの前方）から見た正面図である。この実施形態は、第１加圧部として、レーザ加工ヘッド１とは別体の上部治具７１を、上側の板材Ｗｕに対して下方に向けて押し付けている。下側の板材Ｗｄの下部には下部治具７３を設け、これら各治具７１，７３でワークＷを挟持している。なお、図１２では、上部治具７１，下部治具７３および上側の板材Ｗｕを省略している。

ここでのレーザ加工ヘッド１は、図１２中で左側に装着した水平可動台座７５を備え、図１３中で左右方向に延びる水平スライドレール７７に沿って水平可動台座７５とともにスライド移動する。水平可動台座７５には水平駆動エアシリンダ７９のピストンロッド８１を連結し、水平駆動エアシリンダ７９の駆動によりレーザ加工ヘッド１が図１３中で左右方向に移動する。

水平スライドレール７７および水平駆動エアシリンダ７９は、上下可動台座８３の下部側面に固定してあり、上下可動台座８３は図１２，１３中で上下に延びる上下スライドレール８５に沿って移動する。上下可動台座８３の上端には上下駆動エアシリンダ８７のピストンロッド８８を連結し、上下駆動エアシリンダ８７の駆動により、上下可動台座８３がレーザ加工ヘッド１とともに図１２，１３中で上下方向に移動する。

上下スライドレール８５および上下駆動エアシリンダ８７は、レーザ溶接用ロボット１９に設けたヘッド保持ブラケット８９に固定保持させる。

そして、このレーザ加工ヘッド１には、前記図１に示した第１の実施形態と同様に加圧ピン１５を設けている。また、レーザ加工ヘッド１には、図１３に示すように、前記図２におけるローラ保持ブロック９を装着した位置に、上部治具７１との相対位置関係を規定する位置規定手段としての位置決め機構９１を装着している。

位置決め機構９１は、レーザ加工ヘッド１から上部治具７１に向けて水平方向に延びる水平部材９３と、水平部材９３の途中から下方に延びる鉛直部材９５とをそれぞれ備えている。そして、水平部材９３の先端下部に半球形状の上下位置決め用突起９７を、当接部として設けるとともに、鉛直部材９５の先端側部に同じく半球形状の水平位置決め用突起９９を、当接部として上部治具７１に対向して設けている。

次に、上記図１２，１３に示した第６の実施形態の作用を説明する。上下治具７１と下部治具７３との間でワークＷを挟持して加圧し、この加圧状態で、レーザ加工ヘッド１をレーザ溶接ロボット１９により図１３に対応する位置まで移動させる。このとき、水平駆動エアシリンダ７９および上下駆動エアシリンダ８７は、いずれも前進限位置まで各ピストンロッド８１および８８を前進させておく。

そして、上記図１３の状態から、レーザ溶接ロボット１９の教示動作により、レーザ加工ヘッド１を、図１３中で右方向に移動させて、水平位置決め用突起９９を上部治具７１の側面に当接させ、さらに押し込む。これにより、ピストンロッド８１は後退して後退限位置にて停止する。このピストンロッド８１の後退限位置で、第１加圧部である上部治具７１と加圧ピン１５との間の水平方向間隔が、前記図１に示した第１の実施形態における加圧ローラ１１と加圧ピン１５との間の同間隔と同等となる。

続いて、レーザ溶接ロボット１９の教示動作により、レーザ加工ヘッド１を、図１３中で下方に向けて移動させて、上下位置決め用突起９７を上部治具７１の上面に当接させ、さらに押し込む。これにより、ピストンロッド８８は後退して後退限位置にて停止する。このピストンロッド８８の後退限位置で、第１加圧部である上部治具７１と加圧ピン１５との上下（高さ）方向間隔が、前記図１に示した第１の実施形態における加圧ローラ１１と加圧ピン１５との同間隔（規定寸法ｈ）と同等となる。

このように、上部治具７１に対する加圧ピン１５の相対位置を位置決めした状態では、図１３に対する図１４の模式図で示すように、加圧ピン１５により上側の板材Ｗｕを加圧し、規定の隙間寸法ｔを確保した状態となる。

上記した第６の実施形態によれば、上部治具７１が溶接前にワークＷを下部治具７３との間で挟持固定し、板材Ｗｕと板材Ｗｄとを互いに密着させておくことで、レーザ加工ヘッド１の加圧によるワークＷの位置ずれを防止することができる。また、第１加圧部を上部治具７１としてレーザ加工ヘッド１と別体としているので、レーザ加工ヘッド１側の構造を簡素化することができる。

さらに、２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄ相互の合わせ状態の修正は上部治具７１によって行い、加圧ピン１５での加圧で行う必要がないので、加圧ピン１５の加圧力を第１の実施形態に比較して弱くすることができ、上側の板材Ｗｕの変形を抑えることができる。

また、レーザ加工ヘッド１は、ワークＷを挟持している上部治具７１に対し、位置決め機構９１により位置決めしているので、レーザ加工ヘッド１のワークＷに対する姿勢が安定し、その結果隙間寸法ｔも安定して溶接品質が向上する。

図１５は、本発明の第７の実施形態を示すレーザ溶接装置の、前記図１４に対応する模式図である。この実施形態は、前記図１４における位置決め機構９１に代えて、位置決め機構１０１を設けている。

位置決め機構１０１は、上部治具７１の上面位置を検出する位置検出手段としての上下位置センサ部１０３を備えるとともに、上部治具７１の図１５中で左側面位置を検出する位置検出手段としての左右位置センサ部１０５を備えている。

そして、この実施形態においては、レーザ溶接ロボット１９の教示動作によって、加圧ピン１５が前記図１３における加圧ピン１５とほぼ同じ位置となるようレーザ加工ヘッド１を移動させ、この状態から、さらにレーザ溶接ロボット１９の教示動作により、レーザ加工ヘッド１を図１５中で右方向に移動させて、左右位置センサ部１０５による上部治具７１の検出動作をまず実施する。

左右位置センサ部１０５が上部治具７１を検出したら、レーザ加工ヘッド１の上記した図１５中での右方向への移動を停止させ、今度はレーザ溶接ロボット１９の教示動作により、レーザ加工ヘッド１を図１５中で下方向に移動させて、上下位置センサ部１０３による上部治具７１の検出動作を実施する。そして、上下位置センサ部１０３が上部治具７１を検出したら、レーザ加工ヘッド１の上記した図１５中での下方向への移動を停止させる。

この状態で、レーザ加工ヘッド１は上部治具７１に対する相対位置が規定され、このとき加圧ピン１５は、２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄ相互間に前記した規定の隙間寸法ｔを確保するよう上側の板材Ｗｕを加圧している。

上記した第７の実施形態によれば、前記図１２〜図１４に示した第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第７の実施形態によれば、第６の実施形態のような位置決め機構９１をレーザ加工ヘッド１とともにスライド移動させるスライド機構が不要な分、構造を簡素化することができる。

図１６は、本発明の第８の実施形態を示すレーザ溶接装置の、前記図１４に対応する模式図である。この実施形態は、加圧ローラ１１および加圧ピン１５を、第１の実施形態と同様にレーザ加工ヘッド１に一体化する一方、被位置決め部としての治具１０７を下側の板材Ｗｄに当接させて位置決めしている。

そして、レーザ加工ヘッド１に第１の実施形態と同様な位置決め機構９１を設け、この位置決め機構９１の水平部材９３および鉛直部材９５により治具１０７に対して位置決めを行うことで、レーザ加工ヘッド１のワークＷに対する姿勢を適正に確保する。

上記した位置決め機構９１および治具１０７により加圧部位置規定手段を構成している。

なお、上述の第６〜第８の各実施形態においては、位置決め機構９１または１０１を、レーザ加工ヘッド１の両側に一対設けてもよい。これにより、レーザ照射部位７に対し、突起部５と治具７１との位置が逆転した場合に対応できる。

本発明の第１の実施形態を示すレーザ溶接装置の側面図である。 図１のＡ矢視図である。 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簡略化して示した斜視図である。 図１のレーザ溶接装置によるワークに対する加圧動作を示す動作説明図である。 図１のレーザ溶接装置における突起部，加圧ローラおよびレーザ照射部位の位置関係や、突起部の高さが変化した例を示す説明図である。 第１の実施形態の突起部に代わる隙間確保部の構成を示す説明図で、（ａ）は２枚の板材相互間に異材を挿入した例、（ｂ）は上側の板材に上方に向けて屈曲する屈曲部を設けた例である。 突起部，加圧ローラ，加圧ピン相互の間隔や、突起部の高さ、加圧ピンにおける隙間寸法、加圧ローラと加圧ピンとの高さ寸法差に基づく、各値相互の関係を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係わる、図４（ｂ）に対応する正面図である。 本発明の第４の実施形態に係わる、図３に対応する斜視図である。 第４の実施形態における加圧前の状態（ａ）と、加圧後の状態（ｂ）とをそれぞれ示す動作説明図である。 本発明の第５の実施形態に係わるレーザ溶接装置の溶接動作を示す模式化した平面図である。 本発明の第６の実施形態を示すレーザ溶接装置の、図１に対応する側面図である。 図１２の右方向（溶接進行方向前方）から見た正面図である。 図１３に示したレーザ溶接装置の模式図である。 本発明の第７の実施形態を示すレーザ溶接装置の、図１４に対応する模式図である。 本発明の第８の実施形態を示すレーザ溶接装置の、図１４に対応する模式図である。

符号の説明

Ｗ ワーク
Ｗｕ，Ｗｄ 板材
５ 突起部（隙間確保部）
７ レーザ光照射部位
１１ 加圧ローラ（第１加圧部）
１５ 加圧ピン（第２加圧部）
４５ 異材（隙間確保部）
４７ 屈曲部（隙間確保部）
４９ ローラ側受け治具（ワーク受け部）
５１ 突起部側受け治具（ワーク受け部）
９１ 位置決め機構（位置規定手段，加圧部位置規定手段）
９７ 上下位置決め用突起（当接部）
９９ 水平位置決め用突起（当接部）
１０１ 位置決め機構（位置規定手段）
１０３ 上下位置センサ部（位置検出手段）
１０５ 左右位置センサ部（位置検出手段）
１０７ 治具（被位置決め部，加圧部位置規定手段）

Claims (16)

1. 加熱によりガスが発生する被覆層にて表面処理されたワークを２枚の板材の重ね継手でレーザ溶接を行うレーザ溶接装置において、前記２枚の板材相互間に隙間を形成するための隙間確保部を設けるとともに、この隙間確保部の近傍に、前記２枚の板材相互を接触させるべく加圧する第１加圧部を設け、この第１加圧部と前記隙間確保部との間における前記２枚の板材相互間に隙間を有するレーザ光照射部位近傍に対し、前記隙間を確保した状態で前記２枚の板材相互が接触する方向に加圧し、かつ前記第１加圧部に対して加圧方向に規定寸法ずれた位置に設置した第２加圧部を設けたことを特徴とするレーザ溶接装置。
2. 前記第２加圧部は、前記レーザ光照射部位近傍における前記２枚の板材相互の隙間を、前記加熱により発生するガスを逃がし得る最低許容値以上とするよう加圧することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。
3. 前記２枚の板材を間に挟んで前記第１加圧部と反対側に、第１加圧部との間で前記２枚の板材を挟持するワーク受け部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ溶接装置。
4. 前記２枚の板材を間に挟んで前記第１加圧部と反対側の、前記隙間確保部に対応する部位に、前記２枚の板材を受けるワーク受け部を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置。
5. 前記第１，第２各加圧部を、前記レーザ加工ヘッド対し、前記レーザ光の中心軸線を中心として一体的に回転可能としたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置。
6. 前記第１加圧部を、レーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと別体とする一方、前記第２加圧部を前記レーザ加工ヘッドに一体化し、前記第２加圧部が、前記隙間を確保した状態で前記２枚の板材相互が接触する方向に加圧する際に、前記第１加圧部と前記第２加圧部との相対位置関係を規定する位置規定手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置。
7. 前記位置規定手段は、前記第１加圧部に当接する当接部として、前記レーザ加工ヘッドに一体化して設けられていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ溶接装置。
8. 前記位置規定手段は、前記２枚の板材相互を接触させるべく加圧した状態の前記第１加圧部の位置を検出する位置検出手段の検出動作に基づいて、前記第１加圧部と前記第２加圧部との相対位置関係を規定することを特徴とする請求項６に記載のレーザ溶接装置。
9. 前記第１加圧部および前記第２加圧部を、レーザ光を照射するレーザ加工ヘッドに一体化し、前記第１加圧部および前記第２加圧部が、前記２枚の板材を加圧した状態で、この２枚の板材に対する位置関係を規定する加圧部位置規定手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置。
10. 前記加圧部位置規定手段は、前記ワーク側に設置した被位置決め部と、前記レーザ加工ヘッドに設けられ、前記被位置決め部に当接する当接部とを備えることを特徴とする請求項９に記載のレーザ溶接装置。
11. 前記第１加圧部による前記２枚の板材への加圧力を一定とした状態で、前記第２加圧部が、前記レーザ光照射部位近傍に、前記隙間を確保した状態で前記２枚の板材相互が接触する方向に加圧することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置。
12. 前記第２加圧部は、前記隙間確保部に近い位置にあるほど、前記２枚の板材への加圧力を大きくすることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ溶接装置。
13. 前記第２加圧部は、前記隙間確保部により確保される前記２枚の板材相互の隙間が大きいほど、前記２枚の板材への加圧力を大きくすることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ溶接装置。
14. 前記第２加圧部は、前記レーザ光照射部位に対して溶接進行方向両側の２箇所を加圧する構成としたことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置。
15. 前記第２加圧部の２箇所の加圧部位を、加圧方向に相対移動可能とし、それぞれの加圧方向の位置を検出する加圧部位置検出手段を設け、この位置検出手段が検出する各位置の差が規定値から外れている場合に、加圧異常であると判定する異常判定手段を設けたことを特徴とする請求項１４に記載のレーザ溶接装置。
16. 加熱によりガスが発生する被覆層にて表面処理されたワークを２枚の板材の重ね継手でレーザ溶接を行うレーザ溶接方法において、前記２枚の板材相互間に隙間確保部によって隙間を形成し、前記隙間確保部近傍に対し、前記２枚の板材相互を接触させるべく第１加圧部により加圧し、この加圧状態で、前記第１加圧部と前記隙間確保部との間における前記２枚の板材相互間に隙間を有するレーザ光照射部位近傍を、前記隙間を確保した状態で前記２枚の板材相互が接触する方向に、前記第１の加圧部に対して加圧方向に規定の寸法だけずれた位置に設置した第２加圧部により加圧することを特徴とするレーザ溶接方法。

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