JP2004306057A - レーザ溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接品質を維持しつつ、溶接作業全体に要する時間を低減させることができるレーザ溶接装置を提供する。
【解決手段】レーザ光１６を車体パネル１５に断続的に照射するレーザ光照射装置１３と、該レーザ光照射装置１３を保持して溶接方向に移動させるハンドリングロボット及び支持プレート１２と、支持プレート１２に取り付けられて、レーザ光照射装置１３を相対移動させるリンク装置１４とを備え、支持プレート１２に配設されて回転駆動する回転軸２０と、該回転軸２０に回動自在に軸支されて回転軸２０からの回転駆動力を前記レーザ光照射装置１３に直線運動に変換して伝達するロッド部材１８とからなる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ溶接装置に関し、更に詳しくは、被溶接体に対して所定間隔を隔てて断続的に溶接するスティッチ溶接に用いるレーザ溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車体パネルを溶接する際に、所定のピッチを隔てて断続的に溶接ビードを形成するレーザ光によるスティッチ溶接が用いられている（例えば、特許文献１参照）。このスティッチ溶接においては、溶接速度が所定値を超えると溶接不良が発生するため、溶接中におけるレーザ光照射装置の送り速度は一定値以下に抑制されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２８８７５６公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のスティッチ溶接に用いられるレーザ溶接装置においては、レーザ光を照射していない非溶接時における送り速度を大きくすると、レーザ光照射装置を移動させる移動装置に短時間のうちに大きな加減速を与えることになり、移動装置にかかる荷重負荷が大きくなっていた。このため、溶接作業時間が全体として長くなるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、溶接品質を維持しつつ、溶接作業全体に要する時間を低減させることができるレーザ溶接装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にあっては、レーザ光を被溶接体に対して断続的に照射し、スティッチ溶接を行うレーザ光照射手段と、該レーザ光照射手段を保持して溶接方向側に移動させる第１の照射装置移動手段と、該第１の照射装置移動手段に配設され、前記レーザ光照射手段を第１の照射装置移動手段に対して相対的に移動させる第２の照射装置移動手段とを備え、前記レーザ光照射手段を移動させながらレーザ光を被溶接体に照射させることによって、被溶接体にレーザ光によるスティッチ溶接を行うレーザ溶接装置であって、前記第２の照射装置移動手段を、レーザ溶接中は溶接方向と反対側にレーザ光照射手段を相対的に移動させる一方、レーザ溶接を行っていないときは溶接方向側にレーザ光照射手段を相対的に移動させるように構成したことを特徴としている。
【０００７】
【発明の効果】
本発明に係るレーザ溶接装置によれば、前記第２の照射装置移動手段を、前記レーザ光照射手段からレーザ光を照射している間は溶接方向と反対側にレーザ光照射手段を相対移動させる一方、レーザ光を照射していない間は溶接方向側にレーザ光照射手段を相対移動させるようにしたため、溶接全体に要する作業時間を短縮することができる。即ち、レーザ溶接を行っているときは、前記第２の照射装置移動手段でレーザ光照射装置を溶接方向の反対側に相対的に移動させることによって、溶接速度を小さくすることができるため、安定した溶接品質を確保することができる。一方、レーザ溶接を行っていない、いわゆる空走時にはレーザ光照射手段を速い速度で移動させて、次のスティッチ溶接位置まで速く到達させることができるため、溶接作業全体としての作業時間は短くなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面と共に詳述する。
【０００９】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態によるレーザ溶接装置１０を示す斜視図である。このレーザ溶接装置１０は、その先端部にハンド部１１を有する図外のハンドリングロボットと、このハンド部１１に固定された支持プレート１２と、該支持プレート１２に配設され、レーザ光照射装置１３をスライド移動させるリンク装置１４と、支持プレート１２に取り付けられ、被溶接体である車体パネル１５に対してレーザ光１６を断続的に照射するレーザ光照射手段であるレーザ光照射装置１３とを備えている。
【００１０】
第１の照射装置移動手段である、前記ハンドリングロボットと支持プレート１２とは、ともに一体になって溶接方向に向けてレーザ光照射装置１３を移動させるように構成されている。即ち、ハンドリングロボットの先端部に設けられたハンド部１１には、支持プレート１２が固定されており、ハンド部１１と共に支持プレート１２が溶接方向に移動する。
【００１１】
また、第２の照射装置移動手段であるリンク装置１４は、支持プレート１２の溶接方向側の端部に設けられた回転部材１７と、該回転部材１７に回動自在に軸支されたロッド部材１８とからなる。さらに、回転部材１７は、支持プレート１２に取り付けられた駆動部１９及び該駆動部１９からの駆動力によって回転する回転軸２０から構成されている。この回転軸２０は円筒状に形成されており、図２に示すようにロッド部材１８の一端側は回転軸２０の側面に取り付けられており、他端側はレーザ光照射装置１３に回動自在に取り付けられている。
【００１２】
ここで、前記回転軸２０は、図３に示すようにロッド部材１８との連結部２１の位置によって、回転速度を変更するように構成されている。具体的には、前記連結部２１が回転軸２０の上半分（一点鎖線Ｌよりも上側）に位置しているときは、大きい角速度ω１で回転し、下半分（一点鎖線Ｌよりも下側）に位置しているときは小さな角速度ω２で回転する。さらに、回転軸２０の下半分のうち、領域Ａの範囲においてレーザ光照射装置１３からレーザ光１６を照射するように設定されている。
【００１３】
また、図１，２に示すように、支持プレート１２には上下に間隔を隔てて２本のスライド溝２２，２３が形成されている。これらのスライド溝２２，２３は、断面略矩形状の凹部に形成されており、レーザ光照射装置１３の裏面側に固定された図外の支持部が嵌合されている。よって、前記回転軸２０が回転してロッド部材１８から荷重が入力されると、レーザ光照射装置１３はスライド溝２２，２３上を左右方向に摺動するように構成されている。さらに、レーザ光照射装置１３の上面には、レーザ光１６の導体である光ファイバ２４が接続されており、図外のレーザ光発振装置で発生及び増幅されたレーザ光１６が送給される。
【００１４】
なお、被溶接体は、自動車の車体パネル１５であり、上側に配置されたインナーパネル２５と下側に配置されたアウターパネル２６とを互いに当接させ、この状態で、両パネル２５，２６に向けてレーザ光照射装置１３からレーザ光１６を照射することによって、スティッチ溶接によるレーザ溶接を行う。
【００１５】
図４は、前記回転軸２０の回転位置とレーザ光照射装置１３の移動速度との関係を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は回転軸２０の回転時間を示し、縦軸はレーザ光照射装置１３の溶接方向への移動速度を示している。なお、この移動速度は、前記ハンドリングロボットによる移動速度とリンク装置１４による移動速度とを合わせた合計速度を示している。
【００１６】
まず、連結部２１が回転軸２０の左端であるＰ０（図３参照）に位置しているときは、図４に示すように、レーザ光照射装置１３の移動速度は最も小さく、ハンドリングロボットによる移動速度のみなる。次いで、連結部２１が最も高い位置Ｐ１にあるときは移動速度が最も大きくなり、連結部２１が回転軸２０の右端であるＰ２位置にあるときは前記Ｐ０位置と同様にレーザ光照射装置１３の移動速度は最も小さくなる。そして、レーザ光１６を照射する範囲は、図４のＲ領域であり、溶接可能速度の上限ラインＷよりも下側に位置している。ここで、図３におけるレーザ光照射領域であるＡ領域は図４のＲ領域に対応しており、このＲ領域は図３のＰ３〜Ｐ４に至る範囲である。
【００１７】
このように、本実施形態のレーザ溶接装置１０によれば、レーザ光照射装置１３からレーザ光１６を照射していない間（図４におけるＰ０からＰ３まで及びＰ４からＰ０までの間）のレーザ光照射装置１３の移動速度は、レーザ光１６を照射している間（図４のＰ３からＰ４までの間）の移動速度よりも大きくなるように設定されている。これにより、レーザ光１６を照射していない、いわゆる空走部分では速く移動させ、レーザ光１６を照射する部分では遅く移動させることができるため、一定の溶接品質の溶接部５８（図１参照）が得られ、かつ溶接作業時間を全体として短縮することができる。
【００１８】
［第２の実施形態］
図５から図７は、第２の実施形態によるレーザ溶接装置３０を示している。本実施形態によるレーザ溶接装置３０は、第１の照射装置移動手段である、図外のハンドリングロボットのハンド部及び該ハンド部に固定された支持ブラケット３１と、該支持ブラケット３１に固定されたハウジング３２とを備えている。このハウジング３２の内部には、導体である光ファイバ３３と、該光ファイバ３３から送給されたレーザ光３４を被溶接体である車体パネル３５に照射するレーザ光照射装置３６と、該レーザ光照射装置３６を溶接方向に対して前進及び後退方向に移動させる、第２の照射装置移動手段としてのボールねじ装置３７とが収容されている。
【００１９】
光ファイバ３３は、一端が図示しないレーザ光発振器に接続され、他端がハウジング３２の上面からハウジング３２内部に突出して設けられている。前記レーザ光発振器から発振されたレーザ光３４がこの光ファイバ３３内を通り、該光ファイバ３３の端部３３ａから出射される。
【００２０】
レーザ光照射装置３６は、光ファイバ３３から出射されたレーザ光３４を平行光にするコリメーションレンズ３８と、該コリメーションレンズ３８からの平行光を反射して横方向に送る第１の反射ミラー３９と、該第１の反射ミラー３９から送られたレーザ光３４を下方に反射させる第２の反射ミラー４０と、該第２の反射ミラー４０からのレーザ光３４を集光するフォーカシングレンズ４１とから構成されている。これらのコリメーションレンズ３８、第１の反射ミラー３９、第２の反射ミラー４０、及びフォーカシングレンズ４１は回転テーブル４２上に固定されている。また、前記第２の反射ミラー４０とフォーカシングレンズ４１は、取付ブラケット４３に固定されており、前記第１の反射ミラー３９と第２の反射ミラー４０は、ともに約４５°の傾斜角をもって配設されている。
【００２１】
そして、ボールねじ装置３７は、第２の反射ミラー４０とフォーカシングレンズ４１が取り付けられた取付ブラケット４３を回転テーブル４２に対して横方向に移動させるものである。
【００２２】
図６に示すように、平板状に形成された支持板４４の上部には円形の穴４５が形成されており、この穴４５に円形のナット部材４６が多数の小球５２を介して回動自在に設けられている。ナット部材４６には円筒状の突設部４７が突き出ており、該突設部４７の外周面にはギヤ部４８が形成されている。また、この突設部４７の下方には、ギヤ部４８に螺合するギヤ部材４９が回動自在に軸支されており、略コ字状に屈曲したブラケット５０に取り付けられた駆動モータ５１によって前記ギヤ部材４９が駆動回転するように構成されている。さらに、前記ナット部材４６の中央部にはメネジが形成された軸穴５３が設けられており、この軸穴５３にスクリューシャフト部材５４が螺合して収容されている。
【００２３】
前記構成を有するボールねじ装置３７によれば、駆動モータ５１を作動させてギヤ部材４９を回転させることによって、ナット部材４６が回転し、併せてこのナット部材４６に螺合したスクリューシャフト部材５４が前進又は後退移動する。なお、図５に示すように、支持板４４には上部及び下部に横方向に延びる支持ロッド５５，５５が固定されており、これらの支持ロッド５５，５５は取付ブラケット４３の挿通穴に挿入され、前記取付ブラケット４３の前進又は後退移動をスムーズかつ確実にすることができる。
【００２４】
そして、回転テーブル４２の下面には駆動モータ５７が配設されており、該駆動モータ５７を作動させることによって、図７に示すように前記第１の反射ミラー３９を回転させることができる。さらに、回転テーブル４２は、図外の駆動装置を用いて、同図に示すように第１の反射ミラー３９を中心に回転させることができる。
【００２５】
前記構成を有する第２の実施形態によるレーザ光照射装置３０を用いて、被溶接体である車体パネル３５を溶接する手順について説明する。
【００２６】
まず、直線状の溶接方向の場合は、ロボットのハンド部を直線状に移動させ、この状態でハウジング３２内に収容されたレーザ光照射装置３６を前記ボールねじ装置３７を用いて溶接方向と反対側に移動させながら、前記レーザ光照射装置３６から車体パネル３５に対してレーザ光３４を照射する。次いで、第１回目のスティッチ溶接が終了したら、レーザ光照射装置３６からのレーザ光３４の照射を止めて、ボールねじ装置３７を作動させてレーザ光照射装置３６を初期位置に戻す。さらに、２回目のスティッチ溶接を始める際に、レーザ光照射装置３６を前記ボールねじ装置３７を用いて溶接方向と反対側に移動させながら、前記レーザ光照射装置３６から車体パネル３５に対してレーザ光３４を照射する。このような動作を繰り返すことによって、複数のスティッチ溶接部を形成する。
【００２７】
なお、図８に示す車体パネル３５のコーナ部のように、湾曲した部位にスティッチ溶接を施す場合は、前述した回転テーブル４２を作動させる。
【００２８】
即ち、ハンドリングロボットのハンド部を直線状に移動させながら回転テーブル４２を回転させると共にレーザ光照射装置３６を溶接方向に対して後退させることによって、湾曲した曲線状のスティッチ溶接も確実に行うことができる。
【００２９】
以上述べたように、本発明のレーザ溶接装置は、第１及び第２の実施形態に例をとって説明したが、これらの各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施形態を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるレーザ溶接装置を示す斜視図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図２のリンク装置の拡大図である。
【図４】第１実施形態のレーザ溶接装置における、レーザ光照射装置の移動速度とリンク装置の回転時間との相関を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態によるレーザ溶接装置を示す側面図である。
【図６】図５のボールねじ装置を示す斜視図である。
【図７】第２実施形態によるレーザ溶接装置の回転テーブルを示す平面図である。
【図８】第２実施形態における被溶接体である車体パネルのコーナ部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０，３０…レーザ溶接装置
１１…ハンド部（第１の照射装置移動手段）
１２…支持プレート（第１の照射装置移動手段）
１３，３６…レーザ光照射装置（レーザ光照射手段）
１４…リンク装置（第２の照射装置移動手段）
１５，３５…車体パネル（被溶接体）
１６，３４…レーザ光
１７…回転部材
３７…ボールねじ装置（第２の照射装置移動手段）
４６…ナット部材
５４…スクリューシャフト部材

Claims (4)

1. レーザ光を被溶接体に断続的に照射するレーザ光照射手段と、該レーザ光照射手段を保持して溶接方向に移動させる第１の照射装置移動手段と、該第１の照射装置移動手段に取り付けられて、前記レーザ光照射手段を第１の照射装置移動手段に対して相対移動させる第２の照射装置移動手段とを備え、前記レーザ光照射手段を移動させながらレーザ光を照射させることによって、被溶接体にレーザ光によるスティッチ溶接を行うレーザ溶接装置であって、
   前記第２の照射装置移動手段を、前記レーザ光照射手段からレーザ光を照射している間は溶接方向と反対側にレーザ光照射手段を相対移動させる一方、レーザ光を照射していない間は溶接方向側にレーザ光照射手段を相対移動させるように構成したことを特徴とするレーザ溶接装置。
2. 前記第２の照射装置移動手段によるレーザ光照射手段の溶接方向側への相対移動速度を、溶接方向と反対側の相対移動速度よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。
3. 前記第２の照射装置移動手段は、前記第１の照射装置移動手段に配設されて回転駆動する回転部材と、該回転部材に回動自在に軸支されて前記回転部材からの回転駆動力を前記レーザ光照射装置に直線運動に変換して伝達するロッド部材とからなるリンク装置であり、前記レーザ光照射装置をこのロッド部材に取り付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ溶接装置。
4. 前記第２の照射装置移動手段は、前記第１の照射装置移動手段に配設されて回転駆動するように構成されたナット部材と、該ナット部材に螺合され、ナット部材の回転によって溶接方向側に前進又は後退するように構成されたスクリューシャフト部材とからなるボールねじ装置であり、前記レーザ光照射装置をこのスクリューシャフト部材に取り付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ溶接装置。

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