JP2007014974A - Laser welding method and laser welding equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加熱によりガスが発生する被覆層により表面処理された板材、特に自動車の車体パネル材料として使用される亜鉛めっき鋼板に代表されるような板材のレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置に関し、より詳しくは少なくとも二枚の板材同士を重ね合わせてレーザ光照射による連続溶接を施す際に、ポロシティ対策として板材同士の間に微小な隙間を確保するべくレーザ光照射位置の近傍を加圧矯正する一方で、溶接状態をリアルタイムで監視するようにしたレーザ溶接方法とレーザ溶接装置に関するものである。 The present invention relates to a laser welding method and a laser welding apparatus for a plate material surface-treated by a coating layer that generates gas by heating, particularly a plate material represented by a galvanized steel plate used as a vehicle body panel material of an automobile, and more Specifically, when applying continuous welding by laser beam irradiation with at least two plates stacked, pressurizing and correcting the vicinity of the laser beam irradiation position to ensure a minute gap between the plates as a measure against porosity Thus, the present invention relates to a laser welding method and a laser welding apparatus which monitor a welding state in real time.
めっき鋼板を含む少なくとも二枚の鋼板同士を重ね合わせてレーザ光照射による連続溶接を施す場合、溶接時の熱により鋼板表面のめっき層が蒸発して気体となり、これがビード内にポロシティ(溶着金属中の小さなブローホールの群)として残ることによって溶接部の強度が低下することが知られている。 When two or more steel sheets including plated steel sheets are overlapped and continuous welding is performed by laser light irradiation, the plating layer on the steel sheet surface evaporates and becomes gas due to heat during welding, and this becomes a porosity (in the weld metal) in the beads. It is known that the strength of the welded portion is reduced by remaining as a small group of blowholes.
このポロシティの抑制対策として、鋼板同士の間に積極的に隙間を設けて、溶接中に発生した気泡を外部へ排出することが有効であることもまた知られているが、隙間が大きすぎると鋼板同士が溶着せずに溶接欠陥としていわゆる未溶着が発生するため、例えば特許文献1に記載のようにいずれか一方の鋼板に予め突起部を形成する一方、ピンやローラ等の加圧矯正治具を併用して突起部を他方の鋼板に接触させることで、鋼板同士の間の隙間を適正な大きさに管理することが行われている。また、一部では特許文献2に記載のような溶接品質検査装置をもって溶接品質を管理することも行われている。
しかしながら、例えば自動車の車体の一部を形成することになる複雑な三次元形状のパネル部品では、パネル部品自体の形状ばらつきや組立進行過程での累積による形状変化等のために同じ部位でも車体ごとに微妙に隙間の大きさが異なり、ポロシティや未溶着が発生しないような適正な隙間の大きさを保つには、パネル部品ごとにその都度隙間の大きさを把握して加圧矯正治具による矯正力を調整する必要があり、加圧矯正治具の構造の複雑さあるいは手順の複雑さを考慮すると実用的でない。 However, for example, in the case of a complex three-dimensional panel component that will form a part of the body of an automobile, the same part may be different even in the same part due to variations in the shape of the panel component itself or shape changes due to accumulation during the assembly process. However, in order to maintain an appropriate gap size that does not cause porosity or unwelding, the size of the gap must be determined for each panel component and used with a pressure correction jig. It is necessary to adjust the correction force, which is not practical considering the complexity of the structure of the pressure correction jig or the complexity of the procedure.
特に溶接作業そのものが自動化された量産ラインでは、微小な隙間をその都度把握することが不可能であるため、例えば特許文献2に記載のような溶接品質検査装置や目視によって溶接不良部位を検知して、後工程にて例えばMIG溶接等により溶接不良部位を修正(手直し)することも行われている。 In particular, in a mass production line in which the welding operation itself is automated, it is impossible to grasp a minute gap each time. For example, a welding quality inspection device as described in Patent Document 2 or a visual inspection is used to detect a defective welding portion. In addition, it is also possible to correct (rework) a welding defect site by, for example, MIG welding in a subsequent process.
ところが、MIG溶接等による手直し修正作業は部分溶接故にビード品質の低下を招き易いだけでなく、手直し修正工数の発生に伴い全体の工数および工程数の増加によりコストアップが余儀なくされるほか、ラインタクト(タクトタイム)の遅れにより生産性が低下することとなって好ましくない。 However, rework correction work such as MIG welding is not only easy to cause a decrease in bead quality due to partial welding, but the cost is increased due to the increase in the total man-hours and the number of processes due to the occurrence of rework work. It is not preferable because productivity is lowered due to a delay in (tact time).
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけ個々の鋼板の形状ばらつき等に応じて適正な隙間を確保して良好な溶接品質が得られるようし、さらに従来は必須とされた手直し修正工数やラインタクトの遅れ等を解消することができるようにしたレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を提供するものである。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and in particular, it ensures that an appropriate gap is obtained according to the variation in the shape of each steel sheet, so that good welding quality can be obtained. It is an object of the present invention to provide a laser welding method and a laser welding apparatus capable of eliminating the rework correction man-hours and line tact delays.
請求項1に記載の発明は、加熱によりガスが発生する被覆層により表面処理された板材を含む少なくとも二枚の板材同士を重ね合わせてレーザ光照射による連続溶接を施す際に、板材同士の間に微小な隙間を確保するためにレーザ光照射位置の近傍を加圧矯正する一方、溶接状態をリアルタイムで監視するようにしたレーザ溶接方法として、溶接中に溶接状態の変化に応じレーザ光照射位置と加圧矯正位置となすオフセット量を変化させることを特徴とする。 In the invention according to claim 1, when at least two plate materials including a plate material surface-treated with a coating layer that generates gas by heating are overlapped with each other and subjected to continuous welding by laser light irradiation, As a laser welding method in which the vicinity of the laser beam irradiation position is corrected and pressure is corrected in order to ensure a very small gap, the welding state is monitored in real time. The offset amount between the pressure correction position and the pressure correction position is changed.
この場合において、請求項2に記載のように、いずれか一方の材板のうちレーザ光照射による溶接部位の近傍に予め突起部を形成しておき、この突起部が他方の板材に接触するようにレーザ光照射位置よりも溶接方向進行側を加圧矯正するのが望ましい。また、溶接中における溶接状態の変化の有無は、例えば請求項3に記載のように、レーザ光照射位置の溶接状態をいわゆるプラズマモニタリング等の手法によりリアルタイムで監視した結果に基づいて行うのが望ましい。より望ましくは請求項4に記載のように、溶接状態をリアルタイムで監視して溶接品質の適否判定を行う一方、その溶接品質の適否判定とは別に溶接中の溶接状態の変化の有無を判定するものとする。
In this case, as described in claim 2, a projection is formed in advance in the vicinity of the welded portion by laser light irradiation of any one of the material plates, and this projection contacts the other plate material. In addition, it is desirable to pressurize and correct the welding direction traveling side rather than the laser beam irradiation position. Further, the presence or absence of a change in the welding state during welding is preferably performed based on the result of monitoring the welding state at the laser light irradiation position in real time by a technique such as so-called plasma monitoring as described in claim 3. . More preferably, as described in
その上で、請求項5に記載のように、レーザ光照射位置と加圧矯正位置となすオフセット量を変化させるのと同時にレーザ光の焦点位置を板圧方向で変化させることが一段と望ましい。
In addition, as described in
請求項6に記載に発明は、請求項1に記載の技術をレーザ溶接装置として捉えたものであって、加熱によりガスが発生する被覆層により表面処理された板材を含む少なくとも二枚の板材同士を重ね合わせてレーザ光照射による連続溶接を施すレーザ溶接装置として、板材同士の間に微小な隙間を確保するためにレーザ光照射位置の近傍を加圧矯正する加圧矯正手段と、溶接中に溶接状態をリアルタイムで監視してその溶接状態の変化の有無を判定する溶接品質検査手段と、溶接中の溶接状態の変化に応じレーザ光照射位置と加圧矯正位置となすオフセット量を変化させるオフセット量変更手段とを備えていることを特徴とする。
The invention according to
ここで、特に請求項1,6に記載の発明では、溶接中であれば例えばレーザ光が板材を溶融するときに発生するプラズマ光や吸収されずに反射した反射光を溶接品質検査手段にてモニタリングすることで、溶接中における溶接状態の変化の変化の有無を判定することができ、その結果から板材同士の間の隙間の状態をも推測可能であるとの知見に基づいている。
In particular, in the inventions described in
例えばプラズマモニタリング方式の溶接品質検査手段を採用した場合には0.1秒単位程度で溶接状態の変化の有無を判定することが可能であることから、溶接中に溶接直後のビードを長手方向で細分化した上でその個々の溶接状態の変化の有無を判定することがで可能である。具体的には、正常なビードの状態から未溶着が発生しつつある状態およびポロシティが発生しつつある状態にそれぞれ移行する過程を把握することが可能であるため、溶接状態に変化が表れ出したならば、直ちに溶接条件を変えて正常な状態を維持することが可能である。 For example, in the case of adopting a plasma monitoring type welding quality inspection means, it is possible to determine the presence or absence of a change in welding state in units of about 0.1 second. It is possible to determine whether or not there is a change in the individual welding state after subdividing. Specifically, it is possible to grasp the process of transition from a normal bead state to a state where non-welding is occurring and a state where porosity is occurring, so a change appears in the welding state. Then, it is possible to immediately change the welding conditions and maintain a normal state.
ここで、溶接中に溶接状態を積極的に制御できる因子として、加圧矯正手段による加圧力や、レーザ光照射位置と加圧矯正位置とのなす距離(オフセット量)等があるが、通常、加圧矯正手段による加圧にはエアシリンダ等を用いるため、加圧力調整による溶接品質の制御では加圧力の微調整が難しく、且つ加圧力調整の応答性が悪いとう欠点がある。そこで、本発明では、溶接状態の変化に基づく溶接条件の調整にレーザ光照射位置と加圧矯正手段による加圧位置とのなすオフセット量を用いる。 Here, factors that can positively control the welding state during welding include the pressure applied by the pressure correction means, the distance between the laser beam irradiation position and the pressure correction position (offset amount), etc. Since an air cylinder or the like is used for pressurization by the pressurizing and correcting means, fine control of the pressurizing force is difficult in controlling the welding quality by adjusting the pressurizing force, and the response of the pressurizing pressure adjustment is poor. Therefore, in the present invention, the offset amount between the laser beam irradiation position and the pressure position by the pressure correction means is used for adjusting the welding conditions based on the change in the welding state.
したがって、少なくとも請求項1,6に記載の発明では、溶接品質検査手段による溶接状態の変化の有無判定結果として未溶着が発生しつつある傾向を示したときにはこのオフセット量を小さくし、ポロシティが発生しつつある傾向を示したときには逆にオフセット量を大きくすれば、良好な溶接状態ひいては良好なビードの品質を維持してゆくことができるようになる。 Therefore, in at least the first and sixth aspects of the invention, when the welding quality inspection means shows a tendency to determine whether or not there is a change in the welding state, this offset amount is reduced to generate porosity. On the contrary, if the offset amount is increased, if the offset amount is increased, it is possible to maintain a good welded state and hence a good bead quality.
請求項1,6に記載の発明によれば、溶接中に溶接状態の変化の有無判定結果に応じレーザ光照射位置と加圧矯正位置となすオフセット量を変化させるようにしたため、個々の板材の形状ばらつき等に応じて隙間寸法が変化してもその隙間の状態を予測した上で溶接条件を調整することができ、その結果として常に良好な溶接品質が得られるほか、従来は必須とされた手直し修正工数やラインタクトの遅れ等を解消して、とりわけ量産ラインでの生産性の向上とコストダウンを図ることができるようになる。 According to the first and sixth aspects of the invention, the amount of offset between the laser beam irradiation position and the pressure correction position is changed according to the result of the presence / absence determination of the change in the welding state during welding. Even if the gap size changes depending on the shape variation etc., the welding condition can be adjusted after predicting the state of the gap, and as a result, good welding quality is always obtained, and in the past it was essential It will be possible to eliminate rework and man-hours, delays in line tact, etc., and to improve productivity and reduce costs especially on mass production lines.
図1は本発明に係るレーザ溶接装置のより具体的な実施の形態を示す概略説明図であり、本実施の形態では加熱によりガスが発生する被覆層により表面処理された板材として自動車の車体の一部を構成することになる亜鉛めっき鋼板製のパネル部品W1,W2同士を重ね合わせた上でこれらを被溶接物として連続溶接する場合の例を示している。 FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a more specific embodiment of a laser welding apparatus according to the present invention. In this embodiment, a plate material surface-treated with a coating layer that generates gas by heating is used for the body of an automobile. An example is shown in which the panel parts W1 and W2 made of galvanized steel sheets that constitute a part are superposed and then continuously welded as workpieces.
なお、ここでは図2に示すように上側となるパネル部品W1には溶接部位の近傍に予め所定のピッチにて突起部としてエンボス部Eを形成してあり、後述するようにレーザ溶接に先立ってこれらのエンボス部Eが下側のパネル部品W2に接触するように加圧矯正することで、双方のパネル部品W1,W2同士の間に所定の大きさの隙間Gが確保される。この隙間Gの大きさは、例えばパネル部品W1の板圧をtとしたときに0.4t程度が適正な大きさとされ、一般的な自動車用車体のパネル部品の場合には上記隙間Gは0.1〜0.3mm程度に設定される。 Here, as shown in FIG. 2, an embossed portion E is formed as a protruding portion at a predetermined pitch in the vicinity of the welded portion in the upper panel component W1 in advance, and prior to laser welding as will be described later. By correcting the pressure so that these embossed portions E are in contact with the lower panel component W2, a gap G having a predetermined size is secured between the two panel components W1 and W2. The size of the gap G is, for example, about 0.4 t when the plate pressure of the panel component W1 is t, and the gap G is 0 in the case of a general automotive body panel component. Set to about 1 to 0.3 mm.
図1に示すように、溶接母機として機能する図示外の溶接ロボットのロボットアーム1の先端にはブラケット2およびリニアスライド機構3を介してレーザ溶接用の加工ヘッド4を装着してあるとともに、それとは別に、溶接状態ひいては溶接直後のビードの状態の適否判定とともに、溶接中の溶接状態の変化の有無判定を行う溶接品質検査手段としてのモニタリング装置5を付帯させてある。また、加工ヘッド4は加圧シリンダ6のピストンロッド6aに連結してあり、これにより加圧シリンダ6の伸縮作動に応じて加工ヘッド4全体がリニアスライド機構3を介して同図の上下方向にスライド変位可能となっている。
As shown in FIG. 1, a laser
加工ヘッド4のヘッド本体7は、その内部にコリメーションレンズ8およびフォーカスレンズ9等からなるレーザ光学系を有していて、図示しないレーザ発振器から出力されたレーザ光Lを光ファイバーケーブル10を介して導入した上で、パネル部品W1上の溶接部位Pを焦点位置としてこれを照射することになる。また、ヘッド本体7の外周下部には加圧矯正手段としての加圧ピン11を設けてある。この加圧ピン11は、レーザ光Lの照射位置Pよりも溶接進行方向前方側に所定量Mだけオフセットした位置を加圧拘束するように予め設定してあり、したがって、図2に示したようにパネル部品W1,W2同士のなす隙間Gが所定の大きさのものとなるように加圧ピン11にて加圧拘束しながら、その加圧位置を追いかけるようにレーザ光Lの照射位置Pが移動してレーザ溶接が施されることになる。なお、加圧矯正手段としては、上記の加圧ピン11に代えて回転体である加圧ローラを用いることももちろん可能である。
The
ヘッド本体7内のレーザ光学系を構成しているコリメーションレンズ8とフォーカスレンズ9との間には、レーザ光Lの照射位置Pと加圧ピン11による加圧矯正位置とのなすオフセット量Mの大きさを積極的に変化させるためのオフセット量変更手段として偏向板12を配置してある。この偏向板12は、図3に示すように軸13を介してヘッド本体7に回転可能に支持させてあるとともに、一対のギヤ14,15を介して偏向板駆動用モータ16にて回転駆動させるようになっている。そして、図1に示すように偏向板12が水平な中立姿勢にある状態では偏向板12における入射光線と出射光線とが一致している一方、図5に示すように偏向板12を水平な中立姿勢から反時計回り方向に所定角度だけ回転させた時には、入射光線L1と出射光線L2との平行状態を保ちながらも偏向板12における入射光線L1に対して出射光線L2が溶接方向進行側に、同様に図6に示すように偏向板12を水平な中立姿勢から時計回り方向に所定角度だけ回転させた時には、偏向板12における入射光線L1に対して出射光線L2が反溶接方向進行側にそれぞれオフセットし、結果としてパネル部品W1上においてレーザ光Lの照射位置Pと加圧ピン11による加圧矯正位置とのなすオフセット量Mが変化するように設定してある。そして、レーザ光Lの照射位置Pそのもののオフセット量の大きさは偏向板12の回転角に応じて変化することになる。
Between the
また、ヘッド本体7内のフォーカスレンズ9には焦点位置変更手段として焦点合わせ機構17を付帯させてある。この焦点合わせ機構17は、図4に示すようにヘッド本体7の下部のめねじ部18に対し外周におねじ部19を有するレンズ固定用筐体20を螺合させるとともに、そのレンズ固定用筐体20にフォーカスレンズ9を支持させてある。そして、レンズ固定用筐体20にドリブンギヤとして機能するリングギヤ21を固定するとともに、そのリングギヤ21に対してレンズ固定用筐体20に固定したレンズ駆動用モータ22側のドライブギヤ23を噛み合わせてある。これにより、モータ22の起動に基づくレンズ固定用筐体20の正逆転動作に応じてフォーカスレンズ9が光軸方向に変位して、結果として図7に示すように焦点位置P1がパネル部品W1,W2の板圧方向で変化することになる。
Further, a focusing
一方、溶接品質検査手段としてのモニタリング装置5は、例えばレーザ光照射による溶接時にその溶接部位Pから発生するプラズマ光を受光する受光部(受光センサ)24と、その受光部24が捉えた受光信号をセンサーボックス25経由で取り込んで、プラズマ光の強度と溶接状態との相関から溶接品質の適否判定とともに溶接状態の変化の有無判定を行う解析装置(解析用パーソナルコンピュータ)26とをもって構成されている。なお、受光部24は、パネル部品W1上でのレーザ光Lの照射位置Pを指向するようにヘッド本体7にブラケット27を介して固定支持されている。そして、後述するように解析装置26での溶接状態の変化の有無判定結果に応じモータ制御盤28を介して偏向板駆動用モータ16またはレンズ駆動用モータ22を駆動させることで、結果として図1のオフセット量Mのほかおよび図7の焦点位置P1を可変制御することになる。
On the other hand, the
したがって、このように構成されたレーザ溶接装置によれば、図1に示すようにレーザ光Lをパネル部品W1上の溶接部位Pに照射する一方、加圧ピン11をパネル部品W1に押し付けてパネル部品W1,W2同士の間の隙間Gを加圧矯正し、その隙間Gが適正なものとなるように保ちながら加工ヘッド4全体を所定速度で移動させ、実質的に加圧ピン11による加圧矯正位置を追いかけるようにしてレーザ光Lを移動させながらレーザ溶接を施すことになる。この場合、加圧ピン11がパネル部品W1に及ぼす加圧矯正力は加圧シリンダ6の出力によって調整されるとともに、レーザ光学系の偏向板12は図1のように水平な中立姿勢にある。
Therefore, according to the laser welding apparatus configured as described above, the laser beam L is irradiated to the welding site P on the panel component W1 as shown in FIG. 1, while the
同時に、レーザ光Lの照射位置(溶接部位)Pを指向しているモニタリング装置5の受光部24が溶接の進行に伴って発生するプラズマ光や吸収されずに反射した反射光を連続的に検知していて、且つモニタリング装置5の解析装置26では受光部24が捉えたプラズマ光の強弱に応じて溶接品質の適否すなわち溶接直後のビードの状態の適否判定とともに、溶接中の溶接状態の変化の有無判定をリアルタイムで行っている。
At the same time, the
具体的には、解析装置26ではリアルタイム処理として例えば0.1秒単位程度で溶接品質の適否を判定することが可能であり、図9に示したように溶接中に溶接直後のビードBeを長手方向で3mm程度の複数の領域として01領域、02領域、03領域‥のように細分化した上でその個々の領域ごとの溶接品質の適否を判定することになる。そして、その判定結果はリアルタイムで解析装置26の表示部29に図10のような形態で可視表示されることになる。そして、適否判定の結果が例えば図10の「未溶着&アンダーフィルNGエリア」または「ポロシティNGエリア」に入っている場合には、警報を発するか、もしくは該当部位にマーキング等を施して溶接不具合部位を特定しておき、後工程にて手直しを施すことになる。
Specifically, in the
これとは別に、溶接状態が例えば図10の「未溶着&アンダーフィルNGエリア」または「ポロシティNGエリア」に入らないまでも、正常なビードの状態(良好エリア)から未溶着もしくはアンダーフィルが発生しつつある状態、またはポロシティが発生しつつある状態が確認できた場合、すなわち実際の溶接状態に従前と異なる変化があらわれた場合には、溶接条件を変えて正常な状態を維持するべく、ここでは、その溶接条件としてレーザ光Lの照射位置Pと加圧ピン11による加圧矯正位置とのオフセット量Mを変化させる。なお、上記のような未溶着もしくはアンダーフィルが発生しつつある状態、またはポロシティが発生しつつある状態は、解析装置26での適否判定の閾値を複数設定することで判定可能である。
Apart from this, even if the welded state does not enter, for example, “Unwelded & Underfill NG Area” or “Porosity NG Area” in FIG. 10, unwelded or underfill occurs from the normal bead state (good area). If it is possible to confirm that the welding state or porosity is occurring, that is, if a change different from the actual welding state appears, change the welding conditions to maintain the normal state. Then, as the welding condition, the offset amount M between the irradiation position P of the laser beam L and the pressure correction position by the
より具体的には、図1に示すように偏向板12が水平な中立姿勢にあって、且つその偏向板12における入射光線L1と出射光線L2とが一致している状態において、その出射光線L2の光軸と加圧ピン11による加圧矯正位置とのなすオフセット量Mを基準として、解析装置26での溶接状態の変化の有無判定結果として未溶着もしくはアンダーフィルが発生しつつある状態と判定された場合には、解析装置26からの指令によりモータ制御盤28を介して偏向板12を図5のように反時計回り方向に回転駆動させて、偏向板12の入射光線L1に対して出射光線L2を偏向させることより、先のオフセット量Mを小さくする。逆に、解析装置26での溶接状態の変化の有無判定結果としてポロシティが発生しつつある状態と判定された場合には、同様に解析装置26からの指令によりモータ制御盤28を介して偏向板12を図6のように時計回り方向に回転駆動させて、先のオフセット量Mを大きくする。
More specifically, as shown in FIG. 1, when the deflecting
このようにオフセット量Mをもって溶接条件を溶接動作中に積極的に変化させることにより、溶接状態ひいてはビード品質を常に適正に維持することが可能となる。 In this way, by actively changing the welding conditions with the offset amount M during the welding operation, it is possible to always maintain the welding state and thus the bead quality appropriately.
ここで、上記のようにオフセット量Mを変化させるべく図5,6のようにレーザ光Lを偏向板12にて偏向させると、それに伴って溶接速度までもが一時的に変化してしまうという二次的な問題がある。例えば、図5に示すようにオフセット量Mを図1の当初のものより小さくするべくレーザ光Lの照射位置Pをそれよりも溶接進行方向前方側にある加圧ピン11に近付けると、溶接速度は一時的に速くなり、逆に図6に示すようにオフセット量Mを図1の当初のものより大きくするべくレーザ光Lの照射位置Pをそれよりも溶接進行方向前方側にある加圧ピン11から遠ざけると、溶接速度は一時的に遅くなることになる。溶接動作中に溶接速度が変化すると例えばレーザ光Lの照射によるパネル貫通能力も変化してしまい、かえってパネル未溶着等の新たな不具合の発生を招きやすくなる。
Here, when the laser beam L is deflected by the
図8は溶接速度と焦点位置およびパネル貫通能力との相関を示しており、図7の(a),(b),(c)の各焦点位置P1の状態において適正とされる溶接速度ではいずれの場合にもレーザ光Lが少なくとも上側のパネル部品W1を貫通するのに対して、溶接速度が速くなるといずれの場合にも部分貫通もしくは非貫通等の溶接不具合が発生することになる傾向を示している。 FIG. 8 shows the correlation between the welding speed, the focal position, and the panel penetrating ability, and at any welding speed that is appropriate in the state of each focal position P1 in FIGS. In this case, the laser beam L penetrates at least the upper panel component W1, whereas if the welding speed is increased, a welding failure such as partial penetration or non-penetration will occur in any case. ing.
この関係を前提として、例えば先に述べたような未溶着発生傾向にある状態でオフセット量Mを小さくすると、溶接速度が一段と速くなってパネル貫通能力(溶け込み能力)が低下し、結果としてパネル未溶着の度合いを一段と促進してしまうことになる。逆に、ポロシティ発生傾向にある状態でオフセット量Mを大きくすると、溶接速度が一段と遅くなってパネル貫通能力(溶け込み能力)が過大になりすぎ、結果としてポロシティの発生を一段と助長してしまうことになる。 On the premise of this relationship, for example, if the offset amount M is reduced in the state where unwelding tends to occur as described above, the welding speed is further increased and the panel penetration ability (penetration ability) is lowered. This further promotes the degree of welding. On the other hand, if the offset amount M is increased in a state where the porosity tends to be generated, the welding speed is further decreased and the panel penetration capability (penetration capability) is excessively increased. As a result, the generation of porosity is further promoted. Become.
このようなことから、図7の(b)の状態を標準状態として良好な溶接品質を維持するためには、上記にようにレーザ光Lを偏向してオフセット量Mを変化させるのと並行して、そのオフセット量Mの変更に応じて溶接速度が速くなるような状況下ではレーザ光Lの焦点位置P1を図7の(a)のように下側にずらし、逆にオフセット量Mの変更に応じて溶接速度が遅くなるような状況下ではレーザ光Lの焦点位置P1を図7の(c)のように上側にずらす必要がある。 Therefore, in order to maintain good welding quality with the state of FIG. 7B as a standard state, the laser beam L is deflected and the offset amount M is changed as described above. In the situation where the welding speed increases in accordance with the change in the offset amount M, the focal position P1 of the laser beam L is shifted downward as shown in FIG. Under such circumstances that the welding speed becomes slow, it is necessary to shift the focal position P1 of the laser beam L upward as shown in FIG.
そこで、上記のような偏向板12の回転によるオフセット量Mの変更と併せて、加工ヘッド4に付帯している焦点合わせ機構17にてレーザ光Lの焦点位置P1を変化させる。
Therefore, along with the change of the offset amount M due to the rotation of the
例えば、先に述べたように解析装置26での溶接状態の変化の有無判定結果として未溶着もしくはアンダーフィルが発生しつつある状態と判定された場合には、解析装置26からの指令によりモータ制御盤28を介して偏向板12を図5のように反時計回り方向に回転駆動させて、偏向板12の入射光線L1に対して出射光線l2を偏向させることより、先のオフセット量Mを小さくする。その際に、オフセット量Mの変化に伴い一時的に溶接速度が速くなってレーザ光Lのパネル貫通能力が低下するため、モータ制御盤28を介してレンズ駆動用モータ22に指令を与えて、図7に示すようにレーザ光Lの焦点位置P1が上側のパネル部品W1の上面よりも下側となるように、フォーカスレンズ9を支持している筐体20を回転駆動させる。そして、偏向板12によるレーザ光Lの偏向が終わり溶接速度が元の速度に戻ったならば、再び筐体20を回転させて、レーザ光Lの焦点位置P1を図7の(b)の標準状態に戻す。
For example, as described above, when it is determined as a result of the presence / absence of a change in the welding state in the
このようなオフセット量Mの一時的な変更に併せて焦点位置P1を変化させることにより、溶接品質は良好な状態に保たれるため、モニタリング装置5の解析装置26による溶接状態の変化の有無判定結果も図10の未溶着もしくはアンダーフィルが発生しつつある状態から同図の良好エリア内の状態に相当する良好状態に戻されることから、この状態をもって偏向板12を図1の中立姿勢に戻す。
Since the welding quality is maintained in a good state by changing the focal position P1 in conjunction with such a temporary change of the offset amount M, the presence or absence of a change in the welding state by the
この時、偏向板12を中立姿勢に戻すことは、オフセット量Mの変化とともに一時的に溶接速度が遅くなってレーザ光Lのパネル部品貫通能力が高くなることを意味することから、図7の(c)ようにレーザ光Lの焦点位置P1が上側のパネル部品W1の上面よりもさらに上方側となるように、フォーカスレンズ9が固定されている筐体20を上記と同様に回転させる。そして、偏向板12が当初の中立姿勢に戻り、且つ溶接速度も当初の状態に戻ったならば、再度フォーカスレンズ9が固定されている筐体20を回転させて、レーザ光Lの焦点位置P1を図7の(b)のような標準状態に戻す。
At this time, returning the deflecting
一方、先に述べたように解析装置26での溶接状態の変化の有無判定結果としてポロシティが発生しつつある状態と判定された場合には、解析装置26からの指令によりモータ制御盤28を介して偏向板12を図6のように時計回り方向に回転駆動させて、偏向板12の入射光線L1に対して出射光線L2を偏向させることより、先のオフセット量Mを大きくする。その際に、オフセット量Mの変化に伴い一時的に溶接速度が遅くなってレーザ光Lのパネル部品貫通能力が高くなるため、モータ制御盤28を介してレンズ駆動用モータ22に指令を与えて、図7の(c)に示すようにレーザ光Lの焦点位置P1が上側のパネル部品W1の上面よりも上側となるように、フォーカスレンズ9を支持している筐体20を回転駆動させる。そして、偏向板12によるレーザ光Lの偏向が終わり溶接速度が元の速度に戻ったならば、再び筐体20を回転させて、レーザ光lの焦点位置P1を図7の(b)の標準状態に戻す。
On the other hand, as described above, when it is determined that the porosity is being generated as a result of the presence / absence determination of the welding state change in the
このようなオフセット量Mの一時的な変更に併せて焦点位置P1を変化させることにより、溶接品質は良好な状態に保たれるため、モニタリング装置5の解析装置26による溶接状態の変化の有無判定結果も図10のポロシティが発生しつつある状態から同図の良好エリア内の状態に相当する良好状態に戻されることから、この状態をもって偏向板12を図1の中立姿勢に戻す。
Since the welding quality is maintained in a good state by changing the focal position P1 in conjunction with such a temporary change of the offset amount M, the presence or absence of a change in the welding state by the
この時、偏向板12を中立位置に戻すことは、オフセット量Mの変化とともに一時的に溶接速度が速くなってレーザ光Lのパネル部品貫通能力が低下することを意味することから、図7の(a)のようにレーザ光Lの焦点位置P1が上側のパネル部品W1の上面よりもさらに下側となるように、フォーカスレンズ9が固定されている筐体20を上記と同様に回転させる。そして、偏向板12が当初の中立姿勢に戻り、且つ溶接速度も当初の状態に戻ったならば、再度フォーカスレンズ9が固定されている筐体20を回転させて、レーザ光Lの焦点位置P1を図7の(b)のような標準状態に戻す。
At this time, returning the deflecting
このように本実施の形態によれば、モニタリング装置5による溶接状態の変化の有無判定結果に応じ、パネル部品W1上でのレーザ光Lの照射位置Pと加圧ピン11による加圧矯正位置となすオフセット量Mを積極的に変化させ、それと同時にレーザ光Lの焦点位置P1を板圧方向で変化させるようにしたことにより、常に良好な溶接状態を維持することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the irradiation position P of the laser beam L on the panel component W1 and the pressure correction position by the
ここで、これまでの実施の形態では亜鉛めっき鋼板について記載しているが、加熱によりポロシティの原因となるガスが発生する被覆層が形成されているような板材のレーザ溶接一般に本発明を適用可能であることはもちろんである。 Here, although the galvanized steel sheet has been described in the embodiments so far, the present invention can be applied generally to laser welding of a plate material in which a coating layer that generates a gas causing porosity by heating is formed. Of course.
1…ロボットアーム
4…加工ヘッド
5…モニタリング装置(溶接品質検査手段)
7…ヘッド本体
8…コリメーションレンズ
9…フォーカスレンズ
11…加圧ピン(加圧矯正手段)
12…偏向板(偏向手段またはオフセット量変更手段)
16…偏向板駆動用モータ
17…焦点合わせ機構(焦点位置変更手段)
22…レンズ駆動用モータ
24…受光部
26…解析装置
E…エンボス部(突起部)
G…隙間
L…レーザ光
M…オフセット量
P…レーザ光の照射位置(溶接部位)
P1…焦点位置
W1,W2…パネル部品(亜鉛めっき鋼板)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
7 ...
12 ... Deflection plate (deflection means or offset amount change means)
16 ... Deflection
DESCRIPTION OF
G ... Gap L ... Laser beam M ... Offset amount P ... Laser beam irradiation position (welded part)
P1 ... Focus position W1, W2 ... Panel parts (galvanized steel sheet)
Claims (13)
溶接中に溶接状態の変化に応じレーザ光照射位置と加圧矯正位置となすオフセット量を変化させることを特徴とするレーザ溶接方法。 In order to secure a minute gap between the plate materials when performing continuous welding by irradiating the laser beam by superimposing at least two plate materials including the plate material surface-treated by the coating layer that generates gas by heating A laser welding method in which the vicinity of the laser light irradiation position is pressure corrected and the welding state is monitored in real time,
A laser welding method, wherein an offset amount between a laser beam irradiation position and a pressure correction position is changed according to a change in a welding state during welding.
板材同士の間に微小な隙間を確保するためにレーザ光照射位置の近傍を加圧矯正する加圧矯正手段と、
溶接中に溶接状態をリアルタイムで監視してその溶接状態の変化の有無を判定する溶接品質検査手段と、
溶接中の溶接状態の変化に応じレーザ光照射位置と加圧矯正位置となすオフセット量を変化させるオフセット量変更手段と、
を備えていることを特徴とするレーザ溶接装置。 A laser welding apparatus that performs continuous welding by laser beam irradiation by superimposing at least two plate materials including a plate material surface-treated by a coating layer that generates gas by heating,
A pressure correcting means for correcting pressure in the vicinity of the laser light irradiation position in order to secure a minute gap between the plate members;
A welding quality inspection means for monitoring the welding state in real time during welding and determining the presence or absence of a change in the welding state;
An offset amount changing means for changing an offset amount between the laser beam irradiation position and the pressure correction position according to a change in a welding state during welding;
A laser welding apparatus comprising:
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2005
- 2005-07-06 JP JP2005197000A patent/JP2007014974A/en active Pending
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