JP2004090054A - Method and apparatus for laser welding - Google Patents
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Abstract
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PB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P0)に向けてレーザ光5を照射すると、実際の溶接点PB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P0および上側の板材9の表面上の点P3、下側の板材7上の点P1、P2を、それぞれ抽出する。なお、点P1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、P0−P3から板材9の面方向を算出し、その面の垂線RとP1−P2直線の延長線との交点PB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PBを算出し、この算出した端縁部9aの変形位置PB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)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser welding method and laser welding in which two workpieces are overlapped with each other and laser welding is performed by irradiating a laser beam while moving a machining head along an edge portion of the overlapped upper side workpiece. Relates to the device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a welding method for performing welding while detecting a welding position of a workpiece, for example, there is one described in Japanese Patent Publication No. 6-30814.
[0003]
When detecting the above-mentioned welding position, when two plates are overlapped as a workpiece and laser welding is performed along the edge of the upper plate, the workpiece is particularly three-dimensional like an automotive panel material. When a complicated shape is provided, a gap is likely to be generated between the respective plate materials.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When gaps are generated between the respective plate materials in this manner, even if the detected welding position is irradiated with laser light, the joint strength between the joint portions of the plate materials is reduced, leading to a reduction in welding quality.
[0005]
In view of the above, an object of the present invention is to improve a welding quality by correcting a gap even if a gap is generated between workpieces stacked on each other and irradiating a desired welding position with a laser beam.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention superimposes two workpieces on each other, and performs laser welding by irradiating a laser beam while moving the machining head along the edge of the upper workpiece. In the laser welding method, the workpiece overlap portion in front of the welding movement direction of the processing head is detected by a welding position detection means, and the workpiece overlap portion near the laser light irradiation position is pressed by a gap correction means. The gap between the workpieces is corrected, and based on the welding position detected by the welding position detection means, the machining head is moved in the lateral direction intersecting the welding movement direction, and this lateral movement is transferred to the gap correction means. This is performed in consideration of the pressing amount against the workpiece.
[0007]
【The invention's effect】
According to the present invention, when the machining head is moved in the lateral direction intersecting the welding movement direction based on the welding position detected by the welding position detection means, the gap between the workpieces superimposed on each other is corrected. Since the workpiece pressing amount is taken into consideration, even if a gap is generated between the workpieces, the gap can be corrected and the laser beam can be irradiated to a desired welding position, so that the welding quality can be improved.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0009]
Fig.1 (a) is a side view of the laser welding apparatus which shows one Embodiment of this invention, FIG.1 (b) is a top view which shows the welding position by the laser welding apparatus of Fig.1 (a). The machining head 3 supported by the robot 1 as the moving means performs laser welding while irradiating the workpiece W with the
[0010]
The processing head 3 guides laser light oscillated from a laser oscillator (not shown) into the
[0011]
The machining head 3 described above can be moved in a direction orthogonal to the paper surface in FIG. 1 with respect to the
[0012]
The
[0013]
On the other hand, the robot 1 includes a
[0014]
Further, a
[0015]
When the
[0016]
A
[0017]
As shown in FIG. 1B, the
[0018]
A bent solid line P extending in the left-right direction in FIG. 1B indicates an
[0019]
Further, the
[0020]
Next, the operation will be described. The robot 1 provided with the machining head 3 moves in the welding movement direction A. At this time, two
[0021]
Here, as shown in FIG. 1A, a gap S may be generated between the two
[0022]
When the machining head 3 moves in the welding movement direction A, the
[0023]
Here, as shown in FIG. 3A, which is a cross-sectional view of the workpiece W along the slit length direction (vertical direction in FIG. 1B) of the slit-shaped
[0024]
At this time, since the
[0025]
Here, when the initial gap dimension including the plate thickness of the
[0026]
At this time, as shown in FIG. 3 (b), from the shape of the workpiece W detected by the
[0027]
On the other hand, the generated gap S is corrected by being pressed by the pressing
[0028]
That is, the
[0029]
Thereby, even if the clearance gap S arises between each board |
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a side view of a laser welding apparatus showing an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a plan view showing a welding position by the laser welding apparatus of FIG.
2 is a perspective view showing a state in which laser welding is performed by the laser welding apparatus of FIG. 1; FIG.
3A is a cross-sectional view of a workpiece along the slit length direction of the slit-shaped laser sensor in FIG. 2, and FIG. 3B is a diagram illustrating an operation for correcting a welding position shift caused by a gap. FIG.
[Explanation of symbols]
3
23 Pressure roller (clearance correction means)
29 Guide part (pressing direction moving support means)
33 Pressurizing means 37 Laser sensor (welding position detecting means)
43 Controller (control means)
S Gap between sheet materials (gap between workpieces)
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