JP2010105015A - レーザスポット溶接装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ワークを溶接するスポット溶接装置において、軽量化を図り作業性を改善させると共に、安定した溶接品質を維持できるスポット溶接装置を提供する。
【解決手段】レーザ発信器より出力されたレーザビームを集束させてワークW1、W2に照射するレーザヘッド15を有するレーザスポット溶接装置10であって、先端部にレーザヘッド15が設けられた第1アーム12aと、先端部がレーザヘッド15と相対向する位置に配置されている第2アーム12bと、第1アームの先端部12aのレーザヘッド15と、第2アーム12bの先端部とによりワークW1、W2を挟持・加圧する駆動手段と備える。そして、駆動手段により、レーザヘッド15の下端部の蓋体20と、第2アーム12bの先端部とによりワークW1、W2を挟持・加圧している状態において、レーザヘッド15がワークW1、W2にレーザビームを照射する。
【選択図】図2
【解決手段】レーザ発信器より出力されたレーザビームを集束させてワークW1、W2に照射するレーザヘッド15を有するレーザスポット溶接装置10であって、先端部にレーザヘッド15が設けられた第1アーム12aと、先端部がレーザヘッド15と相対向する位置に配置されている第2アーム12bと、第1アームの先端部12aのレーザヘッド15と、第2アーム12bの先端部とによりワークW1、W2を挟持・加圧する駆動手段と備える。そして、駆動手段により、レーザヘッド15の下端部の蓋体20と、第2アーム12bの先端部とによりワークW1、W2を挟持・加圧している状態において、レーザヘッド15がワークW1、W2にレーザビームを照射する。
【選択図】図2
Description
本発明は、レーザスポット溶接装置に関する。
従来から、自動車等の製造ラインでは、抵抗溶接の一種として、一組の金属板間(ワーク)を溶接するために、スポット溶接ガンが広く用いられている。
例えば、特許文献1には、図4に示すスポット溶接ガンの構成が開示されている。
例えば、特許文献1には、図4に示すスポット溶接ガンの構成が開示されている。
図4に示すように、従来技術によるスポット溶接ガン100は、ロボットアーム300の先端にブラケット200を介して装着されたガン本体101と、ガン本体101に結合部107を介して装着されたガンアーム109とを備えている。
また、ガン本体101には、その前方側に突出するように加圧電極110が設けられ、この加圧電極110に対向する位置となるよう固定電極113がガンアーム109に取付けられている。また、加圧電極110の基端側は、ボールねじおよびベアリングを有するユニット部115に接続されている。
なお、ユニット部115は、タイミングベルト117を介してサーボモータ119に連結されており、このサーボモータ119の作動により、加圧電極110を固定電極13側に向けての駆動させる加圧動作がなされる。
そして、スポット溶接ガン100は、加圧電極110と固定電極113とにより2枚のワークを挟持して強く加圧しながら大電流を通すことにより、ワークW1、W2を溶接する。
また、ガン本体101には、その前方側に突出するように加圧電極110が設けられ、この加圧電極110に対向する位置となるよう固定電極113がガンアーム109に取付けられている。また、加圧電極110の基端側は、ボールねじおよびベアリングを有するユニット部115に接続されている。
なお、ユニット部115は、タイミングベルト117を介してサーボモータ119に連結されており、このサーボモータ119の作動により、加圧電極110を固定電極13側に向けての駆動させる加圧動作がなされる。
そして、スポット溶接ガン100は、加圧電極110と固定電極113とにより2枚のワークを挟持して強く加圧しながら大電流を通すことにより、ワークW1、W2を溶接する。
また、最近では、ワークを溶接する手法として、ワークにレーザビームを照射して溶接するレーザ溶接装置を用いたレーザ溶接の技術も提案されている。
ここで、図5を参照しながら、従来技術によるレーザ溶接装置について説明する。
図5に示すように、従来技術によるレーザ溶接装置400は、レーザビームを発生させるレーザ発信器(図示せず)と、レーザ発信器(図示しない)からのレーザビームを集束させて照射するレンズ415が搭載されたレーザヘッド410とを備えている。
そして、レーザヘッド410は、溶接対象であるメッキ鋼板等のワークW1、W2の上方に配置され、ワークW1、W2の上方からレーザビームを照射し、ワークW1、W2を溶接している。
ここで、図5を参照しながら、従来技術によるレーザ溶接装置について説明する。
図5に示すように、従来技術によるレーザ溶接装置400は、レーザビームを発生させるレーザ発信器(図示せず)と、レーザ発信器(図示しない)からのレーザビームを集束させて照射するレンズ415が搭載されたレーザヘッド410とを備えている。
そして、レーザヘッド410は、溶接対象であるメッキ鋼板等のワークW1、W2の上方に配置され、ワークW1、W2の上方からレーザビームを照射し、ワークW1、W2を溶接している。
また、従来技術のレーザ溶接の技術では、ワークW1と、ワークW2との間に所定の隙間dを設けた上で、レーザヘッド410からレーザビームを照射している。
このように、ワークW1と、ワークW2との間に隙間dを設けているのは、ワークW1と、ワークW2との間に貯まるガスの逃げ路を確保することにより、当該ガスが爆発することを抑制するためである。
なお、図5に示したように、ワークW1と、ワークW2との間に隙間dを設けた上で、レーザヘッド410からレーザビームを照射するレーザ溶接方法は、例えば、特許文献2に開示されている。
特開平9−220674号公報
特開平7−155974号公報
このように、ワークW1と、ワークW2との間に隙間dを設けているのは、ワークW1と、ワークW2との間に貯まるガスの逃げ路を確保することにより、当該ガスが爆発することを抑制するためである。
なお、図5に示したように、ワークW1と、ワークW2との間に隙間dを設けた上で、レーザヘッド410からレーザビームを照射するレーザ溶接方法は、例えば、特許文献2に開示されている。
しかしながら、上述した従来技術は、以下に示す技術的課題を有している。
具体的には、図4に示した従来技術のスポット溶接ガン100は、溶接のときに、加圧電極110と固定電極113との間に大電流を通しているため、一般的に、ガンアーム109に銅合金が用いられている。そのため、従来技術のスポット溶接ガンは、構造上の理由により重量が大きくなる(スポット溶接ガン自体が非常に重いものとなる)という技術的課題を有していた。
すなわち、従来技術のスポット溶接ガンは、その重量が重いため、使いづらく作業性が悪かった。また、従来技術のスポット溶接ガンをロボットアームに装着する場合、可搬重量の大きなロボットが必要になり、設備コストの上昇を招いていた。
具体的には、図4に示した従来技術のスポット溶接ガン100は、溶接のときに、加圧電極110と固定電極113との間に大電流を通しているため、一般的に、ガンアーム109に銅合金が用いられている。そのため、従来技術のスポット溶接ガンは、構造上の理由により重量が大きくなる(スポット溶接ガン自体が非常に重いものとなる)という技術的課題を有していた。
すなわち、従来技術のスポット溶接ガンは、その重量が重いため、使いづらく作業性が悪かった。また、従来技術のスポット溶接ガンをロボットアームに装着する場合、可搬重量の大きなロボットが必要になり、設備コストの上昇を招いていた。
一方、図5に示す従来技術のレーザ溶接装置400は、上記のスポット溶接ガン100のように、溶接のときに大電流を通す必要がないため、レーザヘッド401の保持部(アーム等)に軽量な強化素材(アルミ・チタン合金等)を用いることができ、装置自体を軽量化することが可能になる。
しかし、図5に示す従来技術のレーザ溶接装置400は、安定した溶接品質の維持が困難であるという技術的課題を有している。
具体的には、前記レーザ溶接装置400は、ワークW1とワークW2との間に隙間dを設けることにより、ガスの爆発をある程度抑制することはできるが、完全にガスの爆発を防止することまではできず、安定した溶接品質の維持が困難であった。
また、従来技術のレーザ溶接は、酸化防止のために、シールドガスを充満させた雰囲気中でレーザ溶接を行うため、レーザ溶接のための設備が高額なものとなっていた。
しかし、図5に示す従来技術のレーザ溶接装置400は、安定した溶接品質の維持が困難であるという技術的課題を有している。
具体的には、前記レーザ溶接装置400は、ワークW1とワークW2との間に隙間dを設けることにより、ガスの爆発をある程度抑制することはできるが、完全にガスの爆発を防止することまではできず、安定した溶接品質の維持が困難であった。
また、従来技術のレーザ溶接は、酸化防止のために、シールドガスを充満させた雰囲気中でレーザ溶接を行うため、レーザ溶接のための設備が高額なものとなっていた。
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、ワーク(被溶接物)を溶接するスポット溶接装置において、軽量化を図り作業性を改善させると共に、安定した溶接品質を維持できるスポット溶接装置を提供することにある。
上記課題を解決するための本発明は、レーザ発信器より出力されたレーザビームを集束させて被溶接物に照射するレーザヘッドを有するレーザスポット溶接装置に適用される。
そして、前記レーザスポット溶接装置は、先端部に前記レーザヘッドが設けられた第1アームと、先端部が前記レーザヘッドと相対向する位置に配置されている第2アームと、前記第1アームの先端部と、前記第2アームの先端部とを開閉自在に駆動させ、該第1アームの先端部のレーザヘッドと、前記第2アームの先端部とにより被溶接物を挟持し加圧する駆動手段と備え、前記レーザヘッドは、下端部が開口している中空筒状に形成され、且つその上端部に、前記レーザ発信器から出力されたレーザビームを導く光ファイバーが取り付けられた筒体部と、前記筒体部の下端部側の開口を塞ぐ透光性を有する蓋体と、前記筒体部の筒内に設けられ、前記光ファイバーからのレーザビームを集束し、前記蓋体を介して、該集束したレーザビームを前記被溶接物に向けて照射する集束光学系手段とを備えることを特徴とする。
そして、前記レーザスポット溶接装置は、先端部に前記レーザヘッドが設けられた第1アームと、先端部が前記レーザヘッドと相対向する位置に配置されている第2アームと、前記第1アームの先端部と、前記第2アームの先端部とを開閉自在に駆動させ、該第1アームの先端部のレーザヘッドと、前記第2アームの先端部とにより被溶接物を挟持し加圧する駆動手段と備え、前記レーザヘッドは、下端部が開口している中空筒状に形成され、且つその上端部に、前記レーザ発信器から出力されたレーザビームを導く光ファイバーが取り付けられた筒体部と、前記筒体部の下端部側の開口を塞ぐ透光性を有する蓋体と、前記筒体部の筒内に設けられ、前記光ファイバーからのレーザビームを集束し、前記蓋体を介して、該集束したレーザビームを前記被溶接物に向けて照射する集束光学系手段とを備えることを特徴とする。
このように本発明のレーザスポット溶接装置は、先端部にレーザヘッドが装着された第1アームと、先端部が前記レーザヘッドと相対向する位置に配置されている第2アームと、第1アームの先端部のレーザヘッドと、前記第2アームの先端部とにより被溶接物を挟持し加圧する駆動手段とを設けるようにしている。
この構成により、本発明のレーザ溶接装置は、第1アームの先端部のレーザヘッドと、前記第2アームの先端部とにより被溶接物を挟持し加圧した上で、レーザヘッドから被溶接物にレーザビームを照射することが可能となる。
そして、被溶接物を挟持し加圧した状態において、レーザヘッドから被溶接物にレーザビームを照射することにより、被溶接物の溶着面の爆発を防止することができ、溶接品質を安定させることができる。
この構成により、本発明のレーザ溶接装置は、第1アームの先端部のレーザヘッドと、前記第2アームの先端部とにより被溶接物を挟持し加圧した上で、レーザヘッドから被溶接物にレーザビームを照射することが可能となる。
そして、被溶接物を挟持し加圧した状態において、レーザヘッドから被溶接物にレーザビームを照射することにより、被溶接物の溶着面の爆発を防止することができ、溶接品質を安定させることができる。
また、被溶接物を挟持し加圧した状態において、レーザヘッドから被溶接物にレーザビームを照射することにより、レーザビームの漏れを防止することができるため、上述した従来技術のレーザ溶接装置のように、シールドガスを用いる必要がない(設備コストが軽減される)。
さらに、本発明は、レーザビームを用いているため、上述した図4に示すスポット溶接装置にようにアーム部分に銅合金等を用いる必要がなく、アーム部分を軽量な強化素材(アルミ・チタン合金等)により形成することができるため、装置自体を軽量化することが可能になる。
すなわち、本発明によれば、装置自体を軽量化できるため作業性を向上させることが可能になると共に、可搬重量の大きなロボットを用意する必要がなくなるため、設備コストの上昇を抑制することができる。
さらに、本発明は、レーザビームを用いているため、上述した図4に示すスポット溶接装置にようにアーム部分に銅合金等を用いる必要がなく、アーム部分を軽量な強化素材(アルミ・チタン合金等)により形成することができるため、装置自体を軽量化することが可能になる。
すなわち、本発明によれば、装置自体を軽量化できるため作業性を向上させることが可能になると共に、可搬重量の大きなロボットを用意する必要がなくなるため、設備コストの上昇を抑制することができる。
また、前記レーザヘッドは、前記駆動手段により、下端部の前記蓋体と、前記第2アームの先端部とにより被溶接物を挟持し加圧している際に、レーザヘッドからのレーザビームを被溶接物に照射することにより、被溶接物を溶接することが望ましい。
このように構成することにより、蓋体が、レーザビームが照射される被溶接物の溶接部位を直接加圧することができるため、被溶接物の溶接面で起きる爆発を効果的に防止することができる。
このように構成することにより、蓋体が、レーザビームが照射される被溶接物の溶接部位を直接加圧することができるため、被溶接物の溶接面で起きる爆発を効果的に防止することができる。
また、前記レーザ発信器の駆動を制御する制御手段と、前記第2アームの先端部に取り付けられた、前記レーザヘッドから照射されるレーザビームの入熱量を検知するセンサとを備え、前記センサは、前記レーザヘッドからレーザビームが照射されている最中に、該レーザビームの入熱量を検知し、その検知した入熱量を示す信号を前記制御手段に送信し、前記制御手段は、前記入熱量を示す信号受信し、該信号を用いたフィードバック制御を行い、前記レーザ発信器のレーザビームの出力を調整することが望ましい。
このように構成することにより、本発明によれば、レーザヘッドから照射されるレーザビームの入熱量を用いてレーザビームの出力を調整することができるため、溶接品質を安定させることができる。
このように構成することにより、本発明によれば、レーザヘッドから照射されるレーザビームの入熱量を用いてレーザビームの出力を調整することができるため、溶接品質を安定させることができる。
このように、本発明によれば、被溶接物を溶接するスポット溶接装置において、軽量化を図り作業性を改善させると共に、安定した溶接品質を維持できるスポット溶接装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
先ず、本実施形態のレーザスポット溶接装置を搭載したレーザ溶接システムの構成について、図1に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施形態のレーザスポット溶接装置を搭載したレーザ溶接システムの構成図である。
ここで、図示するレーザ溶接システムAは、産業用ロボット2のロボットアーム2aに取り付けられたレーザスポット溶接装置10が、被溶接対象であるワークW1、W2を挟持し加圧すると共に、挟持して加圧した状態のワークW1、W2にレーザビームを照射することにより、ワークW1、W2の溶接を行うものである。
先ず、本実施形態のレーザスポット溶接装置を搭載したレーザ溶接システムの構成について、図1に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施形態のレーザスポット溶接装置を搭載したレーザ溶接システムの構成図である。
ここで、図示するレーザ溶接システムAは、産業用ロボット2のロボットアーム2aに取り付けられたレーザスポット溶接装置10が、被溶接対象であるワークW1、W2を挟持し加圧すると共に、挟持して加圧した状態のワークW1、W2にレーザビームを照射することにより、ワークW1、W2の溶接を行うものである。
具体的には、レーザ溶接システムAは、レーザビームを発生させるレーザ発信器1と、ロボットアーム2aを備えた産業用ロボット2と、ロボットアーム2aの先端部に装着されたレーザスポット溶接装置10と、レーザ発信器1からレーザスポット溶接装置10までレーザビームを導く光ファイバーケーブル40と、レーザ発信器1および産業用ロボット2の駆動を制御する制御装置50とを備えている。
また、レーザ発信機1と制御装置50とは、信号線S1を介して接続され、相互間でデータの授受が行えるように構成されている。また、産業用ロボット2と制御装置50とは、信号線S2を介して接続され、相互間でデータの授受が行えるように構成されている。
なお、本実施形態のレーザ溶接システムAのうち、レーザ発信器1および産業用ロボット2は、周知の技術により実現されるものであるため、以下での説明は簡略化する。
また、レーザ発信機1と制御装置50とは、信号線S1を介して接続され、相互間でデータの授受が行えるように構成されている。また、産業用ロボット2と制御装置50とは、信号線S2を介して接続され、相互間でデータの授受が行えるように構成されている。
なお、本実施形態のレーザ溶接システムAのうち、レーザ発信器1および産業用ロボット2は、周知の技術により実現されるものであるため、以下での説明は簡略化する。
具体的には、レーザ発信器1は、制御装置50からの信号(レーザ出力制御信号)にしたがい、レーザ出力制御信号により指定されたタイミングで、指定された出力のレーザビームを発生させる。レーザ発信器1で発生したレーザビームは、光ファイバーケーブル40によって、ロボットアーム2aの先端に装着されたレーザスポット溶接装置10に導かれる。
また、産業用ロボット2は、一般的な多軸ロボットであり、制御装置50により設定された教示データにしたがい、ロボットアーム2aが駆動され、レーザスポット溶接装置10を3次元の様々な位置および方向に移動させる。
また、産業用ロボット2は、ロボットアーム2aの先端部に装着されたレーザスポット溶接装置10の駆動を制御できるように構成され、制御装置50から送信される信号(溶接装置制御信号)を受け付け、その溶接装置制御信号にしがたい、レーザスポット溶接装置10を動作させる。
また、産業用ロボット2は、ロボットアーム2aの先端部に装着されたレーザスポット溶接装置10の駆動を制御できるように構成され、制御装置50から送信される信号(溶接装置制御信号)を受け付け、その溶接装置制御信号にしがたい、レーザスポット溶接装置10を動作させる。
また、制御装置50は、例えば、CPUおよびメモリを備えるコンピュータにより構成されており、前記メモリに、レーザ発信器1および産業用ロボット2の駆動を制御するためのプログラムが格納されている。そして、レーザ発信器1および産業用ロボット2の駆動制御は、前記CPUが前記メモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。
また、レーザスポット溶接装置10は、一端がロボットアーム2aに取り付けられた本体部11と、本体部11の他端に形成された一対のアーム12(第1アーム12a、第2アーム12b)と、第1アーム12aの先端部に設けられ、レーザ発信器1より出力されたレーザビームを集束させてワークW1、W2に照射するレーザヘッド15とを備えている。
なお、本体部11には、ロボット2との間で相互に信号の授受を行う制御回路(図示しない)が搭載され、この制御回路(図示しない)によりレーザスポット溶接装置10全体の動作を制御する。
また、本体部11には、レーザ発信器1に接続された光ファイバーケーブル40が挿通されている。また、本体部11の内部を通った光ファイバーケーブル40は第1アーム12aの内部を通り、その先端部が第1アーム12aの先端部のレーザヘッド15の上端に配置され固定されている。
これにより、レーザ発信器1で発生させたレーザビームは、光ファイバーケーブル40によって、レーザヘッド15に導かれる。
なお、本体部11には、ロボット2との間で相互に信号の授受を行う制御回路(図示しない)が搭載され、この制御回路(図示しない)によりレーザスポット溶接装置10全体の動作を制御する。
また、本体部11には、レーザ発信器1に接続された光ファイバーケーブル40が挿通されている。また、本体部11の内部を通った光ファイバーケーブル40は第1アーム12aの内部を通り、その先端部が第1アーム12aの先端部のレーザヘッド15の上端に配置され固定されている。
これにより、レーザ発信器1で発生させたレーザビームは、光ファイバーケーブル40によって、レーザヘッド15に導かれる。
また、レーザスポット溶接装置10のアーム12は、第1アーム12aおよび第2アーム12bを有し、第1アーム12aの先端部と、第2アーム12bの先端部とが相対向するように配置されている。
また、アーム12は、第1アーム12aの先端部と、第2アーム12bの先端部とが開閉自在に可動できるように形成されていると共に、第1アーム12aの先端部のレーザヘッド15と、第2アーム12bの先端部とによりワークW1、W2を挟持して加圧できるようになされている。
なお、第1アーム12aの先端部と、第2アーム12bの先端部とを開閉自在に駆動させ、第1アーム12aの先端部のレーザヘッド15と、第2アーム12bの先端部とによりワークW1、W2を挟持して加圧する駆動手段(図示しない)は、公知な技術を用いるものとする(どのような構成のものでもよい)。
また、アーム12は、第1アーム12aの先端部と、第2アーム12bの先端部とが開閉自在に可動できるように形成されていると共に、第1アーム12aの先端部のレーザヘッド15と、第2アーム12bの先端部とによりワークW1、W2を挟持して加圧できるようになされている。
なお、第1アーム12aの先端部と、第2アーム12bの先端部とを開閉自在に駆動させ、第1アーム12aの先端部のレーザヘッド15と、第2アーム12bの先端部とによりワークW1、W2を挟持して加圧する駆動手段(図示しない)は、公知な技術を用いるものとする(どのような構成のものでもよい)。
例えば、前記駆動手段として、本体部11にサーボモータを搭載しておくと共に、第1アーム12aの先端にボールねじおよびベアリング等により構成される可動部を形成する。また、前記可動部をタイミングベルトを介してサーボモータと連結する。
これにより、前記サーボモータの作動により、前記可動部を第2アーム12bの先端に向けて駆動させることができ、第1アーム12aの先端部(ここでは前記可動部の先端)のレーザヘッド15と、第2アーム12bの先端部とにより加圧動作をなすことができる(この場合、第2アームは駆動しない)。
これにより、前記サーボモータの作動により、前記可動部を第2アーム12bの先端に向けて駆動させることができ、第1アーム12aの先端部(ここでは前記可動部の先端)のレーザヘッド15と、第2アーム12bの先端部とにより加圧動作をなすことができる(この場合、第2アームは駆動しない)。
そして、レーザスポット溶接装置10は、ロボット2を介して、前記制御回路が制御装置50からの指示(溶接装置制御信号)を受け付ける。また、前記制御回路は、受け付けた溶接装置制御信号にしがたい、アーム12の駆動を制御し、第1アーム12aの先端部のレーザヘッド15と、第2アーム12bの先端部とによりワークW1、W2を挟持・加圧させる。そして、レーザスポット溶接装置10は、前記ワークW1、W2を挟持・加圧させた状態において、レーザヘッド15からレーザビームを照射し、ワークW1、W2を溶接する。
このように、本実施形態では、ワークW1、W2を挟持して加圧した上で、レーザヘッド15からワークW1、W2にレーザビームを照射して溶接しているため、溶接のときに、ワークW1、W2の溶接面で起きる爆発を防止することができ、溶接品質を安定させることができる。
このように、本実施形態では、ワークW1、W2を挟持して加圧した上で、レーザヘッド15からワークW1、W2にレーザビームを照射して溶接しているため、溶接のときに、ワークW1、W2の溶接面で起きる爆発を防止することができ、溶接品質を安定させることができる。
また、本実施形態のアーム12(第1アーム12a、第2アーム12b)は、アルミ・チタン合金、セラミック、炭素繊維等の軽量強化素材により形成されている。
そのため、本実施形態のレーザスポット溶接装置10は、図4に示すスポット溶接ガン(アームを銅合金により形成されているスポット溶接ガン)と比べて、装置自体を軽量化することが可能になる。
そのため、本実施形態のレーザスポット溶接装置10は、図4に示すスポット溶接ガン(アームを銅合金により形成されているスポット溶接ガン)と比べて、装置自体を軽量化することが可能になる。
また、本実施形態のレーザスポット溶接装置10は、第2アームの先端部に、レーザヘッド15から照射されるレーザビームの入熱量を検知するための温度センサ17が取り付けられている。
また、温度センサ17は、制御装置50との間で信号の授受を行えるようになされている(信号の授受は有線で行っても、無線で行ってもよい)。温度センサ17は、制御装置50に、検知した入熱量を示す信号(例えば温度を示す信号)を出力する。
そして、制御装置50は、温度センサ17からの信号(入熱量を示す信号)を受信すると、該受信した信号を用いたフィードバック制御を行い、レーザ発信器1が発信するレーザビームの出力を調整する。
このように、本実施形態では、レーザヘッド15から照射されるレーザビームの入熱量を用いてレーザビームの出力を調整することができるため、溶接品質を安定させることができる。
また、温度センサ17は、制御装置50との間で信号の授受を行えるようになされている(信号の授受は有線で行っても、無線で行ってもよい)。温度センサ17は、制御装置50に、検知した入熱量を示す信号(例えば温度を示す信号)を出力する。
そして、制御装置50は、温度センサ17からの信号(入熱量を示す信号)を受信すると、該受信した信号を用いたフィードバック制御を行い、レーザ発信器1が発信するレーザビームの出力を調整する。
このように、本実施形態では、レーザヘッド15から照射されるレーザビームの入熱量を用いてレーザビームの出力を調整することができるため、溶接品質を安定させることができる。
つぎに、本実施形態のレーザスポット溶接装置10のアーム12の構成、およびレーザヘッド15の構成について、図2および図3を用いて説明する。
図2は、本発明の実施形態のレーザスポット溶接装置のアームの先端部の構成を示した模式図である。
また、図3は、本発明の実施形態のレーザスポット溶接装置のレーザヘッドの構成を示した模式図である。
図2は、本発明の実施形態のレーザスポット溶接装置のアームの先端部の構成を示した模式図である。
また、図3は、本発明の実施形態のレーザスポット溶接装置のレーザヘッドの構成を示した模式図である。
図2に示すように、レーザスポット溶接装置10のアーム12は、ワークW1、W2の上面側に配置される第1アーム12aと、ワークW1、W2の底面側であって、且つ第1アーム12aの先端部と相対向する位置に配置される第2アーム12bとを備えている。
また、第1アーム12aの先端部には、ワークW1、W2に向けてレーザビームを照射するレーザヘッド15が形成されている。
そして、第1アーム12aの内部には、レーザ発信器1に接続された光ファイバーケーブル40が挿通されており、その光ファイバーケーブル40の先端部がレーザヘッド15の上端部に配置されている。
また、第1アーム12aの先端部には、ワークW1、W2に向けてレーザビームを照射するレーザヘッド15が形成されている。
そして、第1アーム12aの内部には、レーザ発信器1に接続された光ファイバーケーブル40が挿通されており、その光ファイバーケーブル40の先端部がレーザヘッド15の上端部に配置されている。
また、図3に示すように、レーザヘッド15は、第1アーム12aの先端部に形成された下端が開口している中空筒状の筒体部15a(例えば、アルミ・チタン合金等により形成されている)と、筒体部15aの下端部の開口を塞ぐ透光性を有する蓋体20と、筒体部15aの筒内に設けられ、光ファイバー40からのレーザビームLA1を集束し、蓋体20を介して、集束したレーザビームLA2を被溶接物W1、W2に向けて照射する集束光学系手段25(例えば、レンズ)とを有する。
なお、本実施形態では、レーザヘッド15は、第1アーム12aの先端部に一体で形成されているが特にこれに限定されるものではない。例えば、レーザヘッド15は、第1アーム12aの先端部に着脱自在に装着できるように形成されていてもよい。
なお、本実施形態では、レーザヘッド15は、第1アーム12aの先端部に一体で形成されているが特にこれに限定されるものではない。例えば、レーザヘッド15は、第1アーム12aの先端部に着脱自在に装着できるように形成されていてもよい。
また、本実施形態の集束光学系手段25は、周知技術により実現されるものを用いることができ、具体的な構成について特に限定されるものではない。
集束光学系手段25が、光ファイバーケーブル40からのレーザビームを集束し、その集束したレーザビームをワークW1、W2に照射できるものであれば、どのような構成でもかまわない(例えば、複数のレンズや反射ミラー等により構成されていてもよい)。
また、例えば、集束光学系手段25として、レーザヘッド15の筒体部15aの筒内に形成されたレーザビームの光路を開閉するシャッターが設けられ、前記制御回路(図示しない)からの指示にしたがい前記シャッターの開閉動作が制御されるようになされていてもよい。
集束光学系手段25が、光ファイバーケーブル40からのレーザビームを集束し、その集束したレーザビームをワークW1、W2に照射できるものであれば、どのような構成でもかまわない(例えば、複数のレンズや反射ミラー等により構成されていてもよい)。
また、例えば、集束光学系手段25として、レーザヘッド15の筒体部15aの筒内に形成されたレーザビームの光路を開閉するシャッターが設けられ、前記制御回路(図示しない)からの指示にしたがい前記シャッターの開閉動作が制御されるようになされていてもよい。
また、透光性を有する蓋体20は、所定の耐熱性および所定の耐圧性を有し(例えば、強化ガラス等により作られている)、さらに、その先端部が円弧凸状に形成されている(R面状に形成されている)。
このように構成することにより、蓋体20が、レーザビームが照射されるワークW1、W2の溶接部位を直接加圧することができるため、ワークW1、W2の溶接面で起きる爆発を効果的に防止することができる。
このように構成することにより、蓋体20が、レーザビームが照射されるワークW1、W2の溶接部位を直接加圧することができるため、ワークW1、W2の溶接面で起きる爆発を効果的に防止することができる。
次に、本実施形態のレーザ溶接システムAの動作を説明する。
具体的には、先ず、制御装置50が産業用ロボット2を駆動させ、ロボットアーム2aの先端部に装着されたレーザスポット溶接装置10をワークW1、2の溶接位置まで移動させる。
次に、制御装置50は、産業用ロボット2を介して、レーザスポット溶接装置10を制御し、レーザスポット溶接装置10のアーム12により、ワークW1、W2の溶接部位を挟持・加圧する。これにより、第1アーム12aの先端部のレーザヘッド15と、第2アーム12bの先端部とにより、ワークW1、W2の溶接部位が挟持・加圧される。
具体的には、先ず、制御装置50が産業用ロボット2を駆動させ、ロボットアーム2aの先端部に装着されたレーザスポット溶接装置10をワークW1、2の溶接位置まで移動させる。
次に、制御装置50は、産業用ロボット2を介して、レーザスポット溶接装置10を制御し、レーザスポット溶接装置10のアーム12により、ワークW1、W2の溶接部位を挟持・加圧する。これにより、第1アーム12aの先端部のレーザヘッド15と、第2アーム12bの先端部とにより、ワークW1、W2の溶接部位が挟持・加圧される。
次に、制御装置50は、ワークW1、W2の溶接部位を挟持・加圧した状態において、レーザ発信器2を制御して、レーザ発信器2からレーザビームを出力させる。
これにより、レーザ発信器2からのレーザビームは、光ファイバーケーブル40によりレーザヘッド15に導かれて、レーザヘッド15の先端部の蓋体20からワークW1、W2にレーザビームが照射される。すなわち、ワークW1、W2の溶接部位を挟持・加圧された状態において、レーザビームが溶接部位に照射される。
また、レーザヘッド15からレーザビームが照射されている最中に、温度センサ17がレーザヘッド15から照射されるレーザビームの入熱量を検知し、その検知した入熱量を示す信号を制御装置50に送信する。
制御装置50は、前記入熱量を示す信号を用いたフィードバック制御を行い、レーザ発信器1が発信するレーザビームの出力を調整する。
これにより、レーザ発信器2からのレーザビームは、光ファイバーケーブル40によりレーザヘッド15に導かれて、レーザヘッド15の先端部の蓋体20からワークW1、W2にレーザビームが照射される。すなわち、ワークW1、W2の溶接部位を挟持・加圧された状態において、レーザビームが溶接部位に照射される。
また、レーザヘッド15からレーザビームが照射されている最中に、温度センサ17がレーザヘッド15から照射されるレーザビームの入熱量を検知し、その検知した入熱量を示す信号を制御装置50に送信する。
制御装置50は、前記入熱量を示す信号を用いたフィードバック制御を行い、レーザ発信器1が発信するレーザビームの出力を調整する。
以上、説明したように、本実施形態によれば、第1アーム12aの先端部のレーザヘッド15と、第2アーム12bの先端部とによりワークW1、W2を挟持・加圧した上で、レーザヘッド15からワークW1、W2にレーザビームを照射することができる。これにより、レーザビームを照射しているときに、ワークW1、W2の溶接面での爆発が発生するのを防止することができ、その結果、溶接品質を安定させることができる。
また、本実施形態は、アーム12が軽量な強化素材(アルミ・チタン合金等)により形成されているため、装置自体を軽量化することが可能になる。
すなわち、本実施形態によれば、装置自体を軽量化できるため作業性を向上させることが可能になると共に、可搬重量の大きな産業用ロボットを用意する必要がなくなるため、設備コストの上昇を抑制することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
すなわち、本実施形態によれば、装置自体を軽量化できるため作業性を向上させることが可能になると共に、可搬重量の大きな産業用ロボットを用意する必要がなくなるため、設備コストの上昇を抑制することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、レーザスポット溶接装置10が、産業用ロボット2に装着されていたが、特にこれに限定されるものではない。
A レーザ溶接システム
S1、S2 信号線
W1、W2 ワーク
1 レーザ発信器
2 産業用ロボット
2a ロボットアーム
10 レーザスポット溶接装置
11 本体部
12 アーム
12a 第1アーム(アーム)
12b 第2アーム(アーム)
15 レーザヘッド
17 温度センサ
20 蓋体
25 レンズ
40 光ファイバーケーブル
50 制御装置
S1、S2 信号線
W1、W2 ワーク
1 レーザ発信器
2 産業用ロボット
2a ロボットアーム
10 レーザスポット溶接装置
11 本体部
12 アーム
12a 第1アーム(アーム)
12b 第2アーム(アーム)
15 レーザヘッド
17 温度センサ
20 蓋体
25 レンズ
40 光ファイバーケーブル
50 制御装置
Claims (3)
- レーザ発信器より出力されたレーザビームを集束させて被溶接物に照射するレーザヘッドを有するレーザスポット溶接装置であって、
先端部に前記レーザヘッドが設けられた第1アームと、
先端部が前記レーザヘッドと相対向する位置に配置されている第2アームと、
前記第1アームの先端部と、前記第2アームの先端部とを開閉自在に駆動させ、該第1アームの先端部のレーザヘッドと、前記第2アームの先端部とにより被溶接物を挟持し加圧する駆動手段と備え、
前記レーザヘッドは、
下端部が開口している中空筒状に形成され、且つその上端部に、前記レーザ発信器から出力されたレーザビームを導く光ファイバーが取り付けられた筒体部と、
前記筒体部の下端部側の開口を塞ぐ透光性を有する蓋体と、
前記筒体部の筒内に設けられ、前記光ファイバーからのレーザビームを集束し、前記蓋体を介して、該集束したレーザビームを前記被溶接物に向けて照射する集束光学系手段とを備えることを特徴とするレーザスポット溶接装置。 - 前記レーザヘッドは、前記駆動手段により、下端部の前記蓋体と、前記第2アームの先端部とにより被溶接物を挟持し加圧している際に、レーザヘッドからのレーザビームを被溶接物に照射することにより、被溶接物を溶接することを特徴とする請求項1に記載のレーザスポット溶接装置。
- 前記レーザ発信器の駆動を制御する制御手段と、
前記第2アームの先端部に取り付けられた、前記レーザヘッドから照射されるレーザビームの入熱量を検知するセンサとを備え、
前記センサは、前記レーザヘッドからレーザビームが照射されている最中に、該レーザビームの入熱量を検知し、その検知した入熱量を示す信号を前記制御手段に送信し、
前記制御手段は、前記入熱量を示す信号受信し、該信号を用いたフィードバック制御を行い、前記レーザ発信器のレーザビームの出力を調整することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のレーザスポット溶接装置。
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