JP2013193085A

JP2013193085A - 溶接システム

Info

Publication number: JP2013193085A
Application number: JP2012059798A
Authority: JP
Inventors: Seiha O; 静波王; Hitoshi Nishimura; 仁志西村
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】被溶接物の溶接位置にレーザを照射しながらワイヤを送給してアーク溶接を同時に行う際、溶接部位に応じて諸パラメータを自由に調整することのできる溶接システムを提供する。
【解決手段】レーザ発振器８から発生したレーザを伝送するファイバ９に接続され、前記レーザを集光して被溶接物２の溶接位置に照射しレーザ溶接を行うヘッド１０を搭載した第１ロボット７と、送給装置１２とトーチ１３とを搭載し、ワイヤ３を前記溶接位置に送給してアーク溶接を行う第２ロボット１１と、前記第１ロボット７を制御する第１ロボット制御装置１４と、前記第２ロボット１１を制御する第２ロボット制御装置１５とを備えることによってレーザ・ワイヤ間距離と、レーザ照射角度と、レーザビームの焦点位置と、レーザ出力と、トーチ角度と、ワイヤの突き出し長さと、などの諸パラメータを自由に調整することができ溶接部位に応じた溶接結果をえることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被溶接物にレーザ溶接とアーク溶接とを同時に行う溶接システムに関するものである。

レーザ溶接は高速溶接のできる方法であるが、被溶接物にギャップがあると、レーザビームがギャップから抜けてしまい、良好な溶接ができなくなる恐れがあった。この欠点を補うために、消耗電極（ワイヤ）式アーク溶接と併用する方法、すなわちハイブリッド溶接方法またはその装置が多数提案されている。図３にハイブリッド溶接を行う際のレーザビームとワイヤの配置を表す模式図を示す。１は被溶接物２に照射するレーザビームで、Ｆは前記レーザビーム１の前記被溶接物２におけるレーザ照射点である。３はトーチの先端に取り付けられるチップ４を通して前記被溶接物２に送給されるワイヤで、Ｗは前記ワイヤ３の前記被溶接物２におけるワイヤ狙い位置である。ＥＸＴは、前記ワイヤ３が前記チップ４の先端から前記ワイヤ狙い位置Ｗまでの距離を示すチップ・被溶接物間距離である。前記レーザ照射点Ｆと前記ワイヤ狙い位置Ｗとの間の距離はレーザ・ワイヤ間距離ΔＬである。５は前記ワイヤ３と前記被溶接物２との間に形成されたアークで、６は前記ワイヤ３が前記アーク５によって溶融されて形成された溶滴である。

従来から、レーザビームとワイヤの配置関係、またはハイブリッド溶接の専用ヘッドが多数提案されている。これは、レーザビームとワイヤを同軸に配置する加工ヘッド（特許文献１）と、レーザビームとワイヤをサイドに配置する加工ヘッド（特許文献２、特許文献３）とに大別される。前者では、レーザビームはレンズによってワイヤの狙い位置と同一の点に集光されるので、どの溶接方向においてもこの配置関係は変化しない。したがって、溶接方向による制限がない。但し、溶接電流または溶接部位に応じてワイヤのチップ・被溶接物間距離ＥＸＴを変えようとすると、レーザビームの集光点の位置ずれと集光スポットサイズの変化が発生し、その都度調整しなければならない煩わしさが発生してしまう。一方、後者では、レーザビームとワイヤをサイドに配置するが（図３参照）、ワイヤのチップ・被溶接物間距離ＥＸＴを変えようとしても、やはりその都度レーザ照射点とワイヤ狙い位置を調整する煩わしさが解消されない。また、溶接中には溶接部位に応じて、例えばワイヤのチップ・被溶接物間距離ＥＸＴまたはレーザ・ワイヤ間距離ΔＬを変えなければならないことがしばしば要求されるが、従来から提案された加工ヘッドうではこれらの調整をリアルタイムに実施することが不可能である。また、後者では、加工ヘッドが一旦でき上がると、レーザビームの光軸とトーチの中心軸との角度が決まってしまうので、良好な溶接を得るために、または被溶接物の溶接位置への接近性を高めるために、この角度を調整しようと思ってもできなくなってしまう欠点があった。すなわち、従来の何れの方法でも、溶接中に溶接部位に応じてレーザ・ワイヤ間距離ΔＬとワイヤのチップ・被溶接物間距離ＥＸＴとをはじめ、レーザビームとトーチとの角度やレーザビームの焦点位置などの諸パラメータを自由に調整することが不可能であり、使用上の制限があった。

特開２００２−０５９２８６号公報特開２００４−２１６４４１号公報国際公開第０２／４０２１１号

従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、レーザビームを集光してレーザ溶接を行うヘッドを搭載した第１ロボットと、送給装置とトーチとを搭載してアーク溶接を行う第２ロボットと、前記第１ロボットと前記第２ロボットとをそれぞれ制御する第１ロボット制御装置と第２ロボット制御装置とを備え、被溶接物における溶接位置にレーザ溶接とアーク溶接とを同時に行う溶接システムにおいて、溶接部位に応じレーザ・ワイヤ間距離と、レーザ照射角度と、レーザビームの焦点位置と、レーザ出力と、トーチ角度と、ワイヤの突き出し長さと、などの諸パラメータを自由に調整することのできる溶接システムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、レーザ発振器から発生したレーザを伝送するファイバに接続され、前記レーザビームを集光して被溶接物の表面における溶接位置に照射してレーザ溶接を行うヘッドを搭載した第１ロボットと、送給装置とトーチとを搭載し、ワイヤをトーチ先端から前記被溶接物における溶接位置に向かって送給してアーク溶接を行う第２ロボットと、前記第１ロボットを制御する第１ロボット制御装置と、前記第２ロボットを制御する第２ロボット制御装置とを備え、前記被溶接物における溶接位置にレーザ溶接とアーク溶接とを同時に行う溶接システムである。

また、本発明は、第１ロボット制御装置と第２ロボット制御装置とは通信手段によって接続され、第１ロボットまたは第２ロボットのいずれかは、前記通信手段を通して反対のロボット制御装置によって制御されることのできる溶接システムである。

また、本発明は、ヘッドによって集光されたレーザビームの被溶接物の表面における照射位置とトーチ先端からでたワイヤの狙い位置との距離であるレーザ・ワイヤ間距離と、前記レーザビームの光軸が前記被溶接物の法線となす角度であるレーザ照射角度と、前記レーザビームの焦点位置と、レーザ出力と、トーチの被溶接物の法線となす角度であるトーチ角度と、前記ワイヤの突き出し長さとなどの諸パラメータは、溶接中に溶接する部位に応じ第１ロボットまたは第２ロボットによって自由に変えることのできる溶接システムである。

以上のように本発明は、レーザビームを集光してレーザ溶接を行うヘッドを搭載した第１ロボットと、送給装置とトーチとを搭載してアーク溶接を行う第２ロボットと、前記第１ロボットと前記第２ロボットとをそれぞれ制御する第１ロボット制御装置と第２ロボット制御装置とを備え、溶接部位に応じレーザ・ワイヤ間距離と、レーザ照射角度と、デフォーカス値と、レーザ出力と、トーチ角度と、ワイヤの突き出し長さと、などの諸パラメータを自由に調整することによって溶接部位に応じた溶接結果を得ることができる。

本発明の実施の形態１における溶接システムの構成を示す模式図本発明の実施の形態１における溶接システムの構成を示す模式図レーザビームとワイヤの配置を説明する模式図

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における溶接システムの構成を示す模式図である。

７は、レーザ発振器８から発生したレーザを伝送するファイバ９に接続され、前記レーザを集光してレーザビーム１を被溶接物２の表面における溶接位置に照射してレーザ溶接を行うヘッド１０を搭載した第１ロボットである。

１１は、送給装置１２と、前記送給装置１２に接続されたトーチ１３とを搭載し、ワイヤ３を前記トーチ１３から前記被溶接物２における前記溶接位置に向かって送給してアーク溶接を行う第２ロボットである。

１４は前記第１ロボット７を制御するロボット制御装置で、１５は前記第２ロボット１１を制御するロボット制御装置である。前記ロボット制御装置１４は前記レーザ発振器８をも制御するが、前記ロボット制御装置１５は溶接機１６をも制御する。

前記送給装置１２は、前記溶接機１６は、前記送給装置１２を制御する。また、図示していないが、前記溶接機１６は、ケーブルを通して前記送給装置１２と前記被溶接物２とに接続され、前記ワイヤ３と前記被溶接物２との間に電力を供給してアーク５を発生する。１７は、前記ロボット制御装置１４と前記ロボット制御装置１５とを接続する通信手段である。

本発明の実施の形態１における溶接システムの動作について説明する。

溶接する際に、図示していないが、溶接線に対してロボット制御装置１４は前記第１ロボット７を制御し、あらかじめ教示したプログラムに従って被溶接物２の溶接位置に向かって走行してレーザ溶接を行う。

同時に、前記ロボット制御装置１４は、通信手段１７と前記通信手段１７に接続されるロボット制御装置１５とを通して第２ロボット１１を制御し、前記第２ロボット１１が前記第１ロボット７に追随して前記レーザ溶接で形成した同一の溶融池に対してアーク溶接を行う。

以上のようにして、被溶接物２に対しレーザ溶接とアーク溶接とを同時に実現するハイブリッド溶接を行う。本発明の実施の形態１における溶接システムの構成では、ヘッド１０とトーチ１３はそれぞれ第１ロボット７と第２ロボット１１に搭載されるので、両者が独立に動作することができる。したがって、レーザ・ワイヤ間距離ΔＬと、レーザ照射角度と、レーザビームの焦点位置と、レーザ出力と、トーチ角度と、ワイヤのチップ・被溶接物間距離ＥＸＴとなどの諸パラメータを溶接部位または使用する溶接電流に応じて自由に調整することができ、それぞれの溶接部位に応じた溶接結果を得ることができる。

以上のように本発明の実施の形態１における溶接システムによれば、レーザビームを集光してレーザ溶接を行うヘッドを搭載した第１ロボットと、送給装置とトーチとを搭載してアーク溶接を行う第２ロボットと、前記第１ロボットと前記第２ロボットとをそれぞれ制御する第１ロボット制御装置と第２ロボット制御装置とを備え、溶接部位に応じレーザ・ワイヤ間距離と、レーザ照射角度と、レーザビームの焦点位置と、レーザ出力と、トーチ角度と、ワイヤの突き出し長さと、などの諸パラメータを自由に調整することによって、溶接部位に応じた溶接結果を得ることができる。

以上の説明では、ロボット制御装置１４は、通信手段１７と前記通信手段１７に接続されるロボット制御装置１５とを通して第２ロボット１１を制御し、前記第２ロボット１１が前記第１ロボット７に追随して前記レーザ溶接で形成した同一の溶融池に対してアーク溶接を行うと説明したが、言うまでもなく、ロボット制御装置１５は、通信手段１７と前記通信手段１７に接続されるロボット制御装置１４とを通して第１ロボット７を制御し、前記第１ロボット７が前記第２ロボット１１に追随して、前記第２ロボット１１によって形成したアーク溶接の溶融池に対してレーザ溶接を行っても同様の効果を得ることができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における溶接システムの構成を示す模式図である。なお、本発明の実施の形態１における溶接システムの構成の模式図を示した図１と同様の機能または動作のものを同一の記号を付してその詳細の説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

１８は、第２ロボット１１と送給装置１２とを制御するロボット制御装置である。なお、前記ロボット制御装置１８は、図示していないが、ケーブルを通して前記送給装置１２と被溶接物２とに接続され、ワイヤ３と前記被溶接物２との間に電力を供給してアーク５を発生して、アーク溶接を行う機能を備える。以上の本発明の実施の形態２における溶接システムの構成によれば、本発明の実施の形態１におけるレーザ溶接と同様の効果を得ることができる。

以上のように本発明によれば、レーザビームを集光してレーザ溶接を行うヘッドを搭載した第１ロボットと、送給装置とトーチとを搭載してアーク溶接を行う第２ロボットと、前記第１ロボットと前記第２ロボットとをそれぞれ制御する第１ロボット制御装置と第２ロボット制御装置とを備え、溶接部位に応じレーザ・ワイヤ間距離と、レーザ照射角度と、レーザビームの焦点位置と、レーザ出力と、トーチ角度と、ワイヤの突き出し長さと、などの諸パラメータを自由に調整することによって溶接部位に応じた溶接結果を得ることのできる溶接システムを提供できる。

１レーザビーム
２被溶接物
３ワイヤ
４チップ
５アーク
６溶滴
７第１ロボット
８レーザ発振器
９ファイバ
１０ヘッド
１１第２ロボット
１２送給装置
１３トーチ
１４ロボット制御装置
１５ロボット制御装置
１６溶接機
１７通信手段
１８ロボット制御装置
Ｆレーザ照射点
Ｗワイヤ狙い位置
ΔＬレーザ・ワイヤ間距離
ＥＸＴチップ・被溶接物間距離

Claims

レーザ発振器から発生したレーザビームを伝送するファイバに接続され、前記レーザビームを集光して被溶接物の表面における溶接位置に照射してレーザ溶接を行うヘッドを搭載した第１ロボットと、送給装置とトーチとを搭載し、ワイヤをトーチ先端から前記被溶接物における溶接位置に向かって送給してアーク溶接を行う第２ロボットと、前記第１ロボットを制御する第１ロボット制御装置と、前記第２ロボットを制御する第２ロボット制御装置とを備え、前記被溶接物における溶接位置にレーザ溶接とアーク溶接とを同時に行う溶接システム。
第１ロボット制御装置と第２ロボット制御装置とは通信手段によって接続され、第１ロボットまたは第２ロボットのいずれかは、前記通信手段を通して反対のロボット制御装置によって制御されることを特徴とする請求項１記載の溶接システム。
ヘッドによって集光されたレーザビームの被溶接物の表面における照射位置とトーチ先端からでたワイヤの狙い位置との距離であるレーザ・ワイヤ間距離と、前記レーザビームの光軸が前記被溶接物の法線となす角度であるレーザ照射角度と、前記レーザビームの焦点位置と、レーザ出力と、トーチの被溶接物の法線となす角度であるトーチ角度と、前記ワイヤの突き出し長さとは、溶接中に溶接する部位に応じ第１ロボットまたは第２ロボットによって自由に変えることのできる請求項１または請求項２記載の溶接システム。
第１ロボットと第２ロボットは共に多関節ロボットである請求項１から請求項３記載の溶接システム。