JP2014184485A - レーザ溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物の突き合わせ界面の位置のばらつきを許容して、当該突き合わせ界面をレーザ溶接することができるレーザ溶接装置を提供する。
【解決手段】レーザ溶接装置１０は、被加工物８７の突き合わせ界面８６に沿ってレーザ光ＬＢを照射するガルバノスキャナ３３と、レーザ光ＬＢの照射開始に先立ちレーザ光ＬＢの照射位置と突き合わせ界面８６との相対的な位置ずれを検出する位置ずれ検出手段６０と、位置ずれが検出された場合にレーザ光ＬＢの照射位置を補正する照射位置補正手段７０とを有する。溶接加工位置Ｐに次々と供給される圧着端子８７の突き合わせ界面８６の位置のばらつきを許容して、全ての圧着端子８７を高品質にレーザ溶接できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物の突き合わせ界面をレーザ照射により溶接するレーザ溶接装置に関する。

自動車の車内配線にはワイヤハーネスが多用される。ワイヤハーネスは、車内配線の仕様に合わせて複数の被覆電線を集合部品化したものである。各被覆電線の端末には、接続用の端子（以下、圧着端子という。）が圧着されている。圧着端子をワイヤハーネスの電線端末に接続する場合、電線端末の絶縁被覆層を皮剥ぎして芯線を露出させ、芯線露出部に圧着端子の芯線バレルを加締め圧着することにより、電線端末と圧着端子との電気的接続がなされる。そして、圧着端子との接続部から電線内への水分の浸入による芯線の腐食を防止するべく、圧着端子と電線端末との接続部が樹脂封止される（特許文献１、特許文献２）。

特開２００１−１６７８２１号 特開２０１２−０６９４４９号

しかし、圧着端子と電線端末との接続部を樹脂封止することがワイヤハーネスの製造単価を増加させる要因となっている。これは使用される樹脂そのものが高価であることに加え、樹脂モールド処理或いはコーティング処理の工程で、樹脂の流し込みや硬化に時間を要することによる。

そこで、圧着端子の圧着部（電線接続部）をプレス成型により筒状に曲げ加工し、その筒状に曲げ加工した部分にできる板材両端の突き合わせ界面全体をレーザ溶接により接合して圧着部を密閉構造にする試みがなされている。

しかしながら、圧着端子などの被加工物の種類が変わったり、摩耗した金型を交換すると、レーザ溶接におけるレーザの照射位置と被加工物の突き合わせ界面の相対位置とがずれてしまうことがある。

本発明が解決しようとする課題は、被加工物の突き合わせ界面の位置のばらつきを許容して、当該突き合わせ界面をレーザ溶接して圧着部を密閉することができるレーザ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に、本発明のレーザ溶接装置は、
突き合わせ界面を有する被加工物を溶接加工位置に供給し、当該被加工物の突き合わせ界面をレーザ照射により溶接するレーザ溶接装置であって、
前記レーザ光の照射開始に先立ち、前記レーザ光の照射位置と前記突き合わせ界面の位置との位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
前記位置ずれが検出された場合に、前記レーザ光の照射位置を前記突き合わせ界面の位置に補正する照射位置補正手段と、
前記突き合わせ界面にレーザ光を照射するレーザ掃引照射手段と、を有することを特徴とする。

上記のように構成されたレーザ溶接装置は、レーザ光の照射位置と突き合わせ界面の位置との間に相対的な位置ずれが生じた場合、レーザ光の照射位置を突き合わせ界面の位置に補正した後、レーザ光の照射を開始する。したがって、このレーザ溶接装置によれば、被加工物の突き合わせ界面の位置のばらつきを許容して溶接可能となり、圧着部を密閉できるため、当該突き合わせ界面を常に高品質にレーザ溶接することができる。
ここで、補正するとは、突き合わせ界面の位置とレーザ光の照射位置との間の距離Ｄを測定し、測定された距離が許容誤差（閾値）より大か小かを判定し、大であれば、レーザ光の照射位置と突き合わせ界面の位置との間に相対的な位置ずれが生じていると判断し、レーザ光の照射位置を突き合わせ界面の位置に移動させ、測定された距離が許容誤差より小となるようにすることを言う。

本発明のレーザ溶接装置において、
前記位置ずれ検出手段は、
前記被加工物を撮像するための撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像に基づいて前記位置ずれを検出するための画像処理手段と、
前記被加工物の像を前記撮像手段の受光部に導く位置ずれ観測用光学装置と、を有し、
前記位置ずれ観測用光学装置の光路の一部は、
前記レーザ光を前記突き合わせ界面に導くための光学装置の光路と同軸に配置されていることが望ましい。

上記のように構成されたレーザ溶接装置によれば、被加工物の像を撮像手段の受光部に導く位置ずれ観測用光学装置の少なくとも一部の光路軸が、突き合わせ界面に照射されるレーザ光の落射光路と同軸に配置されていることにより、レーザ光が実際に照射される位置を含む被加工物の画像を確実に撮像することができる。そして、当該撮像された画像に基づいて、レーザ光の照射位置と被加工物の突き合わせ界面の位置との相対的な位置ずれを検出し、その位置ずれを解消するべくレーザ光の照射位置を補正することができる。また、位置ずれ観測用光学装置の光路の一部として、レーザ光の落射光路を利用することにより、レーザ光の照射位置において発生する飛散粒子や煙などの影響を受けない位置に撮像手段を配置して、常に清浄な環境下で被加工物の像を撮像することができる。

本発明のレーザ溶接装置は、レーザ光の照射位置と突き合わせ界面の位置との相対的な位置ずれを補正する機能を有しているので、被加工物の突き合わせ界面の位置のばらつきを許容して溶接可能となり、圧着部を密閉できるため、当該突き合わせ界面を常に高品質にレーザ溶接することができる。

本発明の第１の実施形態の装置構成図 （ａ）突き合わせ界面に隙間が生じている被加工物と当該被加工物を挟み込む前の状態におけるクランプ装置の形態とを例示する概念図 （ｂ）被加工物をクランプ装置で挟み込んだ状態で被加工物の突き合わせ界面にレーザ光を照射している状態を例示する概念図 本発明のレーザ溶接装置による溶接加工処理動作の流れを例示するフロー図 本発明の第２の実施形態の装置構成図 本発明の第３の実施形態の装置構成図 本発明の第４の実施形態の装置構成図 本発明のその他の実施形態の装置構成図 本発明のレーザ溶接装置により溶接加工された圧着端子の斜視図 図８の圧着端子の製造工程の概略を示す工程図 レーザ溶接機を示すシステム構成図

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
この実施形態では、図８に例示する圧着端子８０を製造するための装置構成について説明する。この圧着端子８０は、図９に示すように、（ａ）帯状の金属板８１をその長手方向（矢印Ａの向き）に一定のピッチで順送しつつ、（ｂ）キャリア部８２と展開状態の端子素材８３とを打ち抜き、（ｃ）端子素材８３を打ち抜き及び曲げ加工することにより箱状のコネクタ部８４と筒状の圧着部８５とを一体成型し、（ｄ）圧着部８５にできる板材両端の突き合わせ界面８６及び先端封止部分の重ね合わせ部１００をレーザ溶接により接合する、という一連の工程を経て製造される。ここで、突き合わせ界面とは、圧着部を構成する板材の曲げ方向における一方の端面と、もう一方の端面とを突き合わせて接触させた部分のことを言う。また、レーザ溶接は、重ね合わせ部１００の長手方向の中間を端子幅方向に溶接するように行う。

［第１の実施形態］
図１は本発明のレーザ溶接装置の第１の実施形態を示すシステム構成図である。このレーザ溶接装置１０は、被加工物である未溶接の圧着端子８７を溶接加工位置に順次供給し、その圧着端子８７の圧着部８５の突き合わせ界面８６をレーザ照射により溶接する装置である。圧着端子８７は、図９（ｃ）に示すように一定の間隔でキャリア部８２に片持ち支持された連鎖端子８８の形態で溶接加工位置Ｐに順次送り込まれて、レーザ照射による溶接加工が施される。

レーザ溶接装置１０は、レーザ光源２０と、レーザ照射光学装置３０と、送り装置４０と、クランプ装置５０と、位置ずれ検出装置６０と、制御装置７０と、を有している。

レーザ光源２０は、公知のファイバレーザであり、希土類元素を添加した石英光ファイバをレーザ媒体に使用して近赤外領域の波長のレーザ光を発振する。

レーザ照射光学装置３０は、レーザ光源２０から出力されたレーザ光を溶接加工位置Ｐに導くための光学装置である。レーザ照射光学装置３０は、光路軸シフト光学装置３１と、ガルバノスキャナ（レーザ掃引照射手段）３２と、集光レンズ３３と、を有している。

光路軸シフト光学装置３１は、レーザ光源２０から水平方向に出力されたレーザ光を複数回に反射させて、レーザ光の光路軸を上方に平行にシフトさせる光学装置である。この例では、互いに平行且つ上下に離間させて入射角４５°の姿勢で配置された２つの誘電体多層膜平面ミラー３１Ａ、３１Ｂで構成されている。

ガルバノスキャナ３２は、２軸（ＸＹ）式ガルバノスキャナであり、光路軸シフト光学装置３１からのレーザ光を互いに直交する軸周りに互いに同期して角度制御される２つのミラー３２Ｘ，３２Ｙで順次反射させることにより、溶接加工位置Ｐに停止している圧着端子８７の突き合わせ界面８６及び重ね合わせ部１００にレーザ光ＬＢを掃引照射する。ガルバノスキャナ３２は、ガルバノ制御系３４により駆動制御される。レーザ光ＬＢの水平面内における照射位置は、ミラー３２Ｘ，３２Ｙの角度を制御することにより、レーザ光ＬＢの掃引速度はミラー３２Ｘ，３２Ｙの回動速度を制御することにより、各々調節することができる。

集光レンズ３３は、ガルバノスキャナ３２からのレーザ光を圧着端子８７の突き合わせ界面８６の位置に集光させる光結合系である。集光レンズ３３には、テレセントリックレンズ又はｆθレンズが用いられる。

送り装置４０は、連鎖端子８８を圧着端子８７の並んでいる間隔Ｌに相当する一定のピッチで送ることにより、圧着端子８７を溶接加工位置Ｐに順次供給する装置である。送り装置４０は、連鎖端子８８の送り方向における溶接加工位置Ｐの上流側近傍と下流側近傍とに、連鎖端子８８のキャリア部８２を上下から挟んで回転する双ローラ４１、４２を有している。双ローラ４１、４２は、キャリア部８２の下面に接する送りローラ４１Ａ、４２Ａと、上面に接する押さえローラ４１Ｂ、４２Ｂとからなる。押さえローラ４１Ｂ、４２Ｂは、キャリア部８２を上方から押さえつつ従動回転する。送りローラ４１Ａ、４２Ａは、図示しない駆動機構により一定速度で回転駆動される。送りローラ４１Ａ、４２Ａの外周面には、周方向に等間隔に送り爪４５が突設されている。送り爪４５は、キャリア部８２の送り孔８９（図９参照）に係合する。送りローラ４１Ａ、４２Ａが一定角度回転する毎に、キャリア部８２の送り孔８９に係合している送り爪４５が連鎖端子８８を圧着端子８７の並んでいる間隔Ｌ分だけ移動させる。

クランプ装置５０は、溶接加工位置Ｐに供給された圧着端子８７を精度良く位置決めするための装置である。クランプ装置５０は、上クランプ治具５１と、下クランプ治具５２と、圧着端子８７の背面側（クランプ治具５２の背面側）から光を照射する照明装置５３とを有し、両クランプ治具５１、５２で圧着端子８７の圧着部８５に最低３点で接触するように上下から挟み込む。このため、クランプ治具５１には、例えば、圧着部８５と２点で当接して押さえ込む略ハ字型部５１ａが形成されている。一方、クランプ治具５２には、圧着部８５と一点で当接する略平らな当接面５２ａが形成されている。両クランプ治具５１、５２で圧着端子８７の圧着部８５を上下から挟み込むことにより、圧着部８５の突き合わせ界面８６を、図２（ｂ）に示すように、レーザ光ＬＢを照射可能な位置に位置決めをすることができる。また、上クランプ治具５１には、突き合わせ界面８６へのレーザ光ＬＢの照射の邪魔にならないようにスリット５１ｂが形成されている。

位置ずれ検出装置６０は、レーザ光の照射開始に先立ち、レーザ光ＬＢの照射位置と突き合わせ界面８６の位置との相対的な位置ずれを検出するための検出装置である。位置ずれ検出装置６０は、溶接加工位置Ｐに供給された圧着端子８７の圧着部８５を撮像するための撮像装置６１と、溶接加工位置Ｐを明るく照らす照明装置６２と、圧着部８５の像を撮像装置６１の受光部に導き結像させる位置ずれ観測用光学装置６３と、撮像装置６１により撮像された画像に基づいて突き合わせ界面８６の位置を検出するための画像処理系６４と、を有している。

撮像装置６１には、ＣＣＤ（Carge-Cupled Dice）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）など固体撮像素子を用いたイメージセンサが使用される。照明装置６２には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ランプやハロゲンランプなどが使用される。

位置ずれ観測用光学装置６３は、その光路の大部分がレーザ照射光学装置３０の光路と同軸に配置されている。この例では、光路軸シフト光学装置３１の一方の誘電体多層膜平面ミラー３１Ｂからガルバノスキャナ３２に至る光路３５と、レーザ照射光学装置３０の落射光路３６すなわち、ガルバノスキャナ３２から溶接加工位置Ｐに至る光路とを、位置ずれ観測用光学装置６３の光路として利用している。そして、誘電体多層膜平面ミラー３１Ｂと撮像装置６１との間に結像レンズ６５が配置されている。この構成により、溶接加工位置Ｐに供給された圧着端子８７の圧着部８５の像が、集光レンズ３３、ガルバノスキャナ３２、誘電体多層膜平面ミラー３１Ｂ、結像レンズ６５を順次経て、撮像装置６１の受光部に結像される。撮像装置６１は、受光像を撮像し、得られた画像データを出力する。撮像装置６１から出力された画像データは、画像処理系６４に入力される。画像処理系６４は、入力された画像データにエッジ検出処理などを施すことにより、圧着端子８７の突き合わせ界面８６の位置を検出する。

制御装置７０は、このレーザ溶接装置１０の全体の動作を統括制御するコンピュータシステムである。制御装置７０は、画像処理系６４からのデータに基づいて、レーザ光ＬＢの照射位置を補正する照射位置補正手段として機能する。

上記のように構成されたレーザ溶接装置１０の動作を図３に例示するフロー図に従って説明する。レーザ溶接装置１０は、送り装置４０により未溶接処理の圧着端子８７を溶接加工位置Ｐに供給する度に（Ｓ１）、その圧着端子８７の圧着部８５をクランプ装置５０でクランプし（Ｓ２）、位置決めを行った状態で、圧着部８５を撮像する（Ｓ３）。撮像により得られた画像データに基づいて、圧着部８５に存在する突き合わせ界面８６の位置を検出する（Ｓ４）。検出された突き合わせ界面８６の位置とレーザ光ＬＢの照射位置（現在の設定位置）との間の距離Ｄを測定し（Ｓ５）、測定された距離Ｄが許容誤差（閾値）ΔＤより大であるか否か判定する（Ｓ６）。測定された距離Ｄが許容誤差ΔＤ以下であれば（Ｓ６でＮｏ）、現在の設定位置のままレーザ光ＬＢを照射してレーザ溶接を実行する（Ｓ７）。一方、測定された距離Ｄが許容誤差ΔＤより大の場合（Ｓ６でＹｅｓ）、レーザ光ＬＢの照射位置と突き合わせ界面８６の位置との間に相対的な位置ずれが生じたと判断し、レーザ光ＬＢの照射位置を突き合わせ界面８６の位置に補正した後（Ｓ８）、レーザ溶接を実行する（Ｓ７）。その後、クランプを解除し（Ｓ９）、未溶接処理の圧着端子８７を溶接加工位置Ｐに供給する処理（Ｓ１）に戻る。

上記のように、このレーザ溶接装置１０は、レーザ光ＬＢの照射開始に先立ち、レーザ光ＬＢの照射位置と突き合わせ界面８６の位置との相対的な位置ずれを検出する処理を行い、その結果、位置ずれが検出された場合には、レーザ光ＬＢの照射位置を突き合わせ界面８６の位置に補正した後、レーザ光ＬＢの照射を開始してレーザ溶接を実行する。したがって、このレーザ溶接装置１０によれば、溶接加工位置Ｐに次々と供給される圧着端子８７の突き合わせ界面８６の位置のばらつきを許容して、全ての圧着端子８７の突き合わせ界面８６を高品質にレーザ溶接することができる。

また、この実施形態のレーザ溶接装置１０によれば、圧着部８５の像を撮像装置６１の受光部に導く位置ずれ観測用光学装置６３の一部の光路軸が、突き合わせ界面８６に照射されるレーザ光ＬＢの落射光路３６と同軸に配置されていることにより、レーザ光ＬＢが実際に照射される位置を含む圧着部８５の画像を確実に撮像することができる。そして、当該撮像された画像に基づいて、レーザ光ＬＢの照射位置と圧着部８５の突き合わせ界面の位置との相対的な位置ずれを検出し、その位置ずれを解消するべくレーザ光ＬＢの照射位置を補正することができる。また、位置ずれ観測用光学装置６３の光路の一部としてレーザ光ＬＢの落射光路３６を利用することにより、レーザ光ＬＢの照射位置において発生する飛散粒子や煙などの影響を受けない位置に撮像装置６１を配置して、常に清浄な環境下で圧着部８５の像を撮像することができる。
また、送りローラ４１Ａ、４２Ａの外周面には送り爪４５が突設されているため、圧着端子８７の搬送時に送り爪４５がキャリア部８２の送り孔８９に係合する。これによって、送りローラ４１Ａ、４２Ａとキャリア部８２との間の僅かな隙間に起因する圧着端子８７の搬送量のずれを防止することができ、高精度な位置決めを行うことができる。
また、クランプ装置５０の背面側にバックライト５３を設けたので、このバックライト５３からの光の照射により圧着端子８７の輪郭がより明瞭となるため、より高精度な位置決めを行うことができる。

［第２の実施形態］
図４は本発明のレーザ溶接装置の第２の実施形態を示すシステム構成図である。以下、第１の実施形態と共通の構成要素については図中に同一符号を付し、説明を適宜省略する。第１の実施形態では、溶接加工位置Ｐの近傍に照明装置６２を設け、照明装置６２の照明光で圧着部８５を直接照らすようにしているが、図４に示す第２の実施形態では、光路軸シフト光学装置３１の誘電体多層膜平面ミラー３１Ａに臨ませて照明装置６６が設けられ、照明装置６６から出射された照明光が、レーザ照射光学装置３０の光路軸を通って溶接加工位置Ｐに導かれるようになっている。すなわち、この例では、光路軸シフト光学装置３１の両多層膜平面ミラー３１Ａ、３１Ｂ間の光路３７と、誘電体多層膜平面ミラー３１Ｂからガルバノスキャナ３２に至る光路３５と、レーザ照射光学装置３０の落射光路３６とを、照明光の光路として利用している。照明光の光路としてレーザ光ＬＢの落射光路３６を利用することにより、レーザ光ＬＢの照射位置において発生する飛散粒子や煙などの影響を受けない位置に照明装置６６を配置することができる。また、確実に材料表面をむらなく照明でき、送り装置４０やクランプ装置５０との位置的干渉をさけることができる。

［第３の実施形態］
図５は本発明のレーザ溶接装置の第３の実施形態を示すシステム構成図である。第１の実施形態では、ガルバノスキャナ３２を備え、レーザ光源２０からのレーザ光ＬＢをガルバノスキャナ３２内の2つのミラー３２Ｘ、３２ＹでＸＹ方向（水平方向）に振ることにより、圧着端子８７の突き合わせ界面８６に沿ってレーザ光ＬＢを掃引する構成を採用しているが、図５に示す第３の実施形態では、レーザ加工ヘッド９０を備え、そのレーザ加工ヘッド９０自体をＸＹ方向（水平方向）に移動させることにより、レーザ光ＬＢを掃引する。レーザ加工ヘッド９０内には、レーザ光源２０からのレーザ光ＬＢを下向きに直角に反射させて溶接加工位置Ｐに落射させる誘電体多層膜平面ミラー９１と、誘電体多層膜平面ミラー９１からのレーザ光ＬＢを圧着端子８７の突き合わせ界面８６の位置に集光させる集光レンズ９２とが設けられている。さらに、レーザ加工ヘッド９０内には、撮像装置６１と、結像レンズ６５とが設けられている。撮像装置６１及び結像レンズ６５は、落射光路３６と同軸に配置されており、溶接加工位置Ｐにある圧着端子８７の圧着部８５の像が集光レンズ９２、誘電体多層膜平面ミラー９１、結像レンズ６５を順次経て、撮像装置６１の受光部に結像される。

この第３の実施形態のレーザ溶接装置１０においても、圧着部８５の像を撮像装置６１の受光部に導く位置ずれ観測用光学装置６３の一部の光路軸が、突き合わせ界面８６に照射されるレーザ光ＬＢの落射光路３６と同軸に配置されていることにより、レーザ光ＬＢが実際に照射される位置を含む圧着部８５の画像を確実に撮像することができる。そして、当該撮像された画像に基づいて、レーザ光ＬＢの照射位置と圧着部８５の突き合わせ界面の位置との相対的な位置ずれを検出し、その位置ずれを解消するべくレーザ光ＬＢの照射位置を補正することができる。

［第４の実施形態］
図６は本発明のレーザ溶接装置の第４の実施形態を示すシステム構成図である。第３の実施形態では、溶接加工位置Ｐの近傍に照明装置６２を設け、照明装置６２の照明光で圧着部８５を直接照らすようにしているが、図６に示す第４の実施形態では、照明装置６６が溶接加工位置Ｐから遠く離れたレーザ光源２０の近傍に設けられている。レーザ光源２０の近傍には、レーザ光源２０から出力されたレーザ光ＬＢを反射させてレーザ加工ヘッド９０内の誘電体多層膜平面ミラー９１に導く誘電体多層膜平面ミラー６７が設けられている。照明装置６６は両誘電体多層膜平面ミラー６７、９１と同軸に配置されている。そして、照明装置６６から出射された照明光が、レーザ照射光学装置３０の光路軸を通って溶接加工位置Ｐに導かれるようになっている。すなわち、この例では、レーザ照射光学装置３０の両多層膜平面ミラー６７、９１間の光路３８と、落射光路３６とを、照明光の光路として利用している。照明光の光路としてレーザ光ＬＢの落射光路３６を利用することにより、レーザ光６３の照射位置において発生する飛散粒子や煙などの影響を受けない位置に照明装置６６を配置することができる。

［その他の実施形態］
本発明の構成は上記実施形態の構成に限定されるものではない。たとえば、ミラーやレンズの配置などは適宜変更可能である。また、上記の例では、レーザ光源２０としてファイバレーザを使用した場合について説明したが、レーザ光源２０はファイバレーザに限定されない。上記の例では、位置ずれ検出装置６０が照明装置６２、６６を有しているが、溶接加工位置Ｐに供給された圧着端子８７の圧着部８５の像を誘電体多層膜平面ミラー３１Ｂ、９１を透過させて撮像装置６１で受光できる十分な明るさが得られているならば、照明装置６２、６６は省略可能である。被加工物についても圧着端子に限るものではない。

また、図７は、図１に示す第１の実施形態の構成からクランプ装置５０を省いた装置構成図である。図７に示すように、クランプ装置５０を省いた場合には、送りローラ４１Ａ、４２Ａとキャリア部８２の送り孔８９との係合において、位置ずれが発生するが、上記実施形態においては、全ての圧着端子の画像処理をして突き合わせ界面の位置ずれを補正しながらレーザ照射することができる。また、圧着部のクランプ工程を省くことができ、圧着端子の搬送から溶接に至るまでの作業効率を向上させることができる。

また、図１０は、レーザ溶接機２１０を示すシステム構成図である。このレーザ溶接機２１０は、被加工物である未溶接の圧着端子２８７を溶接加工位置に順次供給し、その圧着端子２８７の圧着部２８５の突き合わせ界面２８６ａ及び重ね合わせ部２８６ｂをレーザ照射により溶接する装置である。圧着端子２８７は、一定の間隔でキャリア部２８２に片持ち支持された連鎖端子２８８の形態で溶接加工位置Ｐに順次送り込まれて、レーザ照射による溶接加工が施される。

レーザ溶接機２１０は、レーザ光源２２０と、レーザ照射光学装置２３０と、送り装置２４０と、被加工物保持機構２５０と、制御装置２７０と、を有している。

レーザ照射光学装置２３０は、レーザ光源２２０から出力されたレーザ光を溶接加工位置Ｐに導くための光学装置である。レーザ照射光学装置２３０は、Ｘ・Ｙ軸スキャナ２３１と、Ｚ軸スキャナ２３２と、集光レンズ２３３と、を有している。

Ｘ・Ｙ軸スキャナ２３１は、２軸（ＸＹ）式ガルバノスキャナであり、レーザ光源２２０からのレーザ光ＬＢを互いに直交する軸周りに互いに同期して角度制御される２つのミラー２３１Ｘ，２３１Ｙで順次反射させることにより、溶接加工位置Ｐに停止している圧着端子２８７の突き合わせ界面２８６ａ及び重ね合わせ部２８６ｂにレーザ光ＬＢを掃引照射する。

Ｚ軸スキャナ２３２は、Ｘ・Ｙ軸スキャナ２３１により走査されるレーザ光ＬＢの照射方向（Ｚ軸方向）における焦点位置を調節するための光学装置である。Ｚ軸スキャナ２３２は、Ｘ・Ｙ軸スキャナ２３１に入射するレーザ光ＬＢの光路上に設けられている。

Ｘ・Ｙ軸スキャナ２３１及びＺ軸スキャナ２３２は、ガルバノ制御系２３４により駆動制御される。レーザ光ＬＢの水平面内における照射位置は、ミラー２３１Ｘ，２３１Ｙの角度を制御することにより、レーザ光ＬＢの掃引速度はミラー２３１Ｘ，２３１Ｙの回動速度を制御することにより、各々調節することができる。

集光レンズ２３３は、Ｘ・Ｙ軸スキャナ２３１からのレーザ光ＬＢを圧着端子２８７の突き合わせ界面２８６ａ及び重ね合わせ部２８６ｂの位置に集光させる光結合系である。集光レンズ２３３には、テレセントリックレンズ又はｆθレンズが用いられる。

送り装置２４０は、連鎖端子２８８を圧着端子２８７の並んでいる間隔Ｌに相当する一定のピッチで送ることにより、圧着端子２８７を溶接加工位置Ｐに順次供給する装置である。送り装置２４０は、連鎖端子２８８の送り方向における溶接加工位置Ｐの上流側近傍と下流側近傍とに、連鎖端子２８８のキャリア部２８２を上下から挟んで回転する双ローラ２４１、２４２を有している。双ローラ２４１、２４２は、キャリア部２８２の下面に接する送りローラ２４１Ａ、２４２Ａと、上面に接する押さえローラ２４１Ｂ、２４２Ｂとからなる。押さえローラ２４１Ｂ、２４２Ｂは、キャリア部２８２を上方から押さえつつ従動回転する。送りローラ２４１Ａ、２４２Ａは、図示しない駆動機構により一定速度で回転駆動される。送りローラ２４１Ａ、２４２Ａの外周面には、周方向に等間隔に送り爪２４５が突設されている。送り爪２４５は、キャリア部２８２の送り孔に係合する。送りローラ２４１Ａ、２４２Ａが一定角度回転する毎に、キャリア部２８２の送り孔に係合している送り爪２４５が連鎖端子２８８を圧着端子２８７の並んでいる間隔Ｌ分だけ移動させる。

被加工物保持機構２５０は、溶接加工位置Ｐに供給された圧着端子２８７を適正な位置・姿勢に保持するとともに突き合わせ界面２８６ａの隙間を解消するための装置である。
なお、同軸観測系と組み合わせられるＺ軸フォーカスシステムは、レーザ光源とガルバノスキャナもしくはレーザ加工ヘッドの間にあってもよい。具体的には、図１、４、７のレーザ光源２０と誘電体多層膜平面ミラー３１Ａとの間、図５のレーザ光源２０と誘電体多層膜平面ミラー９１との間、図６のレーザ光源２０と誘電体多層膜平面ミラー６７との間に設置すればよい。
すなわち、本発明は金属板材相互の突合せ界面を有する被加工物全般のレーザ溶接装置に適用できる。

１０ レーザ溶接装置
２０ レーザ光源
３０ レーザ照射光学装置
３１ 光路軸シフト光学装置
３２ ガルバノスキャナ（レーザ掃引照射手段）
３３ 集光レンズ
３６ 落射光路
４０ 送り装置
５０ クランプ装置（隙間解消装置）
６０ 位置ずれ検出装置
６１ 撮像装置
６３ 位置ずれ観測用光学装置
６４ 画像処理系
７０ 制御装置（照射位置補正手段）
８０ 圧着端子
８５ 圧着部
８６ 突き合わせ界面
８７ 圧着端子（被加工物）
ＬＢ レーザ光
Ｐ 溶接加工位置

Claims (2)

1. 突き合わせ界面を有する被加工物を溶接加工位置に供給し、当該被加工物の突き合わせ界面をレーザ照射により溶接するレーザ溶接装置であって、
   前記レーザ光の照射開始に先立ち、前記レーザ光の照射位置と前記突き合わせ界面の位置との位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
   前記位置ずれが検出された場合に、前記レーザ光の照射位置を前記突き合わせ界面の位置に補正する照射位置補正手段と、
   前記突き合わせ界面にレーザ光を照射するレーザ掃引照射手段と、
   を有するレーザ溶接装置。
2. 前記位置ずれ検出手段は、
   前記被加工物を撮像するための撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された画像に基づいて前記位置ずれを検出するための画像処理手段と、
   前記被加工物の突き合わせ界面の像を前記撮像手段の受光部に導く位置ずれ観測用光学装置と、を有し、
   前記位置ずれ観測用光学装置の少なくとも一部の光路は、
   前記レーザ光を前記突き合わせ界面に導くための光学装置の光路と同軸に配置されている、請求項１記載のレーザ溶接装置。