JP2022060808A - Laser welding method and laser welding device - Google Patents
Laser welding method and laser welding device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022060808A JP2022060808A JP2020168509A JP2020168509A JP2022060808A JP 2022060808 A JP2022060808 A JP 2022060808A JP 2020168509 A JP2020168509 A JP 2020168509A JP 2020168509 A JP2020168509 A JP 2020168509A JP 2022060808 A JP2022060808 A JP 2022060808A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pattern
- laser
- laser beam
- spot
- laser welding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 105
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 10
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 50
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 18
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 18
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
本開示は、レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。 The present disclosure relates to a laser welding method and a laser welding apparatus.
レーザ溶接は、被溶接物であるワークに照射されるレーザ光のパワー密度が高いため、高速かつ高品質の溶接を行うことができる。特に、レーザ光をワークの表面で高速にスキャンしながら溶接を行うスキャニング溶接では、溶接をしない期間中にレーザビームを次の溶接点へ高速に移動することができるため、トータルな溶接時間を短縮することができる(例えば、特許文献1参照)。また、レーザ光のスキャニング方法に関しては、ワークの表面にリサージュパターンを描くようにレーザ光を走査する方法が、従来提案されている(例えば、特許文献2、3参照)。 In laser welding, since the power density of the laser beam applied to the work to be welded is high, high-speed and high-quality welding can be performed. In particular, in scanning welding in which welding is performed while scanning the laser beam on the surface of the work at high speed, the laser beam can be moved to the next welding point at high speed during the non-welding period, thus shortening the total welding time. (See, for example, Patent Document 1). Further, as for the method of scanning the laser beam, a method of scanning the laser beam so as to draw a resage pattern on the surface of the work has been conventionally proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
しかし、特許文献1~3に提案されるような従来のスキャンニング技術では、レーザビームを動かすことによって高速溶接を行うことに主点が置かれ、生産の向上に大きな役割を果たすことができても、被溶接物であるワーク間のギャップに起因する溶接欠陥の発生抑制に関して特に注意が払われてこなかった。
However, in the conventional scanning technology as proposed in
本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、被溶接物であるワーク間にギャップがあってもワークをスポット溶接できるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供することにある。 The present disclosure has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a laser welding method and a laser welding apparatus capable of spot welding a work even if there is a gap between the works to be welded.
上記目的を達成するため、本開示に係るレーザ溶接方法は、レーザ光をスポットパターンに沿って進行させながら、前記レーザ光を二次元的に走査してワークの表面に照射することで、前記ワークをスポット溶接する溶接ステップを備え、前記溶接ステップでは、所定のパターンを前記ワークの表面で描くように、かつ前記所定のパターンの原点が前記スポットパターンの上を通るように前記レーザ光を走査し、前記スポットパターンは、環状のパターンか、または一端と他端とが所定の中心点から等距離の位置にある線状のパターンであり、前記所定のパターンは、前記原点における前記スポットパターンの接線を挟んで前記スポットパターンの両側で同じ幅か、または異なる幅であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the laser welding method according to the present disclosure is to scan the laser beam two-dimensionally while advancing the laser beam along a spot pattern and irradiate the surface of the workpiece with the work. The laser beam is scanned so that a predetermined pattern is drawn on the surface of the work and the origin of the predetermined pattern passes over the spot pattern. The spot pattern is an annular pattern or a linear pattern in which one end and the other end are equidistant from a predetermined center point, and the predetermined pattern is a tangent line of the spot pattern at the origin. The spot pattern is characterized by having the same width or different widths on both sides of the spot pattern.
本開示に係るレーザ溶接装置は、レーザ光を発生させるレーザ発振器と、前記レーザ光を受け取ってワークに向けて照射するレーザヘッドと、少なくとも前記レーザヘッドの動作を制御するコントローラと、を少なくとも備え、前記レーザヘッドは、前記レーザ光を第1方向と前記第1方向と交差する第2方向のそれぞれに走査するレーザ光スキャナを有し、前記コントローラは、前記レーザ光をスポットパターンに沿って進行させながら、前記レーザ光を二次元的に走査するように前記レーザ光スキャナを駆動制御し、さらに、前記コントローラは、前記レーザ光が所定のパターンを前記ワークの表面で描くように、かつ前記所定のパターンの原点が前記スポットパターンの上を通るように前記レーザ光スキャナを駆動制御し、前記スポットパターンは、環状のパターンか、または一端と他端とが所定の中心点から等距離の位置にある線状のパターンであり、前記所定のパターンは、前記原点における前記スポットパターンの接線を挟んで前記スポットパターンの両側で同じ幅か、または異なる幅であることを特徴とする。 The laser welding apparatus according to the present disclosure includes at least a laser oscillator that generates a laser beam, a laser head that receives the laser beam and irradiates the work, and at least a controller that controls the operation of the laser head. The laser head has a laser beam scanner that scans the laser beam in each of a first direction and a second direction intersecting the first direction, and the controller causes the laser beam to travel along a spot pattern. While driving and controlling the laser beam scanner so as to scan the laser beam two-dimensionally, the controller further controls the laser beam so that the laser beam draws a predetermined pattern on the surface of the work. The laser light scanner is driven and controlled so that the origin of the pattern passes over the spot pattern, and the spot pattern is an annular pattern, or one end and the other end are equidistant from a predetermined center point. It is a linear pattern, and the predetermined pattern is characterized in that the width is the same or different on both sides of the spot pattern with the tangent line of the spot pattern at the origin thereof interposed therebetween.
本開示によれば、ギャップを有するワークをスポット溶接することができる。また、形成される溶接ビードの形状を良好にすることができる。 According to the present disclosure, a workpiece having a gap can be spot welded. In addition, the shape of the formed weld bead can be improved.
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely an example and is not intended to limit the present disclosure, its application or its use.
(実施形態1)
[レーザ溶接装置及びレーザ光スキャナの構成]
図1は、本実施形態に係るレーザ溶接装置の構成の模式図を示し、図2は、レーザ光スキャナの概略構成図を示す。図3は、ワークの断面模式図を示す。
(Embodiment 1)
[Construction of laser welding equipment and laser light scanner]
FIG. 1 shows a schematic diagram of the configuration of the laser welding apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of a laser light scanner. FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of the work.
なお、以降の説明において、反射ミラー33からレーザ光スキャナ40に向かうレーザ光LBの進行方向と平行な方向をX方向と、レーザヘッド30から出射されるレーザ光LBの光軸と平行な方向をZ方向と、X方向及びZ方向とそれぞれ直交する方向をY方向とそれぞれ呼ぶことがある。X方向とY方向とを面内に含むXY平面は、ワーク200の表面が平坦面である場合、当該表面と略平行でもよく、当該表面と一定の角度をなしていてもよい。
In the following description, the direction parallel to the traveling direction of the laser beam LB from the
図1に示すように、レーザ溶接装置100は、レーザ発振器10と光ファイバ20とレーザヘッド30とコントローラ50とマニピュレータ60とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
レーザ発振器10は、図示しない電源から電力が供給されてレーザ光LBを発生させるレーザ光源である。なお、レーザ発振器10は、単一のレーザ光源で構成されていてもよいし、複数のレーザモジュールで構成されていてもよい。後者の場合は、複数のレーザモジュールからそれぞれ出射されたレーザ光を結合してレーザ光LBとして出射する。また、レーザ発振器10で使用されるレーザ光源あるいはレーザモジュールは、ワーク200の材質や溶接部位の形状等に応じて、適宜選択される。
The
例えば、ファイバレーザかディスクレーザ、あるいはYAG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザをレーザ光源とすることもできる。この場合、レーザ光LBの波長は、1000nm~1100nmの範囲に設定される。また、半導体レーザをレーザ光源あるいはレーザモジュールとしてもよい。この場合、レーザ光LBの波長は、800nm~1000nmの範囲に設定される。また、可視光レーザをレーザ光源あるいはレーザモジュールとしてもよい。この場合、レーザ光LBの波長は、400nm~600nmの範囲に設定される。 For example, a fiber laser, a disk laser, or a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) laser can be used as a laser light source. In this case, the wavelength of the laser beam LB is set in the range of 1000 nm to 1100 nm. Further, the semiconductor laser may be used as a laser light source or a laser module. In this case, the wavelength of the laser beam LB is set in the range of 800 nm to 1000 nm. Further, the visible light laser may be used as a laser light source or a laser module. In this case, the wavelength of the laser beam LB is set in the range of 400 nm to 600 nm.
光ファイバ20は、レーザ発振器10に光学的に結合されており、レーザ発振器10で発生したレーザ光LBは、光ファイバ20に入射されて、その内部をレーザヘッド30に向けて伝送される。
The
レーザヘッド30は、光ファイバ20の端部に取り付けられており、光ファイバ20から伝送されたレーザ光LBをワーク200に向けて照射する。
The
また、レーザヘッド30は、光学部品として、コリメーションレンズ32と反射ミラー33と集光レンズ34とレーザ光スキャナ40とを有しており、筐体31の内部にこれらの光学部品が所定の配置関係を保って収容されている。
Further, the
コリメーションレンズ32は、光ファイバ20から出射されたレーザ光LBを受け取って、平行光に変換し、反射ミラー33に入射させる。また、コリメーションレンズ32は、図示しない駆動部に連結されており、コントローラ50からの制御信号に応じて、Z方向に変位可能に構成されている。コリメーションレンズ32をZ方向に変位させることで、レーザ光LBの焦点位置を変化させ、ワーク200の形状に応じて適切にレーザ光LBを照射させることができる。つまり、コリメーションレンズ32は、図示しない駆動部との組み合わせにより、レーザ光LBの焦点位置調整機構としても機能している。なお、集光レンズ34を駆動部により変位させて、レーザ光LBの焦点位置を変化させるようにしてもよい。
The
反射ミラー33は、コリメーションレンズ32を透過したレーザ光LBを反射して、レーザ光スキャナ40に入射させる。反射ミラー33の表面は、コリメーションレンズ32を透過したレーザ光LBの光軸と約45度をなすように設けられている。
The
集光レンズ34は、反射ミラー33で反射され、レーザ光スキャナ40で走査されたレーザ光LBをワーク200の表面に集光させる。
The
図2に示すように、レーザ光スキャナ40は、第1ガルバノミラー41と第2ガルバノミラー42とを有する公知のガルバノスキャナである。第1ガルバノミラー41は、第1ミラー41aと第1回転軸41bと第1駆動部41cとを有し、第2ガルバノミラー42は、第2ミラー42aと第2回転軸42bと第2駆動部42cとを有している。集光レンズ34を透過したレーザ光LBは、第1ミラー41aで反射され、さらに第2ミラー42aで反射されて、ワーク200の表面に照射される。
As shown in FIG. 2, the
例えば、第1駆動部41c及び第2駆動部42cは、ガルバノモータであり、第1回転軸41b及び第2回転軸42bは、モータの出力軸である。図示していないが、第1駆動部41cが、コントローラ50からの制御信号に応じて動作するドライバによって回転駆動することで、第1回転軸41bに取り付けられた第1ミラー41aが第1回転軸41bの軸線回りに回転する。同様に、第2駆動部42cが、コントローラ50からの制御信号に応じて動作するドライバによって回転駆動することで、第2回転軸42bに取り付けられた第2ミラー42aが第2回転軸42bの軸線回りに回転する。
For example, the
第1ミラー41aが第1回転軸41bの軸線回りに所定の角度まで回転動作をすることで、レーザ光LBがX方向に走査される。また、第2ミラー42aが第2回転軸42bの軸線回りに所定の角度まで回転動作をすることで、レーザ光LBがY方向に走査される。つまり、レーザ光スキャナ40は、レーザ光LBをXY平面内で二次元的に走査してワーク200に向けて照射するように構成されている。
The laser beam LB is scanned in the X direction by the
コントローラ50は、レーザ発振器10のレーザ発振を制御する。具体的には、レーザ発振器10に接続された図示しない電源に対して出力電流やオンオフ時間等の制御信号を供給することにより、レーザ発振制御を行う。また、コントローラ50は、レーザ光LBの出力を制御する。
The
また、コントローラ50は、選択されたレーザ溶接プログラムの内容に応じて、レーザヘッド30の動作を制御する。具体的には、レーザヘッド30に設けられたレーザ光スキャナ40及び、コリメーションレンズ32の図示しない駆動部の駆動制御を行う。さらに、コントローラ50は、マニピュレータ60の動作を制御する。なお、レーザ溶接プログラムは、コントローラ50の内部または別の場所に設けられた記憶部(図示せず)に保存され、コントローラ50からの命令によってコントローラ50に呼び出される。
Further, the
コントローラ50は、図示しないLSIまたはマイクロコンピュータ等の集積回路を有しており、この集積回路上でソフトウェアであるレーザ溶接プログラムを実行することで、前述のコントローラ50の機能が実現される。なお、レーザヘッド30の動作を制御するコントローラ50とレーザ光LBの出力を制御するコントローラ50とを別個に設けてもよい。
The
マニピュレータ60は、多関節ロボットであり、レーザヘッド30の筐体31に取り付けられている。また、マニピュレータ60は、コントローラ50と信号の授受が可能に接続され、前述のレーザ溶接プログラムに応じて所定の軌跡を描くようにレーザヘッド30を移動させる。なお、マニピュレータ60の動作を制御する別のコントローラ(図示せず)を設けるようにしてもよい。
The
図1に示すレーザ溶接装置100は、種々の形状のワーク200に対してレーザ溶接を行うことができる。例えば、図3に示すように、鋼板からなる第1板材210と第2板材220とを重ね合わせたワーク200にレーザ光LBを照射して、重ね溶接が行われる。なお、図3に示すように、第1板材210と第2板材220との間には、所定のギャップg1が設けられている。ただし、ギャップg1が零、つまり、第1板材210と第2板材220とがギャップ無く密着して重ね合わせられていてもよい。また、レーザ溶接されるワーク200の構造や材質が図3に示す例に限定されないことは言うまでもない。例えば、図3に示す第1板材210及び第2板材220のそれぞれの表面に亜鉛めっき層(図示せず)が形成されていてもよい。また、ステンレス鋼のような鉄鋼材料、アルミニウム合金や銅合金などのような非鉄系合金材料などであってもよい。
The
[レーザ光の走査パターンの数式的表現]
図4は、レーザ光の走査パターンを示し、レーザ光LBは、XY平面内、この場合はワーク200の表面で走査パターンSP1を描くように走査される。なお、以降の説明をわかりやすくするために、走査パターンSP1のX方向とY方向をそれぞれX1軸とY1軸と表記する。
[Mathematical expression of laser beam scanning pattern]
FIG. 4 shows a scanning pattern of the laser beam, and the laser beam LB is scanned so as to draw the scanning pattern SP1 in the XY plane, in this case, on the surface of the
図4に示す走査パターンSP1のX1方向の幅は、Y1方向の幅に略等しい。なお、本願明細書において、「略等しい」または「略同じ」とは、制御系の誤差を含んで制御対象の制御結果が同じまたは同一という意味であり、厳密に比較対象となる両者が同じまたは同一であることまでを要求するものではない。また、「略等しい」または「略同じ」とは、各部品等の製造公差や組立公差を含んで同じまたは同一という意味にも用いられる。 The width of the scanning pattern SP1 shown in FIG. 4 in the X1 direction is substantially equal to the width in the Y1 direction. In the specification of the present application, "substantially equal" or "substantially the same" means that the control results of the controlled objects are the same or the same including the error of the control system, and both of them are strictly the same or the same. It does not require that they be the same. Further, "substantially equal" or "substantially the same" is also used to mean the same or the same including manufacturing tolerances and assembly tolerances of each part and the like.
図4に示す走査パターンSP1は、レーザ光LBをX1方向に所定の周波数の正弦波状に振動させるとともに、Y1方向にX1方向と異なる周波数の正弦波状に振動させることで得られるリサージュパターン(以下、リサージュ図形ともいう)である。走査パターンSP1の原点O1は、リサージュパターンの中心点に相当する。また、前述したように、第1ミラー41a及び第2ミラー42aの回転運動に基づいて、レーザ光LBのX1方向及びY1方向の走査パターンが決定される。一般的に、第1ミラー41aの駆動によって得られる図4に示す走査パターンSP1の位置座標をX11とし、第2ミラー42aの駆動によって得られる図4に示す走査パターンSP1の位置座標をY11とするとき、位置座標X11,Y11は、それぞれ以下の式(1)、(2)で表される。
The scanning pattern SP1 shown in FIG. 4 is a Lissajous pattern obtained by vibrating the laser beam LB in the X1 direction in a sine and cosine shape with a predetermined frequency and in the Y1 direction in a sine and cosine shape with a frequency different from the X1 direction (hereinafter,). It is also called a Lissajous figure). The origin O1 of the scanning pattern SP1 corresponds to the center point of the resage pattern. Further, as described above, the scanning pattern of the laser beam LB in the X1 direction and the Y1 direction is determined based on the rotational motion of the
X11=a×sin(nt) ・・・(1)
Y11=b×sin(mt+φ) ・・・(2)
X11 = a × sin (nt) ・ ・ ・ (1)
Y11 = b × sin (mt + φ) ・ ・ ・ (2)
ここで、
a:図4に示す走査パターンSP1のX1方向における振幅
b:図4に示す走査パターンSP1のY1方向における振幅
n:第1ミラー41aの周波数
m:第2ミラー42aの周波数
t:時間
φ:第1ミラー41aまたは第2ミラー42a駆動時の位相差であり、具体的には、第1ミラー41aと第2ミラー42aの回転運動時に設ける角度ずれ量である。
here,
a: Amplitude of the scanning pattern SP1 shown in FIG. 4 in the X1 direction b: Amplitude of the scanning pattern SP1 shown in FIG. 4 in the Y1 direction n: Frequency of the
なお、式(1)、(2)に示す位置座標X11,Y11は、レーザヘッド30の位置を固定した状態での走査パターンSP1の静止座標系で表現される。
The position coordinates X11 and Y11 shown in the equations (1) and (2) are represented by the static coordinate system of the scanning pattern SP1 in a state where the position of the
また、周波数nと周波数mは、それぞれ第1ミラー41aと第2ミラー42aの駆動周波数とそれぞれ対応する。
Further, the frequency n and the frequency m correspond to the drive frequencies of the
図4に示す走査パターンSP1は、式(1)、(2)において、a=1,b=1,n=2,m=1,φ=0とした場合に対応する、8の字形状のリサージュパターンである。aとbは、1で正規化している。なお、式(1)、(2)の位相差φは、0度または180度のどちらでもよい。 The scanning pattern SP1 shown in FIG. 4 has a figure eight shape corresponding to the case where a = 1, b = 1, n = 2, m = 1, φ = 0 in the equations (1) and (2). It is a lithage pattern. a and b are normalized by 1. The phase difference φ in the equations (1) and (2) may be either 0 degree or 180 degrees.
[レーザ溶接方法]
図5は、溶接方向に沿ったレーザ光の走査軌跡を示し、本実施形態では、マニピュレータ60によって図5,6に二点鎖線で示すスポットパターンSPに沿ってレーザ光LBを走査させる場合を考える。
[Laser welding method]
FIG. 5 shows a scanning locus of the laser beam along the welding direction, and in the present embodiment, consider a case where the
本実施形態のスポットパターンSPは、中心点Oを有する所定の半径の円形パターンである。本実施形態では、スポットパターンSPに沿って、レーザ光LBを所定の線速度で移動させつつ、レーザ光LBをワーク200の表面に照射している。さらに、レーザ光スキャナ40を用いて、ワーク200の表面でスポットパターンSPの周りに図5に示す走査パターンSP1を描くように、レーザ光LBを二次元的に走査している。本実施形態では、図3に示すワーク200をスポット溶接する場合を例に取って説明する。
The spot pattern SP of the present embodiment is a circular pattern having a center point O and having a predetermined radius. In the present embodiment, the surface of the
なお、図4に示す走査パターンSP1は、1周期の間に、原点O1から図4に示す矢印AR1の方向にレーザ光LBを走査することで得られる。なお、1周期の間に、原点O1から図4に示す矢印AR2の方向にレーザ光LBを走査してもよい。 The scanning pattern SP1 shown in FIG. 4 is obtained by scanning the laser beam LB from the origin O1 in the direction of the arrow AR1 shown in FIG. 4 during one cycle. The laser beam LB may be scanned from the origin O1 in the direction of the arrow AR2 shown in FIG. 4 during one cycle.
図5に示すように、走査パターンSP1は、原点O1におけるスポットパターンSPの接線を挟んで、スポットパターンSPの両側で同じ幅である。なお、図5に示すように、走査パターンSP1の実際の波形は、レーザ光LBの進行速度に応じて変化する。例えば、図示しないが、走査パターンSP1において、原点O1からスポットパターンSPの半径方向外側に位置する部分と半径方向内側に位置する部分とは、溶接方向WD、この場合は、スポットパターンSPに沿って時計回り方向に沿って離間しており、レーザ光LBの進行速度に応じて離間距離が変化する。また、走査パターンSP1において、原点O1からスポットパターンSPの半径方向外側に位置する部分及び半径方向内側に位置する部分ともに、スポットパターンSPの円周方向に沿って延びて変形した形状となる。 As shown in FIG. 5, the scanning pattern SP1 has the same width on both sides of the spot pattern SP with the tangent line of the spot pattern SP at the origin O1 interposed therebetween. As shown in FIG. 5, the actual waveform of the scanning pattern SP1 changes according to the traveling speed of the laser beam LB. For example, although not shown, in the scanning pattern SP1, the portion located outside the spot pattern SP in the radial direction from the origin O1 and the portion located inside in the radial direction are the welding direction WD, in this case, along the spot pattern SP. It is separated along the clockwise direction, and the separation distance changes according to the traveling speed of the laser beam LB. Further, in the scanning pattern SP1, both the portion located on the outer side in the radial direction and the portion located on the inner side in the radial direction from the origin O1 have a deformed shape extending along the circumferential direction of the spot pattern SP.
図5のパターンを実現するためのレーザ光LBの走査方法について、図6を参照しつつ、もう少し詳しく説明する。図6は、図4に示した走査パターンをスポットパターンSPの上の各位置に置いた場合の模式図を示す。 The scanning method of the laser beam LB for realizing the pattern of FIG. 5 will be described in a little more detail with reference to FIG. FIG. 6 shows a schematic diagram when the scanning pattern shown in FIG. 4 is placed at each position on the spot pattern SP.
スポットパターンSPの接線を挟んで、スポットパターンSPの半径方向の内側と外側とで、レーザ光LBの照射幅を同じにするのは前述の通りであるが、走査パターンSP1の原点O1を常にスポットパターンSPに位置させつつ、そのX1軸がスポットパターンSPの接線方向と一致することが特徴である。すなわち、XY平面上において図5のパターンを実現するために、言い換えれば、走査パターンSP1を描画するにあたって、実際には、レーザ光LBの進行方向である溶接方向WDに走査パターンSP1のX1軸を沿わせ、溶接方向WD(X1方向)に沿って、式(1)に示すように、第1周波数を有する正弦波状にレーザ光LBを振動させる。これと同時に、溶接方向WDと交差する方向(Y1方向)、この場合は、スポットパターンSPと交差する方向に沿って、式(2)に示すように、第2周波数を有する正弦波状にレーザ光LBを振動させる。このようにすることで、図5に示すように、ワーク200の表面で走査パターンSP1をスポットパターンSPに沿って連続的に描くことができる。言い換えれば、図5において、描画中のX1軸方向とY1軸方向が常に変わり、なお、X軸方向が常にスポットパターンSPの上における接線方向と一致する。
As described above, the irradiation width of the laser beam LB is the same on the inner side and the outer side in the radial direction of the spot pattern SP across the tangent line of the spot pattern SP, but the origin O1 of the scanning pattern SP1 is always spotted. It is characterized in that its X1 axis coincides with the tangential direction of the spot pattern SP while being positioned at the pattern SP. That is, in order to realize the pattern of FIG. 5 on the XY plane, in other words, when drawing the scanning pattern SP1, the X1 axis of the scanning pattern SP1 is actually set in the welding direction WD, which is the traveling direction of the laser beam LB. Along the welding direction WD (X1 direction), as shown in the equation (1), the laser beam LB is vibrated in a sinusoidal shape having a first frequency. At the same time, as shown in the equation (2), the laser beam has a second frequency along the direction intersecting the welding direction WD (Y1 direction), in this case, along the direction intersecting the spot pattern SP. Vibrate the LB. By doing so, as shown in FIG. 5, the scanning pattern SP1 can be continuously drawn along the spot pattern SP on the surface of the
以上の説明では、図示していないが、スポットパターンSPの両側で異なった幅の走査パターンSP1を形成してもよい。例えば、走査パターンSP1のうち、スポットパターンSPの内側に照射される部分よりも、スポットパターンSPの外側に照射される部分のサイズを大きくすることが望ましい。そうすることによって、スポットパターンSPの接線方向に形成された互いに隣り合う走査パターンSP1間の第1間隔L1と第2間隔L2(図5参照)が略等しくなり、走査パターンSP1によって形成された溶融池の各部分への投入熱量が均一になり、ビード形状が滑らかになる。
[効果等]
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ溶接方法は、レーザ光LBをスポットパターンSPに沿って進行させながら、レーザ光LBを二次元的に走査してワーク200の表面に照射することで、ワーク200を溶接する溶接ステップを備えている。本実施形態のスポットパターンSPは、中心点Oを有する所定の半径の円形パターンである。
Although not shown in the above description, scanning patterns SP1 having different widths may be formed on both sides of the spot pattern SP. For example, it is desirable to increase the size of the portion of the scanning pattern SP1 that is irradiated to the outside of the spot pattern SP rather than the portion that is irradiated to the inside of the spot pattern SP. By doing so, the first interval L1 and the second interval L2 (see FIG. 5) between the adjacent scanning patterns SP1 formed in the tangential direction of the spot pattern SP become substantially equal, and the melting formed by the scanning pattern SP1 becomes substantially equal. The amount of heat input to each part of the pond becomes uniform, and the bead shape becomes smooth.
[Effects, etc.]
As described above, in the laser welding method according to the present embodiment, the laser beam LB is two-dimensionally scanned while advancing along the spot pattern SP, and the surface of the
溶接ステップでは、レーザ光LBがワーク200の表面で走査パターンSP1を描くように、かつ走査パターンSP1の原点O1がスポットパターンSPの上を通り、走査パターンSP1の軸方向がスポットパターンSPの接線または直径方向と一致するようにレーザ光LBを走査する。
In the welding step, the laser beam LB draws the scanning pattern SP1 on the surface of the
走査パターンSP1は、8の字状のリサージュパターンであり、原点O1におけるスポットパターンSPの接線を挟んで、スポットパターンSPの両側で同じ幅である。溶接ステップでは、レーザ光LBをレーザ光LBの進行方向である溶接方向WD(スポットパターンSPの接線方向、またはX1方向)に沿って第1周波数を有する正弦波状に振動させるとともに、溶接方向WDと交差する方向(スポットパターンSPの直径方向、またはY1方向)に沿って第2周波数を有する正弦波状に振動させる。このようにして、ワーク200の表面でリサージュパターンを描くようにレーザ光LBを走査する。
The scanning pattern SP1 is a figure-eight resage pattern, and has the same width on both sides of the spot pattern SP with the tangent line of the spot pattern SP at the origin O1 interposed therebetween. In the welding step, the laser beam LB is vibrated in a sinusoidal shape having a first frequency along the welding direction WD (tangential direction of the spot pattern SP or the X1 direction) which is the traveling direction of the laser beam LB, and is combined with the welding direction WD. It is vibrated in a sinusoidal shape having a second frequency along the intersecting direction (diameter direction of the spot pattern SP or Y1 direction). In this way, the laser beam LB is scanned so as to draw a resage pattern on the surface of the
本実施形態によれば、第1板材210と第2板材220との間にギャップ(=g1)が存在する場合にも、第1板材210と第2板材220とを確実にスポット溶接することができる。また、形成される溶接ビードの形状を良好にすることができる。このことについてさらに説明する。
According to the present embodiment, even when a gap (= g1) exists between the
図7は、比較のためのレーザ光の走査がない場合のワークの溶接部分の状態変化を模式的に示し、図8は、本実施形態に係るレーザ光照射時のワークの溶接部分の状態変化を模式的に示す。いずれの場合においても、第1板材210と第2板材220との間に広いギャップg1が存在する場合を模式的に示している。
FIG. 7 schematically shows a change in the state of the welded portion of the work when there is no scanning of the laser beam for comparison, and FIG. 8 shows a change in the state of the welded portion of the work when the laser beam is irradiated according to the present embodiment. Is schematically shown. In any case, the case where a wide gap g1 exists between the
一般に、図5,6に示すような円形のスポットパターンSPに沿ってレーザ光LBを走査せずに照射する場合、レーザ光LBの光線幅が狭いため、ワーク200の表面におけるレーザ光LBの照射幅も狭くなる。このような場合、図7に示す通り、レーザ光LB1を高速で移動させると、第1板材210から発生した溶融金属311が第1板材210と第2板材220との間のギャップg1を十分に埋めるほど形成されない。そのため、ワーク200の溶接部分において穴あきが発生してしまう。このような不具合を回避するために、例えば、レーザ光LBをデフォーカスさせて、ワーク200の表面でのレーザ光LB1の照射幅を拡げることが考えられる。しかし、この場合、ワーク200の表面でレーザ光LB1のパワー密度が低下するため、特に、下側の第2板材220において溶け込み深さが浅くなるおそれがある。
Generally, when the laser beam LB is irradiated without scanning along the circular spot pattern SP as shown in FIGS. 5 and 6, the beam width of the laser beam LB is narrow, so that the laser beam LB is irradiated on the surface of the
一方、本実施形態によれば、スポットパターンSPを挟んで、スポットパターンSPの半径方向の内側と外側とにレーザ光LBを走査してワーク200に照射している。このようにすることで、溶け込み深さを確保しつつ、ワーク200の表面でのレーザ光LBの照射幅を拡げることができる。
On the other hand, according to the present embodiment, the laser beam LB is scanned inside and outside the spot pattern SP in the radial direction across the spot pattern SP to irradiate the
例えば、図8に示すように、走査パターンSP1の描画位置Aでは、光軸がa-a’で示されるレーザ光LB2により、紙面で溶接部分の左側において溶融金属を形成するが、描画位置Cでは、光軸がc-c’で示されるレーザ光LB2により溶接個所の右側において溶融金属を形成する。したがって、第1板材210と第2板材220との間に広いギャップ(=g1)が存在する場合にも、走査パターンSP1の描画によって溶接部分によって大きな溶融池312を形成することができるので、第1板材210と第2板材220とを確実にスポット溶接することができる。また、形成される溶接ビードの形状を良好にすることができる。
For example, as shown in FIG. 8, at the drawing position A of the scanning pattern SP1, the molten metal is formed on the left side of the welded portion on the paper surface by the laser beam LB2 whose optical axis is indicated by aa', but the drawing position C. Then, the molten metal is formed on the right side of the welded portion by the laser beam LB2 whose optical axis is indicated by cc'. Therefore, even when a wide gap (= g1) exists between the
また、走査パターンSP1の原点O1がスポットパターンSPの上を通るようにレーザ光LBを走査することで、スポットパターンSPを挟んで、レーザ光LBの照射幅を拡げ、かつスポットパターンSPの半径方向の内側と外側とにおける照射量を均等に近づけることができる。このことにより、キーホール302及び溶融池312のサイズを大きくして、これらの安定性を高められる。
Further, by scanning the laser beam LB so that the origin O1 of the scanning pattern SP1 passes over the spot pattern SP, the irradiation width of the laser beam LB is widened by sandwiching the spot pattern SP, and the radial direction of the spot pattern SP. The irradiation doses on the inside and outside of the can be made evenly close to each other. This increases the size of the keyhole 302 and the
また、走査パターンSP1をリサージュパターンとすることで、走査周波数を高められ、スポットパターンSPに沿って、ムラの少ない連続した溶接ビードを形成でき、第1板材210と第2板材220とを確実にスポット溶接することができる。
Further, by using the scanning pattern SP1 as a Lissajous pattern, the scanning frequency can be increased, a continuous weld bead with less unevenness can be formed along the spot pattern SP, and the
なお、走査パターンSP1の走査周波数が、そのサイズに応じて変化しうることが言うまでもない。例えば、走査パターンSP1のX方向のサイズが1mmである場合、走査周波数を100~1000Hz程度に設定しうる。走査パターンSP1のサイズが大きくなれば、走査周波数を下げることは言うまでもない。例えば、走査パターンSP1のX方向のサイズが5mmである場合、走査周波数を50~300Hz程度に設定しうる。いずれの場合において、第1ミラー41や第2ミラー42の性能等に応じて、走査周波数を高めることも可能である。
Needless to say, the scanning frequency of the scanning pattern SP1 can change according to its size. For example, when the size of the scanning pattern SP1 in the X direction is 1 mm, the scanning frequency can be set to about 100 to 1000 Hz. Needless to say, if the size of the scanning pattern SP1 becomes large, the scanning frequency is lowered. For example, when the size of the scanning pattern SP1 in the X direction is 5 mm, the scanning frequency can be set to about 50 to 300 Hz. In any case, it is possible to increase the scanning frequency according to the performance of the
走査パターンSP1は、原点O1を通る中心線が、原点O1におけるスポットパターンSPの接線と常に直交しているのが好ましい。 In the scanning pattern SP1, it is preferable that the center line passing through the origin O1 is always orthogonal to the tangent line of the spot pattern SP at the origin O1.
また、スポットパターンSPの両側で異なった幅の走査パターンSP1を形成してもよい。例えば、走査パターンSP1のうち、スポットパターンSPの内側に照射される部分よりも、スポットパターンSPの外側に照射される部分のサイズを大きくすることができる。そうするととによって、スポットパターンSPの半径方向の内側と外側とにおける照射量をより均等に近づけることができる。 このようにすることで、前述したように、スポットパターンSPを挟んで、スポットパターンSPの半径方向の内側と外側とで、レーザ光LBの照射幅及び照射量を同じにするか、または異なる値に設定することができる。このことにより、形成される溶接ビードの形状を良好にすることができる。 Further, scanning patterns SP1 having different widths may be formed on both sides of the spot pattern SP. For example, in the scanning pattern SP1, the size of the portion irradiated to the outside of the spot pattern SP can be made larger than the size of the portion irradiated to the inside of the spot pattern SP. By doing so, the irradiation amount on the inner side and the outer side in the radial direction of the spot pattern SP can be made closer to each other more evenly. By doing so, as described above, the irradiation width and the irradiation amount of the laser beam LB are the same or different values on the inner side and the outer side in the radial direction of the spot pattern SP with the spot pattern SP interposed therebetween. Can be set to. This makes it possible to improve the shape of the formed weld bead.
また、図4に示す走査パターンSP1を描画するためには、前述の第1周波数と第2周波数との比を1:2とする必要がある。 Further, in order to draw the scanning pattern SP1 shown in FIG. 4, it is necessary to set the ratio of the first frequency to the second frequency to 1: 2.
本実施形態に係るレーザ溶接装置100は、レーザ光LBを発生させるレーザ発振器10と、レーザ光LBを受け取ってワーク200に向けて照射するレーザヘッド30と、レーザヘッド30の動作及びレーザ光LBの出力Pを制御するコントローラ50と、を少なくとも備えている。
The
レーザヘッド30は、レーザ光LBをX方向(第1方向)とX方向と交差するY方向(第2方向)のそれぞれに走査するレーザ光スキャナ40を有している。
The
コントローラ50は、レーザ光LBをスポットパターンSPに沿って進行させながら、レーザ光LBを二次元的に走査するようにレーザ光スキャナ40を駆動制御する。
The
さらに、コントローラ50は、レーザ光LBが走査パターンSP1をワーク200の表面で描くように、かつ走査パターンSP1の原点O1が、中心点Oを有する所定の半径の円形パターンであるスポットパターンSPの上を通るようにレーザ光スキャナ40を駆動制御する。
Further, in the
本実施形態のレーザ溶接装置100によれば、スポットパターンSPを挟んで、レーザ光LBの照射幅を拡げ、かつスポットパターンSPの半径方向の内側と外側とにおける照射量を均等に近づけるか、異なる値に設定することができる。このことにより、第1板材210と第2板材220との間にギャップ(=g1)が存在する場合にも、スパッタを低減させつつ、第1板材210と第2板材220とを確実にスポット溶接することができ、溶接箇所の強度を高めることができる。また、形成される溶接ビードの形状を良好にすることができる。
According to the
また、コントローラ50は、レーザ光LBを溶接方向WDに沿って第1周波数を有する正弦波状に振動させるとともに、溶接方向WDと交差する方向に沿って第2周波数を有する正弦波状に振動させる。このことにより、コントローラ50は、レーザ光LBがワーク200の表面に描く走査パターンSP1がリサージュパターンとなるように、レーザ光スキャナ40を駆動制御する。
Further, the
このようにすることで、走査パターンSP1の走査周波数を高められ、スポットパターンSPに沿って、ムラの少ない連続した溶接ビードを形成でき、第1板材210と第2板材220とを確実にスポット溶接することができる。
By doing so, the scanning frequency of the scanning pattern SP1 can be increased, a continuous weld bead with less unevenness can be formed along the spot pattern SP, and the
レーザ溶接装置100は、レーザヘッド30が取り付けられたマニピュレータ60をさらに備え、コントローラ50は、マニピュレータ60の動作を制御する。マニピュレータ60は、ワーク200の表面に対して、所定の方向にレーザヘッド30を移動させる。
The
このようにマニピュレータ60を設けることで、レーザ光LBの溶接方向、または溶接点位置を変化させることができる。また、複雑な形状、例えば、立体的な形状のワーク200に対して、レーザ溶接を容易に行うことができる。
By providing the
レーザ発振器10とレーザヘッド30とは光ファイバ20で接続されており、レーザ光LBは、光ファイバ20を通って、レーザ発振器10からレーザヘッド30に伝送される。
The
このように光ファイバ20を設けることで、レーザ発振器10から離れた位置に設置されたワーク200に対してレーザ溶接を行うことが可能となる。このことにより、レーザ溶接装置100の各部を配置する自由度が高められる。
By providing the
レーザ光スキャナ40は、レーザ光LBをX方向に走査する第1ガルバノミラー41と、レーザ光LBをY方向に走査する第2ガルバノミラー42と、で構成されている。
The
レーザ光スキャナ40をこのように構成することで、レーザ光LBを簡便に二次元的に走査することができる。また、公知のガルバノスキャナをレーザ光スキャナ40として用いているため、レーザ溶接装置100のコストが上昇するのを抑制できる。
By configuring the
レーザヘッド30は、コリメーションレンズ32をさらに有し、コリメーションレンズ32は、X方向及びY方向のそれぞれに交差するZ方向に沿って、レーザ光LBの焦点位置を変化させるように構成されている。言い換えると、コリメーションレンズ32は、ワーク200の表面と交差するZ方向に沿って、レーザ光LBの焦点位置を変化させるように構成されている。つまり、コリメーションレンズ32は、図示しない駆動部との組み合わせにより、レーザ光LBの焦点位置調整機構としても機能している。すなわち、溶接中に任意の照射位置に合わせて焦点位置を変更することができ、溶接条件設定の自由度を高めることができる。
The
このようにすることで、レーザ光LBの焦点位置を簡便に変化させることができ、ワーク200の形状に応じて適切にレーザ光LBを照射させることができる。
By doing so, the focal position of the laser beam LB can be easily changed, and the laser beam LB can be appropriately irradiated according to the shape of the
<変形例1>
図9A~9Gは、本変形例に係る第1~第7のスポットパターンをそれぞれ示す。
<
9A to 9G show the first to seventh spot patterns according to the present modification, respectively.
実施形態1では、レーザ光LBを円形のスポットパターンSPに沿って進行させる場合を例に取って説明したが、ワーク200をスポット溶接するにあたって、スポットパターンSPの形状は特にこれに限定されない。
In the first embodiment, the case where the laser beam LB is advanced along the circular spot pattern SP has been described as an example, but the shape of the spot pattern SP is not particularly limited to this when the
例えば、図9Aに示すように、スポットパターンSPを一部が開放されたオープンサークル形状としてもよいし、図9Eに示すように、スポットパターンSPを波形としてもよい。また、図9Gに示すように、スポットパターンSPを略U字状としてもよい。なお、図9A,図9C~9E及び図9Gに示すように、スポットパターンSPの一部が開放されていると、第1板材210と第2板材220との間にある空気やオイルから発生した蒸気等の抜け口ができるため、溶接ビードの形状を良好にすることができる。また、図9A,図9C~9E及び図9Gに示すスポットパターンSPは、一端と他端とが所定の中心点Oから等距離の位置にある線状のパターンである。
For example, as shown in FIG. 9A, the spot pattern SP may be an open circle shape in which a part is open, or as shown in FIG. 9E, the spot pattern SP may be a waveform. Further, as shown in FIG. 9G, the spot pattern SP may be substantially U-shaped. As shown in FIGS. 9A, 9C to 9E and 9G, when a part of the spot pattern SP was opened, it was generated from air or oil between the
なお、スポットパターンSPが、図5,6や図9A~9Cや図9Fに示すように、環状か一部が開いた環状のパターンである場合、スポットパターンSPの両側で異なった幅の走査パターンSP1を形成してもよい。例えば、走査パターンSP1のうち、スポットパターンSPの内側に照射される部分よりも、スポットパターンSPの外側に照射される部分のサイズを大きくすることが望ましい。そうするととによって、スポットパターンSPの接線方向に形成された互いに隣り合う走査パターンSP1間の第1間隔L1と第2間隔L2(図5参照)が略等しくなり、走査パターンSP1によって形成された溶融池の各部分への投入熱量が均一になり、ビード形状が滑らかになる。 When the spot pattern SP is an annular pattern or a partially open annular pattern as shown in FIGS. 5 and 6 and 9A to 9C and FIG. 9F, scanning patterns having different widths on both sides of the spot pattern SP are used. SP1 may be formed. For example, it is desirable to increase the size of the portion of the scanning pattern SP1 that is irradiated to the outside of the spot pattern SP rather than the portion that is irradiated to the inside of the spot pattern SP. By doing so, the first interval L1 and the second interval L2 (see FIG. 5) between the adjacent scanning patterns SP1 formed in the tangential direction of the spot pattern SP become substantially equal, and the molten pool formed by the scanning pattern SP1 becomes substantially equal. The amount of heat input to each part of the above becomes uniform, and the bead shape becomes smooth.
<変形例2>
図10は、本変形例に係るレーザ光の走査パターンを示し、図11は、溶接方向に沿ったレーザ光の走査軌跡を示す。
<Modification 2>
FIG. 10 shows a scanning pattern of the laser beam according to the present modification, and FIG. 11 shows a scanning locus of the laser beam along the welding direction.
本変形例に示す走査パターンSP2は、図10に示すように、円形のパターンである点で、実施形態1に示す走査パターンSP1と異なる.なお、図10に示す走査パターンSP2は、1周期の間に、原点O1から図10に示す矢印AR1の方向にレーザ光LBを走査することで得られる。なお、1周期の間に、原点O1から図10に示す矢印AR2の方向にレーザ光LBを走査してもよい。 As shown in FIG. 10, the scanning pattern SP2 shown in this modification is different from the scanning pattern SP1 shown in the first embodiment in that it is a circular pattern. The scanning pattern SP2 shown in FIG. 10 is obtained by scanning the laser beam LB from the origin O1 in the direction of the arrow AR1 shown in FIG. 10 during one cycle. The laser beam LB may be scanned from the origin O1 in the direction of the arrow AR2 shown in FIG. 10 during one cycle.
また、図10に示すように、走査パターンSP2の実際の波形が、レーザ光LBの進行速度に応じて変化するのは、実施形態1で説明したのと同様である。 Further, as shown in FIG. 10, the actual waveform of the scanning pattern SP2 changes according to the traveling speed of the laser beam LB, which is the same as described in the first embodiment.
図10及び図11に示すようにレーザ光LBを走査した場合も、実施形態1に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。つまり、第1板材210と第2板材220との間にギャップ(=g1)が存在する場合にも、第1板材210と第2板材220とを確実にスポット溶接することができ、溶接箇所の強度を高めることができる。また、形成される溶接ビードの形状を良好にすることができる。
When the laser beam LB is scanned as shown in FIGS. 10 and 11, the same effect as that of the configuration shown in the first embodiment can be obtained. That is, even when a gap (= g1) exists between the
また、走査パターンSP2が単純な円形パターンであるため、走査周波数を実施形態1に示す例に比べて高めることができる。例えば、走査パターンSP2の直径が1mmである場合、走査周波数を3kHz程度に設定しうる。また、走査パターンSP1のX方向のサイズが5mmである場合、走査周波数を500Hz程度に設定しうる。 Further, since the scanning pattern SP2 is a simple circular pattern, the scanning frequency can be increased as compared with the example shown in the first embodiment. For example, when the diameter of the scanning pattern SP2 is 1 mm, the scanning frequency can be set to about 3 kHz. Further, when the size of the scanning pattern SP1 in the X direction is 5 mm, the scanning frequency can be set to about 500 Hz.
なお、図11から明らかなように、実施形態1に示す例と異なり、スポットパターンSPの半径方向の外側と内側とでレーザ光LBの描画長さが異なるため、ワーク200に対する投入熱量も異なる。ワーク200をスポット溶接する場合、この点に留意しつつ、スポットパターンSPの内側と外側のビード外観、特にビードの際の部分の形状を細かく制御することができる。
As is clear from FIG. 11, unlike the example shown in the first embodiment, since the drawing length of the laser beam LB is different between the outside and the inside in the radial direction of the spot pattern SP, the amount of heat input to the
また、図12及び図13に示すように走査パターンSP3を正弦波状のパターンとすることもできる。この場合、スポットパターンSPの半径方向の外側端部及び内側端部で描画長さが短くなるため、ワーク200をスポット溶接する場合、この点に留意しつつ、スポットパターンSPの内側と外側のビード外観、特にビードキワ部分の形状を細かく制御することができる。
Further, as shown in FIGS. 12 and 13, the scanning pattern SP3 can be a sinusoidal pattern. In this case, since the drawing length is shortened at the outer end portion and the inner end portion in the radial direction of the spot pattern SP, when spot welding the
<変形例3>
図14A~14Cは、本変形例に係るレーザ光の第1~第3の走査パターンをそれぞれ示す。
<Modification 3>
14A to 14C show the first to third scanning patterns of the laser beam according to this modification.
レーザ光LBの走査パターンは、実施形態1や変形例2に示したパターンに限られない。例えば、図14Aに示すように、それぞれ原点O1で接してY軸を挟んで配置された2つの円形パターンの合成パターンであってもよい。また、図14Bに示すように、それぞれ原点O1で接してY軸を挟んで配置された楕円パターンの合成パターンであってもよい。図14Bに示す例では、2つの楕円パターンのそれぞれにおいて、長軸はY方向であり、短軸はX方向である。ただし、長軸がX方向であり、短軸がY方向であってもよい。14Cに示すように、それぞれ原点O1で接してY軸を挟んで配置された2つのひし形パターンの合成パターンであってもよい。なお、2つの環状のパターンのそれぞれの大きさも適宜変更されうる。 The scanning pattern of the laser beam LB is not limited to the patterns shown in the first embodiment and the second modification. For example, as shown in FIG. 14A, it may be a composite pattern of two circular patterns arranged so as to be in contact with each other at the origin O1 and sandwiching the Y axis. Further, as shown in FIG. 14B, it may be a composite pattern of elliptical patterns arranged so as to be in contact with each other at the origin O1 and sandwiching the Y axis. In the example shown in FIG. 14B, in each of the two elliptical patterns, the long axis is in the Y direction and the short axis is in the X direction. However, the long axis may be in the X direction and the short axis may be in the Y direction. As shown in 14C, it may be a composite pattern of two rhombus patterns arranged so as to be in contact with each other at the origin O1 and sandwiching the Y axis. The size of each of the two annular patterns can also be changed as appropriate.
つまり、本変形例におけるレーザ光LBの走査パターンは、2つの環状のパターンが原点O1で接して連続したパターンであればよく、図14A~図14Cに示す例やその変形例に限定されない。例えば、走査パターンSP4~6において、上下非対称になるよう上下操作時の振幅を変更してもよい。なお、これらのパターンは、第1ミラー41a及び第2ミラー42aをそれぞれ所定の駆動パターンに則って駆動させることで得られる。
That is, the scanning pattern of the laser beam LB in this modification may be a pattern in which two annular patterns are in contact with each other at the origin O1 and are continuous, and is not limited to the examples shown in FIGS. 14A to 14C and the modifications thereof. For example, in the scanning patterns SP4 to SP6, the amplitude at the time of vertical operation may be changed so as to be vertically asymmetric. These patterns can be obtained by driving the
レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置100をこのように構成することで、実施形態1及び変形例1,2に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。
By configuring the laser welding method and the
また、実施形態1及び変形例1,2、さらに本変形例に示した構成を総合してみると、本開示のレーザ溶接方法は、以下に示す構成を備えていると言える。つまり、本開示のレーザ溶接方法は、レーザ光LBをスポットパターンSPに沿って進行させながら、レーザ光LBを二次元的に走査してワーク200の表面に照射することで、ワーク200をスポット溶接する溶接ステップを備えている。
Further, when the configurations shown in the first embodiment, the first and second modifications, and the present modifications are put together, it can be said that the laser welding method of the present disclosure has the following configurations. That is, in the laser welding method of the present disclosure, the
スポットパターンSPは、環状のパターンか、または一端と他端とが所定の中心点Oから等距離の位置にある線状のパターンである。 The spot pattern SP is an annular pattern or a linear pattern in which one end and the other end are equidistant from a predetermined center point O.
溶接ステップでは、走査パターンSP1(所定のパターン)をワーク200の表面で描くようにレーザ光LBを走査する。同時に、走査パターンSP1の原点O1がスポットパターンSP1上を通るようにレーザ光LBを走査する。
In the welding step, the laser beam LB is scanned so that the scanning pattern SP1 (predetermined pattern) is drawn on the surface of the
また、走査パターンSP1は、原点O1におけるスポットパターンSPの接線を挟んで、スポットパターンSPの両側で同じか、異なる幅である。 Further, the scanning pattern SP1 has the same or different widths on both sides of the spot pattern SP with the tangent line of the spot pattern SP at the origin O1 interposed therebetween.
このようにすることで、第1板材210と第2板材220との間にギャップ(=g1)が存在する場合にも、スパッタを低減させつつ、第1板材210と第2板材220とを確実にスポット溶接することができ、溶接箇所の強度を高めることができる。また、形成される溶接ビードの形状を良好にすることができる。
By doing so, even when a gap (= g1) exists between the
本開示のレーザ溶接装置100は、レーザ光LBを発生させるレーザ発振器10と、レーザ光LBを受け取ってワーク200に向けて照射するレーザヘッド30と、レーザヘッド30の動作及びレーザ光LBの出力Pを制御するコントローラ50と、を少なくとも備えている。
The
レーザヘッド30は、レーザ光LBをX方向(第1方向)とX方向と交差するY方向(第2方向)のそれぞれに走査するレーザ光スキャナ40を有している。
The
コントローラ50は、レーザ光LBをスポットパターンSPに沿って進行させながら、レーザ光LBを二次元的に走査するようにレーザ光スキャナ40を駆動制御する。
The
さらに、コントローラ50は、レーザ光LBが走査パターンSP1をワーク200の表面で描くように、かつ走査パターンSP1の原点O1がスポットパターンSPの上を通るようにレーザ光スキャナ40を駆動制御する。
Further, the
スポットパターンSPは、環状のパターンか、または一端と他端とが所定の中心点Oから等距離の位置にある線状のパターンである。また、走査パターンSP1は、原点O1におけるスポットパターンSPの接線を挟んで、スポットパターンSPの両側で同じ幅か、異なる幅である。 The spot pattern SP is an annular pattern or a linear pattern in which one end and the other end are equidistant from a predetermined center point O. Further, the scanning pattern SP1 has the same width or a different width on both sides of the spot pattern SP with the tangent line of the spot pattern SP at the origin O1 interposed therebetween.
レーザ溶接装置100をこのように構成することで、スポットパターンSPを挟んで、レーザ光lbの照射幅を拡げ、かつスポットパターンSPの半径方向の内側と外側とにおけるレーザ光LBの照射量を均等に近づけるか、異なる値にすることができる。また、第1板材210と第2板材220との間にギャップ(=g1)が存在する場合にも、第1板材210と第2板材220とを確実にスポット溶接することができ、溶接箇所の強度を高めることができる。また、形成される溶接ビードの形状を良好にすることができる。
By configuring the
(その他の実施形態)
実施形態1~3及び変形例1~3に示した各構成要素を適宜組み合わせて、新たな実施形態とすることもできる。例えば、変形例1に示すスポットパターンSPに沿って、変形例2,3に示す走査パターンを描くようにレーザ光LBを走査することも可能である。
(Other embodiments)
It is also possible to appropriately combine the components shown in the first to third embodiments and the first to third embodiments to form a new embodiment. For example, it is also possible to scan the laser beam LB so as to draw the scanning pattern shown in the modified examples 2 and 3 along the spot pattern SP shown in the modified example 1.
また、変形例2,3において、例えば、1周期の間に、原点Oから描画位置C→B→A→O→F→E→D→Oを通るようにレーザ光LBを走査してもよい。 Further, in the modifications 2 and 3, for example, the laser beam LB may be scanned so as to pass from the origin O to the drawing position C → B → A → O → F → E → D → O during one cycle. ..
なお、図1に示す例では、集光レンズ34は、レーザ光スキャナ40の前段に配置されていたが、レーザ光スキャナ40の後段、つまり、レーザ光スキャナ40とレーザヘッド30の光出射口との間に配置されていてもよい。
In the example shown in FIG. 1, the
また、レーザ光LBを溶接方向WDに沿って第1周波数を有する余弦波状に振動させるとともに、溶接方向WDと交差する方向に沿って第2周波数を有する余弦波状に振動させることで、レーザ光LBの走査パターンがリサージュパターンとなるようにしてもよい。この場合、第1ミラー41a及び第2ミラー42aの振幅a,bや第1ミラー41a及び第2ミラー42aの周波数n,m、さらに位相φが適宜変更されることは言うまでもない。
Further, the laser beam LB is vibrated in a chordal wave shape having a first frequency along the welding direction WD, and is vibrated in a chordal wave shape having a second frequency along the direction intersecting the welding direction WD. The scanning pattern of may be a laserge pattern. In this case, it goes without saying that the amplitudes a and b of the
本開示のレーザ溶接方法は、溶け込み深さを確保しつつ、レーザ光の照射幅を広くできるため、2つの板材が重ね合わされたワークのスポット溶接を行う上で有用である。 Since the laser welding method of the present disclosure can widen the irradiation width of the laser beam while ensuring the penetration depth, it is useful for spot welding a work in which two plate materials are overlapped.
10 レーザ発振器
20 光ファイバ
30 レーザヘッド
31 筐体
32 コリメーションレンズ
33 反射ミラー
34 集光レンズ
40 レーザ光スキャナ
41 第1ガルバノミラー
41a 第1ミラー
41b 第1回転軸
41c 第1駆動部
42 第2ガルバノミラー
42a 第2ミラー
42b 第2回転軸
42c 第2駆動部
50 コントローラ
60 マニピュレータ
200 ワーク
210 第1板材
220 第2板材
311 溶融金属
312 溶融池
10
Claims (14)
前記溶接ステップでは、所定のパターンを前記ワークの表面で描くように、かつ前記所定のパターンの原点が前記スポットパターンの上を通るように前記レーザ光を走査し、
前記スポットパターンは、環状のパターンか、または一端と他端とが所定の中心点から等距離の位置にある線状のパターンであり、
前記所定のパターンは、前記原点における前記スポットパターンの接線を挟んで前記スポットパターンの両側で同じ幅か、または異なる幅であることを特徴とするレーザ溶接方法。 A welding step for spot welding the work is provided by scanning the laser light two-dimensionally and irradiating the surface of the work while the laser light is traveling along the spot pattern.
In the welding step, the laser beam is scanned so that a predetermined pattern is drawn on the surface of the work and the origin of the predetermined pattern passes over the spot pattern.
The spot pattern is an annular pattern or a linear pattern in which one end and the other end are equidistant from a predetermined center point.
A laser welding method characterized in that the predetermined pattern has the same width or a different width on both sides of the spot pattern with a tangent line of the spot pattern at the origin interposed therebetween.
前記所定のパターンの前記原点を通る中心線が、前記原点における前記スポットパターンの接線と直交していることを特徴とするレーザ溶接方法。 In the laser welding method according to claim 1,
A laser welding method characterized in that a center line passing through the origin of the predetermined pattern is orthogonal to a tangent line of the spot pattern at the origin.
前記所定のパターンは、8の字状または∞字状のリサージュパターンであり、
前記溶接ステップでは、前記レーザ光を前記レーザ光の進行方向である溶接方向に沿って第1周波数を有する正弦波状に振動させるとともに、前記溶接方向と交差する方向に沿って第2周波数を有する正弦波状に振動させることで、前記ワークの表面で前記リサージュパターンを描くように前記レーザ光を走査することを特徴とするレーザ溶接方法。 In the laser welding method according to claim 1 or 2.
The predetermined pattern is a figure eight or ∞-shaped resage pattern.
In the welding step, the laser beam is vibrated in a sine wave shape having a first frequency along the welding direction which is the traveling direction of the laser beam, and a sine having a second frequency along the direction intersecting the welding direction. A laser welding method characterized in that the laser beam is scanned so as to draw the resage pattern on the surface of the work by vibrating in a wavy shape.
前記第1周波数と前記第2周波数との比は、1:2かまたは2:1であることを特徴とするレーザ溶接方法。 In the laser welding method according to claim 3,
A laser welding method characterized in that the ratio of the first frequency to the second frequency is 1: 2 or 2: 1.
前記スポットパターンは。環状のパターンか、または一部が開いた環状のパターンであり、
前記所定のパターンのうち、前記スポットパターンの内側に照射される部分よりも前記スポットパターンの外側に照射される部分のサイズを大きくすることを特徴とするレーザ溶接方法。 In the laser welding method according to any one of claims 1 to 4.
The spot pattern is. An annular pattern, or a partially open annular pattern,
A laser welding method characterized in that the size of a portion of the predetermined pattern irradiated to the outside of the spot pattern is larger than that of a portion irradiated to the inside of the spot pattern.
前記レーザ光を受け取ってワークに向けて照射するレーザヘッドと、
少なくとも前記レーザヘッドの動作を制御するコントローラと、を少なくとも備え、
前記レーザヘッドは、前記レーザ光を第1方向と前記第1方向と交差する第2方向のそれぞれに走査するレーザ光スキャナを有し、
前記コントローラは、前記レーザ光をスポットパターンに沿って進行させながら、前記レーザ光を二次元的に走査するように前記レーザ光スキャナを駆動制御し、
さらに、前記コントローラは、前記レーザ光が所定のパターンを前記ワークの表面で描くように、かつ前記所定のパターンの原点が前記スポットパターンの上を通るように前記レーザ光スキャナを駆動制御し、
前記スポットパターンは、環状のパターンか、または一端と他端とが所定の中心点から等距離の位置にある線状のパターンであり、
前記所定のパターンは、前記原点における前記スポットパターンの接線を挟んで前記スポットパターンの両側で同じ幅か、または異なる幅であることを特徴とするレーザ溶接装置。 A laser oscillator that generates laser light and
A laser head that receives the laser beam and irradiates it toward the work,
At least a controller for controlling the operation of the laser head is provided.
The laser head has a laser beam scanner that scans the laser beam in each of a first direction and a second direction intersecting the first direction.
The controller drives and controls the laser beam scanner so as to scan the laser beam two-dimensionally while advancing the laser beam along the spot pattern.
Further, the controller drives and controls the laser light scanner so that the laser light draws a predetermined pattern on the surface of the work and the origin of the predetermined pattern passes over the spot pattern.
The spot pattern is an annular pattern or a linear pattern in which one end and the other end are equidistant from a predetermined center point.
The laser welding apparatus, wherein the predetermined pattern has the same width or a different width on both sides of the spot pattern with the tangent line of the spot pattern at the origin interposed therebetween.
前記所定のパターンの前記原点を通る中心線が、前記原点における前記スポットパターンの接線と直交していることを特徴とするレーザ溶接装置。 In the laser welding apparatus according to claim 6,
A laser welding apparatus characterized in that a center line passing through the origin of the predetermined pattern is orthogonal to a tangent line of the spot pattern at the origin.
前記所定のパターンは、8の字状または∞字状のリサージュパターンであり、
前記コントローラは、前記レーザ光を前記レーザ光の進行方向である溶接方向に沿って第1周波数を有する正弦波状に振動させるとともに、前記溶接方向と交差する方向に沿って第2周波数を有する正弦波状に振動させることで、前記ワークの表面で前記リサージュパターンを描くように前記レーザ光スキャナを駆動制御することを特徴とするレーザ溶接装置。 In the laser welding apparatus according to claim 6 or 7.
The predetermined pattern is a figure eight or ∞-shaped resage pattern.
The controller vibrates the laser beam in a sinusoidal shape having a first frequency along the welding direction which is the traveling direction of the laser beam, and has a sinusoidal shape having a second frequency along the direction intersecting the welding direction. A laser welding apparatus characterized in that the laser light scanner is driven and controlled so as to draw the resage pattern on the surface of the work by vibrating the laser light scanner.
前記第1周波数と前記第2周波数との比は、1:2かまたは2:1であることを特徴とするレーザ溶接装置。 In the laser welding apparatus according to claim 8,
A laser welding apparatus characterized in that the ratio of the first frequency to the second frequency is 1: 2 or 2: 1.
前記スポットパターンは。環状のパターンか、または一部が開いた環状のパターンであり、
前記コントローラは、前記所定のパターンのうち、前記スポットパターンの内側に照射される部分よりも前記スポットパターンの外側に照射される部分のサイズが大きくなるように、前記レーザ光スキャナを駆動制御することを特徴とするレーザ溶接装置。 In the laser welding apparatus according to any one of claims 6 to 9.
The spot pattern is. An annular pattern, or a partially open annular pattern,
The controller drives and controls the laser light scanner so that the size of the portion of the predetermined pattern irradiated to the outside of the spot pattern is larger than the size of the portion irradiated to the outside of the spot pattern. A laser welding device characterized by.
前記レーザヘッドが取り付けられたマニピュレータをさらに備え、
前記コントローラは、前記マニピュレータの動作を制御し、
前記マニピュレータは、前記ワークの表面に対して、所定の方向に前記レーザヘッドを移動させることを特徴とするレーザ溶接装置。 In the laser welding apparatus according to any one of claims 6 to 10.
Further equipped with a manipulator to which the laser head is attached
The controller controls the operation of the manipulator, and the controller controls the operation of the manipulator.
The manipulator is a laser welding apparatus characterized by moving the laser head in a predetermined direction with respect to the surface of the work.
前記レーザ発振器と前記レーザヘッドとは光ファイバで接続されており、
前記レーザ光は、前記光ファイバを通って、前記レーザ発振器から前記レーザヘッドに伝送されることを特徴とするレーザ溶接装置。 In the laser welding apparatus according to any one of claims 6 to 11.
The laser oscillator and the laser head are connected by an optical fiber.
A laser welding apparatus characterized in that the laser light is transmitted from the laser oscillator to the laser head through the optical fiber.
前記レーザ光スキャナは、前記レーザ光を前記第1方向に走査する第1ガルバノミラーと、前記レーザ光を前記第1方向と交差する第2方向に走査する第2ガルバノミラーと、で構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。 The laser welding apparatus according to any one of claims 6 to 12.
The laser light scanner is composed of a first galvano mirror that scans the laser light in the first direction and a second galvano mirror that scans the laser light in a second direction intersecting the first direction. Laser welding equipment characterized by being
前記レーザヘッドは、焦点位置調整機構をさらに有し、
前記焦点位置調整機構は、前記ワークの表面と交差する方向に沿って、前記レーザ光の焦点位置を変化させるように構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。 In the laser welding apparatus according to any one of claims 6 to 13.
The laser head further has a focal position adjusting mechanism.
The laser welding apparatus is characterized in that the focal position adjusting mechanism is configured to change the focal position of the laser beam along a direction intersecting the surface of the work.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020168509A JP2022060808A (en) | 2020-10-05 | 2020-10-05 | Laser welding method and laser welding device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020168509A JP2022060808A (en) | 2020-10-05 | 2020-10-05 | Laser welding method and laser welding device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022060808A true JP2022060808A (en) | 2022-04-15 |
Family
ID=81125067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020168509A Pending JP2022060808A (en) | 2020-10-05 | 2020-10-05 | Laser welding method and laser welding device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022060808A (en) |
-
2020
- 2020-10-05 JP JP2020168509A patent/JP2022060808A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6740267B2 (en) | Laser processing equipment | |
JP6588498B2 (en) | Laser processing equipment | |
JP2004136307A (en) | Method and device of laser beam machining | |
WO2020050379A1 (en) | Welding method and welding device | |
JP5446334B2 (en) | Laser welding apparatus and laser welding method | |
JP6484204B2 (en) | Galvano scanner | |
WO2022075212A1 (en) | Laser welding method and laser welding device | |
JP2022060808A (en) | Laser welding method and laser welding device | |
US20230013501A1 (en) | Laser welding method and laser welding device | |
WO2022075209A1 (en) | Laser welding method and laser welding device | |
WO2022075210A1 (en) | Laser welding method and laser welding device | |
WO2022075211A1 (en) | Laser welding method and laser welding device | |
WO2022075208A1 (en) | Laser welding method and laser welding device | |
WO2014203489A1 (en) | Outer can sealing method and outer can sealing device | |
JP7369915B2 (en) | Laser welding device and laser welding method using the same | |
JPH07185856A (en) | Method and device for laser beam machining | |
WO2021241387A1 (en) | Laser welding method and laser welding device | |
CN113977078A (en) | Handheld laser welding equipment and method for cooperatively controlling laser position and power | |
JP5063402B2 (en) | Laser processing equipment | |
JP2581574B2 (en) | Laser processing method and apparatus | |
JP7382553B2 (en) | Laser processing equipment and laser processing method using the same | |
JP7053933B1 (en) | Work processing method and laser processing machine | |
JP2021194673A (en) | Laser processing method | |
JP7443661B2 (en) | Laser welding method and laser welding device | |
JP2023112741A (en) | Laser welding method and laser welding device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230502 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240130 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240131 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20240329 |