JP2740002B2 - レーザ溶接方法およびその方法に用いるレーザ加工機 - Google Patents

レーザ溶接方法およびその方法に用いるレーザ加工機

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JP2740002B2 JP1113762A JP11376289A JP2740002B2 JP 2740002 B2 JP2740002 B2 JP 2740002B2 JP 1113762 A JP1113762 A JP 1113762A JP 11376289 A JP11376289 A JP 11376289A JP 2740002 B2 JP2740002 B2 JP 2740002B2
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【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) この発明は、レーザ溶接方法およびその方法に用いる
レーザ加工機に関する。
(従来の技術) 従来、ワークにおける溶接部の溶接ラインにレーザ加
工ヘッドを走行移動させると共に、レーザ加工ヘッド内
に設けた集光レンズで集光されたレーザビーム前記ワー
クにおける溶接部に照射せしめてレーザ溶接を行うレー
ザ溶接方法が知られている。
このレーザ溶接方法は、集光レンズで集光されたレー
ザビームをワークにおける溶接部に照射する際、このレ
ーザビームは予め設定された溶接用のレーザ出力に基づ
いて連続的にワークにおける溶接部に照射して行われて
いる。
(発明が解決しようとする課題) ところで、上述した従来のレーザ溶接方法では、予め
ワークの種類による温度に対する吸収率の変化を利用し
て設定されたレーザ出力に基づいて連続的にレーザ溶接
を行っているため、溶接効率が余り高くなく、かつ、熱
歪が大きく、さらにはクラックなどの熱による悪影響が
あった。
また、ブローホールやピンホールなどが発生して溶接
品質が悪く、溶接強度やシール効果が良くないという問
題があった。
この発明の目的きは、上記問題点を改善するため、熱
歪みを少なくし、溶接のシール効果や溶接強度さらには
溶接における品質の向上を図ったレーザ溶接方法および
その方法に用いるレーザ加工ヘッドを提供することにあ
る。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたも
ので、請求項1の記載に係る発明は、ワークにおける溶
接部の溶接ラインに沿ってレーザ加工ヘッドを相対的に
移動し、当該レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズによ
って集光されたレーザビームを前記溶接部に沿って前記
レーザ加工ヘッドの移動方向に移動せしめ、移動方向の
前側にレーザビームの移動時に前記溶接部の余熱を行
い、移動方向の後側へ移動時に前記溶接部の溶接を行う
レーザ溶接方法であって、移動方向の前側への移動時の
レーザ出力よりも後側への移動時のレーザ出力が大きく
なるようにレーザ出力を制御するレーザ溶接方法であ
る。
請求項2の記載に係る発明は、ワークにおける溶接部
の溶接ラインに沿って相対的に移動可能のレーザ加工ヘ
ッドと、上記レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズによ
って集光されたレーザビームを前記溶接部に沿って前記
レーザ加工ヘッドの移動方向に移動せしめるスキャンニ
ング装置と、このスキャンニング装置によるスキャンニ
ング位置を検出するための位置検出器と、上記位置検出
器の検出値に対応してレーザ発振器のレーザ出力を制御
するためのレーザ出力制御装置と、を備えてなるレーザ
加工機である。
(実施例) 以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。
第8図,第9図および第10図を参照するに、床1の床
面上に複数本例えば4本のコラム3が立設してある。こ
のコラム3上には支持プレート5が載置してある。支持
プレート5の両側上の第9図において左右方向であるX
軸方向に複数本例えば2本のX軸ガイド7が取付けられ
ている。2本のX軸ガイド7間には複数本例えば2本の
サポートプレート9が第10図において左右方向であるY
軸方向に取付けてあり、サポートプレート9はX軸ガイ
ド7をサポートしている。
2本のX軸ガイド7上にまたがってX軸方向に移動す
るX軸キャレッジ11が取付けられ、このX軸キャレッジ
11にはY軸キャレッジ13が載せられている。Y軸キャレ
ッジ13はX軸キャレッジ11の脇に平行に設けられたガイ
ド15面に沿ってY軸方向に移動される。
Y軸キャレッジ13のほぼ中央部にあって鉛直方向であ
るZ軸方向にZ軸コラム17が取付けられ、しかもZ軸コ
ラム17はY軸キャレッジ13内に装着されたガイドに沿っ
てZ軸方向に移動するようになっている。Z軸コラム17
の先端側には第8図および第10図に示されているように
レーザ加工ヘッド19から取付けられている。
レーザビームはレーザ加工ヘッド19の先端に第8図に
示す如く取付けられたノイズチップ21から照射される。
第9図に示されているようにX軸ガイド7間およびサポ
ートプレート9間にあって下方に設けられたワーキング
エリア23内にワークWが載置される。各装置を覆うため
のセフティキャビン25が機械本体に周囲に設けられてい
る。
機械本体の外側には第8図および第9図に明らかな如
く空圧ユニット装置27,数値制御装置(NC装置)29およ
びレーザ発振器電源装置31が配設され、数値制御装置29
は図示省略のX軸,Y軸およびZ軸の各駆動装置と連結さ
れ、各駆動を制御している。第8図および第9図に示す
ように右側のサポートプレート9上にレーザ発振器ヘッ
ド33が取付けられ、前記レーザ発振器電源装置31に連結
管35を介して連結されている。
上記構成により、X軸キャレッジ11をX軸方向へ,Y軸
キャレッジ13をY軸方向へ移動せしめることにより、レ
ーザ加工ヘッド19がZ軸コラム17を介してX,Y軸方向へ
移動させることになる。また、レーザ加工ヘッド19はZ
軸コラム17がZ軸方向へ移動されることによりZ軸方向
の調整がなされる。
また、レーザ発振器電源装置31を作動せしめると、レ
ーザ発振器ヘッド33からレーザビームが発振されてレー
ザ加工ヘッド19よりワークWへ照射されてワークWの溶
接部が溶接されることになる。
前記Z軸コラム17には第1図(A)に示したように、
Z軸ベンドミラー37が設けられており、またレーザ加工
ヘッド19は第1図(A)に示されているように、集光レ
ンズ39と、集光レンズ39の下方位置に設けられたベンド
ミラー41と、このベンドミラー41の近傍上方位置に設け
られた照射用ベンドミラー43と、図示省略の前記ノズル
チップ21とで構成されている。
上記構成により、レンズビームLBはZ軸ベンドミラー
37で折曲げられて集光レンズ39に集光される。この集光
レンズ39で集光されたレーザビームLBはベンドミラー41
を介して照射用ベンドミラー43からワークWの溶接部に
照射されてレーザ溶接されることになる。
前記照射用ベンドミラー43は第1図(A)において矢
印で示したごとく、回動自在に設けられている。より詳
細には、第1図(B)に示されているように、照射用ベ
ンドミラー43には軸45を介してスキャンニング装置47が
設けられている。このスキャンニング装置47にはパルス
エンコーダやレゾルバなどの位置検出器49が取付けられ
ている。また、この位置検出器49にはレーザ出力制御装
置51が接続されている。
上記構成により、スキャンニング装置47を作動させる
と、軸45を介して照射用ベンドミラー43が矢印で示した
ごとく回動される。この照射用ベンドミラー43の回動角
は第1図(A)に示したごとく、θからθまでの角
度θの範囲内で、例えば第1図(A)の矢印で示したご
とくレーザ加工ヘッド19が右側へ進行するに対して、前
後動され、第2図に示したごとく、ワークW1,W2の溶接
部WSにレーザビームLB1で予熱を与えた後、レーザビー
ムLB2で正規のレーザ溶接が行われることになる。
この照射用ベンドミラー43の角度θ,θは位置検
出器49で検出されてレーザ出力制御装置51に取込まれ
る。このレーザ出力制御装置51では前記角度θ,θ
に対するレーザビームLBの出力を制御する電圧との関係
が第3図に示すごとく予めワークWの種類などに応じて
求められている。
而して、レーザ出力制御装置51から角度θ,θ
対する電圧V1,V2を前記レーザ発振器電源装置31へフィ
ードバックして、レーザビームLBを連続して出力する場
合には、第4図(A)に示すごとく、角度θ,θ
対するレーザ出力で照射され、角度θ時で予熱を与え
ながら、角度θ時で溶接が行われる。
あるいは、レーザビームLBをパルスにて出力する場合
には、第4図(B)に示すごとく、角度θ,θに対
するパルスによるレーザ出力で照射され、角度θ時で
予熱を与えた後、角度θ時で溶接が行われる。
さらに、角度θ,θにおける両端では停止時間が
あるため、照射時間が長くなるのでレーザ出力を落し
て、第4図(A)に示したレーザ出力の曲線を、例えば
第5図(A)又は(B)に示したごとき曲線でレーザ出
力を行うのが望ましい。
次に、他の実施例について説明する。第6図を参照す
るに、レーザビームLBを回転させてワークWにおける溶
接部WsにレーザビームLB1で予熱を与え、レーザビームL
B2で溶接することでも対応可能である。この場合、レー
ザビームLBを回転させるには、第1図(B)においてス
キャンニング装置47を作動させて軸45を介して照射指示
ベンドミラー43を回転させればよく、それ以外はほぼ同
じ構成であるから説明を省略する。
このレーザビームLBを回転させる場合には、溶接ギャ
ップの部分ではレーザビームLBは透過し、ワークW1,W2
部ではレーザビームLBは反射されていることから、この
レーザビームLBの反射光をセンサで検出する。この場
合、センサは図示省略したが、ワークWの上方における
適宜位置に配置すればよい。
上記構成により、レーザビームLBを回転させてワーク
W(W1,W2)の反射光をチェックすると、第7図(A)
に示すごとく、ワークW上では反射光L1がとらえられ、
溶接ギャップ部では透過するためわずかな反射光L2がと
らえられる。この状態でセンサにより反射光を検出し、
センサ信号をコンパレータに取込ませると、第7図
(B)に示したごとく反射光が検出される。
この反射光を基にして、第7図(C)に示したごと
く、レーザビームLB1,LB2の電圧を前記レーザ出力制御
装置51で制御してレーザ発振器電源装置31へフィードバ
ックされることになる。
而して、ワークWにおける溶接部Wsの溶接ラインにレ
ーザ加工ヘッド19を例えばX軸又はY軸方向へ移動させ
る。さらに、照射用ベンドミラー43をレーザ加工ヘッド
19の進行方向に対して前後方向へ回転又は回転させると
共に、前記溶接部WsにレーザビームLBの出力を変えなが
ら照射することによって予熱を与えた後、正規な溶接を
行うことができる。
したがって、溶接効率が高くとれ、また、レーザ出力
制御を任意に行うことができるため低熱歪を充分に発揮
することができる。正規な溶接を行う前に予熱を与える
ため、クラックなどの熱による悪影響を除去することが
できる。
予熱,溶接の繰返しを行うため、溶接品質がよく、例
えばブローホールやピンホールを低減することができ
る。さらに、シールを予熱で強度を溶接(溶込み)で行
うため、第11図に示した斜線部のような溶接を行うこと
ができる。
予熱と溶接のレーザ出力をレーザ出力制御装置51で各
ワークWごとに決めるには、第12図に示したような、各
ワーク毎の温度と吸収率との関係を利用して行われる。
なお、この発明は、前述した実施例に限定されること
なく、適宜の変更を行うことにより、その他の態様で実
施し得るものである。例えば本実施例ではワークWを固
定し、レーザ加工ヘッド19をX,Y軸方向へ移動せしめる
レーザ加工装置で説明したが、レーザ加工ヘッド19を固
定し、ワークWをX,Y軸方向へ移動せしめるレーザ加工
装置などであっても対応可能である。
[発明の効果] 以上のごとき実施例の説明より理解されるように、本
発明の溶接方法は、ワークにおける溶接部の溶接ライン
に沿ってレーザ加工ヘッドを相対的に移動し、当該レー
ザ加工ヘッドに備えた集光レンズによって集光されたレ
ーザビームを前記溶接部に沿って前記レーザ加工ヘッド
の移動方向に移動せしめ、移動方向の前側にレーザビー
ムの移動時に前記溶接部の余熱を行い、移動方向の後側
へ移動時に前記溶接部の溶接を行うレーザ溶接方法であ
って、移動方向の前側への移動時のレーザ出力よりも後
側への移動時のレーザ出力が大きくなるようにレーザ出
力を制御する溶接方法である。
本発明に係るレーザ加工機は、ワークにおける溶接部
の溶接ラインに沿って相対的に移動可能のレーザ加工ヘ
ッドと、上記レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズによ
って集光されたレーザビームを前記溶接部に沿って前記
レーザ加工ヘッドの移動方向に移動せしめるスキャンニ
ング装置と、このスキャンニング装置によるスキャンニ
ング位置を検出するための位置検出器と、上記位置検出
器の検出値に対応してレーザ発振器のレーザ出力を制御
するためのレーザ出力制御装置と、を備えてなるもので
ある。
上記構成より明らかなように、レーザ溶接方法におい
てはワークの溶接部に沿ってレーザビームをレーザ加工
ヘッドの移動方向の前側への移動時のレーザ出力よりも
後側への移動時のレーザ出力が大きくなるようにレーザ
出力を制御するものであるから、レーザ溶接を行うに先
立っての余熱を容易に行うことができるものである。こ
の際、レーザ出力を制御するものであるから、ワークの
材質等に対応して余熱のためのレーザ出力制御が可能で
あり、急加熱による悪影響を容易に防止できるものであ
る。
レーザ加工機は、レーザ加工ヘッドに備えた集光レン
ズによって集光されたレーザビームをワークの溶接部に
沿ってスキャンニングするためのスキャンニング装置を
備えると共に、このスキャンニング装置によるスキャン
ニング位置を検出する位置検出器を備え、この位置検出
器の検出値に対応してレーザ発振器のレーザ出力を制御
するためのレーザ出力制御装置を備えた構成であるか
ら、レーザビームの前側への移動時のレーザ出力をワー
クの余熱に適した出力に制御することができ、ワークの
材質等に対応して余熱を行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(A),(B)はこの発明の主要部を示し、レー
ザ加工ヘッドの構成図、第2図はレーザビームでワーク
を溶接する説明図、第3図は照射用ベンドミラーの回動
角とレーザ出力の電圧との関係図、第4図(A),
(B)および第5図(A),(B)は照射用ベンドミラ
ーの回動角とレーザ出力との関係図、第6図は照射用ベ
ンドミラーを回転させたレーザビームでワークの溶接部
を溶接する説明図、第7図(A),(B)および(C)
はレーザビームを回転させた際にレーザビームの反射光
を検出しレーザ出力を与える説明図、第8図はこの発明
を実施する一実施例のレーザ加工装置の正面図、第9図
は第8図における平面図、第10図は第8図における側面
図、第11図はこのレーザ溶接加工で行ったワークにおけ
る溶接部断面の一例図、第12図は予熱と溶接のレーザ出
力を求めるのに利用される各ワークにおける温度と吸収
率との関係図である。 19……レーザ加工ヘッド 31……レーザ発振器電源装置 39……集光レンズ、41……ベンドミラー 47……スキャンニング装置、49……位置検出器 51……レーザ出力制御装置 LB,LB1,LB2……レーザビーム W,W1,W2……ワーク Ws……溶接部

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ワークにおける溶接部の溶接ラインに沿っ
    てレーザ加工ヘッドを相対的に移動し、当該レーザ加工
    ヘッドに備えた集光レンズによって集光されたレーザビ
    ームを前記溶接部に沿って前記レーザ加工ヘッドの移動
    方向に移動せしめ、移動方向の前側にレーザビームの移
    動時に前記溶接部の余熱を行い、移動方向の後側へ移動
    時に前記溶接部の溶接を行うレーザ溶接方法であって、
    移動方向の前側への移動時のレーザ出力よりも後側への
    移動時のレーザ出力が大きくなるようにレーザ出力を制
    御することを特徴とするレーザ溶接方法。
  2. 【請求項2】ワークにおける溶接部の溶接ラインに沿っ
    て相対的に移動可能のレーザ加工ヘッドと、上記レーザ
    加工ヘッドに備えた集光レンズによって集光されたレー
    ザビームを前記溶接部に沿って前記レーザ加工ヘッドの
    移動方向に移動せしめるスキャンニング装置と、このス
    キャンニング装置によるスキャンニング位置を検出する
    ための位置検出器と、上記位置検出器の検出値に対応し
    てレーザ発振器のレーザ出力を制御するためのレーザ出
    力制御装置と、を備えてなることを特徴とするレーザ加
    工機。
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