JP3596288B2 - レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、板材相互の溶接接合部が、その溶接線に沿う左右に側壁を備えた溝内に設けられ、この溝内の前記溶接接合部に向けてレーザビームを照射するレーザ溶接装置およびレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、溶接接合部を備えた溝の幅寸法を精度よく確保した上で、レーザ溶接を容易に行えるようにすることを目的としている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、板材相互の溶接接合部が、その溶接線に沿う左右に側壁を備えた溝内に設けられ、前記溶接接合部に向けてレーザビームを照射するレーザ加工ヘッドと、前記左右の側壁に対し所定幅の範囲で接近移動して押圧する一対の押圧部材とを備え、この押圧部材は、溝内にて溶接線に沿って回転移動可能なローラであってその側面により側壁を押圧するもので、この一対のローラの所定幅の移動を規制する開き限ストッパを備えている構成としてある。
【０００４】
このような構成のレーザ溶接装置によれば、押圧部材が溝内の左右の側壁を所定幅の範囲で押圧することで、溝の幅寸法が所定に確保され、この状態でレーザ加工ヘッドからレーザビームを溶接接合部に向けて照射する。
また、ローラを、開き限ストッパにより移動が規制される位置まで移動させることで、ローラが側壁を押圧し溝の幅寸法が所定に確保される。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、開き限ストッパは、一対のローラの所定幅の移動規制位置を調整可能である。
【０００８】
上記構成によれば、ローラの所定幅の移動規制位置を調整することで、溝幅の異なるワークに対しても対応可能となる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１の発明の構成において、ローラは、回転中心軸に対し半径方向の一方側の側面で側壁を押圧し、同他方側の側面が、前記側壁への押圧により発生するモーメントに抗する回転可能な球体により支持されている。
【００１０】
上記構成によれば、ローラが、回転中心軸に対し半径方向の一方側の側面で側壁を押圧することで、ローラにモーメントが作用し、これにより同他方側の側面が、相互に離れる方向に変位しようとするが、この他方側の側面は球体によって支持されて前記変位が抑制される。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１の発明の構成において、一対のローラの相互に接近する方向への移動を規制する閉じ限ストッパを設け、この閉じ限ストッパにより規制された状態の前記ローラの位置は、溝幅方向のほぼ中央部である。
【００１２】
上記構成によれば、一対のローラは、閉じ限ストッパにより接近方向への移動が規制されることで、常に溝内の幅方向ほぼ中央の同一位置に設定され、この状態でローラが溝内を回転移動しつつ、レーザビームが溶接線に沿って照射される。
【００１３】
請求項５の発明は、板材相互の溶接接合部の溶接線に沿う左右に側壁を備えた溝内に、この溝内にて前記溶接線に沿って回転移動可能な一対のローラを挿入し、この各ローラを左右の側壁に向けて所定幅の範囲で移動させて側面により押圧した状態で、前記溶接接合部にレーザビームを照射して仮止め溶接を行い、前記一対のローラを、側壁から離れる方向へ相互に接近移動させた状態で前記溝内を回転移動させながら、前記レーザビームを前記溶接線に沿って照射して本溶接を行う。
【００１４】
上記レーザ溶接方法によれば、一対のローラが左右の側壁を所定幅の範囲で押圧した状態で仮止め溶接を行うことで、溝幅寸法が高精度に確保され、その後ローラを相互に接近移動させた状態で、溝内を溶接線に沿って回転移動させることで、仮止め溶接作業に続いて本溶接作業が、一つの工程で行え、またローラは、溶接線に沿って移動するので、レーザビームの邪魔になることがなく、レーザ溶接作業が効率よく行える。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、押圧部材が溝内の左右の側壁を所定幅の範囲で押圧し、この状態でレーザ加工ヘッドからレーザビームを溶接接合部に向けて照射するので、溝の幅寸法を精度よく確保することができる。
また、一対のローラは、開き限ストッパによって所定幅の移動範囲が規制されるので、溝幅寸法はより高精度なものとなる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、開き限ストッパはローラの移動規制位置を調整可能であるので、溝幅寸法の異なるものに対しても対応可能となる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、ローラによる側壁への押圧によって発生するローラのモーメントは、球体によって支持されるので、ローラの回転中心軸を中心とした前記モーメントによるローラの変位を抑制することができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、一対のローラは、閉じ限ストッパによって相互に接近する方向への移動が規制されることで、常に溝内の幅方向ほぼ中央位置に設定されるので、次の仮止め溶接の際のローラの側壁への移動動作が左右対称に効率よくなされるとともに、ローラが溝内を回転移動しながらのレーザ溶接の際の、ローラによる板材への押圧動作が効率よくなされる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、ローラが左右の側壁を所定幅の範囲で押圧した状態で仮止め溶接を行うことで、溝幅寸法が精度よく確保され、その後ローラを相互に接近移動させた状態で溝内を回転移動させることで、仮止め溶接作業に続く本溶接作業が、一つの工程で行え、またローラは、溶接線に沿って移動するので、レーザビームの邪魔になることがなく、レーザ溶接作業を効率よく行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２２】
図１は、この発明の実施の一形態を示すレーザ溶接装置の正面図、図２は図１の右側面図、図３は図１のレーザ溶接装置の全体構成を示す斜視図である。このレーザ溶接装置は、自動車におけるルーフパネル１の車幅方向の端部とボディサイドパネル３の上端部との重ね合わせ部５に対しレーザ溶接を行うことで、これら２枚の板材としての両パネル１，３相互を溶接接合するものであり、この溶接接合部となる重ね合わせ部５には、図示しない例えばルーフモールが嵌め込まれる溝７が、車体前後方向に沿って形成されている。（所謂モヒカンタイプのルーフパネル１を示している。）
このレーザ加工装置は、溝７内の重ね合わせ部５に向けてレーザビーム９を照射するレーザ加工ヘッド１１を備えるとともに、レーザ溶接時に溝７内に挿入される押圧部材としのて一対のローラ１３，１５を備えている。
【００２３】
上記レーザ加工ヘッド１１およびローラ１３，１５は、ヘッド本体１７側に支持されており、ヘッド本体１７はロボットアーム１９の先端に取り付けられている。ヘッド本体１７は、ロボットアーム１９が連結具２１を介して取り付けられるベース板２３を備え、ベース板２３の上端には上板２５が固定されるとともに、ベース板２３の連結具２１と反対側の面には、ガイド部材２７を介して上下方向に移動可能な支持ブラケット２９が設けられている。
【００２４】
支持ブラケット２９の下面には、治具ベース３１が固定され、治具ベース３１の下面には、一対の直動ガイド３３，３５を介して左右のローラ支持具３７，３９が、図１中で左右方向に移動可能に装着されている。
【００２５】
図１中で左側の一方のローラ支持具３７は、図１のＡ矢視図である図４に示すように、アッパプレート４１とロアプレート４３とが、図４中で左右方向の両端にて連結具４５，４７により連結固定されている。この連結具４５，４７相互間には、アッパプレート４１とロアプレート４３との間に挟持されるようにしてシリンダ４９が固定配置されている。シリンダ４９は、ローラ１３，１５を相互に接近離反移動させるべく、図１中で左右方向に移動させるためのもので、そのピストンロッド５１の先端は、他方のローラ支持具３９に向けて突出している。
【００２６】
他方のローラ支持具３９は、ベースプレート５３のローラ支持具３７側の端部の下面にローラ支持板５５が固定され、このローラ支持板５５に上記シリンダ４９のピストンロッド５１の先端が固定されている。
【００２７】
一方のローラ支持具３７のロアプレート４３の他方のローラ支持具３９側の端部の下面には、ローラ支持板５７が固定され、このローラ支持板５７と前記ローラ支持板５５に、前述したローラ１３，１５が、回転中心軸５９，６１を介してそれぞれ回転可能に装着されている。回転中心軸５９，６１より上方の各ローラ支持板５７，５５には、ローラ１３，１５のそれぞれの側面に接触して転動可能な球体６３，６５を備えたベアリング６７，６９が、それぞれ２つずつ設けられている。
【００２８】
前記一方のローラ支持具３７の図４に示されている連結具４５，４７の他方のローラ支持具３９に対向する面には、ロッド７１，７３の一端が固定されている。各ロッド７１，７３の他端は、他方のローラ支持具３９のローラ支持板５５に形成した貫通孔５５ａ内を移動可能に挿入され、ローラ支持板５５からの各ロッド７１，７３の突出端部には、開き限ストッパ７５，７７が設けられている。
【００２９】
すなわち、シリンダ４９の駆動によりピストンロッド５１が進出移動すると、左右のローラ支持具３７，３９が互いに離反する方向に移動し、この移動動作が開き限ストッパ７５，７７によって規制される。開き限ストッパ７５，７７より移動が規制された図１の状態では、各ローラ１３，１５は溝７における左右の側壁７ａ，７ｂを押圧した状態にあり、この状態での溝７の幅があらかじめ設定された溝幅寸法となる。
【００３０】
また、治具ベース３１の図１中で左右方向中央の下面には、各ローラ支持具３７，３９の相互に接近する方向への移動を規制する閉じ限ストッパ７９が装着されている。この閉じ限ストッパ７９に、図５に示すように、各ローラ支持具３７，３９のアッパプレート４１およびベースプレート５３が当接した状態で、各ローラ１３，１５は相互にほぼ接触した状態にあり、このときこの接触面は、溝７の幅方向のほぼ中央に位置しているものとする。
【００３１】
前記ヘッド本体１７の上板２５の下面には、加圧シリンダ８１が固定され、加圧シリンダ８１のピストンロッド８３の先端は、支持ブラケット２９に固定されている。すなわち、加圧シリンダ８１の作動によるピストンロッド８３の下方への移動により支持ブラケット２９が下方へ加圧される。
【００３２】
上記支持ブラケット２９は、図２に示すように、ベース板２３や上板２５に対し、図２中で右方向に突出しており、この突出した部位に、前述したレーザ加工ヘッド１１が、レーザビーム９がローラ１３，１５の移動方向後方側（図２中で右側）に向けて照射するよう傾斜した状態で装着されている。
【００３３】
次に、上記したレーザ溶接装置の動作を説明する。左右のボディサイドパネル３上にルーフパネル１が載置されることで、各パネル１，３の端部相互の重ね合わせ部５に溝７が形成される。この状態で、本発明におけるレーザ溶接工程の前工程である仮止め工程で、各パネル１，３相互が車体前後方向両端にて溶接固定されている。
【００３４】
各ローラ１３，１５を、相互に接近させた図５に示す状態で、ロボットアーム１９を移動させて、本発明におけるレーザ溶接工程での仮止め溶接が必要な部位の溝７内に挿入する。このとき、ローラ１３，１５の下端は重ね合わせ部５に接触させない。この状態でシリンダ４９を作動させてピストンロッド５１を前進移動させる。これにより、左右のローラ支持具３７，３９が、直動ガイド３３，３５にガイドされて相互に離反する方向に移動し、これとともにローラ１３，１５も互いに離反する方向に移動する。
【００３５】
上記移動動作は、開き限ストッパ７５，７７が他方のローラ支持具３９のローラ支持板５５に当接するまで行われ、この当接時には各ローラ１３，１５は溝７の側壁７ａ，７ｂをそれぞれ押圧して溝７を押し拡げ、溝７の幅寸法を、あらかじめ設定した溝幅としている。この状態で、レーザ加工ヘッド１１からレーザビーム９を重ね合わせ部５に向けて照射し、各パネル１，３相互の仮止め溶接を行う。
【００３６】
ローラ１３，１５の側壁７ａ，７ｂへの押圧動作は、回転中心軸５９，６１より下方側の側面にて行っているので、ローラ１３については回転中心軸５９を中心として図１中で反時計回りのモーメントが、ローラ１５については回転中心軸６１を中心として図１中で時計回りのモーメントが作用する。この各モーメントは、球体６３，６５がそれぞれ受けてローラ１３，１５の傾きを防止し、これにより、溝幅が所望に確保される。
【００３７】
溝７内における所定部位の仮止め溶接が終了したら、シリンダ４９を作動させてピストンロッド５１を後退移動させる。これにより、左右のローラ支持具３７，３９が、直動ガイド３３，３５にガイドされて相互に接近する方向に移動し、これとともにローラ１３，１５も互いに接近する方向に移動する。
【００３８】
上記移動動作は、各ローラ支持具３７，３９のアッパプレート４１およびベースプレート５３が、閉じ限ストッパ７９に当接するまで行われ、この当接時には、各ローラ１３，１５は相互に接近して図５に示すようにほぼ接触した状態となる。このときのローラ１３，１５相互の接触面は、溝７の幅方向のほぼ中央に位置している。
【００３９】
図５の状態で、加圧シリンダ８１を作動させてピストンロッド８３を前進移動させると、支持ブラケット２９がガイド部材２７にガイドされて下方に移動するので、各ローラ１３，１５は重ね合わせ部５に対して加圧され、各パネル１，３相互が密着する。次に、ロボットアーム１９を溝７に沿って移動させることで、ローラ１３，１５が溝７内を回転しながら移動し、これと同時にレーザ加工ヘッド１１からレーザビーム９を照射して、溶接線に沿った本溶接を行う。
【００４０】
上記本溶接時には、相互に接近状態にあるローラ１３，１５が、閉じ限ストッパ７９により溝７の幅方向中央に位置しているので、重ね合わせ部５への押圧動作が確実になされるとともに、次の仮止め溶接作業の際のローラ１３，１５の側壁７ａ，７ｂへの移動動作が左右対称に効率よくなされる。
【００４１】
上記したレーザ溶接装置によれば、一対のローラ１３，１５の溝７内での幅方向への所定幅範囲内での移動により、溝７の幅寸法を精度よく確保した状態で仮止め溶接ができる。この仮止め溶接により溝７の幅が所定に確保された状態で、ローラ１３，１５を相互に接近させた状態での本溶接が、仮止め溶接に続いて一つの工程で行え、またこの本溶接では、仮止め溶接にて溝幅に対する位置決め用治具として使用したローラ１３，１５の移動方向後方側をレーザビーム９が照射するので、溶接作業が容易である。
【００４２】
図６および図７は、ローラ１３，１５の移動範囲を規制するためのストッパ７５，７７のローラ支持板５５への当接位置を調整可能な構造としたものである。ここでのローラ支持板５５には、スライド溝５５ａ内を図６中で矢印Ｂ方向にスライド移動可能なストッパ突き当て部材８５が設けられている。
【００４３】
ストッパ突き当て部材８５には、一対の第１のストッパ突き当て凹部８５ａと、この第１の突き当て凹部８５ａより深さの深い一対の第２のストッパ突き当て凹部８５ｂとがそれぞれ形成されている。一対の第１のストッパ突き当て凹部８５ａ相互の間隔および、一対の第２のストッパ突き当て凹部８５ｂ相互の間隔は、ストッパ７５，７７相互の間隔と同等としてある。そして、第１のストッパ突き当て凹部８５ａおよび第２のストッパ突き当て凹部８５ｂには、ストッパ突き当て部材８５のスライド方向と同方向に延長される長孔８５ｃが形成され、この長孔８５ｃ内をロッド７１，７３が、ストッパ突き当て部材８５のスライド移動に伴って移動可能となっている。
【００４４】
上記図６の構成においては、図７（ａ）に示すように、ストッパ７５，７７が深さの浅い第１のストッパ突き当て凹部８５ａに整合する位置となるように、ストッパ突き当て部材８５を設定した場合には、ローラ支持具３７，３９の移動範囲が小さくなってローラ１３，１５により設定される溝７の幅が狭いものに対応する。一方、図７（ｂ）に示すように、ストッパ７５，７７が深さの深い第２のストッパ突き当て凹部８５ｂに整合する位置となるように、ストッパ突き当て部材８５を設定した場合には、ローラ支持具３７，３９の移動範囲が大きくなってローラ１３，１５により設定される溝７の幅が広いものに対応する。これにより、溝７の幅が異なる車体に対しても対応可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示すレーザ溶接装置の正面図である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】図１のレーザ溶接装置の全体構成を示す斜視図である。
【図４】図１のＡ矢視図である。
【図５】図１のレーザ溶接装置におけるローラが閉じた状態を示す要部の正面図である。
【図６】図１のレーザ溶接装置における開き限ストッパのストッパ位置を調整可能な構造を示す斜視図である。
【図７】図６の構造での動作説明図で、（ａ）はストッパが浅いストッパ突き当て凹部に当接した状態を、（ｂ）はストッパが深いストッパ突き当て凹部に当接した状態をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１ ルーフパネル（板材）
３ ボディサイドパネル（板材）
５ 重ね合わせ部（溶接接合部）
７ 溝
７ａ，７ｂ 側壁
９ レーザビーム
１１ レーザ加工ヘッド
１３，１５ ローラ（押圧部材）
５９，６１ 回転中心軸
６３，６５ 球体
７５，７７ 開き限ストッパ
７９ 閉じ限ストッパ

Claims (5)

1. 板材相互の溶接接合部が、その溶接線に沿う左右に側壁を備えた溝内に設けられ、前記溶接接合部に向けてレーザビームを照射するレーザ加工ヘッドと、前記左右の側壁に対し所定幅の範囲で接近移動して押圧する一対の押圧部材とを備え、この押圧部材は、溝内にて溶接線に沿って回転移動可能なローラであってその側面により側壁を押圧するもので、この一対のローラの所定幅の移動を規制する開き限ストッパを備えていることを特徴とするレーザ溶接装置。
2. 開き限ストッパは、一対のローラの所定幅の移動規制位置を調整可能であることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
3. ローラは、回転中心軸に対し半径方向の一方側の側面で側壁を押圧し、同他方側の側面が、前記側壁への押圧により発生するモーメントに抗する回転可能な球体により支持されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
4. 一対のローラの相互に接近する方向への移動を規制する閉じ限ストッパを設け、この閉じ限ストッパにより規制された状態の前記ローラの位置は、溝幅方向のほぼ中央部であることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
5. 板材相互の溶接接合部の溶接線に沿う左右に側壁を備えた溝内に、この溝内にて前記溶接線に沿って回転移動可能な一対のローラを挿入し、この各ローラを左右の側壁に向けて所定幅の範囲で移動させて側面により押圧した状態で、前記溶接接合部にレーザビームを照射して仮止め溶接を行い、前記一対のローラを、側壁から離れる方向へ相互に接近移動させた状態で前記溝内を回転移動させながら、前記レーザビームを前記溶接線に沿って照射して本溶接を行うことを特徴とするレーザ溶接方法。

Images