JP3726774B2 - Laser welding equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ溶接装置の改良に関し、特に被溶接物に照射されるレーザ光の焦点位置に溶接材であるフィラーワイヤの先端位置を合わせてた上でそのフィラーワイヤを順次繰り出しながら溶接を行うようにしたレーザ溶接装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の従来のレーザ溶接に関する技術としては、例えば特開2001−17941号公報に記載されているように、レーザ光学系として機能することになるレーザヘッド部と溶接材であるフィラーワイヤを案内しながら順次送り出すことになるワイヤ供給部(ワイヤノズル部)とを溶接母機として機能することになる産業用ロボットのリスト部に共に支持させた上で、これらレーザヘッド部およびワイヤ供給部を予め設定された溶接軌跡データに沿うようにロボット自体の自由度を使って所定速度で動かすことにより溶接を施すようにしたものが知られている。
【0003】
この場合において、特開平6−71470号公報に記載されているように、ワイヤ供給部よりも溶接方向前方側に配置した所定のセンサにて被溶接物の端縁等を実際の溶接軌跡となるべき位置として検出して、この溶接軌跡に倣わせるようにレーザヘッド部およびワイヤ供給部をそれぞれ移動させることも行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のレーザ溶接技術では、レーザヘッド部およびワイヤ供給部を含む加工ヘッド全体を一体のものとして例えばロボットアーム先端のリスト部に支持させた上でロボットそのものの動きを使って移動させることになるため、ロボットアーム最先端部における可動部分の体積が大きくなり、近接配置されることになる付帯機器との干渉等の問題が生じやすい。
【0005】
しかも、溶接機能の上で最も重要なレーザ光の照射位置およびフィラーワイヤの先端位置から駆動支点部までの距離が必然的に大きくなるため、特に微小量変位時の動きが緩慢となるほか、先端可動部分以外での振動やがたつき等の影響を受けてレーザ光の照射位置やフィラーワイヤの先端位置がばらつきやすく、その結果として溶接品質の向上が望めない。
【0006】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたものであり、とりわけ産業用ロボット等の溶接母機の最先端部における可動部分を極力小さくして、高速且つ高精度な溶接作業を可能としたレーザ溶接装置を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、被溶接物に対しレーザ光を照射するとともに、そのレーザ光の焦点位置を所定の軌跡に沿って被溶接物上で変位させることが可能なレーザヘッド部と、溶接材であるフィラーワイヤを案内しながらレーザ光の焦点位置に対してそのワイヤを順次供給するとともに、レーザ光の焦点位置とフィラーワイヤの先端位置との相対位置関係を保ちながらレーザ光の焦点位置の変位に連動して変位するワイヤ供給部と、上記レーザヘッド部およびワイヤ供給部を共に支持する支持体と、レーザ光の焦点位置を所定の軌跡に沿って変位させるべくレーザヘッド部の少なくとも一部を駆動するレーザ光照射位置変更手段と、支持体とワイヤ供給部との間に介装されて、レーザ光の焦点位置の変位にワイヤ供給部が連動する際にそのレーザ光の焦点位置とフィラーワイヤの先端位置との相対位置関係を保ちながら支持体とワイヤ供給部の相対変位を許容するフローティング機構と、を備えたことを特徴とする。
【0008】
この場合、溶接母機は例えば産業用ロボット(溶接ロボットそのもの)とする。
【0010】
請求項1の記載においては、請求項2に記載のようにレーザヘッド部から被溶接物に対してレーザヘッド部自体の軸心からオフセットした位置にレーザ光を照射するのが望ましく、そのための手段としては、請求項3に記載のように屈折手段を用いる方法のほか、レーザ光の光軸そのものをレーザヘッド部自体の軸心に対して所定角度傾けてもよい。
【0012】
さらに、請求項3に記載のように、レーザ光照射位置変更手段は、レーザヘッド部内に変位可能に設けられて、被溶接物に対しレーザヘッド部自体の軸心からオフセットした位置にレーザ光を照射するべくそのレーザ光を屈折させる屈折手段と、屈折手段を変位させる駆動手段と、を備えていることが望ましい。より望ましくは、請求項4に記載のように、上記屈折手段はレーザヘッド部内に回転可能に設けられていて、駆動手段による屈折手段の回転変位に応じて被溶接物上のレーザ光の焦点位置をレーザヘッド部の軸心を回転中心とする円形軌跡上で回転変位させるとともに、それに連動してフィラーワイヤの先端が同じ円形軌跡上で回転変位するようにワイヤ供給部を回転変位させるようにする。
【0013】
特に、装置全体のより一層の小型化の上では、請求項5に記載のように、屈折手段とワイヤ供給部とが共通の駆動手段により同じ回転比をもって回転駆動されるようになっていることが望ましい。
【0014】
また、請求項1に記載のフローティング機構によるフローティング自由度は、請求項6に記載のように、レーザヘッド部の軸心と直交する平面内での自由度として設定されていれば足りる。
【0015】
したがって、これら請求項1〜6に記載の発明では、レーザ光照射位置変更手段を構成することになる駆動手段にて屈折手段を回転変位させると、被溶接物上でのレーザ光の焦点位置はレーザヘッド部自体の軸心からのオフセット量を半径をする円形軌跡上で回転変位することになることから、溶接方向での連続移動は溶接ロボット等の溶接母機の動きに依存してはいても、例えば溶接方向と直交方向では上記円形軌跡上での回転変位をもってレーザ光の照射位置を変更することが可能である。
【0016】
その一方、被溶接物上でのレーザ光の焦点位置が変位した場合には、なおもその焦点位置とフィラーワイヤの先端との相対位置関係は従前のまま維持させる必要がある。そこで、上記のような円形軌跡上での回転変位をもってレーザ光の照射位置を変更すると、それに連動してレーザ光の焦点位置とフィラーワイヤ先端との相対位置関係を保ちながら同じ円形軌跡上での回転変位をもってワイヤ供給部が回転することになる。この場合、請求項5に記載のように屈折手段とワイヤ供給部とが共通の駆動手段にて同じ回転比をもって回転駆動されるようになっていれば、請求項6に記載のフローティング機構のフローティング自由度をもって屈折手段とワイヤ供給部とが完全同期して、レーザ光の焦点位置の動きにワイヤ供給部が自動追従することになる。
【0017】
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれかの記載を前提として、予め設定された理想溶接軌跡データに沿ってレーザヘッド部およびワイヤ供給部を動かすべく少なくともレーザ光照射位置変更手段の制御を司る制御手段と、ワイヤ供給部による実際の溶接位置よりも溶接方向前方側を検出対象として、溶接軌跡となるべき被溶接物の端縁を検出する検出手段と、検出手段による検出出力と予め設定された理想溶接軌跡データとに基づいて該当する部位での両者の差を補正量データとして算出し、この補正量データをレーザ光照射位置変更手段によるレーザ光の焦点位置の変位量指令として制御手段に付与する演算手段と、を備えていることを特徴とする。
【0019】
したがって、この請求項7に記載の発明では、実際の溶接軌跡となるべき被溶接物の端縁位置が予めティーチングされた理想溶接軌跡位置に対してずれている場合であっても、実際の被溶接物の端縁位置に倣うようにしてレーザ光の焦点位置がフィラーワイヤ先端との相対位置関係を保ちながら自動修正されることになる。
【0020】
【発明の効果】
請求項1,2に記載の発明によれば、レーザヘッド部およびワイヤ供給部を含む加工ヘッド部全体を一つのユニットとして駆動する方式と異なり、必要最小限の部分のみを必要最小量だけ駆動する方式としたので、先端部の可動部分を小型化することができるほか、レーザ光の照射位置を高速にて変更することができ、しかも非可動部分の振動やがたつきの影響を受けにくくなってレーザ光の照射位置精度やフィラーワイヤの供給位置精度が高くなり、溶接精度が大幅に向上するほか、支持体とワイヤ供給部との間にフローティング機構が介装されているため、レーザ光の焦点位置の変位にワイヤ供給部を純機械的に且つスムーズに連動させることができる効果がある。
【0022】
また、請求項3,4に記載の発明によれば、レーザヘッド部内に設けられた屈折手段を駆動手段にて駆動させるか、もしくはレーザヘッド部内に回転可能に設けられた屈折手段を駆動手段にて回転駆動させるようにしたので、可動部分をより一層小型化できる利点がある。
【0023】
請求項5に記載の発明によれば、屈折手段とワイヤ供給部とを共通の駆動手段にて回転駆動させるようにしたので、駆動手段および駆動制御系を一段と小型化且つ簡素化できるとともに、屈折手段とワイヤ供給部との同期精度の高精度化が可能となる。
【0024】
請求項6に記載の発明によれば、フローティング機構によるフローティング自由度を、レーザヘッド部の軸心と直交する平面内での自由度として設定したので、特にワイヤ供給部が変位したとしてもワイヤ供給部そのものの姿勢ひいてはフィラーワイヤ供給姿勢は何ら変化することはなく、レーザ光焦点位置に対してフィラーワイヤを常に一定方向から安定して供給することができる利点がある。
【0025】
請求項7に記載の発明によれば、実際の被溶接物の端縁位置形状に沿うようにレーザ光照射位置を変更していわゆる倣い制御の形態としたので、被溶接物の端縁位置や形状のばらつきが溶接品質に影響しにくくなって、溶接品質の向上とその安定化に貢献できるようになる。
【0026】
【発明の実施の形態】
図1〜3は本発明に係るレーザ溶接装置の好ましい第1の実施の形態を示す図であり、特に図1はその側面説明図を、図2はレーザ光照射位置での拡大平面図を、また図3の(A),(B)は図1の構造を模式化したときの側面説明図および平面説明図をそれぞれ示している。
【0027】
図1に示すように、レーザ溶接装置は、レーザ光学系を内蔵したレーザヘッド部1と、溶接材であるフィラーワイヤ2を案内しながらその先端が常にレーザ光照射位置(焦点位置)Pに一致するように順次繰り出し供給することになるワイヤ供給部3とを中心として構成されていて、これらのレーザヘッド部1とワイヤ供給部3は図3にも示すように支持体である二股状のブラケット4を介して溶接母機として機能することになる図示しない溶接ロボット(産業用ロボット)のリスト部Rに支持させてある。
【0028】
レーザヘッド部1における円筒状のヘッド本体5内には、光学系として上段側から順に屈折手段であるウエッジ板6とコリメーションレンズ7およびフォーカシングレンズ8がそれぞれ配置されており、ウエッジ板6は同図に示すようにそれ自体の傾きに応じてレーザ光Lの焦点位置Pをヘッド本体5の中心(レーザ光Lがウエッジ板6を通過する前の発射光軸)Qに対し所定量R1だけオフセットさせる機能を有する。したがって、図示しないレーザ発振器から出力されたレーザ光Lはウエッジ板6、コリメーションレンズ7およびフォーカシングレンズ8をそれぞれ通過した上で、被溶接物W上の焦点位置Pにて発射光軸Qから距離R1だけオフセットした位置に照射される。
【0029】
また、ヘッド本体5内には中心をヘッド本体5の中心Qと一致させたレーザ側回転体9が設けられているとともに、このレーザ側回転体9にウエッジ板6が取り付けられている。これにより、レーザ側回転体9とともにウエッジ板6が回転運動することでレーザ光Lの焦点位置Pは発射光軸Qを中心とした半径R1の円周M上を移動することになる。
【0030】
レーザ側回転体9の外周にはレーザ側ドリブンギヤ10が一体に形成されている一方、レーザヘッド部1と隣接配置されたギヤボックス内11にはワイヤ側ドリブンギヤ12のほか双方のドリブンギヤ10,12に噛み合う小径のドライブギヤ(中間ギヤ)13が設けられていて、ドライブギヤ13は駆動手段たるサーボモータ14によって回転駆動されるようになっている。ここで、レーザ側ドリブンギヤ10とワイヤ側ドリブンギヤ12はピッチ円直径や歯数等を含む歯車諸元が共に等しく設定されていることから、レーザ側ドリブンギヤ10とワイヤ側ドリブンギヤ12は1:1の速比をもって互いに同方向に同期回転することになる。したがって、サーボモータ14の起動によりウエッジ板6がレーザ側回転体9とともに回転駆動されることになり、これらのサーボモータ14、ドライブギヤ13、レーザ側ドリブンギヤ10、レーザ側回転体9およびウエッジ板6によりレーザ光照射位置変更手段15が構成されている。
【0031】
また、ワイヤ側ドリブンギヤ12にはこれと一体に別のワイヤ側回転体16が設けられていて、ワイヤ側回転体16の下端にはその回転中心から距離R2だけオフセットした位置にボールジョイント17が設けられている。このオフセット量R2は先に述べた発射光軸Qを中心とした焦点位置Pの回転半径R1と等しくなるように設定されている。
【0032】
一方、フィラーワイヤ2を案内することになるワイヤ供給部3は水平なステー18に下向き傾斜姿勢をもって固定支持されていて、そのステー18の先端はボールジョイント17を介してワイヤ側回転体16に支持されているとともに、ステー18そのものはスライダジョイント19にスライド可能に挿入支持されている。なお、サーボモータ14とドライブギヤ13は、レーザ側ドリブンギヤ10を介してレーザ側回転体9を回転駆動するのと同時にワイヤ側ドリブンギヤ12を介してワイヤ側回転体16も同時に回転駆動させることになる故に、サーボモータ14とドライブギヤ13は後述するようにワイヤ供給部3を回転変位させるための駆動手段を兼ねている。
【0033】
スライダジョイント19は、図3にも示すように一対のジョイントスリーブ20,21をその軸線が直交関係になるように結合したものであって、一方のジョイントスリーブ20がブラケット4側のサポートバー22に、他方のジョイントスリーブ21がステー18にそれぞれスライド可能に挿入支持されている。これらのステー18、スライダジョイント19およびサポートバー22は、ボールジョイント17とともにワイヤ供給部3をフローティング可能に支持するフローティング機構23を構成しており、ワイヤ供給部3はボールジョイント17およびフローティング機構23の自由度をもってワイヤ側回転体16の回転中心と直交する水平面内において直交2軸方向にスライド可能に支持されていることになる。
【0034】
したがって、ワイヤ側回転体16が回転駆動されると、ワイヤ供給部3は水平面内においてワイヤ側回転体16の中心からボールジョイント17までの距離を半径R2とする円周上を回転変位することになるものの、ワイヤ供給部3そのものの姿勢が変化することがないようにステー18およびスライダジョイント19にて拘束されているため、そのワイヤ供給部3に案内されたフィラーワイヤ2の先端での動きはその先端とレーザ光Lの焦点位置Pとが一致したままその焦点位置Pが描く半径R1の円周Mと同じ円周上での動きとなるように設定されている。
【0035】
このように構成された本実施の形態によれば、図2にも示すようにワイヤ供給部3に案内されながら繰り出されたフィラーワイヤ2の先端位置がワイヤ供給部3そのものの延長軸線上に位置し、且つレーザ光Lの焦点位置Pが描く円周M上においてその焦点位置Pとフィラーワイヤ2の先端位置とが互いに一致するように、レーザ側およびワイヤ側の各回転体9,16の回転開始位置をそれぞれ予め調整おくものとする。なお、図2における傾斜角αは常に一定である。
【0036】
この状態でサーボモータ14を起動すると、レーザ側回転体9に支持されたウエッジ板6の回転に伴い被溶接物W上の焦点位置Pは半径R1の円周Mに沿って回転変位する一方、この動きに純機械的に完全同期してワイヤ側回転体16に支持されたワイヤ供給部3もまた同じ半径R2(R1=R2)の円周上で回転変位することから、上記のように被溶接物W上において焦点位置Pとフィラーワイヤ2の先端位置とを予め一致させておくとともに、それに同期してフィラーワイヤ2の送り出し動作を行えば、レーザ光Lの焦点位置Pとフィラーワイヤ2の先端位置とはその位置が一致したままで常に半径R1の円周Mに沿って回転変位することになる。
【0037】
したがって、主たる溶接送りを溶接ロボットによって与える一方で、それに同期して上記のように予めその位置を互いに一致させてあるレーザ光Lの焦点位置Pとフィラーワイヤ2の先端位置とを半径R1の円周Mに沿って動かすことにより、任意の溶接軌跡に沿ったレーザ溶接を行うことができる。
【0038】
図4の(A),(B)には本発明の第2の実施の形態を示す。ただし、先の第1の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【0039】
この第2の実施の形態では、図1に示したサーボモータ14によって強制的に回転駆動されるワイヤ側回転体16とは別に、ワイヤ側回転体16と軸心が平行で直径が等しく且つ従動回転が可能な補助回転体26が付加されている。この補助回転体26の下面にはその軸心から所定距離離れた位置にボールジョイント27が設けられていて、このボールジョイント27を介して下向き傾斜姿勢のワイヤ供給部33の上部側が補助回転体26に支持されている。補助回転体26の中心とボールジョイント27となす距離はワイヤ側回転体16の中心とボールジョイント17とのなす距離と同じ大きさに設定されているとともに、補助回転体26の中心とボールジョイント27とを結んだ線が同じくワイヤ側回転体16の中心とボールジョイント17とを結んだ線と平行となるように双方の回転体16,26の回転位相位置が設定されていて、結果として短い方の腕の長さを半径R3とする四節平行リンク機構が形成されている。なお、半径R3はレーザ光Lの焦点位置が描く円周Mの半径R1と等しくなるように設定される。これにより、四節平行リンク機構を形成しているボールジョイント17,27や補助回転体26はワイヤ供給部33をフローティング可能に支持するフローティング機構30を形成している。
【0040】
したがって、この第2の実施の形態によれば、ワイヤ側回転体16と補助回転体26が回転動作することでワイヤ供給部33が四節平行リンク機構にて拘束されながら半径R1(=R3)の円周M上を回転変位することになり、第1の実施の形態のものと全く同様の機能が発揮されることになる。
【0041】
図5,6は本発明の第3の実施の形態を示す図で、図1に示した第1の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【0042】
図5に示すように、被溶接物W上でのレーザ光Lの焦点位置Pとワイヤ供給部3から繰り出されるフィラーワイヤ2の先端位置とを予め一致させてあり、予め設定された理想軌跡データ(予めティーチングされた教示データ)に基づく軌跡Fに沿ってレーザヘッド部1およびワイヤ供給部3を動かすべく、制御回路40からサーボモータ14に対して正逆転駆動指令を与えることで焦点位置Pとフィラーワイヤ2の先端位置とが互いに一致したまま半径R1の円周M上を回転変位することになる。
【0043】
その一方、本実施の形態ではワイヤ供給部3に隣接して検出手段として被溶接物Wの方向を指向する非接触式のエッジセンサ41を設けてあり、このエッジセンサ41はレーザヘッド部1およびワイヤ供給部3とともに同一の支持体に支持されている。エッジセンサ41は、被溶接物Wのうち溶接トーチ3よる実際の溶接位置よりも溶接方向前方側に溶接送り方向と直交するようなかたちでレーザスリット光Sを照射する一方、そのレーザスリット光Sの反射光を内蔵する光電素子にて捉えて被溶接部Wの端縁位置を連続的に検出するものである。ここでは、例えば重ね継手溶接を想定していることから、図6に示すように上側となる一方の被溶接物W1の端縁(エッジ部)Eを検出してその位置を実際の溶接軌跡としようとするものであり、突き合わせ継手溶接の場合には被溶接物同士の突き合わせ部もしくはギャップを同様にして検出することができる。要は溶接対象となる被溶接物W(W1)の端縁位置を検出できればよく、上記のような投受光部一体型のエッジセンサ41に代えて、例えばレーザスリット光Sの反射光をCCD等の固体撮像素子で捉えるようにしたものでもよい。
【0044】
図5のほか図6に示すように、エッジセンサ41による検出位置はワイヤ供給部3による実際の溶接位置よりもオフセット量S1だけ常に先行していて、そのエッジセンサ41の検出出力は演算回路42に取り込まれて、現在の実際の溶接位置(互いに一致しているレーザ光Lの焦点位置Pとフィラーワイヤ2の先端位置)との差が補正量データDとして算出される。ただし、ここでは現在の実際の溶接位置に理想軌跡データに基づく軌跡Fが一致しているものとみなして上記の演算処理を行う。そして、この補正量データDは順次制御回路40に入力されて、サーボモータ14の駆動指令すなわちレーザ光Lやワイヤ供給部3の回転変位量指令に変換された上で、上記のオフセット量S1に相当する時間遅れをもってサーボモータ14に与えられることになる。
【0045】
図6の例では、同図の(A)の状態からオフセット量S1だけ溶接が進んで同図(B)の状態になったと想定した場合、上記の補正量データDに基づく回転変位量指令を受けてサーボモータ14にてレーザ光Lおよびワイヤ供給部3がそれぞれ回転駆動されることから、レーザ光Lの焦点位置Pおよびフィラーワイヤ2の先端位置である溶接位置は距離Dだけ移動することになる。これにより、被溶接物W(W1)の端縁Eの形状や位置の変化にかかわらず常に被溶接物W(W1)の端縁Eにレーザ光Lの焦点位置Pおよびフィラーワイヤ2の先端位置を一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーザ溶接装置の第1の実施の形態を示す側面説明図。
【図2】図1におけるレーザ光焦点位置近傍での平面説明図。
【図3】(A)は図1の構造を模式化した側面説明図、(B)は同図(A)の平面説明図。
【図4】本発明に係るレーザ溶接装置の第2の実施の形態を示す図で、(A)はその側面説明図、(B)は同図(A)の平面説明図。
【図5】本発明に係るレーザ溶接装置の第3の実施の形態を示す要部側面説明図。
【図6】(A),(B)ともに図5のレーザ溶接装置の作動を示す平面説明図。
【符号の説明】
1…レーザヘッド部
2…フィラーワイヤ(溶接材)
3…ワイヤ供給部
4…ブラケット(支持体)
6…ウエッジ板(屈折手段)
9…レーザ側回転体
10…レーザ側ドリブンギヤ
12…ワイヤ側ドリブンギヤ
13…ドライブギヤ
14…サーボモータ(駆動手段)
15…レーザ光照射位置変更手段
16…ワイヤ側回転体
17…ボールジョイント
19…スライダジョイント
23…フローティング機構
26…補助回転体
27…ボールジョイント
30…フローティング機構
40…制御回路
41…エッジセンサ(検出手段)
42…演算回路
D…補正量データ
E…被溶接物の端縁
F…理想軌跡データに基づく軌跡
L…レーザ光
P…レーザ光の焦点位置
W,W1…被溶接物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a laser welding apparatus, and in particular, welding is performed while the filler wire as a welding material is aligned with the focal position of a laser beam irradiated on an object to be welded and the filler wire is sequentially fed out. The present invention relates to a laser welding apparatus.
[0002]
[Prior art]
As a technique related to this type of conventional laser welding, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-17941, a laser head portion that functions as a laser optical system and a filler wire that is a welding material are guided. While supporting the wire supply unit (wire nozzle unit) to be sequentially fed to the wrist unit of the industrial robot that will function as a welding mother machine, the laser head unit and the wire supply unit are set in advance. It is known that welding is performed by moving at a predetermined speed using the degree of freedom of the robot itself along the welding locus data.
[0003]
In this case, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-71470, the edge of the workpiece is an actual welding locus by a predetermined sensor arranged on the front side in the welding direction with respect to the wire supply portion. The laser head unit and the wire supply unit are respectively moved so as to be detected as the power position and to follow the welding locus.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In such conventional laser welding technology, the entire processing head including the laser head and the wire supply unit is integrated as one unit, for example, supported on the wrist unit at the tip of the robot arm and then moved using the movement of the robot itself. Therefore, the volume of the movable part at the most advanced part of the robot arm becomes large, and problems such as interference with incidental devices that are arranged in proximity are likely to occur.
[0005]
In addition, the laser beam irradiation position, which is the most important for the welding function, and the distance from the tip position of the filler wire to the drive fulcrum are inevitably large, so the movement at the time of minute displacement is particularly slow. The irradiation position of the laser beam and the tip position of the filler wire are likely to vary due to the influence of vibration and rattling other than the movable part, and as a result, improvement in welding quality cannot be expected.
[0006]
The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and in particular, the movable part at the most advanced part of the welding mother machine such as an industrial robot can be made as small as possible to enable high-speed and high-precision welding work. A laser welding apparatus is provided .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0008]
In this case, the welding mother machine is, for example, an industrial robot (welding robot itself).
[0010]
According to the first aspect of the present invention, it is desirable to irradiate the laser beam to a position offset from the axis of the laser head part itself from the laser head part as described in the second aspect. In addition to the method using the refracting means as described in
[0012]
Furthermore, as described in
[0013]
In particular, for further downsizing of the entire apparatus, as described in
[0014]
Also, floating freedom by floating mechanism according to
[0015]
Thus, in the invention the mounting serial to these claims 1-6, when the refracting means is rotationally displaced by the driving means constitute the laser light irradiation position changing means, the focal position of the laser beam in the welding Butsujo Since the rotational amount of the offset from the axis of the laser head itself is rotationally displaced on a circular locus having a radius, the continuous movement in the welding direction depends on the movement of the welding mother machine such as a welding robot. However, for example, in the direction orthogonal to the welding direction, it is possible to change the irradiation position of the laser beam with the rotational displacement on the circular locus.
[0016]
On the other hand, when the focal position of the laser beam on the workpiece is displaced, the relative positional relationship between the focal position and the tip of the filler wire still needs to be maintained as before. Therefore, when the irradiation position of the laser beam is changed with the rotational displacement on the circular locus as described above, the relative position relationship between the focal position of the laser beam and the tip of the filler wire is maintained in conjunction with that, and on the same circular locus. The wire supply unit rotates with the rotational displacement. In this case, as described in
[0017]
According to a seventh aspect of the invention, on the premise of any one of the first to sixth aspects , at least a laser beam irradiation position change is made to move the laser head unit and the wire supply unit along preset ideal welding trajectory data. Control means for controlling the means, detection means for detecting the edge of the workpiece to be welded as a detection target on the front side in the welding direction from the actual welding position by the wire supply unit, and detection by the detection means Based on the output and preset ideal welding trajectory data, the difference between the two at the corresponding part is calculated as correction amount data, and this correction amount data is used as the displacement amount of the focal position of the laser beam by the laser beam irradiation position changing means. And an arithmetic means for giving to the control means as a command.
[0019]
Therefore, according to the seventh aspect of the present invention, even if the edge position of the workpiece to be the actual welding locus is deviated from the ideal welding locus position taught in advance, The focal position of the laser beam is automatically corrected while keeping the relative positional relationship with the tip of the filler wire so as to follow the edge position of the weldment.
[0020]
【The invention's effect】
According to the first and second aspects of the invention, unlike the method in which the entire processing head unit including the laser head unit and the wire supply unit is driven as a single unit, only the minimum necessary portion is driven by the minimum required amount. Since it is a system, the movable part at the tip can be reduced in size, the irradiation position of the laser beam can be changed at high speed, and it is less susceptible to the vibration and rattling of the non-movable part. The laser beam irradiation position accuracy and filler wire supply position accuracy are improved, welding accuracy is greatly improved , and a floating mechanism is interposed between the support and the wire supply unit, so the focus of the laser beam is increased. There is an effect that the wire supply unit can be linked mechanically and smoothly to the displacement of the position.
[0022]
According to the third and fourth aspects of the invention, the refracting means provided in the laser head section is driven by the driving means, or the refracting means provided rotatably in the laser head section is used as the driving means. Therefore, there is an advantage that the movable part can be further reduced in size.
[0023]
According to the fifth aspect of the invention, since the refracting means and the wire supply unit are rotationally driven by the common driving means, the driving means and the drive control system can be further reduced in size and simplified, and the refraction is also performed. The synchronization accuracy between the means and the wire supply unit can be increased.
[0024]
According to the sixth aspect of the present invention, since the degree of freedom of floating by the floating mechanism is set as the degree of freedom in a plane orthogonal to the axis of the laser head, even if the wire supply section is displaced, the wire supply The orientation of the part itself and the filler wire supply orientation do not change at all, and there is an advantage that the filler wire can always be stably supplied to the laser beam focal position from a certain direction.
[0025]
According to the seventh aspect of the present invention, since the laser beam irradiation position is changed so as to conform to the actual edge position shape of the workpiece, so-called copying control is performed. Variations in shape are less likely to affect welding quality and can contribute to improving and stabilizing welding quality.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIGS. 1 to 3 are views showing a preferred first embodiment of a laser welding apparatus according to the present invention, in particular FIG. 1 is an explanatory side view thereof, FIG. 2 is an enlarged plan view at a laser beam irradiation position, 3A and 3B are a side explanatory view and a plane explanatory view when the structure of FIG. 1 is schematically shown.
[0027]
As shown in FIG. 1, the laser welding apparatus has a
[0028]
In the
[0029]
A laser
[0030]
A laser-side driven
[0031]
The wire-side driven
[0032]
On the other hand, the
[0033]
As shown in FIG. 3, the slider joint 19 is a combination of a pair of
[0034]
Therefore, when the wire
[0035]
According to this embodiment configured as described above, as shown in FIG. 2, the tip position of the
[0036]
When the
[0037]
Therefore, while the main welding feed is given by the welding robot, the focal position P of the laser beam L and the tip position of the
[0038]
4A and 4B show a second embodiment of the present invention. However, the same reference numerals are given to the parts common to the first embodiment.
[0039]
In the second embodiment, apart from the wire-side
[0040]
Therefore, according to the second embodiment, the wire-side
[0041]
FIGS. 5 and 6 are views showing a third embodiment of the present invention, and the same reference numerals are given to the parts common to the first embodiment shown in FIG.
[0042]
As shown in FIG. 5, the focal position P of the laser light L on the workpiece W and the tip position of the
[0043]
On the other hand, in the present embodiment, a non-contact
[0044]
As shown in FIG. 6 in addition to FIG. 5, the detection position by the
[0045]
In the example of FIG. 6, when it is assumed that welding has progressed from the state of (A) in the figure by the offset amount S <b> 1 and the state of FIG. In response, the laser beam L and the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory side view showing a first embodiment of a laser welding apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory plan view of the vicinity of a laser beam focal position in FIG. 1;
3A is an explanatory side view schematically showing the structure of FIG. 1, and FIG. 3B is an explanatory plan view of FIG.
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing a second embodiment of the laser welding apparatus according to the present invention, in which FIG. 4A is a side view thereof, and FIG. 4B is a plan view of FIG.
FIG. 5 is an explanatory side view of an essential part showing a third embodiment of a laser welding apparatus according to the present invention.
6A and 6B are plan explanatory views showing the operation of the laser welding apparatus of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
3 ...
6 ... Wedge plate (refractive means)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
42 ... arithmetic circuit D ... correction amount data E ... edge F of workpiece to be welded ... locus L based on ideal locus data ... laser beam P ... focus position W, W1 of laser beam ... workpiece
Claims (7)
溶接材であるフィラーワイヤを案内しながらレーザ光の焦点位置に対してそのワイヤを順次供給するとともに、レーザ光の焦点位置とフィラーワイヤの先端位置との相対位置関係を保ちながらレーザ光の焦点位置の変位に連動して変位するワイヤ供給部と、
上記レーザヘッド部およびワイヤ供給部を共に支持する支持体と、
レーザ光の焦点位置を所定の軌跡に沿って変位させるべくレーザヘッド部の少なくとも一部を駆動するレーザ光照射位置変更手段と、
支持体とワイヤ供給部との間に介装されて、レーザ光の焦点位置の変位にワイヤ供給部が連動する際にそのレーザ光の焦点位置とフィラーワイヤの先端位置との相対位置関係を保ちながら支持体とワイヤ供給部の相対変位を許容するフローティング機構と、
を備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。A laser head unit capable of irradiating the workpiece with laser light and displacing the focal position of the laser beam on the workpiece along a predetermined locus;
While guiding the filler wire that is the welding material, the wire is sequentially supplied to the focal position of the laser beam, and the focal position of the laser beam is maintained while maintaining the relative positional relationship between the focal position of the laser beam and the tip position of the filler wire. A wire supply section that is displaced in conjunction with the displacement of
A support for supporting both the laser head unit and the wire supply unit;
Laser light irradiation position changing means for driving at least a part of the laser head part to displace the focal position of the laser light along a predetermined locus;
It is interposed between the support and the wire supply unit, and when the wire supply unit is interlocked with the displacement of the focal position of the laser beam, the relative positional relationship between the focal position of the laser beam and the tip position of the filler wire is maintained. A floating mechanism that allows relative displacement between the support and the wire supply unit,
A laser welding apparatus comprising:
レーザヘッド部内に変位可能に設けられて、被溶接物に対しレーザヘッド部自体の軸心からオフセットした位置にレーザ光を照射するべくそのレーザ光を屈折させる屈折手段と、
屈折手段を変位させる駆動手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ溶接装置。The laser beam irradiation position changing means is
A refracting means provided in the laser head portion so as to be displaceable, and refracting the laser beam so as to irradiate the laser beam to a position offset from the axis of the laser head portion itself with respect to the workpiece;
Drive means for displacing the refraction means;
The laser welding apparatus according to claim 1, further comprising:
駆動手段による屈折手段の回転変位に応じて被溶接物上のレーザ光の焦点位置をレーザヘッド部の軸心を回転中心とする円形軌跡上で回転変位させるとともに、
それに連動してフィラーワイヤの先端が同じ円形軌跡上で回転変位するようにワイヤ供給部を回転変位させるようになっていることを特徴とする請求項3に記載のレーザ溶接装置。The refracting means is rotatably provided in the laser head part,
In accordance with the rotational displacement of the refracting means by the driving means, the focal position of the laser beam on the workpiece is rotationally displaced on a circular locus with the axis of the laser head as the rotation center,
Serial mounting laser welding apparatus in claim 3, wherein a tip of the filler wire in conjunction therewith and is adapted to rotate displacing the wire supply part to rotational displacement in the same circular trajectory on.
ワイヤ供給部による実際の溶接位置よりも溶接方向前方側を検出対象として、溶接軌跡となるべき被溶接物の端縁を検出する検出手段と、
検出手段による検出出力と予め設定された理想溶接軌跡データとに基づいて該当する部位での両者の差を補正量データとして算出し、この補正量データをレーザ光照射位置変更手段によるレーザ光の焦点位置の変位量指令として制御手段に付与する演算手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のレーザ溶接装置。Control means for controlling at least the laser light irradiation position changing means to move the laser head part and the wire supply part along the preset ideal welding trajectory data;
Detection means for detecting the edge of the workpiece to be welded with the welding direction front side from the actual welding position by the wire supply unit as a detection target;
Based on the detection output from the detection means and preset ideal welding trajectory data, the difference between the two is calculated as correction amount data, and this correction amount data is used as the focal point of the laser light by the laser light irradiation position changing means. Arithmetic means for giving to the control means as a positional displacement command;
The laser welding apparatus according to claim 1, comprising:
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