JP4026466B2 - レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のワークのフランジ部相互を重ね合わせ、この重ね合わせ部にレーザ光を照射しつつ重ね合わせ部に沿って移動する加工ヘッドを備えたレーザ溶接装置およびレーザ溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車の車体パネルのように、三次元形状の部品に対する溶接では、部品と加工ヘッドとの相対姿勢を一定に維持する必要が生じるが、量産を考えた場合、部品のばらつきおよび位置決めのばらつきに対応できる機構が必要である。特にレーザ溶接では、溶接ビードが細いピンポイント的な加工方法であるため、上記したばらつきへの対応は必要不可欠となる。
【0003】
例えば、特許文献1には、車体のルーフパネルとボディサイドとの重ね合わせ部に形成した溝部に楕円形状の倣い部材を挿入し、この倣い部材を溝部内の両側壁に接触させて、上記したばらつきの影響を受けることなく所定の被溶接位置に溶接できる機構を提案している。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−237887号公報
【0005】
また、特許文献2には、倣い用の案内ローラを複数備えた溶接装置が開示されている。
【0006】
【特許文献2】
特開平8−25042号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特許文献1に記載のものは、倣い部材が溝部内の両側壁に接触することで位置決めを行うようにしているため、溝部を備えていない重ね合わせ部に対しては適用できず、汎用性がない。
【0008】
また、特許文献2に記載のものは、案内ローラが加工ヘッドに対して固定された構造であるため、被溶接部が曲線となる部分の溶接には適用が困難になる。
【0009】
そこで、この発明は、溝部を備えていない重ね合わせ部について適用可能とするとともに、被溶接部が曲線となる部分についても、所望の被溶接位置に確実に溶接できるようにすることを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、複数のワークのフランジ部相互を重ね合わせ、この重ね合わせ部にレーザ光を照射しつつ重ね合わせ部に沿って移動する加工ヘッドを備えたレーザ溶接装置において、前記加工ヘッドに対し、前記レーザ光の光軸を中心として回転可能な取付ブラケットを設け、この取付ブラケットに、前記各ワークのフランジ部相互の重ね合わせ方向に押圧してフランジ部相互の隙間を矯正する隙間矯正部材と、前記フランジ部の先端に接触する位置倣い部材とを、それぞれ設けた構成としてある。
【0011】
【発明の効果】
この発明によれば、隙間矯正部材により、互いに重ね合わせたフランジ部相互の隙間を矯正するとともに、位置倣い部材が、ワークのフランジ部先端に接触しつつ、加工ヘッドの回りを回転することにより、フランジ部が曲線形状となっていても、常にこのフランジ部先端から一定の位置に加工点を設定することができ、溝部を備えていない重ね合わせ部について適用できるとともに、所望の被溶接位置に確実に溶接でき、溶接品質を安定させることができる。
【0012】
【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。
【0013】
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断面図で、図2は、図1の右側面図である。このレーザ溶接装置は、加工ヘッド1が、図1中で下方に向けてレーザ光3を照射する。ワークWは、例えば自動車の車体パネルを構成する2枚の板材7,9からなり、この2枚の板材7,9のフランジ部F相互の重ね合わせ部の加工点11に、前記したレーザ光3を照射してレーザ溶接を行う。
【0014】
上記した加工ヘッド1は、ヘッド支持部材としてのハウジング13におけるベース板15の下面に、取付部17を介して取り付けてある。取付部17は、加工ヘッド1がベース板15に対し、図1中で紙面に直交する方向と、図2中で紙面に直交する方向とに、それぞれスライド移動可能となるスライド機構を備えている。
【0015】
上記したハウジング13は、図3に示すように、ロボット19に取り付け、このロボット19の教示動作に従って、加工ヘッド1が前記したフランジ部Fに沿って移動する。
【0016】
ロボット19は、先端にフローティングユニット21を介してハウジング13を支持している。フローティングユニット21は、図3中で下方に伸びる取付具23を備え、取付具23の下部側面にスライド機構25を備えている。ハウジング13は、前記したベース板15の取付具23側の端部から下方に伸びる側板27を備え、この側板27が上記したスライド機構25を介して上下にスライドする。
【0017】
取付具23の上部側面には、エアシリンダ29を設けてあり、このエアシリンダ29の下方に伸びるピストンロッド30の先端をハウジング13のベース板15に連結してある。これによりハウジング13は、ロボット19に対し、加工ヘッド1とともに図1中で上下に移動可能となる。
【0018】
加工ヘッド1には、図1に示すように、レーザ光3の光軸3aを中心として加工ヘッド1の周囲を回転可能な取付ブラケット31を設けてある。この取付ブラケット31は、上端に円筒部33を備え、この円筒部33に加工ヘッド1の円筒部分35を、ベアリング37を介して回転可能に挿入してある。
【0019】
上記円筒部33の下端側部には、図1中で右方向に突出して下方に伸びるブラケット本体部39を一体化して設けてある。一方、前記ハウジング13の側板27の下端には、ハウジング13のベース板15と平行で、加工ヘッド1が挿入される環状の下板40を設けてある。
【0020】
また、この下板40に対し、レーザ光3の光軸3aを中心としてベアリング41を介して回転可能となるブラケットガイド円筒部43aを備えたブラケットガイド43を設けている。ブラケットガイド43は、ブラケットガイド円筒部43aの図1中で右側の端部下方にガイド部43bを備え、このガイド部43bに対し、ブラケット本体部39を含む取付ブラケット31が、光軸3aと直交する方向に移動する。図4は、ガイド部43b周辺を示す図1のA−A断面図である。
【0021】
ブラケットガイド円筒部43aには、前記取付ブラケット31の円筒部33が挿入されており、このブラケットガイド円筒部43aと円筒部33との間には、図1のB−B断面図である図5に示すように、隙間45を形成してある。この隙間45における円筒部33と、前記ガイド部43b上部におけるブラケットガイド円筒部43aとの間に、押圧手段としてのスプリング47を設けてある。
【0022】
なお図4,図5では、ベアリング37,41は省略してある。
【0023】
前記取付ブラケット31におけるブラケット本体部39の下端は、ワークWのフランジ部Fのやや上部付近に位置しており、かつレーザ光3に向けて膨出する膨出部39aを備えている。そして、この膨出部39aの先端には、上部ローラ49が回転支持軸51を介して回転可能に設けてある。この上部ローラ49は、図1に示すように、下端がフランジ部F上における加工点11近傍に位置し、かつ上端が図1中で下端より右側となるよう傾斜している。
【0024】
上部ローラ49の下方には、フランジ部Fを境にして上下対称に、上部ローラ49とともに一対の隙間矯正部材を構成する下部ローラ53を、回転支持軸55を介して回転可能に配置してある。この回転支持軸55は、上記したブラケット本体部39の下端に対し、エアシリンダ57によって接近離反移動可能な支持ブラケット59に支持してある。
【0025】
すなわち、上記したエアシリンダ57の後退駆動により、上部ローラ49と下部ローラ53とで、ワークWのフランジ部Fを挟持して各板材7,9のフランジ部F相互間の隙間を矯正する。
【0026】
また、ブラケット本体部39は、上記エアシリンダ57より図1中で左側において、支持ブラケット59側に向けて突出するほぼL字形状のガイド部39bを一体に備えている。さらにガイド部39bの下面には、支持ブラケット59の上部に形成してあるガイド溝59aに移動可能に挿入されるガイド突起39cを設けてある。
【0027】
上記したL字形状のガイド部39bの先端側と、膨出部39aとの間には、図1中で上下方向に伸びるローラ支持軸61を設け、このローラ支持軸61に、位置倣い部材としての位置倣いローラ63を回転可能に設けてある。この位置倣いローラ63は、ワークWのフランジ部Fの先端(図1中で右側の端部)に対応する位置にあり、前記したスプリング47の作用により、ブラケット本体部39が図1中で左方向に押圧されることから、フランジ部Fの先端に押し付けられた状態となる。
【0028】
なお、図6は、図1のC−C断面図、図7は、図1の底面図である。
【0029】
次に、作用を説明する。エアシリンダ57を、図1の状態から前進駆動して支持ブラケット59をブラケット本体部39から離反させ、上部および下部の各ローラ49および53相互の間隔を充分広くしておく。この状態で、ロボット19により、ハウジング13に支持させてある加工ヘッド1をワークWに接近させ、上記した各ローラ49,53相互間にワークWのフランジ部Fが入り込むようにする。
【0030】
また、このとき位置倣いローラ63を、図1に示してあるようにフランジ部Fの先端に接触させる。この状態で、エアシリンダ57を後退駆動して図1に示すように、上部ローラ49と下部ローラ53とでフランジ部Fを挟持し、フランジ部F相互間の隙間を矯正する。
【0031】
位置倣いローラ63がフランジ部Fの先端に接触した状態では、前記したスプリング47が、ブラケット本体部39上部の円筒部33を図1中で左方向に押し付けているので、ブラケット本体部39の下部に取り付けてある位置倣いローラ63は、フランジ部Fの先端を弾性的に押し付けた状態にある。
【0032】
この状態で、加工ヘッド1からレーザ光3を加工点11に向けて照射しつつ、ロボット19の教示動作により、加工ヘッド1を、例えば図8に示すように、曲線形状を呈するフランジ部Fに沿って矢印Pで示すように移動させることで、溶接ビード65がフランジ部Fに形成されて各板材7,9のフランジ部F相互が、レーザ溶接によって接合される。
【0033】
ここで、上記加工ヘッド1の移動時には、位置倣いローラ63によってフランジ部Fの先端を常に押し付けており、このためフランジ部Fの形状にばらつきがあっても、レーザ光3によるフランジ部Fへの加工点11は、フランジ部Fの先端から常に一定の位置となる。これにより、溶接接合を行うフランジ部Fの幅(図1中で左右方向の寸法)を確実に短くすることができ、レーザ溶接の利点がより一層発揮される。
【0034】
また、位置倣いローラ63とフランジ部Fの先端とは一点で接触しており、また取付ブラケット31が、ベアリング37,41を介して加工ヘッド1に対し、図8中で矢印Qのように回転するので、図8のようにフランジ部Fが曲線形状であっても、この曲線形状に対して取付ブラケット31が容易に追従できる。
【0035】
さらに、ワークWと加工ヘッド1とのレーザ光3の照射方向の距離の変動については、ロボット19と、加工ヘッド1を支持しているハウジング13とを結合している前記図3に示したフローティング機構21により、常に一定となる。
【0036】
以上により、上記した本実施形態のレーザ溶接装置によれば、溝部を備えていない重ね合わせ部について適用できるとともに、所望の被溶接位置に確実に溶接でき、溶接品質を安定させることができる。
【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断面図である。
【図2】図1の右側面図である。
【図3】図1のレーザ溶接装置における加工ヘッドとロボットとの結合関係を示す正面断面図である。
【図4】図1のA−A断面図である。
【図5】図1のB−B断面図である。
【図6】図1のC−C断面図である。
【図7】図1の底面図である。
【図8】図1のレーザ溶接装置の動作説明図である。
【符号の説明】
W ワーク
F フランジ部
1 加工ヘッド
3 レーザ光
3a 光軸
13 ハウジング(ヘッド支持部材)
31 取付ブラケット
33 取付ブラケットの円筒部
35 加工ヘッドの円筒部分
39 ブラケット本体部
43 ブラケットガイド
47 スプリング(取付ブラケットを押圧する押圧手段)
49 上部ローラ(隙間矯正手段)
53 下部ローラ(隙間矯正手段)
59 下部ローラを支持する支持ブラケット
63 位置倣いローラ(位置倣い部材)
Claims (7)
- 複数のワークのフランジ部相互を重ね合わせ、この重ね合わせ部にレーザ光を照射しつつ重ね合わせ部に沿って移動する加工ヘッドを備えたレーザ溶接装置において、前記加工ヘッドに対し、前記レーザ光の光軸を中心として回転可能な取付ブラケットを設け、この取付ブラケットに、前記各ワークのフランジ部相互の重ね合わせ方向に押圧してフランジ部相互の隙間を矯正する隙間矯正部材と、前記フランジ部の先端に接触する位置倣い部材とを、それぞれ設けたことを特徴とするレーザ溶接装置。
- 前記取付ブラケットを、前記加工ヘッドを支持するヘッド支持部材に対し、加工ヘッドとともに前記レーザ光の光軸と直交する方向に移動可能に設け、前記位置倣い部材を前記フランジ部の先端に向けて押し付けるべく、前記取付ブラケットを弾性的に押圧する押圧手段を設けたことを特徴とする請求項1記載のレーザ溶接装置。
- 前記ヘッド支持部材に対して回転可能なブラケットガイドを設け、前記取付ブラケットは、前記加工ヘッドの円筒部分が回転可能に挿入される円筒部を備えるとともに、前記ブラケットガイドに対して前記レーザ光の光軸と直交する方向に移動可能であり、前記ブラケットガイドと前記円筒部との間に前記押圧手段を設けたことを特徴とする請求項2記載のレーザ溶接装置。
- 前記位置倣い部材は、前記フランジ部の先端に対して接触しつつ回転しながら移動する位置倣いローラで構成したことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のレーザ溶接装置。
- 前記隙間矯正部材を、前記フランジ部相互の重ね合わせ部を両面から挟持するよう一対のローラで構成し、この一対のローラのうち、前記レーザ光が照射する側と反対側に位置するローラを、前記レーザ光が照射する側のローラに対して接近離反移動可能に設けたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のレーザ溶接装置。
- 前記取付ブラケットは、前記レーザ光が照射する側と反対側に位置する前記ローラを支持する支持ブラケットを備え、この支持ブラケットを、前記取付ブラケット本体部に対して移動可能に設けたことを特徴とする請求項5記載のレーザ溶接装置。
- 複数のワークのフランジ部相互を重ね合わせ、この重ね合わせ部に加工ヘッドがレーザ光を照射しつつ重ね合わせ部に沿って移動してレーザ溶接を行うレーザ溶接方法において、前記加工ヘッドに対し、前記レーザ光の光軸を中心として回転可能な取付ブラケットを設け、この取付ブラケットに設けた隙間矯正部材により、前記ワークのフランジ部相互の重ね合わせ方向に押圧してフランジ部相互の隙間を矯正するとともに、前記取付ブラケットに設けた位置倣い部材を、前記フランジ部の先端に接触させた状態で、前記加工ヘッドを移動させてレーザ溶接を行うことを特徴とするレーザ溶接方法。
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