JP5050230B2 - レーザ照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物に溶接を施すレーザ照射装置に関する。

従来のレーザ照射装置として、作業者の手動操作によって移動するレーザヘッドと、被加工部の面を走行するローラを有し上部が球面とされた走行ガイドと、レーザヘッドに設けられて走行ガイドの球面に回動自在に係合する走行ガイド受けとを備え、走行ガイド受けによってレーザの焦点が球面の中心に合わせられるとともに、レーザヘッドが走行ガイドにガイドされながら移動することによって、当該被加工部に溶接を施すものが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００２−７９３９１号公報

ここで、上記装置にあっては、作業者はかがんだ状態で溶接作業を行わなくてはならず、姿勢を維持するため作業者に負担がかかってしまうという問題があった。また、仮に装置を大きくして、立った状態で作業できるようにした場合であっても、特に、重ね合わせ溶接を行うときは、重ね合わせた部材を押さえつけて隙間無く加工する必要があるとともに力のかけ過ぎによる被加工物の傷付きを防止しなくてはならないが、立った状態では、かがんでいるときと違って、加工部付近を観察して力の調節をしながら作業することができないため、良好に重ね合わせ溶接をすることができないなどの問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、作業者が立った状態で手動操作を行う場合に、良好に重ね合わせ溶接を行うことのできるレーザ照射装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ照射装置によれば、被加工物に対してレーザ光を照射するレーザヘッドと、被加工物をレーザヘッド側から押さえつけるための支持部と、レーザヘッドと支持部の間に設けられ、レーザヘッドに荷重が加わるに伴って変形する変形部と、変形部の変形量が所定の値となったことを検出する検出部と、を備え、検出部の検出によって、レーザヘッドがレーザ光を出力することを特徴とする。

このレーザ照射装置では、作業者がレーザヘッドを押して荷重を与えると、変形部と支持部を介して、被加工物が押さえつけられる。また、レーザヘッドが押されるに伴って変形部が変形し、適度な押さえつけ力が得られる位置まで変形すると、その変形量が検出部によって検出され、レーザヘッドからレーザ光が出力されて溶接を行うことができる。更に、その変形量まで変形部が変形したときのレーザ光の焦点位置を、被加工部と一致するようにそれぞれの部品の位置関係を定めることができる。以上のようにして、被加工部を観察しなくても、被加工部にレーザ光の焦点を合わせることができるとともに、特に、重ね合わせ溶接を行うときは被加工物を傷つけることなく押さえつけて部材同士の隙間を無くすことができる。従って、作業者が立った状態で手動操作を行う場合に、良好に重ね合わせ溶接を行うことができる。

本発明に係るレーザ照射装置において、支持部には、被加工物の被加工部に沿って走行する走行ガイドが設けられていることが好ましい。これによれば、被加工部に沿って正確な重ね合わせ溶接を行うことができる。

本発明に係るレーザ照射装置において、被加工物に対してレーザヘッドを垂直に保つ維持手段を更に備えることが好ましい。これによれば、被加工部を観察しなくてもレーザヘッド、すなわちレーザ光を垂直に保つことができるので、作業者が立った状態で手動操作を行う場合に、良好に重ね合わせ溶接を行うことができる。

本発明に係るレーザ照射装置によれば、作業者が立った状態で手動操作を行う場合に、良好に重ね合わせ溶接を行うことができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ照射装置１の構成を示す斜視図であり、図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿っての断面図である。

図１に示すように、レーザ照射装置１は、２枚の部材５０ａ，５０ｂを重ね合わせることにより形成される被加工物５０に対して重ね合わせ溶接を施すものである。また、レーザ照射装置１は、被加工物５０に対してレーザ光８を照射するレーザヘッド２と、被加工物５０に対してレーザヘッドを垂直に保つ水準器（維持手段）３と、内部にスプリング機構を備えたスプリング部４と、被加工物５０を下方へ向かって押さえつける爪（支持部）６ａ，６ｂと、レーザヘッド２のレーザの出力を制御するレーザ発振制御部２０とから構成されている。

レーザヘッド２は、図１及び図２に示すように、内部に空間を有する円筒からなる。その空間の上方には、水準器３を介して光ファイバ７が接続されており、図示されないレーザ発振装置から発振されたレーザ光８が光ファイバ７から下方へ向かって出射される。

レーザヘッド２の内部の空間の上端側及び下端側にはレーザ光を集光する集光レンズ１１，１２がそれぞれ設けられており、光ファイバ７から出射されたレーザ光８を集光して被加工物５０の被加工部５０ｃへ照射する。

また、レーザヘッド２の上端側の外周面から外側へ向かって取手９ａが延在し、取手９ａの反対側の外周面からは取手９ｂが延在する。作業者はこの取手９ａ，９ｂを持ってレーザヘッド２を被加工物５０側へ荷重を与える。

水準器３は、中央部に貫通穴が形成された円板形状からなり、簡易的なジャイロ機構とされている。このジャイロ機構によって、レーザヘッド２の垂直性が保たれる為、被加工物５０に対してレーザ光８を垂直に出力することができる。

なお、水準器３には、レーザヘッド２が垂直にされたときに信号を発信する電気接点を設ける。

スプリング部４は、スプリングボックス４ａの内部にレーザヘッド２の下側部と、レーザヘッド２の下端部２ａに接続されたスプリング機構１３とを配置することにより構成されている。

スプリングボックス４ａは、内部に空間を有する円柱状の箱体であり、その上面壁の中央部にはレーザヘッド２の外周と同径の穴部４ｂが形成され、下面壁の中央部にはレーザヘッド２の外周より小さく内周より大きい径を有する穴部４ｃが形成される。その穴部４ｂにレーザヘッド２が挿入され、穴部４ｃの内側の縁部がレーザヘッド２の下端部２ａに対するストッパ４ｄとなる。

スプリング機構１３は、レーザヘッド２の下側部を取り囲むスプリング（変形部）１４の下端がスプリングボックス４ａの下面壁に固定され、上端側がレーザヘッド２の外周面に設けられた保持部１６に保持されることによって構成されている。これによって、レーザヘッド２の取手９ａ，９ｂに荷重が与えられ、下側部がスプリングボックス４ａ内部に入りこむに従い、スプリング１４は変形する。

なお、ストッパ４ｄとレーザヘッド２の下端部２ａには電気接点（検出部）１７が設けられており、下端部２ａがストッパ４ｄに係止されることによって、それぞれの電気接点１７同士が接触する。

爪６ａ，６ｂは、スプリングボックス４ａの下面壁の下側面から被加工物５０へ向かって延在することで形成され、その先端部が部材５０ａと接触する。レーザヘッド２に荷重がかけられると、爪６ａ，６ｂが部材５０ａを押し付けることとなる。

レーザ発振制御部２０は、水準器３に設けられた電気接点及びスプリング部４に設けられた電気接点１７と接続されている。水準器３によって、レーザヘッド２の垂直性が保たれたとき、及び、スプリングボックス４ａのストッパ４ｄとレーザヘッド２の下端部２ａが接触したときに、それぞれの電気接点から信号が発信され、レーザ発振制御部２０は、それらを受信することによって、レーザ発振装置がレーザ光８を発振するように制御する。

なお、レーザ照射装置１には、被加工部５０ｃを確認するために、レーザ光８の同軸上にＣＣＤカメラがもうけられている。

次に、上述のように構成されたレーザ照射装置１の動作について説明する。

図３は、レーザ照射装置１の断面図であって、（ａ）はレーザヘッド２の取手９ａ，９ｂに荷重がかけられない状態、（ｂ）は荷重Ｆがかけられ、レーザ光が出力された状態を示す図である。

取手９ａ，９ｂに荷重がかけられる前は、図３（ａ）に示すように、部材５０ａの上面すなわち被加工部とレーザヘッド２の下端部２ａとの距離はＨ_０、スプリング１４の長さはｈ_０であり、これが初期値となる。

作業者が取手９ａ，９ｂにＦの荷重をかけると、図３（ｂ）に示すように、レーザヘッド２が水準器３によって垂直に保たれた状態で下方へ押されるとともに、スプリング１４が変形する。そして、スプリング１４の長さがｈ´となるまで変形すると、レーザヘッド２がストッパ４ｄによって係止され、レーザヘッド２からはレーザ光８が出力される。このとき、被加工物５０にかかる荷重は、部材５０ａ，５０ｂ同士の隙間が無くなるとともに部材に傷が付かない大きさとされている。更に、被加工部５０ｃとレーザヘッド２の下端部２ａとの距離はＨ´とされ、この距離は、レーザ光８の焦点位置が被加工部５０ｃと一致する距離である。

以上のように、本実施形態に係るレーザ照射装置１によれば、被加工部５０ｃを観察しなくても、被加工部５０ｃにレーザ光の焦点を合わせることができるとともに、被加工物５０を傷つけることなく押さえつけて部材５０ａ，５０ｂ同士の隙間を無くすことができる。従って、作業者が立った状態で手動操作を行う場合に、良好に重ね合わせ溶接を行うことができる。

また、水準器３によってレーザヘッド２の垂直性が保たれるまでレーザ発振制御部２０へ信号が発せられずレーザ光８が出力されない構成とされているため、被加工部５０ｃを観察しなくてもレーザヘッド２、すなわちレーザ光８を垂直に保つことができるので、一層良好に重ね合わせ溶接を行うことができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、爪の先端部を直接部材に押し当てているが、先端部に、被加工部に沿って走行する走行ガイドを設けてもよい。これによれば、被加工部に沿って正確な重ね合わせ溶接を行うことができる。

また、爪は２本設けられているが、更に設けてもよい。

更に、スプリング機構をスプリングボックスの内部に設けているが、どの位置に設けてもよく、例えば、爪の付け根の部分に設けてもよい。

更にまた、変形部としてスプリングを利用しているが、密閉された箱体にガスを充填し、レーザヘッドが押し込まれるに従いガスが圧縮される構成とされた圧縮装置を利用してもよい。

本発明の実施の形態に係るレーザ照射装置の構成を示す斜視図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿っての断面図である。 レーザ照射装置の断面図であって、（ａ）はレーザヘッド２の取手に荷重がかけられない状態を示す図であり、（ｂ）は荷重Ｆがかけられ、レーザ光が出力された状態を示す図である。

符号の説明

１…レーザ照射装置、２…レーザヘッド、３…水準器（維持手段）、６ａ，６ｂ…爪（支持部）、８…レーザ光、１４…スプリング（変形部）、１７…電気接点（検出部）、５０…被加工物、５０ｃ…被加工部。

Claims (3)

1. 被加工物に対してレーザ光を照射するレーザヘッドと、
   前記被加工物を前記レーザヘッド側から押さえつけるための支持部と、
   前記レーザヘッドと前記支持部の間に設けられ、前記レーザヘッドに荷重が加わるに伴って、前記レーザヘッドと前記支持部とが近づくように変形する変形部と、
   前記支持部側の部材と前記レーザヘッド側の部材とが接触することによって、前記変形部の変形量が所定の値となったことを検出する検出部と、を備える作業者の手動操作によるレーザ照射装置であって、
   前記検出部の検出前は前記レーザヘッドが前記レーザ光を出力せず、前記検出部の検出によって、前記レーザヘッドが前記レーザ光を出力することを特徴とするレーザ照射装置。
2. 前記支持部には、前記被加工部に沿って走行する走行ガイドが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
3. 前記被加工物に対して前記レーザヘッドを垂直に保つ維持手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ照射装置。

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