JP5051691B2 - レーザ溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ溶接装置に関する。

従来から、基体と、基体を案内するガイド部材と、基体を駆動させる駆動手段と、基体に搭載されたレーザヘッドとを備え、駆動手段によって基体が駆動されるのに伴い、レーザヘッドが基体と共にガイド部材に沿って移動可能となっているレーザ溶接装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２７７７６２号公報

特許文献１に記載された従来のレーザ溶接装置は、例えば自動車の製造過程において、ワークである自動車の車体のスポット溶接に用いられている。この従来のレーザ溶接装置では、駆動手段によってレーザヘッドを所定の位置まで移動させ、その位置にてワークにレーザビームを照射して、ワークの溶接を行っている。

ところで、例えば鉄道車輌のような自動車の車体よりも大きなワークを溶接する際には、所定の溶接計画ライン（走査ライン）に沿ってワークに対しレーザビームを照射（走査）する必要がある。しかしながら、従来のレーザ溶接装置を用いて鉄道車輌等の大型のワークを溶接しようとすると、駆動手段によって駆動されることにより基体に発生する振動が、基体に搭載されているレーザヘッドに伝播してしまっていた。このようにレーザヘッドが振動した状態でワークの溶接が行われると、ワークの溶接部の深さが不均一となったり、所定の溶接計画ラインからずれて溶接されてしまうことにより、溶接品質を十分に確保し難いという問題があった。

本発明は、溶接品質の向上を図ることが可能なレーザ溶接装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ溶接装置は、第１の基体及び第２の基体と、第１の基体及び第２の基体を案内するガイド部材と、第１の基体をガイド部材の案内方向に駆動させる駆動手段と、第２の基体に搭載されたレーザヘッドと、ガイド部材の案内方向における第１の基体と第２の基体との間に配置された第１の緩衝材とを備え、第２の基体は、第１の基体が駆動手段によって駆動されることで第１の緩衝材を介して前記ガイド部材による第１の基体の案内方向と同一方向に駆動されることを特徴とする。

本発明に係るレーザ溶接装置では、第１の基体が駆動手段によって駆動され、第２の基体にレーザヘッドが搭載されており、駆動される基体とレーザヘッドが搭載される基体とがそれぞれ分離されている。また、本発明に係るレーザ溶接装置では、このように分離された第１の基体と第２の基体との間に第１の緩衝材が配置されている。そのため、駆動手段によって第１の基体が駆動されることで、第２の基体が第１の緩衝材を介してガイド部材による第１の基体の案内方向と同一方向に駆動され、レーザヘッドが第２の基体と共にガイド部材に沿って移動することとなる。これにより、駆動手段によって駆動されることで第１の基体に振動が発生しても、その振動が第１の緩衝材によって低減されて第２の基体に伝播し難くなっている。その結果、ワークの溶接部の入熱量が均一化され、所定の溶接計画ラインに沿って溶接が行われるようになるので、溶接品質の向上を図ることが可能となる。

また、ガイド部材の延在方向における第１の基体と第２の基体との間に配置された第２の緩衝材を更に備え、第２の緩衝材は、第１の緩衝材よりも硬い材料によって構成されていることが好ましい。このようにすると、第１の基体の駆動開始直後及び第１の基体の駆動終了直前の際に発生する比較的大きな振動による第２の基体への影響を、第２の緩衝材によって低減することが可能となる。

また、第１の緩衝材は、第１の基体及び第２の基体と一体となっており、第２の緩衝材は、第１又は第２の基体のいずれか一方と一体となっていることが好ましい。第２の緩衝材が第１の基体及び第２の基体と一体となっている場合、第２の緩衝材が第１の緩衝材よりも硬い材料によって構成されているので、第１の基体に発生する振動が第２の基体に伝播することがあるが、このようにすると、第１の基体の振動が第２の基体により伝播し難くなる。

また、駆動手段は、ラックアンドピニオン機構により構成されていることが好ましい。このようにすると、簡便に駆動手段を構成することができると共に、ラックギアとピニオンギアとの噛み合わせ時に発生する振動による第２の基体への影響を低減することが可能となる。

本発明によれば、溶接品質の向上を図ることが可能なレーザ溶接装置を提供することができる。

本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１及び図２を参照して、本実施形態に係るレーザ溶接装置１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るレーザ溶接装置の側面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

レーザ溶接装置１は、第１及び第２の基体１０，１２と、駆動モータ１４と、溶接ロボット１６と、第１及び第２の緩衝材１８，２０とを備えている。

第１及び第２の基体１０，１２は、共に略方形状を呈する板状体である。第１及び第２の基体１０，１２の上方には、一対のＬＭガイド（登録商標、ＴＨＫ株式会社製）２２が互いに平行となるように配置されている。ＬＭガイド２２は、スライダ２２ａ，２２ｂ及び直線状のガイドレール２２ｃを有している。スライダ２２ａ，２２ｂの内部には、複数の鋼球（図示せず）が設けられており、鋼球自身が回転すると共に複数の鋼球がスライダ２２ａ，２２ｂの内部を循環することで、スライダ２２ａ，２２ｂがガイドレール２２ｃを直線運動するようになっている。スライダ２２ａは第１の基体１０の上面に搭載されており、スライダ２２ｂは第２の基体１２の上面に設けられている柱状体１２ａに搭載されている。そのため、第１及び第２の基体１０，１２は、スライダ２２ａ，２２ｂを介してガイドレール２２ｃ（ＬＭガイド２２）の延在方向（Ｘ方向）に沿うように案内される。

第１の基体１０におけるＸ方向に交差する一対の側面には、Ｘ方向に延びる柱状体１０ａがそれぞれ２つずつ立設されている。第２の基体１２の上面には、各柱状体１０ａの先端に臨む位置にそれぞれ柱状体１２ｂが設けられていると共に、第１の基体１０のＸ方向に交差する一対の側面にそれぞれ向かうようにＸ方向に延びる一対の柱状体１２ｃが設けられている。

駆動モータ１４は、第１の基体１０の上面に設けられている。駆動モータ１４の駆動軸１４ａの先端には、ピニオンギア１４ｂが取り付けられている。ピニオンギア１４ｂは、ＬＭガイド２２と平行となるようにして第１の基体１０の上方に配置されているラックギア２４と共に、ラックアンドピニオン機構を構成している。すなわち、駆動モータ１４の回転運動がピニオンギア１４ｂ及びラックギア２４によって直線運動に変換され、第１の基体１０がＸ方向に駆動されることとなる。

溶接ロボット１６は、ロボット本体１６ａ、アーム１６ｂ，１６ｃ及びレーザヘッド１６ｄを有している。ロボット本体１６ａは、第２の基体１２の下面に設けられている。アーム１６ｂは、一端が駆動軸２６を介してロボット本体１６ａに設けられ、駆動軸２６を中心に回動可能となっている。アーム１６ｃは、一端が駆動軸２８を介してアーム１６ｂの他端に設けられ、駆動軸２８を中心に回動可能となっている。レーザヘッド１６ｄは、アーム１６ｃの他端に設けられている。すなわち、レーザヘッド１６ｄは、ロボット本体１６ａ及びアーム１６ｂ，１６ｃを介して第２の基体１２に搭載されている。レーザヘッド１６ｄは、レーザビームをワークに対して照射することでワークの溶接を行う。レーザヘッド１６ｄには、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザを適用することができる。

第１の緩衝材１８は、接着剤等によって柱状体１０ａ及び柱状体１２ｂと固着され、柱状体１０ａと柱状体１２ｂとによって挟持されている。すなわち、第１の緩衝材は、Ｘ方向における第１の基体１０と第２の基体１２との間に配置され、柱状体１０ａ及び柱状体１２ｂを介して第１の基体１０及び第２の基体１２と一体となっており、自身が伸縮することで第１の基体１０と第２の基体１２との間に生じる衝撃力を緩和する。第１の緩衝材１８としては、例えば防振ゲル（株式会社ミスミ製、ＢＧＥＬＰ１００型）等のゲル状の物質を用いることができる。このとき、第１の緩衝材１８の支持荷重が７３．５０Ｎ〜１２２．５０Ｎ、第１の緩衝材１８のばね定数が４０．１８Ｎ／ｍｍ±２０％であって、第１の緩衝材１８によって防振を行う対象物の周波数（固有振動数）が１７Ｈｚ以上であると好ましい。

第２の緩衝材２０は、第１の基体１０のＸ方向に交差する側面であって各柱状体１２ｃの先端に臨む位置に、接着剤等によってそれぞれ固着されている。すなわち、第２の緩衝材２０は、Ｘ方向における第１の基体１０と第２の基体１２との間に配置され、第１の基体１０と一体となっており、自身が伸縮することで第１の緩衝材１８が縮んで柱状体１２ｃと衝突した際に生じる衝撃力を緩和する。第２の緩衝材としては、例えば防振パッド等の防振用ゴムを用いることができる。

ここで、本実施形態に係るレーザ溶接装置１において、レーザヘッド１６ｄでの振動が低減されることを確認するための試験を行った。試験としては、本実施形態に係るレーザ溶接装置１と従来のレーザ溶接装置１００とをそれぞれ用意し、駆動モータ１４によって基体１０が駆動されている際の、ガイドレール２２ｃの延在方向（Ｘ方向）、水平面においてＸ方向と直交する方向（Ｙ方向）及びＸＹ平面と直交する方向（Ｚ方向）の各方向におけるレーザヘッド１６ｄの加速度をそれぞれ測定した。なお、従来のレーザ溶接装置１００は、図３に示されるように、基台１１０に駆動モータ１４及び溶接ロボット１６が設けられており、駆動モータ１４によって基体１１０が駆動されるのに伴い、レーザヘッド１６ｄが基体１１０と共にＬＭガイド１２２に沿って移動可能となっている点が本実施形態に係るレーザ溶接装置１と異なる。

試験結果を図４及び図５に示す。図４は、本実施形態に係るレーザ溶接装置の試験結果を図であり、（ａ）がＸ方向におけるレーザヘッドの加速度を示し、（ｂ）がＹ方向におけるレーザヘッドの加速度を示し、（ｃ）がＺ方向におけるレーザヘッドの加速度を示す。図５は、従来のレーザ溶接装置の試験結果を図であり、（ａ）がＸ方向におけるレーザヘッドの加速度を示し、（ｂ）がＹ方向におけるレーザヘッドの加速度を示し、（ｃ）がＺ方向におけるレーザヘッドの加速度を示す。

本実施形態に係るレーザ溶接装置１では、図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように、Ｘ方向において発生した加速度が−０．２ｍ／ｓ^２〜０．２ｍ／ｓ^２程度であり、Ｙ方向において発生した加速度が−０．１ｍ／ｓ^２〜０．１ｍ／ｓ^２程度であり、Ｚ方向において発生した加速度が−０．１８ｍ／ｓ^２〜０．１８ｍ／ｓ^２程度であった。一方、従来のレーザ溶接装置１００では、図５に示されるように、Ｘ方向において発生した加速度が−０．８ｍ／ｓ^２〜０．８ｍ／ｓ^２程度であり、Ｙ方向において発生した加速度が−１．０ｍ／ｓ^２〜０．６ｍ／ｓ^２程度であり、Ｚ方向において発生した加速度が−０．６ｍ／ｓ^２〜０．６ｍ／ｓ^２程度であった。従って、本実施形態に係るレーザ溶接装置１によれば、従来のレーザ溶接装置１００と比較してレーザヘッド１６ｄでの振動が大きく低減されることが確認された。

以上のように、本実施形態においては、第１の基体１０が駆動モータ１４によって駆動され、第２の基体１２にレーザヘッド１６ｄが搭載されており、第１の基体１０と第２の基体１２とがそれぞれ分離されている。また、本実施形態においては、このように分離された第１の基体１０と第２の基体１２との間に第１及び第２の緩衝材１８，２０が配置されている。そのため、駆動モータ１４によって第１の基体１０が駆動されることで、第２の基体１２が第１及び第２の緩衝材１８，２０を介してＬＭガイド２２による第１の基体１０の案内方向と同一方向に駆動され、レーザヘッド１６ｄが第２の基体１２と共にガイドレール２２ｃ（ＬＭガイド２２）に沿って移動することとなる。これにより、駆動モータ１４によって第１の基体１０が駆動されることでピニオンギア１４ｂとラックギア２４との噛み合わせ時に発生する振動が第１及び第２の緩衝材１８，２０によって低減されて第１の基体１０から第２の基体１２に伝播し難くなっている。その結果、ワークの溶接部の入熱量が均一化され、所定の溶接計画ラインに沿って溶接が行われるようになるので、溶接品質の向上を図ることが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では第１の緩衝材１８が第１及び第２の基体１０，１２と一体となっていたが、第１の緩衝材１８が第１又は第２の基体１０，１２のいずれか一方と一体となっていてもよく、第１及び第２の基体１０，１２のいずれとも一体となっておらずに第１の基体１０と第２の基体１２との間に配置されたものであってもよい。

また、本実施形態では第２の緩衝材２０が第１の基体１０と一体となっていたが、第２の緩衝材２０が第１及び第２の基体１０，１２と一体となっていてもよく、第１及び第２の基体１０，１２のいずれとも一体となっておらずに第１の基体１０と第２の基体１２との間に配置されたものであってもよい。

また、本実施形態では第１及び第２の緩衝材１８，２０を用いていたが、少なくとも第１の緩衝材１８を用いていればよい。

本実施形態に係るレーザ溶接装置の側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 従来のレーザ溶接装置の側面図である。 本実施形態に係るレーザ溶接装置の試験結果を図である。 従来のレーザ溶接装置の試験結果を図である。

符号の説明

１…レーザ溶接装置、１０…第１の基体、１２…第２の基体、１４…駆動モータ、１４ｂ…ピニオンギア、１６…溶接ロボット、１６ｄ…レーザヘッド、１８…第１の緩衝材、２０…第２の緩衝材、２２…ＬＭガイド、２４…ラックギア。

Claims (4)

1. 第１の基体及び第２の基体と、
   前記第１の基体及び前記第２の基体を案内するガイド部材と、
   前記第１の基体を前記ガイド部材の案内方向に駆動させる駆動手段と、
   前記第２の基体に搭載されたレーザヘッドと、
   前記ガイド部材の案内方向における前記第１の基体と前記第２の基体との間に配置された第１の緩衝材とを備え、
   前記第２の基体は、前記第１の基体が前記駆動手段によって駆動されることで前記第１の緩衝材を介して前記ガイド部材による前記第１の基体の案内方向と同一方向に駆動されることを特徴とするレーザ溶接装置。
2. 前記ガイド部材の延在方向における前記第１の基体と前記第２の基体との間に配置された第２の緩衝材を更に備え、
   前記第２の緩衝材は、前記第１の緩衝材よりも硬い材料によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載されたレーザ溶接装置。
3. 前記第１の緩衝材は、前記第１の基体及び前記第２の基体と一体となっており、
   前記第２の緩衝材は、前記第１の基体及び前記第２の基体のいずれか一方と一体となっていることを特徴とする請求項２に記載されたレーザ溶接装置。
4. 前記駆動手段は、ラックアンドピニオン機構により構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載されたレーザ溶接装置。

Images