JP5061640B2 - Laser welding apparatus and laser welding method - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ溶接装置、レーザ溶接方法に関する。   The present invention relates to a laser welding apparatus and a laser welding method.

近年、ロボットを利用した溶接にもレーザ溶接が用いられるようになってきている。このような溶接技術として、ロボットアーム(マニュピレータ)の先端にレーザ光を照射するためのレーザ照射装置を取り付け、ロボットアーム移動させつつ、さらにレーザ照射装置からのレーザ光照射方向をも変えることで、レーザ光を移動させながらあらかじめ決められた溶接点を溶接する技術がある(たとえば特許文献1参照)。このような溶接をワークとレーザ照射装置の間がこれまでよりも離れていることからリモート溶接と称されている。
特開平10−18471号公報
In recent years, laser welding has come to be used for welding using a robot. As such a welding technique, by attaching a laser irradiation device for irradiating a laser beam to the tip of a robot arm (manipulator) and moving the robot arm, further changing the direction of laser beam irradiation from the laser irradiation device, There is a technique for welding a predetermined welding point while moving a laser beam (see, for example, Patent Document 1). Such welding is called remote welding because the workpiece and the laser irradiation apparatus are further away from each other.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-18471

しかしながら、このようなリモート溶接における特有の問題が明らかになってきた。その一つが、レーザ照射による溶接ビード形成時の貫通痕やブローホールである。   However, unique problems in such remote welding have become apparent. One of them is penetration marks and blow holes when forming weld beads by laser irradiation.

従来のリモート溶接においては、湯お説を確実に行わせるために、レーザ光が被溶接部材を貫通する程度の強度で、溶接のための加工用パターンの最初から最後まで一定のレーザ光出力強度で溶接されていた。このため、被溶接部材の裏面(レーザが突き抜けた側)では、貫通痕が生じ、また、最悪の場合には肉が失われてはブローホールとなってしまうなどの問題があった。   In conventional remote welding, the laser beam output intensity is constant from the beginning to the end of the processing pattern for welding, so that the laser beam penetrates the workpiece to be welded, in order to make sure that the hot water is carried out. It was welded with. For this reason, on the back surface of the member to be welded (the side through which the laser penetrates), there is a problem that a penetration mark is generated, and in the worst case, the meat is lost and a blow hole is formed.

そこで本発明の目的は、ブローホールの発生を防止し、また被溶接部材裏面に生じる貫通痕を極力少なくすることができるレーザ溶接装置およびレーザ溶接方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a laser welding apparatus and a laser welding method capable of preventing the occurrence of blowholes and minimizing the penetration marks generated on the back surface of the member to be welded.

上記課題を解決するための本発明は、レーザ光の照射方向を変更する反射鏡を備えたレーザ照射手段と、前記レーザ照射手段を移動させる移動手段と、前記レーザ照射手段をあらかじめ教示された移動経路に従って移動させるように前記移動手段を制御するとともに、前記レーザ光があらかじめ決められた加工用パターンを描くように前記反射鏡の動きを制御する加工用制御手段と、前記レーザ照射手段から射出されたレーザ光による溶接点における入熱量を前記加工用パターンを描く前記レーザ光の照射位置に応じて変更するレーザ光制御手段と、を有し、前記レーザ光制御手段は、前記入熱量を、前記加工用パターンの描き始めはレーザ光が被溶接部材を貫通する第1の入熱量にし、その後前記第1の入熱量より低くレーザ光が被溶接部材を貫通しない第2の入熱量にし、前記第2の入熱量にした後、再度前記第1の入熱量にまで高くし、その後また前記第2の入熱量にすることを繰り返し、前記レーザ光の照射位置が、前記加工用パターンの描き始めの位置に近い位置となったときにはレーザ光が被溶接部材を貫通しない前記第2の入熱量にすること特徴とするレーザ溶接装置である。 In order to solve the above problems, the present invention provides a laser irradiation means having a reflecting mirror for changing the irradiation direction of laser light, a moving means for moving the laser irradiation means, and a movement taught in advance for the laser irradiation means. The moving means is controlled to move according to a path, and the laser light is emitted from the laser irradiation means, and the processing control means for controlling the movement of the reflecting mirror so as to draw a predetermined processing pattern. the heat input in the welding points were due to laser light have a, a laser light control means for changing in accordance with the irradiation position of the laser beam to draw the working pattern, the laser beam control means, the entering-heat, the At the beginning of drawing the pattern for processing, the laser beam is set to the first heat input amount penetrating the member to be welded, and then the laser beam is lowered below the first heat input amount The second heat input amount that does not penetrate through the second heat input amount, the second heat input amount, the first heat input amount is increased again, and then the second heat input amount is repeated. The laser welding apparatus is characterized in that when the irradiation position is close to a position at which the processing pattern starts to be drawn, the second heat input is set so that the laser beam does not penetrate the member to be welded .

また上記課題を解決するための本発明は、レーザ光の照射方向を変更する反射鏡を備えたレーザ照射手段と、前記レーザ照射手段を移動させる移動手段と、を備えたレーザ溶接装置の制御方法であって、前記移動手段により前記レーザ照射手段をあらかじめ教示された移動経路に沿って移動させるとともに、前記レーザ照射手段から照射される前記レーザ光があらかじめ決められた加工用パターンを描くように前記反射鏡の動きを制御し、かつ前記加工用パターンを描く前記レーザ光の照射位置に応じて溶接点における入熱量を変更し、前記レーザ光の強度は、前記加工用パターンの描き始めはレーザ光が被溶接部材を貫通する第1の入熱量にし、その後第1の入熱量より低くレーザ光が被溶接部材を貫通しない第2の入熱量にし、前記第2の入熱量にした後、再度前記第1の入熱量にまで高くし、その後また前記第2の入熱量にすることを繰り返すようにし、前記レーザ光の照射位置が、前記加工用パターンの描き始めの位置に近い位置となったときにはレーザ光が被溶接部材を貫通しない前記第2の入熱量にすること特徴とするレーザ溶接方法である。 Moreover, the present invention for solving the above-mentioned problems is a method for controlling a laser welding apparatus, comprising: laser irradiation means including a reflecting mirror that changes the irradiation direction of laser light; and moving means for moving the laser irradiation means. The moving means moves the laser irradiation means along a movement path taught in advance, and the laser light emitted from the laser irradiation means draws a predetermined processing pattern. The amount of heat input at the welding point is changed in accordance with the irradiation position of the laser beam that controls the movement of the reflecting mirror and draws the processing pattern. The intensity of the laser beam is the laser beam at the start of drawing the processing pattern. Is the first heat input amount that penetrates the welded member, and then the second heat input amount is lower than the first heat input amount so that the laser beam does not penetrate the welded member. After the amount of heat input is increased to the first heat input amount again, and then the second heat input amount is repeated again, and the irradiation position of the laser beam is the start of drawing the processing pattern. The laser welding method is characterized in that when the position is close to the position, the second heat input is such that the laser beam does not penetrate the member to be welded .

以上のように構成された本発明によれば、加工用パターンの開始時点では、レーザ光が被溶接部材を貫通する程度の第1の入熱量となるようにレーザ光を照射し、その後はレーザ光が被溶接部材を貫通しない程度の第2の入熱量となるようにレーザ光を照射することとしたので、第1の入熱量によって接合強度を得るために必要な溶融池を形成し、その後は貫通しない程度の第2の入熱量としても被溶接部材を接合するために十分な溶融池が形成されるため十分な接合強度が得られつつ、必要以上の熱が加えられることがないので、ブローホールの発生を防ぐことができる。また、これにより、被溶接部材の裏面(レーザ光が突き抜ける側)における貫通痕は、溶接開始の最初の部分にできるだけであるので、これまでより裏面の溶接痕を少なくすることができる。   According to the present invention configured as described above, at the start of the processing pattern, the laser beam is irradiated so that the laser beam has a first heat input amount that penetrates the member to be welded, and thereafter the laser beam is irradiated. Since the laser light is irradiated so that the second heat input is such that the light does not penetrate the welded member, the molten pool necessary for obtaining the bonding strength is formed by the first heat input, and thereafter Since a sufficient molten pool is formed to join the members to be welded even as the second amount of heat input that does not penetrate, sufficient heat is not applied, so that more heat than necessary is not applied. Generation of blow holes can be prevented. Moreover, since the penetration mark in the back surface (the side through which the laser beam penetrates) of the member to be welded can only be in the first part of the start of welding, the welding mark on the back surface can be reduced more than before.

以下、添付した図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明が適用されるレーザ溶接システムの概略構成図であり、図2はこのレーザ溶接システム内のレーザ照射装置の内部構造図であり、図3はこのレーザ溶接システム内のレーザ発振器の内部構造図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser welding system to which the present invention is applied, FIG. 2 is an internal structure diagram of a laser irradiation apparatus in the laser welding system, and FIG. 3 is a laser oscillator in the laser welding system. FIG.

図1に示すレーザ溶接システムは、加工対象物としての被溶接物であるワークWに、ワークW上に位置されるレーザ照射装置3からレーザ光100を照射することによって、直接ワークWに触れることなくワークWの溶接を行うものである。   The laser welding system shown in FIG. 1 directly touches the workpiece W by irradiating the workpiece W, which is a workpiece to be processed, with the laser beam 100 from the laser irradiation device 3 positioned on the workpiece W. Without welding, the workpiece W is welded.

図示するレーザ溶接システムは、ロボット1(移動手段)と、ロボット1のアーム2の先端に取り付けられ、レーザ光100を照射するレーザ照射装置3(レーザ照射手段)と、レーザ光を発生させるレーザ発振器5と、レーザ発振器5からレーザ照射装置3までレーザ光を導く光ファイバーケーブル6と、ロボット1およびレーザ照射装置3の動作を制御するロボット制御装置7(加工用制御手段およびレーザ光制御手段)と、ロボット制御装置7に各種の指示を送るティーチボックス8とから構成される。また、このシステムは、後述する教示データおよび加工用パターンデータをCADシステム9から取得することができるようになっている。なお、このCADシステム9は、常時接続されている必要はない。   The illustrated laser welding system includes a robot 1 (moving means), a laser irradiation device 3 (laser irradiation means) that is attached to the tip of an arm 2 of the robot 1, and a laser oscillator that generates laser light. 5, a fiber optic cable 6 for guiding laser light from the laser oscillator 5 to the laser irradiation device 3, a robot control device 7 (processing control means and laser light control means) for controlling the operation of the robot 1 and the laser irradiation device 3, It comprises a teach box 8 for sending various instructions to the robot controller 7. In addition, this system can acquire teaching data and processing pattern data, which will be described later, from the CAD system 9. The CAD system 9 does not need to be always connected.

ロボット1は一般的な多軸ロボットであり、教示作業によって与えられた経路データに従ってアーム2が駆動され、レーザ照射装置3を3次元のさまざまな位置および方向に移動させることができる。レーザ発振器5にはYAGレーザが用いられ、レーザ発振器5で発生されたレーザ光は光ファイバーケーブル6によってレーザ照射装置3に導かれる。   The robot 1 is a general multi-axis robot, and the arm 2 is driven in accordance with route data given by the teaching work, and the laser irradiation device 3 can be moved to various three-dimensional positions and directions. A YAG laser is used as the laser oscillator 5, and the laser light generated by the laser oscillator 5 is guided to the laser irradiation device 3 by the optical fiber cable 6.

レーザ照射装置3は導かれたレーザ光を内蔵した反射ミラー11(反射鏡)で反射し、ワークWの加工打点(以下、溶接点と称する)に対して強力なレーザ光100を走査する。走査されたレーザ光100は溶接点上に照射され、レーザ照射装置3が走査した形状に従って溶接点の溶接(溶接ビードの形成)が行われる。   The laser irradiation device 3 reflects the guided laser beam with a built-in reflecting mirror 11 (reflecting mirror), and scans the processing spot (hereinafter referred to as a welding point) of the workpiece W with a powerful laser beam 100. The scanned laser beam 100 is irradiated onto the welding point, and welding of the welding point (formation of a weld bead) is performed according to the shape scanned by the laser irradiation device 3.

ロボット制御装置7はロボット1の姿勢を認識しながらロボット1の動作を制御するとともに、レーザ光の照射方向を変更し走査するためにレーザ照射装置3の制御(反射ミラー11の制御)も行っている。この反射ミラー11の制御は、後述する容易あらかじめ決められた加工用パターンを描くように行われる。また、ロボット制御装置7はレーザ発振器5からのレーザ出力のON、OFFも制御している。   The robot control device 7 controls the operation of the robot 1 while recognizing the posture of the robot 1 and also controls the laser irradiation device 3 (control of the reflection mirror 11) in order to scan by changing the irradiation direction of the laser beam. Yes. The control of the reflecting mirror 11 is performed so as to draw an easily predetermined processing pattern to be described later. The robot controller 7 also controls ON / OFF of the laser output from the laser oscillator 5.

レーザ照射装置3は、入力されたレーザ光および可視レーザ光(可視光)の照射方向を自在に変更できるように構成されている。すなわち、レーザ照射装置3は、図2に示すように、光ファイバーケーブル6によって導かれたレーザ光100を、溶接点に向けて照射するための反射ミラー11(反射鏡)と、反射ミラー11を回動させるモータ16および17およびレンズ群12とを有している。   The laser irradiation device 3 is configured to freely change the irradiation direction of the input laser light and visible laser light (visible light). That is, as shown in FIG. 2, the laser irradiation device 3 rotates the reflection mirror 11 (reflection mirror) for irradiating the laser beam 100 guided by the optical fiber cable 6 toward the welding point and the reflection mirror 11. Motors 16 and 17 to be moved and the lens group 12 are provided.

反射ミラー11は、鏡面を通る垂直な軸線をZ軸とし、Z軸と直交するX軸およびY軸をそれぞれ中心として独立に回動自在に支持されている。モータ16およびモータ17は、それぞれのモータの回動位置の合成によって、反射ミラー11の向きを3次元方向に変える。したがって、反射ミラー11は、光ファイバーケーブル6から入射されるレーザ光を3次元方向に放射自在に取り付けられている。反射ミラー11を3次元方向に回動させることによって、ワークW上に設定されている溶接点に所定の形状となる走査パターン(加工用パターン)を描かせることができる。   The reflection mirror 11 is supported so as to be independently rotatable about the X axis and the Y axis perpendicular to the Z axis, with the vertical axis passing through the mirror surface as the Z axis. The motor 16 and the motor 17 change the direction of the reflection mirror 11 to a three-dimensional direction by combining the rotation positions of the respective motors. Therefore, the reflection mirror 11 is attached so as to be able to emit laser light incident from the optical fiber cable 6 in a three-dimensional direction. By rotating the reflecting mirror 11 in a three-dimensional direction, a scanning pattern (processing pattern) having a predetermined shape can be drawn at a welding point set on the workpiece W.

また、この反射ミラー11の移動速度(回動速度)によって入熱量の調節も行うことができる。すなわち、反射ミラー11の移動によって加工用パターンを描くレーザ光の移動速度を遅くすれば、溶接点では単位時間当たりのレーザ光の入射量が多くなり、溶接点における入熱量が高くなる。一方、これを速くすれば、単位時間当たりのレーザ光の入射量が少なくなって、溶接点における入熱量は低くなる。   Also, the amount of heat input can be adjusted by the moving speed (rotation speed) of the reflecting mirror 11. That is, if the moving speed of the laser beam that draws the processing pattern is decreased by moving the reflecting mirror 11, the amount of laser light incident per unit time at the welding point increases, and the amount of heat input at the welding point increases. On the other hand, if this is speeded up, the amount of laser light incident per unit time decreases, and the amount of heat input at the welding point decreases.

反射ミラー11の移動速度の変更によるレーザ光強度の変更は、ロボット制御装置7からの指示によって行われる。このレーザ光強度の変更指示は、あらかじめ加工用パターンの位置に応じて行われる(詳細後述)。   The change of the laser beam intensity by changing the moving speed of the reflection mirror 11 is performed according to an instruction from the robot controller 7. This laser beam intensity change instruction is made in advance according to the position of the processing pattern (details will be described later).

レンズ群12は、光ファイバーケーブル6の端部から放射されたレーザ光を平行光にするためのコリメートレンズ121と平行光となったレーザ光100をワークW上で集光させるための集光レンズ122から構成される。そして、集光レンズ122の位置を変えることでレーザ照射装置3は溶接点から反射ミラー11までの距離に応じてレーザ光が商店を結ぶ位置を変更する。なお、このような焦点位置の変更(集光レンズ位置の変更動作)は、ロボットによる移動経路の教示と共にあらかじめ教示される。   The lens group 12 includes a collimating lens 121 for collimating laser light emitted from the end of the optical fiber cable 6 and a condensing lens 122 for condensing the laser light 100 that has become parallel light on the workpiece W. Consists of Then, by changing the position of the condensing lens 122, the laser irradiation device 3 changes the position where the laser beam connects the store according to the distance from the welding point to the reflection mirror 11. It should be noted that such a change of the focal position (condenser lens position changing operation) is taught in advance together with the teaching of the movement path by the robot.

レーザ発振器5内部は、図3に示すように、YAGレーザの発振源501の他に、半導体レーザなどによる可視レーザ光発振源502が備えられている。可視レーザ光発振源502は、たとえば、レーザ照射位置の確認などに使用される。可視光を出すか溶接用のレーザ光を出すかは、レーザ発振器5内部の切り替えミラー503によって切り替えられている。すなわち、切り替えミラー503が実線の位置のときは、YAGレーザ光が光ファイバーケーブル6へ出力され、点線の位置のときには可視レーザ光が光ファイバーケーブル6へ出力される。   As shown in FIG. 3, the laser oscillator 5 includes a visible laser beam oscillation source 502 such as a semiconductor laser in addition to a YAG laser oscillation source 501. The visible laser light oscillation source 502 is used, for example, for confirming a laser irradiation position. Whether to emit visible light or laser light for welding is switched by a switching mirror 503 inside the laser oscillator 5. That is, when the switching mirror 503 is at the solid line position, YAG laser light is output to the optical fiber cable 6, and when it is at the dotted line position, visible laser light is output to the optical fiber cable 6.

この切り替えミラー503の切り替えはロボット制御装置7からの指示または手動によって行われる。   The switching mirror 503 is switched by an instruction from the robot controller 7 or manually.

また、レーザ発振器5から出力されるレーザ光の強度は、ロボット制御装置7からの指示によって変更される。このレーザ光強度の変更指示は、あらかじめ加工用パターンの位置に応じて行われる(詳細後述)。   Further, the intensity of the laser beam output from the laser oscillator 5 is changed by an instruction from the robot control device 7. This laser beam intensity change instruction is made in advance according to the position of the processing pattern (details will be described later).

図4は、本実施形態に係るレーザ溶接システムの制御系のブロック図である。   FIG. 4 is a block diagram of a control system of the laser welding system according to the present embodiment.

ロボット制御装置7は、教示データ記憶部21(教示データ記憶手段)、ロボット制御部22、加工用パターン記憶部23(加工用パターン記憶手段)、加工用パターン生成部24、レーザ光走査制御部25(加工用制御手段およびレーザ光制御手段)を備えている。   The robot control apparatus 7 includes a teaching data storage unit 21 (teaching data storage unit), a robot control unit 22, a processing pattern storage unit 23 (processing pattern storage unit), a processing pattern generation unit 24, and a laser beam scanning control unit 25. (Processing control means and laser light control means).

教示データ記憶部21は、あらかじめCADシステムを利用したシミュレーションによる教示作業によって教示されたロボット1の動作経路、動作速度、およびワークWの溶接点を記憶している。溶接点は、ワークWの溶接箇所を示し3次元座標によって表されている。なお、教示データはシミュレーションによって教示されたデータではなく、実機を使用した教示データであってもよい。   The teaching data storage unit 21 stores an operation path, an operation speed, and a welding point of the work W of the robot 1 previously taught by a teaching work by simulation using a CAD system. The welding point indicates the welding location of the workpiece W and is represented by three-dimensional coordinates. The teaching data may not be data taught by simulation, but may be teaching data using an actual machine.

ロボット制御部22は、教示データに基づいて、ロボット1の各軸モータの回転量を制御し、レーザ照射装置3があらかじめ定められた動作経路で移動して、所定の位置、たとえば、ワークWに設定されている溶接点上の決められた位置で順次停止するように制御する。   The robot control unit 22 controls the rotation amount of each axis motor of the robot 1 based on the teaching data, and the laser irradiation device 3 moves along a predetermined operation path so as to move to a predetermined position, for example, the workpiece W. Controls to stop sequentially at a predetermined position on the set welding point.

ロボット制御部22は、ロボット1の各軸モータの回転量(エンコーダ値)に基づいてロボット1の姿勢を認識することもできるようになっている。したがって、ロボット制御部22は、ロボット1の姿勢を認識する姿勢認識部としても機能することになる。また、ロボット制御部22は、認識されているロボットの姿勢に基づいて、レーザ照射装置3がワークWのある溶接点に対してレーザ光を照射可能な位置にあるか否かを判断する機能をも備えている。   The robot control unit 22 can also recognize the posture of the robot 1 based on the rotation amount (encoder value) of each axis motor of the robot 1. Therefore, the robot control unit 22 also functions as a posture recognition unit that recognizes the posture of the robot 1. Further, the robot control unit 22 has a function of determining whether or not the laser irradiation apparatus 3 is in a position where the laser beam can be irradiated to a welding point on which the workpiece W is based on the recognized posture of the robot. It also has.

加工用パターン記憶部23は、レーザ照射装置3により走査されるレーザ光100の加工時の走査パターン(加工用パターン)、および加工用パターンの位置におけるレーザ光強度を記憶している。   The processing pattern storage unit 23 stores a scanning pattern (processing pattern) at the time of processing of the laser beam 100 scanned by the laser irradiation device 3, and the laser beam intensity at the position of the processing pattern.

加工用パターン記憶部23に記憶しておく加工用パターンは任意の大きさの任意の形状でよい。本実施形態では、たとえば、図5に示すS字形状の加工用パターンを記憶してある。このようなS字形状の加工用パターンは、その縦(溶接長さ)が何mm、横(溶接幅)が何mmというように、その大きさが加工用パターンの形状の縦と横の大きさとして規定されている。なお、本実施形態では加工用パターンをS字形状として説明するが、図6のような棒形状であっても、図7のようなC字形状であってもよい。なお、加工用パターンはCADで作成されるため、加工用パターン記憶部23にはCADからのデータが記憶されることになる。   The processing pattern stored in the processing pattern storage unit 23 may be an arbitrary shape having an arbitrary size. In the present embodiment, for example, an S-shaped machining pattern shown in FIG. 5 is stored. Such an S-shaped machining pattern has a vertical and horizontal size of the shape of the machining pattern, such that the vertical (welding length) is how many mm and the horizontal (welding width) is how many mm. Is defined as In this embodiment, the processing pattern is described as an S-shape, but it may be a rod shape as shown in FIG. 6 or a C-shape as shown in FIG. Since the processing pattern is created by CAD, the processing pattern storage unit 23 stores data from CAD.

ここで、加工用パターンの表現方法を説明しておく。加工用パターンは、加工用パターンに定めた溶接点中心座標とその溶接点中心座標からのオフセット量で規定された複数の点列座標で構成し、溶接点中心座標と点列座標は、ワークWと同一の座標系の座標で表している。   Here, a method for expressing the processing pattern will be described. The machining pattern is composed of a welding point center coordinate defined in the machining pattern and a plurality of point sequence coordinates defined by an offset amount from the welding point center coordinate. It is expressed with the coordinates of the same coordinate system.

たとえば、加工用パターンが図5に示すようなS字形状である場合、S字形状の溶接長さと溶接幅は図のように規定されている。S字形状の重心(加工用パターンの中心位置となる)を溶接点中心座標(Wxcnt、Wycnt,Wzcnt)とし、この溶接点中心座標を原点として、ワークWと同一の座標系(Wx、Wy,Wz)が規定されている。そして、S字形状を構成する80の点列座標(Wxcnt+Wx(0)、Wycnt+Wy(0),Wzcnt+Wz(0))から(Wxcnt+Wx(79)、Wycnt+Wy(79),Wzcnt+Wz(79))は、溶接点中心座標からのオフセット量(図示点線で示すベクトル量)として定義されている。このベクトルで示されるオフセット量は、S字形状を構成する各点が溶接点中心座標からどの程度離れているのかを示している。なお、オフセット量は、2次元のオフセット量として規定することもできるし、3次元のオフセット量として規定することもできる。   For example, when the processing pattern has an S shape as shown in FIG. 5, the weld length and weld width of the S shape are defined as shown in the figure. The S-shaped center of gravity (which is the center position of the processing pattern) is the welding point center coordinate (Wxcnt, Wycnt, Wzcnt), and the welding point center coordinate is the origin and the same coordinate system (Wx, Wy, Wz) is defined. The 80 point sequence coordinates (Wxcnt + Wx (0), Wycnt + Wy (0), Wzcnt + Wz (0)) constituting the S-shape are expressed as welding points (Wxcnt + Wx (79), Wycnt + Wy (79), Wzcnt + Wz (79)). It is defined as an offset amount (vector amount indicated by a dotted line in the figure) from the center coordinates. The amount of offset indicated by this vector indicates how far each point constituting the S-shape is away from the center coordinates of the welding point. The offset amount can be defined as a two-dimensional offset amount or can be defined as a three-dimensional offset amount.

加工用パターンが図6に示すような棒形状である場合、その棒形状の重心を溶接点中心座標(Wxcnt、Wycnt,Wzcnt)とし、この溶接点中心座標を原点として、ワークWと同一の座標系(Wx、Wy,Wz)が規定されている。そして、棒形状を構成する30の点列座標(Wxcnt+Wx(0)、Wycnt+Wy(0),Wzcnt+Wz(0))から(Wxcnt+Wx(29)、Wycnt+Wy(29),Wzcnt+Wz(29))は、溶接点中心座標からのオフセット量(図示点線で示すベクトル量)として定義されている。   When the machining pattern has a bar shape as shown in FIG. 6, the bar center of gravity is the welding point center coordinate (Wxcnt, Wycnt, Wzcnt), and the welding point center coordinate is the origin and the same coordinates as the workpiece W. A system (Wx, Wy, Wz) is defined. The 30 point sequence coordinates (Wxcnt + Wx (0), Wycnt + Wy (0), Wzcnt + Wz (0)) constituting the rod shape are (Wxcnt + Wx (29), Wycnt + Wy (29), Wzcnt + Wz (29)) It is defined as an offset amount from the coordinates (vector amount indicated by a dotted line in the figure).

さらに、加工用パターンが図7に示すようなC字形状である場合、そのC字形状の重心を溶接点中心座標(Wxcnt、Wycnt,Wzcnt)とし、この溶接点中心座標を原点として、ワークWと同一の座標系(Wx、Wy,Wz)が規定されている。そして、C字形状を構成する80の点列座標(Wxcnt+Wx(0)、Wycnt+Wy(0),Wzcnt+Wz(0))から(Wxcnt+Wx(79)、Wycnt+Wy(79),Wzcnt+Wz(79))は、溶接点中心座標からのオフセット量(図示点線で示すベクトル量)として定義されている。   Further, when the machining pattern has a C-shape as shown in FIG. 7, the center of gravity of the C-shape is the welding point center coordinate (Wxcnt, Wycnt, Wzcnt), and the welding point center coordinate is the origin, and the workpiece W The same coordinate system (Wx, Wy, Wz) is defined. Then, the 80 point sequence coordinates (Wxcnt + Wx (0), Wycnt + Wy (0), Wzcnt + Wz (0)) constituting the C-shape are (Wxcnt + Wx (79), Wycnt + Wy (79), Wzcnt + Wz (79)) It is defined as an offset amount (vector amount indicated by a dotted line in the figure) from the center coordinates.

加工用パターン記憶部23に記憶させる加工用パターンも溶接点と同様にCADシステム9(図1参照)によって作成されるが、溶接点と加工用パターンとは、CADシステム9によって個別に独立して教示させる。つまり、溶接点と加工用パターンとは全く別のデータとして扱えるようになっている。そのため、教示データ記憶部21と加工用パターン記憶部23とは別々に設けている。   The machining pattern stored in the machining pattern storage unit 23 is also created by the CAD system 9 (see FIG. 1) in the same manner as the welding point. However, the welding point and the machining pattern are individually and independently created by the CAD system 9. Let me teach. That is, the welding point and the processing pattern can be handled as completely different data. For this reason, the teaching data storage unit 21 and the processing pattern storage unit 23 are provided separately.

加工用パターン生成部24は、加工用パターン記憶部23に記憶されている加工用パターンの形状から、記憶されているままの大きさの形状、または、ティーチボックス8が有している指示部26によって指示された大きさの形状を生成するものである。   From the shape of the processing pattern stored in the processing pattern storage unit 23, the processing pattern generation unit 24 stores the shape as it is stored, or the instruction unit 26 that the teach box 8 has. A shape having a size instructed by is generated.

指示部26は、任意にワークWの溶接点上に描かれる加工用パターンの大きさを指示するものであって、たとえば、加工用パターンであるS形状の縦方向を、教示データ記憶部21に記憶されているS形状の3倍に、そして横方向を1.5倍にと言うように、溶接点に要求されるたとえば溶接強度に応じて指示する。なお、加工用パターンの大きさは、指示部26からの指示に代えて、レーザ溶接を行う場合に読み込むプログラム内にあらかじめ埋め込むようにしてもよい。また、この指示部26による指示は動作教示の際に1度指示すればそれが記憶されて、レーザ溶接中においては、記憶された大きさとして囲うようパターンが描かれることになる。   The instruction unit 26 arbitrarily designates the size of the processing pattern drawn on the welding point of the workpiece W. For example, the instruction data storage unit 21 stores the vertical direction of the S shape that is the processing pattern. The instruction is given according to, for example, the welding strength required for the welding point so as to say three times the stored S shape and 1.5 times the lateral direction. Note that the size of the processing pattern may be embedded in advance in a program that is read when laser welding is performed, instead of an instruction from the instruction unit 26. Further, the instruction by the instruction unit 26 is stored once it is pointed at the time of motion teaching, and a pattern is drawn so as to surround the stored size during laser welding.

レーザ光走査制御部25は、ワークWと同一の座標系の座標で表されている、加工用パターンの溶接点中心座標およびその溶接点中心座標からのオフセット量で規定された複数の点列座標を、ロボット1の座標系の座標に変換する機能を有している。そしてレーザ光走査制御部25は、加工用パターン生成部24によって生成された大きさの加工用パターンを入力するとともに、ロボット制御部22が認識しているロボット1の姿勢をも考慮して、溶接点上に描く加工用パターン形状の点列座標(80ポイント程度)を算出し、その点列座標に基づいてレーザ照射装置3の反射ミラー11を回動させる。   The laser beam scanning control unit 25 is represented by coordinates in the same coordinate system as the workpiece W, and a plurality of point sequence coordinates defined by the welding point center coordinates of the machining pattern and the offset amount from the welding point center coordinates. Is converted into coordinates in the coordinate system of the robot 1. The laser beam scanning control unit 25 inputs the machining pattern having the size generated by the machining pattern generation unit 24, and also considers the posture of the robot 1 recognized by the robot control unit 22, and performs welding. Point sequence coordinates (about 80 points) of the processing pattern shape drawn on the points are calculated, and the reflection mirror 11 of the laser irradiation apparatus 3 is rotated based on the point sequence coordinates.

さらに、このレーザ光走査制御部25は、溶接点上に描かれるレーザ光の照射位置(加工用パターン上の位置)に応じてレーザ光による溶接点への入熱量を制御する。   Further, the laser beam scanning control unit 25 controls the amount of heat input to the welding point by the laser beam according to the irradiation position of the laser beam drawn on the welding point (position on the processing pattern).

次に、このように構成されたシステムの作用を説明する。   Next, the operation of the system configured as described above will be described.

図8は、加工用パターンの位置に応じた入熱量の制御を説明するための図面であり、(a)は溶接点(加工用パターン)の断面を模式的に示した図面であり、(b)は加工用パターンの位置に応じた入熱量の変化を示すグラフである。なお、図8(a)においては、直線的なパターンの断面として示したが、これはあくまでも加工用パターンの断面を説明するための図であって加工用パターンがS字やC字など曲線的な場合であっても同様である。   FIG. 8 is a drawing for explaining the control of the heat input according to the position of the processing pattern, (a) is a drawing schematically showing the cross section of the welding point (processing pattern), ) Is a graph showing the change in heat input according to the position of the processing pattern. In FIG. 8A, the cross-section of the linear pattern is shown, but this is merely a diagram for explaining the cross-section of the processing pattern, and the processing pattern is a curved line such as an S-shape or C-shape. Even in such a case, the same applies.

本実施形態では、図示するように、加工用パターンの描き始めの位置(区間k1)で、被溶接部材である重ねられた2枚のワークW1およびW2を、レーザ光が貫通する程度の入熱量(第1の入熱量h1)とし、その後位置(区間k2)をレーザ光がワークWIおよびW2を貫通しない入熱量(第2の入熱量h2)となるようにしている。ここで入熱量とは、レーザ光の照射によって発生する単位時間当たりの熱量である。   In the present embodiment, as shown in the figure, the heat input amount is such that the laser beam penetrates through the two workpieces W1 and W2 that are the members to be welded at the start position (section k1) of the machining pattern. (The first heat input amount h1), and the subsequent position (section k2) is set to the heat input amount (second heat input amount h2) in which the laser beam does not penetrate the workpieces WI and W2. Here, the amount of heat input is the amount of heat per unit time generated by laser light irradiation.

このような入熱量の制御は、まず、加工用パターンの描き始めの位置で、ワークW1およびW2を貫通する程度の第1の入熱量h1とする。この段階で、レーザ光の照射点においてはワークW1およびW2が完全に固着するために十分な溶融池101が形成される。そしてこのような溶融池101部分の形成に伴い、加工用パターンに沿ってレーザ光を進行させる方向を含めて溶融池101の周辺が加熱されることになる。この加熱領域はさほど大きい範囲のもではないが加工用パターンとして溶接ビードを形成してゆくためには十分な大きさである。   Such control of the heat input amount is first set to the first heat input amount h1 that penetrates the workpieces W1 and W2 at the position where the machining pattern starts to be drawn. At this stage, the molten pool 101 sufficient for the workpieces W1 and W2 to be completely fixed is formed at the laser beam irradiation point. With the formation of the molten pool 101 portion, the periphery of the molten pool 101 is heated including the direction in which the laser light is advanced along the processing pattern. This heating region is not so large, but is large enough to form a weld bead as a processing pattern.

その後、入熱量を低くして第2の入熱量h2にして引き続き加工用パターンに沿ってレーザ光を進行させる。この段階では、前記のように加工用パターンに沿ってレーザ光を進行させる部分k2もある程度加熱されているため、2枚のワークを貫通することがない程度に入熱量を低くしても、ワークW1とW2の合わせ面の位置まで溶融して、これらを接合するために十分な溶接ビードが形成される。   Thereafter, the amount of heat input is reduced to the second amount of heat input h2, and the laser light is subsequently advanced along the processing pattern. At this stage, as described above, the portion k2 for advancing the laser beam along the processing pattern is also heated to some extent. Therefore, even if the heat input is lowered to the extent that the two workpieces are not penetrated, the workpiece A sufficient weld bead is formed to melt to the position of the mating surfaces of W1 and W2 and to join them.

これにより、十分な接合強度が得られるとともに、被溶接部材の裏面(レーザ光が突き抜ける側)における貫通痕を少なくすることができるのである。   As a result, sufficient bonding strength can be obtained, and penetration marks on the back surface (the side through which the laser beam penetrates) of the member to be welded can be reduced.

ここで、本実施形態の参考のために、加工用パターンの全長にわたり、すべて貫通する程度の入熱量となるようにレーザ光を照射した場合について説明する。   Here, for reference of the present embodiment, a case will be described in which laser light is irradiated so as to obtain a heat input amount that penetrates the entire length of the processing pattern.

図9(a)は加工用パターンの全長にわたり被溶接部材を貫通する程度の同じ入熱量でレーザ溶接を行った場合の断面を模式的に示した図面であり、(b)は加工用パターンの全長にわたり貫通しない程度の同じ入熱量でレーザ溶接を行った場合の断面を模式的に示した図面である。   FIG. 9A is a drawing schematically showing a cross section when laser welding is performed with the same amount of heat input that penetrates the member to be welded over the entire length of the processing pattern, and FIG. 9B is a diagram of the processing pattern. It is drawing which showed typically the cross section at the time of performing laser welding with the same heat input of the grade which does not penetrate through the full length.

図9(a)に示したものの場合、加工パターンの全長にわたり被溶接部材を貫通する程度の同じ入熱量でレーザ溶接を行ったため、ワークW1およびW2をつけぬけたレーザ光によって、裏面側に大きな貫通痕が残ってしまう。また、溶接点が加熱され過ぎて、ブローホールBHが空いてしまうこともある。   In the case of the one shown in FIG. 9 (a), since laser welding was performed with the same amount of heat input that penetrates the member to be welded over the entire length of the processing pattern, the laser beam having passed through the workpieces W1 and W2 causes a large back surface. Penetration marks remain. In addition, the welding point may be heated too much and the blow hole BH may be vacant.

図9(b)に示したものの場合、加工パターンの全長にわたり被溶接部材を貫通しない程度の同じ入熱量でレーザ溶接を行ったため、裏面に貫通痕はできないものの、始めから入熱量が少ないため、ワークW1とW2の接合面に十分な溶融池ができずに、接合不良が起こる可能性がある。   In the case of the one shown in FIG. 9 (b), since laser welding was performed with the same amount of heat input that does not penetrate the workpiece to be welded over the entire length of the processing pattern, although there is no penetration mark on the back surface, the amount of heat input is small from the beginning. There is a possibility that a poor weld may occur because a sufficient molten pool is not formed on the joint surface between the workpieces W1 and W2.

このように、入熱量を加工用パターンの全長にわたり一定とした場合には、さまざまな不具合の可能性があるが、先に説明したとおり本実施形態のように加工用パターンの途中で入熱量を変化させることで、十分な接合強度が得られかつ、裏面の貫通痕を最小限に抑えることができるのである。   As described above, when the heat input is constant over the entire length of the processing pattern, there may be various problems, but as described above, the heat input is changed in the middle of the processing pattern as in this embodiment. By changing it, sufficient bonding strength can be obtained, and the backside traces can be minimized.

次に入熱量を変える制御について説明する。   Next, control for changing the amount of heat input will be described.

第1の入熱量から第2の入熱量へ変化させる際の変化の度合いは、ワークの厚さに応じて変えることが好ましい。   The degree of change when changing from the first heat input amount to the second heat input amount is preferably changed according to the thickness of the workpiece.

たとえば、ワークW1側からレーザ光を照射する(以下同様)ものとして、2枚のワークW1およびW2の厚さが、W1の方がW2より薄い場合(W1<W2)には、第1の入熱量を100%としたとき、第2の入熱量は、その40〜50%となるようにすればよい。これは、ワークW1およびW2を重ね合わせた場合に第1の入熱量がワークW1およびW2を貫通する程度とすれば、第2の入熱量をその40〜50%にすれば、レーザ照射による溶融池の深さはワークW1およびW2の合計厚さの約半分の位置、すなわち、ワークW1を抜けてワークW2に確実に到達し、かつワークW2を貫通することのない位置となる。なお、ワークの厚さがW1<W2の場合に、第2の入熱量は、溶融池の深さがワークW1を抜けてワークW2に確実に到達し、かつワークW2を貫通することのないような値であればよく、第1の入熱量に対して50%を越えるような値(例60%、70%、80%など)であってもよいが、約50%にすれば第1の入熱量に対して、反射ミラー11の回動速度を倍にしたり、レーザ強度を半分にするなどにより実行可能であり、最も制御しやすい。   For example, assuming that the laser beam is irradiated from the workpiece W1 side (the same applies hereinafter), if the thickness of the two workpieces W1 and W2 is smaller than W2 (W1 <W2), the first input is performed. When the heat amount is 100%, the second heat input amount may be 40 to 50%. If the first heat input is about to penetrate the workpieces W1 and W2 when the workpieces W1 and W2 are overlapped, the melting by laser irradiation is achieved if the second heat input is 40 to 50% of the first heat input. The depth of the pond is a position that is approximately half the total thickness of the workpieces W1 and W2, that is, a position that reliably passes through the workpiece W1 to reach the workpiece W2 and does not penetrate the workpiece W2. When the thickness of the workpiece is W1 <W2, the second heat input is such that the depth of the molten pool does not reach the workpiece W2 reliably through the workpiece W1 and does not penetrate the workpiece W2. Any value may be acceptable, and may be a value exceeding 50% of the first heat input (eg 60%, 70%, 80%, etc.). It can be executed by doubling the rotation speed of the reflection mirror 11 or halving the laser intensity with respect to the heat input, and is most easily controlled.

また、たとえば、ワークW1の方が厚い場合(W1>W2)、この場合は溶融池の深さが、確実にワークW1を抜けてワークW2に到達するために、W1の厚さ/(W1の厚さ+W2)程度を上限として、下限はこれから10%引いた程度とするとよい。具体例としては、ワークW1=0.8mm、W2=0.6mmとした場合には、第1の入熱量を100%としたとき、第2の入熱量は、0.8/(0.8+0.6)=約57%となるので、47〜57%となるようにすればよい。これにより、溶融池の深さは、第1の入熱量ではワークW1およびW2を貫通し、第2の入熱量ではW1を多少抜けて位置でとまりW2を貫通することはない。ここで、第2の入熱量の下限値を、2枚のワークの合計厚さに対するワークW1の厚さに応じた値よりさらに低くするのは、第1の入熱量を2枚のワークが完全に貫通する程度に設定するため(ただし必要以上に強くすることはない)、これを単純にワークW1の厚さに応じて減じただけでは、第2の入熱量として高すぎてしまい、第2の入熱量でも2枚のワークが貫通してしまうおそれがあるためである。そこで、第2の入熱量の好ましい値としては2枚のワークの合計厚さに対するワークW1の厚さに応じた値より低くするのが好ましいのである。   Further, for example, when the workpiece W1 is thicker (W1> W2), in this case, the depth of the molten pool surely passes through the workpiece W1 and reaches the workpiece W2, so that the thickness of W1 / (W1 The upper limit is about (thickness + W2), and the lower limit is preferably about 10%. As a specific example, when the workpiece W1 = 0.8 mm and W2 = 0.6 mm, when the first heat input is 100%, the second heat input is 0.8 / (0.8 + 0). .6) = approx. 57%, 47-57% may be set. Thereby, the depth of the molten pool penetrates the workpieces W1 and W2 in the first heat input amount, and does not pass through W1 to some extent and does not penetrate W2 in the second heat input amount. Here, the lower limit value of the second heat input amount is made lower than the value corresponding to the thickness of the workpiece W1 with respect to the total thickness of the two workpieces. Therefore, if this is simply reduced in accordance with the thickness of the workpiece W1, the second heat input amount is too high, and the second heat input amount is increased. This is because there is a possibility that two workpieces may penetrate even if the amount of heat input is. Therefore, a preferable value of the second heat input amount is preferably lower than a value corresponding to the thickness of the workpiece W1 with respect to the total thickness of the two workpieces.

なお、これらはあくまでも一例であるから、第1の入熱量および第2の入熱量は被溶接部材の素材や厚さに応じて、第1の入熱量は貫通する程度、第2の入熱量は被溶接部材全部は貫通しないがレーザ光照射側のワークのみ貫通する程度に設定すればよい。   Since these are merely examples, the first heat input amount and the second heat input amount depend on the material and thickness of the member to be welded, the first heat input amount penetrates, and the second heat input amount is All the members to be welded may not be penetrated, but may be set so as to penetrate only the workpiece on the laser beam irradiation side.

これら入熱量の制御は、反射ミラー11を回動させる速度を変えること、またはレーザ発振器5から出力されるレーザ光の強度を変えること、およびそれら両方を組み合わせることで行うことができる。   The amount of heat input can be controlled by changing the speed at which the reflecting mirror 11 is rotated, changing the intensity of the laser beam output from the laser oscillator 5, and a combination of both.

たとえば、第1の入熱量を100%として第2の入熱量を50%とする場合は、第1の入熱量となるようにレーザ光を照射しているときの反射ミラー11の回動速度に対して、第2の入熱量となるようにレーザ光を照射しているときの反射ミラー11の回動速度を倍にすればよい。同様に、たとえば第1の入熱量を100%として第2の入熱量を25%とする場合は、第1の入熱量のときの反射ミラー11の回動速度に対して、第2の入熱量のときの反射ミラー11の回動速度を、約4倍にすればよい。   For example, when the first heat input amount is 100% and the second heat input amount is 50%, the rotational speed of the reflection mirror 11 when the laser beam is irradiated so that the first heat input amount is obtained. On the other hand, what is necessary is just to double the rotational speed of the reflective mirror 11 when irradiating a laser beam so that it may become 2nd heat input. Similarly, for example, when the first heat input amount is 100% and the second heat input amount is 25%, the second heat input amount with respect to the rotation speed of the reflecting mirror 11 at the first heat input amount. The rotational speed of the reflecting mirror 11 at this time may be about 4 times.

また、第1の入熱量を100%として第2の入熱量を50%とする場合、第1の入熱量となるようにレーザ光を照射しているときのレーザ発振器5からのレーザ出力の強度に対して、第2の入熱量となるようにするためにはレーザ発振器5からのレーザ出力の強度を半分にすればよい。同様に、たとえば第1の入熱量を100%として第2の入熱量を25%とする場合は、第1の入熱量のときのレーザ出力強度に対して、第2の入熱量のときのレーザ出力強度を、約4分の1にすればよい。   Further, when the first heat input amount is 100% and the second heat input amount is 50%, the intensity of the laser output from the laser oscillator 5 when the laser light is irradiated so as to be the first heat input amount. On the other hand, in order to achieve the second heat input amount, the intensity of the laser output from the laser oscillator 5 may be halved. Similarly, for example, when the first heat input is 100% and the second heat input is 25%, the laser at the second heat input with respect to the laser output intensity at the first heat input. The output intensity may be reduced to about one quarter.

さらに、これらを組み合わせる場合には、第1の入熱量を100%として第2の入熱量を50%とする場合は、第1の入熱量のときの反射ミラー11の回動速度に対して、第2の入熱量のときの反射ミラー11の回動速度を25%増しにして、同時に第1の入熱量のときのレーザ出力強度に対して、第2の入熱量のときのレーザ出力強度を、約75%程度に減じればよい。特に、このような組み合わせは、たとえばレーザ発信器での出力調整が段階的にしかできない場合(たとえば、出力100%、75%、50%、25%)に、レーザ発信器で段階的にレーザ照射強度を落とし、さらに反射ミラー11の速度調整で、微妙な入熱量お調整を行うなどに適している。   Furthermore, in the case of combining these, when the first heat input is 100% and the second heat input is 50%, the rotational speed of the reflection mirror 11 at the first heat input is The rotation speed of the reflecting mirror 11 at the second heat input is increased by 25%, and at the same time, the laser output intensity at the second heat input is set to the laser output intensity at the first heat input. It may be reduced to about 75%. In particular, such a combination can be used to perform laser irradiation step by step with a laser transmitter, for example, when output adjustment with the laser transmitter can only be performed stepwise (for example, output 100%, 75%, 50%, 25%). It is suitable for adjusting the amount of heat input delicately by reducing the strength and adjusting the speed of the reflecting mirror 11.

このようにして、反射ミラー11の回動速度、レーザ発振器5から出力されるレーザ出力強度などをさまざまに組み合わせた多様な入熱量の制御が可能である。   In this way, various heat input amounts can be controlled by various combinations of the rotation speed of the reflection mirror 11 and the laser output intensity output from the laser oscillator 5.

次に加工用パターンの長さ方向に対してどの程度の位置で入熱量を変化させるかについて説明する。   Next, the position at which the heat input is changed with respect to the length direction of the processing pattern will be described.

入熱量を変化させる位置は、基本的に十分な溶接強度を得られるようにすることを第1の目的として、次に、裏面(レーザ光が突き抜ける側)における貫通痕を極力少なくなることができるように設定する。   The position where the heat input is changed is basically set so that a sufficient welding strength can be obtained. Next, the penetration trace on the back surface (the side through which the laser beam penetrates) can be reduced as much as possible. Set as follows.

このため、入熱量を変化させる位置は、被溶接部材の素材や厚さ、加工用溶接パターンの長さなどによって異なる。したがって、実際には実験により求めなくてはならないが、たとえば、被溶接部材が鋼板の場合、第1の入熱量とする範囲を加工用パターンの全長に対して、照射開始点から10分の1〜3分の1程度あればよい。   For this reason, the position where the heat input is changed varies depending on the material and thickness of the member to be welded, the length of the welding pattern for processing, and the like. Therefore, in actuality, it must be obtained by experiment. For example, when the member to be welded is a steel plate, the range of the first heat input is set to 1/10 of the entire length of the processing pattern from the irradiation start point. It should be about 1/3.

また、加工用パターンが長い場合には、第2の入熱量とした後、途中で再び第1の入熱量にして、途中でもう一度レーザ光を貫通させて、その後また第2の入熱量にするなどという制御を繰り返し行うことで十分な溶接強度を得られるようにしてもよい。   Also, when the processing pattern is long, after the second heat input amount, the first heat input amount is set again in the middle, the laser beam is penetrated again in the middle, and then the second heat input amount is set again. A sufficient welding strength may be obtained by repeatedly performing the control.

図10および図11は、加工用パターンに対する入熱量の変化例を示す図面である。   10 and 11 are diagrams showing examples of changes in heat input with respect to the processing pattern.

たとえば、図10(a)に示すC字形状の加工用パターンPの場合は、図10に示すように照射開始点から10分の1程度(区間k1)まで第1の入熱量h1として、その後はすべての位置(区間k2)を第2の入熱量h2とする。   For example, in the case of the C-shaped machining pattern P shown in FIG. 10A, as shown in FIG. 10, the first heat input amount h1 is set to about 1/10 (section k1) from the irradiation start point, and thereafter Is the second heat input amount h2 in all positions (section k2).

また、たとえば、図11(a)に示すS字形状の加工用パターンPの場合は、加工用パターンが長いので、図11(b)に示すように照射開始点から10分の1程度(区間k1)まで第1の入熱量h1として、その後の位置(区間k2)は第2の入熱量h2とするが、中間位置Pmより少し前で再び第1の入熱量(区間k3)とする。しかしここで気をつけなければならないのは、再度第1の入熱量とする位置が溶接開始点の第1の入熱量h1とした位置に近い場合、入熱量が多くなりすぎるため、加工用パターンの形状によっては、再度第1の入熱量とする位置を調整する必要がある。図示したS字形状の場合には、中間位置Pmがレーザ照射開始点に近いため、それよりも少し離れた中間位置Pmの少し前で再度第1の入熱量h1にして、中間位置Pmでは区間k4の第2の入熱量h2となるようにしている。その後は最後まで第2の入熱量h2でレーザ照射を続ける。   Further, for example, in the case of the S-shaped processing pattern P shown in FIG. 11A, the processing pattern is long, so that it is about one-tenth from the irradiation start point (section) as shown in FIG. As the first heat input amount h1 until k1), the subsequent position (section k2) is set as the second heat input amount h2, but it is set again as the first heat input amount (section k3) slightly before the intermediate position Pm. However, it should be noted here that if the position of the first heat input again is close to the position of the first heat input h1 at the welding start point, the amount of heat input becomes too large, so the processing pattern Depending on the shape, it is necessary to adjust the position of the first heat input again. In the case of the S-shape shown in the figure, since the intermediate position Pm is close to the laser irradiation start point, the first heat input amount h1 is set again a little before the intermediate position Pm that is slightly away from the intermediate position Pm. The second heat input amount h2 of k4 is set. Thereafter, laser irradiation is continued with the second heat input h2 until the end.

このような入熱量の制御は、たとえば、加工用パターンを描くときの点列座標の位置(ポイント)ごとに、反射ミラー11の回動速度および/またはレーザ出力強度をあらかじめ教示しておいて、レーザ溶接時に、その教示された反射ミラー11の回動速度および/またはレーザ出力強度となるように制御することになる。   For example, the control of the amount of heat input teaches in advance the rotational speed and / or laser output intensity of the reflecting mirror 11 for each position (point) of the point sequence coordinates when drawing the processing pattern. At the time of laser welding, control is performed so as to achieve the rotation speed and / or laser output intensity of the taught reflection mirror 11.

次に、本実施形態におけるレーザ溶接時のロボット制御装置の動作処理手順を説明する。図12は、ロボット制御装置の動作処理手順を示すフローチャートである。   Next, an operation processing procedure of the robot control device at the time of laser welding in the present embodiment will be described. FIG. 12 is a flowchart showing an operation processing procedure of the robot control apparatus.

レーザ溶接時の基本動作は、ロボットを教示された位置で停止させ、その場所でレーザ照射装置3が照射可能な1つの溶接点に対してレーザ溶接を行い、次の溶接点をレーザ溶接する場合にはさらにロボットを次の位置に移動させてレーザ溶接を行うという動作を繰り返し、1点ずつ順次レーザ溶接を行い、すべての溶接点に対するレーザ溶接を完了するというものである。   The basic operation during laser welding is when the robot is stopped at the taught position, laser welding is performed on one welding point that can be irradiated by the laser irradiation device 3 at that location, and the next welding point is laser-welded. Further, the operation of moving the robot to the next position and performing laser welding is repeated, and laser welding is sequentially performed point by point to complete laser welding for all the welding points.

ロボット制御部22は、まず、レーザ溶接用の教示データを読み込む(S1)。教示データは、たとえば、ロボット停止位置、動作速度、溶接点中心座標、加工用パターン、反射ミラー回動速度、溶接幅、溶接長さ、レーザ出力強度、その他制御に必要な動作指令などが記述されている。ロボットは、これに従って動作する。   The robot controller 22 first reads teaching data for laser welding (S1). The teaching data describes, for example, the robot stop position, operation speed, welding point center coordinates, machining pattern, reflection mirror rotation speed, welding width, welding length, laser output intensity, and other operation commands necessary for control. ing. The robot operates accordingly.

次に、ロボット制御部22は、加工用パターン記憶部23に記憶されている加工用パターンのデータを読み込むように指令する(S2)。   Next, the robot control unit 22 instructs to read the processing pattern data stored in the processing pattern storage unit 23 (S2).

ロボット制御部22は、教示データに従ってロボット1を動作させ、レーザ照射装置3を教示データに記述されている動作速度で移動させ、ロボット停止位置で位置決めする。同時に、レーザ照射装置3の反射ミラー11をワークWの溶接点に向けて位置決めする(S3:ロボット動作、位置決め)。詳細には、溶接点中心座標にレーザ光が照射されるような向きに反射ミラー11の向きを調整する。レーザ照射装置3はこの位置から、特定の溶接点に対してレーザ光を照射することができる。   The robot control unit 22 operates the robot 1 according to the teaching data, moves the laser irradiation device 3 at the operation speed described in the teaching data, and positions the robot irradiation device 3 at the robot stop position. At the same time, the reflecting mirror 11 of the laser irradiation device 3 is positioned toward the welding point of the workpiece W (S3: robot operation, positioning). Specifically, the direction of the reflection mirror 11 is adjusted so that the laser beam is irradiated to the center coordinates of the welding point. From this position, the laser irradiation device 3 can irradiate a specific welding point with laser light.

次に、ロボット制御部22は、加工用パターン生成部24に対して、読み込んだ加工用パターンに従ってワークWの溶接点に加工用パターンを描くために必要な座標点を算出させる(S4)。加工用パターン生成部24は、この指示によりワークWの座標系で記述された、読み込んだ加工用パターンの基本形状である溶接点中心座標、溶接幅、溶接長さを取得して、加工用パターンの80点ある基本となる各点の座標を算出する(S5)。   Next, the robot control unit 22 causes the machining pattern generation unit 24 to calculate the coordinate points necessary for drawing the machining pattern at the welding point of the workpiece W according to the read machining pattern (S4). In response to this instruction, the processing pattern generation unit 24 acquires the welding point center coordinates, the welding width, and the welding length, which are the basic shapes of the read processing pattern, described in the coordinate system of the workpiece W, and processes the pattern. The coordinates of each of the 80 basic points are calculated (S5).

続いて加工用パターン生成部24は算出された80点の基本点座標を、読み込んだ教示データに記述されている「溶接幅」、「溶接長さ」に基づいて縦方向(溶接長さ方向)および横(溶接幅)方向にシフトさせて、実際に描かせる大きさの加工用パターンの座標点を生成するバイアス処理を行う。そして、ロボット制御部22は、レーザ光走査制御部25に対して、生成された加工用パターンの80点の座標を、ワークの座標系からロボットの座標系に換算するように指示する(S6)。   Subsequently, the processing pattern generation unit 24 calculates the calculated 80 basic point coordinates in the vertical direction (welding length direction) based on the “welding width” and “welding length” described in the read teaching data. Further, a bias process for generating a coordinate point of a machining pattern having a size that can be actually drawn is performed by shifting in the lateral (weld width) direction. Then, the robot control unit 22 instructs the laser beam scanning control unit 25 to convert the coordinates of the 80 points of the generated machining pattern from the workpiece coordinate system to the robot coordinate system (S6). .

次に、ロボット制御部22は、現在認識しているロボット1の姿勢を入力し、現在のロボット1の姿勢でターゲットとしているワークWの溶接点上に、要求されている大きさの加工用パターンを描くための反射ミラー11の回動の仕方(回動開始から終了までの加工パターンの各点(80点)に到達する各時刻における反射ミラー11の角度)を算出する(S7)。このとき、入熱量を反射ミラーの回動速度で制御する場合には、第1の入熱量の部分と第2の入熱量の部分とで、それぞれの位置に到達する各時刻における反射ミラー11の角度を求めることになる。一方、レーザ発信器によるレーザ出力強度の制御はここで算出された反射ミラー回動位置の各時刻から入熱量を変える時刻を指定して、その時刻になればレーザ出力を変えるように指示を入力しておく。   Next, the robot control unit 22 inputs the currently recognized posture of the robot 1, and a machining pattern having a required size is formed on the welding point of the workpiece W targeted by the current posture of the robot 1. The method of rotating the reflecting mirror 11 for drawing (the angle of the reflecting mirror 11 at each time point reaching each point (80 points) of the machining pattern from the start to the end of rotation) is calculated (S7). At this time, when the amount of heat input is controlled by the rotation speed of the reflection mirror, the reflection mirror 11 at each time at which the first heat input amount portion and the second heat input amount portion reach the respective positions. Find the angle. On the other hand, the laser output intensity control by the laser transmitter specifies the time to change the heat input from each time of the reflection mirror rotation position calculated here, and inputs an instruction to change the laser output at that time. Keep it.

以上の演算が終了したら、ロボット制御制御部22は、教示データに従ってレーザ光(YAGレーザ光)を出力するようにレーザ発振器5に対して指令する。そしてレーザ発振器5がONされると、反射ミラー11に向けてレーザ光が照射され、反射ミラー11は上記算出された回動の仕方で回動させるようにレーザ光走査制御部25へ指示する(S8)。   When the above calculation is completed, the robot control controller 22 instructs the laser oscillator 5 to output a laser beam (YAG laser beam) according to the teaching data. When the laser oscillator 5 is turned on, the laser beam is emitted toward the reflection mirror 11, and the reflection mirror 11 is instructed to rotate in the calculated rotation manner to the laser beam scanning control unit 25 ( S8).

以後、レーザ光走査制御部25は、反射ミラー11の回動が終了(加工用パターンの照射が終了)するまで反射ミラー11の回動を続け、回動が終了位置にきたなら、ロボット制御制御部22に対して終了信号を出力する。これを受けたロボット制御制御部22は、レーザ発振器5からのYAGレーザの出力指令を消してレーザ光の出力を停止させる(S9:レーザ照射終了処理)。これで一つの溶接点位置におけるレーザ溶接を終了する。   Thereafter, the laser beam scanning control unit 25 continues to rotate the reflection mirror 11 until the rotation of the reflection mirror 11 is completed (irradiation of the processing pattern is completed). An end signal is output to the unit 22. Receiving this, the robot control control unit 22 cancels the output command of the YAG laser from the laser oscillator 5 and stops the output of the laser beam (S9: laser irradiation end process). This completes the laser welding at one welding point position.

以上の処理によって、1箇所の溶接点への加工用パターンの照射が終了する。そして複数の溶接点を溶接する際には、上記の処理を指定された溶接点の数だけ順次実行する。   By the above processing, irradiation of the processing pattern to one welding point is completed. When welding a plurality of welding points, the above processing is sequentially executed for the number of designated welding points.

これによりワークW上の複数の溶接点位置に、それぞれ決まった加工用パターンによる、レーザ光の突き抜けによる貫通痕の少ない溶接ビードが形成される。   As a result, a weld bead with few penetration marks due to laser beam penetration is formed at a plurality of welding point positions on the workpiece W, each with a predetermined processing pattern.

次に実際に溶接した結果について説明する。   Next, the result of actual welding will be described.

本実施形態に基づいて、レーザ溶接を行った溶接サンプル(第1サンプル)と、電気スポット溶接を行った溶接サンプル(第1サンプル)を、それぞれ同じようにたがね判定した。   Based on this embodiment, the welding sample (first sample) subjected to laser welding and the welding sample (first sample) subjected to electric spot welding were respectively determined in the same manner.

第1および第2サンプルはともに、W1の厚さを0.8mm、W2の厚さを=0.65mmである。第1サンプルについてはW1がレーザ照射側のワークであり、加工用パターンは直径約10mmのC字形状パターンとした。第1入熱量はこのパターンの約1/5程度の部分とした。第2の入熱量は第1の入熱量に対して約70〜80%程度となるように反射ミラーの速度を調整した。   In both the first and second samples, the thickness of W1 is 0.8 mm, and the thickness of W2 is 0.65 mm. For the first sample, W1 is the workpiece on the laser irradiation side, and the processing pattern was a C-shaped pattern with a diameter of about 10 mm. The first heat input was about 1/5 of this pattern. The speed of the reflection mirror was adjusted so that the second heat input amount was about 70 to 80% with respect to the first heat input amount.

一方、第2サンプルの電気スポット溶接は直径約10mm程度となるようにしたスポット溶接である。   On the other hand, the electric spot welding of the second sample is spot welding with a diameter of about 10 mm.

たがね判定の結果、どじらのサンプルもワーク母材そのものに破断が生じた。つまり、溶接部分における接合はがれはなく、十分な接合強度が得られているということである。   As a result of the chisel determination, the workpiece base material itself was broken in the Dojiro sample. That is, there is no peeling at the welded portion, and sufficient bonding strength is obtained.

また、第1サンプルにおいては、裏面側(レーザ光が突き抜ける側)において、若干の貫通痕が見られるもののブローホールはなく、表面のあれも少なかった。これはまた、別に行った加工用パターン全長にわたり貫通するように同じ入熱量でレーザ溶接を行った場合と比較して、貫通痕の大きさが非常に少ないものであった。   In the first sample, although there were some through marks on the back side (the side through which the laser beam penetrates), there were no blowholes and there was little surface roughness. In addition, compared to the case where laser welding was performed with the same heat input so as to penetrate the entire length of the processing pattern separately performed, the size of the penetrating marks was very small.

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。たとえば、上述した実施形態では、ロボット1によってレーザ照射装置3を溶接店付近まで動かし、そこで、レーザ照射装置3を停止させた上で、反射ミラー11を回動させて加工用パターンを描くようにレーザ光を照射したが、これに代えて、レーザ照射装置3を常に移動させた状態で、その移動速度を加味して反射ミラー11を回動させることで、加工用パターンを描くようにレーザ光を照射してもよい。このようにすることで複数の溶接点がある場合に、レーザ照射装置3を停止させない分、全体の溶接時間を短縮することができる。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, in the above-described embodiment, the robot 1 moves the laser irradiation device 3 to the vicinity of the welding shop, where the laser irradiation device 3 is stopped, and then the reflection mirror 11 is rotated to draw a processing pattern. Although the laser beam was irradiated, instead of this, the laser beam is drawn so as to draw a processing pattern by rotating the reflection mirror 11 in consideration of the moving speed in a state where the laser irradiation device 3 is always moved. May be irradiated. By doing in this way, when there are a plurality of welding points, the entire welding time can be shortened as long as the laser irradiation device 3 is not stopped.

そのほか、本発明はさまざまな変形形態が可能なことはいうまでもない。   In addition, it goes without saying that the present invention can be variously modified.

本発明は、レーザ溶接に好適である。   The present invention is suitable for laser welding.

本発明が適用されるレーザ溶接システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a laser welding system to which the present invention is applied. 図1に記載されているレーザ照射装置の内部構造図である。It is an internal structure figure of the laser irradiation apparatus described in FIG. 図1に記載されているレーザ発振器の内部構造図である。It is an internal structure figure of the laser oscillator described in FIG. 実施形態に係るレーザ溶接システムの制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of the laser welding system which concerns on embodiment. 実施形態で使用する加工用パターンの形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the shape of the pattern for a process used by embodiment. 実施形態で使用する加工用パターンの他の形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the other shape of the pattern for a process used by embodiment. 実施形態で使用する加工用パターンの他の形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the other shape of the pattern for a process used by embodiment. 加工用パターンの位置に応じた入熱量の制御を説明するための図面である。It is drawing for demonstrating control of the heat input according to the position of the pattern for a process. 加工用パターンの全長にわたり同じ入熱量でレーザ溶接を行った場合の断面を模式的に示した図面である。It is drawing which showed typically the cross section at the time of performing laser welding with the same heat input over the full length of the pattern for a process. 実施形態に係る加工用パターンに対する入熱量の変化例を示す図面である。It is drawing which shows the example of a change of the heat input with respect to the pattern for a process which concerns on embodiment. 実施形態に係る他の加工用パターンに対する入熱量の変化例を示す図面である。It is drawing which shows the example of a change of the heat input with respect to the other pattern for a process which concerns on embodiment. 実施形態に係る溶接手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the welding procedure which concerns on embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…ロボット、
2…アーム、
3…レーザ照射装置、
5…レーザ発振器、
6…光ファイバーケーブル、
7…ロボット制御装置、
8…ティーチボックス、
9…CADシステム、
11…反射ミラー、
12…レンズ群、
21…教示データ記憶部、
22…ロボット制御部、
23…エリア内溶接データ記憶部、
23…加工用パターン記憶部、
24…加工用パターン生成部、
25…レーザ光走査制御部、
26…指示部、
100…レーザ光、
121…コリメートレンズ、
122…集光レンズ。
1 ... Robot,
2 ... arm,
3 ... Laser irradiation device,
5 ... Laser oscillator,
6 ... Optical fiber cable,
7 ... Robot controller,
8 ... Teach box,
9 ... CAD system,
11 ... reflecting mirror,
12 ... lens group,
21 ... Teaching data storage unit,
22 ... Robot controller,
23. In-area welding data storage unit,
23 ... Pattern storage unit for processing,
24 ... pattern generator for processing,
25. Laser beam scanning control unit,
26 ... instruction part,
100: Laser light,
121 ... collimating lens,
122 ... Condensing lens.

Claims (8)

レーザ光の照射方向を変更する反射鏡を備えたレーザ照射手段と、
前記レーザ照射手段を移動させる移動手段と、
前記レーザ照射手段をあらかじめ教示された移動経路に従って移動させるように前記移動手段を制御するとともに、前記レーザ光があらかじめ決められた加工用パターンを描くように前記反射鏡の動きを制御する加工用制御手段と、
前記レーザ照射手段から射出されたレーザ光による溶接点における入熱量を前記加工用パターンを描く前記レーザ光の照射位置に応じて変更するレーザ光制御手段と、
を有し、
前記レーザ光制御手段は、前記入熱量を、前記加工用パターンの描き始めはレーザ光が被溶接部材を貫通する第1の入熱量にし、その後前記第1の入熱量より低くレーザ光が被溶接部材を貫通しない第2の入熱量にし、前記第2の入熱量にした後、再度前記第1の入熱量にまで高くし、その後また前記第2の入熱量にすることを繰り返し、前記レーザ光の照射位置が、前記加工用パターンの描き始めの位置に近い位置となったときにはレーザ光が被溶接部材を貫通しない前記第2の入熱量にすること特徴とするレーザ溶接装置。
Laser irradiation means comprising a reflecting mirror for changing the irradiation direction of the laser light;
Moving means for moving the laser irradiation means;
A processing control for controlling the movement means to move the laser irradiation means according to a movement path taught in advance and for controlling the movement of the reflecting mirror so that the laser beam draws a predetermined processing pattern. Means,
Laser light control means for changing the amount of heat input at the welding point by the laser light emitted from the laser irradiation means according to the irradiation position of the laser light that draws the processing pattern;
I have a,
The laser light control means sets the heat input amount to a first heat input amount through which the laser light penetrates the member to be welded at the start of drawing the processing pattern, and then the laser light is welded lower than the first heat input amount. The second heat input amount not penetrating the member, the second heat input amount, the first heat input amount is increased again, and then the second heat input amount is repeated, and then the laser light is repeated. The laser welding apparatus is characterized in that when the irradiation position is close to the position at which the processing pattern starts to be drawn, the second heat input is such that the laser beam does not penetrate the member to be welded .
前記レーザ光制御手段は、前記レーザ光を発生させるレーザ発振器の出力を変更することで前記入熱量を変更することを特徴とする請求項1に記載のレーザ溶接装置。 2. The laser welding apparatus according to claim 1, wherein the laser light control unit changes the amount of heat input by changing an output of a laser oscillator that generates the laser light . 前記レーザ光制御手段は、前記レーザ光が前記加工用パターンを描く速度を変更することで前記入熱量を変更することを特徴とする請求項に記載のレーザ溶接装置。 2. The laser welding apparatus according to claim 1 , wherein the laser light control unit changes the amount of heat input by changing a speed at which the laser light draws the processing pattern . 前記レーザ光制御手段は、前記レーザ光を発生させるレーザ発振器の出力を変更するとともに前記レーザ光が前記加工用パターンを描く速度を変更することで前記入熱量を変更することを特徴とする請求項に記載のレーザ溶接装置。 The laser light control means changes the heat input amount by changing an output of a laser oscillator for generating the laser light and changing a speed at which the laser light draws the processing pattern. laser welding apparatus according to 1. レーザ光の照射方向を変更する反射鏡を備えたレーザ照射手段と、Laser irradiation means comprising a reflecting mirror for changing the irradiation direction of the laser light;
前記レーザ照射手段を移動させる移動手段と、を備えたレーザ溶接装置の制御方法であって、A moving means for moving the laser irradiation means, and a control method for a laser welding apparatus comprising:
前記移動手段により前記レーザ照射手段をあらかじめ教示された移動経路に沿って移動させるとともに、前記レーザ照射手段から照射される前記レーザ光があらかじめ決められた加工用パターンを描くように前記反射鏡の動きを制御し、かつ前記加工用パターンを描く前記レーザ光の照射位置に応じて溶接点における入熱量を変更し、The moving means moves the laser irradiation means along a movement path taught in advance, and the reflecting mirror moves so that the laser light emitted from the laser irradiation means draws a predetermined processing pattern. And changing the amount of heat input at the welding point according to the irradiation position of the laser beam that draws the processing pattern,
前記レーザ光の強度は、前記加工用パターンの描き始めはレーザ光が被溶接部材を貫通する第1の入熱量にし、その後第1の入熱量より低くレーザ光が被溶接部材を貫通しない第2の入熱量にし、前記第2の入熱量にした後、再度前記第1の入熱量にまで高くし、その後また前記第2の入熱量にすることを繰り返すようにし、前記レーザ光の照射位置が、前記加工用パターンの描き始めの位置に近い位置となったときにはレーザ光が被溶接部材を貫通しない前記第2の入熱量にすること特徴とするレーザ溶接方法。The intensity of the laser beam is set to a first heat input amount at which the laser beam penetrates the member to be welded at the beginning of drawing the processing pattern, and then lower than the first heat input amount so that the laser beam does not penetrate the member to be welded. The heat input amount is set to the second heat input amount, and then the first heat input amount is increased again, and then the second heat input amount is repeated. The laser welding method is characterized in that the second heat input is set so that the laser beam does not penetrate the member to be welded when the position is close to the position at which the processing pattern starts to be drawn.
前記入熱量は、前記レーザ光を発生させるレーザ発振器の出力を変更することで変更することを特徴とする請求項5に記載のレーザ溶接方法。The laser welding method according to claim 5, wherein the heat input amount is changed by changing an output of a laser oscillator that generates the laser light. 前記入熱量は、前記レーザ光が前記加工用パターンを描く速度を変更することで変更することを特徴とする請求項5に記載のレーザ溶接方法。The laser welding method according to claim 5, wherein the heat input amount is changed by changing a speed at which the laser beam draws the processing pattern. 前記入熱量は、前記レーザ光を発生させるレーザ発振器の出力を変更するとともに前記レーザ光が前記加工用パターンを描く速度を変更することで変更することを特徴とする請求項5に記載のレーザ溶接方法。 6. The laser welding according to claim 5, wherein the amount of heat input is changed by changing an output of a laser oscillator that generates the laser light and changing a speed at which the laser light draws the processing pattern. Method.
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