JP6431731B2 - レーザ溶接方法及びレーザ溶接機 - Google Patents

Description

本発明は、ワークのレーザ溶接を行うレーザ溶接方法及びレーザ溶接機に係り、さらに詳細には、ワークのレーザ照射位置へフィラーワイヤを供給してレーザ溶接を行うレーザ溶接方法であって、レーザ加工ヘッドの使用姿勢が種々変化する場合であっても、レーザ照射位置へフィラーワイヤを供給することのできるレーザ溶接方法及びレーザ溶接機に関する。

ワークのレーザ溶接を行う場合、レーザ溶接機として溶接ロボットが使用されている。そして、ワークのレーザ溶接を行うとき、ワークのレーザ照射位置へフィラーワイヤを供給することがある。上述のように、フィラーワイヤを供給する構成においては、レーザ照射位置へフィラーワイヤを案内するワイヤガイドが備えられている。そして、上記ワイヤガイドは、ワイヤ供給位置と退避位置との間を移動可能に備えられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１２８９６８号公報

前記特許文献１に記載のレーザ溶接機１は、図１に示すごとき構成である。すなわち、産業用ロボットのロボットアームにレーザ加工ヘッドを備えたレーザロボットに構成してある。このレーザロボット（レーザ溶接機）１におけるロボットアームの先端部には、ワークに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動位置決め自在かつＸ，Ｙ，Ｚ軸を軸心とするＡ軸、Ｂ軸、Ｃ軸回りに回動位置決め自在なレーザ加工ヘッド３が備えられている。上記レーザ加工ヘッド３にはレーザノズル５が備えられていると共に、ワークＷにレーザ光を照射したレーザ光照射位置７（図２参照）へフィラーワイヤ９を供するワイヤガイド１１が備えられている。

上記ワイヤガイド１１は、図２に示すように、前記レーザ光照射位置７に対してフィラーワイヤ９の供給を行うワイヤ供給位置１３と、前記レーザノズル５の先端側から退避した退避位置１５との間を往復動自在（移動自在）に備えられている。前記ワイヤ供給装置１３と前記退避位置１５との間を往復動するために、前記ワイヤガイド１１は次のように構成してある。

すなわち、ワイヤガイド１１は、平行リンク機構１７を構成する上部リンク１９Ｕと下部リンク１９Ｌとを上下方向に回動可能に備えており、上部リンク１９Ｕの基端部側は、レーザ加工ヘッド３に備えたブラケット２１に装着したロータリーアクチュエータ２３の回動軸（図示省略）に一体的に連動連結してある。そして、前記下部リンク１９Ｌの基端部側は、枢軸２５を介して前記ブラケット２１に回動自在に枢支されている。前記上下のリンク１９Ｕ，１９Ｌの先端部には、上下の枢軸２７Ｕ，２７Ｌを介して先端側リンク２９が枢支連結されている。この先端側リンク２９には、前記フィラーワイヤ９を前記レーザ照射位置７へ案内するガイドパイプ３１を一体的に備えた調節リンク３３が位置調節可能に備えられている。

上記構成により、ロータリーアクチュエータ２３の作動によって、ワイヤガイド１１は、ワークＷのレーザ照射位置７へフィラーワイヤ９を供給するためのワイヤ供給位置１３と、レーザノズル５から離反した退避位置とに位置決めできるものである。

ところで、前記レーザ溶接機１によってワークのレーザ溶接を行うとき、レーザ加工ヘッド３は、例えば垂直姿勢の状態や水平姿勢の状態など、種々の姿勢の状態になるものである。そして、フィラーワイヤ９を案内するガイドパイプ３１を備えたワイヤガイド１１は、平行リンク機構１７を介してレーザ加工ヘッド３に備えられているものであるから、長時間使用すると、枢軸２５，２７Ｕ，２７Ｌの部分にミクロン単位の微小クリアランスを生じることがある。上述のように、平行リンク機構１７が回動する枢軸２５，２７Ｕ，２７Ｌの部分に微小クリアランスを生じると、フィラーワイヤ９を案内するガイドパイプ３１の先端位置の位置決め精度が低下することがあり、レーザ溶接の品質低下を招くことがある。

本発明は、上述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ加工ヘッドに備えたレーザノズルを経てワークへレーザ光を照射し、このレーザ照射位置へフィラーワイヤを供給してレーザ溶接を行うレーザ溶接方法であって、ワイヤ供給位置と退避位置との間を移動可能に前記レーザ加工ヘッドに備えられたワイヤガイドを、レーザ加工ヘッドに固定する際に、調芯機能を有する第１，第２のＶ溝を互に直交する方向に備えたＶブロックをレーザ加工ヘッドに備え、前記第１のＶ溝に係合する第１の係合ピン及び第２のＶ溝に係合する第２の係合ピンを前記ワイヤガイドに備え、前記第１のＶ溝に第１の係合ピンを係合すると共に、第２のＶ溝に第２の係合ピンを係合して、ＶブロックのＶ溝に係合ピンを押圧した状態に一体的に固定し、この固定されたワイヤガイドから前記レーザ照射位置へフィラーワイヤを供給して溶接を行うことを特徴とするものである。

また、ワークに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドにレーザノズルを備えると共に、レーザ加工ヘッドからワークへレーザ光を照射したレーザ光照射位置へフィラーワイヤを供給するワイヤガイドを、ワイヤ供給位置と退避位置との間を移動可能に前記レーザ加工ヘッドに備えたレーザ溶接機であって、調芯機能を備えた第１，第２のＶ溝を互に直交する方向に備えたＶブロックをレーザ加工ヘッドに備え、前記第１のＶ溝と係合する第１の係合ピン及び第２のＶ溝と係合する第２の係合ピンを前記ワイヤガイドに備え、前記第１のＶ溝に第１の係合ピンを係合すると共に第２のＶ溝に第２の係合ピンを係合した際に、前記第１，第２のＶ溝に第１，第２の係合ピンを押圧する構成であることを特徴とするものである。

本発明によれば、フィラーワイヤの供給を行うワイヤガイドを、微動を規制した状態でもってワイヤ供給位置に固定するものであるから、レーザ加工ヘッドが種々の姿勢状態になった場合であっても、レーザ加工ヘッドとワイヤガイドとの位置的関係は常に一定の位置的関係にあり、ワークのレーザ照射位置へフィラーワイヤの供給を正確に行うことができるものである。

レーザ溶接機の全体的構成を示す斜視説明図である。 レーザ加工ヘッドの正面説明図である。 本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドの斜視説明図である。 レーザ加工ヘッドの左側面説明図である。 レーザ加工ヘッドの右側面説明図である。 レーザ加工ヘッドの右側面説明図である。 レーザ加工ヘッドの左側面説明図である。 レーザ加工ヘッドの斜視説明図である。 レーザ加工ヘッドの斜視説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、前述した従来の構成と同一機能を奏する構成要素には同一符号を付して、詳細な説明は省略することとする。

図３〜図５を参照するに、本実施形態に係るレーザ加工ヘッド３は、従来の構成と同様に、産業用ロボットにおけるロボットアームの先端側に備えられるものである。このレーザ加工ヘッド３には、レーザノズル５が備えられていると共に、レーザ光を照射したワークのレーザ光照射位置７へフィラーワイヤ９を供給するワイヤガイド１１が備えられている。このワイヤガイド１１の構成は、前述した従来の構成と同様の構成である。したがって、同一機能を奏する構成要素には、同一符号を付することとして重複した説明は省略する。

この実施形態に係るレーザ加工ヘッド３の場合においても、ロータリーアクチュエータ２３の作動によって、ガイドパイプ３１を備えたワイヤガイド１１は、レーザ光照射位置７へフィラーワイヤ９を供給するワイヤ供給位置１３（図３〜図５においては図示省略）と、レーザノズル５の上方に離反した退避位置１５（図３〜図５に示す状態の位置）との間を移動可能に備えられている。

ところで、本発明に係る実施形態においては、ガイドパイプ３１を備えたワイヤガイド１１を、ワイヤ供給位置１３（図２参照）へ移動し位置決めしたときには、前記ワイヤガイド１１に備えた前記ガイドパイプ３１を微動だにしない状態にレーザ加工ヘッド３に一体的に固定可能に構成してある。すなわち、レーザ加工ヘッド３には、前記ワイヤガイド１１の微動を規制した状態でもって、ワイヤガイド１１をレーザ加工ヘッド３に一体的に固定自在な固定手段３５が備えられている。

より詳細には、前記レーザ加工ヘッド３には、ワイヤガイド１１をワイヤ供給位置１３に位置決めしたときに、レーザ加工ヘッド３に対してワイヤガイド１１に備えた前記ガイドパイプ３１が一方向（レーザ加工ヘッド３の軸心に平行な方向、図３〜図５において上下方向）へ移動（微動）することを規制する第１の移動規制手段３７が備えられている。また、前記レーザ加工ヘッド３には、前記一方向に対して交差する方向（レーザ加工ヘッド３の軸心に対して直交する方向、図４，５において紙面に垂直な方向）への移動（微動）を規制する第２の移動規制手段３９が備えられている。

図３〜図５に示すように、前記第１移動規制手段３７の１例として、本実施形態においては、前記レーザ加工ヘッド３の軸心に対して直交する方向のＶ溝を備えたＶブロック４１にて例示してある。また第２移動規制手段３９としては、前記レーザ加工ヘッド３の軸心に平行な方向のＶ溝を備えたＶブロック４３にて例示してある。すなわち、前記Ｖブロック４１，４３のＶ溝は、互に直交する方向（交差する方向）に形成してある。

前記ワイヤガイド１１には、当該ワイヤガイド１１をワイヤ供給位置１３に位置決めしたときに、前記固定手段３５における第１の移動規制手段３７であるＶブロック４１のＶ溝に係合する係合ピン４５が一体的に備えられている。また、ワイヤガイド１１には、ワイヤ供給位置１３に位置決めしたときに、前記第２の移動規制手段３９であるＶブロック４３のＶ溝に係合する係合ピン４７（図４，５参照）が一体的に備えられている。前記係合ピン４５，４７は互に直交する状態でもってワイヤガイド１１に備えられているものである。

前記係合ピン４５，４７は、前記ワイヤガイド１１の一部である前記ガイドパイプ３１を一体的に固定して備えた部分である。より詳細には、前記ガイドパイプ３１の基端部は、前記係合ピン４７に備えた貫通穴（図示省略）に挿通し、ナットなどのごとき固定具によって一体的に固定してある。そして、前記係合ピン４５と、前記係合ピン４７を一体的に固定した調節リンク３３は、ボルト等のごとき固定具によって一体的に固定してある。

前記構成により、ロータリーアクチュエータ２３を作動して、退避位置１５に位置するワイヤガイド１１を、ワイヤ供給位置１３へ回動位置決めすると、ワイヤガイド１１に備えた係合ピン４５はＶブロック４１のＶ溝に係合し、係合ピン４７はＶブロック４３のＶ溝に係合することになる。そして、前記ロータリーアクチュエータ２３の作動によって、係合ピン４５，４７はＶブロック４１，４３のＶ溝に係合した状態に押圧付勢されるものである。

前述のように、Ｖブロック４１，４３のＶ溝に係合ピン４５，４７が係合すると、調心機能が作用して、ワイヤガイド１１に備えたガイドパイプ３１の先端部は、レーザ加工ヘッド３に備えたレーザノズル５の先端部に対応した位置、すなわちワークに対してレーザ光を照射するレーザ光照射位置７に対応した正確な位置に位置決めされるものである。この際、平行リンク機構１７における各枢軸２５，２７Ｕ，２７Ｌの部分に僅かな間隙が存在する場合であっても、前記間隙の影響を受けることなく、前記ガイドパイプ３１の先端部を、レーザノズル５の先端部に対応した正確な位置に位置決めすることができるものである。

換言すれば、前記固定手段３５によるワイヤガイド１１の固定は、平行リンク機械１７における枢軸２７Ｕ，２７Ｌよりも先端側、すなわちガイドパイプ３１を一体的に備えた部分において行われるものである。したがって、前記枢軸２７Ｕ，２７Ｌの部分に微小クリアランスが存在する場合であっても、この微小クリアランスの影響を受けることなく、ガイドパイプ３１を正確に位置決めできるものである。

既に理解されるように、Ｖブロック４１，４３は係合部として凹状の係合部、すなわちＶ溝を備えた係合部材又は被係合部材を構成するものである。そして、前記係合ピン４５，４７は係合部として凸状の係合部、すなわち円柱状の係合部を備えた被係合部材又は係合部材を構成するものである。前記凹状の係合部と凸状の係合部との関係は相対的なものであるから、前記Ｖブロック４１，４３の少なくとも一方をワイヤガイド１１側に備え、かつ係合ピン４５，４７の少なくとも他方を、レーザ加工ヘッド３に備えた構成とすることも可能なものである。

なお、前記実施形態においては、Ｖブロック４１，４３を別個に備えた場合について例示した。しかし、Ｖブロックを１個にして、Ｖ溝を十字形の溝とすることも可能である。この場合、上記十字形のＶ溝に対応して、係合ピンは十字形状に構成するものである。

ところで、本発明は、前述したごとき実施形態に限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態でもって実施可能なものである。例えば、ワイヤガイド１１をワイヤ供給装置１３に微動を規制した状態でもってレーザ加工ヘッド３に一体的に固定する構成としては、図８に示すごとき構成とすることも可能である。すなわち、固定手段として、開閉自在なクランパ４９を備えたエアチャックシリンダなどのごときクランプ用アクチュエータ５１をレーザ加工ヘッド３に備える。そして、前記クランパ４９によって把持固定される被把持部材５３をワイヤガイド１１に備えた構成とすることも可能である。

上記構成においても、ワイヤガイド１１を、ワイヤ供給位置１３に微動を規制した状態でもって一体的に固定することができるものである。なお、調心機能を奏するために、前記クランパ４９又は被把持部材５３の一方に、例えばＶ溝状の係合凹部を備え、被把持部材５３又はクランパ４９の他方に、前記係合凹部に係合する円柱形状などの係合凸部を備えることが望ましいものである。

また、図９に示すように、固定手段としてレーザ加工ヘッド３にマグネット５５を備え、ワイヤガイド１１に、前記マグネット５５に磁着される磁性部材を備えた構成とすることも可能である。この場合も、前記マグネット５５又は磁性部材の一方にＶ溝などの係合凹部を備え、他方に前記係合凹部と係合する円柱形状などの係合凸部を備えた構成とすることが望ましいものである。

以上のごとき実施形態の説明より理解されるように、ワイヤガイド１１をレーザ加工ヘッド３に微動を規制した状態でもって一体的に固定する部分は、平行リンク機構１７によって移動される先端側である。換言すれば、平行リンク機構１７に備えた各枢軸２５，２７Ｕ，２７Ｌよりも先端側、すなわちエンドエフェクタに相当する部分であるから、前記枢軸２５，２７Ｕ，２７Ｌの部分に微小間隙が存在する場合であっても、上記微小間隙の影響のない状態に、ワイヤガイド１１を固定可能なものである。

３ レーザ加工ヘッド
５ レーザノズル
７ レーザ光照射位置
９ フィラーワイヤ
１１ ワイヤガイド
１３ ワイヤ供給位置
１５ 退避位置
１７ 平行リンク機構
１９Ｕ 上部リンク
１９Ｌ 下部リンク
２５ 枢軸
２７Ｕ，２７Ｌ 枢軸
３１ ガイドパイプ
３５ 固定手段
３７ 第１の移動規制手段
３９ 第２の移動規制手段
４１ Ｖブロック
４３ Ｖブロック
４５ 係合ピン
４７ 係合ピン

Claims (2)

1. レーザ加工ヘッドに備えたレーザノズルを経てワークへレーザ光を照射し、このレーザ照射位置へフィラーワイヤを供給してレーザ溶接を行うレーザ溶接方法であって、ワイヤ供給位置と退避位置との間を移動可能に前記レーザ加工ヘッドに備えられたワイヤガイドを、レーザ加工ヘッドに固定する際に、調芯機能を有する第１，第２のＶ溝を互いに直交する方向に備えたＶブロックをレーザ加工ヘッドに備え、前記第１のＶ溝に係合する第１の係合ピン及び第２のＶ溝に係合する第２の係合ピンを前記ワイヤガイドに備え、前記第１のＶ溝に第１の係合ピンを係合すると共に、第２のＶ溝に第２の係合ピンを係合して、ＶブロックのＶ溝に係合ピンを押圧した状態に一体的に固定し、この固定されたワイヤガイドから前記レーザ照射位置へフィラーワイヤを供給して溶接を行うことを特徴とするレーザ溶接方法。
2. ワークに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドにレーザノズルを備えると共に、レーザ加工ヘッドからワークへレーザ光を照射したレーザ光照射位置へフィラーワイヤを供給するワイヤガイドを、ワイヤ供給位置と退避位置との間を移動可能に前記レーザ加工ヘッドに備えたレーザ溶接機であって、調芯機能を備えた第１，第２のＶ溝を互に直交する方向に備えたＶブロックをレーザ加工ヘッドに備え、前記第１のＶ溝と係合する第１の係合ピン及び第２のＶ溝と係合する第２の係合ピンを前記ワイヤガイドに備え、前記第１のＶ溝に第１の係合ピンを係合すると共に第２のＶ溝に第２の係合ピンを係合した際に、前記第１，第２のＶ溝に第１，第２の係合ピンを押圧する構成であることを特徴とするレーザ溶接機。