JP6774303B2 - レーザろう付け装置、及びレーザろう付け装置を用いたろう付けワイヤの切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの継目部をレーザ光の照射により溶融したろう付けワイヤにて接合し、レーザろう付けの中断或いは停止後にろう付けワイヤを切断させるレーザろう付け装置、及びレーザろう付け装置を用いたろう付けワイヤの切断方法に関する。

レーザろう付け（レーザブレージング）は、ワークの継目部を、レーザ光で溶融されたワイヤ（ろう材）を媒介として、ワークを溶かすことなく接合させるものであり、車体のアウタパネル同士の接合等に広く採用されている。

レーザろう付けでは、ろう付け作業が終了した場合、ワイヤを引き上げ、そのときの伸びにより切断するが、ワイヤは、レーザ光の熱エネルギで溶融した溶融池から引き上げられるため、切断直後の先端は未だ溶融状態にあり、従って、先端に玉が表面張力によって形成され易い。そのため、次回のろう付け作業を行う際の前準備としてワイヤの先端形状を整える工程が必要となる。

例えば特許文献１（特開２０１２−１０６２７０号公報）には、ろう付け作業を開始する前に、ワイヤ送出部からワイヤを所定長さ送り出し、レーザ光を照射して自重により溶断させることで、ワイヤ送出部から突出するワイヤの長さを一定の長さに調整すると共に先端形状を整える技術が開示されている。

又、特許文献２（特開２００９−２９７７２４号公報）には、ロボットアームの動作範囲にワイヤ切断エリアを設定し、当該エリアで、ワイヤを挟んでレーザ光と対向する側にエアノズルを近接させ、ワイヤにレーザ光を照射して溶断させる。同時にエアノズルから溶断部分に圧縮エアを吹き付けることで、ワイヤの溶断部分に形成される溶融物を飛散させ、この溶融物が玉状に残留することを防止する技術が開示されている。

特開２０１２−１０６２７０号公報 特開２００９−２９７７２４号公報

しかし、特許文献１に開示されている技術では、ろう付け作業を開始する前に必ず、所定長さのワイヤを廃棄するため、ワイヤ消費量が無駄に増加する問題がある。

一方、特許文献２に開示されている技術では、エアブローを行う溶断エリアを別途確保する必要があり、更に、当該エリアへワイヤ送出部とレーザトーチ部とを搬送する装置が必要となるため、装置全体が大がかりとなる不都合がある。

本発明は、上記事情に鑑み、専用の作業エリアを確保する必要がなく、又、次回のレーザろう付け開始前にワイヤの先端を溶断するための前準備が不要で、ワイヤ消費量の節減、及び省スペース化を実現することのできるレーザろう付け装置、及びレーザろう付け装置を用いたろう付けワイヤの切断方法を提供することを目的とする。

本発明の第１は、ろう付けワイヤを送給するワイヤ送給部と、ワークの継目部に照射ポイントを設定し、該照射ポイントにレーザ光を集光させるレーザトーチ部と、前記ワイヤ送給部から送給される前記ろう付けワイヤを挿通する前記ワイヤガイド部を有し、その先端から突出する該ろう付けワイヤの端部を前記照射ポイントに供出させるワイヤ送出部とを有し、前記照射ポイントに供出した前記ろう付けワイヤの端部を前記レーザトーチ部からのレーザ光で溶融させて前記ワークの継目部を接合するレーザろう付け装置において、圧縮気体を発生させる圧縮気体源と、前記ろう付けワイヤの端部が突出する前記ワイヤ送出部の先端に開口する気体ガイド通路と、前記圧縮気体源と前記気体ガイド通路とを連通する圧縮気体導入路と、前記圧縮気体導入路に介装されて前記圧縮気体の流動を断続する開閉機構と、前記レーザトーチ部からのレーザ光の照射と前記ワイヤ送給部からの前記ろう付けワイヤの送給と前記開閉機構の開閉を制御する制御手段とを更に有し、前記制御手段は、レーザろう付けの中断或いは停止を検出した場合、前記ワイヤ送給部による前記ろう付けワイヤの送給を停止し、前記開閉機構を開動作させて前記圧縮気体を前記気体ガイド通路を経て前記ワイヤ送出部の端部から吐出させ、更に前記ワイヤ送給部を動作させ前記ろう付けワイヤの端部を前記照射ポイントから引き上げて切断させる。

本発明の第２は、前記レーザろう付け装置を用いたろう付けワイヤの切断方法において、前記制御手段は、レーザろう付けの中断或いは停止を検出した場合、前記ワイヤ送給部による前記ろう付けワイヤの送給を停止し、前記開閉機構を開動作させて前記圧縮気体を前記気体ガイド通路を経て前記ワイヤ送出部の端部から吐出させ、その状態で前記ワイヤ送給部を動作させて前記ろう付けワイヤの端部を前記照射ポイントから引き上げて切断させる。

本発明によれば、レーザろう付けが中断或いは停止した場合、ろう付けワイヤの送給を停止し、圧縮気体をワイヤ送出部の端部から吐出させた状態で、ろう付けワイヤの端部を照射ポイントから引き上げて切断させるようにしたので、ろう付けワイヤの端部を切断するための専用の作業エリアを確保する必要がなく、又、次回のレーザろう付け開始前にワイヤの先端を溶断する前準備が不要で、ワイヤ消費量の節減、及び省スペース化を実現することができる。

レーザろう付け装置の概略構成図 図１の要部拡大断面図 図２のIII-III断面図 図２IV-IV断面図 レーザろう付け終了時の図２相当の拡大断面図 レーザろう付け作業ルーチンを示すフローチャート （ａ）はレーザろう付け停止時のワイヤ送給部の拡大断面図、（ｂ）はワイヤ切断時のワイヤ送給部の拡大断面図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１に示すレーザろう付け装置１は、レーザトーチ部２とワイヤ送出部３とを有し、この両者が支持ブラケット４を介して互いに連結されて、図示しない溶接ロボットのアームの先端に設けた手首軸に固設されている。レーザトーチ部２はレーザ光を予め設定した照射ポイントＳに集光させる。尚、レーザ光Ｌの照射タイミングは後述するレーザろう付け制御ユニット（以下、単に「制御ユニット」と称する）２１からの駆動信号によって制御される。

レーザトーチ部２とワイヤ送出部３とを支持する溶接ロボットは、ティーチングによって照射ポイントＳをワークＷ１，Ｗ２の継目部Ｗｍに沿って移動させる。又、ワイヤ送出部３は先端側にコンタクトチップ３ａを有している。ワイヤ送出部３にはワイヤ送給手段としてのワイヤ送給部５からろう付けワイヤ６が供給される。ワイヤ送給部５はモータの正逆動作、停止動作により、図示しないワイヤドラムからのろう付けワイヤ６の引出し量、巻戻し量を調整する。このモータは後述する制御ユニット２１からの駆動信号によって制御動作されるものであり、ワイヤ送給部５の動作により、コンタクトチップ３ａから照射ポイントＳに向けて供出されるろう付けワイヤ６の突出長さが調整される。

図２に示すように、コンタクトチップ３ａ内に、ろう付けワイヤ６を先端方向へガイドする、ワイヤガイド部としてのガイド孔３ｂが穿設されている。図３に示すように、このガイド孔３ｂは、ろう付けワイヤ６を軸ぶれさせることなくガイドできる径に設定されており、ろう付けワイヤ６はガイド孔３ｂの内周にて摺動自在に支持されている。又、このガイド孔３ｂの上部内壁にリング状の気体溜り室３ｃが形成されている。

更に、この気体溜り室３ｃから先端方向へ、ガイド孔３ｂの壁面に沿って気体ガイド通路３ｄが十字状に形成されており、この気体ガイド通路３ｄがコンタクトチップ３ａの先端に開口されている。一方、気体溜り室３ｃよりも上部のガイド孔３ｅは、ろう付けワイヤ６の径に対して比較的大きく形成されており、気体溜り室３ｃの直上方のガイド孔３ｅに対し、ろう付けワイヤ６がシール部財７を介して摺動自在に支持されている。

この気体溜り室３ｃに圧送ポンプ８が圧縮気体導入路９を介して連通されている。更に、この圧縮気体導入路９に、開閉機構としての開閉弁１０が介装されていると共に、この圧縮気体導入路９と圧送ポンプ８との間にアキュムレータ１１が連通されている。尚、このアキュムレータ１１と圧送ポンプ８とで、圧縮気体を発生させる圧縮気体源が構成されている。

上述した開閉弁１０は常閉タイプであり、電磁ソレノイド１０ａのＯＮ動作によって開弁される。この開閉弁１０の開閉動作は後述する制御ユニット２１によって制御される。又、アキュムレータ１１には圧送ポンプ８から送圧された空気或いは不活性ガスが蓄圧されており、開閉弁１０の開弁により、この蓄圧された空気或いは不活性ガス（以下、「圧縮気体」と称する）が圧縮気体導入路９を経てコンタクトチップ３ａ内に吐出される。

開閉弁１０の電磁ソレノイド１０ａ、ワイヤ送給部５、レーザトーチ部２を制御する、制御手段としての制御ユニット２１は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等を備えた周知のマイクロコンピュータを主体に構成されており、ＲＯＭにはＣＰＵで実行される制御プログラムや固定データ等が記憶されている。

レーザろう付け作業に際しては、溶接ロボットが予め記憶されているティーチングに従い、２つのワークＷ１，Ｗ２の継目部Ｗｍに照射ポイントＳを一致させた状態でレーザトーチ部２とワイヤ送出部３とを移動させる。その際、制御ユニット２１は溶接ロボットによる移動に同期させて、レーザトーチ部２からレーザ光Ｌを照射すると共に、ワイヤ送給部５を駆動させて、ろう付けワイヤ６を照射ポイントＳに供出する。そして、レーザろう付けの送りが中断し、或いはレーザロウ付けの終了等により停止した場合、直ちに、開閉弁１０を開弁させてコンタクトチップ３ａの先端から、アキュムレータ１１に蓄圧されている圧縮気体をろう付けワイヤ６の先端に吹きかけた状態で、レーザトーチ部２からのレーザ光Ｌの出射を停止させる。その後、ろう付けワイヤ６を巻戻して先端を切断する。

この制御ユニット２１で実行するレーザろう付け作業は、具体的には、図６に示すレーザろう付け作業ルーチンに従って処理される。

このルーチンは、溶接ロボットがレーザトーチ部２とワイヤ送出部３とを移動させて、ワークＷ１，Ｗ２の継目部Ｗｍの溶接開始位置に照射ポイントＳが位置決めされた後に起動される。

そして、ステップＳ１でワイヤ送給部５を駆動させて、ろう付けワイヤ６をコンタクトチップ３ａの先端から照射ポイントＳの位置に対して所定長さ突出させ、次いで、ステップＳ２へ進み、レーザトーチ部２からレーザ光Ｌを出射させて照射ポイントＳに集光し、ステップＳ３へ進む。

一方、溶接ロボットは、レーザトーチ部２とワイヤ送出部３とを移動させて、照射ポイントＳを継目部Ｗｍに沿って移動させる。すると、レーザ光Ｌの熱エネルギによってろう付けワイヤ６が継目部Ｗｍに沿って溶融され、連続形成されたビードを媒介して継目部Ｗｍが順次接合される。

ステップＳ３では、溶接ロボットによるレーザトーチ部２とワイヤ送出部３との送りが中断したか、或いは停止したかを調べ、送りが継続している場合は、ステップＳ１へ戻り、レーザろう付け作業を継続させる。一方、溶接ロボットによる送りが中断、或いは停止した場合は、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、ワイヤ送給部５を停止させてろう付けワイヤ６の照射ポイントＳ方向への供出を停止させ、ステップＳ５へ進み、制御ユニット２１から開閉弁１０の電磁ソレノイド１０ａに対してＯＮ信号を送信して、開閉弁１０を開弁させる（図５の状態）。

すると、アキュムレータ１１に蓄圧されている圧縮気体が圧縮気体導入路９を経てコンタクトチップ３ａ内に形成されている気体溜り室３ｃに流入される。そして、この気体溜り室３ｃから、ガイド孔３ｂに沿って、十字状に形成されている気体ガイド通路３ｄを通り、コンタクトチップ３ａの下端から吐出して、ろう付けワイヤ６に対し、先端方向に沿って吹き出される。

次いで、ステップＳ６へ進み、ワイヤ送給部５を駆動させてろう付けワイヤ６を所定長さ後退させ（図７（ａ）の状態）、ステップＳ７でレーザトーチ部２からのレーザ照射を停止させる（図７（ｂ）の状態）。

すると、照射ポイントＳに集光されたレーザ光Ｌの熱エネルギによって形成された溶融池Ｐから、ろう付けワイヤ６の軟化している先端が引き上げられ、そのときの伸びにより切断される。その際、この先端には圧縮気体の吹き付けにより風圧がかかっており、この風圧にて表面が急激に冷却されて軟化される。一般に、溶融池Ｐからろう付けワイヤ６の先端を引き上げて切断すると、その先端には表面張力によって玉が形成されるが、本実施形態のように先端を圧縮気体で冷却することで、玉の形成を阻止することができる。

その結果、従来は次回のろう付け作業を行う際の前準備として行っていた、玉を除去する等のろう付けワイヤ６の先端形状を整える作業が不要となり、作業効率が向上するばかりでなく、ワイヤ消費量の節減を図ることができる。更に、図７（ｂ）に示すように、引き上げられ、そのときの伸びによって切断されたろう付けワイヤ６の先端に対し、圧縮気体の風圧がコンタクトチップ３ａの先端側から吹き付けられており、この風圧が玉を形成しようとする際の抵抗となる。

そのため、ろう付けワイヤ６の先端に対する玉の形成がより一層阻害されるばかりでなく、この風圧にて先端外形が整えられ、次回のろう付け作業を前準備なしに実行することができ、作業効率をより一層向上させることができる。

そして、プログラムがステップＳ８へ進むと、開閉弁１０に対する駆動信号をＯＦＦして、ルーチンを抜ける。開閉弁１０がＯＦＦすると、図２に示すように、コンタクトチップ３ａに対する圧縮気体の供給が遮断され、次回のろう付け作業に備える。

このように、本実施形態では、レーザろう付け作業が中断、或いは停止すると、圧縮気体を、コンタクトチップ３ａ内を経て、ろう付けワイヤ６の先端方向へ吹き付けるようにしたので、このろう付けワイヤ６の先端を溶融池Ｐから引き上げて切断しても、その先端に玉が形成されず、次回のレーザろう付け作業を行うに際して、先端を溶断する等の前準備が不要となり、作業効率の向上を図ることができる。又、次回のレーザろう付け作業を行うに際し、従来、その前準備として行っていた、ろう付けワイヤ６の先端を整形のための溶断が不要となり、ワイヤ消費量の節減を実現することができる。

更に、本実施形態では、圧縮気体の吹き付けをコンタクトチップ３ａ内を経て行うようにしたので、ろう付けワイヤ６の先端部をコンタクトチップ３ａ内に引き込んだとしても、コンタクトチップ３ａのガイド孔３ｂとろう付けワイヤ６の外周との間に圧縮空気が流動しているため溶着を有効に防止することができる。

又、従来のようにろう付けワイヤの先端をエアブローにて溶断するための作業エリアを別途確保する必要がなく、従って、当該エリアへワイヤ送出部３とレーザトーチ部２とを搬送する装置を設ける必要もなく、その結果、装置全体のコンパクト化、及び作業エリアの省スペース化を実現することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えばレーザトーチ部２とワイヤ送出部３とは同期して移動するものであれば、支持ブラケット４で連結する必要はない。

１…レーザろう付け装置、
２…レーザトーチ部、
３…ワイヤ送出部、
３ａ…コンタクトチップ、
３ｂ，３ｅ…ガイド孔、
３ｃ…気体溜り室、
３ｄ…気体ガイド通路、
４…支持ブラケット、
５…ワイヤ送給部、
６…ろう付けワイヤ、
７…シール部財、
８…圧送ポンプ、
９…圧縮気体導入路、
１０…開閉弁、
１０ａ…電磁ソレノイド、
１１…アキュムレータ、
２１…レーザろう付け制御ユニット、
Ｌ…レーザ光、
Ｐ…溶融池、
Ｓ…照射ポイント、
Ｗ１，Ｗ２…ワーク、
Ｗｍ…継目部

Claims (3)

1. ろう付けワイヤを送給するワイヤ送給部と、
   ワークの継目部に照射ポイントを設定し、該照射ポイントにレーザ光を集光させるレーザトーチ部と、
   前記ワイヤ送給部から送給される前記ろう付けワイヤを挿通するワイヤガイド部を有し、その先端から突出する該ろう付けワイヤの端部を前記照射ポイントに供出させるワイヤ送出部と
   を有し、前記照射ポイントに供出した前記ろう付けワイヤの端部を前記レーザトーチ部からのレーザ光で溶融させて前記ワークの継目部を接合するレーザろう付け装置において、
   圧縮気体を発生させる圧縮気体源と、
   前記ろう付けワイヤの端部が突出する前記ワイヤ送出部の先端に開口する気体ガイド通路と、
   前記圧縮気体源と前記気体ガイド通路とを連通する圧縮気体導入路と、
   前記圧縮気体導入路に介装されて前記圧縮気体の流動を断続する開閉機構と、
   前記レーザトーチ部からのレーザ光の照射と前記ワイヤ送給部からの前記ろう付けワイヤの送給と前記開閉機構の開閉を制御する制御手段と
   を更に有し、
   前記制御手段は、レーザろう付けの中断或いは停止を検出した場合、前記ワイヤ送給部による前記ろう付けワイヤの送給を停止し、前記開閉機構を開動作させて前記圧縮気体を前記気体ガイド通路を経て前記ワイヤ送出部の端部から吐出させ、更に前記ワイヤ送給部を動作させ前記ろう付けワイヤの端部を前記照射ポイントから引き上げて切断させる
   ことを特徴とするレーザろう付け装置。
2. 前記気体ガイド通路は前記ワイヤ送出部内に前記ワイヤガイド部に沿って形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザろう付け装置。
3. 請求項１に記載のレーザろう付け装置を用いたろう付けワイヤの切断方法において、
   前前記制御手段は、レーザろう付けの中断或いは停止を検出した場合、前記ワイヤ送給部による前記ろう付けワイヤの送給を停止し、前記開閉機構を開動作させて前記圧縮気体を前記気体ガイド通路を経て前記ワイヤ送出部の端部から吐出させ、その状態で前記ワイヤ送給部を動作させ前記ろう付けワイヤの端部を前記照射ポイントから引き上げて切断させる
   ことを特徴とするろう付けワイヤの切断方法。

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