JPH0557466A - レーザ溶接装置 - Google Patents

レーザ溶接装置

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JPH0557466A
JPH0557466A JP3248488A JP24848891A JPH0557466A JP H0557466 A JPH0557466 A JP H0557466A JP 3248488 A JP3248488 A JP 3248488A JP 24848891 A JP24848891 A JP 24848891A JP H0557466 A JPH0557466 A JP H0557466A
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JP
Japan
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welding
laser beam
lens mount
laser light
scanning
Prior art date
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Pending
Application number
JP3248488A
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English (en)
Inventor
Hideki Kamogawa
英樹 鴨川
Takao Iwai
孝雄 岩井
Tomoji Niimi
友治 新美
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定したレーザ光の走査を行ない、しかも板
厚の異なる鋼板の突合せレーザ溶接の品質を高める。 【構成】 集光レンズ11を保持するレンズマウント1
2を、電気信号に基づいて作動する直線運動アクチュエ
ータ21によって溶接方向と直角方向に往復動させ、レ
ンズマウント12の変位を検知する変位センサ27を有
する走査制御手段26により、溶接線33に対する右側
のレーザ光照射時間と溶接線に対する左側のレーザ光照
射時間を可変する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光の照射によっ
て被溶接物の溶接を行なうレーザ溶接装置に関し、とく
に溶接線に対してレーザ光を左右に走査させるようにし
たレーザ溶接装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザ溶接によって鋼板の突合せ溶接を
行なう装置において、レーザ光を溶接線に対し左右に走
査させるようにした技術は、たとえば特開平2−142
693号公報に開示されている。
【0003】図4は、上記公報に開示されたレーザ溶接
装置を示している。図4において、1はレーザ光を集光
する集光レンズを示し、集光レンズ1はレンズマウント
2に保持されている。レンズマウント2には、ロッド3
が連結されている。ロッド3の他端部には、モータ4の
出力軸に取付けられた偏心カム5が回転可能に嵌合され
ている。レンズマウント2は、偏心カム5の回転に伴な
うロッド3の往復動により、被溶接物6の溶接線7に対
して左右方向に移動するようになっている。
【0004】集光レンズ1およびレンズマウント2は、
図示されないトーチ内に収納されており、トーチは溶接
線7に沿って移動するようになっている。レーザ溶接時
には、集光レンズ1を保持するレンズマウント2が往復
動されることから、レーザ光Lは図6に示すように、溶
接線7を中心に正弦波状の軌跡L1 を描くことになる。
これによって、被溶接物6の突合せ部分は広い範囲で溶
融され、レーザ光Lと溶接線7とが多少芯ずれしていて
も突合せ溶接部の品質が維持される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4の
ように偏心カム5を用いてレーザ光の走査を行なう装置
の場合は、レーザ光の走査回数を増加させたり走査幅を
増加させることにより、ロッド3と偏心カム5との間で
の摩耗が著しくなり、ガタの発生により安定したレーザ
光の走査が困難となる。すなわち、自動車のボデーに用
いられるような薄板鋼板をレーザ溶接する場合のレーザ
光の走査幅は、1mm程度であるので、小さなガタでも
溶接品質に及ぼす影響が大きい。
【0006】鋼板の突合せ溶接においては、通常、同じ
板厚の鋼板同士が溶接されることが一般的であるが、近
年、自動車工場等では車両ボデーの生産において板厚の
異なる鋼板同士をレーザ溶接することが行なわれてい
る。図6に示す板厚の異なる突合せレーザ溶接の場合
は、薄板側の鋼板8を溶融させるための熱量と、厚板側
の鋼板9を溶融させるための熱量とが異なるため、図4
のように偏心カム5を用いてレーザ光の走査を行なう装
置の場合は、溶接欠陥が生じる。すなわち、偏心カム5
を用いたレーザ光の走査では、厚板側と薄板側とのレー
ザ光の照射時間T3 、T4 が同一となるので、厚板側で
は未溶融部分が生じ、薄板側では過剰溶融となる。これ
を詳説するとつぎのようになる。
【0007】通常、レーザ溶接による突合せ溶接の場合
は、レーザ出力を厚板と薄板の溶融に必要な値の中間値
に設定することになる。この場合レーザ光の照射位置が
薄板側に多少芯ずれすると、溶融熱量が過大となり薄板
鋼板に溶け落ちが発生する。また、薄板側の鋼板8の溶
け落ちを確実に阻止しようとすると、図7に示す溶接ビ
ード10のように、厚板側の鋼板9の溶融が不十分とな
る。
【0008】本発明は、上記の問題に着目し、安定した
レーザ光の走査を行なうことができ、しかも板厚の異な
る鋼板の突合せレーザ溶接の品質を高めることが可能な
レーザ溶接装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明に
係るレーザ溶接装置は、レーザ光を集光する集光レンズ
と、前記集光レンズを保持するレンズマウントと、前記
レンズマウントが移動可能に収納され、被溶接物の溶接
線方向に移動されるトーチと、前記トーチに取付けら
れ、前記レンズマウントを電気信号に基づいて溶接方向
と直角方向に往復動させる直線運動アクチュエータと、
前記直線運動アクチュエータによるレンズマウントの変
位を検知する変位センサを有し、溶接条件に基づいて前
記溶接線に対する右側のレーザ光照射時間と溶接線に対
する左側のレーザ光照射時間とを可変させる走査制御手
段と、を具備したものから成る。
【0010】
【作用】このように構成された本発明に係るレーザ溶接
装置においては、集光レンズを保持するレンズマウント
が直線運動アクチュエータによって直接溶接方向と直角
方向に往復動される。したがって、偏心カムを用いた従
来装置のように走査方向にガタが生じることはなく、装
置の耐久信頼性が高められ、安定した走査が長期にわた
って維持される。
【0011】また、直線運動アクチュエータによるレン
ズマウントの変位は、変位センサによって検知されるの
で、レーザ光の照射位置が溶接線に対して右側であるの
か左側であるのかが判断可能となる。そして、この変位
センサを有する走査制御手段によって直線運動アクチュ
エータを制御することにより、厚板側へのレーザ光の照
射時間を長く設定し、薄板側へのレーザ光の照射時間を
短く設定することが可能となる。 したがって、厚板側
の未溶融部分の発生や薄板側の溶け落ちの発生が防止さ
れ、突合せレーザ溶接の品質が高められる。
【0012】
【実施例】以下に、本発明に係るレーザ溶接装置の望ま
しい実施例を、図面を参照して説明する。図1ないし図
3は、本発明の一実施例を示している。図1において、
11はレーザ光Lを集光させる集光レンズを示してい
る。集光レンズ11の外周部は、レンズマウント12に
よって保持されている。レンズマウント12の外周に
は、レンズマウント12を水平方向に移動可能に保持す
るマウントサポート13が配置されている。マウントサ
ポート13は、レンズマウント12を収納するトーチ1
4の一部を構成している。
【0013】トーチ14の下方には、被溶接物としての
鋼板31、32が配置されている。鋼板31の板厚は、
鋼板32の板厚よりも薄くなっており、鋼板31の端面
は鋼板32の板厚方向中央部に突合わされている。集光
レンズ11によって集合されたレーザ光Lは、鋼板31
と鋼板32の突合せ部、すなわち溶接線33に向けて照
射されるようになっている。
【0014】トーチ14の外周部には、直線運動アクチ
ュエータとしての電磁アクチュエータ21が取付けられ
ている。電磁アクチュエータ21は、フレーム本体2
2、マグネット部23、可動鉄心24とを有している。
フレーム本体22の一端は、トーチ14の外周面に固定
されている。マグネット部23は、フレーム本体22に
固定されており、一定間隔をおいて配置される2つのソ
レノイド部23a、23bを有している。可動鉄心24
は、棒状のロッド部24aと板状の吸着部24bとから
構成されている。ロッド部24aは、吸着部24bから
左右に延びている。ロッド部24aの一方は、ソレノイ
ド部23aに挿通されており、ロッド部24aの他方
は、ソレノイド部23bに挿通されている。吸着部24
bは、ソレノイド部23aとソレノイド部23bとの間
に位置している。
【0015】可動鉄心24は、ソレノイド部23aまた
はソレノイド部23bを励磁させることにより、軸方向
に動くようになっている。集光レンズ11を保持するレ
ンズマウント12は、連結具15を介してロッド部24
aと連結されている。これにより、レンズマウント12
は、溶接方向と直角方向に往復動可能となっている。た
とえば、ソレノイド部23aのみを励磁した場合は、集
光レンズ11の移動によってレーザ光Lは薄板である鋼
板31側を照射し、ソレノイド部23bのみを励磁した
場合は、レーザ光Lは板厚である鋼板32側を照射する
ようになっている。トーチ14には、レンズマウント1
2の過度の動きを阻止するストッパ16が設けられてい
る。
【0016】直線運動アクチュエータとしての電磁アク
チュエータ21は、走査制御手段26と電気的に接続さ
れている。走査制御手段26は、可動鉄心24の変位を
検知することにより、間接的に集光レンズ11を保持す
るレンズマウント12の変位を検知する変位センサ27
を有している。走査制御手段26は、溶接条件である鋼
板31、32の板厚の差異に基づいて、溶接線33に対
する右側のレーザ光Lの照射時間と、溶接線33に対す
る左側のレーザ光Lの照射時間とを可変させる機能を有
している。すなわち、電磁アクチュエータ21のソレノ
イド部23a、23bへの励磁時間を走査制御手段26
によって可変させることにより、それぞれの鋼板31、
32へのレーザ光Lの照射時間が可変されるようになっ
ている。
【0017】つぎに、上記のレーザ溶接における作用に
ついて説明する。図1に示すように、鋼板31と鋼板3
2が所定の位置にセットされると、レーザ発振器からレ
ーザ光Lが出力され、レーザ光Lは集光レンズ11を通
過して鋼板31、32の突合せ部分に照射される。この
状態で集光レンズ11が収納されるトーチ14が溶接進
行方向に移動され、かつ電磁アクチュエータ21による
レーザ光Lの溶接線33と直角方向の走査(ウィービン
グ)が行なわれる。
【0018】レーザ光Lが溶接線33に対して直角方向
に走査されることにより、突合せ部分が広い範囲で溶接
される。本実施例では、集光レンズ11を保持するレン
ズマウント12が直接電磁アクチュエータ21に連結さ
れているので、走査方向のガタの発生がなくなり、従来
装置のような偏心カムを用いた走査機構に比べて耐久信
頼性が著しく高められる。
【0019】図1に示すように、突合せ溶接される鋼板
31、32の板厚が異なる場合は、厚板側と薄板側との
レーザ光Lの照射時間を同一にすると照射熱量の過不足
により、溶接欠陥が生じる。そこで、本実施例では、薄
板側と厚板側とでレーザ光の照射時間を可変することに
より、これらの問題を解決している。
【0020】図2は、電磁アクチュエータ21を用いた
場合のレーザ光Lの走査軌跡を示している。図2に示す
ように、レーザ光の走査軌跡L2 は略矩形波状となって
おり、厚板側の鋼板32の照射時間(照射長さT1
は、薄板側の鋼板31の照射時間(照射長さT2 )より
も長くなっている。したがって、厚板側の鋼板32が受
ける照射熱量は、薄板側の鋼板31が受ける照射熱量よ
りも多くなり、厚板である鋼板32の突合せ部分は十分
に溶融される。一方、薄板側の鋼板31が受ける照射熱
量は、厚板側の鋼板32の照射熱量に対して十分小さく
なるので、過度の溶融が防止される。また、走査制御手
段26からの信号の変化により、破線で示すような走査
軌跡L3 にすることも可能である。
【0021】図3は、図2に示すレーザ光の走査によっ
て突合せ溶接された部分の溶接ビードを示している。溶
接ビード35の上面、下面は厚板側の鋼板32から薄板
側の鋼板31へ滑らかに変化しており、溶接前の鋭角的
段差部32a、32bは全く残存していない。このよう
に、鋼板31、32の板厚の差異に基づいて、各鋼板3
1、32へのレーザ光Lの照射時間を可変することによ
り、厚板側の未溶融部分の発生や薄板側の溶け落ちの発
生が防止される。
【0022】本実施例では、直線運動アクチュエータを
電磁アクチュエータから構成した例を示したが、直線運
動アクチュエータをピエゾ効果を利用した圧電アクチュ
エータから構成するようにしても同様な効果が得られ
る。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、つぎのような効果が得
られる。 (イ) 集光レンズを保持するレンズマウントが直線直
接運動アクチュエータによって往復動されるので、偏心
カムを用いた従来装置のようにレーザ光の走査方向のガ
タが生じなくなり、走査機構の耐久信頼性が高められ
る。その結果、長期にわたって安定したレーザ光の走査
が可能となる。 (ロ) 溶接線に対して左右のレーザ照射時間を可変さ
せることができるので、被溶接物の板厚が異なる場合で
も、厚板側の未溶融部分の発生および薄板側の溶け落ち
の発生が防止され、突合せレーザ溶接の品質を高めるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るレーザ溶接装置の断面
図である。
【図2】図1の装置によるレーザ光の走査状態を示す平
面図である。
【図3】図1の装置によって突合せ溶接された鋼板の溶
接ビード部の拡大断面図である。
【図4】従来のレーザ溶接装置の一例を示す断面図であ
る。
【図5】図4の装置によるレーザ光の走査状態を示す平
面図である。
【図6】図4の装置による厚板の異なる鋼板の突合せ溶
接状態を示す断面図である。
【図7】図6の突合せ溶接によって形成された溶接ビー
ドの拡大断面図である。
【符号の説明】
11 集光レンズ 12 レンズマウント 14 トーチ 21 直線運動アクチュエータ 26 走査制御手段 27 変位センサ 31 薄板側の鋼板 33 厚板側の鋼板 33 溶接線 L レーザ光

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を集光する集光レンズと、 前記集光レンズを保持するレンズマウントと、 前記レンズマウントが移動可能に収納され、被溶接物の
    溶接線方向に移動されるトーチと、 前記トーチに取付けられ、前記レンズマウントを電気信
    号に基づいて溶接方向と直角方向に往復動させる直線運
    動アクチュエータと、 前記直線運動アクチュエータによるレンズマウントの変
    位を検知する変位センサを有し、溶接条件に基づいて前
    記溶接線に対する右側のレーザ光照射時間と溶接線に対
    する左側のレーザ光照射時間とを可変させる走査制御手
    段と、を具備したことを特徴とするレーザ溶接装置。
JP3248488A 1991-09-03 1991-09-03 レーザ溶接装置 Pending JPH0557466A (ja)

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Cited By (5)

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