JPH0615471A - レーザ溶接ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワークの被溶接箇所の必要な圧接把持強度を
得て、可動体と協動する別の補間軌跡装置の動きに基づ
き、場所と結合部の形状から、直線・円周・多角形移動
等各種の軌跡が、連続して円滑に実現でき、安全性の高
いレーザビームによる溶接ユニットを得る。 【構成】 ツールを支持する動作軸を回転させる回転軸
の回転中心から一定距離(ｒ) 離れた動作軸回転中心と
ツールとの距離がツールが行う円運動の半径Ｒ (θ) と
等しくなるように動作する軌跡補間装置と、この軌跡補
間装置を支持する上，下側クランプでワークの被溶接箇
所を点接触で挟圧保持し、ツールの動きを可動体と軌跡
補間装置で協動制御し、ワークの被溶接箇所に沿って移
動させながら、完全遮蔽の溶接箇所内でツール先端から
レーザ光を照射してワークを溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車等のボデ
ィのスポット溶接による結合に適用するレーザ溶接ユニ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気的なスポット溶接手段［以
下、これを「従来例１」という］は、電源容量の制限か
ら、相互に溶接できる被接合材の板厚に対しての制限や
１つの溶接点（スポット溶接点）のごく近くに、さら
に、もう１つのスポット溶接点を行うとすると、このス
ポット溶接の電流が既に溶接されたスポット溶接部分に
分流し、有効なスポット溶接が得られず、スポット溶接
の信頼性を損うおそれがある。特に、上述した従来例１
において、２枚重合した被接合材を円弧状の曲線にシー
ム溶接することは困難である。又一方、上述した従来例
１は、大電流を瞬間的に流さなければならないので、可
撓性の大きい導体を利用しなければならず、安全性や電
極チップの寿命に難点があるばかりでなく、接合する２
つの被接合材を、予め、充分に密着させるのに大きな押
圧力を必要とすると共に、被接合材が薄板のとき、溶接
時に溶けた金属ミスト等が四方へ飛散することが多くな
って、接合部の溶接点が実質的に減少して窪みを生じる
おそれがある。さらに又、上述した従来例１に使用され
る両電極チップは、導電性、冷却性及び耐押圧力を保持
するために、常に清掃された状態に保持することを余儀
なくされている。また、他方でレーザースポット溶接手
段［以下、これを「従来例２」という］も既にいくつか
提案されているけれども、これらは、被接合材が薄板の
とき、レーザー光束を斜方向から被接合材に照射して溶
接し、溶接長さを長くするようにしている。しかしなが
ら、上述した従来例２は、レーザー光線による溶接で過
度の急激な加熱及び急速な冷却によって、非溶接部と溶
接部との間の金属組織中にプローホールや不純物の混入
が多くなり、しかも、過度の硬度差異を生じて、あたか
も、金属材料の焼入れや金属組織の局部的な材料歪み及
び亀裂（クラック）を起こすおそれががる。そこで、こ
れまでの従来例１及び従来例２の改良手段としての文献
に特開平2-25715 号公報［以下、これを「従来例３」と
いう］がある。図１１において、レーザ装置1104からの
レーザ光が集光レンズ光学系1115, 反射体1122,1123 を
介して被接合材1109の接合部1109a に焦点1100を合わし
てレーザ溶接を行う装置であるが、水平腕槓杆1105を有
する機枠の上部にレーザ装置1104を備えた揺動槓杆1105
を枢着し、水平腕槓杆1105の一端部1103a に被接合材11
09を支承する下側チップ1108を設け、この下側チップ11
08の直上に位置する揺動槓杆1105の一端部に上側チップ
1112を一体に設け、この上側チップ1112の上位の揺動槓
杆1105内に固定した集光レンズ光学系1115をレーザー装
置1104のレーザ光を下方へ照射するようにして設け、こ
の集光レンズ光学系1115の下位の揺動槓杆1105に被接合
材1109に焦点を結ぶようにした反射体1122,1123 を備え
た旋回部材1121を、モータ1126, 小歯車1127, 軸受1128
を経て、回動自在に設けた装置である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この従来例３は、なる
ほどレーザ光線を使用して重合した被接合材（ワーク）
1109を円弧状にシーム溶接を行うことができるけれど
も、従来例３の最大の決定的な問題点としてはワーク固
定方法にある、つまり揺動槓杆1105で被接合材（ワー
ク）1109を挟むので位置決め精度は極めて悪い。しか
も、レーザ光の経路において旋回部材1121から透孔1124
までは露光しており、接合部1109a を覆うカバー部材11
25も、レーザ光溶接に係る危険性を完全に防御する手段
ではない欠点を持つ。ところで、レーザ光は、目に見え
ないし、またエネルギ密度が非常に高いため、人体への
被害が大きくなる、特にＹＡＧレーザ光ではその波長か
ら人の目に対して危険度が高い。こうした安全面から、
レーザ光を使った装置はその安全装置のために、大掛か
りになる欠点をも併せ持っていた。この欠点を補いなが
ら、尚かつ、安全性の高い装置が必要となる。さらに、
例えば自動車ボディの結合面は、各種誤差の集積で隙間
が存在する。レーザ光溶接での溶接部の品質を確保する
ために、溶接時にこの隙間を潰し、板を密着させておく
ことが大切となる。ここにおいて、本発明は、以上の必
要条件を完全に取込みながら、今後のスポット溶接から
代替え脱皮した十分条件を完備した溶接ユニットを実現
すべくして考究されており、まずその第１手段として、
ツールの位置決めが容易にして極めて正確になされ、連
続的・自動化の可能な点・直線・円・任意の曲線のレー
ザ溶接作業ユニットを模索すべくして、創達されたのが
本発明であり、さらにその第２手段として、比較的に進
歩した先の従来例３などでも、未だに除去されていない
難点並びに安全装置に係る欠点を完璧に払拭するととも
に、その改善と新しい要求を十二分に満足させるため
に、レーザ光を完全に遮蔽する安全性を帯有し、これま
でのスポットアーク溶接手段の不具合は言うまでもな
く、電子ビーム溶接における全ての欠点をも払拭した、
例えば自動車等のボディのスポット溶接による結合にも
適用する、レーザ溶接ユニットを提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ため、本発明は、ツールを支持する動作軸を回転させる
回転軸の回転中心から一定距離 (ｒ) 離れた動作軸回転
中心とツールとの距離がツールが行う円運動の半径Ｒ
(θ) と等しくなるように動作する軌跡補間装置を備
え、この軌跡補間装置は円筒円錐状あるいは角筒角錐状
の上側クランプの一部に弾性体を介して支持され、上側
クランプは平衡取付部材を経て可動体のリスト先端に取
り付けられ、上側クランプの側部に駆動機構の駆動部端
部に下側クランプを設け、上側クランプに向かって下側
クランプを駆動し、上側クランプと下側クランプ間にワ
ークを挟圧固定してから、その軌跡補間装置のツールを
ワークの被溶接箇所に沿って移動させ、可動体と協動し
ながら、ツール先端からレーザ光を照射してワークを溶
接する手段を具備するレーザ溶接ユニットであり、なお
ツールを支持する動作軸を回転させる回転軸の回転中心
から一定距離 (ｒ) 離れた動作軸回転中心とツールとの
距離がツールが行う円運動の半径Ｒ (θ) と等しくなる
ように動作する軌跡補間装置を備え、この軌跡補間装置
は、中間部に左右のクランプを結合する結合部を設けて
その軸心に沿って摺動自在に左右に移動を可能にした掴
み手状の一方のクランプ移動部を備え、そのクランプ移
動部に対向して掴み手状の他方のクランプ固定部を有
し、このクランプ固定部に弾性体を介して軌跡補間装置
を取付け、クランプ固定部の上部側に駆動部の固定側を
取付け、クランプ移動部の上部側に駆動部の移動側を連
結し、クランプ固定部およびクランプ移動部の下部側で
ワークを挟圧固定し、その軌跡補間装置の被溶接箇所を
遮蔽し、軌跡補間装置の被溶接箇所のツールをワークの
被溶接箇所に沿って移動可動体と協動しながら、ツール
先端からレーザ光を照射してワークを溶接する手段を具
備するレーザ溶接ユニットであり、さらにはツールを支
持する動作軸を回転させる回転軸の回転中心から一定距
離 (ｒ) 離れた動作軸回転中心とツールとの距離がツー
ルが行う円運動の半径Ｒ (θ) と等しくなるように動作
する軌跡補間装置を備え、この軌跡補間装置は、中間部
に回動結合部を設けてその軸心を中心にして左右に回動
移動を可能にした挟み状の一方のクランプ移動部を備
え、そのクランプ移動部に対向して挟み状の他方のクラ
ンプ固定部を有し、このクランプ固定部に弾性体を介し
て軌跡補間装置を取付け、クランプ固定部の上部側に回
動自在にした支承部を経て駆動部の固定側を取付け、ク
ランプ移動部の上部側に駆動部の移動側を連結し、クラ
ンプ固定部およびクランプ移動部の下部側でワークを挟
圧固定し、その軌跡補間装置の被溶接箇所を遮蔽し、軌
跡補間装置の被溶接箇所のツールをワークの被溶接箇所
に沿って移動可動体と協動しながら、ツール先端からレ
ーザ光を照射してワークを溶接する手段を具備するレー
ザ溶接ユニットであり、さらにまたワークを挟圧固定す
る接触面にローラ部材を設けた第１の項ないし第３の項
のいずれかの項に記載のレーザ溶接ユニットであり、し
かも可動体にて位置決めした後に軌跡補間装置にて円状
または角状の溶接を行い、さらに可動体にて必要距離移
動してから軌跡補間装置にて円状または角状の軌跡溶接
を施工する繰り返しを行うようにした手段を具備する第
４の項に記載のレーザ溶接ユニットであり、しかもまた
可動体にて位置決めした後に軌跡補間装置にて半円状ま
たは半角状の軌跡溶接を行い、さらに可動体にて必要距
離移動してから、補間装置にて先の半円状または半角状
の軌跡を反転させた軌跡を追跡し半円状または半角状の
軌跡溶接を施工する繰り返しを行うようにした手段を具
備する第４の項に記載のレーザ溶接ユニットである。

【０００５】

【作用】本発明は上記手段により、ワークを安定して挟
圧し、精緻な位置決めが行われ、そして固定把持しなが
ら極めて小さな運動でも、ロボットの動きと連動して別
異の軌跡補間装置により容易にかつ確実になされうるか
ら、レーザ溶接によるワークの変幻する形状の要求にも
自在に応答可能となり、かつ自動化もできる。さらに、
発射されるレーザ光が溶接加工の箇所において、外部と
完全に遮断される構成にしてあるから、人的保安上も完
璧となる。しかも、ワークを点接触にて圧接・挟持しな
がら、可動体にてワークを自在に変位可能にして、連続
したウィビーングなどの図形の正確なレーザ溶接ができ
る。

【０００６】

【実施例】本発明の具体的実施例を図に示して詳しく説
明する。図１は、本発明の一実施例における一部を切り
欠いた側面図である。この一実施例は、被接合部材を一
方の上側クランプと他方の下側クランプで上下に押圧挟
持して、被接合部分を上側クランプの中央部に開設され
た加工用孔の内部に抱え込み、上側クランプの上部より
レーザ光を照射して溶接加工する手段である。つまり、
この一実施例は被接合部材を上・下側クランプで押圧挟
持した位置決め状態での、ツールの可動範囲内で溶接加
工するユニットである。可動体として例えば産業用のロ
ボットが想定される。この産業用のロボットのアームの
先端をなすロボットフランジ14に本発明のレーザ溶接ユ
ニットが全て搭載される。ロボットフランジ14の動きと
は別に軌跡補間装置10［特開昭63-235073 号公報] が溶
接線に沿っての軌跡運動を行う。軌跡補間装置10はエネ
ルギを伝達する光ファイバー６から与えられる光レーザ
を、レーザ駆動ユニット１において調整制御して、ツー
ル４の筒先から例えば自動車のボディなどのワーク11a,
11b の接合部12を照射する。軌跡補間装置10の上部は上
蓋２a で蓋をされ、側面は円筒状の円筒部２b とその下
部の円錐部２c さらには筒状部２d と続き、先端部は押
え先端部２e に至る。この先端部２e は繰返し押圧作業
が行われるから、他の一体成形の部分とは異なる硬質部
材で形作られる。そして、円筒部２b の一部に弾性体５
を介して位置決めのときの縦方向のブレを吸収して衝撃
による光軸の狂いを改善し、支持部５a と連結部１a と
が螺着されて、軌跡補間装置10が上側クランプ２に保持
されている。ワーク11a,11b の接合部のレーザ溶接部12
を下部から支持する手段として、上側クランプ２の円筒
部２b に一方の側面が螺着された空気シリンダー７の可
動部であるシリンダー７a の先端に配設した継ぎ手８a,
８b を経て、支持腕部３a と支え先端部３b から成る下
側クランプ３を備え、シリンダー７a が上昇すると上側
クランプ２と下側クランプ３の間隙が小さくなる。さら
に、空気シリンダー７の他方の側面は側板７a が螺着さ
れ、その側板７a上には通常的な手段であるワークに倣
いフローティングにツール４を保持する平衡取付部材９
a と平衡取付部材９b が固着され、両者間に継ぎ手13a
が植設されており、継ぎ手13a のほぼ中央部にはこれに
対し直交軸である継ぎ手13b がスリーブ軸受13c を介し
て回動自在に接合され、継ぎ手13b の外周面と平衡取付
部材９a ，９b の内側面間には、それぞれバネ９c,９d
が配設される。このような構成であるから、先ず産業用
ロボット［可動体］でロボットフランジ14が位置決めさ
れ、空気シリンダー７のシリンダー７a が下降され、被
溶接体のワーク11a,11b の接合部12が上側クランプ２の
押え先端部２e に接触させ位置決めされた状態で、シリ
ンダー７a が上昇を始め、支え先端部３b が接合部12を
噛み込む状態で押え先端部２e に押さえ付け、レーザ溶
接部12は隙間なく完全に押圧された状態で、軌跡補間装
置10の操作により、ツール４からのレーザ光照射によっ
て点からあらゆる形状の線までの軌跡が描かれ、ロボッ
トフランジ14を固定したままの状態において、良質な溶
接が実施される。ところで、円筒部２b とその下部の円
錐部２c さらには筒状部２d は、必ずしも円形状を基本
的な形状としなければならないわけではなく、使用目的
及び使用状態に応じて角筒角錐状の形状であっても、本
発明の同様な作用効果が得られることは自明である。以
上が、本発明の第１の発明である。それから、本発明の
第４の発明として、可動体の移動操作を連動させなが
ら、連続した長い溶接線の溶接加工を可能にしている手
段も具備できる。すなわちその手段は、ワーク11a,11b
を先端部２e と支え先端部３b のそれぞれの対向面に、
ボールローラなどを配設して、ワーク11a,11b を点接触
で圧接把持しながら、ロボットフランジ14の操作によ
り、ツール４を含むこのユニット全てを摺動させ、次の
溶接点へ位置決めされ、次の溶接が軌跡補間装置10の操
作により施工される［ユニット全てを摺動する手段は後
述する］。図２は、図１のＡ−Ａ断面図、すなわち押え
先端部の開口形状である。図面において同一符号は、同
一もしくは相当部分を表す。押え先端部２e の開口部の
形状は、必要に応じて種々の形状が考えられるが、その
開口部の面積範囲が軌跡補間装置10の操作によるツール
４の可動可能範囲であり、例えば図２(a) は長円形状あ
るいは直線状の軌跡溶接に適合し、図２(b)は円形状あ
るいは広がりのある軌跡溶接に適切である。

【０００７】この一実施例によれば、以下に述べる効果
が認められる。すなわち、レーザ溶接で想定されるレー
ザビームの直径は小さいため［１mmφ以下］、溶接箇所
の必要強度を得るためには、レーザビームを移動させね
ばならない。しかも、場所と結合部の形状から、直線移
動、円周移動、多角形移動等各種の移動軌跡が実現でき
る手段として軌跡補間装置を適用すると共に、可動体の
動きを円滑に溶接線の連続施工に採用可能な点接触把持
圧接という手段を採用し、さらに一方ではレーザ光は目
に見えない、エネルギ密度が非常に高いため人体への被
害が大きくなる、特にＹＡＧレーザはその波長から人の
目に対して危険度が高い。こうした安全面から、レーザ
光を使用した装置はその安全装置を付加するため、大掛
かりにしなければならない欠点を持っており、この欠点
を完全に補いながら、なおかつ、安全性が非常に高い装
置が必要となるが、さらに例えば自動車ボディの結合面
は各種の誤差の集積で隙間が存在するから、溶接品質を
確保するために、溶接時にこの隙間を潰し、ボディを形
成する鋼板を密着しておくことが大切であるが、以上の
要件を全て取り込んでいる、つまり上側クランプ２は円
筒形とか必要に応じて楕円筒状とか長円形筒状としてお
り、被接合部材がクランプされた後、内部で発生される
レーザ光を完全にシールドしている。被接合部材をクラ
ンプするシリンダー７a とそれを駆動する空気シリンダ
ー７などの全体をロボットフランジ14からフロートさ
せ、被接合部材をクランプしたときに、ユニット全体の
一が自動的に調整できるフロート機構として、クランプ
の動きを軽快にしている。また、下側クランプ３の支え
先端部３b の内部を中空とし、そこに図示しない軌跡補
間装置10を収納し、下側クランプ３と軌跡補間装置10の
位置は固定されていることで、溶接時の被接合部材の表
面から、ツール４のレーザノズルまでの高さは、機械的
に一定に保たれる。さらにまた、対向する上側クランプ
２と下側クランプ３の中央部は窪みを持っており、万
一、レーザ光により被接合部材が溶けてしまった場合で
も、レーザ光が外部に漏れることはない。しかも、軌跡
補間装置10は、被接合部材をクランプするときの衝撃を
避けるため、防震ゴム等の弾性体５を介して取り付けら
れているから、耐用期間が永くなり、位置決めの調整も
正確になる。レーザ光溶接時に重要な“被接合部材の表
面からツール４のレーザノズルまでの距離であるスタン
ドオフ”が機械的に一定となり、安定した溶接状態がセ
ンサなしに実現できる。そうして、被接合部材の板厚が
異なる部分には、押え先端部２e のチップを交換し、ス
タンドオフの寸法をセットすることで対応できる。か
つ、被接合部材の板厚のバラツキは一般に0.8 〜1.0mm
の板厚で0.1mm 以下であり、通常レーザ光溶接で要求さ
れる時スタンドオフの寸法の１mm±0.5mm の範囲内に容
易に収まっているので、問題はない。

【０００８】本発明の他の実施例の構成図を図３に示
す。図３(a) は側面図、図３(b) は図３(a) のＢ−Ｂ線
に沿う正断面図の半分を表す。この他の実施例は、被接
合材を左側のクランプと右側のクランプで押圧挟持して
から、被接合材の接合部分を完全に両クランプの内部に
抱え込み、両クランプの中央部の上側よりレーザ光を照
射して溶接加工を行う手段であり、本発明第２の発明で
ある。産業用ロボット［可動体］のロボットアーム14a
に付着されたロボットフランジ14に、クランプ固定部16
が螺着される。この他の実施例における軌跡補間装置10
は、中間部に左右に摺動自在なガイド［例えばボールガ
イドなどを適用する］20を具備して、その平行移動を可
能にした掴み手状の一方のクランプ移動部15を設け、そ
のクランプ移動部15に対向して掴み手状の他方のクラン
プ固定部16を備える。このクランプ固定部16の回動結合
部17より上部に弾性体５を介し、さらに支持部５a,連結
部１a を経て軌跡補間装置10が取付けられる。軌跡補間
装置10から発射されるレーザー光を十分に遮断可能な広
さを持つ平板状のカバー21がクランプ固定部16の両側の
側面部に固着されている。クランプ先端部（移動部）15
a とクランプ先端部（固定部）16a はそれぞれ、クラン
プ移動部15とクランプ固定部16にそれぞれ螺着されてい
る。また、クランプ先端部（移動部）15a は、クランプ
先端部回転ピン19を回動して先端部分を些少だけ移動さ
せ、製造誤差の吸収（片寄り防止）して、クランプ時の
密着性を高めることで、ワーク11a,11b との摺り合わせ
ができる、その調整範囲はクランプ先端部回転正弦スト
ッパ18とクランプ先端部（移動部）15a との間隙の幅で
ある。クランプ固定部16およびクランプ移動部15の下部
側のそれぞれの端末では、ワーク11a,11b を挟圧固定で
きるように、両端末の先端部は拝み合わせるようにして
形成している。クランプ先端部（移動部）15a とクラン
プ先端部（固定部）16a のワーク11a,11b の把持接触面
には摺動手段を備える。この他の実施例は、特にワーク
端面間の溶接が可能となる。

【０００９】図４は本発明の別の実施例の構成図を表
し、図４(a) は側面図、図４(b) は図４(a) のＣ−Ｃ線
に沿う正断面図の半分を表す。この別の実施例は、図３
の他の実施例の変形例であり、おおよそ図４は図３の作
用と同じであるが、図３の他の実施例に比べて、ワーク
の圧接把持が強く、ワーク同志をより強固に密着させた
状態で溶接ができる効果がある。クランプ固定部16の上
部側の端末近くに、回動自在にした支承部16a を経て駆
動部７の固定側を、支承部16a の軸心について回動自在
に取付け、クランプ移動部15の上部側の端末近くに駆動
部７の移動側であるシリンダー７a を連結しており、シ
リンダー７a とクランプ移動部15は連結部15a におい
て、その軸心を中心にして回動自在に連結されている。
回動結合部17の軸心を中心にしてクランプ移動部15は左
右に回動移動にしている。また、図３と同様にクランプ
固定部16およびクランプ移動部15の下部側のそれぞれの
端末では、ワーク11a,11b を挟圧固定できるように、両
端末の先端部は拝み合わせるようにして形成している。
このようにして構成されているから、図３及び図４の実
施例では、産業用ロボットのロボットアーム14a が所定
位置に位置決めされると、シリンダー７a が左から右へ
移行し、クランプ固定部16とクランプ移動部15間が最大
限に開き、ワーク11a,11b が両者間にもたらされ、シリ
ンダー７a が右から左へ逆に移行して、クランプ固定部
16とクランプ移動部15間にワーク11a,11b を挟圧して歪
みをなくして固定し、以後、搭載している軌跡補間装置
10をワーク11a,11b の被溶接箇所12の形状に沿って軌跡
移動させながら、ツール先端からレーザ光を照射してワ
ーク11a,11b のレーザ溶接線12を溶接する。ところで、
図３及び図４の図示状態は、あたかも直線軌跡溶接にお
ける適用にみえるが、このワーク11a,11b の把持状態で
も曲線軌跡溶接が可能である。

【００１０】そして、本発明は、特異な軌跡を自動化し
て追跡可能にしている。これが、本発明の第５の発明で
ある。図５(d) は、その一つの手段である。すなわち、
産業用ロボット［可動体］のロボットアーム14a に付着
されたロボットフランジ14をワーク11a,11b の溶接箇所
のほぼ中心付近50に位置決めしてから、軌跡補間装置10
において小円51に沿って時計回り方向にレーザ溶接が行
われる。それが終わると、また産業用ロボット［可動
体］のロボットアーム14a の水平移動により、距離ｌだ
け平行移動して位置決めを行い、そして、さらに軌跡補
間装置10において小円52に沿って時計回り方向にレーザ
溶接が行うことの繰り返しで、小円53…と進行方向矢印
のようにレーザ溶接が施工される。ここでは、小円51の
ように円周軌跡について説明をしたが、長円軌跡につい
ても同様であり、また円状でなく角状の軌跡についても
同様に任意形状のレーザ溶接が施工可能であることは明
らかである。

【００１１】本発明の溶接軌跡追跡のほかの手段である
本発明の第６の発明を、図６に示す。図６(a) におい
て、産業用ロボット［可動体］のロボットアーム14a に
付着されたロボットフランジ14を、ワーク11a,11b の溶
接箇所のほぼ中心付近60に位置決めしてから、小円に沿
って軌跡追跡を軌跡補間装置10で行いつつ、レーザ光を
発射しながら溶接がなされ、これが終わると、ロボット
アーム14a の移動により、距離ｌだけ平行移動して位置
決めを行い、先の時計方向の半円軌跡を反転させて、逆
方向に小円に沿って軌跡追跡を軌跡補間装置10で行いつ
つ、レーザ光を発射しながら溶接がなされ、それが終わ
ると、次ぎの溶接のための距離ｌだけ平行移動して、位
置決めがロボットフランジ14の位置決め移動で行われ、
このような操作が順次に繰り返され、小円の半円の連続
溶接が施工される。図６(b) は半円運動の詳細図であ
り、原点60からダミー直線移動を軌跡補間装置10で行
い、次いで溶接アクティブ移動の半円軌跡運動を、時計
方向に軌跡補間装置10で行い、続く半円運動の61a は移
動しないで、距離ｌだけロボッアーム14a で後述のツー
ル移動手段［図７］を採用した圧接・挟持部材を介し
て、平行移動がなされ位置決めが行われることの解析図
である。図６(a) の溶接方法は、溶接ウィビングにより
溶接ビードを太くし、溶接ピッチを小さくし、溶接強度
を強くすることができる。図６(a),(b) は半円軌跡運動
で説明しているが、図５(b) に示す半長円軌跡運動にお
いても有効であり、また半円状でなく半角状の軌跡運動
においても有効である。

【００１２】図７は、先に略記した本発明のさらなる新
規にして著しく有効な、第４の発明であるツール移動手
段の説明のための一部平面図である。例えば、図１の上
側クランプ２の押え先端部２e の接触面に図示のように
ボールローラ２f を窪みを開設して植え込み固着させ、
上側クランプ２側のボールローラ２f の突球面は自在に
回動可能にしておき、ワーク11a,11b の接触面にはボー
ルローラ２f の突球面が接触するようにする。この手段
を、下側クランプ３の支え先端部３b にも同様にして配
設する。このようにしてあるから、ワーク11a,11b の接
触面をボールローラ２f の突球面で上下で圧接・把持し
ながら、ボールローラ２f の点接触圧で容易に、距離ｌ
だけ平行移動して位置決めがロボットアーム14a の移動
で行われることは、先に説明のとおりである。そしてこ
の手段は、図３，図４の実施例［本発明の第２及び第３
の発明］においても同様に可能であることは、明白であ
る。なお、図３，図４の実施例では問題がないが、図１
の形状のように溶接ビード上のボールローラ２f を配設
する手段においては、滑らかな移動をするように、ワー
ク11a,11b の溶接面上のビード面部を通る部分のボール
ローラ２f のボール、例えば図７の溶接線12上の２個の
ボールを抜き取って省略しておくようにしてもよい。

【００１３】ところで、これらの実施例に採用する軌跡
補間装置10は、先に開示した文献［特開昭63-235073 号
公報］に詳細説明がなされているので、概括的に説明す
る。図８は、軌跡補間装置の一実施例の側断面図、図９
(a),(b) その正面図，背面図である。ケース1030の後端
部にＴ1 軸1036を回転させるＴ1 軸モータ1031とＴ2 軸
モータ1032とが並んで取り付けられており、Ｔ1 軸モー
タ1031はギヤ1033によってＴ1 軸1036を回転させ、Ｔ1
軸1036とＴ2 軸1034はいずれも筒状で、複数の軸受1037
を介し、Ｔ2 軸1034がＴ1 軸1036内に挿入されている。
したがって、Ｔ1 軸1036とＴ2 軸1034は同心円構造であ
る。また、Ｔ2 軸1034駆動伝達系の中間部分には、等速
カップリング［オルダムカップリング］1039が設けら
れ、レーザ駆動ユニット１の図示は省略している。この
ような構造において、ツール４を支持する動作軸Ｔ2 軸
を回転させる回転軸Ｔ1 軸の回転中心1013から一定距離
(ｒ) 離れた動作軸Ｔ2 軸の回転中心1014と、ツール４
との距離がツール４が行う円運動の半径Ｒ (θ) と等し
くなるように動作することから、ツール４の周速度と半
径，長辺の情報を与えられて、スタート点を設定する
と、この軌跡補間装置10はロボットの動きとは独立して
ツール４を直接に制御し、ツール４に円や長円などの円
状の動作、また正方形、長方形あるいは多角形などの角
状の動作などをさせるのである。この一実施例は、軌跡
補間装置10の全体が非常にコンパクトに形成できるメリ
ットがある。すなわち、図５(a) 及び図５(b) に示すよ
うに、原点Ｃに回転軸Ｔ1 軸の回転中心1013を位置決め
し、辺Ａの中心のスタート点Ｓにツール４をセットし、
回転軸Ｔ1 軸と動作軸Ｔ2 軸の歯車比の関数を比例定数
と溶接する速度から両軸の駆動モータの速度が決めら
れ、図５(c) に表すＸ，Ｙ座標におけるツール４の任意
の座標値（Ｘ1,Ｙ1)は、 Ｘ1 ＝ｒcos θ1 ＋ｒcos θ2 Ｙ1 ＝ｒsin θ1 ＋ｒsin θ2 であり、スタート点Ｓは教示されるため、その時々の動
作軸Ｔ2 軸の移動角度θ02日ら、辺Ｂの計算は Ｂ＝Ｒ（θ） ＝ｒ・ (１／２）^1/2 ・( １−cos θ02) ^1/2 となるので、これらから図５(a) 及び図５(b) の周辺の
位置演算が可能となり、ツール４の溶接点は常に制御で
きる。

【００１４】図１０には、軌跡補間装置の他の実施例の
側断面図が表されている。小穴の開設について述べる
と、Ｔ1 軸1036の先端部分にギヤ1042が噛合しており、
このギヤ1042にアーム1043がボルトによって固着し、ア
ーム1043には軸受1044を介してツール４が支持されるの
で、Ｔ2 軸モータ1032が駆動すると、ギヤ1042を介して
アーム1043が回転し、これによりツール４はＴ2 軸回転
中心1014を中心に角度θ回転するから、角度θの回転に
よってツール４はＴ1 軸回転中心1013からの小穴の半径
Ｒ（θ）移動し、小穴の開設が行われ、他の軌跡図形の
場合も同様である。これは図９の等速カップリング［オ
ルダムカップリング］1039は必要でなく、先の一定距離
ｒと円運動の半径Ｒ（θ）が大きくとれるというメリッ
トがある。

【００１５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、レ
ーザ光照射部分が完全に遮蔽された内部で施工され、被
接合部材を圧接・挟持してレーザ光を発射するツールの
位置決めが極めて正確にかつ容易に行われ、被接合部材
を圧接・挟持したままで種々の図形溶接が可能となり、
さらには、被接合部材のクランプ部分に溶接ビード上を
点接触で圧接・挟持する手段を配設することで、一旦被
接合部材の溶接始点で位置決めクランプした後は、可動
体によるツールの移動が被接合部材を圧接・挟持しなが
ら連続して自動移動制御ができるから、あらゆる形状の
ワークのスポット溶接・小さな図形溶接・いかなる形状
での連続溶接などの理想的レーザ溶接ユニットが得られ
るという、顕著な特段な効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における一部を切欠いた構成
を示す側面図。

【図２】図１でのＡ−Ａ断面図。

【図３】本発明の他の実施例における構成を表す側面図
と一部断面図。

【図４】本発明の別の実施例における構成を表す側面図
と一部断面図。

【図５】本発明の実施例に施工される一つの溶接線の手
順説明図。

【図６】本発明の実施例に施工される他の溶接線の手順
説明図。

【図７】本発明の実施例に採用される被溶接体の圧接把
持しながらツール移動手段の説明のための一部平面図。

【図８】本発明の実施例に適用される軌跡補間装置の側
断面図。

【図９】その軌跡補間装置の正面図と背面図。

【図１０】本発明の実施例に適用される別の軌跡補間装
置の側断面図。

【図１１】従来例の構成を表す側断面図。

【符号の説明】

１ レーザ駆動ユニット １a 連結部 ２ 上側クランプ ２a 上蓋 ２b 円筒部 ２c 円錐部 ２d 筒状部 ２e 押え先端部 ２f ボールローラ ３ 下側クランプ ３a 支持腕部 ４ ツール ５ 弾性体 ５a 支持部 ６ 光ファイバー ７ 空気シリンダー ７a シリンダー ８a 継ぎ手 ８b 継ぎ手 ９a 平衡取付部材 ９b 平衡取付部材 ９c バネ ９d バネ 10 軌跡補間装置 11a ワーク 11b ワーク 12 レーザ溶接部 13a 継ぎ手 13b 継ぎ手 13c スリーブ軸受 14 ロボットフランジ 14a ロボットアーム 15 クランプ移動部 15a クランプ先端部（移動部） 16 クランプ固定部 16a クランプ先端部（固定部） 17 回動結合部 18 クランプ先端部回転制限ストッパ 19 クランプ先端部回転ピン 20 ガイド

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ツールを支持する動作軸を回転させる回転
   軸の回転中心から一定距離 (ｒ) 離れた動作軸回転中心
   とツールとの距離がツールが行う円運動の半径Ｒ (θ)
   と等しくなるように動作する軌跡補間装置を備え、 この軌跡補間装置は円筒円錐状あるいは角筒角錐状の上
   側クランプの一部に弾性体を介して支持され、 上側クランプは平衡取付部材を経て可動体のリスト先端
   に取り付けられ、 上側クランプの側部に駆動機構の駆動部端部に下側クラ
   ンプを設け、 上側クランプに向かって下側クランプを駆動し、上側ク
   ランプと下側クランプ間にワークを挟圧固定してから、
   その軌跡補間装置のツールをワークの被溶接箇所に沿っ
   て移動させ、可動体と協動しながら、ツール先端からレ
   ーザ光を照射してワークを溶接する手段を具備すること
   を特徴とするレーザ溶接ユニット。
2. 【請求項２】ツールを支持する動作軸を回転させる回転
   軸の回転中心から一定距離 (ｒ) 離れた動作軸回転中心
   とツールとの距離がツールが行う円運動の半径Ｒ (θ)
   と等しくなるように動作する軌跡補間装置を備え、 この軌跡補間装置は、中間部に左右のクランプを結合す
   る結合部を設けてその軸心に沿って摺動自在に左右に移
   動を可能にした掴み手状の一方のクランプ移動部を備
   え、 そのクランプ移動部に対向して掴み手状の他方のクラン
   プ固定部を有し、 このクランプ固定部に弾性体を介して軌跡補間装置を取
   付け、クランプ固定部の上部側に駆動部の固定側を取付
   け、クランプ移動部の上部側に駆動部の移動側を連結
   し、クランプ固定部およびクランプ移動部の下部側でワ
   ークを挟圧固定し、その軌跡補間装置の被溶接箇所を遮
   蔽し、 軌跡補間装置の被溶接箇所のツールをワークの被溶接箇
   所に沿って移動可動体と協動しながら、ツール先端から
   レーザ光を照射してワークを溶接する手段を具備するこ
   とを特徴とするレーザ溶接ユニット。
3. 【請求項３】ツールを支持する動作軸を回転させる回転
   軸の回転中心から一定距離 (ｒ) 離れた動作軸回転中心
   とツールとの距離がツールが行う円運動の半径Ｒ (θ)
   と等しくなるように動作する軌跡補間装置を備え、 この軌跡補間装置は、中間部に回動結合部を設けてその
   軸心を中心にして左右に回動移動を可能にした挟み状の
   一方のクランプ移動部を備え、 そのクランプ移動部に対向して挟み状の他方のクランプ
   固定部を有し、 このクランプ固定部に弾性体を介して軌跡補間装置を取
   付け、クランプ固定部の上部側に回動自在にした支承部
   を経て駆動部の固定側を取付け、クランプ移動部の上部
   側に駆動部の移動側を連結し、クランプ固定部およびク
   ランプ移動部の下部側でワークを挟圧固定し、その軌跡
   補間装置の被溶接箇所を遮蔽し、 軌跡補間装置の被溶接箇所のツールをワークの被溶接箇
   所に沿って移動可動体と協動しながら、ツール先端から
   レーザ光を照射してワークを溶接する手段を具備するこ
   とを特徴とするレーザ溶接ユニット。
4. 【請求項４】ワークを挟圧固定する接触面にローラ部材
   を設けた請求項１ないし請求項３のいずれかの項に記載
   のレーザ溶接ユニット。
5. 【請求項５】可動体にて位置決めした後に軌跡補間装置
   にて円状または角状の軌跡溶接を行い、さらに可動体に
   て必要距離移動してから軌跡補間装置にて円状または角
   状の軌跡溶接を施工する繰り返しを行うようにした手段
   を具備する請求項４記載のレーザ溶接ユニット。
6. 【請求項６】可動体にて位置決めした後に軌跡補間装置
   にて半円状または半角状の軌跡溶接を行い、さらに可動
   体にて必要距離移動してから、補間装置にて先の半円状
   または半角状の軌跡を反転させた軌跡を追跡し半円状ま
   たは半角状の軌跡溶接を施工する繰り返しを行うように
   した手段を具備する請求項４記載のレーザ溶接ユニッ
   ト。