JPH0732182A - レーザ・ビーム加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ焦点距離を短くして加工ヘッドの溶接
線軌跡動作を簡単・正確にしたレーザ・ビーム加工装置
を提供する。 【構成】 レーザ・ビームを加工位置に集光照射する集
光レンズないし凹面鏡等の集光手段１０を有する加工ヘ
ッドにおいて，集光手段とレーザ・ビーム焦点との間
に，その光軸の中心線ａ−ａに対し所定角度傾斜させた
反射鏡１３を設置し，前記反射鏡から反射したレーザ・
ビーム６の，前記光軸の中心線ａ−ａから焦点Ｐまでの
焦点距離Ａ又はＢ，すなわち加工ヘッドと加工位置との
距離を，前記集光手段の焦点距離Ｆよりも短くした。こ
れにより，直線溶接部とコーナ溶接部とからなる流し台
シンクを溶接加工する際に，シンク内空間においてマニ
ピュレータのアームとシンク内壁とが干渉せず，連続溶
接の軌跡精度と生産効率を向上し，生産設備の簡便化を
実現する。

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・ビームによっ
て溶接加工する場合に有用なレーザ・ビーム加工装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来，たとえば流し台シンクや自動車の
燃料タンク，その他耐密性を有する容器類は，複数の溶
接部材から構成され，耐密溶接を要求される。ステンレ
ス製の流し台の天板にシンク，すなわち流し台水槽を組
付ける場合は，流し台シンクは一般的に長方形の水槽を
なし，天板がその水槽のフランジの上側にかぶさる重ね
継手で，その四隅のコーナ部は５０ｍｍ〜１００ｍｍＲ
程度の円弧形状の継手部をなし，直線形状の継手部と平
面方向に連続をなしている。

【０００３】一般的に，流し台の水槽部の重ね合わせ継
手部は下電極輪及び上電極輪によって押し潰しながら加
圧溶接するシーム溶接法などが採用されていたが，これ
を垂直方向からＣＯ₂ レーザ・ビームを照射して溶接す
る場合には，２次元のマニピュレータで溶接を行える
が，より確実な溶接を行うために斜め方向からレーザ・
ビームを照射してスミ肉溶接を行うようにすると，四隅
のコーナ溶接については，従来のようにレーザ・ビーム
出口の最先端部に集光レンズないし凹面鏡をおくように
構成すると，次のような問題が表面化する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】すなわち，レーザ・ビ
ーム溶接の場合は，シンク内寸が３５０ｍｍ程度からあ
るのに対して，集光レンズないし凹面鏡の焦点距離が一
般的に２００〜２５０ｍｍと長いので，マニピュレータ
のアームないしトーチヘッドが水槽の内壁と干渉する恐
れがある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は，上記の問題を
解決するために開発したもので，次のような技術的手段
を講じてある。すなわち，レーザ・ビームを加工位置に
集光照射する集光レンズないし凹面鏡等の集光手段を有
する加工ヘッドにおいて，この集光手段とレーザ・ビー
ム焦点との間に，その光軸の中心線ａ−ａに対し所定角
度傾斜させた反射鏡を設置し，上記反射鏡から反射した
レーザ・ビームの，前記光軸の中心線ａ−ａから焦点位
置Ｐまでの焦点距離Ａ又はＢ，すなわち加工ヘッドと加
工位置との距離を，前記集光手段の焦点距離Ｆよりも短
くしたことを主要な特徴とする。

【０００６】また，本発明は前記集光手段と反射鏡との
間の距離を調整できるようになし，反射鏡からレーザ・
ビーム焦点までの距離が変えられるようにしたことを特
徴とする。

【０００７】さらに，もう一つの発明は複数の関節軸を
有するマニピュレータと，マニピュレータの各軸に設置
され，レーザ・ビームを各軸内に沿わせて導くミラー
と，導かれたレーザ・ビームを溶接位置に収束させるた
めのレンズないし凹面鏡等からなる集光手段を内蔵した
加工ヘッドとを有する加工装置において，前記集光手段
を通るレーザ・ビームの光路途中に，その光軸の中心線
に対し所定角度傾斜させた反射鏡を設置し，しかもこの
反射鏡と前記集光手段との間の距離を調節可能とした回
転式ミラー装置を設置したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明では，たとえば流し台の天板と水槽との
重ね合わせた継手部を溶接する場合に，レーザ加工ヘッ
ドに集光レンズないし凹面鏡の先の焦点光路の途中にミ
ラーを設置し，先端ノズルと溶接部との距離をシンクの
コーナ溶接部の円弧状の曲率半径と等しい一定距離をも
って溶接を行う。

【０００９】すなわち，本発明の原理を図１に基づいて
説明すると，レーザ・ビームを収束し加工位置に照射す
るレンズないし凹面鏡等の集光手段１０とレーザ・ビー
ム焦点との間に，垂直方向から出射するレーザビームの
光軸中心線ａ−ａに対し，たとえば４５°の傾斜面をも
つ反射鏡１３によりレーザ・ビーム６をほゞ９０°（水
平方向）に反射させて，その前方に対面する重ね溶接線
にレーザ・ビーム焦点Ｐを一致させてレーザ溶接を行
う。

【００１０】なお，集光レンズ１０を投射するレーザ・
ビームの光軸中心線ａ−ａから前反射されるレーザ・ビ
ームの長い焦点距離Ａまたは短い焦点距離Ｂは反射鏡１
３と集光レンズ１０との長い距離間Ｈまたは短い距離間
Ｌとそれぞれ反比例するから，この距離間をＨまたはＬ
の高さに調整することで，反射鏡から反射するレーザ・
ビーム６の焦点距離を変化させることができる。したが
って前記光軸中心線ａ−ａから溶接位置との間の焦点距
離Ａまたは焦点距離Ｂは，前記集光手段１０の焦点距離
Ｆより短縮して溶接することができる。つまり，加工ヘ
ッドを溶接線に近づけることができ，焦点を所望距離に
制御することができる。

【００１１】さらに本発明の装置によれば，その加工ヘ
ッド部は軽く工業用ロボット及びマニピュレータ等の自
動機を使用することができるから，流し台の場合，シン
ク内側の空間に加工ヘッドを挿入することができ作業効
率を高めることができる。また，シーム溶接機に比べ冷
却水による作業環境に影響を与えない。また，クランプ
装置に冷やし金を使用できるから被溶接部材の熱容量が
調整できるので，抜け落ちが防止できる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の加工ヘッドの原理説明図であ
る。図２は本発明装置の実施例を示す概略図である。ま
た図３は本発明装置によるレーザ・ビームの重ね継手部
の接触面の延長線に対する照射角度を示す重ね継手部の
説明図である。

【００１３】１はレーザ溶接用マニピュレータ装置の加
工ヘッドである。２はレーザトーチのノズルを示す。３
は工業用ロボット又はマニピュレータ等の自動機の多関
節部をもつ駆動軸に支持されたブラケットである。

【００１４】４はノズルと対応する位置に配置された回
転式ミラー装置である。このミラーは，上記ノズルから
垂直方向に収束されるレーザ・ビームを溶接線に折り返
す勾配の反射鏡１３を有するもので，ブラケット３の先
端に回転軸５の回転力を伝達機構（図省略）を介してレ
ーザ軸中心線ａ−ａを中心に水平方向へ３６０°回転可
能に支持されている。また一方，このミラーを凹面鏡と
して更に焦点距離の短縮をはかることにしてもよい。ま
た，ヘッドユニットごと回転する構造とし，溶接線を狙
うように構成してもよい。

【００１５】６はレーザ・ビームを示す。レーザ発振器
から発光されたレーザ・ビームは各関節部内に設けたレ
ンズないし凹面鏡等の集光手段（図省略）を経て伝送経
路からレーザトーチのノズル２から垂直方向に出射さ
れ，前記ミラー４の勾配角によって溶接線方向に反射さ
れる。

【００１６】７は被溶接物の流し台で，この例では天板
８とシンク９（水槽）のフランジ部を重ね合わせ，その
重ね合わせた継手部Ｗは，上クランプ１１と下クランプ
１２により保持する。

【００１７】流し台を溶接する場合，図２及び図３に示
すように，まず流し台の天板８と水槽９とを重ね合わ
せ，その重ね合わせて形成した継手部Ｗを上下からクラ
ンプ１１及びクランプ１２で保持する。継手部をクラン
プした状態で，レーザ・ビームをレーザ発振器から発光
し，集光手段１０により光路上を経てノズル先端に導
く。ノズルから照射されたレーザ・ビーム６は回転式ミ
ラー装置４の勾配反射鏡１３により重ね継手部の接触面
の延長線ｂに対し傾斜角方向から溶接線方向に折り返さ
れて照射する。

【００１８】コーナ溶接部Ｒにおいては，たとえば曲率
半径を中心に回転式ミラー装置４が水平方向へ回転し，
直線溶接部においては曲率半径と等しい距離をもって加
工ヘッド１を自動機により直線移動し，次のコーナ溶接
部Ｒに達した時，また回転式ミラー装置４が水平方向に
回転しながらコーナ継手部Ｗを連続的に溶接する。

【００１９】この場合，たとえば金属板を前工程でプレ
ス加工により歪みが生じてもその影響を受けずに溶接線
軌跡を正確に確保できる。すなわち，溶接部材の端面精
度が悪くても溶接線に接近して十分なクランプ力で溶接
線をクランプするからスミ肉端面精度を良くする。

【００２０】レーザ・ビーム６は２枚の金属板８及び金
属板９の重ね継手部Ｗに対し傾斜方向から照射すること
ができるため，クランプ位置を溶接線ギリギリまで接近
して設置することができ，溶接部材の端面精度が悪くて
も溶接線に接近して十分なクランプ力で溶接線をクラン
プするからスミ肉端面精度を良くし，精度の高い溶接継
手部が得られ良好な溶接結果が得られる。

【００２１】また，レーザ・ビーム６を溶接部の接触面
の延長線ｂに対し斜めから照射すると，図３のように継
手部の溶融幅が延長線方向に広がり，溶接強度を確実に
する。

【００２２】

【発明の効果】以上で説明したように，本発明装置によ
れば，レーザ加工ヘッドのレンズないし凹面鏡等の集光
手段を介して投射されるレーザ焦点光路の途中に所定角
度を有する反射鏡又は方向切り換え用の回転式ミラーを
設置し，反射鏡から反射したレーザ焦点距離は，集光レ
ンズと反射鏡との間の距離と反比例するから集光手段の
焦点距離より大幅に短縮できる。

【００２３】したがって，流し台シンク又は自動車用燃
料タンク等のプレス加工による複数組立製品の周方向に
直線溶接部とコーナ溶接部とが連続するような重ね合わ
せ継手部を全周にわたって連続溶接する際に，先端ノズ
ルと溶接部との焦点距離が短縮できる結果，シンク内の
空間に加工ヘッドを容易に操作でき，マニピュレータの
アームがシンク内壁と干渉することなく，生産効率を飛
躍的に向上することができる。

【００２４】また本発明装置は重ね合わせた接触面の延
長線に対し，０°ないし任意の傾斜角度からレーザ・ビ
ームを照射し，コーナ部の溶接線に対しては回転式ミラ
ー装置をコーナ部の曲率半径を中心に回転させるだけ
で，レーザ・ビームを円弧形状の溶接線に倣って溶接す
るようにし，制御装置の簡便化を図ることも可能であ
る。またマニピュレータ装置の各軸同期補間によるとし
ても，機構が上記に近くなることで回転軸による前後左
右方向の変化がより少なく，各軸同期制御の誤差が先端
軌跡に与える誤差がより小さくなる。

【００２５】またマニピュレータのアーム先端及び複数
軸の動きが簡単ないし誤差が小さくなるから，同期制御
が簡単となり制御装置自体が構造簡単になるほか，溶接
軌跡精度を高めることができ溶接品質向上に資する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明にかかる装置の実施例を示す構想説明図
である。

【図３】本発明方法による重ね継手部の接触面の延長線
に対するレーザ・ビームの照射角度を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 加工ヘッド ２ ノズル ３ ブラケット ４ 回転式ミラー装置 ５ 回転軸 ６ レーザ・ビーム ７ 被溶接物 ８ 天板 ９ シンク １０ 集光手段 １１ 上クランプ １２ 下クランプ １３ 反射鏡

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ・ビームを加工位置に集光照射す
   る集光レンズないし凹面鏡等の集光手段を有する加工ヘ
   ッドにおいて，この集光手段とレーザ・ビーム焦点との
   間に，その光軸の中心線ａ−ａに対し所定角度傾斜させ
   た反射鏡を設置し，上記反射鏡から反射したレーザ・ビ
   ームの，前記光軸の中心線ａ−ａから焦点Ｐまでの焦点
   距離Ａ又はＢ，すなわち加工ヘッドと加工位置との距離
   を，前記集光手段の焦点距離Ｆよりも短くしたことを特
   徴とするレーザ・ビーム加工装置。
2. 【請求項２】 前記集光手段と反射鏡との間の距離を調
   整可能となし，前記反射鏡からレーザ・ビーム焦点まで
   の距離を可変自在としたことを特徴とする請求項１に記
   載のレーザ・ビーム加工装置。
3. 【請求項３】 複数の関節軸を有するマニピュレータ
   と，このマニピュレータの各軸に設置され，レーザ・ビ
   ームを各軸内に沿わせて導くミラーと，導かれたレーザ
   ・ビームを加工位置に収束させるための集光レンズない
   し凹面鏡等からなる集光手段を内蔵した加工ヘッドとを
   有する加工装置において，前記集光手段を通るレーザ・
   ビームの光路途中に，その光軸の中心線に対し所定角度
   傾斜させた反射鏡を設置し，しかもこの反射鏡と前記集
   光手段との間の距離を調整可能とした回転式ミラー装置
   を設置したことを特徴とするレーザ・ビーム加工装置。