JPH11156574A - レーザ溶接方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ロボットの先端部に設けられたクランプ手段を
溶接位置に移動させてワークをクランプし、次に斯るク
ランプ状態下にてクランプ手段に移動可能に支持させた
レーザ加工ヘッドをロボットの移動により所定長さ移動
させてレーザ溶接することで、ワークの間隔をなくして
レーザ溶接ができ、溶接品質を保証することができるの
は勿論、所定長さの溶接を他の駆動手段なしで行なうこ
とができるレーザ溶接装置の提供を目的とする。 【解決手段】ワーク４に所定の溶接長をもってレーザ溶
接するレーザ溶接方法であって、ロボット１の先端部２
に設けられたクランプ手段５を溶接位置に移動させてワ
ーク４をクランプし、次いで、上記クランプ状態下にて
上記クランプ手段５に移動可能に支持させたレーザ加工
ヘッド２３をロボット１の移動により所定長さ移動させ
てレーザ溶接することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば車両のボ
ディを構成するプレス部品その他のワークに所定の溶接
長をもってレーザ溶接するようなレーザ溶接方法および
その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述例のワークに所定の溶接長を
もってレーザ溶接するレーザ溶接装置としては、例えば
特開平８−１３２２６１号公報に記載の装置がある。す
なわち、図６に示すようにロボットアーム６１の先端に
ホルダ６２を取付け、このホルダ６２に固定された加圧
機構６３、シャフト６４、プッシャ６５で被加工物とし
てのパネル６６，６７をホルダ６２とで加圧挟持して、
上述のプッシャ６５に駆動機構６８および取付ユニット
６９を介して取付けられたレーザ加工ヘッド７０を設
け、このレーザ加工ヘッド７０によりパネル６６，６７
をレーザ溶接加工すると共に、駆動機構６８により取付
ユニット６９およびレーザ加工ヘッド７０を所定量移動
して、パネル６６，６７に所定の溶接長をもってレーザ
溶接する装置である。なお、図６において７１は光ファ
イバケーブル、７２はアシストガスホース、７３はワー
ク受け具である。

【０００３】この従来装置によればホルダ６２とプッシ
ャ６５との加圧挟持力によりパネル６６，６７の間隙を
なくしてレーザ溶接することができて、良好な溶接品質
の確保ができる利点がある反面、上述の駆動機構６８を
別途設ける必要がある関係上、装置構造が複雑化する問
題点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１記載
の発明は、ロボットの先端部に設けられたクランプ手段
を溶接位置に移動させてワークをクランプし、次に斯る
クランプ状態下にてクランプ手段に移動可能に支持させ
たレーザ加工ヘッドをロボットの移動により所定長さ移
動させてレーザ溶接することで、ワークの間隔をなくし
てレーザ溶接ができ、溶接品質を保証することができる
のは勿論、所定長さの溶接を他の駆動手段なしで行なう
ことができるレーザ溶接装置の提供を目的とする。

【０００５】この発明の請求項３記載の発明は、上記請
求項２記載の発明の目的と併せて、溶接方向の切欠を有
するクランプ金を、上述のクランプ手段に備えること
で、このクランプ金によりワークの所定溶接長（所定範
囲）をクランプし、所定長さの溶接を確実に行なうこと
ができるレーザ溶接装置の提供を目的とする。

【０００６】この発明の請求項４記載の発明は、上記請
求項３記載の発明の目的と併せて、上述のクランプ手段
がクランプ金を常時ワーク押圧方向に押圧する押圧手段
を備えることで、この押圧手段により常時適正なクラン
プ力を確保することができるレーザ溶接装置の提供を目
的とする。

【０００７】この発明の請求項５記載の発明は、上記請
求項３または４記載の発明の目的と併せて、上述のクラ
ンプ金にガイド手段を介してレーザ加工ヘッドを溶接方
向に移動可能に支持することで、ロボットの移動により
レーザ加工ヘッドをガイド手段に沿って円滑に移動させ
ることができるレーザ溶接装置の提供を目的とする。

【０００８】この発明の請求項６記載の発明は、上記請
求項２，３，４または５記載の発明の目的と併せて、ロ
ボットの先端部にクランプ手段を溶接方向に相対移動可
能に支持し、レーザ加工ヘッドの支持手段には該支持手
段を常時反溶接方向に付勢する付勢手段を設けること
で、ロボットの持上げ動作時に付勢手段の付勢力によっ
て支持手段およびレーザ加工ヘッドを元位置にリセット
（復動）させることができるレーザ溶接装置の提供を目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１記載
の発明は、ワークに所定の溶接長をもってレーザ溶接す
るレーザ溶接方法であって、ロボットの先端部に設けら
れたクランプ手段を溶接位置に移動させてワークをクラ
ンプし、次いで、上記クランプ状態下にて上記クランプ
手段に移動可能に支持させたレーザ加工ヘッドをロボッ
トの移動により所定長さ移動させてレーザ溶接するレー
ザ溶接方法であることを特徴とする。

【００１０】この発明の請求項２記載の発明は、ワーク
に所定の溶接長をもって溶接するレーザ溶接装置であっ
て、ロボットの先端部に設けられワークをクランプする
クランプ手段と、上記クランプ手段に対して移動可能に
支持されると共に、ロボットの移動により所定長さ移動
するレーザ加工ヘッドとを備えたレーザ溶接装置である
ことを特徴とする。

【００１１】この発明の請求項３記載の発明は、上記請
求項２記載の発明の構成と併せて、上記クランプ手段は
クランプ金を備え、該クランプ金には溶接方向の切欠が
形成されたレーザ溶接装置であることを特徴とする。

【００１２】この発明の請求項４記載の発明は、上記請
求項３記載の発明の構成と併せて、上記クランプ手段は
上記クランプ金を常時ワーク押圧方向に押圧する押圧手
段を備えたレーザ溶接装置であることを特徴とする。

【００１３】この発明の請求項５記載の発明は、上記請
求項３または４記載の発明の構成と併せて、上記クラン
プ金にはガイド手段を介してレーザ加工ヘッドが溶接方
向に移動可能に支持されたレーザ溶接装置であることを
特徴とする。

【００１４】この発明の請求項６記載の発明は、上記請
求項２，３，４または５記載の発明の構成と併せて、上
記ロボットの先端部には溶接方向に相対移動可能となる
ようにクランプ手段本体が支持され、ロボットの移動に
より所定長さ移動するレーザ加工ヘッドの支持手段には
該支持手段を常時反溶接方向に付勢する付勢手段が設け
られたレーザ溶接装置であることを特徴とする。

【００１５】

【発明の作用及び効果】この発明の請求項１記載の発明
によれば、まずロボットの先端部に設けられたクランプ
手段を溶接位置に移動させ、このクランプ手段でワーク
をクランプし、次に該クランプ状態下にてレーザ加工ヘ
ッドをロボットの移動により所定長さ移動させ、ワーク
に所定の溶接長をもってレーザ溶接する。このように上
述のクランプ手段によりワークをクランプするので、ワ
ークの間隔をなくしてレーザ溶接することができて、溶
接品質を保証することができる効果がある。しかも、ク
ランプ手段に対して移動可能に支持させたレーザ加工ヘ
ッドをロボットの移動により所定長さに移動させてレー
ザ溶接するので、所定長さの溶接を他の駆動手段を何等
必要とすることなく実行でき、溶接装置構成の簡略化を
図ることができる効果がある。

【００１６】この発明の請求項２記載の発明によれば、
ロボットの先端部に設けられたクランプ手段はワークを
クランプし、このクランプ手段に対して移動可能に支持
されたレーザ加工ヘッドはロボットの移動により所定長
さ移動して、クランプ状態下のワークに所定の溶接長に
てレーザ溶接を行なう。この結果、ワークの間隔をなく
してレーザ溶接することができ、溶接品質を保証するこ
とができるのは勿論、ロボットの駆動力でレーザ加工ヘ
ッドを移動させるので、所定長さの溶接を他の駆動手段
なしで実行することができる効果があり、装置構造の簡
素化を達成することができる効果がある。

【００１７】この発明の請求項３記載の発明によれば、
上記請求項２記載の発明の効果と併せて、上述のクラン
プ手段に設けられたクランプ金には溶接方向の切欠が形
成されているので、この切欠を利用してワークにレーザ
ビームを照射することができるのは勿論、上述のクラン
プ金によりワークの所定溶接長（所定範囲）をクランプ
するので、所定長さの溶接を確実に行なうことができる
効果がある。

【００１８】この発明の請求項４記載の発明によれば、
上記請求項３記載の発明の効果と併せて、上述のクラン
プ手段はクランプ金を常時ワーク押圧方向に押圧する押
圧手段を備えているので、この押圧手段により常時適正
なクランプ力を確保することができる効果がある。

【００１９】この発明の請求項５記載の発明によれば、
上記請求項３または４記載の発明の効果と併せて、上述
のクランプ金にはガイド手段を介してレーザ加工ヘッド
を溶接方向に移動可能に支持させたので、ロボットの移
動によりレーザ加工ヘッドをガイド手段に沿って円滑に
移動させることができる効果がある。

【００２０】この発明の請求項６記載の発明によれば、
上記請求項２，３，４または５記載の発明の効果と併せ
て、ロボットの移動により所定長さ移動するレーザ加工
ヘッドの支持手段には該支持手段を常時反溶接方向に付
勢する付勢手段を設けたので、ロボットの持上げ動作時
に該付勢手段の付勢力により支持手段およびレーザ加工
ヘッドを元位置にリセット（複動）させることができる
効果がある。

【００２１】

【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面はレーザ溶接方法およびその装置を示す
が、まず図１、図２、図３を参照してレーザ溶接装置の
構成について説明する。

【００２２】ロボット（図示せず）により駆動されるロ
ボットアーム１を設け、このロボットアーム１の先端部
２には受け治具３との間でワーク４（例えば複数枚のパ
ネル等の被溶接部材から成るワーク）をクランプするク
ランプ手段としてのクランプ機構５（いわゆる加圧ユニ
ット）を設けている。

【００２３】このクランプ機構５は凹状のブラケット６
と、この凹状のブラケット６の下面中央部に固定された
コ字状のブラケット７と、このコ字状のブラケット７に
おける上下の水平片７ａ，７ｂ相互間に張架された押圧
手段としての両ロッド型のクランプシリンダ８と、この
クランプシリンダ８のシリンダチューブ側面に固定され
てレーザビームＬＢの集光部と対応する下方向に延びる
クランプ金９（いわゆる加圧ブロック）とを備え、上述
の各ブラケット６，７によりクランプ手段本体を構成し
ている。

【００２４】ここで、上述の凹状のブラケット６におけ
る両側の立上り片６ａ，６ｂ間には２本のガイドロッド
１０，１１を水平かつ平行に離間張架している。また上
述のクランプシリンダ８は上下双方へ突出するピストン
ロッド１２を有し、ロボットアーム１による押圧力が過
大な場合にはこのピストンロッド１２に対してクランプ
シリンダ８の角形のシリンダチューブが上動フローティ
ングする一方、このシリンダチューブ前部において前述
のクランプ金９には溶接方向（図２の矢印ａ方向）に延
びるガイドレール１３を固定している。

【００２５】さらに上述のクランプ金９は図４にも示す
ようにその下端部にワーク４を押圧保持するクランプ部
９ａを有し、このクランプ部９ａには溶接方向に沿って
切欠１４が形成されている。この切欠１４は後述するレ
ーザ加工ヘッドから照射されるレーザビームＬＢの集光
角θに対応するように形成されている。一方、上述のロ
ボットアーム１の先端部２に直接取付けられる取付座１
５を設け、この取付座１５の下面中央には２つのロッド
挿通孔１６，１７を備えたシフトブロック１８が固定さ
れている。

【００２６】このシフトブロック１８には水平方向に延
びるサブブラケット１９（連結ブラケット）を介して上
下方向に延びるメインブラケット２０（連結ブラケッ
ト）を取付け、このメインブラケット２０の一側面には
スライダ２１を固定し、これら各要素１５〜２１でレー
ザ加工ヘッド２３を支持する支持ユニット２２が構成さ
れている。

【００２７】ここで、上述のシフトブロック１８はクラ
ンプ機構５における２本のガイドロッド１０，１１に対
して溶接方向および反溶接方向に摺動可能に配設され、
このシフトブロック１８の一側面（図２の右側の面）と
立上り片６ｂとの間における各ガイドロッド１０，１１
には支持ユニット２２を常時反溶接方向へ付勢する付勢
手段としてのコイルスプリング２４，２４を設けてい
る。

【００２８】ところで、上述のレーザ加工ヘッド２３に
おけるクランプ機構５側のガイドレール１３と対向する
面にはスライダ２５を固定する一方、支持ユニット２２
側のスライダ２１と対向する面にはガイドレール２６を
固定し、上述のスライダ２５をガイドレール１３に対し
て溶接方向および反溶接方向に摺動可能に装着し、この
レーザ加工ヘッド２３がロボットアーム１の移動時に支
持ユニット２２と一体的に溶接方向へ移動されるように
構成し、また上述のガイドレール２６をスライダ２１に
対して上下フローティング可能に配置している。なお、
上述のスライダ２５とガイドレール１３との両者による
図示横方向の摺動構成、並びに上述のガイドレール２６
とスライダ２１との両者による図示上下方向の摺動構成
は、具体的にはリニアガイドにて構成される。

【００２９】要するに上述のレーザ溶接装置は、ロボッ
トアーム１の先端部２にはロボットにより溶接位置に移
動されるクランプ機構５が設けられ、このクランプ機構
５にはロボットの押圧力の如何にかかわらずクランプ金
９を適正圧力にてワーク押圧方向に押圧する押圧手段と
してのクランプシリンダ８が設けられ、しかもクランプ
機構５に対して相対移動可能で、かつロボットアーム１
の移動により溶接方向（図２の矢印ａ方向）に移動する
支持ユニット２２およびレーザ加工ヘッド２３が設けら
れると共に、ロボットアーム１の持上げ動作時に支持ユ
ニット２２を介してレーザ加工ヘッド２３を元位置に復
動させる付勢手段としてのコイルスプリング２４が設け
られたものである。換言すれば上述の各ブラケット６，
７から成るクランプ手段本体はロボットアーム１の先端
部２に対して溶接方向、反溶接方向に相対移動可能とな
るように支持されたものである。

【００３０】このように構成したレーザ溶接装置を用い
て、ワーク４をレーザす溶接する方法について、以下に
説明する。まず、ロボットアーム１の動作によりクラン
プ機構５、支持ユニット２２、レーザ加工ヘッド２３を
一体的に溶接位置に移動させると共に、クランプ金９先
端のクランプ部９ａをワーク４の溶接施工部に押付け、
ワーク４を受け治具３とクランプ部９ａとの間で挟持す
る（図１、図２参照）。

【００３１】この場合、ロボットアーム１の押圧力が過
大な場合にはクランプシリンダ８のシリンダチューブは
そのピストンロッドに対して上動フローディングするの
で、このクランプシリンダ８により常時適正なワーク押
圧力を確保することができると共に、クランプ機構５は
ロボットアーム１の押圧力と各要素９ａ，４間の摩擦力
とにより位置固定される。

【００３２】次に上述のクランプ金９によるワーク４の
クランプ状態を維持した条件下においてレーザビームＬ
Ｂを発振させながら、ロボットアーム１を図２の矢印ａ
方向（溶接方向）へ移動させると、クランプ機構５はそ
の位置固定が確保されているので、支持ユニット２２お
よびレーザ加工ヘッド２３がロボットアーム１の動きに
追従して溶接進行方向に移動し、レーザビームＬＢにて
ワーク４に所定の溶接長をもってレーザ溶接することが
できる。

【００３３】つまり、上述のロボットアーム１の溶接方
向への移動時には、シフトブロック１８はコイルスプリ
ング２４のバネ力に抗しながら２本のガイドロッド１
０，１１に沿って移動し、このシフトブロック１８に各
要素１９，２０，２１，２６を介して設けられたレーザ
加工ヘッド２３はそのスライダ２５がガイドレール１３
に沿って移動するので、図２の状態から図５に示す状態
となり、レーザ加工ヘッド２３をロボットアーム１の移
動により所定長さ（例えば約２０〜３０mm）溶接方向へ
移動させてレーザ溶接することができる。

【００３４】レーザ溶接の完了時にはレーザビームＬＢ
の発振を停止すると共に、ロボットアーム１を介してレ
ーザ溶接装置の全体をワーク４から離反させると、圧縮
されたコイルスプリング２４（図５参照）の復元力によ
り、支持ユニット２２およびレーザ加工ヘッド２３は元
位置（図２に示すノーマル位置参照）にリセット（復
動）される。

【００３５】以上要するに上記実施例のレーザ溶接方法
によれば、まずロボット（ロボットアーム１参照）の先
端部２に設けられたクランプ手段（クランプ機構５参
照）を溶接位置に移動させ、このクランプ手段（クラン
プ機構５参照）でワーク４をクランプし、次に該クラン
プ状態下にてレーザ加工ヘッド２３をロボット（ロボッ
トアーム１参照）の移動により所定長さ移動させ、ワー
ク４に所定の溶接長をもってレーザ溶接する。このよう
に上述のクランプ手段（クランプ機構５参照）によりワ
ーク４をクランプするので、ワーク４の間隔をなくして
レーザ溶接することができて、溶接品質を保証すること
ができる効果がある。

【００３６】しかも、クランプ手段（クランプ機構５参
照）に対して移動可能に支持させたレーザ加工ヘッド２
３をロボット（ロボットアーム１参照）の移動により所
定長さに移動させてレーザ溶接するので、所定長さの溶
接を他の駆動手段を何等必要とすることなく実行でき、
溶接装置構成の簡略化を図ることができる効果がある。

【００３７】一方、上記実施例のレーザ溶接装置によれ
ば、ロボット（ロボットアーム１参照）の先端部２に設
けられたクランプ手段（クランプ機構５参照）はワーク
４をクランプし、このクランプ手段（クランプ機構５参
照）に対して移動可能に支持されたレーザ加工ヘッド２
３はロボット（ロボットアーム１参照）の移動により所
定長さ移動して、クランプ状態下のワーク４に所定の溶
接長にてレーザ溶接を行なう。

【００３８】この結果、ワーク４の間隔をなくしてレー
ザ溶接することができ、溶接品質を保証することができ
るのは勿論、ロボット（ロボットアーム１参照）の駆動
力でレーザ加工ヘッド２３を移動させるので、所定長さ
の溶接を他の駆動手段なしで実行することができる効果
があり、装置構造の簡素化を達成することができる効果
がある。

【００３９】また、上述のクランプ手段（クランプ機構
５参照）に設けられたクランプ金９には溶接方向の切欠
１４が形成されているので、この切欠１４を利用してワ
ーク４にレーザビームＬＢを照射することができるのは
勿論上述のクランプ金９によりワーク４の所定溶接長
（所定範囲）をクランプするので、所定長さの溶接を確
実に行なうことができる効果がある。

【００４０】さらに、上述のクランプ手段（クランプ機
構５参照）はクランプ金９を常時ワーク４押圧方向に押
圧する押圧手段（クランプシリンダ８参照）を備えてい
るので、この押圧手段（クランプシリンダ８参照）によ
り常時適正なクランプ力を確保することができる効果が
ある。

【００４１】加えて、上述のクランプ金９にはガイド手
段（ガイドレール１３、スライダ２５参照）を介してレ
ーザ加工ヘッド２３を溶接方向に移動可能に支持させた
ので、ロボット（ロボットアーム１参照）の移動により
レーザ加工ヘッド２３をガイド手段（ガイドレール１
３、スライダ２５参照）に沿って円滑に移動させること
ができる効果がある。

【００４２】さらに、ロボット（ロボットアーム１参
照）の移動により所定長さ移動するレーザ加工ヘッド２
３の支持手段（支持ユニット２２参照）には該支持手段
（支持ユニット２２参照）を常時反溶接方向に付勢する
付勢手段（コイルスプリング２４参照）を設けたので、
ロボット（ロボットアーム１参照）の持上げ動作時に該
付勢手段（コイルスプリング２４参照）の付勢力により
支持手段（支持ユニット２２参照）およびレーザ加工ヘ
ッド２３を元位置（図２参照）にリセット（複動）させ
ることができる効果がある。

【００４３】この発明の構成と、上述の実施例との対応
において、この発明のロボットは、実施例のロボットア
ーム１に対応し、以下同様に、クランプ手段は、クラン
プ機構５に対応し、押圧手段は、クランプシリンダ８に
対応し、ガイド手段は、ガイドレール１３、スライダ２
５に対応し、クランプ手段本体は、各ブラケット６，７
に対応し、支持手段は、支持ユニット２２に対応し、付
勢手段は、コイルスプリング２４に対応するも、この発
明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではな
い。

【００４４】上述のスプリングシリンダ８としてはエア
シリンダや油圧シリンダ等の流体シリンダを用いること
ができ、レーザとしてはＹＡＧレーザやＣＯ₂ レーザを
用いることができる。また２本の丸棒状ガイドロッド１
０，１１に代えて断面角形の一本のガイドロッドを用い
てもよく、さらに各要素１３，２５、２１，２６による
リニアガイド代えて摺動可能な凹凸嵌合タイプのガイド
手段やＬＭガイド等であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のレーザ溶接方法に用いるレーザ溶接
装置の側面図。

【図２】 図１の右側面図。

【図３】 要部の分解斜視図。

【図４】 クランプ金の要部拡大斜視図。

【図５】 ロボットによるレーザ加工ヘッド移動時の説
明図。

【図６】 従来のレーザ溶接装置を示す側面図。

【符号の説明】

１…ロボットアーム（ロボット） ２…先端部 ４…ワーク ５…クランプ機構（クランプ手段） ６，７…ブラケット（クランプ手段本体） ８…クランプシリンダ（押圧手段） ９…クランプ金 １３…ガイドレール（ガイド手段） １４…切欠 ２２…支持ユニット（支持手段） ２３…レーザ加工ヘッド ２４…コイルスプリング（付勢手段） ２５…スライダ（ガイド手段）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークに所定の溶接長をもってレーザ溶接
   するレーザ溶接方法であって、ロボットの先端部に設け
   られたクランプ手段を溶接位置に移動させてワークをク
   ランプし、次いで、上記クランプ状態下にて上記クラン
   プ手段に移動可能に支持させたレーザ加工ヘッドをロボ
   ットの移動により所定長さ移動させてレーザ溶接するレ
   ーザ溶接方法。
2. 【請求項２】ワークに所定の溶接長をもって溶接するレ
   ーザ溶接装置であって、ロボットの先端部に設けられワ
   ークをクランプするクランプ手段と、上記クランプ手段
   に対して移動可能に支持されると共に、ロボットの移動
   により所定長さ移動するレーザ加工ヘッドとを備えたレ
   ーザ溶接装置。
3. 【請求項３】上記クランプ手段はクランプ金を備え、該
   クランプ金には溶接方向の切欠が形成された請求項２記
   載のレーザ溶接装置。
4. 【請求項４】上記クランプ手段は上記クランプ金を常時
   ワーク押圧方向に押圧する押圧手段を備えた請求項３記
   載のレーザ溶接装置。
5. 【請求項５】上記クランプ金にはガイド手段を介してレ
   ーザ加工ヘッドが溶接方向に移動可能に支持された請求
   項３または４記載のレーザ溶接装置。
6. 【請求項６】上記ロボットの先端部には溶接方向に相対
   移動可能となるようにクランプ手段本体が支持され、ロ
   ボットの移動により所定長さ移動するレーザ加工ヘッド
   の支持手段には該支持手段を常時反溶接方向に付勢する
   付勢手段が設けられた請求項２，３，４または５記載の
   レーザ溶接装置。