WO2023090299A1 - ハンディレーザ溶接機及びハンディレーザ溶接機の制御方法 - Google Patents

ハンディレーザ溶接機及びハンディレーザ溶接機の制御方法 Download PDF

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motor
filler wire
laser beam
welding torch
laser
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Inventor
和隆 佐藤
和也 林本
宏明 田中
Original Assignee
株式会社アマダ
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding

Definitions

  • the present invention relates to a handy laser welder and a control method for a handy laser welder.
  • Patent Document 1 describes a robot-type laser welder.
  • the laser welding machine described in Patent Document 1 stops the injection of the laser beam and the supply of the filler wire when an operation command to end the laser welding is output, and after a predetermined time has elapsed, the filler wire is rewound and the filler wire is rewound. Apply tension to the wire. Subsequently, the laser welder described in Patent Literature 1 emits a laser beam after the lapse of a predetermined time to cut the tensioned filler wire. According to the control operation for cutting the filler wire described in Patent Literature 1, it is possible to suppress the generation of a lump of molten metal at the tip of the cut filler wire.
  • a handy laser welder As a laser welder, there is a handy laser welder that welds the workpiece while the worker holds the welding torch.
  • a handy laser welder is usually not equipped with a filler wire rewinding function, and cannot perform a control operation for cutting the filler wire as described in Patent Document 1.
  • robot-type laser welders and handy laser welders perform different operations when welding workpieces, it is appropriate to adopt the control operation for cutting the filler wire as described in Patent Document 1. not. It is necessary to cut the filler wire with a controlled action suitable for a handheld laser welder.
  • a first aspect of one or more embodiments includes a laser oscillator that emits a laser beam, a filler wire feeder that feeds a filler wire by a motor, and a motor that rotates and rotates the motor to feed the filler wire.
  • a motor driver for driving the motor so as to stop the motor, an injection switch for instructing the irradiation of the laser beam, and a guide for guiding the filler wire sent out from the filler wire feeder to a welding point.
  • a welding torch that has a guide mechanism and is held by a worker; and when irradiation of a laser beam is instructed by the injection switch, the laser oscillator is controlled to emit a laser beam, and the filler wire feeder instructs the motor driver to rotate the motor so as to send out the filler wire, controls the laser oscillator so as not to emit a laser beam when the injection switch does not instruct irradiation of the laser beam, and controls the laser oscillator so as not to emit the laser beam; a control device for instructing the motor driver to stop rotating the motor so that the filler wire is not sent out by the feeder, and the motor driver controls the rotation of the motor, which has stopped rotating, when the motor starts rotating. is set smaller than the absolute value of the negative rotational acceleration when the rotating motor stops rotating.
  • the absolute value of the positive rotational acceleration when the motor, which has stopped rotating, starts to rotate is defined as Since the absolute value of the negative rotational acceleration is set to be smaller than the absolute value of the negative rotational acceleration when the filler wire is cut, generation of a lump of molten metal at the tip of the cut filler wire is suppressed.
  • a second aspect of one or more embodiments is that an operator grips a welding torch and operates an injection switch that the welding torch has so that the welding torch causes the controller to emit a laser beam emitted by the welding torch. Instructing beam irradiation and feed-out of the filler wire by the filler wire feeder, the controller controls the laser oscillator to supply the laser beam to the welding torch, and rotates the motor of the filler wire feeder. A motor driver for driving the motor is controlled to feed out the filler wire, and the operator completes the welding of the welding location and releases the operation of the injection switch, thereby causing the welding torch to operate according to the control.
  • the device is instructed to stop the irradiation of the laser beam by the welding torch and to stop the feed of the filler wire by the filler wire feeder, and the control device stops the supply of the laser beam to the welding torch.
  • the laser oscillator is controlled so as to stop the rotation of the motor to stop feeding the filler wire, the laser beam irradiation by the welding torch is stopped, and the feeding of the filler wire is stopped.
  • the welding torch instructs the controller to start the laser beam emitted by the welding torch.
  • the control device controls the laser oscillator to supply a laser beam to the welding torch and rotates the motor to feed the filler wire by instructing irradiation and feeding of the filler wire by the filler wire feeder.
  • the motor driver controls the absolute value of the positive rotational acceleration when the motor, which has stopped rotating, starts to rotate, and the absolute value of the positive rotational acceleration when the motor, which has stopped rotating, stops rotating.
  • a control method for a handy laser welder that sets the absolute value of the negative rotational acceleration to be smaller than the absolute value of the rotational acceleration.
  • the absolute value of the positive rotational acceleration when the motor that has stopped rotating starts to rotate is determined by Since the absolute value of the negative rotational acceleration is set to be smaller than the absolute value of the negative rotational acceleration when the filler wire is cut, generation of a lump of molten metal at the tip of the cut filler wire is suppressed.
  • the filler wire can be cut with a control operation suitable for the handy laser welder.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a handy laser welder in accordance with one or more embodiments.
  • FIG. 2 is a time-series chart showing a first example of the relationship between the one-shot output of the laser beam for cutting the filler wire and the rotation speed of the motor in the handheld laser welder according to one or more embodiments; is.
  • FIG. 3 is a time-series chart showing a second example of the relationship between the one-shot output of the laser beam for cutting the filler wire and the rotation speed of the motor in the handheld laser welder according to one or more embodiments; is.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a handy laser welder in accordance with one or more embodiments.
  • FIG. 2 is a time-series chart showing a first example of the relationship between the one-shot output of the laser beam for cutting the filler wire and the rotation speed of the motor in the handheld laser welder according to one or more embodiments; is.
  • FIG. 3 is a time-series chart showing a second
  • FIG. 4 is a chronological chart showing a third example of the relationship between the one-shot output of the laser beam for cutting the filler wire and the rotation speed of the motor in the handheld laser welder according to one or more embodiments; is.
  • FIG. 5 is a time series chart showing a fourth example of the relationship between the one-shot output of the laser beam for cutting the filler wire and the rotational speed of the motor in the handy laser welder according to one or more embodiments; is.
  • a handy laser welder includes a laser oscillator, a filler wire feeder, a motor driver, a welding torch, and a controller.
  • a laser oscillator emits a laser beam.
  • the filler wire feeder delivers filler wire by a motor.
  • the motor driver drives the motor to rotate and stop the rotating motor to feed out the filler wire.
  • the welding torch has an injection switch for instructing irradiation of a laser beam, and a guide mechanism for guiding the filler wire sent out from the filler wire feeder to the welding point, and is gripped by the operator.
  • the control device controls the laser oscillator to emit the laser beam when the injection switch instructs to emit the laser beam, and instructs the motor driver to rotate the motor so that the filler wire feeder feeds out the filler wire.
  • the controller controls the laser oscillator so as not to emit the laser beam when the laser beam irradiation is not instructed by the injection switch, and instructs the motor driver to stop the rotation of the motor so that the filler wire feeder does not send out the filler wire. instruct.
  • the motor driver sets the absolute value of the positive rotational acceleration when the stopped motor starts to rotate less than the absolute value of the negative rotational acceleration when the rotating motor stops rotating. are doing.
  • a method for controlling a handy laser welder controls a handy laser welder as follows. An operator holds the welding torch and operates an injection switch of the welding torch to instruct the controller to irradiate the laser beam with the welding torch and feed out the filler wire from the filler wire feeder.
  • a control device controls a laser oscillator to supply a laser beam to the welding torch, and controls a motor driver for driving the motor to rotate a motor of the filler wire feeder to feed out the filler wire.
  • control device When the operator completes the welding of the welding part and releases the operation of the injection switch, the control device is instructed to stop the irradiation of the laser beam by the welding torch and the feeding of the filler wire by the filler wire feeder. instruct.
  • a controller controls the laser oscillator to stop supplying the laser beam to the welding torch and controls the motor driver to stop rotating the motor and stop feeding the filler wire.
  • the operator operates the injection switch for a predetermined short time in order to cut the filler wire. , the irradiation of the laser beam by the welding torch and the delivery of the filler wire by the filler wire feeder.
  • a controller controls a laser oscillator to provide a laser beam to the welding torch and a motor driver to rotate the motor to feed the filler wire.
  • the motor driver sets the absolute value of the positive rotational acceleration when the stopped motor starts to rotate less than the absolute value of the negative rotational acceleration when the rotating motor stops rotating. do.
  • FIG. 1 illustrates a handheld laser welder 100 according to one or more embodiments.
  • the handy laser welder 100 includes a control device 10, a laser oscillator 11, a motor driver 13, a filler wire feeder 15, and a welding torch 17.
  • the control device 10 and the motor driver 13 are connected by a signal cable 12 .
  • a signal cable 14 connects the motor driver 13 and the filler wire feeder 15 .
  • the welding torch 17 is connected to the laser oscillator 11 by an optical fiber 18 and to the controller 10 by a signal cable 19 .
  • the control device 10 can be configured by one or more computers.
  • the control device 10 may be composed of an NC (Numerical Control) device.
  • the control device 10 has a memory that stores machining programs and the like, and a central processing unit (CPU) that interprets and executes the machining programs.
  • the control device 10 controls the laser oscillator 11 based on the welding conditions set by the machining program.
  • the laser oscillator 11 is any laser oscillator such as a fiber laser oscillator, a YAG laser oscillator, a CO2 laser oscillator, a semiconductor laser oscillator, or the like.
  • the motor driver 13 has an operation section 131 and a contact switch 132 .
  • a non-contact switch may be provided instead of the contact switch 132 .
  • the filler wire feeder 15 has a reel 151 for winding the filler wire 16 and a motor 152 for sending out the filler wire 16 .
  • the welding torch 17 has a nozzle 171 provided at the tip of the welding torch 17 that emits a laser beam, and an injection switch 172 that is pressed with a finger by an operator holding the welding torch 17 to instruct irradiation of the laser beam. .
  • the action of pushing the ejection switch 172 is an example of an operation for instructing irradiation of a laser beam.
  • the action of releasing the injection switch 172 that has been pushed in is an example of the operation of canceling the laser beam irradiation instruction.
  • a state in which the ejection switch 172 is not pushed is a state in which the irradiation of the laser beam is not instructed and the irradiation of the laser beam is stopped.
  • a laser beam emitted by the laser oscillator 11 is supplied to the welding torch 17 via the optical fiber 18 while the injection switch 172 is pushed.
  • the welding torch 17 incorporates an optical system (not shown) for converging the laser beam and emitting it from the nozzle 171 .
  • the welding torch 17 may incorporate an acceleration sensor 175 that detects the moving direction of the nozzle 171 and its acceleration.
  • a guide pipe 174 is attached to the root portion of the nozzle 171 via a bracket 173 .
  • a filler wire 16 supplied from a filler wire supplier 15 is inserted through the guide pipe 174 .
  • the filler wire 16 is guided by the guide pipe 174 to the tip of the nozzle 171 .
  • the guide pipe 174 is a guide mechanism for guiding the filler wire 16 delivered from the filler wire feeder 15 to the welding location.
  • the welding torch 17 causes the controller 10 to emit a laser beam through the signal cable 19. Send an injection instruction signal to instruct.
  • the control device 10 instructs the laser oscillator 11 to emit a laser beam.
  • Laser oscillator 11 supplies a laser beam to welding torch 17 via optical fiber 18 .
  • control device 10 that has received the injection instruction signal transmits a supply instruction signal for supplying the filler wire 16 to the welding torch 17 to the motor driver 13 .
  • the motor driver 13 Upon receiving the supply instruction signal, the motor driver 13 turns on the contact switch 132 to drive the motor 152 in the filler wire feeder 15 so as to rotate the motor 152 .
  • the operator operates the operation unit 131 to set the maximum rotation speed for the motor 152 to feed out the filler wire 16, the positive rotation acceleration until the motor 152 starts rotating and reaches the maximum rotation speed, and the motor 152 to stop rotating. Negative rotational acceleration can be set when
  • the filler wire feeder 15 has guide rollers (not shown), and the guide rollers send out the filler wire 16 to the outside of the filler wire feeder 15 .
  • the guide roller is composed of a drive roller that is rotationally driven by the motor 152 and a driven roller that follows the rotation of the drive roller.
  • a filler wire 16 is sandwiched between the drive roller and the driven roller. The curl of the filler wire 16 wound around the reel 151 is corrected when passing through the guide rollers.
  • control device 10 can estimate the moving speed of welding torch 17 based on the moving direction and acceleration detected by acceleration sensor 175 . Based on the estimated moving speed of the welding torch 17, the control device 10 can control the overlapping rate of the laser beam spots so that the weld bead WB is appropriately formed.
  • the motor 152 does not have to be a high performance and expensive motor such as a feedback controllable servo motor or a stepping motor.
  • Motor 152 may be an inexpensive motor that cannot be feedback controlled.
  • Motor 152 may be an induction motor.
  • the motor 152 is assumed to be an AC motor and an asynchronous induction motor.
  • Motor 152 may be a brushless motor or a brushed motor.
  • the filler wire feeder 15 can be made inexpensive, and as a result, the handy laser welder 100 can be made inexpensive.
  • the injection switch 172 is released from being pushed. Then, the welding torch 17 stops transmitting the injection instruction signal, so the controller 10 instructs the laser oscillator 11 to stop emitting the laser beam. Further, since the control device 10 stops sending the supply instruction signal to the motor driver 13 , the motor driver 13 drives the motor 152 in the filler wire feeder 15 so as to stop the rotation of the motor 152 . As a result, the welding torch 17 stops emitting the laser beam from the nozzle 171 and the filler wire feeder 15 stops feeding the filler wire 16 .
  • the filler wire 16 is connected with the weld bead WB and needs to be cut. Therefore, the operator pulls up the welding torch 17, for example, obliquely upward on the front side, and at the same time, presses and releases the injection switch 172 for a predetermined short period of time to cause the nozzle 171 to emit a laser beam for an extremely short period of time.
  • the predetermined short time during which the operator presses and releases the injection switch 172 is, for example, about 200 ms to 500 ms.
  • a very short-time laser beam emission for cutting the filler wire 16 is called a one-shot output.
  • the filler wire 16 is cut by the one-shot output of the laser beam, and the welding torch 17 can be separated from the weld location L by pulling up the welding torch 17 obliquely upward on the front side.
  • FIG. 2 and 3 show an example of the relationship between the one-shot output LO and the rotation speed of the motor 152 when the motor driver 13 has a non-contact switch instead of the contact switch 132.
  • FIG. The one-shot output LO time shown in FIG. 2 is, for example, about 500 ms.
  • the motor 152 starts rotating at about time t0 because the motor driver 13 has a contactless switch.
  • the rotation speed of the motor 152 increases to the maximum rotation speed RSmax at the positive rotation acceleration ACp.
  • the rotational speed decreases with a negative rotational acceleration ACn and the rotation stops.
  • FIG. 3 shows an example of the relationship between the one-shot output LO and the rotational speed of the motor 152 when the one-shot output LO is shorter than in FIG.
  • the one-shot output LO time shown in FIG. 3 is about 200 ms. If the time of the one-shot output LO is short, the rotation speed of the motor 152 decreases with the negative rotation acceleration ACn and stops rotating before reaching the maximum rotation speed RSmax even if the rotation speed increases with the positive rotation acceleration ACp. .
  • the motor driver 13 determines the absolute value of the positive rotational acceleration when the stopped motor 152 starts rotating, and the absolute value of the negative rotational acceleration when it stops rotating. It is set smaller than the absolute value. Since the absolute value of the rotational acceleration when the motor 152 starts to rotate is small, the amount of the filler wire 16 that is fed out is small, and it is possible to suppress the generation of lumps of molten metal at the tip of the cut filler wire 16. can do.
  • the motor driver 13 rotates the motor 152 only in the direction in which the filler wire 16 is fed out, and does not rotate in the direction in which the filler wire 16 is unwound.
  • FIG. 4 and 5 show an example of the relationship between the one-shot output LO and the rotation speed of the motor 152 when the motor driver 13 has the contact switch 132.
  • FIG. 4 As shown in FIG. 4, when the operator pushes the injection switch 172 at time t0, the motor 152 does not start rotating at time t0 because the motor driver 13 has the contact switch 132, and the delay time DT has elapsed. Rotation is started at time t1. That is, the motor 152 starts rotating at a timing delayed by the delay time DT from the timing at which the operator pushes the injection switch 172 .
  • the contact switch 132 functions as a delay device that produces a delay time DT.
  • the rotational speed of the motor 152 increases to the maximum rotational speed RSmax at positive rotational acceleration ACp. After the motor 152 rotates at the maximum rotational speed RSmax for a short period of time, the rotational speed decreases with a negative rotational acceleration ACn and the rotation stops.
  • FIG. 5 shows an example of the relationship between the one-shot output LO and the rotational speed of the motor 152 when the one-shot output LO is shorter than in FIG.
  • the motor 152 starts rotating at time t1 after the delay time DT has elapsed.
  • the rotational speed of the motor 152 decreases with the negative rotational acceleration ACn before reaching the maximum rotational speed RSmax even if the rotational speed increases with the positive rotational acceleration ACp. and the rotation stops.
  • the delay time DT caused by the operation of the contact switch 132 is approximately 100 ms.
  • the motor driver 13 rotates the motor 152 only in the direction in which the filler wire 16 is sent out, and does not rotate in the direction in which the filler wire 16 is unwound.
  • the motor driver 13 If the motor driver 13 has a contact switch 132, the motor 152 starts rotating at time t1 when the operator presses the ejection switch 172 at time t0 and the delay time DT has elapsed. Therefore, the amount of the filler wire 16 fed out is even smaller than in the case of FIGS. It can be suppressed further than the case. 4 and 5 are preferable to FIGS. 2 and 3, and it is preferable that the motor driver 13 drives the motor 152 so as to turn on/off the rotation of the motor 152 by means of the contact switch 132. FIG.
  • the handy laser welder control method controls the handy laser welder 100 as follows.
  • the welding torch 17 instructs the controller 10 to emit a laser beam from the welding torch 17 and from the filler wire feeder 15 .
  • the feed of the filler wire 16 is instructed.
  • the control device 10 controls the laser oscillator 11 to supply a laser beam to the welding torch 17, and the motor driver 13 that drives the motor 152 of the filler wire feeder 15 to rotate the motor 152 and feed out the filler wire 16. to control.
  • the welding torch 17 instructs the control device 10 to stop the laser beam irradiation by the welding torch 17 and the filler wire feeder 15. Stop feeding the filler wire 16.
  • the controller 10 controls the laser oscillator 11 to stop supplying the laser beam to the welding torch 17 , and controls the motor driver 13 to stop the rotation of the motor 152 and stop the feeding of the filler wire 16 .
  • the operator With the irradiation of the laser beam by the welding torch 17 stopped and the feeding of the filler wire 16 stopped, the operator operates the injection switch 172 for a predetermined short time in order to cut the filler wire 16 . Thereby, the welding torch 17 instructs the control device 10 to irradiate the laser beam by the welding torch 17 and feed out the filler wire 16 by the filler wire feeder 15 .
  • the control device 10 controls the laser oscillator 11 to supply a laser beam to the welding torch 17 and controls the motor driver 13 to rotate the motor 152 and feed out the filler wire 16 .
  • the motor driver 13 detects the absolute value of the positive rotational acceleration ACp when the stopped motor 152 starts rotating, and the absolute value of the negative rotational acceleration ACn when the rotating motor 152 stops rotating. Set less than the value.
  • the present invention is not limited to one or more embodiments described above, and can be modified in various ways without departing from the gist of the present invention.

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Abstract

フィラーワイヤ供給機（１５）は、フィラーワイヤ（１６）をモータ（１５２）によって送り出す。モータドライバ（１３）は、フィラーワイヤ１６を送り出すためにモータ（１５２）を回転させ、回転しているモータ（１５２）を停止させるよう、モータ（１５２）を駆動する。モータドライバ（１３）は、回転が停止しているモータ（１５２）が回転を開始するときの正の回転加速度の絶対値を、回転しているモータ（１５２）が回転を停止するときの負の回転加速度の絶対値よりも小さく設定している。

Description

ハンディレーザ溶接機及びハンディレーザ溶接機の制御方法
　本発明は、ハンディレーザ溶接機及びハンディレーザ溶接機の制御方法に関する。
　特許文献１には、ロボット型のレーザ溶接機が記載されている。特許文献１に記載されているレーザ溶接機は、レーザ溶接終了の動作指令を出力すると、レーザビームの射出とフィラーワイヤの供給とを停止し、所定の時間経過後にフィラーワイヤを巻き戻して、フィラーワイヤに張力を付与する。続けて、特許文献１に記載されているレーザ溶接機は、所定の時間経過後にレーザビームを射出して、張力が付与されたフィラーワイヤを切断する。特許文献１に記載されているフィラーワイヤを切断する制御動作によれば、切断されたフィラーワイヤの先端に溶融した金属の塊が発生することを抑制することができる。
特開２０１５－１２０１７９号公報
　レーザ溶接機として、作業者が溶接トーチを把持しながらワークを溶接するハンディレーザ溶接機がある。ハンディレーザ溶接機においては通常フィラーワイヤを巻き戻す機能を搭載しておらず、特許文献１に記載されているようなフィラーワイヤを切断する制御動作を実行することができない。また、ロボット型のレーザ溶接機とハンディレーザ溶接機とではワークを溶接する際の動作がそもそも異なるから、特許文献１に記載されているようなフィラーワイヤを切断する制御動作を採用することは適切でない。ハンディレーザ溶接機に好適な制御動作でフィラーワイヤを切断することが必要である。
　１またはそれ以上の実施形態の第１の態様は、レーザビームを射出するレーザ発振器と、フィラーワイヤをモータによって送り出すフィラーワイヤ供給機と、前記フィラーワイヤを送り出すために前記モータを回転させ、回転している前記モータを停止させるよう、前記モータを駆動するモータドライバと、レーザビームの照射を指示する射出スイッチ、及び前記フィラーワイヤ供給機から送り出された前記フィラーワイヤを溶接箇所へとガイドするためのガイド機構を有して、作業者によって把持される溶接トーチと、前記射出スイッチによってレーザビームの照射が指示されているときには、レーザビームを射出するよう前記レーザ発振器を制御し、前記フィラーワイヤ供給機によって前記フィラーワイヤを送り出すよう前記モータドライバに前記モータの回転を指示し、前記射出スイッチによってレーザビームの照射が指示されていないときには、レーザビームを射出しないよう前記レーザ発振器を制御し、前記フィラーワイヤ供給機によって前記フィラーワイヤを送り出さないよう前記モータドライバに前記モータの回転の停止を指示する制御装置とを備え、前記モータドライバは、回転が停止している前記モータが回転を開始するときの正の回転加速度の絶対値を、回転している前記モータが回転を停止するときの負の回転加速度の絶対値よりも小さく設定しているハンディレーザ溶接機を提供する。
　１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、回転が停止している前記モータが回転を開始するときの正の回転加速度の絶対値を、回転している前記モータが回転を停止するときの負の回転加速度の絶対値よりも小さく設定しているので、切断されたフィラーワイヤの先端に溶融した金属の塊が発生することが抑制される。
　１またはそれ以上の実施形態の第２の態様は、作業者が溶接トーチを把持して、前記溶接トーチが有する射出スイッチを操作することによって、前記溶接トーチが制御装置に、前記溶接トーチによるレーザビームの照射と、フィラーワイヤ供給機によるフィラーワイヤの送り出しとを指示し、前記制御装置が、前記溶接トーチにレーザビームを供給するようレーザ発振器を制御し、前記フィラーワイヤ供給機が有するモータを回転させて前記フィラーワイヤを送り出すよう、前記モータを駆動するモータドライバを制御し、前記作業者が溶接箇所の溶接を完了して、前記射出スイッチの操作を解除することによって、前記溶接トーチが前記制御装置に、前記溶接トーチによるレーザビームの照射の停止と、前記フィラーワイヤ供給機による前記フィラーワイヤの送り出しの停止とを指示し、前記制御装置が、前記溶接トーチへのレーザビームの供給を停止するよう前記レーザ発振器を制御し、前記モータの回転を停止させて前記フィラーワイヤの送り出しを停止するよう前記モータドライバを制御し、前記溶接トーチによるレーザビームの照射を停止し、前記フィラーワイヤの送り出しを停止している状態で、前記作業者が前記フィラーワイヤを切断するために、前記射出スイッチを所定の短時間だけ操作することによって、前記溶接トーチが前記制御装置に、前記溶接トーチによるレーザビームの照射と、前記フィラーワイヤ供給機による前記フィラーワイヤの送り出しとを指示し、前記制御装置が、前記溶接トーチにレーザビームを供給するよう前記レーザ発振器を制御し、前記モータを回転させて前記フィラーワイヤを送り出すよう前記モータドライバを制御し、前記モータドライバは、回転が停止している前記モータが回転を開始するときの正の回転加速度の絶対値を、回転している前記モータが回転を停止するときの負の回転加速度の絶対値よりも小さく設定するハンディレーザ溶接機の制御方法を提供する。
　１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、回転が停止している前記モータが回転を開始するときの正の回転加速度の絶対値を、回転している前記モータが回転を停止するときの負の回転加速度の絶対値よりも小さく設定するので、切断されたフィラーワイヤの先端に溶融した金属の塊が発生することが抑制される。
　１またはそれ以上の実施形態に係るハンディレーザ溶接機及びハンディレーザ溶接機の制御方法によれば、ハンディレーザ溶接機に好適な制御動作でフィラーワイヤを切断することができる。
図１は、１またはそれ以上の実施形態に係るハンディレーザ溶接機を示す図である。 図２は、１またはそれ以上の実施形態に係るハンディレーザ溶接機における、フィラーワイヤを切断するためのレーザビームのワンショット出力とモータの回転速度との関係の第１の例を示す時系列チャートである。 図３は、１またはそれ以上の実施形態に係るハンディレーザ溶接機における、フィラーワイヤを切断するためのレーザビームのワンショット出力とモータの回転速度との関係の第２の例を示す時系列チャートである。 図４は、１またはそれ以上の実施形態に係るハンディレーザ溶接機における、フィラーワイヤを切断するためのレーザビームのワンショット出力とモータの回転速度との関係の第３の例を示す時系列チャートである。 図５は、１またはそれ以上の実施形態に係るハンディレーザ溶接機における、フィラーワイヤを切断するためのレーザビームのワンショット出力とモータの回転速度との関係の第４の例を示す時系列チャートである。
　１またはそれ以上の実施形態に係るハンディレーザ溶接機は、レーザ発振器、フィラーワイヤ供給機、モータドライバ、溶接トーチ、制御装置を備える。レーザ発振器はレーザビームを射出する。フィラーワイヤ供給機は、フィラーワイヤをモータによって送り出す。モータドライバは、フィラーワイヤを送り出すためにモータを回転させ、回転しているモータを停止させるよう、モータを駆動する。溶接トーチは、レーザビームの照射を指示する射出スイッチ、及びフィラーワイヤ供給機から送り出されたフィラーワイヤを溶接箇所へとガイドするためのガイド機構を有して、作業者によって把持される。
　制御装置は、射出スイッチによってレーザビームの照射が指示されているときには、レーザビームを射出するようレーザ発振器を制御し、フィラーワイヤ供給機によってフィラーワイヤを送り出すようモータドライバにモータの回転を指示する。制御装置は、射出スイッチによってレーザビームの照射が指示されていないときには、レーザビームを射出しないようレーザ発振器を制御し、フィラーワイヤ供給機によってフィラーワイヤを送り出さないようモータドライバにモータの回転の停止を指示する。
　モータドライバは、回転が停止しているモータが回転を開始するときの正の回転加速度の絶対値を、回転しているモータが回転を停止するときの負の回転加速度の絶対値よりも小さく設定している。
　１またはそれ以上の実施形態に係るハンディレーザ溶接機の制御方法は、次のようにハンディレーザ溶接機を制御する。作業者が溶接トーチを把持して、溶接トーチが有する射出スイッチを操作することによって、制御装置に、溶接トーチによるレーザビームの照射と、フィラーワイヤ供給機によるフィラーワイヤの送り出しとを指示する。制御装置が、溶接トーチにレーザビームを供給するようレーザ発振器を制御し、フィラーワイヤ供給機が有するモータを回転させてフィラーワイヤを送り出すよう、モータを駆動するモータドライバを制御する。
　作業者が溶接箇所の溶接を完了して、射出スイッチの操作を解除することによって、制御装置に、溶接トーチによるレーザビームの照射の停止と、フィラーワイヤ供給機によるフィラーワイヤの送り出しの停止とを指示する。制御装置が、溶接トーチへのレーザビームの供給を停止するようレーザ発振器を制御し、モータの回転を停止させてフィラーワイヤの送り出しを停止するようモータドライバを制御する。
　溶接トーチによるレーザビームの照射を停止し、フィラーワイヤの送り出しを停止している状態で、作業者がフィラーワイヤを切断するために、射出スイッチを所定の短時間だけ操作することによって、制御装置に、溶接トーチによるレーザビームの照射と、フィラーワイヤ供給機によるフィラーワイヤの送り出しとを指示する。制御装置が、溶接トーチにレーザビームを供給するようレーザ発振器を制御し、モータを回転させてフィラーワイヤを送り出すようモータドライバを制御する。
　モータドライバは、回転が停止しているモータが回転を開始するときの正の回転加速度の絶対値を、回転しているモータが回転を停止するときの負の回転加速度の絶対値よりも小さく設定する。
　以下、１またはそれ以上の実施形態に係るハンディレーザ溶接機及びハンディレーザ溶接機の制御方法について、添付図面を参照して具体的に説明する。図１は、１またはそれ以上の実施形態に係るハンディレーザ溶接機１００を示す。
　図１に示すように、ハンディレーザ溶接機１００は、制御装置１０、レーザ発振器１１、モータドライバ１３、フィラーワイヤ供給機１５、溶接トーチ１７を備える。制御装置１０とモータドライバ１３とは信号ケーブル１２で連結されている。モータドライバ１３とフィラーワイヤ供給機１５とは信号ケーブル１４で連結されている。溶接トーチ１７は、レーザ発振器１１と光ファイバ１８で連結され、制御装置１０と信号ケーブル１９で連結されている。
　制御装置１０は、１またはそれ以上のコンピュータによって構成することができる。制御装置１０はＮＣ（Numerical Control）装置で構成されていてもよい。制御装置１０は、加工プログラム等を記憶するメモリと、加工プログラムを解釈して実行する中央処理装置（ＣＰＵ）とを有する。制御装置１０は、加工プログラムで設定された溶接条件に基づいてレーザ発振器１１を制御する。
　レーザ発振器１１は、ファイバレーザ発振器、ＹＡＧレーザ発振器、ＣＯ２レーザ発振器、半導体レーザ発振器等の任意のレーザ発振器である。モータドライバ１３は、操作部１３１と有接点スイッチ１３２を有する。有接点スイッチ１３２の代わりに無接点スイッチを有してもよい。フィラーワイヤ供給機１５は、フィラーワイヤ１６を巻回するリール１５１とフィラーワイヤ１６を送り出すモータ１５２を有する。
　溶接トーチ１７は、溶接トーチ１７の先端に設けられたレーザビームを射出するノズル１７１、溶接トーチ１７を把持している作業者が指で押し込むことによりレーザビームの照射を指示する射出スイッチ１７２を有する。射出スイッチ１７２を押し込む動作は、レーザビームの照射を指示する操作の一例である。押し込まれた射出スイッチ１７２を離す動作は、レーザビームの照射の指示を解除する操作の一例である。射出スイッチ１７２が押し込まれていない状態は、レーザビームの照射が指示されておらず、レーザビームの照射を停止している状態である。
　射出スイッチ１７２が押し込まれている状態で、溶接トーチ１７には、光ファイバ１８を介してレーザ発振器１１が射出するレーザビームが供給される。溶接トーチ１７は、レーザビームを集束させてノズル１７１より射出するための図示していない光学系を内蔵している。溶接トーチ１７は、ノズル１７１の移動方向とその加速度を検出する加速度センサ１７５を内蔵してもよい。
　ノズル１７１の根元部分には、ブラケット１７３を介してガイドパイプ１７４が取り付けられている。ガイドパイプ１７４には、フィラーワイヤ供給機１５から供給されるフィラーワイヤ１６が挿通されている。フィラーワイヤ１６は、ガイドパイプ１７４にガイドされてノズル１７１の先端に導かれる。ガイドパイプ１７４は、フィラーワイヤ供給機１５から送り出されたフィラーワイヤ１６を溶接箇所へとガイドするためのガイド機構である。
　作業者が以上のように構成されるハンディレーザ溶接機１００における溶接トーチ１７を把持して射出スイッチ１７２を押し込むと、溶接トーチ１７は、信号ケーブル１９を介して制御装置１０にレーザビームの射出を指示する射出指示信号を送信する。射出指示信号を受けた制御装置１０は、レーザ発振器１１にレーザビームの射出を指示する。レーザ発振器１１は、光ファイバ１８を介して溶接トーチ１７にレーザビームを供給する。
　また、射出指示信号を受けた制御装置１０は、モータドライバ１３にフィラーワイヤ１６を溶接トーチ１７へと供給する供給指示信号を送信する。供給指示信号を受けたモータドライバ１３は、有接点スイッチ１３２をオンしてフィラーワイヤ供給機１５におけるモータ１５２を回転させるようモータ１５２を駆動する。作業者は、操作部１３１によって、モータ１５２がフィラーワイヤ１６を送り出すための最大回転速度、モータ１５２が回転を開始して最大回転速度に到達するまでの正の回転加速度、モータ１５２が回転を停止するときの負の回転加速度を設定することができる。
　このように、作業者が、例えば、板金である２つのワークＷ１及びＷ２の端面を対向させたライン状の溶接箇所Ｌを溶接しようとして、溶接トーチ１７の射出スイッチ１７２を押し込むと、ノズル１７１よりレーザビームが射出され、かつ、フィラーワイヤ１６が送り出される。フィラーワイヤ供給機１５は図示していないガイドローラを有し、ガイドローラがフィラーワイヤ供給機１５の外部へとフィラーワイヤ１６を送り出す。ガイドローラは、モータ１５２によって回転駆動される駆動ローラと、駆動ローラの回転に伴って従動する従動ローラとによって構成される。駆動ローラと従動ローラとはフィラーワイヤ１６を挟む。リール１５１に巻回されたフィラーワイヤ１６の巻き癖は、ガイドローラを通過する際に矯正される。
　作業者は、ノズル１７１の先端を溶接箇所Ｌに接触させて、溶接箇所Ｌに沿って溶接トーチ１７を移動させてワークＷ１及びＷ２を溶接する。溶接トーチ１７が加速度センサ１７５を内蔵している場合には、制御装置１０は、加速度センサ１７５が検出した移動方向と加速度とに基づいて、溶接トーチ１７の移動速度を推定することができる。制御装置１０は、推定した溶接トーチ１７の移動速度に基づいて、溶接ビードＷＢが適切に形成されるようにレーザビームのスポットの重なり率を制御することができる。
　ところで、モータ１５２は、フィードバック制御が可能なサーボモータまたはステッピングモータのような高性能で高価なモータである必要はない。モータ１５２は、フィードバック制御ができない安価なモータでよい。モータ１５２はインダクションモータであってもよい。ここでは、モータ１５２は、交流電動機で非同期のインダクションモータであるとする。モータ１５２は、ブラシレスモータであってもよいし、ブラシ付きモータであってもよい。
　モータ１５２を、フィードバック制御ができない安価なモータとすることによりフィラーワイヤ供給機１５を安価とすることができ、結果としてハンディレーザ溶接機１００を安価とすることができる。
　例えば、作業者が、溶接トーチ１７を溶接箇所Ｌに沿って手前に引きながら溶接していて溶接を完了すると、射出スイッチ１７２の押し込みを解除する。すると、溶接トーチ１７は射出指示信号の送信を停止するので、制御装置１０は、レーザ発振器１１にレーザビームの射出の停止を指示する。また、制御装置１０はモータドライバ１３への供給指示信号の送信を停止するので、モータドライバ１３は、フィラーワイヤ供給機１５におけるモータ１５２の回転を停止させるようモータ１５２を駆動する。これにより、溶接トーチ１７はノズル１７１からのレーザビームの射出を停止し、フィラーワイヤ供給機１５はフィラーワイヤ１６の送り出しを停止する。
　この状態で、フィラーワイヤ１６は溶接ビードＷＢと連結しており、フィラーワイヤ１６を切断する必要がある。そこで、作業者は、溶接トーチ１７を例えば手前側の斜め上方へ引き上げるのと同時に、射出スイッチ１７２を所定の短時間だけ押し込んで離し、ノズル１７１よりレーザビームを極めて短時間だけ射出させる。作業者が射出スイッチ１７２を押し込んで離す所定の短時間は、例えば２００ｍｓ～５００ｍｓ程度である。
　フィラーワイヤ１６を切断するための極めて短時間のレーザビームの射出をワンショット出力と称することとする。フィラーワイヤ１６はレーザビームのワンショット出力によって切断され、作業者が溶接トーチ１７を手前側の斜め上方へ引き上げることによって、溶接トーチ１７を溶接箇所Ｌより離すことができる。
　図２～図５を用いて、ハンディレーザ溶接機１００における、フィラーワイヤ１６を切断するためのレーザビームのワンショット出力とモータ１５２の回転速度との関係の各例を説明する。図２～図５において、横軸を時間、縦軸をレーザ出力とする時系列チャートにおけるＬＯはワンショット出力、横軸を時間、縦軸をモータ回転速度とする時系列チャートにおけるＡＣｐはモータ１５２が回転を開始したときの正の回転加速度、ＡＣｎはモータ１５２が回転を停止するときの負の回転加速度を示している。
　図２及び図３は、モータドライバ１３が有接点スイッチ１３２の代わりの無接点スイッチを有する場合の、ワンショット出力ＬＯとモータ１５２の回転速度との関係の例を示している。図２に示すワンショット出力ＬＯの時間は例えば５００ｍｓ程度である。図２に示すように、作業者が時刻ｔ０で射出スイッチ１７２を押し込むと、モータドライバ１３は無接点スイッチを有するのでほぼ時刻ｔ０でモータ１５２が回転を開始する。モータ１５２は正の回転加速度ＡＣｐで最大回転速度ＲＳｍａｘまで回転速度が増加する。モータ１５２はわずかな時間だけ最大回転速度ＲＳｍａｘで回転した後に、負の回転加速度ＡＣｎで回転速度が減少して回転が停止する。
　図３は、ワンショット出力ＬＯを図２よりも短時間とした場合の、ワンショット出力ＬＯとモータ１５２の回転速度との関係の例を示している。図３に示すワンショット出力ＬＯの時間は２００ｍｓ程度である。ワンショット出力ＬＯの時間が短いと、モータ１５２は正の回転加速度ＡＣｐで回転速度が増加しても最大回転速度ＲＳｍａｘに達する前に負の回転加速度ＡＣｎで回転速度が減少して回転が停止する。
　図２及び図３に示すように、モータドライバ１３は、回転が停止しているモータ１５２が回転を開始するときの正の回転加速度の絶対値を、回転を停止するときの負の回転加速度の絶対値よりも小さく設定している。モータ１５２が回転を開始するときの回転加速度の絶対値が小さいので、フィラーワイヤ１６が送り出される量はわずかであり、切断されたフィラーワイヤ１６の先端に溶融した金属の塊が発生することを抑制することができる。
　図２及び図３に示すように、モータドライバ１３は、モータ１５２をフィラーワイヤ１６が送り出される方向にのみ回転させ、フィラーワイヤ１６が巻き戻される方向に回転させることはない。
　図４及び図５は、モータドライバ１３が有接点スイッチ１３２を有する場合の、ワンショット出力ＬＯとモータ１５２の回転速度との関係の例を示している。図４に示すように、作業者が時刻ｔ０で射出スイッチ１７２を押し込むと、モータドライバ１３は有接点スイッチ１３２を有するので、モータ１５２は時刻ｔ０で回転を開始せず、遅延時間ＤＴだけ経過した時刻ｔ１で回転を開始する。即ち、モータ１５２は、作業者が射出スイッチ１７２を押し込んだタイミングから遅延時間ＤＴだけ遅れたタイミングで回転を開始する。有接点スイッチ１３２は、遅延時間ＤＴを生じさせる遅延器として機能する。
　図２と同様に、モータ１５２は正の回転加速度ＡＣｐで最大回転速度ＲＳｍａｘまで回転速度が増加する。モータ１５２はわずかな時間だけ最大回転速度ＲＳｍａｘで回転した後に、負の回転加速度ＡＣｎで回転速度が減少して回転が停止する。
　図５は、ワンショット出力ＬＯを図４よりも短時間とした場合の、ワンショット出力ＬＯとモータ１５２の回転速度との関係の例を示している。図４と同様に、作業者が時刻ｔ０で射出スイッチ１７２を押し込むと、モータ１５２は遅延時間ＤＴだけ経過した時刻ｔ１で回転を開始する。図３と同様に、ワンショット出力ＬＯの時間が短いため、モータ１５２は正の回転加速度ＡＣｐで回転速度が増加しても最大回転速度ＲＳｍａｘに達する前に負の回転加速度ＡＣｎで回転速度が減少して回転が停止する。
　図４及び図５において、有接点スイッチ１３２が動作するのに起因する遅延時間ＤＴは、１００ｍｓ程度である。
　図４及び図５に示すように、モータドライバ１３は、モータ１５２をフィラーワイヤ１６が送り出される方向にのみ回転させ、フィラーワイヤ１６が巻き戻される方向に回転させることはない。
　モータドライバ１３が有接点スイッチ１３２を有する構成であれば、モータ１５２は、作業者が時刻ｔ０で射出スイッチ１７２を押し込んで遅延時間ＤＴだけ経過した時刻ｔ１で回転を開始する。従って、フィラーワイヤ１６が送り出される量は図２及び図３の場合よりもさらにわずかとなるので、切断されたフィラーワイヤ１６の先端に溶融した金属の塊が発生することを図２及び図３の場合よりもさらに抑制することができる。よって、図２及び図３よりも図４及び図５の方が好ましく、モータドライバ１３は有接点スイッチ１３２によってモータ１５２の回転をオン・オフするようモータ１５２を駆動することが好ましい。
　以上のように、１またはそれ以上の実施形態に係るハンディレーザ溶接機の制御方法は、次のようにハンディレーザ溶接機１００を制御する。作業者が溶接トーチ１７を把持して、溶接トーチ１７が有する射出スイッチ１７２を操作することによって、溶接トーチ１７は制御装置１０に、溶接トーチ１７によるレーザビームの照射と、フィラーワイヤ供給機１５によるフィラーワイヤ１６の送り出しとを指示する。制御装置１０は、溶接トーチ１７にレーザビームを供給するようレーザ発振器１１を制御し、フィラーワイヤ供給機１５が有するモータ１５２を回転させてフィラーワイヤ１６を送り出すよう、モータ１５２を駆動するモータドライバ１３を制御する。
　作業者が溶接箇所の溶接を完了して、射出スイッチ１７２の操作を解除することによって、溶接トーチ１７は制御装置１０に、溶接トーチ１７によるレーザビームの照射の停止と、フィラーワイヤ供給機１５によるフィラーワイヤ１６の送り出しの停止とを指示する。制御装置１０は、溶接トーチ１７へのレーザビームの供給を停止するようレーザ発振器１１を制御し、モータ１５２の回転を停止させてフィラーワイヤ１６の送り出しを停止するようモータドライバ１３を制御する。
　溶接トーチ１７によるレーザビームの照射を停止し、フィラーワイヤ１６の送り出しを停止している状態で、作業者がフィラーワイヤ１６を切断するために、射出スイッチ１７２を所定の短時間だけ操作する。これによって、溶接トーチ１７は、制御装置１０に、溶接トーチ１７によるレーザビームの照射と、フィラーワイヤ供給機１５によるフィラーワイヤ１６の送り出しとを指示する。
　制御装置１０は、溶接トーチ１７にレーザビームを供給するようレーザ発振器１１を制御し、モータ１５２を回転させてフィラーワイヤ１６を送り出すようモータドライバ１３を制御する。モータドライバ１３は、回転が停止しているモータ１５２が回転を開始するときの正の回転加速度ＡＣｐの絶対値を、回転しているモータ１５２が回転を停止するときの負の回転加速度ＡＣｎの絶対値よりも小さく設定する。
　本発明は以上説明した１またはそれ以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
　本願は、２０２１年１１月１８日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－１８７７６８号に基づく優先権を主張するものであり、その全ての開示内容は引用によりここに援用される。
 

Claims (4)

  1. 　レーザビームを射出するレーザ発振器と、
    　フィラーワイヤをモータによって送り出すフィラーワイヤ供給機と、
    　前記フィラーワイヤを送り出すために前記モータを回転させ、回転している前記モータを停止させるよう、前記モータを駆動するモータドライバと、
    　レーザビームの照射を指示する射出スイッチ、及び前記フィラーワイヤ供給機から送り出された前記フィラーワイヤを溶接箇所へとガイドするためのガイド機構を有して、作業者によって把持される溶接トーチと、
    　前記射出スイッチによってレーザビームの照射が指示されているときには、レーザビームを射出するよう前記レーザ発振器を制御し、前記フィラーワイヤ供給機によって前記フィラーワイヤを送り出すよう前記モータドライバに前記モータの回転を指示し、前記射出スイッチによってレーザビームの照射が指示されていないときには、レーザビームを射出しないよう前記レーザ発振器を制御し、前記フィラーワイヤ供給機によって前記フィラーワイヤを送り出さないよう前記モータドライバに前記モータの回転の停止を指示する制御装置と、
    　を備え、
    　前記モータドライバは、回転が停止している前記モータが回転を開始するときの正の回転加速度の絶対値を、回転している前記モータが回転を停止するときの負の回転加速度の絶対値よりも小さく設定している
    　ハンディレーザ溶接機。
  2. 　前記モータドライバは有接点スイッチを有し、
    　前記モータドライバは、前記制御装置より前記モータを回転させるよう指示されたとき、前記有接点スイッチをオンして前記モータを回転させる
    　請求項１に記載のハンディレーザ溶接機。
  3. 　作業者が溶接トーチを把持して、前記溶接トーチが有する射出スイッチを操作することによって、前記溶接トーチが制御装置に、前記溶接トーチによるレーザビームの照射と、フィラーワイヤ供給機によるフィラーワイヤの送り出しとを指示し、
    　前記制御装置が、前記溶接トーチにレーザビームを供給するようレーザ発振器を制御し、前記フィラーワイヤ供給機が有するモータを回転させて前記フィラーワイヤを送り出すよう、前記モータを駆動するモータドライバを制御し、
    　前記作業者が溶接箇所の溶接を完了して、前記射出スイッチの操作を解除することによって、前記溶接トーチが前記制御装置に、前記溶接トーチによるレーザビームの照射の停止と、前記フィラーワイヤ供給機による前記フィラーワイヤの送り出しの停止とを指示し、
    　前記制御装置が、前記溶接トーチへのレーザビームの供給を停止するよう前記レーザ発振器を制御し、前記モータの回転を停止させて前記フィラーワイヤの送り出しを停止するよう前記モータドライバを制御し、
    　前記溶接トーチによるレーザビームの照射を停止し、前記フィラーワイヤの送り出しを停止している状態で、前記作業者が前記フィラーワイヤを切断するために、前記射出スイッチを所定の短時間だけ操作することによって、前記溶接トーチが前記制御装置に、前記溶接トーチによるレーザビームの照射と、前記フィラーワイヤ供給機による前記フィラーワイヤの送り出しとを指示し、
    　前記制御装置が、前記溶接トーチにレーザビームを供給するよう前記レーザ発振器を制御し、前記モータを回転させて前記フィラーワイヤを送り出すよう前記モータドライバを制御し、
    　前記モータドライバは、回転が停止している前記モータが回転を開始するときの正の回転加速度の絶対値を、回転している前記モータが回転を停止するときの負の回転加速度の絶対値よりも小さく設定する
    　ハンディレーザ溶接機の制御方法。
  4. 　前記モータドライバは有接点スイッチを有し、
    　前記モータドライバは、前記制御装置より前記モータを回転させるよう指示されたとき、前記有接点スイッチをオンして前記モータを回転させる
    　請求項３に記載のハンディレーザ溶接機の制御方法。
     
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