(57)【要約】【課題】レーザ溶接を安定して行うことができるレーザ加工方法を提供すること。【解決手段】レーザ加工方法は、断面円弧状の円弧部をそれぞれ含む一対のワークについて、円弧部の外周面側同士を当接させ、この当接した部分に、レーザ光を照射して溶接する。このレーザ加工方法は、一対のワークの断面を仮想平面上に生成するステップＳＴ１と、仮想平面上に所定半径の円を生成するステップＳＴ２と、この生成した円を、ワーク同士の当接した部分に向かって移動して、一対のワークの両方に当接させ、この円と前記一対のワークとの接点を求めるステップＳＴ３と、円の中心と接点とが成す角度を二等分する角度を演算するステップＳＴ４と、この演算した角度を照射方向としてレーザ光を照射するステップＳＴ５と、を備える。【選択図】図２
2008290096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面円弧状の円弧部をそれぞれ含む一対のワークについて、当該円弧部の外周面側同士を対向させ、この対向した部分に、レーザ光を照射して溶接するレーザ加工方法であって、
前記一対のワークの断面を仮想平面上に生成するステップと、
前記仮想平面上に所定半径の円を生成するステップと、
当該生成した円を、前記ワーク同士の対向した部分に向かって移動して、前記一対のワークの両方に当接させ、当該円と前記一対のワークとの接点を求めるステップと、
前記円の中心と前記接点とが成す角度を二等分する角度を演算するステップと、
当該演算した角度を照射方向としてレーザ光を照射するステップと、を有することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工方法において、
ろう材を用いて溶接し、前記円の中心と前記接点とが成す角度の大きさに応じて、レーザ光の入熱量およびろう材の供給量を調整することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザ加工方法において、
前記円の中心の位置に基づいて、レーザ光の焦点位置を決定することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４】
断面円弧状の円弧部をそれぞれ含む一対のワークについて、当該円弧部の外周面側同士を対向させ、この対向した部分に、レーザ光を照射して溶接するレーザ加工方法であって、
前記一対のワークの断面を仮想平面上に生成するステップと、
前記仮想平面上に前記一対のワークのそれぞれから所定距離だけ離れた点を、第１点として求めるステップと、
当該第１点から前記一対のワークのそれぞれに垂線を下ろし、当該垂線と前記一対のワークのそれぞれとの交点を第２点として求めるステップと、
前記第１点と前記第２点とが成す角度を二等分する角度を演算するステップと、
当該演算した角度を照射方向としてレーザ光を照射するステップと、を有することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ加工方法において、
ろう材を用いて溶接し、前記第１点と前記第２点とが成す角度の大きさに応じて、レーザ光の入熱量およびろう材の供給量を調整することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載のレーザ加工方法において、
前記第１点の位置に基づいて、レーザ光の焦点位置を決定することを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法に関する。詳しくは、断面円弧状の円弧部をそれぞれ含む一対のワークを対向させ、この対向した部分にレーザ光を照射して溶接するレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザ溶接により、２つのワークをフレア溶接する方法が知られている。例えば、２つのワークの端部を曲げ加工し、断面円弧状の円弧部を形成する。その後、これら円弧部の外周面同士を対向させて、この対向させた部分にろう材を供給しつつ、レーザ光を照射することにより、ろう材および母材を溶かして溶接する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以上のレーザ溶接では、母材の入熱が大きくなり過ぎるとワークが変形するため、ろう材を完全に溶かしつつ、母材の入熱量を調整することが重要である。したがって、レーザ光の照射方向および位置が重要となる。
【０００４】
そこで、レーザセンサを用いて、レーザ光の照射方向を決定することが行われている。
すなわち、図１３に示すように、溶接対象となる一対のワーク５０Ａ、５０Ｂの円弧部５１Ａ、５１Ｂを対向させておき、レーザセンサでこの一対のワーク５０Ａ、５０Ｂの表面を走査することにより、円弧部５１Ａ、５１Ｂの形状を仮想平面上に表現する。そして、この円弧部５１Ａ、５１Ｂの端縁に接線Ｖ、Ｗを引き、これら接線Ｖ、Ｗに平行にレーザ光を照射する。
この方法によれば、ワーク５０Ａ、５０Ｂの円弧部５１Ａ、５１Ｂの形状に応じて、レーザ光の照射方向を調整できる。
【特許文献１】特開２００３−２２５７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の手法では、円弧部５１Ａ、５１Ｂをレーザセンサのレーザ光で走査する必要があるが、このレーザ光が円弧部５１Ａ、５１Ｂの端縁まで到達せず、円弧部５１Ａ、５１Ｂの形状を正確に検出できない場合がある。この場合、レーザ光の照射方向を正確に決定できず、レーザ溶接を安定して行うことが困難となる。
【０００６】
本発明は、一対のワークの円弧部同士を対向させ、この対向した部分にレーザ光を照射して溶接する際に、ワークの円弧部の端縁を検出できない場合でも、レーザ溶接を安定して行うことができるレーザ加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のレーザ加工方法は、断面円弧状の円弧部（例えば、後述の５１Ａ、５１Ｂ）をそれぞれ含む一対のワーク（例えば、後述の５０Ａ、５０Ｂ）について、当該円弧部の外周面側同士を対向させ、この対向した部分に、レーザ光を照射して溶接するレーザ加工方法であって、前記一対のワークの断面を仮想平面上に生成するステップと、前記仮想平面上に所定半径の円（例えば、後述の円Ｃ）を生成するステップと、当該生成した円を、前記ワーク同士の対向した部分に向かって移動して、前記一対のワークの両方に当接させ、当該円と前記一対のワークとの接点（例えば、後述の接点Ｐ、Ｑ）を求めるステップと、前記円の中心（例えば、後述の中心Ｒ）と前記接点とが成す角度（例えば、後述の角度θ）を二等分する角度（例えば、後述の直線Ｌ）を演算するステップと、当該演算した角度を照射方向としてレーザ光を照射するステップと、を有することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、ワークの円弧部の端縁を検出できなくても、この円弧部全体の形状に応じてレーザ光の照射方向を決定できるから、レーザ溶接を安定して行うことができる。
【０００９】
この場合、ろう材を用いて溶接し、前記円の中心と前記接点とが成す角度の大きさに応じて、レーザ光の入熱量およびろう材の供給量を調整することが好ましい。
【００１０】
この発明によれば、円の中心と前記接点とが成す角度の大きさに応じて、レーザ光の入熱量およびろう材の供給量を調整したので、ろう材を完全に溶かしつつ、母材の溶け込み量を容易に調整できる。
【００１１】
この場合、前記円の中心の位置に基づいて、レーザ光の焦点位置を決定することが好ましい。
【００１２】
この発明によれば、円の中心の位置に基づいてレーザ光の焦点位置を決定したので、レーザ光の入熱量およびろう材の供給量を適量に設定できる。
【００１３】
本発明のレーザ加工方法は、断面円弧状の円弧部をそれぞれ含む一対のワークについて、当該円弧部の外周面側同士を対向させ、この対向した部分に、レーザ光を照射して溶接するレーザ加工方法であって、前記一対のワークの断面を仮想平面上に生成するステップと、前記仮想平面上に前記一対のワークのそれぞれから所定距離だけ離れた点を、第１点（例えば、後述の第１点Ｓ）として求めるステップと、当該第１点から前記一対のワークのそれぞれに垂線を下ろし、当該垂線と前記一対のワークのそれぞれとの交点を第２点（例えば、後述の第２点Ｔ、Ｕ）として求めるステップと、前記第１点と前記第２点とが成す角度（例えば、後述の角度θ）を二等分する角度（例えば、後述の直線Ｌ）を演算するステップと、当該演算した角度を照射方向としてレーザ光を照射するステップと、を有することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、上述の効果と同様の効果がある。
【００１５】
この場合、ろう材を用いて溶接し、前記第１点と前記第２点とが成す角度の大きさに応じて、レーザ光の入熱量およびろう材の供給量を調整することが好ましい。
【００１６】
この発明によれば、上述の効果と同様の効果がある。
【００１７】
この場合、前記第１点の位置に基づいて、レーザ光の焦点位置を決定することが好ましい。
【００１８】
この発明によれば、上述の効果と同様の効果がある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ワークの円弧部の端縁を検出できなくても、この円弧部全体の形状に応じてレーザ光の照射方向を決定できるから、レーザ溶接を安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法が適用されたレーザ加工システム１の概略構成を示す図である。
【００２１】
レーザ加工システム１は、一対のワーク５０Ａ、５０Ｂをレーザ光でフレア溶接するものであり、レーザ測定装置１０と、レーザ溶接装置２０と、これらレーザ測定装置１０およびレーザ溶接装置２０を制御する制御部３０と、を備える。
ここで、一対のワーク５０Ａ、５０Ｂは、それぞれ、断面円弧状の円弧部５１Ａ、５１Ｂを含んでいる。円弧部５１Ａの曲率半径は、円弧部５１Ｂの曲率半径と異なっている。これら一対のワーク５０Ａ、５０Ｂは、円弧部５１Ａ、５１Ｂの外周面側同士が対向するように配置されている。
レーザ加工システム１は、ワーク５０Ａ、５０Ｂの対向した部分にレーザ光を照射して溶接する。
【００２２】
レーザ測定装置１０は、一対のワーク５０Ａ、５０Ｂの形状を検出するものであり、レーザ光を照射する測定光照射部１１と、測定光照射部１１の向きを変化させる駆動部１２と、レーザ光が照射された照射点までの距離を検出するカメラ１３と、を備える。
【００２３】
レーザ溶接装置２０は、一対のワーク５０Ａ、５０Ｂの間にろう材を供給しながらレーザ光を照射して溶接するものであり、レーザ光を照射する溶接光照射部２１と、溶接光照射部２１の向きおよび位置を変化させる駆動部２２と、を備える。
溶接光照射部２１は、図示しないが、レーザ光を発振するレーザ発振器と、このレーザ発振器で発振されたレーザ光を集光して照射する集光部と、を備える。
【００２４】
制御部３０は、ワーク形状測定部３１と、ワーク形状生成部３２と、溶接光照射方向算出部３３と、ワーク溶接部３４と、を備える。
【００２５】
ワーク形状測定部３１は、レーザ測定装置１０を用いて、ワークの表面形状を測定する。
すなわち、ワーク形状測定部３１は、測定光照射部１１および駆動部１２を制御して、レーザ光でワーク５０Ａ、５０Ｂの表面を走査するとともに、カメラ１３により、走査線上の照射点の像を結像することで、カメラ１３から照射点までの距離を検出する。そして、測定光照射部１１のレーザ光の照射方向と、カメラ１３から照射点までの距離と、に基づいて、照射点の３次元上の位置を求める。
【００２６】
ワーク形状生成部３２は、ワーク５０Ａ、５０Ｂの表面形状を仮想平面上に生成する。すなわち、ワーク形状測定部３１で検出した照射点を２次元の仮想平面上にプロットして、これらプロットした点を直線や近似曲線で結ぶことで、ワーク５０Ａ、５０Ｂの表面形状を生成する。
【００２７】
溶接光照射方向算出部３３は、ワーク形状生成部３２で生成したワーク５０Ａ、５０Ｂの形状に基づいて、レーザ溶接装置２０から照射するレーザ光の照射方向を求める。
ワーク溶接部３４は、溶接光照射部２１および駆動部２２を制御して、溶接光照射方向算出部３３で求めた照射方向でレーザ光を照射して、ワーク５０Ａ、５０Ｂをレーザ溶接する。
【００２８】
以上のレーザ加工システム１の動作を、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
ＳＴ１では、ワーク形状測定部３１により、一対のワーク５０Ａ、５０Ｂの形状を測定し、ワーク形状生成部３２により、図３に示すように、これら一対のワーク５０Ａ、５０Ｂの断面を仮想平面上に生成する。
ＳＴ２では、溶接光照射方向算出部により、図４に示すように、仮想平面上に所定半径ｄ１の円Ｃを生成する。
【００２９】
ＳＴ３では、この生成した円Ｃを、ワーク５０Ａ、５０Ｂ同士の対向した部分に向かって移動して、図５に示すように、一対のワーク５０Ａ、５０Ｂの両方の表面に当接させ、この円Ｃと一対のワーク５０Ａ、５０Ｂとの接点Ｐ、Ｑを求める。
ＳＴ４では、図６に示すように、円Ｃの中心Ｒと接点Ｐ、Ｑとが成す角度θを二等分する角度（図６中、直線Ｌで示す）を演算する。
ＳＴ５では、ワーク溶接部３４により、この演算した角度、つまり、直線Ｌをレーザ光の照射方向として、レーザ光を照射する。
【００３０】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）ワーク５０Ａ、５０Ｂの円弧部５１Ａ、５１Ｂの端縁を検出できなくても、この円弧部５１Ａ、５１Ｂ全体の形状に応じてレーザ光の照射方向を決定できるから、レーザ溶接を安定して行うことができる。
【００３１】
［第２実施形態］
本実施形態では、溶接光照射方向算出部３３の動作が、第１実施形態と異なる。
そこで、本実施形態におけるレーザ加工システム１の動作を、図７のフローチャートを参照しながら説明する。
ＳＴ１では、第１実施形態と同様に、図３に示すように、一対のワーク５０Ａ、５０Ｂの断面を仮想平面上に生成する。
ＳＴ２では、仮想平面上で、一対のワーク５０Ａ、５０Ｂのそれぞれから所定距離ｄ２だけ離れた点を、第１点Ｓとして求める。具体的には、図８に示すように、ワーク５０Ａ、５０Ｂから所定距離だけ離れた線Ｍ、Ｎを引き、これら線Ｍと線Ｎとの交点を第１点Ｓとする。
【００３２】
ＳＴ３では、図９に示すように、第１点Ｓから一対のワーク５０Ａ、５０Ｂのそれぞれに垂線を下ろし、これら垂線とワーク５０Ａ、５０Ｂとの交点を第２点Ｔ、Ｕとして求める。
ＳＴ４では、図１０に示すように、第１点Ｓと第２点Ｔ、Ｕとが成す角度θを二等分する角度（図６中、直線Ｌで示す）を演算する。
ＳＴ５では、ワーク溶接部３４により、この演算した角度、つまり、直線Ｌをレーザ光の照射方向として、レーザ光を照射する。
【００３３】
本実施形態によれば、上述の（１）と同様の効果がある。
【００３４】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の各実施形態において、角度θの大きさに応じて、レーザ光の入熱量およびろう材の供給量を調整してもよい。
具体的には、レーザ光の入熱量を調整する場合、制御部３０により、レーザ溶接装置２０の集光部を制御して、焦点Ｆの位置を調整し、これにより、レーザ光の集光径を変化させて、一対のワーク５０Ａ、５０Ｂに対する入熱量を調整する。この場合、焦点Ｆの位置を、第１実施形態における円Ｃの中心Ｒの位置、あるいは、第２実施形態における第１点Ｓの位置に基づいて決定する。
【００３５】
角度θが大きい場合には、ワーク５０Ａ、５０Ｂ間の間隔が大きいと判断し、ろう材の供給量を増加するとともに、図１１に示すように、焦点Ｆの位置をレーザ光の射出口寄りに設定して、レーザ光の入熱量を大きくする。一方、角度θが小さい場合には、ワーク５０Ａ、５０Ｂ間の間隔が小さいと判断し、ろう材の供給量を減少させるとともに、図１２に示すように、焦点Ｆの位置をワーク５０Ａ、５０Ｂ寄りに設定して、レーザ光の入熱量を小さくする。
【００３６】
このようにすれば、角度θの大きさに応じて、レーザ光の入熱量およびろう材の供給量を調整したので、ろう材を完全に溶かしつつ、母材の溶け込み量を容易に調整できる。
また、円の中心Ｒの位置あるいは第１点Ｓの位置に基づいてレーザ光の焦点Ｆの位置を決定したので、レーザ光の入熱量およびろう材の供給量を適量に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法が適用されたレーザ加工システムの概略構成を示す図である。
【図２】前記実施形態に係るレーザ加工システムの動作を示すフローチャートである。
【図３】前記実施形態に係るレーザ加工システムで仮想平面上にワークの断面を生成した状態を示す図である。
【図４】前記実施形態に係るレーザ加工システムで仮想平面上に円を生成した状態を示す図である。
【図５】前記実施形態に係るレーザ加工システムで円をワークに当接させた状態を示す図である。
【図６】前記実施形態に係るレーザ加工システムで仮想平面上に直線を生成した状態を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るレーザ加工方法が適用されたレーザ加工システムの動作を示すフローチャートである。
【図８】前記実施形態に係るレーザ加工システムで仮想平面上に線を引いた状態を示す図である。
【図９】前記実施形態に係るレーザ加工システムで仮想平面上に垂線を生成した状態を示す図である。
【図１０】前記実施形態に係るレーザ加工システムで仮想平面上に直線を生成した状態を示す図である。
【図１１】前記２つの実施形態に係るレーザ加工システムについて、角度θが大きい場合のレーザ光の照射面積を示す図である。
【図１２】前記２つの実施形態に係るレーザ加工システムについて、角度θが小さい場合のレーザ光の照射面積を示す図である。
【図１３】本発明の従来例に係るレーザ加工方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３８】
５０Ａ  ワーク
５０Ｂ  ワーク
５１Ａ  円弧部
５１Ｂ  円弧部
θ      角度
Ｃ      円
Ｌ      直線
Ｐ      接点
Ｑ      接点
Ｓ      第１点
Ｔ      第２点
Ｕ      第２点
【図１】
2008290096.tif 000003
【図２】
2008290096.tif 000004
【図３】
2008290096.tif 000005
【図４】
2008290096.tif 000006
【図５】
2008290096.tif 000007
【図６】
2008290096.tif 000008
【図７】
2008290096.tif 000009
【図８】
2008290096.tif 000010
【図９】
2008290096.tif 000011
【図１０】
2008290096.tif 000012
【図１１】
2008290096.tif 000013
【図１２】
2008290096.tif 000014
【図１３】
2008290096.tif 000015