(57)【要約】【課題】２枚の板材の重ね合わせ部を、一方側から押圧する溶接部位と、両側から挟み込む溶接部位とが混在する場合であっても、一つの加工ヘッドで対応できるようにして、生産効率の低下を防止する。【解決手段】ワークＷの重ね合わせ部５を両側から挟み込む溶接部位に対しては、上部ローラ２３と下部ローラ２７とで重ね合わせ部５を両側から挟み込む。このとき挟み込みエアシリンダ４５によって重ね合わせ部５の隙間矯正を行う。また、重ね合わせ部５を一方側から押圧する溶接部位に対しては、下部ローラ２７を、レーザ光照射側に位置するよう押圧位置から退避させるように、回転用ブラケッ２９を、上部ローラ保持ブラケット２１に対し回転支持軸３１を中心として９０度回転させる。【選択図】      図２
2004268058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材相互を重ね合わせた被溶接部にレーザ光を照射しつつ被溶接部に沿って移動する加工ヘッドを備えたレーザ溶接装置において、前記加工ヘッドに、前記被溶接部のレーザ光照射側を押圧しつつ回転しながら移動する第１のローラと、前記被溶接部の前記レーザ光照射側と反対側を押圧して前記第１のローラとで前記被溶接部を挟み込んだ状態で回転しながら移動する第２のローラとをそれぞれ設け、この第２のローラを、前記レーザ光照射側と反対側を押圧する位置と、この押圧状態を解除して前記レーザ光照射側へ退避する退避位置との間を移動可能となるように前記加工ヘッドに装着したことを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
前記第２のローラを回転可能に支持する回転用ブラケットを、前記加工ヘッドに対し回転支持軸を介して回転変位させることで、前記第２のローラを、前記レーザ光照射側と反対側を押圧する位置と前記退避位置との間を移動させることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】
前記回転支持軸を中心として回転変位する前記回転用ブラケットおよび第２のローラを含む回転部分の重心を、前記回転支持軸の回転中心と一致させたことを特徴とする請求項２記載のレーザ溶接装置。
【請求項４】
前記加工ヘッドに、前記第１のローラを回転可能に支持する固定ブラケットを固定し、この固定ブラケットに前記回転用ブラケットを前記回転支持軸を介して回転可能に装着し、前記第２のローラが、前記レーザ光照射側と反対側を押圧する位置にあるときに、この押圧力を受ける押圧力受部を前記固定ブラケットと前記回転用ブラケットとの間に設けたことを特徴とする請求項２または３記載のレーザ溶接装置。
【請求項５】
前記押圧力受部を、凹部とこの凹部に入り込む凸部とで構成したことを特徴とする請求項４記載のレーザ溶接装置。
【請求項６】
前記加工ヘッドが溶接時に前記被溶接部に沿って移動する際に、この移動方向後方側への前記回転用ブラケットの回転変位移動を規制するストッパを、前記固定ブラケットに設けたことを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載のレーザ溶接装置。
【請求項７】
板材相互を重ね合わせた被溶接部にレーザ光を照射しつつ被溶接部に沿って移動する加工ヘッドを備えたレーザ溶接方法において、前記重ね合わせた板材を両側から挟み込んで板材相互の隙間を矯正しつつ溶接を行う際には、前記被溶接部のレーザ光照射側を押圧しつつ回転しながら移動する第１のローラと、前記レーザ光照射側と反対側を押圧しつつ回転しながら移動する第２のローラとで前記板材を挟み込み、前記重ね合わせた板材を前記レーザ光照射側からのみ押圧して板材相互の隙間を矯正しつつ溶接を行う際には、前記第２のローラを、前記レーザ光照射側と反対側を押圧する位置に対し、この押圧状態を解除して前記レーザ光照射側へ退避させることを特徴とするレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、板材相互を重ね合わせた被溶接部にレーザ光を照射しつつ被溶接部に沿って移動する加工ヘッドを備えたレーザ溶接装置およびレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車体パネルのような三次元形状をもつ部品に対するレーザ溶接では、溶接品質を確保するために互いに重ね合わせた板材相互間の継手隙間を矯正する必要がある。
【０００３】
この継手隙間を矯正する作業として、例えばルーフパネルの車幅方向端部とボディサイドパネルの上端部との重ね合わせ部に対し、レーザ光照射側からローラを押し付けつつ回転させながら移動させる方法が、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２３７８８７号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１１−３２０１５３号公報
【０００６】
また、互いに重ね合わせた板材のフランジ相互を両側から挟み込んで、前記した継手隙間を矯正しながらレーザ溶接を行うものもある（例えば、独ＨＩＧＨ−ＹＡＧ社製加工ヘッド）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車の車体における様々な部位についてレーザ溶接を行う場合、上記した一方側から板材を押圧する溶接部位と、両側からフランジを挟み込む溶接部位とが混在する場合がある。
【０００８】
このような場合には、一方向からのみ押圧するローラを備えた加工ヘッドと、両側から挟み込む一対のローラを備えた加工ヘッドとの双方を用意する必要があり、生産効率の低下を招く。
【０００９】
そこで、この発明は、一方側から板材を押圧する溶接部位と、両側から挟み込む溶接部位とが混在する場合であっても、一つの加工ヘッドで対応できるようにして、生産効率の低下を防止することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、板材相互を重ね合わせた被溶接部にレーザ光を照射しつつ被溶接部に沿って移動する加工ヘッドを備えたレーザ溶接装置において、前記加工ヘッドに、前記被溶接部のレーザ光照射側を押圧しつつ回転しながら移動する第１のローラと、前記被溶接部の前記レーザ光照射側と反対側を押圧して前記第１のローラとで前記被溶接部を挟み込んだ状態で回転しながら移動する第２のローラとをそれぞれ設け、この第２のローラを、前記レーザ光照射側と反対側を押圧する位置と、この押圧状態を解除して前記レーザ光照射側へ退避する退避位置との間を移動可能となるように前記加工ヘッドに装着した構成としてある。
【００１１】
【発明の効果】
この発明によれば、板材を両側から挟み込む溶接部位に対しては、第１のローラと第２のローラとで板材を両側から挟み込み、一方側から板材を押圧する溶接部位に対しては、第２のローラを、レーザ光照射側と反対側の面を押圧する位置から、この押圧状態を解除してレーザ光照射側へ退避させることができるので、一方側から板材を押圧する溶接部位と、両側から挟み込む溶接部位とが混在する場合であっても、一つの加工ヘッドで対応でき、生産効率の低下を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１３】
図１は、この発明の実施の一形態に係わるレーザ溶接装置の斜視図であり、図２は図１のＡ矢視図、図３は図２の左側面図である。
【００１４】
加工ヘッド１は、図２に示すレーザ光３を被溶接部となるワークＷの重ね合わせ部５に照射しつつ、図１中で矢印Ｂで示す方向に重ね合わせ部５に沿って移動してレーザ溶接を行う。ワークＷは、２枚の板材７，９を備え、その各フランジ７ａ，９ａ相互を突き合わせて上記した重ね合わせ部５を形成する。
【００１５】
上記した加工ヘッド１は、その側面をハウジング１１に取り付け、ハウジング１１は、図２に示すロボット用ブラケット１３に対し、図２中で上下方向に移動可能となるよう、スライドガイド部１５を介して取り付ける。なお、ロボット用ブラケット１３は、図１および図３では省略してある。
【００１６】
ロボット用ブラケット１３の上部側面には、エアシリンダ１７を固定し、エアシリンダ１７の下方に延びるピストンロッド１９の下端をハウジング１１の上端に連結する。すなわち、上記したエアシリンダ１７の駆動により、加工ヘッド１がハウジング１１とともにロボット用ブラケット１３に対して上下動する。
【００１７】
ハウジング１１の下端には、固定ブラケットとしての上部ローラ保持ブラケット２１の上端を固定する。上部ローラ保持ブラケット２１は、図２に示すように、下方に延びかつレーザ光３側に向けて僅かに屈曲し、その先端のレーザ光３側に、第１のローラとしての上部ローラ２３を、ローラ支持軸２５を介して回転可能に取り付ける。
【００１８】
上部ローラ２３は、前記した上部ローラ保持ブラケット２１の屈曲した傾斜面に対応して傾斜させることで、レーザ光３の干渉を防止しており、この傾斜状態で、前記した重ね合わせ部５のレーザ光照射部位の側方を、レーザ光照射側から押圧する。
【００１９】
上部ローラ保持ブラケット２１のレーザ光３と反対側の側面には、第２のローラとしての下部ローラ２７を保持する回転用ブラケット２９を、回転支持軸３１を中心として回転変位可能に設けてある。
【００２０】
前記した図１〜図３は、上部ローラ２３と下部ローラ２７とで、ワークＷの重ね合わせ部５を両側から挟み込んで押圧している状態であり、この状態から下部ローラ２７が重ね合わせ部５のレーザ光照射側でかつ図２中で紙面表側となるように、前記回転支持軸３１を中心として回転用ブラケット２９がほぼ９０度回転することで、上部ローラ２３のみが重ね合わせ部５を押圧する図４〜図６に示す状態となる。
【００２１】
すなわち、下部ローラ２７は、重ね合わせ部５のレーザ光照射側と反対側を押圧する位置と、この押圧状態を解除してレーザ光照射側へ退避する退避位置との間を移動可能である。
【００２２】
図４は、下部ローラ２７が上記した退避位置にあるときのレーザ溶接装置の斜視図、図５は図４のＡ矢視図、図６は図５の左側面図である。なお、この図４および図６においても、図５に示してあるロボット用ブラケット１３は省略してある。
【００２３】
また図４〜図６では、板材を構成するルーフパネル７０およびボディサイドパネル９０をワークＷとして用いており、ルーフパネル７０の車幅方向の端部７０ａと、ボディサイドパネル９０の上端部９０ａとの被溶接部となる重ね合わせ部５０に対してレーザ溶接を行う。この重ね合わせ部５０は、各端部７０ａ，９０ａを車体内側へ屈曲させて溝状に形成してある。
【００２４】
上記した回転用ブラケット２９は、上部ローラ保持ブラケット２１に沿って下方に延びるブラケット本体部３３を有し、ブラケット本体部３３の下端に設けた取付部３５に、ローラ保持具３７の一端を軸３９を介して回転可能に取り付ける。
【００２５】
ローラ保持具３７のワークＷ側の側部には、前記した下部ローラ２７をローラローラ支持軸４１を介して回転可能に取り付ける。
【００２６】
また、回転ブラケット２９は、ブラケット本体部３３の上部に、レーザ光３から離れる方向に突出するシリンダ取付部４３を備え、シリンダ取付部４３に挟み込み用エアシリンダ４５を軸４７を介して回転可能に取り付ける。挟み込み用シリンダ４５の下方に延びるピストンロッド４９の先端は、前記したローラ保持具３７の他方の端部に軸５１を介して回転可能に取り付ける。
【００２７】
したがって、上記した挟み込み用エアシリンダ４５を、図２に示すように、ピストンロッド４９が進出する方向に駆動することで、下部ローラ２７が、重ね合わせ部５のレーザ光照射側と反対側を押圧し、上部ローラ２３とで重ね合わせ部５を両側から挟み込むことになる。逆に、ピストンロッド４９を図２の状態から後退させてローラ保持具３７を軸３９を中心として回転させることで、下部ローラ２７が重ね合わせ部５から離反する状態となる。
【００２８】
前記した回転用ブラケット２９の回転支持軸３１を中心とした回転動作は、上部ローラ保持ブラケット２１に固定してあるアクチュエータ５３によって行う。このアクチュエータ５３は、回転用ブラケット２９のブラケット本体部３３に固定してある動力伝達部５５に連結し、この動力伝達部５５を介して回転用ブラケット２９を回転させる。具体的には、アクチュエータ５３と動力伝達部５５とを歯車の噛み合わせによって連結する。
【００２９】
また、ブラケット本体部３３の上部の前記シリンダ取付部４３と反対側には、凸部５７を設ける一方、これに対応する位置の上部ローラ保持ブラケット２１には、凸部５７が入り込む凹部５９を設ける。この凹部５９は、図３に示すように、回転支持軸３１を中心とした回転用ブラケット２９の回転動作に対応するよう円弧状としてある。
【００３０】
上記した凸部５７と凹部５９とで、下部ローラ２７が、重ね合わせ部５のレーザ光照射側と反対側を押圧する位置にあるときに、この押圧力を受ける押圧力受部を構成する。
【００３１】
さらに、図２に示すように、回転用ブラケット２９におけるブラケット本体部３３の下端上部３３ａの図２中で紙面裏側の部分は、上部ローラ保持ブラケット２１の下部における紙面表側の部分に、図２の状態で当接する。すなわち、上部ローラ保持ブラケット２１の下部における上記した紙面表側の部分は、加工ヘッド１の溶接時での図２中で紙面表側に向かう移動の際に、この移動方向後方側への回転用ブラケット２９の回転変位移動を規制するストッパ６１となる。
【００３２】
次に作用を説明する。
【００３３】
まず、板材７，９のフランジ７ａ，９ａ相互の重ね合わせ部５を両側から挟み込んだ状態で溶接を行う場合には、図１〜図３に示すように、上部ローラ２３を重ね合わせ部５のレーザ光照射側から押圧するとともに、下部ローラ２７をレーザ光照射側と反対側から重ね合わせ部５を押圧し、これら各ローラ２３，２７により重ね合わせ部５を上下から挟み込んでフランジ７ａ，９ａ相互の隙間を矯正する。この隙間に対する矯正力は挟み込み用エアシリンダ４５によって制御する。
【００３４】
この状態で、ロボットの動作により、加工ヘッド１を図１中で矢印Ｂで示す方向に移動させつつ、加工ヘッド１からレーザ光３を重ね合わせ部５に向けて照射してレーザ溶接を行う。
【００３５】
このとき、上部ローラ２３が重ね合わせ部５に接触することにより、加工ヘッド１と被溶接部である重ね合わせ部５との距離を一定に保ち、安定した溶接品質を確保する。また、ワークＷ（重ね合わせ部５）の位置ばらつきは、エアシリンダ１７およびスライドガイド部１５で吸収する。
【００３６】
上記した隙間矯正時には、回転用ブラケット２９には大きな力が作用するが、このとき回転用ブラケット２９が弾性変形することにより、上部ローラ保持ブラケット２１の凹部５９に入り込んでいる凸部５７が凹部５９に噛み込み、この状態で回転用ブラケット２９が上部ローラ保持ブラケット２１に押し付けられる。
【００３７】
その結果、隙間矯正力は上部ローラ保持ブラケット２１と回転用ブラケット２９とに分散され、回転用ブラケット２９に大きな剛性を持たせる必要がなく、回転用ブラケット２９の軽量化を達成できる。回転用ブラケット２９の軽量化は、加工ヘッド１全体の軽量化に貢献するため、加工ヘッド１をより円滑に移動させることができ、溶接品質を安定させることになる。
【００３８】
レーザ溶接時には、上部ローラ２３と下部ローラ２７との間に矯正力が作用し続け、この状態で加工ヘッド１を、図１中で矢印Ｂで示す溶接方向に移動させると、上下各ローラ２３，２７には、溶接方向と反対方向（矢印Ｂと反対方向）に力が作用する。このとき、回転用ブラケット２９におけるブラケット本体部３３の下端上部３３ａの図２中で紙面裏側の部分が、上部ローラ保持ブラケット２１の下部における紙面表側の部分すなわちストッパ６１に当接する。
【００３９】
ここで回転用ブラケット２９は、回転中心軸３１を中心とする回転する可動構造となっていることから、ガタが発生する可能性がある。ところが、溶接移動時には、回転用ブラケット２９がストッパ６１に当接することから、上記したガタは吸収され、回転用ブラケット２９は、下部ローラ２７とともに溶接時に振動することなく固定状態となる。その結果、狙い通りの隙間矯正を行うことができ、溶接品質を安定させることができる。
【００４０】
一方、図４〜図６に示すように、ルーフパネル７０およびボディサイドパネル９０の各端部７０ａ，９０ａ相互の重ね合わせ部５０を、レーザ光照射側からのみ押圧して溶接を行う場合には、上部ローラ２３を重ね合わせ部５のレーザ光照射側から押圧し、下部ローラ２７による押圧動作は行わない。
【００４１】
このとき、下部ローラ２７を、挟み込みエアシリンダ４５の後退動作により、重ね合わせ部５から離反させた状態で、重ね合わせ部５のレーザ光照射側でかつ加工ヘッド１の溶接移動方向前方側（図５中で紙面表側）に下部ローラ２７が位置（退避位置）するように、アクチュエータ５３の駆動により、回転用ブラケット２９を、回転支持軸３１を中心としてほぼ９０度回転させる。
【００４２】
上記した回転支持軸３１における回転中心は、回転支持軸３１を中心として回転変位する回転用ブラケット２９および下部ローラ２７を含む回転部分の重心と一致しているので、回転に伴う加工ヘッド１の振動を最小限に抑えることができ、加工点の位置決め精度が向上する。その結果、回転用ブラケット２９を回転させながら、連続して溶接を行う場合にも、安定した溶接品質を確保することができる。
【００４３】
また、上記回転中心と回転部分の重心とを一致させることで、加工ヘッド１の姿勢に拘わらず、回転用ブラケット２９を回転させるためのトルクが一定となるため、回転動力源であるアクチュエータ５３を小型化することができる。アクチュエータ５３の小型化は、加工ヘッド１全体の軽量化に貢献するため、加工ヘッド１をより円滑に移動させることができ、溶接品質を安定させることになる。
【００４４】
このような一方向からのみの押圧時には、上部ローラ２３を、レーザ光照射側からのみワークＷの重ね合わせ部５０に押し当て、加工ヘッド１全体でワークＷを加圧する。そのときの加圧力は、エアシリンダ１７によって制御し、ワークＷ（重ね合わせ部５）の位置ばらつきは、ハウジング１１がスライドガイド部１５を介しロボット用ブラケット１３に対して移動することで吸収する。
【００４５】
このように、上記した実施形態によれば、ワークＷの重ね合わせ部５を両側から挟み込む溶接部位に対しては、上部ローラ２３と下部ローラ２７とで重ね合わせ部５を両側から挟み込み、また一方側から重ね合わせ部５０を押圧する溶接部位に対しては、下部ローラ２７を、重ね合わせ部５０のレーザ光照射側に退避させることで、上部ローラ２３のみによって重ね合わせ部５０を押圧する。
【００４６】
このため、一方側から重ね合わせ部５を押圧する溶接部位と、両側から重ね合わせ部５０を挟み込む溶接部位とが混在する場合であっても、一つの加工ヘッド１で対応でき、また加工ヘッド１を保持するロボットも１台で済み、生産効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示す被溶接部を両側から挟み込んで溶接する場合のレーザ溶接装置の斜視図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】図２の左側面図である。
【図４】この発明の実施の一形態を示す被溶接部を一方側から押圧して溶接する場合のレーザ溶接装置の斜視図である。
【図５】図４のＡ矢視図である。
【図６】図５の左側面図である。
【符号の説明】
１  加工ヘッド
３  レーザ光
５，５０  重ね合わせ部（被溶接部）
７，９  板材
２１  上部ローラ保持ブラケット（固定ブラケット）
２３  上部ローラ（第１のローラ）
２７  下部ローラ（第２のローラ）
２９  回転用ブラケット
３１  回転支持軸
５７  凸部（押圧力受部）
５９  凹部（押圧力受部）
６１  ストッパ
７０  ルーフパネル（板材）
９０  ボディサイドパネル（板材）
【図１】
2004268058.tif 000003
【図２】
2004268058.tif 000004
【図３】
2004268058.tif 000005
【図４】
2004268058.tif 000006
【図５】
2004268058.tif 000007
【図６】
2004268058.tif 000008