(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドガスを噴射する主噴射部および１つの副噴射部と、
前記主噴射部に形成されて該主噴射部内に酸化防止用のシールドガスを導くための給気口と、
前記主噴射部内のシールドガスを前記副噴射部内に導くための結合部と、を備えたレーザ溶接装置を使用し、
レーザ光をワークの被照射部に照射させる工程と、
前記被照射部を連続的に変位させる工程と、
レーザ光の照射時に前記被照射部を前記主噴射部から噴射されたシールドガスで覆わせる工程と、
前記被照射部の軌跡に沿って形成された溶接部を、前記副噴射部から噴射されたシールドガスによって、前記主噴射部から噴射されたシールドガスと連続的に覆わせる工程と、
前記副噴射部から噴射されるシールドガスの噴射方向を前記溶接部に倣わせる工程と、
を含み、
前記主噴射部から噴射されるシールドガスは、レーザ光の照射方向と同じ方向に向けて前記レーザ光と同軸に噴射され、
前記副噴射部から噴射されるシールドガスは、前記主噴射部から噴射されるシールドガスの噴射方向と略平行に噴射される
ことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ溶接方法において、
前記副噴射部から噴射されるシールドガスの広がり角度が、前記主噴射部から噴射されるシールドガスの広がり角度よりも大きい
ことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項３】
レーザ発振器から導入されたレーザ光を収束させてワークに照射するレーザヘッドと、
前記レーザヘッドを移動させるレーザヘッド移動機構と、
前記レーザヘッドとともに移動しつつ、前記ワークにおけるレーザ光の被照射部を覆わせるように酸化防止用のシールドガスを噴射する主噴射部と、
前記レーザヘッドとともに移動しつつ、前記ワークにおける前記被照射部の軌跡に沿って形成された溶接部を前記主噴射部から噴射されたシールドガスと連続的に覆わせるようにシールドガスを噴射する１つの副噴射部と、
前記主噴射部に形成されて該主噴射部内にシールドガスを導くための給気口と、
前記主噴射部内のシールドガスを前記副噴射部内に導くための結合部と、
前記副噴射部から噴射されるシールドガスの噴射方向を前記溶接部に倣わせるべく、該副噴射部を前記レーザヘッドに対して変位させる副噴射部変位機構と、
を有し、
前記レーザヘッドは、収束されたレーザ光を前記ワークに導くレーザ照射管を有し、
前記主噴射部は、前記レーザ照射管に対して同軸に設けられ、且つ、レーザ光の照射方向と同じ方向に向けてシールドガスが噴射されるように設定されており、
前記副噴射部は、前記主噴射部から噴射されるシールドガスの噴射方向と略平行な方向にシールドガスが噴射されるように設定されている
ことを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項４】
請求項３記載のレーザ溶接装置において、
前記主噴射部および前記副噴射部は、前記副噴射部から噴射されるシールドガスの広がり角度が前記主噴射部から噴射されるシールドガスの広がり角度よりも大きくなるように形成されている
ことを特徴とするレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ溶接方法および装置に関し、一層詳細には、溶接部の酸化を確実に防止することが可能なレーザ溶接方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼板等のワークにレーザ溶接を施す際には、ワークの溶接部の酸化防止を図るために、ワークにおけるレーザ光の被照射部をシールドガスによって覆わせるようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザ光の被照射部を連続的に移動させながら溶接を行う場合には、溶接部が高温状態であり、酸素に対する活性が高い状態にあるうちに、溶接部がシールドガスで覆われた領域の外に出てしまう場合がある。このため、溶接部の酸化を確実に防止することができなくなるおそれがある。
【０００４】
酸化が生じた溶接部には、酸化皮膜が形成される。この酸化皮膜は、塗装作業によって溶接部上に形成された塗膜の密着性を低下させる原因となる。従って、酸化が生じた溶接部に対しては、塗装作業を行う前に、酸化皮膜を除去する工程が必要となる。
【０００５】
すなわち、溶接部に酸化が生じた場合には、溶接および塗装作業の工程数が増加し、これら作業に要するコストが増大するという不都合があった。
【０００６】
本発明は、前記の不都合を解決するためになされたものであり、溶接部の酸化を確実に防止することが可能なレーザ溶接方法および装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザ溶接方法は、シールドガスを噴射する主噴射部および副噴射部と、前記主噴射部に形成されて該主噴射部内にシールドガスを導くための給気口と、前記主噴射部内のシールドガスを前記副噴射部内に導くための結合部と、を備えたレーザ溶接装置を使用し、レーザ光をワークの被照射部に照射させる工程と、前記被照射部を連続的に変位させる工程と、レーザ光の照射時に前記被照射部を前記主噴射部から噴射されたシールドガスで覆わせる工程と、前記被照射部の軌跡に沿って形成された溶接部を、前記副噴射部から噴射されたシールドガスによって、前記主噴射部から噴射されたシールドガスと連続的に覆わせる工程と、前記副噴射部から噴射されるシールドガスの噴射方向を前記溶接部に倣わせる工程とを含んでいる（請求項１記載の発明）。
【０００８】
このため、主噴射部から噴射されたシールドガスおよび副噴射部から噴射されたシールドガスによって溶接部を確実にシールドし、溶接部に酸化が生じることを確実に防ぐことができる。
【０００９】
この場合、前記主噴射部から噴射されるシールドガスが、レーザ光の照射方向と同じ方向に向けて噴射され、前記副噴射部から噴射されるシールドガスが、前記主噴射部から噴射されるシールドガスの噴射方向と略平行に噴射される（請求項２記載の発明）。
【００１０】
また、前記副噴射部から噴射されるシールドガスの広がり角度が、前記主噴射部から噴射されるシールドガスの広がり角度よりも大きくてもよい（請求項３記載の発明）。
【００１２】
本発明に係るレーザ溶接装置は、レーザ発振器から導入されたレーザ光を収束させてワークに照射するレーザヘッドと、前記レーザヘッドを移動させるレーザヘッド移動機構と、前記レーザヘッドとともに移動しつつ、前記ワークにおけるレーザ光の被照射部を覆わせるようにシールドガスを噴射する主噴射部と、前記レーザヘッドとともに移動しつつ、前記ワークにおける前記被照射部の軌跡に沿って形成された溶接部を前記主噴射部から噴射されたシールドガスと連続的に覆わせるようにシールドガスを噴射する副噴射部と、前記主噴射部に形成されて該主噴射部内にシールドガスを導くための給気口と、前記主噴射部内のシールドガスを前記副噴射部内に導くための結合部と、前記副噴射部から噴射されるシールドガスの噴射方向を前記溶接部に倣わせるべく、該副噴射部を前記レーザヘッドに対して変位させる副噴射部変位機構とを有している（請求項４記載の発明）。
【００１３】
このため、主噴射部から噴射されたシールドガスおよび副噴射部から噴射されたシールドガスによって溶接部を確実にシールドし、溶接部に酸化が生じることを確実に防ぐことができる。
【００１４】
この場合、前記主噴射部をレーザ光の照射方向と同じ方向に向けてシールドガスが噴射されるように設定し、前記副噴射部を前記主噴射部から噴射されるシールドガスの噴射方向と略平行な方向にシールドガスが噴射されるように設定してもよい（請求項５記載の発明）。
【００１５】
また、前記主噴射部および前記副噴射部は、前記副噴射部から噴射されるシールドガスの広がり角度が前記主噴射部から噴射されるシールドガスの広がり角度よりも大きくなるように形成されてもよい（請求項６記載の発明）。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るレーザ溶接方法について、それを実施する装置との関係において好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係るレーザ溶接装置１０の概略的なブロック構成を示している。また、図２は、レーザ溶接装置１０を構成するヘッド部１２を斜視的に示している。
【００１８】
図１および図２に示すように、ヘッド部１２は、レーザ照射管１４を備えている。また、図１に示すように、このレーザ照射管１４の上端部には、図示しない集束光学系等を備えたレーザ収束部１６が結合されている。この場合、レーザ発振器２０からレーザ収束部１６に導入されたレーザ光Ｌは、レーザ収束部１６において収束された後に、レーザ照射管１４を通ってワークＷの所望の被照射部Ａに照射される（図２参照）。すなわち、レーザ照射管１４およびレーザ収束部１６によって、レーザ光Ｌを収束させてワークＷに照射するレーザヘッドが構成されている。
【００１９】
本実施の形態においては、ワークＷは鋼板であるが、鉄合金、アルミニウム合金等の金属製材料からなるワークＷに本実施の形態を適用することも可能である。また、図３に示すように、ワークＷは、例えば、自動車を構成するドア部２２であってもよく、特に、ドア部２２の前端部の中央部分（図３中、破線で囲まれた領域内の部分）、すなわち、溶接部（レーザ光Ｌの照射によって溶接が施された部分：ビード）Ｂが外部に露呈する部分であってもよい。
【００２０】
図１および図２に示すように、レーザ照射管１４には、ノズル状に形成された主噴射部３０が同軸状かつ回転自在に装着されている。主噴射部３０の上面部には、モータ３２が設けられており、このモータ３２の駆動軸に装着されたギア３４は、レーザ照射管１４に同軸状に固定されたギア３６と連結されている。この場合、図１に示すように、ドライバ３８からの駆動電流によってモータ３２が回転駆動されると、これに伴って、主噴射部３０がレーザ照射管１４を中心に回転する。すなわち、モータ３２およびギア３４、３６は、主噴射部３０および後述する副噴射部５０をレーザ照射管１４に対して回転させる回転機構を構成している。
【００２１】
図１および図２に示すように、主噴射部３０の上面部には、給気口４０が設けられており、図１に示すシールドガス源４２からガス量制御装置４４を介してこの給気口４０に供給されたシールドガス（アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、窒素等のガス）Ｇは、主噴射部３０の内部を通って、主噴射部３０の下端部に形成された主噴射口４６から主シールドガスＧａとして噴射される。この場合、主噴射口４６は、レーザ照射管１４の下端部を囲むように形成されており、この主噴射口４６からの主シールドガスＧａは、レーザ光Ｌの照射方向と同じ方向に向けて噴射される。
【００２２】
また、図１および図２に示すように、主噴射部３０には、結合部４８を介して副噴射部５０が一体的に取り付けられている。図１に示すように、副噴射部５０は、結合部４８を介して主噴射部３０と連通している。また、副噴射部５０の下端部には副噴射口５２が形成されている。そして、主噴射部３０から結合部４８を介して供給されたシールドガスＧは、この副噴射口５２から副シールドガスＧｂとして噴射される。
【００２３】
図１および図２に示すように、副噴射口５２からの副シールドガスＧｂの噴射方向は、主噴射部３０の主噴射口４６からの主シールドガスＧａの噴射方向と略平行となるように設定されている。また、副噴射口５２から噴射される副シールドガスＧｂの広がり角度は、主噴射口４６から噴射される主シールドガスＧａの広がり角度よりも広角となるように設定されている。すなわち、副噴射口５２からの副シールドガスＧｂは、主噴射口４６からの主シールドガスＧａよりも広い領域を覆うこととなる。
【００２４】
この場合、主噴射部３０からの主シールドガスＧａおよび副噴射部５０からの副シールドガスＧｂは、連続したシールド領域をワークＷ上に形成する。なお、主噴射部３０からの主シールドガスＧａの噴射量および副噴射部５０からの副シールドガスＧｂの噴射量は、ガス量制御装置４４において制御されている。
【００２５】
結合部４８の下面部には、ＣＣＤカメラ５６が設けられている。このＣＣＤカメラ５６の視野は、図２に示す溶接部Ｂ上に向けられている。そして、図１に示すように、ＣＣＤカメラ５６によって得られた溶接部Ｂの画像情報は、画像認識部５８に送られる。
【００２６】
ヘッド部１２には、レーザヘッド移動機構６０を構成するアーム６２が連結されている。そして、ヘッド部１２は、レーザヘッド移動機構６０によって、所望の経路に沿って移動される。
【００２７】
レーザ溶接装置１０は、システムコントローラ７０を備えている。このシステムコントローラ７０は、レーザ発振器２０、ドライバ３８、ガス量制御装置４４およびレーザヘッド移動機構６０とそれぞれ電気的に接続されており、これらレーザ発振器２０、ドライバ３８、ガス量制御装置４４およびレーザヘッド移動機構６０は、システムコントローラ７０からの制御信号によって制御されている。
【００２８】
また、システムコントローラ７０は、画像認識部５８と電気的に接続されており、システムコントローラ７０には、この画像認識部５８を介して、ＣＣＤカメラ５６からの画像情報が供給される。
【００２９】
レーザ溶接装置１０は、ティーチングボックス７２を備えており、このティーチングボックス７２を介して作業者によって入力された動作手順は、システムコントローラ７０に供給される。システムコントローラ７０は、この動作手順に従ってレーザ発振器２０、ドライバ３８、ガス量制御装置４４、レーザヘッド移動機構６０等を制御することによって、ヘッド部１２を介して所定の溶接動作を実行させる。
【００３０】
次に、以上のように構成されたレーザ溶接装置１０による、主に、溶接作業時の動作について説明する。
【００３１】
図４は、ヘッド部１２の移動経路を平面視的に示している。この図４中、１点鎖線は、ワークＷに溶接を施すべき所望の経路Ｃを示している。この経路Ｃは、図１に示すティーチングボックス７２を介して、作業者によって教示される。
【００３２】
図１に示すように、システムコントローラ７０からの制御信号に従って、レーザ発振器２０からヘッド部１２のレーザ収束部１６にレーザ光Ｌが導入されると、このレーザ光Ｌは、レーザ収束部１６において収束された後に、図２に示すワークＷの被照射部Ａに照射される。なお、レーザ発振器２０からのレーザ光Ｌの出力は、システムコントローラ７０からの制御信号によって制御されている。
【００３３】
図１および図４に示すように、レーザ光Ｌの被照射部Ａを図４の経路Ｃに沿って変位させるように、レーザヘッド移動機構６０がシステムコントローラ７０からの制御信号に従って駆動される。このとき、図２に示すように、被照射部Ａの軌跡に沿って、溶接部Ｂが連続的に形成される。
【００３４】
図４に示すように、経路Ｃが曲線状である場合には、ヘッド部１２の移動に伴って、副噴射部５０から副シールドガスＧｂを噴射させる方向を溶接部Ｂに向けて変更する必要がある。
【００３５】
例えば、ヘッド部１２が、位置ａから位置ｂまで移動した場合、すなわち、ヘッド部１２が右方向にカーブしながら移動した場合には、図１に示すシステムコントローラ７０からの制御信号に従ってモータ３２を回転させて、副噴射部５０を右方向に変位させるようにする。
【００３６】
また、ヘッド部１２が位置ｂから位置ｃまで移動した場合、すなわち、ヘッド部１２が左方向にカーブしながら移動した場合には、副噴射部５０を左方向に変位させるようにする。
【００３７】
この場合、副噴射部５０を回転させる角度は、ティーチングボックス７２を介して予め設定しておくようにしてもよく、または、ティーチングされた経路Ｃから自動的に算出するようにしてもよい。さらには、ＣＣＤカメラ５６で得られた画像に基づく画像処理によって、副噴射部５０が溶接部Ｂを追尾するようにしてもよい。
【００３８】
このように、副噴射部５０からの副シールドガスＧｂの噴射方向を溶接部Ｂに倣わせる（追従させる）ことによって、図２に示すように、被照射部Ａおよび該被照射部Ａから所定の距離ｄの範囲内に含まれる溶接部Ｂは、主シールドガスＧａおよび副シールドガスＧｂで覆われることになる。
【００３９】
この場合、距離ｄは、ヘッド部１２を２〜４ｍ／ｍｉｎ程度の高速で移動させた場合に、溶接部Ｂの温度Ｔが約３００℃（好ましくは、２９８℃）まで低下した後に、溶接部Ｂが主シールドガスＧａおよび副シールドガスＧｂによるシールド領域の外に出るような距離（例えば、ｄ＝０．１ｍ）に設定される。なお、温度Ｔ（２９８℃）は、ワークＷを構成する金属（この場合、鉄）の酸素に対する活性が十分に低下する温度である。従って、温度Ｔは、ワークＷを構成する金属の種類に応じて変化することとなる。
【００４０】
なお、主シールドガスＧａおよび副シールドガスＧｂは、溶接部Ｂの冷却にも寄与している。
【００４１】
図１および図２に示すように、溶接部Ｂの画像はＣＣＤカメラ５６で撮像され、得られた画像情報は画像認識部５８を介してシステムコントローラ７０に送られる。そして、この画像情報に基づく溶接部Ｂの画像が、図示しないモニタ等に表示される。このため、作業者は、この画像から溶接部Ｂの溶接品質を確認することができる。
【００４２】
このように、本実施の形態においては、レーザ光Ｌの被照射部Ａに向けて主シールドガスＧａを噴射する主噴射部３０に加えて、被照射部Ａから所定の距離ｄの範囲内に含まれる溶接部Ｂを覆わせるべく、溶接部Ｂに向けて副シールドガスＧｂを噴射する副噴射部５０を設けるようにしている。
【００４３】
このため、溶接部Ｂは、温度が所定の温度Ｔまで低下した後に、主シールドガスＧａおよび副シールドガスＧｂによるシールド領域の外に出ることとなる。従って、溶接部Ｂに酸化皮膜（ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4等）が形成されることを確実に防止することができる。この場合、塗装作業によって溶接部Ｂ上に形成された塗膜の密着性が低下することがなく、その結果、溶接部Ｂにおける優れた外観品質および耐食性を得ることができる。
【００４４】
また、副噴射部５０は、レーザ照射管１４と一体的に移動し、溶接部Ｂが曲線状となっている場合には、溶接部Ｂの位置の変化に追従すべく、レーザ照射管１４に対して変位駆動される。このため、被照射部Ａから所定の距離ｄの範囲内に含まれる溶接部Ｂを確実にシールドし、溶接部Ｂに酸化が生じることを確実に防止することができる。
【００４５】
この場合、副噴射部５０は、レーザ照射管１４に対して回転自在な主噴射部３０に一体的に装着されている。このため、主噴射部３０および副噴射部５０をレーザ照射管１４に対して回転させるという簡単な動作によって、副噴射部５０から副シールドガスＧｂが噴射する方向を溶接部Ｂに倣わせる作業を確実に実行させることができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明に係るレーザ溶接方法および装置によれば、主噴射部からの主シールドガスおよび副噴射部からの副シールドガスによって、ワークの溶接部をシールドさせるようにしている。この場合、副噴射部は、溶接部に倣わせるように変位駆動される。このため、溶接部を確実にシールドし、溶接部に酸化が生じることを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ溶接装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１のレーザ溶接装置を構成するヘッド部を示す斜視図である。
【図３】ワークとしての自動車のドア部を示す平面図である。
【図４】図２のヘッド部の移動経路を示す平面図である。
【符号の説明】
１０…レーザ溶接装置          １２…ヘッド部
１４…レーザ照射管            １６…レーザ収束部
２０…レーザ発振器            ３０…主噴射部
３２…モータ                  ３４、３６…ギア
３８…ドライバ                ４２…シールドガス源
４４…ガス量制御装置          ４６…主噴射口
５０…副噴射部                ５２…副噴射口
５６…ＣＣＤカメラ            ５８…画像認識部
６０…レーザヘッド移動機構    ７０…システムコントローラ
７２…ティーチングボックス
【図１】
0004583535.tif 000002
【図２】
0004583535.tif 000003
【図３】
0004583535.tif 000004
【図４】
0004583535.tif 000005