(57)【要約】【課題】  溶接コストを削減し、治具の構造を簡略にすることが可能なレーザ溶接装置および制御方法を提供する。【解決手段】  ワーク１１の溶接部位１３に照射されるレーザ１００の射出方向を変更自在なレーザ射出手段と、前記溶接部位１３に不活性ガスを供給するためのガス供給手段１６と、前記レーザ射出手段により移動する溶接位置に応じて、ガス供給手段１６による不活性ガスの供給位置を移動させるガス供給制御手段と、を有することを特徴とするレーザ溶接装置およびレーザ溶接方法である。【選択図】図４
2007044726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの溶接部位に照射されるレーザの射出方向を変更自在なレーザ射出手段と、
前記溶接部位に不活性ガスを供給するためのガス供給手段と、
前記レーザ射出手段により移動する溶接位置に応じて、ガス供給手段による不活性ガスの供給位置を移動させるガス供給制御手段と、を有することを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
前記ガス供給手段は、前記不活性ガスを吐出可能な少なくとも２つのノズルと、当該ノズルが連結されるバルブとを有し、
前記ガス供給制御手段は、移動する溶接位置に応じて、前記不活性ガスを吐出するノズルを前記バルブによって選択的に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】
前記ガス供給手段は、前記不活性ガスを吐出可能なノズルを有し、
前記ガス供給制御手段は、移動する溶接位置に応じて前記ノズルを移動させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。
【請求項４】
前記ガス供給手段は、
ワークの溶接部位近傍を保持する２つの保持治具の間に設けられるガイドと、
ガイドに沿って移動可能であり、前記不活性ガスを吐出可能なノズルと、
ワークに接して回転し、前記ノズルと共に移動するローラと、を有し、
前記ガス供給制御手段は、前記移動する溶接位置に応じて、前記ノズルを移動させることを特徴とする請求項３に記載のレーザ溶接装置。
【請求項５】
前記ガス供給手段は、前記ノズルに連接されるバルブを更に有し、
前記ノズルは、前記ローラを挟んで両側に設けられ、
前記ガス供給制御手段は、移動する溶接位置に応じて、前記不活性ガスを吐出するノズルを前記バルブによって選択的に切り替えることを特徴とする請求項４に記載のレーザ溶接装置。
【請求項６】
ワークの溶接部位に照射されるレーザの射出方向を変更自在なレーザ射出手段により溶接位置を移動させつつ、当該移動する溶接位置に応じて、溶接部位に不活性ガスを供給するためのガス供給手段による不活性ガスの供給位置を移動させることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項７】
前記ガス供給手段は、前記不活性ガスを吐出可能な少なくとも２つのノズルと、当該ノズルが連結されるバルブとを有し、前記移動する溶接位置に応じて、前記不活性ガスを吐出するノズルを前記バルブによって選択的に切り替えることを特徴とする請求項６に記載のレーザ溶接方法。
【請求項８】
前記ガス供給手段は、前記不活性ガスを吐出可能なノズルを有し、前記移動する溶接位置に応じて、前記ノズルを移動させることを特徴とする請求項６に記載のレーザ溶接方法。
【請求項９】
前記ガス供給手段は、ワークの溶接部位近傍を保持する保持治具同士の間に設けられるガイドと、ガイドに沿って移動可能であり、前記不活性ガスを吐出可能なノズルと、ワークに接して回転し、前記ノズルと共に移動するローラと、を有し、
前記移動する溶接位置に応じて、ガイドに沿ってノズルおよびローラを移動させることを特徴とする請求項３に記載のレーザ溶接方法。
【請求項１０】
前記ガス供給手段は、前記ノズルに連接されるバルブを更に有し、
前記ノズルは、前記ローラを挟んで両側に設けられ、
前記移動する溶接位置に応じて、前記不活性ガスを吐出するノズルを前記バルブによって選択的に切り替えることを特徴とする請求項４に記載のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接装置および溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロボットを利用した溶接にもレーザ溶接が用いられるようになってきている。従来のロボットを利用したレーザ溶接の中には、溶接部近傍を保持する治具に不活性ガスを供給するためのノズルを設け、レーザを振り分けると共に不活性ガスを供給して連続的に複数の溶接部位を溶接する技術がある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１２６８８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述の技術では、溶接のタイミングとは関係なく高価な不活性ガスを供給し続けるため、溶接コストが高くなる。
【０００４】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、溶接コストを削減し、治具の構造を簡略にすることが可能なレーザ溶接装置および溶接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】
【０００５】
上記目的を達成する本発明に係るレーザ溶接装置は、ワークの溶接部位に照射されるレーザの射出方向を変更自在なレーザ射出手段と、前記溶接部位に不活性ガスを供給するためのガス供給手段と、前記レーザ射出手段により移動する溶接位置に応じて、ガス供給手段による不活性ガスの供給位置を移動させるガス供給制御手段と、を有することを特徴とする。
【０００６】
上記目的を達成する本発明に係るレーザ溶接方法は、ワークの溶接部位に照射されるレーザの射出方向を変更自在なレーザ射出手段により溶接位置を移動させつつ、当該移動する溶接位置に応じて、溶接部位に不活性ガスを供給するためのガス供給手段による不活性ガスの供給位置を移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記のように構成した本発明に係るレーザ溶接装置は、移動する溶接位置に応じて、不活性ガスの供給位置を移動させるガス供給制御手段が設けられるため、溶接位置に対応しない位置には不活性ガスは供給されず、不活性ガスの総使用量を減らし、溶接コストを削減できる。
【０００８】
上記のように構成した本発明に係るレーザ溶接方法は、移動する溶接位置に応じて、不活性ガスの供給位置を移動させるため、溶接位置に対応しない位置には不活性ガスは供給されず、不活性ガスの総使用量を減らし、溶接コストを削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１０】
図１は、本発明を適用したリモート溶接システムを説明するための概略斜視図、図２はレーザ加工ヘッドを説明するための概略透視図である。
【００１１】
リモート溶接は、これまでのスポット溶接などと比較して、溶接冶具が直接ワークと接触せずに、レーザを用いてワークから離れた場所から溶接するものである。
【００１２】
図１に示したリモート溶接システムは、ロボット１と、このロボット１のアーム２先端に設けられ、レーザ１００を射出するレーザ加工ヘッド３と、レーザ光源であるレーザ発振器５と、レーザ発振器５からレーザ加工ヘッド３までレーザを導く光ファイバーケーブル６とからなる。
【００１３】
ロボット１は、一般的な多軸ロボットなどであり、教示作業によって与えられた動作経路のデータに従い、その姿勢を変えてアーム２の先端、すなわちレーザ加工ヘッド３を移動させる。
【００１４】
レーザ加工ヘッド３は、図２に示すように、光ファイバーケーブル６によって導かれたレーザ１００を、最終的に目的物方向へ射出するレーザ射出手段となる反射鏡７と、レーザ１００の焦点位置を変更するレンズ郡８とからなる。
【００１５】
反射鏡７は、鏡面を通る垂直な線をＺ軸として、このＺ軸と直行するＸ軸およびＹ軸においてそれぞれ独立に回動自在であり、回動することでレーザ１００の射出方向を自在に振り分けることができる。このため、図示しないが、レーザ加工ヘッド３内には、反射鏡７を回動させるためのモータおよびギア機構を有する。モータは後述する加工ヘッド制御装置によってその動きが制御される。同様に、レンズ郡８による焦点位置変更のためのモータも有し、これも加工ヘッド制御装置によって制御される。
【００１６】
レーザ発振器５は、ＹＡＧレーザ発振器である。ここでは、レーザを光ファイバーケーブル６によって導くためにＹＡＧレーザを用いている。なお、リモート溶接には、このほか炭酸ガスレーザも使用可能であるが、その場合には、光ファイバーケーブル６ではなく、反射鏡７やプリズムを利用してレーザ発振器５からレーザ加工ヘッド３までレーザを導くことになる。なお、その他のレーザであってもレーザ溶接に使用できるものであれば本発明においても使用可能であるので、レーザを導くための経路はレーザ種に合わせて光ファイバーケーブルか反射鏡かを適宜選択すればよい。
【００１７】
図３は、従来のレーザ溶接装置を示す部分斜視図、図４は、本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接装置を示す部分斜視図である。
【００１８】
第１の実施形態に係るレーザ溶接装置１０は、図４に示すように、ワーク１１を構成する被溶接部材１２ａ，１２ｂの溶接部位１３近傍を保持する複数の保持治具１４と、溶接部位１３に不活性ガスを供給するためのガス供給手段１６とを有している。保持治具１４は、互いに溶接される被溶接部材１２ａ，１２ｂ同士を、互いに接するように押圧して保持する役割を果たしている。ガス供給手段１６は、溶接部位１３の近傍に設けられるノズル１７と、ノズル１７に不活性ガスを供給するためのバルブ１８を有している。
【００１９】
ノズル１７は、ワークの溶接部位１３に不活性ガスを供給できるように、溶接部位１３の位置に対応して設けられる。これらのノズル１７はバルブ１８に連結されており、バルブ１８を制御して不活性ガスを吐出させるノズル１７を制御可能なガス供給制御手段（不図示）により、不活性ガスを吐出させるノズル１７の切り替えが可能となっている。
【００２０】
不活性ガスは、溶接時に溶接部位１３が大気に晒されることにより溶接部位１３が酸化されることを防止するためのものであり、本実施形態ではアルゴンガスを用いるが、他の不活性ガスでもよい。
【００２１】
このように構成されたレーザ溶接装置１０を用いた溶接方法を説明する。
【００２２】
図５は、リモート溶接におけるレーザ加工ヘッド３とレーザ射出方向の動きを説明するための説明図、図６は、リモート溶接におけるノズルの切り替えを説明するための説明図である。なお、ここでは理解を容易にするためにごく簡単な基本形を例に説明する。
【００２３】
第１実施形態では、図５に示すように、複数の溶接部位１３Ａ〜１３Ｆがある場合に、目標とする一つの溶接部位（たとえば１３Ａ）へレーザ１００を射出中にも、レーザ加工ヘッド３を、次の溶接部位（たとえば１３Ｂ）へ向けて所定速度で移動させる。このとき、反射鏡７の動きは、レーザ加工ヘッド３が移動しても現在溶接中の溶接部位（たとえば１３Ａ）の溶接が終了するまで、その溶接部位（たとえば１３Ａ）からレーザ１００が外れないように回動させている。
【００２４】
このときレーザ加工ヘッド３の位置移動はロボット姿勢の変更、すなわちロボットアーム２を動かすことで行っている。ロボット１の動きはロボット制御装置（不図示）によって制御されており、レーザ加工ヘッド３の位置が溶接中の溶接部位から次の溶接部位へ向けて一定速度で移動させている。したがって、図示する場合には、レーザ加工ヘッド３は、その位置ａからｊまで一定の速度で移動する。
【００２５】
一方、反射鏡７は、一つの溶接部位を溶接中は、レーザ焦点位置が、レーザ加工ヘッド３の移動方向と相対的に逆方向で、かつ、レーザ焦点位置の移動速度がレーザ加工ヘッド３の移動速度とほぼ同じになるように回動させている。このときの反射鏡７の回動速度を溶接時の所定速度と称する。これにより、レーザ加工ヘッド３の移動と逆方向にほぼ同じ速度でレーザ焦点位置が移動することになるため、結果的に一つの溶接部位の溶接中はレーザがその溶接部位を外れることがなくなるのである。ここで、ほぼ同じ速度としているのは、溶接部位のビード形成距離（ビードの大きさ）によっては、一つの溶接部位においてレーザ照射位置（焦点位置）を移動させなければならないためである。すなわち、ビード形成距離に応じて、その分レーザ焦点位置の移動速度をレーザ加工ヘッド３の移動速度よりわずかに遅くなるようにして、レーザ加工ヘッド３の移動方向にビードが形成されるように調整することになる。
【００２６】
また、このレーザ加工ヘッド３の移動速度は、溶接速度より速い必要がある。これは、一つの溶接部位（たとえば１３Ａ）の溶接が終了した時点で、次の溶接部位（たとえば１３Ｂ）に対してレーザが届くようにするためである。
【００２７】
上述のようにレーザ１００が照射される溶接位置の移動に対応して、図６に示すように、それぞれの溶接部位１３に対応するノズル１７から、バルブ１８によって選択的に不活性ガスが吐出される。すなわち、たとえば溶接部位１３Ａにレーザ１００が照射されている際には、ノズル１７Ａからのみ不活性ガスを供給し、レーザ１００の照射が溶接部位１３Ｂへ移動すると、ノズル１７Ａからの不活性ガスの供給がバルブ１８により閉じられ、ノズル１７Ｂからの不活性ガスの供給が開始されて、不活性ガスを吐出するノズル１７が順次切り替えられる。
【００２８】
従来は、図３に示すように、レーザ１００’の照射位置に関係なく全てのノズル１７’から高価な不活性ガスが供給されていたため、溶接コストが高くなっていたが、第１実施形態のようにバルブ１８を用いて溶接位置に対応するノズル１７からのみ不活性ガスを吐出するガス供給制御手段が設けられることにより、コストを削減することが可能である。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態に係るレーザ溶接装置を説明する。
【００３０】
図７は本発明の第２の実施形態に係るレーザ溶接装置を示す部分斜視図、図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図、図９は、図７のＩＸ−ＩＸ線に沿う部分断面図である。なお、第１実施形態と共通の部材には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
第２実施形態に係るレーザ溶接装置２０は、図７に示すように、保持治具１４と、溶接部位１３に不活性ガスを供給するためのガス供給手段２１とを有している。ガス供給手段２１は、２つの保持治具１４を差し渡して設置されるガイド２４と、ガイド２４に形成されたネジ溝に螺合するネジ孔を有する移動部材２５と、移動部材２５に設置されたノズル２２と、ガイド２４を回転させるモータ２６とを有している。モータ２６には、位置および速度を容易に制御可能なステップモータを用いている。モータ２６を駆動させると、ガイド２４が回転して移動部材２５が移動し、移動部材２５とともにノズル２２を所定位置まで移動させることが可能である。
【００３２】
移動部材２５には、ワーク１１と接して回転するローラ２７が回転可能に連結されており、このローラ２７を挟んで移動部材２５の移動方向両端に一対のノズル２２Ａ，２２Ｂが設けられている。これらのノズル２２Ａ，２２Ｂはバルブ２３に連結されており、バルブ２３を制御して不活性ガスを吐出させるノズル２２を制御可能なガス供給制御手段（不図示）により、不活性ガスを吐出させるノズル２２Ａ，２２Ｂの切り替えが可能となっている。
【００３３】
このように構成されたレーザ溶接装置２０を用いた溶接方法を説明する。
【００３４】
図１０は、第２実施形態におけるノズルの切り替えを説明するための説明図である。
【００３５】
第１の実施形態と同様にレーザ１００を照射してレーザ照射位置を移動させると共に、図１０に示すように、モータ２６を駆動してガイド２４を回転させることにより、移動部材２５に固定されたノズル２２を移動させる。このとき、レーザ照射位置に対応するように一方のノズル（たとえば２２Ａ）を配置させ、このノズル（たとえば２２Ａ）からのみ不活性ガスを供給する（図１０（ａ）参照）。このノズル（たとえば２２Ａ）は、レーザ照射位置の１つの溶接部位（たとえば１３Ａ）内での移動にも対応して移動できる。
【００３６】
レーザ照射位置が次の溶接部位（たとえば１３Ｂ）に移動する際には、これに対応してバルブ２３により不活性ガスの供給を停止しつつ次の溶接部位（たとえば１３Ｂ）までノズル（たとえば２２Ａ）を移動させ、次の溶接部位（たとえば１３Ｂ）におけるレーザ照射に対応して再びノズル（たとえば２２Ａ）による不活性ガスの供給を開始させる（図１０（ｂ）参照）。
【００３７】
移動部材２５が移動する際には、ローラ２７がワーク１１と接して回転し、溶接される被溶接部材１２ａ，１２ｂが互いに接するように押圧する。このようにして、レーザ照射位置の移動に対応して不活性ガスの吐出の開始および停止を繰り返しつつ、順次溶接部位の溶接を行う。
【００３８】
レーザ１００の移動方向側の保持治具１４近傍の溶接部位１３Ｃにおいては、ノズル２２Ａでは届かないため、他方のノズル２２Ｂを用いて不活性ガスを吐出しつつ溶接を行う（図１０（ｃ）参照）。
【００３９】
上述のように、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に溶接位置１３でのみ不活性ガスを吐出するため、不活性ガスの使用量を低減させ、コストを削減することができる。
【００４０】
また、従来の方法では溶接部位の数だけノズル２２が必要であるため、ノズルが設置された治具が多数必要であるが、本実施形態では、１つのノズル２２で複数の溶接部位に対応できるため、ノズル２２および保持治具１４を減らすことができ、コストを削減することができる。
【００４１】
また、保持治具１４から離れた位置にある溶接部位（たとえば１３Ｂ）では、ワーク１１の被溶接部材１２ａ，１２ｂ同士の間に隙間が生じ易いが、本実施形態ではローラ２７が接して過大な隙間が矯正され、溶接が可能な例えば０．３ｍｍ以下の隙間に常に制御することができ、安定した溶接品質を得ることができる。このため、隙間矯正のための過大な治具を配置する必要がなくなり、リモートレーザにとって障害となる保持治具を大幅に減らすことが可能となる。したがって、従来のように、溶接時に溶接部位以外の治具は解除されるなどの複雑な機構が必要でなくなり、コストを削減することができる。
【００４２】
また、移動部材２５に設けられるノズル２２が１つだけの場合には、ノズル２２の移動方向の始点あるいは終点のどちらかにおいて、ノズル２２を保持治具１４に近づけることが困難であるため、溶接の可能な範囲が制限される。しかし、第２実施形態では、ローラ２７の前後に一対のノズル２２Ａ，２２Ｂを配置することにより、ノズル２２の移動始点の保持治具１４近傍の溶接部位１３Ａでは、この保持治具１４に近い方のノズル２２Ａを使用し、終点となる保持治具１４の近傍の溶接部位１３Ｃでは、他方のノズル２２Ｂに切り替えて不活性ガスを供給することができる。このため、始点および終点の双方の保持治具１４近傍の溶接部位を溶接することができる。
【００４３】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、第２実施形態では１つのみのガス供給手段２１およびガス供給制御手段が示されているが、１つのレーザ溶接装置２０に複数のガス供給手段２１およびガス供給制御手段を設けることが可能である。また、移動部材２５に設けられるノズルは１つ、また３つ以上とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明を適用したリモート溶接システムを説明するための概略斜視図である。
【図２】レーザ加工ヘッドを説明するための概略透視図である。
【図３】従来のレーザ溶接装置を示す部分斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接装置を示す部分斜視図である。
【図５】リモート溶接におけるレーザ加工ヘッド３とレーザ射出方向の動きを説明するための説明図である。
【図６】リモート溶接におけるノズルの切り替えを説明するための説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るレーザ溶接装置を示す部分斜視図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ線に沿う部分断面図である。
【図１０】第２実施形態におけるノズルの切り替えを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，２０    レーザ溶接装置、
１３    溶接部位、
１４    保持治具、
１７，２２    ノズル、
１１    ワーク、
１８，２３    バルブ、
１６，２１    ガス供給手段、
２４    ガイド、
２５    移動部材、
２６    モータ、
２７    ローラ、
１００    レーザ。
【図１】
2007044726.tif 000003
【図２】
2007044726.tif 000004
【図３】
2007044726.tif 000005
【図４】
2007044726.tif 000006
【図５】
2007044726.tif 000007
【図６】
2007044726.tif 000008
【図７】
2007044726.tif 000009
【図８】
2007044726.tif 000010
【図９】
2007044726.tif 000011
【図１０】
2007044726.tif 000012