JP2008126241A - Laser welding method and device therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置に関する。 The present invention relates to a laser welding method and a laser welding apparatus.
防錆鋼板は、鋼板の表裏面に、たとえば亜鉛メッキなどの皮膜層が施された鋼板である。このような防錆鋼板を重ね合わせてレーザ溶接を行った場合、レーザエネルギーによって、重ねられた面の亜鉛メッキが鋼板より先に溶けるため、それが蒸発するために溶接ビードに穴が開くポロシティといわれる不具合が生じる。 The rust-proof steel plate is a steel plate in which a coating layer such as galvanization is applied to the front and back surfaces of the steel plate. When laser welding is performed with these anti-corrosion steel plates overlapped, the galvanization of the stacked surfaces is melted before the steel plates by laser energy, so that the porosity will open in the weld bead as it evaporates. This causes a malfunction.
このような現象を防止するための従来の技術としては、同じ溶接部位に対して、まず、
１回目のレーザ照射として深い焦点で行い、その後２回目として１回目よりも浅い焦点でレーザ照射を行う技術がある（特許文献１）。
As a conventional technique for preventing such a phenomenon, first, for the same welded part,
There is a technique of performing laser irradiation with a deep focus as the first laser irradiation and then performing laser irradiation with a focus shallower than the first as the second time (Patent Document 1).
この従来の技術によれば、１回目のレーザ照射によりできたポロシティを２回目のレーザ照射により埋め戻すことで、ビード表面に発生する穴あきを修復し、溶接品質が向上するとされている。
しかしながら、このような従来の技術では、先に深い焦点によってレーザ照射が行われるため、レーザが被溶接部材の奥深くあるいはレーザが被溶接部材を突き抜けて照射されることになる。このため、亜鉛メッキ層が蒸発すると共に、鋼板の一部が飛んで、２回目のレーザ照射溶接時には、ビード形成や穴埋めに必要な肉が少なくなるという問題があり、ポロシティ（穴）の十分な埋め戻しができないおそれがある。 However, in such a conventional technique, since laser irradiation is first performed with a deep focus, the laser is irradiated deep inside the member to be welded or the laser penetrates the member to be welded. For this reason, the galvanized layer evaporates and part of the steel sheet flies, and there is a problem that the meat necessary for bead formation and hole filling is reduced during the second laser irradiation welding, and the porosity (hole) is sufficient. There is a risk that it cannot be backfilled.
また、ポロシティそのものは、レーザ照射面（表面とすると）のみならず、その反対側（裏面）にも発生するが、従来技術では、表面にしか２回目のレーザ照射が行われないため、裏面に発生したポロシティの修復はできないという問題もある。なお、仮に裏面に発生したポロシティをも修復しようとすれば、表面の次に裏面にも焦点の浅いレーザ照射を行う比ゆ用があり、非常に複雑な工程を取らざるを得ない。 In addition, the porosity itself occurs not only on the laser irradiation surface (assumed to be the front surface) but also on the opposite side (rear surface), but in the prior art, the second laser irradiation is performed only on the front surface, There is also a problem that the generated porosity cannot be repaired. If the porosity generated on the back surface is also to be repaired, there is a specific use of laser irradiation with a shallow focus on the back surface next to the front surface, which requires a very complicated process.
そこで本発明の目的は、ポロシティの発生を抑え、優れた溶接品質を得ることのできるレーザ溶接方法およびその装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a laser welding method and apparatus capable of suppressing the generation of porosity and obtaining excellent welding quality.
上記目的を達成するための本発明は、第１の被溶接部材と第２の被溶接部材を重ね合わせてそれらの合わせ面に位置する少なくとも一方の被溶接部材に施されている皮膜層に至り、かつ、前記第２の被溶接部材を突き抜けない入熱量で前記第１の被溶接部材側から１回目のレーザ照射を行う段階と、前記１回目のレーザ照射より大きく、かつ、前記第１の被溶接部材と前記第２の被溶接部材の溶接が完了する入熱量で前記第１の被溶接部材側から２回目のレーザ照射を行う段階と、を有することを特徴とするレーザ溶接方法である。 In order to achieve the above object, the present invention provides a coating layer applied to at least one welded member located on a mating surface of the first welded member and the second welded member by overlapping them. And performing the first laser irradiation from the first welded member side with an amount of heat input not penetrating the second welded member, larger than the first laser irradiation, and the first laser irradiation. Performing a second laser irradiation from the side of the first welded member with a heat input to complete the welding of the welded member and the second welded member. .
また、上記目的を達成するための本発明は、レーザ発振器から導かれたレーザを反射させる移動可能な反射鏡と、第１の被溶接部材と第２の被溶接部材を重ね合わせてそれらの合わせ面に位置する少なくとも一方の被溶接部材に施されている皮膜層に至り、かつ、前記第２の被溶接部材を突き抜けない入熱量で前記第１の被溶接部材側から１回目のレーザ照射を実行させ、当該レーザ照射によるレーザ照射点の軌跡が所定の溶接パターンを描くように前記反射鏡を制御し、前記１回目のレーザ照射の後、前記１回目のレーザ照射より大きく、前記第１の被溶接部材と前記第２の被溶接部材の溶接が完了する入熱量で前記第１の被溶接部材側から２回目のレーザ照射を実行させ、当該レーザ照射によるレーザ照射点の軌跡が前記所定の溶接パターンを描くように前記反射鏡を制御する制御手段と、を有することを特徴とするレーザ溶接装置である。 In order to achieve the above object, the present invention provides a movable reflecting mirror that reflects a laser guided from a laser oscillator, and a first welded member and a second welded member that are overlapped with each other. The first laser irradiation from the first welded member side with a heat input amount that reaches the coating layer applied to at least one welded member located on the surface and does not penetrate the second welded member. Controlling the reflecting mirror so that a locus of the laser irradiation point by the laser irradiation draws a predetermined welding pattern, and after the first laser irradiation, the first laser irradiation is larger than the first laser irradiation. The second laser irradiation is executed from the first welded member side with the amount of heat input that completes the welding of the welded member and the second welded member, and the locus of the laser irradiation point by the laser irradiation is the predetermined value. Welding pattern And control means for controlling the reflecting mirror so as to draw a down, a laser welding apparatus characterized in that it comprises a.
本発明によれば、はじめに重ね合わせた被溶接部材の合わせ面にある皮膜層にのみ到達するように１回目のレーザ照射を行い、その後、完全に溶接できるように１回目より大きな入熱量となるように２回目のレーザ照射を行うこととしたので、１回目のレーザ照射時には、合わせ面にある皮膜層の成分を蒸発させるが溶接に必要となる肉の減少を防ぐことができ、２回目のレーザ照射においては肉不足などの不具合が生じることなく、かつ１回目のレーザ照射でできたポロシティを埋めて良好なビード形成を行うことができる。 According to the present invention, the first laser irradiation is performed so as to reach only the coating layer on the mating surface of the overlapped members to be welded first, and then the heat input amount is larger than the first time so that the welding can be performed completely. Since the second laser irradiation is performed as described above, the component of the coating layer on the mating surface is evaporated at the first laser irradiation, but the reduction of the meat necessary for welding can be prevented. In laser irradiation, defects such as a lack of meat do not occur, and the porosity formed by the first laser irradiation can be filled and good bead formation can be performed.
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。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
以下では、まず、本発明による溶接方法について説明し、続いてこの方法を実施するための装置の一例について説明する。 Below, first, the welding method by this invention is demonstrated, and an example of the apparatus for implementing this method is demonstrated.
図１および図２は、本発明を適用したレーザ溶接方法を説明するための説明図である（各図において（ａ）図は部分断面斜視図、（ｂ）図は断面図）。 1 and 2 are explanatory diagrams for explaining a laser welding method to which the present invention is applied (in each figure, (a) is a partial sectional perspective view, and (b) is a sectional view).
ここで被溶接部材は、２枚の防錆鋼板１０１（第１の被溶接部材）および１０２（第２の被溶接部材）である。 Here, the members to be welded are two rust-proof steel plates 101 (first welded members) and 102 (second welded members).
この防錆鋼板１０１は、鋼板１１１および１１２の表裏面ともに皮膜層として亜鉛メッキが施された亜鉛メッキ層１２０ａおよび１２０ｂを有する。なお、防錆鋼板１０１は皮膜層として亜鉛メッキのほかに、たとえば亜鉛―鉄合金メッキを施したものなど、そのほかの防錆鋼板１０１でも同じように扱うことができる。
The rust-
本実施形態のレーザ溶接方法は、まず、図１に示すように、被溶接部材である２枚の防錆鋼板１０１および１０２を図示するように重ね合わせる。このとき防錆鋼板１０１および１０２間の隙間は無くてもよい。
In the laser welding method of the present embodiment, first, as shown in FIG. 1, two rust-
このように、防錆鋼板１０１および１０２を重ね合わせたとき、その合わせ面には亜鉛メッキ層１２０ａが存在することになる。
Thus, when the
この状態で１回目のレーザ照射を行う。１回目のレーザ照射は、２枚の防錆鋼板１０１および１０２の合わせ面にある亜鉛メッキ層１２０ａに至り、かつ、２枚目の防錆鋼板１０２を突き抜けない程度の入熱量となるようにレーザ１００を照射する。このときレーザ照射点の移動軌跡は実際の溶接と同じ軌跡である。なお、入熱量の制御については後述する。
In this state, the first laser irradiation is performed. The first laser irradiation is performed so that the amount of heat input reaches the galvanized
この１回目のレーザ照射によって、２枚の防錆鋼板１０１および１０２の間にあるメッキされた亜鉛は溶融して外部に放出される。したがって、この段階で出来上がったビード１１５には、亜鉛の蒸発に伴ってポロシティ１１６が形成されることになる。
By this first laser irradiation, the plated zinc between the two rust-
次に、図２に示すように、２回目のレーザ照射を行う。２回目のレーザ照射は１回目のレーザ照射より強く、２枚目の防錆鋼板１０２まで確実に至り、溶接が完了する入熱量となるようにレーザ１００を照射する。このときの入熱量は、２枚の防錆鋼板１０１および１０２を突き抜けてもよい。したがって、２回目のレーザ照射は通常のレーザ溶接と同じ程度とすればよい。なお、２回目のレーザ照射においてもその軌跡は１回目と同じにする。
Next, as shown in FIG. 2, the second laser irradiation is performed. The second laser irradiation is stronger than the first laser irradiation, and the laser irradiates the
このように２回目のレーザ照射を行うことで、１回目のレーザ照射時に形成されたポロシティ１１６がこの２回目のレーザ照射による鋼板１１１（鉄）の溶融によって埋まり、出来上がったビード１２５はポロシティ１１６のない良好なものとなる。これは、１回目のレーザ照射により、２枚の防錆鋼板１０１および１０２の間にあった皮膜層の亜鉛は既になくなっているために、２回目のレーザ照射において新たに亜鉛が蒸発することがなく、１回目のときに発生したポロシティ１１６が埋められるためである。しかも、レーザが２枚目の防錆鋼板１０２を突き抜けたとしても既に防錆鋼板１０１および１０２の間に亜鉛は存在しないため、レーザが突き抜けた側にポロシティが発生することはない。
By performing the second laser irradiation in this way, the
なお、重ね合わせた防錆鋼板１０１および１０２の外側に位置する皮膜層の亜鉛メッキ層１２０ｂは、いずれもレーザ照射により蒸発するが、そのまま外に蒸発するためポロシティ１１６の原因となることはない。
Note that the galvanized
１回目のレーザ照射と２回目のレーザ照射のそれぞれのレーザ照射点の移動軌跡が同じ軌跡を描くようにする理由について説明する。 The reason why the movement trajectories of the laser irradiation points of the first laser irradiation and the second laser irradiation draw the same trajectory will be described.
図３は、レーザ照射点の軌跡を説明するための説明図である。 FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the locus of the laser irradiation point.
図３（ａ）に示すように、１回目のレーザ照射Ｌ１と２回目のレーザ照射Ｌ２をそれぞれ同じ軌跡を描くようにすると、２回目のレーザ照射Ｌ２は１回目のレーザ照射Ｌ１によって既に亜鉛が蒸発した部分Ｚ０に入射されることになる。したがって、２回目のレーザ照射Ｌ２時には亜鉛の蒸発は無く、ポロシティ１１６の新たな発生もない。
As shown in FIG. 3A, when the first laser irradiation L1 and the second laser irradiation L2 are drawn in the same locus, the second laser irradiation L2 has already been subjected to zinc by the first laser irradiation L1. It will enter into the evaporated part Z0. Accordingly, there is no evaporation of zinc and no new generation of
一方、図３（ｂ）に示すように、１回目のレーザ照射Ｌ１の軌跡に対して２回目のレーザ照射Ｌ２の軌跡がずれてしまうと、２回目のレーザ照射Ｌ２範囲の一部に１回目のレーザ照射Ｌ１が当なかった部分、すなわち、亜鉛が蒸発していない部分Ｚ１に２回目のレーザ照射Ｌ２が当たることになる。このため、２回目のレーザ照射Ｌ２時にも亜鉛が蒸発してしまい、新たにポロシティＰが発生する可能性がある。 On the other hand, as shown in FIG. 3B, if the locus of the second laser irradiation L2 deviates from the locus of the first laser irradiation L1, the first time in a part of the range of the second laser irradiation L2. The second laser irradiation L2 hits the portion that was not irradiated with the laser irradiation L1, that is, the portion Z1 where zinc was not evaporated. For this reason, zinc may evaporate also at the time of the 2nd laser irradiation L2, and the porosity P may generate | occur | produce anew.
したがって、１回目のレーザ照射と２回目のレーザ照射を同じ軌跡を描くようにする必要がある。なお、１回目のレーザ照射と２回目のレーザ照射の軌跡は、２回目のレーザ照射においてレーザによる金属溶解域が、亜鉛が蒸発していない部分Ｚ１にかからない程度となればよく、その範囲であれば多少のずれは許容される。 Therefore, it is necessary to draw the same locus for the first laser irradiation and the second laser irradiation. It should be noted that the locus of the first laser irradiation and the second laser irradiation may be such that the region where the metal is melted by the laser does not reach the portion Z1 where zinc is not evaporated in the second laser irradiation. Some deviation is allowed.
次に、１回目のレーザ照射と２回目のレーザ照射における入熱量の制御について説明する。 Next, control of the heat input amount in the first laser irradiation and the second laser irradiation will be described.
被溶接部材に入る入熱量の制御方法は、さまざまな方法があるが、ここでは３つの制御例を説明する。 Although there are various methods for controlling the amount of heat input to the member to be welded, three control examples will be described here.
図４は、入熱量の第１の制御例を説明するための説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a first control example of the heat input amount.
第１の制御例は、照射するレーザのレーザ照射点の移動速度を変えることで１回目のレーザ照射と２回目のレーザ照射で入熱量が変わるようにする。 In the first control example, the amount of heat input is changed between the first laser irradiation and the second laser irradiation by changing the moving speed of the laser irradiation point of the laser to be irradiated.
本実施形態では、レーザ発信器から導かれたレーザを反射鏡１１によって反射させてレーザの照射方向を変更するようにしている（装置構成については後述する）。
In this embodiment, the laser guided from the laser transmitter is reflected by the reflecting
したがって、第１の制御例では、図４に示すように、反射鏡１１の移動速度を、１回目の方が２回目より速くすることで、レーザ照射点の移動速度を速くして、レーザ焦点位置での入熱量が１回目のレーザ照射の方が２回目より少なくなるようにしているのである。
Therefore, in the first control example, as shown in FIG. 4, the moving speed of the reflecting
なお、この制御ではレーザ出力は１回目、２回目共に同じである。 In this control, the laser output is the same for the first time and the second time.
図５は、入熱量の第２の制御例を説明するための説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a second control example of the heat input amount.
第２の制御例は、レーザ出力を１回目の方が２回目よりも弱くなるようにしている。なお、反射鏡１１の移動速度は１回目、２回目共に同じである。
In the second control example, the laser output is weaker in the first time than in the second time. The moving speed of the reflecting
レーザ出力の制御は、レーザ発信機（詳細後述）でレーザ出力の値そのものを制御することによって行う。 The laser output is controlled by controlling the laser output value itself with a laser transmitter (described later in detail).
これにより、レーザ焦点位置での入熱量が１回目のレーザ照射の方が２回目より少なくなる。 As a result, the amount of heat input at the laser focus position is less for the first laser irradiation than for the second time.
図６は、入熱量の第３の制御例を説明するための説明図である。 FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a third control example of the heat input amount.
第３の制御例は、レーザの焦点位置を１回目と２回目で変更することにより入熱量を制御するものである。なお、レーザ出力、反射鏡１１の移動速度は１回目、２回目共に同じである。
In the third control example, the amount of heat input is controlled by changing the focal position of the laser between the first time and the second time. The laser output and the moving speed of the reflecting
レーザの焦点位置の変更は、たとえば、フォーカス変更機構付きのレンズによって１回目と２回目で焦点位置を変更する方法である。このときレンズから被溶接部材までの距離は変わらない。また、他の方法としては、レンズによる焦点位置は変更せず、１回目と２回目でレンズから被溶接部材までの距離を変更する。 The focal position of the laser is changed by, for example, a method of changing the focal position at the first time and the second time by using a lens with a focus changing mechanism. At this time, the distance from the lens to the member to be welded does not change. As another method, the focal position by the lens is not changed, and the distance from the lens to the member to be welded is changed at the first time and the second time.
いずれの場合でも、１回目のレーザ照射のときは、被溶接部材面上における焦点のスポット径が２回目より広くなるようにする。 In either case, at the first laser irradiation, the spot diameter of the focal point on the surface of the member to be welded is made wider than the second time.
これにより、レーザ焦点位置での入熱量が１回目のレーザ照射の方が２回目より少なくなる。 As a result, the amount of heat input at the laser focus position is less for the first laser irradiation than for the second time.
なお、上述した第１および第２の制御例においては、焦点位置の変更は行わないものとする。 In the first and second control examples described above, the focal position is not changed.
以上、３つの制御方法について説明したが、１回目のレーザ照射と２回目のレーザ照射におけるそれぞれの入熱量は、重ね合わせた防錆鋼板１０１の総厚さに対する１枚目の防錆鋼板１０１（レーザ照射面側にある防錆鋼板１０１）の厚さの割合を目安にして求めればよい。すなわち、重ね合わせた防錆鋼板１０１および１０２の総厚さ（防錆鋼板１０１と１０２の厚さの合計）を１００％として１枚目の防錆鋼板１０１がこのうち５０％を占める場合、すなわち、２枚の防錆鋼板１０１および１０２の板厚が同じ場合は、２回目のレーザ照射の入熱量を１００％として、１回目のレーザ照射の入熱量を５０〜７０％程度とするのが好ましい。この例では１枚目の防錆鋼板１０１が占める割合である５０％に対して２０％程度入熱量が多くなるようにしたが、１枚目の防錆鋼板１０１が占める割合に対してどの程度増加させるかは、板厚などにより適宜調節することになる。
Although the three control methods have been described above, the amount of heat input in the first laser irradiation and the second laser irradiation is the first rust proof steel plate 101 (with respect to the total thickness of the rust proof steel plates 101 ( What is necessary is just to obtain | require for the ratio of the thickness of the rust prevention steel plate 101) in the laser irradiation surface side as a standard. That is, when the total thickness of the rust-
これにより、板厚が同じ２枚の防錆鋼板１０１を重ね合わせたときに、レーザは２枚の防錆鋼板１０１および１０２の合わせ面にある亜鉛メッキ層１２０ａに至り、かつ、２枚の防錆鋼板１０１および１０２を突き抜けない程度の入熱量となる。
As a result, when two rust-
次に、上述した本実施形態における溶接動作を実行するためのレーザ溶接装置について説明する。 Next, a laser welding apparatus for executing the welding operation in the above-described embodiment will be described.
図７は、本発明を適用したレーザ溶接システムを説明するための概略斜視図、図８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。 FIG. 7 is a schematic perspective view for explaining a laser welding system to which the present invention is applied, and FIG. 8 is a schematic perspective view for explaining a laser processing head.
なお、本実施形態におけるレーザ溶接装置は、ロボットのアーム先端に取り付けることを想定したものである。このため、レーザ溶接装置をレーザ加工ヘッドと称する。 The laser welding apparatus in this embodiment is assumed to be attached to the tip of a robot arm. For this reason, the laser welding apparatus is referred to as a laser processing head.
図示するレーザ溶接システムを用いた溶接は、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。このためこのような溶接をリモート溶接と称されることがある。 In the welding using the laser welding system shown in the figure, the welding jig is not directly brought into contact with the work but is welded from a place away from the work using a laser as compared with conventional spot welding. For this reason, such welding is sometimes referred to as remote welding.
図示したレーザ溶接システムは、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を照射するレーザ加工ヘッド（レーザ溶接装置）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。レーザ発振器５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レーザ発振器を用いていおり、その出力が多段階制御可能なものである。
The illustrated laser welding system includes a
ロボット１は、一般的な多軸ロボット（多関節ロボットなどとも称されている）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をさまざまな方向に移動させることができると共にレーザ加工ヘッド３の向きも変更可能となっている。
The
ロボットアーム２へのレーザ加工ヘッド３の取り付けには、たとえば、ロボットアームからの振動が伝わるのを抑えるために振動を吸収する振動抑制部材を入れて取り付けることが好ましい。振動抑制部材としては、たとえば、制振鋼板、ダンパー、制振ゴムなどが使用可能であり、特に、レーザ加工ヘッド３に加わる振動に固有の周波数において振動吸収効果の高いものが好ましい。
For attachment of the
このレーザ加工ヘッド３は、図８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照射する反射鏡１１（反射手段）と頂点の調整を行うレンズ郡１２を有する。また、そのほかに反射鏡１１を回動させるモータとギア機構、およびレンズを移動させるアクチュエータなどを備える（いずれも不図示）。
As shown in FIG. 8, the
反射鏡１１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軸をそれぞれ中心として独立に移動自在であり、この移動、すなわち、反射鏡１１の向きを変えることでレーザ１００の照射方向を自在に振り分けることができる。
The reflecting
レンズ群１２内には、光ファイバーケーブル６端部から照射されたレーザを平行光にするコリメートレンズ１２ａと、平行光になったレーザを所定位置で集光させる集光レンズ１２ｂなどを有する。
The
反射鏡１１およびレンズ１２ｂの動作は、後述するロボット制御装置からの指令により制御されている。
The operations of the reflecting
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、その他のレーザであってもレーザ溶接に使用でき、光ファイバーケーブル６で導くことができるものであれば限定されない。
The
図９は、このレーザ溶接システムの制御系を説明するためのブロック図である。 FIG. 9 is a block diagram for explaining a control system of the laser welding system.
レーザ溶接システムの制御系は、レーザ発振器５におけるレーザ出力のオン、オフおよび出力値を制御するレーザコントローラ５１と、ロボット１の動きを制御するロボット制御装置５２と、レーザ加工ヘッド３の反射鏡１１の動きを制御する加工ヘッド制御装置５３からなる。
The control system of the laser welding system includes a
レーザコントローラ５１は、レーザ出力のオン、オフと、レーザの出力強度調整などを行っている。このレーザコントローラ５１は、ロボット制御装置５２からの制御信号（指令）によって、レーザ出力のオン、オフおよび出力調整を行っている。
The
ロボット制御装置５２は、ロボット１の動き（姿勢）を制御すると共にレーザ出力のオン、オフなどの制御指令、加工ヘッド制御装置５３への反射鏡１１の動作制御指令、焦点調整の指令なども行っている。すなわち、ロボット制御装置５２は、溶接動作における全体の制御として、ロボットの動作と共に前述した２回のレーザ照射における入熱量の制御も行っており、制御手段として機能するものである。
The
実際の制御は、上述したレーザ照射時の入熱量の制御をいずれか一つ（または複数の制御方を組み合わせてもよい）を採用して、その動作を実行するためのプログラムが組み込まれることで制御が行われる。 The actual control is implemented by adopting a program for executing the operation by adopting any one of the above-mentioned control of the heat input amount during laser irradiation (or a combination of a plurality of control methods). Control is performed.
加工ヘッド制御装置５３は、ロボット制御装置５２からの指令によって反射鏡１１および集光レンズ１２ｂを動かしてレーザの照射方向および焦点位置を変更する。
The processing
このように構成されたレーザ溶接システムを用いたリモート溶接の方法を説明する。 A remote welding method using the laser welding system configured as described above will be described.
図１０は、レーザ溶接におけるレーザ加工ヘッド３とレーザ照射方向の動き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。
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the movement of the
この方法は、レーザ加工ヘッド３がＡの位置に来た時点でレーザ加工ヘッド３を停止させ、そこから反射鏡１１を回動させてレーザ照射可能範囲内に位置する溶接点３０１、３０２、および３０３に対して１回目のレーザ照射を連続的に行う。そして、反射鏡を溶接点３０１にレーザ照射することのできる元の位置に戻し、溶接点３０１、３０２、および３０３に対して２回目のレーザ照射を連続的に行う。これにより、溶接点３０１、３０２、および３０３に対するレーザ溶接が終了する。
In this method, when the
その後、レーザをいったん停止させて、レーザ加工ヘッド３をＡ位置からＢ位置に移動し、レーザ加工ヘッド３をＢ位置で停止させて、溶接点３０４、３０５、および３０６に対して１回目のレーザ照射を連続的に行う。そして、反射鏡を溶接点３０１にレーザ照射することのできる元の位置に戻し、溶接点３０４、３０５、および３０６に対して２回目のレーザ照射を連続的に行う。これにより、溶接点３０４、３０５、および３０６に対するレーザ溶接が終了する。
Thereafter, the laser is stopped once, the
ここで、各溶接点は、溶接ビードの強度を上げるために、単なる点ではなく、たとえば、直線状、Ｃ文字形、Ｓ（またはＺ）文字形、矩形状などの溶接パターン（レーザ照射点により描くパターン）を描くようにしている。 Here, in order to increase the strength of the weld bead, each welding point is not a mere point, but, for example, a welding pattern such as a straight line, a C letter, an S (or Z) letter, or a rectangle (depending on the laser irradiation point). Draw pattern).
図１１は、前記溶接方法を用いた動作手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、前記のようにロボット制御装置が溶接の全体の制御を行っているためこの動作手順はロボット制御装置が実行するものとして説明する。 FIG. 11 is a flowchart showing an example of an operation procedure using the welding method. Here, since the robot control device controls the entire welding as described above, this operation procedure is described as being executed by the robot control device.
まず、ロボット制御装置５２は、レーザ加工ヘッド３の移動を開始させ（Ｓ１）、ロボット１画軸からのフィードバック信号（例えばエンコーダの信号）から、ロボットアーム２の先端に取り付けられているレーザ加工ヘッド３の現在位置を取得して、溶接位置（例えば前記図９におけるＡの位置）に到達したなら（Ｓ２：Ｙｅｓ）、レーザ加工ヘッドを停止させる（Ｓ３）。
First, the
そして、ロボット制御装置５２は、加工ヘッド制御装置５３に対して、最初の溶接点（たとえば溶接点３０４）方向にレーザが照射されるように反射鏡を移動（回動）させる（Ｓ４）。このとき、同時にレーザコントローラ５１に対して所定のレーザ出力をするように指令する。
Then, the
続けてロボット制御装置５２は、加工ヘッド制御装置５３に対して、あらかじめ決められている溶接パターン及び１回目のレーザ照射条件により最初の溶接点にレーザを照射するように加工ヘッド制御装置５３へ指令する（Ｓ５）。このとき１回目のレーザ照射条件は、前述した第１〜第３の制御例の通りであり、後に行われる２回目のレーザ照射の入熱量よりも少ないものとなるようにしている。
Subsequently, the
続いて、ロボット制御装置５２は、最初の溶接点への１回目のレーザ照射が終了すれば現在溶接位置で溶接可能範囲内に次の溶接点がないか否かを判断し（Ｓ６）、次の溶接点があれば、その方向へ反射鏡を向けるように指令する（Ｓ７）。その後はＳ５〜７を、Ｓ６で次の溶接点がないと判断されるまで行われることになる。なお、ここで、次の溶接点があるか否かはあらかじめプログラムされている。
Subsequently, when the first laser irradiation to the first welding point is completed, the
一方、Ｓ６において次の溶接点がなければ、ロボット制御装置５２は、その位置での最初の溶接点方向へ反射鏡を移動させて（Ｓ８）、あらかじめ決められている溶接パターン及び２回目のレーザ照射条件によりレーザ照射を行うように加工ヘッド制御装置５３へ指令する（Ｓ９）。
On the other hand, if there is no next welding point in S6, the
続いて、ロボット制御装置５２は、最初の溶接点への２回目のレーザ照射が終了すれば現在溶接位置で溶接可能範囲内に次の溶接点がないか否かを判断し（Ｓ１０）、次の溶接点があれば、その方向へ反射鏡を向けるように指令する（Ｓ１１）。その後はＳ９〜１０を、Ｓ９で次の溶接点がないと判断されるまで行われることになる。なお、ここで、次の溶接点があるか否かはあらかじめプログラムされている。
Subsequently, when the second laser irradiation to the first welding point is completed, the
一方、Ｓ９において次の溶接点がなければ、ロボット制御装置５２は、すべての溶接が終了したか否かを判断し（Ｓ１２）、終了していなければ処理はＳ１へ戻されて、次の溶接位置（例えば前記図９におけるＢの位置）へレーザ加工ヘッド３を移動させ、その後、全溶接が終了するまでＳ１〜１２の処理が繰り返し実行されることになる。
On the other hand, if there is no next welding point in S9, the
以上に複数の溶接点に対して、それぞれ２ｋ歳のレーザ照射が実行されて、品質の良好な溶接が行われることになる。 As described above, laser irradiation of 2 k years old is performed on each of the plurality of welding points, and welding with good quality is performed.
なお、ここでは、レーザ加工ヘッド３が停止した一つの溶接位置において、それぞれ３つの溶接点に対してレーザ照射が行われることを例に説明したが、一つの溶接位置において、溶接する溶接点は、１つでも良いし３つ以上さらに複数であっても良い。同様に一つひとつの溶接位置において溶接を実行する溶接点おかずもそれぞれ異なるものであってよい。
Note that, here, an example has been described in which laser irradiation is performed on each of the three welding points at one welding position where the
以上、本実施形態によれば、はじめに重ね合わせた被溶接部材の合わせ面にある亜鉛メッキ層１２０ａにのみ到達するように１回目のレーザ照射を行い、その後、完全に溶接できるように１回目より大きな入熱量となるように２回目のレーザ照射を行うこととしたので、１回目のレーザ照射時には、合わせ面にある亜鉛メッキを蒸発させるが溶接に必要となる肉の減少を防ぐことができ、２回目の完全な溶接動作においては肉不足などの不具合が生じることなく良好なビード形成を行うことができる。しかも、１回目のレーザ照射は、重ね合わせた２枚目の防錆鋼板１０２を突き抜けていないので、このときできるポロシティ１１６は、レーザ照射面のみであるから、この面にできたポロシティ１１６は２回目のレーザ照射によって確実に埋め戻して、なおかつ、２回目のレーザ照射が防錆鋼板１０２を突き抜けても、その時点ではポロシティ１１６の原因となる亜鉛は存在していないので、レーザ照射面と反対側の面にポロシティ１１６ができることはない。したがって、溶接完了後の被溶接部材は両面共にポロシティ１１６のない良好なものとなる。
As described above, according to the present embodiment, the first laser irradiation is performed so as to reach only the galvanized
以上本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明はこの様な実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、２枚の防錆鋼板を重ね合わせたものを例に説明したが、３枚、４枚などさらに複数枚の防錆鋼板を溶接する場合にも適用可能である。このような３枚以上の防錆鋼板を溶接する場合にも、前述した実施形態同様に、１回目のレーザ照射における入熱量を防錆鋼板の合わせ目にある皮膜層に至り、かつレーザ照射面から見て最も遠くにある鋼板を突き抜けない程度として、２回目のレーザ照射を通常の溶接と同じように実施すればよい。 Although the embodiment to which the present invention is applied has been described above, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, in the above-described embodiment, an example in which two rust-proof steel plates are overlapped has been described as an example, but the present invention can also be applied to a case where a plurality of rust-proof steel plates such as three or four are welded. Even when three or more rust-proof steel plates are welded, the amount of heat input in the first laser irradiation reaches the coating layer at the joint of the rust-proof steel plates, and the laser-irradiated surface, as in the above-described embodiment. The second laser irradiation may be carried out in the same manner as in ordinary welding so as not to penetrate the farthest steel plate as viewed from the top.
また、本発明は、溶接する部材すべてが防錆鋼板である必要はなく、被溶接部材のうち１枚が防錆鋼板で、しかも合わせ面に皮膜層がくるような場合に好適である。 Further, the present invention does not need to be all rust-proof steel plates, and is suitable for the case where one of the members to be welded is a rust-proof steel plate and the coating layer is on the mating surface.
また、上述した実施形態では、レーザ加工ヘッドが停止した状態で各溶接点にレーザ照射するようにしているが、これにかえて、レーザ加工ヘッドを移動させながら、反射鏡を移動させることで、溶接点に溶接するようにしてもよい。レーザ加工ヘッドを移動させながら溶接する場合は、レーザ加工ヘッドの移動速度と反射鏡の移動速度（回転速度）を合成した速度が、溶接時におけるレーザ照射点の移動速度となる。したがって、上述した第１の制御例のようにレーザ照射点の移動速度で入熱量を制御する場合は、この合成速度により制御することとなる。 In the above-described embodiment, the laser processing head is stopped so that each welding point is irradiated with laser. Instead, by moving the reflecting mirror while moving the laser processing head, You may make it weld to a welding point. In the case of welding while moving the laser processing head, a speed obtained by combining the moving speed of the laser processing head and the moving speed (rotational speed) of the reflecting mirror is the moving speed of the laser irradiation point during welding. Therefore, when the heat input is controlled by the moving speed of the laser irradiation point as in the first control example described above, it is controlled by this combined speed.
１…ロボット、
３…レーザ加工ヘッド、
１１…反射鏡、
５２…ロボット制御装置、
１０１、１０２…防錆鋼板、
１１１、１１２…鋼板、
１１５…ビード、
１１６…ポロシティ、
１２０ａ、１２０ｂ…亜鉛メッキ層（皮膜層）。
1 ... Robot,
3 ... Laser processing head,
11 ... Reflector,
52. Robot control device,
101, 102 ... Rust-proof steel plate,
111, 112 ... steel plate,
115 ... Bead,
116 ... Porosity,
120a, 120b ... galvanized layers (film layers).
Claims (9)
前記１回目のレーザ照射より大きく、かつ、前記第１の被溶接部材と前記第２の被溶接部材の溶接が完了する入熱量で前記第１の被溶接部材側から２回目のレーザ照射を行う段階と、
を有することを特徴とするレーザ溶接方法。 The first welded member and the second welded member are overlapped to reach the coating layer applied to at least one of the welded members located on the mating surface thereof, and the second welded member is Performing a first laser irradiation from the first welded member side with a heat input that does not penetrate,
The second laser irradiation is performed from the side of the first member to be welded at a heat input amount that is larger than the first laser irradiation and that completes the welding of the first member to be welded and the second member to be welded. Stages,
A laser welding method characterized by comprising:
第１の被溶接部材と第２の被溶接部材を重ね合わせてそれらの合わせ面に位置する少なくとも一方の被溶接部材に施されている皮膜層に至り、かつ、前記第２の被溶接部材を突き抜けない入熱量で前記第１の被溶接部材側から１回目のレーザ照射を実行させ、当該レーザ照射によるレーザ照射点の軌跡が所定の溶接パターンを描くように前記反射鏡を制御し、前記１回目のレーザ照射の後、前記１回目のレーザ照射より大きく、前記第１の被溶接部材と前記第２の被溶接部材の溶接が完了する入熱量で前記第１の被溶接部材側から２回目のレーザ照射を実行させ、当該レーザ照射によるレーザ照射点の軌跡が前記所定の溶接パターンを描くように前記反射鏡を制御する制御手段と、
を有することを特徴とするレーザ溶接装置。 A movable reflecting mirror for reflecting the laser guided from the laser oscillator;
The first welded member and the second welded member are overlapped to reach the coating layer applied to at least one of the welded members located on the mating surface thereof, and the second welded member is The first laser irradiation is performed from the first welded member side with a heat input that does not penetrate, and the reflecting mirror is controlled so that the locus of the laser irradiation point by the laser irradiation draws a predetermined welding pattern, After the first laser irradiation, the second time from the first welded member side by the amount of heat input that is larger than the first laser irradiation and completes the welding of the first welded member and the second welded member. Control means for controlling the reflecting mirror so that the laser irradiation is performed, and the locus of the laser irradiation point by the laser irradiation draws the predetermined welding pattern;
A laser welding apparatus comprising:
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