JP2012106270A - レーザブレージング装置およびそのワイヤ切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新たな装置を追加することなく、ワイヤの先端が所定の形状になるように切断することで、ろう付けの品質を確保することを目的とする。
【解決手段】ワイヤ１０をレーザ光によって溶融させながらワークＷをろう付けするレーザブレージング装置１であって、前記ワークＷをろう付けする前に、前記ワイヤ１０をレーザ光の照射点Ｐから所定の長さＬ２送出するワイヤ送出部３０と、前記ワイヤ送出部３０によって送出され、自重が作用したワイヤ１０にレーザ光を照射して、前記ワイヤ１０を切断するレーザ照射部２０と、を備えていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザブレージング装置およびそのワイヤ切断方法に関するものである。

従来から、車体ボデーなどのパネル同士をレーザブレージングといわれる、レーザ光を熱源としたろう付けによって接合する技術が知られている。レーザブレージングでは、レーザ光を集光してワークに向けて出射するレーザトーチ、フィラーワイヤ（以下、ワイヤという）を連続的にレーザ光の照射点に供給するワイヤ送給装置などを備えたレーザブレージング装置が用いられる。

レーザブレージング装置がワークのろう付けを開始するとき、ワイヤの長さが長い状態の場合、溶融量の過多によってワークのろう付け開始端のビート形状が大きくなってしまう。一方、ワイヤの長さが短い状態の場合、溶融量の不足によってろう付け開始端の品質に影響を与えてしまう。したがって、ワークのろう付けを開始する前に、ワイヤの長さを必要な長さにしておく必要がある。

一般的に、ワイヤを必要な長さにするには、刃具を備えたワイヤ切断装置によって切断する方法などがある。ワイヤ切断装置によって切断する場合、当該装置を別途購入し設置する必要があり、また刃具の摩耗を考慮して定期的に交換する必要があるために、コスト的に優位ではない。

また、例えば、特許文献１に開示されたろう付けワイヤの切断方法では、ワイヤの先端の整形および長さの調整を行うために、ワイヤの先端に圧縮エアを噴出するためのエアノズルを設置している。そして、一連のろう付けを終えた段階で、レーザ照射ポイントにワイヤを繰出すことで、ワイヤが加熱溶融されワイヤの先端に球状の溶融物が形成される。溶融物が適当な大きさとなった時点でエアノズルから圧縮エアを噴出することで、溶融物が粒子状に飛散し、ワイヤの先端が整形され、必要な長さに仕上げられるものである。

特開２００９−２９７７２４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示されたろう付けワイヤの切断方法では、圧縮エアを噴出するための装置を別途設置し、圧縮エアのエア圧およびノズル向きを管理する必要があり、また飛散した溶融物による周囲の汚れなどが懸念される。

本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、新たな装置を追加することなく、ワイヤの先端が所定の形状になるように切断することで、ろう付けの品質を確保することができるレーザブレージング装置およびそのワイヤ切断方法を提供することを目的とする。

本発明は、ワイヤをレーザ光によって溶融させながらワークをろう付けするレーザブレージング装置であって、前記ワークをろう付けする前に、前記ワイヤをレーザ光の照射点から所定の長さ送出するワイヤ送出部と、前記ワイヤ送出部によって送出され、自重が作用したワイヤにレーザ光を照射して、前記ワイヤを切断するレーザ照射部と、を備えていることを特徴とする。
また、本発明は、ワイヤをレーザ光によって溶融させながらワークをろう付けするレーザブレージング装置のワイヤ切断方法であって、前記ワークをろう付けする前に、前記ワイヤをレーザ光の照射点から所定の長さ送出するワイヤ送出工程と、前記ワイヤ送出工程によって送出され、自重が作用したワイヤにレーザ光を照射して、前記ワイヤを切断するレーザ照射工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、新たな装置を追加することなく、ワイヤの先端が所定の形状になるように切断することができ、レーザブレージングにおけるろう付けされたワークの品質を良好に確保することができる。

本実施形態に係るレーザブレージング装置を示す概略図である。 ワイヤの切断方法を説明するための図である。 ワイヤの切断方法を説明するための図である。 条件を変更してワイヤを切断したときの評価結果を示す図である。 ワイヤの切断形状の一例を示す図である。 ろう付け開始端の形状に応じてワイヤを必要量送出した状態を示す図である。 ワイヤ長さの検出方法を説明するための図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るレーザブレージング装置を示す概略図である。図１に示すようにレーザブレージング装置１は、レーザ照射部としてのレーザトーチ２０と、ワイヤ送出部としてのワイヤ送給装置４１と、ワイヤ送給装置４１によって送出されたワイヤをガイドするコンタクトチップ３０とを備えている。
レーザトーチ２０は、レーザ光を集光してワークＷに向けて照射する。ワイヤ送給装置４１は、レーザ光の照射点Ｐにコンタクトチップ３０を介してフィラーワイヤ１０（以下、ワイヤという）を送出する。ワイヤ送給装置４１は、ワイヤ１０の送出、停止および後退を行うことができるので、ワイヤ１０の長さを自由に調整することができる。

また、コンタクトチップ３０は、レーザトーチ２０の基端に対して、支持アーム４０を介して結合されている。支持アーム４０は、レーザトーチ２０が照射するレーザ光Ｌａの中心の光軸と、コンタクトチップ３０から送出されたワイヤ１０の送出方向の軸線とが常に角度θで交わるように、コンタクトチップ３０を支持している。
レーザブレージング装置１は、図示しない多関節ロボットアームに結合されている。そのため、レーザトーチ２０とコンタクトチップ３０とは上述した角度θを維持しながら、多関節ロボットアームの動作に応じて移動する。

レーザブレージング装置１を用いてワークをろう付けする場合、多関節ロボットアームがワークＷ１とワークＷ２との継ぎ目部分のろう付け開始端にレーザ光Ｌａの照射点Ｐが合うようにレーザトーチ２０を位置決めする。その後、照射点Ｐにワイヤ１０の先端が到達するようにコンタクトチップ３０よりワイヤ１０を送出すると共に、レーザトーチ２０がレーザ光Ｌａを照射点Ｐに向けて照射することで、ワークＷ１、Ｗ２の継ぎ目部分にワイヤ１０の溶融物が充填される。多関節ロボットアームはレーザ光Ｌａの照射点Ｐが継ぎ目部分に沿うようにレーザトーチ２０を移動させることで、継ぎ目に沿って連続的に溶融物が充填される。したがって、ワークＷ１とワークＷ２とが溶融物を介して結合される。

レーザブレージング装置１によってろう付けが終了すると、ワイヤ送給装置４１はワイヤ１０の送出を停止すると共に、レーザトーチ２０がレーザ光の照射を停止する。このとき、ワイヤ１０はレーザトーチ２０によって切断されたままの状態であるために、その先端の形状は溶融した溶融物が付着するなどして安定していない。ワイヤ１０の先端の形状が安定しないまま、レーザブレージング装置１が次のワークＷをろう付けすると、ろう付けの品質に影響を与えてしまう。

そこで、本実施形態のレーザブレージング装置１では、以下の切断方法を行うことによって新たな装置を追加することなくワイヤの先端が所定の形状になるように切断することができる。以下、この切断方法について図２および図３を参照して説明する。
ワークＷのろう付けが終了した時点では、ワイヤ１０の長さがコンタクトチップ３０の先端から照射点Ｐまでの長さＬ１であり、先端形状が安定していない状態である。そのため、図２に示すように、レーザブレージング装置１では、次のワークＷのろう付けをする前に、コンタクトチップ３０よりワイヤ１０をレーザ光の照射点Ｐから所定の長さＬ２分、送出する。なお、ワイヤ送給装置４１では、一定の速度でワイヤ１０を送出することができるので、一定の時間、ワイヤ１０を送出することで、常に照射点Ｐからワイヤ１０の先端までの長さＬ２分だけを延出した状態にすることができる。

次に、図３に示すように、レーザトーチ２０は照射点Ｐから所定の長さＬ２、延出されているワイヤ１０に対してレーザ光を照射する。すると、ワイヤ１０のうち長さＬ２分が切断され落下する。このとき、長さＬ２を所定の長さ以上にすることで、ワイヤ１０の重量が重くなることから、自重によって切断部を下方に引っ張りながら落下する。したがって、ワイヤ１０の先端には球状の溶融物が形成されることなく、常に同じ先端形状に切断される。

なお、ワイヤ１０の照射点Ｐからの長さＬ２が所定の長さよりも短い場合には、長さＬ２分のワイヤ１０の重量が軽いために切断したときのワイヤ１０の先端形状が安定しないことがある。そこで、レーザ光を照射させる時間、レーザ光の出力および照射点Ｐからのワイヤ１０の長さを変化させて、ワイヤ１０の先端が安定する条件について検証する。

検証では、レーザ光を照射させる時間を０．５秒、１．０秒、２．０秒にそれぞれ設定した上で、レーザ光の出力（Ｗ）と、照射点Ｐからワイヤの先端までのワイヤ重さ（ｇ）とを変化させてワイヤを切断したときのワイヤの先端の形状について評価した。なお、ワイヤ重さ（ｇ）は、照射点Ｐからワイヤの先端までワイヤ長さＬ２から算出することができる。すなわち、使用するワイヤによって、ワイヤの１ｍｍあたりの重量が特定される。したがって、照射点Ｐからワイヤの先端までワイヤ長さＬ２に、ワイヤの１ｍｍあたりの重量を乗算することで、照射点Ｐからワイヤの先端までのワイヤ重さ（ｇ）を算出することができる。
レーザ光を照射させる時間０．５秒に設定したときの評価結果が図４（ａ）に示す表であり、１．０秒に設定したときの評価結果が図４（ｂ）に示す表であり、２．０秒に設定したときの評価結果が図４（ｃ）に示す表である。

また、各表において、○がワイヤの先端形状が安定していることを示している。ワイヤの先端形状が安定しているとは、例えば図５（ａ）に示すように、ワイヤ１０の先端形状が略直線状であることをいう。また、×はワイヤの先端形状が安定せず、ろう付けしたときに品質に影響がある形状であることを示している。ワイヤの先端形状が安定していないとは、例えば図５（ｂ）に示すように、ワイヤ１０の先端に大きな球状の溶融物が形成されたり、図５（ｃ）に示すように、ワイヤ１０を切断しきれずにワイヤの溶融物が垂下されている形状をいう。

図４（ａ）に示す評価結果から、レーザ光を照射させる時間を０．５秒に設定した場合、ワイヤ重量０．２８ｇであって、レーザ出力５００Ｗ、１０００Ｗおよび３０００Ｗの場合に、先端形状が安定した。
また、図４（ｂ）に示す評価結果から、レーザ光を照射させる時間を１．０秒に設定した場合、ワイヤ重量０．２８ｇの場合、何れのレーザ出力であっても先端形状が安定した。また、ワイヤ重量０．２４５ｇの場合、レーザ出力５００Ｗ、１０００Ｗおよび２０００Ｗの場合に、先端形状が安定した。また、ワイヤ重量０．２１ｇの場合、レーザ出力２０００Ｗの場合に、先端形状が安定した。
また、図４（ｃ）に示す評価結果から、レーザ光を照射させる時間を２．０秒に設定した場合、照射点Ｐからのワイヤ重量０．２８ｇの場合、何れのレーザ出力であっても先端形状が安定した。また、ワイヤ重量０．２４５ｇの場合、レーザ出力５００Ｗの場合に、先端形状が安定した。

そのような結果から、レーザ照射時間１．０秒または２．０秒に設定し、レーザ出力を５００Ｗ〜３０００Ｗ、かつワイヤ重量０．２８ｇ以上にすることで、良好な先端形状に切断できる。特に、レーザ照射時間を１．０秒に設定して、レーザ出力を５００Ｗ〜１０００Ｗかつワイヤ重量０．２８ｇ以上は○に囲まれた範囲であり、より切断形状が安定する最適条件である。

なお、各評価結果において、例えば５００Ｗのようにレーザ出力が低く、かつ例えば０．２１ｇ以下のようにワイヤ重量が軽い場合、ワイヤの切断形状は図５（ｃ）に示すように、ワイヤ１０の先端の溶融物が垂下した形状になる。これは、レーザ出力不足によってワイヤ１０を切断できないためと考えられる。
また、各評価結果において、例えば２０００Ｗ、３０００Ｗのようにレーザ出力が高く、かつ例えば０．２１ｇ以下のようにワイヤ重量が軽い場合、ワイヤの切断形状は図５（ｂ）に示すように、ワイヤ１０の先端に球状の溶融物が形成される。これは、照射点Ｐからのワイヤ重量が軽いため、自重によって落下できず、溶融物がワイヤ１０の先端に付着してしまうためと考えられる。

このように、レーザブレージング装置１では次のろう付けをする前に、良好な先端形状が得られる上述した所定のワイヤ重量以上になるように、ワイヤ１０を照射点Ｐから所定の長さ延出した状態で、レーザ光によって切断することで、ワイヤの切断形状を安定させることができる。したがって、新たな設備を設置することなく、ろう付けの品質を向上させることができる。
なお、レーザブレージング装置１では予めプログラムに、レーザ照射時間、レーザ出力および所定のワイヤ長さを設定しておくことで、次のワークのろう付けをする前に、自動的に設定したレーザ照射時間、レーザ出力および所定のワイヤ長さで、ワイヤを切断することが可能である。したがって、ワイヤ１０の種類に応じて、照射点Ｐからワイヤの先端までの重量が所定のワイヤ重量以上になるワイヤ長さを、プログラムに設定しておくことで、ワイヤ１０の種類に応じてワイヤの切断形状を安定させることができる。

次に、レーザブレージング装置１では、ワイヤ１０を切断して安定した形状に整えた後、ワークをろう付けする前に、図６に示すように、ワークのろう付け開始端の形状に応じてワイヤ１０を照射点Ｐから必要量Ｌ３、送出する。例えば、ワークＷのろう付け開始端の開先形状が大きい場合、ビード形状を整えるために、溶融物を多く必要とする。したがって、ワイヤ送給装置４１は通常よりも送出するワイヤ１０を長くする。

上述したように、ワイヤ送給装置４１では、一定の速度でワイヤ１０を送出することから、必要量に応じた時間分、ワイヤ１０を送出することで、照射点Ｐからのワイヤ１０の長さを自由に調整することができる。したがって、レーザブレージング装置１では予めプログラムに、ワークＷに応じた照射点Ｐからのワイヤ長さを設定しておくことで、ワイヤ送給装置４１は設定されたワイヤ長さに送出することができる。

次に、レーザブレージング装置１では、照射点Ｐからのワイヤ長さが設定されたワイヤ長さであるか否かを確認する。具体的には、ろう付けするエリアとは異なるエリアに、ワイヤ長さを確認する長さ確認エリアを設置する。この長さ確認エリアの所定の位置にワイヤ長さ検出部としての反射式レーザセンサ５０が固定されている。反射式レーザセンサ５０は、検出体に向かってレーザを投光する投光部と、投光したレーザが検出体によって反射された反射光を受光する受光部とを備えている。

まず、レーザブレージング装置１では、設定したワイヤ長さよりも長いか否かを確認する。具体的には、図７（ａ）に示すように、多関節ロボットアームがコンタクトチップ３０を長さ確認エリアの第一の判定位置に移動させる。第一の判定位置は、反射式レーザセンサ５０から所定の距離、離れた位置である。コンタクトチップ３０が第一の判定位置に配置された状態で反射式レーザセンサ５０がレーザを投光する。このとき、ワイヤ１０によって反射された場合、レーザブレージング装置１は実際のワイヤ長さが設定したワイヤ長さよりも長いと判定する。一方、図７（ａ）に示すように、ワイヤ１０によって反射されない場合、レーザブレージング装置１は実際のワイヤ長さＬ４が設定したワイヤ長さと同長さか、短いかの何れかであると判定する。

したがって、次に、レーザブレージング装置１では、設定したワイヤ長さよりも短いか否かを確認する。具体的には、図７（ｂ）に示すように、多関節ロボットアームがコンタクトチップ３０を第二の判定位置に移動させる。第二の判定位置は、第一の判定位置からワイヤ１０の先端に向かって所定の距離、離れた位置である。コンタクトチップ３０が第二の判定位置に配置された状態で反射式レーザセンサ５０がレーザを投光する。このとき、ワイヤ１０によって反射されない場合、レーザブレージング装置１は実際のワイヤ長さが設定したワイヤ長さよりも短いと判定する。一方、図７（ｂ）に示すように、ワイヤ１０によって反射された場合、実際のワイヤ長さＬ４が設定したワイヤ長さと同長さであると判定する。
なお、第一の判定位置および、第一の判定位置と第二の判定位置の間の距離は、設定されるワイヤ長さやワイヤ長さの許容できる範囲によって変化させることができる。

以上、本発明を上述した実施形態と共に説明したが、本発明はこの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。

１：レーザブレージング装置 １０：ワイヤ ２０：レーザトーチ ２１：レーザ発振器 ３０：コンタクトチップ ４０：支持アーム ４１：ワイヤ送給装置 ５０：反射式レーザセンサ

Claims (6)

1. ワイヤをレーザ光によって溶融させながらワークをろう付けするレーザブレージング装置であって、
   前記ワークをろう付けする前に、前記ワイヤをレーザ光の照射点から所定の長さ送出するワイヤ送出部と、
   前記ワイヤ送出部によって送出され、自重が作用したワイヤにレーザ光を照射して、前記ワイヤを切断するレーザ照射部と、を備えていることを特徴とするレーザブレージング装置。
2. 前記所定の長さとは、前記照射点からワイヤの先端までのワイヤの重量が所定の重量になるときの長さであることを特徴とする請求項１に記載のレーザブレージング装置。
3. 前記ワイヤを切断するときに、前記レーザ照射部によってレーザ光を照射する照射時間が１．０秒から２．０秒の場合において、
   前記所定の長さとは、前記照射点からワイヤの先端までのワイヤの重量が０．２８ｇ以上になるときの長さであることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザブレージング装置。
4. 前記ワイヤ送出部は、前記レーザ照射部によって切断されたワイヤを前記ワークに応じた必要量の長さ分、送出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のレーザブレージング装置。
5. 前記ワイヤ送出部によって送出されたワイヤの長さを検出するワイヤ長さ検出部を更に備えていることを特徴とする請求項４に記載のレーザブレージング装置。
6. ワイヤをレーザ光によって溶融させながらワークをろう付けするレーザブレージング装置のワイヤ切断方法であって、
   前記ワークをろう付けする前に、前記ワイヤをレーザ光の照射点から所定の長さ送出するワイヤ送出工程と、
   前記ワイヤ送出工程によって送出され、自重が作用したワイヤにレーザ光を照射して、前記ワイヤを切断するレーザ照射工程と、を有することを特徴とするワイヤ切断方法。

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