JP4456246B2

JP4456246B2 - Laser welding method and apparatus

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Publication number: JP4456246B2
Application number: JP2000277086A
Authority: JP
Inventors: 幸治小田; 直樹深井; 徹熊谷; 啓示大塚; 純北川; 順也田辺
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2000-09-12
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2020-09-12
Also published as: JP2002086286A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重ね合わせたワークに対してレーザビームを照射することにより溶接を行うレーザ溶接方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、亜鉛メッキされたワークを重ね合わせてレーザビームを照射することにより溶接を行うレーザ溶接方法としては、特許第２７４３７０８号公報に開示されている方法が知られている。
【０００３】
この溶接方法は、亜鉛メッキされたワークの間に、薄いインサート材を介在させて溶接を行うものである。この場合、インサート材を構成する有機物の融点及び沸点は、亜鉛の融点及び沸点より低いものが選定されている。従って、ワークの間にインサート材を介在させた状態でレーザビームを照射することにより、先ず、インサート材が気化し、その後に亜鉛メッキが気化する。その際、最初にインサート材が気化することによりワークの間に間隙が形成され、その間隙から気化した亜鉛成分が流出しながらワーク同士が溶着される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術に係るレーザ溶接方法においては、亜鉛メッキされたワークの間にインサート材を介在させる作業が必要であるため、生産工程が増加するとともに、多大な人件費がかかり、ひいては生産コストの高騰を招くという問題点が指摘されている。さらに、例えば、ワークが自動車車体のような大型な部材に対してインサート材を介在させる作業は非常に煩雑であるという不具合が生じている。
【０００５】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、例えば、インサート材などを介在させることなく重ね合わされたワークの間に容易に間隙を形成して該ワークを溶接することができ、これにより、生産工程の簡略化と生産コストの低廉化を達成し、しかも、ワークが自動車車体のような大型な部材に対しても、煩雑な作業を行うことなく溶接を施すことができるレーザ溶接方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ワークの重ね合わせ部を狭持する第１のローラ対と、前記第１のローラ対のローラ間隔よりも狭いローラ間隔を有し、かつ前記ワークの重ね合わせ部を押圧しながら狭持する第２のローラ対と、を備え、前記第１及び第２のローラ対は、前記第１のローラ対を構成するローラの径の和が前記第２のローラ対を構成するローラの径の和よりも小さくなるように設定されているレーザ溶接装置を使用し、前記ワークの重ね合わせ部を前記第１のローラ対のローラ間に通す工程と、該ローラ間を通過した前記ワークの重ね合わせ部にレーザビームを照射することにより該ワークの重ね合わせ部を溶接する工程と、溶接されたワークの重ね合わせ部を前記第２のローラ対のローラ間に通す工程と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、ワークの重ね合わせ部を狭持する第１のローラ対と、前記第１のローラ対のローラ間隔よりも狭いローラ間隔を有し、かつ前記ワークの重ね合わせ部を押圧しながら狭持する第２のローラ対とを備え、前記第１及び第２のローラ対は、前記第１のローラ対を構成するローラの径の和が前記第２のローラ対を構成するローラの径の和よりも小さくなるように設定されており、前記第１のローラ対と前記第２のローラ対との間にレーザビームを照射することにより前記ワークの重ね合わせ部を溶接することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、第２のローラ対にてワークの重ね合わせ部を押圧しながら狭持しているので、レーザビームにて照射されたワークの重ね合わせ部は熱応力を受ける。この時、第１のローラ対のローラ間隔を第２のローラ対のローラ間隔よりも広く設定しているので、ワークの重ね合わせ部のうち、該第１のローラ対に狭持されている部位が前記熱応力によって歪み、該部位においてワークの間に隙間が形成される。従って、例えば、亜鉛メッキされたワークを重ね合わせて溶接する場合、該ワークに対してレーザビームを照射することにより該ワークに施された亜鉛メッキが帰化するが、ワークの間に隙間が形成されることになるため、該隙間から気化された亜鉛成分が流出して確実にワーク同士を溶着させることが可能となる。
【０００９】
上述の構成を有するレーザ溶接装置において、前記第１のローラ対を構成するローラの幅は、前記第２のローラ対を構成するローラの幅よりも幅広に形成されていることが好ましい。例えば、ワークを重ね合わせた際に、該ワークの間の間隔が広すぎる場合、この幅広のローラ対によって過度の開きを抑制し適正な間隔にすることができるからである。
【００１０】
さらに、レーザビームが照射される側のワークと接するローラの幅が、該ローラの半径方向外側に向かう方向に徐々に小さくなるように形成されていると、レーザビームの照射点をローラの半径方向外側に向かうにつれて該ローラに可及的に接近させることができ、好適である。これにより、例えば、フランジ部と立ち上がり部を有するワークにおいて、該フランジ部を溶接する場合、照射点を可及的に該立ち上がり部に接近させることができるため、製品としてのワークのフランジ部の幅を可及的に狭くすることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るレーザ溶接装方法につきそれを実施するための溶接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１〜図７を参照しながら以下詳細に説明する。なお、このレーザ溶接装置は、その用途が限定されるものではないが、例えば、自動車のドアなどフランジ部（板状部）を有する亜鉛メッキされたワークＷを重ね合わせて溶接する場合に用いると好ましい。
【００１２】
本実施の形態に係るレーザ溶接装置１０は、図１に示すように、第１の原位置復帰機構１２と、第２の原位置復帰機構１４と、レーザビームヘッド１６と、保持機構１８とを有し、該レーザ溶接装置１０はロボットアーム２０の先端に取着されている。
【００１３】
第１の原位置復帰機構１２はロボットアーム２０に固着される支持ブラケット２２を有し、該支持ブラケット２２は上面板２４と、この上面板２４と平行して延在する下面板２６とを備える。前記上面板２４と前記下面板２６との間にはガイドバー２８が橋架され、該ガイドバー２８には該上面板２４及び該下面板２６に略平行な支持部材３０が摺動自在に嵌合する。この支持部材３０は、前記ガイドバー２８の軸方向に対して長尺に形成される（図１参照）。前記上面板２４と前記支持部材３０との間には、前記ガイドバー２８に巻回された第１のコイルスプリング３２が介装される。同様に、前記下面板２６と前記支持部材３０との間には、前記ガイドバー２８に巻回された第２のコイルスプリング３４が介装される。従って、前記支持部材３０は、図１中、矢印Ａ方向に移動した場合には、前記第１のコイルスプリング３２の弾発力の作用下に、また、図１中、矢印Ａ’方向に移動した場合には、前記第２のコイルスプリング３４の弾発力の作用下に、それぞれ原位置（図１中、実線に示す状態）に復帰することができる。
【００１４】
支持部材３０の一側面には、第２の原位置復帰機構１４が配設される。この第２の原位置復帰機構１４は、前記支持部材３０に固着されるベースプレート３６と、該ベースプレート３６の上方先端に固定される案内部材３８を有する。さらに、この案内部材３８は、図１において下方に指向するとともに、前記ベースプレート３６に略平行な屈曲部４０を有する。前記ベースプレート３６と前記屈曲部４０との間には、ベアリング４２に軸支される揺動部材４６が案内される。前記ベアリング４２は前記ベースプレート３６に埋設され、また、揺動部材４６は回転軸４４に固着される。
【００１５】
この揺動部材４６は、図２に示すように、先端が略円弧状に形成された幅広部４８と、該幅広部４８の略円弧状に形成されていない側から、図２において下方に延在して該幅広部４８に一体的に形成される直線部５０と、略尖形状の先端部５２とからなる。また、前記揺動部材４６の直線部５０の両端中間に当接するように第１のクッション部材５４及び第２のクッション部材５６が、ベースプレート３６に植設された軸５４ａ及び５６ａをそれぞれ囲繞するように設けられる（図２参照）。従って、前記揺動部材４６は前記回転軸４４を軸にして、図２中、矢印Ｂ方向に揺動した場合には、前記第１のクッション部材５４の弾発力の作用下に、また、図２中、矢印Ｂ’方向に揺動した場合には、前記第２のクッション部材５６の弾発力の作用下に、それぞれ原位置（図２中、実線に示す状態）に復帰することができる。
【００１６】
なお、本実施の形態において、第１のクッション部材５４及び第２のクッション部材５６としては、例えば、ウレタンリング、硬質ゴム及びコイルスプリングなどを例示することができるがこの限りではない。さらに、第１のクッション部材５４及び第２のクッション部材５６の配設位置を揺動部材４６の先端部５２に当接するようにベースプレート３６に設けてもよい（図２中、二点鎖線に示す位置）。
【００１７】
前記揺動部材４６の幅広部４８には、略Ｌ型の板状の第１のガイド５８と、該第１のガイド５８の略中央部に固定される第２のガイド６０とが固着される（図１参照）。この第１のガイド５８の屈曲部６２に固着される第１のスペーサ６４及び該第１のスペーサ６４に固着される第２のスペーサ６６を介してレーザビームＬを照射するためのレーザビームヘッド１６が取着されている。このレーザビームヘッド１６は、その内部に集光レンズ（図示せず）を保持し、光ファイバ７０から伝送されたレーザビームＬを所定の焦点距離で集束させてワークＷに照射するものである。
【００１８】
前記第１のガイド５８の底面７２には、図１において下方に所定角度傾斜して延在する板状の保持部７４が一体的に形成される第３のガイド７６が固着され、該第３のガイド７６の屈曲部近傍には揺動部材４６に対向した第４のガイド７８が固定される。この第４のガイド７８には第１の軸８０が係合する。前記第１の軸８０には、例えば、エアシリンダなどのアクチュエータ８２が回動自在に枢支される。このアクチュエータ８２から延在するロッド８４の先端には略コの字型のホルダ８６がナット８８によって螺着され、該ホルダ８６にはヨーク９２が第２の軸９０に回動自在に軸支される（図３参照）。図１から諒解されるように、このヨーク９２は、図１において上方に所定角度傾斜して延在している。なお、前記ヨーク９２は、レーザ溶接装置１０を設置する場所によって、図１において下方に所定角度傾斜して延在していてもよい。
【００１９】
本実施の形態においては、前記保持部７４と前記ヨーク９２とによってワークＷを挟持するための保持機構１８が支持されており、該保持機構１８は上ローラ部９６と下ローラ部９８とから構成される（図３参照）。
【００２０】
上ローラ部９６は、前記保持部７４の下部に固着される上ローラ固定部１００と、該上ローラ固定部１００の一側面に略平行に固定された軸１０２ａ及び１０４ａに固着される第１のローラ１０２及び第２のローラ１０４と、該上ローラ固定部１００の両端面に取着される一組の第１のステー１０６及び１０８を有する（図３参照）。前記第１のローラ１０２は、半径方向外方に向かうにつれてテーパ状に形成されるとともに、その先端部１０３は尖形である。図７に示すように、前記第１のローラ１０２の中央部１０５の幅をＤ１とし、前記第２のローラ１０４の幅をＤ２としたとき、幅Ｄ１及びＤ２は、Ｄ１＜Ｄ２の関係を満足するように形成されている。さらに、前記第１のローラ１０２の幅方向の軸と前記第２のローラ１０４の幅方向の軸とは偏位している（図７参照）。すなわち、前記第２のローラ１０４の幅方向の軸の方が、前記第１のローラ１０２の幅方向の軸より上ローラ固定部１００側（内方）にあるようにオフセットされている。また、前記第１のローラ１０２の直径をｄ１とし、前記第２のローラ１０４の直径をｄ２としたとき、直径ｄ１及びｄ２は、ｄ１＞ｄ２の関係を満足するように形成されている（図４参照）。なお、前記第１のローラ１０２及び前記第２のローラ１０４は、該第１のローラ１０２及び該第２のローラ１０４の温度が上昇した際に該第１のローラ１０２及び該第２のローラ１０４の温度を下げるための冷却機構（図示せず）に接続されている。
【００２１】
下ローラ部９８は、前記上ローラ固定部１００に対向し、かつ前記ヨーク９２の前記第２の軸９０に軸支されていない側に固着される下ローラ固定部１１０と、該下ローラ固定部１１０の一側面に略平行に固定された軸１１２ａ及び１１４ａに固着され、かつ前記第１のローラ１０２及び第２のローラ１０４のそれぞれに対向する第３のローラ１１２及び第４のローラ１１４と、該下ローラ固定部１１０の両端面に取着される一組の第２のステー１１６及び１１８を有する（図３参照）。前記第３のローラ１１２の幅をＤ３としたとき、該第３のローラ１１２は前記第１のローラ１０２の中央部１０５の幅Ｄ１と同じ幅（Ｄ１＝Ｄ３）に形成されている（図５参照）。さらに、前記第４のローラ１１４の幅をＤ４としたとき、該第４のローラ１１４は前記第２のローラ１０４の幅Ｄ２と同じ幅（Ｄ２＝Ｄ４）に形成されている（図６参照）。従って、前記第１のローラ１０２の幅Ｄ１と前記第２のローラ１０４の幅Ｄ２とは、Ｄ１＜Ｄ２の関係を満足しているため、前記第３のローラ１１２の幅Ｄ３と、前記第４のローラ１１４の幅Ｄ４とは、Ｄ３＜Ｄ４の関係を満足する。
【００２２】
また、前記第３のローラ１１２の直径をｄ３とし、前記第４のローラ１１４の直径をｄ４としたとき、直径ｄ３及びｄ４は、ｄ３＝ｄ４の関係を満足するように形成されている（図４参照）。さらに、前記第１のローラ１０２の直径ｄ１と前記第３のローラ１１２の直径ｄ３とは、ｄ１＝ｄ３の関係を満足している。従って、ｄ２＜ｄ１＝ｄ３＝ｄ４の関係を満足するように、第１のローラ１０２、第２のローラ１０４、第３のローラ１１２及び第４のローラ１１４は形成されている。なお、前記第３のローラ１１２及び前記第４のローラ１１４は、前記第１のローラ１０２及び前記第２のローラ１０４と同様に、該第３のローラ１１２及び該第４のローラ１１４の温度が上昇した際に該第３のローラ１１２及び該第４のローラ１１４の温度を下げるための冷却機構（図示せず）に接続されている。
【００２３】
前記第１のステー１０６及び１０８は、前記第２のステー１１６及び１１８の外方に位置するとともに、該第１のステー１０６及び１０８と該第２のステー１１６及び１１８とは第３の軸１２０によって軸支される。すなわち、前記下ローラ部９８は前記上ローラ部９６に対して、図３中、矢印Ｃ−Ｃ’方向に回動自在である。なお、図３中、参照符号９４は、リングを示す。
【００２４】
本実施の形態に係るレーザ溶接装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用及び効果について説明する。
【００２５】
先ず、図１に示すように、フランジ部（板状部）ＷＦ１及びＷＦ２と立ち上がり部（フランジ部と直交する部分）ＷＳ１及びＷＳ２を有するとともに、図１中、奥方向から手前方向に向かって亜鉛メッキされた長尺なワークＷの該フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２を重ね合わせて保持機構１８で該ワークＷの位置決めを行う。具体的には、アクチュエータ８２の駆動作用下に下ローラ部９８を上ローラ部９６に対して、図３中、矢印Ｃ方向に回転させる。このとき、第１のローラ１０２及び第２のローラ１０４と第３のローラ１１２及び第４のローラ１１４との間に空間が形成され、該空間に前記フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２を挿入する。その後、前記アクチュエータ８２の駆動作用下に前記下ローラ部９８を前記上ローラ部９６に対して、図３中、矢印Ｃ’方向に回転させて前記フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２を挟持する。詳細には、前記第１のローラ１０２の直径ｄ１、前記第２のローラ１０４の直径ｄ２、前記第３のローラ１１２の直径ｄ３及び前記第４のローラ１１４の直径ｄ４は、ｄ２＜ｄ１＝ｄ３＝ｄ４の関係を満足するように形成されているため、該第１のローラ１０２と該第３のローラ１１２とによって前記フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２が押圧挟持される。
【００２６】
ここで、本実施の形態に係るレーザ溶接装置１０は、ロボットアーム２０の作用下に、第２のローラ１０４及び第４のローラ１１４を前方にして移動する。従って、レーザビームＬの照射点Ｐに対して前方に位置する第２のローラ１０４及び第４のローラ１１４のそれぞれの幅Ｄ２及びＤ４が、該レーザビームＬに対して後方となる第１のローラ１０２及び第３のローラ１１２のそれぞれの幅Ｄ１及びＤ３より幅広に形成されているため、例えば、ワークＷを重ね合わせた際に、該ワークＷの間隔が広すぎる場合、該第２のローラ１０４と該第４のローラ１１４とによって過度の開きを抑制し適正な間隔にすることが可能となる。
【００２７】
次いで、レーザビームヘッド１６からフランジ部ＷＦ１及びＷＦ２に対してレーザビームＬを第１のローラ１０２と第２のローラ１０４との間に照射する（図４参照）。この場合、レーザビームＬのフランジ部ＷＦ１及びＷＦ２に対する照射点Ｐは、第１のローラ１０２の先端部１０３から軸１０２ａ側であり、かつ第２のローラ１０４の幅方向の軸より上ローラ固定部１００側（内方）である（図７参照）。ここで、前記第１のローラ１０２は半径方向外方に向かうにつれてテーパ状に形成されるとともに、その先端部１０３は尖形のため、照射点Ｐを可及的にワークＷの立ち上がり部ＷＳ１に接近させることが可能になる。これにより、製品としてのワークＷのフランジ部ＷＦ１及びＷＦ２の幅を可及的に狭くすることができる。
【００２８】
レーザビームＬをフランジ部ＷＦ１及びＷＦ２に照射することにより、該レーザビームＬからみて第２のローラ１０４及び第４のローラ１１４側に位置するフランジ部ＷＦ１が熱応力の影響を受けることになる。この場合、前記第２のローラ１０４の直径ｄ２と前記第４のローラ１１４の直径ｄ４とは、ｄ２＜ｄ４の関係を満足するように形成されているため、該第２のローラ１０４と該第４のローラ１１４との間隔は重ね合わせたワークＷの厚みより大きくなる。従って、前記第２のローラ１０４側に位置するフランジ部ＷＦ１が歪み、該フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２の間に間隙Ｈが形成される（図４及び図５参照）。但し、前記フランジ部ＷＦ１の過大な歪みを抑制するために、前記第２のローラ１０４の直径ｄ２と前記第４のローラ１１４の直径ｄ４の差は微小なものとなっている。
【００２９】
そして、フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２を溶接することにより該フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２に施された亜鉛メッキが気化する。しかしながら、本実施の形態においては、第２のローラ１０４と第４のローラ１１４との間に位置する重ね合わされたワークＷの間に間隙Ｈが形成されるため、該間隙Ｈから気化された亜鉛成分が流出して、確実にワークＷ同士を溶着させることが可能となる。
【００３０】
さらに、レーザビームＬをフランジ部ＷＦ１及びＷＦ２に対して照射する場合、該レーザビームＬはワークＷの立ち上がり部ＷＳ１（図５参照）からみて第１のローラ１０２に略隠れた状態となっている（図４参照）。従って、フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２を溶接しているときにスパッタなどが発生した場合でも、第１のローラ１０２が壁となり、立ち上がり部ＷＳ１にスパッタなどが付着することを可及的に阻止することが可能となる。これにより、例えば、次工程においてワークＷを塗装する場合、該ワークＷに対する塗装効率の悪化を防止することができる。
【００３１】
なお、フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２を溶接している際、第１のローラ１０２、第２のローラ１０４、第３のローラ１１２及び第４のローラ１１４は溶接熱を帯びるため、該第１のローラ１０２、第２のローラ１０４、該第３のローラ１１２及び該第４のローラ１１４は、常時、冷却機構（図示せず）によって冷却されている。
【００３２】
ワークＷの溶接が終了した後、該ワークＷは次工程に搬送され最終的に製品として完成される。
【００３３】
本実施の形態においては、第１のローラ１０２の直径ｄ１、第２のローラ１０４の直径ｄ２、第３のローラ１１２の直径ｄ３及び第４のローラ１１４の直径ｄ４の関係は、ｄ２＜ｄ１＝ｄ３＝ｄ４の関係を満足しているが、これに限定されるものではない。例えば、レーザビームＬからみて溶接の進行方向後方に位置する第１のローラ１０２と第３のローラ１１２のそれぞれの直径及びレーザビームＬからみて溶接の進行方向前方に位置する第２のローラ１０４と第４のローラ１１２のそれぞれの直径の関係が、ｄ２＋ｄ４＜ｄ１＋ｄ３の関係を満足しているとよい。また、ｄ２＝ｄ４＜ｄ１＝ｄ３の関係、又はｄ４＜ｄ２＝ｄ１＝ｄ３の関係を満足していれば、ｄ２＜ｄ１＝ｄ３＝ｄ４の関係を満足しているときと同様の効果が得られる。
【００３４】
なお、本実施の形態において用いられる好ましいワークＷの例としては、少なくとも１枚が２ｍｍ以下の板厚である亜鉛メッキされた２枚の板組、若しくは少なくとも１枚が２ｍｍ以下の板厚である亜鉛メッキされた２枚の板組に亜鉛メッキされていないスチール製の板材（ＳＰ材）を介装したものなどを例示することができるが、この限りではない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１のローラと第３のローラとによって重ね合わせたワークを押圧しながら挟持する。この状態で、第１のローラとレーザビームからみて溶接の進行方向前方に位置する第２のローラとの間にレーザビームを照射する。第２のローラに対向する位置には第４のローラが配設されるとともに、該第２のローラの直径と該第４のローラの直径は異なるため、ワークに対してレーザビームを照射することにより、該第２のローラと該第４のローラとの間に位置するワークが熱応力の影響を受けて歪むことになる。ワークが歪むことにより該ワークの間に間隙が形成され、例えば、該ワークに亜鉛メッキが施されている場合、レーザビームの照射熱で該ワークから亜鉛メッキが気化するが、該ワークの間に形成された該間隙から気化された亜鉛成分が流出して確実にワーク同士を溶着させることが可能となる。さらに、第１のローラの幅と第３のローラの幅とに比して第２のローラの幅と第４のローラの幅は幅広に形成されているため、ワークを重ね合わせた際に該ワークの間の間隔が広すぎる場合、第２のローラと第４のローラとによって過度の開きを抑制し適正な間隔にすることができるという特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るレーザ溶接装置の一部を破断させた状態を示す側面説明図である。
【図２】図１におけるレーザ溶接装置のＩＩ−ＩＩ線方向から見た矢視説明図である。
【図３】図１におけるレーザ溶接装置の保持機構の近傍を示す一部省略拡大斜視説明図である。
【図４】図３における保持機構を示す一部省略拡大正面説明図である。
【図５】ワークを位置決めしたときの状態を図４のＶ−Ｖ線からみた側面説明図である。
【図６】ワークを位置決めしたときの状態を図４のＶＩ−ＶＩ線からみた側面説明図である。
【図７】ワークを位置決めしたときの状態を図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線からみた平面説明図である。
【符号の説明】
１０…レーザ溶接装置１６…レーザビームヘッド
１８…保持機構１０２…第１のローラ
１０４…第２のローラ１１２…第３のローラ
１１４…第４のローラＬ…レーザビーム
Ｗ…ワークＷＦ１、ＷＦ２…フランジ部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser welding method and apparatus for performing welding by irradiating a laser beam onto an overlapped workpiece.
[0002]
[Prior art]
For example, a method disclosed in Japanese Patent No. 2743708 is known as a laser welding method for performing welding by superimposing galvanized workpieces and irradiating a laser beam.
[0003]
In this welding method, welding is performed with a thin insert material interposed between galvanized workpieces. In this case, the melting point and boiling point of the organic substance constituting the insert material are selected to be lower than the melting point and boiling point of zinc. Therefore, by irradiating the laser beam with the insert material interposed between the workpieces, the insert material is vaporized first, and then the galvanizing is vaporized. At this time, the insert material is first vaporized to form a gap between the workpieces, and the workpieces are welded together while the vaporized zinc component flows out from the gap.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the laser welding method according to this conventional technique, since an operation of interposing an insert material between galvanized workpieces is necessary, the production process is increased and a great labor cost is required. It has been pointed out that it causes a rise in the price. Furthermore, for example, there is a problem that the work of inserting the insert material into a large member such as a car body is very complicated.
[0005]
The present invention has been made in consideration of such a problem, for example, it is possible to easily form a gap between the stacked workpieces without interposing an insert material or the like, and to weld the workpieces, This makes it possible to simplify the production process and reduce production costs, and to perform laser welding on a large member such as an automobile body without performing complicated work. It is an object to provide a method and apparatus.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has a first roller pair for sandwiching a workpiece overlapping portion, a roller interval narrower than the roller interval of the first roller pair, and narrowing while pressing the workpiece overlapping portion. A second roller pair, and the first and second roller pairs are configured such that the sum of the diameters of the rollers constituting the first roller pair is the diameter of the roller constituting the second roller pair. A step of passing the overlapping portion of the workpieces between the rollers of the first roller pair, and the overlapping of the workpieces that have passed between the rollers. A step of welding the overlapping portion of the workpiece by irradiating a laser beam to the mating portion, and a step of passing the overlapping portion of the welded workpiece between the rollers of the second roller pair. And
[0007]
The present invention presses a first pair of rollers holding the overlapping portion of the workpiece, a narrow roller gap than the roller distance between the first pair of rollers and the overlapped portion of the workpiece A second roller pair that sandwiches the second roller pair, and the first and second roller pairs are configured such that the sum of the diameters of the rollers constituting the first roller pair constitutes the second roller pair. It is set to be smaller than the sum of the diameters, and the overlapping portion of the workpiece is welded by irradiating a laser beam between the first roller pair and the second roller pair. And
[0008]
According to the present invention, since the holding while pressing the overlapping portions of the workpiece at the second pair of rollers, a superposed section of a workpiece irradiated by the laser beam Ru subjected to thermal stress. At this time, since the roller interval of the first roller pair is set wider than the roller distance between the second pair of rollers, of the superposed section of the workpiece, it is clamped to the first pair of rollers distortion site by the thermal stress, a gap between the workpiece Ru is formed in the region. Therefore, for example, when galvanized workpieces are overlapped and welded, galvanization applied to the workpiece is naturalized by irradiating the workpiece with a laser beam, but a gap is formed between the workpieces. Therefore, the vaporized zinc component flows out from the gap and the workpieces can be reliably welded to each other.
[0009]
In the laser welding apparatus having the above arrangement, the width of the rollers constituting the first pair of rollers is preferably that have been formed to be wider than the width of the rollers constituting the second pair of rollers. For example, when the workpieces are overlapped with each other, if the interval between the workpieces is too wide, excessive opening can be suppressed and an appropriate interval can be achieved by the wide roller pair.
[0010]
Furthermore, the width of the rollers in contact with the side where the laser beam is irradiated workpiece and is formed so as to gradually become smaller toward the radially outer side of the roller, the radius of the roller irradiation point of the laser beam can be brought close as possible to get the roller as directed toward the outside side, it is suitable. Thus, for example, in the case of a workpiece having a flange portion and a rising portion, when the flange portion is welded, the irradiation point can be made as close as possible to the rising portion, so that the width of the flange portion of the workpiece as a product Can be made as narrow as possible.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the laser welding method according to the present invention will be described in relation to a welding apparatus for carrying out the method, and will be described in detail below with reference to FIGS. In addition, although this laser welding apparatus is not limited in its application, for example, when it is used when a galvanized workpiece W having a flange portion (plate-like portion) such as an automobile door is overlapped and welded. preferable.
[0012]
As shown in FIG. 1, the laser welding apparatus 10 according to the present embodiment includes a first original position return mechanism 12, a second original position return mechanism 14, a laser beam head 16, and a holding mechanism 18. The laser welding apparatus 10 is attached to the tip of the robot arm 20.
[0013]
The first original position returning mechanism 12 has a support bracket 22 fixed to the robot arm 20, and the support bracket 22 includes an upper surface plate 24 and a lower surface plate 26 extending in parallel with the upper surface plate 24. . A guide bar 28 is bridged between the upper surface plate 24 and the lower surface plate 26, and a support member 30 substantially parallel to the upper surface plate 24 and the lower surface plate 26 is slidably fitted to the guide bar 28. To do. The support member 30 is formed long in the axial direction of the guide bar 28 (see FIG. 1). A first coil spring 32 wound around the guide bar 28 is interposed between the upper surface plate 24 and the support member 30. Similarly, a second coil spring 34 wound around the guide bar 28 is interposed between the lower surface plate 26 and the support member 30. Therefore, when the support member 30 moves in the direction of arrow A in FIG. 1, it moves under the action of the elastic force of the first coil spring 32 and in the direction of arrow A ′ in FIG. In this case, each of the second coil springs 34 can be returned to the original position (the state indicated by the solid line in FIG. 1) under the action of the elastic force of the second coil spring 34.
[0014]
The second original position return mechanism 14 is disposed on one side surface of the support member 30. The second in-situ return mechanism 14 includes a base plate 36 fixed to the support member 30 and a guide member 38 fixed to the upper tip of the base plate 36. Further, the guide member 38 has a bent portion 40 that is directed downward in FIG. 1 and substantially parallel to the base plate 36. Between the base plate 36 and the bent portion 40, a swinging member 46 supported by a bearing 42 is guided. The bearing 42 is embedded in the base plate 36, and the swing member 46 is fixed to the rotating shaft 44.
[0015]
As shown in FIG. 2, the swinging member 46 extends from the wide portion 48 whose tip is formed in a substantially arc shape and the side of the wide portion 48 that is not formed in a substantially arc shape downward in FIG. And a straight portion 50 formed integrally with the wide portion 48 and a substantially pointed tip portion 52. In addition, the first cushion member 54 and the second cushion member 56 surround the shafts 54a and 56a implanted in the base plate 36 so as to contact the middle of both ends of the linear portion 50 of the swing member 46, respectively. (See FIG. 2). Therefore, when the swinging member 46 swings around the rotation shaft 44 in the direction of arrow B in FIG. 2, under the action of the elastic force of the first cushion member 54, In the case of swinging in the direction of the arrow B ′ in FIG. 2, the original position (the state indicated by the solid line in FIG. 2) can be restored under the action of the elastic force of the second cushion member 56. it can.
[0016]
In the present embodiment, examples of the first cushion member 54 and the second cushion member 56 include a urethane ring, hard rubber, and a coil spring, but are not limited thereto. Furthermore, the arrangement positions of the first cushion member 54 and the second cushion member 56 may be provided on the base plate 36 so as to abut on the distal end portion 52 of the swing member 46 (indicated by a two-dot chain line in FIG. 2). position).
[0017]
A substantially L-shaped plate-like first guide 58 and a second guide 60 fixed to a substantially central portion of the first guide 58 are fixed to the wide portion 48 of the swing member 46. (See FIG. 1). The laser beam head 16 for irradiating the laser beam L through the first spacer 64 fixed to the bent portion 62 of the first guide 58 and the second spacer 66 fixed to the first spacer 64. Is attached. The laser beam head 16 holds a condensing lens (not shown) therein, focuses the laser beam L transmitted from the optical fiber 70 at a predetermined focal length, and irradiates the work W.
[0018]
A third guide 76 is integrally fixed to the bottom surface 72 of the first guide 58. The third guide 76 is integrally formed with a plate-like holding portion 74 extending downward at a predetermined angle in FIG. A fourth guide 78 facing the swing member 46 is fixed in the vicinity of the bent portion of the guide 76. A first shaft 80 is engaged with the fourth guide 78. For example, an actuator 82 such as an air cylinder is pivotally supported on the first shaft 80. A substantially U-shaped holder 86 is screwed to the tip of the rod 84 extending from the actuator 82 by a nut 88, and a yoke 92 is pivotally supported on the second shaft 90 by the holder 86. (See FIG. 3). As can be seen from FIG. 1, the yoke 92 extends upward at a predetermined angle in FIG. The yoke 92 may extend at a predetermined angle downward in FIG. 1 depending on where the laser welding apparatus 10 is installed.
[0019]
In the present embodiment, the holding mechanism 18 for holding the workpiece W is supported by the holding portion 74 and the yoke 92, and the holding mechanism 18 includes an upper roller portion 96 and a lower roller portion 98. (See FIG. 3).
[0020]
The upper roller portion 96 is fixed to an upper roller fixing portion 100 fixed to the lower portion of the holding portion 74 and first shafts 102a and 104a fixed substantially parallel to one side surface of the upper roller fixing portion 100. The roller 102 and the second roller 104, and a pair of first stays 106 and 108 attached to both end faces of the upper roller fixing portion 100 (see FIG. 3). The first roller 102 is formed in a tapered shape as it goes outward in the radial direction, and its tip 103 is pointed. As shown in FIG. 7, when the width of the central portion 105 of the first roller 102 is D1 and the width of the second roller 104 is D2, the widths D1 and D2 satisfy the relationship of D1 <D2. It is formed to do. Further, the axis in the width direction of the first roller 102 and the axis in the width direction of the second roller 104 are deviated (see FIG. 7). That is, the second roller 104 is offset so that the axis in the width direction is closer to the upper roller fixing portion 100 (inward) than the axis in the width direction of the first roller 102. Further, when the diameter of the first roller 102 is d1 and the diameter of the second roller 104 is d2, the diameters d1 and d2 are formed so as to satisfy the relationship of d1> d2 (FIG. 4). Note that the first roller 102 and the second roller 104 are arranged so that the temperature of the first roller 102 and the second roller 104 rises when the temperature of the first roller 102 and the second roller 104 rises. It is connected to a cooling mechanism (not shown) for lowering the temperature.
[0021]
The lower roller portion 98 is opposed to the upper roller fixing portion 100 and is fixed to a side of the yoke 92 that is not supported by the second shaft 90, and the lower roller fixing portion A third roller 112 and a fourth roller 114 fixed to shafts 112a and 114a fixed substantially parallel to one side surface of 110 and facing the first roller 102 and the second roller 104, respectively. A pair of second stays 116 and 118 are attached to both end faces of the lower roller fixing portion 110 (see FIG. 3). When the width of the third roller 112 is D3, the third roller 112 is formed to have the same width (D1 = D3) as the width D1 of the central portion 105 of the first roller 102 (FIG. 5). reference). Furthermore, when the width of the fourth roller 114 is D4, the fourth roller 114 is formed to have the same width (D2 = D4) as the width D2 of the second roller 104 (see FIG. 6). . Accordingly, since the width D1 of the first roller 102 and the width D2 of the second roller 104 satisfy the relationship of D1 <D2, the width D3 of the third roller 112 and the fourth The width D4 of the roller 114 satisfies the relationship D3 <D4.
[0022]
Further, when the diameter of the third roller 112 is d3 and the diameter of the fourth roller 114 is d4, the diameters d3 and d4 are formed so as to satisfy the relationship d3 = d4 (FIG. 4). Further, the diameter d1 of the first roller 102 and the diameter d3 of the third roller 112 satisfy the relationship d1 = d3. Therefore, the first roller 102, the second roller 104, the third roller 112, and the fourth roller 114 are formed so as to satisfy the relationship of d2 <d1 = d3 = d4. Note that the temperature of the third roller 112 and the fourth roller 114 is the same as the temperature of the third roller 112 and the fourth roller 114, as in the case of the first roller 102 and the second roller 104. It is connected to a cooling mechanism (not shown) for lowering the temperature of the third roller 112 and the fourth roller 114 when the temperature rises.
[0023]
The first stays 106 and 108 are located outside the second stays 116 and 118, and the first stays 106 and 108 and the second stays 116 and 118 are connected to a third shaft 120. It is supported by. That is, the lower roller portion 98 is rotatable with respect to the upper roller portion 96 in the direction of arrow CC ′ in FIG. In FIG. 3, reference numeral 94 indicates a ring.
[0024]
The laser welding apparatus 10 according to the present embodiment is basically configured as described above. Next, the operation and effect will be described.
[0025]
First, as shown in FIG. 1, it has flange portions (plate-like portions) WF1 and WF2 and rising portions (portions orthogonal to the flange portions) WS1 and WS2, and in FIG. The flanges WF <b> 1 and WF <b> 2 of the long plated workpiece W are overlapped and the workpiece W is positioned by the holding mechanism 18. Specifically, the lower roller portion 98 is rotated with respect to the upper roller portion 96 in the direction of arrow C in FIG. At this time, a space is formed between the first roller 102 and the second roller 104 and the third roller 112 and the fourth roller 114, and the flange portions WF1 and WF2 are inserted into the space. Thereafter, under the driving action of the actuator 82, the lower roller portion 98 is rotated with respect to the upper roller portion 96 in the direction of the arrow C ′ in FIG. 3 to sandwich the flange portions WF1 and WF2. Specifically, the diameter d1 of the first roller 102, the diameter d2 of the second roller 104, the diameter d3 of the third roller 112, and the diameter d4 of the fourth roller 114 are d2 <d1 = d3. = D4 is satisfied so that the flanges WF1 and WF2 are pressed and clamped by the first roller 102 and the third roller 112.
[0026]
Here, the laser welding apparatus 10 according to the present embodiment moves under the action of the robot arm 20 with the second roller 104 and the fourth roller 114 forward. Therefore, the first roller whose widths D2 and D4 of the second roller 104 and the fourth roller 114 positioned in front of the irradiation point P of the laser beam L are rearward with respect to the laser beam L, respectively. 102 and the third roller 112 are formed wider than the respective widths D1 and D3. For example, when the workpieces W are overlapped with each other, if the interval between the workpieces W is too wide, the second rollers 104 are arranged. And the fourth roller 114 can suppress an excessive opening and make an appropriate interval.
[0027]
Next, the laser beam L is irradiated between the first roller 102 and the second roller 104 from the laser beam head 16 to the flange portions WF1 and WF2 (see FIG. 4). In this case, the irradiation point P of the laser beam L with respect to the flange portions WF1 and WF2 is on the shaft 102a side from the tip portion 103 of the first roller 102, and is an upper roller fixing portion above the shaft in the width direction of the second roller 104. 100 side (inward) (see FIG. 7). Here, the first roller 102 is formed in a tapered shape as it goes outward in the radial direction, and its tip 103 is pointed, so that the irradiation point P is made as close as possible to the rising portion WS1 of the workpiece W. It becomes possible to approach. Thereby, the width | variety of the flange parts WF1 and WF2 of the workpiece | work W as a product can be narrowed as much as possible.
[0028]
By irradiating the flange portions WF1 and WF2 with the laser beam L, the flange portion WF1 positioned on the second roller 104 side and the fourth roller 114 side as viewed from the laser beam L is affected by thermal stress. In this case, the diameter d2 of the second roller 104 and the diameter d4 of the fourth roller 114 are formed so as to satisfy the relationship d2 <d4. The distance from the four rollers 114 is larger than the thickness of the stacked workpieces W. Accordingly, the flange portion WF1 located on the second roller 104 side is distorted, and a gap H is formed between the flange portions WF1 and WF2 (see FIGS. 4 and 5). However, in order to suppress excessive distortion of the flange portion WF1, the difference between the diameter d2 of the second roller 104 and the diameter d4 of the fourth roller 114 is minute.
[0029]
Then, by welding the flange portions WF1 and WF2, the zinc plating applied to the flange portions WF1 and WF2 is vaporized. However, in the present embodiment, a gap H is formed between the overlapped workpieces W positioned between the second roller 104 and the fourth roller 114, and therefore the zinc vaporized from the gap H is formed. The components flow out and the workpieces W can be reliably welded together.
[0030]
Further, when the laser beam L is applied to the flange portions WF1 and WF2, the laser beam L is substantially hidden by the first roller 102 when viewed from the rising portion WS1 of the workpiece W (see FIG. 5). (See FIG. 4). Therefore, even when spatter or the like occurs when the flange portions WF1 and WF2 are welded, the first roller 102 becomes a wall and prevents spatter and the like from adhering to the rising portion WS1 as much as possible. It becomes possible. Thereby, when coating the workpiece | work W in the next process, for example, the deterioration of the coating efficiency with respect to this workpiece | work W can be prevented.
[0031]
Note that, when the flange portions WF1 and WF2 are welded, the first roller 102, the second roller 104, the third roller 112, and the fourth roller 114 are heated, so that the first roller 102 The second roller 104, the third roller 112, and the fourth roller 114 are always cooled by a cooling mechanism (not shown).
[0032]
After the welding of the workpiece W is completed, the workpiece W is transferred to the next process and finally completed as a product.
[0033]
In the present embodiment, the relationship among the diameter d1 of the first roller 102, the diameter d2 of the second roller 104, the diameter d3 of the third roller 112, and the diameter d4 of the fourth roller 114 is d2 <d1 = Although the relationship d3 = d4 is satisfied, the present invention is not limited to this. For example, the diameter of each of the first roller 102 and the third roller 112 positioned behind the welding direction as viewed from the laser beam L and the second roller 104 positioned ahead of the welding direction as viewed from the laser beam L It is preferable that the relationship between the diameters of the fourth rollers 112 satisfies the relationship d2 + d4 <d1 + d3. Further, if the relationship d2 = d4 <d1 = d3 or the relationship d4 <d2 = d1 = d3 is satisfied, the same effect as that obtained when the relationship d2 <d1 = d3 = d4 is satisfied can be obtained. It is done.
[0034]
In addition, as an example of a preferable workpiece W used in the present embodiment, at least one galvanized two-plate set having a plate thickness of 2 mm or less, or at least one plate has a plate thickness of 2 mm or less. Examples include a steel plate material (SP material) not galvanized interposed between two galvanized plate sets, but this is not restrictive.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the overlapped workpiece is clamped while being pressed by the first roller and the third roller. In this state, the laser beam is irradiated between the first roller and the second roller positioned in front of the welding direction as viewed from the laser beam. A fourth roller is disposed at a position opposite to the second roller, and the diameter of the second roller is different from the diameter of the fourth roller. As a result, the workpiece positioned between the second roller and the fourth roller is distorted under the influence of thermal stress. When the workpiece is distorted, a gap is formed between the workpieces. For example, when the workpiece is galvanized, the galvanizing is vaporized from the workpiece by the irradiation heat of the laser beam. The vaporized zinc component flows out from the formed gap, and the workpieces can be surely welded to each other. Furthermore, since the width of the second roller and the width of the fourth roller are formed wider than the width of the first roller and the width of the third roller, When the distance between the workpieces is too wide, the second roller and the fourth roller can suppress the excessive opening to obtain a specific effect that can be set to an appropriate distance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory side view showing a state in which a part of a laser welding apparatus according to an embodiment is broken.
FIG. 2 is an explanatory diagram viewed from the direction of the II-II line of the laser welding apparatus in FIG.
3 is a partially omitted enlarged perspective explanatory view showing the vicinity of the holding mechanism of the laser welding apparatus in FIG. 1; FIG.
4 is a partially omitted enlarged front explanatory view showing the holding mechanism in FIG. 3. FIG.
5 is an explanatory side view of the state when the workpiece is positioned as seen from the line VV in FIG. 4; FIG.
6 is an explanatory side view when the workpiece is positioned as seen from the line VI-VI in FIG. 4;
7 is an explanatory plan view of the state when the workpiece is positioned as seen from the line VII-VII in FIG. 4; FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laser welding apparatus 16 ... Laser beam head 18 ... Holding mechanism 102 ... 1st roller 104 ... 2nd roller 112 ... 3rd roller 114 ... 4th roller L ... Laser beam W ... Workpiece | work WF1, WF2 ... Flange Part

Claims

互いに対向する２つの第１ローラを有する第１のローラ対と、
互いに対向する２つの第２ローラを有し、かつ前記第１のローラ対のローラ間隔よりも狭いローラ間隔を有してワークの重ね合わせ部を押圧する第２のローラ対と、を備え、
前記第１及び第２のローラ対は、前記第１のローラ対を構成する前記第１ローラの径の和が前記第２のローラ対を構成する前記第２ローラの径の和よりも小さくなるように設定されているレーザ溶接装置を使用し、
前記ワークの重ね合わせ部を前記第１のローラ対の前記第１ローラ間に通す工程と、
該第１ローラ間を通過した前記ワークの重ね合わせ部にレーザビームを照射することにより該ワークの重ね合わせ部を溶接する工程と、
溶接されたワークの重ね合わせ部を前記第２のローラ対の前記第２ローラ間に通す工程と、を備えることを特徴とするレーザ溶接方法。 A first pair of rollers having two first rollers facing each other ;
It has two second rollers which face each other, and a second pair of rollers that push down the superposed section of word over click has a narrow roller gap than the roller distance between the first pair of rollers Prepared,
In the first and second roller pairs, the sum of the diameters of the first rollers constituting the first roller pair is smaller than the sum of the diameters of the second rollers constituting the second roller pair. Use a laser welding device that is set to
Passing the overlapped portion of the workpiece between the first rollers of the first roller pair;
A step of welding the portion overlapped with the workpiece by applying a laser beam to the overlapping portions of the workpiece which has passed through between said first roller,
Passing the overlapped portion of the welded workpieces between the second rollers of the second roller pair, and a laser welding method.

互いに対向する２つの第１ローラを有する第１のローラ対と、
互いに対向する２つの第２ローラを有し、かつ前記第１のローラ対のローラ間隔よりも狭いローラ間隔を有してワークの重ね合わせ部を押圧する第２のローラ対とを備え、
前記第１及び第２のローラ対は、前記第１のローラ対を構成する前記第１ローラの径の和が前記第２のローラ対を構成する前記第２ローラの径の和よりも小さくなるように設定されており、
前記第１のローラ対と前記第２のローラ対との間にレーザビームを照射することにより前記ワークの重ね合わせ部を溶接することを特徴とするレーザ溶接装置。A first pair of rollers having two first rollers, which are opposite to each other,
It has two second rollers, which are opposite to each other, and a second pair of rollers that push down the superposed section of word over click has a narrow roller gap than the roller distance between the first pair of rollers ,
In the first and second roller pairs, the sum of the diameters of the first rollers constituting the first roller pair is smaller than the sum of the diameters of the second rollers constituting the second roller pair. Is set to
A laser welding apparatus for welding an overlapping portion of the workpiece by irradiating a laser beam between the first roller pair and the second roller pair.

請求項２記載のレーザ溶接装置において、
前記第１のローラ対を構成する前記第１ローラの幅は、前記第２のローラ対を構成する前記第２ローラの幅よりも幅広に形成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。The laser welding apparatus according to claim 2, wherein
The laser welding apparatus, wherein a width of the first roller constituting the first roller pair is formed wider than a width of the second roller constituting the second roller pair.

請求項２又は３記載のレーザ溶接装置において、
レーザビームが照射される側のワークと接する第２ローラの幅が、該第２ローラの半径方向外側に向かう方向に徐々に小さ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。The laser welding apparatus according to claim 2 or 3,
The width of the second roller the laser beam comes into contact with the side of the workpiece to be irradiated, a laser welding apparatus characterized by being formed so as to gradually become smaller toward the radially outer side of the second roller.