JP6387436B1 - レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シールドガスの消費を抑制してレーザ溶接の能率向上を図ることのできるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供する。【解決手段】レーザ溶接装置におけるレーザ溶接方法であって、基準位置Ａからレーザ加工ヘッド３を、ワークＷの溶接開始位置Ｄへ移動する際に、レーザ加工ヘッド３に備えたレーザノズル５からシールドガスＳＧを予め噴出し、シールドガスＳＧのガス流量が安定したときに前記溶接開始位置Ｄにおいてレーザ光ＬＢをワークＷへ照射してワークのレーザ溶接を行う。前記シールドガスＳＧの噴出開始は、レーザノズル５が溶接開始位置Ｄに達したときにシールドガスＳＧのガス流量が安定するタイミングで行う。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば溶接ロボット等のごとく、レーザ加工ヘッドをＸ、Ｙ、Ｚ軸方向へ移動位置決め自在に備えたレーザ溶接装置によるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。より詳細には、前記レーザ加工ヘッドからレーザ溶接部へ噴射するシールドガスの消費を抑制することができるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。

例えば、溶接ロボット等のごときレーザ溶接装置によってワークのレーザ溶接を行うとき、レーザ溶接部へアシストガスを噴射してレーザ溶接を行うのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−９３８２５号公報

前記特許文献１には、レーザ溶接部へ噴射するシールドガスの種類によって、特許文献１における図２，図３に示すように、ビードの断面形状が変化することが記載されている。また、特許文献１には、シールドガスの供給量にばらつきがあると、溶接部におけるビード断面形状にばらつきが生じ、溶接不良が生じる旨、記載されている。

したがって、レーザ溶接を良好に行うには、シールドガスの供給量が安定している状態においてレーザ溶接を行う必要がある。よって、レーザ加工ヘッドが基準位置（移動開始のスタート位置）に位置するときにシールドガスの噴射を開始し、ワークの溶接開始位置へのレーザ加工ヘッドの移動動作時にシールドガスの供給量を安定化させることも可能である。この場合、溶接開始位置にレーザ加工ヘッドが達したときには、シールドガスの供給量は安定した状態にあり、良好なレーザ溶接が行われ得ることになる。

しかし、上述の場合は、シールドガスの供給量が安定化している場合においても、レーザ加工ヘッドはワークの溶接開始位置へ向かって移動中であり、レーザ溶接の能率向上を図る上において問題があると共に、シールドガスの消費を抑制する上においても問題がある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ溶接装置におけるレーザ溶接方法であって、基準位置からレーザ加工ヘッドを、ワークの溶接開始位置へ移動する際に、レーザ加工ヘッドに備えたレーザノズルからシールドガスを予め噴出し、シールドガスのガス流量が安定したときに前記溶接開始位置においてレーザ光をワークへ照射してワークのレーザ溶接を行うことを特徴とするものである。

また、レーザ溶接方法において、前記シールドガスの噴出開始は、レーザノズルが溶接開始位置に達したときにシールドガスのガス流量が安定するタイミングで行う。

また、前記レーザ溶接方法において、溶接開始位置に対するレーザ加工ヘッドの接近速度を参照して、基準位置からレーザ加工ヘッドが移動を開始して予め設定された時間に達したとき、又は予め設定された移動距離に達したときにシールドガスの噴出を開始する。

また、レーザ加工ヘッドをＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在に備えたレーザ溶接装置であって、レーザ加工ヘッドに備えたレーザノズルへシールドガスを供給するシールドガス供給手段と、前記レーザノズルからワークへ照射するレーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ加工ヘッドの動作、シールドガス供給手段及びレーザ発振手段の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、レーザ加工ヘッドの基準位置からワークの溶接開始位置までのレーザ加工ヘッドの移動経路及び移動速度を参照して、前記基準位置から前記溶接開始位置までのレーザ加工ヘッドの移動時間を演算する到達予想演算手段と、シールドガスの噴出を開始してガス流量が安定するまでのガス流量安定時間と溶接加工条件とのデータを予め格納したガス流量安定データテーブルと、前記到達予想演算手段の演算結果と前記ガス流量安定データテーブルに格納されたデータを参照して、シールドガスの噴射時期を演算するガス噴射時期演算手段と、を備えていることを特徴とするものである。

また、前記レーザ溶接装置において、前記請求項１，２又は３に記載のレーザ溶接を行うか、又はレーザ加工ヘッドが溶接開始位置に達したときにシールドガスの噴射を開始し、かつシールドガスのガス流量が安定したときにレーザ光をワークへ照射してレーザ溶接を行うかを入力する溶接パターン選択手段を備えている。

本発明によれば、レーザ加工ヘッドがワークの溶接開始位置に達したときに、シールドガスの供給量が安定するタイミングでもってシールドガスの供給を開始するものである。したがって、シールドガスの無駄な消費を抑制することができる。また、レーザ溶接開始時には、シールドガスの供給は安定しているので、レーザ溶接は良好に行われ得るものである。

本発明の実施形態に係る溶接装置の全体的構成を示す説明図である。 レーザ加工ヘッドの溶接動作の説明図である。 制御装置の機能ブロック図である。 レーザ加工ヘッドが移動を開始して溶接開始位置に到達する時間とシールドガスのガス流量が安定する時間との関係を示した説明図である。 レーザ加工ヘッドの溶接動作の説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、本実施形態に係るレーザ溶接装置１は図１に示すごとき構成である。すなわち、レーザ溶接装置１は、産業用ロボットにおけるロボットアームの先端部にレーザ加工ヘッド３を備えた構成である。上記レーザ加工ヘッド３には、レーザ発振器（図示省略）において発振されたレーザ光ＬＢをワーク（図示省略）へ照射するレーザノズル５を備えている。上記レーザノズル５は、シールドガス供給手段（図示省略）から供給されたシールドガスを、ワークのレーザ溶接部へ噴射する機能を有するものである。

なお、上述のごときレーザ溶接装置１は既によく知られた構成であるから、レーザ溶接装置１のより詳細な構成及び動作についての説明は省略する。

前記レーザ溶接装置１によってワークＷのレーザ溶接を行う場合、図２に示すごとき動作を行っている。すなわち、レーザ加工ヘッド３の待機位置（基準位置、スタート位置）Ａから移動を開始し、予め設定された移動経路の途中位置Ｂ、Ｃを経て、ワークＷの溶接開始位置Ｄに到達する。そして、前記溶接開始位置Ｄに停止した状態においてシールドガスＳＧの噴射を行い、シールドガスＳＧのガス流量が安定してからレーザ光ＬＢの出射を行って、レーザ溶接を開始している。

上述の場合、シールドガスＳＧのガス流量が安定してからレーザ溶接を行うものである。したがって、レーザ溶接を良好に行うことができ、溶接ビード等の美観が向上する。しかし、シールドガスのガス流量が安定するまでの停止時間が長く、レーザ溶接の能率向上を図るには、さらなる改善が望まれている。

そこで、前記レーザ溶接装置１の動作を制御する制御装置７は、図３に示すように構成してある。すなわち、制御装置７はコンピュータから構成してあって、制御装置７には、前記レーザノズル５から出射するレーザ光ＬＢを発振するレーザ発振器９が接続してあると共に、前記レーザノズル５から噴射するシールドガスＳＧを前記レーザノズル５へ供給するシールドガス供給手段１１が接続してある。

前記制御装置７には、移動経路データメモリ１３が備えられている。この移動経路データメモリ１３には、各種のレーザ溶接における前記スタート位置ＡからワークＷの前記溶接開始位置Ｄに至る移動経路のデータが格納されている。また、例えば位置Ａ，Ｂ、位置Ｂ，Ｃ、位置Ｃ，Ｄ間の距離データ、速度データなどのように、各種の移動経路の複数区間の距離データ、速度データが格納されている。

また、前記制御装置７には、移動速度パラメータメモリ１５が備えられている。この移動速度パラメータメモリ１５には、各種の移動経路におけるそれぞれの区間の経路に対応した速度がパラメータとして備えられている。

さらに、前記制御装置７には、前記スタート位置Ａからスタートを開始して、溶接開始位置Ｄに至る時間を演算する到達予想演算手段（移動時間演算手段）１７が備えられている。この移動時間演算手段１７は、前記移動経路データメモリ１３に格納された移動経路データと、前記移動速度パラメータメモリ１５に格納された移動速度パラメータを参照して、前記スタート位置Ａからスタート開始して、前記溶接開始位置Ｄに至る移動時間を演算するものである。

また、前記制御装置７には、ガス流量安定データテーブル１９が備えられている。このガス流量安定データテーブル１９には、前記シールドガス供給手段１１から前記レーザノズル５ヘアシストガスの供給を開始してから流量が安定するまでの安定時間のデータが格納されている。上記安定時間は、各種の溶接加工条件におけるレーザノズル種及びシールドガスの種類に対応して格納されている。すなわち、図４に示すように、シールドガスの噴射指令時Ｔ１にレーザノズル５からシールドガスの噴射を開始し、ガス流量が安定するまでの時間Ｔｇが、各種の溶接加工条件、レーザノズル種に対応して、またシールドガス種に対応して、ガス流量安定データテーブル１９に格納されているものである。

さらに、前記制御装置７には、動作パターン選択手段（溶接パターン選択手段）２１が備えられている。この動作パターン選択手段２１は、溶接ビード等の美観を重視する溶接パターンＡ、又はレーザ溶接の能率向上を重視する溶接パターンＢを選択するものである。この動作パターン選択手段２１は、例えば制御装置７に接続したスナップスイッチ等とすることも可能である。すなわち、レーザ溶接を行う際に、溶接パターンＡ又は溶接パターンＢを選択する機能を奏すればよいものである。したがって、レーザ溶接を行う加工プログラム中に、溶接パターンＡ又はＢを選択することを記載しておくことも可能である。

また、前記制御装置７には、ガス噴射時期演算手段２３が備えられている。このガス噴射時期演算手段２３は、前記スタート位置Ａからレーザ加工ヘッド３の移動を開始してからガス噴射開始までの時間Ｔｄ（図４参照）を演算するものである。すなわち、ガス噴射時期演算手段２３は、前記到達予想演算手段１７によって演算した到達予想時間Ｔｍと、前記ガス流量安定データテーブル１９に格納されたガス流量安定時間Ｔｇとを参照して、スタート位置Ａからレーザ加工ヘッド３の移動を開始してからシールドガスの噴射を開始する噴射開始時間Ｔｄを演算するものである。換言すれば、ガス噴射時期演算手段２３は、（噴射開始時間Ｔｄ＝到達予想時間Ｔｍ−ガス流量安定時間Ｔｇ）を演算するものである。

したがって、図５に概念的に示すように、スタート位置Ａからレーザ加工ヘッド３の移動を開始、溶接開始位置Ｄに到達する前の適宜位置（例えば途中位置Ｃ）においてシールドガスＳＧの噴射を開始すると、レーザ加工ヘッド３が溶接開始位置Ｄに到達するのと同時に、シールドガスのガス流量が安定することになる。よって、溶接開始位置Ｄにレーザ加工ヘッド３が到達するのと同時にレーザ光ＬＢをワークＷに照射してレーザ溶接を開始することができる。すなわち、レーザ溶接の能率向上を図ることができる。

以上のごとき説明から既に理解されるように、前記動作パターン選択手段２１によって溶接パターンＢを選択すると、前述したように、スタート位置Ａからレーザ加工ヘッド３が溶接開始位置Ｄに至る途中の位置、例えば位置ＣにおいてシールドガスＳＧの噴射が開始される。そして、レーザ加工ヘッド３が溶接開始位置Ｄに到達すると同時にシールドガスＳＧのガス流量が安定することになる。よって、溶接開始位置Ｄにレーザ加工ヘッド３が到達すると同時にレーザ光ＬＢをワークＷへ出射してレーザ溶接が可能になる。すなわち、レーザ溶接の能率向上を図ることができる。

なお、この溶接パターンＢの場合においても、溶接開始位置Ｄにレーザ加工ヘッド３が到達した際には、シールドガスＳＧのガス流量は安定しているものであり、溶接ビード等の美観が向上するものである。すなわち、能率向上と美観の向上とを図ることができるものである。

前記動作パターン選択手段２１によって選択パターンＡを選択すると、レーザ加工ヘッド３は、図２を用いて説明した動作を行うものであり、溶接ビードなどの美観が向上するものである。

ところで、シールドガスＳＧのガス流量が安定するタイミングとしては、レーザノズル５が溶接開始位置Ｄに到達するのと同時的であることが望ましい。しかし、前記溶接開始位置Ｄにレーザノズル５が予め設定した距離接近した位置においてガス流量が安定する構成とすることも可能である。また、溶接開始位置Ｄにレーザノズル５が到達してから、予め設定した設定時間経過後にガス流量が安定したものとすることも可能である。

１ レーザ溶接装置
３ レーザ加工ヘッド
５ レーザノズル
７ 制御装置
１３ 移動経路データメモリ
１５ 移動速度パラメータメモリ
１７ 到達予想演算手段（移動時間演算手段）
１９ ガス流量安定データテーブル
２１ 動作パターン選択手段
２３ ガス噴射時期演算手段
Ａ 基準位置（待機位置、スタート位置）
Ｂ、Ｃ 移動経路の途中位置
Ｄ 溶接開始位置
Ｔｍ 到達予想時間
Ｔｇ ガス流量安定時間
Ｔｄ 噴射開始時間

Claims (5)

1. レーザ溶接装置におけるレーザ溶接方法であって、基準位置からレーザ加工ヘッドを、ワークの溶接開始位置へ移動する際に、レーザ加工ヘッドに備えたレーザノズルからシールドガスを予め噴出し、シールドガスのガス流量が安定したときに前記溶接開始位置においてレーザ光をワークへ照射してワークのレーザ溶接を行うことを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 請求項１に記載のレーザ溶接方法において、前記シールドガスの噴出開始は、レーザノズルが溶接開始位置に達したときにシールドガスのガス流量が安定するタイミングで行うことを特徴とするレーザ溶接方法。
3. 請求項１又は２に記載のレーザ溶接方法において、溶接開始位置に対するレーザ加工ヘッドの接近速度を参照して、基準位置からレーザ加工ヘッドが移動を開始して予め設定された時間に達したとき、又は予め設定された移動距離に達したときにシールドガスの噴出を開始することを特徴とするレーザ溶接方法。
4. レーザ加工ヘッドをＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在に備えたレーザ溶接装置であって、レーザ加工ヘッドに備えたレーザノズルへシールドガスを供給するシールドガス供給手段と、前記レーザノズルからワークへ照射するレーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ加工ヘッドの動作、シールドガス供給手段及びレーザ発振手段の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、レーザ加工ヘッドの基準位置からワークの溶接開始位置までのレーザ加工ヘッドの移動経路及び移動速度を参照して、前記基準位置から前記溶接開始位置までのレーザ加工ヘッドの移動時間を演算する到達予想演算手段と、シールドガスの噴出を開始してガス流量が安定するまでのガス流量安定時間と溶接加工条件とのデータを予め格納したガス流量安定データテーブルと、前記到達予想演算手段の演算結果と前記ガス流量安定データテーブルに格納されたデータを参照して、シールドガスの噴射時期を演算するガス噴射時期演算手段と、を備えていることを特徴とするレーザ溶接装置。
5. 請求項４に記載のレーザ溶接装置において、前記請求項１，２又は３に記載のレーザ溶接を行うか、又はレーザ加工ヘッドが溶接開始位置に達したときにシールドガスの噴射を開始し、かつシールドガスのガス流量が安定したときにレーザ光をワークへ照射してレーザ溶接を行うかを入力する溶接パターン選択手段を備えていることを特徴とするレーザ溶接装置。

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