WO2014129635A1 - レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法 - Google Patents

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WO2014129635A1
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三郎 八木
繁松　孝
佐藤　雅也
伸弥 児嶋
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古河電気工業株式会社
古河As株式会社
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    • H01R43/055—Crimping apparatus or processes with contact member feeding mechanism

Definitions

  • the present invention relates to a laser welding apparatus and a laser welding method for welding a butt interface or an overlapped portion of a workpiece by laser irradiation.
  • Wire harnesses are often used for in-vehicle wiring.
  • the wire harness is a set of a plurality of covered electric wires in a collective part according to the specifications of in-vehicle wiring.
  • a terminal for connection (hereinafter referred to as a crimp terminal) is crimped to the end of each covered electric wire.
  • a crimp terminal When connecting the crimp terminal to the wire terminal of the wire harness, peel off the insulation coating layer of the wire terminal to expose the core wire, and crimp the core wire barrel of the crimp terminal to the core wire exposed part to crimp the wire terminal. Electrical connection with the terminal is made.
  • connection part of a crimp terminal and an electric wire terminal is resin-sealed in order to prevent the corrosion of a core wire by the penetration
  • the crimping part (wire connection part) of the crimping terminal is bent into a cylindrical shape by press molding, and the entire butt interface at both ends of the plate material formed in the cylindrically bent part is joined by laser welding to seal the crimping part.
  • the cylindrically bent portion has a curved shape with one end tapered or a curved shape (see FIG. 8). To join the butt interface of the portion by laser welding, It is necessary to move the focal point of the laser beam along.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a laser welding apparatus and a laser welding method capable of performing laser welding of a butt interface of workpieces with high quality.
  • a laser welding apparatus welds a butt interface of a workpiece by laser beam irradiation while sequentially supplying a workpiece having a butt interface to a welding position.
  • An X / Y-axis scanner that scans laser light output from a laser light source in the X-axis and Y-axis directions orthogonal to each other in a two-dimensional plane, and a measuring device that measures dimensions along the butt interface
  • a scanner control device for driving and controlling the X / Y-axis scanner so as to weld the butt interface by laser light irradiation.
  • the laser welding apparatus configured as described above measures the dimension of the butt interface of the workpiece with high accuracy and scans the laser light along the butt interface by driving and controlling the X / Y axis scanner. That is, the focal point of the laser beam can be moved. Thereby, the butt interface can be laser-welded with high quality.
  • the measuring device measures the gap size of the butt interface.
  • the welding quality is remarkably deteriorated.
  • the press can be stopped or an alert can be issued.
  • the laser welding apparatus is characterized in that the measuring device measures the gap size between the upper and lower surfaces of the overlapped portion in which the plate materials of the workpiece are overlapped in a planar shape.
  • the measuring device measures the gap size between the upper and lower surfaces of the overlapped portion in which the plate materials of the workpiece are overlapped in a planar shape.
  • the welding quality is remarkably deteriorated.
  • the press can be stopped or an alert can be issued.
  • the laser welding apparatus of the present invention includes a workpiece holding mechanism that holds the workpiece supplied to the welding position at an appropriate position and posture, and the workpiece holding mechanism allows the workpiece to be held by the workpiece holding mechanism. It is desirable to perform laser light irradiation while being held.
  • the workpiece can be welded with high accuracy by performing welding by laser irradiation while the workpiece is held by the workpiece holding mechanism.
  • a laser welding method of the present invention is a laser welding method in which a workpiece having a butt interface is sequentially supplied to a welding position, and the butt interface of the workpiece is welded by laser light irradiation.
  • a workpiece having a butt interface is sequentially supplied to a welding position, and the butt interface of the workpiece is welded by laser light irradiation.
  • an X / Y-axis scanner that scans the laser light output from the laser light source in the X-axis and Y-axis directions orthogonal to each other in a two-dimensional plane, and measures the dimension along the butt interface.
  • the X / Y-axis scanner is driven and controlled to weld the butt interface by laser light irradiation.
  • the dimension of the butt interface of the workpiece is measured with high accuracy, and the laser beam is scanned along the butt interface by driving and controlling the X / Y axis scanner. Therefore, the butt interface can be laser-welded with high quality.
  • FIG. 1 Device configuration diagram of the first embodiment of the present invention
  • A Conceptual diagram illustrating a workpiece having a gap at the butt interface and a form of a clamping device before the workpiece is sandwiched.
  • B A workpiece with the workpiece sandwiched by a clamping device.
  • A Conceptual diagram illustrating a workpiece having a gap at the butt interface and a form of a clamping device before the workpiece is sandwiched.
  • B A workpiece with the workpiece sandwiched by a clamping device.
  • the crimp terminal 80 is (a) a belt-shaped metal plate 81 that is fed forward at a constant pitch in the longitudinal direction (direction of arrow A), and (b) the carrier portion 82 and the unfolded state. (C) A plate material that can be formed into a crimping portion 85 by integrally molding the box-shaped connector portion 84 and the cylindrical crimping portion 85 by punching and bending the terminal material 83. It is manufactured through a series of processes in which the butted interface 86a and the overlapping portion 86b at both ends are joined by laser welding.
  • the abutting interface refers to a portion where one end surface in the bending direction of the plate material constituting the crimping portion 85 and the other end surface are abutted and brought into contact with each other.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of a laser welding apparatus of the present invention.
  • the laser welding apparatus 10 sequentially supplies unwelded crimp terminals 87, which are workpieces, to a welding position, and welds the butt interface 86a and the overlapping portion 86b of the crimp portion 85 of the crimp terminal 87 by laser irradiation.
  • Device As shown in FIG. 9C, the crimp terminals 87 are sequentially fed to the welding position P in the form of chain terminals 88 that are cantilevered by the carrier portion 82 at regular intervals, and are subjected to welding by laser irradiation. Is done.
  • the laser welding apparatus 10 includes a laser light source 20, a laser irradiation optical device 30, a feeding device 40, a workpiece holding mechanism 50, a measuring device 60, and a control device 70.
  • the laser light source 20 is a known fiber laser, and oscillates laser light having a wavelength in the near-infrared region using a silica optical fiber doped with a rare earth element as a laser medium.
  • the laser irradiation optical device 30 is an optical device for guiding the laser beam output from the laser light source 20 to the welding position P.
  • the laser irradiation optical device 30 includes an X / Y-axis scanner 31, a Z-axis scanner 32, and a condenser lens 33.
  • the X / Y-axis scanner 31 is a two-axis (XY) type galvano scanner, and sequentially includes two mirrors 31X and 31Y whose angles are controlled in synchronization with each other around axes orthogonal to each other.
  • the laser beam LB By reflecting the laser beam LB, the laser light LB is swept onto the butt interface 86a and the overlapping portion 86b of the crimp terminal 87 stopped at the welding position P.
  • the Z-axis scanner 32 is an optical device for adjusting the focal position in the irradiation direction (Z-axis direction) of the laser beam LB scanned by the X / Y-axis scanner 31.
  • the Z-axis scanner 32 is provided on the optical path of the laser beam LB incident on the X / Y-axis scanner 31.
  • the Z-axis scanner 32 includes an incident lens 32A located on the laser light source 20 side, an exit lens 32B located on the X / Y-axis scanner 31 side, and an exit lens 32B with respect to the entrance lens 32.
  • a lens drive mechanism 32C that moves in the direction of the optical axis of each other.
  • a plano-concave lens is used as the entrance lens 32A
  • a plano-convex lens is used as the exit lens 32B.
  • the X / Y-axis scanner 31 and the Z-axis scanner 32 are driven and controlled by a galvano control system 34.
  • the irradiation position of the laser beam LB in the horizontal plane can be adjusted by controlling the angles of the mirrors 31X and 31Y, and the sweep speed of the laser beam LB can be adjusted by controlling the rotation speed of the mirrors 31X and 31Y.
  • the focal position in the irradiation direction of the laser beam LB can be adjusted by controlling the position of the exit lens 32B relative to the entrance lens 32A.
  • the condensing lens 33 is an optical coupling system that condenses the laser beam LB from the X / Y-axis scanner 31 at the position of the butting interface 86a and the overlapping portion 86b of the crimp terminal 87.
  • a telecentric lens or an f ⁇ lens is used as the condenser lens 33.
  • the feeding device 40 is a device that sequentially supplies the crimp terminals 87 to the welding position P by feeding the chain terminals 88 at a constant pitch corresponding to the interval L where the crimp terminals 87 are arranged.
  • the feeding device 40 has twin rollers 41 and 42 that rotate while sandwiching the carrier portion 82 of the chain terminal 88 from above and below in the vicinity of the upstream side and the downstream side of the welding position P in the feed direction of the chain terminal 88. Yes.
  • the twin rollers 41 and 42 include feed rollers 41A and 42A that are in contact with the lower surface of the carrier portion 82, and pressing rollers 41B and 42B that are in contact with the upper surface. The pressing rollers 41B and 42B are driven to rotate while pressing the carrier portion 82 from above.
  • the feed rollers 41A and 42A are rotationally driven at a constant speed by a drive mechanism (not shown).
  • Feeding claws 45 project from the outer peripheral surfaces of the feeding rollers 41A and 42A at equal intervals in the circumferential direction.
  • the feed claw 45 engages with a feed hole 89 (see FIG. 9C) of the carrier portion 82.
  • the feed claw 45 engaged with the feed hole 89 of the carrier portion 82 moves the chain terminal 88 by an interval L where the crimp terminals 87 are arranged.
  • the workpiece holding mechanism 50 is a device for holding the crimp terminal 87 supplied to the welding position P in an appropriate position and posture and eliminating the gap at the butt interface 86a.
  • the workpiece holding mechanism 50 includes an upper clamp jig 51 and a lower clamp jig 52, and sandwiches the crimping portion 85 of the crimp terminal 87 from above and below with both clamp jigs 51 and 52.
  • the clamp jigs 51 and 52 are formed with semi-cylindrical recesses 51a and 52a that are cylindrical when they are attached to each other.
  • the crimping portion 85 of the crimping terminal 87 By sandwiching the crimping portion 85 of the crimping terminal 87 from above and below by the clamp jigs 51 and 52, the crimping portion 85 is held at an appropriate position and posture. Even when there is a gap at the butt interface 86a of the crimping portion 85, the end faces of the gap portion are forcibly pressed together and the gap is eliminated.
  • a slit 51b is formed in the upper clamp jig 51 so as not to obstruct the irradiation of the laser beam LB onto the butt interface 86a.
  • a pressing member for pressing a part of the chain terminal 88 may be provided.
  • the workpiece holding mechanism 50 is not limited to the configuration shown in FIGS. 2A and 2B, and when the gap is not generated at the butt interface 86 a of the crimping portion 85 formed by bending, For example, you may employ
  • the clamp jig 55 is formed with, for example, a substantially C-shaped portion 55 a that abuts and presses against the crimping portion 85 at two points.
  • the clamp jig 56 is formed with a substantially flat contact surface 56a that contacts the crimping portion 85 at one point.
  • the measuring device 60 has a shape detector 61 and a data processing system 62 using a CCD camera or the like.
  • the shape detector 61 is installed at a predetermined position upstream of the welding position P so as to face the passage region of the crimp terminal 87. In this example, it is provided facing the upstream position by a distance corresponding to 5 pitches (L ⁇ 5) from the welding position P.
  • the shape detector 61 detects the shape of the crimp terminal 87 which is a workpiece, and outputs the detected data.
  • the shape detector 61 of this embodiment includes a CCD camera (not shown).
  • the shape detector 61 includes a CCD camera for imaging the gap size of the butt interface 86a and a CCD camera for imaging the gap size of the upper and lower surfaces of the overlapping portion 86b obtained by superimposing the plate materials.
  • a laser scanner and a light receiving device may be provided, and the reflected light from the crimping portion 85 is received while scanning the surface of the crimping portion 85 of the unwelded crimping terminal 87 with laser light.
  • the received light signal can be output as detection data.
  • the detection method is based on whether or not leakage light is imaged from the opposite side by irradiating light toward the cylindrical portion. Also good.
  • the data processing system 62 processes the detection data from the shape detector 61 to measure the gap size along the butt interface 86a and the gap size of the upper and lower surfaces of the overlapping portion 86b, and the measurement result is used as the butt interface. It outputs as profile data of 86a and superposition part 86b. This profile data is input to the control device 70.
  • the measuring device 60 configured as described above can suppress the occurrence of defective products and product variations by measuring the gap size of the butt interface 86a and the gap size of the upper and lower surfaces of the overlapping portion 86b. .
  • the welding quality will be significantly reduced, but by measuring the gap before welding, the occurrence of defective products and product variations can be suppressed. Can do.
  • the press can be stopped or an alert can be issued.
  • the control device 70 is a computer system that controls the overall operation of the laser welding apparatus 10.
  • a laser irradiation program by the laser welding apparatus 10 is installed in the control device 70.
  • the control device 70 transmits a control signal based on the profile data generated by the measurement device 60 to the galvano control system 34 by executing the laser irradiation program.
  • the galvano control system 34 drives and controls the X / Y-axis scanner 31 and the Z-axis scanner 32 according to this control signal, so that the butt interface 86a and the overlapping portion 86b are welded by laser light irradiation.
  • the shape of the space curve C shown in FIG. 6 and the dimensions of each part are measured.
  • the two straight line portions C1 and C2 of the space curve C are portions where two-dimensional processing is performed, and the curved portion C3 between the two straight line portions C1 and C2 is a portion where three-dimensional processing is performed.
  • Data such as the position, length (dimension), curvature, and inclination of each part C1, C2, and C3 is reflected in the control operation by the laser irradiation program.
  • the overlapping portion 86b is programmed to execute welding so as to cross the scanning line in the case of butt welding at a position away from the lowest point a of the curved portion C3 by a predetermined distance.
  • the measured value of the width dimension is reflected in the control operation by the laser irradiation program.
  • the laser welding apparatus 10 measures the gap size of the butt interface 86a of the crimp terminal 87 that is a workpiece and the gap size of the upper and lower surfaces of the overlapping portion 86b, and based on the measurement result, X ⁇
  • the focal position of the laser beam LB is three-dimensionally controlled with high accuracy so that the intensity of the laser beam LB at the irradiation position can be welded. Since the laser beam is scanned along the overlapping portion 86b, the butt interface 86a and the overlapping portion 86b of the crimp terminal 87 can be laser-welded with high quality.
  • the measurement by the measuring device 60 need not be performed for all the crimp terminals 87.
  • the measurement may be performed on at least one crimping terminal 87 at the initial stage when the chain terminal 88 is set in the laser welding apparatus 10 and welding is started. If the control device 70 is set so that the profile data is automatically updated when the work piece is changed to a crimp terminal 87 having a different shape and size, the operator can input numerical values when the work piece is changed. Work and the like are unnecessary, and the laser welding processing line can be operated with high efficiency.
  • FIG. 7 is a system configuration diagram showing a second embodiment of the laser welding apparatus of the present invention.
  • the laser welding apparatus of the second embodiment has a laser processing head 101 and a robot arm (not shown), and sweeps the laser beam LB by moving the laser processing head 101 itself in the XYZ directions by the robot arm.
  • the dielectric multilayer flat mirror 103 that reflects the laser light LB from the laser light source 20 downward and falls on the welding position P, and the laser light LB from the dielectric multilayer flat mirror 103.
  • the laser processing head 101 can be moved in a three-dimensional direction with high accuracy by controlling the driving of the robot arm based on the measurement result by the measurement apparatus 60.
  • the focus position of the laser beam LB is three-dimensionally controlled with high accuracy so that the intensity of the laser beam LB at the irradiation position can be welded, and the butt interface 86a and the overlapping portion 86b of the crimp terminal 87 are of high quality. Laser welding is possible.
  • the configuration of the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment.
  • the laser irradiation optical device 30 does not include the Z-axis scanner 32, and drives and controls the X / Y-axis scanner 31 on the basis of the measurement result of the butt interface state measurement device 60. Even if only the direction is scanned, laser welding can be performed with high quality. Further, the crimping portion 85 of the crimp terminal 80 may be formed with an overlapping portion in which both ends of the plate material are overlapped instead of the butt interface.
  • the laser welding apparatus measures the dimension along the overlapping portion with the measuring device, and based on the measurement result, the X / Y axis scanner
  • the overlapping portion may be welded by laser light irradiation while controlling the driving of the laser beam. In this way, laser welding can be performed with high quality.
  • a plano-concave lens is used for the entrance lens 32A and a plano-convex lens is used for the exit lens 32B.
  • a plano-convex lens can be used for both the entrance lens 32A and the exit lens 32B as shown in FIG. is there.
  • the laser light source 20 is not limited to a fiber laser.
  • the crimping part 85 workpiece is not limited to the crimping terminal 87. That is, the present invention can be applied to a laser welding apparatus for all workpieces having a butt interface between metal sheets. It is also possible to use an XYZ stage instead of the robot arm.

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Abstract

　本願のレーザ溶接装置（１０）は、突き合わせ界面を有する被加工物を溶接加工位置に順次供給しつつ、当該被加工物の突き合わせ界面をレーザ光照射により溶接するレーザ溶接装置であって、レーザ光源（２０）から出力されたレーザ光ＬＢを互いに直交するＸ軸及びＹ軸方向に走査するＸ・Ｙ軸スキャナ（３１）と、突き合わせ界面（８６）に沿った寸法を測定する突き合わせ界面状測定装置（６０）と、突き合わせ界面（８６ａ）をレーザ光照射により溶接するべく、Ｘ・Ｙ軸スキャナ（３１）を駆動制御する制御装置（７０）と、を有し、係る構成により、被加工物の突き合わせ界面の形状を高精度に測定して、被加工物の突き合わせ界面を高品質にレーザ溶接することができる。

Description

レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法
　本発明は、被加工物の突き合わせ界面又は重ね合わせ部をレーザ照射により溶接するレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法に関する。
　自動車の車内配線にはワイヤハーネスが多用される。ワイヤハーネスは、車内配線の仕様に合わせて複数の被覆電線を集合部品化したものである。各被覆電線の端末には、接続用の端子（以下、圧着端子という。）が圧着されている。圧着端子をワイヤハーネスの電線端末に接続する場合、電線端末の絶縁被覆層を皮剥ぎして芯線を露出させ、芯線露出部に圧着端子の芯線バレルを加締め圧着することにより、電線端末と圧着端子との電気的接続がなされる。そして、圧着端子との接続部から電線内への水分の浸入による芯線の腐食を防止するべく、圧着端子と電線端末との接続部が樹脂封止される。（特許文献１、特許文献２）
特開２００１－１６７８２１号 特開２０１２－０６９４４９号
　しかし、圧着端子と電線端末との接続部を樹脂封止することがワイヤハーネスの製造単価を増加させる要因となっている。これは使用される樹脂そのものが高価であることに加え、樹脂モールド処理或いはコーティング処理の工程で、樹脂の流し込みや硬化に時間を要することによる。
　そこで、圧着端子の圧着部（電線接続部）をプレス成型により筒状に曲げ加工し、その筒状に曲げ加工した部分にできる板材両端の突き合わせ界面全体をレーザ溶接により接合して圧着部を密閉構造にする試みがなされている。筒状に曲げ加工した部分は、その一端部が先細りした曲線形状若しくは括れた曲線形状になっているため（図８参照）、その部分の突き合わせ界面をレーザ溶接により接合するには、突き合わせ界面に沿ってレーザ光の焦点を移動させる必要がある。
　本発明が解決しようとする課題は、被加工物の突き合わせ界面を高品質にレーザ溶接することができるレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のレーザ溶接装置は、突き合わせ界面を有する被加工物を溶接加工位置に順次供給しつつ、当該被加工物の突き合わせ界面をレーザ光照射により溶接するレーザ溶接装置であって、レーザ光源から出力されたレーザ光を二次元平面内において互いに直交するＸ軸及びＹ軸方向に走査するＸ・Ｙ軸スキャナと、前記突き合わせ界面に沿った寸法を測定する測定装置と、前記突き合わせ界面をレーザ光照射により溶接するべく、前記Ｘ・Ｙ軸スキャナを駆動制御するスキャナ制御装置と、を有するものである。
　上記のように構成されたレーザ溶接装置は、被加工物の突き合わせ界面の寸法を高精度に測定し、Ｘ・Ｙ軸スキャナを駆動制御することにより、突き合わせ界面に沿ってレーザ光を走査する、つまりレーザ光の焦点を移動させることができる。これにより、突き合わせ界面を高品質にレーザ溶接することができる。
　本発明のレーザ溶接装置は、前記測定装置が前記突き合せ界面の隙間寸法を測定することが望ましい。突き合せ溶接において、所定範囲外の隙間があると、溶接品質が著しく低下してしまうが、溶接前に隙間を測定することで不良品の発生、製品のばらつきを抑えることができる。さらに、隙間が所定範囲外になった場合はプレス機を停止させたり、アラートを出したりすることもできる。
　本発明のレーザ溶接装置は、前記測定装置が、前記被加工物の板材を面状に重ね合わせた重ね合わせ部の上下面の隙間寸法を測定することを特徴とする。重ね合わせ溶接において、所定範囲外の隙間があると、溶接品質が著しく低下してしまうが、溶接前に隙間を測定することで不良品の発生、製品のばらつきを抑えることができる。さらに、隙間が所定範囲外になった場合はプレス機を停止させたり、アラートを出したりすることもできる。
　本発明のレーザ溶接装置は、前記溶接加工位置に供給された前記被加工物を適正な位置・姿勢に保持する被加工物保持機構を有し、前記被加工物保持機構により前記被加工物が保持されている間にレーザ光照射を実行することが望ましい。被加工物を被加工物保持機構により保持した状態でレーザ照射により溶接加工することにより、被加工物を高精度に溶接加工することができる。
　上記課題を解決するために、本発明のレーザ溶接方法は、突き合わせ界面を有する被加工物を溶接加工位置に順次供給しつつ、当該被加工物の突き合わせ界面をレーザ光照射により溶接するレーザ溶接方法であって、レーザ光源から出力されたレーザ光を二次元平面内において互いに直交するＸ軸及びＹ軸方向に走査するＸ・Ｙ軸スキャナを使用し、前記突き合わせ界面に沿った寸法を測定し、前記突き合わせ界面をレーザ光照射により溶接するべく、前記Ｘ・Ｙ軸スキャナを駆動制御することを特徴とする。
本発明のレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法によれば、被加工物の突き合わせ界面の寸法を高精度に測定し、Ｘ・Ｙ軸スキャナを駆動制御することにより、突き合わせ界面に沿ってレーザ光を走査することができるので、当該突き合わせ界面を高品質にレーザ溶接することができる。
本発明の第１の実施形態の装置構成図 （ａ）突き合わせ界面に隙間が生じている被加工物と当該被加工物を挟み込む前の状態におけるクランプ装置の形態とを例示する概念図　（ｂ）被加工物をクランプ装置で挟み込んだ状態で被加工物の突き合わせ界面にレーザ光を照射している状態を例示する概念図 （ａ）突き合わせ界面に隙間が生じている被加工物と当該被加工物を挟み込む前の状態におけるクランプ装置の形態とを例示する概念図　（ｂ）被加工物をクランプ装置で挟み込んだ状態で被加工物の突き合わせ界面にレーザ光を照射している状態を例示する概念図 Ｚ軸スキャナの光結合系の構成例を示す図 Ｚ軸スキャナの光結合系の別の構成例を示す図 突き合わせ界面に沿った空間曲線の測定例を示す説明図 本発明の第２の実施形態の装置構成図 本発明のレーザ溶接装置により溶接加工された圧着端子の斜視図 図８の圧着端子の製造工程の概略を示す工程図
　以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
　この実施形態では、図８に例示する圧着端子８０を製造するための装置構成について説明する。この圧着端子８０は、図９に示すように、（ａ）帯状の金属板８１をその長手方向（矢印Ａの向き）に一定のピッチで順送しつつ、（ｂ）キャリア部８２と展開状態の端子素材８３とを打ち抜き、（ｃ）端子素材８３を打ち抜き及び曲げ加工することにより箱状のコネクタ部８４と筒状の圧着部８５とを一体成型し、（ｄ）圧着部８５にできる板材両端の突き合わせ界面８６ａ及び重ね合わせ部８６ｂをレーザ溶接により接合する、という一連の工程を経て製造される。ここで、突き合わせ界面とは、圧着部８５を構成する板材の曲げ方向における一方の端面と、もう一方の端面とを突き合わせて接触させた部分のことを言う。
　［第１の実施形態］
　図１は本発明のレーザ溶接装置の第１の実施形態を示すシステム構成図である。このレーザ溶接装置１０は、被加工物である未溶接の圧着端子８７を溶接加工位置に順次供給し、その圧着端子８７の圧着部８５の突き合わせ界面８６ａ及び重ね合わせ部８６ｂをレーザ照射により溶接する装置である。圧着端子８７は、図９（Ｃ）に示すように一定の間隔でキャリア部８２に片持ち支持された連鎖端子８８の形態で溶接加工位置Ｐに順次送り込まれて、レーザ照射による溶接加工が施される。
　レーザ溶接装置１０は、レーザ光源２０と、レーザ照射光学装置３０と、送り装置４０と、被加工物保持機構５０と、測定装置６０と、制御装置７０と、を有している。
　レーザ光源２０は、公知のファイバレーザであり、希土類元素を添加した石英光ファイバをレーザ媒体に使用して近赤外領域の波長のレーザ光を発振する。
　レーザ照射光学装置３０は、レーザ光源２０から出力されたレーザ光を溶接加工位置Ｐに導くための光学装置である。レーザ照射光学装置３０は、Ｘ・Ｙ軸スキャナ３１と、Ｚ軸スキャナ３２と、集光レンズ３３と、を有している。
　Ｘ・Ｙ軸スキャナ３１は、2軸（ＸＹ）式ガルバノスキャナであり、レーザ光源２０からのレーザ光ＬＢを互いに直交する軸周りに互いに同期して角度制御される２つのミラー３１Ｘ，３１Ｙで順次反射させることにより、溶接加工位置Ｐに停止している圧着端子８７の突き合わせ界面８６ａ及び重ね合わせ部８６ｂにレーザ光ＬＢを掃引照射する。
　Ｚ軸スキャナ３２は、Ｘ・Ｙ軸スキャナ３１により走査されるレーザ光ＬＢの照射方向（Ｚ軸方向）における焦点位置を調節するための光学装置である。Ｚ軸スキャナ３２は、Ｘ・Ｙ軸スキャナ３１に入射するレーザ光ＬＢの光路上に設けられている。図４に示すように、Ｚ軸スキャナ３２は、レーザ光源２０側に位置する入射レンズ３２Ａと、Ｘ・Ｙ軸スキャナ３１側に位置する出射レンズ３２Ｂと、出射レンズ３２Ｂを入射レンズ３２に対して互いの光軸方向に移動させるレンズ駆動機構３２Ｃと、を有している。図４の例では、入射レンズ３２Ａに平凹レンズ、出射レンズ３２Ｂに平凸レンズを使用している。
　Ｘ・Ｙ軸スキャナ３１及びＺ軸スキャナ３２は、ガルバノ制御系３４により駆動制御される。レーザ光ＬＢの水平面内における照射位置は、ミラー３１Ｘ，３１Ｙの角度を制御することにより、レーザ光ＬＢの掃引速度はミラー３１Ｘ，３１Ｙの回動速度を制御することにより、各々調節することができる。レーザ光ＬＢの照射方向における焦点位置は、出射レンズ３２Ｂの入射レンズ３２Ａに対する位置を制御することにより調節することができる。
　集光レンズ３３は、Ｘ・Ｙ軸スキャナ３１からのレーザ光ＬＢを圧着端子８７の突き合わせ界面８６ａ及び重ね合わせ部８６ｂの位置に集光させる光結合系である。集光レンズ３３には、テレセントリックレンズ又はｆθレンズが用いられる。
　送り装置４０は、連鎖端子８８を圧着端子８７の並んでいる間隔Ｌに相当する一定のピッチで送ることにより、圧着端子８７を溶接加工位置Ｐに順次供給する装置である。送り装置４０は、連鎖端子８８の送り方向における溶接加工位置Ｐの上流側近傍と下流側近傍とに、連鎖端子８８のキャリア部８２を上下から挟んで回転する双ローラ４１、４２を有している。双ローラ４１、４２は、キャリア部８２の下面に接する送りローラ４１A、４２Aと、上面に接する押さえローラ４１Ｂ、４２Ｂとからなる。押さえローラ４１Ｂ、４２Ｂは、キャリア部８２を上方から押さえつつ従動回転する。送りローラ４１A、４２Aは、図示しない駆動機構により一定速度で回転駆動される。送りローラ４１A、４２Aの外周面には、周方向に等間隔に送り爪４５が突設されている。送り爪４５は、キャリア部８２の送り孔８９（図９（ｃ）参照）に係合する。送りローラ４１A、４２Aが一定角度回転する毎に、キャリア部８２の送り孔８９に係合している送り爪４５が連鎖端子８８を圧着端子８７の並んでいる間隔Ｌ分だけ移動させる。
　被加工物保持機構５０は、溶接加工位置Ｐに供給された圧着端子８７を適正な位置・姿勢に保持するとともに突き合わせ界面８６ａの隙間を解消するための装置である。被加工物保持機構５０は、上クランプ治具５１と下クランプ治具５２とを有し、両クランプ治具５１、５２で圧着端子８７の圧着部８５を上下から挟み込む。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、各クランプ治具５１、５２には、両者を互いに付き合わせたときに円筒状になる半円筒状の凹部５１ａ、５２ａが形成されている。両クランプ治具５１、５２で圧着端子８７の圧着部８５を上下から挟み込むことにより、圧着部８５が適正な位置・姿勢に保持される。圧着部８５の突き合わせ界面８６ａに隙間が生じている場合でも、その隙間部分の端面同士が強制的に圧接され、その隙間が解消される。上クランプ治具５１には、突き合わせ界面８６ａへのレーザ光ＬＢの照射の邪魔にならないようにスリット５１ｂが形成されている。
　また、レーザ溶接後に上クランプ治具５１（下クランプ治具５２）を圧着部８５から離脱できない場合は、連鎖端子８８の一部を押さえ込む押さえ込み部材を設けてもよい。
　なお、被加工物保持機構５０は、図２（ａ）、（ｂ）に示す構成に限らず、曲げ加工により形成される圧着部８５の突き合わせ界面８６ａに隙間が生じないような場合には、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示す構成を採用してもよい。すなわち、被加工物保持機構５０は、上クランプ治具５５と下クランプ治具５６とを有し、両クランプ治具５５、５６で圧着端子８７の圧着部８５に最低３点で接触するように上下から挟み込む。このため、クランプ治具５５には、例えば、圧着部８５と２点で当接して押さえ込む略ハ字型部５５ａが形成されている。一方、クランプ治具５６には、圧着部８５と一点で当接する略平らな当接面５６ａが形成されている。両クランプ治具５５、５６で圧着端子８７の圧着部８５を上下から挟み込むことにより、圧着部８５の突き合わせ界面８６を、図３（ｂ）に示すように、レーザ光ＬＢを照射可能な位置に位置決めをすることができる。また、上クランプ治具５５には、突き合わせ界面８６へのレーザ光ＬＢの照射の邪魔にならないようにスリット５５ｂが形成されている。
　測定装置６０は、ＣＣＤカメラ等を用いた形状検出器６１とデータ処理系６２とを有している。
　形状検出器６１は、圧着端子８７の通過領域に臨ませて、溶接加工位置Ｐの上流側の所定の位置に設置されている。この例では、溶接加工位置Ｐから５ピッチ（Ｌ×５）分に相当する距離だけ上流側の位置に臨ませて設けられている。
　形状検出器６１は、被加工物である圧着端子８７の形状を検出しその検出データを出力する。この実施形態の形状検出器６１は、図示しないＣＣＤカメラを備えている。具体的に、形状検出器６１は、突き合わせ界面８６ａの隙間寸法を撮像するためのＣＣＤカメラと、板材を面状に重ね合わせた重ね合わせ部８６ｂの上下面の隙間寸法を撮像するためのＣＣＤカメラと、を備えている。形状検出器のその他の例として、図示しないレーザスキャナ及び受光装置を備えてもよく、未溶接の圧着端子８７の圧着部８５の表面をレーザ光で走査しつつ圧着部８５からの反射光を受光することにより、その受光信号を検出データとして出力することができる。なお、突き合せ界面８６ａまたは重ね合せ部８６ｂの隙間の検出方法としては、筒部に向かって光を照射して、その逆側から漏れ光を撮像したか否かに基づいた検出方法であってもよい。
　データ処理系６２は、形状検出器６１からの検出データを処理することにより、突き合わせ界面８６ａに沿った隙間寸法と、重ね合わせ部８６ｂの上下面の隙間寸法を測定し、その測定結果を突き合わせ界面８６ａ及び重ね合わせ部８６ｂのプロファイルデータとして出力する。このプロファイルデータは、制御装置７０に入力される。
　以上のような構成からなる測定装置６０は、突き合せ界面８６ａの隙間寸法と重ね合わせ部８６ｂの上下面の隙間寸法とを測定することにより、不良品の発生、製品のばらつきを抑えることができる。つまり、突き合せ溶接及び重ね合わせ溶接において、所定範囲外の隙間があると、溶接品質が著しく低下してしまうが、溶接前に隙間を測定することで不良品の発生、製品のばらつきを抑えることができる。さらに、隙間が所定範囲外になった場合はプレス機を停止させたり、アラートを出したりすることもできる。
　制御装置７０は、レーザ溶接装置１０の全体の動作を統括制御するコンピュータシステムである。制御装置７０には、レーザ溶接装置１０によるレーザ照射プログラムがインストールされている。制御装置７０は、レーザ照射プログラムを実行することにより、測定装置６０により生成されたプロファイルデータに基づいた制御信号をガルバノ制御系３４に送信する。この制御信号に従ってガルバノ制御系３４がＸ・Ｙ軸スキャナ３１及びＺ軸スキャナ３２を駆動制御することにより、突き合わせ界面８６ａ及び重ね合わせ部８６ｂがレーザ光照射により溶接される。
　図８に示す圧着端子８０の場合、図６に示す空間曲線Ｃの形状及び各部の寸法が測定される。空間曲線Ｃの２つの直線部Ｃ１、Ｃ２は２次元加工がなされる部分、両直線部Ｃ１、Ｃ２の間の曲線部Ｃ３は３次元加工がなされる部分である。各部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の位置、長さ（寸法）、曲率、傾きなどのデータが、レーザ照射プログラムによる制御動作に反映される。重ね合わせ部８６ｂに関しては、曲線部Ｃ３の最下点ａから所定距離だけ離れた位置において、突き合わせ溶接の場合の走査ラインと交わるように溶接を実行するようにプログラムされており、その位置における端子の幅寸法の計測値がレーザ照射プログラムによる制御動作に反映される。
　上記のように、このレーザ溶接装置１０は、被加工物である圧着端子８７の突き合わせ界面８６ａの隙間寸法と重ね合わせ部８６ｂの上下面の隙間寸法とを測定し、測定結果に基づいてＸ・Ｙ軸スキャナ及びＺ軸スキャナを駆動制御することにより、照射位置におけるレーザ光ＬＢの強度が溶接可能な強度になるようにレーザ光ＬＢの焦点位置を高精度に３次元制御しつつ、突き合わせ界面８６ａ及び重ね合わせ部８６ｂに沿ってレーザ光を走査するため、圧着端子８７の突き合わせ界面８６ａ及び重ね合わせ部８６ｂを高品質にレーザ溶接することができる。測定装置６０による測定は、全ての圧着端子８７について実施する必要はない。レーザ溶接装置１０に連鎖端子８８をセットして溶接加工を開始する際の初期の少なくとも１個の圧着端子８７を対象にして測定を実施すればよい。被加工物が別の形状・寸法の圧着端子８７に変更された場合にプロファイルデータが自動更新されるように制御装置７０上で設定しておけば、被加工物の変更に伴うオペレータの数値入力作業などを不要とし、レーザ溶接加工ラインを高効率に稼働させることができる。
　また、被加工物である圧着端子８７を上クランプ治具５１と下クランプ治具５２とで挟み込んで保持した状態でレーザ光照射により溶接加工を行うため、溶接加工位置Ｐに次々と送られてくる全ての圧着端子８７を高精度に溶接加工することができる。
　［第２の実施形態］
　図７は本発明のレーザ溶接装置の第２の実施形態を示すシステム構成図である。ここでは、第１の実施形態と共通の構成要素については図中に同一符号を付し、説明を適宜省略する。第２の実施形態のレーザ溶接装置は、レーザ加工ヘッド１０１と図示しないロボットアームとを有し、ロボットアームによってレーザ加工ヘッド１０１自体をＸＹＺ方向に移動させることにより、レーザ光ＬＢを掃引する。レーザ加工ヘッド１０１内には、レーザ光源２０からのレーザ光ＬＢを下向きに反射させて溶接加工位置Ｐに落射させる誘電体多層膜平面ミラー１０３と、誘電体多層膜平面ミラー１０３からのレーザ光ＬＢを圧着端子８７の突き合わせ界面８６ａの位置に集光させる集光レンズ１０４とが設けられている。
この第２の実施形態のレーザ溶接装置１０においても、測定装置６０による測定結果に基づいてロボットアームを駆動制御することにより、レーザ加工ヘッド１０１を３次元方向に高精度に移動させることができるので、照射位置におけるレーザ光ＬＢの強度が溶接可能な強度になるようにレーザ光ＬＢの焦点位置を高精度に３次元制御して、圧着端子８７の突き合わせ界面８６ａ及び重ね合わせ部８６ｂを高品質にレーザ溶接することができる。
　［その他の実施形態］
　本発明の構成は上記実施形態の構成に限定されるものではない。レーザ照射光学装置３０は、Ｚ軸スキャナ３２を備えず、突き合わせ界面状測定装置６０の測定結果に基づいてＸ・Ｙ軸スキャナ３１を駆動制御し、レーザ光ＬＢの焦点位置をＸ軸及びＹ軸方向のみ走査するようにしても、高品質にレーザ溶接することができる。また、圧着端子８０の圧着部８５には、突き合わせ界面に代えて、板材両端を重ね合わせた重ね合わせ部を形成してもよい。このように突き合わせ界面の代わりに重ね合わせ部を圧着部に形成した場合、レーザ溶接装置は、当該重ね合わせ部に沿った寸法を測定装置により測定し、その測定結果に基づいてＸ・Ｙ軸スキャナを駆動制御しつつ、重ね合わせ部をレーザ光照射により溶接すればよい。このようにして高品質にレーザ溶接することができる。
　また、各種ミラーやレンズの配置、数、種類などは適宜変更可能である。図４の例では、入射レンズ３２Ａに平凹レンズ、出射レンズ３２Ｂに平凸レンズを使用しているが、図５に示すように、入射レンズ３２Ａ、出射レンズ３２Ｂ共に平凸レンズを使用することも可能である。また、上記の例では、レーザ光源２０としてファイバレーザを使用した場合について説明したが、レーザ光源２０はファイバレーザに限定されない。圧着部８５被加工物についても圧着端子８７に限るものではない。すなわち本発明は金属板材相互の突合せ界面を有する被加工物全般のレーザ溶接装置に適用できる。また、ロボットアームの代わりにＸＹＺステージを用いることも可能である。
１０　レーザ溶接装置
２０　レーザ光源
３０　レーザ照射光学装置
３１　Ｘ・Ｙ軸スキャナ
３１Ｘ　ミラー
３１Ｙ　ミラー
３２　Ｚ軸スキャナ
３２Ａ　入射レンズ
３２Ｂ　出射レンズ
３２Ｃ　レンズ駆動機構
４０　送り装置
５０　被加工物保持機構
５１　上クランプ治具
５２　下クランプ治具
６０　突き合わせ界面状測定装置
６１　３次元形状検出器
７０　制御装置
８０　圧着端子
８１　金属板
８５　圧着部
８６ａ　突き合わせ界面
８６ｂ　重ね合わせ部
１０１　レーザ加工ヘッド
Ｃ　空間曲線
Ｃ１　直線部
Ｃ２　直線部
Ｃ３　曲線部
ＬＢ　レーザ光
Ｐ　溶接加工位置

Claims (5)

  1. 　突き合わせ界面を有する被加工物を溶接加工位置に順次供給しつつ、当該被加工物の突き合わせ界面をレーザ光照射により溶接するレーザ溶接装置であって、
    　レーザ光源から出力されたレーザ光を互いに直交するＸ軸及びＹ軸方向に走査するＸ・Ｙ軸スキャナと、
    　前記突き合わせ界面に沿った寸法を測定する測定装置と、
    　前記突き合わせ界面をレーザ光照射により溶接するべく、前記Ｘ・Ｙ軸スキャナを駆動制御するスキャナ制御装置と、を有するレーザ溶接装置。
  2. 　前記測定装置は、前記突き合せ界面の隙間寸法を測定することを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
  3. 　前記測定装置は、前記被加工物の板材を面状に重ね合わせた重ね合わせ部の上下面の隙間寸法を測定することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ溶接装置。
  4. 　前記溶接加工位置に供給された前記被加工物を適正な位置・姿勢に保持する被加工物保持機構を有し、
    　前記被加工物保持機構により前記被加工物が保持されている間にレーザ光照射を実行する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置。
  5. 　突き合わせ界面を有する被加工物を溶接加工位置に順次供給しつつ、当該被加工物の突き合わせ界面をレーザ光照射により溶接するレーザ溶接方法であって、
    　レーザ光源から出力されたレーザ光を二次元平面内において互いに直交するＸ軸及びＹ軸方向に走査するＸ・Ｙ軸スキャナを使用し、
    　前記突き合わせ界面に沿った寸法を測定し、
    　前記突き合わせ界面をレーザ光照射により溶接するべく、前記Ｘ・Ｙ軸スキャナを駆動制御することを特徴とするレーザ溶接方法。
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