JPH11277263A - レーザ溶接装置におけるティーチング方法、レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザ光の焦点を、小さな幅の被溶接部に精度
よく位置させる。 【解決手段】ロボット１に取付けたレーザ加工ヘッド３
が、モータ６によって上下方向に駆動される。ティーチ
ング時に、加工ヘッド３に対して溶接方向にずれた位置
に配設されたローラ２１によってワーク３１（フランジ
部３１Ａ、３１Ｂ）を押圧した状態で、かつ加工ヘッド
３に取付けた測定器１０の測定子１０ａをワーク３１上
に当接させた状態で、ロボット１をワーク３１に沿って
移動させる。ロボット位置に対応したワーク３１の上下
位置が、測定器１０から出力されて、コントロ−ラＵに
記憶される。測定器１０を加工ヘッド３から取外した状
態で、レーザ溶接される。このとき、コントロ−ラＵに
よって、ロボット位置に対応して、記憶されているワー
ク３１の上下位置ずれを補償するようにモータ６が制御
されて、レーザ光の焦点が丁度ワーク３１に位置され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ溶接装置に
おけるティーチング方法、レーザ溶接方法およびレーザ
溶接装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ワークの溶接、例えば自動車用ボディを
構成する板金を溶接する等の場合に、レーザ溶接が行わ
れる場合がある。このレーザ溶接に際しては、通常、ロ
ボットの先端部に、レーザ光を照射するレーザ加工ヘッ
ドを取付けて、ロボットによって加工ヘッドをワークの
被溶接部（例えば板金のフランジ部）に沿って移動させ
ることにより行われ、得られた溶接部分は線状に連続さ
れた線溶接となる。

【０００３】上述のレーザ溶接に際しては、レーザ光の
焦点が被溶接部にきちんと位置することが必要となり、
焦点位置がレーザ光の光軸方向において被溶接部から大
きくずれると、溶接不良の原因となる。特開平８−９０
２６４号公報には、ロボット先端部に、被溶接部を押圧
する押圧ローラを設けて、レーザ光の焦点位置付近をこ
の押圧ローラで押圧しつつレーザ溶接すること、つまり
押圧ローラによって被溶接部の勝手な動きを規制して、
焦点が被溶接部にきちんと位置決めされるようにしよう
としたものが提案されている。そして、押圧ローラを、
加工ヘッドつまり焦点位置に対して、被溶接部の幅方向
（溶接方向とは直交する方向）にずらして配置したもの
や、溶接方向にずらして配置したものが開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記公報記載のよう
に、押圧ローラを被溶接部の幅方向にずらした場合は、
押圧ローラの幅分だけ被溶接部を長くしなければなら
ず、このことは、被溶接部となる板金のフランジ部の幅
が大きくなって、材料の歩留まりが悪くなる。

【０００５】押圧ローラを溶接方向にずらして配置した
場合は、上述のような被溶接部の幅が大きくなってしま
うという問題は生じないものの、押圧ローラの位置とレ
ーザ光の焦点位置とが溶接方向においてずれているた
め、焦点位置を被溶接部に精度よく位置決めすることが
難しくなる場合が往々にして生じてしまう。例えば、ワ
ークとしての板金が曲面を有するとき、特に３次元曲面
とされていると、板金の弾性変形（スプリングバック）
により、押圧ローラで押圧されている部分と押圧されて
いない部分とで、レーザ光の光軸方向位置がかなり大き
く相違してしまう事態を生じやすいものとなる。

【０００６】本発明は以上のような事情を勘案してなさ
れたもので、その目的は、ワークの被溶接部の幅を不必
要に大きくすることなく、レーザ光の焦点位置を被溶接
部にきちんと位置決めできるようにしたレーザ溶接装置
におけるティーチング方法、レーザ溶接方法およびレー
ザ溶接装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明にあっては、基本的に、ティーチングを利用
して、レーザ加工ヘッドの位置決めを行うようにしてあ
る。すなわち、本発明のレーザ溶接装置におけるティー
チング方法にあっては、特許請求の範囲の請求項１に記
載のように、ロボットの先端部にレーザ加工ヘッドを備
え、該加工ヘッドから照射されるレーザ光によってワー
クの溶接を行うレーザ溶接装置におけるティーチング方
法であって、前記加工ヘッドが、その光軸方向に変位可
能に設けられると共に、該加工ヘッドを該光軸方向に駆
動する駆動手段が設けられ、前記加工ヘッドに、該加工
ヘッドから照射されるレーザ光の焦点位置とワークとの
距離に関する値を測定する測定手段が設けられ、ロボッ
トにより前記加工ヘッドを溶接方向へ変位させつつ前記
測定手段による測定を行って、ロボット位置に対応した
前記測定手段による測定結果を得て、該測定結果が記憶
される、ようにしてある。上記ティーチングの好ましい
態様は、特許請求の範囲における請求項２、請求項３に
記載のとおりである。

【０００８】本発明のレーザ溶接方法にあっては、特許
請求の範囲の請求項４に記載のように、ロボットの先端
部にレーザ加工ヘッドを備え、該加工ヘッドから照射さ
れるレーザ光によってワークの溶接を行うレーザ溶接方
法であって、前記加工ヘッドが、その光軸方向に変位可
能に設けられると共に、該加工ヘッドを該光軸方向に駆
動する駆動手段が設けられ、前記加工ヘッドから照射さ
れるレーザ光の焦点位置とワークとの距離に関する値を
測定する測定手段が設けられ、ロボットにより前記加工
ヘッドを溶接方向へ変位させつつ前記測定手段による測
定を行って、ロボット位置に対応した前記測定手段によ
る測定結果を記憶する記憶手段が設けられ、前記記憶手
段に記憶されている記憶値に応じて前記駆動手段を制御
しつつ、レーザ溶接を行う、ようにしてある。

【０００９】本発明のレーザ溶接装置にあっては、特許
請求の範囲における請求項５に記載のように、ロボット
の先端部にレーザ加工ヘッドを備え、該加工ヘッドから
照射されるレーザ光によってワークの溶接を行うレーザ
溶接装置であって、前記加工ヘッドが、その光軸方向に
変位可能に設けられると共に、該加工ヘッドを該光軸方
向に駆動する駆動手段が設けられ、前記加工ヘッドから
照射されるレーザ光の焦点位置とワークとの距離に関す
る値を測定する測定手段が設けられ、ロボットにより前
記加工ヘッドを溶接方向へ変位させつつ前記測定手段に
よる測定を行って、ロボット位置に対応した前記測定手
段による測定結果を記憶する記憶手段が設けられ、前記
記憶手段に記憶されている記憶値に応じて前記駆動手段
を制御する制御手段が設けられている、ようにしてあ
る。上記装置を前提とした好ましい態様は、特許請求の
範囲における請求項６に記載のとおりである。

【００１０】

【発明の効果】請求項１によれば、ティーチングによっ
て、ロボット位置とレーザ光の焦点位置との対応関係が
記憶されているので、ティーチング後に実際のレーザ溶
接を行うときに、測定手段での測定結果に応じて記憶さ
れている記憶値を用いて駆動手段の制御、つまりロボッ
ト位置に対応した加工ヘッドの光軸方向位置を調整し
て、焦点位置を被溶接部にきちんと位置させることがで
きる。また、上記記憶値を得るのに用いる測定手段を加
工ヘッドに設けてあるので、得られる測定結果つまり記
憶値も、レーザ光の焦点位置に精度よく対応したものと
なる。勿論、ティーチングによって、ロボット位置に対
応した加工ヘッドの位置調整つまり焦点位置の調整を行
うので、被溶接部の幅が小さくても何等問題のないもの
となる。

【００１１】請求項２によれば、焦点位置からのずれ量
を記憶することにより、加工ヘッドの基本位置からの調
整量というものが容易に得られる。また、ずれ量が所定
の許容値範囲であるときは、加工ヘッドをいたずらに変
位させることも不用となるので、加工ヘッドの駆動制御
も容易となる。

【００１２】請求項３によれば、押圧手段を利用した被
溶接部の位置決めを利用して、得られる記憶値がより精
度のよいものとなる。勿論、押圧手段は、加工ヘッドに
対して溶接方向にずらした位置に配設してあるので、押
圧手段を設けたことに伴って被溶接部の幅を大きくする
必要もない。

【００１３】請求項４によれば、請求項１に記載された
ティーチングを利用したレーザ溶接を行って、レーザ光
の焦点が被溶接部にきちんと位置設定された状態で溶接
され、良好な溶接が得られる。

【００１４】請求項５によれば、請求項４に記載された
レーザ溶接方法、つまり請求項１に記載されたティーチ
ングを利用した溶接装置が提供される。請求項６によれ
ば、請求項３に対応した効果と同様の効果を得ることが
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１において、１はロボットハン
ドであり、その先端部には、ベ−ス部材２が固定されて
いる。ベ−ス部材２には、レーザ加工ヘッド３が、スラ
イダ４を介して上下方向（レーザ光の光軸方向）に変位
可能として保持されている。このスライダ４には、上下
方向に伸びるボルト部材５が螺合され、このボルト部材
５を駆動手段としてのモータ６によって正逆回転させる
ことによって、加工ヘッド３の上下方向位置が調整され
る。加工ヘッド３のベ−ス部材２に対する上下方向位置
は、モータ位置検出手段となるエンコーダ７によって検
出される。

【００１６】上記加工ヘッド３は、図示を略すレーザ光
発生装置から光ファイバを介してレーザ光が導入され
て、下方へ向けてレーザ光を照射するようになってい
る。ただし、図１ではティーチング時の状態を示してお
り、照射されるレーザ光に相当する部分には、ティーチ
ング時に用いる測定手段としての差動トランス１０が位
置されている。すなわち、図２に示すように、加工ヘッ
ド３の先端部からは、図２一点鎖線で示すようにレーザ
光Ｒが照射可能とされているが、当該加工ヘッド３の先
端部には、差動トランス１０が、ねじを利用して着脱自
在に取付けられ、この差動トランス取付時には、レーザ
光の照射が行われない。図２において、加工ヘッド３に
設けた雄ねじ部が符号１１で示され、差動トランス１０
に形成されて雄ねじ部１１に螺合される雌ねじ部が符号
１２で示される。

【００１７】差動トランス１０は、下方に伸びる測定子
１０ａを有する。測定子１０ａは、雌ねじ部１２が形成
された本体部１０ｂに対して、所定範囲上下動可能とさ
れ、常時スプリング等によって下方へ向けて付勢されて
いる。測定子１０ａの下端つまり先端が、加工ヘッド３
から照射されるレーザ光の丁度焦点位置に対応した位置
にあるときに、測定子１０ａの上下方向位置が中立位置
とされる。測定子１０ａが、上記中立位置から上方ある
いは下方へずれたときに、この中立位置からのずれ量に
応じた信号が、差動トランス１０から出力される。

【００１８】前記ベ−ス部材２には、押圧手段としての
押圧ローラ２１が保持されている。この押圧ローラ２１
は、支持ロッド２２を介して、押圧源としての例えばエ
アシリンダ２３のピストンロッド２３ａに固定されてい
る。エアシリンダ２３は、所定の一定力でもって、押圧
ローラ２１を下方へ付勢する。

【００１９】図１において、３１はレーザ溶接されるワ
ークであり、実施形態では、自動車ボディを構成するイ
ンナパネルのフランジ部３１Ａとアウタパネルのフラン
ジ３１Ｂとが示される。この両フランジ部３１Ａと３１
Ｂとが、被溶接部となるもので、互いに重合された状態
でレーザ溶接されるものとなっている。フランジ部３１
Ａ、３１Ｂは、図１左右方向に伸びており、この左右方
向がレーザ溶接される溶接方向となる。後述するティー
チングおよびその後のレーザ溶接の際には、フランジ部
３１Ａ、３１Ｂは、溶接方向に間隔をあけて複数設けら
れた治具３２によって、下方から支承されるようになっ
ている。前記押圧ローラ２１は、加工ヘッド３に対し
て、溶接方向に若干ずれた位置に配設されているが、幅
方向（図１紙面直角方向）にはずれていない位置となる
ように、位置設定されている。

【００２０】図１中Ｕは、マイクロコンピュ−タを利用
して構成された制御手段としてのコントロ−ラ（制御ユ
ニット）である。このコントロ−ラＵには、ロボット位
置（ロボットハンド位置で、ベ−ス部材２の位置、加工
ヘッド３の位置に対応）を示す信号が入力される。ま
た、コントロ−ラＵには、エンコーダ７からの信号と、
差動トランス１０からの信号とが入力される。コントロ
−ラＵからは、モータ６に対して駆動制御信号が出力さ
れる。

【００２１】次に、図１を参照しつつ、ティーチング方
法およびその後のレーザ溶接方法について説明する。先
ず、ティーチングの際には、加工ヘッド３に、差動トラ
ンス１０が固定される。この状態で、ロボットつまりロ
ボットハンド１が、フランジ部３１Ａ、３１Ｂの溶接開
始位置から溶接終了位置へ向けて、溶接方向に沿って移
動される。このとき、押圧ローラ２１は、フランジ部３
１Ａ、３１Ｂを下方へ向けて押圧しつつ、上側に位置す
るフランジ３１Ａ上において溶接方向へ移動される。上
記移動に伴って、測定子１０ａの先端も、上側のフラン
ジ部３１Ａ上面に接触しつつ、溶接方向に移動される。
なお、溶接開始位置では、測定子１０ａがレーザ光焦点
位置に対応した中立位置となるように初期設定した状態
から、ロボット位置を変更していくことが、溶接開始位
置の当初から大きなずれ量が発生しないようにさせる上
で好ましいものとなる。

【００２２】上記移動の際、ロボット位置に応じた差動
トランス１０からの出力値が、コントロ−ラＵに装備さ
れた記憶手段に記憶されていく。すなわち、ロボット位
置（溶接方向の変位位置）と、フランジ部３１Ａ、３１
Ｂの上下方向変位位置（実際には、レーザ光の焦点位置
に対応した測定子１０ａの中立位置からの上下方向のず
れ量）との対応関係が記憶される。なお、記憶する際、
上記ずれ量が所定の許容値（例えば１ｍｍ）よりも小さ
いときは、ずれは無し（ずれ量が零）というように記憶
しておくのが好ましい（レーザ光の焦点は、光軸方向に
所定長さ有し、この所定長さを勘案して上記許容値が設
定される）。

【００２３】溶接開始位置から溶接終了位置までの全て
のロボット位置について、フランジ部３１Ａ、３１Ｂの
上下方向変位位置の対応関係を得る（記憶する）ことに
よって、ティーチングが終了する。

【００２４】ティーチングが終了した後は、図１の状態
から差動トランス１０が取外された状態で、実際にレー
ザ溶接が行われる。このとき、加工ヘッド３がロボット
位置に対応した上下方向位置となるように、コントロ−
ラＵによってモータ６の駆動が制御される。すなわち、
ロボット位置に対応して記憶されているずれ量を補償し
て、レーザ光の焦点がフランジ部３１Ａ、３１Ｂの重合
部分に位置するように、加工ヘッド３の上下方向位置が
制御される。より具体的には、記憶されているずれ量が
基準位置よりも例えば上方へずれているときは、そのま
まではレーザ光の焦点がフランジ部３１Ａ、３１Ｂより
も上方へずれたことになるので、記憶されているずれ量
の分だけ加工ヘッド３が下方へ変位される（記憶されて
いるずれ量が基準位置よりも下方のときは、加工ヘッド
３が上方へ変位される）。記憶されているずれ量の分だ
け加工ヘッド３を変位させる制御が、エンコーダ７から
の出力を用いてフィ−ドバック制御される。

【００２５】以上実施形態について説明したが、本発明
はこれに限らず、例えば次のような場合をも含むもので
ある。ティーチングのときに用いる測定手段としては、
差動トランス１０に限らず、レーザ光を利用した光学式
のもの等適宜の形式のものを利用することができる。測
定手段を、加工ヘッド３からの溶接用レーザ光の照射の
邪魔にならない位置に設けて、測定手段を、ティーチン
グ時のみならず、レーザ溶接の実行の際にもそのまま加
工ヘッド３に取付けたままとすることもできる。

【００２６】押圧ローラ２１は、実施形態では、加工ヘ
ッド３に対して溶接方向前方側に設けたが、溶接方向後
方側に設けるようにしてもよく、また溶接方向において
前後両方に設けることもできる。勿論、押圧手段として
は、転動されるローラ２１を用いることなく、被溶接部
に対して慴動される形式とすることもできるが、ローラ
を用いるのが、被溶接部に対する移動抵抗低減の上で好
ましいものとなる。なお、本発明は、押圧手段を有しな
いものであってもよい。

【００２７】被溶接部つまりレーザ溶接されるワークと
しては、自動車ボディ構成用部材に限らず、レーザ溶接
可能なものであれば、適宜の部材とすることができる。
ロボット位置に対応して記憶される記憶値としては、レ
ーザ光焦点位置に対応した中立位置からのずれ量に限ら
ず、任意に設定された位置からの加工ヘッド３（つまり
レーザ光の焦点位置）の上下方向位置であってもよい
（例えばロボット位置を示す原点位置からの高さ位
置）。本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質
的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供
することをも暗黙的に含むものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すもので、ティーチン
グ時の状態を示す側面図。

【図２】加工ヘッドに対して差動トランスを着脱自在に
取付けるための一例を示す一部断面側面図。

【符号の説明】

１：ロボットハンド ２：ベ−ス部材 ３：加工ヘッド ６：モータ（駆動手段） １０：差動トランス（測定手段） １０ａ：測定子 ２１：押圧ローラ（押圧手段） ３１：ワーク ３１Ａ、３１Ｂ：フランジ部（被溶接部） Ｕ：コントロ−ラ（制御手段） Ｒ：レーザ光

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットの先端部にレーザ加工ヘッドを備
   え、該加工ヘッドから照射されるレーザ光によってワー
   クの溶接を行うレーザ溶接装置におけるティーチング方
   法であって、 前記加工ヘッドが、その光軸方向に変位可能に設けられ
   ると共に、該加工ヘッドを該光軸方向に駆動する駆動手
   段が設けられ、 前記加工ヘッドに、該加工ヘッドから照射されるレーザ
   光の焦点位置とワークとの距離に関する値を測定する測
   定手段が設けられ、 ロボットにより前記加工ヘッドを溶接方向へ変位させつ
   つ前記測定手段による測定を行って、ロボット位置に対
   応した前記測定手段による測定結果を得て、該測定結果
   が記憶される、ことを特徴とするレーザ溶接装置のティ
   ーチング方法。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記測定手段によって得られる測定結果が、所定の基準
   値に対するずれ量とされており、 前記ずれ量が所定の許容値を越えているときに、ロボッ
   ト位置に対応するずれ量が記憶される、ことを特徴とす
   るレーザ溶接装置のティーチング方法。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、 ロボットの先端部に、前記加工ヘッドに対して前記溶接
   方向においてずれた位置において、ワークの被溶接部を
   押圧する押圧手段が設けられ、 前記測定手段による測定が、前記押圧手段によって前記
   被溶接部を押圧しつつ行われる、ことを特徴とするレー
   ザ溶接装置のティーチング方法。
4. 【請求項４】ロボットの先端部にレーザ加工ヘッドを備
   え、該加工ヘッドから照射されるレーザ光によってワー
   クの溶接を行うレーザ溶接方法であって、 前記加工ヘッドが、その光軸方向に変位可能に設けられ
   ると共に、該加工ヘッドを該光軸方向に駆動する駆動手
   段が設けられ、 前記加工ヘッドから照射されるレーザ光の焦点位置とワ
   ークとの距離に関する値を測定する測定手段が設けら
   れ、 ロボットにより前記加工ヘッドを溶接方向へ変位させつ
   つ前記測定手段による測定を行って、ロボット位置に対
   応した前記測定手段による測定結果を記憶する記憶手段
   が設けられ、 前記記憶手段に記憶されている記憶値に応じて前記駆動
   手段を制御しつつ、レーザ溶接を行う、ことを特徴とす
   るレーザ溶接方法。
5. 【請求項５】ロボットの先端部にレーザ加工ヘッドを備
   え、該加工ヘッドから照射されるレーザ光によってワー
   クの溶接を行うレーザ溶接装置であって、 前記加工ヘッドが、その光軸方向に変位可能に設けられ
   ると共に、該加工ヘッドを該光軸方向に駆動する駆動手
   段が設けられ、 前記加工ヘッドから照射されるレーザ光の焦点位置とワ
   ークとの距離に関する値を測定する測定手段が設けら
   れ、 ロボットにより前記加工ヘッドを溶接方向へ変位させつ
   つ前記測定手段による測定を行って、ロボット位置に対
   応した前記測定手段による測定結果を記憶する記憶手段
   が設けられ、 前記記憶手段に記憶されている記憶値に応じて前記駆動
   手段を制御する制御手段が設けられている、ことを特徴
   とするレーザ溶接装置。
6. 【請求項６】請求項５において、 ロボットの先端部に、前記加工ヘッドに対して前記溶接
   方向にずれた位置において、ワークの被溶接部を押圧す
   る押圧手段が設けられ、 前記測定手段による測定およびレーザ光による溶接が、
   前記押圧手段によって前記被溶接部を押圧しつつ行われ
   る、ことを特徴とするレーザ溶接装置。