JPH0380596B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はレーザービームによるスポツト溶接
方法に関する。

〔従来技術〕

レーザービームの整合焦点は高出力を生むの
で、一般的な金属加工や、ペネトレーシヨン効果
を要する溶接加工などにレーザーは有効に利用さ
れている。レーザービームの有する利点は、かな
り離れた所にまでほどんどエネルギー損失なく容
易に空中伝播できるところにあり、したがつて、
作業場内に分散設置された多数の作業部所に時分
割供給することができる。また同様に、レーザー
を用いれば大きな加工部材の至る箇所に連続して
スポツト溶接を行なえるので、例えば、自動車の
車体などの重畳金属板の一次的な溶接に利用する
ことができる。この種の溶接には、従来より抵抗
溶接が二通りの方法で用いられている。その一つ
は、一箇所ごと別個に溶接する方法で、溶接機材
として固定具及びその支持台、大きな断面を有す
るケーブル、変圧器、電力供給及び操作装置など
を要し、溶接箇所と同数の溶接装置を必要とする
ものである。もう一つは、溶接装置を搭載したロ
ボツトを一台ないしは複数台使用する方法で、一
台のロボツトで何箇所かの溶接作業を行なわせる
方法である。この方法では、多数の溶接機材がロ
ボツトにより、移動要素の機械的応力の限界内で
可能な最短時間で一挙に移動させられる。

レーザービームを使用すれば、単一源からのエ
ネルギー分散が可能なため、レーザー光を平行す
る複数のレーザービームに分散し、各レーザービ
ームをそれぞれ位置対応する焦点調整装置に投射
すれば、重畳加工部材の垂直上方に位置する該焦
点調整装置によりレーザービームが加工部材上に
焦点整合され、ペネトレーシヨン効果を有する高
出力整合焦点により重畳加工部材が複数箇所で溶
接されるようになる。例えば、第１図に示すよう
に、レーザービームの光軸上への出し入れが自在
な複数（図示の例では３枚）の平面鏡１を一列に
配置し、ジエネレータ３から照射されるレーザー
ビーム２を各平面鏡１により順次反射させ、各平
面鏡１の垂直下方に位置する焦点調整装置４，
５，６に順次導くように構成すれば、前記のロボ
ツトを使用する等の方法に比し、溶接機材の移動
作業等の省略化が図れ、溶接作業が簡略化され
る。また、こうした方法においては、溶接される
重畳加工部材７に十分な断面積を有する溶接部７
_１を形成することが重要な要因となるが、溶接部
７₁を別個多数形成するには技術的にも経済的に
も無理な面があるため、重畳加工部材７上に整合
されるレーザービームの焦点に円軌道を描かせる
ことで、溶接部７₁の断面積増加による継手強化
が図られている。このため、各溶接ヘツドにモー
タ４₁，５₁，６₁を連結したり、焦点調整装置４，
５，６内にレンズ、凹面鏡等の可動部材を搭載
し、溶接ヘツドや可動部材をモータ駆動により回
転運動させることで、レーザービームの整合焦点
に円軌道を描かせる方法が従来からとられてい
る。しかしながらこの従来法によれば、各焦点調
整装置４，５，６ごとに回転駆動装置及びそれら
の操作装置を取り付ける必要があるため、溶接装
置全体としての構造が大型化すること、レーザー
ビームの平面鏡による反射位置等に基づき各駆動
装置の作動制御を行なう必要があるため、機構が
複雑になることなどの欠点があつた。

〔問題を解決するための手段〕

この発明は上記欠点を解決すべくなされたもの
であつて、溶接装置全体としての構造簡略化を図
れるレーザービームによるスポツト溶接方法を提
供することを目的とし、その特徴とするところ
は、ジエネレータから放射されるレーザービーム
の光軸を移動制御し、この移動レーザービームを
静止式焦点調整装置に送り込み、移動レーザービ
ームの移動態様に対応した移動軌跡を、焦点調整
装置により加工部材上に整合されるレーザービー
ムの焦点に描かせるようにしたところにある。

また、この発明方法によれば、ジエネレータか
ら放射されるレーザービームは、その放射光軸に
対して平行移動、又は回転移動走査される。そし
て、レーザービームは一平面上に移動走査され
る。

〔作用及び効果〕

この発明法においては、静止式の焦点調整装置
を使用し、この焦点調整装置への入射前にレーザ
ービーム自体を移動走査するようにしているの
で、各焦点調整装置に設けた可動部材等を移動操
作してビームの焦点位置を移動させることが必要
なく、装置全体の小型化及び操作の簡略化が図れ
る。

尚、焦点調整装置には、入射レーザービームの
ビーム径や走査経路に応じて、ビームの焦点を所
望位置に整合すべくその形状、寸法を調整した
種々のレンズや鏡を使用するが、これらの選択は
使用レーザービームの出力に応じて決定されるも
のである。

〔実施例〕

この発明の一実施例を図面を参照しつつ以下詳
細に説明する。

第２図に示す装置は、重畳加工部材８，９間に
スポツト溶接部を遂次円形状に形成するレーザー
溶接装置である。

レーザー発生装置１０から放射されるレーザー
ビーム１１は、その光軸が装置１２により軸１３
に平行、かつ該軸１３回りに回転させられる。前
記軸１３上には複数個の平面鏡１５，１６，１７
が配列されている。これら各平面鏡は軸上及び軸
外への位置変更が可能で、軸上に位置する際に
は、装置１２から送り出されるレーザービーム１
４がそれに反射し、各平面鏡１５，１６，１７に
相当する焦点調整装置１５₁，１６₁，１７₁に導
かれるようにその軸上位置が設定されている。

平面鏡１５，１６，１７で反射すると共に、軸
１９回りに回転するレーザービーム１８は、前記
焦点調整装置１５₁，１６₁，１７₁に入るとそこ
で焦点調整が行なわれ、重畳加工部材８，９上面
の点２０にその焦点が合わされる。この点２０は
入射ビーム１８の円軌跡に応じた円軌道を重畳加
工部材上面に描くこととなる。こうして重畳加工
部材８，９上面をその焦点が漸進的に円軌道を描
くレーザービームにより、重畳加工部材８，９は
その接触面に沿つて融接されていき、焦点２０の
描く円軌道の直径と実質的に一致する直径からな
る溶接点が形成される。

このように、焦点調整装置を静止要素のみから
構成したことにより、その構造及び組立てが簡略
化され、とりわけそのかさが減じられるので、該
装置の設置間隔ひいては溶接点の形成間隔をせば
めることができ、重畳加工部材間の継手を強化す
ることができると共に、重畳加工部材の位置決め
や握り等の工具の操作スペースも十分確保できる
ようになる。

第２図においては、装置１２によりレーザービ
ームを軸１３に平行、かつ該軸１３回りに回転さ
せるようにしているが、装置１２から送り出され
るレーザービームを軸１３を枢軸として旋回さ
せ、円軌道若しくはその他適当な軌道を描かせる
ようにすることも可能である。

第３図に装置１２の一実施例を示す。この装置
１２によれば、ジエネレータ１０から発せられた
ビーム１１が２つの平面鏡２１，２２により連続
して反射される。これら２つの平面鏡２１，２２
は、相直交する２つの軸２１₁，２２₁にそれぞれ
一端を枢支されると共に、他端が機械式伝導装置
２４₁，２５₁を介して電気モータ２３により駆動
される歯車２４，２５にそれぞれ連結されてい
る。したがつて、電気モータ２３の作動により２
つの平面鏡２１，２２は枢支軸回りに揺動され、
両平面鏡２１、２２の揺動角速度が同一、かつ、
両平面鏡２１，２２の位相が90°異なる条件の下
においては、前記軸１３がレーザービーム１４の
回転軸となる。すなわち、装置１２に入るビーム
１１と装置１２から出ていくビーム１４との並進
が保持されつつ、ビーム１４の軸１３回りの回転
移動が獲得される。当然の如く、前記角速度や位
相等の条件を変更すれば、レーザービーム１４に
違つた移動形態をとらせることができる。

第４図に複数の鏡から構成される焦点調整装置
１５₁，１６₁，１７₁を示す。図において、装置
１２から第１平面鏡２６に送りこまれたレーザー
ビーム１４は、該平面鏡２６により反射し、多数
の凹面鏡２７₁から構成される多面鏡２７上に導
かれる。各凹面鏡２７₁に導かれたレーザービー
ムは次いで、溶接加工される重畳加工部材の上面
にその焦点を合わされる。また、隣接する凹面鏡
２７₁により調整されたレーザービームの焦点が、
重畳加工部材表面上に円軌跡を描くべく前記多面
鏡２７は構成されている。したがつて、ビーム１
４が軸１３回りに一回転する間に、平面鏡２６に
より反射したビーム１４が連続して隣接各凹面鏡
２７₁上に導かれ、ビーム１４の焦点が面２８上
に次々と間隔をあけて合わせていくので、焦点位
置２８₁上に形成される各スポツト溶接部が統合
し、重畳加工部材間には第８図に示されるような
一つのスポツト溶接部２９が形成される。そし
て、このスポツト溶接部２９は適度の接合面積を
有するため、両加工部材間の強連結が確保される
のである。

第４図乃至第６図に示されるような多面鏡２７
を使用した方法によると、円軌道走査されるレー
ザービームにより形成されるスポツト溶接部２９
は、第９図に示される如く、一連のスポツト溶接
部３０が重なり合つた菊花紋状に形成される。し
かし、こうした多面鏡２７の代りに、ビームの入
射角に応じてビームを同一平面上に焦点調整でき
るような円環状等の反射面を有する鏡を使用すれ
ば、重畳加工部材に切れ目のない融接連続ライ
ン、例えば連続円ラインを形成することもでき
る。この場合には、累積熱伝導により該円ライン
に沿つて半径方向に融接部が生長するので、レー
ザービームの焦点走査円経路の径とほぼ等しい径
を有する円形面３１に沿つて両加工部材が溶接さ
れるようになる。この種の鏡を第１１図に例示す
る。鏡３２の反射面３２₁はトーリツク凹面に構
成され、軸１３回りに回転走査されるレーザー入
射ビームが鏡３２により連続的に平面３３上に焦
点調整され、その焦点軌道が該平面３３上に円ラ
インを描くようになつている。

この発明においては、静止式の焦点調整装置と
してレンズを使用することも可能である。これを
第７図に例示する。

レンズ３４は、移動走査される投射レーザービ
ームを受光する凸面状の上面３４₁と、レーザー
ビームが通過する多面ピラミツド状の下面３４₂
とから成つており、凸面ないしは凹面の下面３４
_２各面を通過するレーザービームが同一平面上に
焦点調整され、しかもその焦点が該平面上に不連
続円ラインを描くように構成されている。勿論、
焦点調整面上に連続円ラインを描かせるようにす
ることも可能であり、この場合には、第１２図に
例示する如く、レンズ３６を凸面状の上面８６₁
と、通過ビームに円軌道を描かせる、例えば、平
面又は曲面（凸面ないしは凹面）を母面に有する
円錐面からなる下円３６₂とから構成すればよい。

重畳加工部材にスポツト溶接部ではなく、溶接
ラインを形成したいような場合には、第１３図に
示すように、レーザー発生装置から照射されるレ
ーザービーム３８を、まず平面鏡３７上に移動走
査する。このビーム移動走査は、第２図又は第３
図に示した方法を線形移動走査用に調節したもの
で行なうことができる。平面鏡３７上に投射され
たレーザービーム３８は反射し、多面鏡３９上に
導かれ、そして平面上に焦点調整される。この多
面鏡３９は一連の例えば凹面鏡３９₁から構成さ
れ、したがつて、平面鏡３９上を移動走査される
レーザービーム３８は順次隣接する凹面鏡３９₁
に導かれ、平面上には焦点４０により不連続線が
描かれる。

【図面の簡単な説明】

図面はこのようの実施例を示すものであつて、
第１図は従来の溶接装置の概略線図、第２図はこ
の発明に使用される装置の側面線図、第３図はレ
ーザービームを回転移動走査する装置の一実施例
を示す斜視線図、第４図は凹面多面鏡を具備する
装置の斜視図、第５図は第４図の凹面多面鏡の正
面図、第６図は第５図の線−に沿つての断面
図、第７図は多面レンズからなる焦点調整装置を
示す側面図、第８図はこの発明により形成された
スポツト溶接部を示す断面図、第９図は同平面
図、第１０図は別態様のスポツト溶接部の正面
図、第１１図は別態様の焦点調整用鏡の斜視図、
第１２図は別態様の焦点調整用レンズの斜視図、
第１３図は一連の凹面鏡からなる焦点調整用凹面
多面鏡の斜視図である。 １０……レーザービーム発生装置、１１……レ
ーザービーム、１３……軸、１４，１８……移動
レーザービーム、１５，１６，１７……平面鏡、
１５₁，１６₁，１７₁……焦点調整装置、３４，
３６……レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザービーム発生装置から放射されるレー
   ザービームを、少なくとも一つの装置に導き、該
   装置により前記レーザービームの焦点を加工部材
   上に整合する方法であつて、前記レーザービーム
   発生装置から放射されるレーザービームを移動走
   査し、この移動走査されるレーザービームを静止
   式焦点調整装置に導き、加工部材上にレーザービ
   ームの焦点を整合させると共に、該整合焦点に前
   記焦点調整装置に導かれるレーザービームの移動
   走査に応じた移動軌跡を加工部材上に描かせるよ
   うにしたことを特徴とするレーザービームによる
   スポツト溶接方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のレーザービーム
   によるスポツト溶接方法であつて、レーザービー
   ム発生装置から放射されるレーザービームを、そ
   の放射軸に対して平行移動走査することを特徴と
   する方法。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載のレー
   ザービームによるスポツト溶接方法であつて、レ
   ーザービームを回転移動走査することを特徴とす
   る方法。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項のうちいず
   れかに記載のレーザービームによるスポツト溶接
   方法であつて、レーザービームを一平面内に移動
   走査することを特徴とする方法。