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技術 レーザ溶着装置

出願人 ハジメ産業株式会社
発明者 生駒潤一
出願日 2014年4月28日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2014-092917
公開日 2015年11月24日 (3年7ヶ月経過) 公開番号 2015-208958
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等のライニング、接合
主要キーワード 照射開始点 シミレーション 溶着対象 レーザ溶着装置 加圧シリンダー 適否判断 ワークホルダー 溶着作業
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年11月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

作業者習熟度に大きく影響されることなく、溶着適否判断をすることが可能なレーザ溶着装置を提供する。

解決手段

レーザ光照射された時から予め設定された第1所定時間T1が経過した時を基準時として、当該基準時から予め設定された第2所定時間T2が経過する時までを計測時間T3とする。そして、計測時間T3内に温度検出部9にて検出された検出温度Tmが、予め設定された温度範囲Tw内である場合に溶着部が溶着したと判断し、計測時間T3内に検出された検出温度Tmが温度範囲Tw外となった場合には溶着部が溶着していないと判断する。

概要

背景

例えば、特許文献1に記載の溶着装置では、溶着部通電完了温度と通電中(加熱中)の溶着部温度との温度差を表示する機能を備えている。

概要

作業者習熟度に大きく影響されることなく、溶着適否判断をすることが可能なレーザ溶着装置を提供する。レーザ光照射された時から予め設定された第1所定時間T1が経過した時を基準時として、当該基準時から予め設定された第2所定時間T2が経過する時までを計測時間T3とする。そして、計測時間T3内に温度検出部9にて検出された検出温度Tmが、予め設定された温度範囲Tw内である場合に溶着部が溶着したと判断し、計測時間T3内に検出された検出温度Tmが温度範囲Tw外となった場合には溶着部が溶着していないと判断する。

目的

本発明は、上記点に鑑み、作業者の習熟度に大きく影響されることなく、溶着の適否判断をすることが可能なレーザ溶着装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

レーザ光にてワークを加熱溶着するレーザ溶着装置において、レーザ光を出射する発光部と、レーザ光が照射された部位(以下、溶着部という。)の温度を検出する非接触式温度検出部と、前記溶着部が溶着したか否かを判断する判断部であって、レーザ光が照射された時から予め設定された第1所定時間が経過した時を基準時として、当該基準時から予め設定された第2所定時間が経過する時までを計測時間としたとき、前記計測時間内に前記温度検出部にて検出された検出温度が、予め設定された温度範囲内である場合に前記溶着部が溶着したと判断し、前記計測時間内に検出された前記検出温度が前記温度範囲外となった場合には前記溶着部が溶着していないと判断する判断部とを備えることを特徴とするレーザ溶着装置。

請求項2

前記温度検出部は、赤外線受光する受光部、及び前記受光部で受光した赤外線のうち、予め設定された範囲の波長を有する赤外線を利用して前記溶着部の温度を検出する検出部を有することを特徴とする請求項1に記載のレーザ溶着装置。

請求項3

作業者に情報を報知する報知部を備え、前記判断部は、前記溶着部が溶着していないと判断したときには、前記報知部を作動させるとともに、前記発光部を停止させることを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザ溶着装置。

請求項4

レーザ光が照射される部位に向けて冷却用媒体を供給する冷却部を備えることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のレーザ溶着装置。

技術分野

0001

本発明は、レーザ光照射してワークを溶着するレーザ溶着装置に関する。

背景技術

0002

例えば、特許文献1に記載の溶着装置では、溶着部通電完了温度と通電中(加熱中)の溶着部温度との温度差を表示する機能を備えている。

先行技術

0003

特開平6−31811号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1に記載の溶着装置では、表示される温度差を作業者目視にて確認しながら溶着作業を行うものである。このため、溶着の適否判断は、作業者の習熟度に大きく影響される。

0005

本発明は、上記点に鑑み、作業者の習熟度に大きく影響されることなく、溶着の適否判断をすることが可能なレーザ溶着装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、上記目的を達成するために、レーザ光にてワークを加熱溶着するレーザ溶着装置において、レーザ光を出射する発光部(7)と、レーザ光が照射された部位(以下、溶着部という。)の温度を検出する非接触式温度検出部(9)と、溶着部が溶着したか否かを判断する判断部であって、レーザ光が照射された時から予め設定された第1所定時間(T1)が経過した時を基準時として、当該基準時から予め設定された第2所定時間(T2)が経過する時までを計測時間としたとき、計測時間(T3)内に温度検出部(9)にて検出された検出温度(Tm)が、予め設定された温度範囲(Tw)内である場合に溶着部が溶着したと判断し、計測時間(T3)内に検出された検出温度(Tm)が温度範囲外となった場合には溶着部が溶着していないと判断する判断部(11)とを備えることを特徴とする。

0007

これにより、本発明では、第2所定時間(T2)が経過する時までの間において、検出温度(Tm)が温度範囲外となった場合には溶着部が溶着していないと判断される。また、第2所定時間(T2)が経過する時までの間において、検出温度(Tm)が温度範囲(Tw)内である場合に溶着部が溶着したと判断される。したがって、作業者の習熟度に大きく影響されることなく、溶着の適否判断をすることができる。

0008

因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段段等に限定されるものではない。

図面の簡単な説明

0009

(a)及び(b)は本発明の実施形態に係るレーザ溶着装置1の概念図である。
検出温度Tmと時間経過との関係を示す図である。
本発明の実施形態に係るレーザ溶着装置1の溶着判断を示すフローチャートである。

実施例

0010

以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではない。

0011

本実施形態は、溶着対象となる2つのワークを回転させながら、それらワークを溶着するレーザ溶着装置に本発明を適用したものである。各図に付された方向を示す矢印等は、各図相互の関係を理解し易くするために記載したものである。本発明は、各図に付された方向に限定されるものではない。

0012

少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「2つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも1つ設けられている。以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。

0013

1.レーザ溶着装置の概略構成
本実施形態に係るレーザ溶着装置1は、図1(a)に示すように、鉛直方向(上下方向)に直列に並べられた2つのワークW1、W2をレーザ光にて加熱して溶着する。2つのワークW1、W2は、鉛直方向と平行な軸線L1を中心に回転しながらレーザ光により溶着される。

0014

下部ワークホルダー3Aは下側のワークW2が載置される回転テーブルである。当該下部ワークホルダー3Aは、サーボモータ等の電動モータ5から回転力が供給されて回転駆動される。なお、本実施形態では、下部ワークホルダー3Aは、減速機等の動力伝達機構を介すことなく、電動モータ5から直接的に駆動力を得ている。

0015

上部ワークホルダー3Bは、上側に配置されたワークW1を下側のワークW2に押し付けるための回転体であって、ワークW1と一体的に回転可能である。加圧シリンダー3Cは上部ワークホルダー3BをワークW1に押し付ける押圧力を発揮する。これにより、ワークW1はワークW2に押圧される。

0016

発光部7はレーザ光を出射する。当該レーザ光は、ワークW1とワークW2との接合部に向けて出射される。これにより、ワークW1及びワークW2のうちレーザ光が出射された部位が溶融して両者が溶着する。

0017

なお、本実施形態に係るワークW1、W2は、レーザ光の透過率が高い樹脂(例えば、ポリアミド612等)製である。これは、発光部7は、ワークW1、W2の外側側、つまり外表面側からレーザ光を照射するのに対して、本実施形態では、ワークW1とワークW2との接合部は、外表面より内側にずれた部位に位置しているからである。

0018

レーザ光は、ワークW1、W2を1回転(360度)以上回転させながら照射される。なお、本実施形態では、レーザ光の照射開始点から450度回転した位置までレーザ光が照射される。これは、照射開始点においてワークW1、W2の温度が過度に上昇することを抑制するためである。

0019

図1(b)に示すように、レーザ溶着装置1には温度検出部9が設けられている。温度検出部9は、レーザ光が照射された部位(以下、溶着部という。)の温度を検出する非接触式である。

0020

本実施形態に係る温度検出部9は受光部9A及び検出部9B等を有する。受光部9Aは赤外線を受光する。検出部9Bは、受光部9Aで受光した赤外線のうち予め設定された特定範囲波長を有する赤外線を利用して溶着部の温度を検出する。

0021

なお、上記「特定範囲の波長を有する赤外線」とは、外表面より内側にずれた部位に位置する「溶着部」から発せられる赤外線を意図する。つまり、発光部7から出射されるレーザ光は溶着部にて最も収束する。

0022

このため、溶着部とそれ以外の部位とでは、放射される赤外線の波長が異なる。そこで、本実施形態では、予め実機試験又はコンピュータを用いた数値シミレーションにより溶着部から発せられる赤外線の波長範囲調査し、その波長範囲の赤外線を利用して溶着部の温度を検出する。

0023

判断部11は溶着部が溶着したか否かの判断(以下、溶着判断ともいう。)をする。なお、本実施形態に係る判断部11は、CPU、ROM及びRAM等を有するコンピュータにて構成されたものであって、ROM等の不揮発性記憶部に予め記憶されたプログラムに従って溶着破断をする。

0024

そして、判断部11は、溶着部が溶着していないと判断したときには、報知部13を作動させるとともに、発光部7を停止させる。報知部13は作業者に情報を報知する。本実施形態に係る報知部13は、音声及び画像(文字も含む。)にて作業者に情報を報知する。

0025

冷却部15は、レーザ光が照射される部位(以下、照射部位という。)に向けて冷却用媒体を供給して当該部位を冷却する。本実施形態に係る冷却部15は、冷却用の媒体として空気を用いているとともに、空気をジョット流として照射部位に吹き付けている。

0026

本実施形態では、ワークW1、W2を中心に等間隔で複数の冷却部15が配設されている。具体的には、軸線L1を中心に120度間隔で3つに冷却部15が配設されている。
2.溶着判断
判断手法概要図2参照)>
判断部11は、以下のようにして溶着判断を実行する。

0027

すなわち、レーザ光が照射された時から予め設定された第1所定時間T1が経過した時を基準時として、当該基準時から予め設定された第2所定時間T2が経過する時までを計測時間T3とする。

0028

そして、判断部11は、計測時間T3内に温度検出部9にて検出された検出温度Tmが、予め設定された温度範囲Tw内である場合に溶着部が溶着したと判断する。また、判断部11は、計測時間T3内に検出された検出温度Tmが温度範囲Tw外となった場合には溶着部が溶着していないと判断する。

0029

<判断作動(図3参照)>
図3は、溶着判断を行う際に判断部11で実行される制御を示すフローチャートである。当該制御を実行するためのプログラムは、ROM等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。

0030

図3に示す制御は、発光部7からレーザ光が出射された時に判断部11のCPUに読み込まれて実行される。発光部7からレーザ光が出射されると、判断部11が有するタイマー部(図示せず。)によってレーザ光が照射された時からの経過時間が計時される。

0031

そして、当該計時された時間(以下、計時時間という。)が第1所定時間T1を経過したか否かが判断される(S1)。計時時間が第1所定時間T1未満であると判断された場合には(S1:NO)、再び、S1が実行される。

0032

計時時間が第1所定時間T1以上であると判断された場合には(S1:YES)、検出温度Tmが温度範囲Tw内にあるか否かが判断される(S3)。検出温度Tmが温度範囲Tw内にないと判断された場合には(S3:NO)、溶着不良が発生した旨が報知部13を介して報知されるとともに、発光部7が停止させられる(S5)。

0033

検出温度Tmが温度範囲Tw内にあると判断された場合には(S3:YES)、第1所定時間T1が経過した時から第2所定時間T2が経過したか否かが判断される(S7)。第2所定時間T2が経過していないと判断された場合には(S7:NO)、再び、S3が実行される。

0034

第2所定時間T2が経過したと判断された場合には(S7:YES)、正常に溶着が終了した旨が報知部13を介して報知された後(S9)、レーザ溶着装置1が停止して本制御が終了する。

0035

3.本実施形態に係るレーザ溶着装置の特徴
本実施形態では、第2所定時間T2が経過する時までの間において、検出温度Tmが温度範囲外となった場合には、その時点で溶着部が溶着していないと判断される(S3:NO)。第2所定時間T2が経過する時までの間において、検出温度Tmが温度範囲Tw内である場合に溶着部が溶着したと判断される(S3:YES)。したがって、作業者の習熟度に大きく影響されることなく、溶着の適否判断をすることができる。

0036

すなわち、検出温度Tmは、図2に示すように、微視的に変動しながら巨視的には上昇していく。このとき、仮に第1所定時間T1が経過する前に検出温度Tmが大きく上昇すると、検出温度Tmが温度範囲Twより上方側に大きく外れる。そして、この場合には、溶着部の温度が過度に上昇しているので、熱変形等の溶着不良が発生している可能性が高い。

0037

仮に第1所定時間T1が経過した時点で検出温度Tmが温度範囲Twを下回っている場合には、ワークW1とワークW2とが十分に溶着しておらず、溶着不良(接合強度不足)が発生している可能性が高い。

0038

なお、第1所定時間T1、第2所定時間T2及び温度範囲Twは、試作試験により予め決められる値である。したがって、ワークW1、ワークW2の材質及び大きさ等により適宜選定される値である。

0039

(その他の実施形態)
上述の実施形態では、ワークW1、W2は共にレーザ光の透過率が高い樹脂製であったが、本発明はこれに限定されるもではなく、例えば、いずれか一方のワークをレーザ光の吸収率が高い樹脂製としてもよい。

0040

上述の実施形態では、ワークW1、W2を450度回転させながらレーザ光を照射したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ワークW1、W2を360度又は450度以上回転させながらレーザ光を照射してもよい。

0041

上述の実施形態では、空気を冷却媒体とした冷却部15を複数設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、冷却部15を1つとする、若しくは冷却部15を廃止する、又は空気以外を冷却媒体としてもよい。

0042

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

0043

1…レーザ溶着装置
3A… 下部ワークホルダー
3B… 上部ワークホルダー
3C…加圧シリンダー
5…電動モータ
7…発光部
9…温度検出部
9A…受光部
9B… 検出部
11… 判断部
13…報知部
15… 冷却部

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