CN111107959A - 激光焊接装置以及激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

通过激光(L)来对焊接部(35)进行焊接的激光焊接装置(10)，具备：激光照射头(20)，使激光(L)与波长不同于激光(L)的测定光(S)重合为同轴并向焊接部(35)进行照射；第1平行平板以及第2平行平板，使测定光(S)的照射位置进行变化，以使得在规定的焊接路径上移动的旋转中心的周围以比激光(L)的光斑直径的1/2小的旋转半径进行转动移动；测定部(14)，基于测定光(S)的转动移动中从激光照射头(20)进行照射并在焊接部(35)反射的测定光(S)，对焊接部(35)的熔入深度进行反复测定；和判定部(17)，使用一定期间内被测定部(14)测定的多个熔入深度的测定值，使一定期间的开始时刻偏移并进行焊接部(35)的熔入深度的判定。

Description

激光焊接装置以及激光焊接方法

技术领域

本公开涉及激光焊接装置以及激光焊接方法。

背景技术

以往，已知通过对焊接部的熔入深度进行直接测定，来评价焊接部的品质的激光焊接装置(例如，参照专利文献1)。

在专利文献1中，公开了以下结构：使激光与测定光重合为同轴状并向焊接部的小孔(Keyhole)内部进行照射，使在小孔的底部反射的测定光经由分光器而入射到光干涉计。这里，在光干涉计中，由于能够测定测定光的光路长，因此根据测定出的光路长来将小孔的深度确定为焊接部的熔入深度。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2012-236196号公报

发明内容

-发明要解决的课题-

但是，例如，在保持分光器的部件由于振动等而位置偏移并产生激光与测定光的光轴偏移的情况下，担心不能准确地测定小孔的深度。

具体而言，小孔的底部的剖面为在焊接方向的前方的部分熔入较浅的弯曲形状。这里，在测定光比激光更向焊接方向的前方光轴偏移的情况下，测定光不向小孔的最深部照射，而向熔入比最深部浅的弯曲部分照射。因此，担心测定出比小孔的实际的最深部浅的深度。

本公开鉴于这种情况而作出，其目的在于，能够更加精度良好地测定焊接部的熔入深度。

-解决课题的手段-

本公开的一方式所涉及的激光焊接装置是通过激光来对焊接部进行焊接的激光焊接装置，其特征在于，具备：照射部，使激光和波长不同于激光的测定光重合为同轴并向所述焊接部进行照射；照射位置变化部，使测定光的照射位置变化以使得在规定的焊接路径上移动，使作为测定光的照射位置的光轴位置变化以使得在比激光的光斑直径的1/2小的旋转半径区域内移动；测定部，基于测定光的移动中从照射部照射并在焊接部反射的测定光，对焊接部的熔入深度进行反复测定；和判定部，使用一定期间内被测定部测定的多个熔入深度的测定值，将一定期间的开始时刻偏移并进行焊接部的熔入深度的判定。

在本公开的一方式所涉及的激光焊接装置中，使测定光的照射位置变化以使得在焊接路径上移动，使作为测定光的照射位置的光轴位置变化以使得在比激光的光斑直径的1/2小的旋转半径区域内移动。并且，在测定光的移动中的一定期间内测定多次焊接部的熔入深度，使用该多个测定值，将一定期间的开始时刻偏移并判定熔入深度。

由此，即使在产生激光与测定光的光轴偏移的情况下，也能够更加精度优良地测定焊接部的熔入深度，通过向小孔的最深部所存在的范围，更加收束地照射测定光，从而能够高效地探索小孔的最深部。

此外，照射位置变化部也可以使测定光的照射位置变化以使得在规定的焊接路径上移动的旋转中心的周围转动移动。

此外，照射位置变化部也可以使转动移动中测定光的照射位置变化以使得沿着具有围绕旋转中心的螺旋形状的轨迹进行移动。

在本公开的一方式所涉及的激光焊接装置中，使测定光的照射位置变化以使得沿着具有围绕旋转中心的螺旋形状的轨迹进行移动。由此，通过适当地设定旋转周期、旋转半径，能够连续并且大范围地照射测定光，探索小孔的最深部。

此外，判定部也可以基于被测定部测定的熔入深度的一定期间内的多个测定值之中、在以最深侧的测定值为基准的规定的范围内分布的多个测定值、或者多个测定值的平均值，判定焊接部的熔入深度。

此外，以最深侧的测定值为基准的规定的范围也可以是以熔入深度的测定值的最深部侧为下位时的、下位的1％以上并且20％以下的范围。

此外，判定部也可以进一步通过对被测定部测定的熔入深度的测定值与作为根据激光的输出强度以及焊接速度的至少一方而确定的熔入深度的基准的阈值进行比较，从而判定熔入深度的测定值是否异常。

在本公开的一方式所涉及的激光焊接装置中，对被测定部测定的测定值与作为熔入深度的基准的阈值进行比较。并且，例如，在测定值与该阈值较大分歧的情况下，判定为测定值异常。由此，能够抑制将与阈值较大分歧的异常值误确定为小孔的最深部的测定值。

本公开的一方式所涉及的激光焊接方法是通过激光来对焊接部进行焊接的激光焊接方法，其特征在于，具有：照射步骤，使激光与波长不同于激光的测定光重合为同轴并向焊接部照射；照射位置变化步骤，使测定光的照射位置变化以使得在规定的焊接路径上移动，使作为测定光的照射位置的光轴位置变化以使得在比激光的光斑直径的1/2小的旋转半径区域内进行移动；测定步骤，基于测定光的移动中在焊接部反射的测定光，对焊接部的熔入深度进行反复测定；和判定步骤，使用一定期间内在测定步骤中测定的多个熔入深度的测定值，将一定期间的开始时刻偏移并进行焊接部的熔入深度的判定。

在本公开的一方式所涉及的激光焊接方法中，使测定光的照射位置变化以使得在焊接路径上移动，使作为测定光的照射位置的光轴位置变化以使得在比激光的光斑直径的1/2小的旋转半径区域内移动。并且，在测定光的移动中的一定期间内对焊接部的熔入深度进行多次测定，使用该多个测定值，将一定期间的开始时刻偏移并判定熔入深度。

由此，即使在产生激光与测定光的光轴偏移的情况下，也能够更加精度优良地测定焊接部的熔入深度，通过向小孔的最深部所存在的范围，更加收束地照射测定光，能够高效地探索小孔的最深部。

此外，在照射位置变化步骤中，在使激光以及测定光的照射位置都螺旋状地移动的情况下，使激光以及测定光的照射位置移动，或者使测定光的照射位置相对于激光相对移动。

此外，在照射位置变化步骤中，也可以在使测定光的照射位置相对于激光相对移动的情况下，使激光的照射位置直线状地移动，使测定光的照射位置移动为圆形状、三角形、四边形等的多边形状。

-发明效果-

通过本公开，能够更加精度优良地测定焊接部的熔入深度。

附图说明

图1是实施方式所涉及的激光焊接装置的示意图。

图2是表示激光照射头的结构的示意图。

图3是表示激光、测定光、小孔的位置关系的侧面剖视图。

图4是表示产生了测定光的光轴偏移时的激光、测定光、小孔的位置关系的侧面剖视图。

图5是表示测定光的照射位置的轨迹的图。

图6是比较产生光轴偏移时、使测定光转动移动的情况和未使其转动移动的情况的、熔入深度的测定结果的图表。

图7是比较未产生光轴偏移的情况下、测定了多次的测定值的全部数据的平均值与提取出的下位几％的测定值的平均值的图表。

图8是比较未产生光轴偏移的情况和产生光轴偏移并且使测定光转动移动的情况的、熔入深度的测定结果的图表。

图9是表示焊接部的熔入深度的测定动作的流程图。

图10是表示测定光的照射位置的另一轨迹的图。

图11是表示其他的实施方式所涉及的激光照射头的结构的示意图。

图12是表示变形例所涉及的激光照射头的结构的示意图。

图13是表示测定光的光路的变化的样子的示意图。

具体实施方式

以下，基于附图来对本公开的实施方式进行说明。另外，以下的优选的实施方式的说明在本质上仅仅是示例，并不意图限制本公开、其应用物或者其用途。

图1是实施方式所涉及的激光焊接装置10的示意图。

如图1所示，激光焊接装置10具备：输出激光L的激光振荡器11、输出测定光S的光干涉计12、将激光L以及测定光S向焊接对象物30照射的激光照射头20(照射部)、安装有激光照射头20并使激光照射头20移动的机器人18、和对激光振荡器11、光干涉计12、激光照射头20以及机器人18进行控制并进行激光焊接的控制装置16。

激光振荡器11基于来自控制装置16的指令，输出激光L。激光振荡器11与激光照射头20通过光纤19而被连接。激光L经由光纤19，被从激光振荡器11向激光照射头20传送。

光干涉计12具有：输出波长与激光L不同的测定光S的测定光振荡器13、和对后述的焊接部35的熔入深度进行测定的测定部14。测定光振荡器13基于来自控制装置16的指令，输出测定光S。光干涉计12与激光照射头20通过光纤19而被连接。测定光S经由光纤19，被从光干涉计12向激光照射头20传送。

激光照射头20被安装于机器人18的臂前端部分，基于来自控制装置16的指令，在焊接对象物30对激光L以及测定光S进行成像。

机器人18基于来自控制装置16的指令，使激光照射头20移动到被指定的位置，对激光L以及测定光S进行扫描。

控制装置16与激光振荡器11、光干涉计12、机器人18、激光照射头20连接，除了激光照射头20的移动速度，也具备对激光L的输出开始或停止、激光L的输出强度等进行控制的功能。详细后述，但控制装置16具有基于被测定部14测定的多个测定值来判定焊接部35的熔入深度的判定部17。

焊接对象物30具有被上下重合的上侧金属板31和下侧金属板32。激光焊接装置10通过向上侧金属板31的上表面照射激光L，从而将上侧金属板31与下侧金属板32焊接。

这里，在本实施方式所涉及的激光焊接装置10中，能够与激光焊接同时地进行焊接部35的熔入深度的测定。以下，使用图2来具体进行说明。

图2是表示激光照射头20的结构的示意图。

如图2所示，激光照射头20具有：激光L通过的第1准直透镜21以及第1聚焦透镜22、测定光S通过的第2准直透镜23以及第2聚焦透镜24、将激光L和测定光S耦合为同轴的光束的分光器25、第1平行平板26、第2平行平板27。

分光器25是二向色镜，被设定使其透射/反射的波长，以使得将来自激光振荡器11的激光L透射，将来自光干涉计12的测定光S反射。

此时，为了通过分光器25来将激光L和测定光S充分地分离，将激光L与测定光S的波长差设为100nm以上为宜。

第1平行平板26以及第2平行平板27被连接于未图示的马达，按照来自控制装置16的指令而旋转。

从激光振荡器11输出的激光L通过光纤19并被送到激光照射头20。进入到激光照射头20的激光L被第1准直透镜21平行化，被第1聚焦透镜22聚光。被第1聚焦透镜22聚光的激光L透射分光器25。

另一方面，从光干涉计12输出的测定光S通过光纤19并被送到激光照射头20。进入到激光照射头20的测定光S被第2准直透镜23平行化，被第2聚焦透镜24聚光。然后，测定光S通过分光器25而与激光L同心/同轴状地重合。

另外，第2聚焦透镜24也具有使从焊接部35反射的测定光S经由分光器25而再次入射到光干涉计12的功能。

并且，被同轴地重合的激光L和测定光S通过被控制装置16控制的第1平行平板26以及第2平行平板27。由此，激光L以及测定光S的照射位置(焦距)被决定，向焊接对象物30的焊接部35照射激光L以及测定光S。

此时，激光照射头20通过使第1平行平板26以及第2平行平板27旋转，能够使其旋转并转动移动以使得激光L和测定光S成为圆轨道。换句话说，第1平行平板26以及第2平行平板27构成可变更激光L以及测定光S的照射位置的照射位置变化部。

此外，通过利用机器人18来使激光照射头20移动，能够在焊接对象物30中的焊接区域，使激光L以及测定光S的照射位置移动。

图3是表示激光L、测定光S、小孔37的位置关系的侧面剖视图。

如图3所示，在激光焊接装置10中，在将具有上侧金属板31和下侧金属板32的焊接对象物30的焊接部35焊接中，从焊接对象物30的上方向上侧金属板31的上表面照射激光L。

被照射激光L的焊接部35从其上部熔融，在焊接部35形成熔融池36。在焊接部35熔融时，从熔融池36蒸发熔融金属，通过蒸发时产生的蒸气的压力而形成小孔37。这里，将熔融池36和小孔37合并处理为焊接部35。在熔融池36的焊接方向的后方，通过熔融池36凝固而形成凝固部38。

此时，从光干涉计12出射的测定光S通过分光器25，与来自激光振荡器11的激光L同心/同轴状地重合，向小孔37的内部照射。被照射的测定光S在小孔37的底部37a反射，经由分光器25，入射到光干涉计12。

入射到光干涉计12的测定光S的光路长被测定部14测定。在测定部14中，根据测定的光路长，将小孔37的深度确定为焊接部35的熔入深度(测定值)。在激光焊接装置10中，基于测定的熔入深度，判断焊接部35的优劣。

通过以上的结构，激光焊接装置10能够同时实现熔入深度测定功能和激光焊接功能。

然而，例如，可能保持分光器25的部件由于振动等而位置偏移，产生激光L与测定光S的光轴偏移。并且，在产生激光L与测定光S的光轴偏移的情况下，光干涉计12可能比实际的深度浅地测定小孔37的深度，不能高精度地测定熔入深度。

具体而言，小孔37是由焊接部35熔融的金属蒸发并由于蒸发时的蒸气的压力而形成的。形成的小孔37的形状根据激光L的照射时间、熔融池36的状态而变化。

这里，表现出如下趋势：激光照射头20的移动速度(焊接速度)越快，小孔37的焊接方向的前方的内壁部成为越向小孔37的后方弯曲的形状。因此，为了减少小孔37的底部37a的弯曲部分的曲率，优选适当地设定激光焊接速度。

但是，即使适当地设定了激光焊接速度，也难以使小孔37的开口径与底部37a的孔径大致相等，在小孔37的焊接方向的前方的内壁部，产生熔入较浅的弯曲形状。

另外，小孔37的开口径与作为加工光的激光L的光斑直径大致相等。

此外，激光L的光斑直径以及测定光S的光斑直径设为在焊接对象物30的表面成像的焦点位置处的光点的尺寸。

因此，如图4的假想线所示，在与激光L的光轴同轴状地照射的测定光S的光轴例如在激光L的光斑直径内的区域中相对于激光L向焊接方向的前方位置偏移的情况下，可能产生小孔37的底部37a的位置与测定光S的光斑的中心的位置变得不一致、测定光S不向底部37a照射的状态。

另外，在图3中，表示激光L的光轴和被同轴状地照射的测定光S的光轴这两个光轴一致且不产生偏移的状态。

作为未向底部37a照射测定光S的状态，例如考虑测定光S相对于激光L向焊接方向的前方位置偏移、详细而言、测定光S的光轴例如相对于激光L的光轴向焊接方向的前方产生激光L的光斑直径的区域内的位置偏移的情况下，向小孔37的前侧的内壁部照射测定光S的状态。在该状态下，将测定光S的反射的位置作为底部37a的位置，光干涉计12对小孔37的深度进行测定。

换句话说，若未向底部37a照射测定光S，则光干涉计12比实际的深度浅地测定小孔37的深度。换言之，在测定光S比激光L更向焊接方向的前方光轴偏移的情况下，测定光S不向焊接部35的小孔37的最深部照射，而向熔入比最深部浅的部分照射，比小孔37的实际的最深部浅的深度被测定。

在图4所示的例子中，对比小孔37的实际的深度Dmin浅的深度D进行测定。这样，根据比实际的深度浅地测定的小孔37的深度，不能高精度地进行焊接部35的检查。

这里，为了抑制光干涉计12比实际的深度浅地测定小孔37，需要准确地向底部37a照射测定光S。因此，以下，说明用于准确地向底部37a照射测定光S的结构。

如图5所示，激光焊接装置10相对于焊接对象物30，螺旋状地照射激光L以及测定光S并且以在焊接方向使光束点相对地移动的旋转轨道40来照射激光L以及测定光S，对焊接对象物30进行焊接。

另外，所谓旋转轨道40，是指使基于照射的激光L以及测定光S的光斑以圆形状的轨道移动并且使其在焊接方向移动的激光L以及测定光S的轨道。换言之，旋转轨道40是在焊接方向，激光L以及测定光S的轨迹是一边旋转一边相对直线移动的轨道。

激光L以及测定光S的照射位置进行转动移动以使得从在焊接路径34上移动的旋转中心RC离开旋转半径r并且以规定的旋转频率环绕旋转中心RC。换句话说，激光L以及测定光S的照射位置沿着具有螺旋形状的旋转轨道40，相对于焊接对象物30相对移动。

这里，在激光照射头20，使测定光S的照射位置变化为以比激光L的光斑直径小的旋转半径r进行移动。另外，所谓旋转半径，表示假定为进行旋转运动的情况下的轨道的半径。小孔37的开口径与作为加工光的激光L的光斑直径大致相等。因此，测定光S的光轴的位置优选设为使测定光S的旋转半径r比激光L的光斑直径的1/2小，将旋转半径r设为激光L的光斑直径的1/20以上且小于1/2，更优选为1/16以上且1/8以下，以使得测定光S的照射位置在激光L的光斑直径的区域内重叠。例如，在激光L的光斑直径为800μm的情况下，将测定光S的旋转半径r设定为50～100μm左右即可。由此，在光斑直径的区域内，仅收束于由激光L形成的小孔37的最深部所存在的范围，能够更高品质地照射测定光S。

另外，测定光S的光斑直径为100～150μm左右。

此外，虽将激光L的光斑直径设为800μm，但也可以是600μm至900μm。

另外，测定光S的旋转半径r是与激光L的光斑直径重叠的半径即可，因此优选使测定光S的照射位置变化为测定光S的照射位置以比激光L的光斑直径的半径小的转动范围进行移动，以小于激光L的光斑直径的1/2的旋转半径进行移动，以使得与激光L的光斑直径的区域重叠。换言之，优选使测定光S的照射位置变化为在规定的焊接路径上移动，使作为测定光S的照射位置的光轴位置变化为在比激光L的光斑直径的1/2小的旋转半径的区域内移动。

例如，在激光L的光斑直径为800μm的情况下，也可以将测定光S的旋转频率设定为40Hz，将旋转半径r设定为小于400μm。

另外，若使测定光S的照射位置变化为以激光L的光斑直径的半径以上的旋转半径较大地转动移动，则对小孔开口内的区域内、小孔开口内的区域内的激光L所形成的小孔37的最深部所存在的范围，照射测定光S的程度减少，小孔的深度即熔入深度的数据随着转动移动，较深的数据和较浅的数据被大起伏地检测，更加难以进行正确的熔入深度的测定。

由此，针对焊接对象物30，沿着旋转中心RC在焊接路径34上移动的螺旋状的轨迹，能够照射测定光S并且进行小孔37的底部37a的探索。

这样，若使激光L以及测定光S的照射位置螺旋状地转动移动，并向小孔37照射测定光S，则大致可靠地向底部37a照射测定光S。因此，即使在测定光S的光斑的中心与底部37a不一致的情况下，也能够将测定光S向底部37a进行照射。

以下，说明在使测定光S以旋转轨道40转动移动的情况和未使测定光S以旋转轨道40转动移动的情况下，焊接部35的熔入深度、换句话说、小孔37的深度的测定值如何变化。

在图4所示的例子中，上侧金属板31的板厚为1mm，下侧金属板32的板厚为4.3mm，测定光S的光轴比激光L的光轴向焊接方向的前方偏移100μm。

图6是作为从焊接对象物30的表面或者基准即假想的面起的、焊接部35的熔入深度，测定小孔37的深度时的图表。如图6所示，在未使测定光S以旋转轨道40转动移动的情况下，小孔37的深度的测定值在3mm附近推移。与此相对地，在使测定光S以旋转轨道40转动移动的情况下，小孔37的深度的测定值在4mm附近推移。

由此可知，使测定光S以旋转轨道40转动移动的情况相比于未使测定光S以旋转轨道40转动移动的情况，小孔37的测定值更大，换句话说，能够探索到小孔37的底部37a的较深的位置。另外，图6的测定值的图表表示提取测定光S的转动移动中多次测定的测定值之中的下位几％的测定值，按照每规定的一定期间即间隔SA(Sampling Area)计算的移动平均值(以下，也简称为“平均值”)。

另外，所谓提取下位几％的测定值，是指多次测定焊接部35的熔入深度，将熔入深度的测定值的最深部侧设为下位侧，提取最深侧的几％的范围的测定值。

这里，对预先通过实验等而求出的实际的小孔的深度与提取的下位几％的测定值的平均值进行比较之后，发现这些实质上一致。因此，基于多个测定值，判定熔入深度。

图7是在未产生光轴偏移的情况下，对多次测定的测定值的全部数据的平均值与提取的下位几％的测定值的平均值进行比较的图表。

如图7所示，在使用多个测定值的全部数据来计算平均值的情况下，小孔37的深度的测定值在3mm附近推移。另一方面，在计算以多个测定值之中、最深侧的测定值为基准的规定的范围内分布的多个测定值的平均值的情况下，小孔37的深度的测定值在4mm附近推移。

这里，所谓以多个测定值之中、表示实际的最深部的深度的最深侧的测定值为基准的规定的范围内分布的测定值，是指将熔入深度的测定值的最深部侧设为下位侧时的下位几％的范围内的测定值。

由此可知，计算多个测定值的下位几％的平均值相比于使用多个测定值的全部数据计算平均值的情况，小孔37的测定值更大，换句话说，能够测定到小孔37的底部37a的较深的位置。

此外，所谓测定值的下位几％，是指最深侧的几％的范围的测定值，与最深部侧的测定值几％意思相同。

此外，去除多个测定值之中小孔37的深度较浅的测定值，是为了去除由于熔融池36的小孔37的状态、噪声、振动、烟雾、溅射等的扰动而小孔37被较浅地测定出的偏差的值，从而高精度地确定焊接部35的熔入深度。

换言之，通过与激光L同轴状地照射的测定光S而测定的小孔37的深度之中，较深的值难以被测定为实际不深。另一方面，较浅的值可能由于熔融池36的小孔37的状态(小孔37的倒塌、熔融金属的绕线等)、扰乱(噪声、振动、烟雾等)，由于小孔37的深度的中途的乱反射等而被误反射并较浅地测定等，被测定不标准的值，故而将其去除。

另外，下位几％的范围优选为下位的1％以上且20％以下。这是由于担心若小于下位的1％，则较深的值的特异点值被集中包含，小孔37的深度为比实际的值(表示实际的最深部的深度的实际的深度的移动平均值)深的值。

此外，若大于下位的20％，则包含因小孔37的状态、扰乱的影响引起的不标准的值，包含旋转轨道40上的测定值较浅的部分，因此小孔37的深度为比实际的值浅的值。

更加优选地，下位几％的范围是3％以上且7％以下，是下位5％前后的范围。由此，能够抑制多个测定值的偏差，高精度地确定焊接部35的熔入深度。

这里，所谓平均值，可以仅设为多个值的平均值，更优选地，设为设定规定的一定期间的间隔，对该间隔内的平均值进行连续计算的移动平均值。

图8是对未产生光轴偏移的情况和产生光轴偏移并且使测定光S以旋转轨道40转动移动的情况下的、焊接部35的熔入深度、换句话说、小孔37的深度的测定值进行比较的图表。另外，任何测定结果都使用提取的下位几％的测定值的平均值。

如图8所示，在未产生光轴偏移的情况下，小孔37的深度的测定值在4mm附近推移。另一方面，在使测定光S以旋转轨道40转动移动的情况下，小孔37的深度的测定值也在4mm附近推移。换句话说，可知在使测定光S以旋转轨道40转动移动的情况下，能够探索到与未产生光轴偏移的情况下的小孔37的底部37a的深度大致相同的深度。

以下，对焊接部35的熔入深度的测定动作进行说明。

图9是表示焊接部35的熔入深度的测定动作的流程图。

如图9所示，首先，在步骤S101中，在激光照射头20中使激光L与测定光S同轴地重合并向焊接部35开始照射，进入到步骤S102。

在步骤S102中，开始激光L以及测定光S的照射位置的转动移动，进入到步骤S103。转动移动使激光L以及测定光S的照射位置变化，以使得使在焊接路径34上移动的旋转中心RC的周围螺旋状地转动移动。

在步骤S103中，测定部14基于由焊接部35反射的测定光S，开始焊接部35的熔入深度的测定，进入到步骤S104。即，通过步骤S103的处理，测定部14反复测定焊接部35的熔入深度。

若焊接结束，则结束步骤S101～S103中开始的处理，在步骤S104中，判定部17判定在测定光S的转动移动中测定的熔入深度的多个测定值的全部是否为规定的阈值的范围外(即，小于规定的阈值)。在步骤S104中的判定为“是”的情况下，判断为测定值异常，分支到步骤S105。在步骤S104中的判定为“否”的情况下，分支到步骤S106。

这里，规定的阈值例如是根据激光L的输出强度、焊接速度而被预先决定的作为熔入深度的基准的阈值。换言之，规定的阈值是通过预先实验等而求取的、作为与激光L的输出强度、焊接速度相应的熔入深度的小孔37的深度的值，作为表格而被存储于判定部17。

并且，在测定值为阈值的范围外、换句话说，测定值与阈值较大分歧的情况下，判断为不能准确地测定熔入深度。由此，能够抑制将与阈值较大分歧的异常值误确定为小孔37的最深部的测定值。

在步骤S105中，在未图示的显示监视器显示警告测定值的异常的消息等向用户报告异常，结束焊接部35的熔入深度的测定动作的处理。

另一方面，在步骤S106中，判定部17基于被测定部14测定的多个测定值，确定焊接部35的熔入深度，结束焊接部35的熔入深度的测定动作的处理。例如，提取多个测定值之中的下位几％的测定值，连续计算其平均值、具体而言、规定的一定期间即间隔SA(SamplingArea)内的平均值，从而判定熔入深度。另外，也可以提取多个测定值之中、除小孔37的深度较浅的测定值、小孔37的深度比规定的阈值大的下位几％的测定值，计算其平均值，从而判定熔入深度。由此，能够抑制多个测定值的偏差，精度优良地确定焊接部35的熔入深度。

另外，测定光S的转动移动中，如果多次测定比激光L的照射位置更靠焊接方向的后方位置的焊接部35的熔入深度，基于多个测定值，判定熔入深度，则能够进一步高精度地确定小孔37的最深部的深度。

换句话说，在比激光L的照射位置更靠焊接方向的前方位置，可测定比小孔37的实际的最深部浅的深度。另一方面，若在比激光L的照射位置更靠焊接方向的后方位置多次测定焊接部35的熔入深度，则能够抑制比小孔37的实际的最深部浅的深度被测定。

另外，若多个测定值之间并未那么产生偏差，则也可以将多个测定值之中的最大值、或多个测定值的平均值判定为焊接部35的熔入深度。

如以上那样，通过使测定光S的照射位置移动并进行转动移动，使作为测定光S的照射位置的光轴位置变化为以比激光L的光斑直径的1/2小的半径区域内的旋转半径r进行移动并且进行熔入深度的测定，能够向小孔37的最深部照射测定光S地进行检测，能够抑制激光L与测定光S的光轴偏移的影响。并且，进一步地，例如，若将一定期间内被测定的多个测定值之中的最大值、多个测定值的平均值、多个测定值之中下位几％的平均值等判定为最深部的熔入深度即可。

《其他的实施方式》

针对所述实施方式，也可以设为以下结构。

在本实施方式中，旋转轨道40的轨迹也可以不仅是单纯的螺旋形状，也可以是圆形状、四边形等的多边形状。此外，如图10所示，也可以是椭圆状的轨迹不连续地形成的形状。换句话说，只要是测定光S向小孔37内部照射的连续的轨迹即可，能够设为各种形状。此外，旋转轨道40的激光L相对于焊接方向的照射的旋转方向可以顺时针，也可以逆时针。

此外，在本实施方式中，虽沿着直线状的焊接路径34，使激光L以及测定光S螺旋状地移动并照射，但焊接路径并不局限于直线状。例如，考虑通过机器人18来使激光照射头20螺旋状地移动并且照射激光L，焊接路径成为螺旋形状的情况。在这样的情况下，在该螺旋形状的焊接路径上，使测定光S的照射位置转动移动并进行小孔37的底部37a的探索即可。

此外，在本实施方式中，通过激光照射头20、机器人18，使激光L以及测定光S的照射位置移动，但若能够变更激光照射位置以使得通过螺旋状的轨迹，则也可以使用流电扫描仪(Galvano scanner)等。

此外，在本实施方式中，说明了将上侧金属板31以及下侧金属板32的两片重叠并进行激光焊接的结构，但例如也可以将三片以上的金属板重叠并进行激光焊接。

此外，在本实施方式中，在分光器25的近前，分别设置第1准直透镜21以及第1聚焦透镜22、第2准直透镜23以及第2聚焦透镜24，分别进行聚光，但并不限定于该方式。

例如，也可以取代设置第1准直透镜21以及第1聚焦透镜22、第2准直透镜23以及第2聚焦透镜24，而如图11所示那样设置。即，也可以在分光器25的正下方，设置准直透镜41以及聚焦透镜42，将激光L以及测定光S经由分光器25之后共同聚光。

具体而言，优选设为通过包含准直透镜41以及聚焦透镜42的一组透镜结构来进行聚光的构造。这样，若设为一组透镜结构，则能够更加容易进行光轴的调整、透镜的固定。

此外，在本实施方式中，作为熔入深度的最深部的深度是提取将熔入深度的测定值的最深部侧设为下位侧时的下位几％的测定值，并计算其平均值、具体而言、对规定的一定期间即间隔SA内的平均值进行连续计算等的移动平均值，但并不限定于该方式。

例如，也可以提取每个规定的一定期间即间隔SA的下位几％的测定值，提取各个间隔SA的每个间隔中的各个值、或者各个平均值，从而计算为熔入深度的测定值。

具体而言，例如，也可以将规定的一定期间即间隔SA设为50msec，将每个间隔SA的测定开始点以50msec单位进行变更，并且连续计算间隔SA内的多个数据的下位几％的值。或者，也可以将测定开始点以1msec单位进行变更，并连续计算每个间隔SA的下位几％的值。

由此，能够更加高精度地高效地确定最深部的深度。相比于将全部数据的下位几％提取后的、作为移动平均的规定的一定期间即每个间隔SA的平均值运算，每个间隔SA的下位几％的平均值的运算处理更能够按照每个间隔SA完结运算并且运算处理变少。因此，即使是运算部的存储器等的规格较低的情况，也能够进行短时间的处理。此外，通过运算处理较少，能缩短运算处理的时间，因此对于加工/测量工序中的生产间隔时间的缩短有效。

此外，说明将测定区间设为规定的一定期间即间隔SA、例如将该间隔SA设为50msec、将测定频率(取样频率)设为20kHz、从而在该间隔SA获取1000次测定值的情况。

该情况下，直接提取间隔SA中的1000次的测定值之中、将最深部设为下位侧的情况下的下位第5％、即从下位侧起第50个深度的测定值，设为熔入深度的测定值(不进行平均)。

进一步地，例如，将50msec的间隔SA的测定开始点变更为以2msec单位稍微地偏移并进行重复，将各自的下位第5％的值提取为熔入深度的测定值。

由此，能够抑制运算时的存储器量，减少CPU的负担并高效地测定熔入深度。换言之，能够如简易的移动平均那样，可靠性优良地求取熔入深度。

另外，通过间隔SA、测定频率的设定，在下位第5％的值不存在、例如仅下位第4％、第6％等其他值存在的情况下，将最接近于第5％的下位第几％的测定值提取为下位第5％的值，设为熔入深度的测定值。

此时，下位几％的范围的允许值优选为下位的1％以上且20％以下。更加优选地，下位几％的范围是3％以上且7％以下，下位5％前后的范围。

这里，间隔SA中的测定值的取得次数优选为100～200次以上。这是由于若小于100次，则由于取得次数较少，则可能受到熔融池36的小孔37的状态(小孔的坍塌、熔融金属的卷入等)、扰乱(噪声、振动、烟雾等)的影响而测定不标准的值。在这样的情况下，难以高品质地去除不标准的值。

因此，若间隔SA中的测定值的获取次数为100～200次以上，即使在测定了不标准的值的情况下，电能够高品质地去除不标准的值。

由此，例如，由于即使不存在下位第5％也能够将下位的4％以上且6％以下的测定值确定为熔入深度的测定值，也能够高精度地确定熔入深度。

另外，分光器25也可以更加优选使用反射特定的波长的光并透射其他的波长的光的二向色镜。

在使用任何部件的情况下，都通过使用透射激光L的波长并反射测定光S的波长的光学部件，能够将激光L和测定光S同轴状地向焊接对象物30的焊接部35照射。其结果，能够将充分的光量向焊接部35的熔融时形成的小孔37的内部照射，因此对于小孔深度的特定有用。

在本实施方式中，说明了使激光L以及测定光S的照射位置都螺旋状地移动。在该情况下，也可以与激光L一起地使测定光S的照射位置移动，此外，也可以相对于激光L使测定光S的照射位置相对移动，使其以比激光L的光斑直径的1/2小的旋转半径进行移动。

此外，在相对于激光L使测定光S的照射位置相对移动的情况下，例如也可以使激光L的照射位置直线状地移动，使测定光S的照射位置不仅移动为单纯的螺旋形状，也移动为圆形状、三角形、四边形等的多边形状。以下，使用图12以及图13来具体进行说明。

图12是表示变形例所涉及的激光照射头20A的结构的示意图。此外，图13是表示测定光S的光路的变化的样子的示意图。另外，对与图11所示的激光照射头20的结构相同的部分赋予相同的符号，以下，仅对不同点进行说明。

如图12所示，激光照射头20A除了图11所示的激光照射头20的结构，还具备第3平行平板43。

第3平行平板43与第1平行平板26、第2平行平板27同样地，连接于未图示的马达，按照来自控制装置16的指令来进行旋转，构成能够变更测定光S的照射位置的照射位置变化部。进入到激光照射头20a的测定光S通过第3平行平板43，从而可切换向分光器25的入射位置。

具体而言，在使第3平行平板43旋转，将第3平行平板43调整为图12所示的角度的情况下，测定光S被向与透射分光器25的激光L耦合的位置照射。另外，在本例中，第2平行平板27被调整为与图11所示的角度不同，与第1平行平板26大致平行的角度。

并且，测定光S通过分光器25，与激光L同心/同轴状地重合。同轴地重合的激光L和测定光S通过准直透镜41而被平行化，通过聚焦透镜42而被聚光。

另一方面，在使第3平行平板43旋转并如图13所示的角度那样调整第3平行平板43的情况下，测定光S被向比透射分光器25的激光L更靠焊接方向的后方位置照射。具体而言，在图13所示的例子中，使激光照射头20A向右方移动并且进行焊接，因此测定光S通过分光器25，在比激光L更靠焊接方向的后方(左方)的位置折射，激光L与测定光S为平行。并且，激光L与测定光S通过准直透镜41而被平行化，通过聚焦透镜42而被聚光。

这样，通过使第3平行平板43旋转并调整角度，能够相对于激光L使测定光S的照射位置相对移动，能够使测定光S的照射位置不仅移动为单纯的螺旋形状，也移动为圆形状、三角形、四边形等的多边形状。

此外，在使激光L的照射位置直线状地移动的情况下(所谓的线状加工)，相比于使其螺旋状地移动时(所谓的螺旋状加工)，能够高速地、换句话说进行短时间内的加工。即，通过线状加工能够实现加工生产间隔时间的提高，并且更加细致地探索小孔37的底部37a，更加高精度地测定小孔37内的熔入深度。

另外，使测定光S的照射位置移动为螺旋形状、圆形状、多边形状时的照射的方向可以是顺时针，也可以是逆时针。

此外，在该变形例中，举例使激光L的照射位置直线状地移动的例子，但也可以使激光L的照射位置沿着较大的直径的旋转轨道40进行移动。在该变形例中，使测定光S的照射位置与激光L独立地相对移动。因此，即使使激光L的照射位置沿着较大的直径的旋转轨道40移动的情况下，也能够使测定光S的照射位置变化为以比激光L的光斑直径的1/2小的旋转半径进行移动，换言之，使测定光S的照射位置变化为在规定的焊接路径上移动，使作为测定光S的照射位置的光轴位置变化为在比激光L的光斑直径的1/2小的旋转半径的区域内移动，使测定光S高速地移动/旋转。即，能够更加细致地探索小孔37的底部37a，测定小孔37内的熔入深度。

此外，激光L的轨迹不仅可以为连续的形状，也可以不连续地形成。换句话说，只要是激光L在激光L被照射的移动轨迹的行进方向即焊接方向移动，相对于向小孔37内部照射的激光L，在激光L的照射方向的俯视下，测定光S交叉的轨迹即可，能够设为各种形状。

另外，说明了变形例所涉及的激光照射头20Az与图11所示的激光照射头20同样地，在分光器25的正下方，设置准直透镜41以及聚焦透镜42，将激光L以及测定光S经由分光器25之后一起进行聚光。但是，当然也可以与图2所示的激光照射头20同样地，在激光L或者测定光S通过的通过方向上的分光器25的近前，分别设置第1准直透镜21以及第1聚焦透镜22、第2准直透镜23以及第2聚焦透镜24，分别进行聚光。

产业上的可利用性

如以上说明那样，本公开可得到能够更高精度地测定焊接部的熔入深度这一实用性较高的效果，因此极其有用并且产业上的可利用性较高。

-符号说明-

10 激光焊接装置

11 激光振荡器

12 光干涉计

13 测定光振荡器

14 测定部

16 控制装置

17 判定部

18 机器人

19 光纤

20 激光照射头(照射部)

20A 激光照射头(照射部)

21 第1准直透镜

22 第1聚焦透镜

23 第2准直透镜

24 第2聚焦透镜

25 分光器

26 第1平行平板(照射位置变化部)

27 第2平行平板(照射位置变化部)

30 焊接对象物

31 上侧金属板

32 下侧金属板

34 焊接路径

35 焊接部

36 熔融池

37 小孔

37a 底部

38 凝固部

40 旋转轨道

41 准直透镜

42 聚焦透镜

43 第3平行平板(照射位置变化部)

L 激光

r 旋转半径

S 测定光

RC 旋转中心

Claims (9)

1.一种激光焊接装置，通过激光来对焊接部进行焊接，具备：

照射部，使所述激光和波长不同于所述激光的测定光重合为同轴并向所述焊接部进行照射；

照射位置变化部，使所述测定光的照射位置变化以使得在规定的焊接路径上移动，使作为所述测定光的所述照射位置的光轴位置变化以使得在比所述激光的光斑直径的1/2小的旋转半径区域内进行移动；

测定部，基于所述测定光的所述移动中从所述照射部照射并在所述焊接部反射的所述测定光，对所述焊接部的熔入深度进行反复测定；和

判定部，使用一定期间内由所述测定部测定的多个所述熔入深度的测定值，将所述一定期间的开始时刻偏移并进行所述焊接部的所述熔入深度的判定。

2.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其中，

所述照射位置变化部使所述测定光的照射位置变化以使得在规定的焊接路径上移动的旋转中心的周围转动移动。

3.根据权利要求2所述的激光焊接装置，其中，

所述照射位置变化部使所述转动移动中所述测定光的所述照射位置变化以使得沿着具有围绕所述旋转中心的螺旋形状的轨迹移动。

4.根据权利要求1或者2所述的激光焊接装置，其中，

所述判定部基于由所述测定部测定的所述熔入深度的所述一定期间内的多个所述测定值之中、以最深侧的所述测定值为基准的规定的范围内分布的多个所述测定值或者多个测定值的平均值，来判定所述焊接部的熔入深度。

5.根据权利要求4所述的激光焊接装置，其中，

以最深侧的所述测定值为基准的所述规定的范围是将所述熔入深度的所述测定值的最深部侧设为下位时的、下位的1％以上且20％以下的范围。

6.根据权利要求1至5的任意一项所述的激光焊接装置，其中，

所述判定部进一步通过对由所述测定部测定的所述熔入深度的所述测定值与作为根据所述激光的输出强度以及焊接速度的至少一方而确定的所述熔入深度的基准的阈值进行比较，判定所述熔入深度的所述测定值是否异常。

7.一种激光焊接方法，通过激光来对焊接部进行焊接，具有：

照射步骤，使所述激光和波长不同于所述激光的测定光重合为同轴并向所述焊接部进行照射；

照射位置变化步骤，使所述测定光的照射位置变化以使得在规定的焊接路径上移动，使作为所述测定光的所述照射位置的光轴位置变化以使得在比所述激光的光斑直径的1/2小的旋转半径区域内进行移动；

测定步骤，基于所述测定光的所述移动中由所述焊接部反射的所述测定光，对所述焊接部的熔入深度进行反复测定；和

判定步骤，使用一定期间内在所述测定步骤中测定的多个所述熔入深度的测定值，将所述一定期间的开始时刻偏移并进行所述焊接部的所述熔入深度的判定。

8.根据权利要求7所述的激光焊接方法，其中，

在所述照射位置变化步骤中，

在使所述激光以及所述测定光的照射位置都螺旋状地移动的情况下，使所述测定光的照射位置与所述激光一起移动，或者使所述测定光的照射位置相对于所述激光相对地移动。

9.根据权利要求7所述的激光焊接方法，其中，

在所述照射位置变化步骤中，

在使所述测定光的照射位置相对于所述激光相对地移动的情况下，使所述激光的照射位置直线状地移动，使所述测定光的照射位置移动以使得成为圆形状、三角形、四边形等的多边形状。

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