DE102016115689A1

DE102016115689A1 - Laserschweißverfahren

Info

Publication number: DE102016115689A1
Application number: DE102016115689.2A
Authority: DE
Inventors: Tomoyuki TANOUE; Jyunichiro MAKINO; Keiichiro INAGAKI
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2036-08-25
Also published as: JP2017042790A; DE102016115689B4; US10286486B2; JP6432467B2; US20170057010A1

Abstract

Ein Schweißgerät (1) strahlt einen Laserstrahl (20) auf eine Schweißposition (100b) in einem Zustand, in dem ein Brennfleck (22) des Laserstrahls (20) in einem Nahfokussierungszustand ist (Schritt S11). Das Schweißgerät (1) strahlt den Laserstrahl (20) auf die Schweißposition (100b) in einem Zustand, in dem der Brennfleck (22) des Laserstrahls (20) in einem Fernfokussierungszustand ist (Schritt S12). Das Schweißgerät (1) strahlt den Laserstrahl (20) auf die Schweißposition (100b) in einem Zustand, in dem der Brennfleck (22) des Laserstrahls (20) in dem Fernfokussierungszustand ist (Schritt S13). Das Schweißgerät (1) strahlt den Laserstrahl (20) auf die Schweißposition (100b) in einem Zustand, in dem der Brennfleck (22) des Laserstrahls (20) in dem Nahfokussierungszustand ist (Schritt S14).

Description

HINTERGRUND DER ERFINUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserschweißverfahren.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Als eines von Schweißverfahren zum Verbinden eines Stapels einer Vielzahl von zu schweißenden Objekten (beispielsweise Metallbleche) wird ein Schweißverfahren, das ein Laserschweißen einsetzt, in großem Maße aufgrund seiner Vorteile, wie beispielsweise eine geringe Bearbeitungsverformung, eine Hochgeschwindigkeitsschweißfähigkeit und weniger durch Restwärme beeinflusste Zonen, verwendet. Wenn ein Laserschweißen ausgeführt wird, verursacht ein Fokussieren eines Laserstrahls auf eine Oberfläche eines Werkstücks, das aus einem Stapel aus einer Vielzahl von zu schweißenden Objekten zusammengesetzt ist, dass der Durchmesser des Lasers (Laserdurchmesser) auf der Oberfläche (laserbestrahlte Oberfläche) des Werkstücks kleiner wird und die Energiedichte des Lasers höher wird. Dies kann einen Fehler, wie beispielsweise eine Durchlöcherung, der in dem Werkstück auftritt, zur Folge haben.
Diesbezüglich offenbart die Druckschrift JP 61-238488 A ein Verfahren, in dem ein Punktschweißen ausgeführt wird, indem ein Laserstrahl auf einen Stapel dünner Metallbleche gestrahlt wird. In dem Verfahren gemäß der JP 61-238488 A wird der Brennfleck des Laserstrahls eingestellt, um auf der nahen Seite bei einer Entfernung, die äquivalent zu der Defokussierungsgröße ist, von einer Oberfläche des dünnen Metallblechs angeordnet zu sein. Somit kann die Durchdringungstiefe in geeigneter Weise eingestellt werden.
Wenn ein Laserschweißen ausgeführt wird, kann die Entfernung zwischen einem Schweißgerät, das einen Laserstrahl ausstrahlt, und einem Werkstück (eine Werkstückentfernung) von der beabsichtigten Entfernung (Steuerungssollwert) aufgrund verschiedener Faktoren abweichen (variieren). Beispiele der Faktoren, die zu der Abweichung der Werkstückentfernung von dem Sollwert beitragen, umfassen eine ungenaue Positionierung eines Schweißroboters, ein ungenaues Roboterlehren, einen Versatz des Werkstücks und mechanische Fehler des Schweißgeräts. Wenn die Werkstückentfernung so variiert, variiert ebenso der Laserdurchmesser. Anders ausgedrückt wird der Laserdurchmesser nicht auf der laserbestrahlten Oberfläche stabilisiert werden.
In diesem Fall wird, wenn der Laserdurchmesser in der Richtung einer Verkleinerung von dem Steuerungssolllaserdurchmesser (der Sollwert des Laserdurchmessers) variiert (abweicht), die Energiedichte des Laserstrahls in dem Werkstück zu hoch. Dies kann einen Fehler, wie beispielsweise eine Durchlöcherung, der in dem Werkstück auftritt, zur Folge haben. Umgekehrt wird, wenn der Laserdurchmesser in der Richtung einer Vergrößerung von dem Sollwert variiert (abweicht), die Energiedichte des Lasers in dem Werkstück zu niedrig. Dies kann einen Verschmelzungsmangel in dem zu schweißenden Objekt auf der hinteren Seite (der zu der laserbestrahlten Oberfläche entgegengesetzten Seite) des Werkstücks und dementsprechend eine verringerte Schweißstärke zur Folgen haben. Somit ist in dem Verfahren gemäß der JP 61-238488 A die Energiedichte aufgrund des instabilen Laserdurchmessers nicht stabilisiert, was es unmöglich machen kann, ein Schweißen in geeigneter Weise auszuführen.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Laserschweißverfahren bereit, bei dem ein Schweißen in geeigneter Weise ausgeführt werden kann, auch wenn die Werkstückentfernung von einer Steuerungssollentfernung abweicht.
Ein Laserschweißverfahren gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Laserschweißverfahren zum Verbinden einer Vielzahl von zu schweißenden Objekten durch Ausführen eines Laserschweißens mit einem Schweißgerät, das einen Laserstrahl auf ein Werkstück strahlt, das aus einem Stapel der Vielzahl von zu schweißenden Objekten zusammengesetzt ist, wobei zumindest ein erster Schritt und zumindest ein zweiter Schritt wie nachstehend beschrieben ausgeführt werden, wenn ein Laserschweißen bei einer ersten Schweißposition des Werkstücks ausgeführt wird. Das Laserschweißverfahren beinhaltet: (1) den ersten Schritt zum Bestrahlen des Laserstrahls auf die erste Schweißposition in einem Zustand, in dem ein Brennfleck des Laserstrahls näher bei dem Schweißgerät ist als es eine laserbestrahlte Oberfläche des Werkstücks ist; und (2) den zweiten Schritt eines Bestrahlens des Laserstrahls auf die erste Schweißposition in einem Zustand, in dem die Position des Brennflecks des Laserstrahls weiter von dem Schweißgerät entfernt ist, als es die laserbestrahlte Oberfläche des Werkstücks ist.
In einer derartigen Art und Weise konfiguriert ermöglicht es das Laserschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, auch wenn die Werkstückentfernung, die die Entfernung zwischen dem Schweißgerät und dem Werkstück ist, von dem Sollwert abweicht, ein Laserschweißen auszuführen, indem ein Zustand, in dem der Ist-Laserdurchmesser größer als der Sollwert ist, und ein Zustand, in dem der Ist-Laserdurchmesser kleiner als der Sollwert ist, kombiniert werden. Auf diese Weise wird, auch wenn die Werkstückentfernung von dem Sollwert abweicht, ein konstant erhöhter Zustand oder ein konstant verringerter Zustand der Energiedichte bei der Schweißposition verhindert. Als Ergebnis wird der Zustand der Energiedichte bei der Schweißposition stabilisiert. Somit ist es durch das Laserschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Schweißen in geeigneter Weise auszuführen, auch wenn die Werkstückentfernung von dem Sollwert abweicht.
In dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt kann die Position des Brennflecks des Laserstrahls gesteuert werden, indem eine Linse bewegt wird, die in dem Schweißgerät bereitgestellt ist. So konfiguriert erfordert das Laserschweißverfahren gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nicht, das Schweißgerät selbst zu bewegen, um den ersten Schritt und den zweiten Schritt auszuführen. Somit ist es durch das Laserschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, den ersten Schritt und den zweiten Schritt einfacher auszuführen.
Die Anzahl von Malen, die der erste Schritt bei der ersten Schweißposition ausgeführt wird, kann die gleiche sein wie die Anzahl von Malen, die der zweite Schritt bei der ersten Schweißposition ausgeführt wird. So konfiguriert ermöglicht das Laserschweißverfahren gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine einfache Steuerung, wenn der erste Schritt und der zweite Schritt ausgeführt werden. Somit ist es durch das Laserschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Energiedichte bei der Schweißposition einfacher zu stabilisieren.
Bevor ein Laserschweißen bei der ersten Schweißposition des Werkstücks ausgeführt wird, kann die Position des Brennflecks derart gesteuert werden, dass eine Entfernung von einem Laserabstrahlende zu der Position des Brennflecks gleich zu einer Entfernung ist, die durch Subtrahieren des Sollwerts der Position des Brennflecks von dem Sollwert der Entfernung zu dem Werkstück erhalten wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann ein Laserschweißverfahren bereitgestellt werden, durch das ein Schweißen in geeigneter Weise ausgeführt werden kann, auch wenn die Werkstückentfernung von einer Steuerungssollentfernung abweicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Merkmale, Vorteile sowie eine technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigen:
1 eine Darstellung, die ein Schweißgerät zeigt, das ein Laserschweißverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 einsetzt;
2 eine Darstellung, die einen Brennfleck in einem Nahfokussierungszustand zeigt;
3 eine Darstellung, die einen Brennfleck in einem Fernfokussierungszustand zeigt;
4 eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Fokusposition und einem Laserdurchmesser veranschaulicht;
5 eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem eine Werkstückentfernung in der Richtung einer Vergrößerung von dem Sollwert abgewichen ist, während der Brennfleck gesteuert wird, um in dem Nahfokussierungszustand zu sein;
6 eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem die Werkstückentfernung in der Richtung einer Vergrößerung von dem Sollwert abgewichen ist, während der Brennfleck gesteuert wird, um in dem Fernfokussierungszustand zu sein;
7 ein Flussdiagramm, das das Laserschweißverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 zeigt;
8 eine Darstellung, die Sollwerte der Fokusposition in den jeweiligen Schritten gemäß 7 veranschaulicht;
9 eine Darstellung zur Beschreibung eines Falls, in dem die Werkstückentfernung von dem Sollwert abgewichen ist, während ein Laserschweißen durch das Laserschweißverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 (7) ausgeführt wird;
10 eine Darstellung zur Beschreibung eines Falls, in dem die Werkstückentfernung von dem Sollwert abgewichen ist, während ein Laserschweißen durch das Laserschweißverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 (7) ausgeführt wird;
11 eine Darstellung zur Beschreibung eines Falls, in dem die Werkstückentfernung von dem Sollwert abgewichen ist, während ein Laserschweißen durch ein Verfahren gemäß einem Vergleichsbeispiel ausgeführt wird; und
12 eine Darstellung zur Beschreibung eines Falls, in dem die Werkstückentfernung von dem Sollwert abgewichen ist, während ein Laserschweißen durch das Verfahren gemäß einem Vergleichsbeispiel ausgeführt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Ausführungsbeispiel 1) Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. 1 zeigt eine Darstellung, die ein Schweißgerät 1 zeigt, das ein Laserschweißverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 einsetzt. Das Schweißgerät 1 weist eine Laserstrahleinheit 2 und eine Steuerungseinheit 10 auf. Eine Linse 40 ist innerhalb der Laserstrahleinheit 2 bereitgestellt.
In 1 strahlt das Schweißgerät 1 (ein Laserschweißgerät) einen Laserstrahl 20 auf ein Werkstück 100. Das Werkstück 100 ist aus einem Stapel aus einem Stahlblech 102 und einem Stahlblech 104 zusammengesetzt, die zu schweißende Objekte sind. Das Stahlblech 102 und das Stahlblech 104 werden durch das Schweißgerät 1, das ein Laserschweißen durch Bestrahlen des Laserstrahls 20 ausführt, verbunden (verschweißt).
Hierbei wird die Oberfläche des Werkstücks 100, die mit dem Laserstrahl zu bestrahlen ist, d. h. die Oberfläche des Werkstücks 100, die dem Schweißgerät 1 gegenüberliegt, als eine laserbestrahlte Oberfläche 100a bezeichnet. Die Entfernung von dem Schweißgerät 1 zu der laserbestrahlten Oberfläche 100a wird als eine Werkstückentfernung Dw bezeichnet. Genauer gesagt ist die Werkstückentfernung Dw die Entfernung zu der laserbestrahlen Oberfläche 100a von dem Laserabstrahlende 2a, das das Ende einer Strahlungsöffnung ist, durch das die Laserstrahleinheit 2 den Laserstrahl 20 bestrahlt. Die Werkstückentfernung Dw kann durch die Steuerungseinheit 10 auf einen vorbestimmten Sollwert beispielsweise durch ein Roboterlehren gesteuert werden. Wie es jedoch vorstehend beschrieben ist, kann, auch wenn die Steuerungseinheit 10 die Werkstückentfernung Dw so steuert, dass sie gleich dem Sollwert ist, die Ist-Werkstückentfernung Dw von der Steuerungssoll-Werkstückentfernung Dw (dem Sollwert der Werkstückentfernung Dw) aufgrund von Faktoren abweichen, die einen Versatz des Werkstücks 100 umfassen.
Die Laserstrahleinheit 2 ist beispielsweise eine dreidimensionale Abtasteinrichtung. Die Steuerungseinheit 10 steuert den Betrieb der Laserstrahleinheit 2. Die Laserstrahleinheit 2 strahlt den Laserstrahl 20 auf die laserbestrahlte Oberfläche 100a des Werkstücks 100 unter der Steuerung der Steuerungseinheit 10. Spezifisch steuert die Steuerungseinheit 10 die horizontale Position des Laserstrahls 20 derart, dass der Laserstrahl 20 auf eine Schweißposition 100b (erste Schweißposition) gestrahlt wird, die die zu schweißende Position in der laserbestrahlten Oberfläche 100a ist. Außerdem steuert die Steuerungseinheit 10 die Position eines Brennflecks 22 des Laserstrahls 20 in der vertikalen Richtung (die Richtung von der laserbestrahlten Oberfläche 100a in Richtung des Schweißgeräts 1), indem die Position der Linse 4 gesteuert wird.
Genauer gesagt ist für ein Koordinatensystem in einem XYZ-Raum eine XY-Ebene entlang der laserbestrahlten Oberfläche 100a definiert, wobei eine Z-Achse definiert wird, die senkrecht zu der XY-Ebene (die laserbestrahlte Oberfläche 100a) und positiv in der Richtung von der laserbestrahlten Oberfläche 100a in Richtung der Laserstrahleinheit 2 (des Schweißgeräts 1) ist. Hierbei ist Z = 0 bei der Position der laserbestrahlten Oberfläche 100a in der Z-Achsenrichtung. Die Steuerungseinheit 10 steuert die Position in der XY-Ebene (horizontale Position) des Laserstrahls 20 derart, dass der Laserstrahl 20 auf die Schweißposition 100b der laserbestrahlten Oberfläche 100a gestrahlt wird. Außerdem steuert die Steuerungseinheit 10 die Position in der Z-Achsenrichtung (vertikale Position) des Brennflecks 22 des Laserstrahls 20, indem die Position in der Z-Achsenrichtung der Linse 4 gesteuert wird. Somit kann der Durchmesser des Laserstrahls 20 (der Laserdurchmesser Ld) in der laserbestrahlten Oberfläche 100a gesteuert werden.
Die Steuerungseinheit 10 kann die Laserstrahleinheit 2 derart steuern, dass die Position in der Z-Achsenrichtung des Brennflecks 22 des Laserstrahls 20 näher an dem Schweißgerät 1 (Laserabstrahlende 2a) ist, als es die laserbestrahlte Oberfläche 100a des Werkstücks 100 ist. Auf ähnliche Weise kann die Steuerungseinheit 10 die Laserstrahleinheit 2 derart steuern, dass die Position in der Z-Achsenrichtung des Brennflecks 22 des Laserstrahls 20 weiter von dem Schweißgerät 1 (Laserabstrahlende 2a) entfernt ist, als es die laserbestrahlte Oberfläche 100a des Werkstücks 100 ist. Hierbei wird der Zustand, in dem die Position des Brennflecks 22 näher an dem Schweißgerät 1 ist, als es die laserbestrahlte Oberfläche 10a des Werkstücks 100 ist (anders ausgedrückt der Zustand, in dem die laserbestrahlte Oberfläche 100a weiter von dem Schweißgerät 1 entfernt ist, als es die Position des Brennflecks 22 ist), als ein Nahfokussierungszustand bezeichnet. Der Zustand, in dem die Position des Brennflecks 22 weiter von dem Schweißgerät 1 entfernt ist, als es die laserbestrahlte Oberfläche 100a des Werkstücks 100 ist (anders ausgedrückt der Zustand, in dem die laserbestrahlte Oberfläche 100a näher an dem Schweißgerät 1 ist, als es die Position des Brennflecks 22 ist), wird als ein Fernfokussierungszustand bezeichnet. Diese werden nachstehend ausführlich beschrieben.
2 zeigt eine Darstellung, die den Brennfleck 22 in dem Nahfokussierungszustand zeigt. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 10 den Brennfleck 22 steuern, um in dem Nahfokussierungszustand zu sein, indem die Linse 4 so gesteuert wird, dass sie sich in die Richtung weg von der laserbestrahlten Oberfläche 100a (in die Richtung des Pfeils A) bewegt. Hierbei entspricht, wenn die Position in der Z-Achsenrichtung des Brennflecks 22 durch Zf (Fokusposition) bezeichnet wird, die Fokusposition Zf der Entfernung von der laserbestrahlten Oberfläche 100a zu dem Brennfleck 22 (die Richtung von der laserbestrahlten Oberfläche 100a in Richtung des Schweißgeräts 1 ist eine positive Richtung). Anders ausgedrückt entspricht die Fokusposition Zf der Defokussierungsgröße (der Größe eines Versatzes des Brennflecks 22 von der laserbestrahlten Oberfläche 100a). Hierbei gilt Zf > 0 in dem Nahfokussierungszustand.
3 zeigt eine Darstellung, die den Brennfleck 22 in dem Fernfokussierungszustand zeigt. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 10 den Brennfleck 22 steuern, um in dem Fernfokussierungszustand zu sein, indem die Linse 4 so gesteuert wird, dass sie sich in die Richtung zu der laserbestrahlten Oberfläche 100a (in die Richtung des Pfeils B) bewegt. Die Fokusposition Zf entspricht der Entfernung von der laserbestrahlten Oberfläche 100a zu dem Brennfleck 22 (die Richtung von der laserbestrahlten Oberfläche 100a zu dem Schweißgerät 1 ist eine positive Richtung). Hierbei gilt Zf < 0 in dem Fernfokussierungszustand. Das heißt, der Absolutwert der Entfernung von der laserbestrahlten Oberfläche 100a zu dem Brennfleckt 22 ist |Zf|.
Das Schweißgerät 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 kann den Brennfleck 22 in dem Nahfokussierungszustand, wie er in 2 gezeigt ist, aufweisen und kann den Brennfleck 22 in dem Fernfokussierungszustand, wie er in 3 gezeigt ist, aufweisen. Hierbei kann die Steuerungseinheit 10 des Schweißgeräts 1 beispielsweise im Voraus einen Sollwert Dw0 der Werkstückentfernung Dw und einem Sollwert Zf0 der Fokusposition Zf für jede Schweißposition 100b in dem Werkstück 100 speichern. In diesem Fall kann das Schweißgerät 1 durch einen Roboter usw. derart positioniert werden, dass das Laserabstrahlende 2a bei der Höhe der Werkstückentfernung Dw von der laserbestrahlten Oberfläche 100a des Werkstücks 100 angeordnet ist. Die Steuerungseinheit 10 kann die Position des Brennflecks 22 derart steuern, dass die Entfernung von dem Laserabstrahlende 2a zu der Position des Brennflecks 22 gleich Dw0 – Zf0 ist. Somit kann die Steuerungseinheit 10 die Fokusposition Zf auf den Sollwert Zf0 steuern.
4 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Fokusposition Zf und dem Laserdurchmesser Ld veranschaulicht. Wenn die Fokusposition Zf = 0 ist, d. h., wenn die Position des Brennflecks 22 mit der laserbestrahlten Oberfläche 100a übereinstimmt, ist der Laserdurchmesser Ld (der Durchmesser des Laserstrahls 20 in der laserbestrahlten Oberfläche 100a) minimal. Wenn die Fokusposition Zf > 0 ist (d. h. der Nahfokussierungszustand), vergrößert sich der Laserdurchmesser Ld, da sich die Fokusposition Zf in die positive Richtung verschiebt (d. h. da die Position des Brennflecks 22 näher zu dem Schweißgerät 1 gelangt). Anders ausgedrückt nimmt, wenn die Fokusposition Zf > 0 ist (Nahfokussierung), der Laserdurchmesser Ld zu, da die Fokusposition Zf zunimmt. Demgegenüber nimmt, wenn die Fokusposition Zf < 0 ist (d. h. der Fernfokussierungszustand), der Laserdurchmesser Ld zu, da die Fokusposition Zf sich in die negative Richtung verschiebt (d. h., da die Position des Brennflecks 22 weiter weg von dem Schweißgerät 1 wird). Anders ausgedrückt nimmt, wenn die Fokusposition Zf < 0 ist (Fernfokussierung), der Laserdurchmesser Ld zu, wenn die Fokusposition Zf abnimmt (d. h., wenn der Absolutwert der Fokusposition Zf zunimmt).
Beispielsweise ist in dem Beispiel, das in 4 gezeigt ist, wenn die Fokusposition Zf 30 mm ist, der Laserdurchmesser Ld 1300 μm. Wenn die Fokusposition Zf 40 mm ist, ist der Laserdurchmesser Ld 1700 μm. Wenn die Fokusposition Zf 20 mm ist, ist der Laserdurchmesser Ld 900 μm. Wenn die Fokusposition Zf –30 mm ist, ist der Laserdurchmesser Ld 1300 μm. Wenn die Fokusposition Zf –40 mm ist, ist der Laserdurchmesser Ld 1700 μm. Wenn die Fokusposition Zf –20 mm ist, ist der Laserdurchmesser Ld 900 μm.
Hierbei kann es, wie es vorstehend beschrieben ist, einen Fall geben, bei dem die Werkstückentfernung Dw von dem Sollwert aufgrund eines Versatzes des Werkstücks 100 usw. abweicht. Beispielsweise ergibt sich diese Abweichung aus einer ungenauen Positionierung des Schweißroboters, einem ungenauen Roboterlehren, einem Versatz des Werkstücks und mechanischen Fehlern des Schweißgeräts, wie es vorstehend beschrieben ist. Es wird jedoch angenommen, dass die Steuerungseinheit 10 die Größe einer derartigen Abweichung nicht erkennt. Das Verhalten der Steuerungseinheit 10, wenn die Werkstückentfernung Dw von dem Sollwert Dw0 abweicht, wird nachstehend unter Verwendung von 5 und 6 beschrieben.
5 zeigt eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem die Werkstückentfernung Dw in der Richtung einer Zunahme von dem Sollwert abgewichen ist, während der Brennfleck 22 gesteuert wird, um in dem Nahfokussierungszustand zu sein. In 5 wird das Werkstück 100 bei der Steuerungssoll-Werkstückentfernung durch die gestrichelte Linie angezeigt. Hierbei ist der Steuerungssollwert der Werkstückentfernung Dw10. In diesem Fall steuert die Steuerungseinheit 10 die Fokusposition Zf, um gleich zu dem Sollwert Zf10 (> 0) zu sein. Anders ausgedrückt steuert die Steuerungseinheit 10 die Position des Brennflecks 22 derart, dass die Entfernung von dem Laserabstrahlende 2a zu der Position des Brennflecks 22 gleich zu Dw10 – Zf10 ist. Hierbei ist der Steuerungssoll-Laserdurchmesser Ld (der Solllaserdurchmesser, der der Sollwert des Laserdurchmessers Ld ist) Ld10.
Nachstehend wird angenommen, dass das Werkstück 100 in die Richtung weg von dem Schweißgerät 10 versetzt ist, wie es durch den Pfeil E in 5 angezeigt ist. Eine Werkstückentfernung Dw11 in diesem Fall ist größer als der Sollwert Dw10. Demgegenüber steuert die Steuerungseinheit 10 die Position des Brennflecks 22 in der Annahme, dass die Werkstückentfernung Dw Dw10 ist. Folglich steuert die Steuerungseinheit 10 die Position des Brennflecks 22 derart, dass die Entfernung von dem Laserabstrahlende 2a zu der Position des Brennflecks 22 gleich zu Dw10 – Zf10 ist. In diesem Fall ist die Ist-Fokusposition Zf11 größer als der Sollwert Zf10 der Fokusposition Zf. Das heißt, es gilt Zf11 > Zf10. Dementsprechend ist der Ist-Laserdurchmesser Ld11 größer als der Soll-Laserdurchmesser Ld10 des Laserdurchmessers Ld. Das heißt, es gilt Ld11 > Ld10.
Umgekehrt wird in einem Fall, in dem die Werkstückentfernung Dw in der Richtung einer Abnahme von dem Sollwert (in die entgegengesetzte Richtung zu der Richtung des Pfeils E) abgewichen ist, während der Brennfleck 22 gesteuert wird, um in dem Nahfokussierungszustand zu sein, die Ist-Fokusposition Zf kleiner als der Sollwert Zf10. Dementsprechend wird der Ist-Laserdurchmesser Ld kleiner als der Soll-Laserdurchmesser Ld10. Das heißt, wenn die Werkstückentfernung Dw von dem Sollwert abweicht, weicht die Fokusposition Zf von dem Sollwert ab, wobei ebenso der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert abweicht.
Wenn beispielsweise der Sollwert Zf10 der Fokusposition Zf 30 mm ist, nimmt, wenn die Fokusposition Zf um +10 mm abweicht (d. h. die Fokusposition Zf wird 40 mm), wie es durch den Pfeil A in 4 angezeigt ist, der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert von 1300 μm auf 1700 μm zu. Demgegenüber nimmt, wenn der Sollwert Zf 10 der Fokusposition Zf 30 mm ist, wenn die Fokusposition Zf um –10 mm abweicht (d. h. die Fokusposition Zf wird 20 mm), wie es durch den Pfeil B in 4 angezeigt ist, der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert von 1300 μm auf 900 μm ab.
6 zeigt eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem die Werkstückentfernung Dw in der Richtung einer Zunahme von dem Sollwert abgewichen ist, während der Brennfleck 22 gesteuert wird, um in dem Fernfokussierungszustand zu sein. In 6 wird das Werkstück 100 bei der Steuerungssoll-Werkstückentfernung durch eine gestrichelte Linie angezeigt. Hierbei ist der Steuerungssollwert der Werkstückentfernung Dw20. In diesem Fall steuert die Steuerungseinheit 10 die Fokusposition Zf, um gleich zu dem Sollwert Zf20 (< 0) zu sein. Anders ausgedrückt steuert die Steuerungseinheit 10 die Position des Brennflecks 22 derart, dass die Entfernung von dem Laserabstrahlende 2a zu der Position des Brennflecks 22 gleich zu Dw20 – Zf20 ist. Hierbei ist der Steuerungssoll-Laserdurchmesser Ld (der Soll-Laserdurchmesser, der der Sollwert des Laserdurchmessers Ld ist) Ld20.
Nachstehend wird angenommen, dass das Werkstück 100 in die Richtung weg von dem Schweißgerät 1 versetzt wird, wie es durch den Pfeil E in 6 angezeigt ist. Eine Werkstückentfernung Dw21 in diesem Fall ist größer als der Sollwert Dw20. Demgegenüber steuert die Steuerungseinheit 10 die Position des Brennflecks 22 unter der Annahme, dass die Werkstückentfernung Dw Dw20 ist. Folglich steuert die Steuerungseinheit 10 die Position des Brennflecks 22 derart, dass die Entfernung von dem Laserabstrahlende 2a zu der Position des Brennflecks 22 gleich zu Dw20 – Zf20 ist. In diesem Fall ist die Ist-Fokusposition Zf21 (< 0) größer als der Sollwert Zf20 der Fokusposition Zf. Anders ausgedrückt ist der Absolutwert der Ist-Fokusposition Zf21 kleiner als der Absolutwert des Sollwerts Zf20. Das heißt, es gilt 0 > Zf21 > Zf20. Dementsprechend wird ein Ist-Laserdurchmesser Ld21 kleiner als der Soll-Laserdurchmesser Ld20 des Laserdurchmessers Ld. Das heißt, es gilt Ld21 < Ld20.
Umgekehrt wird, wenn die Werkstückentfernung Dw in der Richtung einer Abnahme von dem Sollwert (die zu der Richtung des Pfeils E entgegengesetzte Richtung) abgewichen ist, während der Brennfleck 22 gesteuert wird, um in dem Fernfokussierungszustand zu sein, die Ist-Fokusposition Zf (< 0) kleiner als der Sollwert Zf20 der Fokusposition Zf. Anders ausgedrückt wird der Absolutwert der Ist-Fokusposition Zf größer als der Absolutwert des Sollwerts Zf20. Dementsprechend wird der Ist-Laserdurchmesser Ld größer als der Soll-Laserdurchmesser Ld20. Das heißt, wenn die Werkstückentfernung Dw von dem Sollwert abweicht, weicht die Fokusposition Zf von dem Sollwert ab, wobei ebenso der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert abweicht.
Beispielsweise nimmt, wenn der Sollwert Zf20 der Fokusposition Zf –30 mm ist, wenn die Fokusposition Zf um +10 mm abweicht (d. h. die Fokusposition Zf wird –20 mm), wie es durch den Pfeil C in 4 angezeigt ist, der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert von 1300 μm auf 900 μm ab. Demgegenüber nimmt, wenn der Sollwert Zf20 der Fokusposition Zf –30 mm ist, wenn die Fokusposition Zf –10 mm abweicht (d. h. die Fokusposition Zf wird –40 mm), wie es durch den Pfeil D in 4 angezeigt ist, der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert von 1300 μm auf 1700 μm zu.
Wie es vorstehend beschrieben ist, nimmt, wenn die Werkstückentfernung Dw abweicht, um von dem Sollwert zuzunehmen, der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert in dem Nahfokussierungszustand zu, während der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert in dem Fernfokussierungszustand abnimmt. Umgekehrt nimmt, wenn die Werkstückentfernung Dw abweicht, um von dem Sollwert abzunehmen, der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert in dem Nahfokussierungszustand ab, während der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert in dem Fernfokussierungszustand zunimmt. Wie es nachstehend beschrieben wird, ist das Laserschweißverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 unter Berücksichtigung dieser Eigenschaften implementiert.
Als Nächstes wird das Laserschweißverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 beschrieben. 7 zeigt ein Flussdiagramm, das das Laserschweißverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 zeigt. Zuerst steuert das Schweißgerät 1 die horizontale Position des Laserstrahls 20 auf die Schweißposition 100b (Schritt S10). Spezifisch steuert die Steuerungseinheit 10 des Schweißgeräts 1 die Mittelposition des Laserstrahls 20 in der XY-Ebene, um der Schweißposition 100b in der laserbestrahlten Oberfläche 100a des Werkstücks 100 zu entsprechen. Somit kann der Laserstrahl 20 auf die Schweißposition 100b der laserbestrahlten Oberfläche 100a gestrahlt werden.
8 zeigt eine Darstellung, die die Sollwerte der Fokusposition in den jeweiligen Schritten S11 bis S14 gemäß 7 veranschaulicht. In Schritten S11 bis S14, die nachstehend gezeigt werden, steuert das Schweißgerät 1 die Fokusposition Zf, um den Nahfokussierungszustand und den Fernfokussierungszustand zu mischen. Anders ausgedrückt strahlt, wenn ein Laserschweißen bei einer bestimmten Schweißposition 100d ausgeführt wird, das Schweißgerät 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 den Laserstrahl 20 auf die Schweißposition 100b in dem Nahfokussierungszustand und dem Fernfokussierungszustand. Das heißt, die Steuerungseinheit 10 des Schweißgeräts 1 steuert die Linse 4, um sich näher an das Werkstück 100 und weiter weg von dem Werkstück 100 zu bewegen. Anders ausgedrückt werden in dem Laserschweißverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel 1, wenn ein Laserschweißen bei der Schweißposition 100b ausgeführt wird, ein Schritt zum Bestrahlen des Laserstrahls 20 auf die Schweißposition 100b in einem Zustand, in dem eine Position des Brennflecks 200 in dem Nahfokussierungszustand ist (erster Schritt), und ein Schritt zum Bestrahlen des Laserstrahls 20 auf die Schweißposition 100b in einem Zustand ausgeführt, in dem die Position des Brennflecks 200 in dem Fernfokussierungszustand ist (zweiter Schritt). Das Schweißgerät 1 kann ein Bestrahlen des Laserstrahls 20 aufrecht erhalten, während von einem Schritt zu einem anderen der Schritte S11 bis S14 vorangeschritten wird (d. h., während die Linse 4 in Bewegung ist). Alternativ hierzu kann das Schweißgerät 1 ein Bestrahlen des Laserstrahls 20 stoppen, bevor zu einem nächsten vorangeschritten wird, und das Bestrahlen des Laserstrahls 20 wiederaufnehmen, wenn die Linse 4 sich zu einer Position bewegt hat, die dem nächsten Schritt entspricht.
Das Schweißgerät 1 strahlt den Laserstrahl 20 auf die Schweißposition 100b in einem Zustand, in dem der Brennfleck 22 des Laserstrahls 20 in dem Nahfokussierungszustand ist (Schritt S11). Spezifisch steuert, wie es in 8 veranschaulicht ist, die Steuerungseinheit 10 des Schweißgeräts 1 die Laserstrahleinheit 2 derart, dass die Fokusposition Zf beispielsweise 30 mm wird. Anders ausgedrückt steuert die Steuerungseinheit 10 die Linse 4 mit dem Sollwert der Fokusposition Zf, der auf 30 mm eingestellt ist. In diesem Fall wird, wenn die Werkstückentfernung Dw nicht von dem Sollwert abgewichen ist, der Laserdurchmesser Ld 1300 μm. Während dieser Zustand aufrechterhalten wird, strahlt das Schweißgerät 1 den Laserstrahl 20 auf die Schweißposition 100b für eine vorbestimmte Dauer (beispielswiese näherungsweise 0,1 Sekunden).
Als Nächstes strahlt das Schweißgerät 1 den Laserstrahl 20 auf die Schweißposition 100b in einem Zustand, in dem der Brennfleck 22 des Laserstrahls 20 in dem Fernfokussierungszustand ist (Schritt S12). Spezifisch steuert, wie es in 8 veranschaulicht ist, die Steuerungseinheit 10 des Schweißgeräts 1 die Laserstrahleinheit 2 derart, dass die Fokusposition Zf beispielsweise –20 mm wird. Anders ausgedrückt steuert die Steuerungseinheit 10 die Linse 4 mit dem Sollwert der Fokusposition Zf, der auf –20 mm eingestellt ist. In diesem Fall wird, wenn die Werkstückentfernung Dw nicht von dem Sollwert abgewichen ist, der Laserdurchmesser Ld 900 μm. Während dieser Zustand aufrechterhalten wird, strahlt das Schweißgerät 1 den Laserstrahl 20 auf die Schweißposition 100b für eine vorbestimmte Dauer (beispielsweise näherungsweise 0,1 Sekunden).
Als Nächstes strahlt das Schweißgerät 1 den Laserstrahl 20 auf die Schweißposition 100b in einem Zustand, in dem der Brennfleck 22 des Laserstrahls 20 in dem Fernfokussierungszustand ist (Schritt S13). Spezifisch steuert, wie es in 8 veranschaulicht ist, die Steuerungseinheit 10 des Schweißgeräts 1 die Laserstrahleinheit 2 derart, dass die Fokusposition Zf beispielsweise –30 mm wird. Anders ausgedrückt steuert die Steuerungseinheit 10 die Linse 4 mit dem Sollwert der Fokusposition Zf, der auf –30 mm eingestellt ist. In diesem Fall wird, wenn die Werkstückentfernung Dw nicht von dem Sollwert abgewichen ist, der Laserdurchmesser Ld 1300 μm. Während dieser Zustand aufrechterhalten wird, strahlt das Schweißgerät 1 den Laserstrahl 20 auf die Schweißposition 100b für eine vorbestimmte Dauer (beispielsweise näherungsweise 0,1 Sekunden).
Als Nächstes strahlt das Schweißgerät 1 den Laserstrahl 20 auf die Schweißposition 100b in einem Zustand, in dem der Brennfleck 22 des Laserstrahls 20 in dem Nahfokussierungszustand ist (Schritt S14). Spezifisch steuert, wie es in 8 veranschaulicht ist, die Steuerungseinheit 10 des Schweißgeräts 1 die Laserstrahleinheit 2 derart, dass die Fokusposition Zf beispielsweise 20 mm wird. Anders ausgedrückt steuert die Steuerungseinheit 10 die Linse 4 mit dem Sollwert der Fokusposition Zf, der auf 20 mm eingestellt ist. In diesem Fall wird, wenn die Werkstückentfernung Dw nicht von dem Sollwert abgewichen ist, der Laserdurchmesser Ld 900 μm. Während dieser Zustand aufrechterhalten wird, strahlt das Schweißgerät 1 den Laserstrahl 20 auf die Schweißposition 100b für eine vorbestimmte Dauer (beispielsweise näherungsweise 0,1 Sekunden).
9 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung eines Falls, in dem die Werkstückentfernung Dw von dem Sollwert abgewichen ist, während ein Laserschweißen durch das Laserschweißverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 (7) ausgeführt wird. 9 veranschaulicht einen Fall, in dem die Werkstückentfernung Dw in die Richtung einer Zunahme von dem Sollwert abgewichen ist. Spezifisch veranschaulicht 9 einen Fall, in dem die Fokusposition Zf um +10 mm von dem Sollwert abgewichen ist (die Fokusposition Zf ist 10 mm in die Richtung einer Zunahme von dem Sollwert abgewichen).
In Schritt S11 ist die Fokussierungsrichtung (die Richtung der Position des Brennflecks 22 in Bezug auf das Werkstück 100) die Nahfokussierungsrichtung, wobei der Sollwert der Fokusposition Zf 30 mm ist. In diesem Fall wird, wenn die Fokusposition Zf um +10 mm von dem Sollwert abweicht, die Ist-Fokusposition Zf 40 mm. Dann wird der Ist-Laserdurchmesser Ld 1700 μm. Hierbei ist, wenn der Sollwert des Laserdurchmessers Ld 1300 μm ist, der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert vergrößert worden.
In Schritt S12 ist die Fokussierungsrichtung die Fernfokussierungsrichtung und der Sollwert der Fokusposition Zf ist –20 mm. In diesem Fall wird, wenn die Fokusposition Zf um +10 mm von dem Sollwert abweicht, die Ist-Fokusposition Zf –10 mm. Dann wird der Ist-Laserdurchmesser Ld 500 μm. Hierbei hat, wenn der Sollwert des Laserdurchmessers Ld 900 μm ist, der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert abgenommen.
In Schritt S13 ist die Fokussierungsrichtung die Fernfokussierungsrichtung und der Sollwert der Fokusposition Zf ist –30 mm. In diesem Fall wird, wenn die Fokusposition Zf um +10 mm von dem Sollwert abweicht, die Ist-Fokusposition Zf –20 mm. Dann wird der Ist-Laserdurchmesser Ld 900 μm. Hierbei hat, wenn der Sollwert des Laserdurchmessers Ld 1300 μm ist, der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert abgenommen.
In Schritt S14 ist die Fokussierungsrichtung die Nahfokussierungsrichtung und der Sollwert der Fokusposition Zf ist 20 mm. In diesem Fall wird, wenn die Fokusposition Zf um +10 mm von dem Sollwert abweicht, die Ist-Fokusposition Zf 30 mm. Dann wird der Ist-Laserdurchmesser Ld 1300 μm. Hierbei hat, wenn der Sollwert des Laserdurchmesser Ld 900 μm ist, der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert zugenommen.
10 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung eines Falls, in dem die Werkstückentfernung Dw von dem Sollwert abgewichen ist, während ein Laserschweißen durch das Laserschweißverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 (7) ausgeführt wird. 10 veranschaulicht einen Fall, in dem die Werkstückentfernung Dw in die Richtung einer Abnahme von dem Sollwert abgewichen ist. In 10 ist ein Fall veranschaulicht, in dem die Fokusposition Zf um –10 mm von dem Sollwert abgewichen ist (die Fokusposition Zf ist um 10 mm in die Richtung einer Abnahme von dem Sollwert abgewichen).
In Schritt S11 (Nahfokussierung) wird, wenn die Fokusposition Zf um –10 mm von dem Sollwert abweicht, die Ist-Fokusposition Zf 20 mm. In diesem Fall wird der Ist-Laserdurchmesser Ld 900 μm. Somit hat der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert abgenommen. In Schritt S12 (Fernfokussierung) wird, wenn die Fokusposition Zf um –10 mm von dem Sollwert abweicht, die Ist-Fokusposition Zf –30 mm. In diesem Fall wird der Ist-Laserdurchmesser Ld 1300 μm. Somit hat der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert zugenommen.
In Schritt S13 (Fernfokussierung) wird, wenn die Fokusposition Zf um –10 mm von dem Sollwert abweicht, die Ist-Fokusposition Zf –40 mm. In diesem Fall wird der Ist-Laserdurchmesser Ld 1700 μm. Somit hat der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert zugenommen. In Schritt S14 (Nahfokussierung) wird, wenn die Fokusposition Zf um –10 mm von dem Sollwert abweicht, die Ist-Fokusposition Zf 10 mm. In diesem Fall wird der Ist-Laserdurchmesser Ld 500 μm. Somit hat der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert abgenommen.
Somit ist es in dem Ausführungsbeispiel 1, sei es, dass die Fokusposition Zf von dem Sollwert in die positive Richtung oder die negative Richtung aufgrund der Abweichung der Werkstückentfernung Dw abweicht, möglich, ein Laserschweißen auszuführen, indem der Zustand, in dem der Ist-Laserdurchmesser Ld größer als der Sollwert ist, und der Zustand, in dem der Ist-Laserdurchmesser Ld kleiner als der Sollwert ist, kombiniert werden. Auf diese Weise wird, auch wenn die Fokusposition Zf von dem Sollwert abweicht, ein konstant erhöhter Zustand oder ein konstant verringerter Zustand der Energiedichte bei der Schweißposition 100b verhindert. Als Ergebnis wird der Zustand der Energiedichte bei der Schweißposition 100b stabilisiert. Somit ist es in dem Ausführungsbeispiel 1 möglich, ein Schweißen in geeigneter Weise auszuführen, auch wenn die Werkstückentfernung von dem Sollwert abweicht.
(Vergleichsbeispiel) Ein Vergleichsbeispiel des Ausführungsbeispiels wird nachstehend beschrieben. In dem Vergleichsbeispiel wird ein Laserschweißen bei einer bestimmten Schweißposition 100b in der Fokussierungsrichtung lediglich einer der Nahfokussierungsrichtung und der Fernfokussierungsrichtung ausgeführt. Das Vergleichsbeispiel ist ansonsten das gleiche wie das Ausführungsbeispiel 1. Hierbei werden in dem Vergleichsbeispiel die Schritte S11 bis S14, die in 7 gezeigt sind, mit Schritten S101 bis S104 ersetzt. Unter Bezugnahme auf 11 und 12 wird ein Fall, in dem die Fokussierungsrichtung die Nahfokussierungsrichtung in allen Schritten S101 bis S104 ist, nachstehend beschrieben.
11 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung eines Falls, in dem die Werkstückentfernung Dw von dem Sollwert abgewichen ist, während ein Laserschweißen durch das Verfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel ausgeführt wird. Wie in 9 veranschaulicht 11 einen Fall, in dem die Werkstückentfernung Dw in die Richtung einer Zunahme von dem Sollwert abgewichen ist. Spezifisch veranschaulicht 11 wie 9 einen Fall, in dem die Fokusposition Zf um +10 mm von dem Sollwert abgewichen ist.
In Schritt S101 ist die Fokussierungsrichtung die Nahfokussierungsrichtung und der Sollwert der Fokusposition Zf ist 30 mm. In diesem Fall wird, wenn die Fokusposition Zf um +10 mm von dem Sollwert abweicht, die Ist-Fokusposition Zf 40 mm. Dann wird der Ist-Laserdurchmesser Ld 1700 μm. Hierbei hat, wenn der Sollwert des Laserdurchmessers Ld 1300 μm ist, der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert abgenommen.
In Schritt S102 ist die Fokussierungsrichtung die Nahfokussierungsrichtung und der Sollwert der Fokusposition Zf ist 20 mm. In diesem Fall wird, wenn die Fokusposition Zf um +10 mm von dem Sollwert abweicht, die Ist-Fokusposition Zf 30 mm. Dann wird der Ist-Laserdurchmesser Ld 1300 μm. Hierbei hat, wenn der Sollwert des Laserdurchmessers Ld 900 μm ist, der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert zugenommen.
Schritt S103 ist im Wesentlichen der gleiche wie Schritt S101. Dementsprechend hat in Schritt S103 der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert zugenommen. Schritt S104 ist im Wesentlichen der gleiche wie Schritt S102. Dementsprechend hat in Schritt S104 der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert zugenommen. Somit nimmt in dem Vergleichsbeispiel, wann immer die Fokusposition Zf von dem Sollwert in der positiven Richtung abweicht, der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert zu.
12 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung eines Falls, in dem die Werkstückentfernung Dw von dem Sollwert abgewichen ist, wenn ein Laserschweißen durch das Verfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel ausgeführt wird. Wie 10 veranschaulicht 12 einen Fall, bei dem die Werkstückentfernung Dw in der Richtung einer Abnahme von dem Sollwert abgewichen ist. Spezifisch veranschaulicht 12 wie 10 einen Fall, in dem die Fokusposition Zf um –10 mm von dem Sollwert abgewichen ist.
In Schritt S101 wird, wenn die Fokusposition Zf um –10 mm von dem Sollwert abweicht, die Ist-Fokusposition Zf 20 mm. In diesem Fall wird der Ist-Laserdurchmesser Ld 900 μm. Somit hat der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert abgenommen. In Schritt S102 wird, wenn die Fokusposition Zf um –10 mm von dem Sollwert abweicht, die Ist-Fokusposition Zf 10 mm. In diesem Fall wird der Ist-Laserdurchmesser Ld 500 μm. Somit hat der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert abgenommen.
Schritt S103 ist im Wesentlichen der gleiche wie Schritt S101. Dementsprechend hat in Schritt S103 der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert abgenommen. Schritt S104 ist im Wesentlichen der gleiche wie Schritt S102. Dementsprechend hat in Schritt S104 der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert abgenommen. Somit nimmt in dem Vergleichsbeispiel, wann immer die Fokusposition Zf von dem Sollwert in die negative Richtung abweicht, der Laserdurchmesser Ld von dem Sollwert ab.
Wenn die Fokusposition Zf von dem Sollwert abgewichen ist, kann, wenn der Laserstrahl 20 auf die Schweißposition 100b derart gestrahlt wird, dass der Laserdurchmesser Ld konstant größer als der Sollwert wird, die Energiedichte bei der Schweißposition 100b in einem konstant verringerten Zustand sein, wie es vorstehend beschrieben ist. Dies kann einen Mangel einer Verschmelzung in dem zu schweißenden Objekt auf der hinteren Seite des Werkstücks und dementsprechend eine verringerte Schweißstärke zur Folge haben.
Umgekehrt kann, wenn die Fokusposition Zf von dem Sollwert abgewichen ist, wenn der Laserstrahl 20 auf die Schweißposition 100b derart gestrahlt wird, dass der Laserdurchmesser Ld konstant kleiner als der Sollwert wird, die Energiedichte bei der Schweißposition 100b in einem konstant erhöhten Zustand sein, wie es vorstehend beschrieben ist. Dies kann einen Fehler, wie beispielsweise eine Durchlöcherung, der in dem Werkstück auftritt, zur Folge haben.
In dem Laserschweißverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 wird im Gegensatz dazu der Laserstrahl 20 auf die Schweißposition 100b mit einer Nahfokussierung und einer Fernfokussierung in Kombination gestrahlt, wie es vorstehend beschrieben ist, wenn das Laserschweißen bei einer bestimmten Schweißposition 100b ausgeführt wird. Auf diese Weise wird, wenn das Laserschweißen bei der Schweißposition 100b ausgeführt wird, verhindert, dass der Laserdurchmesser Ld konstant größer als der Sollwert ist oder dass der Laserdurchmesser Ld konstant kleiner als der Sollwert ist. Dementsprechend ist es, auch wenn die Fokusposition Zf von dem Sollwert abweicht, wenn die Werkstückentfernung Dw von dem Sollwert abweicht, möglich, den erhöhten Zustand und den verringerten Zustand der Energiedichte bei der Schweißposition 100b zu kombinieren. In dem Ausführungsbeispiel 1 wird folglich eine extreme Erhöhung oder eine extreme Verkleinerung in der Energiedichte bei der Schweißposition 100b verhindert. Somit werden in dem Ausführungsbeispiel 1 die Verringerung der Schweißstärke aufgrund eines Mangels einer Verschmelzung in dem zu schweißenden Objekt auf der hinteren Seite des Werkstücks sowie ein Fehler, wie beispielsweise eine Durchlöcherung, der in dem Werkstück auftritt, verhindert. Das heißt, es ist in dem Ausführungsbeispiel 1 möglich, ein Schweißen in geeigneter Weise auszuführen, auch wenn die Werkstückentfernung von der Steuerungssollentfernung abweicht.
(Modifiziertes Beispiel) Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt, sondern kann in geeigneter Weise innerhalb des Umfangs der Erfindung modifiziert werden. Beispielsweise ist das Werkstück 100 aus einem Stapel von zwei Stahlblechen in 1 usw. zusammengesetzt. Das Werkstück kann jedoch aus einem Stapel von drei oder mehr Stahlblechen zusammengesetzt sein. Das heißt, das Werkstück wird aus einem Stapel aus einer Vielzahl von Stahlblechen (zu schweißenden Objekten) zusammengesetzt.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel speichert die Steuerungseinheit 10 des Schweißgeräts 1 im Voraus den Sollwert der Werkstückentfernung Dw und den Sollwert der Fokusposition Zf für jede Schweißposition 100b in dem Werkstück 100. Die Steuerungseinheit 10 muss jedoch nicht die Sollwerte im Voraus speichern. In diesem Fall kann die Steuerungseinheit 10 die Sollwerte von einer Steuerungsvorrichtung außerhalb des Schweißgeräts 1 empfangen.
Die Laserstrahleinheit 2 ist eine dreidimensionale Abtasteinrichtung in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, wobei jedoch die Laserstrahleinheit 2 nicht auf eine dreidimensionale Abtasteinrichtung begrenzt ist. Beispielsweise kann die Laserstrahleinheit 2 eine zweidimensionale Abtasteinrichtung sein. In diesem Fall kann die Steuerungseinheit 10 die Laserstrahleinheit selbst näher an das Werkstück 100 oder weiter weg von dem Werkstück 100 bewegen, anstatt die Linse 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 zu bewegen. Demgegenüber ist das Schweißgerät 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 konfiguriert, die Linse 4 zu bewegen, die in die dreidimensionale Abtasteinrichtung eingebaut ist, wobei es somit nicht erforderlich ist, die Laserstrahleinheit 2 zu bewegen, um die Steuerung in den Schritten S11 bis S14, die in 7 gezeigt sind, auszuführen. In dem Ausführungsbeispiel 1 ist es folglich möglich, den Brennfleck einfacher zu steuern, um in dem Nahfokussierungszustand oder dem Fernfokussierungszustand zu sein.
Die Abfolge der in 7 gezeigten Verarbeitung kann in geeigneter Weise modifiziert werden. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 10 zuerst eine Steuerung ausführen, dass der Brennfleck in dem Nahfokussierungszustand ist, und eine Steuerung ausführen, dass der Brennfleck in dem Fernfokussierungszustand ist, und dann eine Steuerung ausführen, dass der Brennfleck in dem Nahfokussierungszustand anstelle des Fernfokussierungszustands ist. Außerdem werden der Schritt zum Steuern des Brennflecks, um in dem Nahfokussierungszustand zu sein, und der Schritt zum Steuern des Brennflecks, um in dem Fernfokussierungszustand zu sein, jeweils zweimal in 7 ausgeführt, wobei jeder Schritt einmal ausgeführt werden kann.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Anzahl von Malen eines Ausführens des Schritts zum Steuern des Brennflecks, um in dem Nahfokussierungszustand zu sein, und die Anzahl von Malen eines Ausführens des Schritts zum Steuern des Brennflecks, um in dem Fernfokussierungszustand zu sein, gleich (2). Diese Anzahlen von Malen müssen jedoch nicht gleich sein. Solange die Energiedichte bei der Schweißposition 100b stabilisiert ist, können die Anzahl von Malen eines Ausführens des Schritts zum Steuern des Brennflecks, um in dem Nahfokussierungszustand zu sein, und die Anzahl von Malen eines Ausführens des Schritts zum Steuern des Brennflecks, um in dem Fernfokussierungszustand zu sein, unterschiedlich zueinander sein. Beispielsweise kann die Dauer einer Bestrahlung des Laserstrahls in dem Schritt, dessen Anzahl von Malen kleiner ist, länger sein als die Dauer einer Bestrahlung in dem Schritt, dessen Anzahl von Malen größer ist.
Nichtsdestotrotz kann, wenn die Anzahl von Malen eines Ausführens des Schritts zum Steuern des Brennflecks, um in dem Nahfokussierungszustand zu sein, und die Anzahl von Malen eine Ausführens des Schritts zum Steuern des Brennflecks, um in dem Fernfokussierungszustand zu sein, gleich sind, die gleiche Dauer einer Bestrahlung in beiden Schritten verwendet werden. Dies erlaubt eine einfache Steuerung in beiden Schritten. Somit ist es möglich, die Energiedichte bei der Schweißposition 100b einfacher zu stabilisieren, indem die Anzahl von Malen eines Ausführens des Schritts zum Steuern des Brennflecks, um in dem Nahfokussierungszustand zu sein, und die Anzahl von Malen eines Ausführens des Schritts zum Steuern des Brennflecks, um in dem Fernfokussierungszustand zu sein, auf die gleiche Anzahl von Malen eingestellt wird.
Ein Schweißgerät (1) strahlt einen Laserstrahl (20) auf eine Schweißposition (100b) in einem Zustand, in dem ein Brennfleck (22) des Laserstrahls (20) in einem Nahfokussierungszustand ist (Schritt S11). Das Schweißgerät (1) strahlt den Laserstrahl (20) auf die Schweißposition (100b) in einem Zustand, in dem der Brennfleck (22) des Laserstrahls (20) in einem Fernfokussierungszustand ist (Schritt S12). Das Schweißgerät (1) strahlt den Laserstrahl (20) auf die Schweißposition (100b) in einem Zustand, in dem der Brennfleck (22) des Laserstrahls (20) in dem Fernfokussierungszustand ist (Schritt S13). Das Schweißgerät (1) strahlt den Laserstrahl (20) auf die Schweißposition (100b) in einem Zustand, in dem der Brennfleck (22) des Laserstrahls (20) in dem Nahfokussierungszustand ist (Schritt S14).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 61-238488 A [0003, 0003, 0005]

Claims

Laserschweißverfahren zum Verbinden einer Vielzahl von zu schweißenden Objekten durch Ausführen eines Laserschweißens mit einem Schweißgerät, das einen Laserstrahl (20) auf ein Werkstück (100) strahlt, das aus einem Stapel aus der Vielzahl von zu schweißenden Objekten zusammengesetzt ist, wobei das Laserschweißverfahren umfasst: wenn ein Laserschweißen bei einer ersten Schweißposition (100b) des Werkstücks (100) ausgeführt wird, ein Strahlen des Laserstrahls (20) auf die erste Schweißposition (100b) in einem Zustand, in dem eine Position eines Brennflecks (22) des Laserstrahls (20) näher an dem Schweißgerät ist, als es eine laserbestrahlte Oberfläche (100a) des Werkstücks (100) ist; und, wenn ein Laserschweißen bei der ersten Schweißposition (100b) des Werkstücks (100) ausgeführt wird, ein Strahlen des Laserstrahls (20) auf die erste Schweißposition (100b) in einem Zustand, in dem die Position des Brennflecks (22) des Laserstrahls (20) weiter von dem Schweißgerät entfernt ist, als es die laserbestrahlte Oberfläche (100a) des Werkstücks (100) ist.
Laserschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei die Position des Brennflecks (22) des Laserstrahls (20) gesteuert wird, indem eine Linse bewegt wird, die in dem Schweißgerät bereitgestellt ist.
Laserschweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl von Malen eines Strahlens des Laserstrahls (20) auf die erste Schweißposition (100b) in dem Zustand, in dem die Position des Brennflecks (22) des Laserstrahls (20) näher an dem Schweißgerät ist, als es die laserbestrahlte Oberfläche (100a) des Werkstücks (100) ist, die gleiche ist wie die Anzahl von Malen eines Strahlens des Laserstrahls (20) auf die erste Schweißposition (100b) in dem Zustand, in dem die Position des Brennflecks (22) des Laserstrahls (20) weiter von dem Schweißgerät entfernt ist, als es die laserbestrahlte Oberfläche (100a) des Werkstücks (100) ist.
Laserschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, bevor ein Laserschweißen bei der ersten Schweißposition (100b) des Werkstücks (100) ausgeführt wird, die Position des Brennflecks (22) derart gesteuert wird, dass eine Entfernung von einem Laserabstrahlende (2a) zu der Position des Brennflecks (22) gleich zu einer Entfernung ist, die durch Subtrahieren eines Sollwerts (Zf 10) der Position des Brennflecks (22) von einem Sollwert (Dw 10) der Entfernung zu dem Werkstück (100) erhalten wird.