JP2007118078A

JP2007118078A - レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置

Info

Publication number: JP2007118078A
Application number: JP2006161360A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Yoshikawa; 暢広吉川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-05-17
Anticipated expiration: 2026-06-09
Also published as: CN101247920B; US9000327B2; KR20080039521A; KR100999248B1; EP1943049A4; US20080223831A1; JP5114874B2; EP1943049A1; EP1943049B1; WO2007036797A1; CN101247920A

Abstract

【課題】溶接部の品質がレーザ発振器による出力制御に依存されることなく、高品質の溶接部の端部処理が可能なレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を提供する。
【解決手段】レーザ発振器２から出力されるレーザ光１００をレーザ集光手段によりワーク表面に集光させ、当該レーザ光１００のワーク表面上でのレーザ照射位置をレーザ照射位置移動手段により移動させつつ、ワーク表面における溶接部Yと非溶接部の間の溶接の切り替えを行うレーザ溶接方法であって、前記溶接の切り替えの前後においてレーザ発信器２によりレーザ光１００が出力された状態を保持しつつ、前記レーザ集光手段による焦点制御またはレーザ照射位置移動手段による照射位置制御の少なくとも一方によって溶接の切り替えを行うことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、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。

近年、移動装置を利用した溶接にもレーザ溶接が用いられるようになってきている。このレーザ溶接は、ワーク表面に対して集光可能なレンズもしくはミラーを有する加工ヘッドを用いるものであり、レーザ光をワーク表面に照射しつつ加工ヘッドを移動装置によって移動させることにより、ワークに一定の入熱量を与え、ワークを溶接する。この際、レーザ始点および終点で一旦溶接位置の位置決めのために移動装置を停止させて、移動装置からの同期信号に応じてレーザ発振器からレーザを出力する。このとき、移動装置が加速中のため溶接に必要な速度に達しておらず、急激に高出力のレーザが小面積中に照射されることによって溶接状態が不安定となるため、例えばレーザ出力波形を制御してビード端部における溶接品質の安定化を図っている（特許文献１参照）。

しかし、この方法は、移動装置の加速中の溶接品質の制御を、移動装置との同期信号によりレーザの出力制御により実施するため、加速中の加工ヘッドの移動速度は移動装置の軌跡・速度に応じて都度変化し、それに応じたレーザの出力制御が必要になり、結果として溶接端部の一部については品質が不安定になるという問題がある。

また、移動装置からの信号（レーザ出力信号）を受信してレーザ発振器からレーザを照射する構成となっているため、信号による時間遅れが発生する上、レーザの出力が安定化するまで待機時間を確保する必要がある。

また、上述の問題を解決するために、移動装置を停止させて位置決めすることなしにレーザを出力すると、移動装置からのレーザ出力信号は、移動速度・軌跡によって出力タイミングが変化する上に、信号を伝達後にレーザが発振されるため、移動速度の移動軌跡に対してレーザの照射に遅れ・ばらつきが生じる。
特開２００３−２５１４８１

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、溶接部の品質がレーザ発振器による出力制御に依存されることなく、高品質の溶接部の端部処理が可能なレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係るレーザ溶接方法は、レーザ発振器から出力されるレーザ光をレーザ集光手段によりワーク表面に集光させ、当該レーザ光のワーク表面上でのレーザ照射位置をレーザ照射位置移動手段により移動させつつ、ワーク表面における溶接部と非溶接部の間の溶接の切り替えを行うレーザ溶接方法であって、前記溶接の切り替えの前後においてレーザ発信器によりレーザ光が出力された状態を保持しつつ、前記レーザ集光手段による焦点制御またはレーザ照射位置移動手段による照射位置制御の少なくとも一方によって溶接の切り替えを行うことを特徴とする。

上記目的を達成する本発明に係るレーザ溶接装置は、ワーク表面で溶接を行うためのレーザ光を出力し、ワーク表面における溶接部と非溶接部の間の溶接の切り替えにおいてレーザ光を出力する状態が保持されるレーザ発振器と、レーザ光を集光させるレーザ集光手段と、レーザ光のワーク表面上でのレーザ照射位置を移動させるレーザ照射位置移動手段と、を有し、前記溶接の切り替えにおいて前記レーザ集光手段またはレーザ照射位置移動手段の少なくとも一方によりワーク表面への入熱量を変更することを特徴とする。

上記のように構成した本発明に係るレーザ溶接方法は、焦点制御または照射位置制御の少なくとも一方によって溶接の切り替えを行うため、レーザ溶接の始点または終点において、追従性の悪いレーザ発振器との同期を取ることなく、追従性の良いレーザ集光手段またはレーザ照射位置移動手段により高品質な溶接部の端部処理が可能となる。

上記のように構成した本発明に係るレーザ溶接装置は、レーザ集光手段およびレーザ照射位置移動手段が設けられているため、レーザ溶接の始点または終点において、追従性の悪いレーザ発振器との同期を取ることなく、追従性の良いレーザ集光手段またはレーザ照射位置移動手段により高品質な溶接部の端部処理が可能となる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ溶接装置を説明するための概略模式図、図２はレーザ溶接装置の加工ヘッドを説明するための概略透視図である。

本実施形態に係るレーザ溶接装置１は、これまでのスポット溶接などと比較して、溶接冶具が直接ワークと接触せずに、レーザを用いてワークから離れた場所から溶接するものである。

図１に示したレーザ溶接装置１は、レーザ光源であるレーザ発振器２と、レーザ１００をワークＷに対して射出する加工ヘッド３と、加工ヘッド３を支持して多軸方向へ移動させることが可能な移動装置４と、レーザ発振器２の出力、移動装置４の移動および加工ヘッド３を制御可能な制御装置５と、を有している。

移動装置４は、加工ヘッド３を多軸方向へ移動できるように複数のアクチュエータ６と、移動軸７とを有している。なお、図１では加工ヘッド３は２軸方向に移動可能となっているが、３軸方向に移動可能とすることもできる。移動装置４は、教示作業によって与えられた動作経路のデータに従い、加工ヘッド３を移動させる。なお、移動装置４は一般的な多軸移動装置であるが、例えばアーム構造に置換することもできる。

加工ヘッド３は、図２に示すように、光ファイバーケーブル８によって導かれたレーザ１００が通過するレンズ９と、レンズ９を通過したレーザ１００を反射させるミラー１０と、ミラー１０により反射されたレーザ１００の焦点距離を変更するレーザ集光手段としてのレンズ郡１１と、レンズ郡１１を通過したレーザ１００を目的物方向へ射出する、回動可能な２つの回動ミラー１２Ａ，１２Ｂと、を有している。

回動ミラー１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ異なる軸を中心に独立して回動自在であり、回動することでレーザ１００の射出方向を自在に振り分けることができる。このため、加工ヘッド３内には、回動ミラー１２を回動させるためのモータ１３Ａ，１３Ｂが設けられる。モータ１３Ａ，１３Ｂは制御装置５からの信号によってその動きが制御される。同様に、レンズ郡１１による焦点位置変更のためのモータ１４を有し、本実施形態においては、例えばレンズ郡１１のうちの１つの移動レンズ１１Ａの移動が、制御装置５によって制御される。

レーザ発振器５は、ＹＡＧレーザ発振器である。ここでは、レーザ１００を光ファイバーケーブル８によって導くためにＹＡＧレーザを用いている。なお、リモート溶接には、このほか炭酸ガスレーザも使用可能であるが、その場合には、光ファイバーケーブル８ではなく、反射鏡やプリズムを利用してレーザ発振器５から加工ヘッド３までレーザを導くことになる。なお、その他のレーザであってもレーザ溶接に使用できるものであれば本発明においても使用可能であるため、レーザを導くための経路はレーザ種に合わせて光ファイバーケーブルか反射鏡かを適宜選択すればよい。

次に、制御装置５について詳細に説明する。

制御装置５は、移動装置制御部５Ａと、加工ヘッド制御部５Ｂとを有している。移動装置４は、移動装置制御部５Ａからの移動量指令信号Ｓ１によって動きが制御される。したがって、移動装置制御部５Ａは、移動装置４の動きを制御することによって、ワークＷに対するレーザの照射位置を制御する。なお、ワークＷに対するレーザの照射位置は、移動装置４のみではなく、２つの回動ミラー１２Ａ，１２Ｂも同時に使用して制御される。

加工ヘッド制御部５Ｂは、移動装置制御部５Ａから入力される信号Ｓ２に基づいて加工ヘッドへ加工ヘッド指令信号Ｓ３を出力し、この加工ヘッド指令信号Ｓ３によって移動レンズ１１Ａおよび２つの回動ミラー１２Ａ，１２Ｂのそれぞれの動きが制御される。したがって、移動レンズ１１Ａおよび２つの回動ミラー１２Ａ，１２Ｂを、移動装置４（アクチュエータ６）の動きに連動させて制御することができる。

レーザ発振器２の内部にはレーザ発振器制御部２Ａが備えられており、制御装置５の移動装置制御部５Ａからレーザオン・オフ指令信号Ｓ４がレーザ発振器制御部２Ａに入力され、このレーザ発振器制御部２Ａから、レーザを出力するレーザ発振部２Ｂに対してレーザ発振指令信号Ｓ５が入力される。レーザ発振部２Ｂからのレーザの出力は、レーザ発振指令信号Ｓ５に対する追従性が遅いため、通常、所定の低出力のレーザが出力されて保持された状態から、レーザ発振指令信号Ｓ５により溶接を実施する出力まで上昇する。

次に、本実施形態に係る溶接方法について説明する。

図３は従来の溶接方法におけるレーザ発振器出力、移動速度、焦点位置および入熱量の、溶接部の始点における時間変化を示すグラフ、図４は従来の溶接方法におけるレーザ発振器出力、移動速度、焦点位置および入熱量の、溶接部の終点における時間変化を示すグラフ、図５は本実施形態に係る溶接方法におけるレーザ発振器出力、移動速度、焦点位置および入熱量の、溶接部の始点における時間変化を示すグラフ、図６は本実施形態に係る溶接方法におけるレーザ発振器出力、移動速度、焦点位置および入熱量の、溶接部の終点における時間変化を示すグラフ、図７は、制御装置における処理のフローチャートを示す。なお、図３〜７の加工ヘッド３は説明が容易になるように模式的に表したものである。また、図３〜７のレーザ発振器出力、移動速度、焦点位置または入熱量の変化は、溶接部の位置に対応して表されている。

本実施形態に係るレーザ溶接方法は、移動装置４によって加工ヘッド３を移動させつつ、ワークＷに設けられる複数の溶接部Ｙに連続的に溶接を施していくが、ここでは複数の溶接部Ｙの１つに溶接を施す際を説明する。

図３に示すように、従来の溶接方法では、レーザ１００の焦点位置１０１は常にワークＷに合わせてあり、レーザ１００が溶接部Ｙの溶接始点Ｙ１に到達した際にレーザ発振器２の出力を低レベルのＰ_０からＰ_１まで上昇させる。このとき、レーザの出力は、制御系での遅れおよびレーザ発振器２の出力の追従性の悪さによって安定するまでに時間がかかるため、レーザ１００が溶接始点Ｙ１に到達する前に、レーザ１００のワーク表面上の照射位置の移動速度を一旦停止させた後（図３の移動速度参照）、移動速度を増加させつつレーザ発振器２の出力を上昇させる。この際、移動速度が加速中のため溶接部Ｙに必要以上の熱量が入力されて入熱量Jが滑らかに推移せず（図３の入熱量参照）、溶接状態が不安定となってビード端部に穴が生じたり、ビードの幅が必要以上に大きくなる等の不具合が生じる場合がある。また、レーザ発振器２の出力制御においては、発振器のオフからオンに切り換えるには、オン状態から出力を上げるよりも時間を要する。すなわち、オフの状態からオンの状態に切り換える際には、電気エネルギー量が供給され、この電気エネルギーが光エネルギーに変換され、更に光のエネルギー量が増幅していくまでに時間を要するためである。そのため、溶接前から実質にワークを溶融しない程度に低レベルＰ_０のレーザを出力しており、更に焦点がワーク表面に合っているため、ワークＷの表面に出力痕Ｗ１が残る。

また、図４に示すように、従来の溶接方法において溶接状態からレーザ１００が溶接部Ｙの溶接終点Ｙ２に到達した際には、レーザ発振器２の出力を低レベルのＰ_１からＰ_０まで下降させる。このとき、レーザの出力は、制御系での遅れおよびレーザ発振器２の出力の追従性の悪さによって安定するまでに時間がかかるため、レーザ１００のワーク表面上の照射位置の移動速度を低減させつつレーザ発振器２の出力を下降させ、レーザ照射位置を溶接終点Ｙ２に到達させる。この際、移動速度が減速中のため、必要以上に減速させると溶接部Ｙに必要以上の熱量が入力されて入熱量Jが滑らかに推移せず（図４の入熱量参照）、前述した溶接始点Y1と同様の不具合が発生する場合がある。

従来方法では、レーザ照射位置の移動速度が変化している際の溶接品質の制御が、レーザ照射位置と同期させたレーザ１００の出力制御によって実施されるため、レーザ照射位置の軌跡や移動速度に対応したレーザ１００の出力制御が必要となり、溶接端部の一部についての品質が不安定となる。

更に、レーザ発信器２の出力が制御装置からの信号により制御されるが、この信号による時間遅れや、信号出力から受信の間の時間のばらつきにより、レーザ出力のタイミングにばらつきが生じ、レーザ出力が安定するまでの時間および捨てビードを確保する必要がある。

また、照射位置の移動速度を一旦止めることなくレーザ１００を照射すると、レーザ出力の遅れやばらつきが生じるため、所定の位置に所定の形状で溶接することができない。

第１の実施形態に係るレーザ溶接方法では、図５，７に示すように、レーザ１００の照射位置が溶接始点Ｙ１に到達する前では焦点位置１０１がワーク表面から、例えば３ｍｍずれている。次に、溶接始点Ｙ１にレーザ照射位置が到達する例えば０．１〜０．２秒前に、レーザ発振器２の出力を上昇させ始め、レーザ照射位置が溶接始点Ｙ１に到達するまでに、レーザ出力を溶接に必要な出力まで到達させて安定させる。この後、レーザ照射位置が溶接始点Ｙ１に到達する直前に焦点位置１０１をワーク表面に合わせ始める。この際、焦点位置１０１の移動はレーザ出力と異なり追従性が良いため、従来のように移動速度を一旦下げて位置決めをすることなしに、正確な位置に溶接を施すことができる。

また、レーザ発振器２の出力は、溶接始点Ｙ１までに溶接に必要な程度の出力まで到達していればよく、溶接始点Ｙ１は追従性の良い焦点位置１０１の移動に依存するため、溶接始点Ｙ１の高精度な位置決めが可能であり、溶接部Ｙのビードを適切に形成することができる。ここで、レーザ発振器２の出力が上昇し始めてから焦点位置１０１がワーク表面に移動し終わるまでの時間は、例えば０．２〜０．３秒程度である。

また、溶接部Ｙは、溶接始点Ｙ１においてレーザ発振器２の出力が上昇しつつ焦点位置が徐々にワーク表面に合わせられるため、急激にワーク表面に入熱量Jが加わらず、溶接状態を安定化でき、余分な溶接を実施することなく滑らかなビードを得ることができる。

また、溶接前からレーザ発振器２は低レベル（発振器出力Ｐ_０）のレーザを出力しているが、焦点がワーク表面に合っていないため、ワーク表面に出力痕が残らず、見栄えも良い。

また、溶接部Ｙの溶接終点Ｙ２においても同様に、図６，７に示すように、移動速度を一旦下げる必要なしに溶接終点Ｙ２を制御できる。この際には、まず焦点位置１０１が溶接終点Ｙ２においてずらし終わるように所定時間前に焦点をずらし始める。この後、レーザ発振器２の出力を低下させ始め、焦点ずらしが溶接部の終点において完了することによって溶接が終了し、次の溶接点へレーザ１００を移動させる。

このように、本実施形態では、追従性の悪いレーザ発振器２との協調動作をする必要なしに、焦点位置１０１の移動によって溶接部Ｙの始点、終点処理を行うことができる。また、レーザ集光手段による焦点位置制御は追従性の良く、この追従性のよい焦点位置１０１の移動によって溶接部Ｙの始点、終点処理ができるため、高品質な端部処理が可能である。また、レーザ発振器２との同期処理の時間が省けるため、作業の高速化が可能となる。

また、溶接部Ｙは、溶接終点Ｙ２においてレーザ発振器２の出力が下降しつつ焦点位置が徐々にワーク表面からずれるため、ワーク表面への入熱量Jが急激に変化せず、溶接状態を安定化でき、余分な溶接を実施することなく滑らかなビードを得ることができる。

また、非常停止処理等のようにレーザ照射中に急遽停止する場合においても、レーザ発振器２の出力に端部処理を依存しないため、穴あき等の溶接端部の品質の不安定を防止することができる。

また、本実施形態では、入熱量Jの変化がレーザ１００の焦点位置１０１に依存するが、この入熱量Jは照射面積に反比例し、したがって照射面積の径の２乗に反比例するため、焦点位置１０１の変化に非常に敏感であり、より高速な制御が可能となる。

また、本実施形態では、移動速度の複雑な制御が必要ないため、回動ミラー１２Ａ，１２Ｂの複雑な制御なしに、溶接品質を保持することができる。

なお、図５，６において溶接始点Ｙ１および溶接終点Ｙ２が焦点位置の上昇始点および下降終点と一致しているが、溶接始点Ｙ１および溶接終点Ｙ２は入熱量Jにより決まるものであり、必ずしも焦点位置の上昇始点および下降終点と一致する必要はない。

＜第２実施形態＞
図８は第２の実施形態に係るレーザ溶接装置を説明するための概略斜視図、図９は第２の実施形態に係るレーザ溶接方法によるレーザの照射方向の変化を説明するための説明図である。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する部材については、同一の符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。また、ここでは理解を容易にするためにごく簡単な基本形を例に説明する。

第２の実施形態は、図８に示すように、第１の実施形態の移動装置４の変わりにアーム構造の多軸移動装置であるアーム２１を用いるものであり、更に、加工ヘッド３の内部の回動ミラー１２がアーム２１の移動に合わせて回動してレーザの照射方向を変更するものである。

第２実施形態では、図９に示すように、複数の溶接部位２２Ａ〜２２Ｆがある場合に、目標とする一つの溶接部位（たとえば２２Ａ）へレーザ１００を照射中にも、加工ヘッド３を、次の溶接部位（たとえば２２Ｂ）へ向けて所定速度で移動させる。このとき、回動ミラー１２の動きは、加工ヘッド３が移動しても現在溶接中の溶接部位（たとえば２２Ａ）の溶接が終了するまで、その溶接部位（たとえば２２Ａ）からレーザ１００が外れないように回動させている。

このとき加工ヘッド３の位置移動はアーム２１を動かすことで行っている。アーム２１の動きは第１の実施形態と同様に移動装置制御部５Ａによって制御されており、加工ヘッド３の位置が溶接中の溶接部位から次の溶接部位へ向けて略一定速度で移動させている。したがって、図示する場合には、加工ヘッド３は、その位置ａからｊまで一定の速度で移動する。

一方、回動ミラー１２は、一つの溶接部位を溶接中は、レーザ照射位置が、加工ヘッド３の移動方向と相対的に逆方向で、かつ、レーザ照射位置の移動速度が加工ヘッド３の移動速度とほぼ同じになるように回動させている。このときの回動ミラー１２の回動速度を溶接時の所定速度と称する。これにより、加工ヘッド３の移動と逆方向にほぼ同じ速度でレーザ焦点位置が移動することになるため、結果的に一つの溶接部位の溶接中はレーザがその溶接部位を外れることがなくなる。ここで、ほぼ同じ速度としているのは、溶接部位のビード形成距離（ビードの大きさ）によっては、一つの溶接部位においてレーザ照射位置を移動させなければならないためである。すなわち、ビード形成距離に応じて、その分レーザ照射位置の移動速度を加工ヘッド３の移動速度よりわずかに遅くなるようにして、加工ヘッド３の移動方向にビードが形成されるように調整することになる。

また、この加工ヘッド３の移動速度は、溶接速度より速い必要がある。これは、一つの溶接部位（たとえば２２Ａ）の溶接が終了した時点で、次の溶接部位（たとえば２２Ｂ）に対してレーザが届くようにするためである。

なお、他の構成および溶接方法は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

＜第３実施形態＞
図１０は第３の実施形態に係る溶接方法におけるレーザ発振器出力、移動速度、焦点位置および入熱量の、溶接部の始点における時間変化を示すグラフ、図１１は第３の実施形態に係る溶接方法におけるレーザ発振器出力、移動速度、焦点位置および入熱量の、溶接部の終点における時間変化を示すグラフである。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する部材については、同一の符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。

第３の実施形態に係るレーザ溶接装置の構成は、第１の実施形態に係るレーザ溶接装置１と同様である。

第３の実施形態に係るレーザ溶接方法も、第１の実施形態と同様に、移動装置４によって加工ヘッド３を移動させつつ、ワークＷに設けられる複数の溶接部Ｙに連続的に溶接を施していくものであり、複数の溶接部Ｙの１つに溶接を施す際を説明する。

第３の実施形態に係るレーザ溶接方法では、図１０に示すように、溶接始点Ｙ１にレーザ照射位置が到達する前後に亘って、レーザ１００の焦点位置は終始ワーク表面に一致している。また、溶接始点Ｙ１にレーザ照射位置が到達する前は、レーザ照射位置が、ワーク表面を溶接するために必要な入熱量Jを与えられる速度よりも速い速度で移動している。本実施形態では、ミラー１２および移動装置４からなるレーザ照射位置移動手段を、制御装置５により制御することにより、レーザ照射位置の移動速度を変更している。

次に、溶接始点Ｙ１にレーザ照射位置が到達する例えば０．１〜０．２秒前に、レーザ発振器２の出力を上昇させ始め、レーザ照射位置が溶接始点Ｙ１に到達するまでに、レーザ出力を溶接に必要な出力まで到達させて安定させる。この後、レーザ照射位置が溶接始点Ｙ１に到達する直前にレーザ照射位置のワーク表面での移動速度を、ワークを溶接するために必要な入熱量Jを与えられる速度へ減速させる。つまり、移動速度を遅くすることにより、レーザ光によるワーク表面への入熱量Jが増加し、溶接が開始される。この際、レーザ照射位置移動手段によるレーザ照射位置の移動は、レーザ出力と異なり追従性が良いため、従来のように移動速度を一旦下げて位置決めをすることなしに、正確な位置に溶接を施すことができる。

また、レーザ発振器２の出力は、溶接始点Ｙ１までに溶接に必要な程度の出力まで到達していればよく、溶接始点Ｙ１は追従性の良いレーザ照射位置の移動に依存するため、溶接始点Ｙ１の高精度な位置決めが可能であり、溶接部Ｙのビードを適切に形成することができる。

また、溶接部Ｙは、溶接始点Ｙ１においてレーザ発振器２の出力が上昇しつつレーザ照射位置の移動速度が徐々に減速するため、急激にワーク表面に熱が加わらず、溶接状態を安定化でき、余分な溶接を実施することなく滑らかなビードを得ることができる。

また、溶接前からレーザ発振器２は低レベル（発振器出力Ｐ_０）のレーザを出力しているが、レーザ照射位置が高速で移動しているため、ワーク表面に出力痕が残らず、見栄えも良い。

また、溶接部Ｙの溶接終点Ｙ２においても同様に、図１１に示すように、レーザ照射位置の移動速度を変更して溶接終点Ｙ２を制御できる。

この場合、溶接終点Ｙ２にレーザ照射位置が到達する前後に亘って、レーザ１００の焦点位置は終始ワーク表面に一致している。また、溶接終点Ｙ２にレーザ照射位置が到達する前は、レーザ照射位置が、ワーク表面を溶接するために必要な入熱量Jを与えられる速度で移動している。この後、移動速度を溶接終点Ｙ２においてワーク表面を溶接するために必要な入熱量Jを与えられる速度よりも速い速度となるように増速させ始める。この後、レーザ発振器２の出力を低下させ始め、移動速度の増速が溶接部の終点において完了することによって溶接が終了し、この後レーザ出力が低レベル（発振器出力Ｐ_０）まで降下して維持され、次の溶接点へレーザ１００を移動させる。

このように、第３の実施形態では、追従性の悪いレーザ発振器２との協調動作をする必要なしに、レーザ照射位置の移動によって溶接部Ｙの始点、終点処理を行うことができる。また、レーザ照射位置移動手段による照射位置制御は追従性が良く、この追従性の良いレーザ照射位置の移動によって溶接部Ｙの始点、終点処理ができるため、高品質な端部処理が可能である。また、レーザ発振器２との同期処理の時間が省けるため、作業の高速化が可能となる。

また、溶接部Ｙは、溶接終点Ｙ２においてレーザ発振器２の出力が下降しつつレーザ照射位置の速度が徐々に速くなるため、ワーク表面への入熱が急激に停止せず、溶接状態を安定化でき、余分な溶接を実施することなく滑らかなビードを得ることができる。

また、非常停止処理等のようにレーザ照射中に急遽停止する場合においても、レーザ発振器２の出力に端部処理が依存しないため、穴あき等の溶接端部の品質の不安定を防止することができる。

また、本実施形態では、焦点位置１０１を一定に保って溶接するため、簡単な光学系構成で実施可能であり、コストを低減できる。

また、レーザ照射位置移動手段を直接制御する構成であるため、レーザ照射位置やその移動速度の制御が容易である。

また、レーザ照射位置移動手段の駆動系を軽量かつ小型に構成することができるため、高速かつ高性能な走査が可能となり、溶接品質の安定化を図れ、また走査のための加減速時間も短縮できる。

また、図１０，１１において溶接始点Ｙ１および溶接終点Ｙ２が移動速度の下降始点および上昇終点と一致しているが、溶接始点Ｙ１および溶接終点Ｙ２は入熱量Jにより決まるものであり、必ずしも焦点位置の下降始点および上昇終点と一致する必要はない。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、レーザ集光手段は、移動レンズの移動ではなく、例えば移動装置４（アーム２１）による加工ヘッド３の移動、ミラー１２による照射角度の変化、またはこれらの組み合わせによるものでもよい。また、移動可能なレンズが１つではなく、複数あってもよい。

また、レーザ集光手段は、焦点距離を移動するものではなく、スポット径を変更するものであってもよい。つまり、焦点距離を移動させなくてもスポット径を変更することでワークＷへのレーザ照射面積を変更でき、入熱量の調整が可能である。

また、第１実施形態と第３実施形態を組み合わせて、レーザ集光手段とレーザ照射位置移動手段の両方を用いて溶接部Ｙの始点、終点処理を行うとなお良い。

本発明の第１の実施形態に係るレーザ溶接装置を説明するための模式図である。レーザ溶接装置の加工ヘッドを説明するための概略透視図である。従来の溶接方法におけるレーザ発振器出力、移動速度、焦点位置および入熱量の、溶接部の始点における時間変化を示すグラフである。従来のレーザ溶接装置を示す部分斜視図である。従来の溶接方法におけるレーザ発振器出力、移動速度、焦点位置および入熱量の、溶接部の終点における時間変化を示すグラフである。第１の実施形態に係る溶接方法におけるレーザ発振器出力、移動速度および焦点位置の、溶接部の始点における時間変化を示すグラフである。第１の実施形態に係る溶接方法におけるレーザ発振器出力、移動速度および焦点位置の、溶接部の終点における時間変化を示すグラフである。制御装置における処理のフローチャートである。第２の実施形態に係るレーザ溶接装置を説明するための概略斜視図である。第２の実施形態に係るレーザ溶接方法によるレーザの照射方向の変化を説明するための説明図である。第３の実施形態に係る溶接方法におけるレーザ発振器出力、移動速度および焦点位置の、溶接部の始点における時間変化を示すグラフである。第３の実施形態に係る溶接方法におけるレーザ発振器出力、移動速度および焦点位置の、溶接部の終点における時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１レーザ溶接装置、
２レーザ発振器、
２Ａレーザ発振器制御部、
３加工ヘッド、
４移動装置（レーザ照射位置移動手段、レーザ集光手段）、
５制御装置、
５Ａレーザ制御部、
１１レンズ郡（レーザ集光手段）、
１１Ａ移動レンズ、
１２回動ミラー（レーザ照射位置移動手段）、
５Ａ移動装置制御部、
５Ｂ加工ヘッド制御部、
Ｓ１移動量指令信号、
Ｓ２信号、
Ｓ３加工ヘッド指令信号、
Ｓ４レーザオン・オフ指令信号、
Ｓ５レーザ発振指令信号、
１００レーザ、
１０１焦点位置、
J 入熱量、
Ｗワーク、
Ｗ１出力痕、
Ｙ溶接部、
Ｙ１溶接始点、
Ｙ２溶接終点。

Claims

レーザ発振器から出力されるレーザ光をレーザ集光手段によりワーク表面に集光させ、当該レーザ光のワーク表面上でのレーザ照射位置をレーザ照射位置移動手段により移動させつつ、ワーク表面における溶接部と非溶接部の間の溶接の切り替えを行うレーザ溶接方法であって、
前記溶接の切り替えの前後においてレーザ発信器によりレーザ光が出力された状態を保持しつつ、前記レーザ集光手段による焦点制御またはレーザ照射位置移動手段による照射位置制御の少なくとも一方によって溶接の切り替えを行うことを特徴とするレーザ溶接方法。
前記焦点制御または照射位置制御は、光学系を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
前記光学系の制御は、レンズ位置制御により焦点を変更するものであることを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接方法。
前記光学系の制御は、ミラーの移動制御により照射位置の移動速度を変更するものであることを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接方法。
前記溶接の切り替えは、非溶接部から溶接部への溶接始点において実施されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法。
前記レーザ集光手段による焦点制御は、前記切り替えの前にワーク表面からずらしておいたレーザ光の焦点を、ワーク表面に合わることにより行われることを特徴とする請求項５に記載のレーザ溶接方法。
前記レーザ照射位置移動手段による照射位置制御は、前記溶接の切り替えの前に、レーザ照射位置を、ワーク表面を溶接するために必要な入熱量を与えられる速度よりも速い速度で移動させておき、当該速度を、ワーク表面を溶接するために必要な入熱量を与えられる速度へ下降させることにより行われることを特徴とする請求項５または６に記載のレーザ溶接方法。
前記溶接の切り替えの前に、前記レーザ発振器からのレーザ光の出力を上昇させ始めることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法。
前記溶接の切り替えは、溶接部から非溶接部への溶接終点において実施されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法。
前記レーザ集光手段による焦点制御は、前記溶接の切り替えの前にワーク表面に合っていたレーザ光の焦点を、ワーク表面からずらすことにより行われることを特徴とする請求項９に記載のレーザ溶接方法。
前記レーザ照射位置移動手段による照射位置制御は、前記溶接の切り替えの前に、レーザ照射位置を、ワーク表面を溶接するために必要な入熱量を与えられる速度で移動させておき、当該速度を、ワーク表面を溶接するために必要な入熱量を与えられる速度よりも速い速度へ上昇させることにより行われることを特徴とする請求項９または１０に記載のレーザ溶接方法。
前記溶接の切り替えの前に、前記レーザ発振器からのレーザ光の出力を下降させ始めることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法。
ワーク表面で溶接を行うためのレーザ光を出力し、ワーク表面における溶接部と非溶接部の間の溶接の切り替えにおいてレーザ光を出力する状態が保持されるレーザ発振器と、
レーザ光を集光させるレーザ集光手段と、
レーザ光のワーク表面上でのレーザ照射位置を移動させるレーザ照射位置移動手段と、
を有し、前記溶接の切り替えにおいて前記レーザ集光手段またはレーザ照射位置移動手段の少なくとも一方によりワーク表面への入熱量を変更することを特徴とするレーザ溶接装置。
前記集光手段またはレーザ照射位置移動手段は、光学系を制御する手段であることを特徴とする請求項１３に記載のレーザ溶接装置。
前記光学系を制御する手段は、レンズ位置制御により焦点を変更するものであることを特徴とする請求項１４に記載のレーザ溶接装置。
前記光学系を制御する手段は、ミラーの移動制御により照射位置の移動速度を変更するものであることを特徴とする請求項１４に記載のレーザ溶接装置。