JP2016097412A - レーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ溶接において、光学系の保護ガラスにスパッタが付着した場合に、溶接不良の発生を容易に抑制することができるレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】レーザ加工装置１００を用いたレーザ溶接方法であって、溶接部Ｘに所定の出力でレーザ光を照射してレーザ溶接を行う前に、レーザ発振器１０と光学系２０によって、所定の出力に比して出力が小さい検査用レーザ光を溶接部Ｘに照射するとともに、受光部３０によって、検査用レーザ光の戻り光を受光し、制御装置４０によって、検査用レーザ光の戻り光の強度を計測するとともに、検査用レーザ光の戻り光の強度を基準強度と比較して、レーザ加工装置１００の、溶接部Ｘにおけるレーザ出力の低下量を算出するレーザ出力低下量算出工程を備え、制御装置４０によって、レーザ出力低下量に基づいて、レーザ発振器１０の出力を調整し、レーザ加工装置１００によって、溶接部Ｘのレーザ溶接を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ溶接方法の技術に関し、より詳しくは、レーザ加工装置の光学系を保護するために設けられた保護ガラスの汚れに起因して、溶接不良が発生することを抑制するための技術に関する。

従来、レーザ加工装置を用いたレーザ溶接方法が広く採用されている。
レーザ加工装置を用いて溶接を行う場合、レーザ光の照射位置からスパッタが飛散し、レーザ加工装置に付着する場合がある。このためレーザ溶接装置では、スパッタから光学系を保護するために、光学系の最前部に保護ガラスを配置することが一般的である。

保護ガラスにスパッタが付着すると、レーザ光が部分的に遮られるため、レーザ出力が低下する原因となる。このため、保護ガラスにスパッタが付着したことを検出する技術が開発されており、以下に示す特許文献１にその技術が開示されている。
特許文献１に開示されている従来技術では、保護ガラスに光を照射するための独立した照射手段と、照射手段から照射した光を保護ガラスで反射させ、その反射光を受光するための独立した受光手段を備える構成としており、受光手段で受光した光の強度を予め設定した基準値と比較することによって、保護ガラスにおける汚れの有無を判定する構成としている。

本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、保護ガラスにスパッタが付着すると、「熱レンズ効果」によって、レーザ光の焦点距離が変化することが判ってきた。ここでいう「熱レンズ効果」とは、保護ガラスに付着したスパッタにレーザ光が吸収され、スパッタの周囲において保護ガラスの屈折率が変化する現象をいうものである。
特許文献１に開示されている従来技術では、保護ガラスにおける汚れの有無を判定することはできるものの、熱レンズ効果によって、レーザの焦点距離がどの程度ズレているか、ということまでは判らなかった。
このため従来は、レーザ溶接の途中で、熱レンズ効果による焦点距離の変動が生じても、これに対応することができず、溶接不良の発生要因が放置されている状況であった。

特開２００５−３０２８２７号公報

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、レーザ溶接において、光学系の保護ガラスにスパッタが付着した場合に、溶接不良の発生を容易に抑制することができるレーザ溶接方法を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光をワークの溶接部に照射しつつ走査する手段である光学系と、前記光学系の前記溶接部に対面する側の端部に配置される保護ガラスと、前記レーザ光の前記溶接部における反射光のうち、前記光学系へ入射した戻り光を受光する受光部と、前記受光部で受光した前記戻り光の強度に基づいて、前記レーザ発振器の出力を制御する制御手段と、を備えたレーザ加工装置を用いて、前記溶接部をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記溶接部に所定の出力で前記レーザ光を照射してレーザ溶接を行う前に、前記レーザ発振器と前記光学系によって、前記所定の出力に比して出力が小さい検査用レーザ光を前記溶接部に照射するとともに、前記受光部によって、前記保護ガラスを通過した前記検査用レーザ光の戻り光を受光し、前記制御手段によって、前記検査用レーザ光の戻り光の強度を計測するとともに、計測した前記検査用レーザ光の戻り光の強度を、予め取得しておいた前記検査用レーザ光の戻り光の基準強度と比較して、前記レーザ加工装置の、前記溶接部におけるレーザ出力の低下量を算出するレーザ出力低下量算出工程を備え、前記制御手段によって、算出した前記レーザ出力の低下量に基づいて、前記レーザ発振器の出力を調整し、前記レーザ加工装置によって、前記溶接部に調整後の所定の出力で前記レーザ光を照射してレーザ溶接を行うものである。

請求項２においては、少なくとも１回前記溶接部にレーザ溶接を行った後、連続して次の溶接部にレーザ溶接を行う場合において、前記次の溶接部にレーザ溶接を行う前に、前記レーザ発振器と前記光学系によって、前記検査用レーザ光を前記次の溶接部に照射するとともに、前記受光部によって、前記次の溶接部からの前記検査用レーザ光の戻り光を受光し、前記制御手段によって、前記次の溶接部からの前記検査用レーザ光の戻り光の強度を計測するとともに、前記次の溶接部からの前記検査用レーザ光の戻り光の強度と、前記レーザ出力低下量算出工程において算出した前記レーザ出力の低下量と、に基づいて、前記レーザ加工装置の、前記次の溶接部に対する前記レーザ光の焦点ズレ量を算出する焦点ズレ量算出工程を備えるものである。

請求項３においては、さらに、前記光学系は、前記レーザ光の焦点距離を調整する焦点調整機構を備え、前記焦点ズレ量算出工程を行った後、前記レーザ加工装置によって、前記次の溶接部にレーザ溶接を行う前において、前記制御手段によって、算出した前記焦点ズレ量に基づいて、前記焦点調整機構を調整し、前記レーザ加工装置の焦点距離を調整する焦点距離調整工程を備え、前記焦点距離調整工程の後で、前記レーザ加工装置によって、前記次の溶接部にレーザ溶接を行うものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、従来と同じ構成のレーザ加工装置を用いて、容易に保護ガラスの汚れを検出することができ、レーザ出力が低下した状態でレーザ溶接が行われることを防止できる。これにより、レーザ溶接における溶接不良の発生を抑制することができる。

請求項２においては、熱レンズ効果による焦点ズレを検出することができる。

請求項３においては、熱レンズ効果による焦点ズレを検出することができ、レーザ出力が低下した状態でレーザ溶接が行われることを防止できる。これにより、レーザ溶接における溶接不良の発生をより確実に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法を実現するレーザ加工装置の全体構成を示す模式図。 検査用レーザ光の計測結果（基準強度との比較）を示す図。 本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置による検査用レーザ光の照射状況を示す模式図。 本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法におけるレーザ溶接の実施状況を示す模式図。 検査用レーザ光の計測結果（打点数の増加に伴う変化状況）を示す図。 本発明の第一の実施形態に係るレーザ溶接方法を示す模式図。 本発明の第二の実施形態に係るレーザ溶接方法を示す模式図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法を実現するレーザ加工装置の全体構成について、図１を用いて説明をする。
尚、図１では、レーザ加工装置１００の構成を模式的に表している。また、図１では、説明を分かり易くするため、レーザ光を実線で表し、戻り光を二点鎖線で表し、電気信号線を破線で表している。

レーザ加工装置１００は、レーザ溶接によって、二つの部材５１・５２からなるワーク５０を、溶接し接合するための装置であり、レーザ発振器１０、光学系２０、受光部３０、制御装置４０等を備えている。

本実施形態における溶接対象たるワーク５０は、２枚の鋼板５１・５２を重ね合わせたものであって、レーザ加工装置１００によって、その重ね合わせた所定の部位（以下、溶接部Ｘと呼ぶ）に所定の出力のレーザ光が照射されることによって、溶接部Ｘが形成されるものである。

レーザ発振器１０は、レーザ光の発振源であり、光ファイバ１１によって、光学系２０に接続され、光学系２０によって、レーザ光を導いて、ワーク５０に向けて照射する。

光学系２０は、一対のガルバノミラー２１・２２を備えている。
一方のガルバノミラー２１は、モータ２３のモータ軸２３ａに支持されており、モータ２３の駆動により、モータ軸２３ａを軸心として回転可能に構成されている。他方のガルバノミラー２２は、モータ２４のモータ軸２４ａに支持されており、モータ２４の駆動により、モータ軸２４ａを軸心として回転可能に構成されている。
また、各ガルバノミラー２１・２２は、一方のモータ軸２３ａの軸心を水平向きとし、他方のモータ軸２４ａの軸心を鉛直向きとしている。

そして、光学系２０は、各モータ２３・２４を駆動し、各ガルバノミラー２１・２２の相対角度を調整することによって、レーザ光の照射位置を調整し、ワーク５０の溶接部Ｘにおいて、レーザ光を走査することができるように構成している。

光学系２０では、レーザ発振器１０から光ファイバ１１を通じて入射されたレーザ光は、まず、ミラー２５を通過する。
ミラー２５は、レーザ発振器１０側から入射したレーザ光は全通過させるとともに、ワーク５０側からの戻り光については、全反射するように構成されている。ミラー２５は、戻り光を後述する受光部３０に向けて反射させるように、傾きを設けている。

光学系２０では、ミラー２５を通過したレーザ光が、焦点調整機構２６を通過し、焦点距離が調整された後に、ミラー２７によって、ガルバノミラー２２に向けてレーザ光を反射させる。
そして、ガルバノミラー２２で反射したレーザ光を、さらにガルバノミラー２１で反射させて、レーザ光の照射方向をワーク５０の溶接部Ｘが位置する方向に向ける。

焦点調整機構２６は、レーザ光の光軸方向に向けて変位可能に構成されたレンズ２６ａを備えている。そして、レーザ光の光軸方向におけるレンズ２６ａの位置を調整することによって、レーザ光の焦点距離を調整する構成としている。

さらに、光学系２０では、ワーク５０と対面する側の端部において、保護ガラス２８を備えている。
保護ガラス２８は、ワーク５０に対してレーザ光を照射したときに生じるスパッタから光学系２０を保護するために設けられている。
即ち、保護ガラス２８は、表面にスパッタが付着することが予定されており、汚れ具合によって、あるいは、定期的に、交換がなされるものである。

このような光学系２０には、ワーク５０の溶接部Ｘに照射したレーザ光の反射光である戻り光が入射される。
保護ガラス２８を通じて、光学系２０内に入射された戻り光は、各ガルバノミラー２１・２２、ミラー２７、ミラー２５によって反射され、受光部３０へと導かれる。

即ち、本実施形態において示す光学系２０は、少なくともレーザ光の溶接部Ｘにおける照射位置、焦点距離を調節するものであり、溶接部Ｘに照射されたレーザ光の戻り光を受光部３０へと導くものである。
尚、光学系２０は、図示しないコリメートレンズ・Ｆθレンズ・集光レンズ・各種フィルタ等を備えている。

受光部３０は、溶接部Ｘに照射されたレーザ光の戻り光を受光するものであって、ビームスプリッタ３１、ミラー３２、複数のセンサ３３・３４等を備えている。
ビームスプリッタ３１は、戻り光を周波数帯ごとに分離するものであり、本実施形態では、戻り光を二つの周波数帯に分離する構成としている。

センサ３３・３４は、ビームスプリッタ３１で周波数帯ごとに分離された戻り光の強度を検出するものである。
本実施形態において、センサ３３は、波長が５００ｎｍ近傍の光を受光するのに適したものを用いており、センサ３４は、波長が８００ｎｍ近傍の光を受光するのに適したものを用いている。

制御装置４０は、レーザ発振器１０、光学系２０および受光部３０に接続されている。
制御装置４０は、受光部３０で受光した戻り光の強度に基づいて、レーザ発振器１０の出力を制御する機能を有している。
また、制御装置４０は、光学系２０を構成する各モータ２３・２４の動作を制御して、レーザ加工装置１００におけるレーザ光の照射位置を制御するとともに、焦点調整機構２６の動作を制御して、レーザ加工装置１００におけるレーザ光の焦点距離を制御する機能を有している。

レーザ加工装置１００は、従来からレーザ溶接に使用されている装置と同じ構成であり、従来用いているレーザ加工装置をそのまま使用することが可能である。
そして、制御装置４０は、受光部３０で受光した戻り光の強度に基づいて、保護ガラス２８の汚れの有無を判断する機能と、レーザ加工装置１００の溶接部Ｘにおけるレーザ出力の低下量を算出する機能と、レーザ加工装置１００におけるレーザ光の焦点ズレ量を算出する機能を、さらに有している。

ここで、溶接部Ｘにおけるレーザ出力の低下量を算出方法について、図２〜図５を用いて説明をする。
尚、図３では、レーザ加工装置１００の構成を模式的に表している。また、図３では、説明を分かり易くするため、検査用レーザ光を一点鎖線で表している。
図２は、図３に示すように、溶接部Ｘに対して、レーザ溶接時のレーザ出力に比して出力が小さいレーザ光（以下、検査用レーザ光と呼ぶ）を照射した場合における、受光部３０（ここでは、センサ３４）で受光した戻り光の強度の計測結果を示したものである。
本計測における検査用レーザ光は、１０００Ｗの出力で、約０．０２秒間照射したものである。尚、本実施形態では、図２に示す波形は、センサ３４により受光した戻り光の測定結果（波長８００ｎｍ帯のもの）を用いているが、センサ３３による測定結果を用いてもよい。

図２に示す２つの波形のうち、一方は、保護ガラスにスパッタの付着がない状態で、即ち、保護ガラスの汚れに起因する出力低下がない状態で戻り光強度を計測した波形であり、低下量を算出する際の基準強度となるものである。他方は、保護ガラスにスパッタが付着している状態で、即ち、保護ガラスの汚れに起因する出力低下がある状態で戻り光強度を計測した波形である。

レーザ出力低下量の算出においては、各波形から、波形が安定している部分を適宜抜き出して（図２中の安定範囲）、この安定範囲の計測値を平均化処理したもの同士を比較して、検査用レーザ光の戻り光強度の差を算出する。
そして、この算出した差から、実際のレーザ出力時の出力低下量を算出する。尚、検査用レーザ光の出力低下量と、実際の溶接時におけるレーザ出力低下量の相関関係を、予め実験等により取得しておくことが好ましい。

またここで、溶接部Ｘにおける焦点ズレの算出方法について、図４および図５を用いて説明をする。
図５には、連続して複数の点にレーザ溶接を行った場合（図４参照）の、レーザ出力の低下状況を計測した結果を示している。

本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法では、図４に示すように、ワーク５０に対して、スポット溶接に似た態様で、点状の溶接部Ｘを所定の間隔を置きつつ連続的に形成するように、レーザ溶接を行う構成としている。
そして、本発明の第一の実施形態に係るレーザ溶接方法では、打点の予定数を定めており、例えば、図４に示す場合であれば、ワーク５０に対する打点の予定数が「６」であって、第１点目から第６点目までのレーザ溶接を、連続的に実施していく。
尚、自動車用部品等の製造においては、打点の予定数が数百点に及ぶこともある。

図５に示す２つの測定結果のうち、一方は、保護ガラスにスパッタの付着がない状態で、即ち、保護ガラスの汚れに起因する熱レンズ効果が生じない状態で戻り光強度を計測した結果である。他方は、保護ガラスにスパッタが付着している状態で、即ち、保護ガラスの汚れに起因して熱レンズ効果が生じる状態で戻り光強度を計測した結果である。

ここで、熱レンズ効果について、説明をする。
保護ガラスにスパッタが付着している状態でレーザ溶接がなされると、レーザ光が保護ガラスに付着したスパッタに吸収され、スパッタ周辺の保護ガラスの温度が上昇する。そして、保護ガラスの温度が部分的に上昇すると、その温度が上昇した部位の屈折率が他の部位と異なることとなり、保護ガラスがレンズのような働きをするようになって、レーザ光の焦点距離が変動するものである。

熱レンズ効果は、レーザ光を連続的に照射する場合、即ち、連続してレーザ溶接を行う場合に影響が大きくなるという特徴がある。
また、熱レンズ効果は、レーザ光の照射を止めている状態では生じないため、レーザ溶接の開始直後（例えば、第１点目の打点をレーザ溶接するとき）においては、熱レンズ効果の影響を無視することができる。

図５によると、第１点目の打点では、スパッタの付着の有無に関わらず、熱レンズ効果の影響によるレーザ出力の低下が生じていないことが判る。
また、図５によると、保護ガラスにスパッタの付着が無い状態では、連続的にレーザ溶接を行っても、熱レンズ効果に起因するレーザ出力の低下がなく、一方、保護ガラスにスパッタが付着している状態では、熱レンズ効果によってレーザ出力の低下が生じていることが判る。
尚、図５における第４点目と第５点目の打点の間において、レーザ光の照射を一時的に停止している。このため、第５点目の打点では、熱レンズ効果によるレーザ出力の低下量が一旦少なくなっている。

本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法では、第１点目の打点では、熱レンズ効果が生じないため、第２点目の打点以降について、熱レンズ効果の影響によるレーザ出力の低下量を算出する。
レーザ出力の低下量の算出方法は、上記スパッタの付着に起因したレーザ出力低下量の算出方法と同様に、検査用レーザ光の戻り光の強度の波形における安定範囲の強度を平均化処理した値から算出する。
その際に、第１点目の打点をレーザ溶接する前に取得したレーザ出力低下量を用いて、この第１点目の打点におけるレーザ出力低下量を基準として、さらに低下した分のレーザ出力が、熱レンズ効果による出力低下量分であると判断するものとしている。
現実的には、第１点目の打点をレーザ溶接するときに、スパッタの付着量が増大していることが考えられるが、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法では、この影響は無視しており、第２点目以降の打点をレーザ溶接したときのレーザ出力の変化量が、全て熱レンズ効果によるものであると仮定している。

そして、この熱レンズ効果のみによる出力低下量から焦点ズレ量を算出する構成としている。

尚、焦点ズレ量の算出においては、検査用レーザ光の出力低下量と、実際の溶接時における焦点ズレ量との相関関係を、予め実験等により取得しておく。

次に、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法について、図６および図７を用いて説明をする。
尚、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法におけるレーザ溶接の開始時点では、保護ガラス２８（図１参照）は十分に冷めており、それ以前のレーザ溶接の影響（熱レンズ効果による焦点ズレに限る）は無視できる状態にある。

ここではまず、本発明の第一の実施形態に係るレーザ溶接方法について、説明をする。
図６に示す如く、本発明の第一の実施形態に係るレーザ溶接方法では、まず始めに制御装置４０によって、これから行うレーザ溶接の打点数として、初期値「１」（第１点目であること）を記憶する（ＳＴＥＰ−１−１）。

即ち、第１点目の打点は、当該ワーク５０に対して最初にレーザ溶接を行う箇所であり、第１点目のレーザ溶接をするときにおいては、保護ガラス２８は十分に冷めた状態となっている。
また、第２点目以降の打点では、熱レンズ効果が生じることとなり、最後の打点（６点目）のレーザ溶接が終了するまで、熱レンズ効果による出力低下が継続する。

そして、次のワーク５０に対して第１点目の溶接部Ｘにレーザ溶接を行うまでの間に、保護ガラス２８は十分に冷めるため、第１点目の溶接部Ｘに対するレーザ溶接においては、熱レンズ効果が生じない。
本実施形態に係るレーザ溶接方法では、このような前提条件の下で、レーザ溶接を行う構成としている。

尚、本実施形態では、レーザ加工装置１００によって、スポット溶接に似た態様でレーザ溶接を行う場合を例示しているが、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法における溶接態様はこれに限定されず、例えば、連続するビードを形成するような態様でレーザ溶接を行う場合でも、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法を適用することができる。
また、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法において、例えば、スポット溶接の如く点状の溶接部Ｘ・Ｘ・・・を連続させる態様でレーザ溶接する場合、隣接する溶接部Ｘ同士が重なりあう構成としてもよい。

本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工方法では、次に、第１点目のレーザ照射位置に対応する位置にレーザ加工装置１００のヘッドを移動させて（ＳＴＥＰ−１−２）、ここで、第１点目のレーザ照射予定位置に向けて、検査用レーザ光を照射する（ＳＴＥＰ−１−３）。

検査用レーザ光は、レーザ溶接時のレーザ出力に比して出力が小さいレーザ光である。
検査用レーザ光は、ワーク５０の表面をスパッタが発生しない程度の溶融状態に維持することができる出力で、かつ、短時間（例えば、０．０２秒程度）だけ照射するものとし、ワークの材質や厚み等に応じて、照射条件を適宜選択する。

そして、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工方法では、次に、第１点目のレーザ照射予定位置からの検査用レーザ光の反射光である戻り光を、受光部３０によって受光し（ＳＴＥＰ−１−４）、制御装置４０によって、戻り光を計測するとともに、受光した戻り光の強度に基づいて、レーザ出力の低下量を算出する（ＳＴＥＰ−１−５）。
ここで算出するレーザ出力の低下量は、保護ガラス２８の汚れに起因するもの（熱レンズ効果によるものを除く）である。

具体的には、スパッタの付着がない保護ガラスを使用し、検査用レーザ光の戻り光の計測した結果である基準強度を用いて、その基準強度と、計測した戻り光の強度との差異から、制御装置４０によって、レーザ出力の低下量を算出する（図２参照）。

即ち、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工方法は、溶接部Ｘに所定の出力でレーザ光を照射してレーザ溶接を行う工程（ＳＴＥＰ−１−７）の前に、所定の出力に比して出力が小さい検査用レーザ光を溶接部Ｘに照射する工程（ＳＴＥＰ−１−３）と、受光部３０によって、検査用レーザ光の戻り光を受光する工程（ＳＴＥＰ−１−４）と、制御装置４０によって、検査用レーザ光の戻り光の強度を計測するとともに、検査用レーザ光の戻り光の強度を、予め取得しておいた検査用レーザ光の戻り光の基準強度と比較して、レーザ加工装置１００の、溶接部Ｘにおけるレーザ出力の低下量を算出する工程（ＳＴＥＰ−１−５）からなる工程（以下、レーザ出力低下量算出工程と呼ぶ）を備えている。

そして、溶接部Ｘにおけるレーザ出力の低下量を算出した後に、その算出結果から、制御装置４０によって、レーザ出力低下の有無を判定する（ＳＴＥＰ−１−６）。
レーザ出力の低下がある（即ち、保護ガラスに汚れ（スパッタ）の付着がある）と判定された場合には、レーザ出力の不足を補うように、レーザ出力の調整を行い（ＳＴＥＰ−１−７）、その後、レーザ加工を実行する（ＳＴＥＰ−１−８）。
具体的には、制御装置４０からの指令信号によって、レーザ発振器１０のレーザ出力を上げて、レーザ加工を実行する。

一方、レーザ出力の低下がない（即ち、保護ガラスに汚れ（スパッタ）の付着がない）と判定された場合には、そのままレーザ加工（ＳＴＥＰ−１−８）に移行する。

尚、本実施形態では、レーザ出力の低下が認められた場合には、レーザ出力の調整を行う構成としているが、例えば、スパッタの付着が非常に多いような場合、その出力低下の度合によっては、レーザ溶接を中止する構成としてもよい。

そして、溶接部Ｘに対してレーザ加工を行った後に、現状の打点数を確認する（ＳＴＥＰ−１−９）。
予定打点数が１打点の場合には、ここでレーザ加工を終了し、予定打点数が２以上である場合には、次の溶接部Ｘをレーザ加工するためのステップへと移行する。

次に、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工方法では、第２点目のレーザ照射位置に対応する位置にレーザ加工装置１００のヘッドを移動させ（ＳＴＥＰ−１−１０）、その後、第２点目のレーザ照射予定位置（即ち、次の溶接部Ｘ）に向けて、検査用レーザ光を照射する（ＳＴＥＰ−１−１１）。

そして、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工方法では、ここで、次の溶接部Ｘからの検査用レーザ光の反射光である戻り光を、受光部３０によって受光し（ＳＴＥＰ−１−１２）、制御装置４０によって、戻り光を計測するとともに、計測した戻り光の強度に基づいて、焦点ズレ量を算出する（ＳＴＥＰ−１−１３）。

即ち、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工方法は、少なくとも１回、溶接部Ｘにレーザ溶接を行う工程（ＳＴＥＰ−１−８）の後、連続して次の溶接部Ｘにレーザ溶接を行う工程（ＳＴＥＰ−１−１６）を備える場合において、次の溶接部Ｘにレーザ溶接を行う工程（ＳＴＥＰ−１−１６）の前に、検査用レーザ光を次の溶接部Ｘに照射する工程（ＳＴＥＰ−１−１１）と、受光部３０によって、次の溶接部Ｘからの検査用レーザ光の戻り光を受光する工程（ＳＴＥＰ−１−１２）と、制御装置４０によって、次の溶接部Ｘからの検査用レーザ光の戻り光の強度を計測するとともに、次の溶接部Ｘからの検査用レーザ光の戻り光の強度と、レーザ出力低下量算出工程において算出したレーザ出力の低下量と、に基づいて、レーザ加工装置１００の、次の溶接部Ｘに対するレーザ光の焦点ズレ量を算出する工程（ＳＴＥＰ−１−１２）からなる工程（以下、焦点ズレ量算出工程と呼ぶ）を備えている。

尚、焦点ズレ量の算出においては、（ＳＴＥＰ−１−５）で算出したレーザ出力低下量を用いる。
第２点目以降の溶接部Ｘにおける戻り光の波形は、保護ガラスの汚れのみに起因する出力低下と、熱レンズ効果に起因する出力低下が合算された状態で計測される。
このため、第２点目以降の溶接部Ｘからの戻り光を計測した強度から、第１点目の溶接部Ｘをレーザ溶接する前に算出した戻り光の強度を減算することによって、熱レンズ効果のみに起因する出力低下量が算出される。

そして、熱レンズ効果のみに起因する出力低下量から、溶接部Ｘにおける焦点ズレ量を算出する。
溶接部Ｘにおける焦点ズレ量は、予め実験等により取得しておいた相関関係（レーザ出力低下量と焦点ズレ量との関係）に基づいて算出する。

そして、溶接部Ｘにおける焦点ズレ量を算出した後に、その算出結果から、制御装置４０によって、焦点ズレの有無を判定する（ＳＴＥＰ−１−１４）。
ここで、焦点ズレがある（即ち、保護ガラスに熱レンズ効果が生じている）と判定された場合には、焦点ズレ量を焦点調整機構２６にフィードバックし、焦点距離の調整を行い（ＳＴＥＰ−１−１５）、その後、レーザ加工を実行する（ＳＴＥＰ−１−１６）。
一方、レーザ出力の低下がない（即ち、保護ガラスに熱レンズ効果が生じていない）と判定された場合には、そのままレーザ加工（ＳＴＥＰ−１−１６）に移行する。

即ち、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工方法は、焦点ズレ量算出工程（ＳＴＥＰ−１−１１）〜（ＳＴＥＰ−１−１３）を行った後、次の溶接部Ｘにレーザ溶接を行う工程（ＳＴＥＰ−１−１６）の前において、制御装置４０によって、算出した焦点ズレ量に基づいて、焦点調整機構２６を調整し、レーザ加工装置１００の焦点距離を調整する焦点距離調整工程（ＳＴＥＰ−１−１５）を備えている。

尚、本実施形態では、焦点ズレが認められた場合には、焦点距離の調整を行う構成としているが、焦点ズレ量の度合によっては、焦点距離の調整を行わずにレーザ溶接を中止する構成としてもよい。

そして、溶接部Ｘに対してレーザ加工を行った後に、現状の打点数を確認する（ＳＴＥＰ−１−９）。
打点数が予定数に達している場合には、ここでレーザ加工を終了し、打点数が未だ予定数に達していない場合には、打点数に「１」を加算して（ＳＴＥＰ−１−１８）、次の溶接部Ｘをレーザ加工するステップ（ＳＴＥＰ−１−１０）へと移行する。
以上が、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工方法の流れである。

即ち、本発明の第一の実施形態に係るレーザ溶接方法は、少なくとも１回溶接部Ｘにレーザ溶接を行った後、連続して次の溶接部Ｘにレーザ溶接を行う場合において、レーザ発振器１０と光学系２０によって、次の溶接部Ｘにレーザ溶接を行う前に、検査用レーザ光を次の溶接部Ｘに照射するとともに、受光部３０によって、次の溶接部Ｘからの検査用レーザ光の戻り光を受光し、制御装置４０によって、次の溶接部Ｘからの検査用レーザ光の戻り光の強度を計測するとともに、次の溶接部Ｘからの検査用レーザ光の戻り光の強度と、レーザ出力低下量算出工程において算出したレーザ出力の低下量と、に基づいて、レーザ加工装置１００の、次の溶接部Ｘに対するレーザ光の焦点ズレ量を算出する焦点ズレ量算出工程を備えるものである。

このような構成により、熱レンズ効果による焦点ズレを検出することができる。

また、本発明の第一の実施形態で示すレーザ加工装置１００の光学系２０は、レーザ光の焦点距離を調整する焦点調整機構２６を備え、本発明の第一の実施形態に係るレーザ溶接方法では、焦点ズレ量算出工程を行った後、次の溶接部Ｘにレーザ溶接を行う前において、制御装置４０によって、算出した焦点ズレ量に基づいて、焦点調整機構２６を調整し、レーザ加工装置１００の焦点距離を調整する焦点距離調整工程を備え、焦点距離調整工程の後で、レーザ加工装置１００によって、次の溶接部Ｘにレーザ溶接を行うものである。

このような構成により、熱レンズ効果による焦点ズレを検出することができ、レーザ出力が低下した状態でレーザ溶接が行われることを防止できる。これにより、レーザ溶接における溶接不良の発生をより確実に抑制することができる。

尚、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法は、レーザ出力低下量算出工程のみを実施する構成であってもよい。
図７には、本発明の第二の実施形態に係るレーザ溶接方法の流れを示している。本発明の第二の実施形態に係るレーザ溶接方法では、レーザ出力低下量算出工程のみを実施する構成としている。

本発明の第二の実施形態に係るレーザ溶接方法では、図７に示すように、まず始めに、第１点目のレーザ照射位置に対応する位置にレーザ加工装置１００のヘッドを移動させておき（ＳＴＥＰ−２−１）、ここで、第１点目のレーザ照射予定位置（即ち、溶接部Ｘ）に向けて、検査用レーザ光を照射する（ＳＴＥＰ−２−２）。

そして、本発明の第二の実施形態に係るレーザ加工方法では、次に、第１点目の溶接部Ｘからの検査用レーザ光の反射光である戻り光を、受光部３０によって受光し（ＳＴＥＰ−２−３）、制御装置４０によって、戻り光を計測し、計測した戻り光の強度に基づいて、溶接部Ｘにおけるレーザ出力の低下量を算出する（ＳＴＥＰ−２−４）。
ここで算出するレーザ出力の低下量は、保護ガラス２８の汚れに起因するもの（熱レンズ効果によるものを除く）である。

即ち、本発明の第二の実施形態に係るレーザ加工方法は、溶接部Ｘに所定の出力でレーザ光を照射してレーザ溶接を行う工程（ＳＴＥＰ−２−７）の前に、所定の出力に比して出力が小さい検査用レーザ光を溶接部Ｘに照射する工程（ＳＴＥＰ−２−２）と、受光部３０によって、検査用レーザ光の戻り光を受光する工程（ＳＴＥＰ−２−３）と、制御装置４０によって、検査用レーザ光の戻り光の強度を計測するとともに、検査用レーザ光の戻り光の強度を、予め取得しておいた検査用レーザ光の戻り光の基準強度と比較して、レーザ加工装置１００の、溶接部Ｘにおけるレーザ出力の低下量を算出する工程（ＳＴＥＰ−２−４）からなるレーザ出力低下量算出工程を備えている。

そして、溶接部Ｘにおけるレーザ出力の低下量を算出した後に、その算出結果に基づいて、制御装置４０によって、レーザ出力低下の有無を判定する（ＳＴＥＰ−２−５）。
ここで、レーザ出力の低下がある（即ち、保護ガラスに汚れ（スパッタ）の付着がある）と判定された場合には、レーザ出力の不足を補うように、レーザ出力の調整を行い（ＳＴＥＰ−２−６）、その後にレーザ加工を実行する（ＳＴＥＰ−２−７）。
具体的には、制御装置４０からの指令信号によって、レーザ発振器１０のレーザ出力を調整する。

一方、レーザ出力の低下がない（即ち、保護ガラスに汚れ（スパッタ）の付着がない）と判定された場合には、そのままレーザ加工（ＳＴＥＰ−２−７）に移行し、レーザ溶接を完了する。
以上が、本発明の第二の実施形態に係るレーザ加工方法の流れである。

即ち、本発明の第二の実施形態に係るレーザ溶接方法は、レーザ発振器１０と、レーザ発振器１０から発振されたレーザ光をワーク５０の溶接部Ｘに照射しつつ走査する手段である光学系２０と、光学系２０の溶接部Ｘに対面する側の端部に配置される保護ガラス２８と、レーザ光の溶接部Ｘにおける反射光のうち、光学系２０へ入射した戻り光を受光する受光部３０と、受光部３０で受光した戻り光の強度に基づいて、レーザ発振器１０の出力を制御する制御手段たる制御装置４０と、を備えたレーザ加工装置１００を用いて、溶接部Ｘをレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、溶接部Ｘに所定の出力でレーザ光を照射してレーザ溶接を行う前に、レーザ発振器１０と光学系２０によって、所定の出力に比して出力が小さい検査用レーザ光を溶接部Ｘに照射するとともに、受光部３０によって、検査用レーザ光の戻り光を受光し、制御装置４０によって、検査用レーザ光の戻り光の強度を計測するとともに、計測した検査用レーザ光の戻り光の強度を、予め取得しておいた検査用レーザ光の戻り光の基準強度と比較して、レーザ加工装置１００の、溶接部Ｘにおけるレーザ出力の低下量を算出するレーザ出力低下量算出工程を備え、制御装置４０によって、算出したレーザ出力の低下量に基づいて、レーザ発振器１０の出力を調整し、レーザ加工装置１００によって、溶接部Ｘに調整後の所定の出力でレーザ光を照射してレーザ溶接を行うものである。

このような構成により、従来と同じ構成のレーザ加工装置１００を用いて、容易に保護ガラス２８の汚れを検出することができ、レーザ出力が低下した状態でレーザ溶接が行われることを防止できる。これにより、レーザ溶接における溶接不良の発生を抑制することができる。

尚、本実施形態では、一つのワーク５０に対する一連のレーザ溶接工程において、ある打点から次の打点に移行する間に、焦点ズレ量を演算し、次の打点の溶接時に前の打点における演算結果をフィードバックする構成としているが、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法における焦点ズレ量のフィードバック方法はこれに限定されない。

例えば、一つのワーク５０に対して、溶接部Ｘの数（打点数）がｎ点設定されている場合、あるワーク５０に対してレーザ溶接をしたときの１点目〜ｎ点目までの各溶接部Ｘにおける焦点ズレ量を記憶しておく。そして、次のワーク５０をレーザ溶接するときに、一つ前のタイミングでレーザ溶接したワーク５０の１点目〜ｎ点目までの各溶接部Ｘにおける焦点ズレ量を、次のワーク５０の１点目〜ｎ点目までの各溶接部Ｘをレーザ溶接するときにフィードバックする構成としてもよい。

このような構成では、溶接対象のワーク５０を取り換えるタイミングでまとめて焦点ズレ量を演算することが可能になり、打点を移行する度に焦点ズレ量の演算をする必要がなくなるので、次の打点への移行を早めることが可能になり、レーザ溶接の高速化において有利になるという利点がある。

１０ レーザ発振器
２０ 光学系
２６ 焦点調整機構
２８ 保護ガラス
３０ 受光部
４０ 制御装置
５０ ワーク
１００ レーザ加工装置
Ｘ 溶接部

本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法では、第１点目の打点では、熱レンズ効果が生じないため、第２点目の打点以降について、熱レンズ効果の影響によるレーザ出力の低下量を算出する。
レーザ出力の低下量の算出方法は、上記スパッタの付着に起因したレーザ出力低下量の算出方法と同様に、検査用レーザ光の戻り光の強度の波形における安定範囲の強度を平均化処理した値から算出する。
その際に、第１点目の打点をレーザ溶接する前に取得したレーザ出力低下量を基準として、第２点目以降の打点におけるレーザ出力の低下分が、熱レンズ効果による出力低下量分であると判断するものとしている。
現実的には、第１点目の打点をレーザ溶接するときに、スパッタの付着量が増大していることが考えられるが、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法では、この影響は無視しており、第２点目以降の打点をレーザ溶接したときのレーザ出力の変化量が、全て熱レンズ効果によるものであると仮定している。

即ち、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工方法は、溶接部Ｘに所定の出力でレーザ光を照射してレーザ溶接を行う工程（ＳＴＥＰ−１−８）の前に、所定の出力に比して出力が小さい検査用レーザ光を溶接部Ｘに照射する工程（ＳＴＥＰ−１−３）と、受光部３０によって、検査用レーザ光の戻り光を受光する工程（ＳＴＥＰ−１−４）と、制御装置４０によって、検査用レーザ光の戻り光の強度を計測するとともに、検査用レーザ光の戻り光の強度を、予め取得しておいた検査用レーザ光の戻り光の基準強度と比較して、レーザ加工装置１００の、溶接部Ｘにおけるレーザ出力の低下量を算出する工程（ＳＴＥＰ−１−５）からなる工程（以下、レーザ出力低下量算出工程と呼ぶ）を備えている。

即ち、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工方法は、少なくとも１回、溶接部Ｘにレーザ溶接を行う工程（ＳＴＥＰ−１−８）の後、連続して次の溶接部Ｘにレーザ溶接を行う工程（ＳＴＥＰ−１−１６）を備える場合において、次の溶接部Ｘにレーザ溶接を行う工程（ＳＴＥＰ−１−１６）の前に、検査用レーザ光を次の溶接部Ｘに照射する工程（ＳＴＥＰ−１−１１）と、受光部３０によって、次の溶接部Ｘからの検査用レーザ光の戻り光を受光する工程（ＳＴＥＰ−１−１２）と、制御装置４０によって、次の溶接部Ｘからの検査用レーザ光の戻り光の強度を計測するとともに、次の溶接部Ｘからの検査用レーザ光の戻り光の強度と、レーザ出力低下量算出工程において算出したレーザ出力の低下量と、に基づいて、レーザ加工装置１００の、次の溶接部Ｘに対するレーザ光の焦点ズレ量を算出する工程（ＳＴＥＰ−１−１３）からなる工程（以下、焦点ズレ量算出工程と呼ぶ）を備えている。

そして、溶接部Ｘにおける焦点ズレ量を算出した後に、その算出結果から、制御装置４０によって、焦点ズレの有無を判定する（ＳＴＥＰ−１−１４）。
ここで、焦点ズレがある（即ち、保護ガラスに熱レンズ効果が生じている）と判定された場合には、焦点ズレ量を焦点調整機構２６にフィードバックし、焦点距離の調整を行い（ＳＴＥＰ−１−１５）、その後、レーザ加工を実行する（ＳＴＥＰ−１−１６）。
一方、焦点ズレがない（即ち、保護ガラスに熱レンズ効果が生じていない）と判定された場合には、そのままレーザ加工（ＳＴＥＰ−１−１６）に移行する。

そして、溶接部Ｘに対してレーザ加工を行った後に、現状の打点数を確認する（ＳＴＥＰ−１−１７）。
打点数が予定数に達している場合には、ここでレーザ加工を終了し、打点数が未だ予定数に達していない場合には、打点数に「１」を加算して（ＳＴＥＰ−１−１８）、次の溶接部Ｘをレーザ加工するステップへと移行する。
以上が、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工方法の流れである。

Claims (3)

1. レーザ発振器と、
   前記レーザ発振器から発振されたレーザ光をワークの溶接部に照射しつつ走査する手段である光学系と、
   前記光学系の前記溶接部に対面する側の端部に配置される保護ガラスと、
   前記レーザ光の前記溶接部における反射光のうち、前記光学系へ入射した戻り光を受光する受光部と、
   前記受光部で受光した前記戻り光の強度に基づいて、前記レーザ発振器の出力を制御する制御手段と、
   を備えたレーザ加工装置を用いて、
   前記溶接部をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記溶接部に所定の出力で前記レーザ光を照射してレーザ溶接を行う前に、
   前記レーザ発振器と前記光学系によって、
   前記所定の出力に比して出力が小さい検査用レーザ光を前記溶接部に照射するとともに、
   前記受光部によって、
   前記保護ガラスを通過した前記検査用レーザ光の戻り光を受光し、
   前記制御手段によって、
   前記検査用レーザ光の戻り光の強度を計測するとともに、
   計測した前記検査用レーザ光の戻り光の強度を、
   予め取得しておいた前記検査用レーザ光の戻り光の基準強度と比較して、
   前記レーザ加工装置の、前記溶接部におけるレーザ出力の低下量を算出するレーザ出力低下量算出工程を備え、
   前記制御手段によって、
   算出した前記レーザ出力の低下量に基づいて、
   前記レーザ発振器の出力を調整し、
   前記レーザ加工装置によって、
   前記溶接部に調整後の所定の出力で前記レーザ光を照射してレーザ溶接を行う、
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 少なくとも１回前記溶接部にレーザ溶接を行った後、連続して次の溶接部にレーザ溶接を行う場合において、
   前記次の溶接部にレーザ溶接を行う前に、
   前記レーザ発振器と前記光学系によって、
   前記検査用レーザ光を前記次の溶接部に照射するとともに、
   前記受光部によって、
   前記次の溶接部からの前記検査用レーザ光の戻り光を受光し、
   前記制御手段によって、
   前記次の溶接部からの前記検査用レーザ光の戻り光の強度を計測するとともに、
   前記次の溶接部からの前記検査用レーザ光の戻り光の強度と、
   前記レーザ出力低下量算出工程において算出した前記レーザ出力の低下量と、
   に基づいて、
   前記レーザ加工装置の、前記次の溶接部に対する前記レーザ光の焦点ズレ量を算出する焦点ズレ量算出工程を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
3. さらに、
   前記光学系は、
   前記レーザ光の焦点距離を調整する焦点調整機構を備え、
   前記焦点ズレ量算出工程を行った後、前記レーザ加工装置によって、前記次の溶接部にレーザ溶接を行う前において、
   前記制御手段によって、
   算出した前記焦点ズレ量に基づいて、前記焦点調整機構を調整し、
   前記レーザ加工装置の焦点距離を調整する焦点距離調整工程を備え、
   前記焦点距離調整工程の後で、
   前記レーザ加工装置によって、
   前記次の溶接部にレーザ溶接を行う、
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接方法。

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