JP2018183799A - レーザー溶接ロボットの制御装置、レーザー溶接ロボット、レーザー溶接ロボットシステム、及びレーザー溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの被溶接部材の間にギャップがある場合に、良好な溶接結果が得られる技術を提供する。
【解決手段】レーザー溶接ロボットシステムは、レーザーヘッドをワークに対して相対移動させて溶接を実行する。また、レーザーヘッドから射出されるレーザー光をワーク上で往路と復路で交互に走査させ、往路の終点と復路の始点におけるレーザー光のワーク上における照射位置、及び、復路の終点と往路の始点におけるレーザー光のワーク上における照射位置を、空間的に離すとともに、それらの間の時間間隔ではレーザーヘッドからのレーザー光の射出を停止させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、レーザー溶接に関するものである。

特許文献１には、ルートギャップを有する突合せ継手をアーク溶接する方法が記載されている。この従来技術では、溶接トーチを溶接線に対してウィービングさせながら移動させることによって、ルートギャップがあっても良好な溶接を行うことを可能としている。

特開２００４−２２３５８４号公報

しかしながら、レーザー溶接は、アーク溶接に比べて局所的に大きな熱が集中して加えられるので、その溶融部がいわゆるキーホール形状（逆円錐形状）となり易い。従って、レーザー溶接において、２つの被溶接部材の間にギャップがある場合に通常のウィービングを行っても、良好な溶接結果が得られないという問題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態（aspect）として実現することが可能である。

（１）本発明の第１の形態によれば、レーザー光を射出するレーザーヘッドと、前記レーザーヘッドをワークに対して相対的に移動させる送り装置と、を有し、第１被溶接部材と第２被溶接部材との突き合わせ部を含むワークを、前記突き合わせ部で形成される溶接線に沿って溶接するレーザー溶接ロボットの制御装置が提供される。この制御装置は、前記送り装置を制御して、前記レーザーヘッドを前記ワークに対して前記溶接線に平行な第１方向に沿って相対移動させ、前記レーザーヘッドを制御して、（１）前記レーザーヘッドから射出される前記レーザー光を、前記第１方向と直交する第２方向の方向成分を少なくとも含む走査軌跡に沿って、前記ワーク上において前記第２方向に関して往路と復路で交互に走査させ、（２）各往路の終点と当該往路の次の復路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記往路の終点と前記復路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させ、（３）各復路の終点と当該復路の次の往路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記復路の終点と前記往路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させる。
この制御装置によれば、ワーク上においてレーザー光を往路と復路で交互に走査させるとともに、ワーク上における往路の終点と復路の始点の照射位置の間及び復路の終点と往路の始点の照射位置の間を空間的に離すとともにその時間間隔ではレーザー光の射出を停止するので、レーザー光の走査によって、溶融部が第１被溶接部材と第２被溶接部材の突き合わせ部の中央付近に集められる。この結果、突き合わせ部にギャップが形成されている場合にも、そのギャップを埋めて十分に溶接することが可能である。

（２）上記制御装置において、前記走査軌跡は、前記第１方向及び前記第２方向の両方に対して傾いており、前記ワーク上における前記レーザー光の前記往路と前記復路の繰り返し走査は、１回の前記往路における走査軌跡と１回の前記復路における走査軌跡が前記ワーク上において交差するように実行されるものとしてもよい。
この制御装置によれば、レーザー光の走査によって第１被溶接部材と第２被溶接部材の突き合わせ部の中央付近に溶融部を十分に集めることができるので、突き合わせ部にギャップが形成されている場合にも、そのギャップを埋めて十分に溶接することが可能である。

（３）上記制御装置において、前記走査軌跡は、前記第１方向と交差する方向に平行であり、前記ワーク上における前記レーザー光の前記往路と前記復路の繰り返し走査は、前記往路における走査軌跡と前記復路における走査軌跡が前記ワーク上において互いに平行になるように実行されるものとしてもよい。
この制御装置によれば、レーザー光の走査によって第１被溶接部材と第２被溶接部材の突き合わせ部の中央付近に溶融部を十分に集めることができるので、突き合わせ部にギャップが形成されている場合にも、そのギャップを埋めて十分に溶接することが可能である。

（４）上記制御装置において、前記突き合わせ部は、０．５ｍｍ未満のギャップを有するものとしてもよい。
この制御装置によれば、第１被溶接部材と第２被溶接部材の突き合わせ部のギャップが０．５ｍｍ未満なので、レーザー光の走査によってそのギャップを埋めて十分に溶接することが可能である。

（５）上記制御装置において、前記送り装置は、前記ワークに対する前記レーザーヘッドの姿勢及び位置を変更可能なマニピュレーターであるものとしてもよい。
この制御装置によれば、ロボットアームなどのマニピュレーターを用いてレーザーヘッドの姿勢の設定や送り制御を容易に実現できることが可能である。

（６）本発明の第２の形態によれば、第１被溶接部材と第２被溶接部材との突き合わせ部を含むワークを、前記突き合わせ部で形成される溶接線に沿って溶接するレーザー溶接ロボットが提供される。このレーザー溶接ロボットは、レーザー光を射出するレーザーヘッドと、前記溶接線に平行な第１方向に沿って前記レーザーヘッドを前記ワークに対して相対的に移動させる送り装置と、を備える。前記レーザーヘッドは、前記ワークの表面上において前記レーザー光を２次元的に走査させることが可能であり、前記レーザーヘッドは、制御装置の信号により、前記ワークに対して前記第１方向に沿って相対移動し、（１）前記レーザーヘッドから射出される前記レーザー光を、前記第１方向と直交する第２方向の方向成分を少なくとも含む走査軌跡に沿って、前記ワーク上において前記第２方向に関して往路と復路で交互に走査させ、（２）各往路の終点と当該往路の次の復路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記往路の終点と前記復路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させ、（３）各復路の終点と当該復路の次の往路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記復路の終点と前記往路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させる。
このレーザー溶接ロボットによれば、ワーク上においてレーザー光を往路と復路で交互に走査させるとともに、ワーク上における往路の終点と復路の始点の照射位置の間及び復路の終点と往路の始点の照射位置の間を空間的に離すとともにその時間間隔ではレーザー光の射出を停止するので、レーザー光の走査によって、溶融部が第１被溶接部材と第２被溶接部材の突き合わせ部の中央付近に集められる。この結果、突き合わせ部にギャップが形成されている場合にも、そのギャップを埋めて十分に溶接することが可能である。

（７）本発明の第３の形態によれば、第１被溶接部材と第２被溶接部材との突き合わせ部を含むワークを、前記突き合わせ部で形成される溶接線に沿って溶接するレーザー溶接ロボットシステムが提供される。このレーザー溶接ロボットシステムは、レーザー光を射出するレーザーヘッドと、前記溶接線に平行な第１方向に沿って前記レーザーヘッドを前記ワークに対して相対的に移動させる送り装置と、を有する、レーザー溶接ロボットと、
前記レーザー溶接ロボットを制御する制御装置と、を備える。前記レーザーヘッドは、前記ワークの表面上において前記レーザー光を２次元的に走査させることが可能である。前記制御装置は、前記レーザーヘッドを前記ワークに対して前記第１方向に沿って相対移動させ、（１）前記レーザーヘッドから射出される前記レーザー光を、前記第１方向と直交する第２方向の方向成分を少なくとも含む走査軌跡に沿って、前記ワーク上において前記第２方向に関して往路と復路で交互に走査させ、（２）各往路の終点と当該往路の次の復路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記往路の終点と前記復路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させ、（３）各復路の終点と当該復路の次の往路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記復路の終点と前記往路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させる、ように前記レーザーヘッドを制御する。
このレーザー溶接ロボットシステムによれば、ワーク上においてレーザー光を往路と復路で交互に走査させるとともに、ワーク上における往路の終点と復路の始点の照射位置の間及び復路の終点と往路の始点の照射位置の間を空間的に離すとともにその時間間隔ではレーザー光の射出を停止するので、レーザー光の走査によって、溶融部が第１被溶接部材と第２被溶接部材の突き合わせ部の中央付近に集められる。この結果、突き合わせ部にギャップが形成されている場合にも、そのギャップを埋めて十分に溶接することが可能である。

（８）本発明の第４の形態によれば、第１被溶接部材と第２被溶接部材との突き合わせ部を含むワークに対してレーザーヘッドからレーザー光を照射し、前記突き合わせ部で形成される溶接線に沿って溶接を行うレーザー溶接方法が提供される。このレーザー溶接方法は、前記レーザーヘッドを前記ワークに対して前記溶接線に平行な第１方向に沿って相対移動させて前記ワークの溶接を実行する工程を備え、前記工程では、（１）前記レーザーヘッドから射出される前記レーザー光を、前記第１方向と直交する第２方向の方向成分を少なくとも含む走査軌跡に沿って、前記ワーク上において前記第２方向に関して往路と復路で交互に走査させ、（２）前記往路の終点と前記復路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記往路の終点と前記復路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させ、（３）前記復路の終点と前記往路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記復路の終点と前記往路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させる。
このレーザー溶接方法によれば、ワーク上においてレーザー光を往路と復路で交互に走査させるとともに、往路の終点と復路の始点の間及び復路の終点と往路の始点の間を空間的に離すとともにその時間間隔ではレーザー光の射出を停止するので、レーザー光の走査によって、溶融部が第１被溶接部材と第２被溶接部材の突き合わせ部の中央付近に集められる。この結果、突き合わせ部にギャップが形成されている場合にも、そのギャップを埋めて十分に溶接することが可能である。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、レーザー溶接装置やレーザー溶接方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体（non-transitory storage medium）等の形態で実現することができる。

レーザー溶接装置の概念図。 ロボットと制御装置のブロック図。 第１実施形態のワークの断面図。 第１実施形態のワークの平面図。 第１実施形態におけるレーザー光の走査軌跡を示す説明図。 第１実施形態における溶融金属の動きを示す説明図。 第１実施形態における溶接ビード幅と溶接余盛高さとの関係を示す説明図。 比較例におけるレーザー光の走査軌跡を示す説明図。 比較例における溶融金属の動きを示す説明図。 比較例における溶接ビード幅と溶接余盛高さとの関係を示す説明図。 第２実施形態におけるレーザー光の走査軌跡を示す説明図。

A. 第１実施形態：
図１は、一実施形態におけるレーザー溶接装置の概念図である。このレーザー溶接装置は、ロボット１００と、レーザー発振器２００と、位置決め機構３００と、制御装置５００と、を備えるレーザー溶接ロボットシステムである。図１には、互いに垂直な３つの方向Ｘ，Ｙ，Ｚが示されている。Ｘ方向とＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。他の図においても必要に応じてこれらの方向を図示している。

ロボット１００は、基台１２０と、アーム１３０とを備えている。アーム１３０は、６つの関節Ｊ１〜Ｊ６で順次接続されている。これらの関節Ｊ１〜Ｊ６のうち、３つの関節Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５は曲げ関節であり、他の３つの関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６はねじり関節である。関節Ｊ１〜Ｊ６に設けられたアクチュエーター（図示省略）の制御は、制御信号線１８２を介して制御装置５００から供給される制御信号に応じて実行される。

アーム１３０の先端部であるアームエンド１３２には、エンドエフェクターとしてのレーザーヘッド２１０が装着されている。アームエンド１３２の関節Ｊ６の回転軸上の所定位置を「ツールセンターポイントＴＣＰ」と呼ぶ。ツールセンターポイントＴＣＰの位置は、ロボット１００の手先位置として使用可能である。なお、本実施形態では６軸ロボットを例示しているが、１個以上の関節を有する任意のアーム機構を有するロボットを用いることが可能である。

レーザーヘッド２１０は、光ファイバー２２０を介してレーザー発振器２００と接続されている。レーザー発振器２００で発生したレーザー光は、光ファイバー２２０を介してレーザーヘッド２１０に供給される。レーザー発振器２００としては、例えばファイバーレーザーや、ＹＡＧレーザー、ＣＯ_２レーザー、半導体レーザーなどの各種のレーザー源を使用可能である。

レーザーヘッド２１０は、レーザー光の射出方向を変えることによってレーザー光を走査させる機能を有している。このようなレーザー光の走査は、例えば、レーザーヘッド２１０内の光路上に配置されたミラーを揺動させることによって実現可能である。レーザーヘッド２１０におけるレーザー光の走査は、制御信号線１８６を介して制御装置５００から供給される制御信号に応じて実行される。なお、レーザーヘッド２１０には、アルゴンや窒素などのシールドガスも供給されているが、図１では図示が省略されている。

位置決め機構３００は、テーブル３１０上に載置されたワーク４００を、Ｘ方向とＹ方向の２軸方向に移動させることが可能な２軸ポジショナーである。位置決め機構３００の動作は、制御信号線１８４を介して制御装置５００から供給される制御信号に応じて実行される。マニピューレーターとしてのロボット１００は、ワーク４００に対するレーザーヘッド２１０の姿勢や位置を任意に変更可能である。ロボット１００と位置決め機構３００は、レーザーヘッド２１０をワーク４００に対して相対的に移動させる送り装置として機能する。なお、ロボット１００と位置決め機構３００のうちの一方は省略可能である。第１実施形態では、レーザーヘッド２１０をワーク４００に対して相対的に移動させる送り動作は、ロボット１００によって実行する。従って、位置決め機構３００を省略してもよい。このように、ロボット１００を用いてレーザーヘッド２１０の送り装置を構成すれば、レーザーヘッド２１０の姿勢の設定や送り制御を容易に実現できる。

図２は、ロボット１００と制御装置５００のブロック図である。ロボット１００は、アーム１３０とレーザーヘッド２１０の他に、アーム１３０の関節を駆動するための位置決め機構１４０を有している。位置決め機構１４０は、図示しないアクチュエーターと、位置センサ等を含んでいる。制御装置５００は、マイクロプロセッサ等で構成される処理装置５１０と、記憶部５２０とを有している。記憶部５２０は、ＲＡＭで構成された一時記憶装置と、不揮発性記憶装置とを含んでいる。不揮発性記憶装置には、ロボット１００を制御するための動作プログラムが記憶される。

図３は、第１実施形態のワーク４００の断面図である。このワーク４００は、第１被溶接部材４１０と第２被溶接部材４２０とを含んでいる。この例では、第１被溶接部材４１０と第２被溶接部材４２０は、いずれも平板状の板状部材である。第１被溶接部材４１０と第２被溶接部材４２０とは、突き合わせ部４３０で突き合わされており、突き合わせ部４３０に沿って溶接が実行される。突き合わせ部４３０には、ギャップＧが形成されている。なお、突き合わせ部４３０にギャップＧを形成する必要は無いが、部材の寸法精度により、ギャップＧが形成されてしまう場合が多い。ギャップＧは、０．５ｍｍ未満であることが好ましい。ギャップＧは５ｍｍ以上であっても良いが、５ｍｍ以上になると、溶融部によってギャップＧを十分に埋めることがより困難になる。

ワーク４００を構成する第１被溶接部材４１０と第２被溶接部材４２０は、例えばＳＥＣＣ（電気亜鉛めっき鋼板）やステンレス鋼等の各種の鋼板や、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル基耐熱合金などの各種の金属材料で形成することができる。

ワーク４００をレーザー溶接する際には、図３に示すように、突き合わせ部４３０に対してレーザー光ＬＬを照射するようにレーザーヘッド２１０を配置する。レーザーヘッド２１０は、ワーク４００の表面上で２次元的にレーザー光ＬＬを走査させることが可能である。レーザー光ＬＬの強度は、ワーク４００を構成する部材の材質に応じて適宜設定される。例えばアルミニウムやアルミニウム合金で形成されたワークは、レーザー光ＬＬの反射率が高く、また、熱伝導率が高いので、鋼材で形成されたワークに比べて高いレーザー光強度が必要である。

図４は、第１実施形態のワーク４００の平面図である。ワーク４００の表面には、溶接線ＷＬが設定されている。本明細書において、「溶接線ＷＬ」とは、その線に沿ってレーザー溶接が行われる予定の線を意味する。通常は、溶接ビードの中心が、溶接線ＷＬに一致するように溶接が行われる。本実施形態において、溶接線ＷＬは、ワーク４００の突き合わせ部４３０で形成される。すなわち、溶接線ＷＬは、突き合わせ部４３０のほぼ中央を辿るように設定される。図４の例では溶接線ＷＬは直線であるが、曲線としてもよい。

レーザー溶接時には、送り装置としてのロボット１００は、溶接線ＷＬに平行なＸ方向（第１方向）に沿ってレーザーヘッド２１０をワーク４００に対して相対的に移動させる。なお、図３で説明したように、レーザーヘッド２１０は、２次元的にレーザー光ＬＬを走査させることが可能である（図３）。この動作については後述する。

図５は、第１実施形態におけるレーザー光ＬＬの走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８…を示す説明図である。制御装置５００は、ロボット１００と、レーザーヘッド２１０とを制御することにより、ワーク４００の表面上において走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８に沿ってレーザー光ＬＬを走査する。これらの走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、以下のような特徴点を有している。

＜特徴点１Ａ＞
走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、第１方向（Ｘ方向）に垂直な第２方向（Ｙ方向）の方向成分を少なくとも含む軌跡であり、レーザー光ＬＬをワーク４００上において第２方向（Ｙ方向）に関して往路と復路で交互に走査させることによって形成される。各走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８のうち、−Ｙ方向の方向成分を含む奇数番目の走査軌跡Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７を「往路」と呼び、＋Ｙ方向の方向成分を含む偶数番目の走査軌跡Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８を「復路」と呼ぶ。但し、往路と復路の呼び方を逆にしてもよい。なお、「往路」と「復路」はＹ方向の方向成分の向きを意味しており、「往路」と「復路」が同じ線上にあることを意味しているわけではない。

＜特徴点１Ｂ＞
各走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）の両方に対して傾いた方向を向いている。また、往路の１つの走査軌跡Ｓ１と、復路の１つの走査軌跡Ｓ２は、互いに交差している。３番目の走査軌跡Ｓ３以降も同様である。

＜特徴点１Ｃ＞
各走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、いわゆる「一筆書き(traversal)」では無く、隣り合う順序の任意の２つの走査軌跡がそれぞれ空間的及び時間的に分離されている。換言すれば、各走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、間欠的に形成される。例えば、往路の走査軌跡Ｓ１の終点と、次の復路の走査軌跡Ｓ２の始点は、空間的に離れた位置にあり、これらの間の時間間隔ではレーザーヘッド２１０からのレーザー光ＬＬの射出が停止する。また、復路の走査軌跡Ｓ２の終点と、次の往路の走査軌跡Ｓ３の始点も、空間的に離れた位置にあり、これらの間の時間間隔ではレーザーヘッド２１０からのレーザー光ＬＬの射出が停止する。他も同様である。

＜特徴点１Ｄ＞
各走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、その第１方向（Ｘ方向）の幅（「ピッチＰｓ」と呼ぶ）が一定に設定されている。また、各走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、その第２方向（Ｙ方向）の高さ（「振幅Ｗｓ」と呼ぶ）が一定に設定されている。振幅Ｗｓは、その中心が溶接線ＷＬ上に位置するように設定されることが好ましい。ピッチＰｓとしては、例えば０．０５〜０．２ｍｍの範囲の値が設定される。また、振幅Ｗｓとしては、例えば１〜３ｍｍの範囲の値が設定される。振幅Ｗｓは、突き合わせ部４３０のギャップＧの寸法の±１ｍｍ以内の範囲とすることが好ましい。こうすれば、溶融部によってギャップＧを十分に埋めることが可能である。

なお、上述した特徴点１Ａ〜１Ｄのうちの一部を省略してもよい。これらの走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、以下のようにレーザーヘッド２１０を制御することによって形成される。
（１）レーザーヘッド２１０から射出されるレーザー光ＬＬを、第１方向（Ｘ方向）と直交する第２方向（Ｙ方向）の方向成分を少なくとも含む走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８に沿って、ワーク４００上において第２方向（Ｙ方向）に関して往路と復路で交互に走査させる。
（２）各往路（Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７）の終点とその次の復路（Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８）の始点におけるレーザー光ＬＬのワーク４００上における照射位置を空間的に離すとともに、往路の終点と復路の始点の間の時間間隔ではレーザーヘッド２１０からのレーザー光ＬＬの射出を停止させる。
（３）各復路（Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８）の終点とその次の往路（Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７）の始点におけるレーザー光ＬＬのワーク４００上における照射位置を空間的に離すとともに、復路の終点と往路の始点の間の時間間隔ではレーザーヘッド２１０からのレーザー光ＬＬの射出を停止させる。

図６は、第１実施形態における溶融金属の動きを示す説明図である。図５のような走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８に従ってレーザー光ＬＬをワーク４００上で走査すると、図７に示すように、突き合わせ部４３０のギャップＧに向けて両側から溶融金属が誘引されるので、ギャップＧの中央部に溶融重畳部ＭＰが形成される。溶融重畳部ＭＰには沢山の溶融金属が誘因されるので、元のワーク４００の表面から凸状になり易い傾向にある。

図７は、第１実施形態における溶接ビード幅と溶接余盛高さとの関係を示す説明図である。ここで、「溶接ビード幅」は、溶接後のワーク４００の表面を観察したときの溶接ビードのＹ方向の幅を意味する。また、「溶接余盛り高さ」は、溶接ビード幅の範囲において、ワーク４００の元の表面高さを基準としたＺ方向の高さを意味している。一般に、溶接余盛り高さが大きいほど、溶接が強固に行われている点で好ましい。図７の例では、ギャップＧの寸法が０ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲の結果の例を示している。ギャップＧが小さいほど、溶接余盛り高さが大きい。また、ギャップＧが０．４ｍｍ以下であれば、溶融部によってギャップＧが十分に充填されるので、十分な溶接強度を得ることができる。一方、ギャップＧが０．５ｍｍ以上の場合には、溶接余盛り高さが小さいので、十分な溶接強度が得られない可能性がある。

図８は、比較例におけるレーザー光ＬＬの走査軌跡Ｓｃを示す説明図である。この走査軌跡Ｓｃは、溶接線ＷＬに沿った三角波形状の一筆書きの軌跡である。

図９は、比較例における溶融金属の動きを示す説明図である。図８のような走査軌跡Ｓｃに従ってレーザー光ＬＬをワーク４００上で走査すると、図９に示すように、突き合わせ部４３０のギャップＧから外側に向けて溶融金属が誘引されるので、ギャップＧの中央部では無く、ギャップＧの両端における第１被溶接部材４１０と第２被溶接部材４２０の位置に溶融重畳部ＭＰが形成される。この結果、ギャップＧの位置において、第１実施形態よりも溶融部が凹状になり易い傾向にある。

図１０は、比較例における溶接ビード幅と溶接余盛高さとの関係を示す説明図である。この例では、ギャップＧの寸法が０ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の結果の例を示している。図７と比較すれば理解できるように、比較例では、第１実施形態に比べて溶接余盛り高さが小さい。従って、図５に示した第１実施形態の走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８…は、溶接強度を高める点で十分な効果がある。

以上のように、第１実施形態では、レーザーヘッド２１０から射出されるレーザー光ＬＬを、第１方向（Ｘ方向）と直交する第２方向（Ｙ方向）の方向成分を少なくとも含む走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８に沿って、ワーク４００上において第２方向（Ｙ方向）に関して往路と復路で交互に走査させている。この際、個々の軌跡の終点と次の軌跡の始点におけるレーザー光ＬＬのワーク４００上における照射位置を空間的に離すとともに、その間の時間間隔ではレーザーヘッド２１０からのレーザー光ＬＬの射出を停止させている。この結果、レーザー光ＬＬの走査によって、溶融部が第１被溶接部材４１０と第２被溶接部材４２０の突き合わせ部４３０の中央付近に集められるので、突き合わせ部４３０にギャップＧが形成されている場合にも、そのギャップＧを埋めて十分に溶接することが可能である。

また、第１実施形態では、走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）の両方に対して傾いており、１回の往路におけるレーザー光ＬＬの軌跡と１回の復路におけるレーザー光ＬＬの軌跡がワーク上において交差するように実行される。この結果、レーザー光ＬＬの走査によって突き合わせ部４３０の中央付近に溶融部を十分に集めることができるので、突き合わせ部４３０にギャップＧが形成されている場合にも、そのギャップＧを埋めて十分に溶接することが可能である。

B. 第２実施形態：
図１１は、第２実施形態におけるレーザー光ＬＬの走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８を示す説明図であり、第１実施形態の図５に相当する図である。なお、図１に示した装置構成や、図３及び図４に示したワーク４００の構成は第１実施形態と同じなので、説明を省略する。第２実施形態の走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、以下のような特徴点を有している。

＜特徴点２Ａ＞
走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、第１方向（Ｘ方向）に垂直な第２方向（Ｙ方向）の方向成分を少なくとも含む軌跡であり、レーザー光ＬＬをワーク４００上において第２方向（Ｙ方向）に関して往路と復路で交互に走査させることによって形成される。この特徴点２Ａは、第１実施形態の特徴点１Ａと同じである。

＜特徴点２Ｂ＞
各走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、第１方向（Ｘ方向）と交差する方向に平行である。すなわち、ワーク４００上におけるレーザー光ＬＬの往路と復路の繰り返し走査は、往路におけるレーザー光ＬＬの走査軌跡Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７と復路におけるレーザー光の走査軌跡Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８がワーク４００上において互いに平行になるように実行される。なお、本明細書において、２つの方向が「交差する」とは、２つの方向が平行でないことを意味する。図１１の例では、各走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は第１方向（Ｘ方向）に垂直なＹ方向に平行であるが、Ｘ方向とＹ方向の両方から傾いた方向に平行としてもよい。

＜特徴点２Ｃ＞
各走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、いわゆる「一筆書き(traversal)」では無く、隣り合う順序の任意の２つの走査軌跡がそれぞれ空間的及び時間的に分離されている。換言すれば、各走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、間欠的に形成される。この特徴点２Ｃは、第１実施形態の特徴点１Ｃと同じである。

＜特徴点２Ｄ＞
各走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、その第１方向（Ｘ方向）の幅（「ピッチＰｓ」と呼ぶ）が一定に設定されている。また、各走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、その第２方向（Ｙ方向）の高さ（「振幅Ｗｓ」と呼ぶ）が一定に設定されている。振幅Ｗｓは、その中心が溶接線ＷＬ上に位置するように設定されることが好ましい。ピッチＰｓとしては、例えば０．０５〜０．２ｍｍの範囲の値が設定される。また、振幅Ｗｓとしては、例えば１〜３ｍｍの範囲の値が設定される。この特徴点２Ｄも、第１実施形態の特徴点１Ｄと同じである。

なお、上述した特徴点２Ａ〜２Ｄのうちの一部を省略してもよい。第１実施形態と同様に、第２実施形態の走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８は、以下のようにレーザーヘッド２１０を制御することによって形成される。
（１）レーザーヘッド２１０から射出されるレーザー光ＬＬを、第１方向（Ｘ方向）と直交する第２方向（Ｙ方向）の方向成分を少なくとも含む走査軌跡Ｓ１〜Ｓ８に沿って、ワーク４００上において第２方向（Ｙ方向）に関して往路と復路で交互に走査させる。
（２）各往路（Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７）の終点とその次の復路（Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８）の始点におけるレーザー光ＬＬのワーク４００上における照射位置を空間的に離すとともに、往路の終点と復路の始点の間の時間間隔ではレーザーヘッド２１０からのレーザー光ＬＬの射出を停止させる。
（３）各復路（Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８）の終点とその次の往路（Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７）の始点におけるレーザー光ＬＬのワーク４００上における照射位置を空間的に離すとともに、復路の終点と往路の始点の間の時間間隔ではレーザーヘッド２１０からのレーザー光ＬＬの射出を停止させる。

この第２実施形態においても、第１実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

・変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

・変形例１：
上述した各種の実施形態では、第１被溶接部材４１０と第２被溶接部材４２０は、それぞれ平板状の部材であるものとしたが、これ以外の任意の形状の部材を使用することが可能である。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１００…ロボット、１２０…基台、１３０…アーム、１３２…アームエンド、１８２，１８４，１８６…制御信号線、２００…レーザー発振器、２１０…レーザーヘッド、２２０…光ファイバー、３００…位置決め機構、３１０…テーブル、４００…ワーク、４１０…第１被溶接部材、４２０…第２被溶接部材、４３０…突き合わせ部、５００…制御装置

Claims (8)

1. レーザー光を射出するレーザーヘッドと、前記レーザーヘッドをワークに対して相対的に移動させる送り装置と、を有し、第１被溶接部材と第２被溶接部材との突き合わせ部を含むワークを、前記突き合わせ部で形成される溶接線に沿って溶接するレーザー溶接ロボットの制御装置であって、
   前記制御装置は、
   前記送り装置を制御して、前記レーザーヘッドを前記ワークに対して前記溶接線に平行な第１方向に沿って相対移動させ、
   前記レーザーヘッドを制御して、
   （１）前記レーザーヘッドから射出される前記レーザー光を、前記第１方向と直交する第２方向の方向成分を少なくとも含む走査軌跡に沿って、前記ワーク上において前記第２方向に関して往路と復路で交互に走査させ、
   （２）各往路の終点と当該往路の次の復路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記往路の終点と前記復路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させ、
   （３）各復路の終点と当該復路の次の往路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記復路の終点と前記往路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させる、制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記走査軌跡は、前記第１方向及び前記第２方向の両方に対して傾いており、
   前記ワーク上における前記レーザー光の前記往路と前記復路の繰り返し走査は、１回の前記往路における走査軌跡と１回の前記復路における走査軌跡が前記ワーク上において交差するように実行される、制御装置。
3. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記走査軌跡は、前記第１方向と交差する方向に平行であり、
   前記ワーク上における前記レーザー光の前記往路と前記復路の繰り返し走査は、前記往路における走査軌跡と前記復路における走査軌跡が前記ワーク上において互いに平行になるように実行される、制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御装置であって、
   前記突き合わせ部は、０．５ｍｍ未満のギャップを有する、制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御装置であって、
   前記送り装置は、前記ワークに対する前記レーザーヘッドの姿勢及び位置を変更可能なマニピュレーターである、制御装置。
6. 第１被溶接部材と第２被溶接部材との突き合わせ部を含むワークを、前記突き合わせ部で形成される溶接線に沿って溶接するレーザー溶接ロボットであって、
   レーザー光を射出するレーザーヘッドと、
   前記溶接線に平行な第１方向に沿って前記レーザーヘッドを前記ワークに対して相対的に移動させる送り装置と、
   を備え、
   前記レーザーヘッドは、前記ワークの表面上において前記レーザー光を２次元的に走査させることが可能であり、
   前記レーザーヘッドは、制御装置の信号により、前記ワークに対して前記第１方向に沿って相対移動し、
   （１）前記レーザーヘッドから射出される前記レーザー光を、前記第１方向と直交する第２方向の方向成分を少なくとも含む走査軌跡に沿って、前記ワーク上において前記第２方向に関して往路と復路で交互に走査させ、
   （２）各往路の終点と当該往路の次の復路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記往路の終点と前記復路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させ、
   （３）各復路の終点と当該復路の次の往路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記復路の終点と前記往路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させる、
   レーザー溶接ロボット。
7. 第１被溶接部材と第２被溶接部材との突き合わせ部を含むワークを、前記突き合わせ部で形成される溶接線に沿って溶接するレーザー溶接ロボットシステムであって、
   レーザー光を射出するレーザーヘッドと、前記溶接線に平行な第１方向に沿って前記レーザーヘッドを前記ワークに対して相対的に移動させる送り装置と、を有する、レーザー溶接ロボットと、
   前記レーザー溶接ロボットを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記レーザーヘッドは、前記ワークの表面上において前記レーザー光を２次元的に走査させることが可能であり、
   前記制御装置は、前記レーザーヘッドを前記ワークに対して前記第１方向に沿って相対移動させ、
   （１）前記レーザーヘッドから射出される前記レーザー光を、前記第１方向と直交する第２方向の方向成分を少なくとも含む走査軌跡に沿って、前記ワーク上において前記第２方向に関して往路と復路で交互に走査させ、
   （２）各往路の終点と当該往路の次の復路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記往路の終点と前記復路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させ、
   （３）各復路の終点と当該復路の次の往路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記復路の終点と前記往路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させる、
   ように前記レーザーヘッドを制御する、レーザー溶接ロボットシステム。
8. 第１被溶接部材と第２被溶接部材との突き合わせ部を含むワークに対してレーザーヘッドからレーザー光を照射し、前記突き合わせ部で形成される溶接線に沿って溶接を行うレーザー溶接方法であって、
   前記レーザーヘッドを前記ワークに対して前記溶接線に平行な第１方向に沿って相対移動させて前記ワークの溶接を実行する工程を備え、
   前記工程では、
   （１）前記レーザーヘッドから射出される前記レーザー光を、前記第１方向と直交する第２方向の方向成分を少なくとも含む走査軌跡に沿って、前記ワーク上において前記第２方向に関して往路と復路で交互に走査させ、
   （２）前記往路の終点と前記復路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記往路の終点と前記復路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させ、
   （３）前記復路の終点と前記往路の始点における前記レーザー光の前記ワーク上における照射位置を空間的に離すとともに、前記復路の終点と前記往路の始点の間の時間間隔では前記レーザーヘッドからの前記レーザー光の射出を停止させる、
   レーザー溶接方法。

Images