JP2024002820A - レーザ溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した品質でレーザ溶接を行うことができるレーザ溶接装置を提供すること。【解決手段】レーザ光７０を構成するものであって第１強度を有する主ビーム７１を生成する第１レンズ２２、第２レンズ２３、主ビーム移動手段２１と、レーザ光７０を構成するものであって第２強度を有する副ビーム７２を生成するアキシコンレンズ２５、第３レンズ２７と、レーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズ、副ビーム７２のビームサイズ、主ビーム７１の第１強度及び副ビーム７２の第２強度を、ワーク２の状態に基づいて時間的に変化し得るように制御する制御手段５３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ溶接装置に関するものである。

従来、レーザ光を溶接対象物に向けて照射し、そのレーザ光の溶接対象物に対する照射位置を走査しながら溶接対象物を溶融して溶接を行うレーザ溶接装置がある。この種のレーザ溶接装置において、強度の強い主ビームと、主ビームより強度の弱い副ビームとによってレーザ光を形成し、溶接対象物に当該レーザ光を照射するものが知られている。

例えば、特許文献１に記載のレーザ溶接装置では、主ビームと、走査方向前方に少なくともその一部がある副ビームとによってレーザ光が構成されている。その主ビームのパワー密度は、少なくともキーホールを発生させる強度であり、副ビームのパワー密度は、主ビームのパワー密度よりも低く、少なくとも金属蒸気の圧力により発生するキーホールを発生させずに加工対象を溶融する強度に設定される。

特許文献１に記載のレーザ溶接装置は、そのようなレーザ光を加工対象に照射しながら走査することで、副ビームが照射される領域に、主ビームが照射される領域に形成される溶融池より浅いとともに、溶融し液体化した加工対象によって満たされた溶融池である浅瀬領域を形成する。そして、副ビームが照射される領域に形成された浅瀬領域が固化する前に、当該浅瀬領域に主ビームの溶融強度領域が到達し、キーホールを発生させる。これにより、溶融池から飛散するスパッタの発生を抑制し、加工欠陥が生じることを防いでいる。

特許第６９３５４８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるようなレーザ溶接装置は、常にビーム形状が一定のレーザ光が形成されるため、材料の微妙な変化に対して安定的な溶接を行うことができないという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、安定した品質でレーザ溶接を行うことができるレーザ溶接装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明の第１の態様に係るレーザ溶接装置は、レーザ光を溶接対象物に向けて照射し、前記レーザ光の前記溶接対象物に対する照射位置を走査しながら前記溶接対象物を溶融して溶接を行うものであって、前記レーザ光を構成するものであって第１強度を有する主ビームを生成する主ビーム生成手段と、前記レーザ光を構成するものであって第２強度を有する副ビームを生成する副ビーム生成手段と、前記レーザ光の走査パターン、前記主ビームの形状、前記副ビームの形状、前記主ビームのビームサイズ、前記副ビームのビームサイズ、前記主ビームの前記第１強度及び前記副ビームの前記第２強度の少なくともいずれかを、前記溶接対象物の状態に基づいて時間的に変化し得るように制御する制御手段と、を備える。

本発明の第２の態様に係るレーザ溶接装置は、第１の態様に係るレーザ溶接装置において、前記主ビーム生成手段は、前記レーザ光の中心部に前記主ビームを生成し、前記副ビーム生成手段は、前記主ビームの周囲部に前記副ビームを生成する。

本発明の第３の態様に係るレーザ溶接装置は、第１又は第２の態様に係るレーザ溶接装置において、前記主ビーム生成手段及び前記副ビーム生成手段は、前記主ビーム及び前記副ビームの少なくともいずれかによって前記溶接対象物にキーホールを形成し得る前記第１強度の主ビーム及び前記第２強度の副ビームを生成する。

本発明の第４の態様に係るレーザ溶接装置は、第３の態様に係るレーザ溶接装置において、前記主ビーム生成手段及び前記副ビーム生成手段は、前記主ビーム及び前記副ビームのいずれによっても前記溶接対象物にキーホールを形成可能な前記第１強度の主ビーム及び前記第２強度の副ビームを生成し得る。

本発明の第５の態様に係るレーザ溶接装置は、第１から第４のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置において、前記制御手段は、前記レーザ光の走査パターンとして、前記主ビームの走査パターンと、前記副ビームの走査パターンとの少なくともいずれかを、前記溶接対象物の状態に基づいて時間的に変化し得るように制御するものである。

本発明の第６の態様に係るレーザ溶接装置は、第１から第５のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置において、レーザ光を発振する複数のレーザ光発振器を備え、前記主ビーム生成手段は、少なくとも一部のレーザ光発振器から出力されるレーザ光を用いて前記主ビームを生成し、前記副ビーム生成手段は、少なくとも前記主ビーム生成手段にて用いられたレーザ光発振器とは別のレーザ光発振器から出力されるレーザ光を用いて前記副ビームを生成する。

本発明の第７の態様に係るレーザ溶接装置は、第６の態様に係るレーザ溶接装置において、前記主ビームと前記副ビームとは異なる波長を用いる。

本発明の第８の態様に係るレーザ溶接装置は、第１から第５のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置において、レーザ光を発振する１つのレーザ光発振器と、そのレーザ光発振器により発振された前記レーザ光を分割して、前記主ビーム生成手段及び前記副ビーム生成手段のそれぞれに入力する分割手段と、を備える。

本発明の第９の態様に係るレーザ溶接装置は、第１から第８のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置において、前記主ビーム生成手段は、前記レーザ光内において、前記主ビームの前記溶接対象物への照射位置を環状に移動させる主ビーム移動手段を備える。

本発明の第１０の態様に係るレーザ溶接装置は、第１から第９のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置において、前記溶接対象物に対する前記レーザ光の照射位置を、円弧状に動かしながら前記溶接対象物の溶接を行う線上に沿って走査する走査手段を備える。

本発明の第１１の態様に係るレーザ溶接装置は、第１から第１０のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置において、前記制御手段は、前記主ビームのビームサイズ及び前記副ビームのビームサイズの少なくとも一方を、前記レーザ光の照射中に前記溶接対象物の温度及び／又は溶融状態に基づいて変化させる制御を行うビームサイズ制御手段を備える。

本発明の第１２の態様に係るレーザ溶接装置は、第１１の態様に係るレーザ溶接装置において、前記ビームサイズ制御手段は、前記溶接対象物の材料に基づいて、前記主ビームのビームサイズを縮小又は拡大するタイミングと、前記副ビームのビームサイズを縮小又は拡大するタイミングとを異ならせるものである。

本発明の第１３の態様に係るレーザ溶接装置は、第１から第１２のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置において、前記制御手段は、レーザ溶接前の前記溶接対象物の状態に基づいて、前記レーザ光の走査パターン、前記主ビームの形状、前記副ビームの形状、前記主ビームのビームサイズ、前記副ビームのビームサイズ、前記主ビームの前記第１強度及び前記副ビームの前記第２強度の少なくともいずれかを変化し得るように制御する。

本発明の第１４の態様に係るレーザ溶接装置は、第１から第１３のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置において、前記制御手段は、レーザ溶接中の前記溶接対象物の状態に基づいて、前記レーザ光の走査パターン、前記主ビームの形状、前記副ビームの形状、前記主ビームのビームサイズ、前記副ビームのビームサイズ、前記主ビームの前記第１強度及び前記副ビームの前記第２強度の少なくともいずれかを変化し得るように制御する。

第１の態様に係るレーザ溶接装置によれば、レーザ光を溶接対象物に向けて照射し、その照射位置を走査しながら溶接対象物を溶融して溶接を行う。ここで、主ビーム生成手段によって、レーザ光を構成するものであって第１強度を有する主ビームが生成される。また、副ビーム生成手段によって、レーザ光を構成するものであって第２強度を有する副ビームが生成される。そして、制御手段の制御によって、レーザ光の走査パターン、主ビームの形状、副ビームの形状、主ビームのビームサイズ、副ビームのビームサイズ、主ビームの第１強度及び副ビームの第２強度の少なくともいずれかが、前記溶接対象物の状態に基づいて時間的に変化され得る。これにより、レーザ光の走査パターン、主ビームの形状、副ビームの形状、主ビームのビームサイズ、副ビームのビームサイズ、主ビームの第１強度及び副ビームの第２強度の少なくともいずれかが、溶接対象物の状態に適した条件に設定できる。よって、安定した品質でレーザ溶接を行うことができるという効果がある。

第２の態様に係るレーザ溶接装置によれば、第１の態様に係るレーザ溶接装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、主ビームがレーザ光の中心部に主ビーム生成手段によって生成され、副ビームが主ビームの周辺部に副ビーム生成手段によって生成される。これにより、溶接対象物に対して照射されるレーザ光の中心部に形成された主ビームによって溶接対象物を溶融しつつ、周辺部に形成された副ビームによって主ビームによる溶接対象物の溶融の状態を安定させることができる。そして、これら主ビーム及び副ビームの条件を溶接対象物の状態に応じて時間的に変化させることで、より安定した品質でレーザ溶接を行うことができるという効果がある。

第３の態様に係るレーザ溶接装置によれば、第１又は第２の態様に係るレーザ溶接装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、主ビーム生成手段によって生成された第１強度の主ビームと、副ビーム生成手段によって生成された第２強度の副ビームとの少なくともいずれかによって、レーザ光が照射された溶接対象物にキーホールが形成され得る。これにより、溶接対象物の溶融が早く行われて溶接が完了できるので、溶接の高速化を図りつつ、主ビーム及び副ビームの条件を溶接対象物の状態に応じて時間的に変化させることで、より安定した品質でレーザ溶接を行うことができるという効果がある。

第４の態様に係るレーザ溶接装置によれば、第３の態様に係るレーザ溶接装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、主ビーム生成手段によって生成された第１強度の主ビームと、副ビーム生成手段によって生成された第２強度の副ビームとのいずれによっても、レーザ光が照射された溶接対象物にキーホールが形成され得る。これにより、溶接対象物の溶融が即座に行われて溶接が完了できるので、溶接の高速化を更に図りつつ、主ビーム及び副ビームの条件を溶接対象物の状態に応じて時間的に変化させることで、より安定した品質でレーザ溶接を行うことができるという効果がある。

第５の態様に係るレーザ溶接装置によれば、第１から第４のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、制御手段の制御によって、レーザ光の走査パターンとして、主ビームの走査パターンと、副ビームの走査パターンとの少なくともいずれかが前記溶接対象物の状態に基づいて時間的に変化され得る。これにより、溶接対象物の状態に適した形で、主ビームの走査パターンと、副ビームの走査パターンとの少なくともいずれかが設定される。よって、安定した品質でレーザ溶接を行うことができるという効果がある。

第６の態様に係るレーザ溶接装置によれば、第１から第５のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、複数のレーザ光発振器のうち、少なくとも一部のレーザ光発振器から出力されるレーザ光を用いて主ビームが主ビーム生成手段により生成され、少なくとも主ビーム生成手段にて用いられたレーザ光発振器とは別のレーザ光発振器から出力されるレーザ光を用いて副ビームが副ビーム生成手段により生成される。これにより、主ビームの第１強度及び副ビームの第２強度として、いずれも高い強度まで容易に生成でき、高速化と安定した品質とを両立した溶接を行うことができるという効果がある。

第７の態様に係るレーザ溶接装置によれば、第６の態様に係るレーザ溶接装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、複数のレーザ光発振器を用いて、主ビームの波長及び副ビームの波長を異ならせることで、波長に対する溶接対象物の熱吸収率の違いを利用して、溶接対象物にキーホールを安定して形成し易くできる。よって、より安定した品質でレーザ溶接を行うことができるという効果がある。

第８の態様に係るレーザ溶接装置によれば、第１から第５のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、１つのレーザ光発振器から発振されたレーザ光が分割手段により分割され、主ビーム生成手段及び副ビーム生成手段のそれぞれに入力されて、主ビーム及び副ビームが生成される。これにより、レーザ光発振器が１つ用意するだけで主ビーム及び副ビームを生成できるので、コストを抑制しつつ、安定した品質のレーザ溶接を行うことができるという効果がある。

第９の態様に係るレーザ溶接装置によれば、第１から第８のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、主ビーム生成手段の主ビーム移動手段によって、レーザ光内において、主ビームの溶接対象物への照射位置が環状に移動する。これにより、主ビームの照射範囲を広げることができる一方、同じ範囲を一度に照射する場合と比して主ビームの入熱時間を短くできる。よって、より安定した品質でレーザ溶接を行うことができるという効果がある。

第１０の態様に係るレーザ溶接装置によれば、第１から第９のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、走査手段によって、溶接対象物に対するレーザ光の照射位置を、円弧状に動かしながら溶接対象物の溶接を行う線上に沿って走査が行われる。これにより、同じ範囲に対してレーザ光を直線状に照射する場合よりも、強度の強いレーザ光を短時間で照射できる。よって、レーザ光の入熱時間を短くできるので、より安定した品質でレーザ溶接を行うことができるという効果がある。

第１１の態様に係るレーザ溶接装置によれば、第１から第１０のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、制御手段のビームサイズ制御手段の制御によって、主ビームのビームサイズ及び副ビームのビームサイズの少なくとも一方が、レーザ光の照射中に溶接対象物の温度及び／又は溶融状態に基づいて変化する。これにより、所望のレーザ溶接品質となるように、溶接対象物の状態に応じてレーザ光を形成し、溶接対象物に照射できるので、レーザ溶接の品質を高めることができるという効果がある。

第１２の態様に係るレーザ溶接装置によれば、第１１の態様に係るレーザ溶接装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、ビームサイズ制御手段によって、溶接対象物の材料に基づいて、主ビームのビームサイズを縮小又は拡大するタイミングと、副ビームのビームサイズを縮小又は拡大するタイミングとが異なるように制御される。これにより、溶接対象物の材料に応じて、最適なタイミングで、主ビームのビームサイズの縮小又は拡大と、副ビームのビームサイズの縮小又は拡大が行われるので、より品質の高いレーザ溶接を行うことができるという効果がある。

第１３の態様に係るレーザ溶接装置によれば、第１から第１２のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、制御手段によって、レーザ溶接前の溶接対象物の状態に基づいて、レーザ光の走査パターン、主ビームの形状、副ビームの形状、主ビームのビームサイズ、副ビームのビームサイズ、主ビームの第１強度及び副ビームの第２強度の少なくともいずれかが変化され得る。これにより、レーザ溶接前の溶接対象物の状態から、その溶接対象物に適した形で、レーザ光の走査パターン、主ビームの形状、副ビームの形状、主ビームのビームサイズ、副ビームのビームサイズ、主ビームの第１強度及び副ビームの第２強度の少なくともいずれかが設定されるので、安定した品質でレーザ溶接を行うことができるという効果がある。

第１４の態様に係るレーザ溶接装置によれば、第１から第１３のいずれかの態様に係るレーザ溶接装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、制御手段によって、レーザ溶接中の溶接対象物の状態に基づいて、レーザ光の走査パターン、主ビームの形状、副ビームの形状、主ビームのビームサイズ、副ビームのビームサイズ、主ビームの第１強度及び副ビームの第２強度の少なくともいずれかが変化され得る。これにより、レーザ溶接中における溶接対象物の状態の変化にあわせて、レーザ光の走査パターン、主ビームの形状、副ビームの形状、主ビームのビームサイズ、副ビームのビームサイズ、主ビームの第１強度及び副ビームの第２強度の少なくともいずれかが設定されるので、安定した品質でレーザ溶接を行うことができるという効果がある。

本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置の概略構成図である。 （ａ）は、同レーザ溶接装置からワークに照射されるレーザ光の強度分布の一例を示した図であり、（ｂ）同レーザ溶接装置からワークに照射されるレーザ光の強度分布の別例を示した図である。 （ａ）は、図１で示した面ＩＩＩａにおいて図２（ａ）に示すレーザ光を切断した切断部端面図であり、（ｂ）は、（ａ）で示したレーザ光の切断部端面図の拡大図であり、（ｃ）は、図１で示した面ＩＩＩｃにおいて図２（ａ）に示すレーザ光を切断した切断部端面図であり、（ｄ）は、（ｃ）で示したレーザ光の切断部端面図の拡大図である。 同レーザ溶接装置の主ビーム移動手段の概略構成図である。 黒体輻射強度の波長及び温度依存性を示した図である。 同レーザ溶接装置を制御するレーザ溶接制御システムのコンピュータの処理装置により実行されるレーザ溶接制御処理を示すフローチャートである。 同レーザ溶接装置におけるレーザ溶接前に観察したワークの形状の判断内容の一例を示した図である。 同レーザ溶接装置のレーザ光内において、主ビームのワークへの照射位置を環状（円状）に移動（回転）させつつ、ワークに対するレーザ光の照射位置を円弧状に動かしながら溶接線上に沿って移動させる走査パターンを模式的に示した模式図である。 （ａ）は、同レーザ溶接装置において、溶接中のワークの状態に基づいて主ビーム及び副ビームのビームサイズを変更する方法の一例を示した図であり、（ｂ）は、（ａ）の変更をするために溶接中に観察したワークの温度分布画像に基づくワークの状態の判断の一例を示した図である。 （ａ）は、同レーザ溶接装置において、溶接中のワークの状態に基づいて主ビーム及び副ビームのビームサイズを変更する方法の別例を示した図であり、（ｂ）は、（ａ）の変更をするために溶接中に観察したワークの温度分布画像に基づくワークの状態の判断の一例を示した図である。

以下、本発明を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。よって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。従って、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

まず、図１～図４を参照して、本発明の一実施形態であるレーザ溶接装置１の概略構成について説明する。図１は、そのレーザ溶接装置１の概略構成図である。図２（ａ）は、レーザ溶接装置１から溶接対象物であるワーク２に照射されるレーザ光７０の強度分布の一例を示した図である。図２（ｂ）は、レーザ溶接装置１からワーク２に照射されるレーザ光７０の強度分布の別例を示した図である。

図３（ａ）は、図１で示した面ＩＩＩａにおいてレーザ光７０を切断した切断部端面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）で示したレーザ光７０の切断部端面図の拡大図である。また、図３（ｃ）は、図１で示した面ＩＩＩｃにおいてレーザ光７０を切断した切断部端面図であり、図３（ｄ）は、図３（ｃ）で示したレーザ光７０の切断部端面図の拡大図である。図４は、レーザ溶接装置１の主ビーム移動手段２１の概略構成図である。

レーザ溶接装置１は、例えば突き合わせ又は重ね合わせた状態で台座３に固定された２枚の板材であるワーク２に対して、生成したレーザ光７０を走査しながら照射することで、ワーク２の突き合わせ又は重ね合わせ部分を溶接するものである。

レーザ溶接装置１で生成されるレーザ光７０は、主ビーム７１と副ビーム７２とにより構成されたマルチビームである。例えば、図２（ａ）に示すように、主ビーム７１を、レーザ光７０の中心部においてガウシアンビーム状に形成する。そして、レーザ溶接装置１は、図２（ｂ）に示す、主ビーム７１の強度Ａ（以下「第１強度Ａ」と称す）と、ビームサイズである径Ｂとを変更可能に構成される。

また、レーザ溶接装置１は、図２（ａ）に示すように、主ビーム７１の周囲部において副ビーム７２を、例えばガウシアン分布状の強度で主ビーム７１を囲むようにリングビーム状に形成する。そして、レーザ溶接装置１は、図２（ａ）に示す、副ビーム７２の強度Ｄ（以下「第２強度Ｄ」と称す）と、ビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅとを変更可能に構成される。

なお、レーザ溶接装置１は、図２（ｂ）に示す通り、副ビーム７２をリングビーム状ではなく、主ビーム７１よりもビームの径を大きくしたガウシアンビーム状に形成するようにしてもよい。この場合、レーザ溶接装置１は、副ビーム７２の第２強度Ｄと、ビームサイズである径Ｃとを変更可能に構成される。

図１に示す通り、レーザ溶接装置１は、ワーク２が固定される台座３の他、少なくとも２つのレーザ光発振器（第１レーザ光発振器１１、第２レーザ光発振器１２）、レーザ加工ヘッド２０、レーザ溶接制御システム４０を有している。

第１レーザ光発振器１１は、主ビーム７１の生成に用いるレーザ光を発振させて出力し、第２レーザ光発振器１２は、副ビーム７２の生成に用いるレーザ光を発振させて出力する。第１レーザ光発振器１１及び第２レーザ光発振器１２は、溶接に使用するレーザの種類（波長）に応じて、ＣＯ２レーザ光発振器、ＹＡＧレーザ光発振器、半導体レーザ光発振器、ディスクレーザ光発振器、ファイバーレーザ光発振器等が用いられる。

なお、本実施形態に係る第１レーザ光発振器１１及び第２レーザ光発振器１２は、異なる種類のレーザ光発振器が用いられ、異なる波長のレーザ光を出力する。即ち、本実施形態では、レーザ光７０として波長の異なる主ビーム７１と副ビーム７２とによって構成される。これにより、主ビーム７１の波長に対するワーク２の熱吸収率と、副ビーム７２の波長に対するワーク２の熱吸収率との違いを利用して、主ビーム７１によるワーク２の溶融と副ビーム７２によるワーク２の溶融とを制御することで、安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。

第１レーザ光発振器１１から出力されるレーザ光の強度は、ワーク２におけるレーザ光７０の照射位置において、主ビーム７１の強度がワーク２の状態に応じて設定された第１強度Ａとなるように、レーザ溶接制御システム４０の制御手段５３によって制御される。第２レーザ光発振器１２から出力されるレーザ光の強度は、ワーク２におけるレーザ光７０の照射位置において、副ビーム７２の強度がワーク２の状態に応じて設定された第２強度Ｄとなるように、制御手段５３によって制御される。

第１レーザ光発振器１１から出力されたレーザ光は、第１伝送路１３を介してレーザ加工ヘッド２０へ伝送される。第２レーザ光発振器１２から出力されたレーザ光は、第２伝送路１４を介してレーザ加工ヘッド２０へ伝送される。第１伝送路１３及び第２伝送路１４は、第１レーザ光発振器１１又は第２レーザ光発振器１２から出力されたレーザ光をレーザ加工ヘッド２０へ伝送するものである。

第１伝送路１３及び第２伝送路１４は、出力されるレーザ光がＣＯ２レーザの場合、ミラーやレンズによって構成される。出力されるレーザ光がＹＡＧレーザ、半導体レーザ、ディスクレーザ又はファイバーレーザである場合は、第１伝送路１３及び第２伝送路１４として、ミラーやレンズが用いられるほか、ミラーやレンズに加えて、又は、ミラーやレンズに代えて、光ファイバが用いられる。

レーザ加工ヘッド２０は、台座３に固定されたワーク２に向けて照射するレーザ光７０を、第１レーザ光発振器１１及び第２レーザ光発振器１２から伝送されたレーザ光を用いて生成し、生成したレーザ光７０を走査しながらワーク２へ照射する部材である。

具体的には、レーザ加工ヘッド２０では、第１レーザ光発振器１１から伝送されたレーザ光より主ビーム７１を生成し、第２レーザ光発振器１２から伝送されたレーザ光より副ビーム７２を生成して、レーザ光７０を形成する。また、レーザ加工ヘッド２０と、ワーク２が固定される台座３とは、相対的に移動可能に構成される。即ち、レーザ加工ヘッド２０及び台座３の少なくともいずれか一方が他方に対して移動可能に構成されており、その移動を制御することで、ワーク２に対するレーザ光７０の照射位置の走査が行われる。

レーザ加工ヘッド２０の内部には、主ビーム７１を生成する主ビーム生成手段として、第１レンズ２２、第２レンズ２３、主ビーム移動手段２１が配設され、副ビーム７２を生成する副ビーム生成手段として、アキシコンレンズ２５、第３レンズ２７が配設される。その他、レーザ加工ヘッド２０の内部には、第１ダイクロイックミラー２８、第２ダイクロイックミラー２９、ガルバノスキャナ３０、集光レンズ３１、反射ミラー３２が設けられている。なお、図面上では各々のレンズを１個のレンズとして図示しているが、それぞれ複数のレンズの組み合わせによって構成されてもよい。

まず、主ビーム生成手段を構成する各部材について説明する。第１伝送路１３から出力される第１レーザ光発振器１１から伝送されたレーザ光は、第１レンズ２２に入射される。第１レンズ２２と、その第１レンズ２２の後段に設けられた第２レンズ２３とは、これらの協働により、入射されたレーザ光をズームしてビーム径を拡大すると共に、平行光とするための光学部品である。

ここで、第１レンズ２２と第２レンズ２３との距離によって、レーザ光のビーム径の拡大率が決定される。即ち、この第１レンズ２２と第２レンズ２３との距離を変更することで、ワーク２の照射位置でのレーザ光７０の主ビーム７１の径Ｂを制御できる。

第２レンズ２３には、第１レンズ２２と第２レンズ２３との距離を変更するためのステッピングモータやサーボモータ等で構成される駆動モータ（図示せず）が設けられている。その駆動モータを駆動することによって第２レンズ２３が移動し、第１レンズ２２と第２レンズ２３との距離が変更される。この駆動モータの駆動制御は、主ビーム７１の径Ｂが制御手段５３により設定された値となるように、制御手段５３によって行われる。なお、主ビーム７１の拡大は、エキスパンダ等の光学部品を用いて行われてもよい。

主ビーム移動手段２１は、レーザ光７０内において、主ビーム７１のワーク２への照射位置を、レーザ光７０の中央部を中心として環状に移動（回転）させるものであり、第１レンズ２２及び第２レンズ２３により拡大され、平行光とされたレーザ光が入射される。主ビーム移動手段２１から出力されたレーザ光が、集光レンズ３１によって集光される前の主ビーム７１となる。

主ビーム移動手段２１は、例えば図４に示すように、対向する１対のプリズム２１ａ、２１ｂによって構成される。これらのプリズム２１ａ、２１ｂは、ウェッジ基板が用いられてもよい。プリズム２１ａ、２１ｂはそれぞれ、第１伝送路１３から出力されるレーザ光の光軸と垂直な面（垂直面）と、第１伝送路１３から出力されるレーザ光の光軸と垂直な面から所定の角度傾いた面（傾斜面）とを持つ同一の形状をしており、入力されたレーザ光を同じ角度で偏向する。これらのプリズム２１ａ、２１ｂは、各々の傾斜面が互いに向き合って（対向して）配置される。そして、プリズム２１ａ、２１ｂにはそれぞれ、第１伝送路１３から出力されるレーザ光の光軸を回転軸として独立して回転できるように、モータ（図示せず）が設けられている。

主ビーム移動手段２１は、プリズム２１ａ、２１ｂが反対向きの状態（互いの傾斜面が平行となる状態）で静止している場合、それぞれのプリズム２１ａ、２１ｂでの偏向角が相殺され、プリズム２１ａ、２１ｂを介さない場合と同様に、第１伝送路１３から出力されるレーザ光と同じ光軸上をレーザ光が進んで出力される。

一方、主ビーム移動手段２１は、プリズム２１ａ、２１ｂを互いに反対方向に回転させると、主ビーム移動手段２１に入力されたレーザ光が、プリズム２１ａ及び２１ｂにて偏向されて出力される。この偏向角を保持するようにプリズム２１ａ、２１ｂを回転させることで、第１伝送路１３から出力されるレーザ光の光軸を中心とした円の軌跡に沿って、レーザ光が出力される。これにより、主ビーム７１は、レーザ光７０の中央部を中心として環状に移動（円運動）することになる。

なお、図４に示した主ビーム移動手段２１の構成は一例であり、主ビーム７１のワーク２への照射位置を、レーザ光７０の中央部を中心として環状に移動（円運動）させるものであれば、任意の構成であってよい。例えば、主ビーム移動手段２１として、電場を電気的に変更することで偏向角が変化する偏向変換素子を用い、その偏向変換素子における偏向角を電気的に高速で変化させることで、第１伝送路１３から出力されるレーザ光の光軸を中心とした円の軌跡に沿って、レーザ光を出力するようにしてもよい。

図１に戻り、副ビーム生成手段を構成する各部材について説明する。第２伝送路１４から出力される第２レーザ光発振器１２から伝送されたレーザ光は、アキシコンレンズ２５に入射される。アキシコンレンズ２５と、そのアキシコンレンズ２５の後段に設けられた第３レンズ２７とは、これらの協働により、入射されたレーザ光をリング状に且つズームしてビーム径を拡大すると共に、平行光とするための光学部品である。

アキシコンレンズ２５は、コーンレンズとも称される円錐形のレンズであり、円錐形上の頂点が、第２伝送路１４から出力されるレーザ光の光軸上に位置し、円錐形上の底面がその光軸と垂直な方向となるように配置される。

また、アキシコンレンズ２５は、図１に示すように、第２伝送路１４から出力されるレーザ光が入射される側にアキシコンレンズ２５の頂点が位置するように設置される。なお、アキシコンレンズ２５は、第２伝送路１４から出力されるレーザ光が入射される側にアキシコンレンズ２５の底面が位置するように設置されてもよい。

アキシコンレンズ２５は、リング状の副ビームを生成するために用いられる。即ち、第２伝送路１４から出力されたレーザ光は、アキシコンレンズ２５を通過するとリング状に広がる。このリング状に広がったレーザ光は、第３レンズ２７に入射される。

第３レンズ２７は、アキシコンレンズ２５によってリング状に広がったレーザ光を、平行光とするためのレンズである。第３レンズ２７によって平行光とされたリング状のレーザ光が、集光レンズ３１によって集光される前の副ビーム７２となる。

ここで、アキシコンレンズ２５と第３レンズ２７との距離によって、リング状のレーザ光のビーム径及びビーム幅の拡大率が決定される。即ち、アキシコンレンズ２５と第３レンズ２７との距離を変更することで、ワーク２の照射位置でのレーザ光７０の副ビーム７２の径Ｃ及び幅Ｅを制御できる。

アキシコンレンズ２５には、アキシコンレンズ２５と第３レンズ２７との距離を変更するためのステッピングモータやサーボモータ等で構成される駆動モータ（図示せず）が設けられている。その駆動モータを駆動することによってアキシコンレンズ２５が移動し、アキシコンレンズ２５と第３レンズ２７との距離が変更される。アキシコンレンズ２５に設けられた駆動モータの駆動制御は、副ビーム７２の径Ｃ及び幅Ｅが制御手段５３により設定された値となるように、制御手段５３によって行われる。

なお、本実施形態では、１つのアキシコンレンズ２５によってレーザ光をリング状に広げる場合について説明したが、アキシコンレンズを２枚用いてレーザ光をリング状に広げてもよい。この場合、アキシコンレンズの少なくともいずれか一方を移動可能にし、アキシコンレンズ間の距離を変更することで副ビーム７２を拡大し、ワーク２の照射位置でのレーザ光７０の副ビーム７２の径Ｃ及び幅Ｅを制御できる。また、副ビーム７２の拡大は、エキスパンダ等の光学部品を用いることで行われてもよい。

また、リング状の副ビーム７２の生成は、アキシコンレンズ２５に代えて、レンズの収差を利用して収差リングを形成することで行われてもよいし、回折格子や偏向変換素子を使用してレーザ光をリング状にしてもよい。また、第２伝送路１４としてデュアルコア光ファイバ又は単独リングコア光ファイバを用い、その光ファイバにてリング状にされたレーザ光が、レーザ加工ヘッド２０の副ビーム生成手段に入力されてもよい。この場合、副ビーム生成手段は、ワーク２の照射位置での副ビーム７２の径Ｃ及び幅Ｅが所望の大きさとなるように、第２伝送路１４によってリング状に形成されて出力されたレーザ光を拡大するよう光学系が構成され、その光学系が制御手段５３によって制御される。

また、副ビーム７２を図２（ｂ）に示したガウシアンビーム状に形成する場合は、副ビーム生成手段は、アキシコンレンズ２５と第３レンズ２７との組み合わせに代えて、主ビーム生成手段と同様の２つのレンズの組み合わせ（例えば、第２伝送路１４から出力されたレーザ光が入射される第４レンズ（図示せず）と、第４レンズの後段に設けられた第５レンズ（図示せず））によって構成され、これら２つのレンズの協働により、入射されたレーザ光をズームしてビーム径Ｃを拡大し且つ平行光としてもよい。

より具体的には、第５レンズに、第４レンズと第５レンズとの距離を変更するためのステッピングモータやサーボモータ等で構成される駆動モータ（図示せず）が設けられ、その駆動モータを制御手段５３が駆動制御することによって第５レンズが移動し、第４レンズと第５レンズとの距離が変更されることで、副ビーム７２のビーム径Ｃが、主ビーム７１のビーム径Ｂよりも大きい所望の大きさに制御されてもよい。これにより、ガウシアンビーム状の主ビーム７１を囲うようにしてガウシアンビーム状の副ビーム７２が形成される。なお、この場合も、副ビーム７２の拡大は、エキスパンダ等の光学部品を用いることで行われてもよい。

次いで、レーザ加工ヘッド２０内のその他の部材について説明する。第１ダイクロイックミラー２８は、主ビーム７１を構成する波長の光を反射し、それ以外の光を透過するミラーである。第１ダイクロイックミラー２８は、主ビーム移動手段２１から出力された主ビーム７１の光軸と４５度の角度で交わる方向に設置される。これにより、主ビーム移動手段２１から出力された主ビーム７１は、第１ダイクロイックミラー２８によって反射され、ガルバノスキャナ３０及び集光レンズ３１の方向に向けられる。

第２ダイクロイックミラー２９は、副ビーム７２を構成する波長の光を反射し、それ以外の光を透過するミラーである。第２ダイクロイックミラー２９は、第３レンズ２７によりリング状の平行光として出力された副ビーム７２の光軸と４５度の角度で交わる方向に設置される。これにより、第３レンズ２７より出力された副ビーム７２は、第２ダイクロイックミラー２９によって反射され、ガルバノスキャナ３０及び集光レンズ３１の方向に向けられる。

また、第１ダイクロイックミラー２８により反射された主ビーム７１は、第２ダイクロイックミラー２９を透過する。これにより、第２ダイクロイックミラー２９の下流側において主ビーム７１と副ビーム７２とが合成され、図１に示す面ＩＩｂにおいて、図２（ｂ）に示すようなレーザ光７０が形成される。即ち、図２（ｃ）に示す面ＩＩｂでのレーザ光７０の切断部端面図の拡大図にも示した通り、レーザ光７０は、その中心部に主ビーム７１が形成され、主ビーム７１の周囲部に副ビーム７２が形成される。

第２ダイクロイックミラー２９の後段には、ガルバノスキャナ３０が設けられている。ガルバノスキャナ３０は、ワーク２に向けて主ビーム７１と副ビーム７２とが合成されたレーザ光７０を照射する場合に、その照射位置を調整するものであり、図示しない少なくとも２つの反射ミラー（ガルバノミラー）によって構成される。

２つの反射ミラーのうち、一方の反射ミラーはＸ軸変位モータ（図示せず）に接続されている。このＸ軸変位モータを駆動することにより、接続する反射ミラーの反射角が変更され、ワーク２に対するレーザ光７０の照射位置が、ワーク２平面上に設定されるＸ軸方向に変位可能とされる。

また、２つの反射ミラーのうち、他方の反射ミラーはＹ軸変位モータ（図示せず）に接続されている。このＹ軸変位モータを駆動することにより、接続する反射ミラーの反射角が変更され、ワーク２に対するレーザ光７０の照射位置が、ワーク２平面上に設定されるＸ軸と直行するＹ軸方向に変位可能とされる。

第２ダイクロイックミラー２９において主ビーム７１と副ビーム７２とが合成されたレーザ光７０は、ガルバノスキャナ３０へ入射されると、そのガルバノスキャナ３０のＸ軸変位モータ及びＹ軸変位モータが駆動されることによってＸ軸方向及びＹ軸方向に変位される。これにより、レーザ光７０は、主ビーム７１と副ビーム７２とが合成された状態で、ワーク２の平面上の所望の位置に照射される。例えば、ガルバノスキャナ３０を用いることで、ある点を中心にしてその周辺を円弧状に動かしながら（回転・公転させながら）、レーザ光７０を照射することが可能である。

よって、台座３とレーザ加工ヘッド２０との位置を相対的に直線状に移動させつつ、ガルバノスキャナ３０にてある点を中心にレーザ光７０を円弧状に動かすことで、レーザ光７０の照射位置を回転させながら直進させる走査を行うことができる（詳細には、図８を参照して後述する）。つまり、台座３とレーザ加工ヘッド２０とを相対的に移動させる機構と、ガルバノスキャナ３０とによって、本発明の走査手段が構成される。なお、ガルバノスキャナ３０の駆動（即ち、Ｘ軸変位モータ及びＹ軸変位モータの駆動）や、台座３とレーザ加工ヘッド２０とを相対的に移動させる機構は、いずれも制御手段５３によって制御される。

ガルバノスキャナ３０を通過したレーザ光７０は、集光レンズ３１に入射される。集光レンズ３１は、平行光を集光させるためのレンズであり、ガルバノスキャナ３０を通過したレーザ光７０は、この集光レンズ３１によってワーク２の照射位置に集光される。そして、図１に示すワーク２の上面である面ＩＩｄにおいて、図２（ｄ）に示すようなレーザ光７０が形成される。即ち、図２（ｅ）に示す面ＩＩｄでのレーザ光７０の切断部端面図の拡大図にも示した通り、中心部に主ビーム７１が形成され、主ビーム７１の周囲部に副ビーム７２が形成されたレーザ光７０が、集光された状態でワーク２に照射される。

なお、本実施形態では、集光レンズ３１がガルバノスキャナ３０と別体に設けられる場合について説明したが、ガルバノスキャナ３０と集光レンズ３１とが一体に構成されたもの、即ち、集光レンズ３１がガルバノスキャナ３０内に設けられたものが用いられてもよい。

なお、上述した通り、本実施形態では、第１レンズ２２と第２レンズ２３との距離を変更することで、ワーク２の照射位置でのレーザ光７０の主ビーム７１の径Ｂを制御し、アキシコンレンズ２５と第３レンズ２７との距離を変更することで、ワーク２の照射位置でのレーザ光７０の副ビーム７２の径Ｃ及び幅Ｅを制御するが、それに代えて、又は、それに加えて、集光レンズ３１と台座３（ワーク２の上面（レーザ光の照射面））との距離を変更することで、ワーク２の照射位置でのレーザ光７０の主ビーム７１の径Ｂと副ビーム７２の径Ｃ及び幅Ｅを制御するように構成してもよい。ただし、集光レンズ３１と台座３との距離を変更する場合は、主ビーム７１の径Ｂと副ビーム７２の径Ｃ及び幅Ｅとが一緒に拡大・縮小されることになる。

集光レンズ３１と台座３との距離の変更は、集光レンズ３１にステッピングモータやサーボモータ等で構成される駆動モータを設けて、集光レンズ３１の位置を移動可能な構成としてもよいし、レーザ加工ヘッド２０全体を台座３に対して上下方向に移動可能に構成されてもよい。また、台座３がレーザ加工ヘッド２０に対して上下方向に移動可能に構成されてもよい。集光レンズ３１と台座３との距離を変更する場合のその制御は、制御手段５３によって行われる。

反射ミラー３２は、ワーク２から輻射熱に伴って発光された光のうちワーク２の温度を計測するために用いられる第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を、レーザ溶接制御システム４０に向けて反射させるためのミラーである。

ワーク２は、レーザ光７０が照射されると、そのレーザ光７０の照射位置を中心に高温となり、輻射熱に伴った発光が生じる。そのワーク２にて発光された光のうちワーク２の温度を計測するために用いられる第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光は、集光レンズ３１、ガルバノスキャナ３０、第２ダイクロイックミラー２９、第１ダイクロイックミラー２８を通過又は透過した後、反射ミラー３２にて反射される。反射ミラー３２にて反射された光は、レーザ加工ヘッド２０の内部から外部へ出力され、レーザ溶接制御システム４０へ入射される。

レーザ溶接制御システム４０は、溶接開始前のワーク２の形状や、溶接中におけるワーク２の温度を観察しながら、レーザ溶接装置１によるワーク２のレーザ溶接を制御するためのシステムである。このレーザ溶接制御システム４０は、少なくともビームスプリッタ４１、反射ミラー４２、第１バンドパスフィルタ４３、第２バンドパスフィルタ４４、第１カメラ用レンズ４７、第２カメラ用レンズ４８、第１カメラ４５、第２カメラ４６、第３カメラ６１、第４カメラ６２、コンピュータ５０により構成される。

なお、本実施形態において、レーザ溶接制御システム４０は、レーザ溶接装置１の構成要素の１つとして説明するが、レーザ溶接制御システム４０は、レーザ溶接装置１と別に設けられたものであってもよい。また、レーザ溶接制御システム４０は、１つの装置として構成されてもよいし、別個に設けられた複数の部品及び／又は装置の組み合わせで構成されてもよい。

また、本実施形態において、レーザ溶接制御システム４０は、レーザ溶接装置１に隣接して設けられ、配線等を介して信号を送受信することで、レーザ溶接制御システム４０がレーザ溶接装置１を制御するものとして説明するが、必ずしもそれに限定されるものではない。例えば、レーザ溶接制御システム４０は、ネットワークを介してレーザ溶接装置１と信号を送受信することにより、遠隔でレーザ溶接装置１を制御するものであってもよい。

また、レーザ溶接制御システム４０は、構成する部品／装置の一部が、レーザ溶接装置１に設けられ、残りの部品／装置がレーザ溶接装置１とは別に設けられた形で構成されてもよい。例えば、ビームスプリッタ４１、反射ミラー４２、第１バンドパスフィルタ４３、第２バンドパスフィルタ４４、第１カメラ用レンズ４７、第２カメラ用レンズ４８、第１カメラ４５、第２カメラ４６、第３カメラ６１、第４カメラ６２がレーザ溶接装置１に設けられ、コンピュータ５０がレーザ溶接装置１とは別に設けられてもよい。この場合、コンピュータ５０とレーザ溶接装置１との信号の送受信は、ネットワークを介して行われてもよい。

ビームスプリッタ４１は、反射ミラー３２によってレーザ加工ヘッド２０から外部へ出力された光、即ち、ワーク２から輻射熱に伴って発光された光のうちワーク２の温度を計測するために用いられる第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を、２つに分割するものである。なお、ビームスプリッタ４１に代えて、ダイクロイックミラーを用いて、第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光とに分割してもよい。

ビームスプリッタ４１にて分割された一方の光は、第１バンドパスフィルタ４３に入射される。第１バンドパスフィルタ４３は、第１の波長λ１の光のみを通過させるフィルタである。この第１バンドパスフィルタ４３は、ビームスプリッタ４１と第１カメラ４５との間に設けられている。この第１バンドパスフィルタ４３によって、ワーク２から輻射熱に伴って発光され、ビームスプリッタ４１を反射した光のうち、第１の波長λ１の光のみが通過する。第１バンドパスフィルタ４３を通過した第１の波長λ１の光は、第１カメラ用レンズ４７を介して第１カメラ４５に入射される。第１カメラ用レンズ４７は、第１バンドパスフィルタ４３を通過した光（像）を、第１カメラ４５の撮像素子（図示せず）に結像させるためのレンズである。

第１カメラ４５は、第１バンドパスフィルタ４３を通過し、第１カメラ用レンズ４７により結像された第１の波長λ１の光（像）を撮像する。第１カメラ４５を構成するＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子（図示せず）の中心は、レーザ光７０と同軸に配置されている。これにより、第１カメラ４５にて撮像される画角の中心に、ワーク２におけるレーザ光７０の照射位置から輻射熱に伴って発光された光が常に入射される。そして、第１カメラ４５は、ワーク２におけるレーザ光７０の照射位置を中心として常に同じ領域を撮像するように構成される。

第１カメラ４５による撮像により得られた画像は、第１カメラ４５を構成する撮像素子の各画素に入射された第１の波長λ１の光の強度が、画素毎に光電変換により電気信号に変換されたものである。第１カメラ４５は、レーザ溶接装置１によるレーザ溶接が行われている間、その撮像を所定時間（例えば１秒）間隔毎に行い、撮像された画像データをコンピュータ５０へ出力する。つまり、第１カメラ４５は、レーザ溶接中のワーク２の状態をリアルタイムに撮像し、ワーク２において輻射熱に伴って発光された光のうち第１の波長λ１の光の強度を、コンピュータ５０に設けられた後述の温度分布画像取得手段５１へ出力する。

一方、ビームスプリッタ４１にて分割された他方の光は、反射ミラー４２にて反射され、第２バンドパスフィルタ４４を介して、第２カメラ４６へ入射される。第２バンドパスフィルタ４４、第２カメラ用レンズ４８及び第２カメラ４６の構成は、第１バンドパスフィルタ４３、第１カメラ用レンズ４７及び第１カメラ４５と同様のものである。

ただし、第２バンドパスフィルタ４４は、通過する光の波長が第１バンドパスフィルタ４３と異なっており、第２の波長λ２の光を通過させる。この第２バンドパスフィルタ４４を通過した第２の波長λ２の光（像）が、第２カメラ用レンズ４８によって、第２カメラ４６の撮像素子（図示せず）に結像される。そして、第２カメラ４６は、第１カメラ４５の撮像タイミングと同期しながら、第１カメラ４５で撮像される領域と同じ領域のレーザ溶接中のワーク２の状態をリアルタイムに撮像する。

この第２カメラ４６にて撮像された画像は、ワーク２において輻射熱に伴って発光された光のうち第２の波長λ２の光の強度が、画素毎に光電変換により電気信号に変換されたものである。第２カメラ４６にて撮像された画像データも、第１カメラ４５と同様に温度分布画像取得手段５１へ出力される。

なお、第１カメラ４５及び第２カメラ４６により撮像される領域の中心に、ワーク２におけるレーザ光７０の照射位置から輻射熱に伴って発光された光が常に入射される必要は必ずしもなく、レーザ光７０の照射位置が第１カメラ４５及び第２カメラ４６により撮像される領域の任意の位置に固定されていればよい。

ただし、レーザ光７０の照射位置が、第１カメラ４５及び第２カメラ４６により撮像される領域の中心とすることで、レーザ光７０の照射位置を第１カメラ４５及び第２カメラ４６による撮像される領域内の位置に固定しやすくなる。特に、ガルバノスキャナ３０を駆動してワーク２に対するレーザ光７０の照射位置を変更する場合は、撮像素子の中心をレーザ光７０と同軸に配置することで、レーザ光７０の照射位置を第１カメラ４５及び第２カメラ４６による撮像される領域内の位置に固定することが、極めて容易となる。

第３カメラ６１及び第４カメラ６２は、それぞれ異なる位置に設置され、各々の位置でワーク２の形状を撮像するカメラである。第３カメラ６１及び第４カメラ６２は、ワーク２の溶接前に同時にワーク２を撮像し、その撮像によって得られた画像データを、後述するコンピュータ５０の形状画像取得手段５２へと出力する。

なお、第３カメラ６１及び第４カメラ６２に代えて、又は、これらに加えて、レーザ測定器を設け、そのレーザ測定器によってワーク２の形状を取得して、取得した形状情報を、後述するコンピュータ５０の形状画像取得手段５２へと出力するようにしてもよい。レーザ測定装置は、ワーク２にレーザ光を照射し、ワーク２からのレーザ光の反射光を受光して、反射位置との距離を測定することによってワーク２の形状を測定するものである。

コンピュータ５０は、主に処理装置と、記憶装置とにより構成され、記憶装置に記憶されたプログラムに基づいて処理装置が処理を実行することにより、各種機能を実現する。レーザ溶接制御システム４０において、コンピュータ５０は、各種機能として、少なくとも温度分布画像取得手段５１、形状画像取得手段５２、制御手段５３としての機能を実現している。

温度分布画像取得手段５１は、本発明の状態観察部の一例であり、ワーク２の状態を観察することを目的として、第１カメラ４５及び第２カメラ４６による撮像が行われる毎に、その撮像により得られた画像に基づいて、ワーク２の温度分布を示す温度分布画像を取得する。

温度分布画像取得手段５１は、黒体が放出する熱輻射、即ち、黒体輻射の温度特性を利用する。ここで、図５を参照しながら、温度分布画像取得手段５１による温度分布画像の取得方法について説明する。図５は、黒体輻射強度の波長及び温度依存性を示した図である。図５は、縦軸を黒体輻射の強度、横軸を黒体から輻射される光の波長とし、黒体の温度１０００Ｋ、２０００Ｋ、２５００Ｋ、３０００Ｋ毎に、黒体から放出される波長の光に対して、その波長の光の黒体輻射強度が示してある。

図５に示す通り、異なる波長である第１の波長λ１と、第２の波長λ２それぞれの光の強度の比は、黒体の温度によって異なる。即ち、第１の波長λ１と第２の波長λ２それぞれの光の強度の比によって温度が一意に決まり、第１の波長λ１と第２の波長λ２それぞれの光の強度の比と温度との関係は、次の数１によって表すことができる。ここで、Ｔは温度、ｈはプランク定数、ｃは光速、ｋはボルツマン定数、Ｉ１は第１の波長λ１の光の強度、Ｉ２は第２の波長λ２の光の強度である。

温度分布画像取得手段５１は、ワーク２からの輻射熱に伴って発光された光のうち、第１カメラ４５による撮像により得られた波長λ１の光の強度Ｉ１を示した画像データと、第２カメラ４６による撮像により得られた波長λ２の光の強度Ｉ２を示した画像データとを用いて、数１に基づき各々の画素における温度Ｔを求めることで、ワーク２の温度分布を示した温度分布画像を取得する。温度分布画像取得手段５１にて取得された温度分布画像は、制御手段５３に入力される。

このように、ワーク２からの輻射熱に伴って発光された光のうち、２つの波長λ１、λ２の光を使用してワーク２の温度分布画像が取得されるので、温度分布画像により示されるワーク２上の温度の信頼性を高めることができる。

図１に戻り説明を続ける。形状画像取得手段５２は、本発明の状態観察部の別例であり、ワーク２の状態を観察することを目的として、ワーク２の三次元的な形状を示す画像を取得する。形状画像取得手段５２には、溶接前にワーク２の形状を各々設置された位置にて撮像した第３カメラ６１及び第４カメラ６２の画像データが入力される。そして、形状画像取得手段５２は、入力されたそれぞれの画像データから、その画像データを撮像したカメラ位置に基づいてワーク２の三次元的な形状を算出し、溶接前のワーク２の形状画像として取得する。取得した溶接前のワーク２の形状画像は、制御手段５３に入力される。

なお、第３カメラ６１及び第４カメラ６２に代えて、レーザ測定装置が設けられている場合は、形状画像取得手段５２は、そのレーザ測定装置から出力される形状情報に基づいて、ワーク２の三次元的な形状を特定し、制御手段５３へと出力してもよい。また、第３カメラ６１及び第４カメラ６２に加えて、レーザ測定装置が設けられている場合は、形状画像取得手段５２は、第３カメラ６１及び第４カメラ６２から出力される画像データのそれぞれと、レーザ測定装置から出力される形状情報とに基づいて、ワーク２の三次元的な形状を特定し、制御手段５３へと出力してもよい。

制御手段５３は、ワーク２の溶接を制御する。特に、制御手段５３は、図６に示すレーザ溶接制御処理を示すフローチャートに従って処理装置が動作することにより、状態観察部による観察に基づいて、レーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄが時間的に変化し得るように制御する。

状態観察部による観察は、温度分布画像取得手段５１により取得された溶接中におけるワーク２の温度分布画像や、形状画像取得手段５２により取得された溶接前のワーク２の形状画像に基づいて、ワーク２の状態を判断することである。

また、制御手段５３は、設定したレーザ光７０の走査パターンに基づいて、主ビーム移動手段２１の駆動、ガルバノスキャナ３０の駆動、レーザ加工ヘッド２０の位置及び／又は台座３の位置を制御する。制御手段５３は、設定した主ビーム７１の径Ｂに基づいて、第２レンズ２３の位置を制御する。制御手段５３は、設定した副ビーム７２の径Ｃ及び幅Ｅに基づいて、アキシコンレンズ２５の位置を制御する。制御手段５３は、設定した主ビーム７１の第１強度Ａに基づいて、第１レーザ光発振器１１の出力強度を制御し、決定した副ビーム７２の第２強度Ｄに基づいて、第２レーザ光発振器１２の出力強度を制御する。

制御手段５３は、これらの制御を状態観察部による観察に基づいて複合的に行うことで、ワーク２の状態に応じたレーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄとなるように、制御を行うことができる。

ここで、図６は、コンピュータの処理装置により実行されるレーザ溶接制御処理を示すフローチャートである。このレーザ溶接制御処理では、図６に示す通り、まず、予め使用者によるティーチング等によって設定されたデータに基づいて、ワーク２を溶接するための条件として、レーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄの初期値を設定する（Ｓ１０）。

この初期値は、後述するレーザ溶接前又はレーザ溶接中のワーク２の状態に基づく調整を除いて、原則、溶接中は固定される条件として設定されるものであってもよいし、溶接の時間経過とともに変化する条件として設定されるものであってもよい。

ここで、本実施形態では、Ｓ１０の処理及びこの後のＳ１２及びＳ１５の処理において、ワーク２の溶接が所望の速度及び所望の品質で行われるように、レーザ光７０を構成する主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄが設定される。

例えば、レーザ溶接の高速化や深いワーク２の溶融が求められる場合は、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄともにワーク２にキーホールを発生させる程度の強度に設定される。また、レーザ溶接におけるスパッタの発生の抑制が強く求められる場合は、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄともに熱伝導によるワーク２の溶融が可能な強度に設定される。

そのほか、レーザ溶接に求められる速度や品質に応じて、主ビーム７１の第１強度Ａがキーホールを発生させる強度に設定され、副ビーム７２の第２強度Ｄが熱伝導による溶融が可能な強度に設定されたり、逆に、主ビーム７１の第１強度Ａが熱伝導による溶融が可能な強度に設定され、副ビーム７２の第２強度Ｄがキーホールを発生させる強度に設定されたりすることも可能である。また、主ビーム７１の第１強度Ａがキーホールの発生又は熱伝導による溶融が可能な強度に設定され、副ビーム７２の第２強度Ｄは、主ビーム７１による溶融を補助するためにワーク２を加熱する程度の強度に設定されてもよい。

次いで、レーザ溶接制御処理では、ワーク２の状態として溶接前のワーク２の形状を観察する（Ｓ１１）。具体的には、溶接開始前に第３カメラ６１及び第４カメラ６２にてそれぞれの位置から撮像されたワーク２の画像データに基づき形状画像取得手段５２によって取得されたワーク２の三次元的な形状画像から、レーザ溶接前のワーク２の形状を具体的に判断する。

図７は、レーザ溶接前に観察したワーク２の形状の判断内容の一例を示した図である。図７では、ワーク２として突き合わされた２枚の板材を上面及び側面から観察したところを示している。

Ｓ１１の処理では、例えば、溶接前のワーク２の形状として、「ＧＡＰ（隙間）」、「水平ずれ」、「位置ずれ」、「大きさ相違」、「段差」を判断する。「ＧＡＰ（隙間）」は、図７（ａ）に示す通り、突き合わせたはずの２枚の板材が許容範囲を超えて離れてＧＡＰ（隙間）が存在した状態である。「水平ずれ」は、図７（ｂ）に示す通り、突き合わされた２枚の板材の位置関係が許容範囲を超えて水平方向にずれた状態である。

「位置ずれ」は、図７（ｃ）に示す通り、突き合わされた２枚の板材が本来あるべき位置から許容範囲を超えてずれた位置に存在する状態である。「大きさ相違」は、図７（ｄ）に示す通り、突き合わされた２枚の板材のうち少なくとも一方の大きさが、本来の大きさよりも許容範囲を超えて異なっている状態である。「段差」は、突き合わせた２枚の板材の高さが許容範囲を超えてずれて段差ができている状態である。

図６に戻り説明を続ける。Ｓ１１の処理にて、レーザ溶接前のワーク２の状態を判断すると、次いで、その判断に基づいて、Ｓ１０にて設定した初期値に対し、現実のワーク２の状態に適したレーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄとなるように変更する（Ｓ１２）。

このように、レーザ溶接前のワーク２の現実の状態に応じて、レーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄを変更することで、ワーク２の状態に適した条件で、安定した品質のレーザ溶接を行うことができる。

ここで、本実施形態のレーザ溶接装置１では、レーザ光７０の走査パターンとして次のパターン（１）～（５）が用意されている。

（１）ワーク２に対するレーザ光７０の照射位置を、ワーク２における溶接を行う線（例えば、ワーク２として突き合わされた２枚の板材の突き合わせ線。以下「溶接線」と称する。）上に沿って直線状に移動させるパターン。

（２）ワーク２に対するレーザ光７０の照射位置を、ジグザグ状（鋸歯状及び／又は二等辺三角形状）に動かしながら溶接線上に沿って移動させるパターン。

（３）ワーク２に対するレーザ光７０の照射位置を、円弧状に動かしながら溶接線上に沿って移動させるパターン。

（４）レーザ光７０内において、主ビーム７１のワーク２への照射位置を環状（円状）に移動（回転）させながら、ワーク２に対するレーザ光７０の照射位置を溶接線上に沿って移動させるパターン。

（５）レーザ光７０内において、主ビーム７１のワーク２への照射位置を環状（円状）に移動（回転）させつつ、ワーク２に対するレーザ光７０の照射位置を円弧状に動かしながら溶接線上に沿って移動させるパターン（パターン（３）とパターン（４）とを組み合わせたパターン）。

本実施形態において特徴的なのは、走査パターンとして、パターン（４）及び（５）を含む点である。ここで、図８を参照して、パターン（４）及び（５）の詳細について説明する。

図８は、レーザ光７０内において、主ビーム７１のワーク２への照射位置を環状（円状）に移動（回転）させつつ、ワーク２に対するレーザ光７０の照射位置を円弧状に動かしながら溶接線上に沿って移動させる走査パターンを模式的に示した模式図である。なお、図８では、ワーク２として２つの板材２ａ，２ｂを突き合わせ線２ｃにて突き合わせているが、突き合わせ線２ｃにおいてＧＡＰ（隙間）が生じている状態（図７（ａ）参照）を示している。

主ビーム７１は、主ビーム移動手段２１が制御手段５３によって駆動制御されることにより、図８に示すように、レーザ光７０の中央部を中心としてリング状に形成された副ビーム７２の中で環状（円状）に移動（回転）している。主ビーム７１を環状に移動させつつ、台座３及び／又はレーザ加工ヘッド２０を制御手段５３が駆動制御することにより、ワーク２に対するレーザ光７０の照射位置を突き合わせ線２ｃ上、即ち、溶接線上に沿って移動させると、パターン（４）の走査が行われる。パターン（４）の走査を行うことによって、主ビーム７１の照射範囲が広がる。これにより、同じ照射範囲に対して主ビーム７１を一度に照射する場合と比して、強度の強い主ビーム７１の入熱時間を短くできる。よって、例えば、深いキーホールを保ちつつスパッタの発生を抑制できるなど、安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。

また、図８に示すように、主ビーム７１をレーザ光７０の中央部を中心としてリング状に形成された副ビーム７２の中で環状（円状）に移動（回転）させつつ、副ビーム７２を含むレーザ光７０全体を円弧状に動かしながら、突き合わせ線２ｃ上、即ち、溶接線上に沿って移動させると、パターン（５）の走査が行われる。ここで、レーザ光７０の円弧状の移動は、制御手段５３がガルバノスキャナ３０を駆動制御することで実現され、レーザ光７０の溶接線上の移動は、制御手段が台座３及び／又はレーザ加工ヘッド２０を駆動制御することで実現される。

パターン（５）の走査を行うことによって、ワーク２の溶接線上に対して、強度の強いレーザ光７０を広い範囲に照射できる。これにより、同じ範囲に対してレーザ光７０を直線状に照射する場合よりも、強度の強いレーザ光を短時間で照射できる。よって、レーザ光の入熱時間を短くできるので、例えば、深いキーホールを保ちつつスパッタの発生を抑制できるなど、安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。特に、ＧＡＰ（隙間）を生じている場合など、現実のワーク２の状態に応じて走査パターンをパターン（５）に切り替えることによって、ワーク２の状態が理想と異なっていたとしても安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。

図６に戻り説明を続ける。Ｓ１２の処理の後、ワーク２にレーザ光７０をレーザ加工ヘッド２０より照射し、その照射位置の走査を開始することで、ワーク２の溶接を開始する（Ｓ１３）。そして、レーザ溶接中は、ワーク２の温度状況をリアルタイムに観察する（Ｓ１４）。

具体的には、第１カメラ４５及び第２カメラ４６を駆動して、ワーク２上において輻射熱に伴って発光された光のうち第１の波長λ１の光の強度を示した画像と、第２の波長λ２の光の強度を示した画像とを撮像し、これらの画像に基づいて温度分布画像取得手段５１より、レーザ溶接中のワーク２の温度分布画像を取得する。そして、Ｓ１４の処理では、その温度分布画像から、レーザ溶接中である現在のワーク２の状態を判断する。

Ｓ１４の処理によって、現在のワーク２の状態を判断すると、現在のワーク２の状態に適したレーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄとなるように、リアルタイムに変更する（Ｓ１５）。

ここで、図９及び図１０を参照して、Ｓ１４の処理による、溶接中に観察したワーク２の温度分布画像に基づくワーク２の状態の判断と、Ｓ１５の処理による、その判断に基づく制御の内容の例について説明する。まず、図９（ａ）は、溶接中のワーク２の状態に基づいて主ビーム及び副ビームのビームサイズを変更する方法の一例を示した図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の変更をするために溶接中に観察したワーク２の温度分布画像に基づくワーク２の状態の判断の一例を示した図である。なお、図９（ｂ）において、グラフ中の実線が図９（ａ）に基づく制御を行った場合のワーク２の温度の時間変化を示しており、破線がレーザ光７０（主ビーム７１及び副ビーム７２）のビームサイズを図９（ａ）に示す「中」に固定した場合のワーク２の温度の時間変化を示してある。

図９（ａ）及び（ｂ）に示す例では、速度重視にてレーザ溶接が行われるように、主ビーム及び副ビームのビームサイズが変更される。即ち、Ｓ１４の処理において、ワーク２の温度分布画像のうち最も温度の高い地点（以下「最高地点」と称する。）を判断し、その最高地点における温度（以下「最高温度」と称する。）を判断する。

具体的には、最高温度が所定温度よりも低い場合は、ワーク２が固体状態（１）にあると判断する。最高温度がワーク２の融点より低いものの前記所定温度以上の場合は、ワーク２が溶融状態の一歩手前の固体状態（２）にあると判断する。また、最高温度がワーク２の融点以上の場合は、ワーク２がレーザ光７０の照射位置付近において溶融状態（３）にあると判断する。

そして、Ｓ１５の制御として、Ｓ１４の処理により、ワーク２の状態が固体状態（１）にあると判断される間は、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂと、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅとを縮小状態で維持する制御を行う。また、Ｓ１４の処理により、ワーク２の状態が溶融状態の一歩手前の固体状態（２）にあると判断される間は、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂと、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅとを徐々に拡大する制御を行う。そして、Ｓ１４の処理により、ワーク２の状態が溶融状態（３）にあると判断される間は、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂと、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅとを中程度に維持する制御を行う。

このように、ワーク２へレーザ光７０を照射開始し始めた段階であって、ワーク２の状態が固体状態（１）にある場合は、主ビーム７１のビームサイズ及び副ビーム７２のビームサイズを小さくすることで、これらのビームサイズを照射開始から中程度に固定する場合と比してレーザ光７０のエネルギー密度を高めることができ、ワーク２を素早く溶融できる。

一方、ワーク２の状態が溶融状態の一歩手前の固体状態（２）に移行すると、主ビーム７１のビームサイズ及び副ビーム７２のビームサイズを徐々に拡大し、レーザ光７０の照射位置付近におけるワーク２の状態が溶融状態（３）となった段階で主ビーム７１のビームサイズ及び副ビーム７２のビームサイズを中程度に維持することで、レーザ光７０からのエネルギー密度が減り、スパッタの発生を抑制できるので、品質のよいレーザ溶接を実現できる。

図１０（ａ）は、溶接中のワーク２の状態に基づいて主ビーム及び副ビームのビームサイズを変更する方法の別例を示した図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の変更をするために溶接中に観察したワーク２の温度分布画像に基づくワーク２の状態の判断の一例を示した図である。なお、図１０（ｂ）においても、図９（ｂ）と同様に、グラフ中の実線が図１０（ａ）に基づく制御を行った場合のワーク２の温度の時間変化を示しており、破線がレーザ光７０（主ビーム７１及び副ビーム７２）のビームサイズを図９（ａ）に示す「中」に固定した場合のワーク２の温度の時間変化を示してある。

図１０（ａ）及び（ｂ）に示す例では、品質重視にてレーザ溶接が行われるように、主ビーム及び副ビームのビームサイズが変更される。Ｓ１４の処理において、ワーク２の温度分布画像のうち最も温度の高い地点（以下「最高地点」と称する。）を判断し、その最高地点における温度（以下「最高温度」と称する。）を判断する点においては、図９の例と同じである。また、最高温度が所定温度よりも低い場合は、ワーク２が固体状態（１）にあると判断し、最高温度がワーク２の融点より低いものの前記所定温度以上の場合は、ワーク２が溶融状態の一歩手前の固体状態（２）にあると判断し、最高温度がワーク２の融点以上の場合は、ワーク２がレーザ光７０の照射位置付近において溶融状態（３）にあると判断する点においても、図９の例と同じである。なお、図９の例と図１０の例とにおいて、閾値としての所定温度は任意の値であってよく、異なる値であっても同じ値であってもよい。

そして、図１０（ａ）及び（ｂ）に示す例では、Ｓ１５の制御として、Ｓ１４の処理により、ワーク２の状態が固体状態（１）にあると判断される間は、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂと、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅとを拡大状態で維持する制御を行う。また、Ｓ１４の処理により、ワーク２の状態が溶融状態の一歩手前の固体状態（２）にあると判断される間は、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂと、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅとを徐々に縮小する制御を行う。そして、Ｓ１４の処理により、ワーク２の状態が溶融状態（３）にあると判断される間は、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂと、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅとを中程度に維持する制御を行う。

このように、ワーク２へレーザ光７０を照射開始し始めた段階であって、ワーク２の状態が固体状態（１）にある場合は、主ビーム７１のビームサイズ及び副ビーム７２のビームサイズを大きくすることで、レーザ光７０のエネルギー密度を抑えつつ、レーザ光７０の溶融をゆっくり安定して行うことができるので、スパッタの発生を抑制できる。

一方、レーザ光７０の照射位置におけるワーク２の状態が溶融状態の一歩手前の固体状態（２）に移行すると、主ビーム７１のビームサイズ及び副ビーム７２のビームサイズを徐々に縮小し、レーザ光７０の照射位置付近におけるワーク２の状態が溶融状態（３）となった段階で主ビーム７１のビームサイズ及び副ビーム７２のビームサイズを中程度に維持することで、ワーク２の溶融を安定して行えることができるので、品質の高いレーザ溶接を実現できる。

なお、上記の主ビーム７１及び副ビーム７２のビームサイズの制御は例であり、それ以外の制御方法も当然に考えられる。例えば、レーザ溶接開始後、ワーク２が固体状態にあるときは、熱伝導による溶融に寄せて、ワーク２の溶融に至るまでスパッタの発生を抑制しながら熱を加えることを目的にビームサイズを大きくし、ワーク２の溶融直前及び／又は直後は、キーホールによる溶融に寄せて、ワーク２の深くまで熱を加えることを目的にビームサイズを絞り、ワーク２が深くまで溶融してからは、スパッタの発生を押させることを目的として、再びビームサイズを大きくしてエネルギー密度を下げるように制御することも可能である。

また、本実施形態では、レーザ溶接中のワーク２の状態をワーク２の温度分布に基づいて行ったが、これに代えて、又は、これに加えて、ワーク２から輻射熱に伴って発光される光のエネルギー（強度）を観察することによって、ワーク２の状態を判断してもよい。即ち、ワーク２が固体状態にある場合は、輻射熱に伴いワーク２から発光される光のエネルギーは、弱いながらも温度の上昇とともに上昇する。そして、ワーク２の溶融が始まり、固体と液体の混在状態に遷移すると、輻射熱に伴いワーク２から発光される光のエネルギーがあまり変化せずほぼ一定に推移する。その後、ワーク２が溶融して液体状態に遷移すると、輻射熱に伴いワーク２から発光される光のエネルギーが再び上昇する。このように、輻射熱に伴ってワーク２から発光される光のエネルギーの変化から、レーザ溶接中のワーク２の状態を判断することができる。

また、ワーク２から放出される光のエネルギーが所定閾値以上である範囲を特定し、その範囲の広さに基づいてレーザ溶接中のワーク２の状態を判断してもよい。即ち、ワーク２から放出される光のエネルギーが所定閾値以上である範囲がゼロである場合は、ワーク２が固体状態にあると判断し、ワーク２から放出される光のエネルギーが所定閾値以上である範囲が所定の広さ以下である場合は、ワーク２が固体と液体の混在状態にあると判断し、ワーク２から放出される光のエネルギーが所定閾値以上である範囲が所定の広さより大きい場合は、ワーク２が液体状態にあると判断することもできる。

このように、Ｓ１４及びＳ１５の処理では、溶接中のワーク２の状態をリアルタイムで判断し、その時々のワーク２に適した形で、レーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビームの第２強度Ｄの少なくともいずれかが設定されるので、安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。なお、図９（ａ）及び図１０（ａ）を参照して説明した、ワーク２の状態に応じて主ビーム７１及び副ビーム７２のビームサイズを制御するＳ１５の処理が、本発明のビームサイズ制御手段に相当する。

図６に戻り、Ｓ１５の処理の後、レーザ溶接制御処理を終了する。

以上説明した本実施形態に係るレーザ溶接装置１によれば、次の作用効果を奏する。

（ａ）ワーク２の状態が温度分布画像取得手段５１や形状画像取得手段５２といった状態観察部によって観察される。そして、制御手段５３の制御によって、レーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄが、状態観察部による観察に基づいて時間的に変化され得る。これにより、レーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄが、その時々のワーク２の状態に適した条件に設定できる。また、レーザ光７０が照射された位置でのワーク２の温度上昇を、ワーク２の表面及び深さ方向で３次元的に制御することができるので、ワーク２の溶融を安定して行うことができ、また、スパッタの発生を抑制できる。よって、安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。

（ｂ）主ビーム７１がレーザ光７０の中心部に生成され、副ビーム７２が主ビーム７１の周辺部に生成される。これにより、ワーク２に対して照射されるレーザ光７０の中心部に形成された主ビーム７１によってワーク２を溶融しつつ、周辺部に形成された副ビーム７２によって主ビーム７１によるワーク２の溶融の状態を安定させることができる。そして、これら主ビーム７１及び副ビーム７２の条件をワーク２の状態に応じて時間的に変化させることで、より安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。

（ｃ）第１強度Ａの主ビーム７１と第２強度Ｄの副ビーム７２との少なくともいずれかによって、レーザ光７０が照射されたワーク２にキーホールが形成され得るように、第１強度Ａ及び第２強度Ｄが設定されてもよい。これにより、ワーク２の溶融が早く行われて溶接が完了できるので、溶接の高速化を図りつつ、主ビーム７１及び副ビーム７２の条件をワーク２の状態に応じて時間的に変化させることで、より安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。

（ｄ）第１強度Ａの主ビーム７１と第２強度Ｄの副ビーム７２とのいずれによっても、レーザ光７０が照射されたワーク２にキーホールが形成され得るように、第１強度Ａ及び第２強度Ｄが設定されてもよい。これにより、ワーク２の溶融が即座に行われて溶接が完了できるので、溶接の高速化を図りつつ、主ビーム７１及び副ビーム７２の条件をワーク２の状態に応じて時間的に変化させることで、より安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。

（ｅ）複数のレーザ光発振器のうち、第１レーザ光発振器１１から出力されるレーザ光を用いて主ビーム７１が生成され、第２レーザ光発振器１２から出力されるレーザ光を用いて副ビーム７２が生成される。これにより、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄとして、いずれも高い強度まで容易に生成でき、高速化と安定した品質とを両立した溶接を行うことができる。

（ｆ）第１レーザ光発振器１１と第２レーザ光発振器１２とを用いて、主ビーム７１の波長及び副ビーム７２の波長を異ならせることで、波長に対するワーク２の熱吸収率の違いを利用して、ワーク２にキーホールを安定して形成し易くできる。よって、より安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。

（ｇ）主ビーム移動手段２１によって、レーザ光７０内において、主ビーム７１のワーク２への照射位置が環状に移動する。これにより、主ビーム７１の照射範囲を広げることができる一方、同じ範囲を一度に照射する場合と比して主ビーム７１の入熱時間を短くできる。よって、スパッタの発生を抑制でき、より安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。

（ｈ）ワーク２に対するレーザ光７０の照射位置を、ガルバノスキャナ３０によって円弧状に動かしながら、レーザ加工ヘッド２０及び台座３の相対的な移動を用いることによってワーク２の溶接線上に沿わせるように、走査が行われる。これにより、同じ範囲に対してレーザ光７０を直線状に照射する場合よりも、強度の強いレーザ光７０を短時間で照射できる。よって、レーザ光７０の入熱時間を短くできるので、スパッタの発生を抑制できる。よって、より安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。

（ｉ）制御手段５３の制御によって、主ビーム７１の径Ｂ及び副ビームの径Ｃ及び幅Ｅが、レーザ光７０の照射開始後、ワーク２の状態に応じて縮小又は拡大される。これにより、例えば、主ビーム７１の径Ｂ及び副ビームの径Ｃ及び幅Ｅを、レーザ光７０の照射開始時に小さくしておき、ワーク２が溶融状態となる前に拡大することで、照射開始時はレーザ光７０のエネルギー密度を高くできるので、照射開始時におけるワーク２の溶融が素早く行われることになる。よって、溶接の高速化を図ることができる。また、主ビーム７１の径Ｂ及び副ビームの径Ｃ及び幅Ｅを、レーザ光の照射開始時に大きくしておき、ワーク２が溶融状態となる前に縮小することで、照射開始時におけるレーザ光７０のエネルギー密度を低く抑えつつ、ワーク２の溶融をゆっくり安定して行うことができ、品質の向上を図ることができる。従って、レーザ溶接の性能を高めることができる。

（ｊ）主ビーム７１の径Ｂは、制御手段５３が第２レンズ２３に設けられた駆動モータを駆動制御してその位置を移動させ、第１レンズ２２と第２レンズ２３との距離を変更することで、高速に拡大又は縮小される。また、副ビームの径Ｃ及び幅Ｅは、制御手段５３がアキシコンレンズ２５に設けられた駆動モータを駆動制御してその位置を移動させ、アキシコンレンズ２５と第３レンズ２７との距離を変更することで、高速に拡大又は縮小される。よって、ワーク２の溶接途中であっても、主ビーム７１及び副ビーム７２のビームサイズを高速に変化させて、ワーク２に照射されるレーザ光７０のエネルギー密度を調整できるので、ワーク２の溶融状態を細やか制御でき、よりスパッタの抑制が容易となる。

（ｋ）制御手段５３によって、レーザ溶接前のワーク２の状態に基づいて、レーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄが変化され得る。これにより、レーザ溶接前のワーク２の状態から、そのワーク２に適した形で、レーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄが設定されるので、安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。

（ｌ）制御手段５３によって、レーザ溶接中のワーク２の状態に基づいて、レーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄが変化され得る。これにより、レーザ溶接中におけるワーク２の状態の変化にあわせて、レーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄが設定されるので、安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。以下、その改良変形について説明するが、各々の改良変形は適宜組み合わせて行うことが可能である。

上記実施形態では、レーザ光７０が、レーザ光７０の中央部に形成されたガウシアンビーム状の主ビーム７１、主ビーム７１の周囲部に形成されたリングビーム状の副ビーム７２によって構成される場合について説明したが、主ビーム７１と副ビーム７２とによって構成されるマルチビームであれば、レーザ光７０の構成は任意のものであってよい。

例えば、主ビーム７１は、必ずしもレーザ光７０の中央部になくてもよく、また、その位置が時間的に移動するものであってもよい。また、主ビーム７１は、その形状（プロファイル）がトップハットビーム状やその他任意の形状であってもよい。主ビーム７１の形状がガウシアンビーム状でない場合であっても、主ビーム７１のビームサイズや強度が、ワーク２の状態に基づいて変更可能に構成されてよい。

また、副ビーム７２は、必ずしも主ビーム７１の周囲部になくてもよく、例えば、レーザ光７０の走査方向に対して、主ビーム７１よりも前方及び／又は後方に副ビーム７２が形成されてもよい。また、副ビーム７２の位置が時間的に移動するものであってもよい。また、副ビーム７２は、その形状（プロファイル）が必ずしもリングビーム状である必要はなく、直線状、ドット状と任意のものであってよい。また、副ビーム７２の強度分布は、ガウシアン分布のほかトップハット分布など任意のものであってよい。そして、副ビーム７２の形状が強度分布がどのようなものであっても、ビームサイズや強度がワーク２の状態に基づいて変更可能に構成されてよい。

また、主ビーム７１の第１強度Ａは副ビーム７２の第２強度Ｄよりも強い強度であることが一般的であるが、必ずしもそれに限られるものではなく、ワーク２の状態に応じて、主ビーム７１の第１強度Ａと副ビーム７２の第２強度Ｄとの関係が逆転、つまり、副ビーム７２の方が強い強度を持つことが許容されてもよい。

また、レーザ光７０は、常に主ビーム７１と副ビーム７２とによって構成される必要はなく、ワーク２の状態に応じて主ビーム７１のみによって構成される場合があってもよいし、副ビーム７２のみによって構成される場合があってよい。なお、レーザ光７０を主ビーム７１のみによって構成する場合は、副ビーム７２の第２強度Ｄ、径Ｃ及び幅Ｅの少なくともいずれかをゼロに設定することで実現してもよい。また、レーザ光７０を副ビーム７２のみによって構成する場合は、主ビーム７１の第１強度Ａ及び径Ｂの少なくとも一方をゼロに設定することで実現してもよい。

上記実施形態では、状態観察部による観察として、レーザ溶接前はワーク２の形状を判断し、レーザ溶接中はワーク２の温度分布画像からワーク２の状態を判断する場合について説明したが、ワーク２の状態を観察するものであれば、その観察方法はどのようなものであってもよい。例えば、レーザ溶接中においても、ワーク２を第３カメラ６１及び第４カメラ６２を使用して撮像し、その三次元的な形状画像から、現在のワーク２の状態を判断するものであってもよい。また、複数の観察方法を組み合わせてワーク２の状態を観察してもよい。

上記実施形態では、制御手段５３が、状態観察部によって観察の結果に基づいて、その結果に適したレーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄをフィードバック制御する場合について説明したが、これを人工知能（ＡＩ）を用いて行ってもよい。

例えば、機械学習部を設け、その機械学習部に対し、温度分布画像取得手段５１により取得される温度分布画像及び／又は形状画像取得手段５２により取得される形状画像に基づいて、その温度分布画像及び／又は形状画像に適したレーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄを判定する関係を更新させてもよい。そして、その機械学習部に対し、レーザ溶接前又はレーザ溶接中に温度分布画像取得手段５１により取得された温度分布画像及び／又は形状画像取得手段５２により取得された形状画像を入力することで、その時々に適したレーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄを、機械学習部にて判定させてもよい。これにより、その時々のワーク２の状態に適したレーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄを設定できるので、より品質のよいレーザ溶接を行うことができる。

また、機械学習部に対し、温度分布画像取得手段５１により取得される温度分布画像及び／又は形状画像取得手段５２により取得される形状画像に基づいて、その温度分布画像及び／又は形状画像から判断されるワーク２の状態を判定する関係を更新させてもよい。そして、その機械学習部に対し、レーザ溶接前又はレーザ溶接中に温度分布画像取得手段５１により取得された温度分布画像及び／又は形状画像取得手段５２により取得された形状画像を入力することで、その時々におけるワーク２の状態を判定させ、その判定されたワーク２の状態に基づいて、制御手段５３にて、そのワーク２の状態に適したレーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄを設定するようにしてもよい。これにより、ワーク２の状態の判定をより精度よく行うことが可能となり、その時々のワーク２の状態により適したレーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄを設定できるので、より品質のよいレーザ溶接を行うことができる。

上記実施形態では、温度分布画像取得手段５１において、ワーク２からの輻射熱に伴って発光された光のうち、第１カメラ４５による撮像により得られた波長λ１の光の強度Ｉ１を示した画像データと、第２カメラ４６による撮像により得られた波長λ２の光の強度Ｉ２を示した画像データとを用いて、ワーク２の温度分布画像を取得する場合について説明した。これに対し、温度分布画像取得手段５１は、ワーク２からの輻射熱に伴って発光された光のうち、第１カメラ４５による撮像により得られた波長λ１の光の強度Ｉ１を示した画像データのみを用いて、ワーク２の温度分布画像を取得してもよい。

図６に示す通り、例えば波長λ１の光は、黒体の温度に応じて黒体輻射強度が一意に決定される。黒体輻射における光の波長λと温度Ｔと強度Ｉとの関係として、プランクの放射式が知られているが、ｈｃ＞＞λｋＴの条件が成り立つ場合、次の数２に示すウィーンの近似式で表すことができる。ここで、εは放射率、ｈはプランク定数、ｃは光速、ｋはボルツマン定数である。

温度分布画像取得手段５１は、このウィーンの近似式に基づき、第１カメラ４５による撮像により得られた波長λ１の光の強度Ｉ１を示した画像データのみを用いて、その画像データを構成する各画素の強度Ｉ（波長λ１の光の強度）から、各々の画素における温度Ｔを求めることで、ワーク２の温度分布を示した温度分布画像を取得することができる。

このように、ワーク２からの輻射熱に伴って発光された光のうち、第１カメラ４５による撮像により得られた波長λ１の光の強度Ｉ１を示した画像データのみを用いて、ワーク２の温度分布画像を取得することで、第２バンドパスフィルタ４４や第２カメラ４６等が不要となるため、コストを抑えつつ、ワーク２の温度分布画像を取得できる。

上記実施形態では、レーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄを、ワーク２の状態に基づいて時間的に変化させる場合について説明したが、レーザ光７０の走査パターン、主ビーム７１のビームサイズである径Ｂ、副ビーム７２のビームサイズである径Ｃ及び幅Ｅ、主ビーム７１の第１強度Ａ及び副ビーム７２の第２強度Ｄのいずれかを、ワーク２の状態に基づいて時間的に変化させてもよい。また、レーザ光７０を構成する主ビーム７１及び／又は副ビーム７２の形状（プロファイル）として、異なる複数の形状に対応したレーザ加工ヘッド２０を用いる場合は、主ビームの形状及び副ビームの形状の少なくともいずれかを、ワーク２の状態に基づいて時間的に変化させてもよい。少なくともこれらのうちいずれか１つをワーク２の状態に基づいて時間的に変化させることで、ワーク２の状態に適した条件で、品質のよいレーザ溶接を実現することが可能となる。

上記実施形態では、レーザ光７０の走査パターンを変化させる場合について説明したが、制御手段５３は、レーザ光７０そのものの走査パターンに代えて、又は、レーザ光７０そのものの走査パターンに加えて、主ビーム７１の走査パターンと副ビーム７２の走査パターンとの少なくともいずれかを、ワーク２の状態に基づいて変化させてもよい。例えば、主ビーム７１の走査パターンとして、レーザ光７０の中心部を維持したままレーザ光７０と共に移動するパターンと、レーザ光７０内を環状に移動しながらレーザ光７０と共に移動するパターンとを、ワーク２の状態に基づいて変化させるようにしてもよい。これにより、ワーク２の状態に適した形で、主ビームの走査パターンと、副ビームの走査パターンとの少なくともいずれかが設定されるので、安定した品質でレーザ溶接を行うことができる。

上記実施形態では、主ビーム７１のビームサイズと、副ビーム７２のビームサイズとを時間的に変化させ得る場合について説明したが、いずれか一方のビームサイズを時間的に変化させ得るものであってもよい。また、上記実施形態では、副ビーム７２のビームサイズとして径Ｃ及び幅Ｅを時間的に変化させ得る場合について説明したが、径Ｃ及び幅Ｅのいずれか一方を時間的に変化させ得るものであってもよい。また、上記実施形態では、主ビーム７１のビームサイズを変化させるタイミングと、副ビーム７２のビームサイズを変化させるタイミングとを揃える場合について説明したが、これらのタイミングは必ずしも一致させる必要はなく、タイミングを異ならせてもよい。例えば、ワーク２の材料に基づいて、主ビームのビームサイズを縮小又は拡大するタイミングと、副ビームのビームサイズを縮小又は拡大するタイミングとが異なるように制御してもよい。これにより、ワーク２の材料に応じて、最適なタイミングで、主ビームのビームサイズの縮小又は拡大と、副ビームのビームサイズの縮小又は拡大が行われるので、より品質の高いレーザ溶接を行うことができる。

上記実施形態では、ワーク２の状態をリアルタイムに観察し、その状態に応じて主ビーム７１のビームサイズと、副ビーム７２のビームサイズとを時間的に変化させ得る場合について説明したが、主ビーム７１のビームサイズ及び／又は副ビーム７２のビームサイズの時間的な変化のパターンを予めコンピュータ５０に複数記憶させておき、レーザ溶接開始前やレーザ溶接中のある時点でのワーク２の状態に応じて、複数のパターンの中から１のパターンを選択して、主ビーム７１のビームサイズ及び／又は副ビーム７２のビームサイズを時間的に変化させるものであってもよい。

上記実施形態では、レーザ光７０として波長の異なる主ビーム７１と副ビーム７２とによって構成される場合について説明したが、同じ波長の主ビーム７１と副ビーム７２とによってレーザ光７０が構成されてもよい。

上記実施形態では、２つのレーザ光発振器１１，１２を用い、それぞれのレーザ光から主ビーム７１及び副ビーム７２を生成する場合について説明した。これに対し、３つ以上のレーザ光発振器を用いて主ビーム７１及び副ビーム７２を生成してもよい。例えば、２以上のレーザ光発振器によって発振されたレーザ光を合成して、主ビーム７１を生成してもよいし、別の２以上のレーザ光発振器によって発振されたレーザ光を合成して、副ビーム７２を生成してもよい。複数のレーザ光発振器から発振されたレーザ光を合成して、主ビーム７１及び／又は副ビーム７２を生成することによって、その生成された主ビーム７１の第１強度Ａ及び／又は副ビーム７２の第２強度Ｄの最大強度を高く設定できる。よって、ワーク２に適した主ビーム７１の第１強度Ａ及び／又は副ビーム７２の第２強度Ｄの設定範囲を広範囲にできるので、高速化と高品質化との両立を図りやすくできる。

また、波長の異なるレーザ光が発振される３以上のレーザ光発振器を設け、主ビーム７１を生成するために用いるレーザ光発振器及び／又は副ビーム７２を生成するために用いるレーザ光発振器を、ワーク２の材料や状態に応じて切り替えるように構成してもよい。これにより、ワーク２の材料や状態に応じて、主ビーム７１及び／又は副ビーム７２の波長を切り替えることができるので、より品質のよいレーザ溶接を行うことができる。

一方、レーザ光発振器を１つだけ設け、その１つのレーザ光発振器から主ビーム７１及び副ビーム７２を生成してもよい。この場合、１つのレーザ光発振器にて発振され、伝送路によってレーザ加工ヘッド２０へと伝送されたレーザ光は、レーザ加工ヘッド２０の中で分割手段（例えば、ビームスプリッタ）により２つに分割され、一方のレーザ光を主ビーム生成手段へ入射して主ビーム７１を生成し、他方のレーザ光を副ビーム生成手段へ入射して副ビーム７２を生成してもよい。これにより、レーザ光発振器を１つ用意するだけで主ビーム及び副ビームを生成できるので、コストを抑制しつつ、安定した品質のレーザ溶接を行うことができるという効果がある。

１ レーザ溶接装置
２ ワーク（溶接対象物）
１１ 第１レーザ光発振器
１２ 第２レーザ光発振器
２１ 主ビーム移動手段（主ビーム生成手段の一部）
２２ 第１レンズ（主ビーム生成手段の一部）
２３ 第２レンズ（主ビーム生成手段の一部）
２５ アキシコンレンズ（副ビーム生成手段の一部）
２７ 第３レンズ（副ビーム生成手段の一部）
３０ ガルバノスキャナ（走査手段の一部）
５３ 制御手段
７０ レーザ光
７１ 主ビーム
７２ 副ビーム

Claims (14)

1. レーザ光を溶接対象物に向けて照射し、前記レーザ光の前記溶接対象物に対する照射位置を走査しながら前記溶接対象物を溶融して溶接を行うレーザ溶接装置であって、
   前記レーザ光を構成するものであって第１強度を有する主ビームを生成する主ビーム生成手段と、
   前記レーザ光を構成するものであって第２強度を有する副ビームを生成する副ビーム生成手段と、
   前記レーザ光の走査パターン、前記主ビームの形状、前記副ビームの形状、前記主ビームのビームサイズ、前記副ビームのビームサイズ、前記主ビームの前記第１強度及び前記副ビームの前記第２強度の少なくともいずれかを、前記溶接対象物の状態に基づいて時間的に変化し得るように制御する制御手段と、を備えることを特徴とするレーザ溶接装置。
2. 前記主ビーム生成手段は、前記レーザ光の中心部に前記主ビームを生成し、
   前記副ビーム生成手段は、前記主ビームの周囲部に前記副ビームを生成することを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
3. 前記主ビーム生成手段及び前記副ビーム生成手段は、前記主ビーム及び前記副ビームの少なくともいずれかによって前記溶接対象物にキーホールを形成可能な前記第１強度の主ビーム及び前記第２強度の副ビームを生成し得ることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
4. 前記主ビーム生成手段及び前記副ビーム生成手段は、前記主ビーム及び前記副ビームのいずれによっても前記溶接対象物にキーホールを形成可能な前記第１強度の主ビーム及び前記第２強度の副ビームを生成し得ることを特徴とする請求項３記載のレーザ溶接装置。
5. 前記制御手段は、前記レーザ光の走査パターンとして、前記主ビームの走査パターンと、前記副ビームの走査パターンとの少なくともいずれかを、前記溶接対象物の状態に基づいて時間的に変化し得るように制御するものであることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
6. レーザ光を発振する複数のレーザ光発振器を備え、
   前記主ビーム生成手段は、少なくとも一部のレーザ光発振器から出力されるレーザ光を用いて前記主ビームを生成し、
   前記副ビーム生成手段は、少なくとも前記主ビーム生成手段にて用いられたレーザ光発振器とは別のレーザ光発振器から出力されるレーザ光を用いて前記副ビームを生成することを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
7. 前記主ビームと前記副ビームとは異なる波長を用いることを特徴とする請求項６記載のレーザ溶接装置。
8. レーザ光を発振する１つのレーザ光発振器と、
   そのレーザ光発振器により発振された前記レーザ光を分割して、前記主ビーム生成手段及び前記副ビーム生成手段のそれぞれに入力する分割手段と、を備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
9. 前記主ビーム生成手段は、前記レーザ光内において、前記主ビームの前記溶接対象物への照射位置を環状に移動させる主ビーム移動手段を備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
10. 前記溶接対象物に対する前記レーザ光の照射位置を、円弧状に動かしながら前記溶接対象物の溶接を行う線上に沿って走査する走査手段を備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
11. 前記制御手段は、前記主ビームのビームサイズ及び前記副ビームのビームサイズの少なくとも一方を、前記レーザ光の照射中に前記溶接対象物の温度及び／又は溶融状態に基づいて変化させる制御を行うビームサイズ制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
12. 前記ビームサイズ制御手段は、前記溶接対象物の材料に基づいて、前記主ビームのビームサイズを縮小又は拡大するタイミングと、前記副ビームのビームサイズを縮小又は拡大するタイミングとを異ならせるものであることを特徴とする請求項１１記載のレーザ溶接装置。
13. 前記制御手段は、レーザ溶接前の前記溶接対象物の状態に基づいて、前記レーザ光の走査パターン、前記主ビームの形状、前記副ビームの形状、前記主ビームのビームサイズ、前記副ビームのビームサイズ、前記主ビームの前記第１強度及び前記副ビームの前記第２強度の少なくともいずれかを変化し得るように制御することを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
14. 前記制御手段は、レーザ溶接中の前記溶接対象物の状態に基づいて、前記レーザ光の走査パターン、前記主ビームの形状、前記副ビームの形状、前記主ビームのビームサイズ、前記副ビームのビームサイズ、前記主ビームの前記第１強度及び前記副ビームの前記第２強度の少なくともいずれかを変化し得るように制御することを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のレーザ溶接装置。

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