JP3456424B2 - レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 - Google Patents
レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ溶接方法及
びレーザ溶接装置に係り、特に被溶接箇所である溶接ラ
インに沿って溶接用レーザビームを相対的に移動させて
成るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。
びレーザ溶接装置に係り、特に被溶接箇所である溶接ラ
インに沿って溶接用レーザビームを相対的に移動させて
成るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ溶接は、レーザビームを被溶接物
たる金属板等の被溶接箇所に対し照射して溶接するもの
であり、溶接幅の狭い精密な溶接が可能であることか
ら、従来よりその開発が進められている。
たる金属板等の被溶接箇所に対し照射して溶接するもの
であり、溶接幅の狭い精密な溶接が可能であることか
ら、従来よりその開発が進められている。
【０００３】従来のレーザ溶接は、溶接用レーザビーム
の焦点を被溶接箇所の溶接開始位置に位置決めし、かか
る焦点位置が被溶接箇所の溶接ラインに沿って相対的に
移動するように、レーザ出力手段又は被溶接物を移動さ
せて行われる。このとき、溶接用レーザビームの焦点位
置は、一定の溶接深度（被溶接物のレーザ照射面から溶
融が進行する方向に沿った深さ）で溶接が行われてい
た。
の焦点を被溶接箇所の溶接開始位置に位置決めし、かか
る焦点位置が被溶接箇所の溶接ラインに沿って相対的に
移動するように、レーザ出力手段又は被溶接物を移動さ
せて行われる。このとき、溶接用レーザビームの焦点位
置は、一定の溶接深度（被溶接物のレーザ照射面から溶
融が進行する方向に沿った深さ）で溶接が行われてい
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記レーザ溶接にあっ
ては、被溶接物のレーザ照射面上にキーホールが生じ、
その内側で被溶接物を構成する素材が溶融し、被溶接箇
所が埋められて溶接が行われる。しかしながら、従来の
レーザ溶接に際しては、溶接ライン（被溶接箇所に沿っ
たライン）に沿ってキーホールが不安定に発生する場合
があった。即ち、溶接用レーザビームに対して相対的に
被溶接物が移動する場合に、キーホールの大きさに変化
が生じ、一定の大きさとならなかった。
ては、被溶接物のレーザ照射面上にキーホールが生じ、
その内側で被溶接物を構成する素材が溶融し、被溶接箇
所が埋められて溶接が行われる。しかしながら、従来の
レーザ溶接に際しては、溶接ライン（被溶接箇所に沿っ
たライン）に沿ってキーホールが不安定に発生する場合
があった。即ち、溶接用レーザビームに対して相対的に
被溶接物が移動する場合に、キーホールの大きさに変化
が生じ、一定の大きさとならなかった。
【０００５】かかる場合、溶接時の被溶接箇所にブロー
ホールや気泡が発生する原因となり、溶接強度の低下の
影響を及ぼす恐れがあった。
ホールや気泡が発生する原因となり、溶接強度の低下の
影響を及ぼす恐れがあった。
【０００６】
【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、特に連続移動溶接時に溶接ラインに沿って安
定したキーホールを生じ得るレーザ溶接方法及びレーザ
溶接装置を提供することを、その目的とする。
を改善し、特に連続移動溶接時に溶接ラインに沿って安
定したキーホールを生じ得るレーザ溶接方法及びレーザ
溶接装置を提供することを、その目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願発明では、被溶接箇所に沿って溶接用レーザビ
ームを相対的に移動させて成るレーザ溶接方法におい
て、溶接用レーザビームを二方向から同時に照射すると
共に、これらの溶接用レーザビームの焦点位置を溶接深
度方向に振動させて溶接を行う、という構成を採ってい
る。
め、本願発明では、被溶接箇所に沿って溶接用レーザビ
ームを相対的に移動させて成るレーザ溶接方法におい
て、溶接用レーザビームを二方向から同時に照射すると
共に、これらの溶接用レーザビームの焦点位置を溶接深
度方向に振動させて溶接を行う、という構成を採ってい
る。
【０００８】上記レーザ溶接方法については、これら各
溶接用レーザビームの溶接深度方向の振動周期を等しく
して溶接を行っても良く、また、各溶接用レーザビーム
の振動周期の位相差を０に設定すると共に、各溶接用レ
ーザビームの振動の中心位置を溶接深度方向について異
なる位置に設定して溶接を行っても良い。さらに、各溶
接用レーザビームの溶接深度方向の振幅を等しくして溶
接を行っても良い。
溶接用レーザビームの溶接深度方向の振動周期を等しく
して溶接を行っても良く、また、各溶接用レーザビーム
の振動周期の位相差を０に設定すると共に、各溶接用レ
ーザビームの振動の中心位置を溶接深度方向について異
なる位置に設定して溶接を行っても良い。さらに、各溶
接用レーザビームの溶接深度方向の振幅を等しくして溶
接を行っても良い。
【０００９】上記レーザ溶接方法にあっては、被溶接物
に対して被溶接箇所に沿って相対的にレーザの焦点位置
が移動する際に、一定の周期で当該焦点位置を溶接深度
（被溶接物のレーザ照射面から溶融が進行する方向に沿
った深さ）方向に振動させて溶接を行う。
に対して被溶接箇所に沿って相対的にレーザの焦点位置
が移動する際に、一定の周期で当該焦点位置を溶接深度
（被溶接物のレーザ照射面から溶融が進行する方向に沿
った深さ）方向に振動させて溶接を行う。
【００１０】一般に、この溶接ラインに沿ったキーホー
ルの変化は、被溶接物の材質や厚さ、レーザ強度等の影
響により変動するある周期に基づいている場合があり、
溶接用レーザビームを一定周期で変動させることによ
り、キーホールの周期的な変化に積極的に干渉させて、
溶接状態の安定化を図っている。
ルの変化は、被溶接物の材質や厚さ、レーザ強度等の影
響により変動するある周期に基づいている場合があり、
溶接用レーザビームを一定周期で変動させることによ
り、キーホールの周期的な変化に積極的に干渉させて、
溶接状態の安定化を図っている。
【００１１】このとき、キーホールの変動周期が試験や
調査により判明している場合には、共振をさけるため
に、判明している波の周期と振動付勢手段の振動の周期
とを異なる周期に設定しても良い。
調査により判明している場合には、共振をさけるため
に、判明している波の周期と振動付勢手段の振動の周期
とを異なる周期に設定しても良い。
【００１２】また、或いは、キーホールの変動の周期と
振動付勢手段の振動の周期とを等しく設定し、キーホー
ルが大きくなるときに合わせて溶接用レーザビームの深
度を浅くすることにより、相互の変動の波がうち消さ
れ、溶接状態の安定化が図られる。
振動付勢手段の振動の周期とを等しく設定し、キーホー
ルが大きくなるときに合わせて溶接用レーザビームの深
度を浅くすることにより、相互の変動の波がうち消さ
れ、溶接状態の安定化が図られる。
【００１３】また、本願発明では、被溶接箇所に沿って
溶接用レーザビームを相対的に移動させて成るレーザ溶
接装置において、溶接用レーザビームを出射する溶接用
レーザ出力部と、溶接用レーザビームの焦点位置を被溶
接箇所に合わせて集光する集光ビーム用光学系とを備
え、集光ビーム用光学系が、溶接用レーザビームの焦点
位置を溶接深度方向に振動させる振動付勢手段を備える
という構成を採っている。しかも、溶接用レーザ出力部
を二つ備え、各溶接用レーザ出力部に個別に対応する集
光ビーム用光学系を有する。
溶接用レーザビームを相対的に移動させて成るレーザ溶
接装置において、溶接用レーザビームを出射する溶接用
レーザ出力部と、溶接用レーザビームの焦点位置を被溶
接箇所に合わせて集光する集光ビーム用光学系とを備
え、集光ビーム用光学系が、溶接用レーザビームの焦点
位置を溶接深度方向に振動させる振動付勢手段を備える
という構成を採っている。しかも、溶接用レーザ出力部
を二つ備え、各溶接用レーザ出力部に個別に対応する集
光ビーム用光学系を有する。
【００１４】上記レーザ溶接装置については、各集光ビ
ーム用光学系の振動付勢手段の動作制御を行う制御手段
を備え、この制御手段が、各振動付勢手段の振動周期を
等しくする周期均一化機能を有する構成としても良い。
ーム用光学系の振動付勢手段の動作制御を行う制御手段
を備え、この制御手段が、各振動付勢手段の振動周期を
等しくする周期均一化機能を有する構成としても良い。
【００１５】これに加えて、集光ビーム用光学系が、各
溶接用レーザビームの振動の中心位置を溶接深度方向に
ついて異なる位置に設定し、制御手段が、各振動付勢手
段の振動周期の位相差を０に設定する位相均一化機能を
有する構成としても良い。
溶接用レーザビームの振動の中心位置を溶接深度方向に
ついて異なる位置に設定し、制御手段が、各振動付勢手
段の振動周期の位相差を０に設定する位相均一化機能を
有する構成としても良い。
【００１６】さらには、各集光ビーム用光学系の各々の
振動付勢手段の振動の振幅を均一に設定することが望ま
しい。
振動付勢手段の振動の振幅を均一に設定することが望ま
しい。
【００１７】また、いずれの構成においても上述した振
動付勢手段は、一定の周期で凹面と凸面とに繰り返し切
り替わる反射面を備える溶接用レーザビーム用の可変型
ミラーを有することが望ましい。
動付勢手段は、一定の周期で凹面と凸面とに繰り返し切
り替わる反射面を備える溶接用レーザビーム用の可変型
ミラーを有することが望ましい。
【００１８】上記レーザ溶接装置にあっては、溶接用レ
ーザ出力部から溶接用レーザビームが出射され、集光ビ
ーム用光学系により被溶接箇所の溶接開始位置に集光さ
れる。
ーザ出力部から溶接用レーザビームが出射され、集光ビ
ーム用光学系により被溶接箇所の溶接開始位置に集光さ
れる。
【００１９】そして、被溶接物に対して被溶接箇所に沿
って相対的にレーザの焦点位置が移動する際に、振動付
勢手段によって、一定の周期で当該焦点位置を溶接深度
（被溶接物のレーザ照射面から溶融が進行する方向に沿
った深さ）方向に振動させることにより、無振動状態で
生じる溶接深度の波に積極的に干渉させて、溶接状態の
安定化を図っている。
って相対的にレーザの焦点位置が移動する際に、振動付
勢手段によって、一定の周期で当該焦点位置を溶接深度
（被溶接物のレーザ照射面から溶融が進行する方向に沿
った深さ）方向に振動させることにより、無振動状態で
生じる溶接深度の波に積極的に干渉させて、溶接状態の
安定化を図っている。
【００２０】このとき、前述したレーザ溶接方法の場合
と同様に、キーホールの変動周期が試験や調査により判
明している場合には、共振をさけるために、判明してい
る波の周期と振動付勢手段の振動の周期とを異なる周期
に設定しても良い。
と同様に、キーホールの変動周期が試験や調査により判
明している場合には、共振をさけるために、判明してい
る波の周期と振動付勢手段の振動の周期とを異なる周期
に設定しても良い。
【００２１】また、或いは、キーホールの変動の周期と
振動付勢手段の振動の周期とを等しく設定し、キーホー
ルが大きくなるときに合わせて溶接用レーザビームの深
度を浅くすることにより、相互の変動の波がうち消さ
れ、溶接状態の安定化が図られる。
振動付勢手段の振動の周期とを等しく設定し、キーホー
ルが大きくなるときに合わせて溶接用レーザビームの深
度を浅くすることにより、相互の変動の波がうち消さ
れ、溶接状態の安定化が図られる。
【００２２】本発明は、上述した各構成によって前述し
た目的を達成しようとするものである。
た目的を達成しようとするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って順次説明する。
に従って順次説明する。
【００２４】本実施形態は、図１に示すように、被溶接
物１００の被溶接箇所に沿って溶接用レーザビームを相
対的に移動させて成るレーザ溶接装置１０であって、第
１と第２の溶接用レーザビームＡ，Ｂをそれぞれ出射す
る二器の溶接用レーザ出力部１，２と、各溶接用レーザ
ビームＡ，Ｂの各々の焦点位置を被溶接箇所に合わせて
各々集光する二つの集光ビーム用光学系４，６と、各溶
接用レーザ出力部１，２と各集光ビーム用光学系４，６
とを保持するビーム集光ケース５と、被溶接物１００を
保持すると共にその被溶接箇所に沿った方向ｅに搬送す
る移動ステージ７とを備えている。
物１００の被溶接箇所に沿って溶接用レーザビームを相
対的に移動させて成るレーザ溶接装置１０であって、第
１と第２の溶接用レーザビームＡ，Ｂをそれぞれ出射す
る二器の溶接用レーザ出力部１，２と、各溶接用レーザ
ビームＡ，Ｂの各々の焦点位置を被溶接箇所に合わせて
各々集光する二つの集光ビーム用光学系４，６と、各溶
接用レーザ出力部１，２と各集光ビーム用光学系４，６
とを保持するビーム集光ケース５と、被溶接物１００を
保持すると共にその被溶接箇所に沿った方向ｅに搬送す
る移動ステージ７とを備えている。
【００２５】溶接用レーザ出力部１，２は、レーザの出
射方向を下向きにした状態でビーム集光ケース５の上端
部に固定装備されている。これら各溶接用レーザ出力部
１，２には、ＹＡＧレーザが使用されている。これらの
溶接用レーザ出力部１，２の出力ビームは、移動中の被
溶接物１００上の被溶接箇所に各々の集光ビーム用光学
系４，６を介して照射される。このレーザ溶接装置１０
では、移動ステージ７により被溶接物１００を移動させ
ているが、被溶接物１００を固定してビーム集光ケース
５全体を移動させるようにしてもよい。
射方向を下向きにした状態でビーム集光ケース５の上端
部に固定装備されている。これら各溶接用レーザ出力部
１，２には、ＹＡＧレーザが使用されている。これらの
溶接用レーザ出力部１，２の出力ビームは、移動中の被
溶接物１００上の被溶接箇所に各々の集光ビーム用光学
系４，６を介して照射される。このレーザ溶接装置１０
では、移動ステージ７により被溶接物１００を移動させ
ているが、被溶接物１００を固定してビーム集光ケース
５全体を移動させるようにしてもよい。
【００２６】ビーム集光ケース５の内部であって各溶接
用レーザ出力部１，２の下方には、集光ビーム用光学系
４，６が装備されている。各集光ビーム用光学系４，６
は、それぞれ、溶接用レーザビームＡ，Ｂの焦点位置を
溶接深度方向ｆに振動させる振動付勢手段としての可変
型ミラー４１，６１と、各可変型ミラー４１，６１に反
射された溶接用レーザビームＡ，Ｂをそれぞれ被溶接物
１００の被溶接箇所に向けて反射する集光ミラー４２，
６２とを含む構成となっている。
用レーザ出力部１，２の下方には、集光ビーム用光学系
４，６が装備されている。各集光ビーム用光学系４，６
は、それぞれ、溶接用レーザビームＡ，Ｂの焦点位置を
溶接深度方向ｆに振動させる振動付勢手段としての可変
型ミラー４１，６１と、各可変型ミラー４１，６１に反
射された溶接用レーザビームＡ，Ｂをそれぞれ被溶接物
１００の被溶接箇所に向けて反射する集光ミラー４２，
６２とを含む構成となっている。
【００２７】各可変型ミラー４１，６１は、それぞれ溶
接用レーザ出力部１，２の溶接用レーザビームＡ，Ｂの
出射方向先に位置しており、その一方の端部には反射面
４１ａ，６１ａを備えている。これら各反射面４１ａ，
６１ａは可撓性を有しており、各可変型ミラー４１，６
１の内部であって各反射面４１ａ，６１ａの背後には、
それぞれピエゾ素子４１ｂ、６１ｂが装備されている。
接用レーザ出力部１，２の溶接用レーザビームＡ，Ｂの
出射方向先に位置しており、その一方の端部には反射面
４１ａ，６１ａを備えている。これら各反射面４１ａ，
６１ａは可撓性を有しており、各可変型ミラー４１，６
１の内部であって各反射面４１ａ，６１ａの背後には、
それぞれピエゾ素子４１ｂ、６１ｂが装備されている。
【００２８】これらのピエゾ素子４１ｂ，６１ｂは電圧
を印加することにより伸縮変形するため、各反射面４１
ａ，６１ａは、背後から引っ張られ或いは押圧されて凹
面，平面又は凸面の状態に変形する。図２（Ａ）は反射
面４１ａ，６１ａが凹面の状態を示し、この場合、反射
光は集光され、集光ミラー４２，６２による焦点距離は
短くなる。図２（Ｂ）は反射面４１ａ，６１ａが平面の
状態を示し、この場合、レーザ光はそのまま反射され、
集光ミラー４２，６２による焦点距離は図２（Ａ）の場
合よりも長くなる。図２（Ｃ）は反射面４１ａ，６１ａ
が凸面の状態を示し、この場合、反射光は拡散され、集
光ミラー４２，６２による焦点距離は図２（Ｂ）の場合
よりも長くなる。
を印加することにより伸縮変形するため、各反射面４１
ａ，６１ａは、背後から引っ張られ或いは押圧されて凹
面，平面又は凸面の状態に変形する。図２（Ａ）は反射
面４１ａ，６１ａが凹面の状態を示し、この場合、反射
光は集光され、集光ミラー４２，６２による焦点距離は
短くなる。図２（Ｂ）は反射面４１ａ，６１ａが平面の
状態を示し、この場合、レーザ光はそのまま反射され、
集光ミラー４２，６２による焦点距離は図２（Ａ）の場
合よりも長くなる。図２（Ｃ）は反射面４１ａ，６１ａ
が凸面の状態を示し、この場合、反射光は拡散され、集
光ミラー４２，６２による焦点距離は図２（Ｂ）の場合
よりも長くなる。
【００２９】従って、これらの可変型ミラー４１，６１
は、各々のピエゾ素子４１ｂ、６１ｂに振動電圧を印加
することにより、各反射面４１ａ，６１ａを振動させる
ことができ、各溶接用レーザビームＡ，Ｂの集光される
焦点の位置を振動させることが可能となっている。
は、各々のピエゾ素子４１ｂ、６１ｂに振動電圧を印加
することにより、各反射面４１ａ，６１ａを振動させる
ことができ、各溶接用レーザビームＡ，Ｂの集光される
焦点の位置を振動させることが可能となっている。
【００３０】上述の集光ミラーは４２，６２は、いずれ
もその反射面の断面形状が放物線に沿った放物面鏡であ
り、その焦点距離は254[mm]に設定されている。そし
て、これらは、各可変型ミラー４１，６１に反射された
溶接用レーザビームＡ，Ｂのそれぞれの進行先に位置し
てビーム集光ケース５に固定装備されており、各溶接用
レーザビームＡ，Ｂを移動ステージ７上に固定された被
溶接物１００に反射する。
もその反射面の断面形状が放物線に沿った放物面鏡であ
り、その焦点距離は254[mm]に設定されている。そし
て、これらは、各可変型ミラー４１，６１に反射された
溶接用レーザビームＡ，Ｂのそれぞれの進行先に位置し
てビーム集光ケース５に固定装備されており、各溶接用
レーザビームＡ，Ｂを移動ステージ７上に固定された被
溶接物１００に反射する。
【００３１】これら各集光ミラー４２，６２は、被溶接
物の１００のほぼ同一の被溶接箇所で各溶接用レーザビ
ームＡ，Ｂを集光するが、厳密には、各集光ミラー４
２，６２によって集光される各溶接用レーザビームＡ，
Ｂの焦点位置（各可変型ミラー４１，６１によって焦点
位置はいずれも振動しているが、その振動の中心となる
位置）は、溶接深度方向ｆに沿った線上であって当該線
上において幾分ずれた（ずれ量は１〜５[mm]）位置とな
るように各集光ミラー４２，６２の向きが設定されてい
る。即ち、溶接用レーザビームＡの焦点位置が溶接用レ
ーザビームＢの焦点位置よりも幾分下方となるように設
定されている。
物の１００のほぼ同一の被溶接箇所で各溶接用レーザビ
ームＡ，Ｂを集光するが、厳密には、各集光ミラー４
２，６２によって集光される各溶接用レーザビームＡ，
Ｂの焦点位置（各可変型ミラー４１，６１によって焦点
位置はいずれも振動しているが、その振動の中心となる
位置）は、溶接深度方向ｆに沿った線上であって当該線
上において幾分ずれた（ずれ量は１〜５[mm]）位置とな
るように各集光ミラー４２，６２の向きが設定されてい
る。即ち、溶接用レーザビームＡの焦点位置が溶接用レ
ーザビームＢの焦点位置よりも幾分下方となるように設
定されている。
【００３２】また、各集光ミラー４２，６２に反射され
る溶接用レーザビームＡ，Ｂは、その進行方向が溶接振
動方向ｆ（被溶接物１００の上面に対してほぼ垂直方
向）と一致するように当該各集光ミラー４２，６２の向
きが設定されている（図１では、図示の都合上いずれも
傾斜して描かれているが実際上は、垂直方向となる）。
る溶接用レーザビームＡ，Ｂは、その進行方向が溶接振
動方向ｆ（被溶接物１００の上面に対してほぼ垂直方
向）と一致するように当該各集光ミラー４２，６２の向
きが設定されている（図１では、図示の都合上いずれも
傾斜して描かれているが実際上は、垂直方向となる）。
【００３３】また、上述の被溶接箇所から各集光ミラー
４２，６２までの距離は、ほぼ上述の焦点距離となるよ
うに設定されている。
４２，６２までの距離は、ほぼ上述の焦点距離となるよ
うに設定されている。
【００３４】次に、ビーム集光ケース５は、上部と下部
とが開口した箱体であり、上部の開口部５ａには、前述
のごとく溶接用レーザ出力部１，２が装備される。ま
た、下部の開口部５ｂは、移動ステージ７上の被溶接物
１００に対向する位置に設けられており、前述した各集
光ミラー４２，６２に反射された各溶接用レーザビーム
Ａ，Ｂは、この開口部５ｂを通過して被溶接物１００に
照射される。
とが開口した箱体であり、上部の開口部５ａには、前述
のごとく溶接用レーザ出力部１，２が装備される。ま
た、下部の開口部５ｂは、移動ステージ７上の被溶接物
１００に対向する位置に設けられており、前述した各集
光ミラー４２，６２に反射された各溶接用レーザビーム
Ａ，Ｂは、この開口部５ｂを通過して被溶接物１００に
照射される。
【００３５】また、このビーム集光ケース５は、二点鎖
線で示した支持部材５１によりその両端部が移動ステー
ジ７上に位置するように支持されており、支持部材５１
は、ビーム集光ケース５を、移動ステージ７から離間近
接をはかれるよう昇降自在に保持すると共に紙面表裏方
向に往復自在に保持する図示を省略した焦点位置調整機
構を有している。
線で示した支持部材５１によりその両端部が移動ステー
ジ７上に位置するように支持されており、支持部材５１
は、ビーム集光ケース５を、移動ステージ７から離間近
接をはかれるよう昇降自在に保持すると共に紙面表裏方
向に往復自在に保持する図示を省略した焦点位置調整機
構を有している。
【００３６】前述した移動ステージ７は、被溶接物を載
置する載置台７１を上部に有しており、その載置台７１
上には、被溶接物１００を固定するための万力構造の固
定手段７２を備えている。また、載置台７１は、被溶接
物１００を被溶接箇所に沿って搬送するためのガイドレ
ール７３上に保持されている。即ち、載置台７１は、ガ
イドレール７３に沿って移動自在に係合しており、ま
た、その近傍には、載置台を移動させるための図示しな
い移動付勢手段が装備されている。かかる構成により、
載置台７１上の被溶接物１００は、外部入力された一定
の速度で、方向ｅに沿って搬送される。なお、被溶接物
１００は、載置台７１上に固定する際に、搬送方向とそ
の被溶接箇所に沿った方向とが一致するように固定す
る。
置する載置台７１を上部に有しており、その載置台７１
上には、被溶接物１００を固定するための万力構造の固
定手段７２を備えている。また、載置台７１は、被溶接
物１００を被溶接箇所に沿って搬送するためのガイドレ
ール７３上に保持されている。即ち、載置台７１は、ガ
イドレール７３に沿って移動自在に係合しており、ま
た、その近傍には、載置台を移動させるための図示しな
い移動付勢手段が装備されている。かかる構成により、
載置台７１上の被溶接物１００は、外部入力された一定
の速度で、方向ｅに沿って搬送される。なお、被溶接物
１００は、載置台７１上に固定する際に、搬送方向とそ
の被溶接箇所に沿った方向とが一致するように固定す
る。
【００３７】さらに、レーザ溶接装置１０は、図１では
図示を省略したが、図３に示すように、前述した各集光
ビーム光学系４，６の可変型ミラーの動作制御を行う制
御手段８を備えている。この制御手段８は、外部入力を
受け付けて任意の周波数で振動波形を作成する振動波形
発生手段８１と、振動波形を信号化して出力するインタ
ーフェース８２と、その信号を受けて各可変型ミラー４
１，６１（図３中可変型ミラー６１は図示を省略）のピ
エゾ素子４１ｂに振動電圧を印加するコントローラ８３
とを備える構成となっている。
図示を省略したが、図３に示すように、前述した各集光
ビーム光学系４，６の可変型ミラーの動作制御を行う制
御手段８を備えている。この制御手段８は、外部入力を
受け付けて任意の周波数で振動波形を作成する振動波形
発生手段８１と、振動波形を信号化して出力するインタ
ーフェース８２と、その信号を受けて各可変型ミラー４
１，６１（図３中可変型ミラー６１は図示を省略）のピ
エゾ素子４１ｂに振動電圧を印加するコントローラ８３
とを備える構成となっている。
【００３８】上記振動波形発生手段８１は、各可変型ミ
ラー４１，６１の振動周期を等しくする周期均一化機能
と、各可変型ミラー４１，６１の振動周期の位相差を０
に設定する位相均一化機能とを有している。また、振動
波形発生手段８１には、コントローラー８３を介して各
可変型ミラー４１，６１の反射面４１ａ，６１ａの振幅
を等しくする振幅均一化機能が備えられている。
ラー４１，６１の振動周期を等しくする周期均一化機能
と、各可変型ミラー４１，６１の振動周期の位相差を０
に設定する位相均一化機能とを有している。また、振動
波形発生手段８１には、コントローラー８３を介して各
可変型ミラー４１，６１の反射面４１ａ，６１ａの振幅
を等しくする振幅均一化機能が備えられている。
【００３９】この振動波形発生手段８１は、振動周波数
及び振幅を入力する図示しない操作パネルを有してお
り、被溶接物の素材や厚さ等に応じた周波数振幅を入力
することができる。かかる数値を入力すると、上記各機
能により、被溶接箇所において、各溶接用レーザビーム
Ａ，Ｂの焦点は、均一の間隔を維持しながら溶接深度方
向ｆに沿って振動することとなる（図４）。
及び振幅を入力する図示しない操作パネルを有してお
り、被溶接物の素材や厚さ等に応じた周波数振幅を入力
することができる。かかる数値を入力すると、上記各機
能により、被溶接箇所において、各溶接用レーザビーム
Ａ，Ｂの焦点は、均一の間隔を維持しながら溶接深度方
向ｆに沿って振動することとなる（図４）。
【００４０】以下、上述のレーザ溶接装置１０の動作を
説明する。
説明する。
【００４１】まず、移動ステージ７上に、被溶接物１０
０をその被溶接箇所の方向とガイドレール７３の方向と
が一致するように固定する。また、各溶接用レーザビー
ムＡ，Ｂが被溶接箇所上に照射されるように、溶接位置
調整機構によりビーム集光ケース５を位置決めする。ま
た、振動波形発生手段８１に所定の周波数と振幅とを入
力する。
０をその被溶接箇所の方向とガイドレール７３の方向と
が一致するように固定する。また、各溶接用レーザビー
ムＡ，Ｂが被溶接箇所上に照射されるように、溶接位置
調整機構によりビーム集光ケース５を位置決めする。ま
た、振動波形発生手段８１に所定の周波数と振幅とを入
力する。
【００４２】次に、各溶接用レーザ出力部１，２からの
溶接用レーザビームＡ，Ｂの出力と移動ステージ７によ
る被溶接物１００の移動を同時に開始する。これによ
り、被溶接箇所に沿って各溶接用レーザビームＡ，Ｂが
同時に照射され溶接が行われる。
溶接用レーザビームＡ，Ｂの出力と移動ステージ７によ
る被溶接物１００の移動を同時に開始する。これによ
り、被溶接箇所に沿って各溶接用レーザビームＡ，Ｂが
同時に照射され溶接が行われる。
【００４３】かかる溶接時に、被溶接箇所では、各溶接
用レーザビームＡ，Ｂの焦点位置が、同一の溶接振動方
向に沿った直線上で均一の間隔を維持しながら振動して
（図３参照）溶接が行われる。
用レーザビームＡ，Ｂの焦点位置が、同一の溶接振動方
向に沿った直線上で均一の間隔を維持しながら振動して
（図３参照）溶接が行われる。
【００４４】これにより、溶接時に溶接ラインに沿った
キーホールの変化が生じる場合であっても、溶接用レー
ザビームＡ，Ｂの焦点位置が溶接深度方向ｆに沿って一
定周期で変動するため、キーホールの周期的な変化に積
極的に干渉し、溶接状態の安定化が図られる。
キーホールの変化が生じる場合であっても、溶接用レー
ザビームＡ，Ｂの焦点位置が溶接深度方向ｆに沿って一
定周期で変動するため、キーホールの周期的な変化に積
極的に干渉し、溶接状態の安定化が図られる。
【００４５】また、被溶接物１００の材質や厚さ、レー
ザ強度等の影響によりキーホールがある周期に基づいて
変動していることが試験や調査により判明している場合
には、共振をさけるために、判明している波の周期と異
なる周期を振動波形発生手段８１に入力しても良い。
ザ強度等の影響によりキーホールがある周期に基づいて
変動していることが試験や調査により判明している場合
には、共振をさけるために、判明している波の周期と異
なる周期を振動波形発生手段８１に入力しても良い。
【００４６】また、或いは、キーホールの変動の周期と
各可変型ミラー４１，６１の振動の周期とを等しく設定
し、キーホールが大きくなるときに合わせて溶接用レー
ザビームＡ，Ｂの深度を浅くして、相互の変動の波がう
ち消させ、溶接状態の安定化を図っても良い。
各可変型ミラー４１，６１の振動の周期とを等しく設定
し、キーホールが大きくなるときに合わせて溶接用レー
ザビームＡ，Ｂの深度を浅くして、相互の変動の波がう
ち消させ、溶接状態の安定化を図っても良い。
【００４７】なお、前述した各集光ミラー４２，６２
は、各溶接用レーザビームＡ，Ｂの振動する焦点の振動
中心が溶接深度方向ｆに沿って幾分ずれるように設定さ
れているが、これらの焦点位置が一致するように設定し
てもよい。この場合、前述した波形発生装置８１には、
位相均一化機能に替えて、各可変型ミラー４１，６１の
振動周期の位相差をπとする（半周期分ずらす）位相差
設定機構を設けることが望ましい。これにより、各溶接
用レーザビームＡ，Ｂの焦点位置が交互に上下動を繰り
返しながら溶接が行われる（図５）。
は、各溶接用レーザビームＡ，Ｂの振動する焦点の振動
中心が溶接深度方向ｆに沿って幾分ずれるように設定さ
れているが、これらの焦点位置が一致するように設定し
てもよい。この場合、前述した波形発生装置８１には、
位相均一化機能に替えて、各可変型ミラー４１，６１の
振動周期の位相差をπとする（半周期分ずらす）位相差
設定機構を設けることが望ましい。これにより、各溶接
用レーザビームＡ，Ｂの焦点位置が交互に上下動を繰り
返しながら溶接が行われる（図５）。
【００４８】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、溶接時
に溶接ラインに沿ったキーホールの変化が生じ不安定と
なる場合であっても、溶接用レーザビームの焦点位置が
溶接深度方向に沿って一定周期で変動するため、キーホ
ールの周期的な変化に積極的に干渉し、溶接状態の安定
化が図られる。
に溶接ラインに沿ったキーホールの変化が生じ不安定と
なる場合であっても、溶接用レーザビームの焦点位置が
溶接深度方向に沿って一定周期で変動するため、キーホ
ールの周期的な変化に積極的に干渉し、溶接状態の安定
化が図られる。
【００４９】このため、溶接時の被溶接箇所に生じるブ
ローホールや気泡を低減し、溶接強度の低下の影響を有
効に回避しうるという従来にない優れたレーザ溶接方法
及びレーザ溶接装置を提供することができる。
ローホールや気泡を低減し、溶接強度の低下の影響を有
効に回避しうるという従来にない優れたレーザ溶接方法
及びレーザ溶接装置を提供することができる。
【図１】本発明にかかるレーザ溶接装置の一実施の形態
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
【図２】図１に開示した可変型ミラーの反射面の変化を
示す図で、図２（Ａ）は反射面が凹面となる状態を示
し、図２（Ｂ）は反射面が平面となる状態を示し、図２
（Ｃ）は反射面が凸面となる状態を示す。
示す図で、図２（Ａ）は反射面が凹面となる状態を示
し、図２（Ｂ）は反射面が平面となる状態を示し、図２
（Ｃ）は反射面が凸面となる状態を示す。
【図３】図１に開示したレーザ溶接装置の制御系を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図４】同一周波数、同一位相、同一振幅で焦点位置が
振動する各溶接用レーザビームを示す説明図である。
振動する各溶接用レーザビームを示す説明図である。
【図５】同一周波数、同一振幅で半周期分位相をずらし
た状態で焦点位置が振動する各溶接用レーザビームを示
す説明図である。
た状態で焦点位置が振動する各溶接用レーザビームを示
す説明図である。
１，２ 溶接用レーザ出力部
４，６ 集光ビーム用光学系
８ 制御手段
１０ レーザ溶接装置
４１，６１ 可変型ミラー（振動付勢手段）
４１ａ，６１ａ 反射面
１００ 被溶接物
Ａ 第１の溶接用レーザビーム
Ｂ 第２の溶接用レーザビーム
Claims (12)
- 【請求項１】 被溶接箇所に沿って溶接用レーザビーム
を相対的に移動させて成るレーザ溶接方法において、 前記溶接用レーザビームを二方向から同時に照射すると
共に、これら各溶接用レーザビームの焦点位置を溶接深
度方向に振動させて溶接を行うことを特徴とするレーザ
溶接方法。 - 【請求項２】 被溶接箇所に沿って溶接用レーザビーム
を相対的に移動させて成るレーザ溶接方法において、 前記溶接用レーザビームを二方向から同時に照射すると
共に、これら各溶接用レーザビームの焦点位置を溶接深
度方向に振動させ、かつ、前記溶接深度方向の振動周期
を等しくして溶接を行うことを特徴とするレーザ溶接方
法。 - 【請求項３】 前記各溶接用レーザビームの振動周期の
位相差を０に設定すると共に、前記各溶接用レーザビー
ムの振動の中心位置を前記溶接深度方向について異なる
位置に設定して溶接を行うことを特徴する請求項２記載
のレーザ溶接方法。 - 【請求項４】 前記各溶接用レーザビームの前記溶接深
度方向の振幅を等しくして溶接を行うことを特徴とする
請求項２又は３記載のレーザ溶接方法。 - 【請求項５】 被溶接箇所に沿って溶接用レーザビーム
を相対的に移動させて成るレーザ溶接装置において、 前記溶接用レーザビームをそれぞれ出射する二つの溶接
用レーザ出力部と、 これらの溶接用レーザビームのそれぞれの焦点位置を前
記被溶接箇所に合わせて集光する二つの集光ビーム用光
学系と、 これらの集光ビーム用光学系にそれぞれ備えられ前記溶
接用レーザビームの焦点位置を溶接深度方向に振動させ
る二つの振動付勢手段と、 を備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。 - 【請求項６】 被溶接箇所に沿って溶接用レーザビーム
を相対的に移動させて成るレーザ溶接装置において、 前記溶接用レーザビームをそれぞれ出射する二つの溶接
用レーザ出力部と、 これらの溶接用レーザビームのそれぞれの焦点位置を前
記被溶接箇所に合わせて集光する二つの集光ビーム用光
学系と、 これらの集光ビーム用光学系にそれぞれ備えられ前記溶
接用レーザビームの焦点位置を溶接深度方向に振動させ
る二つの振動付勢手段と、 これらの振動付勢手段の動作制御を行うと共に当該各振
動付勢手段の振動周期を等しくする周期均一化機能を有
する制御手段と、 を備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。 - 【請求項７】 前記集光ビーム用光学系が、前記各溶接
用レーザビームの振動の中心位置を前記溶接深度方向に
ついて異なる位置に設定し、 前記制御手段が、前記各振動付勢手段の振動周期の位相
差を０に設定する位相均一化機能を有することを特徴す
る請求項６記載のレーザ溶接装置。 - 【請求項８】 前記各振動付勢手段の振動の振幅を均一
に設定したことを特徴とする請求項６又は７記載のレー
ザ溶接装置。 - 【請求項９】 前記振動付勢手段が、一定の周期で凹面
と凸面とに繰り返し切り替わる反射面を備える前記溶接
用レーザビーム用の可変型ミラーを有することを特徴と
する請求項５，６，７又は８記載のレーザ溶接装置。 - 【請求項１０】 被溶接箇所に沿って溶接用レーザビー
ムを相対的に移動させて成るレーザ溶接装置において、 前記溶接用レーザビームを出射する溶接用レーザ出力部
と、 前記溶接用レーザビームの焦点位置を前記被溶接箇所に
合わせて集光する集光ビーム用光学系とを備え、 前記集光ビーム用光学系が、前記溶接用レーザビームの
焦点位置を溶接深度方向に振動させる振動付勢手段を備
え、 前記振動付勢手段が、一定の周期で凹面と凸面とに繰り
返し切り替わる反射面を備える前記溶接用レーザビーム
用の可変型ミラーを有することを特徴とするレーザ溶接
装置。 - 【請求項１１】 被溶接箇所に沿って溶接用レーザビー
ムを相対的に移動させて成るレーザ溶接方法において、 二つの溶接用レーザ出力部からの前記溶接用レーザビー
ムを同時に前記被溶接箇所に照射すると共に、外部入力
を受け付けて任意の周波数で振動波形を作成する振動波
形発生手段を持つ制御装置を用い、前記溶接用レーザビ
ームの焦点位置を溶接深度方向に振動させて溶接を行う
ことを特徴とするレーザ溶接方法。 - 【請求項１２】 被溶接箇所に沿って溶接用レーザビー
ムを相対的に移動させて成るレーザ溶接装置において、 前記溶接用レーザビームをそれぞれ出射する二つの溶接
用レーザ出力部と、 これらの溶接用レーザビームのそれぞれの焦点位置を前
記被溶接箇所に合わせて集光する二つの集光ビーム用光
学系と、 この集光ビーム用光学系に備えられ前記溶接用レーザビ
ームの焦点位置を溶接深度方向に振動させる振動付勢手
段と、 この振動付勢手段の振動周期を制御する外部入力を受け
付けて任意の周波数で振動波形を作成する振動波形発生
手段を備えた制御手段と、 を備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29301098A JP3456424B2 (ja) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 |
| DE19947104A DE19947104C2 (de) | 1998-09-30 | 1999-09-30 | Verfahren und Einrichtung zum Laserschweißen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29301098A JP3456424B2 (ja) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000107876A JP2000107876A (ja) | 2000-04-18 |
| JP3456424B2 true JP3456424B2 (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=17789317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29301098A Expired - Fee Related JP3456424B2 (ja) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| DE (1) | DE19947104C2 (ja) |
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| JP4873588B2 (ja) * | 2001-03-16 | 2012-02-08 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | レーザ溶接方法 |
| DE10329075A1 (de) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Schuler Held Lasertechnik Gmbh & Co. Kg | Multifokales Schweißverfahren und Schweißeinrichtung |
| FR2880568B1 (fr) * | 2005-01-12 | 2007-03-30 | Air Liquide | Coupage laser avec lentille a double focale de pieces metalliques de forte epaisseur |
| DE502005007296D1 (de) * | 2005-12-23 | 2009-06-25 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh | Scannerkopf und bearbeitungsmaschine damit |
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| DE102007006330A1 (de) * | 2007-02-08 | 2008-08-14 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Laserschweißen |
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| CN112264718B (zh) * | 2020-10-13 | 2022-03-08 | 镭煌激光技术(苏州)有限公司 | 激光板材切割机 |
| CN112439996A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-03-05 | 广东省科学院中乌焊接研究所 | 一种激光电弧复合焊接方法 |
| CN112828442B (zh) * | 2021-01-18 | 2022-09-09 | 湖北大学 | 一种可变摆动频率和幅度的手持激光焊接头 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2175737A (en) * | 1985-05-09 | 1986-12-03 | Control Laser Limited | Laser material processing |
| DE4033166A1 (de) * | 1990-10-19 | 1992-04-23 | Bergmann Hans Wilhelm | Verfahren zur einkopplung von cw-co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-laserstrahlen |
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- 1998-09-30 JP JP29301098A patent/JP3456424B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1999
- 1999-09-30 DE DE19947104A patent/DE19947104C2/de not_active Expired - Fee Related
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| DE19947104C2 (de) | 2003-09-25 |
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