JP3721844B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ溶接方法に係り、特にブランク材の付合わせ部分のレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車の製造工程には、ブランク材を突合わせ、両者をレーザ溶接によって溶接するものがある。この工程では、突合わされたブランク材の突合せ部分にレーザを照射し、この熱量によってブランク材の表面を溶融して接合する。
【０００３】
図１２（ａ）〜（ｄ）は、厚さの異なるブランク材Ａとブランク材Ｂとを付合わせ、この付合わせ部分をレーザ溶接した状態を示している。
【０００４】
（ａ）は、レーザの照射位置が最適な場合のブランク材の付合わせ部分の溶接ビードの形状を示している。図のように、最適な位置にレーザが照射された場合には、ブランク材Ａからブランク材Ｂになだらかな曲線を描いた溶接ビードが形成される。このような形状の溶接ビードが形成された場合には、接合部分は理想的な強度を持つ。ところが、（ｂ）に示すように薄板側に目外れした場合、すなわちレーザの照射位置が最適な位置よりもブランク材Ｂ側に寄ってしまった場合には、斜面の勾配が急でおおきな窪みを有する溶接ビードが形成される。また、（ｃ）に示すように厚板側に目外れした場合、すなわちレーザの照射位置が最適な位置よりもブランク材Ａ側に寄ってしまった場合には、溶接ビード部分の突出が大きな溶接ビードが形成される。さらに、（ｄ）に示すようにブランク材の突合わせ部分に隙間が存在する状態でレーザが照射された場合には、窪みが大きく、また、アンダーカットも大きな溶接ビードが形成される。
【０００５】
図１３（ａ）〜（ｄ）は、同じ厚さのブランク材Ａとブランク材Ｂとを付合わせ、この付合わせ部分をレーザ溶接した状態を示している。
【０００６】
（ａ）は、レーザの照射位置が最適な場合のブランク材の付合わせ部分の溶接ビードの形状を示している。図のように、最適な位置にレーザが照射された場合には、アンダーカットの発生が見られず、左右対称の溶接ビードが得られる。ところが、（ｂ）または（ｃ）に示すように、いずれかのブランク材側に目外れした場合、すなわちレーザの照射位置が最適な位置よりもどちらかのブランク材側に寄ってしまった場合には、目外れした側に盛り上がりが生じ、左右非対称の溶接ビードが形成される。また、（ｄ）に示すように、ブランク材の突合わせ部分に隙間が存在する状態でレーザが照射された場合には、アンダーカットの大きな溶接ビードが形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、レーザの照射位置が板厚の薄いパネル側（Ｂ側）にずれた場合、溶接ビードの断面は図１２（ｂ）に示したようになるが、このような形状の溶接ビードとなるのは２枚のブランク材の接合部が十分な強度で溶接されていないことを表していると言える。
【０００８】
また、レーザの照射位置が板厚の厚いパネル側（Ａ側）にずれた場合、溶接ビードの断面は図１２（ｃ）に示したようになるが、このような形状の溶接ビードとなるのもまた、２枚のブランク材の接合部が十分な強度で溶接されていないことを表していると言える。
【０００９】
さらに、ブランク材の切断精度が悪く、切断部分のダレや角Ｒが大きいために溶接ビード部分の材料不足が生じると、溶接ビードの断面は図１２（ｄ）に示す形状となるが、このような形状の溶接ビードとなるのは、溶接ビード部分で板厚が不足していることを表しており、接合部の強度も低くなっていると言える。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みて行なわれたものであり、最適な溶接条件でレーザ溶接ができるレーザ溶接方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のレーザ溶接方法は、以下のように構成される。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、ブランク材の突合わせ部分のレーザ溶接方法であって、溶接装置と一体となって動作し、前記ブランク材の突合わせ部分の溶接直後の溶接ビードの断面形状を測定する工程と、前記測定された溶接ビードの断面形状より溶接ビードの特徴量を評価する工程と、前記溶接ビードの特徴量の評価結果に基づいて前記ブランク材の溶接中に溶接条件を設定変更する工程とを有し、前記溶接ビードの特徴量を評価する工程は、前記ブランク材の両面に形成された溶接ビードの当該ブランク材のそれぞれの表面に対する突出量または窪み量と、当該溶接ビードの中心線に対する前記溶接ビードの非対称性とによって前記溶接ビードの特徴量を評価することを特徴とする
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ溶接方法において、前記ブランク材の突合わせ位置に段差が存在する場合には、前記ブランク材の表裏面に形成された溶接ビードのそれぞれのブランク材の境界線を結ぶ勾配直線に対する突出量または窪み量によって前記溶接ビードの特徴量を評価することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ溶接方法において、前記溶接条件を設定変更する工程は、溶接進行方向に直交し、かつブランク材表面に直交した溶接位置を設定する工程と、溶接速度、レーザ溶接加工点出力、レーザビームの揺動幅、加工点での溶接進行方向に直交する方向のビーム幅のいずれか１つまたはいずれかを複合した溶接条件を設定する工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、当該勾配直線と前記断面形状線との差から溶接状態を評価する工程を含み、前記溶接状態を評価する工程は、前記勾配直線と前記勾配直線の始点と終点との間にある前記断面形状線との差を２乗平均した値によって溶接状態を定量的に評価することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、当該勾配直線と前記断面形状線との差から溶接状態を評価する工程を含み、前記勾配直線は、前記断面形状線の一方の端部から溶接ビード中心に向かって順次前記断面形状線の移動平均をとり、当該移動平均の値と相違する前記断面形状線上の点のうち、最も前記一方の端部に近い点Ａと、前記断面形状線の他の端部から溶接ビード中心に向かって順次前記断面形状線の移動平均をとり、当該移動平均の値と相違する前記断面形状線上の点のうち、最も前記他の端部に近い点Ｂとを始点または終点とする直線であることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、当該勾配直線と前記断面形状線との差から溶接状態を評価する工程を含み、前記勾配直線は、前記断面形状線を２回微分して得られる極点である点Ａと点Ｂとを始点または終点とする直線であることを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、当該勾配直線と前記断面形状線との差から溶接状態を評価する工程を含み、前記勾配直線は、前記断面形状線と前記ブランク材のうちの一方の上面の延長線との交点である点Ａと、前記断面形状線と他方のブランク材の上面の延長線との交点である点Ｂとを始点または終点とする直線であることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項４から７のいずれかに記載のレーザ溶接方法において、前記溶接状態を評価する工程は、前記勾配直線と前記勾配直線の始点と終点との間にある前記断面形状線との差の絶対値を平均した値によって溶接状態を定量的に評価することを特徴とする。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、厚さが等しいブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記溶接ビードの中心線を引き、前記中心線を境にした右部分と左部分とで前記断面形状線の凹凸に差異がある場合、凸である部分がより多い側にレーザ溶接位置がずれていると判断する溶接位置ずれ検出工程を含むことを特徴とする。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のレーザ溶接方法において、前記溶接位置ずれ検出工程は、前記断面形状線の一方の端部から他方の端部に向かって順次前記断面形状線の移動平均をとり、当該移動平均の値と相違する前記断面形状線上の点のうち、最も前記一方の端部に近い点Ｃを通る直線と、最も前記他方の端部に近い点Ｄを通る直線と平行で、かつ前記各直線と等しい距離にある直線を中心線とすることを特徴とする。
【００２６】
請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載のレーザ溶接方法において、前記溶接位置ずれ検出工程は、前記断面形状線と前記ブランク材のうちの一方の上面の延長線との交点である点Ｃを通る直線と、前記断面形状線と他方のブランク材の上面の延長線と平行で、かつ前記各直線と等しい距離にある直線を中心線とすることを特徴とする。
【００２７】
請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載のレーザ溶接方法において、前記溶接位置ずれ検出工程は、前記断面形状線を２回微分して得られる極点である点Ｃを通る直線と、前記断面形状線を２回微分して得られる他の極点である点Ｄを通る直線と平行で、かつ前記各直線と等しい距離にある直線を中心線とすることを特徴とする。
【００２８】
請求項１３に記載の発明は、請求項９ないし請求項１２のいずれか一つに記載のレーザ溶接方法において、前記溶接位置ずれ検出工程は、前記断面形状線と前記点Ｃを通る直線と前記中心線とによって表される断面形状を有する溶接ビードの高さ平均と、前記断面形状線と前記点Ｄを通る直線とによって表される断面形状を有する溶接ビードの高さ平均との差によって前記断面形状線の前記中心線を境にした右部分と左部分との凹凸の差異を検出することを特徴とする。
【００２９】
請求項１４に記載の発明は、ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、レーザ溶接しながらレーザ溶接によって形成される前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、当該断面形状線に基づいてレーザ溶接位置ずれまたは溶接母材隙間の有無を検出し、レーザ溶接位置ずれが検出された場合にはレーザ溶接位置を修正して溶接ビードを補正する一方、溶接母材隙間が検出された場合には、溶接速度を低下する、または溶接の進行方向に対して溶接用のレーザ光を横方向に動かして溶接ビードを補正し、前記補正後の溶接によって形成された溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測して溶接の状態を検査し、前記ブランク材の厚さが等しい場合、前記断面形状線に基づくレーザ溶接位置ずれの検出は、前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記溶接ビードの中心線を引き、前記中心線を境にした右部分と左部分とで前記断面形状線の凹凸に差異がある場合、凸である部分がより多い側にレーザ溶接位置がずれていると判断することを特徴とするレーザ溶接方法。
【００３０】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載のレーザ溶接方法において、前記ブランク材の厚さが異なる場合、前記断面形状線に基づくレーザ溶接位置ずれの検出は、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、前記断面形状線が、前記勾配直線よりも突出した凸部分を有する場合には、前記ブランク材のうち、厚さがより厚いブランク材の側にレーザ溶接位置がずれていると判断する一方、前記断面形状線が、前記勾配直線に対して凹んだ凹部分を有する場合には、前記ブランク材のうち、厚さがより薄いブランク材の側にレーザ溶接位置がずれていると判断することを特徴とする。
【００３２】
請求項１６に記載の発明は、請求項１５記載のレーザ溶接方法において、前記断面形状線は、レーザ溶接機の溶接ヘッドと連結して一体的に移動するセンサによって計測されることを特徴とする。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は、ブランク材の突合わせ部分に形成される溶接ビードの断面形状を計測し、この断面形状から溶接ビードの特徴量を評価し、この評価結果に基づいて溶接条件を設定、変更するようにしたので、形成される溶接ビードの形状から最適の溶接条件でレーザ溶接をすることができるようになる。
【００３４】
また、ブランク材の突合わせ部分に形成される溶接ビードの断面形状を計測し、この断面形状にブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引くことによってブランク材間の適切な勾配と実際の断面形状との相違を知ることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のレーザ溶接方法の一実施形態について述べる。
【００３６】
なお、以下に述べる実施の形態は、いずれもレーザ溶接機の溶接ヘッドの位置合わせに本発明のレーザ溶接方法を適用する場合を例に説明する。
【００３７】
《実施の形態１》
本発明の実施の形態１は、厚さの異なるブランク材の突合わせ部分のレーザ溶接である（異厚モード）。
【００３８】
（装置構成）
図１は、本発明の実施の形態１と後述する実施の形態２とに共通のレーザ溶接機を表す図である。また、図２は、図１のレーザ溶接機の制御を説明するためのブロック図である。
【００３９】
図１のレーザ溶接機は、溶接用レーザ光１を出力する溶接ヘッド８と、溶接ヘッド８に取り付けられた溶接ビード形状センサ３とを有している。溶接用ヘッド８は、駆動手段６（図２）によって図１中の矢線Ａの方向に移動しながら、たとえば厚板ブランク材ＢＡと薄板ブランク材ＢＢとの突合わせ部分にレーザ溶接用の溶接レーザ光１を照射する。この溶接レーザ光１は、図示しないレーザ発振器から発振され、集光レンズ２によって集光されている。
【００４０】
一方、溶接ビード形状センサ３は、例えば、スリット状のレーザ光４を被測定面（溶接直後のビード部）に照射し、この被測定面の凹凸から溶接ビード形状を断面として計測するセンサで、溶接ヘッド８のホルダー５に取り付けられて溶接ヘッド８と共に移動するよう構成されている。このため、溶接ビード形状センサ３により溶接ビードになんらかの異常が認められた場合、異常が認められた時点でのレーザ溶接機に設定されていたＮＣ座標（ｎｕｍｅｒａｌ ｃｏｎｔｏｒｏｌ座標）を用いて、その異常が発生した溶接ビードの位置を特定することができる。
【００４１】
また、この溶接ビード形状センサ３と溶接ヘッド８とは、溶接ビード形状センサ３が矢線Ａの方向に移動する溶接ヘッド８の後側に位置するよう配置されている。このため、溶接ビード形状センサ３は、溶接ヘッド８によって形成された直後の溶接ビードの形状を計測することができる。
【００４２】
図３は、溶接ビード形状センサ３が計測した溶接ビードの断面の形状を示すデータ（断面形状線）の一例を示すものである。このようなデータは、溶接ビード形状センサ３から信号Ｓとして出力され、レーザ溶接機を制御する制御装置１２に入力する。制御装置１２のＣＰＵ１０は、図３に例示したような断面形状線上に厚板ブランク材ＢＡと薄板ブランク材ＢＢとの間に想定される斜面を示す直線（勾配直線）を引き、この勾配直線に基づいて溶接ビード形状を評価する。なお、この溶接ビード形状の評価方法については後述する。
【００４３】
そして、この溶接ビード形状に基づいて、レーザ溶接光１がブランク材の最適照射位置に照射されているか否かを間接的に判断する。最適照射位置からのレーザ溶接光１のずれが検出されると、ＣＰＵ１０は、この位置ずれの方向と量とを例えばステッピングモータが使用される駆動手段６に出力する。駆動手段６は、レーザ溶接光１の照射位置が、検出されたずれの方向とは反対に検出されたずれ量だけ溶接ヘッド８を移動してレーザ溶接光１のずれを補正する。
【００４４】
なお、この補正が行なわれている間にもレーザ溶接とレーザ溶接光１の位置ずれの計測は継続して行なわれている。このため、ずれを補正されたレーザ溶接光１によって形成された溶接ビードの形状は、直ちに溶接ビード形状センサ３によって計測され、ＣＰＵ１０によって評価されることになる。
【００４５】
以上の動作を溶接中に継続して行なうことにより、レーザ溶接光１を最適照射位置に照射する位置に溶接ヘッド８を設定することができる。
【００４６】
（溶接ビード形状評価方法）
図４（Ａ）ないし図４（Ｃ）は、勾配直線を定義する方法を例示する図である。
【００４７】
図４（Ａ）ないし（Ｃ）は、いずれも厚板ブランク材ＢＡと薄板ブランク材ＢＢとを突合わせ、この突合わせ部分をレーザ溶接した場合の溶接ビードｂを表す断面形状線ｄと、この断面形状線ｄ上に引かれた勾配直線ｓとを示している。
【００４８】
図４（Ａ）で示す方法では、図中、矢線ｅの方向から断面形状線ｄの移動平均を順次算出し、この移動平均の値と最初に相違した断面形状線ｄ上の点を点Ａとする。また、図中、矢線ｆの方向から断面形状線ｄの移動平均（測定値が次々に得られるとき、各値から始めて順に一定個数をとって作った算術平均の全体、例えば、（ｘ1 ＋ｘ2 ＋ｘ3 ）／３，（ｘ2 ＋ｘ3 ＋ｘ4 ）／３，（ｘ3 ＋ｘ4 ＋ｘ5 ）／３…は、移動平均）を順次算出し、この移動平均の値と最初に相違した断面形状線ｄ上の点を点Ｂとする。そして、点Ａと点Ｂとを結ぶ直線を勾配直線ｓとしている。
【００４９】
また、図４（Ｂ）に示す方法では、断面形状線ｄと厚板ブランク材ＢＡの上面の延長線との交点のうちの点Ａと、断面形状線ｄと薄板ブランク材ＢＢの上面の延長線との交点のうちの点Ｂとを結ぶ直線を勾配直線としている。
【００５０】
さらに図４（Ｃ）に示す方法では、図中の点Ａと点Ｂとを結ぶ直線を勾配直線としている。この点ＡとＢとは、断面形状線ｄを２回微分して得られる極点のうちの２点である。
【００５１】
勾配直線は、以上のいずれの方法を用いても定義することが可能である。また、実施の形態１に適用される溶接ビード形状評価の勾配直線は、以上の方法で定義されるものに限定されるものでなく、厚板ブランク材ＢＡと薄板ブランク材ＢＢとを突合わせ、レーザを照射した場合に形成される溶接ビード勾配を想定する直線と両側の母材パネルの境界線を結ぶ直線を定義するものであれば良い。
【００５２】
次に、以上述べた方法で定義された勾配直線に基づいて、溶接レーザ光１の照射位置と最適照射位置とのずれを検出する方法について述べる。
【００５３】
図５は、厚板ブランク材ＢＡと薄板ブランク材ＢＢとを突合わせ、この突合わせ部分に形成された溶接ビードｂを示す断面形状線ｄを示している。そして、データ上、この断面形状線中に点ｏを原点とするｘ−ｙ座標軸を定義する。なお、このような断面形状の溶接ビードが形成された時には、溶接方向に不連続に凝固するビード、すなわちハンピングビードが形成される恐れがある。
【００５４】
この断面形状線ｄ上に勾配直線ｓをひき、断面形状線ｄと勾配直線ｓとの３つの交点をそれぞれ点ｇ、点ｈ、点ｉとする。さらに断面形状線ｄ上の点ｇから点ｉまでの各点のｙ座標の値から、各点とｘ座標を同じくする勾配直線ｓ上のｙ座標の値を差し引いた値を求める。
【００５５】
例えば、点ｇと点ｈとの間にある断面形状線ｄ上の点ａ（０，ｙa ）と、これとｘ座標を同じくする点ｂ（０，ｙb ）とでは、ｙ座標の値の差は、ｙa −ｙb となる。このようにして、点ｇから点ｉまでにある断面形状線ｄ、勾配直線ｓ上のすべての点についてｙ座標の差を求める。
【００５６】
さらに、以上のようにして求めた断面形状線ｄと勾配直線ｓとのｙ座標の差の平均値を求める。そして、求められた平均値の正または負によって、溶接ビードが勾配直線よりも突出した凸部を持つ形状か、あるいは、勾配直線よりも凹んだ凹部を持つ形状かを判別する。
【００５７】
溶接ビードｂが、凸部を持つ形状であると判別された場合には、レーザ溶接光が厚板側に目外れしていると判断される。一方、溶接ビードｂが凹部を持つ形状であると判別された場合には、レーザ溶接光が薄板側に目外れしていると判断される。
【００５８】
なお、溶接ビードの目外れを判別するための平均値の算出は、算術平均や二乗平均のいずれを用いて算出するようにしても良い。
【００５９】
次に、目外れや不良が発生していると判断された場合には、この欠陥の発生を防ぐ方向に溶接ヘッド８を移動し、レーザ溶接光１が、最適照射位置に照射されるように調整する。この調整は、以下の手順で行なわれる。
【００６０】
図１２で述べたように、レーザ溶接光１が、最適照射位置よりも厚板ブランク材ＢＡ側にずれた場合、溶接ビードｂは凸部を持つ形状となる。また、最適照射位置よりも薄板ブランク材ＢＢ側にずれた場合、溶接ビードｂは凹部を持つ形状となる。
【００６１】
したがって、溶接ビードｂに凸部が検出された場合には、この凸部が打ち消されるよう、溶接ヘッド８を薄板ブランク材ＢＢ側に移動するように指示する信号がＣＰＵ１０から駆動手段６に向けて出力される。また、溶接ビードｂに凹部が検出された場合には、このハンピングが打ち消されるよう、溶接ヘッド８を厚板ブランク材ＢＡ側に移動するように指示する信号がＣＰＵ１０から駆動手段６に向けて出力される。
【００６２】
ＣＰＵ１０からの信号を受けとった駆動手段６は、ステッピングモータを例えば、０．１〜０．３ｍｍ程度の一定量ずつ回転し、ＣＰＵ１０の指示に従って溶接ヘッド８を移動する。この溶接ヘッド８の移動に伴って検出される溶接ビードの形状が変化して来るが、最適照射位置で得られる溶接ビードの形状が検出されたら、駆動手段６はステッピングモータを停止する。
【００６３】
このようにして溶接ヘッド８を移動した後も、さらにこの後に行なわれたレーザ溶接によって形成された溶接ビードｂを計測し、この断面形状から目外れ等の発生を検出する。そして、目外れ等が検出されたときには、上記のように溶接ヘッド８を最適照射位置に移動する動作が繰り返される。
【００６４】
以上述べたように実施の形態１のレーザ溶接方法は、異なる厚さのブランク材の付合わせ位置にレーザ溶接を行ないながら、レーザ溶接によって形成された溶接ビードを計測している。そして、位置ずれが検出された場合には、計測された溶接ビードの形状から位置ずれの方向を判断し、このずれを修正している。
【００６５】
このため、レーザ溶接光１の照射位置ずれの修正後、この修正の結果が直ちに判定でき、ブランク材の厚さが異なる場合にレーザ溶接機の溶接ヘッド８の位置合わせをリアルタイムで行なうことができる。
【００６６】
また、実施の形態１は、計測された溶接ビードの断面の形状を、平均値の算出など比較的簡易な演算処理で評価することができる。このため、演算処理に使用される装置が簡易なもので良く、本発明を実施するための装置を小型、簡易なものにすることができる。
【００６７】
《実施の形態２》
本発明の実施の形態２は、厚さの等しいブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接する場合に本発明のレーザ溶接方法を適用するものである（同厚モード）。
【００６８】
実施の形態２で使用するレーザ溶接機は、実施の形態１で述べたものと同じものである。
【００６９】
厚さが等しいブランク材ＢＣとブランク材ＢＤとを突合わせてレーザ溶接した場合、この突合わせ部分には、例えば図６に示した断面形状線ｄによって表される溶接ビードｂが形成される。実施の形態２でも、このような断面形状線は、溶接ビード形状センサ３から信号Ｓとして出力され、レーザ溶接機を制御する制御装置１２に入力される。制御装置１２のＣＰＵ１０は、図６に例示したような断面形状線上に溶接ビードｂの中心を想定した直線（中心線）を引き、この中心線に基づいてレーザ溶接光１の目外れを有無を判断する。なお、この判断の方法は後述する。また、本明細書中では、この中心線を溶接ビード中心と定義する。
【００７０】
この溶接ビード形状に基づいて、溶接レーザ光１がブランク材の最適照射位置に照射されているか否かを検出する。最適照射位置からのレーザ溶接光１のずれが検出されると、ＣＰＵ１０は、この位置ずれの方向と量とを例えばステッピングモータが使用される駆動手段６に出力する。駆動手段６は、レーザ溶接光１の照射位置を、検出されたずれの方向とは反対に検出されたずれ量だけ溶接ヘッド８を移動する。これによって、レーザ溶接光１のずれを補正する。
【００７１】
なお、溶接ヘッド８の移動中にもレーザ溶接光のずれの有無は計測されている。つまり、ずれを補正されたレーザ溶接光１によって形成された溶接ビードの形状は、直ちに溶接ビード形状センサ３によって計測され、ＣＰＵ１０によって評価されている。
【００７２】
以上の動作を繰り返すことにより、レーザ溶接光１を常に最適照射位置に設定することができる。
【００７３】
（溶接ビード形状評価方法）
図７（Ａ）ないし（Ｃ）は、中心線を定義する方法を説明する図である。
【００７４】
図７（Ａ）ないし（Ｃ）は、いずれも厚さの等しいブランク材ＢＣとブランク材ＢＤとを突合わせ、この突合わせ部分をレーザ溶接した場合の溶接ビードｂを表す断面形状線ｄと、この断面形状線ｄ上にひかれた中心線ｃとを示している。
【００７５】
図７（Ａ）で示す方法では、図中、矢線ｅの方向から断面形状線ｄの移動平均を順次算出し、この移動平均の値と最初に相違した断面形状線ｄ上の点を点Ｃとする。また、図中、矢線ｆの方向から断面形状線ｄの移動平均を順次算出し、この移動平均の値と最初に相違した断面形状線ｄ上の点を点Ｄとする。そして、点Ｃ、点Ｄからそれぞれブランク材ＢＣ、ブランク材ＢＤ下面に向かって垂線ｔ、ｕを下ろし、この垂線ｔ、垂線ｕからの距離ｖ、ｗがそれぞれ等しく、かつ垂線ｔ、垂線ｕと平行（つまり、ブランク材に対して垂直）な直線を中心線ｃとする。
【００７６】
また、図７（Ｂ）に示す方法では、断面形状線ｄとブランク材ＢＣ、ブランク材ＢＤの上面の延長線との交点のうち、最もブランク材ＢＣに近い点を点Ｃ、最もブランク材ＢＤに近い点を点Ｄとする。そして、点Ｃ、点Ｄからそれぞれブランク材ＢＣ、ブランク材ＢＤ下面に向かって垂線ｔ、ｕを下ろし、この垂線ｔ、垂線ｕからの距離ｖ、ｗがそれぞれ等しく、かつ垂線ｔ、垂線ｕと平行（つまり、ブランク材に対して垂直）な直線を中心線ｃとする。
【００７７】
さらに図７（Ｃ）に示す方法では、断面形状線ｄを２回微分して得られる極点のうち、最もブランク材ＢＣに近い点を点Ｃ、最もブランク材ＢＤに近い点を点Ｄとする。そして、点Ｃ、点Ｄからそれぞれブランク材ＢＣ、ブランク材ＢＤ下面に向かって垂線ｔ、ｕを下ろし、この垂線ｔ、垂線ｕからの距離ｖ、ｗがそれぞれ等しく、かつ垂線ｔ、垂線ｕと平行（つまり、ブランク材に対して垂直）な直線を中心線ｃとする。
【００７８】
中心線は、以上のいずれの方法を用いても定義することが可能である。また、実施の形態２に適用される溶接ビード形状評価の中心線は、以上の方法で定義されるものに限定されるものでなく、厚さの等しいブランク材ＢＣ、ブランク材ＢＤを突合わせ、最適照射位置にレーザを照射した場合に形成される溶接ビードの中心を定義するものであれば良い。
【００７９】
次に、以上述べた方法で定義された中心線に基づいて、溶接レーザ光１の照射位置と最適照射位置とのずれを検出する方法について述べる。
【００８０】
図８（Ａ）ないし（Ｃ）は、溶接レーザ光１の照射位置と溶接ビードｂを表す断面形状線ｄとの関係を説明するための図である。
【００８１】
図８（Ａ）は、厚さが等しいブランク材を突合わせてレーザ溶接を行なう際に形成される理想的な溶接ビードｂの断面形状を表す断面形状線ｄを表す図である。最適照射位置にレーザを照射した場合に形成される溶接ビード、すなわち理想的な溶接ビードｂの断面形状線ｄは、中心線ｃを境にして左右対称の形状をし、しかも左右の凹部の深さが０．１ｍｍ以内である。このような溶接ビードｂが形成されるレーザ溶接光１のレーザ照射位置を、実施の形態２の最適照射位置とする。
【００８２】
図８（Ｂ）は、レーザ溶接光１の照射位置が、最適照射位置よりも図中左側にずれている場合に形成される溶接ビードｂの断面形状線ｄを示している。突合わせ部分をレーザ溶接されるブランク材の厚さが等しいとき、レーザ溶接光１が最適照射位置に対して位置ずれした方向とは反対の方向に凹部が発生する。また、位置ずれした方向には、凸部が発生する。
【００８３】
図８（Ｃ）は、ブランク材ＢＣとブランク材ＢＤとの間に隙間がある場合に形成される溶接ビードｂを示している。この溶接ビードｂは、ブランク材間の隙間のために付合わせ位置で溶接母材が不足するためアンダーカットが発生する。したがって、アンダーカットが発生した場合、ブランク材ＢＣ、ブランク材ＢＤ間に隙間があると判断することができる。
【００８４】
次に、溶接ビードｂの凹凸を判定する方法について説明する。
【００８５】
図９は、厚さが等しいブランク材ＢＣとブランク材ＢＤとを突合わせ、この突合わせ部分に形成された溶接ビードｂの断面形状線ｄを示している。そして、データ上、この断面形状線中に点ｏを原点とするｘ−ｙ座標軸を定義する。なお、断面形状線ｄとｙ軸との交点を点ｚ（０，ｙz ）とする。
【００８６】
断面形状線ｄの一方の端部である点Ｃ（ｘc ，ｙc ）から、点ｚ（０，ｙz ）までのｙ座標の値の平均値をとる。また、断面形状線ｄの他方の端部である点Ｄ（ｘD ，ｙD ）から点ｚ（０，ｙz ）までのｙ座標の値の平均値をとり、両者を比較する。この比較の結果、両者の差が所定の値以上であれば、レーザ溶接光１の照射位置がずれ、このために欠陥が発生したと判断する。さらにこのとき、平均値が大きい側に溶接ビードｂの凸部があり、反対側に凹部があると判断できる。
【００８７】
また、中心線を境にして、左右の平均値が共に所定の値以下であった場合には、ブランク材間に隙間があると判断することができる。なお、レーザ溶接光１の照射位置ずれ、ブランク材間の隙間の有無の判断基準となる所定の値は、照射位置ずれや隙間による欠陥を確実に検出でき、しかも過検出が少ないように予め実験による条件出しで設定されるものである。
【００８８】
次に、レーザ溶接光１の照射位置ずれによる欠陥、またはブランク材間の隙間による欠陥が発生したと判断された場合、この欠陥の発生を防ぐ方向に溶接ヘッド８を移動し、レーザ溶接光１が、最適照射位置に照射されるように調整する。この調整は、以下の手順で行なわれる。
【００８９】
図８で述べたように、レーザ溶接光１が、最適照射位置よりもブランク材ＢＣ、ブランク材ＢＤの中心線ｃを境にしたいずれかの側にずれた場合、溶接ビードｂは、レーザ溶接光１がずれた側に凸部を持ち、反対側に凹部を持つ。
【００９０】
したがって、溶接ビードｂから凸部が検出された場合、ＣＰＵ１０は、この凸部が検出された側とは反対の側に溶接ヘッド８を移動するように指示する信号を駆動手段６に向けて出力する。ＣＰＵ１０からの信号を受けとった駆動手段６は、ステッピングモータを例えば、０．１〜０．３ｍｍ程度の一定量ずつ回転し、ＣＰＵ１０の指示に従って溶接ヘッド８を移動する。また、このときＣＰＵ１０が、溶接ビードｂの凹凸を表す平均値に基づいてレーザ溶接光１の照射位置のずれ量を判断し、このずれ量に応じてステッピングモータを回転するようにしても良い。
【００９１】
また、溶接ビードｂからブランク材間の隙間が検出された場合、ＣＰＵ１０は、溶接の進行方向に対して溶接ヘッド８を左右交互に動かしながら溶接する、いわゆるウィービングを行なうように駆動手段６に指示する信号を出力する。あるいは、溶接スピードを低下するように指示する信号を出力する。
【００９２】
このような信号を受けとった駆動手段６は、ＣＰＵ１０の指示に従って溶接ヘッド８を駆動し、ブランク材間の隙間により発生するアンダーカットの発生を防止する。
【００９３】
溶接ヘッド８の移動、またはウィービング、あるいは溶接速度を低下させた後、この後に行なわれたレーザ溶接によって形成された溶接ビードｂを計測し、この断面形状からレーザ溶接光１の照射位置のずれ、ブランク材間の隙間を検出する。そして、レーザ溶接光１の照射位置ずれ、またはブランク材間の隙間によるアンダーカットによる欠陥が検出されなくなるまでレーザ溶接光１の照射位置を調整する。
【００９４】
以上述べたように実施の形態２のレーザ溶接方法は、厚さが等しいブランク材の付合わせ位置にレーザ溶接を行ないながら、レーザ溶接によって形成された溶接ビードを計測している。そして、位置ずれが検出された場合には、計測された溶接ビードの形状から位置ずれの方向を判断し、このずれを修正している。
【００９５】
このため、レーザ溶接光１の照射位置ずれ修正後、この修正の結果が直ちに判定でき、ブランク材の厚さが等しい場合にもレーザ溶接機の溶接ヘッド８の位置合わせを短時間のうちに行なうことができる。
【００９６】
また、実施の形態２は、計測された溶接ビードの断面の形状を、平均値の算出など比較的簡易な演算処理で評価することができる。このため、演算処理に使用される装置が簡易なもので良く、本発明を実施するための装置を小型、簡易なものにすることができる。
【００９７】
次に、図１０、図１１に示すフローチャートに基づいて、本発明方法の手順を説明する。
【００９８】
処理がスタートとすると、まず、溶接ビード形状センサ３がオンし（Ｓ１）、ブランク材の突合わせ部分を検出する。そして、ブランク材間の段差の有無により、両ブランク材の厚さが等しいか否か判断し（Ｓ２）、ブランク材の厚さが異なる場合には、実施の形態１で説明した異厚モードをＣＰＵ１０に設定する（Ｓ３：ＮＯ）。
【００９９】
異厚モード設定後、レーザ溶接を開始し（Ｓ４）、レーザ溶接しながらこの溶接によって形成された溶接ビードの断面形状を計測する（Ｓ５）。この計測から、溶接ビードに厚板側の目外れがあると判断された場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、溶接ヘッド８の位置を薄板ブランク材側に修正する（Ｓ７）。
【０１００】
また、ステップ６の判断で、厚板側の目外れが検出されなかった場合には（Ｓ６：ＮＯ）、溶接ビードに薄板側の目外れがあるか否か判断する（Ｓ８）。この判断の結果、薄板側の目外れが検出された場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、溶接ヘッド８の位置を厚板ブランク材側に修正する（Ｓ９）。そして、ステップ８の判断の結果、薄板側の目外れが検出されなかった場合には（Ｓ８：ＮＯ）、このレーザ溶接が終了したか否か判断し（Ｓ１０）、終了していない場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、レーザ溶接が終了するまで溶接ビードを計測、溶接ヘッド８の位置の修正を行なう（Ｓ５〜Ｓ１０）。
【０１０１】
また、ステップ１０の判断で、レーザ溶接が終了したと判断された場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、すべての処理を終了する。
【０１０２】
一方、ステップ２の判断で、ブランク材の厚さが等しいと判断された場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）、実施の形態２で説明した同厚モードをＣＰＵ１０に設定する（Ｓ１１）。そしてレーザ溶接を開始し（Ｓ１２）、レーザ溶接しながらこの溶接によって形成された溶接ビードを計測する（Ｓ１３）。この計測から、レーザ溶接光１の照射位置のずれが検出された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、溶接ビードが凹部を持つ側にレーザ溶接ヘッド８の位置を移動して溶接ポイントを修正する（Ｓ１７）。
【０１０３】
また、ステップ１４の判断で、レーザ溶接光１の照射位置のずれが検出されなかった場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ブランク材間の隙間によって溶接の母材不足が生じているか否か判断する（Ｓ１５）。この判断の結果、母材不足がある場合には（Ｓ１５：ＹＥＳ）、例えば、駆動手段６に指示して溶接速度を低下させる（Ｓ１８）。
【０１０４】
一方、ステップ１５の判断の結果、母材不足が検出されなかった場合には（Ｓ１５：ＮＯ）このレーザ溶接が終了したか否か判断し（Ｓ１６）、終了していない場合には（Ｓ１６：ＮＯ）、レーザ溶接が終了するまで溶接ビードを計測、溶接ヘッド８の位置の修正を行なう（Ｓ１３〜Ｓ１６）。
【０１０５】
また、ステップ１６の判断で、レーザ溶接が終了したと判断された場合には（Ｓ１６：ＹＥＳ）、すべての処理を終了する。
【０１０６】
以上述べた一連の処理により、レーザ溶接機がレーザ溶接光を最適照射位置に照射するよう溶接ヘッドの位置を調整でき、目外れのない良好なレーザ溶接を行なうことができる。
【０１０７】
なお、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のレーザ溶接方法を適用するレーザ溶接機の構成図である。
【図２】 図１のレーザ溶接機の制御系のブロック図である。
【図３】 差厚のあるブランク材の断面形状線の典型例を示す図である。
【図４】 （Ａ）ないし（Ｃ）は、本発明の実施の形態１の勾配直線を例示する図である
【図５】 溶接レーザ光の照射位置と最適照射位置とのずれを検出する方法の説明図である。
【図６】 同厚のブランク材のの断面形状線の典型例を示す図である。
【図７】 （Ａ）ないし（Ｃ）は、本発明の実施の形態２の中心線を例示する図である。
【図８】 本発明の実施の形態２の溶接レーザ光の照射位置と断面形状線との関係の説明図である。
【図９】 本発明の実施の形態２の溶接ビードの凹凸を判定する方法の説明図である。
【図１０】 本発明の実施の形態１、実施の形態２を一連の処理として表すフローチャートである。
【図１１】 本発明の実施の形態１、実施の形態２を一連の処理として表すフローチャートである。
【図１２】 厚さの異なるブランク材の付合わせ部分をレーザ溶接した状態を示す図である。
【図１３】 厚さの同じブランク材の付合わせ部分をレーザ溶接した状態を示す図である。
【符号の説明】
１…レーザ溶接光
２…集光レンズ
３…ビード形状センサ
４…レーザ光
５…ホルダー
６…駆動手段
８…溶接ヘッド
１０…ＣＰＵ
１２…制御装置
ＢＡ…厚板ブランク材
ＢＢ…薄板ブランク材
ＢＣ，ＢＤ…ブランク材
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ溶接方法に係り、特にブランク材の付合わせ部分のレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車の製造工程には、ブランク材を突合わせ、両者をレーザ溶接によって溶接するものがある。この工程では、突合わされたブランク材の突合せ部分にレーザを照射し、この熱量によってブランク材の表面を溶融して接合する。
【０００３】
図１２（ａ）〜（ｄ）は、厚さの異なるブランク材Ａとブランク材Ｂとを付合わせ、この付合わせ部分をレーザ溶接した状態を示している。
【０００４】
（ａ）は、レーザの照射位置が最適な場合のブランク材の付合わせ部分の溶接ビードの形状を示している。図のように、最適な位置にレーザが照射された場合には、ブランク材Ａからブランク材Ｂになだらかな曲線を描いた溶接ビードが形成される。このような形状の溶接ビードが形成された場合には、接合部分は理想的な強度を持つ。ところが、（ｂ）に示すように薄板側に目外れした場合、すなわちレーザの照射位置が最適な位置よりもブランク材Ｂ側に寄ってしまった場合には、斜面の勾配が急でおおきな窪みを有する溶接ビードが形成される。また、（ｃ）に示すように厚板側に目外れした場合、すなわちレーザの照射位置が最適な位置よりもブランク材Ａ側に寄ってしまった場合には、溶接ビード部分の突出が大きな溶接ビードが形成される。さらに、（ｄ）に示すようにブランク材の突合わせ部分に隙間が存在する状態でレーザが照射された場合には、窪みが大きく、また、アンダーカットも大きな溶接ビードが形成される。
【０００５】
図１３（ａ）〜（ｄ）は、同じ厚さのブランク材Ａとブランク材Ｂとを付合わせ、この付合わせ部分をレーザ溶接した状態を示している。
【０００６】
（ａ）は、レーザの照射位置が最適な場合のブランク材の付合わせ部分の溶接ビードの形状を示している。図のように、最適な位置にレーザが照射された場合には、アンダーカットの発生が見られず、左右対称の溶接ビードが得られる。ところが、（ｂ）または（ｃ）に示すように、いずれかのブランク材側に目外れした場合、すなわちレーザの照射位置が最適な位置よりもどちらかのブランク材側に寄ってしまった場合には、目外れした側に盛り上がりが生じ、左右非対称の溶接ビードが形成される。また、（ｄ）に示すように、ブランク材の突合わせ部分に隙間が存在する状態でレーザが照射された場合には、アンダーカットの大きな溶接ビードが形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、レーザの照射位置が板厚の薄いパネル側（Ｂ側）にずれた場合、溶接ビードの断面は図１２（ｂ）に示したようになるが、このような形状の溶接ビードとなるのは２枚のブランク材の接合部が十分な強度で溶接されていないことを表していると言える。
【０００８】
また、レーザの照射位置が板厚の厚いパネル側（Ａ側）にずれた場合、溶接ビードの断面は図１２（ｃ）に示したようになるが、このような形状の溶接ビードとなるのもまた、２枚のブランク材の接合部が十分な強度で溶接されていないことを表していると言える。
【０００９】
さらに、ブランク材の切断精度が悪く、切断部分のダレや角Ｒが大きいために溶接ビード部分の材料不足が生じると、溶接ビードの断面は図１２（ｄ）に示す形状となるが、このような形状の溶接ビードとなるのは、溶接ビード部分で板厚が不足していることを表しており、接合部の強度も低くなっていると言える。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みて行なわれたものであり、最適な溶接条件でレーザ溶接ができるレーザ溶接方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のレーザ溶接方法は、以下のように構成される。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、ブランク材の突合わせ部分のレーザ溶接方法であって、溶接装置と一体となって動作し、前記ブランク材の突合わせ部分の溶接直後の溶接ビードの断面形状を測定する工程と、前記測定された溶接ビードの断面形状より溶接ビードの特徴量を評価する工程と、前記溶接ビードの特徴量の評価結果に基づいて前記ブランク材の溶接中に溶接条件を設定変更する工程とを有し、前記溶接ビードの特徴量を評価する工程は、前記ブランク材の両面に形成された溶接ビードの当該ブランク材のそれぞれの表面に対する突出量または窪み量と、当該溶接ビードの中心線に対する前記溶接ビードの非対称性とによって前記溶接ビードの特徴量を評価することを特徴とする
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ溶接方法において、前記ブランク材の突合わせ位置に段差が存在する場合には、前記ブランク材の表裏面に形成された溶接ビードのそれぞれのブランク材の境界線を結ぶ勾配直線に対する突出量または窪み量によって前記溶接ビードの特徴量を評価することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ溶接方法において、前記溶接条件を設定変更する工程は、溶接進行方向に直交し、かつブランク材表面に直交した溶接位置を設定する工程と、溶接速度、レーザ溶接加工点出力、レーザビームの揺動幅、加工点での溶接進行方向に直交する方向のビーム幅のいずれか１つまたはいずれかを複合した溶接条件を設定する工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、当該勾配直線と前記断面形状線との差から溶接状態を評価する工程を含み、前記溶接状態を評価する工程は、前記勾配直線と前記勾配直線の始点と終点との間にある前記断面形状線との差を２乗平均した値によって溶接状態を定量的に評価することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、当該勾配直線と前記断面形状線との差から溶接状態を評価する工程を含み、前記勾配直線は、前記断面形状線の一方の端部から溶接ビード中心に向かって順次前記断面形状線の移動平均をとり、当該移動平均の値と相違する前記断面形状線上の点のうち、最も前記一方の端部に近い点Ａと、前記断面形状線の他の端部から溶接ビード中心に向かって順次前記断面形状線の移動平均をとり、当該移動平均の値と相違する前記断面形状線上の点のうち、最も前記他の端部に近い点Ｂとを始点または終点とする直線であることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、当該勾配直線と前記断面形状線との差から溶接状態を評価する工程を含み、前記勾配直線は、前記断面形状線を２回微分して得られる極点である点Ａと点Ｂとを始点または終点とする直線であることを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、当該勾配直線と前記断面形状線との差から溶接状態を評価する工程を含み、前記勾配直線は、前記断面形状線と前記ブランク材のうちの一方の上面の延長線との交点である点Ａと、前記断面形状線と他方のブランク材の上面の延長線との交点である点Ｂとを始点または終点とする直線であることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項４から７のいずれかに記載のレーザ溶接方法において、前記溶接状態を評価する工程は、前記勾配直線と前記勾配直線の始点と終点との間にある前記断面形状線との差の絶対値を平均した値によって溶接状態を定量的に評価することを特徴とする。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、厚さが等しいブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記溶接ビードの中心線を引き、前記中心線を境にした右部分と左部分とで前記断面形状線の凹凸に差異がある場合、凸である部分がより多い側にレーザ溶接位置がずれていると判断する溶接位置ずれ検出工程を含むことを特徴とする。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のレーザ溶接方法において、前記溶接位置ずれ検出工程は、前記断面形状線の一方の端部から他方の端部に向かって順次前記断面形状線の移動平均をとり、当該移動平均の値と相違する前記断面形状線上の点のうち、最も前記一方の端部に近い点Ｃを通る直線と、最も前記他方の端部に近い点Ｄを通る直線と平行で、かつ前記各直線と等しい距離にある直線を中心線とすることを特徴とする。
【００２６】
請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載のレーザ溶接方法において、前記溶接位置ずれ検出工程は、前記断面形状線と前記ブランク材のうちの一方の上面の延長線との交点である点Ｃを通る直線と、前記断面形状線と他方のブランク材の上面の延長線と平行で、かつ前記各直線と等しい距離にある直線を中心線とすることを特徴とする。
【００２７】
請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載のレーザ溶接方法において、前記溶接位置ずれ検出工程は、前記断面形状線を２回微分して得られる極点である点Ｃを通る直線と、前記断面形状線を２回微分して得られる他の極点である点Ｄを通る直線と平行で、かつ前記各直線と等しい距離にある直線を中心線とすることを特徴とする。
【００２８】
請求項１３に記載の発明は、請求項９ないし請求項１２のいずれか一つに記載のレーザ溶接方法において、前記溶接位置ずれ検出工程は、前記断面形状線と前記点Ｃを通る直線と前記中心線とによって表される断面形状を有する溶接ビードの高さ平均と、前記断面形状線と前記点Ｄを通る直線とによって表される断面形状を有する溶接ビードの高さ平均との差によって前記断面形状線の前記中心線を境にした右部分と左部分との凹凸の差異を検出することを特徴とする。
【００２９】
請求項１４に記載の発明は、ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、レーザ溶接しながらレーザ溶接によって形成される前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、当該断面形状線に基づいてレーザ溶接位置ずれまたは溶接母材隙間の有無を検出し、レーザ溶接位置ずれが検出された場合にはレーザ溶接位置を修正して溶接ビードを補正する一方、溶接母材隙間が検出された場合には、溶接速度を低下する、または溶接の進行方向に対して溶接用のレーザ光を横方向に動かして溶接ビードを補正し、前記補正後の溶接によって形成された溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測して溶接の状態を検査し、前記ブランク材の厚さが等しい場合、前記断面形状線に基づくレーザ溶接位置ずれの検出は、前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記溶接ビードの中心線を引き、前記中心線を境にした右部分と左部分とで前記断面形状線の凹凸に差異がある場合、凸である部分がより多い側にレーザ溶接位置がずれていると判断することを特徴とするレーザ溶接方法。
【００３０】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載のレーザ溶接方法において、前記ブランク材の厚さが異なる場合、前記断面形状線に基づくレーザ溶接位置ずれの検出は、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、前記断面形状線が、前記勾配直線よりも突出した凸部分を有する場合には、前記ブランク材のうち、厚さがより厚いブランク材の側にレーザ溶接位置がずれていると判断する一方、前記断面形状線が、前記勾配直線に対して凹んだ凹部分を有する場合には、前記ブランク材のうち、厚さがより薄いブランク材の側にレーザ溶接位置がずれていると判断することを特徴とする。
【００３２】
請求項１６に記載の発明は、請求項１５記載のレーザ溶接方法において、前記断面形状線は、レーザ溶接機の溶接ヘッドと連結して一体的に移動するセンサによって計測されることを特徴とする。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は、ブランク材の突合わせ部分に形成される溶接ビードの断面形状を計測し、この断面形状から溶接ビードの特徴量を評価し、この評価結果に基づいて溶接条件を設定、変更するようにしたので、形成される溶接ビードの形状から最適の溶接条件でレーザ溶接をすることができるようになる。
【００３４】
また、ブランク材の突合わせ部分に形成される溶接ビードの断面形状を計測し、この断面形状にブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引くことによってブランク材間の適切な勾配と実際の断面形状との相違を知ることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のレーザ溶接方法の一実施形態について述べる。
【００３６】
なお、以下に述べる実施の形態は、いずれもレーザ溶接機の溶接ヘッドの位置合わせに本発明のレーザ溶接方法を適用する場合を例に説明する。
【００３７】
《実施の形態１》
本発明の実施の形態１は、厚さの異なるブランク材の突合わせ部分のレーザ溶接である（異厚モード）。
【００３８】
（装置構成）
図１は、本発明の実施の形態１と後述する実施の形態２とに共通のレーザ溶接機を表す図である。また、図２は、図１のレーザ溶接機の制御を説明するためのブロック図である。
【００３９】
図１のレーザ溶接機は、溶接用レーザ光１を出力する溶接ヘッド８と、溶接ヘッド８に取り付けられた溶接ビード形状センサ３とを有している。溶接用ヘッド８は、駆動手段６（図２）によって図１中の矢線Ａの方向に移動しながら、たとえば厚板ブランク材ＢＡと薄板ブランク材ＢＢとの突合わせ部分にレーザ溶接用の溶接レーザ光１を照射する。この溶接レーザ光１は、図示しないレーザ発振器から発振され、集光レンズ２によって集光されている。
【００４０】
一方、溶接ビード形状センサ３は、例えば、スリット状のレーザ光４を被測定面（溶接直後のビード部）に照射し、この被測定面の凹凸から溶接ビード形状を断面として計測するセンサで、溶接ヘッド８のホルダー５に取り付けられて溶接ヘッド８と共に移動するよう構成されている。このため、溶接ビード形状センサ３により溶接ビードになんらかの異常が認められた場合、異常が認められた時点でのレーザ溶接機に設定されていたＮＣ座標（ｎｕｍｅｒａｌ ｃｏｎｔｏｒｏｌ座標）を用いて、その異常が発生した溶接ビードの位置を特定することができる。
【００４１】
また、この溶接ビード形状センサ３と溶接ヘッド８とは、溶接ビード形状センサ３が矢線Ａの方向に移動する溶接ヘッド８の後側に位置するよう配置されている。このため、溶接ビード形状センサ３は、溶接ヘッド８によって形成された直後の溶接ビードの形状を計測することができる。
【００４２】
図３は、溶接ビード形状センサ３が計測した溶接ビードの断面の形状を示すデータ（断面形状線）の一例を示すものである。このようなデータは、溶接ビード形状センサ３から信号Ｓとして出力され、レーザ溶接機を制御する制御装置１２に入力する。制御装置１２のＣＰＵ１０は、図３に例示したような断面形状線上に厚板ブランク材ＢＡと薄板ブランク材ＢＢとの間に想定される斜面を示す直線（勾配直線）を引き、この勾配直線に基づいて溶接ビード形状を評価する。なお、この溶接ビード形状の評価方法については後述する。
【００４３】
そして、この溶接ビード形状に基づいて、レーザ溶接光１がブランク材の最適照射位置に照射されているか否かを間接的に判断する。最適照射位置からのレーザ溶接光１のずれが検出されると、ＣＰＵ１０は、この位置ずれの方向と量とを例えばステッピングモータが使用される駆動手段６に出力する。駆動手段６は、レーザ溶接光１の照射位置が、検出されたずれの方向とは反対に検出されたずれ量だけ溶接ヘッド８を移動してレーザ溶接光１のずれを補正する。
【００４４】
なお、この補正が行なわれている間にもレーザ溶接とレーザ溶接光１の位置ずれの計測は継続して行なわれている。このため、ずれを補正されたレーザ溶接光１によって形成された溶接ビードの形状は、直ちに溶接ビード形状センサ３によって計測され、ＣＰＵ１０によって評価されることになる。
【００４５】
以上の動作を溶接中に継続して行なうことにより、レーザ溶接光１を最適照射位置に照射する位置に溶接ヘッド８を設定することができる。
【００４６】
（溶接ビード形状評価方法）
図４（Ａ）ないし図４（Ｃ）は、勾配直線を定義する方法を例示する図である。
【００４７】
図４（Ａ）ないし（Ｃ）は、いずれも厚板ブランク材ＢＡと薄板ブランク材ＢＢとを突合わせ、この突合わせ部分をレーザ溶接した場合の溶接ビードｂを表す断面形状線ｄと、この断面形状線ｄ上に引かれた勾配直線ｓとを示している。
【００４８】
図４（Ａ）で示す方法では、図中、矢線ｅの方向から断面形状線ｄの移動平均を順次算出し、この移動平均の値と最初に相違した断面形状線ｄ上の点を点Ａとする。また、図中、矢線ｆの方向から断面形状線ｄの移動平均（測定値が次々に得られるとき、各値から始めて順に一定個数をとって作った算術平均の全体、例えば、（ｘ1 ＋ｘ2 ＋ｘ3 ）／３，（ｘ2 ＋ｘ3 ＋ｘ4 ）／３，（ｘ3 ＋ｘ4 ＋ｘ5 ）／３…は、移動平均）を順次算出し、この移動平均の値と最初に相違した断面形状線ｄ上の点を点Ｂとする。そして、点Ａと点Ｂとを結ぶ直線を勾配直線ｓとしている。
【００４９】
また、図４（Ｂ）に示す方法では、断面形状線ｄと厚板ブランク材ＢＡの上面の延長線との交点のうちの点Ａと、断面形状線ｄと薄板ブランク材ＢＢの上面の延長線との交点のうちの点Ｂとを結ぶ直線を勾配直線としている。
【００５０】
さらに図４（Ｃ）に示す方法では、図中の点Ａと点Ｂとを結ぶ直線を勾配直線としている。この点ＡとＢとは、断面形状線ｄを２回微分して得られる極点のうちの２点である。
【００５１】
勾配直線は、以上のいずれの方法を用いても定義することが可能である。また、実施の形態１に適用される溶接ビード形状評価の勾配直線は、以上の方法で定義されるものに限定されるものでなく、厚板ブランク材ＢＡと薄板ブランク材ＢＢとを突合わせ、レーザを照射した場合に形成される溶接ビード勾配を想定する直線と両側の母材パネルの境界線を結ぶ直線を定義するものであれば良い。
【００５２】
次に、以上述べた方法で定義された勾配直線に基づいて、溶接レーザ光１の照射位置と最適照射位置とのずれを検出する方法について述べる。
【００５３】
図５は、厚板ブランク材ＢＡと薄板ブランク材ＢＢとを突合わせ、この突合わせ部分に形成された溶接ビードｂを示す断面形状線ｄを示している。そして、データ上、この断面形状線中に点ｏを原点とするｘ−ｙ座標軸を定義する。なお、このような断面形状の溶接ビードが形成された時には、溶接方向に不連続に凝固するビード、すなわちハンピングビードが形成される恐れがある。
【００５４】
この断面形状線ｄ上に勾配直線ｓをひき、断面形状線ｄと勾配直線ｓとの３つの交点をそれぞれ点ｇ、点ｈ、点ｉとする。さらに断面形状線ｄ上の点ｇから点ｉまでの各点のｙ座標の値から、各点とｘ座標を同じくする勾配直線ｓ上のｙ座標の値を差し引いた値を求める。
【００５５】
例えば、点ｇと点ｈとの間にある断面形状線ｄ上の点ａ（０，ｙa ）と、これとｘ座標を同じくする点ｂ（０，ｙb ）とでは、ｙ座標の値の差は、ｙa −ｙb となる。このようにして、点ｇから点ｉまでにある断面形状線ｄ、勾配直線ｓ上のすべての点についてｙ座標の差を求める。
【００５６】
さらに、以上のようにして求めた断面形状線ｄと勾配直線ｓとのｙ座標の差の平均値を求める。そして、求められた平均値の正または負によって、溶接ビードが勾配直線よりも突出した凸部を持つ形状か、あるいは、勾配直線よりも凹んだ凹部を持つ形状かを判別する。
【００５７】
溶接ビードｂが、凸部を持つ形状であると判別された場合には、レーザ溶接光が厚板側に目外れしていると判断される。一方、溶接ビードｂが凹部を持つ形状であると判別された場合には、レーザ溶接光が薄板側に目外れしていると判断される。
【００５８】
なお、溶接ビードの目外れを判別するための平均値の算出は、算術平均や二乗平均のいずれを用いて算出するようにしても良い。
【００５９】
次に、目外れや不良が発生していると判断された場合には、この欠陥の発生を防ぐ方向に溶接ヘッド８を移動し、レーザ溶接光１が、最適照射位置に照射されるように調整する。この調整は、以下の手順で行なわれる。
【００６０】
図１２で述べたように、レーザ溶接光１が、最適照射位置よりも厚板ブランク材ＢＡ側にずれた場合、溶接ビードｂは凸部を持つ形状となる。また、最適照射位置よりも薄板ブランク材ＢＢ側にずれた場合、溶接ビードｂは凹部を持つ形状となる。
【００６１】
したがって、溶接ビードｂに凸部が検出された場合には、この凸部が打ち消されるよう、溶接ヘッド８を薄板ブランク材ＢＢ側に移動するように指示する信号がＣＰＵ１０から駆動手段６に向けて出力される。また、溶接ビードｂに凹部が検出された場合には、このハンピングが打ち消されるよう、溶接ヘッド８を厚板ブランク材ＢＡ側に移動するように指示する信号がＣＰＵ１０から駆動手段６に向けて出力される。
【００６２】
ＣＰＵ１０からの信号を受けとった駆動手段６は、ステッピングモータを例えば、０．１〜０．３ｍｍ程度の一定量ずつ回転し、ＣＰＵ１０の指示に従って溶接ヘッド８を移動する。この溶接ヘッド８の移動に伴って検出される溶接ビードの形状が変化して来るが、最適照射位置で得られる溶接ビードの形状が検出されたら、駆動手段６はステッピングモータを停止する。
【００６３】
このようにして溶接ヘッド８を移動した後も、さらにこの後に行なわれたレーザ溶接によって形成された溶接ビードｂを計測し、この断面形状から目外れ等の発生を検出する。そして、目外れ等が検出されたときには、上記のように溶接ヘッド８を最適照射位置に移動する動作が繰り返される。
【００６４】
以上述べたように実施の形態１のレーザ溶接方法は、異なる厚さのブランク材の付合わせ位置にレーザ溶接を行ないながら、レーザ溶接によって形成された溶接ビードを計測している。そして、位置ずれが検出された場合には、計測された溶接ビードの形状から位置ずれの方向を判断し、このずれを修正している。
【００６５】
このため、レーザ溶接光１の照射位置ずれの修正後、この修正の結果が直ちに判定でき、ブランク材の厚さが異なる場合にレーザ溶接機の溶接ヘッド８の位置合わせをリアルタイムで行なうことができる。
【００６６】
また、実施の形態１は、計測された溶接ビードの断面の形状を、平均値の算出など比較的簡易な演算処理で評価することができる。このため、演算処理に使用される装置が簡易なもので良く、本発明を実施するための装置を小型、簡易なものにすることができる。
【００６７】
《実施の形態２》
本発明の実施の形態２は、厚さの等しいブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接する場合に本発明のレーザ溶接方法を適用するものである（同厚モード）。
【００６８】
実施の形態２で使用するレーザ溶接機は、実施の形態１で述べたものと同じものである。
【００６９】
厚さが等しいブランク材ＢＣとブランク材ＢＤとを突合わせてレーザ溶接した場合、この突合わせ部分には、例えば図６に示した断面形状線ｄによって表される溶接ビードｂが形成される。実施の形態２でも、このような断面形状線は、溶接ビード形状センサ３から信号Ｓとして出力され、レーザ溶接機を制御する制御装置１２に入力される。制御装置１２のＣＰＵ１０は、図６に例示したような断面形状線上に溶接ビードｂの中心を想定した直線（中心線）を引き、この中心線に基づいてレーザ溶接光１の目外れを有無を判断する。なお、この判断の方法は後述する。また、本明細書中では、この中心線を溶接ビード中心と定義する。
【００７０】
この溶接ビード形状に基づいて、溶接レーザ光１がブランク材の最適照射位置に照射されているか否かを検出する。最適照射位置からのレーザ溶接光１のずれが検出されると、ＣＰＵ１０は、この位置ずれの方向と量とを例えばステッピングモータが使用される駆動手段６に出力する。駆動手段６は、レーザ溶接光１の照射位置を、検出されたずれの方向とは反対に検出されたずれ量だけ溶接ヘッド８を移動する。これによって、レーザ溶接光１のずれを補正する。
【００７１】
なお、溶接ヘッド８の移動中にもレーザ溶接光のずれの有無は計測されている。つまり、ずれを補正されたレーザ溶接光１によって形成された溶接ビードの形状は、直ちに溶接ビード形状センサ３によって計測され、ＣＰＵ１０によって評価されている。
【００７２】
以上の動作を繰り返すことにより、レーザ溶接光１を常に最適照射位置に設定することができる。
【００７３】
（溶接ビード形状評価方法）
図７（Ａ）ないし（Ｃ）は、中心線を定義する方法を説明する図である。
【００７４】
図７（Ａ）ないし（Ｃ）は、いずれも厚さの等しいブランク材ＢＣとブランク材ＢＤとを突合わせ、この突合わせ部分をレーザ溶接した場合の溶接ビードｂを表す断面形状線ｄと、この断面形状線ｄ上にひかれた中心線ｃとを示している。
【００７５】
図７（Ａ）で示す方法では、図中、矢線ｅの方向から断面形状線ｄの移動平均を順次算出し、この移動平均の値と最初に相違した断面形状線ｄ上の点を点Ｃとする。また、図中、矢線ｆの方向から断面形状線ｄの移動平均を順次算出し、この移動平均の値と最初に相違した断面形状線ｄ上の点を点Ｄとする。そして、点Ｃ、点Ｄからそれぞれブランク材ＢＣ、ブランク材ＢＤ下面に向かって垂線ｔ、ｕを下ろし、この垂線ｔ、垂線ｕからの距離ｖ、ｗがそれぞれ等しく、かつ垂線ｔ、垂線ｕと平行（つまり、ブランク材に対して垂直）な直線を中心線ｃとする。
【００７６】
また、図７（Ｂ）に示す方法では、断面形状線ｄとブランク材ＢＣ、ブランク材ＢＤの上面の延長線との交点のうち、最もブランク材ＢＣに近い点を点Ｃ、最もブランク材ＢＤに近い点を点Ｄとする。そして、点Ｃ、点Ｄからそれぞれブランク材ＢＣ、ブランク材ＢＤ下面に向かって垂線ｔ、ｕを下ろし、この垂線ｔ、垂線ｕからの距離ｖ、ｗがそれぞれ等しく、かつ垂線ｔ、垂線ｕと平行（つまり、ブランク材に対して垂直）な直線を中心線ｃとする。
【００７７】
さらに図７（Ｃ）に示す方法では、断面形状線ｄを２回微分して得られる極点のうち、最もブランク材ＢＣに近い点を点Ｃ、最もブランク材ＢＤに近い点を点Ｄとする。そして、点Ｃ、点Ｄからそれぞれブランク材ＢＣ、ブランク材ＢＤ下面に向かって垂線ｔ、ｕを下ろし、この垂線ｔ、垂線ｕからの距離ｖ、ｗがそれぞれ等しく、かつ垂線ｔ、垂線ｕと平行（つまり、ブランク材に対して垂直）な直線を中心線ｃとする。
【００７８】
中心線は、以上のいずれの方法を用いても定義することが可能である。また、実施の形態２に適用される溶接ビード形状評価の中心線は、以上の方法で定義されるものに限定されるものでなく、厚さの等しいブランク材ＢＣ、ブランク材ＢＤを突合わせ、最適照射位置にレーザを照射した場合に形成される溶接ビードの中心を定義するものであれば良い。
【００７９】
次に、以上述べた方法で定義された中心線に基づいて、溶接レーザ光１の照射位置と最適照射位置とのずれを検出する方法について述べる。
【００８０】
図８（Ａ）ないし（Ｃ）は、溶接レーザ光１の照射位置と溶接ビードｂを表す断面形状線ｄとの関係を説明するための図である。
【００８１】
図８（Ａ）は、厚さが等しいブランク材を突合わせてレーザ溶接を行なう際に形成される理想的な溶接ビードｂの断面形状を表す断面形状線ｄを表す図である。最適照射位置にレーザを照射した場合に形成される溶接ビード、すなわち理想的な溶接ビードｂの断面形状線ｄは、中心線ｃを境にして左右対称の形状をし、しかも左右の凹部の深さが０．１ｍｍ以内である。このような溶接ビードｂが形成されるレーザ溶接光１のレーザ照射位置を、実施の形態２の最適照射位置とする。
【００８２】
図８（Ｂ）は、レーザ溶接光１の照射位置が、最適照射位置よりも図中左側にずれている場合に形成される溶接ビードｂの断面形状線ｄを示している。突合わせ部分をレーザ溶接されるブランク材の厚さが等しいとき、レーザ溶接光１が最適照射位置に対して位置ずれした方向とは反対の方向に凹部が発生する。また、位置ずれした方向には、凸部が発生する。
【００８３】
図８（Ｃ）は、ブランク材ＢＣとブランク材ＢＤとの間に隙間がある場合に形成される溶接ビードｂを示している。この溶接ビードｂは、ブランク材間の隙間のために付合わせ位置で溶接母材が不足するためアンダーカットが発生する。したがって、アンダーカットが発生した場合、ブランク材ＢＣ、ブランク材ＢＤ間に隙間があると判断することができる。
【００８４】
次に、溶接ビードｂの凹凸を判定する方法について説明する。
【００８５】
図９は、厚さが等しいブランク材ＢＣとブランク材ＢＤとを突合わせ、この突合わせ部分に形成された溶接ビードｂの断面形状線ｄを示している。そして、データ上、この断面形状線中に点ｏを原点とするｘ−ｙ座標軸を定義する。なお、断面形状線ｄとｙ軸との交点を点ｚ（０，ｙz ）とする。
【００８６】
断面形状線ｄの一方の端部である点Ｃ（ｘc ，ｙc ）から、点ｚ（０，ｙz ）までのｙ座標の値の平均値をとる。また、断面形状線ｄの他方の端部である点Ｄ（ｘD ，ｙD ）から点ｚ（０，ｙz ）までのｙ座標の値の平均値をとり、両者を比較する。この比較の結果、両者の差が所定の値以上であれば、レーザ溶接光１の照射位置がずれ、このために欠陥が発生したと判断する。さらにこのとき、平均値が大きい側に溶接ビードｂの凸部があり、反対側に凹部があると判断できる。
【００８７】
また、中心線を境にして、左右の平均値が共に所定の値以下であった場合には、ブランク材間に隙間があると判断することができる。なお、レーザ溶接光１の照射位置ずれ、ブランク材間の隙間の有無の判断基準となる所定の値は、照射位置ずれや隙間による欠陥を確実に検出でき、しかも過検出が少ないように予め実験による条件出しで設定されるものである。
【００８８】
次に、レーザ溶接光１の照射位置ずれによる欠陥、またはブランク材間の隙間による欠陥が発生したと判断された場合、この欠陥の発生を防ぐ方向に溶接ヘッド８を移動し、レーザ溶接光１が、最適照射位置に照射されるように調整する。この調整は、以下の手順で行なわれる。
【００８９】
図８で述べたように、レーザ溶接光１が、最適照射位置よりもブランク材ＢＣ、ブランク材ＢＤの中心線ｃを境にしたいずれかの側にずれた場合、溶接ビードｂは、レーザ溶接光１がずれた側に凸部を持ち、反対側に凹部を持つ。
【００９０】
したがって、溶接ビードｂから凸部が検出された場合、ＣＰＵ１０は、この凸部が検出された側とは反対の側に溶接ヘッド８を移動するように指示する信号を駆動手段６に向けて出力する。ＣＰＵ１０からの信号を受けとった駆動手段６は、ステッピングモータを例えば、０．１〜０．３ｍｍ程度の一定量ずつ回転し、ＣＰＵ１０の指示に従って溶接ヘッド８を移動する。また、このときＣＰＵ１０が、溶接ビードｂの凹凸を表す平均値に基づいてレーザ溶接光１の照射位置のずれ量を判断し、このずれ量に応じてステッピングモータを回転するようにしても良い。
【００９１】
また、溶接ビードｂからブランク材間の隙間が検出された場合、ＣＰＵ１０は、溶接の進行方向に対して溶接ヘッド８を左右交互に動かしながら溶接する、いわゆるウィービングを行なうように駆動手段６に指示する信号を出力する。あるいは、溶接スピードを低下するように指示する信号を出力する。
【００９２】
このような信号を受けとった駆動手段６は、ＣＰＵ１０の指示に従って溶接ヘッド８を駆動し、ブランク材間の隙間により発生するアンダーカットの発生を防止する。
【００９３】
溶接ヘッド８の移動、またはウィービング、あるいは溶接速度を低下させた後、この後に行なわれたレーザ溶接によって形成された溶接ビードｂを計測し、この断面形状からレーザ溶接光１の照射位置のずれ、ブランク材間の隙間を検出する。そして、レーザ溶接光１の照射位置ずれ、またはブランク材間の隙間によるアンダーカットによる欠陥が検出されなくなるまでレーザ溶接光１の照射位置を調整する。
【００９４】
以上述べたように実施の形態２のレーザ溶接方法は、厚さが等しいブランク材の付合わせ位置にレーザ溶接を行ないながら、レーザ溶接によって形成された溶接ビードを計測している。そして、位置ずれが検出された場合には、計測された溶接ビードの形状から位置ずれの方向を判断し、このずれを修正している。
【００９５】
このため、レーザ溶接光１の照射位置ずれ修正後、この修正の結果が直ちに判定でき、ブランク材の厚さが等しい場合にもレーザ溶接機の溶接ヘッド８の位置合わせを短時間のうちに行なうことができる。
【００９６】
また、実施の形態２は、計測された溶接ビードの断面の形状を、平均値の算出など比較的簡易な演算処理で評価することができる。このため、演算処理に使用される装置が簡易なもので良く、本発明を実施するための装置を小型、簡易なものにすることができる。
【００９７】
次に、図１０、図１１に示すフローチャートに基づいて、本発明方法の手順を説明する。
【００９８】
処理がスタートとすると、まず、溶接ビード形状センサ３がオンし（Ｓ１）、ブランク材の突合わせ部分を検出する。そして、ブランク材間の段差の有無により、両ブランク材の厚さが等しいか否か判断し（Ｓ２）、ブランク材の厚さが異なる場合には、実施の形態１で説明した異厚モードをＣＰＵ１０に設定する（Ｓ３：ＮＯ）。
【００９９】
異厚モード設定後、レーザ溶接を開始し（Ｓ４）、レーザ溶接しながらこの溶接によって形成された溶接ビードの断面形状を計測する（Ｓ５）。この計測から、溶接ビードに厚板側の目外れがあると判断された場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、溶接ヘッド８の位置を薄板ブランク材側に修正する（Ｓ７）。
【０１００】
また、ステップ６の判断で、厚板側の目外れが検出されなかった場合には（Ｓ６：ＮＯ）、溶接ビードに薄板側の目外れがあるか否か判断する（Ｓ８）。この判断の結果、薄板側の目外れが検出された場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、溶接ヘッド８の位置を厚板ブランク材側に修正する（Ｓ９）。そして、ステップ８の判断の結果、薄板側の目外れが検出されなかった場合には（Ｓ８：ＮＯ）、このレーザ溶接が終了したか否か判断し（Ｓ１０）、終了していない場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、レーザ溶接が終了するまで溶接ビードを計測、溶接ヘッド８の位置の修正を行なう（Ｓ５〜Ｓ１０）。
【０１０１】
また、ステップ１０の判断で、レーザ溶接が終了したと判断された場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、すべての処理を終了する。
【０１０２】
一方、ステップ２の判断で、ブランク材の厚さが等しいと判断された場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）、実施の形態２で説明した同厚モードをＣＰＵ１０に設定する（Ｓ１１）。そしてレーザ溶接を開始し（Ｓ１２）、レーザ溶接しながらこの溶接によって形成された溶接ビードを計測する（Ｓ１３）。この計測から、レーザ溶接光１の照射位置のずれが検出された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、溶接ビードが凹部を持つ側にレーザ溶接ヘッド８の位置を移動して溶接ポイントを修正する（Ｓ１７）。
【０１０３】
また、ステップ１４の判断で、レーザ溶接光１の照射位置のずれが検出されなかった場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ブランク材間の隙間によって溶接の母材不足が生じているか否か判断する（Ｓ１５）。この判断の結果、母材不足がある場合には（Ｓ１５：ＹＥＳ）、例えば、駆動手段６に指示して溶接速度を低下させる（Ｓ１８）。
【０１０４】
一方、ステップ１５の判断の結果、母材不足が検出されなかった場合には（Ｓ１５：ＮＯ）このレーザ溶接が終了したか否か判断し（Ｓ１６）、終了していない場合には（Ｓ１６：ＮＯ）、レーザ溶接が終了するまで溶接ビードを計測、溶接ヘッド８の位置の修正を行なう（Ｓ１３〜Ｓ１６）。
【０１０５】
また、ステップ１６の判断で、レーザ溶接が終了したと判断された場合には（Ｓ１６：ＹＥＳ）、すべての処理を終了する。
【０１０６】
以上述べた一連の処理により、レーザ溶接機がレーザ溶接光を最適照射位置に照射するよう溶接ヘッドの位置を調整でき、目外れのない良好なレーザ溶接を行なうことができる。
【０１０７】
なお、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のレーザ溶接方法を適用するレーザ溶接機の構成図である。
【図２】 図１のレーザ溶接機の制御系のブロック図である。
【図３】 差厚のあるブランク材の断面形状線の典型例を示す図である。
【図４】 （Ａ）ないし（Ｃ）は、本発明の実施の形態１の勾配直線を例示する図である
【図５】 溶接レーザ光の照射位置と最適照射位置とのずれを検出する方法の説明図である。
【図６】 同厚のブランク材のの断面形状線の典型例を示す図である。
【図７】 （Ａ）ないし（Ｃ）は、本発明の実施の形態２の中心線を例示する図である。
【図８】 本発明の実施の形態２の溶接レーザ光の照射位置と断面形状線との関係の説明図である。
【図９】 本発明の実施の形態２の溶接ビードの凹凸を判定する方法の説明図である。
【図１０】 本発明の実施の形態１、実施の形態２を一連の処理として表すフローチャートである。
【図１１】 本発明の実施の形態１、実施の形態２を一連の処理として表すフローチャートである。
【図１２】 厚さの異なるブランク材の付合わせ部分をレーザ溶接した状態を示す図である。
【図１３】 厚さの同じブランク材の付合わせ部分をレーザ溶接した状態を示す図である。
【符号の説明】
１…レーザ溶接光
２…集光レンズ
３…ビード形状センサ
４…レーザ光
５…ホルダー
６…駆動手段
８…溶接ヘッド
１０…ＣＰＵ
１２…制御装置
ＢＡ…厚板ブランク材
ＢＢ…薄板ブランク材
ＢＣ，ＢＤ…ブランク材
Claims (16)
- ブランク材の突合わせ部分のレーザ溶接方法であって、
溶接装置と一体となって動作し、前記ブランク材の突合わせ部分の溶接直後の溶接ビードの断面形状を測定する工程と、
前記測定された溶接ビードの断面形状より溶接ビードの特徴量を評価する工程と、
前記溶接ビードの特徴量の評価結果に基づいて前記ブランク材の溶接中に溶接条件を設定変更する工程とを有し、
前記溶接ビードの特徴量を評価する工程は、前記ブランク材の両面に形成された溶接ビードの当該ブランク材のそれぞれの表面に対する突出量または窪み量と、当該溶接ビードの中心線に対する前記溶接ビードの非対称性とによって前記溶接ビードの特徴量を評価することを特徴とするレーザ溶接方法。 - 前記ブランク材の突合わせ位置に段差が存在する場合には、前記ブランク材の表裏面に形成された溶接ビードのそれぞれのブランク材の境界線を結ぶ勾配直線に対する突出量または窪み量によって前記溶接ビードの特徴量を評価することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
- 前記溶接条件を設定変更する工程は、
溶接進行方向に直交し、かつブランク材表面に直交した溶接位置を設定する工程と、
溶接速度、レーザ溶接加工点出力、レーザビームの揺動幅、加工点での溶接進行方向に直交する方向のビーム幅のいずれか１つまたはいずれかを複合した溶接条件を設定する工程とを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。 - ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、当該勾配直線と前記断面形状線との差から溶接状態を評価する工程を含み、
前記溶接状態を評価する工程は、前記勾配直線と前記勾配直線の始点と終点との間にある前記断面形状線との差を２乗平均した値によって溶接状態を定量的に評価することを特徴とするレーザ溶接方法。 - ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、当該勾配直線と前記断面形状線との差から溶接状態を評価する工程を含み、
前記勾配直線は、前記断面形状線の一方の端部から溶接ビード中心に向かって順次前記断面形状線の移動平均をとり、当該移動平均の値と相違する前記断面形状線上の点のうち、最も前記一方の端部に近い点Ａと、前記断面形状線の他の端部から溶接ビード中心に向かって順次前記断面形状線の移動平均をとり、当該移動平均の値と相違する前記断面形状線上の点のうち、最も前記他の端部に近い点Ｂとを始点または終点とする直線であることを特徴とするレーザ溶接方法。 - ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、当該勾配直線と前記断面形状線との差から溶接状態を評価する工程を含み、
前記勾配直線は、前記断面形状線を２回微分して得られる極点である点Ａと点Ｂとを始点または終点とする直線であることを特徴とするレーザ溶接方法。 - ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、当該勾配直線と前記断面形状線 との差から溶接状態を評価する工程を含み、
前記勾配直線は、前記断面形状線と前記ブランク材のうちの一方の上面の延長線との交点である点Ａと、前記断面形状線と他方のブランク材の上面の延長線との交点である点Ｂとを始点または終点とする直線であることを特徴とするレーザ溶接方法。 - 前記溶接状態を評価する工程は、前記勾配直線と前記勾配直線の始点と終点との間にある前記断面形状線との差の絶対値を平均した値によって溶接状態を定量的に評価することを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載のレーザ溶接方法。
- 厚さが等しいブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記溶接ビードの中心線を引き、前記中心線を境にした右部分と左部分とで前記断面形状線の凹凸に差異がある場合、凸である部分がより多い側にレーザ溶接位置がずれていると判断する溶接位置ずれ検出工程を含むことを特徴とするレーザ溶接方法。
- 前記溶接位置ずれ検出工程は、前記断面形状線の一方の端部から他方の端部に向かって順次前記断面形状線の移動平均をとり、当該移動平均の値と相違する前記断面形状線上の点のうち、最も前記一方の端部に近い点Ｃを通る直線と、最も前記他方の端部に近い点Ｄを通る直線と平行で、かつ前記各直線と等しい距離にある直線を中心線とすることを特徴とする請求項９に記載のレーザ溶接方法。
- 前記溶接位置ずれ検出工程は、前記断面形状線と前記ブランク材のうちの一方の上面の延長線との交点である点Ｃを通る直線と、前記断面形状線と他方のブランク材の上面の延長線と平行で、かつ前記各直線と等しい距離にある直線を中心線とすることを特徴とする請求項９に記載のレーザ溶接方法。
- 前記溶接位置ずれ検出工程は、前記断面形状線を２回微分して得られる極点である点Ｃを通る直線と、前記断面形状線を２回微分して得られる他の極点である点Ｄを通る直線と平行で、かつ前記各直線と等しい距離にある直線を中心線とすることを特徴とする請求項９に記載のレーザ溶接方法。
- 前記溶接位置ずれ検出工程は、前記断面形状線と前記点Ｃを通る直線と前記中心線とによって表される断面形状を有する溶接ビードの高さ平均と、前記断面形状線と前記点Ｄを通る直線とによって表される断面形状を有する溶接ビードの高さ平均との差によって前記断面形状線の前記中心線を境にした右部分と左部分との凹凸の差異を検出することを特徴とする請求項９ないし請求項１２のいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
- ブランク材の突合わせ部分をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
レーザ溶接しながらレーザ溶接によって形成される前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、
当該断面形状線に基づいてレーザ溶接位置ずれまたは溶接母材隙間の有無を検出し、
レーザ溶接位置ずれが検出された場合にはレーザ溶接位置を修正して溶接ビードを補正する一方、溶接母材隙間が検出された場合には、溶接速度を低下する、または溶接の進行方向に対して溶接用のレーザ光を横方向に動かして溶接ビードを補正し、
前記補正後の溶接によって形成された溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測して溶接の状態を検査し、
前記ブランク材の厚さが等しい場合、前記断面形状線に基づくレーザ溶接位置ずれの検出は、前記突合わせ部分の溶接ビードの断面形状を表す断面形状線を計測し、前記断面形状線上に前記溶接ビードの中心線を引き、前記中心線を境にした右部分と左部分とで前記断面形状線の凹凸に差異がある場合、凸である部分がより多い側にレーザ溶接位置がずれていると判断することを特徴とするレーザ溶接方法。 - 前記ブランク材の厚さが異なる場合、前記断面形状線に基づくレーザ溶接位置ずれの検出は、前記断面形状線上に前記ブランク材間の斜面を想定した勾配直線を引き、前記断面形状線が、前記勾配直線よりも突出した凸部分を有する場合には、前記ブランク材のうち、厚さがより厚いブランク材の側にレーザ溶接位置がずれていると判断する一方、前記断面形状線が、前記勾配直線に対して凹んだ凹部分を有する場合には、前記ブランク材のうち、厚さがより薄いブランク材の側にレーザ溶接位置がずれていると判断することを特徴とする請求項１４に記載のレーザ溶接方法。
- 前記断面形状線は、レーザ溶接機の溶接ヘッドと連結して一体的に移動するセンサによって計測されることを特徴とする請求項１５記載のレーザ溶接方法。
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