JP4318415B2

JP4318415B2 - レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置

Info

Publication number: JP4318415B2
Application number: JP2001284894A
Authority: JP
Inventors: 靖泰永井; 幸雄浅山; 弘細川; 大介奥田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2021-09-19
Also published as: JP2003094183A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は外装缶の開口部の周壁と該開口部を封止する封口体との嵌合部にレーザヘッドから出射されたレーザ光を照射して、この嵌合部を溶接するレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、小型軽量でかつ高容量で充放電可能な電池としてリチウムイオン電池が実用化されるようになり、小型ビデオカメラ、携帯電話、ノートパソコン等の携帯用電子・通信機器等に用いられるようになった。この種のリチウムイオン電池は、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵・脱離し得るカーボン系材料を用い、正極活物質として、ＬｉＣｏＯ₂，ＬｉＮｉＯ₂，ＬｉＭｎ₂Ｏ₄，ＬｉＦｅＯ₂等のリチウム含有遷移金属酸化物を用い、電解液として有機溶媒に溶質としてリチウム塩を溶解したイオン伝導体を用い、電池として組み立てた後、初回の充電により正極活物質から出たリチウムイオンがカーボン粒子内に入って充放電可能となる電池である。
【０００３】
上述したリチウムイオン電池においては、正極活物質および負極活物質をそれぞれ金属製の芯体（箔）に塗布して正極板および負極板とし、セパレータを間に入れて巻回して電極体とする。この電極体を金属製の外装缶内に挿入するとともに、各電極から延出するリード板をそれぞれの電極に溶接する。この後、外装缶の開口部に封口体を装着し、外装缶の周壁と封口体の嵌合部をレーザ溶接することにより外装缶を気密に密封する。ついで、封口体に設けられた注液孔より外装缶内に電解液を充填し、注液孔を封止することにより組み立てられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような外装缶の周壁と封口体の嵌合部（溶接部）をレーザ溶接するに際して、正確な溶接位置にレーザ光を照射して溶接することが気密性を保持するためには重要なことである。このため、レーザ溶接軌道の画像を撮影し、撮影したレーザ溶接軌道の画像に基づいて画像解析して、溶接ずれなどのデータを収集し、収集したデータを管理することが望まれている。
【０００５】
しかしながら、溶接位置にレーザ光を照射したときに、被加工物の溶接部ではエネルギー密度が非常に高いため、プルームと呼ばれる発光（金属蒸気やプラズマなどが発生することによる発光）を伴う。このため、溶接部の画像を撮影するとハレーションを起こして、良好な画像を画像解析装置に取り込むことができないという問題があった。このため、１ワーク毎の溶接終了時に溶接箇所の画像を撮影して、撮影画像の解析を行うようにしていた。この結果、溶接軌道にずれが発生していても、迅速な対応ができないという問題を生じた。また、ワーク全体を溶接した後では、接合部の溝が埋まっているため、ずれ量の正確なデータ管理が行えないという問題も生じた。
【０００６】
なお、溶接部の画像を良好に撮影する種々の技術が、例えば、特開平５−３８５９２号公報、特開平５−１７７３７４号公報、特開平１０−３１４９６９号公報等にて提案されている。特開平５−３８５９２号公報においては、プルームの発光を検出して、その発光強度が所定値以下になった時点から所定時間の経過後にテレビカメラの露光を開始するようにしている。しかしながら、非加工材（非照射物）の材質が変化するとプルームの発光強度も変化するため、溶接部の画像を良好に撮影することが困難であった。また、溶接部の画像を撮影するだけであるため、撮影画像により溶接軌道のずれを制御することはできない。
【０００７】
また、特開平５−１７７３７４号公報においては、レーザコントローラから出力されたゲート信号により、ＴＶカメラの撮影を開始する。そして、ＴＶカメラが撮影した撮影画像に基づいて加工部位の画像処理を行い、処理結果をレーザコントローラにフィードバックして、レーザの出力を制御するようにしている。しかしながら、この場合においても、撮影画像によりレーザの出力を制御するだけであるため、撮影画像により溶接軌道のずれを制御することはできない。また、レーザコントローラから出力されたゲート信号により撮影を開始するようにしているため、ゲート信号の送信経路にノイズが生じて、撮影動作に誤動作が生じるという問題があった。
【０００８】
さらに、特開平１０−３１４９６９号公報においては、レーザ光源からのレーザ照射タイミングパルス信号に応じて、ＣＣＤカメラのシャッタを切るトリガー信号を発生させ、このトリガー信号により加工部の画像を撮影するようにしている。このため、撮影画像により溶接軌道のずれを制御することができないとともに、レーザ照射タイミングパルス信号に基づいて撮影を開始するようにしているので、送信経路にノイズが生じて、撮影動作に誤動作が生じるという問題があった。
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、レーザ光を出力していない間に溶接部の画像を取り込むようにして、短時間で溶接ずれを計測して、溶接ずれを精度よく補正できるレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のレーザ溶接方法は、レーザヘッドから出射されたパルスレーザ光を検出するステップと、所定回数（例えば、５回）のパルスレーザ光を検出して所定の遅延時間が経過すると、外装缶の開口部の周壁と開口部を封止する封口体との嵌合部（溶接部）の溶接位置の画像を撮影するステップと、撮影された画像に基づいて予め設定された溶接位置とのずれ量を演算するステップと、演算結果に基づいてレーザヘッドの軌道を補正するステップとを備えるようにしている。
【００１０】
このように、レーザヘッドから出射されたパルスレーザ光を直接検出して、所定回数のパルスレーザ光を検出した後、所定の遅延時間が経過してから溶接部の画像を撮影すると、撮影した画像にプルームなどの溶接光が写り込むことが防止できるようになる。これにより、予め設定された溶接位置とのずれ量を正確に演算することができるようになる。そして、溶接ずれが生じていた場合には、直ちに溶接位置を補正することが可能になるため、安定した溶接軌道を確保できるようになって、溶接品質に優れた製品を得ることができるようになる。
【００１１】
この場合、このようなレーザ溶接方法を適用すると、溶接箇所以外はレーザ溶接の影響を直接及ぼすことが防止できるので、被加工物としては、溶接の影響を受けやすい電池要素を収容する電池用外装缶であるのが望ましい。そして、リチウムイオンを挿入・脱離可能な負極活物質を含有する負極と、リチウムイオンを挿入・脱離可能な正極活物質を含有する正極と、非水電解液とからなる電池要素を電池用外装缶に収容する場合は、特に、非水電解液が溶接熱の影響を受けやすいので、この溶接熱の影響を受け難くするためには、このようなレーザ溶接方法を適用するのが好ましい。
【００１２】
また、本発明のレーザ溶接装置は、レーザヘッドから出射されたパルスレーザ光を検出するレーザ光検出手段と、所定回数のパルスレーザ光を検出して所定の遅延時間が経過するとトリガパルスを発生するトリガパルス発生手段と、トリガパルス発生手段から発生されたトリガパルスに基づいて嵌合部の溶接位置の画像を撮影する撮影手段と、撮影手段により撮影された画像に基づいて予め設定された溶接位置とのずれ量を演算する画像処理装置と、画像処理装置により演算された演算結果に基づいてレーザヘッドの軌道を補正するレーザヘッド制御手段とを備えるようにしている。
【００１３】
このように構成されたレーザ溶接装置は、トリガパルス発生手段が所定回数のパルスレーザ光を検出して所定の遅延時間が経過するとトリガパルスを発生する。すると、撮影手段はトリガパルス発生手段から発生されたトリガパルスに基づいて嵌合部の溶接位置の画像を撮影する。このため、撮影した画像にプルームなどの溶接光が写り込むことが防止できるようになる。そして、画像処理装置は撮影された画像に基づいて予め設定された溶接位置とのずれ量を演算し、レーザヘッド制御手段は演算された演算結果に基づいてレーザヘッドの軌道を補正するので、溶接ずれが生じていた場合には、直ちに溶接位置を補正することが可能になる。この結果、安定した溶接軌道を確保できるようになって、溶接品質に優れた製品を得ることができるようになる。
【００１４】
この場合、レーザ光検出手段としては、受光したパルスレーザ光を電気信号に変換するフォトディテクタを用いるのが好ましい。また、撮影手段としては、撮影した画像をディジタルデータとして出力することが可能なＣＣＤカメラを用いるようにすると、画像処理装置が容易に画像処理することができるので好ましい。また、撮影手段にメカニカルシャッタを備えるようにすると、ＣＣＤカメラの電荷漏れを防止することができるようになるので好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のレーザ溶接方法を実施するためのレーザ溶接装置の一実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。なお、図１は、本発明のレーザ溶接装置の一例を模式的に示すブロック図である。図２は、図１の画像処理装置の具体例を示す機能ブロック図である。図３は、図１の画像処理装置のＣＰＵの画像処理動作を示すフローチャートである。図４は本発明のレーザ溶接装置の各部の経過時間に伴う動作を示すタイミングチャートである。
【００１６】
１．レーザ溶接装置
本発明のレーザ溶接装置は、所定の出力で所定のパルス幅のレーザ光を発振するレーザヘッド１０と、このレーザヘッド１０より出射されたレーザ光を受光してトリガパルスを発生させるトリガパルス発生装置２０と、トリガパルス発生装置２０で発生されたトリガパルスに基づいて所定の画像処理動作を行う画像処理装置３０と、画像処理装置３０からの指令に基づいて溶接部の画像を撮影するカメラ装置４０と、画像処理装置３０からの指令に基づいてレーザヘッド１０を搭載する載置台を駆動する載置台駆動装置１４を制御するレーザヘッドコントローラ５０と、レーザヘッド１０を所定の出力、所定のパルス幅で発振させるレーザ制御装置６０とを備えている。なお、図１においては、レーザヘッド１０の下部のレーザ光が集光される位置に、被加工体となるリチウムイオン電池７０が配置されている。
【００１７】
レーザヘッド１０は、レーザ制御装置６０から所定の電圧が印加されて、所定のパルス幅Ｔ₁で、所定の周期Ｔ₂のパルスレーザ光Ｌ（図４（ａ）参照）を出射するレーザ１１と、このレーザ１１より出射されたレーザ光を垂直に反射させるとともに、レーザ光の一部（可視光領域）を透過させるダイクロイックミラー１２と、ダイクロイックミラー１２で反射されたレーザ光を溶接部に集光させる集光レンズ１３とを備えている。これらのレーザ１１とダイクロイックミラー１２と集光レンズ１３からなるレーザヘッド１０は、光学系が固定された状態でＸ−Ｙステージからなる載置台（図示せず）に搭載されている。そして、この載置台は載置台駆動装置１４により、予め設定された溶接軌道になるようにＸ方向（図１の横方向）あるいはＹ方向（図１の縦方向）に駆動されるようになされている。なお、レーザ１１としては、例えば、出力が１００〜１０００Ｗで、発振周波数が２０〜２００ＨｚのＹＡＧレーザを用いている。
【００１８】
トリガパルス発生装置２０は、レーザ１１より出射されてダイクロイックミラー１２を透過したレーザ光を受光して電気信号に変換して出力するフォトディテクタ２１と、フォトディテクタ２１から出力された電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２２と、Ａ／Ｄ変換器２２から出力されたデジタル信号に基づいてトリガパルスを画像装置３０に出力するトリガパルス発生器２３とを備えている。トリガパルス発生器２３は、入力されたディジタル信号の個数をカウントして積算し、積算値が所定値（例えば、５個）に達すると、所定値に達した時刻から所定の遅延時間Ｔｄが経過した後に、パルス幅がＴ₃のトリガパルスＰ_T（図４（ｂ）参照）を発生させるように設定されている。なお、遅延時間Ｔｄは数ｍｓであって、レーザ光Ｌのパルス幅Ｔ₁よりも長くなるように設定されている。なお、フォトディテクタ２１は、ハーフミラー１２を透過したレーザ光を直接受光できる位置に配置されている。
【００１９】
画像処理装置３０は、図２に示すように、この画像処理装置３０の各部の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）３１と、ＣＰＵ３１が実行する各種の処理動作のプログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）３２と、ＣＰＵ３１での演算結果の格納エリアやＣＰＵ３１のワークエリア等が設定されるＲＡＭ（Random Access Memory）３３と、後述するカメラ装置４０が撮影した画像を格納する画像メモリ３４と、トリガパルス発生装置２０やカメラ装置４０やレーザヘッドコントローラ５０等とデータの授受を行う外部インタフェース回路３５とを備えている。なお、これらのＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、画像メモリ３４および外部インタフェース回路３５はバス３６を介してデータや命令の授受を行うようになされている。
【００２０】
そして、この画像処理装置３０のＣＰＵ３１はトリガパルス発生装置２０で発生されたトリガパルスに基づいて、カメラ装置４０に作動指令を送出するとともに、カメラ装置４０が撮影した画像を受信して所定の画像処理動作を行い、この処理結果に基づいてレーザヘットコントローラ５０に制御信号を送出するようになされている。カメラ装置４０は、レーザ光が照射されて溶接された溶接部を集光レンズ１３により拡大し、ダイクロイックミラー１２を透過した画像を撮影するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ４１と、このＣＣＤカメラ４１を露光させるメカニカルシャッタ４２とを備えている。
【００２１】
レーザヘッドコントローラ５０は、画像処理装置３０より送出された補正信号に基づいて、レーザヘッド載置台を駆動する載置台駆動装置１４に制御信号を送出して、載置台駆動装置１４を制御するようになされている。なお、載置台駆動装置１４はレーザヘッドコントローラ５０からの制御信号に基づいて、図示しないレーザヘッド１０を搭載する載置台（Ｘ−Ｙステージ）を、一定の速度（例えば、０．５〜３ｃｍ／ｓの速度）で、Ｘ方向に駆動した後、−Ｙ方向（Ｙ方向とは逆の方向）に駆動し、ついで−Ｘ方向（Ｘ方向とは逆の方向）に駆動し、さらにＹ方向に駆動するようになされている。
【００２２】
レーザ制御装置６０は、レーザヘッド１０のレーザ１１に所定のパルス電圧を所定の周期Ｔ₂（例えば、１１ｍｓ）で印加して、所定の周期Ｔ₂（図４（ａ）のパルス波形を参照のこと）のパルスレーザ光を発振させるために設けられている。そして、レーザ制御装置６０がレーザ１１に所定のパルス電圧を所定のパルス幅Ｔ₁（例えば、２ｍｓ）で印加することにより、レーザ光はレーザヘッド１０より出射されて、ダイクロイックミラー１２で垂直に反射され、集光レンズ１３で溶接部に集光されて溶接部の金属を溶融して溶接するようになされている。
【００２３】
なお、レーザヘッド１０の下部のレーザ光が集光される位置に被加工体となるリチウムイオン電池７０が配置されている。このリチウムイオン電池７０は、アルミニウム合金製の電池用外装缶７１と、この電池用外装缶７１の開口部を封止するアルミニウム合金製の封口板７２とを備えている。なお、電池用外装缶７１の内部には、リチウムイオンを吸蔵・脱離し得るカーボン系材料よりなる負極活物質と、ＬｉＣｏＯ₂，ＬｉＮｉＯ₂，ＬｉＭｎ₂Ｏ₄，ＬｉＦｅＯ₂等のリチウム含有遷移金属酸化物からなる正極活物質と、有機溶媒に溶質としてリチウム塩を溶解した非水電解液とを収容している。そして、電池用外装缶７１の開口部の周壁と封口板７２の嵌合部の隙間にレーザ光を照射してレーザ溶接するようになされている。
【００２４】
２．レーザ溶接装置の動作
ついで、上述のように構成されたレーザ溶接装置の動作について説明するが、このレーザ溶接装置の動作の理解を容易にするために、まず、レーザヘッド１０の溶接動作について説明した後、画像処理動作について説明することとする。この場合、レーザヘッド１０は、図１の外装缶７１の左上端部から右上端部に達するまでは右方向（Ｘ方向）に駆動され、外装缶７１の右上端部から右下端部に達するまでは下方向（−Ｙ方向：Ｙ方向とは逆の方向）に駆動され、外装缶７１の右下端部から左下端部に達するまでは左方向（−Ｘ方向：Ｘ方向とは逆の方向）に駆動され、外装缶７１の左下端部から左上端部に達するまでは上方向（Ｙ方向）に駆動されるものとする。
【００２５】
（１）レーザヘッドの溶接動作
レーザ制御装置６０の電源が投入されるとともに、図示しない作動スイッチがオンにされることにより、レーザ制御装置６０は所定のパルス電圧を所定の周期Ｔ₂でレーザ１１に印加する。これにより、レーザ１１より所定のパルス幅（Ｔ₁）で所定の周期Ｔ₂（図４（ａ）参照）のレーザ光Ｌが出射されることとなる。周期Ｔ₂で出射されたパルスレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１２で逐次垂直に反射された後、集光レンズ１３にて逐次集光されて溶接部Ｘ、即ち、外装缶７１の開口部の周壁と封口体７２の嵌合部の隙間に逐次照射される。そして、パルスレーザ光Ｌがこれらの嵌合部（溶接部）に照射されると、これらの嵌合部のアルミニウム合金は逐次溶融されて溶接されることとなる。
【００２６】
このとき、載置台駆動装置１４は、レーザヘッド１０を搭載する載置台（Ｘ−Ｙステージ）を一定の速度（例えば、０．５〜３ｃｍ／ｓの速度）で、図１の外装缶７１の左上端部から右上端部に達するまでは右方向に駆動し、右上端部から右下端部に達するまでは下方向に駆動し、右下端部から左下端部に達するまでは左方向に駆動し、左下端部から左上端部に達するまでは上方向に連続的に駆動している。これにより、電池用外装缶７１の開口部の周壁と封口板７２の嵌合部の隙間は封口板７２の外周縁に沿って連続的に溶接されることとなる。
【００２７】
（２）画像処理動作
ついで、上述のように構成されるレーザ溶接装置の画像処理動作を画像処理装置３０のＣＰＵ３１が実行する図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、画像処理装置３０の電源（図示せず）が投入されることにより、画像処理装置３０のＣＰＵ３１は画像処理動作をステップＳ１００にて開始する。
【００２８】
ここで、レーザ制御装置６０が所定のパルス電圧をＴ₂（例えば、１１ｍｓ）周期毎にレーザ１１に印加すると、レーザ１１は、パルス幅がＴ₁で、周期がＴ₂（例えば、１１ｍｓ）のパルスレーザ光Ｌを出射させる。すると、パルスレーザ光Ｌはダイクロイックミラー１２を透過して、トリガパルス発生装置２０のフォトディテクタ２１に入射する。このとき、フォトディテクタ２１は受光したレーザ光Ｌを電気信号に変換して、この電気信号をＡ／Ｄ変換器２２に出力する。
【００２９】
すると、Ａ／Ｄ変換器２２はディジタル信号に変換して、変換したディジタル信号をトリガパルス発生器２３に出力する。トリガパルス発生器２３にディジタル信号が入力されると、トリガパルス発生器２３は入力されたディジタル信号の個数をカウントして積算する。ついで、トリガパルス発生器２３は入力されたディジタル信号の積算値が所定値（例えば、５個）に達すると、所定値に達した時刻から所定の遅延時間Ｔｄが経過した後に、パルス幅がＴ₃のトリガパルスＰ_T（図４（ｂ）のトリガパルスＰ_Tを参照）を発生させて、画像処理装置３０に出力する。なお、遅延時間Ｔｄは数ｍｓであって、レーザ光Ｌのパルス幅Ｔ₁よりも長くなるように設定されている。
【００３０】
トリガパルスＰ_Tが画像処理装置３０に入力されると、画像処理装置３０のＣＰＵ３１は、ステップＳ１０２にて「Ｙｅｓ」と判定して、カメラ装置４０に作動指令を送出する。なお、ステップＳ１０２にて「Ｎｏ」と判定すると、トリガパルスＰ_Tが入力されるまでステップＳ１０２の動作を繰り返して実行する。ついで、カメラ装置４０が画像処理装置３０から出力された作動指令を受信すると、カメラ装置４０はＣＣＤカメラ４１の電子シャッタ（図示せず）を作動させるとともに、メカニカルシャッタ４２を作動させる。すると、ＣＣＤカメラ４１は、溶接部Ｘ（図１参照）が集光レンズ１３にて拡大された画像を撮影し、撮影した画像を画像処理装置３０に出力する。このとき、レーザ光が溶接部Ｘに照射されてからＴｄ時間が経過した後であるため、溶接光（プルーム）が撮影画像に写り込むことはなく、明瞭な画像が撮影できることとなる。また、メカニカルシャッタ４２が作動したときのみ露光されるので、ＣＣＤカメラ４１に電荷漏れを生じることはない。
【００３１】
画像処理装置３０に撮影画像が入力されると、ＣＰＵ３１はステップＳ１０６にて画像メモリ３４に撮影画像格納指令を送出して、所定のＴ₄時間（例えば、９ｍｓ）内に撮影画像の画像メモリ３４への取り込みを行う。この後、ステップ１０８に進み、画像メモリ３４に取り込まれた溶接部Ｘの撮影画像の数値化された位置データと、予め画像メモリ３４に取り込まれた基準画像の数値化された位置データとを比較して、溶接位置のずれ量（補正データ）を演算して画像処理を行う。なお、この画像処理において、画像メモリ３４に取り込まれた外装缶７１の開口部の周壁のエッジ、あるいは封口体７２の周縁のエッジにおける、基準画像の数値化された位置データと撮影画像の数値化された位置データとを比較して、この差を演算することによりずれ量（補正データ）を求めるようにしている。
【００３２】
そして、画像処理の結果、演算したずれ量（補正データ）が所定値以上であれば、ＣＰＵ３１はステップＳ１１０にて「Ｙｅｓ」と判定して、次のステップＳ１１２に進める。演算したずれ量（補正量）が所定値以内であれば、ＣＰＵ３１はステップＳ１１０にて「Ｎｏ」と判定して、ステップ１０２に戻って、上述した処理動作を繰り返して実行する。ついで、ステップＳ１１２に進むと、ＣＰＵ３１はレーザヘッドコントローラ５０へ補正指令を送出する。この場合、ＣＰＵ３１は演算したずれ量（補正データ）をレーザヘッドコントローラ５０へ送出するとともに、ＲＡＭ３３に格納（記憶）するようになされている。これにより、この補正データに基づいて１ワーク毎の溶接軌道データを蓄積・解析するようにすれば、溶接軌道ずれの傾向管理を容易に行うことができるようになる。
【００３３】
ＣＰＵ３１がレーザヘッドコントローラ５０へ補正指令を送出すると、レーザヘッドコントローラ５０は載置台駆動装置１４に制御信号を出力して、載置台（Ｘ−Ｙステージ）をずれ量（補正量）だけ移動させる。ここで、レーザヘッド１０が図１の左右方向（Ｘ方向あるいは−Ｘ方向）に沿って移動している場合は、ずれ量（補正量）だけＹ方向（あるいは−Ｙ方向）に移動させ、レーザヘッド１０が図１の上下方向（Ｙ方向あるいは−Ｙ方向）に沿って移動している場合は、ずれ量（補正量）だけＸ方向（あるいは−Ｘ方向）に移動させるようになされる。そして、ＣＰＵ３１がレーザヘッドコントローラ５０へ補正指令を送出すると、ステップ１０２に戻って、上述した処理動作を繰り返して実行する。
【００３４】
このような処理動作を繰り返して実行することにより、パルスレーザ光Ｌを所定回数（この例の場合は５パルスとなる）出射する毎に、レーザヘッド１０の位置、即ち、溶接位置が補正されるようになる。これにより、電池用外装缶７１の開口部の周壁と封口板７２の嵌合部の隙間は封口板７２の外周縁に沿って連続的に正確にレーザ溶接されることとなる。
【００３５】
【発明の効果】
上述したように、本発明においては、レーザヘッド１０から出射されたパルスレーザ光Ｌを直接検出して、所定回数（例えば５回）のパルスレーザ光Ｌを検出した後、所定の遅延時間（Ｔｄ）が経過してから溶接部の画像を撮影するようにしている。これにより、撮影した画像にプルームなどの溶接光が写り込むことが防止できるようになって、予め設定された溶接位置とのずれ量を正確に演算することができるようになる。そして、溶接ずれが生じていた場合には、直ちに溶接位置を補正することが可能になるため、安定した溶接軌道を確保できるようになって、溶接品質に優れた製品を得ることができるようになる。
【００３６】
なお、上述した実施の形態においては、ダイクロイックミラー１２を透過したレーザ光が直接受光できる位置にフォトディテクタ２１を配置する例について説明したが、フォトディテクタ２１の前方に光ファイバを配置して、この光ファイバを介してダイクロイックミラー１２を透過したレーザ光を受光できるようにしてもよい。このようにすると、フォトディテクタ２１を任意の位置に配置できるようになるので、この種のレーザ溶接装置の使い勝手が向上する。また、光ファイバを介してダイクロイックミラー１２を透過したレーザ光を受光できるようにすると、トリガパルス発生装置２０がレーザ光の出射時に生じたノイズの影響を受けることを未然に防止できるようになる。
【００３７】
また、上述した実施の形態においては、電池用外装缶７１の開口部の周壁と封口板７２の嵌合部の外周縁に沿ってレーザ溶接する例について説明したが、本発明のレーザ溶接方法およびレーザ溶接は電池に限らず、各種の被加工物に適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ溶接装置の一例を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１の画像処理装置の具体例を示す機能ブロック図である。
【図３】図１の画像処理装置のＣＰＵの処理動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明のレーザ溶接装置の各部の経過時間に伴う動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０…レーザヘッド、１１…レーザ、１２…ダイクロイックミラー、１３…集光レンズ、１４…載置台駆動装置、２０…トリガパルス発生装置、２１…フォトディテクタ、２２…Ａ／Ｄ変換器、２３…トリガパルス発生器、３０…画像処理装置、３１…ＣＰＵ、３２…ＲＯＭ、３３…ＲＡＭ、３４…画像メモリ、３５…外部インタフェース回路、３６…バス、４０…カメラ装置、４１…カメラ、４２…メカニカルシャッタ、５０…レーザヘッドコントローラ、６０…レーザ制御装置、７０…リチウムイオン電池、７１…電池用外装缶、７２…封口体、Ｌ…レーザ光、ＰＴ…トリガパルス、Ｔｄ…遅延時間、Ｘ…溶接部

Claims

外装缶の開口部の周壁と該開口部を封止する封口体との嵌合部にレーザヘッドから出射されたレーザ光を照射して該嵌合部に溶接部を形成するとともに、該溶接部で反射したレーザ光の反射方向が角部により変化するような前記嵌合部を有する外装缶と封口体とのレーザ溶接方法であって、
前記レーザヘッドから出射されたパルスレーザ光を検出するステップと、
所定回数の前記パルスレーザ光を検出して所定の遅延時間が経過すると前記嵌合部の溶接位置の画像を撮影するステップと、
前記撮影された画像に基づいて予め設定された溶接位置とのずれ量を演算するステップと、
前記演算結果に基づいて前記レーザヘッドの軌道を補正するステップとを備えたことを特徴とするレーザ溶接方法。
前記外装缶は電池要素を収容する電池用外装缶であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
前記電池要素は少なくともリチウムイオンを挿入・脱離可能な負極活物質を含有する負極と、リチウムイオンを挿入・脱離可能な正極活物質を含有する正極と、非水電解液を含むことを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接方法。
外装缶の開口部の周壁と該開口部を封止する封口体との嵌合部にレーザヘッドから出射したレーザ光を照射して該嵌合部に溶接部を形成するとともに、該溶接部で反射したレーザ光の反射方向が角部により変化するような前記嵌合部を有する外装缶と封口体とのレーザ溶接装置であって、
前記レーザヘッドから出射されたパルスレーザ光を検出するレーザ光検出手段と、
所定回数の前記パルスレーザ光を検出して所定の遅延時間が経過するとトリガパルスを発生するトリガパルス発生手段と、
前記トリガパルス発生手段から発生されたトリガパルスに基づいて前記嵌合部の溶接位置の画像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段により撮影された画像に基づいて予め設定された溶接位置とのずれ量を演算する画像処理装置と、
前記画像処理装置により演算された演算結果に基づいて前記レーザヘッドの軌道を補正するレーザヘッド制御手段とを備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。
前記レーザ光検出手段はフォトディテクタであることを特徴とする請求項４に記載のレーザ溶接装置。
前記撮影手段はメカニカルシャッタを備えたＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のレーザ溶接装置。