JP4927659B2 - Laser welding method - Google Patents

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Description

本発明は、重ね合わせられた複数の被加工物に対しレーザビームを所定時間照射することにより、被加工物上に設定された溶接予定領域に沿ってスポット状の溶接部を順次形成するレーザ溶接方法に関する。   The present invention provides laser welding in which spot welds are sequentially formed along a planned welding region set on a workpiece by irradiating a plurality of workpieces superimposed on each other with a laser beam for a predetermined time. Regarding the method.

従来のレーザ溶接方法として、溶接中にレーザ照射によって被加工物で発生するプラズマ光をプラズマ光センサで検出し、その溶接部形成位置にギャップ異常による溶接異常が発生しているか否かの判定を行うものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−210575号公報
As a conventional laser welding method, plasma light generated on a workpiece by laser irradiation during welding is detected by a plasma light sensor, and it is determined whether or not a welding abnormality due to a gap abnormality has occurred at the weld formation position. There is something to do (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-210575

しかしながら、上述したレーザ溶接方法のように、溶接部形成位置にギャップ異常が有るか否かを溶接部を形成した後に判定する場合には、以下のような問題が生じ得る。すなわち、ギャップ異常が発生している場所にレーザビームを照射した場合、被加工物の溶け込み部がギャップ内へ侵出し、ギャップを更に広げるように作用することが考えられる。そのような現象を放置したまま溶接を続行していくと、新たな溶接部形成位置に進むに従って徐々にギャップ量が拡大していってしまう可能性がある。従って、上述のレーザ溶接方法のように、ギャップ異常の判定を溶接後に行う手法では、接合体の歩留まりを確保することが困難であった。   However, when it is determined after forming the welded portion whether or not there is a gap abnormality at the welded portion forming position as in the laser welding method described above, the following problems may occur. That is, when a laser beam is irradiated to a place where a gap abnormality has occurred, it is conceivable that the melted portion of the work piece penetrates into the gap and acts to further widen the gap. If welding is continued with such a phenomenon left unattended, the gap amount may gradually increase as the welding position advances to a new weld formation position. Therefore, it is difficult to ensure the yield of the joined body by the method of performing the gap abnormality determination after welding as in the laser welding method described above.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、溶接予定領域に沿ってスポット状の溶接部を順次形成する場合に、接合体の歩留まりを向上させることのできるレーザ溶接方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and a laser welding method capable of improving the yield of a joined body when spot-like welds are sequentially formed along a planned welding region. The purpose is to provide.

上記課題を解決するため、本発明に係るレーザ溶接方法は、重ね合わせられた複数の被加工物に対しレーザビームを所定時間照射することにより、被加工物上に設定された溶接予定領域に沿ってスポット状の溶接部を順次形成するレーザ溶接方法であって、レーザビームの照射開始時刻から照射終了時刻までの間に所定の判定基準時刻を設定し、照射開始時刻から判定基準時刻までの間、レーザビームを被加工物に対して照射すると共に、レーザビームの照射によって被加工物内を伝播した振動を振動検出手段で検出し、判定基準時刻において、振動検出手段から出力された出力値に基づいて算出された判定値と、予め設定した所定の閾値とを比較することによって、被加工物間のギャップ異常の有無を判定する工程を備え、ギャップ異常が無いと判定した場合には、照射終了時刻までレーザビームの照射を継続し、ギャップ異常が有ると判定した場合には、レーザビームの照射を判定基準時刻において中断することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a laser welding method according to the present invention irradiates a plurality of stacked workpieces with a laser beam for a predetermined time, thereby along a planned welding region set on the workpieces. A laser welding method for sequentially forming spot-like welds, wherein a predetermined determination reference time is set between the irradiation start time and the irradiation end time of the laser beam, and between the irradiation start time and the determination reference time. Irradiating the workpiece with the laser beam, and detecting the vibration propagated in the workpiece by the irradiation of the laser beam with the vibration detecting means, and obtaining the output value output from the vibration detecting means at the determination reference time. A step of determining the presence or absence of a gap abnormality between workpieces by comparing a determination value calculated based on a predetermined threshold value, The Most When determining continues the irradiation of the laser beam to the irradiation end time, when it is determined that the gap abnormality is present, and wherein the interruption in the determination reference time irradiation of the laser beam.

このようなレーザ溶接方法によれば、レーザビームの照射開始時刻から照射終了時刻までの間に設定された判定基準時刻でギャップ異常の有無の判定を行い、ギャップ異常が有ると判定した場合には、レーザビームの照射を照射終了時刻まで行うことなく判定基準時刻において中断する。従って、溶接部形成位置にギャップ異常が発生している場合であっても、被加工物の溶け込み部がギャップ内へ侵出してしまうことを抑制できる。これによって、溶接予定領域に沿って溶接部を順次形成する場合であっても、被加工物間のギャップが拡大していくことを防止し、接合体の歩留まりを向上させることができる。   According to such a laser welding method, whether or not there is a gap abnormality is determined at the determination reference time set between the irradiation start time and the irradiation end time of the laser beam. The laser beam irradiation is interrupted at the determination reference time without performing the irradiation end time. Therefore, even if a gap abnormality occurs at the weld formation position, it is possible to suppress the penetration of the work piece from entering the gap. Accordingly, even when the welded portions are sequentially formed along the planned welding region, it is possible to prevent the gap between the workpieces from expanding and improve the yield of the joined body.

また、判定基準時刻は、溶接部を形成する際のレーザビーム照射による溶け込みが、レーザビームの照射側の被加工物の裏面側に達したとき以降の時刻に設定されることが好ましい。本発明者らは、レーザビーム照射による溶け込みが照射側の被加工物の裏面側に達したときを境として、ギャップ異常が有る場合と無い場合とで振動検出手段の出力値に明確な差異が生じることを見出しており、そのような時刻以降に判定基準時刻を設定することによって、ギャップ異常の判定の正確性を向上させることができる。更に、ギャップ異常が有る場合であっても、被加工物の溶け込み部がギャップ内へ侵出し、ギャップを更に広げるように作用してしまう前にギャップの有無を判定することができるため、溶接予定領域に沿って溶接部を順次形成する場合であっても、被加工物間のギャップが拡大していくことを防止し、接合体の歩留まりを向上させることができる。   Moreover, it is preferable that the determination reference time is set to a time after the penetration due to laser beam irradiation at the time of forming the weld reaches the back side of the workpiece on the laser beam irradiation side. The inventors of the present invention have a clear difference in the output value of the vibration detection means between when the gap abnormality is present and when there is no gap, when the penetration due to the laser beam irradiation reaches the back side of the workpiece on the irradiation side. It has been found that this occurs, and by setting the determination reference time after such a time, the accuracy of the determination of the gap abnormality can be improved. Furthermore, even if there is a gap abnormality, it is possible to determine the presence or absence of a gap before the work piece penetrates into the gap and acts to further widen the gap. Even when the welds are sequentially formed along the region, the gap between the workpieces can be prevented from expanding and the yield of the joined body can be improved.

また、ギャップ異常が有ると判定した場合に、圧力付与手段によって被加工物が互いに押し付けられるように被加工物に圧力を付与しながら、判定基準時刻から照射終了時刻までのレーザビームの照射を継続することが好ましい。この場合、ギャップ異常が発生している溶接部形成位置については、レーザビームの照射を照射終了時刻まで行うことなく判定基準時刻において一旦中断して、圧力付与手段によって被加工物の間のギャップ異常をなくした状態で再びレーザビームを照射することができる。これによって、被加工物間のギャップが広がることを防止し、接合体の歩留まりを向上させることができる。更に、ギャップ異常を検出した時点で速やかに当該ギャップを狭めることができるため、溶接の作業効率を向上させることができる。   In addition, when it is determined that there is a gap abnormality, the laser beam irradiation is continued from the determination reference time to the irradiation end time while applying pressure to the work pieces so that the work pieces are pressed against each other by the pressure applying means. It is preferable to do. In this case, for the weld formation position where the gap abnormality has occurred, the laser beam irradiation is temporarily interrupted at the determination reference time without performing the irradiation end time, and the gap abnormality between the workpieces is caused by the pressure applying means. It is possible to irradiate the laser beam again in a state of eliminating the above. As a result, the gap between the workpieces can be prevented from widening, and the yield of the joined body can be improved. Furthermore, since the gap can be quickly narrowed when a gap abnormality is detected, welding work efficiency can be improved.

また、ギャップ異常が有ると判定した場合に、レーザビームの照射を判定基準時刻において中断し、レーザビームの照射位置を、次の溶接部形成位置へ移動させることが好ましい。この場合、所定の溶接部形成位置にギャップ異常が発生していた場合でも、ギャップ異常をなくす動作のために溶接作業を中断させることなく、次の溶接部形成位置へ移動することができるため、作業性を向上させることができる。更に、ギャップ異常が発生している溶接部形成位置については、レーザビームの照射を判定基準時刻において中断することにより、被加工物の溶け込み部がギャップ内へ侵出してしまうことを抑制しているため、ギャップ異常をなくすための作業を行わなくても、被加工物間のギャップの拡大を抑制することができ、これによって、接合体の歩留まりを確保することができる。   In addition, when it is determined that there is a gap abnormality, it is preferable that the laser beam irradiation is interrupted at the determination reference time, and the laser beam irradiation position is moved to the next welded portion formation position. In this case, even if a gap abnormality has occurred at the predetermined weld formation position, it is possible to move to the next weld formation position without interrupting the welding operation for the operation to eliminate the gap abnormality. Workability can be improved. Furthermore, about the welding part formation position where the gap abnormality has occurred, the penetration of the laser beam is interrupted at the determination reference time, thereby suppressing the penetration of the work piece into the gap. For this reason, even if the work for eliminating the gap abnormality is not performed, the gap between the workpieces can be prevented from being widened, and thereby the yield of the joined body can be ensured.

また、ギャップ異常の有無の判定結果を溶接部形成位置と関連付けて情報記憶手段に記憶させる工程を更に備えることが好ましい。この場合、情報記憶手段に記憶されている情報を用いることによって、例えば、一度溶接作業が終了した後に、ギャップ異常が発生している溶接部形成位置を特定し、当該溶接部形成位置にのみ再度レーザビームを照射することができる。更に、そのような溶接部形成位置の数をカウントし、所定の数値よりも上回っていた場合にのみ再度のレーザビームの照射を行うこともできる。更に、接合体についての各溶接部形成位置のギャップ異常の有無の判定結果を保持しておくことによって、その接合体を用いた製品のトレーサビリティを確保することができる。   Moreover, it is preferable to further include a step of storing the determination result of the presence / absence of the gap abnormality in the information storage means in association with the weld formation position. In this case, by using the information stored in the information storage means, for example, after the welding operation is completed once, the weld formation position where the gap abnormality has occurred is specified, and only at the weld formation position again. A laser beam can be irradiated. Furthermore, the number of such weld formation positions can be counted, and the laser beam can be irradiated again only when the number exceeds a predetermined value. Furthermore, the traceability of the product using the joined body can be ensured by maintaining the determination result of the presence or absence of a gap abnormality at each weld formation position for the joined body.

本発明によれば、溶接予定領域に沿ってスポット状の溶接部を順次形成する場合に、被加工物間のギャップが拡大していくことを防止し、接合体の歩留まりを向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when forming a spot-like welding part sequentially along a welding plan area | region, it can prevent that the gap between workpieces expands and can improve the yield of a joined body. .

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態において、「上」、「下」等の語は、図面に示される状態に基づいており、便宜的なものである。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, terms such as “upper” and “lower” are based on the state shown in the drawings and are for convenience.

図1は、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接システムを示す概略図である。図1に示すように、レーザ溶接システム1は、例えば鉄道車両構体に用いる外板パネルと骨部材と(以下、これらを「ワーク(被加工物)10A,10B」と称す)をレーザビームにより重ね溶接(以下、単に「レーザ溶接」という)するためシステムとして構築されている。レーザ溶接システム1は、レーザビームを照射してワーク10A,10Bにスポット状の溶接部を形成するレーザ溶接装置2と、レーザ溶接に関する制御を行う制御装置3と、を備えて構成されている。以下の説明では、ワーク10A,10Bにおいてレーザ照射方向から見た略中央部分に直線状に設定された溶接予定領域Rに沿って順次溶接部W1〜Wnを形成する場合について例示する。また、ワーク10A,10Bにおいて、溶接部W1〜Wnが形成される位置をそれぞれ溶接部形成位置N1〜Nnとする。   FIG. 1 is a schematic view showing a laser welding system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a laser welding system 1 includes, for example, an outer panel and a bone member (hereinafter referred to as “workpieces (workpieces) 10A and 10B”) used in a railway vehicle structure, which are overlapped by a laser beam. It is constructed as a system for welding (hereinafter simply referred to as “laser welding”). The laser welding system 1 includes a laser welding device 2 that forms a spot-like welded portion on the workpieces 10A and 10B by irradiating a laser beam, and a control device 3 that performs control related to laser welding. In the following description, the case where the welds W1 to Wn are sequentially formed along the planned welding region R set linearly in the substantially central portion viewed from the laser irradiation direction in the workpieces 10A and 10B will be exemplified. Further, in the workpieces 10A and 10B, positions where the welded portions W1 to Wn are formed are referred to as welded portion forming positions N1 to Nn, respectively.

レーザ溶接装置2は、送り装置21と、レーザビーム照射装置22と、ガス供給装置23と、ガイド装置(圧力付与手段)24とを備えている。これらの装置21〜24は、制御装置3に接続されており、制御装置3から出力される動作指示情報に従って、各動作を自動で実行する。   The laser welding apparatus 2 includes a feeding device 21, a laser beam irradiation device 22, a gas supply device 23, and a guide device (pressure applying means) 24. These devices 21 to 24 are connected to the control device 3 and automatically execute each operation in accordance with the operation instruction information output from the control device 3.

送り装置21は、ワーク10A,10Bへのレーザビームの照射位置を走査させる装置であり、ワーク10A,10Bを載置可能な可動ステージ27を有している。この送り装置21は、制御装置3から走査開始を指示する旨の動作指示情報を受け取ると、可動ステージ27を溶接予定領域Rに沿って走査させる。これにより、可動ステージ27に載置されたワーク10A,10Bは、溶接予定領域Rに沿って、レーザヘッド28によるレーザビームの照射位置に対して相対的に移動する。   The feeding device 21 is a device that scans the irradiation positions of the laser beams on the workpieces 10A and 10B, and includes a movable stage 27 on which the workpieces 10A and 10B can be placed. When the feeding device 21 receives the operation instruction information for instructing the start of scanning from the control device 3, the feeding device 21 scans the movable stage 27 along the planned welding region R. Thus, the workpieces 10A and 10B placed on the movable stage 27 move relative to the irradiation position of the laser beam by the laser head 28 along the planned welding region R.

レーザビーム照射装置22は、ワーク10A,10Bの溶接予定領域Rに向けてレーザビームを照射する装置である。レーザビーム照射装置22は、ワーク10A,10Bの上方に配置されたレーザヘッド28を有している。レーザビーム照射装置22は、制御装置3から照射開始を指示する動作指示情報を受け取ると、レーザヘッド28の先端から例えば波長1.06μm、出力約4.0kWのYAGレーザを出射させる。   The laser beam irradiation device 22 is a device that irradiates a laser beam toward the planned welding region R of the workpieces 10A and 10B. The laser beam irradiation device 22 has a laser head 28 disposed above the workpieces 10A and 10B. When receiving the operation instruction information for instructing the start of irradiation from the control device 3, the laser beam irradiation device 22 emits a YAG laser having a wavelength of, for example, 1.06 μm and an output of about 4.0 kW from the tip of the laser head 28.

ガス供給装置23は、ワーク10A,10Bの溶接予定領域Rに対してアシストガスを供給する装置であり、ワーク10A,10Bに対して約45度傾斜するように配置された供給ノズル29を有している。ガス供給装置23は、レーザビーム照射装置22の動作中に制御装置3から供給開始を指示する動作指示情報を受け取ると、所定の供給量でワーク10A,10Bにおけるレーザビームの照射位置(以下、「加工点」という)にアシストガスを供給する。アシストガスとしては、ワーク10A,10Bの酸化防止及びスパッタ防止等を目的として、ヘリウムガス又はアルゴンガス等が用いられる。   The gas supply device 23 is a device that supplies assist gas to the planned welding region R of the workpieces 10A and 10B, and has a supply nozzle 29 that is arranged to be inclined at about 45 degrees with respect to the workpieces 10A and 10B. ing. When the gas supply device 23 receives the operation instruction information for instructing the start of supply from the control device 3 during the operation of the laser beam irradiation device 22, the irradiation position of the laser beam on the workpieces 10 </ b> A and 10 </ b> B (hereinafter, “ Assist gas is supplied to the processing point). As the assist gas, helium gas, argon gas, or the like is used for the purpose of preventing oxidation and sputtering of the workpieces 10A and 10B.

ガイド装置24は、ワーク10Aへ圧力を付与してワーク10Bに押付けるための装置であり、レーザヘッド28の側面に取り付けられたガイドローラ支持部31と、ガイドローラ支持部31の下端部に装着されたガイドローラ32を有している。ガイド装置24は、制御装置3から押付け開始を指示する動作指示情報を受け取ると、ガイドローラ支持部31を下方へ移動させ、ガイドローラ32でワーク10Aの表面を押圧する。これにより、加工点の近傍において、ワーク10Aがワーク10Bに対して押付けられる。   The guide device 24 is a device that applies pressure to the workpiece 10A and presses it against the workpiece 10B. The guide device 24 is attached to the guide roller support portion 31 attached to the side surface of the laser head 28 and the lower end portion of the guide roller support portion 31. The guide roller 32 is provided. When the guide device 24 receives the operation instruction information instructing the start of pressing from the control device 3, the guide device 24 moves the guide roller support portion 31 downward and presses the surface of the workpiece 10 </ b> A with the guide roller 32. Accordingly, the workpiece 10A is pressed against the workpiece 10B in the vicinity of the machining point.

一方、制御装置3は、物理的には、CPU、メモリ、通信インタフェイス、ハードディスクといった情報記憶部、ディスプレイといった表示部等を備えたコンピュータシステムである。この制御装置3には、AE(Acoustic Emission)センサ(振動検出手段)26が接続されている。   On the other hand, the control device 3 is physically a computer system including a CPU, a memory, a communication interface, an information storage unit such as a hard disk, a display unit such as a display, and the like. An AE (Acoustic Emission) sensor (vibration detecting means) 26 is connected to the control device 3.

このAEセンサ26は、ワーク10A,10Bに溶接部W1〜Wnを形成する際に、それらの加工点において、溶融凝固現象に伴い発生する弾性波の振動強度を測定するものである。ワーク10Bには、可動ステージ27の走査方向の一端部側に、ワーク10Aと重ならない領域が形成されており、AEセンサ26は、その領域の上面側に配置されている。AEセンサ26は、レーザビーム照射時に、ワーク10Aからワーク10B内へ伝播した弾性波の振動強度に対応する出力信号を制御装置3における後述のギャップ異常判定部37に出力する。   This AE sensor 26 measures the vibration strength of the elastic wave generated along with the melt solidification phenomenon at the processing points when forming the welded portions W1 to Wn on the workpieces 10A and 10B. In the workpiece 10B, an area that does not overlap the workpiece 10A is formed on one end side in the scanning direction of the movable stage 27, and the AE sensor 26 is disposed on the upper surface side of the area. The AE sensor 26 outputs an output signal corresponding to the vibration intensity of the elastic wave propagated from the workpiece 10 </ b> A into the workpiece 10 </ b> B to the gap abnormality determination unit 37 described later in the control device 3 at the time of laser beam irradiation.

この制御装置3は、機能的な構成要素として、レーザビーム照射制御部33と、移動制御部34と、付与圧力制御部36と、ギャップ異常判定部37と、情報記憶部(情報記憶手段)38とを有している。レーザビーム照射制御部33は、溶接時において、照射開始時刻から照射終了時刻に至るまでレーザビームがパルス状に照射されるように、レーザビーム照射装置22に対して所定の間隔で動作指示情報を出力する。また、レーザビーム照射制御部33は、1パルス分のレーザビームを照射させている過程で、ギャップ異常判定部37からワーク10A,10B間にギャップ異常が有る旨の判定結果情報を受け取ったときは、その時点でレーザビーム照射装置22からのレーザビームの照射を中断させる旨の動作指示情報を出力し、ギャップ異常が無い旨の判定結果情報を受け取ったときは、照射終了時刻までレーザビームの照射を継続させる旨の動作指示情報を出力する。   The control device 3 includes, as functional components, a laser beam irradiation control unit 33, a movement control unit 34, an applied pressure control unit 36, a gap abnormality determination unit 37, and an information storage unit (information storage unit) 38. And have. The laser beam irradiation control unit 33 sends operation instruction information to the laser beam irradiation apparatus 22 at predetermined intervals so that the laser beam is irradiated in pulses from the irradiation start time to the irradiation end time during welding. Output. When the laser beam irradiation control unit 33 receives determination result information indicating that there is a gap abnormality between the workpieces 10A and 10B from the gap abnormality determination unit 37 in the process of irradiating the laser beam for one pulse. When the operation instruction information for interrupting the laser beam irradiation from the laser beam irradiation device 22 is output at that time and the determination result information indicating that there is no gap abnormality is received, the laser beam irradiation is performed until the irradiation end time. The operation instruction information to continue is output.

移動制御部34は、溶接時において、可動ステージ27を一定速度で移動させ、レーザヘッド28から所定の間隔でパルス照射されるレーザビームによりワーク10A,10Bの溶接予定領域Rに沿って溶接部W1〜Wnが等間隔で形成されるように、送り装置21へ動作指令情報を出力する。   The movement control unit 34 moves the movable stage 27 at a constant speed during welding, and welds W1 along the planned welding region R of the workpieces 10A and 10B by a laser beam irradiated with pulses from the laser head 28 at a predetermined interval. The operation command information is output to the feeding device 21 so that .about.Wn is formed at equal intervals.

付与圧力制御部36は、ギャップ異常判定部37から溶接部形成位置Niにギャップ異常が有る旨の判定結果情報を受け取った場合に、ガイドローラ支持部31を下方へ移動させる旨の動作指示情報をガイド装置24へ出力する。なお、ギャップ異常が無い旨の判定結果情報を受け取った場合、ガイド装置24へは特に動作指示情報は出力しない。   When the application pressure control unit 36 receives determination result information indicating that there is a gap abnormality at the weld formation position Ni from the gap abnormality determination unit 37, the application pressure control unit 36 provides operation instruction information for moving the guide roller support unit 31 downward. Output to the guide device 24. When the determination result information indicating that there is no gap abnormality is received, no operation instruction information is output to the guide device 24.

ギャップ異常判定部37は、AEセンサ26からの出力値(出力信号)を受け取り、この出力値に基づいてワーク10A,10Bの間のギャップ異常の有無の判定を行う。具体的には、ギャップ異常判定部37は、一のスポット溶接部を形成するにあたってのレーザビームの照射開始時刻から予め設定した判定基準時刻までの間のAEセンサ26からの出力値の累積二乗和を、判定基準時刻における判定値として算出する。そして、判定基準時刻において、ギャップ異常判定部37は、算出した判定値と予め設定した閾値とを比較して、判定値が閾値以上であるときはギャップ異常は無いと判定し、判定値が閾値より下回っているときはギャップ異常が有ると判定する。ギャップ異常判定部37は、ギャップ異常が有る旨の判定結果情報あるいはギャップ異常が無い旨の判定結果情報を、レーザビーム照射制御部33及び付与圧力制御部36へ出力する。なお、設定する判定基準時間と閾値とについての詳細な説明は後述する。   The gap abnormality determination unit 37 receives an output value (output signal) from the AE sensor 26, and determines whether or not there is a gap abnormality between the workpieces 10A and 10B based on the output value. Specifically, the gap abnormality determination unit 37 is a cumulative sum of squares of output values from the AE sensor 26 from the laser beam irradiation start time to the preset determination reference time for forming one spot weld. Is calculated as a determination value at the determination reference time. Then, at the determination reference time, the gap abnormality determination unit 37 compares the calculated determination value with a preset threshold value, and determines that there is no gap abnormality when the determination value is equal to or greater than the threshold value. If it is lower than that, it is determined that there is a gap abnormality. The gap abnormality determination unit 37 outputs determination result information indicating that there is a gap abnormality or determination result information indicating that there is no gap abnormality to the laser beam irradiation control unit 33 and the applied pressure control unit 36. A detailed description of the determination reference time and the threshold value to be set will be described later.

また、ギャップ異常判定部37は、溶接部形成位置N1〜Nnにおけるギャップ異常の有無の判定結果テーブルを生成し、情報記憶部38に出力する。図2は情報記憶部38に記憶される判定結果テーブルの一例を示す図である。図2に示すように、情報記憶部38は、溶接部形成位置Niと、当該溶接部形成位置Niに形成された溶接部Wiのギャップ異常の判定結果とを関連付けた判定結果テーブルを有している。図2に示す例では、溶接部形成位置「N1」ではギャップ異常が「有り」、溶接部形成位置「N2」,「N3」ではギャップ異常が「無し」、溶接部形成位置「Nn」ではギャップ異常が「有り」となっている。また、情報記憶部38には、予め設定した判定基準時刻と閾値とがワーク10A,10Bの製品番号ごとに格納されている。   Further, the gap abnormality determination unit 37 generates a determination result table for the presence or absence of a gap abnormality at the weld formation positions N1 to Nn, and outputs the determination result table to the information storage unit 38. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a determination result table stored in the information storage unit 38. As shown in FIG. 2, the information storage unit 38 includes a determination result table that associates the weld formation position Ni and the determination result of the gap abnormality of the weld Wi formed at the weld formation position Ni. Yes. In the example shown in FIG. 2, the gap abnormality is “present” at the weld formation position “N1”, the gap abnormality is “absent” at the weld formation positions “N2” and “N3”, and the gap is present at the weld formation position “Nn”. Abnormality is “Yes”. In addition, the information storage unit 38 stores a preset reference time and threshold value for each product number of the workpieces 10A and 10B.

次に、上述した構成を有するレーザ溶接システム1の第1の動作形態について、図3を参照しつつ説明する。図3は、レーザ溶接システム1の第1の動作形態を示すフローチャートである。   Next, a first operation mode of the laser welding system 1 having the above-described configuration will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a first operation mode of the laser welding system 1.

レーザ溶接システム1では、まず始めに、判定基準時刻設定用のレーザ溶接をワーク10A,10B(以下、「判定基準時刻設定用のワーク10A,10B」と称す)に対して実施し、判定基準時刻を予め設定する。具体的には、以下の動作を実施する。   In the laser welding system 1, first, laser welding for setting a determination reference time is performed on the workpieces 10A and 10B (hereinafter referred to as “workpieces 10A and 10B for setting a determination reference time”). Is set in advance. Specifically, the following operations are performed.

まず、基準時刻設定用のワーク10A,10Bを可動ステージ25に載置する。続いて、制御装置3から送り装置21、レーザビーム照射装置22、及びガス供給装置23の各装置に動作指示情報を出力し、ワーク送り、レーザ照射、及びアシストガスの供給を開始する。   First, the workpieces 10A and 10B for setting the reference time are placed on the movable stage 25. Subsequently, the operation instruction information is output from the control device 3 to each of the feeding device 21, the laser beam irradiation device 22, and the gas supply device 23, and workpiece feeding, laser irradiation, and supply of assist gas are started.

レーザヘッド28からは、レーザビームが所定の間隔でパルス照射され、これに併せて、可動ステージ27が速度約10m/minで矢印A方向(図1参照)に走査される。これにより、平面形状が略円形となる溶接部W1〜Wnが、基準時刻設定用のワーク10A,10Bの溶接部形成位置N1〜Nnに所定の間隔で順次形成される(基準時刻設定用レーザ溶接:S100)。ここで、レーザビームのパルス幅、すなわち一の溶接部形成位置に対してのレーザビーム照射時間は、溶接部形成位置ごとに異なったものとする。例えば、溶接部形成位置N1に対してはパルス幅20ms、溶接部形成位置N2に対してはパルス幅40ms、溶接部形成位置N3に対してはパルス幅60ms、そして溶接部形成位置Nnに対してはパルス幅n(ms)というように、溶接部形成位置が一つ進むごとに、そこへ照射するレーザビームのパルス幅を20msごと増加させる。これによって、溶接部W1〜Wnの溶け込みの深さをそれぞれ異なるものとする。   From the laser head 28, the laser beam is irradiated with pulses at a predetermined interval, and at the same time, the movable stage 27 is scanned in the direction of arrow A (see FIG. 1) at a speed of about 10 m / min. As a result, the welded portions W1 to Wn having a substantially circular planar shape are sequentially formed at predetermined intervals at the welded portion forming positions N1 to Nn of the workpieces 10A and 10B for setting the reference time (laser welding for setting the reference time). : S100). Here, it is assumed that the pulse width of the laser beam, that is, the laser beam irradiation time with respect to one weld formation position differs for each weld formation position. For example, the pulse width is 20 ms for the weld formation position N1, the pulse width is 40 ms for the weld formation position N2, the pulse width is 60 ms for the weld formation position N3, and the weld formation position Nn. As the pulse width n (ms), every time the weld formation position advances, the pulse width of the laser beam irradiated thereto is increased by 20 ms. Accordingly, the depths of penetration of the welds W1 to Wn are different.

レーザヘッド28からワーク10A,10Bに対してレーザビームを照射している間、AEセンサ26は、ワーク10Aにおける加工点及びその近傍で発生してワーク10B内を伝播して来た弾性波の振動強度を検出し、その電圧を出力値としてギャップ異常判定部37へ出力する。ギャップ異常判定部37は、1パルスあたりのレーザビームの照射開始時刻から所定の時刻までの間の出力値の累積二乗和を算出し、その値を所定の時刻における判定値として取得する。   While the laser beam is radiated from the laser head 28 to the workpieces 10A and 10B, the AE sensor 26 generates vibrations of the elastic waves generated at and near the machining point in the workpiece 10A and propagated through the workpiece 10B. The intensity is detected, and the voltage is output to the gap abnormality determination unit 37 as an output value. The gap abnormality determination unit 37 calculates a cumulative sum of squares of output values from the laser beam irradiation start time per pulse to a predetermined time, and acquires the value as a determination value at the predetermined time.

ここで、図4は、2種類のワーク10A,10Bに対してパルス幅Xmsのレーザビームを照射したときの所定時刻における判定値をプロットした線図である。図4の線図の横軸は、レーザビームの照射開始時刻Ts(=0ms)から照射終了時刻Te(=Xms)までの間の所定時刻を示し、縦軸は、所定時刻における判定値を示す。図4に示すように、一方のワーク10A,10Bについては、グラフCのように、判定値が略一定の傾きをもって増加していた。これに対して、他方のワーク10A,10Bでは、グラフGのように、時刻T3を境として判定値のグラフの傾きが減少し、所定の時刻における判定値がグラフCにおける判定値に比べて小さくなっていた。   Here, FIG. 4 is a diagram plotting the determination values at a predetermined time when the two types of workpieces 10A and 10B are irradiated with a laser beam having a pulse width of Xms. The horizontal axis of the diagram in FIG. 4 indicates a predetermined time from the laser beam irradiation start time Ts (= 0 ms) to the irradiation end time Te (= Xms), and the vertical axis indicates a determination value at the predetermined time. . As shown in FIG. 4, for one workpiece 10 </ b> A, 10 </ b> B, as shown in graph C, the determination value increased with a substantially constant slope. On the other hand, in the other workpieces 10A and 10B, as shown in the graph G, the gradient of the determination value graph decreases at the time T3, and the determination value at a predetermined time is smaller than the determination value in the graph C. It was.

上述の結果に関して、本発明者らは、鋭意研究を重ねる過程で、グラフGの時刻T3での傾きの減少が、ワーク10A,10B間のギャップ量に基づくものであることを見出した。図5は、ギャップ異常が無い場合のスポット溶接部の形成の様子を示す断面図、図6は、ギャップ異常が有る場合のスポット溶接部の形成の様子を示す断面図である。図5及び図6を参照して、ギャップ量と判定値との関係について説明する。   Regarding the above results, the present inventors have found that the decrease in the slope of the graph G at time T3 is based on the gap amount between the workpieces 10A and 10B in the course of intensive research. FIG. 5 is a cross-sectional view showing how the spot weld is formed when there is no gap abnormality, and FIG. 6 is a cross-sectional view showing how the spot weld is formed when there is a gap abnormality. The relationship between the gap amount and the determination value will be described with reference to FIGS.

まず、ギャップ異常が無い場合のスポット溶接部の形成について説明する。図5(a),(b),(c),(d)はそれぞれ時刻T1,T2,T3,T4での状態を示す断面図である。図5(a),(b)に示すように、時刻T1,T2において、溶け込み部Mはワーク10Bへ及ぶことなく、ワーク10A側にのみ形成される。そして、溶け込み部Mは、図5(c)に示すように時刻T3でワーク10Aの裏面側に達し、図5(d)に示すように時刻T4でワーク10B側へ進行する。   First, the formation of a spot weld when there is no gap abnormality will be described. 5A, 5B, 5C, and 5D are cross-sectional views showing states at times T1, T2, T3, and T4, respectively. As shown in FIGS. 5A and 5B, at times T1 and T2, the penetration portion M does not reach the workpiece 10B and is formed only on the workpiece 10A side. Then, the penetration portion M reaches the back side of the workpiece 10A at time T3 as shown in FIG. 5C, and proceeds to the workpiece 10B side at time T4 as shown in FIG. 5D.

次に、ギャップ異常が有る場合のスポット溶接部の形成について説明する。図6(a),(b),(c),(d)はそれぞれ時刻T1,T2,T3,T4での状態を示す断面図である。図6(a),(b)に示すように、時刻T1,T2において、溶け込み部Mはワーク10Bへ及ぶことなく、ワーク10A側にのみ形成される。そして、溶け込み部Mは、図6(c)に示すように時刻T3でワーク10Aの裏面側に達する。ここで、ワーク10A,10B間にはギャップが形成されているため、図6(d)に示すように時刻T4では、ワーク10Bが溶け始める前に、溶け込み部Mがワーク10A,10B間のギャップ内に侵出する。   Next, formation of a spot weld when there is a gap abnormality will be described. 6A, 6B, 6C, and 6D are cross-sectional views showing states at times T1, T2, T3, and T4, respectively. As shown in FIGS. 6A and 6B, at times T1 and T2, the penetration portion M does not reach the workpiece 10B and is formed only on the workpiece 10A side. And the penetration part M reaches | attains the back surface side of the workpiece | work 10A at the time T3, as shown in FIG.6 (c). Here, since a gap is formed between the workpieces 10A and 10B, as shown in FIG. 6 (d), at time T4, before the workpiece 10B starts to melt, the penetration portion M is a gap between the workpieces 10A and 10B. Invade inside.

ワーク10A,10B間のギャップ量と、判定値の変化量との関係は、以下の理由をもって説明できる。すなわち、溶け込み部Mがワーク10A内のみを進行しているときは、ギャップ異常が有るか否かに関わらず、レーザビームの照射によって新たに溶解するワークの体積に違いがないので、加工点及びその近傍で発生する弾性波の振動強度にも差がなく、AEセンサ26の出力値には殆ど差異がない。しかし、溶け込み部Mがワーク10Aの裏面側まで進行したとき以降では、ギャップ異常が無い場合は、ワーク10Aとワーク10Bとが一体となって溶解することとなるため、新たに溶解するワークの体積は略一定の割合をもって増加するが、ギャップ異常が有る場合は、溶け込み部Mがギャップ内へ侵出するだけでワーク10B側へ溶け込み部Mが及ぶことが無いか、及んだとしても少量に留まるため、新たに溶解するワークの体積が、ギャップ異常が無い場合に比べて小さくなる。従って、両者の間では、新たに溶解するワークの体積の違いにより、溶解凝固現象に伴う弾性波の振動強度に差異が生じる。その結果として、AEセンサの出力値に差異が生じることとなる。   The relationship between the gap amount between the workpieces 10A and 10B and the change amount of the determination value can be explained for the following reason. That is, when the penetration portion M is traveling only in the workpiece 10A, there is no difference in the volume of the workpiece newly melted by laser beam irradiation regardless of whether there is a gap abnormality. There is no difference in the vibration intensity of the elastic wave generated in the vicinity, and there is almost no difference in the output value of the AE sensor 26. However, after the penetration part M has advanced to the back side of the workpiece 10A, when there is no gap abnormality, the workpiece 10A and the workpiece 10B are melted together, so the volume of the workpiece to be newly melted Increases at a substantially constant rate, but if there is a gap abnormality, the penetration portion M does not reach the workpiece 10B side only if it penetrates into the gap, or even if it reaches, the amount is small. Therefore, the volume of the newly melted workpiece becomes smaller than that when there is no gap abnormality. Therefore, a difference occurs in the vibration intensity of the elastic wave accompanying the melting and solidification phenomenon due to the difference in the volume of the newly melted workpiece. As a result, a difference occurs in the output value of the AE sensor.

以上のことを考慮すると、ギャップ異常の影響により判定値に差異が生じている時刻、すなわちレーザビームの照射を開始してから溶け込み部Mがワーク10Aの裏面側に達する時刻T3よりも後の時刻である時刻T3´を判定基準時刻と設定すれば、ワーク10A,10B間のギャップ異常の有無の判定を行うことが可能であると考えられる。   Considering the above, the time when the judgment value is different due to the influence of the gap abnormality, that is, the time after the time T3 when the penetration portion M reaches the back side of the workpiece 10A after starting the irradiation of the laser beam. If the time T3 ′ is set as the determination reference time, it is considered possible to determine whether there is a gap abnormality between the workpieces 10A and 10B.

図3へ戻り、判定基準時刻を設定するにあたり、溶接部W1〜Wnのうち、ワーク10Aの裏面側に僅かに溶接ビードが及んでいるものを選定し、選定された溶接部Wiに対するパルス幅を参照する。そして、そのときの照射終了時刻(図4におけるT3)以降の時刻を判定基準時刻Td(図4におけるT3´)であると決定して、情報記憶部38へ格納し、判定基準時刻Tdとして設定する(S105)。   Returning to FIG. 3, when setting the determination reference time, a welding part having a welding bead slightly extending on the back side of the workpiece 10 </ b> A is selected from the welding parts W <b> 1 to Wn, and the pulse width for the selected welding part Wi is selected. refer. Then, the time after the irradiation end time (T3 in FIG. 4) at that time is determined to be the determination reference time Td (T3 ′ in FIG. 4), stored in the information storage unit 38, and set as the determination reference time Td. (S105).

判定基準時刻Tdを設定した後、閾値設定用のレーザ溶接をギャップ異常が無いとされるワーク10A,10B(以下、「閾値設定用のワーク10A,10B」と称す)に対して実施し、閾値を設定する。具体的には、レーザビームのパルス幅を所定の幅に設定し、判定基準時刻設定用レーザ溶接と同様にして、溶接部形成位置N1〜Nnに溶接部W1〜Wnを順次形成すると共に(閾値設定用レーザ溶接:S110)、ギャップ異常判定部37によって、溶接部W1〜Wnのそれぞれについての判定基準時刻Tdにおける判定値を取得する。そして、作業者は、ギャップ異常判定部37が取得した判定値をモニタなどで参照し、それらの判定値のうち、一定以上の判定値が閾値であると決定し、決定した判定値を情報記憶部38に格納し、閾値として設定する(S115)。   After the determination reference time Td is set, laser welding for threshold setting is performed on workpieces 10A and 10B (hereinafter referred to as “threshold setting workpieces 10A and 10B”) for which there is no gap abnormality. Set. Specifically, the pulse width of the laser beam is set to a predetermined width, and the welded portions W1 to Wn are sequentially formed at the welded portion forming positions N1 to Nn in the same manner as the laser welding for setting the determination reference time (threshold value). Laser welding for setting: S110), the gap abnormality determination unit 37 acquires the determination value at the determination reference time Td for each of the welded portions W1 to Wn. Then, the operator refers to the determination value acquired by the gap abnormality determination unit 37 on a monitor or the like, determines that a determination value equal to or greater than a certain value among these determination values is a threshold value, and stores the determined determination value as information Stored in the unit 38 and set as a threshold (S115).

なお、本実施形態においては、ワーク10A,10Bとして板厚0.8mm、1.5mmのSUS304材をそれぞれ用い、レーザビームの出力を4kWとする。このような条件とした場合は、レーザビームの照射を開始してから約15msで溶け込み部がワーク10Aの裏面側に達するため、判定基準時刻Tdを15msと設定することができる。また、このときの閾値を225と設定することができる。   In the present embodiment, SUS304 materials having a plate thickness of 0.8 mm and 1.5 mm are used as the workpieces 10A and 10B, respectively, and the output of the laser beam is 4 kW. In such a condition, since the melted portion reaches the back side of the workpiece 10A about 15 ms after the start of laser beam irradiation, the determination reference time Td can be set to 15 ms. Further, the threshold value at this time can be set to 225.

閾値を設定した後、判定の対象とするレーザ溶接をワーク10A,10Bに対して実施する。図7は、判定用のワーク10A,10Bに照射するレーザビームのパルス波形の一例を示す線図である。なお、レーザビームが照射開始時刻Tsから照射終了時刻Teに至るまでパルス状に照射されることによって、ワーク10A,10Bに一つの溶接部Wiが形成される。図7に示すように、レーザビームの照射開始時刻Tsを0msと設定し、照射終了時刻Teを60msと設定する。そして、ギャップ異常の有無を判定する時刻である判定基準時刻Tdを、情報記憶部38に格納された値である15msに設定する。   After setting the threshold, laser welding to be determined is performed on the workpieces 10A and 10B. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a pulse waveform of a laser beam applied to the workpieces 10A and 10B for determination. The laser beam is irradiated in a pulse form from the irradiation start time Ts to the irradiation end time Te, whereby one welded portion Wi is formed on the workpieces 10A and 10B. As shown in FIG. 7, the laser beam irradiation start time Ts is set to 0 ms, and the irradiation end time Te is set to 60 ms. Then, a determination reference time Td, which is a time for determining whether or not there is a gap abnormality, is set to 15 ms that is a value stored in the information storage unit 38.

まず、上記のレーザ溶接と同様にして、判定用のワーク10A,10Bの溶接部形成位置N1に対してレーザビームを照射する(判定対象レーザ照射)。レーザビームが照射されている間、AEセンサ26は、溶接中の加工点及びその近傍で発生してワーク10B内を伝播して来た弾性波の振動強度を検出し、制御装置3のギャップ異常判定部37に出力する。   First, in the same manner as the laser welding described above, a laser beam is applied to the weld formation position N1 of the determination workpieces 10A and 10B (determination target laser irradiation). While the laser beam is being irradiated, the AE sensor 26 detects the vibration intensity of the elastic wave generated at and near the processing point during welding and propagating through the workpiece 10B, and a gap abnormality of the control device 3 is detected. It outputs to the determination part 37.

レーザビームの照射時刻が判定基準時刻Tdに達すると、ギャップ異常判定部37は、照射開始時刻Tsから判定基準時刻TdまでのAEセンサ26からの出力値の累積二乗和を算出することによって、基準判定時刻Tdにおける判定値を取得する(S125)。   When the irradiation time of the laser beam reaches the determination reference time Td, the gap abnormality determination unit 37 calculates the cumulative sum of squares of output values from the AE sensor 26 from the irradiation start time Ts to the determination reference time Td. A determination value at the determination time Td is acquired (S125).

続いて、ギャップ異常判定部37は、算出により取得した判定値と情報記憶部38から取得した閾値とを比較して溶接部形成位置N1におけるギャップ異常の有無を判定し、判定結果情報を取得する。具体的には、ギャップ異常判定部37は、判定値が閾値以上である場合にギャップ異常が無いと判定し、下回っている場合にギャップ異常が有ると判定する(S130)。そして、ギャップ異常判定部37は、溶接部形成位置N1における判定結果情報を取得したら、溶接部形成位置N1にギャップ異常が有るか否かを判定結果テーブルに格納する(S135)。   Subsequently, the gap abnormality determination unit 37 compares the determination value acquired by calculation with the threshold acquired from the information storage unit 38 to determine whether there is a gap abnormality at the weld formation position N1, and acquires determination result information. . Specifically, the gap abnormality determination unit 37 determines that there is no gap abnormality when the determination value is greater than or equal to the threshold value, and determines that there is a gap abnormality when the determination value is below (S130). And if the gap abnormality determination part 37 acquires the determination result information in the welding part formation position N1, it will be stored in a determination result table whether a gap abnormality exists in the welding part formation position N1 (S135).

レーザビーム照射制御部33及び付与圧力制御手段36は、上述の判定結果情報をギャップ異常判定部37から受け取ると共に、その内容を参照する(S140)。そして、ギャップ異常が無い旨の判定がなされていた場合、レーザビーム照射制御部33は、照射終了時刻Teまでレーザビーム照射装置22からのレーザビームの照射を継続させる(S145)。なお、このとき、付与圧力制御部36は、ガイド装置24に対しては特に動作指示情報を出力せず、これによって、ガイドローラ32のワーク10Aの表面に対する押圧の圧力は一定に保たれる。   The laser beam irradiation control unit 33 and the applied pressure control unit 36 receive the above determination result information from the gap abnormality determination unit 37 and refer to the contents (S140). If it is determined that there is no gap abnormality, the laser beam irradiation control unit 33 continues the laser beam irradiation from the laser beam irradiation device 22 until the irradiation end time Te (S145). At this time, the applied pressure control unit 36 does not output operation instruction information to the guide device 24 in particular, so that the pressure of pressing the guide roller 32 against the surface of the workpiece 10A is kept constant.

一方、ステップS140でギャップ異常が有るとの判定がなされていた場合、レーザビーム照射制御部33は、レーザビーム照射装置22からのレーザビームの照射を判定基準時刻Tdにおいて中断させる(S150)。その後、付与圧力制御部36は、ガイドローラ支持部31を下方へ移動させることによって、ガイドローラ32でワーク10Aの表面を押圧してワーク10A,10B間のギャップを狭める(S155)。このような圧力付与によってギャップ異常を無くした状態で、レーザビーム照射制御部33は、レーザビーム照射装置22からのレーザビームの照射を照射終了時刻Teまで継続させる(S145)。   On the other hand, if it is determined in step S140 that there is a gap abnormality, the laser beam irradiation control unit 33 interrupts the laser beam irradiation from the laser beam irradiation device 22 at the determination reference time Td (S150). Thereafter, the application pressure control unit 36 moves the guide roller support unit 31 downward, thereby pressing the surface of the workpiece 10A with the guide roller 32 to narrow the gap between the workpieces 10A and 10B (S155). The laser beam irradiation control unit 33 continues the irradiation of the laser beam from the laser beam irradiation device 22 until the irradiation end time Te in a state in which the gap abnormality is eliminated by applying such pressure (S145).

この後、レーザビーム照射制御部33は、判定用ワーク10A,10Bにおいて、レーザ溶接が完了したか否か、すなわち、溶接部W1〜Wnが全て形成されたか否かを判断する(S160)。溶接部W1を形成した時点ではレーザ溶接が完了していないと判断され、レーザ溶接システム1は、次の溶接部形成位置N2について、ステップS120〜S160の各処理を繰り返し行う。溶接部形成位置N3〜Nnについて同様の処理が順次行われた後、レーザビーム照射制御部33は、レーザ溶接が完了したと判断し、レーザ溶接システム1の動作が終了する。   Thereafter, the laser beam irradiation control unit 33 determines whether or not the laser welding is completed in the determination workpieces 10A and 10B, that is, whether or not all of the welded portions W1 to Wn are formed (S160). It is determined that the laser welding has not been completed at the time when the welded portion W1 is formed, and the laser welding system 1 repeatedly performs the processes of steps S120 to S160 for the next welded portion formation position N2. After the same processing is sequentially performed for the weld formation positions N3 to Nn, the laser beam irradiation control unit 33 determines that the laser welding has been completed, and the operation of the laser welding system 1 ends.

以上のように、本実施形態に係るレーザ溶接方法によれば、レーザビームの照射開始時刻Tsから照射終了時刻Teまでの間に設定された判定基準時刻Tdでワーク10A,10B間のギャップ異常の有無の判定を行い、ギャップ異常が有ると判定した場合には、レーザビームの照射を照射終了時刻Teまで行うことなく判定基準時刻Tdにおいて中断する。従って、溶接部形成位置Niでギャップ異常が発生している場合であっても、レーザビーム照射による溶け込み部がギャップ内へ侵出し、ギャップを更に広げるように作用してしまう前にギャップの有無を判定することができるため、レーザビームの照射による溶け込み部がギャップ内へ侵出してしまうことを抑制できる。これによって、溶接予定領域Rに沿って溶接部W1〜Wnを順次形成する場合であっても、ワーク10A,10B間のギャップが拡大していくことを防止し、接合体の歩留まりを向上させることができる。   As described above, according to the laser welding method according to the present embodiment, the abnormality of the gap between the workpieces 10A and 10B at the determination reference time Td set between the laser beam irradiation start time Ts and the irradiation end time Te. When it is determined whether there is a gap abnormality, the laser beam irradiation is interrupted at the determination reference time Td without performing the irradiation end time Te. Therefore, even if a gap abnormality occurs at the weld formation position Ni, the presence or absence of the gap is confirmed before the penetration portion by laser beam irradiation penetrates into the gap and acts to further widen the gap. Since it can determine, it can suppress that the penetration part by irradiation of a laser beam protrudes in a gap. Accordingly, even when the welded portions W1 to Wn are sequentially formed along the planned welding region R, it is possible to prevent the gap between the workpieces 10A and 10B from expanding and to improve the yield of the joined body. Can do.

また、このレーザ溶接方法では、レーザビーム照射による溶け込み部がワーク10Aの裏面側に達する以降の時刻に判定基準時刻Tdを設定することによって、ギャップ異常の判定の正確性を図っている。   Further, in this laser welding method, the determination of the gap abnormality is made accurate by setting the determination reference time Td at a time after the penetration portion by laser beam irradiation reaches the back side of the workpiece 10A.

また、このレーザ溶接方法では、ギャップ異常が有ると判定した場合に、ガイド装置24のガイドローラ32によってワーク10A,10Bが互いに押し付けられるようにワーク10Aに圧力を付与しながら、判定基準時刻Tdから照射終了時刻Teまでのレーザビームの照射を継続している。この場合、ギャップ異常が発生している溶接部形成位置Niについては、レーザビームの照射を照射終了時刻Teまで行うことなく判定基準時刻Tdにおいて一旦中断して、ガイド装置24のガイドローラ32によってワーク10A,10Bの間のギャップ異常をなくした状態で再びレーザビームを照射することができる。これによって、ワーク10A,10B間のギャップが広がることを防止し、接合体の歩留まりを向上させることができる。更に、ギャップ異常を検出した時点で速やかに当該ギャップを狭めることができるため、溶接の作業効率を向上させることができる。   In this laser welding method, when it is determined that there is a gap abnormality, the pressure is applied to the workpiece 10A so that the workpieces 10A and 10B are pressed against each other by the guide roller 32 of the guide device 24, and from the determination reference time Td. The laser beam irradiation is continued until the irradiation end time Te. In this case, the weld formation position Ni where the gap abnormality has occurred is temporarily interrupted at the determination reference time Td without performing the laser beam irradiation until the irradiation end time Te, and the workpiece is detected by the guide roller 32 of the guide device 24. The laser beam can be irradiated again with the gap abnormality between 10A and 10B eliminated. As a result, the gap between the workpieces 10A and 10B can be prevented from widening, and the yield of the joined body can be improved. Furthermore, since the gap can be quickly narrowed when a gap abnormality is detected, welding work efficiency can be improved.

次に、レーザ溶接システム1による第2の動作形態について、図8を参照しつつ説明する。図8は、レーザ溶接システム1の第2の動作形態を示すフローチャートである。この第2の動作形態は、上述した第1の動作形態の変形であり、図8に示すように、ステップS140でギャップ異常が無い旨の判定がなされていた場合の動作形態が第1の動作形態と相違する。なお、第2の動作形態は、ステップS100からステップS135までの動作形態、及びステップS140でギャップ異常が無い旨の判定がなされていた場合の動作形態について第1の動作形態と同一である。   Next, a second operation mode by the laser welding system 1 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing a second operation mode of the laser welding system 1. This second operation form is a modification of the first operation form described above. As shown in FIG. 8, the operation form when it is determined in step S140 that there is no gap abnormality is the first operation form. It differs from the form. Note that the second operation mode is the same as the first operation mode with respect to the operation mode from step S100 to step S135 and the operation mode when it is determined in step S140 that there is no gap abnormality.

すなわち、ステップS140でギャップ異常が有るとの判定がなされていた場合、レーザビーム照射制御部33は、レーザビーム照射装置22からのレーザビームの照射を判定基準時刻Tdにおいて中断させる(S150)。その後、ワーク10A,10B間のギャップを狭める処理(図3におけるステップS155)、及び照射終了時刻Teまでレーザビーム照射装置22からのレーザビームの照射を継続させる処理(S145)を実行することなく、レーザビーム照射制御部33は、判定用ワーク10A,10Bにおいて、レーザ溶接が完了したか否か、すなわち、溶接部W1〜Wnが全て形成されたか否かを判断する(S160)。例えば、溶接部形成位置Niでレーザ溶接が完了していないと判断した場合は、レーザ溶接システム1は、次の溶接部形成位置について、ステップS120〜S160の各処理を繰り返し行い、レーザ溶接が完了したと判断した場合は、レーザ溶接システム1の動作が終了する。   That is, if it is determined in step S140 that there is a gap abnormality, the laser beam irradiation control unit 33 interrupts the laser beam irradiation from the laser beam irradiation device 22 at the determination reference time Td (S150). Thereafter, without executing the process of narrowing the gap between the workpieces 10A and 10B (step S155 in FIG. 3) and the process of continuing the irradiation of the laser beam from the laser beam irradiation device 22 until the irradiation end time Te (S145), The laser beam irradiation control unit 33 determines whether or not the laser welding is completed in the determination workpieces 10A and 10B, that is, whether or not all of the welded portions W1 to Wn are formed (S160). For example, when it is determined that laser welding is not completed at the weld formation position Ni, the laser welding system 1 repeats the processes of steps S120 to S160 for the next weld formation position, and laser welding is completed. If it is determined that the laser welding system 1 has been operated, the operation of the laser welding system 1 ends.

上述のように、第2の動作形態では、ステップ150でレーザビームの照射を判定基準時刻Tdにおいて中断した後は、その溶接部形成位置Niについてそれ以上レーザビームを照射することなく、次の溶接部形成位置Ni+1へ移動するか、動作を終了させている。   As described above, in the second operation mode, after the laser beam irradiation is interrupted at the determination reference time Td in step 150, the next welding is performed without further laser beam irradiation on the weld formation position Ni. It moves to the part formation position Ni + 1 or the operation is finished.

本動作形態によれば、溶接部形成位置Niにギャップ異常が発生していた場合でも、ギャップ異常をなくす動作のために溶接作業を中断させることなく、次の溶接部形成位置Ni+1へ移動することができるため、作業性を向上させることができる。更に、ギャップ異常が発生している溶接部形成位置Niについては、レーザビームの照射を判定基準時刻Tdにおいて中断することにより、レーザビームの照射による溶け込み部がギャップ内へ侵出してしまうことを抑制しているため、ギャップ異常をなくすための作業を行わなくても、ワーク10A,10B間のギャップの拡大を抑制することができ、これによって、接合体の歩留まりを確保することができる。   According to this mode of operation, even if a gap abnormality has occurred in the weld formation position Ni, the operation moves to the next weld formation position Ni + 1 without interrupting the welding operation to eliminate the gap abnormality. Therefore, workability can be improved. Further, for the weld formation position Ni where the gap abnormality has occurred, the laser beam irradiation is interrupted at the judgment reference time Td, thereby preventing the penetration due to the laser beam irradiation from escaping into the gap. Therefore, even if the work for eliminating the gap abnormality is not performed, the expansion of the gap between the workpieces 10A and 10B can be suppressed, and thereby the yield of the joined body can be ensured.

また、このレーザ溶接方法では、情報記憶部38に格納されている判定結果テーブルを用いることによって、例えば、一度溶接作業が終了した後に、ギャップ異常が発生している溶接部形成位置Niを特定し、溶接部形成位置Niにのみ再度レーザビームを照射することができる。更に、そのような溶接部形成位置Niの数をカウントし、所定の数値よりも上回っていた場合にのみ再度のレーザビームの照射を行うこともできる。更に、接合体についての各溶接部形成位置N1〜Nnのギャップ異常の有無の判定結果を判定結果テーブルに保持しておくことによって、その接合体を用いた製品のトレーサビリティを確保することができる。   Further, in this laser welding method, by using the determination result table stored in the information storage unit 38, for example, after the welding operation is once completed, the weld formation position Ni where the gap abnormality has occurred is specified. The laser beam can be irradiated again only on the weld formation position Ni. Furthermore, the number of such weld formation positions Ni is counted, and the laser beam can be irradiated again only when it exceeds a predetermined numerical value. Furthermore, the traceability of the product using the joined body can be ensured by holding the judgment result table on whether or not there is a gap abnormality at each welded portion forming position N1 to Nn for the joined body.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、判定基準時刻を設定するにあたり、溶接部W1〜Wnのうち、ワーク10Aの裏面側に僅かに溶接ビードが及んでいるものを選定したが、ワーク10Aの裏面側に溶接ビードが及ぶ直前のものを選定してもよい。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in setting the determination reference time, the welded portions W1 to Wn that have slightly welded beads on the back side of the workpiece 10A are selected, but immediately before the weld beads reach the backside of the workpiece 10A. You may choose one.

本発明の一実施形態に係るレーザ溶接システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the laser welding system which concerns on one Embodiment of this invention. 情報記憶部に記憶される判定結果テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the determination result table memorize | stored in an information storage part. レーザ溶接システムの第1の動作形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st operation | movement form of a laser welding system. 2種類のワークに対してパルス幅Xmsのレーザビームを照射したときの所定時刻における判定値をプロットした線図である。It is the diagram which plotted the judgment value in the predetermined time when irradiating the laser beam of the pulse width Xms with respect to two types of workpiece | work. ギャップ異常が無い場合のスポット溶接部の形成の様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the mode of formation of the spot weld part when there is no gap abnormality. ギャップ異常が有る場合のスポット溶接部の形成の様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the mode of formation of the spot welding part when there exists gap abnormality. 判定用のワークに照射するレーザビームのパルス波形の一例を示す線図である。It is a diagram which shows an example of the pulse waveform of the laser beam irradiated to the workpiece | work for determination. レーザ溶接システム1の第2の動作形態を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a second operation mode of the laser welding system 1.

符号の説明Explanation of symbols

10A,10B…ワーク(被加工物)、24…ガイド装置(圧力付与手段)、26…AEセンサ(振動検出手段)、38…情報記憶部(情報記憶手段)、Ts…照射開始時刻、Td…判定基準時刻、Te…照射終了時刻、R…溶接予定領域、N1〜Nn…溶接部形成位置、W1〜Wn…溶接部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10A, 10B ... Workpiece | work (workpiece), 24 ... Guide apparatus (pressure provision means), 26 ... AE sensor (vibration detection means), 38 ... Information storage part (information storage means), Ts ... Irradiation start time, Td ... Judgment reference time, Te ... irradiation end time, R ... welding planned area, N1 to Nn ... welding part forming position, W1 to Wn ... welding part.

Claims (5)

重ね合わせられた複数の被加工物に対してレーザビームを所定時間照射することにより、前記被加工物上に設定された溶接予定領域に沿ってスポット状の溶接部を順次形成するレーザ溶接方法であって、
前記レーザビームの照射開始時刻から照射終了時刻までの間に所定の判定基準時刻を設定し、
前記照射開始時刻から前記判定基準時刻までの間、前記レーザビームを前記被加工物に対して照射すると共に、前記レーザビームの照射によって前記被加工物内を伝播した振動を振動検出手段で検出し、
前記判定基準時刻において、前記振動検出手段から出力された出力値に基づいて算出された判定値と、予め設定した所定の閾値とを比較することによって、前記被加工物間のギャップ異常の有無を判定する工程を備え、
前記ギャップ異常が無いと判定した場合に、前記照射終了時刻まで前記レーザビームの照射を継続し、前記ギャップ異常が有ると判定した場合に、前記レーザビームの照射を前記判定基準時刻において中断することを特徴とするレーザ溶接方法。
A laser welding method in which spot welds are sequentially formed along a planned welding area set on a workpiece by irradiating a plurality of workpieces superimposed on each other with a laser beam for a predetermined time. There,
A predetermined determination reference time is set between the irradiation start time and the irradiation end time of the laser beam,
Between the irradiation start time and the determination reference time, the workpiece is irradiated with the laser beam, and vibrations propagated in the workpiece by the irradiation of the laser beam are detected by a vibration detection means. ,
At the determination reference time, the determination value calculated based on the output value output from the vibration detection means is compared with a predetermined threshold value to determine whether there is a gap abnormality between the workpieces. A step of judging,
When it is determined that there is no gap abnormality, the laser beam irradiation is continued until the irradiation end time, and when it is determined that there is a gap abnormality, the laser beam irradiation is interrupted at the determination reference time. A laser welding method characterized by the above.
前記判定基準時刻は、前記溶接部を形成する際の前記レーザビーム照射による溶け込みが、前記レーザビームの照射側の前記被加工物の裏面側に達したとき以降の時刻に設定されることを特徴とする請求項1記載のレーザ溶接方法。   The determination reference time is set to a time after the time when the penetration due to the laser beam irradiation when forming the weld reaches the back side of the workpiece on the laser beam irradiation side. The laser welding method according to claim 1. 前記ギャップ異常が有ると判定した場合に、圧力付与手段によって前記被加工物が互いに押し付けられるように前記被加工物に圧力を付与しながら、前記判定基準時刻から前記照射終了時刻までの前記レーザビームの照射を継続することを特徴とする請求項1又は2記載のレーザ溶接方法。   When it is determined that there is a gap abnormality, the laser beam from the determination reference time to the irradiation end time while applying pressure to the workpiece so that the workpieces are pressed against each other by pressure applying means The laser welding method according to claim 1, wherein the irradiation is continued. 前記ギャップ異常が有ると判定した場合に、前記レーザビームの照射を前記判定基準時刻において中断し、前記レーザビームの照射位置を、次の溶接部形成位置へ移動させることを特徴とする請求項1又は2記載のレーザ溶接方法。   2. The laser beam irradiation is interrupted at the determination reference time when it is determined that the gap abnormality is present, and the laser beam irradiation position is moved to the next weld formation position. Or the laser welding method of 2. 前記ギャップ異常の有無の判定結果を溶接部形成位置と関連付けて情報記憶手段に記憶させる工程を更に備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。   5. The laser welding method according to claim 1, further comprising a step of storing the determination result of the presence or absence of the abnormality of the gap in an information storage unit in association with a weld formation position.
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