JPH11267872A - レーザ溶接方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】重ね合わせ部での上下のフランジ間の隙間の有
無や隙間量の大小に係わらずレーザ光による溶接を確実
に行い、未接合箇所や貫通箇所の発生を防止する。 【解決手段】上側のフランジ11aを押圧する加圧ローラ4
に対し両フランジを挟み一定の固定間隔x を有して相対
向するように距離センサ81を設ける。下側のフランジ11
bの裏面までの距離hを検出して第１演算部83に出力す
る。第１演算部において固定間隔xから距離h を差し引
いて重ね合わせ厚さ(x-h)を演算する。第２演算部84に
おいて重ね合わせ厚さ(x-h)より上下のフランジの厚さf
1,f2を差し引いて隙間量y を逐次演算する。コントロー
ラ9 において、この隙間量に応じてレーザ加工ヘッド4
を上下方向にその都度移動させてレーザ光の焦点位置を
変更調節する。隙間量を連続して求め、焦点位置を連続
して変更調節しつつ、レーザ光を重ね合わせ部の長手方
向に対し連続照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数枚の金属板を
重ね合わせた重ね合わせ部をレーザ光により重ね合わせ
溶接するレーザ溶接方法およびその装置に関し、詳しく
は、レーザ光による重ね合わせ部の溶接が確実に行える
ようにする対策に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種のレーザ溶接方法とし
て、複数枚の金属板を上下に重ね合わせた重ね合わせ部
を、その表面側（上面側）から加圧するとともに、レー
ザ光を上記重ね合わせ部の表面側から照射して重ね合わ
せ部とレーザ光とを溶接線方向に相対移動させながら溶
接するようにしたものが知られている（特開平８−９０
２６４号公報参照）。このものでは、先ず、エアシリン
ダなどにより一定の加圧力が付与される加圧ローラにて
各金属板の重ね合わせ部を加圧拘束し、重ね合わせ部で
の波打ちなどによる表面側の金属板の形状ばらつきに応
じた加圧ローラの上下方向の変位を位置センサで検出
し、そのセンサ出力を制御系にフィードバックしてレー
ザ加工ヘッドと重ね合わせ部の表面との相対位置を補正
することで、重ね合わせ部での表面側の金属板の形状ば
らつきに係わらず、レーザ光の焦点位置が常に重ね合わ
せ部の表面上に結ばれるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記重ね合
わせ部での各金属板の形状ばらつきに起因して両金属板
を互いに重ね合わせても両者が完全には密着せずに、両
金属板間に微少な隙間（例えば０．３ｍｍ）を生じる場
合がある。この場合において、上記の従来方法の如くレ
ーザの焦点位置を常に重ね合わせ部の表面に結ばせるよ
うにすると、上記の隙間がある分だけ重ね合わせ部の表
面から裏面までの厚さが変わるので、両金属板間に隙間
が生じていれば狙いの溶け込み深さが変わることにな
る。そのため、レーザ光の焦点位置を重ね合わせ部の表
面上で結んでも、両金属板間の隙間量が大きければレー
ザ光による溶接の溶け込み深さが浅くなり、両金属板が
未接合となって確実な溶接を行うことができないことに
なる。

【０００４】そこで、各金属板間の隙間を考慮して、想
定した隙間量に対応する寸法だけレーザ光の焦点位置を
予め重ね合わせ部の裏面側に近付けておくことも考えら
れる。しかしながら、この方法によると、現実の隙間が
上記想定隙間量よりも小さい部位や隙間自体が存在しな
い部位ではレーザ光による溶接の溶け込みにより裏面側
の金属板を貫通して、スパッタが重ね合わせ部裏面側の
金属板の周囲に付着してしまうことになり、溶接強度不
足や重ね合わせ部裏面側の金属板の見栄えの悪化を招く
おそれがある。

【０００５】本発明はかかる諸点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、隙間の有無や隙間量の大
小の如何に拘わらず確実なレーザ溶接を行い得ることに
あり、これにより、未接合や貫通などの不具合を解消す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は現実の隙間量を検出し、その検出した隙間
量に応じてレーザ光の焦点位置を変更することを基本特
定事項とするものである。

【０００７】具体的には、請求項１記載の発明が講じた
解決手段は、複数枚の金属板を互いに重ね合わせた重ね
合わせ部に対しその表面側からレーザ光を照射すること
により上記重ね合わせ部を重ね合わせ溶接するレーザ溶
接方法を前提とする。そして、上記重ね合わせ部の表裏
方向の隙間量を検出した後、その隙間量に応じて上記レ
ーザ光の焦点位置を変更調節するようにしている。

【０００８】請求項１記載の発明の場合、重ね合わせ部
に対し照射されるレーザ光の焦点位置が、その重ね合わ
せ部を構成する各金属板間の隙間量の大小に応じて変更
調節されることになる。これにより、上記重ね合わせ部
における隙間の有無や隙間量の大小の如何に拘わらず、
重ね合わせ部の現実の状況に応じて確実に一定品質の溶
接を行うことが可能となる。このため、隙間の有無や隙
間量の大小の如何に拘わらず焦点位置を常に重ね合わせ
部の表面位置に維持する従来方法において発生するおそ
れのある未接合や強度不足という不都合が生じることは
ない。加えて、隙間の存在を考慮して上記焦点位置を想
定隙間量だけ重ね合わせ部の裏面側に近付けた位置に維
持する場合における溶接の貫通および強度不足の発生並
びにスパッタの飛散・付着という不都合が発生するおそ
れもなく、スパッタの付着に伴う見栄えの悪化が生じる
おそれもない。

【０００９】請求項２記載の発明が講じた解決手段は、
請求項１記載の発明における隙間量の検出およびレー
ザ光の焦点位置の変更調節を具体的に特定している。

【００１０】つまり、重ね合わせ部の表裏方向の隙間量
をその重ね合わせ部の長手方向に連続検出し、その連続
検出した隙間量に応じてレーザ光の焦点位置を連続変更
調節するようにしている。

【００１１】請求項２記載の発明の場合、レーザ光の焦
点位置が、連続検出される隙間量の大小に応じて連続変
更調節されることになる。これにより、重ね合わせ部を
その溶接方向に連続して確実に溶接することが可能とな
る。

【００１２】請求項３記載の発明が講じた解決手段は、
請求項１又は請求項２記載の発明における隙間量の検
出方法を具体的に特定している。

【００１３】つまり、先ず、重ね合わせ部を加圧する加
圧ローラを用い、上記重ね合わせ部に対しその表面側か
ら上記加圧ローラにより加圧する。次いで、上記加圧ロ
ーラと重ね合わせ部を挟んで一定の固定間隔で相対向す
る検出手段を用い、この検出手段によりその検出手段か
ら重ね合わせ部の裏面までの距離を検出する。その後、
上記固定間隔と距離検出値とに基づいて重ね合わせ部の
表面から裏面までの重ね合わせ厚みを演算した後、この
重ね合わせ部の重ね合わせ厚みと予め定められている各
金属板の板厚とに基づいて隙間量を求めるようにしてい
る。

【００１４】請求項３記載の発明の場合、隙間量が、加
圧ローラと検出手段との間の固定間隔から距離検出値お
よび各金属板の板厚をそれぞれ減算すれば簡単に求めら
れることになる。

【００１５】請求項４記載の発明が講じた解決手段は、
請求項３記載の発明におけるレーザ光の焦点位置の変更
調節を具体的に特定している。

【００１６】つまり、重ね合わせ部の表裏方向の隙間量
が大であるほど、レーザ光の焦点位置を重ね合わせ部の
裏面側に近付けるように変更調節している。

【００１７】請求項４記載の発明の場合、レーザ光の焦
点位置が、隙間量が大であるほど重ね合わせ部の裏面側
に近付けられるように変更調節されることになる。これ
により、隙間量が多くても、レーザ光による溶接の溶け
込み深さが十分に確保されて裏側の金属板を確実に溶接
することが可能となる。

【００１８】請求項５記載の発明が講じた解決手段は、
請求項３記載の発明におけるレーザ加工ヘッド光の焦点
位置の変更調節方法を具体的に特定している。

【００１９】つまり、重ね合わせ部に対しその表面側か
らレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドを用い、加圧ロ
ーラを支持する加圧ローラ支持部材に対し上記レーザ加
工ヘッドを支持させた状態で、このレーザ加工ヘッドを
重ね合わせ部に向けて進退させることによりレーザ光の
焦点位置を変更調節するようにしている。

【００２０】請求項５記載の発明の場合、重ね合わせ部
の隙間量を検出する検出部位の近接位置又は近傍位置に
レーザ光の照射が行われることになる。このため、隙間
の有無や大小変化する隙間量に応じた焦点位置の変更調
節が重ね合わせ部の隙間の状況に応じてより精度良く行
われる。

【００２１】請求項６記載の発明が講じた解決手段は、
複数枚の金属板を互いに重ね合わせた重ね合わせ部に対
しその表面側からレーザ光を照射することにより上記重
ね合わせ部を重ね合わせ溶接するレーザ溶接装置を前提
とする。そして、上記重ね合わせ部に対しその表面側か
ら加圧する加圧ローラと、この加圧ローラを支持する加
圧ローラ支持部材に対し重ね合わせ部に向けて進退可能
に支持され、その重ね合わせ部に対しレーザ光を照射す
るレーザ加工ヘッドと、上記重ね合わせ部の表面に向け
て上記レーザ加工ヘッドを進退させるアクチュエータ
と、上記重ね合わせ部の表裏方向の隙間量を検出する検
出手段と、上記レーザ加工ヘッドを重ね合わせ部に向け
て進退させるように上記アクチュエータを作動制御する
ことにより、上記検出手段により検出された隙間量に応
じてレーザ光の焦点位置を変更調節する制御手段とを備
える構成としたものである。

【００２２】これにより、請求項６記載の発明では、請
求項１に記載のレーザ溶接方法を容易かつ確実に実施し
得ることが可能となる。

【００２３】請求項７記載の発明が講じた解決手段は、
請求項６記載の発明における検出手段および制御手段の
構成を具体的に特定している。

【００２４】つまり、検出手段に、加圧ローラと重ね合
わせ部を挟んで一定の固定間隔で相対向しかつその相対
向位置から重ね合わせ部の裏面までの距離を検出する検
出部と、上記固定間隔と距離検出値とに基づいて重ね合
わせ部の表面から裏面までの重ね合わせ厚みを演算する
第１演算部と、この第１演算部で演算した重ね合わせ部
の重ね合わせ厚みと予め記憶設定した各金属板の板厚と
に基づいて隙間量を演算する第２演算部とを備える。ま
た、制御手段を、上記第２演算部で演算した隙間量が大
であるほど、レーザ光の焦点位置を重ね合わせ部の裏面
側に近付けるようアクチュエータを作動制御するような
構成としたものである。

【００２５】これにより、請求項７記載の発明では、請
求項３および請求項４に記載のレーザ溶接方法を容易か
つ確実に実施し得ることが可能となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２７】＜実施形態＞ −レーザ溶接装置の構成− 図１及び図２は、本発明の実施形態に係るレーザ溶接装
置を溶接ロボットに適用した例を示し、図１において、
１はレーザ溶接されるワーク、２はレーザ溶接装置、３
はこのレーザ溶接装置２を移動可能に支持するロボット
アームであり、４は上記レーザ溶接装置２の先端（図で
は下端）に配置された加圧ローラ、５は同じく上記レー
ザ溶接装置の先端に配置されたレーザ加工ヘッド、６は
この加工ヘッド５を移動可能に支持する支持機構、７は
上記レーザ加工ヘッド５を作動させるアクチュエータと
してのサーボモータ、８は上記加圧ローラ４に対し対向
する位置に配置された検出部としての距離センサ８１を
有する検出手段、９は上記サーボモータ７の作動制御を
行う制御手段としてのコントローラである。そして、上
記加圧ローラ４、レーザ加工ヘッド５、支持機構６、サ
ーボモータ７、検出手段８及びコントローラ９によりレ
ーザ溶接装置２が構成されている。

【００２８】上記ワーク１は、断面略コ字状に形成さ
れ、その開口端から外方にそれぞれ突出する金属板とし
てのフランジ１１ａ，１１ｂが形成された一対のコ字状
フレーム１０ａ，１０ｂが、互いにそのフランジ１１
ａ，１１ｂにおいて図１及び図２における上下（以下、
単に上下という）に重ね合わされた状態で載置台（図示
せず）上に載置されている。この各コ字状フレーム１０
ａ，１０ｂは、所定方向（図１では左右方向）に延びる
コ字状フレーム１０ａ，１０ｂのフランジ１１ａ，１１
ｂ同士の重ね合わせ部１２に対しその表面側（図では上
側）からレーザ光を照射することにより上記重ね合わせ
部１２がフランジ１１ａ，１１ｂの延設方向（図１では
左右方向）に連続して重ね合わせ溶接されるようになっ
ている。この場合、各フランジ１１ａ，１１ｂの板厚ｆ
１，ｆ２（図１に表れる）は、コントローラ９に予め記
憶設定されている。

【００２９】上記レーザ溶接装置２は、上記ロボットア
ーム３に対し加圧ローラ４を支持する加圧ローラ支持部
材２１を備えている。この加圧ローラ支持部材２１は、
図２に示すように、フランジ１１ａ，１１ｂの延設方向
から視て略Ｔ字状に形成され、その下面より下方に延び
る一対の支持具２２，２２（図１では一方のみ示す）を
備えている。

【００３０】上記加圧ローラ４は、上記各支持具２２の
下端にピン２３を介して回動自在に支持されている。こ
の加圧ローラ４は、各フランジ１１ａ，１１ｂの重ね合
わせ部１２をその表面側（上側のフランジ１１ａ側）か
ら一定の加圧力で加圧して拘束するようにしている。

【００３１】上記レーザ加工ヘッド５は、加圧ローラ支
持部材２１のフランジ１１ａ，１１ｂ延設方向一側面
（図１では左側面）に支持された円筒形状の胴部５１の
先端部（下端部）に設けられている。このレーザ加工ヘ
ッド５は、従来公知のＹＡＧレーザ（以下、レーザ光と
いう）の集光光学系を含んでなり、各フランジ１１ａ，
１１ｂの重ね合わせ部１２に対しその表面（上側のフラ
ンジ１１ａ）からレーザ光を照射するようにしている。
上記レーザ加工ヘッド５は、加圧ローラ４に対しフラン
ジ１１ａ，１１ｂ延設方向へ延びる線（図示せず）上に
おいて互いに近接する近接位置に配置されている。

【００３２】上記支持機構６は、図１に示すように、上
記レーザ加工ヘッド５の胴部５１と加圧ローラ支持部材
２１との間に介設されている。この支持機構６は、図３
において詳示するように、レーザ加工ヘッド５の胴部５
１の周方向において加圧ローラ支持部材２１に対向する
対向部分に上下方向に所定寸法を存して突設されたスラ
イダ６１と、加圧ローラ支持部材２１のフランジ１１
ａ，１１ｂ延設方向一側面において上下方向に延びて設
けられ、上記スライダ６１を上下方向にスライド移動可
能に支持するガイド部材６２とを備えている。上記スラ
イダ６１は断面略Ｃ字状に形成されているのに対し、上
記ガイド部材６２は断面略Ｈ字状に形成され、この両者
６１，６２の嵌合により、ガイド部材６２に対するスラ
イダ６１のずれなどによる平面方向への移動が規制され
るようになっている。

【００３３】上記サーボモータ７は、上記レーザ加工ヘ
ッド５の胴部５１上方に対応する加圧ローラ支持部材２
１のフランジ１１ａ，１１ｂ延設方向略中央部上端位置
に取り付けられている。このサーボモータ７は出力軸７
１を下方へ延出してなり、この出力軸７１と、上記レー
ザ加工ヘッド５の胴部５１の中心軸とは互いに一致して
いる。また、上記サーボモータ７は送りねじ機構７２を
備えている。この送りねじ機構７２は、上記出力軸７１
に設けられた雄ねじ７３と、上記胴部５１の中心軸上に
設けられ、上記雄ねじ７３に螺合する雌ねじ７４とから
なり、サーボモータ７の回転量に応じて胴部５１（レー
ザ加工ヘッド５）を上下方向に移動させるように構成さ
れている。

【００３４】上記検出手段８の距離センサ８１は、図２
に示すように、加圧ローラ支持部材２１にアーム８２を
介して固設されている。このアーム８２は、フランジ１
１ａ，１１ｂの重ね合わせ部１２を外方から迂回するよ
うにコ字状に形成されている。そして、上記距離センサ
８１は、上記加圧ローラ４と重ね合わせ部１２を挟んで
一定の固定間隔ｘで相対向するように重ね合わせ部１２
の裏面側（下側のフランジ１１ｂ側）に配置されてい
る。この距離センサ８１は、距離センサ８１からフラン
ジ１１ａ，１１ｂの重ね合わせ部１２の裏面までの距離
つまり下側のフランジ１１ｂまでの距離ｈ（図１に表れ
る）を検出するものであり、例えば従来公知の非接触式
レーザ変位センサや赤外線距離センサなどからなる。こ
の場合、加圧ローラ４により加圧される重ね合わせ部１
２の表面から距離センサ８１までの固定間隔ｘは予めコ
ントローラ９に記憶されている。

【００３５】また、上記検出手段８は、距離センサ８１
からの距離ｈ（距離出力値）およびコントローラ９から
の固定間隔ｘとに基づいて重ね合わせ部１２の表面から
裏面までの重ね合わせ厚みｘ−ｈを演算する第１演算部
８３と、この第１演算部８３で演算した重ね合わせ部１
２の重ね合わせ厚みｘ−ｈとコントローラ９からの各フ
ランジ１１ａ，１１ｂの板厚ｆ１，ｆ２とに基づいて隙
間量ｙを演算する第２演算部８４とを備えている。この
場合、検出手段８は、距離センサ８１、第１および第２
演算部８３，８４の順で出力信号が出力可能に接続され
ている。

【００３６】上記コントローラ９は、上記第２演算部８
４に対しこの第２演算部８４からの出力が入力可能とな
るように接続されていると共に、上記サーボモータ７に
対しこのサーボモータ７を作動させる指令信号が出力可
能となるように接続されている。つまり、コントローラ
９は、第２演算部８４からの出力を受け、その出力値に
（隙間量ｙ）基づいて上記重ね合わせ部１２での上下の
フランジ１１ａ，１１ｂ間の隙間量ｙが大であるほどレ
ーザ加工ヘッド５を上側のフランジ１１ａの表面に近付
けるようにサーボモータ７に指令信号を出力してこのサ
ーボモータ７の出力軸７１を正回転させる一方、重ね合
わせ部１２での上下のフランジ１１ａ，１１ｂ間の隙間
量ｙが少ないほどレーザ加工ヘッド５を上側のフランジ
１１ａの表面から離すようにサーボモータ７に指令信号
を出力してこのサーボモータ７の出力軸７１を逆回転さ
せるようにしている。この場合、コントローラ９には、
重ね合わせ部１２における上下のフランジ１１ａ，１１
ｂの厚さｆ１，ｆ２（図１に表れる）が予めデータとし
て入力されている。

【００３７】上記ロボットアーム３は、図示しない走路
上をコ字状フレーム１０，１０の延設方向（図１に矢印
で示す方向）に沿って移動する基体部（図示せず）に対
し基端部が水平回り及び鉛直回りに回動可能に支持さ
れ、予めティーチングされた作動制御データに基づいて
コントロール装置（図示せず）によりレーザ溶接装置２
（加圧ローラ支持部材２１）を所望位置に移動させるよ
うに作動制御される。

【００３８】−レーザ溶接方法− 次に、レーザ溶接装置２を用いてワーク１を溶接する際
の具体的なレーザ溶接方法の一例を図４に基づいて説明
する。

【００３９】この場合、ワーク１は、コ字状フレーム１
０ａ，１０ｂが互いにそのフランジ１１ａ，１１ｂにお
いて上下に重ね合わされた状態に配置されているものと
し、また、レーザ溶接装置２は、ロボットアーム３によ
り、コ字状フレーム１０ａ，１０ｂのフランジ１１ａ，
１１ｂ同士の重ね合わせ部１２を挟んで加圧ローラ４と
距離センサ８１とを対向させた状態に配置され、さら
に、上下のフランジ１１ａ，１１ｂの重ね合わせ部１２
の表面（上側のフランジ１１ａの表面）に対し、加圧ロ
ーラ４により一定の加圧力を付与するようにロボットア
ーム３を作動させているものとする。そして、加圧ロー
ラ４により一定の加圧力が重ね合わせ部１２に作用して
いる状態では、レーザ加工ヘッド５は、レーザ光の焦点
位置が重ね合わせ部１２の表面上つまり上側のフランジ
１１ａの表面上で結ばれるように位置付けられているも
のとする。

【００４０】先ず、ステップＳ１で、距離センサ８１に
よりこの距離センサ８１から重ね合わせ部１２の裏面ま
での距離つまり下側のフランジ１１ｂの裏面までの距離
ｈを検出し、その検出値（距離ｈ）を第１演算部８３に
出力する。このとき、レーザ溶接装置２（加圧ローラ
４、レーザ加工ヘッド５、支持機構６、サーボモータ
７、検出手段８及びコントローラ９）は、ロボットアー
ム３により重ね合わせ部１２に対し一定速度でフランジ
１１ａ，１１ｂ延設方向他側（図１に示す矢印方向）に
移動せしめられ、距離センサ８１から下側のフランジ１
１ｂの裏面までの距離ｈが検出される。

【００４１】次いで、ステップＳ２において、第１演算
部８３により、距離センサ８１からの距離ｈおよびコン
トローラ９からの固定間隔ｘとに基づいて重ね合わせ部
１２の表面から裏面までの重ね合わせ厚みｘ−ｈを演算
し、その演算値（重ね合わせ厚みｘ−ｈ）を第２演算部
８４に出力する。

【００４２】その後、ステップＳ３において、第２演算
部８４により、上記ステップＳ２で演算した重ね合わせ
部１２の重ね合わせ厚みｘ−ｈと、コントローラ９から
入力した各フランジ１１ａ，１１ｂの板厚ｆ１，ｆ２と
に基づいて隙間量ｙを演算する。このとき、第２演算部
８４では、重ね合わせ厚みｘ−ｈから各フランジ１１
ａ，１１ｂの板厚ｆ１，ｆ２を差し引く演算式により隙
間量ｙを演算する。

【００４３】しかる後、ステップＳ４において、上記ス
テップＳ３で演算した演算値により隙間が存在すれば、
その隙間に応じた指令信号をサーボモータ７に出力し、
ステップＳ５で、上記ステップＳ４の指令信号に基づき
レーザ光の焦点位置を変更調節する。この場合、レーザ
加工ヘッド５は、レーザ光の焦点位置が上側のフランジ
１１ａの表面上で結ばれるように位置付けられているの
で、隙間量ｙに応じた指令信号に基づきサーボモータ７
の出力軸７１を正回転させて送りねじ機構７２の雌ねじ
７４に対する雄ねじ７３の螺合を進行させ、支持機構６
により胴部５１の水平方向への移動を規制しつつレーザ
加工ヘッド５を上側のフランジ１１ａの表面に近付ける
ことで、レーザ光の焦点位置を下側のフランジ１１ｂ側
に変更調節することが行われる。このとき、隙間量ｙが
大であるほどレーザ加工ヘッド５は上側のフランジ１１
ａの表面に近付けられる。

【００４４】そして、ステップＳ６において、上記ステ
ップＳ５で変更調節したレーザ光の焦点位置により重ね
合わせ部１２の表面に対しレーザ光を照射して重ね合わ
せ部１２を溶接する。このとき、レーザ光の焦点位置は
上下のフランジ１１ａ，１１ｂの隙間量ｙに応じて変更
されていることで、図５に示すように、下側のフランジ
１１ｂへのレーザ光による溶接の溶け込み深さが十分に
確保される。

【００４５】以降、演算される隙間量は、上記ステップ
Ｓ３で演算した隙間量ｙと比較され、新たな隙間量に応
じた指令信号に基づきサーボモータ７の出力軸７１を正
回転又は逆回転させて送りねじ機構７２の雌ねじ７４に
対する雄ねじ７３の螺合を進行又は後退させ、レーザ加
工ヘッド５を上側のフランジ１１ａの表面に接近又は離
反させることで、レーザ光の焦点位置を下側のフランジ
１１ｂ側又は上側のフランジ１１ａの表面側に変更する
ことが継続して行われる。

【００４６】したがって、本実施形態では、重ね合わせ
部１２に対し照射されるレーザ光の焦点位置が、その重
ね合わせ部１２を構成する各フランジ１１ａ，１１ｂ間
の隙間量ｙの大小に応じて変更調節されることになる。
これにより、上記重ね合わせ部１２における隙間の有無
や隙間量ｙの大小の如何に拘わらず、重ね合わせ部１２
の現実の状況に応じて確実に一定品質の溶接を行うこと
ができる。このため、隙間の有無や隙間量の大小の如何
に拘わらず焦点位置を常に重ね合わせ部の表面位置に維
持する従来方法において発生するおそれのある未接合や
強度不足という不都合が生じることはない。加えて、隙
間の存在を考慮して上記焦点位置を想定隙間量だけ重ね
合わせ部の裏面側に近付けた位置に維持する場合におけ
る溶接の貫通および強度不足の発生並びにスパッタの飛
散・付着という不都合が発生するおそれもなく、スパッ
タの付着に伴う見栄えの悪化を確実に防止することがで
きる。しかも、レーザ光の焦点位置は、隙間量ｙが大で
あるほど重ね合わせ部１２の裏面側に近付けられるよう
に変更調節されるので、隙間量ｙが多くても、レーザ光
による溶接の溶け込み深さが十分に確保されて裏側のフ
ランジ１１ｂを確実に溶接することができる。さらに、
重ね合わせ部１２の隙間量ｙを検出する検出部位の近傍
位置にレーザ光の照射が行われるので、隙間の有無や大
小変化する隙間量ｙに応じた焦点位置の変更調節を重ね
合わせ部１２の隙間の状況に応じてより精度良く行宇こ
とができる。

【００４７】また、レーザ光の焦点位置が、検出手段８
によりフランジ１１ａ，１１ｂの延設方向で連続検出さ
れる隙間量ｙの大小に応じて連続変更調節されるので、
重ね合わせ部１２をその溶接方向（フランジ１１ａ，１
１ｂの延設方向）に連続して確実に溶接することができ
る。

【００４８】さらに、加圧ローラ４と距離センサ８１と
の間の固定間隔ｘから距離検出値ｈおよび各フランジ１
１ａ，１１ｂの板厚ｆ１，ｆ２をそれぞれ減算すれば簡
単に隙間量ｙを求めることができ、検出手段８の構成を
複雑化させることなくシンプルなものにすることができ
る。

【００４９】しかも、本実施形態のレーザ溶接装置２に
よれば、上述したレーザ溶接方法を容易かつ確実に実施
し得ることができる。

【００５０】＜他の実施形態＞尚、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を
包含するものである。例えば、上記実施形態では、上側
のフランジ１１ａの表面から距離センサ８１の上面まで
の固定間隔ｘから距離センサ８１による距離ｈ及び上下
のフランジ１１ａ，１１ｂの厚さｆ１，ｆ２を差し引く
演算式により隙間量ｙを演算したが、重ね合わせ部の表
面（上側のフランジの表面）から裏面（下側のフランジ
の裏面）までの距離を検出する検出手段を備え、この検
出手段の検出値が入力されるコントローラにより上記検
出値から上下のフランジの厚さを差し引いて隙間量が演
算されるようにしても良い。

【００５１】また、本実施形態では検出手段として非接
触式の距離センサを用いたが、下側のフランジの裏面に
接触する接触式の距離センサであっても良い。

【００５２】さらに、上記実施形態では、重ね合わせ部
１２において上下のフランジ１１ａ，１１ｂをレーザ光
により溶接する場合について述べたが、重ね合わせ部に
おいて互いに重ね合わせた３枚以上の複数のフランジを
レーザ光により重ね合わせ溶接する場合にも適用できる
のは勿論である。

【００５３】しかも、上記実施形態では、ロボットアー
ム３によりレーザ溶接装置２（レーザ光）をフランジ１
１ａ，１１ｂ延設方向他側に移動させたが、ワークつま
りコ字状フレームの上下のフランジの重ね合わせ部自体
がそのフランジ延設方向一側に移動するようになってい
ても良い。

【００５４】

【発明の効果】以上の如く、請求項１記載の発明におけ
るレーザ溶接方法によれば、レーザ光の焦点位置を重ね
合わせ部の各金属板間の隙間量の大小に応じて変更調節
することで、上記重ね合わせ部における隙間の有無や隙
間量の大小の如何に拘わらず重ね合わせ部の現実の状況
に応じて確実に一定品質の溶接を行うことができ、未接
合や強度不足という不都合を確実に防止し得ることがで
きるとともに、溶接の貫通および強度不足の発生並びに
スパッタの飛散・付着という不都合も確実に防止するこ
とができる。

【００５５】請求項２記載の発明におけるレーザ溶接方
法によれば、レーザ光の焦点位置を隙間量の大小に応じ
て連続変更調節することで、重ね合わせ部をその溶接方
向に連続して確実に溶接することができる。

【００５６】請求項３記載の発明におけるレーザ溶接方
法によれば、加圧ローラと検出手段との間の固定間隔か
ら距離検出値および各金属板の板厚をそれぞれ減算する
ことで隙間量を簡単に求めることができる。

【００５７】請求項４記載の発明におけるレーザ溶接方
法によれば、レーザ光の焦点位置を隙間量が大であるほ
ど重ね合わせ部の裏面側に近付けるように変更調節する
ことで、レーザ光による溶接の溶け込み深さを十分に確
保して裏側の金属板を確実に溶接することができる。

【００５８】請求項５記載の発明におけるレーザ溶接方
法によれば、隙間量を検出する検出部位の近接位置又は
近傍位置にレーザ光の照射を行うことで、隙間の有無や
大小変化する隙間量に応じた焦点位置の変更調節を重ね
合わせ部の隙間の状況に応じてより精度良く行うことが
できる。

【００５９】請求項６記載の発明におけるレーザ溶接装
置によれば、請求項１に記載のレーザ溶接方法を容易か
つ確実に実施し得ることができる。

【００６０】請求項７記載の発明におけるレーザ溶接装
置によれば、請求項３および請求項４に記載のレーザ溶
接方法を容易かつ確実に実施し得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係わるレーザ溶接装置の一
部切り欠き正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線における一部省略断面説明図で
ある。

【図３】図１のＢ−Ｂ線における一部省略断面図であ
る。

【図４】レーザ溶接装置の制御の一例を示すフローチャ
ート図である。

【図５】上下のフランジ間に隙間が存在している場合の
重ね合わせ部での溶接状態を示す一部省略断面図であ
る。

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂ フランジ（金属板） １２ 重ね合わせ部 ２ レーザ溶接装置 ２１ 加圧ローラ支持部材 ４ 加圧ローラ ５ レーザ加工ヘッド ７ サーボモータ（アクチュエータ） ８ 検出手段 ８１ 距離センサ ８３ 第１演算部 ８４ 第２演算部 ９ コントローラ（制御手段） ｈ 距離センサから下側フランジ裏面まで
の距離 ｘ 固定間隔 ｘ−ｈ 重ね合わせ厚み ｙ 隙間量

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚の金属板を互いに重ね合わせた重
   ね合わせ部に対しその表面側からレーザ光を照射するこ
   とにより上記重ね合わせ部を重ね合わせ溶接するレーザ
   溶接方法であって、 上記重ね合わせ部の表裏方向の隙間量を検出した後、 その隙間量に応じて上記レーザ光の焦点位置を変更調節
   することを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 重ね合わせ部の表裏方向の隙間量をその重ね合わせ部の
   長手方向に連続検出し、その連続検出した隙間量に応じ
   てレーザ光の焦点位置を連続変更調節することを特徴と
   するレーザ溶接方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２において、 重ね合わせ部を加圧する加圧ローラを用い、上記重ね合
   わせ部に対しその表面側から上記加圧ローラにより加圧
   した後、 上記加圧ローラと重ね合わせ部を挟んで一定の固定間隔
   で相対向する検出手段を用い、この検出手段によりその
   検出手段から重ね合わせ部の裏面までの距離を検出し、 次いで、上記固定間隔と距離検出値とに基づいて重ね合
   わせ部の表面から裏面までの重ね合わせ厚みを演算した
   後、 この重ね合わせ部の重ね合わせ厚みと予め定められてい
   る各金属板の板厚とに基づいて隙間量を求めることを特
   徴とするレーザ溶接方法。
4. 【請求項４】 請求項３において、 重ね合わせ部の表裏方向の隙間量が大であるほど、レー
   ザ光の焦点位置を重ね合わせ部の裏面側に近付けるよう
   に変更調節することを特徴とするレーザ溶接方法。
5. 【請求項５】 請求項３において、 重ね合わせ部に対しその表面側からレーザ光を照射する
   レーザ加工ヘッドを用い、 加圧ローラを支持する加圧ローラ支持部材に対し上記レ
   ーザ加工ヘッドを支持させた状態で、このレーザ加工ヘ
   ッドを重ね合わせ部に向けて進退させることによりレー
   ザ光の焦点位置を変更調節することを特徴とするレーザ
   溶接方法。
6. 【請求項６】 複数枚の金属板を互いに重ね合わせた重
   ね合わせ部に対しその表面側からレーザ光を照射するこ
   とにより上記重ね合わせ部を重ね合わせ溶接するレーザ
   溶接装置であって、 上記重ね合わせ部に対しその表面側から加圧する加圧ロ
   ーラと、 この加圧ローラを支持する加圧ローラ支持部材に対し重
   ね合わせ部に向けて進退可能に支持され、その重ね合わ
   せ部に対しレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、 上記重ね合わせ部の表面に向けて上記レーザ加工ヘッド
   を進退させるアクチュエータと、 上記重ね合わせ部の表裏方向の隙間量を検出する検出手
   段と、 上記レーザ加工ヘッドを重ね合わせ部に向けて進退させ
   るように上記アクチュエータを作動制御することによ
   り、上記検出手段により検出された隙間量に応じてレー
   ザ光の焦点位置を変更調節する制御手段とを備えている
   ことを特徴とするレーザ溶接装置。
7. 【請求項７】 請求項６において、 検出手段は、加圧ローラと重ね合わせ部を挟んで一定の
   固定間隔で相対向しかつその相対向位置から重ね合わせ
   部の裏面までの距離を検出する検出部と、上記固定間隔
   と距離検出値とに基づいて重ね合わせ部の表面から裏面
   までの重ね合わせ厚みを演算する第１演算部と、この第
   １演算部で演算した重ね合わせ部の重ね合わせ厚みと予
   め記憶設定した各金属板の板厚とに基づいて隙間量を演
   算する第２演算部とを備えており、 制御手段は、上記第２演算部で演算した隙間量が大であ
   るほど、レーザ光の焦点位置を重ね合わせ部の裏面側に
   近付けるようアクチュエータを作動制御するように構成
   されていることを特徴とするレーザ溶接装置。