WO2023135859A1 - レーザ溶接装置 - Google Patents

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WO2023135859A1
WO2023135859A1 PCT/JP2022/033342 JP2022033342W WO2023135859A1 WO 2023135859 A1 WO2023135859 A1 WO 2023135859A1 JP 2022033342 W JP2022033342 W JP 2022033342W WO 2023135859 A1 WO2023135859 A1 WO 2023135859A1
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WO
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laser
laser beam
optical element
welding
electrical conductor
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Application number
PCT/JP2022/033342
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English (en)
French (fr)
Inventor
光宏 吉永
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding

Definitions

  • the present invention relates to laser welding equipment.
  • Patent Document 1 discloses a laser welding method in which an XY orthogonal stage on which a work is mounted, a pair of XY mirrors, and a laser oscillator are provided, and laser irradiation is performed on the work while four operating axes are cooperatively controlled. disclosed.
  • the stage on which the work is mounted is configured to move in the XY orthogonal direction. Therefore, in the case of a work having a plurality of parts to be welded spaced apart in the circumferential direction around the central axis, when irradiating a desired part to be welded with a laser beam, it is necessary to move the work in the orthogonal direction. There is a problem that the distance becomes long and it takes time.
  • the present invention has been made in view of this point, and its object is to continuously perform laser welding on a work in which a plurality of parts to be welded are arranged at intervals in the circumferential direction. It is to make
  • the present invention is a laser welding device comprising a first laser oscillator that oscillates a first laser beam, and a laser beam scanning system that changes the irradiation position of the first laser beam on a workpiece.
  • the workpiece has a plurality of parts to be welded circumferentially spaced around a predetermined central axis.
  • the laser welding apparatus includes a rotary table that rotates the workpiece around the central axis, and a position of the welding target portion among the plurality of welding target portions relative to the laser beam scanning system is continuously changed.
  • a rotary table control unit for controlling the operation of the rotary table; and a laser beam for controlling the operation of the laser beam scanning system so as to irradiate the first laser beam onto a predetermined target position on the welding target. and a controller.
  • the rotary table and the laser beam scanning are performed so as to irradiate the first laser beam to a predetermined target position on the welding target while continuously changing the relative position of the welding target with respect to the laser beam scanning system.
  • the system is coordinated and controlled.
  • laser welding can be continuously performed on a workpiece in which a plurality of welding target parts are arranged at intervals in the circumferential direction.
  • the parts to be welded can be continuously melted and joined, shortening the welding time, improving the melting quality, and reducing the cost of the laser welding apparatus.
  • FIG. 3 is a plan view showing the configuration of a plurality of electrical conductors in the stator of the rotary electric machine;
  • FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of a first electrical conductor and a second electrical conductor;
  • FIG. 4B is a plan view showing another configuration of the first electrical conductor and the second electrical conductor;
  • FIG. 4 is a plan view showing a scanning shape when the first laser beam is branched; It is a figure explaining the procedure which joins the edge part of a 1st electrical conductor and a 2nd electrical conductor.
  • FIG. 4 is a plan view showing a scanning shape when the first laser beam is not branched;
  • FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of a plurality of first electrical conductors and second electrical conductors in the stator;
  • FIG. 4 is a plan view showing a state in which the stator is rotated; It is a figure for demonstrating the irradiation position of a 1st laser beam. It is a figure which shows the state which only ⁇ 2 rotated the stator. It is a figure which shows the state which only ⁇ 3 rotated the stator. It is a figure which shows the state which only ⁇ 4 rotated the stator.
  • FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of a plurality of first electrical conductors and second electrical conductors in the stator;
  • FIG. 4 is a plan view showing a state in which the stator is rotated; It is a figure for demonstrating the irradiation position of a 1st laser beam. It is a figure which shows the state which only ⁇ 2 rotated the stator. It is a figure which shows the state which only
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the angle of the first optical element and the irradiation positions of the first branched beam and the second branched beam; It is a figure which shows the state which only ⁇ 2 rotated the stator. It is a figure which shows the state which only ⁇ 3 rotated the stator. It is a figure which shows the state which only ⁇ 4 rotated the stator.
  • FIG. 5 is a side view showing the configuration of a laser welding device according to Embodiment 2;
  • FIG. 11 is a side view showing the configuration of a laser welding device according to Embodiment 3;
  • the laser welding device 1 emits a first laser beam LB1 to a welding target portion 13 of a rotary electric machine 10 as a work.
  • the parts to be welded 13 are ends of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 .
  • the ends of the first electrical conductor 11 and the ends of the second electrical conductor 12 are joined together by laser welding.
  • the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 are, for example, the coils 17 of the stator 15 of the rotating electrical machine 10 .
  • the laser welding device 1 manufactures the rotating electric machine 10 by laser-welding the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 .
  • the rotary electric machine 10 of this embodiment can be applied to, for example, a motor for driving a vehicle, a generator, and the like.
  • the rotating electric machine 10 has a stator 15 and a rotor (not shown).
  • the stator 15 has a stator core 16 and coils 17 .
  • Stator core 16 is formed in a cylindrical shape.
  • the rotor is arranged inside the stator core 16 .
  • a plurality of slots 18 are provided in the stator core 16 .
  • the slots 18 extend axially through the stator core 16 along a central axis C (see FIG. 1).
  • a plurality of slots 18 are provided at equal intervals in the circumferential direction around the central axis C of the stator core 16 .
  • the coil 17 is inserted through the slot 18.
  • the coil 17 is configured by bundling a plurality of electrical conductors made of copper, for example.
  • the coil 17 has a first electrical conductor 11 and a second electrical conductor 12 .
  • the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 are arranged adjacent to each other.
  • the ends of the first electrical conductor 11 and the ends of the second electrical conductor 12 protrude from the slot 18 .
  • the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 have end face shapes with a thickness t of 2 mm and an end face width W of 4 mm, for example. Also, the gap between the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 is, for example, about 0.2 to 0.5 mm.
  • first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 are covered with a coating 19 made of resin or the like over the entire surface. It is assumed that the covering portion 19 is removed.
  • the ends of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 do not necessarily have to be in contact with each other, but only need to be close to each other with a slight gap. That is, at the start of laser emission, there is no need to use some mechanism to apply an external force to the ends of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 to keep them in close contact with each other.
  • the ends of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 are arranged so as to line up in the thickness direction, but it is not limited to this form.
  • the tip portions of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 may be butted against each other.
  • the laser welding device 1 includes a first laser oscillator 21 , a laser head 25 , a first optical element 31 , a rotary table 34 and a controller 40 .
  • the first laser oscillator 21 emits a first laser beam LB1.
  • the output of the first laser oscillator 21 is, for example, 1 to 3 kW.
  • the wavelength of the first laser beam LB1 is around 1070 nm and is called the IR wavelength.
  • the first laser beam LB1 emitted from the first laser oscillator 21 is transmitted to the laser head 25 through space.
  • the first laser beam LB1 may be transmitted via an optical fiber or the like.
  • the laser head 25 has a galvanomirror 26 as a laser beam scanning system and an f ⁇ lens 28 .
  • the galvanomirror 26 controls the traveling direction of the first laser beam LB1 emitted from the first laser oscillator 21 by changing the mirror angle.
  • the galvanomirror 26 is composed of two mirrors for the X-axis and the Y-axis, but since the drawing is complicated, only one mirror will be illustrated and explained.
  • the f ⁇ lens 28 converges the first laser beam LB1 reflected by the galvanomirror 26 .
  • the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 are irradiated with the first laser beam LB1 condensed by the f ⁇ lens 28 .
  • the first optical element 31 splits the first laser beam LB1 emitted from the first laser oscillator 21 into a first branched beam LB1-1 and a second branched beam LB1-2 (see FIG. 5).
  • the branching angle at this time is determined by the design of the first optical element 31 .
  • the first optical element 31 is mounted on the first angle changer 31a.
  • the first angle changer 31a changes the angle of the first optical element 31 by rotating the first optical element 31 in the circumferential direction when viewed from the optical axis direction of the first laser beam LB1. Thereby, the branching directions of the first branched beam LB1-1 and the second branched beam LB1-2 can be changed.
  • the first optical element 31 is used in order to have the function of branching the first laser beam LB1.
  • the first optical element 31 may be used.
  • the first optical element 31 is composed of, for example, a DOE (diffractive optical element). If the first laser beam LB1 is simply split, the first optical element 31 may be configured with other optical elements such as a triangular prism.
  • DOE diffractive optical element
  • the first branched beam LB1-1 is emitted to the end of the first electrical conductor 11.
  • FIG. A part of the first electrical conductor 11 is melted to form the first melted portion 5 .
  • the second branched beam LB1-2 is emitted to the end of the second electrical conductor 12.
  • FIG. A second melted portion 6 is formed by partially melting the second electrical conductor 12 .
  • the melting ranges of the first melting portion 5 and the second melting portion 6 increase.
  • the first fusion zone 5 and the second fusion zone 6 are connected to form one joint 7 .
  • the first branched beam LB1-1 and the second branched beam LB1-2 are scanned along a spiral trajectory during laser welding.
  • the scanning shape of the second branched beam LB1-2 is not limited to this, and may be spiral, for example.
  • laser welding may be performed without branching the first laser beam LB1.
  • the first laser beam LB1 is scanned along a spiral trajectory so as to straddle the end of the first electrical conductor 11 and the end of the second electrical conductor 12. You should let it run.
  • the scanning shape of the first laser beam LB1 is not limited to this, and may be spiral, for example.
  • the controller 40 has a first laser oscillator controller 41 , a first optical element controller 45 , a laser head controller 50 and a rotary table controller 55 .
  • the control unit 40 includes a memory and a processor that executes programs stored in the memory.
  • the first laser oscillator control unit 41 controls the operation of the first laser oscillator 21 to adjust the output of the first laser beam LB1.
  • the first optical element control section 45 controls the operation of the first angle changing section 31 a so as to change the angle of the first optical element 31 in synchronization with the operation of the rotary table control section 55 .
  • a laser head control unit 50 controls the operation of the laser head 25 . Specifically, the laser head control unit 50 changes the irradiation position of the first laser beam LB ⁇ b>1 with respect to the rotary electric machine 10 by changing the mirror angle of the galvanomirror 26 .
  • the galvano mirror 26 changes the irradiation position of the first laser beam LB1 on the first electrical conductor 11 and the irradiation position of the second laser beam LB2 on the second electrical conductor 12. change the irradiation position of
  • the rotary table control unit 55 controls the operation of the rotary table 34 . Specifically, the rotary table control unit 55 continuously rotates the rotary electric machine 10 about the central axis C, thereby adjusting the relative positions of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 and the laser head 25. change.
  • the stator 15 of the rotary electric machine 10 has a plurality of ends of the first electrical conductors 11 and the second electrical conductors 12 arranged at intervals in the circumferential direction.
  • the set of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 is regarded as one welding target portion 13
  • four sets of the welding target portion 13 are arranged along the radial direction of the stator 15. placed.
  • the four sets of welding target parts 13 are arranged in eight blocks along the circumferential direction of the stator 15 .
  • a total of 32 sets of parts to be welded 13 are arranged on the stator 15 .
  • the number of sets and the number of blocks of the parts to be welded 13 are only examples, and differ depending on the product and size.
  • the rotary table 34 continuously rotates the stator 15 around the central axis C counterclockwise.
  • the positions of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 are rotated counterclockwise by an angle ⁇ .
  • the stator 15 is rotated counterclockwise in this embodiment, it may be rotated clockwise.
  • the first laser beam LB1 can be split by the first optical element 31 into the first split beam LB1-1 and the second split beam LB1-2.
  • the first optical element 31 is removed from the laser welding apparatus 1, and laser welding is performed in a state in which the first laser beam LB1 is not branched. .
  • the part to be welded 13 is continuously rotated in the circumferential direction around the central axis C by the rotary table 34 .
  • the controller 40 calculates a control command for the galvanomirror 26 so that the rotation of the rotary table 34 and the operation of the galvanomirror 26 of the laser head 25 are synchronized.
  • the operating angle of the galvanomirror 26 is sequentially reflected in the laser head control numerical value based on the results calculated by the entire control unit 40 based on the position information of the rotary table control unit 55 .
  • the scanning direction of the first laser beam LB1 needs to be oblique according to the rotation of the rotary electric machine 10, but this can be realized by controlling the galvanomirror 26 so as to offset the scanning position information.
  • the welding target 13 has moved to a position rotated by an angle ⁇ 2 with respect to the X axis, the welding of the right end welding target 13 in FIG. Welding of the target portion 13 is started.
  • the laser head control unit 50 cooperatively controls the operation of the galvanomirror 26 so that the first laser beam LB1 is spirally applied to the welding target portion 13 in synchronization with the rotation operation of the rotary table 34 .
  • the laser head control unit 50 cooperatively controls the operation of the galvanomirror 26 so that the first laser beam LB1 is spirally applied to the welding target portion 13 in synchronization with the rotation operation of the rotary table 34 .
  • the laser head control unit 50 cooperatively controls the operation of the galvanomirror 26 so that the first laser beam LB1 is spirally applied to the welding target portion 13 in synchronization with the rotation operation of the rotary table 34 .
  • FIG. 8 there are eight blocks including four parts to be welded 13 spaced apart in the circumferential direction. Therefore, by repeating the operations shown in FIGS. 10 to 13 eight times, all the welding target portions 13 existing in the stator 15 of the rotary electric machine 10 can be laser-welded.
  • the scanning shape of the first laser beam LB1 is not limited to a spiral shape, and may be an elliptical shape, for example.
  • the laser scanning speed may be, for example, 100 to 500 mm/s.
  • the first laser beam LB1 can be split by the first optical element 31 into the first split beam LB1-1 and the second split beam LB1-2.
  • a case where the first laser beam LB1 is split into a first split beam LB1-1 and a second split beam LB1-2 will be described below.
  • the first electrical conductor 11 is irradiated with the first branched beam LB1-1
  • the second electrical conductor 12 is irradiated with the second branched beam LB1-2.
  • the first branched beam LB1-1 and the second branched beam LB1-2 are branched from one first laser beam LB1. Therefore, when the first branched beam LB1-1 and the second branched beam LB1-2 are scanned by the galvanomirror 26, the scanning shapes of the first branched beam LB1-1 and the second branched beam LB1-2 are the same. . In the example shown in FIG. 14, the first branched beam LB1-1 and the second branched beam LB1-2 are assumed to irradiate the welding target 13 along spiral trajectories.
  • laser welding is sequentially started from the welding target portion 13 arranged radially outermost (on the right end side in FIG. 14).
  • the first branched beam LB1-1 is assumed to irradiate the first electrical conductor 11 along a spiral trajectory.
  • the second branched beam LB1-2 is assumed to irradiate the second electrical conductor 12 along a spiral trajectory.
  • the part to be welded 13 is continuously rotated in the circumferential direction around the central axis C by the rotary table 34 .
  • the control unit 40 adjusts the galvanomirror 26 and the first angle so that the rotating operation of the rotary table 34, the operation of the galvanomirror 26 of the laser head 25, and the angle changing operation of the first optical element 31 are synchronized.
  • a control command for the change unit 31a is calculated.
  • the laser head control unit 50 spirally irradiates the first electrical conductor 11 with the first branched beam LB1-1 in synchronization with the rotation of the rotary table 34, and irradiates the second electrical conductor 12 with the first branched beam LB1-1.
  • the operation of the galvanomirror 26 and the operation of the first optical element 31 are cooperatively controlled so that the second branch beam LB1-2 is helically irradiated.
  • the installation angle ⁇ 2 of the welding target portion 13 and the angle ⁇ 2 of the first optical element 31 are the same angle.
  • the laser head control unit 50 spirally irradiates the first electrical conductor 11 with the first branched beam LB1-1 in synchronization with the rotation of the rotary table 34, and irradiates the second electrical conductor 12 with the first branched beam LB1-1.
  • the operation of the galvanomirror 26 and the operation of the first optical element 31 are cooperatively controlled so that the second branch beam LB1-2 is helically irradiated.
  • the installation angle ⁇ 3 of the welding target portion 13 and the angle ⁇ 3 of the first optical element 31 are the same angle.
  • the laser head control unit 50 spirally irradiates the first electrical conductor 11 with the first branched beam LB1-1 in synchronization with the rotation of the rotary table 34, and irradiates the second electrical conductor 12 with the first branched beam LB1-1.
  • the operation of the galvanomirror 26 and the operation of the first optical element 31 are cooperatively controlled so that the second branch beam LB1-2 is helically irradiated.
  • the installation angle ⁇ 4 of the welding target portion 13 and the angle ⁇ 4 of the first optical element 31 are the same angle.
  • FIG. 8 there are eight blocks including four parts to be welded 13 spaced apart in the circumferential direction. Therefore, by repeating the operations of FIGS. 14 to 17 eight times, all the welding target portions 13 existing in the stator 15 of the rotary electric machine 10 can be laser-welded.
  • the scanning shape of the first branched beam LB1-1 and the second branched beam LB1-2 is not limited to the spiral shape, and may be, for example, an elliptical shape. Also, the laser scanning speed may be, for example, 100 to 500 mm/s.
  • the laser welding apparatus 1 includes a first laser oscillator 21, a second laser oscillator 22, a laser head 25, a first optical element 31, a second optical element 32, and a rotary table 34. , a first correction mirror 35 and a controller 40 .
  • the second laser oscillator 22 oscillates the second laser beam LB2.
  • the wavelength of the second laser beam LB2 is different from the wavelength of the first laser beam LB1.
  • the wavelength of the first laser beam LB1 is around 1070 nm (especially 1060 to 1080 nm).
  • the wavelength of the second laser beam LB2 is around 450 nm (particularly 400 to 460 nm) or around 532 nm (particularly 520 to 550 nm).
  • the combination of the wavelength of the first laser beam LB1 and the wavelength of the second laser beam LB2 is not limited to this.
  • the second optical element 32 splits the second laser beam LB2 emitted from the second laser oscillator 22 into a first branched beam LB2-1 and a second branched beam LB2-2.
  • the branching angle at this time is determined by the design of the second optical element 32 .
  • the second optical element 32 is mounted on the second angle changer 32a.
  • the second angle changer 32a changes the angle of the second optical element 32 by rotating the second optical element 32 in the circumferential direction when viewed from the optical axis direction of the second laser beam LB2.
  • the branch directions of the first branch beam LB2-1 and the second branch beam LB2-2 can be changed.
  • the second optical element 32 is used in order to have the function of branching the second laser beam LB2.
  • the second optical element 32 may be used.
  • the second optical element 32 is composed of, for example, a DOE (diffractive optical element). If the second laser beam LB2 is simply split, the second optical element 32 may be composed of other optical elements such as a triangular prism.
  • the first correction mirror 35 is composed of, for example, a galvanomirror.
  • the first correction mirror 35 controls the traveling direction of the second laser beam LB2 emitted from the second laser oscillator 22 by changing the mirror angle.
  • the first correction mirror 35 is used to correct the chromatic aberration of magnification caused by the difference between the wavelength of the first laser beam LB1 and the wavelength of the second laser beam LB2.
  • the first correction mirror 35 corrects the chromatic aberration of magnification by changing the mirror angle so that the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 can be applied to the same location on the welding target portion 13. I have to.
  • the first correction mirror 35 and the first correction mirror control section 51 are unnecessary.
  • the control unit 40 includes a first laser oscillator control unit 41, a second laser oscillator control unit 42, a first optical element control unit 45, a second optical element control unit 46, a laser head control unit 50, a first It has a correction mirror controller 51 and a rotary table controller 55 .
  • the second laser oscillator control unit 42 controls the operation of the second laser oscillator 22 to adjust the output of the second laser beam LB2.
  • the second optical element control section 46 controls the operation of the second angle changing section 32a so as to change the angle of the second optical element 32 in synchronization with the operation of the rotary table control section 55.
  • the first correction mirror control unit 51 changes the irradiation position of the second laser beam LB2 on the galvanomirror 26 by changing the mirror angle of the first correction mirror 35 .
  • the first correction mirror controller 51 cooperatively controls the operation of the first correction mirror 35 based on a signal from the rotary table controller 55 .
  • the first correction mirror control unit 51 controls the first correction mirror 35 so as to correct the irradiation position of the second laser beam LB2 based on the first laser beam LB1 emitted from the first laser oscillator 21. controls the behavior of
  • the welding target portion 13 is preheated by emitting a blue laser that is easily absorbed by copper from the second laser oscillator 22 .
  • an infrared laser having a higher power than that of the blue laser can be emitted from the first laser oscillator 21 so that the welding target portion 13 can be easily melted.
  • first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are applied simultaneously, but the present invention is not limited to this form.
  • one laser beam may be applied first, and then the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 may be applied at the same time in accordance with the target process.
  • only one of the first laser oscillator 21 and the second laser oscillator 22 may be used.
  • the first optical element 31 splits the first laser beam LB1 and the second optical element 32 splits the second laser beam LB2. If the beam LB2 need not be split, the second optical element 32 and the second optical element controller 46 are not required.
  • the laser welding apparatus 1 includes a first laser oscillator 21, a second laser oscillator 22, a third laser oscillator 23, a laser head 25, a first optical element 31, and a second optical element. 32 , a rotary table 34 , a first correction mirror 35 , a second correction mirror 36 , a half mirror 37 , and a controller 40 .
  • the third laser oscillator 23 oscillates the third laser beam LB3.
  • the wavelength of the third laser beam LB3 is different from the wavelengths of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2.
  • the wavelength of the third laser oscillator 23 is, for example, around 1300 nm (especially 1250 to 1350 nm).
  • the third laser beam LB3 is assumed to be a measurement light for measuring the penetration depth of the welding target portion 13, but may be used as a processing laser beam.
  • the wavelengths of the first laser beam LB1, the second laser beam LB2, and the third laser beam LB3 are all different, the present invention is not limited to this.
  • the wavelength of the third laser beam LB3 may be the same as the wavelength of the first laser beam LB1, and the laser output of the first laser beam LB1 may be increased.
  • the configuration may be such that the second laser oscillator 22 and the second laser oscillator control section 42 are not mounted. That is, the penetration depth of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 melted by the first laser beam LB1 can be measured by the third laser beam LB3.
  • the second correction mirror 36 is composed of, for example, a galvanomirror.
  • the second correction mirror 36 controls the traveling direction of the third laser beam LB3 emitted from the third laser oscillator 23 by changing the mirror angle.
  • the second correction mirror 36 is used to correct the chromatic aberration of magnification caused by the difference between the wavelengths of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 and the wavelength of the third laser beam LB3.
  • the half mirror 37 transmits the second laser beam LB2 and reflects the third laser beam LB3.
  • the second laser beam LB2 is guided to the laser head 25 after passing through the half mirror 37 .
  • the third laser beam LB3 is guided to the laser head 25 after being reflected by the half mirror 37 .
  • the controller 40 includes a first laser oscillator controller 41, a second laser oscillator controller 42, a third laser oscillator controller 43, a first optical element controller 45, a second optical element controller 46, It has a laser head control section 50 , a first correction mirror control section 51 , a second correction mirror control section 52 and a rotary table control section 55 .
  • the third laser oscillator controller 43 controls the operation of the third laser oscillator 23 to adjust the output of the third laser beam LB3.
  • the second correction mirror control unit 52 changes the irradiation position of the third laser beam LB3 on the galvanomirror 26 by changing the mirror angle of the second correction mirror 36 .
  • the second correction mirror control section 52 cooperatively controls the operation of the second correction mirror 36 based on the signal from the rotary table control section 55 , like the laser head control section 50 .
  • the second correction mirror control unit 52 controls the second correction mirror 36 so as to correct the irradiation position of the third laser beam LB3 based on the first laser beam LB1 emitted from the first laser oscillator 21. control behavior.
  • the coil 17 is made of copper in this embodiment, it may be made of aluminum or other materials.
  • the first optical element 31 is of a type that simply splits the first laser beam LB1 into two, but is not limited to this form.
  • the beam may be multi-branched or modified into a ring-shaped or concentric point-branched shape around the bifurcated main laser beam. You may make it use the optical element which forms.
  • the output of the first laser beam LB1 may be adjusted based on the irradiation position of the first laser beam LB1 on the welding target portion 13. For example, when irradiating the first laser beam LB1 along the helical trajectory, the laser output may be controlled during processing, such as lowering the laser output at the end of processing.
  • a revolver-type replacement system When changing the type of the first optical element 31 or the like, a revolver-type replacement system may be used. As a result, it is possible to reduce the trouble of adjusting the position when replacing the first optical element 31 .
  • the present invention has a highly practical effect that it is possible to perform coordinated control so that a plurality of laser beams are applied in a desired scanning shape to a welding target portion of a workpiece that is continuously rotating and moving. Therefore, it is extremely useful and has high industrial applicability.

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Abstract

レーザ溶接装置は、第１レーザビームを発振する第１レーザ発振器と、ワークに対する前記第１レーザビームの照射位置を変更するレーザビーム走査系と、を備える。ワークは、所定の中心軸を中心に周方向に間隔をあけて配置された複数の溶接対象部を有する。レーザ溶接装置は、中心軸を中心にワークを回転させる回転テーブルと、レーザビーム走査系に対する複数の溶接対象部のうちの溶接対象部の相対位置が連続的に変化するように、回転テーブルの動作を制御する回転テーブル制御部と、溶接対象部における所定の目標位置に対して第１レーザビームを照射するように、レーザビーム走査系の動作を制御するレーザビーム制御部と、をさらに備える。

Description

レーザ溶接装置
　本発明は、レーザ溶接装置に関するものである。
　近年、環境配慮の観点から電気自動車が増加しており、電気自動車に用いられるワーク（回転電機）の生産工程において、安定した品質の溶接を最小の設備管理の中で実現して生産性を高めるために、レーザ溶接が用いられている。
　高生産性のレーザ溶接を実現するためには、ワークとレーザヘッドとを同時に移動させて加工することが有用であり、ワーク位置やレーザ照射位置等を協調制御することが求められる。
　特許文献１には、ワークが搭載されたＸＹ直交ステージと、一対のＸＹミラーと、１つのレーザ発振器と、を備え、４つの動作軸を協調制御しながらワークにレーザ照射を行うレーザ溶接方法が開示されている。
特許第３５６１１５９号公報
　ところで、特許文献１の発明では、ワークが搭載されたステージは、ＸＹの直交方向に移動するように構成される。そのため、中心軸を中心に周方向に間隔をあけて複数の溶接対象部が設けられたワークでは、所望の溶接対象部に対してレーザビームを照射する場合に、ワークを直交方向に移動させる移動距離が長くなり、時間がかかるという問題がある。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、周方向に間隔をあけて複数の溶接対象部が配置されたワークに対して、連続的にレーザ溶接を行うことができるようにすることにある。
　本発明は、第１レーザビームを発振する第１レーザ発振器と、ワークに対する前記第１レーザビームの照射位置を変更するレーザビーム走査系と、を備えたレーザ溶接装置である。前記ワークは、所定の中心軸を中心に周方向に間隔をあけて配置された複数の溶接対象部を有する。前記レーザ溶接装置は、前記中心軸を中心に前記ワークを回転させる回転テーブルと、前記レーザビーム走査系に対する前記複数の溶接対象部のうちの溶接対象部の相対位置が連続的に変化するように、前記回転テーブルの動作を制御する回転テーブル制御部と、前記溶接対象部における所定の目標位置に対して前記第１レーザビームを照射するように、前記レーザビーム走査系の動作を制御するレーザビーム制御部と、をさらに備える。
　本発明では、レーザビーム走査系に対する溶接対象部の相対位置を連続的に変化させながら、溶接対象部における所定の目標位置に対して第１レーザビームを照射するように、回転テーブル及びレーザビーム走査系を協調制御させるようにしている。
　このような構成とすれば、周方向に間隔をあけて複数の溶接対象部が配置されたワークに対して、連続的にレーザ溶接を行うことができる。これにより、溶接対象部を連続的に溶融及び接合して、溶接時間の短縮化、溶融品質の向上、及びレーザ溶接装置の低コスト化を実現することができる。
　本発明によれば、周方向に間隔をあけて複数の溶接対象部が配置されたワークに対して、連続的にレーザ溶接を行うことができる。
本実施形態１に係るレーザ溶接装置の構成を示す側面図である。 回転電機のステータにおける複数の電気導体の構成を示す平面図である。 第１電気導体及び第２電気導体の構成を示す斜視図である。 第１電気導体及び第２電気導体の別の構成を示す平面図である。 第１レーザビームを分岐させたときの走査形状を示す平面図である。 第１電気導体及び第２電気導体の端部同士を接合する手順を説明する図である。 第１レーザビームを分岐させないときの走査形状を示す平面図である。 ステータにおける複数の第１電気導体及び第２電気導体の配置を示す平面図である。 ステータを回転させた状態を示す平面図である。 第１レーザビームの照射位置を説明するための図である。 ステータをθ２だけ回転させた状態を示す図である。 ステータをθ３だけ回転させた状態を示す図である。 ステータをθ４だけ回転させた状態を示す図である。 第１光学素子の角度と、第１分岐ビーム及び第２分岐ビームの照射位置との関係を説明するための図である。 ステータをθ２だけ回転させた状態を示す図である。 ステータをθ３だけ回転させた状態を示す図である。 ステータをθ４だけ回転させた状態を示す図である。 本実施形態２に係るレーザ溶接装置の構成を示す側面図である。 本実施形態３に係るレーザ溶接装置の構成を示す側面図である。
　以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にする為、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。各図には、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を矢印で示している。
　《実施形態１》
　図１に示すように、レーザ溶接装置１は、ワークとしての回転電機１０の溶接対象部１３に対して、第１レーザビームＬＢ１を出射する。溶接対象部１３は、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の端部である。第１電気導体１１の端部と、第２電気導体１２の端部とは、レーザ溶接によって互いに接合される。第１電気導体１１及び第２電気導体１２は、例えば、回転電機１０のステータ１５のコイル１７である。レーザ溶接装置１は、第１電気導体１１及び第２電気導体１２をレーザ溶接することで、回転電機１０を製造する。本実施形態の回転電機１０は、例えば、車両駆動用のモータや、発電機等に適用が可能である。
　〈回転電機〉
　図２に示すように、回転電機１０は、ステータ１５と、図示しないロータと、を有する。ステータ１５は、ステータコア１６と、コイル１７と、を有する。ステータコア１６は、円筒状に形成される。ロータは、ステータコア１６の内側に配置される。ステータコア１６には、複数のスロット１８が設けられる。スロット１８は、ステータコア１６の中心軸Ｃ（図１参照）に沿って軸方向に貫通して延びる。スロット１８は、ステータコア１６の中心軸Ｃを中心に、周方向に等間隔に複数設けられる。
　コイル１７は、スロット１８に挿通される。コイル１７は、例えば、銅で形成された複数の電気導体を束ねて構成される。コイル１７は、第１電気導体１１と、第２電気導体１２と、を有する。第１電気導体１１と第２電気導体１２とは、互いに隣り合うように配置される。第１電気導体１１の端部と、第２電気導体１２の端部とは、スロット１８から突出している。
　図３に示すように、第１電気導体１１及び第２電気導体１２は、例えば、厚さｔが２ｍｍ、端面幅Ｗが４ｍｍの端面形状を有する。また、第１電気導体１１と第２電気導体１２との隙間は、例えば、０．２～０．５ｍｍ程度である。
　通常、第１電気導体１１及び第２電気導体１２には、樹脂等の被覆部１９が全面に存在しているが、レーザ溶接時には、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の端部の被覆部１９を除去した状態とする。
　第１電気導体１１及び第２電気導体１２の端部同士は、必ずしも接触している必要は無く、わずかに隙間をあけて近接しているだけでよい。すなわち、レーザ出射開始時において、何らかの機構を用いて、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の端部に外力を付与する等して、互いに密着させた状態で突き合わせておく必要は無い。
　なお、本実施形態では、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の端部同士が厚み方向に並ぶように配置されているが、この形態に限定するものではない。例えば、図４に示すように、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の先端部同士を突き合わせた配置としてもよい。
　〈レーザ溶接装置〉
　図１に示すように、レーザ溶接装置１は、第１レーザ発振器２１と、レーザヘッド２５と、第１光学素子３１と、回転テーブル３４と、制御部４０と、を備える。
　第１レーザ発振器２１は、第１レーザビームＬＢ１を出射する。第１レーザ発振器２１の出力は、例えば、１～３ｋＷである。第１レーザビームＬＢ１の波長は、１０７０ｎｍ近傍であり、ＩＲ波長と呼ばれる。
　第１レーザ発振器２１から出射された第１レーザビームＬＢ１は、空間を介してレーザヘッド２５に伝送される。なお、第１レーザビームＬＢ１は、光ファイバ等を介して伝送されるようにしてもよい。
　レーザヘッド２５は、レーザビーム走査系としてのガルバノミラー２６と、ｆθレンズ２８と、を有する。ガルバノミラー２６は、ミラー角度を変更することで、第１レーザ発振器２１から出射された第１レーザビームＬＢ１の進行方向を制御する。なお、一般的に、ガルバノミラー２６は、Ｘ軸用とＹ軸用の２枚のミラーで構成されるが、図が複雑となるため、１枚のみを図示して説明する。
　ｆθレンズ２８は、ガルバノミラー２６で反射された第１レーザビームＬＢ１を集光する。ｆθレンズ２８で集光された第１レーザビームＬＢ１は、第１電気導体１１及び第２電気導体１２に照射される。
　第１光学素子３１は、第１レーザ発振器２１から出射された第１レーザビームＬＢ１を、第１分岐ビームＬＢ１－１と、第２分岐ビームＬＢ１－２とに分岐させる（図５参照）。このときに分岐される角度は、第１光学素子３１の設計によって決定される。
　第１光学素子３１は、第１角度変更部３１ａに搭載される。第１角度変更部３１ａは、第１レーザビームＬＢ１の光軸方向から見て、第１光学素子３１を周方向に回転させることで、第１光学素子３１の角度を変更する。これにより、第１分岐ビームＬＢ１－１及び第２分岐ビームＬＢ１－２の分岐方向を変更することができる。
　なお、本実施形態では、第１レーザビームＬＢ１を分岐させる機能を持たせるために、第１光学素子３１を用いるようにしたが、例えば、第１レーザビームＬＢ１の集光距離を変化させるために、第１光学素子３１を用いるようにしてもよい。
　第１光学素子３１は、例えば、ＤＯＥ（回折光学素子）で構成される。なお、第１レーザビームＬＢ１を単純に分岐させるだけであれば、第１光学素子３１を三角プリズム等のその他の光学素子で構成してもよい。
　〈第１電気導体及び第２電気導体のレーザ溶接時の挙動〉
　図５及び図６に示すように、第１分岐ビームＬＢ１－１は、第１電気導体１１の端部に出射される。第１電気導体１１の一部が溶融することで、第１溶融部５が形成される。第２分岐ビームＬＢ１－２は、第２電気導体１２の端部に出射される。第２電気導体１２の一部が溶融することで、第２溶融部６が形成される。
　第１分岐ビームＬＢ１－１及び第２分岐ビームＬＢ１－２の出射を継続すると、第１溶融部５及び第２溶融部６の溶融範囲が大きくなる。第１溶融部５及び第２溶融部６は、互いに繋がって１つの接合部７となる。
　第１分岐ビームＬＢ１－１及び第２分岐ビームＬＢ１－２の出射を停止して、接合部７を固化させると、第１電気導体１１の端部と、第２電気導体１２の端部とは、完全に接合された状態となる。
　図５に示す例では、レーザ溶接時に、第１分岐ビームＬＢ１－１及び第２分岐ビームＬＢ１－２を螺旋状の軌跡に沿って走査させるようにしているが、第１分岐ビームＬＢ１－１及び第２分岐ビームＬＢ１－２の走査形状は、これに限定するものではなく、例えば、渦巻状であってもよい。
　なお、レーザ溶接装置１から第１光学素子３１を取り外すことで、第１レーザビームＬＢ１を分岐させない状態でレーザ溶接を行うようにしてもよい。この場合には、図７に示すように、第１レーザビームＬＢ１を、第１電気導体１１の端部と第２電気導体１２の端部とを跨ぐように、螺旋状の軌跡に沿って走査させるようにすればよい。第１レーザビームＬＢ１の走査形状は、これに限定するものではなく、例えば、渦巻状であってもよい。
　〈制御部〉
　図１に示すように、制御部４０は、第１レーザ発振器制御部４１と、第１光学素子制御部４５と、レーザヘッド制御部５０と、回転テーブル制御部５５と、を有する。一例において、制御部４０は、メモリと、メモリに格納されたプログラムを実行するプロセッサとを備える。
　第１レーザ発振器制御部４１は、第１レーザ発振器２１の動作を制御して、第１レーザビームＬＢ１の出力を調整する。
　第１光学素子制御部４５は、回転テーブル制御部５５の動作と同期して第１光学素子３１の角度を変更するように、第１角度変更部３１ａの動作を制御する。
　レーザヘッド制御部５０は、レーザヘッド２５の動作を制御する。具体的に、レーザヘッド制御部５０は、ガルバノミラー２６のミラー角度を変更することで、回転電機１０に対する第１レーザビームＬＢ１の照射位置を変更する。
　ガルバノミラー２６は、ｆθレンズ２８に対する第１レーザビームＬＢ１の照射位置を変更することで、第１電気導体１１に対する第１レーザビームＬＢ１の照射位置と、第２電気導体１２に対する第２レーザビームＬＢ２の照射位置とを変更する。
　回転テーブル制御部５５は、回転テーブル３４の動作を制御する。具体的に、回転テーブル制御部５５は、中心軸Ｃを中心に回転電機１０を連続的に回転移動させることで、第１電気導体１１及び第２電気導体１２とレーザヘッド２５との相対位置を変更する。
　図８に示すように、回転電機１０のステータ１５には、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の端部が、周方向に間隔をあけて複数配置される。図８に示す例では、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の組を１つの溶接対象部１３とみなした場合、溶接対象部１３は、ステータ１５の径方向に沿って４セット並んで配置される。また、４セットの溶接対象部１３は、ステータ１５の周方向に沿って８ブロック配置される。これにより、ステータ１５には、溶接対象部１３が合計３２セット配置される。なお、溶接対象部１３のセット数やブロック数は、あくまでも一例であり、製品やサイズによって異なる。
　図９に示すように、回転テーブル３４は、中心軸Ｃを中心にステータ１５を反時計回り方向に連続的に回転させる。図９に示す例では、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の位置が、反時計回り方向に角度θだけ回転移動している。なお、本実施形態では、ステータ１５を反時計回り方向に回転させているが、時計回り方向に回転させるようにしてもよい。
　〈第１レーザビームを分岐させない状態での動作〉
　上述したように、第１レーザビームＬＢ１は、第１光学素子３１によって、第１分岐ビームＬＢ１－１と第２分岐ビームＬＢ１－２とに分岐することができる。しかしながら、説明を分かりやすくするために、以下の図１０に示す例では、レーザ溶接装置１から第１光学素子３１を取り外し、第１レーザビームＬＢ１を分岐させない状態でレーザ溶接を行う場合について説明する。
　図１０に示す例では、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の組である溶接対象部１３が、Ｘ軸方向に４セット並んで配置される。図１０では、溶接対象部１３の設置角度θ１が、θ１＝０の状態を示している。この状態では、最も径方向外側（図１０で右端側）に配置された溶接対象部１３から順にレーザ溶接が開始される。第１レーザビームＬＢ１は、溶接対象部１３に対し、螺旋状の軌跡に沿って照射するものとする。
　溶接対象部１３は、回転テーブル３４によって、中心軸Ｃを中心に周方向に連続的に回転移動する。このとき、制御部４０は、回転テーブル３４の回転動作と、レーザヘッド２５のガルバノミラー２６の動作とが同期するように、ガルバノミラー２６に対する制御指令を計算する。ガルバノミラー２６の動作角度は、回転テーブル制御部５５の位置情報に基づいて、制御部４０全体で計算された結果を元にしたレーザヘッド制御数値へ逐次反映されていく。
　ここで、第１レーザビームＬＢ１の走査方向は、回転電機１０の回転に合わせて斜めにする必要があるが、走査位置情報をオフセットさせるようにガルバノミラー２６を制御することで実現できる。
　図１１に示すように、溶接対象部１３がＸ軸に対して角度θ２だけ回転した位置に移動した状態では、図１１で右端の溶接対象部１３の溶接が終了し、右から２番目の溶接対象部１３の溶接が開始される。レーザヘッド制御部５０は、回転テーブル３４の回転動作に同期して、溶接対象部１３に対して第１レーザビームＬＢ１が螺旋状に照射されるように、ガルバノミラー２６の動作を協調制御する。
　図１２に示すように、溶接対象部１３がＸ軸に対して角度θ３だけ回転した位置に移動した状態では、図１２で右から１番目、２番目の溶接対象部１３の溶接が終了し、右から３番目の溶接対象部１３の溶接が開始される。レーザヘッド制御部５０は、回転テーブル３４の回転動作に同期して、溶接対象部１３に対して第１レーザビームＬＢ１が螺旋状に照射されるように、ガルバノミラー２６の動作を協調制御する。
　図１３に示すように、溶接対象部１３がＸ軸に対して角度θ４だけ回転した位置に移動した状態では、図１３で右から１番目、２番目、３番目の溶接対象部１３の溶接が終了し、右から４番目の溶接対象部１３の溶接が開始される。レーザヘッド制御部５０は、回転テーブル３４の回転動作に同期して、溶接対象部１３に対して第１レーザビームＬＢ１が螺旋状に照射されるように、ガルバノミラー２６の動作を協調制御する。
　図１０～図１３に示す例では、４つの溶接対象部１３を含むブロックのレーザ溶接が終了した後、次のブロックの４つの溶接対象部１３を、図１０に示す位置に回転移動させ、次のブロックのレーザ溶接に移行する。
　図８に示す例では、４つの溶接対象部１３を含むブロックが、周方向に間隔をあけて８ブロック存在する。そのため、図１０～図１３までの動作を８回繰り返すことにより、回転電機１０のステータ１５に存在する溶接対象部１３を全てレーザ溶接することができる。
　なお、第１レーザビームＬＢ１の走査形状は、螺旋状に限定するものではなく、例えば、楕円形状としてもよい。また、レーザ走査速度は、例えば、１００～５００ｍｍ／ｓとすればよい。
　〈第１レーザビームを分岐させた状態での動作〉
　上述したように、第１レーザビームＬＢ１は、第１光学素子３１によって、第１分岐ビームＬＢ１－１と第２分岐ビームＬＢ１－２とに分岐することができる。以下、第１レーザビームＬＢ１を、第１分岐ビームＬＢ１－１と第２分岐ビームＬＢ１－２とに分岐させた場合について説明する。
　図１４に示す例では、第１分岐ビームＬＢ１－１が第１電気導体１１に照射され、第２分岐ビームＬＢ１－２が第２電気導体１２に照射されるものとする。
　ここで、第１分岐ビームＬＢ１－１及び第２分岐ビームＬＢ１－２は、１つの第１レーザビームＬＢ１から分岐されたものである。そのため、第１分岐ビームＬＢ１－１及び第２分岐ビームＬＢ１－２を、ガルバノミラー２６によって走査した場合、第１分岐ビームＬＢ１－１及び第２分岐ビームＬＢ１－２の走査形状は同じものとなる。図１４に示す例では、第１分岐ビームＬＢ１－１及び第２分岐ビームＬＢ１－２は、溶接対象部１３に対し、螺旋状の軌跡に沿って照射するものとする。
　図１４～図１７に示すように、第１レーザビームＬＢ１を、第１分岐ビームＬＢ１－１及び第２分岐ビームＬＢ１－２に分岐した場合には、回転テーブル３４の回転動作に同期してガルバノミラー２６の動作を変更するだけではなく、さらに、第１光学素子３１の角度変更を行う必要がある。具体的には、第１光学素子３１の角度と、Ｘ軸に対する溶接対象部１３の設置角度とが同じになるように制御する必要がある。
　ここで、回転電機１０のステータ１５が回転すると、溶接対象部１３である第１電気導体１１及び第２電気導体１２も、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の位置関係性を維持したまま回転する。そのため、ガルバノミラー２６の動作だけではなく、第１光学素子３１を回転させることで、第１分岐ビームＬＢ１－１及び第２分岐ビームＬＢ１－２のレーザ照射位置とレーザ分岐方向とを変更する必要がある。第１光学素子３１の角度θは、回転テーブル制御部５５の位置信号を参照し、決定される。
　図１４に示す例では、溶接対象部１３の設置角度θ１が、θ１＝０の状態を示している。そのため、第１光学素子３１の角度をθ１＝０としている。この状態では、最も径方向外側（図１４で右端側）に配置された溶接対象部１３から順にレーザ溶接が開始される。第１分岐ビームＬＢ１－１は、第１電気導体１１に対し、螺旋状の軌跡に沿って照射するものとする。第２分岐ビームＬＢ１－２は、第２電気導体１２に対し、螺旋状の軌跡に沿って照射するものとする。
　溶接対象部１３は、回転テーブル３４によって、中心軸Ｃを中心に周方向に連続的に回転移動する。このとき、制御部４０は、回転テーブル３４の回転動作と、レーザヘッド２５のガルバノミラー２６の動作と、第１光学素子３１の角度変更動作とが同期するように、ガルバノミラー２６及び第１角度変更部３１ａに対する制御指令を計算する。
　図１５に示すように、溶接対象部１３がＸ軸に対して角度θ２だけ回転した位置に移動した状態では、図１５で右端の溶接対象部１３の溶接が終了し、右から２番目の溶接対象部１３の溶接が開始される。
　レーザヘッド制御部５０は、回転テーブル３４の回転動作に同期して、第１電気導体１１に対して第１分岐ビームＬＢ１－１が螺旋状に照射されるとともに、第２電気導体１２に対して第２分岐ビームＬＢ１－２が螺旋状に照射されるように、ガルバノミラー２６の動作と、第１光学素子３１の動作とを協調制御する。このとき、溶接対象部１３の設置角度θ２と、第１光学素子３１の角度θ２とは同じ角度である。
　図１６に示すように、溶接対象部１３がＸ軸に対して角度θ３だけ回転した位置に移動した状態では、図１６で右から１番目、２番目の溶接対象部１３の溶接が終了し、右から３番目の溶接対象部１３の溶接が開始される。
　レーザヘッド制御部５０は、回転テーブル３４の回転動作に同期して、第１電気導体１１に対して第１分岐ビームＬＢ１－１が螺旋状に照射されるとともに、第２電気導体１２に対して第２分岐ビームＬＢ１－２が螺旋状に照射されるように、ガルバノミラー２６の動作と、第１光学素子３１の動作とを協調制御する。このとき、溶接対象部１３の設置角度θ３と、第１光学素子３１の角度θ３とは同じ角度である。
　図１７に示すように、溶接対象部１３がＸ軸に対して角度θ４だけ回転した位置に移動した状態では、図１７で右から１番目、２番目、３番目の溶接対象部１３の溶接が終了し、右から４番目の溶接対象部１３の溶接が開始される。
　レーザヘッド制御部５０は、回転テーブル３４の回転動作に同期して、第１電気導体１１に対して第１分岐ビームＬＢ１－１が螺旋状に照射されるとともに、第２電気導体１２に対して第２分岐ビームＬＢ１－２が螺旋状に照射されるように、ガルバノミラー２６の動作と、第１光学素子３１の動作とを協調制御する。このとき、溶接対象部１３の設置角度θ４と、第１光学素子３１の角度θ４とは同じ角度である。
　図１４～図１７に示す例では、４つの溶接対象部１３を含むブロックのレーザ溶接が終了した後、次のブロックの４つの溶接対象部１３を、図１４に示す位置に回転移動させ、次のブロックのレーザ溶接に移行する。
　図８に示す例では、４つの溶接対象部１３を含むブロックが、周方向に間隔をあけて８ブロック存在する。そのため、図１４～図１７までの動作を８回繰り返すことにより、回転電機１０のステータ１５に存在する溶接対象部１３を全てレーザ溶接することができる。
　なお、第１分岐ビームＬＢ１－１及び第２分岐ビームＬＢ１－２の走査形状は、螺旋状に限定するものではなく、例えば、楕円形状としてもよい。また、レーザ走査速度は、例えば、１００～５００ｍｍ／ｓとすればよい。
　《実施形態２》
　以下、前記実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
　図１８に示すように、レーザ溶接装置１は、第１レーザ発振器２１と、第２レーザ発振器２２と、レーザヘッド２５と、第１光学素子３１と、第２光学素子３２と、回転テーブル３４と、第１補正ミラー３５と、制御部４０と、を備える。
　第２レーザ発振器２２は、第２レーザビームＬＢ２を発振する。第２レーザビームＬＢ２の波長は、第１レーザビームＬＢ１の波長とは異なる。本実施形態では、第１レーザビームＬＢ１の波長は、１０７０ｎｍ近傍（特に１０６０～１０８０ｎｍ）である。第２レーザビームＬＢ２の波長は、４５０ｎｍ近傍（特に４００～４６０ｎｍ）や、５３２ｎｍ近傍（特に５２０～５５０ｎｍ）である。
　なお、第１レーザビームＬＢ１の波長及び第２レーザビームＬＢ２の波長の組み合わせは、これに限定するものではない。
　第２光学素子３２は、第２レーザ発振器２２から出射された第２レーザビームＬＢ２を、第１分岐ビームＬＢ２－１と、第２分岐ビームＬＢ２－２とに分岐させる。このときに分岐される角度は、第２光学素子３２の設計によって決定される。
　第２光学素子３２は、第２角度変更部３２ａに搭載される。第２角度変更部３２ａは、第２レーザビームＬＢ２の光軸方向から見て、第２光学素子３２を周方向に回転させることで、第２光学素子３２の角度を変更する。これにより、第１分岐ビームＬＢ２－１及び第２分岐ビームＬＢ２－２の分岐方向を変更することができる。
　なお、本実施形態では、第２レーザビームＬＢ２を分岐させる機能を持たせるために、第２光学素子３２を用いるようにしたが、例えば、第２レーザビームＬＢ２の集光距離を変化させるために、第２光学素子３２を用いるようにしてもよい。
　第２光学素子３２は、例えば、ＤＯＥ（回折光学素子）で構成される。なお、第２レーザビームＬＢ２を単純に分岐させるだけであれば、第２光学素子３２を三角プリズム等のその他の光学素子で構成してもよい。
　第１補正ミラー３５は、例えば、ガルバノミラーで構成される。第１補正ミラー３５は、ミラー角度を変更することで、第２レーザ発振器２２から出射された第２レーザビームＬＢ２の進行方向を制御する。第１補正ミラー３５は、第１レーザビームＬＢ１の波長と第２レーザビームＬＢ２の波長とが異なることで発生する倍率色収差を補正するために用いられる。
　具体的に、第１補正ミラー３５は、ミラー角度を変更して倍率色収差を補正することで、第１レーザビームＬＢ１と第２レーザビームＬＢ２とを、溶接対象部１３の同じ場所へ照射できるようにしている。
　なお、色収差の影響を小さいものとみなす場合には、第１補正ミラー３５及び第１補正ミラー制御部５１は不要である。また、波長違いにより発生する収差として、倍率色収差以外に、軸上色収差があるが、図示しないコリメートレンズによって補正するようにすればよい。
　制御部４０は、第１レーザ発振器制御部４１と、第２レーザ発振器制御部４２と、第１光学素子制御部４５と、第２光学素子制御部４６と、レーザヘッド制御部５０と、第１補正ミラー制御部５１と、回転テーブル制御部５５と、を有する。
　第２レーザ発振器制御部４２は、第２レーザ発振器２２の動作を制御して、第２レーザビームＬＢ２の出力を調整する。
　第２光学素子制御部４６は、回転テーブル制御部５５の動作と同期して第２光学素子３２の角度を変更するように、第２角度変更部３２ａの動作を制御する。
　第１補正ミラー制御部５１は、第１補正ミラー３５のミラー角度を変更することで、ガルバノミラー２６に対する第２レーザビームＬＢ２の照射位置を変更する。第１補正ミラー制御部５１は、レーザヘッド制御部５０と同様に、回転テーブル制御部５５からの信号に基づいて、第１補正ミラー３５の動作を協調制御する。
　ここで、第１補正ミラー制御部５１は、第１レーザ発振器２１から出射された第１レーザビームＬＢ１を基準にして、第２レーザビームＬＢ２の照射位置を補正するように、第１補正ミラー３５の動作を制御する。
　このように、第１レーザ発振器２１に加えて、第２レーザ発振器２２を設けることで、溶接品質や溶接生産性の向上を図ることができる。具体的に、溶接対象部１３の第１電気導体１１及び第２電気導体１２が銅である場合、銅に吸収されやすい青色レーザを第２レーザ発振器２２から出射して溶接対象部１３を予熱するとともに、青色レーザよりもパワーの大きい赤外レーザを第１レーザ発振器２１から出射して、溶接対象部１３を溶融し易くすることができる。
　なお、本実施形態では、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２を同時に照射する場合を想定しているが、この形態に限定するものではない。例えば、目的のプロセスに合わせて、一方のレーザビームを先に照射した後、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２を同時に照射するようにしてもよい。また、第１レーザ発振器２１又は第２レーザ発振器２２の一方のみを使用するようにしてもよい。
　また、本実施形態では、第１光学素子３１によって、第１レーザビームＬＢ１を分岐させる一方、第２光学素子３２によって、第２レーザビームＬＢ２を分岐させる場合を想定しているが、第２レーザビームＬＢ２を分岐させる必要が無い場合には、第２光学素子３２及び第２光学素子制御部４６は不要である。
　《実施形態３》
　図１９に示すように、レーザ溶接装置１は、第１レーザ発振器２１と、第２レーザ発振器２２と、第３レーザ発振器２３と、レーザヘッド２５と、第１光学素子３１と、第２光学素子３２と、回転テーブル３４と、第１補正ミラー３５と、第２補正ミラー３６と、ハーフミラー３７と、制御部４０と、を備える。
　第３レーザ発振器２３は、第３レーザビームＬＢ３を発振する。第３レーザビームＬＢ３の波長は、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の波長とは異なる。第３レーザ発振器２３の波長は、例えば、１３００ｎｍ近傍（特に１２５０～１３５０ｎｍ）である。
　本実施形態では、第３レーザビームＬＢ３は、溶接対象部１３の溶込み深さを測定するための測定光を想定しているが、加工用レーザビームとして用いてもよい。
　また、第１レーザビームＬＢ１、第２レーザビームＬＢ２、第３レーザビームＬＢ３の波長を全て異なるものとしているが、これに限定するものではない。例えば、第３レーザビームＬＢ３の波長を、第１レーザビームＬＢ１の波長と同じとして、第１レーザビームＬＢ１のレーザ出力を高めるようにしてもよい。
　また、第３レーザ発振器２３から発振される第３レーザビームＬＢ３を測定用に用いる場合、第２レーザ発振器２２や第２レーザ発振器制御部４２が搭載されていない構成としてもよい。つまり、第１レーザビームＬＢ１で溶融された第１電気導体１１及び第２電気導体１２の溶込み深さを、第３レーザビームＬＢ３で測定すればよい。
　第２補正ミラー３６は、例えば、ガルバノミラーで構成される。第２補正ミラー３６は、ミラー角度を変更することで、第３レーザ発振器２３から出射された第３レーザビームＬＢ３の進行方向を制御する。第２補正ミラー３６は、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の波長と第３レーザビームＬＢ３の波長とが異なることで発生する倍率色収差を補正するために用いられる。
　ハーフミラー３７は、第２レーザビームＬＢ２を透過させる一方、第３レーザビームＬＢ３を反射させる。第２レーザビームＬＢ２は、ハーフミラー３７を透過した後、レーザヘッド２５に導光される。第３レーザビームＬＢ３は、ハーフミラー３７で反射された後、レーザヘッド２５に導光される。
　制御部４０は、第１レーザ発振器制御部４１と、第２レーザ発振器制御部４２と、第３レーザ発振器制御部４３と、第１光学素子制御部４５と、第２光学素子制御部４６と、レーザヘッド制御部５０と、第１補正ミラー制御部５１と、第２補正ミラー制御部５２と、回転テーブル制御部５５と、を有する。
　第３レーザ発振器制御部４３は、第３レーザ発振器２３の動作を制御して、第３レーザビームＬＢ３の出力を調整する。
　第２補正ミラー制御部５２は、第２補正ミラー３６のミラー角度を変更することで、ガルバノミラー２６に対する第３レーザビームＬＢ３の照射位置を変更する。第２補正ミラー制御部５２は、レーザヘッド制御部５０と同様に、回転テーブル制御部５５からの信号に基づいて、第２補正ミラー３６の動作を協調制御する。
　ここで、第２補正ミラー制御部５２は、第１レーザ発振器２１から出射された第１レーザビームＬＢ１を基準として、第３レーザビームＬＢ３の照射位置を補正するように、第２補正ミラー３６の動作を制御する。
　《その他の実施形態》
　前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
　本実施形態では、コイル１７を銅で形成した構成について説明したが、例えば、アルミニウムやその他の材料で形成するようにしてもよい。
　前記実施形態では、第１光学素子３１は、第１レーザビームＬＢ１を単純に二分岐するタイプのものを用いているが、この形態に限定するものではない。例えば、スパッタやブローホールなどの発生をさらに抑制するために、二分岐されたメインのレーザビームの周りに、リング状、又は同心円の点分岐を加えたような形状に多分岐や異形状にビームを形成する光学素子を用いるようにしてもよい。
　また、スパッタやブローホールを減らす対策の１つとして、溶接対象部１３における第１レーザビームＬＢ１の照射位置に基づいて、第１レーザビームＬＢ１の出力を調整するようにしてもよい。例えば、螺旋状の軌跡に沿って第１レーザビームＬＢ１を照射する際に、加工終端部でレーザ出力を下げるなど、加工中のレーザ出力制御なども行うようにしてもよい。
　なお、第１光学素子３１などの種類を変更する際には、レボルバー式の交換システムを用いるようにしてもよい。これにより、第１光学素子３１の交換時の位置調整などの手間を軽減することができる。
　以上説明したように、本発明は、連続的に回転移動するワークの溶接対象部に対して、複数のレーザビームを所望の走査形状で照射するように協調制御できるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。
　　１　　レーザ溶接装置
　１０　　回転電機（ワーク）
　１３　　溶接対象部
　２１　　第１レーザ発振器
　２２　　第２レーザ発振器
　２３　　第３レーザ発振器
　２６　　ガルバノミラー（レーザビーム走査系）
　３１　　第１光学素子
　３１ａ　第１角度変更部
　３２　　第２光学素子
　３２ａ　第２角度変更部
　３４　　回転テーブル
　４５　　第１光学素子制御部
　４６　　第２光学素子制御部
　５０　　レーザヘッド制御部
　５５　　回転テーブル制御部
　　Ｃ　　中心軸
　ＬＢ１　第１レーザビーム
　ＬＢ１－１　第１分岐ビーム
　ＬＢ１－２　第２分岐ビーム
　ＬＢ２　第２レーザビーム
　ＬＢ２－１　第１分岐ビーム
　ＬＢ２－２　第２分岐ビーム
　ＬＢ３　第３レーザビーム

Claims (8)

  1. 　第１レーザビームを発振する第１レーザ発振器と、
    　ワークに対する前記第１レーザビームの照射位置を変更するレーザビーム走査系と、を備えたレーザ溶接装置であって、
    　前記ワークは、所定の中心軸を中心に周方向に間隔をあけて配置された複数の溶接対象部を有し、
    　前記レーザ溶接装置は、
    　前記中心軸を中心に前記ワークを回転させる回転テーブルと、
    　前記レーザビーム走査系に対する前記複数の溶接対象部のうちの溶接対象部の相対位置が連続的に変化するように、前記回転テーブルの動作を制御する回転テーブル制御部と、
    　前記溶接対象部における所定の目標位置に対して前記第１レーザビームを照射するように、前記レーザビーム走査系の動作を制御するレーザビーム制御部と、をさらに備える
    レーザ溶接装置。
  2. 　請求項１のレーザ溶接装置において、
    　前記第１レーザビームを、第１分岐ビームと第２分岐ビームとに分岐させる第１光学素子をさらに備える
    レーザ溶接装置。
  3. 　請求項２のレーザ溶接装置において、
    　前記第１レーザビームの光軸方向から見て、前記第１光学素子を周方向に回転させることで、前記第１光学素子の角度を変更する第１角度変更部と、
    　前記溶接対象部における前記第１分岐ビーム及び前記第２分岐ビームの照射位置を変更するように、前記第１角度変更部の動作を制御する第１光学素子制御部と、をさらに備える
    レーザ溶接装置。
  4. 　請求項１～３の何れか１つのレーザ溶接装置において、
    　前記第１レーザビームとは波長の異なる第２レーザビームを発振する第２レーザ発振器をさらに備え、
    　前記レーザビーム制御部は、前記溶接対象部における所定の目標位置に対して前記第２レーザビームを照射するように、前記レーザビーム走査系の動作を制御する
    レーザ溶接装置。
  5. 　請求項４のレーザ溶接装置において、
    　前記第２レーザビームを、第１分岐ビームと第２分岐ビームとに分岐させる第２光学素子をさらに備える
    レーザ溶接装置。
  6. 　請求項５のレーザ溶接装置において、
    　前記第２レーザビームの光軸方向から見て、前記第２光学素子を周方向に回転させることで、前記第２光学素子の角度を変更する第２角度変更部と、
    　前記溶接対象部における前記第１分岐ビーム及び前記第２分岐ビームの照射位置を変更するように、前記第２角度変更部の動作を制御する第２光学素子制御部と、をさらに備える
    レーザ溶接装置。
  7. 　請求項１～６の何れか１つのレーザ溶接装置において、
    　前記第１レーザビームとは波長の異なる第３レーザビームを発振する第３レーザ発振器をさらに備え、
    　前記レーザビーム制御部は、前記溶接対象部における所定の目標位置に対して前記第３レーザビームを照射するように、前記レーザビーム走査系の動作を制御する
    レーザ溶接装置。
  8. 　請求項１～７の何れか１つのレーザ溶接装置において、
    　前記第１レーザ発振器は、前記溶接対象部における前記第１レーザビームの照射位置に基づいて、前記第１レーザビームの出力を調整する
    レーザ溶接装置。
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