(57)【要約】【課題】処理負担を軽減でき、かつ溶接環境の異常の有無を精度良く判断することができるレーザ溶接部形成方法を提供する。【解決手段】このレーザ溶接部形成方法では、ワーク１０Ａ，１０Ｂにスポット溶接部Ｗ１〜Ｗ７を形成するときに溶接環境検出センサ群４から取得した出力信号の立ち上がり部分Ｓ１と立ち下がり部分Ｓ２とを抽出する。そして、抽出した出力信号と、予め設定した基準用の立ち上がり部分Ｓ１及び立ち下がり部分Ｓ２の出力信号とを比較して、溶接環境の可否を判断する。このレーザ溶接部形成方法では、溶接環境が最も急激に変化する部分を抽出して監視することで、溶接環境の異常の有無を精度良く判断することが可能となる。また、溶接環境の可否を判断するために必要なデータ量も削減でき、処理負担も軽減される。【選択図】図１
2008183614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームの照射によって被加工物に溶接部を形成するレーザ溶接部形成方法であって、
前記被加工物に溶接部を形成する際に、溶接環境を示す物理量の変化を溶接環境検出手段によって検出し、当該溶接環境検出手段から出力される出力信号を取得する信号取得ステップと、
前記出力信号のうち、検出が開始した後の所定時間内の立ち上がり部分と、検出が終了する前の所定時間内の立ち下がり部分とを抽出する信号抽出ステップと、
前記立ち上がり部分及び前記立ち下がり部分の出力信号と、予め設定した基準用の立ち上がり部分及び立ち下がり部分の出力信号とを比較して、前記溶接環境の可否を判断する判断ステップとを備えたことを特徴とするレーザ溶接部形成方法。
【請求項２】
前記信号取得ステップで形成する溶接部をスポット溶接部とすることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接部形成方法。
【請求項３】
前記スポット溶接部を複数形成することを特徴とする請求項２記載のレーザ溶接部形成方法。
【請求項４】
溶接環境検出手段は、前記レーザビームの出力強度を検出する出力強度検出センサと、加工点の温度を検出する温度検出センサとを備え、
前記判断ステップでは、前記立ち上がり部分及び前記立ち下がり部分についての前記出力強度検出センサからの出力信号に対する前記温度検出センサからの出力信号の比の積分値が、基準用の前記立ち上がり部分及び前記立ち下がり部分についての前記出力強度検出センサからの出力信号に対する前記温度検出センサからの出力信号の比の積分値よりも大きい場合に前記溶接環境を可と判断し、小さい場合に前記溶接環境を否と判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ溶接部形成方法。
【請求項５】
溶接環境検出手段は、前記レーザビームの出力強度を検出する出力強度検出センサと、加工点からの前記レーザビームの反射光強度を検出する反射光強度検出センサとを備え、
前記判断ステップでは、前記立ち上がり部分及び前記立ち下がり部分についての前記出力強度検出センサからの出力信号に対する前記反射光強度検出センサからの出力信号の比の積分値が、基準用の前記立ち上がり部分及び前記立ち下がり部分についての前記出力強度検出センサからの出力信号に対する前記反射光強度検出センサからの出力信号の比の積分値よりも小さい場合に前記溶接環境を可と判断し、大きい場合に前記溶接環境を否と判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ溶接部形成方法。
【請求項６】
溶接環境検出手段は、前記レーザビームの出力強度を検出する出力強度検出センサと、加工点で発生するプラズマ光の強度を検出するプラズマ光強度検出センサとを備え、
前記判断ステップでは、前記立ち上がり部分及び前記立ち下がり部分についての前記出力強度検出センサからの出力信号に対する前記プラズマ光強度検出センサからの出力信号の比の積分値が、基準用の前記立ち上がり部分及び前記立ち下がり部分についての前記出力強度検出センサからの出力信号に対する前記プラズマ光強度検出センサからの出力信号の比の積分値よりも小さい場合に前記溶接環境を可と判断し、大きい場合に前記溶接環境を否と判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ溶接部形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームの照射によって被加工物に溶接部を形成するレーザ溶接部形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の分野に関連する技術として、例えば特許文献1に記載のレーザ溶接制御装置がある。この従来のレーザ溶接制御装置では、加工点の近傍に配置したプラズマ光センサ及び温度センサによって検出したレーザ溶接時のプラズマ発光強度及び溶接部温度に基づいて溶接出力をフィードバック制御し、溶接部におけるブローホールの発生を抑えるようにしている。
【特許文献１】特開２００３−１９５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えばＹＡＧレーザに代表される高エネルギー密度のレーザを用いて溶接を行う場合、加工点にて被加工物の溶融・蒸発が生じた後、レーザの照射位置が被加工物に対して相対移動していき、溶融部分が冷却・凝固されて溶接部が連続的に形成される。しかしながら、形成される溶接部が連続していると、レーザの照射位置が相対移動していく際、被加工物における溶融部分の一部が、冷却の途上で再度加熱されてしまうことがある。
【０００４】
そのため、上述した従来のレーザ溶接制御装置のように、加工点近傍のプラズマ発光強度及び溶接部温度の出力を連続的に観測すると、その出力が複雑に重なり合ってしまい、その結果、溶接環境の異常の有無を捉えることが困難となるおそれがある。また、レーザ溶接の際、常にプラズマ発光強度及び溶接部温度を検出するので、溶接環境の異常の有無にあたっての処理負担も看過できないものである。
【０００５】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、処理負担を軽減でき、かつ溶接環境の異常の有無を精度良く判断することができるレーザ溶接部形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の解決のため、本発明に係るレーザ溶接部形成方法は、レーザビームの照射によって被加工物に溶接部を形成するレーザ溶接部形成方法であって、被加工物に溶接部を形成する際に、溶接環境を示す物理量の変化を溶接環境検出手段によって検出し、当該溶接環境検出手段から出力される出力信号を取得する信号取得ステップと、出力信号のうち、検出が開始した後の所定時間内の立ち上がり部分と、検出が終了する前の所定時間内の立ち下がり部分とを抽出する信号抽出ステップと、立ち上がり部分及び立ち下がり部分の出力信号と、予め設定した基準用の立ち上がり部分及び立ち下がり部分の出力信号とを比較して、溶接環境の可否を判断する判断ステップとを備えたことを特徴としている。
【０００７】
このレーザ溶接部形成方法では、溶接環境検出手段から取得した出力信号のうち、検出が開始した後の所定時間内の立ち上がり部分と、検出が終了する前の所定時間内の立ち下がり部分とを抽出する。そして、抽出した出力信号と、予め設定した基準用の立ち上がり部分及び立ち下がり部分の出力信号とを比較して、溶接環境の可否を判断する。このように、出力信号の立ち上がり部分及び立ち下がり部分を抽出するのは、レーザ溶接の際、溶接環境が最も急激に変化するのはレーザの照射開始の際と照射終了の際であり、これに対応する立ち上がり部分及び立ち下がり部分に異常が無ければ、その間の部分についても異常が無いとみなせるとの知見に基づくものである。そして、このレーザ溶接部形成方法では、出力信号の立ち上がり部分及び立ち下がり部分のみを抽出することから、出力信号が複雑に重なり合ってしまうこともなく、溶接環境の異常の有無を精度良く判断することが可能となる。また、溶接環境の可否を判断するために必要なデータ量も削減でき、溶接環境の異常の有無にあたっての処理負担も軽減される。
【０００８】
また、信号取得ステップで形成する溶接部をスポット溶接部とすることが好ましい。かかるスポット溶接部は、瞬間的なレーザビームの照射によって形成される。すなわち、スポット溶接部を形成する際の溶接環境検出手段からの出力信号は、上述した立ち上がり部分及び立ち下がり部分のみで構成されたものと考えることができる。この場合、溶接環境の可否を判断するための手順を更に簡単化できる。
【０００９】
また、スポット溶接部を複数形成することが好ましい。この場合、立ち上がり部分及び立ち下がり部分の出力信号を複数回検出できるので、溶接環境の異常の有無を一層精度良く判断することが可能となる。
【００１０】
また、溶接環境検出手段は、レーザビームの出力を検出する出力強度検出センサと、加工点の温度を検出する温度検出センサとを備え、判断ステップでは、立ち上がり部分及び立ち下がり部分についての出力強度検出センサからの出力信号に対する温度検出センサからの出力信号の比の積分値が、基準用の立ち上がり部分及び立ち下がり部分についての出力強度検出センサからの出力信号に対する温度検出センサからの出力信号の比の積分値よりも大きい場合に溶接環境を可と判断し、小さい場合に溶接環境を否と判断することが好ましい。
【００１１】
また、溶接環境検出手段は、レーザビームの出力を検出する出力強度検出センサと、加工点からのレーザビームの反射光強度を検出する反射光強度検出センサとを備え、判断ステップでは、立ち上がり部分及び立ち下がり部分についての出力強度検出センサからの出力信号に対する反射光強度検出センサからの出力信号の比の積分値が、基準用の立ち上がり部分及び立ち下がり部分についての出力強度検出センサからの出力信号に対する反射光強度検出センサからの出力信号の比の積分値よりも小さい場合に溶接環境を可と判断し、大きい場合に前記溶接環境を否と判断することが好ましい。
【００１２】
また、溶接環境検出手段は、レーザビームの出力を検出する出力強度検出センサと、加工点で発生するプラズマ光の強度を検出するプラズマ光強度検出センサとを備え、判断ステップでは、立ち上がり部分及び立ち下がり部分についての出力強度検出センサからの出力信号に対するプラズマ光強度検出センサからの出力信号の比の積分値が、基準用の立ち上がり部分及び立ち下がり部分についての出力強度検出センサからの出力信号に対するプラズマ光強度検出センサからの出力信号の比の積分値よりも小さい場合に前記溶接環境を可と判断し、大きい場合に前記溶接環境を否と判断することが好ましい。
【００１３】
これらの判断手法では、取得した各センサからの出力信号の比を積分して得られる一義な数値を比較するので、立ち上がり部分及び立ち下がり部分の出力信号が急激に変動しているような場合であっても、溶接環境の異常の有無を精度良く判断できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るレーザ溶接部形成方法によれば、処理負担を軽減でき、かつ溶接環境の異常の有無を精度良く判断することができる。これにより、溶接品質の高いレーザ溶接部の形成が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明に係るレーザ溶接部形成方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接部形成方法を実現するレーザ溶接システムを示す構成図である。図１に示す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１０Ａ，１０Ｂ」と称す）を重ね溶接するためのシステムである。
【００１７】
レーザ溶接システム１は、ワーク１０Ａ，１０Ｂの溶接予定領域Ｒにレーザビームを照射して溶接部を形成するレーザ溶接装置２と、溶接部の形成にあたっての溶接環境を評価する評価装置３とを備えて構成されている。ここでいう溶接環境とは、レーザビームの出力、ワーク１０Ａ，１０Ｂの送り速度、アシストガスの供給量などによって変化するレーザビーム照射時の加工点Ｐ近傍の環境を指している。
【００１８】
図１に示すように、レーザ溶接装置２は、送り装置２１と、ワーク固定装置２２と、ワーク固定装置２２と、ガス供給装置２４とを備えている。これらの各装置２１〜２４は、上位の制御装置（図示しない）に接続され、この制御装置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ようになっている。
【００１９】
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る。送り装置２１は、ワーク１０Ａ，１０Ｂを載置可能な可動ステージ２５を有している。そして、送り装置２１は、制御装置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２５を矢印Ａ方向に一定の速度で走査させる。これにより、可動ステージ２５に載置されたワーク１０Ａ，１０Ｂは、溶接予定領域Ｒに沿って、レーザ照射装置２３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。
【００２０】
ワーク固定装置２２は、ワーク１０Ａ，１０Ｂを可動ステージ２５に固定する装置である。ワーク固定装置２２は、長尺の押さえ板２６ａを有する加圧治具２６を複数（本実施形態では２つ）備えている。ワーク固定装置２２は、制御装置から動作開始を指示する動作指示情報を受け取ると、可動ステージ２５に載置されたワーク１０Ａ，１０Ｂの上方から長尺の加圧治具２６を下降させる。そして、長尺の押さえ板２６ａによって、溶接予定領域Ｒを挟んだワーク１０Ａ，１０Ｂの両端部分を可動ステージ２５に押し付けることにより、溶接予定領域Ｒ近傍のワーク１０Ａ，１０Ｂの密着性を向上させる。
【００２１】
レーザ照射装置２３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。レーザ照射装置２３は、ワーク１０Ａ，１０Ｂの上方に配置されたレーザヘッド２７を有している。レーザ照射装置２３は、制御装置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２７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。
【００２２】
このレーザ照射装置２３は、内部に出力切替機構（図示しない）を備えている。この出力切替機構により、レーザ照射装置２３は、ワーク１０Ａ，１０Ｂに対して連続的にレーザビームを照射することもでき、パルス状にレーザビームを照射することもできるようになっている。
【００２３】
ガス供給装置２４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る。ガス供給装置２４は、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２８を有している。ガス供給装置２４は、レーザ照射装置２３の動作中に制御装置から供給開始を指示する動作指示情報を受け取ると、所定の供給量でレーザビームの照射位置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。
【００２４】
一方、評価装置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格納部、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。この評価装置３には、ワーク１０Ａ，１０Ｂに溶接部を形成する際の溶接環境を示す物理量の変化を検出するための溶接環境検出センサ群（溶接環境検出手段）４が接続されている。
【００２５】
この溶接環境検出センサ群４は、図１に示すように、レーザ出力強度検出センサ４ａと、プラズマ光強度検出センサ４ｂと、反射光強度検出センサ４ｃと、加工点温度検出センサ４ｄとによって構成されている。レーザ出力強度検出センサ４ａは、ワーク１０Ａ，１０Ｂに照射するレーザビームの光強度を検出するフォトセンサである。レーザ出力強度検出センサ４ａは、レーザヘッド２７から出射して加工点Ｐに向かうレーザビームと同波長の光の強度に対応する出力信号を評価装置３に出力する。
【００２６】
プラズマ光強度検出センサ４ｂは、レーザビームの照射によってワーク４１，４２の表面で発生するプラズマの光強度を検出するフォトセンサである。プラズマ光強度検出センサ４ｂは、レーザビームの波長を除く、約３００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の光の強度に対応する出力信号を評価装置３に出力する。
【００２７】
反射光強度検出センサ４ｃは、ワーク１０Ａ，１０Ｂの表面で反射するレーザビームの光強度を検出するフォトセンサである。反射光強度検出センサ４ｃは、例えばレーザヘッド２７側に配置され、ワーク１０Ａ，１０Ｂの表面で反射してレーザヘッド２７側に向かうレーザビームと同波長の光の強度に対応する出力信号を評価装置３に出力する。
【００２８】
加工点温度検出センサ４ｄは、レーザ溶接時の加工点Ｐの温度を検出するためのフォトセンサである。加工点温度検出センサ４ｄは、レーザビームの波長を除く赤外線領域の光の光強度に対応する出力信号を評価装置３に出力する。
【００２９】
また、評価装置３は、機能的な構成要素として、異常判断部３１と、判断結果格納部３２とを有している。異常判断部３１は、溶接環境検出センサ群４からの出力信号を受け取る部分である。また、異常判断部３１は、受け取った出力信号を波形パターン化すると共に、この波形パターンに基づいて、ワーク１０Ａ，１０Ｂに溶接部を形成する際の溶接環境の可否を判断する部分である。
【００３０】
異常判断部３１は、溶接環境の可否の判断結果を示す判断結果情報を生成し、例えばワーク１０Ａ，１０Ｂの製品番号と関連付けて判断結果格納部３２に出力する。判断結果格納部３２は、異常判断部３１から出力される判断結果情報を受け取って格納する部分である。なお、異常判断部３１における溶接環境の異常判断の方法の詳細については後述する。
【００３１】
続いて、上述した構成を有するレーザ溶接システム１の動作について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２及び図３は、レーザ溶接システム１の動作を示すフローチャートである。
【００３２】
まず、図２に示すように、溶接環境が正常であると判断される場合のワーク１０Ａ，１０Ｂ（以下、「基準用のワーク１０Ａ，１０Ｂ」と称す）のレーザ溶接を行う。
【００３３】
基準用のワーク１０Ａ，１０Ｂが可動ステージ２５に載置された状態で、ユーザによる所定の操作がなされると、上位の制御装置からワーク固定装置２２に動作指示情報が出力される。動作指示情報を受け取ったワーク固定装置２２は、可動ステージ２５に載置された基準用のワーク１０Ａ，１０Ｂの上方から加圧治具２６を下降させ、基準用のワーク１０Ａ，１０Ｂを可動ステージ２５に固定する。
【００３４】
次に、制御装置からワーク固定装置２２、レーザ照射装置２３、送り装置２１、及びガス供給装置２４の各装置に動作指示情報が出力され、レーザ照射、ワーク送り、及びアシストガスの供給が開始される。レーザヘッド２７からは、ＹＡＧレーザが所定の間隔でパルス照射され、可動ステージ２５は、ワーク送り速度約１０ｍ／ｓでワーク１０Ａ，１０Ｂを矢印Ａ方向（図１参照）に走査する。
【００３５】
これにより、基準用のワーク１０Ａ，１０Ｂの溶接予定領域Ｒには、平面形状が略円形となるスポット溶接部Ｗ１〜Ｗ７が約５ｍｍの間隔で順次形成される（ステップＳ０１）。なお、本実施形態では、図４に示すように、スポット溶接部Ｗ１〜Ｗ７は、ワーク１０Ｂでの溶接痕が目立たないように、ワーク１０Ｂの一面側には露出しない非貫通のスポット溶接部となっている。
【００３６】
また、溶接を行っている間、溶接環境検出センサ群４によるレーザ出力強度、プラズマ強度、反射光強度、及び加工点温度の検出がなされる。評価装置３の異常判断部３１は、レーザ出力強度検出センサ４ａ、プラズマ光強度検出センサ、反射光強度検出センサ４ｃ、及び加工点温度検出センサ４ｄから出力される基準用の出力信号を取得し、この出力信号の波形パターンを取得する（ステップＳ０２）。
【００３７】
図５に出力信号の波形パターンの一例を示す。図５に示す波形パターンは、例えばスポット溶接部Ｗ１を形成する際の各出力信号をプロットしたものであり、縦軸は出力信号の電圧、横軸は時間となっている。スポット溶接部Ｗ１の形成にあたっては、ＹＡＧレーザが瞬間的に加工点Ｐに照射されるため、各出力信号は、検出が開始された直後から急激に増加してピークを迎える。その後、各出力信号は、一定時間ほぼフラットな状態となった後急激に減少し、検出が終了する。
【００３８】
この波形パターンを取得した後、次に、この波形パターンを構成する出力信号のうち、検出が開始した後の所定時間内の立ち上がり部分と、検出が終了する前の所定時間内の立ち下がり部分とを抽出する（ステップＳ０３）。立ち上がり部分とは、各出力信号の電圧が実質的に０Ｖよりも大きくなった後急激に上昇する部分を含む部分であり、立ち下がり部分とは、各出力信号がほぼフラットな状態となってから急激に減少する部分を含む部分である。
【００３９】
ここで、図５の例では、スポット溶接部Ｗ１は、瞬間的なレーザビームの照射によって形成されている。すなわち、スポット溶接部Ｗ１を形成する際の溶接環境検出センサ群４からの各出力信号は、各出力信号の電圧が実質的に０Ｖよりも大きくなった時刻ｔＡから各出力信号がほぼフラットな状態となる時刻ｔＢまでの立ち上がり部分Ｓ１と、時刻ｔＢを経過してから各出力信号が実質的に０Ｖとなるまでの時刻ｔＣまでの立ち下がり部分Ｓ２のみで構成されたものと考えることができる。したがって、この例では、スポット溶接部Ｗ１の形成の際に得られた各波形パターンをそのまま抽出する。スポット溶接部Ｗ２〜Ｗ７についても同様である。
【００４０】
各波形パターンを抽出した後、基準用の積分値を算出する（ステップＳ０４）。より具体的には、まず、抽出した波形パターンに基づいて、図６に示すように、各時刻におけるレーザ出力強度に対する反射光強度の比、レーザ出力強度に対するプラズマ光強度の比、及びレーザ出力強度に対する加工点温度の比をそれぞれ算出する。そして、得られた比の値について、時刻ｔＡから時刻ｔＣまでの範囲で積分し、各出力信号の比に対する基準用の積分値を算出する。算出された基準用の積分値は、異常判断部３１に記憶される。
【００４１】
ワーク１０Ａ，１０Ｂのレーザ溶接を行う場合、まず、評価の対象とするダミーのワーク１０Ａ，１０Ｂ（以下、「測定用のワーク１０Ａ，１０Ｂ」）のレーザ溶接を行う。この手順は、図３に示すように、上記のステップＳ０１〜Ｓ０４と同様であり、測定用のワーク１０Ａ，１０Ｂの溶接予定領域Ｒに沿ってスポット溶接部Ｗ１〜Ｗ７を順次形成すると共に（ステップＳ１１）、溶接中に溶接環境検出センサ群４から出力される測定用の出力信号の時間軸に対する波形パターンを取得する（ステップＳ１２）。
【００４２】
各波形パターンを抽出した後（ステップＳ１３）、まずスポット溶接部Ｗ１について、図７に示すように、各時刻におけるレーザ出力強度に対する反射光強度の比、レーザ出力強度に対するプラズマ光強度の比、及びレーザ出力強度に対する加工点温度の比をそれぞれ算出する。次いで、得られた比の値について、時刻ｔＡから時刻ｔＣまでの範囲で積分し、測定用の積分値を算出する（ステップＳ１４）。測定用の積分値を算出した後、ステップＳ０４で予め算出した基準用の積分値と測定用の積分値を比較して、ダミーのワーク１０Ａ，１０Ｂに形成したスポット溶接部Ｗ１を形成した際の溶接環境の可否を判断する（ステップＳ１５）。
【００４３】
図８は、溶接環境の可否を判断する判断ロジックの一例を示す図である。図８に示すように、異常判断部３１は、測定用のレーザ出力強度に対する加工点温度の比の積分値が、基準用のレーザ出力強度に対する加工点温度の比の積分値よりも大きい場合に溶接環境を可と判断し、小さい場合に溶接環境を否と判断する。かかる判断は、上記の積分値がレーザ溶接時のワーク１０Ａ，１０Ｂへの入熱量を指標するものであり、測定用の積分値が基準用の積分値より大きければ、加工点Ｐに十分な熱量が入熱し、良好な溶接品質を持つスポット溶接部Ｗ１が形成されるとの知見に基づいている。
【００４４】
また、異常判断部３１は、測定用のレーザ出力強度に対する反射光強度の比の積分値が、基準用のレーザ出力強度に対する反射光強度の比の積分値よりも小さい場合に溶接環境を可と判断し、大きい場合に溶接環境を否と判断する。さらに、異常判断部３１は、測定用のレーザ出力強度に対するプラズマ光強度の比の積分値が、基準用のレーザ出力強度に対するプラズマ光強度の比の積分値よりも小さい場合に溶接環境を可と判断し、大きい場合に溶接環境を否と判断する。
【００４５】
かかる判断は、上記の積分値がレーザ溶接時のエネルギー損失量を指標するものであり、測定用の積分値が基準用の積分値より小さければ、エネルギー損失量が十分に小さく、良好な溶接品質を持つスポット溶接部Ｗ１が形成されるとの知見に基づいている。図７に示した例では、レーザ出力強度に対する加工点温度の比については、測定用の積分値が基準用の積分値よりも大きくなっているが、レーザ出力強度に対する反射光強度の比、及びレーザ出力強度に対するプラズマ光強度の比についても、測定用の積分値が基準用の積分値よりも大きくなっている。
【００４６】
溶接環境の可否の判断にあたっては、全ての判断ロジックを満たす場合に溶接環境が可であると判断するようにしてもよく、いずれかの判断ロジックを一つでも満たす場合に溶接環境が可であると判断するようにしてもよい。前者の判断を採れば、図７に示した例では、スポット溶接部Ｗ１を溶接する際の溶接環境は否となる。後者の判断を採れば、図７に示した例では、スポット溶接部Ｗ１を溶接する際の溶接環境は可となる。
【００４７】
この後、他のスポット溶接部Ｗ２〜Ｗ７について、ステップＳ１３〜Ｓ１５までの各処理がなされる。そして、異常判断部３１は、スポット溶接部Ｗ１〜Ｗ７ごとの溶接環境の可否の判断結果と、ダミーのワーク１０Ａ，１０Ｂの製品番号とを関連付けた判断結果情報を生成し、判断結果格納部３２に出力する（ステップＳ１６）。
【００４８】
ダミーのワーク１０Ａ，１０Ｂについて、溶接環境が可であると判断された場合、実際に製品とするワーク１０Ａ，１０Ｂのレーザ溶接が順次なされる。全ての製品用のワーク１０Ａ，１０Ｂについてのレーザ溶接が完了すると、レーザ溶接システム１の動作が終了する。
【００４９】
以上説明したように、このレーザ溶接部形成方法では、製品用のワーク１０Ａ，１０Ｂにレーザ溶接を行うに際し、まずダミーのワーク１０Ａ，１０Ｂにスポット溶接部Ｗ１〜Ｗ７を形成し、このときに溶接環境検出センサ群４から取得した出力信号のうちの立ち上がり部分Ｓ１と、検出が終了する前の所定時間内の立ち下がり部分Ｓ２とを抽出する。そして、抽出した出力信号と、予め設定した基準用の立ち上がり部分Ｓ１及び立ち下がり部分Ｓ２の出力信号とを比較して、溶接環境の可否を判断する。
【００５０】
このように、出力信号の立ち上がり部分Ｓ１及び立ち下がり部分Ｓ２を抽出するのは、レーザ溶接の際、溶接環境が最も急激に変化するのはレーザの照射開始の際と照射終了の際であり、これに対応する立ち上がり部分Ｓ１及び立ち下がり部分Ｓ２に異常が無ければ、その間の部分についても異常が無いとみなせるとの知見に基づくものである。そして、このレーザ溶接部形成方法では、出力信号の立ち上がり部分Ｓ１及び立ち下がり部分Ｓ２のみを抽出することから、レーザ溶接の全期間にわたって出力信号の監視を行う場合と異なり、出力信号が複雑に重なり合ってしまう部分を排除できるため、溶接環境の異常の有無を精度良く判断することが可能となる。また、溶接環境の可否を判断するために必要なデータ量も削減でき、溶接環境の異常の有無にあたっての処理負担も軽減される。
【００５１】
また、このレーザ溶接部形成方法では、上述のように、ダミーのワーク１０Ａ，１０Ｂにスポット溶接部Ｗ１〜Ｗ７を形成している。かかるスポット溶接部Ｗ１〜Ｗ７は、瞬間的なレーザビームの照射によって形成される。すなわち、スポット溶接部Ｗ１〜Ｗ７を形成する際の溶接環境検出センサ群４からの出力信号は、上述した立ち上がり部分Ｓ１及び立ち下がり部分Ｓ２のみで構成されたものと考えることができる。したがって、各出力信号から立ち上がり部分Ｓ１及び立ち下がり部分Ｓ２を抽出する処理が容易であり、溶接環境の可否を判断するための手順を簡単化できる。また、複数のスポット溶接部Ｗ１〜Ｗ７を形成することで、溶接環境の判断精度の担保が図られる。
【００５２】
さらに、溶接環境の可否の判断ロジックにおいては、レーザ出力強度に対する加工点温度の比の積分値、レーザ出力強度に対する反射光強度の比の積分値、及びレーザ出力強度に対するプラズマ光強度の比の積分値をそれぞれ用いている。溶接環境検出センサ群４から取得した出力信号の比を積分して得られる一義な数値を比較することで、立ち上がり部分Ｓ１及び立ち下がり部分Ｓ２における出力信号の急激な変動（図５参照）にかかわらず、溶接環境の異常の有無を精度良く判断できる。
【００５３】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、基準用のワーク１０Ａ，１０Ｂ及び測定用のワーク１０Ａ，１０Ｂに複数のスポット溶接部Ｗ１〜Ｗ７を形成しているが、スポット溶接部は単数であってもよい。また、スポット溶接部の代わりに連続溶接部を形成し、溶接環境検出センサ群４から取得した出力信号のうち、検出が開始した後の所定時間内の立ち上がり部分と、検出が終了する前の所定時間内の立ち下がり部分とを抽出するようにしてもよい。さらに、判断ロジックにおいては、レーザ出力強度に対する反射光強度とプラズマ光強度との和の比の積分値を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ溶接部形成方法を実現するレーザ溶接システムを示す構成図である。
【図２】図１に示したレーザ溶接システムの動作を示すフローチャートである。
【図３】図２の後続の動作を示すフローチャートである。
【図４】ワークに形成するスポット溶接部の状態を示す断面図である。
【図５】溶接環境検出センサから取得した出力信号の波形パターンの一例を示す図である。
【図６】基準用のレーザ出力強度に対する反射光強度の比、レーザ出力強度に対するプラズマ光強度の比、及びレーザ出力強度に対する加工点温度の比の波形パターンの一例を示す図である。
【図７】測定用のレーザ出力強度に対する反射光強度の比、レーザ出力強度に対するプラズマ光強度の比、及びレーザ出力強度に対する加工点温度の比の波形パターンの一例を示す図である。
【図８】溶接環境の可否についての判断ロジックを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…レーザ溶接システム、４…溶接環境検出センサ群（溶接環境検出センサ）、４ａ…レーザ出力強度検出センサ、４ｂ…プラズマ光強度検出センサ、４ｃ…反射光強度検出センサ、４ｄ…加工点温度検出センサ、１０Ａ，１０Ｂ…ワーク（被加工物）、Ｐ…加工点、Ｓ１…立ち上がり部分、Ｓ２…立ち下がり部分、Ｗ１〜Ｗ７…スポット溶接部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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