(57)【要約】【課題】レーザ・ビームを使用したスポット溶接のための方法と装置を提供すること。【解決手段】本発明は、２つの連続するステップ、すなわち溶接すべき材料の表面状態を準備する第１のステップと、このような表面を溶接する第２のステップでスポット溶接を実行するためのレーザ・スポット溶接方法に関する。第１のステップの間、材料の溶接領域で反射する光エネルギー（ＢＲ）が実時間で測定され、次に、レーザ源（３１）の制御回路（３０）に接続されたコントローラ回路（３７）によって処理される。この方法により、レーザ・ビームの特性（ＬＭ）が、得られた測値を関数として実時間で調整され、それにより、得られる溶接の品質、とりわけその直径を有効に制御することができる。  また、本発明は、この方法を実施するための溶接装置に関している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも溶接すべき材料を準備する第１のステップと、溶接間、レーザ・ビームが少なくとも部分的にその動作状態が維持される引き続く第２の溶接ステップとを含む、レーザ・ビーム（３、３２）を使用して少なくとも１つのスポットを溶接するスポット溶接方法であって、前記第１のステップが、前記第２のステップの実施に適した予め定めた条件を得るように、前記溶接すべき材料の少なくとも溶接領域（３３）の表面状態（４）を修正するように行われ、前記第１のステップが、前記第２のステップの実施に先立って前記予め定めた条件を得るように、
ａ）前記溶接すべき材料の前記溶接領域（３３）にレーザ・ビーム（３、３２）を導き、
ｂ）溶接の展開をモニタするように、前記溶接すべき材料の前記溶接領域（３３）の前記表面状態（４）の特性である少なくとも１つの物理パラメータ（ＢＲ）の値を測定し、
ｃ）操作ｂ）で正確に測定した前記物理パラメータ（ＢＲ）の値の展開を関数として前記レーザ・ビーム（３、３２）の特性（ＬＭ）を調整する
ことからなる溶接方法。
【請求項２】
前記第１のステップの間、前記操作ｂ）の前に、前記物理パラメータ（ＢＲ）の初期値を正確に測定する較正フェーズ（ｂ）が先行し、前記操作ｂ）が、前記第１のステップの間の展開が前記物理パラメータ（ＢＲ）の値の展開に関連しているパラメータ（ＮＲ）を決めるため、前記測定した物理パラメータの個々の値を、詳細には前記初期値との関係で処理するステップをさらに含み、前記操作ｃ）の間、前記レーザ・ビーム（３、３２）の前記特性（ＬＭ）が、前記パラメータ（ＮＲ）の展開を関数として調整されることを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記予め定めた条件が、前記溶接すべき材料の前記溶接領域（３３）の、前記第１のステップ終了時に溶融状態になる領域（５）の前記表面（４）のレベルにおける寸法（Ｄ１）からなり、その寸法（Ｄ１）が、前記第１のステップ終了時における前記計算されたパラメータ値（ＮＲSTOP）の関数であることを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記較正フェーズ（ｂ）の終了後、前記レーザ・ビームが前記溶接領域（３３）に放出する出力（ＬＭ）が、時間を関数として好ましくは実質的に直線的に増加することを特徴とする請求項２または３に記載の溶接方法。
【請求項５】
値が測定される前記物理パラメータ（ＢＲ）が、前記第１のステップの間、前記溶接すべき材料で反射する光のレベルの展開に関連して展開することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項６】
前記物理パラメータ（ＢＲ）が、前記溶接領域（３３）の前記表面（４）に対して実質的に直角をなす方向から測定されることを特徴とする請求項５に記載の溶接方法。
【請求項７】
請求項１に記載の前記操作ｃ）の間に調整される前記レーザ・ビーム（３、３２）の前記特性が、レーザ・ビーム（３、３２）の出力（ＬＭ）からなることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項８】
前記処理ステップで決められる前記パラメータの予め定めたの値（ＮＲSTOP）が得られると、前記レーザ・ビーム（３、３２）の前記出力（ＬＭ）が少なくとも１０％減少し、前記予め定めたの値（ＮＲSTOP）が前記第１のステップの終了に対応することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項９】
前記操作ｂ）の間、前記溶接領域（３３）の温度の展開に関連して展開する追加物理パラメータの値が同じく測定され、請求項１に記載の前記操作ｃ）における前記レーザ・ビーム（３、３２）の前記特性（ＬＭ）の設定を改善することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項１０】
前記第１のステップの間、請求項１に記載の前記操作ａ）〜ｃ）が連続的に実施されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項１１】
金属部品または金属合金部品の溶接に適用される請求項１から１０のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項１２】
前記金属と金属合金が、それぞれ銅、銀、金、アルミニウム、銅ベリリウム（ＣｕＢｅ）、黄銅、青銅からなるグループからそれぞれ選択される請求項１１に記載の溶接方法。
【請求項１３】
レーザ・ビームを使用した、制御回路（３０）によって制御され、かつ、溶接すべき材料の少なくとも１つの溶接領域（３３）の方向にレーザ・ビーム（３、３２）を放出することができるレーザ源（３１）を備えたスポット溶接装置であって、前記溶接すべき材料の前記溶接領域（３３）の表面状態を修正し、このような表面を溶接する第２のステップの実施に適した予め定めた条件を得るようになされた第１のステップすなわち準備ステップを含む２つの連続するステップでスポット溶接を実行するための制御手段（３４〜３７）をさらに備え、その制御手段（３４〜３７）が、前記溶接すべき材料の前記溶接領域（３３）の前記表面状態の少なくとも物理パラメータ（ＢＲ）特性の値を測定するための手段（３４、３６）を有し、かつ、前記測定した値を表す、前記物理パラメータ（ＢＲ）の値の展開をモニタすることができる制御回路（３７）に送信される第１の信号を生成し、また、前記予め定めた条件を得るために、前記第１のステップ実施中に放出される前記レーザ・ビーム（３、３２）の特性を調整するように、前記制御回路（３７）が、前記物理パラメータ（ＢＲ）の値の展開を関数とした、前記レーザ源（３１）の前記制御回路（３０）に送信される第２の信号を生成するようになされたスポット溶接装置。
【請求項１４】
前記調整手段（３４〜３７）が、さらに予備較正フェーズ（ｂ）を実行するようになされ、その間、前記レーザ・ビーム（３、３２）の前記特性（ＬＭ）が実質的に一定であり、それにより前記物理パラメータ（ＢＲ）の初期値を正確に測定することができ、前記制御回路（３７）が、前記物理パラメータ（ＢＲ）の測定値を処理し、かつ、前記物理パラメータ（ＢＲ）の値の展開に関連して展開するパラメータ（ＮＲ）を決めるように、前記初期値を考慮し、また、前記制御回路（３７）によって生成され、かつ、前記レーザ源（３１）の前記制御回路（３０）に送信される前記第２の信号が、前記パラメータ（ＮＲ）の値の関数であることを特徴とする請求項１３に記載の溶接装置。
【請求項１５】
前記調整手段が、前記溶接すべき材料で反射する光のレベルの展開に関連して展開する物理パラメータ（ＢＲ）の値を測定するための第１の光センサ（３４）を備えたことを特徴とする請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記調整手段が、前記レーザ源（３１）と前記溶接領域（３３）の間の光路に放出される前記レーザ・ビーム（３、３２）の前記出力（ＬＭ）を測定するための第２の光センサ（３５）をさらに備えたことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記調整手段が、前記溶接領域（３３）の温度の展開を測定するための赤外放射センサ（３６）を備えたことを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
前記装置が、前記レーザ・ビーム（３、３２）が前記装置から放出される機械加工ヘッドを備え、その中にすべての前記センサ（３４〜３６）が配列されたことを特徴とする請求項１６または１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記装置が適切なインタフェースを介して前記装置を制御するためのコンピュータ（３８）に接続されたことを特徴とする請求項１３から１８のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ・ビームを使用したスポット溶接方法と装置に関し、より正確には、レーザ・ビームを使用した、少なくとも溶接すべき材料を準備する第１のステップと、引き続く第２の溶接ステップとを含み、溶接ステップの間、前記レーザ・ビームが少なくとも部分的にその動作状態が維持される、少なくとも１つのスポットを溶接するスポット溶接方法に関する。第１のステップは、第２のステップの実施に適した予め定めた条件を得るように、溶接すべき材料の少なくとも溶接領域の表面状態を修正するように行われ、第２のステップの終了時にスポット溶接が得られる。
【背景技術】
【０００２】
材料の表面は、溶接中、突発的に、得られる溶接の品質に予測不可能な結果をもたらす物理変形を受けるため、前記第１のステップは最終溶接結果を左右している。
【０００３】
現在、このようなプロセスは、溶接ステップに進む前に、溶接領域の表面を準備するための様々な方法を使用して慣例的に実施されている。
【０００４】
例えば、米国特許第５，６８１，４９０号に、レーザ・ビームによって実施される溶接の品質をモニタする方法が記述されている。その目的で、この文書には、溶接の品質をモニタするための、溶接の進行に伴って変化する様々な物理パラメータの値、すなわち溶接すべき材料の表面で反射するエネルギー、材料を透過するエネルギー、場合によっては使用しているレーザ・ビームのパラメータの測定と解析が教示されている。
【０００５】
しかしながら、上記特許に記載されている方法は技術的に大きく制限されている。この技術的制限は、実施した解析によって得られた結果が、対応する溶接の品質レベルを表示する、関連する溶接パラメータを含んだ実施済み溶接の「特徴」のデータベースを構築するために使用されていることによるものである。この方法を実施するための装置は、次の溶接操作の間、良好な品質の溶接をもたらした溶接パラメータと同じ溶接パラメータを再度使用し、対応する品質レベルの再現を試行するように、このデータベースを参照している。
【０００６】
この方法の大きな欠点は、溶接すべき材料の最初の表面状態が予測不可能に変化することに起因している。したがって、所与の材料の第１の試料に対して良好な品質の溶接をもたらした溶接パラメータが、同じ材料の第２の試料に対して必ずしも同じ良好な品質の溶接をもたらすとは限らない。
【０００７】
米国特許第５，６８１，４９０号が、溶接品質が不良であることが判明した場合に、その品質を修正するように、溶接直後の溶接品質を検出するための準備をさらに備えているのはそのためである。溶接自体を修正することは必ずしも可能ではないため、材料を貫通する孔が形成される原因となる特定の過熱ケースの場合と同様、台なしになった最初の溶接の近傍に新しい溶接を施すように準備されている。
【０００８】
この種の解決法は、必要な溶接の目視外観との関係で必ずしも許容できない、目視可能な最終製品に対応する部分に新しい溶接が位置する場合、とりわけ許容できない。
【特許文献１】米国特許第５，６８１，４９０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的の１つは、得られる溶接品質を従来技術と比較してより良好に制御することができる溶接方法を提供することにより、上で言及した従来技術の欠点を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために、本発明によれば、予め定めた条件を得るように、第２のステップを実施する前に、
ａ）溶接すべき材料の溶接領域にレーザ・ビームを導き、
ｂ）溶接の展開（進展）をモニタするように、溶接すべき材料の溶接領域の表面状態の特性である少なくとも１つの物理パラメータの値を測定し、
ｃ）操作ｂ）で正確に測定した物理パラメータの値の展開を関数としてレーザ・ビームの特性を調整する
ことからなる第１のステップを特徴とする、上に示したタイプの溶接方法が提供される。
【００１１】
操作ｂ）の前に、物理パラメータの初期値を正確に測定する較正フェーズが先行することが好ましく、また、操作ｂ）には、第１のステップの間の展開が物理パラメータの値の展開に関連しているパラメータを決めるための、測定した物理パラメータの個々の値を、詳細には初期値との関係で処理するステップがさらに含まれている。したがってレーザ・ビームの特性は、前記パラメータの展開を関数として操作ｃ）の間に調整される。
【００１２】
これらの特徴により、本発明による溶接方法は、レーザ・ビームのパラメータを個々の溶接領域の挙動に適合させるように、溶接の進行を有効にモニタすることができる。この方法により、良好な再現性を有する実施済み溶接品質が得られる。
【００１３】
とりわけ、本発明の方法により、得られるスポット溶接の寸法が制御される。
【００１４】
本発明による方法の好ましい一実施形態では、溶接すべき材料で反射するエネルギー・レベルを測定し、かつ、レーザ・ビームが放出する出力を、測定したエネルギー・レベルに応じて、かつ、実時間で調整するための準備が施されている。
【００１５】
さらに、溶接すべき材料を照射するために使用されるレーザ・ビームの出力を、レーザ・ビームの出力値をより細かく調整することができ、それにより溶接をモニタする水準が向上する方法で測定するための準備が施されている。
【００１６】
本発明による方法は、溶接金属部品、例えば、溶接が困難な金属である銅部品にとりわけ良好に適するようになされている。
【００１７】
また、本発明により、上で説明した方法を実施するための装置が提供される。
【００１８】
本発明の他の特徴および利点は、何ら制限されることのない実施例として示す添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、より明確になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、１つに合わせて溶接するようになされた従来構造の２つの部材を示したものである。この２つの部材は、例えば２枚の金属プレートあるいは金属シートである。第２のプレート２の上に第１のプレート１が置かれ、溶接を実行するように第１のプレートの上面４に垂直入射でレーザ・ビーム３が導かれている。
【００２０】
非制限実施例の場合、プレート１、２は、通常、厚さＥが数十μｍの銅製であり、レーザ・ビームの直径Ｄは、ほぼ２００μｍである。
【００２１】
プレート１、２を溶接している間、第１のプレート１上のレーザ・ビーム３の入射領域６に溶融金属領域５が形成される。レーザ・ビームが維持されている間、図１に示すように、第１のプレートに供給された熱が第２のプレートへ伝達され、溶融金属領域５が第２のプレートの下部表面７に達するまでプレート１、２の厚さ方向に拡大する。
【００２２】
溶融金属領域５が第２のプレートの下部表面７に達すると、通常、レーザ・ビーム３の出力を徐々に低減させ、それにより溶融金属領域５が固体化し、引張り応力を生じさせることなく溶接が形成される。
【００２３】
溶融金属領域５の形成中におけるレーザ・ビーム３の出力が大きいほど、プレート１、２に伝達される熱が大きいことに留意されたい。したがって、この溶接ステップ実行中におけるレーザ・ビームの出力が大きいほど、溶融金属領域は少なくとも第１のプレート１の横方向の寸法がより大きく形成される。
【００２４】
数多くの実験の結果、本出願人は、第２のプレート２の下部表面７のレベルにおける横方向の溶接寸法Ｄ２が、第１のプレート１の上部表面４のレベルにおける横方向の溶接寸法Ｄ１に直接関係していることを見出した。したがって、第１のプレートの表面レベルにおける横方向の溶接寸法Ｄ１が、考慮すべき主要な溶接品質基準を構成し、その基準自体は、第２のプレートの下部表面レベルにおける溶接寸法Ｄ２によって決定される。本出願人が、本発明による溶接形成中における第１のプレート１の表面４のレベルの溶接寸法Ｄ１に対する信頼性の高い制御を提供する溶接方法を開発したのは、この理由によるものである。
【００２５】
本出願人は、この溶接方法の第１のステップが、第１のプレートの表面レベルにおける最終溶接寸法Ｄ１の調整に支配的な役割を有していることを見出した。
【００２６】
したがって、図２に示す戦略は、本発明による溶接方法を具体化するために開発されたものであり、より詳細には第１の溶接ステップすなわち溶接すべき材料を準備するステップに対して開発されたものである。
【００２７】
図２は、第１の溶接ステップ実行中における時間を関数としたレーザ・ビーム３の出力の好ましいプロファイル（曲線ＬＭ）の一実施例を示したもので、溶接すべき材料で反射するレーザ・ビームのプロファイル（曲線ＢＲ）に対応している。本発明による溶接方法の第１のステップは、（ａ）ないし（ｄ）の４つのフェーズ（図２）からなり、その後に溶接プロパーに対応する第２のステップ（ｅ）が続いていることが好ましい。
【００２８】
フェーズ（ａ）および（ｂ）は、溶接すべき材料の表面を準備する予備フェーズを構成しており、その間に、溶接すべき材料がレーザ・ビームによって材料の融解に必要な最小出力より小さい出力で加熱される。例えば溶接すべき材料が銅である場合、レーザ・ビームの出力は、フェーズ（ａ）および（ｂ）の間、０．５ｋＷに制限されている。
【００２９】
フェーズ（ａ）に対応する第１の時間期間の間、この予備加熱によって不純物または酸化物の付着物が除去され、それにより溶接すべき材料の表面が浄化される。
【００３０】
継続期間がほぼ１ミリ秒であるフェーズ（ｂ）は較正フェーズを構成している。この較正フェーズは、溶接すべき材料がその融点よりはるかに低い温度にある状態での表面の反射率を測定するためにも使用されている。このフェーズ（ｂ）の間に比率ＢＲ（ｔ）／ＬＭ（ｔ）の平均値Ｒ０が計算され、Ｒ（ｔ）／Ｒ０すなわち［ＢＲ（ｔ）／ＬＭ（ｔ）］＊１／Ｒ０に等しい正規化比率ＮＲ（ｔ）に対応するパラメータを決めるために、溶接方法の第１のステップの残りのフェーズで使用される。
【００３１】
得られたＲ０値を使用して、レーザ・ビームが放出する時間を関数とした出力を表す曲線ＬＭ（ｔ）の勾配（図２の角度α）が決められる。したがって、反射率が小さい材料すなわち入射するレーザ・ビームのエネルギーを吸収する容量が大きい材料は、レーザ・ビームが放出する出力が緩やかに増加する、つまり反射率の大きい材料よりαの値が小さいことになる。
【００３２】
このように、本発明による溶接方法の第１のステップは、材料の物理特性のデータベースではなく、溶接すべき材料の「実際の」物理特性に適合するようになされている。
【００３３】
また、この戦略により、溶接すべき材料の加熱に必要な時間が、溶接すべき材料の表面の物理特性に無関係に実質的に一定の値に維持されるため、材料の反射率が大きい場合でも処理を大きく遅延させることがないことに留意されたい。
【００３４】
Ｒ０の値が決まると、レーザ・ビームの出力は、フェーズ（ｃ）の間、実質的に直線的に増加する（図２）。この出力の増加率は、上で言及したようにＲ０値の関数である。
【００３５】
フェーズ（ｃ）の間、溶接すべき材料の、本発明による溶接方法の終了時に溶接が形成されることになる領域が、溶接すべき材料の反射率の観点から大きな物理的変態が生じることなく加熱される。
【００３６】
したがって、フェーズ（ｃ）の間、正規化された比率ＮＲ（ｔ）が大きく変化することはなく、その値は、図２に示すように、１に近い値に維持される。
【００３７】
数ミリ秒程度の一定の時間が経過すると、材料のレーザ・ビーム入射領域が融解を開始する。これは、材料がより多くのエネルギーを吸収して相変化をもたらす際のフェーズ（ｄ）におけるＢＲ（ｔ）値の減少による図２の曲線の降下に反映されている。
【００３８】
図２から分かるように、ＢＲ（ｔ）値の減少は、ＮＲ（ｔ）値の減少をもたらしている。
【００３９】
レーザ・ビームの出力は、通常、エッジ部分から中心に向かって大きくなっているため、材料は、レーザ・ビームの入射領域の中心部分が融解を開始する。これは、ＢＲ（ｔ）の曲線の形の変化に対応している。
【００４０】
レーザ・ビームの出力は、この段階では依然として増加を継続し、溶接すべき材料の表面の平面内における溶融材料領域が拡大する。溶融材料領域の拡大と同時に、吸収するエネルギーの量が溶融材料領域の増加に伴って増加するため、反射率が減少し続けることになる。
【００４１】
正規化比率が所定の値ＮＲSTOPに到達するとフェーズ（ｄ）が終了し（図２）、図２に示す状況でレーザ・ビームが停止する。実際には、レーザ・ビームは、ＮＲ（ｔ）がその遮断値ＮＲSTOPに到達しても完全に停止するのではなく、その出力が減少する（以下を参照されたい）。
【００４２】
本発明による溶接方法により、広範囲のＮＲSTOP値に渡って溶接品質の良好な再現性が達成される。また、本発明による方法の終了時に得られる横方向の溶接寸法は、ＮＲSTOPに採択された値に厳密に関連している。
【００４３】
図３は、上で説明した方法を実施するための溶接装置の好ましい実施形態を示す。
【００４４】
この装置は、溶接すべき材料の領域３３にレーザ・ビーム３２を放出するレーザ源３１のための制御回路３０を備えている。
【００４５】
光電センサ３４は、材料の表面で反射するＢＲ（ｔ）で表されるエネルギーを収集している。このセンサには、フォトダイオードあるいはフォトトランジスタなどの任意の適切なタイプのセンサを使用することができ、例えば、溶接すべき材料上のレーザ・ビーム入射領域の上方に実質的に垂直方向に配置されることが好ましい。光電センサ３４は、レーザ・ビームを放出するレーザ・ヘッド（図示せず）に設けられることが好ましいが、本発明はそれには制限されない。
【００４６】
本発明による溶接装置は、さらに、レーザ源の出口と溶接すべき材料上の入射領域との間のレーザ・ビームの出力レベルを測定するための追加光電センサ３５を備えている。
【００４７】
本発明による溶接装置の他の実施形態では、溶接すべき材料の表面のレーザ・ビーム入射領域の温度を連続的に測定するための少なくとも１つの従来型熱センサすなわち赤外センサ３６が追加的に用意されている。
【００４８】
センサ３４ないし３６の各々は、センサの各々が測定するパラメータを表す電気信号を生成し、生成したすべての電気信号を、そのすべての情報を処理するようにプログラムされたプロセッサ３７に送信している。プロセッサ３７は、放出されるレーザ・ビームの特性を調整するように、情報を処理することによって得られた結果に基づいて、レーザ源３１の制御回路に適切なコマンド信号を送る。詳細には、プロセッサ３７からの制御信号を使用して、ＬＭ（ｔ）で表される、放出されるレーザ・ビームの出力が調整されるが、例えば、レーザ・ビームのパルス周波数の調整あるいはレーザ・ビームの焦点面位置の調整についても同様に意図されている。
【００４９】
また、当分野の技術者には容易に理解されるため、ここでは詳細な説明は省略するが、適切なプログラムを実行するＰＣ３８によるプロセッサ３７の制御が準備されている。したがって、このコンピュータにより、本発明による溶接装置の使用者は、本発明による溶接方法を制御するためのユーザフレンドリ・インタフェースを知られている方法で使用することができる。
【００５０】
選択するレーザ源のタイプは、本発明による溶接方法の実施に関してはそれほど重要ではないことに留意されたい。適切な出力と適切な波長を有するレーザ源であれば、任意のレーザ源を使用することができるが、コストの理由から、レーザ・ダイオードまたはレーザ・ダイオードのスタックによってポンプされるＮｄ：ＹＡＧレーザなどの他のレーザ源を使用するより、現時点では、従来の光ポンプＮｄ：ＹＡＧレーザ源を使用することが好ましい。
【００５１】
図４、５は、それぞれレーザ・ビームの出力ＬＭ（ｔ）と溶接すべき材料の表面で反射する波の出力ＢＲ（ｔ）の実験曲線を示したものである。図４には、図２を参照して説明した溶接方法のフェーズ（ａ）ないし（ｅ）が示されており、それらの総継続期間は６ミリ秒程度である。
【００５２】
図４にも、図２に示す、レーザ源３１によって放出されるレーザ・ビームの出力曲線と同じ傾向が、溶接すべき材料の表面を準備するフェーズ（ａ）、融解温度よりはるかに低い温度における材料の反射率を測定するフェーズ（ｂ）、および溶接すべき材料を加熱するフェーズ（ｃ）および（ｄ）と共に示されている。図５とともに、フェーズ（ｄ）が約４．２ｍｓから約５ｍｓまで延びており、溶接すべき材料の融解の開始およびそれに続く融解の拡大に関連する現象である、反射率曲線ＢＲ（ｔ）の上昇が減少するポイントを示す瞬間に対応していることに留意されたい。
【００５３】
また、図４、５では、図２、４のフェーズ（ｅ）に対応する、本発明による溶接方法の第２のステップの間、レーザ・ビームが図２に示すように完全に停止していないことに留意されたい。
【００５４】
これは、上で説明したように、実際にはフェーズ（ｅ）が溶接ステップに対応しており、溶接を完成させるためには、このステップの間、材料をさらに加熱し、レーザ・ビームの入射領域からなる表面（図１の４で示す）から反対側の表面（図１の７で示す）まで、その厚さに渡って溶融金属領域を拡大させる必要が依然として残っていることによるものである。
【００５５】
しかしながら、詳細には、先行するフェーズの間に形成される、溶接すべき材料の表面のレーザ・ビーム入射領域をマスクし、そのために液体金属が溶接領域から放出される原因になるプラズマを散逸させるために、フェーズ（ｄ）と（ｅ）の間の遷移は、レーザ・ビームの出力を少なくとも１０％だけ急激に減少させることによって実施されている。
【００５６】
本発明による好ましい一実施形態は、溶接すべき材料の表面温度を実質的に一定に維持するように、赤外センサ３６を使用して、溶接すべき材料の表面温度をモニタするステップを含む操作からなる第２のステップに関している。これは、本出願人が、この種の戦略によって良好な品質の溶接、詳細には上部表面レベルにおける溶接寸法と下部表面レベルにおける溶接寸法の間の良好な相関が達成されることを見出したことによるものである。
【００５７】
最終ステップ（図示せず）の間、再凝固材料に引張り応力が生じないよう、材料を十分に低速で冷却させるように、レーザ・ビームの出力がゼロまで徐々に低減される。
【００５８】
上で言及したように、本発明による溶接方法により、得られる溶接の寸法と品質に対する有効かつ信頼性の高い制御が保証される。
【００５９】
一例として、表は、本発明による溶接方法の有効性を確認するように、本出願人が実施した数多くの実験の結果をまとめたものである。
【００６０】
表は、上で説明した条件の下で、４０％から９０％までのレーザ・ビームの正規化遮断比率ＮＲSTOP値の変化に対して得られた溶接寸法を示している。材料表面におけるレーザ・ビームの直径は２００μｍにセットされている。使用したレーザ源は、Ｎｄ：ＹＡＧタイプのレーザ源であり、溶接は、表面を軽く酸化させた厚さ１００μｍの単一銅シート上でシミュレートされたものである。
【００６１】
表の列は、レーザ・ビームの正規化遮断比率ＮＲSTOPの個々の値、得られた溶接の表面４（図１）のレベルで測定した直径の平均値μ、個々のＮＲSTOP値の標準偏差σ、個々のＮＲSTOP値の相対標準偏差σ／μ、測定した最小径Ｄｍｉｎ、測定した最大径Ｄｍａｘ、個々のＮＲSTOP値に対して計算された範囲ΔＤ、および個々のＮＲSTOP値に対して実施された測定回数Ｎ＃からなっている。
【００６２】
【表１】
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【００６３】
図２から明らかなように、ＮＲSTOP値が小さいほど、溶融材料領域の形成から始まる、溶接すべき材料の加熱時間が長くなることに留意されたい。
【００６４】
表の最後の行は、信号ＢＲ（ｔ）の展開を考慮することなく実施された一連の測定、すなわち一連のすべての測定に全く同じレーザ・パルスを使用して実施された測定に対応している。この一連の測定における標準偏差と範囲の大きい値は、溶接の結果を制御するためには、溶接すべき材料の最初の表面状態が重要であることを示している。つまり、従来技術による溶接方法を使用したこの一連の測定は、溶接すべき材料の最初の表面状態を第１の準備ステップで考慮しない場合、溶接寸法の良好な再現性を達成することが困難であることを証明している。
【００６５】
同様に、正規化遮断比率を９０％にセットした場合、溶接結果が再現性に欠けることが分かる。また、この第１の一連の測定で得られた溶接寸法の値のバラツキは、溶接すべき材料の最初の表面状態を考慮することが重要であることを立証している。この場合、レーザ・ビームの出力を大きくする加熱フェーズは、溶接を実施する様々な領域の個々の表面状態の多様性を除去するには短すぎる。
【００６６】
しかしながら、この一連の測定で得られた乏しい結果は、実際に日常的に遭遇するように、溶接が若干小さ目である平均溶接寸法（１０５．３μｍ）に対して計算された値の文脈で理解しなければならない。
【００６７】
一方、９０％未満のＮＲSTOP値に関しては、一連の個々の測定結果によれば、従来技術による溶接方法に対して再現性が著しく改善されていることが分かる。
【００６８】
計算されたすべての相対標準偏差値は、従来技術による方法の１４．５％と比較すると然るべき結果である５％未満であり、本発明による溶接方法の有効性を証明している。
【００６９】
以上の説明は、本発明による好ましい実施形態に対するものであり、本発明を何ら制限するものではない。
【００７０】
当分野の技術者は、本発明の範囲を逸脱することなく、特定のタイプのレーザ源と溶接すべき材料の特定の性質を選択することができ、あるいは上で説明した性質や数のセンサとは異なる性質と数のセンサを使用することができる。
【００７１】
本発明による溶接方法は、銅以外に、アルミニウム、金、銀、銅ベリリウム（ＣｕＢｅ）、黄銅、青銅などの材料の溶接にとりわけ有利である。
【００７２】
本発明による溶接方法には、印刷回路経路、薄い金属テープあるいはワイヤの溶接など、多くのアプリケーションが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】溶接を意図した２つの部材を示す図である。
【図２】本発明による溶接方法の第１のステップに使用される戦略を示す略図である。
【図３】本発明による方法を実施するための装置の一実施形態を示す図である。
【図４】本発明による溶接方法の第１のステップの間、溶接すべき材料に放出されるレーザ・ビームの出力レベルの一実施例を示す線図である。
【図５】本発明による溶接方法の第１のステップの間、溶接すべき材料の表面で反射する、図４に示すレーザ・ビームに対応するエネルギー・レベルを示す線図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…第１のプレート、２…第２のプレート、３、３２…レーザ・ビーム、４…第１のプレートの上面、５…溶融金属領域、６…レーザ・ビームの入射領域、７…第２のプレートの下部表面、３０…制御回路、３１…レーザ源、３３…溶接すべき材料の領域、３４、３５…光電センサ、３６…赤外センサ、３７…プロセッサ、３８…ＰＣ、ＢＲ…溶接すべき材料で反射するレーザ・ビームのプロファイル、Ｄ…レーザ・ビームの直径、Ｄ１…第１のプレート１の上部表面５のレベルにおける横方向の溶接寸法、Ｄ２…第２のプレート２の下部表面７のレベルにおける横方向の溶接寸法、Ｅ…プレート１、２の厚さ、ＬＭ…レーザ・ビーム出力のプロファイル、ＮＲ…ＢＲ値の展開に関連して展開するパラメータ、ＮＲSTOP…レーザ・ビームの正規化遮断比率
【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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