(57)【要約】 【課題】  溶接の可否、溶接の良否を溶接工程中で確実に検出できるレーザ溶接技術を提供する。  【解決手段】  本発明になるレーザ光照射によるレーザ溶接方法は、次の工程を含むことを特徴とするものである。  ａ）導電性の被溶接物を重ね合わせまたは突き合わせてセットする工程  ｂ）前記工程でセットした被溶接物間の電気抵抗を測定し、予め定められた第１の設定値との差を求め、差が正の値のときは再度セットし直す工程  ｃ）前記工程で差が０または負の値のときはレーザ光を照射してレーザ溶接を行う工程  ｄ）前記工程中、前記被溶接物間の電気抵抗を測定し、予め定められた第２の設定値との差を求め、差が０または負の値になるまでレーザ光を照射する工程【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の被溶接物を重ね合わせまたは突き合わせて、この重ね合わせ部または突き合わせ部にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接方法であって、次の工程を含むことを特徴とするレーザ溶接方法。
ａ）前記導電性の被溶接物を重ね合わせまたは突き合わせてセットする工程
ｂ）前記工程でセットした被溶接物間の電気抵抗値を測定し、予め定められた第１設定値との差を求め、差が正の値のときは再度セットし直す工程
ｃ）前記工程で差が０または負の値のときはレーザ光を照射してレーザ溶接を行う工程
ｄ）前記工程中、前記被溶接物間の電気抵抗を測定し、予め定められた第２設定値との差を求め、差が０または負の値になるまでレーザ光を照射する工程
【請求項２】
次の工程も含むことを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
前記工程ｂ）のセットし直し工程の回数の上限回数を予め定めておき、この上限回数に到達したときには溶接不可と判定する工程
【請求項３】
次の工程も含むことを特徴とする請求項１または２記載のレーザ溶接方法。
前記工程ｄ）のレーザ光照射継続時間の上限時間を予め定めておき、この上限時間に到達しても前記工程ｄ）の差が０または負の値にならないときは溶接異常と判定する工程
【請求項４】
前記導電性の被溶接物は板状部材であることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
導電性の被溶接物を重ね合わせまたは突き合わせて、この重ね合わせ部または突き合わせ部にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接装置であって、次の手段を含むことを特徴とするレーザ溶接装置。
ａ）導電性の被溶接物を重ね合わせまたは突き合わせてセットするセット手段
ｂ）前記セット手段でセットされた被溶接物間の電気抵抗を測定する電気抵抗測定手段
ｃ）前記レーザ光照射手段からのレーザ光照射開始前に、前記電気抵抗測定手段からの抵抗値と予め定められた第１設定値との差が０または負の値になるように前記セット手段を駆動し、前記レーザ光照射手段からのレーザ光照射開始後は前記電気抵抗測定手段からの抵抗値と予め定められた第２設定値との差が０または負の値になるまで前記レーザ照射手段を駆動する制御手段
【請求項６】
次の判定手段も含むことを特徴とする請求項５記載のレーザ溶接装置。
前記制御手段で抵抗値と第１設定値との差が０または負の値にならないときには溶接不可と判定する判定手段
【請求項７】
次の判定手段も含むことを特徴とする請求項５記載のレーザ溶接装置。
前記制御手段で抵抗値と第２設定値との差が０または負の値にならないときには溶接異常と判定する判定手段
【請求項８】
前記導電性の被溶接物は板状部材であることを特徴とする請求項５ないし７いずれかにに記載のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに重ね合わせた板状部材または突き合わせた板状部材にレーザビームを照射することにより、前記板状部材同士を溶接するレーザ溶接技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、２枚以上の板状部材を互いに重ね合わせた状態または突き合わせた状態で、所定の溶接部位に沿ってレーザビームを照射することにより前記板状部材同士を一体的に溶接するレーザ溶接処理が、各種の製造工程で広く行われている。
【０００３】
この種のレーザ溶接処理では、良好な溶接品質を維持するために、溶接状態を確認することが望まれており、次のような技術が知られている（例えば、特許文献１、２など）。
【０００４】
特許文献１で開示される技術は、ＣＣＤカメラ５によって溶接部を撮影するものであり、撮影した映像に基づいて画像処理手段６によって被溶接物Ｗの溶融プール長さＬを求め、制御手段７からレーザ発振器２および加工テーブル４に指令信号を送り、レーザ出力および溶接速度を調整することによって、被溶接物Ｗの板厚ｔに対する溶融プール長さＬの比Ｌ／ｔが１〜３の範囲となるように制御することで溶接品質を維持する。
【０００５】
一方、特許文献２で開示される技術は、電気的に接続する接続対象である２つの接続用端子部１０、１１をＹＡＧレーザ装置１２により溶接する部位の近傍に、レーザ溶接部１４のレーザ照射側に、プラズマ発生量を紫外領域で検出する紫外線センサ１７と、レーザ溶接部１４の温度を検出する赤外線センサ１８とが設けるものであり、溶接と同時にその成否を間接的に評価する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２１０７８１号公報
【特許文献２】特開２００１−１９１１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述のように特許文献１で開示される技術は、レーザ光が照射される板状部材表面の溶接（溶融）状態だけを検出するものであり、特許文献２で開示される技術は、溶接部位のプラズマ発生量と温度を検出するものである。このため、溶接状態を直接確認しながらレーザ光照射の時間、量を制御していないので、実際にレーザ光が下側の板状部材まで貫通しているか否かの判断ができず、溶接部の溶接品質、例えば、溶接強度を保証することができないという問点があった。
【０００８】
また、溶接状態は重ね合わせられた板状部材または突き合わされた板状部材の溶接部位の密着性の良否に大きく影響されるが、この密着性の良否を確認せずにレーザ光を照射しているので、この点からも同じように溶接部の溶接品質、例えば、溶接強度を保証することができないという問点があった。
【０００９】
また、溶接状態を確認する手段も比較的大掛かりなものになり、レーザ溶接装置が高コストなものになるという問題点もあった。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、直接溶接状態を確実に検出することができ、互いに重ね合わせた板状部材または突き合わせた板状部材のレーザ溶接処理を簡単かつ高品質に遂行することが可能なレーザ溶接方法を提供することを第１の目的とし、このような溶接方法に直接使用する低コストのレーザ溶接装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明者は、溶接する重ね合わせまたは突き合わせた導電性の板状部材間に電流を流したときの電気抵抗値とこの板状部材間の密着性および溶接強度との間の相関性に着目して、この発明をするに至った。
【００１２】
本発明になるレーザ光照射によるレーザ溶接方法は、次の工程を含むことを特徴とするものである。
ａ）被溶接物を重ね合わせまたは突き合わせてセットする工程
ｂ）前記工程でセットした被溶接物間の電気抵抗を測定し、予め定められた第１の設定値との差を求め、差が正の値のときは再度セットし直す工程
ｃ）前記工程で差が０または負の値のときはレーザ光を照射してレーザ溶接を行う工程
ｄ）前記工程中、前記被溶接物間の電気抵抗を測定し、予め定められた第２の設定値との差を求め、差が０または負の値になるまでレーザ光を照射する工程
【００１３】
また、本発明になるレーザ光照射手段を備えるレーザ溶接装置は、次の構成を含むことを特徴とするものである。
ａ）被溶接物を重ね合わせまたは突き合わせてセットするセット手段
ｂ）前記セット手段でセットされた被溶接物間の電気抵抗を測定する電気抵抗測定手段
ｃ）前記レーザ光照射手段からのレーザ光照射開始前に、前記電気抵抗測定手段からの抵抗値と予め定められた第１の設定値との差が０または負の値になるように前記セット手段を駆動し、前記レーザ光照射手段からのレーザ光照射開始後は前記電気抵抗測定手段からの抵抗値と予め定められた第２の設定値との差が０または負の値になるまで前記レーザ照射手段を駆動する制御手段
【発明の効果】
【００１４】
本発明になるレーザ溶接方法によれば、レーザ溶接開始前には溶接が正常に実行されるように溶接対象物の密着性が確保され、レーザ溶接中は溶接の進捗状況が確認できるのでレーザ溶接作業工程でも品質管理が可能となる。したがって、信頼性の高いレーザ溶接方法を提供することができる。
【００１５】
また、本発明になるレーザ溶接装置によれば、レーザ溶接開始前には溶接が正常に実行されるように溶接対象物の密着性が確保され、レーザ溶接中は溶接の進捗状況が確認できるのでレーザ溶接作業工程でも品質管理が可能となる。したがって、信頼性の高いレーザ溶接装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明になるレーザ溶接装置の要部構成図である。
【図２】レーザ光照射部分の拡大図である。
【図３】本発明になるレーザ溶接方法の概略フローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に本発明について、図を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明になるレーザ溶接装置の要部構成図、図２はこの要部構成図の中のレーザ光照射部分の拡大図、図３は本発明になるレーザ溶接方法の概略フローチャート図である。
【００１８】
なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成のすべてが、本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００１９】
図１において、レーザ溶接装置１００は溶接対象物である導電性の第１板状部材６１と第２板状部材６３を搬送して加工テーブル７１の所定の位置に位置合わせして載置する搬送部１、加工テーブル７１の所定の位置に載置した第１板状部材６１と第２板状部材６３にレーザ光３３を照射して溶接する部分を中心にその周辺を押圧部材２１で加工テーブル７１に押圧する押圧制御部２、第１板状部材６１と第２板状部材６３とを溶接するレーザ光３３を照射するレーザ発振部３、第１板状部材６１と第２板状部材６３との間の電気抵抗を計測するための低電圧の定電圧を印加する定電圧電源部４、搬送部１、押圧制御部２、レーザ発振部３および定電圧電源部４を関連する部分からの情報に基づきこれらの制御部等を個別に制御するとともにレーザ溶接装置１００全体を制御する制御部５からなる。
【００２０】
搬送制御部１は第１板状部材６１と第２板状部材６３を集積部（図示せず）からそれぞれ１枚ずつ把持部材１１、１３で把持して取り出し、加工テーブル７１の所定の位置に載置する搬送機構（図示せず）を制御部５からの制御に基づいて制御する。この搬送機構は公知の搬送機構を利用することができる。この搬送機構には位置合わせのために加工テーブル７１上を撮影できるカメラを備え、このカメラから得られた画像を用いて第１、第２板状部材６１、６３の位置合わせを行うようにしてもよいし、ティーチング機能を備えて加工テーブル７１の所定の位置に第１、第２板状部材６１、６３を搬送するようにしてもよい。なお、図１において、搬送制御部１は「１／２」と「２／２」の２つに分離されているが制御対象との関係で分かり易くしているだけで実際には分離されていない（以下、「１／２」、「２／２」の表記において同じ）。
【００２１】
押圧制御部２は制御部５からの制御のもとに押圧部材２１を備える押圧機構（図示せず）を制御して押圧部材２１で加工テーブル７１上の所定の位置に位置合わせして載置された第１、第２板状部材６１、６３に所定の圧力を加えてレーザ溶接部位８１と含む第１、第２板状部材６１、６３の重ね合わせ部を密着する。このとき、この所定の圧力は前記押圧機構内に設けられたロードセル等からなる荷重検出部（図示せず）で検出され、押圧制御部２を介して制御部５にフィードバックされる。なお、この押圧機構は公知の押圧機構を利用することができる。
【００２２】
レーザ発振部３は制御部５からの制御によりレーザ（図示せず）に駆動電流を流してこのレーザを発振させ、集光光学系３１を介して加工テーブル７１上の所定の位置に位置合わせして載置された第１、第２板状部材６１、６３の溶接部位８１にレーザ光３３を照射する。このレーザ発振部３と集光光学系３１は公知の技術を用いることができ、集光光学系３１は前記押圧機構と一体で構成するのがよい。
【００２３】
定電圧電源部４は制御部５からの制御により低電圧（数１０〜数１００ｍＶ）の定電圧を供給端子４１、４３を介して第１、第２板状部材６１、６３の溶接部位８１を挟んで第１、第２板状部材６１、６３の間に供給する。この定電圧電源４には供給する電流を計測する機能が備えられており、電源を供給している間は常に電流を計測しており、この電流と電圧とは制御部５に送られている。なお、供給端子４１、４３は公知の昇降機構（図示せず）に設けて、この昇降機構により供給端子４１、４３を第１、第２板状部材６１、６３に適当な押圧力で押圧できるようにしておくのがよい。
【００２４】
制御部５は前述のように搬送制御部１、押圧制御部２、レーザ発振部３および定電圧電源部４を制御する。このとき、定電圧電源部４からの第１、第２板状部材６１、６３間に供給される電圧と電流の情報から電気抵抗値を算出して、この結果によりレーザ溶接開始前は第１、第２板状部材６１、６３のレーザ溶接の可否を、レーザ溶接中はレーザ溶接の良否を判断する。
【００２５】
すなわち、レーザ溶接開始前は、この電気抵抗値が予め設定されている第１設定値より大きいときは、溶接部位８１の密着性が低くレーザ溶接が可能ではないと判断して押圧制御部２からの押圧力を増やして密着性を高めるようにする。一方、これでも密着性が低いときには、一旦押圧制御部２を制御して前記押圧機構を駆動して押圧部材２１を溶接部位８１から離して搬送制御部１を制御して前記搬送機構を駆動して再度第１、第２板状部材６１、６３の位置合わせをやり直し、その上で再度押圧制御部２を制御して前記押圧機構を駆動して押圧部材２１で溶接部位８１を押圧する。
【００２６】
一方、レーザ発振部３を制御して前記レーザを駆動してレーザ光３３を溶接部位８１に照射することでレーザ溶接を開始した後は、この電気抵抗値が予め設定されている第２設定値より大きいときは、溶接部位８１の溶接ナゲットの形成が充分ではなく、適当な溶接強度が得られていないと判断して前記レーザの駆動を継続してレーザ光３３の照射を継続する。一方、前記電気抵抗値が前記第２設定値より小さくなったときには、溶接部位８１には十分な溶接ナゲットが形成され、適当な溶接強度が得られていると判断して前記レーザの駆動を停止してレーザ光３３の照射を停止する。
【００２７】
加工テーブル７１には第１板状部材６１と第２板状部材６３とを重ね合わせたときに生じる段差をなくすように適当な高さと広さを備えた凸部７１ａと定電圧電源部４からの定電圧を供給する供給端子４１、４３が第１、第２板状部材６１、６３に押圧できるように適当な大きさの孔部７１ｂとが形成されている。
【００２８】
次に、図３を用いてこのようなレーザ溶接装置１００を用いた溶接動作について説明する。溶接動作に先立って、前記第１、第２設定値や前記レーザの駆動電流等を設定しておく。
【００２９】
最初に、搬送制御部１からの制御により導電性の第１、第２板状部材６１、６３をそれぞれの集積部（図示せず）から搬送して加工テーブル７１の所定の位置に位置合わせして載置する（図３のＳ３０１）。このとき、上側に載置される板状部材は凸部７１ａが設けられている方になるようにする。溶接部位８１にもなる第1、第２板状部材６１、６３の重ね合わせ部の密着性をよくするためである。
【００３０】
次に、押圧制御部２からの制御により第１、第２板状部材６１、６３の溶接部位８１を中心にその周辺部を予め設定された押圧力を加えて加工テーブル７１に押圧する（図３のＳ３０２）。このとき、第１、第２板状部材に印加される荷重が押圧制御部２にフィードバックされ、前記予め設定された押圧力になるように制御される。
【００３１】
次に、供給端子４１、４３をそれぞれ第１、第２板状部材６１、６３に押し付け、定電圧電源部４から供給端子４１、４３に低電圧の一定電圧（数１０〜数１００ｍＶ）を印加する（図３のＳ３０３）。このようにして、第１、第２板状部材６１、６３に溶接部位８１を介して電流を流し、この電流を計測する（図３のＳ３０４）。
【００３２】
次に、制御部５では、この電流と電圧とを受けて、電気抵抗値を算出する（図３のＳ３０５）制御部５では、この電気抵抗値と予め設定されている第１設定値と比較して、この電気抵抗が第１設定値以下でないときには（図３のＳ３０６のＮｏ）、前記押圧制御部２からの押圧力を増やす。また、この押圧力の増加だけでは第１設定値以下にならない場合は一旦押圧力を解除して、搬送制御部１を制御して第１、第２板状部材６１、６３の加工テーブル７１上の所定の位置への載置をやり直した上で再度押圧制御部２を制御して押圧を行う（図３のＳ３０７）。そして、前述の電流計測、電気抵抗値の算出、電気抵抗値と第１設定値との比較を電気抵抗値が第１設定値以下になるまで繰り返す（図３のＳ３０４〜Ｓ３０７）。なお、この繰り返し回数は予め上限を定めておき、この上限の回数まで繰り返しても前記電気抵抗値が前記第１設定値以下にならないときは「溶接不可」と判定して溶接工程を終了するようにしておくのがよい。
【００３３】
一方、前記電気抵抗値が前記第１設定値以下の場合は（図３のＳ３０６のＹｅｓ）、レーザ発振部３を制御して前記レーザに駆動電流を流し、集光光学系３１を介してレーザ光３３を溶接部位８１に照射する（図３のＳ３０８）。
【００３４】
このレーザ光３３を照射してレーザ溶接を行っている間も前述のように供給端子４１、４３から低電圧の一定の電圧が溶接部位８１を介して第１、第２板状部材６１、６３間に供給されている。また、この間も供給端子４１、４３に流れる電流は計測されている（図３のＳ３０９）。
【００３５】
次に、前述のように、制御部５では、この電流と電圧とを受けて、電気抵抗を算出する（図３のＳ３１０）。制御部５では、この電気抵抗値と予め設定されている第２設定値と比較して、この電気抵抗が第２設定値以下でないときには（図３のＳ３１１のＮｏ）、レーザ発振部の制御により、前記レーザを駆動し続けてレーザを発振させ、集光光学系３１を介して溶接部位８１に照射を続ける。
【００３６】
一方、前記電気抵抗値が前記第２設定値以下の場合は（図３のＳ３１１のＹｅｓ）、所定のナゲットが形成され、適当な溶接強度が得られたことになるので、レーザ発振部３を制御して前記レーザへの駆動電流を流すのを止めて溶接部位８１へのレーザ光３３の照射を停止する（図３のＳ３１２）。こうして第１、第２板状部材６１、６３が溶接部位８１で溶接される。なお、予めレーザ光３３照射時間の上限を定めておき、この上限時間までレーザ光３３を照射しても前記電気抵抗値が前記第２設定値以下にならないときは「溶接異常」と判定して溶接工程を終了するようにしておくのがよい。
【００３７】
次に、定電圧電源部４からの定電圧の供給を停止する（図３のＳ３１３）。そして、押圧制御部２からの制御により第１、第２板状部材６１、６３への押圧を解除する（図３のＳ３１４）。その後、搬送制御部１の制御により、溶接された第１、第２板状部材６１、６３を加工テーブル７１から搬出する（図３のＳ３１５）。
このようにして、第１、第２板状部材のレーザ溶接が終了する。
【００３８】
［他の実施形態］
前述の実施形態は被溶接物である導電性の板状部材６１、６３を重ね合わせて、この重ね合わせ部でレーザ溶接を行っていたが、板状部材６１、６３を突き合わせて、この突き合わせ部でレーザ溶接を行うこともできる。
【００３９】
この突き合わせ部でのレーザ溶接は重ね合わせ部でレーザ溶接するか突き合わせ部でレーザ溶接するかの相違で実質的な相違はない。
つまり、前述の説明の内重ね合わせ部を突き合わせ部と読み替える程度の差異しかないので詳細は省略する。なお、突き合わせただけに過ぎない部分での溶接ではその強度に不安がある場合には、突き合わせ部を挟んで適当な幅の板状部材を当て板として用い、この板状部材も含めて溶接して強度を増大させることができる。
【００４０】
前述のレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置は１例であって、発明の要旨を変更しない形で種々変更が可能である。例えば、レーザ光照射の停止を電気抵抗値が予め設定されている第２設定値以下になったときに行うことに替えて、実験等により求められた予め溶接対象物に応じて充分な溶接強度が得られるレーザ光照射継続時間を定めておき、この時間経過後にはレーザ光照射を停止してもよいし、この時間と電気抵抗値と第２設定値との関係とを共に満たす場合にレーザ光の照射を停止してもよい。
また、レーザ溶接装置においては１つの制御部ですべてを制御するようにしているが、搬送系、押圧系、レーザ発振系、定電圧電源系をそれぞれ１つの装置として分離して形成し、これらを全体として制御する制御系を１つの装置として形成してレーザ溶接システムとしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  搬送制御部
２  押圧制御部
３  レーザ発振部
４  定電圧電源部
５  制御部
１１  把持部材
２１  押圧部材
３１  集光光学系
３３  レーザ光
４１、４３  供給端子
６１  第１板状部材
６３  第２板状部材
７１  加工テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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