(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接用レーザー発振器から発振される溶接用レーザーの光路を集光系を含む媒体によって被溶接物へ誘導して溶接を行うレーザー溶接方法において、第１の測定用レーザーを発振受光し第１の測定用レーザーの光路の距離を測定可能な第１のレーザー距離計を、前記第１の測定用レーザーが前記集光系を含む媒体と同じ媒体に誘導されて前記被溶接物を照射する位置に配置し、第２の測定用レーザーを発振受光し第２の測定用レーザーの光路の距離を測定可能な第２のレーザー距離計を、前記第２の測定用レーザーが前記集光系を含まない媒体に誘導されて前記被溶接物を照射する位置に配置し、レーザー溶接時に前記第１のレーザー距離計によって第１の測定用レーザーの光路の距離を測定するとともに、前記第２のレーザー距離計によって第２の測定用レーザーの光路の距離を測定し、測定した第２の測定用レーザーの光路の距離に対する測定した第１の測定用レーザーの光路の距離の変化から、前記溶接用レーザーの焦点の所定位置からのずれと、前記集光系の熱レンズ現象による前記集光系の歪みの程度を検知する、レーザー溶接方法。
【請求項２】
溶接用レーザー発振器から発振される溶接用レーザーの光路を集光系を含む媒体によって被溶接物へ誘導して溶接を行うレーザー溶接方法において、第１の測定用レーザーを発振受光し第１の測定用レーザーの光路の距離を測定可能な第１のレーザー距離計を、前記第１の測定用レーザーが前記集光系を含む媒体と同じ媒体に誘導されて前記被溶接物を照射する位置に配置し、第２の測定用レーザーを発振受光し第２の測定用レーザーの光路の距離を測定可能な第２のレーザー距離計を、前記第２の測定用レーザーが前記集光系を含まない媒体に誘導されて前記被溶接物を照射する位置に配置し、レーザー溶接時に前記第１のレーザー距離計によって第１の測定用レーザーの光路の距離を測定するとともに、前記第２のレーザー距離計によって第２の測定用レーザーの光路の距離を測定し、測定した第２の測定用レーザーの光路の距離に対する測定した第１の測定用レーザーの光路の距離の変化から、前記溶接用レーザーの焦点の所定位置からのずれと、前記集光系の熱レンズ現象による前記集光系の歪みの程度を検知し、焦点が所定位置になるまで被溶接物もしくは媒体の配置を変え溶接を行う、レーザー溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＯ2 レーザー溶接では、放物面鏡などでレーザ−が集光され、光路が変更されて、レーザーの焦点が被溶接物にほぼ一致する位置にレーザーが照射され、被溶接物の溶接が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、被溶接物が大型部品であると、レーザーの照射時間が長くなるので、レーザーの熱によって放物面鏡が膨張し焦点距離が変化する熱レンズ現象が生じることが知られている。焦点が被溶接物から大きくずれると、被溶接物に照射されるレーザーのエネルギ密度が低下し、溶接品質が低下する。したがって、溶接時に焦点位置が検知されることが望まれる。
本発明の目的は、溶接中に溶接用レーザーの焦点の位置が所定位置からずれたことを容易に検知することができるレーザー溶接方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、つぎのとおりである。
（１）  溶接用レーザー発振器から発振される溶接用レーザーの光路を集光系を含む媒体によって被溶接物へ誘導して溶接を行うレーザー溶接方法において、第１の測定用レーザーを発振受光し第１の測定用レーザーの光路の距離を測定可能な第１のレーザー距離計を、前記第１の測定用レーザーが前記集光系を含む媒体と同じ媒体に誘導されて前記被溶接物を照射する位置に配置し、第２の測定用レーザーを発振受光し第２の測定用レーザーの光路の距離を測定可能な第２のレーザー距離計を、前記第２の測定用レーザーが前記集光系を含まない媒体に誘導されて前記被溶接物を照射する位置に配置し、レーザー溶接時に前記第１のレーザー距離計によって第１の測定用レーザーの光路の距離を測定するとともに、前記第２のレーザー距離計によって第２の測定用レーザーの光路の距離を測定し、測定した第２の測定用レーザーの光路の距離に対する測定した第１の測定用レーザーの光路の距離の変化から、前記溶接用レーザーの焦点の所定位置からのずれと、前記集光系の熱レンズ現象によるずれの程度を検知する、レーザー溶接方法。
（２）  溶接用レーザー発振器から発振される溶接用レーザーの光路を集光系を含む媒体によって被溶接物へ誘導して溶接を行うレーザー溶接方法において、第１の測定用レーザーを発振受光し第１の測定用レーザーの光路の距離を測定可能な第１のレーザー距離計を、前記第１の測定用レーザーが前記集光系を含む媒体と同じ媒体に誘導されて前記被溶接物を照射する位置に配置し、第２の測定用レーザーを発振受光し第２の測定用レーザーの光路の距離を測定可能な第２のレーザー距離計を、前記第２の測定用レーザーが前記集光系を含まない媒体に誘導されて前記被溶接物を照射する位置に配置し、レーザー溶接時に前記第１のレーザー距離計によって第１の測定用レーザーの光路の距離を測定するとともに、前記第２のレーザー距離計によって第２の測定用レーザーの光路の距離を測定し、測定した第２の測定用レーザーの光路の距離に対する測定した第１の測定用レーザーの光路の距離の変化から、前記溶接用レーザーの焦点の所定位置からのずれと、前記集光系の熱レンズ現象によるずれの程度を検知し、焦点が所定位置になるまで被溶接物もしくは媒体の配置を変え溶接を行う、レーザー溶接方法。
【０００５】
上記（１）のレーザー溶接方法では、第１の測定用レーザーを発振し受光する第１のレーザー距離計によって、溶接用レーザーが誘導される集光系を含む媒体と同じ媒体に誘導されて被溶接物を照射する第１の測定用レーザーの光路の距離が測定される。第２の測定用レーザーを発振し受光する第２のレーザー距離計によって、溶接用レーザーが誘導される集光系を含まない媒体に誘導されて被溶接物を照射する第２の測定用レーザーの光路の距離が測定される。測定した第２の測定用レーザーの光路の距離に対する測定した第１の測定用レーザーの光路の距離の変化があった場合は、溶接用レーザーの焦点が所定位置からずれたことを示すので、測定した第２の測定用レーザーの光路の距離に対する測定した第１の測定用レーザーの光路の距離の変化から溶接用レーザーの焦点の所定位置からのずれと、集光系の熱レンズ現象によるずれの程度を容易に検知することができる。
上記（２）のレーザー溶接方法では、第１の測定用レーザーを発振し受光する第１のレーザー距離計によって、溶接用レーザーが誘導される集光系を含む媒体と同じ媒体に誘導されて被溶接物を照射する第１の測定用レーザーの光路の距離が測定される。第２の測定用レーザーを発振し受光する第２のレーザー距離計によって、溶接用レーザーが誘導される集光系を含まない媒体に誘導されて被溶接物を照射する第２の測定用レーザーの光路の距離が測定される。測定した第２の測定用レーザーの光路の距離に対する測定した第１の測定用レーザーの光路の距離の変化から、溶接用レーザーの焦点の所定位置からのずれと、集光系の熱レンズ現象によるずれの程度が検知された場合に、焦点が所定位置になるまで被溶接物もしくは媒体の配置を変えて溶接を行うので、溶接時間が長い場合でも、安定した品質の溶接を行うことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明実施例のレーザー溶接方法を実施可能なレーザー溶接設備の概要を示す。
【０００７】
まず、本発明実施例のレーザー溶接方法を実施可能なレーザー溶接設備の概要を、図１を参照して、説明する。本発明実施例では、ＣＯ2 レーザー溶接を例にとって説明するが、ＹＡＧレーザー溶接にも適用できる。
本発明実施例のレーザー溶接方法を実施可能なレーザー溶接設備は、溶接用レーザーを発振する溶接用レーザー発振器１と、溶接用レーザーと異なる波長の第１の測定用レーザー２０を発振し受光する第１のレーザー距離計（第１の測定用レーザー発振器受光器）２と、光路管４と、溶接用レーザー発振器１から発振される溶接用レーザーを被溶接物８へ誘導する媒体となる集光系５と反射鏡６と、を有する。また、溶接用レーザーと異なる波長の第２の測定用レーザー３０を発振し受光する第２のレーザー距離計（第２の測定用レーザー発振器受光器）３が配置されていてもよい。
【０００８】
溶接用レーザー発振器１から発振された溶接用レーザー１０は、集光系５によって集光され、反射鏡６によって光路を変更されて、被溶接物８に照射される。溶接用レーザーの焦点位置は、媒体の配置（位置・角度）を調整することによって任意の位置（所定位置）に設定できる。本発明実施例では、溶接用レーザー１０の焦点位置は、被溶接物８にほぼ一致する位置とされる。したがって、溶接開始直後、溶接用レーザー１０の焦点は、被溶接物８にほぼ一致している。
【０００９】
第１のレーザー距離計２は、第１の測定用レーザー２０が、溶接用レーザー１０が誘導される媒体５、６と同じ媒体５、６に誘導されて被溶接物８を照射するように配置される。第１の測定用レーザー２０の焦点と被溶接物８は溶接開始直後は一致している。
第１のレーザー距離計２から発振された第１の測定用レーザー２０は、溶接用レーザー発振器１から発振される溶接用レーザー１０の光路の途中の、溶接用レーザー発振器１と集光系５との間に配置されたハーフミラー７に当たり、溶接用レーザー１０と同一光路もしくは平行な光路になるように光路が変更される。
【００１０】
第１のレーザー距離計２から発振され被溶接物８に照射された第１の測定用レーザー２０は、一部が反射して第１のレーザー距離計２に受光される。なお、第１の測定用レーザー２０の発振位置と受光位置が同じ場合は焦点位置が被溶接物に一致した状態を示し、第１の測定用レーザー２０の発振位置と受光位置が異なる場合は焦点位置が被溶接物からずれている状態を示す。
【００１１】
第１のレーザー距離計２が発振し受光する第１の測定用レーザー２０の光路の距離は、溶接開始直後から溶接が行われている間、第１のレーザー距離計２によって測定可能とされている。溶接開始直後の第１のレーザー距離計２によって測定される測定値と、溶接中に測定された測定値が同じ場合は、焦点位置は溶接開始直後から変わっていないことを示す。また、溶接開始直後の第１のレーザー距離計２によって測定される測定値に対して、溶接中に測定された測定値の値が異なる場合には、焦点が溶接開始直後の位置からずれていることを示す。
第１のレーザー距離計２から発振される第１の測定用レーザー２０は、溶接用レーザー１０と同じ媒体５、６を通っているので、第１の測定用レーザー２０の焦点が溶接開始直後の位置からずれている場合は、溶接用レーザー１０の焦点が所定位置からずれていることを示す。したがって、第１のレーザー距離計２の測定値の変化は、溶接用レーザー１０の光路の焦点が所定位置からずれていることを示し、第１のレーザー距離計２の測定値の変化から、溶接用レーザー１０の焦点の所定位置からのずれが検知される。
【００１２】
第２のレーザー距離計３は、第２の測定用レーザー３０が集光系５を通らずに、被溶接物８に照射されるように配置される。なお、第２の測定用レーザー３０の焦点位置は被溶接物８と一致している。
第２のレーザー距離計３から発振され被溶接物８に照射された第２の測定用レーザー３０は、一部が反射して第２のレーザー距離計３に受光され、第２のレーザー距離計３によって、第２の測定用レーザー３０の光路の距離が測定される。
【００１３】
レーザーを集光するための集光系５には、凸レンズ、放物面鏡、球面鏡などが１枚もしくは複数枚用いられる。
反射鏡６には平面鏡が用いられる。
【００１４】
つぎに、上記レーザー溶接設備を用いて実施される、本発明実施例のレーザー溶接を行う方法を、図１を参照して、説明する。
溶接用レーザー発振器１から発振された溶接用レーザー１０が、ハーフミラー７を通過し、集光系５に集光され、反射鏡６で光路を変更され、被溶接物８に照射されることにより、被溶接物８の溶接が行われる。溶接開始直後は、溶接用レーザー１０の焦点は被溶接物８にほぼ一致する所定位置にある。
溶接開始と同時に、第１のレーザー距離計２から第１の測定用レーザー２０が発振される。第１の測定用レーザー２０は、ハーフミラー７によって溶接用レーザー１０に対して平行な光路に変更され、集光系５によって集光され、反射鏡６で光路を変更され、被溶接物８に照射され、一部が反射して第１のレーザー距離計２に受光される。そして、第１のレーザー距離計２によって、第１の測定用レーザー２０の光路の距離が測定される。第１のレーザー距離計２による測定は、溶接が行われている間、実施される。
溶接開始後、第１のレーザー距離計２の測定値が溶接開始直後の測定値と比較して、異なった値を示し始める。これは、レーザーが長時間照射されることによって、集光系５に歪みが生じ（熱レンズ現象）、第１の測定用レーザー２０の焦点位置が変わったためである。したがって、第１のレーザー距離計２の測定値の変化から、溶接用レーザー１０の焦点位置が所定位置からずれたことが容易に検知される。
【００１５】
溶接開始と同時に、第２のレーザー距離計３から第２の測定用レーザー３０を発振してもよい。第２のレーザー距離計３から発振される第２の測定用レーザー３０は、集光系５を通らないことから熱レンズ現象の影響を受けない。そのため、第２のレーザー距離計３によって発振され受光される第２の測定用レーザー３０の光路の距離は溶接開始直後から溶接が行われている間、常に一定である。したがって、第２のレーザー距離計３によって測定される測定値と、第１のレーザー距離計２によって測定される測定値との差を常時測定することにより、焦点の所定位置からのずれと、集光系５の熱レンズ現象による集光系５の歪みの程度が容易にわかる。
【００１６】
焦点位置のずれが検知されたあと、焦点位置のずれ量に応じて、集光系５や反射鏡６もしくは被溶接物８を移動させ、焦点位置を溶接開始直後の所定位置に戻すことにより、高品質の溶接を維持することができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の請求項１のレーザー溶接方法によれば、第２のレーザー距離計によって測定した第２の測定用レーザーの光路の距離に対する、第１のレーザー距離計によって測定される第１の測定用レーザーの光路の距離の変化から、溶接用レーザーの焦点が所定位置からのずれと、集光系の熱レンズ現象によるずれの程度を容易に検知できる。
本発明の請求項２のレーザー溶接方法によれば、第２のレーザー距離計によって測定した第２の測定用レーザーの光路の距離に対する、第１のレーザー距離計によって測定される第１の測定用レーザーの光路の距離の変化から、溶接用レーザーの焦点が所定位置からのずれと、集光系の熱レンズ現象によるずれの程度が検知された場合に、焦点が所定位置とされるまで被溶接物もしくは媒体の配置を変え、溶接を行うので、長時間連続して溶接を行っても安定した溶接品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例のレーザー溶接方法を実施するために使用されるレーザー溶接設備の概要を示す図である。
【符号の説明】
１  溶接用レーザー発振器
２  レーザー距離計（第１のレーザー距離計）
５  媒体（集光系）
６  媒体（反射鏡）
８  被溶接物
１０  溶接用レーザー
２０  測定用レーザー（第１の測定用レーザー）
【図１】
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