JP6277986B2

JP6277986B2 - レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法

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Publication number: JP6277986B2
Application number: JP2015060631A
Authority: JP
Inventors: 右山本; 内田　圭亮; 圭亮内田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2035-03-24
Also published as: JP2016179481A

Description

本発明は、レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法に関する。

特許文献１は、シンブル管の外表面にストッパーの両側面をレーザ光で溶接する技術を開示している。従来ではストッパーの側面を片側ずつで溶接するため溶接歪が生じ、取り付け位置精度が悪かったことから、特許文献１では、多分岐多点同時型のレーザ溶接装置を開示している。即ち、特許文献１では、単一のレーザ光を分岐して得られたレーザ光を用いてストッパーの両側面を同時に溶接するようにしており、もって、溶接歪の発生が抑制され、取付け位置精度が改善されたとしている。

特開2008-023550号公報

上記特許文献１において、ストッパーの溶接歪の発生を更に抑制するには、ストッパーの両側面における溶接箇所の溶融量の差を可及的に小さくすることが重要である。上記特許文献１には、ストッパーの両側面における溶接箇所の溶融量の差を小さくすることに関して、改善の余地が残されている。

そこで、本発明の目的は、レーザ光でワークを両側から同時に溶接するに際し、溶接箇所における溶融量の差を小さくする技術を提供することにある。

本願発明の第１の観点によれば、レーザ光でワークを両側から同時に溶接するレーザ溶接装置であって、前記ワークを保持可能なワーク保持部と、前記ワークを挟むように配置され、前記ワークに対してレーザ光を同時に照射可能な、２つのレーザ照射部と、前記ワークの各々の溶接箇所から出射した戻り光の強度を検出可能な戻り光強度検出部と、前記ワークを前記２つのレーザ照射部の間で相対的に移動させるワーク移動部と、前記ワーク移動部を制御する移動制御部と、を備え、前記２つのレーザ照射部は、前記２つのレーザ照射部が前記ワークに照射するレーザ光の焦点が何れも前記ワークの内部に位置し、又は、何れも前記ワークの外部に位置するように構成されており、前記移動制御部は、前記２つの溶接箇所のうちより高い強度の戻り光を出射する溶接箇所としての高強度溶接箇所が前記高強度溶接箇所に照射されるレーザ光の焦点から離れ、且つ、前記２つの溶接箇所のうちより低い強度の戻り光を出射する溶接箇所としての低強度溶接箇所が前記低強度溶接箇所に照射されるレーザ光の焦点に近づくように、前記ワーク移動部を制御する、レーザ溶接装置が提供される。以上の構成によれば、レーザ光で前記ワークを両側から同時に溶接するに際し、前記２つの溶接箇所から出射した戻り光の強度の差分が小さくなるので、前記２つの溶接箇所における溶融量の差が小さくなり、もって、溶接歪の発生が抑制され、高精度なレーザ溶接が実現される。
また、前記レーザ溶接装置は、単一のレーザ光を分岐して前記２つのレーザ照射部に供給するための分岐用光学素子を更に備えた。以上の構成によれば、前記単一のレーザ光の出力が変動しても、前記２つの溶接箇所における溶融量の差が広がることはない。これに対し、前記２つのレーザ照射部から出力されるレーザ光が異なる２つの光源から出力されたものである場合、何れかの光源の出力が変動すると、前記２つの溶接箇所における溶融量の差が広がる虞がある。従って、以上の構成によれば、前記２つのレーザ照射部から出力されるレーザ光が異なる２つの光源から出力されたものである場合と比較して、前記２つの溶接箇所における溶融量の差を小さくすることができる。
本願発明の第２の観点によれば、レーザ光でワークを両側から同時に溶接するレーザ溶接方法であって、前記ワークに照射するレーザ光の焦点が何れも前記ワークの内部に位置し、又は、何れも前記ワークの外部に位置するように、前記ワークに照射するレーザ光の焦点位置が設定されており、前記ワークの各々の溶接箇所から出射した戻り光の強度を検出するステップと、前記２つの溶接箇所のうちより高い強度の戻り光を出射する溶接箇所としての高強度溶接箇所が前記高強度溶接箇所に照射されるレーザ光の焦点から離れ、且つ、前記２つの溶接箇所のうちより低い強度の戻り光を出射する溶接箇所としての低強度溶接箇所が前記低強度溶接箇所に照射されるレーザ光の焦点に近づくように、前記ワークを移動させるステップと、を含む、レーザ溶接方法が提供される。以上の方法によれば、レーザ光で前記ワークを両側から同時に溶接するに際し、前記２つの溶接箇所から出射した戻り光の強度の差分が小さくなるので、前記２つの溶接箇所における溶融量の差が小さくなり、もって、溶接歪の発生が抑制され、高精度なレーザ溶接が実現される。
また、前記ワークに両側から照射されるレーザ光は、単一のレーザ光を分岐して得られたものとする。以上の方法によれば、前記単一のレーザ光の出力が変動しても、前記２つの溶接箇所における溶融量の差が広がることはない。これに対し、前記ワークに両側から照射されるレーザ光が異なる２つの光源から出力されたものである場合、何れかの光源の出力が変動すると、前記２つの溶接箇所における溶融量の差が広がる虞がある。従って、以上の構成によれば、前記ワークに両側から照射されるレーザ光が異なる２つの光源から出力されたものである場合と比較して、前記２つの溶接箇所における溶融量の差を小さくすることができる。

本発明によれば、レーザ光で前記ワークを両側から同時に溶接するに際し、前記２つの溶接箇所から出射した戻り光の強度の差分が小さくなるので、前記２つの溶接箇所における溶融量の差が小さくなり、もって、溶接歪の発生が抑制され、高精度なレーザ溶接が実現される。

レーザ溶接装置の概略図である。（第１実施形態）ワークの斜視図である。（第１実施形態）制御装置の機能ブロック図である。（第１実施形態）レーザ溶接装置のフローチャートである。（第１実施形態）溶融量の差が小さくなる動作メカニズムを説明するための図である。（第１実施形態）溶融量の差が小さくなる動作メカニズムを説明するための図である。（第１実施形態）溶融量の差が小さくならない場合を説明するための図である。（比較例）溶融量の差が小さくならない場合を説明するための図である。（比較例）溶融量の差が小さくなる動作メカニズムを説明するための図である。（第２実施形態）溶融量の差が小さくなる動作メカニズムを説明するための図である。（第２実施形態）

図１に示すレーザ溶接装置１は、レーザ光でワークを両側から同時に溶接することで、溶接歪のない高精度なレーザ溶接を行う装置である。具体的には、ワークの各々の溶接箇所から出射した戻り光の強度をリアルタイムに検出し、検出結果に基いてワーク自体を移動させることで、ワークの各々の溶接箇所の溶融量の差を小さくし、もって、溶接歪のない極めて高精度なレーザ溶接を実現している。特筆すべきは、レーザ光の焦点をワークの溶接箇所から積極的に外していることである。以下、図面を参照しつつ、レーザ溶接装置１を詳細に説明する。

なお、溶接箇所の溶融量は、溶接箇所の入熱量や溶融温度と極めて強い相関関係がある。従って、「溶接箇所の溶融量」は、「溶接箇所の入熱量」や「溶接箇所の溶融温度」と適宜読み替えてもよい。

図１に示すように、レーザ溶接装置１は、レーザ発振器２と、ビームスプリッタ３（分岐用光学素子）と、右溶接ヘッド４（レーザ照射部）と、左溶接ヘッド５（レーザ照射部）と、ワーク保持具６（ワーク保持部）と、回転ステージユニット７と、リニアステージユニット８（ワーク移動部）と、制御装置９と、を備える。

レーザ発振器２は、制御装置９からの指令に基いて、単一のレーザ光をビームスプリッタ３に出力する。

ビームスプリッタ３は、レーザ発振器２から出力された単一のレーザ光を分岐して、右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５に夫々、供給する。

右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５は、ワークWを挟むように配置されており、ワークWに対してレーザ光Lを同時に照射可能に構成されている。

右溶接ヘッド４は、集光レンズ１０と、戻り光強度検出ユニット１１（戻り光強度検出部）と、を有する。集光レンズ１０は、ビームスプリッタ３から入力されたレーザ光LをワークWに照射するに際し、レーザ光Lの焦点ｆがワークWの溶接箇所近傍となるようにレーザ光Lを集光するレンズである。戻り光強度検出ユニット１１は、ワークWの溶接箇所から出射した戻り光の強度を検出し、検出結果を制御装置９に出力する。本実施形態において、戻り光とは、熱放射光である。熱放射光とは、物体の温度に応じて放出される電磁波であって、例えば約８００ナノメートルの波長を有する赤外光や、約５５０ナノメートルの波長を有するプラズマ光、使用するレーザ光Lの波長（約１０００ナノメートル）を有する反射光である。戻り光強度検出ユニット１１は、バンドパスフィルタ１２及びフォトダイオード１３を有する。バンドパスフィルタ１２は、特定の波長成分のみを通過させるフィルタである。フォトダイオード１３は、バンドパスフィルタ１２を通過した戻り光の強度を検出する受光素子であって、戻り光の強度に応じて強度情報を生成し、生成した強度情報を制御装置９に出力する。

左溶接ヘッド５の構成は、右溶接ヘッド４の構成と同じであるから、その説明を省略する。

ワーク保持具６は、ワークWを保持する。

回転ステージユニット７は、回転ステージ１４と回転ステージ用モータ１５を有する。回転ステージ１４は、ワーク保持具６を水平回転可能に支持するステージである。回転ステージ用モータ１５は、制御装置９からの指令に基いて、回転ステージ１４を駆動することでワーク保持具６を回転させる。

リニアステージユニット８は、リニアステージ１６とリニアステージ用モータ１７を有する。リニアステージ１６は、ワーク保持具６を右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５の間で水平移動可能に支持するステージである。リニアステージ用モータ１７は、制御装置９からの指令に基いて、リニアステージ１６を駆動することでワーク保持具６を水平移動させる。

図２には、本実施形態のワークWを示している。図２に示すワークWは、円柱体W1と筒体W2から構成されており、レーザ溶接装置１によって円柱体W1の外周面に筒体W2の下端が環状に溶接されるものである。なお、レーザ溶接装置１の溶接対象は、図２に示すワークWに限られず、例えば直方体などの他の形状であってもよい。

図３には、制御装置９のブロック図を示している。図３に示すように、制御装置９は、中央演算処理器としてのCPU２０（Central Processing Unit）と、読み書き自由のRAM２１（Random Access Memory）、読み出し専用のROM２２（Read Only Memory）を備えている。そして、CPU２０がROM２２に記憶されている制御プログラムを読み出して実行することで、制御プログラムは、CPU２０などのハードウェアを、レーザ発振器制御部２３、強度情報取得部２４、強度情報差分判定部２５、リニアステージ制御部２６（移動制御部）、回転ステージ制御部２７として機能させる。

レーザ発振器制御部２３は、レーザ発振器２の動作を制御する。

強度情報取得部２４は、右溶接ヘッド４の戻り光強度検出ユニット１１から強度情報を受信し、受信した強度情報を右強度情報としてRAM２１に保存する。同様に、強度情報取得部２４は、左溶接ヘッド５の戻り光強度検出ユニット１１から強度情報を受信し、受信した強度情報を左強度情報としてRAM２１に保存する。

強度情報差分判定部２５は、RAM２１から右強度情報と左強度情報を読み出し、右強度情報と左強度情報の差分値を算出し、算出した差分値が所定値よりも小さいか判定する。

リニアステージ制御部２６は、強度情報差分判定部２５の判定結果に基いて、リニアステージ用モータ１７に指令を出力することで、ワークWを右溶接ヘッド４と左溶接ヘッド５の間で水平移動させて、右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５の間におけるワークWの位置を調整する。詳細は後述する。

回転ステージ制御部２７は、回転ステージ用モータ１５に指令を出力することで、ワークWを水平回転させる。

次に、図４を参照して、レーザ溶接装置１の動作を説明する。なお、本実施形態では、図５に示すように、レーザ溶接前の初期状態において、右溶接ヘッド４は、右溶接ヘッド４から出力されたレーザ光Lとしての右レーザ光Lrの焦点frがワークWの内部に位置するように構成されている。同様に、左溶接ヘッド５は、左溶接ヘッド５から出力されたレーザ光Lとしての左レーザ光Llの焦点flがワークWの内部に位置するように構成されている。ワークW上で右レーザ光Lrが照射される照射領域を右照射領域Arと称し、ハッチングで示す。同様に、ワークW上で左レーザ光Llが照射される照射領域を左照射領域Alと称し、ハッチングで示す。

先ず、作業員がワークWをワーク保持具６に保持させ、レーザ溶接装置１の電源を投入すると、レーザ発振器制御部２３がレーザ発振器２に出力開始の指令を出力する。これにより、レーザ発振器２が単一のレーザ光を出力し始める(S100)。この単一のレーザ光は、ビームスプリッタ３によって二手に分岐して右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５に供給される。そして、右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５がレーザ光LをワークWに照射することでワークWを両側から同時に溶接し始める。

次に、回転ステージ制御部２７は、回転ステージ用モータ１５に水平回転開始の指令を出力する。これにより、ワークWが水平回転を開始する（S110）。

次に、強度情報取得部２４は、右溶接ヘッド４の戻り光強度検出ユニット１１から強度情報を受信し（S120）、受信した強度情報を右強度情報としてRAM２１に保存する。同様に、強度情報取得部２４は、左溶接ヘッド５の戻り光強度検出ユニット１１から強度情報を受信し（S120）、受信した強度情報を左強度情報としてRAM２１に保存する。

次に、強度情報差分判定部２５は、RAM２１から右強度情報と左強度情報を読み出し、右強度情報と左強度情報の差分値を算出し（S130）、算出した差分値が所定値よりも小さいか判定する（S140）。

S140で、差分値が所定値よりも小さいと強度情報差分判定部２５が判定した場合は（S140:YES）、レーザ溶接装置１は、溶接が完了したか判定する（S150）。溶接が完了していないと判定した場合は（S150:NO）、レーザ溶接装置１は、処理をS120に戻す。一方、溶接が完了していると判定した場合は（S150:YES）、レーザ溶接装置１は、処理をS160に進める。即ち、S160において、レーザ発振器制御部２３がレーザ発振器２に出力停止の指令を出力する。これにより、レーザ発振器２が単一のレーザ光の出力を停止する（S160）。次に、回転ステージ制御部２７が、回転ステージ用モータ１５に水平回転停止の指令を出力する。これにより、ワークWの水平回転が停止する（S170）。

S140において、差分値が所定値よりも小さくないと強度情報差分判定部２５が判定した場合は（S140:NO）、リニアステージ制御部２６は、リニアステージ用モータ１７に指令を出力することで、ワークWを右溶接ヘッド４と左溶接ヘッド５の間で水平移動させて、右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５の間におけるワークWの位置を調整し（S180）、処理をS120に戻す。具体的には以下の通りである。

即ち、高精度なレーザ溶接を実現するには、溶接歪を抑える必要がある。溶接歪を抑えるには、右照射領域Ar及び左照射領域Alにおける溶融量の差を小さくする必要がある。そして、右照射領域Ar及び左照射領域Alにおける溶融量の差の主たる発生原因として、以下の理由A及び理由Bが挙げられる。

（理由A）
ビームスプリッタ３は、レーザ発振器２から出力されたレーザ光を二等分に分岐するものであるが、レーザ光を完全に二等分できるわけではない。従って、右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５から出力されるレーザ光Lの出力に差が生じる場合があり、この結果、右照射領域Ar及び左照射領域Alにおける溶融量に差が生じることがある。

（理由B）
ワーク保持具６は、ワークWの基準面をチャックするようにしている。しかしながら、ワークWをワーク保持具６に取り付ける際、ワークWの取り付け誤差が不可避的に発生する。従って、ワーク保持具６の基準軸に対してワークWの基準軸が若干傾斜することはやむを得ない。ワーク保持具６の基準軸に対してワークWの基準軸が傾斜している場合、溶接が進むにつれて、ワークWと右溶接ヘッド４との間の距離やワークWと左溶接ヘッド５との間の距離が必然的に変動するので、右照射領域Ar及び左照射領域Alの面積が変動し、この結果、右照射領域Ar及び左照射領域Alのエネルギー密度が変動して、右照射領域Ar及び左照射領域Alにおける溶融量に差が生じることになる。

そして、右照射領域Arの溶融量は右強度情報との間で強い正の相関関係があり、左照射領域Alの溶融量は左強度情報との間で強い正の相関関係がある。

そこで、リニアステージ制御部２６は、右強度情報と左強度情報に基いてワークWを右溶接ヘッド４と左溶接ヘッド５の間で水平移動させることで（S180）、右照射領域Ar及び左照射領域Alにおける溶融量の差を縮める。

図５及び図６を参照して、リニアステージ制御部２６による制御を更に詳細に説明する。図５の状態で、上記の理由A又は理由Bにより、またはその他の理由により、左照射領域Alにおける溶融量が右照射領域Arにおける溶融量よりも少なくなっているとする。この場合、左強度情報は右強度情報よりも小さな値となる。これに対し、リニアステージ制御部２６は、図５及び図６に示すように、左強度情報に対応する左照射領域Al（低強度溶接箇所）が左レーザ光Llの焦点flに近づき、右強度情報に対応する右照射領域Ar（高強度溶接箇所）が右レーザ光Lrの焦点frから遠ざかるように、ワークWを右溶接ヘッド４に向けて水平移動させる。これによれば、左照射領域Alの面積が小さくなるので左照射領域Alにおけるエネルギー密度が高くなり、もって、左照射領域Alにおける溶融量が多くなる。一方、右照射領域Arの面積が大きくなるので右照射領域Arにおけるエネルギー密度が低くなり、もって、右照射領域Arにおける溶融量が少なくなる。この結果、左照射領域Al及び右照射領域Arにおける溶融量の差が縮まり、もって、溶融歪の発生が抑制され、高精度なレーザー溶接が実現されるようになる。

このように本実施形態では、レーザ光LでワークWを両側から溶接するに際し、ワークWを右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５の間で水平移動させるという極めて単純な動作だけで、左照射領域Al及び右照射領域Arにおける溶融量の差を小さくでき、もって、溶融歪の発生が抑制され、高精度なレーザー溶接が実現されている。

なお、上記実施形態では、図５に示すように、右溶接ヘッド４は焦点frがワークWの内部に位置するように構成され、左溶接ヘッド５は焦点flがワークWの内部に位置するように構成されているとした。これに対し、図７には比較例を示す。図７の比較例は、従来の一般的なレーザ溶接を示している。即ち、右溶接ヘッド４は焦点frがワークWの外面に位置するように構成され、左溶接ヘッド５は焦点flがワークWの外面に位置するように構成されている。この場合、図８に示すようにワークWを右溶接ヘッド４に向けて水平移動させたとしても、左照射領域Alと右照射領域Arの面積は同じように大きくなるので、ワークWを水平移動させただけでは、左照射領域Al及び右照射領域Arにおける溶融量の差を解消することはできない。

以上に、本願発明の第１実施形態を説明したが、上記実施形態は以下の特長を有する。

レーザ溶接装置１は、レーザ光LでワークWを両側から同時に溶接する。レーザ溶接装置１は、ワークWを保持可能なワーク保持具６（ワーク保持部）と、ワークWを挟むように配置され、ワークWに対してレーザ光Lを同時に照射可能な、右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５（２つのレーザ照射部）と、ワークWの各々の溶接箇所から出射した戻り光の強度を検出可能な戻り光強度検出ユニット１１（戻り光強度検出部）と、ワークWを右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５の間で相対的に移動させるリニアステージユニット８（ワーク移動部）と、リニアステージユニット８を制御するリニアステージ制御部２６（移動制御部）と、を備える。図５に示すように、右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５は、右溶接ヘッド４がワークWに照射する右レーザ光Lrの焦点fr及び左溶接ヘッド５がワークWに照射する左レーザ光Llの焦点flが何れもワークWの内部に位置するように構成されている。リニアステージ制御部２６は、２つの溶接箇所（右照射領域Ar及び左照射領域Al）のうちより高い強度の戻り光を出射する溶接箇所としての高強度溶接箇所（図５の例では右照射領域Ar）が高強度溶接箇所に照射されるレーザ光L（図５の例では右レーザ光Lr）の焦点（図５の例では焦点fr）から離れ、且つ、２つの溶接箇所のうちより低い強度の戻り光を出射する溶接箇所としての低強度溶接箇所（図５の例では左照射領域Al）が低強度溶接箇所に照射されるレーザ光L（図５の例では左レーザ光Ll）の焦点（図５の例では焦点fl）に近づくように、リニアステージユニット８を制御する。以上の構成によれば、レーザ光LでワークWを両側から同時に溶接するに際し、２つの溶接箇所から出射した戻り光の強度の差分が小さくなるので、２つの溶接箇所における溶融量の差が小さくなり、もって、溶接歪の発生が抑制され、高精度なレーザ溶接が実現される。

また、レーザ溶接装置１は、単一のレーザ光Lを分岐して右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５に供給するためのビームスプリッタ３（分岐用光学素子）を更に備えた。以上の構成によれば、単一のレーザ光Lの出力が変動しても、２つの溶接箇所における溶融量の差が広がることはない。これに対し、右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５から出力されるレーザ光が異なる２つの光源から出力されたものである場合、何れかの光源の出力が変動すると、２つの溶接箇所における溶融量の差が広がる虞がある。従って、以上の構成によれば、右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５から出力されるレーザ光が異なる２つの光源から出力されたものである場合と比較して、２つの溶接箇所における溶融量の差を小さくすることができる。

また、レーザ光LでワークWを両側から同時に溶接するレーザ溶接は、ワークWに照射するレーザ光Lの焦点が何れもワークWの内部に位置するようにワークWに照射するレーザ光Lの焦点位置が設定されていることを前提とした上で、以下の方法により行われる。即ち、レーザ溶接方法は、ワークWの各々の溶接箇所（右照射領域Ar及び左照射領域Al）から出射した戻り光の強度を検出するステップ（S120）と、２つの溶接箇所（右照射領域Ar及び左照射領域Al）のうちより高い強度の戻り光を出射する溶接箇所としての高強度溶接箇所（図５の例では右照射領域Ar）が高強度溶接箇所に照射されるレーザ光L（図５の例では右レーザ光Lr）の焦点（図５の例では焦点fr）から離れ、且つ、２つの溶接箇所のうちより低い強度の戻り光を出射する溶接箇所としての低強度溶接箇所（図５の例では左照射領域Al）が低強度溶接箇所に照射されるレーザ光L（図５の例では左レーザ光Ll）の焦点（図５の例では焦点fl）に近づくように、ワークWを移動させるステップ（S180）と、を含む。以上の方法によれば、レーザ光LでワークWを両側から同時に溶接するに際し、２つの溶接箇所から出射した戻り光の強度の差分が小さくなるので、２つの溶接箇所における溶融量の差が小さくなり、もって、溶接歪の発生が抑制され、高精度なレーザ溶接が実現される。

また、ワークWに両側から照射されるレーザ光Lは、単一のレーザ光Lを分岐して得られたものとする。以上の方法によれば、単一のレーザ光Lの出力が変動しても、２つの溶接箇所における溶融量の差が広がることはない。これに対し、ワークWに両側から照射されるレーザ光Lが異なる２つの光源から出力されたものである場合、何れかの光源の出力が変動すると、２つの溶接箇所における溶融量の差が広がる虞がある。従って、以上の構成によれば、ワークWに両側から照射されるレーザ光Lが異なる２つの光源から出力されたものである場合と比較して、２つの溶接箇所における溶融量の差を小さくすることができる。

なお、レーザ光LでワークWを両側から溶接するに際し、ワークWを右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５の間で水平移動させるという極めて単純な動作だけで、左照射領域Al及び右照射領域Arにおける溶融量の差を小さくできる、という上記実施形態の特長は、特に、ワークWに両側から照射するレーザ光Lを単一のレーザ光Lを分岐して得られたものとする場合において特に有用である。なぜなら、ワークWに両側から照射するレーザ光Lを単一のレーザ光Lを分岐して得られたものとすると、ワークWに両側から照射するレーザ光Lを個別に調整できないという制約が課されるからである。

（第２実施形態）
以下、図９及び図１０を参照して、第２実施形態を説明する。以下、本実施形態が上記第１実施形態と共通する説明は省略する。

上記第１実施形態では、図５に示すように、右溶接ヘッド４は焦点frがワークWの内部に位置するように構成され、左溶接ヘッド５は焦点flがワークWの内部に位置するように構成されているとした。これに対し、本実施形態では、右溶接ヘッド４は焦点frがワークWの外部に位置するように構成され、左溶接ヘッド５は焦点flがワークWの外部に位置するように構成されている。

図９の状態で、上記の理由A又は理由Bにより、またはその他の理由により、右照射領域Arにおける溶融量が左照射領域Alにおける溶融量よりも少なくなっているとする。この場合、右強度情報は左強度情報よりも小さな値となる。これに対し、リニアステージ制御部２６は、図９及び図１０に示すように、左強度情報に対応する左照射領域Al（高強度溶接箇所）が左レーザ光Llの焦点flから遠ざかり、右強度情報に対応する右照射領域Ar（低強度溶接箇所）が右レーザ光Lrの焦点frに近づくように、ワークWを右溶接ヘッド４に向けて水平移動させる。これによれば、左照射領域Alの面積が大きくなるので左照射領域Alにおけるエネルギー密度が低くなり、もって、左照射領域Alにおける溶融量が少なくなる。一方、右照射領域Arの面積が小さくなるので右照射領域Arにおけるエネルギー密度が高くなり、もって、右照射領域Arにおける溶融量が多くなる。この結果、左照射領域Al及び右照射領域Arにおける溶融量の差が縮まり、もって、溶融歪の発生が抑制され、高精度なレーザー溶接が実現されるようになる。

このように本実施形態では、上記第１実施形態と同様、レーザ光LでワークWを両側から溶接するに際し、ワークWを右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５の間で水平移動させるという極めて単純な動作だけで、左照射領域Al及び右照射領域Arにおける溶融量の差を小さくでき、もって、溶融歪の発生が抑制され、高精度なレーザー溶接が実現されている。

なお、レーザ溶接時にワークWから溶融金属が飛散して右溶接ヘッド４や左溶接ヘッド５を汚染する虞を考慮すると、焦点fr及び焦点flをワークWの内部に位置させる第１実施形態よりも、焦点fr及び焦点flをワークWの外部に位置させる第２実施形態の方が好ましい。なぜなら、本実施形態の場合、上記第１実施形態と比較して、右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５とワークWとの間の距離を大きくすることができるからである。

（第３実施形態）
上記第１実施形態及び第２実施形態では、レーザ光LでワークWを両側から溶接するに際し、ワークWを右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５の間で水平移動させることとした。これに対し、本実施形態では、ワークWは固定するものとし、レーザ発振器２、ビームスプリッタ３、右溶接ヘッド４及び左溶接ヘッド５の光学系をまるごと（各パーツの相対位置を変えずに）駆動させる。

以上の構成によれば、ワーク又は、光学系の何れか一方の１自由度の動きだけで、レーザ光LでワークWを両側から同時に溶接するに際し、２つの溶接箇所から出射した戻り光の強度の差分が小さくなるので、２つの溶接箇所における溶融量の差が小さくなり、もって、溶接歪の発生が抑制され、高精度なレーザ溶接が実現される。

また、光学系を動かすと、左照射領域Al及び右照射領域Arの両方が同時に変化するので、片方の溶接ヘッドのみを移動させる場合に比べて、ヘッドの移動量が少なく、動作の高速化、移動スペースの小型化ができる。

１レーザ溶接装置
４右溶接ヘッド
５左溶接ヘッド
６ワーク保持具
８リニアステージユニット
９制御装置
１１戻り光強度検出ユニット
２４強度情報取得部
２５強度情報差分判定部
２６リニアステージ制御部
Ar 右照射領域
Al 左照射領域
ｆ焦点
L レーザ光
W ワーク

Claims

レーザ光でワークを両側から同時に溶接するレーザ溶接装置であって、
前記ワークを保持可能なワーク保持部と、
前記ワークを挟むように配置され、前記ワークに対してレーザ光を同時に照射可能な、２つのレーザ照射部と、
前記ワークの各々の溶接箇所から出射した戻り光の強度を検出可能な戻り光強度検出部と、
前記ワークを前記２つのレーザ照射部の間で相対的に移動させるワーク移動部と、
前記ワーク移動部を制御する移動制御部と、
を備え、
前記２つのレーザ照射部は、前記２つのレーザ照射部が前記ワークに照射するレーザ光の焦点が何れも前記ワークの内部に位置し、又は、何れも前記ワークの外部に位置するように構成されており、
前記移動制御部は、前記２つの溶接箇所のうちより高い強度の戻り光を出射する溶接箇所としての高強度溶接箇所が前記高強度溶接箇所に照射されるレーザ光の焦点から離れ、且つ、前記２つの溶接箇所のうちより低い強度の戻り光を出射する溶接箇所としての低強度溶接箇所が前記低強度溶接箇所に照射されるレーザ光の焦点に近づくように、前記ワーク移動部を制御する、
レーザ溶接装置。
請求項１に記載のレーザ溶接装置であって、
単一のレーザ光を分岐して前記２つのレーザ照射部に供給するための分岐用光学素子を更に備えた、
レーザ溶接装置。
レーザ光でワークを両側から同時に溶接するレーザ溶接方法であって、
前記ワークに照射するレーザ光の焦点が何れも前記ワークの内部に位置し、又は、何れも前記ワークの外部に位置するように、前記ワークに照射するレーザ光の焦点位置が設定されており、
前記ワークの各々の溶接箇所から出射した戻り光の強度を検出するステップと、
前記２つの溶接箇所のうちより高い強度の戻り光を出射する溶接箇所としての高強度溶接箇所が前記高強度溶接箇所に照射されるレーザ光の焦点から離れ、且つ、前記２つの溶接箇所のうちより低い強度の戻り光を出射する溶接箇所としての低強度溶接箇所が前記低強度溶接箇所に照射されるレーザ光の焦点に近づくように、前記ワークを移動させるステップと、
を含む、
レーザ溶接方法。
請求項３に記載のレーザ溶接方法であって、
前記ワークに両側から照射されるレーザ光は、単一のレーザ光を分岐して得られたものとする、
レーザ溶接方法。