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JP7585464B2 - Laser welding method and laser welding apparatus - Google Patents
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Description

本発明は、レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置に関する。 The present invention relates to a laser welding method and a laser welding apparatus.

平角線のような複数の金属部材をレーザ溶接する方法が知られている(例えば、特許文献1)。 A method for laser welding multiple metal components such as rectangular wires is known (for example, Patent Document 1).

特開2018-030155号公報JP 2018-030155 A

この種の溶接においてスパッタが生じると、例えば、溶接金属内にボイドが発生したり、周囲に残渣が付着したり、当該残渣によって周囲に不要な電気回路が形成されたりといった問題が生じる虞がある。If spatter occurs in this type of welding, it can cause problems such as voids forming in the weld metal, residue adhering to the surrounding area, and the residue forming unnecessary electrical circuits in the surrounding area.

そこで、本発明の課題の一つは、例えば、スパッタの発生を抑制することを可能とするような、改善された新規なレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を得ること、である。 Therefore, one of the objectives of the present invention is to provide an improved new laser welding method and laser welding apparatus that, for example, makes it possible to suppress the generation of spatter.

本発明のレーザ溶接方法は、例えば、金属材料で作られた第一部材の第一方向の第一端部と、金属材料で作られた第二部材の前記第一方向の第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記第一端部および前記第二端部を前記第一方向と交差した第二方向に隣り合うように配置する工程と、前記第一端部および前記第二端部のうち少なくとも一方に、前記第一方向と交差した所定の方向に走査しながらレーザ光を照射する工程と、前記レーザ光を照射する工程において前記第一端部と前記第二端部との間で掛け渡された状態で形成された溶融池を固化する工程と、を備え、前記レーザ光を照射する工程では、前記第一端部または前記第二端部のレーザ光を照射する領域において、レーザ光の照射位置に応じてレーザ光の照射状態を変更する。The laser welding method of the present invention is, for example, a laser welding method for laser welding a first end in a first direction of a first member made of a metallic material and a second end in the first direction of a second member made of a metallic material, and includes the steps of: arranging the first end and the second end so that they are adjacent to each other in a second direction intersecting with the first direction; irradiating at least one of the first end and the second end with a laser beam while scanning the laser beam in a predetermined direction intersecting with the first direction; and solidifying a molten pool formed in a state spanning between the first end and the second end in the step of irradiating the laser beam, and in the step of irradiating the laser beam, changing the irradiation state of the laser beam in the region of the first end or the second end where the laser beam is irradiated depending on the irradiation position of the laser beam.

前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、レーザ光の照射位置に応じて照射するレーザ光のパワーを変更してもよい。In the laser welding method, in the process of irradiating the laser light, the power of the irradiated laser light may be changed depending on the irradiation position of the laser light.

前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、前記第一端部または前記第二端部におけるレーザ光の照射位置の走査経路が、直線状に走査される線状走査区間と、湾曲または屈曲して走査される非線状走査区間と、を含み、前記非線状走査区間において、前記線状走査区間の少なくとも一部に対して照射するレーザ光のパワーより低いパワーでレーザ光を照射してもよい。In the laser welding method, in the step of irradiating the laser light, a scanning path of the irradiation position of the laser light at the first end or the second end includes a linear scanning section that is scanned in a straight line and a non-linear scanning section that is scanned in a curved or bent manner, and the laser light may be irradiated in the non-linear scanning section with a power lower than the power of the laser light irradiated to at least a portion of the linear scanning section.

前記レーザ溶接方法では、前記線状走査区間は、第一区間と、当該第一区間とは逆方向に走査される第二区間と、を含み、前記第一区間において照射されるレーザ光のパワーの最大値と、前記第二区間において照射されるレーザ光のパワーの最大値と、が同じであってもよい。In the laser welding method, the linear scanning section includes a first section and a second section scanned in the opposite direction to the first section, and the maximum power of the laser light irradiated in the first section may be the same as the maximum power of the laser light irradiated in the second section.

前記レーザ溶接方法では、前記線状走査区間は、第一区間と、当該第一区間とは逆方向に走査される第二区間と、を含み、前記第一区間において照射されるレーザ光のパワーの最大値と、前記第二区間において照射されるレーザ光のパワーの最大値と、が互いに異なってもよい。In the laser welding method, the linear scanning section includes a first section and a second section scanned in the opposite direction to the first section, and the maximum power of the laser light irradiated in the first section and the maximum power of the laser light irradiated in the second section may be different from each other.

前記レーザ溶接方法では、前記第二区間は、前記第一区間の後に走査される区間であり、前記第二区間において照射されるレーザ光のパワーの最大値が、前記第一区間において照射されるレーザ光のパワーの最大値より大きくてもよい。In the laser welding method, the second section is a section scanned after the first section, and the maximum value of the power of the laser light irradiated in the second section may be greater than the maximum value of the power of the laser light irradiated in the first section.

前記レーザ溶接方法では、前記第二区間は、前記第一区間の後に走査される区間であり、前記第一区間と前記第二区間との間に、前記非線状走査区間を含み、前記第一区間と前記第二区間とが互いに離れてもよい。In the laser welding method, the second section is a section that is scanned after the first section, and the non-linear scanning section is included between the first section and the second section, and the first section and the second section may be separated from each other.

前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、前記第一端部または前記第二端部におけるレーザ光の照射位置の走査経路が、レーザ光の移動に伴って照射するレーザ光のパワーを経時的に変更するパワー変更区間を含んでもよい。In the laser welding method, in the process of irradiating the laser light, the scanning path of the irradiation position of the laser light at the first end or the second end may include a power change section in which the power of the irradiated laser light is changed over time as the laser light moves.

前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、前記第一端部または前記第二端部におけるレーザ光の照射位置の走査経路が、照射するレーザ光のパワーが一定の状態で照射位置が移動するパワー一定区間を含んでもよい。In the laser welding method, in the step of irradiating the laser light, the scanning path of the irradiation position of the laser light at the first end or the second end may include a constant power section in which the irradiation position moves while the power of the irradiated laser light is constant.

前記レーザ溶接方法では、前記走査経路が、前記パワー変更区間として、レーザ光の走査開始直後においてレーザ光の照射位置の移動に伴って照射するレーザ光のパワーを経時的に増大するパワー増加区間を含んでもよい。In the laser welding method, the scanning path may include, as the power change section, a power increase section in which the power of the laser light irradiated increases over time as the irradiation position of the laser light moves immediately after the start of laser light scanning.

前記レーザ溶接方法では、前記走査経路が、前記パワー変更区間として、レーザ光の走査終了直前においてレーザ光の照射位置の移動に伴って照射するレーザ光のパワーを経時的に減少するパワー減少区間を含んでもよい。In the laser welding method, the scanning path may include, as the power change section, a power reduction section in which the power of the laser light irradiated is reduced over time as the irradiation position of the laser light moves just before the end of the laser light scanning.

前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、前記第一端部または前記第二端部におけるレーザ光の照射位置の走査経路が、直線状に走査される第一区間と、当該第一区間の端に位置した折曲部で折れ曲がり前記第一区間の走査方向とは異なる方向に直線状に走査される第二区間と、を含み、前記第一区間および前記第二区間のうち少なくとも一方が、前記照射位置が前記折曲部に近いほどより低いパワーでレーザ光を照射する第三区間を含んでもよい。In the laser welding method, in the step of irradiating the laser light, a scanning path of the irradiation position of the laser light at the first end or the second end includes a first section scanned linearly and a second section bent at a bend located at the end of the first section and scanned linearly in a direction different from the scanning direction of the first section, and at least one of the first section and the second section may include a third section in which the laser light is irradiated with a lower power the closer the irradiation position is to the bend.

前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程では、前記第一端部または前記第二端部のレーザ光を照射する領域において、場所によるレーザ光の照射エネルギ密度の差が小さくなるよう、レーザ光の照射位置に応じてレーザ光の照射状態を変更してもよい。In the laser welding method, in the step of irradiating the laser light, the irradiation state of the laser light may be changed depending on the irradiation position of the laser light so that the difference in the irradiation energy density of the laser light depending on the location in the area where the laser light is irradiated at the first end or the second end is reduced.

前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光は、第一レーザ光と、前記第一端部または前記第二端部の金属材料に対する吸収率が前記第一レーザ光より高い波長の第二レーザ光と、を含んでもよい。In the laser welding method, the laser light may include a first laser light and a second laser light having a wavelength that has a higher absorption rate in the metal material of the first end or the second end than the first laser light.

前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、前記第一レーザ光のパワーを経時的に変更し、前記第二レーザ光のパワーを経時的に略一定としてもよい。In the laser welding method, in the process of irradiating the laser light, the power of the first laser light may be changed over time and the power of the second laser light may be kept approximately constant over time.

前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、前記第一端部または前記第二端部におけるレーザ光の照射位置の走査経路が、前記第一レーザ光の照射を開始する前に、前記第二レーザ光のみを照射しながら走査する区間を含んでもよい。In the laser welding method, in the step of irradiating the laser light, the scanning path of the laser light irradiation position at the first end or the second end may include a section in which scanning is performed while irradiating only the second laser light before starting irradiation of the first laser light.

また、本発明のレーザ溶接方法は、例えば、金属材料で作られた第一部材と金属材料で作られた第二部材とをレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記第一部材および前記第二部材のうち少なくとも一方に、レーザ光を走査しながら照射する工程と、前記レーザ光を照射する工程において前記第一部材と前記第二部材とに渡って形成された溶融池を固化する工程と、を備え、前記レーザ光を照射する工程では、レーザ光の照射位置に応じてレーザ光の照射状態を変更する。 The laser welding method of the present invention is, for example, a laser welding method for laser welding a first member made of a metallic material and a second member made of a metallic material, and includes a step of irradiating at least one of the first member and the second member with a laser beam while scanning the laser beam, and a step of solidifying a molten pool formed across the first member and the second member in the step of irradiating the laser beam, and in the step of irradiating the laser beam, the irradiation state of the laser beam is changed depending on the irradiation position of the laser beam.

また、本発明のレーザ溶接装置は、金属材料で作られた第一部材の第一方向の第一端部と、金属材料で作られた第二部材の前記第一方向の第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接装置であって、レーザ光を出力する光源と、前記第一端部および前記第二端部のうち少なくとも一方に前記光源からの前記レーザ光を走査しながら照射する光学ヘッドと、を備え、前記第一端部または前記第二端部のレーザ光を照射する領域において、レーザ光の照射位置に応じてレーザ光の照射状態を変更する。 The laser welding apparatus of the present invention is a laser welding apparatus for laser welding a first end in a first direction of a first member made of a metallic material and a second end in the first direction of a second member made of a metallic material, and is provided with a light source that outputs laser light, and an optical head that irradiates at least one of the first end and the second end with the laser light from the light source while scanning the laser light, and changes the irradiation state of the laser light in the area of the first end or the second end where the laser light is irradiated depending on the irradiation position of the laser light.

前記レーザ溶接装置では、前記光源によるレーザ光の出力および前記光学ヘッドによるレーザ光の走査速度のうち少なくとも一方を変更可能に制御する制御部と、溶融池の温度を検出する温度センサと、を備え、前記制御部は、前記温度センサによって検出された温度が高いほど、前記光源によるレーザ光の出力を下げる制御、および前記走査速度を高くする制御のうち、少なくとも一方を実行してもよい。The laser welding apparatus includes a control unit that variably controls at least one of the output of the laser light from the light source and the scanning speed of the laser light from the optical head, and a temperature sensor that detects the temperature of the molten pool, and the control unit may execute at least one of control to reduce the output of the laser light from the light source and control to increase the scanning speed as the temperature detected by the temperature sensor increases.

前記レーザ溶接装置では、前記光源によるレーザ光の出力および前記光学ヘッドによるレーザ光の走査速度のうち少なくとも一方を変更可能に制御する制御部と、溶融池の表面の動きを検出する動きセンサと、を備え、前記制御部は、前記動きセンサによって検出された前記表面の動きが大きいほど、前記光源によるレーザ光の出力を下げる制御、および前記走査速度を高くする制御のうち、少なくとも一方を実行してもよい。The laser welding apparatus includes a control unit that variably controls at least one of the output of the laser light from the light source and the scanning speed of the laser light from the optical head, and a motion sensor that detects movement of the surface of the molten pool, and the control unit may execute at least one of control to reduce the output of the laser light from the light source and control to increase the scanning speed the greater the movement of the surface detected by the motion sensor.

本発明によれば、例えば、スパッタの発生を抑制することを可能とするような、改善された新規なレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を得ることができる。According to the present invention, it is possible to obtain an improved new laser welding method and laser welding apparatus, which, for example, makes it possible to suppress the generation of spatter.

図1は、実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。FIG. 1 is an exemplary schematic configuration diagram of a laser welding apparatus according to an embodiment. 図2は、実施形態のレーザ溶接装置から対象物に照射されたレーザ光のスポットの形状の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。FIG. 2 is an exemplary schematic plan view showing an example of the shape of a spot of laser light irradiated onto an object from the laser welding device of the embodiment. 図3は、実施形態のレーザ溶接方法の対象物の溶接前における例示的かつ模式的な側面図である。FIG. 3 is an exemplary schematic side view of an object of the laser welding method according to the embodiment before welding. 図4は、実施形態のレーザ溶接方法の対象物の溶接後における例示的かつ模式的な側面図である。FIG. 4 is an exemplary schematic side view of an object after welding according to the laser welding method of the embodiment. 図5は、実施形態のレーザ溶接方法の対象物としての部材を含む平角線の例示的かつ模式的な斜視図である。FIG. 5 is an exemplary schematic perspective view of a rectangular wire including a member as an object of the laser welding method according to the embodiment. 図6は、実施形態のレーザ溶接方法における端部における走査経路の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。FIG. 6 is an illustrative schematic plan view showing an example of a scanning path at an end portion in the laser welding method according to the embodiment. 図7は、実施形態のレーザ溶接方法における走査経路中の照射位置に応じた光源出力の変化の一例を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing an example of a change in light source output depending on the irradiation position in a scanning path in the laser welding method of the embodiment. 図8は、実施形態のレーザ溶接方法において端縁の近傍に設定された光源出力を相対的に低くする範囲の設定の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。FIG. 8 is an exemplary schematic plan view showing an example of setting a range in which the light source output is relatively low, which is set near the edge in the laser welding method according to the embodiment. 図9は、実施形態のレーザ溶接方法において折曲部の近傍に設定された光源出力を相対的に低くする範囲の設定の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。FIG. 9 is an exemplary schematic plan view showing an example of setting a range in which the light source output is relatively low, which is set near the bent portion, in the laser welding method according to the embodiment. 図10は、実施形態のレーザ溶接方法における端部における走査経路の別の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。FIG. 10 is an illustrative schematic plan view showing another example of a scanning path at an end portion in the laser welding method according to the embodiment. 図11は、実施形態のレーザ溶接方法における端部における走査経路の別の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。FIG. 11 is an illustrative schematic plan view showing another example of a scanning path at an end portion in the laser welding method according to the embodiment. 図12は、図11の走査経路に含まれる複数の区間を示す例示的かつ模式的な平面図である。FIG. 12 is an exemplary schematic plan view showing a plurality of sections included in the scanning path of FIG. 図13は、図11の走査経路および図12の区間で走査される場合の光源出力の経時変化の一例を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing an example of a change over time in the light source output when scanning is performed along the scanning path in FIG. 11 and the section in FIG. 図14は、図11の走査経路および図12の区間で走査される場合の光源出力の経時変化の別の一例を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing another example of the change over time in the light source output when scanning is performed along the scanning path in FIG. 11 and in the section in FIG. 図15は、実施形態のレーザ溶接方法における端部における走査経路のさらに別の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。FIG. 15 is an illustrative schematic plan view showing yet another example of a scanning path at an end portion in the laser welding method according to the embodiment.

以下、本発明の例示的な実施形態および変形例が開示される。以下に示される実施形態および変形例の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果(効果)は、一例である。本発明は、以下の実施形態および変形例に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果(派生的な効果も含む)のうち少なくとも一つを得ることが可能である。 Below, exemplary embodiments and variants of the present invention are disclosed. The configurations of the embodiments and variants shown below, and the actions and results (effects) brought about by said configurations, are merely examples. The present invention can also be realized by configurations other than those disclosed in the following embodiments and variants. Furthermore, according to the present invention, it is possible to obtain at least one of the various effects (including derivative effects) obtained by the configurations.

以下の実施形態および変形例は、同様の構成要素を有している。以下では、それら同様の構成要素については、共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する場合がある。The following embodiments and variations have similar components. In the following, the similar components are given common reference symbols and duplicate explanations may be omitted.

また、各図において、方向Xを矢印Xで表し、方向Yを矢印Yで表し、方向Zを矢印Zで表している。方向X、方向Y、および方向Zは、互いに交差するとともに直交している。Z方向は、対象物Wとなる複数の部材が延びる方向である。なお、Z方向は、略鉛直上方であるが、鉛直上方に対して傾いていてもよい。In addition, in each figure, direction X is represented by arrow X, direction Y is represented by arrow Y, and direction Z is represented by arrow Z. Directions X, Y, and Z intersect with each other and are perpendicular to each other. The Z direction is the direction in which multiple members that constitute the target object W extend. Note that the Z direction is approximately vertically upward, but may be inclined relative to the vertically upward direction.

また、本明細書において、序数は、部品や、部材、部位、方向、区間、位置等を区別するために便宜上付与されており、優先度や順番を示すものではない。 In addition, in this specification, ordinal numbers are given for convenience to distinguish parts, members, locations, directions, sections, positions, etc., and do not indicate priority or order.

[レーザ溶接装置およびレーザ溶接の概要]
図1は、実施形態のレーザ溶接装置100の概略構成を示す図である。図1に示されるように、レーザ溶接装置100は、レーザ装置110(111,112)と、光学ヘッド120と、光ファイバ130と、駆動機構140と、センサ150と、制御装置200と、を備えている。
[Overview of laser welding device and laser welding]
Fig. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a laser welding apparatus 100 according to an embodiment. As shown in Fig. 1, the laser welding apparatus 100 includes a laser device 110 (111, 112), an optical head 120, an optical fiber 130, a drive mechanism 140, a sensor 150, and a control device 200.

レーザ溶接装置100は、レーザ溶接の対象物Wの表面にレーザ光Lを照射する。レーザ光Lのエネルギによって、対象物Wが部分的に溶融し、冷却されて固化することにより、当該対象物Wが溶接される。対象物Wは、複数の部材を有しており、レーザ溶接によって、当該複数の部材に渡る溶融池が形成され、当該溶融池が固化されることにより、複数の部材が接合される。The laser welding device 100 irradiates a laser beam L onto the surface of an object W to be laser welded. The object W is partially melted by the energy of the laser beam L, and then cooled and solidified, thereby welding the object W. The object W has multiple components, and a molten pool is formed across the multiple components by laser welding, and the multiple components are joined by solidifying the molten pool.

対象物Wとなる複数の部材は、それぞれ、例えば、銅や銅合金のような銅系の金属材料や、アルミニウムやアルミニウム合金のようなアルミニウム系の金属材料等で、作られうる。複数の部材は、同じ金属材料で作られてもよいし、互いに異なる金属材料で作られてもよい。なお、対象物Wとなる複数の部材は、導体であってもよいし、導体で無くてもよい。 Each of the multiple components that make up the target object W can be made of, for example, a copper-based metal material such as copper or a copper alloy, or an aluminum-based metal material such as aluminum or an aluminum alloy. The multiple components may be made of the same metal material, or may be made of different metal materials. Note that the multiple components that make up the target object W may or may not be conductors.

レーザ装置111,112は、それぞれ、レーザ発振器を備えており、一例としては、数kWのパワーのシングルモードのレーザ光を出力できるよう構成されている。なお、レーザ装置110は、例えば、内部に複数の半導体レーザ素子を備え、当該複数の半導体レーザ素子の合計の出力として数kWのパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるよう構成されてもよい。また、レーザ装置110は、ファイバレーザ、YAGレーザ、ディスクレーザ等、様々なレーザ光源を備えてもよい。また、レーザ装置110は、例えば、400[nm]以上かつ1200[nm]以下の波長のレーザ光を出力する。Each of the laser devices 111 and 112 includes a laser oscillator and is configured to output, for example, a single-mode laser beam with a power of several kW. The laser device 110 may be configured to include, for example, multiple semiconductor laser elements therein and to output a multi-mode laser beam with a power of several kW as the total output of the multiple semiconductor laser elements. The laser device 110 may also include various laser light sources such as a fiber laser, a YAG laser, a disk laser, etc. The laser device 110 outputs, for example, a laser beam with a wavelength of 400 nm or more and 1200 nm or less.

レーザ装置111は、例えば、800[nm]以上かつ1200[nm]以下の波長の第一レーザ光を出力する。レーザ装置111は、第一レーザ装置とも称されうる。レーザ装置111が有するレーザ発振器は、光源であり、第一レーザ発振器とも称されうる。The laser device 111 outputs a first laser light having a wavelength of, for example, 800 nm or more and 1200 nm or less. The laser device 111 may also be referred to as a first laser device. The laser oscillator of the laser device 111 is a light source and may also be referred to as a first laser oscillator.

他方、レーザ装置112は、例えば、300[nm]以上かつ600[nm]以下の波長の第二レーザ光を出力する。レーザ装置112は、第二レーザ装置とも称されうる。レーザ装置112が有するレーザ発振器は、光源であり、第二レーザ発振器とも称されうる。On the other hand, the laser device 112 outputs a second laser light having a wavelength of, for example, 300 nm or more and 600 nm or less. The laser device 112 may also be referred to as a second laser device. The laser oscillator of the laser device 112 is a light source and may also be referred to as a second laser oscillator.

銅系材料やアルミニウム系材料については、第二レーザ光の方が第一レーザ光よりも吸収率が高く、かつ反射率が低い。 For copper-based and aluminum-based materials, the second laser light has a higher absorption rate and a lower reflectance rate than the first laser light.

また、レーザ装置111,112は、それぞれ、レーザ光の連続波を出力してもよいし、レーザ光のパルスを出力してもよい。 In addition, laser devices 111 and 112 may each output a continuous wave of laser light or a pulse of laser light.

制御装置200は、レーザ装置111,112の作動を制御することができる。例えば、制御装置200は、レーザ光を出力したり、レーザ光の出力を停止したり、出力強度を変更したりするよう、レーザ装置111,112を、それぞれ、制御することができる。The control device 200 can control the operation of the laser devices 111 and 112. For example, the control device 200 can control each of the laser devices 111 and 112 to output laser light, stop outputting laser light, and change the output intensity.

光ファイバ130は、レーザ装置110と光学ヘッド120とを光学的に接続している。言い換えると、光ファイバ130は、レーザ装置110から出力されたレーザ光を光学ヘッド120に導く。レーザ装置110が、シングルモードレーザ光を出力する場合、光ファイバ130は、シングルモードレーザ光を伝播するよう構成される。この場合、シングルモードレーザ光のMビーム品質は、1.3以下に設定される。Mビーム品質は、M2ファクタとも称されうる。 The optical fiber 130 optically connects the laser device 110 and the optical head 120. In other words, the optical fiber 130 guides the laser light output from the laser device 110 to the optical head 120. When the laser device 110 outputs a single mode laser light, the optical fiber 130 is configured to propagate the single mode laser light. In this case, the M2 beam quality of the single mode laser light is set to 1.3 or less. The M2 beam quality may also be referred to as an M2 factor.

光学ヘッド120は、レーザ装置110から入力されたレーザ光を、対象物Wに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド120は、コリメートレンズ121と、集光レンズ122と、フィルタ123と、ミラー124と、DOE125と、ガルバノスキャナ126と、を有している。コリメートレンズ121、集光レンズ122、フィルタ123、ミラー124、DOE125、およびガルバノスキャナ126は、光学部品とも称されうる。The optical head 120 is an optical device for irradiating the laser light input from the laser device 110 toward the object W. The optical head 120 has a collimating lens 121, a condensing lens 122, a filter 123, a mirror 124, a DOE 125, and a galvano scanner 126. The collimating lens 121, the condensing lens 122, the filter 123, the mirror 124, the DOE 125, and the galvano scanner 126 may also be referred to as optical components.

コリメートレンズ121は、それぞれ、光ファイバ130を介して入力されたレーザ光をコリメートする。コリメートされたレーザ光は、平行光になる。Each collimating lens 121 collimates the laser light input via the optical fiber 130. The collimated laser light becomes parallel light.

ミラー124は、コリメートレンズ121で平行光となった第一レーザ光を反射し、ガルバノスキャナ126へ向かわせる。 Mirror 124 reflects the first laser light, which has been collimated by the collimator lens 121, and directs it toward the galvanometer scanner 126.

フィルタ123は、第一レーザ光を透過し、かつ第二レーザ光を透過せずに反射するハイパスフィルタである。ミラー124からの第一レーザ光は、フィルタ123を透過し、ガルバノスキャナ126へ向かう。他方、コリメートレンズ121からの第二レーザ光は、フィルタ123で反射され、ガルバノスキャナ126へ向かう。 Filter 123 is a high-pass filter that transmits the first laser light and reflects the second laser light. The first laser light from mirror 124 passes through filter 123 and heads toward galvanometer scanner 126. On the other hand, the second laser light from collimator lens 121 is reflected by filter 123 and heads toward galvanometer scanner 126.

ガルバノスキャナ126は、複数のミラー126a,126bを有している。複数のミラー126a,126bの角度を変更することで、光学ヘッド120からのレーザ光Lの出射方向を切り替え、これにより、対象物Wの表面上でレーザ光Lの照射位置を変更することができる。ミラー126a,126bの角度は、それぞれ、例えば制御装置200によって制御された不図示のモータによって変更される。レーザ光Lを照射しながら、レーザ光Lの出射方向を変更することにより、対象物Wの表面上で、レーザ光Lを走査することができる。The galvano scanner 126 has multiple mirrors 126a and 126b. By changing the angles of the multiple mirrors 126a and 126b, the emission direction of the laser light L from the optical head 120 can be switched, and the irradiation position of the laser light L on the surface of the object W can be changed. The angles of the mirrors 126a and 126b are each changed by, for example, a motor (not shown) controlled by the control device 200. By changing the emission direction of the laser light L while irradiating the laser light L, the laser light L can be scanned on the surface of the object W.

集光レンズ122は、ガルバノスキャナ126から到来した平行光としてのレーザ光を集光し、レーザ光L(出力光)として、対象物Wへ照射する。The focusing lens 122 focuses the parallel laser light coming from the galvanometer scanner 126 and irradiates the laser light L (output light) onto the target W.

DOE125(DOE:diffractive optical element、回折光学素子)は、コリメートレンズ121で平行光となった第一レーザ光のビームを成形する。DOE125は、ビームシェイパの一例である。The DOE 125 (DOE: diffractive optical element) shapes the beam of the first laser light that has been collimated by the collimator lens 121. The DOE 125 is an example of a beam shaper.

駆動機構140は、対象物Wに対する光学ヘッド120の相対的な位置を変更する。駆動機構140は、例えば、モータのような回転機構や、当該回転機構の回転出力を減速する減速機構、減速機構によって減速された回転を直動に変換する運動変換機構等を、有する。制御装置200は、対象物Wに対する光学ヘッド120のX方向、Y方向、およびZ方向における相対位置が変化するよう、駆動機構140を制御することができる。駆動機構140は、支持機構(不図示)に支持されている複数の対象物Wのうち、レーザ溶接を行う対象物Wを変更する(切り替える)ことができる。また、駆動機構140は、対象物Wにおけるレーザ光Lの照射位置を変更することができる。また、駆動機構140は、対象物Wに対するレーザ光の照射方向を変更するのに伴って照射点を変更するのに利用されうる。さらに、駆動機構140は、レーザ光Lが対象物Wの表面上に照射されている状態で、当該照射位置を変更することができる。すなわち、駆動機構140は、対象物Wの表面上で、レーザ光Lを走査することができる。The driving mechanism 140 changes the relative position of the optical head 120 with respect to the object W. The driving mechanism 140 has, for example, a rotating mechanism such as a motor, a speed reducing mechanism that reduces the rotation output of the rotating mechanism, and a motion conversion mechanism that converts the rotation reduced by the speed reducing mechanism into linear motion. The control device 200 can control the driving mechanism 140 so that the relative position of the optical head 120 in the X direction, Y direction, and Z direction with respect to the object W changes. The driving mechanism 140 can change (switch) the object W to be laser welded among multiple objects W supported by a support mechanism (not shown). The driving mechanism 140 can also change the irradiation position of the laser light L on the object W. The driving mechanism 140 can also be used to change the irradiation point along with changing the irradiation direction of the laser light on the object W. Furthermore, the driving mechanism 140 can change the irradiation position while the laser light L is irradiated on the surface of the object W. That is, the driving mechanism 140 can scan the laser light L on the surface of the object W.

図2は、対象物Wの端部20aへのレーザ光Lの照射により当該端部20a上に形成されたスポットSの平面図である。図2に示されるように、スポットSには、レーザ装置111から出力された第一レーザ光のビームB1による略円形の照射領域IA1と、レーザ装置112から出力された第二レーザ光のビームB2による略円形の照射領域IA2と、が含まれている。図2の例では、照射領域IA1が照射領域IA2内に位置し、照射領域IA1の中心と照射領域IA2の中心とが略一致している。しかしながら、スポットSの形状は、図2の例には限定されず、照射領域IA1,IA2の形状は円形には限定されない。また、DOE125により、照射領域IA1が、例えば、環状やマトリクス状に配置された複数の小領域を含むよう、ビームを成形してもよい。DOE125によってレーザ装置111から出力された第一レーザ光のビーム形状を適宜に設定できた場合にあっては、レーザ装置112からの第二レーザ光の出力が不要となる場合もある。また、スポットSでは、照射領域IA1の走査方向の前方に、照射領域IA2の少なくとも一部が位置していればよく、照射領域IA1の中心と、照射領域IA2の中心とは、互いにずれていてもよい。2 is a plan view of a spot S formed on the end 20a of the object W by irradiating the end 20a with a laser beam L. As shown in FIG. 2, the spot S includes an approximately circular irradiation area IA1 by the beam B1 of the first laser light output from the laser device 111 and an approximately circular irradiation area IA2 by the beam B2 of the second laser light output from the laser device 112. In the example of FIG. 2, the irradiation area IA1 is located within the irradiation area IA2, and the center of the irradiation area IA1 and the center of the irradiation area IA2 are approximately coincident. However, the shape of the spot S is not limited to the example of FIG. 2, and the shapes of the irradiation areas IA1 and IA2 are not limited to a circle. In addition, the beam may be shaped by the DOE 125 so that the irradiation area IA1 includes, for example, a plurality of small areas arranged in a ring or matrix. When the beam shape of the first laser light output from the laser device 111 can be appropriately set by the DOE 125, it may be unnecessary to output the second laser light from the laser device 112. In the spot S, it is sufficient that at least a part of the irradiation area IA2 is located in front of the irradiation area IA1 in the scanning direction, and the center of the irradiation area IA1 and the center of the irradiation area IA2 may be shifted from each other.

図3は、対象物Wの溶接する前の状態を示す側面図である。図3に示されるように、対象物Wは、二つの部材20(21,22)を有している。二つの部材20は、いずれも金属材料で作られている。図3に示す対象物Wの例として、例えば、車両等のモータに用いられる電磁コイルの巻き線を互いに溶接して接続する例等が挙げられる。 Figure 3 is a side view showing the state of the object W before welding. As shown in Figure 3, the object W has two members 20 (21, 22). Both of the two members 20 are made of a metal material. An example of the object W shown in Figure 3 is the connection of the windings of an electromagnetic coil used in a motor of a vehicle or the like by welding them together.

二つの部材20は、いずれもZ方向に延びており、Z方向の端部20a(21a,22a)を有している。端部20aは、Z方向と交差して広がっている。すなわち、端部20aは、X方向に延びるとともにY方向に延びている。Z方向は、第一方向の一例である。端部21aは、第一端部の一例であり、端部22aは、第二端部の一例である。 The two members 20 each extend in the Z direction and have Z-direction ends 20a (21a, 22a). The ends 20a extend across the Z direction. That is, the ends 20a extend in both the X and Y directions. The Z direction is an example of a first direction. The ends 21a are an example of a first end, and the ends 22a are an example of a second end.

溶接に先立ち、二つの部材20は、Z方向と交差したX方向に互いに隣り合い、かつX方向に並ぶように配置される。X方向において互いに面する側面の間には、隙間gが形成されている。隙間gの大きさは、0以上である。すなわち、二つの部材20は、少なくとも部分的に接触していてもよい。X方向は、第二方向の一例である。Prior to welding, the two members 20 are arranged adjacent to each other in the X direction intersecting the Z direction and aligned in the X direction. A gap g is formed between the side surfaces facing each other in the X direction. The size of the gap g is 0 or more. In other words, the two members 20 may be in at least partial contact. The X direction is an example of a second direction.

なお、図3の例では、端部21aと端部22aとは、X方向に並び、Z方向における位置が同じであるが、これには限定されず、端部21aと端部22aとは、Z方向にずれていてもよい。In the example of Figure 3, end 21a and end 22a are aligned in the X direction and are at the same position in the Z direction, but this is not limited to this, and end 21a and end 22a may be offset in the Z direction.

対象物W、すなわち二つの部材20の溶接に際し、光学ヘッド120は、レーザ光Lを、端部20aに向けて照射する。レーザ光Lの照射方向は、Z方向の反対方向か、あるいはZ方向の反対方向に対して傾斜した方向である。なお、レーザ光Lは、端部21aおよび端部22aの双方に照射してもよいし、端部21aおよび端部22aのうちいずれか一方のみに照射してもよい。When welding the object W, i.e., the two members 20, the optical head 120 irradiates the laser light L toward the end 20a. The irradiation direction of the laser light L is the opposite direction to the Z direction or a direction inclined relative to the opposite direction to the Z direction. The laser light L may be irradiated to both the end 21a and the end 22a, or only one of the end 21a and the end 22a.

図4は、対象物Wに溶接部23(溶融池)が形成された状態を示す側面図である。図4に示されるように、端部20aに対するレーザ光Lの照射により、端部20aにおいて二つの部材20は溶融し、二つの端部20a上で掛け渡された状態に溶接部23が形成される。溶接部23は、二つの端部20a間で掛け渡された状態に形成された溶融池が、冷却され、固化したものである。流動性を有した金属材料である溶融池は、表面張力によってZ方向に膨らんだ形状を有している。これに伴って、当該溶融池が固化した溶接部23もZ方向に膨らんだ形状を有している。溶接部23は、二つの部材21,22を機械的に接続する。また、二つの部材21,22が導電性を有する金属である場合、溶接部23は、当該二つの部材21,22を電気的に接続する。 Figure 4 is a side view showing the state in which a weld 23 (molten pool) is formed on the object W. As shown in Figure 4, the two members 20 are melted at the end 20a by irradiating the end 20a with laser light L, and the weld 23 is formed in a state in which it spans the two ends 20a. The weld 23 is formed by cooling and solidifying the molten pool formed in a state in which it spans between the two ends 20a. The molten pool, which is a fluid metal material, has a shape that bulges in the Z direction due to surface tension. Accordingly, the weld 23, which is the solidified molten pool, also has a shape that bulges in the Z direction. The weld 23 mechanically connects the two members 21 and 22. Furthermore, if the two members 21 and 22 are made of conductive metal, the weld 23 electrically connects the two members 21 and 22.

センサ150(図1参照)は、例えば、対象物Wに形成される溶融池を撮影するカメラである。この場合、センサ150は、動きセンサの一例である。制御装置200は、センサ150によって取得される画像から、溶融池の表面の動き(経時変化)を取得することができる。The sensor 150 (see FIG. 1) is, for example, a camera that captures an image of the molten pool formed on the object W. In this case, the sensor 150 is an example of a motion sensor. The control device 200 can obtain the movement (change over time) of the surface of the molten pool from the image acquired by the sensor 150.

また、センサ150は、溶融池の温度を検出することが可能なサーマルカメラであってもよい。この場合、センサ150は、温度センサの一例である。制御装置200は、センサ150によって取得される温度画像から、溶融池の温度を取得することができる。The sensor 150 may also be a thermal camera capable of detecting the temperature of the molten pool. In this case, the sensor 150 is an example of a temperature sensor. The control device 200 can obtain the temperature of the molten pool from the temperature image obtained by the sensor 150.

図5は、部材20を含む平角線10の斜視図である。部材20は、一例として、図5に示されるような平角線10の芯線(内部導体)である。平角線10は、部材20と、部材20の被覆30と、を有している。部材20は、導電性を有した金属材料で作られている。部材20の、延び方向に対して直交する断面の形状は、略四角形状である。被覆30は、絶縁性を有しており、例えば、エナメルや、合成樹脂材料等で作られる。被覆30は、エナメル層と、当該エナメル層を取り囲む押出樹脂層と、を有してもよい。レーザ溶接装置100は、このような平角線10の芯線としての部材20の、端部20a同士の溶接に適用される。この場合、二つの平角線10の延び方向の端部の近傍において、被覆30が除去される。そして、図3に示されるように、同じ方向(延び方向)を向く姿勢で隣り合うように配置された二つの部材20の端部20aが、レーザ溶接装置100によって溶接される。 Figure 5 is a perspective view of a rectangular wire 10 including a member 20. The member 20 is, as an example, the core wire (internal conductor) of the rectangular wire 10 as shown in Figure 5. The rectangular wire 10 has a member 20 and a coating 30 of the member 20. The member 20 is made of a metal material having electrical conductivity. The shape of the cross section of the member 20 perpendicular to the extension direction is approximately rectangular. The coating 30 has insulating properties and is made of, for example, enamel or a synthetic resin material. The coating 30 may have an enamel layer and an extruded resin layer surrounding the enamel layer. The laser welding device 100 is applied to welding the ends 20a of the member 20 as the core wire of such a rectangular wire 10. In this case, the coating 30 is removed near the ends of the two rectangular wires 10 in the extension direction. Then, as shown in FIG. 3 , end portions 20 a of two members 20 arranged adjacent to each other and facing in the same direction (extension direction) are welded by a laser welding device 100 .

平角線10は、回転電気に設けられるセグメントコイルを構成してもよい。本実施形態のレーザ溶接装置100によるレーザ溶接方法は、ステータコアにセットされた互いに隣り合うセグメントコイルの端部の溶接に適用することができる。The rectangular wire 10 may form a segment coil provided in a rotating electrical device. The laser welding method using the laser welding device 100 of this embodiment can be applied to welding the ends of adjacent segment coils set in a stator core.

ただし、対象物Wとなる部材20は、平角線10の芯線には限定されず、図3に示されるように、互いにZ方向に延び、X方向に隣り合った部材であればよい。また、部材20は、板状の部材であってもよいし、線材であってもよい。However, the member 20 that is the target object W is not limited to the core wire of the rectangular wire 10, but may be any member that extends in the Z direction and is adjacent to each other in the X direction, as shown in Fig. 3. Also, the member 20 may be a plate-like member or a wire material.

[走査経路]
図6は、端部21a,22aにおけるレーザ光Lの走査経路R1の一例を示す平面図である。図6に示されるように、本実施形態では、レーザ光Lは、Z方向と交差する方向に、走査経路R1に沿って走査される。
[Scanning Path]
Fig. 6 is a plan view showing an example of a scanning path R1 of the laser light L at the ends 21a and 22a. As shown in Fig. 6, in this embodiment, the laser light L scans along the scanning path R1 in a direction intersecting the Z direction.

図6に示されるように、端部21aおよび端部22aは、いずれも四角形状の形状を有しており、本実施形態では、一例として、X方向に延びた辺とY方向に延びた辺とを有するとともに、X方向に相対的に短くかつY方向に相対的に長い、長方形状の形状を有している。この場合、Y方向は長手方向と称することができ、X方向は短手方向と称することができる。なお、図6の例では、一例として、端部21aおよび端部22aは同一の形状を有しているが、これには限定されない。As shown in FIG. 6, both end 21a and end 22a have a quadrangular shape, and in this embodiment, as an example, end 21a and end 22a have a rectangular shape with sides extending in the X direction and sides extending in the Y direction, and are relatively short in the X direction and relatively long in the Y direction. In this case, the Y direction can be referred to as the longitudinal direction, and the X direction can be referred to as the transverse direction. In the example of FIG. 6, end 21a and end 22a have the same shape, but are not limited to this.

また、図6の例では、レーザ光Lは、例えば、端部21aのX方向の中心C1よりも端部22aに近い領域A1と、端部22aのX方向の中心C2よりも端部21aに近い領域A2と、において走査されている。 In the example of Figure 6, the laser light L is scanned, for example, in an area A1 that is closer to the end 22a than the center C1 of the end 21a in the X-direction, and an area A2 that is closer to the end 21a than the center C2 of the end 22a in the X-direction.

走査経路R1は、区間R11、区間R12、区間R13、区間R14、および区間R15を有している。ここで、走査経路R1は、照射開始点(照射位置P1)から照射終了点(照射位置P6)まで繋がった、連続した線状の経路である。発明者らの研究により、照射開始点から照射終了点まで連続した走査経路である場合の方が、互いに離間した複数の走査経路が分散して設けられた場合に比べて、端部21a,22a(溶融池)の場所による温度差(温度ばらつき)をより小さくすることができ、より安定的な溶融池を形成できることが判明している。照射開始点は、走査開始位置とも称され、照射終了点は、走査終了位置とも称されうる。 The scanning path R1 has sections R11, R12, R13, R14, and R15. Here, the scanning path R1 is a continuous linear path that connects the irradiation start point (irradiation position P1) to the irradiation end point (irradiation position P6). Research by the inventors has revealed that a continuous scanning path from the irradiation start point to the irradiation end point can reduce the temperature difference (temperature variation) depending on the location of the end portions 21a, 22a (molten pool) and form a more stable molten pool, compared to a case in which multiple scanning paths spaced apart from each other are provided in a dispersed manner. The irradiation start point can also be referred to as the scanning start position, and the irradiation end point can also be referred to as the scanning end position.

区間R11は、照射位置P1から照射位置P2までの区間であり、区間R12は、照射位置P2から照射位置P3までの区間である。なお、図6では、わかりやすくするため、区間R11と区間R12とがX方向にずらして描かれているが、実際には、区間R11と区間R12とは重なっており、照射位置P1と照射位置P3とは同じ位置である。 Section R11 is the section from irradiation position P1 to irradiation position P2, and section R12 is the section from irradiation position P2 to irradiation position P3. Note that in FIG. 6, for ease of understanding, sections R11 and R12 are drawn shifted in the X direction, but in reality, sections R11 and R12 overlap, and irradiation position P1 and irradiation position P3 are in the same position.

照射位置P1は、照射開始点である。照射位置P1は、端部21aのY方向の反対方向の端縁21a1の近くに位置している。また、照射位置P2は、端部21aのY方向の端縁21a2の近くに位置している。Irradiation position P1 is the starting point of irradiation. Irradiation position P1 is located near edge 21a1 of end 21a in the opposite Y direction. Irradiation position P2 is located near edge 21a2 of end 21a in the Y direction.

レーザ光Lは、照射位置P1から照射位置P2まで、Y方向、すなわち端部21aの長手方向に直線状に延びた区間R11において、走査される。区間R11において走査されたレーザ光Lは、区間R11の終端に位置した照射位置P2において反対方向に折れ曲がり、すなわち折り返し、照射位置P2から照射位置P3まで、Y方向の反対方向に直線状に延びた区間R12において、走査される。区間R11から区間R12にかけて、区間R11は、第一区間の一例であり、区間R12は、第二区間の一例であり、照射位置P2は、折曲部の一例である。また、区間R11から区間R12にかけての区間は、折曲走査区間の一例である。当該折曲走査区間の折曲部としての照射位置P2における角度変化量は、180°である。なお、本明細書において、角度変化量は、180°以下の値とする。The laser light L is scanned in a section R11 extending linearly in the Y direction, that is, in the longitudinal direction of the end 21a, from the irradiation position P1 to the irradiation position P2. The laser light L scanned in the section R11 is bent in the opposite direction at the irradiation position P2 located at the end of the section R11, that is, turns back, and is scanned in a section R12 extending linearly in the opposite direction of the Y direction from the irradiation position P2 to the irradiation position P3. From the section R11 to the section R12, the section R11 is an example of a first section, the section R12 is an example of a second section, and the irradiation position P2 is an example of a bent section. In addition, the section from the section R11 to the section R12 is an example of a bent scanning section. The angle change amount at the irradiation position P2 as the bent section of the bent scanning section is 180°. In this specification, the angle change amount is a value of 180° or less.

区間R13は、照射位置P3から照射位置P4までの区間である。照射位置P4は、端部22aのY方向の反対方向の端縁22a2の近くに位置している。Section R13 is the section from irradiation position P3 to irradiation position P4. Irradiation position P4 is located near the edge 22a2 of the end 22a on the opposite side in the Y direction.

区間R12において走査されたレーザ光Lは、区間R12の終端に位置した照射位置P3において90°折れ曲がり、照射位置P3から照射位置P4まで、X方向の反対方向、すなわち端部21a,22aの短手方向に直線状に延びた区間R13において、走査される。区間R12から区間R13にかけて、区間R12は、第一区間の一例であり、区間R13は、第二区間の一例であり、照射位置P3は、折曲部の一例である。また、区間R12から区間R13にかけての区間は、折曲走査区間の一例である。当該折曲走査区間の折曲部としての照射位置P3における角度変化量は、90°である。The laser light L scanned in section R12 is bent 90° at irradiation position P3 located at the end of section R12, and is scanned in section R13, which extends linearly from irradiation position P3 to irradiation position P4 in the opposite direction of the X direction, i.e., in the short direction of the ends 21a and 22a. From section R12 to section R13, section R12 is an example of a first section, section R13 is an example of a second section, and irradiation position P3 is an example of a bent portion. In addition, the section from section R12 to section R13 is an example of a bent scanning section. The angle change amount at irradiation position P3 as the bent portion of the bent scanning section is 90°.

区間R14は、照射位置P4から照射位置P5までの区間であり、区間R15は、照射位置P5から照射位置P6までの区間である。なお、図6では、わかりやすくするため、区間R14と区間R15とがX方向にずらして描かれているが、実際には、区間R14と区間R15とは重なっており、照射位置P4と照射位置P6とは同じ位置である。 Section R14 is the section from irradiation position P4 to irradiation position P5, and section R15 is the section from irradiation position P5 to irradiation position P6. Note that in FIG. 6, for ease of understanding, sections R14 and R15 are drawn shifted in the X direction, but in reality, sections R14 and R15 overlap, and irradiation position P4 and irradiation position P6 are in the same position.

照射位置P5は、端部22aのY方向の端縁22a2の近くに位置している。また、照射位置P6は、照射終了点である。Irradiation position P5 is located near the Y-direction edge 22a2 of end portion 22a. Irradiation position P6 is the end point of irradiation.

区間R13において走査されたレーザ光Lは、区間R13の終端に位置した照射位置P4において90°折れ曲がり、照射位置P4から照射位置P5まで、Y方向、すなわち端部22aの長手方向に直線状に延びた区間R14において、走査される。区間R13から区間R14にかけて、区間R13は、第一区間の一例であり、区間R14は、第二区間の一例であり、照射位置P4は、折曲部の一例である。また、区間R13から区間R14にかけての区間は、折曲走査区間の一例である。当該折曲走査区間の折曲部としての照射位置P4における角度変化量は、90°である。The laser light L scanned in section R13 is bent 90° at irradiation position P4 located at the end of section R13, and is scanned in section R14 extending linearly from irradiation position P4 to irradiation position P5 in the Y direction, i.e., in the longitudinal direction of end 22a. From section R13 to section R14, section R13 is an example of a first section, section R14 is an example of a second section, and irradiation position P4 is an example of a bent portion. Furthermore, the section from section R13 to section R14 is an example of a bent scanning section. The angle change amount at irradiation position P4 as the bent portion of the bent scanning section is 90°.

区間R14において走査されたレーザ光Lは、区間R14の終端に位置した照射位置P5において反対方向に折れ曲がり、すなわち折り返し、照射位置P5から照射位置P6まで、Y方向の反対方向に直線状に延びた区間R15において、走査される。区間R14から区間R15にかけて、区間R14は、第一区間の一例であり、区間R15は、第二区間の一例であり、照射位置P5は、折曲部の一例である。また、区間R14から区間R15にかけての区間は、折曲走査区間の一例である。当該折曲走査区間の折曲部としての照射位置P5における角度変化量は、180°である。The laser light L scanned in section R14 is bent in the opposite direction at irradiation position P5 located at the end of section R14, i.e., turns back, and is scanned in section R15 that extends linearly in the opposite direction of the Y direction from irradiation position P5 to irradiation position P6. From section R14 to section R15, section R14 is an example of a first section, section R15 is an example of a second section, and irradiation position P5 is an example of a bending section. In addition, the section from section R14 to section R15 is an example of a bending scanning section. The amount of angle change at irradiation position P5 as the bending section of the bending scanning section is 180°.

また、図6から明らかとなるように、区間R11,R12,R14,R15は、各区間の端部としての照射位置P1~P6よりも端縁21a1,21a2,22a1,22a2から遠い照射位置を含んでいる。照射位置P1~P6は、照射端部の一例である。 As is clear from Figure 6, sections R11, R12, R14, and R15 include irradiation positions that are farther from the edges 21a1, 21a2, 22a1, and 22a2 than irradiation positions P1 to P6, which are the ends of each section. Irradiation positions P1 to P6 are examples of irradiation ends.

[走査経路の照射位置による光源出力の変更]
発明者らは、図6の走査経路R1でレーザ光Lを走査して溶接を行った。当該実験では、X方向の長さが約2[mm]およびY方向の長さが約3[mm]の端部21a,22aに対して、波長が1070[nm]である第一レーザ光と、波長が450[nm]である第二レーザ光とを含むレーザ光を照射した。端部21a,22aのZ方向と交差した平面において、第一レーザ光の円形のスポット(ビーム)と、第二レーザ光の円形のスポット(ビーム)とを、同心円状に配置し、端部21a,22aにおける第一レーザ光のスポットの直径を約15[μm]とし、第二レーザ光のスポットの直径を約230[μm]とした。なお、スポットの直径は、ビームのピークを含み、ピーク強度の1/e以上の強度の領域の径として定義することができる。なお、円形でないビームの場合は、走査方向と垂直な方向における、ピーク強度の1/e以上の強度となる領域の長さをビーム径と定義することができる。また、スポットにおけるパワー分布はガウシアン形状に限定されない。レーザ光Lの走査速度は、80[mm/s]で一定とした。
[Change in light source output depending on irradiation position of scanning path]
The inventors performed welding by scanning the laser light L along the scanning path R1 in FIG. 6. In this experiment, the end portions 21a and 22a, which have a length in the X direction of about 2 [mm] and a length in the Y direction of about 3 [mm], were irradiated with a laser light including a first laser light having a wavelength of 1070 [nm] and a second laser light having a wavelength of 450 [nm]. In a plane intersecting the Z direction of the end portions 21a and 22a, a circular spot (beam) of the first laser light and a circular spot (beam) of the second laser light were arranged concentrically, and the diameter of the spot of the first laser light at the end portions 21a and 22a was set to about 15 [μm], and the diameter of the spot of the second laser light was set to about 230 [μm]. The diameter of the spot can be defined as the diameter of a region including the peak of the beam and having an intensity of 1/e2 or more of the peak intensity. In the case of a non-circular beam, the length of the region having an intensity of 1/ e2 or more of the peak intensity in a direction perpendicular to the scanning direction can be defined as the beam diameter. Moreover, the power distribution in the spot is not limited to a Gaussian shape. The scanning speed of the laser light L was constant at 80 mm/s.

発明者らは、上述した条件において実験を行ったところ、照射位置P1~P6のような長手方向の端縁21a1,21a2,22a1,22a2に近い照射位置では、これら端縁21a1,21a2,22a1,22a2からより遠い照射位置と比べて、スパッタの発生頻度が高いことを見出した。これは、長手方向の端縁21a1,21a2,22a1,22a2に近い場所においては、長手方向の中間位置と比較して、周辺の金属材料が少ない分、熱がこもりやすく、溶融池の温度が上昇しやすくなり、ひいてはスパッタの発生頻度が増大しているものと推察される。The inventors conducted experiments under the above conditions and found that spatters occurred more frequently at irradiation positions close to the longitudinal edges 21a1, 21a2, 22a1, and 22a2, such as irradiation positions P1 to P6, than at irradiation positions farther from these edges 21a1, 21a2, 22a1, and 22a2. This is presumably because, compared to the intermediate positions in the longitudinal direction, there is less metal material in the vicinity of the longitudinal edges 21a1, 21a2, 22a1, and 22a2, so heat tends to build up and the temperature of the molten pool tends to rise, which in turn increases the frequency of spatters.

また、溶融池の温度が上昇すると、溶融池がより大きく成長し、ひいては、当該溶融池が端部21a,22aからこぼれ落ちてしまう虞もある。 Furthermore, if the temperature of the molten pool rises, the molten pool will grow larger, and there is a risk that the molten pool will spill over from the ends 21a, 22a.

そこで、発明者らは、実験を重ね、レーザ光の出力の照射位置に応じた適宜な変更によって、溶融池の温度の過度な上昇を抑制し、例えば、スパッタをより少なくできたり、溶融池がこぼれ落ち難くなったりするような、好適な溶接を実行可能であることを見出した。Therefore, the inventors conducted repeated experiments and discovered that by appropriately adjusting the output of the laser light according to the irradiation position, it is possible to suppress excessive increases in the temperature of the molten pool and perform suitable welding, for example, by reducing spatter and making it less likely for the molten pool to spill over.

図7は、照射位置P1から照射位置P6に至る走査経路R1における第一レーザ光の光源出力(パワー)、すなわちレーザ装置111からのレーザ光の出力の、走査経路R1内の照射位置に応じた変化の一例を示すグラフである。なお、第二レーザ光の出力は、150[W]で一定とした。7 is a graph showing an example of the change in the light source output (power) of the first laser light in the scanning path R1 from the irradiation position P1 to the irradiation position P6, i.e., the output of the laser light from the laser device 111, depending on the irradiation position in the scanning path R1. The output of the second laser light was constant at 150 [W].

図7に示されるように、区間R11,R12,R14,R15においては、端縁21a1,21a2,22a1,22a2からより遠い中間位置Pm1,Pm2,Pm4,Pm5における光源出力が、各区間R11,R12,R14,R15のピークに設定され、端縁21a1,21a2,22a1,22a2により近い照射位置P1,P2,P4,P5,P6における光源出力よりも高く設定されている。As shown in FIG. 7, in sections R11, R12, R14, R15, the light source output at intermediate positions Pm1, Pm2, Pm4, Pm5, which are farther from the edges 21a1, 21a2, 22a1, 22a2, is set to the peak of each section R11, R12, R14, R15, and is set higher than the light source output at irradiation positions P1, P2, P4, P5, P6, which are closer to the edges 21a1, 21a2, 22a1, 22a2.

このため、図7の設定においては、区間R11のうち照射位置P1と中間位置Pm1との間では、照射位置P1に近いほど光源出力がより低く設定され、区間R11のうち中間位置Pm1と照射位置P2との間では、照射位置P2に近いほど光源出力がより低く設定されている。これと同様に、区間R12のうち照射位置P2と中間位置Pm2との間、区間R12のうち中間位置Pm2と照射位置P3との間、区間R14のうち照射位置P4と中間位置Pm4との間、区間R14のうち中間位置Pm4と照射位置P5との間、区間R15のうち照射位置P5と中間位置Pm5との間、および区間R15のうち中間位置Pm5と照射位置P6との間でも、各区間の照射端部としての照射位置P1~P6に近いほど、光源出力がより低くなるよう設定されている。中間位置Pm1,Pm2,Pm4,Pm5と、当該中間位置Pm1,Pm2,Pm4,Pm5と隣接した照射位置P1~P6との間の区間は、第四区間の一例である。7, between the irradiation position P1 and the intermediate position Pm1 in the section R11, the light source output is set lower the closer to the irradiation position P1, and between the intermediate position Pm1 and the irradiation position P2 in the section R11, the light source output is set lower the closer to the irradiation position P2. Similarly, between the irradiation position P2 and the intermediate position Pm2 in the section R12, between the intermediate position Pm2 and the irradiation position P3 in the section R12, between the irradiation position P4 and the intermediate position Pm4 in the section R14, between the intermediate position Pm4 and the irradiation position P5 in the section R14, between the irradiation position P5 and the intermediate position Pm5 in the section R15, and between the intermediate position Pm5 and the irradiation position P6 in the section R15, the light source output is set lower the closer to the irradiation positions P1 to P6 as the irradiation ends of each section. The sections between the intermediate positions Pm1, Pm2, Pm4, Pm5 and the irradiation positions P1 to P6 adjacent to the intermediate positions Pm1, Pm2, Pm4, Pm5 are an example of a fourth section.

また、図6に示されるように、照射位置P2~P5では、走査経路R1が折れ曲がるかあるいは折り返している。発明者らの鋭意検討により、このような折曲部の近傍では、レーザ光のスポットが比較的近い範囲にとどまる時間が長くなり、端縁21a1,21a2,22a1,22a2からの距離によらず、レーザ光のスポットが折れ曲がったり折り返したりすることなく線状に移動する区間に比べて、溶融池の温度が上昇しやすくなり、ひいてはスパッタの発生頻度が増大する虞があることが判明した。6, the scanning path R1 is bent or turned back at irradiation positions P2 to P5. The inventors' careful study revealed that near such bends, the laser light spot remains in a relatively close range for a long time, and the temperature of the molten pool is more likely to rise compared to sections where the laser light spot moves linearly without bending or turning back, regardless of the distance from the edges 21a1, 21a2, 22a1, and 22a2, which may increase the frequency of spattering.

このため、図7のように、走査経路R1における折曲部としての照射位置P2~P5に近いほど、光源出力がより低くなる設定は、照射位置P2~P5が端縁21a1,21a2,22a1,22a2から遠い場合においてもスパッタを抑制できる効果が得られる。中間位置Pm1,Pm2,Pm4,Pm5と、当該中間位置Pm1,Pm2,Pm4,Pm5と隣接した折曲部としての照射位置P2~P5との間の区間は、第三区間の一例である。7, the setting in which the light source output is lower the closer to irradiation positions P2 to P5 as bending portions in scanning path R1 has the effect of suppressing sputtering even when irradiation positions P2 to P5 are far from edges 21a1, 21a2, 22a1, and 22a2. The sections between intermediate positions Pm1, Pm2, Pm4, and Pm5 and irradiation positions P2 to P5 as bending portions adjacent to intermediate positions Pm1, Pm2, Pm4, and Pm5 are an example of a third section.

すなわち、平面視における走査経路R1の照射位置における曲率半径が小さいほど当該照射位置における光源出力を低くすることにより、溶融池の温度上昇を抑制することができる。In other words, the smaller the radius of curvature at the irradiation position of the scanning path R1 in a planar view, the lower the light source output at that irradiation position, thereby suppressing the temperature rise of the molten pool.

また、上述した折曲走査区間の折曲部における角度変化量が大きいほど、レーザ光のスポットはより近い位置にとどまりやすくなるため、溶融池の温度が上昇しやすくなる。このため、角度変化量が大きいほど折曲部における光源出力を低くすることにより、溶融池の温度上昇を抑制することができる。図7の例では、区間R11から区間R12にかけての、角度変化量が180°の折曲走査区間において折曲部としての照射位置P2を通過する際の一時的な光源出力の低下量D1は、区間R12から区間R13にかけての、角度変化量が90°の折曲走査区間において折曲部としての照射位置P3を通過する際の一時的な光源出力の低下量D2よりも大きい。 In addition, the larger the angle change amount at the bend in the above-mentioned bend scanning section, the more likely the laser light spot will remain in a closer position, and the more likely the temperature of the molten pool will rise. Therefore, by lowering the light source output at the bend as the angle change amount increases, the temperature rise of the molten pool can be suppressed. In the example of FIG. 7, the temporary light source output reduction amount D1 when passing through the irradiation position P2 as the bend in the bend scanning section with an angle change amount of 180° from section R11 to section R12 is greater than the temporary light source output reduction amount D2 when passing through the irradiation position P3 as the bend in the bend scanning section with an angle change amount of 90° from section R12 to section R13.

また、図7の設定では、各区間R11,R12,R14,R15において、光源出力が徐々に線形的に変化したが、これには限定されず、走査経路R1のうち、溶融池の温度が上昇しやすくなる範囲において、光源出力を低くするような設定であってもよい。 In addition, in the setting of Figure 7, the light source output gradually changes linearly in each section R11, R12, R14, and R15, but this is not limited to this, and the light source output may be set to be lowered in the range of the scanning path R1 where the temperature of the molten pool is likely to increase.

図8は、端縁21a2および照射位置P2の近傍に設定された光源出力を相対的に低くする範囲S3(ハッチングを施した領域)、および当該範囲S3から外れて光源出力を相対的に高くする範囲S4の一例を示す平面図である。範囲S3は、第三範囲および所定領域の一例であり、端縁領域とも称されうる。範囲S4は、第四範囲および他の所定領域の一例である。このように、端縁21a1,21a2,22a1,22a2または当該端縁21a1,21a2,22a1,22a2に近い照射位置P1~P6から所定距離以内となる範囲(第三範囲)に含まれる照射位置における光源出力(パワー)を、当該範囲から外れた範囲(第四範囲)に含まれる照射位置、または、照射位置が部材21,22のY方向中央となる場合における光源出力よりも低く、例えば、80[%]以下となるように設定することにより、例えば、範囲S3におけるスパッタの発生を抑制できたり、溶融池のこぼれ落ちを抑制できたり、といった利点が得られる。範囲S3のY方向の幅としては、2.4[mm]以下である場合が好ましく、1.8[mm]以下である場合がさらに好ましい。また、部材21のY方向の寸法に対する、範囲S3のY方向の幅の比((範囲S3のY方向の幅[mm])/(部材21のY方向の寸法[mm]))が0.8以下である場合が好ましく、0.6以下である場合がさらに好ましい。 Figure 8 is a plan view showing an example of a range S3 (hatched area) in which the light source output is relatively low and set near the edge 21a2 and the irradiation position P2, and a range S4 outside the range S3 in which the light source output is relatively high. Range S3 is an example of a third range and a specified area, and may also be referred to as an edge area. Range S4 is an example of a fourth range and another specified area. In this way, the light source output (power) at the irradiation positions included in the range (third range) within a predetermined distance from the edge 21a1, 21a2, 22a1, 22a2 or the irradiation positions P1 to P6 close to the edge 21a1, 21a2, 22a1, 22a2 is set to be lower than the light source output at the irradiation positions included in the range (fourth range) outside the range or when the irradiation position is the center in the Y direction of the members 21 and 22, for example, to be 80% or less, thereby obtaining advantages such as suppressing the occurrence of spatter in the range S3 and suppressing the spilling of the molten pool. The width of the range S3 in the Y direction is preferably 2.4 mm or less, and more preferably 1.8 mm or less. In addition, it is preferable that the ratio of the Y-direction width of range S3 to the Y-direction dimension of member 21 ((Y-direction width of range S3 [mm]) / (Y-direction dimension of member 21 [mm])) is 0.8 or less, and it is even more preferable that it is 0.6 or less.

また、図9は、折曲部としての照射位置P3を中心として所定距離以内となる光源出力を相対的に低くする範囲S1(ハッチングを施した領域)、および当該範囲S1から外れて光源出力を相対的に高くする範囲S2の一例を示す平面図である。範囲S1は、第一範囲および所定領域の一例であり、範囲S2は、第二範囲および他の所定領域の一例である。このように、折曲部としての照射位置P2~P5から所定距離以内となる範囲(第一範囲)に含まれる照射位置における光源出力(パワー)を、当該範囲から外れた範囲(第二範囲)に含まれる照射位置における光源出力よりも低く設定することにより、例えば、範囲S1におけるスパッタの発生を抑制できるという利点が得られる。なお、折曲部は、レーザ光の走査方向が所定の角度(例えば、45度)以上変化する場合であって、レーザ光の走査軌跡の曲率半径が所定の値(例えば、1.0mm)以下となる領域と定義することができる。 FIG. 9 is a plan view showing an example of a range S1 (hatched area) in which the light source output is relatively low within a predetermined distance from the irradiation position P3 as a bending portion, and a range S2 in which the light source output is relatively high outside the range S1. The range S1 is an example of a first range and a predetermined area, and the range S2 is an example of a second range and another predetermined area. In this way, by setting the light source output (power) at the irradiation position included in the range (first range) within a predetermined distance from the irradiation positions P2 to P5 as a bending portion to be lower than the light source output at the irradiation position included in the range (second range) outside the range, for example, the occurrence of sputtering in the range S1 can be suppressed. Note that the bending portion can be defined as a region in which the scanning direction of the laser light changes by a predetermined angle (for example, 45 degrees) or more, and the radius of curvature of the scanning trajectory of the laser light is a predetermined value (for example, 1.0 mm) or less.

[走査経路の照射位置による走査速度の変更]
図7のような照射位置に応じた光源出力の変化により、端部21a,22aの単位面積あたりのレーザ光の照射エネルギ、すなわち端部21a,22aに対する照射エネルギ密度の、場所による差(ばらつき)が小さくなっていると考えることができる。
[Changing the scanning speed depending on the irradiation position of the scanning path]
It can be considered that the change in light source output according to the irradiation position as shown in Figure 7 reduces the location-specific difference (variation) in the laser light irradiation energy per unit area of the ends 21a and 22a, i.e., the irradiation energy density for the ends 21a and 22a.

照射エネルギ密度は、端部21a,22aにおけるレーザ光Lの走査速度が低いほど高くなり、走査速度が高いほど低くなる。したがって、例えば、中間位置Pm1,Pm2,Pm4,Pm5のような、端縁21a1,21a2,22a1,22a2や、折曲部としての照射位置P2~P5から比較的遠い照射位置においては、相対的に走査速度を遅くし、端縁21a1,21a2,22a1,22a2あるいは照射位置P2~P5に近づくほど、走査速度を高くしてもよい。この場合、折曲部としての照射位置P2~P5あるいはその近傍において、走査速度を高くするのが難しい場合には、光源出力を低くしてもよい。The lower the scanning speed of the laser light L at the ends 21a and 22a, the higher the irradiation energy density, and the higher the scanning speed, the lower the irradiation energy density. Therefore, for example, at intermediate positions Pm1, Pm2, Pm4, and Pm5, which are relatively far from the edges 21a1, 21a2, 22a1, and 22a2 or the irradiation positions P2 to P5 as the bends, the scanning speed may be relatively slow, and the closer to the edges 21a1, 21a2, 22a1, and 22a2 or the irradiation positions P2 to P5, the higher the scanning speed may be. In this case, if it is difficult to increase the scanning speed at or near the irradiation positions P2 to P5 as the bends, the light source output may be lowered.

すなわち、走査速度が低いほど、光源出力を低くしてもよい。このような設定によれば、走査速度が低くなることによる照射エネルギ密度の上昇を、光源出力を低下することによって抑制することができる。逆に、光源出力が高いほど、走査速度を高くしてもよい。また、レーザ光の走査速度が所定の値以下となる場合に光源出力を低くする、より好ましくは50[%]以上低くするようにしてもよい。一例として、走査速度が当初の走査速度100[mm/sec]に対してその半分の50[mm/sec]以下になった場合に光源出力をより低くすればよい。この場合、所定の値は、当初の走査速度の半分の値であり、閾値速度とも称されうる。このような設定によれば、光源出力が高くなることによる照射エネルギ密度の上昇を、走査速度を高くすることによって抑制することができる。走査速度は、レーザ光の照射状態の一例である。That is, the lower the scanning speed, the lower the light source output may be. According to such a setting, the increase in the irradiation energy density due to the lower scanning speed can be suppressed by lowering the light source output. Conversely, the higher the light source output, the higher the scanning speed may be. In addition, the light source output may be lowered when the scanning speed of the laser light is equal to or lower than a predetermined value, more preferably by 50% or more. As an example, when the scanning speed is equal to or lower than 50 mm/sec, which is half of the initial scanning speed of 100 mm/sec, the light source output may be lowered. In this case, the predetermined value is half the value of the initial scanning speed, and may also be referred to as the threshold speed. According to such a setting, the increase in the irradiation energy density due to the higher light source output can be suppressed by increasing the scanning speed. The scanning speed is an example of the irradiation state of the laser light.

また、対象物Wのレーザ光の照射方向に垂直な断面の面積が30[mm]以下、より好ましくは20[mm]以下、さらに好ましくは10[mm]以下である場合には、スパッタの発生頻度が増大、および溶融池が端部21a,22aからこぼれ落ちてしまうことを好適に抑制することができるため好ましい。 Furthermore, it is preferable for the cross-sectional area of the target object W perpendicular to the irradiation direction of the laser light to be 30 mm 2 or less, more preferably 20 mm 2 or less, and even more preferably 10 mm 2 or less, since this can effectively prevent an increase in the frequency of spattering and the molten pool from spilling over the ends 21a, 22a.

[他の制御例]
走査開始時においては、走査開始後に比べて、端部21a,22aの温度の上昇速度が遅い。かと言って、第一レーザ光の光源出力を高くすると、キーホールが生じて局所的には温度が高くなり、溶融池が不安定になり、スパッタが発生してしまう虞がある。そこで、照射位置P1における第二レーザ光の光源出力を、走査開始後の第二レーザ光の光源出力よりも高くしてもよい。このような設定によれば、吸収率がより高い第二レーザ光の照射によって、端部21a,22aの温度をより緩やかに高めることができ、より安定的に溶融池を形成し、ひいてはスパッタの発生を抑制することができる。
[Other control examples]
At the start of scanning, the temperature of the ends 21a, 22a increases at a slower rate than after the start of scanning. However, if the light source output of the first laser beam is increased, keyholes may be generated, causing localized temperature increases, making the molten pool unstable and causing spatters. Therefore, the light source output of the second laser beam at the irradiation position P1 may be set higher than the light source output of the second laser beam after the start of scanning. With this setting, the temperature of the ends 21a, 22a can be increased more slowly by irradiating the second laser beam, which has a higher absorptivity, and the molten pool can be formed more stably, thereby suppressing the occurrence of spatters.

また、制御装置200は、センサ150によって取得された画像から溶融池の表面の移動量(振幅)を取得し、当該移動量が大きくなった場合に、照射エネルギ密度が低くなるよう、レーザ光Lの光源出力を低くしたり、レーザ光Lの走査速度を高くしたりしてもよい。具体的には、例えば、制御装置200は、レーザ装置110を制御することにより、移動量が閾値を超えた場合に光源出力を低くしたり、あるいは移動量が大きくなるほど光源出力を低くしたりすることができる。また、制御装置は、ガルバノスキャナ126や駆動機構140を制御することにより、移動量が閾値を超えた場合に走査速度を高くしたり、移動量が大きくなるほど走査速度を高くしたりすることができる。このような制御によれば、溶融池をより安定化することができ、ひいてはスパッタの発生を抑制することができる。The control device 200 may also obtain the amount of movement (amplitude) of the surface of the molten pool from the image acquired by the sensor 150, and when the amount of movement becomes large, the control device 200 may lower the light source output of the laser light L or increase the scanning speed of the laser light L so that the irradiation energy density is reduced. Specifically, for example, the control device 200 can control the laser device 110 to lower the light source output when the amount of movement exceeds a threshold, or to lower the light source output as the amount of movement becomes larger. The control device can also control the galvano scanner 126 and the drive mechanism 140 to increase the scanning speed when the amount of movement exceeds a threshold, or to increase the scanning speed as the amount of movement becomes larger. Such control can further stabilize the molten pool, and thus suppress the occurrence of spatter.

さらに、制御装置200は、センサ150によって取得された画像から溶融池の温度を取得し、当該溶融池の温度に基づいて、例えば、溶融池の温度が所定範囲内に収まるよう、照射位置に応じたレーザ光の照射状態、すなわち光源出力や走査速度を制御することができる。具体的には、例えば、制御装置200は、レーザ装置110を制御することにより、温度が閾値を超えた場合に光源出力を低くしたり、あるいは温度が高くなるほど光源出力を低くしたりすることができる。また、制御装置は、ガルバノスキャナ126や駆動機構140を制御することにより、温度が閾値を超えた場合に走査速度を高くしたり、温度が高くなるほど走査速度を高くしたりすることができる。このような制御によれば、溶融池をより安定化することができ、ひいてはスパッタの発生を抑制することができる。センサ150は、溶融池から出力される放射光の状態を検出するものであってもよい。この場合、センサ150によって検出可能な、溶融池の温度に応じて変化する放射光の状態としては、例えば、強度や、波長等がある。制御装置200は、センサ150の検出値から、当該検出値と温度との相関関係に基づいて、溶融池の温度を取得し、例えば、溶融池の温度が所定範囲内に収まるよう、照射位置に応じたレーザ光の照射状態、すなわち光源出力や走査速度を制御することができる。 Furthermore, the control device 200 can obtain the temperature of the molten pool from the image obtained by the sensor 150, and based on the temperature of the molten pool, for example, control the irradiation state of the laser light according to the irradiation position, that is, the light source output and the scanning speed, so that the temperature of the molten pool falls within a predetermined range. Specifically, for example, the control device 200 can control the laser device 110 to lower the light source output when the temperature exceeds a threshold value, or to lower the light source output as the temperature increases. In addition, the control device can increase the scanning speed when the temperature exceeds a threshold value, or to increase the scanning speed as the temperature increases, by controlling the galvanometer scanner 126 and the driving mechanism 140. Such control can further stabilize the molten pool, and thus suppress the occurrence of spatters. The sensor 150 may detect the state of the radiation light output from the molten pool. In this case, the state of the radiation light that changes according to the temperature of the molten pool and can be detected by the sensor 150 includes, for example, intensity and wavelength. The control device 200 obtains the temperature of the molten pool from the detection value of the sensor 150 based on the correlation between the detection value and the temperature, and can control the irradiation state of the laser light, i.e., the light source output and scanning speed, according to the irradiation position so that the temperature of the molten pool falls within a predetermined range, for example.

[走査経路の別の例]
図10は、端部21a,22aにおけるレーザ光Lの走査経路R2の一例を示す平面図である。図10の例では、レーザ光Lは、Z方向と交差する方向に、走査経路R2に沿って走査される。走査経路R2は、端部21a上の端縁21a1に近い照射位置P1から端縁21a2に近い照射位置P2までY方向に向かう区間R21、照射位置P2から端部22a上の端縁22a2に近い照射位置P3までX方向の反対方向に向かう区間R22、照射位置P3から端縁22a1に近い照射位置P4までY方向の反対方向に向かう区間R23、および照射位置P4から照射位置P1と同じ位置である照射位置P4までのX方向へ向かう区間R24を含んでいる。この例では、照射位置P2,P3,P4は、角度変化量が90°の折曲部となる。この場合も、照射位置P1~P4に近いほど光源出力を低くしたり走査速度を高くしたりすることにより、端部21a,22aの場所による照射エネルギ密度の差(ばらつき)を減らし、これにより、溶融池の過度な温度上昇によるスパッタの発生や、溶融池のこぼれ落ちを抑制することができる。
[Another example of a scanning path]
10 is a plan view showing an example of a scanning path R2 of the laser light L at the ends 21a and 22a. In the example of FIG. 10, the laser light L is scanned along the scanning path R2 in a direction intersecting the Z direction. The scanning path R2 includes a section R21 extending in the Y direction from an irradiation position P1 close to the edge 21a1 on the end 21a to an irradiation position P2 close to the edge 21a2, a section R22 extending in the opposite direction in the X direction from the irradiation position P2 to an irradiation position P3 close to the edge 22a2 on the end 22a, a section R23 extending in the opposite direction in the Y direction from the irradiation position P3 to an irradiation position P4 close to the edge 22a1, and a section R24 extending in the X direction from the irradiation position P4 to an irradiation position P4 that is the same position as the irradiation position P1. In this example, the irradiation positions P2, P3, and P4 are bent portions with an angle change of 90°. In this case too, by lowering the light source output and increasing the scanning speed closer to the irradiation positions P1 to P4, the difference (variation) in irradiation energy density depending on the location of the ends 21a, 22a is reduced, thereby suppressing the occurrence of spattering due to excessive temperature rise in the molten pool and the spilling of the molten pool.

[走査経路の照射位置による光源出力の変更の別の例]
図11は、端部21a,22aにおけるレーザ光Lの走査経路R100の一例を示す平面図である。図11の例では、レーザ光LのスポットS(図2参照)は、Z方向と交差する方向に、走査経路R100に沿って移動する(走査される)。走査経路R100は、スポットSの中心の移動軌跡を示している。レーザ光Lは、端部21a上で略U字状に走査された後、端部22a上で略U字状に走査される。端部21a,22aの双方において、走査経路R100は、領域A1,A2内に設定されている。端部21a上での走査経路R100の形状と、端部22a上での走査経路R100の形状とは、略同一である。また、端部21a,22a間での移動経路Tにおいては、光学ヘッド120からレーザ光Lは照射されない。
[Another example of changing the light source output depending on the irradiation position of the scanning path]
FIG. 11 is a plan view showing an example of a scanning path R100 of the laser light L at the ends 21a and 22a. In the example of FIG. 11, the spot S of the laser light L (see FIG. 2) moves (scans) along the scanning path R100 in a direction intersecting the Z direction. The scanning path R100 shows the movement trajectory of the center of the spot S. The laser light L is scanned in a substantially U-shape on the end 21a, and then scanned in a substantially U-shape on the end 22a. At both ends 21a and 22a, the scanning path R100 is set within the regions A1 and A2. The shape of the scanning path R100 on the end 21a and the shape of the scanning path R100 on the end 22a are substantially the same. In addition, the laser light L is not irradiated from the optical head 120 on the movement path T between the ends 21a and 22a.

図12は、各端部21a,22aにおけるレーザ光Lの走査経路R100の平面図である。なお、図12では、わかりやすさのため、走査経路R100は幅を持たせて描かれているが、図12中の走査経路R100の幅は、スポットSのサイズとは無関係である。12 is a plan view of the scanning path R100 of the laser light L at each end 21a, 22a. Note that in FIG. 12, the scanning path R100 is drawn with a width for ease of understanding, but the width of the scanning path R100 in FIG. 12 is unrelated to the size of the spot S.

図12に示されるように、走査経路R100は、区間R101~R109をこの順に含んでいる。スポットSは、区間R101~R105において、Y方向に直線状に移動する。次に、スポットSは、区間R106において、スポットSは、Y方向の反対方向に開放された略U字状に曲がりながら移動する。次に、スポットSは、区間R107~R109において、Y方向の反対方向に直線状に移動する。図12の例では、区間R101~R105、および区間R107~R109は、線状走査区間の一例であり、区間R106は、非線状走査区間の一例である。また、区間R101~R105は、第一区間の一例であり、区間R107~R109は、第二区間の一例である。 As shown in FIG. 12, scanning path R100 includes sections R101 to R109 in this order. Spot S moves linearly in the Y direction in sections R101 to R105. Next, spot S moves while bending in an approximately U-shape that opens in the opposite direction of the Y direction in section R106. Next, spot S moves linearly in the opposite direction of the Y direction in sections R107 to R109. In the example of FIG. 12, sections R101 to R105 and sections R107 to R109 are examples of linear scanning sections, and section R106 is an example of a non-linear scanning section. Additionally, sections R101 to R105 are an example of a first section, and sections R107 to R109 are an example of a second section.

図12の例では、区間R101~R105と区間R107~R109とが、X方向に互いに離間し、区間R106が、これら区間R101~R105および区間R107~R109と円滑に接続されるとともに、所定の半径で湾曲している。区間R106の湾曲半径は、区間R101~R105および区間R107~R109のX方向における距離の半分である。このような走査経路R100の設定により、区間R106で直線状に逆方向に(180°)折り返した場合に比べて、区間R106における照射エネルギ密度をより低くすることができ、ひいては溶融池の過度な温度上昇によるスパッタの発生や、溶融池のこぼれ落ちをより一層抑制できる場合がある。 In the example of Figure 12, sections R101-R105 and sections R107-R109 are spaced apart from each other in the X direction, and section R106 is smoothly connected to sections R101-R105 and sections R107-R109 and is curved at a predetermined radius. The curvature radius of section R106 is half the distance in the X direction between sections R101-R105 and sections R107-R109. By setting the scanning path R100 in this way, it is possible to reduce the irradiation energy density in section R106 compared to when section R106 is turned back in the opposite direction (180°) in a straight line, which may further suppress the occurrence of spattering due to excessive temperature rise in the molten pool and spilling of the molten pool.

図13は、各端部21a,22aでの図12に示された走査経路R100における光源出力(パワー)の経時変化の一例を示すグラフである。図13では、ビームB1を形成する第一レーザ光を出力するレーザ装置111の出力の合計値が実線で示され、ビームB2を形成する第二レーザ光を出力するレーザ装置112の出力の合計値が実線で示されている。 Figure 13 is a graph showing an example of the change over time in light source output (power) at each end 21a, 22a in the scanning path R100 shown in Figure 12. In Figure 13, the total value of the output of the laser device 111 that outputs the first laser light forming the beam B1 is shown by a solid line, and the total value of the output of the laser device 112 that outputs the second laser light forming the beam B2 is shown by a solid line.

図13に示されるように、ビームB2に対応した光源出力は、区間R101~R109の間で一定である。また、ビームB1に対応した光源出力は、区間R101では0であり、区間R104,R108では一定であり、区間R102,R103,R105,R107,R109では経時的に変化している。この場合、区間R101,R104,R108は、光学ヘッド120から照射されるレーザ光Lのパワーが一定の状態で照射位置(スポットS)が移動するパワー一定区間の一例である。また、区間R102,R103,R107は、光学ヘッド120から照射されるレーザ光Lのパワーが経時的に増加する状態で照射位置(スポットS)が移動するパワー増加区間の一例であり、パワー変更区間の一例である。また、区間R105,R109は、光学ヘッド120から照射されるレーザ光Lのパワーが経時的に減少する状態で照射位置(スポットS)が移動するパワー減少区間の一例である。 As shown in FIG. 13, the light source output corresponding to beam B2 is constant between sections R101 and R109. The light source output corresponding to beam B1 is 0 in section R101, is constant in sections R104 and R108, and changes over time in sections R102, R103, R105, R107, and R109. In this case, sections R101, R104, and R108 are examples of constant power sections in which the irradiation position (spot S) moves while the power of the laser light L irradiated from the optical head 120 remains constant. Sections R102, R103, and R107 are examples of power increase sections in which the irradiation position (spot S) moves while the power of the laser light L irradiated from the optical head 120 increases over time, and are examples of power change sections. Moreover, sections R105 and R109 are examples of power decreasing sections in which the irradiation position (spot S) moves while the power of the laser light L irradiated from the optical head 120 decreases over time.

図13から明らかとなるように、図12の区間R101~R105におけるY方向へのレーザ光Lの走査から、区間R107~R109におけるY方向の反対方向へのレーザ光Lの走査への折り返し区間となる区間R106における光源出力は、その前後の区間R104,R108での光源出力よりも低く、例えば80[%]以下となるように、設定されている。区間R106のような湾曲した区間や、屈曲した(折れ曲がった)区間(不図示)のような、非線状走査区間での移動中においては、レーザ光LのスポットSは比較的近くに留まるため、照射エネルギ密度が高くなりやすい。そこで、図13の例のように、非線状走査区間としての区間R106では、線状走査区間としての区間R104,R108よりも低いパワーで照射することにより、区間R106において、他の区間R101~R105,R107~R109よりも照射エネルギ密度が高くなるのを抑制し、端部21a,22aの場所による照射エネルギ密度の差(ばらつき)を減らし、ひいては溶融池の過度な温度上昇によるスパッタの発生や、溶融池のこぼれ落ちを抑制することができる。 As is clear from Figure 13, the light source output in section R106, which is a turning point from scanning of laser light L in the Y direction in sections R101-R105 in Figure 12 to scanning of laser light L in the opposite direction to the Y direction in sections R107-R109, is set to be lower than the light source output in sections R104 and R108 before and after it, for example 80% or less. During movement in a non-linear scanning section such as a curved section like section R106 or a bent (knee-shaped) section (not shown), the spot S of the laser light L remains relatively close, so the irradiation energy density tends to be high. Therefore, as in the example of Figure 13, in section R106 as a non-linear scanning section, irradiation is performed with a lower power than in sections R104 and R108 as linear scanning sections, thereby preventing the irradiation energy density in section R106 from being higher than in the other sections R101 to R105 and R107 to R109, reducing the difference (variation) in irradiation energy density depending on the location of the ends 21a and 22a, and ultimately preventing spattering due to excessive temperature rise in the molten pool and spilling over of the molten pool.

また、区間R102,R103,R107のように、光源出力が経時的に増加する区間が設けられることにより、溶融池の過度な温度上昇によるスパッタの発生や、溶融池のこぼれ落ちを抑制することができる。なお、経時的な増加は、漸増であってもよいし、段階的な増加であってもよい。 In addition, by providing sections in which the light source output increases over time, such as sections R102, R103, and R107, it is possible to suppress the occurrence of spattering due to an excessive increase in the temperature of the molten pool and the spilling of the molten pool. Note that the increase over time may be a gradual increase or a stepwise increase.

さらに、区間R105,R109のように、光源出力が経時的に減少する区間が設けられることにより、溶融池の急激な温度下降によるキーホールの消滅のような溶融池の動きの増加に伴うボイドの発生やスパッタの発生を抑制することができる。なお、経時的な減少は、漸減であってもよいし、段階的な減少であってもよい。 Furthermore, by providing sections in which the light source output decreases over time, such as sections R105 and R109, it is possible to suppress the occurrence of voids and spatters that accompany increased movement of the molten pool, such as the disappearance of a keyhole due to a sudden drop in temperature of the molten pool. The decrease over time may be a gradual decrease or a step-by-step decrease.

また、溶融池の状態が穏やかになるよう、区間R102,R103,R105,R107,R109におけるパワーの増加率あるいは減少率(変化率)の値は、適宜に設定することができるし、増加率あるいは減少率(変化率)は、経時的に変化させてもよい。 In addition, in order to stabilize the state of the molten pool, the values of the power increase or decrease rate (rate of change) in sections R102, R103, R105, R107, and R109 can be set appropriately, and the increase or decrease rate (rate of change) may be changed over time.

また、図13の例では、区間R104における光源出力、すなわち、スポットSがY方向に移動している区間R101~R105における光源出力の最大値と、区間R108における光源出力、すなわち、スポットSがY方向の反対方向に移動している区間R107~R109における光源出力の最大値とが、同じである。この場合、例えば、より多くのエネルギをより短時間で投入することができる分、処理時間をより短くできたり、あるいはレーザ装置111,112の作動の管理をより容易に行うことができたり、といった利点が得られる。13, the light source output in section R104, i.e., the maximum value of the light source output in sections R101 to R105 where the spot S moves in the Y direction, is the same as the light source output in section R108, i.e., the maximum value of the light source output in sections R107 to R109 where the spot S moves in the opposite direction to the Y direction. In this case, for example, advantages are obtained such as the fact that more energy can be input in a shorter period of time, thereby shortening the processing time, or making it easier to manage the operation of the laser devices 111 and 112.

また、第二レーザ光は、材料における吸収率が比較的高いものの、波長が短く収束性が比較的低いため、エネルギを効率良く与えにくい。他方、第一レーザ光は、材料における吸収率が比較的低い反面、波長が長く収束性が比較的高いため、対象物Wにエネルギをより効率良く与えやすい。したがって、第二レーザ光の照射によって、第一レーザ光を照射する前の段階で対象物Wを予備的に加熱し、第一レーザ光の照射によって、対象物Wを溶融するエネルギを投入することで、対象物Wの急激な温度変化を抑制しながら、より効率良く対象物Wを溶融することができる。Furthermore, although the second laser light has a relatively high absorptivity in materials, it has a short wavelength and relatively low convergence, making it difficult to efficiently apply energy to the material. On the other hand, although the first laser light has a relatively low absorptivity in materials, it has a long wavelength and relatively high convergence, making it easier to efficiently apply energy to the object W. Therefore, by irradiating the object W with the second laser light, the object W is preliminarily heated at a stage before irradiating the first laser light, and by irradiating the object W with the first laser light, energy for melting the object W is input, and the object W can be melted more efficiently while suppressing a sudden change in temperature of the object W.

このような観点から、図13に示されるように、第一レーザ光のビームB1を照射する前の段階から照射しておく、すなわち区間R101において、第一レーザ光のビームB1を照射せず第二レーザ光のビームB2のみを照射しておくのが好ましい。この場合、図12に示されるように、第二レーザ光の照射開始位置Ps0と、第一レーザ光の照射開始位置Ps1とが互いに異なることになる。なお、図12の例では、Y方向における第一レーザ光および第二レーザ光の照射終了位置Peは、Y方向における第二レーザ光の照射開始位置Ps0、およびY方向における第一レーザ光の照射開始位置Ps1の双方と相違しているが、これには限定されず、これらの相対的な位置関係は、溶融池の状態が穏やかになるよう、適宜に設定されうる。From this viewpoint, as shown in FIG. 13, it is preferable to irradiate the first laser beam B1 from a stage before the irradiation, that is, in section R101, irradiate only the second laser beam B2 without irradiating the first laser beam B1. In this case, as shown in FIG. 12, the irradiation start position Ps0 of the second laser beam and the irradiation start position Ps1 of the first laser beam are different from each other. In the example of FIG. 12, the irradiation end position Pe of the first laser beam and the second laser beam in the Y direction is different from both the irradiation start position Ps0 of the second laser beam in the Y direction and the irradiation start position Ps1 of the first laser beam in the Y direction, but this is not limited to this, and the relative positional relationship between them can be appropriately set so that the state of the molten pool is gentle.

また、第二レーザ光は、照射開始時点においては、一定時間、走査することなく定点照射してもよい。これにより、対象物Wの温度を、より速やかに適宜な温度まで上昇させ、対象物Wの加工をより効率良く行うことができる場合がある。In addition, the second laser light may be irradiated at a fixed point for a certain period of time without scanning at the start of irradiation. This may allow the temperature of the object W to be raised to an appropriate temperature more quickly, and the object W to be processed more efficiently.

また、対象物Wの急激な温度変化を抑制しながら、より効率良く対象物Wを溶融する観点から、図13の例のように、第二レーザ光の光源出力は経時的に略一定とし、第一レーザ光の光源出力は経時的に変化させるのが好ましい。In addition, from the viewpoint of more efficiently melting the object W while suppressing abrupt temperature changes in the object W, it is preferable to keep the light source output of the second laser light approximately constant over time and to vary the light source output of the first laser light over time, as in the example of Figure 13.

[走査経路の照射位置による光源出力の変更のさらに別の例]
図14は、各端部21a,22aでの図12に示された走査経路R100における光源出力(パワー)の経時変化の別の一例を示すグラフである。図14でも、ビームB1を形成する第一レーザ光を出力するレーザ装置111の出力の合計値が実線で示され、ビームB2を形成する第二レーザ光を出力するレーザ装置112の出力の合計値が実線で示されている。
[Yet another example of changing the light source output depending on the irradiation position of the scanning path]
Fig. 14 is a graph showing another example of the change over time of the light source output (power) at each end 21a, 22a in the scanning path R100 shown in Fig. 12. In Fig. 14 as well, the total value of the output of the laser device 111 that outputs the first laser light forming the beam B1 is shown by a solid line, and the total value of the output of the laser device 112 that outputs the second laser light forming the beam B2 is shown by a solid line.

図13と図14とを比較すれば明らかとなるように、図14の例では、区間R104における光源出力を、区間R108における光源出力よりも低く設定している。発明者の実験的な研究により、区間R102,R103において、レーザ装置111の光源出力が低い状態から急激に上昇すると、溶融池の動きが激しくなり、スパッタが生じやすい場合があることが判明した。そこで、図14の例では、区間R104における光源出力を、区間R108における光源出力よりも低く設定している。言い換えると、区間R101~R105における光源出力の最大値を、区間R107~区間R109における光源出力の最大値よりも低く設定している。これにより、溶融池の状態をより穏やかにし、スパッタを抑制することができる。なお、区間R104における光源出力の値は、図14の例では、区間R106における光源出力と同じ値に設定されているが、これには限定されず、例えば、区間R106における光源出力より大きく、かつ区間R108の光源出力より低く設定するなど、適宜に変更して設定することができる。 As is clear from a comparison of Figures 13 and 14, in the example of Figure 14, the light source output in section R104 is set lower than the light source output in section R108. Experimental research by the inventors has revealed that in sections R102 and R103, if the light source output of the laser device 111 rises suddenly from a low state, the movement of the molten pool becomes more violent and spatter may be more likely to occur. Therefore, in the example of Figure 14, the light source output in section R104 is set lower than the light source output in section R108. In other words, the maximum value of the light source output in sections R101 to R105 is set lower than the maximum value of the light source output in sections R107 to R109. This makes it possible to make the state of the molten pool more gentle and suppress spatter. In the example of Figure 14, the value of the light source output in section R104 is set to the same value as the light source output in section R106, but this is not limited to this and can be changed and set as appropriate, for example, to a value greater than the light source output in section R106 and lower than the light source output in section R108.

また、図11~14に示す例においては、光源出力の増大を、適宜走査速度の減少に置き換えてもよいし、光源出力の減少を、適宜走査速度の増加に置き換えてもよい。 In addition, in the examples shown in Figures 11 to 14, an increase in light source output may be appropriately replaced by a decrease in scanning speed, and a decrease in light source output may be appropriately replaced by an increase in scanning speed.

[走査経路のさらに別の例]
図15は、端部21a,22aにおけるレーザ光Lの走査経路R100の一例を示す平面図である。図15の例でも、レーザ光Lは、端部21a,22a上で略U字状に走査されている。ただし、図15の例では、レーザ光Lは、少なくとも部分的に、領域A1,A2とは外れた領域、すなわち、端部21a,22aのうち一方の端部のX方向の中心C1,C2よりも他方の端部から遠い領域において、走査されている。このような走査経路R100においてレーザ光Lを走査した場合にあっても、所要の溶接部23を形成できるとともに、溶融池の過度な温度上昇によるスパッタの発生や、溶融池のこぼれ落ちを抑制できる場合がある。
Yet another example of a scanning path
Fig. 15 is a plan view showing an example of a scanning path R100 of the laser light L at the end portions 21a, 22a. In the example of Fig. 15, the laser light L also scans the end portions 21a, 22a in a substantially U-shaped manner. However, in the example of Fig. 15, the laser light L scans at least partially in an area outside the areas A1, A2, i.e., an area farther from one end of the end portions 21a, 22a than the center C1, C2 in the X direction of the other end. Even when the laser light L scans along such a scanning path R100, it may be possible to form the required welded portion 23 and to suppress the generation of spatters due to an excessive temperature rise in the molten pool and the spilling of the molten pool.

以上、説明したように、本実施形態によれば、端部21a,22aのレーザ光を照射する領域において場所によるレーザ光の照射エネルギ密度の差が小さくなるよう、レーザ光の照射位置に応じてレーザ光の照射状態を変更することができる。これにより、溶融池の温度の過度な上昇を抑制することができ、ひいては、スパッタの発生を抑制できたり、溶融池の過度な成長によるこぼれ落ちを抑制できたり、といった種々の効果が得られる。As described above, according to this embodiment, the state of irradiation of the laser light can be changed according to the irradiation position of the laser light so that the difference in the irradiation energy density of the laser light depending on the location in the region where the laser light is irradiated at the ends 21a and 22a is reduced. This makes it possible to suppress an excessive increase in the temperature of the molten pool, and thus to obtain various effects such as suppressing the occurrence of spattering and suppressing spillage due to excessive growth of the molten pool.

以上、本発明の実施形態および変形例が例示されたが、上記実施形態および変形例は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック(構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等)は、適宜に変更して実施することができる。 Although the above describes embodiments and variations of the present invention, the above embodiments and variations are merely examples and are not intended to limit the scope of the invention. The above embodiments and variations can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, combinations, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Furthermore, the specifications of each configuration, shape, etc. (structure, type, direction, model, size, length, width, thickness, height, number, arrangement, position, material, etc.) can be modified as appropriate.

例えば、上記実施形態では、対象物は、平角線であったが、対象物はこれには限定されず、他の導線や、他の金属部材であってもよい。また、対象物は、三つ以上の部材を含んでもよい。また、対象物に含まれる複数の部材は、同一の部材でなくてもよい。また、対象物は、並べられたり突き合わせられたりした複数の部材には限定されず、重ね合わせられた複数の部材であってもよい。For example, in the above embodiment, the object was a rectangular wire, but the object is not limited to this and may be other conductive wires or other metal components. The object may also include three or more components. The multiple components included in the object do not have to be the same component. The object is not limited to multiple components lined up or butted together and may be multiple components stacked on top of each other.

例えば、レーザ光の照射に際し、公知のウォブリングや、ウィービング、出力変調等が行われ、溶融池の表面積が調節されてもよい。For example, when irradiating the laser light, known wobbling, weaving, output modulation, etc. may be performed to adjust the surface area of the molten pool.

また、走査される位置、すなわち照射領域や、走査経路は、上述した例には限定されず、種々に設定することができる。 Furthermore, the scanned position, i.e., the irradiation area and the scanning path, are not limited to the examples described above and can be set in various ways.

また、本発明は、以下のような形態によって実施することができる。
(21)
本発明のレーザ溶接方法では、前記パワー変更区間の少なくとも一部において、レーザ光の照射位置の移動に応じた照射するレーザ光のパワーの増加率またはパワーの減少率が経時的に変化してもよい。
(22)
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、前記第一端部または前記第二端部のうち所定領域に前記レーザ光を照射する場合、他の所定領域に前記レーザ光を照射する場合よりも低い出力で前記レーザ光を照射してもよい。
(23)
前記レーザ溶接方法では、前記所定領域は、前記レーザ光の走査経路における折曲部を含み、前記他の所定領域は、前記所定領域以外の領域であってもよい。
(24)
前記レーザ溶接方法では、前記所定領域は、前記第一端部の端縁領域であり、前記他の所定領域は、前記第一端部の当該端縁領域以外の領域であってもよい。
(25)
前記レーザ溶接方法では、前記所定領域は、前記第一端部の端縁領域であり、前記他の所定領域は、前記第一端部の前記所定の方向における中央を含んでもよい。
(26)
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、レーザ光の照射位置に応じて前記第一端部または前記第二端部におけるレーザ光の走査速度を変更してもよい。
(27)
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、前記第一端部または前記第二端部におけるレーザ光の走査速度が低いほど、照射するレーザ光のパワーを低くしてもよい。
(28)
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、前記第一端部または前記第二端部におけるレーザ光の走査経路の曲率半径が大きいほど、照射するレーザ光のパワーを高くするかあるいは走査速度を低くしてもよい。
(29)
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、前記第一端部または前記第二端部におけるレーザ光の照射位置の走査経路が、直線状に走査される第一区間と、当該第一区間の端に位置した折曲部で折れ曲がり前記第一区間の走査方向とは異なる方向に直線状に走査される第二区間と、前記第一区間、前記第二区間、または前記折曲部において、前記折曲部から所定距離以内の第一範囲と、前記第一区間または前記第二区間において、前記第一範囲から外れ、当該第一範囲よりも高いパワーでレーザ光を照射するレーザ光を照射する第二範囲と、を含んでもよい。
(30)
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、前記第一端部または前記第二端部におけるレーザ光の照射位置の走査経路が、直線状に走査される第一区間と、当該第一区間の端に位置した折曲部で折れ曲がり前記第一区間の走査方向とは異なる方向に直線状に走査される第二区間と、を含み、前記第一区間から前記第二区間に向けて前記折曲部を通過する際に一時的に照射するレーザ光のパワーを低下させる折曲走査区間であって、前記第一区間における走査方向から前記第二区間における走査方向への角度変化量が異なる複数の折曲走査区間を有し、前記複数の折曲走査区間において、前記角度変化量が大きいほど、一時的なパワーの低下量が大きくてもよい。
(31)
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、前記第一端部または前記第二端部におけるレーザ光の照射位置の走査経路が、前記第一端部または前記第二端部の端縁に近い照射端部と、当該照射端部よりも前記端縁から遠い照射位置と、を含む第四区間を含み、前記第四区間では、前記照射位置が前記照射端部に近いほどより低いパワーでレーザ光を照射してもよい。
(32)
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、前記第一端部または前記第二端部におけるレーザ光の照射位置の走査経路が、前記第一端部または前記第二端部の端縁に近い照射端部と、当該照射端部よりも前記端縁から遠い照射位置と、を含む第四区間と、前記第四区間または前記照射端部において、前記端縁または前記照射端部から所定距離以内の第三範囲と、前記第四区間において、前記第三範囲から外れ、前記第三範囲よりも高いパワーでレーザ光を照射する第四範囲と、を含んでもよい。
(33)
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、走査開始位置において、走査開始後の照射位置よりも高いパワーで第二レーザ光を照射してもよい。
(34)
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、溶融池の温度を検出し、当該溶融池の温度が高いほど照射エネルギ密度が低くなるよう、レーザ光の照射位置に応じてレーザ光の照射状態を変更してもよい。
(35)
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光を照射する工程において、溶融池の動きを検出し、当該溶融池の動きが大きいほど照射エネルギ密度が低くなるよう、レーザ光の照射位置に応じてレーザ光の照射状態を変更してもよい。
(36)
前記レーザ溶接方法では、前記第一部材および前記第二部材の金属材料は、それぞれ銅系金属およびアルミニウム系金属のうちのいずれかであってもよい。
(37)
前記レーザ溶接方法では、前記第一部材および前記第二部材の金属材料は、導電材料であってもよい。
(38)
本発明のレーザ溶接方法は、金属材料で作られた第一部材と金属材料で作られた第二部材とをレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記第一部材および前記第二部材のうち少なくとも一方に、走査しながらレーザ光を照射する工程と、前記レーザ光を照射する工程において前記第一部材と前記第二部材とに渡って形成された溶融池を固化する工程と、を備え、前記レーザ光を照射する工程では、溶融池の温度または溶融池から出力された放射光の状態に基づいて、レーザ光の照射位置に応じたレーザ光の照射状態を変更してもよい。
Furthermore, the present invention can be implemented in the following forms.
(21)
In the laser welding method of the present invention, in at least a portion of the power change section, a rate of increase or decrease in the power of the irradiated laser light in response to movement of the irradiation position of the laser light may change over time.
(22)
In the laser welding method, in the step of irradiating the laser light, when the laser light is irradiated to a specified region of the first end portion or the second end portion, the laser light may be irradiated with a lower output than when the laser light is irradiated to another specified region.
(23)
In the laser welding method, the predetermined region may include a bent portion in a scanning path of the laser light, and the other predetermined region may be a region other than the predetermined region.
(24)
In the laser welding method, the predetermined region may be an edge region of the first end portion, and the other predetermined region may be a region of the first end portion other than the edge region.
(25)
In the laser welding method, the predetermined region may be an edge region of the first end portion, and the other predetermined region may include a center of the first end portion in the predetermined direction.
(26)
In the laser welding method, in the step of irradiating the laser light, a scanning speed of the laser light at the first end portion or the second end portion may be changed depending on an irradiation position of the laser light.
(27)
In the laser welding method, in the step of irradiating the laser light, the power of the irradiated laser light may be lowered as the scanning speed of the laser light at the first end portion or the second end portion is lower.
(28)
In the laser welding method, in the step of irradiating laser light, the power of the irradiated laser light may be increased or the scanning speed may be decreased as the radius of curvature of the scanning path of the laser light at the first end or the second end becomes larger.
(29)
In the laser welding method, in the step of irradiating the laser light, a scanning path of the irradiation position of the laser light at the first end or the second end may include a first section scanned linearly, a second section bent at a bending portion located at an end of the first section and scanned linearly in a direction different from the scanning direction of the first section, a first range within a predetermined distance from the bending portion in the first section, the second section, or the bending portion, and a second range in the first section or the second section that is outside the first range and is irradiated with laser light at a power higher than that of the first range.
(30)
In the laser welding method, in the step of irradiating the laser light, a scanning path of the irradiation position of the laser light at the first end or the second end includes a first section scanned linearly, and a second section bent at a bend located at an end of the first section and scanned linearly in a direction different from the scanning direction of the first section, the bent scanning section temporarily reduces the power of the laser light irradiated when passing through the bend from the first section to the second section, the bent scanning section having a plurality of bent scanning sections with different amounts of angle change from the scanning direction in the first section to the scanning direction in the second section, and the larger the amount of angle change in the plurality of bent scanning sections, the greater the amount of temporary power reduction.
(31)
In the laser welding method, in the step of irradiating the laser light, a scanning path of the irradiation position of the laser light at the first end or the second end includes a fourth section including an irradiation end close to an edge of the first end or the second end and an irradiation position farther from the edge than the irradiated end, and in the fourth section, the laser light may be irradiated with a lower power the closer the irradiation position is to the irradiated end.
(32)
In the laser welding method, in the step of irradiating the laser light, a scanning path of the irradiation position of the laser light at the first end or the second end may include a fourth section including an irradiation end close to an edge of the first end or the second end and an irradiation position farther from the edge than the irradiated end, a third range in the fourth section or the irradiated end within a predetermined distance from the edge or the irradiated end, and a fourth range in the fourth section that is outside the third range and is irradiated with laser light at a power higher than that of the third range.
(33)
In the laser welding method, in the step of irradiating the laser light, the second laser light may be irradiated at the scanning start position with a power higher than that at the irradiation position after the scanning start.
(34)
In the laser welding method, in the process of irradiating the laser light, the temperature of the molten pool may be detected, and the irradiation state of the laser light may be changed depending on the irradiation position of the laser light so that the irradiation energy density becomes lower as the temperature of the molten pool becomes higher.
(35)
In the laser welding method, in the step of irradiating the laser light, the movement of the molten pool may be detected, and the irradiation state of the laser light may be changed depending on the irradiation position of the laser light so that the irradiation energy density becomes lower as the movement of the molten pool becomes larger.
(36)
In the laser welding method, the metallic materials of the first member and the second member may each be any one of a copper-based metal and an aluminum-based metal.
(37)
In the laser welding method, the metallic material of the first member and the second member may be a conductive material.
(38)
The laser welding method of the present invention is a laser welding method for laser welding a first member made of a metallic material and a second member made of a metallic material, and includes the steps of irradiating at least one of the first member and the second member with a laser beam while scanning the first member and the second member, and solidifying a molten pool formed across the first member and the second member in the step of irradiating the laser beam. In the step of irradiating the laser beam, the irradiation state of the laser beam may be changed according to the irradiation position of the laser beam based on the temperature of the molten pool or the state of the radiation light output from the molten pool.

本発明は、レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置に利用することができる。 The present invention can be used in laser welding methods and laser welding apparatus.

10…平角線
20…部材
20a…端部
21…部材(第一部材)
21a…端部(第一端部)
21a1,21a2…端縁
22…部材(第二部材)
22a…端部(第二端部)
22a1,22a2…端縁
23…溶接部(溶融池)
30…被覆
100…レーザ溶接装置
110,111,112…レーザ装置(光源)
120…光学ヘッド
121…コリメートレンズ
122…集光レンズ
123…フィルタ
124…ミラー
125…DOE
126…ガルバノスキャナ
126a,126b…ミラー
130…光ファイバ
140…駆動機構
150…センサ
200…制御装置
g…隙間
A1…領域
A2…領域
B1,B2…ビーム
C1…中心
C2…中心
D1,D2…低下量
IA1,IA2…照射領域
L…レーザ光
P1,P6…照射位置
P2~P5…照射位置(折曲部)
Pe…照射終了位置
Pm1,Pm2,Pm4,Pm5…中間位置
Ps0,Ps1…照射開始位置
R1,R2,R100…走査経路
R11~R15…区間(第一区間、第二区間)
R21~R24…区間(第一区間、第二区間)
R101…区間(第一区間、線状走査区間、パワー一定区間)
R102…区間(第一区間、線状走査区間、パワー変更区間、パワー増加区間)
R103…区間(第一区間、線状走査区間、パワー変更区間、パワー増加区間)
R104…区間(第一区間、線状走査区間、パワー一定区間)
R105…区間(第一区間、線状走査区間、パワー変更区間、パワー減少区間、パワー一定区間)
R106…区間(非線状走査区間、パワー一定区間)
R107…区間(第二区間、線状走査区間、パワー変更区間、パワー増加区間)
R108…区間(第二区間、線状走査区間、パワー一定区間)
R109…区間(第二区間、線状走査区間、パワー変更区間、パワー増加区間)
S…スポット
S1…範囲(第一範囲)
S2…範囲(第二範囲)
S3…範囲(第三範囲)
S4…範囲(第四範囲)
T…移動経路
W…対象物
X…方向(第二方向)
Y…方向(第三方向)
Z…方向(第一方向)
10... Flat wire 20... Member 20a... End 21... Member (first member)
21a... End (first end)
21a1, 21a2... Edge 22... Member (second member)
22a... End (second end)
22a1, 22a2...edge 23...weld portion (molten pool)
30... Coating 100... Laser welding device 110, 111, 112... Laser device (light source)
120: Optical head 121: Collimator lens 122: Condenser lens 123: Filter 124: Mirror 125: DOE
126... Galvano scanner 126a, 126b... Mirror 130... Optical fiber 140... Driving mechanism 150... Sensor 200... Control device g... Gap A1... Area A2... Area B1, B2... Beam C1... Center C2... Center D1, D2... Lowering amount IA1, IA2... Irradiation area L... Laser light P1, P6... Irradiation positions P2 to P5... Irradiation position (bending portion)
Pe: Irradiation end position Pm1, Pm2, Pm4, Pm5: Intermediate positions Ps0, Ps1: Irradiation start positions R1, R2, R100: Scanning path R11 to R15: Section (first section, second section)
R21 to R24: Section (first section, second section)
R101: Section (first section, linear scanning section, constant power section)
R102: Section (first section, linear scanning section, power change section, power increase section)
R103: Section (first section, linear scanning section, power change section, power increase section)
R104: Section (first section, linear scanning section, constant power section)
R105...section (first section, linear scanning section, power change section, power decrease section, constant power section)
R106: Section (non-linear scanning section, constant power section)
R107: Section (second section, linear scanning section, power change section, power increase section)
R108: Section (second section, linear scanning section, constant power section)
R109: Section (second section, linear scanning section, power change section, power increase section)
S... Spot S1... Range (first range)
S2: Range (second range)
S3: Range (third range)
S4: Range (fourth range)
T...movement path W...object X...direction (second direction)
Y direction (third direction)
Z…direction (first direction)

Claims (7)

金属材料で作られた第一部材の第一方向の第一端部と、金属材料で作られた第二部材の前記第一方向の第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
前記第一端部および前記第二端部を前記第一方向と交差した第二方向に隣り合うように配置する工程と、
前記第一端部および前記第二端部のうち少なくとも一方に、前記第一方向と交差した所定の方向に走査しながらレーザ光を照射する工程と、
前記レーザ光を照射する工程において前記第一端部と前記第二端部との間で掛け渡された状態で形成された溶融池を固化する工程と、
を備え、
前記レーザ光を照射する工程において
前記第一端部または前記第二端部のレーザ光を照射する領域、レーザ光の照射位置に応じて照射するレーザ光のパワーを変更し、
前記第一端部または前記第二端部におけるレーザ光の照射位置の走査経路が、直線状に走査される線状走査区間と、湾曲または屈曲して走査される非線状走査区間と、を含み、
前記非線状走査区間において、前記線状走査区間の少なくとも一部に対して照射するレーザ光のパワーよりも低いパワーでレーザ光を照射する、レーザ溶接方法。
A laser welding method for laser welding a first end portion in a first direction of a first member made of a metallic material and a second end portion in the first direction of a second member made of a metallic material, the method comprising:
Arranging the first end portion and the second end portion so as to be adjacent to each other in a second direction intersecting the first direction;
irradiating at least one of the first end portion and the second end portion with a laser beam while scanning the laser beam in a predetermined direction intersecting the first direction;
solidifying a molten pool formed in the step of irradiating the laser beam and spanning the first end and the second end;
Equipped with
In the step of irradiating the laser light,
changing the power of the laser light to be irradiated in a region of the first end portion or the second end portion where the laser light is irradiated, depending on an irradiation position of the laser light;
a scanning path of the irradiation position of the laser light at the first end portion or the second end portion includes a linear scanning section in which the laser light is scanned linearly and a non-linear scanning section in which the laser light is scanned in a curved or bent manner,
the non-linear scanning section is irradiated with a laser beam having a power lower than a power of the laser beam irradiated to at least a portion of the linear scanning section .
前記線状走査区間は、第一区間と、当該第一区間とは逆方向に走査される第二区間と、を含み、
前記第一区間において照射されるレーザ光のパワーの最大値と、前記第二区間において照射されるレーザ光のパワーの最大値と、が同じである、請求項に記載のレーザ溶接方法。
the linear scanning section includes a first section and a second section scanned in a direction opposite to that of the first section,
The laser welding method according to claim 1 , wherein a maximum value of a power of the laser beam irradiated in the first section is the same as a maximum value of a power of the laser beam irradiated in the second section.
前記線状走査区間は、第一区間と、当該第一区間とは逆方向に走査される第二区間と、を含み、
前記第一区間において照射されるレーザ光のパワーの最大値と、前記第二区間において照射されるレーザ光のパワーの最大値と、が互いに異なる、請求項に記載のレーザ溶接方法。
the linear scanning section includes a first section and a second section scanned in a direction opposite to that of the first section,
The laser welding method according to claim 1 , wherein a maximum value of a power of the laser beam irradiated in the first section and a maximum value of a power of the laser beam irradiated in the second section are different from each other.
前記第二区間は、前記第一区間の後に走査される区間であり、
前記第二区間において照射されるレーザ光のパワーの最大値が、前記第一区間において照射されるレーザ光のパワーの最大値よりも大きい、請求項に記載のレーザ溶接方法。
the second section is a section scanned after the first section,
The laser welding method according to claim 3 , wherein a maximum value of a power of the laser beam irradiated in the second section is greater than a maximum value of a power of the laser beam irradiated in the first section.
前記第二区間は、前記第一区間の後に走査される区間であり、
前記第一区間と前記第二区間との間に、前記非線状走査区間を含み、
前記第一区間と前記第二区間とが互いに離れた、請求項またはに記載のレーザ溶接方法。
the second section is a section scanned after the first section,
The non-linear scanning section is included between the first section and the second section,
The laser welding method according to claim 2 or 3 , wherein the first section and the second section are spaced apart from each other.
金属材料で作られた第一部材の第一方向の第一端部と、金属材料で作られた第二部材の前記第一方向の第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接装置であって、
レーザ光を出力する光源と、
前記第一端部および前記第二端部のうち少なくとも一方に前記光源からの前記レーザ光を走査しながら照射する光学ヘッドと、
前記光源によるレーザ光の出力および前記光学ヘッドによるレーザ光の走査速度のうち少なくとも一方を変更可能に制御する制御部と、
溶融池の温度を検出する温度センサと、
を備え、
前記第一端部または前記第二端部のレーザ光を照射する領域において、レーザ光の照射位置に応じてレーザ光の照射状態を変更し、
前記制御部は、前記温度センサによって検出された温度が高いほど、前記光源によるレーザ光の出力を下げる制御、および前記走査速度を高くする制御のうち、少なくとも一方を実行する、レーザ溶接装置。
A laser welding apparatus for laser welding a first end portion in a first direction of a first member made of a metal material and a second end portion in the first direction of a second member made of a metal material, the laser welding apparatus comprising:
A light source that outputs laser light;
an optical head that irradiates at least one of the first end and the second end with the laser light from the light source while scanning the laser light;
a control unit that variably controls at least one of an output of a laser beam from the light source and a scanning speed of the laser beam from the optical head;
a temperature sensor for detecting the temperature of the molten pool;
Equipped with
changing an irradiation state of the laser light in a region of the first end portion or the second end portion to be irradiated with the laser light according to an irradiation position of the laser light ;
The control unit of the laser welding device executes at least one of control to reduce the output of the laser light from the light source and control to increase the scanning speed as the temperature detected by the temperature sensor increases .
前記光源によるレーザ光の出力および前記光学ヘッドによるレーザ光の走査速度のうち少なくとも一方を変更可能に制御する制御部と、
溶融池の表面の動きを検出する動きセンサと、
を備え、
前記制御部は、前記動きセンサによって検出された前記表面の動きが大きいほど、前記光源によるレーザ光の出力を下げる制御、および前記走査速度を高くする制御のうち、少なくとも一方を実行する、請求項に記載のレーザ溶接装置。
a control unit that variably controls at least one of an output of a laser beam from the light source and a scanning speed of the laser beam from the optical head;
a motion sensor for detecting the motion of the surface of the molten pool;
Equipped with
7. The laser welding apparatus according to claim 6, wherein the control unit executes at least one of control to reduce the output of the laser light from the light source and control to increase the scanning speed as the movement of the surface detected by the movement sensor becomes larger.
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