JP7656791B2 - Laser welding method and laser welding device - Google Patents
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Description
本開示は、レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。 The present disclosure relates to a laser welding method and a laser welding apparatus.
レーザ溶接は、被溶接物であるワークに照射されるレーザ光のパワー密度が高いため、高速かつ高品質の溶接を行うことができる。特に、レーザ光をワークの表面で高速にスキャンしながら溶接を行うスキャニング溶接では、溶接をしない期間中にレーザビームを次の溶接点へ高速に移動することができるため、トータルな溶接時間を短縮することができる(例えば、特許文献1参照)。また、レーザ光のスキャニング方法に関しては、ワークの表面にリサージュパターンを描くようにレーザ光を走査する方法が、従来提案されている(例えば、特許文献2、特許文献3参照)。Laser welding allows high-speed, high-quality welding because the power density of the laser light irradiated onto the workpiece to be welded is high. In particular, in scanning welding, in which welding is performed while scanning the surface of the workpiece with laser light at high speed, the laser beam can be moved quickly to the next welding point during periods when welding is not being performed, thereby shortening the total welding time (see, for example, Patent Document 1). Regarding laser light scanning methods, methods have been proposed in which the laser light is scanned so as to draw a Lissajous pattern on the surface of the workpiece (see, for example,
ところで、特許文献2,3に示される従来の構成では、通常、リサージュパターンが、その中心点(以下、原点ともいう)に関し、対称な形状となるように描画される。However, in the conventional configurations shown in
しかし、実際に溶接されるワークは、種々の形状を有している。例えば、異なる厚さの板材を突き合わせ溶接する場合、板材の突き合わせ部分に対応する溶接線の両側で、ワークの熱容量が非対称となる。また、ワークの継手形状によっては、同様に、溶接線の両側で、ワークの熱容量が非対称となることがある。However, the workpieces that are actually welded have a variety of shapes. For example, when butt welding plates of different thicknesses, the heat capacity of the workpieces becomes asymmetric on both sides of the weld line corresponding to the butt joint of the plates. Depending on the shape of the joint in the workpieces, the heat capacity of the workpieces may also become asymmetric on both sides of the weld line.
この場合、前述した対称形状のリサージュパターンを描くようにレーザ光を照射して溶接を行うと、ワークの熱容量の非対称性に起因して、溶接線の両側で溶接ビードの形状が異なってしまうおそれがあった。例えば、ワークの溶接部位のうち、熱容量の小さい側に合わせてレーザ光の出力を調整すると、反対側にある熱容量の大きい部分では入熱量が不足するため、良好な形状の溶接ビードを得ることが難しかった。また、熱容量の大きい側に合わせてレーザ光の出力を調整すると、反対側にある熱容量の小さい部分では入熱量が過多となるため、溶け落ち等の溶接不良を生じるおそれがあった。また、このような問題は、レーザ光の走査パターンがリサージュパターンでない場合、例えば、2つの円形のパターンが一点で接して連続したパターンである場合にも生じる。In this case, if welding is performed by irradiating the laser light so as to draw the above-mentioned symmetrical Lissajous pattern, the shape of the weld bead may differ on both sides of the weld line due to the asymmetry of the heat capacity of the workpiece. For example, if the output of the laser light is adjusted to match the side of the welded part of the workpiece with a small heat capacity, the heat input to the part with a large heat capacity on the opposite side is insufficient, making it difficult to obtain a weld bead with a good shape. Also, if the output of the laser light is adjusted to match the side with a large heat capacity, the heat input to the part with a small heat capacity on the opposite side is excessive, which may cause welding defects such as burn-through. In addition, such problems also occur when the scanning pattern of the laser light is not a Lissajous pattern, for example, when two circular patterns are connected at one point to form a continuous pattern.
本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、ワークの表面に所定のパターンを描くようにレーザ光を照射するレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置であって、ワークに形成される溶接ビードの形状を良好なものとすることができるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供することにある。The present disclosure has been made in consideration of these points, and its purpose is to provide a laser welding method and laser welding apparatus that irradiates laser light to draw a predetermined pattern on the surface of a workpiece, and that can improve the shape of the weld bead formed on the workpiece.
上記目的を達成するため、本開示に係るレーザ溶接方法は、レーザ光を第1方向に進行させながら、前記レーザ光を二次元的に走査してワークの表面に照射することで、前記ワークを溶接する溶接ステップを備え、前記溶接ステップでは、前記ワークの表面で所定のパターンを描くように前記レーザ光を走査し、さらに、前記所定のパターンにおける前記レーザ光の描画位置に応じて、前記ワークへの入熱量を制御し、前記所定のパターンにおける前記レーザ光の描画位置は、第1の描画領域と、前記第1の描画領域とは重複しない第2の描画領域と、を有し、 前記第1の描画領域から前記第2の描画領域に遷移するときには、前記レーザ光の描画速度を一定に制御し、前記レーザ光の出力が第1の出力から前記第1の出力とは異なる第2の出力へ変化するように制御し、又は、前記レーザ光の出力を一定に制御し、前記レーザ光の描画速度が第1の速度から前記第1の速度とは異なる第2の速度へ変化するように制御し、前記所定のパターンは、2つの環状のパターンが一点で接して連続したパターンであることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the laser welding method according to the present disclosure includes a welding step of welding the workpiece by two-dimensionally scanning the laser light while advancing in a first direction and irradiating the laser light onto a surface of the workpiece, wherein in the welding step, the laser light is scanned so as to draw a predetermined pattern on the surface of the workpiece, and further, an amount of heat input to the workpiece is controlled according to a drawing position of the laser light in the predetermined pattern, wherein the drawing position of the laser light in the predetermined pattern has a first drawing area and a second drawing area that does not overlap with the first drawing area, and when transitioning from the first drawing area to the second drawing area, a drawing speed of the laser light is controlled to be constant and an output of the laser light is controlled to change from a first output to a second output different from the first output, or an output of the laser light is controlled to be constant and the drawing speed of the laser light is controlled to change from a first speed to a second speed different from the first speed, and the predetermined pattern is a continuous pattern in which two annular patterns are in contact at one point.
本開示に係るレーザ溶接装置は、レーザ光を発生させるレーザ発振器と、前記レーザ光を受け取ってワークに向けて照射するレーザヘッドと、前記レーザヘッドの動作及び前記レーザ光の出力を制御するコントローラと、を少なくとも備え、前記レーザヘッドは、前記レーザ光を第1方向と前記第1方向と交差する第2方向のそれぞれに走査するレーザ光スキャナを有し、前記コントローラは、前記レーザ光が前記ワークの表面に所定のパターンを描くように、前記レーザ光スキャナを駆動制御し、さらに、前記コントローラは、前記ワークの表面における前記レーザ光の描画位置に応じて、前記レーザ光の描画速度及び出力の少なくとも一方を制御し、前記所定のパターンにおける前記レーザ光の描画位置は、第1の描画領域と、前記第1の描画領域とは重複しない第2の描画領域と、を有し、前記第1の描画領域から前記第2の描画領域に遷移するときには、前記コントローラは、前記レーザ光の描画速度を一定に制御し、前記レーザ光の出力が第1の出力から前記第1の出力とは異なる第2の出力へ変化するように制御し、又は、前記コントローラは、前記レーザ光の出力を一定に制御し、前記レーザ光の描画速度が第1の速度から前記第1の速度とは異なる第2の速度へ変化するように制御し、前記所定のパターンは、2つの環状のパターンが一点で接して連続したパターンであることを特徴とする。 A laser welding apparatus according to the present disclosure includes at least a laser oscillator that generates a laser beam, a laser head that receives the laser beam and irradiates the laser beam toward a workpiece, and a controller that controls the operation of the laser head and the output of the laser beam, the laser head having a laser beam scanner that scans the laser beam in a first direction and a second direction intersecting the first direction, the controller drives and controls the laser beam scanner so that the laser beam draws a predetermined pattern on a surface of the workpiece, and the controller controls at least one of a drawing speed and an output of the laser beam according to a drawing position of the laser beam on the surface of the workpiece, The drawing position of the laser light in the specified pattern has a first drawing area and a second drawing area that does not overlap with the first drawing area, and when transitioning from the first drawing area to the second drawing area, the controller controls the drawing speed of the laser light to be constant and controls the output of the laser light to change from a first output to a second output different from the first output, or the controller controls the output of the laser light to be constant and controls the drawing speed of the laser light to change from a first speed to a second speed different from the first speed, and the specified pattern is characterized in that two annular patterns are continuous and touch each other at one point.
本開示によれば、ワークに形成される溶接ビードの形状を良好なものとすることができる。 According to the present disclosure, the shape of the weld bead formed on the workpiece can be made good.
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that the following description of the preferred embodiment is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present disclosure, its applications, or its uses.
(実施形態1)
[レーザ溶接装置及びレーザ光スキャナの構成]
図1は、本実施形態に係るレーザ溶接装置の構成の模式図を示し、図2は、レーザ光スキャナの概略構成図を示す。図3Aは、ワークの模式図を示し、図3Bは、図3AのIIIB-IIIB線での断面図を示す。図4は、別のワークの断面模式図を示す。
(Embodiment 1)
[Configuration of laser welding device and laser beam scanner]
Fig. 1 shows a schematic diagram of the configuration of a laser welding device according to this embodiment, and Fig. 2 shows a schematic diagram of a laser beam scanner. Fig. 3A shows a schematic diagram of a workpiece, and Fig. 3B shows a cross-sectional view taken along line IIIB-IIIB in Fig. 3A. Fig. 4 shows a cross-sectional schematic diagram of another workpiece.
なお、以降の説明において、反射ミラー33からレーザ光スキャナ40に向かうレーザ光LBの進行方向と平行な方向をX方向と、レーザヘッド30から出射されるレーザ光LBの光軸と平行な方向をZ方向と、X方向及びZ方向とそれぞれ直交する方向をY方向とそれぞれ呼ぶことがある。X方向とY方向とを面内に含むXY平面は、ワーク200の表面が平坦面である場合、当該表面と略平行でもよく、当該表面と一定の角度をなしていてもよい。In the following description, the direction parallel to the traveling direction of the laser light LB from the
図1に示すように、レーザ溶接装置100は、レーザ発振器10と光ファイバ20とレーザヘッド30とコントローラ50とマニピュレータ60とを備えている。As shown in FIG. 1, the
レーザ発振器10は、図示しない電源から電力が供給されてレーザ光LBを発生させるレーザ光源である。なお、レーザ発振器10は、単一のレーザ光源で構成されていてもよいし、複数のレーザモジュールで構成されていてもよい。後者の場合は、複数のレーザモジュールからそれぞれ出射されたレーザ光を結合してレーザ光LBとして出射する。また、レーザ発振器10で使用されるレーザ光源あるいはレーザモジュールは、ワーク200の材質や溶接部位の形状等に応じて、適宜選択される。The
例えば、ファイバレーザかディスクレーザ、あるいはYAG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザをレーザ光源とすることもできる。この場合、レーザ光LBの波長は、1000nm~1100nmの範囲に設定される。また、半導体レーザをレーザ光源あるいはレーザモジュールとしてもよい。この場合、レーザ光LBの波長は、800nm~1000nmの範囲に設定される。また、可視光レーザをレーザ光源あるいはレーザモジュールとしてもよい。この場合、レーザ光LBの波長は、400nm~600nmの範囲に設定される。For example, a fiber laser, a disk laser, or a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) laser can be used as the laser light source. In this case, the wavelength of the laser light LB is set in the range of 1000 nm to 1100 nm. A semiconductor laser can also be used as the laser light source or laser module. In this case, the wavelength of the laser light LB is set in the range of 800 nm to 1000 nm. A visible light laser can also be used as the laser light source or laser module. In this case, the wavelength of the laser light LB is set in the range of 400 nm to 600 nm.
光ファイバ20は、レーザ発振器10に光学的に結合されており、レーザ発振器10で発生したレーザ光LBは、光ファイバ20に入射されて、その内部をレーザヘッド30に向けて伝送される。
The
レーザヘッド30は、光ファイバ20の端部に取り付けられており、光ファイバ20から伝送されたレーザ光LBをワーク200に向けて照射する。The
また、レーザヘッド30は、光学部品として、コリメーションレンズ32と反射ミラー33と集光レンズ34とレーザ光スキャナ40とを有しており、筐体31の内部にこれらの光学部品が所定の配置関係を保って収容されている。The
コリメーションレンズ32は、光ファイバ20から出射されたレーザ光LBを受け取って、平行光に変換し、反射ミラー33に入射させる。また、コリメーションレンズ32は、図示しない駆動部に連結されており、コントローラ50からの制御信号に応じて、Z方向に変位可能に構成されている。コリメーションレンズ32をZ方向に変位させることで、レーザ光LBの焦点位置を変化させ、ワーク200の形状に応じて適切にレーザ光LBを照射させることができる。つまり、コリメーションレンズ32は、図示しない駆動部との組み合わせにより、レーザ光LBの焦点位置調整機構としても機能している。なお、集光レンズ34を駆動部により変位させて、レーザ光LBの焦点位置を変化させるようにしてもよい。The
反射ミラー33は、コリメーションレンズ32を透過したレーザ光LBを反射して、レーザ光スキャナ40に入射させる。反射ミラー33の表面は、コリメーションレンズ32を透過したレーザ光LBの光軸と約45度をなすように設けられている。The reflecting
集光レンズ34は、反射ミラー33で反射され、レーザ光スキャナ40で走査されたレーザ光LBをワーク200の表面に集光させる。The focusing
図2に示すように、レーザ光スキャナ40は、第1ガルバノミラー41と第2ガルバノミラー42とを有する公知のガルバノスキャナである。第1ガルバノミラー41は、第1ミラー41aと第1回転軸41bと第1駆動部41cとを有し、第2ガルバノミラー42は、第2ミラー42aと第2回転軸42bと第2駆動部42cとを有している。集光レンズ34を透過したレーザ光LBは、第1ミラー41aで反射され、さらに第2ミラー42aで反射されて、ワーク200の表面に照射される。2, the
例えば、第1駆動部41c及び第2駆動部42cは、ガルバノモータであり、第1回転軸41b及び第2回転軸42bは、モータの出力軸である。図示していないが、第1駆動部41cが、コントローラ50からの制御信号に応じて動作するドライバによって回転駆動することで、第1回転軸41bに取り付けられた第1ミラー41aが第1回転軸41bの軸線回りに回転する。同様に、第2駆動部42cが、コントローラ50からの制御信号に応じて動作するドライバによって回転駆動することで、第2回転軸42bに取り付けられた第2ミラー42aが第2回転軸42bの軸線回りに回転する。For example, the
第1ミラー41aが第1回転軸41bの軸線回りに所定の角度まで回転動作をすることで、レーザ光LBがX方向に走査される。また、第2ミラー42aが第2回転軸42bの軸線回りに所定の角度まで回転動作をすることで、レーザ光LBがY方向に走査される。つまり、レーザ光スキャナ40は、レーザ光LBをXY平面内で二次元的に走査してワーク200に向けて照射するように構成されている。
The
コントローラ50は、レーザ発振器10のレーザ発振を制御する。具体的には、レーザ発振器10に接続された図示しない電源に対して出力電流やオンオフ時間等の制御信号を供給することにより、レーザ発振制御を行う。The
また、コントローラ50は、選択されたレーザ溶接プログラムの内容に応じて、レーザヘッド30の動作を制御する。具体的には、レーザヘッド30に設けられたレーザ光スキャナ40及び、コリメーションレンズ32の図示しない駆動部の駆動制御を行う。さらに、コントローラ50は、マニピュレータ60の動作を制御する。なお、レーザ溶接プログラムは、コントローラ50の内部または別の場所に設けられた記憶部(図示せず)に保存され、コントローラ50からの命令によってコントローラ50に呼び出される。The
コントローラ50は、図示しないLSIまたはマイクロコンピュータ等の集積回路を有しており、この集積回路上でソフトウェアであるレーザ溶接プログラムを実行することで、前述のコントローラ50の機能が実現される。なお、レーザヘッド30の動作を制御するコントローラ50とレーザ光LBの出力を制御するコントローラ50とを別個に設けてもよい。The
マニピュレータ60は、多関節ロボットであり、レーザヘッド30の筐体31に取り付けられている。また、マニピュレータ60は、コントローラ50と信号の授受が可能に接続され、前述のレーザ溶接プログラムに応じて所定の軌跡を描くようにレーザヘッド30を移動させる。なお、マニピュレータ60の動作を制御する別のコントローラ(図示せず)を設けるようにしてもよい。The
図1に示すレーザ溶接装置100は、種々の形状のワーク200に対してレーザ溶接を行うことができる。例えば、図3A,3Bに示すように、互いに材質が同じである一方、厚さの異なる第1板材210と第2板材220とを端面同士で突き合わせたワーク200の継手にレーザ光LBを照射して、突き合わせ溶接が行われる。また、図4に示すように、第3板材230と第4板材240とを端面をずらして重ね合わせたワーク200の継手のコーナー部にレーザ光LBを照射して重ね隅肉溶接が行われる。ただし、レーザ溶接されるワーク200の形状が図3A,3Bや図4に示す例に限定されないことは言うまでもない。The
[リサージュパターンの数式的表現]
図5は、レーザ光の走査パターンを示し、レーザ光LBは、XY平面内、この場合はワーク200の表面でリサージュパターン(以下、リサージュ図形ともいう)を描くように走査される。
[Mathematical expression of Lissajous pattern]
FIG. 5 shows a scanning pattern of the laser light, and the laser light LB is scanned in an XY plane, in this case on the surface of the
図5に示すリサージュパターンのX方向の幅は、Y方向の幅に等しく、Y方向の幅は、溶接速度が非常に速い場合には、溶接ビード(図示せず)のY方向の幅Wに略等しい。一方、溶接速度が遅い場合は、熱伝導の影響を受けて溶接ビードの幅が増えるので、リサージュパターンのY方向の幅は、溶接ビードのY方向の幅より少し狭い。なお、本願明細書において、「略等しい」または「略同じ」とは、制御系の誤差を含んで制御対象の制御結果が同じまたは同一という意味であり、厳密に比較対象となる両者が同じまたは同一であることまでを要求するものではない。また、「略等しい」または「略同じ」とは、各部品等の製造公差や組立公差を含んで同じまたは同一という意味にも用いられる。The width in the X direction of the Lissajous pattern shown in FIG. 5 is equal to the width in the Y direction, and the width in the Y direction is approximately equal to the width W of the weld bead (not shown) in the Y direction when the welding speed is very fast. On the other hand, when the welding speed is slow, the width of the weld bead increases due to the influence of heat conduction, so the width of the Lissajous pattern in the Y direction is slightly narrower than the width of the weld bead in the Y direction. In this specification, "approximately equal" or "approximately the same" means that the control results of the controlled object are the same or identical, including errors in the control system, and does not require that the two objects being compared are strictly the same or identical. In addition, "approximately equal" or "approximately the same" is also used to mean the same or identical, including manufacturing tolerances and assembly tolerances of each part, etc.
図5に示すリサージュパターンは、レーザ光LBをX方向に所定の周波数の正弦波状に振動させるとともに、Y方向にX方向と異なる周波数(X方向の周波数の1/2である)の正弦波状に振動させることで得られる。また、前述したように、第1ミラー41a及び第2ミラー42aの回転運動に基づいて、レーザ光LBのX方向及びY方向の走査パターンが決定される。一般的に、第1ミラー41aの駆動によって得られる図5に示すリサージュパターンの位置座標をX1とし、第2ミラー42aの駆動によって得られる図5に示すリサージュパターンの位置座標をY1とするとき、位置座標X1,Y1は、それぞれ以下の式(1)、(2)で表される。
The Lissajous pattern shown in FIG. 5 is obtained by vibrating the laser light LB in the X direction in a sinusoidal manner at a predetermined frequency and in the Y direction in a sinusoidal manner at a frequency different from that in the X direction (1/2 the frequency in the X direction). Also, as described above, the scanning patterns of the laser light LB in the X direction and the Y direction are determined based on the rotational motion of the
X1=a×sin(nt) ・・・(1)
Y1=b×sin(mt+φ) ・・・(2)
ここで、
a:図5に示すリサージュパターンのX方向における振幅
b:図5に示すリサージュパターンのY方向における振幅
n:第1ミラー41aの周波数
m:第2ミラー42aの周波数
t:時間
φ:第1ミラー41aまたは第2ミラー42a駆動時の位相差であり、具体的には、第1ミラー41aと第2ミラー42aの回転運動時に設ける角度ずれ量である。
X1=a×sin(nt)...(1)
Y1=b×sin(mt+φ)...(2)
Where:
a: amplitude in the X direction of the Lissajous pattern shown in FIG. 5 b: amplitude in the Y direction of the Lissajous pattern shown in FIG. 5 n: frequency of the
なお、式(1)、(2)に示す位置座標X1,Y1は、レーザヘッド30の位置を固定した状態でのリサージュパターンの静止座標系で表現される。Note that the position coordinates X1 and Y1 shown in equations (1) and (2) are expressed in the stationary coordinate system of the Lissajous pattern with the position of the
また、周波数nと周波数mは、それぞれ第1ミラー41aと第2ミラー42aの駆動周波数とそれぞれ対応する。
Furthermore, frequency n and frequency m correspond to the driving frequencies of the
図5に示すリサージュパターンは、式(1)、(2)において、a=1,b=1,n=2,m=1,φ=0とした場合に対応する、8の字形状のリサージュパターンである。aとbは、1で正規化している。なお、式(1)、(2)の位相差φは、0度または180度のどちらでもよい。なお、実際のリサージュパターンのサイズ、つまり、X方向及びY方向の振幅は、それぞれ1mm~10mm程度である。 The Lissajous pattern shown in Figure 5 is an eight-shaped Lissajous pattern that corresponds to the cases where a = 1, b = 1, n = 2, m = 1, and φ = 0 in equations (1) and (2). a and b are normalized to 1. Note that the phase difference φ in equations (1) and (2) can be either 0 degrees or 180 degrees. Note that the size of the actual Lissajous pattern, that is, the amplitude in the X and Y directions, is approximately 1 mm to 10 mm, respectively.
ここで、図5に示すように、所定の時間変分ΔtにおけるリサージュパターンのX方向の描画距離をΔX、Y方向の描画距離をΔY、時間変分Δtにおけるリサージュパターンの描画距離をΔLとするとき、ΔX、ΔY、ΔLは、それぞれ以下に示す式(3)~(5)で表される。 Here, as shown in Figure 5, when the drawing distance of the Lissajous pattern in the X direction at a given time variation Δt is ΔX, the drawing distance in the Y direction is ΔY, and the drawing distance of the Lissajous pattern at time variation Δt is ΔL, ΔX, ΔY, and ΔL are respectively expressed by the following equations (3) to (5).
ΔX= a×n×cos(nt)×Δt ・・・(3)
ΔY= b×m×cos(mt+φ)×Δt ・・・(4)
ΔL= Δt×{(ΔX)2+(ΔY)2}1/2 ・・・(5)
よって、リサージュパターンの描画速度Vは、以下に示す式(6)で表される。
ΔX= a×n×cos(nt)×Δt...(3)
ΔY= b×m×cos(mt+φ)×Δt...(4)
ΔL= Δt×{(ΔX) 2 + (ΔY) 2 } 1/2 ...(5)
Therefore, the drawing speed V of the Lissajous pattern is expressed by the following equation (6).
V= ΔL/Δt ・・・(6)
[レーザ溶接方法]
図6は、レーザ光の描画位置と出力との関係を示す。
V=ΔL/Δt...(6)
[Laser welding method]
FIG. 6 shows the relationship between the drawing position and the output of the laser light.
本実施形態では、マニピュレータ60によってレーザヘッド30をX方向に所定の速度で移動させつつ、レーザ光LBをワーク200の表面に照射している。さらに、レーザ光スキャナ40を用いて、ワーク200の表面で図5に示すリサージュパターンを描くように、レーザ光LBを二次元的に走査している。また、本実施形態では、図3A,3Bに示すワーク200を突き合わせ溶接する場合を例に取って説明する。In this embodiment, the
なお、図5に示すリサージュパターンは、1周期の間に、原点Oから図5に示す矢印AR1及び矢印AR2の方向にレーザ光LBを走査することで得られる。具体的には、1周期の間に、原点Oから描画位置A→B→C→O→D→E→F→Oを通るようにレーザ光LBを走査する。The Lissajous pattern shown in Fig. 5 is obtained by scanning the laser light LB from the origin O in the directions of the arrows AR1 and AR2 shown in Fig. 5 during one period. Specifically, the laser light LB is scanned from the origin O through the drawing positions A → B → C → O → D → E → F → O during one period.
ワーク200の溶接部位にあたる第1板材210と第2板材220の突き合わせ部分に沿って、レーザ光LBが照射されてレーザ溶接が行われる。図3Aに示すように、突き合わせ部分はX方向に沿って延びており、前述の溶接線に対応している。一方、図3Bに示すように、第1板材210のZ方向の厚さは、第2板材220のZ方向の厚さよりも大きい。また、第1板材210は、第2板材220と同じ材質である。したがって、第1板材210の熱容量は、第2板材220の熱容量よりも大きい。つまり、第1板材210の端面と第2板材220の端面との当接面に対応する溶接線に関し、ワーク200の熱容量は非対称となっている。
Laser light LB is irradiated along the butt portion of the
このようなワーク200に対して、レーザ光LBにより、ワーク200の表面に図5に示すリサージュパターンを描画しつつレーザ溶接を行う場合、レーザ光LBの出力Pが一定であると前述した課題が生じることがある。When laser welding is performed on such a
まず、図5に示すリサージュパターンは、X方向及びY方向に関し、それぞれ対称な形状である。よって、レーザ光LBをX方向に進行させながら、第1板材210と第2板材220の突き合わせ部分に照射した場合、溶接線に関し、ワーク200への入熱量も対称となる。5 is symmetrical in both the X and Y directions. Therefore, when the laser beam LB is irradiated onto the butt joint between the
一方、前述したように、第1板材210と第2板材220の突き合わせ部分では、溶接線に関し熱容量が非対称となっている。このため、突き合わせ部分に沿って溶接ビードを形成しようとすると、溶接ビードの形状が崩れてしまうおそれがあった。例えば、レーザ光LBによるワーク200への入熱量を熱容量の小さい第2板材220にあわせてレーザ溶接を行うと、熱容量の大きい第1板材210への入熱が不足し、溶接ビードの形状が崩れてしまうおそれがあった。反対に、レーザ光LBによるワーク200への入熱量を熱容量の大きい第1板材210にあわせてレーザ溶接を行うと、熱容量の小さい第2板材220への入熱が過多となり、溶落ち等の溶接欠陥を生じてしまうおそれがあった。On the other hand, as described above, at the butt portion of the
そこで、本実施形態では、リサージュパターンを描画するにあたって、第1板材210に照射されるレーザ光LBの出力P1が、第2板材220に照射されるレーザ光LBの出力P2よりも高くなるようにレーザ光LBの出力Pを制御している。つまり、図5に示す経路O→A→B→C→Oにおけるレーザ光LBの出力P1が、経路O→D→E→F→Oにおけるレーザ光LBの出力P2よりも高くなるようにレーザ光LBの出力Pを制御している。Therefore, in this embodiment, when drawing a Lissajous pattern, the output P of the laser light LB is controlled so that the output P1 of the laser light LB irradiated to the
このようにすることで、溶接線に関して熱容量が非対称となっているワーク200の溶接部位である、第1板材210と第2板材220の突き合わせ部分に対して、溶接線を挟んだ両側で、異なる熱量を投入させることができる。このことにより、溶接ビードの形状を良好なものとすることができる。また、溶け落ち等の溶接不良の発生を抑制できる。In this way, different amounts of heat can be input to both sides of the weld line at the butt joint between the
なお、レーザ光LBの出力Pを変化させるにあたって、図6に破線で示すように、レーザ光LBの出力Pの立ち上がり部分及び立下り部分をそれぞれ制御するようにしてもよい。In addition, when changing the output P of the laser light LB, the rising and falling portions of the output P of the laser light LB may be controlled separately, as shown by the dotted line in Figure 6.
例えば、レーザ光LBの描画位置が原点OからDに移動する場合に、レーザ光LBが原点Oを通過した時点から期間t1を経過するまでに、レーザ光LBの出力PをP1からP2に低下させてもよい。この場合の出力Pの制御曲線S1は、直線状でも曲線状でもよい。また、レーザ光LBの描画位置が原点OからAに移動する場合に、レーザ光LBが原点Oを通過した時点から期間t2を経過するまでに、レーザ光LBの出力PをP2からP1に上昇させてもよい。この場合の出力Pの制御曲線S2は、直線状でも曲線状でもよい。For example, when the drawing position of the laser light LB moves from the origin O to D, the output P of the laser light LB may be reduced from P1 to P2 during the period t1 from the time when the laser light LB passed the origin O. In this case, the control curve S1 of the output P may be linear or curved. Also, when the drawing position of the laser light LB moves from the origin O to A, the output P of the laser light LB may be increased from P2 to P1 during the period t2 from the time when the laser light LB passed the origin O. In this case, the control curve S2 of the output P may be linear or curved.
レーザ光LBの出力Pを制御曲線S1、S2に示すように制御することで、出力Pを目標値に安定して到達させることが容易となる。By controlling the output P of the laser light LB as shown in the control curves S1 and S2, it becomes easier to ensure that the output P reaches the target value stably.
[効果等]
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ溶接方法は、レーザ光LBをX方向(第1方向)に進行させながら、レーザ光LBを二次元的に走査してワーク200の表面に照射することで、ワーク200を溶接する溶接ステップを備えている。
[Effects, etc.]
As described above, the laser welding method according to this embodiment includes a welding step in which the laser beam LB is caused to travel in the X direction (first direction) while two-dimensionally scanning the laser beam LB to irradiate the surface of the
溶接ステップでは、レーザ光LBをX方向に沿って周波数nに対応する第1周波数を有する正弦波状に振動させるとともに、Y方向に沿って周波数mに対応する第2周波数を有する正弦波状に振動させる。このことにより、ワーク200の表面でリサージュパターンを描くようにレーザ光LBを走査する。In the welding step, the laser light LB is vibrated sinusoidally along the X direction with a first frequency corresponding to frequency n, and along the Y direction with a second frequency corresponding to frequency m. This causes the laser light LB to scan the surface of the
さらに、リサージュパターンにおけるレーザ光LBの描画位置に応じて、ワーク200への入熱量、具体的には、レーザ光LBの出力Pを制御する。
Furthermore, the amount of heat input to the
このようにすることで、熱容量が非対称となっているワーク200の溶接部位に対して、溶接線を挟んだ両側で異なる熱量を投入させ、溶接ビードの形状を良好なものとすることができる。By doing this, different amounts of heat can be input to the welded portion of the
本実施形態では、ワーク200における溶接部位である第1板材210と第2板材220の突き合わせ部分は、溶接線の延びる方向であるX方向に関して熱容量が非対称である。この場合、リサージュパターンの描画中に、溶接部位のうち、熱容量が大きい第1部位、つまり、第1板材210では、熱容量が小さい第2部位、つまり、第2板材220よりも照射されるレーザ光LBの出力Pが高くなるようにする。In this embodiment, the butt joint of the
このようにすることで、熱容量が非対称となっているワーク200の溶接部位に対して、溶接線を挟んだ両側で異なる熱量を投入させることができる。このことにより、溶接ビードの形状を良好なものとすることができる。また、溶け落ち等の溶接不良の発生を抑制できる。In this way, different amounts of heat can be input to the welded portion of the
本実施形態に係るレーザ溶接装置100は、レーザ光LBを発生させるレーザ発振器10と、レーザ光LBを受け取ってワーク200に向けて照射するレーザヘッド30と、レーザヘッド30の動作及びレーザ光LBの出力Pを制御するコントローラ50と、を少なくとも備えている。The
レーザヘッド30は、レーザ光LBをX方向(第1方向)とX方向と交差するY方向(第2方向)のそれぞれに走査するレーザ光スキャナ40を有している。The
コントローラ50は、レーザ光LBをX方向に沿って第1周波数を有する正弦波状に振動させるとともに、Y方向に沿って第2周波数を有する正弦波状に振動させる。このことにより、コントローラ50は、レーザ光LBがワーク200の表面にリサージュパターンを描くように、レーザ光スキャナ40を駆動制御する。The
さらに、コントローラ50は、リサージュパターンにおけるレーザ光LBの描画位置に応じて、ワーク200への入熱量、具体的には、レーザ光LBの出力Pを制御する。
Furthermore, the
本実施形態のレーザ溶接装置100によれば、溶接線に関して熱容量が非対称となっているワーク200の溶接部位に対して、溶接線を挟んだ両側で異なる熱量を投入させ、溶接ビードの形状を良好なものとすることができる。According to the
レーザ溶接装置100は、レーザヘッド30が取り付けられたマニピュレータ60をさらに備え、コントローラ50は、マニピュレータ60の動作を制御する。マニピュレータ60は、ワーク200の表面に対して、所定の方向にレーザヘッド30を移動させる。The
このようにマニピュレータ60を設けることで、レーザ光LBの溶接方向を変化させることができる。また、複雑な形状、例えば、立体的な形状のワーク200に対して、レーザ溶接を容易に行うことができる。By providing the
レーザ発振器10とレーザヘッド30とは光ファイバ20で接続されており、レーザ光LBは、光ファイバ20を通って、レーザ発振器10からレーザヘッド30に伝送される。
The
このように光ファイバ20を設けることで、レーザ発振器10から離れた位置に設置されたワーク200に対してレーザ溶接を行うことが可能となる。このことにより、レーザ溶接装置100の各部を配置する自由度が高められる。By providing the
レーザ光スキャナ40は、レーザ光LBをX方向に走査する第1ガルバノミラー41と、レーザ光LBをY方向に走査する第2ガルバノミラー42と、で構成されている。The
レーザ光スキャナ40をこのように構成することで、レーザ光LBを簡便に二次元的に走査することができる。また、公知のガルバノスキャナをレーザ光スキャナ40として用いているため、レーザ溶接装置100のコストが上昇するのを抑制できる。By configuring the
レーザヘッド30は、コリメーションレンズ32をさらに有し、コリメーションレンズ32は、X方向及びY方向のそれぞれに交差するZ方向に沿って、レーザ光LBの焦点位置を変化させるように構成されている。つまり、コリメーションレンズ32は、図示しない駆動部との組み合わせにより、レーザ光LBの焦点位置調整機構としても機能している。The
このようにすることで、レーザ光LBの焦点位置を簡便に変化させることができ、ワーク200の形状に応じて適切にレーザ光LBを照射させることができる。
By doing this, the focal position of the laser light LB can be easily changed, and the laser light LB can be appropriately irradiated according to the shape of the
なお、本実施形態では、レーザヘッド30をX方向に移動させることで、レーザ光LBをX方向に進行させるようにしたが、特にこれに限定されない。例えば、第1板材210と第2板材220の突き合わせ部分がY方向に延びている場合は、レーザヘッド30をY方向に移動させることで、レーザ光LBをY方向に進行させるようにしてもよい。このことに伴い、リサージュパターンの形状が変更されてもよい。ただし、その場合も、溶接線に関して熱容量が非対称となっているワーク200の溶接部位に対して、溶接線を挟んだ両側で異なる熱量を投入させるように出力Pを制御することが必要である。In this embodiment, the
また、リサージュパターンの描画方向も、前述に特に限定されない。例えば、1周期の間に、原点Oから描画位置C→B→A→O→F→E→D→Oを通るようにレーザ光LBを走査することで、リサージュパターンが描画されてもよい。また、1周期の間に、原点Oから描画位置D→E→F→O→A→B→C→Oを通るようにレーザ光LBを走査することで、リサージュパターンが描画されてもよい。1周期の間に、原点Oから描画位置F→E→D→O→C→B→A→Oを通るようにレーザ光LBを走査することで、リサージュパターンが描画されてもよい。また、描画位置の順番が変更されるのに応じて、レーザ光LBの出力Pを変化させるタイミング等が変更されることが言うまでもない。 The drawing direction of the Lissajous pattern is not particularly limited to the above. For example, the Lissajous pattern may be drawn by scanning the laser light LB from the origin O through drawing positions C → B → A → O → F → E → D → O during one period. The Lissajous pattern may be drawn by scanning the laser light LB from the origin O through drawing positions D → E → F → O → A → B → C → O during one period. The Lissajous pattern may be drawn by scanning the laser light LB from the origin O through drawing positions F → E → D → O → C → B → A → O during one period. It goes without saying that the timing for changing the output P of the laser light LB is changed according to the change in the order of the drawing positions.
なお、図4に示すワーク200をレーザ溶接するにあたって、本実施形態に示す方法が適用されてもよい。第3板材230と第4板材240とを端面をずらして重ね合わせたワーク200の継手のコーナー部において、第3板材230と第4板材240の重ね合わせ部分(第1部位)が、第3板材230のみの部分(第2部位)よりも熱容量が大きくなる。よって、当該重ね合わせ部分では、第3板材230のみの部分よりもレーザ光LBの出力Pが高くなるようにレーザ光LBを制御する。The method shown in this embodiment may be applied to laser welding the
このようにすることで、前述した効果を奏することができる。つまり、溶接線に関して熱容量が非対称となっているワーク200の溶接部位に対して、溶接線を挟んだ両側で異なる熱量を投入させることができ、溶接ビードの形状を良好なものとすることができる。また、溶け落ち等の溶接不良の発生を抑制できる。In this way, the above-mentioned effects can be achieved. In other words, different amounts of heat can be input to the welded portion of the
<変形例1>
図7は、本変形例に係るレーザ光の走査パターンを、図8は、レーザ光の描画位置と出力との関係をそれぞれ示す。なお、説明の便宜上、図7,8及び以降に示す各図面において、実施形態1と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
<
Fig. 7 shows a scanning pattern of the laser light according to this modification, and Fig. 8 shows the relationship between the drawing position of the laser light and the output. For convenience of explanation, in Figs. 7 and 8 and the following drawings, the same reference numerals are used for the same parts as those in the first embodiment, and detailed explanations are omitted.
本変形例は、リサージュパターンの描画方向が実施形態1に示す構成と異なる。図7に示すリサージュパターンは、1周期の間に、原点Oから図7に示す矢印AR3及び矢印AR4の方向にレーザ光LBを走査することで得られる。具体的には、1周期の間に、原点Oから描画位置C→B→A→O→F→E→D→Oを通るようにレーザ光LBを走査する。In this modified example, the drawing direction of the Lissajous pattern is different from the configuration shown in
なお、本変形例においても、実施形態1に示すのと同様に、第1板材210に照射されるレーザ光LBの出力P1が、第2板材220に照射されるレーザ光LBの出力P2よりも高くなるようにレーザ光LBの出力Pを制御している。この場合、図7に示す経路O→C→B→A→Oにおけるレーザ光LBの出力P1が、経路O→F→E→D→Oにおけるレーザ光LBの出力P2よりも高くなるようにレーザ光LBの出力Pを制御している。In this modified example, as in the first embodiment, the output P of the laser light LB is controlled so that the output P1 of the laser light LB irradiated to the
本変形例においても、実施形態1に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。つまり、溶接線に関して熱容量が非対称となっているワーク200の溶接部位に対して、溶接線を挟んだ両側で異なる熱量を投入させることができ、溶接ビードの形状を良好なものとすることができる。また、溶け落ち等の溶接不良の発生を抑制できる。This modified example can also achieve the same effects as the configuration shown in
(実施形態2)
図9は、本実施形態に係るレーザ光の走査パターンを示し、図10は、レーザ光の描画位置と出力との関係を示す。なお、図示しないが、本実施形態におけるワーク200の溶接部位は、溶接線を挟んだ両側で熱容量が同じになるように設定されている。
(Embodiment 2)
Fig. 9 shows a scanning pattern of the laser light according to this embodiment, and Fig. 10 shows the relationship between the drawing position of the laser light and the output. Although not shown, the welded portion of the
本実施形態では、リサージュパターンの描画中に、リサージュパターンの原点Oの近傍では、それ以外の部分よりもレーザ光LBの出力Pが低くなるようにしている点で、実施形態1に示す構成と異なる。This embodiment differs from the configuration shown in
具体的には、図9,10に示すように、原点Oと各描画位置A’,C’,D’,F’との間のそれぞれで、レーザ光LBの出力PがP3となるようにし、それ以外のリサージュパターンの描画位置では、レーザ光LBの出力PがP1(P1>P3)となるようにしている。このようなレーザ光LBの出力Pの制御は、コントローラ50によって行われる。9 and 10, the output P of the laser light LB is set to P3 between the origin O and each of the drawing positions A', C', D', and F', and the output P of the laser light LB is set to P1 (P1>P3) at other drawing positions of the Lissajous pattern. Such control of the output P of the laser light LB is performed by the
前述したように、レーザ光LBによりワーク200の表面にリサージュパターンを描く場合、1周期の間に、例えば、描画位置Aでは、レーザ光LBが1回通過するのに対し、原点Oでは、レーザ光LBが2回通過する。また、通常、マニピュレータ60によってレーザヘッド30をX方向に進行させる速度、つまり、レーザ光LBのX方向への進行速度は、リサージュパターンを描く場合のレーザ光LBの描画速度Vに比べて非常に低い。As described above, when drawing a Lissajous pattern on the surface of the
このため、リサージュパターンの描画中の原点Oへの入熱量は、他の描画位置、例えば、描画位置A,B,C,D,E,Fへの入熱量に比べて大きくなってしまう。このように、ワーク200の表面への入熱量が場所的に不均一になることで、溶接ビートの形状が悪化することは既に述べたとおりである。
For this reason, the amount of heat input to origin O during drawing of the Lissajous pattern becomes greater than the amount of heat input to other drawing positions, for example, drawing positions A, B, C, D, E, and F. As already mentioned, the shape of the weld bead deteriorates due to the heat input to the surface of the
そこで、本実施形態では、リサージュパターンの原点Oの近傍で、レーザ光LBの出力Pがそれ以外の部分よりも低くなるようにすることで、ワーク200の表面への入熱量が場所的に不均一になるのを抑制している。このことにより、溶接ビードの形状を良好なものとすることができる。また、溶け落ち等の溶接不良の発生を抑制できる。Therefore, in this embodiment, the output P of the laser light LB is set lower near the origin O of the Lissajous pattern than in other areas, thereby preventing the amount of heat input to the surface of the
なお、原点Oから各描画位置A’,C’,D’,F’までの距離は、ワーク200の溶接部位の形状、板厚やワーク200の材質等に応じて適宜変更されうる。例えば、リサージュパターンの1周期を360度として見た場合に、当該距離を、原点Oを基準として見た角度に置き換えると、当該角度は0度より大きく3度~15度以下であることが好ましい。The distance from the origin O to each of the drawing positions A', C', D', and F' can be changed as appropriate depending on the shape of the welded portion of the
(実施形態3)
図11は、本実施形態に係るレーザ光とワークに形成された溶融池との位置関係を示す。図12は、レーザ光の走査パターンを示し、図13は、レーザ光の描画位置と出力との関係を示す。
(Embodiment 3)
Fig. 11 shows the positional relationship between the laser beam and the molten pool formed on the workpiece according to this embodiment, Fig. 12 shows the scanning pattern of the laser beam, and Fig. 13 shows the relationship between the drawing position of the laser beam and the output.
図11に示すように、レーザ光LBがワーク200に照射されると、ワーク200を構成する金属が急激に加熱、溶融され、レーザ光LBの照射部位及びその近傍に溶融池201が形成される。また、レーザ光LBの照射部位では、金属が蒸発して、ワーク200の表面から内部に向けてキーホール202が形成される。キーホール202の内部にレーザ光LBが到達することで、ワーク200の内部まで金属が溶融され、ワーク200の溶け込み深さが確保される。なお、図11に示すレーザ光LBの照射位置は、図5に示すリサージュパターンの原点Oに相当する。
As shown in Figure 11, when the laser light LB is irradiated onto the
また、溶接の進行方向、この場合は、X方向に沿って、レーザ光LBの照射位置よりも前方に位置する第3部位203では、ワーク200が十分に加熱されておらず、溶融池201は形成されていない。一方、レーザ光LBの照射位置よりも後方に位置する第4部位204は、既にレーザ光LBによって十分に加熱されている。よって、第4部位204は、溶融池201の内部に位置しているか、あるいは溶融池201が固化した部分に位置している。つまり、第4部位204には溶融池201が含まれる。
In addition, in the
このように、溶接線に沿って、レーザ光LBの照射位置に相当するリサージュパターンの原点Oの前方では、ワーク200を溶融するために大きな入熱量が必要とされる。一方、リサージュパターンの原点Oの後方では、既に形成された溶融池201が維持される程度の入熱量で十分である。Thus, along the weld line, a large amount of heat input is required in front of the origin O of the Lissajous pattern, which corresponds to the irradiation position of the laser beam LB, to melt the
リサージュパターンの原点Oの後方にあわせて、入熱量、この場合は、レーザ光LBの出力Pを調整する場合を考える。図5に示すように、リサージュパターンが対称形状であると、原点Oの前方では、ワーク200への入熱量が不足し、溶接ビードの形状、特に、ビードの際の形状が不ぞろいになってしまうおそれがあった。一方、リサージュパターンの原点Oの前方にあわせて、レーザ光LBの出力Pを調整すると、原点Oの後方で溶融池201への入熱が過多となり、溶融池201が不安定となるおそれがあった。この場合、良好な形状の溶接ビードを得ることが難しかった。また、このような課題は、溶接線を挟んだ両側で、ワーク200の熱容量が同等となっている場合及び非対称になっている場合の両方で生じうる。Consider the case where the heat input, in this case the output P of the laser light LB, is adjusted to match the rear of the origin O of the Lissajous pattern. As shown in FIG. 5, if the Lissajous pattern has a symmetrical shape, the heat input to the
そこで、本実施形態では、前述の第3部位203と第4部位204とで、照射されるレーザ光LBの出力Pを変化させるようにしている。具体的には、本実施形態では、レーザ光LBをX方向に進行させてワーク200をレーザ溶接するにあたって、以下に示す点で実施形態1に示す構成と異なる。Therefore, in this embodiment, the output P of the irradiated laser light LB is changed between the aforementioned
つまり、リサージュパターンの描画中に、ワーク200に形成される溶融池201よりもX方向に沿って前方にレーザ光LBが照射される第3部位203では、溶融池201を含んで第3部位203よりも後方にレーザ光LBが照射される第4部位204よりもレーザ光LBの出力Pが高くなるようにしている。In other words, during drawing of the Lissajous pattern, the output P of the laser light LB is set to be higher in the
具体的には、図12,13に示すように、原点Oを基準としてX方向に沿って前方に位置する描画軌跡O→A→Bと描画軌跡O→D→Eにおいて、レーザ光LBの出力PをP1としている。一方、原点Oを基準としてX方向に沿って後方に位置する描画軌跡B→C→Oと描画軌跡E→F→Oにおいて、レーザ光LBの出力PをP4(P4<P1)としている。このようなレーザ光LBの出力Pの制御は、コントローラ50によって行われる。
Specifically, as shown in Figures 12 and 13, the output P of the laser light LB is set to P1 for the drawing trajectories O→A→B and O→D→E located forward along the X direction with the origin O as the reference point. On the other hand, the output P of the laser light LB is set to P4 (P4<P1) for the drawing trajectories B→C→O and E→F→O located backward along the X direction with the origin O as the reference point. Such control of the output P of the laser light LB is performed by the
本実施形態によれば、第3部位203に照射されるレーザ光LBの出力P1を第4部位204に照射されるレーザ光LBの出力P4よりも高くすることで、未だ加熱、溶融されていない第3部位203に溶融池201が形成されるのを促進できる。また、レーザ光LBの出力P4を低くすることで、溶融池201が過度に振動するのを抑制できる。このことにより、レーザエネルギーを必要以上に第4部位204に投入せず、レーザエネルギーの節約ができるのみではなく、第4部位204において溶接ビードが波立った形状となるのを抑制できる。さらに、ワーク200の溶け込み深さが所望の値よりも深くなるのを抑制して、溶け落ち等の溶接不良が発生するのを低減し、溶接品質の向上が図れる。According to this embodiment, by making the output P1 of the laser light LB irradiated to the
なお、溶接の進行方向をY方向とする場合、例えば、原点Oを基準としてY方向に沿って前方に位置する描画軌跡O→A→B→C→Oにおいて、レーザ光LBの出力PをP1とし、後方に位置する描画軌跡O→D→E→F→Oにおいて、レーザ光LBの出力PをP4としてもよい。この場合も、前述した効果、つまり、第3部位203に溶融池201が形成されるのを促進できるとともに、溶接ビードが波立った形状となるのを抑制できる。また、溶け落ち等の溶接不良が発生するのを低減し、また、溶接品質の向上が図れ、さらにレーザエネルギーを節約することができる。In addition, when the welding proceeds in the Y direction, for example, the output P of the laser light LB may be P1 in the drawing path O→A→B→C→O located forward along the Y direction with the origin O as the reference, and the output P of the laser light LB may be P4 in the drawing path O→D→E→F→O located backward. In this case, the above-mentioned effect can be achieved, that is, the formation of the
(実施形態4)
図14は、本実施形態に係るレーザ光の描画位置に対するレーザ光の描画速度の関係を示す。図15は、レーザ光の描画位置に対するレーザ光の描画速度の別の関係を示し、図16は、レーザ光の描画位置に対するレーザ光の描画速度のさらなる別の関係を示す。
(Embodiment 4)
Fig. 14 shows the relationship of the laser light drawing speed to the laser light drawing position according to this embodiment, Fig. 15 shows another relationship of the laser light drawing speed to the laser light drawing position, and Fig. 16 shows yet another relationship of the laser light drawing speed to the laser light drawing position.
実施形態1~3及び変形例1において、図14に示すように、リサージュパターンの描画中に、レーザ光LBの描画速度Vが一定となるようにしてもよい。言い換えると、リサージュパターンの全長に亘って、レーザ光LBの描画速度Vが一定となるようにしてもよい。このようにすることで、溶融池201(図11参照)への入熱量の制御が容易となる。
In
また、実施形態1に示す例では、リサージュパターンにおけるレーザ光LBの描画位置に応じて、レーザ光LBの出力Pを制御することで、溶接線に関して熱容量が非対称となっているワーク200の溶接部位に対して、溶接線を挟んだ両側で異なる熱量を投入させていた。In addition, in the example shown in
しかし、レーザ光LBの描画位置に応じて、レーザ光LBの描画速度Vを変化させることによっても、ワーク200への投入熱量を変化させることができる。例えば、レーザ光LBの描画速度Vを低くすることで、単位描画長さ当たりに投入される熱量は大きくなる。つまり、レーザ光LBの出力Pを高くするのと同様の効果が得られる。However, the amount of heat input to the
したがって、図6に示すように、リサージュパターンにおけるレーザ光LBの描画位置に応じて、レーザ光LBの出力Pを制御する代わりに、図15に示すように、レーザ光LBの描画速度Vを制御してもよい。このようなレーザ光LBの描画速度Vの制御は、コントローラ50によって行われる。Therefore, instead of controlling the output power P of the laser light LB in accordance with the drawing position of the laser light LB in the Lissajous pattern as shown in Fig. 6, the drawing speed V of the laser light LB may be controlled as shown in Fig. 15. Such control of the drawing speed V of the laser light LB is performed by the
つまり、図3A,3Bに示すワーク200に対し、リサージュパターンの描画中に、第1板材(第1部位)210でのレーザ光LBの描画速度V1が、第1板材210よりも熱容量が小さい第2板材(第2部位)220でのレーザ光LBの描画速度V2よりも低くなるようにする(V1>V2)。In other words, for the
このようにすることで、実施形態1に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。つまり、溶接線に関して熱容量が非対称となっているワーク200の溶接部位に対して、溶接線を挟んだ両側で異なる熱量を投入させることができ、溶接ビードの形状を良好なものとすることができる。また、溶け落ち等の溶接不良の発生を抑制できる。In this way, it is possible to achieve the same effect as the configuration shown in
また、図13に示すように、溶融池201の前方と溶融池201とでレーザ光LBの出力Pを変化させる代わりに、図16に示すように、レーザ光LBの描画速度Vを制御してもよい。このようなレーザ光LBの描画速度Vの制御は、コントローラ50によって行われる。
In addition, instead of changing the output P of the laser beam LB in front of the
つまり、リサージュパターンの描画中に、第3部位203(図11参照)では、第4部位204(図11参照)よりもレーザ光LBの描画速度Vが低くなるようにする。In other words, while drawing the Lissajous pattern, the drawing speed V of the laser light LB is made lower in the third portion 203 (see Figure 11) than in the fourth portion 204 (see Figure 11).
具体的には、図16に示すように、原点Oを基準としてX方向に沿って前方に位置する描画軌跡O→A→Bと描画軌跡O→D→Eにおいて、レーザ光LBの描画速度をV1とする。一方、原点Oを基準としてX方向に沿って後方に位置する描画軌跡B→C→Oと描画軌跡E→F→Oにおいて、レーザ光LBの描画速度VをV2(V1>V2)とする。 Specifically, as shown in Fig. 16, the drawing speed of the laser light LB is V1 for drawing trajectories O→A→B and O→D→E located forward along the X direction with the origin O as the reference point. On the other hand, the drawing speed V of the laser light LB is V2 (V1>V2) for drawing trajectories B→C→O and E→F→O located backward along the X direction with the origin O as the reference point.
このようにすることで、実施形態3に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。つまり、第3部位203に溶融池201が形成されるのを促進できるとともに、溶接ビードが波立った形状となるのを抑制できる。また、溶け落ち等の溶接不良が発生するのを低減し、また、溶接品質の向上が図れ、さらにレーザエネルギーを節約することができる。In this way, it is possible to achieve the same effect as the configuration shown in embodiment 3. That is, it is possible to promote the formation of the
なお、図示しないが、図10に示すように、リサージュパターンの原点Oの近傍でレーザ光LBの出力Pを変化させる代わりに、レーザ光LBの描画速度Vを制御してもよい。このようなレーザ光LBの描画速度Vの制御は、コントローラ50によって行われる。Although not shown, as shown in Fig. 10, instead of changing the output P of the laser light LB near the origin O of the Lissajous pattern, the drawing speed V of the laser light LB may be controlled. Such control of the drawing speed V of the laser light LB is performed by the
例えば、原点Oと図10に示す各描画位置A’,C’,D’,F’との間のそれぞれで、レーザ光LBの描画速度VがV1となるようにし、それ以外のリサージュパターンの描画位置では、レーザ光LBの描画速度VがV2(V1>V2)となるようにしてもよい。For example, the drawing speed V of the laser light LB may be V1 between the origin O and each of the drawing positions A', C', D', and F' shown in Figure 10, and the drawing speed V of the laser light LB may be V2 (V1 > V2) at other drawing positions of the Lissajous pattern.
また、本実施形態及び実施形態1~3、さらに変形例1に示す構成を総合してみれば、本開示に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置100は、以下に示す構成を備えていると言える。
Furthermore, taking into consideration the configurations shown in this embodiment,
また、本実施形態及び実施形態1~3に示す構成を総合してみれば、本開示に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置100は、以下に示す構成を備えていると言える。
Furthermore, taking the configurations shown in this embodiment and
つまり、本開示に係るレーザ溶接方法は、リサージュパターンにおけるレーザ光LBの描画位置に応じて、ワーク200への入熱量を制御する。さらに言えば、リサージュパターンにおけるレーザ光LBの描画位置に応じて、レーザ光LBの描画速度V及び出力Pの少なくとも一方を制御する。In other words, the laser welding method according to the present disclosure controls the amount of heat input to the
また、本開示に係るレーザ溶接装置100において、コントローラ50は、リサージュパターンにおけるレーザ光LBの描画位置に応じて、ワーク200への入熱量を制御する。さらに言えば、コントローラ50は、リサージュパターンにおけるレーザ光LBの描画位置に応じて、レーザ光LBの描画速度V及び出力Pの少なくとも一方を制御する。In addition, in the
このようにすることで、溶接線に関して熱容量が非対称となっているワーク200の溶接部位に対して、溶接線を挟んだ両側で異なる熱量を投入させ、溶接ビードの形状を良好なものとすることができる。In this way, different amounts of heat can be input to the welded portion of the
また、未だ加熱、溶融されていない第3部位203に溶融池201が形成されるのを促進できる。また、溶融池201が過度に振動するのを抑制できる。このことにより、溶接ビードが波立った形状となるのを抑制できる。また、ワーク200の溶け込み深さが所望の値よりも深くなるのを抑制して、溶け落ち等の溶接不良が発生するのを低減し、また、溶接品質の向上が図れる。
It also promotes the formation of the
なお、レーザ光LBの描画速度Vを変化させるにあたって、図15,16に破線で示すように、描画速度Vの立ち上がり部分及び立下り部分をそれぞれ制御するようにしてもよい。 When changing the drawing speed V of the laser light LB, the rising and falling portions of the drawing speed V may be controlled separately, as shown by the dotted lines in Figures 15 and 16.
図15に示す例で言えば、レーザ光LBの描画位置が原点OからDに移動する場合に、レーザ光LBが原点Oを通過した時点から期間t3を経過するまでに、レーザ光LBの描画速度VをV2からV1に上昇させてもよい。この場合の描画速度Vの制御曲線S3は、直線状でも曲線状でもよい。また、レーザ光LBの描画位置が原点OからAに移動する場合に、レーザ光LBが原点Oを通過した時点から期間t4を経過するまでに、レーザ光LBの描画速度VをV2からV1に低下させてもよい。この場合の描画速度Vの制御曲線S4は、直線状でも曲線状でもよい。 In the example shown in FIG. 15, when the drawing position of the laser light LB moves from the origin O to D, the drawing speed V of the laser light LB may be increased from V2 to V1 during the period t3 from the time when the laser light LB passed the origin O. In this case, the control curve S3 of the drawing speed V may be linear or curved. Also, when the drawing position of the laser light LB moves from the origin O to A, the drawing speed V of the laser light LB may be decreased from V2 to V1 during the period t4 from the time when the laser light LB passed the origin O. In this case, the control curve S4 of the drawing speed V may be linear or curved.
図16に示す例で言えば、レーザ光LBの描画位置がBからCに移動する場合に、レーザ光LBが位置Bを通過した時点から期間t3を経過するまでに、レーザ光LBの描画速度VをV2からV1に上昇させてもよい。この場合の描画速度Vの制御曲線S3は、直線状でも曲線状でもよい。また、レーザ光LBの描画位置が原点OからDに移動する場合に、レーザ光LBが原点Oを通過した時点から期間t4を経過するまでに、レーザ光LBの描画速度VをV2からV1に低下させてもよい。この場合の描画速度Vの制御曲線S4は、直線状でも曲線状でもよい。In the example shown in Figure 16, when the drawing position of the laser light LB moves from B to C, the drawing speed V of the laser light LB may be increased from V2 to V1 during the period t3 from the time when the laser light LB passed position B. In this case, the control curve S3 of the drawing speed V may be linear or curved. Also, when the drawing position of the laser light LB moves from the origin O to D, the drawing speed V of the laser light LB may be decreased from V2 to V1 during the period t4 from the time when the laser light LB passed the origin O. In this case, the control curve S4 of the drawing speed V may be linear or curved.
レーザ光LBの描画速度Vを制御曲線S3、S4に示すように制御することで、描画速度Vを目標値に安定して到達させることが容易となる。 By controlling the drawing speed V of the laser light LB as shown in the control curves S3 and S4, it becomes easy to stably cause the drawing speed V to reach the target value.
<変形例2>
図17Aは、本変形例に係るレーザ光の第1の走査パターンを、図17Bは、第2の走査パターンをそれぞれ示す。図18Aは、本変形例に係るレーザ光の第3の走査パターンを、図18Bは、第4の走査パターンを、図18Bは、第5の走査パターンをそれぞれ示す。図19は、リサージュパターンを描画するときの各パラメータの組み合わせの一例を示す。
<
Fig. 17A shows a first scanning pattern of the laser light according to this modification, Fig. 17B shows a second scanning pattern, Fig. 18A shows a third scanning pattern of the laser light according to this modification, Fig. 18B shows a fourth scanning pattern, and Fig. 18B shows a fifth scanning pattern, Fig. 19 shows an example of a combination of parameters when drawing a Lissajous pattern.
実際のレーザ溶接では、ワーク200の材質、継手形状、板厚、求められるビード形状幅などに応じ、式(1)、(2)に示す前述のパラメータa,b,n,mは、適宜変更されうる。したがって、レーザ光LBの走査パターンは、図5に示したパターンに特に限定されない。In actual laser welding, the parameters a, b, n, and m shown in formulas (1) and (2) can be changed as appropriate depending on the material of the
例えば、図17A,17Bに示すように、パラメータaを小さくして、リサージュパターンのX方向の振幅が小さくなるようにしてもよい。また、図18Aに示すように、周波数n=1、周波数m=2とすることで、図5に示すリサージュパターンを90度回転させた走査パターンを生成してもよい。また、図18B,18Cに示すように、パラメータbを小さくして、図18Aに示すリサージュパターンのY方向の振幅が小さくなるようにしてもよい。For example, as shown in Figures 17A and 17B, the parameter a may be reduced to reduce the amplitude of the Lissajous pattern in the X direction. Also, as shown in Figure 18A, a scanning pattern in which the Lissajous pattern shown in Figure 5 is rotated 90 degrees may be generated by setting frequency n = 1 and frequency m = 2. Also, as shown in Figures 18B and 18C, the parameter b may be reduced to reduce the amplitude of the Lissajous pattern shown in Figure 18A in the Y direction.
また、式(1)、(2)に示すパラメータa,bの値は、図17A,17B及び図18A~18Cに示す例に特に限定されず、例えば、図19に示す範囲で適当な値を取りうる。なお、図19において、図5及び図17A,17Bに示すリサージュパターンをパターン群1とし、図18A~18Cに示すリサージュパターンをパターン群2としている。
Furthermore, the values of parameters a and b shown in equations (1) and (2) are not particularly limited to the examples shown in Figures 17A, 17B, and 18A to 18C, and may take appropriate values within the range shown in Figure 19. In Figure 19, the Lissajous patterns shown in Figures 5, 17A, and 17B are
また、第1ミラー41aの周波数n及び第2ミラー42aの周波数mの比、言い換えると、レーザ光LBのX方向の振動周波数である第1周波数とY方向の振動周波数である第2周波数の比を2:1または1:2とすることで、8の字形状のリサージュパターンを得ることができる。また、この周波数の比率さえ守れば、ワーク200の形状または要求されるビード形状に応じ第1ミラー41a及び第2ミラー42aの駆動周波数をそれぞれ変更してもよい。In addition, by setting the ratio of the frequency n of the
<変形例3>
図20A~20Cは、本変形例に係るレーザ光の第1~第3の走査パターンをそれぞれ示す。なお、図20A~20Cにおいて、矢印はレーザ光LBの描画方向を示す。
<Modification 3>
20A to 20C respectively show first to third scanning patterns of the laser beam according to this modified example. Note that in Figs. 20A to 20C, the arrows indicate the drawing direction of the laser beam LB.
本開示のレーザ光LBの走査パターンは、実施形態1や変形例に示したリサージュパターンに限られない。例えば、図20Aに示すように、それぞれ原点Oで接してX軸に関して対称に配置された2つの円形パターンの合成パターンであってもよい。また、図20Bに示すように、それぞれ原点Oで接してX軸に関して対称に配置された2つの楕円パターンの合成パターンであってもよい。図20Bに示す例では、2つの楕円パターンのそれぞれにおいて、長軸はY方向であり、短軸はX方向であるが、長軸をX方向、短軸をY方向としてもよい。図20Cに示すように、それぞれ原点Oで接してX軸に関して対称に配置された2つのひし形パターンの合成パターンであってもよい。なお、図示しないが、図20A~図20Cに示す各走査パターンが、Y軸に関して対称に配置された2つの環状のパターンの合成パターンであってもよい。また、この場合、2つの環状のパターンのそれぞれが、図20A~図20Cに示す例から90度回転したパターンであってもよい。さらに、2つの環状のパターンのそれぞれの大きさも適宜変更されうる。The scanning pattern of the laser light LB of the present disclosure is not limited to the Lissajous pattern shown in the first embodiment and the modified example. For example, as shown in FIG. 20A, it may be a composite pattern of two circular patterns arranged symmetrically with respect to the X axis, each of which is in contact with the origin O. Also, as shown in FIG. 20B, it may be a composite pattern of two elliptical patterns arranged symmetrically with respect to the X axis, each of which is in contact with the origin O. In the example shown in FIG. 20B, the major axis of each of the two elliptical patterns is in the Y direction, and the minor axis is in the X direction, but the major axis may be in the X direction and the minor axis may be in the Y direction. As shown in FIG. 20C, it may be a composite pattern of two diamond patterns arranged symmetrically with respect to the X axis, each of which is in contact with the origin O. Although not shown, each of the scanning patterns shown in FIG. 20A to FIG. 20C may be a composite pattern of two annular patterns arranged symmetrically with respect to the Y axis. Also, in this case, each of the two annular patterns may be a pattern rotated 90 degrees from the example shown in FIG. 20A to FIG. 20C. Furthermore, the size of each of the two annular patterns may be appropriately changed.
つまり、本願明細書におけるレーザ光LBの走査パターンは、2つの環状のパターンが一点で接して連続したパターンであればよく、図20A~図20Cに示す例やその変形例に限定されない。なお、これらのパターンは、第1ミラー41a及び第2ミラー42aをそれぞれ所定の駆動パターンに則って駆動させることで得られる。In other words, the scanning pattern of the laser light LB in this specification may be any pattern in which two annular patterns are continuous and in contact at one point, and is not limited to the examples shown in Figures 20A to 20C and their modified examples. These patterns can be obtained by driving the
したがって、本開示のレーザ溶接方法における溶接ステップでは、ワーク200の表面で所定のパターンを描くようにレーザ光LBを走査する。Therefore, in the welding step of the laser welding method disclosed herein, the laser light LB is scanned to draw a predetermined pattern on the surface of the
さらに、所定のパターンにおけるレーザ光LBの描画位置に応じて、ワーク200への入熱量を制御する。
Furthermore, the amount of heat input to the
また、本開示のレーザ溶接装置100におけるコントローラ50は、レーザ光LBがワーク200の表面に所定のパターンを描くように、レーザ光スキャナ40を駆動制御する。
In addition, the
さらに、コントローラ50は、所定のパターンにおけるレーザ光LBの描画位置に応じて、ワーク200への入熱量を制御する。
Furthermore, the
レーザ光LBの走査パターンである「所定のパターン」とは、2つの環状のパターンが一点、この場合は原点Oで接して連続したパターンである。さらに言うと、2つの環状のパターンは、互いに同じパターンである。当該「所定のパターン」に本願明細書に開示したリサージュパターンが含まれることは言うまでもない。なお、図20Cに示すパターンの場合、Y方向の端部で描画長さが短くなるため、当該パターンにおけるレーザ光LBの描画位置に応じて、ワーク200への入熱量を制御するにあたって留意する必要がある。一方、図20Aや図20Bに示すように、レーザ光LBの走査パターンが、2つの円形または楕円形のパターンが原点Oで接して連続したパターンの場合、Y方向の端部での描画長さが確保でき、当該パターンにおけるレーザ光LBの描画位置に応じて、ワーク200への入熱量を制御するのが容易となる。The "predetermined pattern" which is the scanning pattern of the laser light LB is a pattern in which two annular patterns are continuous and in contact with one another at one point, in this case the origin O. Moreover, the two annular patterns are the same pattern. It goes without saying that the "predetermined pattern" includes the Lissajous pattern disclosed in the present specification. In the case of the pattern shown in FIG. 20C, the drawing length is short at the end in the Y direction, so care must be taken when controlling the amount of heat input to the
レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置100をこのようにすることで、実施形態1~4や変形例1,2に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。By configuring the laser welding method and
(その他の実施形態)
実施形態1~4及び変形例1~3に示した各構成要素を適宜組み合わせて、新たな実施形態とすることもできる。
Other Embodiments
The components shown in the first to fourth embodiments and the first to third modifications can be appropriately combined to form new embodiments.
例えば、変形例2に示す各走査パターンを描画するにあたって、実施形態1~3に示すように、レーザ光LBの出力Pを制御することもできる。また、実施形態4に示すように、レーザ光LBの描画速度Vを制御することもできる。For example, when drawing each scanning pattern shown in
また、実施形態2~4及び変形例2,3において、例えば、1周期の間に、原点Oから描画位置C→B→A→O→F→E→D→Oを通るようにレーザ光LBを走査することで、所定のパターンが描画されてもよい。また、1周期の間に、原点Oから描画位置D→E→F→O→A→B→C→Oを通るようにレーザ光LBを走査することで、所定のパターンが描画されてもよい。1周期の間に、原点Oから描画位置F→E→D→O→C→B→A→Oを通るようにレーザ光LBを走査することで、所定のパターンが描画されてもよい。また、描画位置の順番が変更されるのに応じて、レーザ光LBの描画速度Vや出力Pを変化させるタイミング等が変更されることは言うまでもない。 In addition, in the second to fourth embodiments and the second and third modified examples, for example, a predetermined pattern may be drawn by scanning the laser light LB from the origin O through drawing positions C→B→A→O→F→E→D→O during one cycle. A predetermined pattern may be drawn by scanning the laser light LB from the origin O through drawing positions D→E→F→O→A→B→C→O during one cycle. A predetermined pattern may be drawn by scanning the laser light LB from the origin O through drawing positions F→E→D→O→C→B→A→O during one cycle. Needless to say, the timing for changing the drawing speed V and output P of the laser light LB is changed according to the change in the order of the drawing positions.
なお、図1に示す例では、集光レンズ34は、レーザ光スキャナ40の前段に配置されていたが、レーザ光スキャナ40の後段、つまり、レーザ光スキャナ40とレーザヘッド30の光出射口との間に配置されていてもよい。In the example shown in Figure 1, the focusing
また、レーザ光LBをX方向に沿って第1周波数を有する余弦波状に振動させるとともに、Y方向に沿って第2周波数を有する余弦波状に振動させることで、レーザ光LBの走査パターンがリサージュパターンとなるようにしてもよい。この場合、第1ミラー41a及び第2ミラー42aの振幅a,bや第1ミラー41a及び第2ミラー42aの周波数n,m、さらに位相φが適宜変更されることは言うまでもない。In addition, the laser light LB may be vibrated in a cosine wave shape having a first frequency along the X direction and in a cosine wave shape having a second frequency along the Y direction so that the scanning pattern of the laser light LB becomes a Lissajous pattern. In this case, it goes without saying that the amplitudes a and b of the
本開示のレーザ溶接方法及びレーザ溶接方法は、溶接ビードの形状を良好にすることができ、有用である。The laser welding method and laser welding method disclosed herein are useful in that they can produce a good weld bead shape.
10 レーザ発振器
20 光ファイバ
30 レーザヘッド
31 筐体
32 コリメーションレンズ
33 反射ミラー
34 集光レンズ
40 レーザ光スキャナ
41 第1ガルバノミラー
41a 第1ミラー
41b 第1回転軸
41c 第1駆動部
42 第2ガルバノミラー
42a 第2ミラー
42b 第2回転軸
42c 第2駆動部
50 コントローラ
60 マニピュレータ
200 ワーク
201 溶融池
202 キーホール
203 第3部位
204 第4部位
210 第1板材(第1部位)
220 第2板材(第2部位)
230 第3板材
240 第4板材
10
220 Second plate material (second part)
230
Claims (19)
前記溶接ステップでは、
前記ワークの表面で所定のパターンを描くように前記レーザ光を走査し、
さらに、前記所定のパターンにおける前記レーザ光の描画位置に応じて、前記ワークへの入熱量を制御し、
前記所定のパターンにおける前記レーザ光の描画位置は、第1の描画領域と、前記第1の描画領域とは重複しない第2の描画領域と、を有し、
前記第1の描画領域から前記第2の描画領域に遷移するときには、
前記レーザ光の描画速度を一定に制御し、前記レーザ光の出力が第1の出力から前記第1の出力とは異なる第2の出力へ変化するように制御し、又は、
前記レーザ光の出力を一定に制御し、前記レーザ光の描画速度が第1の速度から前記第1の速度とは異なる第2の速度へ変化するように制御し、
前記所定のパターンは、2つの環状のパターンが一点で接して連続したパターンであることを特徴とするレーザ溶接方法。 A welding step of welding the workpiece by two-dimensionally scanning the laser light and irradiating the laser light onto a surface of the workpiece while traveling in a first direction,
In the welding step,
Scanning the laser light so as to draw a predetermined pattern on the surface of the workpiece;
Furthermore, the amount of heat input to the workpiece is controlled according to the drawing position of the laser light in the predetermined pattern.
a drawing position of the laser light in the predetermined pattern has a first drawing region and a second drawing region that does not overlap with the first drawing region,
When transitioning from the first drawing area to the second drawing area,
A drawing speed of the laser beam is controlled to be constant, and an output of the laser beam is controlled to change from a first output to a second output different from the first output, or
controlling an output of the laser beam to be constant, and controlling a drawing speed of the laser beam to change from a first speed to a second speed different from the first speed;
A laser welding method, wherein the predetermined pattern is a continuous pattern in which two annular patterns are in contact with each other at one point.
前記第2の描画領域から前記第1の描画領域に遷移するときには、When transitioning from the second drawing area to the first drawing area,
前記レーザ光の描画速度を一定に制御し、前記レーザ光の出力が第2の出力から前前記第1の出力へ変化するように制御し、又は、A drawing speed of the laser light is controlled to be constant, and an output of the laser light is controlled to change from a second output to the first output, or
前記レーザ光の出力を一定に制御し、前記レーザ光の描画速度が第2の速度から前記第1の速度へ変化するように制御する、controlling the output of the laser beam to be constant, and controlling the drawing speed of the laser beam to change from a second speed to the first speed;
請求項1に記載のレーザ溶接方法。The laser welding method according to claim 1 .
前記所定のパターンは、8の字状または∞字状のリサージュパターンであり、
前記溶接ステップでは、前記レーザ光を前記第1方向に沿って第1周波数を有する正弦波状に振動させるとともに、前記第1方向と交差する第2方向に沿って第2周波数を有する正弦波状に振動させることで、前記ワークの表面で前記リサージュパターンを描くように前記レーザ光を走査することを特徴とするレーザ溶接方法。 3. The laser welding method according to claim 1,
the predetermined pattern is a Lissajous pattern in the shape of a figure of eight or a shape of an infinity,
The laser welding method is characterized in that, in the welding step, the laser light is vibrated in a sinusoidal manner having a first frequency along the first direction, and also in a sinusoidal manner having a second frequency along a second direction intersecting the first direction, thereby scanning the laser light to trace the Lissajous pattern on the surface of the workpiece.
前記第1周波数と前記第2周波数との比は、2:1か、または1:2であることを特徴とするレーザ溶接方法。 The laser welding method according to claim 3 ,
A laser welding method, wherein a ratio of the first frequency to the second frequency is 2:1 or 1:2.
前記ワークにおける溶接部位は、溶接線を挟んで一方に第1部位を、他方に前記第1部位よりも熱容量の小さい第2部位を有しており、
前記所定のパターンの描画中に、前記第1部位では、前記第2部位よりも前記レーザ光の出力が高くなるようにするようにすることを特徴とするレーザ溶接方法。 The laser welding method according to any one of claims 1 to 4 ,
The welded portion of the workpiece has a first portion on one side of a weld line and a second portion on the other side of the weld line, the second portion having a smaller heat capacity than the first portion,
A laser welding method comprising the steps of: during drawing of the predetermined pattern, output of the laser light is made higher in the first region than in the second region.
前記所定のパターンの描画中に、前記第1方向に沿って、前記ワークに形成される溶融池よりも前方に前記レーザ光が照射される部分を第3部位とし、前記溶融池を含んで前記第3部位よりも後方に前記レーザ光が照射される部分を第4部位とするとき、
前記第3部位では、前記第4部位よりも照射される前記レーザ光の出力が高くなるようにすることを特徴とするレーザ溶接方法。 The laser welding method according to any one of claims 1 to 4 ,
During drawing of the predetermined pattern, a portion to which the laser light is irradiated in front of a molten pool formed on the workpiece along the first direction is defined as a third portion, and a portion to which the laser light is irradiated in rear of the third portion including the molten pool is defined as a fourth portion,
A laser welding method comprising: setting an output of the laser light irradiated to the third portion to be higher than that of the fourth portion.
前記所定のパターンの描画中に、前記所定のパターンの原点の近傍では、それ以外の部分よりも前記レーザ光の出力が低くなるようにすることを特徴とするレーザ溶接方法。 The laser welding method according to any one of claims 1 to 4 ,
A laser welding method comprising the steps of: during drawing of the predetermined pattern, setting an output of the laser beam to be lower in the vicinity of an origin of the predetermined pattern than in other portions.
前記所定のパターンの全長に亘って、前記レーザ光の描画速度が一定となるようにすることを特徴とするレーザ溶接方法。 The laser welding method according to any one of claims 1 to 7,
A laser welding method comprising: making the drawing speed of the laser beam constant over the entire length of the predetermined pattern.
前記ワークにおける溶接部位は、溶接線を挟んで一方に第1部位を、他方に前記第1部位よりも熱容量の小さい第2部位を有しており、
前記所定のパターンの描画中に、前記第1部位では、前記第2部位よりも前記レーザ光の描画速度が低くなるようにするようにすることを特徴とするレーザ溶接方法。 The laser welding method according to any one of claims 1 to 4 ,
The welded portion of the workpiece has a first portion on one side of a weld line and a second portion on the other side of the weld line, the second portion having a smaller heat capacity than the first portion,
A laser welding method, comprising the steps of: drawing the predetermined pattern at a drawing speed of the laser beam at the first portion slower than at the second portion.
前記所定のパターンの描画中に、前記第1方向に沿って、前記ワークに形成される溶融池よりも前方に前記レーザ光が照射される部分を第3部位とし、前記溶融池を含んで前記第3部位よりも後方に前記レーザ光が照射される部分を第4部位とするとき、
前記第3部位では、前記第4部位よりも前記レーザ光の描画速度が低くなるようにすることを特徴とするレーザ溶接方法。 The laser welding method according to any one of claims 1 to 4 ,
During drawing of the predetermined pattern, a portion to which the laser light is irradiated in front of a molten pool formed on the workpiece along the first direction is defined as a third portion, and a portion to which the laser light is irradiated in rear of the third portion including the molten pool is defined as a fourth portion,
A laser welding method, comprising: setting a drawing speed of the laser beam to be slower in the third region than in the fourth region.
前記所定のパターンの描画中に、前記所定のパターンの原点の近傍では、それ以外の部分よりも前記レーザ光の描画速度が高くなるようにすることを特徴とするレーザ溶接方法。 The laser welding method according to any one of claims 1 to 4 ,
A laser welding method comprising the steps of: drawing the predetermined pattern at a drawing speed of the laser beam in the vicinity of an origin of the predetermined pattern, the drawing speed being faster than that of other portions.
前記レーザ光を受け取ってワークに向けて照射するレーザヘッドと、
前記レーザヘッドの動作及び前記レーザ光の出力を制御するコントローラと、を少なくとも備え、
前記レーザヘッドは、前記レーザ光を第1方向と前記第1方向と交差する第2方向のそれぞれに走査するレーザ光スキャナを有し、
前記コントローラは、前記レーザ光が前記ワークの表面に所定のパターンを描くように、前記レーザ光スキャナを駆動制御し、
さらに、前記コントローラは、前記ワークの表面における前記レーザ光の描画位置に応じて、前記レーザ光の描画速度及び出力の少なくとも一方を制御し、
前記所定のパターンにおける前記レーザ光の描画位置は、第1の描画領域と、前記第1の描画領域とは重複しない第2の描画領域と、を有し、
前記第1の描画領域から前記第2の描画領域に遷移するときには、
前記コントローラは、前記レーザ光の描画速度を一定に制御し、前記レーザ光の出力が第1の出力から前記第1の出力とは異なる第2の出力へ変化するように制御し、又は、
前記コントローラは、前記レーザ光の出力を一定に制御し、前記レーザ光の描画速度が第1の速度から前記第1の速度とは異なる第2の速度へ変化するように制御し、
前記所定のパターンは、2つの環状のパターンが一点で接して連続したパターンであることを特徴とするレーザ溶接装置。 A laser oscillator that generates a laser beam;
a laser head that receives the laser light and irradiates it toward a workpiece;
a controller for controlling the operation of the laser head and the output of the laser light;
the laser head has a laser beam scanner configured to scan the laser beam in a first direction and a second direction intersecting the first direction,
The controller drives and controls the laser beam scanner so that the laser beam draws a predetermined pattern on the surface of the workpiece;
Furthermore, the controller controls at least one of a drawing speed and an output of the laser beam according to a drawing position of the laser beam on the surface of the workpiece,
a drawing position of the laser light in the predetermined pattern has a first drawing region and a second drawing region that does not overlap with the first drawing region,
When transitioning from the first drawing area to the second drawing area,
The controller controls a drawing speed of the laser beam to be constant, and controls an output of the laser beam to be changed from a first output to a second output different from the first output, or
the controller controls an output of the laser beam to be constant, and controls a drawing speed of the laser beam to be changed from a first speed to a second speed different from the first speed;
A laser welding device according to claim 1, wherein the predetermined pattern is a continuous pattern in which two annular patterns are in contact with each other at one point.
前記第2の描画領域から前記第1の描画領域に遷移するときには、When transitioning from the second drawing area to the first drawing area,
前記コントローラは、前記レーザ光の描画速度を一定に制御し、前記レーザ光の出力が第2の出力から前前記第1の出力へ変化するように制御し、又は、The controller controls the drawing speed of the laser light to be constant, and controls the output of the laser light to be changed from the second output to the first output, or
前記コントローラは、前記レーザ光の出力を一定に制御し、前記レーザ光の描画速度が第2の速度から前記第1の速度へ変化するように制御する、the controller controls the output of the laser beam to be constant, and controls the drawing speed of the laser beam to change from a second speed to the first speed;
請求項12に記載のレーザ溶接装置。13. The laser welding apparatus of claim 12.
前記所定のパターンは、8の字状または∞字状のリサージュパターンであり、
前記コントローラは、前記レーザ光を前記第1方向に沿って第1周波数を有する正弦波状に振動させるとともに、前記第2方向に沿って第2周波数を有する正弦波状に振動させることで、前記レーザ光が前記ワークの表面に前記リサージュパターンを描くように、前記レーザ光スキャナを駆動制御することを特徴とするレーザ溶接装置。 14. The laser welding apparatus according to claim 12 ,
the predetermined pattern is a Lissajous pattern in the shape of a figure of eight or a shape of an infinity,
The laser welding apparatus is characterized in that the controller drives and controls the laser beam scanner so that the laser beam draws the Lissajous pattern on the surface of the workpiece by vibrating the laser beam in a sinusoidal shape having a first frequency along the first direction and in a sinusoidal shape having a second frequency along the second direction.
前記第1周波数と前記第2周波数との比は、2:1か、または1:2であることを特徴とするレーザ溶接装置。 The laser welding apparatus according to claim 14 ,
A laser welding apparatus, wherein a ratio of the first frequency to the second frequency is 2:1 or 1:2.
前記レーザヘッドが取り付けられたマニピュレータをさらに備え、
前記コントローラは、前記マニピュレータの動作を制御し、
前記マニピュレータは、前記ワークの表面に対して、所定の方向に前記レーザヘッドを移動させることを特徴とするレーザ溶接装置。 16. The laser welding apparatus according to claim 12 ,
a manipulator to which the laser head is attached;
The controller controls the operation of the manipulator;
The laser welding apparatus is characterized in that the manipulator moves the laser head in a predetermined direction relative to the surface of the workpiece.
前記レーザ発振器と前記レーザヘッドとは光ファイバで接続されており、
前記レーザ光は、前記光ファイバを通って、前記レーザ発振器から前記レーザヘッドに伝送されることを特徴とするレーザ溶接装置。 17. The laser welding apparatus according to claim 12 ,
the laser oscillator and the laser head are connected by an optical fiber;
A laser welding device, characterized in that the laser light is transmitted from the laser oscillator to the laser head through the optical fiber.
前記レーザ光スキャナは、前記レーザ光を前記第1方向に走査する第1ガルバノミラーと、前記レーザ光を前記第1方向と交差する第2方向に走査する第2ガルバノミラーと、で構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。 18. The laser welding apparatus according to claim 12 ,
The laser welding apparatus is characterized in that the laser light scanner is composed of a first galvanometer mirror that scans the laser light in the first direction, and a second galvanometer mirror that scans the laser light in a second direction intersecting the first direction.
前記レーザヘッドは、焦点位置調整機構をさらに有し、
前記焦点位置調整機構は、前記第1方向及び前記第2方向のそれぞれに交差する方向に沿って、前記レーザ光の焦点位置を変化させるように構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。 19. The laser welding apparatus according to claim 12 ,
The laser head further includes a focal position adjustment mechanism,
The laser welding device, characterized in that the focal position adjustment mechanism is configured to change the focal position of the laser light along directions intersecting the first direction and the second direction.
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