JP5446334B2

JP5446334B2 - レーザ溶接装置、およびレーザ溶接方法

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Publication number: JP5446334B2
Application number: JP2009055305A
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Inventors: 和彦鍵谷
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
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Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2014-03-19
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Description

本発明は、レーザ溶接装置、およびレーザ溶接方法に関する。

溶接部材にレーザを照射して溶接部材同士を溶接するレーザ溶接方法が知られている（特許文献１参照）。この種のレーザ溶接方法にあっては、溶接部材に予め設定された溶接部に対してレーザを照射し、溶接部材を溶融させて溶接を行っている。

特開２００１−１６２３８９

例えば、重ね合わせた溶接部材同士を溶接する重ね合わせ溶接に上記のレーザ溶接方法を適用すると、溶接部材間に生じた隙間に溶融した溶接部材が流れ込むことによって、溶接部に落ち窪んだ部位が形成されることがある。溶接部には、落ち窪んだ部位の形成に伴ってエッジ部が発生する。

溶接後の溶接部材には、一般的に、防錆等を目的とした塗膜を形成するための塗装工程を実施する。しかしながら、上記のエッジ部においては、他の部位と比較して薄く塗膜が形成され易くなる。塗膜が薄く形成された部位では防錆機能を長期に亘って維持することができず、溶接部材の品質の低下が生じる虞がある。このように、溶接部に存在するエッジ部が後工程において悪影響を及ぼし、溶接部材の品質の低下を招くという問題がある。

そこで本発明は、溶接部に発生したエッジ部を除去してその存在を無くすことによって、エッジ部が存在することによって招かれ得る溶接部材の品質の低下を防止するレーザ溶接装置、およびレーザ溶接方法を提供することを目的とする。

本発明のレーザ溶接装置は、第１と第２の溶接部材における溶接部に対してレーザを照射する第１のレーザ照射部と、溶接部のエッジ部を除去するためのレーザを照射する第２のレーザ照射部と、第１と第２のレーザ照射部の動作を制御する制御部と、を有している。そして、制御部は、第１のレーザ照射部の動作を制御して溶接軌跡に沿ってレーザを照射させるとともに、第２のレーザ照射部の動作を制御して、第１のレーザ照射部が照射したレーザによって溶接部に形成されたエッジ部に対してレーザを照射させる。

また、本発明のレーザ溶接方法は、第１と第２の溶接部材に対してレーザを照射して溶接するレーザ溶接方法であって、第１と第２の溶接部材における溶接部に対して溶接軌跡に沿うようにレーザを照射する第１のレーザ照射工程を有している。さらに、第１のレーザ照射工程によって溶接部に形成されたエッジ部に対してエッジ部を除去するためのレーザを照射する第２のレーザ照射工程を有している。

本発明によれば、溶接部に発生したエッジ部に対してレーザを照射して除去し、その存在を無くすことによって、エッジ部が存在することによって招かれる溶接部材の品質の低下を防止することができる。

本実施形態に係るレーザ溶接装置を簡略化して示す図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、レーザ加工ヘッドを説明するための図であり、図２（Ａ）は、レーザ加工ヘッドを簡略化して示す斜視図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の矢印２Ｂ方向から見た矢視図、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）の矢印２Ｃ方向から見た矢視図である。図３（Ａ）、および（Ｂ）は、レーザ溶接方法を説明するための図であり、図３（Ａ）は、レーザ照射時における溶接部材の斜視図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、レーザ溶接方法を説明するための図であり、図４（Ａ）は、レーザ照射時における溶接部材の斜視図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の４Ｂ−４Ｂ線に沿う断面図、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）の４Ｃ−４Ｃ線に沿う断面図である。エッジ部を除去するためのレーザの走査軌跡を説明するための溶接部材の斜視図である。図６（Ａ）、および（Ｂ）は、レーザ溶接後の溶接部の断面を拡大して示す図であり、図６（Ａ）は、溶接部に残存したエッジ部に塗膜を形成した状態を示す断面図、図６（Ｂ）は、図４（Ｃ）において破線で囲まれた部位に塗膜を形成した状態を示す断面図である。図７（Ａ）、および（Ｂ）はそれぞれ、対比例に係るレーザ溶接方法を説明するための断面図である。図８（Ａ）、および（Ｂ）は、変形例に係るレーザ溶接装置を説明するための図であり、図８（Ａ）は、レーザ加工ヘッドの平面図、図８（Ｂ）は、変形例に係るレーザ溶接方法を説明するための溶接部材の斜視図である。図９（Ａ）、および（Ｂ）は、適用例に係るレーザ溶接方法を説明するための図であり、図９（Ａ）は、レーザ照射時における溶接部材の斜視図、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）において破線で囲んだ部位を拡大して示す断面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１には、本実施形態に係るレーザ溶接装置１００を示す。本実施形態にあっては、本発明を、重ね合わせた鋼板２１０、２２０に対してレーザを照射して溶接を行うレーザ溶接装置１００、およびレーザ溶接方法に適用している。鋼板２１０、２２０は、図示しないクランプ装置によってクランプさせて重ね合わせている。

図１〜図４を参照して、レーザ溶接装置１００を概説すれば、レーザ溶接装置１００は、第１の溶接部材２１０と第２の溶接部材２２０とにおける溶接部２３０に対してレーザを照射する第１のレーザ照射部１１０と、溶接部２３０のエッジ部２３５、２３６を除去するためのレーザを照射する第２のレーザ照射部１２０と、第１のレーザ照射部１１０と第２のレーザ照射部１２０の動作を制御する制御部１７０と、を有している。制御部１７０は、第１のレーザ照射部１１０の動作を制御して溶接軌跡に沿ってレーザを照射させるとともに、第２のレーザ照射部１２０の動作を制御して溶接部２３０のエッジ部２３５、２３６に対してレーザを照射させる。

レーザ溶接装置１００は、第２のレーザ照射部１２０から照射されたレーザを走査するための光学スキャナ１３０を有している。第１のレーザ照射部１１０と第２のレーザ照射部１２０が収納されたレーザ加工ヘッド１４０をさらに有している（図２を参照）。

第１の溶接部材２１０と第２の溶接部材２２０における溶接部２３０とは、溶接部材２１０、２２０において溶接部材２１０、２２０同士を溶接させるためにレーザを照射する部位を意味し、レーザを照射する前の状態にある溶接対象部位、およびレーザを照射することによって溶融、または凝固した溶接対象部位を含むものである。

以下、レーザ溶接装置１００について詳述する。

図１および図２を参照して、レーザ溶接装置１００は、レーザを発振するレーザ発振器１５０と、レーザ加工ヘッド１４０が先端部に配置されたロボットアーム１６０と、を有している。

レーザ発振器１５０は、制御部１７０から送信される制御信号ｓに従ってレーザを発振する。発振したレーザは、第１と第２の光ファイバ１５５、１５６を介してレーザ加工ヘッド１４０へ伝送させる。

光ファイバ１５５、１５６には、第１のレーザ照射部１２０にレーザを伝送させるための第１の光ファイバ１５５と、第２のレーザ照射部１２０にレーザを伝送させるための第２の光ファイバ１５６とを利用している。２本の光ファイバ１５５、１５６を利用することによって、１台のレーザ発振器１５０から２つのレーザ出力をレーザ加工ヘッド１４０へ伝送させている。

ロボットアーム１６０は、制御部１７０から送信される制御信号ｓに従って設定された溶接箇所や、その周辺へレーザ加工ヘッド１４０を移動させる。

レーザ溶接に際して、ロボットアーム１６０を移動させことによって第１のレーザ照射部１１０から照射されたレーザを溶接軌跡に沿って照射させている。

第１のレーザ照射部１１０からレーザを照射させつつ第２のレーザ照射部１２０から照射されたレーザを光学スキャナ１３０によって溶接部２３０のエッジ部２３５、２３６に対して照射させている（図４（Ａ）を参照。各図において、第１のレーザ照射部１１０から照射されたレーザＬ１を破線で示し、第２のレーザ照射部１２０から照射されたレーザＬ２を一点鎖線で示す）。

図２を参照して、レーザ加工ヘッド１４０は、第１のレーザ照射部１１０、第２のレーザ照射部１２０、および光学スキャナ１３０が収納可能な内部空間を備えている。レーザ加工ヘッド１４０は、略矩形の外形形状に形成している。

レーザ加工ヘッド１４０の一の面には、第１のレーザ照射部１１０から照射されたレーザ、および第２のレーザ照射部１２０から照射されたレーザをレーザ加工ヘッド１４０外部へ照射させることを可能にするための開口部１４１を形成している。

第１のレーザ照射部１１０は、レーザ加工ヘッド１４０から溶接部材２１０、２２０に対して垂直にレーザが照射されるように配置している。第１のレーザ照射部１１０から照射されたレーザは、光学スキャナ１３０等を介さずに開口部１４１から溶接部材２１０、２２０に対して直接照射させる。

第１のレーザ照射部１１０から照射されたレーザの光路と、第２のレーザ照射部１２０から照射されたレーザの光路とが重ならないように第２のレーザ照射部１２０を配置している。

第２のレーザ照射部１２０から照射されたレーザは、光学スキャナ１３０を介して開口部１４１からエッジ部２３５、２３６に向けて照射させる。

ここで、溶接部材を溶融させるためのレーザを溶接部に照射し、さらに溶接部に発生したエッジ部に対してレーザを照射させるレーザ溶接を実施する場合には、第１のレーザ照射部を収納するためのレーザ加工ヘッドと、第２のレーザ照射部を収納するためのレーザ加工ヘッドを準備する必要がある。レーザ加工ヘッドを移動させて任意の軌跡に沿ってレーザを照射させるためには、２つのレーザ加工ヘッドをそれぞれ独立して移動可能にするために、２台のロボットアームが必要になる。このため、レーザ溶接装置の製造コストの増加や、装置構成の煩雑化に伴う作業遅延を招く虞がある。

レーザ溶接装置１００にあっては、第１のレーザ照射部１１０、および第２のレーザ照射部１２０を１つのレーザ加工ヘッド１４０内に収納して配置している。第１のレーザ照射部１１０、および第２のレーザ照射部１２０を設けることによって生じ得る製造コストの増加を防止することが可能である。装置構成が煩雑化することを防止することができ、作業遅延が生じることを防止することが可能である。

第１のレーザ照射部１１０および第２のレーザ照射部１２０とともに、光学スキャナ１３０をレーザ加工ヘッド１４０内に収納して配置しているため、装置構成をより簡略化させることが可能になっている。

１台のレーザ加工ヘッド１４０に対して１台のレーザ発振器１５０を利用しているため、装置の配置構成を比較的自由に行うことができる。２本の光ファイバ１５５、１５６を利用する場合であっても、光ファイバ１５５、１５６の引き回しを容易に行うことが可能である。

レーザ加工ヘッド１４０内のレイアウトや内部空間の構成等は、図示されたものに限定されず、適宜変更することが可能である。

再び図２を参照して、第１のレーザ照射部１１０は、レーザを溶接部２３０に対して集光させて照射するための光学レンズ１１５と、光学レンズ１１５を収納するホルダー１１１と、を有している。

光学レンズ１１５の焦点を調整することによって、溶接部２３０に付与する熱量を調整することが可能になっている。

ホルダー１１１は、一側の端部に設けられた光ファイバ１５５を接続するための接続部１１３と、他側の端部に設けられたレーザ出射口１１２と、を有している。

光ファイバ１５５からホルダー１１１内に導出させたレーザは、２枚の光学レンズ１１５を通過して集束する。集束したレーザは、ホルダー１１１の出射口１１２およびレーザ加工ヘッド１４０の開口部１４１を通過し、溶接部２３０に向けて照射させる。照射させたレーザは、溶接部２３０上において焦点を結ぶ。溶接部２３０に対して熱を付与し、溶接部２３０を溶融させる。

第２のレーザ照射部１２０は、第１のレーザ照射部１１０と同様の構成を有しており、光学レンズ１２５と、光学レンズ１２５を収納するホルダー１２１と、を有している。

第２のレーザ照射部１２０のホルダー１２１内に導出させたレーザは、光学レンズ１２５、およびホルダー１２１の出射口１２２を通過させて光学スキャナ１３０に入射する。

光学スキャナ１３０には、駆動回転自在な駆動軸１３５が取り付けられた第１の光学ミラー１３１、および第２の光学ミラー１３２を利用している。

第１の光学ミラー１３１は、第２のレーザ照射部１２０の出射口１２２から入射されたレーザを第２の光学ミラー１３２に向けて反射させる。駆動軸１３５に連結されたモータ（図示せず）を駆動させて駆動軸１３５を回転させると、回転に伴って第１の光学ミラー１３１が回転する。第１の光学ミラー１３１の回転量を調整することによって、レーザの反射方向を調整することが可能になっている。

第２の光学ミラー１３２は、第１の光学ミラー１３１によって反射させたレーザを、溶接部２３０のエッジ部２３５、２３６に向けて反射させる。駆動軸１３５に連結されたモータ（図示せず）を駆動させて駆動軸１３５を回転させると、回転に伴って第２の光学ミラー１３２が回転する。

第１の光学ミラー１３１によるレーザの反射方向、および第２の光学ミラー１３２によるレーザの反射方向を調整することによって、第２のレーザ照射部１２０から照射されたレーザを任意の軌跡に沿って走査することが可能になる。第２のレーザ照射部１２０から照射させたレーザをエッジ部２３５、２３６に沿って照射させることができ、エッジ部２３５、２３６の除去をより確実に行うことが可能になる。

第２の光学ミラー１３２の回転速度を調整することによって、第２のレーザ照射部１２０から照射されたレーザの走査速度を調整することが可能である。第２の光学ミラー１３２の回転速度を速めることによって、レーザの走査速度を速くすることができ、第２の光学ミラー１３２の回転速度を遅くすることによって、レーザの走査速度を遅くすることができる。

レーザの出力エネルギーを一定にした状態でレーザの走査速度を調整することによって、溶接部材２１０、２２０に付与する熱量を調整することが可能である。レーザの出力エネルギーを一定にし、レーザの走査速度を速めることによって、溶接部材２１０、２２０に付与される単位面積当たりの熱量を減少させることができる。レーザの出力エネルギーを一定にし、レーザの走査速度を遅くすることによって、溶接部材２１０、２２０に付与される単位面積当たりの熱量を増加させることができる。

制御部１７０は、制御信号ｓを送信し、レーザ溶接装置１００の各部の動作を制御する。

制御部１７０は、例えば、ロボットアーム１６０の移動動作や、第１のレーザ照射部１１０および第２のレーザ照射部１２０によるレーザの照射のタイミング、定められた溶接軌跡に沿ったレーザの走査など、レーザ溶接に係る各種の動作制御を行う。

レーザ溶接に際して、制御部１７０は、ロボットアーム１６０を移動させつつ第１のレーザ照射部１１０からレーザを照射させる。第１のレーザ照射部１１０から照射されたレーザが定められた溶接軌跡に沿って照射されるようにロボットアーム１６０を移動させる。

第１のレーザ照射部１１０から照射されたレーザによって、溶接部２３０が溶融する。溶融した溶接部２３０を凝固させて、第１の溶接部材２１０と第２の溶接部材２２０とを溶接させる（図３（Ａ）、および（Ｂ）を参照）。

制御部１７０は、溶接部２３０にエッジ部２３５、２３６が発生した場合に、エッジ部２３５、２３６を除去させるためのレーザを第２のレーザ照射部１２０から照射させる（図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照）。

制御部１７０には、第１のレーザ照射部１１０から照射されたレーザによって形成される溶接ビードの幅寸法を予め記憶させている。この幅寸法に基づいて、エッジ部２３５、２３６にレーザが照射されるように光学スキャナ１３０を動作させる。例えば、エッジ部２３５、２３６の位置を検知し、その検知結果に基づいて光学スキャナ１３０の動作を制御する構成にすることも可能である。

エッジ部２３５、２３６を除去させるためのレーザは、溶接部２３０が溶け落ちることを防止するために、第１のレーザ照射部１１０から照射されたレーザよりも、低い入熱量を付与するように照射させることが望ましい。例えば、第２のレーザ照射部１２０から照射されるレーザ出力を一定にし、レーザの走査速度を速めて照射する。入熱量を低下させつつ作業効率を向上させることが可能になる。

溶接部材を重ね合わせた状態で溶接するレーザ溶接方法において、クランプ装置などによって溶接部材をクランプさせると、溶接部材間に隙間が生じることがある。隙間が生じた状態でレーザを照射すると、溶融した溶接部材が隙間に流れ込み、溶接後に落ち窪んだ形状の溶接部を形成させることがある。落ち窪んだ形状の溶接部の形成に伴って溶接部にはエッジ部が発生する（図３（Ａ）、および（Ｂ）を参照）。

溶接後の溶接部材に防錆等を目的とした塗膜を形成させる塗装工程を実施すると、上記のようなエッジ部では、他の部位と比較して薄く塗膜が形成されることになる（図６（Ａ）を参照）。塗膜が薄く形成された部位では防錆機能を長期に亘って維持することができず、溶接部材の品質の低下が生じる虞がある。

溶接部２３０に形成されたエッジ部２３５、２３６に対してレーザを照射することによってエッジ部２３５、２３６を除去することが可能になる（図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照）。エッジ部２３５、２３６を除去し、その存在を無くことによって、溶接部２３０に均一の厚さの塗膜２４０を形成させることが可能になる。このため、塗膜２４０による防錆機能を長期に亘って維持させることが可能になる（図６（Ｂ）を参照）。

制御部１７０は、第１のレーザ照射部１１０による溶接軌跡に沿ったレーザの照射が終了する前に、第２のレーザ照射部１２０を動作させて溶接部２３０のエッジ部２３５、２３６に対してレーザを照射させる。

エッジ部２３５、２３６を除去するためのレーザの照射を行うことによって生じ得る作業遅延を低減させることが可能になる。

第１のレーザ照射部１１０によるレーザの照射が終了する前に、エッジ部２３５、２３６を除去するためのレーザを照射する場合には、先行して照射されたレーザを追い越さないようにエッジ部２３５、２３６を除去するためのレーザを照射させる必要がある。例えば、レーザが照射された溶接部２３０の周縁に形成された両エッジ部２３５、２３６に対して交互にレーザを照射させることによって、先行して照射されたレーザを追い越すことなく、作業効率を向上させてエッジ部２３５、２３６を除去することが可能になる（図５を参照）。

次に、レーザ溶接方法について説明する。

図３（Ａ）および（Ｂ）を参照して、重ね合わせて配置した第１の溶接部材２１０と第２の溶接部材２２０における溶接部２３０にレーザを照射する。

制御部１７０は、第１のレーザ照射部１２０からレーザを照射させつつ定められた溶接軌跡に沿ってレーザが照射されるようにロボットアーム１６０を移動させる。

レーザが照射された溶接部２３０は、レーザの照射によって付与された熱により、溶融する。

図３（Ｂ）に示すように、第１の溶接部材２１０と第２の溶接部材２２０を重ね合わせて配置すると、溶接部材２１０、２２０間に隙間ｇが生じることがある。隙間ｇが生じた状態でレーザ溶接を実施すると、溶融した溶接部材２１０、２２０がその隙間ｇに流れ込み、落ち窪んだ形状の溶接部２３０を形成させる。落ち窪んだ形状の溶接部２３０の形成に伴って溶接部２３０にはエッジ部２３５、２３６が発生する。

図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、溶接部２３０に発生したエッジ部２３５、２３６に対してエッジ部２３５、２３６を除去するためのレーザを照射する。

制御部１７０は、落ち窪んだ溶接部２３０の両縁に形成されたエッジ部２３５、２３６のうち、一方のエッジ部２３５および他方のエッジ部２３６に対してそれぞれ交互にレーザを照射させる。

ここで、図７（Ａ）および（Ｂ）には、溶接部材３１０、３２０を溶融させたレーザを照射させた後、さらに溶接部３３０にレーザを照射させて溶接部３３０に発生したポロシティを減少させる従来技術を示す。

従来技術にあっては、ポロシティを減少させるために照射したレーザによって、溶接部３３０に発生したエッジ部３３５、３３６を除去することも可能ではある。しかしながら、ポロシティを減少させるためのレーザを照射することによって、溶接部３３０に新たにエッジ部３３５、３３６を発生させることになる。このため、防錆機能を長期に亘って維持させるために必要な厚さの塗膜をエッジ部３３５、３３６に形成させることができず、溶接部材３１０、３２０の品質の低下を招くことになる。

これに対して、本実施形態にあっては、溶接部２３０に発生したエッジ部２３５、２３６に対してレーザを照射することによって、エッジ部２３５、２３６のみを好適に除去し、その存在を無くすことができる。エッジ部２３５、２３６を除去することによって、溶接部２３０に均一な厚さの塗膜２４０を形成させることができる。そのため、塗膜２４０による防錆機能を長期に亘って維持させることができ、溶接後の溶接部材２１０、２２０の品質が低下することを防止できる。

図６（Ａ）および（Ｂ）には、エッジ部２３５、２３６が残存した溶接部２３０に形成させた塗膜２４０と、エッジ部２３５、２３６が除去された溶接部２３０に形成させた塗膜２４０とを対比させて示す。

図６（Ａ）を参照して、エッジ部２３５、２３６が残存した溶接部２３０に塗膜２４０を形成すると、エッジ部２３５、２３６の周辺部では、他の部位に比較して塗膜２４０が薄く形成されることになる。このため、エッジ部２３５、２３６の周辺部では、塗膜２４０による防錆機能が長期に亘って維持することができず、溶接品質の低下が生じる。

図６（Ｂ）を参照して、エッジ部２３５、２３６を除去し、溶接部２３０全体の断面形状が円弧形状のように整形されると、溶接部２３０に均一な厚さの塗膜２４０を形成させることが可能になる。このため、塗膜２４０による防錆機能を長期に亘って維持させることができ、溶接部材２１０、２２０の溶接品質が低下することを防止できる。

エッジ部２３５、２３６を除去するためのレーザを照射する作業を行うことによって生じ得る作業遅延を低減させる。

図５を参照して、制御部１７０は、第１のレーザ照射部１１０から先行して照射されたレーザに追従させて、第２のレーザ照射部１２０からエッジ部２３５、２３６に向けてレーザを照射させる。

一方のエッジ部２３５に所定の距離だけレーザを照射した後、他方のエッジ部２３６に所定の距離だけレーザを照射する（図中矢印で走査軌跡を示す）。この作業を繰り返して落ち窪んだ溶接部２３０の周縁に形成された両エッジ部２３５、２３６を交互に除去させる。先行して第１のレーザ照射部１１０から照射されたレーザを追い越すことなく、作業効率を向上させてエッジ部２３５、２３６を除去させる。

制御部１７０は、第２のレーザ照射部１２０からレーザを照射させつつ光学スキャナ１３０の動作を制御してエッジ部２３５、２３６に沿うようにレーザを照射させる。

光学スキャナ１３０を利用することによって、第２のレーザ照射部１２０から照射されたレーザを任意の軌跡に沿って走査することができる。エッジ部２３５、２３６に沿ってレーザを照射させることができ、より確実にエッジ部２３５、２３６を除去させる。

制御部１７０は、溶接部２３０に形成されたエッジ部２３５、２３６が除去されると、溶接作業を終了する。

上述したように、本実施形態によれば、溶接部２３０に発生したエッジ部２３５、２３６に対してレーザを照射することによって、エッジ部２３５、２３６のみを好適に除去することができる。エッジ部２３５、２３６を除去してその存在を無くすことによって、溶接部２３０に均一な厚さの塗膜２４０を形成させることができる。そのため、塗膜２４０による防錆機能を長期に亘って維持させることができ、溶接後の溶接部材２１０、２２０の品質が低下することを防止できる。

光学スキャナ１３０を利用することによって、第２のレーザ照射部１２０から照射されたレーザを任意の軌跡に沿って走査することができる。エッジ部２３５、２３６に沿ってレーザを照射させることができ、より確実にエッジ部２３５、２３６を除去させることができる。

第１のレーザ照射部１１０、および第２のレーザ照射部１２０を１つのレーザ加工ヘッド１４０内に収納して配置しているため、第１のレーザ照射部１１０、および第２のレーザ照射部１２０を設けることによって生じ得る製造コストの増加を防止することができる。装置構成が煩雑化することを防止することができ、作業遅延が生じることを防止することができる。

第１のレーザ照射部１１０による溶接軌跡に沿ったレーザの照射が終了する前に、第２のレーザ照射部１２０を動作させて溶接部２３０のエッジ部２３５、２３６に対してレーザを照射させる。エッジ部２３５、２３６を除去するためのレーザを照射する作業を行うことによって生じ得る作業遅延を低減させることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜改変することができる。

溶接軌跡は、図示されたものに限定されるものではなく、例えば、円形形状や矩形形状の溶接軌跡に沿ってレーザを照射させることができる。エッジ部２３５、２３６を除去するためのレーザを走査する軌跡は、エッジ部２３５、２３６を除去することが可能な範囲において適宜変更することが可能である。

レーザ溶接装置１００にあっては、第１のレーザ照射部１１０と、第２のレーザ照射部１２０とをレーザ加工ヘッド１４０内に配置し、レーザ加工ヘッド１４０を移動させる１台のロボットアーム１６０を利用している。例えば、第１のレーザ照射部１１０が配置されたロボットアームと、第２のレーザ照射部１２０が配置されたロボットアームの２台のロボットアームを備えた構成とすることも可能である。このような場合、２台のロボットアームの移動のみで照射されたレーザを走査させることが可能である。

エッジ部２３５、２３６を除去するためのレーザを照射させるタイミングは、適宜変更することが可能である。例えば、溶融した溶接部２３０が凝固するのを待ってから照射させることも可能である。

第１のレーザ照射部１１０から照射されたレーザを光学スキャナ１３０によって溶接軌跡に沿って照射させつつロボットアーム１６０を移動させて第２のレーザ照射部１２０から照射されたレーザを溶接部２３０のエッジ部２３５、２３６に対して照射させる装置構成にすることも可能である。

（変形例）
図８（Ａ）、および（Ｂ）を参照して、本変形例に係るレーザ溶接装置１００には、第２のレーザ照射部１２０から照射されたレーザを分割させて溶接部２３０のエッジ部２３５、２３６に対して照射させるレーザ分割手段１８０を設けている。前述した実施形態と同様の部材および溶接方法については、その説明を一部省略する。

図８（Ａ）を参照して、レーザ分割手段１８０には、公知のレーザスプリッターを利用している。レーザ加工ヘッド１４０内に配置したレーザスプリッターにレーザを通過させてレーザを２分割させる。２分割したレーザを、光学スキャナ１３０によって走査し、溶接部２３０のエッジ部２３５、２３６に対して照射させる。

図８（Ｂ）を参照して、落ち窪んだ溶接部２３０の周縁に形成された両エッジ部２３５、２３６に同時にレーザを照射させることができ、エッジ部２３５、２３６を除去する作業をより効率的に行うことが可能になる。

上述したように、本変形例にあっては、第２のレーザ照射部１２０から照射されたレーザを分割させて溶接部２３０のエッジ部２３５、２３６に対して照射させることができる。このため、溶接部２３０に発生したエッジ部２３５、２３６をより効率的に除去することができる。

レーザ分割手段は、レーザを分割させて照射させることが可能な範囲内で適宜変更することが可能である。

レーザ加工ヘッド１４０内のレイアウトは図示されたものに限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。また、レーザを分割する数は、２つに限定されるものではなく、分割数を増加させることも可能である。

（適用例）
図９（Ａ）、および（Ｂ）を参照して、適用例にあっては、厚さの異なる２つの溶接部材２１０、２２０を並べて配置し、その溶接部材２１０、２２０同士を溶接させるテーラードブランク溶接にレーザ溶接装置１００、およびレーザ溶接方法を適用している。

第１の溶接部材２１０と第２の溶接部材２２０における溶接部２３０にレーザを照射すると、溶接部２３０が溶融する。この際、第１の溶接部材２１０側の溶接部２３０には、図示されるようにエッジ部２３５が残存する。エッジ部２３５に対してレーザを照射することによって、エッジ部２３５を除去することでき、溶接後に均一の厚さの塗膜２４０を溶接部２３０に形成させることが可能になる。

テーラードブランク溶接に際して、溶接部２３０に残存したエッジ部２３５の除去を目的としてレーザ溶接装置１００、およびレーザ溶接方法を好適に用いることができる。

本発明のレーザ溶接装置、およびレーザ溶接方法は、溶接部材を溶接するレーザ溶接において、溶接部に発生したエッジ部を除去し、エッジ部を除去した後、溶接部に良好な厚さの塗膜を形成させることを目的としたレーザ溶接装置、およびレーザ溶接方法に広く適用することが可能である。

以下、本発明の実施形態を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。

（実施例１）
実施例１にあっては、溶接軌跡に沿ってレーザを照射させるための第１のレーザ照射部１１０を備えたロボットアームと、溶接部２３０に発生したエッジ部２３５、２３６に対してレーザを照射させるための第２のレーザ照射部１２０を備えたロボットアームの２台のロボットアームを有するレーザ溶接装置を利用した。

レーザ溶接装置には、レーザ出力、レーザの走査速度、および溶接軌跡を予め教示させた。レーザ溶接は、重ね合わせて配置した板厚１．４ｍｍ、０．６５ｍｍの鋼板に対して実施した。

第１のレーザ照射部１１０を備えるロボットアームを溶接軌跡に沿うように移動させた。ロボットアームを移動させつつ第１のレーザ照射部１１０からレーザを照射させて、溶接軌跡に沿ってレーザを照射させた。具体的には、以下の条件でレーザを照射させた。

（１）レーザ発振器に入力するレーザ出力：４０００Ｗ
（２）第１のレーザ照射部から照射されたレーザの走査速度：７０ｍｍ／ｓ。

第２のレーザ照射部１２０を備えるロボットアームを溶接部２３０に発生したエッジ部２３５、２３６に沿うように移動させた。ロボットアームを移動させつつ第２のレーザ照射部１２０からレーザを照射させて、溶接部２３０に発生したエッジ部２３５、２３６に沿ってレーザを照射させた。具体的には、以下の条件でレーザを照射させた。

（１）レーザ発振器に入力するレーザ出力：４０００Ｗ
（２）第２のレーザ照射部から照射されたレーザの走査速度：２１０ｍｍ／ｓ。

上記の条件でレーザ溶接を実施することによって、溶接部２３０に発生したエッジ部２３５、２３６を好適に除去することができた。平滑な形状の溶接部に形成した塗膜と同等の防錆機能を長期に亘って維持することが可能な塗膜２４０を形成させることができた。

（実施例２）
実施例２にあっては、溶接軌跡に沿ってレーザを照射させるための第１のレーザ照射部１１０を備えたロボットアームと、溶接部２３０に発生したエッジ部２３５、２３６に対してレーザを照射させるための第２のレーザ照射部１２０を備えたロボットアームの２台のロボットアームを有するレーザ溶接装置を利用した。第２のレーザ照射部１２０から照射したレーザは、レーザ分割手段１８０によって分割してエッジ部２３５、２３６に照射させた。

第２のレーザ照射部１２０を備えるロボットアームを溶接部２３０に発生したエッジ部２３５、２３６に沿うように移動させた。ロボットアームを移動させつつ第２のレーザ照射部１２０からレーザを照射させて、溶接部２３０に発生したエッジ部２３５、２３６に沿ってレーザを照射させた。第２のレーザ照射部１２０から照射させたレーザを分割させることによって、落ち窪んだ溶接部２３０の周縁に形成された両エッジ部２３５、２３６に同時にレーザを照射させた。具体的には、以下の条件でレーザを照射させた。

（実施例３）
実施例３にあっては、溶接軌跡に沿ってレーザを照射させるための第１のレーザ照射部１１０と、溶接部２３０に発生したエッジ部２３５、２３６に対してレーザを照射させるための第２のレーザ照射部１２０とを収納するレーザ加工ヘッド１４０を備えたレーザ溶接装置を利用した。レーザ加工ヘッド１４０内には、第２のレーザ照射部１２０から照射したレーザを任意の軌跡に沿って走査するための光学スキャナ１３０を配置した。先端部にレーザ加工ヘッド１４０が配置された１台のロボットアーム１６０を利用した。

レーザ溶接装置には、レーザ出力、レーザの走査速度、溶接軌跡を予め教示させた。レーザ溶接は、重ね合わせて配置した板厚１．４ｍｍ、０．６５ｍｍの鋼板に対して実施した。

第１のレーザ照射部１１０を備えるロボットアーム１６０を溶接軌跡に沿うように移動させた。ロボットアーム１６０を移動させつつ第１のレーザ照射部１１０からレーザを照射させて、溶接軌跡に沿ってレーザを照射させた。具体的には、以下の条件でレーザを照射させた。

第１のレーザ照射部１１０からレーザを照射させるとともに、第２のレーザ照射部１２０からレーザを照射させた。第２のレーザ照射部１２０から照射させたレーザは、光学スキャナ１３０によって溶接部２３０に発生したエッジ部２３５、２３６に沿って照射させた。具体的には、以下の条件でレーザを照射させた。

１００レーザ溶接装置、
１１０第１のレーザ照射部、
１１１、１２１ホルダー、
１１２、１２２出射口、
１１３、１２３接続部、
１１５、１２５光学レンズ、
１２０第２のレーザ照射部、
１３０光学スキャナ、
１３１、１３２光学ミラー、
１３５駆動軸、
１４０レーザ加工ヘッド、
１４１開口部、
１５０レーザ発振器、
１５５、１５６光ファイバ、
１６０ロボットアーム、
１７０制御部、
１８０レーザ分割手段、
２１０第１の溶接部材、
２２０第２の溶接部材、
２３０溶接部、
２３５、２３６エッジ部、
２４０塗膜、
Ｌ１、Ｌ２レーザ、
ｇ隙間、
ｓ制御信号。

Claims

第１と第２の溶接部材における溶接部に対してレーザを照射する第１のレーザ照射部と、
前記溶接部のエッジ部を除去するためのレーザを照射する第２のレーザ照射部と、
前記第１と第２のレーザ照射部の動作を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記第１のレーザ照射部の動作を制御して溶接軌跡に沿ってレーザを照射させるとともに、前記第２のレーザ照射部の動作を制御して、前記第１のレーザ照射部が照射したレーザによって前記溶接部に形成された前記エッジ部に対してレーザを照射させるレーザ溶接装置。
前記第１のレーザ照射部、および前記第２のレーザ照射部の少なくとも一方から照射されるレーザを走査するための光学スキャナを有する請求項１に記載のレーザ溶接装置。
前記第１と第２のレーザ照射部が収納されたレーザ加工ヘッドを有する請求項１または請求項２に記載のレーザ溶接装置。
前記第２のレーザ照射部から照射されたレーザを分割させて前記溶接部の前記エッジ部に対して照射させるレーザ分割手段を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置。
前記制御部は、前記第１のレーザ照射部による前記溶接軌跡に沿ったレーザの照射が終了する前に、前記第２のレーザ照射部を動作させて前記溶接部の前記エッジ部に対してレーザを照射させる請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置。
第１と第２の溶接部材に対してレーザを照射して溶接するレーザ溶接方法であって、
前記第１と第２の溶接部材における溶接部に対して溶接軌跡に沿うようにレーザを照射する第１のレーザ照射工程と、
前記第１のレーザ照射工程によって前記溶接部に形成されたエッジ部に対して前記エッジ部を除去するためのレーザを照射する第２のレーザ照射工程と、を有するレーザ溶接方法。