レーザ溶接方法
【課題】溶接時の隙間管理を精度良く行うことができるレーザ溶接方法を提供する。
【解決手段】このレーザ溶接方法では、溶接前工程において、溶接予定領域Ｒを当接させたワーク４１，４２を伝搬した弾性波の振動強度を検出し、検出した振動強度に対応する出力信号の強度が所定時間内に閾値を超えた回数を積算する。そして、積算回数が予め設定した所定回数を超えるか否かによってワーク４１，４２間の隙間量Ｓの可否を判断する。このような手法によれば、画像処理を用いて隙間量Ｓを判断する場合とは異なり、ワーク４１，４２の当接部分が外部に露出していない場合であっても隙間量Ｓの判断が可能となる。したがって、突合せ溶接や重ね溶接といった種々の溶接形態について、溶接時の隙間管理Ｓを精度良く行うことができる。このことは、隙間量Ｓの異常による溶接後の製品の歩留まり低下の抑制を実現する。
【解決手段】このレーザ溶接方法では、溶接前工程において、溶接予定領域Ｒを当接させたワーク４１，４２を伝搬した弾性波の振動強度を検出し、検出した振動強度に対応する出力信号の強度が所定時間内に閾値を超えた回数を積算する。そして、積算回数が予め設定した所定回数を超えるか否かによってワーク４１，４２間の隙間量Ｓの可否を判断する。このような手法によれば、画像処理を用いて隙間量Ｓを判断する場合とは異なり、ワーク４１，４２の当接部分が外部に露出していない場合であっても隙間量Ｓの判断が可能となる。したがって、突合せ溶接や重ね溶接といった種々の溶接形態について、溶接時の隙間管理Ｓを精度良く行うことができる。このことは、隙間量Ｓの異常による溶接後の製品の歩留まり低下の抑制を実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを照射することにより第１の被加工物に第２の被加工物を溶接するためのレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接を行う際の前工程として、第１の被加工物と第２の被加工物との溶接予定領域を当接させる工程がある。この工程では、第１の被加工物と第２の被加工物との間の隙間管理を行うことが重要となっている。隙間管理が不十分である場合、例えば板材の突合せ溶接では溶接部分が肉薄化したり、レーザが貫通して板材が切断されたりすることがある。また、板材の重ね溶接では、溶け込み量が不十分で溶接強度が確保できなかったり、溶接部分の歪みが大きくなったりする場合もある。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１に記載のレーザ溶接装置では、被加工物であるブランク材の突き合わせ部の隙間量をＣＣＤカメラによって検出している。そして、隙間量の検出結果を、ブランク材を載置している定盤の温度制御にフィードバックすることにより、定盤からの熱的影響による隙間量の増加を抑制している。
【特許文献１】特開２００５−６６６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のレーザ溶接装置のように、画像処理を用いる手法では、外部から視認できない部分の隙間量を検出することはできない。したがって、例えば重ね溶接を行う場合のように、第１の被加工物と第２の被加工物との当接部分が内側にあるような溶接形態に対しては、隙間管理を精度良く行うことが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、溶接時に隙間管理を精度良く行うことができるレーザ溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の解決のため、本発明に係るレーザ溶接方法は、第１の被加工物及び第２の被加工物の溶接予定領域を互いに当接させる溶接前工程と、溶接予定領域に沿ってレーザビームを照射する溶接中工程と、溶接予定領域に形成された溶接部の溶接品質を検査する溶接後工程とを備えたレーザ溶接方法であって、溶接前工程は、溶接予定領域を互いに当接させた状態で、振動発生手段から発生した振動を第１の被加工物と第２の被加工物とに伝播させる工程と、第１の被加工物と第２の被加工物とを伝搬した振動を振動検出手段によって検出する工程と、振動検出手段からの出力信号に基づいて、第１の被加工物と第２の被加工物との間の隙間量の可否を判断する工程とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
このレーザ溶接方法では、溶接前工程において、溶接予定領域を互いに当接させた第１の被加工物と第２の被加工物とに伝搬させた所定周波数の振動に基づいて、第１の被加工物と第２の被加工物との間の隙間量の可否を判断する。このような手法によれば、画像処理を用いて隙間量を判断する場合とは異なり、第１の被加工物と第２の被加工物との当接部分が外部に露出していない場合であっても隙間量の判断が可能となる。したがって、突合せ溶接や重ね溶接といった種々の溶接形態について、溶接時の隙間管理を精度良く行うことができ、隙間量の異常による溶接の歩留まりの低下を抑えられる。
【０００８】
また、出力信号が所定時間内に閾値を超えた回数を積算し、この積算回数が予め設定した所定回数に満たなかったときに、第１の被加工物と前記第２の被加工物との間の隙間量が異常であると判断することが好ましい。この判断方法では、出力信号の閾値を設定することにより、出力信号にノイズ等が多少混在している場合でも、隙間量の誤判断を抑止できる。
【０００９】
また、出力信号は波形パターンであることが好ましい。出力信号を波形パターン化することにより、隙間量の状態を視覚的に把握することが可能となる。
【００１０】
また、振動発生手段は、所定周波数の振動を発生可能な発振器であることが好ましい。この場合、発振器によって所定周波数の振動を発生させることが可能であるので、振動検出手段からの出力信号を安定化し、隙間量の可否判断を精度良く行うことができる。
【００１１】
また、振動発生手段は、第１の被加工物又は第２の被加工物に当接したときに振動を発生可能な材料からなる押圧部を備えた治具であることが好ましい。この場合、例えば第１の被加工物及び第２の被加工物の固定に用いる固定治具をそのまま振動発生手段として用いることができるので、隙間量を検出するための構成を簡単化することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るレーザ溶接方法によれば、溶接時の隙間管理を精度良く行うことができる。これにより、隙間量の異常による溶接後の製品の歩留まりの低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明に係るレーザ溶接方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接方法を実現するレーザ溶接システムを示す構成図である。図１に示すように、レーザ溶接システム１は、例えば鉄道車両構体に用いる外板パネルと骨部材（以下、これらを「ワーク」と称す）とを重ね溶接するためのシステムとして構成されており、ワークの溶接予定領域を互いに当接させる搬送装置１０と、溶接予定領域に向けてレーザビームを照射する照射装置２０と、形成した溶接部の溶接品質を検査する検査装置３０とを備えている。搬送装置１０、照射装置２０、及び検査装置３０のそれぞれは、全体の制御を行う上位の制御装置４０に接続され、制御装置４０から出力される動作指示情報に従って、溶接前工程、溶接中工程、及び溶接後工程の各工程を自動で実行するようになっている。
【００１５】
搬送装置１０は、機能的な構成要素として、ワーク搬送制御部１０１と、治具制御部１０２と、発振器制御部１０３と、振動強度検出センサ（振動検出手段）１０４と、隙間量判断部１０５と、判断結果出力部１０６とを有している。
【００１６】
ワーク搬送制御部１０１は、ワークを搬送する搬送アーム（図示しない）の動作を制御する部分である。ワーク搬送制御部１０１は、制御装置４０からワークの搬送開始を指示する開始指示情報を受信すると、搬送アームの制御を開始する。そして、図２に示すように、照射装置２０の送り装置５２（図４参照）上に載置された一方のワーク（第２の被加工物）４１の上面に他方のワーク（第１の被加工物）４２を重ね合わせ、溶接予定領域Ｒを互いに当接させる。ワーク搬送制御部１０１は、ワーク４１，４２の搬送が完了すると、治具制御部１０２に対して加圧治具４３の動作開始を指示する開始指示情報を出力する。
【００１７】
治具制御部１０２は、ワーク４１，４２を固定するための加圧治具４３の動作を制御する部分である。治具制御部１０２は、ワーク搬送制御部１０１から開始指示情報を受け取ると、図２に示すように、ワーク４２の上方から長尺の加圧治具４３を下降させ、ワーク４１，４２の縁部をそれぞれ加圧する。これにより、溶接予定領域Ｒ近傍のワーク４１，４２の密着性が向上する。加圧治具４３を下降させた後、治具制御部１０２は、発振器制御部１０３及び隙間量判断部１０５に対して、動作開始を指示する開始指示情報を出力する。
【００１８】
発振器制御部１０３は、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓの検出に用いる発振器（振動発生手段）４４を制御する部分である。発振器４４は、図２に示すように、例えばワーク４２上面の一方端に配置される。発振器制御部１０３は、治具制御部１０２から開始指示情報を受け取ると、超音波領域（数１０ｋＨｚ〜数ｋＨｚ）の周波数成分を有する弾性波を発振器４４から発振させる。
【００１９】
振動強度検出センサ１０４は、発振器４４から発振した弾性波の振動強度を検出する部分である。振動強度検出センサ１０４は、図２に示すように、例えばワーク４１上面において発振器４４と反対側の端に配置され、ワーク４２からワーク４１に伝播した弾性波の振動強度に対応する出力信号を隙間量判断部１０５に出力する。
【００２０】
隙間量判断部１０５は、ワーク４１，４２の間の隙間量Ｓの可否を判断する部分である。隙間量判断部１０５は、治具制御部１０２から開始指示情報を受け取ると、振動強度検出センサ１０４からの出力信号の取得を開始し、出力信号の時間軸に対する波形パターンを生成する。ここで、図３に隙間量判断部１０５によって生成される波形パターンの一例を示す。図３に示す例では、横軸は時間、縦軸は出力信号の強度を標準偏差に基づいて正規化した値となっており、波形パターン６１は、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓに逆比例している。
【００２１】
隙間量判断部１０５は、所定時間ｔの間に波形パターン６１が正規化値＋２σを超えた回数を積算する。そして、積算回数が予め設定した所定回数（例えば１０回）を超えている場合には、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓが正常であると判断し、所定回数が所定回数未満であった場合には、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓが異常であると判断する。そして、隙間量判断部１０５は、隙間量Ｓについての判断結果を示す判断結果情報を生成し、判断結果出力部１０６に出力する。判断結果出力部１０６は、受け取った判断結果情報を制御装置４０に送信する。
【００２２】
次に、照射装置２０について説明する。照射装置２０は、図１に示すように、機能的な構成要素として、レーザ発振制御部２０１と、ワーク送り制御部２０２と、アシストガス供給制御部２０３と、出力状態検出センサ群２０４と、動作環境検出センサ群２０５と、供給電力検出センサ２０６と、ガス圧力検出センサ２０７と、異常判断部２０８と、判断結果出力部２０９とを有している。
【００２３】
レーザ発振制御部２０１は、ワーク４１，４２の溶接予定領域Ｒに照射する溶接用のレーザ装置５１の動作を制御する部分である。レーザ装置５１は、図４に示すように、ワーク４１，４２の上方に配置されており、例えば波長１．０６μｍ、出力約４．０ｋＷのＹＡＧレーザが用いられる。レーザ発振制御部２０１は、制御装置４０からレーザビームの照射開始を指示する開始指示情報を受信すると、レーザ装置５１から溶接予定領域Ｒに向けてレーザビームを所定時間照射させる。
【００２４】
ワーク送り制御部２０２は、ワーク４１，４２へのレーザビームの照射位置を走査するための送り装置５２の動作を制御する部分である。ワーク送り制御部２０２は、制御装置４０から走査開始を指示する開始指示情報を受信すると、一定の速度で送り装置５２を矢印Ｆ方向に走査させる。これにより、レーザビームの照射位置がワーク４１，４２の溶接予定領域Ｒに沿って移動し、溶接予定領域Ｒに溶接部Ｗが順次形成される。
【００２５】
アシストガス供給制御部２０３は、ガス供給装置（図示しない）からのアシストガスの供給量を制御する部分である。アシストガス供給制御部２０３は、制御装置４０から供給開始を指示する開始指示情報を受信すると、所定の供給量でレーザビームの照射位置にアシストガスを供給する。アシストガスとしては、ワーク４１，４２の酸化防止及びスパッタ防止等を目的として、ヘリウムガス又はアルゴンガス等が用いられる。アシストガスは、図４に示すように、ワーク４１，４２に対して約４５度に傾けられたガス供給装置の供給ノズル５３の先端から、レーザビームの照射位置に向けて供給される。レーザ発振制御部２０１、ワーク送り制御部２０２、及びアシストガス供給制御部２０３のそれぞれは、動作の開始を指示する開始指示情報を異常判断部２０８に出力する。
【００２６】
出力状態検出センサ群２０４は、レーザビームの出力状態の物理量の変化を検出する部分である。より具体的には、出力状態センサ群２０４は、図４に示すように、レーザ出力強度検出センサ２０４ａと、プラズマ／プルーム光強度検出センサ２０４ｂと、反射光強度検出センサ２０４ｃと、加工温度検出センサ２０４ｄとによって構成されている。
【００２７】
レーザ出力強度検出センサ２０４ａは、ワーク４１，４２に照射するレーザビームの光強度を検出するフォトセンサである。レーザ出力強度検出センサ２０４ａは、レーザビームの照射位置の近傍に配置され、レーザビームと同波長の光の強度に対応する出力信号を異常判断部２０８に出力する。プラズマ／プルーム光強度検出センサ２０４ｂは、レーザビームの照射によってワーク４１，４２の表面で発生するプラズマとプルームとの光強度を検出するフォトセンサである。プラズマ／プルーム光強度検出センサ２０４ｂは、レーザ出力強度検出センサ２０４ａと同様にレーザビームの照射位置の近傍に配置され、レーザビームの波長を除く、約３００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の光の強度に対応する出力信号を検出する。そして、プラズマ／プルーム光強度検出センサ２０４ｂは、プラズマの光強度に対応する出力信号と、プルームの光強度に対応する出力信号とを異常判断部２０８にそれぞれ出力する。なお、プラズマの光強度に対応する出力信号と、プルームの光強度に対応する出力信号とは、双方を併せて異常判断部２０８に出力してもよく、バンドパスフィルタ等によって切り分けて異常判断部２０８に出力してもよい。
【００２８】
反射光強度検出センサ２０４ｃは、ワーク４１，４２の表面で反射するレーザビームの光強度を検出するフォトセンサである。反射光強度検出センサ２０４ｃは、レーザ装置５１におけるレーザビームの出射端の近傍に配置され、レーザビームと同波長の光の強度に対応する出力信号を異常判断部２０８に出力する。加工温度検出センサ２０４ｄは、レーザ照射位置における温度を検出するためのフォトセンサである。加工温度検出センサ２０４ｄは、レーザ出力強度検出センサ２０４ａと同様にレーザビームの照射位置の近傍に配置され、レーザビームの波長を除く赤外線領域の光の光強度に対応する出力信号を異常判断部２０８に出力する。
【００２９】
また、溶接環境検出センサ群２０５は、溶接時の環境状態の物理量の変化を検出する部分である。より具体的には、溶接環境検出センサ群２０５は、図４に示すように、加工音検出センサ２０５ａと、振動検出センサ２０５ｂとによって構成されている。
【００３０】
加工音検出センサ２０５ａは、レーザビームの照射位置においてワーク４１，４２表面で発生する音を検出する指向性マイクである。加工音検出センサ２０５ａは、約２０Ｈｚ〜約２０ｋＨｚの周波数帯域を持つバンドパスフィルタ（図示しない）を内蔵しており、この周波数帯域の音の大きさに対応する出力信号を異常判断部２０８に出力する。振動検出センサ２０５ｂは、ワーク４１，４２を固定している加圧治具４３における振動の大きさを検出する加速度センサである。振動検出センサ２０５ｂは、例えば加圧治具４３の軸部分にそれぞれ取り付けられ、各加圧治具４３におけるＸＹＺ方向の各加速度に対応する出力信号を異常判断部２０８に出力する。
【００３１】
また、供給電力検出センサ２０６は、レーザ装置５１、送り装置５２、及びガス供給装置に供給される電力量を検出する電力計である。供給電力検出センサ２０６は、検出した電力量に対応する出力信号を異常判断部２０８に出力する。ガス圧力検出センサ２０７は、ガス供給装置から溶接予定領域Ｒに供給されるアシストガスの圧力を検出する圧力センサである。ガス圧力検出センサ２０７は、ガス圧力に対応する出力信号を異常判断部２０８に出力する。
【００３２】
異常判断部２０８は、レーザビームの出力状態、溶接時の環境状態、供給電力、及びアシストガス圧力の異常の有無を判断する部分である。異常判断部２０８は、レーザ発振制御部２０１、ワーク送り制御部２０２、及びアシストガス供給制御部２０３のそれぞれから開始指示情報を受け取ると、出力状態検出センサ群２０４、溶接環境検出センサ群２０５、供給電力検出センサ２０６、及びガス圧力検出センサ２０７からの各出力信号の取得を開始し、各出力信号の時間軸に対する波形パターンを生成する。
【００３３】
ここで、図５に、出力状態検出センサ群２０４、溶接環境検出センサ群２０５、供給電力検出センサ２０６、及びガス圧力検出センサ２０７で検出する物理量と、この物理量によって検出可能な異常との関係の一例を示す。図５に示すように、レーザ出力強度が異常である場合、レーザ装置５１の異常を検出できる。プラズマとプルームとの光強度及び反射光強度が異常である場合、溶接ビード、溶け込み量、アシストガス、ブローホール発生、ワーク状態の各項目の異常を検出できる。加工温度に異常がある場合、溶接ビード、溶け込み量、アシストガスの各項目の異常を検出できる。
【００３４】
また、加工音に異常がある場合、溶接ビード、溶け込み量、ブローホール、送り装置５２、加圧治具４３の各項目の異常を検出できる。振動に異常がある場合、送り装置５２、加圧治具４３の異常を検出できる。供給電力に異常がある場合、送り装置５２、レーザ装置５１の異常を検出できる。ガス圧力に異常がある場合、ガス供給装置の異常を検出できる。
【００３５】
図６〜図９に、異常判断部２０８によって生成される波形パターンの例を示す。各図においては、横軸は時間、縦軸は出力信号の強度となっている。図６は、レーザ出力強度検出センサ２０４ａからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。図６に示す例では、異常判断部２０８は、レーザ出力強度の波形パターン６２を監視し、レーザ出力強度が初期値の９０％以下に減少した場合に、レーザ装置５１が異常であると判断する。
【００３６】
図７は、プラズマ／プルーム光強度検出センサ２０４ｂ及び加工温度検出センサ２０４ｄからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。図７に示す例では、プラズマとプルームとの光強度の波形パターン６３及び加工温度の波形パターン６４は、例えばデータ点１００点毎の移動平均値をとることによってそれぞれスムージング処理が施されている。異常判断部２０８は、波形パターン６３，６４を監視し、プラズマとプルームとの光強度及び加工温度がいずれも正常値の２倍を超えた場合に、アシストガス成分が異常であると判断する。
【００３７】
図８は、反射光強度検出センサ２０４ｃからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。図８に示す例では、反射光強度の波形パターン６５は、例えばデータ点５０点毎の移動平均値をとることによってスムージング処理が施されている。また、波形パターン６５の閾値を定めるため、予め反射光強度の上限測定値の波形パターン６５ａ及び下限測定値の波形パターン６５ｂが測定されており、波形パターン６５ａの最小値及び波形パターン６５ｂの最大値が、反射光強度の波形パターン６５の上限閾値及び下限閾値としてそれぞれ設定されている。波形パターン６５が上限閾値を超える場合、照射位置におけるレーザビームのロスが大きく、溶け込み量が不十分になっていることが考えられ、波形パターン６５が下限閾値を下回る場合、レーザビームのロスが小さすぎ、溶け込み量が過剰になっていることが考えられる。異常判断部２０８は、波形パターン６５を監視し、反射光強度が予め設定した下限閾値を下回った場合又は上限閾値を超えた場合に、溶け込み量が異常であると判断する。
【００３８】
図９は、送り装置５２の供給電力検出センサ２０６からの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。図９に示す例では、供給電力量の波形パターン６６は、例えばデータ点１００点毎の移動平均値をとることによってスムージング処理が施されている。異常判断部２０８は、例えば波形パターン６６の立ち上がり部分６６ａの傾きが所定の閾値以下であった場合、又は波形パターン６６の定常部分６６ｂにおいて所定の閾値を超えるデータ点が検出された場合に、送り装置５２が異常であると判断する。そして、異常判断部２０８は、レーザビームの出力状態、溶接時の環境状態、供給電力、アシストガス圧力に異常があった場合に、異常があった旨及びその項目を示す判断結果情報を生成し、判断結果出力部２０９に出力する。判断結果出力部２０９は、受け取った判断結果情報を制御装置４０に送信する。
【００３９】
次に、検査装置３０について説明する。検査装置３０は、図１に示すように、レーザ変位計制御部３０１と、レーザ変位計（第１の歪み量検出手段、第２の歪み量検出手段）３０２と、溶接品質判断部３０３と、判断結果格納部３０４とを有している。
【００４０】
レーザ変位計制御部３０１は、ワーク４１，４２の歪み量を検出するためのレーザ変位計３０２の動作を制御する部分である。レーザ変位計制御部３０１は、制御装置４０から溶接品質の検査開始を指示する開始指示情報を受信すると、この開始指示情報を溶接品質判断部３０３に出力する。次に、レーザ変位計制御部３０１は、レーザ変位計３０２から測距用のレーザビームを出射させ、図１０に示すように、溶接部Ｗが露出したワーク４２の表面で、溶接部Ｗを横断するようにレーザ変位計３０２を走査させる。さらに、レーザ変位計制御部３０１は、例えば搬送装置１０の搬送アーム（図示しない）によってワーク４１，４２の上下が反転させられた後、図１１に示すように、溶接部Ｗが露出していないワーク４１の表面で、溶接部Ｗの対向部位Ｖを横断するようにレーザ変位計３０２を走査させる。レーザ変位計３０２は、検出した歪み量に対応する出力信号を溶接品質判断部３０３に出力する。
【００４１】
溶接品質判断部３０３は、レーザ変位計３０２からの出力信号に基づいて、ワーク４１，４２における溶接部Ｗの溶接品質を判断する部分である。溶接品質の検査項目としては、溶接部Ｗのアンダーカット量・アンダーフィル量、及び対向部位Ｖの凹凸量・折れ量が設定されている。溶接品質判断部３０３は、レーザ変位計制御部３０１から開始指示情報を受け取ると、レーザ変位計３０２からの出力信号の取得を開始し、出力信号の走査位置に対する波形パターンを生成する。
【００４２】
ここで、図１２〜図１５に、レーザ変位計３０２からの出力信号の波形パターンの一例を示す。各図においては、横軸は走査位置、縦軸は出力信号の強度から求めた歪み量となっており、各波形パターンには、例えばデータ点１００点毎の移動平均値をとることによってそれぞれスムージング処理が施されている。図１２（ａ）は、ワーク４２における溶接部Ｗ近傍の歪み量に対応する波形パターンの一例を示す図である。この場合、溶接品質判断部３０３は、例えば波形パターン６７の傾きの正負が変化する３つの変極点６７ａ、６７ｂ、６７ｃを検出することによって、溶接部Ｗにアンダーカットが生じていることを認識する。アンダーカットとは、図１２（ｂ）に示すように、溶接部Ｗの周囲に凹部が形成される欠陥をいう。そして、溶接品質判断部３０３は、例えば変極点６７ａ（又は変極点６７ｃ）と変極点６７ｂとにおける歪み量の差をアンダーカット量として算出し、この差が予め設定した閾値を超えている場合に、溶接部Ｗの溶接品質が異常であると判断する。
【００４３】
図１３（ａ）は、ワーク４２における溶接部Ｗ近傍の歪み量に対応する波形パターンの別の例を示す図である。この場合、溶接品質判断部３０３は、図１２の場合と同様に、波形パターン６８の３つの変極点６８ａ、６８ｂ、６８ｃを検出するが、変極点６８ａから変極点６８ｃまでの走査位置の間隔が所定幅以上である場合に、溶接部Ｗにアンダーフィルが生じていることを認識する。アンダーフィルとは、図１３（ｂ）に示すように、溶接部Ｗの頂部が凹状に形成される欠陥をいう。そして、溶接品質判断部３０３は、例えば変極点６８ａ（又は変極点６８ｃ）と変極点６８ｂとにおける歪み量の差をアンダーフィル量として算出し、この差が予め設定した閾値を超えている場合に、溶接部Ｗの溶接品質が異常であると判断する。
【００４４】
図１４（ａ）は、ワーク４１における溶接部Ｗの対向部位Ｖの歪み量に対応する波形パターンの一例を示す図である。溶接品質判断部３０３は、波形パターン６９の３つの変極点６９ａ、６９ｂ、６９ｃを検出することによって、図１４（ｂ）に示すように、対向部位Ｖに生じるワーク４１，４２の凹凸を認識する。そして、溶接品質判断部３０３は、例えば変極点６９ａ（又は変極点６９ｃ）と変極点６９ｂとにおける歪み量の差を凹凸量として算出し、この差が予め設定した閾値を超えている場合に、溶接部Ｗの溶接品質が異常であると判断する。
【００４５】
図１５（ａ）は、ワーク４１における溶接部Ｗの対向部位Ｖの歪み量に対応する波形パターンの別の例を示す図である。図１４の場合と同様に、波形パターン７０の３つの変極点７０ａ、７０ｂ、７０ｃを検出するが、変極点７０ａから変極点７０ｃまでの走査位置の間隔が所定幅以上である場合に、図１５（ｂ）に示すように、ワーク４１，４２に折れが生じていることを認識する。溶接品質判断部３０３は、例えば変極点７０ａ（又は変極点７０ｃ）と変極点７０ｂとにおける歪み量の差を折れ量として算出し、この差が予め設定した閾値を超えている場合に、溶接部Ｗの溶接品質が異常であると判断する。そして、溶接品質判断部３０３は、アンダーカット量、アンダーフィル量、凹凸量、及び折れ量の判断結果を示す判断結果情報を判断結果格納部３０４に出力する。
【００４６】
判断結果格納部３０４は、溶接品質判断部３０３から出力される判断結果情報を、ワーク４１，４２の製品番号と関連付けて格納する部分である。判断結果格納部３０４に格納される情報の一例を図１６に示す。図１６に示す例では、ワーク４１，４２の製品番号「００１−Ａ」「００１−Ｂ」に関連付けて、アンダーカット量「０．３ｍｍ」、アンダーフィル量「未検出」、凹凸量「０．２ｍｍ」、及び折れ量「未検出」が格納されている。また、ワーク４１，４２の製品番号「００２−Ａ」「００２−Ｂ」に関連付けて、アンダーカット量「未検出」、アンダーフィル量「０．１ｍｍ」、凹凸量「０．２ｍｍ」、及び折れ量「０．１ｍｍ」が格納されている。
【００４７】
最後に、制御装置４０について説明する。制御装置４０は、物理的には、ＣＰＵ、メモリ、通信インタフェイス、ハードディスクといった格納部、ディスプレイといった表示部、等を備えたコンピュータシステムである。制御装置４０は、レーザ溶接システム１のユーザによる所定の操作を受け付けることにより、搬送装置１０にワークの搬送開始を指示する開始指示情報を送信する。制御装置４０は、溶接前工程において、搬送装置１０から隙間量Ｓが正常である旨の判断結果情報を受信した場合には、レーザビームの照射開始を指示する開始指示情報を照射装置２０に送信し、隙間量Ｓが異常である旨の判断結果情報を受信した場合には、レーザビームの照射開始を禁止する照射禁止情報を照射装置２０に送信する。
【００４８】
また、制御装置４０は、溶接中工程において、照射装置２０からレーザビームの出力状態、溶接時の環境状態、供給電力、アシストガス圧力に異常があった旨及びその項目を示す判断結果情報を受信しなかった場合には、溶接品質の検査開始を指示する開始指示情報を検査装置３０に送信し、判断結果情報を受信した場合には、動作の停止を指示する動作停止情報を照射装置２０に送信すると共に、溶接状態の検査の開始を禁止する検査禁止情報を検査装置に送信する。
【００４９】
続いて、上述した構成を有するレーザ溶接システム１の動作について、図１７〜図２０に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００５０】
まず、ユーザによる所定の操作の操作がなされると、制御装置４０から搬送装置１０に開始指示情報が送信され（ステップＳ０１）、搬送装置１０によって溶接前工程が実行される（ステップＳ０２）。溶接前工程では、図１８に示すように、まず、搬送アーム（図示しない）によってワーク４１，４２が重ね合わせられ、ワーク４１，４２の溶接予定領域Ｒが互いに当接させられる（ステップＳ２１）。次に、加圧治具４３によって溶接予定領域Ｒの周囲が押さえられ、ワーク４１，４２が固定される（ステップＳ２２）。
【００５１】
ワーク４１，４２が固定されると、発振器４４から所定周波数の弾性波が発振される。溶接予定領域Ｒを互いに当接させたワーク４１，４２を伝播した弾性波は、振動強度検出センサ１０４によって検出され、振動強度検出センサ１０４は、検出した弾性波の信号強度に対応する出力信号を出力する（ステップＳ２３）。そして、この出力信号の波形パターンに基づいて、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓの可否が判断され（ステップＳ２４）、判断結果情報が制御装置４０に送信され、溶接前工程が終了する（ステップＳ２５）。
【００５２】
溶接前工程が終了すると、図１７に示すように、制御装置４０において搬送装置１０から受信した判断結果情報の内容の判断がなされる（ステップＳ０３）。隙間量Ｓが正常である場合、制御装置４０から照射装置２０に開始指示情報が送信され（ステップＳ０４）、照射装置２０によって溶接中工程が実行される（ステップＳ０５）。一方、隙間量Ｓが異常である場合、制御装置４０から照射装置２０に照射禁止情報が送信され（ステップＳ０９）、溶接中工程が実行されることなく処理が終了する。
【００５３】
溶接中工程では、図１９に示すように、まず、レーザ照射、ワーク送り、及びアシストガスの供給が開始され、溶接予定領域Ｒに沿ってワーク４１，４２に溶接部Ｗが順次形成される（ステップＳ３１）。また、溶接を行っている間、出力状態検出センサ群２０４、溶接環境検出センサ群２０５、供給電力検出センサ２０６、及びガス圧力検出センサ２０７による各物理量の検出がなされ（ステップＳ３２）、各物理量に対応する出力信号の波形パターンに基づいて、レーザビームの出力状態、溶接時の環境状態、供給電力、アシストガス圧力の異常の有無が判断される（ステップＳ３３）。
【００５４】
レーザビームの出力状態、溶接時の環境状態、供給電力、アシストガス圧力が正常であると判断された場合、溶接が完了したか否かの判断がなされる（ステップＳ３４）。溶接が完了していればそのまま処理を終了し、溶接が完了していない場合には、上述したステップＳ３２〜ステップＳ３３の処理を繰り返し行う。また、レーザビームの出力状態、溶接時の環境状態、供給電力、アシストガス圧力が異常であると判断された場合、制御装置４０によってレーザ照射、ワーク送り、及びアシストガス供給が直ちに停止させられる（ステップＳ３５）。そして、照射装置２０から制御装置４０に判断結果情報が送信される（ステップＳ３６）。
【００５５】
溶接中工程が終了すると、図１７に示すように、制御装置４０において照射装置２０から判断結果情報を受信したか否かの判断がなされる（ステップＳ０６）。判断結果情報を受信していない場合、制御装置４０から検査装置３０に開始指示情報が送信され（ステップＳ０７）、検査装置３０によって溶接後工程が実行される（ステップＳ０８）。一方、判断結果情報を受信した場合、制御装置４０から検査装置３０に検査禁止情報が送信され（ステップＳ１０）、溶接後工程が実行されることなく処理が終了する。
【００５６】
溶接後工程では、図２０に示すように、レーザ変位計３０２の走査によって、ワーク４２に露出する溶接部Ｗ近傍の歪み量の検出がなされる（ステップＳ４１）。次に、ワーク４１，４２の上下が反転させられた後、ワーク４１における溶接部Ｗの対向部位Ｖの歪み量の検出がなされる（ステップＳ４２）。そして、各歪み量に対応する出力信号の波形パターンに基づいて、ワーク４１，４２の溶接品質、すなわち、アンダーカット量、アンダーフィル量、凹凸量、及び折れ量の各項目についての可否の判断がなされる（ステップＳ４３）。判断結果は、ワーク４１，４２の製品番号に関連付けて判断結果格納部３０４に格納され（ステップＳ４４）、溶接後工程が終了する。
【００５７】
以上説明したように、このレーザ溶接方法では、溶接前工程において、溶接予定領域Ｒを当接させたワーク４１，４２を伝搬した弾性波の振動強度に基づいて、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓの可否を判断する。このような手法によれば、画像処理を用いて隙間量Ｓを判断する場合とは異なり、ワーク４１，４２の当接部分が外部に露出していない場合であっても隙間量Ｓの判断が可能となる。したがって、突合せ溶接や重ね溶接といった種々の溶接形態について、溶接時の隙間管理を精度良く行うことができ、隙間量Ｓの異常による溶接の歩留まりの低下を抑えられる。
【００５８】
隙間量Ｓの判断に際しては、出力信号の強度が所定時間内に閾値を超えた回数を積算し、この積算回数が予め設定した所定回数に満たなかったときに、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓが異常であると判断する。このように、出力信号の強度の閾値を設定しておくことにより、出力信号にノイズ等が多少混在している場合でも、隙間量Ｓの誤判断を抑止できる。また、出力信号を波形パターン化しているので、隙間量Ｓの状態を視覚的に把握することも可能となる。
【００５９】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接方法について説明する。図２１は、本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接方法を実現するためのレーザ溶接システムにおける搬送装置の構成を示す図である。
【００６０】
第２実施形態に係るレーザ溶接方法は、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓの検出にあたって加圧治具４３そのものを振動発生手段として用いる点で、発振器４４を振動発生手段として用いる第１実施形態と異なっている。すなわち、第２実施形態に係るレーザ溶接方法では、搬送装置１０において、図２１に示すように、発振器４４をワーク４２上面の一方端に配置せず、その代わりに、加圧治具４３の先端に例えば金属製の長尺の押圧板（押圧部）４３ａをそれぞれ設けている。そして、治具制御部１０２によって加圧治具４３が下降したときに、押圧板４３ａがワーク４２における溶接予定領域Ｒに沿う両縁部に当接して発生する振動の強度を振動強度検出センサ１０４で検出し、振動強度出力センサ１０４からの出力信号の波形パターンに基づいて、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓの可否を判断する。
【００６１】
このようなレーザ溶接方法においても、第１実施形態と同様に、溶接前工程において、溶接予定領域Ｒを当接させたワーク４１，４２を伝搬した振動の強度に基づいて、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓの可否を判断するので、ワーク４１，４２の当接部分が外部に露出していない場合であっても隙間量Ｓの判断が可能となる。したがって、突合せ溶接や重ね溶接といった種々の溶接形態について、溶接時の隙間管理を精度良く行うことができ、隙間量Ｓの異常による溶接の歩留まりの低下を抑えられる。
【００６２】
また、このレーザ溶接方法では、金属製の長尺の押圧板４３ａがワーク４２における溶接予定領域Ｒに沿う両縁部にそれぞれ当接して発生する振動を利用している。したがって、ワーク４１，４２に対して発振器４４を配置する必要がなく、構成を簡単化することが可能となる。また、上記両縁部に沿って振動の発信源が存在するため、振動の減衰の影響を小さくすることができる。これにより、振動強度検出センサ１０４からの出力信号のＳ／Ｎ比を十分に確保することができ、隙間量の可否判断を精度良く行うことができる。このことは、ワーク４１，４２の長手方向の長さが数ｍを超え、発振器４４を用いる場合ではワーク４１，４２に弾性波を十分に伝播させることが困難な場合に特に有効となる。
【００６３】
なお、ワーク４１，４２の長手方向の長さが押圧板４３ａの長さに比べて長い場合には、ワーク４２における溶接予定領域Ｒに沿う両縁部に沿って加圧治具４３をそれぞれ複数配置してもよい。この場合、複数の押圧板４３ａを一度にワーク４２における上記両縁部に当接させてもよく、例えば振動強度検出センサ１０４に近い方の押圧板４３ａから順番にワーク４２における上記両縁部に当接させてもよい。また、押圧板４３ａは、ワーク４２に当接したときに振動を発生可能な材料であれば金属製に限られず、例えば硬化プラスチック製、硬化ガラス製などであってもよい。
【００６４】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、所定時間内に波形パターンが正規化値＋２σを超えた回数が所定回数を超えているか否かによって隙間量Ｓの可否を判断しているが、ワーク４１，４２間で発生する弾性波の干渉（うねり）等を考慮し、波形パターンが正規化値±０となる値の出現回数が所定回数以上であるか否かによって隙間量Ｓの可否を判断するようにしてもよい。
【００６５】
また、隙間量Ｓの可否の判断に加え、レーザ装置５１のヘッドからワーク４１，４２までの間隔を、非接触式又は接触式の距離測定手段（図示しない）によって測定し、レーザ照射時の焦点位置及び送り装置５２の異常の有無を管理するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接方法を実現するためのレーザ溶接システムの構成を示す図である。
【図２】搬送装置の構成を示す図である。
【図３】隙間量判断部によって生成される波形パターンの一例を示す図である。
【図４】照射装置の構成を示す図である。
【図５】出力状態検出センサ群、溶接環境検出センサ群、供給電力検出センサ、及びガス圧力検出センサで検出する物理量と、この物理量によって検出可能な異常との関係の一例を示した図である。
【図６】レーザ出力強度検出センサからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。
【図７】プラズマ／プルーム光強度検出センサ及び加工温度検出センサからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。
【図８】反射光強度検出センサからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。
【図９】供給電力検出センサからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。
【図１０】溶接部近傍の歪み量を検出する際の検査装置の動作を示す図である。
【図１１】対向部位の歪み量を検出する際の検査装置の動作を示す図である。
【図１２】溶接部近傍の歪み量に対応する波形パターンの一例を示す図である。
【図１３】溶接部近傍の歪み量に対応する波形パターンの別の例を示す図である。
【図１４】対向部位の歪み量に対応する波形パターンの一例を示す図である。
【図１５】対向部位の歪み量に対応する波形パターンの別の例を示す図である。
【図１６】溶接結果格納部に格納される情報の一例を示す図である。
【図１７】図１に示したレーザ溶接システムの動作を示すフローチャートである。
【図１８】溶接前工程のフローチャートである。
【図１９】溶接中工程のフローチャートである。
【図２０】溶接後工程のフローチャートである。
【図２１】本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接方法を実現するためのレーザ溶接システムにおける搬送装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…レーザ溶接システム、４１…ワーク（第２の被加工物）、４２…ワーク（第１の被加工物）、４３…加圧治具（振動発生手段）、４３ａ…押圧板（押圧部）、４４…発振器（振動発生手段）、１０４…振動強度検出センサ（振動検出手段）、６１…波形パターン、Ｒ…溶接予定領域、Ｓ…隙間量、Ｗ…溶接部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを照射することにより第１の被加工物に第２の被加工物を溶接するためのレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接を行う際の前工程として、第１の被加工物と第２の被加工物との溶接予定領域を当接させる工程がある。この工程では、第１の被加工物と第２の被加工物との間の隙間管理を行うことが重要となっている。隙間管理が不十分である場合、例えば板材の突合せ溶接では溶接部分が肉薄化したり、レーザが貫通して板材が切断されたりすることがある。また、板材の重ね溶接では、溶け込み量が不十分で溶接強度が確保できなかったり、溶接部分の歪みが大きくなったりする場合もある。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１に記載のレーザ溶接装置では、被加工物であるブランク材の突き合わせ部の隙間量をＣＣＤカメラによって検出している。そして、隙間量の検出結果を、ブランク材を載置している定盤の温度制御にフィードバックすることにより、定盤からの熱的影響による隙間量の増加を抑制している。
【特許文献１】特開２００５−６６６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のレーザ溶接装置のように、画像処理を用いる手法では、外部から視認できない部分の隙間量を検出することはできない。したがって、例えば重ね溶接を行う場合のように、第１の被加工物と第２の被加工物との当接部分が内側にあるような溶接形態に対しては、隙間管理を精度良く行うことが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、溶接時に隙間管理を精度良く行うことができるレーザ溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の解決のため、本発明に係るレーザ溶接方法は、第１の被加工物及び第２の被加工物の溶接予定領域を互いに当接させる溶接前工程と、溶接予定領域に沿ってレーザビームを照射する溶接中工程と、溶接予定領域に形成された溶接部の溶接品質を検査する溶接後工程とを備えたレーザ溶接方法であって、溶接前工程は、溶接予定領域を互いに当接させた状態で、振動発生手段から発生した振動を第１の被加工物と第２の被加工物とに伝播させる工程と、第１の被加工物と第２の被加工物とを伝搬した振動を振動検出手段によって検出する工程と、振動検出手段からの出力信号に基づいて、第１の被加工物と第２の被加工物との間の隙間量の可否を判断する工程とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
このレーザ溶接方法では、溶接前工程において、溶接予定領域を互いに当接させた第１の被加工物と第２の被加工物とに伝搬させた所定周波数の振動に基づいて、第１の被加工物と第２の被加工物との間の隙間量の可否を判断する。このような手法によれば、画像処理を用いて隙間量を判断する場合とは異なり、第１の被加工物と第２の被加工物との当接部分が外部に露出していない場合であっても隙間量の判断が可能となる。したがって、突合せ溶接や重ね溶接といった種々の溶接形態について、溶接時の隙間管理を精度良く行うことができ、隙間量の異常による溶接の歩留まりの低下を抑えられる。
【０００８】
また、出力信号が所定時間内に閾値を超えた回数を積算し、この積算回数が予め設定した所定回数に満たなかったときに、第１の被加工物と前記第２の被加工物との間の隙間量が異常であると判断することが好ましい。この判断方法では、出力信号の閾値を設定することにより、出力信号にノイズ等が多少混在している場合でも、隙間量の誤判断を抑止できる。
【０００９】
また、出力信号は波形パターンであることが好ましい。出力信号を波形パターン化することにより、隙間量の状態を視覚的に把握することが可能となる。
【００１０】
また、振動発生手段は、所定周波数の振動を発生可能な発振器であることが好ましい。この場合、発振器によって所定周波数の振動を発生させることが可能であるので、振動検出手段からの出力信号を安定化し、隙間量の可否判断を精度良く行うことができる。
【００１１】
また、振動発生手段は、第１の被加工物又は第２の被加工物に当接したときに振動を発生可能な材料からなる押圧部を備えた治具であることが好ましい。この場合、例えば第１の被加工物及び第２の被加工物の固定に用いる固定治具をそのまま振動発生手段として用いることができるので、隙間量を検出するための構成を簡単化することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るレーザ溶接方法によれば、溶接時の隙間管理を精度良く行うことができる。これにより、隙間量の異常による溶接後の製品の歩留まりの低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明に係るレーザ溶接方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接方法を実現するレーザ溶接システムを示す構成図である。図１に示すように、レーザ溶接システム１は、例えば鉄道車両構体に用いる外板パネルと骨部材（以下、これらを「ワーク」と称す）とを重ね溶接するためのシステムとして構成されており、ワークの溶接予定領域を互いに当接させる搬送装置１０と、溶接予定領域に向けてレーザビームを照射する照射装置２０と、形成した溶接部の溶接品質を検査する検査装置３０とを備えている。搬送装置１０、照射装置２０、及び検査装置３０のそれぞれは、全体の制御を行う上位の制御装置４０に接続され、制御装置４０から出力される動作指示情報に従って、溶接前工程、溶接中工程、及び溶接後工程の各工程を自動で実行するようになっている。
【００１５】
搬送装置１０は、機能的な構成要素として、ワーク搬送制御部１０１と、治具制御部１０２と、発振器制御部１０３と、振動強度検出センサ（振動検出手段）１０４と、隙間量判断部１０５と、判断結果出力部１０６とを有している。
【００１６】
ワーク搬送制御部１０１は、ワークを搬送する搬送アーム（図示しない）の動作を制御する部分である。ワーク搬送制御部１０１は、制御装置４０からワークの搬送開始を指示する開始指示情報を受信すると、搬送アームの制御を開始する。そして、図２に示すように、照射装置２０の送り装置５２（図４参照）上に載置された一方のワーク（第２の被加工物）４１の上面に他方のワーク（第１の被加工物）４２を重ね合わせ、溶接予定領域Ｒを互いに当接させる。ワーク搬送制御部１０１は、ワーク４１，４２の搬送が完了すると、治具制御部１０２に対して加圧治具４３の動作開始を指示する開始指示情報を出力する。
【００１７】
治具制御部１０２は、ワーク４１，４２を固定するための加圧治具４３の動作を制御する部分である。治具制御部１０２は、ワーク搬送制御部１０１から開始指示情報を受け取ると、図２に示すように、ワーク４２の上方から長尺の加圧治具４３を下降させ、ワーク４１，４２の縁部をそれぞれ加圧する。これにより、溶接予定領域Ｒ近傍のワーク４１，４２の密着性が向上する。加圧治具４３を下降させた後、治具制御部１０２は、発振器制御部１０３及び隙間量判断部１０５に対して、動作開始を指示する開始指示情報を出力する。
【００１８】
発振器制御部１０３は、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓの検出に用いる発振器（振動発生手段）４４を制御する部分である。発振器４４は、図２に示すように、例えばワーク４２上面の一方端に配置される。発振器制御部１０３は、治具制御部１０２から開始指示情報を受け取ると、超音波領域（数１０ｋＨｚ〜数ｋＨｚ）の周波数成分を有する弾性波を発振器４４から発振させる。
【００１９】
振動強度検出センサ１０４は、発振器４４から発振した弾性波の振動強度を検出する部分である。振動強度検出センサ１０４は、図２に示すように、例えばワーク４１上面において発振器４４と反対側の端に配置され、ワーク４２からワーク４１に伝播した弾性波の振動強度に対応する出力信号を隙間量判断部１０５に出力する。
【００２０】
隙間量判断部１０５は、ワーク４１，４２の間の隙間量Ｓの可否を判断する部分である。隙間量判断部１０５は、治具制御部１０２から開始指示情報を受け取ると、振動強度検出センサ１０４からの出力信号の取得を開始し、出力信号の時間軸に対する波形パターンを生成する。ここで、図３に隙間量判断部１０５によって生成される波形パターンの一例を示す。図３に示す例では、横軸は時間、縦軸は出力信号の強度を標準偏差に基づいて正規化した値となっており、波形パターン６１は、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓに逆比例している。
【００２１】
隙間量判断部１０５は、所定時間ｔの間に波形パターン６１が正規化値＋２σを超えた回数を積算する。そして、積算回数が予め設定した所定回数（例えば１０回）を超えている場合には、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓが正常であると判断し、所定回数が所定回数未満であった場合には、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓが異常であると判断する。そして、隙間量判断部１０５は、隙間量Ｓについての判断結果を示す判断結果情報を生成し、判断結果出力部１０６に出力する。判断結果出力部１０６は、受け取った判断結果情報を制御装置４０に送信する。
【００２２】
次に、照射装置２０について説明する。照射装置２０は、図１に示すように、機能的な構成要素として、レーザ発振制御部２０１と、ワーク送り制御部２０２と、アシストガス供給制御部２０３と、出力状態検出センサ群２０４と、動作環境検出センサ群２０５と、供給電力検出センサ２０６と、ガス圧力検出センサ２０７と、異常判断部２０８と、判断結果出力部２０９とを有している。
【００２３】
レーザ発振制御部２０１は、ワーク４１，４２の溶接予定領域Ｒに照射する溶接用のレーザ装置５１の動作を制御する部分である。レーザ装置５１は、図４に示すように、ワーク４１，４２の上方に配置されており、例えば波長１．０６μｍ、出力約４．０ｋＷのＹＡＧレーザが用いられる。レーザ発振制御部２０１は、制御装置４０からレーザビームの照射開始を指示する開始指示情報を受信すると、レーザ装置５１から溶接予定領域Ｒに向けてレーザビームを所定時間照射させる。
【００２４】
ワーク送り制御部２０２は、ワーク４１，４２へのレーザビームの照射位置を走査するための送り装置５２の動作を制御する部分である。ワーク送り制御部２０２は、制御装置４０から走査開始を指示する開始指示情報を受信すると、一定の速度で送り装置５２を矢印Ｆ方向に走査させる。これにより、レーザビームの照射位置がワーク４１，４２の溶接予定領域Ｒに沿って移動し、溶接予定領域Ｒに溶接部Ｗが順次形成される。
【００２５】
アシストガス供給制御部２０３は、ガス供給装置（図示しない）からのアシストガスの供給量を制御する部分である。アシストガス供給制御部２０３は、制御装置４０から供給開始を指示する開始指示情報を受信すると、所定の供給量でレーザビームの照射位置にアシストガスを供給する。アシストガスとしては、ワーク４１，４２の酸化防止及びスパッタ防止等を目的として、ヘリウムガス又はアルゴンガス等が用いられる。アシストガスは、図４に示すように、ワーク４１，４２に対して約４５度に傾けられたガス供給装置の供給ノズル５３の先端から、レーザビームの照射位置に向けて供給される。レーザ発振制御部２０１、ワーク送り制御部２０２、及びアシストガス供給制御部２０３のそれぞれは、動作の開始を指示する開始指示情報を異常判断部２０８に出力する。
【００２６】
出力状態検出センサ群２０４は、レーザビームの出力状態の物理量の変化を検出する部分である。より具体的には、出力状態センサ群２０４は、図４に示すように、レーザ出力強度検出センサ２０４ａと、プラズマ／プルーム光強度検出センサ２０４ｂと、反射光強度検出センサ２０４ｃと、加工温度検出センサ２０４ｄとによって構成されている。
【００２７】
レーザ出力強度検出センサ２０４ａは、ワーク４１，４２に照射するレーザビームの光強度を検出するフォトセンサである。レーザ出力強度検出センサ２０４ａは、レーザビームの照射位置の近傍に配置され、レーザビームと同波長の光の強度に対応する出力信号を異常判断部２０８に出力する。プラズマ／プルーム光強度検出センサ２０４ｂは、レーザビームの照射によってワーク４１，４２の表面で発生するプラズマとプルームとの光強度を検出するフォトセンサである。プラズマ／プルーム光強度検出センサ２０４ｂは、レーザ出力強度検出センサ２０４ａと同様にレーザビームの照射位置の近傍に配置され、レーザビームの波長を除く、約３００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の光の強度に対応する出力信号を検出する。そして、プラズマ／プルーム光強度検出センサ２０４ｂは、プラズマの光強度に対応する出力信号と、プルームの光強度に対応する出力信号とを異常判断部２０８にそれぞれ出力する。なお、プラズマの光強度に対応する出力信号と、プルームの光強度に対応する出力信号とは、双方を併せて異常判断部２０８に出力してもよく、バンドパスフィルタ等によって切り分けて異常判断部２０８に出力してもよい。
【００２８】
反射光強度検出センサ２０４ｃは、ワーク４１，４２の表面で反射するレーザビームの光強度を検出するフォトセンサである。反射光強度検出センサ２０４ｃは、レーザ装置５１におけるレーザビームの出射端の近傍に配置され、レーザビームと同波長の光の強度に対応する出力信号を異常判断部２０８に出力する。加工温度検出センサ２０４ｄは、レーザ照射位置における温度を検出するためのフォトセンサである。加工温度検出センサ２０４ｄは、レーザ出力強度検出センサ２０４ａと同様にレーザビームの照射位置の近傍に配置され、レーザビームの波長を除く赤外線領域の光の光強度に対応する出力信号を異常判断部２０８に出力する。
【００２９】
また、溶接環境検出センサ群２０５は、溶接時の環境状態の物理量の変化を検出する部分である。より具体的には、溶接環境検出センサ群２０５は、図４に示すように、加工音検出センサ２０５ａと、振動検出センサ２０５ｂとによって構成されている。
【００３０】
加工音検出センサ２０５ａは、レーザビームの照射位置においてワーク４１，４２表面で発生する音を検出する指向性マイクである。加工音検出センサ２０５ａは、約２０Ｈｚ〜約２０ｋＨｚの周波数帯域を持つバンドパスフィルタ（図示しない）を内蔵しており、この周波数帯域の音の大きさに対応する出力信号を異常判断部２０８に出力する。振動検出センサ２０５ｂは、ワーク４１，４２を固定している加圧治具４３における振動の大きさを検出する加速度センサである。振動検出センサ２０５ｂは、例えば加圧治具４３の軸部分にそれぞれ取り付けられ、各加圧治具４３におけるＸＹＺ方向の各加速度に対応する出力信号を異常判断部２０８に出力する。
【００３１】
また、供給電力検出センサ２０６は、レーザ装置５１、送り装置５２、及びガス供給装置に供給される電力量を検出する電力計である。供給電力検出センサ２０６は、検出した電力量に対応する出力信号を異常判断部２０８に出力する。ガス圧力検出センサ２０７は、ガス供給装置から溶接予定領域Ｒに供給されるアシストガスの圧力を検出する圧力センサである。ガス圧力検出センサ２０７は、ガス圧力に対応する出力信号を異常判断部２０８に出力する。
【００３２】
異常判断部２０８は、レーザビームの出力状態、溶接時の環境状態、供給電力、及びアシストガス圧力の異常の有無を判断する部分である。異常判断部２０８は、レーザ発振制御部２０１、ワーク送り制御部２０２、及びアシストガス供給制御部２０３のそれぞれから開始指示情報を受け取ると、出力状態検出センサ群２０４、溶接環境検出センサ群２０５、供給電力検出センサ２０６、及びガス圧力検出センサ２０７からの各出力信号の取得を開始し、各出力信号の時間軸に対する波形パターンを生成する。
【００３３】
ここで、図５に、出力状態検出センサ群２０４、溶接環境検出センサ群２０５、供給電力検出センサ２０６、及びガス圧力検出センサ２０７で検出する物理量と、この物理量によって検出可能な異常との関係の一例を示す。図５に示すように、レーザ出力強度が異常である場合、レーザ装置５１の異常を検出できる。プラズマとプルームとの光強度及び反射光強度が異常である場合、溶接ビード、溶け込み量、アシストガス、ブローホール発生、ワーク状態の各項目の異常を検出できる。加工温度に異常がある場合、溶接ビード、溶け込み量、アシストガスの各項目の異常を検出できる。
【００３４】
また、加工音に異常がある場合、溶接ビード、溶け込み量、ブローホール、送り装置５２、加圧治具４３の各項目の異常を検出できる。振動に異常がある場合、送り装置５２、加圧治具４３の異常を検出できる。供給電力に異常がある場合、送り装置５２、レーザ装置５１の異常を検出できる。ガス圧力に異常がある場合、ガス供給装置の異常を検出できる。
【００３５】
図６〜図９に、異常判断部２０８によって生成される波形パターンの例を示す。各図においては、横軸は時間、縦軸は出力信号の強度となっている。図６は、レーザ出力強度検出センサ２０４ａからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。図６に示す例では、異常判断部２０８は、レーザ出力強度の波形パターン６２を監視し、レーザ出力強度が初期値の９０％以下に減少した場合に、レーザ装置５１が異常であると判断する。
【００３６】
図７は、プラズマ／プルーム光強度検出センサ２０４ｂ及び加工温度検出センサ２０４ｄからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。図７に示す例では、プラズマとプルームとの光強度の波形パターン６３及び加工温度の波形パターン６４は、例えばデータ点１００点毎の移動平均値をとることによってそれぞれスムージング処理が施されている。異常判断部２０８は、波形パターン６３，６４を監視し、プラズマとプルームとの光強度及び加工温度がいずれも正常値の２倍を超えた場合に、アシストガス成分が異常であると判断する。
【００３７】
図８は、反射光強度検出センサ２０４ｃからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。図８に示す例では、反射光強度の波形パターン６５は、例えばデータ点５０点毎の移動平均値をとることによってスムージング処理が施されている。また、波形パターン６５の閾値を定めるため、予め反射光強度の上限測定値の波形パターン６５ａ及び下限測定値の波形パターン６５ｂが測定されており、波形パターン６５ａの最小値及び波形パターン６５ｂの最大値が、反射光強度の波形パターン６５の上限閾値及び下限閾値としてそれぞれ設定されている。波形パターン６５が上限閾値を超える場合、照射位置におけるレーザビームのロスが大きく、溶け込み量が不十分になっていることが考えられ、波形パターン６５が下限閾値を下回る場合、レーザビームのロスが小さすぎ、溶け込み量が過剰になっていることが考えられる。異常判断部２０８は、波形パターン６５を監視し、反射光強度が予め設定した下限閾値を下回った場合又は上限閾値を超えた場合に、溶け込み量が異常であると判断する。
【００３８】
図９は、送り装置５２の供給電力検出センサ２０６からの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。図９に示す例では、供給電力量の波形パターン６６は、例えばデータ点１００点毎の移動平均値をとることによってスムージング処理が施されている。異常判断部２０８は、例えば波形パターン６６の立ち上がり部分６６ａの傾きが所定の閾値以下であった場合、又は波形パターン６６の定常部分６６ｂにおいて所定の閾値を超えるデータ点が検出された場合に、送り装置５２が異常であると判断する。そして、異常判断部２０８は、レーザビームの出力状態、溶接時の環境状態、供給電力、アシストガス圧力に異常があった場合に、異常があった旨及びその項目を示す判断結果情報を生成し、判断結果出力部２０９に出力する。判断結果出力部２０９は、受け取った判断結果情報を制御装置４０に送信する。
【００３９】
次に、検査装置３０について説明する。検査装置３０は、図１に示すように、レーザ変位計制御部３０１と、レーザ変位計（第１の歪み量検出手段、第２の歪み量検出手段）３０２と、溶接品質判断部３０３と、判断結果格納部３０４とを有している。
【００４０】
レーザ変位計制御部３０１は、ワーク４１，４２の歪み量を検出するためのレーザ変位計３０２の動作を制御する部分である。レーザ変位計制御部３０１は、制御装置４０から溶接品質の検査開始を指示する開始指示情報を受信すると、この開始指示情報を溶接品質判断部３０３に出力する。次に、レーザ変位計制御部３０１は、レーザ変位計３０２から測距用のレーザビームを出射させ、図１０に示すように、溶接部Ｗが露出したワーク４２の表面で、溶接部Ｗを横断するようにレーザ変位計３０２を走査させる。さらに、レーザ変位計制御部３０１は、例えば搬送装置１０の搬送アーム（図示しない）によってワーク４１，４２の上下が反転させられた後、図１１に示すように、溶接部Ｗが露出していないワーク４１の表面で、溶接部Ｗの対向部位Ｖを横断するようにレーザ変位計３０２を走査させる。レーザ変位計３０２は、検出した歪み量に対応する出力信号を溶接品質判断部３０３に出力する。
【００４１】
溶接品質判断部３０３は、レーザ変位計３０２からの出力信号に基づいて、ワーク４１，４２における溶接部Ｗの溶接品質を判断する部分である。溶接品質の検査項目としては、溶接部Ｗのアンダーカット量・アンダーフィル量、及び対向部位Ｖの凹凸量・折れ量が設定されている。溶接品質判断部３０３は、レーザ変位計制御部３０１から開始指示情報を受け取ると、レーザ変位計３０２からの出力信号の取得を開始し、出力信号の走査位置に対する波形パターンを生成する。
【００４２】
ここで、図１２〜図１５に、レーザ変位計３０２からの出力信号の波形パターンの一例を示す。各図においては、横軸は走査位置、縦軸は出力信号の強度から求めた歪み量となっており、各波形パターンには、例えばデータ点１００点毎の移動平均値をとることによってそれぞれスムージング処理が施されている。図１２（ａ）は、ワーク４２における溶接部Ｗ近傍の歪み量に対応する波形パターンの一例を示す図である。この場合、溶接品質判断部３０３は、例えば波形パターン６７の傾きの正負が変化する３つの変極点６７ａ、６７ｂ、６７ｃを検出することによって、溶接部Ｗにアンダーカットが生じていることを認識する。アンダーカットとは、図１２（ｂ）に示すように、溶接部Ｗの周囲に凹部が形成される欠陥をいう。そして、溶接品質判断部３０３は、例えば変極点６７ａ（又は変極点６７ｃ）と変極点６７ｂとにおける歪み量の差をアンダーカット量として算出し、この差が予め設定した閾値を超えている場合に、溶接部Ｗの溶接品質が異常であると判断する。
【００４３】
図１３（ａ）は、ワーク４２における溶接部Ｗ近傍の歪み量に対応する波形パターンの別の例を示す図である。この場合、溶接品質判断部３０３は、図１２の場合と同様に、波形パターン６８の３つの変極点６８ａ、６８ｂ、６８ｃを検出するが、変極点６８ａから変極点６８ｃまでの走査位置の間隔が所定幅以上である場合に、溶接部Ｗにアンダーフィルが生じていることを認識する。アンダーフィルとは、図１３（ｂ）に示すように、溶接部Ｗの頂部が凹状に形成される欠陥をいう。そして、溶接品質判断部３０３は、例えば変極点６８ａ（又は変極点６８ｃ）と変極点６８ｂとにおける歪み量の差をアンダーフィル量として算出し、この差が予め設定した閾値を超えている場合に、溶接部Ｗの溶接品質が異常であると判断する。
【００４４】
図１４（ａ）は、ワーク４１における溶接部Ｗの対向部位Ｖの歪み量に対応する波形パターンの一例を示す図である。溶接品質判断部３０３は、波形パターン６９の３つの変極点６９ａ、６９ｂ、６９ｃを検出することによって、図１４（ｂ）に示すように、対向部位Ｖに生じるワーク４１，４２の凹凸を認識する。そして、溶接品質判断部３０３は、例えば変極点６９ａ（又は変極点６９ｃ）と変極点６９ｂとにおける歪み量の差を凹凸量として算出し、この差が予め設定した閾値を超えている場合に、溶接部Ｗの溶接品質が異常であると判断する。
【００４５】
図１５（ａ）は、ワーク４１における溶接部Ｗの対向部位Ｖの歪み量に対応する波形パターンの別の例を示す図である。図１４の場合と同様に、波形パターン７０の３つの変極点７０ａ、７０ｂ、７０ｃを検出するが、変極点７０ａから変極点７０ｃまでの走査位置の間隔が所定幅以上である場合に、図１５（ｂ）に示すように、ワーク４１，４２に折れが生じていることを認識する。溶接品質判断部３０３は、例えば変極点７０ａ（又は変極点７０ｃ）と変極点７０ｂとにおける歪み量の差を折れ量として算出し、この差が予め設定した閾値を超えている場合に、溶接部Ｗの溶接品質が異常であると判断する。そして、溶接品質判断部３０３は、アンダーカット量、アンダーフィル量、凹凸量、及び折れ量の判断結果を示す判断結果情報を判断結果格納部３０４に出力する。
【００４６】
判断結果格納部３０４は、溶接品質判断部３０３から出力される判断結果情報を、ワーク４１，４２の製品番号と関連付けて格納する部分である。判断結果格納部３０４に格納される情報の一例を図１６に示す。図１６に示す例では、ワーク４１，４２の製品番号「００１−Ａ」「００１−Ｂ」に関連付けて、アンダーカット量「０．３ｍｍ」、アンダーフィル量「未検出」、凹凸量「０．２ｍｍ」、及び折れ量「未検出」が格納されている。また、ワーク４１，４２の製品番号「００２−Ａ」「００２−Ｂ」に関連付けて、アンダーカット量「未検出」、アンダーフィル量「０．１ｍｍ」、凹凸量「０．２ｍｍ」、及び折れ量「０．１ｍｍ」が格納されている。
【００４７】
最後に、制御装置４０について説明する。制御装置４０は、物理的には、ＣＰＵ、メモリ、通信インタフェイス、ハードディスクといった格納部、ディスプレイといった表示部、等を備えたコンピュータシステムである。制御装置４０は、レーザ溶接システム１のユーザによる所定の操作を受け付けることにより、搬送装置１０にワークの搬送開始を指示する開始指示情報を送信する。制御装置４０は、溶接前工程において、搬送装置１０から隙間量Ｓが正常である旨の判断結果情報を受信した場合には、レーザビームの照射開始を指示する開始指示情報を照射装置２０に送信し、隙間量Ｓが異常である旨の判断結果情報を受信した場合には、レーザビームの照射開始を禁止する照射禁止情報を照射装置２０に送信する。
【００４８】
また、制御装置４０は、溶接中工程において、照射装置２０からレーザビームの出力状態、溶接時の環境状態、供給電力、アシストガス圧力に異常があった旨及びその項目を示す判断結果情報を受信しなかった場合には、溶接品質の検査開始を指示する開始指示情報を検査装置３０に送信し、判断結果情報を受信した場合には、動作の停止を指示する動作停止情報を照射装置２０に送信すると共に、溶接状態の検査の開始を禁止する検査禁止情報を検査装置に送信する。
【００４９】
続いて、上述した構成を有するレーザ溶接システム１の動作について、図１７〜図２０に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００５０】
まず、ユーザによる所定の操作の操作がなされると、制御装置４０から搬送装置１０に開始指示情報が送信され（ステップＳ０１）、搬送装置１０によって溶接前工程が実行される（ステップＳ０２）。溶接前工程では、図１８に示すように、まず、搬送アーム（図示しない）によってワーク４１，４２が重ね合わせられ、ワーク４１，４２の溶接予定領域Ｒが互いに当接させられる（ステップＳ２１）。次に、加圧治具４３によって溶接予定領域Ｒの周囲が押さえられ、ワーク４１，４２が固定される（ステップＳ２２）。
【００５１】
ワーク４１，４２が固定されると、発振器４４から所定周波数の弾性波が発振される。溶接予定領域Ｒを互いに当接させたワーク４１，４２を伝播した弾性波は、振動強度検出センサ１０４によって検出され、振動強度検出センサ１０４は、検出した弾性波の信号強度に対応する出力信号を出力する（ステップＳ２３）。そして、この出力信号の波形パターンに基づいて、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓの可否が判断され（ステップＳ２４）、判断結果情報が制御装置４０に送信され、溶接前工程が終了する（ステップＳ２５）。
【００５２】
溶接前工程が終了すると、図１７に示すように、制御装置４０において搬送装置１０から受信した判断結果情報の内容の判断がなされる（ステップＳ０３）。隙間量Ｓが正常である場合、制御装置４０から照射装置２０に開始指示情報が送信され（ステップＳ０４）、照射装置２０によって溶接中工程が実行される（ステップＳ０５）。一方、隙間量Ｓが異常である場合、制御装置４０から照射装置２０に照射禁止情報が送信され（ステップＳ０９）、溶接中工程が実行されることなく処理が終了する。
【００５３】
溶接中工程では、図１９に示すように、まず、レーザ照射、ワーク送り、及びアシストガスの供給が開始され、溶接予定領域Ｒに沿ってワーク４１，４２に溶接部Ｗが順次形成される（ステップＳ３１）。また、溶接を行っている間、出力状態検出センサ群２０４、溶接環境検出センサ群２０５、供給電力検出センサ２０６、及びガス圧力検出センサ２０７による各物理量の検出がなされ（ステップＳ３２）、各物理量に対応する出力信号の波形パターンに基づいて、レーザビームの出力状態、溶接時の環境状態、供給電力、アシストガス圧力の異常の有無が判断される（ステップＳ３３）。
【００５４】
レーザビームの出力状態、溶接時の環境状態、供給電力、アシストガス圧力が正常であると判断された場合、溶接が完了したか否かの判断がなされる（ステップＳ３４）。溶接が完了していればそのまま処理を終了し、溶接が完了していない場合には、上述したステップＳ３２〜ステップＳ３３の処理を繰り返し行う。また、レーザビームの出力状態、溶接時の環境状態、供給電力、アシストガス圧力が異常であると判断された場合、制御装置４０によってレーザ照射、ワーク送り、及びアシストガス供給が直ちに停止させられる（ステップＳ３５）。そして、照射装置２０から制御装置４０に判断結果情報が送信される（ステップＳ３６）。
【００５５】
溶接中工程が終了すると、図１７に示すように、制御装置４０において照射装置２０から判断結果情報を受信したか否かの判断がなされる（ステップＳ０６）。判断結果情報を受信していない場合、制御装置４０から検査装置３０に開始指示情報が送信され（ステップＳ０７）、検査装置３０によって溶接後工程が実行される（ステップＳ０８）。一方、判断結果情報を受信した場合、制御装置４０から検査装置３０に検査禁止情報が送信され（ステップＳ１０）、溶接後工程が実行されることなく処理が終了する。
【００５６】
溶接後工程では、図２０に示すように、レーザ変位計３０２の走査によって、ワーク４２に露出する溶接部Ｗ近傍の歪み量の検出がなされる（ステップＳ４１）。次に、ワーク４１，４２の上下が反転させられた後、ワーク４１における溶接部Ｗの対向部位Ｖの歪み量の検出がなされる（ステップＳ４２）。そして、各歪み量に対応する出力信号の波形パターンに基づいて、ワーク４１，４２の溶接品質、すなわち、アンダーカット量、アンダーフィル量、凹凸量、及び折れ量の各項目についての可否の判断がなされる（ステップＳ４３）。判断結果は、ワーク４１，４２の製品番号に関連付けて判断結果格納部３０４に格納され（ステップＳ４４）、溶接後工程が終了する。
【００５７】
以上説明したように、このレーザ溶接方法では、溶接前工程において、溶接予定領域Ｒを当接させたワーク４１，４２を伝搬した弾性波の振動強度に基づいて、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓの可否を判断する。このような手法によれば、画像処理を用いて隙間量Ｓを判断する場合とは異なり、ワーク４１，４２の当接部分が外部に露出していない場合であっても隙間量Ｓの判断が可能となる。したがって、突合せ溶接や重ね溶接といった種々の溶接形態について、溶接時の隙間管理を精度良く行うことができ、隙間量Ｓの異常による溶接の歩留まりの低下を抑えられる。
【００５８】
隙間量Ｓの判断に際しては、出力信号の強度が所定時間内に閾値を超えた回数を積算し、この積算回数が予め設定した所定回数に満たなかったときに、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓが異常であると判断する。このように、出力信号の強度の閾値を設定しておくことにより、出力信号にノイズ等が多少混在している場合でも、隙間量Ｓの誤判断を抑止できる。また、出力信号を波形パターン化しているので、隙間量Ｓの状態を視覚的に把握することも可能となる。
【００５９】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接方法について説明する。図２１は、本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接方法を実現するためのレーザ溶接システムにおける搬送装置の構成を示す図である。
【００６０】
第２実施形態に係るレーザ溶接方法は、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓの検出にあたって加圧治具４３そのものを振動発生手段として用いる点で、発振器４４を振動発生手段として用いる第１実施形態と異なっている。すなわち、第２実施形態に係るレーザ溶接方法では、搬送装置１０において、図２１に示すように、発振器４４をワーク４２上面の一方端に配置せず、その代わりに、加圧治具４３の先端に例えば金属製の長尺の押圧板（押圧部）４３ａをそれぞれ設けている。そして、治具制御部１０２によって加圧治具４３が下降したときに、押圧板４３ａがワーク４２における溶接予定領域Ｒに沿う両縁部に当接して発生する振動の強度を振動強度検出センサ１０４で検出し、振動強度出力センサ１０４からの出力信号の波形パターンに基づいて、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓの可否を判断する。
【００６１】
このようなレーザ溶接方法においても、第１実施形態と同様に、溶接前工程において、溶接予定領域Ｒを当接させたワーク４１，４２を伝搬した振動の強度に基づいて、ワーク４１，４２間の隙間量Ｓの可否を判断するので、ワーク４１，４２の当接部分が外部に露出していない場合であっても隙間量Ｓの判断が可能となる。したがって、突合せ溶接や重ね溶接といった種々の溶接形態について、溶接時の隙間管理を精度良く行うことができ、隙間量Ｓの異常による溶接の歩留まりの低下を抑えられる。
【００６２】
また、このレーザ溶接方法では、金属製の長尺の押圧板４３ａがワーク４２における溶接予定領域Ｒに沿う両縁部にそれぞれ当接して発生する振動を利用している。したがって、ワーク４１，４２に対して発振器４４を配置する必要がなく、構成を簡単化することが可能となる。また、上記両縁部に沿って振動の発信源が存在するため、振動の減衰の影響を小さくすることができる。これにより、振動強度検出センサ１０４からの出力信号のＳ／Ｎ比を十分に確保することができ、隙間量の可否判断を精度良く行うことができる。このことは、ワーク４１，４２の長手方向の長さが数ｍを超え、発振器４４を用いる場合ではワーク４１，４２に弾性波を十分に伝播させることが困難な場合に特に有効となる。
【００６３】
なお、ワーク４１，４２の長手方向の長さが押圧板４３ａの長さに比べて長い場合には、ワーク４２における溶接予定領域Ｒに沿う両縁部に沿って加圧治具４３をそれぞれ複数配置してもよい。この場合、複数の押圧板４３ａを一度にワーク４２における上記両縁部に当接させてもよく、例えば振動強度検出センサ１０４に近い方の押圧板４３ａから順番にワーク４２における上記両縁部に当接させてもよい。また、押圧板４３ａは、ワーク４２に当接したときに振動を発生可能な材料であれば金属製に限られず、例えば硬化プラスチック製、硬化ガラス製などであってもよい。
【００６４】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、所定時間内に波形パターンが正規化値＋２σを超えた回数が所定回数を超えているか否かによって隙間量Ｓの可否を判断しているが、ワーク４１，４２間で発生する弾性波の干渉（うねり）等を考慮し、波形パターンが正規化値±０となる値の出現回数が所定回数以上であるか否かによって隙間量Ｓの可否を判断するようにしてもよい。
【００６５】
また、隙間量Ｓの可否の判断に加え、レーザ装置５１のヘッドからワーク４１，４２までの間隔を、非接触式又は接触式の距離測定手段（図示しない）によって測定し、レーザ照射時の焦点位置及び送り装置５２の異常の有無を管理するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接方法を実現するためのレーザ溶接システムの構成を示す図である。
【図２】搬送装置の構成を示す図である。
【図３】隙間量判断部によって生成される波形パターンの一例を示す図である。
【図４】照射装置の構成を示す図である。
【図５】出力状態検出センサ群、溶接環境検出センサ群、供給電力検出センサ、及びガス圧力検出センサで検出する物理量と、この物理量によって検出可能な異常との関係の一例を示した図である。
【図６】レーザ出力強度検出センサからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。
【図７】プラズマ／プルーム光強度検出センサ及び加工温度検出センサからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。
【図８】反射光強度検出センサからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。
【図９】供給電力検出センサからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。
【図１０】溶接部近傍の歪み量を検出する際の検査装置の動作を示す図である。
【図１１】対向部位の歪み量を検出する際の検査装置の動作を示す図である。
【図１２】溶接部近傍の歪み量に対応する波形パターンの一例を示す図である。
【図１３】溶接部近傍の歪み量に対応する波形パターンの別の例を示す図である。
【図１４】対向部位の歪み量に対応する波形パターンの一例を示す図である。
【図１５】対向部位の歪み量に対応する波形パターンの別の例を示す図である。
【図１６】溶接結果格納部に格納される情報の一例を示す図である。
【図１７】図１に示したレーザ溶接システムの動作を示すフローチャートである。
【図１８】溶接前工程のフローチャートである。
【図１９】溶接中工程のフローチャートである。
【図２０】溶接後工程のフローチャートである。
【図２１】本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接方法を実現するためのレーザ溶接システムにおける搬送装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…レーザ溶接システム、４１…ワーク（第２の被加工物）、４２…ワーク（第１の被加工物）、４３…加圧治具（振動発生手段）、４３ａ…押圧板（押圧部）、４４…発振器（振動発生手段）、１０４…振動強度検出センサ（振動検出手段）、６１…波形パターン、Ｒ…溶接予定領域、Ｓ…隙間量、Ｗ…溶接部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の被加工物及び第２の被加工物の溶接予定領域を互いに当接させる溶接前工程と、前記溶接予定領域に沿って前記レーザビームを照射する溶接中工程と、前記溶接予定領域に形成された溶接部の溶接品質を検査する溶接後工程とを備えたレーザ溶接方法であって、
前記溶接前工程は、
前記溶接予定領域を互いに当接させた状態で、振動発生手段から発生した振動を前記第１の被加工物と前記第２の被加工物とに伝播させる工程と、
前記第１の被加工物と前記第２の被加工物とを伝搬した前記振動を振動検出手段によって検出する工程と、
前記振動検出手段からの出力信号に基づいて、前記第１の被加工物と前記第２の被加工物との間の隙間量の可否を判断する工程とを備えたことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記出力信号が所定時間内に閾値を超えた回数を積算し、この積算回数が予め設定した所定回数に満たなかったときに、前記第１の被加工物と前記第２の被加工物との間の隙間量が異常であると判断することを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記出力信号は波形パターンであることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記振動発生手段は、所定周波数の振動を発生可能な発振器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記振動発生手段は、前記第１の被加工物又は前記第２の被加工物に当接したときに振動を発生可能な材料からなる押圧部を備えた治具であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
【請求項１】
第１の被加工物及び第２の被加工物の溶接予定領域を互いに当接させる溶接前工程と、前記溶接予定領域に沿って前記レーザビームを照射する溶接中工程と、前記溶接予定領域に形成された溶接部の溶接品質を検査する溶接後工程とを備えたレーザ溶接方法であって、
前記溶接前工程は、
前記溶接予定領域を互いに当接させた状態で、振動発生手段から発生した振動を前記第１の被加工物と前記第２の被加工物とに伝播させる工程と、
前記第１の被加工物と前記第２の被加工物とを伝搬した前記振動を振動検出手段によって検出する工程と、
前記振動検出手段からの出力信号に基づいて、前記第１の被加工物と前記第２の被加工物との間の隙間量の可否を判断する工程とを備えたことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記出力信号が所定時間内に閾値を超えた回数を積算し、この積算回数が予め設定した所定回数に満たなかったときに、前記第１の被加工物と前記第２の被加工物との間の隙間量が異常であると判断することを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記出力信号は波形パターンであることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記振動発生手段は、所定周波数の振動を発生可能な発振器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記振動発生手段は、前記第１の被加工物又は前記第２の被加工物に当接したときに振動を発生可能な材料からなる押圧部を備えた治具であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００７−２８３３９８（Ｐ２００７−２８３３９８Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４１７７４（Ｐ２００６−２４１７７４）
【出願日】平成１８年９月６日（２００６．９．６）
【出願人】（０００００３３７７）東急車輛製造株式会社 (332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月６日（２００６．９．６）
【出願人】（０００００３３７７）東急車輛製造株式会社 (332)
【Ｆターム（参考）】
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