CN111093887B - 激光焊接装置及激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种激光焊接装置(10)，利用激光(L)对焊接部(35)进行焊接，具备：激光照射头(20)，其使激光(L)与波长和激光(L)不同的测定光(S)同轴地重合而照射到焊接部(35)；测定部(14)，其基于从激光照射头(20)照射且被焊接部(35)反射的测定光(S)，重复测定焊接部(35)的熔入深度；以及判定部(17)，其基于多个提取测定值或者多个提取测定值的平均值，判定焊接部(35)的熔入深度，所述多个提取测定值是由测定部(14)测定出的多个熔入深度的测定值中的一部分，并且分布在以最深侧的熔入深度的测定值为基准的规定的范围内。

Description

激光焊接装置及激光焊接方法

技术领域

本公开涉及激光焊接装置及激光焊接方法。

背景技术

以往，已知有通过直接测定焊接部的熔入深度来评价焊接部的品质的激光焊接装置(例如参照专利文献1)。

在专利文献1中公开了如下结构：使激光与测定光呈同轴状重合而照射到焊接部的小孔内部，使由小孔的底部反射的测定光经由分束器向光学干涉仪入射。这里，在光学干涉仪中，由于能够对测定光的光路长度进行测定，因此，根据测定出的光路长度，将小孔的深度确定为焊接部的熔入深度。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-236196号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，由于熔融池的小孔的状态(小孔的压扁，熔融金属的卷入等)、外部干扰(噪声、振动、烟雾等)，有时测定光在小孔的深度的中途发生漫反射。在该情况下，存在如下问题：测定出比小孔的实际的最深部浅的深度，测定值产生偏差，无法高精度地进行测定。

本公开是鉴于上述情况而完成的，其目的在于使得能够高精度地测定焊接部的熔入深度。

用于解决课题的手段

本公开的一方式的激光焊接装置是利用激光对焊接部进行焊接的激光焊接装置，其特征在于，具备：照射部，其使激光与测定光同轴地重合而照射到焊接部，测定光的波长与激光不同；测定部，其基于从照射部照射且被焊接部反射的测定光，重复测定焊接部的熔入深度；判定部，其基于多个提取测定值或者多个提取测定值的平均值，判定焊接部的熔入深度，所述多个提取测定值是由测定部测定出的多个熔入深度的测定值中的一部分，并且分布在以最深侧的熔入深度的测定值为基准的规定的范围内。

在本公开的一方式的激光焊接装置中，多次测定焊接部的熔入深度，基于多个提取测定值或者多个提取测定值的平均值来判定熔入深度，所述多个提取测定值是多个熔入深度的测定值中的一部分，并且分布在以最深侧的熔入深度的测定值为基准的规定的范围内。

由此，能够排除多个熔入深度的测定值中的小孔被测定得较浅的偏差值而高精度地测定焊接部的熔入深度。

这里，分布在以表示实际的最深部的深度的最深侧的熔入深度的测定值为基准的规定的范围内的多个提取测定值是指，将熔入深度的测定值的最深部侧设为下位侧时的下位百分之几的范围内的测定值。而且，该多个提取测定值的平均值是指，提取下位百分之几的范围内的测定值而算出的平均值。

这里，平均值也可以仅为多个值的平均值，更优选为决定规定的一定期间的间隔并连续地计算该间隔内的平均值的移动平均值。

另外，也可以是，具备照射位置变化部，该照射位置变化部使测定光的照射位置以在规定的焊接路径上移动的方式变化，使测定光的作为照射位置的光轴位置以在比激光的光斑直径的1/2小的旋转半径区域内移动的方式变化，测定部在测定光的移动中对多个熔入深度的测定值进行测定。

在本公开的一方式的激光焊接装置中，使测定光的照射位置以在焊接路径上移动的方式变化，使测定光的作为照射位置的光轴位置以在比激光的光斑直径的1/2小的旋转半径区域内移动的方式变化。而且，在测定光的移动中多次测定焊接部的熔入深度，基于成为其一部分的多个提取测定值，判定熔入深度。

由此，即便在产生了激光与测定光的光轴偏移的情况下，也能够高精度地测定焊接部的熔入深度。

具体而言，在测定光朝比激光靠焊接方向的前方产生了光轴偏移的情况下，测定光不照射到焊接部的小孔的最深部，而是照射到熔入比最深部浅的部分，导致测定出比小孔的实际的最深部浅的深度。

对此，通过使测定光的照射位置移动并且进行熔入深度的测定，从而进行探索使得向小孔的最深部照射测定光，能够抑制激光与测定光的光轴偏移的影响。

另外，也可以是，照射位置变化部使测定光的照射位置以绕在规定的焊接路径上移动的旋转中心进行回旋移动的方式变化，判定部基于在测定光的回旋移动中在比激光的照射位置靠焊接方向的后方位置测定出的多个提取测定值，判定焊接部的熔入深度。

在本公开的一方式的激光焊接装置中，在测定光的回旋移动中，多次测定比激光的照射位置靠焊接方向的后方位置的焊接部的熔入深度，基于成为其一部分的多个提取测定值，判定熔入深度。由此，能够高精度地测定小孔的最深部的深度。

具体而言，在比激光的照射位置靠焊接方向的前方位置，测定出比小孔的实际的最深部浅的深度。与此相对，若在比激光的照射位置靠焊接方向的后方位置多次测定焊接部的熔入深度，则能够抑制测定比小孔的实际的最深部浅的深度。

另外，也可以是，测定部将测定区间设为规定的一定期间的间隔，使测定区间的测定开始点偏移并且测定多个熔入深度的测定值。

在本公开的一方式的激光焊接装置中，使测定区间的测定开始点偏移并且测定多个熔入深度的测定值，作为简易的移动平均，由此，能够在抑制运算时的存储量的同时，高可靠性地求出熔入深度。

另外，也可以是，测定部将测定区间设为规定的一定期间的间隔，在测定区间内测定多个熔入深度的测定值。

在本公开的一方式的激光焊接装置中，通过在规定的一定期间的区间内测定多个熔入深度的测定值，能够按照每个该区间而完成运算，因此，能够在抑制运算时的存储量的同时测定熔入深度。

另外，也可以是，规定的范围是将熔入深度的测定值的最深部侧设为下位时的、下位的1％以上且20％以下的范围。

在本公开的一方式的激光焊接装置中，提取将最深部侧设为下位时的、下位的1％以上且20％以下的范围的提取测定值。

或者，也可以是，规定的范围是将熔入深度的测定值的最深部侧设为下位时的、下位的3％以上且7％以下的范围。

在本公开的一方式的激光焊接装置中，提取将最深部侧设为下位时的、下位的3％以上且7％以下的范围的提取测定值。

本公开的一方式的激光焊接方法是利用激光对焊接部进行焊接的激光焊接方法，具有：照射步骤，在该照射步骤中，使激光与测定光同轴地重合而照射到焊接部，测定光的波长与激光不同；测定步骤，在该测定步骤中，基于由焊接部反射的测定光，测定焊接部的熔入深度；以及判定步骤，在该判定步骤中，基于多个提取测定值或者多个提取测定值的平均值，判定焊接部的熔入深度，所述多个提取测定值是所测定出的多个熔入深度的测定值中的一部分，并且分布在以最深侧的熔入深度的测定值为基准的规定的范围内。

在本公开的一方式的激光焊接方法中，多次测定焊接部的熔入深度，基于多个提取测定值或者多个提取测定值的平均值，判定熔入深度，该多个提取测定值是多个熔入深度的测定值中的一部分，并且分布在以最深侧的熔入深度的测定值为基准的规定的范围内。

由此，能够排除多个熔入深度的测定值中的小孔被测定得较浅的偏差值而高精度地测定焊接部的熔入深度。

发明效果

根据本公开，能够更高精度地测定焊接部的熔入深度。

附图说明

图1是实施方式的激光焊接装置的示意图。

图2是示出激光照射头的结构的示意图。

图3是示出激光、测定光、小孔的位置关系的侧面剖视图。

图4是示出产生了测定光的光轴偏移时的激光、测定光、小孔的位置关系的侧面剖视图。

图5是示出测定光的照射位置的轨迹的图。

图6是比较了在产生光轴偏移时使测定光回旋移动的情况与不使测定光回旋移动的情况下的熔入深度的测定结果而得到的图表。

图7是在比较了在未产生光轴偏移的情况下多次测定出的测定值的全部数据的平均值与提取出的下位百分之几的测定值的平均值而得到的图表。

图8是比较了未产生光轴偏移的情况与产生光轴偏移且使测定光回旋移动的情况下的熔入深度的测定结果而得到的图表。

图9是示出焊接部的熔入深度的测定动作的流程图。

图10是示出测定光的照射位置的其他轨迹的图。

图11是示出其他实施方式的激光照射头的结构的示意图。

图12是示出变形例的激光照射头的结构的示意图。

图13是示出测定光的光路的变化的情形的示意图。

具体实施方式

以下，基于附图对本公开的实施方式进行说明。需要说明的是，以下的优选实施方式的说明本质上只不过是例示，并不意在限制本公开、其应用对象或其用途。

图1是实施方式的激光焊接装置10的示意图。

如图1所示，激光焊接装置10具备：输出激光L的激光振荡器11；输出测定光S的光学干涉仪12；朝向焊接对象物30照射激光L及测定光S的激光照射头20(照射部)；安装有激光照射头20且使激光照射头20移动的机器人18；以及控制激光振荡器11、光学干涉仪12、激光照射头20及机器人18而进行激光焊接的控制装置16。

激光振荡器11基于来自控制装置16的指令而输出激光L。激光振荡器11与激光照射头20通过光纤19而连接。经由光纤19从激光振荡器11向激光照射头20传输激光L。

光学干涉仪12具有：输出波长与激光L不同的测定光S的测定光振荡器13；以及对后述的焊接部35的熔入深度进行测定的测定部14。测定光振荡器13基于来自控制装置16的指令而输出测定光S。光学干涉仪12与激光照射头20通过光纤19而连接。经由光纤19从光学干涉仪12向激光照射头20传输测定光S。

激光照射头20被安装于机器人18的臂前端部分，基于来自控制装置16的指令，使激光L及测定光S在焊接对象物30成像。

机器人18基于来自控制装置16的指令，使激光照射头20移动到指定的位置，对激光L及测定光S进行扫描。

控制装置16与激光振荡器11、光学干涉仪12、机器人18、激光照射头20连接，除了控制激光照射头20的移动速度之外，还具备控制激光L的输出开始、停止、激光L的输出强度等的功能。控制装置16具有判定部17，该判定部17基于由测定部14测定出的多个测定值来判定焊接部35的熔入深度，对此详细后述。

焊接对象物30具有上下重合的上侧金属板31和下侧金属板32。激光焊接装置10通过对上侧金属板31的上表面照射激光L，来对上侧金属板31与下侧金属板32进行焊接。

这里，在本实施方式的激光焊接装置10中，能够与激光焊接同时地进行焊接部35的熔入深度的测定。以下，使用图2具体进行说明。

图2是示出激光照射头20的结构的示意图。

如图2所示，激光照射头20具有：使激光L通过的第一准直透镜21及第一聚焦透镜22；使测定光S通过的第二准直透镜23及第二聚焦透镜24；将激光L与测定光S耦合为同轴的光束的分束器25；第一平行平板26；以及第二平行平板27。

分束器25是分色镜，将透过、反射的波长设定为使来自激光振荡器11的激光L透过，反射来自光学干涉仪12的测定光S。

此时，为了利用分束器25充分地分离激光L与测定光S，期望激光L与测定光S的波长差为100nm以上。

第一平行平板26及第二平行平板27与未图示的马达连接，按照来自控制装置16的指令进行旋转。

从激光振荡器11输出的激光L通过光纤19被送至激光照射头20。进入激光照射头20的激光L通过第一准直透镜21而平行化，由第一聚焦透镜22聚光。由第一聚焦透镜22聚光后的激光L透过分束器25。

另一方面，从光学干涉仪12输出的测定光S通过光纤19被送至激光照射头20。进入激光照射头20的测定光S通过第二准直透镜23而平行化，由第二聚焦透镜24聚光。之后，测定光S通过分束器25而与激光L呈同心/同轴状重合。

需要说明的是，第二聚焦透镜24还具有使从焊接部35反射的测定光S经由分束器25向光学干涉仪12再次入射的功能。

然后，呈同轴重合的激光L与测定光S通过由控制装置16控制的第一平行平板26及第二平行平板27。由此，决定激光L及测定光S的照射位置(焦点距离)，向焊接对象物30的焊接部35照射激光L及测定光S。

此时，激光照射头20通过使第一平行平板26及第二平行平板27旋转，能够使激光L与测定光S以成为圆轨道的方式旋转而进行回旋移动。即，第一平行平板26及第二平行平板27构成能够变更激光L及测定光S的照射位置的照射位置变化部。

另外，通过机器人18使激光照射头20移动，由此，能够使激光L及测定光S的照射位置在焊接对象物30中的焊接区域移动。

图3是示出激光L、测定光S、小孔37的位置关系的侧面剖视图。

如图3所示，在激光焊接装置10中，在焊接具有上侧金属板31和下侧金属板32的焊接对象物30的焊接部35时，从焊接对象物30的上方朝上侧金属板31的上表面照射激光L。

被照射激光L的焊接部35从其上部熔融，在焊接部35形成熔融池36。在焊接部35熔融时，熔融金属从熔融池36蒸发，通过在蒸发时产生的蒸气的压力而形成小孔37。这里，将熔融池36和小孔37一并作为焊接部35来处理。在熔融池36的焊接方向的后方，通过熔融池36凝固而形成凝固部38。

此时，从光学干涉仪12出射的测定光S通过分束器25而与来自激光振荡器11的激光L呈同心/同轴状重合后照射到小孔37的内部。照射的测定光S被小孔37的底部37a反射，经由分束器25向光学干涉仪12入射。

由测定部14测定入射到光学干涉仪12的测定光S的光路长度。在测定部14中，根据测定出的光路长度，将小孔37的深度确定为焊接部35的熔入深度(测定值)。在激光焊接装置10中，基于测定出的熔入深度，判断焊接部35的好坏。

根据以上的结构，激光焊接装置10能够同时实现熔入深度测定功能和激光焊接功能。

然而，例如，保持分束器25的部件有时通过振动等而产生位置偏移，有时产生激光L与测定光S的光轴偏移。而且，在产生了激光L与测定光S的光轴偏移的情况下，光学干涉仪12有时将小孔37的深度测定得比实际的深度浅，无法高精度地测定熔入深度。

具体而言，在焊接部35熔融的金属蒸发，通过蒸发时的蒸气的压力而形成小孔37。所形成的小孔37的形状根据激光L的照射时间和熔融池36的状态而变化。

这里，示出如下趋势：激光照射头20的移动速度(焊接速度)越快，小孔37的焊接方向的前方的内壁部越成为朝向小孔37的后方弯曲的形状。对此，为了降低小孔37的底部37a的弯曲部分的曲率，优选适当地设定激光焊接速度。

但是，即便适当地设定激光焊接速度，也难以使小孔37的开口直径与底部37a的孔径大致相等，在小孔37的焊接方向的前方的内壁部中，会产生熔入较浅的弯曲形状。

需要说明的是，小孔37的开口直径与作为加工光的激光L的光斑直径大致相等。

另外，激光L的光斑直径及测定光S的光斑直径成为在焊接对象物30的表面成像的焦点位置处的光斑光的尺寸。

因此，如图4的假想线所示，在与激光L的光轴呈同轴状照射的测定光S的光轴例如在激光L的光斑直径内的区域相对于激光L向焊接方向的前方产生了位置偏移的情况下，小孔37的底部37a的位置与测定光S的光斑的中心的位置变得不一致，可能产生测定光S照射不到底部37a的状态。

需要说明的是，在图3中，示出激光L的光轴与呈同轴状照射的测定光S的光轴这两个光轴一致且未产生偏移的状态。

作为测定光S照射不到底部37a的状态，例如考虑如下状态：在测定光S相对于激光L朝焊接方向的前方产生位置偏移，详细说明的话，测定光S的光轴相对于例如激光L的光轴朝焊接方向的前方产生了激光L的光斑直径的区域内的位置偏移的情况下，测定光S照射到小孔37的前侧的内壁部。在该状态下，光学干涉仪12将测定光S的反射位置作为底部37a的位置而测定小孔37的深度。

即，若测定光S照射不到底部37a，光学干涉仪12将小孔37的深度测定得比实际的深度浅。换言之，在测定光S比激光L靠焊接方向的前方产生了光轴偏移的情况下，测定光S照射不到焊接部35的小孔37的最深部，而照射到熔入比最深部浅的部分，测定出比小孔37的实际的最深部浅的深度。

在图4所示的例子中，测定比小孔37的实际的深度Dmin浅的深度D。这样，无法根据测定得比实际的深度浅的小孔37的深度而高精度地进行焊接部35的检查。

这里，光学干涉仪12为了抑制将小孔37测定得比实际的深度浅，需要可靠地将测定光S照射到底部37a。对此，以下说明用于可靠地将测定光S照射到底部37a的结构。

如图5所示，激光焊接装置10相对于焊接对象物30在呈螺旋状地照射激光L及测定光S并且使束斑相对地沿焊接方向移动的自旋轨道40上照射激光L及测定光S，对焊接对象物30进行焊接。

需要说明的是，自旋轨道40是使照射的激光L及测定光S所产生的光斑在圆形状的轨道中移动并且沿焊接方向移动的激光L及测定光S的轨道。换言之，自旋轨道40是在焊接方向上使激光L及测定光S的轨迹旋转并且相对地直线移动的轨道。

激光L及测定光S的照射位置以与在焊接路径34上移动的旋转中心RC分离了旋转半径r并且按照规定的旋转频率环绕旋转中心RC的方式进行回旋移动。即，激光L及测定光S的照射位置沿着具有螺旋形状的自旋轨道40，相对于焊接对象物30相对地移动。

这里，在激光照射头20中，使测定光S的照射位置变化为，以比激光L的光斑直径小的旋转半径r移动。需要说明的是，旋转半径表示假定为进行旋转运动时的轨道的半径。小孔37的开口直径与作为加工光的激光L的光斑直径大致相等。因此，关于测定光S的光轴的位置，使测定光S的旋转半径r小于激光L的光斑直径的1/2，使得测定光S的照射位置在激光L的光斑直径的区域内重叠，优选使旋转半径r为激光L的光斑直径的1/20以上且小于1/2，更优选为1/16以上且1/8以下。例如，在激光L的光斑直径为800μm的情况下，将测定光S的旋转半径r设定为50～100μm程度即可。由此，能够在光斑直径的区域内，仅集中于由激光L形成的小孔37的最深部所存在的范围而更高品质地照射测定光S。

需要说明的是，测定光S的光斑直径为100～150μm程度。

另外，虽然将激光L的光斑直径设为800μm，但也可以为600μm至900μm。

需要说明的是，测定光S的旋转半径r是与激光L的光斑直径重叠的半径即可，由此，优选使测定光S的照射位置变化为以小于激光L的光斑直径的1/2的旋转半径移动，使得测定光S的照射位置以与激光L的光斑直径的区域重叠的方式在比激光L的光斑直径的半径小的回旋范围移动。换言之，优选使测定光S的照射位置以在规定的焊接路径上移动的方式变化，使测定光S的作为照射位置的光轴位置以在比激光L的光斑直径的1/2小的旋转半径的区域内移动的方式变化。

例如，在激光L的光斑直径为800μm的情况下，也可以将测定光S的旋转频率设定为40Hz，将旋转半径r设定为小于400μm。

需要说明的是，当使测定光S的照射位置变化为以激光L的光斑直径的半径以上的旋转半径而较大地进行回旋移动时，针对小孔开口内的区域内、小孔开口内的区域内的由激光L形成的小孔37的最深部所存在的范围照射测定光S的程度减少，小孔的深度即熔入深度的数据与回旋移动一起而被检测出较深的数据与较浅的数据，起伏较大，更加难以进行准确的熔入深度的测定。

由此，针对焊接对象物30，沿着旋转中心RC在焊接路径34上移动的螺旋状的轨迹照射测定光S，并且进行小孔37的底部37a的探索。

这样，若使激光L及测定光S的照射位置呈螺旋状地回旋移动并且向小孔37照射测定光S，则能够大致可靠地向底部37a照射测定光S。因此，即便在测定光S的光斑的中心与底部37a不一致的情况下，也能够将测定光S照射到底部37a。

以下，说明在使测定光S按照自旋轨道40回旋移动的情况与不使测定光S按照自旋轨道40回旋移动的情况下，焊接部35的熔入深度、即小孔37的深度的测定值如何变化。

在图4所示的例子中，上侧金属板31的板厚为1mm，下侧金属板32的板厚为4.3mm，测定光S的光轴比激光L的光轴靠焊接方向的前方偏移了100μm。

图6是作为从焊接对象物30的表面或成为基准的假想面起算的焊接部35的熔入深度而测定了小孔37的深度时的图表。如图6所示，在不使测定光S按照自旋轨道40回旋移动的情况下，小孔37的深度的测定值推移到3mm附近。与此相对，在使测定光S按照自旋轨道40回旋移动的情况下，小孔37的深度的测定值推移到4mm附近。

因此，可知使测定光S按照自旋轨道40回旋移动的情况与不使测定光S按照自旋轨道40回旋移动情况相比，小孔37的测定值较大，即，能够探索到小孔37的底部37a的较深的位置。需要说明的是，图6的测定值的图表示出，提取在测定光S的回旋移动中多次测定出的测定值中的下位百分之几的测定值(提取测定值)并按照规定的一定期间即间隔SA(Sampling Area，采样区)而算出的移动平均值(以下也仅称为“平均值”)。

需要说明的是，提取下位百分之几的测定值是指，多次测定焊接部35的熔入深度，将熔入深度的测定值的最深部侧设为下位侧，提取最深侧的百分之几的范围的测定值。

这里，在对预先通过实验等求出的实际的小孔的深度与提取出的下位百分之几的测定值的平均值进行了比较时，发现它们实质上一致。因此，基于多个测定值来判定熔入深度。

图7是比较了在未产生光轴偏移的情况下多次测定出的测定值的全部数据的平均值与提取出的下位百分之几的测定值的平均值而得到的图表。

如图7所示，在使用多个测定值的全部数据而算出平均值的情况下，小孔37的深度的测定值推移到3mm附近。另一方面，在算出多个测定值中的分布在以最深侧的测定值为基准的规定的范围内的多个测定值的平均值的情况下，小孔37的深度的测定值推移到4mm附近。

这里，多个测定值中的分布在以表示实际的最深部的深度的最深侧的测定值为基准的规定的范围内的测定值是指，将熔入深度的测定值的最深部侧作为下位侧时的下位百分之几的范围内的测定值。

由此可知，算出多个测定值的下位百分之几的平均值与使用多个测定值的全部数据而算出平均值的情况相比，小孔37的测定值较大，即，能够测定到小孔37的底部37a的较深的位置。

另外，测定值的下位百分之几是指最深侧的百分之几的范围的测定值，与最深部侧的测定值的百分之几相同。

另外，排除多个测定值中的小孔37的深度较浅的测定值是为了，排除由于熔融池36的小孔37的状态、噪声、振动、烟雾、溅射物等外部干扰而将小孔37测定得较浅的偏差值而高精度地确定焊接部35的熔入深度。

换言之，通过与激光L呈同轴状照射的测定光S而测定的小孔37的深度中的较深的值实际上不易被测定为不深。另一方面，关于较浅的值，由于熔融池36的小孔37的状态(小孔37的压扁，熔融金属的卷入等)、外部干扰(噪声，振动，烟雾等)而被小孔37的深度的中途的漫反射等误反射，被测定得较浅等，有时测定出不规则的值，排除深度较浅的测定值是为了排除这样的值。

需要说明的是，下位百分之几的范围优选为下位的1％以上且20％以下。这是因为，当小于下位的1％时，可能会集中地包括较深的值的奇异点值，小孔37的深度成为比实际值(表示实际的最深部的深度的实际深度的移动平均值)深的值。

另外还因为，当大于下位的20％时，包括由于小孔37的状态、外部干扰的影响而产生的不规则的值，或者包括自旋轨道40上的测定值较浅的部分，因此，小孔37的深度成为比实际值浅的值。

更优选的是，下位百分之几的范围为3％以上且7％以下的下位5％前后的范围。由此，能够抑制多个测定值的偏差，高精度地确定焊接部35的熔入深度。

这里，平均值也可以仅为多个值的平均值，更优选可以为，决定规定的一定期间的间隔，连续地计算该间隔内的平均值而得到的移动平均值。

图8是比较了未产生光轴偏移的情况与产生光轴偏移且使测定光S按照自旋轨道40回旋移动的情况下的焊接部35的熔入深度即小孔37的深度的测定值而得到的图表。需要说明的是，任一个测定结果都使用了提取出的下位百分之几的测定值的平均值。

如图8所示，在未产生光轴偏移的情况下，小孔37的深度的测定值推移到4mm附近。另一方面，即便在使测定光S按照自旋轨道40回旋移动的情况下，小孔37的深度的测定值也推移到4mm附近。即，可知在使测定光S按照自旋轨道40回旋移动的情况下，能够探索到与未产生光轴偏移的情况下的小孔37的底部37a的深度大致相同的深度。

以下，对焊接部35的熔入深度的测定动作进行说明。

图9是示出焊接部35的熔入深度的测定动作的流程图。

如图9所示，首先，在步骤S101中，在激光照射头20中，使激光L与测定光S同轴地重合而向焊接部35开始照射，进入步骤S102。

在步骤S102中，开始激光L及测定光S的照射位置的回旋移动，进入步骤S103。在回旋移动中，使激光L及测定光S的照射位置以绕在焊接路径34上移动的旋转中心RC呈螺旋状地回旋移动的方式变化。

在步骤S103中，测定部14基于由焊接部35反射的测定光S，开始焊接部35的熔入深度的测定，进入步骤S104。即，通过步骤S103的处理，测定部14重复测定焊接部35的熔入深度。

这里，具体说明的话，重复测定是指，例如按照500～3500mm/分的焊接速度且以80～120KHZ的测定采样率隔开微细的间隔对多个部位重复进行测定。

需要说明的是，也可以多次对同一测定部位重复进行测定。

由此，能够进行更高品质的测定。

当焊接完成后，结束在步骤S101～S103中开始的处理，在步骤S104中，判定部17判定在测定光S的回旋移动中测定出的熔入深度的多个测定值的全部是否为规定的阈值的范围外(即小于规定的阈值)。在步骤S104中的判定为“是”的情况下，判断为测定值为异常，分支到步骤S105。在步骤S104中的判定为“否”的情况下，分支到步骤S106。

这里，规定的阈值例如是根据激光L的输出强度、焊接速度而预先决定的成为熔入深度的基准的阈值。换言之，规定的阈值是预先通过实验等求出的、与激光L的输出强度、焊接速度相应的作为熔入深度的小孔37的深度的值，以表的形式存储在判定部17中。

然后，在测定值处于阈值的范围外、即测定值较大地偏离了阈值的情况下，判断为无法准确地测定熔入深度。由此，能够抑制将较大地偏离了阈值的异常值错误地确定为小孔37的最深部的测定值。

在步骤S105中，在未图示的显示监视器显示警告测定值的异常的消息等而向用户报告异常，结束焊接部35的熔入深度的测定动作的处理。

另一方面，在步骤S106中，判定部17基于由测定部14测定出的多个测定值，确定焊接部35的熔入深度，结束焊接部35的熔入深度的测定动作的处理。例如，提取多个测定值中的下位百分之几的测定值，连续地算出其平均值、具体而言连续地算出规定的一定期间即间隔SA(Sampling Area)内的平均值，由此来判定熔入深度。需要说明的是，也可以排除多个测定值中的小孔37的深度较浅的测定值而提取小孔37的深度比规定的阈值大的下位百分之几的测定值，算出其平均值，由此来判定熔入深度。由此，能够抑制多个测定值的偏差，高精度地确定焊接部35的熔入深度。

需要说明的是，若在测定光S的回旋移动中多次测定比激光L的照射位置靠焊接方向的后方位置的焊接部35的熔入深度，并基于多个测定值来判定熔入深度，则能够更加高精度地确定小孔37的最深部的深度。

即，在比激光L的照射位置靠焊接方向的前方位置，测定出比小孔37的实际的最深部浅的深度。另一方面，若在比激光L的照射位置靠焊接方向的后方位置多次测定焊接部35的熔入深度，则能够抑制测定比小孔37的实际的最深部浅的深度。

需要说明的是，若在多个测定值之间不怎么产生偏差，则也可以将多个测定值中的最大值或多个测定值的平均值判定为焊接部35的熔入深度。

如以上那样，使测定光S的照射位置移动而回旋移动，并且使测定光S的作为照射位置的光轴位置变化为以比激光L的光斑直径的1/2小的半径区域内的旋转半径r进行移动，并且进行熔入深度的测定，由此，进行探索，使得向小孔37的最深部照射测定光S，能够抑制激光L与测定光S的光轴偏移的影响。而且，进而例如将一定期间内测定出的多个测定值中的最大值、多个测定值的平均值、多个测定值中的下位百分之几的平均值等判定为最深部的熔入深度即可。

《其他实施方式》

关于所述实施方式，也可以采用以下那样的结构。

在本实施方式中，自旋轨道40的轨迹不仅可以为单纯的螺旋形状，也可以为圆形状、四边形等多边形状。另外，如图10所示，也可以不连续地形成椭圆状的轨迹。即，只要是能够向小孔37内部照射测定光S的连续的轨迹即可，能够采用各种形状。另外，自旋轨道40的相对于激光L的焊接方向而言的照射的旋转方向可以是顺时针方向，也可以是逆时针方向。

另外，在本实施方式中，使激光L及测定光S沿着直线状的焊接路径34呈螺旋状地移动而照射，但焊接路径不限于直线状。例如，考虑如下情况：利用机器人18使激光照射头20呈螺旋状地移动并且照射激光L，由此，焊接路径成为螺旋形状。在这样的情况下，使测定光S的照射位置在该螺旋形状的焊接路径上回旋移动而进行小孔37的底部37a的探索即可。

另外，在本实施方式中，利用激光照射头20、机器人18而使激光L及测定光S的照射位置移动，但只要能够以通过螺旋状的轨迹的方式变更激光照射位置即可，也可以使用电扫描仪等。

另外，在本实施方式中，针对将上侧金属板31及下侧金属板32重叠两张而进行激光焊接的结构进行了说明，但例如也可以重叠三张以上的金属板而进行激光焊接。

另外，在本实施方式中，在分束器25的近前分别设置第一准直透镜21及第一聚焦透镜22、以及第二准直透镜23及第二聚焦透镜24，分别进行聚光，但不限于该方式。

例如，代替设置第一准直透镜21及第一聚焦透镜22、以及第二准直透镜23及第二聚焦透镜24，也可以采用图11所示的结构。即，也可以在分束器25的正下方设置准直透镜41及聚焦透镜42，使激光L及测定光S在经由分束器25之后一同聚光。

具体而言，优选采用通过由准直透镜41及聚焦透镜42构成的一组透镜结构进行聚光的构造。这样，若采用一组透镜结构，则能够更加容易地进行光轴的调整、透镜的固定。

另外，在本实施方式中，作为熔入深度的最深部的深度通过如下方式得到：提取将熔入深度的测定值的最深部侧作为下位侧时的下位百分之几的测定值(提取测定值)，连续地计算其平均值、具体而言连续地计算规定的一定期间即间隔SA内的平均值等而算出移动平均值，但不限于该方式。

例如，也可以提取每个规定的一定期间即每个间隔SA的下位百分之几的测定值，提取各个间隔SA内的各个值或者各个平均值，由此作为熔入深度的测定值而算出。

具体而言，例如也可以将规定的一定期间即间隔SA设为50msec，以50msec单位变更每个间隔SA的测定开始点，并且连续地算出间隔SA内的多个数据的下位百分之几的值。或者也可以以1msec单位变更测定开始点，并且连续地算出每个间隔SA的下位百分之几的值。

由此，能够更高精度且有效地确定最深部的深度。与提取全部数据的下位百分之几之后的作为移动平均的每个规定的一定期间即每个间隔SA的平均值运算相比，每个间隔SA的下位百分之几的平均值的运算处理能够按照每个间隔SA而完成运算，运算处理变少。因此，即便在运算部的存储器等的规格较低的情况下，也能够实现短时间内的处理。另外，通过运算处理少，能够缩短运算处理的时间，因此，对于缩短加工/计测工序中的生产节拍时间是有效的。

另外，说明如下情况：将测定区间设为规定的一定期间即间隔SA，例如，将该间隔SA设为50msec，将测定频率(采样频率)设为20kHz，由此，在该间隔SA内获取到1000次的测定值。

在该情况下，直接提取间隔SA内的1000次的测定值中的、将最深部设为下位侧时的下位第5％个即从下位侧起第50个的深度的测定值，作为熔入深度的测定值(不进行平均)。

此外，例如以按照2msec单位细微偏移并且重复50msec的间隔SA的测定开始点的方式进行变更，将各个下位第5％个值提取为熔入深度的测定值。

由此，能够抑制运算时的存储量，降低CPU的负担，有效地测定熔入深度。换言之，能够以简易的移动平均的方式高可靠性地求出熔入深度。

需要说明的是，通过间隔SA、测定频率的设定，在不存在下位第5％个值而例如只存在下位第4％个或第6％个等其他值的情况下，将与第5％个最近的下位第百分之几个的测定值提取为下位第5％个值，作为熔入深度的测定值。

此时，下位百分之几的范围的容许值优选为下位的1％以上且20％以下。更优选的是，下位百分之几的范围是3％以上且7％以下的下位5％前后的范围。

这里，间隔SA内的测定值的获取次数优选为100～200次以上。这是因为，在小于100次时，获取次数少，由此，有时受到熔融池36的小孔37的状态(小孔的压扁、熔融金属的卷入等)、外部干扰(噪声、振动、烟雾等)的影响而测定出不规则的值。在这样的情况下，难以高品质地排出不规则的值。

因此，若间隔SA内的测定值的获取次数为100～200次以上，则即便在测定出不规则的值的情况下，也能够高品质地排除不规则的值。

由此，例如，即便不存在下位第5％个，也能够将下位的4％以上且6％以下的测定值确定为熔入深度的测定值，因此，能够高精度地确定熔入深度。

需要说明的是，分束器25也可以更优选使用反射特定波长的光并使其他波长的光透过的分色镜。

在使用任一种的情况下，都能够通过使用激光L的波长透过且测定光S的波长反射的光学构件，朝向焊接对象物30的焊接部35呈同轴状地照射激光L和测定光S。其结果是，能够将足够的光量照射到在焊接部35的熔融时形成的小孔37的内部，因此，在确定小孔深度时是有用的。

在本实施方式中，说明了使激光L及测定光S的照射位置均呈螺旋状移动的情况。在该情况下，也可以使测定光S的照射位置与激光L一起移动，另外也可以使测定光S的照射位置相对于激光L相对地移动，以比激光L的光斑直径的1/2小的旋转半径移动。

另外，在使测定光S的照射位置相对于激光L相对地移动的情况下，例如也可以使激光L的照射位置呈直线状移动，使测定光S的照射位置不仅以单纯的螺旋形状，还以成为圆形状、三角形、四边形等多边形状的方式移动。以下，使用图12及图13具体进行说明。

图12是示出变形例的激光照射头20A的结构的示意图。另外，图13是示出测定光S的光路的变化的情形的示意图。需要说明的是，针对与图11所示的激光照射头20的结构相同的部分标注相同的标号，以下仅对不同点进行说明。

如图12所示，激光照射头20A除了图11所示的激光照射头20的结构之外，还具备第三平行平板43。

第三平行平板43与第一平行平板26、第二平行平板27同样地，与未图示的马达连接，按照来自控制装置16的指令进行旋转，构成能够变更测定光S的照射位置的照射位置变化部。进入到激光照射头20a的测定光S通过第三平行平板43而切换到向分束器25入射的入射位置。

具体而言，在使第三平行平板43旋转而将第三平行平板43调整为图12所示的角度的情况下，测定光S被照射到与透过了分束器25的激光L耦合的位置。需要说明的是，在该例中，第二平行平板27与图11所示的角度不同，被调整为与第一平行平板26大致平行的角度。

然后，测定光S通过分束器25而与激光L呈同心/同轴状重合。以同轴重合的激光L与测定光S通过准直透镜41而平行化，由聚焦透镜42聚光。

另一方面，在使第三平行平板43旋转而将第三平行平板43调整为图13所示的角度的情况下，测定光S被照射到比透过了分束器25的激光L靠焊接方向的后方位置。具体而言，在图13所示的例子中，使激光照射头20A朝右方向移动并且进行焊接，因此，测定光S通过分束器25在比激光L靠焊接方向的后方(左方向)的位置折射，激光L与测定光S成为平行。然后，激光L与测定光S通过准直透镜41而平行化，由聚焦透镜42聚光。

这样，通过使第三平行平板43旋转来调整角度，能够使测定光S的照射位置相对于激光L相对地移动，能够使测定光S的照射位置不仅以单纯的螺旋形状，还能够以成为圆形状、三角形、四边形等多边形状的方式移动。

另外，在使激光L的照射位置呈直线状移动的情况下(所谓的线状加工)，与呈螺旋状移动时(所谓的自旋状加工)相比，能够高速地进行加工，即实现短时间内的加工。即，在线状加工中能够实现加工生产节拍的提高，并且能够更加细微地探索小孔37的底部37a，更高精度地测定小孔37内的熔入深度。

需要说明的是，在使测定光S的照射位置以成为螺旋形状、圆形状、多边形状的方式移动时的照射的方向可以是顺时针方向，也可以是逆时针方向。

另外，在该变形例中，举出了使激光L的照射位置呈直线状移动的例子，但也可以使激光L的照射位置沿着比较大的直径的自旋轨道40而移动。在该变形例中，使测定光S的照射位置与激光L独立地相对移动。因此，即便在使激光L的照射位置沿着比较大的直径的自旋轨道40而移动的情况下，使测定光S的照射位置变化为以比激光L的光斑直径的1/2小的旋转半径移动，换言之，使测定光S的照射位置以在规定的焊接路径上移动的方式变化，使测定光S的作为照射位置的光轴位置以在比激光L的光斑直径的1/2小的旋转半径的区域内移动的方式变化，能够使测定光S高速移动、旋转。即，能够更加细微地探索小孔37的底部37a，测定小孔37内的熔入深度。

另外，激光L的轨迹不仅可以连续地形成，也可以不连续地形成。即，激光L在被照射激光L的移动轨迹的行进方向即焊接方向上移动，针对照射到小孔37内部的激光L，只要是在激光L的照射方向的俯视下与测定光S交叉的轨迹即可，能够采取各种形状。

需要说明的是，说明了如下情况：变形例的激光照射头20A与图11所示的激光照射头20同样地，在分束器25的正下方设置有准直透镜41及聚焦透镜42，使激光L及测定光S在经由分束器25之后一同聚光。但是，当然也可以与图2所示的激光照射头20同样地，在激光L或测定光S通过的通过方向上的分束器25的近前，分别设置第一准直透镜21及第一聚焦透镜22以及第二准直透镜23及第二聚焦透镜24，分别进行聚光。

产业上的可利用性

如以上说明的那样，本公开可以获得能够更高精度地测定焊接部的熔入深度这样的实用性高的效果，因此，极为有用且产业上的可利用性高。

附图标记说明：

10 激光焊接装置；

11 激光振荡器；

12 光学干涉仪；

13 测定光振荡器；

14 测定部；

16 控制装置；

17 判定部；

18 机器人；

19 光纤；

20 激光照射头(照射部)；

20A 激光照射头(照射部)；

21 第一准直透镜；

22 第一聚焦透镜；

23 第二准直透镜；

24 第二聚焦透镜；

25 分束器；

26 第一平行平板(照射位置变化部)；

27 第二平行平板(照射位置变化部)；

30 焊接对象物；

31 上侧金属板；

32 下侧金属板；

34 焊接路径；

35 焊接部；

36 熔融池；

37 小孔；

37a 底部；

38 凝固部；

40 自旋轨道；

41 准直透镜；

42 聚焦透镜；

43 第三平行平板(照射位置变化部)；

L 激光；

r 旋转半径；

S 测定光；

RC 旋转中心。

Claims (9)

1.一种激光焊接装置，利用激光对焊接部进行焊接，所述激光焊接装置具备：

照射部，其使所述激光与测定光同轴地重合而照射到所述焊接部，所述测定光的波长与所述激光不同；

测定部，其基于从所述照射部照射且被所述焊接部反射的所述测定光，重复测定所述焊接部的熔入深度；

判定部，其基于多个提取测定值或者所述多个提取测定值的平均值，判定所述焊接部的熔入深度，所述多个提取测定值是由所述测定部测定出的多个熔入深度的测定值中的一部分，并且分布在以最深侧的所述熔入深度的测定值为基准的规定的范围内；以及

照射位置变化部，该照射位置变化部使所述测定光的照射位置以在规定的焊接路径上移动的方式变化，使所述测定光的作为所述照射位置的光轴位置以在所述激光的光斑直径的1/16以上且1/8以下的旋转半径区域内移动的方式变化，

所述测定部在所述测定光的所述移动中对所述多个熔入深度的测定值进行测定。

2.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，

所述照射位置变化部使所述测定光的所述照射位置以绕在规定的焊接路径上移动的旋转中心进行回旋移动的方式变化，

所述判定部基于在所述测定光的所述回旋移动中在比所述激光的所述照射位置靠焊接方向的后方位置测定出的所述多个提取测定值，判定所述焊接部的熔入深度。

3.根据权利要求1或2所述的激光焊接装置，其特征在于，

所述测定部将测定区间设为规定的一定期间的间隔，使所述测定区间的测定开始点偏移并且测定所述多个熔入深度的测定值。

4.根据权利要求3所述的激光焊接装置，其特征在于，

所述规定的范围是将所述熔入深度的测定值的最深部侧设为下位时的、下位的1％以上且20％以下的范围。

5.根据权利要求3所述的激光焊接装置，其特征在于，

所述规定的范围是将所述熔入深度的测定值的最深部侧设为下位时的、下位的3％以上且7％以下的范围。

6.根据权利要求1或2所述的激光焊接装置，其特征在于，

所述测定部将测定区间设为规定的一定期间的间隔，在所述测定区间内测定所述多个熔入深度的测定值。

7.根据权利要求6所述的激光焊接装置，其特征在于，

所述规定的范围是将所述熔入深度的测定值的最深部侧设为下位时的、下位的1％以上且20％以下的范围。

8.根据权利要求6所述的激光焊接装置，其特征在于，

所述规定的范围是将所述熔入深度的测定值的最深部侧设为下位时的、下位的3％以上且7％以下的范围。

9.一种激光焊接方法，利用激光对焊接部进行焊接，所述激光焊接方法具有：

照射步骤，在该照射步骤中，使所述激光与测定光同轴地重合而照射到所述焊接部，所述测定光的波长与所述激光不同；

测定步骤，在该测定步骤中，基于由所述焊接部反射的所述测定光，重复测定所述焊接部的熔入深度；

判定步骤，在该判定步骤中，基于多个提取测定值或者所述多个提取测定值的平均值，判定所述焊接部的熔入深度，所述多个提取测定值是所测定出的多个熔入深度的测定值中的一部分，并且分布在以最深侧的所述熔入深度的测定值为基准的规定的范围内；

照射位置变化步骤，在该照射位置变化步骤中，使所述测定光的照射位置以在规定的焊接路径上移动的方式变化，使所述测定光的作为所述照射位置的光轴位置以在所述激光的光斑直径的1/16以上且1/8以下的旋转半径区域内移动的方式变化，

所述测定步骤在所述测定光的所述移动中对所述多个熔入深度的测定值进行测定。

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