JP7320703B2 - レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法 - Google Patents

Description

本開示は、レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法に関するものである。

従来、溶接部の溶け込み深さを直接測定することで、溶接部の品質を評価するようにしたレーザ溶接装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、レーザ光と測定光とを同軸状に重ね合わせて溶接部のキーホール内部に照射して、キーホールの底部で反射した測定光を、ビームスプリッタを介して光干渉計に入射させるようにした構成が開示されている。ここで、光干渉計では、測定光の光路長を測定できるため、測定した光路長からキーホールの深さを、溶接部の溶け込み深さとして特定するようにしている。

特開２０１２－２３６１９６号公報

しかしながら、溶融池のキーホールの状態（キーホールのつぶれ、溶融金属の巻き込み等）や外乱（ノイズ、振動、ヒューム等）に起因して、キーホールの深さの途中で測定光が乱反射してしまうことがある。この場合には、キーホールの実際の最深部よりも浅い深さが測定されてしまい、測定値にばらつきが生じ、精度良く測定できないという問題がある。

本開示は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接部の溶け込み深さを精度良く測定できるようにすることにある。

本開示の一態様に係るレーザ溶接装置は、レーザ光で溶接部を溶接するレーザ溶接装置であって、レーザ光と、レーザ光とは波長の異なる測定光とを同軸に重ね合わせて溶接部に照射する照射部と、照射部から照射されて溶接部で反射した測定光に基づいて、溶接部の溶け込み深さを繰り返し測定する測定部と、測定部で測定された複数の溶け込み深さの測定値のうちの一部となる、最も深い側の溶け込み深さの測定値を基準とした所定の範囲内に分布する複数の抽出測定値、又は複数の抽出測定値の平均値に基づいて、溶接部の溶け込み深さを判定する判定部と、測定光の照射位置を、所定の溶接経路上を移動するように変化させ、測定光の照射位置としての光軸位置を、レーザ光のスポット径の１／２よりも小さな回転半径領域内で移動するように変化させる照射位置変化部を備え、測定部は、測定光の移動中に複数の溶け込み深さの測定値を測定することを特徴とするものである。

本開示の一態様に係るレーザ溶接装置では、溶接部の溶け込み深さを複数回測定し、複数の溶け込み深さの測定値のうちの一部となる、最も深い側の溶け込み深さの測定値を基準とした所定の範囲内に分布する複数の抽出測定値、又は複数の抽出測定値の平均値に基づいて、溶け込み深さを判定するようにしている。

これにより、複数の溶け込み深さの測定値のうち、キーホールが浅く測定されるばらつきの値を除いて、溶接部の溶け込み深さを精度良く測定することができる。

ここで、実際の最深部の深さを表す最も深い側の溶け込み深さの測定値を基準とした所定の範囲内に分布する複数の抽出測定値とは、溶け込み深さの測定値の最深部側を下位側としたときの、下位数％の範囲内の測定値である。そして、この複数の抽出測定値の平均値とは、下位数％の範囲内の測定値を抽出して算出した平均値である。

ここで、平均値とは、単に複数の値の平均値としても良いし、より好ましくは、所定の一定期間の間隔を定め、その間隔内の平均値を連続して計算する移動平均値である。

本開示の一態様に係るレーザ溶接装置では、測定光の照射位置を、溶接経路上を移動するように変化させ、測定光の照射位置としての光軸位置を、レーザ光のスポット径の１／２よりも小さな回転半径領域内で移動するように変化させている。そして、測定光の移動中に溶接部の溶け込み深さを複数回測定し、その一部となる複数の抽出測定値に基づいて、溶け込み深さを判定するようにしている。

これにより、レーザ光と測定光との光軸ずれが生じた場合でも、溶接部の溶け込み深さを精度良く測定することができる。

具体的に、レーザ光よりも溶接方向の前方に測定光が光軸ずれした場合には、溶接部のキーホールの最深部ではなく、最深部よりも溶け込みの浅い部分に測定光が照射されてしまい、キーホールの実際の最深部よりも浅い深さが測定されてしまう。

そこで、測定光の照射位置を移動させながら溶け込み深さの測定を行うことで、キーホールの最深部に測定光が照射されるように探索して、レーザ光と測定光との光軸ずれの影響を抑えることができる。

また、照射位置変化部は、測定光の照射位置を、所定の溶接経路上を移動する回転中心の周りを旋回移動するように変化させ、判定部は、測定光の旋回移動中にレーザ光の照射位置よりも溶接方向の後方位置で測定された複数の抽出測定値に基づいて、溶接部の溶け込み深さを判定することとしてもよい。

本開示の一態様に係るレーザ溶接装置では、測定光の旋回移動中に、レーザ光の照射位置よりも溶接方向の後方位置の溶接部の溶け込み深さを複数回測定し、その一部となる複数の抽出測定値に基づいて、溶け込み深さを判定するようにしている。これにより、キーホールの最深部の深さを精度良く測定することができる。

具体的に、レーザ光の照射位置よりも溶接方向の前方位置では、キーホールの実際の最深部よりも浅い深さが測定されてしまう。これに対し、レーザ光の照射位置よりも溶接方向の後方位置で溶接部の溶け込み深さを複数回測定すれば、キーホールの実際の最深部よりも浅い深さが測定されるのを抑えることができる。

また、測定部は、測定区間を所定の一定期間の間隔とし、測定区間の測定開始点をずらしながら複数の溶け込み深さの測定値を測定することとしてもよい。

本開示の一態様に係るレーザ溶接装置では、測定区間の測定開始点をずらしながら複数の溶け込み深さの測定値を測定して簡易的な移動平均とすることで、演算時のメモリ量を抑制しつつ、溶け込み深さを信頼性良く求めることができる。

また、測定部は、測定区間を所定の一定期間の間隔とし、測定区間内に複数の溶け込み深さの測定値を測定することとしてもよい。

本開示の一態様に係るレーザ溶接装置では、所定の一定期間の区間内で複数の溶け込み深さの測定値を測定することで、その区間毎に演算が完結できるので、演算時のメモリ量を抑制しつつ、溶け込み深さを測定することができる。

また、所定の範囲は、溶け込み深さの測定値の最深部側を下位としたときの、下位の１％以上で且つ２０％以下の範囲であることとしてもよい。

本開示の一態様に係るレーザ溶接装置では、最深部側を下位としたときの、下位の１％以上で且つ２０％以下の範囲の抽出測定値を抽出するようにしている。

または、所定の範囲は、溶け込み深さの測定値の最深部側を下位としたときの、下位の３％以上で且つ７％以下の範囲であることとしてもよい。

本開示の一態様に係るレーザ溶接装置では、最深部側を下位としたときの、下位の３％以上で且つ７％以下の範囲の抽出測定値を抽出するようにしている。

本開示の一態様に係るレーザ溶接方法は、レーザ光で溶接部を溶接するレーザ溶接方法であって、レーザ光と、レーザ光とは波長の異なる測定光とを同軸に重ね合わせて溶接部に照射する照射ステップと、溶接部で反射した測定光に基づいて、溶接部の溶け込み深さを測定する測定ステップと、測定された複数の溶け込み深さの測定値のうちの一部となる、最も深い側の溶け込み深さの測定値を基準とした所定の範囲内に分布する複数の抽出測定値、又は複数の抽出測定値の平均値に基づいて、溶接部の溶け込み深さを判定する判定ステップと、測定光の照射位置を、所定の溶接経路上を移動するように変化させ、測定光の照射位置としての光軸位置を、レーザ光のスポット径の１／２よりも小さな回転半径領域内で移動するように変化させる照射位置変化ステップとを有し、測定ステップは、測定光の移動中に複数の溶け込み深さの測定値を測定することを特徴とするものである。

本開示の一態様に係るレーザ溶接方法では、溶接部の溶け込み深さを複数回測定し、複数の溶け込み深さの測定値のうちの一部となる、最も深い側の溶け込み深さの測定値を基準とした所定の範囲内に分布する複数の抽出測定値、又は複数の抽出測定値の平均値に基づいて、溶け込み深さを判定するようにしている。

これにより、複数の溶け込み深さの測定値のうち、キーホールが浅く測定されるばらつきの値を除いて、溶接部の溶け込み深さを精度良く特定することができる。

本開示によれば、溶接部の溶け込み深さをより精度良く測定することができる。

実施形態に係るレーザ溶接装置の模式図である。 レーザ照射ヘッドの構成を示す模式図である。 レーザ光、測定光、キーホールの位置関係を示す側面断面図である。 測定光の光軸ずれが生じたときのレーザ光、測定光、キーホールの位置関係を示す側面断面図である。 測定光の照射位置の軌跡を示す図である。 光軸ずれが生じているときに、測定光を旋回移動させた場合とさせなかった場合との、溶け込み深さの測定結果を比較したグラフである。 光軸ずれが生じていない場合において、複数回測定した測定値の全データの平均値と、抽出した下位数％の測定値の平均値とを比較したグラフである。 光軸ずれが生じていない場合と、光軸ずれが生じており且つ測定光を旋回移動させた場合との、溶け込み深さの測定結果を比較したグラフである。 溶接部の溶け込み深さの測定動作を示すフローチャートである。 測定光の照射位置の別の軌跡を示す図である。 その他の実施形態に係るレーザ照射ヘッドの構成を示す模式図である。 変形例に係るレーザ照射ヘッドの構成を示す模式図である。 測定光の光路の変化の様子を示す模式図である。

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。

図１は、実施形態に係るレーザ溶接装置１０の模式図である。

図１に示すように、レーザ溶接装置１０は、レーザ光Ｌを出力するレーザ発振器１１と、測定光Ｓを出力する光干渉計１２と、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを溶接対象物３０に向けて照射するレーザ照射ヘッド２０（照射部）と、レーザ照射ヘッド２０が取り付けられてレーザ照射ヘッド２０を移動させるロボット１８と、レーザ発振器１１、光干渉計１２、レーザ照射ヘッド２０及びロボット１８を制御してレーザ溶接を行う制御装置１６とを備えている。

レーザ発振器１１は、制御装置１６からの指令に基づいて、レーザ光Ｌを出力する。レーザ発振器１１とレーザ照射ヘッド２０とは、光ファイバ１９で接続されている。レーザ光Ｌは、光ファイバ１９を介して、レーザ発振器１１からレーザ照射ヘッド２０に伝送される。

光干渉計１２は、レーザ光Ｌとは波長の異なる測定光Ｓを出力する測定光発振器１３と、後述する溶接部３５の溶け込み深さを測定する測定部１４とを有する。測定光発振器１３は、制御装置１６からの指令に基づいて、測定光Ｓを出力する。光干渉計１２とレーザ照射ヘッド２０とは、光ファイバ１９で接続されている。測定光Ｓは、光ファイバ１９を介して、光干渉計１２からレーザ照射ヘッド２０に伝送される。

レーザ照射ヘッド２０は、ロボット１８のアーム先端部分に取り付けられており、制御装置１６からの指令に基づいて、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを溶接対象物３０で結像する。

ロボット１８は、制御装置１６からの指令に基づいて、レーザ照射ヘッド２０を指定された位置まで移動させ、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを走査する。

制御装置１６は、レーザ発振器１１、光干渉計１２、ロボット１８、レーザ照射ヘッド２０と接続されており、レーザ照射ヘッド２０の移動速度の他に、レーザ光Ｌの出力開始や停止、レーザ光Ｌの出力強度などを制御する機能も備えている。詳しくは後述するが、制御装置１６は、測定部１４で測定された複数の測定値に基づいて、溶接部３５の溶け込み深さを判定する判定部１７を有する。

溶接対象物３０は、上下に重ね合わされた上側金属板３１と下側金属板３２とを有する。レーザ溶接装置１０は、上側金属板３１の上面にレーザ光Ｌを照射することで、上側金属板３１と下側金属板３２とを溶接する。

ここで、本実施形態に係るレーザ溶接装置１０では、レーザ溶接と同時に溶接部３５の溶け込み深さの測定を行うことができる。以下、図２を用いて具体的に説明する。

図２は、レーザ照射ヘッド２０の構成を示す模式図である。

図２に示すように、レーザ照射ヘッド２０は、レーザ光Ｌが通過する第１のコリメートレンズ２１及び第１のフォーカスレンズ２２と、測定光Ｓが通過する第２のコリメートレンズ２３及び第２のフォーカスレンズ２４と、レーザ光Ｌと測定光Ｓとを同軸の光束に結合するビームスプリッタ２５と、第１の平行平板２６と、第２の平行平板２７とを有する。

ビームスプリッタ２５は、ダイクロイックミラーであり、レーザ発振器１１からのレーザ光Ｌを透過し、光干渉計１２からの測定光Ｓを反射するように、透過・反射させる波長が設定されている。

このとき、ビームスプリッタ２５で、レーザ光Ｌと測定光Ｓとを十分に分離するために、レーザ光Ｌと測定光Ｓとの波長差を１００ｎｍ以上とすることが望ましい。

第１の平行平板２６及び第２の平行平板２７は、図示しないモータに接続され、制御装置１６からの指令に従って回転する。

レーザ発振器１１から出力されたレーザ光Ｌは、光ファイバ１９を通ってレーザ照射ヘッド２０に送られる。レーザ照射ヘッド２０に入ったレーザ光Ｌは、第１のコリメートレンズ２１によって平行化され、第１のフォーカスレンズ２２によって集光される。第１のフォーカスレンズ２２で集光されたレーザ光Ｌは、ビームスプリッタ２５を透過する。

一方、光干渉計１２から出力された測定光Ｓは、光ファイバ１９を通ってレーザ照射ヘッド２０に送られる。レーザ照射ヘッド２０に入った測定光Ｓは、第２のコリメートレンズ２３によって平行化され、第２のフォーカスレンズ２４によって集光される。その後、測定光Ｓは、ビームスプリッタ２５によって、レーザ光Ｌと同心・同軸状に重ね合わされる。

なお、第２のフォーカスレンズ２４は、溶接部３５から反射した測定光Ｓを、ビームスプリッタ２５を介して、光干渉計１２に再度、入射させる機能も有している。

そして、同軸に重ね合わされたレーザ光Ｌと測定光Ｓとは、制御装置１６によって制御された第１の平行平板２６及び第２の平行平板２７を通る。このことによって、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置（焦点距離）が決定され、溶接対象物３０の溶接部３５にレーザ光Ｌ及び測定光Ｓが照射される。

このとき、レーザ照射ヘッド２０は、第１の平行平板２６及び第２の平行平板２７を回転させることにより、レーザ光Ｌと測定光Ｓとが円軌道となるように回転させ、旋回移動させることができる。つまり、第１の平行平板２６及び第２の平行平板２７は、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置を変更可能な照射位置変化部を構成している。

また、ロボット１８によって、レーザ照射ヘッド２０を移動させることで、溶接対象物３０における溶接領域において、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置を移動させることができる。

図３は、レーザ光Ｌ、測定光Ｓ、キーホール３７の位置関係を示す側面断面図である。

図３に示すように、レーザ溶接装置１０では、上側金属板３１と下側金属板３２とを有する溶接対象物３０の溶接部３５を溶接するにあたり、溶接対象物３０の上方から上側金属板３１の上面にレーザ光Ｌが照射される。

レーザ光Ｌの照射された溶接部３５は、その上部から溶融し、溶接部３５に溶融池３６が形成される。溶接部３５が溶融する際に、溶融池３６から溶融金属が蒸発し、蒸発時に生じる蒸気の圧力によってキーホール３７が形成される。ここでは、溶融池３６とキーホール３７とを合わせて溶接部３５として扱う。溶融池３６の溶接方向の後方には、溶融池３６が凝固することで凝固部３８が形成される。

このとき、光干渉計１２から出射される測定光Ｓが、ビームスプリッタ２５により、レーザ発振器１１からのレーザ光Ｌと同心・同軸状に重ね合わされ、キーホール３７の内部に照射される。照射された測定光Ｓは、キーホール３７の底部３７ａで反射し、ビームスプリッタ２５を介して、光干渉計１２に入射する。

光干渉計１２に入射した測定光Ｓの光路長は、測定部１４で測定される。測定部１４では、測定した光路長からキーホール３７の深さを、溶接部３５の溶け込み深さ（測定値）として特定する。レーザ溶接装置１０では、測定した溶け込み深さに基づいて、溶接部３５の良否を判断するようにしている。

以上の構成により、レーザ溶接装置１０は、溶け込み深さ測定機能と、レーザ溶接機能とを同時に果たすことができる。

ところで、例えば、ビームスプリッタ２５を保持している部品が振動等によって位置ずれしてしまい、レーザ光Ｌと測定光Ｓとの光軸ずれが生じることがある。そして、レーザ光Ｌと測定光Ｓとの光軸ずれが生じた場合には、光干渉計１２が、キーホール３７の深さを実際の深さよりも浅く測定してしまい、溶け込み深さを精度良く測定することができない場合がある。

具体的には、キーホール３７は、溶接部３５で溶融した金属が蒸発し、蒸発時の蒸気の圧力によって形成される。形成されるキーホール３７の形状は、レーザ光Ｌの照射時間や溶融池３６の状態によって変化する。

ここで、キーホール３７の溶接方向の前方の内壁部は、レーザ照射ヘッド２０の移動速度（溶接速度）が速くなるほど、キーホール３７の後方に向かって湾曲した形状となる傾向を示す。そこで、キーホール３７の底部３７ａの湾曲部分の曲率を低減するために、レーザ溶接速度を適切に設定するのが好ましい。

しかしながら、レーザ溶接速度を適切に設定したとしても、キーホール３７の開口径と底部３７ａの孔径とを略等しくするのは困難であり、キーホール３７の溶接方向の前方の内壁部では、溶け込みが浅い湾曲形状が生じてしまうこととなる。

なお、キーホール３７の開口径は、加工光であるレーザ光Ｌのスポット径に略等しい。

また、レーザ光Ｌのスポット径および測定光Ｓのスポット径は、溶接対象物３０の表面に結像される焦点位置でのスポット光のサイズとする。

そのため、図４の仮想線で示すように、レーザ光Ｌの光軸と同軸状に照射されている測定光Ｓの光軸が、たとえば、レーザ光Ｌのスポット径内の領域でレーザ光Ｌに対して溶接方向の前方に位置ずれした場合には、キーホール３７の底部３７ａの位置と、測定光Ｓのスポットの中心の位置とが一致しなくなり、測定光Ｓが底部３７ａに照射されない状態が生じ得る。

なお、図３では、レーザ光Ｌの光軸と同軸状に照射されている測定光Ｓの光軸との２つの光軸が、一致しズレが生じていない状態を示している。

底部３７ａに測定光Ｓが照射されない状態としては、例えば、測定光Ｓが、レーザ光Ｌに対して溶接方向の前方に位置ずれして、詳細に言い替えると、測定光Ｓの光軸が、たとえばレーザ光Ｌの光軸に対して溶接方向の前方にレーザ光Ｌのスポット径の領域内での位置ずれが生じた場合、キーホール３７の前側の内壁部に測定光Ｓが照射された状態が考えられる。この状態では、測定光Ｓの反射した位置を底部３７ａの位置として、光干渉計１２は、キーホール３７の深さを測定してしまう。

つまり、底部３７ａに測定光Ｓが照射されなければ、光干渉計１２は、キーホール３７の深さを実際の深さよりも浅く測定してしまう。言い替えると、レーザ光Ｌよりも溶接方向の前方に測定光Ｓが光軸ずれした場合には、溶接部３５のキーホール３７の最深部ではなく、最深部よりも溶け込みの浅い部分に測定光Ｓが照射されてしまい、キーホール３７の実際の最深部よりも浅い深さが測定されてしまう。

図４に示す例では、キーホール３７の実際の深さＤminよりも浅い深さＤを測定することとなる。このように、実際の深さよりも浅く測定したキーホール３７の深さからは、精度良く溶接部３５の検査を行うことはできない。

ここで、光干渉計１２が、キーホール３７を実際の深さよりも浅く測定するのを抑えるためには、的確に測定光Ｓを底部３７ａに照射する必要がある。そこで、以下に、的確に測定光Ｓを底部３７ａに照射するための構成を説明する。

図５に示すように、レーザ溶接装置１０は、溶接対象物３０に対して、螺旋状にレーザ光Ｌ及び測定光Ｓを照射しながら溶接方向に相対的にビームスポットを移動させるスピン軌道４０でレーザ光Ｌ及び測定光Ｓを照射して、溶接対象物３０を溶接する。

なお、スピン軌道４０とは、照射するレーザ光Ｌ及び測定光Ｓによるスポットを円形状の軌道で移動させながら溶接方向に移動させるレーザ光Ｌ及び測定光Ｓの軌道である。言い換えると、スピン軌道４０は、溶接方向において、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの軌跡が回転しながら相対的に直線移動されている軌道である。

レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置は、溶接経路３４上を移動する回転中心ＲＣから回転半径ｒだけ離れて且つ所定の回転周波数で回転中心ＲＣを周回するように旋回移動する。つまり、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置は、螺旋形状を有するスピン軌道４０に沿って、溶接対象物３０に対して相対的に移動する。

ここで、レーザ照射ヘッド２０では、測定光Ｓの照射位置を、レーザ光Ｌのスポット径よりも小さな回転半径ｒで移動するように変化させている。なお、回転半径とは回転運動をすると仮定した場合の軌道の半径を表すものである。キーホール３７の開口径は、加工光であるレーザ光Ｌのスポット径と略等しくなる。このため、測定光Ｓの光軸の位置は、測定光Ｓの照射位置がレーザ光Ｌのスポット径の領域内で重なるように、レーザ光Ｌのスポット径の１／２よりも測定光Ｓの回転半径ｒを小さくし、回転半径ｒをレーザ光Ｌのスポット径の１／２０以上１／２未満とするのが好ましく、１／１６以上１／８以下がより好ましい。例えば、レーザ光Ｌのスポット径が８００μｍの場合には、測定光Ｓの回転半径ｒを５０～１００μｍ程度に設定すればよい。これにより、スポット径の領域内において、レーザ光Ｌによって形成されたキーホール３７の最深部が存在する範囲のみに絞って、より高品質に測定光Ｓを照射することができる。

なお、測定光Ｓのスポット径は１００～１５０μｍ程度である。

また、レーザ光Ｌのスポット径を８００μｍとしたが、６００μｍから９００μｍであっても良い。

なお、測定光Ｓの回転半径ｒは、レーザ光Ｌのスポット径に重なる半径であればよいので、測定光Ｓの照射位置を、レーザ光Ｌのスポット径の領域に重なるように、レーザ光Ｌのスポット径の半径よりも小さな旋回範囲で測定光Ｓの照射位置が移動するように、レーザ光Ｌのスポット径の１／２未満の回転半径で移動するように変化させるのが好ましい。言い替えると、測定光Ｓの照射位置を、所定の溶接経路上を移動するように変化させ、測定光Ｓの照射位置としての光軸位置を、レーザ光Ｌのスポット径の１／２よりも小さな回転半径の領域内で移動するように変化させるのが好ましい。

例えば、レーザ光Ｌのスポット径が８００μｍの場合、測定光Ｓの回転周波数を４０Ｈｚ、回転半径ｒを４００μｍ未満に設定してもよい。

なお、測定光Ｓの照射位置を、レーザ光Ｌのスポット径の半径以上の回転半径で、大きく旋回移動するように変化させると、キーホール開口内の領域内や、キーホール開口内の領域内のレーザ光Ｌによって形成されたキーホール３７の最深部が存在する範囲に対して測定光Ｓが照射される度合いが減少し、キーホールの深さである溶け込み深さのデータは、旋回移動とともに、深いデータと浅いデータ検出されて大きくうねり、正確な溶け込み深さの測定がより難しくなる。

これにより、溶接対象物３０に対して、回転中心ＲＣが溶接経路３４上を移動する螺旋状の軌跡に沿って、測定光Ｓを照射しながらキーホール３７の底部３７ａの探索を行うことができる。

このように、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置を螺旋状に旋回移動させながら、キーホール３７に測定光Ｓを照射すれば、略確実に、底部３７ａに測定光Ｓが照射されることとなる。このため、測定光Ｓのスポットの中心と底部３７ａとが一致しない場合でも、測定光Ｓを底部３７ａに照射することが可能となる。

以下、測定光Ｓをスピン軌道４０で旋回移動させた場合とさせなかった場合とで、溶接部３５の溶け込み深さ、つまり、キーホール３７の深さの測定値がどのように変化するのかについて説明する。

図４に示す例では、上側金属板３１の板厚が１ｍｍ、下側金属板３２の板厚が４．３ｍｍであり、測定光Ｓの光軸が、レーザ光Ｌの光軸よりも溶接方向の前方に１００μｍずれているものとする。

図６は、溶接対象物３０の表面又は基準となる仮想の面からの、溶接部３５の溶け込み深さとして、キーホール３７の深さを測定したときのグラフである。図６に示すように、測定光Ｓをスピン軌道４０で旋回移動させなかった場合には、キーホール３７の深さの測定値が３ｍｍ付近を推移している。これに対し、測定光Ｓをスピン軌道４０で旋回移動させた場合には、キーホール３７の深さの測定値が４ｍｍ付近を推移している。

このことから、測定光Ｓをスピン軌道４０で旋回移動させた場合の方が、旋回移動させなかった場合に比べて、キーホール３７の測定値が大きい、つまり、キーホール３７の底部３７ａの深い位置まで探索できていることが分かる。なお、図６の測定値のグラフは、測定光Ｓの旋回移動中に複数回測定した測定値のうち、下位数％の測定値（抽出測定値）を抽出して、所定の一定期間である間隔ＳＡ（Sampling Area）毎に算出した移動平均値（以下、単に「平均値」ともいう）を示している。

なお、下位数％の測定値を抽出するとは、溶接部３５の溶け込み深さを複数回測定し、溶け込み深さの測定値の最深部側を下位側として、最も深い側の数％の範囲の測定値を抽出することをいう。

ここで、予め実験等により求めた実際のキーホールの深さと抽出した下位数％の測定値の平均値とを比較したところ、これらが実質的に一致することが見出された。そのため、複数の測定値に基づいて、溶け込み深さを判定することとした。

図７は、光軸ずれが生じていない場合において、複数回測定した測定値の全データの平均値と、抽出した下位数％の測定値の平均値とを比較したグラフである。

図７に示すように、複数の測定値の全データを用いて平均値を算出した場合には、キーホール３７の深さの測定値が３ｍｍ付近を推移している。一方、複数の測定値のうち、最も深い側の測定値を基準とした所定の範囲内に分布する複数の測定値の平均値を算出した場合には、キーホール３７の深さの測定値が４ｍｍ付近を推移している。

ここで、複数の測定値のうち、実際の最深部の深さを表す最も深い側の測定値を基準とした所定の範囲内に分布する測定値とは、溶け込み深さの測定値の最深部側を下位側としたときの下位数％の範囲内の測定値である。

このことから、複数の測定値の下位数％の平均値を算出した方が、複数の測定値の全データを用いて平均値を算出した場合に比べて、キーホール３７の測定値が大きい、つまり、キーホール３７の底部３７ａの深い位置まで測定できていることが分かる。

また、測定値の下位数％とは、最も深い側の数％の範囲の測定値であり、最深部側の測定値数％と同意である。

また、複数の測定値のうち、キーホール３７の深さが浅い測定値を除いているのは、溶融池３６のキーホール３７の状態やノイズ、振動、ヒュームやスパッタ等の外乱により、キーホール３７が浅く測定されるばらつきの値を除いて、溶接部３５の溶け込み深さを精度良く特定するためである。

言い換えると、レーザ光Ｌと同軸状に照射される測定光Ｓで測定されるキーホール３７の深さのうち、深い値は、実際に深くないと測定され難い。一方、浅い値は、溶融池３６のキーホール３７の状態（キーホール３７のつぶれ、溶融金属の巻き込み等）や外乱（ノイズ、振動、ヒューム等）によって、キーホール３７の深さの途中の乱反射等により誤反射されて浅く測定される等、イレギュラーな値が測定される場合があり、これを除くためである。

なお、下位数％の範囲は、好ましくは、下位の１％以上２０％以下である。これは、下位の１％より小さいと、深い値の特異点値が集中して含まれるおそれがあり、キーホール３７の深さは、実際の値（実際の最深部の深さを表す実際の深さの移動平均値）より深めの値となるからである。

また、下位の２０％より大きいと、キーホール３７の状態や外乱の影響によるイレギュラーな値が含まれることや、スピン軌道４０上の測定値が浅い部分が含まれるため、キーホール３７の深さは、実際の値より浅めの値となるからである。

より好ましくは、下位数％の範囲は、３％以上７％以下であり、下位５％前後の範囲である。これにより、複数の測定値のばらつきを抑えて、溶接部３５の溶け込み深さを精度良く特定することができる。

ここで、平均値とは、単に複数の値の平均値としても良いし、より好ましくは、所定の一定期間の間隔を定め、その間隔内の平均値を連続して計算する移動平均値とするのが良い。

図８は、光軸ずれが生じていない場合と、光軸ずれが生じており且つ測定光Ｓをスピン軌道４０で旋回移動させた場合との、溶接部３５の溶け込み深さ、つまり、キーホール３７の深さの測定値を比較したグラフである。なお、何れの測定結果も、抽出した下位数％の測定値の平均値を用いている。

図８に示すように、光軸ずれが生じていない場合には、キーホール３７の深さの測定値が４ｍｍ付近を推移している。一方、測定光Ｓをスピン軌道４０で旋回移動させた場合にも、キーホール３７の深さの測定値が４ｍｍ付近を推移している。つまり、測定光Ｓをスピン軌道４０で旋回移動させた場合には、光軸ずれが生じていない場合のキーホール３７の底部３７ａの深さと、略同じ深さまで探索できていることが分かる。

以下、溶接部３５の溶け込み深さの測定動作について説明する。

図９は、溶接部３５の溶け込み深さの測定動作を示すフローチャートである。

図９に示すように、まず、ステップＳ１０１では、レーザ照射ヘッド２０においてレーザ光Ｌと測定光Ｓとを同軸に重ね合わせて溶接部３５に照射を開始し、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置の旋回移動を開始し、ステップＳ１０３に進む。旋回移動は、溶接経路３４上を移動する回転中心ＲＣの周りを螺旋状に旋回移動させるように、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置を変化させる。

ステップＳ１０３では、測定部１４が、溶接部３５で反射した測定光Ｓに基づいて、溶接部３５の溶け込み深さの測定を開始し、ステップＳ１０４に進む。すなわち、ステップＳ１０３の処理により、測定部１４は、溶接部３５の溶け込み深さを繰り返し測定することになる。

ここで繰り返し測定とは、具体的に説明すると例えば５００～３５００ｍｍ／分の溶接速度で、８０～１２０ＫＨＺの測定サンプリングレートで複数個所を微細な間隔で繰り返し測定するものである。

なお、同一測定箇所を複数回繰り返し測定しても良い。

これにより、より高品質な測定が出来る。

溶接が完了すると、ステップＳ１０１～Ｓ１０３で開始した処理を終了し、ステップＳ１０４では、判定部１７が、測定光Ｓの旋回移動中に測定された溶け込み深さの複数の測定値の全てが所定の閾値の範囲外（すなわち、所定の閾値未満）であるかを判定する。ステップＳ１０４での判定が「ＹＥＳ」の場合には、測定値が異常であると判断して、ステップＳ１０５に分岐する。ステップＳ１０４での判定が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１０６に分岐する。

ここで、所定の閾値は、例えば、レーザ光Ｌの出力強度や溶接速度に応じて予め決定される溶け込み深さの基準となる閾値である。言い換えると、所定の閾値は、予め実験等により求めた、レーザ光Ｌの出力強度や溶接速度に応じた溶け込み深さとしてのキーホール３７の深さの値であり、判定部１７にテーブルとして記憶されている。

そして、測定値が閾値の範囲外、つまり、測定値が閾値から大きく乖離している場合には、溶け込み深さを正確に測定できていないと判断する。これにより、閾値から大きく乖離している異常値を、キーホール３７の最深部の測定値であると誤って特定してしまうのを抑えることができる。

ステップＳ１０５では、図示しない表示モニタに測定値の異常を警告するメッセージを表示する等、ユーザーに異常を報知して、溶接部３５の溶け込み深さの測定動作の処理を終了する。

一方、ステップＳ１０６では、判定部１７が、測定部１４で測定された複数の測定値に基づいて、溶接部３５の溶け込み深さを特定して、溶接部３５の溶け込み深さの測定動作の処理を終了する。例えば、複数の測定値のうち、下位数％の測定値を抽出して、その平均値、具体的には、所定の一定期間である間隔ＳＡ（Sampling Area）内の平均値を連続して算出することで、溶け込み深さを判定する。なお、複数の測定値のうち、キーホール３７の深さが浅い測定値を除いて、キーホール３７の深さが所定の閾値よりも大きな下位数％の測定値を抽出して、その平均値を算出することで、溶け込み深さを判定するようにしてもよい。これにより、複数の測定値のばらつきを抑えて、溶接部３５の溶け込み深さを精度良く特定することができる。

なお、測定光Ｓの旋回移動中に、レーザ光Ｌの照射位置よりも溶接方向の後方位置の溶接部３５の溶け込み深さを複数回測定し、複数の測定値に基づいて、溶け込み深さを判定するようにすれば、キーホール３７の最深部の深さをさらに精度良く特定することができる。

つまり、レーザ光Ｌの照射位置よりも溶接方向の前方位置では、キーホール３７の実際の最深部よりも浅い深さが測定されてしまう。一方、レーザ光Ｌの照射位置よりも溶接方向の後方位置で溶接部３５の溶け込み深さを複数回測定すれば、キーホール３７の実際の最深部よりも浅い深さが測定されるのを抑えることができる。

なお、複数の測定値間でばらつきがそれほど生じていないのであれば、複数の測定値のうち最も大きい値や、複数の測定値の平均値を、溶接部３５の溶け込み深さと判定するようにしてもよい。

以上のように、測定光Ｓの照射位置を移動し旋回移動させ、測定光Ｓの照射位置としての光軸位置を、レーザ光Ｌのスポット径の１／２よりも小さな半径領域内での回転半径ｒで移動するように変化させながら溶け込み深さの測定を行うことで、キーホール３７の最深部に測定光Ｓが照射されるように探索して、レーザ光Ｌと測定光Ｓとの光軸ずれの影響を抑えることができる。そして、さらに例えば、一定期間内に測定された複数の測定値のうち最も大きな値、複数の測定値の平均値、複数の測定値のうち下位数％の平均値などを、最深部の溶け込み深さとして判定すればよい。

《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

本実施形態では、スピン軌道４０の軌跡は、単純な螺旋形状だけでなく、円形状や、四角形等の多角形状であってもよい。また、図１０に示すように、楕円状の軌跡が不連続に形成されたものであってもよい。つまり、測定光Ｓがキーホール３７内部に照射される連続的な軌跡であれば、種々の形状とすることができる。また、スピン軌道４０のレーザ光Ｌの溶接方向に対しての照射の回転方向は、時計回りであっても良いし、反時計回りであっても良い。

また、本実施形態では、直線状の溶接経路３４に沿って、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを螺旋状に移動させて照射するようにしたが、溶接経路は直線状に限られない。例えば、ロボット１８によってレーザ照射ヘッド２０を螺旋状に移動させながらレーザ光Ｌを照射することで、溶接経路が螺旋形状となる場合が考えられる。このような場合には、この螺旋形状の溶接経路上で、測定光Ｓの照射位置を旋回移動させてキーホール３７の底部３７ａの探索を行うようにすればよい。

また、本実施形態では、レーザ照射ヘッド２０やロボット１８によって、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置を移動させているが、螺旋状の軌跡を通るようにレーザ照射位置を変更できれば、ガルバノスキャナなどを用いてもよい。

また、本実施形態では、上側金属板３１及び下側金属板３２の２枚を重ねてレーザ溶接を行う構成について説明したが、例えば、３枚以上の金属板を重ねてレーザ溶接を行うようにしてもよい。

また、本実施形態では、ビームスプリッタ２５の手前に、第１のコリメートレンズ２１及び第１のフォーカスレンズ２２と、第２のコリメートレンズ２３及び第２のフォーカスレンズ２４とをそれぞれ設けて、別々に集光するようにしているが、この形態に限定するものではない。

例えば、第１のコリメートレンズ２１及び第１のフォーカスレンズ２２と、第２のコリメートレンズ２３及び第２のフォーカスレンズ２４とを設ける代わりに、図１１に示すようにしてもよい。すなわち、ビームスプリッタ２５の直下に、コリメートレンズ４１及びフォーカスレンズ４２を設け、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを、ビームスプリッタ２５を介した後で共に集光するようにしても良い。

具体的には、コリメートレンズ４１及びフォーカスレンズ４２からなる１組のレンズ構成によって集光する構造とすることが好ましい。このように、１組のレンズ構成とすれば、光軸の調整やレンズの固定をより容易に行うことができる。

また、本実施形態では、溶け込み深さである最深部の深さは、溶け込み深さの測定値の最深部側を下位側としたときの下位数％の測定値（抽出測定値）を抽出して、その平均値、具体的には、所定の一定期間である間隔ＳＡ内の平均値を連続して計算する等の移動平均値を算出するようにしたが、この形態に限定するものでない。

例えば、所定の一定期間である間隔ＳＡ毎の下位数％の測定値を抽出して、それぞれの間隔ＳＡ毎における、それぞれの値、又はそれぞれの平均値を抽出することで、溶け込み深さの測定値として算出しても良い。

具体的には、例えば、所定の一定期間である間隔ＳＡを５０ｍｓｅｃとして、間隔ＳＡ毎の測定開始点を５０ｍｓｅｃ単位で変更しながら、間隔ＳＡ内の複数のデータの下位数％の値を連続的に算出していっても良い。あるいは測定開始点を１ｍｓｅｃ単位で変更しながら、間隔ＳＡ毎の下位数％の値を連続的に算出するものであっても良い。

これによって、最深部の深さをより精度よく効率的に特定できる。全データの下位数％を抽出した後の、移動平均としての所定の一定期間である間隔ＳＡ毎の平均値演算よりも、間隔ＳＡ毎の下位数％の平均値の演算処理の方が、間隔ＳＡ毎に演算が完結できて演算処理が少なくなる。そのため、演算部のメモリ等のスペックが低い場合でも短時間での処理が可能である。また、演算処理が少ないことにより、演算処理の時間を短縮できるため、加工・計測工程における生産タクトタイムの短縮に有効である。

また、測定区間を所定の一定期間である間隔ＳＡとして、例えば、この間隔ＳＡを５０ｍｓｅｃとし、測定周波数（サンプリング周波数）を２０ｋＨｚとすることで、その間隔ＳＡにおいて１０００回の測定値を取得した場合について説明する。

この場合には、間隔ＳＡにおける１０００回の測定値のうち、最深部を下位側とした場合の下位５％目、すなわち、下位側より５０番目の深さの測定値をそのまま抽出し、溶け込み深さの測定値とする（平均はしない）。

さらに、例えば、５０ｍｓｅｃの間隔ＳＡの測定開始点を２ｍｓｅｃ単位で細かくずらしながら重複するように変更し、それぞれの下位５％目の値を溶け込み深さの測定値として抽出する。

これにより、演算時のメモリ量を抑制し、ＣＰＵの負担を低減させて効率良く、溶け込み深さを測定することができる。言い換えると、簡易的な移動平均のように、溶け込み深さを信頼性良く求めることができる。

なお、間隔ＳＡや測定周波数の設定により、下位５％目の値が存在せず、例えば下位４％目や６％目等、他の値しか存在しない場合は、５％目に最も近い下位数％目の測定値を下位５％目の値として抽出し、溶け込み深さの測定値とする。

このとき、下位数％の範囲の許容値は、好ましくは、下位の１％以上２０％以下である。より好ましくは、下位数％の範囲は、３％以上７％以下であり、下位５％前後の範囲である。

ここで、間隔ＳＡにおける測定値の取得回数は、好ましくは１００～２００回以上である。これは、１００回未満では、取得回数が少ないことにより、溶融池３６のキーホール３７の状態（キーホールのつぶれ、溶融金属の巻き込み等）や外乱（ノイズ、振動、ヒューム等）の影響を受けてイレギュラーな値が測定された場合がある。このような場合、イレギュラーな値を高品質で除くことが困難になるためである。

そのため、間隔ＳＡにおける測定値の取得回数が１００～２００回以上であれば、イレギュラーな値が測定された場合でも、イレギュラーな値を高品質で除くことができる。

これにより、例えば、下位５％目が存在せずとも下位の４％以上、６％以下の測定値を、溶け込み深さの測定値として特定することができるため、溶け込み深さを精度良く特定できる。

なお、ビームスプリッタ２５は、より好ましくは特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過するダイクロイックミラーを用いても良い。

何れを用いる場合においても、レーザ光Ｌの波長は透過し、測定光Ｓの波長は反射する光学部材を用いることで、レーザ光Ｌと測定光Ｓを同軸状に溶接対象物３０の溶接部３５に向かって照射できる。その結果、十分な光量を溶接部３５の溶融時に形成されるキーホール３７の内部に照射できるため、キーホール深さの特定に有用である。

本実施形態では、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置をともに螺旋状に移動させるものとして説明した。この場合、レーザ光Ｌとともに測定光Ｓの照射位置を移動させても良く、また、レーザ光Ｌに対して測定光Ｓの照射位置を相対的に移動させて、レーザ光Ｌのスポット径の１／２よりも小さな回転半径で移動させてもよい。

また、レーザ光Ｌに対して測定光Ｓの照射位置を相対的に移動させる場合は、例えばレーザ光Ｌの照射位置を直線状に移動させ、測定光Ｓの照射位置を単純な螺旋形状だけでなく、円形状や、三角形、四角形等の多角形状となるように移動させてもよい。以下、図１２及び図１３を用いて具体的に説明する。

図１２は、変形例に係るレーザ照射ヘッド２０Ａの構成を示す模式図である。また、図１３は、測定光Ｓの光路の変化の様子を示す模式図である。なお、図１１に示すレーザ照射ヘッド２０の構成と同じ部分については同じ符号を付しており、以下では相違点についてのみ説明する。

図１２に示すように、レーザ照射ヘッド２０Ａは、図１１に示すレーザ照射ヘッド２０の構成に加え、第３の平行平板４３を備える。

第３の平行平板４３は、第１の平行平板２６や第２の平行平板２７と同様に、図示しないモータに接続され、制御装置１６からの指令に従って回転するものであり、測定光Ｓの照射位置を変更可能な照射位置変化部を構成している。レーザ照射ヘッド２０ａに入った測定光Ｓは、第３の平行平板４３を通ることで、ビームスプリッタ２５への入射位置が切り替えられる。

具体的には、第３の平行平板４３を回転させ、図１２に示す角度となるように第３の平行平板４３を調整した場合には、測定光Ｓは、ビームスプリッタ２５を透過したレーザ光Ｌと結合する位置に照射される。なお、この例では、第２の平行平板２７は、図１１に示す角度とは異なり、第１の平行平板２６と略平行となる角度に調整されている。

そして、測定光Ｓは、ビームスプリッタ２５によって、レーザ光Ｌと同心・同軸状に重ね合わされる。同軸に重ね合わされたレーザ光Ｌと測定光Ｓとは、コリメートレンズ４１によって平行化され、フォーカスレンズ４２によって集光される。

一方、第３の平行平板４３を回転させ、図１３に示す角度となるように第３の平行平板４３を調整した場合には、測定光Ｓは、ビームスプリッタ２５を透過したレーザ光Ｌよりも溶接方向の後方位置に照射される。具体的には、図１３に示す例では、レーザ照射ヘッド２０Ａを右方向に移動させながら溶接を行っているので、測定光Ｓは、ビームスプリッタ２５によって、レーザ光Ｌよりも溶接方向の後方（左方向）の位置で屈折して、レーザ光Ｌと測定光Ｓとが平行となる。そして、レーザ光Ｌと測定光Ｓとは、コリメートレンズ４１によって平行化され、フォーカスレンズ４２によって集光される。

このように、第３の平行平板４３を回転させ、角度を調整することで、レーザ光Ｌに対して測定光Ｓの照射位置を相対的に移動させることができ、測定光Ｓの照射位置を単純な螺旋形状だけでなく、円形状や、三角形、四角形等の多角形状となるように移動させることができる。

また、レーザ光Ｌの照射位置を直線状に移動させた場合（いわゆるライン状加工）、螺旋状に移動させたとき（いわゆるスピン状加工）よりも、高速に、つまり短時間での加工が可能となる。すなわち、ライン状加工で加工生産タクトの向上を図りつつ、より細かくキーホール３７の底部３７ａを探索し、キーホール３７内の溶け込み深さをより精度良く測定することができる。

なお、測定光Ｓの照射位置を螺旋形状、円形状、多角形状となるように移動させる際の照射の方向は、時計回りであっても良いし、反時計回りであっても良い。

また、この変形例では、レーザ光Ｌの照射位置を直線状に移動させる例を挙げたが、レーザ光Ｌの照射位置を比較的大きな径のスピン軌道４０に沿って、移動させてもよい。この変形例では、測定光Ｓの照射位置を、レーザ光Ｌとは独立して相対的に移動させている。従って、レーザ光Ｌの照射位置を比較的大きな径のスピン軌道４０に沿って移動させた場合でも、測定光Ｓの照射位置を、レーザ光Ｌのスポット径の１／２よりも小さな回転半径で移動するように変化させ、言い替えると、測定光Ｓの照射位置を、所定の溶接経路上を移動するように変化させ、測定光Ｓの照射位置としての光軸位置を、レーザ光Ｌのスポット径の１／２よりも小さな回転半径の領域内で移動するように変化させ、測定光Ｓを高速に移動・回転させることができる。すなわち、より細かくキーホール３７の底部３７ａを探索し、キーホール３７内の溶け込み深さを測定することができる。

また、レーザ光Ｌの軌跡は連続的なものだけではなく、不連続に形成されたものであってもよい。つまり、レーザ光Ｌが照射される移動軌跡の進行方向である溶接方向にレーザ光Ｌが移動し、キーホール３７内部に照射されたレーザ光Ｌに対して、レーザ光Ｌの照射方向の平面視で、測定光Ｓが交差する軌跡であれば、種々の形状とすることができる。

なお、変形例に係るレーザ照射ヘッド２０Ａは、図１１に示すレーザ照射ヘッド２０と同様に、ビームスプリッタ２５の直下に、コリメートレンズ４１及びフォーカスレンズ４２を設け、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを、ビームスプリッタ２５を介した後で共に集光するものとして説明した。しかしながら、図２に示すレーザ照射ヘッド２０と同様に、レーザ光Ｌまたは測定光Ｓが通過する通過方向でのビームスプリッタ２５の手前に、第１のコリメートレンズ２１及び第１のフォーカスレンズ２２と、第２のコリメートレンズ２３及び第２のフォーカスレンズ２４とをそれぞれ設けて、別々に集光するようにしてももちろん良い。

以上説明したように、本開示は、溶接部の溶け込み深さをより精度良く測定することができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

１０ レーザ溶接装置
１１ レーザ発振器
１２ 光干渉計
１３ 測定光発振器
１４ 測定部
１６ 制御装置
１７ 判定部
１８ ロボット
１９ 光ファイバ
２０ レーザ照射ヘッド（照射部）
２０Ａ レーザ照射ヘッド（照射部）
２１ 第１のコリメートレンズ
２２ 第１のフォーカスレンズ
２３ 第２のコリメートレンズ
２４ 第２のフォーカスレンズ
２５ ビームスプリッタ
２６ 第１の平行平板（照射位置変化部）
２７ 第２の平行平板（照射位置変化部）
３０ 溶接対象物
３１ 上側金属板
３２ 下側金属板
３４ 溶接経路
３５ 溶接部
３６ 溶融池
３７ キーホール
３７ａ 底部
３８ 凝固部
４０ スピン軌道
４１ コリメートレンズ
４２ フォーカスレンズ
４３ 第３の平行平板（照射位置変化部）
Ｌ レーザ光
ｒ 回転半径
Ｓ 測定光
ＲＣ 回転中心

Claims (8)

1. レーザ光で溶接部を溶接するレーザ溶接装置であって、
   前記レーザ光と、前記レーザ光とは波長の異なる測定光とを同軸に重ね合わせて前記溶接部に照射する照射部と、
   前記照射部から照射されて前記溶接部で反射した前記測定光に基づいて、前記溶接部の溶け込み深さを繰り返し測定する測定部と、前記測定部で測定された複数の溶け込み深さの測定値のうちの一部となる、最も深い側の前記溶け込み深さの測定値を基準とした所定の範囲内に分布する複数の抽出測定値、又は前記複数の抽出測定値の平均値に基づいて、前記溶接部の溶け込み深さを判定する判定部と、前記測定光の照射位置を、所定の溶接経路上を移動するように変化させ、前記測定光の前記照射位置としての光軸位置を、前記レーザ光のスポット径の１／２よりも小さな回転半径領域内で移動するように変化させる照射位置変化部を備え、
   前記測定部は、前記測定光の前記移動中に前記複数の溶け込み深さの測定値を測定することを特徴とするレーザ溶接装置。
2. 請求項１に記載のレーザ溶接装置において、
   前記照射位置変化部は、前記測定光の前記照射位置を、所定の溶接経路上を移動する回転中心の周りを旋回移動するように変化させ、前記判定部は、前記測定光の前記旋回移動中に前記レーザ光の前記照射位置よりも溶接方向の後方位置で測定された前記複数の抽出測定値に基づいて、前記溶接部の溶け込み深さを判定することを特徴とするレーザ溶接装置。
3. 請求項１又は２に記載のレーザ溶接装置において、
   前記測定部は、測定区間を所定の一定期間の間隔とし、前記測定区間の測定開始点をずらしながら前記複数の溶け込み深さの測定値を測定することを特徴とするレーザ溶接装置。
4. 請求項１又は２に記載のレーザ溶接装置において、
   前記測定部は、測定区間を所定の一定期間の間隔とし、前記測定区間内に前記複数の溶け込み深さの測定値を測定することを特徴とするレーザ溶接装置。
5. 請求項３又は４に記載のレーザ溶接装置において、
   前記所定の範囲は、前記溶け込み深さの測定値の最深部側を下位としたときの、下位の１％以上で且つ２０％以下の範囲であることを特徴とするレーザ溶接装置。
6. 請求項３又は４に記載のレーザ溶接装置において、
   前記所定の範囲は、前記溶け込み深さの測定値の最深部側を下位としたときの、下位の３％以上で且つ７％以下の範囲であることを特徴とするレーザ溶接装置。
7. レーザ光で溶接部を溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記レーザ光と、前記レーザ光とは波長の異なる測定光とを同軸に重ね合わせて前記溶接部に照射する照射ステップと、
   前記溶接部で反射した前記測定光に基づいて、前記溶接部の溶け込み深さを繰り返し測定する測定ステップと、
   測定された複数の溶け込み深さの測定値のうちの一部となる、最も深い側の前記溶け込み深さの測定値を基準とした所定の範囲内に分布する複数の抽出測定値、又は前記複数の抽出測定値の平均値に基づいて、前記溶接部の溶け込み深さを判定する判定ステップと、
   前記測定光の照射位置を、所定の溶接経路上を移動するように変化させ、前記測定光の前記照射位置としての光軸位置を、前記レーザ光のスポット径の１／２よりも小さな回転半径領域内で移動するように変化させる照射位置変化ステップとを有し、前記測定ステップは、前記測定光の前記移動中に前記複数の溶け込み深さの測定値を測定することを特徴とするレーザ溶接方法。
8. 請求項７に記載のレーザ溶接方法において、
   前記照射位置変化ステップは、前記測定光の前記照射位置を、所定の溶接経路上を移動する回転中心の周りを旋回移動するように変化させ、前記判定ステップは、前記測定光の前記旋回移動中に前記レーザ光の前記照射位置よりも溶接方向の後方位置で測定された前記複数の抽出測定値に基づいて、前記溶接部の溶け込み深さを判定することを特徴とするレーザ溶接方法。

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