特開 2024-154716 レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024154716

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20241024BHJP

【ＦＩ】

B23K26/00 P

B23K26/00 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023068698

(22)【出願日】2023-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】000004617

【氏名又は名称】日本車輌製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 正浩

(72)【発明者】

【氏名】須田 俊之

(72)【発明者】

【氏名】幸村 惟史

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA72

4E168CA07

4E168CA13

4E168CB04

4E168CB13

4E168CB22

4E168EA17

4E168EA24

(57)【要約】

【課題】加工用レーザの照射により生じるキーホールの底部の位置を正確に測定することが可能なレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を提供すること。
【解決手段】溶接ヘッド１０が照射する加工用レーザＬ１１によって外板５１および横骨５２の連続溶接を行うレーザ溶接方法において、連続溶接が行われる間、光干渉断層法による計測光Ｌ２１を、溶接ヘッド１０の移動の速度に応じた所定の走査量（値Ｓ１１または値Ｓ１２）をもって、加工用レーザＬ１１の照射部よりも連続溶接の進行方向の後方に照射することで、加工用レーザＬ１１の照射により生じるキーホール５４の底部５４ａの位置を計測する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ照射手段が照射する加工用レーザによって母材の連続溶接を行うレーザ溶接方法において、
前記連続溶接が行われる間、光干渉断層法による計測光を、前記レーザ照射手段の移動の速度に応じた所定の走査量をもって、前記加工用レーザの照射部よりも前記連続溶接の進行方向の後方に照射することで、前記加工用レーザの照射により生じるキーホールの底部の位置を計測すること、
を特徴とするレーザ溶接方法。

【請求項2】

請求項１に記載のレーザ溶接方法において、
前記母材の上に、前記連続溶接の始点位置および終点位置があること、
前記走査量は、
前記レーザ照射手段が一定の速度で移動する定常状態では、第１の所定量であり、
前記レーザ照射手段が前記定常状態よりも速度の遅い低速状態では、前記第１の所定量よりも小さい第２の所定量であること、
を特徴とするレーザ溶接方法。

【請求項3】

請求項２に記載のレーザ溶接方法において、
前記低速状態には、
前記レーザ照射手段が、前記始点位置で停止された状態から前記終点位置に向かって移動を開始し、前記定常状態に至るまで加速する加速状態と、
前記レーザ照射手段が、前記定常状態から、前記終点位置で停止されるまで減速する減速状態と、
が含まれること、
を特徴とするレーザ溶接方法。

【請求項4】

請求項３に記載のレーザ溶接方法において、
前記加速状態では、前記走査量が、前記第２の所定量から前記第１の所定量まで漸次増大すること、
を特徴とするレーザ溶接方法。

【請求項5】

請求項３または４に記載のレーザ溶接方法において、
前記減速状態では、前記走査量が、前記第１の所定量から前記第２の所定量まで漸次減少すること、
を特徴とするレーザ溶接方法。

【請求項6】

加工用レーザによって母材の連続溶接を行うレーザ溶接装置において、
前記加工用レーザを照射するためのレーザ照射手段と、
前記レーザ照射手段を、移動させるための駆動手段と、
光干渉断層法による計測光を発生する光干渉計と、
前記計測光を走査するための走査手段と、
レーザ溶接装置を制御するための制御プログラムを備える制御装置と、
を備えること、
前記制御プログラムは、前記レーザ照射手段により前記加工用レーザを照射しつつ、前記駆動手段により、前記母材の上を移動させて前記連続溶接を行うとともに、前記光干渉計から前記計測光を発生させ、前記計測光を、前記走査手段により、前記レーザ照射手段の移動の速度に応じた所定の走査量をもって、前記加工用レーザの照射部よりも前記連続溶接の進行方向の後方に照射し、前記加工用レーザの照射により生じるキーホールの底部の位置を計測すること、
を特徴とするレーザ溶接装置。

【請求項7】

請求項６に記載のレーザ溶接装置において、
前記母材の上に、前記連続溶接の始点位置および終点位置があること、
前記走査量は、
前記レーザ照射手段が一定の速度で移動する定常状態では、第１の所定量であり、
前記レーザ照射手段が前記定常状態よりも速度の遅い低速状態では、前記第１の所定量よりも小さい第２の所定量であること、
を特徴とするレーザ溶接装置。

【請求項8】

請求項７に記載のレーザ溶接装置において、
前記低速状態には、
前記レーザ照射手段が、前記始点位置で停止された状態から前記終点位置に向かって移動を開始し、前記定常状態に至るまで加速する加速状態と、
前記レーザ照射手段が、前記定常状態から、前記終点位置で停止されるまで減速する減速状態と、
が含まれること、
を特徴とするレーザ溶接装置。

【請求項9】

請求項８に記載のレーザ溶接装置において、
前記加速状態では、前記走査量が、前記第２の所定量から前記第１の所定量まで漸次増大すること、
を特徴とするレーザ溶接装置。

【請求項10】

請求項８または９に記載のレーザ溶接装置において、
前記減速状態では、前記走査量が、前記第１の所定量から前記第２の所定量まで漸次減少すること、
を特徴とするレーザ溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ照射手段が照射する加工用レーザによって母材の連続溶接を行うレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両の外表面を構成する外板は、鉄道車両の内方側の面（以下、裏面）に、車両高さ方向に沿って延在する縦骨や、軌道方向に沿って延在する横骨等の骨部材が接合されている。この外板に対する骨部材の接合は、レーザ溶接により行われることが一般的である。

【0003】

具体的には、例えば、図７に示す通りである。図７は、外板に横骨が接合されている状態を示す図である。なお、図７は、説明のために簡略化した図であり、正確な形状や大きさを表すものではない。

【0004】

図７に示す通り、外板５１の裏面５１ａには、断面ハット形の横骨５２（骨部材の一例）が延在しており、横骨５２のフランジ部５２ａが、外板５１の裏面５１ａに対し、レーザ溶接により接合されている。このレーザ溶接は、溶接部５７として示すように、横骨５２の長手方向に沿った連続溶接であり、横骨５２側から加工用レーザを照射することで行われる。

【0005】

溶接部５７の強度確保のためには、外板５１まで達する溶込み深さを得る必要がある。かといって、外板５１の裏面側から照射するレーザを、外板５１の裏面５１ａとは反対側の表面まで達するように照射してしまうと、溶接痕が外板５１の表面に残ってしまう。すなわち、鉄道車両の外表面に残ってしまう。これは、鉄道車両の意匠性を損なうため、レーザ溶接を行う際には、加工用レーザが外板５１の表面まで達しないよう管理した上で、十分な溶込み深さを得られるよう溶接を行う必要がある。

【0006】

しかし、加工用レーザが外板５１の表面まで達しないようにすると、十分な溶込み深さが得られているのか、外観からでは判別することができない。そのような中、十分な溶込み深さが得られているか否かを、非破壊検査の実施により判別することや、光干渉断層法により判別することが行われている。

【0007】

光干渉断層法を利用して、十分な溶込み深さが得られているか否かを判別する方法としては、例えば特許文献１に開示される方法が知られている。ここで、特許文献１に開示される方法によって、十分な溶込み深さが得られているか否かを判別する方法を、図８および図９を用いて説明する。図８は、従来技術に係るレーザ照射手段２００から照射する加工用レーザＬ１１により、外板５１と外板５１の上に重ねられた横骨５２（フランジ部５２ａ）とを溶接する様子を示す図である。また、図９は、図８のＢ－Ｂ断面図である。

【0008】

外板５１と横骨５２ともにオーステナイト系ステンレス鋼からなり、外板５１の厚みは約２ｍｍ、横骨５２（フランジ部５２ａ）の厚みは約１．５ｍｍである。また、図８中の矢印Ｙは、連続溶接の進行方向であり、レーザ照射手段２００は、加工用レーザＬ１１を照射しつつ、矢印Ｙの方向に移動することで、連続溶接を行う。レーザ照射手段２００は、横骨５２側から加工用レーザＬ１１を外板５１および横骨５２に照射している。この加工用レーザＬ１１の照射により、外板５１と横骨５２とが溶融し、溶融物５５が生じる。さらに溶融物５５が蒸発することでキーホール５４が生じている。そして、キーホール５４の、進行方向の反対側には、溶融物５５が凝固した溶接ビード５６が形成されている。

【0009】

さらに、レーザ照射手段２００は、光干渉断層法による計測光Ｌ３１を、加工用レーザＬ１１と同軸に出力することで、キーホール５４の底部５４ａに照射する。これにより、キーホール５４の底部５４ａの位置（間隔ｄ１）を測定することが可能になっている。また、レーザ照射手段２００は 光干渉断層法による計測光Ｌ３２を、横骨５２（フランジ部５２ａ）の表面５２ｂに照射する。これにより、横骨５２（フランジ部５２ａ）の表面５２ｂの位置（間隔ｄ２）を測定することが可能となっている。そして、底部５４ａの位置（間隔ｄ１）と表面５２ｂの位置（間隔ｄ２）との差から、加工用レーザＬ１１の進入深さｄ２１が算出される。このレーザの進入深さｄ２１は、図９中の溶込み深さｄ３１と同一視可能であるため、加工用レーザＬ１１の進入深さｄ２１を算出し、その値を確認することによって、十分な溶込み深さｄ３１を得られているか否かを判別することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特表２０１６－５３８１３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

上述の通り、レーザ照射手段２００は、矢印Ｙの方向に移動しながら溶接を行う。この場合、キーホールの形状は、図８に示すような単純な円錐様にならず、例えば図１０に示すように、略弓なり状に歪んだものになる。図１０は、従来技術に係るレーザ照射手段２００が、移動しながら溶接を行う際のキーホールの形状を例示するものである。

【0012】

レーザ照射手段２００が、移動しながら溶接を行うとき、キーホール５４の底部５４ａは、加工用レーザＬ１１が照射されている照射部よりも、進行方向の後方側に位置する。より具体的には、底部５４ａは、加工用レーザＬ１１の軸心Ａ１１の位置）よりも、進行方向の後方側に位置する。このため、計測光Ｌ３１を加工用レーザＬ１１と同軸に照射したのでは、キーホール５４の底部の位置を正確に測定することができないおそれがある。つまり、加工用レーザＬ１１の進入深さｄ２１および溶込み深さｄ３１を正確に算出することができないおそれがある。

【0013】

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、加工用レーザの照射により生じるキーホールの底部の位置を正確に測定することが可能なレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置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】

【0014】

上記課題を解決するために、本発明のレーザ溶接方法は、次のような構成を有している。

【0015】

レーザ照射手段が照射する加工用レーザによって母材の連続溶接を行うレーザ溶接方法において、前記連続溶接が行われる間、光干渉断層法による計測光を、前記レーザ照射手段の移動の速度に応じた所定の走査量をもって、前記加工用レーザの照射部よりも前記連続溶接の進行方向の後方に照射することで、前記加工用レーザの照射により生じるキーホールの底部の位置を計測すること、を特徴とする。

【0016】

また、上記課題を解決するために、本発明のレーザ溶接装置は、次のような構成を有している。

【0017】

加工用レーザによって母材の連続溶接を行うレーザ溶接装置において、前記加工用レーザを照射するためのレーザ照射手段と、前記レーザ照射手段を、移動させるための駆動手段と、光干渉断層法による計測光を発生する光干渉計と、前記計測光を走査するための走査手段と、レーザ溶接装置を制御するための制御プログラムを備える制御装置と、を備えること、前記制御プログラムは、前記レーザ照射手段により前記加工用レーザを照射しつつ、前記駆動手段により、前記母材の上を移動させて前記連続溶接を行うとともに、前記光干渉計から前記計測光を発生させ、前記計測光を、前記走査手段により、前記レーザ照射手段の移動の速度に応じた所定の走査量をもって、前記加工用レーザの照射部よりも前記連続溶接の進行方向の後方に照射し、前記加工用レーザの照射により生じるキーホールの底部の位置を計測すること、を特徴とする。

【0018】

上記のレーザ溶接方法、または、上記のレーザ溶接装置によれば、光干渉断層法による計測光を、所定の走査量をもって、加工用レーザの照射部よりも連続溶接の進行方向の後方に照射するため、計測光を、加工用レーザの照射部よりも、進行方向の後方側に位置するキーホールの底部に照射することができる。よって、レーザ照射手段が移動しながら連続溶接を行う間、キーホールの底部の位置を正確に計測することが可能になる。

【0019】

なお、上記の所定の走査量は、レーザ照射手段の移動の速度に応じたものである。具体的には、加工用レーザの照射部とキーホールの底部の位置の距離は、レーザ照射手段の移動の速度に応じて増減するため、予め試験的に求めた値を用いることが望ましい。

【0020】

また、上記のレーザ溶接方法またはレーザ溶接装置において、前記母材の上に、前記連続溶接の始点位置および終点位置があること、前記走査量は、前記レーザ照射手段が一定の速度で移動する定常状態では、第１の所定量であり、前記レーザ照射手段が前記定常状態よりも速度の遅い低速状態では、前記第１の所定量よりも小さい第２の所定量であること、が好ましい。

【0021】

また、上記のレーザ溶接方法またはレーザ溶接装置において、前記低速状態には、前記レーザ照射手段が、前記始点位置で停止された状態から前記終点位置に向かって移動を開始し、前記定常状態に至るまで加速する加速状態と、前記レーザ照射手段が、前記定常状態から、前記終点位置で停止されるまで減速する減速状態と、が含まれること、が好ましい。

【0022】

また、上記のレーザ溶接方法またはレーザ溶接装置において、前記加速状態では、前記走査量が、前記第２の所定量から前記第１の所定量まで漸次増大すること、が好ましい。

【0023】

また、上記のレーザ溶接方法またはレーザ溶接装置において、前記減速状態では、前記走査量が、前記第１の所定量から前記第２の所定量まで漸次減少すること、が好ましい。

【0024】

上記のレーザ溶接方法またはレーザ溶接装置によれば、レーザ照射手段が移動しながら連続溶接を行う間、その移動速度に変動（例えば加減速）があったとしても、キーホールの底部の位置を正確に計測することが可能になる。以下に、詳細に説明する。

【0025】

レーザ照射手段が溶接対象の母材の上を一定速度で通過することで連続溶接を行う場合は、走査量として、その通過する速度に合った一定の値を与えることで、キーホールの底部の位置を計測可能である。これは、加工用レーザの照射部とキーホールの底部の位置の距離は、レーザ照射手段の移動の速度に応じて増減するところ、レーザ照射手段がワーク上を一定速度で通過する場合には、加工用レーザの照射部とキーホールの底部との距離の変動が小さいからである。

【0026】

しかし、母材の上に、連続溶接の始点位置と終点位置がある場合、走査量として一定の値を与えることでは、キーホールの底部の位置を正確に計測できないおそれがある。ここで、連続溶接の始点位置とは、レーザ照射手段が、停止状態から、加工用レーザを照射しながらの移動を開始する点であり、終点位置とは該移動を停止する点である。

【0027】

母材の上に始点位置と終点位置があるとすれば、始点位置では、レーザ照射手段が停止した状態である。そこから連続溶接を開始すると、レーザ照射手段は終点位置に向かって動き始める。すなわち、加速を開始する。この加速により所定の速度に達すると、一定の速度で移動する定常状態となる。そして、終点位置に近づくと、レーザ照射手段は、減速を開始し、終点位置で停止する。つまり、ワーク上で、レーザ照射手段の移動する速度が変動する。

【0028】

キーホールの形状はレーザ照射手段の移動の速度（溶接を行う速度）に依存するものであるところ、一定の速度で移動する定常状態と、加速状態および減速状態（まとめて、低速状態という）とでは、加工用レーザの照射部とキーホールの底部との距離が異なる。

【0029】

よって、走査量として、一定の値を与えたのでは、キーホールの底部の位置を正確に計測することができないという問題がある。具体的には、例えば、走査量として、定常状態に合った値を与えたのでは、定常状態においてはキーホールの底部位置を計測可能であるが、低速状態においては、正確に計測をすることができない。また、走査量として、低速状態に合った値を与えたのでは、低速状態においてはキーホールの底部位置を計測可能であるが、定常状態においては、正確に計測をすることができない。

【0030】

特に、鉄道車両の、外板５１と横骨５２とを溶接するにおいては、上記の問題が顕著である。なぜなら、外板５１と横骨５２と間の隙間を可能な限り無くした状態で接合するために、レーザ照射手段に備えられたローラ等の押圧手段により横骨５２を外板５１に押さえつけながら連続溶接を行われることが一般的であることから、横骨５２上に連続溶接の始点位置および終点位置を設けるケースがあるからである。

【0031】

そのような中、上記のレーザ溶接方法またはレーザ溶接装置によれば、走査量は、レーザ照射手段が一定の速度で移動する定常状態では、第１の所定量であり、レーザ照射手段が定常状態よりも速度の遅い低速状態（例えば、加速状態または減速状態）では、第１の所定量よりも小さい第２の所定量であるため、レーザ照射手段が定常状態か低速状態かに応じて、計測光の照射位置が変動する。よって、レーザ照射手段が移動しながら連続溶接を行う間、その移動速度に変動があったとしても、キーホールの底部の位置を正確に計測することが可能になる。

【0032】

また、加速状態では、走査量が第２の所定量から第１の所定量まで漸次増大するものとし、減速状態では、走査量が第１の所定量から第２の所定量まで漸次減少するものとすれば、レーザ照射手段が加速または減速を行う間において、より正確にキーホールの底部の位置を計測することが可能である。なお、漸次増大とは、時間経過に応じて線形的に増大するものとしても良いし、段階的に増大するものとしても良い。また、漸次減少も同様に、時間経過に応じて線形的に減少するものとしても良いし、段階的に減少するものとしても良い。

【発明の効果】

【0033】

本発明のレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置によれば、加工用レーザの照射により生じるキーホールの底部の位置を正確に測定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】レーザ溶接装置の概略構成を示す図である。

【図2】本実施形態に係るレーザ溶接装置を用いて、外板および横骨上の始点位置から終点位置まで連続溶接する様子を経時的に表現した図である。

【図3】本実施形態における溶接ヘッドが、始点位置から移動を開始した直後または終点位置に停止する直前の、キーホールの形状を示す図である。

【図4】本実施形態における溶接ヘッドが、定常状態にある時のキーホールの形状を示す図である。

【図5】図５（Ａ）は、加工用レーザの強度と時間の関係を表すグラフである。図５（Ｂ）は、溶接ヘッドの移動速度と時間の関係を表すグラフである。図５（Ｃ）は、計測光の走査量と時間の関係を表すグラフである。図５（Ｄ）は、同期信号のＯＮおよびＯＦＦと時間の関係を表すグラフである。図５（Ｅ）は、底部の位置の計測のＯＮおよびＯＦＦと時間の関係を表すグラフである。

【図6】図６（Ａ）は、本実施形態に係るレーザ溶接装置により始点位置から終点位置まで連続溶接を行ったときの、溶接ビードの断面写真である。図６（Ｂ）は、始点位置から終点位置まで、計測光の走査量を第２の所定量で一定にして、計測された値をプロットしたグラフである。図６（Ｃ）は、始点位置から終点位置まで、計測光の走査量を第１の所定量で一定にして、計測された値をプロットしたグラフである。図６（Ｄ）は、本実施形態において、計測光により計測された値をプロットしたグラフである。

【図7】外板に横骨が接合されている状態を示す図である。

【図8】従来技術に係るレーザ溶接装置から照射するレーザにより、外板と横骨とを溶接する様子を示す図である。

【図9】図８のＢ－Ｂ断面図である。

【図10】従来技術に係るレーザ照射手段が、移動しながら溶接を行う際のキーホール形状を例示するものである。

【発明を実施するための形態】

【0035】

本発明に係るレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0036】

（レーザ溶接装置の構成について）
まず、本実施形態に係るレーザ溶接装置１の構成について説明する。図１は、レーザ溶接装置１の概略構成を示す図である。レーザ溶接装置１は、例えば、図７に示すような、鉄道車両の外板５１（母材の一例）と横骨５２（母材の一例）とを重ね合わせて接合するために用いられる。具体的には、外板５１の上に横骨５２が重ねて配置され、溶接ヘッド１０が、横骨５２の側から加工用レーザＬ１１を照射しつつ、横骨５２の上を移動することで連続溶接を行い、外板５１と横骨５２とが接合される。外板５１と横骨５２ともにオーステナイト系ステンレス鋼からなる。また、外板５１の厚みは、特に限定されないが、例えば約２ｍｍである。横骨５２の厚みは、特に限定されないが、例えば約１．５ｍｍである。

【0037】

外板５１の鉄道車両の内方側の面が裏面５１ａであり、この裏面５１ａに、断面ハット形の横骨５２が、例えば軌道方向に沿って延在している。この横骨５２のフランジ部５２ａが、外板５１の裏面５１ａに対し、レーザ溶接により接合されている。このレーザ溶接は、横骨５２の長手方向に沿った連続溶接である。連続溶接は、例えば、図１に示すように、外板５１の上に横骨５２を重ねた状態で、レーザ溶接装置１を用いて、横骨５２の側から加工用レーザＬ１１を照射することで行われる。

【0038】

レーザ溶接装置１は、溶接ヘッド１０（レーザ照射手段の一例）と、レーザ光源２と、光干渉計３と、を備えている。また、レーザ溶接装置１は、溶接ヘッド１０を移動させるための駆動手段（不図示）を備えており、該駆動手段により、溶接ヘッド１０を、例えばガイド等に沿って直線移動させながら連続溶接を行うことが可能である。なお、図中の矢印Ｙが連続溶接の進行方向である。また、レーザ溶接装置１は、制御装置（不図示）に電気的に接続されており、制御装置に記憶された制御プログラムにより、溶接ヘッド１０、レーザ光源２、光干渉計３、前述の駆動手段等の動作が制御される。

【0039】

溶接ヘッド１０は、レーザ入射部１１を備えている。そして、レーザ入射部１１には、レーザ光源２が光ファイバ２７により接続されている。レーザ光源２から出力された加工用レーザＬ１１は、光ファイバ２７を通じて、レーザ入射部１１から溶接ヘッド１０に入射される。入射された加工用レーザＬ１１は、第１のコリメータレンズ１２によりコリメート光とされる。コリメート光となった加工用レーザＬ１１は、第１のダイクロイックミラー１３によって反射され、進行方向が９０度転向される。その後、加工用レーザＬ１１はフォーカスレンズ１５により合焦された上で溶接ヘッド１０から出力され、外板５１および横骨５２に照射される。なお、フォーカスレンズ１５は、軸方向（図１中の上下方向）に位置を変動させることができる。これにより、加工用レーザＬ１１の焦点位置を、軸方向（図１中の上下方向）に変化させることが可能となっている。

【0040】

溶接ヘッド１０から出力された加工用レーザＬ１１は、加工用レーザＬ１１の周囲の外板５１および横骨５２を溶融および蒸発させ、外板５１および横骨５２内にキーホール５４（図２参照）を形成する。キーホール５４は、外板５１および横骨５２が溶融した溶融物５５（図２参照）によって包囲されており、その溶融物５５は加工用レーザＬ１１の焦点からの距離が離れるにつれて凝固する。したがって、連続溶接の進行方向（矢印Ｙの方向）とは反対側に、溶融物５５が凝固した溶接ビード５６（図２参照）が形成されていく。

【0041】

また、溶接ヘッド１０は、計測光入射部１９を備えている。そして、計測光入射部１９には、光干渉計３が光ファイバ２９により接続されている。光干渉計３から出力される計測光Ｌ２１は、光ファイバ２９を通じて、計測光入射部１９から溶接ヘッド１０に入射される。入射された計測光Ｌ２１は、第２のコリメータレンズ２１によりコリメート光とされる。コリメート光となった計測光Ｌ２１は、第２のダイクロイックミラー２３によって反射され、進行方向が略９０度転向される。その後、計測光Ｌ２１は、第１のダイクロイックミラー１３を透過し、フォーカスレンズ１５により合焦された上で溶接ヘッド１０から出力される。これにより、計測光Ｌ２１は、外板５１および横骨５２の計測対象となる部位に照射される。計測対象となる部位は、少なくとも、キーホール５４の底部５４ａ（図２－図４参照）である。そして、照射された計測光Ｌ２１は、計測対象となる部位にて反射され、第１のダイクロイックミラー１３および第２のダイクロイックミラー２３を介して計測光入射部１９に戻り、光ファイバ２９を通じて光干渉計３に入射する。

【0042】

光干渉計３は、例えば、光干渉断層法の一つであるＳｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＳＳ－ＯＣＴ：波長走査型光干渉断層法）の技術を用いるものであり、計測光Ｌ２１の光路長を測定し、測定した光路長に基づいて、計測対象となる部位の位置を測定することができる。なお、光干渉計３は、ＳＳ－ＯＣＴの技術を用いるものに限定されるものでなく、Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄｏｍａｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＳＤ－ＯＣＴ：スペクトル領域光干渉断層法）や、Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＴＤ－ＯＣＴ：時間領域光干渉断層法）の技術を用いるものであっても良い。

【0043】

また、溶接ヘッド１０は、第２のダイクロイックミラー２３を揺動させるための走査手段２５を備えている。走査手段２５は、第２のダイクロイックミラー２３を揺動させることで、計測光Ｌ２１を走査し、照射位置を変動させることができる。これにより、計測光Ｌ２１を、位置ずれ量に応じて設定される所定の走査量をもって、加工用レーザＬ１１の照射部よりも連続溶接の進行方向の後方に照射する（詳細は後述する）。

【0044】

また、溶接ヘッド１０は、外板５１および横骨５２を レーザ溶接する際に発生するスパッタやヒュームから、溶接ヘッド１０の内部を保護するため、保護レンズ１７が取り付けられている。

【0045】

（連続溶接について）
以上のようなレーザ溶接装置１を用いて行う連続溶接について、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係るレーザ溶接装置１を用いて、外板５１および横骨５２上の始点位置Ｐ１１から終点位置Ｐ１２まで連続溶接する様子を経時的に表現した図である。

【0046】

本実施形態における連続溶接は、溶接ヘッド１０が、横骨５２の側から加工用レーザＬ１１を照射しつつ、外板５１および横骨５２上を、始点位置Ｐ１１から終点位置Ｐ１２に向かって移動することで行われる。

【0047】

始点位置Ｐ１１から終点位置Ｐ１２に向かって連続溶接を行う場合、溶接ヘッド１０は、始点位置Ｐ１１で停止された状態から、終点位置Ｐ１２に向かって移動を開始する。溶接ヘッド１０は、移動を開始すると、所定の速度Ｖ１１（図５（Ｂ）参照）まで加速する加速状態になる。そして、溶接ヘッド１０は、所定の速度Ｖ１１に達すると、その速度Ｖ１１を一定として移動する定常状態になる。そして、溶接ヘッド１０は、終点位置Ｐ１２が近づくと、移動速度が減速される減速状態になり、終点位置Ｐ１２で停止される。なお、加速状態と減速状態は、定常状態に比べて溶接ヘッド１０の移動速度が遅い状態であるので、以下において、加速状態と減速状態とをまとめて低速状態という場合がある。

【0048】

なお、速度Ｖ１１は、特に限定されないが、例えば６ｍ／ｍｉｎである。加速状態が継続される時間は、速度Ｖ１１の値に応じて適宜設定されるものであるが、本実施形態では、加速状態は０．５秒継続される。つまり、溶接ヘッド１０が移動を開始してから０．５秒で、移動速度が６ｍ／ｍｉｎに達するように設定されている。減速状態が継続される時間も、速度Ｖ１１の値に応じて適宜設定されるものであるが、本実施形態では、減速状態は０．５秒継続される。つまり、溶接ヘッド１０が、終点位置Ｐ１２に達する０．５秒前に減速状態となり、０．５秒で溶接ヘッド１０の移動速度が６ｍ／ｍｉｎから停止状態になる。また、始点位置Ｐ１１から終点位置Ｐ１２までの距離は、特に限定されないが、例えば約６ｍである。

【0049】

以上のように、溶接ヘッド１０が矢印Ｙの方向に移動しながら溶接を行う場合、キーホール５４の形状は略弓なり状に歪んだものになり、キーホール５４の底部５４ａの位置は、加工用レーザＬ１１の照射部よりも、連続溶接の進行方向において後方に位置する。具体的には、底部５４ａの位置は、加工用レーザＬ１１の軸心Ａ１１よりも、連続溶接の進行方向において後方に位置する。以下、底部５４ａの、連続溶接の進行方向における軸心Ａ１１に対する距離を、位置ずれ量という。

【0050】

位置ずれ量は、溶接ヘッド１０の移動速度により異なる。具体的には、図３および図４に示すキーホール５４の形状を参照されたい。なお、図３および図４に示すキーホール５４の形状は試験的に得た結果を模式的に示したものである。具体的には、図２に示す通りの連続溶接を行いながら、計測光を、連続溶接の進行方向の前後に走査することで得た。

【0051】

図３は、本実施形態における溶接ヘッド１０が、始点位置Ｐ１１から移動を開始した直後または終点位置Ｐ１２に停止する直前の、キーホール５４の形状を示す図である。底部５４ａは、加工用レーザＬ１１の軸心Ａ１１よりも後方に位置しており、このときの位置ずれ量Ｄ１１は、定常状態における溶接ヘッド１０の速度、加速状態および減速状態の継続される時間等に応じて変動するものであるが、本実施形態においては約０．０５ｍｍである。

【0052】

移動速度が速くなるにつれ、キーホール５４の歪みが大きくなり、位置ずれ量も大きくなる。図４は、本実施形態における溶接ヘッド１０が、定常状態にある時のキーホール５４の形状を示す図である。定常状態は、図２に示す連続溶接を行う間で、位置ずれ量が最も大きくなる状態であり、このときの位置ずれ量Ｄ１２は、定常状態における溶接ヘッド１０の速度に応じて変動するものであるが、本実施形態においては約０．２５ｍｍである。

【0053】

図２に示す連続溶接は、制御プログラムが、図５に示すようにして、レーザ溶接装置１を制御することで行われる。図５（Ａ）は、加工用レーザＬ１１の強度と時間の関係を表すグラフである。図５（Ｂ）は、溶接ヘッド１０の移動速度と時間の関係を表すグラフである。図５（Ｃ）は、計測光Ｌ２１の走査量と時間の関係を表すグラフである。図５（Ｄ）は、同期信号のＯＮおよびＯＦＦと時間の関係を表すグラフである。なお、同期信号とは、計測光Ｌ２１の走査量の漸次増大、漸次減少を開始するタイミングを指示するための信号である（漸次増大および漸次減少については後述）。図５（Ｅ）は、底部５４ａの位置の計測のＯＮおよびＯＦＦと時間の関係を表すグラフである。なお、図５中、時点ｔ１から連続溶接が開始され、時点ｔ４で連続溶接が完了するのであり、時点ｔ１から時点ｔ２が加速状態に対応し、時点ｔ２から時点ｔ３が定常状態に対応し、時点ｔ３から時点ｔ４が減速状態に対応している。

【0054】

まず、連続溶接が開始される時点ｔ１より前の時点ｔ０から、図５（Ｅ）に示すように、底部５４ａの位置の計測がＯＮになる。これにより、光干渉計３から計測光Ｌ２１が発生され、溶接ヘッド１０からの計測光Ｌ２１の照射が開始される。ただし、この時点では、加工用レーザＬ１１の照射が開始されておらず、キーホール５４は形成されていないため、この時点での、底部５４ａの位置の計測がＯＮとは、現に計測を行っているのではなく、あくまでもレーザ溶接装置１が底部５４ａの位置を計測可能な状態になっていることを意味する。

【0055】

また、図５（Ｃ）に示すように、時点ｔ０において、計測光Ｌ２１の走査量が値Ｓ１１（第２の所定量の一例）にされている。つまり、この値Ｓ１１の分だけ、計測光Ｌ２１が、加工用レーザＬ１１の照射部よりも、連続溶接の進行方向において後方に照射されている。なお、時点ｔ０においては、加工用レーザＬ１１の照射は開始されていないため、計測光Ｌ２１は、加工用レーザＬ１１が照射されるとした場合の軸心Ａ１１の位置から、値Ｓ１１の分だけ、後方に照射されている状態である。

【0056】

走査量の値Ｓ１１は、予め試験的に求めた位置ずれ量Ｄ１１（図３参照）に対応する値であり、連続溶接の開始前に設定される値である。本実施形態においては、値Ｓ１１は、位置ずれ量Ｄ１１が約０．０５ｍｍであるのに対応して、０．０５ｍｍに設定されている。なお、時点ｔ０から時点ｔ１の間隔は、特に限定されないが、例えば約０．１秒である。

【0057】

次に、時点ｔ１から、同期信号がＯＮになる（図５（Ｄ）参照）。これにより、連続溶接が開始される。つまり、溶接ヘッド１０が、加工用レーザＬ１１の照射を開始するとともに、始点位置Ｐ１１から矢印Ｙの方向に移動を開始し、加速状態になる。

【0058】

具体的には、レーザ光源２から加工用レーザＬ１１を発生させて、外板５１および横骨５２に対し、横骨５２の側から加工用レーザＬ１１を照射する。このとき、外板５１および横骨５２に対する加工用レーザＬ１１の進入深さの目標値に応じて、加工用レーザＬ１１の焦点位置が、フォーカスレンズ１５により調整される。そして、図５（Ａ）に示すように、加工用レーザＬ１１の強度が、時間経過に応じて線形に上昇されるとともに、図５（Ｂ）に示すように、溶接ヘッド１０の移動速度が、速度Ｖ１１に向かって加速される。加工用レーザＬ１１の強度を漸次増大させるのは、溶接ヘッド１０の移動速度が遅いうちに、加工用レーザＬ１１の強度を上げてしまうと、外板５１および横骨５２に過剰な溶け込みが発生するおそれがあるためである。

【0059】

さらに、同期信号がＯＮになることで、走査量の漸次増加が開始される。具体的には、図５（Ｃ）に示すように、走査量が値Ｓ１１から値Ｓ１２（第１の所定量の一例）に向かって線形に漸次増加していく。つまり、溶接ヘッド１０が移動速度を速めるにつれ、計測光Ｌ２１の照射される位置が、加工用レーザＬ１１の軸心Ａ１１から、進行方向の反対側に離れていく。ここで、走査量の値Ｓ１２は、予め試験的に求めた位置ずれ量Ｄ１２（図４参照）に対応する値であり、連続溶接の開始前に設定される値である。本実施形態においては、値Ｓ１２は、位置ずれ量Ｄ１２が約０．２５ｍｍであるのに対応して、０．２５ｍｍに設定されている。

【0060】

溶接ヘッド１０の移動速度が速くなるにつれ、位置ずれ量が次第に大きくなるが、走査量を線形に漸次増加させることで、溶接ヘッド１０が加速状態にあっても、位置ずれ量が大きくなる底部５４ａを追いかけるようにして、計測光Ｌ２１を底部５４ａに照射することが可能である。よって、溶接ヘッド１０が加速状態にあっても、底部５４ａの位置を正確に計測することが可能である。

【0061】

次に、時点ｔ２において、図５（Ａ）に示すように、加工用レーザＬ１１の強度が最大強度Ｗ１１に達するとともに、図５（Ｂ）に示すように、溶接ヘッド１０は、移動速度が速度Ｖ１１に達して定常状態になる。なお、最大強度Ｗ１１の値は、外板５１および横骨５２に対する加工用レーザＬ１１の進入深さの目標値に基づいて適宜設定される。また、溶接ヘッド１０が定常状態になるとともに、図５（Ｃ）に示すように、走査量が値Ｓ１２に達する。定常状態が継続される間、走査量は値Ｓ１２で一定である。定常状態にある場合、位置ずれ量の変動は小さいため、走査量が値Ｓ１２で一定であっても十分に底部５４ａの位置を計測可能である。

【0062】

次に、時点ｔ３で同期信号がＯＦＦになる（図５（Ｄ）参照）。これにより、溶接ヘッド１０が減速状態になる。具体的には、速度Ｖ１１で移動していた溶接ヘッド１０が、図５（Ｂ）に示すように、終点位置Ｐ１２で停止するために、時間の経過とともに速度を落としていく。これに合わせて、図５（Ａ）に示すように、時間経過とともに加工用レーザＬ１１の強度を低下させていく。

【0063】

さらに、同期信号がＯＦＦになることで、走査量の漸次減少が開始される。具体的には、図５（Ｃ）に示すように、走査量が値Ｓ１２から値Ｓ１１に向かって線形に漸次減少する。つまり、溶接ヘッド１０の移動速度が遅くなるにつれ、計測光Ｌ２１の照射される位置が、進行方向の反対側から加工用レーザＬ１１の軸心Ａ１１に近づいていく。

【0064】

溶接ヘッド１０の移動速度が遅くなるにつれ、位置ずれ量が次第に小さくなるが、走査量を線形に漸次減少させることで、位置ずれ量が小さくなる底部５４ａを追いかけるようにして、計測光Ｌ２１を底部５４ａに照射することが可能である。よって、溶接ヘッド１０が減速状態にあっても、底部５４ａの位置を正確に計測することが可能である。

【0065】

次に時点ｔ４で、溶接ヘッド１０は、移動速度がゼロになり、終点位置Ｐ１２に停止するとともに、加工用レーザＬ１１の強度がゼロになり、その照射が停止される。これにより、連続溶接が完了される。この時点で、底部５４ａの位置の計測は、図５（Ｅ）に示すように、ＯＮの状態であり、溶接ヘッド１０は、走査量を値Ｓ１１として、計測光Ｌ２１を照射した状態である。そして、時点ｔ５で、底部５４ａの位置の計測がＯＦＦになる。つまり、計測光Ｌ２１の照射が停止される。なお、時点ｔ４から時点ｔ５の間隔は、特に限定されないが、例えば約０．１秒である。

【0066】

以上説明したように連続溶接を行いながら、計測光Ｌ２１により底部５４ａの位置の計測を行った結果について、図６を用いて説明する。図６（Ａ）は、本実施形態に係るレーザ溶接装置１により始点位置Ｐ１１から終点位置Ｐ１２まで連続溶接を行ったときの、溶接ビード５６の断面写真である。図６（Ａ）中に示す、「加速領域」は、溶接ヘッド１０が加速状態にあるときに連続溶接を行った領域であることを意味し、「定常領域」は、溶接ヘッド１０が定常状態にあるときに連続溶接を行った領域であることを意味し、「減速領域」は、溶接ヘッド１０が減速状態にあるときに連続溶接を行った領域であることを意味する。図６（Ｂ）は、始点位置Ｐ１１から終点位置Ｐ１２まで、計測光Ｌ２１の走査量を値Ｓ１１で一定にして、計測された値をプロットしたグラフである。図６（Ｃ）は、始点位置Ｐ１１から終点位置Ｐ１２まで、計測光Ｌ２１の走査量を値Ｓ１２で一定にして、計測された値をプロットしたグラフである。図６（Ｄ）は、本実施形態において、計測光Ｌ２１により計測された値をプロットしたグラフである。すなわち、加速状態では、計測光Ｌ２１の走査量を値Ｓ１１から値Ｓ１２に漸次増大させ、定常状態では、計測光Ｌ２１の走査量を値Ｓ１２とし、減速状態では、計測光Ｌ２１の走査量を値Ｓ１２から値Ｓ１１に漸次減少させて、計測された値をプロットしたグラフである。

【0067】

上に述べた連続溶接は、外板５１および横骨５２上に、連続溶接の始点位置Ｐ１１と終点位置Ｐ１２がある場合を以って説明している。しかし、外板５１および横骨５２上に、連続溶接の始点位置Ｐ１１と終点位置Ｐ１２がなく、溶接ヘッド１０が外板５１および横骨５２上を一定速度で通過することで連続溶接を行う場合（すなわち、外板５１および横骨５２上を定常状態で通過しながら連続溶接を行う場合）は、走査量として、その通過する速度に合った一定の値を与えることで、キーホール５４の底部５４ａの位置を計測可能である。例えば、６ｍ／ｍｉｎで通過するのであれば、走査量を０．２５ｍｍに設定すれば、連続溶接を行う間、底部５４ａの位置を計測可能である。

【0068】

しかし、外板５１および横骨５２上に始点位置Ｐ１１と終点位置Ｐ１２があるとすれば、既に図２および図３で説明したように、溶接ヘッド１０の移動速度が、加速状態、定常状態、減速状態と、変動するに応じて、底部５４ａの位置ずれ量が変動する。よって、この場合、走査量として、一定の値を与えたのでは、キーホール５４の底部５４ａの位置を正確に計測することができない。具体的には、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）に示す通りである。

【0069】

図６（Ｂ）に示すように、始点位置Ｐ１１から終点位置Ｐ１２まで、計測光Ｌ２１の走査量を値Ｓ１１で一定にした場合、加速領域の初期および減速領域の終期の溶接ヘッド１０の速度が比較的遅い領域（以降、低速状態の始終領域という）においては、図６（Ａ）に示す溶接ビード５６の下端部形状に沿うような形で、計測された値がプロットされていることから、キーホール５４の底部５４ａの位置が正確に計測できていると言える。これは、溶接ヘッド１０が低速状態の始終領域（加速状態の初期または減速状態の終期）で溶接ヘッド１０の速度が比較的遅い状態にあるときは、キーホール５４の底部５４ａの位置ずれ量と、走査量の値Ｓ１１が合致し、計測光Ｌ２１を底部５４ａに照射できていたためである。一方で、低速状態の始終領域以外の領域および定常領域では、正確に計測できていないと言える。これは、溶接ヘッド１０が低速状態の始終領域以外の領域および定常領域で溶接ヘッド１０の速度が比較的速い状態にあるときは、低速状態の始終領域にあるときよりも、キーホール５４の底部５４ａの位置ずれ量が大きくなるため、走査量が値Ｓ１１では十分でなく、計測光Ｌ２１を底部５４ａに照射できていなかったためであると考えられる。

【0070】

また、図６（Ｃ）に示すように、始点位置Ｐ１１から終点位置Ｐ１２まで、計測光Ｌ２１の走査量を値Ｓ１２で一定にした場合、低速状態の始終領域以外の領域および定常領域では、図６（Ａ）に示す溶接ビード５６の下端部形状に沿うような形で、計測された値がプロットされていることから、キーホール５４の底部５４ａの位置が正確に計測できていると言える。これは、溶接ヘッド１０が低速状態の始終領域以外の領域および定常状態にあるときは、キーホール５４の底部５４ａの位置ずれ量と、走査量の値Ｓ１２が合致し、計測光Ｌ２１を底部５４ａに照射できていたためである。一方で、低速状態の始終領域（加速領域の初期および減速領域の終期）では、正確に計測できていないと言える。これは、溶接ヘッド１０が低速状態の始終領域（加速状態の初期または減速状態の終期）で比較的溶接ヘッド１０の速度が遅い領域にあるときは、低速状態の始終領域以外の領域或いは定常領域で溶接ヘッド１０の速度が比較的速い状態にあるときよりも、キーホール５４の底部５４ａの位置ずれ量が小さくなるため、走査量が値Ｓ１２では大きすぎ、計測光Ｌ２１を底部５４ａに照射できていなかったためであると考えられる。

【0071】

上記のように、走査量を一定に設定した場合に対し、加速状態では、計測光Ｌ２１の走査量を値Ｓ１１から値Ｓ１２に漸次増大させ、定常状態では、計測光Ｌ２１の走査量を値Ｓ１２とし、減速状態では、計測光Ｌ２１の走査量を値Ｓ１２から値Ｓ１１に漸次減少させた場合、図６（Ｄ）に示すように、加速領域、定常領域、減速領域の全ての領域において、図６（Ａ）に示す溶接ビード５６の下端部形状に沿うような形で、計測された値がプロットされていることが分かる。よって、キーホール５４の底部５４ａの位置を、始点位置Ｐ１１から終点位置Ｐ１２まで正確に計測できていると言える。

【0072】

このように、溶接ヘッド１０が定常状態か低速状態かに応じて、走査量を変動、すなわち、計測光Ｌ２１の照射位置を変動させることで、キーホール５４の底部５４ａの位置を正確に計測することが可能になる。

【0073】

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、レーザ照射手段（例えば溶接ヘッド１０）が照射する加工用レーザＬ１１によって母材（例えば外板５１および横骨５２）の連続溶接を行うレーザ溶接方法において、連続溶接が行われる間、光干渉断層法による計測光Ｌ２１を、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）の移動の速度に応じた所定の走査量（例えば値Ｓ１１または値Ｓ１２）をもって、加工用レーザＬ１１の照射部よりも連続溶接の進行方向の後方に照射することで、加工用レーザＬ１１の照射により生じるキーホール５４の底部５４ａの位置を計測すること、を特徴とする。

【0074】

また、以上説明したように、本実施形態に係るレーザ溶接装置１は、加工用レーザＬ１１によって母材（例えば外板５１および横骨５２）の連続溶接を行うレーザ溶接装置１において、加工用レーザＬ１１を照射するためのレーザ照射手段（例えば溶接ヘッド１０）と、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）を移動させるための駆動手段と、光干渉断層法による計測光Ｌ２１を発生する光干渉計３と、計測光Ｌ２１を走査するための走査手段２５と、レーザ溶接装置１を制御するための制御プログラムを備える制御装置と、を備えること、制御プログラムは、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）により加工用レーザＬ１１を照射しつつ、駆動手段により、母材（外板５１および横骨５２）の上を移動させて連続溶接を行うとともに、光干渉計３から計測光Ｌ２１を発生させ、計測光Ｌ２１を、走査手段２５により、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）の移動の速度に応じた所定の走査量（例えば値Ｓ１１または値Ｓ１２）をもって、加工用レーザＬ１１の照射部よりも連続溶接の進行方向の後方に照射し、加工用レーザＬ１１の照射により生じるキーホール５４の底部５４ａの位置を計測すること、を特徴とする。

【0075】

上記のレーザ溶接方法、または、上記のレーザ溶接装置１によれば、光干渉断層法による計測光Ｌ２１を、所定の走査量（値Ｓ１１または値Ｓ１２）をもって、加工用レーザＬ１１の照射部よりも連続溶接の進行方向の後方に照射するため、計測光Ｌ２１を、加工用レーザＬ１１の照射部よりも、進行方向の後方側に位置するキーホール５４の底部５４ａに照射することができる。よって、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）が移動しながら連続溶接を行う間、キーホール５４の底部５４ａの位置を正確に計測することが可能になる。

【0076】

なお、上記の所定の走査量（値Ｓ１１または値Ｓ１２）は、レーザ照射手段の移動の速度に応じたものである。具体的には、キーホール５４の形状はレーザ照射手段（溶接ヘッド１０）の移動の速度（溶接を行う速度）に依存して形状が変わるものであり、加工用レーザＬ１１の照射部とキーホール５４の底部５４ａの位置の距離（例えば、位置ずれ量Ｄ１１または位置ずれ量Ｄ１２）は、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）の移動の速度に応じて増減するため、予め試験的に求めた値を用いることが望ましい。

【0077】

また、上記のレーザ溶接方法またはレーザ溶接装置１において、母材（外板５１および横骨５２）の上に、連続溶接の始点位置Ｐ１１および終点位置Ｐ１２がある場合には、走査量は、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）が一定の速度Ｖ１１で移動する定常状態では、第１の所定量（値Ｓ１２）であり、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）が定常状態よりも速度の遅い低速状態では、第１の所定量（値Ｓ１２）よりも小さい第２の所定量（値Ｓ１１）であること、が好ましい。

【0078】

上記のレーザ溶接方法またはレーザ溶接装置１において、低速状態には、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）が、始点位置Ｐ１１で停止された状態から終点位置Ｐ１２に向かって移動を開始し、定常状態に至るまで加速する加速状態と、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）が、定常状態から、終点位置Ｐ１２で停止されるまで減速する減速状態と、が含まれること、が好ましい。

【0079】

上記のレーザ溶接方法またはレーザ溶接装置１において、加速状態では、走査量が、第２の所定量（値Ｓ１１）から第１の所定量（値Ｓ１２）まで漸次増大すること、が好ましい。

【0080】

上記のレーザ溶接方法またはレーザ溶接装置１において、減速状態では、走査量が、第１の所定量（値Ｓ１２）から第２の所定量（値Ｓ１１）まで漸次減少すること、が好ましい。

【0081】

上記のレーザ溶接方法またはレーザ溶接装置１によれば、走査量は、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）が一定の速度で移動する定常状態では、第１の所定量（値Ｓ１２）であり、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）が定常状態よりも速度の遅い低速状態（例えば、加速状態または減速状態）では、第１の所定量（値Ｓ１２）よりも小さい第２の所定量（値Ｓ１１）であるため、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）が定常状態か低速状態かに応じて、計測光Ｌ２１の照射位置が変動する。よって、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）が移動しながら連続溶接を行う間、その移動速度に変動があったとしても、キーホール５４の底部５４ａの位置を正確に計測することが可能になる。

【0082】

また、加速状態では、走査量が第２の所定量（値Ｓ１１）から第１の所定量（値Ｓ１２）まで漸次増大するものとし、減速状態では、走査量が第１の所定量（値Ｓ１２）から第２の所定量（値Ｓ１１）まで漸次減少するものとすれば、レーザ照射手段（溶接ヘッド１０）が加速または減速を行う間において、より正確にキーホール５４の底部５４ａの位置を計測することが可能である。

【0083】

なお、上記の実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。例えば、本実施形態においては、走査量の漸次増大とは、時間経過に応じて線形的に増大するものとしているが、段階的に増大するものとしても良い。また、走査量の漸次減少も同様に、本実施形態においては、時間経過に応じて線形的に減少するものとしているが、段階的に減少するものとしても良い。

【0084】

また、溶接ヘッド１０が低速状態において、走査量を漸次増大または漸次減少させることが最も望ましいが、低速状態にある間、走査量を値Ｓ１１で一定としても、底部５４ａの位置を計測可能と考えられる。

【0085】

さらに、特許文献１に開示されるように、キーホール５４の底部５４ａの位置と、横骨５２の表面の位置と、に基づき、加工用レーザＬ１１の、外板５１および横骨５２に対する進入深さを計算するものとしても良い。具体的には、計測光Ｌ２１を走査することで、キーホール５４の底部５４ａの位置を計測するとともに、横骨５２の表面の位置を計測し、底部５４ａの位置と横骨５２の表面の位置との差から、加工用レーザＬ１１の進入深さを計算する。

【0086】

または、本出願人の出願する特願２０２１－２０４９８１に開示されるように、計測光Ｌ２１を走査することで、溶接ビード５６の高さを計測し、溶接ビード５６の高さに基づいて外板５１と横骨５２との隙間を算出し、該隙間と底部５４ａの位置と横骨５２の表面の位置とに基づき、加工用レーザＬ１１の進入深さを計算するものとしても良い。また、本実施形態では、第１の母材（外板５１）と第２の母材（横骨５２）とを重ねた状態で溶接する重ね継手を例として説明しているが、隅肉継手や突き合わせ継手であっても良い。

【符号の説明】

【0087】

１ レーザ溶接装置
１０ 溶接ヘッド（レーザ照射手段の一例）
５１ 外板（母材の一例）
５２ 横骨（母材の一例）
５４ キーホール
５４ａ 底部
Ｌ１１ 加工用レーザ
Ｌ２１ 計測光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】