特許 7697963 ワークをレーザ溶接する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-06-16

(45)【発行日】2025-06-24

(54)【発明の名称】ワークをレーザ溶接する方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/21 20140101AFI20250617BHJP

   B23K 26/322 20140101ALI20250617BHJP

   B23K 26/28 20140101ALI20250617BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20250617BHJP

【ＦＩ】

B23K26/21 G

B23K26/322

B23K26/28

B23K26/082

B23K26/21 W

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2022559135

(86)(22)【出願日】2021-10-25

(86)【国際出願番号】 JP2021039364

(87)【国際公開番号】W WO2022092042

(87)【国際公開日】2022-05-05

【審査請求日】2023-05-12

(31)【優先権主張番号】P 2020183152

(32)【優先日】2020-10-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(72)【発明者】

【氏名】和泉 貴士

【審査官】黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０９４７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２９６９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１０４７８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－０２５０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２３４３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－７４０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－５０８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－１３８８８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに面接触するように重ね合わされた第１のワーク及び第２のワークをレーザ溶接する方法であって、
前記第１のワーク及び前記第２のワークの各々は、母材を有するとともに、該第１のワーク及び該第２のワークの少なくとも一方は、該第１のワーク及び該第２のワークの前記母材の間に介挿された被覆材を有し、
レーザ発振器によってレーザ光を生成して前記第１のワークに照射し、
前記レーザ溶接を実行すべき溶接箇所を包含するように前記第１のワークに定められた加熱領域内で前記レーザ光の照射点を、該加熱領域に定められた往路及び復路を繰り返し往復動するように揺動させることによって、該加熱領域に対応する、前記第１のワーク及び前記第２のワークの合わせ面領域を、前記被覆材の沸点以上、且つ、前記第１のワークの前記母材の融点よりも低い温度まで加熱し、
前記合わせ面領域において前記被覆材を前記加熱により気化することによって前記第１のワーク及び前記第２のワークの間に隙間を形成し、該隙間を通して該被覆材を該合わせ面領域の外側へ排出し、
前記被覆材を前記合わせ面領域の外側へ排出した後に、前記溶接箇所に前記レーザ光を照射して、前記第１のワーク及び前記第２のワークの前記母材を前記溶接箇所で溶融させて互いに溶接し、
前記往路は、矩形の前記加熱領域の第１の頂点、第２の頂点、及び第３の頂点を通過するように定められる一方、前記復路は、該加熱領域の前記第３の頂点、第４の頂点、及び前記第１の頂点を通過するように定められる、方法。

【請求項2】

前記レーザ発振器が生成した前記レーザ光の光路上に配置されたミラーによって該レーザ光を反射することで、該レーザ光を前記第１のワークに照射し、
前記ミラーの向きを変化させることによって、前記加熱領域内で前記照射点を揺動させる、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ミラーは、
前記光路上に配置され、前記照射点を前記加熱領域内の第１軸に沿って変位可能な第１のミラーと、
前記第１のミラーが反射した前記レーザ光の光路上に配置され、前記照射点を前記加熱領域内の、前記第１軸と直交する第２軸に沿って変位可能な第２のミラーを有する、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記合わせ面領域を加熱するときに、前記加熱領域内で前記照射点を第１の速度で揺動させ、
前記第１のワーク及び前記第２のワークの前記母材を溶融させるときに、前記溶接箇所に照射される前記レーザ光の照射点を、該溶接箇所に沿って前記第１の速度よりも低い第２の速度で前進させる、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記合わせ面領域を加熱するときに前記加熱領域に照射される前記レーザ光の前記照射点の面積は、前記第１のワーク及び前記第２のワークの前記母材を溶融させるときに前記溶接箇所に照射される前記レーザ光の照射点の面積よりも大きい、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記合わせ面領域を加熱するときに前記加熱領域に照射される前記レーザ光のレーザパワーは、前記第１のワーク及び前記第２のワークの前記母材を溶融させるときに前記溶接箇所に照射される前記レーザ光のレーザパワーよりも大きい、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記合わせ面領域を加熱するときに前記加熱領域に照射される前記レーザ光の集光密度は、前記第１のワーク及び前記第２のワークの前記母材を溶融させるときに前記溶接箇所に照射される前記レーザ光の集光密度よりも小さい、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

前記合わせ面領域を加熱するときに、前記加熱領域内で前記照射点を揺動させる速度とともに、前記加熱領域に照射される前記レーザ光のレーザパワーを変化させる、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記第１のワーク及び前記第２のワークの前記母材を溶融させるときに、前記溶接箇所に照射される前記レーザ光の照射点を揺動させつつ該溶接箇所に沿って前進させる、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

前記合わせ面領域を加熱するときに、第１のタイプの前記レーザ光を前記加熱領域に照射し、
前記第１のワーク及び前記第２のワークの前記母材を溶融させるときに、前記第１のタイプとは異なる第２のタイプの前記レーザ光を前記溶接箇所に照射する、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項11】

前記第１のタイプのレーザ光は、パルス発振レーザ光である一方、前記第２のタイプのレーザ光は、連続発振レーザ光である、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記合わせ面領域を加熱するときに、前記加熱領域の中央部の温度が最も高くなるように前記照射点を該加熱領域内で揺動させる、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項13】

前記被覆材を前記合わせ面領域の外側へ排出した後、前記第１のワークの前記母材を、予め定められた閾値以下の温度まで冷却したときに、前記溶接箇所に前記レーザ光を照射して前記第１のワーク及び前記第２のワークの前記母材を溶融させる、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。

【請求項14】

前記閾値は、前記被覆材の融点である、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記合わせ面領域を加熱している間に、温度センサによって前記加熱領域の温度を測定し、
前記温度センサが測定した前記温度に基づいて、前記合わせ面領域の温度を推定し、
推定した前記合わせ面領域の温度に応じて、前記合わせ面領域を加熱するための作業条件を変更する、請求項１～１４のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ワークをレーザ溶接する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

被覆材（亜鉛めっき）を間に介挿するように重ね合わされた一対のワーク（亜鉛めっき鋼板）をレーザ溶接する方法が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１５／１０４７８１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来、母材の間に介挿された被覆材がレーザ光の加熱によって気化することにより、溶融した母材に混入し、母材の内部に気泡が生じてしまうという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様において、互いに面接触するように重ね合わされた第１のワーク及び第２のワークをレーザ溶接する方法は、第１のワーク及び第２のワークの各々は、母材を有するとともに、該第１のワーク及び該第２のワークの少なくとも一方は、該第１のワーク及び該第２のワークの母材の間に介挿された被覆材を有し、レーザ発振器によってレーザ光を生成して第１のワークに照射し、レーザ溶接を実行すべき溶接箇所を包含するように第１のワークに定められた加熱領域内でレーザ光の照射点を揺動させることによって、該加熱領域に対応する、第１のワーク及び第２のワークの合わせ面領域を、被覆材の沸点以上、且つ、第１のワークの母材の融点よりも低い温度まで加熱し、合わせ面領域において被覆材を加熱により気化することによって第１のワーク及び第２のワークの間に隙間を形成し、該隙間を通して該被覆材を該合わせ面領域の外側へ排出し、被覆材を合わせ面領域の外側へ排出した後に、溶接箇所にレーザ光を照射して、第１のワーク及び第２のワークの母材を溶接箇所で溶融させて互いに溶接する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、合わせ面領域から隙間を通して被覆材を排出できるので、母材が溶融される領域から被覆材を確実に除去できる。したがって、母材を溶接箇所で溶融したときに、該母材の内部に被覆材の蒸気による気泡が混入することを防止することができる。また、被覆材の蒸気を外部へ逃がすための貫通孔を母材に形成する必要がないので、溶接フローのプロセスを簡単化できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態に係るレーザ溶接システムの概略図である。

【図2】図１に示すレーザ溶接システムのブロック図である。

【図3】図１に示すレーザ照射装置及び照射点移動機構の一例である。

【図4】図１に示す一対のワークの拡大断面図である。

【図5】溶接箇所及び加熱領域の一例を示す。

【図6】加熱領域に設定された教示点の一例を示す。

【図7】加熱領域に設定された照射点移動経路の往路の一例を示す。

【図8】加熱領域に設定された照射点移動経路の復路の一例を示す。

【図9】加熱領域に設定された照射点移動経路の一例を示す。

【図10】レーザ溶接システムによる溶接フローの一例を示すフローチャートである。

【図11】合わせ面領域を説明するための図であって、図４に対応する。

【図12】合わせ面領域の温度分布のグラフの例を示す。

【図13】図１０中のステップＳ２によって、一対のワークの間に隙間が形成された状態を模式的に示す。

【図14】他の実施形態に係るレーザ溶接システムの概略図である。

【図15】図１４に示すレーザ溶接システムのブロック図である。

【図16】図１４に示すレーザ溶接システムによる溶接フローの一例を示すフローチャートである。

【図17】図１６中のステップＳ２’のフローの一例を示す。

【図18】加熱領域に設定された照射点移動経路の他の例を示す。

【図19】加熱領域に設定された照射点移動経路のさらに他の例を示す。

【図20】加熱プロセスにおける照射点の速度及びレーザパワーの制御例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する種々の実施形態において、同様の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明においては、図中の直交座標系Ｃ１を方向の基準とし、便宜上、座標系Ｃ１のｘ軸プラス方向を右方、ｙ軸プラス方向を前方、ｚ軸プラス方向を上方として言及する。

【0009】

図１及び図２を参照して、一実施形態に係るレーザ溶接システム１０について説明する。レーザ溶接システム１０は、一対のワークＷ１及びＷ２をレーザ光によって溶接するためのシステムである。レーザ溶接システム１０は、レーザ発振器１２、導光部材１４、レーザ照射装置１６、照射装置移動機構１８、照射点移動機構２０、及び制御装置２２を備える。

【0010】

レーザ発振器１２は、固体レーザ発振器（例えば、ＹＡＧレーザ発振器、又はファイバレーザ発振器）、又は、ガスレーザ発振器（例えば、炭酸ガスレーザ発振器）等であって、制御装置２２からの指令に応じて、光共振によって内部でレーザ光ＬＢを生成し、導光部材１４へ出射する。

【0011】

導光部材１４は、光ファイバ、中空又は透光材からなる導光路、反射鏡、又は光学レンズ等の光学要素を有し、レーザ発振器１２が生成したレーザ光ＬＢをレーザ照射装置１６へ導光する。レーザ照射装置１６は、レーザスキャナ、又はレーザ加工ヘッド等であって、導光部材１４から入射したレーザ光ＬＢを集光し、ワークＷ１に照射する。

【0012】

照射装置移動機構１８は、レーザ照射装置１６をワークＷ１及びＷ２に対して相対的に移動させる。例えば、照射装置移動機構１８は、レーザ照射装置１６を座標系Ｃ１における任意の位置へ移動可能な垂直多関節ロボットである。代替的には、照射装置移動機構１８は、レーザ照射装置１６を座標系Ｃ１のｘ－ｙ平面に沿って移動させるとともに、座標系Ｃ１のｚ軸方向に移動させる複数のボールねじ機構を有してもよい。

【0013】

座標系Ｃ１は、例えば、作業セルの３次元空間を規定するワールド座標系、照射装置移動機構１８の動作を制御するための移動機構座標系（例えば、ロボット座標系）、又は、ワークＷ１及びＷ２の座標を規定するワーク座標系等であって、レーザ溶接システム１０の各可動コンポーネント（すなわち、照射装置移動機構１８、及び照射点移動機構２０）の動作を自動制御するための制御座標系である。

【0014】

照射点移動機構２０は、レーザ照射装置１６がレーザ光ＬＢをワークＷ１に照射したときの該ワークＷ１上の照射点Ｐを、該ワークＷ１に対して相対的に移動させる。具体的には、照射点移動機構２０は、ミラー若しくは光学レンズ等の光学要素、該光学要素を駆動する駆動装置、又は、ワークＷ１及びＷ２を移動させるワークテーブル等を有し、これらコンポーネントを動作させることにより、照射点ＰをワークＷ１に対して相対的に移動させる。

【0015】

制御装置２２は、レーザ発振器１２、レーザ照射装置１６、照射装置移動機構１８、及び照射点移動機構２０の動作を制御する。具体的には、制御装置２２は、プロセッサ５０、メモリ５２、及びＩ／Ｏインターフェース５４を有するコンピュータである。プロセッサ５０は、ＣＰＵ又はＧＰＵ等を有し、バス５６を介してメモリ５２及びＩ／Ｏインターフェース５４に通信可能に接続されている。プロセッサ５０は、メモリ５２及びＩ／Ｏインターフェース５４と通信しつつ、後述する各種機能を実現するための演算処理を行う。

【0016】

メモリ５２は、ＲＡＭ又はＲＯＭ等を有し、各種データを一時的又は恒久的に記憶する。Ｉ／Ｏインターフェース５４は、例えば、イーサネット（登録商標）ポート、ＵＳＢポート、光ファイバコネクタ、又はＨＤＭＩ（登録商標）端子を有し、プロセッサ５０からの指令の下、外部機器との間でデータを有線又は無線で通信する。

【0017】

制御装置２２には、入力装置５８及び表示装置６０が設けられている。入力装置５８は、キーボード、マウス、又はタッチパネル等を有し、オペレータからデータ入力を受け付ける。表示装置６０は、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイ等を有し、各種データを表示する。レーザ発振器１２、レーザ照射装置１６、照射装置移動機構１８、照射点移動機構２０、入力装置５８、及び表示装置６０は、Ｉ／Ｏインターフェース５４に有線又は無線で通信可能に接続されている。

【0018】

次に、図３を参照して、一実施形態に係るレーザ照射装置１６及び照射点移動機構２０について説明する。図３に示すレーザ照射装置１６は、レーザスキャナであって、本体部２４、受光部２６、光学レンズ２８、レンズ駆動装置３０、及び出射部３２を有する。本体部２４は中空であって、その内部にレーザ光ＬＢの伝搬路を画定する。受光部２６は、本体部２４に設けられ、導光部材１４を伝搬したレーザ光ＬＢを受光する。

【0019】

光学レンズ２８は、フォーカスレンズ等を有し、レーザ光ＬＢを集光する。本実施形態においては、光学レンズ２８は、該光学レンズ２８に入射するレーザ光ＬＢの光軸Ｏの方向に移動可能となるように、本体部２４の内部に支持されている。レンズ駆動装置３０は、圧電素子、超音波振動子、又は超音波モータ等を有し、制御装置２２からの指令に応じて、光学レンズ２８を光軸Ｏの方向へ変位させ、これにより、ワークＷ１に照射されるレーザ光ＬＢの焦点を、光軸Ｏの方向へ変位させる。出射部３２は、光学レンズ２８によって集光されたレーザ光ＬＢを、本体部２４の外部へ出射する。

【0020】

本体部２４の内部には、さらに、ミラー３４及び３６、ミラー駆動装置３８及び４０が収容されている。ミラー３４（第１のミラー）は、軸線Ａ１の周りに回動可能となるように、本体部２４の内部に支持されている。ミラー３４は、受光部２６を通して本体部２４の内部に入射したレーザ光ＬＢの光路Ｏ上に配置され、該レーザ光ＬＢをミラー３６へ向かって反射する。

【0021】

ミラー駆動装置３８は、例えばサーボモータであって、制御装置２２からの指令に応じて、ミラー３４を軸線Ａ１の周りに回動させる。こうして、ミラー駆動装置３８は、ミラー３４を回動させることで該ミラー３４の向きを変化させ、これにより、ミラー３４によるレーザ光ＬＢの反射方向を変化させることができる。

【0022】

一方、ミラー３６（第２のミラー）は、軸線Ａ２の周りに回動可能となるように、本体部２４の内部に支持されている。軸線Ａ２は、軸線Ａ１と略直交する。ミラー３６は、ミラー３４が反射したレーザ光ＬＢの光路Ｏ上に配置され、該レーザ光ＬＢを光学レンズ２８へ向かって反射する。

【0023】

ミラー駆動装置４０は、例えばサーボモータであって、制御装置２２からの指令に応じて、ミラー３６を軸線Ａ２の周りに回動させる。こうして、ミラー駆動装置４０は、ミラー３６を回動させることで該ミラー３６の向きを変化させ、これにより、ミラー３６によるレーザ光ＬＢの反射方向を変化させることができる。一般的に、ミラー３４及び３６は、ガルバノミラーと称されるものであり、ミラー駆動装置３８及び４０は、ガルバノモータと称されるものである。

【0024】

以上のように、受光部２６から本体部２４の内部に入射したレーザ光ＬＢは、ミラー３４及び３６によって反射された後、光学レンズ２８によって集光され、出射部３２を通して外部へ出射されて、ワークＷ１に照射される。制御装置２２は、ミラー駆動装置３８及び４０を動作させることにより、ミラー３４及び３６の向きをそれぞれ変化させ、これにより、ワークＷ１に照射されたレーザ光ＬＢの照射点Ｐを、該ワークＷ１に対して移動させる。すなわち、本実施形態においては、ミラー３４及び３６と、ミラー駆動装置３８及び４０とは、照射点移動機構２０を構成する。

【0025】

次に、レーザ溶接システム１０を用いてワークＷ１及びＷ２をレーザ溶接する方法について、説明する。図１及び図４に示すように、ワークＷ１及びＷ２は、平板状の部材であって、互いに面接触するように重ね合わされて、治具（図示せず）等によって固定される。本実施形態においては、ワークＷ１及びＷ２の各々は、座標系Ｃ１のｘ－ｙ平面に略平行となるように、座標系Ｃ１における既知の位置に位置決めされる。

【0026】

ワークＷ１は、母材１００と、該母材１００の表面に積層された被覆材１０２とを有する。母材１００は、金属（例えば、鉄）からなる平板部材であって、上面１０４と、該上面１０４とは反対側の下面１０６とを有する。本実施形態においては、被覆材１０２は、母材１００の全ての表面を覆うように該表面上に積層されており、母材１００の上面１０４を覆う第１の層１０２ａと、母材１００の下面１０６を覆う第２の層１０２ｂとを有する。被覆材１０２は、母材１００とは異なる種類の金属（例えば、亜鉛）である。

【0027】

同様に、ワークＷ２は、母材１１０と、該母材１１０の表面に積層された被覆材１１２とを有する。母材１１０は、金属（例えば、鉄）からなる平板部材であって、上面１１４と、該上面１１４とは反対側の下面１１６とを有する。本実施形態においては、被覆材１１２は、母材１１０の全ての表面を覆うように該表面上に積層されており、母材１１０の上面１１４を覆う第１の層１１２ａと、母材１１０の下面１１６を覆う第２の層１１２ｂとを有する。被覆材１１２は、母材１１０とは異なる種類の金属（例えば、亜鉛）である。

【0028】

なお、本実施形態においては、母材１００及び１１０は、互いに同じ種類の金属（鉄）であり、また、被覆材１０２及び１１２は、互いに同じ種類の金属（亜鉛）であるとする（例えば、ワークＷ１及びＷ２は、ともに亜鉛めっき鋼板である）。被覆材１０２及び１１２の沸点Ｔ１（亜鉛の場合、約９００℃）は、母材１００及び１１０の融点Ｔ２（鉄の場合、約１５００℃）よりも低い。

【0029】

ワークＷ１及びＷ２は、被覆材１０２の第２の層１０２ｂと、被覆材１１２の第１の層１１２ａとが互いに面接触するように重ね合わされて、固定される。ワークＷ１及びＷ２が固定されたとき、図４に示すように、被覆材１０２の第２の層１０２ｂと、被覆材１１２の第１の層１１２ａとは、母材１００及び１１０の間に介挿される。

【0030】

ワークＷ１及びＷ２を溶接するための準備プロセスＰＰとして、オペレータは、ワークＷ１及びＷ２を溶接する作業を実行するための作業条件ＣＤを設定する。この作業条件ＣＤは、後述する本溶接プロセスＷＰでレーザ溶接を実行すべき溶接箇所ＷＬのデータ、及び、後述する加熱プロセスＨＰにおいてワークＷ１を加熱すべき加熱領域ＨＡのデータを含む。以下、図５～図９を参照して、溶接箇所ＷＬ及び加熱領域ＨＡの設定方法について、説明する。

【0031】

まず、オペレータは、座標系Ｃ１において、ワークＷ１に対し溶接箇所ＷＬを設定する。図５に示す例では、溶接箇所ＷＬは、ワークＷ１の被覆材１０２の第１の層１０２ａに設定された２つの教示点ＴＰ１及びＴＰ２と、該教示点ＴＰ１及びＴＰ２を結ぶ溶接線ＬＮとによって画定されている。教示点ＴＰ１及びＴＰ２は、後述する本溶接プロセスＷＰでレーザ光ＬＢの照射点Ｐを位置決めすべき目標位置であり、溶接線ＬＮは、教示点ＴＰ１から教示点ＴＰ２へ照射点Ｐを移動させるべき目標経路を規定する。

【0032】

例えば、オペレータは、表示装置６０に表示されたワークＷ１及びＷ２の図面データ（ＣＡＤデータ）を視認しつつ、入力装置５８を操作して、ワークＷ１の第１の層１０２ａに、教示点ＴＰ１及びＴＰ２を指定する。プロセッサ５０は、オペレータからの入力データに応じて、座標系Ｃ１において教示点ＴＰ１及びＴＰ２と溶接線ＬＮとを設定する。

【0033】

次いで、オペレータは、入力装置５８を操作して、溶接箇所ＷＬを包含するように加熱領域ＨＡを第１の層１０２ａに設定する。図５に示す例では、加熱領域ＨＡは、その内側に溶接箇所ＷＬの全域を収め、その長手方向が座標系Ｃ１のｘ軸と平行であり、その短手方向が座標系Ｃ１のｙ軸と平行である矩形領域として、設定されている。

【0034】

より具体的には、加熱領域ＨＡは、その長手方向の長さｘ_１と、その短手方向の幅ｙ_１とを有している。一例として、加熱領域ＨＡの長さｘ_１は、加熱領域ＨＡの左辺ＳＤ１が教示点ＴＰ１よりも距離ｘ_２（例えば、１［ｍｍ］～２［ｍｍ］）だけ左方へ離隔した位置に配置される一方、加熱領域ＨＡの右辺ＳＤ２が教示点ＴＰ２よりも距離ｘ_３（例えば、１［ｍｍ］～２［ｍｍ］）だけ右方へ離隔した位置に配置されるように、設定され得る。よって、この場合、加熱領域ＨＡの長さｘ_１は、座標系Ｃ１のｘ軸方向における溶接線ＬＮの長さよりも長くなる。

【0035】

また、加熱領域ＨＡの幅ｙ_１は、後述する本溶接プロセスＷＰで母材１００及び１１０を溶接線ＬＮに沿って溶接したときに該溶接線ＬＮに形成されるビードの、座標系Ｃ１のｙ軸方向の幅（又は、本溶接プロセスＷＰ又は加熱プロセスＨＰ時のレーザ光ＬＢの照射点Ｐの幅）の３倍以上の幅として、設定され得る。加熱領域ＨＡの各頂点及び各辺は、座標系Ｃ１の座標として表すことができる。こうして、溶接箇所ＷＬを包含するように加熱領域ＨＡが第１の層１０２ａに設定される。

【0036】

次いで、オペレータは、加熱領域ＨＡに、加熱プロセスＨＰ用の教示点ＴＰｎと照射点移動経路ＭＰとを設定する。加熱プロセスＨＰ用の教示点ＴＰｎは、後述する加熱プロセスＨＰでレーザ光ＬＢの照射点Ｐを位置決めすべき目標位置であり、照射点移動経路ＭＰは、教示点ＴＰｎから教示点ＴＰｎ＋１へ照射点Ｐを移動させるべき目標経路を規定する。教示点ＴＰｎの設定例を、図６に示す。

【0037】

オペレータは、入力装置５８を操作して、加熱領域ＨＡに教示点ＴＰ１１、ＴＰ１２、ＴＰ１３、ＴＰ１４、ＴＰ１５及びＴＰ１６を設定する。なお、図６では、理解の容易のために、溶接箇所ＷＬを省略している。図６に示す例では、教示点ＴＰ１１、ＴＰ１２、ＴＰ１５及びＴＰ１６は、それぞれ、加熱領域ＨＡの頂点に配置され、教示点ＴＰ１４及びＴＰ１３は、それぞれ、加熱領域ＨＡの辺ＳＤ１及びＳＤ２の中点に配置されている。

【0038】

次いで、オペレータは、入力装置５８を操作して、図７に示すように、教示点ＴＰｎを基に、照射点移動経路ＭＰの往路を設定する。図７に示す例では、照射点移動経路ＭＰの往路は、教示点ＴＰ１１→ＴＰ１２→ＴＰ１３→ＴＰ１４→ＴＰ１５という経路として、設定されている。

【0039】

次いで、オペレータは、入力装置５８を操作して、図８に示すように、照射点移動経路ＭＰの復路を設定する。図８に示す例では、照射点移動経路ＭＰの復路は、教示点ＴＰ１５→ＴＰ１６→ＴＰ１３→ＴＰ１４→ＴＰ１１という経路として、設定されている。こうして、図９に示すように、照射点移動経路ＭＰが、教示点ＴＰ１１→ＴＰ１２→ＴＰ１３→ＴＰ１４→ＴＰ１５→ＴＰ１６→ＴＰ１３→ＴＰ１４→ＴＰ１１という経路として、加熱領域ＨＡに設定される。

【0040】

教示点ＴＰ１１～ＴＰ１６と照射点移動経路ＭＰとは、座標系Ｃ１の座標として表される。座標系Ｃ１における加熱領域ＨＡの位置は、教示点ＴＰ１１～ＴＰ１６及び照射点移動経路ＭＰの座標として表すことができる。したがって、加熱領域ＨＡは、教示点ＴＰ１１～ＴＰ１６及び照射点移動経路ＭＰによって画定される領域であると見做すことができる。

【0041】

以上のように、オペレータは、ワークＷ１に対して溶接箇所ＷＬ（教示点ＴＰ１及びＴＰ２、溶接線ＬＮ）と、加熱領域ＨＡ（教示点ＴＰ１１～ＴＰ１６、照射点移動経路ＭＰ）とを、設定する。なお、オペレータは、ワークＷ１上の別々の位置に、複数の溶接箇所ＷＬ及び加熱領域ＨＡをそれぞれ設定してもよい。

【0042】

このように設定された溶接箇所ＷＬの位置データ（具体的には、座標系Ｃ１における教示点ＴＰ１及びＴＰ２、並びに溶接線ＬＮの座標）、及び、加熱領域ＨＡの位置データ（具体的には、座標系Ｃ１における教示点ＴＰ１１～ＴＰ１６、及び照射点移動経路ＭＰの座標）は、作業条件ＣＤとして、メモリ５２に記憶される。

【0043】

また、作業条件ＣＤは、加熱プロセスＨＰにおける照射点Ｐの揺動速度Ｖ１（第１の速度）及びレーザ光ＬＢのレーザパワーＬＰ１、加熱プロセスＨＰを実行する時間ｔ_ＨＰ、本溶接プロセスＷＰにおける照射点Ｐの前進速度Ｖ２（第２の速度）及びレーザ光ＬＢのレーザパワーＬＰ２、加熱プロセスＨＰ及び本溶接プロセスＷＰにおけるレーザ光ＬＢの焦点位置ＦＰ、並びに、加熱プロセスＨＰ及び本溶接プロセスＷＰにおけるレーザ発振器１２の運転モードＯＭ等のデータをさらに含む。

【0044】

レーザ発振器１２の運転モードＯＭは、例えば、第１のタイプのレーザ光ＬＢ１をレーザ発振器１２に生成させるための第１の運転モードＯＭ１と、第１のタイプとは異なる第２のタイプのレーザ光ＬＢ２をレーザ発振器１２に生成させるための第２の運転モードＯＭ２とを含む。例えば、第１のタイプのレーザ光ＬＢ１は、パルス発振レーザ光である一方、第２のタイプのレーザ光ＬＢ２は、連続発振レーザ光である。

【0045】

準備プロセスＰＰにおいて、オペレータは、入力装置５８を操作して、速度Ｖ１及びＶ２、レーザパワーＬＰ１及びＬＰ２、時間ｔ_ＨＰ、座標系Ｃ１における焦点位置ＦＰの座標、並びに運転モードＯＭを、作業条件ＣＤとして設定する。そして、オペレータは、設定した作業条件ＣＤ（溶接箇所ＷＬ、加熱領域ＨＡ、速度Ｖ１及びＶ２、レーザパワーＬＰ１及びＬＰ２、時間ｔ_ＨＰ、焦点位置ＦＰ、運転モードＯＭ）を基に、溶接プログラムＰＧを作成する。

【0046】

この溶接プログラムＰＧは、プロセッサ５０に後述する溶接フロー（図１０）を実行させるコンピュータプログラムであって、該溶接プログラムＰＧには、作業条件ＣＤの各パラメータが規定される。作成された溶接プログラムＰＧは、制御装置２２のメモリ５２に格納される。このように、準備プロセスＰＰにおいて、作業条件ＣＤの設定と、溶接プログラムＰＧの作成とが行われる。

【0047】

次に、図１０を参照して、レーザ溶接システム１０の溶接フローについて説明する。図１０に示す溶接フローは、プロセッサ５０が、オペレータ、上位コントローラ、又はコンピュータプログラム（例えば、溶接プログラムＰＧ）から溶接開始指令を受け付けたときに、開始される。プロセッサ５０は、メモリ５２に予め格納された溶接プログラムＰＧに従って、図１０に示す溶接フローを実行する。

【0048】

ステップＳ１において、プロセッサ５０は、照射装置移動機構１８を動作させて、レーザ照射装置１６をワークＷ１及びＷ２に対し、所定の溶接位置Ｐ_Ｗに配置させる。この溶接位置Ｐ_Ｗにレーザ照射装置１６が配置されたとき、溶接対象とする１つの溶接箇所ＷＬに対して設定された加熱領域ＨＡの全域が、照射点移動機構２０によるワークＷ１上の照射点Ｐの移動範囲内に収まる。

【0049】

ステップＳ２において、プロセッサ５０は、加熱プロセスＨＰを実行する。具体的には、プロセッサ５０は、まず、レーザ発振器１２の運転モードＯＭを第１の運転モードＯＭ１に切り換えて、レーザパワーＬＰ１を有する第１のタイプのレーザ光ＬＢ１を生成させるための指令をレーザ発振器１２に発信する。該指令に応じて、レーザ発振器１２は、レーザパワーＬＰ１のレーザ光ＬＢ１をパルス発振により生成し、導光部材１４を通してレーザ照射装置１６へ出射する。

【0050】

これとともに、プロセッサ５０は、レーザ照射装置１６のレンズ駆動装置３０（図３）を動作させて光学レンズ２８の位置を調整し、これにより、レーザ照射装置１６から出射されるレーザ光ＬＢ１の焦点を、焦点位置ＦＰ１に制御する。本実施形態においては、この焦点位置ＦＰ１は、ワークＷ１の上面（つまり、被覆材１０２の第１の層１０２ａの上面）よりも僅かに上方（又は、下方）にずれた位置に、設定される。

【0051】

こうして、レーザパワーＬＰ１のレーザ光ＬＢ１がワークＷ１上に照射される。このときのレーザ光ＬＢ１の照射点Ｐ１は、面積Ｅ１を有する。この面積Ｅ１は、ワークＷ１の上面からの焦点位置ＦＰ１のずれ量に比例する。なお、この時点で照射点Ｐ１は、加熱領域ＨＡの教示点ＴＰ１１に配置されてもよい。

【0052】

次いで、プロセッサ５０は、照射点移動機構２０を動作させて、加熱領域ＨＡ内でレーザ光ＬＢ１の照射点Ｐ１を速度Ｖ１で揺動させる。具体的には、プロセッサ５０は、ミラー駆動装置３８及び４０を動作させることでミラー３４及び３６の向きをそれぞれ変化させ、これにより照射点Ｐ１をワークＷ１に対し速度Ｖ１で移動させる。

【0053】

例えば、レーザ照射装置１６が溶接位置Ｐ_Ｗに配置されたときに、ミラー３４及び３６の一方は、その向きを変えることで照射点Ｐ１を加熱領域ＨＡ内で座標系Ｃ１のｘ軸に沿って変位可能であり、ミラー３４及び３６の他方は、その向きを変えることで照射点Ｐ１を加熱領域ＨＡ内で座標系Ｃ１のｙ軸に沿って変位可能である。

【0054】

プロセッサ５０は、ミラー３４及び３６の向きをそれぞれ変化させることで、照射点Ｐ１を、上述した照射点移動経路ＭＰ（教示点ＴＰ１１→ＴＰ１２→ＴＰ１３→ＴＰ１４→ＴＰ１５→ＴＰ１６→ＴＰ１３→ＴＰ１４→ＴＰ１１という経路）に沿って速度Ｖ１で繰り返し往復動させ、これにより、照射点Ｐ１を加熱領域ＨＡ内で揺動させる。このときの速度Ｖ１は、例えば、２００［ｍ／ｍｉｎ］に設定される。

【0055】

このように加熱領域ＨＡ内で照射点Ｐ１を高速で揺動させると、該加熱領域ＨＡの全域がレーザ光ＬＢ１によって加熱され、加熱領域ＨＡに生じた熱が母材１００を通してワークＷ１及びＷ２の合わせ面領域ＳＥへ伝搬し、該合わせ面領域ＳＥも加熱されることになる。

【0056】

なお、合わせ面領域ＳＥとは、互いに面接触する被覆材１０２の第２の層１０２ｂの下面と、被覆材１１２の第１の層１１２ａの上面とを含む領域であって、例えば、母材１００の下面１０６と母材１１０の上面１１４との間の領域（又は、第２の層１０２ｂ及び第１の層１１２ａの占有領域）として定義され得る。

【0057】

ここで、本実施形態においては、合わせ面領域ＳＥのうち、加熱領域ＨＡに対応する合わせ面領域ＳＥ’を、被覆材１０２（つまり、被覆材１１２）の沸点Ｔ１以上、且つ、母材１００（つまり、母材１１０）の融点Ｔ２よりも低い温度Ｔ（Ｔ１≦Ｔ＜Ｔ２）まで加熱するように、プロセッサ５０は、加熱領域ＨＡ内で照射点Ｐ１を、時間ｔ_ＨＰに亘って継続して揺動させる。

【0058】

合わせ面領域ＳＥ’は、例えば、加熱領域ＨＡを合わせ面領域ＳＥへ座標系Ｃ１のｚ軸方向に投影させた領域（換言すれば、合わせ面領域ＳＥのうち、加熱領域ＨＡと座標系Ｃ１のｘ－ｙ平面内の位置及び面積が略同じである領域）として定義され得る。図１１に、合わせ面領域ＳＥ’の一例を、灰色領域として模式的に示している。

【0059】

図１２に、このステップＳ２で加熱される合わせ面領域ＳＥ’の、座標系Ｃ１のｙ軸方向の温度分布のグラフの例を示す。図１２のｙ座標：ｙ_αは、座標系Ｃ１における教示点ＴＰ１５及びＴ１６（図９）のｙ軸方向の位置に相当し、ｙ座標：ｙ_βは、座標系Ｃ１における教示点ＴＰ１３及びＴ１４のｙ軸方向の位置に相当し、ｙ座標：ｙ_γは、座標系Ｃ１における教示点ＴＰ１１及びＴＰ１２のｙ軸方向の位置に相当する。

【0060】

ステップＳ２により、合わせ面領域ＳＥ’の温度Ｔは、図１２に示すように、被覆材１０２の沸点Ｔ１以上、且つ母材１００の融点Ｔ２よりも低い温度範囲内（Ｔ１≦Ｔ＜Ｔ２）に収まるように、制御される。本実施形態においては、照射点Ｐ１を照射点移動経路ＭＰの往路（図７）及び復路（図８）を一往復させる間に、該照射点Ｐ１は、照射点移動経路ＭＰのうち、教示点ＴＰ１３及びＴ１４の間の経路を２回通過する一方、それ以外の経路を１回だけ通過することになる。

【0061】

換言すれば、照射点移動経路ＭＰによれば、ステップＳ２において照射点Ｐ１が、加熱領域ＨＡの、座標系Ｃ１のｙ軸方向の中央部を、より多く通過することになる。これにより、加熱領域ＨＡの中央部の温度が最も高くなり、その結果、図１２に示すように、合わせ面領域ＳＥ’においても、その中央部（ｙ＝ｙ_βの部分）の温度が最も高くなる。

【0062】

合わせ面領域ＳＥ’を、沸点Ｔ１以上且つ融点Ｔ２よりも低い温度Ｔまで加熱すると、該合わせ面領域ＳＥ’に存在する被覆材１０２の第２の層１０２ｂと被覆材１１２の第１の層１１２ａとが気化する。このときの被覆材１０２及び１１２の気化によって発生する気体の膨張圧力は、非常に高くなる。

【0063】

よって、合わせ面領域ＳＥ’に生じた被覆材１０２及び１１２の膨張圧力により、母材１１０の上面１１４が下方へ押されるとともに、母材１００の下面１０６が上方へ押されて、その結果、高温となっている母材１００及び１１０が、僅かに弾性変形する。このときの母材１００及び１１０の弾性変形は、可逆的であって、母材１００及び１１０が冷却されると元の形状に戻る。

【0064】

このような被覆材１０２及び１１２の気化と、該気化によって引き起こされる母材１００及び１１０の弾性変形と、加熱による母材１００及び１１０の熱膨張等によって、図１３に示すように、一対のワークＷ１及びＷ２の間に、隙間Ｇが形成される。なお、図１３では、理解の容易のために隙間Ｇを強調して示しているが、実際上は、隙間Ｇはミクロンオーダーの寸法であることを理解されたい。

【0065】

合わせ面領域ＳＥ’に生じた被覆材１０２及び１１２の蒸気は、この隙間Ｇを通して、該合わせ面領域ＳＥ’の外側へ放射状に吹き飛ばされる。その結果、合わせ面領域ＳＥ’に存在していた被覆材１０２の第２の層１０２ｂと被覆材１１２の第１の層１１２ａとが、該合わせ面領域ＳＥ’の外側へ排出される。

【0066】

このように、このステップＳ２において、合わせ面領域ＳＥ’を沸点Ｔ１以上且つ融点Ｔ２よりも低い温度Ｔまで加熱することで、母材１００及び１１０を固体状態に保ちつつ、被覆材１０２及び１１２を合わせ面領域ＳＥ’から排出することができる。換言すれば、ステップＳ２で用いられる作業条件ＣＤ（速度Ｖ１、レーザパワーＬＰ１、時間ｔ_ＨＰ、焦点位置ＦＰ１、及び運転モードＯＭ１）は、合わせ面領域ＳＥ’の温度Ｔを、沸点Ｔ１以上且つ融点Ｔ２よりも低い温度範囲内に制御できるように、設定される。

【0067】

本発明者は、各々の厚さが０．７［ｍｍ］の亜鉛めっき鋼板であるワークＷ１及びＷ２に対し、以下の作業条件ＣＤでステップＳ２を実行する実験を行った。
［作業条件ＣＤ］
加熱領域ＨＡ 長さｘ_１＝５０［ｍｍ］×幅ｙ_１＝２［ｍｍ］
速度Ｖ１ ２００［ｍ／ｍｉｎ］
レーザパワーＬＰ１ ５［ｋＷ］
時間ｔ_ＨＰ ４００［ｍｓｅｃ］
焦点位置ＦＰ１ ワークＷ１の上面から上方へ１０［ｍｍ］の位置
運転モードＯＭ１ パルス発振モード

【0068】

この実験の結果、合わせ面領域ＳＥ’の全域を内側に包含する、長さｘ≒５５［ｍｍ］×幅ｙ≒３［ｍｍ］の矩形領域から、被覆材１０２及び１１２が排出されたことを確認した。すなわち、この実験結果は、作業条件ＣＤを適切に設定することにより、合わせ面領域ＳＥ’のみならず、該合わせ面領域ＳＥ’の周囲の領域からも、被覆材１０２及び１１２を排出できることを示している。

【0069】

プロセッサ５０は、ステップＳ２で照射点Ｐ１の揺動を開始した時点から、作業条件ＣＤとして設定された時間ｔ_ＨＰが経過したときに、レーザ発振器１２に指令を送り、レーザ光ＬＢ１の出射を停止し、以って、ステップＳ２の加熱プロセスＨＰを終了する。例えば、プロセッサ５０は、レーザ発振器１２によるレーザ光生成動作を停止させることで、レーザ光ＬＢ１の出射を停止してもよい。代替的には、レーザ発振器１２は、出射したレーザ光ＬＢ１の光路を開閉するシャッタをさらに有し、プロセッサ５０は、該シャッタを閉じることで、レーザ光ＬＢ１の出射を停止してもよい。

【0070】

再度、図１０を参照して、ステップＳ３において、プロセッサ５０は、母材１００及び１１０が、予め定めた閾値Ｔ３以下の温度まで冷却されたか否かを判定する。この閾値Ｔ３は、例えば、被覆材１０２及び１１２の融点に設定されてもよいし、又は、大気の常温に設定されてもよい。

【0071】

一例として、プロセッサ５０は、ステップＳ２の加熱プロセスＨＰを終了した時点からの経過時間ｔ_１を計時し、該経過時間ｔ_１が予め定めた時間ｔ_ｔｈに達したときに、母材１００及び１１０が閾値Ｔ３以下の温度まで冷却された（すなわち、ＹＥＳ）と判定してもよい。

【0072】

この時間ｔ_ｔｈは、ステップＳ２で加熱された母材１００及び１１０が、閾値Ｔ３以下の温度まで冷却されるのに十分な時間として、オペレータによって予め定められ（例えば、ｔ_ｔｈ＝２０［ｍｓｅｃ］）、メモリ５２に記憶される。プロセッサ５０は、ＹＥＳと判定した場合はステップＳ４へ進む一方、ＮＯと判定した場合は、ステップＳ３をループする。

【0073】

ステップＳ４において、プロセッサ５０は、本溶接プロセスＷＰを実行する。具体的には、プロセッサ５０は、まず、レーザ発振器１２の運転モードＯＭを第２の運転モードＯＭ２に切り換えて、レーザパワーＬＰ２を有する第２のタイプのレーザ光ＬＢ２を生成させるための指令をレーザ発振器１２に発信する。

【0074】

該指令に応じて、レーザ発振器１２は、レーザパワーＬＰ２のレーザ光ＬＢ２を連続発振により生成し、導光部材１４を通してレーザ照射装置１６へ出射する。本実施形態においては、レーザパワーＬＰ２は、ステップＳ２のレーザパワーＬＰ１よりも小さい値（ＬＰ２＜ＬＰ１）に設定される。

【0075】

これとともに、プロセッサ５０は、レーザ照射装置１６のレンズ駆動装置３０を動作させて光学レンズ２８の位置を調整し、これにより、レーザ照射装置１６から出射されるレーザ光ＬＢ２の焦点を、焦点位置ＦＰ２に制御する。本実施形態においては、この焦点位置ＦＰ２は、上述の焦点位置ＦＰ１よりもワークＷ１の上面（つまり、被覆材１０２の第１の層１０２ａの上面）に近い位置（例えば、第１の層１０２ａの上面の位置）に、設定される。

【0076】

こうして、レーザパワーＬＰ２のレーザ光ＬＢ２がワークＷ１上に照射される。このときのレーザ光ＬＢ２の照射点Ｐ２は、焦点位置ＦＰ２に応じた面積Ｅ２（＜Ｅ１）を有することになる。なお、この時点で照射点Ｐ２は、溶接箇所ＷＬの教示点ＴＰ１に配置されてもよい。

【0077】

次いで、プロセッサ５０は、照射点移動機構２０を動作させて、溶接箇所ＷＬに照射したレーザ光ＬＢ２の照射点Ｐ２を移動させる。具体的には、プロセッサ５０は、ミラー駆動装置３８及び４０を動作させることでミラー３４及び３６の向きをそれぞれ変化させ、これにより照射点Ｐ２を、教示点ＴＰ１から教示点ＴＰ２へ、溶接線ＬＮに沿って速度Ｖ２で右方へ前進させる。この速度Ｖ２は、例えば、３［ｍ／ｍｉｎ］に設定され得る（すなわち、Ｖ２≪Ｖ１）。

【0078】

なお、プロセッサ５０は、このステップＳ４において、照射点Ｐ２を揺動させつつ溶接線ＬＮに沿って右方へ前進させてもよい。具体的には、プロセッサ５０は、ミラー３４及び３６の向きを変化させることで、照射点Ｐ２を、座標系Ｃ１のｙ軸方向へ揺動させつつ、右方へ前進させる。この構成によれば、レーザ光ＬＢ２によって母材１００及び１１０を溶融させたときに、スパッタが発生するのを抑制できる。

【0079】

照射点Ｐ２が教示点ＴＰ２に到達したとき、プロセッサ５０は、レーザ発振器１２に指令を送り、レーザ光ＬＢ２の出射を停止し、以って、ステップＳ４の本溶接プロセスＷＰを終了する。ステップＳ４の本溶接プロセスＷＰにより、母材１００及び１１０は、レーザ光ＬＢ２によって溶接線ＬＮに沿って溶融され、溶接箇所ＷＬで互いに溶接される。

【0080】

ステップＳ５において、プロセッサ５０は、全ての溶接箇所ＷＬに対する溶接が完了したか否かを判定する。例えば、プロセッサ５０は、溶接プログラムＰＧを解析することで、全ての溶接箇所ＷＬに対する溶接が完了したか否かを判定できる。プロセッサ５０は、ＹＥＳと判定した場合は、図１０に示すフローを終了する。一方、プロセッサ５０は、ＮＯと判定した場合はステップＳ１へ戻り、次の溶接箇所ＷＬに対してステップＳ１～Ｓ５を実行する。

【0081】

以上のように、本実施形態においては、プロセッサ５０は、ステップＳ２において、加熱領域ＨＡ内でレーザ光ＬＢ１の照射点Ｐ１を揺動させることによって、合わせ面領域ＳＥ’を、被覆材１０２、１１２の沸点Ｔ１以上、且つ母材１００、１１０の融点Ｔ２よりも低い温度Ｔまで加熱し、ワークＷ１及びＷ２の間に形成された隙間Ｇを通して被覆材１０２及び１１２を合わせ面領域ＳＥ’の外側へ排出している。

【0082】

そして、プロセッサ５０は、ステップＳ４において、溶接箇所ＷＬにレーザ光ＬＢ２を照射して母材１００及び１１０を溶接箇所ＷＬで溶融させて互いに溶接している。本実施形態によれば、ステップＳ４で母材１００及び１１０が溶融される領域から、ステップＳ２により、被覆材１０２の第２の層１０２ｂ及び被覆材１１２の第１の層１１２ａを除去できる。したがって、ステップＳ４で母材１００及び１１０を溶接箇所ＷＬで溶融したときに、該母材１００及び１１０の内部に被覆材１０２及び１１２の蒸気による気泡が混入することを防止することができる。

【0083】

また、本実施形態においては、合わせ面領域ＳＥ’において被覆材１０２及び１１２の気化によって隙間Ｇを形成し、該隙間Ｇを通して被覆材１０２及び１１２の蒸気を合わせ面領域ＳＥ’の外側へ排出するので、従来のように、ステップＳ４で生じる第２の層１０２ｂ及び第１の層１１２ａの蒸気を外部へ逃がすための貫通孔を母材１００又は１１０に形成する必要がない。よって、溶接フローのプロセスを簡単化できる。

【0084】

また、本実施形態においては、ミラー３４及び３６の向きを変化させることによって、加熱領域ＨＡ内で照射点Ｐ１を揺動させている。この構成によれば、照射点Ｐ１をワークＷ１に対して高速（速度Ｖ１）で揺動させることができる（つまり、速度Ｖ１を大きな値に設定することができる）。この構成によれば、ステップＳ２で合わせ面領域ＳＥ’の全域を、比較的均一に加熱できる。

【0085】

また、本実施形態においては、ステップＳ４の作業条件ＣＤとしての速度Ｖ２は、ステップＳ２の作業条件ＣＤとしての速度Ｖ１よりも遥かに低く設定されている（Ｖ２≪Ｖ１）。この構成によれば、ステップＳ２で合わせ面領域ＳＥ’の全域を比較的均一に加熱できる一方、ステップＳ４で母材１００及び１１０を確実に溶融させることができる。

【0086】

また、本実施形態においては、ステップＳ２での照射点Ｐ１の面積Ｅ１は、ステップＳ４での照射点Ｐ２の面積Ｅ２よりも大きい（Ｅ１＞Ｅ２）。この構成によれば、ステップＳ２でのレーザ光ＬＢ１による加熱面積が大きくなるため、合わせ面領域ＳＥ’で生じる被覆材１０２、１１２の膨張圧力を高めて、該被覆材１０２、１１２を排出する効果を高めることができる。その一方で、ステップＳ４において、照射点Ｐ２での単位面積当たりのレーザパワーを高めることができるので、母材１００及び１１０を確実に溶融させることができる。

【0087】

また、本実施形態においては、ステップＳ２の作業条件ＣＤとしてのレーザパワーＬＰ１は、ステップＳ４の作業条件ＣＤとしてのレーザパワーＬＰ２よりも大きい（ＬＰ１＞ＬＰ２）。この構成によれば、ステップＳ２で合わせ面領域ＳＥ’を、被覆材１０２、１１２の沸点Ｔ１以上、且つ母材１００、１１０の融点Ｔ２よりも低い温度Ｔまで迅速に加熱できる。

【0088】

また、本実施形態においては、ステップＳ２においては、第１のタイプのレーザ光ＬＢ１（パルス発振レーザ光）を加熱領域ＨＡに照射する一方、ステップＳ４においては、第２のタイプのレーザ光ＬＢ２（連続発振レーザ光）を溶接箇所ＷＬに照射している。この構成によれば、ステップＳ２において、ワークＷ１の上面の温度が過度に上昇するのを防止しつつ、合わせ面領域ＳＥ’を効率的に加熱できるとともに、ステップＳ４で母材１００及び１１０を効率的に溶融させることができる。

【0089】

また、本実施形態においては、ステップＳ２において、加熱領域ＨＡの中央部の温度Ｔ’が最も高くなるように、照射点Ｐ１を加熱領域ＨＡ内で揺動させている。このように加熱領域ＨＡの温度分布に温度勾配を形成することで、合わせ面領域ＳＥ’の温度分布にも図１２に示すような温度勾配が形成され、以って、ステップＳ２で被覆材１０２及び１１２の蒸気を合わせ面領域ＳＥ’の外側へ放射状に吹き飛ばす効果を高めることができる。

【0090】

なお、図１２に示すような温度勾配を形成するために、ステップＳ２において、プロセッサ５０は、照射点Ｐ１を、照射点移動経路ＭＰのうち、教示点ＴＰ１３及びＴ１４の間の経路を通過させる間は、レーザパワーＬＰ１をレーザパワーＬＰ１_{_１}に制御する一方、それ以外の経路を通過させる間は、レーザパワーＬＰ１をレーザパワーＬＰ１_{_２}（＜ＬＰ１_{_１}）に制御してもよい。このように、照射点Ｐ１が教示点ＴＰ１３及びＴ１４の間の経路を通過している間にレーザパワーＬＰ１を上げることで、加熱領域ＨＡ（すなわち、合わせ面領域ＳＥ’）の中央部の温度が高くなるような温度勾配を、効果的に形成できる。

【0091】

また、本実施形態においては、ステップＳ２の後、ワークＷ１の母材１００を閾値Ｔ３以下の温度まで冷却した（すなわち、ステップＳ３でＹＥＳと判定した）ときに、ステップＳ４を実行している。このように母材１００及び１１０を加熱した後に冷却することで、該母材１００及び１１０の材料組織が微細化し、以って、母材１００及び１１０の強度を高めることができる。しかしながら、プロセッサ５０は、上述のステップＳ３を省略し、ステップＳ２の終了直後にステップＳ４を実行してもよい。

【0092】

なお、上述の実施形態において、メモリ５２は、ワークＷ１及びＷ２の材質ＭＴ（又は熱伝導率）と、該ワークＷ１及びＷ２の厚みｆと、作業条件ＣＤのパラメータ（溶接箇所ＷＬ、加熱領域ＨＡ、速度Ｖ１及びＶ２、レーザパワーＬＰ１及びＬＰ２、時間ｔ_ＨＰ、焦点位置ＦＰ、運転モードＯＭ）とが互いに関連付けて格納されたデータテーブルＤＴ１を予め記憶してもよい。

【0093】

一例として、データテーブルＤＴ１は、母材１００及び１１０の材質ＭＴ_Ａ（又は熱伝導率）、被覆材１０２及び１１２の材質ＭＴ_Ｂ（又は熱伝導率）、並びに、ワークＷ１及びＷ２の厚みｆ（又は、母材の厚み及び被覆材の厚み）と、ステップＳ２（加熱プロセスＨＰ）で用いられる作業条件ＣＤのパラメータ（例えば、溶接線ＬＮの長さ、加熱領域ＨＡの長さｘ_１及び幅ｙ_１、速度Ｖ１、レーザパワーＬＰ１、時間ｔ_ＨＰ、焦点位置ＦＰ１、及び運転モードＯＭ１）とを互いに関連付けて格納するように、作成されてもよい。

【0094】

そして、プロセッサ５０は、データテーブルＤＴ１を表示装置６０に表示してもよい。この場合、オペレータは、データテーブルＤＴ１を参照し、作業対象とするワークＷ１及びＷ２の母材１００及び１１０の材質ＭＴ_Ａ、被覆材１０２及び１１２の材質ＭＴ_Ｂ、並びに、ワークＷ１及びＷ２の厚みｆから、ステップＳ２で用いる最適な作業条件ＣＤを、データテーブルＤＴ１から検索できる。

【0095】

代替的には、プロセッサ５０は、材質ＭＴ_Ａ、材質ＭＴ_Ｂ、及び厚みｆを入力可能な入力画面を生成し、表示装置６０に表示してもよい。そして、オペレータは、表示装置６０に表示された入力画面を視認しつつ、入力装置５８を操作して、該入力画面に材質ＭＴ_Ａ、材質ＭＴ_Ｂ、及び厚みｆの情報を入力してもよい。

【0096】

そして、プロセッサ５０は、入力された材質ＭＴ_Ａ及びＭＴ_Ｂ、並びに厚みｆに対応する作業条件ＣＤをデータテーブルＤＴ１から検索し、ステップＳ２で用いる作業条件ＣＤとして自動で設定してもよい。この構成によれば、作業条件ＣＤの設定作業を自動化できるので、準備プロセスＰＰを容易化できる。

【0097】

なお、データテーブルＤＴ１は、材質ＭＴ_Ａ及びＭＴ_Ｂ、並びに厚みｆと、ステップＳ４（本溶接プロセスＷＰ）で用いられる作業条件ＣＤのパラメータ（例えば、溶接線ＬＮの長さ、加熱領域ＨＡの長さｘ_１及び幅ｙ_１、速度Ｖ２、レーザパワーＬＰ２、焦点位置ＦＰ２、及び運転モードＯＭ２）とを互いに関連付けて格納するように、作成されてもよい。データテーブルＤＴ１は、実験的手法又はシミュレーションによってデータを収集することで、作成できる。

【0098】

次に、図１４及び図１５を参照して、他の実施形態に係るレーザ溶接システム７０について説明する。レーザ溶接システム７０は、上述のレーザ溶接システム１０と、温度センサ７２をさらに備える点で、相違する。温度センサ７２は、例えば、熱電対、白金測温抵抗体、又は赤外線検知型の測温装置（サーモグラフィーカメラ等）を有し、ワークＷ１上の加熱領域ＨＡの温度Ｔ’を、接触又は非接触で測定する。

【0099】

次に、図１６を参照して、レーザ溶接システム７０の溶接フローについて説明する。本実施形態における溶接フローは、図１０に示すフローと、ステップＳ２’（加熱プロセスＨＰ）において、相違する。以下、図１７を参照して、ステップＳ２’について説明する。

【0100】

ステップＳ２’の開始後、ステップＳ１１において、プロセッサ５０は、レーザ光ＬＢ１の生成を開始する。具体的には、プロセッサ５０は、上述のステップＳ２と同様に、レーザ発振器１２の運転モードＯＭを第１の運転モードＯＭ１に切り換えて、レーザパワーＬＰ１を有する第１のタイプのレーザ光ＬＢ１（パルス発振レーザ光）を、レーザ発振器１２に生成させる。これとともに、プロセッサ５０は、レンズ駆動装置３０を動作させて光学レンズ２８の位置を調整し、レーザ光ＬＢ１の焦点を、焦点位置ＦＰ１に制御する。

【0101】

ステップＳ１２において、プロセッサ５０は、レーザ光ＬＢ１の照射点Ｐ１を加熱領域ＨＡ内で揺動する動作を開始する。具体的には、プロセッサ５０は、上述のステップＳ２と同様に、照射点移動機構２０を動作させて、加熱領域ＨＡ内でレーザ光ＬＢ１の照射点Ｐ１を、照射点移動経路ＭＰに沿って速度Ｖ１で揺動させる動作を開始する。

【0102】

ステップＳ１３において、プロセッサ５０は、合わせ面領域ＳＥ’の温度Ｔを推定する。具体的には、プロセッサ５０は、この時点で温度センサ７２が測定した加熱領域ＨＡの温度Ｔ’を取得し、該温度Ｔ’に基づいて、合わせ面領域ＳＥ’の温度Ｔを推定する。一例として、メモリ５２は、加熱領域ＨＡの温度Ｔ’と、合わせ面領域ＳＥ’の温度Ｔとが互いに関連付けて格納されたデータテーブルＤＴ２を予め記憶する。

【0103】

このデータテーブルＤＴ２は、実験的手法、又は熱力学のシミュレーション等を通して、作成することができる。プロセッサ５０は、取得した温度Ｔ’に対応する温度ＴをデータテーブルＤＴ２から検索する。こうして、プロセッサ５０は、温度センサ７２が測定した加熱領域ＨＡの温度Ｔ’から、このときの合わせ面領域ＳＥ’の温度Ｔを推定できる。他の例として、温度センサ７２が測定した加熱領域ＨＡの温度Ｔ’を、既知の熱力学方程式に適用することで、合わせ面領域ＳＥ’の温度Ｔを推定してもよい。

【0104】

なお、温度センサ７２は、加熱領域ＨＡの中央部の温度Ｔ’を測定するように配置されてもよい。この場合、温度センサ７２は、加熱領域ＨＡの最高温度Ｔ’を測定することになり、プロセッサ５０は、このステップＳ１３で、該最高温度Ｔ’から、合わせ面領域ＳＥ’の中央部の温度Ｔ（最高温度）を推定する。代替的には、温度センサ７２は、加熱領域ＨＡ内の如何なる位置（例えば、教示点ＴＰ１１～ＴＰ１６のいずれかの位置）の温度Ｔ’を測定するように配置されてもよい。

【0105】

ステップＳ１４において、プロセッサ５０は、直近のステップＳ１３で推定した温度Ｔが、予め定めた閾値Ｔ_ｔｈ１よりも低い（Ｔ＜Ｔ_ｔｈ１）か否かを判定する。この閾値Ｔ_ｔｈ１は、オペレータによって予め定められ、メモリ５２に記憶される。例えば、閾値Ｔ_ｔｈ１は、被覆材１０２、１１２の沸点Ｔ１（又はそれ以下の温度）に設定されてもよいし、沸点Ｔ１よりも高く、且つ、母材１００、１１０の融点Ｔ２よりも低い温度（Ｔ１＜Ｔ_ｔｈ１＜Ｔ２）として設定されてもよい。プロセッサ５０は、Ｔ＜Ｔ_ｔｈ１の場合はＹＥＳと判定し、ステップＳ１７へ進む一方、Ｔ≧Ｔ_ｔｈ１の場合はＮＯと判定し、ステップＳ１５へ進む。

【0106】

ステップＳ１５において、プロセッサ５０は、直近のステップＳ１３で推定した温度Ｔが、予め定めた閾値Ｔ_ｔｈ２よりも高い（Ｔ＞Ｔ_ｔｈ２）か否かを判定する。この閾値Ｔ_ｔｈ２は、上述の閾値Ｔ_ｔｈ１よりも高い値としてオペレータによって予め定められ、メモリ５２に記憶される。

【0107】

例えば、閾値Ｔ_ｔｈ２は、母材１００、１１０の融点Ｔ２（又はそれ以上の温度）に設定されてもよいし、被覆材１０２、１１２の沸点Ｔ１よりも高く、且つ融点Ｔ２よりも低い温度（例えば、Ｔ１＜Ｔ_ｔｈ１＜Ｔ_ｔｈ２＜Ｔ２）として設定されてもよい。プロセッサ５０は、Ｔ＞Ｔ_ｔｈ２の場合はＹＥＳと判定し、ステップＳ１７へ進む一方、Ｔ≦Ｔ_ｔｈ２の場合はＮＯと判定し、ステップＳ１６へ進む。

【0108】

ステップＳ１６において、プロセッサ５０は、ステップＳ１２の開始時点から、作業条件ＣＤに定められた時間ｔ_ＨＰが経過したか否かを判定する。具体的には、プロセッサ５０は、ステップＳ１２の開始時点からの経過時間ｔ_２を計時し、該経過時間ｔ_２が時間ｔ_ＨＰに達したか否かを判定する。プロセッサ５０は、経過時間ｔ_２が時間ｔ_ＨＰに達した場合はＹＥＳと判定し、ステップＳ２’を終了して、図１６中のステップＳ３へ進む一方、経過時間ｔ_２が時間ｔ_ＨＰに達していない場合はＮＯと判定し、ステップＳ１３へ戻る。

【0109】

一方、ステップＳ１４又はＳ１５でＹＥＳと判定した場合、ステップＳ１７において、プロセッサ５０は、作業条件ＣＤを変更する。具体的には、ステップＳ１４でＹＥＳと判定した後のステップＳ１７において、プロセッサ５０は、例えば、速度Ｖ１を低減し、レーザパワーＬＰ１を増加し、時間ｔ_ＨＰを増加し、又は、焦点位置ＦＰ１をワークＷ１の上面に接近させるように、作業条件ＣＤを変更する。

【0110】

ここで、速度Ｖ１の低減、レーザパワーＬＰ１の増加、時間ｔ_ＨＰの増加、及び、焦点位置ＦＰ１のワークＷ１の上面への接近は、いずれも、加熱領域ＨＡ（すなわち、合わせ面領域ＳＥ’）の温度を増加させることに繋がる。よって、このように作業条件ＣＤを変更することで、合わせ面領域ＳＥ’の温度Ｔを、閾値Ｔ_ｔｈ１以上となるように増加させることができる。

【0111】

一方、ステップＳ１５でＹＥＳと判定した後のステップＳ１７において、プロセッサ５０は、例えば、速度Ｖ１を増大し、レーザパワーＬＰ１を減少し、時間ｔ_ＨＰを低減し、又は、焦点位置ＦＰ１をワークＷ１の上面から離反させるように、作業条件ＣＤを変更する。

【0112】

ここで、速度Ｖ１の増大、レーザパワーＬＰ１の減少、時間ｔ_ＨＰの低減、及び、焦点位置ＦＰ１のワークＷ１の上面からの離反は、いずれも、加熱領域ＨＡ（すなわち、合わせ面領域ＳＥ’）の温度を低下させることに繋がる。よって、このように作業条件ＣＤを変更することで、合わせ面領域ＳＥ’の温度Ｔを、閾値Ｔ_ｔｈ２以下となるように低下させることができる。ステップＳ１７を実行した後、プロセッサ５０は、変更後の作業条件ＣＤに従ってステップＳ２’を継続し、ステップＳ１６へ進む。

【0113】

以上のように、本実施形態においては、プロセッサ５０は、温度センサ７２が測定した加熱領域ＨＡの温度Ｔ’から合わせ面領域ＳＥ’の温度Ｔを推定し、該温度Ｔに応じて作業条件ＣＤを変化させている。この構成によれば、ステップＳ２’の実行中に、合わせ面領域ＳＥ’の温度Ｔを精細に制御することができ、以って、合わせ面領域ＳＥ’に存在する被覆材１０２及び１１２を外側へ排出する効果を高めることができる。また、作業条件ＣＤ（例えば、加熱プロセスＨＰを実行する時間ｔ_ＨＰ）を、最適化できる。

【0114】

なお、レーザ照射装置１６及び照射点移動機構２０は、図３に示す形態に限定されない。例えば、図３に示す照射点移動機構２０から、ミラー３４及び３６の一方を省略してもよい。この場合において、照射点移動機構２０は、ミラー３４及び３６の他方によって、ワークＷ１上の照射点Ｐを、ワークＷ１に対し、座標系Ｃ１のｘ軸方向に長さｘ_１で往復動させるように構成されてもよい。

【0115】

その一方で、照射点移動機構２０は、ワークＷ１及びＷ２が固定されるワークテーブルと、該ワークテーブルを、座標系Ｃ１のｙ軸方向に幅ｙ_１で往復動させるテーブル駆動装置（例えば、圧電素子、超音波振動子、又は超音波モータ）とをさらに有してもよい（ともに図示せず）。

【0116】

この場合、照射点移動機構２０は、テーブル駆動装置によってワークＷ１及びＷ２を座標系Ｃ１のｙ軸方向に揺動させるとともに、ミラー３４及び３６の他方によって照射点ＰをワークＷ１に対して座標系Ｃ１のｘ軸方向に揺動させることで、加熱領域ＨＡの全域を加熱できる。このときの加熱領域ＨＡは、長さｘ_１×幅ｙ_１の略矩形の領域となり、ワークＷ１に対する照射点Ｐの相対的な移動経路から画定されることになる。

【0117】

また、レーザ照射装置１６は、図３に示すようなレーザスキャナに限らず、例えば、受光したレーザ光を反射するミラーと、該ミラーが反射したレーザ光を集光する光学レンズとを有するレーザ加工ヘッドであってもよい。この場合において、照射点移動機構２０は、レーザ加工ヘッドの内部に回転可能に配置された回転レンズを有してもよい。

【0118】

この回転レンズは、レーザ加工ヘッドのミラーが反射したレーザ光の光路上に、該光路と平行な軸線周りに回転可能となるように支持されており、該光路に対して傾斜するレーザ光入射面を有する。照射点移動機構２０は、この回転レンズを回転させることで、ワークＷ１上の照射点Ｐを変位させることができる。

【0119】

なお、上述の実施形態においては、準備プロセスＰＰにおいて、オペレータが、ワークＷ１に対して加熱領域ＨＡを設定した後に、教示点ＴＰ１１～ＴＰ１６及び照射点移動経路ＭＰを設定する場合について述べた（図５～図９）。しかしながら、準備プロセスＰＰから、加熱領域ＨＡを設定するプロセスを省略できる。

【0120】

例えば、オペレータは、ワークＷ１に対して溶接箇所ＷＬを設定した後に、溶接箇所ＷＬを取り囲むように教示点ＴＰ１１～ＴＰ１６を設定し、次いで、教示点ＴＰ１１～ＴＰ１６を基に、照射点移動経路ＭＰを設定してもよい。この場合、加熱領域ＨＡは、設定した教示点ＴＰ１１～ＴＰ１６と照射点移動経路ＭＰとによって、例えば図９に示すように一義的に確定される。

【0121】

また、準備プロセスＰＰにおいて、プロセッサ５０は、オペレータが溶接箇所ＷＬを設定した後に、該溶接箇所ＷＬの位置データに基づいて、加熱領域ＨＡを、該溶接箇所ＷＬを包含するように自動で設定してもよい。この場合において、オペレータは、図５に示す長さｘ_１、幅ｙ_１、距離ｘ_２、距離ｘ_３等の情報を、入力装置５８を通して予め入力し、プロセッサ５０は、オペレータからの入力データに応じて加熱領域ＨＡを自動で設定してもよい。

【0122】

なお、図５に示す距離ｘ_２及び距離ｘ_３の少なくとも一方は、ゼロでもよい。この場合、教示点ＴＰ１が加熱領域ＨＡの左辺ＳＤ１上に配置されるか、又は、教示点ＴＰ２が加熱領域ＨＡの右辺ＳＤ２上に配置されることになる。また、教示点ＴＰ１は、加熱領域ＨＡの左辺ＳＤ１よりも左側に配置されてもよい。

【0123】

代替的には、教示点ＴＰ２は、加熱領域ＨＡの右辺ＳＤ２よりも右側に配置されてもよい。この場合、溶接箇所ＷＬの大部分が加熱領域ＨＡ内に包含される一方、溶接箇所ＷＬの両端部分が、加熱領域ＨＡ外に配置されることになる。ここで、上述したように、本発明者による実験の結果、加熱プロセスＨＰにより、合わせ面領域ＳＥ’のみならず、該合わせ面領域ＳＥ’の周囲の領域からも被覆材１０２及び１１２を排出できるとの知見を得た。よって、溶接箇所ＷＬの一部が加熱領域ＨＡ外に配置されたとしても、溶接箇所ＷＬが存在する領域から被覆材１０２及び１１２を排出でき得る。

【0124】

なお、図９に示す照射点移動経路ＭＰは、一例であって、その他の種々の照射点移動経路が考えられる。図１８に、照射点移動経路ＭＰの他の例を示す。図１８に示す例では、加熱領域ＨＡの各頂点に、４つの教示点ＴＰ１１、ＴＰ１２、ＴＰ１５及びＴＰ１６が設定され、照射点移動経路ＭＰは、例えば、教示点ＴＰ１１→ＴＰ１２→ＴＰ１５→ＴＰ１６→ＴＰ１１という経路として、設定される。また、照射点移動経路ＭＰは、加熱プロセスＨＰを実行したときに図１２に示すような温度勾配を形成せずに、合わせ面領域ＳＥ’の温度Ｔを均一に上昇させるような経路として、設定することもできる。

【0125】

図１９に、照射点移動経路ＭＰのさらに他の例を示す。図１９に示す例では、加熱領域ＨＡに、２つの教示点ＴＰ２１及びＴＰ２２が設定され、照射点移動経路ＭＰは、教示点ＴＰ２１及びＴＰ２２の間を往復動する経路として設定されている。教示点ＴＰ２１及びＴＰ２２は、教示点ＴＰ１及びＴＰ２と同じ、座標系Ｃ１のｙ軸方向の位置に設定され得る。このような照射点移動経路ＭＰにおいても、作業条件ＣＤを適切に設定することにより、加熱領域ＨＡ及び合わせ面領域ＳＥ’の全域を加熱することができる。

【0126】

なお、上述のステップＳ２において、照射点Ｐ１を、１つの教示点ＴＰ_αから、該教示点ＴＰ_αの次の教示点ＴＰ_γまで照射点移動経路ＭＰに沿って移動させるにつれて、速度Ｖ１とともにレーザパワーＬＰ１を変化させてもよい。以下、このような制御について図２０を参照して説明する。

【0127】

図２０において、横軸は、照射点移動経路ＭＰにおいて連続する２つの教示点ＴＰ_α及びＴＰ_γと、該教示点ＴＰ_α及びＴＰ_γの間の点（例えば、中点）ＴＰ_βとを示し、縦軸は、速度Ｖ１及びレーザパワーＬＰ１を示す。また、図２０のグラフ中の実線は、レーザパワーＬＰ１を示す一方、破線は、速度Ｖ１を示す。

【0128】

図２０に示す例では、ステップＳ２で照射点Ｐ１を教示点ＴＰ_αから教示点ＴＰ_γまで移動させるとき、教示点ＴＰ_αから点ＴＰ_βまでは照射点Ｐ１が徐々に加速されて速度Ｖ１が増大する一方、点ＴＰ_βを通過して教示点ＴＰ_γに達するまでは照射点Ｐ１が徐々に減速されて速度Ｖ１が減少している。

【0129】

このように照射点Ｐ１を教示点ＴＰ_αから教示点ＴＰ_γまで移動させる間に速度Ｖ１が変化する場合においてレーザパワーＬＰ１を一定に制御したとすると、加熱領域ＨＡにおいて、速度Ｖ１が低くなる教示点ＴＰ_α及びＴＰ_γの近傍領域の温度が、点ＴＰ_βの近傍領域の温度よりも過度に高くなり得る。この場合、加熱領域ＨＡの端縁（例えば、辺ＳＤ１及びＳＤ２）の温度Ｔが中央部よりも過度に大きくなってしまう可能性がある。

【0130】

そこで、図２０に示すように、プロセッサ５０は、ステップＳ２において、照射点Ｐ１を教示点ＴＰ_αから点ＴＰ_βへ移動させるにつれて、レーザパワーＬＰ１を、速度Ｖ１とともに増大させる一方、照射点Ｐ１を点ＴＰ_βから教示点ＴＰ_γに移動させるにつれて、レーザパワーＬＰ１を、速度Ｖ１とともに減少させる。このように速度Ｖ１とともにレーザパワーＬＰ１を変化させることにより、加熱領域ＨＡ（つまり、合わせ面領域ＳＥ）の全域を、比較的均一に加熱することができる。

【0131】

なお、図９に示す形態において、図２０に示す教示点ＴＰ_αから教示点ＴＰ_γまでの照射点移動経路ＭＰは、例えば、ＴＰ１１→ＴＰ１２の経路、ＴＰ１３→ＴＰ１４までの経路、及び、ＴＰ１５→ＴＰ１６の経路であり得る。この場合において、プロセッサ５０は、ＴＰ１３→ＴＰ１４の経路におけるレーザパワーＬＰ１の値（最大値、最小値又は平均値）をＬＰ１_{_１}に制御する一方、それ以外の経路を通過させる間はレーザパワーＬＰ１の値をＬＰ１_{_２}（＜ＬＰ１_{_１}）に制御してもよい。

【0132】

一方、プロセッサ５０は、照射点Ｐ１を、ＴＰ１２→ＴＰ１３の経路、ＴＰ１４→ＴＰ１５の経路、ＴＰ１６→ＴＰ１３の経路、ＴＰ１４→ＴＰ１１の経路を通過させる間は、レーザパワーＬＰ１を一定に制御してもよい。すなわち、この場合、プロセッサ５０は、２つの教示点ＴＰ_α及びＴＰ_γの間の照射点移動経路ＭＰが比較的長い場合はレーザパワーＬＰ１を変化させる一方で、教示点ＴＰ_α及びＴＰ_γの間の照射点移動経路ＭＰが比較的短い場合はレーザパワーＬＰ１を一定に制御する。

【0133】

また、図１８に示す形態においては、図２０に示す教示点ＴＰ_αから教示点ＴＰ_γまでの照射点移動経路ＭＰは、ＴＰ１１→ＴＰ１２の経路、ＴＰ１２→ＴＰ１５までの経路、ＴＰ１５→ＴＰ１６の経路、及び、ＴＰ１６→ＴＰ１１の経路であり得る。また、図１９に示す形態においては、図２０に示す教示点ＴＰ_αから教示点ＴＰ_γまでの照射点移動経路ＭＰは、ＴＰ１１→ＴＰ１２の経路、及び、ＴＰ１２→ＴＰ１１までの経路であり得る。

【0134】

なお、上述の作業条件ＣＤにおいて、レーザパワーＬＰ１及び焦点位置ＦＰ１の代わりに（又は、加えて）、ステップＳ２で加熱領域ＨＡに照射されるレーザ光ＬＢ１の集光密度ρ１を定めてもよい。集光密度ρ１は、例えば、ワークＷ１上の照射点Ｐ１の単位面積当たりのレーザパワーＬＰ１（すなわち、ρ１＝ＬＰ１／Ｅ１）として、定義され得る。

【0135】

また、上述の作業条件ＣＤにおいて、レーザパワーＬＰ２及び焦点位置ＦＰ２の代わりに（又は、加えて）、ステップＳ４で溶接箇所ＷＬに照射されるレーザ光ＬＢ２の集光密度ρ２を定めてもよい。集光密度ρ２は、例えば、ワークＷ１上の照射点Ｐ２の単位面積当たりのレーザパワーＬＰ２（すなわち、ρ２＝ＬＰ２／Ｅ２）として、定義され得る。ここで、ワークＷ１上の照射点Ｐの面積Ｅは、上述したように、レーザ光ＬＢの焦点位置ＦＰに依存する。よって、集光密度ρは、レーザ光ＬＢのレーザパワーＬＰと、該レーザ光ＬＢの焦点位置ＦＰとを適宜選択することによって、制御可能である。

【0136】

ここで、作業条件ＣＤにおいて、ステップＳ２におけるレーザ光ＬＢ１の集光密度ρ１は、ステップＳ４におけるレーザ光ＬＢ２の集光密度ρ２よりも小さい値に設定されてもよい（ρ１＜ρ２）。例えば、プロセッサ５０は、ステップＳ２において、レーザパワーＬＰ１を５［ｋＷ］に制御し、焦点位置ＦＰ１を、ワークＷ１の上面から上方へ１０［ｍｍ］の位置に制御する。この場合、照射点Ｐ１の直径が約０．９［ｍｍ］となり、面積Ｅ１は、約０．６４［ｍｍ^２］となる。したがって、この場合、集光密度ρ１を、ρ１≒８［ｋＷ／ｍｍ^２］に制御できる。

【0137】

一方、プロセッサ５０は、ステップＳ４において、レーザパワーＬＰ２を２［ｋＷ］に制御し、焦点位置ＦＰ２を、ワークＷ１の上面の位置に制御する。この場合、照射点Ｐ２の直径が約０．４［ｍｍ］となり、故に、面積Ｅ２は約０．１３［ｍｍ^２］となる。したがって、この場合、集光密度ρ２を、ρ２≒１５．４［ｋＷ／ｍｍ^２］＞ρ１に制御できる。

【0138】

なお、メモリ５２は、集光密度ρを、レーザパワーＬＰ及び焦点位置ＦＰと関連付けて格納したデータテーブルＤＴ３を予め記憶してもよい。そして、プロセッサ５０は、ステップＳ２又はＳ４を実行するときに、作業条件ＣＤに設定された集光密度ρに対応するレーザパワーＬＰ及び焦点位置ＦＰをデータテーブルＤＴ３から検索し、レーザ光ＬＢを、検索したレーザパワーＬＰ及び焦点位置ＦＰでワークＷ１に照射することで、集光密度ρを制御してもよい。

【0139】

また、上述の作業条件ＣＤにおいて、速度Ｖ１の代わりに（又は、加えて）、加熱プロセスＨＰで照射点移動機構２０が照射点Ｐ１を揺動させたときに該照射点Ｐ１が照射点移動経路ＭＰを一往復するのに要する時間ｔ_ＭＰを定めてもよい。また、加熱プロセスＨＰ（ステップＳ２又はＳ２’）と本溶接プロセスＷＰ（Ｓ４）とで、同じ運転モードＯＭ（ＯＭ１又はＯＭ２）を採用してもよい。この場合、加熱プロセスＨＰ及び本溶接プロセスＷＰで、同じタイプのレーザ光ＬＢ（ＬＢ１又はＬＢ２）がワークＷ１に照射されることになる。

【0140】

また、加熱プロセスＨＰと本溶接プロセスＷＰとで、焦点位置ＦＰは同じであってもよい。この場合、加熱プロセスＨＰでの照射点Ｐ１の面積Ｅ１と、本溶接プロセスＷＰでの照射点Ｐ２の面積Ｅ２とは、略同じとなる。また、加熱プロセスＨＰと本溶接プロセスＷＰとで、レーザパワーＬＰは同じであってもよい（ＬＰ１＝ＬＰ２）。

【0141】

また、レーザ溶接システム１０は、レーザ発振器１２、レーザ照射装置１６、照射装置移動機構１８、及び照射点移動機構２０を個別に制御する複数の制御装置２２を備えてもよい。また、加熱領域ＨＡ（教示点ＴＰｎ、照射点移動経路ＭＰ）は、被覆材１０２の第１の層１０２ａに限らず、母材１００に対して設定されてもよい。

【0142】

また、加熱領域ＨＡをワークＷ１（被覆材１０２の第１の層１０２ａ）に設定する一方、溶接箇所ＷＬをワークＷ２（被覆材１１２の第２の層１１２ｂ）に設定してもよい。この場合において、プロセッサ５０は、加熱プロセスＨＰにおいて、レーザ光ＬＢ１をワークＷ１に対し上側から照射する一方、本溶接プロセスＷＰにおいて、レーザ光ＬＢ２をワークＷ２に対し下側から照射してもよい。

【0143】

この場合、レーザ溶接システム１０、７０は、レーザ光ＬＢ２をワークＷ２の下側から照射可能な第２のレーザ照射装置１８Ｂと、ワークＷ２上の照射点Ｐ２を移動させる第２の照射点移動機構２０Ｂとをさらに備えてもよい。加熱領域ＨＡをワークＷ１に設定する一方、溶接箇所ＷＬをワークＷ２に設定した場合、加熱領域ＨＡと溶接箇所ＷＬとは座標系Ｃ１のｚ軸方向に離隔するが、図５に示すようにｚ軸方向から見た場合、溶接箇所ＷＬが加熱領域ＨＡ内に包含されていると見做すことができる。

【0144】

また、ワークＷ１及びＷ２の一方は、被覆材１０２又は１１２を有さなくてもよい。例えば、ワークＷ１が被覆材１０２を有していない場合、ワークＷ１は母材１００からなり、該母材１００の下面１０６が、ワークＷ２の上面（被覆材１１２の第１の層１１２ａの上面）と面接触するように、ワークＷ１及びＷ２が重ね合わされる。この場合、被覆材１１２の第１の層１１２ａが、母材１００及び１１０の間に介挿される。

【0145】

なお、母材１００及び１１０は、互いに異なる種類の金属であってもよい。また、被覆材１０２及び１１２は、互いに異なる種類の金属であってもよい。この場合において、加熱プロセスＨＰにおいて、合わせ面領域ＳＥ’を、被覆材１０２及び１１２の沸点以上、且つ、母材１００（及び母材１１０）の融点よりも低い温度まで加熱してもよい。また、被覆材１０２及び１１２は、金属以外の材料（例えば、樹脂）であってもよい。

【0146】

以上、実施形態を通じて本開示を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。

【符号の説明】

【0147】

１０，７０ レーザ溶接システム
１２ レーザ発振器
１４ 導光部材
１６ レーザ照射装置
１８ 照射装置移動機構
２０ 照射点移動機構
２２ 制御装置
５０ プロセッサ
７２ 温度センサ

【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】