レーザ溶接品質判定方法及びその装置
【課題】溶接不良誤判定を抑制し且つ画像処理負荷を抑制できるレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定装置を提供する。
【解決手段】本発明によるレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定装置は、所定のレーザ溶接装置によりレーザ光（Ｌａ）を照射して重ね合わされた板状の被溶接部材（Ｐ１、Ｐ１）を互いに溶接する際の溶接部（ｂ）の溶接品質をその溶接中に判定する方法であって、被溶接部材の溶接部にレーザ光を照射した際に溶接部から発生する光の強度に基づいて溶接部の溶接の不良の有無を判定する第１判定ステップと、この第１判定ステップにより溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ、その溶接不良であると判定された溶接部の光像を所定の画像処理装置により画像処理して、その溶接部の溶接状態を判定する第２判定ステップと、を有する。
【解決手段】本発明によるレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定装置は、所定のレーザ溶接装置によりレーザ光（Ｌａ）を照射して重ね合わされた板状の被溶接部材（Ｐ１、Ｐ１）を互いに溶接する際の溶接部（ｂ）の溶接品質をその溶接中に判定する方法であって、被溶接部材の溶接部にレーザ光を照射した際に溶接部から発生する光の強度に基づいて溶接部の溶接の不良の有無を判定する第１判定ステップと、この第１判定ステップにより溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ、その溶接不良であると判定された溶接部の光像を所定の画像処理装置により画像処理して、その溶接部の溶接状態を判定する第２判定ステップと、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接品質判定方法及びその装置に係り、特に、所定のレーザ溶接装置によりレーザ光を照射して重ね合わされた板状の被溶接部材を互いに溶接する際の溶接部の溶接品質を判定するレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動車の車体のルーフやピラーなどにおいて、板と板とを両側から電極で加圧するスポット溶接を用いて互いに接合することが知られている。このようなスポット溶接では、スポット溶接用のシャンクの撓みによる板との接触による分流により溶接不良が生じたり、自動車の場合であれば、車体剛性を高めるために溶接箇所を複数設けなければならないなどの問題があった。
【０００３】
一方、レーザ溶接であれば、板の片方側からレーザ光を当てるものであり、連続溶接（線状に溶接）も可能であるので、近年、よく用いられるようになってきている。しかしながら、レーザ溶接では、スポット溶接のように、板と板を両側から加圧するものではないので、板と板との隙間（板間隙）の管理が難しく、スポット溶接よりも溶接不良が生じやすい、即ち、溶接部に欠陥（吹上げ、溶け落ち、穴あき、アンダーフィル、ビット発生など）が生じるという問題があった。
【０００４】
そのため、レーザ溶接部の品質を判定する必然性、或いは、板間隙を管理する必要が生じることになる。
そこで、従来、例えば、特許文献１には、レーザ溶接時の被溶接物のキーホール部に発生するプラズマ光像を高速度カメラにより取込み、得られた画像を即時且つ連続して画像処理することにより、プラズマ光像の傾き角を求めて、溶接品質の良否を判定するレーザ溶接品質検査方法及び装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、レーザ溶接した箇所が板間隙により異常が生じることが開示されていると共に、レーザ溶接した箇所からの光の周波数成分の変動を解析してそのレーザ溶接部の品質を判定するレーザ溶接部の品質判定装置及び方法などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０６６２６７
【特許文献２】特開２００６−１５９２４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の方法及び装置は、キーホール部からのプラズマ光を即時且つ連続して画像処理して溶接するものであり、その処理装置の処理能力の負荷が非常に重たいものになる。また、高速度カメラを用いたり、処理装置の高いコンピュータを用いたりするので、コストが高いものになってしまう。
【０００８】
ここで、レーザ溶接においては、所謂、溶け落ちと言われるような溶接不良が生じ、最終的に穴あきと言われる欠陥が生じる場合がある。ところが、溶け落ちた金属（レーザ光により溶かされた被溶接物である金属板）は、板間隙や板間の傾きの状態によっては、まだ溶けた状態の金属の表面張力などにより、再度、その溶接部の穴あきの部分を埋め戻すように流動するような現象が生じて、結果的に穴あきの欠陥が生じないことがある。なお、このような場合でも、溶接強度は保たれる。
【０００９】
このような現象に対し、上述した特許文献２の方法及び装置では、レーザ光を照射した溶接部から発生する光のみで溶接部の品質を判定しているため、そのような、結果的に穴あきの欠陥が生じない場合も、欠陥である、と誤判定（溶接不良誤判定）をしてしまうものである。
【００１０】
また、特許文献２の方法及び装置では、高速度カメラを用いて、キーホール部、からのプラズマ光を即時に画像処理しているものであり、溶接した瞬間を画像処理するようにしているので、上述したような溶接不良誤判定をしてしまう可能性は高い。
【００１１】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、画像処理負荷を抑制できるレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、溶接不良誤判定を抑制し且つ画像処理負荷を抑制できるレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定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】
【００１２】
上記の目的を達成するために本発明は、所定のレーザ溶接装置によりレーザ光を照射して重ね合わされた板状の被溶接部材を互いに溶接する際の溶接部の溶接品質をその溶接中に判定する方法であって、被溶接部材の溶接部にレーザ光を照射した際に溶接部から発生する光の強度に基づいて溶接部の溶接の不良の有無を判定する第１判定ステップと、この第１判定ステップにより溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ、その溶接不良であると判定された溶接部の光像を所定の画像処理装置により画像処理して、その溶接部の溶接状態を判定する第２判定ステップと、を有することを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明においては、第１判定ステップにより、溶接中の重ね合わされた板状の被溶接部材の溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ、第２判定ステップにより、その溶接不良であると判定された溶接部の光像を所定の画像処理装置により画像処理して、その溶接部の溶接状態を判定するので、所定の画像処理装置による画像処理負荷を抑制することが出来る。
【００１４】
本発明において、好ましくは、第２判定ステップは、第１判定ステップから所定時間の後に実行される。
このように構成された本発明においては、第１判定ステップによる溶接不良検出から所定時間の後に、第２判定ステップによる溶接部の溶接状態の判定が行われるので、例えば、第１判定ステップにおいて抜け落ちとして溶接不良と判定された溶接部が、その所定時間の間に埋め戻しなどの現象が生じた場合、第２判定ステップにおいて、溶接状態としては、穴あきなどの欠陥が生じていないと判定され、その結果、溶接不良誤判定を抑制することが出来る。また、画像処理を行う第２判定ステップは、第１判定ステップから所定時間の後に実行されるので、溶接不良であると判定された溶接部の画像取り込みを容易に行うことが出来る。さらに、画像処理により溶接状態を判定する第２判定ステップは、第１判定ステップにより溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ実行されるので、所定の画像処理装置による画像処理負荷も抑制される。
【００１５】
上記の目的を達成するために本発明は、重ね合わされた板状の被溶接部材の溶接部にレーザ光を照射してそれらの板状の被溶接部材を互いに溶接するレーザ光照射手段と、このレーザ光照射手段によりレーザ光が照射された溶接部から発生する光を検出する光検出手段と、この光検出手段により検出された溶接部から発生する光の強度に基づいて溶接部の溶接の不良の有無を判定する第１判定手段と、被溶接部材の溶接進行方向に対して、レーザ光照射手段の後方側に設けられ、溶接部から発生する光の光像を取り込む画像取込手段と、この画像取込手段により取り込まれた溶接部の光像を画像解析して、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定する第２画像処理判定手段と、第１判定手段により溶接部が溶接不良であると判定されたときのみ、その溶接不良であると判定された溶接部について、画像取込手段により取り込まれた溶接部の光像を画像解析して、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定するよう第２画像処理判定手段を制御する制御手段と、を有することを特徴としている。
【００１６】
このように構成された本発明においては、レーザ光照射手段により溶接されている重ね合わされた板状の被溶接部材の溶接部から発生する光の強度に基づいて溶接部の溶接の不良の有無を判定する第１判定手段により、まず、溶接部の溶接の不良の有無が判定され、制御手段は、この第１判定手段により溶接部が溶接不良であると判定されたときのみ、溶接不良であると判定された溶接部について、画像取込手段により取り込まれた溶接部の光像を画像解析し、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定するよう第２画像処理判定手段を制御するので、第２画像処理判定手段による画像処理負荷を抑制することが出来る。
【００１７】
本発明において、好ましくは、制御手段は、第１判定手段により溶接部が溶接不良であると判定された所定時間後に、溶接不良であると判定された溶接部について、画像取込手段により取り込まれた溶接部の光像を画像解析して、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定するよう第２画像処理判定手段を制御する。
このように構成された本発明においては、第１判定手段による溶接不良検出から所定時間の後に、溶接不良であると判定された溶接部について、第２画像処理判定手段による溶接部の溶接状態の判定が行われるので、例えば、第１判定手段において抜け落ちとして溶接不良と判定された溶接部が、その所定時間の間に埋め戻しなどの現象が生じた場合、第２画像処理判定手段において、溶接状態としては、穴あきなどの欠陥が生じていないと判定され、その結果、溶接不良誤判定を抑制することが出来る。また、第２画像処理判定手段は、第１判定手段から所定時間の後に画像処理を行うので、画像取込手段による溶接部から発生する光の光像の取り込みを溶接中随時行う場合、或いは、第１判定手段により溶接部が溶接不良であると判定されたときのみその光像の取り込みを行う場合を含め、溶接不良であると判定された溶接部の画像処理を適切に実行することが出来る。さらに、制御手段は、第１判定手段により溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ、第２画像処理判定手段を実行させるよう制御するので、第２画像処理判定手段による画像処理負荷も抑制される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によるレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定装置によれば、画像処理負荷を抑制しつつレーザ溶接の溶接部の品質の判定をすることが出来る。また、溶接不良誤判定を抑制し且つ画像処理負荷を抑制しつつレーザ溶接の溶接部の品質の判定をすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置の概略構成を示す概略図である。
【図２】レーザ光が照射された被溶接物の溶融状態とその溶接部で発生する光をいずれも説明のために可視化して示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置により実行されるレーザ溶接品質判定方法による処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】レーザ溶接中における溶接品質判定中の被溶接部品の状態及び溶接品質判定状況を示す図１及び図２に対応する概略図である。
【図５】重ねあわされた板状の被溶接部材の溶接部の溶接状態をそれぞれ示す図である。
【図６】溶融池をレーザ光を照射する方向から見た平面図であり、その図６（ａ）はレーザ光を照射したある時点での溶接部の状態を示し、図６（ｂ）、（ｃ）は、そのある時点から所定時間後の状態をそれぞれ示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定装置を説明する。
先ず、図１により、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置を説明する。
図１は、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置の概略構成を示す概略図である。
先ず、図１に示すように、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１は、レーザ溶接機２と一体的に構成されている。レーザ溶接機２は、レーザ発振器４と、レーザ発振器４から出力されたレーザ光Ｌａを伝送する伝送ファイバ６と、伝送ファイバ６から所定の角度で広がるレーザ光Ｌａを平行光に変換するコリメートレンズ８と、平行光となったレーザ光を被溶接物の溶接点ｂに集光させるフォーカスレンズ１０と、を有し、レンズ８、１０は、加工ヘッド１２内に設けられている。
【００２１】
本実施形態では、被溶接物は、自動車のルーフやドアなどに使用される亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２を想定し、これらを重ね合わせて、レーザ溶接機２によりレーザ光Ｌａを照射して互いに溶接するものとする。
【００２２】
また、レーザ溶接機２の加工ヘッド１２内には、溶接点ｂで発生する光Ｌｂのみを側方に反射するように斜めに傾けられたハーフミラー１４が設けられている。光Ｌｂについては、図２を用いて後述する。
【００２３】
本実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１は、このハーフミラー１４で反射された光Ｌｂを検出する光検出機１６を有する。この光検出機１６は、検出された光Ｌｂの強度に基づいて溶接点ｂの溶接の不良の有無を判定する。
【００２４】
また、本実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１は、加工ヘッド１２に取り付けられた画像処理装置１８を有し、その画像処理装置１８の被加工物側には、後述する、溶接部の溶融池から発生する光の光像を取り込むためのカメラ２０が取り付けられている。画像処理装置１８は、カメラ２０により取り込まれた光像を画像解析し、その解析した画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態（欠陥の有無、どのような溶接形態であるか、溶接不良であるか否かなど）を判定する。
【００２５】
また、本実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１は、光検出機１６及び画像処理装置１８にそれぞれ接続された制御装置２２を有する。この制御装置２２は、後述するように、光検出機１６により検出された光Ｌｂによる溶接点ｂの溶接の不良の有無の判定結果に基づいて、画像処理装置１８を制御する。また、制御装置２２は、レーザ溶接機２の制御装置も兼ねており、レーザ発振器４のオンオフも制御する。
【００２６】
なお、この制御装置２２により、光検出機１６により検出された光Ｌｂの強度に基づいて溶接点ｂの溶接の不良の有無を判定するようにしても良い。また、この制御装置２２により、画像処理装置１８により解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定するようにしても良い。また、制御装置２２は、図１上で別体のものとして示しているが、画像処理装置２０や、光検出機１６や、レーザ溶接機２などに内蔵されていても良い。
【００２７】
次に、図２により、レーザ光Ｌａが照射された被溶接物の溶融状態と溶接点ｂで発生する光Ｌｂについて説明する。図２は、レーザ光が照射された被溶接物の溶融状態とその溶接部で発生する光をいずれも説明のために可視化して示す概念図である。
【００２８】
先ず、レーザ光が照射された被溶接物の溶融状態を説明する。
図２に示すように、溶接点ｂに集光されたレーザ光Ｌａ（図示せず）により、被加工物Ｐは加熱され、溶融、或いは、蒸発（沸騰）する。溶接点ｂでは、激しい沸騰による蒸気圧でキーホールと呼ばれる穴があく。本実施形態では、そのレーザ溶接プロセスにおいて、図１に示す加工ヘッド１２（レーザ溶接品質判定装置１全体）は、亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２に対し、図１上の右側から左側に相対的に移動しながらレーザ溶接するようにしており、図２に示すように、その溶接進行方向の後方には、溶融した金属がたまる溶融池が形成される。この溶融池では、溶けた金属が、徐々に放熱しながら凝固するようになっている。この溶融池での溶融金属の凝固していく過程では、もし、溶接点ｂで、「溶け落ち」や「穴あき」（図５参照）などの欠陥が生じていても、板間隙（レーザ溶接する亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２間の隙間）やそれらの板間の傾きの状態によっては、まだ溶けた状態の金属の表面張力などにより、再度、その溶接部の「溶け落ち」や「穴あき」の部分を埋め戻すように流動するようないわゆる「埋め戻し」現象が生じて、結果的に「溶け落ち」や「穴あき」などの欠陥が生じないことがある。なお、亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２が、亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２に対して相対移動するようにレーザ溶接しても良く、その場合も図２に示す状態と同様の溶融状態となる。
【００２９】
次に、溶接部で発生する光を説明する。
溶接部で発生する光は、図２に示すように、主に、被溶接物に吸収されなかったレーザ光自体が反射される光（波長１０６０ｎｍ近傍）と、キーホールからの金属の蒸発によって発生するプラズマ光（波長１１００ｎｍ以上）と、溶融池の溶融金属熱の放射による赤外線（６００ｎｍ以下）と、がある。
本実施形態では、光検出機１６では、光Ｌｂとして、特定の波長領域に分光する分光フィルタ（図示せず）を使用して分光し、レーザの反射光及びプラズマ光を検出するようにしている。
【００３０】
次に、図３乃至図６により、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質装置により実行される本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定方法を説明する。
図３は、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置により実行されるレーザ溶接品質判定方法による処理の一例を示すフローチャートであり、図４は、レーザ溶接中における溶接品質判定中の被溶接部品の状態及び溶接品質判定状況を示す図１及び図２に対応する概略図であり、図５（ａ）乃至（ｃ）は、重ねあわされた板状の被溶接部材の溶接部の溶接状態をそれぞれ示す図であり、図６は、溶融池をレーザ光を照射する方向である上方から見た平面図であり、その図６（ａ）はレーザ光を照射したある時点での溶接部の状態を示し、図６（ｂ）、（ｃ）は、そのある時点から所定時間後の状態をそれぞれ示す図である。図３において、Ｓは、各ステップを示す。
【００３１】
先ず、図３に示すように、Ｓ１において、図１に示す制御装置２２によりレーザ発振器４がオンし、レーザ溶接機２によるレーザ溶接を開始すると共に、図示しない移動装置により、レーザ溶接品質判定装置１全体を図４の矢印Ａに示す方向（溶接進行方向）に移動させ、被溶接部品である亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２の連続溶接（線状に溶接）を開始する。
【００３２】
次に、Ｓ２に進み、図１に示す光検出機１６が、被溶接部材Ｐ１、Ｐ２の溶接部にレーザ光Ｌａを照射した際に溶接部から発生する光Ｌｂの強度を検出する。
次に、Ｓ３に進み、光検出機１６が、Ｓ２で検出した光Ｌｂの強度に基づいて溶接点ｂの溶接の不良の有無を判定する。このＳ３では、例えば、図５（ａ）に示すようないわゆる「溶け落ち」と呼ばれる状態や、図５（ｂ）に示すようないわゆる「穴あき」と呼ばれる状態のような欠陥があるか否かを検出する。欠陥としては、その他に、吹上げ、アンダーフィル、ビット発生などがある。
【００３３】
Ｓ３において、欠陥が検出されなかった場合は、レーザ溶接が良好に行われたものとしてＳ４に進み、このＳ４の後、本実施形態の場合、Ｓ２に戻る。
【００３４】
Ｓ３において、欠陥が検出された場合は、Ｓ５に進む。
ここで、欠陥が検出された場合には、例えば、図６（ａ）に示すように、溶接部の溶接点ｂは、その上方から見ると、溶け落ちていたり（図５（ａ）のような状態）、穴あき（図５（ｂ）のような状態）が生じていることが視覚的に分かる。上述したように、溶接点ｂにおいて「溶け落ち」や「穴あき」などの欠陥が生じていても、板間隙やそれらの板間の傾きの状態によっては、溶融池での溶融金属の凝固していく過程で、まだ溶けた状態の金属の表面張力などにより、再度、その溶接部の「溶け落ち」や「穴あき」の部分を埋め戻すように流動するようないわゆる「埋め戻し」現象が生じて、結果的に「溶け落ち」や「穴あき」などの欠陥が生じないことがある。
【００３５】
そこで、本実施形態では、レーザ溶接が連続溶接であることを利用して、即ち、レーザ溶接品質判定装置１全体が矢印Ａの方向に移動していることを利用して、図４及び図６に示すように、欠陥が生じていると判定されたある時点での溶接点ｂの真上に、所定時間後、画像処理装置１８及びカメラ２０が到着したとき（図４では、所定時間後の画像処理装置１８、カメラ２０、溶融池を仮想線で示す。また、図６において、所定時間後の溶接点ｂを、図６（ｂ）では溶接点ｂ’とし、図６（ｃ）では溶接点ｂ”とする）、その溶接点ｂ’（或いは溶接点ｂ”）において「埋め戻し」現象が生じ、結果的に「溶け落ち」や「穴あき」などの欠陥が無くなっているか否かを画像処理装置１８による画像処理により判定するようにしている。そして、そのようなことが可能なように、画像処理装置１８及びカメラ２０は、レーザ溶接機２に一体的に取り付けられている。なお、所定時間後には、溶接点ｂは、溶融池の一部となっている。
【００３６】
具体的には、本実施形態では、制御装置２２が、Ｓ３において欠陥が検出された時点から、Ｓ３において欠陥が検出された時点から所定時間、即ち、Ｓ３の判定の時点からカメラ２０及び画像処理装置１８が、欠陥が検出された溶接点ｂの真上に来るまでの時間をカウントする。所定時間は、カメラ２０及び画像処理装置１８のレーザ溶接機２に対する相対的な取付位置と、装置１の移動速度とから計算可能である。
【００３７】
そして、所定時間後に、Ｓ５において、カメラ２０により溶接点ｂ’（或いは溶接点ｂ”）の光像を取り込み、Ｓ６において、画像処理装置１８により、Ｓ５で取り込んだ光像を画像処理装置１８で画像解析する。
【００３８】
次に、Ｓ７において、Ｓ６で解析した画像解析結果に基づいて溶接点ｂ’（或いは溶接点ｂ”）の溶接状態（欠陥の有無、どのような溶接形態であるか、溶接不良であるか否かなど）を判定する。
【００３９】
Ｓ７において、例えば、図５（ｃ）及び図６（ｂ）に示すように、埋め戻し現象があり、欠陥が消滅している場合には、欠陥なし、と判定してＳ４に進む。Ｓ４の後は、Ｓ２に進み、上述した処理を繰り返す。
【００４０】
一方、Ｓ７において、例えば、図６（ｂ）のように、埋め戻し現象が生じず、或いは、生じても十分ではない場合には、欠陥あり、と判定して、Ｓ８に進む。Ｓ８では、溶接不良が生じたものとして、所定の作業員などに警報などを発する。
【００４１】
これらのＳ５乃至Ｓ７は、制御装置２２により制御される。なお、所定時間のカウント、Ｓ５乃至Ｓ７の処理を、画像処理装置１８自体で実行するように構成しても良い。なお、Ｓ５のカメラ２０による画像取込処理は、画像処理装置１８に大きな処理負担をかける訳ではないので、レーザ溶接工程中、常時行うようにし、Ｓ６による画像処理だけ、Ｓ３において欠陥が検出されたときのみ実行するようにしても良い。つまり、Ｓ５の処理を、Ｓ１とＳ２の間、或いは、Ｓ２とＳ３の間に実行するようにしても良い。
【００４２】
次に、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置及びレーザ溶接品質判定方法の作用効果を説明する。
【００４３】
先ず、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１の作用効果を説明する。
本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１は、レーザ溶接機２により溶接される重ね合わされた板状の亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２の溶接部（溶接点ｂ）から発生する光Ｌｂの強度に基づいて溶接部の溶接の不良の有無を判定する光検出機１６或いは制御装置２２により、まず、溶接部の溶接の不良の有無が判定され、画像処理装置１８は、この光検出機１６或いは制御装置２２により溶接部が溶接不良であると判定されたときのみ、カメラ２０により取り込まれた溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）の光像を画像解析し、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）の溶接状態を判定するので、画像処理装置１８による画像処理負荷を抑制することが出来る。
【００４４】
また、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１は、光検出機１６或いは制御装置２２により溶接部（溶接点ｂ）が溶接不良であると判定されたときのみ、カメラ２０により、溶接不良であると判定された溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）から発生する光の光像を取り込むので、必要最小限な画像取り込みを行うことが出来る。
【００４５】
また、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１は、光検出機１６或いは制御装置２２により溶接部（溶接点ｂ）が溶接不良であると判定された所定時間後に、画像処理装置１８により解析された画像解析結果に基づいて溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）の溶接状態を判定するので、例えば、第１判定手段において抜け落ちとして溶接不良と判定された溶接部（溶接点ｂ）が、その所定時間の間に埋め戻しなどの現象が生じた場合、画像処理装置１８において、溶接状態としては、穴あきなどの欠陥が生じていないと判定され、その結果、溶接不良誤判定を抑制することが出来る。また、画像処理装置１８は、光検出機１６或いは制御装置２２による溶接不良の判定時点から所定時間の後に画像処理を行うので、溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）から発生する光の光像の取り込みを溶接中カメラ２０により随時行う場合、或いは、溶接部（溶接点ｂ）が溶接不良であると判定されたときのみその溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）の光像の取り込みを行う場合を含め、溶接不良であると判定された溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）の画像処理を適切に実行することが出来る。さらに、制御手段２２は、溶接部（溶接点ｂ）の溶接が不良であると判定されたときのみ、画像処理装置１８による画像処理を実行させるよう制御するので、画像処理装置１８による画像処理負荷が抑制される。
【００４６】
次に、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定方法の作用効果を説明する。
本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定方法は、レーザ溶接機２によりレーザ光Ｌａを照射して重ね合わされた亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２を互いに溶接する際の溶接部（溶接点ｂ）の溶接品質をその溶接中に判定する方法であり、被溶接部材である亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２（以下、被溶接部材とする）の溶接部にレーザ光を照射した際に溶接部から発生する光の強度に基づいて溶接部（溶接点ｂ）の溶接の不良の有無を判定する判定ステップＳ３（図３参照）と、この判定ステップＳ３により溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ、その溶接不良であると判定された溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）の光像を画像処理装置１８により画像処理して（図３のＳ６）、その溶接部の溶接状態を判定する判定ステップ（Ｓ７）と、を有している。従って、第１判定ステップ（Ｓ３）により、溶接中の重ね合わされた板状の被溶接部材の溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ、第２判定ステップ（Ｓ６、Ｓ７）により、その溶接不良であると判定された溶接部の光像を画像処理装置１８により画像処理して、その溶接部の溶接状態を判定するので、画像処理装置１８の画像処理負荷を抑制することが出来る。
【００４７】
また、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定方法は、上述したＳ６、Ｓ７による判定ステップは、上述したＳ３による判定ステップから所定時間の後に実行されるので、例えば、Ｓ３による判定ステップにおいて抜け落ちとして溶接不良と判定された溶接部（溶接点ｂ）が、その所定時間の間に埋め戻しなどの現象が生じた場合、Ｓ６、Ｓ７による判定ステップにおいて、溶接状態としては、穴あきなどの欠陥が生じていないと判定され、その結果、溶接不良誤判定を抑制することが出来る。また、画像処理を行うＳ６、Ｓ７による判定ステップは、Ｓ３による判定ステップから所定時間の後に実行されるので、溶接不良であると判定された溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）の画像取り込みを容易に行うことが出来る。さらに、画像処理により溶接状態を判定するＳ６、Ｓ７による判定ステップは、Ｓ３による判定ステップにより溶接部（溶接点ｂ）の溶接が不良であると判定されたときのみ実行されるので、画像処理装置１８による画像処理負荷が抑制される。
【００４８】
以上、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定装置によれば、溶接不良誤判定を抑制し且つ画像処理負荷を抑制しつつレーザ溶接の溶接部の品質の判定をすることが出来る。
【符号の説明】
【００４９】
１ レーザ溶接品質判定装置
２ レーザ溶接機
８ コリメートレンズ
１０ フォーカスレンズ
１２ 加工ヘッド
１４ ハーフミラー
１６ 光検出機
１８ 画像処理装置
２０ カメラ
２２ 制御装置
ｂ 溶接点
Ｌａ レーザ光
Ｌｂ 溶接点ｂで発生する光Ｌｂ
Ｐ１、Ｐ２ 亜鉛メッキ鋼板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接品質判定方法及びその装置に係り、特に、所定のレーザ溶接装置によりレーザ光を照射して重ね合わされた板状の被溶接部材を互いに溶接する際の溶接部の溶接品質を判定するレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動車の車体のルーフやピラーなどにおいて、板と板とを両側から電極で加圧するスポット溶接を用いて互いに接合することが知られている。このようなスポット溶接では、スポット溶接用のシャンクの撓みによる板との接触による分流により溶接不良が生じたり、自動車の場合であれば、車体剛性を高めるために溶接箇所を複数設けなければならないなどの問題があった。
【０００３】
一方、レーザ溶接であれば、板の片方側からレーザ光を当てるものであり、連続溶接（線状に溶接）も可能であるので、近年、よく用いられるようになってきている。しかしながら、レーザ溶接では、スポット溶接のように、板と板を両側から加圧するものではないので、板と板との隙間（板間隙）の管理が難しく、スポット溶接よりも溶接不良が生じやすい、即ち、溶接部に欠陥（吹上げ、溶け落ち、穴あき、アンダーフィル、ビット発生など）が生じるという問題があった。
【０００４】
そのため、レーザ溶接部の品質を判定する必然性、或いは、板間隙を管理する必要が生じることになる。
そこで、従来、例えば、特許文献１には、レーザ溶接時の被溶接物のキーホール部に発生するプラズマ光像を高速度カメラにより取込み、得られた画像を即時且つ連続して画像処理することにより、プラズマ光像の傾き角を求めて、溶接品質の良否を判定するレーザ溶接品質検査方法及び装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、レーザ溶接した箇所が板間隙により異常が生じることが開示されていると共に、レーザ溶接した箇所からの光の周波数成分の変動を解析してそのレーザ溶接部の品質を判定するレーザ溶接部の品質判定装置及び方法などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０６６２６７
【特許文献２】特開２００６−１５９２４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の方法及び装置は、キーホール部からのプラズマ光を即時且つ連続して画像処理して溶接するものであり、その処理装置の処理能力の負荷が非常に重たいものになる。また、高速度カメラを用いたり、処理装置の高いコンピュータを用いたりするので、コストが高いものになってしまう。
【０００８】
ここで、レーザ溶接においては、所謂、溶け落ちと言われるような溶接不良が生じ、最終的に穴あきと言われる欠陥が生じる場合がある。ところが、溶け落ちた金属（レーザ光により溶かされた被溶接物である金属板）は、板間隙や板間の傾きの状態によっては、まだ溶けた状態の金属の表面張力などにより、再度、その溶接部の穴あきの部分を埋め戻すように流動するような現象が生じて、結果的に穴あきの欠陥が生じないことがある。なお、このような場合でも、溶接強度は保たれる。
【０００９】
このような現象に対し、上述した特許文献２の方法及び装置では、レーザ光を照射した溶接部から発生する光のみで溶接部の品質を判定しているため、そのような、結果的に穴あきの欠陥が生じない場合も、欠陥である、と誤判定（溶接不良誤判定）をしてしまうものである。
【００１０】
また、特許文献２の方法及び装置では、高速度カメラを用いて、キーホール部、からのプラズマ光を即時に画像処理しているものであり、溶接した瞬間を画像処理するようにしているので、上述したような溶接不良誤判定をしてしまう可能性は高い。
【００１１】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、画像処理負荷を抑制できるレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、溶接不良誤判定を抑制し且つ画像処理負荷を抑制できるレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定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】
【００１２】
上記の目的を達成するために本発明は、所定のレーザ溶接装置によりレーザ光を照射して重ね合わされた板状の被溶接部材を互いに溶接する際の溶接部の溶接品質をその溶接中に判定する方法であって、被溶接部材の溶接部にレーザ光を照射した際に溶接部から発生する光の強度に基づいて溶接部の溶接の不良の有無を判定する第１判定ステップと、この第１判定ステップにより溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ、その溶接不良であると判定された溶接部の光像を所定の画像処理装置により画像処理して、その溶接部の溶接状態を判定する第２判定ステップと、を有することを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明においては、第１判定ステップにより、溶接中の重ね合わされた板状の被溶接部材の溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ、第２判定ステップにより、その溶接不良であると判定された溶接部の光像を所定の画像処理装置により画像処理して、その溶接部の溶接状態を判定するので、所定の画像処理装置による画像処理負荷を抑制することが出来る。
【００１４】
本発明において、好ましくは、第２判定ステップは、第１判定ステップから所定時間の後に実行される。
このように構成された本発明においては、第１判定ステップによる溶接不良検出から所定時間の後に、第２判定ステップによる溶接部の溶接状態の判定が行われるので、例えば、第１判定ステップにおいて抜け落ちとして溶接不良と判定された溶接部が、その所定時間の間に埋め戻しなどの現象が生じた場合、第２判定ステップにおいて、溶接状態としては、穴あきなどの欠陥が生じていないと判定され、その結果、溶接不良誤判定を抑制することが出来る。また、画像処理を行う第２判定ステップは、第１判定ステップから所定時間の後に実行されるので、溶接不良であると判定された溶接部の画像取り込みを容易に行うことが出来る。さらに、画像処理により溶接状態を判定する第２判定ステップは、第１判定ステップにより溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ実行されるので、所定の画像処理装置による画像処理負荷も抑制される。
【００１５】
上記の目的を達成するために本発明は、重ね合わされた板状の被溶接部材の溶接部にレーザ光を照射してそれらの板状の被溶接部材を互いに溶接するレーザ光照射手段と、このレーザ光照射手段によりレーザ光が照射された溶接部から発生する光を検出する光検出手段と、この光検出手段により検出された溶接部から発生する光の強度に基づいて溶接部の溶接の不良の有無を判定する第１判定手段と、被溶接部材の溶接進行方向に対して、レーザ光照射手段の後方側に設けられ、溶接部から発生する光の光像を取り込む画像取込手段と、この画像取込手段により取り込まれた溶接部の光像を画像解析して、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定する第２画像処理判定手段と、第１判定手段により溶接部が溶接不良であると判定されたときのみ、その溶接不良であると判定された溶接部について、画像取込手段により取り込まれた溶接部の光像を画像解析して、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定するよう第２画像処理判定手段を制御する制御手段と、を有することを特徴としている。
【００１６】
このように構成された本発明においては、レーザ光照射手段により溶接されている重ね合わされた板状の被溶接部材の溶接部から発生する光の強度に基づいて溶接部の溶接の不良の有無を判定する第１判定手段により、まず、溶接部の溶接の不良の有無が判定され、制御手段は、この第１判定手段により溶接部が溶接不良であると判定されたときのみ、溶接不良であると判定された溶接部について、画像取込手段により取り込まれた溶接部の光像を画像解析し、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定するよう第２画像処理判定手段を制御するので、第２画像処理判定手段による画像処理負荷を抑制することが出来る。
【００１７】
本発明において、好ましくは、制御手段は、第１判定手段により溶接部が溶接不良であると判定された所定時間後に、溶接不良であると判定された溶接部について、画像取込手段により取り込まれた溶接部の光像を画像解析して、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定するよう第２画像処理判定手段を制御する。
このように構成された本発明においては、第１判定手段による溶接不良検出から所定時間の後に、溶接不良であると判定された溶接部について、第２画像処理判定手段による溶接部の溶接状態の判定が行われるので、例えば、第１判定手段において抜け落ちとして溶接不良と判定された溶接部が、その所定時間の間に埋め戻しなどの現象が生じた場合、第２画像処理判定手段において、溶接状態としては、穴あきなどの欠陥が生じていないと判定され、その結果、溶接不良誤判定を抑制することが出来る。また、第２画像処理判定手段は、第１判定手段から所定時間の後に画像処理を行うので、画像取込手段による溶接部から発生する光の光像の取り込みを溶接中随時行う場合、或いは、第１判定手段により溶接部が溶接不良であると判定されたときのみその光像の取り込みを行う場合を含め、溶接不良であると判定された溶接部の画像処理を適切に実行することが出来る。さらに、制御手段は、第１判定手段により溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ、第２画像処理判定手段を実行させるよう制御するので、第２画像処理判定手段による画像処理負荷も抑制される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によるレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定装置によれば、画像処理負荷を抑制しつつレーザ溶接の溶接部の品質の判定をすることが出来る。また、溶接不良誤判定を抑制し且つ画像処理負荷を抑制しつつレーザ溶接の溶接部の品質の判定をすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置の概略構成を示す概略図である。
【図２】レーザ光が照射された被溶接物の溶融状態とその溶接部で発生する光をいずれも説明のために可視化して示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置により実行されるレーザ溶接品質判定方法による処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】レーザ溶接中における溶接品質判定中の被溶接部品の状態及び溶接品質判定状況を示す図１及び図２に対応する概略図である。
【図５】重ねあわされた板状の被溶接部材の溶接部の溶接状態をそれぞれ示す図である。
【図６】溶融池をレーザ光を照射する方向から見た平面図であり、その図６（ａ）はレーザ光を照射したある時点での溶接部の状態を示し、図６（ｂ）、（ｃ）は、そのある時点から所定時間後の状態をそれぞれ示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定装置を説明する。
先ず、図１により、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置を説明する。
図１は、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置の概略構成を示す概略図である。
先ず、図１に示すように、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１は、レーザ溶接機２と一体的に構成されている。レーザ溶接機２は、レーザ発振器４と、レーザ発振器４から出力されたレーザ光Ｌａを伝送する伝送ファイバ６と、伝送ファイバ６から所定の角度で広がるレーザ光Ｌａを平行光に変換するコリメートレンズ８と、平行光となったレーザ光を被溶接物の溶接点ｂに集光させるフォーカスレンズ１０と、を有し、レンズ８、１０は、加工ヘッド１２内に設けられている。
【００２１】
本実施形態では、被溶接物は、自動車のルーフやドアなどに使用される亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２を想定し、これらを重ね合わせて、レーザ溶接機２によりレーザ光Ｌａを照射して互いに溶接するものとする。
【００２２】
また、レーザ溶接機２の加工ヘッド１２内には、溶接点ｂで発生する光Ｌｂのみを側方に反射するように斜めに傾けられたハーフミラー１４が設けられている。光Ｌｂについては、図２を用いて後述する。
【００２３】
本実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１は、このハーフミラー１４で反射された光Ｌｂを検出する光検出機１６を有する。この光検出機１６は、検出された光Ｌｂの強度に基づいて溶接点ｂの溶接の不良の有無を判定する。
【００２４】
また、本実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１は、加工ヘッド１２に取り付けられた画像処理装置１８を有し、その画像処理装置１８の被加工物側には、後述する、溶接部の溶融池から発生する光の光像を取り込むためのカメラ２０が取り付けられている。画像処理装置１８は、カメラ２０により取り込まれた光像を画像解析し、その解析した画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態（欠陥の有無、どのような溶接形態であるか、溶接不良であるか否かなど）を判定する。
【００２５】
また、本実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１は、光検出機１６及び画像処理装置１８にそれぞれ接続された制御装置２２を有する。この制御装置２２は、後述するように、光検出機１６により検出された光Ｌｂによる溶接点ｂの溶接の不良の有無の判定結果に基づいて、画像処理装置１８を制御する。また、制御装置２２は、レーザ溶接機２の制御装置も兼ねており、レーザ発振器４のオンオフも制御する。
【００２６】
なお、この制御装置２２により、光検出機１６により検出された光Ｌｂの強度に基づいて溶接点ｂの溶接の不良の有無を判定するようにしても良い。また、この制御装置２２により、画像処理装置１８により解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定するようにしても良い。また、制御装置２２は、図１上で別体のものとして示しているが、画像処理装置２０や、光検出機１６や、レーザ溶接機２などに内蔵されていても良い。
【００２７】
次に、図２により、レーザ光Ｌａが照射された被溶接物の溶融状態と溶接点ｂで発生する光Ｌｂについて説明する。図２は、レーザ光が照射された被溶接物の溶融状態とその溶接部で発生する光をいずれも説明のために可視化して示す概念図である。
【００２８】
先ず、レーザ光が照射された被溶接物の溶融状態を説明する。
図２に示すように、溶接点ｂに集光されたレーザ光Ｌａ（図示せず）により、被加工物Ｐは加熱され、溶融、或いは、蒸発（沸騰）する。溶接点ｂでは、激しい沸騰による蒸気圧でキーホールと呼ばれる穴があく。本実施形態では、そのレーザ溶接プロセスにおいて、図１に示す加工ヘッド１２（レーザ溶接品質判定装置１全体）は、亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２に対し、図１上の右側から左側に相対的に移動しながらレーザ溶接するようにしており、図２に示すように、その溶接進行方向の後方には、溶融した金属がたまる溶融池が形成される。この溶融池では、溶けた金属が、徐々に放熱しながら凝固するようになっている。この溶融池での溶融金属の凝固していく過程では、もし、溶接点ｂで、「溶け落ち」や「穴あき」（図５参照）などの欠陥が生じていても、板間隙（レーザ溶接する亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２間の隙間）やそれらの板間の傾きの状態によっては、まだ溶けた状態の金属の表面張力などにより、再度、その溶接部の「溶け落ち」や「穴あき」の部分を埋め戻すように流動するようないわゆる「埋め戻し」現象が生じて、結果的に「溶け落ち」や「穴あき」などの欠陥が生じないことがある。なお、亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２が、亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２に対して相対移動するようにレーザ溶接しても良く、その場合も図２に示す状態と同様の溶融状態となる。
【００２９】
次に、溶接部で発生する光を説明する。
溶接部で発生する光は、図２に示すように、主に、被溶接物に吸収されなかったレーザ光自体が反射される光（波長１０６０ｎｍ近傍）と、キーホールからの金属の蒸発によって発生するプラズマ光（波長１１００ｎｍ以上）と、溶融池の溶融金属熱の放射による赤外線（６００ｎｍ以下）と、がある。
本実施形態では、光検出機１６では、光Ｌｂとして、特定の波長領域に分光する分光フィルタ（図示せず）を使用して分光し、レーザの反射光及びプラズマ光を検出するようにしている。
【００３０】
次に、図３乃至図６により、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質装置により実行される本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定方法を説明する。
図３は、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置により実行されるレーザ溶接品質判定方法による処理の一例を示すフローチャートであり、図４は、レーザ溶接中における溶接品質判定中の被溶接部品の状態及び溶接品質判定状況を示す図１及び図２に対応する概略図であり、図５（ａ）乃至（ｃ）は、重ねあわされた板状の被溶接部材の溶接部の溶接状態をそれぞれ示す図であり、図６は、溶融池をレーザ光を照射する方向である上方から見た平面図であり、その図６（ａ）はレーザ光を照射したある時点での溶接部の状態を示し、図６（ｂ）、（ｃ）は、そのある時点から所定時間後の状態をそれぞれ示す図である。図３において、Ｓは、各ステップを示す。
【００３１】
先ず、図３に示すように、Ｓ１において、図１に示す制御装置２２によりレーザ発振器４がオンし、レーザ溶接機２によるレーザ溶接を開始すると共に、図示しない移動装置により、レーザ溶接品質判定装置１全体を図４の矢印Ａに示す方向（溶接進行方向）に移動させ、被溶接部品である亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２の連続溶接（線状に溶接）を開始する。
【００３２】
次に、Ｓ２に進み、図１に示す光検出機１６が、被溶接部材Ｐ１、Ｐ２の溶接部にレーザ光Ｌａを照射した際に溶接部から発生する光Ｌｂの強度を検出する。
次に、Ｓ３に進み、光検出機１６が、Ｓ２で検出した光Ｌｂの強度に基づいて溶接点ｂの溶接の不良の有無を判定する。このＳ３では、例えば、図５（ａ）に示すようないわゆる「溶け落ち」と呼ばれる状態や、図５（ｂ）に示すようないわゆる「穴あき」と呼ばれる状態のような欠陥があるか否かを検出する。欠陥としては、その他に、吹上げ、アンダーフィル、ビット発生などがある。
【００３３】
Ｓ３において、欠陥が検出されなかった場合は、レーザ溶接が良好に行われたものとしてＳ４に進み、このＳ４の後、本実施形態の場合、Ｓ２に戻る。
【００３４】
Ｓ３において、欠陥が検出された場合は、Ｓ５に進む。
ここで、欠陥が検出された場合には、例えば、図６（ａ）に示すように、溶接部の溶接点ｂは、その上方から見ると、溶け落ちていたり（図５（ａ）のような状態）、穴あき（図５（ｂ）のような状態）が生じていることが視覚的に分かる。上述したように、溶接点ｂにおいて「溶け落ち」や「穴あき」などの欠陥が生じていても、板間隙やそれらの板間の傾きの状態によっては、溶融池での溶融金属の凝固していく過程で、まだ溶けた状態の金属の表面張力などにより、再度、その溶接部の「溶け落ち」や「穴あき」の部分を埋め戻すように流動するようないわゆる「埋め戻し」現象が生じて、結果的に「溶け落ち」や「穴あき」などの欠陥が生じないことがある。
【００３５】
そこで、本実施形態では、レーザ溶接が連続溶接であることを利用して、即ち、レーザ溶接品質判定装置１全体が矢印Ａの方向に移動していることを利用して、図４及び図６に示すように、欠陥が生じていると判定されたある時点での溶接点ｂの真上に、所定時間後、画像処理装置１８及びカメラ２０が到着したとき（図４では、所定時間後の画像処理装置１８、カメラ２０、溶融池を仮想線で示す。また、図６において、所定時間後の溶接点ｂを、図６（ｂ）では溶接点ｂ’とし、図６（ｃ）では溶接点ｂ”とする）、その溶接点ｂ’（或いは溶接点ｂ”）において「埋め戻し」現象が生じ、結果的に「溶け落ち」や「穴あき」などの欠陥が無くなっているか否かを画像処理装置１８による画像処理により判定するようにしている。そして、そのようなことが可能なように、画像処理装置１８及びカメラ２０は、レーザ溶接機２に一体的に取り付けられている。なお、所定時間後には、溶接点ｂは、溶融池の一部となっている。
【００３６】
具体的には、本実施形態では、制御装置２２が、Ｓ３において欠陥が検出された時点から、Ｓ３において欠陥が検出された時点から所定時間、即ち、Ｓ３の判定の時点からカメラ２０及び画像処理装置１８が、欠陥が検出された溶接点ｂの真上に来るまでの時間をカウントする。所定時間は、カメラ２０及び画像処理装置１８のレーザ溶接機２に対する相対的な取付位置と、装置１の移動速度とから計算可能である。
【００３７】
そして、所定時間後に、Ｓ５において、カメラ２０により溶接点ｂ’（或いは溶接点ｂ”）の光像を取り込み、Ｓ６において、画像処理装置１８により、Ｓ５で取り込んだ光像を画像処理装置１８で画像解析する。
【００３８】
次に、Ｓ７において、Ｓ６で解析した画像解析結果に基づいて溶接点ｂ’（或いは溶接点ｂ”）の溶接状態（欠陥の有無、どのような溶接形態であるか、溶接不良であるか否かなど）を判定する。
【００３９】
Ｓ７において、例えば、図５（ｃ）及び図６（ｂ）に示すように、埋め戻し現象があり、欠陥が消滅している場合には、欠陥なし、と判定してＳ４に進む。Ｓ４の後は、Ｓ２に進み、上述した処理を繰り返す。
【００４０】
一方、Ｓ７において、例えば、図６（ｂ）のように、埋め戻し現象が生じず、或いは、生じても十分ではない場合には、欠陥あり、と判定して、Ｓ８に進む。Ｓ８では、溶接不良が生じたものとして、所定の作業員などに警報などを発する。
【００４１】
これらのＳ５乃至Ｓ７は、制御装置２２により制御される。なお、所定時間のカウント、Ｓ５乃至Ｓ７の処理を、画像処理装置１８自体で実行するように構成しても良い。なお、Ｓ５のカメラ２０による画像取込処理は、画像処理装置１８に大きな処理負担をかける訳ではないので、レーザ溶接工程中、常時行うようにし、Ｓ６による画像処理だけ、Ｓ３において欠陥が検出されたときのみ実行するようにしても良い。つまり、Ｓ５の処理を、Ｓ１とＳ２の間、或いは、Ｓ２とＳ３の間に実行するようにしても良い。
【００４２】
次に、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置及びレーザ溶接品質判定方法の作用効果を説明する。
【００４３】
先ず、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１の作用効果を説明する。
本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１は、レーザ溶接機２により溶接される重ね合わされた板状の亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２の溶接部（溶接点ｂ）から発生する光Ｌｂの強度に基づいて溶接部の溶接の不良の有無を判定する光検出機１６或いは制御装置２２により、まず、溶接部の溶接の不良の有無が判定され、画像処理装置１８は、この光検出機１６或いは制御装置２２により溶接部が溶接不良であると判定されたときのみ、カメラ２０により取り込まれた溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）の光像を画像解析し、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）の溶接状態を判定するので、画像処理装置１８による画像処理負荷を抑制することが出来る。
【００４４】
また、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１は、光検出機１６或いは制御装置２２により溶接部（溶接点ｂ）が溶接不良であると判定されたときのみ、カメラ２０により、溶接不良であると判定された溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）から発生する光の光像を取り込むので、必要最小限な画像取り込みを行うことが出来る。
【００４５】
また、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定装置１は、光検出機１６或いは制御装置２２により溶接部（溶接点ｂ）が溶接不良であると判定された所定時間後に、画像処理装置１８により解析された画像解析結果に基づいて溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）の溶接状態を判定するので、例えば、第１判定手段において抜け落ちとして溶接不良と判定された溶接部（溶接点ｂ）が、その所定時間の間に埋め戻しなどの現象が生じた場合、画像処理装置１８において、溶接状態としては、穴あきなどの欠陥が生じていないと判定され、その結果、溶接不良誤判定を抑制することが出来る。また、画像処理装置１８は、光検出機１６或いは制御装置２２による溶接不良の判定時点から所定時間の後に画像処理を行うので、溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）から発生する光の光像の取り込みを溶接中カメラ２０により随時行う場合、或いは、溶接部（溶接点ｂ）が溶接不良であると判定されたときのみその溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）の光像の取り込みを行う場合を含め、溶接不良であると判定された溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）の画像処理を適切に実行することが出来る。さらに、制御手段２２は、溶接部（溶接点ｂ）の溶接が不良であると判定されたときのみ、画像処理装置１８による画像処理を実行させるよう制御するので、画像処理装置１８による画像処理負荷が抑制される。
【００４６】
次に、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定方法の作用効果を説明する。
本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定方法は、レーザ溶接機２によりレーザ光Ｌａを照射して重ね合わされた亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２を互いに溶接する際の溶接部（溶接点ｂ）の溶接品質をその溶接中に判定する方法であり、被溶接部材である亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２（以下、被溶接部材とする）の溶接部にレーザ光を照射した際に溶接部から発生する光の強度に基づいて溶接部（溶接点ｂ）の溶接の不良の有無を判定する判定ステップＳ３（図３参照）と、この判定ステップＳ３により溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ、その溶接不良であると判定された溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）の光像を画像処理装置１８により画像処理して（図３のＳ６）、その溶接部の溶接状態を判定する判定ステップ（Ｓ７）と、を有している。従って、第１判定ステップ（Ｓ３）により、溶接中の重ね合わされた板状の被溶接部材の溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ、第２判定ステップ（Ｓ６、Ｓ７）により、その溶接不良であると判定された溶接部の光像を画像処理装置１８により画像処理して、その溶接部の溶接状態を判定するので、画像処理装置１８の画像処理負荷を抑制することが出来る。
【００４７】
また、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定方法は、上述したＳ６、Ｓ７による判定ステップは、上述したＳ３による判定ステップから所定時間の後に実行されるので、例えば、Ｓ３による判定ステップにおいて抜け落ちとして溶接不良と判定された溶接部（溶接点ｂ）が、その所定時間の間に埋め戻しなどの現象が生じた場合、Ｓ６、Ｓ７による判定ステップにおいて、溶接状態としては、穴あきなどの欠陥が生じていないと判定され、その結果、溶接不良誤判定を抑制することが出来る。また、画像処理を行うＳ６、Ｓ７による判定ステップは、Ｓ３による判定ステップから所定時間の後に実行されるので、溶接不良であると判定された溶接部（溶接点ｂ’、ｂ”）の画像取り込みを容易に行うことが出来る。さらに、画像処理により溶接状態を判定するＳ６、Ｓ７による判定ステップは、Ｓ３による判定ステップにより溶接部（溶接点ｂ）の溶接が不良であると判定されたときのみ実行されるので、画像処理装置１８による画像処理負荷が抑制される。
【００４８】
以上、本発明の実施形態によるレーザ溶接品質判定方法及びレーザ溶接品質判定装置によれば、溶接不良誤判定を抑制し且つ画像処理負荷を抑制しつつレーザ溶接の溶接部の品質の判定をすることが出来る。
【符号の説明】
【００４９】
１ レーザ溶接品質判定装置
２ レーザ溶接機
８ コリメートレンズ
１０ フォーカスレンズ
１２ 加工ヘッド
１４ ハーフミラー
１６ 光検出機
１８ 画像処理装置
２０ カメラ
２２ 制御装置
ｂ 溶接点
Ｌａ レーザ光
Ｌｂ 溶接点ｂで発生する光Ｌｂ
Ｐ１、Ｐ２ 亜鉛メッキ鋼板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のレーザ溶接装置によりレーザ光を照射して重ね合わされた板状の被溶接部材を互いに溶接する際の溶接部の溶接品質をその溶接中に判定する方法であって、
上記被溶接部材の溶接部にレーザ光を照射した際に溶接部から発生する光の強度に基づいて溶接部の溶接の不良の有無を判定する第１判定ステップと、
この第１判定ステップにより溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ、その溶接不良であると判定された溶接部の光像を所定の画像処理装置により画像処理して、その溶接部の溶接状態を判定する第２判定ステップと、を有することを特徴とするレーザ溶接品質判定方法。
【請求項２】
上記第２判定ステップは、上記第１判定ステップから所定時間の後に実行される請求項１記載のレーザ溶接品質判定方法。
【請求項３】
重ね合わされた板状の被溶接部材の溶接部にレーザ光を照射してそれらの板状の被溶接部材を互いに溶接するレーザ光照射手段と、
このレーザ光照射手段によりレーザ光が照射された溶接部から発生する光を検出する光検出手段と、
この光検出手段により検出された溶接部から発生する光の強度に基づいて溶接部の溶接の不良の有無を判定する第１判定手段と、
上記被溶接部材の溶接進行方向に対して、上記レーザ光照射手段の後方側に設けられ、溶接部から発生する光の光像を取り込む画像取込手段と、
この画像取込手段により取り込まれた溶接部の光像を画像解析して、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定する第２画像処理判定手段と、
上記第１判定手段により溶接部が溶接不良であると判定されたときのみ、その溶接不良であると判定された溶接部について、上記画像取込手段により取り込まれた溶接部の光像を画像解析して、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定するよう上記第２画像処理判定手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とするレーザ溶接品質判定装置。
【請求項４】
上記制御手段は、上記第１判定手段により溶接部が溶接不良であると判定された所定時間後に、溶接不良であると判定された溶接部について、上記画像取込手段により取り込まれた溶接部の光像を画像解析して、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定するよう上記第２画像処理判定手段を制御する請求項３記載のレーザ溶接品質判定装置。
【請求項１】
所定のレーザ溶接装置によりレーザ光を照射して重ね合わされた板状の被溶接部材を互いに溶接する際の溶接部の溶接品質をその溶接中に判定する方法であって、
上記被溶接部材の溶接部にレーザ光を照射した際に溶接部から発生する光の強度に基づいて溶接部の溶接の不良の有無を判定する第１判定ステップと、
この第１判定ステップにより溶接部の溶接が不良であると判定されたときのみ、その溶接不良であると判定された溶接部の光像を所定の画像処理装置により画像処理して、その溶接部の溶接状態を判定する第２判定ステップと、を有することを特徴とするレーザ溶接品質判定方法。
【請求項２】
上記第２判定ステップは、上記第１判定ステップから所定時間の後に実行される請求項１記載のレーザ溶接品質判定方法。
【請求項３】
重ね合わされた板状の被溶接部材の溶接部にレーザ光を照射してそれらの板状の被溶接部材を互いに溶接するレーザ光照射手段と、
このレーザ光照射手段によりレーザ光が照射された溶接部から発生する光を検出する光検出手段と、
この光検出手段により検出された溶接部から発生する光の強度に基づいて溶接部の溶接の不良の有無を判定する第１判定手段と、
上記被溶接部材の溶接進行方向に対して、上記レーザ光照射手段の後方側に設けられ、溶接部から発生する光の光像を取り込む画像取込手段と、
この画像取込手段により取り込まれた溶接部の光像を画像解析して、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定する第２画像処理判定手段と、
上記第１判定手段により溶接部が溶接不良であると判定されたときのみ、その溶接不良であると判定された溶接部について、上記画像取込手段により取り込まれた溶接部の光像を画像解析して、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定するよう上記第２画像処理判定手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とするレーザ溶接品質判定装置。
【請求項４】
上記制御手段は、上記第１判定手段により溶接部が溶接不良であると判定された所定時間後に、溶接不良であると判定された溶接部について、上記画像取込手段により取り込まれた溶接部の光像を画像解析して、その解析された画像解析結果に基づいて溶接部の溶接状態を判定するよう上記第２画像処理判定手段を制御する請求項３記載のレーザ溶接品質判定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１６７６９７（Ｐ２０１１−１６７６９７Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３１０５８（Ｐ２０１０−３１０５８）
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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