溶接工作物の異常判別評価方法およびその異常判別評価装置
【課題】溶接加工における異常の検出精度の向上および異常の識別を可能とする溶接工作物の異常判別評価方法およびその異常判別評価装置を実現する。
【解決手段】溶接加工における溶接工作物の異常判別評価装置であって、溶接工作物１を保持するとともに、その溶接工作物１を回転させて溶接箇所の位置決めを行う治具装置１０と、この治具装置１０の弾性波を検出するＡＥセンサ２１とを備え、治具装置１０は、チャック部の密着圧が所定圧以上となる密着接触する保持面を有するチャック機構によって溶接工作物１を保持するように構成されている。これにより、異常の検出精度の向上および異常の識別ができる。
【解決手段】溶接加工における溶接工作物の異常判別評価装置であって、溶接工作物１を保持するとともに、その溶接工作物１を回転させて溶接箇所の位置決めを行う治具装置１０と、この治具装置１０の弾性波を検出するＡＥセンサ２１とを備え、治具装置１０は、チャック部の密着圧が所定圧以上となる密着接触する保持面を有するチャック機構によって溶接工作物１を保持するように構成されている。これにより、異常の検出精度の向上および異常の識別ができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接加工における溶接工作物の異常判別評価方法およびその異常判別評価装置に関するものであり、特に、溶接加工によって溶接工作物に発せられる弾性波を用いて溶接工作物の異常を判別、評価に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に示すように、局部的な変形や破壊が生ずるときに発生する弾性波を検出するＡＥセンサを用いて塑性加工における塑性工作物の異常の有無を判別評価する異常判別評価装置が知られている。
【０００３】
この装置では、ＡＥセンサを塑性加工装置（例えば、プレス型）に設けて、塑性加工における加工工程毎にＡＥセンサで検出された弾性波を良品加工時の弾性波と評価させることで、塑性工作物の異常の有無および異常の判別を評価している。
【特許文献１】特開２００４−３５８４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の装置では、ＡＥセンサを塑性加工装置（例えば、プレス型）に設けることで塑性工作物の異常の判別を容易に評価することができる。しかしながら、金属を加熱して接合する溶接加工においては、接合部の加熱、冷却が繰り返されると金属が伸縮するときに弾性波を発生するため溶接工作物に直接ＡＥセンサを設けることが望ましいが、これを行うと溶接加工毎にＡＥセンサの着脱が伴うことで工数が増大するため生産性の低下の問題がある。
【０００５】
また、溶接加工によって溶接工作物に発せられる弾性波はレベル値がとても小さい問題がある。さらに、溶接加工による溶接工作物の異常の有無を評価するには、概して接合部を破壊して観察する破壊試験が必要となる問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、溶接加工における異常の検出精度の向上および異常の識別を可能とする溶接工作物の異常判別評価方法およびその異常判別評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項７に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、溶接加工における溶接工作物の異常判別評価装置であって、
溶接工作物（１）を保持するとともに、その溶接工作物（１）を回転させて溶接箇所の位置決めを行う治具装置（１０）と、この治具装置（１０）の弾性波を検出するＡＥセンサ（２１）とを備え、
治具装置（１０）は、互いに密着接触する保持面によって溶接工作物（１）を保持することを特徴としている。
【０００８】
この発明によれば、溶接加工により溶接工作物（１）で発生するレベル値の小さい弾性波であっても減衰させることなく密着接触する保持面を介して治具装置（１０）に伝達させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、治具装置（１０）は、チャック部の密着圧が所定圧以上となる密着接触する保持面を有するチャック機構によって溶接工作物（１）を保持するように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、より具体的には、回転物となる溶接工作物（１）をチャック機構によって保持することにより、溶接工作物（１）で発生する弾性波を治具装置（１０）に伝達させることができる。また、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波に基づいて溶接工作物（１）の異常の検出精度の向上が図れる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、ＡＥセンサ（２１）は、弾性波を検出する圧電素子（２１ａ）とこの圧電素子（２１ａ）により検出された弾性波を増幅する増幅器（２１ｂ）とから一体に構成されていることを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、ＡＥセンサ（２１）が設けられる治具装置（１０）は、溶接工作物（１）と一緒に回転する回転物であるためＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波を増幅させることで出力信号として外部に容易に伝送することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、治具装置（１０）には、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波の出力信号を外部に伝送するスリップリングおよびブラシ機構からなる伝送装置（２２、２３）が設けられ、
この伝送装置（２２、２３）は、ＡＥセンサ（２１）からの出力信号を、ＡＥセンサ（２１）にノイズを与えることなく外部に伝送するように構成されていることを特徴としている。
【００１４】
この発明によれば、回転するスリップリングには、例えばブラシを介して外部に出力することによりＡＥセンサ（２１）にノイズを与えることがない。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波に基づいてレーザ溶接加工における異常の有無を判別して評価する異常判別制御手段（２０）が設けられ、
この異常判別制御手段（２０）は、レーザ溶接加工における溶け込み深さ、溶接ビードの長さ、溶接飛びのいずれかに識別して異常の有無を評価することを特徴としている。
【００１６】
この発明によれば、レーザ溶接では、溶け込み深さが溶接不良に起因するが、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波を良品加工時の弾性波と比較させることでこの溶接不良の有無が判別評価することができる。
【００１７】
また、溶接ビードの長さは所定の長さ未満であれば溶接不良に起因するが、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波の発生時間を監視することで溶接ビードの長さを判断することができる。
【００１８】
さらに、溶接飛びは溶接すべき箇所を溶接せずに次の溶接すべき箇所に飛んでしまう溶接不良であって、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波が出力されているか否かを監視することで溶接飛びの有無が容易に判断することができる。従って、レーザ溶接加工における溶接不良を容易に識別することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、レーザ溶接加工における溶接工作物の異常判別評価方法であって、チャック部の密着圧が所定圧以上となる密着接触する保持面を有するチャック機構によって溶接工作物（１）を保持するとともに、その溶接工作物（１）を回転させて溶接箇所の位置決めを行う治具装置（１０）と、この治具装置（１０）の弾性波を検出するＡＥセンサ（２１）と、治具装置（１０）に設けられ、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波の出力信号を外部に伝送するスリップリングからなる伝送装置（２２）とを備え、
ＡＥセンサ（２１）により検出された弾性波に基づいて、少なくとも溶け込み深さ、溶接ビードの長さ、溶接飛びのいずれかに識別して評価することを特徴としている。
【００２０】
この発明によれば、上記請求項５で述べたように、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波に基づいて、溶け込み深さ、溶接ビードの長さ、溶接飛びのいずれかに識別して評価することにより、レーザ溶接加工における溶接不良を容易に識別することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明では、ＡＥセンサ（２１）は、弾性波を検出する圧電素子（２１ａ）とこの圧電素子（２１ａ）により検出された弾性波を増幅する増幅器（２１ｂ）とから構成されていることを特徴としている。
【００２２】
この発明によれば、ＡＥセンサ（２１）が設けられる治具装置（１０）は、溶接工作物（１）と一緒に回転する回転物であるためＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波を増幅させることで出力信号として外部に容易に伝送することができる。
【００２３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における溶接加工における溶接工作物の異常判別評価装置を図１ないし図７に基づいて説明する。図１は本発明の異常判別評価装置をレーザ溶接加工に適用したときの全体構成を示す模式図で、図２は図１に示すＡ矢視図である。
【００２５】
図３はＡＥセンサ２１の全体構成を示す模式図で、図４は溶接工作物１と治具装置１０との保持形態を示す模式図である。また、図５はレーザ溶接における溶接工作物１の溶接手順を示す説明図である。図６は異常判別評価制御手段である制御装置２０の制御処理を示すフローチャートである。図７は溶接角度０°における溶接箇所ごとの弾性波レベルの特性を示す特性図である。
【００２６】
本実施形態の異常判別評価装置は、図１に示すように、溶接工作物１を保持する治具装置１０、弾性波を検出するＡＥセンサ２１、このＡＥセンサ２１で検出された弾性波に基づいて溶接加工の異常判別を制御する制御装置２０、およびＡＥセンサ２１で検出された弾性波の検知信号を制御装置２０に伝送する伝送装置２２、２３とから構成されている。
【００２７】
ここで、図中に示す符号２はレーザ溶接装置のレーザ照射部であって、溶接工作物１に向けてレーザ光を照射する部材である。また、符号３はレーザ溶接装置を制御するレーザ溶接制御装置であり、符号４はレーザ溶接装置を操作するための操作盤であり、図示しないが運転／停止スイッチおよび異常内容を報知する表示灯などの報知手段が設けられている。
【００２８】
また、操作盤４は、レーザ溶接制御装置３に操作信号を出力するとともに、レーザ溶接制御装置３からの表示信号を入力するように電気的に接続されている。さらに、レーザ溶接制御装置３は、レーザ溶接装置の作動状態を示す操作信号を後述する制御装置２０に出力するとともに、制御装置２０からの異常内容を報知する表示信号を入力するように電気的に接続されている。
【００２９】
ところで、溶接工作物１は、図４および図５に示すように、略円形状からなるロータ１ａと略円形状からなるプーリー１ｂとから形成されており、レーザ照射部２をプーリー１ｂの外方からレーザ光を照射させることでロータ１ａの外周にプーリー１ｂの内周がレーザ溶接により接合される。
【００３０】
なお、本実施形態では、ロータ１ａおよびプーリー１ｂの軸心に対して垂直方向となる溶接角度が０°になるようにレーザ照射部２の入射角を固定してレーザ光を照射している。そして、その溶接箇所は、図５に示すように、溶接工作物１の円周方向に複数箇所（例えば、ａ〜ｆまでの６箇所）に分けて設けるとともに、図中に示す溶接箇所ａから溶接箇所ｆまでを順に溶接するように溶接工作物１を図に示す回転方向に回転させて溶接する溶接順序が設定されている。
【００３１】
次に、その溶接順序について説明する。まず、溶接工作物１を治具装置１０に保持させて、レーザ照射部２に対向する部位（図中に示す上方）に溶接箇所ａを配置させて溶接箇所ａの位置決めを行う。そして、その溶接箇所ａを所定の溶接リード長さ（例えば、２０ｍｍ程度）分だけ溶接工作物１を回転させながらレーザ溶接を行う。
【００３２】
そして、溶接箇所ａの下方にある溶接箇所ｂを上方に配置するように溶接工作物１を図に示す回転方向に１８０度回転させる。これにより、上方に溶接箇所ｂが位置決めされる。そして、溶接箇所ｂを所定の溶接リード長さ分だけレーザ溶接を行う。そして、溶接箇所ｂに隣接する溶接箇所ｃを上方に配置するように溶接工作物１を６０度回転させる。そして、その溶接箇所ｃを所定の溶接リード長さ分だけレーザ溶接を行う。
【００３３】
そして、溶接箇所ｃに隣接する溶接箇所ｄを上方に配置するように溶接工作物１を６０度回転させる。そして、その溶接箇所ｄを所定の溶接リード長さ分だけレーザ溶接を行う。そして、溶接箇所ｅを上方に配置するように溶接工作物１を１２０度回転させる。そして、その溶接箇所ｅを所定の溶接リード長さ分だけレーザ溶接を行う。
【００３４】
そして、溶接箇所ｅに隣接する溶接箇所ｆを上方に配置するように溶接工作物１を６０度回転させ。そして、その溶接箇所ｆを所定の溶接リード長さ分だけレーザ溶接を行う。これにより、ａ〜ｆまでの６箇所の溶接箇所が順番にレーザ溶接が行うことができる。
【００３５】
ところで、治具装置１０は、溶接工作物１を保持するとともに、上述した溶接順序に基づいて溶接工作物１を一方向に回転させて溶接箇所ａ〜ｆまでの位置決めを行うものであったが、これに限らず、本実施形態の治具装置１０には、弾性波を検出するＡＥセンサ２１が設けられているとともに、このＡＥセンサ２１で検出された弾性波を後述する制御装置２０に伝送する伝送装置２２、２３が設けられている。
【００３６】
このＡＥセンサ２１は、固体材料にストレスが作用して変形するときに発生する弾性波を検出する圧電センサである。本発明では、溶接工作物１にレーザ溶接を行うことで、溶接箇所ａ〜ｆがレーザ光により加熱、冷却を繰り返すことで金属材料が伸縮するときに発生する弾性波を検出する圧電センサである。
【００３７】
本発明では、ＡＥセンサ２１を直接溶接工作物１に配設することなく治具装置１０内に配設して溶接工作物１に発生する弾性波を検出するようにしている。具体的には、溶接工作物１に発生する弾性波を治具装置１０に伝達できるように溶接工作物１を保持する構成としている。
【００３８】
より具体的には、図４に示すように、ロータ１ａに形成された軸受部１ｃをチャック機構で保持するように治具装置１０の軸部１１を形成している。そして、その軸部１１の先端側にテーパー状のチャック部１２を形成し、そのチャック部１２が軸受部１ｃに嵌め合うとともに、チャック部１２と軸受部１ｃとが互いに密着接触する保持面を形成するように所定値以上の密着力を図中に示す矢印方向に向けて作用させて溶接工作物１を保持している。
【００３９】
これにより、治具装置１０は、軸受部１ｃとチャック部１２との間に隙間を形成することなく密着接触する保持面を形成するチャック機構により溶接工作物１を保持することができる。
【００４０】
ここで、密着接触する保持面を形成する密着力の所定値は、発明者らの実験により求めたものであって、本実施形態のような形状の溶接工作物１では、密着力が１ｋｇｆ／ｃｍ２程度以上であれば、溶接工作物１に発生した弾性波が減衰することなく治具装置１０に伝達することができる。これにより、ＡＥセンサ２１は治具装置１０内に設けるようにしている。
【００４１】
ところで、本実施形態のＡＥセンサ２１は、図３に示すように、弾性波を検出する圧電素子２１ａとこの圧電素子２１ａで検出された弾性波のレベル値を増幅する増幅器２１ｂと、本体ケース２１ｃとから構成されており、圧電素子２１ａの一端面が本体ケース２１ｃの下面に密着接合されている。
【００４２】
そして、圧電素子２１ａの上方に増幅器２１ｂを配置して、圧電素子２１ａと増幅器２１ｂとが電気的に接続されている。また、増幅器２１ｂには、端子２１ｄから電源を供給するとともに、増幅された弾性波を出力するように端子２１ｄに電気的に接続されている。なお、端子２１ｄは後述するスリップリング２２に電気的に接続されている。
【００４３】
因みに、本実施形態のＡＥセンサ２１は、図１および図２に示すように、軸部１１の軸心に対して圧電素子２１ａ面が平行となるように治具装置１０内に設けられている。より具体的には、溶接箇所ａに対向する溶接箇所ｂに相当する位置にＡＥセンサ２１を配設している。なお、弾性波をアコースティック、エミツション（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）と称する。
【００４４】
次に、伝送装置２２、２３は、図１および図２に示すように、スリップリング２２とブラシ機構２３とから構成されている。スリップリング２２は、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波の検知信号を外部に伝送する集電部材であり、導電性材料からなり環状に形成された接続端子である。本実施形態では、治具装置１０の一端側に凹状に２列形成している。
【００４５】
そして、この２列のスリップリング２２に、ブラシ機構２３が電気的に接続するように設けられている。ブラシ機構２３は、それぞれのスリップリング２２と電気的に接続するブラシ２３ａを有する接続部材であって、スリップリング２２と制御装置２０とを電気的に接続している。
【００４６】
つまり、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波の検知信号がスリップリング２２とブラシ機構２３を介して制御装置２０を電気的に接続している。なお、スリップリング２２は治具装置１０に一体に形成されていることで一方向に回転するが、スリップリング２２に電気的に接触するブラシ２３ａは、例えば、接触部の傾斜角を小さく形成することで、スリップリング２２が回転するときに、治具装置１０内にノイズを発生することがない。
【００４７】
ここで、２列のスリップリング２２は、それぞれ、および治具装置１０に電気的に絶縁するように治具装置１０に一体に構成されている。そして、２列のスリップリング２２のうち、一方に増幅器２１ｂに供給する電源および増幅器２１ｂで増幅された弾性波の検知信号が通電され、他方に共通アースが通電されている。
【００４８】
そして、ブラシ機構２３の上流端が制御装置２０に電気的に接続されている。異常判別評価制御手段である制御装置２０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、溶接工作物１の異常の有無を識別して評価するための異常判別制御プログラムが設けられている。
【００４９】
つまり、ＡＥセンサ２１により検知された弾性波に基づいて、溶接加工の異常の有無を識別して評価するとともに、異常があれば、異常内容を識別するとともに、その異常内容を報知してレーザ溶接装置を停止させる制御プログラムを備えている。
【００５０】
従って、制御装置２０は、ＡＥセンサ２０からの弾性波の検知信号が伝送装置２２、２３を介して入力されるとともに、操作盤４からの操作信号がレーザ溶接制御装置３を介して入力される。そして、制御装置２０から操作盤４への報知信号とレーザ溶接装置を停止させる停止信号とをレーザ溶接制御装置３に出力するように構成されている。
【００５１】
また、制御装置２０には、伝送装置２２、２３を介して入力された弾性波を処理するためのフィルタ２４、検波回路２５、演算回路２６、比較回路２７、ＡＮＤ回路２８が設けられている。さらに、制御装置２０、および増幅器２１ｂに電源を供給するための電源２９が設けられて制御装置２０に電源が供給するように構成されている。
【００５２】
フィルタ２４は、ＨＰＦ（ハイパスフィルター）およびＬＰＦ（ローパスフィルター）とからなり、伝送装置２２、２３を介して入力された弾性波の高周波領域および低周波領域のノイズを除去するフィルタである。検波回路２５は、フィルタ２４でノイズを除去された弾性波を検波してデータ変換を行う回路であり、具体的には、弾性波の実効値を波形状に変換するように検波している。
【００５３】
そして、演算回路２６は、検波された波形に基づいて振幅およびエネルギーを演算する。つまり、検波された波形に基づいて積分して弾性波の積分値を算出する。そして、比較回路２７は、予め設定された判定値に対して演算回路２６で算出された弾性波の積分値とを比較する回路である。
【００５４】
そして、ＡＮＤ回路２８は、比較回路２７で判定値と比較して判定値を超えたときに異常信号として報知信号を出力する回路である。なお、本実施形態では、レーザ溶接の異常の識別として、溶接箇所ａ〜ｆにおける少なくとも溶け込み深さ、溶接リード長さ、および溶接飛びを識別するように構成している。
【００５５】
溶け込み深さは、所定の深さ未満がレーザ溶接における溶接箇所ａ〜ｆの溶接不良に値する。従来はこのために溶接箇所ａ〜ｆを破断して、その破断面を観察することで、溶け込み深さが所定値以上か否かにより溶接不良を判定していた。
【００５６】
そこで、本発明では、レーザ溶接するときに、ＡＥセンサ２１で検出した弾性波を、良品溶接したときの弾性波の判定値と比較させることにより溶接不良の有無を判別評価するようにしている。
【００５７】
溶接リード長さは、所定の長さ未満であれば溶接不良になる。そこで、本発明では、レーザ溶接する際に、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波の発生時間を監視することにより、この発生時間を、良品溶接したときの発生時間の判定値と比較させることにより溶接不良の有無を判別評価するようにしている。
【００５８】
さらに、溶接飛びは、溶接すべき箇所を溶接せずに次の溶接すべき箇所に飛んでしまう溶接不良である。そこで、本発明では、レーザ溶接する際に、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波が出力されているか否かを監視することで溶接飛びの溶接不良の有無を判別評価するようにしている。
【００５９】
ここで、以上の構成によるレーザ溶接における異常判別評価装置の作動を図６に示す異常判別制御プログラムのフローチャートに基づいて説明する。まず、溶接工作物１を治具装置１０に保持するとともに、その溶接工作物１を回転させて溶接箇所ａの位置決めを行う。
【００６０】
そして、操作盤４に設けられた図示しない運転スイッチをＯＮ操作すると、操作信号がレーザ溶接制御装置３を介して制御装置２０に入力される。これにより、レーザ溶接装置が作動してレーザ照射部２より溶接箇所ａに向けてレーザ光が照射することで溶接箇所ａのレーザ溶接が開始される。なお、このときに、治具装置１０が溶接リード長さを形成するように所定の速度に応じて回転するようになっている。
【００６１】
そして、溶接箇所ａの溶接が完了したときは、予め設定された溶接順序となるように、治具装置１０およびレーザ溶接装置が制御されて、自動的に溶接箇所ａから溶接箇所ｆの順に溶接するようになっている。
【００６２】
一方、制御装置２０では、図６に示すように、ステップ２１０にて、起動信号が有りか否かを判定する。ここで、起動信号が有れば、制御処理のメインルーチンがスタートするとともに、データ処理用メモリー（ＲＡＭ）の記憶内容などの初期化を行う。そして、ステップ２２０にて、ＡＥセンサ２１により検出された弾性波を読み込んでデータ変換を実行する。
【００６３】
つまり、溶接箇所ａ〜ｆがレーザ溶接されることで、溶接工作部１内に弾性波が発生して治具装置１０内に伝達されている。このときに、圧電素子２１ａにより弾性波が検出される。次に、圧電素子２１ａで検出された弾性波は、増幅器２１ｂで増幅された状態で、スリップリング２２、ブラシ機構２３を介して制御装置２０に入力される。
【００６４】
そして、制御装置２０では、増幅された弾性波を読み込んで、フィルタ２４によりノイズを除去して検波回路２５にて検波によりデータ変換する。そして、ステップ２３０にて、データ変換された弾性波を演算回路２５により算出する。ところで、本実施形態では、データ変換された弾性波を溶接加工における３つの異常を判別して評価するように算出すようにしている。
【００６５】
具体的には、溶接箇所ａ〜ｆに応じてそれぞれデータ変換された弾性波に基づいて演算回路２５により弾性波を積分値で算出するとともに、弾性波の発生時間を算出する。そして、ステップ２４０にて、算出した積分値が第１所定値以上か否かを判定する。ここで、第１所定値とは、良品溶接時における弾性波の判定値であって、この良品判定値は、溶接箇所ａ〜ｆに応じて異なる特性を示している。
【００６６】
因みに、図７は、レーザ溶接における溶接角度が０°であるとともに、レーザ溶接の出力が４．８ｋＷの溶接条件における良品溶接時における溶接箇所ａ〜ｆごとのＡＥセンサにより検出された弾性波レベルである。
【００６７】
本実施形態では、この良品溶接時における弾性波レベルに基づいて、データ変換させた弾性波を積分した積分値を判定値として算出している。そして、溶接箇所ａ〜ｆごとの判定値を第１所定値として予め設定して図示しないメモリーに記憶させている。
【００６８】
そして、ステップ２４０にて、溶接箇所ａ〜ｆに応じてそれぞれが第１所定値以上であればステップ２５０に移行する。溶接箇所ａ〜ｆのうち、一つでも第１所定値未満であれば、ステップ２４５にて、溶け込み不良を表示する報知信号を出力する。
【００６９】
そして、ステップ２５０にて、溶接箇所ａ〜ｆごとに弾性波が出力されているか否かを判定する。ここで、溶接箇所ａ〜ｆのうち、全ての溶接箇所ａ〜ｆで弾性波が出力されておれば、ステップ２７０に移行し、溶接箇所ａ〜ｆのうち、一つでも弾性波が出力されていなければ、ステップ２６５にて、溶接飛び不良を表示する報知信号を出力する。
【００７０】
そして、ステップ２７０にて、レーザ溶接装置を停止させるか否かを判定する。ここでは、以上の３つの判定手段２４０、２５０、２６０において、一つでも報知信号を出力するように制御したときにレーザ溶接装置を停止させる判定を行うものであって、ここで、報知信号が出力されていなければ、レーザ溶接装置を停止させないと判定してステップ２２０に戻る。
【００７１】
ここで、一つでも報知信号を出力しておれば、ステップ２８０にて、レーザ溶接装置を停止させる。なお、ステップ２４５、２５５、２６５にて溶接不良の報知信号を出力することにより、操作盤４に設けられたそれぞれの溶接不良を表示する表示灯が点灯される。
【００７２】
以上の第１実施形態による異常判別評価装置によれば、溶接工作物１を保持するとともに、その溶接工作物１を回転させて溶接箇所ａ〜ｆの位置決めを行う治具装置１０は、互いに密着接触する保持面によって溶接工作物１を保持するように構成している。
【００７３】
これにより、レーザ溶接により溶接工作物１で発生するレベル値の小さい弾性波であっても減衰させることなく密着接触する保持面を介して治具装置１０に伝達させることができる。
【００７４】
より具体的には、溶接工作物１と治具装置１０とを、チャック部の密着圧が所定圧以上となる密着接触する保持面を有するチャック機構によって溶接工作物１を保持するように構成されている。
【００７５】
これによれば、回転物となる溶接工作物１をチャック機構によって保持することにより、溶接工作物１で発生する弾性波を治具装置１０に伝達させることができる。また、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波に基づいて溶接工作物１の異常の検出精度の向上が図れる。
【００７６】
また、ＡＥセンサ２１は、弾性波を検出する圧電素子２１ａとこの圧電素子２１ａにより検出された弾性波を増幅する増幅器２１ｂとから一体に構成されていることにより、ＡＥセンサ２１が設けられる治具装置１０は、溶接工作物１と一緒に回転する回転物であるためＡＥセンサ２１で検出された弾性波を増幅させることで出力信号として外部に容易に伝送することができる。
【００７７】
また、治具装置１０には、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波の出力信号を外部に伝送するスリップリングからなる伝送装置２２が設けられ、この伝送装置２２は、ＡＥセンサ２１からの出力信号を、ＡＥセンサ２１にノイズを与えることなく外部に伝送するように構成されている。
【００７８】
これによれば、回転するスリップリング２２には、例えばブラシ２３ａを介して外部に出力することによりＡＥセンサ２１にノイズを与えることがない。
【００７９】
また、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波に基づいてレーザ溶接における異常の有無を判別して評価する異常判別制御装置２０が設けられ、この制御装置２０は、レーザ溶接における溶け込み深さ、溶接ビードの長さ、溶接飛びのいずれかに識別して異常の有無を評価することにより、レーザ溶接では、溶け込み深さが溶接不良に起因するが、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波を良品加工時の弾性波と比較させることでこの溶接不良の有無が判別評価することができる。
【００８０】
また、溶接ビードの長さは所定の長さ未満であれば溶接不良に起因するが、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波の発生時間を監視することで溶接ビードの長さを判断することができる。
【００８１】
さらに、溶接飛びは溶接すべき箇所を溶接せずに次の溶接すべき箇所に飛んでしまう溶接不良であって、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波が出力されているか否かを監視することで溶接飛びの有無が容易に判断することができる。従って、レーザ溶接加工における溶接不良を容易に識別することができる。
【００８２】
また、溶接箇所ａ〜ｆのうち、一つでも異常の有無があったときにレーザ溶接装置を停止させることにより、無駄な溶接を繰り返すことがないため生産性の向上が図れる。
【００８３】
（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、治具装置１０を溶接工作物１の軸心に対してレーザ溶接装置のレーザ照射部２の入射角（溶接角度）を０°に固定してレーザ溶接を行うように構成したが、これに限らず、入射角（溶接角度）を、図８に示すように、約３０度から約−４０度まで可変可能な治具装置１０に溶接工作物１を保持させてレーザ溶接を行うように構成しても良い。
【００８４】
ただし、この場合には、良品溶接時の弾性波の判定値が異なるため、具体的には、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、それぞれの溶接角度に応じた良品溶接時における溶接箇所ａ〜ｆごとのＡＥセンサにより検出された弾性波レベルに基づいて、溶接箇所ａ〜ｆに応じた判定値を第１所定値として求めるようにしている。
【００８５】
ここで、図９（ａ）は、レーザ溶接における溶接角度が３０°であるとともに、レーザ溶接装置の出力が５．５ｋＷの溶接条件における良品溶接時における溶接箇所ａ〜ｆごとのＡＥセンサにより検出された弾性波レベルであり、図９（ｂ）は、レーザ溶接における溶接角度が−４０°であるとともに、レーザ溶接装置の出力が５．５ｋＷの溶接条件における良品溶接時における溶接箇所ａ〜ｆごとのＡＥセンサにより検出された弾性波レベルである。
【００８６】
これによれば、溶接角度が変化すると弾性波レベルが異なる。さらに、レーザ溶接装置の出力が変化すると弾性波レベルが異なるためそれらに応じた判定値を求めるように構成すると良い。
【００８７】
（他の実施形態）
以上の実施形態では、本発明の異常判別評価装置をレーザ溶接装置に適用させたが、これに限らず、レーザ溶接の他に、アーク溶接、アルゴン溶接にも適用ができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１実施形態における異常判別評価装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すＡ矢視図である。
【図３】本発明の第１実施形態におけるＡＥセンサ２１の全体構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態における溶接工作物１と治具装置１０との保持形態を示す模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるレーザ溶接における溶接工作物１の溶接手順を示す説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態における制御装置２０の制御処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１実施形態における溶接角度が０°のときの溶接箇所ａ〜ｆごとの弾性波レベルの特性を示す特性図である。
【図８】本発明の第２実施形態におけるレーザ溶接装置と溶接工作物１ととの溶接角度を示す説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態における（ａ）は溶接角度が３０°のときの溶接箇所ａ〜ｆごとの弾性波レベルの特性を示す特性図、（ｂ）は溶接角度が−４０°のときの溶接箇所ａ〜ｆごとの弾性波レベルの特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００８９】
１…溶接工作物
１０…治具装置
２１…ＡＥセンサ
２１ａ…圧電素子
２１ｂ…増幅器
２２…スリップリング、伝送装置
２３…ブラシ機構、伝送装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接加工における溶接工作物の異常判別評価方法およびその異常判別評価装置に関するものであり、特に、溶接加工によって溶接工作物に発せられる弾性波を用いて溶接工作物の異常を判別、評価に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に示すように、局部的な変形や破壊が生ずるときに発生する弾性波を検出するＡＥセンサを用いて塑性加工における塑性工作物の異常の有無を判別評価する異常判別評価装置が知られている。
【０００３】
この装置では、ＡＥセンサを塑性加工装置（例えば、プレス型）に設けて、塑性加工における加工工程毎にＡＥセンサで検出された弾性波を良品加工時の弾性波と評価させることで、塑性工作物の異常の有無および異常の判別を評価している。
【特許文献１】特開２００４−３５８４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の装置では、ＡＥセンサを塑性加工装置（例えば、プレス型）に設けることで塑性工作物の異常の判別を容易に評価することができる。しかしながら、金属を加熱して接合する溶接加工においては、接合部の加熱、冷却が繰り返されると金属が伸縮するときに弾性波を発生するため溶接工作物に直接ＡＥセンサを設けることが望ましいが、これを行うと溶接加工毎にＡＥセンサの着脱が伴うことで工数が増大するため生産性の低下の問題がある。
【０００５】
また、溶接加工によって溶接工作物に発せられる弾性波はレベル値がとても小さい問題がある。さらに、溶接加工による溶接工作物の異常の有無を評価するには、概して接合部を破壊して観察する破壊試験が必要となる問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、溶接加工における異常の検出精度の向上および異常の識別を可能とする溶接工作物の異常判別評価方法およびその異常判別評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項７に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、溶接加工における溶接工作物の異常判別評価装置であって、
溶接工作物（１）を保持するとともに、その溶接工作物（１）を回転させて溶接箇所の位置決めを行う治具装置（１０）と、この治具装置（１０）の弾性波を検出するＡＥセンサ（２１）とを備え、
治具装置（１０）は、互いに密着接触する保持面によって溶接工作物（１）を保持することを特徴としている。
【０００８】
この発明によれば、溶接加工により溶接工作物（１）で発生するレベル値の小さい弾性波であっても減衰させることなく密着接触する保持面を介して治具装置（１０）に伝達させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、治具装置（１０）は、チャック部の密着圧が所定圧以上となる密着接触する保持面を有するチャック機構によって溶接工作物（１）を保持するように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、より具体的には、回転物となる溶接工作物（１）をチャック機構によって保持することにより、溶接工作物（１）で発生する弾性波を治具装置（１０）に伝達させることができる。また、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波に基づいて溶接工作物（１）の異常の検出精度の向上が図れる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、ＡＥセンサ（２１）は、弾性波を検出する圧電素子（２１ａ）とこの圧電素子（２１ａ）により検出された弾性波を増幅する増幅器（２１ｂ）とから一体に構成されていることを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、ＡＥセンサ（２１）が設けられる治具装置（１０）は、溶接工作物（１）と一緒に回転する回転物であるためＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波を増幅させることで出力信号として外部に容易に伝送することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、治具装置（１０）には、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波の出力信号を外部に伝送するスリップリングおよびブラシ機構からなる伝送装置（２２、２３）が設けられ、
この伝送装置（２２、２３）は、ＡＥセンサ（２１）からの出力信号を、ＡＥセンサ（２１）にノイズを与えることなく外部に伝送するように構成されていることを特徴としている。
【００１４】
この発明によれば、回転するスリップリングには、例えばブラシを介して外部に出力することによりＡＥセンサ（２１）にノイズを与えることがない。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波に基づいてレーザ溶接加工における異常の有無を判別して評価する異常判別制御手段（２０）が設けられ、
この異常判別制御手段（２０）は、レーザ溶接加工における溶け込み深さ、溶接ビードの長さ、溶接飛びのいずれかに識別して異常の有無を評価することを特徴としている。
【００１６】
この発明によれば、レーザ溶接では、溶け込み深さが溶接不良に起因するが、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波を良品加工時の弾性波と比較させることでこの溶接不良の有無が判別評価することができる。
【００１７】
また、溶接ビードの長さは所定の長さ未満であれば溶接不良に起因するが、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波の発生時間を監視することで溶接ビードの長さを判断することができる。
【００１８】
さらに、溶接飛びは溶接すべき箇所を溶接せずに次の溶接すべき箇所に飛んでしまう溶接不良であって、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波が出力されているか否かを監視することで溶接飛びの有無が容易に判断することができる。従って、レーザ溶接加工における溶接不良を容易に識別することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、レーザ溶接加工における溶接工作物の異常判別評価方法であって、チャック部の密着圧が所定圧以上となる密着接触する保持面を有するチャック機構によって溶接工作物（１）を保持するとともに、その溶接工作物（１）を回転させて溶接箇所の位置決めを行う治具装置（１０）と、この治具装置（１０）の弾性波を検出するＡＥセンサ（２１）と、治具装置（１０）に設けられ、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波の出力信号を外部に伝送するスリップリングからなる伝送装置（２２）とを備え、
ＡＥセンサ（２１）により検出された弾性波に基づいて、少なくとも溶け込み深さ、溶接ビードの長さ、溶接飛びのいずれかに識別して評価することを特徴としている。
【００２０】
この発明によれば、上記請求項５で述べたように、ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波に基づいて、溶け込み深さ、溶接ビードの長さ、溶接飛びのいずれかに識別して評価することにより、レーザ溶接加工における溶接不良を容易に識別することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明では、ＡＥセンサ（２１）は、弾性波を検出する圧電素子（２１ａ）とこの圧電素子（２１ａ）により検出された弾性波を増幅する増幅器（２１ｂ）とから構成されていることを特徴としている。
【００２２】
この発明によれば、ＡＥセンサ（２１）が設けられる治具装置（１０）は、溶接工作物（１）と一緒に回転する回転物であるためＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波を増幅させることで出力信号として外部に容易に伝送することができる。
【００２３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における溶接加工における溶接工作物の異常判別評価装置を図１ないし図７に基づいて説明する。図１は本発明の異常判別評価装置をレーザ溶接加工に適用したときの全体構成を示す模式図で、図２は図１に示すＡ矢視図である。
【００２５】
図３はＡＥセンサ２１の全体構成を示す模式図で、図４は溶接工作物１と治具装置１０との保持形態を示す模式図である。また、図５はレーザ溶接における溶接工作物１の溶接手順を示す説明図である。図６は異常判別評価制御手段である制御装置２０の制御処理を示すフローチャートである。図７は溶接角度０°における溶接箇所ごとの弾性波レベルの特性を示す特性図である。
【００２６】
本実施形態の異常判別評価装置は、図１に示すように、溶接工作物１を保持する治具装置１０、弾性波を検出するＡＥセンサ２１、このＡＥセンサ２１で検出された弾性波に基づいて溶接加工の異常判別を制御する制御装置２０、およびＡＥセンサ２１で検出された弾性波の検知信号を制御装置２０に伝送する伝送装置２２、２３とから構成されている。
【００２７】
ここで、図中に示す符号２はレーザ溶接装置のレーザ照射部であって、溶接工作物１に向けてレーザ光を照射する部材である。また、符号３はレーザ溶接装置を制御するレーザ溶接制御装置であり、符号４はレーザ溶接装置を操作するための操作盤であり、図示しないが運転／停止スイッチおよび異常内容を報知する表示灯などの報知手段が設けられている。
【００２８】
また、操作盤４は、レーザ溶接制御装置３に操作信号を出力するとともに、レーザ溶接制御装置３からの表示信号を入力するように電気的に接続されている。さらに、レーザ溶接制御装置３は、レーザ溶接装置の作動状態を示す操作信号を後述する制御装置２０に出力するとともに、制御装置２０からの異常内容を報知する表示信号を入力するように電気的に接続されている。
【００２９】
ところで、溶接工作物１は、図４および図５に示すように、略円形状からなるロータ１ａと略円形状からなるプーリー１ｂとから形成されており、レーザ照射部２をプーリー１ｂの外方からレーザ光を照射させることでロータ１ａの外周にプーリー１ｂの内周がレーザ溶接により接合される。
【００３０】
なお、本実施形態では、ロータ１ａおよびプーリー１ｂの軸心に対して垂直方向となる溶接角度が０°になるようにレーザ照射部２の入射角を固定してレーザ光を照射している。そして、その溶接箇所は、図５に示すように、溶接工作物１の円周方向に複数箇所（例えば、ａ〜ｆまでの６箇所）に分けて設けるとともに、図中に示す溶接箇所ａから溶接箇所ｆまでを順に溶接するように溶接工作物１を図に示す回転方向に回転させて溶接する溶接順序が設定されている。
【００３１】
次に、その溶接順序について説明する。まず、溶接工作物１を治具装置１０に保持させて、レーザ照射部２に対向する部位（図中に示す上方）に溶接箇所ａを配置させて溶接箇所ａの位置決めを行う。そして、その溶接箇所ａを所定の溶接リード長さ（例えば、２０ｍｍ程度）分だけ溶接工作物１を回転させながらレーザ溶接を行う。
【００３２】
そして、溶接箇所ａの下方にある溶接箇所ｂを上方に配置するように溶接工作物１を図に示す回転方向に１８０度回転させる。これにより、上方に溶接箇所ｂが位置決めされる。そして、溶接箇所ｂを所定の溶接リード長さ分だけレーザ溶接を行う。そして、溶接箇所ｂに隣接する溶接箇所ｃを上方に配置するように溶接工作物１を６０度回転させる。そして、その溶接箇所ｃを所定の溶接リード長さ分だけレーザ溶接を行う。
【００３３】
そして、溶接箇所ｃに隣接する溶接箇所ｄを上方に配置するように溶接工作物１を６０度回転させる。そして、その溶接箇所ｄを所定の溶接リード長さ分だけレーザ溶接を行う。そして、溶接箇所ｅを上方に配置するように溶接工作物１を１２０度回転させる。そして、その溶接箇所ｅを所定の溶接リード長さ分だけレーザ溶接を行う。
【００３４】
そして、溶接箇所ｅに隣接する溶接箇所ｆを上方に配置するように溶接工作物１を６０度回転させ。そして、その溶接箇所ｆを所定の溶接リード長さ分だけレーザ溶接を行う。これにより、ａ〜ｆまでの６箇所の溶接箇所が順番にレーザ溶接が行うことができる。
【００３５】
ところで、治具装置１０は、溶接工作物１を保持するとともに、上述した溶接順序に基づいて溶接工作物１を一方向に回転させて溶接箇所ａ〜ｆまでの位置決めを行うものであったが、これに限らず、本実施形態の治具装置１０には、弾性波を検出するＡＥセンサ２１が設けられているとともに、このＡＥセンサ２１で検出された弾性波を後述する制御装置２０に伝送する伝送装置２２、２３が設けられている。
【００３６】
このＡＥセンサ２１は、固体材料にストレスが作用して変形するときに発生する弾性波を検出する圧電センサである。本発明では、溶接工作物１にレーザ溶接を行うことで、溶接箇所ａ〜ｆがレーザ光により加熱、冷却を繰り返すことで金属材料が伸縮するときに発生する弾性波を検出する圧電センサである。
【００３７】
本発明では、ＡＥセンサ２１を直接溶接工作物１に配設することなく治具装置１０内に配設して溶接工作物１に発生する弾性波を検出するようにしている。具体的には、溶接工作物１に発生する弾性波を治具装置１０に伝達できるように溶接工作物１を保持する構成としている。
【００３８】
より具体的には、図４に示すように、ロータ１ａに形成された軸受部１ｃをチャック機構で保持するように治具装置１０の軸部１１を形成している。そして、その軸部１１の先端側にテーパー状のチャック部１２を形成し、そのチャック部１２が軸受部１ｃに嵌め合うとともに、チャック部１２と軸受部１ｃとが互いに密着接触する保持面を形成するように所定値以上の密着力を図中に示す矢印方向に向けて作用させて溶接工作物１を保持している。
【００３９】
これにより、治具装置１０は、軸受部１ｃとチャック部１２との間に隙間を形成することなく密着接触する保持面を形成するチャック機構により溶接工作物１を保持することができる。
【００４０】
ここで、密着接触する保持面を形成する密着力の所定値は、発明者らの実験により求めたものであって、本実施形態のような形状の溶接工作物１では、密着力が１ｋｇｆ／ｃｍ２程度以上であれば、溶接工作物１に発生した弾性波が減衰することなく治具装置１０に伝達することができる。これにより、ＡＥセンサ２１は治具装置１０内に設けるようにしている。
【００４１】
ところで、本実施形態のＡＥセンサ２１は、図３に示すように、弾性波を検出する圧電素子２１ａとこの圧電素子２１ａで検出された弾性波のレベル値を増幅する増幅器２１ｂと、本体ケース２１ｃとから構成されており、圧電素子２１ａの一端面が本体ケース２１ｃの下面に密着接合されている。
【００４２】
そして、圧電素子２１ａの上方に増幅器２１ｂを配置して、圧電素子２１ａと増幅器２１ｂとが電気的に接続されている。また、増幅器２１ｂには、端子２１ｄから電源を供給するとともに、増幅された弾性波を出力するように端子２１ｄに電気的に接続されている。なお、端子２１ｄは後述するスリップリング２２に電気的に接続されている。
【００４３】
因みに、本実施形態のＡＥセンサ２１は、図１および図２に示すように、軸部１１の軸心に対して圧電素子２１ａ面が平行となるように治具装置１０内に設けられている。より具体的には、溶接箇所ａに対向する溶接箇所ｂに相当する位置にＡＥセンサ２１を配設している。なお、弾性波をアコースティック、エミツション（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）と称する。
【００４４】
次に、伝送装置２２、２３は、図１および図２に示すように、スリップリング２２とブラシ機構２３とから構成されている。スリップリング２２は、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波の検知信号を外部に伝送する集電部材であり、導電性材料からなり環状に形成された接続端子である。本実施形態では、治具装置１０の一端側に凹状に２列形成している。
【００４５】
そして、この２列のスリップリング２２に、ブラシ機構２３が電気的に接続するように設けられている。ブラシ機構２３は、それぞれのスリップリング２２と電気的に接続するブラシ２３ａを有する接続部材であって、スリップリング２２と制御装置２０とを電気的に接続している。
【００４６】
つまり、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波の検知信号がスリップリング２２とブラシ機構２３を介して制御装置２０を電気的に接続している。なお、スリップリング２２は治具装置１０に一体に形成されていることで一方向に回転するが、スリップリング２２に電気的に接触するブラシ２３ａは、例えば、接触部の傾斜角を小さく形成することで、スリップリング２２が回転するときに、治具装置１０内にノイズを発生することがない。
【００４７】
ここで、２列のスリップリング２２は、それぞれ、および治具装置１０に電気的に絶縁するように治具装置１０に一体に構成されている。そして、２列のスリップリング２２のうち、一方に増幅器２１ｂに供給する電源および増幅器２１ｂで増幅された弾性波の検知信号が通電され、他方に共通アースが通電されている。
【００４８】
そして、ブラシ機構２３の上流端が制御装置２０に電気的に接続されている。異常判別評価制御手段である制御装置２０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、溶接工作物１の異常の有無を識別して評価するための異常判別制御プログラムが設けられている。
【００４９】
つまり、ＡＥセンサ２１により検知された弾性波に基づいて、溶接加工の異常の有無を識別して評価するとともに、異常があれば、異常内容を識別するとともに、その異常内容を報知してレーザ溶接装置を停止させる制御プログラムを備えている。
【００５０】
従って、制御装置２０は、ＡＥセンサ２０からの弾性波の検知信号が伝送装置２２、２３を介して入力されるとともに、操作盤４からの操作信号がレーザ溶接制御装置３を介して入力される。そして、制御装置２０から操作盤４への報知信号とレーザ溶接装置を停止させる停止信号とをレーザ溶接制御装置３に出力するように構成されている。
【００５１】
また、制御装置２０には、伝送装置２２、２３を介して入力された弾性波を処理するためのフィルタ２４、検波回路２５、演算回路２６、比較回路２７、ＡＮＤ回路２８が設けられている。さらに、制御装置２０、および増幅器２１ｂに電源を供給するための電源２９が設けられて制御装置２０に電源が供給するように構成されている。
【００５２】
フィルタ２４は、ＨＰＦ（ハイパスフィルター）およびＬＰＦ（ローパスフィルター）とからなり、伝送装置２２、２３を介して入力された弾性波の高周波領域および低周波領域のノイズを除去するフィルタである。検波回路２５は、フィルタ２４でノイズを除去された弾性波を検波してデータ変換を行う回路であり、具体的には、弾性波の実効値を波形状に変換するように検波している。
【００５３】
そして、演算回路２６は、検波された波形に基づいて振幅およびエネルギーを演算する。つまり、検波された波形に基づいて積分して弾性波の積分値を算出する。そして、比較回路２７は、予め設定された判定値に対して演算回路２６で算出された弾性波の積分値とを比較する回路である。
【００５４】
そして、ＡＮＤ回路２８は、比較回路２７で判定値と比較して判定値を超えたときに異常信号として報知信号を出力する回路である。なお、本実施形態では、レーザ溶接の異常の識別として、溶接箇所ａ〜ｆにおける少なくとも溶け込み深さ、溶接リード長さ、および溶接飛びを識別するように構成している。
【００５５】
溶け込み深さは、所定の深さ未満がレーザ溶接における溶接箇所ａ〜ｆの溶接不良に値する。従来はこのために溶接箇所ａ〜ｆを破断して、その破断面を観察することで、溶け込み深さが所定値以上か否かにより溶接不良を判定していた。
【００５６】
そこで、本発明では、レーザ溶接するときに、ＡＥセンサ２１で検出した弾性波を、良品溶接したときの弾性波の判定値と比較させることにより溶接不良の有無を判別評価するようにしている。
【００５７】
溶接リード長さは、所定の長さ未満であれば溶接不良になる。そこで、本発明では、レーザ溶接する際に、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波の発生時間を監視することにより、この発生時間を、良品溶接したときの発生時間の判定値と比較させることにより溶接不良の有無を判別評価するようにしている。
【００５８】
さらに、溶接飛びは、溶接すべき箇所を溶接せずに次の溶接すべき箇所に飛んでしまう溶接不良である。そこで、本発明では、レーザ溶接する際に、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波が出力されているか否かを監視することで溶接飛びの溶接不良の有無を判別評価するようにしている。
【００５９】
ここで、以上の構成によるレーザ溶接における異常判別評価装置の作動を図６に示す異常判別制御プログラムのフローチャートに基づいて説明する。まず、溶接工作物１を治具装置１０に保持するとともに、その溶接工作物１を回転させて溶接箇所ａの位置決めを行う。
【００６０】
そして、操作盤４に設けられた図示しない運転スイッチをＯＮ操作すると、操作信号がレーザ溶接制御装置３を介して制御装置２０に入力される。これにより、レーザ溶接装置が作動してレーザ照射部２より溶接箇所ａに向けてレーザ光が照射することで溶接箇所ａのレーザ溶接が開始される。なお、このときに、治具装置１０が溶接リード長さを形成するように所定の速度に応じて回転するようになっている。
【００６１】
そして、溶接箇所ａの溶接が完了したときは、予め設定された溶接順序となるように、治具装置１０およびレーザ溶接装置が制御されて、自動的に溶接箇所ａから溶接箇所ｆの順に溶接するようになっている。
【００６２】
一方、制御装置２０では、図６に示すように、ステップ２１０にて、起動信号が有りか否かを判定する。ここで、起動信号が有れば、制御処理のメインルーチンがスタートするとともに、データ処理用メモリー（ＲＡＭ）の記憶内容などの初期化を行う。そして、ステップ２２０にて、ＡＥセンサ２１により検出された弾性波を読み込んでデータ変換を実行する。
【００６３】
つまり、溶接箇所ａ〜ｆがレーザ溶接されることで、溶接工作部１内に弾性波が発生して治具装置１０内に伝達されている。このときに、圧電素子２１ａにより弾性波が検出される。次に、圧電素子２１ａで検出された弾性波は、増幅器２１ｂで増幅された状態で、スリップリング２２、ブラシ機構２３を介して制御装置２０に入力される。
【００６４】
そして、制御装置２０では、増幅された弾性波を読み込んで、フィルタ２４によりノイズを除去して検波回路２５にて検波によりデータ変換する。そして、ステップ２３０にて、データ変換された弾性波を演算回路２５により算出する。ところで、本実施形態では、データ変換された弾性波を溶接加工における３つの異常を判別して評価するように算出すようにしている。
【００６５】
具体的には、溶接箇所ａ〜ｆに応じてそれぞれデータ変換された弾性波に基づいて演算回路２５により弾性波を積分値で算出するとともに、弾性波の発生時間を算出する。そして、ステップ２４０にて、算出した積分値が第１所定値以上か否かを判定する。ここで、第１所定値とは、良品溶接時における弾性波の判定値であって、この良品判定値は、溶接箇所ａ〜ｆに応じて異なる特性を示している。
【００６６】
因みに、図７は、レーザ溶接における溶接角度が０°であるとともに、レーザ溶接の出力が４．８ｋＷの溶接条件における良品溶接時における溶接箇所ａ〜ｆごとのＡＥセンサにより検出された弾性波レベルである。
【００６７】
本実施形態では、この良品溶接時における弾性波レベルに基づいて、データ変換させた弾性波を積分した積分値を判定値として算出している。そして、溶接箇所ａ〜ｆごとの判定値を第１所定値として予め設定して図示しないメモリーに記憶させている。
【００６８】
そして、ステップ２４０にて、溶接箇所ａ〜ｆに応じてそれぞれが第１所定値以上であればステップ２５０に移行する。溶接箇所ａ〜ｆのうち、一つでも第１所定値未満であれば、ステップ２４５にて、溶け込み不良を表示する報知信号を出力する。
【００６９】
そして、ステップ２５０にて、溶接箇所ａ〜ｆごとに弾性波が出力されているか否かを判定する。ここで、溶接箇所ａ〜ｆのうち、全ての溶接箇所ａ〜ｆで弾性波が出力されておれば、ステップ２７０に移行し、溶接箇所ａ〜ｆのうち、一つでも弾性波が出力されていなければ、ステップ２６５にて、溶接飛び不良を表示する報知信号を出力する。
【００７０】
そして、ステップ２７０にて、レーザ溶接装置を停止させるか否かを判定する。ここでは、以上の３つの判定手段２４０、２５０、２６０において、一つでも報知信号を出力するように制御したときにレーザ溶接装置を停止させる判定を行うものであって、ここで、報知信号が出力されていなければ、レーザ溶接装置を停止させないと判定してステップ２２０に戻る。
【００７１】
ここで、一つでも報知信号を出力しておれば、ステップ２８０にて、レーザ溶接装置を停止させる。なお、ステップ２４５、２５５、２６５にて溶接不良の報知信号を出力することにより、操作盤４に設けられたそれぞれの溶接不良を表示する表示灯が点灯される。
【００７２】
以上の第１実施形態による異常判別評価装置によれば、溶接工作物１を保持するとともに、その溶接工作物１を回転させて溶接箇所ａ〜ｆの位置決めを行う治具装置１０は、互いに密着接触する保持面によって溶接工作物１を保持するように構成している。
【００７３】
これにより、レーザ溶接により溶接工作物１で発生するレベル値の小さい弾性波であっても減衰させることなく密着接触する保持面を介して治具装置１０に伝達させることができる。
【００７４】
より具体的には、溶接工作物１と治具装置１０とを、チャック部の密着圧が所定圧以上となる密着接触する保持面を有するチャック機構によって溶接工作物１を保持するように構成されている。
【００７５】
これによれば、回転物となる溶接工作物１をチャック機構によって保持することにより、溶接工作物１で発生する弾性波を治具装置１０に伝達させることができる。また、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波に基づいて溶接工作物１の異常の検出精度の向上が図れる。
【００７６】
また、ＡＥセンサ２１は、弾性波を検出する圧電素子２１ａとこの圧電素子２１ａにより検出された弾性波を増幅する増幅器２１ｂとから一体に構成されていることにより、ＡＥセンサ２１が設けられる治具装置１０は、溶接工作物１と一緒に回転する回転物であるためＡＥセンサ２１で検出された弾性波を増幅させることで出力信号として外部に容易に伝送することができる。
【００７７】
また、治具装置１０には、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波の出力信号を外部に伝送するスリップリングからなる伝送装置２２が設けられ、この伝送装置２２は、ＡＥセンサ２１からの出力信号を、ＡＥセンサ２１にノイズを与えることなく外部に伝送するように構成されている。
【００７８】
これによれば、回転するスリップリング２２には、例えばブラシ２３ａを介して外部に出力することによりＡＥセンサ２１にノイズを与えることがない。
【００７９】
また、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波に基づいてレーザ溶接における異常の有無を判別して評価する異常判別制御装置２０が設けられ、この制御装置２０は、レーザ溶接における溶け込み深さ、溶接ビードの長さ、溶接飛びのいずれかに識別して異常の有無を評価することにより、レーザ溶接では、溶け込み深さが溶接不良に起因するが、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波を良品加工時の弾性波と比較させることでこの溶接不良の有無が判別評価することができる。
【００８０】
また、溶接ビードの長さは所定の長さ未満であれば溶接不良に起因するが、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波の発生時間を監視することで溶接ビードの長さを判断することができる。
【００８１】
さらに、溶接飛びは溶接すべき箇所を溶接せずに次の溶接すべき箇所に飛んでしまう溶接不良であって、ＡＥセンサ２１で検出された弾性波が出力されているか否かを監視することで溶接飛びの有無が容易に判断することができる。従って、レーザ溶接加工における溶接不良を容易に識別することができる。
【００８２】
また、溶接箇所ａ〜ｆのうち、一つでも異常の有無があったときにレーザ溶接装置を停止させることにより、無駄な溶接を繰り返すことがないため生産性の向上が図れる。
【００８３】
（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、治具装置１０を溶接工作物１の軸心に対してレーザ溶接装置のレーザ照射部２の入射角（溶接角度）を０°に固定してレーザ溶接を行うように構成したが、これに限らず、入射角（溶接角度）を、図８に示すように、約３０度から約−４０度まで可変可能な治具装置１０に溶接工作物１を保持させてレーザ溶接を行うように構成しても良い。
【００８４】
ただし、この場合には、良品溶接時の弾性波の判定値が異なるため、具体的には、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、それぞれの溶接角度に応じた良品溶接時における溶接箇所ａ〜ｆごとのＡＥセンサにより検出された弾性波レベルに基づいて、溶接箇所ａ〜ｆに応じた判定値を第１所定値として求めるようにしている。
【００８５】
ここで、図９（ａ）は、レーザ溶接における溶接角度が３０°であるとともに、レーザ溶接装置の出力が５．５ｋＷの溶接条件における良品溶接時における溶接箇所ａ〜ｆごとのＡＥセンサにより検出された弾性波レベルであり、図９（ｂ）は、レーザ溶接における溶接角度が−４０°であるとともに、レーザ溶接装置の出力が５．５ｋＷの溶接条件における良品溶接時における溶接箇所ａ〜ｆごとのＡＥセンサにより検出された弾性波レベルである。
【００８６】
これによれば、溶接角度が変化すると弾性波レベルが異なる。さらに、レーザ溶接装置の出力が変化すると弾性波レベルが異なるためそれらに応じた判定値を求めるように構成すると良い。
【００８７】
（他の実施形態）
以上の実施形態では、本発明の異常判別評価装置をレーザ溶接装置に適用させたが、これに限らず、レーザ溶接の他に、アーク溶接、アルゴン溶接にも適用ができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１実施形態における異常判別評価装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すＡ矢視図である。
【図３】本発明の第１実施形態におけるＡＥセンサ２１の全体構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態における溶接工作物１と治具装置１０との保持形態を示す模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるレーザ溶接における溶接工作物１の溶接手順を示す説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態における制御装置２０の制御処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１実施形態における溶接角度が０°のときの溶接箇所ａ〜ｆごとの弾性波レベルの特性を示す特性図である。
【図８】本発明の第２実施形態におけるレーザ溶接装置と溶接工作物１ととの溶接角度を示す説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態における（ａ）は溶接角度が３０°のときの溶接箇所ａ〜ｆごとの弾性波レベルの特性を示す特性図、（ｂ）は溶接角度が−４０°のときの溶接箇所ａ〜ｆごとの弾性波レベルの特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００８９】
１…溶接工作物
１０…治具装置
２１…ＡＥセンサ
２１ａ…圧電素子
２１ｂ…増幅器
２２…スリップリング、伝送装置
２３…ブラシ機構、伝送装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接加工における溶接工作物の異常判別評価装置であって、
溶接工作物（１）を保持するとともに、その溶接工作物（１）を回転させて溶接箇所の位置決めを行う治具装置（１０）と、
前記治具装置（１０）の弾性波を検出するＡＥセンサ（２１）とを備え、
前記治具装置（１０）は、互いが密着接触される保持面によって前記溶接工作物（１）を保持するように構成したことを特徴とする溶接工作物の異常判別評価装置。
【請求項２】
前記治具装置（１０）は、チャック部の密着圧が所定圧以上となる密着接触される保持面を有するチャック機構によって前記溶接工作物（１）を保持することを特徴とする請求項１に記載の溶接工作物の異常判別評価装置。
【請求項３】
前記ＡＥセンサ（２１）は、弾性波を検出する圧電素子（２１ａ）と前記圧電素子（２１ａ）により検出された弾性波を増幅する増幅器（２１ｂ）とから一体に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶接工作物の異常判別評価装置。
【請求項４】
前記治具装置（１０）には、前記ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波の出力信号を外部に伝送するスリップリングおよびブラシ機構からなる伝送装置（２２、２３）が設けられ、
前記伝送装置（２２、２３）は、前記ＡＥセンサ（２１）からの出力信号を、前記ＡＥセンサ（２１）にノイズを与えることなく外部に伝送するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の溶接工作物の異常判別評価装置。
【請求項５】
前記ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波に基づいてレーザ溶接加工における異常の有無を判別して評価する異常判別制御手段（２０）が設けられ、
前記異常判別制御手段（２０）は、レーザ溶接加工における溶け込み深さ、溶接ビードの長さ、溶接飛びのいずれかに識別して異常の有無を評価することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の溶接工作物の異常判別評価装置。
【請求項６】
レーザ溶接加工における溶接工作物の異常判別評価方法であって、
チャック部の密着圧が所定圧以上となる密着接触する保持面を有するチャック機構によって溶接工作物（１）を保持するとともに、その溶接工作物（１）を回転させて溶接箇所の位置決めを行う治具装置（１０）と、
前記治具装置（１０）の弾性波を検出するＡＥセンサ（２１）と、
前記治具装置（１０）に設けられ、前記ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波の出力信号を外部に伝送するスリップリングとブラシ機構からなる伝送装置（２２、２３）とを備え、
前記ＡＥセンサ（２１）により検出された弾性波に基づいて、少なくとも溶け込み深さ、溶接ビードの長さ、溶接飛びのいずれかに識別して評価することを特徴とする溶接工作物の異常判別評価方法。
【請求項７】
前記ＡＥセンサ（２１）は、弾性波を検出する圧電素子（２１ａ）と前記圧電素子（２１ａ）により検出された弾性波を増幅する増幅器（２１ｂ）とから一体に構成されていることを特徴とする請求項６に記載の溶接工作物の異常判別評価方法。
【請求項１】
溶接加工における溶接工作物の異常判別評価装置であって、
溶接工作物（１）を保持するとともに、その溶接工作物（１）を回転させて溶接箇所の位置決めを行う治具装置（１０）と、
前記治具装置（１０）の弾性波を検出するＡＥセンサ（２１）とを備え、
前記治具装置（１０）は、互いが密着接触される保持面によって前記溶接工作物（１）を保持するように構成したことを特徴とする溶接工作物の異常判別評価装置。
【請求項２】
前記治具装置（１０）は、チャック部の密着圧が所定圧以上となる密着接触される保持面を有するチャック機構によって前記溶接工作物（１）を保持することを特徴とする請求項１に記載の溶接工作物の異常判別評価装置。
【請求項３】
前記ＡＥセンサ（２１）は、弾性波を検出する圧電素子（２１ａ）と前記圧電素子（２１ａ）により検出された弾性波を増幅する増幅器（２１ｂ）とから一体に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶接工作物の異常判別評価装置。
【請求項４】
前記治具装置（１０）には、前記ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波の出力信号を外部に伝送するスリップリングおよびブラシ機構からなる伝送装置（２２、２３）が設けられ、
前記伝送装置（２２、２３）は、前記ＡＥセンサ（２１）からの出力信号を、前記ＡＥセンサ（２１）にノイズを与えることなく外部に伝送するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の溶接工作物の異常判別評価装置。
【請求項５】
前記ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波に基づいてレーザ溶接加工における異常の有無を判別して評価する異常判別制御手段（２０）が設けられ、
前記異常判別制御手段（２０）は、レーザ溶接加工における溶け込み深さ、溶接ビードの長さ、溶接飛びのいずれかに識別して異常の有無を評価することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の溶接工作物の異常判別評価装置。
【請求項６】
レーザ溶接加工における溶接工作物の異常判別評価方法であって、
チャック部の密着圧が所定圧以上となる密着接触する保持面を有するチャック機構によって溶接工作物（１）を保持するとともに、その溶接工作物（１）を回転させて溶接箇所の位置決めを行う治具装置（１０）と、
前記治具装置（１０）の弾性波を検出するＡＥセンサ（２１）と、
前記治具装置（１０）に設けられ、前記ＡＥセンサ（２１）で検出された弾性波の出力信号を外部に伝送するスリップリングとブラシ機構からなる伝送装置（２２、２３）とを備え、
前記ＡＥセンサ（２１）により検出された弾性波に基づいて、少なくとも溶け込み深さ、溶接ビードの長さ、溶接飛びのいずれかに識別して評価することを特徴とする溶接工作物の異常判別評価方法。
【請求項７】
前記ＡＥセンサ（２１）は、弾性波を検出する圧電素子（２１ａ）と前記圧電素子（２１ａ）により検出された弾性波を増幅する増幅器（２１ｂ）とから一体に構成されていることを特徴とする請求項６に記載の溶接工作物の異常判別評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１１１７４５（Ｐ２００７−１１１７４５Ａ）
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０６２２４（Ｐ２００５−３０６２２４）
【出願日】平成１７年１０月２０日（２００５．１０．２０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２０日（２００５．１０．２０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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