CN105073330A - 焊接部检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

焊接激光束被沿着设定在工件中的焊接轨迹而照射，或者检测激光束被沿着设定在所述工件中由所述焊接激光束熔融的熔池中的扫描轨迹而照射。返回光被接收，所述返回光包括：来自所述工件中的所述熔池的反射光，由所述工件熔融/蒸发产生的蒸发发光，从所述工件中所述熔池辐射的热辐射光。通过对接收的返回光的强度进行傅里叶变换来探测基频，且基于在所述基频下的振幅和在二倍于所述基频的频率下的振幅来检测在所述工件中的所述焊接部的焊接状态。

Description

焊接部检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种焊接部装置及其检测方法，特别地，例如，涉及一种当通过激光束的方式将多个工件焊接到一起时，检测形成的焊接部的焊接状态的检测装置及其检测方法。

背景技术

当通过激光束的方式将两块钢片焊接到一起时，使得它们一块叠放在另一块上面，进行了对由激光焊接形成的焊接部的质量评估。作为对于由激光焊接形成的焊接部的质量评估的实例，如日本专利申请公开号2008-87056(JP2008-87056)公开了一种有关使用激光束的反射光对激光焊接质量评估的技术。

在JP2008-87056A中公开的一种激光焊接质量判定系统，如从激光电筒(torch)辐射YAG激光。激光反射光从焊接操作的前进方向的斜上方上侧被第一反射光接收/输出装置所接收。包括蒸发光(羽状(plume))和反射激光光的焊接光被与激光束照射方向同轴的第二反射光接收/输出装置所接收。从两个预定方向同时接收的激光反射光和焊接光被转换为与它们的强度对应的电信号。此系统基于该电信号的信号强度和其强度的变化来判定焊接质量。

根据JP2008-87056A中公开的激光焊接质量判定系统，反射激光和焊接光在同一时间从两个不同的方向被接收。通过将每种接收光的信号强度与适当设定的阈值进行比较，能够判定各种焊接缺陷中的任何一种，如：焊道下沉以填补钢片间缝隙的填充不足，由于钢片间缝隙过大上下钢片不能接合的接合失败，由于钢片间缝隙过大而焊道下陷的焊道下陷，由于热平衡的变化焊道突然消失的熔断，发生穿孔。

然而，根据JP2008-87056A中公开的激光焊接质量判定系统，例如，如果激光电筒和工件(钢片)彼此分开，由接收的反射激光束或焊接光得到的电信号很微弱。因而焊接失败的判定的精度下降。特别是，在当激光焊接时焊道下陷的焊道下陷的情况下，由于焊接失败的电信号的变化减弱。因而，有时候，在工件中的焊接失败不能被精确检测。进一步，众所周知，由于工件的熔融/蒸发产生的蒸发发光或从工件中的熔池辐射的热辐射光根据工件温度而变化，且用于判定从接收的反射激光束或焊接光得到的电信号的阈值和激光焊接质量都根据工件温度而变化。如果激光焊接时工件温度的变化大，工件焊接缺陷的判定精度有时会进一步下降。

发明内容

本发明提供一种能够在激光电筒与工件彼此分隔设置进行焊接的远程焊接操作中，精确地检测工件中焊接部的焊接状态的焊接部检测装置及其检测方法。

本发明的第一方面涉及一种焊接部检测装置，其被配置为当将多个工件(W1，W2)被焊接到一起时，检测形成的焊接部的焊接状态。所述焊接部检测装置包括：照射部，其被配置为沿着设定在工件中的焊接轨迹而照射焊接激光束或者沿着设定在由所述焊接激光束熔融的所述工件的熔池中的扫描轨迹而照射检测激光束，以将所述工件焊接在一起；光接收部，其被配置为接收返回光，所述返回光包括下列的至少一种：来自所述工件中的所述熔池的通过由所述照射部而照射的所述焊接激光束或所述检测激光束的反射光，由所述工件的蒸发产生的蒸发发光，和从所述工件中的所述熔池而辐射的热辐射光；以及检测部，其被配置为基于在通过对由所述光接收部接收到的所述返回光的强度进行傅里叶变换所探测的基频下的振幅和在二倍于所述基频的频率下的另一个振幅，来检测所述工件中的所述焊接部的所述焊接状态。

根据上述方面，在所述工件中所述焊接部的所述焊接状态，被基于在所述基频下的振幅和在二倍于所述基频的所述频率下的另一个振幅被检测，所述基频被通过当沿着焊接轨迹照射焊接激光束或者沿着扫描轨迹照射检测激光束时对由光接收部接收的返回光的所述强度进行傅里叶变换来探测。结果，在所述照射部与那些工件彼此分隔设置而将工件焊接到一起的远程焊接操作中，即使从由所述光接收部接收的所述返回光得到的电信号微弱，或者由所述光接收部接收的所述返回光的强度相应于所述工件温度的变化而变化，在所述工件中所述焊接部的所述焊接状态都可以被精确检测。

在上述方面中，所述检测部基于在所述基频下的所述振幅和二倍于所述基频的所述频率下的所述振幅之间的比率，检测在所述工件的所述焊接部中的所述焊接缺陷的大小。

根据上述方面，所述检测部基于在在所述基频下的振幅和在二倍于所述基频的所述频率下的另一个振幅之间的比率，检测在所述工件的所述焊接部中的所述焊接缺陷的大小，从而，使检测在所述工件中所述焊接部的所述焊接状态更为精确。

在上述方面中，所述照射部沿着沿着同一的焊接轨迹照射所述焊接激光束数次或者沿着同一的扫描轨迹照射所述检测激光束数次。

根据上述方面，在所述工件中所述焊接部的所述焊接状态，被基于在所述基频下的振幅和在二倍于所述基频下的振幅而检测，所述基频被通过当沿着同一的焊接轨迹照射所述焊接激光束数次或者沿着同一的扫描轨迹照射所述检测激光束数次时，对所述光接收部接收的所述返回光的所述强度进行傅里叶变换而探测。结果，即使当沿着预定的焊接轨迹照射所述焊接激光束仅一次或者沿着预定的扫描轨迹照射所述检测激光束仅一次时，从所述返回光得到的电信号微弱，或者从所述光接收部得到的所述电信号包含噪声，由于在所述返回光中的这种噪声对检测精度的削减可被抑制。也就是说，所述检测部的所述焊接状态的所述检测精度能被提高。

本发明的第二方面涉及一种适合于检测当多个工件被焊接在一起时所形成的焊接部的焊接状态的焊接部检测方法。所述焊接部检测方法包括：沿着设定在工件中的所述焊接轨迹而照射焊接激光束或者在沿着设定在由所述焊接激光束熔融的所述工件的所述熔池中的所述扫描轨迹而照射所述检测激光束，以使所述工件焊接在一起；接收返回光，所述返回光包括下列的至少一种：来自所述工件中的所述熔池的通过所述焊接激光束或所述检测激光束的反射光，由所述工件的蒸发产生的蒸发发光，和从所述工件中的所述熔池而辐射的热辐射光；通过对所述返回光的强度进行傅里叶变换来探测基频；及基于在所述基频下的振幅和在二倍于所述基频的另一个频率下的另一个振幅，检测在所述工件中的所述焊接部的所述焊接状态。

根据上述方面，所述基频通过对所述接收的所述返回光的所述强度进行傅里叶变换而探测，且然后，基于在所述基频下的振幅和在二倍于所述基频的另一个频率下的所述振幅，检测在所述工件中的所述焊接部的所述焊接状态。结果，在所述激光照射部与工件彼此分隔设置而焊接到一起的远程焊接操作中，即使从所述接收的返回光得到的电信号微弱或者所述接收的返回光相应于所述工件的温度的变化而变化，在所述工件中所述焊接部的所述焊接状态都可以被精确检测。

由以上说明了解到，根据本发明的第一和第二方面，当将多个工件焊接到一起，所述基频通过当沿着所述焊接轨迹照射所述焊接激光束或者沿着所述扫描轨迹照射所述检测激光束时，对所述返回光的所述强度进行傅里叶变换而探测，且然后，基于在所述基频下的所述振幅和在二倍于所述基频的另一个频率的所述振幅，检测在所述工件中的所述焊接部的所述焊接状态。结果，即使从所述返回光得到的电信号微弱或者所述返回光相应于所述工件温度的变化而变化，在所述工件中所述焊接部的所述焊接状态都能够被精确检测。

附图说明

本发明的示例性实施例的特点、优点以及在技术和工业上的意义将参考附图说明如下，其中类似的参考标号表示类似的元件，其中：

图1为示出本发明的焊接部检测装置的第一实施例的整体结构的总体配置图；

图2为说明采用图1所示的检测装置的焊接照射部的焊接激光束的照射状态的俯视图；

图3为说明采用图1所示的检测装置的检测照射部的检测激光束的照射状态的俯视图；

图4为示出时间序列的返回光的强度的实例的图；

图5A为说明当焊接部的焊接状态正常时熔池和检测激光束的扫描轨迹之间关系的俯视图；

图5B为沿着图5A中VB-VB线的截取图；

图6A为说明当焊接部的焊接状态有缺陷时熔池和检测激光束的扫描轨迹之间关系的俯视图；

图6B为沿图中VIB-VIB线的截取图。

图7为示出时间序列的实际被测量的返回光的强度；

图8为示出本发明的焊接部检测装置的第二实施例的整体结构的总体配置图；

图9A为示出根据基于分析模型的实例1的焊接部的放大俯视图；

图9B为示出根据由分析模型估测的实例1的时间序列的返回光强度的图；

图10A为示出根据基于分析模型的实例2的焊接部的放大俯视图；

图10B为示出根据由分析模型估测的实例2的时间序列的返回光强度的图；

图11A为示出根据基于分析模型的实例3的焊接部的放大俯视图；

图11B为示出根据由分析模型估测的实例3的时间序列的返回光强度的图；

图12A为示出根据基于分析模型的实例4的焊接部的放大俯视图；

图12B为示出根据由分析模型估测的实例4的时间序列的返回光强度的图；

图13为示出根据由分析模型估测的实例1-4的返回光的频率和振幅之间关系的图表。

图14为示出在二倍于基频的频率下的振幅相对于根据基于分析模型的实例1至4的基频下的振幅之间的比率与焊接缺陷的尺寸相对于焊接部的完好部分的尺寸的比率之间的关系的图表。

具体实施方式

作为积极研究的结果，本发明发明人发现，当焊接激光束或检测激光束在工件上照射时在基频下的返回光的振幅和其在二倍于基频的频率下的另一个振幅与工件上形成的焊接部的焊接状态有密切关系，更具体地在焊接部中焊接缺陷的尺寸，基频通过对接收的返回光的强度进行傅里叶变换而探测。

更具体地，当在工件的焊接部中有焊接缺陷存在时，从通过对各种返回光的强度进行傅里叶变换得到的结果，发现在基频下返回光的振幅和其在二倍于基频的频率下的另一个振幅之间的比率与在工件的焊接部中焊接缺陷的尺寸相关。

在下文中将参考附图对根据本发明的焊接部检测装置及其检测方法的实施例进行说明。

[焊接部检测装置的第一实施例]

首先，将参考图1至3说明本发明的焊接部检测装置的第一实施例。

图1为示出本发明的焊接部检测装置的第一实施例的整体结构的总体配置图。图2为说明采用图1所示的检测装置的焊接照射部的焊接激光束的照射状态的俯视图，而图3为说明采用图1所示的检测装置的检测照射部的检测激光束的照射状态的俯视图。

图1所示的检测装置100主要包括焊接照射部1、检测照射部5、光接收部2、转换部3、放大器4、检测部6和阴极射线管(CRT)7。

焊接照射部1用焊接激光束(如具有预定激光波长的YAG激光)L1照射两个工件W1、W2，以将一个叠放在另一个上面或彼此稍稍分开的两个工件W1、W2(如钢片)焊接在一起。更具体地，如图2中所示，焊接照射部1将焊接激光束L1的焦点F1沿设定在工件W1上的半径为R11的大致圆形的焊接轨迹C11绕转数次，且用焊接激光束L1在焊接轨迹C11上照射数次。然后，在焊接轨迹C11内部移动焊接激光束L1的焦点F1。随后，焊接激光束L1的焦点F1沿着具有比半径R11小的半径R12的且与焊接轨迹C11同轴的大致圆形的焊接轨迹C12绕转数次，且在焊接轨迹C12上照射焊接激光束L1数次。通过以这种方式重复焊接激光束L1的照射步骤，在工件W1、W2上形成大致圆形的焊接部，以使工件W1、W2焊接在一起(称为激光螺旋焊接)。同时，焊接轨迹C11和焊接轨迹C12的中心C0充当在焊接工件W1、W2上要形成的焊接部的焊接中心。

通过采用焊接照射部1的焊接激光束L1的照射，作为工件W1、W2熔融的结果，在焊接激光束L1的左右及其相对于焊接激光束L1的前进方向的后面形成了熔池Y1。在第一实施例中，焊接激光束L1被沿着如上所述的大致圆形的焊接轨迹C1、C2而照射。结果，在工件W1、W2中形成大致圆形的熔池Y1。

如图1所示，检测照射部5通过光学系统8和光接收部2将检测激光束L5照射到熔融状态的熔池Y1。更具体地，如图3所示，检测照射部5以大致恒定的速率，沿着设定于熔池Y1的外缘内部的半径为R51的大致圆形的扫描轨迹C51，将检测激光束L5的焦点F5绕转数次，且在扫描轨迹C51上照射检测激光束L5数次。然后，检测激光束L5的焦点F5在扫描轨迹C51内移动。随后，检测激光束L5的焦点F5被沿着具有比半径R51小的半径R52的且与焊接轨迹C51同轴的大致圆形的扫描轨迹C52绕转数次，且在扫描轨迹C52上照射焊接激光束L5数次。通过重复焊接激光束L5的照射步骤，检测照射部5将检测激光束L5照射到在工件W1、W2中形成的大致圆形的整个熔池Y1。同时，扫描轨迹C51、C52的中心被设定在前面提及的焊接轨迹C11、C12的中心C0。

如图1所示，随着检测照射部5将检测激光束L5照射到熔池Y1，光接收部2接收返回光L2，返回光L2包括：来自工件W1、W2的熔池Y1的通过检测激光束L5的反射光，由工件W1、W2的熔融/蒸发产生的蒸发发光(等离子光)和从工件W1、W2的熔池辐射的热辐射光(红外光)。

转化部3将由光接收部2接收且通过光学系统8和聚光透镜9聚光的返回光L2转化为电信号，并将电信号输出到放大器4。放大器4放大从转换部3输出的电信号的信号强度并将其发送到检测部6。

检测部6处理从放大器4传输过来的电信号以检测工件W1、W2上形成的焊接部的焊接状态。更具体地，当检测照射部5将检测激光束L5沿着相应扫描轨迹C51、C52照射到熔池Y1上数次时，检测部6对由光接收部2接收过来的返回光L2的强度进行傅里叶变换。然后，它探测基频，在其中其振幅峰值先由傅里叶变换后的频率和振幅的关系来探测。基于基频的振幅和二倍于基频的频率的振幅之间的比率而检测工件W1、W2中形成的焊接部中焊接缺陷的大小。检测部6将从放大器4发送的电信号的信号处理结果发送到CRT7。CRT7将从检测部6发送的信号处理结果显示出来。

[焊接部检测方法的第一实施例]

然后，将参考图4至7说明使用图1中所示的焊接部的检测装置100的本发明的焊接部检测方法的第一实施例。

图4为示出时间序列的的返回光的强度的实例的图，其将要发送到图1所示的检测装置100的检测部6。图5A为说明当焊接部的焊接状态正常时熔池和检测激光束的扫描轨迹的关系的俯视图。图5B为沿着图5A的VB-VB线的截取图。图6A为说明当焊接部的焊接状态有缺陷时，熔池和检测激光束的扫描轨迹之间关系的俯视图。图6B为沿图6A中VIB-VIB线的截取图。图7为示出实际要被测量的返回光的强度的时间序列的图表，特别是通过工件W1、W2的熔融/蒸发而产生的蒸发发光的强度(等离子光)。

如果，如图5A和图5B所示，当焊接部的焊接状态正常时(当工件W1、W2正常地被焊接在一起)，例如，检测激光束L5的焦点F5被沿着设定在熔池Y1中的大致圆形的扫描轨迹C51绕转数次，以在扫描轨迹C51上照射检测激光束L5数次，认为从工件W1、W2的检测激光束L5的返回光、蒸发发光和热辐射的强度的变化相对较小。从而，如图4中以虚线示出的，由光接收部2接收后的通过转换部3和放大器4要发送到检测部6的返回光L2的强度变化相对较小。

另一方面，如果，如图6A和图6B所示，当焊接部的焊接状态有缺陷时(如，当工件的一个上的焊接焊道下陷引起的一侧工件下陷焊接的情况)，例如，检测激光束L5的焦点F5被沿着设定于熔池Y1中的大致圆形的扫描轨迹C51绕转数次，以将检测激光束L5照射在扫描轨迹C51上数次，且如果有在检测激光束L5的扫描轨迹C51上存在任何焊接缺陷X1(其中熔融的金属缺失的部分)，在扫描轨迹C51的焊接缺陷X1存在的点上，来自工件W1、W2的检测激光束L5的反射光的强度降低。结果，如图4中以实线示出的，由光接收部2接收后通过转换部3和放大器4发送到检测部6的返回光L2的强度在检测激光束L5的扫描周期之内(如其中检测激光束L5沿着扫描轨迹C51转一圈的周期)的焊接缺陷X1存在的某一点处周期性的降低。

也就是说，在经过扫描轨迹的焊接缺陷X1的长度和经过不是焊接缺陷X1的完好部分的长度之间的比率，与扫描轨迹中检测激光束L5以大致恒定的速率经过焊接缺陷X1的扫过的时间和它经过不是焊接缺陷X1的完好部分的时间的比率，相一致。从而，根据第一实施例的检测方法，返回光L2的强度变化的周期性被通过检测部6进行分析。更具体地，当检测激光5被沿着各自的扫描轨迹C51、C52照射数次时，对由光接收部2接收的返回光L2的强度进行傅里叶变换。然后，基频被探测，该基频的振幅峰先由傅里叶变换之后的频率和振幅的关系来探测。基频的振幅和二倍于基频的频率的振幅的比率被计算。结果，即使从返回光L2得到的电信号微弱或者返回光L2的强度微弱，或者返回光L2的强度相应于工件温度变化而变化，可存在于熔池Y1外缘内部的焊接缺陷X1的尺寸可被检测出。特别地，根据第一实施例，检测激光束L5被相对于熔池Y1沿着大致圆形的扫描轨迹而照射。从而，可存在于偏离焊接中心C0的焊接池Y1外缘内部的焊接缺陷X1的尺寸或者诸如椭圆形和大致多边形的非圆形的焊接缺陷X1的尺寸都能够被检测。

进一步，根据第一实施例，检测激光束L5被沿着设定于由焊接激光束L1照射形成的熔池Y1中的扫描轨迹C51、C52而照射。当检测激光束L5被沿着扫描轨迹C51、C52照射时，基于由光接收部2接收的返回光L2强度变化的周期性，焊接部的焊接状态被检测。结果，即使焊接激光束L1的照射状态变化，或焊接激光束从焊接缺陷X1产生位置偏转，检测激光束L5的扫描状态(扫描轨迹或扫描速度)可以被适当调节。从而，在工件上形成的焊接部的焊接状态可被精确检测。

根据图4中以实线示出的实例，由光接收部2所接收的返回光L2的强度中，焊接缺陷X1的尺寸可通过从检测激光束L5在扫描轨迹中经过焊接缺陷X1的时间和它经过不是焊接缺陷X1的完好部分的时间来估测经过扫描轨迹的焊接缺陷X1的长度和经过不是焊接缺陷X1的完好部分的长度而进行估测。然而，由光接收部2实际接收的返回光L2的强度包含各种频率的强度信号，如图7所示。从而，有必要从经过对由光接收部2接收的返回光L2的强度进行傅里叶变换得到的频率和振幅的关系，来检测焊接缺陷X1的尺寸。

[焊接部检测装置的第二实施例]

然后，将参考图8说明本发明的焊接部检测装置的第二实施例。

图8为本发明的焊接部检测装置的第二实施例的整体结构的总体配置图。图8中所示的第二实施例的检测装置100A与图1所示的第一实施例的检测装置100不同，在于使用从焊接照射部照射的焊接激光束的反射光来检测焊接部的焊接状态。其他结构与第一实施例的检测装置100几乎相同。因此，与第一实施例相同的结构的详细说明将省略，同时类似的参考标号标示于类似的部件。

图中所示的检测装置100A主要包括焊接照射部1A、光接收部2A、转换部3A、放大器4A、检测部6A和CRT7A。

焊接照射部1A通过光学系统8A和光接收部2A用焊接激光束L1照射两个工件W1、W2，以将一个叠放在另一个上面或彼此稍稍分开的两个工件W1、W2焊接在一起。通过采用焊接照射部1A的焊接激光束L1的照射，在焊接激光束L1A的左右和其相对于焊接激光束L1A的前进方向的后面，作为工件W1、W2熔融的结果形成熔池Y1。

光接收部2A接收返回光L2A，返回光L2A包括：来自所述工件W1、W2中的熔池的由焊接照射部1A照射的焊接激光束L1A的反射光，由工件W1、W2熔融/蒸发产生的蒸发发光(等离子光)，和从工件W1、W2的熔池Y1辐射的热辐射光(红外光)。

转换部3A将由光接收部2A所接收的并通过光学系统8A和聚光透镜9A聚光的返回光L2A转换为电信号，并将此电信号输出到放大器4A。放大器4A将从转换部3A输出的电信号的信号强度放大并发送至检测部6A。

检测部6A将从放大器4A传送过来的电信号进行处理以检测工件W1、W2上形成的焊接部的焊接状态。更具体地，当焊接照射部1A沿着扫描轨迹照射焊接激光束L1A时，检测部6A对由光接收部2A接收的返回光2A的强度进行傅里叶变换。然后，它检测基频，该基频的振幅峰首先通过傅里叶变换后的频率和振幅的关系来检测。基于基频的振幅和二倍于基频的频率的振幅之间的比率，检测工件W1、W2中形成的焊接部的焊接缺陷的尺寸。检测部6A将由放大器4A发送的电信号的信号处理结果发送到CRT7A。CRT7A显示从检测部6A发送的信号处理结果。

如同第一实施例，在焊接部的焊接状态正常的情况下，当焊接激光束L1A被沿着焊接轨迹而照射时，由光接收部2A接收的返回光L2A的强度变化相对较小。另一方面，在焊接部的焊接状态有缺陷的情况下，如果焊接缺陷(在其中任何熔融金属缺失的部分)在焊接激光束L1A的焊接轨迹上形成，当焊接激光束L1A被沿着焊接轨迹而照射时，由光接收部2A接收的返回光L2A的强度在形成缺陷的位置周期性降低。

根据第二实施例，返回光L2A的强度的变化的周期性通过检测部6A进行分析。更具体地，当焊接激光束L1A被沿着焊接轨迹照射时，对由光接收部2A接收的返回光L2A进行傅里叶变换。然后，基频被检测，该基频的振幅峰首先通过傅里叶变换后的频率和振幅的关系来检测。基频的振幅和二倍于基频的频率的振幅之间的比率被计算。结果，即使从返回光L2A得到的电信号微弱，或者返回光L2A相应于工件温度的变化而变化，存在于熔池Y1外缘内部的焊接缺陷的尺寸都能够被检测。

同时，在上述第一实施例中，已经说明其中检测激光束的扫描轨迹的中心被设定在焊接激光束的焊接轨迹中心的实施例。然而，检测激光束的扫描轨迹的中心可被设定在由焊接激光束的照射而形成的熔池内部的适当位置。

在上述实施例中，已经说明过其中焊接激光束的焊接轨迹和检测激光束的扫描轨迹为大致圆形的实施例。然而，焊接激光束的焊接轨迹和检测激光束的扫描轨迹可为诸如椭圆形、多边形的闭环形状或者为预定长度的曲线或直线。如果可以估测焊接部中易于发生焊接缺陷的位置，优选地，设置焊接激光束的焊接轨迹或检测激光束的扫描轨迹，以使其经过此位置。同时，如果焊接激光束的焊接轨迹为诸如椭圆形、多边形的闭环形状，焊接中心可被设置在焊接轨迹的重心上。

在上述实施例中，已经说明了将焊接激光束或检测激光束照射到固定于预定位置的工件上。然而，允许通过将焊接激光束和检测激光束的焦点固定但适当地移动工件而用激光束将工件焊接在一起。备选地，通过工件和焊接激光束或检测激光束的焦点彼此相对移动而将工件焊接在一起也是允许的。

[使用分析模型评估返回光的强度和焊接部中焊接缺陷尺寸之间的关系分析及结果]

本发明的发明人做了四种分析模型，每种都有不同尺寸的焊接缺陷(实例1-4)，且评估了基于每种分析模型的返回光的强度和每个焊接部中的焊接缺陷的尺寸之间的关系。

<分析模型的形态及其中返回光的强度>

首先将参考图9A、10A、11A和12A说明分析模型的形态。假定检测激光束大致圆形的扫描轨迹的经过焊接缺陷的长度对于经过完好部分的长度的比率，在图9A所示的实例1中为1.00，在图10A所示的实例2中为0.67，在图11A所示的实例3中为0.33，及在图12A所示的实例4中为0.11。换言之，发现经过焊接缺陷的长度对于整个检测激光束的扫描轨迹的比率，在图9A所示的实例1中为1/2(50％)，在图10A所示的实例2中为2/5(40％)，在图11A所示的实例3中为1/4(25％)，在图12A所示的实例4中为1/10(10％)。

因而，如图9B、10B、11B和12B所示，估测当检测激光束以大致恒定的速度经过焊接缺陷的时间对于当其经过扫描轨迹的完好部分的时间的比率，在图9B所示的实例中为1.00，在图10B所示的实例2中为0.67，在图11B所示的实例3中为0.33，及在图12B所示的实例4中为0.11。

<根据分析模型评估返回光的强度和焊接部中焊接缺陷尺寸之间关系的结果>

图13为示出由分析模型评估的实例1至4中的返回光的频率和振幅之间关系的图表。

当对图9B、10B、11B、12B所示的实例1至4返回光的强度进行快速傅里叶变换时，在实例1至4的每个分析模型中的振幅峰在大约为5Hz，大约为10Hz和大约为15Hz的频率被确定，如图13所示。在实例1的分析模型中，在大约10Hz的频率下没有大的振幅峰被确定。

图14为示出根据分析模型的实例1至4的基频下的振幅和在另一个二倍于基频的频率下的振幅之间比率与焊接部完好部分尺寸(在扫描轨迹中经过完好部分的长度)和缺陷部分尺寸(在扫描轨迹中经过缺陷部分的长度)之的间比率之间关系的图表。

从在实例1至4的分析模型中傅里叶变换之后频率和振幅之间的关系，将在大约5Hz(基频，其中振幅峰先被探测)下的振幅和在大约10Hz(二倍于基频的频率)的振幅间的比率(见图13)，与经过检测激光束的扫描轨迹的完好部分的长度和经过焊接缺陷的长度间的比率进行了比较。结果，如图14所示，确定两者间有密切相关性。更具体地，确定随着在基频下的振幅和在二倍于基频的频率下的振幅之间的比率升高，经过检测激光束的扫描轨迹的完好部分的长度和经过焊接缺陷的长度之间的比率降低。

从分析结果，当焊接激光束被沿着焊接轨迹而照射或者检测激光束被沿着扫描轨迹而照射时，通过对接收的返回光的强度进行傅里叶变换，基频被检测。然后，在二倍于基频的频率下的振幅相对于在基频下的振幅的比率被计算。结果，发现可精确地检测出在焊接部中可形成的焊接缺陷的尺寸，如两个工件熔融并脱落的穿孔焊接，其中一侧工件熔融并脱落的一侧工件下陷焊接。

尽管上文参考附图对本发明的实施例进行了详细的说明，但本发明的具体构造并受这些实施例所限，只要不背离本发明的要旨而对本发明设计进行的任何改变等都将包括于本发明之内。

Claims (6)

1.一种焊接部检测装置，其被配置为当多个工件被焊接在一起时，检测形成的焊接部的焊接状态，所述焊接部检测装置包括：

照射部，其被配置为沿着设定在工件中的焊接轨迹而照射焊接激光束或者沿着设定在由所述焊接激光束熔融的所述工件的熔池中的扫描轨迹而照射检测激光束，以将所述工件焊接在一起；

光接收部，其被配置为接收返回光，所述返回光包括下列的至少一种：来自所述工件中的所述熔池的通过由所述照射部照射的所述焊接激光束或所述检测激光束的反射光，由所述工件的蒸发产生的蒸发发光，和从所述工件中的所述熔池而辐射的热辐射光；以及

检测部，其被配置为基于在通过对由所述光接收部接收到的所述返回光的强度进行傅里叶变换所探测的基频下的振幅和在二倍于所述基频的频率下的另一个振幅，检测所述工件中的所述焊接部的所述焊接状态。

2.根据权利要求1所述的焊接部检测装置，其中

所述检测部基于在所述基频下的所述振幅和二倍于所述基频的所述频率下的所述振幅之间的比率，检测在所述工件的所述焊接部中的焊接缺陷的大小。

3.根据权利要求1或2所述的焊接部检测装置，其中

所述照射部沿同一的焊接轨迹照射所述焊接激光束数次或者沿同一的扫描轨迹照射所述检测激光束数次。

4.一种适合于检测当多个工件被焊接在一起时所形成的焊接部的焊接状态的焊接部检测方法，所述焊接部检测方法包括：

沿着设定在工件中的焊接轨迹而照射焊接激光束或者在沿着设定在由所述焊接激光束熔融的所述工件的所述熔池中的扫描轨迹而照射检测激光束，以将所述工件焊接在一起；

接收返回光，所述返回光包括下列的至少一种：来自所述工件中的所述熔池的通过所述焊接激光束或所述检测激光束的反射光，由所述工件的蒸发产生的蒸发发光，和从所述工件中的所述熔池而辐射的热辐射光。

通过对所述返回光的强度进行傅里叶变换来探测基频；以及

基于在所述基频下的振幅和在二倍于所述基频的另一个频率下的另一个振幅，检测在所述工件中的所述焊接部的所述焊接状态。

5.根据权利要求4所述的焊接部检测方法，其中

对于所述检测，基于在所述基频下的所述振幅和在所述二倍于所述基频的所述频率下的所述振幅之间的比率，检测在所述工件的所述焊接部中的焊接缺陷的大小。

6.根据权利要求4或5所述的焊接部检测方法，其中

所述照射包括沿同一的焊接轨迹照射所述焊接激光束数次或者沿同一的扫描轨迹照射所述检测激光束数次。