CN105073331B - 在熔池的不同区域检测的焊接部检测装置及其检测方法 - Google Patents

在熔池的不同区域检测的焊接部检测装置及其检测方法 Download PDF

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Abstract

焊接激光束(L1)被沿着设定在工件(W1、W2)中的焊接轨迹(C11、C12)而照射，或者检测激光束(L5)被沿着设定在所述工件中由所述焊接激光束(L1)照射而熔融的熔池(Y1)中的扫描轨迹而照射。返回光(L2)被接收，其包括：来自所述熔池(Y1)的反射光，由所述工件(W1、W2)熔融和蒸发引起的蒸发光，以及从所述熔池(Y1)发射的热辐射光。而且所述工件(W1、W2)的焊接部的焊接状态被基于在所述熔池(Y1)内部的相对靠近给定点的第一区域中接收的返回光束(L2)的强度和在所述熔池(Y1)内部的与给所述定点相对隔开的第二区域中接收的返回光束的强度而检测。

Description

在熔池的不同区域检测的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检测装置及其方法，且涉及一种例如当多个工件被焊接时检测当时形成的焊接部的焊接状态的焊接部检测装置及其检测方法。
背景技术
当两个钢片一个放置在另一个上面且在其上进行激光束焊接时，对由激光束焊接所形成的焊接部进行质量评估。作为这类对由激光束焊接形成的焊接部的质量评估的一个实例，日本专利申请公开号2008-87056(JP2008-87056A)说明了一种通过使用激光束的反射光来进行激光束焊接的质量评估的技术。
在JP2008-87056A说明的激光束焊接质量判定系统中，例如，从激光电筒照射YAG激光，且激光反射光从焊接前进方向的斜前方上侧由第一光接收输出装置所接收。进一步，包括蒸气光(羽状(plume))和激光反射光的焊接光由第二光接收输出装置在与激光束照射方向同轴的方向上所接收。在两个预定方向上同时被接收的激光反射光和焊接光，被根据它们各自的强度而转换为电信号。此系统基于电信号的信号强度或其变化来判定焊接质量。
根据JP2008-87056A说明的激光束焊接质量判定系统，激光反射光和焊接光在两个彼此不同的预定的方向上同时被接收，而且将它们各自的光接收信号强度与适当设定的阈值进行比较。在此处，能够判定下列各种类型的不良焊接的任何一种的发生：焊接收缩(填充不足)，在其中焊接焊道(bead)中空以掩埋钢片之间的缝隙；未接合焊接，其中由于钢片之间的缝隙过大，上下钢片未接合；下陷(depressed)焊接，其中类似地由于钢片之间的缝隙过大，焊道下陷；以及熔融焊接，其中由于热平衡的波动，焊道意外消失；以及有孔焊接。
然而，在JP2008-87056A说明的激光束焊接质量判定系统中，例如在激光电筒与工件(钢片)分开的情况下，从接收的激光反射光和焊接光获得的电信号变弱。由此缘故，不良焊接的判定精度会降低。特别是，在其中激光焊接中焊道下陷的下陷焊接中，由于不良焊接引起的电信号的那些变化减弱。这引起在工件中的不良焊接不能被精确精密地探测的这种情况。进一步，众所周知由于工件熔融引起的蒸气光和从工件的熔池发射的热辐射光根据工件的温度而变化，且从接收的激光反射光和焊接光获得的电信号和判定激光束焊接的阈值根据工件温度而变化。因为此原因，在激光束焊接中在工件温度大幅波动的情况下，不良焊接的判定精度会进一步降低。
发明内容
本发明提供能够精确精确地检测远程焊接中工件的焊接部的焊接状态的一种焊接部检测装置及其检测方法，其中焊接被进行以使得在工件与激光电筒隔开。
本发明的第一个方面涉及一种焊接部检测装置，其当多个工件被焊接时检测当时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，所述照射部沿着设定在所述工件中的焊接轨迹而照射焊接激光束以焊接所述工件，或者沿着设定在由焊接激光束所熔融的所述工件中的熔池中的扫描轨迹而照射检测激光束；接收返回光束的光接收部，所述返回光束包括下列的至少一种：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，由于所述工件的熔融和蒸发引起的蒸气光，和从所述工件的所述熔池发射的热辐射光，所述反射光由所述工件的所述熔池反射；以及检测部，所述检测部基于在所述工件的所述熔池内部的相对靠近给定点的第一区域中的由所述光接收部接收的返回光束的强度和在所述工件的熔池内部的与所述给定点相对隔开的第二区域中的由所述光接收部接收的返回光束的强度，来检测所述工件的焊接部的焊接状态。
根据上述方面，所述工件的所述焊接部的所述焊接状态，被基于形成在所述工件中的所述熔池内部的相对靠近所述给定点的第一区域中的所述返回光束的强度和形成在所述工件中的熔池内部的与所述给定点相对隔开的第二区域中的所述返回光束的强度而检测。相应地，在如其中所述照射部与所述工件隔开进行焊接的远程焊接的情况下，即使从由所述光接收部接收的所述返回光束得到的电信号微弱，或者即使由所述光接收部接收的所述返回光束的所述强度根据工件温度的变化而变化，能够精确精确地检测在所述工件中形成的所述焊接部的所述焊接状态。
在上述方面中，所述检测部基于在所述第一区域中的由所述光接收部接收的所述返回光束的所述强度和在所述第二区域中的由所述光接收部接收的所述返回光束的强度之间的比率，来检测所述工件的所述焊接部的所述焊接状态。
根据上述方面，所述工件的所述焊接部的所述焊接状态，被基于在所述第一区域中接收的所述返回光束的强度和在所述第二区域中的接收的所述返回光束的强度之间的所述比率而检测。相应地，例如即使从由所述光接收部接收的所述返回光束得到的电信号微弱，或者即使由所述光接收部接收的所述返回光束的所述强度根据工件温度的变化而变化，能够判定所述工件的所述焊接部的焊接状态，基于大体上统一的标准，由此能够精确精确地检测所述工件的所述焊接部的所述焊接状态。
在上述方面中，所述检测部基于在所述第一区域中的由所述光接收部接收的所述返回光束的平均强度和在所述第二区域中的由所述光接收部接收的所述返回光束的平均强度，来检测所述工件的所述焊接部的所述焊接状态。
根据上述方面，所述工件的所述焊接部的所述焊接状态，被基于在所述第一区域中的接收的所述返回光束的所述平均强度和在所述第二区域中的接收的所述返回光束的所述平均强度而检测。相应地，例如即使由所述光接收部接收的所述返回光束的所述强度根据工件温度的变化或者所述熔池的液的周期性振动而变化，能够判定形成在所述工件中的所述焊接部的所述焊接状态，基于大体上统一的标准，由此能够进一步更精确地检测所述工件的所述焊接部的所述焊接状态。
注意在所述第一区域中的由所述光接收部接收的所述返回光束的平均强度为每单位长度的、每单位面积的或每单位时间的所述返回光的所述强度，其通过把在所述第一区域的由所述光接收部接收的所述返回光束的总强度除以在所述第一区域的激光束扫描的长度、第一区域的面积、在第一区域中激光束进行扫描经过的时间等而得到。进一步，由在所述第二区域中由所述光接收部接收的所述返回光束的所述平均强度同样是：通过把在所述第二区域的由所述光接收部接收的所述返回光束的总强度除以在第二区域的激光束扫描的长度、第二区域的面积、在第二区域中激光束进行扫描经过的时间等而得到每单位长度的、每单位面积的或每单位时间的所述返回光的所述强度。
进一步，本发明的第二方面涉及一种当多个工件被焊接时检测当时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：沿着设定在所述工件中的焊接轨迹而照射焊接激光束以焊接所述工件，或者沿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；接收返回光束，所述返回光束包括下列的至少一种：自所述工件的所述熔池反射的所述焊接激光束或所述检测激光束的反射光，由于所述工件的熔融和蒸发引起的蒸气光，和从所述工件的所述熔池发射的热辐射光；以及基于在所述工件的熔池内部的相对靠近给定点的第一区域中接收的返回光束的强度和在所述工件的所述熔池内部的与给所述定点相对隔开的第二区域中接收的返回光束的强度，来检测所述工件的焊接部的焊接状态。
根据上述方面，所述工件的焊接部的所述焊接状态被基于形成在所述工件的所述熔池内部的相对靠近所述给定点的所述第一区域中接收的所述返回光束的所述强度和形成在所述工件的所述熔池内部的与所述给定点相对隔开的所述第二区域中接收的所述返回光束的所述强度而检测。相应地，在如其中照射部与所述工件隔开而进行焊接的远程焊接的情况下，即使从由所述返回光束得到的电信号微弱，或者即使由此接收的所述返回光束的强度根据工件温度的变化而变化，能够精确地检测所述工件中形成的焊接部的焊接状态。
由以上说明了解到，根据本发明的第一和第二方面具有如此简单的配置，当多个工件被焊接时，所述工件的焊接部的焊接状态，被基于在所述工件的熔池内部的相对靠近给定点的所述第一区域中接收的返回光束的强度和在所述工件的所述熔池内部的与所述给定点相对隔开的所述第二区域中接收的返回光束的强度而检测。相应地，即使从所述返回光得到的电信号微弱，或者所述返回光的所述强度根据工件温度的变化而变化，能够精确地检测工件的所述焊接部的焊接状态。
附图说明
下面将参考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，其中类似的参考标号表示类似的元件，其中：
图1为示意性说明本发明的焊接部检测装置的实施例1的整体配置的总体配置图。
图2为说明来自如图1所示的检测装置的焊接照射部的焊接激光束的照射形态(form)的俯视图。
图3为说明来自如图1所示的检测装置的检测照射部的检测激光束的照射形态的俯视图。
图4为示出时间序列的返回光束的强度的一个实例的图。
图5A为在焊接部的焊接状态正常的情况下，说明熔池与检测激光束的焦点和扫描轨迹之间示例性关系的俯视图。
图5B为沿着图5A的箭头VB-VB的截取图。
图6A为在焊接部的焊接状态正常的情况下，说明熔池与检测激光束的焦点和扫描轨迹之间另一个示例性关系的俯视图。
图6B为沿图6A中箭头VIB-BIB的截取图。
图7A为在焊接部的焊接状态不良的情况下，说明熔池与检测激光束的焦点和扫描轨迹之间示例性关系的俯视图。
图7B为沿图7A中箭头VIIB-VIIB的截取图。
图8A为在焊接部的焊接状态不良的情况下，说明熔池与检测激光束的焦点和扫描轨迹之间另一个示例性关系的俯视图。
图8B为沿图8A中箭头VIIIB-VIIIB的截取图。
图9为示出在焊接部的焊接状态正常情况下和在焊接部的焊接状态不良情况下反射光束的平均强度之间的示例性比率的图。
图10为示意说明本发明的焊接部检测装置的实施例2的总体配置的总体配置图。
图11A为放大及说明根据实例1的检测样品的俯视图；
图11B为沿着图11A中箭头XIB-XIB的截取图；
图11C为示出时间序列的根据实例1的检测样品中返回光束的强度的图；
图12A为放大及说明根据实例2的检测样品的俯视图；
图12B为沿着图12A中箭头XIIB-XIIB的截取图；
图12C为示出时间序列的根据实例2的检测样品中返回光束的强度的图。
图13为示出说明根据实例1、2的检测样品中返回光束的平均强度之间比率的图。
具体实施方式
下面将参考附图说明根据本发明的焊接部检测装置及其检测方法的实施例:
[焊接部检测装置的实施例1]
首先参考图1至3说明的是本发明的焊接部检测装置的实施例1。
图1为示意性说明本发明的焊接部检测装置的实施例1的整体配置的总体配置图。进一步，图2为说明来自如图1所示的检测装置的焊接照射部的焊接激光束的照射形态的俯视图，而图3为说明来自检测装置的检测照射部的检测激光束的照射形态的俯视图。
图1所示的检测装置100主要由：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CRT(阴极射线管)7所构成。
为了将一个放置在另一个上面或互相稍稍分开布置的两个工件(如钢片)W1、W2焊接，焊接照射部1将焊接激光束(如具有预定激光波长的YAG激光)L1照射到两个工件W1、W2。更具体的，如图2所示，焊接照射部1将焊接激束L1的焦点F1沿设定在工件W1中的半径为R11的大体上圆形的焊接轨迹C11旋转数次，以将焊接激光束L1照射在焊接轨迹C11上数次。随后，焊接照射部1将焊接激光束L1的焦点F1移入焊接轨迹C11内部，并将焊接激光束L1的焦点F1沿着半径比R11小的R12大体上圆形的且与焊接轨迹C11同轴的焊接轨迹C12旋转，以使焊接激光束L1照射在焊接轨迹C12上数次。通过重复焊接激光束L1的这种照射步骤，在工件W1、W2中形成大体上圆形的焊接部，从而通过焊接(也称为激光螺旋焊)将工件W1、W2接合。注意，焊接轨迹C11或焊接轨迹C12的中心C0为焊接工件W1、W2中形成的焊接部的焊接中心。
此处，通过来自焊接照射部1的焊接激光束L1的照射，在焊接激光束L1的行进方向上焊接激光束L1的左右侧和焊接激光束L1的后面形成在其处工件W1、W2熔融的熔池Y1。在实施例1中，如上所述由于焊接激光束L1沿着大体上圆形的焊接轨迹C1、C2旋转，在工件W1、W2中形成大体上圆形的熔池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以大体上恒定的速度沿大体上圆形的半径为R51的设定于熔池Y1外缘内部的扫描轨迹C51而将检测激光束L5的焦点F5旋转数次，以将检测激光束L5照射在扫描轨迹C51上数次。随后，检测照射部5将检测激光束L5的焦点F5移入扫描轨迹C51内部，并将检测激光束L5的焦点F5沿着半径比R51小的R52大体上圆形的且与检测轨迹C51同轴的检测轨迹C52旋转数次，以使检测激光束L5照射扫描轨迹C52数次。通过重复检测激光束L5的这种照射步骤，检测照射部5将检测激光束5照射到在工件W1、W2中形成的大体上圆形的熔池的整体。注意，扫描轨迹C51、C52的中心，例如被设定在焊接轨迹C11、C12的焊接中心C0。
如图1所示，检测激光束L5被从检测照射部5而照射到熔池Y1的同时，光接收部2接收返回光束L2，返回光束包括：自工件W1、W2的熔池Y1反射的检测激光L5的反射光，由于工件W1、W2的熔融和蒸发引起的蒸气光(等离子光)，和从工件W1、W2的熔池Y1发射的热辐射光(红外光)等。
转换部3将由光接收部2接收且通过光学系统8和聚光透镜9聚光的返回光束L2转换为电信号，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对从放大器4发送的电信号进行信号处理，且检测在工件W1、W2中形成的焊接部的焊接状态。更具体的，检测部6计算由光接收部2所接收的于熔池外缘的内部的相对靠近焊接中心C0(如在扫描轨迹C52上且相对于焊接中心C0在相对内侧的轨迹)的区域内的返回光束L2的平均强度，和由光接收部2所接收的于熔池外缘的内部的与焊接中心C0相对隔开(如在扫描轨迹C51上且相对于焊接中心C0在相对外侧的轨迹)的区域内的返回光束L2的平均强度。然后，检测部6基于返回光束L2的平均强度之间的比率检测在工件W1、W2中形成的焊接部的焊接状态。进一步，检测部6将对自放大器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来。
[焊接部检测方法的实施例1]
下面将参考图4至9，说明通过使用图1所示的焊接部检测装置100的本发明的焊接部检测方法的实施例1。
图4为示出时间序列的向图1所示的焊接部检测装置100的检测部6发射的返回光束的强度的一个实例的图。进一步，图5A为在焊接部的焊接状态正常的情况下，说明熔池与检测激光束的焦点和扫描轨迹之间示例性关系的俯视图，而图5B为沿着图5A的箭头VB-VB的截取图。进一步，图6A为在焊接部的焊接状态正常的情况下，说明熔池与检测激光束的焦点和扫描轨迹之间另一个示例性关系的俯视图，而图6B为沿图6A中箭头VIB-BIB的截取图。进一步，图7A为在焊接部的焊接状态不良的情况下，说明熔池与检测激光束的焦点和扫描轨迹之间示例性关系的俯视图，而图7B为沿图7A中箭头VIIB-VIIB的截取图。进一步，图8A为在焊接部的焊接状态不良的情况下，说明熔池与检测激光束的焦点和扫描轨迹之间另一个示例性关系的俯视图，而图8B为沿图8A中箭头VIIIB-VIIIB的截取图。进一步，图9为示出在焊接部的焊接状态正常情况下和焊接部的焊接状态不良情况下反射光束的平均强度之间的示例性比率的图。
就焊接部的焊接状态正常(工件W1、W2正常焊接)的情形，对下列几种情况进行了比较：检测激光束L5的焦点F5沿着设定于熔池Y1中的大体上圆形的扫描轨迹C51旋转数次，以将检测激光束L5照射在扫描轨迹C51上(见图5A和5B)数次的情况；及检测激光束L5的焦点F5沿着半径比扫描轨迹C51的小的大体上圆形的扫描轨迹C52旋转数次，以将检测激光束L5照射在扫描轨迹C52上数次(见图6A和6B)的情况。在检测激光束L5照射在扫描轨迹C52的情况下，由于工件温度的上升等等，返回光束L2的强度升高。鉴于此，如图4中虚线所示，与检测激光束L5照射在扫描轨迹C51(图4中的区(1))数次的情况相比，在检测激光束L5照射在扫描轨迹C52上随后照射在C51上(图4中的区(2))的情况下，由光接收部2接收的且通过转换部3和放大器4发送到检测部6的返回光束L2的强度较大。
同时，在焊接部焊接状态不良的情况下(如在其中两个工件都熔融塌陷的有孔焊接情况下)，取决于设定于熔池Y1中的扫轨迹和不良焊接部X1之间的位置关系，从检测照射部5照射的检测激光束L5的部分或全部穿过工件W1或工件W2，因而工件温度的升高受到限制。鉴于此，如图4中的实线所示，在检测激光束L5的焦点F5沿着设定于熔池Y1中的大体上圆形的扫描轨迹C51旋转数次，以将检测激光束L5照射在扫描轨迹C51上数次(见图7A和7B)的情况下(图4中的区(1))，发送到检测部6的返回光束L2的强度同当焊接部的焊接状态正常时所获得的返回光束L2的强度相等。另一方面，在检测激光束L5的焦点F5沿半径比C51的小的大体上圆形的扫描轨迹C52旋转数次，以将检测激光束照射在扫描轨迹C52上数次(见图8A和8B)的情况下(图4中的区(2))，发送到检测部6的返回光束L2的强度比当焊接部的焊接状态正常时所获得的返回光束L2的强度低。
根据实施例1的检测方法，通过检测部6将在图4所示的区(1)中(于熔池Y1内部的与焊接中心C0相对隔开的区域中)由光接收部2接收的返回光束L2的强度和其平均强度与在图4所示的区(2)中(于熔池Y1内部的相对靠近焊接中心C0的区域中)由光接收部2接收的返回光束L2的强度和其平均强度进行比较。在此处，例如即使由返回光束L2获得的电信号微弱，或者即使返回光束L2的强度根据工件温度的变化而变化，都能够检测熔池的外缘内侧是否存在不良焊接部分X1。也就是说，在工件W1、W2内形成的焊接部中是否发生可不良焊接。更具体地，计算了在图4所示的区(1)中由光接收部2接收的返回光束L2平均强度和在区(2)中由光接收部2接收的返回光束L2平均强度。然后，如图9所示，将两个由此计算出来的平均强度之间的比率(如区(2)/区(1))与预定的阈值进行比较。因而，能够检测在熔池Y1的外缘的内部是否存在不良焊接部X1,也就是说，在工件W1、W2中形成的焊接部中是否能发生不良焊接。
特别是，在实施例1中，检测激光束L5沿着大体上圆形的扫描轨迹C51、C52照射。由于此缘故，能够精确地检测在熔池Y1中在焊接中心C0的近处是否存在大体上圆形的不良焊接部。
进一步，根据实施例1，检测激光束L5沿着设定于由焊接激光束L1照射所形成的熔池Y1中的扫描轨迹C51、C52而照射。然后，基于由光接收部2接收的返回光束L2的强度而检测焊接部的焊接状态。相应地，如，甚至在焊接激光束的聚焦位置远离不良焊接部X1的情况下，能够适当调整检测激光束L5的扫描条件(扫描焦点等)。这使得精确地检测在工件中形成的焊接部的焊接状态成为可能。
注意我们认为图4中实线示出的区(1)中或者图4中虚线所示的区(2)中返回光束L2的强度的周期性波动是由于通过焊接激光束L1照射在工件W1、W2中形成的熔池Y1的液位的周期性波动引起的。进一步，我们认为，图4中实线中的区(2)中，没有发生返回光束L2的强度的周期性波动是因为从检测照射部5照射的检测激光束L5的部分或全部穿过工件W1、W2。
[焊接部检测装置的实施例2]
下面将参考图10说明的本发明的焊接部检测装置的实施例2。
图10为示意说明本发明的焊接部检测装置的实施例2的整体配置的总体配置图。如图10所示的实施例2的检测装置100A与图1所示的实施例1的检测装置100不同，在于焊接部的焊接状态通过使用从焊接照射部所照射的焊接激光束的反射光来检测。其他配置大体上与实施例1的检测装置100相同。相应地，与实施例1中那些类似的构成元件具有和实施例1中的那些相同的参考标号，且省略其详细说明。
图中所示的检测装置100A主要由焊接照射部1A，光接收部2A、转换部3A、放大器4A、检测部6A和CRT7A构成。
为了将彼此上下叠放的或布置为互相稍稍分开的两个工件焊接，焊接照射部1A通过光学系统8A和光接收系统2A将焊接激光束L1A照射到两个工件W1、W2。通过来自焊接照射部1A的焊接激光束L1A的照射，在焊接激光束L1A的行进方向焊接激光束L1A的左右侧和焊接激光束L1A的后面在工件W1、W2的熔融位置形成熔池Y1。
光接收部2A接收返回光束L2A，返回光束L2A包括：从焊接照射部1A照射的焊接激光L1A的反射光，自工件W1、W2的熔池Y1反射的反射光，由于工件W1、W2的熔融和蒸发引起的蒸气光(等离子光)，从工件W1、W2的熔池Y1发射的热辐射光(红外光)等。
转换部3A将由光接收部2A接收且通过光学系统8A和聚光透镜9A聚光的返回光束L2A转换为电信号，并将电信号输出到放大器4A。放大器4A放大从转换部3A输出的电信号的信号强度并将其发送到检测部6A。
检测部6A对从放大器4A发送的电信号进行信号处理，且检测在工件W1、W2中形成的焊接部的焊接状态。更具体的，检测部6A计算由光接收部2A所接收的于熔池Y1外缘的内部的相对靠近焊接中心C0的区域内的返回光束L2A的平均强度，和由光接收部2A所接收的于熔池Y1外缘的内部的与焊接中心C0相对隔开的区域内的返回光束L2A的平均强度。然后，检测部6A基于返回光束L2A的平均强度之间的比率，来检测在工件W1、W2中形成的焊接部的焊接状态。进一步，检测部6A将对从放大器4发送的电信号的信号处理结果发送到CRT7A。CRT7A将从检测部6A发送的信号处理结果显示出来。
在焊接部的焊接状态不良的情况下，也就是说，在熔池Y1(如有孔焊接的情况下)中形成不良焊接部X1的情况下，例如，当焊接激光束L1A从焊接照射部1A照射到工件W1、W2时，焊接激光束L1A的一部分穿过工件W1或工件W2，或者工件W1、W2部分缺少，故而工件温度的升高受到限制。相应地，与实施例1相似，发送到检测部6A的返回光束L2A的强度比当焊接部的焊接状态正常时获得的返回光束的强度低。根据实施例2，检测部6A将于熔池Y1内部的相对靠近焊接中心C0的区域中接收的返回光束L2A的平均强度与于熔池Y1内部的与焊接中心C0相对隔开的区域中接收的返回光束L2的强度进行比较。在此处，与实施例1相似，例如，即使从返回光束L2A获得的电信号微弱，或者即使返回光束L2A的强度根据工件温度的变化而变化，都能够检测出在熔池Y1外缘的内部是否形成不良焊接部X1，也就是说，在工件W1、W2中形成的焊接部是否发生不良焊接。
注意上述实施例1涉及一种实施例，在其中检测激光束的扫描中心被设定在焊接激光束的焊接轨迹的中心。然而，能够将检测激光束的扫描中心设定在通过焊接激光束照射形成的熔池(熔池的外缘内部)内的适当的位置。
进一步，上述实施例涉及一种实施例，在其中焊接激光束的焊接轨迹和检测激光束的检测轨迹具有大体上圆的形状。然而，焊接激光束的焊接轨迹和检测激光束的扫描轨迹可具有闭环形状，如椭圆形或多边形、螺旋形状等。进一步，在可预计易于发生不良焊接的焊接部的部分，优选焊接激光束的焊接轨迹和检测激光束的扫描轨迹设定为经过此部分。注意在焊接激光束的焊接轨迹具有大体上圆形的情况下，焊接中心为焊接轨迹的中心。在焊接激光束的焊接轨迹具有闭环形状，如椭圆形或多边形，焊接中心可被设定为，如，焊接轨迹的质心。在焊接激光束的焊接轨迹具有螺旋形状的情况下，焊接中心可为焊接轨迹的螺旋的中心。
进一步，上述实施例涉及一种实施例，在其中将于熔池内部的相对靠近焊接中心的区域中接收的返回光束的强度与于熔池内部的与焊接中心相对隔开的区域中接收的返回光束的强度进行比较。然而，对于比较返回光束的强度，能够在通过焊接激光束照射而形成的熔池内在适当的位置设置参考点。
进一步，上述实施例主要涉及一种实施例，在其中将于熔池内部的相对靠近焊接中心的区域中接收的返回光束的平均强度与于熔池内部的与焊接中心相对隔开的区域中接收的返回光束的平均强度进行比较。然而，可将于熔池内部的相对靠近焊接中心的区域中接收的返回光束的部分强度与于熔池内部的与焊接中心相对隔开的区域中接收的返回光束的部分强度进行比较。
进一步，上述实施例涉及一种实施例，在其中，焊接激光束和检测激光束均照射在固定于预定位置的工件。然而，焊接激光束和检测激光束的焦点位置可被固定，而激光束焊接可在工件被适当移动的工件上进行。备选地，可对工件进行激光束焊接，以使得工件与焊接激光束和检测激光束的聚焦位置彼此相对移动。
[评估焊接部的焊接状态与返回光束平均强度之间比率的关系的对检测样品的实验及其结果]
本发明的发明人制作了具有不同焊接状态的两种检测样品(实例1、2)，且对来自每种检测样品的返回光束的强度进行了测量，以评估焊接部的焊接状态与返回光束平均强度之间比率的关系。
<检测样品的制作方法和来自检测样品的返回光束的强度的测量方法>
首先，以下大致说明检测样品的制作方法，和来自检测样品的返回光束强度的测量方法。两个由SCG440制造的工件，厚度为0.7mm，一个放置在另一个上面，且焊接激光束沿大体上圆形的焊接轨迹照射到工件上，以形成半径约为2.5mm、大体上圆形的焊接部。随后，检测激光束(具有1000W的输出功率和90m/min的扫描速度)被照射以沿着半径约为1.7mm的大体上圆形的扫描轨迹(焊接中心取为其中心)行进10次，以使得经过工件中形成的熔池。然后，检测激光束的焦点仅移动约1.4mm，且检测激光束被照射，以沿着半径约0.3mm大体上圆形的扫描轨迹(焊接中心取为其中心)进行10次。此处，接收返回光束，其包括由工件熔池反射的检测激光束的反射光，由工件的熔融和蒸发引起的蒸气光，从工件的熔池发射的热辐射光等等。由此接收的反回光被转化为电信号，且其信号强度被测量。注意，在此实验中，在返回光束中，特别是从工件的熔池发射的热辐射光(红外光)的信号强度被测量。
<根据检测样品的对焊接部的焊接状态与返回光束的平均强度之间的比率的评估的结果>
图11A为放大及说明根据实例1的检测样品的俯视图，图11B为沿着图11A中箭头XIB-XIB的截取图，而图11C为示出时间序列的根据实例1的检测样品的返回光束的强度的图。进一步，图12A为放大及说明根据实例2的检测样品的焊接部的俯视图，图12B为沿着图12A中箭头XIIB-XIIB的截取图，而图12C为示出时间序列的根据实例2的检测样品的返回光束的强度的图。
如图11A至11C所示，在实例1的检测样品中(焊接状态正常)，发现在其中检测激光束被沿半径约0.3mm的扫描轨迹而照射的R2区(约0.58至约0.60sec)中的返回光束的强度比在其中检测激光束被沿半径约1.7mm的扫描轨迹而照射的R1区(约0.44至约0.46sec)中测量的返回光束的强度相对要大。进一步，在实例1的检测样品中，发现在R2区中测得的返回光束的强度包括周期性波动。
另一方面，如图12A至12C所示，在实例2的检测样品中(有孔焊接，其中两个工件都熔融并下陷)，发现在R1区(约0.44至约0.46sec)中测得的返回光束的强度与R2区(约0.58至约0.60sec)中测得的返回光束的强度相等，在R1区域中检测激光束被沿半径约1.7mm的扫描轨迹而照射的R1区，在R2区中检测激光束被沿着半径约0.3mm的扫描轨迹而照射。也就是说，发现与实例1的检测样品相比，实例2的检测样品中在R2区中测得的返回光束的强度相对较小。进一步，在实例2的检测样品中，发现在R1区中测得的返回光束的强度包括周期性波动，但在R2区测得的返回光束的强度包括微小的周期性波动。
图13为示出根据实例1、2的检测样品中的返回光束的平均强度之间比率的图。此处，这样计算根据实例1、2的每个检测样品中返回光束的平均强度之间比率：将在R2区(约0.58至约0.60sec)中测得的返回光束的平均强度(每单位时间的返回光束的强度)除以在R1区(约0.44至约0.46sec)中测得的返回激光束的平均强度(每单位时间的返回光束的强度)，在R2区中检测激光束被沿半径约0.3mm的扫描轨迹而照射，在R1区中检测激光束被沿着半径约1.7mm的扫描轨迹而照射。注意，在图13中示出：对于每个实例1、2，形成了十个检测样品，且计算了关于每个检测样品计算的返回光束的平均强度之间的比率。
如图13所示，发现实例1(焊接状态正常)的10个检测样品具有大体上相同的平均强度之间的比率。进一步，发现实例2(有孔焊接)的10个检测样品具有大体上相同的平均强度之间的比率。此外，发现在实例1的检测样品中的反回光束的平均强度之间的比率比在实例2的检测样品中的反回光束的平均强度之间的比率相对大。
在此实验中，计算了在相对靠近焊接中心的熔池内部的区域(对应于R2区)中接收的反回光束的平均强度和在与焊接中心相对隔开的的熔池内部的区域(对应于R1区)中接收的反回光束的平均强度，且将平均强度之间的比率与预定的阈值进行了比较。从此实验的结果中，证实了以下几点：根据如此简单且易行的方法，即使由光接收部所接收的返回光束的强度根据工件温度的变化而变化(如在焊接中工件温度的升高，由于外部温度变化工件温度的变化)，或者即使由光接收部所接收的返回光束的强度根据熔池的液位的周期性振荡而变化，都能够精确检测出焊接部的焊接状态，包括不良焊接，如在焊接中心的临近的区域中的有孔焊接或单件下陷。
这样，已经参考附图对本发明的实施例进行了说明，但本发明的具体配置并不受以上实施例所限制。在不背离本发明的要旨的范围内，即使设计等有所变化都仍包含于本发明之中。

Claims (12)

1.一种当多个工件(W1,W2)被焊接时检测当时形成的焊接部的焊接状态的焊接部检测装置，所述焊接部检测装置的特征在于包括：
照射部(5)，所述照射部(5)沿着设定在所述工件(W1,W2)中的一个焊接轨迹而照射焊接激光束(L1)数次以焊接所述工件(W1,W2)，或者沿着设定在由所述焊接激光束(L1)所熔融的所述工件(W1,W2)的熔池中的一个扫描轨迹而照射检测激光束(L5)数次；
接收返回光束的光接收部(2)，所述返回光束包括下列的至少一种：由所述照射部(5)照射的所述焊接激光束(L1)或所述检测激光束(L5)的反射光，由于所述工件(W1,W2)的熔融和蒸发引起的蒸气光，和从所述工件(W1,W2)的所述熔池发射的热辐射光，所述反射光由所述工件(W1,W2)的所述熔池反射；以及
检测部(6)，所述检测部(6)基于在所述工件(W1,W2)的所述熔池内部的相对靠近给定点的第一区域中的由所述光接收部(2)接收的返回光束的强度和在所述工件(W1,W2)的所述熔池内部的与所述给定点相对隔开的第二区域中的由所述光接收部(2)接收的返回光束的强度，检测所述工件(W1,W2)的焊接部的焊接状态，
其中，所述检测部(6)基于在所述第一区域中的由所述光接收部(2)接收的所述返回光束的所述强度和在所述第二区域中的由所述光接收部(2)接收的所述返回光束的所述强度的比率，检测所述工件(W1,W2)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，其特征在于：
所述焊接激光束(L1)的所述焊接轨迹或所述检测激光束(L5)的所述扫描轨迹具有闭环形状或螺旋形状。
3.根据权利要求2所述的焊接部检测装置，其特征在于：
所述焊接激光束(L1)的所述焊接轨迹或所述检测激光束(L5)的所述扫描轨迹具有圆形或椭圆形状。
4.根据权利要求2或3所述的焊接部检测装置，其特征在于：
所述给定点为所述工件(W1,W2)的焊接中心。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的焊接部检测装置，其特征在于：
所述检测部(6)基于在所述第一区域中的由所述光接收部(2)接收的所述返回光束的平均强度和在所述第二区域中的由所述光接收部(2)接收的所述返回光束的平均强度，检测所述工件(W1,W2)的所述焊接部的所述焊接状态。
6.根据权利要求4所述的焊接部检测装置，其特征在于：
所述检测部(6)基于在所述第一区域中的由所述光接收部(2)接收的所述返回光束的平均强度和在所述第二区域中的由所述光接收部(2)接收的所述返回光束的平均强度，检测所述工件(W1,W2)的所述焊接部的所述焊接状态。
7.一种用于当多个工件(W1,W2)被焊接时检测当时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的特征在于包括：
沿着设定在所述工件(W1,W2)中的一个焊接轨迹而照射焊接激光束(L1)数次以焊接所述工件(W1,W2)，或者沿着设定在由所述焊接激光束(L1)熔融的所述工件(W1,W2)的熔池中的一个扫描轨迹而照射检测激光束(L5)数次；
接收返回光束，所述返回光束包括下列的至少一种：自所述工件(W1,W2)的所述熔池反射的所述焊接激光束(L1)或所述检测激光束(L5)的反射光，由于所述工件(W1,W2)的熔融和蒸发引起的蒸气光，和从所述工件(W1,W2)的所述熔池发射的热辐射光；以及
基于在所述工件(W1,W2)的所述熔池内部的相对靠近给定点的第一区域中接收的返回光束的强度和在所述工件(W1,W2)的所述熔池内部的与给所述定点相对隔开的第二区域中接收的返回光束的强度，检测所述工件(W1,W2)的焊接部的焊接状态，
其中，在所述焊接状态的所述检测中，基于在所述第一区域中接收的所述返回光束的所述强度和在所述第二区域中接收的所述返回光束的所述强度之间的比率而检测所述工件(W1,W2)的所述焊接部的所述焊接状态。
8.根据权利要求7所述的焊接部检测方法，其特征在于：
所述焊接激光束(L1)的所述焊接轨迹或所述检测激光束(L5)的所述扫描轨迹具有闭环形状或螺旋形状。
9.根据权利要求8所述的焊接部检测方法，其特征在于：
所述焊接激光束(L1)的所述焊接轨迹或所述检测激光束(L5)的所述扫描轨迹具有圆形或椭圆形状。
10.根据权利要求8或9所述的焊接部检测方法，其特征在于：
所述给定点为所述工件(W1,W2)的焊接中心。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的焊接部检测方法，其特征在于：
在所述焊接状态的所述检测中，基于在所述第一区域中接收的所述返回光束的平均强度和在所述第二区域中所接收的所述返回光束的平均强度而检测所述工件(W1,W2)的所述焊接部的所述焊接状态。
12.根据权利要求10所述的焊接部检测方法，其特征在于：
在所述焊接状态的所述检测中，基于在所述第一区域中接收的所述返回光束的平均强度和在所述第二区域中所接收的所述返回光束的平均强度而检测所述工件(W1,W2)的所述焊接部的所述焊接状态。
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