CN105142848A - 具有用于提取蒸发冷光和热辐射的提取部的焊接部检查装置及其检查方法 - Google Patents

Abstract

一种焊接部检查方法包括：沿着在工件中设定的焊接轨迹多次照射焊接激光束，或者沿着在由焊接激光束熔化的工件的熔池中设定的扫描轨迹多次照射检查激光束；接收回射光，该回射光包括来自工件的熔池的反射光、由工件的蒸发产生的蒸发冷光、以及从工件的熔池辐射的热辐射光；从回射光中提取包含蒸发冷光的短波长组分和包含热辐射光的长波长组分；以及基于短波长组分的强度与长波长组分的强度之间的比率，检查工件的焊接部的焊接状况。

Description

具有用于提取蒸发冷光和热辐射的提取部的焊接部检查装置及其检查方法

技术领域

本发明涉及焊接部检查装置及其检查方法，例如，具体涉及用于检查在通过激光束将多个工件焊接在一起时形成的焊接部的焊接状况的检查装置及其检查方法。

背景技术

当两个钢板通过激光束焊接在一起以彼此堆叠时，对通过激光焊接形成的焊接部执行质量评估。例如，作为对通过激光束形成的焊接部进行质量评估的实例，公开号为2008-87056的日本专利申请(JP2008-87056A)公开了有关使用激光束的反射光对激光焊接执行质量评估的技术。

JP2008-87056A中所公开的激光焊接质量判定系统例如从激光手电筒照射YAG激光。第一反射光接收/输出装置从焊接操作前进方向的斜上方接收激光反射光。进一步地，第二反射光接收/输出装置与激光束的照射方向同轴地接收包括蒸发光(羽烟)和反射激光的焊接光。同时从两个预定方向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。因此，该系统基于此电信号的信号强度或其变化判定焊接质量。

根据JP2008-87056A中所公开的激光焊接质量判定系统，反射的激光和焊接光被从两个不同的方向同时接收。所接收的每一种光的信号强度与适当设定的阈值进行比较。因此，可以判定已经出现诸如未焊满(其中焊道下沉以填充钢板之间的间隙)、接合缺陷(其中由于钢板之间的间隙过大，上下钢板无法接合)、焊珠凹陷(其中由于钢板之间的间隙过大，焊珠下陷)、熔断(其中由于热平衡变化，焊珠突然消失)、镗孔之类的多种焊接缺陷中的任意一种。

但是，根据JP2008-87056A中所公开的激光焊接质量判定系统，例如，如果激光手电筒和工件(钢板)被设定为彼此分离，则从所接收的反射激光或焊接光中获取的电信号可能非常弱。这样，焊接缺陷判定的精确性也会下降。特别是，在焊珠凹陷(其中焊珠在激光焊接时下陷)的情况下，由焊接故障导致的电信号变化减弱。因此，有时候无法精确地检测到工件中的某些焊接故障。进一步地，由工件的熔化/蒸发所产生的蒸发冷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。已知用于判定从所接收的反射激光束或焊接光中获取的电信号和激光焊接质量的阈值根据工件温度变化。如果激光焊接时的工件温度变化很大，工件焊接缺陷的判定精确度有时可能进一步降低。

发明内容

本发明提供了一种例如能够在激光手电筒和工件被设定为彼此分离的情况下，能够在用于焊接的远程焊接操作中精确地检查工件中的焊接部的焊接状况的焊接部检查装置及其检查方法。

本发明的第一方面涉及一种焊接部检查装置，其被配置为检查在多个工件被焊接在一起时所形成的焊接部的焊接状况。所述焊接部检查装置包括：照射部，其被配置为沿着在工件中设定的焊接轨迹多次照射焊接激光束，或者沿着在由所述焊接激光束熔化的所述工件的熔池中设定的扫描轨迹多次照射检查激光束，以便将所述工件焊接在一起；光接收部，其被配置为接收回射光，所述回射光包括来自由所述照射部照射的所述焊接激光束或所述检查激光束导致的所述工件中的所述熔池的反射光、由所述工件的蒸发产生的蒸发冷光、以及从所述工件中的所述熔池辐射的热辐射光；提取部，其被配置为从所述光接收部所接收的回射光中提取包含蒸发冷光的第一组分和包含热辐射光的第二组分；以及检查部，其被配置为基于所述提取部所提取的所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率，检查所述工件的所述焊接部的焊接状况。

如果，当在所述工件的所述焊接部中存在焊接缺陷时，沿着在所述工件中设定的所述焊接轨迹照射的所述焊接激光束或沿着在所述工件的所述熔池中设定的所述扫描轨迹照射的所述检查激光束经过所述焊接缺陷，则所述回射光的包含蒸发冷光的所述第一组分的强度和包含热辐射光的所述第二组分的强度以基本相同的周期变化，但是所述强度的波形不同。因此，当计算所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率时，结果是共同存在多个以基本相同的周期变化，但具有相移的多个波形。可认为由所述工件的焊接部的所述焊接缺陷导致的周期为T的周期性变化被放大。

根据上述方面，当沿着所述焊接轨迹多次照射所述焊接激光束，或者沿着所述扫描轨迹多次照射所述检查激光束时，通过从所述光接收部所接收的所述回射光中提取包含蒸发冷光的所述第一组分和包含热辐射光的所述第二组分，基于所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率检查所述工件的所述焊接部的所述焊接状况。因此，例如，即使从所述光接收部所接收的所述回射光中获取的电信号较弱，或者所述光接收部所接收的所述回射光的强度在所述照射部和所述工件被设定为彼此分离的情况下，在用于焊接的远程焊接操作中根据工件温度的变化而变化，由所述工件的所述焊接部的所述焊接缺陷导致的周期性变化也可通过放大被可靠地检测到，这样便可精确地检查所述工件的所述焊接部的所述焊接状况。

进一步地，在上述方面，所述检查部可通过对所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率、或所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率的幂执行傅里叶变换，来检查所述工件的所述焊接部的焊接状况。

根据上述方面，所述检查部通过对所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率、或所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率的幂执行傅里叶变换，来检查所述工件的所述焊接部的焊接状况。因此，可以更可靠地检测到由所述工件的所述焊接部的所述焊接缺陷导致的周期性变化。这样便可更精确地检查所述工件的所述焊接部的所述焊接状况。

进一步地，在上述方面，所述检查部可基于在高达基频数倍的频率下的振幅检查所述工件的所述焊接部的焊接状况，所述基频是通过对所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率、或所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率的幂执行傅里叶变换而检测到的。

根据上述方面，所述检查部基于在高达基频数倍的频率下的振幅检查所述工件的所述焊接部的焊接状况，所述基频是通过对所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率、或所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率的幂执行傅里叶变换而检测到的。因此，可以更精确地检查所述工件的所述焊接部的所述焊接状况。

进一步地，在上述方面，所述提取部可在频谱上将所述光接收部所接收的所述回射光至少分散为包含蒸发冷光的所述第一组分和包含热辐射光的所述第二组分，并且从所述回射光中提取包含蒸发冷光的所述第一组分和包含热辐射光的所述第二组分。

根据上述方面，所述提取部在频谱上将所述光接收部所接收的所述回射光至少分散为包含蒸发冷光的所述第一组分和包含热辐射光的所述第二组分，并且从所述回射光中提取包含蒸发冷光的所述第一组分和包含热辐射光的所述第二组分。因此，借助简单的结构，可从所述回射光中提取包含蒸发冷光的所述第一组分和包含热辐射光的所述第二组分。

进一步地，本发明的第二方面涉及一种焊接部检查方法，其适合于检查在多个工件被焊接在一起时所形成的焊接部的焊接状况。所述焊接部检查方法包括：沿着在工件中设定的焊接轨迹多次照射焊接激光束，或者沿着在由所述焊接激光束熔化的所述工件的熔池中设定的扫描轨迹多次照射检查激光束，以便将所述工件焊接在一起；接收回射光，所述回射光包括来自由所述焊接激光束或所述检查激光束导致的所述工件中的所述熔池的反射光、由所述工件的蒸发产生的蒸发冷光、以及从所述工件中的所述熔池辐射的热辐射光；从回射光中提取包含蒸发冷光的第一组分和包含热辐射光的第二组分；以及基于所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率，检查所述工件的所述焊接部的焊接状况。

根据上述方面，从所述回射光中提取包含蒸发冷光的所述第一组分和包含热辐射光的所述第二组分，并且基于包含蒸发冷光的所述第一组分的强度与包含热辐射光的所述第二组分的强度之间的比率检查所述工件的所述焊接部的焊接状况。因此，例如，即使从所述光接收部所接收的所述回射光中获取的电信号较弱，或者所述光接收部所接收的所述回射光的强度在所述照射部和所述工件被设定为彼此分离的情况下，在用于焊接的远程焊接操作中根据工件温度的变化而变化，由所述工件的所述焊接部的所述焊接缺陷导致的周期性变化也可通过放大而被可靠地检测到，这样便可精确地检查所述工件的所述焊接部的所述焊接状况。

通过上述描述可理解，根据本发明的第一和第二方面，在将多个工件焊接在一起的情况下，当沿着焊接轨迹多次照射所述焊接激光束，或者沿着所述扫描轨迹多次照射所述检查激光束时，从所述回射光中提取包含蒸发冷光的所述第一组分和包含热辐射光的所述第二组分，并且基于所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率，检查所述工件的所述焊接部的所述焊接状况。因此，即使从所述回射光中获取的电信号较弱，或者所述回射光的强度根据工件温度的变化而变化，也可精确地检查所述工件的所述焊接部的所述焊接状况。

附图说明

下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义，在所述附图中，相同的附图标记表示相同的部件，其中：

图1是示出本发明的焊接部检查装置的第一实施例的整体结构的整体配置图；

图2是描述借助图1所示的检查装置的焊接照射部实现的焊接激光束的照射状态的顶视图；

图3是描述借助图1所示的检查装置的检查照射部实现的检查激光束的照射状态的顶视图；

图4是按时间序列示出，当焊接部的焊接状况正常时，包含蒸发冷光的短波长组分的强度、包含热辐射光的长波长组分的强度、以及长波长组分的强度相对于短波长组分的强度的比率的图；

图5A是描述当焊接部的焊接状况正常时，熔池与检查激光束的扫描轨迹之间的关系的顶视图；

图5B是沿着图5A中的线VB-VB截取的视图；

图6是按时间序列示出，当焊接部的焊接状况存在缺陷时，包含蒸发冷光的短波长组分的强度、包含热辐射光的长波长组分的强度、以及长波长组分的强度相对于短波长组分的强度的比率的图；

图7A是描述当焊接部的焊接状况存在缺陷时，熔池与检查激光束的扫描轨迹之间的关系的顶视图；

图7B是沿着图7A中的线VIIB-VIIB截取的视图；

图8是示出本发明的焊接部检查装置的第二实施例的整体结构的整体配置图；

图9是按时间序列示出基于检查样本的根据实例1的蒸发冷光和热辐射光的强度测量结果、以及热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率的算术处理结果的图；

图10是按时间序列示出基于检查样本的根据实例2的蒸发冷光和热辐射光的强度测量结果、以及热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率的算术处理结果的图；

图11是示出基于检查样本的有关根据实例1的蒸发冷光的强度、热辐射光的强度、以及热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率的频率与振幅之间的关系的图；

图12是示出基于检查样本的有关根据实例2的蒸发冷光的强度、热辐射光的强度、以及热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率的频率与振幅之间的关系的图；

图13A是示出基于检查样本的蒸发冷光的强度的基频下的振幅的图；

图13B是示出基于检查样本的蒸发冷光的强度的基频两倍的频率下的振幅的图；

图14A是示出基于检查样本的热辐射光的强度的基频下的振幅的图；

图14B是示出基于检查样本的热辐射光的强度的基频两倍的频率下的振幅的图；

图15A是示出基于检查样本的热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率的基频下的振幅的图；以及

图15B是示出基于检查样本的热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率的基频两倍的频率下的振幅的图。

具体实施方式

经过深入研究，本发明的发明人发现，在对着工件照射焊接激光束和检查激光束时所接收到的回射光中，包含蒸发冷光的第一组份与包含热辐射光的第二组分之间的强度比率与在工件上形成的焊接部的焊接状况密切相关。

此外，发明人还发现，与通过对第一组分的强度与第二组分的强度之间的比率，或第一组分的强度与第二组分的强度之间的比率的幂执行傅里叶变换而检测到的基频下的振幅相比，在高达基频数倍的频率下的振幅与工件的焊接部的焊接状况更密切相关。

在下文中，将参考附图描述根据本发明的焊接部检查装置及其检查方法的实施例。

[焊接部检查装置的第一实施例]

首先，将参考图1到3描述本发明的焊接部检查装置的第一实施例。

图1是示出本发明的焊接部检查装置的第一实施例的整体结构的整体配置图。图2是描述借助图1所示的检查装置的焊接照射部实现的焊接激光束的照射状态的顶视图，并且图3是描述借助图1所示的检查装置的检查照射部实现的检查激光束的照射状态的顶视图。

图1所示的检查装置100主要包括：焊接照射部1；检查照射部5；光接收部2；光学滤波器8、10；转换部3a、3b；放大器4a、4b；检查部6；以及阴极射线管(CRT)7。

焊接照射部1使用焊接激光束(例如，具有预定的激光波长的YAG激光)L1照射两个工件W1、W2以将两个相互堆叠或被设置为彼此稍微分离的工件W1、W2(例如，钢板)焊接在一起。更具体地说，如图2所示，焊接照射部1沿着在工件W1上设定的具有半径R11的基本呈圆形的焊接轨迹C11多次旋转焊接激光束L1的焦点F1，并且使用焊接激光束L1在焊接轨迹C11上多次照射。接着，焊接激光束L1的焦点F1被移到焊接轨迹C11的内侧。接下来，沿着基本呈圆形的焊接轨迹C12多次旋转焊接激光束L1的焦点F1，并且在焊接轨迹C12上多次照射焊接激光束L1，其中焊接轨迹C12的半径R12小于半径R11，并且与焊接轨迹C11同轴。通过以此方式重复焊接激光束L1的照射步骤，在工件W1、W2上形成基本呈圆形的焊接部，以便将工件W1、W2焊接在一起(也称为激光螺旋焊接)。同时，焊接轨迹C11和焊接轨迹C12的中心C0充当将在工件W1、W2上形成的焊接部的焊接中心。

通过借助焊接照射部1照射焊接激光束L1，形成熔池Y1，这是相对于焊接激光束L1的前进方向在焊接激光束L1的左右及其后面熔化工件W1、W2的结果。在第一实施例中，如上所述，沿着基本呈圆形的焊接轨迹C1、C2照射焊接激光束L1。因此，在工件W1、W2中形成基本呈圆形的熔池Y1。

如图1所示，检查照射部5通过光学滤波器8和光接收部2，将检查激光束L5照射到处于熔化状态的熔池Y1。更具体地说，如图3所示，检查照射部5沿着在熔池Y1的外边缘的内侧设定的具有半径R51的基本呈圆形的扫描轨迹C51，以基本恒定的速度多次旋转检查激光束L5的焦点F5，并且在扫描轨迹C51上多次照射检查激光束L5。接着，检查激光束L5的焦点F5被移到扫描轨迹C51的内侧。接下来，沿着基本呈圆形的扫描轨迹C52多次旋转检查激光束L5的焦点F5，并且在扫描轨迹C52上多次照射检查激光束L5，其中扫描轨迹C52的半径R52小于半径R51，并且与扫描轨迹C51同轴。通过以此方式重复检查激光束L5的照射步骤，检查照射部5在形成于工件W1、W2中的基本呈圆形的整个熔池Y1上照射检查激光束L5。同时，扫描轨迹C51、C52的中心例如被设定为上述焊接轨迹C11、C12的中心C0。

如图1所示，在检查照射部5将检查激光束L5照射到熔池Y1时，光接收部2接收回射光L2，该回射光包括来自由检查激光束L5导致的工件W1、W2的熔池Y1的反射光、由工件W1、W2的熔化/蒸发产生的蒸发冷光(等离子光)、以及从工件W1、W2的熔池Y1辐射的热辐射光(红外光)。

通过光学滤波器8和光学滤波器(提取部)10，光接收部2所接收的回射光L2在频谱上被分散为包含蒸发冷光(等离子光)的短波长组分L2a(具有大约550nm的波长)和包含热辐射光(红外光)的长波长组分L2b(具有大约800nm的波长)。通过此方式，从回射光L2中提取短波长组分L2a和长波长组分L2b。

转换部3a将短波长组分L2a(通过经由光学滤波器10在频谱上进行分散以及经由聚光透镜9a进行聚光来获取)转换为电信号，并将该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发送到检查部6。

进一步地，转换部3b将长波长组分L2b(通过经由光学滤波器10在频谱上进行分散以及经由聚光透镜9b进行聚光来获取)进行转换，将电信号输出到放大器4b。放大器4b放大从转换部3b输出的电信号的信号强度并发送到检查部6。

检查部6处理已经从放大器4a、4b发送的电信号以检查在工件W1、W2上形成的焊接部的焊接状况。更具体地说，当检查照射部5沿着各个扫描轨迹C51、C52多次将检查激光束L5照射到熔池Y1时，检查部6计算从各个放大器4a、4b发送的包含蒸发冷光的短波长组分L2a与包含热辐射光的长波长组分L2b之间信号强度的比率。检查部6基于该比率检查在工件W1、W2中形成的焊接部的焊接状况。检查部6将从放大器4a、4b发送的电信号的信号处理结果、以及检查部6所获取的算术处理结果发送到CRT7。CRT7显示从检查部6发送的信号处理结果和算术处理结果。

[焊接部检查方法的第一实施例]

接下来，将参考图4到7描述使用图1所示的焊接部的检查装置100的本发明的焊接部检查方法的第一实施例。

图4是按时间序列示出，当焊接部的焊接状况正常时，将被发送到图1所示的检查装置100的检查部6的包含蒸发冷光的短波长组分的强度、包含热辐射光的长波长组分的强度，以及由检查部6计算的长波长组分的强度相对于短波长组分的强度的比率的图。图5A是描述当焊接部的焊接状况正常时，熔池与检查激光束的扫描轨迹之间的关系的顶视图。图5B是沿着图5A中的线VB-VB截取的视图。图6是按时间序列示出，当焊接部的焊接状况存在缺陷时，将被发送到图1所示的检查装置100的检查部6的包含蒸发冷光的短波长组分的强度、包含热辐射光的长波长组分的强度，以及由检查部6计算的长波长组分的强度相对于短波长组分的强度的比率的图。图7A是描述当焊接部的焊接状况存在缺陷时，熔池与检查激光束的扫描轨迹之间的关系的顶视图。图7B是沿着图7A中的线VIIB-VIIB截取的视图。

如果，当焊接部的焊接状况如图5A和图5B所示正常时(当工件W1、W2被正常地焊接在一起时)，使检查激光束L5的焦点F5例如沿着在熔池Y1中设定的基本呈圆形的扫描轨迹C51多次旋转，以便在扫描轨迹C51上多次照射检查激光束L5，可认为来自工件W1、W2的由检查激光束L5导致的反射光、蒸发冷光和热辐射光的强度变化相对较小。

这样，如图4所示，被发送到检查部6的短波长组分L2a的强度变化，长波长组分L2b的强度变化，以及由检查部6获取的长波长组分L2b的强度相对于短波长组分L2a的强度的比率变化相对较小。

另一方面，如果，当焊接部的焊接状况如图7A和图7B所示存在缺陷时(例如，当一个工件上的焊道下陷时，导致一侧工件下陷焊接的情况下)，使检查激光束L5的焦点F5例如沿着在熔池Y1中设定的基本呈圆形的扫描轨迹C51多次旋转，以便在扫描轨迹C51上多次照射检查激光束L5，并且如果在检查激光束L5的扫描轨迹C51上存在任何焊接缺陷X1(其中熔融金属消失的部分)，可认为当使用检查激光束L5扫描扫描轨迹C51的焊接缺陷X1时，来自工件W1、W2的由检查激光束L5导致的反射光、蒸发冷光和热辐射光的强度降低，并且来自工件W1、W2的反射光、蒸发冷光和热辐射光的强度周期地变化。

这样，如图6所示，被发送到检查部6的短波长组分L2a的强度和长波长组分L2b的强度根据检查激光束L5的扫描周期T(例如，其中检查激光束L5沿着扫描轨迹C51转一圈的时间段)周期地变化。在此，尽管被发送到检查部6的短波长组分L2a的强度和长波长组分L2b的强度根据大致的周期T周期地变化，但是它们的强度波长不同。因此，就检查部6所获取的长波长组分L2b的强度相对于短波长组分L2a的强度的比率而言，可认为共同存在多个(例如，两个)根据周期T变化且具有相移的波长。这样，由形成于工件W1、W2中的焊接部的焊接缺陷X1导致的具有周期T的周期变化被放大。

这样，根据第一实施例的检查方法，此方式中的长波长组分L2b的强度相对于短波长组分L2a的强度的比率变化的周期性由检查部6进行分析。更具体地说，当沿着各个扫描轨迹C51、C52多次照射检查激光束L5时，计算从放大器4b发送的包含热辐射光的长波长组分L2b的信号强度相对于从放大器4a发送的包含蒸发冷光的短波长组分L2a的信号强度的比率。结果，例如，即使从回射光L2获取的电信号较弱，或者回射光L2的强度根据工件温度的变化而变化，也可精确地检查在工件W1、W2中形成的焊接部的焊接状况。此外，与直接检测被发送到检查部6的短波长组分L2a的强度或长波长组分L2b的强度或由光接收部2接收到的回射光L2的强度的周期性相比，可以更精确地检查在工件W1、W2中形成的焊接部的焊接状况，并且可以可靠地检测到可能在熔池Y1的外边缘内侧存在的焊接缺陷X1。此时，通过对长波长组分L2b的信号强度相对于短波长组分L2a的信号强度的比率执行傅里叶变换，可更可靠地检测到比率变化的周期性。结果，可更精确地检查在工件W1、W2中形成的焊接部的焊接状况。

具体而言，根据第一实施例，相对于熔池Y1沿着基本呈圆形的扫描轨迹照射检查激光束L5。这样，可检测到可能在熔池Y1的外边缘的内侧远离焊接中心C0存在的焊接缺陷X1或非圆形(例如椭圆形或基本呈多边形)的焊接缺陷X1。

进一步地，根据第一实施例，沿着在通过使用焊接激光束L1照射而形成的熔池Y1中设定的扫描轨迹C51、C52照射检查激光束L5。基于当沿着扫描轨迹C51、C52照射检查激光束L5时，从各个放大器4a、4b发送的长波长组分L2b的信号强度相对于短波长组分L2a的信号强度的比率的变化的周期性，检查焊接部的焊接状况。结果，即使焊接激光束L1的照射状况改变或者焊接激光束的焦点偏离焊接缺陷X1的产生位置，检查激光束L5的扫描状况(扫描轨迹或扫描速度)也可适当地进行调整。这样，可精确地检查在工件上形成的焊接部的焊接状况。

[焊接部检查装置的第二实施例]

接下来，将参考图8描述本发明的焊接部检查装置的第二实施例。

图8是示出本发明的焊接部检查装置的第二实施例的整体结构的整体配置图。图8所示的第二实施例的检查装置100A与图1所示的第一实施例的检查装置100的不同之处在于使用从焊接照射部照射的焊接激光束的回射光检查焊接部的焊接状况。其它结构几乎与第一实施例的检查装置100相同。因此，省略与第一实施例相同的结构的详细描述，同时将相同的附图标记附加到相同的部件上。

附图中所示的检查装置100A主要包括：焊接照射部1A；光接收部2A；光学滤波器8A、10A、转换部3aA、3bA；放大器4aA、4bA；检查部6A；以及CRT7A。

焊接照射部1A使用焊接激光束L1A，经由光学滤波器8A和光接收部2A照射两个工件W1、W2以将两个相互堆叠或被设置为彼此稍微分离的工件W1、W2焊接在一起。通过借助焊接照射部1A照射焊接激光束L1A，形成熔池Y1，这是相对于焊接激光束L1A的前进方向在焊接激光束L1A的左右及其后面熔化工件W1、W2的结果。

光接收部2A接收回射光L2A，该回射光包括来自由从焊接照射部1A照射的焊接激光束L1A导致的工件W1、W2的熔池Y1的反射光、由工件W1、W2的熔化/蒸发产生的蒸发冷光(等离子光)、以及从工件W1、W2的熔池Y1辐射的热辐射光(红外光)。

通过光学滤波器8A和光学滤波器(提取部)10A，光接收部2A所接收的回射光L2A在频谱上被分散为包含蒸发冷光(等离子光)的短波长组分L2aA和包含热辐射光(红外光)的长波长组分L2bA。通过此方式，从回射光L2A中提取短波长组分L2aA和长波长组分L2bA。

转换部3aA将短波长组分L2aA(通过经由光学滤波器10A在频谱上进行分散以及经由聚光透镜9aA进行聚光来获取)转换为电信号，并将该电信号输出到放大器4aA。放大器4aA放大从转换部3aA输出的电信号的信号强度并发送到检查部6A。

进一步地，转换部3bA将长波长组分L2bA(通过经由光学滤波器10A在频谱上进行分散以及经由聚光透镜9bA进行聚光来获取)进行转换，将电信号输出到放大器4bA。放大器4bA放大从转换部3bA输出的电信号的信号强度并发送到检查部6A。

检查部6A处理已经从放大器4aA、4bA发送的电信号以检查在工件W1、W2上形成的焊接部的焊接状况。更具体地说，当焊接照射部1A沿着焊接轨迹多次照射焊接激光束L1A时，检查部6A计算从各个放大器4aA、4bA发送的短波长组分L2aA与长波长组分L2bA之间信号强度的比率。基于该比率检查在工件W1、W2中形成的焊接部的焊接状况。检查部6A将从放大器4aA、4bA发送的电信号的信号处理结果、以及由检查部6A获取的算术处理结果发送到CRT7A。CRT7A显示从检查部6A发送的信号处理结果和算术处理结果。

如果焊接部的焊接状况如上述第一实施例那样正常，则当沿着焊接轨迹照射焊接激光束L1A时，被发送到检查部6A的短波长组分L2aA的强度变化，长波长组分L2bA的强度变化，以及由检查部6A获取的长波长组分L2bA的强度相对于短波长组分L2aA的强度的比率变化相对较小。

另一方面，如果焊接部的焊接状况存在缺陷，并且焊接缺陷(其中熔融金属消失的部分)由焊接激光束L1A在焊接轨迹上形成，则当沿着焊接轨迹多次照射焊接激光束L1A时，被发送到检查部6A的短波长组分L2aA的强度和长波长组分L2bA的强度周期地变化。进一步地，可认为就检查部6A获取的长波长组分L2bA的强度相对于短波长组分L2aA的强度的比率而言，共同存在多个(例如，两个)以基本相同的周期变化并且具有相移的波形，因此，由工件W1、W2中形成的焊接部的焊接缺陷导致的周期变化被放大。

根据第二实施例，此方式中的长波长组分L2bA的强度相对于短波长组分L2aA的强度的比率变化的周期性由检查部6进行分析。更具体地说，当沿着焊接轨迹多次照射焊接激光束L1A时，计算从放大器4bA发送的包含热辐射光的长波长组分L2bA的信号强度相对于从放大器4aA发送的包含蒸发冷光的短波长组分L2aA的信号强度的比率。结果，即使从回射光L2A获取的电信号较弱，或者回射光L2A的强度根据工件温度的变化而变化，也可精确地检查在工件W1、W2中形成的焊接部的焊接状况。此外，与直接检测被发送到检查部6A的短波长组分L2aA的强度或长波长组分L2bA的强度或由光接收部2A接收到的回射光L2A的强度的周期性相比，可以更精确地检查在工件W1、W2中形成的焊接部的焊接状况。这样，可以可靠地检测到可能在熔池Y1的外边缘内侧存在的焊接缺陷。

在上述第一实施例中，已经描述了其中检查激光束的扫描轨迹中心被设定在焊接激光束的焊接轨迹的中心处的实施例。但是，检查激光束的扫描轨迹中心也可设定在由焊接激光束照射形成的熔池内的适当位置处。

进一步地，在上述第一和第二实施例中，已经描述了其中焊接激光束的焊接轨迹和检查激光束的扫描轨迹基本呈圆形的实施例。但是，焊接激光束的焊接轨迹和检查激光束的扫描轨迹可以为闭合的环形(例如，椭圆形、多边形)或为具有预定长度的曲线或直线形。如果可推定焊接部的焊接缺陷可能发生的位置，则优选地，焊接激光束的焊接轨迹或检查激光束的扫描轨迹被设定为通过该位置。

进一步地，在上述第一和第二实施例中，已经描述了其中焊接激光束或检查激光束被照射到固定在预定位置处的工件的实施例。但是，也允许在焊接激光束焦点位置或检查激光束焦点位置固定的情况下，通过适当地移动工件，使用激光束将工件焊接在一起。进一步地，也允许通过使工件和焊接激光束或检查激光束的焦点位置彼此相对地移动，使用激光束将工件焊接在一起。

进一步地，在上述第一和第二实施例中，已经描述了其中通过光学滤波器将光接收部所接收的回射光在频谱上分散为包含蒸发冷光的短波长组分和包含热辐射光的长波长组分，并且从回射光中提取短波长组分和长波长组分的实施例。但是，也可允许通过例如发送具有处于预定范围内的波长组分的光学滤波器，从光接收部所接收的回射光中提取具有处于预定范围内的波长组分的包含蒸发冷光的短波长组分和具有处于预定范围内的波长组分的包含热辐射光的长波长组分。

进一步地，在上述第一和第二实施中，已经描述了其中基于包含热辐射光的长波长组分的强度相对于包含蒸发冷光的短波长组分的强度的比率检查焊接部的焊接状况的实施例，因为一般而言，包含热辐射光的长波长组分的强度高于包含蒸发冷光的短波长组分的强度。但是，例如还允许基于包含蒸发冷光的短波长组分的强度相对于包含热辐射光的长波长组分的强度的比率检查焊接部的焊接状况。进一步地，为了便利于检测包含蒸发冷光的短波长组分的强度与包含热辐射光的长波长组分的强度之间的比率的周期性变化，还允许计算包含蒸发冷光的短波长组分的强度与包含热辐射光的长波长组分的强度之间的比率的幂，然后基于该比率的幂检查焊接部的焊接状况。

[用于评估基于检查样本的热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率与焊接部的焊接状况之间的关系的试验及其结果]

本发明的发明人已经制备了两类具有不同焊接状况的检查样本(实例1、2)。已经执行了来自每个检查样本的蒸发冷光(等离子光)和热辐射光(红外光)的强度测量。已经评估了热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率与焊接部的焊接状况之间的关系。

<检查样本的制备方法以及基于检查样本的蒸发冷光和热辐射光的强度的测量方法>

首先，将描述检查样本的制备方法以及基于检查样本的蒸发冷光和热辐射光的强度的测量方法。包括厚度为0.7mm的SCGA270D-45D、厚度为1.2mm的SCGA980DU-45、以及厚度为1.2mm的SCGA590DU-45的三个工件从焊接激光束的照射侧按此次序彼此堆叠。为了形成直径约为4.5mm的基本呈圆形的焊接部，沿着基本呈圆形的焊接轨迹照射焊接激光束。接下来，沿着基本呈圆形的扫描轨迹(围绕着焊接中心，半径约为1.9mm)照射检查激光束(输出为2,000W，扫描速度为83.93m/min)3.5圈以通过在工件中形成的熔池。也就是说，检查激光束的扫描周期约为8.53ms，它的扫描频率约为117Hz。然后接收回射光，该回射光包括来自由检查激光束导致的工件中的熔池的反射光、由工件的熔化/蒸发产生的蒸发冷光、以及从工件的熔池辐射的热辐射光。蒸发冷光(波长约为550nm)和热辐射光(波长约为800nm)被从所接收的回射光中提取，并且所提取的蒸发冷光和热辐射光被转换为电信号以测量其信号强度。

同时，在将检查激光束照射到在工件中形成的熔池时考虑生产线等中检查激光束的角度分散。也就是说，在检查激光束的光轴与工件表面的垂线呈10°角以使检查激光束的焦点偏离工件表面大约±1mm的情况下，照射检查激光束。

<基于检查样本的热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率与焊接部的焊接状况之间的关系的评估结果>

图9和10是按时间序列示出基于检查样本的根据实例1、2的蒸发冷光和热辐射光的强度测量结果，以及热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率的算术处理结果的图。同时，实例1的检查样本是其中焊接部的焊接状况正常的检查样本(请参阅图5A、5B)，实例2的检查样本是其中焊接部的焊接状况存在缺陷的检查样本(例如，当焊接激光束照射侧的工件上的焊道下陷时，导致一侧工件下陷焊接的情况，请参阅图7A、7B)。

如图9所示，在实例1的检查样本中(其中焊接状况正常)，蒸发冷光的强度和热辐射光的强度基本恒定，识别不到其具有周期性变化。进一步地，尽管热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率稍微变化，也识别不到其具有任何周期性变化。

另一方面，如图10所示，在实例2的检查样本中(由于三个工件的焊接激光束照射侧的工件熔化并下降，产生镗孔)，识别到蒸发冷光的强度和热辐射光的强度具有按照大约每8.53ms进行的周期性变化(频率约为117Hz)，该周期等于检查激光束的扫描周期。另外，就热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率而言，识别到两个包含按照大约每8.53ms进行的周期性变化(频率约为117Hz)的波形以它们发生相移的方式相互叠加。

图11、12是示出基于检查样本，当对基于检查样本的实例1、2中的蒸发冷光的强度、热辐射光的强度、以及热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率执行快速傅里叶变换时，频率与振幅之间的关系的图。图11、12中的振幅被执行无量纲化(或标准化)，其中频率为0Hz的情况下的振幅被设定为1。

如图11所示，在实例1的检查样本(焊接状况正常)的情况下，即使对蒸发冷光的强度、热辐射光的强度以及热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率执行快速傅里叶变换，也没有在特定频率中识别到任何明显的振幅峰值。

另一方面，如图12所示，在实例2的检查样本(具有镗孔)的情况下，即使对蒸发冷光的强度、热辐射光的强度以及热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率执行快速傅里叶变换，也可在等于检查激光束的扫描平率的约为117Hz的频率(下文称为“基频”)下识别到明显的振幅峰值。但是，如果对蒸发冷光的强度和热辐射光的强度执行快速傅里叶变换，尤其是如果对热辐射光的强度执行快速傅里叶变换，则在高达基频数倍的频率下，振幅峰值变得模糊不清。相反，如参考图10所述，如果对热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率执行快速傅里叶变换，则在高达基频数倍(例如，两倍或三倍)的频率下识别到明显的振幅峰值，因为热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率通过周期性变化而被放大。同时，可以认为当对蒸发冷光的强度和热辐射光的强度执行快速傅里叶变换时，在高达基频数倍的频率下的振幅峰值变得模糊不清的原因是检查激光束被倾斜地照射到工件表面，从而使得检查激光束的焦点偏离工件表面。

图13A是示出基于检查样本的蒸发冷光的强度的基频下的振幅的图。图13B是示出在高达基频两倍的频率下的振幅的图。图14A是示出基于检查样本的热辐射光的强度的基频下的振幅的图。图14B是示出在高达基频两倍的频率下的振幅的图。图15A是示出基于检查样本的热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率的基频下的振幅的图。图15B是示出在高达基频两倍的频率下的振幅的图。

在图13A到图15B中，针对实例1、2中的每一者制备15个检查样本。基于各个检查样本，对蒸发冷光的强度、热辐射光的强度以及热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率执行快速傅里叶变换。图13A到图15B示出在基频或在高达基频两倍的频率下的振幅。图13A到图15B中的振幅被执行无量纲化，其中频率为0Hz的情况下的振幅被设定为1。

如图13A、13B所示，如果对蒸发冷光的强度执行快速傅里叶变换，则基于实例2的检查样本(具有镗孔)的基频或高达基频两倍的频率下的振幅平均大于基于实例1的检查样本(其中焊接状况正常)的基频或高达基频两倍的频率下的振幅。但是，实例1的检查样本(其中焊接状况正常)的一部分和实例2的检查样本(具有镗孔)的一部分具有相同的振幅。这样，不可能设定用于将实例1的检查样本(其中焊接状况正常)与实例2的检查样本(具有镗孔)进行区分的阈值。在生产线等中，例如，无法精确地判定在工件中形成的焊接部的焊接状况。

进一步地，如图14A、14B所示，当对热辐射光的强度执行快速傅里叶变换时，基于实例2的检查样本(具有镗孔)的基频或高达基频两倍的频率下的振幅平均大于基于实例1的检查样本(其中焊接状况正常)的基频或高达基频两倍的频率下的振幅。但是，例如，当对蒸发冷光的强度执行快速傅里叶变换时，不能设定用于将实例1的检查样本(其中焊接状况正常)与实例2的检查样本(具有镗孔)进行区分的阈值。在生产线等中，例如，无法精确地判定在工件中形成的焊接部的焊接状况。

另一方面，如图15A、15B所示，当对热辐射光的强度相对于蒸发光的强度的比率执行快速傅里叶变换时，可以识别到在实例2的检查样本的多数部分中，基于实例2的检查样本(具有镗孔)的基频或高达基频两倍的频率下的振幅相对大于基于实例1的检查样本(其中焊接状况正常)的基频或高达基频两倍的频率下的振幅。尤其是，如图15B所示，基于实例2的检查样本的高达基频两倍的频率下的振幅相对大于基于实例1的检查样本的基频或高达基频两倍的频率下的振幅。这样，通过相对于振幅设定预定的阈值(例如，0.03)，可以精确地将实例1的检查样本(其中焊接状况正常)与实例2的检查样本(具有镗孔)进行区分。在生产线等中，例如，可容易且准确地判定在工件中形成的焊接部的焊接状况。

同时，根据图12所示的频率与振幅之间的关系，可认为基于实例2的检查样本(具有镗孔)的高达基频数倍的频率下的振幅相对大于基于实例1的检查样本(其中焊接状况正常)的高达基频数倍的频率下的振幅。因此，基于高达基频数倍的频率下的振幅，可认为能够精确地区分实例1的检查样本(其中焊接状况正常)和实例2的检查样本(具有镗孔)。

根据该试验结果，可确认根据计算热辐射光的强度相对于蒸发冷光的强度的比率，并对该比率执行快速傅里叶变换的简单方法，例如即使在生产线等中，激光束的光轴角度偏离工件表面，或者即使在将激光束倾斜地照射到工件上之后从回射光中获取的电信号变弱，或者即使回射光的强度根据工件温度变化(例如，因为焊接时工件温度升高或者室外温度变化而导致工件温度变化)而变化，也可精确地检查焊接部的焊接状况(其包括诸如镗孔或一侧工件下陷焊接之类的焊接缺陷)。

尽管上面已经参考附图详细描述了本发明的实施例，但是本发明的具体配置不限于这些实施例，不用说，任何不偏离本发明精神的范围内的修改等都被包括在本发明中。

Claims (8)

1.一种焊接部检查装置，其被配置为检查在多个工件被焊接在一起时所形成的焊接部的焊接状况，所述焊接部检查装置包括：

照射部，其被配置为沿着在工件中设定的焊接轨迹多次照射焊接激光束，或者沿着在由所述焊接激光束熔化的所述工件的熔池中设定的扫描轨迹多次照射检查激光束，以便将所述工件焊接在一起；

光接收部，其被配置为接收回射光，所述回射光包括来自由所述照射部照射的所述焊接激光束或所述检查激光束导致的所述工件中的所述熔池的反射光、由所述工件的蒸发产生的蒸发冷光、以及从所述工件中的所述熔池辐射的热辐射光；

提取部，其被配置为从所述光接收部所接收的回射光中提取包含蒸发冷光的第一组分和包含热辐射光的第二组分；以及

检查部，其被配置为基于所述提取部所提取的所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率，检查所述工件的所述焊接部的焊接状况。

2.根据权利要求1所述的焊接部检查装置，其中

所述检查部通过对所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率、或所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率的幂执行傅里叶变换，来检查所述工件的所述焊接部的焊接状况。

3.根据权利要求2所述的焊接部检查装置，其中

所述检查部基于在高达基频数倍的频率下的振幅检查所述工件的所述焊接部的焊接状况，所述基频是通过对所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率、或所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率的幂执行傅里叶变换而检测到的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的焊接部检查装置，其中

所述提取部在频谱上将所述光接收部所接收的所述回射光至少分散为包含蒸发冷光的所述第一组分和包含热辐射光的所述第二组分，并且从所述回射光中提取包含蒸发冷光的所述第一组分和包含热辐射光的所述第二组分。

5.一种焊接部检查方法，其适合于检查在多个工件被焊接在一起时所形成的焊接部的焊接状况，所述焊接部检查方法包括：

沿着在工件中设定的焊接轨迹多次照射焊接激光束，或者沿着在由所述焊接激光束熔化的所述工件的熔池中设定的扫描轨迹多次照射检查激光束，以便将所述工件焊接在一起；

接收回射光，所述回射光包括来自由所述焊接激光束或所述检查激光束导致的所述工件中的所述熔池的反射光、由所述工件的蒸发产生的蒸发冷光、以及从所述工件中的所述熔池辐射的热辐射光；

从回射光中提取包含蒸发冷光的第一组分和包含热辐射光的第二组分；以及

基于所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率，检查所述工件的所述焊接部的焊接状况。

6.根据权利要求5所述的焊接部检查方法，其中

在所述检查中，通过对所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率、或所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率的幂执行傅里叶变换，来检查所述工件的所述焊接部的焊接状况。

7.根据权利要求6所述的焊接部检查方法，其中

在所述检查中，基于在高达基频数倍的频率下的振幅检查所述工件的所述焊接部的焊接状况，所述基频是通过对所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率、或所述第一组分的强度与所述第二组分的强度之间的比率的幂执行傅里叶变换而检测到的。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的焊接部检查方法，其中

在所述提取中，通过在频谱上将所述回射光至少分散为包含蒸发冷光的所述第一组分和包含热辐射光的所述第二组分，从所述回射光中提取包含蒸发冷光的所述第一组分和包含热辐射光的所述第二组分。