JP2002346776A - レーザ溶接品質判定方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ溶接における溶接品質の良否判定を適
正に行える溶接品質判定方法とその装置を提供する。 【解決手段】 本発明のレーザ溶接における溶接品質判
定装置は、レーザ溶接時に被溶接材４から放出されるプ
ラズマ光６と反射光８の強度を検出するプラズマ光セン
サ７と反射光センサ９の他に、レーザ溶接終了後の凝固
中の溶接部５の温度を測定する温度センサ１０を備えて
いる。これらの検出結果がレーザ溶接モニタ計測部１１
で計測され、良否判定部１２で溶接の良否が判定され
る。この判定は、計測されたプラズマ光強度と反射光強
度とから第１の品質判定を行い、不適正と判定されたも
ののうち両者の光強度が基準より大きい場合のみ、溶接
終了後の溶接部温度結果により第２の品質判定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を被溶接
材に照射して溶接を行うレーザ溶接における、被溶接材
の溶接状態を高精度かつ即時に良否判定する溶接品質判
定方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＹＡＧレーザ溶接等のレーザ溶
接は、レーザ発振器から出力されたパルス状又は連続状
のレーザ光を被溶接材に照射して溶接を行うものであ
る。このレーザ溶接は、その特性上の理由から、精密な
量産ラインに適用されることが多くなってきており、高
い生産性と同時に品質が重要視されている。

【０００３】これまで、レーザ溶接における欠陥検査
は、オフラインで検査員が目視で行なうか、検査機器を
使用して行ってきた。この場合、自動車製造のように被
溶接材が大型で、かつ大量生産ラインでは、多量個所の
検査が必要となり、検査員の負担は大きかった。また、
生産ラインの生産性の観点から検査時間は短いことが重
要であり、溶接と同時又は並行して検査（オンライン又
はインライン検査）を行うことが望ましい。これは、イ
ンラインで全品検査を行い、溶接欠陥が発生した場合に
は、欠陥品を即座に取り除き原因を追求する必要がある
からである。

【０００４】このようなインラインで全品検査を行う方
法として、特開２０００−１５３３７９号公報で開示さ
れたレーザ溶接の溶接状態判定方法がある。この方法
は、レーザ溶接時に被溶接材から放出されるプラズマ光
及び反射光のうちの一方の強度と検出光強度として検出
し、レーザ光の１パルスに対応する検出光強度の１周期
のうちから所定の区間を抽出区間として予め設定してお
き、抽出区間における検出光強度に基づいてパルス毎特
徴値をレーザ光の各パルス毎に抽出し、被溶接材毎の溶
接状態の被判定値として、被溶接材におけるパルス毎特
徴値の極値を得、被溶接材毎の溶接状態を極値に基づい
て判定する際の判定基準としての閾値を予め設定してお
き、極値と閾値とを比較して被溶接材毎の溶接状態を判
定するものである。

【０００５】しかしながら、この公知の方法では、油付
着等の被溶接材要因により、検出光強度が実際の溶接品
質と異なる値を示し、良好溶接を不良溶接と判定するこ
とがあるため生産性を低下させるという問題がある。ま
た、溶接不良発生要因が被溶接材要因によるものか、溶
接電源や設備の経時変化によるものかの区別がつきにく
いため、不良対策に時間がかかる場合があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑みてなされたもので、その目的は、レーザ溶接におけ
る溶接品質の良否判定を適正に行える溶接品質判定方法
とその装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に
記載の溶接品質判定方法及びその装置を提供する。請求
項１に記載の溶接品質判定方法は、レーザ溶接時に被溶
接材から放出されるプラズマ光と反射光の強度測定の結
果、両者の光強度が共に所定の判定基準よりも大きいと
きにのみ、レーザ溶接終了後の凝固中の溶接部の温度判
定を行い、その温度がジャストフォーカスでの適正エネ
ルギと同等レベルであるかどうかの判定を行って、良で
あった場合に目視検査によって、最終的に溶接の良否を
判定するようにしたものである。これにより、プラズマ
光強度、レーザ反射光強度がともに大きい場合であって
も、ただちに不良溶接と判定せずに、溶接後の溶接部の
温度特性及び目視検査によって溶接の品質上の良否判定
を適正に検出可能としたものである。したがって、油付
着等の被溶接材要因により生じる誤判定を防止でき、生
産性を向上できる。

【０００８】請求項２に記載の溶接品質判定装置は、請
求項１の方法の発明を物である装置発明に替えたもので
あり、その作用効果は、実質的に請求項１と同様であ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面に従って本発明の実施
の形態のレーザ溶接における溶接品質判定方法及びその
装置について説明する。図１は、本発明のレーザ溶接に
おける溶接品質判定方法を実現するためのレーザ溶接の
溶接品質判定装置の全体構成を示している。レーザ溶接
装置は、パルス状のレーザ光を発光するＹＡＧレーザ発
振器１と、発生したレーザ光を伝搬する光ファイバ２
と、伝搬したレーザ光を出射するレーザトーチ３とを有
している。レーザトーチ３から出射されるレーザ光は、
照射光として図示しない走査テーブル上に載置された被
溶接材４に照射され、レーザ溶接が行なわれる。

【００１０】溶接時には、被溶接材４が溶融する溶融部
（溶接部）５からプラズマ光６と反射光８が発生する。
本発明のレーザ溶接品質判定装置は、この溶融部５から
発生するプラズマ光６の強度を検出するプラズマ光強度
検出手段であるプラズマ光センサ７と、同じく同溶融部
５から発生する反射光８の強度を検出する反射光強度検
出手段である反射光センサ９の他に、溶融部５の温度を
検出する溶接部温度測定手段である温度センサ１０とが
設けられている。プラズマ光センサ７、反射光センサ９
及び温度センサ１０からの出力は、それぞれレーザ溶接
モニタ計測部１１に送られ、ここで計測される。この計
測値は、良否判定部１２に送られ、ここで溶接部の良否
判定を行う。

【００１１】図２は、本発明の溶接品質判定方法の品質
判定アルゴリズムの処理フローを示しており、図３は、
その場合の品質判定表である。図２において、ステップ
１０１によりレーザ溶接が開始されると、レーザ溶接モ
ニタ計測部１１は、ステップ１０２によりプラズマ光強
度の計測を、同時にステップ１０３により反射光強度の
計測を開始する。レーザ溶接モニタ計測部１１は、リア
ルタイムに良否判定部１２に計測したデータを送り、ス
テップ１０４において、良否判定部１２は、そのプラズ
マ光強度の計測データと反射光強度の計測データとから
溶接部の第１の品質判定１を行う。

【００１２】この第１の品質判定１は、図３の表に示さ
れた状況に分けて判定を行う。この判定は、図４のプラ
ズマ光強度特性及び図５の反射光強度特性のグラフに基
づいて行われる。即ち、図３の状況４においては、プラ
ズマ光強度及び反射光強度が適正基準値にあるので、溶
接部の品質を良好と判定し、状況２のようにプラズマ光
強度が適正基準値をオーバーしている場合は、エネルギ
が大き過ぎ、異常発光しており、貫通、スパッタが発生
していると判断し、溶接を不良と判定し、状況３のよう
に反射光強度が適正基準値をオーバーしている場合は、
フォーカスが不十分で強度不足と判断し、溶接を不良と
判定し、状況５のようにプラズマ光強度が適正基準値よ
りも小さい場合は、エネルギが不十分で強度不足と判断
し、溶接を不良と判定し、また状況６のようにプラズマ
光強度が適正基準値に達しないで、反射光強度が適正基
準値よりオーバーしている場合は、エネルギ不足でかつ
フォーカス不十分と判断し、溶接を不良と判定する。な
お、プラズマ光強度及び反射光強度の適正基準値の範囲
は、被溶接材によって決められ、予め良否判定部１２に
記憶されている。

【００１３】ここで、図３において、状況１のようにプ
ラズマ光強度と反射光強度とがともに適正基準値をオー
バーしている場合においては、油付着等の被溶接材不良
が原因で、溶接は良好である可能性があり、適正に判定
されない場合がある。このため、状況１の場合において
は、ステップ１０５の溶接終了後に、ステップ１０６で
凝固中の溶接部温度測定を行い、この結果に基づいてス
テップ１０７の溶接部の第２の品質判定２を行う。

【００１４】この第２の品質判定２は、図６の溶融部温
度特性のグラフ及び図７のエネルギと溶接後５０ms後の
温度の関係を示すグラフに基づいて行われる。なお、図
６は、溶接後の溶融部温度変移を、正常溶接と非正常溶
接とで比較したグラフである。温度測定は、レーザ溶接
終了後、所定の時間、例えば５０ms、経過後に行い、そ
の溶接部の温度が、ジャストフォーカスでの適正エネル
ギと同等レベルであれば、溶接が良好の可能性があるた
め、次のステップ１０８に移る。その温度が、ジャスト
フォーカスでの適正エネルギと同等レベルにない場合に
は、溶接不良と判定する。

【００１５】ステップ１０８では、作業者が目視により
第３の品質判定３を実施し、溶接部の良否の判定を行
う。

【００１６】以上説明したように、本発明においては、
レーザ溶接において溶接時に放出されるプラズマ光及び
反射光をモニタし、さらに溶融部の温度の時間的変化を
モニタし、溶接条件の変化により溶接状態を高精度かつ
即時に溶接の良否判定を行うことができる。また、溶接
の品質判定経歴を検査データに付与することができると
共に、蓄積記憶することができる。更に、プラズマ光強
度と反射光強度を蓄積記憶することにより、経時変化を
検出し、被溶接材要因か溶接条件ズレかを検出して、溶
接最適条件の再設定指示を出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のレーザ溶接における溶接
品質判定装置の全体構成図である。

【図２】本発明の溶接品質判定方法の品質判定アリゴリ
ズムの処理フローを示している。

【図３】本発明の溶接品質判定方法で用いる品質判定表
である。

【図４】プラズマ光強度特性を示すグラフである。

【図５】反射光強度特性を示すグラフである。

【図６】レーザ溶接後の溶融部温度特性を正常品とスパ
ッタ発生時の温度波形で比較したグラフである。

【図７】溶接エネルギと溶接後５０ms後の温度との関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１…ＹＡＧレーザ発振器 ４…被溶接材 ５…溶接部（溶融部） ６…プラズマ光 ７…プラズマ光センサ ８…反射光 ９…反射光センサ １０…温度センサ １１…レーザ溶接モニタ計測部 １２…良否判定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅沼 隆司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 河本 保典 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 2G051 AA90 AB20 BA10 CA01 CB01 CB10 EB01 4E068 CA17 CB02 CB09 CC01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を被溶接材に照射して溶接を行
   うレーザ溶接における溶接品質の良否を判定する溶接品
   質判定方法において、この方法が、 レーザ溶接時に被溶接材から放出されるプラズマ光と反
   射光との強度を計測する光強度計測段階と、 計測されたプラズマ光強度と反射光強度とから所定の品
   質判定データに基づいて溶接部の品質判定を行う第１の
   品質判定段階と、 前記第１の品質判定段階による判定結果が、プラズマ光
   強度と反射光強度が共に所定の判定基準よりも大きいと
   判定された場合においてのみ、レーザ溶接終了後の凝固
   中の溶接部の温度測定を行う温度測定段階と、 前記溶接部の温度測定の結果、その温度がジャストフォ
   ーカスでの適正エネルギと同等レベルかどうかの判定の
   行う第２の品質判定段階と、前記第２の品質判定段階で
   の結果が良であった場合に、目視による品質判定を行う
   第３の品質判定段階と、を具備している溶接品質判定方
   法。
2. 【請求項２】 レーザ光を被溶接材に照射して溶接を行
   うレーザ溶接における溶接品質の良否を判定する溶接品
   質判定装置において、この装置が、 レーザ溶接時に被溶接材から放出されるプラズマ光の強
   度を検出するプラズマ光強度検出手段と、同じくレーザ
   溶接時の被溶接材から放出される反射光の強度を検出す
   る反射光強度検出手段と、 レーザ溶接終了後の凝固中の溶接部温度を測定する溶接
   部温度測定手段と、 前記プラズマ光強度検出手段、前記反射光強度検出手段
   及び前記溶接部温度測定手段による検出結果をモニタす
   るレーザ溶接モニタ計測部と、 前記レーザ溶接モニタ計測部からの計測値に基づき、溶
   接状態の良否を判定する判定部と、とを具備している溶
   接品質判定装置。