JP2003080394A - 溶接の品質評価装置および品質評価方法 - Google Patents

溶接の品質評価装置および品質評価方法

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JP2003080394A
JP2003080394A JP2001273519A JP2001273519A JP2003080394A JP 2003080394 A JP2003080394 A JP 2003080394A JP 2001273519 A JP2001273519 A JP 2001273519A JP 2001273519 A JP2001273519 A JP 2001273519A JP 2003080394 A JP2003080394 A JP 2003080394A
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welding
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Seiichi Matsumoto
清市 松本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接の品質評価をリアルタイムで、正確に行
う。 【解決手段】 溶接の加熱点10周囲の固相部分であっ
て、溶接の熱により所定の温度範囲に上昇した熱影響部
12の形状に基づき、溶接の品質評価を行う。正常な溶
接状態における熱影響部分12の形状(図1a)に基づ
き参照情報を作成する。これと、実際に得られた熱影響
部分の形状を示す情報と比較して、現在、溶接している
部分の品質評価を行う。溶接の異常が発生した場合は、
熱影響部12の形状が変形し(図1b,c)、この形状
変化に基づき品質評価を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接中にその溶接
の品質を評価することができる方法および装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】溶接は、複数の金属部品を接合する方法
として広く普及している。これは、溶接が他の方法に比
べて多くの利点を有しているためであり、例えばリベッ
ティングなどに比べ、構造が簡易となる、密閉性が高ま
る、材料の節約、工数の削減などの利点がある。その反
面、不適切な作業により、材質変化、変形、残留応力な
どの問題を生じる場合がある。
【0003】このため、溶接の品質を評価することが重
要となる。溶接の品質評価、特に溶接時にリアルタイム
で評価する方法に関しては、例えば、特公平2−491
94号公報、特許第268572号などにその記載があ
る。前者は、溶接点における赤外線を撮影し、これに基
づき品質評価を行っている。後者は、溶接区域の後方の
固液境界線よりさらに後ろであって、接合線を挟んだ2
カ所の温度に基づき品質評価を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述の公報のうち、前
者(特公平2−49194号公報)においては、溶接点
一ヶ所のみの情報に基づき評価を行っているので、精度
が低いという問題があった。後者(特許第268572
号)においては、溶接点からかなり後方に離れた位置の
情報に基づき評価を行っているために、曲線に沿って溶
接を行う場合など、センサの位置が計測すべき位置から
外れてしまうという問題があった。
【0005】本発明は、前述の問題点を考慮してなされ
たものであり、溶接の品質評価の精度を高めることを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明にかかる溶接の品質評価方法は、加熱によ
り金属が溶融した部分の外側であって、固相ではあるが
所定の温度まで上昇した熱影響部の分布に基づき、品質
の評価を行う。熱影響部の分布は、正常に溶接されてい
る場合と、異常が発生した場合とでは大きく相違し、こ
の分布が正常な状態に比して逸脱した場合、溶接に異常
が発生し、不良となると判定する。
【0007】熱影響部の分布は、例えば正常な場合の分
布の形状に沿って配置された複数の受光部を有する放射
温度センサの出力に基づき判断できる。すなわち、配置
された放射温度センサの正常時の出力を記憶しておき、
この出力から逸脱した値が検出されたら、不良と判定す
る。
【0008】また、熱影響部の分布は、例えば、これを
含む領域を撮影するカメラにより画像を取得し、この画
像から所定範囲の輝度の領域を抽出することで取得する
ことができる。この抽出された領域の正常時の形状を記
憶しておき、この形状から逸脱した形状が抽出されたら
不良と判定する。
【0009】また、本発明にかかる溶接の品質評価装置
は、熱影響部の分布に基づく情報を取得する手段と、正
常な溶接が行われた場合の熱影響部の分布に基づく参照
情報を記憶する手段と、前記取得された情報と前記参照
情報を比較し、これらの情報が不一致の場合、溶接品質
を不良とする手段と、を有している。
【0010】また、熱影響部の分布に基づく情報を取得
する手段は、正常な場合の分布の形状に沿って配置され
た複数の受光部を有する放射温度センサとすることがで
きる。また、この手段は、熱影響部を含む領域を撮影す
るカメラと、カメラにより取得された映像情報から所定
値以上の輝度の領域を抽出する画像処理部とを含むもの
とすることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以下
実施形態という)を、図面に従って説明する。図1は、
レーザ溶接中のレーザ加熱点10を含む領域を撮影した
画像である。図1(a)は正常に溶接されている状態の
画像、図1(b)は異常の前兆が現れたときの画像、図
1(c)は異常発生時の画像である。溶接の方向は、図
中上方に向かう方向であり、よって、加熱点10の上側
は溶接前の部分であり、下方が溶接が終わった部分であ
る。
【0012】加熱点10では、レーザにより溶接対象物
が加熱され溶融している。その後方、すなわち図におい
て下方においては、溶融した対象物が冷却され、徐々に
固化していく。前記のように加熱点10は対象物が溶け
ているが、その周囲では、融点には達しないものの、加
熱を受け高温となっている領域がある。この領域を熱影
響部12と呼ぶ。熱影響部12は、正常に溶接が行われ
ている場合、時間の経過と共に周辺へと広がっていくの
で、加熱点10が移動することによって、図1(a)に
示すように、後方へいくに従って広がる彗星の尾のよう
な形、または略放物線形状となる。異常発生の前兆とし
て、熱影響部12が図1(b)に示すようなくびれ有す
る形状となる。異常発生時には、図1(c)のように後
方の一部を欠いた円弧形状となる。
【0013】図2および図3は、レーザ光を照射するレ
ーザトーチ20の概略構成を示す図である。フレキシブ
ルチューブ22内の光ファイバ24を通ってレーザ光が
導かれ、第1レンズ26、中間レンズ28および結像レ
ンズ30を通して溶接対象物に照射される。結像レンズ
30の周囲には、図3に示すように放射温度センサの受
光部32,34が配置され、受光部32,34により受
けた光は、光ファイバ36,38にてセンサ本体(不図
示)に導かれる。受光部32は、結像レンズ30のレー
ザ移動方向の前方(図3中右側)および側方に7個配置
されてる。この配置は、溶接が正常に行われている状態
で形成される熱影響部12(図1参照)の概略形状であ
る熱影響部概形線40に沿うものである。受光部34
は、加熱点10の後方に配置され、溶融後冷却された固
化した部分の温度を検出し、溶接の深さを検出するのに
用いられる。
【0014】熱影響部12の温度は、所定の温度範囲内
であるから、正常な場合の熱影響部12に沿って配置さ
れている受光部32の受けた光に基づき算出される温度
は、熱影響部の形状が正常なものであればほぼ一定とな
る。逆に図1(b)、(c)のように熱影響部の形状が
崩れると、各受光部32に対応する溶接対象物の温度
は、一定ではなくなる。正常時の温度からの所定値以上
逸脱した温度が検出された場合、溶接状態に異常が発生
したことを判定することができる。
【0015】また、正常なときの、各々受光部32によ
り検出された温度は、一定でなくともよく、所定のパタ
ーンが定まっていればよい。この所定パターンから、検
出されたパターンが逸脱したときに異常を判定すること
ができる。
【0016】図4は、溶接品質評価装置の評価の流れを
示すチャートである。事前に、正常時の熱影響部の形状
と、溶接のとけ込み深さの関係を調査するキャリブレー
ションが実行される。この際に必要なデータは、温度デ
ータ、溶接条件データ(レーザパワー、溶接速度、板
圧、方法)および溶接後計測するとけ込み深さデータで
あり、これらが入力される(S100)。実際に溶接を
行い、温度センサにより得られた温度データに基づき温
度分布を求め、正常時のパターンを算出する。また、過
去において、実際溶接を行ったときのパターンと、その
ときの溶接条件データと今回のデータの差に基づき、計
算で温度分布のパターンを求めることもできる(S10
2)。そして、算出された正常状態すなわち良品が製作
されるパターンを記憶する(S104)。
【0017】実際の溶接時において行う評価(インライ
ン評価)は、温度データ、溶接条件データなどの条件デ
ータを入力し(S106)、温度分布のパターンを求め
る(S108)。記憶されている正常状態のパターンを
読み出し、これを参照パターン(参照情報)として、得
られた現時点の温度分布パターンとを比較し、良、不良
の判定を行う(S110)。判定は、参照パターンと現
在のパターンの一致の程度が所定値を超えているかどう
かにより行われる。良判定がなされれば、参照パターン
に対応して記憶されているとけ込み深さデータを読み出
し(S112)、これと判定結果を車両情報検査システ
ムに記憶する(S114)。ステップS110の判定結
果により不良判定がなされれば、この判定結果を車両情
報検査システムに記憶する(S114)。
【0018】図5および図6は、他の実施形態のレーザ
トーチ60の概略構成を示す図である。図2および図3
で示したレーザトーチ20と同一の構成については、同
一の符号を付し、その説明を省略する。レーザトーチ6
0は、トーチ20の放射温度センサに代えてカメラによ
り撮影した映像に基づき、熱影響部12の形状を求めこ
の形状に基づき溶接の品質の評価を行う。カメラ62
が、レーザトーチ60の先端、好ましくは結像レンズ3
0の後方に配置されている。また、溶接対象物の表面を
照らす照明64もトーチ先端に配置されている。カメラ
62で撮影された画像は映像信号として信号線66によ
り、解析部(不図示)に送出される。
【0019】品質評価の流れは、図4に示すチャートに
準じている。この実施形態においては、カメラ62によ
り得た画像情報から、熱影響部12に相当する温度領域
の抽出を行い、この形状を、あらかじめ求めてある参照
情報としての形状と比較し、一致の程度の判定を行う。
【0020】以上の各実施形態により、溶接時にリアル
タイムで、溶接品質の評価を行うことができる。レーザ
の加熱点近傍の、固相であるが加熱されている熱影響部
の形状に基づき品質評価を行うことにより、精度の高い
評価判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 正常な溶接状態と異常な溶接状態を示す図で
ある。
【図2】 本実施形態にかかる溶接用のレーザトーチの
概略構造を示す図である。
【図3】 図2に示すレーザトーチの先端を示す図であ
る。
【図4】 溶接品質の評価の流れを示すチャートであ
る。
【図5】 他の実施形態にかかる溶接用のレーザトーチ
の概略構造を示す図である。
【図6】 図5に示すレーザトーチの先端を示す図であ
る。
【符号の説明】
10 加熱点、12 熱影響部、20,60 溶接トー
チ、32 受光部、40 概形線。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶接中において、その品質を評価する方
    法であって、 加熱により金属が溶融した部分の外側の部分であって、
    所定の温度まで昇温した熱影響部の分布に基づく情報を
    取得し、 その時点での前記熱影響部の現状の情報と、あらかじめ
    記憶された正常な溶接が行われた場合の参照情報とを比
    較し、 比較の結果、前記二つの情報が不一致の場合、溶接品質
    を不良と判断する、溶接の品質評価方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の溶接の品質評価方法で
    あって、 前記熱影響部の分布に基づく情報は、正常な溶接が行わ
    れたときの熱影響部の分布形状に沿って配置された複数
    の受光部を有する放射温度センサにより検出された温度
    情報であり、 前記参照情報は、正常な溶接が行われたときの前記温度
    センサにより検出された温度情報である、溶接の品質評
    価方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の溶接の品質評価方法で
    あって、 前記熱影響部の分布に基づく情報は、熱影響部を含む領
    域を撮影するカメラによって取得された映像の、所定範
    囲の輝度の分布形状であり、 前記参照情報は、正常な溶接が行われたときの前記カメ
    ラにより得られた所定値以上の輝度の分布形状である、
    溶接の品質評価方法。
  4. 【請求項4】 溶接中において、その品質を評価する装
    置であって、 加熱により金属が溶融した部分の外側の部分であって、
    所定の温度まで昇温した熱影響部の分布に基づく情報を
    取得する手段と、 正常な溶接が行われた場合の熱影響部の分布に基づく参
    照情報を記憶する手段と、 前記取得された情報と前記参照情報を比較し、これらの
    情報が不一致の場合、溶接品質を不良とする手段と、を
    有する溶接の品質評価装置。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の溶接の品質評価装置で
    あって、 前記熱影響部の分布に基づく情報を取得する手段は、正
    常な溶接が行われたときの熱影響部の分布形状に沿って
    配置された複数の受光部を有する放射温度センサであ
    り、この温度センサの出力が前記熱影響部の分布に基づ
    く情報となり、 前記参照情報は、正常な溶接が行われたときの前記温度
    センサの出力に基づく情報である、溶接の品質評価装
    置。
  6. 【請求項6】 請求項4に記載の溶接の品質評価装置で
    あって、 前記熱影響部の分布に基づく情報を取得する手段は、熱
    影響部を含む領域を撮影するカメラと、カメラにより取
    得された映像情報から所定範囲の輝度の領域を抽出する
    画像処理部とを含み、 前記参照情報は、正常な溶接が行われたときの前記画像
    処理部により抽出された領域の形状である、溶接の品質
    評価装置。
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