JP2003211275A - レーザ溶接評価方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被溶接材上で溶融凝固部の位置や形状がばら
つきやすいレーザ溶接においても信頼性の高い良否判定
を行うこと。 【解決手段】 溶接評価処理では、撮影画像データを基
に被溶接材Ｗ上の溶融凝固部４４と背景とを区別するた
めの２値化処理を行い、溶融凝固部４４の輪郭またはエ
ッジを検出する。次に、溶融凝固部４４の面積Ａおよび
重心Ｃを求める。次に、被溶接材Ｗ上の基準位置Ｓに対
する重心Ｃの位置を検査する。この重心位置検査では、
基準位置Ｓに対する重心Ｃの距離ｄを主たる検査対象と
してよいが、方向性も考慮するのが好ましく、距離間隔
ｄが各方向（Ｘ方向，Ｙ方向）において許容範囲内であ
るか否かを検査してよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ溶接用の評
価技術に係り、特に金属の被溶接材についてレーザ溶接
の結果を評価するための方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レーザ溶接の分野では、レー
ザ照射後の被溶接材をＣＣＤカメラで撮像して、被溶接
材の溶融凝固部のパターンを抽出し、抽出したパターン
をメモリに記憶している基準パターンと比較して溶接の
良否を判定する評価技術が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなパターン
マッチング法は、被溶接材上で溶融凝固部の形成され
る位置が大体決まっている、溶融凝固部のパターン形
状が大体決まっている、溶融凝固部のパターンが明瞭
に現れる、という３つの条件が全て成り立つ場合は有効
であるが、上記３条件の少なくとも１つが成立しないア
プリケーションでは適用不可であったり信頼性が著しく
低くなるという問題がある。

【０００４】たとえば、細いリード線を小さな端子に溶
接する電気部品のレーザ溶接では、レーザ光の当たるリ
ード線の部位に応じて溶融凝固部の位置がばらつきやす
く、そのような溶融凝固部の位置ずれが溶接不良の原因
になるおそれがある。しかも、レーザ照射位置付近では
リード線が跡形も無く溶け、溶融凝固部のパターン形状
は概して不定である。しかるに、従来のパターンマッチ
ング法は、そのような溶融凝固部の位置ずれを評価する
技法を有してはおらず、不定形の溶融凝固部パターンに
は対応できない。

【０００５】また、複数の金属板を重ね合わせて接合す
るレーザ溶接では、溶融凝固部またはナゲットが金属板
の接合面を貫いて十分な大きさに形成されても、上部金
属板の材質や表面状態等によっては外から見る限り溶融
凝固部の輪郭がはっきりしない場合がある。この場合
は、画像処理を用いても溶融凝固部の輪郭またはパター
ンを抽出することはほとんど無理か著しく困難であり、
従来のパターンマッチング法で評価することは実質的に
不可能である。

【０００６】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
てなされたもので、被溶接材上で溶融凝固部の位置や形
状がばらつきやすいレーザ溶接においても信頼性の高い
良否判定を行えるレーザ溶接評価方法およびレーザ溶接
評価装置を提供することを第１の目的とする。

【０００７】本発明の第２の目的は、被溶接材上で溶融
凝固部の輪郭が明瞭に現れないレーザ溶接においても信
頼性の高い良否判定を行えるレーザ溶接評価方法および
レーザ溶接評価装置を提供することにある。

【０００８】本発明の第３の目的は、被溶接材の組み付
け状態を効率良くかつ適確に検査できるレーザ溶接評価
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の第１のレーザ溶接評価方法は、複数
の部材を合わせた被溶接材に前記導線の上からレーザ光
を照射して被照射位置付近を溶接するレーザ溶接の結果
を評価するレーザ溶接評価方法であって、前記レーザ光
を照射された後の前記被溶接材を撮影する工程と、前記
撮影によって得られる画像の中で前記被溶接材上の基準
位置を設定する工程と、前記撮影画像の中で前記被溶接
材上の溶融凝固部の領域を識別する工程と、 前記溶融
凝固部領域の二次元的な重心を求める工程と、前記基準
位置に対する前記溶融凝固部領域の重心の位置に基づい
てレーザ溶接の良否を判定する工程とを有する方法とし
た。

【００１０】本発明の第１のレーザ溶接評価装置は、複
数の部材を合わせた被溶接材に前記導線の上からレーザ
光を照射して被照射位置付近を溶接するレーザ溶接の結
果を評価するレーザ溶接評価装置であって、前記レーザ
光を照射された後の前記被溶接材を撮影する撮像素子
と、前記撮像素子の出力信号をディジタルの画像信号に
変換するアナログ−ディジタル変換手段と、前記ディジ
タル画像信号によって得られる撮影画像の中で前記被溶
接材を識別する被溶接材識別手段と、前記撮影画像の中
で前記被溶接材上の基準位置を設定する基準位置設定手
段と、前記撮影画像の中で前記被溶接材上の溶融凝固部
の領域を識別する溶融凝固部領域識別手段と、前記溶融
凝固部領域の二次元的な重心を求める重心決定手段と、
前記基準位置に対する前記溶融凝固部領域の重心の位置
に基づいてレーザ溶接の良否を判定する判定手段とを有
する構成とした。

【００１１】上記第１のレーザ溶接評価方法または装置
では、レーザ溶接によって被溶接材上に形成される溶融
凝固部の位置、形状、サイズがばらついても、溶融凝固
部領域の二次元的な重心の位置を評価することにより、
適確で信頼性の高い良否判定を行える。基本的には、被
溶接材上の基準位置と溶融凝固部領域の重心との間の距
離が所定の許容範囲内にある場合は「溶接良好」とし、
そうでなかった場合は「溶接不良」と判定してよい。距
離だけでなく方向も考慮すると、より精細な良否判定を
行える。ここで、被溶接材上の基準位置は、撮影画像の
中で被溶接材の予め指定されている１箇所または複数箇
所の端部の位置を検出し、検出された被溶接材の端部の
位置から決定することができる。端部位置が検出できな
い箇所が１つまたは複数あるときは、組み付け不良やレ
ーザ溶接時の破損等が原因と考えられるため、「エラ
ー」または「溶接不良」の評価を下してよい。

【００１２】また、上記第１の目的を達成するために、
本発明の第２のレーザ溶接評価方法は、複数の部材を合
わせた被溶接材に前記導線の上からレーザ光を照射して
被照射位置付近を溶接するレーザ溶接の結果を評価する
レーザ溶接評価方法であって、前記レーザ光を照射され
た後の前記被溶接材を撮影する工程と、前記撮影によっ
て得られる画像の中で前記被溶接材上に基準位置を設定
する工程と、前記撮影画像の中で前記被溶接材上の溶融
凝固部の領域を識別する工程と、前記溶融凝固部領域の
面積と二次元的な重心とを求める工程と、前記溶融凝固
部領域の前記基準位置に対する前記重心の位置と前記面
積の大きさとに基づいてレーザ溶接の良否を判定する工
程とを有する方法とした。

【００１３】本発明の第２のレーザ溶接評価装置は、複
数の部材を合わせた被溶接材に前記導線の上からレーザ
光を照射して被照射位置付近を溶接するレーザ溶接の結
果を評価するレーザ溶接評価装置であって、前記レーザ
光を照射された後の前記被溶接材を撮影する撮像素子
と、前記撮像素子の出力信号をディジタルの画像信号に
変換するアナログ−ディジタル変換手段と、前記ディジ
タル画像信号によって得られる撮影画像の中で前記被溶
接材を識別する被溶接材識別手段と、前記撮影画像の中
で前記被溶接材上の基準位置を設定する基準位置設定手
段と、前記撮影画像の中で前記被溶接材上の溶融凝固部
の領域を識別する溶融凝固部領域識別手段と、前記溶融
凝固部領域の二次元的な重心を求める重心決定手段と、
前記基準位置に対する前記溶融凝固部領域の重心の位置
に基づいてレーザ溶接の良否を判定する判定手段とを有
する構成とした。

【００１４】上記第２のレーザ溶接評価方法または装置
では、レーザ溶接によって被溶接材上に形成される溶融
凝固部の位置、形状、サイズがばらついても、溶融凝固
部領域の二次元的な重心の位置と面積の大きさとを評価
することにより、より適確で信頼性の高い良否判定を行
える。基本的には、被溶接材上の基準位置と溶融凝固部
領域の重心との間の距離が第１の許容範囲内にあり、か
つ溶融凝固部領域の面積が第２の許容範囲内にある場合
を「溶接良好」とし、そうでなかった場合は「溶接不
良」と判定してよい。

【００１５】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の第３のレーザ溶接評価方法は、複数の部材を合
わせた被溶接材にレーザ光を照射して被照射位置付近を
溶接するレーザ溶接の結果を評価するレーザ溶接評価方
法であって、前記レーザ光を照射された後の前記被溶接
材を撮影する工程と、前記撮影によって得られる画像の
中で前記被溶接材に形成されている溶融凝固部の輪郭の
一部を示す円弧を検出する工程と、前記円弧を含む仮想
円の半径または直径を割り出す工程と、前記仮想円の半
径または直径の大きさに基づいてレーザ溶接の良否を判
定する工程とを有する方法とした。

【００１６】本発明の第３のレーザ溶接評価装置は、複
数の部材を合わせた被溶接材にレーザ光を照射して被照
射位置付近を溶接するレーザ溶接の結果を評価するレー
ザ溶接評価装置であって、前記レーザ光を照射された後
の前記被溶接材を撮影する撮像素子と、前記撮像素子の
出力信号をディジタルの画像信号に変換するアナログ−
ディジタル変換手段と、前記ディジタル画像信号によっ
て得られる撮影画像の中で前記被溶接材に形成されてい
る溶融凝固部の輪郭の一部を示す円弧を識別する円弧識
別手段と、前記円弧を含む仮想円の半径または直径を求
める仮想円径演算手段と、前記仮想円の半径または直径
の大きさに基づいてレーザ溶接の良否を判定する良否判
定手段とを有する構成とした。

【００１７】上記第３のレーザ溶接評価方法または装置
では、レーザ溶接によって被溶接材上に形成される溶融
凝固部の輪郭がぼやけていて全体のパターンが明瞭でな
い場合でも、輪郭の一部をなす円弧を手ががりに溶融凝
固部の大きさを仮想円に置き換えて推定することによ
り、適確で信頼性の高い良否判定を行える。

【００１８】判定精度を高めるために、好ましくは、レ
ーザ光の被照射位置付近を基準点として予め指定された
複数の方位の各々において１つの円弧、特に半径方向の
最も内側に位置する円弧を選択してよい。そして、各方
位の円弧毎に仮想円の半径または直径を割り出し、全方
位について仮想円の半径または直径の平均値を求めるこ
とにより、平均仮想円の大きさを溶融凝固部の推定サイ
ズまたは面積と見たててよい。しかして、仮想円の半径
または直径が所定の許容範囲内にあるときは「溶接良
好」とし、そうでない場合は「溶接不良」と判定してよ
い。

【００１９】また、上記第３の目的を達成するために、
本発明の第３のレーザ溶接評価装置は、複数の部材を合
わせた被溶接材にレーザ光を照射して被照射位置付近を
溶接するレーザ溶接の結果を評価するレーザ溶接評価装
置であって、前記被溶接材を撮影する撮像素子と、前記
撮像素子の出力信号をディジタルの画像信号に変換する
アナログ−ディジタル変換手段と、前記ディジタル画像
信号によって得られる撮影画像の中で予め指定された前
記部材の部位が所定位置に在るか否かを検査する検査手
段と、前記検査の結果にしたがって前記被溶接材の組み
付け状態を判定する組み付け状態判定手段とを有する構
成とした。

【００２０】上記第３のレーザ溶接評価装置では、画像
処理によって識別される被溶接材の端部（エッジ）のう
ち予め指定しておいた箇所のものについて位置検査を行
うことにより、被溶接材の組み付け状態を効率的かつ適
確に検査することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明の
好適な実施形態を説明する。

【００２２】図１に、本発明の実施形態によるレーザ溶
接評価方法および装置の適用可能なレーザ溶接装置の一
構成例を示す。このレーザ溶接装置は、レーザ発振器１
０、レーザ電源部１２、制御部１４および出射ユニット
１６を有している。

【００２３】レーザ発振器１０は、たとえばＹＡＧロッ
ドからなるレーザ媒体、このレーザ媒体を光で励起する
レーザ励起手段、レーザ光を共振増幅する共振器ミラー
等を内蔵しており、レーザ溶接用のレーザ光ＬＢを発振
出力する。レーザ電源部１２は、制御部１４の制御の下
で所望のレーザ出力を得るようにレーザ発振器１０内の
レーザ励起手段を電気的に駆動する。出射ユニット１６
は、たとえば反射ミラー１８や集光レンズ２０等の光学
系部品を内蔵しており、レーザ発振器１０からのレーザ
光ＬＢを被溶接材Ｗの溶接ポイントに向けて集光照射す
る。

【００２４】制御部１４は、マイクロプロセッサ（ＣＰ
Ｕ）およびメモリ、入力装置、出力装置の所要の周辺装
置を有しており、本レーザ溶接装置の各部の制御や所要
の演算処理を行うだけでなく、この実施形態におけるレ
ーザ溶接評価のための各種演算処理を行う処理部をも含
んでいる。

【００２５】この実施形態のレーザ溶接評価装置は、制
御部１４内のレーザ溶接評価処理部の外に、ワークＷを
撮影するためのカメラ２２とワークＷを照らす照明灯２
４とを有している。カメラ２２は、撮影画像を電気信号
つまり画像信号の形で出力できる電子カメラが好まし
く、たとえばＣＣＤカメラでよい。この実施形態では、
カメラ２２を出射ユニット１６の上端に取り付けて、反
射ミラー１８を可視光の透過可能なダイクロイックミラ
ーで構成し、被溶接材Ｗから出射ユニット１６内に入っ
た可視光ＶＢがミラー１８を透過してカメラ２２の受光
面に結像するようにしている。この場合、ミラー１８と
被溶接材Ｗとの間でカメラ２２側の光軸とレーザ光ＬＢ
の光軸とがほぼ同一線上に重なるように光軸合わせを行
うのが好ましい。

【００２６】図２に、制御部１４内のＣＰＵ、メモリ、
ソフトウェア等で実現されるこの実施形態のレーザ溶接
評価処理部の構成を示す。カメラ２２内の撮像素子２６
より出力されるアナログの画像信号は、アナログ−ディ
ジタル（Ａ／Ｄ）変換器２８でディジタルの画像信号に
変換される。画像認識部３０は、Ａ／Ｄ変換器２８から
のディジタル画像信号を画像メモリ３２に取り込んだう
えで、２値化、ノイズ除去、連結図形解析等の画像認識
処理を行う。判定処理部３４は、画像認識部３０より得
られた画像認識結果を基にレーザ溶接の結果を評価する
ための各種の演算（たとえば面積測定演算、重心決定演
算等）を行い、各演算結果を設定部３６に設定されてい
る基準値や上限値および／または下限値等と比較して、
良否判定を行う。評価情報出力部３８は、判定処理部３
４より得られた判定結果等の評価情報をディスプレイ等
を通じて出力する。

【００２７】次に、レーザ溶接の実施例について本発明
の作用を説明する。

【００２８】図３〜図１０につき第１の実施例を説明す
る。この実施例のレーザ溶接は、図３および図４に示す
ように、たとえば電気部品において端子４０にリード線
４２を接合するものである。より詳細には、図３に示す
ように端子４０の所定位置に置かれたリード線４２に向
けて上からレーザ光ＬＢを照射して、被照射位置付近の
端子４０と端子４０の表面部分とを一瞬に溶融させ、レ
ーザ照射後に図４に示すように瘤状の溶融凝固部４４を
形成せしめる。この種のレーザ溶接では、溶融凝固部４
４自体ははっきりした形で現れるが、レーザ光ＬＢの当
たるリード線４２の位置やレーザ出力に応じて溶融凝固
部４４の位置がばらつきやすく、溶融凝固部４４の形状
やサイズも不定でばらつきやすい。

【００２９】図５および図６に、この実施例におけるレ
ーザ溶接評価処理部の処理手順を示す。レーザ溶接装置
において図３に示すようなレーザ照射（溶接）が行われ
た後に、カメラ２２が被溶接材Ｗを撮影する。カメラ２
２で撮影された画像（通常は静止画像でよい）はディジ
タル画像信号の形態で画像メモリ３２に格納される（ス
テップＡ1）。

【００３０】この実施例では、最初に被溶接材Ｗの全体
形状または位置についてワ−ク検査を行い（ステップＡ
2〜Ａ7）、このワーク検査で合格した場合に溶接ポイン
ト付近の溶接状態についての評価つまり溶接評価を行う
（ステップＢ1〜Ｂ10）。

【００３１】ワーク検査では、画像認識部３０におい
て、被溶接材Ｗと背景（たとえば作業台）とを区別する
ための２値化処理を行い、被溶接材Ｗの輪郭またはエッ
ジを検出する（ステップＡ2）。次に、判定処理部３４
において、図７〜図１０に示すように被溶接材Ｗについ
て予め指定されている１つまたは複数箇所の端部を検査
する（ステップＡ3）。

【００３２】この実施例では、各指定箇所にウィンドウ
（図示の例では３箇所Ｐ1〜Ｐ3）を設定しており、この
ウィンドウＰ内に被溶接材Ｗの端部が入っているか否か
を検査して、いずれか１つまたは複数の指定箇所でウイ
ンドウＰ内に入っていない場合は異常または不良と判定
して、今回のレーザ溶接は「不良」である旨の判定結果
を出力する（ステップＡ4→Ａ5）。ワーク検査の段階で
そのような不良が検出される典型的なケースは、図８に
示すように、レーザ出力が強すぎて端子４０の一部が吹
き飛んだり折り曲がったりした場合である。このように
ワーク検査で「不良」と判定した場合は、この時点で今
回のレーザ溶接に対する評価を終えてもよい。

【００３３】上記のようなワーク検査で異常が見つから
なかった場合は、各指定箇所のウィンドウＰ1〜Ｐ3にお
ける被溶接材Ｗの端部の位置を割り出す（ステップＡ4
→Ａ6）。この端部位置検出では、たとえば撮影画面の
中でカメラ２２の光軸に対応する中心点を原点としてＸ
軸とＹ軸を定義しておくことで、各指定箇所Ｐ1〜Ｐ3の
端部位置をＸＹ座標で表すことができる。

【００３４】次いで、それらの指定端部位置から被溶接
材Ｗ上の基準位置Ｓを求める（ステップＡ7）。図示の
例では、たとえば、両指定箇所Ｐ1，Ｐ3におけるエッジ
位置のそれぞれのＹ座標の中点を基準位置ＳのＹ座標と
し、指定箇所Ｐ2におけるエッジ位置のＸ座標に対して
Ｘ方向に−ＸｓだけオフセットしたＸ座標を基準位置Ｓ
のＸ座標とすることができる。被溶接材Ｗ上の任意の部
位に基準位置Ｓを選ぶことが可能であるが、通常は被溶
接材Ｗ上のレーザ被照射位置（設定位置）付近に基準位
置Ｓを選んでよい。これら端部位置検出および基準位置
決定処理（ステップＡ6，Ａ7）は、後述する溶接評価処
理の中で行われてもよい。

【００３５】溶接評価処理では、最初に画像認識部３０
において、画像メモリ３２に格納されている撮影画像デ
ータを基に被溶接材Ｗ上の溶融凝固部４４と背景（端子
４０の表面）とを区別するための２値化処理を行い、溶
融凝固部４４の輪郭またはエッジを検出する（ステップ
Ｂ1）。次に、判定処理部３４において、溶融凝固部４
４の面積Ａおよび重心Ｃを求める（ステップＢ2）。面
積Ａは溶融凝固部４４の輪郭図形または領域を構成する
画素数から求めてよく、重心Ｃの位置は面積とモーメン
ト量とから求めることができる。

【００３６】次に、判定処理部３４において、先に求め
た被溶接材Ｗ上の基準位置Ｓに対する重心Ｃの位置を検
査する（ステップＢ3）。この重心位置検査では、基準
位置Ｓに対する重心Ｃの距離ｄを主たる検査対象として
よいが、方向性も考慮するのが好ましい。すなわち、図
示の例のような被溶接材Ｗでは、端子４０の長手方向
（Ｘ方向）の位置ずれと幅方向（Ｙ方向）の位置ずれと
の間で異なる許容範囲を設定し、前者よりも後者の許容
範囲を厳しく（狭く）した方がワークの形状に適した溶
接評価を行える。したがって、距離間隔ｄが各方向（Ｘ
方向，Ｙ方向）において許容範囲内であるか否かを検査
すればよい。また、基準位置Ｓをレーザ被照射位置付近
に設定する場合は、各方向において距離ｄが各上限値を
超えているか否かだけを検査すればよく、下限側の検査
を行う必要はない。

【００３７】図示の例のうち、図７および図１０の溶接
結果は重心位置検査をパスするが、図９の溶接結果は溶
融凝固部４４の重心位置のずれ（特にＹ方向のずれ）が
大きすぎて、失格となる。この重心位置検査をパスしな
かった場合は、今回のレーザ溶接を「不良」と判定する
（ステップＢ4→Ｂ5）。

【００３８】上記の重心位置検査をパスした場合は、判
定処理部３４において、次に溶融凝固部４４の面積Ａを
上限値および／または下限値と比較して許容範囲内であ
るか否かを検査する（ステップＢ4→Ｂ6）。図示の例で
は、図７のケースはこの面積検査もパスするが、図１０
のケースは溶融凝固部４４の面積Ａが小さすぎて、失格
となる。この面積検査をパスしなかった場合も、今回の
レーザ溶接は「不良」であると判定する（ステップＢ7
→Ｂ5）。この面積検査もパスしたときは、今回のレー
ザ溶接を「良（良好）」と判定する（ステップＢ8）。

【００３９】上記したように、第１の実施例によれば、
溶融凝固部の位置や形状、サイズ等がばらつきやすいレ
ーザ溶接においても、溶融凝固部領域の二次元的な重心
位置と面積に基づいて適確で信頼性の高い良否判定ない
し評価情報を得ることができる。評価精度を下げること
になるが、溶融凝固部領域の重心位置または面積のいず
れかだけを手がかりに上記の評価処理を行うことも可能
である。

【００４０】次に、図１１〜図１８につき第２の実施例
を説明する。この実施例のレーザ溶接は、図１１に示す
ように２枚の金属板５０，５２を重ね合わせて接合する
ものである。この種のレーザ溶接では、図１２に示すよ
うに溶融凝固部５４が上部金属板５０側から接合面を貫
いて下部金属板５２側まで延びることで、安定強固な接
合が得られる。通常は、溶融凝固部５４の表面のサイズ
が大きいほど、深さ方向のサイズも増し、接合強度は大
きくなる。また、溶融凝固部５４はレーザ被照射点を中
心にほぼ円形に形成され、位置的にばらつくこともほと
んどない。しかし、溶融凝固部５４は上部金属板５０上
ではっきり隆起または陥没しているようなものではな
く、むしろ部金属板５０，５２の一部が変質したにすぎ
ないものであるため、上部金属板５０の材質や表面状態
次第では図１３に示すように溶融凝固部５４の表面部分
がぼんやりして輪郭がはっきりしない場合がある。

【００４１】このような金属板同士のレーザ溶接におい
ても、この実施例では、レーザ照射後に先ずワーク検査
（図５）を行ってよい。ワークエッジ検査（ステップＡ
3）では、被溶接材Ｗ（５０，５２）上の指定された箇
所の端部が該当のウィンドウに入っているか否かを検査
することにより、たとえば、図１４に示すように片方の
金属板５０が位置ずれを起こしている組み付け不良状態
や、図１５に示すように両金属板５０，５２の上下関係
が逆になっている誤組状態を検出することができる。よ
り詳細には、図１４のケースでは、ウィンドウＰ1，Ｐ2
のエッジ検査から金属板５２に対する金属板５０の組み
付け不良を検出できる。図１５のケースでは、ウィンド
ウＰ4のエッジ検査から誤組を検出できる。もっとも、
このワークエッジ検査をレーザ溶接に先立って行うこと
も可能であり、その場合は無駄なレーザ照射を回避する
ことができる。また、溶融凝固部５４の位置ずれに対す
る検査も不要なので、ワーク基準位置を求める処理（ス
テップＡ6，Ａ7）を省くこともできる。

【００４２】図１６にこの実施例における溶接評価処理
の手順を示し、図１７および図１８にこの実施例におけ
る手法を示す。

【００４３】先ず、画像認識部３０において、画像メモ
リ３２に格納されている撮影画像データを基に被溶接材
Ｗ上の溶融凝固部５４と背景（金属板５０の非溶融凝固
部表面）とを区別するための２値化処理を行う（ステッ
プＣ1）。この２値化処理においてはエッジが途切れや
すく、領域境界は不確定なものとなる。次に、判定処理
部３４において、レーザ被照射点を中心点または基準点
Ｏとして、予め指定されている複数の方向または方位の
各々で溶融凝固部５４の輪郭を示すような円弧状のエッ
ジがあるか否かを検査する（ステップＣ2）。図示の例
では、図１７に示すように、９０゜間隔で４つの方位Ｈ
1，Ｈ2，Ｈ3，Ｈ4が指定されている。

【００４４】この円弧検査では、各方位Ｈiにおいて基
準点までの距離に許容範囲（たとえば３ｍｍ〜８ｍｍ）
を設定してよく、その許容範囲内で複数の円弧を検出で
きた場合は半径方向において最も内側のものを選択す
る。したがって、図示の例のたとえば方位Ｈ1では２つ
の円弧Ｅ1，Ｅ1’のうち内側のＥ1を選択する。このよ
うに内側の円弧を優先的に選ぶことで、溶融凝固部５４
のサイズについてより確実ないし厳密な評価を下すこと
ができる。図示の例において、他の方位Ｈ2，Ｈ3，Ｈ4
では円弧Ｅ2，Ｅ3，Ｅ4をそれぞれ検出できる。上記限
定された探索範囲（３ｍｍ〜８ｍｍ）内で円弧を１つも
検出できない方位が所定数以上あるときは、溶融凝固部
５４は識別不能であるとし、この段階で「エラー」の判
定結果を出してよい（ステップＣ3→Ｃ4）。

【００４５】正常に各方位の円弧を検出できた場合は、
図１８に示すように、各円弧Ｅ1，Ｅ2‥‥を包含する仮
想円Ｑ1，Ｑ2‥‥を定義し、各仮想円Ｑ1，Ｑ2‥‥の半
径（直径でも可能）Ｒ1，Ｒ2‥‥を求める（ステップＣ
5）。次いで全体の平均値半径Ｒavを求める（ステップ
Ｃ6）。ここで、Ｒav＝（Ｒ1＋Ｒ2＋‥‥Ｒn）／ｎであ
る。そして、この平均値半径Ｒavを溶融凝固部５４の推
定半径に見たてて所定の上限値および／または下限値と
比較し、許容範囲（たとえば４ｍｍ〜６ｍｍ）内に入っ
ているか否かを検査する（ステップＣ7）。この径サイ
ズ検査をパスしたときは今回のレーザ溶接は「良（良
好）」であると判定し（ステップＣ8）、失格したとき
は「不良」であると判定する（ステップＣ9）。

【００４６】上記仮想円解析処理において、各仮想円Ｑ
1，Ｑ2‥‥の半径Ｒ1，Ｒ2‥‥のばらつき具合を検査し
てもよい。すなわち、異なる方位間で仮想円半径の差が
著しく大きい場合は、溶融凝固部５４の表面形状（通常
は円形）として正常ではないので、その観点から「エラ
ー」または「不良」等の評価を出すこともできる。

【００４７】上記したように、第２の実施例によれば、
溶融凝固部の輪郭がはっきりしないレーザ溶接において
も、輪郭の断片つまり円弧を手がかりにして溶融凝固部
のサイズを高い精度で適確に推定することにより、信頼
性の高い良否判定ないし評価を行うことができる。

【００４８】特に、上記した実施例では、各方位の円弧
ないし仮想円に２段階の許容範囲［３ｍｍ〜８ｍｍ］、
［４ｍｍ〜６ｍｍ］を設定し、１次の許容範囲［３ｍｍ
〜８ｍｍ］から外れたものはその段階でエラーと判定し
て後続の演算処理を中止して効率性を高めている。もっ
とも、効率性を下げることになるが、１次の許容範囲検
査を省略して２次の許容範囲検査で全てを判定すること
も可能である。

【００４９】上記した実施形態における装置構成や各要
素技術は一例であり、種々の変形が可能である。被溶接
材の材質や形状も特に限定されるわけではない。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被溶接材上で溶融凝固部の位置や形状・サイズがばらつ
きやすいレーザ溶接や、溶融凝固部の輪郭が明瞭に現れ
ないレーザ溶接においても、溶接結果を適確に評価して
信頼性の高い良否判定を行うことができる。また、被溶
接材の組み付け状態を効率良くかつ適確に検査すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態におけるレーザ溶接装置の構
成例を示すブロック図である。

【図２】実施形態におけるレーザ溶接評価処理部の構成
を示すブロック図である。

【図３】第１の実施例によるレーザ溶接の一例を示す斜
視図である。

【図４】第１の実施例においてレーザ溶接後の被溶接材
を示す斜視図である。

【図５】第１の実施例におけるレーザ溶接評価処理部の
処理手順（ワーク検査）を示すフローチャートである。

【図６】第１の実施例におけるレーザ溶接評価処理部の
処理手順（溶接検査）を示すフローチャートである。

【図７】第１の実施例におけるレーザ溶接結果の一例を
示す略平面図である。

【図８】第１の実施例におけるレーザ溶接結果の一例を
示す略平面図である。

【図９】第１の実施例におけるレーザ溶接結果の一例を
示す略平面図である。

【図１０】第１の実施例におけるレーザ溶接結果の一例
を示す略平面図である。

【図１１】第２の実施例によるレーザ溶接の一例を示す
斜視図である。

【図１２】第２の実施例においてレーザ溶接後の被溶接
材に得られる溶融凝固部の断面形状を示す部分断面図で
ある。

【図１３】第２の実施例においてレーザ溶接後の被溶接
材に得られる溶融凝固部の表面形状を示す略平面図であ
る。

【図１４】第２の実施例における被溶接材の組み付け不
良の一例を示す略平面図である。

【図１５】第２の実施例における被溶接材の誤組の一例
を示す略平面図である。

【図１６】第２の実施例におけるレーザ溶接評価処理部
の処理手順（溶接検査）を示すフローチャートである。

【図１７】第２の実施例における溶接検査の手法を説明
するための図である。

【図１８】第２の実施例における溶接検査の手法を説明
するための図である。 １０ レーザ発振器 １４ 制御部 １６ 出射ユニット ２２ カメラ ２６ 撮像素子 ２８ アナログ−ディジタル変換器 ３０ 画像認識部 ３２ 画像メモリ ３４ 判定処理部 ３６ 設定部 ３８ 評価情報出力部 ４０ 端子 ４２ リード線 ４４ 溶融凝固部 ５０，５２ 金属板 ５４ 溶融凝固部

フロントページの続き (72)発明者 村上 収一 東京都港区浜松町１丁目22番１号 株式会 社丸進内 (72)発明者 吉田 誠 千葉県野田市二ツ塚95番地の３ ミヤチテ クノス株式会社内 Ｆターム(参考） 2G051 AA61 AA88 AB13 BA10 BB11 CA04 CB01 EA11 EA14 EB01 EB02 ED09 ED22 ED23 4E068 BA00 CA17 CB01 CC02 DB01

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の部材を合わせた被溶接材にレーザ
   光を照射して溶接したレーザ溶接の結果を評価するレー
   ザ溶接評価方法であって、 前記レーザ光を照射された後の前記被溶接材を撮影する
   工程と、 前記撮影によって得られる画像の中で前記被溶接材上の
   基準位置を設定する工程と、 前記撮影画像の中で前記被溶接材上の溶融凝固部の領域
   を識別する工程と、 前記溶融凝固部領域の二次元的な重心を求める工程と、 前記基準位置に対する前記溶融凝固部領域の重心の位置
   に基づいてレーザ溶接の良否を判定する工程とを有する
   レーザ溶接評価方法。
2. 【請求項２】 前記良否判定工程は、前記基準位置と前
   記溶融凝固部領域の重心との間の距離が所定の許容範囲
   内にあるか否かを検査する工程を含む請求項１に記載の
   レーザ溶接評価方法。
3. 【請求項３】 複数の部材を合わせた被溶接材にレーザ
   光を照射して溶接したレーザ溶接の結果を評価するレー
   ザ溶接評価方法であって、 前記レーザ光を照射された後の前記被溶接材を撮影する
   工程と、 前記撮影によって得られる画像の中で前記被溶接材上に
   基準位置を設定する工程と、 前記撮影画像の中で前記被溶接材上の溶融凝固部の領域
   を識別する工程と、 前記溶融凝固部領域の面積と二次元的な重心とを求める
   工程と、 前記溶融凝固部領域の前記基準位置に対する前記重心の
   位置と前記面積の大きさとに基づいてレーザ溶接の良否
   を判定する工程とを有するレーザ溶接評価方法。
4. 【請求項４】 前記良否判定工程は、前記基準位置と前
   記溶融凝固部領域の重心との間の距離が第１の許容範囲
   内にあり、かつ前記溶融凝固部領域の面積が第２の許容
   範囲内にあるか否かを検査する工程を含む請求項３に記
   載のレーザ溶接評価方法。
5. 【請求項５】 前記基準位置設定工程は、 前記撮影画像の中で前記被溶接材の予め指定されている
   １箇所または複数箇所の端部の位置を検出する工程と、 検出された前記被溶接材の端部の位置から前記基準位置
   を決定する工程とを有する請求項１〜４のいずれかに記
   載のレーザ溶接評価方法。
6. 【請求項６】 前記端部位置検出工程において所定箇所
   の端部が検出できなかったときはレーザ溶接が不良であ
   ると判定する請求項５に記載のレーザ溶接評価方法。
7. 【請求項７】 複数の部材を合わせた被溶接材にレーザ
   光を照射して溶接したレーザ溶接の結果を評価するレー
   ザ溶接評価装置であって、 前記レーザ光を照射された後の前記被溶接材を撮影する
   撮像素子と、 前記撮像素子の出力信号をディジタルの画像信号に変換
   するアナログ−ディジタル変換手段と、 前記ディジタル画像信号によって得られる撮影画像の中
   で前記被溶接材を識別する被溶接材識別手段と、 前記撮影画像の中で前記被溶接材上の基準位置を設定す
   る基準位置設定手段と、 前記撮影画像の中で前記被溶接材上の溶融凝固部の領域
   を識別する溶融凝固部領域識別手段と、 前記溶融凝固部領域の二次元的な重心を求める重心決定
   手段と、 前記基準位置に対する前記溶融凝固部領域の重心の位置
   に基づいてレーザ溶接の良否を判定する判定手段とを有
   するレーザ溶接評価装置。
8. 【請求項８】 複数の部材を合わせた被溶接材にレーザ
   光を照射して溶接したレーザ溶接の結果を評価するレー
   ザ溶接評価装置であって、 前記レーザ光を照射された後の前記被溶接材を撮影する
   撮像素子と、 前記撮像素子の出力信号をディジタルの画像信号に変換
   するアナログ−ディジタル変換手段と、 前記ディジタル画像信号によって得られる撮影画像の中
   で前記被溶接材を識別する被溶接材識別手段と、 前記撮影画像の中で前記被溶接材上の基準位置を設定す
   る基準位置設定手段と、 前記撮影画像の中で前記被溶接材上の溶融凝固部の領域
   を識別する溶融凝固部領域識別手段と、 前記溶融凝固部領域の二次元的な重心を求める重心決定
   手段と、 前記溶融凝固部領域の面積を測定する面積測定手段と、 前記溶融凝固部領域の前記基準位置に対する前記重心の
   位置と前記面積の大きさとに基づいてレーザ溶接の良否
   を判定する判定手段とを有するレーザ溶接評価装置。
9. 【請求項９】 複数の部材を合わせた被溶接材にレーザ
   光を照射して溶接したレーザ溶接の結果を評価するレー
   ザ溶接評価方法であって、 前記レーザ光を照射された後の前記被溶接材を撮影する
   工程と、 前記撮影によって得られる画像の中で前記被溶接材に形
   成されている溶融凝固部の輪郭の一部を示す円弧を検出
   する工程と、 前記円弧を含む仮想円の半径または直径を割り出す工程
   と、 前記仮想円の半径または直径の大きさに基づいてレーザ
   溶接の良否を判定する工程とを有するレーザ溶接評価方
   法。
10. 【請求項１０】 前記円弧検出工程は、前記レーザ光の
    被照射位置付近を基準点として予め指定された１つまた
    は複数の方位の各々において１つの円弧を選択する工程
    を含む請求項９に記載のレーザ溶接評価方法。
11. 【請求項１１】 前記円弧検出工程は、各方位において
    半径方向の最も内側に位置する円弧を選択する工程を含
    む請求項１０に記載のレーザ溶接評価方法。
12. 【請求項１２】 前記仮想円の半径または直径を割り出
    す工程は、各方位の円弧毎に仮想円の半径または直径を
    割り出す工程と、全方位について前記仮想円の半径また
    は直径の平均値を求める工程とを含む請求項９〜１１の
    いずれかに記載のレーザ溶接評価方法。
13. 【請求項１３】 前記良否判定工程は、前記仮想円の半
    径または直径が所定の許容範囲内にあるか否かを検査す
    る工程を含む請求項９〜１２のいずれかに記載のレーザ
    溶接評価方法。
14. 【請求項１４】 複数の部材を合わせた被溶接材にレー
    ザ光を照射して溶接したレーザ溶接の結果を評価するレ
    ーザ溶接評価装置であって、 前記レーザ光を照射された後の前記被溶接材を撮影する
    撮像素子と、 前記撮像素子の出力信号をディジタルの画像信号に変換
    するアナログ−ディジタル変換手段と、 前記ディジタル画像信号によって得られる撮影画像の中
    で前記被溶接材に形成されている溶融凝固部の輪郭の一
    部を示す円弧を識別する円弧識別手段と、 前記円弧を含む仮想円の半径または直径を求める仮想円
    径演算手段と、 前記仮想円の半径または直径の大きさに基づいてレーザ
    溶接の良否を判定する良否判定手段とを有するレーザ溶
    接評価装置。
15. 【請求項１５】 複数の部材を組み付けた被溶接材にレ
    ーザ光を照射して被照射位置付近を溶接するレーザ溶接
    の結果を評価するレーザ溶接評価装置であって、 前記被溶接材を撮影する撮像素子と、 前記撮像素子の出力信号をディジタルの画像信号に変換
    するアナログ−ディジタル変換手段と、 前記ディジタル画像信号によって得られる撮影画像の中
    で予め指定された前記部材の部位が所定位置に在るか否
    かを検査する検査手段と、 前記検査の結果にしたがって前記被溶接材の組み付け状
    態を判定する組み付け状態判定手段とを有するレーザ溶
    接評価装置。