JP2009115767A - 溶接品質検査装置および溶接品質検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く検査することが可能な溶接品質検査装置および溶接品質検査方法を提供する。
【解決手段】溶接品質検査装置１００に、レーザトーチ２０によりレーザが照射された溶接部からの反射光を検出する反射光検出部１１０と、溶接部から発生する音を検出する音響検出部１２０と、反射光検出部１１０により検出された反射光および音響検出部１２０により検出された音に基づいて溶接部の品質を判定する品質判定部１３２ｂと、を具備した。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ溶接における溶接部の品質を検査する技術に関する。

従来、レーザ溶接における溶接部の品質を検査する方法としては、特許文献１に記載の方法が知られている。
特許文献１に記載の方法は、被溶接物においてレーザが照射される表面の反対側である裏面からの発光強度に基づいて溶接部が裏面まで貫通しているか否かを検査する方法である。

しかし、特許文献１に記載の方法は、例えばアルミニウム合金からなるリチウムイオン二次電池のケースと蓋との嵌合部のレーザ溶接のように、被溶接物の裏面（この場合、ケースの内周面）を目視観察することができない場合には、溶接部が裏面まで貫通しているか否かを検査することができないという問題を有する。

特に、リチウムイオン二次電池のケースと蓋との嵌合部をレーザ溶接する場合、ケースの内周面まで溶接部が到達することによりケースの内周面でスパッタ（溶接スパッタ）が生ずると、このスパッタによりケース内部の回路にショートが発生するなどリチウムイオン二次電池の性能低下の原因となる場合があるため、ケースの内周面におけるスパッタの発生の有無を非破壊で精度良く検査する方法が望まれる。
特開平８−２６７２４１号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く検査することが可能な溶接品質検査装置および溶接品質検査方法を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、
レーザが照射された溶接部からの反射光を検出する反射光検出部と、
前記溶接部から発生する音を検出する音響検出部と、
前記反射光検出部により検出された反射光および前記音響検出部により検出された音に基づいて前記溶接部の品質を判定する品質判定部と、
を具備するものである。

請求項２においては、
前記反射光検出部は、
前記溶接部に照射されるレーザの光路上に配置され、前記溶接部に照射されるレーザを透過するとともに前記溶接部からの反射光を反射する反射光検出用ミラーと、
前記反射光検出用ミラーにより反射された前記溶接部からの反射光の強度を検出する光センサと、
を具備するものである。

請求項３においては、
前記反射光検出部は、
前記反射光検出用ミラーから前記光センサまでの前記反射光の光路上に配置され、前記反射光のうち所定の波長の光を透過するバンドパスフィルタを具備するものである。

請求項４においては、
前記音響検出部は、
前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置に配置される第一音響センサと、
前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置に配置される第二音響センサと、
を具備するものである。

請求項５においては、
前記品質判定部は、
前記反射光検出部により検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には前記溶接部が貫通溶接されたと判定するものである。

請求項６においては、
前記品質判定部は、
前記溶接部が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ前記音響検出部により検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である場合には前記溶接部でスパッタが発生したと判定するものである。

請求項７においては、
レーザが照射された溶接部からの反射光を検出するとともに、前記溶接部から発生する音を検出する反射光・音響検出工程と、
前記反射光・音響検出工程において検出された反射光および音に基づいて前記溶接部の品質を判定する品質判定工程と、
を具備するものである。

請求項８においては、
前記反射光・音響検出工程において、
前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置および前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置で前記溶接部から発生する音を検出するものである。

請求項９においては、
前記品質判定工程において、
前記反射光・音響検出工程において検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には前記溶接部が貫通溶接されたと判定するものである。

請求項１０においては、前記品質判定工程において、
前記溶接部が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ前記反射光・音響検出工程において検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である場合には前記溶接部でスパッタが発生したと判定するものである。

本発明は、溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く検査することが可能である、という効果を奏する。

以下では図１を用いて本発明に係る溶接品質検査装置の実施の一形態である溶接品質検査装置１００を備える溶接装置１０について説明する。
溶接装置１０はリチウムイオン二次電池１のケース３と蓋４とを溶接する装置であり、レーザトーチ２０およびターンテーブル３０を具備する。

以下ではリチウムイオン二次電池１の詳細について説明する。
リチウムイオン二次電池１は例えば電気自動車の駆動源として用いられる電池であり、電極部材２、ケース３および蓋４を具備する。

電極部材２はリチウムイオン二次電池１の電極を成す部材である。本実施形態の電極部材２は、アルミニウム箔にコバルト酸リチウム等の活物質を塗布したもの（正極）と銅箔に炭素材料を塗布したもの（負極）との間にイオンが移動可能な多孔質の絶縁フィルムを挟んで扁平形状に巻き取ったものである。
電極部材２の正極にはアルミニウム合金からなる正極タブが溶接され、電極部材２の負極にはニッケル合金からなる負極タブが溶接される。

ケース３は略直方体形状の容器であり、アルミニウム合金からなる。ケース３の上面は開口しており、ケース３には電極部材２が収容される。電極部材２の正極に溶接された正極タブはケース３に溶接される。電極部材２が収容されたケース３には電解液が注入される。

蓋４はケース３の上面の開口部を閉塞するものであり、アルミニウム合金からなる。電極部材２の負極に溶接された負極タブは蓋４に溶接される。
蓋４はケース３の上面の開口部に嵌合される。ケース３と蓋４との嵌合部５（本実施形態の場合、蓋４の下端部とケース３の上端部との境界部分）は溶接装置１０により溶接され、ケース３に注入された電解液が嵌合部５からケース３の外部に漏洩しないように封止される。

以下ではレーザトーチ２０の詳細について説明する。
レーザトーチ２０はトーチ本体２１、パルスＹＡＧレーザ発生装置２２、ＬＤレーザ発生装置２３、第一レンズ２４、第二レンズ２５、入射光用ハーフミラー２６および支持部材２７を具備する。

トーチ本体２１はレーザトーチ２０の主たる構造体を成す略円筒形状の部材であり、レーザトーチ２０を構成する他の部材が取り付けられる。

パルスＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザ発生装置２２はアルミニウム合金を溶融するためのパルスレーザである主レーザを発生する装置である。
パルスＹＡＧレーザ発生装置２２はトーチ本体２１の後端部に取り付けられる。主レーザはトーチ本体２１の後端部からトーチ本体２１の内部空間に導かれ、トーチ本体２１の後端部から前端部に向かって（トーチ本体２１の長手方向に）照射される。

ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）レーザ発生装置２３は主としてアルミニウム合金の表面に形成された酸化膜を溶融するためのレーザである酸化膜用レーザを発生する装置である。なお、酸化膜用レーザの波長と主レーザの波長とは異なる。
ＬＤレーザ発生装置２３はトーチ本体２１の外周面の中途部に取り付けられる。酸化膜用レーザはトーチ本体２１の外周面の中途部からトーチ本体２１の内部空間に導かれ、主レーザの光路に直交する方向に照射される。

第一レンズ２４は主レーザおよび酸化膜用レーザを収束するレンズである。第一レンズ２４はトーチ本体２１の内部空間の中途部に設けられる。

第二レンズ２５は主レーザおよび酸化膜用レーザを収束するレンズである。第二レンズ２５はトーチ本体２１の内部空間の前端部に設けられる。

入射光用ハーフミラー２６は主レーザおよび酸化膜用レーザをトーチ本体２１から同軸で照射するための光学部品である。
入射光用ハーフミラー２６はトーチ本体２１の内部空間の中途部、かつ主レーザの光路と酸化膜用レーザの光路とが直交する位置に配置される。

入射光用ハーフミラー２６は主レーザを透過する。入射光用ハーフミラー２６を透過した主レーザは第一レンズ２４および第二レンズ２５を経てケース３と蓋４との嵌合部５に照射される。
入射光用ハーフミラー２６は酸化膜用レーザをその入射方向に対して直交する方向に反射する。入射光用ハーフミラー２６により反射された酸化膜用レーザは第一レンズ２４および第二レンズ２５を経てケース３と蓋４との嵌合部５に照射される。
このように、主レーザおよび酸化膜用レーザは同軸でケース３と蓋４との嵌合部５に照射される。

支持部材２７はトーチ本体２１を支持する部材である。支持部材２７はスライドベース２７ａ、スライドブロック２７ｂおよび支柱２７ｃを具備する。
スライドベース２７ａは床面（あるいは周囲の固定物）に固定される部材である。スライドベース２７ａは長尺の部材であり、スライドベース２７ａの長手方向が水平面に平行となるように固定される。
スライドブロック２７ｂはスライドベース２７ａに係合しつつスライドベース２７ａの長手方向に摺動する部材である。
支柱２７ｃはその下端がスライドブロック２７ｂに固定され、その上端がトーチ本体２１に固定される部材である。

支柱２７ｃに固定されたトーチ本体２１の長手方向（主レーザおよび酸化膜用レーザの照射方向）とスライドベース２７ａの長手方向とは平行となる。
従って、スライドブロック２７ｂが図示せぬボールネジの駆動によりスライドベース２７ａの長手方向に摺動すると、トーチ本体２１はその長手方向（前後方向）に移動する。

以下ではターンテーブル３０の詳細について説明する。
ターンテーブル３０はリチウムイオン二次電池１を支持するものであり、スライドベース３０ａ、スライドブロック３０ｂ、支柱３０ｃおよび載置台３０ｄを具備する。
スライドベース３０ａは床面（あるいは周囲の固定物）に固定される部材である。スライドベース３０ａは長尺の部材であり、スライドベース３０ａの長手方向が水平面に平行となるように固定される。スライドベース３０ａはスライドベース２７ａの前方となる位置に配置され、スライドベース３０ａの長手方向はスライドベース２７ａの長手方向と直交する。
スライドブロック３０ｂはスライドベース３０ａに係合しつつスライドベース３０ａの長手方向に摺動する部材である。
支柱３０ｃは略円柱形状の部材であり、その下端がスライドブロック２７ｂに回動可能に軸支される。
載置台３０ｄはリチウムイオン二次電池１が載置される部材であり、支柱３０ｃの上端に固定される。

スライドブロック３０ｂが図示せぬボールネジの駆動によりスライドベース３０ａの長手方向に摺動すると、載置台３０ｄに載置されたリチウムイオン二次電池１はトーチ本体２１の長手方向に直交する方向（左右方向）に移動する。
また、支柱３０ｃおよび載置台３０ｄが図示せぬモータの駆動によりスライドブロック３０ｂに対して回動すると、載置台３０ｄに載置されたリチウムイオン二次電池１は旋回する（水平面に垂直な軸を中心に回動する）。

以下では溶接品質検査装置１００の詳細について説明する。
溶接品質検査装置１００はリチウムイオン二次電池１の溶接品質、より詳細にはケース３と蓋４との嵌合部５を溶接する際に溶接部でスパッタが発生したか否かを検査する装置である。
溶接品質検査装置１００は反射光検出部１１０、音響検出部１２０および判定ユニット１３０を具備する。

反射光検出部１１０は本発明に係る反射光検出部の実施の一形態であり、溶接装置１０によるレーザ溶接の溶接部（本実施形態の場合、ケース３と蓋４との嵌合部５のうち、主レーザおよび酸化膜用レーザが照射されている部分）からの反射光を検出するものである。
反射光検出部１１０は反射光用ハーフミラー１１１、反射光案内管１１２、ミラー１１３、バンドパスフィルタ１１４およびフォトダイオード１１５を具備する。

反射光用ハーフミラー１１１は本発明に係る反射光検出用ミラーの実施の一形態であり、溶接装置１０によるレーザ溶接の溶接部に照射されるレーザ（主レーザおよび酸化膜用レーザ）の光路上に配置される光学部品である。
反射光用ハーフミラー１１１はトーチ本体２１の内部空間において第一レンズ２４と第二レンズ２５とで挟まれる位置に配置される。
反射光用ハーフミラー１１１はパルスＹＡＧレーザ発生装置２２により発生する主レーザおよびＬＤレーザ発生装置２３により発生する酸化膜用レーザを透過する。
反射光用ハーフミラー１１１は溶接装置１０によるレーザ溶接の溶接部からの反射光（より厳密には、溶接装置１０によるレーザ溶接の溶接部からの反射光のうち、溶接装置１０によるレーザの照射方向のちょうど逆方向に反射されたもの）を下方に向かって反射する。

反射光案内管１１２は反射光用ハーフミラー１１１により反射されたレーザ溶接の溶接部からの反射光を案内する管状の部材である。反射光案内管１１２はＬ字形に屈曲され、反射光案内管１１２の一端はトーチ本体２１に連通接続される。
反射光用ハーフミラー１１１により反射されたレーザ溶接の溶接部からの反射光は、反射光案内管１１２の一端から反射光案内管１１２の内部空間に案内される。

ミラー１１３は反射光案内管１１２の内部空間においてＬ字形に屈曲した部分に配置される光学部品である。反射光案内管１１２の内部空間に案内されたレーザ溶接の溶接部からの反射光は、ミラー１１３により反射されて反射光案内管１１２の他端に向かって案内される。

バンドパスフィルタ１１４は本発明に係るバンドパスフィルタの実施の一形態であり、反射光案内管１１２の内部空間において反射光案内管１１２の屈曲部と反射光案内管１１２の他端とで挟まれた位置（反射光用ハーフミラー１１１から後述するフォトダイオード１１５までの反射光の光路上）に配置され、レーザ溶接の溶接部からの反射光のうち所定の波長の光を透過するフィルタである。
ここで、バンドパスフィルタ１１４は、レーザ溶接の溶接部からの反射光のうち、主レーザの反射光に対応する波長帯の光を透過する。

フォトダイオード１１５は本発明に係る光センサの実施の一形態であり、反射光用ハーフミラー１１１により反射された溶接部からの反射光の強度を検出するものである。
なお、本実施形態では光センサとしてフォトダイオードを用いたが、本発明に係る光センサはこれに限定されず、例えばフォトトランジスタあるいはアバランシェフォトトランジスタ等、検出した光の強度に応じて（高速で応答して）信号を出力可能なものであれば良い。

音響検出部１２０は本発明に係る音響検出部の実施の一形態であり、レーザ溶接の溶接部から発生する音を検出するものである。
音響検出部１２０はマイクロホン１２１およびマイクロホン１２２を具備する。

マイクロホン１２１はケース３の一対の広い側面３ａ・３ｂのうち、側面３ａに貼り付けられる音響センサであり、レーザ溶接の溶接部から発生する音を検出する。マイクロホン１２１は検出した音の強度（音響レベル）に応じた信号を無線で送信する。
マイクロホン１２２はケース３の一対の広い側面３ａ・３ｂのうち、側面３ｂに貼り付けられる音響センサであり、レーザ溶接の溶接部から発生する音を検出する。マイクロホン１２２は検出した音の強度（音響レベル）に応じた信号を無線で送信する。

図２に示す如く、溶接装置１０は、トーチ本体２１の前後方向の移動動作、ターンテーブル３０に支持されたリチウムイオン二次電池１の左右方向の移動動作およびターンテーブル３０に支持されたリチウムイオン二次電池１の旋回動作を適宜組み合わせることにより、トーチ本体２１の前端部からケース３と蓋４との嵌合部５においてトーチ本体２１の前端部に正対する部分までの距離を一定に保持しつつ、ケース３と蓋４との嵌合部５を平面視で時計回りに（側面３ａに対応する部分、側面３ｃに対応する部分、側面３ｂに対応する部分、側面３ｄに対応する部分の順に）連続的に溶接する。
より詳細には、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間に側面３ａに対応する部分を溶接し、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の間に側面３ｃに対応する部分を溶接し、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の間に側面３ｂに対応する部分を溶接し、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５の間に側面３ｄに対応する部分を溶接する。なお、図２では説明の便宜上、蓋４を省略している。

図１に示す如く、ケース３と蓋４との嵌合部５のうち側面３ａに対応する部分を溶接しているとき、マイクロホン１２１は溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置に配置され、本発明に係る第一音響センサの実施の一形態としての機能を果たす。また、このときマイクロホン１２２は溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置に配置され、本発明に係る第二音響センサの実施の一形態としての機能を果たす。

ケース３と蓋４との嵌合部５のうち側面３ｂに対応する部分を溶接しているとき、マイクロホン１２２は溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置に配置され、本発明に係る第一音響センサの実施の一形態としての機能を果たす。また、このときマイクロホン１２１は溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置に配置され、本発明に係る第二音響センサの実施の一形態としての機能を果たす。

このように、本実施形態のマイクロホン１２１およびマイクロホン１２２は、トーチ本体２１に対するリチウムイオン二次電池１の向き（姿勢）に応じて、本発明に係る第一音響センサの実施の一形態または本発明に係る第二音響センサの実施の一形態としての機能を果たす。

判定ユニット１３０は無線受信装置１３１、判定装置１３２、入力装置１３３および表示装置１３４を具備する。

無線受信装置１３１はマイクロホン１２１およびマイクロホン１２２により送信される信号を無線で受信する装置である。

判定装置１３２は後述する品質判定プログラムその他の種々のプログラム等を格納することができ、これらのプログラム等を展開することができ、これらのプログラム等に従って所定の演算を行うことができ、当該演算の結果等を記憶することができる。

判定装置１３２は実体的にはＣＰＵ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等がバスで相互に接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
本実施形態における判定装置１３２は専用品であるが、市販のパーソナルコンピュータあるいはワークステーション等に上記プログラム等を格納したものを用いて達成することも可能である。

判定装置１３２はフォトダイオード１１５に接続され、フォトダイオード１１５により検出される溶接部からの反射光の強度に係る情報を取得することが可能である。
判定装置１３２は無線受信装置１３１に接続され、無線受信装置１３１が受信したマイクロホン１２１およびマイクロホン１２２からの信号、すなわちレーザ溶接の溶接部から発生する音に係る情報を取得することが可能である。

入力装置１３３は判定装置１３２に接続され、溶接品質検査装置１００によるレーザ溶接の溶接部の検査に係る種々の情報・指示等を判定装置１３２に入力するものである。
本実施形態における入力装置１３３は専用品であるが、例えば市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等を用いても良い。

表示装置１３４は入力装置１３３から判定装置１３２への入力内容、溶接品質検査装置１００の動作状況、溶接品質検査装置１００によるレーザ溶接の溶接部の検査結果等を表示するものである。
本実施形態における表示装置１３４は専用品であるが、例えば市販の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）やＣＲＴディスプレイ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）等を用いても良い。

以下では、判定装置１３２の構成の詳細について説明する。
判定装置１３２は、機能的には記憶部１３２ａおよび品質判定部１３２ｂを具備する。

記憶部１３２ａは品質判定部１３２ｂによる演算（溶接部の品質の判定）等を行う上で用いられる各種パラメータ（数値）、溶接品質検査装置１００の動作状況の履歴、検査結果等を記憶するものである。
記憶部１３２ａは、実体的にはＨＤＤ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭあるいはＤＶＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体からなる。

品質判定部１３２ｂは本発明に係る品質判定部の実施の一形態であり、反射光検出部１１０により検出された溶接部からの反射光および音響検出部１２０により検出された音に基づいて溶接部の品質を判定するものである。
実体的には、判定装置１３２が、判定装置１３２に格納された品質判定プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、品質判定部１３２ｂとしての機能を果たす。

図３に示す如く、品質判定部１３２ｂは、反射光検出部１１０のフォトダイオード１１５により検出された溶接部からの反射光の強度に係る情報を経時的に取得する。

溶接部が貫通溶接されると、主レーザおよび酸化膜用レーザを照射している側の反対側にまで溶融した部分が形成されるため、主レーザおよび酸化膜用レーザを照射している側の反対側にレーザが漏れることとなり、その分だけ溶接部からトーチ本体２１への反射光の強度が低下する。
従って、フォトダイオード１１５により検出された溶接部からの反射光の強度が低下することは、溶接部が貫通溶接されたことを示す。

また、図２に示す如く、本実施形態では溶接装置１０がケース３と蓋４との嵌合部５を平面視で時計回りに連続的に溶接するため、溶接部からの反射光の強度に係る情報が取得された時刻はケース３と蓋４との嵌合部５における溶接部の位置を示すこととなる。

従って、品質判定部１３２ｂは、反射光検出部１１０のフォトダイオード１１５により検出された溶接部からの反射光の強度に係る経時的な情報に基づいて、「ケース３と蓋４との嵌合部５において溶接部が貫通溶接された位置」を特定することが可能である。

より詳細には、品質判定部１３２ｂは、反射光検出部１１０（より厳密にはフォトダイオード１１５）により検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には、溶接部（ケース３と蓋４との嵌合部５のうち当該反射光の強度に係る情報が取得された時刻に対応する部分）が貫通溶接されたと判定する。
ここで、「予め設定された設定強度」は、予めケース３と蓋４との嵌合部５を同じ条件下で溶接し、溶接後の嵌合部５の断面の金属組織を観察し、貫通溶接された部分と貫通溶接されなかった部分に対応する反射光の強度を比較する実験を行うことにより得られる値であり、記憶部１３２ａに記憶される。

図３に示す如く、品質判定部１３２ｂは、マイクロホン１２１およびマイクロホン１２２により検出された音の音響レベル（強度）に係る情報を経時的に取得する。
溶接部でスパッタが発生すると音が発生するが、スパッタとは異なる他の要因でも音が発生する場合がある。そのため、スパッタの発生に起因する音と他の要因に起因する音とを区別する必要がある。
スパッタの発生はその前提として溶接部における貫通溶接を必要とすることから、反射光検出部１１０のフォトダイオード１１５により検出された溶接部からの反射光の強度に係る経時的な情報に基づいて特定された「ケース３と蓋４との嵌合部５において溶接部が貫通溶接された位置」に係る情報と、マイクロホン１２１およびマイクロホン１２２により検出された音の音響レベルに係る情報と、を組み合わせることにより、マイクロホン１２１およびマイクロホン１２２により検出された音がスパッタの発生に起因する音か否かを精度良く判別することが可能である。また、スパッタの発生箇所を特定することも可能である。

品質判定部１３２ｂは、溶接部（ケース３と蓋４との嵌合部５のうち当該反射光の強度に係る情報が取得された時刻に対応する部分）が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ音響検出部１２０により検出された音の音響レベル（本実施形態の場合、マイクロホン１２１およびマイクロホン１２２により検出された音の音響レベルのうちいずれか高い方）が予め設定された設定レベル以上である場合には溶接部（ケース３と蓋４との嵌合部５のうち当該反射光の強度に係る情報が取得された時刻に対応する部分）でスパッタが発生したと判定する。
ここで、「予め設定された設定レベル」は、予めケース３と蓋４との嵌合部５を同じ条件下で溶接し、溶接後の嵌合部５の断面の金属組織を観察し、貫通溶接された部分のうちスパッタが発生した部分とスパッタが発生しなかった部分に対応する音響レベルを比較する実験を行うことにより得られる値であり、記憶部１３２ａに記憶される。

品質判定部１３２ｂによるスパッタが発生したか否かの判定結果は、記憶部１３２ａに適宜記憶される。また、品質判定部１３２ｂによるスパッタが発生したか否かの判定結果は表示装置１３４により適宜表示される。

図３において反射光検出部１１０により検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下であり、かつ音響検出部１２０により検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である部分（位置Ａおよび位置Ｂ）、並びに反射光検出部１１０により検出された反射光の強度が予め設定された設定強度より大きく、かつ音響検出部１２０により検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル未満である部分（位置Ｃ）について溶接後に溶接部を切断して組織観察を行った。
位置Ａ（図４（ａ）参照）および位置Ｂ（図４（ｂ）参照）については溶接部６ａ・６ｂがいずれもケース３の内周面まで到達しており、溶接部６ａ・６ｂが貫通溶接されているのに対して、位置Ｃ（図４（ｃ）参照）については溶接部６ｃがケース３の内周面まで到達しておらず、溶接部６ｃが貫通溶接されていないことが分かった。
また、位置Ａおよび位置Ｂについてはそれぞれケース３の内周面側にスパッタの発生により生じた付着物７ａ・７ｂが付着しているのに対して、位置Ｃについてはケース３の内周面側にスパッタの発生を示唆する付着物が見られなかった。
このように、品質判定部１３２ｂによる判定結果は、溶接部を切断して組織観察に基づく判定結果と良く一致することが分かる。

以上の如く、溶接品質検査装置１００は、
レーザトーチ２０によりレーザが照射された溶接部からの反射光を検出する反射光検出部１１０と、
溶接部から発生する音を検出する音響検出部１２０と、
反射光検出部１１０により検出された反射光および音響検出部１２０により検出された音に基づいて溶接部の品質を判定する品質判定部１３２ｂと、
を具備する。
このように構成することにより、検査対象物（本実施形態の場合、リチウムイオン二次電池１）を破壊することなく、溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く判別することが可能である。
また、検査対象物の溶接と同時に溶接部の品質検査を行うことが可能であることから品質検査のための作業を別途行う必要がなく、工数削減に寄与するとともに全数検査への適用が可能である。

また、溶接品質検査装置１００の反射光検出部１１０は、
溶接部に照射されるレーザの光路上に配置され、溶接部に照射されるレーザを透過するとともに溶接部からの反射光を反射する反射光用ハーフミラー１１１と、
反射光用ハーフミラー１１１により反射された溶接部からの反射光の強度を検出するフォトダイオード１１５と、
を具備する。
このように構成することは、以下の利点を有する。
すなわち、溶接部に照射されるレーザの光路上には反射光を遮るものが存在しないため、検査対象物（本実施形態の場合、リチウムイオン二次電池１）の形状に関わらず溶接部からの反射光の強度をフォトダイオード１１５により確実に検出することが可能である。

また、溶接品質検査装置１００の反射光検出部１１０は、
反射光用ハーフミラー１１１からフォトダイオード１１５までの反射光の光路上に配置され、反射光のうち所定の波長の光（本実施形態の場合、主レーザの反射光に対応する波長帯の光）を透過するバンドパスフィルタ１１４を具備する。
このように構成することにより、フォトダイオード１１５により検出される反射光の強度は溶接部が貫通溶接されたか否かをより強く反映したものとなり、溶接部が貫通溶接されたか否かをより精度良く判別することが可能である。

また、溶接品質検査装置１００の音響検出部１２０は、
溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置に配置される第一音響センサ（ケース３と蓋４との嵌合部５のうち側面３ａに対応する部分を溶接しているときはマイクロホン１２１、側面３ｂに対応する部分を溶接しているときはマイクロホン１２２がこれに相当する）と、
溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置に配置される第二音響センサ（ケース３と蓋４との嵌合部５のうち側面３ａに対応する部分を溶接しているときはマイクロホン１２２、側面３ｂに対応する部分を溶接しているときはマイクロホン１２１がこれに相当する）と、
を具備する。
このように構成することにより、スパッタの発生箇所により近い位置でスパッタの発生に起因する音を検出することが可能であり、ひいては溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く判別することが可能である。

なお、本実施形態ではトーチ本体２１に対するリチウムイオン二次電池１の向き（姿勢）を変更しつつ溶接するため、マイクロホン１２１およびマイクロホン１２２をリチウムイオン二次電池１に貼り付ける構成としたが、本発明はこれに限定されず、第一音響センサおよび第二音響センサが被溶接物の姿勢変更（移動）にかかわらず所定の位置に固定される構成としても良い。
また、本実施形態ではマイクロホン１２１およびマイクロホン１２２をリチウムイオン二次電池１に貼り付けたことに伴いトーチ本体２１に対するリチウムイオン二次電池１の向き（姿勢）を変更したときに配線が周囲と絡まるのを防止する観点からマイクロホン１２１およびマイクロホン１２２が検出した音の強度に応じた信号を無線で送信する構成としたが、本発明はこれに限定されず、被溶接物がレーザトーチに対して相対移動する場合であっても、その移動の態様により配線が絡まる心配がない場合には第一音響センサおよび第二音響センサにより検出される音に係る情報を有線で品質判定部に送信する構成としても良い。

また、溶接品質検査装置１００の品質判定部１３２ｂは、
反射光検出部１１０により検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には溶接部が貫通溶接されたと判定する。
このように構成することにより、検査対象物（本実施形態の場合、リチウムイオン二次電池１）を破壊することなく、溶接部が貫通溶接されたか否かを精度良く判別することが可能である。

また、溶接品質検査装置１００の品質判定部１３２ｂは、
溶接部が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ音響検出部１２０により検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である場合には溶接部でスパッタが発生したと判定する。
このように構成することにより、検査対象物（本実施形態の場合、リチウムイオン二次電池１）を破壊することなく、溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く判別することが可能である。

以下では、図１および図５を用いて本発明に係る溶接品質検査方法の実施の一形態について説明する。
本発明に係る溶接品質検査方法の実施の一形態は図１に示す溶接品質検査装置１００を用いてリチウムイオン二次電池１の溶接品質を検査する方法であり、図５に示す如く反射光・音響検出工程Ｓ１１００および品質判定工程Ｓ１２００を具備する。

反射光・音響検出工程Ｓ１１００はレーザが照射された溶接部からの反射光を検出するとともに、溶接部から発生する音を検出する工程である。
反射光・音響検出工程Ｓ１１００において、フォトダイオード１１５が溶接部からの反射光の強度を検出し、マイクロホン１２１およびマイクロホン１２２がレーザ溶接の溶接部から発生する音を検出する。
反射光・音響検出工程Ｓ１１００が終了したら、品質判定工程Ｓ１２００に移行する。

品質判定工程Ｓ１２００は反射光・音響検出工程Ｓ１１００において検出された反射光および音に基づいて溶接部の品質を判定する工程である。
品質判定工程Ｓ１２００において、品質判定部１３２ｂが反射光検出部１１０により検出された溶接部からの反射光および音響検出部１２０により検出された音に基づいて溶接部の品質を判定する。
より詳細には、品質判定部１３２ｂは反射光検出部１１０により検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には溶接部が貫通溶接されたと判定する。
また、品質判定部１３２ｂは溶接部が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ音響検出部１２０により検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である場合には溶接部でスパッタが発生したと判定する。

以上の如く、本発明に係る溶接品質検査方法の実施の一形態は、
レーザが照射された溶接部からの反射光を検出するとともに、溶接部から発生する音を検出する反射光・音響検出工程Ｓ１１００と、
反射光・音響検出工程Ｓ１１００において検出された反射光および音に基づいて溶接部の品質を判定する品質判定工程Ｓ１２００と、
を具備する。
このように構成することにより、検査対象物（本実施形態の場合、リチウムイオン二次電池１）を破壊することなく、溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く判別することが可能である。
また、検査対象物の溶接と同時に溶接部の品質検査を行うことが可能であることから品質検査のための作業を別途行う必要がなく、工数削減に寄与するとともに全数検査への適用が可能である。

また、本発明に係る溶接品質検査方法の実施の一形態は、
反射光・音響検出工程Ｓ１１００において、
溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置および溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置で溶接部から発生する音を検出する。
このように構成することにより、スパッタの発生箇所により近い位置でスパッタの発生に起因する音を検出することが可能であり、ひいては溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く判別することが可能である。

また、本発明に係る溶接品質検査方法の実施の一形態は、
品質判定工程Ｓ１２００において、
反射光・音響検出工程Ｓ１１００において検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には溶接部が貫通溶接されたと判定する。
このように構成することにより、検査対象物（本実施形態の場合、リチウムイオン二次電池１）を破壊することなく、溶接部が貫通溶接されたか否かを精度良く判別することが可能である。

また、本発明に係る溶接品質検査方法の実施の一形態は、
品質判定工程Ｓ１２００において、
溶接部が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ反射光・音響検出工程Ｓ１１００において検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である場合には溶接部でスパッタが発生したと判定する。
このように構成することにより、検査対象物（本実施形態の場合、リチウムイオン二次電池１）を破壊することなく、溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く判別することが可能である。

本発明に係る溶接品質検査装置の実施の一形態を示す図。 リチウムイオン二次電池のケースを示す平面図。 反射光の強度と音響レベルとの関係を示す図。 溶接部の断面図。 本発明に係る溶接品質検査方法の実施の一形態を示すフロー図。

符号の説明

１ リチウムイオン二次電池（検査対象物）
３ ケース
４ 蓋
５ 嵌合部
２０ レーザトーチ
１００ 溶接品質検査装置
１１０ 反射光検出部
１２０ 音響検出部
１３２ｂ 品質判定部

Claims (10)

1. レーザが照射された溶接部からの反射光を検出する反射光検出部と、
   前記溶接部から発生する音を検出する音響検出部と、
   前記反射光検出部により検出された反射光および前記音響検出部により検出された音に基づいて前記溶接部の品質を判定する品質判定部と、
   を具備する溶接品質検査装置。
2. 前記反射光検出部は、
   前記溶接部に照射されるレーザの光路上に配置され、前記溶接部に照射されるレーザを透過するとともに前記溶接部からの反射光を反射する反射光検出用ミラーと、
   前記反射光検出用ミラーにより反射された前記溶接部からの反射光の強度を検出する光センサと、
   を具備する請求項１に記載の溶接品質検査装置。
3. 前記反射光検出部は、
   前記反射光検出用ミラーから前記光センサまでの前記反射光の光路上に配置され、前記反射光のうち所定の波長の光を透過するバンドパスフィルタを具備する請求項２に記載の溶接品質検査装置。
4. 前記音響検出部は、
   前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置に配置される第一音響センサと、
   前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置に配置される第二音響センサと、
   を具備する請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の溶接品質検査装置。
5. 前記品質判定部は、
   前記反射光検出部により検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には前記溶接部が貫通溶接されたと判定する請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の溶接品質検査装置。
6. 前記品質判定部は、
   前記溶接部が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ前記音響検出部により検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である場合には前記溶接部でスパッタが発生したと判定する請求項５に記載の溶接品質検査装置。
7. レーザが照射された溶接部からの反射光を検出するとともに、前記溶接部から発生する音を検出する反射光・音響検出工程と、
   前記反射光・音響検出工程において検出された反射光および音に基づいて前記溶接部の品質を判定する品質判定工程と、
   を具備する溶接品質検査方法。
8. 前記反射光・音響検出工程において、
   前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置および前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置で前記溶接部から発生する音を検出する請求項７に記載の溶接品質検査方法。
9. 前記品質判定工程において、
   前記反射光・音響検出工程において検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には前記溶接部が貫通溶接されたと判定する請求項８に記載の溶接品質検査方法。
10. 前記品質判定工程において、
    前記溶接部が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ前記反射光・音響検出工程において検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である場合には前記溶接部でスパッタが発生したと判定する請求項９に記載の溶接品質検査方法。

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