JP2020175409A - 溶接判定装置、溶接装置、および、溶接判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接ビードと母材とを精度よく判定すること。【解決手段】溶接判定装置の走査機構が、母材の溶接の進行方向と垂直な方向に、溶接を行った部分を含む領域に対して測定光を走査し、溶接判定装置の判定部が、上記領域からの反射光により得られる測定光の各照射位置における上記領域の高さ、および、反射光の強度に基づいて、測定光が照射された対象が母材であるのか、溶接により形成された溶接ビード部であるのかを判定する。【選択図】図１

Description

本開示は、溶接判定装置、溶接装置、および、溶接判定方法に関する。

従来、レーザ溶接時に生じる溶接ビードの良否を判定する技術がある。例えば、特許文献１には、溶接ビードの良否をリアルタイムで判定するモニタリング装置が開示されている。

このモニタリング装置は、被溶接部である母材に照射されるレーザ光のパルスに同期させてシャッタの開閉を行うＣＣＤカメラを備え、ＣＣＤカメラからレーザ溶融中の溶融池、および、その近傍の画像を取得してリアルタイムで溶融状態の監視を行う。

特開平９−２２５６６６号公報

しかしながら、特許文献１の従来技術では、溶接ビードの良否を判定するための情報は、ＣＣＤカメラから取得される画像における輝度の情報のみであった。

画像の輝度には、対象の反射率、光源からの光が対象に入射する際の入射角度、対象の表面性状などの様々な要因が複合して影響を及ぼすため、溶接ビードと母材とを精度よく判定することが難しいという課題があった。

本開示は、溶接ビードと母材とを精度よく判定することができる溶接判定装置、溶接装置、および、溶接判定方法を提供することを目的とする。

本開示の溶接判定装置は、母材の溶接の進行方向と垂直な方向に、前記溶接を行った部分を含む領域に対して測定光を走査する走査機構と、前記領域からの反射光により得られる前記測定光の各照射位置における前記領域の高さ、および、前記反射光の強度に基づいて、前記測定光が照射された対象が前記母材であるのか、前記溶接により形成された溶接ビード部であるのかを判定する判定部と、を備える。

また、本開示の溶接装置は、母材の溶接を行う溶接装置であって、上記溶接判定装置を備える。

また、本開示の溶接判定方法は、母材の溶接の進行方向と垂直な方向に、前記溶接を行った部分を含む領域に対して測定光を走査する走査ステップと、前記領域からの反射光により得られる前記測定光の各照射位置における前記領域の高さ、および、前記反射光の強度に基づいて、前記測定光が照射された対象が前記母材であるのか、前記溶接により形成された溶接ビード部であるのかを判定する判定ステップと、を含む。

本開示の溶接判定装置、溶接装置、および、溶接判定方法によれば、溶接ビードと母材とを精度よく判定することができる。

本実施の形態における溶接装置の全体を示す図 図１に示す光干渉計測装置の詳細を示す図 対象が溶接ビード部であるか、または、母材であるかを判定する手順を示したフローチャート 走査可能範囲における高さプロファイルを示す図 走査可能範囲における信号強度プロファイルを示す図 走査可能範囲における角度プロファイルを示す図 母材における信号強度と角度との間の第１の相関関係を示す図 溶接ビード部における信号強度と角度との間の第２の相関関係を示す図 対象が母材または溶接ビード部のどちらかであるかを判定する判定基準の一例を示す図 溶接ビード部のみのｙ方向の走査位置の角度分布について好ましい分布とレーザ発振器の出力が不足した場合の分布とを示す図 母材における角度と信号強度との間の第１の相関関係を決定する際の装置構成を示す図 母材を所定の角度傾けた状態で得られる反射光の信号強度のバラツキを示す図

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜溶接装置について＞
図１は、本実施の形態における溶接装置１００の全体を示す図である。

溶接装置１００は、レーザ発振器１０３、レーザ光伝送用光学系１１０、および、集光光学系１１１を有する。

溶接装置１００では、水平方向（図１のｘ方向）に延在する被溶接物である母材１０１の突き合わせ部１０２を溶接するため、母材１０１の上面に位置するレーザ発振器１０３からレーザ光（加工光）１０９が照射される。

溶接装置１００は、レーザ発振器１０３がレーザ光１０９を照射している間に、移動ステージ１０４を移動させることで、母材１０１におけるレーザ光の照射位置をｘ方向へ変化させ、所望の範囲についてレーザ溶接を行う。

レーザ光１０９が照射された突き合わせ部１０２は、その上部から溶融した後、レーザ光１０９の照射位置が移動することで冷却され、溶接ビード部１０５が形成される。

また、光干渉計測装置１０６は、溶接ビード部１０５に対し、測定ヘッド１０７から母材１０１に対して垂直方向（ｚ方向）に測定光１０８を照射する。

測定ヘッド１０７は、レーザ発振器１０３に対する相対位置が固定されている。母材１０１の溶接時に、移動ステージ１０４がｘ方向へ移動すると、測定光１０８はレーザ光１０９よりも遅れて溶接ビード部１０５へ照射される。

このような測定光１０８により、光干渉計測装置１０６によるｙ方向の走査、および、上記移動ステージ１０４の移動とあわせて、溶接ビード部１０５の測定が行われる。この測定方法については後述する。

測定光１０８とレーザ光１０９のｘ方向の距離は、加工時に生じるプラズマ光やヒュームが測定に影響しないよう、例えば１０ｍｍ以上離れており、これは突き合わせ部１０２に、溶接ビード部１０５が形成されるのに十分な距離となっている。

なお、上述したように、レーザ発振器１１１に対する測定ヘッド１０７の相対位置（レーザ光１０９に対する測定光１０８の相対位置）は固定されており、かつ、走査方向においてレーザ光１０９が測定光１０８に先行する位置関係であることが望ましい。

例えば、移動ステージ１０４のように測定対象側が動くのではなく、例えば産業用ロボットを用いて測定ヘッド１０７とレーザ発振器１０３とがｘ方向に動いて走査を行うこととしてもよい。

照射された測定光１０８は、溶接ビード部１０５または母材１０１により散乱および反射した後、測定ヘッド１０７を通じ光干渉計測装置１０６に入射する。

光干渉計測装置１０６は、測定光１０８の光路長を測定可能であるため、測定した光路長から、溶接ビード部１０５または母材１０１の高さ計測を行うことができ、また、光干渉の信号強度（以下単に「信号強度」とする。）も同時に得ることができる。

制御装置１１３は、光干渉計測装置１０６が測定した溶接ビード部１０５または母材１０１の高さの情報と信号強度とから、測定光１０８の照射対象が溶接ビード部１０５であるのか、または、母材１０１であるのかを判定するとともに、その判定結果を含む情報を出力する。

なお、本実施の形態では、レーザ発振器１０３によるレーザ光１０９を用いた溶接を例に挙げて説明するが、母材１０１の所望の範囲を溶接することができれば、これに限らず抵抗溶接、超音波溶接などのような異なる溶接手法を用いて溶接を行うこととしてもよい。

また、本実施の形態では、突き合わせ部１０２の溶接を例に挙げて説明がなされているが、本実施の形態に開示された技術は、これに限らず、重ね接手やＴ字接手などの他の溶接に適用されてもよい。

＜溶接機能＞
つぎに、溶接装置１００の溶接機能を担う構成部分について説明する。

レーザ発振器１０３は溶接用のレーザ光１０９を発振する。レーザ発振器１０３から発振されたレーザ光１０９は、レーザ光伝送用光学系１１０を介して集光光学系１１１に伝送される。

ここで、レーザ光伝送用光学系１１０とは、例えば光ファイバを含む光学系であり、集光光学系１１１とは、例えばレンズを含む光学系である。

集光光学系１１１は、伝送されたレーザ光１０９を集光し、集光したレーザ光１０９を、突き合わせ部１０２に照射する。レーザ発振器１０３としては、例えば、ＹＡＧレーザが挙げられる。なお、レーザ発振器１０３はＹＡＧレーザに限られず、他のレーザ発振器であってもよい。

移動ステージ１０４は、制御装置１１３の制御部１１３ａからの指令を受け付けるステージコントローラ１１２による制御に基づき、ｘ方向に移動する。ここで、制御装置１１３は、プロセッサなどにより構成される制御デバイスである。

また、母材１０１は移動ステージ１０４に固定されている。レーザ光１０９が母材１０１に照射されている間に移動ステージ１０４が移動することで、母材１０１におけるレーザ光１０９の照射位置を変化させ、所定の範囲についてレーザ溶接が行われる。

制御部１１３ａは、レーザ発振器１０３と接続されており、移動ステージ１０４の移動速度の他に、レーザ光１０９の出力開始、出力停止、レーザ光１０９の出力強度などを制御する。また、制御部１１３ａは、後述する光干渉計測装置１０６の制御等も行う。

判定部１１３ｂは、光干渉計測装置１０６から取得した情報に基づいて、測定光１０８の照射対象が溶接ビード部１０５であるのか、または、母材１０１であるのかを判定し、その判定結果の情報を出力する。

光干渉計測装置１０６から取得した情報とは、光干渉計測装置１０６が取得した溶接ビード部１０５または母材１０１の高さの情報と信号強度の情報である。

判定部１１３ｂが行う判定処理については、後に詳しく説明する。

＜干渉計測装置＞
図２は、図１に示す干渉計測装置１０６の詳細を示す図である。また、図２は、図１のｙ軸に並行なＡ−Ａ断面についても示している。

光干渉計測装置１０６は、例えば、波長走査型オプティカルコヒーレンストモグラフィー（ＳＳ−ＯＣＴ：Ｓｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を用いた光干渉信号測定装置である。光干渉計測装置１０６は、光源から射出される光の周波数を時間的に変化させながら干渉光の検出を行う。

なお、光干渉計測装置１０６として、低コヒーレンス光源を用い、参照平面の走査を行う時間領域型オプティカルコヒーレンストモグラフィー（ＴＤ−ＯＣＴ：Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を採用してもよい。

ただし、測定の速度を高めるために、例えば、１次元の走査を１０ｋＨｚ以上で実施可能なＳＳ−ＯＣＴ、もしくはスペクトロメータタイプのオプティカルコヒーレンストモグラフィー（ＦＤ−ＯＣＴ：Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を用いることが好ましい。

光干渉計測装置１０６は、光ファイバ干渉計３０１と、測定ヘッド１０７と、を備えている。

光ファイバ干渉計３０１は、出射する放射光の波長を変化させる波長走査型光源３０２を備える。光ファイバ干渉計３０１は、波長走査型光源３０２からの光を放射光と参照光とに分光し、放射光と参照光との光路長差により生じる光干渉信号を距離の測定に用いる測距手段である。

波長走査型光源３０２からの放射光は、測定ヘッド１０７に入射する。波長走査型光源３０２で波長を変化させる範囲は、例えば、波長１３００ｎｍ±５０ｎｍとする。

測定ヘッド１０７は、照射コリメートレンズ３０３と、走査機構３０４と、レンズ３０５と、を備えている。この走査機構３０４と、上述した判定部１１３ｂとは、測定光１０８が照射された対象が母材１０１であるのか、溶接ビード部１０５であるのかを判定する溶接判定装置を構成する。

光ファイバ干渉計３０１からの放射光は、照射コリメートレンズ３０３、走査機構３０４、レンズ３０５を経て、溶接ビード部１０５または母材１０１に測定光１０８として照射される。

照射コリメートレンズ３０３は、波長走査型光源３０２からの光を平行光とし、走査機構３０４へ伝送する。

走査機構３０４は、測定光１０８の反射方向を変更することが可能な装置である。走査機構３０４としては、例えば、ガルバノスキャナ、ポリゴンスキャナ、または、レゾナンススキャナなどが用いられる。

これらの装置を用いることで、溶接方向（ｘ方向）に対して垂直なｙ方向に沿った測定光１０８の走査を行うことができる。

そして、溶接ビード部１０５または母材１０１で後方散乱または反射した測定光１０８は、同じ光路を辿って光ファイバ干渉計３０１に入射し、参照光と合成され、干渉光となる。干渉光は、光ビート信号として、演算部３０６で解析される。

演算部３０６は、干渉光の光ビート信号の時間波形をフーリエ変換して、周波数解析を行い、干渉光の強度分布を表すＳＳ−ＯＣＴ信号を取得する。演算部３０６は、このＳＳ−ＯＣＴ信号から、溶接ビード部１０５または母材１０１のｚ軸における位置（高さ）と、その高さにおける信号強度を測定する。

光干渉計測装置１０６では、放射光と参照光との光路長とが等しいとき、検出する光干渉信号の周波数はゼロとなる。このときの放射光の反射面の位置を、便宜上、ゼロ点とする。

なお、ゼロ点から溶接ビード部１０５または母材１０１までの距離が、波長走査型光源３０２がもつ可干渉距離（コヒーレンス長）より大きい場合、放射光は参照光と干渉を起こさず、光ビート信号を検出することはできない。

また、ゼロ点から溶接ビード部１０５または母材１０１までの距離が、波長走査型光源３０２がもつ可干渉距離より小さくても、ｚ軸における位置（高さ）に比例するビート信号の周波数が演算部３０６の応答周波数を超えると、正しい信号を検出することはできない。

そのため、光干渉計測装置１０６のｚ軸方向の測定範囲は、波長走査型光源３０２のコヒーレンス長および演算部３０６の応答周波数により制限される。この制限から決定されるｚ軸方向の測定可能範囲をＬｚと定義する。

また、光干渉計測装置１０６では、走査機構３０４の走査角度と、レンズ３０５の直径とによって、ｙ軸方向の走査可能範囲が制限される。この制限から決定されるｙ軸方向の走査可能範囲をＬｙと定義する。

上記ＬｚとＬｙは、装置構成に応じて定まり、演算部３０６が有するメモリまたはハードディスクなどの記憶デバイスに予め記憶されている。

溶接ビード部１０５のｙ方向の幅とｚ方向の高さは、溶接バラツキに応じて取り得る範囲が予め知られている。そのため、Ｌｙは溶接ビード部１０５のｙ方向の幅よりも十分に大きく、Ｌｚは溶接ビード部１０５のＺ方向の位置と母材１０１の表面の差よりも十分に大きく設定されている。

光干渉計測装置１０６は、上記のようにして得られた溶接ビード部１０５または母材１０１のｚ軸における位置（高さ）と、その位置における信号強度とを制御装置１１３の判定部１１３ｂに出力する。

判定部１１３ｂは、ｚ軸における位置（高さ）と、その高さにおける信号強度を収集した後、対象が溶接ビード部１０５であるのか、または、母材１０１であるのかを判定する。

＜判定方法について＞
対象が溶接ビード部１０５であるのか、または、母材１０１であるのかの判定方法を、図３に示すフローチャートを用いて説明する。図３は、対象が溶接ビード部１０５であるか、または、母材１０１であるかを判定する手順を示したフローチャートである。

なお、溶接ビード部１０５と母材１０１との境界さえ明確であれば、判定部１１３ｂは、対象が溶接ビード部か否かの判定を、溶接ビード部１０５の高さや幅だけでなく、Ｚ軸に透過投影した溶接ビード部１０５の面積や形状などから行ってもよい。

また、判定部１１３ｂは、単一の断面で判定対象物が溶接ビード部か否かの判定をせず、異なる複数の断面でその判定を行ってもよい。

また、レンズ３０５は、母材１０１に対する測定光１０８の照射角度が走査機構３０４の角度によらず、常に一定となるテレセントリック光学系のレンズを採用することが好ましい。

テレセントリック光学系のレンズは、母材１０１に対する測定光１０８の照射角度が固定されており、母材１０１に対する測定光１０８の相対角度を調整することが容易であるためである。

また、レンズ３０５にテレセントリック光学系のレンズを用いなくとも、走査機構３０４の角度に対する測定光１０８の角度は、測定ヘッド１０７の設計によって固定できることから、母材に対する測定光１０８の相対角度を調整することは可能である。

まず、光ファイバ干渉計３０１は、溶接ビード部１０５および母材１０１に対して測定光１０８を照射してＳＳ−ＯＣＴ測定を実施することで、溶接ビード部１０５または母材１０１の高さ、および、信号強度のプロファイルの情報を取得する（ステップＳ１）。

具体的には、光ファイバ干渉計３０１は、走査機構３０４を駆動して、測定光１０８の照射位置を直線状に移動させ、走査可能範囲Ｌｙを走査する。

そして、光ファイバ干渉計３０１は、反射光について、図４Ａに示すような走査可能範囲Ｌｙにおける高さプロファイル、および図４Ｂに示すようなその高さにおける信号強度のプロファイルの情報を取得する。

ここで、光ファイバ干渉計３０１は、各プロファイルの情報を演算部３０６が有する記憶デバイス（図示せず）に記憶するとともに、モニタ（図示せず）に表示する。

つぎに、制御装置１１３の判定部１１３ｂは、各プロファイルの情報を演算部３０６から取得して、高さプロファイル（図４Ａ）から角度プロファイルを算出する（ステップＳ２）。

具体的には、判定部１１３ｂは、高さｚのプロファイルのｙ方向に関する１次微分に基づいて、図５に示すようなｘ軸に平行な軸の回りの角度プロファイルを算出し、その結果を判定部１１３ｂが有するメモリまたはハードディスクなどの記憶デバイスに記憶する。

ここで、角度プロファイルにおける角度とは、溶接ビード部１０５および母材１０１を含む領域の盛り上がりの勾配を示す角度である。

なお、角度プロファイルの算出には、精度を向上させるため、微分でなくともスプライン補完によるフィッティングなどが用いられてもよいし、ｘ軸に平行な軸の回りだけでなく、ｘ方向にずらした別断面のプロファイルから、ｙ軸に平行な軸の回りの角度プロファイルが算出されてもよい。

つぎに、判定部１１３ｂは、ステップＳ２において得られた角度プロファイルと、ステップＳ１において取得した信号強度プロファイルとから、各走査位置ｙにおいて既知である相関関係の情報を用いて、対象が母材１０１であるかどうかの判定を行う(ステップＳ３)。

図６Ａは、母材１０１における信号強度と角度との間の第１の相関関係を示したものである。縦軸は信号強度Ｉを示し、横軸は角度Ａを示す。

具体的には、判定部１１３ｂは、図５の走査位置ｙにおける角度Ａと図４Ｂの走査位置ｙにおける信号強度Ｉとから構成される座標ｙ１（Ａ，Ｉ）が、第１の相関関係における一致領域に含まれるのか、不一致領域に含まれるのかを判定する。

そして、判定部１１３ｂは、座標ｙ１（Ａ，Ｉ）が一致領域に含まれる場合、対象の特徴が母材１０１の特徴と一致すると判定し、座標（Ａ，Ｉ）が不一致領域に含まれる場合、対象の特徴が母材１０１の特徴と一致しないと判定する。

図６Ａの例では、座標ｙ１（Ａ１，Ｉ１）は、不一致領域に含まれるため、判定部１１３ｂは、対象の特徴が母材１０１の特徴と一致しないと判定する。

つぎに、判定部１１３ｂは、ステップＳ２において得られた角度プロファイルと、ステップＳ１において取得した信号強度プロファイルとから、各走査位置ｙにおいて既知である第２の相関関係の情報を用いて、対象が溶接ビード部１０５であるかどうかの判定を行う(ステップＳ４)。

図６Ｂは、溶接ビード部１０５における信号強度と角度との間の第２の相関関係を示したものである。縦軸は信号強度Ｉを示し、横軸は角度Ａを示す。

具体的には、判定部１１３ｂは、図５の走査位置ｙにおける角度Ａと図４Ｂの走査位置ｙにおける信号強度Ｉとから構成される座標（Ａ，Ｉ）が、第２の相関関係における一致領域に含まれるのか、不一致領域に含まれるのかを判定する。

そして、判定部１１３ｂは、座標ｙ１（Ａ，Ｉ）が一致領域に含まれる場合、対象の特徴が溶接ビード部１０５の特徴と一致すると判定し、座標ｙ１（Ａ，Ｉ）が不一致領域に含まれる場合、対象の特徴が溶接ビード部１０５の特徴と一致しないと判定する。

図６Ｂの例では、座標ｙ１（Ａ１，Ｉ１）は、一致領域に含まれるため、判定部１１３ｂは、対象の特徴が溶接ビード部１０５の特徴と一致すると判定する。

なお、ステップＳ３およびステップＳ４では、判定部１１３ｂは、座標ｙ１（Ａ，Ｉ）が一致領域、不一致領域のいずれに含まれるのかを判定することとしたが、第１または第２の相関関係に不明領域を設けることとしてもよい。

また、判定部１１３ｂは、図６Ａに示した一致距離のように、一致の度合いを数値化したスコアを算出することとしてもよい。そして、判定部１１３ｂは、そのスコアに基づいて、対象の特徴が母材１０１の特徴と一致するか否かを判定してもよい。

つぎに、判定部１１３ｂは、ステップＳ３およびステップＳ４によって得られた判定結果に基づいて、走査位置ｙにおける測定対象物が、母材１０１または溶接ビード部１０５のどちらかであるかを判定する（ステップＳ５）。

図７は、対象が母材１０１または溶接ビード部１０５のどちらかであるかを判定する判定基準の一例を示すものである。なお、判定基準の内容はこれに限定されず、これとは異なる内容であってもよい。図７に示す判定基準の内容は、以下のようなものである。

（１）対象の特徴が母材１０１の特徴と一致しないが、溶接ビード部１０５の特徴と一致する場合、判定部１１３ｂは、対象が溶接ビード部１０５であると判定する。

（２）対象の特徴が溶接ビード部１０５の特徴と一致しないが、母材１０１の特徴と一致する場合、判定部１１３ｂは、対象が母材１０１であると判定する。

（３）対象の特徴が母材１０１の特徴にも溶接ビード部１０５の特徴にも一致しない場合、外部から混入した異物や、スパッタ（溶接する部分から発生した溶融金属の微粒子）、溶接する部分に生じる非金属物質であるスラグなど、母材１０１および溶接ビード部１０５のどちらでもない部分が検出されたものと推定して、判定部１１３ｂは、対象の検出不良と判定する。

（４）対象の特徴が母材１０１の特徴にも溶接ビード部１０５の特徴にも一致する場合、判定部１１３ｂは、対象が不定と判定する。

なお、この場合、判定部１１３ｂは、対象の検出またはモニタリング不良と判定してもよい。あるいは、判定部１１３ｂは、上述したように、一致度を数値化したスコア（例えば、図６Ａに示した一致距離）を用いて、対象が母材１０１であるのか、溶接ビード部１０５であるのかを判定してもよい。

例えば、図６Ａおよび図６Ｂに示した座標ｙ１（Ａ１，Ｉ１）の場合、対象の特徴が母材１０１の特徴と一致しないが、溶接ビード部１０５の特徴と一致するため、判定部１１３ｂは、対象が溶接ビード部１０５であると判定する。

上述した判定結果は、判定部１１３ｂが有する記憶デバイスに記憶される。

つぎに、判定部１１３ｂは、ステップＳ３〜Ｓ５の処理を全てのｙ方向の走査位置について実行したか否かを判定する（ステップＳ６）。

判定部１１３ｂが、ステップＳ３〜Ｓ５の処理を全てのｙ方向の走査位置について実行していない場合（ステップＳ６においてＮＯの場合）、先に説明したステップＳ３以降の処理が再度実行される。

その際、溶接ビード部１０５が離散的に点在することがなく、測定光１０８の照射位置に固まって存在することを利用して、処理の効率化が行われてもよい。

例えば、判定部１１３ｂは、すべてのｙ方向の走査位置においてステップＳ３およびステップＳ４の処理を実施せず、走査位置をｙ方向へ走査し、母材１０１から溶接ビード部１０５への切り替わりを検出した場合に、ｙ方向への走査を終了することとしてもよい。

これにより、判定部１１３ｂは、対象が母材１０１であるのか、溶接ビード部１０５であるのかを判定しつつ、処理量を削減することができる。

一方、判定部１１３ｂが、ステップＳ３〜Ｓ５の処理を全てのｙ方向の走査位置について実行した場合（ステップＳ６においてＹＥＳの場合）、判定部１１３ｂは、判定部１１３ｂが有する記憶デバイスに記憶されたｙ方向の走査位置ごとの判定結果を、制御部１１３ａに出力する。

制御部１１３ａは、その判定結果に基づいて、レーザ発振器１０３に対しフィードバックを実施する（ステップＳ７）。

例えば、溶接ビード部１０５と判定されたｙ方向の走査位置の数が所定の閾値より少ない場合、制御部１１３ａは、溶接ビード部１０５が小さいと判断し、レーザ発振器１０３の出力を増大させる。

一方、溶接ビード部１０５と判定されたｙ方向の走査位置の数が所定の閾値より多ければ、制御部１１３ａは、溶接ビード部１０５が大きいと判断し、出力を減少させる。

また、制御部１１３ａは、ステップＳ２で算出した図５に示す角度プロファイルから、溶接ビード部１０５と判定されたｙ方向の走査位置のみの角度を抽出し、溶接ビード部１０５における角度分布からフィードバックを行ってもよい。

図８は、溶接ビード部１０５のみのｙ方向の走査位置の角度分布について、好ましい分布Ａ（実線）と、レーザ発振器１０３の出力が不足した場合の分布Ｂ（破線）とを示したものである。ここで、縦軸は頻度を、横軸は角度をそれぞれ示している。

図８の分布Ｂに示すように、分布Ａと比較して小さい角度の頻度が高い場合、制御部１１３ａは、母材１０１に対する溶接ビード部１０５の盛り上がりが十分に形成されていないと判断し、レーザ発振器１０３の出力を増大させてもよい。ここで、上記角度とは、溶接ビード部１０５の盛り上がりの勾配を示す角度である。

なお、上述した実施の形態では、制御部１１３ａは、判定結果のフィードバックを行っているが、制御部１１３ａは、溶接ビード部１０５と判定されたｙ方向の走査位置の数、および／または、角度分布による溶接ビード部１０５の良否の判断のみを行ってもよい。

つぎに、図６Ａに示した第１の相関関係、および、図６Ｂに示した第２の相関関係の決定方法について説明する。

光干渉計測装置１０６で検出される信号強度は、測定ヘッド１０７から照射された測定光１０８の光軸と測定対象物の表面の傾斜との相対角度により異なる。

また、溶接ビード部１０５は、一度溶融した母材１０１が冷却され凝固したものであることから、上記相対角度が母材１０１と同一角度であっても、一度も溶融していない母材１０１と異なる反射率を持つ。

光干渉計測装置１０６は、異なる反射率は、異なる信号強度として検出する。例えば、母材１０１における角度と信号強度との間の第１の相関関係を決定する際の装置構成を図９に示す。図１および図２と同様の構成部材については同じ記号を用い、説明を省略する。

測定ヘッド１０７は、所定の傾斜角１１４で固定された母材１０１に対して、測定光１０８を照射する。この場合、光干渉計測装置１０６で得られた信号強度は、母材１０１の表面性状や測定精度によりバラツキを持つ。

図１０は、母材１０１を所定の角度傾けた状態で得られる反射光の信号強度のバラツキを示す図である。縦軸は信号強度、横軸は試行回数を示す。

例えば、光干渉計測装置１０６による測定を１００回繰り返し、信号強度について一定の確からしさが得られる範囲を用いて、母材１０１における傾斜角１１４での信号強度と角度との間の相関関係が決定される。一定の確からしさが得られる範囲としては、例えば、３σ（σは標準偏差）の範囲内が採用される。

光干渉測定装置１０６が複数の傾斜角１１４において母材１０１の走査を行うとともに、反射光の信号強度と傾斜角１１４との間の相関関係の情報を得ることで、母材１０１における信号強度と角度との間の第１の相関関係を示す情報が生成される。この情報は、判定部１１３ｂの記憶デバイスに記憶される。

なお、この情報は、信号強度と角度とを対応付けた表形式の情報であってもよいし、信号強度と角度との間の相関関係を表した数式であってもよい。

また、同様の方法により、図６Ｂに一例を示した溶接ビード部１０５における信号強度と角度との間の第２の相関関係の情報についても生成され得る。

本開示の技術は、溶接ビードと母材とを判定する装置に利用可能である。

１００ 溶接装置
１０１ 母材
１０２ 突き合わせ部
１０３ レーザ発振器
１０４ 移動ステージ
１０５ 溶接ビード部
１０６ 光干渉計測装置
１０７ 測定ヘッド
１０８ 測定光
１０９ レーザ光
１１０ レーザ光伝送用光学系
１１１ 集光光学系
１１２ ステージコントローラ
１１３ 制御装置
１１３ａ 制御部
１１３ｂ 判定部
１１４ 傾斜角
３０１ 光ファイバ干渉計
３０２ 波長走査型光源
３０３ 照射コリメートレンズ
３０４ 走査機構
３０５ レンズ
３０６ 演算部

Claims (7)

1. 母材の溶接の進行方向と垂直な方向に、前記溶接を行った部分を含む領域に対して測定光を走査する走査機構と、
   前記領域からの反射光により得られる前記測定光の各照射位置における前記領域の高さ、および、前記反射光の強度に基づいて、前記測定光が照射された対象が前記母材であるのか、前記溶接により形成された溶接ビード部であるのかを判定する判定部と、
   を備える溶接判定装置。
2. 前記溶接の進行方向は、レーザ光の走査方向であることを特徴とする請求項１に記載の溶接判定装置。
3. 前記溶接ビード部であるとの判定を行った前記測定光の照射位置の数に基づいて、前記レーザ光の出力を制御するフィードバックを行う制御部をさらに備える請求項２に記載の溶接判定装置。
4. 前記溶接ビード部であるとの判定を行った領域のみにおける前記領域の盛り上がりの勾配を示す角度の分布に基づいて、前記レーザ光の出力を制御するフィードバックを行う制御部をさらに備える請求項２に記載の溶接判定装置。
5. 前記レーザ光に対する前記測定光の相対位置は固定されており、前記レーザ光の操作方向において、前記レーザ光は、前記測定光よりも前方に照射される請求項２〜４のいずれか１項に記載の溶接判定装置。
6. 前記母材の溶接を行う溶接装置であって、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の溶接判定装置を備える溶接装置。
7. 母材の溶接の進行方向と垂直な方向に、前記溶接を行った部分を含む領域に対して測定光を走査する走査ステップと、
   前記領域からの反射光により得られる前記測定光の各照射位置における前記領域の高さ、および、前記反射光の強度に基づいて、前記測定光が照射された対象が前記母材であるのか、前記溶接により形成された溶接ビード部であるのかを判定する判定ステップと、
   を含む溶接判定方法。

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