JP2720649B2 - 溶接状態のモニタ装置 - Google Patents

溶接状態のモニタ装置

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JP2720649B2
JP2720649B2 JP3240095A JP24009591A JP2720649B2 JP 2720649 B2 JP2720649 B2 JP 2720649B2 JP 3240095 A JP3240095 A JP 3240095A JP 24009591 A JP24009591 A JP 24009591A JP 2720649 B2 JP2720649 B2 JP 2720649B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶接状態の良好可否を
判断するモニタ装置に係り、特に、レーザー溶接に使用
して効果のある溶接状態のモニタ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から車両の組み立て工程においては
溶接が多用されている。これにはガス溶接,電気溶接
等、色々の種類があり、その溶接の持つ特性によって使
い分けられている。最近では、薄板の溶接にレーザー溶
接が使用されるに至った。このレーザー溶接の場合は集
中熱源であるから、板厚に対して入熱量が比較的小さく
でき、また、溶け込み深さに対して溶け込み幅の狭い高
効率の溶接が行なえるという特徴がある。反面、集光し
て非常に小さなスポット光とした集中熱源であるため
に、焦点位置のずれや溶接対象である母材間のギャップ
によって溶接不良を起こし易いという欠点がある。
【0003】このため、従来から様々な方法でその溶接
状態をモニタして、適切な溶接状態が実現されるように
している。その方法の1例として図7に示すようなもの
がある。図7に示すように、レーザー光10は集光レン
ズ12により、被溶接点において高エネルギーのスポッ
ト光となるように集光される。このスポット光によって
母材A及びBの溶接が行われる。この溶接時には、非常
に高輝度のプラズマが被溶接点から発生する。このプラ
ズマから生じる光がフィルタ14を介して光センサ16
に入力される。スポット光の被溶接点における焦点がず
れているような場合には、その光センサ16に入力され
る光量が低下することから、その入力光量の大きさによ
って溶接状態が正常であるかそうでないかを判断するよ
うにしている。尚、光量の検出に代えて音の検出でその
良否を判断するようにしているものもある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のモニタ装置にあっては、溶接状態が良好であ
るか否かを、1つのセンサによって捕らえられた被溶接
点からの光あるいは音に基づいて判断するようになって
いたために、必ずしも正確な判断をすることができない
場合があった。つまり、被溶接点において光量あるいは
音量が変化する要素としては、レーザー光自体の出力の
変化、焦点ずれ、母材相互間のギャップ等がある。従っ
て、このいずれかの変化が原因で溶接状態が異常と判断
されてしまう恐れがある。
【0005】図8は、スポット光の焦点位置のずれとそ
れに伴って検出される電圧変換された光量変化の一例を
示す図であり、図9は、母材相互間のギャップLとそれ
に伴って検出される電圧変換された光量変化の一例を示
す図である。図に示すように焦点位置のずれやギャップ
の変化に伴って検出値は変化が見られるものの、それぞ
れの変化に対して相関性を持った変化ではないから、そ
の出力の変化が何に因るものであるかを明確に判断する
ことができない。従って、正確には溶接状態を把握でき
ないことになる。本発明は、このような従来の問題点に
鑑みて成されたものであり、溶接状態の良否を確実に検
出することができる溶接状態のモニタ装置の提供を目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、被溶接点を上方から見下げるようにして設
けられ、当該被溶接点のプラズマから出力される光の輝
を検出する第1センサと、前記被溶接点を横方向から
眺めるようにして設けられ、当該被溶接点のプラズマか
ら出力される光の輝度を検出する第2センサと、当該第
1及び第2センサからの信号を入力し、これらのセンサ
からの信号が基準値よりも大きいか小さいかによって溶
接状態の良否を判定する判定手段とを有することを特徴
とする。
【0007】
【作用】第1センサは、被溶接点を上方から見下げるよ
うにして設けられているから、被溶接点における状態
具体的には、プラズマから出力される光の輝度を上面か
ら検出することになる。また、第2センサは、この被溶
接点を横方向から眺めるようにして設けられているため
に、その被溶接点の溶接状態、具体的には、プラズマか
ら出力される光の輝度を側面から検出することになる。
判定手段には、この異なる位置から検出した同一の被溶
接点における溶接状態に関する情報、すなわちプラズマ
から出力される輝度が入力される。溶接状態が良好であ
るときには、検出される光の輝度が大きく、両センサか
ら同時に出力される信号レベルが共に大きい場合である
ので、この状態を検出している場合には、判定手段は溶
接状態が良好であると判断する。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は、本発明に係る溶接状態のモニタ装置に
おけるセンサの配置状態を示した図であり、図2は、同
装置のブロック図である。図1に示すように、図示され
ていないレーザー発光素子から出力されたレーザー光1
0は、集光レンズ12によって集光され、被溶接点25
において最大エネルギーとなるようにスポット状とされ
る。このレーザー光によって被溶接点25に位置する母
材A及びBが溶解されることになる。この溶解によって
母材A及びBの溶接が行われる。この溶解が開始される
と、その被溶接点25を中心として非常に高輝度のプラ
ズマ26(溶融池から噴出した金属蒸気が電離して発光
している。)が発生する。このプラズマ26から出力さ
れる光はフィルタ21を介して第1センサであるセンサ
23に、また、フィルタ20を介して第2センサである
センサ22によってそれぞれ捕らえられる。センサ23
は被溶接点25を上から見下げるように非常に高い位置
(仰角θ2 )に取り付けられ、また、センサ22は被溶
接点25を横から眺めるように比較的低い位置(仰角θ
1 )に取り付けられている。それぞれのセンサをこのよ
うな位置に取り付けるのは、被溶接点25における溶解
状態,換言すればプラズマ26の発生状態の異なった位
置からの情報を得るためである。さらに具体的には、セ
ンサ23は被溶接点25に存在する溶融池の状態を、上
面から検出できるようにするためであり、センサ22は
母材AとBとの間の状態を、側面から検出できるように
するためである。尚、それぞれのセンサが取り付けられ
る理想的な仰角θの一例としては、ビード幅や検出しよ
うとする母材A及びBのギャップLの範囲によって異な
るから一該には言えないが、θ1 が5度〜20度位の範
囲であり、θ2 はできるだけ90度に近い角度が望まし
い。これらのセンサの前面に設けてあるフィルタは、セ
ンサの検出領域を確保するためのものであり、プラズマ
26から出力される光の輝度を低減させるものである。
センサ22,23は、入力した光の輝度に比例した電圧
を出力するようになっており、その電圧出力は判定手段
として機能するモニター装置30で処理されることにな
る。
【0009】図2は、このモニタ装置30の内部のブロ
ック図である。センサ22で光電変換された電圧はコン
パレータ31に、また、センサ23で光電変換された電
圧はコンパレータ32にそれぞれ入力される。これらの
コンパレータでは、接続されているセンサから出力され
る電圧とそこに形成されている基準電圧とを比較し、セ
ンサ出力が大きい場合に信号を出力する。判断部35で
はこの2つのコンパレータからの信号の出力状態に応じ
て溶接状態などの判断を行なう。図4は、母材A及びB
のギャップLとアンダーカットとの関係を示したもので
ある。ここで、アンダーカットとは、被溶接点において
レーザースポット光が当たっている部分に、ギャップを
埋めるために生じる盛り上がりの高さあるいは穴の深さ
を言う。これは、図1においては母材Aのレーザースポ
ット光照射側に発生する。図4に示されているように、
ギャップLが0のときには、0.05mm程度の盛り上
がりが生じ、その盛り上がりは、ギャップが0.6mm
程度で0になる。さらにギャップが大きくなると、その
増加に伴ってほぼ直線的に穴の深さが増加する。図5及
び図6は、センサ22が捕らえた被溶接点25(等価的
にはプラズマ26の外周部)の輝度分布である。図5に
示したものは、ギャップLが0のときの輝度分布図であ
り、図6は、ギャップLが0.15mmのときの輝度分
布図である。これらの図においてそれぞれの線で囲まれ
た領域は、その外側の領域に比較して16倍の輝度を有
している。これらの図を見れば明らかなように、ギャッ
プの少ない方には多い方とは異なり高輝度の領域Hが存
在し、その部位は溶融池の近傍0.2〜0.3mmの範
囲にのみ存在することが判る。このように、ギャップが
増加すると受光光量が減少することになる。つまり、セ
ンサ22は被溶接点25からの光を側面から検出してい
るから、ギャップLが0に近い時には、センサ23と同
様な輝度を捕らえることができるが、ギャップLが大き
くなってくると、被溶接点25に生じる溶融池の輝度の
大きな部位はその穴の中に埋もれることとなり、これに
よって横方向に出力される光量が小さくなるためであ
る。従って、ギャップLの増大はその横方向の光量を検
出するように設けたセンサ22の出力の減少となって現
れることになる。
【0010】センサ22から出力される信号には、上記
のような情報が含まれている。従って、判断部35は、
図2に示した装置の各コンパレータから出力される信号
の組み合わせによって、図3に示すような4つの判断を
することができる。センサ22から出力される電圧値
が、コンパレータ31の基準電圧よりも大きく、かつ、
センサ23から出力される電圧値が、コンパレータ32
の基準電圧よりも大きいときには、両センサによって検
出されている被溶接点25における輝度が基準以上に大
きいのであるから、判断部35では溶接状態は良好であ
ると判断する。また、センサ22から出力される電圧値
が小さいときにはコンパレータ31から信号が出力され
ず、この場合には、判断部35では前述した理由によっ
て母材A及びBのギャップLが大きいと判断する。これ
とは逆に、センサ23から出力される電圧値が小さいと
きにはコンパレータ32から信号が出力されないが、こ
のようなことは考えられないから、判断部35では装置
エラーであると判断する。最後に、両センサから出力さ
れる電圧値が小さいときには、いずれのコンパレータか
らも信号が出力されず、この場合、判断部35では、レ
ーザー光の出力不足あるいはレーザースポット光の焦点
がずれていると判断する。このような場合には、溶融池
そのものの形成が不良と成るからである。このように、
2つのセンサから出力される電圧値に基づいて、4つの
態様の判断を行なうことができる。尚、本実施例では、
センサを2つ用いたものを例示したが、さらに多くのセ
ンサを設け、それらの情報に基づいてさらに細かな判断
を行なうことも可能である。
【0011】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、それ
ぞれ被溶接点に対して異なった角度で設けた2つのセン
によって同時に輝度を検出し、この輝度に基づいて溶
接状態の良否を判定させるようにしたので、溶接状態の
判定の信頼性が向上することになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明に係る溶接状態のモニタ装置に
おけるセンサの配置状態を示す図である。
【図2】図2は、図1に示した装置のブロック図であ
る。
【図3】図3は、図2に示した判断部で行われる判断の
態様を示す図である。
【図4】図4は、溶接の際に生じているギャップとアン
ダーカットとの関係を示す図である。
【図5】図5は、ギャップが0の場合の被溶接点におけ
る輝度分布を示す図である。
【図6】図6は、ギャップが0.15mmの場合の被溶
接点における輝度分布を示す図である。
【図7】図7は、従来の溶接状態のモニタ装置における
センサの配置状態を示す図である。
【図8】図8は、図7の装置におけるレーザー光の焦点
ずれとセンサの出力変化との関係を示す図である。
【図9】図9は、図7の装置における母材間のギャップ
とセンサの出力変化との関係を示す図である。
【符号の説明】
10…レーザー光 12…集光レンズ 20,21…フィルタ 22,23…センサ(第1及び第2センサ) 25…被溶接点 26…プラズマ 30…モニタ装置(判定手段) 31,32…コンパレータ(判定手段) 35…判断部(判定手段)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被溶接点を上方から見下げるようにして
    設けられ、当該被溶接点のプラズマから出力される光の
    輝度を検出する第1センサと、 前記被溶接点を横方向から眺めるようにして設けられ、
    当該被溶接点のプラズマから出力される光の輝度を検出
    する第2センサと、 当該第1及び第2センサからの信号を入力し、これらの
    センサからの信号が基準値よりも大きいか小さいかによ
    って溶接状態の良否を判定する判定手段とを有すること
    を特徴とする溶接状態のモニタ装置。
JP3240095A 1991-09-20 1991-09-20 溶接状態のモニタ装置 Expired - Lifetime JP2720649B2 (ja)

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JPH0577074A JPH0577074A (ja) 1993-03-30
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US5961859A (en) * 1997-10-23 1999-10-05 Trw Inc. Method and apparatus for monitoring laser weld quality via plasma size measurements
ES2255396B1 (es) * 2004-07-08 2007-06-16 Centro De Automatizaciono, Robotica Y Tecnologias De La Informacion Y La Fabricacion Instalacion y metodo de control de calidad de cordones de soldadura laser en procesos automatizados.
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JPH0655358B2 (ja) * 1988-04-26 1994-07-27 日本電気株式会社 レーザ溶接装置

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