JP2824499B2 - 溶接良否判定方法及び装置 - Google Patents
溶接良否判定方法及び装置Info
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Description
質の良否を判定するための方法および装置に関する。
学的に凝固する接合法である。抵抗溶接およびアーク溶
接が代表的な溶接法として活用されてきているが、最近
ではレーザ溶接も急速に普及しつつある。
定する方法は、二つの方式に大別される。第1の方式
は、溶接電流等の溶接条件をモニタして溶接の良否を判
定する方式である。この方式では、一般に、設定通りま
たは許容範囲内の溶接条件の下で溶接が実行されたとき
は溶接良好との判定結果を出し、溶接実行時に溶接条件
が設定値または許容範囲内になかったときは溶接不良と
の判定結果を出す。第2の方式は、溶接が行われた後に
被溶接材の溶接部の状態を検査して溶接の良否を判定す
る方式である。この方式には、溶接部を引っ張ったり曲
げたりしてその強度を測定する破壊試験と、放射線また
は超音波等を用いて溶接部の欠陥を探査する非破壊試験
とがある。
接直後に溶接良否の判定結果を出すので、溶接不良の結
果が出た場合は直ちに再溶接を行って不良の溶接品質を
良好な溶接品質に修正できるという長所があるが、溶接
部の状態を直接診るわけではないので、誤った判定を出
すおそれがある。
査するので、第1の方式よりも信頼性の高い判定結果を
得ることができる。しかし、試験のための特殊の治具、
プローブ等を使用するため、被溶接材を溶接位置から移
送して別の場所で試験を行わなければならず、再溶接を
行うのが難しいという不都合がある。さらに、破壊試験
は、抜き取り試験しかできないため、試験を行わない製
品(被溶接材)についての品質保証が不十分となる欠点
がある。また、従来の非破壊試験は、写真やプローブ等
を用いるため、判定結果が出るまでに長時間を要すると
いう不具合があった。
もので、溶接結果または溶接品質についての信頼性の高
い判定結果を短い時間で容易に得るようにした溶接良否
判定方法および装置を提供することを目的とする。
めに、本発明の溶接良否判定方法は、被溶接材の溶接部
付近(溶接部ないしその近傍)にレーザ光を照射する段
階と、前記レーザ光を照射された前記溶接部付近の時間
的な温度の変化を検出する段階と、前記レーザ光の照射
が終了した後の前記溶接部付近の時間的な温度変化の立
ち下がり特性に基づいて前記溶接部の溶接の良否を判定
する段階とを有する構成とした。
接材の溶接部付近にレーザ光を照射するレーザ光照射手
段と、前記レーザ光を照射された前記溶接部付近の温度
を検出する温度センサと、前記レーザ光の照射が終了し
た後の前記溶接部付近の時間的な温度変化の立ち下がり
特性に基づいて前記溶接部の溶接の良否を判定する判定
手段とを具備する構成とした。
接部が溶融加熱または単に加熱され、その温度が急激に
上昇する。この溶接部の温度がピーク値に達するまでの
変化(立ち上がり)は、レーザ光の出力、被溶接材の材
質、板厚等によって決まる。ピーク値に達した後の溶接
部の温度の時間特性(立ち下がり特性)は、溶接の良否
に関係している。すなわち、溶接部でナゲットが十分に
拡大成長し、両被溶接材間に安定・強固な金属接合が形
成されたときは、レーザ光を照射された表側の被溶接材
から裏側の被溶接材への熱引き(熱伝導)が大きいた
め、表側被溶接材の温度は比較的大きな勾配で速く下が
る。しかし、溶接部のナゲットの拡大成長が不十分で、
両被溶接材間の金属接合が弱いときは、表側の被溶接材
から裏側の被溶接材への熱引き(熱伝導)が小さいた
め、表側被溶接材の温度は比較的小さな勾配でゆっくり
と下がる。本発明では、上記のような溶接部の温度変化
を赤外線センサ等の温度センサによって検出し、判定手
段において基準値と比較して溶接良否の判定結果を出
す。
明する。図1は、本発明の一実施例による溶接良否判定
装置の構成を示す。図1において、レーザ発振器10
は、たとえばYAGレーザ装置であり、レーザ溶接に適
した出力のレーザ光を出力する。レーザ発振器10より
出力されたレーザ光は光ファイバ14を通って出射ユニ
ット12に導かれる。出射ユニット12は、光ファイバ
14の端面よりユニット内に入射したレーザ光をコリメ
ータレンズによって平行光に変え、その平行光を集光レ
ンズによって被溶接材16,18の溶接部(加工点)W
に集光せしめる。このようにして、出射ユニット12か
らのレーザ光LBが溶接部Wに照射することによって、
その箇所で両金属(被溶接材)16,18が溶融凝固し
て互いに接合する。この実施例において、レーザ発振器
10、出射ユニット12および光ファイバ14は、レー
ザ溶接を行うためのレーザ光照射装置15を構成してい
る。
の側方の所定位置に赤外線センサ20の受光部22が配
設される。赤外線センサ20は、この受光部22と、受
光部22の手前に配設された光学フィルタ24と、受光
部22に受光された赤外線を伝搬する光ファイバ26
と、赤外線を電気信号に変換する光電変換部28とから
構成される。
部Wに向けた状態で適当な支持手段(図示せず)によっ
て支持される。被溶接材16の溶接部W付近から放射さ
れた赤外線の一部RBは光学フィルタ24を介して受光
部22に入射する。光学フィルタ24は、赤外線RBを
ほぼ100%通す一方で、YAGレーザ光LBをほぼ1
00%反射する。受光部22で受光された赤外線RB
は、光ファィバ26を介して光電変換部28に送られ、
ここで電気信号に変換される。光電変換部28には、赤
外線の周波数が高いほど電圧レベルの高い電気信号に変
換する赤外線感知素子回路が内蔵されている。全ての物
体がそうであるように、被溶接材16は、その温度が高
いほど周波数の高い赤外線を発する。したがって、光電
変換部28の出力端子には、溶接部W付近の被溶接材1
6の温度に対応した電圧レベルを有する温度検出信号T
Sが得られる。
力された温度検出信号TSは、判定装置30の比較部3
2に与えられる。判定装置30は、比較部32の外に、
基準値設定部34および判定出力部36を有する。基準
値設定部34には、溶接良否判定のための基準値ASが
設定される。この基準値ASは、被溶接材16,18の
材質、形状等の被溶接材側の条件、レーザ光LBの出
力、照射時間等のレーザ光側の条件、さらにはユーザの
希望する溶接品質等に応じて、溶接良否の経験値から適
当な値に選ばれてよい。
発振と同期して、たとえばレーザ光LBの照射開始時刻
または照射終了時刻から所定時間後の時点で赤外線セン
サ20からの温度検出信号TSの値[TS]を基準値A
Sと比較し、その比較結果を二値信号COとして判定出
力部36に与える。判定出力部36は、比較部32から
の比較結果信号COの論理状態に応じて溶接良否の判定
結果を出力する。判定出力部36より得られた判定出力
信号DSは、警報装置または表示装置(図示せず)に与
えられる。
否判定装置の作用を説明する。被溶接材16,18の溶
接部Wに対しては、図2の(A) に示すように、レーザ溶
接用のレーザ光LBが所定の出力P0 で所定時間T0 だ
け照射される。そうすると、光電変換部28より得られ
る温度検出信号TSは、図2の(B) に示すように、レー
ザ光LBの照射時間中は急激に立ち上がり、レーザ光L
Bの照射が終了した後は次第に下がるような変化を示
す。このような温度検出信号TSの時間特性は、溶接部
Wにおける被溶接材16の温度の時間特性に対応してい
る。一般に、レーザ光LBに対して溶接材16の温度は
時間遅れがあにために、レーザ照射終了時刻tE 後に信
号TSはピーク値[TS]P に達する。
出信号TSの時間特性(立ち上がり特性)は、溶接の良
否に関係なくほぼ一定している。しかし、ピーク値に達
した後の信号TSの時間特性(立ち下がり特性)は、溶
接の良否に関係している。すなわち、レーザ光LBの照
射により、溶接部Wでナゲットが十分に拡大成長し、両
被溶接材16,18間に安定・強固な金属接合が形成さ
れたときは、表側の被溶接材16から裏側の被溶接材1
8への熱引き(熱伝導)が大きいため、表側被溶接材1
6の温度は比較的大きな勾配で速く下がる。しかし、溶
接部Wのナゲットの拡大成長が不十分で、両被溶接材1
6,18間の金属接合が弱いときは、表側の被溶接材1
6から裏側の被溶接材18への熱引き(熱伝導)が小さ
いため、表側被溶接材16の温度は比較的小さな勾配で
ゆっくりと下がる。
ザ照射開始時刻ts または終了時刻tE から所定時間後
の時刻tp で温度検出信号TSの値[TS]が基準値A
Sと比較され、[TS]<ASのときは“H”レベルの
比較結果信号COが得られ、[TS]>ASのときは
“L”レベルの比較結果信号COが得られる。判定出力
部36は、比較結果信号COが“H”レベルのときは
「溶接良好」、“L”レベルのときは「溶接不良」の判
定出力信号DMを発生する。
出すときは、レーザ発振部10に再溶接を行うための指
令信号を与えるようにしてもよい。また、温度検出信号
TSのピーク値[TS]P の値からレーザ光照射装置1
5の異常事態あるいは被溶接材16,18側の異常事態
を検出するようにしてもよい。
度検出信号TSの値[TS]を基準値ASと比較するこ
とによって、温度検出信号TSの時間特性を検出して溶
接良否を判定することができる。しかし、他の方法を用
いることも可能である。たとえば、温度検出信号TSを
所定時間(tP)まで時間積分し、その積分値が所定の基
準値より小さいときは溶接良好、大きいときは溶接不良
と判定しても、上記と同様な判定結果が得られる。ある
いは、温度検出信号TSがピーク値[TS]Pに達して
から基準値ASに下がるまでの所要時間(tM)を求め、
その所要時間(tM)を所定の基準値と比較することによ
っても、同様な判定結果が得られる。さらには、ピーク
値[TS]P 直後の温度検出信号TSの勾配(微分値)
を検出することによっても、同様な判定結果が得られ
る。
の受光部22を溶接部Wに近い位置に配設したが、図3
および図4に示すように溶接部Wから離れた場所に配設
することも可能である。
出射ユニット12に取付した例である。出射ユニット1
2内には2つのダイクロイックミラーが設けられ、第1
のダイクロイックミラーによってレーザ発振器10から
のレーザ光LBの光路が溶接部Wに向けてほぼ直角に曲
げられ、第2のダイクロイックミラーによって溶接部W
からの赤外線RBがユニット12の一側面に取付したセ
ンサ受光部20に向けてほぼ直角に曲げられるようにな
っている。また、溶接部Wから出射ユニット12に入っ
た可視光は、第1および第2のダイクロイックミラーを
透過してユニット上端に取付された撮像素子たとえばC
CDセンサ40の受光面に結像するようになっている。
レーザ発振器10内に配設した例である。レーザ発振部
10Aより出射されたレーザ光LBは、ダイクロイック
ミラー10Bでほぼ直角に光路を曲げられて入射ユニッ
ト10Cに入り、入射ユニット10Cから光ファイバ1
4および出射ユニット12を通って溶接部Wに照射する
ようになっている。溶接部Wより発せられた赤外線RB
の一部は、出射ユニット12、光ファイバ14、入射ユ
ニット10Cを通ってレーザ発振器10内に入り、次に
ダイクロイックミラー10Bを通ってセンサ受光部22
に入射するようになっている。
10と光ファイバ14を介して結ばれた出射ユニット1
2よりレーザ光LBを被溶接材16,18の溶接部Wに
照射するようにしたが、レーザ発振器10から出たレー
ザ光LBを直接溶接部Wに照射するようにしてもよい。
接良否の判定結果を出すので、溶接不良の結果が出た場
合は直ちに再溶接を行って不良の溶接品質を良好な溶接
品質に修正できる。しかも、電流等の溶接条件をモニタ
してではなく、溶接部Wの温度変化を検出してその接合
状態を直接診るので、信頼性の高い判定結果が得られ
る。また、溶接ライン上で溶接良否の判定を行うので、
全ての溶接部Wについての判定すなわち全数検査が可能
である。
置は、上述したレーザ溶接以外の溶接たとえば抵抗溶接
にも適用可能である。その場合、本発明の溶接良否判定
装置を抵抗溶接機の付近に配設して抵抗溶接ラインに組
み込むことも可能である。もっとも、通常は既に抵抗溶
接の済んだ溶接部について溶接良否の判定が行われるこ
とになろう。この場合のレーザ光は、溶接部Wを所定温
度たとえば500°C程度まで加熱するために照射され
る。したがって、レーザ発振器10を低出力レーザ装置
で構成してよい。このレーザ光を照射された一方の被溶
接材16の温度は、急激に上昇してピーク値に達し、そ
の後は溶接部Wの接合状態の良否に応じた勾配で下が
る。このような溶接部Wの温度変化は赤外線センサ20
によって検出され、判定装置30によって溶接の良否が
判定される。
発振モードが可能であり、パルス発振によるレーザ光で
も連続発振によるレーザ光であってもよい。また、検査
の対象となる溶接部は点溶接に限るものではなく、たと
えばシーム溶接や突き合わせ溶接等でも可能である。
変化を検出する温度センサとして、図5に示すように熱
熱対42を使用することも可能である。
被溶接材の溶接部付近にレーザ光を照射し、レーザ光の
照射後における該溶接部付近の時間的な温度変化の立ち
下がり特性に基づいて該溶接部の溶接の良否を判定する
ようにしたので、溶接良否について信頼性の高い判定結
果を短時間で容易に得ることができる。
成を示す図である。
するための図である。
成を示す図である。
構成を示す図である。
構成を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 被溶接材の溶接部付近にレーザ光を照射
する段階と、 前記レーザ光を照射された前記溶接部付近の時間的な温
度の変化を検出する段階と、 前記レーザ光の照射が終了した後の前記溶接部付近の時
間的な温度変化の立ち下がり特性に基づいて前記溶接部
の溶接の良否を判定する段階とを有することを特徴とす
る溶接良否判定方法。 - 【請求項2】 前記レーザ光は、前記溶接部を溶接する
ためのレーザ光である請求項1に記載の溶接良否判定方
法。 - 【請求項3】 前記レーザ光は、既に溶接されている前
記溶接部を加熱するためのレーザ光である請求項1に記
載の溶接良否判定方法。 - 【請求項4】 被溶接材の溶接部付近にレーザ光を照射
するレーザ光照射手段と、 前記レーザ光を照射された前記溶接部付近の温度を検出
する温度センサと、 前記レーザ光の照射が終了した後の前記溶接部付近の時
間的な温度変化の立ち下がり特性に基づいて前記溶接部
の溶接の良否を判定する判定手段とを具備することを特
徴とする溶接良否判定装置。 - 【請求項5】 前記温度センサは、前記被溶接材の溶接
点付近より発せられる赤外線を受光し、前記溶接点付近
の温度を表す温度検出信号を出力する赤外線センサから
なることを特徴とする請求項4に記載の溶接良否判定装
置。
Priority Applications (1)
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JP4171758A JP2824499B2 (ja) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | 溶接良否判定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4171758A JP2824499B2 (ja) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | 溶接良否判定方法及び装置 |
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JPH05337662A JPH05337662A (ja) | 1993-12-21 |
JP2824499B2 true JP2824499B2 (ja) | 1998-11-11 |
Family
ID=15929140
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4171758A Expired - Fee Related JP2824499B2 (ja) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | 溶接良否判定方法及び装置 |
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1992
- 1992-06-04 JP JP4171758A patent/JP2824499B2/ja not_active Expired - Fee Related
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成田圀郎 他著 「現代溶接技術大系《第35巻》 やさしい溶接部の試験と検査」 (昭55−1−23) 産報出版 p.180−181 |
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