JPH1158046A - レーザ溶接欠陥検出装置 - Google Patents

レーザ溶接欠陥検出装置

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JPH1158046A
JPH1158046A JP9213223A JP21322397A JPH1158046A JP H1158046 A JPH1158046 A JP H1158046A JP 9213223 A JP9213223 A JP 9213223A JP 21322397 A JP21322397 A JP 21322397A JP H1158046 A JPH1158046 A JP H1158046A
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laser
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オンラインで溶接箇所の欠陥の検出を行うこ
とができ、しかも欠陥の種類の判別をも行うことができ
るレーザ溶接欠陥検出装置を提供すること。 【解決手段】 溶接箇所からのレーザ散乱光を検出する
光検出部20と、検出されたレーザ散乱光を電気信号に
変換するフォトダイオード30と、前記電気信号のレベ
ルから欠陥の有無を検出するための欠陥検出処理装置4
0とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光による溶
接箇所について溶接を行っている状態、すなわちオンラ
インで欠陥の有無を検出するためのレーザ溶接欠陥検出
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、レーザ光を用いたレーザ溶接が実
用化されている。レーザ光によれば、高パワー密度での
溶接が可能であり、特に自動車ボディのような薄い鋼板
の溶接に適している。これまで、レーザ溶接における溶
接欠陥検査は、検査員が目視で行っていることが多い。
しかし、自動車製造のような大量生産ラインでは多くの
箇所の検査が必要であり、目視の場合には検査員の負担
が大きい。そこで、検査員の負担を減らすためのオンラ
イン欠陥計測技術が要求されている。
【0003】このような要求にこたえる計測技術とし
て、CO2 ガスレーザ発振器を使用したレーザ溶接にお
いて、溶接箇所から発生するプラズマ光を計測して欠陥
の有無を計測する技術が提案されている。これは、溶接
学会論文集 第14巻 第4号1996年 p689〜
693に、『テーラードブランク溶接における溶接欠陥
の検出』と題して開示されている。この計測技術は、以
下の原理に基づいている。
【0004】レーザ溶接は、レーザ光を金属等の対象ワ
ークに照射して溶融接合するものであり、溶融部分には
プラズマが発生してプラズマ光を放出する。プラズマ光
の計測にはフォトダイオードの使用が一般的であり、そ
の検出範囲は紫外光から近赤外光程度(波長0.2〜
1.2μm程度)である。言い換えれば、上記の計測技
術は、プラズマ光の波長がフォトダイオードによる計測
範囲にあることを利用していると言える。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】これに対し、本発明
は、溶接箇所から放出されるプラズマ光以外の光でも欠
陥の検出を可能とするレーザ溶接欠陥検出装置を実現し
ようとするものである。
【0006】本発明の他の課題は、欠陥の検出をオンラ
インで行うことができ、しかも欠陥の種類の判別をも行
うことができるレーザ溶接欠陥検出装置を実現しようと
するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光によ
る溶接箇所について溶接を行っている状態で欠陥の有無
を検出するためのレーザ溶接欠陥検出装置において、溶
接箇所からのレーザ散乱光を検出する光検出手段と、検
出されたレーザ散乱光を電気信号に変換する変換手段
と、前記電気信号のレベルから欠陥の有無を検出するた
めの欠陥検出手段とを備えたことを特徴とする。
【0008】なお、前記欠陥検出手段は、前記変換手段
からの電気信号をディジタル信号に変換するA/D変換
器と、前記ディジタル信号からあらかじめ定められた高
周波成分を除去するためのローパスフィルタと、該ロー
パスフィルタの出力を微分して微分信号を出力するため
の微分処理部と、前記ディジタル信号の値が第1のしき
い値L1を越えているかどうかで第1の欠陥を検出し、
前記ディジタル信号の値が前記第1のしきい値L1より
も低い第2のしきい値よりも低いかどうかで第2の欠陥
を検出するための第1の処理手段と、前記微分信号の値
が変化量0の場合を基準としてこの値を間にした第3の
しきい値L3と第4のしきい値L4(但しL3>L4)
の範囲を越えているかどうかを検出する第2の処理手段
と、該第2の処理手段の検出結果と前記第1の処理手段
の検出結果とを受けて前記第2の処理手段のみから出力
がある時にこれを第3の欠陥として検出する欠陥種類判
別処理部とを有する。
【0009】前記レーザ光としては、YAGレーザ光で
あることが好ましい。
【0010】前記光検出手段は、集光レンズと、YAG
レーザ光の透過可能な帯域を持つフィルタとを含み、前
記変換手段は、フォトダイオードで構成される。
【0011】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
好ましい実施の形態について説明する。図1において、
本形態によるレーザ溶接欠陥検出装置は、レーザ伝送フ
ァイバ10を通して図示しないレーザ発振器から供給さ
れるレーザ光をレーザトーチ11で対象ワーク12に照
射してレーザ溶接を行っている状態で溶接箇所の欠陥の
有無をオンラインで検出するものである。レーザ溶接欠
陥検出装置は、溶接箇所からのレーザ散乱光を検出する
光検出部20と、検出されたレーザ散乱光を電気信号に
変換して計測信号として出力するフォトダイオード30
と、計測信号を増幅するアンプ31と、増幅された計測
信号のレベルから欠陥の有無を検出するための欠陥検出
処理装置40と、検出された欠陥をその種別に応じて表
示する表示装置50と、検出された欠陥をその種別に応
じて記憶する記憶装置60とを備えている。
【0012】本形態では、レーザ発振器としてYAGレ
ーザ発振器を用いる。これは、YAGレーザによる溶接
において溶接箇所から放出されるレーザ散乱光は欠陥に
対して明確に特徴が現れるという点に着目している。し
かも、YAGレーザは、波長が1.06μmであるた
め、その散乱光をフォトダイオード30でも検出できる
という利点もある。このような観点から、光検出部20
は、集光レンズ21と、YAGレーザ散乱光の透過可能
な帯域を持つフィルタ22とから成る。
【0013】欠陥検出装置40は、図2を参照して、増
幅された計測信号をディジタル信号に変換するためのA
/D変換器41と、CPU42、及び高速信号処理プロ
セッサ43とから成り、あらかじめ決められている欠陥
検出処理アルゴリズムに従って欠陥検出処理を行う。こ
のような構成自体は、信号処理装置として一般的であ
り、パーソナルコンピュータを利用して容易に実現でき
る。
【0014】CPU42及び高速信号処理プロセッサ4
3を機能ブロック図で表すと、図3のようになる。すな
わち、A/D変換器41からのディジタル化された計測
信号を受けて後述する処理を行うと共に、ディジタルロ
ーパスフィルタ45、微分処理部46を通して送られて
くる信号を受けて後述する処理を行う欠陥検出処理部4
7を含む。ディジタルローパスフィルタ45は、ディジ
タル化された計測信号からあらかじめ定められた高周波
成分を除去するためのものであり、微分処理部46は、
ディジタルローパスフィルタ45の出力を微分して微分
信号を出力するためのものである。なお、図中破線で示
すディジタルバンドパスフィルタ44は省略されても良
い。
【0015】欠陥検出処理部47は更に、図4に示す機
能ブロック図で表すことができる。すなわち、ディジタ
ル化された計測信号を受けてそのレベル(ディジタル
値)が後述する第1のしきい値L1を越えているかどう
かで第1の欠陥を検出し、ディジタル化された計測信号
のレベルが第1のしきい値L1よりも低い第2のしきい
値L2よりも低いかどうかで第2の欠陥を検出するため
の第1の処理部47−1と、微分信号を受けてそのレベ
ルが後述する第3のしきい値L3と第4のしきい値L4
との範囲を越えているかどうかを検出するための第2の
処理部47−2と、第1の処理部47−1の検出結果と
第2の処理部47−2の検出結果とを受けて、第1のし
きい値L1と第2のしきい値L2との間で所定値以上の
変化を呈する第3の欠陥を検出するための欠陥種類判別
処理部47−3とを有する。
【0016】図5に典型的な溶接欠陥を含んだ計測信号
波形を示す。ここでは、3種類の欠陥、、を含ん
でおり、その種類により波形の形や特徴が異なる。以下
に、欠陥検出処理アルゴリズムについて説明する。第1
の欠陥検出処理部47−1による欠陥検出の処理は、図
5に示すように、良好な溶接時の波形のレベル(レーザ
散乱光強度に相当する)を間にして上下にそれぞれ第1
のしきい値L1、第2のしきい値L2を設定し、計測信
号のレベルが第1のしきい値L1を越えると第1の欠陥
と判別し、計測信号のレベルが第2のしきい値L2よ
りも低下すると第2の欠陥と判別する。これにより、
第1、第2の欠陥、を検出できる。
【0017】波形の変化が第1、第2のしきい値L1、
L2の範囲内であるために、上記の処理で判別できない
第3の欠陥の検出は、図5の波形をディジタルローパ
スフィルタ45で高周波成分を除去して図6に示すよう
な波形を得た後、微分処理部46による微分処理で波形
の変化、すなわち傾きを求めて行う。
【0018】図7は微分処理結果を示し、第2の処理部
47−2では変化量0、すなわち傾きが無い時の値を0
としてこれを間にした第3のしきい値L3と第4のしき
い値L4(L3>L4)を設定し、微分処理結果が第3
のしきい値L3と第4のしきい値L4との間の範囲を越
えている時に欠陥と判別する。ただし、この処理では、
第1、第2の欠陥、も検出されるので、これらと区
別する必要がある。この区別は、欠陥種類判別処理部4
7−3で行われる。欠陥種類判別処理部47−3は、第
1の処理部47−1では欠陥が検出されず、第2の処理
部47−2で欠陥が検出された場合に第3の欠陥と判
別する。
【0019】このようにして、欠陥検出処理部47は、
第1〜第3の欠陥〜を検出すると、その種類を示す
データと共に表示装置50に送出して表示させたり、記
憶装置60に送出して記憶させる。
【0020】以上の信号処理は、便宜上、バッチ処理的
に説明しているが、実際には計測信号を逐次演算処理し
て連続的に欠陥検出を行う。なお、レーザトーチ11は
図示しない制御装置により位置制御されて移動するの
で、この位置制御信号を用いて溶接箇所を特定すること
ができる。それゆえ、上記のような欠陥を検出した時、
欠陥の種類だけでなくその発生箇所を示すデータも付加
して表示あるいは記憶させることができることは言うま
でも無い。
【0021】以上、本発明をYAGレーザを用いた溶接
の場合について説明したが、本発明は他のレーザ発振
器、例えばCO2 ガスレーザ発振器やエキシマレーザ発
振器を用いたレーザ溶接にも適用可能である。この場
合、光検出部20はレーザ散乱光の波長に合わせたもの
とし、フォトダイオード30も他の光電素子に代える必
要がある。例えば、CO2 ガスレーザ発振器のレーザ光
は、通常、10.6μmの波長を有するので、これを検
出できるように光学系の構成や光電素子の選定を行えば
良い。
【0022】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、レーザ散乱光の強度変化によりオンラインで欠陥の
検出を行うことができ、しかも欠陥の種類の判別をも行
うことができる。したがって、検査員の削減、オンライ
ン計測による検査時間の短縮、検査の自動化による生産
ラインの自動化に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施の形態の構成を示す図で
ある。
【図2】図1に示された欠陥検出処理装置の構成を示し
たブロック図である。
【図3】図2に示されたCPUと高速信号処理プロセッ
サとの機能ブロック図である。
【図4】図3に示された欠陥検出処理部の機能ブロック
図である。
【図5】図1に示されたアンプから得られる計測信号の
一例を示した図である。
【図6】図5の計測信号を図3に示されたディジタルロ
ーパルフィルタを通して得られる信号波形を示した図で
ある。
【図7】図6の信号を図3に示された微分処理部を通し
て得られる信号波形を示した図である。
【符号の説明】
10 レーザ伝送ファイバ 11 レーザトーチ 12 対象ワーク 20 光検出部 21 集光レンズ 22 フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01S 3/16 H01S 3/16

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光による溶接箇所について溶接を
    行っている状態で欠陥の有無を検出するためのレーザ溶
    接欠陥検出装置において、 溶接箇所からのレーザ散乱光を検出する光検出手段と、 検出されたレーザ散乱光を電気信号に変換する変換手段
    と、 前記電気信号のレベルから欠陥の有無を検出するための
    欠陥検出手段とを備えたことを特徴とするレーザ溶接欠
    陥検出装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のレーザ溶接欠陥検出装置
    において、前記欠陥検出手段は、 前記変換手段からの電気信号をディジタル信号に変換す
    るA/D変換器と、 前記ディジタル信号からあらかじめ定められた高周波成
    分を除去するためのローパスフィルタと、 該ローパスフィルタの出力を微分して微分信号を出力す
    るための微分処理部と、 前記ディジタル信号の値が第1のしきい値L1を越えて
    いるかどうかで第1の欠陥を検出し、前記ディジタル信
    号の値が前記第1のしきい値L1よりも低い第2のしき
    い値よりも低いかどうかで第2の欠陥を検出するための
    第1の処理手段と、 前記微分信号の値が変化量0の場合を基準としてこの値
    を間にした第3のしきい値L3と第4のしきい値L4
    (但しL3>L4)の範囲を越えているかどうかを検出
    する第2の処理手段と、 該第2の処理手段の検出結果と前記第1の処理手段の検
    出結果とを受けて前記第2の処理手段のみから出力があ
    る時にこれを第3の欠陥として検出する欠陥種類判別処
    理部とを有することを特徴とするレーザ溶接欠陥検出装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のレーザ溶接欠陥検出装置
    において、前記レーザ光は、YAGレーザ光であること
    を特徴とするレーザ溶接欠陥検出装置。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のレーザ溶接欠陥検出装置
    において、前記光検出手段は、集光レンズと、YAGレ
    ーザ光の透過可能な帯域を持つフィルタとを含み、前記
    変換手段は、フォトダイオードで構成されることを特徴
    とするレーザ溶接欠陥検出装置。
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