JPWO2017122391A1 - レーザー溶接部における穴検出方法、およびレーザー溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接後に発生する穴欠陥を容易に検出する。
【解決手段】レーザー溶接装置１０は、レーザー光３１を照射するレーザー照射部３０と、レーザー照射部から照射されたレーザー光によって溶接された溶接部２１から放射された可視光４０の発光強度Ｖ１を検出する可視光用センサー４１と、制御部７０とを有する。制御部は、レーザー照射部の作動を、レーザー光を照射して複数の金属部材２０同士を溶接する溶接モードと、レーザー光を検査光３２として溶接部に再度照射する検査モードとに切り替え自在である。制御部は、レーザー照射部の作動を溶接モードの後に検査モードに切り替えて、レーザー照射部からレーザー光を検査光として溶接部に再度照射させる。制御部は、さらに、可視光用センサーの検出信号に基づき、検査光の照射によって溶接部から放射された可視光の発光強度の変化に基づいて溶接後に発生した穴を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー溶接部における穴検出方法、およびレーザー溶接装置に関する。

自動車の車体や構造体を組み立てるときには、通常、鋼板を所望の形状にプレス成形した金属部材を形成し、その後、複数の金属部材の一部を重ね合わせた部分にレーザー光を照射して溶接接合している。

レーザー溶接を行っている加工中に、レーザー溶接部の品質をモニタリングする技術が提案されている（特許文献１を参照。）。特許文献１に開示されたモニタリング方法にあっては、レーザー溶接を行っている加工中における溶接部から放射された可視光の発光強度と、溶接部からの反射光の強度とをそれぞれ検出する。そして、これら検出信号の周波数成分として、任意の周波数以下の低周波成分の強度と、前記任意の周波数を超える高周波成分の強度とに基づいて、溶接部の品質を判定している。

特開２０００−２７１７６８号公報

レーザー溶接においては、金属部材が溶融する途中に発生するガスによって、溶融金属が吹き飛ばされて溶融金属が不足してしまい、凝固するときに穴が発生することがある。このような穴欠陥は溶接後に発生するものであり、上記従来技術に記載されているレーザー溶接中におけるモニタリング技術を適用しても、欠陥を検出することができない。溶接後に発生する穴欠陥を容易に検出できるようにすることによって、溶接品質の向上を図ることが要請されている。

そこで、本発明は、溶接後に発生する穴欠陥を容易に検出できる、レーザー溶接部における穴検出方法、およびレーザー溶接装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明のレーザー溶接部における穴検出方法は、レーザー光を照射して複数の金属部材同士を溶接した後、前記レーザー光を検査光として溶接部に再度照射する。そして、前記検査光の照射によって前記溶接部から放射された可視光の発光強度を検出し、可視光の発光強度の変化に基づいて溶接後に発生した穴を検出する。

上記目的を達成する本発明のレーザー溶接装置は、レーザー光を照射するレーザー照射部と、前記レーザー照射部から照射されたレーザー光によって溶接された溶接部から放射された可視光の発光強度を検出する可視光用センサーと、制御部とを有する。制御部は、前記レーザー照射部の作動を、前記レーザー光を照射して複数の金属部材同士を溶接する溶接モードと、前記レーザー光を検査光として溶接部に再度照射する検査モードとに切り替え自在である。前記制御部は、前記レーザー照射部の作動を前記溶接モードの後に前記検査モードに切り替えて、前記レーザー照射部から前記レーザー光を検査光として溶接部に再度照射させる。前記制御部は、さらに、前記可視光用センサーの検出信号に基づき、前記検査光の照射によって前記溶接部から放射された可視光の発光強度の変化に基づいて溶接後に発生した穴を検出する。

本発明の実施形態に係るレーザー溶接装置を示す概略構成図である。 図２（Ａ）（Ｂ）は、溶接後にレーザー溶接部において発生した穴を検出する方法の原理を示す説明図であり、図２（Ａ）は、溶接後にレーザー溶接部において穴が発生していない場合における、可視光の発光強度の変化および反射光の強度の変化を示す図である。図２（Ｂ）は、溶接後にレーザー溶接部において穴（貫通穴）が発生している場合における、可視光の発光強度の変化および反射光の強度の変化を示す図である。図２（Ｃ）は、溶接後にレーザー溶接部に穴（非貫通穴）が発生している様子を示す図である。 図３（Ａ）（Ｂ）は、検査モードにおいて、レーザー照射部から照射される検査光としてのレーザー光の溶接部に対する照射角度を示す説明図であり、図３（Ａ）は、溶接部が伸びている方向つまりレーザー光の走査方向に対して交差する面内における照射角度を示している。図３（Ｂ）は、溶接部が伸びている方向つまりレーザー光の走査方向を含む面内における照射角度を示している。 レーザー溶接装置の動作を説明するフロー図である。 図５（Ａ）（Ｂ）は、穴を形成したテストピースを用いて、穴を検出する実験を行った結果を示す図であり、図５（Ａ）は、穴を形成したテストピースと、可視光の発光強度の変化を示すグラフ、図５（Ｂ）は、穴を形成したテストピースと、反射光の強度の変化を示すグラフである。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。

図１は、本発明の実施形態に係るレーザー溶接装置１０を示す概略構成図である。

図１を参照して、図示するレーザー溶接装置１０は、ＹＡＧレーザー溶接装置であり、概説すると、レーザー光３１を照射するレーザー照射部３０と、レーザー照射部３０から照射されたレーザー光３１によって溶接された溶接部２１から放射された可視光４０の発光強度Ｖ１を検出する第１センサー４１（可視光用センサー４１に相当する）と、レーザー照射部３０の作動を制御する制御部７０と、を有する。制御部７０は、レーザー照射部３０の作動を、レーザー光３１を照射して複数の金属部材２０同士を溶接する溶接モードと、レーザー光３１を検査光３２として溶接部２１に再度照射する検査モードとに切り替え自在である。制御部７０は、レーザー照射部３０の作動を溶接モードの後に検査モードに切り替えて、レーザー照射部３０からレーザー光３１を検査光３２として溶接部２１に再度照射させる。そして、制御部７０は、第１センサー４１の検出信号に基づき、検査光３２の照射によって溶接部２１から放射された可視光４０の発光強度Ｖ１の変化に基づいて溶接後に発生した穴２２（図２（Ｂ）（Ｃ）を参照）を検出する。図示するレーザー溶接装置１０にあっては、第１センサー４１に加えてさらに、検査光３２として照射したレーザー光３１の溶接部２１からの反射光５０の強度Ｖ２を検出する第２センサー５１（反射光用センサー５１に相当する）を有する。制御部７０は、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化、および第２センサー５１の検出信号に基づく反射光５０の強度Ｖ２の変化に基づいて溶接後に発生した穴２２を検出する。以下、詳述する。

レーザー照射部３０は、ＹＡＧレーザー発振器３３と、ロボットハンド３４に取り付けられたスキャンヘッド３５とを有する。ＹＡＧレーザー発振器３３において発生したレーザー光３１は、光ファイバー３６によってスキャンヘッド３５に導かれる。スキャンヘッド３５内には、コンデンサレンズや集光レンズなどを備える焦点可変機構３７が組み込まれている。焦点位置が調整されたレーザー光３１は、ミラー３８、揺動自在なスキャンミラー３９によって金属部材２０の表面に集光される。レーザー光３１を、直線形状、曲線形状、円形状、あるいは円弧形状などの任意の軌跡に沿って走査することができる。複数の金属部材２０同士は、レーザー光３１が照射されて溶接され、溶接部２１としての溶接ビードが形成される。

検査モードにおいて、レーザー光３１を検査光３２として溶接部２１に再度照射すると、検査光３２の照射によって熱せられた溶接部２１からは可視光４０が放射される。また、検査光３２として照射したレーザー光３１の一部は、溶接部２１に吸収されることなく溶接部２１からの反射光５０となる。可視光４０および反射光５０は、スキャンミラー３９によって折り返され、ミラー３８を透過し、一または複数のミラー６０や光ファイバー６１を通ってビームスプリッタ６２に入射される。

ビームスプリッタ６２には、可視光用センサー４１としての第１センサー４１と、反射光用センサー５１としての第２センサー５１と、ダイクロイックミラー６３と、１０６４ｎｍ±１０ｎｍの波長のみを透過する干渉フィルター６４とを有する。第１センサー４１および第２センサー５１のそれぞれは、フォトダイオードから構成されている。フォトダイオードは、光強度に対して相関関係を有する電圧を出力する。ビームスプリッタ６２においては、まず、溶接部２１からの入射光は、ダイクロイックミラー６３によって波長に応じて選択される。入射光のうちの波長７５０ｎｍ以下の可視光４０は、ダイクロイックミラー６３を透過し、第１センサー４１に導かれる。第１センサー４１は、受光した可視光４０の発光強度Ｖ１を電気信号に変換し、制御部７０に入力する。入射光のうちの赤外光は、ダイクロイックミラー６３に反射された後、１．０６μｍの波長を有するＹＡＧレーザー光３１のみが干渉フィルター６４を透過して第２センサー５１に導かれる。第２センサー５１は、受光した反射光５０の強度Ｖ２を電気信号に変換し、制御部７０に入力する。第１センサー４１および第２センサー５１からのそれぞれの電気信号は、プリアンプ、フィルター、ＡＤ変換器などを経て制御部７０に入力される。

制御部７０は、ＣＰＵやメモリを主体に構成されている。ＣＰＵには、第１センサー４１によって検出した可視光４０の発光強度信号、第２センサー５１によって検出した反射光５０の強度信号が入力される。ＣＰＵからは、レーザー照射部３０のＹＡＧレーザー発振器３３、焦点可変機構３７、スキャンミラー３９などの作動を制御するための信号が出力される。ＣＰＵからはまた、スキャンヘッド３５の姿勢を制御する信号がロボットハンド３４の関節軸を駆動するサーボモーターなどに出力される。メモリには、各部の作動を制御するためのプログラムのほか、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化に基づいて溶接後に発生した穴２２を検出するためのプログラムが記憶されている。メモリにはまた、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化および反射光５０の強度Ｖ２の変化に基づいて溶接後に発生した穴２２を検出するためのプログラムも記憶されている。制御部７０にはモニター７１が接続され、モニター７１は、可視光４０の発光強度Ｖ１、反射光５０の強度Ｖ２、穴欠陥の有無などを表示する。

制御部７０は、検査光３２が溶接部２１に加える熱量が、溶接部２１が再溶融する熱量を超えない熱量に調整されるようにレーザー照射部３０を制御する。これによって、溶接部２１が再溶融しない状態を維持しつつ、検査光３２を照射して、溶接後に発生した穴２２を検出できる。

制御部７０は、検査光３２として照射するレーザー光３１の出力、ビーム径、走査速度の少なくとも一つを調整させる。レーザー出力を下げたり、走査速度を速くしたり、スポット径を拡大したりすることによって、溶接部２１への入熱量を調整し、溶接部２１が再溶融する熱量を超えない熱量に簡単に調整できる。なお、レーザー光３１の出力、ビーム径、走査速度の少なくとも一つだけを調整すればよい。たとえば、レーザー出力を溶接時と同じに設定しても、走査速度を速くすることによって、溶接部２１への入熱量を調整できる。

図２（Ａ）（Ｂ）は、溶接後にレーザー溶接部２１において発生した穴２２を検出する方法の原理を示す説明図であり、図２（Ａ）は、溶接後にレーザー溶接部２１において穴２２が発生していない場合における、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化および反射光５０の強度Ｖ２の変化を示す図である。図２（Ｂ）は、溶接後にレーザー溶接部２１において穴２２（貫通穴２２ａ）が発生している場合における、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化および反射光５０の強度Ｖ２の変化を示す図である。図２（Ｃ）は、溶接後にレーザー溶接部２１に穴２２（非貫通穴２２ｂ）が発生している様子を示す図である。

第１センサー４１および第２センサー５１のそれぞれは、フォトダイオードから構成され、光強度に対して相関関係を有する電圧を出力する。図２（Ａ）を参照して、レーザー溶接が終了し、溶融金属が凝固した後において溶接部２１に穴２２が発生しなかった場合には、可視光４０の発光強度Ｖ１および反射光５０の強度Ｖ２には、大きな変化は現れない。

一方、図２（Ｂ）を参照して、レーザー溶接が終了し、溶融金属が凝固した後において溶接部２１に穴２２が発生した場合には、第１センサー４１および第２センサー５１からのそれぞれの電圧出力は、穴２２が発生した部分において大きく降下する。

したがって、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化に基づいて、溶接後に発生した穴２２を検出することができる。また、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化および反射光５０の強度Ｖ２の変化に基づいて、溶接後に発生した穴２２を検出することができる。溶接中のレーザー光３１を利用した従来の方法では、溶接後に生じる穴２２について検出することができなかった。これに対して、本実施形態では、溶接後に発生する穴欠陥を検出することができる。

ここで、溶接後に発生した穴２２を検出するにあたり、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化に加えて、反射光５０の強度Ｖ２の変化にも基づくようにした場合の利点は次のとおりである。

１台のレーザー溶接装置１０によって溶接および検査を行う場合にあっては、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化に基づくことによって、溶接後に発生した穴２２を正確に検出することができる。

一方、複数台のレーザー溶接装置１０によって同時に多数の打点を溶接する場合において、溶接点同士が比較的近いときには、以下の問題が生じる。溶接部２１からの可視光４０は放射状に放射され、発光強度Ｖ１は検査モードにおいても非常に強い。このため、一のレーザー溶接装置１０において放射された可視光４０が、検査モードにおいて動作している他のレーザー溶接装置１０の第１センサー４１に導かれることがある。このときには、他のレーザー溶接装置１０においては、可視光４０が重ねられてしまう。したがって、溶接後に穴２２が発生していたとしても、可視光４０の発光強度Ｖ１に大きな変化が現れず、その結果、溶接後に発生した穴２２を正確に検出することができなくなる。

照射した検査光３２は溶接部２１の表面における微小凹凸形状によって反射され易いので、第２センサー５１まで導かれる反射光５０は検査光３２の数パーセントにすぎない。このため、一のレーザー溶接装置１０において溶接部２１からの反射光５０が、検査モードにおいて動作している他のレーザー溶接装置１０の第２センサー５１に導かれることは実質的に生じない。

よって、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化に加えて、反射光５０の強度Ｖ２の変化にも基づくことによって、溶接後に発生した穴２２の検出精度を高めることが可能となる。特に、複数台のレーザー溶接装置１０によって同時に多数の打点を溶接する場合においても、溶接後に発生した穴２２を正確に検出できるという顕著な効果を奏する。

検出対象の穴２２は、溶接部２１における一方の表面２１ａから他方の表面２１ｂまで貫通する貫通穴２２ａ（図２（Ｂ）を参照）、または他方の表面２１ｂまで達しない非貫通穴２２ｂ（図２（Ｃ）を参照）のいずれでもよい。

貫通穴２２ａまたは非貫通穴２２ｂに拘わらず、貫通穴２２ａまたは非貫通穴２２ｂの部分においては、凝固した溶融金属の量が他の部分と異なっている。このため、可視光４０の発光強度Ｖ１に大きな変化が現れたり、反射光５０の強度Ｖ２の変化に大きな変化が現れたりする。この結果、溶接後に発生した貫通穴２２ａまたは非貫通穴２２ｂを正確に検出できるからである。

溶接後に発生した穴２２を検出できた場合において、検出した穴２２が貫通穴２２ａであるか、または非貫通穴２２ｂであるかの判定を行うときには次のようにすればよい。

まず、貫通穴２２ａの場合と、非貫通穴２２ｂの場合とのそれぞれにおいて、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化の参照波形を予め取得し記憶しておく。そして、検査モードにおいて得られた可視光４０の発光強度Ｖ１の変化を、貫通穴２２ａの場合の参照波形および非貫通穴２２ｂの場合の参照波形とそれぞれ比較する。そして、より近似した波形を示す参照波形の穴２２（貫通穴２２ａまたは非貫通穴２２ｂ）を、溶接後に発生した穴２２（貫通穴２２ａまたは非貫通穴２２ｂ）であると判定する。可視光４０の発光強度Ｖ１の変化を参照波形と比較するのに加えて、反射光５０の強度Ｖ２の変化を参照波形と比較するようにしてもよい。貫通穴２２ａの場合と、非貫通穴２２ｂの場合とのそれぞれにおいて、反射光５０の強度Ｖ２の変化の参照波形を予め取得し記憶しておく。そして、検査モードにおいて得られた反射光５０の強度Ｖ２の変化を、貫通穴２２ａの場合の参照波形および非貫通穴２２ｂの場合の参照波形とそれぞれ比較する。そして、より近似した波形を示す参照波形の穴２２（貫通穴２２ａまたは非貫通穴２２ｂ）を、溶接後に発生した穴２２（貫通穴２２ａまたは非貫通穴２２ｂ）であると判定する。

図３（Ａ）（Ｂ）は、検査モードにおいて、レーザー照射部３０から照射される検査光３２としてのレーザー光３１の溶接部２１に対する照射角度θを示す説明図であり、図３（Ａ）は、溶接部２１が伸びている方向つまりレーザー光３１の走査方向（紙面に対して直交する方向）に対して交差する面内における照射角度θを示している。図３（Ｂ）は、溶接部２１が伸びている方向つまりレーザー光３１の走査方向ｂ（白抜き矢印によって示される）を含む面内における照射角度θを示している。

図３（Ａ）（Ｂ）を参照して、検査モードにおいて、レーザー照射部３０から照射される検査光３２としてのレーザー光３１の溶接部２１に対する照射角度θは、金属部材２０の表面の法線ａから溶接後に発生した穴２２の中に検査光３２が照射される角度の範囲が好ましい。ここに、「溶接後に発生した穴２２の中に検査光３２が照射される角度」は、特に限定されるものではないが、約２０度である。図３（Ｂ）に示すように、検査部位における検査光３２と走査方向ｂとのなす角度αは鈍角または鋭角のいずれでもよい。

上述したように、貫通穴２２ａまたは非貫通穴２２ｂに拘わらず、貫通穴２２ａまたは非貫通穴２２ｂの部分においては、凝固した溶融金属の量が他の部分と異なっている。このため、検査光３２としてのレーザー光３１の溶接部２１に対する照射角度θを、金属部材２０の表面の法線ａから溶接後に発生した穴２２の中に検査光３２が照射される角度の範囲に設定することによって、可視光４０の発光強度Ｖ１に大きな変化が現れたり、反射光５０の強度Ｖ２の変化に大きな変化が現れたりする。この結果、溶接後に発生した貫通穴２２ａまたは非貫通穴２２ｂを正確に検出できるからである。

図４は、レーザー溶接装置１０の動作を説明するフロー図である。

図４を参照して、制御部７０は、レーザー照射部３０の作動を、レーザー光３１を照射して複数の金属部材２０同士を溶接する溶接モードに設定する（ステップＳ１１）。制御部７０は、ロボットハンド３４を駆動させ、溶接位置や溶接方向にあわせて、スキャンヘッド３５の姿勢を制御する。制御部７０は、ＹＡＧレーザー発振器３３を駆動させ、スキャンミラー３９を初期位置から首振りさせ、レーザー光３１を金属部材２０の表面に集光させつつ走査させる。これによって、複数の金属部材２０同士が溶接される。制御部７０は、スキャンミラー３９を回動させ、所定長さの溶接部２１の形成が終了するまで（ステップＳ１２、ＮＯ）、ステップＳ１１の溶接モードを継続する。

制御部７０は、スキャンミラー３９が所定角度回動し、所定長さの溶接部２１の形成が終了したと判断すると（ステップＳ１２、ＹＥＳ）、ＹＡＧレーザー発振器３３の作動を停止させる。制御部７０は、レーザー照射部３０の作動を、溶接モードの後に、レーザー光３１を検査光３２として溶接部２１に再度照射する検査モードに切り替える（ステップＳ１３）。制御部７０は、スキャンヘッド３５の姿勢を維持したまま、スキャンミラー３９を初期位置に復帰させる。制御部７０は、ＹＡＧレーザー発振器３３を再駆動させ、スキャンミラー３９を初期位置から首振りさせ、レーザー光３１を検査光３２として溶接部２１に再度照射させる。レーザー光３１を検査光３２として溶接部２１に再度照射することによって、熱せられた溶接部２１からは可視光４０が放射される。また、検査光３２として照射したレーザー光３１の一部は、溶接部２１に吸収されることなく溶接部２１からの反射光５０となる。ロボットハンド３４の関節軸を動かすことなく、スキャンミラー３９の駆動をサーボモーターによって制御できるため、検査光３２としてのレーザー光３１を高速かつ連続して照射させることが可能となる。

可視光４０および反射光５０は、ビームスプリッタ６２に入射される。ビームスプリッタ６２においては、溶接部２１からの入射光のうち可視光４０は第１センサー４１に導かれ、１．０６μｍの波長を有するＹＡＧレーザー光３１のみが干渉フィルター６４を透過して第２センサー５１に導かれる。制御部７０には、第１センサー４１によって検出した可視光４０の発光強度信号、第２センサー５１によって検出した反射光５０の強度信号が入力される（ステップＳ１４）。

制御部７０は、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化および反射光５０の強度Ｖ２の変化に基づいて、溶接後に発生した穴２２の有無を検出する（ステップＳ１５）。制御部７０は、スキャンミラー３９を回動させ、溶接部２１の全長にわたって検査が終了するまで、ステップＳ１３〜Ｓ１５の検査モードを継続する（ステップＳ１６、ＮＯ）。

制御部７０は、スキャンミラー３９が所定角度回動し、溶接部２１の全長にわたって検査が終了したと判断すると（ステップＳ１６、ＹＥＳ）、ＹＡＧレーザー発振器３３の作動を停止させ、レーザー光３１を検査光３２として再度照射させることを停止させる。

制御部７０は、１打点についての溶接および検査が終わると、次の打点を溶接するために、スキャンミラー３９の初期位置を変更させたり、ロボットハンド３４を駆動させてスキャンヘッド３５の姿勢を変更させたりする。

制御部７０は、１つのワーク（たとえば、自動車用パネル材など）に設定されたすべての打点についての溶接および検査が終わると（ステップＳ１７）、その１つのワークに対する溶接品質の判定を行う（ステップＳ１８）。

溶接品質の判定（ステップＳ１８）は、レーザー溶接の対象となるワークの特性に応じて、種々の基準を設定できる。たとえば、溶接後に発生した穴２２を１個でも検出したときには、溶接品質を「ＮＧ」と判定する。また、溶接後に発生した穴２２を検出した場合であって、１つの溶接部２１の全長に対する割合が接合強度の観点から許容される割合以下であるときには、溶接品質を「ＯＫ」と判定することも可能である。

（実験例）
図５（Ａ）（Ｂ）は、穴２２を形成したテストピースを用いて、穴２２を検出する実験を行った結果を示す図であり、図５（Ａ）は、穴２２を形成したテストピースと、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化を示すグラフ、図５（Ｂ）は、穴２２を形成したテストピースと、反射光５０の強度Ｖ２の変化を示すグラフである。各グラフにおいて、上側に示されるグラフは、下側に示されるグラフのスケールを一部拡大して示している。

テストピースは、直線形状の溶接部２１（溶接ビード）が形成されている。溶接部２１には穴２２を形成してある。検査光３２として照射するレーザー光３１は、１５０ｍｍ／ｓの速度で、１５ｍｍ走査した。レーザー光３１の出力は、５００Ｗとした。溶接部２１が伸びている方向つまりレーザー光３１の走査方向に対して交差する面内における照射角度θは、１０度とした（図３（Ａ）を参照）。溶接部２１が伸びている方向つまりレーザー光３１の走査方向を含む面内における照射角度θは、ゼロつまり金属部材２０の表面の法線方向とした（図３（Ｂ）を参照）。

図５（Ａ）を参照して、走査方向に沿う溶接部２１の穴２２の位置において、可視光４０の発光強度Ｖ１は最低の強度を示した。また、図５（Ｂ）を参照して、走査方向に沿う溶接部２１の穴２２の位置において、反射光５０の強度Ｖ２は最低の強度を示した。したがって、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化に基づいて、溶接部２１に存在する穴２２を検出できることが確認できた。また、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化および反射光５０の強度Ｖ２の変化に基づいて、溶接部２１に存在する穴２２を検出できることが確認できた。

以上説明したように、本実施形態のレーザー溶接部２１における穴検出方法によれば、レーザー光３１を照射して複数の金属部材２０同士を溶接した後、レーザー光３１を検査光３２として溶接部２１に再度照射する。そして、検査光３２の照射によって溶接部２１から放射された可視光４０の発光強度Ｖ１を検出し、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化に基づいて溶接後に発生した穴２２を検出する。また、上記の穴検出方法を具現化する本実施形態のレーザー溶接装置１０によれば、制御部７０は、レーザー照射部３０の作動を溶接モードの後に検査モードに切り替えて、レーザー照射部３０からレーザー光３１を検査光３２として溶接部２１に再度照射させる。制御部７０は、さらに、第１センサー４１の検出信号に基づき、検査光３２の照射によって溶接部２１から放射された可視光４０の発光強度Ｖ１の変化に基づいて溶接後に発生した穴２２を検出する。

かかる方法および装置によれば、レーザー溶接が終了し、溶融金属が凝固した後において溶接部２１に穴２２が発生した場合には、可視光４０の発光強度Ｖ１が穴２２の位置において大きく変化する。したがって、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化に基づいて、溶接後に発生する穴欠陥を容易に検出できる。既存のレーザー溶接用のレーザー光３１を検査光３２として流用することから、検査専用のレーザー設備を設ける必要がない。既存のレーザー溶接用のレーザー光３１やロボット設備を用いることができ、比較的安価に穴欠陥の検出を実現できる。

穴検出方法によれば、検査光３２として照射したレーザー光３１の溶接部２１からの反射光５０の強度Ｖ２を検出し、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化、および反射光５０の強度Ｖ２の変化に基づいて溶接後に発生した穴２２を検出する。また、レーザー溶接装置１０によれば、制御部７０は、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化、および第２センサー５１の検出信号に基づく反射光５０の強度Ｖ２の変化に基づいて、溶接後に発生する穴欠陥を容易に検出できる。

かかる方法および装置によれば、レーザー溶接が終了し、溶融金属が凝固した後において溶接部２１に穴２２が発生した場合には、可視光４０の発光強度Ｖ１および反射光５０の強度Ｖ２が穴２２の位置において大きく変化する。したがって、可視光４０の発光強度Ｖ１の変化および反射光５０の強度Ｖ２の変化に基づいて、溶接後に発生した穴２２を検出することができる。可視光４０の発光強度Ｖ１の変化に加えて、反射光５０の強度Ｖ２の変化にも基づくことによって、溶接後に発生した穴２２の検出精度を高めることが可能となる。特に、複数台のレーザー溶接装置１０によって同時に多数の打点を溶接する場合においても、溶接後に発生した穴２２を正確に検出できるという顕著な効果を奏する。

穴検出方法によれば、検査光３２が溶接部２１に加える熱量は、溶接部２１が再溶融する熱量を超えない熱量に調整されていることが好ましい。また、レーザー溶接装置１０によれば、制御部７０は、検査光３２が溶接部２１に加える熱量が、溶接部２１が再溶融する熱量を超えない熱量に調整されるようにレーザー照射部３０を制御することが好ましい。

かかる方法および装置によれば、溶接部２１が再溶融しない状態を維持しつつ、検査光３２を照射して、溶接後に発生した穴２２を検出できる。

穴検出方法によれば、検査光３２として照射するレーザー光３１の出力、ビーム径、走査速度の少なくとも一つを調整することが好ましい。また、レーザー溶接装置１０によれば、制御部７０は、検査光３２として照射するレーザー光３１の出力、ビーム径、走査速度の少なくとも一つを調整させることが好ましい。

かかる方法および装置によれば、レーザー出力を下げたり、走査速度を速くしたり、スポット径を拡大したりすることによって、溶接部２１への入熱量を調整し、溶接部２１が再溶融する熱量を超えない熱量に簡単に調整できる。

検査光３２の溶接部２１に対する照射角度θは、金属部材２０の表面の法線から溶接後に発生した穴２２の中に検査光３２が照射される角度の範囲であることが好ましい。

可視光４０の発光強度Ｖ１に大きな変化が現れたり、反射光５０の強度Ｖ２の変化に大きな変化が現れたりする。この結果、溶接後に発生した穴２２を正確に検出できる。

検出対象の穴２２は、溶接部２１における一方の表面２１ａから他方の表面２１ｂまで貫通する貫通穴２２ａ、または他方の表面２１ｂまで達しない非貫通穴２２ｂである。

貫通穴２２ａまたは非貫通穴２２ｂに拘わらず、貫通穴２２ａまたは非貫通穴２２ｂの部分においては、凝固した溶融金属の量が他の部分と異なっている。このため、可視光４０の発光強度Ｖ１に大きな変化が現れたり、反射光５０の強度Ｖ２の変化に大きな変化が現れたりする。この結果、溶接後に発生した貫通穴２２ａまたは非貫通穴２２ｂを正確に検出できる。

本出願は、２０１６年１月１４日に出願された日本特許出願番号２０１６−００５４６９号に基づいており、その開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。

１０ レーザー溶接装置、
２０ 金属部材、
２１ 溶接部、
２１ａ 一方の表面、
２１ｂ 他方の表面、
２２ 穴、
２２ａ 貫通穴、
２２ｂ 非貫通穴、
３０ レーザー照射部、
３１ レーザー光、
３２ 検査光、
３３ ＹＡＧレーザー発振器、
３４ ロボットハンド、
３５ スキャンヘッド、
３７ 焦点可変機構、
３９ スキャンミラー、
４０ 可視光、
４１ 第１センサー（可視光用センサー）、
５０ 反射光、
５１ 第２センサー（反射光用センサー）、
６２ ビームスプリッタ、
７０ 制御部、
θ 照射角度、
Ｖ１ 可視光の発光強度、
Ｖ２ 反射光の強度。

Claims (12)

1. レーザー光を照射して複数の金属部材同士を溶接した後、前記レーザー光を検査光として溶接部に再度照射し、前記検査光の照射によって前記溶接部から放射された可視光の発光強度を検出し、可視光の発光強度の変化に基づいて溶接後に発生した穴を検出する、レーザー溶接部における穴検出方法。
2. 前記検査光として照射した前記レーザー光の前記溶接部からの反射光の強度を検出し、可視光の発光強度の変化、および反射光の強度の変化に基づいて溶接後に発生した穴を検出する、請求項１に記載のレーザー溶接部における穴検出方法。
3. 前記検査光が前記溶接部に加える熱量は、前記溶接部が再溶融する熱量を超えない熱量に調整されている、請求項１または２に記載のレーザー溶接部における穴検出方法。
4. 前記検査光として照射する前記レーザー光の出力、ビーム径、走査速度の少なくとも一つを調整する、請求項３に記載のレーザー溶接部における穴検出方法。
5. 前記検査光の前記溶接部に対する照射角度は、前記金属部材の表面の法線から溶接後に発生した穴の中に前記検査光が照射される角度の範囲である、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のレーザー溶接部における穴検出方法。
6. 検出対象の穴は、前記溶接部における一方の表面から他方の表面まで貫通する貫通穴、または他方の表面まで達しない非貫通穴である、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のレーザー溶接部における穴検出方法。
7. レーザー光を照射するレーザー照射部と、
   前記レーザー照射部から照射された前記レーザー光によって溶接された溶接部から放射された可視光の発光強度を検出する可視光用センサーと、
   前記レーザー照射部の作動を、前記レーザー光を照射して複数の金属部材同士を溶接する溶接モードと、前記レーザー光を検査光として前記溶接部に再度照射する検査モードとに切り替え自在な制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記レーザー照射部の作動を前記溶接モードの後に前記検査モードに切り替えて、前記レーザー照射部から前記レーザー光を前記検査光として前記溶接部に再度照射させ、さらに、前記可視光用センサーの検出信号に基づき、前記検査光の照射によって前記溶接部から放射された可視光の発光強度の変化に基づいて溶接後に発生した穴を検出する、レーザー溶接装置。
8. 前記検査光として照射した前記レーザー光の前記溶接部からの反射光の強度を検出する反射光用センサーをさらに有し、
   前記制御部は、可視光の発光強度の変化、および前記反射光用センサーの検出信号に基づく反射光の強度の変化に基づいて溶接後に発生した穴を検出する、請求項７に記載のレーザー溶接装置。
9. 前記制御部は、前記検査光が前記溶接部に加える熱量が、前記溶接部が再溶融する熱量を超えない熱量に調整されるように前記レーザー照射部を制御する、請求項７または８に記載のレーザー溶接装置。
10. 前記制御部は、前記検査光として照射する前記レーザー光の出力、ビーム径、走査速度の少なくとも一つを調整させる、請求項９に記載のレーザー溶接装置。
11. 前記検査光の前記溶接部に対する照射角度は、前記金属部材の表面の法線から溶接後に発生した穴の中に前記検査光が照射される角度の範囲である、請求項７〜請求項１０のいずれか１つに記載のレーザー溶接装置。
12. 検出対象の穴は、前記溶接部における一方の表面から他方の表面まで貫通する貫通穴、または他方の表面まで達しない非貫通穴である、請求項７〜請求項１１のいずれか１つに記載のレーザー溶接装置。