WO2011162417A1 - Defective electrode detecting device - Google Patents

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佳剛 川上
俊樹 野杁
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有限会社西原電子
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Abstract

Welding defects in all types of products can be detected at an early stage. A defective electrode detecting device used for a workpiece made of a laminated aluminum alloy comprises: a reflected light collecting unit for collecting reflected light of light waves scattered from a welding region; an infrared light collecting unit for collecting infrared light; each sensor unit for extracting the reflected light and infrared light having predetermined wavelengths from the light waves collected in each collecting unit, converting the extracted lights to electric signals, and transmitting the electric signals to a welding state determination processing unit (11); and the welding state determination processing unit (11) for monitoring each of the signals during the time that elapses before the welding region has been solidified. The welding state determination processing unit includes a control and calculation means for monitoring the detected intensities of the reflected light and infrared light on a per time basis, an output means, and a storage means. When the peak value of the detected intensity of the reflected light after a predetermined time of 2 ms has elapsed is a predetermined threshold value of 20 or more, the welding state determination processing unit determines an abnormality as a "visible defect" if the peak value of the detected intensity of the infrared light is a predetermined threshold value of 0.6 or more and as a "invisible defect" if the peak value of the detected intensity of the infrared light is less than a threshold value of B.

Description

欠陥電極検出装置Defective electrode detector
 本願発明は電池に関し、例えばリチウムイオン電池の電極等に用いられるアルミニウム合金の溶接欠陥を検出する欠陥電極検出装置に関する。 The present invention relates to a battery, for example, a defective electrode detection device for detecting a welding defect of an aluminum alloy used for an electrode of a lithium ion battery.
 例えばリチウムイオン電池は、地球温暖化防止策の一つとして注目されている電気自動車のバッテリとして広く使われている。 For example, lithium ion batteries are widely used as electric vehicle batteries that are attracting attention as one of the measures to prevent global warming.
 リチウムイオン電池は、小型軽量化、経済上の面より、またイオンを放出し易くするため、電極にアルミニウム合金が使われており、箔状のアルミニウム合金を2枚重ね合わせ適宜箇所を溶着して製造する。溶着には周辺部の部品への熱影響を最小にするため、一般にレーザ溶接が適用されている。 Lithium-ion batteries are made of aluminum alloy for electrodes, in order to reduce the size and weight, make it easier to release ions, and two foil-like aluminum alloys are stacked and welded at appropriate locations. To manufacture. Laser welding is generally applied to welding in order to minimize the thermal effect on the peripheral parts.
 ところで、車載用電池は、家電製品、携帯電話、パソコン等に使われる一般用の電池とは異なり、走行中の振動、自動車が置かれる環境の温度等により、一般用電池とは比較にならない環境にて使用される。 By the way, in-vehicle batteries are different from general-purpose batteries used in home appliances, mobile phones, personal computers, etc., and are incomparable to general-purpose batteries due to vibration during driving and the temperature of the environment where the car is placed. Used in.
 例えば、未舗装道路における不規則な振動や、例えばマイナス20℃程度の寒冷地や50℃を超えるような高温地といった温度差のある場所でも適正に稼動しなければならず、稼動しなければ人命にかかわる重大な結果を引き起こす。それゆえ車載用電池には高精度の品質管理が求められる。 For example, it must operate properly in places with irregular vibrations on unpaved roads, for example, in a cold area of minus 20 ° C or in a high temperature area exceeding 50 ° C. Cause serious consequences. Therefore, high-accuracy quality control is required for in-vehicle batteries.
 レーザ溶接は、溶接時に、材料の表面状態、溶接中のキーホールの挙動、光学部品の劣化(汚れ)による出力低下など、複数の条件が溶接結果に影響を及ぼし、溶接欠陥が発生することがある。 In laser welding, multiple conditions, such as the surface condition of the material, the behavior of keyholes during welding, and the decrease in output due to deterioration (dirt) of optical components, can affect the welding result, resulting in weld defects. is there.
 ところで、アルミニウム合金は熱伝導率、線膨張率が高いため、レーザ光の照射により、溶接部およびその周辺部に変形が生じ易い。またマイクロ領域での高精度な接合に用いる場合には、個々のワークの表面状態、例えば間隙の発生、接合箇所毎の熱容量の微妙な差などにより、孔あき不良など溶接品質の異なる状況が発生しやすい。ワークに歪みや間隙が発生すると欠陥の発生を惹起する。 By the way, since the aluminum alloy has high thermal conductivity and linear expansion coefficient, the welded portion and its peripheral portion are likely to be deformed by irradiation with laser light. In addition, when used for high-precision joining in the micro-region, different welding quality conditions such as hole defects may occur due to the surface conditions of individual workpieces, for example, the occurrence of gaps and subtle differences in heat capacity at each joint location. It's easy to do. When distortion or a gap occurs in the workpiece, it causes a defect.
 またリチウムイオン電池は電圧や電極材料の安定性が悪い場合、充電時に電圧が上昇する際電極が極めて強い酸化状態、還元状態に置かれ不安定になるおそれがある。
 このため、充電においては極めて高い精度での電圧制御が必要とされ、また電極製造時の溶着も欠陥のない溶接が必要である。
In addition, when the voltage or electrode material stability of the lithium ion battery is poor, there is a possibility that the electrode is placed in a very strong oxidation state or reduction state when the voltage rises during charging and becomes unstable.
For this reason, in charging, voltage control with extremely high accuracy is required, and welding during electrode manufacturing also requires welding with no defects.
 従来における電極の溶接品質の検査は、溶着後に目視による外観検査や引っ張り試験や溶接断面の測定等の破壊検査によって確認していた。 Conventionally, the inspection of the welding quality of the electrodes has been confirmed by visual inspection after welding, a destructive inspection such as a tensile test and measurement of a weld cross section.
 しかしながら、かかる検査は熟練度を要し、また全品検査をすることが困難である。さらに、加工品質の複雑な欠陥要因を解明することは、熟練者にとっても容易でない場合が多く、また、経験や勘に裏打ちされた技術が必要であることから、熟練検査員の指導が不可欠であり、この検査工程に多くの人員を割いている。 However, such inspection requires skill and is difficult to inspect all products. Furthermore, it is often not easy for skilled workers to elucidate complex defect factors in processing quality, and because it requires skills backed up by experience and intuition, it is indispensable to train skilled inspectors. Yes, a lot of people are devoted to this inspection process.
 そして溶接欠陥があった場合には、生産ラインの長期にわたる停止や品質再検査等の余分な工程が生ずるので、品質問題やコストアップ等の問題を惹起していた。 And, if there are welding defects, extra steps such as long-term production line stoppage and quality re-inspection occur, causing problems such as quality problems and cost increase.
 具体的には、例えば次のような問題があった。
ア.溶接欠陥の検出
 溶接欠陥の検出は、溶接工程終了後、抜き取り検査をして行なっていた。また内部の欠陥、外部の欠陥を把握するには、破壊・目視検査など複数の作業が必要であり高コストであった。
イ.溶接欠陥の解消
 溶接欠陥の原因究明はオフライン検査であったため、時間を要していた。また製造工程の下流工程で発見するため、生産ロスが大きいという欠点があった。
ウ.ラインの復旧
 溶接欠陥の原因究明は技術者の経験値に基づき溶接条件等の再設定を行うため、ライン復旧までに時間を要する場合があった。
Specifically, for example, there are the following problems.
A. Detection of weld defects Weld defects were detected by sampling after completion of the welding process. In addition, in order to grasp internal defects and external defects, a plurality of operations such as destruction and visual inspection are required, which is expensive.
I. Eliminating weld defects The investigation of the cause of weld defects was an off-line inspection, which required time. Moreover, since it discovered in the downstream process of a manufacturing process, there existed a fault that a production loss was large.
C. Line restoration The investigation of the cause of welding defects requires resetting the line because the welding conditions are reset based on the experience of the engineers.
特開2000−042769JP 2000-042769 A
 本願発明は上記背景においてなされたもので、自動車用バッテリ等として用いられる電極の製造プロセスにおいて、溶接されるワークの溶融状態をリアルタイムでモニタリングし、すべての製品についての溶接欠陥を早期に検出することを目的とする。 The present invention has been made in the above background, and in the manufacturing process of an electrode used as an automobile battery or the like, the molten state of a workpiece to be welded is monitored in real time, and welding defects for all products are detected at an early stage. With the goal.
 上記目的達成のため、本願発明による欠陥電極検出装置は、レーザ光にて溶接されるワークの溶接部位についてその欠陥の有無を溶融状態において検出する装置であって、上記ワークが箔状のアルミニウム合金からなり、溶接部位から散乱される反射光を集光する反射光集光部と、溶接部位から散乱される赤外光を集光する赤外光集光部と、上記反射光集光部で集光された光波から所定波長の反射光を抽出し、抽出された光を電気信号に変換し該信号を溶接状態判別処理部に送る反射光センサ部と、上記赤外光集光部で集光された光波から所定波長の赤外光を抽出し、抽出された光を電気信号に変換し該信号を溶接状態判別処理部に送る赤外光センサ部と、上記反射光及び上記赤外光に基づく信号を溶接部位が固化されるまでの時間監視する溶接状態判別処理部とからなり、該溶接状態判別処理部は上記反射光と上記赤外光について時間ごとの検出強度を監視する制御・演算手段と、演算結果を出力する出力手段と、予め定められた閾値を記憶する記憶手段とを備え、先ず反射光の時間ごとの検出強度のピーク値についての異常を判別し、次いで赤外光の時間ごとの検出強度のピーク値についての異常を判別することを特徴とする。
 また、請求項1記載の欠陥電極検出装置において、上記反射光につき所定の時間T経過後の検出強度のピーク値が予め定められた閾値A以上である場合において、赤外光の検出強度のピーク値が予め定められた閾値B以上であるときは「顕らかな欠陥」と判別し、上記閾値B未満であるときは「隠れた欠陥」と判別することを特徴とする。
 また、請求項1又は請求項2記載の欠陥電極検出装置において、上記反射光に関する閾値時間Tが「2ms」以降であることを特徴とする。
 また、請求項3記載の欠陥電極検出装置において、上記反射光に関する検出強度の閾値Aが「20」であることを特徴とする。
 また、請求項3又は請求項4記載の欠陥電極検出装置において、上記赤外光に関する検出強度の閾値Bが「0.6」であることを特徴とする。
 また、請求項3又は請求項4記載の欠陥電極検出装置において、上記溶融状態判別処理部は上記赤外光につき検出強度のピーク値が予め定められた閾値B以上である場合において、赤外光立下り時間と反射光立上り時間の差が予め定められた値(絶対値)T未満であるときは第1異常パターン又は第2異常パターンと判別し、上記値(絶対値)T以上であるときは第2異常パターン又は第3異常パターンと判別することを特徴とする。
 また、請求項3又は請求項4記載の欠陥電極検出装置において、上記溶融状態判別処理部は上記赤外光につき検出強度のピーク値が予め定められた閾値B以上である場合において、赤外光立下り時間と反射光立上り時間の差が予め定められた値(絶対値)T未満であって、赤外光立上り時間と反射光立上り時間の差が予め定められた値(絶対値)T以上のときは第1異常パターンと判別し、上記値(絶対値)T未満のときは第2異常パターンと判別することを特徴とする。
 また、請求項3又は請求項4記載の欠陥電極検出装置において、上記溶融状態判別処理部は上記赤外光につき検出強度のピーク値が予め定められた閾値B以上である場合において、赤外光立下り時間と反射光立上り時間の差が予め定められた値(絶対値)T以上であって、赤外光立上り時間と反射光立上り時間の差が予め定められた値(絶対値)T以上のときは第2異常パターンと判別し、上記値(絶対値)T未満のときは第3異常パターンと判別することを特徴とする。
 また、請求項1又は請求項2記載の欠陥電極検出装置において、上記各集光部は溶接部位に対し傾斜して設けられることを特徴とする。
 また、請求項9記載の欠陥電極検出装置において、上記各集光部の傾斜角度が50度であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a defect electrode detection apparatus according to the present invention is an apparatus for detecting the presence or absence of defects in a molten state at a welded part of a work to be welded by laser light, wherein the work is a foil-like aluminum alloy. A reflected light collecting unit that collects the reflected light scattered from the welding site, an infrared light collecting unit that collects the infrared light scattered from the welding site, and the reflected light collecting unit. The reflected light sensor unit extracts reflected light of a predetermined wavelength from the collected light wave, converts the extracted light into an electrical signal, and sends the signal to the welding state determination processing unit, and the infrared light collecting unit collects the reflected light. An infrared light sensor unit that extracts infrared light of a predetermined wavelength from the emitted light wave, converts the extracted light into an electrical signal, and sends the signal to a welding state determination processing unit; the reflected light and the infrared light Monitoring the time until the welded part is solidified with a signal based on A welding state determination processing unit, the welding state determination processing unit, a control / calculation unit that monitors detection intensity for each time of the reflected light and the infrared light, an output unit that outputs a calculation result, and a predetermined value Storage means for storing the threshold value, and first discriminating an abnormality in the peak value of the detection intensity for each reflected light time, and then discriminating an abnormality in the peak value of the detection intensity in each infrared light time It is characterized by that.
Further, according to the defect electrode detecting device according to item 1, wherein, when the peak value of the detected intensity after the predetermined time T 1 elapses per the reflected light is the threshold value A than the predetermined, the detected intensity of infrared light When the peak value is greater than or equal to a predetermined threshold value B, it is determined as “a clear defect”, and when it is less than the threshold value B, it is determined as a “hidden defect”.
Further, in the defect electrode detecting device according to claim 1 or claim 2, wherein the threshold time T 1 relating to the reflected light characterized in that it is a "2ms" later.
The defect electrode detection apparatus according to claim 3, wherein a threshold value A of detection intensity related to the reflected light is “20”.
The defect electrode detection apparatus according to claim 3 or 4, wherein a threshold value B of the detection intensity related to the infrared light is "0.6".
The defect electrode detection apparatus according to claim 3 or 4, wherein the melting state determination processing unit is configured to detect infrared light when a peak value of detection intensity for the infrared light is equal to or greater than a predetermined threshold value B. when the difference between the fall time and the reflected light rise time is a predetermined value (absolute value) T less than 2 determines that the first abnormal pattern or the second failure pattern, the value (absolute value) T 2 or more In some cases, it is distinguished from the second abnormal pattern or the third abnormal pattern.
The defect electrode detection apparatus according to claim 3 or 4, wherein the melting state determination processing unit is configured to detect infrared light when a peak value of detection intensity for the infrared light is equal to or greater than a predetermined threshold value B. fall time and a difference is less than a predetermined value (absolute value) T 2 of the reflected light rise time, the value difference between the infrared light rising time and the reflected light rise time is predetermined (absolute value) T 3 or more when determined that the first failure pattern, the value when the (absolute value) T less than 3, characterized in that to determine the second abnormal pattern.
The defect electrode detection apparatus according to claim 3 or 4, wherein the melting state determination processing unit is configured to detect infrared light when a peak value of detection intensity for the infrared light is equal to or greater than a predetermined threshold value B. a is the fall time and the difference of the reflected light rise time is a predetermined value (absolute value) T 2 or more, the value difference between the infrared light rising time and the reflected light rise time is predetermined (absolute value) T 3 or more when determined that the second failure pattern, the value when the (absolute value) T less than 3, characterized in that to determine the third abnormal pattern.
Further, in the defect electrode detection apparatus according to claim 1 or 2, each of the light collecting portions is provided to be inclined with respect to a welding site.
The defect electrode detection apparatus according to claim 9 is characterized in that an inclination angle of each of the light collecting portions is 50 degrees.
 リチウムイオン電池の電極となるアルミニウム合金は薄板からなるため、レーザ光が照射された場合において、溶接前又は溶接中にワークに僅かな歪みがあるとギャップやレーザ光の焦点のずれにより溶融池に激しい振動(いわゆる「あばれ」)が生ずる。 Since the aluminum alloy used as the electrode of the lithium ion battery is made of a thin plate, if the workpiece is slightly distorted before or during welding when it is irradiated with laser light, the gap or the focus of the laser light will shift to the molten pool. Vigorous vibration (so-called “blow”) occurs.
 この振動エネルギは熱量には影響しない程度であるため、電極ワーク表面の熱量を計測する可視光及びワーク全体の熱量を計測する赤外光では検出されないが、溶融池自体は動くため溶融池表面の形状を計測する反射光では検出される。 Since this vibration energy does not affect the amount of heat, it is not detected by visible light that measures the amount of heat on the surface of the electrode work and infrared light that measures the amount of heat of the entire work. It is detected in the reflected light that measures the shape.
 このように溶融池があばれると、電極溶接の外観上は良好品と同様であるが、溶け込みが浅く内部に異常が発生しているため、例えばリチウムイオン電池の電極として使用した場合、振動等により液もれを招き、事故の原因となるおそれがある。 When the molten pool is exposed in this way, the appearance of electrode welding is the same as that of a good product, but since the penetration is shallow and an abnormality has occurred inside, for example, when used as an electrode of a lithium ion battery, due to vibration etc. It may cause leakage and cause an accident.
 本願発明によれば、外観上判明しないが内部的に異常のある溶接電極のかかる隠れた溶接欠陥について、インラインにおいて全品検査することができ、リアルタイムでワークの溶接欠陥を100%機械検出することができる。よって欠陥のある電極を排除し、ひいては例えばリチウムイオン電池の不良品を排除することができるから、製品品質の信頼性を確保することができる。 According to the present invention, it is possible to inspect all of the hidden weld defects of the welding electrode which is not apparent in appearance but has an internal abnormality in-line, and 100% mechanically detect the workpiece weld defects in real time. it can. Therefore, defective electrodes can be eliminated, and hence defective products of, for example, lithium ion batteries can be eliminated, so that the reliability of product quality can be ensured.
 また、製造ラインの上流で溶接欠陥を検出することができるので、ロスを抑え、溶接条件のみならず、前処理段階までの欠陥要因を瞬時に解析し、溶接条件の迅速な再設定をすることが可能となる。 In addition, since welding defects can be detected upstream of the production line, loss can be suppressed, not only welding conditions but also the cause of defects up to the pretreatment stage can be analyzed instantaneously, and welding conditions can be quickly reset. Is possible.
(A)は本願発明による欠陥電極検出装置の実施の形態を示す平面図、(B)は同正面図である。(A) is a top view which shows embodiment of the defect electrode detection apparatus by this invention, (B) is the same front view. 図1の反射光集光ユニットの実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the Example of the reflected light condensing unit of FIG. 図1の赤外光集光ユニットの実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the Example of the infrared-light condensing unit of FIG. 図1の溶融状態判別処理部の実施例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the Example of the molten state discrimination | determination process part of FIG. (A)は「溶融部振動状態」を示す概念図、(B)は「スパッタ」を示す概念図、(C)は「上板孔あき」を示す概念図、(D)は「上下板孔あき」を示す概念図である。(E)は良好に溶接された場合の概念図、(F)は不着の場合の概念図である。(A) is a conceptual diagram showing “vibration state of melted part”, (B) is a conceptual diagram showing “sputtering”, (C) is a conceptual diagram showing “perforation of upper plate”, (D) is “upper and lower plate holes” It is a conceptual diagram which shows "aki". (E) is a conceptual diagram when it is welded well, and (F) is a conceptual diagram when it is not attached. 本願発明による欠陥電極検出装置により得られる溶接ワークの計測信号が異常な場合(溶融部振動状態)の信号のグラフであり、(A)は反射光、(B)は赤外光、(C)は比較例として計測した可視光の信号を示す。It is a graph of the signal when the measurement signal of the welding workpiece | work obtained by the defect electrode detection apparatus by this invention is abnormal (molten part vibration state), (A) is reflected light, (B) is infrared light, (C) Indicates a signal of visible light measured as a comparative example. 本願発明による欠陥電極検出装置により得られる溶接ワークの計測信号が異常な場合(スパッタ)の信号のグラフであり、(A)は反射光、(B)は赤外光、(C)は比較例として計測した可視光の信号を示す。It is a graph of the signal when the measurement signal of the welding workpiece obtained by the defect electrode detection apparatus according to the present invention is abnormal (sputtering), (A) is reflected light, (B) is infrared light, and (C) is a comparative example. The signal of visible light measured as. 本願発明による欠陥電極検出装置により得られる溶接ワークの計測信号が異常な場合(上板孔あき)の信号のグラフであり、(A)は反射光、(B)は赤外光、(C)は比較例として計測した可視光の信号を示す。It is a graph of the signal when the measurement signal of the welding workpiece | work obtained by the defect electrode detection apparatus by this invention is abnormal (upper-plate hole perforation), (A) is reflected light, (B) is infrared light, (C) Indicates a signal of visible light measured as a comparative example. 本願発明による欠陥電極検出装置により得られる溶接ワークの計測信号が異常な場合(上下板孔あき)の信号のグラフであり、(A)は反射光、(B)は赤外光、(C)は比較例として計測した可視光の信号を示す。It is a graph of the signal when the measurement signal of the welding workpiece obtained by the defective electrode detection apparatus according to the present invention is abnormal (upper and lower plate holes), (A) is reflected light, (B) is infrared light, (C) Indicates a signal of visible light measured as a comparative example. 本願発明による欠陥電極検出装置により得られる溶接ワークの計測画像が異常な場合(溶融部振動状態)の画像(図面代用写真)である。It is an image (drawing substitute photograph) when the measurement image of the welding workpiece obtained by the defective electrode detection device according to the present invention is abnormal (the melted portion vibration state). 本願発明による欠陥電極検出装置により得られる溶接ワークの計測画像が異常な場合(スパッタの発生)の画像(図面代用写真)である。It is an image (drawing substitute photograph) when the measurement image of the welding workpiece obtained by the defect electrode detection apparatus according to the present invention is abnormal (occurrence of spatter). 本願発明による欠陥電極検出装置により得られる溶接ワークの計測画像が異常な場合(上板孔あき)の画像(図面代用写真)である。It is an image (drawing substitute photograph) when the measurement image of the welding workpiece obtained by the defective electrode detection device according to the present invention is abnormal (perforation of the upper plate). 本願発明による欠陥電極検出装置により得られる溶接ワークの計測画像が異常な場合(上下板孔あき)の画像(図面代用写真)である。It is an image (drawing substitute photograph) when the measurement image of the welding workpiece obtained by the defective electrode detection apparatus according to the present invention is abnormal (upper and lower plate holes are provided). 本願発明による欠陥電極検出装置により得られる溶接ワークの計測信号が正常な場合の信号のグラフであり、(A)は反射光、(B)は赤外光、(C)は比較例として計測した可視光の信号を示す。It is a graph of the signal in case the measurement signal of the welding workpiece | work obtained by the defect electrode detection apparatus by this invention is normal, (A) is reflected light, (B) is infrared light, (C) was measured as a comparative example. A visible light signal is shown. 本願発明による欠陥電極検出装置により得られる溶接ワークの計測画像が正常な場合の画像(図面代用写真)である。It is an image (drawing substitute photograph) when the measurement image of the welding workpiece obtained by the defective electrode detection apparatus according to the present invention is normal. 比較例としての可視光ピーク値と溶接結果の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the visible light peak value as a comparative example, and a welding result. 反射光ピーク値と溶接結果の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a reflected light peak value and a welding result. 赤外光ピーク値と溶接結果の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an infrared-light peak value and a welding result. 比較例としての音響信号ピーク値と溶接結果の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the acoustic signal peak value as a comparative example, and a welding result. 本願発明による溶接欠陥の検出アルゴリズムを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the detection algorithm of the welding defect by this invention. (A)はスパッタ波形例に関する反射光の立上り時間の説明図、(B)は同赤外光の立上り時間及び立下り時間の説明図、(C)は孔あき波形例に関する反射光の立上り時間の説明図、(D)は同赤外光の立上り時間及び立下り時間の説明図である。(A) is an explanatory diagram of the rise time of the reflected light with respect to the sputter waveform example, (B) is an explanatory diagram of the rise time and the fall time of the infrared light, and (C) is a rise time of the reflected light with respect to the perforated waveform example. (D) is explanatory drawing of the rise time and fall time of the same infrared light. 赤外光の立下り時間と反射光の立上り時間との差分をあらわすグラフである。It is a graph showing the difference between the fall time of infrared light and the rise time of reflected light. 赤外光の立上り時間と反射光の立上り時間との差分をあらわすグラフである。It is a graph showing the difference between the rise time of infrared light and the rise time of reflected light.
 次に、実施の形態を示す図面に基づき本願発明による欠陥電極検出装置1をさらに詳しく説明する。なお、同一の機能を奏する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。 Next, the defective electrode detection apparatus 1 according to the present invention will be described in more detail based on the drawings showing the embodiments. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which show | plays the same function, and the description is abbreviate | omitted.
 図1は、欠陥電極検出装置1の概略構成図を示す。欠陥電極検出装置1は反射光集光ユニット3と、赤外光集光ユニット5と、反射光センサユニット7と、赤外光センサユニット9と、溶接状態判別処理部11とからなる。赤外光センサユニット9は、1300nmの赤外光を検出する赤外光センサユニット9aと、1550nmの赤外光を検出する赤外光センサユニット9bとからなる。13はレーザ光出射ユニットであり、ワーク15に対し垂設され、図示しないテーブル上に載置されるワーク15にレーザ光を照射する。上記ワーク15は、上板15a及び下板15bとからなり0.1mm厚の箔状のアルミニウム合金A3004を2枚重ねた状態で、テーブル上に載置される。上記反射光集光ユニット3及び上記赤外光集光ユニット5は、各々、ワーク15の表面に対し傾斜角(α)を50度に傾斜して設け、集光点をレーザ光照射部に合わせる。上記反射光集光ユニット3と上記反射光センサユニット7とは光ファイバ17にて接続され、また上記赤外光集光ユニット5と上記赤外光センサユニット9とは光ファイバ19a、19bにて接続される。 FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a defective electrode detection apparatus 1. The defective electrode detection device 1 includes a reflected light collecting unit 3, an infrared light collecting unit 5, a reflected light sensor unit 7, an infrared light sensor unit 9, and a welding state determination processing unit 11. The infrared light sensor unit 9 includes an infrared light sensor unit 9a that detects infrared light of 1300 nm and an infrared light sensor unit 9b that detects infrared light of 1550 nm. Reference numeral 13 denotes a laser beam emitting unit, which is suspended from the work 15 and irradiates the work 15 placed on a table (not shown) with laser light. The work 15 is composed of an upper plate 15a and a lower plate 15b, and is placed on a table in a state where two foil-like aluminum alloys A3004 having a thickness of 0.1 mm are stacked. The reflected light condensing unit 3 and the infrared light condensing unit 5 are each provided with an inclination angle (α) inclined by 50 degrees with respect to the surface of the work 15, and the condensing point is aligned with the laser light irradiation unit. . The reflected light collecting unit 3 and the reflected light sensor unit 7 are connected by an optical fiber 17, and the infrared light collecting unit 5 and the infrared light sensor unit 9 are connected by optical fibers 19a and 19b. Connected.
 上記反射光集光ユニット3は、図2に示すように、円筒状のシリンダ4の先端部に集光レンズ4aを設け、ワーク15の溶融部16から散乱される反射光を集光する。該シリンダ4の他端部には他の集光レンズ4bを設ける。これにより上記集光レンズ4aの集光点から得られる反射光を平行光として集光レンズ4bに送る。 As shown in FIG. 2, the reflected light condensing unit 3 is provided with a condensing lens 4 a at the tip of a cylindrical cylinder 4 and condenses the reflected light scattered from the melting part 16 of the work 15. The other end of the cylinder 4 is provided with another condenser lens 4b. Thereby, the reflected light obtained from the condensing point of the condensing lens 4a is sent to the condensing lens 4b as parallel light.
 上記光は光ファイバ17により反射光センサユニット7に送られる。上記反射光センサユニット7は、図2に示すように、YAGレーザ光透過フィルタ21と、可視光~赤外光用フォトダイオード23と、アンプ25と、アナログフィルタ27とを直列に接続してなり、赤外光以上の波長を抽出する。 The light is sent to the reflected light sensor unit 7 through the optical fiber 17. As shown in FIG. 2, the reflected light sensor unit 7 includes a YAG laser light transmission filter 21, a visible light to infrared light photodiode 23, an amplifier 25, and an analog filter 27 connected in series. Extract wavelengths longer than infrared light.
 即ち、YAGレーザ光透過フィルタ21は波長帯域400nm~900nmの光の透過率が0%であり、900nm以上の光の透過率が90%以上であるため、これにより可視光域がカットされる。 That is, the YAG laser light transmission filter 21 has a transmittance of 0% for light in the wavelength band of 400 nm to 900 nm and a transmittance for light of 900 nm or more is 90% or more, thereby cutting the visible light region.
 レーザ光照射中に高強度で発生する光は、主にプラズマ光(可視光領域)とレーザ散乱光(YAG光波長:1064nm)であるため、可視光を除去すればレーザ光のみを検出することができる。 The light generated with high intensity during laser light irradiation is mainly plasma light (visible light region) and laser scattered light (YAG light wavelength: 1064 nm), so if visible light is removed, only the laser light is detected. Can do.
 可視光~赤外光用フォトダイオード23は、感度波長範囲が320nm~1100nmであり、最大感度波長960nmに設定され、これにより1070nm~1090nmの波長を抽出し、検出した光が電気信号に変換される。電気信号に変換された計測信号は、アンプ25により増幅された後、アナログフィルタ27によりノイズ成分をカットされ、溶融状態判別処理部11に送られる。 The visible light to infrared light photodiode 23 has a sensitivity wavelength range of 320 nm to 1100 nm and is set to a maximum sensitivity wavelength of 960 nm, thereby extracting a wavelength of 1070 nm to 1090 nm, and the detected light is converted into an electric signal. The The measurement signal converted into the electrical signal is amplified by the amplifier 25, the noise component is cut by the analog filter 27, and sent to the molten state determination processing unit 11.
 図3は赤外光集光ユニット5を示す。該赤外光集光ユニット5は、各々、集光レンズを備えるハウジング29、30を連設してなる。該ハウジング29内には直方体状の筐体31が収納され、該筐体31の両端部に夫々集光レンズ33及び集光レンズ35が設けられる。上記ハウジング29に連結されたハウジング30内には、フィルタ37を介して、直方体状の筐体39を設ける。該筐体39の先端部には集光レンズ41が設けられ、他端部にはダイクロイックミラー43が45度に傾斜して設けられる。該ダイクロイックミラー43は、可視光を透過し、1300nm~1550nmの光のみを反射する。 FIG. 3 shows the infrared light collecting unit 5. The infrared light condensing unit 5 includes housings 29 and 30 each having a condensing lens. A rectangular parallelepiped casing 31 is accommodated in the housing 29, and a condenser lens 33 and a condenser lens 35 are provided at both ends of the casing 31, respectively. A rectangular parallelepiped housing 39 is provided in the housing 30 connected to the housing 29 via a filter 37. A condensing lens 41 is provided at the front end of the casing 39, and a dichroic mirror 43 is provided at the other end with an inclination of 45 degrees. The dichroic mirror 43 transmits visible light and reflects only light of 1300 nm to 1550 nm.
 上記ハウジング30には上記赤外光センサユニット9が連結される。即ち、図3に示すように、上記ハウジング30にハウジング49が直交に設けられ、該ハウジング49内に直方体状の筐体50が設けられる。該筐体50の両端部には1200nm以上を透過する赤外光透過フィルタ51及び1550nmの波長のみを半値幅30nmで透過する干渉フィルタ55が設けられ、中間部にダイクロイックミラー53が45度に傾斜して設けられる。57は集光レンズであり、干渉フィルタ55を透過した光が集光される。該集光レンズ57に対し各々直列の位置に、赤外光用フォトダイオード59、アンプ61、アナログフィルタ63が接続され、これらにより1550nmの赤外光を検出する赤外光センサユニット9bを構成する。 The infrared sensor unit 9 is connected to the housing 30. That is, as shown in FIG. 3, a housing 49 is provided orthogonal to the housing 30, and a rectangular parallelepiped casing 50 is provided in the housing 49. At both ends of the casing 50, an infrared light transmission filter 51 that transmits 1200 nm or more and an interference filter 55 that transmits only a wavelength of 1550 nm with a half-value width of 30 nm are provided, and a dichroic mirror 53 is inclined at 45 degrees in the middle. Provided. A condensing lens 57 condenses the light transmitted through the interference filter 55. An infrared light photodiode 59, an amplifier 61, and an analog filter 63 are connected to each of the condensing lenses 57 in series, thereby forming an infrared light sensor unit 9b that detects infrared light of 1550 nm. .
 上記赤外光用フォトダイオード59は、感度波長範囲が900nm~1700nmであり、最大感度波長1550nmに設定され、これにより検出した光が電気信号に変換される。電気信号に変換された計測信号は上記アンプ61により増幅された後、上記アナログフィルタ63によりノイズ成分をカットされ、溶融状態判別処理部11に送られる。 The infrared light photodiode 59 has a sensitivity wavelength range of 900 nm to 1700 nm and is set to a maximum sensitivity wavelength of 1550 nm, whereby the detected light is converted into an electric signal. The measurement signal converted into the electric signal is amplified by the amplifier 61, and then the noise component is cut by the analog filter 63 and sent to the molten state determination processing unit 11.
 上記ダイクロイックミラー53に対し直交する位置には別に、1300nmの波長のみを半値幅30nmで透過する干渉フィルタ65が設けられる。67は集光レンズであり、干渉フィルタ65を透過した光が集光される。該集光レンズ67に対し各々直列の位置に、赤外光用フォトダイオード69、アンプ71、アナログフィルタ73が接続され、これらにより1300nmの赤外光を検出する赤外光センサユニット9aを構成する。 An interference filter 65 that transmits only a wavelength of 1300 nm with a half-value width of 30 nm is separately provided at a position orthogonal to the dichroic mirror 53. A condensing lens 67 condenses the light transmitted through the interference filter 65. An infrared light photodiode 69, an amplifier 71, and an analog filter 73 are connected in series with the condenser lens 67, thereby constituting an infrared light sensor unit 9 a that detects 1300 nm infrared light. .
 上記赤外光用フォトダイオード69は、感度波長範囲が900nm~1700nmであり、最大感度波長1300nmに設定され、これにより検出した光が電気信号に変換される。電気信号に変換された計測信号は上記アンプ71により増幅された後、上記アナログフィルタ73によりノイズ成分をカットされ、溶融状態判別処理部11に送られる。 The infrared light photodiode 69 has a sensitivity wavelength range of 900 nm to 1700 nm and is set to a maximum sensitivity wavelength of 1300 nm, whereby the detected light is converted into an electric signal. The measurement signal converted into the electric signal is amplified by the amplifier 71, and then the noise component is cut by the analog filter 73 and sent to the molten state determination processing unit 11.
 集光ユニット3の集光レンズ4aの焦点距離(f)は70mm、集光レンズ4bの焦点距離(f)は20mmのものを使用した。また赤外光集光ユニット5の集光レンズ33の焦点距離(f)は300mm、集光レンズ35の焦点距離(f)は150mm、集光レンズ41の焦点距離(f)は60mm、集光レンズ57の焦点距離(f)は30mm、集光レンズ67の焦点距離(f)は30mmのものを使用した。 The focal length (f) of the condenser lens 4a of the condenser unit 3 is 70 mm, and the focal length (f) of the condenser lens 4b is 20 mm. The focal length (f) of the condensing lens 33 of the infrared light condensing unit 5 is 300 mm, the focal length (f) of the condensing lens 35 is 150 mm, and the focal length (f) of the condensing lens 41 is 60 mm. The focal length (f) of the lens 57 was 30 mm, and the focal length (f) of the condenser lens 67 was 30 mm.
 図4は溶接状態判別処理部11を示し、送られてくる反射光及び赤外光に基づく信号について時間ごとの検出強度を処理する。溶接状態判別処理部11は、送られてくる反射光及び赤外光に基づく信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータ75と、該A/Dコンバータ75及び高速信号処理プロセッサ79に接続されて相互に交信するフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)77と、上記高速信号処理プロセッサ79に接続されて相互に交信する記憶手段81と、上記高速信号処理プロセッサ79に接続されて欠陥がある場合警報信号を出力する出力手段83とからなる。上記FPGA77はA/Dコンバータ75と相まって反射光及び赤外光について時間ごとの検出強度を監視し、高速信号処理プロセッサ79と相まってデータの制御・演算をする。上記記憶手段81は、反射光に関する閾値時間T及び検出強度の閾値Aが予め設定記憶されており、また赤外光に関する検出強度の閾値Bが予め設定記憶されている。上記高速信号処理プロセッサ79は、後に詳述する赤外光立下り時間と反射光立上り時間の差分T、赤外光立上り時間と反射光立上り時間の差分Tを計算する。上記出力手段83は上記閾値A以上となったとき又は閾値Bと関連したとき警報音を発する。 FIG. 4 shows the welding state determination processing unit 11, which processes the detection intensity for each time for the signal based on the reflected light and infrared light transmitted. The welding state determination processing unit 11 is connected to an A / D converter 75 that converts a signal based on the reflected light and infrared light transmitted to a digital signal, and the A / D converter 75 and a high-speed signal processor 79. A field programmable gate array (FPGA) 77 that communicates with each other, a storage means 81 that is connected to the high-speed signal processor 79 and communicates with each other, and an alarm signal that is connected to the high-speed signal processor 79 and that is defective. And output means 83 for outputting. The FPGA 77 is coupled with the A / D converter 75 to monitor the detected intensity of reflected light and infrared light for each time, and is coupled with the high-speed signal processor 79 to control and calculate data. The storage means 81, the threshold value A threshold time for reflected light T 1 and the detection intensity is previously set and stored, also the threshold B of the detected intensity for the infrared light is previously set and stored. The high-speed signal processor 79 calculates the difference T 2 between the infrared light fall time and the reflected light rise time, and the difference T 3 between the infrared light rise time and the reflected light rise time, which will be described in detail later. The output means 83 emits an alarm sound when the threshold value A is exceeded or related to the threshold value B.
 レーザ光出射ユニット13からレーザ光が上記ワーク15の所要部位に照射され、溶接作業がスタートする。溶融部16から散乱される反射光は、集光レンズ4aの集光点より平行光となって集光レンズ4bに送られ、光ファイバ17にて反射光センサユニット7に伝送される。伝送された光は、YAGレーザ光透過フィルタ21により可視光域がカットされ、赤外光以上の波長が抽出される。この抽出された光は、可視光~赤外光用フォトダイオード23にて電気信号に変換され、増幅された後、アナログフィルタ27によりノイズ成分がカットされた信号が溶接状態判別処理部11に送られる。 The laser beam is irradiated from the laser beam emitting unit 13 onto the required part of the workpiece 15, and the welding operation starts. The reflected light scattered from the melting part 16 is converted into parallel light from the condensing point of the condensing lens 4 a and sent to the condensing lens 4 b and transmitted to the reflected light sensor unit 7 through the optical fiber 17. The transmitted light is cut in the visible light region by the YAG laser light transmission filter 21, and a wavelength longer than the infrared light is extracted. The extracted light is converted into an electrical signal by the visible light to infrared light photodiode 23, amplified, and then the signal from which the noise component has been cut by the analog filter 27 is sent to the welding state determination processing unit 11. It is done.
 他方溶融部16から散乱される赤外光は、集光レンズ33の集光点より平行光となって集光レンズ35に送られ、集光レンズ35にて再び集光された後、フィルタ37を経て集光レンズ41にて共焦点となる。共焦点とすることにより、集光レンズ33の焦点部以外の不要な散乱光の影響が少なくなる。集光レンズ41により平行光となった光は、ダイクロイックミラー43により、可視光成分が透過除去され、1300nm~1550nmの赤外光成分のみ赤外光センサユニット9方向に反射される。反射された光は、赤外光透過フィルタ51によりさらに不要光が減衰され、ダイクロイックミラー53により1550nmの光成分が透過され、1300nmの光成分が反射される。 On the other hand, the infrared light scattered from the melting portion 16 becomes parallel light from the condensing point of the condensing lens 33 and is sent to the condensing lens 35 and is condensed again by the condensing lens 35, and then the filter 37. After that, the condenser lens 41 becomes a confocal point. By using the confocal point, the influence of unnecessary scattered light other than the focal part of the condenser lens 33 is reduced. The light that has become parallel light by the condenser lens 41 is transmitted and removed by the dichroic mirror 43, and only the infrared light component of 1300 nm to 1550 nm is reflected in the direction of the infrared light sensor unit 9. The reflected light is further attenuated by the infrared light transmission filter 51, the 1550 nm light component is transmitted by the dichroic mirror 53, and the 1300 nm light component is reflected.
 前者の透過した光は、赤外光センサユニット9bにおいて、干渉フィルタ55により1550nmのみが半値幅30nmで透過され、これが集光レンズ57に集光され、赤外光用フォトダイオード59にて電気信号に変換される。この信号は、さらにアンプ61により増幅され、アナログフィルタ63にてノイズ成分がカットされて溶接状態判別処理部11に送信される。 In the infrared light sensor unit 9b, the transmitted light of the former is transmitted by the interference filter 55 only at 1550 nm with a half-value width of 30 nm, and is condensed on the condensing lens 57, and is transmitted to the infrared light photodiode 59 as an electric signal. Is converted to This signal is further amplified by the amplifier 61, the noise component is cut by the analog filter 63, and transmitted to the welding state determination processing unit 11.
 他方ダイクロイックミラー53により反射された光は、赤外光センサユニット9aにおいて、干渉フィルタ65により1300nmのみが半値幅30nmで透過され、これが集光レンズ67に集光され、赤外光用フォトダイオード69にて電気信号に変換される。この信号は、さらにアンプ71により増幅され、アナログフィルタ73にてノイズ成分がカットされて溶接状態判別処理部11に送信される。 On the other hand, in the infrared light sensor unit 9a, the light reflected by the dichroic mirror 53 is transmitted by the interference filter 65 only at 1300 nm with a half-value width of 30 nm, and is condensed on the condensing lens 67, and the infrared light photodiode 69 is obtained. Is converted into an electrical signal. This signal is further amplified by the amplifier 71, the noise component is cut by the analog filter 73, and transmitted to the welding state determination processing unit 11.
 図5は、溶接欠陥の概念図であり、(A)において16aは外観上溶接欠陥が視認できないが、溶融部16が振動する「溶融部振動状態」、(B)において16bは溶接中に溶液の一部が溶融部16の外に飛散する「スパッタ」、(C)において16cは重ねられた上板15aのみに孔あきが発生する「上板孔あき」、(D)において16dは重ねられた上板15a及び下板15bともに孔あきが発生する「上下板孔あき」を各示す。図中、2はレーザ光を示す。比較例として(E)に良好に溶接された場合を「16g」で示し、(F)に溶接を試みたものの上板15aと下板15bとが不着の場合を「16e」として各示す。(A)と(E)を比較してみると、(A)の溶融部振動状態16aは溶融部16の振動により表面が波立っていることに特徴がある。また(A)と(F)を比較してみると、(A)の溶融部振動状態16aは上下板15a、15bが溶着していることに特徴がある。 FIG. 5 is a conceptual diagram of a welding defect. In (A), 16a is a “melting part vibration state” in which the welding defect is visually invisible, but in FIG. 5B, 16b is a solution during welding. "Spatter" in which a part of the spatter is scattered outside the melted portion 16, in (C) 16c is "upper plate perforated" where only the upper plate 15a is overlaid, and in (D) 16d is overlaid. Each of the upper plate 15a and the lower plate 15b indicates “upper and lower plate holes” in which holes are generated. In the figure, 2 indicates a laser beam. As a comparative example, “16 g” indicates the case where the welding is successfully performed in (E), and “16 e” indicates the case where the upper plate 15 a and the lower plate 15 b which are not welded are shown in (F). Comparing (A) and (E), the melted part vibration state 16a of (A) is characterized in that the surface is waved by the vibration of the melted part 16. Further, comparing (A) and (F), the melted part vibration state 16a in (A) is characterized in that the upper and lower plates 15a and 15b are welded.
 このような溶融部16の溶接欠陥を波形データでみると図6~図9の通りであり、画像データでみると図10~図13の通りである。図6が「溶融部振動状態」の波形データ、図10が同画像データである。図7が「スパッタ」の波形データ、図11が同画像データである。図8が「上板孔あき」の波形データ、図12が同画像データである。図9が「上下板孔あき」の波形データ、図13が同画像データである。比較例として図14に溶接欠陥のない良好な溶接の場合の波形データ、図15に同画像データを各示す。上記各図において、X軸は時間(ms)、Y軸は検出強度(電圧×所定の係数)を表す。 Such weld defects in the melted part 16 are as shown in FIGS. 6 to 9 when viewed from waveform data, and as shown in FIGS. 10 to 13 as viewed from image data. FIG. 6 shows the waveform data of the “molten portion vibration state”, and FIG. 10 shows the image data. FIG. 7 shows the waveform data of “spatter”, and FIG. 11 shows the image data. FIG. 8 shows the waveform data of “perforated upper plate”, and FIG. 12 shows the image data. FIG. 9 shows the waveform data of “upper and lower plate holes”, and FIG. 13 shows the image data. As a comparative example, FIG. 14 shows waveform data in the case of good welding without welding defects, and FIG. 15 shows the image data. In each of the above drawings, the X axis represents time (ms), and the Y axis represents detection intensity (voltage × predetermined coefficient).
 画像データは、レーザ光照射に対し斜め方向に設置した高速度ビデオカメラ(株式会社nac製、最高撮影速度:200,000f/s、最短露光時間:1/2,000,000秒)により撮影した。撮影はレンズ前方に962.5nm帯域(半値幅79nm)を透過する干渉フィルタを介し、波長940nmの高出力半導体レーザを照明に用いることで、レーザ反射光、プルーム光によるハレーションを抑え、レーザ照射部を観察できるようにして行なった。 The image data was taken with a high-speed video camera (manufactured by nc Corporation, maximum shooting speed: 200,000 f / s, shortest exposure time: 1 / 2,000,000 seconds) installed obliquely to the laser beam irradiation. . Photographing is performed by using a high-power semiconductor laser with a wavelength of 940 nm for illumination through an interference filter that transmits a 962.5 nm band (half-value width 79 nm) in front of the lens, thereby suppressing halation due to laser reflected light and plume light, and a laser irradiation unit Was carried out so that it could be observed.
 まず正常な溶接を示す図15と図14において、図15に示す画像の場合、照射開始直後から溶融部16が徐々に形成され、時間の経過と共に溶融池の直径が拡大していく様子が確認される。 First, in FIGS. 15 and 14 showing normal welding, in the case of the image shown in FIG. 15, it is confirmed that the molten portion 16 is gradually formed immediately after the start of irradiation, and the diameter of the molten pool increases with time. Is done.
 このとき得られた反射光を確認すると、照射開始直後の検出強度が20程度で最も大きく、それ以降は10程度で推移している(図14(A))。これは、照射開始直後はワーク15表面の反射率が高いため強いレーザ反射光が得られるが、その後はレーザがワーク15の内部に吸収され、反射するレーザ光が減少するためである。赤外光は、可視光の場合と同様に、照射開始直後は検出強度が小さく、3.8ms付近から徐々に増加を始め、照射終了時で最大検出強度0.25程度が得られる(図14(B))。これは、赤外光がワーク15表面の入熱を捉えているためで、レーザ吸収により、表面の温度、溶融部16の面積が大きくなるほど強度は高くなるためである。可視光は反射光の場合とは異なり、照射開始直後は検出強度が低く、4.2ms付近から波形が増加していき、8ms付近~照射終了までは検出強度10程度で飽和する(図14(C))。これは、可視光がレーザ吸収によってワーク15から発生する金属蒸気等を伴うプルームを捉えるため、ワーク15にレーザが吸収されるほど強度は増加する傾向にあるからである。ワークが良好に溶接される場合は上記とほぼ同じ画像、波形特性が得られる。 When the reflected light obtained at this time is confirmed, the detected intensity immediately after the start of irradiation is the highest at about 20, and after that, it changes at about 10 (FIG. 14 (A)). This is because immediately after the start of irradiation, since the reflectivity of the surface of the work 15 is high, strong laser reflected light can be obtained, but after that, the laser is absorbed inside the work 15 and the reflected laser light is reduced. As in the case of visible light, infrared light has a small detection intensity immediately after the start of irradiation, and gradually increases from around 3.8 ms, and a maximum detection intensity of about 0.25 is obtained at the end of irradiation (FIG. 14). (B)). This is because infrared light captures the heat input on the surface of the work 15, and the intensity increases as the surface temperature and the area of the melted part 16 increase due to laser absorption. Unlike the case of reflected light, visible light has a low detection intensity immediately after the start of irradiation, and the waveform increases from around 4.2 ms, and saturates at a detection intensity of about 10 from around 8 ms to the end of irradiation (FIG. 14 ( C)). This is because the intensity tends to increase as the laser is absorbed by the work 15 in order to capture the plume accompanied by the metal vapor generated from the work 15 by the laser absorption of the visible light. When the workpiece is welded well, almost the same image and waveform characteristics as described above can be obtained.
 溶融部振動状態を示す図6と図10において、図10に示す画像の場合、レーザ照射開始から3.2ms付近までは良好な溶接時とほぼ同じ挙動であったが、3.2ms付近から溶融部16が振動し始める。この振動は約5.3ms後5.8ms付近で一端収束し、約5.8ms~8.4ms付近で再び振動を始める。その後はレーザ照射終了まで異常信号は起こらない。 6 and 10 showing the vibration state of the melted part, in the case of the image shown in FIG. 10, the behavior was almost the same as that during good welding from the start of laser irradiation to around 3.2 ms, but the melted from around 3.2 ms. Part 16 begins to vibrate. This vibration converges once at about 5.8 ms after about 5.3 ms, and starts again at about 5.8 ms to 8.4 ms. Thereafter, no abnormal signal occurs until the end of laser irradiation.
 図6に基づきこのときの反射光波形をみる。このときの反射光波形は、0ms~3.2ms付近までは良好な溶接時とほぼ同じ波形であるが(図14参照)、約3.2ms~5.3ms付近で検出強度20以上が検出され、約5.3ms~5.8ms付近の間は減衰し、約5.8ms~8.4ms付近まで再び検出強度20程度の波形が得られる。その後はレーザ照射終了まで減衰している。この波形挙動は図10の高速度カメラの溶融部16の振動発生のタイミングと対応している。よって図6に示す計測信号の波形とくに反射光波形は振動現象を明確に捉えているといえる。 See the reflected light waveform at this time based on Fig. 6. The reflected light waveform at this time is approximately the same as that during good welding from 0 ms to around 3.2 ms (see FIG. 14), but a detection intensity of 20 or more is detected around 3.2 ms to 5.3 ms. Attenuation occurs in the vicinity of about 5.3 ms to 5.8 ms, and a waveform having a detection intensity of about 20 is obtained again in the vicinity of about 5.8 ms to 8.4 ms. After that, it attenuates until the end of laser irradiation. This waveform behavior corresponds to the vibration generation timing of the melting part 16 of the high-speed camera in FIG. Therefore, it can be said that the waveform of the measurement signal shown in FIG. 6, particularly the reflected light waveform, clearly captures the vibration phenomenon.
 次に溶融部振動状態を示す図10と正常な溶接を示す図15の画像データを比較してみると、溶融部には外観上の差異が認められないが、図6と図14の波形データを比較してみると、顕著な差異が認められる。即ち、各々(A)に示す反射光において、図6(A)ではピーク波群が山状に2個表われているのに対し、図14(A)では最後までピーク波群が表われず、顕著な差異は一見して明らかである。よって「隠れた欠陥」である「溶融部振動状態」を正確かつ容易にリアルタイムで検出することができる。 Next, when comparing the image data of FIG. 10 showing the melted portion vibration state and FIG. 15 showing normal welding, there is no difference in appearance in the melted portion, but the waveform data of FIG. 6 and FIG. When comparing, there are significant differences. That is, in the reflected light shown in (A), two peak wave groups appear in a mountain shape in FIG. 6 (A), whereas in FIG. 14 (A), no peak wave group appears until the end. The remarkable difference is obvious at first glance. Therefore, it is possible to accurately and easily detect the “hidden defect” “molten state vibration state” in real time.
 ここで、図6(B)と図14(B)に示す赤外光の波形データ及び図6(C)と図14(C)に示す可視光の波形データには差異が認められないことに留意しなければならない。 Here, there is no difference between the infrared light waveform data shown in FIGS. 6B and 14B and the visible light waveform data shown in FIGS. 6C and 14C. You have to be careful.
 すなわち、赤外光波形は良好な溶接時とほぼ同形状であり、波形の変動はほぼ見られない(図6(B)、図14(B))。
 また可視光波形は溶融部振動状態を捉えた反射光のタイミングとほぼ同期した波形形状の増減が確認できるが、異常信号が検出強度10以下で小さく、良好な溶接時との区別は付き難い(図6(C)、図14(C))。
That is, the infrared light waveform has almost the same shape as that during good welding, and there is almost no fluctuation in the waveform (FIGS. 6B and 14B).
In addition, the visible light waveform can be confirmed to increase or decrease in waveform shape almost in synchronization with the timing of the reflected light that captures the molten state vibration state, but the abnormal signal is small with a detection intensity of 10 or less, and it is difficult to distinguish from good welding ( FIG. 6 (C) and FIG. 14 (C)).
 これは次の理由によると考えられる。反射光は、レーザ拡散光を捉えているため、溶融部16の振動による溶融池表面の揺らぎによる散乱光の増加に伴なう波形変化を明確に確認することができるのに対し、可視光は、プルームの増減を捉えるため、溶融部16の微細な振動にはほぼ影響されないためであり、また、赤外光強度は溶融部16の温度と面積変化によるため、検出されないためである。さらにワーク15が0.1mm厚の薄板であるため、同条件であっても容易にワーク15に歪みが発生し、ギャップ、レーザ焦点の微妙なずれなどにより振動を起こしたためと考えられる。 This is thought to be due to the following reasons. Since the reflected light captures the laser diffused light, the waveform change accompanying the increase in scattered light due to the fluctuation of the molten pool surface due to the vibration of the molten portion 16 can be clearly confirmed, whereas the visible light is This is because the increase and decrease of the plume is captured, so that it is not substantially affected by the minute vibration of the melting part 16, and the infrared light intensity is not detected because of the temperature and area change of the melting part 16. Further, since the work 15 is a thin plate having a thickness of 0.1 mm, it is considered that the work 15 is easily distorted even under the same conditions, and vibration is caused by a slight shift of the gap and the laser focus.
 次に溶接異常を示す図7~図9と正常な溶接を示す図14を比較してみると、反射光、赤外光及び可視光のいずれにおいてもピーク波の有無につき波形データ上の顕著な差異が認められる。この点を、溶接異常を示す図11~図13と正常な溶接を示す図15の画像データを比較してみると、外観上からも溶接欠陥の存在を確認することができる。よって「顕らかな欠陥」である「スパッタ」、「上板孔あき」、「上下板孔あき」を正確かつ容易にリアルタイムで検出することができる。 Next, comparing FIG. 7 to FIG. 9 showing the welding abnormality and FIG. 14 showing the normal welding, the presence or absence of the peak wave in any of reflected light, infrared light and visible light is remarkable on the waveform data. Differences are observed. By comparing this point with the image data of FIGS. 11 to 13 showing the welding abnormality and FIG. 15 showing the normal welding, it is possible to confirm the presence of the welding defect from the appearance. Therefore, “sputter”, “upper plate hole”, and “upper and lower plate holes” that are “obvious defects” can be detected accurately and easily in real time.
 この点を詳述する。スパッタ発生の場合、図11に示す画像の場合、レーザ照射開始から7.5ms付近までは良好な溶接時とほぼ同じ挙動であるが、7.5ms付近で溶融部16からスパッタ16bが飛散する。このとき、スパッタ16bが飛散する直前まで溶融部16に異変はほとんど無い。スパッタ16bが飛散した後、溶融部16の変動は収束し、10.4ms付近では完全に変動が収まっている。 This point will be described in detail. In the case of the occurrence of spatter, in the case of the image shown in FIG. 11, the behavior is almost the same as that during good welding from the start of laser irradiation to around 7.5 ms, but the spatter 16 b scatters from the melted part 16 around 7.5 ms. At this time, there is almost no change in the melted part 16 until just before the spatter 16b is scattered. After the spatter 16b is scattered, the fluctuation of the melting part 16 is converged, and the fluctuation is completely stopped in the vicinity of 10.4 ms.
 これを図7に示す各波形と比較してみる。反射光波形は、照射開始~7.5ms付近までは良好な溶接時とほぼ同じ波形であるが、7.5ms付近で検出強度60以上が検出され、8.8ms付近では減衰する(図7(A))。赤外光波形は、照射開始~7.5ms付近までは良好な溶接時とほぼ同じ波形であるが、7.5ms付近で検出強度1.2以上が検出され、11.0ms付近で減衰する(図7(B))。可視光波形は、照射開始~7.5ms付近までは良好な溶接時とほぼ同じ波形であるが、7.5ms付近で検出強度40以上が検出され、9.5ms付近で減衰する(図7(C))。 Compare this with the waveforms shown in Figure 7. The reflected light waveform is almost the same as that during good welding from the start of irradiation to around 7.5 ms, but a detected intensity of 60 or more is detected around 7.5 ms and attenuates around 8.8 ms (FIG. 7 ( A)). The infrared light waveform is substantially the same as that during good welding from the start of irradiation to around 7.5 ms, but a detected intensity of 1.2 or more is detected around 7.5 ms and attenuates around 11.0 ms ( FIG. 7 (B)). The visible light waveform is almost the same as that during good welding from the start of irradiation to around 7.5 ms, but a detected intensity of 40 or more is detected around 7.5 ms and attenuates around 9.5 ms (FIG. 7 ( C)).
 このように反射光、赤外光、可視光の波形挙動は高速度カメラによるスパッタ発生のタイミングと対応しているから、図7に示す計測信号の波形により溶接欠陥(スパッタ)の判別をすることができる。 As described above, the waveform behavior of reflected light, infrared light, and visible light corresponds to the timing of spatter generation by the high-speed camera, and therefore, welding defects (spatter) are discriminated based on the waveform of the measurement signal shown in FIG. Can do.
 上板孔あきの場合、図12に示す画像の場合、10.6ms付近までは良好な溶接時と同様であるが、10.6ms付近でワーク15の上板15aに孔が発生する。 In the case of the perforated upper plate, in the case of the image shown in FIG. 12, a hole is generated in the upper plate 15 a of the workpiece 15 in the vicinity of 10.6 ms.
 このとき得られた反射光を見ると、10.6ms付近で検出強度20前後の波形が得られる。これは、孔あきが発生することにより下板15b側の表面からレーザ2が反射し、散乱した物を検出したためである(図8(A))。赤外光は3.2ms付近から波形が増加し、7.8ms付近でさらに急激に増加を始め、8.5ms付近では検出強度が0.8以上となる。その後上板15aの孔あきが発生する11.1ms付近で検出強度0.15程度に減衰する。これは、孔が発生すると熱を観察している溶融部16自体が無くなってしまうため、11.1ms付近で波形が減衰したためと考えられる。その後、検出強度は増加し、レーザ照射終了時には検出強度0.3程度となる。これは、下板15b表面がレーザ吸収による温度上昇を捉えているためと考えられる(図8(B))。可視光は7.5ms付近から検出強度20以上の波形が得られ、上板15aの孔が発生する11.1ms付近で大きく減衰する。孔あきが発生すると、プルームも消滅するため11.1ms付近で波形が減衰したと考えられる。また、良好な溶接時に比べ検出強度が大きいが、これは、上板15aと下板15bの間にギャップが発生するために、上板15aのみが加熱され、熱が溜まりやすくなり、プルームの発光強度が大きくなったものと考えられる。 Referring to the reflected light obtained at this time, a waveform with a detection intensity of around 20 is obtained around 10.6 ms. This is because the laser 2 is reflected from the surface on the lower plate 15b side due to the occurrence of perforation, and the scattered object is detected (FIG. 8A). The waveform of infrared light increases from around 3.2 ms, starts to increase more rapidly around 7.8 ms, and the detection intensity becomes 0.8 or more around 8.5 ms. After that, the detected intensity is attenuated to about 0.15 in the vicinity of 11.1 ms where the perforation of the upper plate 15a occurs. This is probably because the melted part 16 observing the heat disappears when the hole is generated, so that the waveform is attenuated in the vicinity of 11.1 ms. Thereafter, the detection intensity increases, and reaches a detection intensity of about 0.3 at the end of laser irradiation. This is presumably because the surface of the lower plate 15b captures the temperature rise due to laser absorption (FIG. 8B). Visible light has a waveform with a detected intensity of 20 or more from around 7.5 ms, and is greatly attenuated around 11.1 ms where holes in the upper plate 15a are generated. When perforation occurs, the plume disappears, so the waveform is thought to have attenuated around 11.1 ms. In addition, the detected intensity is higher than that during good welding. This is because a gap is generated between the upper plate 15a and the lower plate 15b, so that only the upper plate 15a is heated, and heat tends to accumulate, and the plume emits light. It is thought that the strength has increased.
 上下板孔あきの場合、図13に示す画像から、9.1ms付近までは良好な溶接時と外観上識別するのが困難であるが、9.1ms付近で上板15aに孔が発生する様子が見られる。さらに、10.8ms付近では瞬間的に溶融部16が振動し、13.1ms付近では下板15bにも孔が発生する。 In the case of the upper and lower plate holes, it is difficult to distinguish from the image shown in FIG. 13 that good welding is performed until the vicinity of 9.1 ms, but it appears that a hole is generated in the upper plate 15 a near 9.1 ms. It can be seen. Further, the melting portion 16 vibrates instantaneously in the vicinity of 10.8 ms, and a hole is also generated in the lower plate 15b in the vicinity of 13.1 ms.
 このとき得られた反射光を確認すると、9.1ms付近で検出強度60前後の波形が得られる。その後、孔あきが発生することにより反射光は減衰するが、10.8ms付近で検出強度60程度のピークが発生する。さらにその後下板15bに孔が発生する13.1ms付近で再び検出強度40前後の波形が得られる(図9(A))。赤外光は3.5ms付近から波形が増加し、上板15aの孔あきが発生する9.1ms付近で検出強度0.4以上得られる。その直後に減衰し、下板15bの孔が発生する13.1ms付近で検出強度0.5程度のピークが得られる(図9(B))。可視光は9.1ms付近から検出強度20以上の波形が得られ、直後に減衰しており、下板15bに孔が発生する13.1ms付近で再び同じような挙動の波形が見られる。(図9(C))。
 これらより、反射光は孔あき発生時付近で波形が立ち上がり、可視光、赤外光は孔あき発生時に波形が立ち下がる傾向にあることが判る。
When the reflected light obtained at this time is confirmed, a waveform with a detection intensity of around 60 is obtained around 9.1 ms. Thereafter, the reflected light attenuates due to the occurrence of perforations, but a peak with a detection intensity of about 60 occurs around 10.8 ms. Further, a waveform with a detection intensity of about 40 is obtained again at around 13.1 ms where a hole is generated in the lower plate 15b (FIG. 9A). Infrared light has a waveform increasing from around 3.5 ms, and a detection intensity of 0.4 or more is obtained around 9.1 ms where perforation of the upper plate 15a occurs. Immediately after that, a peak with a detection intensity of about 0.5 is obtained in the vicinity of 13.1 ms where the holes in the lower plate 15b are generated (FIG. 9B). Visible light has a waveform with a detected intensity of 20 or more from around 9.1 ms, is attenuated immediately afterwards, and a waveform with the same behavior is seen again around 13.1 ms where a hole is generated in the lower plate 15b. (FIG. 9C).
From these, it can be seen that the waveform of reflected light tends to rise in the vicinity of the occurrence of perforation, and the waveform of visible light and infrared light tends to fall when perforation occurs.
 次に、図16~図19に基づいて、上記3光波即ち反射光、赤外光及び可視光による溶接欠陥の検出有効性を検討する。供試条件は図1~図4の説明で述べた実施条件と同一である。供試ワークの個数は60個である。可視光の集光及び検出については、反射光の集光及び検出に使用した反射光集光ユニット3及び反射光センサユニット7と同一構成の機器を使用した。同図中、「◇」は良好な溶接、「■」は溶融部振動状態、「×」はスパッタ、「△」は上板孔あき、「▲」は上下板孔あきを示す。 Next, based on FIG. 16 to FIG. 19, the effectiveness of detection of welding defects by the above three light waves, that is, reflected light, infrared light and visible light will be examined. The test conditions are the same as the implementation conditions described in the description of FIGS. The number of test workpieces is 60 pieces. For condensing and detecting visible light, devices having the same configuration as the reflected light collecting unit 3 and the reflected light sensor unit 7 used for collecting and detecting reflected light were used. In the figure, “◇” indicates good welding, “■” indicates the molten state vibration state, “×” indicates spatter, “Δ” indicates the upper plate hole, and “▲” indicates the upper and lower plate holes.
 図16は可視光による溶接欠陥の検出有効性を評価するため、図5にて分類した溶接欠陥ごとに可視光のピーク値をプロットしたグラフである。図16において、「◇」にて示す「良好な溶接」及び「■」にて示す「溶融部振動状態」のピーク値は、レーザ光の照射中期から後期にかけて検出強度30以下で分布している。一方「×」にて示す「スパッタ」、「▲」にて示す「上下板孔あき」及び「△」にて示す「上板孔あき」は、検出強度20~100程度で分布している。検出強度20~30程度で「良好な溶接」、「溶融部振動状態」の群と、「スパッタ」、「上板孔あき」、「上下板孔あき」の群に分かれる傾向にあるが、一部混在しているデータがあるため、可視光のみから、また可視光と他の光波成分から明確に溶接欠陥を識別することは困難である。 FIG. 16 is a graph in which the peak value of visible light is plotted for each welding defect classified in FIG. 5 in order to evaluate the effectiveness of detection of the welding defect by visible light. In FIG. 16, the peak values of “good welding” indicated by “◇” and “vibration state of melted portion” indicated by “■” are distributed with a detected intensity of 30 or less from the middle stage to the latter stage of laser light irradiation. . On the other hand, “spatter” indicated by “x”, “perforated upper and lower plates” indicated by “▲”, and “perforated upper plate” indicated by “Δ” are distributed with a detection intensity of about 20 to 100. There is a tendency to divide into the group of “good welding” and “vibration state of melted part” and the group of “sputtering”, “perforation of upper plate”, and “perforation of upper and lower plates” at a detection intensity of about 20-30. Since there are mixed data, it is difficult to clearly identify welding defects from only visible light or from visible light and other light wave components.
 図17は反射光による溶接欠陥の検出有効性を評価するため、図5にて分類した溶接欠陥ごとに反射光のピーク値をプロットしたグラフである。図17に示す反射光の場合、溶接欠陥の有無にかかわらず、すべての時間軸においてピーク値が生じる傾向があること、及びレーザ光による溶融部の溶融にはある程度の時間が必要であることより、最も早期の初期ピーク値を採用することができ、本実施例での初期ピーク値は「2.0」msである。また「良好な溶接」の場合、ピーク値は検出強度「20」未満で検出されること、「■」にて示す「溶融部振動状態」、「×」にて示す「スパッタ」、「▲」にて示す「上下板孔あき」、「△」にて示す「上板孔あき」のピークは全て検出強度20~100程度で分布していることより、図17の反射光データは溶接欠陥の判別評価に用いることが可能である。 FIG. 17 is a graph in which the peak value of the reflected light is plotted for each welding defect classified in FIG. 5 in order to evaluate the detection effectiveness of the weld defect by the reflected light. In the case of the reflected light shown in FIG. 17, there is a tendency that peak values are generated on all time axes regardless of the presence or absence of welding defects, and that a certain amount of time is required for melting the melted portion by laser light. The earliest initial peak value can be adopted, and the initial peak value in this embodiment is “2.0” ms. In the case of “good welding”, the peak value is detected at a detection intensity of less than “20”, “melting part vibration state” indicated by “■”, “spatter” indicated by “×”, “▲”. Since the peaks of “upper and lower plate perforations” indicated by “Δ” and “upper plate perforation” indicated by “Δ” are all distributed at a detection intensity of about 20 to 100, the reflected light data in FIG. It can be used for discriminant evaluation.
 図18は赤外光による溶接欠陥の検出有効性を評価するため、図5にて分類した溶接欠陥ごとに赤外光のピーク値をプロットしたグラフである。図18に示す赤外光の場合、「良好な溶接」は約12ms~15ms付近の間に検出強度「0.3」以下で密集しており、一方溶接異常である「溶融部振動状態」は検出強度「0.6」未満に集中し、また「スパッタ」、「上板孔あき」、「上下板孔あき」は検出強度「0.8」以上に集中している。これらより、図18の赤外光データは溶接欠陥の判別評価に用いることが可能である。 FIG. 18 is a graph in which the peak value of infrared light is plotted for each welding defect classified in FIG. 5 in order to evaluate the effectiveness of detection of welding defects by infrared light. In the case of the infrared light shown in FIG. 18, “good welding” is dense with a detected intensity of “0.3” or less in the vicinity of about 12 ms to 15 ms, while the “molten vibration state” which is a welding abnormality is The detection intensity is concentrated below “0.6”, and “spatter”, “upper plate hole”, and “upper and lower plate holes” are concentrated above the detection intensity “0.8”. From these, the infrared light data in FIG. 18 can be used for discriminating evaluation of welding defects.
 図19は比較例として音響信号による溶接欠陥の検出有効性を評価するため、図5にて分類した溶接欠陥ごとに音響信号のピーク値をプロットしたグラフである。これはレーザ光照射時の音響変化を超指向性マイクロフォン(AT815b形、audio−technica製、周波数特性:50~20,000Hz)により、照射面に対して角度50°、レーザ照射部から100mmの位置で固定して集め、上記した反射光、可視光、赤外光による溶接欠陥の検出結果と比較した。音響信号の場合、外観上の欠陥検出が不能な溶融部振動状態につき、半数以上が検出強度「0.0」付近において「良好な溶接」と混在している。よって、音響信号より溶接欠陥を識別する指標とすることは困難である。 FIG. 19 is a graph in which the peak value of the acoustic signal is plotted for each welding defect classified in FIG. 5 in order to evaluate the detection effectiveness of the welding defect by the acoustic signal as a comparative example. This is because the acoustic change at the time of laser light irradiation is measured at an angle of 50 ° with respect to the irradiation surface and 100 mm from the laser irradiation part by using a super-directional microphone (AT815b type, manufactured by audio-technica, frequency characteristics: 50 to 20,000 Hz). The result was compared with the results of detection of welding defects by reflected light, visible light, and infrared light. In the case of an acoustic signal, more than half of the melted portion vibration states in which defect detection on the appearance is impossible are mixed with “good welding” in the vicinity of the detection intensity “0.0”. Therefore, it is difficult to use an index for identifying a welding defect from an acoustic signal.
 図16~図19より、3光波のうちアルミニウム合金をスポット溶接したワークの溶接欠陥を判別するために利用することができる光波は、反射光及び赤外光の2成分であり、可視光は利用することができないことが判る。次に溶接欠陥判別のための反射光及び赤外光の順番性について検討した。先に述べた図6~図9により、先ず、反射光の検出強度のピーク値につき異常が有るか否かを判別することが重要であり、次いで赤外光の検出強度のピーク値について異常が有るか否かを判別する。つまり、溶接欠陥判別のため反射光及び赤外光の順番性が有るか否かについては「有」であり、反射光及び赤外光を同時に利用することはできず、また赤外光を利用してから反射光を利用することもできない。さらに、反射光の初期ピーク値を求めることにより、反射光のみから溶接欠陥の有無のみを検出することもできることが判る。 From FIG. 16 to FIG. 19, the light wave that can be used for discriminating a welding defect of a workpiece spot-welded with an aluminum alloy among the three light waves is two components of reflected light and infrared light, and visible light is used. You can't do it. Next, the order of reflected light and infrared light for discrimination of welding defects was examined. It is important to first determine whether or not there is an abnormality with respect to the peak value of the detection intensity of the reflected light according to FIGS. 6 to 9 described above, and then the abnormality is detected with respect to the peak value of the detection intensity of the infrared light. It is determined whether or not there is. In other words, whether or not there is an order of reflected light and infrared light for determining weld defects is “Yes”, and reflected light and infrared light cannot be used simultaneously, and infrared light is used. After that, the reflected light cannot be used. Furthermore, it can be seen that by determining the initial peak value of the reflected light, it is possible to detect only the presence or absence of welding defects from the reflected light alone.
 図20はかかる前提において採用したアルゴリズムのフロー図である。まずステップ1において、反射光につきレーザ光の照射開始から2ミリ秒(2ms)以降のピーク値が検出対象とされる(S1、図17参照)。この実施例の場合、閾値時間Tは2ミリ秒(2ms)とするのが最適である。 FIG. 20 is a flowchart of the algorithm employed under this assumption. First, in step 1, a peak value after 2 milliseconds (2 ms) from the start of irradiation of laser light with respect to reflected light is set as a detection target (S1, see FIG. 17). In this embodiment, the threshold time T 1 is best to two milliseconds (2 ms).
 次いで反射光の検出強度ピーク値が判別され、「2ms」以降において検出強度「20」未満のときは「良好な溶接」と判別される(S2a)。つまり図17より、「良好な溶接」の場合、ピーク値は検出強度20未満で検出されるから、この実施例の場合、検出強度の閾値Aを「20」とするのが最適である。 Next, the detected intensity peak value of the reflected light is discriminated. When the detected intensity is less than “20” after “2 ms”, it is discriminated as “good welding” (S2a). That is, as shown in FIG. 17, in the case of “good welding”, the peak value is detected with a detection intensity of less than 20, and in this embodiment, it is optimal to set the detection intensity threshold A to “20”.
 一方、「2ms」以降において検出強度「20」以上のときは、何らかの溶接欠陥があることとなる(S2b)。 On the other hand, if the detected intensity is “20” or more after “2 ms”, there is some welding defect (S2b).
 次いで赤外光の検出強度ピーク値が判別され、「0.6」未満のときは隠れた欠陥(溶融部振動状態)と判別される(S3a)。他方「0.6」以上のときは、外観上「顕らかな欠陥」になる確率が大となり、これが溶接の初期の段階で判別される(S3b)。 Next, the detected intensity peak value of infrared light is discriminated, and when it is less than “0.6”, it is discriminated as a hidden defect (melted portion vibration state) (S3a). On the other hand, when it is “0.6” or more, the probability of appearance of “visible defects” increases, and this is determined at the initial stage of welding (S3b).
 次いで、ステップ3bの「顕らかな欠陥」が判別された場合は、さらに「赤外光立下り時間(ms)−反射光立上り時間(ms)」の値(絶対値)が「0.8」未満/以上であるかが判別される。 Next, when “obvious defect” in step 3b is determined, the value (absolute value) of “infrared light fall time (ms) −reflected light rise time (ms)” is “0.8”. Whether it is less than or greater than is determined.
 ステップ3bにおいて「0.8」未満のときは、「赤外光立上り時間(ms)−反射光立上り時間(ms)」の値(絶対値)が判別される(S4a)。ステップ4aの値が「0.5」以上のときは、第1異常パターンとしての「孔あき欠陥」と判別され(S5a)、「0.5」未満のときは第2異常パターンとしての「スパッタ」又は「孔あき欠陥」のいずれかと判別される(S5b)。 When it is less than “0.8” in step 3b, the value (absolute value) of “infrared light rise time (ms) −reflected light rise time (ms)” is determined (S4a). When the value of step 4a is “0.5” or more, it is determined as a “perforated defect” as the first abnormal pattern (S5a), and when it is less than “0.5”, “sputtering” as the second abnormal pattern. Or “perforated defect” (S5b).
 またステップ3bにおいて「0.8」以上のときは、「赤外光立上り時間(ms)−反射光立上り時間(ms)」の値(絶対値)が判別される(S4b)。ステップ4bの値が「0.5」以上のときは、第2異常パターンとしての「スパッタ」又は「孔あき欠陥」のいずれかと判別され(S5b)、「0.5」未満のときは第3異常パターンとしての「スパッタ」と判別される(S5c)。 Further, when “0.8” or more in step 3b, the value (absolute value) of “infrared light rise time (ms) −reflected light rise time (ms)” is determined (S4b). When the value of step 4b is "0.5" or more, it is determined as either "spatter" or "perforated defect" as the second abnormal pattern (S5b), and when it is less than "0.5" It is determined as “spatter” as an abnormal pattern (S5c).
 ステップ3a(S3a)の隠れた欠陥(溶融部振動状態)の判別を可能とする根拠は図18による。即ち、図18より赤外光の検出強度ピーク値につき、「良好な溶接」が約12ms~15ms付近の間に検出強度0.3以下で密集しており、「溶融部振動状態」は検出強度0.6未満に集中していること、また「スパッタ」、「上板孔あき」、「上下板孔あき」は検出強度0.8以上で集中していることに基づく。よってこの実施例の場合、赤外光の検出強度閾値Bは「0.6」とするのが最適である。 The basis for enabling discrimination of the hidden defect (melted portion vibration state) in step 3a (S3a) is shown in FIG. That is, as shown in FIG. 18, “good welding” is dense at a detection intensity of 0.3 or less in the vicinity of about 12 ms to 15 ms with respect to the detection intensity peak value of infrared light. It is based on the fact that the concentration is less than 0.6, and “spatter”, “upper plate hole”, and “upper and lower plate holes” are concentrated at a detection intensity of 0.8 or more. Therefore, in this embodiment, the infrared light detection intensity threshold B is optimally set to “0.6”.
 S5a~S5cによる判別を可能とする根拠は図21~図23に基づく。図21(A)及び図21(B)に示すように、スパッタ発生時には反射光波形と赤外光波形の挙動は類似しており、両者ともほぼ同時に波形が立ち上がる。これに対し、図21(C)及び図21(D)に示すように、孔あきが発生する場合には赤外光波形が立ち下がるタイミングで反射光波形が立ち上がる傾向にある。 The basis for enabling discrimination by S5a to S5c is based on FIG. 21 to FIG. As shown in FIG. 21A and FIG. 21B, the behavior of the reflected light waveform and the infrared light waveform are similar when sputtering occurs, and the waveforms rise almost simultaneously. On the other hand, as shown in FIGS. 21C and 21D, when perforation occurs, the reflected light waveform tends to rise at the timing when the infrared light waveform falls.
 図21(A)及び図21(B)において、反射光検出強度の閾値Aとして「20」及び赤外光検出強度の閾値Bとして「0.6」を用い、レーザ光の照射開始から「2ms」以降において反射光の検出強度「20」以上の時間を「反射光立上り時間a」とし、1300nm赤外光の検出強度「0.6」以上の時間を「赤外光立上り時間b」とし、赤外光の立ち上がり後「0.6」未満の時間を「赤外光立下り時間c」と定義する。そして「赤外光立上り時間b」と「反射光立上り時間a」の差分T(絶対値)、又は「赤外光立下り時間c」と「反射光立上り時間a」の差分T(絶対値)を求める。 21A and 21B, “20” is used as the threshold value A for reflected light detection intensity and “0.6” is used as the threshold value B for infrared light detection intensity, and “2 ms from the start of laser light irradiation. ”And subsequent times, the time of reflected light detection intensity“ 20 ”or more is“ reflected light rise time a ”, the time of 1300 nm infrared light detection intensity“ 0.6 ”or more is“ infrared light rise time b ”, The time less than “0.6” after the rise of infrared light is defined as “infrared light fall time c”. The difference T 3 (absolute value) of the "infrared light rise time b" and "reflected light rise time a", or the difference T 2 (absolute "infrared light fall times c" and "reflected light rise time a" Value).
 また図21(C)及び図21(D)において、反射光検出強度の閾値Aとして「20」及び赤外光検出強度の閾値Bとして「0.6」を用い、レーザ光の照射開始から「2ms」以降において反射光の検出強度「20」以上の時間を「反射光立上り時間d」とし、1550nm赤外光の検出強度「0.6」以上の時間を「赤外光立上り時間e」とし、赤外光の立ち上がり後「0.6」未満の時間を「赤外光立下り時間f」と定義する。そして「赤外光立上り時間e」と「反射光立上り時間d」の差分T(絶対値)、又は「赤外光立下り時間f」と「反射光立上り時間d」の差分T(絶対値)を求める。
 これらにより、溶接欠陥を区分けする。
In FIGS. 21C and 21D, “20” is used as the threshold value A for reflected light detection intensity and “0.6” is used as the threshold value B for infrared light detection intensity. After 2 ms, the time of reflected light detection intensity “20” or more is “reflected light rise time d”, and the time of 1550 nm infrared light detection intensity “0.6” or more is “infrared light rise time e”. The time less than “0.6” after the rise of infrared light is defined as “infrared light fall time f”. The difference T 3 (absolute value) of the "infrared light rise time e" and "reflected light rise time d", or the difference T 2 (absolute and "infrared light fall time f""reflected light rise time d ' Value).
By these, welding defects are classified.
 図22から、「0.8ms」に閾値を設けると、「×」にて示すスパッタ発生の場合、サンプル7個中すべて0.8ms以上となり、「△」にて示す孔あきの場合(ここでは「上下板孔あき」及び「上板孔あき」。以下同じ)、サンプル12個中11個が0.8ms未満となった。これは、孔あき発生時には赤外光が立ち下がるタイミングで反射光が立ち上がるためである。 From FIG. 22, when a threshold value is set at “0.8 ms”, in the case of spatter occurrence indicated by “×”, all of the seven samples are 0.8 ms or more, and in the case of a hole indicated by “Δ” (here “ 11 pieces out of 12 samples were less than 0.8 ms, “upper and lower plate holes” and “upper plate holes”. This is because reflected light rises at the timing when infrared light falls when perforation occurs.
 赤外光立ち下がりのタイミングで反射光が立ち上がる理由を詳しく述べる。
 赤外光波形は溶融部16の熱量、溶融部16の面積の変動を表わしており、孔あき16cが発生すると当然溶融部16は無くなってしまうため波形は大きく下降する。すなわち、孔あき16cが発生するタイミングで赤外光波形は立ち下がる(図21(D)参照)。
 これに対し、反射光波形はレーザ散乱光の変動を表わしており、孔あき16cが発生する直前までの溶融部16が安定している時期には、レーザ光2は溶融部16に吸収されているため波形の変動はないが、上板15aに孔あき16cが発生し、溶融していない下板15b表面にレーザ光2が照射されることで、下板15b側からのレーザ散乱光が強くなり、反射光波形が大きく検出される。すなわち、孔あき16cが発生するタイミングで反射光波形は立ち上がることになる。(図21(C)参照)
 上記より、孔あき16c発生の瞬間に赤外光は立ち下がり、反射光は立ち上がる傾向となるのである。
The reason why reflected light rises at the timing of infrared light fall will be described in detail.
The infrared light waveform represents the amount of heat of the melting part 16 and the fluctuation of the area of the melting part 16, and when the perforated 16c is generated, the melting part 16 is naturally lost, and the waveform is greatly lowered. That is, the infrared light waveform falls at the timing when the perforated 16c is generated (see FIG. 21D).
On the other hand, the reflected light waveform represents the fluctuation of the laser scattered light, and the laser beam 2 is absorbed by the melting part 16 when the melting part 16 is stable until immediately before the perforation 16c is generated. However, there is no fluctuation in the waveform, but a hole 16c is generated in the upper plate 15a, and the surface of the lower plate 15b that is not melted is irradiated with the laser beam 2, so that the laser scattered light from the lower plate 15b side is strong. Thus, a large reflected light waveform is detected. That is, the reflected light waveform rises at the timing when the hole 16c is generated. (See FIG. 21C)
From the above, the infrared light falls and the reflected light tends to rise at the moment when the perforated 16c is generated.
 よって上記を数値化して検出することにより、溶接欠陥(孔あき16c)を発見することが可能となり、また溶接欠陥(孔あき16c)を解消するための溶接条件の再設定を迅速にすることができる。 Therefore, by numerically detecting the above, it becomes possible to find a welding defect (perforated 16c), and to quickly reset the welding conditions for eliminating the welding defect (perforated 16c). it can.
 図23から、「0.5ms」に閾値を設けると、「×」にて示すスパッタ発生の場合、サンプル7個中6個が0.5ms未満となり、「△」にて示す孔あきの場合、サンプル12個中11個が0.5ms以上となった。これは前述したようにスパッタ発生時には赤外光と反射光の波形立上り時間が類似しており、赤外光が起ち上がるタイミングで反射光が立ち上がるためである。 From FIG. 23, when a threshold value is set at “0.5 ms”, in the case of spatter occurrence indicated by “x”, 6 out of 7 samples are less than 0.5 ms, and in the case of perforation indicated by “Δ” 11 out of 12 were 0.5 ms or longer. This is because, as described above, the waveform rise times of infrared light and reflected light are similar when sputtering occurs, and the reflected light rises at the timing when the infrared light rises.
 赤外光立ち上がりのタイミングで反射光が立ち上がる理由を詳しく述べる。
 赤外光波形は溶融部16の熱量、溶融部16の面積の変動を表わしており、スパッタ16bが飛散した場合、瞬間的に赤外光センサユニット9aの観察面積内に多くの飛散物が存在することになり、その飛散物は溶融部16とほぼ同等の熱を持っているため、結果的に赤外光量が増え、波形は大きく上昇する。すなわち、スパッタ16bが発生するタイミングで赤外光波形は立ち上がる(図21(B))。
 これに対し、反射光波形はスパッタ16b発生時の急激な溶融部16の挙動により散乱光が多く発生する。よって、反射光もスパッタ16bが発生するタイミングで立ち上がることになる(図21(A))。
 上記により、スパッタ16b発生時の瞬間に赤外光は立ち上がり、反射光も立ち上がる傾向にある。
The reason why reflected light rises at the timing of rising of infrared light will be described in detail.
The infrared light waveform represents the amount of heat of the melting part 16 and the fluctuation of the area of the melting part 16, and when the spatter 16b is scattered, there are a lot of scattered objects within the observation area of the infrared light sensor unit 9a instantaneously. As a result, the scattered matter has substantially the same heat as that of the melted portion 16, and as a result, the amount of infrared light increases and the waveform greatly increases. That is, the infrared light waveform rises at the timing when the sputter 16b is generated (FIG. 21B).
On the other hand, in the reflected light waveform, a lot of scattered light is generated due to the abrupt behavior of the melting portion 16 when the sputter 16b is generated. Therefore, the reflected light also rises at the timing when the sputter 16b is generated (FIG. 21A).
As described above, the infrared light rises and the reflected light tends to rise at the moment when the sputter 16b is generated.
 よって上記を数値化して検出することにより、溶接欠陥(スパッタ16b)を発見することが可能となり、また溶接欠陥(スパッタ16b)を解消するための溶接条件の再設定を迅速にすることができる。 Therefore, by numerically detecting the above, it becomes possible to find a welding defect (spatter 16b), and to quickly reset the welding conditions for eliminating the welding defect (spatter 16b).
 ここで初期のピーク値にセンサ感度を合わせる理由を説明する。本願発明においては、溶融部振動状態による微妙な強度変化をキャッチし易くするため、反射光の検出強度閾値の設定に当たり、初期のピーク値を用いる。本願発明においては、各集光部3,5をワーク15に対し斜設し、斜め方向から反射光及び赤外光を測定しているので、反射光の初期の鏡面反射の影響が少なく、溶融後の散乱光をより鮮明にキャッチすることができるから、溶融部振動状態による微妙な強度変化を判別することが可能となるのである。 Here, the reason why the sensor sensitivity is adjusted to the initial peak value will be explained. In the present invention, the initial peak value is used for setting the detection intensity threshold value of the reflected light in order to easily catch a subtle intensity change due to the melted portion vibration state. In the present invention, the light collecting portions 3 and 5 are obliquely arranged with respect to the work 15 and the reflected light and infrared light are measured from the oblique direction. Since the later scattered light can be caught more clearly, it is possible to discriminate subtle changes in intensity due to the melted portion vibration state.
 また、ここで「溶融部振動状態」について補足する。本願発明においてはワーク15が箔状のアルミニウム合金をスポット溶接したワークであるため、レーザ光が照射されると、他素材からなるワークに比し、同一条件の照射であっても溶接前又は溶接中にワークに微かな歪みが発生するおそれがある。この結果、上下のワーク間にギャップやレーザ光の焦点のずれが起こるので、溶融池に激しい振動(「溶融部振動状態」)が発生する。この激しい振動は、溶融池表面が波打つため、反射光が散乱するので、このときの強度変化を反射光においてキャッチすることができるのである。他方、赤外光においては溶融部16の熱量を検出しているため、溶融池の面積が著しく変化しない限り、大きな波形変化となって表われないからキャッチすることができないのである。 In addition, we will supplement the “molten part vibration state” here. In the present invention, since the workpiece 15 is a workpiece obtained by spot welding a foil-like aluminum alloy, when irradiated with laser light, compared to a workpiece made of another material, even under irradiation under the same conditions, or before welding. There is a possibility that slight distortion occurs in the workpiece. As a result, gaps and laser beam defocusing occur between the upper and lower workpieces, and vigorous vibrations (“molten part vibration state”) occur in the molten pool. This intense vibration causes the reflected pool to scatter because the molten pool surface undulates, so that the intensity change at this time can be caught in the reflected beam. On the other hand, since the amount of heat of the molten part 16 is detected in the infrared light, unless the area of the molten pool changes significantly, it cannot be caught because it does not appear as a large waveform change.
 上記した結果を表1及び表2にまとめる。 The above results are summarized in Tables 1 and 2.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
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Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
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 上記実施の形態によれば、外観上視認不能な「隠れた欠陥」である「溶融部振動状態」を溶接の初期において判別することができる。本願発明によるワーク15は箔状のアルミニウム合金をスポット溶接したワークであるので、微小なギャップであっても溶接強度に大きく影響を及ぼす。よってギャップ管理は重要であるところ、レーザ光照射により容易にワーク15に歪みや溶接中のギャップが発生することがある。かかる状態で溶接されたワーク15が電極に用いられると、溶接不足による電池の液漏れ、導電性や動作電圧に欠陥を起こすおそれがある。とくに振動等があると上記欠陥を生ずる確率が高まる。 According to the above-described embodiment, it is possible to determine the “molten portion vibration state”, which is a “hidden defect” that is visually invisible, at the initial stage of welding. Since the workpiece 15 according to the present invention is a workpiece obtained by spot welding a foil-like aluminum alloy, even a small gap greatly affects the welding strength. Therefore, although gap management is important, distortion or a gap during welding may easily occur in the work 15 due to laser light irradiation. If the workpiece 15 welded in such a state is used as an electrode, there is a risk of battery leakage due to insufficient welding, defects in electrical conductivity or operating voltage. In particular, if there is vibration or the like, the probability of generating the above-described defect increases.
 本願発明による欠陥電極検出装置は、溶接条件だけでなく、溶接現象を含めて数値化し、アルゴリズムを構築してあるため、このような微小な歪みやギャップといった溶接欠陥を次のようにリアルタイムで検出することができる。よって、精密さが求められる電池用電極の品質管理に有効であり、溶接欠陥の早期検出により補修の対応が可能となる効果がある。具体的には次の通りである。 Since the defect electrode detection device according to the present invention is digitized including not only welding conditions but also welding phenomena and constructed an algorithm, it detects such welding defects such as minute distortions and gaps in real time as follows. can do. Therefore, it is effective for quality control of battery electrodes that require precision, and there is an effect that repair can be handled by early detection of welding defects. Specifically, it is as follows.
ア.溶接欠陥の検出
 溶接欠陥の検出は、溶接工程中に全数検査を行うことにより、許容することができない大きな欠陥を溶接時に100%機械検出することができる。これにより、製造工程下流での検査工程が不要となり、低コスト化に寄与する。
イ.溶接欠陥の解消
 溶接欠陥の原因究明がインライン検査であるため、瞬時に解明することができる。また、この解明はレーザ溶接中の上流工程で行なうため、生産ロスが小さい。
ウ.ラインの復旧
 溶接欠陥の原因究明まで瞬時に行なうことができるため、速やかに条件再設定、欠陥原因の除去に取り掛かることが可能となり、品質管理体制を強化することができる。
A. Detection of Welding Defects Welding defects can be 100% mechanically detected during welding by performing 100% inspection during the welding process. This eliminates the need for an inspection process downstream of the manufacturing process and contributes to cost reduction.
I. Eliminating weld defects Because the investigation of the cause of weld defects is in-line inspection, it can be solved instantly. Moreover, since this elucidation is performed in an upstream process during laser welding, production loss is small.
C. Line restoration Because it is possible to immediately investigate the cause of a welding defect, it is possible to quickly reset the conditions and remove the cause of the defect, thereby strengthening the quality control system.
 本願発明は上記した実施の形態に制限されない。例えば、反射光の検出強度に関する閾値Aは「20」に制限されず、アルミニウム合金の厚さ、成分等により適宜の閾値を採用することができる。これを示すのが表3である。 The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the threshold value A regarding the detection intensity of the reflected light is not limited to “20”, and an appropriate threshold value can be adopted depending on the thickness, components, and the like of the aluminum alloy. This is shown in Table 3.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
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 表3は図20におけるステップ1(S1)の閾値のみを変動させ、その他の閾値を固定して計測したデータであり、縦軸及び横軸の交差する各区画の数値は設定閾値に対する各評価項目の検出確率(%)を示す。 Table 3 shows data measured by changing only the threshold value of Step 1 (S1) in FIG. 20 and fixing other threshold values. The numerical values of the sections where the vertical axis and the horizontal axis intersect are the evaluation items for the set threshold value. The detection probability (%) is shown.
 表3より、この実施例の場合、反射光の検出強度の閾値を「23」にすると「良好な溶接」の検出確率が「96%」となり、また同閾値を「17」にすると「溶融部振動状態」の検出確率が「88%」となり、誤差の発生確率が高まるので、不適である。 From Table 3, in the case of this example, when the threshold value of the detection intensity of the reflected light is set to “23”, the detection probability of “good welding” becomes “96%”, and when the threshold value is set to “17”, “melting part” The detection probability of “vibration state” is “88%”, which increases the probability of occurrence of an error, which is inappropriate.
 また赤外光の検出強度に関する閾値Bは「0.6」に制限されず、アルミニウム合金の厚さ、成分等により適宜の閾値を採用することができる。これを示すのが表4である。 Further, the threshold value B relating to the detection intensity of infrared light is not limited to “0.6”, and an appropriate threshold value can be adopted depending on the thickness, components, etc. of the aluminum alloy. This is shown in Table 4.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表4は図20におけるステップ2(S2b)の閾値のみを変動させ、その他の閾値を固定して計測したデータであり、縦軸及び横軸の交差する各区画の数値は設定閾値に対する各評価項目の検出確率(%)を示す。 Table 4 shows data measured by changing only the threshold value of step 2 (S2b) in FIG. 20 and fixing other threshold values. The numerical values of the sections intersected by the vertical axis and the horizontal axis are the evaluation items for the set threshold value. The detection probability (%) is shown.
 表4より、この実施例の場合、赤外光の検出強度の閾値を「0.9」にすると「溶融部振動状態」の検出確率が「93%」となり、また同閾値を「0.5」にすると「スパッタ、孔あきのいずれか」の検出確率が「95%」となり、誤差の発生確率が高まるので、不適である。 From Table 4, in the case of this example, when the threshold value of the detection intensity of infrared light is set to “0.9”, the detection probability of “molten portion vibration state” becomes “93%”, and the threshold value is set to “0.5”. ”Is not suitable because the detection probability of“ either spatter or perforated ”becomes“ 95% ”and the probability of occurrence of an error increases.
 さらに、反射光の閾値時間Tについても「2.0」msに制限されず、アルミニウム合金の厚さ、成分等により適宜の閾値を採用することができる。これを示すのが表5(1)(2)である。 Further, not limited to "2.0" ms applies threshold time T 1 of the reflected light, the aluminum alloy thickness can be appropriately adopted threshold by components like. This is shown in Tables 5 (1) and (2).
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 表5(1)、(2)は図20におけるステップ1(S1)の閾値Tのみを変動させ、その他の閾値を固定して計測したデータであり、縦軸及び横軸の交差する各区画の数値は設定閾値に対する各評価項目の検出確率(%)を示す。 Table 5 (1), (2) is varied only thresholds T 1 in step 1 (S1) in FIG. 20, a data measured by fixing the other threshold, each section crossing the longitudinal axis and the horizontal axis The numerical value of indicates the detection probability (%) of each evaluation item with respect to the set threshold.
 表5(1)、(2)より、この実施例の場合、反射光ピーク値の発生時間は、閾値を「2.0」ms以上とすると「良好な溶接」「溶融部振動状態」「スパッタ、孔あきのいずれか」を各「100%」の確率で検出することができるが、閾値を「1.6」ms以下とすると「溶融部振動状態」の検出確率が「93%」となり、誤差の発生確率が高まるので、不適である。 From Tables 5 (1) and 5 (2), in the case of this example, the generation time of the reflected light peak value is “good welding”, “melted portion vibration state”, “spatter” when the threshold is set to “2.0” ms or more. , “Perforated” can be detected with a probability of “100%”, but if the threshold is set to “1.6” ms or less, the detection probability of “molten vibration state” will be “93%”, resulting in an error. This is not suitable because the probability of occurrence increases.
 赤外光の閾値時間Tについては、表6に示すように、「0.8ms」以外でも「良好な溶接」「溶融部振動状態」「スパッタ、孔あきのいずれか」を各「100%」の確率で検出することができる。よって赤外光の閾値時間Tについては、アルミニウム合金の厚さ、成分等により適宜の閾値を採用することができる。 The threshold time T 2 of the infrared light, as shown in Table 6, "good welding" Other than "0.8ms""melt unit vibration state", "sputter, either perforated" each "100%" Can be detected with a probability of. Thus for a threshold time T 2 of the infrared light, the aluminum alloy thickness can be appropriately adopted threshold by components like.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 赤外光の閾値時間Tについては、表7に示すように、「0.5ms」以外でも「良好な溶接」「溶融部振動状態」「スパッタ、孔あきのいずれか」を各「100%」の確率で検出することができる。よって赤外光の閾値時間Tについては、アルミニウム合金の厚さ、成分等により適宜の閾値を採用することができる。 As shown in Table 7, the infrared light threshold time T 3 is “100%” for “good welding”, “melted portion vibration state”, and “sputtered or perforated” other than “0.5 ms”. Can be detected with a probability of. Thus for a threshold time T 3 of the infrared light, the aluminum alloy thickness can be appropriately adopted threshold by components like.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 検出光として抽出される反射光の波長1070nm~1090nmの帯域、また赤外光の1300nm(±15nm)程度の帯域、同1550nm(±15nm)程度の帯域の波長はいずれも例示として理解すべきであり、波長域の多少の前後幅は許される。 The band of reflected light extracted as detection light in the wavelength range of 1070 nm to 1090 nm, the band of infrared light in the range of about 1300 nm (± 15 nm), and the band of about 1550 nm (± 15 nm) should be understood as examples. Yes, some width in front and back in the wavelength range is allowed.
 各集光部3、5のワーク15に対する傾斜度も50度に限定されない。この場合、傾斜角が50度より大となり起立し過ぎると、反射光の初期の鏡面反射の影響が大となるので望ましくなく、また傾斜角が50度より小となり過ぎると赤外光及び反射光の検出強度が弱化する不利がある。 The inclination of the light collecting portions 3 and 5 with respect to the work 15 is not limited to 50 degrees. In this case, if the tilt angle is larger than 50 degrees and stands up too much, the influence of the initial specular reflection of the reflected light becomes undesirably large, and if the tilt angle is smaller than 50 degrees, it is not desirable. There is a disadvantage that the detection intensity is weakened.
 上記溶接状態判別処理部11は送られてくる反射光及び赤外光に基づく信号について時間ごとの検出強度を処理する機能を有するものであれば、これを構成する装置、手段は適宜に選択可能である。また上記出力手段が異常時に出力する態様は任意であり、例えば画面に異常状態を出力するもの、入出力(IO)ポート、その他の外部出力装置に異常状態を出力するものであってもよい。 As long as the welding state determination processing unit 11 has a function of processing the detection intensity for each time with respect to the signal based on the reflected light and infrared light transmitted, the apparatus and means constituting this can be selected as appropriate. It is. In addition, the output unit may output any abnormal state. For example, the output unit may output an abnormal state on a screen, an input / output (IO) port, or other external output device.
 反射光集光部3、赤外光集光部5、反射光センサ部7、赤外光センサ部9及び溶接状態判別処理部11につき、上記各部の距離的近接性又は物理的一体性は問わない。 Regarding the reflected light condensing unit 3, the infrared light condensing unit 5, the reflected light sensor unit 7, the infrared light sensor unit 9, and the welding state discrimination processing unit 11, the distance proximity or physical integrity of each of the above parts is not questioned. Absent.
 本願発明は自動車用バッテリ、その他のバッテリ等電池産業に活用することができる。 The present invention can be used in the battery industry such as automobile batteries and other batteries.
 1   欠陥電極検出装置
 2   レーザ光
 3   反射光集光ユニット
 4   シリンダ
 4a  集光レンズ
 4b  集光レンズ
 5   赤外光集光ユニット
 7   反射光センサユニット
 9   赤外光センサユニット
 9a  赤外光センサユニット
 9b  赤外光センサユニット
 11  溶接状態判別処理部
 13  レーザ光出射ユニット
 15  ワーク
 15a 上板
 15b 下板
 16  溶融部
 16a 溶融部振動状態
 16b スパッタ
 16c 上板孔あき
 16d 上下板孔あき
 16e 不着溶接
 16g 正常溶接
 17  光ファイバ
 19a 光ファイバ
 19b 光ファイバ
 21  YAGレーザ光透過フィルタ
 23  可視光~赤外光用フォトダイオード
 25  アンプ
 27  アナログフィルタ
 29  ハウジング
 30  ハウジング
 31  筐体
 33  集光レンズ
 35  集光レンズ
 37  フィルタ
 39  筐体
 41  集光レンズ
 43  ダイクロイックミラー
 49  ハウジング
 50  筐体
 51  赤外光透過フィルタ
 53  ダイクロイックミラー
 55  干渉フィルタ
 57  集光レンズ
 59  赤外光用フォトダイオード
 61  アンプ
 63  アナログフィルタ
 65  干渉フィルタ
 67  集光レンズ
 69  赤外光用フォトダイオード
 71  アンプ
 73  アナログフィルタ
 75  A/Dコンバータ
 77  FPGA
 79  高速信号処理プロセッサ
 81  記憶手段
 83  出力手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Defect electrode detection apparatus 2 Laser beam 3 Reflected light condensing unit 4 Cylinder 4a Condensing lens 4b Condensing lens 5 Infrared light condensing unit 7 Reflected light sensor unit 9 Infrared light sensor unit 9a Infrared light sensor unit 9b Red External light sensor unit 11 Welding state determination processing unit 13 Laser beam emitting unit 15 Work 15a Upper plate 15b Lower plate 16 Melting portion 16a Melting portion vibration state 16b Sputter 16c Upper plate perforation 16d Upper and lower plate perforations 16e Non-adhesive welding 16g Normal welding 17 Optical fiber 19a Optical fiber 19b Optical fiber 21 YAG laser light transmission filter 23 Photodiode for visible light to infrared light 25 Amplifier 27 Analog filter 29 Housing 30 Housing 31 Housing 33 Condensing lens 35 Condensing lens 37 Filter 39 Housing 41 Condensing Lens 43 Dichroic Mirror 49 Housing 50 Housing 51 Infrared Light Transmission Filter 53 Dichroic Mirror 55 Interference Filter 57 Condensing Lens 59 Infrared Light Photodiode 61 Amplifier 63 Analog Filter 65 Interference Filter 67 Condensing Lens 69 Photodiode for infrared light 71 Amplifier 73 Analog filter 75 A / D converter 77 FPGA
79 High-speed signal processor 81 Storage means 83 Output means

Claims (10)

  1.  レーザ光にて溶接されるワークの溶接部位についてその欠陥の有無を溶融状態において検出する装置であって、
     上記ワークが箔状のアルミニウム合金からなり、
     溶接部位から散乱される反射光を集光する反射光集光部と、
     溶接部位から散乱される赤外光を集光する赤外光集光部と、
     上記反射光集光部で集光された光波から所定波長の反射光を抽出し、抽出された光を電気信号に変換し該信号を溶接状態判別処理部に送る反射光センサ部と、
     上記赤外光集光部で集光された光波から所定波長の赤外光を抽出し、抽出された光を電気信号に変換し核信号を溶接状態判別処理部に送る赤外光センサ部と、
     上記反射光及び上記赤外光に基づく信号を溶接部位が固化されるまでの時間監視する溶接状態判別処理部とからなり、
     該溶接状態判別処理部は上記反射光と上記赤外光について時間ごとの検出強度を監視する制御・演算手段と、演算結果を出力する出力手段と、予め定められた閾値を記憶する記憶手段とを備え、先ず反射光の時間ごとの検出強度のピーク値についての異常を判別し、次いで赤外光の時間ごとの検出強度のピーク値についての異常を判別することを特徴とする欠陥電極検出装置。
    An apparatus for detecting the presence or absence of a defect in a molten state with respect to a welded portion of a workpiece to be welded by laser light,
    The workpiece is made of a foil-like aluminum alloy,
    A reflected light condensing part for condensing the reflected light scattered from the welding site;
    An infrared light condensing part that condenses the infrared light scattered from the welding site;
    A reflected light sensor unit that extracts reflected light of a predetermined wavelength from the light wave collected by the reflected light collecting unit, converts the extracted light into an electrical signal, and sends the signal to a welding state determination processing unit;
    An infrared light sensor unit that extracts infrared light of a predetermined wavelength from the light wave collected by the infrared light condensing unit, converts the extracted light into an electrical signal, and sends a nuclear signal to the welding state determination processing unit; ,
    It consists of a welding state determination processing unit that monitors the time until the welded part is solidified with the signal based on the reflected light and the infrared light,
    The welding state determination processing unit is a control / calculation unit that monitors detection intensity for each time of the reflected light and the infrared light, an output unit that outputs a calculation result, and a storage unit that stores a predetermined threshold value. A defect electrode detection apparatus comprising: firstly determining an abnormality with respect to a peak value of detection intensity for each time of reflected light; and then determining an abnormality with respect to a peak value of detection intensity for each time of infrared light. .
  2.  請求項1記載の欠陥電極検出装置において、上記反射光につき所定の時間T経過後の検出強度のピーク値が予め定められた閾値A以上である場合において、赤外光の検出強度のピーク値が予め定められた閾値B以上であるときは「顕らかな欠陥」と判別し、上記閾値B未満であるときは「隠れた欠陥」と判別することを特徴とする欠陥電極検出装置。 2. The defect electrode detection apparatus according to claim 1, wherein the peak value of the detection intensity of the infrared light when the peak value of the detection intensity after the elapse of a predetermined time T 1 for the reflected light is equal to or greater than a predetermined threshold A. 3. A defective electrode detection device characterized in that when it is equal to or greater than a predetermined threshold B, it is determined as a “clear defect”, and when it is less than the threshold B, it is determined as a “hidden defect”.
  3.  請求項1又は請求項2記載の欠陥電極検出装置において、上記反射光に関する閾値時間Tが「2ms」以降であることを特徴とする欠陥電極検出装置。 In the defect electrode detecting device according to claim 1 or claim 2, wherein the defect electrode detecting apparatus characterized by threshold time T 1 relating to the reflected light is "2ms" later.
  4.  請求項3記載の欠陥電極検出装置において、上記反射光に関する検出強度の閾値Aが「20」であることを特徴とする欠陥電極検出装置。 4. The defect electrode detection apparatus according to claim 3, wherein a threshold value A of detection intensity related to the reflected light is “20”.
  5.  請求項3又は請求項4記載の欠陥電極検出装置において、上記赤外光に関する検出強度の閾値Bが「0.6」であることを特徴とする欠陥電極検出装置。 5. The defect electrode detection apparatus according to claim 3, wherein a threshold value B of detection intensity related to the infrared light is “0.6”.
  6.  請求項3又は請求項4記載の欠陥電極検出装置において、上記溶融状態判別処理部は上記赤外光につき検出強度のピーク値が予め定められた閾値B以上である場合において、赤外光立下り時間と反射光立上り時間の差が予め定められた値(絶対値)T未満であるときは第1異常パターン又は第2異常パターンと判別し、上記値(絶対値)T以上であるときは第2異常パターン又は第3異常パターンと判別することを特徴とする欠陥電極検出装置。 5. The defect electrode detection device according to claim 3, wherein the melting state determination processing unit detects the falling edge of the infrared light when the peak value of the detection intensity for the infrared light is equal to or greater than a predetermined threshold value B. 6. time and when the difference of the reflected light rise time is a predetermined value (absolute value) T less than 2 determines that the first abnormal pattern or the second failure pattern, the value (absolute value) when it is T 2 or more Is determined as a second abnormal pattern or a third abnormal pattern.
  7.  請求項3又は請求項4記載の欠陥電極検出装置において、上記溶融状態判別処理部は上記赤外光につき検出強度のピーク値が予め定められた閾値B以上である場合において、赤外光立下り時間と反射光立上り時間の差が予め定められた値(絶対値)T未満であって、赤外光立上り時間と反射光立上り時間の差が予め定められた値(絶対値)T以上のときは第1異常パターンと判別し、上記値(絶対値)T未満のときは第2異常パターンと判別することを特徴とする欠陥電極検出装置。 5. The defect electrode detection device according to claim 3, wherein the melting state determination processing unit detects the falling edge of the infrared light when the peak value of the detection intensity for the infrared light is equal to or greater than a predetermined threshold value B. 6. a time and the reflected light difference rise time the predetermined value (absolute value) T less than 2, the value difference between the infrared light rising time and the reflected light rise time is predetermined (absolute value) T 3 or more first abnormality pattern and to determine, the value (absolute value) when less than T 3 defect electrodes detecting apparatus characterized by determining a second abnormal pattern when the.
  8.  請求項3又は請求項4記載の欠陥電極検出装置において、上記溶融状態判別処理部は上記赤外光につき検出強度のピーク値が予め定められた閾値B以上である場合において、赤外光立下り時間と反射光立上り時間の差が予め定められた値(絶対値)T以上であって、赤外光立上り時間と反射光立上り時間の差が予め定められた値(絶対値)T以上のときは第2異常パターンと判別し、上記値(絶対値)T未満のときは第3異常パターンと判別することを特徴とする欠陥電極検出装置。 5. The defect electrode detection device according to claim 3, wherein the melting state determination processing unit detects the falling edge of the infrared light when the peak value of the detection intensity for the infrared light is equal to or greater than a predetermined threshold value B. 6. a is time difference of the reflected light rise time is a predetermined value (absolute value) T 2 or more, the value difference between the infrared light rising time and the reflected light rise time is predetermined (absolute value) T 3 or more defect electrode detector and the second failure pattern and to determine, the value (absolute value) when less than T 3, characterized in that to determine the third abnormal pattern when the.
  9.  請求項1又は請求項2記載の欠陥電極検出装置において、上記各集光部は溶接部位に対し傾斜して設けられることを特徴とする欠陥電極検出装置。 3. The defect electrode detection device according to claim 1, wherein each of the light condensing portions is provided to be inclined with respect to a welding site.
  10.  請求項9記載の欠陥電極検出装置において、上記各集光部の傾斜角度が50度であることを特徴とする欠陥電極検出装置。 10. The defect electrode detection apparatus according to claim 9, wherein an inclination angle of each of the light collecting portions is 50 degrees.
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