WO2020110694A1 - レーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法 - Google Patents

レーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020110694A1
WO2020110694A1 PCT/JP2019/044226 JP2019044226W WO2020110694A1 WO 2020110694 A1 WO2020110694 A1 WO 2020110694A1 JP 2019044226 W JP2019044226 W JP 2019044226W WO 2020110694 A1 WO2020110694 A1 WO 2020110694A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
welding
region
brightness
interest
occurred
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/044226
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
アレキサンダー ワグナー
マリオ ズシパン
ミシェル ラマート
山梨　貴昭
Original Assignee
株式会社アマダホールディングス
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社アマダホールディングス filed Critical 株式会社アマダホールディングス
Priority to US17/296,424 priority Critical patent/US20220009026A1/en
Priority to JP2020558295A priority patent/JP7093848B2/ja
Publication of WO2020110694A1 publication Critical patent/WO2020110694A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/12—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to investigating the properties, e.g. the weldability, of materials
    • B23K31/125—Weld quality monitoring
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30164—Workpiece; Machine component

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser welding machine and a welding state monitoring method.
  • Laser welder can irradiate a laser beam on the boundary between two sheet metals that are butted against each other and weld them together. If various conditions for welding the two sheet metals are not optimally set, the two sheet metals may not be properly welded, and a welding defect may occur.
  • -It is required to judge in real time whether or not a welding failure has occurred during the welding of sheet metal.
  • one or more embodiments respond to such a demand, it is possible to determine in real time whether or not a welding defect has occurred during the welding of sheet metal, and if a welding defect has occurred, a plurality of types can be determined. It is an object of the present invention to provide a laser welding machine and a welding state monitoring method capable of determining which of the welding defects of (1) has occurred.
  • the predetermined including the beam spot on the first and second sheet metals in a state where the first and second sheet metals to be welded are irradiated with the laser beam.
  • an image analysis device that determines whether or not a welding defect has occurred based on an image signal of the first and second sheet metals captured by the camera. In the frame of the image signal, has set an analysis window as a region for determining whether or not welding failure has occurred, the center of the beam spot is the reference point set in the analysis window.
  • An area extraction unit that extracts a pixel of a region of interest whose position is set with reference to the reference point corresponding to a welding defect to be determined among pixels included in the analysis window;
  • a laser welding machine is provided that includes a welding defect determination unit that determines whether or not the determination target welding defect has occurred based on the brightness in the region of interest extracted by the region extraction unit.
  • the predetermined including the beam spot on the first and second sheet metals in a state where the first and second sheet metals to be welded are irradiated with the laser beam.
  • an analysis window is set as an area for determining whether or not a welding defect has occurred in the frame of the image signal in which the camera captured the first and second sheet metals.
  • a reference point set in the analysis window is located at the center of the beam spot, and among pixels included in the analysis window, a position is set with the reference point as a reference corresponding to a welding defect to be determined. Welding for extracting a pixel of the attention area and determining whether or not a welding defect of the determination target has occurred based on the brightness in the extracted attention area during welding of the first and second sheet metals.
  • a condition monitoring method is provided.
  • the laser welding machine and the welding state monitoring method of one or more embodiments it is possible to determine in real time whether or not a welding defect has occurred during the welding of sheet metal, and when a welding defect has occurred, It is possible to determine which of the plurality of types of welding defects has occurred.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a laser welder of one or more embodiments.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view conceptually showing a good welding state in which no welding failure occurs in butt welding.
  • FIG. 2B is a sectional view conceptually showing a state in which an underfill is generated as a welding defect in butt welding.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view conceptually showing a state in which unconnected welding defects occur in butt welding.
  • FIG. 2D is a cross-sectional view conceptually showing a state in which welding failure due to insufficient penetration occurs in butt welding.
  • FIG. 2E is a cross-sectional view conceptually showing a state where welding defects such as end face displacement occur in butt welding.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view conceptually showing a state in which good welding is achieved without welding defects in the corner joint welding.
  • FIG. 3B is a sectional view conceptually showing a state in which a welding defect of a narrow weld seam occurs in welding of a corner joint.
  • FIG. 3C is a cross-sectional view conceptually showing a state in which a welding defect of a flat weld seam has occurred in welding of a corner joint.
  • FIG. 3D is a sectional view conceptually showing a state in which welding failure due to overmelting has occurred in welding of a corner joint.
  • FIG. 4 is a diagram showing the calibration of the analysis window set in the frame of the image signal.
  • FIG. 5 is a diagram conceptually showing the shape of the high-intensity region photographed by the camera in the state where no welding failure occurs during butt welding.
  • FIG. 6 is a diagram conceptually showing the shape of a high-intensity region photographed by a camera in a state where underfill is generated during butt welding.
  • FIG. 7 is a diagram conceptually showing the shape of the high-intensity region photographed by the camera in the state where unconnected welding defects occur during butt welding.
  • FIG. 8 is a figure which shows notionally the shape of the high-intensity area
  • FIG. 8 is a figure which shows notionally the shape of the high-intensity area
  • FIG. 9 is a diagram conceptually showing the shape of a high-intensity region photographed by a camera in a state where welding defects such as end face displacement occur during butt welding.
  • FIG. 10 is a diagram conceptually showing the shape of a high-luminance region photographed by a camera in the state where no welding failure occurs during welding of a corner joint.
  • FIG. 11 is a diagram conceptually showing the shape of a high-intensity region photographed by a camera in a state where a welding defect of a narrow welding seam occurs during welding of a corner joint.
  • FIG. 12 is a view conceptually showing the shape of a high-intensity region photographed by a camera in the state where a welding defect of a flat weld seam occurs during welding of a corner joint.
  • FIG. 13 is a diagram conceptually showing the shape of a high-intensity region photographed by a camera in a state where a welding failure due to over-melting has occurred during welding of a corner joint.
  • FIG. 14 is a diagram showing the positions of a plurality of attention areas set in the analysis window.
  • FIG. 15 is a diagram conceptually showing various kinds of information stored in the database.
  • FIG. 16 is a block diagram showing an example of a functional internal configuration of an image analysis device included in the laser welding machine according to one or more embodiments.
  • FIG. 17A is a partial flowchart illustrating a welding condition monitoring method of one or more embodiments.
  • 17B is a remaining partial flowchart illustrating the weld condition monitoring method of one or more embodiments following FIG. 17A.
  • a laser oscillator 1 oscillates and emits a laser beam.
  • the laser oscillator 1 is a fiber laser oscillator that emits a laser beam having a wavelength of 1060 nm to 1080 nm.
  • the delivery fiber 2 transmits the laser beam emitted from the laser oscillator 1 to the welding head 10.
  • An end cap 2e is provided at the laser beam emitting end of the delivery fiber 2, and the end cap 2e is connected to the welding head 10.
  • the laser beam which is the divergent light emitted from the delivery fiber 2, enters the collimator lens 3.
  • the collimator lens 3 converts the divergent light into parallel light (collimated light).
  • the bend mirror 4 bends the traveling direction of the laser beam by 90 degrees and makes it enter the focusing lens 5.
  • the bend mirror 4 is a dichroic mirror.
  • the focusing lens 5 focuses the incident laser beam and irradiates the boundary between the two sheet metals W, which are the objects to be welded.
  • the focusing lens 5 will be referred to as a laser focusing lens 5.
  • FIG. 1 the end surface of the sheet metal W located on the front side of the two sheet metals W is shown.
  • the angle of the welding head 10 with respect to the sheet metal W is variable.
  • the NC device 40 that controls the entire laser welder adjusts the angle of the welding head 10 with respect to the sheet metal W.
  • the welding head 10 is attached to the tip of the welding robot, and the NC head 40 controls the movement of the welding robot so that the welding head 10 is movable.
  • the laser welder may be a uniaxial welder or a biaxial welder.
  • a camera 11 is arranged at the upper end inside the welding head 10.
  • the camera 11 is a single focus camera.
  • a bandpass filter 12 that transmits light having a wavelength of 800 nm band is attached to the tip of the camera 11.
  • the illumination device 13 When the illumination device 13 is turned on, the illumination device 13 irradiates the bend mirror 14 with illumination light having a wavelength of 810 nm indicated by the alternate long and short dash line.
  • the lighting device 13 can be configured by a plurality of light emitting diodes (LEDs).
  • the bend mirror 14 is a dichroic mirror.
  • the illumination light is reflected by the bend mirror 14, the traveling direction is bent by 90 degrees, passes through the focusing lens 16, the bend mirror 4, and the laser focusing lens 5, and is irradiated onto the sheet metal W.
  • the focusing lens 16 is provided for focusing when the camera 11 photographs the sheet metal W, and the focusing lens 16 is referred to as a photographing focusing lens 16.
  • the imaging focusing lens 16 is configured to be vertically movable.
  • the light generated by irradiating the boundary between the two sheet metals W with the laser beam passes through the laser focusing lens 5, the bend mirror 4, the photographing focusing lens 16, and the bend mirror 14 and enters the camera 11.
  • the camera 11 photographs the two sheet metals W being welded.
  • the drive unit 15 moves the photographing and focusing lens 16 in a direction toward the bend mirror 4 or a direction away from the bend mirror 4 so that the camera 11 is focused on the surface of the sheet metal W.
  • the illumination light from the illumination device 13 may or may not be emitted.
  • the NC device 40 is connected to the image analysis device 20, which analyzes the image signal obtained by the camera 11 photographing the sheet metal W, the display unit 51, and the operation unit 52.
  • the operator of the laser welding machine operates the operation unit 52 to set various conditions in the NC device 40 or to start or end the welding of the sheet metal W.
  • the display unit 51 and the operation unit 52 may be integrated.
  • the image analysis device 20 can be configured by a computer device.
  • the image analysis device 20 controls the camera 11, the lighting device 13, and the drive unit 15.
  • the camera 11 supplies the image signal when the sheet metal W is photographed to the image analysis device 20.
  • a database 30 is connected to the image analysis device 20.
  • the database 30 stores various information used when the camera 11 photographs the sheet metal W and when the image analysis device 20 analyzes the image signal.
  • the internal configuration of the welding head 10 is an example, and the internal configuration of the welding head 10 is not limited to the configuration shown in FIG.
  • the welding head 10 may be configured such that the camera 11 is a multifocal camera and the drive unit 15 adjusts the focus of the camera 11.
  • FIGS. 2A-2E are sectional views conceptually showing a state in which the metal plates W1 and W2 are butted at the end faces and welded.
  • the welds shown in FIGS. 2A-2E are referred to as butt welds.
  • a gap of a predetermined distance may be provided between the end surface of the sheet metal W1 and the end surface of the sheet metal W2, or they may be abutted with each other without a gap.
  • FIG. 2A shows a good welding condition in which no welding defects occur.
  • a weld seam Ws formed by melting and solidifying the metal of the sheet metals W1 and W2 is provided between both end faces of the sheet metals W1 and W2.
  • FIG. 2B shows a state in which a welding defect called underfill occurs. In the underfill, the surface of the weld seam Ws is recessed.
  • FIG. 2C shows a state in which a non-connected welding defect has occurred.
  • Molten metals W1m and W2m which are solidified after melting of the respective metals, are attached to both end surfaces of the sheet metals W1 and W2, but they are not connected and the sheet metals W1 and W2 are not connected. There is.
  • FIG. 2D shows a state in which the welding seam Ws is formed only halfway in the depth direction from the surface of the sheet metals W1 and W2, causing insufficient penetration and poor welding.
  • FIG. 2E shows a state in which the end surface of the sheet metal W1 and the end surface of the sheet metal W2 are not completely opposed to each other, and welding defects are generated due to the end surface displacement which is welded in a displaced state.
  • the welding failure due to the end face displacement occurs when at least one end portion of the sheet metal W1 and the sheet metal W2 is deformed by heat and both end faces are displaced in the direction orthogonal to the sheet metal plane.
  • FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views conceptually showing a state in which the end portions of the sheet metal W1 are placed on the end faces of the sheet metal W2 and the two end faces are welded.
  • 3A to 3D show a half-pulled corner joint in which the end surface of the sheet metal W1 is located at an intermediate position between the end surfaces of the sheet metal W2.
  • the arrow lines indicate the direction in which the welding head 10 faces (that is, the direction in which the camera 11 faces).
  • FIG. 3A shows a good welding condition in which no welding defects occur.
  • the metal of the sheet metal W1 and W2 is melted and solidified to form a convex weld seam Ws that covers the entire corner.
  • FIG. 3B shows a state in which the welding bead has a small width and the welding seam Ws does not cover the entire corner, and a welding defect occurs in the narrow welding seam.
  • the weld seam Ws between the two end surfaces of the sheet metal W1 and W2 does not have a convex shape so as to cover the entire corner, and a welding defect occurs in the flat weld seam that is a flat weld seam Ws. It shows the state.
  • FIG. 3D shows a state in which both ends of the sheet metals W1 and W2 are excessively melted and an over-molten welding defect occurs.
  • the laser welding machine and the welding state monitoring method determine in real time whether or not a welding failure has occurred during welding of the sheet metals W1 and W2, and the above-described FIGS. 2B to 2E and 3B are performed. It is determined which of the welding defects shown in FIG. 3D has occurred.
  • the laser welding machine and the welding condition monitoring method according to one or more of the embodiments can perform well as shown in FIG. 2A if the welding defects shown in FIGS. 2B to 2E do not occur during the butt welding of the sheet metals W1 and W2. Judged as welded. As shown in FIG. 3A, the laser welding machine and the welding condition monitoring method according to one or more embodiments can be used as shown in FIG. 3A if the welding defects shown in FIGS. 3B to 3D do not occur during welding of the corner joints of the sheet metals W1 and W2. It is determined that the welding is good.
  • the beam spot BS is located in the frame 110 of the image signal obtained by the camera 11 photographing the metal plates W1 and W2.
  • the beam spot BS is applied to the boundary between the metal plates W1 and W2, which is the welding position, and the position of the beam spot BS is the welding spot.
  • the frame 110 has a predetermined number of pixels in the horizontal direction and a predetermined number of lines in the vertical direction.
  • the size of the frame 110 is arbitrary.
  • the image analysis device 20 sets an analysis window 111 in the frame 110 for determining whether a welding failure has occurred.
  • the analysis window 111 is composed of a plurality of some pixels out of all the pixels in the frame 110.
  • the image analysis device 20 sets a horizontal reference line L1 and a vertical reference line L2 in the analysis window 111, and sets the intersection of the reference lines L1 and L2 as the origin P0 of the coordinates (0, 0). is doing.
  • the origin P0 functions as a reference point for setting a plurality of attention areas described later in the analysis window 111.
  • the horizontal direction of the frame 110 and the analysis window 111 is the moving direction of the welding head 10 (the scanning direction of the laser beam), and the vertical direction of the frame 110 and the analysis window 111 is the direction orthogonal to the moving direction of the welding head 10.
  • the center of the beam spot BS may not be located at the origin P0 of the analysis window 111 as in the state shown in (a).
  • the image analysis device 20 moves the analysis window 111 within the frame 110 so that the origin P0 of the analysis window 111 is located at the center of the beam spot BS.
  • the center of the beam spot BS is located at the origin P0 of the analysis window 111.
  • the image analysis apparatus 20 executes a calibration for positioning the origin P0 of the analysis window 111 at the center of the beam spot BS as shown in FIG. 4 before executing the process of determining whether or not a welding defect has occurred. ..
  • FIG. 5 conceptually shows the shape of the high-intensity region photographed by the camera 11 during the butt welding of the sheet metals W1 and W2, as shown in FIG. 2A, in the state where no welding failure occurs.
  • the laser beam is scanned from the left direction to the right direction in FIG. 5, and in the region on the left side of the beam spot BS, the boundary between the metal plates W1 and W2 is welded and the gap G12 disappears.
  • a weld seam Ws having a weld bead is present in a region on the left side of the origin P0, the weld seam Ws is not shown in FIG. The same applies to FIG. 6 and subsequent figures.
  • the high-luminance region 61 is a white image, and the regions other than the high-luminance region 61 are black images. The same applies to images in which other high-luminance regions exist.
  • the image analysis device 20 sets an attention area R0 (first attention area) corresponding to the high-luminance area 61 in the analysis window 111.
  • the attention area R0 is preferably set to a size between the inscribed circle and the circumscribed circle of the substantially circular high brightness area 61.
  • the attention area R0 is an area at the position shown in FIG. 14 in the analysis window 111.
  • FIG. 6 conceptually shows the shape of the high-intensity region photographed by the camera 11 in a state in which underfill as shown in FIG. 2B has occurred as one of welding defects during the butt welding of the metal plates W1 and W2. Shows.
  • the shape of the high-brightness area 62 in the state where the underfill is generated is different from the shape of the high-brightness area 61.
  • the high-intensity region 62 has a narrower width in the direction orthogonal to the scanning direction on the front side in the scanning direction of the laser beam than the high-intensity region 61 shown in FIG.
  • a concave portion 621 that is recessed toward the rear side in the scanning direction is provided above.
  • the image analysis device 20 includes an attention area R1 (second attention area) located on the front side in the laser beam scanning direction and an attention area R2 (third attention area) located on the rear side in the attention area R0. And. That is, the attention areas R1 and R2 overlap the attention area R0.
  • the attention area R1 is located on the front side of the origin P0, and the attention area R2 is located on the rear side of the origin P0.
  • the center position of the attention areas R1 and R2 in the direction orthogonal to the scanning direction is located substantially at the center of the gap G12.
  • the image analysis device 20 sets an attention area R01, which is an area on the front side of the attention area R0, in the attention area R0.
  • the attention area R1 is located in the attention area R01. That is, the attention area R01 overlaps the attention area R0, and the attention area R1 overlaps the attention area R01. It is not essential for the image analysis device 20 to set the attention area R01, but it is preferable to set the attention area R01 in addition to the attention areas R1 and R2.
  • the image analysis device 20 determines whether or not underfill has occurred, based on at least the brightness in the attention areas R1 and R2, and preferably based on the brightness in the attention areas R1, R2, and R01. ..
  • FIG. 7 conceptually shows the shape of the high-intensity region photographed by the camera 11 in the state where the unconnected welding failure as shown in FIG. 2C occurs during the butt welding of the metal plates W1 and W2. ..
  • the shape of the high-brightness region 63 in the state where the unconnected welding failure occurs is different from the shapes of the high-brightness regions 61 and 62.
  • the high-brightness region 63 is divided into a high-brightness region 631 on the side of the sheet metal W1 and a high-brightness region 632 on the side of the sheet metal W2.
  • the high-brightness region 63 has a pointed shape on the front side in the scanning direction of the laser beam, and the width in the direction orthogonal to the scanning direction is narrower than that of the high-brightness region 61 shown in FIG.
  • the image analysis device 20 determines whether or not a non-coupling welding defect has occurred based on at least the brightness in the attention areas R1 and R2, and preferably based on the brightness in the attention areas R1, R2, and R01. To judge.
  • FIG. 8 conceptually shows the shape of the high-intensity region photographed by the camera 11 in the state where welding failure due to insufficient penetration as shown in FIG. 2D occurs during butt welding of the metal plates W1 and W2.
  • the high-brightness region 64 in a state where insufficiently penetrating welding defects are formed is almost circular like the high-brightness region 61, but the size of the high-brightness region 64 is smaller than the high-brightness region 61. ..
  • the image analysis device 20 determines whether or not a welding failure due to insufficient penetration has occurred based on the brightness in the attention area R0, preferably based on the brightness in the attention areas R0, R1, and R2. To do.
  • FIG. 9 conceptually shows the shape of the high-intensity region photographed by the camera 11 in the state where welding defects such as the end face displacement as shown in FIG. 2E occur during the butt welding of the metal plates W1 and W2. .. Similar to FIG. 5, FIG. 9 shows a state in which no welding failure itself has occurred and a substantially circular high-intensity region 61 is photographed. The example shown in FIG. 9 shows a case where, as shown in FIG. 2E, the sheet metal W2 is displaced below the sheet metal W1 to cause an end face displacement.
  • the high-luminance region 65 is generated by the vaporized gas that has flowed to the side of the sheet metal W2.
  • the high-brightness area 65 indicated by a thin solid line is not as bright as the brightness in the high-brightness area 61, but has a higher brightness than the surroundings and is a smoke-like dim white image.
  • the image analysis device 20 is located on the rear side in the scanning direction of the laser beam with respect to the region of interest R0 and at a position separated from the gap G12 by a predetermined distance in the direction orthogonal to the scanning direction. Attention area) and attention area R4 (fifth attention area) are set.
  • the attention area R3 and the attention area R4 sandwich the attention area R0.
  • the front end portions of the attention areas R3 and R4 in the scanning direction overlap the rear end portions of the attention area R0 at the positions in the scanning direction.
  • the attention areas R3 and R4 are separated from the attention area R0 in the direction orthogonal to the scanning direction.
  • the attention areas R3 and R4 are areas in the analysis window 111 at the positions shown in FIG.
  • the image analysis device 20 determines whether or not a welding defect due to an end face displacement has occurred, based on the brightness in the attention areas R3 and R4.
  • FIG. 10 conceptually shows the shape of the high-luminance region photographed by the camera 11 when welding the corner joints of the sheet metals W1 and W2, as shown in FIG. ..
  • the laser beam is scanned from the left direction to the right direction in FIG. 10, and the boundary between the metal plates W1 and W2 is welded in the region on the left side of the beam spot BS.
  • the boundary between the sheet metals W1 and W2 disappears.
  • the border between the disappeared sheet metals W1 and W2 is indicated by a thick two-dot chain line.
  • the image analysis device 20 sets the attention area R0 corresponding to the high brightness area 71 in the analysis window 111.
  • FIG. 11 conceptually shows the shape of the high-brightness region photographed by the camera 11 when welding defects of the narrow welding seam as shown in FIG. 3B occur when welding the corner joints of the sheet metals W1 and W2. Shows.
  • the center of the beam spot BS (that is, the origin P0) should be located at the boundary between the metal plates W1 and W2 indicated by the thin two-dot chain line.
  • the poor welding of the narrow weld seam occurs because the welding process is performed in a state where the center of the beam spot BS is displaced to one sheet metal (here, sheet metal W2) side.
  • the high-intensity region 72 is biased toward the front side in the scanning direction on the sheet metal W1 side, biased toward the rear side in the scanning direction on the sheet metal W2 side, and extends to the rear side. Have.
  • the image analysis device 20 includes, in the attention area R0, an attention area R05 (sixth attention area) and an attention area R06 (seventh attention area) which are behind the attention area R0 in the scanning direction and are separated in a direction orthogonal to the scanning direction. Area of interest).
  • the attention areas R05 and R06 are located at the rear ends of the attention area R0 and at both ends in the direction orthogonal to the scanning direction.
  • the image analysis device 20 determines whether or not a welding defect of the narrow welding seam has occurred based on the brightness in the attention areas R05 and R06.
  • FIG. 12 conceptually shows the shape of the high-intensity region photographed by the camera 11 in the state where welding failure of the flat welding seam as shown in FIG. 3C occurs during welding of the corner joints of the sheet metals W1 and W2. Shows.
  • the shape of the high-intensity region 73 in the state where the welding defect of the flat weld seam is substantially circular.
  • the image analysis device 20 focuses on a region of interest R7 (eighth region of interest) on the rear side of the region of interest R0 in the scanning direction and at a position separated by a predetermined distance from the boundary between the metal plates W1 and W2.
  • the region R8 (the ninth region of interest) is set.
  • the attention areas R7 and R8 are separated from each other in the direction orthogonal to the scanning direction.
  • the distance in the scanning direction between the attention area R0 and the attention areas R7 and R8 is substantially equal to the width of the attention area R0 in the scanning direction.
  • the attention areas R7 and R8 are areas in the analysis window 111 at the positions shown in FIG.
  • the attention area R7 is located at the end of the end surface of the sheet metal W1 on the side away from the sheet metal W2, and the attention area R8 is located on the end of the end surface of the sheet metal W2 on the side away from the sheet metal W1. Illustrated. As shown in FIG. 3C, since both end surfaces of the sheet metals W1 and W2 are actually melted to form the weld seam Ws, the attention areas R7 and R8 correspond to the areas 5W1 and 6W2 of FIG. 3C, respectively. To do.
  • the image analysis device 20 determines whether or not a welding defect of the flat welding seam has occurred based on the brightness in the attention areas R7 and R8.
  • the illumination by the illumination device 13 is turned on.
  • FIG. 13 conceptually shows the shape of the high-intensity region photographed by the camera 11 in the state where welding failure due to over-melting as shown in FIG. 3D occurs during welding of the corner joints of the sheet metals W1 and W2. ing.
  • the shape of the high-intensity region 74 in the state where the over-melting welding failure occurs is significantly different from the shapes of the high-intensity regions 71 to 73.
  • the high-intensity region 74 has a shape that extends to the rear side in the scanning direction of the laser beam.
  • the image analysis device 20 sets the attention area R9 (the tenth attention area) on the rear side of the attention area R0 and further on the rear side of the attention areas R7 and R8 so as to cross the boundary between the sheet metals W1 and W2. Set.
  • the center position of the attention area R9 in the direction orthogonal to the scanning direction is located substantially at the boundary between the sheet metals W1 and W2.
  • the attention area R9 is an area at the position shown in FIG. 14 in the analysis window 111.
  • the image analysis device 20 determines whether or not an over-melting welding defect has occurred based on the brightness in the attention area R9.
  • the illumination by the illumination device 13 is controlled to be turned on.
  • the image analysis device 20 determines whether or not each of the welding defects of FIGS. 2B to 2E and FIGS. 3B to 3D has occurred in the analysis window 111, and the attention area R0 to R4, R7 to R9, R01, R05 and R06 are set. Since the origin P0 is set to the coordinates (0, 0), the positions of the attention areas R0 to R4, R7 to R9, R01, R05 and R06 in the analysis window 111 and the range of each attention area are in the horizontal direction. And in the vertical direction by positive or negative coordinates.
  • the database 30 shown in FIG. 1 stores coordinates (area designation data) that designate the position and range of each attention area, as one of information used when the image analysis apparatus 20 analyzes an image signal.
  • the database 30 stores, as another piece of information, a threshold value described below for determining whether or not each welding defect has occurred.
  • the database 30 as other information, information (shooting condition setting data) for setting shooting conditions when the camera 11 shoots the sheet metal W (W1 and W2), and the position of the shooting focusing lens 16 are set.
  • the information (lens position setting data) to be stored is stored.
  • One of the shooting conditions is, for example, shutter speed.
  • the database 30 stores setting information (illumination on/off setting data) for turning on or off the illumination by the illumination device 13, which is set for each type of welding failure to be determined.
  • the photographing condition As shown in FIG. 15, in the database 30, in correspondence with the material condition and the processing condition of the sheet metal W, the photographing condition, the position of the photographing focusing lens 16, the coordinates of each attention area, and the threshold value for each attention area. It is preferable that the lighting is turned on or off.
  • a set of the material of the sheet metal W and the plate thickness is set as the material condition, and aluminum (or aluminum alloy) having a plate thickness of 0.5 mm and aluminum (or aluminum alloy) having a plate thickness of 1.0 mm are set. It is illustrated.
  • a material symbol such as A5052 may be used as the material condition.
  • the processing condition is represented by a processing condition number such as E1, E2, E3..., And the moving speed of the welding head 10, the laser power of the laser oscillator 1, the oscillation frequency of the laser beam, the nozzle gap, corresponding to the processing condition number.
  • Various processing conditions such as setting of butt welding or welding of corner joints are set.
  • the welding defects Df1 to Df4 shown in FIG. 15 indicate underfill, non-coupling welding defects, insufficient penetration, and end face displacement in butt welding, respectively, and welding defects Df5 to Df7 indicate welding in corner joints, respectively. It shows narrow weld seams, flat weld seams, and over-melting.
  • the processing condition E1 shows the processing condition of butt welding
  • the processing condition E5 shows the processing condition of welding of a corner joint.
  • the coordinates of the attention area for determining each welding defect, the threshold value, and ON or OFF of illumination are set corresponding to the welding defects Df1 to Df4 and Df5 to Df7.
  • the photographing conditions of the camera 11 the position of each attention area, and whether or not each welding defect has occurred are determined in correspondence with the material conditions and processing conditions of the sheet metals W1 and W2. It is preferable that the threshold value is set.
  • the shooting condition of the camera 11 may include the setting information of the position of the shooting and focusing lens 16 or the setting of turning on or off the illumination.
  • FIG. 16 shows an example of the functional internal configuration of the image analysis device 20.
  • the image analysis device 20 includes a region extraction unit 21, a welding defect determination unit 22, a read control unit 23, a camera control unit 24, an imaging focusing lens control unit 25, and a lighting device control unit 26.
  • An image signal of the sheet metal W captured by the camera 11 is input to the area extraction unit 21.
  • the material condition and the processing condition number input by the operation unit 52 are input to the read control unit 23.
  • the read control unit 23 reads the area designation data, the threshold value, the shooting condition setting data, the lens position setting data, and the illumination on/off setting data from the database 30 in correspondence with the input material condition and processing condition number.
  • the read control unit 23 supplies the region designation data to both the region extraction unit 21 and the welding failure determination unit 22, and supplies the threshold value to the welding failure determination unit 22.
  • the read control unit 23 supplies the photographing condition setting data, the lens position setting data, and the illumination on/off setting data to the camera control unit 24, the photographing focusing lens control unit 25, and the illumination device control unit 26, respectively.
  • the area extraction unit 21 extracts the pixels of each attention area for determining each welding defect from the pixels included in the analysis window 111 in each frame 110 of the input image signal based on the area designation data. It is supplied to the welding failure determination unit 22.
  • the welding failure determination unit 22 determines each welding failure in butt welding, it is sufficient to have the pixels of the attention areas R0 to R4 and R01 shown in FIG. Since the attention areas R1, R2, and R01 are located in the attention area R0, the area extraction unit 21 extracts the pixels of the attention areas R0, R3, and R4 and supplies them to the welding failure determination unit 22. In order for the welding failure determination unit 22 to determine each welding failure in the welding of the corner joint, the pixels of the attention areas R05, R06, R7 to R9 shown in FIG. 14 are sufficient. The area extraction unit 21 extracts the pixels of the attention areas R05, R06, and R7 to R9 and supplies them to the welding failure determination unit 22.
  • the welding failure determination unit 22 determines whether each welding failure occurs based on the brightness in the attention area R0, the attention areas R1, R2, and R01, or the attention areas R3 and R4. To determine. When determining each welding failure in the corner joint welding, the welding failure determination unit 22 determines whether each welding failure has occurred based on the brightness in the attention areas R05 and R06, the attention areas R7 and R8, or the attention area R9. To judge. The specific determination method will be described in detail later.
  • the camera control unit 24 generates camera control data based on the input shooting condition setting data, supplies the camera control data to the camera 11, and controls the camera 11.
  • the imaging focusing lens control unit 25 generates a drive control signal for moving the imaging focusing lens 16 based on the input lens position setting data, and supplies the drive control signal to the drive unit 15.
  • the lighting device control unit 26 generates a lighting on/off control signal for turning on/off the lighting by the lighting device 13 based on the input lighting on/off setting data, and supplies the lighting on/off control signal to the lighting device 13.
  • the poor welding determination unit 22 determines that the captured image is as shown in FIG. In this state, it is determined that the underfill shown in FIG. 2B has occurred.
  • the welding failure determination unit 22 sets the condition that the first luminance in the attention area R1 is lower than the threshold value, the luminance in the attention area R2 is higher than the first threshold value, and the luminance in the attention area R01 is lower than the predetermined threshold value. If satisfied, it may be determined that underfill has occurred.
  • the threshold used for the attention area R01 is different from the first threshold.
  • the concave portion 621 included in the high-intensity area 62 shown in FIG. 6 may be small. Even if the recess 621 is small, the occurrence of underfill can be determined by determining whether or not underfill has occurred by adding the condition that the luminance in the attention area R01 is lower than a predetermined threshold value. Therefore, it is preferable to use the attention area R01 in addition to the attention areas R1 and R2.
  • the welding failure determination unit 22 preferably determines that underfill has occurred when the above conditions are satisfied in a plurality of frames.
  • the number of frames for determining that underfill has occurred is, for example, 5 frames.
  • the welding failure determination unit 22 increments the count value by the counter by 1 when the above condition is satisfied, decrements the count value by 1 when the above condition is not satisfied, and underfill occurs when the count value becomes 5. You may judge that it did.
  • the welding failure determination unit 22 may determine that the underfill has occurred when a predetermined number of frames (for example, 5 frames) continuously satisfy the above condition.
  • the integrated value of the pixel values of all the pixels included in each attention area may be the brightness in each attention area, or the average value of the pixel values of all the pixels included in each attention area may be the brightness.
  • the welding failure determination unit 22 satisfies the condition that the brightness in the attention area R1 is lower than the second threshold value and the brightness in the attention area R2 is lower than the second threshold value, the captured image is as shown in FIG. In this state, it is determined that the unconnected welding failure shown in FIG. 2C has occurred.
  • the second threshold value may be the same as or different from the first threshold value.
  • the welding failure determination unit 22 sets the condition that the luminance in the attention area R1 is lower than the second threshold value, the luminance in the attention area R2 is lower than the second threshold value, and the luminance in the attention area R01 is lower than the predetermined threshold value. If satisfied, it may be determined that an unconnected welding defect has occurred.
  • the threshold value used for the attention area R01 to determine whether unconnected welding failure has occurred is the threshold value used for the attention area R01 to determine whether underfill has occurred. It may be the same or different.
  • the poor welding determination unit 22 indicates that the captured image is in a state as shown in FIG. 8 and the insufficient penetration welding shown in FIG. 2D. It is determined that a defect has occurred. If the welding defect determination unit 22 satisfies the condition that the luminance in the attention area R0 is lower than the third threshold value and the luminance in the attention areas R1 and R2 is higher than the predetermined threshold value, insufficient welding penetration occurs. May be determined.
  • the threshold used for the attention areas R1 and R2 may be the same as or different from the first threshold.
  • the welding failure determination unit 22 determines that the captured image is in the state as shown in FIG. It is determined that the welding defect of the end surface displacement shown in FIG. 2E has occurred.
  • the fourth threshold value may be a ratio representing the difference in luminance between the attention areas R3 and R4, or may be a difference value between the luminance in the attention areas R3 and R4. In the former case, as an example, if the luminance of the attention area R3 and the luminance of the attention area R4 differ by 5% or more, the welding failure determination unit 22 determines that a welding failure due to end face displacement has occurred.
  • the welding failure determination unit 22 determines the conditions for determining unwelded welding failure, insufficient penetration, or end face displacement in a plurality of frames in order to improve the accuracy of the determination. When satisfied, it is preferable to determine that unwelded welding failure, insufficient penetration, or end face displacement has occurred.
  • the welding failure determination unit 22 determines that the captured image is in the state as shown in FIG. It is determined that the welding defect of the narrow welding seam shown in FIG. 3B has occurred.
  • the fifth threshold value may be a ratio representing the difference in luminance between the attention areas R05 and R06, or may be a difference value between the luminance in the attention areas R05 and R06.
  • the welding defect determination unit 22 satisfies the condition that the brightness of the attention areas R7 and R8 is lower than the sixth threshold value while the illumination by the illumination device 13 is turned on, the captured image is as shown in FIG. In this state, it is determined that the welding failure of the flat weld seam shown in FIG. 3C has occurred.
  • the welding failure determination unit 22 can determine whether or not a welding failure has occurred in the flat welding seam by comparing the brightness of the attention areas R7 and R8 with the sixth threshold value.
  • the welding failure determination unit 22 turns on the illumination by the illumination device 13 and the condition that the brightness of the attention area R9 is higher than the seventh threshold value is satisfied, the captured image is in the state as shown in FIG. Therefore, it is determined that the over-melting welding failure shown in FIG. 3D has occurred.
  • the welding failure determination unit 22 determines to be a narrow welding seam, a flat welding seam, or an overmelting welding failure in a plurality of frames in order to improve the accuracy of the determination.
  • the condition (1) it is preferable to determine that a narrow welding seam, a flat welding seam, or an overmelting welding defect has occurred.
  • a welding state monitoring method executed by the image analysis device 20 will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS. 17A and 17B.
  • the image analysis device 20 starts the monitoring process shown in FIGS. 17A and 17B.
  • step S1 the image analysis device 20 automatically performs calibration so that the origin P0 of the analysis window 111 is located at the center of the beam spot BS.
  • the image analysis device 20 determines whether or not welding has started in step S2 based on the information supplied from the NC device 40. If welding is not started (NO), the image analysis device 20 repeats the process of step S2. If welding is started (YES), the image analysis device 20 determines in step S3 whether the welding to be performed is butt welding.
  • step S4 determines in step S4 whether or not underfill has occurred. If underfill occurs (YES), the image analysis device 20 instructs the NC device 40 to display an error indicating that underfill has occurred on the display unit 51 in step S5, and the process proceeds to step S6. Move. If underfill does not occur (NO), the image analysis device 20 shifts the processing to step S6.
  • the image analysis device 20 determines in step S6 whether or not an unconnected welding defect has occurred. When the unconnected welding failure occurs (YES), the image analysis device 20 instructs the NC device 40 to display an error indicating that the unconnected welding failure has occurred on the display unit 51 in step S7. , The process proceeds to step S8. If no unconnected welding failure occurs (NO), the image analysis device 20 moves the process to step S8.
  • the image analysis device 20 determines in step S8 whether or not a welding failure due to insufficient penetration has occurred. When the welding failure due to insufficient penetration occurs (YES), the image analysis device 20 instructs in step S9 to display an error indicating that the welding failure due to insufficient penetration has occurred on the display unit 51. Then, the process proceeds to step S10. If the welding failure due to insufficient penetration does not occur (NO), the image analysis device 20 shifts the processing to step S10.
  • the image analysis device 20 determines in step S10 whether or not a welding defect due to an end face displacement has occurred.
  • the image analysis device 20 instructs the NC device 40 to display an error indicating that the welding defect due to the end face displacement occurs on the display unit 51 in step S11. , And shifts the processing to step S18. If the welding defect due to the end face displacement does not occur (NO), the image analyzer 20 shifts the processing to step S18.
  • step S3 if it is not butt welding in step S3 (NO) (that is, if it is welding of a corner joint), in FIG. 17B, the image analyzer 20 has a welding defect of the narrow welding seam in step S12. Or not.
  • the image analysis device 20 instructs the NC device 40 to display an error indicating that the welding defect of the narrow welding seam has occurred on the display unit 51 in step S13. Then, the process proceeds to step S14. If the welding defect of the narrow welding seam does not occur (NO), the image analyzer 20 shifts the processing to step S14.
  • the image analysis device 20 determines in step S14 whether or not a welding defect of the flat welding seam has occurred. If the welding defect of the flat welding seam occurs (YES), the image analysis device 20 instructs the NC device 40 to display an error indicating that the welding defect of the flat welding seam has occurred on the display unit 51 in step S15. Then, the process proceeds to step S16. If the welding defect of the flat welding seam does not occur (NO), the image analyzer 20 shifts the processing to step S16.
  • the image analysis device 20 determines in step S16 whether or not an over-melting welding defect has occurred. If an overmelting welding defect occurs (YES), the image analyzer 20 instructs the NC device 40 to display an error indicating that an overmelting welding defect has occurred on the display unit 51 in step S17. , And shifts the processing to step S18 in FIG. 17A. If no welding failure due to excessive melting occurs (NO), the image analysis device 20 shifts the processing to step S18.
  • the image analysis device 20 determines whether or not the welding is completed based on the information supplied from the NC device 40 in step S18. If the welding is not completed (NO), the image analysis device 20 returns the process to step S3 and repeats the processes of steps S4 to S11 or the processes of steps S12 to S17 while welding the sheet metal W. If the welding is completed (YES), the image analysis device 20 ends the monitoring process.
  • the order of determining the welding failure in steps S4 to S11 is an example, and the order is arbitrary.
  • the order of determining the welding failure in steps S12 to S17 is an example, and the order is arbitrary.
  • the image analysis device 20 may switch the welding failure to be determined among the plurality of welding failures to be determined in a predetermined order during the welding of the sheet metals W1 and W2.
  • the welding state monitoring method of one or more embodiments it is possible to determine in real time whether or not a welding failure has occurred during the welding of the sheet metal W.
  • the welding state monitoring method of one or more embodiments when a welding failure occurs, it is possible to determine which of the plurality of types of welding failures has occurred, and laser welding. The machine operator can be informed which of the welding defects has occurred.
  • underfill in butt welding, non-welded welding failure, insufficient penetration, end face deviation, and narrow weld seam, carrier weld seam, and overmelt in corner joint welding are to be determined.
  • One or more other welding defects can be set as the determination target welding defect. It is possible to determine whether or not each welding defect has occurred by setting one or a plurality of attention areas according to the characteristics of the brightness in the analysis window 111 when each welding defect has occurred.
  • the laser welding machine photographs a predetermined range including the beam spot BS on the first and second sheet metals in a state where the first and second sheet metals (sheet metals W1 and W2) to be welded are irradiated with the laser beam.
  • a camera 11 is provided.
  • the laser welding machine includes an image analysis device 20 that determines whether or not a welding defect has occurred based on the image signals obtained by the camera 11 photographing the first and second sheet metals.
  • the image analysis device 20 may have the following configuration.
  • the image analysis device 20 sets an analysis window 111 as an area for determining whether or not a welding defect has occurred in the frame 110 of the image signal.
  • the center of the beam spot BS is located at the reference point (origin P0) set in the analysis window 111.
  • the image analysis device 20 includes an area extraction unit 21 that extracts, from the pixels included in the analysis window 111, the pixels of the attention area whose position is set with reference to the reference point corresponding to the welding defect to be determined.
  • the image analysis device 20 includes a welding defect determination unit 22 that determines whether or not a welding defect to be determined has occurred, based on the brightness in the region of interest extracted by the region extraction unit 21.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

カメラは、溶接対象の第１及び第２の板金に照射されているビームスポットを含む所定の範囲を撮影する。画像分析装置は、第１及び第２の板金を撮影した画像信号に基づいて、溶接不良が発生したかを判定する。画像分析装置は、画像信号のフレーム内に分析ウインドウを設定しており、ビームスポットの中心は、分析ウインドウ内に設定した基準点に位置している。領域抽出部は、分析ウインドウ内に含まれる画素のうち、判定対象の溶接不良に対応して基準点を基準として位置が設定された注目領域の画素を抽出する。溶接不良判定部は、注目領域における輝度に基づいて、判定対象の溶接不良が発生したかを判定する。

Description

レーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法
　本開示は、レーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法に関する。
　レーザ溶接機は、互いに突き合わせた２つの板金の境界にレーザビームを照射して両者を溶接することができる。２つの板金を溶接する際の各種の条件を最適に設定しないと、２つの板金が適切に溶接されない溶接不良が発生することがある。
特開２００２－３２１０７３号公報 特開平９－２２５６６号公報
　板金の溶接中に溶接不良が発生したか否かをリアルタイムで判定することが求められる。溶接不良には複数の種類があり、複数の種類の溶接不良のうちのいずれの溶接不良が発生したかを判定することが求められる。
　１またはそれ以上の実施形態はこのような要望に対応するため、板金の溶接中に溶接不良が発生したか否かをリアルタイムで判定することができ、溶接不良が発生した場合には複数の種類の溶接不良のうちのいずれの溶接不良が発生したかを判定することができるレーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法を提供することを目的とする。
　１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、溶接対象の第１及び第２の板金にレーザビームが照射されている状態の前記第１及び第２の板金におけるビームスポットを含む所定の範囲を撮影するカメラと、前記カメラが前記第１及び第２の板金を撮影した画像信号に基づいて、溶接不良が発生したか否かを判定する画像分析装置とを備え、前記画像分析装置は、前記画像信号のフレーム内に、溶接不良が発生したか否かを判定するための領域としての分析ウインドウを設定しており、前記ビームスポットの中心は、前記分析ウインドウ内に設定した基準点に位置しており、前記分析ウインドウ内に含まれる画素のうち、判定対象の溶接不良に対応して前記基準点を基準として位置が設定された注目領域の画素を抽出する領域抽出部と、前記領域抽出部によって抽出された前記注目領域における輝度に基づいて、前記判定対象の溶接不良が発生したか否かを判定する溶接不良判定部とを有するレーザ溶接機が提供される。
　１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、溶接対象の第１及び第２の板金にレーザビームが照射されている状態の前記第１及び第２の板金におけるビームスポットを含む所定の範囲をカメラによって撮影し、前記カメラが前記第１及び第２の板金を撮影した画像信号のフレーム内に、溶接不良が発生したか否かを判定するための領域としての分析ウインドウを設定し、前記分析ウインドウ内に設定した基準点を前記ビームスポットの中心に位置させ、前記分析ウインドウ内に含まれる画素のうち、判定対象の溶接不良に対応して前記基準点を基準として位置が設定された注目領域の画素を抽出し、前記第１及び第２の板金の溶接中に、抽出された前記注目領域における輝度に基づいて、前記判定対象の溶接不良が発生したか否かを判定する溶接状態モニタリング方法が提供される。
　１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法によれば、板金の溶接中に溶接不良が発生したか否かをリアルタイムで判定することができ、溶接不良が発生した場合には複数の種類の溶接不良のうちのいずれの溶接不良が発生したかを判定することができる。
図１は、１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機を示す図である。 図２Ａは、突き合わせ溶接において溶接不良が発生していない溶接が良好な状態を概念的に示す断面図である。 図２Ｂは、突き合わせ溶接において溶接不良としてアンダーフィルが発生している状態を概念的に示す断面図である。 図２Ｃは、突き合わせ溶接において非連結の溶接不良が発生している状態を概念的に示す断面図である。 図２Ｄは、突き合わせ溶接において不十分貫通の溶接不良が発生している状態を概念的に示す断面図である。 図２Ｅは、突き合わせ溶接において端面ずれの溶接不良が発生している状態を概念的に示す断面図である。 図３Ａは、コーナジョイントの溶接において溶接不良が発生していない溶接が良好な状態を概念的に示す断面図である。 図３Ｂは、コーナジョイントの溶接において狭溶接シームの溶接不良が発生している状態を概念的に示す断面図である。 図３Ｃは、コーナジョイントの溶接において平坦溶接シームの溶接不良が発生している状態を概念的に示す断面図である。 図３Ｄは、コーナジョイントの溶接において過溶融の溶接不良が発生している状態を概念的に示す断面図である。 図４は、画像信号のフレーム内に設定した分析ウインドウのキャリブレーションを示す図である。 図５は、突き合わせ溶接時に溶接不良が発生していない状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。 図６は、突き合わせ溶接時にアンダーフィルが発生している状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。 図７は、突き合わせ溶接時に非連結の溶接不良が発生している状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。 図８は、突き合わせ溶接時に不十分貫通の溶接不良が発生している状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。 図９は、突き合わせ溶接時に端面ずれの溶接不良が発生している状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。 図１０は、コーナジョイントの溶接時に溶接不良が発生していない状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。 図１１は、コーナジョイントの溶接時に狭溶接シームの溶接不良が発生している状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。 図１２は、コーナジョイントの溶接時に平坦溶接シームの溶接不良が発生している状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。 図１３は、コーナジョイントの溶接時に過溶融の溶接不良が発生している状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。 図１４は、分析ウインドウ内に設定される複数の注目領域の位置を示す図である。 図１５は、データベースに記憶されている各種の情報を概念的に示す図である。 図１６は、１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機が備える画像分析装置の機能的な内部構成例を示すブロック図である。 図１７Ａは、１またはそれ以上の実施形態の溶接状態モニタリング方法を示す部分的なフローチャートである。 図１７Ｂは、図１７Ａに続く、１またはそれ以上の実施形態の溶接状態モニタリング方法を示す残りの部分的なフローチャートである。
　以下、１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法について、添付図面を参照して説明する。図１において、レーザ発振器１はレーザビームを発振して射出する。一例としてレーザ発振器１は、１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍの波長のレーザビームを射出するファイバレーザ発振器である。デリバリファイバ２は、レーザ発振器１より射出されたレーザビームを溶接ヘッド１０へと伝送する。デリバリファイバ２のレーザビームの射出端にはエンドキャップ２ｅが設けられており、エンドキャップ２ｅが溶接ヘッド１０に接続されている。
　デリバリファイバ２より射出された発散光であるレーザビームは、コリメートレンズ３に入射される。コリメートレンズ３は、発散光を平行光（コリメート光）に変換する。ベンドミラー４は、レーザビームの進行方向を９０度曲げて集束レンズ５に入射させる。ベンドミラー４はダイクロイックミラーで構成される。集束レンズ５は、入射されたレーザビームを集束して溶接対象物である２つの板金Ｗの境界に照射する。集束レンズ５をレーザ集束レンズ５と称することとする。図１においては、２つの板金Ｗのうちの手前側に位置する板金Ｗの端面が示されている。
　板金Ｗに対する溶接ヘッド１０の角度は可変できるように構成されている。レーザ溶接機の全体を制御するＮＣ装置４０は、板金Ｗに対する溶接ヘッド１０の角度を調整する。また、溶接ヘッド１０は溶接ロボットの先端に取り付けられており、ＮＣ装置４０が溶接ロボットの動きを制御することによって、溶接ヘッド１０は移動自在に構成されている。レーザ溶接機は１軸の溶接機であってもよいし、２軸の溶接機であってもよい。
　溶接ヘッド１０の内部の上端部には、カメラ１１が配置されている。カメラ１１は単焦点カメラである。カメラ１１の先端部には、８００ｎｍ帯の波長の光を透過させるバンドパスフィルタ１２が装着されている。照明装置１３は照明がオンに制御されるとき、一点鎖線にて示す８１０ｎｍの波長の照明光をベンドミラー１４に向けて照射する。照明装置１３は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成することができる。ベンドミラー１４はダイクロイックミラーで構成される。
　照明光はベンドミラー１４で反射して進行方向が９０度曲げられ、集束レンズ１６、ベンドミラー４、及びレーザ集束レンズ５を透過して板金Ｗに照射される。集束レンズ１６はカメラ１１が板金Ｗを撮影するときに焦点を合わせるために設けられており、集束レンズ１６を撮影集束レンズ１６と称することとする。撮影集束レンズ１６は、上下方向に移動自在に構成されている。
　レーザビームが２つの板金Ｗの境界に照射されることによって発生した光は、レーザ集束レンズ５、ベンドミラー４、撮影集束レンズ１６、及びベンドミラー１４を透過してカメラ１１に入射する。カメラ１１は、溶接中の２つの板金Ｗを撮影する。このとき、駆動部１５は、カメラ１１の焦点を板金Ｗの表面に合わせるように、撮影集束レンズ１６をベンドミラー４に近付ける方向またはベンドミラー４から遠ざける方向に移動させる。カメラ１１が板金Ｗを撮影するとき、照明装置１３による照明光が照射されない場合と照射される場合とがある。
　ＮＣ装置４０には、カメラ１１が板金Ｗを撮影することによって得られた画像信号を分析する画像分析装置２０、表示部５１、及び操作部５２が接続されている。レーザ溶接機のオペレータは、ＮＣ装置４０に各種の条件を設定するため、または、板金Ｗの溶接を開始または終了させるために操作部５２を操作する。表示部５１と操作部５２とは一体化されていてもよい。
　画像分析装置２０は、コンピュータ機器によって構成することができる。画像分析装置２０は、カメラ１１、照明装置１３、及び駆動部１５を制御する。カメラ１１は、板金Ｗを撮影したときの画像信号を画像分析装置２０に供給する。画像分析装置２０にはデータベース３０が接続されている。データベース３０には、カメラ１１が板金Ｗを撮影するとき、及び、画像分析装置２０が画像信号を分析するときに用いる各種の情報が記憶されている。
　図１に示すレーザ溶接機において、溶接ヘッド１０の内部構成は一例であって、溶接ヘッド１０の内部構成は図１に示す構成に限定されない。溶接ヘッド１０は、カメラ１１を多焦点カメラで構成して、駆動部１５がカメラ１１の焦点を調整するように構成されていてもよい。
　以上のように構成される１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機が２つの板金Ｗを溶接するときに発生することがある溶接不良について説明する。図２Ａ～図２Ｅは、板金Ｗ１及びＷ２が端面で突き合わされて溶接加工された状態を概念的に示す断面図である。図２Ａ～図２Ｅに示す溶接は突き合わせ溶接と称される。なお、板金Ｗ１の端面と板金Ｗ２の端面との間には所定距離のギャップが設けられていてもよいし、ギャップなしで突き合わされていてもよい。但し、ギャップなしで突き合わされていたとしても、厳密には、２つの端面の間にはわずかな隙間が存在している。
　図２Ａは、溶接不良が発生していない溶接が良好な状態を示している。板金Ｗ１及びＷ２の両端面間は、板金Ｗ１及びＷ２の金属が溶融して固化した溶接シームＷｓとなっている。図２Ｂは、アンダーフィルと称される溶接不良が発生している状態を示している。アンダーフィルでは、溶接シームＷｓの表面が凹んでいる。図２Ｃは、非連結の溶接不良が発生している状態を示している。板金Ｗ１及びＷ２の両端面にはそれぞれの金属が溶融した後に固化した溶融金属Ｗ１ｍ及びＷ２ｍが付着しているが、両者がつながっておらず、板金Ｗ１及びＷ２が連結されていない状態となっている。
　図２Ｄは、溶接シームＷｓが板金Ｗ１及びＷ２の表面から深さ方向の途中までしか形成されていない不十分貫通の溶接不良が発生している状態を示している。図２Ｅは、板金Ｗ１の端面と板金Ｗ２の端面とが完全に対向せず、ずれた状態で溶接された端面ずれの溶接不良が発生している状態を示している。端面ずれの溶接不良は、板金Ｗ１と板金Ｗ２との少なくとも一方の端部が熱によって変形して、両端面が板金平面と直交する方向にずれることによって発生する。
　図３Ａ～図３Ｄは、板金Ｗ２の端面上に板金Ｗ１の端部を乗せた状態で両端面間が溶接加工された状態を概念的に示す断面図である。図３Ａ～図３Ｄは、板金Ｗ２の端面の中間位置に板金Ｗ１の端面を位置させた半引きのコーナジョイントを示している。図３Ａ～図３Ｄにおいて、矢印線は溶接ヘッド１０が向いている方向（即ち、カメラ１１を向いている方向）を示している。
　図３Ａは、溶接不良が発生していない溶接が良好な状態を示している。二点鎖線で示すように、板金Ｗ１及びＷ２の両端面間は、板金Ｗ１及びＷ２の金属が溶融して固化して、コーナの全体を覆うような凸状の溶接シームＷｓとなっている。図３Ｂは、溶接ビードの幅が狭く、溶接シームＷｓがコーナの全体を覆っていない狭溶接シームの溶接不良が発生している状態を示している。
　図３Ｃは、板金Ｗ１及びＷ２の両端面間の溶接シームＷｓがコーナの全体を覆うような凸状とはならず、平坦な溶接シームＷｓとなっている平坦溶接シームの溶接不良が発生している状態を示している。図３Ｄは、板金Ｗ１及びＷ２の両端部が過度に溶融した過溶融の溶接不良が発生している状態を示している。
　１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法は、板金Ｗ１及びＷ２の溶接中に溶接不良が発生したか否かをリアルタイムで判定し、以上の図２Ｂ～図２Ｅ及び図３Ｂ～図３Ｄに示す溶接不良のうちのいずれの溶接不良が発生したかを判定する。
　１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法は、板金Ｗ１及びＷ２の突き合わせ溶接中に図２Ｂ～図２Ｅに示す溶接不良が発生しなければ、図２Ａに示すように良好に溶接されていると判定する。１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法は、板金Ｗ１及びＷ２のコーナジョイントの溶接中に図３Ｂ～図３Ｄに示す溶接不良が発生しなければ、図３Ａに示すように良好に溶接されていると判定する。
　次に、画像分析装置２０が、カメラ１１が板金Ｗ１及びＷ２を撮影することによって得られた画像信号に基づいて、溶接不良が発生したか否かをどのように判定するかについて具体的に説明する。
　図４において、カメラ１１が板金Ｗ１及びＷ２を撮影することによって得られた画像信号のフレーム１１０内には、ビームスポットＢＳが位置している。ビームスポットＢＳは、溶接位置である板金Ｗ１及びＷ２の境界に照射されており、ビームスポットＢＳの位置が溶接スポットである。フレーム１１０は、水平方向に所定の画素数、垂直方向に所定のライン数を有する。フレーム１１０の大きさは任意である。
　画像分析装置２０は、フレーム１１０内において、溶接不良が発生したか否かを判定するための分析ウインドウ１１１を設定している。分析ウインドウ１１１は、フレーム１１０内の全ての画素のうちの一部の複数の画素によって構成される。画像分析装置２０は、分析ウインドウ１１１内に、水平方向の基準線Ｌ１と垂直方向の基準線Ｌ２を設定しており、基準線Ｌ１及びＬ２の交点を座標（０，０）の原点Ｐ０と設定している。原点Ｐ０は、分析ウインドウ１１１内に後述する複数の注目領域を設定するための基準点として機能する。
　フレーム１１０及び分析ウインドウ１１１の水平方向は、溶接ヘッド１０の移動方向（レーザビームの走査方向）であり、フレーム１１０及び分析ウインドウ１１１の垂直方向は溶接ヘッド１０の移動方向と直交する方向である。
　図４において、（ａ）に示す状態のように、ビームスポットＢＳの中心が分析ウインドウ１１１の原点Ｐ０に位置していないことがある。このような場合、画像分析装置２０は、分析ウインドウ１１１の原点Ｐ０をビームスポットＢＳの中心を位置させるように、分析ウインドウ１１１をフレーム１１０内で移動させる。これにより、図４において（ｂ）に示すように、ビームスポットＢＳの中心が分析ウインドウ１１１の原点Ｐ０に位置する。
　画像分析装置２０は、溶接不良が発生したか否かを判定する処理を実行する前に、図４に示すような分析ウインドウ１１１の原点Ｐ０をビームスポットＢＳの中心に位置させるキャリブレーションを実行する。
　図５は、板金Ｗ１及びＷ２の突き合わせ溶接時に、図２Ａに示すように、溶接不良が発生していない状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。レーザビームは図５の左方向から右方向へと走査され、ビームスポットＢＳより左側の領域では板金Ｗ１及びＷ２の境界が溶接して、ギャップＧ１２が消失している。なお、原点Ｐ０より左側の領域には溶接ビードが形成された溶接シームＷｓが存在するが、図５では溶接シームＷｓの図示を省略している。図６以降も同様である。
　レーザビームが板金Ｗ１及びＷ２の境界に照射されることによって、ビームスポットＢＳを中心としてビームスポットＢＳの面積を拡大したほぼ円形の領域が、高輝度領域６１となる。実際の画像信号による画像においては、高輝度領域６１は白の画像、高輝度領域６１以外の領域は黒の画像となる。他の高輝度領域が存在する画像においても同様である。
　画像分析装置２０は、分析ウインドウ１１１内に、高輝度領域６１に対応した注目領域Ｒ０（第１の注目領域）を設定する。注目領域Ｒ０は、ほぼ円形の高輝度領域６１の内接円と外接円との間の大きさに設定されるのがよい。注目領域Ｒ０は、分析ウインドウ１１１内における図１４に示す位置の領域である。
　図６は、板金Ｗ１及びＷ２の突き合わせ溶接時に、溶接不良の１つとして図２Ｂに示すようなアンダーフィルが発生している状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。アンダーフィルが発生している状態の高輝度領域６２の形状は、高輝度領域６１の形状とは異なる。図６に示すように、高輝度領域６２は、レーザビームの走査方向の前方側において、図５に示す高輝度領域６１と比較して、走査方向と直交する方向の幅が狭くなり、ギャップＧ１２上に、走査方向の後方側に向かって凹む凹部６２１を有する。
　画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０内に、レーザビームの走査方向の前方側に位置する注目領域Ｒ１（第２の注目領域）と、後方側に位置する注目領域Ｒ２（第３の注目領域）とを設定する。即ち、注目領域Ｒ１及びＲ２は注目領域Ｒ０と重なっている。注目領域Ｒ１は原点Ｐ０よりも前方側に位置し、注目領域Ｒ２は原点Ｐ０よりも後方側に位置する。注目領域Ｒ１及びＲ２の走査方向と直交する方向の中央位置は、ほぼギャップＧ１２の中央に位置している。
　また、画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０内に、注目領域Ｒ０の前方側の領域である注目領域Ｒ０１を設定する。注目領域Ｒ１は、注目領域Ｒ０１内に位置している。即ち、注目領域Ｒ０１は注目領域Ｒ０と重なっており、注目領域Ｒ１は注目領域Ｒ０１と重なっている。画像分析装置２０が注目領域Ｒ０１を設定することは必須ではないが、注目領域Ｒ１及びＲ２に加えて、注目領域Ｒ０１を設定することが好ましい。
　後述するように、画像分析装置２０は、少なくとも注目領域Ｒ１及びＲ２における輝度に基づいて、好ましくは注目領域Ｒ１、Ｒ２、及びＲ０１における輝度に基づいて、アンダーフィルが発生したか否かを判定する。
　図７は、板金Ｗ１及びＷ２の突き合わせ溶接時に、図２Ｃに示すような非連結の溶接不良が発生している状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。非連結の溶接不良が発生している状態の高輝度領域６３の形状は、高輝度領域６１及び６２の形状とは異なる。図７に示すように、ギャップＧ１２が残っていることにより、高輝度領域６３は、板金Ｗ１側の高輝度領域６３１と板金Ｗ２側の高輝度領域６３２とに分割されている。
　また、高輝度領域６３は、レーザビームの走査方向の前方側において尖ったような形状となり、図５に示す高輝度領域６１と比較して、走査方向と直交する方向の幅が狭い。
　後述するように、画像分析装置２０は、少なくとも注目領域Ｒ１及びＲ２における輝度に基づいて、好ましくは注目領域Ｒ１、Ｒ２、及びＲ０１における輝度に基づいて、非連結の溶接不良が発生したか否かを判定する。
　図８は、板金Ｗ１及びＷ２の突き合わせ溶接時に、図２Ｄに示すような不十分貫通の溶接不良が発生している状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。不十分貫通の溶接不良が発生している状態の高輝度領域６４の形状は高輝度領域６１と同様にほぼ円形であるが、高輝度領域６４の大きさは高輝度領域６１と比較して小さい。
　後述するように、画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０における輝度に基づいて、好ましくは注目領域Ｒ０、Ｒ１、及びＲ２における輝度に基づいて、不十分貫通の溶接不良が発生したか否かを判定する。
　図９は、板金Ｗ１及びＷ２の突き合わせ溶接時に、図２Ｅに示すような端面ずれの溶接不良が発生している状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。図９においては、図５と同様に、溶接不良自体は発生しておらず、ほぼ円形の高輝度領域６１が撮影されている状態を示している。図９に示す例は、図２Ｅに示すように、板金Ｗ２が板金Ｗ１よりも下方に変位した端面ずれが発生している場合を示している。
　このような端面ずれが発生すると、板金Ｗ１及びＷ２を溶接することによって発生した蒸発ガス（溶接ヒューム）が下方に変位した側の板金に多く流れる。これにより、図９に示すように、板金Ｗ２側に多く流れた蒸発ガスによって高輝度領域６５が発生する。細い実線にて示す高輝度領域６５は、高輝度領域６１における輝度ほど高輝度ではないが、周囲と比較して高輝度であり、煙状のぼんやりとした白の画像となる。
　画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０よりもレーザビームの走査方向の後方側であって、ギャップＧ１２から走査方向と直交する方向に所定の距離だけ離れた位置に、それぞれ、注目領域Ｒ３（第４の注目領域）と注目領域Ｒ４（第５の注目領域）とを設定する。
　注目領域Ｒ３と注目領域Ｒ４とは、注目領域Ｒ０を挟んでいる。注目領域Ｒ３及びＲ４の走査方向の前方側の端部は、走査方向の位置において、注目領域Ｒ０の後方側の端部と重なっている。注目領域Ｒ３及びＲ４は、走査方向と直交する方向において、注目領域Ｒ０と離隔している。注目領域Ｒ３及びＲ４は、分析ウインドウ１１１内における図１４に示す位置の領域である。
　後述するように、画像分析装置２０は、注目領域Ｒ３及びＲ４における輝度に基づいて、端面ずれの溶接不良が発生したか否かを判定する。
　図１０は、板金Ｗ１及びＷ２のコーナジョイントの溶接時に、図３Ａに示すように、溶接不良が発生していない状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。レーザビームは図１０の左方向から右方向へと走査され、ビームスポットＢＳより左側の領域では板金Ｗ１及びＷ２の境界が溶接される。原点Ｐ０より左側の領域においては板金Ｗ１及びＷ２の境界は消失する。消失した板金Ｗ１及びＷ２の境界が太い二点鎖線にて示されている。
　図５と同様に、レーザビームが板金Ｗ１及びＷ２の境界に照射されることによって、ビームスポットＢＳを中心としてビームスポットＢＳの面積を拡大したほぼ円形の領域が、高輝度領域７１となる。また、図５と同様に、画像分析装置２０は、分析ウインドウ１１１内に、高輝度領域７１に対応した注目領域Ｒ０を設定する。
　図１１は、板金Ｗ１及びＷ２のコーナジョイントの溶接時に、図３Ｂに示すような狭溶接シームの溶接不良が発生している状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。狭溶接シームの溶接不良が発生している状態の高輝度領域７２の形状は、高輝度領域７１の形状とは異なる。
　図１１に示すように、本来であれば、ビームスポットＢＳの中心（即ち、原点Ｐ０）は細い二点鎖線で示す板金Ｗ１及びＷ２の境界に位置しなければならない。狭溶接シームの溶接不良は、ビームスポットＢＳの中心が一方の板金（ここでは板金Ｗ２）側に変位した状態で溶接加工が実行されたことによって発生する。
　図１１に示すように、高輝度領域７２は、板金Ｗ１側においては走査方向の前方側に偏っており、板金Ｗ２側においては走査方向の後方側に偏って、しかも後方側へと伸びた形状を有する。
　画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０内に、注目領域Ｒ０の走査方向の後方側であって走査方向と直交する方向に離れた注目領域Ｒ０５（第６の注目領域）と注目領域Ｒ０６（第７の注目領域）を設定する。図１１に示す例では、注目領域Ｒ０５及びＲ０６は、注目領域Ｒ０の後端部であって走査方向と直交する方向の両端部に位置している。後述するように、画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０５及びＲ０６における輝度に基づいて、狭溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する。
　図１２は、板金Ｗ１及びＷ２のコーナジョイントの溶接時に、図３Ｃに示すような平坦溶接シームの溶接不良が発生している状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。平坦溶接シームの溶接不良が発生している状態の高輝度領域７３の形状はほぼ円形である。
　画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０よりも走査方向の後方側であって、板金Ｗ１及びＷ２の境界から所定の距離だけ離れた位置に、それぞれ、注目領域Ｒ７（第８の注目領域）と注目領域Ｒ８（第９の注目領域）とを設定する。注目領域Ｒ７及びＲ８は、走査方向と直交する方向に離れている。注目領域Ｒ０と注目領域Ｒ７及びＲ８との間の走査方向の距離は、注目領域Ｒ０の走査方向の幅とほぼ等しい。注目領域Ｒ７及びＲ８は、分析ウインドウ１１１内における図１４に示す位置の領域である。
　図１２においては、注目領域Ｒ７は板金Ｗ１の端面の板金Ｗ２とは離れた側の端部に、注目領域Ｒ８は板金Ｗ２の端面の板金Ｗ１とは離れた側の端部に位置するように図示している。図３Ｃに示すように、実際には、板金Ｗ１及びＷ２の両端面が溶融して溶接シームＷｓが形成されているので、注目領域Ｒ７及びＲ８は、それぞれ、図３Ｃの領域５Ｗ１及び６Ｗ２に相当する。
　後述するように、画像分析装置２０は、注目領域Ｒ７及びＲ８における輝度に基づいて、平坦溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する。なお、平坦溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する際、照明装置１３による照明がオンに制御される。平坦溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する際に照明をオンに制御することは必須ではないが、オンに制御することが好ましい。
　図１３は、板金Ｗ１及びＷ２のコーナジョイントの溶接時に、図３Ｄに示すような過溶融の溶接不良が発生している状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。過溶融の溶接不良が発生している状態の高輝度領域７４の形状は、高輝度領域７１～７３の形状とは大きく異なる。高輝度領域７４は、レーザビームの走査方向の後方側に長く伸びた形状を有する。
　画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０よりも後方側であって、注目領域Ｒ７及びＲ８よりもさらに後方側に、板金Ｗ１及びＷ２の境界を跨ぐように注目領域Ｒ９（第１０の注目領域）を設定する。注目領域Ｒ９の走査方向と直交する方向の中央位置は、ほぼ板金Ｗ１及びＷ２の境界に位置している。注目領域Ｒ９は、分析ウインドウ１１１内における図１４に示す位置の領域である。
　後述するように、画像分析装置２０は、注目領域Ｒ９における輝度に基づいて、過溶融の溶接不良が発生したか否かを判定する。なお、過溶融の溶接不良が発生したか否かを判定する際、照明装置１３による照明がオンに制御される。過溶融の溶接不良が発生したか否かを判定する際に照明をオンに制御することは必須ではないが、オンに制御することが好ましい。
　改めて図１４を参照すると、画像分析装置２０は、分析ウインドウ１１１内に、図２Ｂ～図２Ｅ及び図３Ｂ～図３Ｄの各溶接不良が発生したか否かを判定するための、注目領域Ｒ０～Ｒ４、Ｒ７～Ｒ９、Ｒ０１、Ｒ０５及びＲ０６を設定する。原点Ｐ０が座標（０，０）に設定されているので、分析ウインドウ１１１内の注目領域Ｒ０～Ｒ４、Ｒ７～Ｒ９、Ｒ０１、Ｒ０５及びＲ０６の位置、及び、各注目領域の範囲は、水平方向及び垂直方向に正または負の座標によって指定される。
　図１に示すデータベース３０には、画像分析装置２０が画像信号を分析するときに用いる情報の１つとして、各注目領域の位置及び範囲を指定する座標（領域指定データ）が記憶されている。データベース３０には、情報の他の１つとして、各溶接不良が発生したか否かを判定するための後述する閾値が記憶されている。
　また、データベース３０には、他の情報として、カメラ１１が板金Ｗ（Ｗ１及びＷ２）を撮影するときの撮影条件を設定する情報（撮影条件設定データ）、及び、撮影集束レンズ１６の位置を設定する情報（レンズ位置設定データ）が記憶されている。撮影条件の１つは例えばシャッタスピードである。さらに、データベース３０には、判定しようとする溶接不良の種類ごとに設定されている、照明装置１３による照明のオンまたはオフの設定情報（照明オンオフ設定データ）が記憶されている。
　図１５に示すように、データベース３０には、板金Ｗの材料条件と加工条件とに対応させて、撮影条件、撮影集束レンズ１６の位置、各注目領域の座標、各注目領域のための閾値と、照明オンまたはオフが設定されることが好ましい。ここでは、材料条件として、板金Ｗの材質と板厚との組が設定されており、板厚０．５ｍｍのアルミニウム（またはアルミニウム合金）と、板厚１．０ｍｍのアルミニウム（またはアルミニウム合金）を例示している。材料条件としてＡ５０５２等の材料記号が用いられてもよい。
　加工条件は例えばＥ１、Ｅ２、Ｅ３…のような加工条件番号で表され、加工条件番号に対応して、溶接ヘッド１０の移動速度、レーザ発振器１のレーザパワー、レーザビームの発振周波数、ノズルギャップ、突き合わせ溶接またはコーナジョイントの溶接の設定等の各種の加工条件が設定される。
　図１５に示す溶接不良Ｄｆ１～Ｄｆ４は、それぞれ、突き合わせ溶接における、アンダーフィル、非連結の溶接不良、不十分貫通、端面ずれを示し、溶接不良Ｄｆ５～Ｄｆ７は、それぞれ、コーナジョイントの溶接における、狭溶接シーム、平坦溶接シーム、過溶融を示している。一例として、加工条件Ｅ１は突き合わせ溶接の加工条件を示しており、加工条件Ｅ５はコーナジョイントの溶接の加工条件を示している。溶接不良Ｄｆ１～Ｄｆ４、及びＤｆ５～Ｄｆ７に対応して、各溶接不良を判定するための注目領域の座標、閾値、照明のオンまたはオフが設定されている。
　データベース３０には、板金Ｗ１及びＷ２の材料条件及び加工条件に対応して、少なくとも、カメラ１１の撮影条件と、各注目領域の位置と、各溶接不良が発生したか否かを判定するための閾値とが設定されているのがよい。撮影集束レンズ１６の位置または照明オンまたはオフの設定情報が、カメラ１１の撮影条件に含まれていてもよい。
　図１６は、画像分析装置２０の機能的な内部構成例を示している。画像分析装置２０は、領域抽出部２１、溶接不良判定部２２、読出制御部２３、カメラ制御部２４、撮影集束レンズ制御部２５、照明装置制御部２６を備える。領域抽出部２１には、カメラ１１が板金Ｗを撮影した画像信号が入力される。
　読出制御部２３には、操作部５２によって入力された材料条件と加工条件番号とが入力される。読出制御部２３は、データベース３０より、入力された材料条件と加工条件番号とに対応して、領域指定データ、閾値、撮影条件設定データ、レンズ位置設定データ、照明オンオフ設定データを読み出す。読出制御部２３は、データベース３０より読み出した読出データのうち、領域指定データを、領域抽出部２１と溶接不良判定部２２との双方に供給し、閾値を溶接不良判定部２２に供給する。また、読出制御部２３は、撮影条件設定データ、レンズ位置設定データ、照明オンオフ設定データを、それぞれ、カメラ制御部２４、撮影集束レンズ制御部２５、照明装置制御部２６に供給する。
　領域抽出部２１は、領域指定データに基づき、入力された画像信号の各フレーム１１０内の分析ウインドウ１１１に含まれる画素のうち、各溶接不良を判定するための各注目領域の画素を抽出して溶接不良判定部２２に供給する。
　溶接不良判定部２２が突き合わせ溶接における各溶接不良を判定するには、図１４に示す注目領域Ｒ０～Ｒ４及びＲ０１の画素があればよい。注目領域Ｒ１、Ｒ２、及びＲ０１は注目領域Ｒ０内に位置しているため、領域抽出部２１は注目領域Ｒ０、Ｒ３、及びＲ４の画素を抽出して溶接不良判定部２２に供給する。溶接不良判定部２２がコーナジョイントの溶接における各溶接不良を判定するには、図１４に示す注目領域Ｒ０５、Ｒ０６、Ｒ７～Ｒ９の画素があればよい。領域抽出部２１は注目領域Ｒ０５、Ｒ０６、Ｒ７～Ｒ９の画素を抽出して溶接不良判定部２２に供給する。
　溶接不良判定部２２は、突き合わせ溶接における各溶接不良を判定するとき、注目領域Ｒ０、注目領域Ｒ１、Ｒ２、及びＲ０１、または注目領域Ｒ３及びＲ４における輝度に基づいて各溶接不良が発生したか否かを判定する。溶接不良判定部２２は、コーナジョイントの溶接における各溶接不良を判定するとき、注目領域Ｒ０５及びＲ０６、注目領域Ｒ７及びＲ８、または注目領域Ｒ９における輝度に基づいて各溶接不良が発生したか否かを判定する。具体的な判定方法については後に詳述する。
　カメラ制御部２４は、入力された撮影条件設定データに基づいてカメラ制御データを生成してカメラ１１に供給し、カメラ１１を制御する。撮影集束レンズ制御部２５は、入力されたレンズ位置設定データに基づいて撮影集束レンズ１６を移動させるための駆動制御信号を生成して、駆動部１５に供給する。照明装置制御部２６は、入力された照明オンオフ設定データに基づいて照明装置１３による照明をオンまたはオフにする照明オンオフ制御信号を生成して、照明装置１３に供給する。
　ここで、各溶接不良が発生したか否かを判定する具体的な判定方法を説明する。まず、突き合わせ溶接における各溶接不良の判定方法を説明する。
　溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ１における輝度が第１の閾値よりも低く、注目領域Ｒ２における輝度がその第１の閾値よりも高いという条件を満たせば、撮影された画像が図６のような状態であって、図２Ｂに示すアンダーフィルが発生したと判定する。溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ１における第１の輝度が閾値よりも低く、注目領域Ｒ２における輝度が第１の閾値よりも高く、注目領域Ｒ０１における輝度が所定の閾値よりも低いという条件を満たせば、アンダーフィルが発生したと判定してもよい。注目領域Ｒ０１に対して用いられる閾値は第１の閾値とは異なる。
　図６に示す高輝度領域６２が有する凹部６２１が小さいことがある。アンダーフィルが発生したか否かを、注目領域Ｒ０１における輝度が所定の閾値よりも低いという条件を加えて判定すれば、凹部６２１が小さい場合であってもアンダーフィルの発生が判定できる。よって、注目領域Ｒ１及びＲ２に加えて、注目領域Ｒ０１を用いることが好ましい。
　溶接不良判定部２２は、判定の精度を高くするために、複数のフレームにおいて上記の条件を満足するときに、アンダーフィルが発生したと判定するのがよい。アンダーフィルが発生したと判定するフレーム数は例えば５フレームである。溶接不良判定部２２は、上記の条件を満足したらカウンタによるカウント値を１インクリメントし、上記の条件を満足しなかったらカウント値を１デクリメントして、カウント値が５となったら、アンダーフィルが発生したと判定してもよい。溶接不良判定部２２は、所定数のフレーム（例えば５フレーム）連続して上記の条件を満足したら、アンダーフィルが発生したと判定してもよい。
　ところで、各注目領域に含まれる全画素の画素値の積分値を各注目領域における輝度としてもよいし、各注目領域に含まれる全画素の画素値の平均値を輝度としてもよい。
　溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ１における輝度が第２の閾値よりも低く、注目領域Ｒ２における輝度が第２の閾値よりも低いという条件を満たせば、撮影された画像が図７のような状態であって、図２Ｃに示す非連結の溶接不良が発生したと判定する。第２の閾値は第１の閾値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
　溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ１における輝度が第２の閾値よりも低く、注目領域Ｒ２における輝度が第２の閾値よりも低く、注目領域Ｒ０１における輝度が所定の閾値よりも低いという条件を満たせば、非連結の溶接不良が発生したと判定してもよい。非連結の溶接不良が発生したか否かを判定するために注目領域Ｒ０１に対して用いられる閾値は、アンダーフィルが発生したか否かを判定するために注目領域Ｒ０１に対して用いられる閾値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
　溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ０における輝度が第３の閾値よりも低いという条件を満たせば、撮影された画像が図８のような状態であって、図２Ｄに示す不十分貫通の溶接不良が発生したと判定する。溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ０における輝度が第３の閾値よりも低く、注目領域Ｒ１及びＲ２における輝度が所定の閾値よりも高いという条件を満たせば、不十分貫通の溶接不良が発生したと判定してもよい。注目領域Ｒ１及びＲ２に対して用いられる閾値は、第１の閾値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
　溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ３の輝度と注目領域Ｒ４の輝度との差が第４の閾値以上であるという条件を満たせば、撮影された画像が図９のような状態であって、図２Ｅに示す端面ずれの溶接不良が発生したと判定する。第４の閾値は、注目領域Ｒ３及びＲ４の輝度の差を表す割合であってもよく、注目領域Ｒ３及びＲ４の輝度の差分値であってもよい。前者の場合、一例として、注目領域Ｒ３の輝度と注目領域Ｒ４の輝度とが５％以上相違していれば、溶接不良判定部２２は、端面ずれの溶接不良が発生したと判定する。
　アンダーフィル発生の判定と同様に、溶接不良判定部２２は、判定の精度を高くするために、複数のフレームにおいて、非連結の溶接不良、不十分貫通、または端面ずれと判定するための条件を満足するときに、非連結の溶接不良、不十分貫通、または端面ずれが発生したと判定するのがよい。
　次に、コーナジョイントの溶接における各溶接不良の判定方法を説明する。溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ０５の輝度と注目領域Ｒ０６の輝度との差が第５の閾値以上であるという条件を満たせば、撮影された画像が図１１のような状態であって、図３Ｂに示す狭溶接シームの溶接不良が発生したと判定する。第５の閾値は、注目領域Ｒ０５及びＲ０６の輝度の差を表す割合であってもよく、注目領域Ｒ０５及びＲ０６の輝度の差分値であってもよい。
　溶接不良判定部２２は、照明装置１３による照明をオンとした状態で、注目領域Ｒ７及びＲ８の輝度が第６の閾値よりも低いという条件を満たせば、撮影された画像が図１２のような状態であって、図３Ｃに示す平坦溶接シームの溶接不良が発生したと判定する。平坦溶接シームの溶接不良が発生すると、板金Ｗ１及びＷ２に照明光を照射した状態であっても、注目領域Ｒ７及びＲ８が暗くなる。よって、溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ７及びＲ８の輝度と第６の閾値とを比較することによって平坦溶接シームの溶接不良の発生の有無を判定できる。
　溶接不良判定部２２は、照明装置１３による照明をオンとした状態で、注目領域Ｒ９の輝度が第７の閾値よりも高いという条件を満たせば、撮影された画像が図１３のような状態であって、図３Ｄに示す過溶融の溶接不良が発生したと判定する。
　突き合わせ溶接における溶接不良の判定と同様に、溶接不良判定部２２は、判定の精度を高くするために、複数のフレームにおいて、狭溶接シーム、平坦溶接シーム、または過溶融の溶接不良と判定するための条件を満足するときに、狭溶接シーム、平坦溶接シーム、または過溶融の溶接不良が発生したと判定するのがよい。
　図１７Ａ及び図１７Ｂに示すフローチャートを用いて、画像分析装置２０で実行される溶接状態モニタリング方法を説明する。ＮＣ装置４０がレーザ溶接機を起動させると、画像分析装置２０は図１７Ａ及び図１７Ｂに示すモニタリング処理を開始する。図１７Ａにおいて、画像分析装置２０は、ステップＳ１にて、分析ウインドウ１１１の原点Ｐ０をビームスポットＢＳの中心に位置させるよう自動的にキャリブレーションを実行する。
　画像分析装置２０は、ステップＳ２にて、ＮＣ装置４０から供給される情報に基づいて、溶接が開始されたか否かを判定する。溶接が開始されなければ（NO）、画像分析装置２０はステップＳ２の処理を繰り返す。溶接が開始されれば（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ３にて、実行される溶接が突き合わせ溶接であるか否かを判定する。
　突き合わせ溶接であれば（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ４にて、アンダーフィルが発生したか否かを判定する。アンダーフィルが発生したら（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ５にて、ＮＣ装置４０にアンダーフィルが発生したことを示すエラーを表示部５１に表示するよう指示して、処理をステップＳ６に移行させる。アンダーフィルが発生しなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ６に移行させる。
　画像分析装置２０は、ステップＳ６にて、非連結の溶接不良が発生したか否かを判定する。非連結の溶接不良が発生したら（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ７にて、ＮＣ装置４０に非連結の溶接不良が発生したことを示すエラーを表示部５１に表示するよう指示して、処理をステップＳ８に移行させる。非連結の溶接不良が発生しなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ８に移行させる。
　画像分析装置２０は、ステップＳ８にて、不十分貫通の溶接不良が発生したか否かを判定する。不十分貫通の溶接不良が発生したら（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ９にて、ＮＣ装置４０に不十分貫通の溶接不良が発生したことを示すエラーを表示部５１に表示するよう指示して、処理をステップＳ１０に移行させる。不十分貫通の溶接不良が発生しなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ１０に移行させる。
　画像分析装置２０は、ステップＳ１０にて、端面ずれの溶接不良が発生したか否かを判定する。端面ずれの溶接不良が発生したら（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ１１にて、ＮＣ装置４０に端面ずれの溶接不良が発生したことを示すエラーを表示部５１に表示するよう指示して、処理をステップＳ１８に移行させる。端面ずれの溶接不良が発生しなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ１８に移行させる。
　一方、ステップＳ３にて突き合わせ溶接でなければ（NO）（即ち、コーナジョイントの溶接であれば）、図１７Ｂにおいて、画像分析装置２０は、ステップＳ１２にて、狭溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する。狭溶接シームの溶接不良が発生したら（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ１３にて、ＮＣ装置４０に狭溶接シームの溶接不良が発生したことを示すエラーを表示部５１に表示するよう指示して、処理をステップＳ１４に移行させる。狭溶接シームの溶接不良が発生しなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ１４に移行させる。
　画像分析装置２０は、ステップＳ１４にて、平坦溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する。平坦溶接シームの溶接不良が発生したら（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ１５にて、ＮＣ装置４０に平坦溶接シームの溶接不良が発生したことを示すエラーを表示部５１に表示するよう指示して、処理をステップＳ１６に移行させる。平坦溶接シームの溶接不良が発生しなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ１６に移行させる。
　画像分析装置２０は、ステップＳ１６にて、過溶融の溶接不良が発生したか否かを判定する。過溶融の溶接不良が発生したら（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ１７にて、ＮＣ装置４０に過溶融の溶接不良が発生したことを示すエラーを表示部５１に表示するよう指示して、処理を図１７ＡのステップＳ１８に移行させる。過溶融の溶接不良が発生しなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ１８に移行させる。
　画像分析装置２０は、ステップＳ１８にて、ＮＣ装置４０から供給される情報に基づいて、溶接が終了したか否かを判定する。溶接が終了していなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ３に戻し、板金Ｗを溶接している間、ステップＳ４～Ｓ１１の処理、または、ステップＳ１２～Ｓ１７の処理を繰り返す。溶接が終了していれば（YES）、画像分析装置２０はモニタリング処理を終了させる。
　ステップＳ４～Ｓ１１における溶接不良の判定の順番は一例であり、順番は任意である。ステップＳ１２～Ｓ１７における溶接不良の判定の順番は一例であり、順番は任意である。画像分析装置２０は、板金Ｗ１及びＷ２の溶接中に、複数の判定対象の溶接不良のうちの判定しようとする溶接不良を所定の順番で切り替えればよい。
　以上のように、１またはそれ以上の実施形態の溶接状態モニタリング方法によれば、板金Ｗの溶接中に溶接不良が発生したか否かをリアルタイムで判定することができる。１またはそれ以上の実施形態の溶接状態モニタリング方法によれば、溶接不良が発生した場合に、複数の種類の溶接不良のうちのいずれの溶接不良が発生したかを判定することができ、レーザ溶接機のオペレータに、いずれの溶接不良が発生したかを知らせることができる。
　本発明は以上説明した１またはそれ以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。１またはそれ以上の実施形態においては、突き合わせ溶接におけるアンダーフィル、非連結の溶接不良、不十分貫通、端面ずれと、コーナジョイントの溶接における狭溶接シーム、坦溶接シーム、過溶融とを判定対象の溶接不良としている。他の１または複数の溶接不良を判定対象の溶接不良とすることができる。各溶接不良が発生したときの分析ウインドウ１１１内の輝度の特徴に応じた１または複数の注目領域を設定することにより、各溶接不良が発生したか否かを判定することが可能である。
　レーザ溶接機は、溶接対象の第１及び第２の板金（板金Ｗ１及びＷ２）にレーザビームが照射されている状態の第１及び第２の板金におけるビームスポットＢＳを含む所定の範囲を撮影するカメラ１１を備える。レーザ溶接機は、カメラ１１が第１及び第２の板金を撮影した画像信号に基づいて、溶接不良が発生したか否かを判定する画像分析装置２０を備える。画像分析装置２０は次のような構成を有すればよい。
　画像分析装置２０は、画像信号のフレーム１１０内に、溶接不良が発生したか否かを判定するための領域としての分析ウインドウ１１１を設定している。ビームスポットＢＳの中心は、分析ウインドウ１１１内に設定した基準点（原点Ｐ０）に位置している。画像分析装置２０は、分析ウインドウ１１１内に含まれる画素のうち、判定対象の溶接不良に対応して基準点を基準として位置が設定された注目領域の画素を抽出する領域抽出部２１を備える。画像分析装置２０は、領域抽出部２１によって抽出された注目領域における輝度に基づいて、判定対象の溶接不良が発生したか否かを判定する溶接不良判定部２２を備える。
　２０１８年１１月２７日にドイツ連邦共和国に出願された特許出願10 2018 220 329.6号の全ての開示内容は引用によりここに援用される。
　１　レーザ発振器
　２　デリバリファイバ
　２ｅ　エンドキャップ
　３　コリメートレンズ
　４，１４　ベンドミラー
　５，１６　集束レンズ
　１０　溶接ヘッド
　１１　カメラ
　１２　バンドパスフィルタ
　１３　照明装置
　１５　駆動部
　２０　画像分析装置
　２１　領域抽出部
　２２　溶接不良判定部
　２３　読出制御部
　２４　カメラ制御部
　２５　撮影集束レンズ制御部
　２６　照明装置制御部
　３０　データベース
　４０　ＮＣ装置
　５１　表示部
　５２　操作部
　Ｗ，Ｗ１，Ｗ２　板金

Claims (15)

  1. 　溶接対象の第１及び第２の板金に照射されているレーザビームのビームスポットを含む所定の範囲を撮影するカメラと、
    　前記カメラが前記第１及び第２の板金を撮影した画像信号に基づいて、溶接不良が発生したか否かを判定する画像分析装置と、
    　を備え、
    　前記画像分析装置は、
    　前記画像信号のフレーム内に、溶接不良が発生したか否かを判定するための領域としての分析ウインドウを設定しており、
    　前記ビームスポットの中心は、前記分析ウインドウ内に設定した基準点に位置しており、
    　前記分析ウインドウ内に含まれる画素のうち、判定対象の溶接不良に対応して前記基準点を基準として位置が設定された注目領域の画素を抽出する領域抽出部と、
    　前記領域抽出部によって抽出された前記注目領域における輝度に基づいて、前記判定対象の溶接不良が発生したか否かを判定する溶接不良判定部と、
    　を有する
    　レーザ溶接機。
  2. 　前記領域抽出部は、複数の注目領域の画素を抽出し、
    　前記溶接不良判定部は、前記領域抽出部によって抽出された前記複数の注目領域の輝度に基づいて、前記判定対象の溶接不良が発生したか否かを判定する請求項１に記載のレーザ溶接機。
  3. 　前記複数の注目領域が重ねられている請求項２に記載のレーザ溶接機。
  4. 　複数の種類の溶接不良が判定対象の溶接不良として設定されており、
    　前記領域抽出部は、前記複数の種類の溶接不良ごとに前記注目領域の位置を設定している
    　請求項１～３のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
  5. 　前記第１及び第２の板金を溶接するときの加工条件に対応して、少なくとも、前記カメラの撮影条件と、前記複数の種類の溶接不良における各溶接不良が発生したか否かを判定するため各注目領域の位置と、各溶接不良が発生したか否かを判定するための各閾値とが設定されている請求項４に記載のレーザ溶接機。
  6. 　前記第１及び第２の板金の材料条件に対応して、少なくとも、前記カメラの撮影条件と、前記複数の種類の溶接不良における各溶接不良が発生したか否かを判定するため各注目領域の位置と、各溶接不良が発生したか否かを判定するための各閾値とが設定されている請求項４に記載のレーザ溶接機。
  7. 　溶接不良が発生していない状態で前記ビームスポットを含むように発生する高輝度領域に対応して第１の注目領域が設定され、
    　前記第１の注目領域内であって、前記基準点よりも前記レーザビームの走査方向の前方側及び後方側にそれぞれ第２及び第３の注目領域が設定され、
    　前記領域抽出部は、前記第２及び第３の注目領域の画素を抽出し、
    　前記溶接不良判定部は、前記第２及び第３の注目領域の輝度を第１の閾値と比較して、少なくとも、前記第２の注目領域の輝度が前記第１の閾値より低く、前記第３の注目領域の輝度が前記第１の閾値より高いという条件を満たすか否かによって、前記第１及び第２の板金の突き合わせ溶接におけるアンダーフィルが発生したか否かを判定する
    　請求項１～６のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
  8. 　溶接不良が発生していない状態で前記ビームスポットを含むように発生する高輝度領域に対応して第１の注目領域が設定され、
    　前記第１の注目領域内であって、前記基準点よりも前記レーザビームの走査方向の前方側及び後方側にそれぞれ第２及び第３の注目領域が設定され、
    　前記領域抽出部は、前記第２及び第３の注目領域の画素を抽出し、
    　前記溶接不良判定部は、前記第２及び第３の注目領域の輝度を第２の閾値と比較して、少なくとも、前記第２及び第３の注目領域の輝度が前記第２の閾値より低いという条件を満たすか否かによって、前記第１及び第２の板金の突き合わせ溶接における、前記第１及び第２の板金が連結されていない非連結の溶接不良が発生したか否かを判定する
    　請求項１～６のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
  9. 　溶接不良が発生していない状態で前記ビームスポットを含むように発生する高輝度領域に対応して第１の注目領域が設定され、
    　前記領域抽出部は、前記第１の注目領域の画素を抽出し、
    　前記溶接不良判定部は、前記第１の注目領域の輝度を第３の閾値と比較して、少なくとも、前記第１の注目領域の輝度が前記第３の閾値より低いという条件を満たすか否かによって、前記第１及び第２の板金の突き合わせ溶接における、溶接シームが前記第１及び第２の板金の表面から深さ方向の途中までしか形成されていない不十分貫通の溶接不良が発生したか否かを判定する
    　請求項１～６のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
  10. 　溶接不良が発生していない状態で前記ビームスポットを含むように発生する高輝度領域に対応して第１の注目領域が設定され、
    　前記第１の注目領域外であって、前記基準点よりも前記レーザビームの走査方向の後方側で、前記第１の注目領域を挟むように第４及び第５の注目領域が設定され、
    　前記領域抽出部は、前記第４及び第５の注目領域の画素を抽出し、
    　前記溶接不良判定部は、前記第４の注目領域の輝度と前記第５の注目領域の輝度との差が第４の閾値以上であるという条件を満たすか否かによって、前記第１及び第２の板金の突き合わせ溶接における、前記第１及び第２の板金の両端面がずれた状態で溶接された端面ずれの溶接不良が発生したか否かを判定する
    　請求項１～６のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
  11. 　溶接不良が発生していない状態で前記ビームスポットを含むように発生する高輝度領域に対応して第１の注目領域が設定され、
    　前記第１の注目領域内であって、前記基準点よりも前記レーザビームの走査方向の後方側で、走査方向と直交する方向に離れた第６及び第７の注目領域が設定され、
    　前記領域抽出部は、前記第６及び第７の注目領域の画素を抽出し、
    　前記溶接不良判定部は、前記第６の注目領域の輝度と前記第７の注目領域の輝度との差が第５の閾値以上であるという条件を満たすか否かによって、前記第１及び第２の板金のコーナジョイントの溶接における、溶接シームが狭い狭溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する
    　請求項１～６のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
  12. 　溶接不良が発生していない状態で前記ビームスポットを含むように発生する高輝度領域に対応して第１の注目領域が設定され、
    　前記第１の注目領域外であって、前記第１の注目領域よりも前記レーザビームの走査方向の後方側で、走査方向と直交する方向に離れた第８及び第９の注目領域が設定され、
    　前記領域抽出部は、前記第８及び第９の注目領域の画素を抽出し、
    　前記溶接不良判定部は、前記第８及び第９の注目領域の輝度が第６の閾値より低いという条件を満たすか否かによって、前記第１及び第２の板金のコーナジョイントの溶接における、平坦な溶接シームとなっている平坦溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する
    　請求項１～６のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
  13. 　溶接不良が発生していない状態で前記ビームスポットを含むように発生する高輝度領域に対応して第１の注目領域が設定され、
    　前記第１の注目領域外であって、前記第１の注目領域よりも前記レーザビームの走査方向の後方側で、前記第１及び第２の板金の境界を跨ぐように配置された第１０の注目領域が設定され、
    　前記領域抽出部は、前記第１０の注目領域の画素を抽出し、
    　前記溶接不良判定部は、前記第１０の注目領域の輝度が第７の閾値より高いという条件を満たすか否かによって、前記第１及び第２の板金のコーナジョイントの溶接における、過溶融の溶接不良が発生したか否かを判定する
    　請求項１～６のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
  14. 　溶接対象の第１及び第２の板金に照射されているレーザビームのビームスポットを含む所定の範囲をカメラによって撮影し、
    　前記カメラが前記第１及び第２の板金を撮影した画像信号のフレーム内に、溶接不良が発生したか否かを判定するための領域としての分析ウインドウを設定し、
    　前記分析ウインドウ内に設定した基準点を前記ビームスポットの中心に位置させ、
    　前記分析ウインドウ内に含まれる画素のうち、判定対象の溶接不良に対応して前記基準点を基準として位置が設定された注目領域の画素を抽出し、
    　前記第１及び第２の板金の溶接中に、抽出された前記注目領域における輝度に基づいて、前記判定対象の溶接不良が発生したか否かを判定する
    　溶接状態モニタリング方法。
  15. 　複数の種類の溶接不良が判定対象の溶接不良として設定されており、
    　複数の種類の溶接不良における溶接不良ごとに位置が設定された１または複数の注目領域の画素を抽出し、
    　前記第１及び第２の板金の溶接中に、前記複数の種類の溶接不良のうちの判定しようとする溶接不良を所定の順番で切り替えて、抽出された前記１または複数の注目領域の輝度に基づいて、各判定対象の溶接不良が発生したか否かを判定する
    　請求項１４に記載の溶接状態モニタリング方法。
PCT/JP2019/044226 2018-11-27 2019-11-12 レーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法 WO2020110694A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/296,424 US20220009026A1 (en) 2018-11-27 2019-11-12 Laser welding machine and weld state monitoring method
JP2020558295A JP7093848B2 (ja) 2018-11-27 2019-11-12 レーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018220329.6 2018-11-27
DE102018220329.6A DE102018220329A1 (de) 2018-11-27 2018-11-27 Laserschweissmaschine und verfahren zur überwachung eines schweisszustands

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020110694A1 true WO2020110694A1 (ja) 2020-06-04

Family

ID=70545740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/044226 WO2020110694A1 (ja) 2018-11-27 2019-11-12 レーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220009026A1 (ja)
JP (1) JP7093848B2 (ja)
DE (1) DE102018220329A1 (ja)
WO (1) WO2020110694A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7460046B2 (ja) 2020-09-10 2024-04-02 エルジー エナジー ソリューション リミテッド 二次電池の溶接方法及び溶接装置、ならびに、二次電池溶接工程のモニタリング方法と装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114841999B (zh) * 2022-07-01 2022-10-11 湖南科天健光电技术有限公司 一种调整焊接区域监控图像的方法和系统
KR20240014844A (ko) * 2022-07-26 2024-02-02 에스케이온 주식회사 레이저 용접 장치 및 그 제어 방법
CN115213563B (zh) * 2022-09-20 2022-12-13 扬州耐施工程机械有限公司 激光智能焊接方法及系统
CN115272316B (zh) * 2022-09-27 2023-01-03 山东华太新能源电池有限公司 基于计算机视觉的电池盖焊接质量智能检测方法
CN117324769B (zh) * 2023-11-14 2024-03-29 江西瑞升科技股份有限公司 一种基于ccd视觉检测的自动精密激光焊接方法
CN117635604B (zh) * 2024-01-23 2024-04-05 华航检测认证(青岛)有限公司 一种建筑工程钢结构焊接质量检测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0571932A (ja) * 1991-09-11 1993-03-23 Toyota Motor Corp 溶接ビードの品質検査装置
JPH1110373A (ja) * 1997-06-26 1999-01-19 Nec Tohoku Ltd 溶接痕外観検査方法
JP2005014027A (ja) * 2003-06-24 2005-01-20 Enshu Ltd 溶接部のイメージ処理方法、溶接管理システム、溶接機のためのフィードバックシステム、突合わせ線検出システム
WO2011024904A1 (ja) * 2009-08-27 2011-03-03 株式会社Ｉｈｉ検査計測 レーザ溶接良否判定方法及び良否判定装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3596827B2 (ja) 1995-07-06 2004-12-02 パイオニア株式会社 ディジタルｐｌｌ回路
JP3603843B2 (ja) 2001-02-23 2004-12-22 日産自動車株式会社 レーザー溶接部の品質モニタリング方法およびその装置
JP4240220B2 (ja) 2003-10-09 2009-03-18 トヨタ自動車株式会社 レーザ溶接品質検査方法及び装置
JP4324052B2 (ja) * 2004-08-05 2009-09-02 トヨタ自動車株式会社 レーザ溶接品質評価方法
JP5354335B2 (ja) 2008-11-12 2013-11-27 スズキ株式会社 レーザ加工良否判定方法及び装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0571932A (ja) * 1991-09-11 1993-03-23 Toyota Motor Corp 溶接ビードの品質検査装置
JPH1110373A (ja) * 1997-06-26 1999-01-19 Nec Tohoku Ltd 溶接痕外観検査方法
JP2005014027A (ja) * 2003-06-24 2005-01-20 Enshu Ltd 溶接部のイメージ処理方法、溶接管理システム、溶接機のためのフィードバックシステム、突合わせ線検出システム
WO2011024904A1 (ja) * 2009-08-27 2011-03-03 株式会社Ｉｈｉ検査計測 レーザ溶接良否判定方法及び良否判定装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7460046B2 (ja) 2020-09-10 2024-04-02 エルジー エナジー ソリューション リミテッド 二次電池の溶接方法及び溶接装置、ならびに、二次電池溶接工程のモニタリング方法と装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP7093848B2 (ja) 2022-06-30
US20220009026A1 (en) 2022-01-13
DE102018220329A1 (de) 2020-05-28
JPWO2020110694A1 (ja) 2021-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7093848B2 (ja) レーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法
CN108883495B (zh) 尤其在借助于激光辐射接合时监测接缝的方法及装置
JP5875630B2 (ja) 不完全切断を識別するための方法および装置
JP6792880B2 (ja) レーザ溶接状態判定装置
US20120318775A1 (en) Optical measuring device for monitoring a joint seam, joining head and laser welding head with same
JP7006915B2 (ja) 溶接外観不良検出装置、レーザ溶接装置、及び、溶接外観不良検出方法
JP5343772B2 (ja) 溶接用レーザ・視覚複合センサおよび溶接制御方法
KR100684630B1 (ko) 용접선 추적을 위한 이미지 프로세싱 방법
JP4179558B2 (ja) レーザ溶接品質評価方法および装置
TWI290076B (en) Method and device for enabling observation of weld
JP4324052B2 (ja) レーザ溶接品質評価方法
JPH06344167A (ja) レーザ加工装置
JP3579788B2 (ja) 裏波溶接制御方法及びその装置
JP2515103B2 (ja) レ−ザ突合せ溶接の品質検査方法
JP3512388B2 (ja) レーザ加工モニタリング装置
JP2004243403A (ja) レーザービーム溶接装置及びレーザービーム溶接方法
CN112743194B (zh) 一种基于路径自动规划和坡点识别的全自动焊接工艺
JP5761490B2 (ja) レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置
CN114289945A (zh) 焊接设备、其控制方法以及焊接系统
JP6810973B2 (ja) レーザ溶接制御装置
US20180085863A1 (en) Joining machines with a position guide system
KR200248899Y1 (ko) 자동 용접장치
JP3949076B2 (ja) レーザ溶接品質評価装置および方法
JP4147390B2 (ja) レーザ溶接品質検査方法及び装置
JP2023104096A (ja) 溶接状態判定装置及び溶接状態判定方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19889263

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020558295

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19889263

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1