(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＹＡＧレーザーからワークの溶接部に向けてレーザー光線を照射する段階と、
照射したレーザー光線の当該溶接部からの反射光を検出する段階と、
検出された反射光から得られる信号の周波数分布を算出する段階と、
算出された周波数分布のうちの特定の周波数帯における信号強度を算出する段階と、
算出された信号強度があらかじめ設定されている基準値を超えていれば、ポロシティーの発生が過大であると判断し、基準値を超えていなければポロシティーの発生が正常範囲内であると判断する段階とを含み、前記信号強度を算出するための特定の周波数帯は、前記ワークの板厚、溶接速度、前記ワークにおける溶接部のキーホールの深さＨと当該キーホールの幅Ｄとから算出されるアスペクト比Ｈ／Ｄの内の少なくとも１つの数値に応じて変化させることを特徴とするレーザー溶接部の品質モニタリング方法。
【請求項２】
前記周波数分布を算出する段階は、
検出された反射光を電気信号に変換する段階と、
変換された電気信号の経時変化に基づいて当該電気信号の周波数分布を算出する段階と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング方法
【請求項３】
前記信号強度の算出は、信号強度の周波数分布を算出する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて、または、前記特定の周波数帯のみの信号を通過させる帯域フィルタを用いて行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング方法。
【請求項４】
ワークの溶接部に向けてレーザー光線を照射するＹＡＧレーザーと、
照射したレーザー光線の当該溶接部からの反射光を検出する反射光検出手段と、
検出された反射光を電気信号に変換する電気信号変換手段と、
変換された電気信号の経時変化に基づいて当該電気信号の周波数分布を算出する周波数分布算出手段と、
算出された周波数分布のうちの特定の周波数帯における信号強度を算出する信号強度算出手段と、
算出された信号強度があらかじめ設定されている基準値を超えていれば、ポロシティーの発生が過大であると判断し、基準値を超えていなければポロシティーの発生が正常範囲内であると判断する溶接品質判断手段とを有し、前記信号強度算出手段は、信号強度を算出するための特定の周波数帯を、前記ワークの板厚、溶接速度、前記ワークにおける溶接部のキーホールの深さＨと当該キーホールの幅Ｄとから算出されるアスペクト比Ｈ／Ｄの内の少なくとも１つの数値に応じて変化させることを特徴とするレーザー溶接部の品質モニタリング装置。
【請求項５】
前記反射光検出手段は、前記ＹＡＧレーザー光線の反射光のみを検出するために、前記ＹＡＧレーザー光線の波長の光だけを透過させる干渉フィルタを有することを特徴とする請求項４に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング装置。
【請求項６】
前記信号強度算出手段は、信号強度の周波数分布を算出する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて、または、前記特定の周波数帯のみの信号を通過させる帯域フィルタを用いて、信号強度を算出することを特徴とする請求項４に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング装置。
【請求項７】
ＹＡＧレーザーからワークの溶接部に向けてレーザー光線を照射する段階と、
照射したレーザー光線の当該溶接部からの反射光を検出する段階と、
検出された反射光から得られる信号の周波数分布を算出する段階と、
算出された周波数分布のうち、アンダーフィルの発生を検出するための第１の周波数帯における信号強度またはポロシティーの発生を検出するための第２の周波数帯における信号強度の内の少なくとも１つの信号強度と、未溶着の発生を検出するための第３の周波数帯における信号強度とを算出する段階と、
一方の軸が、前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯の信号強度の大きさを示し、他方の軸が、前記第３の周波数帯の信号強度の大きさを示す、仮想的な２軸座標系に、算出された前記各周波数帯の信号強度を仮想的にプロットする段階と、
前記各周波数帯の信号強度が仮想的に前記２軸座標系のどの領域にプロットされるかによって、アンダーフィル、ポロシティー、未溶着のうち少なくとも１つの溶接不良の発生を判断する段階と、
を含むことを特徴とするレーザー溶接部の品質モニタリング方法。
【請求項８】
前記周波数分布を算出する段階は、
検出された反射光を電気信号に変換する段階と、
変換された電気信号の経時変化を記憶する段階と、
電気信号の経時変化に基づいて当該電気信号の周波数分布を算出する段階と、
を有することを特徴とする請求項７に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング方法。
【請求項９】
前記２軸座標系には、アンダーフィル、ポロシティー、未溶着のいずれかの溶接不良の発生を判断するための、アンダーフィル領域、ポロシティー領域、未溶着領域が規定されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング方法。
【請求項１０】
前記２軸座標系には、さらに、溶接不良が発生していないことを判断するための、良品領域が規定されていることを特徴とする請求項９に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング方法。
【請求項１１】
前記２軸座標系のアンダーフィル領域、ポロシティー領域、未溶着領域、良品領域それぞれの境界には、溶接不良の種類または溶接不良の発生を特定することが困難な混在領域が規定されていることを特徴とする請求項１０に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング方法。
【請求項１２】
さらに、
いずれかの周波数帯の信号強度の仮想的なプロットが前記混在領域にされたときには、１つの溶接個所に対して記憶されている電気信号の経時変化を時系列に複数の領域に分割する段階と、
分割された各領域における電気信号の経時変化に基づいて、前記領域ごとに前記電気信号の周波数分布を算出する段階と、
前記領域ごとに算出された周波数分布のそれぞれに対して、前記第１の周波数帯における信号強度または前記第２の周波数帯における信号強度の内の少なくとも１つの信号強度と、前記第３の周波数帯における信号強度とを算出する段階と、
前記２軸座標系に、算出された前記各周波数帯の信号強度を、前記領域ごとに仮想的にプロットする段階と、
前記各周波数帯の信号強度が仮想的に前記２軸座標系のどの領域にプロットされるかによって、アンダーフィル、ポロシティー、未溶着のうち少なくとも１つの溶接不良の発生を、前記領域ごとに判断する段階と、
前記判断に基づいて、前記溶接個所の品質の良否を総合的に判断する段階と、
を有することを特徴とする請求項１１に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング方法。
【請求項１３】
前記溶接個所の品質の良否を総合的に判断する段階は、
溶接不良が発生していると判断された前記領域の数が、前記分割した領域の数に対して一定の割合を超えている場合には、その溶接個所は溶接不良であると判断し、そうでない場合には、その溶接個所は溶接不良ではないと判断することを特徴とする請求項１２に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング方法。
【請求項１４】
前記信号強度を算出するための、前記第１から第３の各周波数帯は、前記ワークの板厚、溶接速度、前記ワークにおける溶接部のキーホールの深さＨと当該キーホールの幅Ｄとから算出されるアスペクト比Ｈ／Ｄの内の少なくとも１つの数値に応じて変化させることを特徴とする請求項７、請求項８、または請求項１２のいずれかに記載のレーザー溶接部の品質モニタリング方法。
【請求項１５】
ワークの溶接部に向けてレーザー光線を照射するＹＡＧレーザーと、
照射したレーザー光線の当該溶接部からの反射光を検出する反射光検出手段と、
検出された反射光を電気信号に変換する電気信号変換手段と、
変換された電気信号の経時変化を記憶する記憶手段と、
電気信号の経時変化に基づいて当該電気信号の周波数分布を算出する周波数分布算出手段と、
算出された周波数分布のうち、アンダーフィルの発生を検出するための第１の周波数帯における信号強度またはポロシティーの発生を検出するための第２の周波数帯における信号強度の内の少なくとも１つの信号強度と、未溶着の発生を検出するための第３の周波数帯における信号強度とを算出する信号強度算出手段と、
一方の軸が、前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯の信号強度の大きさを示し、他方の軸が、前記第３の周波数帯の信号強度の大きさを示す、仮想的な２軸座標系に、算出された前記各周波数帯の信号強度を仮想的にプロットし、前記各周波数帯の信号強度が仮想的に前記２軸座標系のどの領域にプロットされるかによって、アンダーフィル、ポロシティー、未溶着のうち少なくとも１つの溶接不良の発生を判断する溶接品質判断手段と
を有することを特徴とするレーザー溶接部の品質モニタリング装置。
【請求項１６】
前記反射光検出手段は、前記ＹＡＧレーザー光線の反射光のみを検出するために、前記ＹＡＧレーザー光線の波長の光だけを透過させる干渉フィルタを有することを特徴とする請求項１５に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング装置。
【請求項１７】
前記２軸座標系には、アンダーフィル、ポロシティー、未溶着のいずれかの溶接不良の発生を判断するための、アンダーフィル領域、ポロシティー領域、未溶着領域が規定されていることを特徴とする請求項１５に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング装置。
【請求項１８】
前記２軸座標系には、さらに、溶接不良が発生していないことを判断するための、良品領域が規定されていることを特徴とする請求項１７に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング装置。
【請求項１９】
前記２軸座標系のアンダーフィル領域、ポロシティー領域、未溶着領域、良品領域それぞれの境界には、溶接不良の種類または溶接不良の発生を特定することが困難な混在領域が規定されていることを特徴とする請求項１８に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング装置。
【請求項２０】
さらに、
いずれかの周波数帯の信号強度の仮想的なプロットが前記混在領域にされたときには、前記記憶手段に記憶されている１つの溶接個所に対する電気信号の経時変化を時系列に複数の領域に分割する分割手段を有し、
前記溶接品質判断手段は、前記領域ごとに溶接不良の発生を判断し、その判断に基づいて、前記溶接個所の品質の良否を総合的に判断することを特徴とする請求項１９に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング装置。
【請求項２１】
前記溶接品質判断手段は、
溶接不良が発生していると判断された前記領域の数が、前記分割した領域の数に対して一定の割合を超えている場合には、その溶接個所は溶接不良であると判断し、そうでない場合には、その溶接個所は溶接不良ではないと判断することを特徴とする請求項２０に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング装置。
【請求項２２】
前記信号強度を算出するための、前記第１から第３の各周波数帯は、前記ワークの板厚、溶接速度、前記ワークにおける溶接部のキーホールの深さＨと当該キーホールの幅Ｄとから算出されるアスペクト比Ｈ／Ｄの内の少なくとも１つの数値に応じて変化させることを特徴とする請求項１５または請求項２０に記載のレーザー溶接部の品質モニタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー溶接部の品質モニタリング方法およびその装置に係り、特に、レーザー溶接部のポロシティー、アンダーフィル、未溶着などの溶接状態の発生をモニタリングすることができる、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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のボディーに使用されるような、非常に薄い鋼板の溶接は、レーザー溶接によって行われるものもある。レーザー溶接が用いられるのは、レーザー溶接は、スポット溶接と比較すると、鋼板を表裏両面から挟む必要がなく、片面からの溶接が可能であることや、細く複雑な形状の溝であってもその内部を容易に溶接できることなど、多くの利点を備えているからである。しかし、その一方では、鋼板の合わせ精度不良による溶接品質の低下や、溶接部の汚染に起因する突発的な溶接品質の低下を起こしやすいという欠点がある。
【０００３】
したがって、従来、たとえば特開２０００−２７１７６８号公報に開示されているようなモニタリング方法を用いて、レーザー溶接部の品質の状態をリアルタイムに予測できるようにしている。上記公報に開示されている技術では、検出角度の異なる２つのセンサによって、レーザー溶接部のキーホールで発生するプルームからの光と照射したＹＡＧレーザーの反射光とを検出し、それぞれのセンサで検出された光の強度により溶接条件（出力、焦点位置、ワーク間隙）の変化を検出して、レーザー溶接部の品質の状態をリアルタイムに予測している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の溶接品質のモニタリング方法では、レーザー溶接部に溝ができてしまうという溶接状態（アンダーフィル）、規定の溶接条件から逸脱してしまうという溶接条件不適合の発生は検出できるものの、亜鉛メッキ鋼板などのレーザー溶接時に発生する、溶接部のポロシティー（多孔質化）の発生は検出し難いという問題がある。
【０００５】
ポロシティーの発生が検出し難いのは、従来の溶接品質のモニタリング方法が、レーザー光が照射されて溶融している部分（キーホール）から発せられる光に基づいて、溶接品質の状態を判断しているためである。なぜならば、ポロシティーは、キーホール内に亜鉛蒸気が混入することで発生するが、亜鉛蒸気が混入しても、キーホールから発せられる光はほとんど変化しないからである。
【０００６】
また、従来の溶接品質のモニタリング方法では、重ね溶接を行う場合、上下の板間隙間が大きすぎると、上下の板の溶着が不完全な未溶着状態が発生するが、この未溶着状態の発生も検出し難いという問題がある。
【０００７】
従来の溶接品質のモニタリング方法でも、ポロシティーおよび未溶着を除くアンダーフィルなどの溶接状態、溶接条件不適合の発生は検出できるが、その検出方法は溶接状態の種類ごとに異なっているため、その検出をするために非常に複雑な計算処理が必要になる。したがって、その計算処理に対するＣＰＵの処理負担が大きくなるという問題もある。
【０００８】
さらに、従来の溶接品質のモニタリング方法では、溶接を行った部分の全体に渡って、ポロシティーおよび未溶着を除くアンダーフィルなどの溶接状態、溶接条件不適合状態が発生した場合には、それらの状態の発生は容易に検出できるが、溶接を行った部分の一部だけにそれらの状態が発生した場合には、それらの状態の発生を容易に検出することができないという問題もある。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みて成されたものであり、レーザー溶接部のポロシティー、アンダーフィル、未溶着などの溶接状態の発生をＣＰＵの処理負担を大きくせずに確実に検出することができる、また、レーザー溶接部の一部分における、ポロシティー、アンダーフィル、未溶着などの溶接状態の発生も確実に検出することができる、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の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に記載の発明にかかるレーザー溶接部の品質モニタリング方法は、ＹＡＧレーザーからワークの溶接部に向けてレーザー光線を照射する段階と、照射したレーザー光線の当該溶接部からの反射光を検出する段階と、検出された反射光から得られる信号の周波数分布を算出する段階と、算出された周波数分布のうちの特定の周波数帯における信号強度を算出する段階と、算出された信号強度があらかじめ設定されている基準値を超えていれば、ポロシティーの発生が過大であると判断し、基準値を超えていなければポロシティーの発生が正常範囲内であると判断する段階とを含み、前記信号強度を算出するための特定の周波数帯は、前記ワークの板厚、溶接速度、前記ワークにおける溶接部のキーホールの深さＨと当該キーホールの幅Ｄとから算出されるアスペクト比Ｈ／Ｄの内の少なくとも１つの数値に応じて変化させることを特徴とする。
【００１１】
この請求項１に記載の発明によれば、ポロシティーの発生の検出に適したＹＡＧレーザー光線の反射光を検出し、その反射光に基づいて生成された信号から、過度のポロシティーの発生の検出に必要な、特定の周波数帯の信号強度だけを抽出しているので、その抽出した信号の信号強度に基づいて、ポロシティーの発生の程度が容易に判断できる。したがって、従来は検出することが困難であった、過度のポロシティーの発生が確実に検出できる。
【００１２】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、請求項７に記載の発明にかかるレーザー溶接部の品質モニタリング方法は、ＹＡＧレーザーからワークの溶接部に向けてレーザー光線を照射する段階と、照射したレーザー光線の当該溶接部からの反射光を検出する段階と、検出された反射光から得られる信号の周波数分布を算出する段階と、算出された周波数分布のうち、アンダーフィルの発生を検出するための第１の周波数帯における信号強度またはポロシティーの発生を検出するための第２の周波数帯における信号強度の内の少なくとも１つの信号強度と、未溶着の発生を検出するための第３の周波数帯における信号強度とを算出する段階と、一方の軸が、前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯の信号強度の大きさを示し、他方の軸が、前記第３の周波数帯の信号強度の大きさを示す、仮想的な２軸座標系に、算出された前記各周波数帯の信号強度を仮想的にプロットする段階と、前記各周波数帯の信号強度が仮想的に前記２軸座標系のどの領域にプロットされるかによって、アンダーフィル、ポロシティー、未溶着のうち少なくとも１つの溶接不良の発生を判断する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
この請求項７に記載の発明によれば、ＹＡＧレーザー光線の反射光を検出し、その反射光に基づいて生成された信号から、アンダーフィル、ポロシティー、未溶着の内の少なくとも１つの溶接状態の発生の検出に適した、第1〜第３の周波数帯の信号強度をそれぞれ抽出し、それらの信号強度が２軸座標系のどの領域にプロットされるかによって、アンダーフィル、ポロシティー、未溶着の溶接状態の発生を判断するので、複数の溶接状態の発生が確実に検出できる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１から請求項６に記載の発明によれば、ポロシティーの発生の検出に適したＹＡＧレーザー光線の反射光を検出し、その反射光に基づいて生成された信号から、過度のポロシティーの発生の検出に必要な、特定の周波数帯の信号強度だけを抽出しているので、従来は検出することが困難であった、過度のポロシティーの発生が確実に検出できる。
【００１５】
また、信号強度を算出するための特定の周波数帯を、ワークの板厚、溶接速度、前記ワークにおける溶接部のキーホールの深さＨと当該キーホールの幅Ｄとから算出されるアスペクト比Ｈ／Ｄの内の少なくとも１つの数値に応じて変化させているので、板厚、溶接速度、アスペクト比の相違によるポロシティーの発生検出精度のばらつきが解消できる。
【００１６】
また、請求項７から請求項２２に記載の発明によれば、ＹＡＧレーザー光線の反射光を検出し、その反射光に基づいて生成された信号から、アンダーフィル、ポロシティー、未溶着の内の少なくとも１つの溶接状態の発生の検出に適した、第１〜第３の周波数帯の信号強度をそれぞれ抽出し、それらの信号強度が２軸座標系のどの領域にプロットされるかによって、アンダーフィル、ポロシティー、未溶着の溶接状態の発生を判断するので、複数の溶接状態の発生が確実に検出できる。また、いずれかの溶接状態が発生していること、または、いずれの溶接状態も発生していないことを、明確に判断できないときには、１つの溶接個所に対して記憶されている電気信号の経時変化を時系列に複数の領域に分割し、その分割した各領域について、溶接個所の品質の状態を再判断するので、いずれかの溶接状態の発生の是非が総合的に判断しやすくなり、さらに高精度にいずれかの溶接状態の発生の判断ができるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる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の好適な実施の形態を、実施の形態１（請求項１〜６に対応）と実施の形態２（請求項６から２２に対応）に分けて、被溶接部材が亜鉛メッキ鋼板である場合を例にとって詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明にかかる品質モニタリング装置を備えたＹＡＧレーザー溶接装置の具体的な構成図である。
【００１８】
ＹＡＧレーザー溶接装置１００の上部には、光ファイバーケーブル２が取り付けられ、光ファイバーケーブル２によって、図示されていないＹＡＧレーザー発振器（ＹＡＧレーザー）からのレーザー光線がＹＡＧレーザー溶接装置１００に導かれる。ＹＡＧレーザー溶接装置１００の中央部から下部にかけて、導かれたレーザー光線を集光するための集光光学系が配置されている。その集光光学系は、コリメーターレンズ３と集光レンズ４とを有し、導かれたレーザー光線は、コリメーターレンズ３によって平行光線にされた後、集光レンズ４によってワーク（車体パネル）５の表面に集光される。集光された部分（溶接部）は、レーザー光線のエネルギーによって溶融され、ワーク同士が溶接される。
【００１９】
また、ＹＡＧレーザー溶接装置１００の下部側面には、ワーク５の表面から仰角６０度（θ１）の位置に反射光検出手段として機能するセンサ６ａと、仰角１０度（θ２）の位置にセンサ６ｂとが配置されている。センサ６ａは、主に溶接部に照射されたのちワーク５に吸収されることなく反射したレーザー光線の反射光を検出するためのセンサである。センサ６ｂは、溶接に際して溶接部から発生するプラズマ光（可視光）を検出するためのセンサである。両センサ６ａ、６ｂによって検出された光（反射光とプラズマ光）に基づいて溶接部の溶接品質がリアルタイムに判断される。本発明のモニタリング方法およびモニタリング装置は、レーザー光線の反射光を用いてポロシティーの発生を検出するので、センサ６ａが特に重要なセンサになる。
【００２０】
図２は、本発明にかかる品質モニタリング装置を備えたＹＡＧレーザー溶接装置の概念図である。図に示すＹＡＧレーザー溶接装置は、ＹＡＧレーザー発振器１を備え、このＹＡＧレーザー発振器１で発生したレーザー光線は光ファイバーケーブル２によって集光光学系に導かれ、コリメーターレンズ３によって平行光とされたのち、集光レンズ４によりワーク５の表面に集光され、その集光されたレーザー光線のパワーによってワーク５を溶接する。
【００２１】
一方、ワーク５の表面からの仰角θ１が６０°となる第１の位置にはセンサ６ａが配設され、このセンサ６ａによって、溶接部Ｆに照射されたのちワーク５に吸収されることなく反射したＹＡＧレーザーの反射光がその強度に応じた電気信号に変換される。したがって、センサ６ａは、電気信号変換手段として機能する。また、ワーク５の表面からの仰角θ２が１０°となる第２の位置にはセンサ６ｂが配設され、このセンサ６ｂによって、溶接に際して溶接部Ｆで発生するプルーム（高温の金属蒸気）からのプラズマ光（可視光）がその強度に応じた電気信号に変換される。両センサ６ａ、６ｂによって変換された電気信号は、増幅器（プリアンプ）、バンドパスフィルター、Ａ／Ｄ変換器、パソコンなどから構成される計測装置７に入力される。
【００２２】
前記センサ６ａ、６ｂは、図３に示すように、２つのフォトダイオード８、９と、ダイクロイックミラー１０、および１０６４ｎｍ±１０ｎｍの波長のみを透過する干渉フィルタ１１から構成されている。
【００２３】
当該センサ６ａおよび６ｂにおいては、まず、図中の左側から入射した溶接部からの光がダイクロイックミラー１０によって波長に応じて選択される。すなわち波長５００ｎｍ以下の可視光はダイクロイックミラー１０に反射されてフォトダイオード８に導かれ、プラズマ光として電気信号に変換されて、その強度が検出される。一方、溶接部からの入射光のうちの赤外光は、ダイクロイックミラー１０を透過したのち、１．０６μｍの波長を有するＹＡＧレーザー光のみが干渉フィルタ１１を透過してフォトダイオード９に導かれ、ＹＡＧ反射光として電気信号に変換され、前記計測装置７にそれぞれ入力される。本発明のモニタリング方法およびモニタリング装置は、レーザー光線の反射光を用いてポロシティーの発生を検出するので、センサ６ａに設けられているフォトダイオード９からの電子信号を用いることになる。
【００２４】
図４は、図２に示した計測装置７の具体的な構成を示す図である。この計測装置７は、各センサ６ａ、６ｂに設けられているフォトダイオード８、９のそれぞれに対して設けられている。したがって、本発明のモニタリング装置には４台の計測装置７が設けられている。各計測装置７の構成は同一である。
【００２５】
計測装置７は、フォトダイオード９からの電気信号を一定のレベルまで増幅する増幅器（プリアンプ）７Ａ、増幅器７Ａから出力されたアナログの電気信号をディジタルの電気信号に変換するＡ／Ｄ変換器７Ｂ，７Ｄ、特定の周波数帯域の電気信号のみを通過させるバンドパスフィルター７Ｃ、入力された電気信号の周波数分布を算出する周波数分布算出手段としての機能、特定の周波数帯における信号強度を算出する信号強度算出手段としての機能、および、ポロシティーの発生の状況を判断する溶接品質判断手段としての機能を備えたパソコン７Ｅ、溶接品質の判断結果を表示するためのディスプレイ７Ｆから構成される。
【００２６】
図５から図７は、溶接品質の検出原理の説明に供する図である。溶接部からの光を分析することによってなぜ溶接品質が検出できるのかを、これらの図に基づいて説明する。図５、図６は、溶接の被対象物である亜鉛めっき鋼板を重ね溶接した場合のポロシティーの発生状況を示している。図５に示すように、ＹＡＧレーザー溶接装置１００により、亜鉛めっき鋼板の突合せ部２０に高パワー密度のＹＡＧレーザー光線が照射されると、照射された部分（溶接部）がレーザー光線のエネルギーを受けて溶融し始め、金属が溶融しているキーホール２５が形成される。このとき、鋼板の表面にメッキされている亜鉛メッキ層２１は、母材である鋼２２の溶融温度では金属蒸気となってしまい、金属蒸気の圧力によってキーホール２５内に気泡状のポロシティー（ブローホール）２３が発生する。
【００２７】
図６に示すように、レーザー光線は、キーホール２５の前面の壁２６で吸収されている。亜鉛メッキ鋼板の重ね溶接では、２枚の鋼板の界面に存在する亜鉛メッキ層２１が溶けたときに、亜鉛金属蒸気２７がキーホール２５内に噴出する。これがポロシティー２３になる。ＹＡＧレーザー光線による溶接では、レーザー光線の波長が１．０６μｍ程度と短いため、亜鉛金属蒸気２７がキーホール２５の開口部より噴出したプルーム２８に対しては、レーザー光線はほぼ透明である。したがって、プルーム２８を観察してもポロシティー２３の有無のような高速な現象をつかまえることはできない。
【００２８】
ところが、ＹＡＧレーザー光線の反射光は、キーホール２５前面の壁２６の状態によって変化すると考えられる。亜鉛金属蒸気２７の噴出によってキーホール２５前面の壁２６の状態が変動すると、レーザー光線の反射光も変動することになる。この現象は、鋼板界面付近のキーホール２５内部で起こるので、観察角度が低い位置にあるセンサ６ｂではとらえることができず、観察角度が高い位置にあるセンサ６ａによってのみとらえることができる。
【００２９】
したがって、センサ６ａを設置する角度は、キーホール２５前面の壁２６の変動状態が反射光によってとらえることができる角度の範囲内で設定する必要がある。実際には、溶接部に照射されるレーザー光線に干渉せずに、キーホール２５前面の壁２６の変動状態が反射光によってとらえることができる範囲の、仰角４５度から７０度の範囲の角度である。なお、この角度の範囲内でのさらに最適な角度は、板厚、板間の隙間、レーザー光線のパワーや焦点位置などの溶接条件に応じて決まる。本実施の形態では、図１に示したように仰角６０度としている。
【００３０】
また図７に示すように、亜鉛メッキ鋼板同士が突合せ部２０においてきちんと接触してなく、多少の隙間３０が生じてしまっている場合には、キーホール２５で溶融した金属がその隙間３０に流れ込むために、アンダーフィル３１という溶接状態が発生する。このアンダーフィル３１の発生は、観察角度の低い位置にあるセンサ６ｂによってもとらえることができる。
【００３１】
つぎに、本発明にかかるモニタリング装置でポロシティーを検出するための処理を、図８のフローチャートおよび図９から図１２を参照しながら説明する。図９から図１２に示されている波形などのデータは、次の溶接条件（基本溶接条件）に基づいて測定された結果得られたものである。ＹＡＧレーザーの出力は加工点で３Ｋｗである。亜鉛メッキ鋼板の厚みはそれぞれ０．８ｍｍのものを用いた。溶接速度は４．５ｍ／ｍｉｎである。
【００３２】
図８のフローチャートは、本発明にかかるモニタリング方法の手順を示したものである。図６に示したように、ＹＡＧレーザー光線が亜鉛メッキ鋼板の突合せ部２０に照射されると、照射された部分がレーザー光線のエネルギーを受けて溶融する。溶融した金属は非常に高温であるから、キーホール２５およびプルーム２８からは、可視光、赤外光、ＹＡＧレーザー光線の反射光などが放射状に放出される。センサ６ａとセンサ６ｂは、これらの光を入射し、電気信号に変換する。変換された電気信号は、パソコン７Ｅ（図４参照）の図示しない記憶装置に格納される（Ｓ１）。
【００３３】
図９は、基本溶接条件の下で溶接が行われたときの、ＹＡＧレーザー光線の反射光から得られた電気信号の（フォトダイオード９で変換された）波形図である。この電気信号の波形図は、サンプリング周波数２０ＫＨｚで作成されたものである。この波形図において、縦軸は信号強度を表し、横軸は時間を表している。また、ＹＨは、観察角度が高い位置にあるセンサ６ａによってとらえられた反射光の時間的変動状況を示している。ＹＬは、観察角度が低い位置にあるセンサ６ｂによってとらえられた反射光の時間的変動状況を示している。この図では、正常な溶接が行われた「良品」、ポロシティーの発生が過大である「ポロシティー品」、アンダーフィルが生じた「アンダーフィル品」の波形が示されている。アンダーフィル品の場合、良品の場合とは明らかにその波形形状が異なるので、アンダーフィル品であることの判断は容易である。しかし、ポロシティー品の場合には、良品の場合との比較だけでは、波形形状に相違が見られないことから、ポロシティー品であることの判断は困難である。
【００３４】
図１０は、基本溶接条件の下で溶接が行われたときの、キーホール２５およびプルーム２８の可視光から得られた電気信号の（フォトダイオード８で変換された）波形図である。この波形図も、サンプリング周波数２０ＫＨｚで作成されたものである。この波形図において、縦軸は信号強度を表し、横軸は時間を表している。また、ＹＨは、観察角度が高い位置にあるセンサ６ａによってとらえられた可視光の時間的変動状況を示している。ＹＬは、観察角度が低い位置にあるセンサ６ｂによってとらえられた可視光の時間的変動状況を示している。この図では、正常な溶接が行われた「良品」、ポロシティーの発生が過大である「ポロシティー品」、アンダーフィルが生じた「アンダーフィル品」の波形が示されている。アンダーフィル品の場合、良品の場合とは明らかにその波形が異なるので、アンダーフィル品であることの判断は容易である。しかし、ポロシティー品の場合には、良品の場合との比較だけでは、波形形状に相違が見られないことから、ポロシティー品であることの判断は困難である。
【００３５】
このように、各センサ６ａ、６ｂによって反射光、可視光それぞれの時間的な強度変化状態を調べただけでは良品とポロシティー品との差別化は困難である。このため、記憶装置に格納した波形のうち、観察角度が高い位置にあるセンサ６ａによってとらえられた反射光の時間的変動状況を示すＹＨのみの波形を取り出して、この波形にＦＦＴ（高速フーリエ変換）信号強度演算を施す（Ｓ２）。
【００３６】
図１１は、図９に示したＹＨの波形にＦＦＴ信号強度演算を施し、その結果得られた波形図である。この波形図において、縦軸は相対信号強度を表し、横軸は周波数を表している。相対信号強度とは、それぞれの周波数の信号成分がどの程度含まれているかを示す量であり、この相対信号強度は単位を持たない。この図を見れば明らかなように、ＦＦＴ信号強度演算を施すと、良品とポロシティー品との間でも相対信号強度の分布に相違が生じる。つまり、良品は１００Ｈｚから５００Ｈｚ付近に相対信号強度のピーク部分が存在しているが、ポロシティー品は０Ｈｚから１０００Ｈｚ付近に相対信号強度のピーク部分が存在している。本発明の品質モニタリング方法では、この違いを次のようにして差別化する。
【００３７】
ＦＦＴ（高速フーリエ変換）信号強度演算を施した結果得られた図１１の波形の内、６０５Ｈｚから６５０Ｈｚの間の信号強度の合計値を算出し（Ｓ３）、その合計値が、基準値として設定されている１７０，０００を超えれば（Ｓ４：Ｙｅｓ）、ポロシティーの発生が過大であると判断し（Ｓ５）、超えていなければ（Ｓ４：Ｎｏ）、ポロシティーの発生は正常範囲内であると判断する（Ｓ６）。なお、フローチャートには示していないが、ポロシティーの発生の判断結果は、ディスプレイ７Ｆに表示される。
【００３８】
つぎに、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）信号強度演算を施した結果得られた図１１の波形の特徴量から、マハラノビス距離を算出する（Ｓ７）。このマハラノビス距離は、良品の波形の特徴量から得られた正規化された基準空間から、観察されたワークの波形の特徴量（位置）がどの程度離れているのかを距離で表したものである。求められたマハラノビス距離にしたがって、図１２に示すような分布図を作成する。たとえば、図１２に示すように、図１１の波形図から得られた特徴量（位置）を、縦軸がＦＦＴ信号強度、横軸が対数表示されたマハラノビス距離となっているグラフに書き込んでいくと、それぞれのワークの特徴量に応じて分布する。
【００３９】
この分布図に基づいて、マハラノビス距離が基準値１０００を超えれば（Ｓ８：Ｙｅｓ）、アンダーフィルが生じていると判断し（Ｓ９）、超えていなければ（Ｓ８：Ｎｏ）、アンダーフィルは生じていないと判断する（Ｓ１０）。
【００４０】
以上の実施の形態では、ポロシティーの発生が過大であるか否かを、特定の周波数帯の信号強度の合計値に基づいて判断したが、図１２の分布図を見ればわかるように、ポロシティー品は、マハラノビス距離が２以下で、かつ信号強度が１７００００以上の領域に分布しているので、アンダーフィルの発生を判断する場合と同様に、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）信号強度演算を施した結果得られた図１１の波形の特徴量から、マハラノビス距離と特定の周波数帯の信号強度とを算出し、この距離と信号強度とがどの領域に属するかを判断することによっても、ポロシティーの発生が過大であるか否かを判断することができる。
【００４１】
なお、以上の実施の形態では、板厚が０．８ｍｍで、溶接速度が４．５ｍ／ｍｉｎの溶接条件で溶接を行った場合について述べたが、本発明の品質モニタリング方法および品質モニタリング装置は、他の溶接速度や板厚に対しても適用可能である。溶接速度または板厚が上記の溶接条件とは異なる場合には、ポロシティーの発生を判断するための特定の周波数を変化させる。これは、溶接速度または板厚が変化すると、この変化と共に、ポロシティーの溶接状態の発生を判断するために有効な特定の周波数も変化してしまうからである。ポロシティーが発生したことを判断する精度を維持するためには、溶接速度または板厚によって自ずとポロシティーの発生の判断に最適な周波数が存在する。
【００４２】
溶接速度または板厚の変化によって、この特定の周波数をどのように変化させれば、ポロシティーの発生の判断が常に正確にできるのかを、次のような実験によって求めた。ワークとして板厚が０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍの亜鉛メッキ鋼板を用い、２枚の鋼板を重ね合わせて溶接を行った。溶接速度は、３．０ｍ／ｍｉｎ〜５．０ｍ／ｍｉｎの間で変化させた。ＹＡＧレーザーの出力は加工点で３Ｋｗであり、この出力は固定した。
【００４３】
まず、板厚が変化した場合を説明する。実験は、溶接速度を３．５ｍ／ｍｉｎで固定し、２枚の板厚合計を１．６ｍｍ〜２．４ｍｍの間で変化させた。たとえば、板厚合計が２．４ｍｍの場合、ポロシティーが発生すると、０Ｈｚから５００Ｈｚの周波数帯の信号強度が高くなる傾向が見られた。合計板厚を下げていくと、信号強度が高くなる周波数帯が大きくなった。この実験の結果を図１３に示す。
【００４４】
図１３に示すように、板厚合計が、１．６ｍｍでは０Ｈｚから１０００Ｈｚの周波数帯の信号強度が高くなり、１．８ｍｍでは０Ｈｚから８００Ｈｚの周波数帯の信号強度が高くなり、２．０ｍｍでは０Ｈｚから７００Ｈｚの周波数帯の信号強度が高くなり、２．４ｍｍでは０Ｈｚから５００Ｈｚの周波数帯の信号強度が高くなる。したがって、ポロシティーの発生の判断は、板厚合計が何ｍｍであるかによって、どの周波数帯により行うかを決める。なお、図１３に示すような、板厚合計と周波数との関係は、計測装置７の記憶装置に記憶させておく。
【００４５】
つぎに、溶接速度が変化した場合を説明する。実験は、板厚合計が１．６ｍｍの場合に３．０ｍ／ｍｉｎ〜５．０ｍ／ｍｉｎの間で、また、板厚合計が２．０ｍｍの場合に３．０ｍ／ｍｉｎ〜５．０ｍ／ｍｉｎの間で変化させた。どちらの板厚の場合も、溶接速度が速くなるに従い、信号強度が大きくなる周波数帯が小さくなった。この実験の結果を図１４に示す。
【００４６】
図１４に示すように、板厚合計が１．６ｍｍでは、溶接速度が３．５ｍ／ｍｉｎで０Ｈｚから１０００Ｈｚの周波数帯の信号強度が高くなり、溶接速度が４．０ｍ／ｍｉｎで０Ｈｚから８００Ｈｚの周波数帯の信号強度が高くなり、溶接速度が４．５ｍ／ｍｉｎで２．０ｍｍでは０Ｈｚから７００Ｈｚの周波数帯の信号強度が高くなり、溶接速度が５．０ｍ／ｍｉｎで０Ｈｚから６００Ｈｚの周波数帯の信号強度が高くなる。
【００４７】
また、板厚合計が２．０ｍｍでは、溶接速度が３．０ｍ／ｍｉｎで０Ｈｚから８００Ｈｚの周波数帯の信号強度が高くなり、溶接速度が３．５ｍで０Ｈｚから７００Ｈｚの周波数帯の信号強度が高くなり、溶接速度が４．０ｍ／ｍｉｎで０Ｈｚから６００Ｈｚの周波数帯の信号強度が高くなる。
【００４８】
したがって、ポロシティーの発生の判断は、溶接速度が何ｍ／ｍｉｎであるかによって、どの周波数帯により行うかを決める。なお、図１３に示すような板厚合計と周波数との関係、および、図１４に示すような板厚合計と溶接速度と周波数との関係は、図１５に示すようなテーブルとして計測装置７の記憶装置に記憶させておく。この図では、溶接速度が存在している条件のところには、ポロシティーの発生を判断するために有効な周波数が記憶されていることを示している。たとえば、上板の板厚ｔ１が１．２ｍｍで、下板の板厚ｔ２が０．８ｍｍで、溶接速度が３．５ｍ／ｍｉｎでは、図１４に示したように、合計板厚が２．０ｍｍで溶接速度が３．５ｍ／ｍｉｎの、０Ｈｚから８００Ｈｚの周波数帯が用いられる。また、上板の板厚ｔ１と下板の板厚ｔ２が０．８ｍｍで、溶接速度が５．０ｍ／ｍｉｎでは、図１４に示したように、合計板厚が１．６ｍｍで溶接速度が５．０ｍ／ｍｉｎの、０Ｈｚから６００Ｈｚの周波数帯が用いられる。
【００４９】
以上のように、板厚と溶接速度との変化に基づいて、ポロシティーの発生を判断するために有効な周波数が変化するのは、溶接が行われているときに溶接部に生じる、キーホールの形状の相違に起因すると考えることもできる。
【００５０】
図１６に示すように、ＹＡＧレーザー光線が当たると材料が溶融する部分、すなわちキーホールが生じるが、このキーホールの形状は、板厚や溶接速度によって変化する。たとえば、キーホールの形状は、板厚が厚くなると、キーホールの深さＨが大きくなり、細長い形状になる。したがって、キーホールの深さＨと当該キーホールの幅Ｄとから算出されるアスペクト比Ｈ／Ｄは大きくなる。また、キーホールの形状は、溶接速度が速くなると、キーホールの幅Ｄが小さくなり、この場合も細長い形状になる。したがって、キーホールの深さＨと当該キーホールの幅Ｄとから算出されるアスペクト比Ｈ／Ｄは大きくなる。
【００５１】
図１３および図１４に示したように、板厚が厚くなったときにも、溶接速度が速くなったときにも、ポロシティーの発生を判断するために有効な周波数が低くなるのは、上記のように、板厚が厚くなったときにも、溶接速度が速くなったときにも、アスペクト比Ｈ／Ｄが大きくなるので、キーホールの形状が細長くなってキーホールの共振周波数が低下し、その結果、信号強度が大きくなる周波数帯が低下するのが原因ではないかと思われる。
【００５２】
したがって、ＣＣＤカメラを用いてキーホールの形状を認識し、アスペクト比Ｈ／Ｄを求めることによって、ポロシティーの発生を判断するための有効な周波数を求めても良い。
（実施の形態２）
つぎに、第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、ポロシティーの発生のみの判断を行っていたが、この実施の形態では、さらに、アンダーフィルや未溶着といった溶接状態の発生の判断も正確に行うものである。
【００５３】
なお、この実施の形態でも、レーザー溶接部の品質モニタリング装置の構成は、図１から図４に示したものとまったく同一であるので、それらの構成の説明は省略する。なお、この実施の形態においては、図４に示したパソコン７Ｅが、記憶手段としての機能と、アンダーフィルの発生を検出するための第１の周波数帯における信号強度、ポロシティーの発生を検出するための第２の周波数帯における信号強度、および、未溶着の発生を検出するための第３の周波数帯における信号強度とを算出する信号強度算出手段としての機能と、アンダーフィル、ポロシティー、未溶着の溶接状態の発生を判断する溶接品質判断手段としての機能と、記憶されている１つの溶接個所に対する電気信号の経時変化を時系列に複数の領域に分割する分割手段としての機能を有している。
【００５４】
本発明にかかるモニタリング装置でアンダーフィル、ポロシティー、未溶着の溶接状態を検出するための処理を、図１８のフローチャートおよび図１９から図２５を参照しながら説明する。図１９から図２１に示されている波形データは、次の溶接条件（基本溶接条件）に基づいて測定された結果得られたものである。ＹＡＧレーザーの出力は加工点で３Ｋｗである。亜鉛メッキ鋼板の厚みはそれぞれ０．８ｍｍのものを用いた。溶接速度は４．５ｍ／ｍｉｎである。
【００５５】
本実施の形態では、未溶着の溶接状態も検出できるようにしている。未溶着とは、所望の溶接強度が得られない不完全な溶接のことである。未溶着の溶接状態は、図１７に示すように、２枚の鋼板を重ねて溶接するときに、上下の鋼板の突合せ部２０においてその板間の隙間４０が大き過ぎることが原因で生じる。隙間４０が大きすぎると、下側の鋼板まで十分に熱が回らずに、溶接部が十分に溶融されないからである。
【００５６】
図１８のフローチャートは、本発明にかかるモニタリング方法の手順を示したものである。図６に示したように、ＹＡＧレーザー光線が亜鉛メッキ鋼板の突合せ部２０に照射されると、照射された部分がレーザー光線のエネルギーを受けて溶融する。溶融した金属は非常に高温であるから、キーホール２５およびプルーム２８からは、可視光、赤外光、ＹＡＧレーザー光線の反射光などが放射状に放出される。センサ６ａとセンサ６ｂは、これらの光を入射し、電気信号に変換する。変換された電気信号は、溶接個所ごとにパソコン７Ｅ（図４参照）の図示しない記憶装置に格納される（Ｓ２１）。
【００５７】
図１９および図２０は、基本溶接条件の下で溶接が行われたときの、ＹＡＧレーザー光線の反射光から得られた電気信号の（フォトダイオード９で変換された）波形図である。これらの電気信号の波形図は、サンプリング周波数２０ＫＨｚで作成されたものである。これらの波形図において、縦軸は信号強度（電圧値）を表し、横軸は時間を表している。これらの波形図は、観察角度が高い位置にあるセンサ６ａによってとらえられた、ある溶接個所における反射光の時間的変動状況（経時変化）を示している。図１９には、正常な溶接が行われた「良品」、および、不完全な溶接になってしまった「未溶着品」の波形が示され、図２０には、アンダーフィルが生じた「アンダーフィル品」、および、ポロシティーの発生が過大である「ポロシティー品」の波形が示されている。これらの波形図を対比してみると、アンダーフィル品の波形形状だけが他の波形形状とは明らかに異なるのでアンダーフィル品であることの判断は容易である。しかし、未溶着品およびポロシティー品の波形形状は、良品の波形形状と比較しても明らかな相違が見られない。このため、この波形図からこれらの溶接状態を見極めるのは困難である。
【００５８】
このように、反射光の時間的な強度変化状態を調べただけでは、良品と未溶着品および良品とポロシティー品との差別化は困難である。このため、記憶装置に格納した波形のうち、観察角度が高い位置にあるセンサ６ａによってとらえられた１つの溶接個所の反射光の時間的変動状況を示す波形を取り出して、この波形にＦＦＴ（高速フーリエ変換）信号強度演算を施す（Ｓ２２）。
【００５９】
図２１は、図１９および図２０に示した波形のそれぞれにＦＦＴ信号強度演算を施し、その結果得られた波形図である。この波形図において、縦軸は信号強度を表し、横軸は周波数を表している。信号強度とは、それぞれの周波数の信号成分がどの程度含まれているかを示す量（面積）であり、この信号強度は単位を持たない。
【００６０】
この図を見れば明らかなように、ＦＦＴ信号強度演算を施すと、「良品」、「未溶着品」、「アンダーフィル品」、「ポロシティー品」のそれぞれについて信号強度の分布に相違が生じる。本発明の品質モニタリング方法では、この違いを次のようにして差別化する。
【００６１】
ＦＦＴ（高速フーリエ変換）信号強度演算を施した結果得られた図２１の波形の内、０〜１０００Ｈｚの周波数帯をアンダーフィルの発生を検出するための第１の周波数帯に設定し、また、同様に、０〜１０００Ｈｚの周波数帯をポロシティーの発生を検出するための第２の周波数帯に設定する。このような周波数帯に設定するのは、実験の結果によれば、この周波数帯でアンダーフィルまたはポロシティーの発生が明確に検出できたからである。ここでは、第１および第２の周波数帯は同一の周波数帯としているが、ポロシティーの発生を検出するために有効な周波数帯は、第１の実施の形態でも述べたように、板厚または溶接速度に応じて変える必要がある。したがって、板厚または溶接速度によっては、ポロシティーの発生を検出するための第２の周波数帯が、たとえば、０〜６００Ｈｚのように変化する。
【００６２】
そして、引き続き、３０００Ｈｚから６０００Ｈｚの周波数帯を未溶着の発生を検出するための第３の周波数帯に設定する。図２１を見ればわかるように、未溶着が発生したときには、この周波数帯の信号強度が、アンダーフィルまたはポロシティーが発生したときの信号強度と比較して、高くなる傾向にあるからである。また、この周波数帯を設定したのも、実験の結果によれば、この周波数帯で未溶着の発生が明確に検出できたからである。
【００６３】
これらの周波数帯の信号強度を求め、図２２のような仮想的に設けられる２軸座標系に仮想的にプロットする。この２軸座標系は、横軸が、０Ｈｚ〜１０００Ｈｚの周波数帯（第１の周波数帯と第２の周波数帯）における信号強度を示し、縦軸が、３０００ＨＺ〜６０００Ｈｚ（第３の周波数帯）における信号強度の大きさをそれぞれ示す座標系である。
【００６４】
たとえば、アンダーフィル品の場合は、図２１に示したような波形が得られるが、この波形に対して、０Ｈｚ〜１０００Ｈｚの周波数帯の波形から得られる面積と３０００ＨＺ〜６０００Ｈｚの周波数帯の波形から得られる面積とを求め、それぞれの面積を横軸と縦軸にプロットする。このプロットにより、図２２に示すように、アンダーフィル品（△印）は、２軸座標系の横軸と縦軸との信号強度が小さい領域で分布する傾向にあることがわかる。同様に、ポロシティー品（□印）の場合は、２軸座標系の縦軸の信号強度が小さく横軸の信号強度が大きい領域に分布する傾向にあることが、また、未溶着品（◇印）の場合は、２軸座標系の縦軸の信号強度が大きく横軸全体の領域に分布する傾向にあることがわかる。さらに、良品（○印）の場合は、２軸座標系の縦軸の信号強度が小さく横軸の信号強度が中間程度の領域に分布する傾向にあることがわかる。
【００６５】
アンダーフィル品、ポロシティー品、未溶着品、良品が、上記の２軸座標系にどのように分布するのかを、多数の溶接品について調査した結果、それぞれの分布領域が図２３に示すように分かれることがわかった。また、１つの溶接個所で部分的にアンダーフィル、ポロシティー、未溶着の現象が組み合わされて発生した場合には、それぞれの領域の境界付近に分布することが考えられる。このため、本発明では、図２４のように、溶接状態の種類の判別が困難な混在領域を規定した。したがって、仮想的な２軸座標系には、アンダーフィル領域、良品領域、ポロシティー領域、未溶着領域、混在領域が存在する。なお、混在領域をどの程度の幅でとるのかは、実験またはこの手法の運用の結果に応じて決める。
【００６６】
なお、この仮想的な２軸座標系は、図４に示したパソコン７Ｅで作られるが、これらの領域が２次元平面として実際に作られるわけではない。また、上記の各信号強度の演算結果に基づいて、この２軸座標系にその演算結果が仮想的にプロットされるが、そのプロットがその２次元平面上に実際に行われるものではない。パソコン７Ｅには各領域を形成する信号強度の数値範囲が記憶され、パソコン７Ｅは、演算結果がどの領域の数値範囲に属するかによって、どの溶接状態が発生したのか、また、良品であるのかを即座に判断できる。
【００６７】
図１８のフローチャートに戻って、溶接中に得られる、図２１に示した波形に対して、０〜１０００Ｈｚおよび３０００Ｈｚ〜６０００Ｈｚの信号強度を算出する（Ｓ２３）。算出された０〜１０００Ｈｚの信号強度と３０００Ｈｚ〜６０００Ｈｚの信号強度とによって特定される２軸座標系内の座標が、図２４に示したどの領域かを判断する（Ｓ２４）。
【００６８】
そして、その座標があらかじめ設定した良品領域に属していれば（Ｓ２４：ＹＥＳ）、その溶接個所の溶接は正常に行われたもの（良品）と判断する（Ｓ２５）。一方、その座標があらかじめ設定した良品領域に属していなければ（Ｓ２４：ＮＯ）、その座標があらかじめ設定したアンダーフィル領域、ポロシティー領域、未溶着領域のいずれかの領域に属しているか否かを判断する（Ｓ２６）。
【００６９】
その座標がアンダーフィル領域、ポロシティー領域、未溶着領域のいずれかの領域に属していれば（Ｓ２６：ＹＥＳ）、属している領域の溶接状態が生じており、その溶接個所の溶接の品質には問題があると判断する（Ｓ２７）。なお、フローチャートには示していないが、良品であったこと、またはいずれかの溶接状態の発生があったことは、ディスプレイ７Ｆに表示される。以上の処理によって、１つの溶接個所全体に対する判断が終了する。
【００７０】
一方、その座標がアンダーフィル領域、ポロシティー領域、未溶着領域のいずれかの領域にも属していなければ、すなわち、図２４の混在領域に属していれば（Ｓ２６：ＮＯ）、図２５に示すように、その溶接個所を複数の領域に分割し、それぞれの領域に対して再度、溶接状態の是非を判断する。
【００７１】
再度の溶接状態の是非の判断は、次のような手順で行われる。
【００７２】
前述のように、１つの溶接個所に対してセンサ６ａから出力された電気信号の経時変化は、パソコン７Ｅの記憶装置に記憶されているが、再度の溶接状態の是非を判断するときには、この記憶されている電気信号の経時変化を時系列に複数の領域に分割する。たとえば、ある溶接個所の溶接長さが図２５に示すように３０ｍｍであるときには、その溶接個所をたとえば６ｍｍずつ５分割し、それぞれの分割された１つ１つの領域について、どのような溶接状態が発生しているのか、または良品であるのかを、上記の手順とまったく同一の手順で１つずつ判断する。
【００７３】
この領域の分割を、記憶されている電気信号について当てはめると、溶接速度が本実施の形態では４．５ｍ／ｍｉｎであるから、３０ｍｍの溶接個所を溶接するのには、０．４ｓｅｃ要することになる。したがって、記憶装置に記憶されているこの溶接個所の電気信号は、０．４ｓｅｃ分の電気信号である。これを上記のように５分割するのには、この電気信号を０．０８ｓｅｃずつ時系列に分割する。この分割により、その溶接個所について、０〜０．０８ｓｅｃの第１時間帯、０．０８ｓｅｃ〜０．１６ｓｅｃの第２時間帯、０．１６ｓｅｃ〜０．２４ｓｅｃの第３時間帯、０．２４ｓｅｃ〜０．３２ｓｅｃの第４時間帯、０．３２ｓｅｃ〜０．０４ｓｅｃの第５時間帯の５つの時間帯の電気信号が得られる。なお、分割は、１ｍｍ程度から８ｍｍ程度の単位で行うのが望ましいが、溶接個所の形状や望まれる溶接品質の判断精度に応じて臨機応変に変えることも必要である。
【００７４】
これらの時間帯の電気信号を記憶装置から１つずつ取り出して、これら５つの電気信号の波形にＦＦＴ（高速フーリエ変換）信号強度演算を施す（Ｓ２８）。そして、それぞれの波形に対して、０〜１０００Ｈｚおよび３０００Ｈｚ〜６０００Ｈｚの信号強度を算出する（Ｓ２９）。それぞれ算出された、０〜１０００Ｈｚの信号強度と３０００Ｈｚ〜６０００Ｈｚの信号強度が、図２４に示した２軸座標系内のそれぞれのどの領域に存在するかを判断する（Ｓ３０）。ここまでの処理により、たとえば、図２５に示すように、第１時間帯に相当する領域（図２５では左端の領域）では未溶着が生じており、第２時間帯に相当する領域（その右隣の領域）でも未溶着が生じており、残りの第３時間帯から第５時間帯（残りの右端までの領域）は良品であると判断される。
【００７５】
つぎに、その溶接個所に対する良品割合を算出する（Ｓ３１）。上記の場合、５分割した領域のうちの２つの領域にいずれかの溶接状態が生じていたのであるから、良品割合は６０％となる。
【００７６】
良品であると判断された領域の数が、分割した領域の数に対してあらかじめ設定した必要良品割合（たとえば７０％）を超えていれば（Ｓ３２：ＹＥＳ）、その溶接個所は全体としてみれば良品であると判断する（Ｓ３３）。このような手法を用いるのは、たとえば、ある溶接個所において、アンダーフィル、ポロシティー、未溶着などの溶接状態の発生を見込んで、その溶接長さを設計上要求される溶接長さよりも長く設定しているときには、算出された良品部分の長さが設計上要求される溶接長さよりも長ければ、その溶接個所は総合的に良品と判断しても、溶接品質上は問題がないからである。
【００７７】
一方、良品であると判断された領域の数が、分割した領域の数に対してあらかじめ設定した必要良品割合（たとえば７０％）を超えていなければ（Ｓ３２：ＮＯ）、その溶接個所はアンダーフィル、ポロシティー、未溶着などの溶接状態が存在し、その溶接個所は総合的にみて溶接品質に問題があると判断する（Ｓ３４）。なお、フローチャートには示していないが、総合的にみて良品であったこと、または総合的にみて溶接品質に問題があったことは、ディスプレイ７Ｆに表示される。
【００７８】
このように、ある溶接個所全体に対する判断が溶接品質に問題があるとの判断であったときに、その溶接個所に対する再判断をすると、溶接個所全体のみの評価法に比較して判断精度を向上させることができる。
【００７９】
以上の処理は、溶接と同時にリアルタイムで行われる。また、上記の分割判断が行われたとしても、その判断は、次の溶接個所の溶接が行われるまでに終了する。そして、最終的にその溶接個所が溶接品質に問題があると判断されると、その溶接個所にはペイントが吹き付けられる。１つのワークには溶接個所が何十個所も存在する場合があるが、このようにペイントが吹き付けられることによって、後工程での最終検査が容易になる。最終検査では、ペイントを吹き付けられた部分が本当に溶接品質に問題があるか否かがもう一度人間の目で判断される。この最終検査でも溶接品質に問題があると判断されたときには、そのワークがバックアップ工程に搬送されて補修作業が行われる。
【００８０】
なお、以上の処理では、板厚または溶接速度が一定の場合について述べた。第１の実施の形態でも述べたように、板厚、溶接速度またはアスペクト比によって自ずとポロシティーの発生の判断に最適な周波数が存在する。したがって、本実施の形態でも、第１の実施の形態の場合と同様に、板厚、溶接速度またはアスペクト比によってその周波数（本実施の形態では、第２の周波数帯）を変化させる。なお、板厚の変化によってどのような周波数にするのか、または溶接速度の変化によってどのような周波数にするのかは、第１の実施の形態で詳細に説明したので、ここでの説明は省略する。
【００８１】
以上のように、本実施の形態によれば、ポロシティー、アンダーフィル、未溶着などの溶接状態の発生を、まったく同一の演算処理によって判断することができるので、従来のように、それぞれの種類の溶接状態の発生を検出するために、それぞれ異なる複雑な演算処理をする必要がなくなる。したがって、その計算処理に対するＣＰＵの処理負担はかなり小さくなる。
【００８２】
また、分割判断という手法によって、溶接を行った部分の一部だけに発生しているいずれかの溶接状態も容易に判断することができ、発生している溶接状態の種類の判断精度が格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる品質モニタリング装置を備えたＹＡＧレーザー溶接装置の具体的な構成図である。
【図２】本発明にかかる品質モニタリング装置を備えたＹＡＧレーザー溶接装置の概念図である。
【図３】センサ内部の具体的な構成を示す図である。
【図４】図２に示した計測装置の具体的な構成を示す図である。
【図５】溶接品質の検出原理の説明に供する図である。
【図６】溶接品質の検出原理の説明に供する図である。
【図７】溶接品質の検出原理の説明に供する図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態にかかるモニタリング方法の手順を示すフローチャートである。
【図９】基本溶接条件の下で溶接が行われたときの、ＹＡＧレーザー光線の反射光から得られた電気信号の波形図である。
【図１０】基本溶接条件の下で溶接が行われたときの、キーホールおよびプルームの可視光から得られた電気信号の波形図である。
【図１１】図９に示したＹＨの波形にＦＦＴ信号強度演算を施し、その結果得られた波形図である。
【図１２】求められたマハラノビス距離に基づいて描かれた分布図である。
【図１３】板厚合計とポロシティーの発生を判断するために有効な周波数との関係を示す図である。
【図１４】板厚合計と溶接速度とポロシティーの発生を判断するために有効な周波数との関係を示す図である。
【図１５】計測装置の記憶装置に記憶されるテーブルの一例を示す図である。
【図１６】溶接部に生じるキーホールのアスペクト比の説明に供する図である。
【図１７】未溶着の溶接状態の説明に供する図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態にかかるモニタリング方法の手順を示すフローチャートである。
【図１９】基本溶接条件の下で溶接が行われたときの、ＹＡＧレーザー光線の反射光から得られた電気信号の波形図である。
【図２０】基本溶接条件の下で溶接が行われたときの、ＹＡＧレーザー光線の反射光から得られた電気信号の波形図である。
【図２１】図１９と図２０に示した電気信号に対してＦＦＴ信号強度演算を施し、その結果得られた波形図である。
【図２２】アンダーフィル品、ポロシティー品、未溶着品、良品の分布状況の説明に供する図である。
【図２３】２軸座標系に規定されている、アンダーフィル領域、ポロシティー領域、未溶着領域、良品領域を示す図である。
【図２４】２軸座標系に規定されている、混在領域の説明に供する図である。
【図２５】再度の溶接状態の是非を判断する手順の説明に供する図である。
【符号の説明】
１…ＹＡＧレーザー発振器、
２…光ファイバーケーブル、
３…コリメーターレンズ、
４…集光レンズ、
５…ワーク、
６ａ、６ｂ…センサ、
７…計測装置、
７Ａ…増幅器、
７Ｂ、７Ｄ…Ａ／Ｄ変換器、
７Ｃ…バンドパスフィルター、
７Ｅ…パソコン、
７Ｆ…ディスプレイ、
８、９…フォトダイオード、
１０…ダイクロイックミラー、
１１…干渉フィルタ、
２０…突合せ部、
２１…亜鉛メッキ層、
２２…鋼、
２３…ポロシティー、
２５…キーホール、
２６…壁、
２７…亜鉛金属蒸気、
２８…プルーム、
３０、４０…隙間、
３１…アンダーフィル、
１００…ＹＡＧレーザー溶接装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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