(57)【要約】【課題】  レーザー溶接装置の不具合によるレーザー溶接の溶接不良発生を防止可能とするレーザー溶接可否判定装置の提供。【解決手段】  レーザー溶接装置１のレーザー発振器３から発振されるレーザー光Ｒが照射される金属板１２と、レーザー光Ｒが照射された金属板１２の温度変化及び温度分布を検出する温度検出器１４と、温度検出器１４が金属板１２の温度変化からレーザー光Ｒのエネルギーを算出し、算出したレーザー光Ｒのエネルギーと温度検出器１４が検出した金属板１２の温度分布とに基づいて、レーザー溶接の可否を判定する判定部１６とからレーザー溶接可否判定装置１０を構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー溶接装置のレーザー発振器から発振されるレーザー光が照射される金属板と、
レーザー光が照射された前記金属板の温度変化及び温度分布を検出する温度検出器と、
前記温度検出器が検出した前記金属板の温度変化からレーザー光のエネルギーを算出し、算出したレーザー光のエネルギーと前記温度検出器が検出した前記金属板の温度分布とに基づいてレーザー溶接の可否を判定する判定部と、を有することを特徴とするレーザー溶接可否判定装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザー溶接可否判定装置と、
レーザー発振器から発振されるレーザー光を被溶接物に導くレーザー光伝達手段と、を有することを特徴とするレーザー溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー溶接装置の不具合によって溶接不良が発生することを防止するレーザー溶接可否判定装置、及び、レーザー溶接可否判定装置を備えるレーザー溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接作業では、電気抵抗を利用する抵抗溶接装置が多く用いられていたが、高エネルギー密度のレーザー光を利用するレーザー溶接装置も用いられている。
レーザー溶接の溶接状態の判定は、溶接後にオフラインにて検査員が目視で行うことが多い。検査員による目視検査では検査員の負担が大きく、また、検査員の熟練度によって判定結果が異なるおそれが存在する。そこで、判定機器を使用して溶接状態の判定を行うことも多い。
【０００３】
かかる判定装置として、次に説明するものが提唱されている（特許文献１参照）。この判定装置では、レーザー溶接時に溶接対象の鋼板から放出されるプラズマ光及び反射光の強度を検出光強度として検出し、レーザー光の１パルスに対応する検出光強度の１周期のうちから所定の区間を抽出区間として予め設定しておき、抽出区間における検出光強度に基づいてパルス毎特徴値をレーザー光の各パルス毎に抽出し、鋼板毎の溶接状態の被判定値として、鋼板におけるパルス毎特徴値の極値を得、極値と所定の閾値とを比較して鋼板毎の溶接状態を判定する。
【特許文献１】特開２０００−１５３３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来から行われているレーザー溶接の溶接状態の判定は、溶接後の判定である。この判定において溶接不良が発見されても、溶接不良の原因が、レーザー溶接装置に存在するのか、それとも、被溶接物の配置、典型的には、鋼板同士の突合せ部分のずれに存在するのかを直ちに特定できない。このため、溶接不良の原因が特定されるまで作業ラインを長時間にわたって停止しておかねばならず、作業効率が低下する。また、溶接不良を再溶接しなければならないので、これによっても生産効率が低下する。
【０００５】
なお、溶接不良の原因となるレーザー溶接装置の不具合として、例えば、レーザー光を導く反射鏡の汚れや位置のずれ等が考えられる。
本発明は、上記問題を解決するものであり、その目的とするところは、レーザー溶接装置の不具合による溶接不良の発生を防止可能なレーザー溶接可否判定装置、及び、レーザー溶接可否判定装置を備えるレーザー溶接装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項１の発明に係るレーザー溶接可否判定装置は、レーザー溶接装置のレーザー発振器から発振されるレーザー光が照射される金属板と、レーザー光が照射された前記金属板の温度変化及び温度分布を検出する温度検出器と、前記温度検出器が検出した前記金属板の温度変化からレーザー光のエネルギーを算出し、算出したレーザー光のエネルギーと前記温度検出器が検出した前記金属板の温度分布とに基づいてレーザー溶接の可否を判定する判定部と、を有する。
【０００７】
レーザー溶接を行う前にレーザー発振器からレーザー光を金属板に照射し、温度検出器がレーザー光を照射された金属板の温度変化及び温度分布を検出する。判定部が、温度検出器により検出された金属板の温度変化から、金属板に照射されたレーザー光のエネルギーを算出する。そして、判定部が、算出したレーザー光のエネルギーから、レーザー溶接のために充分なエネルギーを有するレーザー光をレーザー発振器が発振し得るか否かを判定し、金属板の温度分布から、レーザー溶接のために適切な温度分布を有するレーザー光をレーザー発振器が発振し得るか否かを判定する。
【０００８】
請求項２の発明に係るレーザー溶接装置は、請求項１記載のレーザー溶接可否判定装置と、レーザー発振器から発振されるレーザー光を被溶接物に導くレーザー光伝達手段と、を有する。
レーザー溶接装置のレーザー発振器から発振されるレーザー光がレーザー溶接のために充分なエネルギー及び適切な温度分布を有するか否かをレーザー溶接可否判定装置が判定するので、レーザー溶接を行う前にレーザー溶接装置の不具合を発見でき、レーザー溶接装置の不具合による溶接不良の発生を事前に防止できる。
レーザー光伝達手段は、従来からレーザー光の光路の変更手段として用いられているものであり、例えば、反射鏡やプリズム等を挙げることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、上記のようなレーザー溶接判定装置及びレーザー溶接装置であるので、レーザー溶接装置の不具合による溶接不良の発生を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態を図１〜図３を参照しつつ説明する。図１は本発明に係るレーザー溶接装置の構成図、図２はレーザー溶接に適切な温度分布を有するレーザー光を照射した金属板の状態説明図、図３はレーザー溶接に不適切な温度分布を有するレーザー光を照射した金属板の状態説明図である。
図１に示すレーザー溶接装置１は、レーザー発振器３、反射鏡５Ａ、５Ｂ、集光レンズ７及びレーザー溶接可否判定装置１０を有する。レーザー発振器３は従来あるレーザー発振器と同様の構成を有し、レーザー溶接用のレーザー光Ｒを発振可能に構成されている。反射鏡５Ａ及び集光レンズ７は、レーザー発振器３から発振されたレーザー光Ｒを被溶接物である鋼板２０Ａと鋼板２０Ｂとの間の突合せ部分２２に照射可能に配置されている。また、反射鏡５Ｂは移動可能となっている。反射鏡５Ａと集光レンズ７との間のレーザー光Ｒの光路上に反射鏡５Ｂを置くことによって、レーザー光Ｒをレーザー溶接可否判定装置１０に導くことが可能であり、反射鏡５Ｂをレーザー光Ｒの光路上から退避させることによって、レーザー光Ｒを突合せ部分２２に導くことが可能となっている。
【００１１】
レーザー溶接可否判定装置１０は、金属板１２、温度検出器１４及び判定部１６を有する。金属板１２は金メッキを施した銅板であり、金属板１２の表面が反射鏡５Ｂ側を向き、金属板１２の表面に反射鏡５Ｂから導かれたレーザー光Ｒを金属板１２に照射可能となっている。温度検出器１４は赤外線放射温度計であり、金属板１２を挟んで反射鏡５Ｂと反対側に設置されており、金属板１２の温度変化データＤ１及び温度分布データＤ２を測定可能に構成されている。温度検出器１４は判定部１６に接続されており、判定部１６が温度検出器１４から温度変化データＤ１及び温度分布データＤ２を受信可能に構成されている。
【００１２】
判定部１６はプログラムＰ１、Ｐ２及びＰ３を有する。
プログラムＰ１は、温度変化データＤ１に基づいて、レーザー光Ｒのエネルギーを計算するプログラムである。プログラムＰ１の演算内容を具体的に説明する。先ず、プログラムＰ１は、温度変化データＤ１から金属板１２の温度変化速度を計算し、この温度変化速度からレーザー光Ｒから金属板１２に入射されたエネルギーを計算し、レーザー光Ｒのエネルギーを計算する。次いで、計算したレーザー光Ｒのエネルギーから、レーザー溶接のために充分なエネルギーを有するレーザー光をレーザー発振器３が発振し得るか否かを判定する。
【００１３】
プログラムＰ２は、温度分布データＤ２に基づいて、レーザー光Ｒの温度分布を検出するプログラムである。プログラムＰ２の演算内容を具体的に説明する（図２及び図３を参照）。プログラムＰ１は、先ず、温度分布データＤ２からレーザー光Ｒが金属板１２に照射されている円形の照射範囲１８を検出し、照射範囲１８の中心Ｏ１及びレーザー光Ｒの光軸の照射位置Ｏ２を検出する。次いで、中心Ｏ１と照射位置Ｏ２との間の距離ｄを計算し、距離ｄが所定量よりも小さければ、レーザー溶接のために適切な温度分布を有するレーザー光をレーザー発振器３が発振し得ると判定し、距離ｄが所定量よりも大きければ、レーザー溶接のために適切な温度分布を有するレーザー光をレーザー発振器３が発振できないと判定する。
【００１４】
なお、図２は、中心Ｏ１と照射位置Ｏ２とが一致している場合を示す。この場合、レーザー光Ｒを鋼板２０Ａと鋼板２０Ｂとの間の突合せ部分２２に照射すれば、照射範囲１８の中心Ｏ１において温度がピークとなり、突合せ部分２２の溶接不良が発生しない。
図３は、中心Ｏ１と照射位置Ｏ２とが一致せずにずれている場合を示す。この場合、レーザー光Ｒを鋼板２０Ａと鋼板２０Ｂとの間の突合せ部分２２に照射しても、照射範囲１８の中心Ｏ１において温度がピークとならず、突合せ部分２２に溶接不良が発生する。
【００１５】
プログラムＰ３は、プログラムＰ１及びＰ２の演算結果に基づいて、警報を発するプログラムである。プログラムＰ３の演算内容を具体的に説明する。レーザー溶接のために充分なエネルギーを有するレーザー光をレーザー発振器３が発振できないとプログラムＰ１が判定したとき、プログラムＰ３が警報を発する。また、レーザー溶接のために適切な温度分布を有するレーザー光をレーザー発振器３が発振できないとプログラムＰ２が判定したとき、プログラムＰ３が警報を発する。そして、レーザー溶接のために充分なエネルギーを有するレーザー光をレーザー発振器３が発振できるとプログラムＰ１が判定し、レーザー溶接のために適切な温度分布を有するレーザー光をレーザー発振器３が発振できるとプログラムＰ２が判定したとき、プログラムＰ３は警報を発しない。
【００１６】
本実施の形態は上記のように構成されており、次にその作用について説明する。
先ず、レーザー溶接装置１のレーザー発振器３から発振されるレーザー光Ｒの出力を、レーザー溶接時のレーザー光Ｒの出力の例えば５０％と低くし、反射鏡５Ｂを反射鏡５Ａと集光レンズ７との間に置き、レーザー光Ｒをレーザー溶接可否判定装置１０に導き、レーザー光Ｒを金属板１２に照射する。
【００１７】
レーザー光Ｒを照射された金属板１２は、レーザー光Ｒのエネルギーによって昇温する。温度検出器１４が金属板１２の温度変化データＤ１及び温度分布データＤ２を測定して判定部１６に送信する。
判定部１６では、プログラムＰ１が、温度変化データＤ１に基づいてレーザー光Ｒのエネルギーを計算し、その計算結果に基づいてレーザー溶接のために充分なエネルギーを有するレーザー光をレーザー発振器３が発振し得るか否かを判定する。
【００１８】
次いで、プログラムＰ２が、温度分布データＤ２に基づいてレーザー光Ｒの温度分布を検出し、レーザー溶接のために適切な温度分布を有するレーザー光をレーザー発振器３が発振し得るか否か判定する。
そして、プログラムＰ３が、プログラムＰ１及びＰ２の演算結果に応じて警報を発する。プログラムＰ３が警報を発するのは、レーザー溶接のために充分なエネルギーを有するレーザー光をレーザー発振器３が発振し得ない場合か、レーザー溶接のために適切な温度分布を有するレーザー光をレーザー発振器３が発振し得ない場合である。警報が発せられた場合、レーザー溶接装置１によるレーザー溶接を行わず、レーザー溶接装置１の調整を行う。警報が発せられなければ、反射鏡５Ｂを反射鏡５Ａと集光レンズ７との間から退避させて被溶接物を溶接するためにレーザー光を導くレーザー光伝達手段を形成し、レーザー光Ｒの出力をあげてレーザー溶接を行う。
【００１９】
以上のようなレーザー溶接可否判定装置１０であるので、レーザー溶接装置１でレーザー溶接を行う前に、レーザー溶接装置１の不具合を発見し、レーザー溶接装置１を調整できる。したがって、レーザー溶接装置１の不具合によって溶接不良が発生することが防止され、溶接不良が発生した場合でも、溶接不良の原因が鋼板２０Ａと鋼板２０Ｂとの間の突合せ部分２２のずれにあることがわかる。したがって、溶接不良の原因を短時間の間に除去でき、レーザー溶接の作業効率が向上する。
なお、温度検出器１４が検出した温度分布データＤ２に基づいて、金属板１２の温度分布をモニターに表示する等すれば、レーザー溶接装置１の不具合箇所を調整する際に便利である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るレーザー溶接装置の構成図である。
【図２】レーザー溶接に適切な温度分布を有するレーザー光を照射した金属板の状態説明図である。
【図３】レーザー溶接に不適切な温度分布を有するレーザー光を照射した金属板の状態説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    レーザー溶接装置
３    レーザー発振器
５Ａ、５Ｂ    反射鏡
７    集光レンズ
１０    レーザー溶接可否判定装置
１２    金属板
１４    温度検出器
１６    判定部
１８    レーザー光の照射範囲
２０Ａ、２０Ｂ    鋼板（被溶接物）
２２    突合せ部分
Ｒ    レーザー光
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３    プログラム
Ｄ１    温度変化データ
Ｄ２    温度分布データ
Ｏ１    レーザー光の照射範囲の中心
Ｏ２    レーザー光の光軸の照射位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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