(57)【要約】【課題】  従来、レーザ重ね溶接は被溶接材の重ねギャップの変動によりレーザ溶接部の品質が変化していたが、レーザ溶接部の品質判定は十分に満足の行くものではなかった。【解決手段】  被溶接材Ｍ１，Ｍ２に対してレーザ光ＬＢを移動しながら照射して行う重ね溶接におけるレーザ溶接部の品質を判定するレーザ溶接部の品質判定装置であって、前記重ね溶接に伴って前記レーザ溶接部から発生する光を、前記照射されるレーザ光に対して同軸上で、且つ、前記レーザ光の移動方向における異なる位置で検出する光検出器５と、前記光検出器から出力される前記レーザ光の移動方向における異なる位置で検出された光検出信号を受け取って前記レーザ溶接部の品質判定を行う品質判定手段４と、を備えるように構成する。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接材に対してレーザ光を移動しながら照射して行う重ね溶接におけるレーザ溶接部の品質を判定するレーザ溶接部の品質判定装置であって、
前記重ね溶接に伴って前記レーザ溶接部から発生する光を、前記照射されるレーザ光に対して同軸上で、且つ、前記レーザ光の移動方向における異なる位置で検出する光検出器と、
前記光検出器から出力される前記レーザ光の移動方向における異なる位置で検出された光検出信号を受け取って前記レーザ溶接部の品質判定を行う品質判定手段と、を備えることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ溶接部の品質判定装置において、前記光検出器は、前記レーザ光が照射される光路に対してビームスプリッタを介して同軸上となる位置に設けられることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定装置。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザ溶接部の品質判定装置において、
前記光検出器は、前記レーザ光が前記レーザ溶接部で反射される光を低減するフィルタを介して、前記重ね溶接に伴って前記レーザ溶接部から発生する光を検出することを特徴とするレーザ溶接部の品質判定装置。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ溶接部の品質判定装置において、
前記光検出器は、前記重ね溶接に伴って前記レーザ溶接部から発生する光を、前記レーザ光の移動方向における少なくとも異なる３つの位置で検出する複数の光検出素子を備えることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ溶接部の品質判定装置において、
前記光検出器は、複数のフォトダイオードがアレー状に配置されたフォトダイオードアレーを備えることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定装置。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザ溶接部の品質判定装置において、
前記光検出器は、５×５のフォトダイオード素子が配列されたフォトダイオードアレーを備え、前記品質判定手段は、該フォトダイオードアレーの第１列目、第３列目および第５列目の各フォトダイオード素子の出力を加算した第１列目、第３列目および第５列目の光検出信号を受け取って前記レーザ溶接部の品質判定を行う品質判定手段と、を備えることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定装置。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ溶接部の品質判定装置において、前記品質判定手段は、前記第１列目の光検出信号および前記第３列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値、および、前記第５列目の光検出信号の高周波成分および低周波数成分の強度値をそれぞれ所定の閾値と比較して前記レーザ溶接部の品質判定を行う品質判定を行うことを特徴とするレーザ溶接部の品質判定装置。
【請求項８】
請求項７に記載のレーザ溶接部の品質判定装置において、前記高周波成分は周波数が１００〜５００Ｈｚの信号成分であり、且つ、前記低周波成分は周波数が２〜１０Ｈｚの信号成分であることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定装置。
【請求項９】
被溶接材に対してレーザ光を移動しながら照射して行う重ね溶接におけるレーザ溶接部の品質を判定するレーザ溶接部の品質判定方法であって、
前記重ね溶接に伴って前記レーザ溶接部から発生する光を、前記照射されるレーザ光に対して同軸上で、且つ、前記レーザ光の移動方向における異なる位置で検出する光検出段階と、
前記光検出段階で得られた前記レーザ光の移動方向における異なる位置で検出された光検出信号を受け取って前記レーザ溶接部の品質判定を行う品質判定段階と、を備えることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザ溶接部の品質判定方法において、前記光検出段階は、前記重ね溶接に伴って前記レーザ溶接部から発生する光を、前記レーザ光が照射される光路に対してビームスプリッタを介して同軸上となる位置で検出することを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法。
【請求項１１】
請求項９に記載のレーザ溶接部の品質判定方法において、
前記光検出段階は、前記レーザ光が前記レーザ溶接部で反射される光を低減するフィルタを介して、前記重ね溶接に伴って前記レーザ溶接部から発生する光を検出することを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法。
【請求項１２】
請求項９に記載のレーザ溶接部の品質判定方法において、
前記光検出段階は、前記重ね溶接に伴って前記レーザ溶接部から発生する光を、前記レーザ光の移動方向における少なくとも異なる３つの位置で検出することを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のレーザ溶接部の品質判定方法において、
前記光検出段階は、複数のフォトダイオードがアレー状に配置されたフォトダイオードアレーにより、前記重ね溶接に伴って前記レーザ溶接部から発生する光の検出を行うことを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のレーザ溶接部の品質判定方法において、
前記光検出段階は、５×５のフォトダイオード素子が配列されたフォトダイオードアレーにより前記重ね溶接に伴って前記レーザ溶接部から発生する光を検出し、
前記品質判定手段は、前記フォトダイオードアレーの第１列目、第３列目および第５列目の各フォトダイオード素子の出力を加算した第１列目、第３列目および第５列目の光検出信号を受け取って前記レーザ溶接部の品質判定を行うことを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のレーザ溶接部の品質判定方法において、前記品質判定段階は、前記第１列目の光検出信号および前記第３列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値、および、前記第５列目の光検出信号の高周波成分および低周波数成分の強度値をそれぞれ所定の閾値と比較して前記レーザ溶接部の品質判定を行う品質判定を行うことを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のレーザ溶接部の品質判定方法において、前記品質判定段階は、
前記第３列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第１の閾値よりも大きく、且つ、前記第５列目の光検出信号の高周波成分の発光強度値が第５の閾値以下であれば、前記レーザ溶接部を『フキ』であると判定することを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載のレーザ溶接部の品質判定方法において、前記品質判定段階は、
前記第３列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第１の閾値以下であり、且つ、前記第１列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第２の閾値よりも大きく、且つ、前記第５列目の光検出信号の高周波成分の発光強度値が第５の閾値以下であれば、前記レーザ溶接部を『正常（適正）』であると判定することを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のレーザ溶接部の品質判定方法において、前記品質判定段階は、
前記第３列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第１の閾値以下であり、且つ、前記第１列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第３の閾値よりも大きく第２の閾値以下であり、且つ、前記第５列目の光検出信号の高周波成分の発光強度値が第５の閾値以下であれば、前記レーザ溶接部を『正常（浅いアンダーフィル）』であると判定することを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載のレーザ溶接部の品質判定方法において、前記品質判定段階は、
前記第３列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第１の閾値以下であり、且つ、前記第１列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第３の閾値以下であり、且つ、前記第５列目の光検出信号の高周波成分の発光強度値が第４の閾値よりも大きければ、前記レーザ溶接部を『溶け落ち（深いアンダーフィル）』であると判定することを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載のレーザ溶接部の品質判定方法において、前記品質判定段階は、
前記第３列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第１の閾値以下であり、且つ、前記第１列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第３の閾値以下であり、且つ、前記第５列目の光検出信号の高周波成分の発光強度値が第４の閾値以下であれば、前記レーザ溶接部を『分離』であると判定することを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載のレーザ溶接部の品質判定方法において、前記品質判定段階は、前記第５列目の光検出信号の高周波成分の発光強度値が第６の閾値よりも大きければ、前記レーザ溶接部を『凹凸状ビード』であると判定することを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法。
【請求項２２】
請求項１５に記載のレーザ溶接部の品質判定方法において、前記高周波成分は周波数が１００〜５００Ｈｚの信号成分であり、且つ、前記低周波成分は周波数が２〜１０Ｈｚの信号成分であることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法。
【請求項２３】
コンピュータによって実行させるプログラムを記録した媒体であって、該プログラムは、被溶接材に対してレーザ光を移動しながら照射して行う重ね溶接に伴って前記レーザ溶接部から発生する光を、前記照射されるレーザ光に対して同軸上で、且つ、前記レーザ光の移動方向における第１列目、第３列目および第５列目の少なくとも異なる３つの位置で検出した第１列目、第３列目および第５列目の光検出信号を受け取って前記レーザ溶接部の品質判定を行わせるものであり、
前記第１列目の光検出信号および前記第３列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値、および、前記第５列目の光検出信号の高周波成分および低周波数成分の強度値をそれぞれ所定の閾値と比較して前記レーザ溶接部の品質判定を行わせることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体。
【請求項２４】
請求項２３に記載のレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体において、前記第３列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第１の閾値よりも大きく、且つ、前記第５列目の光検出信号の高周波成分の発光強度値が第５の閾値以下であれば、前記レーザ溶接部を『フキ』であると前記レーザ溶接部の品質判定を行わせることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体。
【請求項２５】
請求項２４に記載のレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体において、前記第３列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第１の閾値以下であり、且つ、前記第１列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第２の閾値よりも大きく、且つ、前記第５列目の光検出信号の高周波成分の発光強度値が第５の閾値以下であれば、前記レーザ溶接部を『正常（適正）』であると前記レーザ溶接部の品質判定を行わせることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体。
【請求項２６】
請求項２５に記載のレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体において、前記第３列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第１の閾値以下であり、且つ、前記第１列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第３の閾値よりも大きく第２の閾値以下であり、且つ、前記第５列目の光検出信号の高周波成分の発光強度値が第５の閾値以下であれば、前記レーザ溶接部を『正常（浅いアンダーフィル）』であると前記レーザ溶接部の品質判定を行わせることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体。
【請求項２７】
請求項２６に記載のレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体において、前記第３列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第１の閾値以下であり、且つ、前記第１列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第３の閾値以下であり、且つ、前記第５列目の光検出信号の高周波成分の発光強度値が第４の閾値よりも大きければ、前記レーザ溶接部を『溶け落ち（深いアンダーフィル）』であると前記レーザ溶接部の品質判定を行わせることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体。
【請求項２８】
請求項２７に記載のレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体において、前記第３列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第１の閾値以下であり、且つ、前記第１列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値が第３の閾値以下であり、且つ、前記第５列目の光検出信号の高周波成分の発光強度値が第４の閾値以下であれば、前記レーザ溶接部を『分離』であると前記レーザ溶接部の品質判定を行わせることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体。
【請求項２９】
請求項２８に記載のレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体において、前記第５列目の光検出信号の高周波成分の発光強度値が第６の閾値よりも大きければ、前記レーザ溶接部を『凹凸状ビード』であると前記レーザ溶接部の品質判定を行わせることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体。
【請求項３０】
請求項２３に記載のレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体において、前記高周波成分は周波数が１００〜５００Ｈｚの信号成分であり、且つ、前記低周波成分は周波数が２〜１０Ｈｚの信号成分であることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接部の品質判定技術に関し、特に、溶接を行う２枚の鋼板の重ねギャップの大きさに依存するレーザ溶接部の品質を判定するレーザ溶接部の品質判定装置および方法、並びに、レーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、自動車の車体組み付け等においては、亜鉛メッキ鋼板等の重ね溶接が頻繁に行われており、このような亜鉛メッキ鋼板等の重ね溶接は、主としてスポット溶接が用いられていた。しかしながら、スポット溶接は、重ね溶接を行う鋼板を両側から挟んで行うため溶接可能な個所が制限されることになり、さらに、溶接の剛性を上げるには、溶接個所（スポット数）を増加させなければならず、溶接に要する時間が長くなるといった問題もある。
【０００３】
そこで、近年、重ね溶接を高速に行うと共に高い剛性化が可能であり、しかも、スポット溶接のように両側からではなく、重ね溶接を行う鋼板の片側のみから溶接加工が可能なものとしてレーザ溶接（レーザ重ね溶接）が注目されている。しかしながら、例えば、亜鉛メッキ鋼板のレーザ溶接において、溶接を行う鋼板の抑え機構に何らかの異常が発生して亜鉛メッキ鋼板同士の距離（重ねギャップ）が適正値からずれると、十分な溶接の剛性を得ることができない。
【０００４】
図１は亜鉛メッキ材同士のレーザ溶接における重ねギャップの違いによる溶接の変化の様子を概念的に示す図である。
【０００５】
図１に示されるように、重ね溶接の対象となる２枚の亜鉛メッキ鋼板Ｍ１，Ｍ２の間の重ねギャップ（間隙）をＰＧとすると、重ねギャップＰＧの大きさにより重ね溶接の様子が変化することが分かる。
【０００６】
すなわち、重ねギャップＰＧが過小な場合、すなわち、亜鉛メッキ鋼板Ｍ１およびＭ２が密着し過ぎた場合、表面の亜鉛メッキ層における亜鉛は母材よりも沸点が低いため急激に沸騰し、その溶融金属がスパッタとして飛散して重大な溶接異常（フキ：爆飛欠陥）を発生させる恐れがある（図１（ａ）参照）。一方、重ねギャップＰＧが過大な場合、すなわち、亜鉛メッキ鋼板Ｍ１およびＭ２が離れ過ぎた場合、蒸発反跳力および表面張力等により板間に溶融金属が引き寄せられて、溶接部が凹型状となるアンダーフィル（図１（ｃ）および図１（ｄ）参照）や、引き寄せられた溶融金属が溶接線方向に動的な変化を起こすことで溶け落ち（図１（ｅ）参照）、或いは、全く溶接の効果を生じない分離ビード（分離：図１（ｆ）参照）といった溶接異常等を発生することにもなる。
【０００７】
ここで、レーザ溶接（レーザ重ね溶接）において、重ねギャップＰＧが適正で溶接が正常なもの（十分な溶接の剛性が得られるもの）としては、図１（ｂ）に示す場合の他に、浅いアンダーフィルの場合（図１（ｃ）参照）も含まれる。なお、このような現象は、亜鉛メッキ鋼板以外にも、溶接面である被覆層が母材よりも沸点が低い様々な被溶接材（例えば、錫メッキ鋼板）等においても生じ得るものである。
【０００８】
ところで、従来、上述したような重ね溶接の品質は、溶接終了後に検査員が目視等により検査（品質判定）を行っていたが、オンラインで溶接個所の品質判定を行って生産効率を向上させると共に品質判定の精度を向上させるために、レーザ溶接システムに対して品質判定装置を設けるものが提案されている。
【０００９】
具体的に、従来、オンラインで溶接個所の欠陥およびその欠陥の種類の判定を行うために、溶接個所からのレーザ散乱光を検出する光検出部と、検出されたレーザ散乱光を電気信号に変換するフォトダイオードと、その電気信号のレベルから欠陥の有無を検出する欠陥検出処理装置とを備えるレーザ溶接欠陥検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
また、従来、レーザヘッド（レーザトーチ）の位置や姿勢の影響を受けることなくレーザ溶接部からの光を検出して欠陥検出を行うレーザ溶接欠陥検出装置として、レーザヘッドの筺体内に、被溶接材に照射されるレーザ光の光軸と同軸になるようにしてレーザ溶接部からの光を集光する集光レンズを設け、この集光レンズで集光された光を、レーザ光の反射光と、レーザ溶接で発生するプラズマ光とで分離して検出し、該反射光とプラズマ光の強度に基づいて溶接部の欠陥検出を行うようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
さらに、従来、溶接部品質の良否を予測判定すると共に、不良の場合にはその原因を特定するために、ＹＡＧ溶接部からの可視光（プラズマ光）の発光強度に加えてＹＡＧレーザの反射光の強度を上下２個所に配設したセンサによってそれぞれ検出し、これら検出信号を低周波成分と高周波成分とに分けて測定し、これら都合８種類の信号情報に基づいて溶接部の品質を判定するＹＡＧレーザ溶接部の品質モニタリング方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１２】
また、従来、母材より沸点の低い物質の被覆層を持つ表面処理鋼材の重ね溶接における溶接部の品質判定を行うものとして、光センサにより検出されたキーホール発光信号の３０Ｈｚ以下における低周波数成分強度ピーク−ピーク値ＳＬ（ｔ）が重ねギャップ過大時の溶接異常発生時に予め設定した閾値Ｔｈ１に対して関係式｜ＳＬ（ｔ）｜＞Ｔｈ１が成立することを利用し、重ねギャップ変動量に起因する異常を精度良く検知するレーザ溶接品質モニタリング方法および装置も提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１３】
【特許文献１】特開平１１−０５８０４６号公報
【特許文献２】特開平１１−１２９０８２号公報
【特許文献３】特開２０００−２７１７６８号公報
【特許文献４】特開２００２−１２６８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図２は関連技術としてのレーザ溶接部の品質判定装置の一例を概略的に示す図であり、図３は図２に示すレーザ溶接部の品質判定装置による判定の様子を説明するための図である。図２において、参照符号１はレーザヘッド、１１はビームスプリッタ、２は光検出器、２１はフィルタ、３は増幅器、４は処理装置を示している。また、参照符号はＭ１およびＭ２は被溶接材である亜鉛メッキ鋼板を示し、また、ＭＰはレーザ溶接部を示し、そして、ＬＢはレーザ光を示している。
【００１５】
図２に示されるように、関連技術としてのレーザ溶接部の品質判定装置は、例えば、レーザヘッド１の上端部に、該レーザヘッド１から照射されるレーザ光に対して同軸上で検出する光検出器２を備えている。レーザ光（ＹＡＧレーザ）ＬＢは、ビームスプリッタ１１により光路が変更されて亜鉛メッキ鋼板Ｍ１，Ｍ２に照射される。ここで、レーザヘッド１は、例えば、産業用ロボットに取り付けられ、溶接対象となる被溶接材（亜鉛メッキ鋼板Ｍ１，Ｍ２：例えば、自動車の車体の所定個所）に沿って移動され、レーザ重ね溶接がレーザ溶接部ＭＰで連続的に行われる。
【００１６】
そして、レーザ溶接部ＭＰからの光ＤＬは、ビームスプリッタ１１を透過し、フィルタ（干渉フィルタ）２１を介して光検出器２に到達する。ここで、フィルタ２１は、レーザ光ＬＢがレーザ溶接部ＭＰで反射される光を低減し、重ね溶接に伴ってレーザ溶接部ＭＰから発生する光だけを透過させるためのものであり、このフィルタ２１により、光検出器２は、重ね溶接に伴ってレーザ溶接部ＭＰから発生する光だけを検出することができる。なお、光検出器２は、例えば、フォトダイオードにより構成されている。
【００１７】
光検出器２からの光検出信号（発光変動信号）ＤＳは、増幅器３で増幅された後、処理装置（コンピュータ）４に供給され、レーザ溶接部ＭＰの品質判定が行われるようになっている。
【００１８】
図３に示されるように、図２に示すレーザ溶接部の品質判定装置における処理装置４は、増幅器３を介して入力される光検出器２からの光検出信号ＤＳを、例えば、帯域透過フィルタを使用して１００〜５００Ｈｚの高周波成分と２〜１０Ｈｚの低周波成分とに分けて解析し、レーザ溶接部ＭＰの品質を判定するようになっている。
【００１９】
すなわち、図２に示す関連技術としてのレーザ溶接部の品質判定装置においては、発光変動信号（光検出信号ＤＳ）の高周波成分（１００〜５００Ｈｚ）および低周波成分（２〜１０Ｈｚ）から、例えば、レーザ溶接部ＭＰにおける『フキ』、『正常』、『溶け落ち』および『穴あき』等の品質判定を行うことは可能であった。
【００２０】
図４は図２に示すレーザ溶接部の品質判定装置における課題を説明するための図である。
【００２１】
図４に示されるように、上述した関連技術のレーザ溶接部の品質判定装置において、例えば、重ねギャップＰＧが０．４〜０．５ｍｍでアンダーフィル（浅いアンダーフィルまたは深いアンダーフィル）や溶け落ちが生じた場合の高周波成分の発光変動（１００〜５００Ｈｚの発光変動信号）と、重ねギャップＰＧが０．６ｍｍ以上で分離ビードが生じた場合の高周波成分の発光変動とは、その形状はほとんど同じであるため、アンダーフィル（溶け落ち）と分離ビードの判別が困難である。さらに、フキと正常の判別も困難な場合もある。
【００２２】
本発明は、上述したレーザ溶接部の品質判定技術における課題に鑑み、レーザ重ね溶接における重ねギャップの大きさに起因する溶接異常を精度良く検知し、オンラインでレーザ溶接部の品質判定を行うことが可能なレーザ溶接部の品質判定装置および方法、並びに、レーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の第１の形態によれば、被溶接材に対してレーザ光を移動しながら照射して行う重ね溶接におけるレーザ溶接部の品質を判定するレーザ溶接部の品質判定装置であって、前記重ね溶接に伴って前記レーザ溶接部から発生する光を、前記照射されるレーザ光に対して同軸上で、且つ、前記レーザ光の移動方向における異なる位置で検出する光検出器と、前記光検出器から出力される前記レーザ光の移動方向における異なる位置で検出された光検出信号を受け取って前記レーザ溶接部の品質判定を行う品質判定手段と、を備えることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定装置が提供される。
【００２４】
本発明の第２の形態によれば、被溶接材に対してレーザ光を移動しながら照射して行う重ね溶接におけるレーザ溶接部の品質を判定するレーザ溶接部の品質判定方法であって、前記重ね溶接に伴って前記レーザ溶接部から発生する光を、前記照射されるレーザ光に対して同軸上で、且つ、前記レーザ光の移動方向における異なる位置で検出する光検出段階と、前記光検出段階で得られた前記レーザ光の移動方向における異なる位置で検出された光検出信号を受け取って前記レーザ溶接部の品質判定を行う品質判定段階と、を備えることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定方法が提供される。
【００２５】
本発明の第３の形態によれば、コンピュータによって実行させるプログラムを記録した媒体であって、該プログラムは、被溶接材に対してレーザ光を移動しながら照射して行う重ね溶接に伴って前記レーザ溶接部から発生する光を、前記照射されるレーザ光に対して同軸上で、且つ、前記レーザ光の移動方向における第１列目、第３列目および第５列目の少なくとも異なる３つの位置で検出した第１列目、第３列目および第５列目の光検出信号を受け取って前記レーザ溶接部の品質判定を行わせるものであり、前記第１列目の光検出信号および前記第３列目の光検出信号の高周波成分の強度変動値、および、前記第５列目の光検出信号の高周波成分および低周波数成分の強度値をそれぞれ所定の閾値と比較して前記レーザ溶接部の品質判定を行わせることを特徴とするレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体が提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、レーザ重ね溶接における重ねギャップの大きさに起因する溶接異常を精度良く検知し、オンラインでレーザ溶接部の品質判定を行うことが可能なレーザ溶接部の品質判定装置および方法、並びに、レーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
まず、本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置および方法、並びに、レーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体の実施例を詳述する前に、本発明の着眼点を概略的に説明する。
【００２８】
図５は亜鉛メッキ材同士のレーザ溶接における重ねギャップの違いによる溶接の変化の様子をレーザ溶接部の画像と共に概念的に示す図である。
【００２９】
図５に示されるように、レーザ光による重ね溶接は、被溶接材である亜鉛メッキ鋼板Ｍ１，Ｍ２に対してレーザ光を移動させながら照射して行う。図５（ａ）〜図５（ｈ）に示されるように、レーザ溶接部から発生する光は、重ね溶接の対象となる２枚の亜鉛メッキ鋼板Ｍ１，Ｍ２の間の重ねギャップＰＧの大きさにより、レーザ光の移動方向（レーザ溶接が進行する方向：図５（ａ）〜図５（ｈ）において矢印で示される左から右方向）に対して異なる形状となることが分かる。特に、レーザ光の移動方向に対して、レーザ溶接部ＭＰからの光（発光部）の尾を引く様子が違うのが分かる
【００３０】
本発明は、重ねギャップＰＧに応じて変化するレーザ光の移動方向におけるレーザ溶接部から発生する光を、照射されるレーザ光に対して同軸上で、且つ、レーザ光の移動方向における異なる位置で検出し、このレーザ光の移動方向における異なる位置で検出された光検出信号を解析することでレーザ溶接部の品質判定を行うものである。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置および方法、並びに、レーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体の実施例を、添付図面を参照して詳述する。
【００３２】
図６は本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置の一実施例を概略的に示す図である。図６において、参照符号１はレーザヘッド、１１はビームスプリッタ、２１はフィルタ、２２はマウント、５はフォトダイオードアレー、５１はテレコンバータ、そして、５２は信号ケーブルを示している。さらに、参照符号３０は増幅器、３１は信号ケーブル、３２は端子台、そして、４は処理装置を示している。また、参照符号はＭ１およびＭ２は被溶接材である亜鉛メッキ鋼板、ＰＧは亜鉛メッキ鋼板Ｍ１，Ｍ２の間の重ねギャップ、ＭＰはレーザ溶接部、そして、ＬＢはレーザ光を示している。
【００３３】
図６に示されるように、本発明に係る１実施例のレーザ溶接部の品質判定装置は、例えば、レーザヘッド１の上端部に、該レーザヘッド１から照射されるレーザ光に対して同軸上で検出するフォトダイオードアレー５を備えている。レーザ光（例えば、ＹＡＧレーザ：１０６４ｎｍ）ＬＢは、ビームスプリッタ１１により光路が変更されて亜鉛メッキ鋼板Ｍ１，Ｍ２に照射される。ここで、レーザヘッド１は、例えば、産業用ロボットに取り付けられ、溶接対象となる被溶接材（亜鉛メッキ鋼板Ｍ１，Ｍ２：例えば、自動車の車体の所定個所）に沿って移動され、レーザ重ね溶接がレーザ溶接部ＭＰで連続的に行われる。
【００３４】
レーザ溶接部ＭＰからの光は、ビームスプリッタ１１およびフィルタ（干渉フィルタまたは透過フィルタ）２１を介してフォトダイオードアレー５で検出される。なお、フォトダイオードアレー５にはテレコンバータ（例えば、２倍のテレコンバータ）５１が設けられ、さらに、マウント（例えば、Ｃマウント）２２によりレーザヘッド１に体して着脱可能とされている。
【００３５】
フォトダイオードアレー５で検出された光検出信号ＤＡＳは、信号選２を介して増幅器３０に供給され、増幅器３０で増幅された後、信号線３１および端子台３２を介して処理装置（コンピュータ）４に供給され、処理装置４において、レーザ溶接部の判定が行われる。
【００３６】
図７は図６に示すレーザ溶接部の品質判定装置における光検出器の一例を示す図である。
【００３７】
図７に示されるように、光検出器（フォトダイオードアレー５）は、縦および横方向に５×５のフォトダイオード（光検出素子）が配列されたフォトダイオードアレーとして構成され、このフォトダイオードアレー５における各フォトダイオードの出力信号が増幅器３０等を介して処理装置４へ供給される。なお、図７において、フォトダイオードアレー５は、５×５のフォトダイオードが１チップ構成として配列されているが、本発明に適用する光検出器５としては、後述するように、５×５のフォトダイオードが配列されたものに限定されるものではない。
【００３８】
図８は図７に示す光検出器からの検出信号の取り出し方の一例を説明するための図である。
【００３９】
図６〜図８に示されるように、例えば、５×５のフォトダイオードが配列された１チップ構成のフォトダイオードアレー５の出力信号５２は、２５チャンネルの信号線５２を介して増幅器３０へ供給される。増幅器３０では、縦方向（列方向）の各５つのフォトダイオードａ１〜ｅ１，ａ２〜ｅ２，ａ３〜ｅ３，ａ４〜ｅ４，ａ５〜ｅ５の出力信号をそれぞれ加算器で加算すると共に、横方向（行方向）の各５つのフォトダイオードａ１〜ａ５，ｂ１〜ｂ５，ｃ１〜ｃ５，ｄ１〜ｄ５，ｅ１〜ｅ５の出力信号をそれぞれ加算器で加算して、１０チャンネルの信号線３１および端子台３２を介して列方向の５つの信号および行方向の５つの信号を処理装置４へ供給する。
【００４０】
このように、５×５のフォトダイオードアレー５からの２５チャンネルの光検出信号ＤＡＳを１０チャンネルの信号にして処理装置４へ供給することにより、処理装置４では、例えば、１６チャンネル入力のＡ／Ｄボードを使用することが可能になる。また、例えば、列方向の各５つのフォトダイオードの出力信号を加算することにより、フォトダイオードアレー５により検出されるデータをある程度平滑化することができる。
【００４１】
なお、以下の説明では、５×５のフォトダイオードが配列された１チップ構成のフォトダイオードアレー５における列方向の各５つのフォトダイオードの出力信号を加算した信号（レーザ光の移動方向に対して第１〜第５列目の５つの信号）を使用してレーザ溶接部の判定を行っているが、例えば、さらに、行方向の各５つのフォトダイオードの出力信号を加算した信号も使用してレーザ溶接部の判定を行うことも可能である。また、列方向に１つずつフォトダイオードを設け（１行だけのラインセンサ）、各列ごとに加算を行うことなくレーザ光の移動方向に対する第１〜第５列目の５つの信号を使用してレーザ溶接部の判定を行うことも可能である。或いは、実際に使用する列（例えば、第１列、第３列および第５列）に相当する位置にだけフォトダイオードを設けて光検出器を構成することもできる。
【００４２】
さらに、光検出器は、５×５に限定されるものではなく、例えば、１６×１６のフォトダイオードが配列されたフォトダイオードアレーであってもよく、その場合、実際に判定に使用する信号も、例えば、第１列〜第１６列（或いは、その中の適切な列）の信号となるのはいうまでもない。また、本実施例では、光検出器５からの光検出信号を、例えば、５ＫＨｚでサンプリングして処理しているが、レーザ光の移動速度（レーザ溶接の処理速度）等によりサンプリング周波数を低下させても問題なければ、例えば、ＣＣＤ等の撮像素子を光検出器５として使用することも可能である。
【００４３】
すなわち、本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置は、様々な構成の光検出器を使用することができるが、その特徴は、重ね溶接に伴ってレーザ溶接部から発生する光を、レーザ光の移動方向における異なる位置で検出してレーザ溶接部の品質判定を行うことであり、従って、本発明に適用される光検出器は、レーザ光の移動方向において複数の光検出素子を備えていればよい。
【００４４】
図９は図７に示す光検出器におけるレーザ溶接部の大きさの設定を説明するための図である。
【００４５】
図７および９に示されるように、例えば、５×５のフォトダイオードが配列された一辺が７．５ｍｍの正方形の窓（光検出部）を有するフォトダイオードアレー５において、レーザ溶接部ＭＰからの光（発光部）の大きさは、例えば、φ２ｍｍ程度の大きさに設定するのが好ましい。そこで、図６に示す実施例では、レーザヘッド１における光学系（例えば、レーザ溶接部ＭＰが約２倍になる光学系）に加えて、２倍のテレコンバータ５１を設け、例えば、φ０．５ｍｍ程度のビーム径のレーザ溶接部ＭＰからの光を、フォトダイオードアレー５の光検出部において約φ２ｍｍに拡大して検出（撮像）させるようになっている。なお、テレコンバータ５１を設けるか否か、或いは、その倍率等は、レーザヘッド１における光学系およびフォトダイオードアレー（光検出器）５の構成等により変化するのはいうまでもない。
【００４６】
図１０は図７に示す光検出器におけるレーザ溶接部の大きさの設定を説明するための図である。
【００４７】
図１０に示されるように、本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置（方法）では、レーザ光の移動方向（レーザ溶接が進行する方向）に対して、レーザ溶接部ＭＰからの光の形状の変化（レーザ溶接部ＭＰの発光部が尾を引く様子の違い）を捉えて該レーザ溶接部ＭＰの判定を行うため、レーザ溶接部ＭＰの発光部の後端（図１０における発光部の左端）がフォトダイオードアレー５の第２列目Ｌ２と第３列目Ｌ３との境界になるように位置決めされ、レーザ溶接部ＭＰの発光部が尾を引いたときにその尾を引いた部分を第３列目Ｌ３〜第５列目Ｌ５で検出できるようになっている。
【００４８】
このフォトダイオードアレー５の光検出部（窓）におけるレーザ溶接部ＭＰの発光部の位置および大きさ等は、被溶接材とレーザヘッド１との距離、被溶接材の種類や厚さ、使用するレーザ光の強度、並びに、レーザ光の移動速度（レーザ溶接の処理速度）等の様々な条件に応じて設定され、適切な位置決めを行うようになっている。なお、このフォトダイオードアレー５の光検出部に対するレーザ溶接部ＭＰの発光部の設定処理は、例えば、レーザ溶接を開始する前等に適宜行われる。
【００４９】
図１１〜図１４は本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（フキと正常の判定）を説明するための図である。
【００５０】
図１１および図１２は、例えば、図１０に示されるように、レーザ溶接部ＭＰから発生する光（発光部）をフォトダイオードアレー５の光検出部に設定した場合におけるフォトダイオードアレー５の第３列目Ｌ３により検出された信号の高周波成分の発光変動（第３列目Ｌ３により検出された信号における周波数成分が１００〜５００Ｈｚの信号の時間に対する発光強度のピークトゥピーク（PEAK TO PEAK）の変動）を示す図である。ここで、図１１（ａ）は被溶接材（亜鉛メッキ鋼板）Ｍ１，Ｍ２の間の重ねギャップＰＧ＝０ｍｍ『フキ』の場合を示し、図１１（ｂ）はＰＧ＝０．１ｍｍ『正常』の場合を示し、図１１（ｃ）はＰＧ＝０．２ｍｍ『正常』の場合を示し、図１１（ｄ）はＰＧ＝０．２４ｍｍ『正常』の場合を示し、図１２（ａ）はＰＧ＝０．３ｍｍ『正常（浅いアンダーフィル』の場合を示し、図１２（ｂ）はＰＧ＝０．４ｍｍ『溶け落ち』の場合を示し、図１２（ｃ）はＰＧ＝０．５ｍｍ『溶け落ち』の場合を示し、そして、図１２（ｄ）はＰＧ＝０．６ｍｍ『分離』の場合を示している。
【００５１】
図１１（ａ）と、その他の図（図１１（ｂ），図１１（ｃ）および図１２（ａ）〜図１２（ｄ））との比較から明らかなように、『フキ』の場合（ＰＧ＝０ｍｍ）におけるフォトダイオードアレー５の第３列目Ｌ３により検出された信号の高周波成分の発光変動は、その他の場合（ＰＧ＝０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ）の発光変動とは明らかに異なり、発光変動（輝度変動）が非常に大きいことが分かる。すなわち、フォトダイオードアレー５の第３列目Ｌ３により検出された信号の高周波成分の発光変動から、『フキ』の場合とそれ以外の場合とを区別して判定することができる。
【００５２】
図１３は、レーザ溶接の時間経過（レーザ光の移動）に対するレーザ溶接部ＭＰから発生する光の変化（発光部の形状の変化）の様子を概念的に示す図であり、図１３（ａ）は『フキ』発生時（図１１（ａ）に示すＰＧ＝０ｍｍの場合）におけるレーザ溶接部ＭＰから発生する光の変化の様子を示し、また、図１３（ｂ）は『正常』時（図１１（ｂ）に示すＰＧ＝０．１ｍｍの場合）におけるレーザ溶接部ＭＰから発生する光の変化の様子を示している。
【００５３】
図１３（ａ）に示される『フキ』の場合（ＰＧ＝０ｍｍ）におけるフォトダイオードアレー５の第３列目Ｌ３により検出された信号の高周波成分の発光変動は非常に大きく、図１３（ｂ）に示される『正常』の場合（ＰＧ＝０．１ｍｍ）の発光変動とは明らかに異なることが分かる。
【００５４】
図１４は、『フキ』の判定をより一層高い精度で行う判定処理を説明するためのものである。ここで、図１４（ａ）は、フォトダイオードアレー５の第３列目Ｌ３により検出された信号の高周波成分の発光変動が『溶け落ち』（ＰＧ＝０．５ｍｍ）の場合でも『フキ』の場合と類似した変化を示すことがある様子を示す図であり、また、図１４（ｂ）は、『フキ』の場合にフォトダイオードアレー５の第５列目Ｌ５により検出された信号の高周波成分の発光強度を使用することで、より一層高い精度で『フキ』の判定が可能なことを説明するための図である。
【００５５】
図１４（ａ）に示されるように、図１１〜図１３を参照して説明した『フキ』（ＰＧ＝０ｍｍ）の判定は、フォトダイオードアレー５の第３列目Ｌ３によってレーザ溶接部ＭＰからの光（発光部）における発光中心からレーザ光の移動方向に対してやや後方の列の光検出信号を使用するが、この第３列目Ｌ３による光検出信号では、例えば、『溶け落ち』（ＰＧ＝０．５ｍｍ）の場合と上記『フキ』の場合との区別がつき難いことがある。なお、フォトダイオードアレー５の第３列目Ｌ３の光検出信号による判定は、後に詳述するが、例えば、第３列目Ｌ３における発光変動幅の移動平均（例えば、前後５００点）を所定の閾値（第１の閾値Ｔｈ１）と比較することで行う。
【００５６】
そこで、図１４（ｂ）に示されるように、『フキ』の場合と『溶け落ち』の場合とを明確に判別するために、例えば、フォトダイオードアレー５の第３列目Ｌ３の光検出信号による判定だけでなく、第５列目Ｌ５の光検出信号による判定も行うようにする。すなわち、図１４（ａ）の右下図に示されるように、例えば、『溶け落ち』（ＰＧ＝０．５ｍｍ）の場合のレーザ溶接部ＭＰからの光はその形状が長く尾を引いているため、フォトダイオードアレー５の第５列目Ｌ５の光検出信号にも大きな発光強度として現出することになる。これに対して、図１４（ｂ）の下図から明らかなように、『フキ』（ＰＧ＝０ｍｍ）の場合のレーザ溶接部ＭＰからの光は、『溶け落ち』の場合ほど尾を引いた形状とはならないため、フォトダイオードアレー５の第５列目Ｌ５の光検出信号（例えば、発光変動幅の前後５００点の移動平均）を所定の閾値（第５の閾値Ｔｈ５）と比較することにより、より一層高い精度で『フキ』の判定を行うことが可能になる。
【００５７】
図１５〜図１７は本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（正常，フキと溶け落ちの判定）を説明するための図である。
【００５８】
図１５および図１６は、例えば、図１０に示されるように、レーザ溶接部ＭＰから発生する光をフォトダイオードアレー５の光検出部に設定した場合におけるフォトダイオードアレー５の第１列目Ｌ１により検出された信号の高周波成分の発光変動（第１列目Ｌ１により検出された信号における周波数成分が１００〜５００Ｈｚの信号の時間に対する発光強度のピークトゥピークの変動）を示す図である。ここで、図１５（ａ）は被溶接材Ｍ１，Ｍ２の間の重ねギャップＰＧ＝０ｍｍ『フキ』の場合を示し、図１５（ｂ）はＰＧ＝０．１ｍｍ『正常』の場合を示し、図１５（ｃ）はＰＧ＝０．２ｍｍ『正常』の場合を示し、図１５（ｄ）はＰＧ＝０．２４ｍｍ『正常』の場合を示し、図１６（ａ）はＰＧ＝０．３ｍｍ『正常（浅いアンダーフィル』の場合を示し、図１６（ｂ）はＰＧ＝０．４ｍｍ『溶け落ち』の場合を示し、図１６（ｃ）はＰＧ＝０．５ｍｍ『溶け落ち』の場合を示し、そして、図１６（ｄ）はＰＧ＝０．６ｍｍ『分離』の場合を示している。
【００５９】
図１５（ａ）〜図１５（ｄ）および図１６（ａ）と、図１６（ｂ）〜図１６（ｄ）との比較から明らかなように、『フキ』および『正常』の場合（ＰＧ＝０ｍｍ〜０．３ｍｍ）におけるフォトダイオードアレー５の第１列目Ｌ１により検出された信号の高周波成分の発光変動は、『溶け落ち』（および『分離』）の場合（ＰＧ＝０．４ｍｍ〜０．６ｍｍ）の発光変動とは明らかに異なり、発光変動（輝度変動）が非常に大きいことが分かる。すなわち、フォトダイオードアレー５の第１列目Ｌ１により検出された信号の高周波成分の発光変動から、『フキ』および『正常』の場合と『溶け落ち』（および『分離』）の場合を判別することができる。なお、図１１〜図１４を参照して説明したように、『フキ』の場合は、既に判定がなされているため、『正常』の場合と『溶け落ち』（および『分離』）の場合とを区別して判定することが可能になる。
【００６０】
図１７は、レーザ溶接の時間経過（レーザ光の移動）に対するレーザ溶接部ＭＰから発生する光の変化（発光部の形状の変化）の様子を概念的に示す図であり、図１７（ａ）は『正常』時（図１５（ｂ）に示すＰＧ＝０．１ｍｍの場合）におけるレーザ溶接部ＭＰから発生する光の変化の様子を示し、また、図１７（ｂ）は『溶け落ち』時（図１６（ｃ）に示すＰＧ＝０．５ｍｍの場合）におけるレーザ溶接部ＭＰから発生する光の変化の様子を示している。
【００６１】
図１７（ａ）に示される『正常』の場合（ＰＧ＝０．１ｍｍ）におけるフォトダイオードアレー５の第１列目Ｌ１により検出された信号の高周波成分の発光変動は非常に大きく、図１７（ｂ）に示される『溶け落ち』の場合（ＰＧ＝０．５ｍｍ）の発光変動とは明らかに異なることが分かる。これは、例えば、『正常』の場合および『溶け落ち』の場合におけるレーザ溶接部ＭＰの発光部の形状変化というよりは、むしろレーザ溶接部ＭＰから発生する光の強度そのものの変化が大きいためであると考えられる。
【００６２】
図１８〜図２０は本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（溶け落ち，フキと正常，分離の判定）を説明するための図である。
【００６３】
図１８および図１９は、例えば、図１０に示されるように、レーザ溶接部ＭＰから発生する光をフォトダイオードアレー５の光検出部に設定した場合におけるフォトダイオードアレー５の第５列目Ｌ５により検出された信号の高周波成分の発光強度（第５列目Ｌ５により検出された信号における周波数成分が１００〜５００Ｈｚの信号の時間に対する発光強度の移動平均）を示す図である。
【００６４】
ここで、図１８（ａ）は重ねギャップＰＧ＝０ｍｍ『フキ』の場合を示し、図１８（ｂ）はＰＧ＝０．１ｍｍ『正常』の場合を示し、図１８（ｃ）はＰＧ＝０．２ｍｍ『正常』の場合を示し、図１８（ｄ）はＰＧ＝０．２４ｍｍ『正常』の場合を示し、図１９（ａ）はＰＧ＝０．３ｍｍ『正常（浅いアンダーフィル』の場合を示し、図１９（ｂ）はＰＧ＝０．４ｍｍ『溶け落ち』の場合を示し、図１９（ｃ）はＰＧ＝０．５ｍｍ『溶け落ち』の場合を示し、そして、図１９（ｄ）はＰＧ＝０．６ｍｍ『分離』の場合を示している。
【００６５】
図１８（ｂ）〜図１８（ｄ）（並びに、図９（ａ）），図１９（ａ）および図１９（ｄ）と、図１９（ｂ）および図１９（ｃ）との比較から明らかなように、『溶け落ち』の場合（ＰＧ＝０．４ｍｍ〜０．５ｍｍ）におけるフォトダイオードアレー５の第５列目Ｌ５により検出された信号の高周波成分の発光強度は、例えば、『正常』の場合（ＰＧ＝０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ）の発光強度とは明らかに異なり、発光（輝度）が非常に大きいことが分かる。すなわち、フォトダイオードアレー５の第５列目Ｌ５により検出された信号の高周波成分の発光強度から、『溶け落ち』の場合を判定することが可能になる。
【００６６】
なお、後述するように、『フキ』の場合におけるフォトダイオードアレー５の第５列目Ｌ５により検出された信号の高周波成分の発光強度は、『正常』よりも『溶け落ち』の場合に近いが、後述するように、『フキ』は、このフォトダイオードアレー５の第５列目Ｌ５により検出された信号の高周波成分による判定処理の前に、既に判定されているため問題になることはない。
【００６７】
また、図２０（ａ）に示される『正常』の場合（ＰＧ＝０．１ｍｍ）におけるフォトダイオードアレー５の第５列目Ｌ５により検出された信号の高周波成分の発光強度は小さく、逆に、図２０（ｂ）に示される『溶け落ち』の場合（ＰＧ＝０．５ｍｍ）の発光強度は大きいため、例えば、『正常』の場合と『溶け落ち』の場合を明瞭に区別して判定することができる。
【００６８】
さらに、前述した図１６（ｃ）および図１６（ｄ）に示すフォトダイオードアレー５の第１列目Ｌ１により検出された信号の高周波成分の発光変動では大きな違いが現れなかった『溶け落ち』および『分離』に関しては、図１９（ｃ）と図１９（ｄ）との比較から明らかなように、フォトダイオードアレー５の第５列目Ｌ５により検出された信号の高周波成分の発光強度から、『溶け落ち』の場合と『分離』の場合を明瞭に区別して判定することが可能になる。
【００６９】
図２１〜図２３は本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（凹凸状ビードの判定）を説明するための図である。
【００７０】
図２１および図２２は、例えば、図１０に示されるように、レーザ溶接部ＭＰから発生する光をフォトダイオードアレー５の光検出部に設定した場合におけるフォトダイオードアレー５の第５列目Ｌ５により検出された信号の低周波成分の発光強度（第５列目Ｌ５により検出された信号における周波数成分が２〜１０Ｈｚの信号の時間に対する発光強度の移動平均）を示す図である。
【００７１】
ここで、図２１（ａ）は重ねギャップＰＧ＝０ｍｍ『フキ』の場合を示し、図２１（ｂ）はＰＧ＝０．１ｍｍ『正常』の場合を示し、図２１（ｃ）はＰＧ＝０．２ｍｍ『正常』の場合を示し、図２１（ｄ）はＰＧ＝０．２４ｍｍ『正常』の場合を示し、図２２（ａ）はＰＧ＝０．３ｍｍ『正常（浅いアンダーフィル』の場合を示し、図２２（ｂ）はＰＧ＝０．４ｍｍ『溶け落ち』の場合を示し、図２２（ｃ）はＰＧ＝０．５ｍｍ『溶け落ち』の場合を示し、そして、図２２（ｄ）はＰＧ＝０．６ｍｍ『分離』の場合を示している。
【００７２】
図２１（ａ）〜図２１（ｄ），図２２（ａ）および図２２（ｄ）と、図２２（ｂ）および図２２（ｃ）との比較から明らかなように、『凹凸状ビード』の場合（ＰＧ＝０．４ｍｍ〜０．５ｍｍ：特に、ビードが凹凸状になる場合）におけるフォトダイオードアレー５の第５列目Ｌ５により検出された信号の低周波成分の発光強度は、例えば、『正常』の場合（ＰＧ＝０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ）の発光強度とは明らかに異なる。
【００７３】
図２３（ａ）に示される『正常』の場合（ＰＧ＝０．１ｍｍ）におけるフォトダイオードアレー５の第５列目Ｌ５により検出された信号の低周波成分の発光変動は小さく、逆に、図２３（ｂ）に示される『溶け落ち』の場合（ＰＧ＝０．５ｍｍ）の発光変動は大きいため、例えば、『正常』の場合と『溶け落ち』（凹凸状ビード）の場合を明瞭に区別して判定することができる。
【００７４】
図２４〜図３０は本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理を説明するための図であり、ここでは、重ねギャップ（ＰＧ）を６つの分類に分けて判定する様子を示している。なお、図２４はレーザ溶接部における品質の判定処理の全体を概略的に説明するための図であり、図２５〜図３０はレーザ溶接部における品質の判定処理をより詳細に説明するための図である。
【００７５】
図２４は、本発明に係るレーザ溶接部における品質の判定処理を概略的に示すものであり、図２４（ａ）は『フキ』判定処理（図２５参照）を示し、図２４（ｂ）は『正常』判定処理（図２６および図２７参照）を示し、図２４（ｃ）は『溶け落ち』と『分離』の判定処理（図２８および図２９参照）を示し、そして、図２４（ｄ）は『溶け落ち』における『凹凸状ビード』の判定処理（図３０参照）を示している。
【００７６】
すなわち、本実施例のレーザ溶接部における品質の判定処理は、まず、図２４（ａ）に示されるように、レーザ溶接部ＭＰの発光部を光検出部（フォトダイオードアレー）５における第３列目Ｌ３のフォトダイオードにより検出された信号の高周波成分を使用して判定し、次いで、図２４（ｂ）に示されるように、第１列目Ｌ１のフォトダイオードにより検出された信号の高周波成分を使用して判定し、さらに、図２４（ｃ）に示されるように、第５列目Ｌ５のフォトダイオードにより検出された信号の高周波成分を使用して判定し、そして、第５列目Ｌ５のフォトダイオードにより検出された信号の低周波成分を使用して判定する。
【００７７】
次に示す表１は、図２５〜図３０に示すレーザ溶接部における品質の判定処理をまとめたものである。
【００７８】
【表１】
2006159242.tif 000003
【００７９】
表１の重ねギャップの欄において、符号（ａ）は重ねギャップが過小で、例えば、ＰＧ＝０ｍｍ『フキ』の場合を示し、符号（ｂ）〜（ｄ）は重ねギャップが過大で、例えば、符号（ｂ）はＰＧ＝０．４〜０．５ｍｍ『溶け落ち（深いアンダーフィル）』の場合を示し、符号（ｃ）はＰＧ＝０．６ｍｍ『分離』の場合を示し、そして、符号（ｄ）はＰＧ＝０．４〜０．５ｍｍ『凹凸状ビード』の場合を示している。さらに、表１の重ねギャップの欄において、符号（ｅ）および（ｆ）は重ねギャップが正常で、例えば、符号（ｅ）はＰＧ＝０．３ｍｍ『正常（浅いアンダーフィル）』の場合を示し、また、符号（ｆ）はＰＧ＝０．２ｍｍ『正常（適正）』の場合を示している。
【００８０】
なお、表１および図２５〜図３０において、参照符号ＳＨ-i（ｔ）は、例えば、図１０に示されるように、レーザ溶接部ＭＰから発生する光をフォトダイオードアレー５の光検出部に設定した場合におけるフォトダイオードアレー５の第ｉ列目（Ｌｉ）により検出された信号の高周波成分の発光強度加算値（第ｉ列目Ｌｉのフォトダイオードにより検出された信号を加算し、その周波数成分が１００〜５００Ｈｚの信号である発光強度高周波成分加算値を示し、Ｆ-i（ｔ）はこの発光強度高周波成分加算値ＳＨ-i（ｔ）の変動値を示し、そして、ＳＬ-i（ｔ）は、フォトダイオードアレー５の第ｉ列目（Ｌｉ）により検出された信号の低周波成分の発光強度加算値（第ｉ列目Ｌｉのフォトダイオードにより検出された信号を加算し、その周波数成分が２〜１０Ｈｚの信号である発光強度低周波成分加算値を示している。
【００８１】
まず、表１の重ねギャップの欄における符号（ａ）および図２５（ａ）に示されるように、光検出器（フォトダイオードアレー５）の第３番目の列Ｌ３における発光強度高周波成分加算値ＳＨ-3（ｔ）の変動値Ｆ-3（ｔ）を第１の閾値Ｔｈ１と比較すると共に、表１の重ねギャップの欄における符号（ａ）および図２５（ｂ）に示されるように、第５番目の列Ｌ５における発光強度高周波成分加算値ＳＨ-5（ｔ）を第５の閾値Ｔｈ５と比較する。そして、Ｔｈ１＜Ｆ-3（ｔ），且つ，ＳＨ-5（ｔ）＜Ｔｈ５ならば、重ねギャップＰＧが過小で亜鉛（Ｚｎ）の急速蒸発による溶融金属飛散（『フキ』）と判定する。
【００８２】
次に、表１の重ねギャップの欄における符号（ｆ）および図２６（ａ）に示されるように、フォトダイオードアレー５の第３番目の列Ｌ３における発光強度高周波成分加算値ＳＨ-3（ｔ）の変動値Ｆ-3（ｔ）を第１の閾値Ｔｈ１と比較し、また、表１の重ねギャップの欄における符号（ｆ）および図２６（ｂ）に示されるように、第１番目の列Ｌ１における発光強度高周波成分加算値ＳＨ-1（ｔ）の変動値Ｆ-1（ｔ）を第２の閾値Ｔｈ２と比較し、さらに、表１の重ねギャップの欄における符号（ｆ）および図２６（ｃ）に示されるように、第５番目の列Ｌ５における発光強度高周波成分加算値ＳＨ-5（ｔ）を第５の閾値Ｔｈ５と比較する。そして、Ｆ-3（ｔ）≦Ｔｈ１，且つ，Ｔｈ２＜Ｆ-1（ｔ），且つ，ＳＨ-5（ｔ）≦Ｔｈ５ならば、重ねギャップＰＧが適正であり溶融部安定（『正常（適正）』）と判定する。
【００８３】
また、表１の重ねギャップの欄における符号（ｅ）および図２７（ａ）に示されるように、フォトダイオードアレー５の第３番目の列Ｌ３における発光強度高周波成分加算値ＳＨ-3（ｔ）の変動値Ｆ-3（ｔ）を第１の閾値Ｔｈ１と比較し、また、表１の重ねギャップの欄における符号（ｅ）および図２７（ｂ）に示されるように、第１番目の列Ｌ１における発光強度高周波成分加算値ＳＨ-1（ｔ）の変動値Ｆ-1（ｔ）を第２の閾値Ｔｈ２および第３の閾値Ｔｈ３と比較し、さらに、表１の重ねギャップの欄における符号（ｅ）および図２７（ｃ）に示されるように、第５番目の列Ｌ５における発光強度高周波成分加算値ＳＨ-5（ｔ）を第５の閾値Ｔｈ５と比較する。そして、Ｆ-3（ｔ）≦Ｔｈ１，且つ，Ｔｈ３＜Ｆ-1（ｔ）≦Ｔｈ２，且つ，ＳＨ-5（ｔ）≦Ｔｈ５ならば、重ねギャップＰＧがやや大きく溶融部安定（やや溶融部落ち込み：『正常（浅いアンダーフィル）』）と判定する。
【００８４】
さらに、表１の重ねギャップの欄における符号（ｂ）および図２８（ａ）に示されるように、フォトダイオードアレー５の第３番目の列Ｌ３における発光強度高周波成分加算値ＳＨ-3（ｔ）の変動値Ｆ-3（ｔ）を第１の閾値Ｔｈ１と比較し、また、表１の重ねギャップの欄における符号（ｂ）および図２８（ｂ）に示されるように、第１番目の列Ｌ１における発光強度高周波成分加算値ＳＨ-1（ｔ）の変動値Ｆ-1（ｔ）を第３の閾値Ｔｈ３と比較し、さらに、表１の重ねギャップの欄における符号（ｂ）および図２８（ｃ）に示されるように、第５番目の列Ｌ５における発光強度高周波成分加算値ＳＨ-5（ｔ）を第４の閾値Ｔｈ４（＜Ｔｈ５）と比較する。そして、Ｆ-3（ｔ）≦Ｔｈ１，且つ，Ｆ-1（ｔ）≦Ｔｈ３，且つ，Ｔｈ４＜ＳＨ-5（ｔ）ならば、重ねギャップＰＧが過大で板間溶融金属吸寄せによる溶融部落ち込み（『溶け落ち（深いアンダーフィル）』）と判定する。
【００８５】
また、表１の重ねギャップの欄における符号（ｃ）および図２９（ａ）に示されるように、フォトダイオードアレー５の第３番目の列Ｌ３における発光強度高周波成分加算値ＳＨ-3（ｔ）の変動値Ｆ-3（ｔ）を第１の閾値Ｔｈ１と比較し、また、表１の重ねギャップの欄における符号（ｃ）および図２９（ｂ）に示されるように、第１番目の列Ｌ１における発光強度高周波成分加算値ＳＨ-1（ｔ）の変動値Ｆ-1（ｔ）を第３の閾値Ｔｈ３と比較し、さらに、表１の重ねギャップの欄における符号（ｃ）および図２９（ｃ）に示されるように、第５番目の列Ｌ５における発光強度高周波成分加算値ＳＨ-5（ｔ）を第４の閾値Ｔｈ４と比較する。そして、Ｆ-3（ｔ）≦Ｔｈ１，且つ，Ｆ-1（ｔ）≦Ｔｈ３，且つ，ＳＨ-5（ｔ）≦Ｔｈ４ならば、重ねギャップＰＧが過大で板間溶融金属の完全分離（『分離』）と判定する。
【００８６】
そして、表１の重ねギャップの欄における符号（ｄ）および図３０に示されるように、フォトダイオードアレー５の第５番目の列Ｌ５における発光強度低周波成分加算値ＳＬ-5（ｔ）を第６の閾値Ｔｈ６（＞Ｔｈ５）と比較し、Ｔｈ６＜ＳＬ-5（ｔ）ならば、重ねギャップＰＧが過大で板間溶融金属吸寄せによる溶着量変動（『凹凸状ビード』）と判定する。
【００８７】
なお、光検出器５は、５×５のフォトダイオードが配列された１チップ構成のフォトダイオードアレーに限定されるものではなく、例えば、列方向に１つずつフォトダイオードを設けたもの（ラインセンサ）、或いは、実際に使用する列（例えば、第１列、第３列および第５列）に相当する位置にだけフォトダイオードを設けたものであってもよい。さらに、光検出器５は、例えば、１６×１６のフォトダイオードが配列されたフォトダイオードアレーであってもよい。また、上述した説明のフォトダイオードアレーにおける第１列〜第５列も、光検出器５の構成によって様々に変化し得るものであり、また、光検出素子としてもフォトダイオードに限定されるものではないのは前述した通りである。
【００８８】
さらに、例えば、図１および図５等に示す欠陥の種類および分類は単なる例であり、実際には、様々な状態が組み合わされた欠陥、或いは、中間的な欠陥等も存在し、必要に応じて閾値のレベルや数等を変更して様々なレーザ溶接部の品質判定を行うように構成することができる。さらに、例えば、光検出信号の高周波成分は１００〜５００Ｈｚに限定されるものではなく、また、低周波成分も２〜１０Ｈｚに限定されるものでもない。
【００８９】
図３１は本発明に係るレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体の例を説明するための図である。図３１において、参照符号３１０は処理装置、３２０はプログラム（データ）提供者、そして、３３０は可搬型記憶媒体を示している。
【００９０】
上述した本発明に係るレーザ溶接部の品質判定方法は、例えば、図３１に示すような処理装置３１０に対するプログラム（データ）として与えられ、処理装置３１０により実行される。処理装置３１０は、プロセッサを含む演算処理装置本体３１１、および、演算処理装置本体３１１に対してプログラム（データ）を与えたり或いは処理された結果を格納する処理装置側メモリ（例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やハードディスク）３１２等を備える。処理装置３１０に提供されたプログラム（データ）は、ローディングされて処理装置３１０のメインメモリ上で実行される。
【００９１】
プログラム（データ）提供者３２０は、プログラム（データ）を格納する手段（回線先メモリ：例えば、ＤＡＳＤ（Direct Access Storage Device））３２１を有し、例えば、インターネット等の回線を介してプログラム（データ）を処理装置３１０に提供したり、或いは、ＣＤ−ＲＯＭや光ディスクまたはフロッピィディスク等の可搬型記憶媒体３３０を介して処理装置３１０に提供する。本発明に係るレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体は、上記の処理装置側メモリ３１２、回線先メモリ３２１、および、可搬型記憶媒体３３０等の様々なものを含むのはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、レーザを使用して溶接面である被覆層が母材よりも沸点が低い被溶接材（例えば、亜鉛メッキや錫メッキ鋼板等）の重ね溶接を行うレーザ重ね溶接において、レーザ溶接部の品質判定をオンラインで行う装置に利用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】亜鉛メッキ材同士のレーザ溶接における重ねギャップの違いによる溶接の変化の様子を概念的に示す図である。
【図２】関連技術としてのレーザ溶接部の品質判定装置の一例を概略的に示す図である。
【図３】図２に示すレーザ溶接部の品質判定装置による判定の様子を説明するための図である。
【図４】図２に示すレーザ溶接部の品質判定装置における課題を説明するための図である。
【図５】亜鉛メッキ材同士のレーザ溶接における重ねギャップの違いによる溶接の変化の様子をレーザ溶接部の画像と共に概念的に示す図である。
【図６】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置の一実施例を概略的に示す図である。
【図７】図６に示すレーザ溶接部の品質判定装置における光検出器の一例を示す図である。
【図８】図７に示す光検出器からの検出信号の取り出し方の一例を説明するための図である。
【図９】図７に示す光検出器におけるレーザ溶接部の大きさの設定を説明するための図である。
【図１０】図７に示す光検出器におけるレーザ溶接部の大きさの設定を説明するための図である。
【図１１】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（フキと正常の判定）を説明するための図（その１）である。
【図１２】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（フキと正常の判定）を説明するための図（その２）である。
【図１３】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（フキと正常の判定）を説明するための図（その３）である。
【図１４】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（フキと正常の判定）を説明するための図（その４）である。
【図１５】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（正常，フキと溶け落ちの判定）を説明するための図（その１）である。
【図１６】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（正常，フキと溶け落ちの判定）を説明するための図（その２）である。
【図１７】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（正常，フキと溶け落ちの判定）を説明するための図（その３）である。
【図１８】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（溶け落ち，フキと正常，分離の判定）を説明するための図（その１）である。
【図１９】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（溶け落ち，フキと正常，分離の判定）を説明するための図（その２）である。
【図２０】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（溶け落ち，フキと正常，分離の判定）を説明するための図（その３）である。
【図２１】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（溶け落ちの判定）を説明するための図（その１）である。
【図２２】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（溶け落ちの判定）を説明するための図（その２）である。
【図２３】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理（溶け落ちの判定）を説明するための図（その３）である。
【図２４】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理を説明するための図（その１）である。
【図２５】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理を説明するための図（その２）である。
【図２６】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理を説明するための図（その３）である。
【図２７】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理を説明するための図（その４）である。
【図２８】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理を説明するための図（その５）である。
【図２９】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理を説明するための図（その６）である。
【図３０】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置における判定処理を説明するための図（その７）である。
【図３１】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体の例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９４】
１    レーザヘッド
４    処理装置（コンピュータ）
５    光検出器（フォトダイオードアレー）
１１    ビームスプリッタ
２１    フィルタ（干渉フィルタ）
２２    マウント
３０    増幅器
３１，５２    信号ケーブル
３２    端子台
５１    テレコンバータ
３１０    処理装置
３１１    演算処理装置本体
３１２    処理装置側メモリ
３２０    プログラム（データ）提供者
３３０    可搬型記憶媒体
ＣＡＭ１    第１のビデオカメラ
ＣＡＭ２    第２のビデオカメラ
ＬＢ    レーザ光（ＹＡＧレーザ）
Ｍ１，Ｍ２    被溶接材（亜鉛メッキ鋼板）
ＭＰ    レーザ溶接部
ＰＧ    重ねギャップ
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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