(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にレーザ光ＬＢを照射して行う重ね溶接におけるレーザ溶接部ＭＰ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検出する第１の光検出器２と、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、前記被溶接材の表面に対して所定の角度で検出する第２の光検出器５と、前記第１の光検出器からの第１の光検出信号および前記第２の光検出器からの第２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４と、を備えるように構成する。【選択図】      図８
2006159249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接材にレーザ光を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検出する第１の光検出器と、
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、前記被溶接材の表面に対して所定の角度で検出する第２の光検出器と、
前記第１の光検出器からの第１の光検出信号および前記第２の光検出器からの第２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、前記第１の光検出器は、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、前記第２の光検出器は、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、前記被溶接材の表面に対して４５度以下の角度で検出す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４】
請求項３に記載のレーザ溶接部の品質判定装置において、前記第２の光検出器は、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、前記被溶接材の表面に対して５〜３０度の角度で検出す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５】
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、
前記第１の光検出器は、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第１のフィルタを介して、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し、且つ、
前記第２の光検出器は、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第２のフィルタを介して、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６】
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、前記品質判定手段は、前記第１の光検出信号に基づく高周波成分および低周波成分、並びに、前記第２の光検出信号に基づく高周波成分を使用し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の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値を第１および第３の閾値と比較すると共に、該第１の光検出信号に基づく低周波成分の２乗処理波形を第５の閾値と比較し、且つ、前記第２の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値を第２および第４の閾値と比較し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、前記品質判定手段は、前記第１の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値が第１の閾値以下であって、且つ、前記第２の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値が第４の閾値よりも大きければ、前記レーザ溶接部は『分離ビード』であると判定し、逆に、該第２の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値が第４の閾値以下であれば、前記レーザ溶接部は『アンダーフィル』または『溶け落ち』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装置。
【請求項９】
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１０】
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、前記品質判定手段は、前記第２の光検出信号に基づいて、前記レーザ溶接部の『アンダーフィル』または『溶け落ち』と『分離ビード』とを判定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１１】
請求項１０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２の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値を所定の閾値と比較して、前記レーザ溶接部の『アンダーフィル』または『溶け落ち』と『分離ビード』とを判定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１２】
請求項１１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１３】
被溶接材にレーザ光を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検出する第１の光検出段階と、
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、前記被溶接材の表面に対して所定の角度で検出する第２の光検出段階と、
前記第１の光検出段階で得られたの第１の光検出信号および前記第２の光検出段階で得られた第２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、前記第１の光検出段階は、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１５】
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、前記第２の光検出段階は、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、前記被溶接材の表面に対して４５度以下の角度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、前記第２の光検出段階は、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、前記被溶接材の表面に対して５〜３０度の角度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１７】
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、
前記第１の光検出段階は、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第１のフィルタを介して、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し、且つ、
前記第２の光検出器は、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第２のフィルタを介して、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１８】
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、前記品質判定段階は、前記第１の光検出信号に基づく高周波成分および低周波成分、並びに、前記第２の光検出信号に基づく高周波成分を使用し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１の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値を第１および第３の閾値と比較すると共に、該第１の光検出信号に基づく低周波成分の２乗処理波形を第５の閾値と比較し、且つ、前記第２の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値を第２および第４の閾値と比較し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１の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値が第１の閾値以下であって、且つ、前記第２の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値が第４の閾値よりも大きければ、前記レーザ溶接部は『分離ビード』であると判定し、逆に、該第２の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値が第４の閾値以下であれば、前記レーザ溶接部は『アンダーフィル』または『溶け落ち』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１８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２２】
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、前記品質判定段階は、前記第２の光検出信号に基づいて、前記レーザ溶接部の『アンダーフィル』または『溶け落ち』と『分離ビード』とを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２３】
請求項２２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２の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値を所定の閾値と比較して、前記レーザ溶接部の『アンダーフィル』または『溶け落ち』と『分離ビード』とを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２４】
請求項２３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２５】
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、被溶接材にレーザ光を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検出した第１の光検出信号と、前記被溶接材の表面に対して所定の角度で検出した第２の光信号とから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の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値を第１および第３の閾値と比較し、
前記第１の光検出信号に基づく低周波成分の２乗処理波形を第５の閾値と比較し、そして、
前記第２の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値を第２および第４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１の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値が第１の閾値以下であって、且つ、前記第２の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値が第４の閾値よりも大きければ、前記レーザ溶接部は『分離ビード』であると判定させ、逆に、該第２の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値が第４の閾値以下であれば、前記レーザ溶接部は『アンダーフィル』または『溶け落ち』であると判定さ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。
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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）。
【０００９】
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）。
【００１０】
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）。
【００１１】
また、従来、母材より低い沸点の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）。
【００１２】
【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】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
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。
【００１９】
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】
【００２０】
本発明の第１の形態によれば、被溶接材にレーザ光を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検出する第１の光検出器と、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、前記被溶接材の表面に対して所定の角度で検出する第２の光検出器と、前記第１の光検出器からの第１の光検出信号および前記第２の光検出器からの第２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が提供される。
【００２１】
本発明の第２の形態によれば、被溶接材にレーザ光を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検出する第１の光検出段階と、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、前記被溶接材の表面に対して所定の角度で検出する第２の光検出段階と、前記第１の光検出段階で得られたの第１の光検出信号および前記第２の光検出段階で得られた第２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。
【００２２】
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、被溶接材にレーザ光を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検出した第１の光検出信号と、前記被溶接材の表面に対して所定の角度で検出した第２の光信号とから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の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値を第１および第３の閾値と比較し、前記第１の光検出信号に基づく低周波成分の２乗処理波形を第５の閾値と比較し、そして、前記第２の光検出信号に基づく高周波成分の発光変動差分値を第２および第４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】
【００２３】
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】
【００２４】
まず、本発明の実施例を詳述する前に、本発明に係るレーザ溶接部の品質判定方法の原理構成を、図５〜図７を参照して説明する。
【００２５】
図５はレーザヘッド１に対して角度の異なる２つのビデオカメラ（第１のビデオカメラＣＡＭ１および第２のビデオカメラＣＡＭ２）を取り付けた装置を示す図であり、図６は図５の装置における２つのビデオカメラにより得られる画像の例を概念的に示す図であり、そして、図７は第２のビデオカメラにより得られるアンダーフィル発生時と分離ビード発生時の画像の一例を概念的に示す図である。
【００２６】
本発明に係るレーザ溶接部の品質判定方法（装置）は、被溶接材（亜鉛メッキ鋼板）Ｍ１，Ｍ２にレーザ光ＬＢを照射して行う重ね溶接において、レーザ溶接部ＭＰの品質を２台の光検出器（２，５）の光検出信号（発光変動信号ＤＳ１，ＤＳ２）に基づいて判定するものである。
【００２７】
図５では、本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置で使用する光検出器（フォトダイオード２および５）の代わりにビデオカメラＣＡＭ１およびＣＡＭ２が設けられており、これら２台のビデオカメラＣＡＭ１およびＣＡＭ２により得られた画像を図６に示している。すなわち、図５に示されるように、第１のビデオカメラＣＡＭ１は、被溶接材Ｍ１，Ｍ２に照射されるレーザ光ＬＢに対して同軸上で検出する位置に設けられ、また、第２のビデオカメラＣＡＭ２は、被溶接材Ｍ１（Ｍ２）の表面に対して所定の角度（例えば、図７では、約７度）で検出する位置に設けられている。
【００２８】
前述したように、例えば、図２に示す関連技術のレーザ溶接部の品質判定装置では、被溶接材Ｍ１，Ｍ２に照射されるレーザ光ＬＢに対して同軸上で検出する位置に１つの光検出器２を設け、同軸上の画像（図６中の［ＣＡＭ１］で示されるような画像）の光検出を行い、この光検出器２の光検出信号（発光変動信号）ＤＳに基づいてレーザ溶接部ＭＰの品質を判定していた。
【００２９】
これに対して、本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置では、例えば、後述する図８に示されるように、被溶接材Ｍ１，Ｍ２に照射されるレーザ光ＬＢに対して同軸上で検出する位置に設けられた第１の光検出器２による同軸上の画像（図６中の［ＣＡＭ１］で示されるような画像）の第１の光検出信号（第１の発光変動信号）ＤＳ１と共に、被溶接材Ｍ１（Ｍ２）の表面に対して所定の角度（θ）で検出する位置に設けられた第２の光検出器５による所定角度の画像（図６中の［ＣＡＭ２］で示されるような画像）の第２の光検出信号（第２の発光変動信号）ＤＳ２に基づいてレーザ溶接部ＭＰの品質を判定するようになっている。
【００３０】
すなわち、図６に示されるように、例えば、『フキ（重ねギャップＰＧ＝０）』、『正常（ＰＧ＝０．２ｍｍ）』および『溶け落ち（ＰＧ＝０．４ｍｍ）』における第１のビデオカメラＣＡＭ１による画像と第２のビデオカメラＣＡＭ２による画像とはそれぞれ異なる変化が観測されることが分かる。
【００３１】
具体的に、例えば、図４を参照して前述したように、関連技術のレーザ溶接部の品質判定装置では、光検出器２からの光検出信号ＤＳ（第１の光検出信号ＤＳ１）だけに基づいてレーザ溶接部ＭＰの品質を判定していたため、アンダーフィル（浅いアンダーフィルおよび深いアンダーフィル）および溶け落ちと、分離ビードとの違いを判定するのが困難であった。
【００３２】
これに対して、本発明では、例えば、図７に示されるように、重ね溶接に伴ってレーザ溶接部ＭＰから発生する光を、被溶接材Ｍ１の表面に対して所定（例えば、７度）の角度で検出する位置に設けられたビデオカメラＣＡＭ２で撮影すると、明らかな違いが観測されることも利用してレーザ溶接部ＭＰの品質判定を行う。すなわち、本発明に係るレーザ溶接部の品質判定装置は、被溶接材Ｍ１の表面に対して所定の角度で検出する位置に第２の光検出器５設け、第１の光検出器２からの第１の光検出信号ＤＳ１および第２の光検出器５からの第２の光検出信号ＤＳ２によりレーザ溶接部ＭＰの品質判定を行うことで、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を可能とするものである。
【実施例】
【００３３】
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。
【００３４】
図８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８に示す本発明に係る一実施例のレーザ溶接部の品質判定装置と、図２を参照して説明した関連技術のレーザ溶接部の品質判定装置との比較から明らかなように、本実施例のレーザ溶接部の品質判定装置は、図２に示すレーザ溶接部の品質判定装置に対して光検出器（第２の光検出器）５および増幅器６等をさらに設け、第１の光検出器２からの第１の光検出信号（第１の発光変動信号）ＤＳ１および第２の光検出器５からの第２の光検出信号（第２の発光変動信号）ＤＳ２の両方を使用してレーザ溶接部ＭＰの品質判定を行うようになっている。
【００３５】
すなわち、第１の光検出器２は、重ね溶接に伴ってレーザ溶接部ＭＰから発生する光（ＤＬ）を、被溶接材Ｍ１，Ｍ２に照射されるレーザ光ＬＢに対して同軸上で検出する位置に設けられ、また、第２の光検出器５は、重ね溶接に伴ってレーザ溶接部ＭＰから発生する光（ＤＬ’）を、被溶接材Ｍ１（Ｍ２）の表面に対して所定の角度で検出する位置に設けられている。
【００３６】
ここで、参照符号５１は、図２を参照して説明した光検出器（第１の光検出器）２の前面に設けたフィルタ（干渉フィルタ）２１と同様のもので、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、これによって、第２の光検出器５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、第１の光検出器２および第２の光検出器５は、例えば、フォトダイオードにより構成されている。
【００３７】
第１の光検出器２からの第１の光検出信号ＤＳ１は、増幅器３を介して処理装置（コンピュータ）４に供給されると共に、第２の光検出器５からの第２の光検出信号ＤＳ２は、増幅器６を介して処理装置４に供給され、そして、処理装置４は、これら第１および第２の光検出信号ＤＳ１およびＤＳ２を処理してレーザ溶接部ＭＰの品質を判定するようになっている。
【００３８】
図９は図８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。ここで、図９において、図９（ａ）および図９（ｂ）は第１の光検出信号ＤＳ１（正確には、第１の光検出器２からの第１の発光変動信号を処理した変動幅波形）を示し、図９（ａ）はレーザ溶接部ＭＰがアンダーフィル（浅いアンダーフィルまたは深いアンダーフィル）の場合の波形であり、図９（ｂ）はレーザ溶接部ＭＰが分離ビードの場合の波形である。また、図９（ｃ）および図９（ｄ）は第２の光検出信号（第２の光検出器５からの第２の発光変動信号）ＤＳ２を示し、図９（ｃ）はレーザ溶接部ＭＰがアンダーフィルの場合の波形であり、図９（ｄ）はレーザ溶接部ＭＰが分離ビードの場合の波形である。また、図９（ａ）〜図９（ｄ）において、縦軸は各光検出器２，５を構成するフォトダイオードの出力信号の強度を示し、また、横軸は時間を示している。
【００３９】
図９（ａ）と図９（ｂ）との比較から明らかなように、第１の光検出信号ＤＳ１においては、レーザ溶接部ＭＰがアンダーフィルの場合と分離ビードの場合との差はほとんど無いのに対して、図９（ｃ）と図９（ｄ）との比較から明らかなように、第２の光検出信号ＤＳ２においては、レーザ溶接部ＭＰがアンダーフィルの場合と分離ビードの場合との差が明瞭に現れることが分かる。すなわち、被溶接材Ｍ１の表面に対して所定の角度に設けられた第２の光検出器５からの第２の光検出信号ＤＳ２を処理することによって、レーザ溶接部ＭＰがアンダーフィルか分離ビードかの判定を行うことが可能であることが分かる。
【００４０】
図１０は図９に示すレーザ溶接部の品質判定装置による判定結果を説明するための図であり、図１０（ａ）は、アンダーフィル（または、溶け落ち）の場合におけるレーザ溶接部ＭＰからの光ＤＬ’が第２の光検出器５へ入射する様子を示し、図１０（ｂ）は、分離ビードの場合におけるレーザ溶接部ＭＰからの光ＤＬ’が第２の光検出器５へ入射する様子を示している。図１０（ａ）および図１０（ｂ）において、参照符号７１はレーザ溶接部ＭＰにおける溶融池を示し、また、７２はキーホールを示し、そして、７３は溶鋼がギャップに吸い取られて固化した部分を示している。なお、図１０（ａ）および図１０（ｂ）において、被溶接材（亜鉛メッキ鋼板）Ｍ１，Ｍ２は、照射されるレーザ光ＬＢに対して相対的に左方向へ移動することによって、連続的なレーザ重ね溶接が行われるようになっている。
【００４１】
図１０（ａ）に示されるように、アンダーフィルの場合、溶鋼がギャップに吸い取られる（部分７３を参照）ために溶融池７１の高さが低くなって発光点が降下し、その結果、第２の光検出器５へ入射するレーザ溶接部ＭＰからの光ＤＬ’（或いは、その一部）は、該レーザ溶接部ＭＰ周辺の被溶接材Ｍ１に遮られ、その光強度が低下する。
【００４２】
これに対して、図１０（ｂ）に示されるように、分離ビードの場合、溶鋼が上下に分離したまま溶接が進行するため被溶接材Ｍ１の溶融池７１の高さはあまり低くはならず発光点も上部になっているため、レーザ溶接部ＭＰからの光ＤＬ’は、被溶接材Ｍ１に遮られることなく第２の光検出器５へ入射する。
【００４３】
これにより、前述した図９（ｃ）および図９（ｄ）に示されるように、第２の光検出器５による第２の光検出信号ＤＳ２は、レーザ溶接部ＭＰがアンダーフィルの場合と分離ビードの場合とでは大きく相違する。すなわち、被溶接材の表面に対して所定の角度に設けた第２の光検出器５による第２の光検出信号ＤＳ２は、レーザ溶接部ＭＰがアンダーフィルの場合と分離ビードの場合とではその振幅（変動幅）に大きな違いが生じるため、アンダーフィルの場合と分離ビードの場合とを明確に判別（判定）することが可能となる。
【００４４】
図１１は図８に示すレーザ溶接部の品質判定装置における第２の光検出器の配置角度を説明するための図であり、発光変動比ＳＷ０-avr／ＳＷ-avrを各重ねギャップＰＧについてプロットし、被溶接材Ｍ１の表面に対する第２の光検出器５の配置角度（センサ角度）θで比較して示すものである。なお、ＳＷ-avrは、以下の式（１）により定義される。
【００４５】
【数１】
2006159249.tif 000003
【００４６】
図１１において、参照符号Ｌ１は、被溶接材に照射されるレーザ光ＬＢに対して同軸上で検出する位置（θ＝９０°の位置に対応）に設けられた第１の光検出器２からの第１の光検出信号ＤＳ１による重ねギャップＰＧと発光変動比ＳＷ０-avr／ＳＷ-avrとの関係を示す曲線であり、Ｌ２は、第２の光検出器５が被溶接材Ｍ１の表面に対して３０度の角度（第２の光検出器５の配置角度θ＝３０°）のときの第２の光検出器５からの第２の光検出信号ＤＳ２による重ねギャップＰＧと発光変動比ＳＷ０-avr／ＳＷ-avrとの関係を示す曲線であり、そして、Ｌ３は、第２の光検出器５が被溶接材Ｍ１の表面に対して２０度の角度（θ＝２０°）のときの第２の光検出器５からの第２の光検出信号ＤＳ２による重ねギャップＰＧと発光変動比ＳＷ０-avr／ＳＷ-avrとの関係を示す曲線である。
【００４７】
図１１に示されるように、例えば、第１の光検出信号ＤＳ１による曲線Ｌ１ではほとんど差の無いレーザ溶接部ＭＰのアンダーフィル（領域Ｒ２）と分離ビード（領域Ｒ３）の発光変動比ＳＷ０-avr／ＳＷ-avrも、例えば、θ＝３０°の角度に配置された第２の光検出器５からの第２の光検出信号ＤＳ２による曲線Ｌ２では発光変動比に明らかな差異が認められる。さらに、第２の光検出器５の配置角度θを、θ＝３０°からより小さいθ＝２０°とすることにより、第２の光検出信号ＤＳ２による曲線Ｌ３に示されるように、レーザ溶接部ＭＰのアンダーフィル（領域Ｒ２）と分離ビード（領域Ｒ３）の発光変動比ＳＷ０-avr／ＳＷ-avrはより大きなものとして確認することができ、アンダーフィルと分離ビードをより一層明確に判別することができる。
【００４８】
また、後に、詳述するように、レーザ溶接部ＭＰのフキ（領域Ｒ１）も、第２の光検出器５の配置角度θがより小さいほど、発光変動比ＳＷ０-avr／ＳＷ-avrが大きくなるため、フキの判定もより一層明確に行うことができる。
【００４９】
ここで、例えば、アンダーフィルと分離ビードの発光変動比は、被溶接材Ｍ１の表面に対する第２の光検出器５の配置角度θが小さくなればなるほど差異が明瞭なものとなるが、配置角度θを小さくし過ぎると、実際に行う重ね溶接に障害が生じたり、或いは、レーザ溶接部の品質判定装置（レーザ溶接システム）の占有する領域が拡大することにもなる。また、第２の光検出器５の適切な配置角度θは、被溶接材Ｍ１，Ｍ２の厚さや、表面層および母材の材質、さらには、レーザ溶接に使用するレーザの種類やレーザ光の強さ等の様々な要因により変化することになるが、第２の光検出器５の配置角度θは、概ね数度〜４５度の範囲に設定される。具体的に、例えば、自動車の車体組み付け等において、ＹＡＧレーザを使用して０．８ｍｍの亜鉛メッキ鋼板の重ね溶接を行う場合、第２の光検出器５の配置角度θは、約３０度以下であれば実用上全く問題はない。
【００５０】
図１２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の流れを概略的に説明するための図である。
【００５１】
図１２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における判定処理は、第１の光検出器２からの第１の光検出信号ＤＳ１に加えて、第２の光検出器５からの第２の光検出信号ＤＳ２も使用し、レーザ溶接部ＭＰの品質判定をより詳細に行うものである。すなわち、まず、第２の光検出信号ＤＳ２により『フキ』の判定（処理ＰＲ６，ＰＲ７，ＰＲ３（ＰＲ３３））を行い、次いで、第１の光検出信号ＤＳ１により『正常（浅いアンダーフィル）』の判定（処理ＰＲ１，ＰＲ２，ＰＲ３（ＰＲ３１））および重ねギャップＰＧが過大の判定（処理ＰＲ４，ＰＲ５，ＰＲ３（ＰＲ３２））を行い、さらに、この重ねギャップＰＧが過大の場合において、『分離ビード』の判定（処理ＰＲ３１）および『深いアンダーフィル（溶け落ち』の判定（処理ＰＲ３３）を行う。
【００５２】
図１３〜図１９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る。ここで、図１３はレーザ溶接部ＭＰの『フキ』の判定処理を説明するための図であり、図１４はレーザ溶接部ＭＰの『正常』の判定処理を説明するための図であり、図１５はレーザ溶接部ＭＰの『正常（浅いアンダーフィル）』の判定処理を説明するための図であり、図１６はレーザ溶接部ＭＰの『深いアンダーフィル（溶け落ち）』の判定処理を説明するための図であり、図１７はレーザ溶接部ＭＰの『分離ビード』および『浅いアンダーフィル』の判定処理を説明するための図であり、図１８はレーザ溶接部ＭＰの『分離ビード』の判定処理を説明するための図であり、そして、図１９はレーザ溶接部ＭＰの判定処理の全体を説明するための図である。
【００５３】
図１３において、図１３（ａ）および図１３（ｃ）は、被溶接材Ｍ１の表面に対して配置角度θで設けられた第２の光検出器５からの第２の光検出信号ＤＳ２（第２の発光変動信号：原波形）を示し、図１３（ａ）はレーザ溶接部ＭＰがフキの場合の波形であり、図１３（ｃ）はレーザ溶接部ＭＰが正常の場合の波形である。また、図１３（ｂ）および図１３（ｄ）は、第２の光検出信号ＤＳ２を、１００〜５００Ｈｚの高周波成分を透過する第３の帯域透過フィルタで処理（図１２中の処理ＰＲ６）した後、変動幅（ピークトゥピーク：PEAK TO PEAK）検知処理（図１２中の処理ＰＲ７）を行い、さらに、発光強度の表示を零からとして描き直した発光変動差分値（Ｓ２）を示し、図１３（ｂ）はフキの場合の波形であり、図１３（ｄ）は正常の場合の波形である。
【００５４】
図１３（ａ）および図１３（ｃ）の比較から明らかなように、第２の光検出器５からの第２の光検出信号ＤＳ２（１００〜５００Ｈｚの発光変動）は、レーザ溶接部ＭＰが『フキ』の場合と『正常』の場合とでは大きく異なり、さらに、図１３（ｂ）および図１３（ｄ）の比較から明らかなように、第２の光検出信号ＤＳ２に対して上述した処理をして得られる１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値も、レーザ溶接部ＭＰが『フキ』の場合と『正常』の場合とでは明確な違いがあることが分かる。そして、この図１３（ｂ）および図１３（ｄ）に示されるような１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値に対して所定の閾値（第２の閾値：『分離ビード』（『フキ』）の判定に使用する閾値）Ｔｈ２で比較することにより『フキ』と『正常』の判定（図１２中の処理ＰＲ３３）を行う。
【００５５】
すなわち、図１３（ｂ）に示されるように、第２の光検出信号ＤＳ２に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ２が、Ｔｈ２＜Ｓ２ならばレーザ溶接部ＭＰは『フキ』であると判定し、逆に、図１３（ｄ）に示されるように、第２の光検出信号ＤＳ２に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ２が、Ｓ２≦Ｔｈ２ならばレーザ溶接部ＭＰは『フキ』以外であると判定する。
【００５６】
図１４において、図１４（ａ）および図１４（ｂ）はレーザ溶接部ＭＰが正常の場合を示すもので、図１４（ａ）は、第１の光検出信号ＤＳ１（第１の発光変動信号：原波形）を示し、図１４（ｂ）は、第１の光検出信号ＤＳ１を、１００〜５００Ｈｚの高周波成分を透過する第１の帯域透過フィルタで処理（図１２中の処理ＰＲ１）した後、変動幅検知処理（図１２中の処理ＰＲ２）を行い、さらに、発光強度の表示を零からとして描き直した発光変動差分値を示すものである。
【００５７】
まず、上述した図１３（ｄ）に示されるように、第２の光検出信号ＤＳ２に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ２が第２の閾値Ｔｈ２以下（Ｓ２≦Ｔｈ２）であり、且つ、第１の光検出信号ＤＳ１に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ１が第１の閾値Ｔｈ１よりもある程度大きければ（Ｔｈ１＜Ｓ１）、レーザ溶接部ＭＰは『正常』であると判定する。
【００５８】
図１５において、図１５（ａ）および図１５（ｂ）はレーザ溶接部ＭＰが『正常（浅いアンダーフィル）』の場合を示すもので、図１５（ａ）は第１の光検出信号ＤＳ１に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ１を示し、また、図１５（ｂ）は第２の光検出信号ＤＳ２に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ２を示している。
【００５９】
まず、図１５（ａ）に示されるように、第１の光検出信号ＤＳ１に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ１が『正常』の判定に使用する第１の閾値Ｔｈ１以下であるが第３の閾値（『アンダーフィル』の判定に使用する閾値）Ｔｈ３よりも大きく（Ｔｈ３＜Ｓ１≦Ｔｈ１）、且つ、第２の光検出信号ＤＳ２に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ２が『分離ビード』の判定に使用する第４の閾値Ｔｈ４以下（Ｓ２≦Ｔｈ４）であれば、レーザ溶接部ＭＰは『アンダーフィル』であると判定する。
【００６０】
図１６において、図１６（ａ）および図１６（ｂ）はレーザ溶接部ＭＰが『深いアンダーフィル（溶け落ち）』の場合を示すもので、図１６（ａ）は第１の光検出信号ＤＳ１に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ１を示し、また、図１６（ｂ）は第２の光検出信号ＤＳ２に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ２を示している。
【００６１】
まず、図１６（ａ）に示されるように、第１の光検出信号ＤＳ１に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ１が『アンダーフィル』の判定に使用する第３の閾値Ｔｈ３以下（Ｓ１≦Ｔｈ３）であり、且つ、第２の光検出信号ＤＳ２に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ２が『分離ビード』の判定に使用する第４の閾値Ｔｈ４以下（Ｓ２≦Ｔｈ４）であれば、レーザ溶接部ＭＰは『深いアンダーフィル』であると判定する。
【００６２】
図１７において、図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、第１の光検出信号ＤＳ１を、１００〜５００Ｈｚの高周波成分を透過する第１の帯域透過フィルタで処理（図１２中の処理ＰＲ１）した後、変動幅検知処理（図１２中の処理ＰＲ２）を行った変動幅波形を示し、図１７（ｂ）は『浅いアンダーフィル』の場合の波形であり、図１７（ｂ）は『分離ビード』の場合の波形である。また、図１７（ｃ）および図１７（ｄ）は、第２の光検出信号ＤＳ２を、１００〜５００Ｈｚの高周波成分を透過する第３の帯域透過フィルタで処理（図１２中の処理ＰＲ６）した後、変動幅検知処理（図１２中の処理ＰＲ７）を行った変動幅波形を示し、図１７（ｃ）は『浅いアンダーフィル』の場合の波形であり、図１７（ｄ）は『分離ビード』の場合の波形である。
【００６３】
図１７（ａ）と図１７（ｂ）との比較から明らかなように、第１の光検出信号ＤＳ１に基づく変動幅波形おいては、レーザ溶接部ＭＰが『浅いアンダーフィル』の場合と『分離ビード』の場合との差はほとんど無いのに対して、図１７（ｃ）と図１７（ｄ）との比較から明らかなように、第２の光検出信号ＤＳ２に基づく変動幅波形おいては、レーザ溶接部ＭＰが『浅いアンダーフィル』の場合と『分離ビード』の場合との差が明瞭に現れることになり、これを利用して次に説明するようなレーザ溶接部ＭＰの『浅いアンダーフィル（アンダーフィル）』の場合と『分離ビード』の場合との判別を行う。
【００６４】
図１８において、図１８（ａ）および図１８（ｂ）はレーザ溶接部ＭＰの『分離ビード』の判定を説明するためのもので、図１８（ａ）は第１の光検出信号ＤＳ１に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ１を示し、また、図１８（ｂ）は第２の光検出信号ＤＳ２に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ２を示している。
【００６５】
まず、図１８（ａ）に示されるように、第１の光検出信号ＤＳ１に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ１が『正常』の判定に使用する第１の閾値Ｔｈ１以下（Ｓ１≦Ｔｈ１）であり、且つ、第２の光検出信号ＤＳ２に基づく１００〜５００Ｈｚの発光変動差分値Ｓ２が『分離ビード』の判定に使用する第４の閾値Ｔｈ４よりも大きければ（Ｔｈ４＜Ｓ２）であれば、レーザ溶接部ＭＰは『分離ビード』であると判定する。
【００６６】
そして、第１の光検出信号ＤＳ１の低周波成分（例えば、２〜１０Ｈｚ）に基づく判定を行う（図１２中の処理ＰＲ３２）。すなわち、第１の光検出信号ＤＳ１を、２〜１０Ｈｚの低周波成分を透過する第２の帯域透過フィルタで処理（図１２中の処理ＰＲ４）した後、２乗処理（図１２中の処理ＰＲ５）を行い、この２乗処理波形において所定の閾値（第５の閾値）Ｔｈ５との比較を行って、例えば、レーザ溶接部ＭＰが『穴あき（ビード凸凹）』かどうかの判定を行う。
【００６７】
以上をまとめ、図１９を参照してレーザ溶接部ＭＰの判定処理の全体を説明する。ここで、図１９（ａ）は第１の光検出信号ＤＳ１に基づく高周波成分（例えば、１００〜５００Ｈｚ）の発光変動差分値を第１および第３の閾値Ｔｈ１およびＴｈ３を使用して判定する様子を示し、図１９（ｂ）は第２の光検出信号ＤＳ２に基づく高周波成分（例えば、１００〜５００Ｈｚ）の発光変動差分値を第２および第４の閾値Ｔｈ２およびＴｈ４を使用して判定する様子を示し、そして、図１９（ｃ）は第１の光検出信号ＤＳ１に基づく低周波成分（例えば、２〜１０Ｈｚ）の２乗処理波形を第５の閾値Ｔｈ５を使用して判定する様子を示している。
【００６８】
まず、図１９（ｂ）に示されるように、第２の光検出信号ＤＳ２に基づく高周波成分の発光変動差分値Ｈ２p-pを第２の閾値Ｔｈ２と比較してＴｈ２＜Ｈ２p-pならば、レーザ溶接部ＭＰは『フキ』であると判定する。一方、Ｈ２p-p≦Ｔｈ２ならば、図１９（ａ）に示されるように、第１の光検出信号ＤＳ１に基づく高周波成分の発光変動差分値Ｈ１p-pを第１の閾値Ｔｈ１と比較してＴｈ１＜Ｈ１p-pならば、すなわち、Ｈ２p-p≦Ｔｈ２且つＴｈ１＜Ｈ１p-pならば、レーザ溶接部ＭＰは『正常』であると判定する。
【００６９】
次に、第２の光検出信号ＤＳ２に基づく高周波成分の発光変動差分値Ｈ２p-pを第４の閾値Ｔｈ４と比較してＨ２p-p≦Ｔｈ４ならば、第１の光検出信号ＤＳ１に基づく高周波成分の発光変動差分値Ｈ１p-pを第３の閾値Ｔｈ３と比較してＴｈ３＜Ｈ１p-p≦Ｔｈ１ならば、すなわち、Ｈ２p-p≦Ｔｈ４且つＴｈ３＜Ｈ１p-p≦Ｔｈ１ならば、レーザ溶接部ＭＰは『浅いアンダーフィル（正常）』であると判定する。また、Ｈ２p-p≦Ｔｈ４且つＨ１p-p≦Ｔｈ３ならば、レーザ溶接部ＭＰは『深いアンダーフィル（または、溶け落ち）』であると判定する。
【００７０】
さらに、第２の光検出信号ＤＳ２に基づく高周波成分の発光変動差分値Ｈ２p-pを第４の閾値Ｔｈ４と比較してＴｈ４＜Ｈ２p-pならば、第１の光検出信号ＤＳ１に基づく高周波成分の発光変動差分値Ｈ１p-pを第１の閾値Ｔｈ１と比較してＨ１p-p≦Ｔｈ１ならば、すなわち、Ｔｈ４＜Ｈ２p-p且つＨ１p-p≦Ｔｈ１ならば、レーザ溶接部ＭＰは『分離ビード』であると判定する。
【００７１】
そして、図１９（ｃ）に示されるように、第１の光検出信号ＤＳ１に基づく低周波成分の発光変動差分値Ｌ１p-pを第５の閾値Ｔｈ５と比較してＴｈ５＜Ｌ１p-pならば、レーザ溶接部ＭＰは『穴あき（ビード凸凹）』であると判定する。
【００７２】
以上、詳述したように、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は、第１の光検出信号ＤＳ１に基づく高周波成分（例えば、１００〜５００Ｈｚ）の発光変動差分値を第１および第３の閾値Ｔｈ１およびＴｈ３を使用して判定（図１９（ａ）参照）すると共に、第２の光検出信号ＤＳ２に基づく高周波成分（例えば、１００〜５００Ｈｚ）の発光変動差分値を第２および第４の閾値Ｔｈ２およびＴｈ４を使用して判定（図１９（ｂ）参照）し、さらに、第１の光検出信号ＤＳ１に基づく低周波成分例えば、２〜１０Ｈｚ）の２乗処理波形を第５の閾値Ｔｈ５を使用して判定（図１９（ｃ）参照）するものである。
【００７３】
以上の記載において、例えば、図１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、第１の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。なお、被溶接材の表面に対する第２の光検出器の配置角度や被溶接材の種類等も様々に変形することができるのは前述した通りである。
【００７４】
次に示す表１は本発明を適用したレーザ溶接部の品質判定方法の一例を異なる視点からまとめたものである。
【００７５】
【表１】
2006159249.tif 000004
【００７６】
表１において、参照符号ＳＨ（ｔ）は第１の光検出信号ＤＳ１に基づく高周波成分の発光強度変化を示し、ＳＬ（ｔ）は第１の光検出信号ＤＳ１に基づく低周波成分の発光強度変化を示し、そして、ＲＨ（ｔ）は第２の光検出信号ＤＳ２に基づく高周波成分の発光強度変化を示す。
【００７７】
表１に示されるように、第１の光検出信号ＤＳ１に基づく高周波成分の発光強度変化ＳＨ（ｔ）、第１の光検出信号ＤＳ１に基づく低周波成分の発光強度変化ＳＬ（ｔ）および第２の光検出信号ＤＳ２に基づく高周波成分の発光強度変化ＲＨ（ｔ）を、前述したような第１〜第５の閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ５と比較判別することにより、レーザ溶接部ＭＰの様々な品質を判定するようになっている。
【００７８】
すなわち、Ｔｈ２＜｜ＲＨ（ｔ）｜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と判定する。また、｜ＳＨ（ｔ）｜≦Ｔｈ３且つ｜ＲＨ（ｔ）｜≦Ｔｈ４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と判定し、｜ＳＨ（ｔ）｜≦Ｔｈ１且つＴｈ４＜｜ＲＨ（ｔ）｜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と判定し、そして、Ｔｈ５＜｜ＳＬ（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と判定する。
【００７９】
さらに、Ｔｈ３＜｜ＳＨ（ｔ）｜≦Ｔｈ１且つ｜ＲＨ（ｔ）｜≦Ｔｈ４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）と判定する。そして、Ｔｈ１＜｜ＳＨ（ｔ）｜且つ｜ＲＨ（ｔ）｜≦Ｔｈ２ならば、重ねギャップＰＧが適正であり溶融部安定と判定する。
【００８０】
図２０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２０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。
【００８１】
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２０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。
【００８２】
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】
【００８３】
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】
【００８４】
【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】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定方法の原理を説明するための図（その１）である。
【図６】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定方法の原理を説明するための図（その２）である。
【図７】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定方法の原理を説明するための図（その３）である。
【図８】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９】図８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１０】図９に示すレーザ溶接部の品質判定装置による判定結果を説明するための図である。
【図１１】図８に示すレーザ溶接部の品質判定装置における第２の光検出器の配置角度を説明するための図である。
【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の流れを概略的に説明するための図である。
【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を説明するための図（その１）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を説明するための図（その２）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を説明するための図（その３）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を説明するための図（その４）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を説明するための図（その５）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を説明するための図（その６）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を説明するための図（その７）である。
【図２０】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】
【００８５】
１    レーザヘッド
２    第１の光検出器（光検出器）
３    増幅器
４    処理装置（コンピュータ）
５    第２の光検出器
１１    ビームスプリッタ
２１    第１のフィルタ（干渉フィルタ）
５１    第２のフィルタ（干渉フィルタ）
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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