(57)【要約】【課題】重ね溶接であって非貫通溶接により溶接された溶接物の溶接品質を判定できる溶接品質判定方法を提供する。【解決手段】第１被溶接材と第２被溶接材とを重ね合わせた状態で第１被溶接材にレーザ光を照射することによって第１被溶接材と第２被溶接材とを接合した溶接物の溶接品質を判定する溶接品質判定方法であって、レーザ光の照射によって第１被溶接材と第２被溶接材とがレーザ溶接されている溶接部は、レーザ溶接の際に第１被溶接材及び第２被溶接材が溶融した後に固化した部分であり、かつ、溶接部は、レーザ溶接の際に第２被溶接材の溶融領域が第２被溶接材おける第１被溶接材側とは反対側の面にまで到達しない溶接により形成されており、溶接部において第１被溶接材のレーザ光照射面に形成された溶接ビードの高さに基づいて溶接物の溶接品質を判定する溶接品質判定方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１被溶接材と第２被溶接材とを重ね合わせた状態で前記第１被溶接材にレーザ光を照射することによって前記第１被溶接材と前記第２被溶接材とを接合した溶接物の溶接品質を判定する溶接品質判定方法であって、
前記レーザ光の照射によって前記第１被溶接材と前記第２被溶接材とがレーザ溶接されている溶接部は、前記レーザ溶接の際に前記第１被溶接材及び前記第２被溶接材が溶融した後に固化した部分であり、かつ、前記溶接部は、前記レーザ溶接の際に前記第２被溶接材の溶融領域が前記第２被溶接材おける前記第１被溶接材側とは反対側の面にまで到達しない溶接により形成されており、
前記溶接部において前記第１被溶接材のレーザ光照射面に形成された溶接ビードの高さに基づいて前記溶接物の溶接品質を判定する溶接品質判定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接品質判定方法であって、
所定の高さを基準とした前記溶接ビードの高さを、非接触センサにより前記溶接ビードに沿って連続的に測定し、
前記非接触センサにより測定された測定結果から、前記溶接ビードの高さの最大値、前記溶接ビードの高さの平均値、前記溶接ビードの高さの積算値のいずれか１つ以上を判定値として算出し、
算出された前記判定値に基づいて、前記溶接部の状態を判定する溶接品質判定方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の溶接品質判定方法であって、
前記溶接部の状態を良品、アンダーフィルが発生した状態、異物が含まれる状態、アンダーカットが発生した状態、及びポロシティが発生した状態のうちいずれか一つの状態として判定する溶接品質判定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の溶接品質判定方法であって、
前記溶接ビードの高さの最大値及び前記溶接ビードの高さの積算値に基づいて、前記溶接部の状態はアンダーカットが発生した状態であるか否かを判定する溶接品質判定方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の溶接品質判定方法であって、
前記溶接ビードの高さの最大値に基づいて、前記溶接部の状態はアンダーフィルが発生した状態であるか否かを判定する溶接品質判定方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の溶接品質判定方法であって、
前記溶接ビードの高さの最大値及び前記溶接ビードの高さの平均値に基づいて、前記溶接部の状態は異物が含まれる状態であるか否かを判定する溶接品質判定方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の溶接品質判定方法であって、
前記溶接ビードの高さの積算値に基づいて、前記溶接部の状態はポロシティが発生した状態であるか否かを判定する溶接品質判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接品質判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザスキャナ装置にて、溶接ビードに沿って、１ラインずつ三角測量による計測を繰り返して被溶接材表面の多数の３次元座標を取り込み、これをコンピュータ処理にかけて、溶接ビード及び周辺部の形状を３次元のメッシュ情報として取り込むことで、溶接ビードの形状を計測する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、溶接ビードの形状を計測しているため、溶接により溶接部の表面に発生する現象を検出することで、重ね溶接であって貫通溶接により溶接された溶接物の溶接品質を判定することはできる。しかしながら、ポロシティのような溶接部の内部に発生する現象を検出することができないため、重ね溶接であって非貫通溶接により溶接された溶接物の溶接品質を判定することができないという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、重ね溶接であって非貫通溶接により溶接された溶接物の溶接品質を判定できる溶接品質判定方法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、溶接ビードの高さに基づいて溶接品質を判定することで、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、重ね溶接であって非貫通溶接により溶接された溶接物の溶接品質を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る溶接品質判定システムの構成を示す概要図である。
【図２】ラインセンサにより溶接ビードの高さを測定する場面を示す図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図であって溶接ビードの拡大図である。
【図４】ラインセンサによる測定結果の一例を示す図である。
【図５】貫通溶接による溶接部の断面図である。
【図６】貫通溶接における溶接部の表面図及び断面図の測定結果の一例である。
【図７】非貫通溶接の溶接部の断面図である。
【図８】非貫通溶接における溶接部の表面図及び断面図の測定結果の一例である。
【図９】非貫通溶接が適用される組電池の斜視図である。
【図１０】図９に示す組電池から上部加圧板と下部加圧板及び左右の側板を分解して積層体全体を露出させた状態を示す斜視図である。
【図１１】図９に示すＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図であって上部加圧板と側板との接合部の拡大図である。
【図１２】本実施形態に係る溶接品質判定システムの溶接状態判定処理フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る溶接品質判定システムの構成を示す概要図である。図１に示すように、本実施形態に係る溶接品質判定システムは、ラインセンサ１００と、溶接品質判定装置２００とを備えている。ラインセンサ１００と溶接品質判定装置２００とはケーブルを介して電気的に接続されている。
【００１１】
ラインセンサ１００は、溶接部の表面に形成される溶接ビードの高さを非接触で測定するための変位センサである。ラインセンサ１００は、少なくともレーザ光源と、一次元に配列された受光素子と、レーザ光源から照射される出力光（スポット光）を直線状（スリット光）に伸張する光学レンズと、制御器とを含む。ラインセンサ１００は、レーザ光源から照射された出力光が光学レンズを通過することで、スリット光を照射する。スリット光は対象物体により反射される。そして、ラインセンサ１００は対象物体からの反射光を受光する。レーザ光源としては、例えば、赤色半導体レーザが挙げられ、受光素子としては、例えば、ＣＭＯＳ素子やＣＣＤ素子が挙げられる。
【００１２】
ラインセンサ１００は、受光素子が反射光を受光することでラインセンサ１００と対象物体との間の距離を測定するレーザ変位センサである。具体的には、制御器は、受光素子の各画素ごとの受光量を検出することでラインセンサ１００と対象物体との間の距離を測定する。対象物体との距離を測定する方法としては、例えば、三角測距の手法が挙げられる。なお、対象物体との距離を測定する方法としては、他にも、例えば、スリット光を照射してから反射光を受光するまでの時間を計ることで対象物体との距離を測定するタイムオブフライトの手法が挙げられる。この手法の場合、ラインセンサ１００は受光素子の代わりに、例えば、受光ダイオードを有する。そして、制御器は、スリット光が対象物体で反射した場合に、受光ダイオードに到達した反射光と、スリット光との位相差を演算することでラインセンサ１００と対象物体との間の距離を測定する。
【００１３】
また、ラインセンサ１００は対象物体との距離をラインごとに測定する。例えば、受光素子が出力光をスリット光に伸張する直線状に沿う方向と平行に配列された場合に、ラインセンサ１００は、対象物体で反射されたスリット状の反射光を一次元に配列された受光素子で漏れなく受光することができ、対象物体との距離をラインごとに測定することができる。
【００１４】
さらに、ラインセンサ１００は、所定の位置を基準とした対象物体の高さを測定する。具体的には、制御器は、所定の基準位置を設定し、設定した基準位置と測定した対象物体との距離とに基づき、対象物体の高さを測定する。例えば、制御器は、予め設定されている対象物体との距離を基準位置に設定し、基準位置と測定した距離との差を演算することで対象物体の高さを測定する。詳細については後述する。
【００１５】
加えて、ラインセンサ１００は、設定された走査範囲内において走査することで対象物体全体の高さを測定する。具体的には、ラインセンサ１００は、制御器が所定の距離を走査範囲として設定することで、設定された走査範囲内を走査する。これにより、ラインセンサ１００は、対象物体に沿って走査しながら、ラインごとに対象物体の高さを測定することができるため、対象物体全体の高さを測定することができる。
【００１６】
図２〜４を用いてラインセンサ１００の具体的な動作について説明する。図２は、ラインセンサ１００により溶接ビードの高さを測定する場面を示す図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図であって溶接ビード４の拡大図である。図４は、ラインセンサ１００による測定結果の一例を示す図である。
【００１７】
図２に示すように、ラインセンサ１００は、被溶接材１の表面に形成された溶接ビード４の高さを測定する。溶接物３は、被溶接材１と被溶接材２との重ね合わせた部分を溶接する重ね溶接により溶接された溶接物である。重ね溶接により溶接された部分は溶接部として被溶接材１と被溶接材２とを接合している。溶接部は少なくとも溶接金属を含む。溶接金属は、溶接中に溶融して凝固した金属であり、溶接部の中心部分に形成される。また、溶接部には、熱影響部を含んでもよい。熱影響部は、溶接する際の熱である溶融熱で組織や機械的性質に変化が生じる部分で、被溶接材と溶接金属の間に形成される。溶接ビード４は一回の溶接で形成される溶接金属であり、被溶接材１の表面に形成される。ラインセンサ１００は、溶接ビード４に対してスリット光５を照射し、反射光６を一列に配列された受光素子で受光することで溶接ビード４の幅方向（図２に示すＸ方向）における高さをラインごとに測定する。これにより、被溶接材１の表面に形成された溶接ビード４の高さをラインごとに測定することができる。なお、溶接ビード４の幅方向とは、溶接方向（図２に示すＹ方向）と直交する方向である。例えば、図２では、溶接はＡ−Ａ線からＢ−Ｂ線又はＢ−Ｂ線からＡ−Ａ線に向かってされたものとする。
【００１８】
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図であって溶接ビード４の拡大図である。図３に示す矢印は、ラインセンサ１００と溶接ビード４と間の距離を示しており、矢印が長ければ長いほど、ラインセンサ１００と溶接ビード４との間の距離が長いことを示している。図３に示す点Ｃは予め設定された基準位置を示している。
【００１９】
図３に示すように、ラインセンサ１００は、基準位置における基準距離と溶接ビード４の幅方向における各測定点での距離とに基づき、溶接ビード４の幅方向（図３に示すＸ方向）における高さを測定する。例えば、点Ｄにおける溶接ビード４までの距離は、基準位置である点Ｃにおける距離よりも長いため、ラインセンサ１００は、点Ｄにおける溶接ビード４の高さを負の値として測定する。同様に、点Ｅにおける溶接ビード４までの距離は、基準位置である点Ｃにおける距離よりも短いため、ラインセンサ１００は、点Ｅにおける溶接ビード４の高さを正の値として測定する。
【００２０】
図４はラインセンサ１００による測定結果の一例を示す図である。横軸は溶接部の表面に形成される溶接ビードの幅を示し、縦軸は当該溶接ビードの高さを示す。また、破線Ｍ１は溶接部の表面に凹凸形状が形成された溶接ビードを示し、実線Ｍ２は破線Ｍ１に示す溶接ビードよりも溶接部の表面に微細な凹凸形状が形成された溶接ビードを示す。ラインセンサ１００は、図４に示すように、溶接ビードの幅方向（図２、３に示すＸ方向）における高さを測定する。これにより、溶接部の表面に形成された溶接ビードの凹凸を数値化して測定することができる。
【００２１】
図２に戻り、ラインセンサ１００が測定可能な溶接ビード４の範囲について説明する。ラインセンサ１００は、図２に示すＹ方向に走査しながら、溶接ビード４の高さを測定することで、溶接ビード４の始端から終端までの高さをラインごとに測定することができる。言い換えると、ラインセンサ１００は、溶接ビード４に沿って、溶接ビード４の高さを測定することができる。例えば、ラインセンサ１００が図２に示すＡ−Ａ線からＢ−Ｂ線まで走査することで、ラインセンサ１００は、溶接ビード４の全領域において、溶接ビード４の高さを測定することができる。
【００２２】
再び図1に戻り、溶接品質判定装置２００について説明する。溶接品質判定装置２００は、図１に示すように、入力装置２１０、制御装置２２０、および提示装置２３０を有する。
【００２３】
入力装置２１０は、ラインセンサ１００から出力された測定値、すなわち、溶接ビードの高さを入力信号として入力し、当該入力信号を制御装置２２０に出力する。例えば、ラインセンサ１００が走査しながら溶接ビードの高さを測定している場合に、入力装置２１０には、ラインセンサ１００で測定された溶接ビードの高さが測定値として連続的に入力される。
【００２４】
制御装置２２０は、溶接ビード４の高さに基づいて、溶接物の溶接品質を判定するためのプログラムを格納したＲＯＭ(Read Only Memory)と、このＲＯＭに格納されたプログラムを実行するＣＰＵ(Central Processing Unit)と、アクセス可能な記憶装置として機能するＲＡＭ(Random Access Memory)とから構成される。なお、動作回路としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）に代えて又はこれとともに、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを用いることができる。
【００２５】
制御装置２２０は、ＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵにより実行することにより、溶接ビードの高さから判定値を算出する判定値算出機能と、算出した判定値から溶接部の状態を判定する溶接状態判定機能と、を備える。以下に、制御装置２２０が備える各機能について説明する。
【００２６】
制御装置２２０の判定値算出機能は、ラインセンサ１００で測定された溶接ビードの高さに基づき、判定値を算出する。ラインセンサ１００が溶接ビードに沿って走査しながら溶接ビードの高さを測定する場合において、判定値算出機能は、まず、ラインセンサ１００の走査が終了するまでの間、ラインセンサ１００から連続的に入力されてくる溶接ビードの高さを一時的にＲＡＭに蓄積する。そして、判定値算出機能は、ラインセンサ１００の走査終了後に、ＲＡＭに一時的に蓄積されている複数の溶接ビードの高さを用いて、複数の判定値を算出する。
【００２７】
具体的には、判定値算出機能は、複数の溶接ビードの高さのうち最大値を抽出する。また、判定値算出機能は、複数の溶接ビードの高さの平均値を算出する。さらに、判定値算出機能は、複数の溶接ビードの高さの積算値を算出する。なお、判定値算出機能は、上述した３つの判定値のうち、１つ又は２つの判定値を算出することもできる。
【００２８】
制御装置２２０の溶接状態判定機能は、判定値算出機能により算出された複数の判定値に基づいて、溶接部の状態を判定する。具体的には、溶接状態判定機能は、溶接部の状態を良品、アンダーフィルが発生した状態、異物が含まれる状態、アンダーカットが発生した状態、及びポロシティが発生した状態のいずれか一つの状態として判定する。そして、溶接状態判定機能は溶接部の判定結果を提示装置２３０に出力する。なお、溶接状態判定機能は、溶接部の状態を、上記の溶接部の状態のうち２つ以上の状態を含んだ状態として判定することもできる。溶接状態判定機能は、例えば、溶接部の状態を、良品又はアンダーフィルが発生した状態として判定することができる。さらに、溶接状態判定機能は、例えば、溶接部の状態を、異物が含まれる状態、アンダーカットが発生した状態、又はポロシティが発生した状態として判定することができる。
【００２９】
ここで、溶接部の状態について説明する。溶接部には、溶接現象から溶接部の表面に溶接特有の現象が発生する。本実施形態において、溶接部の表面に発生する現象には、アンダーフィルが発生した状態、異物が含まれる状態、アンダーカットが発生した状態が該当する。これらの現象は、溶接部の品質を悪化させる原因となる。
【００３０】
次に、それぞれの状態について簡単に説明する。アンダーフィルは、溶接金属が被溶接材の表面まで至らず、溶接部の表面が被溶接材の表面に対して凹状に形成される現象である。また、異物には、溶接中に飛び散った溶接金属である溶接スパッタが含まれ、溶接金属内に当該異物が入り込むことで溶接部の表面は隆起する。さらに、アンダーカットは、被溶接材の表面において熱源（例えば、レーザ光源）で溶かされた部分に溶接金属を充填できず溝状に残った現象である。
【００３１】
また、溶接部には、溶接現象から溶接部の内部に溶接特有の現象が発生する。本実施形態において、溶接部の内部に発生する現象には、ポロシティが発生した状態が該当する。ポロシティは、溶接により発生したガスを巻き込むことによって生じた空洞である。当該ガスは、被溶接材に被覆された物質が溶接により熱せされることで発生する。特に、レーザ光や電子ビーム等の高エネルギー密度ビームでの溶接ではポロシティが発生しやすい。例えば、被溶接材の錆び止めのために表面が亜鉛メッキ処理された被溶接材をレーザ溶接すると、当該被溶接材の表面が溶融されて、亜鉛は気化する。亜鉛の気化により亜鉛ガスは発生する。そして、被溶接材が溶融した後に固化すると溶接部が形成され、当該亜鉛ガスが当該溶接部に留まることでポロシティは発生する。
【００３２】
続いて、溶接状態判定機能が判定できる溶接部の状態の傾向について説明する。溶接状態判定機能は、判定値算出機能により抽出又は算出されたそれぞれの判定値に基づいて、溶接ビードの凹凸形状についておおよその特徴を判断することができる。溶接状態判定機能は、例えば、溶接ビードの高さの最大値が大きければ大きいほど、溶接部の状態を、溶接ビードの一部又は全域において凸状に形成されている状態として判断することができる。また、溶接状態判定機能は、例えば、溶接ビードの高さの最大値が負の値である場合に、溶接部の状態を、溶接ビードが凹状に形成されている状態として判断することができる。さらに、溶接状態判定機能は、例えば、溶接ビードの高さの平均値が大きければ大きいほど、溶接部の状態を、溶接ビードの全域が凸状に形成されている状態又は溶接ビードの一部が極端に凸状に形成されている状態として判断することができる。加えて、溶接状態判定機能は、例えば、溶接ビードの高さの積算値が大きければ大きいほど、溶接部の状態を溶接ビードの全域が凸状に形成されている状態として判断することができる。このように、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さに基づいて、溶接部の状態の傾向を判断することができる。
【００３３】
次に、具体的な溶接状態判定機能の判定方法について例を挙げて説明する。
【００３４】
まず、溶接状態判定機能は、判定値算出機能により算出された溶接ビードの高さの最大値に基づいて、溶接部の状態を良品又はアンダーフィルが発生した状態として判定する。例えば、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの最大値が所定の正の閾値以上であるか否かを判定する。そして、溶接ビードの高さの最大値が所定の正の閾値未満である溶接物に対して、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの最大値が所定の負の閾値以下であるか否かを判定する。溶接ビードの高さの最大値が所定の正の閾値未満であり、かつ、所定の負の閾値以上である場合に、溶接状態判定機能は、溶接部の状態を良品として判定する。また、溶接ビードの高さの最大値が所定の負の閾値未満である場合に、溶接状態判定機能は、溶接部の状態をアンダーフィルが発生した状態として判定する。
【００３５】
そして、溶接状態判定機能は、判定値算出機能により算出された溶接ビードの高さの平均値に基づいて、溶接部の状態を異物が含んだ状態か否かを判定する。例えば、溶接ビードの高さの最大値が所定の正の閾値以上である溶接物に対して、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの平均値が所定の正の閾値以上か否かを判定する。溶接ビードの高さの平均値が正の閾値未満である場合に、溶接状態判定機能は、溶接部の状態を異物が発生した状態として判定する。
【００３６】
さらに、溶接状態判定機能は、判定値算出機能により算出された溶接ビードの積算値に基づいて、溶接部の状態をアンダーカットが発生した状態又はポロシティが発生した状態として判定する。例えば、溶接ビード状態の高さの最大値が所定の正の閾値以上であり、かつ、溶接ビードの高さの平均値が所定の正の閾値以上である溶接物に対して、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの積算値が所定の正の閾値以上であるか否かを判定する。溶接ビードの高さの積算値が正の閾値未満である場合に、溶接状態判定機能は、溶接部の状態をアンダーカットが発生した状態として判定する。また、溶接ビードの高さの積算値が正の閾値以上である場合に、溶接状態判定機能は、溶接部の状態をポロシティが発生した状態として判定する。
【００３７】
このように、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さに基づくそれぞれの判定値に基づいて、溶接部の状態を判定することができる。なお、判定の際に用いられるそれぞれの閾値は一定値であっても、被溶接材の厚さ、レーザ出力の強度などに基づいて可変する値であってよい。
【００３８】
提示装置２３０は、制御装置２２０の溶接状態判定機能による判定結果を、溶接品質判定装置２００の使用者に提示する。例えば、提示装置２３０は、ディスプレイ上に、溶接部の状態判定結果、及び溶接ビードの高さの最大値、平均値、積算値などの各判定値を表示することができる。これにより、溶接品質判定装置の２００の使用者は、溶接部の状態から、次に溶接する際の溶接条件（例えば、レーザの出力強度）へフィードバックをすることができる。例えば、溶接部の状態がポロシティが発生した状態、溶接ビードの高さの積算値がＸと提示装置２３０に表示された場合に、使用者は溶接条件を変更（例えば、レーザの出力強度を強くする）した後に再度溶接する。これにより、ポロシティの原因となる気泡を溶接部の外側に排出することができ、溶接部の状態が良品である溶接物を作製することができる。その結果、例えば、溶接部の状態がポロシティが発生した状態である溶接物を不良品として判定する場合に、不要な不良品判定を防ぐことができる。
【００３９】
続いて、ポロシティが発生しやすい溶接手法について説明する。以降の説明では、レーザ溶接を前提として説明する。レーザ溶接は被溶接材同士を重ね合わせて溶接する重ね溶接に適用される。また、レーザ溶接による重ね溶接では、貫通溶接と非貫通溶接の２種類の溶接がある。貫通溶接はレーザ光が重ね合わせた被溶接材を貫通する溶接である。言い換えると、貫通溶接は溶接部が完全溶け込みにより形成される溶接のことである。非貫通溶接はレーザ光が重ね合わせた被溶接材を貫通しない溶接である。言い換えると、非貫通溶接は溶接部が部分溶け込みにより形成される溶接のことである。貫通溶接と非貫通溶接は溶接する場面に応じて選択される。非貫通溶接が適用される場面については、後述する。なお、完全溶け込みと部分溶け込みとは溶け込み深さの点で異なる。溶け込み深さは、被溶接材が溶融凝固した部分のうち最深部と、レーザ光が照射された被溶接材の表面との距離である。完全溶け込みは、溶け込み深さが被溶接材の厚さに相当する状態、すなわち、レーザ溶接の際の溶融領域が被溶接材の厚さ全ての領域にわたる溶け込みのことである。一方、部分溶け込みは、溶け込み深さが被溶接材の厚さ未満である状態、すなわち、レーザ溶接の際の溶融領域が被溶接材の厚さ全ての領域にわたらない溶け込みのことである。
【００４０】
次に、図５〜８を参照しながら、重ね溶接において貫通溶接と非貫通溶接との違いを説明する。図５は、貫通溶接による溶接部３０の断面図を示し、図６は、貫通溶接における溶接部の表面図及び断面図の測定結果の一例を示す。図７は、非貫通溶接の溶接部の断面図を示し、図８は、非貫通溶接における溶接部の表面図及び断面図の測定結果の一例を示す。
【００４１】
図５は、被溶接材１０と被溶接材２０を重ね合わせて、レーザ光を被溶接材１０の表面１２側から照射することで形成された溶接部の断面図である。図５に示すように、貫通溶接により形成された溶接部３０は、被溶接材１０の表面に形成される溶接ビード３１を有している。また、溶接部３０は、レーザ溶接の際に、被溶接材２０の溶融領域が被溶接材２０におけるレーザ光が照射された側の表面２２と反対側の裏面２３まで到達する溶接により形成されている。溶接中において、溶接部３０の内部には、被溶接材１０の亜鉛メッキ処理部１１と被溶接材２０の亜鉛メッキ処理部２１とが溶融することで、亜鉛が気化し、亜鉛ガスの気泡３２が発生する。貫通溶接の場合には、溶接部３０は完全溶け込みであるため、亜鉛ガスの気泡３２は溶接中に被溶接材２０の裏面２３から溶接部３０の外側へ排出される。
【００４２】
図６は、貫通溶接における溶接部の表面図及び断面図の測定結果（撮影結果）の一例である。図６（Ａ）は、図５に示す被溶接材１０の表面図である。図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。図６（Ａ）に示すように、貫通溶接の場合には、溶接部の表面図は溶接金属が広がらずに直線性を保っている。また、図６（Ｂ）に示すように、貫通溶接の場合に、溶接部の内部に気泡が留まりにくいため、溶接部内部にポロシティが発生していない。
【００４３】
図７は、被溶接材４０と被溶接材５０を重ね合わせて、レーザ光を被溶接材４０の表面４２側から照射することで形成された溶接部６０の断面図である。図７に示すように、非貫通溶接により形成された溶接部６０は、被溶接材４０の表面に形成される溶接ビード６１を有している。また、溶接部６０は、レーザ溶接の際に、被溶接材５０の溶融領域が被溶接材５０におけるレーザ光が照射された側の表面５２と反対側の裏面５３まで到達しない溶接により形成されている。溶接中において、溶接部６０の内部には、貫通溶接と同様に、被溶接材４０の亜鉛メッキ処理部４１と被溶接材５０の亜鉛メッキ処理部５１とが溶融することで、亜鉛が気化し、亜鉛ガスの気泡６２が発生する。非貫通溶接の場合には、溶接部６０は部分溶け込みであるため、溶接中に亜鉛ガスの気泡６２を被溶接材５０の裏面５３から溶接部６０の外側へ排出することができず、亜鉛ガスの気泡６２は溶接部６０の内部に留りやすい。そして、溶接部６０が溶融凝固すると、溶接部６０の内部にはポロシティが発生する。
【００４４】
図８は、非貫通溶接における溶接部の表面図及び断面図の測定結果（撮影結果）の一例である。図８（Ａ）は、図７に示す被溶接材４０の表面図である。図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。図８（Ａ）に示すように、非貫通溶接の場合には、溶接部の表面図は、図６（Ａ）の表面図に比べて、溶接金属の広がりによる凹凸が発生している。また、図８（Ｂ）に示すように、非貫通溶接の場合に、溶接部の内部にはポロシティが発生している。さらに、溶接部の表面は、図６（Ｂ）に示す溶接部の表面に比べて、ポロシティによる凹凸形状が形成されている。
【００４５】
このように、重ね溶接であって非貫通溶接の場合に、溶接部の内部にはポロシティが発生しやすい。そして、溶接部の表面には、貫通溶接による溶接部の表面に比べて凹凸形状が溶接部全域に形成される。
【００４６】
次に、上述した重ね溶接であって非貫通溶接が適用される場面について説明する。図９は、非貫通溶接が適用される組電池の斜視図である。図９に示す組電池７０は、例えば、自動車向けのリチウムイオン組電池などが挙げられる。組電池７０は扁平形状を有する単電池７１（図１０参照）を厚み方向に複数積層した電池群７０Ａを有する。組電池７０はさらに、電池群７０Ａの前面側（図９に示すＸ負方向）に取り付けられる保護カバー７２と、単電池７１の積層方向に沿ってそれぞれの単電池７１を加圧した状態において電池群７０Ａを収容する筐体８０と、を有する。
【００４７】
筐体８０は、図９に示すように、上部加圧板８１及び下部加圧板８２により複数の単電池７１を加圧した状態において電池群７０Ａを収容している。図１０は、図９に示す組電池７０から上部加圧板８１と下部加圧板８２及び左右の側板８３を分解して電池群７０Ａ全体を露出させた状態を示す斜視図である。図９、１０より、筐体８０は、上部加圧板８１及び下部加圧板８２が電池群７０Ａを加圧した状態において、上部加圧板８１及び下部加圧板８２と側板８３を接合することで形成される筐体である。
【００４８】
具体的に、上部加圧板８１及び下部加圧板８２と側板８３との接合について説明する。上部加圧板８１と下部加圧板８２はそれぞれ側板８３との接合部として両端を折り曲げた折り曲げ部８１ａ、８２ａを有する。上部加圧板８１及び下部加圧板８２が電池群７０Ａを加圧した状態では、電池群７０Ａの上側は上部加圧板８１で覆われ、電池群７０Ａの下側は下部加圧板８２で覆われる。そして、折り曲げ部８１ａ及び折り曲げ部８２ａに側板８３を重ね合わせて、側板８３側からレーザ光を照射して非貫通溶接により溶接することで折り曲げ部８１ａ及び折り曲げ部８２ａと側板８３が接合される。言い換えると、上部加圧板８１、下部加圧板８２、及び側板８３の内側に電池群７０Ａを配置した状態で、レーザ光が側板８３の外側から照射される。そして、側板８３及び折り曲げ部８１ａ、側板８３及び折り曲げ部８２ａの溶融が、折り曲げ部８１ａ、８２ａにおける電池群７０Ａが配置されてる側の面まで達さないで、折り曲げ部８１ａ及び折り曲げ部８２ａと側板８３が接合される。これにより、レーザ光が筐体８０の内側に配置した電池群７０Ａまで達することなく、かつ、レーザ溶接により発生するコンタミ（微小なゴミ）が筐体８０の内側に混入しないようにすることができる。
【００４９】
図１１は、図９に示すＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図であって上部加圧板８１と側板８３との接合部の拡大図である。上部加圧板８１は、単電池７１（図１０参照）の膨張による負荷が筐体８０（図１０参照）の上下方向（図１０に示すＺ方向）に加わるため、図１１に示すように側板８３よりも厚く設計されている。また、レーザ光が照射される接合予定位置には、折り曲げ部８１ａと側板８３の間に隙間８４が設けられている。隙間８４は折り曲げ部８１ａ及び側板８３が溶融することで発生するガス（例えば、亜鉛ガス）を溶接部の外側に逃がすために設けられている。しかし、溶融時に発生するガスの発生量は、レーザ出力、折り曲げ部８１ａ及び側板８３の厚さ又は材料などに応じて異なる。そのため、ポロシティが発生しないように隙間８４の隙間量８５を調整する必要が生じ、ポロシティが発生している状態か否かを判定することが必要となる。
【００５０】
ポロシティが発生している状態か否かを判定する方法として、光輝度モニタによる判定方法や溶接部の抵抗値を測定する判定方法が知られている。光輝度モニタによる判定方法は、溶接ビードに照射した光が反射し、反射光の強度を測定することでポロシティが発生している状態か否かを判定する方法である。しかし、反射光の強度又は抵抗値では、良品とポロシティが発生している状態との差を明確に区別することができないため、閾値により良品とポロシティが発生している状態とを判別することができない。そのため、それぞれの判定方法では、ポロシティが発生している状態か否かを判定することができない。本実施形態における溶接品質判定方法は、ポロシティが発生している状態か否かを判定することができるため、重ね溶接であって非貫通溶接で溶接された溶接物の溶接品質を判定することができる。
【００５１】
続いて、図１２を参照して、本実施形態に係る溶接品質判定システムの動作について説明する。なお、図１２は、本実施形態に係る溶接品質判定システムの溶接状態判定処理フローを示すフローチャートである。
【００５２】
まず、ステップＳ１０１では、ラインセンサ１００は溶接ビードの高さを測定する。ラインセンサ１００は、溶接ビードの始端から終端まで走査することで溶接ビード全領域における溶接ビードの高さを測定する。
【００５３】
ステップＳ１０２では、制御装置２２０の判定値算出機能は、ラインセンサ１００で測定された複数の溶接ビードの高さに基づき、溶接部の状態を判定するための複数の判定値を算出する。例えば、制御装置２２０の判定値算出機能は、溶接ビードの高さの最大値、平均値、及び積算値を算出する。
【００５４】
ステップＳ１０３では、制御装置２２０の溶接状態判定機能は、溶接部の状態の判定処理を開始する。ステップＳ１０３〜１０６では、ステップＳ１０２で算出された判定値に応じて異なるステップへ進む。まず、ステップＳ１０３では、制御装置２２０の溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの最大値が所定の第１閾値以上であるか否かの判定を行う。溶接ビードの高さの最大値が第１閾値以上である場合に、ステップＳ１０４に進み、溶接ビードの高さの最大値が第１閾値未満である場合に、ステップＳ１０５に進む。なお、所定の第１閾値は正の閾値とする。
【００５５】
ステップＳ１０４では、制御装置２２０の溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの平均値が所定の第２閾値以上であるか否かの判定を行う。溶接ビードの高さの平均値が第２閾値以上である場合に、ステップＳ１０６に進み、溶接ビードの高さの平均値が第２閾値未満である場合に、ステップＳ１０７に進む。なお、所定の第２閾値は正の閾値とする。
【００５６】
ステップＳ１０５では、制御装置２２０の溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの最大値が所定の第３閾値以上であるか否かの判定を行う。溶接ビードの高さの最大値が第３閾値以下である場合に、ステップＳ１０８に進み、溶接ビードの高さの最大位置が第３閾値よりも大きい場合に、ステップＳ１０９に進む。なお、所定の第３閾値は負の閾値とする。
【００５７】
ステップＳ１０６では、制御装置２２０の溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの積算値が所定の第４閾値以上であるか否かの判定を行う。溶接ビードの高さの積算値が第４閾値以上である場合に、ステップＳ１１０に進み、溶接ビードの高さの積算値が第４閾値未満である場合に、ステップＳ１１１に進む。なお、所定の第４閾値は正の閾値とする。
【００５８】
ステップＳ１０７〜１１１は、溶接部の状態を判定するステップである。ステップＳ１０７では、制御装置２２０の溶接状態判定機能は、溶接部の状態を異物が含まれる状態と判定する。ステップＳ１０８では、制御装置２２０の溶接状態判定機能は、溶接部の状態をアンダーフィルが発生した状態と判定する。ステップＳ１０９では、制御装置２２０の溶接状態判定機能は、溶接部の状態を良品と判定する。ステップＳ１１０では、制御装置２２０の溶接状態判定機能は、溶接部の状態はポロシティが発生した状態と判定する。ステップＳ１１１では、制御装置２２０の溶接状態判定機能は、溶接部の状態をアンダーカットが発生した状態と判定する。そして、ステップＳ１０７〜１１１が終了すると、溶接状態判定機能は、図１２に示す溶接状態処理を終了する。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る溶接品質判定装置２００は、溶接ビードの高さに基づいて、重ね溶接であって非貫通溶接により溶接された溶接物の溶接品質を判定する。これにより、ポロシティのような溶接部内部に発生する現象を検出することができる。その結果、重ね溶接であって非貫通溶接により溶接された溶接物の溶接品質を判定することができる。
【００６０】
また、本実施形態において、所定の高さを基準とした溶接ビードの高さを、ラインセンサ１００により溶接ビードに沿って連続的に測定する。そして、ラインセンサ１００の測定結果から、溶接ビードの高さの最大値、平均値、及び積算値を判定値として算出し、算出された判定値に基づいて、溶接部の状態を判定する。これにより、被溶接材の表面に付着した異物による誤検出を判別することができ、溶接部の状態を精度よく判定することができる。
【００６１】
さらに、本実施形態では、溶接の状態を良品、アンダーフィルが発生した状態、異物が含まれる状態、アンダーカットが発生した状態、及びポロシティが発生した状態のうちいずれか一つの状態として判定する。これにより、溶接部の表面に発生する現象だけでなく、ポロシティのような溶接部の内部に発生する現象を適切に検出することができる。そのため、重ね溶接であって非貫通溶接により溶接された溶接物の溶接品質を判定することができる。
【００６２】
なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００６３】
例えば、上述した実施形態では、制御装置２２０の溶接状態判定機能は、図１２に示すようなフローチャートにより溶接部の状態を良品、アンダーフィルが発生した状態、異物が含まれる状態、アンダーカットが発生した状態、及びポロシティが発生した状態のうちいずれか一つの状態として判定する構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの最大値、平均値、積算値それぞれの判定値又は判定値の組み合わせを用いて以下のように溶接部の状態を判定することができる。
【００６４】
溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの最大値及び積算値に基づいて、溶接部の状態をアンダーカットが発生した状態として判定することができる。例えば、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの最大値が所定の正の閾値以上であって、かつ、溶接ビードの高さの積算値が所定の正の閾値以上である場合に、溶接部の状態をアンダーカットが発生した状態として判定することができる。これにより、アンダーカットが発生した状態を適切に検出することができる。
【００６５】
また、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの最大値に基づいて、溶接部の状態をアンダーフィルが発生した状態であるか否かを判定することができる。例えば、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの最大値が所定の負の閾値未満である場合に、溶接部の状態をアンダーフィルが発生した状態であると判定することができる。これにより、アンダーフィルが発生した状態を適切に検出することができる。
【００６６】
さらに、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの最大値及び平均値に基づいて、溶接部の状態を異物が含まれる状態として判定することができる。例えば、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの最大値が所定の正の閾値以上であって、かつ、溶接ビードの高さの平均値が正の閾値未満である場合に、溶接部の状態を異物が含まれる状態として判定することができる。これにより、異物が含まれる状態であるか否かを適切に検出することができる。
【００６７】
加えて、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの積算値に基づいて、溶接部の状態をポロシティが発生した状態であると判定することができる。例えば、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの積算値が所定の正の閾値以上である場合に、溶接部の状態をポロシティが発生した状態として判定することができる。これにより、ポロシティが発生した状態を適切に検出することができる。
【００６８】
また、例えば、上述した実施形態では、制御装置２２０の溶接状態判定機能は、図１２に示すようなフローチャートにより溶接部の状態を判定する構成を例示したが、この構成に限定されない。フローチャートにおける各判定値の判定順序は図１２に示すような順序に限定されず各判定値の判定順序は順不同でもよい。例えば、制御装置２２０の溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの積算値に基づいて、溶接部の状態をポロシティが発生した状態か否かを判定した後に、その他の溶接部の状態を判定する構成としてもよい。これにより、溶接部の状態がポロシティが発生した状態である溶接物を判定しやすくなり、溶接部の状態をポロシティが発生した状態と判定するのにかかる演算負荷を軽減することができる。
【００６９】
さらに、上述した実施形態では、ラインセンサ１００により測定された溶接ビードの高さに基づいて、溶接品質判定装置２００の制御装置２２０が判定値を算出する構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、ラインセンサ１００の制御器には、測定した溶接ビードの高さを一時的に蓄積するＲＡＭや、測定値の最大値、平均値、及び積算値を算出する算出機能を含むことができる。これにより、ラインセンサ１００は、走査終了後に、ＲＡＭから一時的に蓄積された複数の溶接ビードの高さに基づいて、溶接ビードの高さの最大値、平均値、及び積算値を算出することができる。そして、溶接品質判定装置２００は、ラインセンサ１００により算出された判定値に基づき、溶接部の状態を判定することができる。
【００７０】
以下に、本発明をさらに具体化した実施例により本発明の効果を確認した。以下の実施例は、上述した実施形態における溶接物の溶接品質判定の効果を確認するためのものである。
【実施例】
【００７１】
本実施例では、本実施形態に係る溶接品質判定装置２００を、複数の単電池を拘束する板部材の溶接部に適用した。具体的には、図９に示すように、上板、下板、２枚の側板の内側に複数の電池セルを配置した状態で、拘束する板部材同士を重ね溶接であって非貫通溶接により接合した溶接部に適用した。なお、非貫通溶接はレーザ溶接により実施された。
【００７２】
また、本実施例では、被溶接材として図１１に示すような上板の折り曲げ部及び側板が用いられた。なお、以降の説明では、上板の折り曲げ部を上板と称し、側板を下板と称す。
【００７３】
さらに、本実施例では、溶接部の表面に形成された溶接ビードの高さを測定するために、上板と下板とが溶接された面に対して、ラインセンサを平行に設置した。ラインセンサは、溶接部に沿うように溶接部の始点から設定された距離を走査する。ラインセンサの測定手法は三角測距方式であり、ラインセンサのサンプル周期は３２ｕｓ、ラインセンサの走査速度は３０ｍｍ／ｓである。また、ラインセンサの走査範囲は、始点から３０ｍｍであり、溶接部との距離は６０ｍｍである。
【００７４】
加えて、本実施例では、ラインセンサとＰＣをケーブルで接続し、ラインセンサが溶接ビードの高さを測定した。ＰＣは測定された溶接ビードの高さに基づいて溶接部の状態を判定した。
【００７５】
また、本実施例では、溶接物の溶接品質判定の効果を確認するにあたり、複数のサンプルを作製した。具体的には、上板と下板との間に設けられている隙間量（図１１に示す隙間量８５に相当）をコントロールして、予め溶接部の状態がポロシティが発生した状態であることを分かっているサンプルを作製した。そして、作製したサンプルと予め用意された良品サンプルに対して溶接部の状態を判定した。なお、上板及び下板は亜鉛メッキ鋼板であり、上板の厚さは２．３ｍｍ、下板の厚さは０．５ｍｍである。
【００７６】
＜＜実施例１＞＞
上板と下板との間の隙間量が０ｍｍである溶接部に対して、溶接部の表面（溶接ビード）をラインセンサで測定した。
＜＜実施例２〜４＞＞
上板と下板との間の隙間量が０．０５ｍｍである溶接部に対して、溶接部の表面（溶接ビード）をラインセンサで測定した。
＜＜実施例５＞＞
上板と下板との間の隙間量が０．０６ｍｍである溶接部に対して、溶接部の表面（溶接ビード）をラインセンサで測定した。
＜＜実施例６＞＞
上板と下板との間の隙間量が０．０７ｍｍである溶接部に対して、溶接部の表面（溶接ビード）をラインセンサで測定した。
＜＜実施例７＞＞
上板と下板との間の隙間量が０．０８ｍｍである溶接部に対して、溶接部の表面（溶接ビード）をラインセンサで測定した。
＜＜実施例８＞＞
上板と下板との間の隙間量が０．０９ｍｍである溶接部に対して、溶接部の表面（溶接ビード）をラインセンサで測定した。
＜＜実施例９＞＞
上板と下板との間の隙間量が０．１ｍｍである溶接部に対して、溶接部の表面（溶接ビード）をラインセンサで測定した。
＜＜実施例１０＞＞
上板と下板との間の隙間量が０．３ｍｍである溶接部に対して、溶接部の表面（溶接ビード）をラインセンサで測定した。
【００７７】
表１は、本実施例における溶接部の状態の判定結果である。
【００７８】
【表１】
2018079502.tif 000003
【００７９】
本実施例では、図１２に示すフローチャートを用いたうえで、第１閾値を０．３５ｍｍに、第２閾値を０．１ｍｍに、第３閾値を−０．３ｍｍに、第４閾値を１００ｍ・ｓに設定して、実施例１〜１０のサンプルを判定した。例として実施例１について溶接状態判定処理を説明する。
【００８０】
図１２に示すステップＳ１０３では、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの最大値が０．３５ｍｍ以上であるか否かを判定する。溶接状態判定機能は、実施例１における溶接ビードの高さの最大値が０．３８ｍｍ（＞０．３５ｍｍ）であるため、ステップＳ１０４に処理を進める。ステップＳ１０４では、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの平均値が０．１ｍｍ以上であるか否かを判定する。溶接状態判定機能は、実施例１における溶接ビードの高さの平均値が０．２２ｍｍ（＞０．１ｍｍ）であるため、ステップＳ１０８に処理を進める。ステップＳ１０８では、溶接状態判定機能は、溶接ビードの高さの積算値にが１００ｍｍ・ｓ以上であるか否かを判定する。溶接状態判定機能は、実施例１における溶接ビードの高さの積算値が２１１ｍｍ・ｓ（＞１００ｍ・ｓ）であるため、ステップＳ１１０に処理を進める。そして、ステップＳ１１０では、溶接状態判定機能は、実施例１における溶接部の状態を、ポロシティが発生した状態として判定して、溶接状態判定処理を終了する。溶接状態判定機能は、実施例２〜１０についても同様の処理をすることで、それぞれのサンプルの溶接部の状態を判定することができる。このような溶接状態判定処理を実行することで、溶接部の状態がポロシティが発生した状態であるサンプルと良品サンプルを明確に判定することができた。また、溶接部のその他の状態についても判定することができ、本実施形態における溶接物の溶接品質判定の効果を確認することができた。
【００８１】
上記のラインセンサ１００は本発明の非接触センサに相当し、上記の被溶接材４０は本発明の第１被溶接材に相当し、上記の被溶接材５０は本発明の第２被溶接材に相当する。
【符号の説明】
【００８２】
１００…ラインセンサ
２００…溶接品質判定装置
２１０…入力装置
２２０…制御装置
２３０…提示装置
【図１】
2018079502.tif 000004
【図２】
2018079502.tif 000005
【図３】
2018079502.tif 000006
【図４】
2018079502.tif 000007
【図５】
2018079502.tif 000008
【図６】
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【図７】
2018079502.tif 000010
【図８】
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【図９】
2018079502.tif 000012
【図１０】
2018079502.tif 000013
【図１１】
2018079502.tif 000014
【図１２】
2018079502.tif 000015