(57)【要約】【課題】被溶接物にレーザ溶接を施すと同時にレーザ溶接の接合品質の検査工程を実施することにより、レーザ溶接の品質管理にかかる時間を短縮し、且つ、装置コストを抑えることのできるレーザ溶接装置及びレーザ溶接の品質管理方法を提供する。【解決手段】被溶接物Ｗを一対のアーム間で保持しながら被溶接物Ｗをレーザ溶接するレーザスポットガン２を具備し、レーザスポットガン２によりレーザ溶接を施すと共に、被溶接物Ｗの接合状態の検査を行なうレーザ溶接装置１であって、レーザスポットガン２は、被溶接物Ｗにレーザ光Ｌを照射し被溶接物Ｗの溶融を行なう第１のアーム部３、４と、第１のアーム部３、４により溶融される被溶接物Ｗに対し所定波長の検査光Ｓ１を照射し、その反射光Ｓ２の強度を検出する第２のアーム部５、６と、被溶接物Ｗの接合状態の判定を行なう制御部１３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接物を一対のアーム間で保持しながら該被溶接物をレーザ溶接するレーザスポットガンを具備し、前記レーザスポットガンによりレーザ溶接を施すと共に、前記被溶接物の接合状態の検査を行なうレーザ溶接装置であって、
前記レーザスポットガンは、前記被溶接物にレーザ光を照射し該被溶接物の溶融を行なう第１のアーム部と、前記第１のアーム部により溶融される前記被溶接物に対し所定波長の検査光を照射し、その反射光の強度を検出する第２のアーム部と、前記被溶接物の接合状態の判定を行なう制御部とを備え、
前記制御部は、前記第２のアーム部により検出される前記反射光の強度に基づき、前記被溶接物の接合状態を判定することを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
前記制御部は、所定の光強度を基準値として記憶する記憶手段を備え、
前記第２のアーム部により検出される前記反射光の強度と前記記憶手段に記憶されている基準値とを比較することにより前記被溶接物の接合状態を判定することを特徴とする請求項１に記載されたレーザ溶接装置。
【請求項３】
被溶接物を一対のアーム間で保持しながら該被溶接物をレーザ溶接するレーザスポットガンによりレーザ溶接を施すと共に、前記被溶接物の接合状態の検査を行なうレーザ溶接の品質管理方法であって、
前記レーザスポットガンは、第１のアーム部により前記被溶接物にレーザ光を照射し該被溶接物の溶融を行うと共に、前記第１のアーム部により溶融される前記被溶接物に対し第２のアーム部により所定波長の検査光を照射して、その反射光強度を検出し、
前記反射光強度の検出値が供給される制御部において、前記反射光強度に基づき、前記被溶接物の接合状態を判定することを特徴とするレーザ溶接の品質管理方法。
【請求項４】
前記制御部は、
前記第２のアーム部により前記反射光強度の検出値が供給されると、
所定の光強度を基準値として記憶する記憶手段から該基準値を読出し、当該基準値と前記供給された反射光強度の検出値とを比較することにより前記被溶接物の接合状態を判定することを特徴とする請求項３に記載されたレーザ溶接の品質管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接装置及びレーザ溶接の品質管理方法に関し、特に重ねられた鋼板に対しレーザ溶接を施し、その接合状態を検査するレーザ溶接装置及びレーザ溶接の品質管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、重ねられた鋼板同士を接合するためにレーザ溶接を施し、その接合状態を検査する場合、従来は、目視による検査や、或いは、溶接部を指向する光センサを配置し、レーザ光に誘起されて溶接部で発生するプラズマ強度を前記光センサで監視する方法等がある。このうち、目視による検査は、経験の長い作業者でなければ高精度の検査を行なうことができないため、歩留まりが低いという課題があった。
【０００３】
一方、光センサを用いたレーザ溶接管理方法に関しては、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたレーザ溶接の管理方法について図５を用いて説明する。
図５に示すように、特許文献１に開示のレーザ溶接装置においては、重ね合わせられた被溶接物Ｗに対し、ＣＯ2、ＹＡＧ等のレーザ発振器（図示せず）から出力されたレーザ光Ｌをレンズ等の集光光学系５０で集光した上で照射し、被溶接物Ｗとレーザ光Ｌとを所定速度で相対移動させながら溶接を行なうようになされている。
【０００４】
被溶接物Ｗの上方には、その溶接部Ｂを指向するフォトトランジスタ等の光センサ５１が配置され、レーザ光Ｌに誘起されて溶接部Ｂで発生するプラズマＰの強度を光センサ５１で監視するようになされている。
さらに、被溶接物Ｗの下方（裏側）には、溶接部Ｂを指向し、被溶接物Ｗの裏側で発生するプラズマＰの強度を監視する光センサ５２が配置されている。
このような構成において、レーザ溶接の接合状態を検査する場合、光センサ５１、５２において検出された値と、図示しないコンピュータのメモリに予め記憶された基準値とを比較することにより、溶接状態の適否の判定がなされる。
【特許文献１】特開平６−２６２３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の方法によれば、レーザ誘起プラズマの発光強度と溶接の強度との相関関係に基づき溶接状態を検査するため、高精度にレーザ溶接の品質管理を行なうことができる。
しかしながら、特許文献１に開示の方法にあっては、光センサ５１、５２を被溶接物Ｗの上下に配置する際、溶接部位ごとに正確な位置決めを行なう必要があり、また、溶接後に検査工程を行なうため、各溶接部位に対する接合状態の検査に長時間を要するという課題があった。
また、図５に示される装置にあっては、前記光センサ５１、５２を高精度に固定するための治具が必要となるため、装置にかかるコストが嵩むという課題があった。
【０００６】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、被溶接物にレーザ溶接を施すと同時にレーザ溶接の接合品質の検査工程を実施することにより、レーザ溶接の品質管理にかかる時間を短縮し、且つ、装置コストを抑えることのできるレーザ溶接装置及びレーザ溶接の品質管理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するために、本発明に係るレーザ溶接装置は、被溶接物を一対のアーム間で保持しながら該被溶接物をレーザ溶接するレーザスポットガンを具備し、前記レーザスポットガンによりレーザ溶接を施すと共に、前記被溶接物の接合状態の検査を行なうレーザ溶接装置であって、前記レーザスポットガンは、前記被溶接物にレーザ光を照射し該被溶接物の溶融を行なう第１のアーム部と、前記第１のアーム部により溶融される前記被溶接物に対し所定波長の検査光を照射し、その反射光の強度を検出する第２のアーム部と、前記被溶接物の接合状態の判定を行なう制御部とを備え、前記制御部は、前記第２のアーム部により検出される前記反射光の強度に基づき、前記被溶接物の接合状態を判定することに特徴を有する。
尚、前記制御部は、所定の光強度を基準値として記憶する記憶手段を備え、前記第２のアーム部により検出される前記反射光の強度と前記記憶手段に記憶されている基準値とを比較することにより前記被溶接物の接合状態を判定することが好ましい。
【０００８】
このような構成によれば、被溶接物に対しレーザ溶接を施しながら、その接合品質の検査工程を実施することができるため、レーザ溶接の品質管理に要する時間を短縮することができる。
また、装置構成として、レーザ溶接を施す状態で、反射光の強度を検出する第２のアーム部は常に被溶接物に対し所定位置に配置されるため、接合状態の検査工程における、その配置を容易にすることができる。
また、本発明にかかるレーザ溶接装置を構成する場合、前記第２のアーム部が有する機構を、従来汎用のスポットガンの下側のアーム側に持たせることで実現できるため、装置コストを抑えることができる。
【０００９】
また、課題を解決するために、本発明に係るレーザ溶接の品質管理方法は、被溶接物を一対のアーム間で保持しながら該被溶接物をレーザ溶接するレーザスポットガンによりレーザ溶接を施すと共に、前記被溶接物の接合状態の検査を行なうレーザ溶接の品質管理方法であって、前記レーザスポットガンは、第１のアーム部により前記被溶接物にレーザ光を照射し該被溶接物の溶融を行うと共に、前記第１のアーム部により溶融される前記被溶接物に対し第２のアーム部により所定波長の検査光を照射して、その反射光強度を検出し、前記反射光強度の検出値が供給される制御部において、前記反射光強度に基づき、前記被溶接物の接合状態を判定することに特徴を有する。
尚、前記制御部は、前記第２のアーム部により前記反射光強度の検出値が供給されると、所定の光強度を基準値として記憶する記憶手段から該基準値を読出し、当該基準値と前記供給された反射光強度の検出値とを比較することにより前記被溶接物の接合状態を判定することが好ましい。
【００１０】
このような方法によれば、被溶接物に対しレーザ溶接を施しながら、その接合品質の検査工程を実施することができるため、レーザ溶接の品質管理に要する時間を短縮することができる。
また、この方法を実施する装置構成として、レーザ溶接を施す状態で、反射光の強度を検出する第２のアーム部は常に被溶接物に対し所定位置に配置されるため、接合状態の検査工程における、その配置を容易にすることができる。
また、本発明にかかるレーザ溶接の品質管理方法を構成する場合、前記第２のアーム部が有する機構を、従来汎用のスポットガンの下側のアーム側に持たせることで実現できるため、装置コストを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被溶接物にレーザ溶接を施すと同時にレーザ溶接の接合品質の検査工程を実施することにより、レーザ溶接の品質管理にかかる時間を短縮し、且つ、装置コストを抑えることのできるレーザ溶接装置及びレーザ溶接の品質管理方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るレーザ溶接装置及びレーザ溶接の品質管理方法の実施の形態について図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るレーザ溶接装置の概略全体構成を示す図である。図１に示すように、このレーザ溶接装置１は、複数の鋼板（図では２枚）が重ねられた被溶接物ＷをＹＡＧレーザ光により溶接し、その接合状態を検査するためのレーザスポットガン２を備える。尚、図１において、このレーザスポットガン２については断面図で示している。
【００１３】
レーザスポットガン２は、図１に示すように先端がＣ字型形状をなした一対のアーム部からなり、図示するように被溶接物Ｗを前記アーム部で挟み込み、被溶接物Ｗを保持した状態で使用される。
レーザスポットガン２を構成する一対のアーム部のうち、被溶接物Ｗの上方に配置されるアーム部（第１のアーム部）は、ＹＡＧレーザ光Ｌを発射するレーザノズル４と、このレーザノズル４を支持し、レーザノズル４に光ファイバ１０によりレーザ光を伝送するガンアーム３からなる。一方、被溶接物Ｗの下方に配置されるアーム部（第２のアーム部）は、溶接部位Ｂの下側（裏側）からのデータ検出を行なうセンサ部６とこのセンサ部６を支持するセンサアーム５からなる。
【００１４】
尚、ガンアーム３とセンサアーム５とは夫々上下方向に移動可能に構成されており、レーザ溶接及び溶接状態の検査を行なう際には、レーザノズル４が被溶接物Ｗの溶接部位Ｂの上側面に密着し、センサ部６の上端が溶接部位Ｂの下側面に密着するようアーム移動操作がなされる。
【００１５】
また、図示するようにガンアーム３には、ＹＡＧレーザ光を発振するレーザ発振部１１からレーザ光が供給される。そして、ガンアーム３は光ファイバ１０によってレーザノズル４にレーザ光を伝送し、レーザノズル４はレーザ光Ｌを被溶接物Ｗの溶接部位Ｂに照射することによって溶接を行なうようになされている。
また、センサ部６は、図２の拡大断面図及び図３の平面図に示すように、上部が開放した円筒状のケーシング９の内周面９ａに円板ドーナツ状の照明部材７が係止し、さらに照明部材７の中央に形成された貫通孔７ｂにフォトセンサ８が係止している。
【００１６】
図２に示すように照明部材７の上面７ａからは、上方に向けて所定波長の検査光Ｓ１が照射される。照明部材７には、例えば指向性の高い照明素子として複数のＬＥＤ素子（図示せず）が配置され、それら複数のＬＥＤ素子が発光することにより、照明部材７の上面７ａ全体から溶接部位Ｂに対し所定波長の検査光Ｓ１が照射されるようになされている。
また、図１に示すように照明部材７（のＬＥＤ素子）には発光駆動部１２が接続され、この発光駆動部１２からの電源供給により照明部材７が発光するよう構成されている。尚、発光駆動部１２は、このレーザ溶接装置１全体の動作制御を行なう制御部１３に接続され、制御部１３の制御により発光駆動部１２の動作が制御される。
【００１７】
また、フォトセンサ８は、照明部材７によって被溶接物Ｗの下側Ｗ１の溶接部位Ｂに照射されて反射した反射光Ｓ２の光強度を検出するよう機能し、その検出値を制御部１３に供給するようになされている。
また、制御部１３内には所定の光強度が基準値として予め記憶されているメモリ１３ａ（記憶手段）が設けられている。
【００１８】
このように構成されたレーザ溶接装置１において、被溶接物Ｗに対する溶接及び溶接状態の検査を行なう場合、次のようになされる。
先ず、図１に示すように被溶接物Ｗをレーザスポットガン２により挟み込み、保持した状態で、制御部１３からの命令によりレーザ発振部１１がＹＡＧレーザを発振し、レーザ光Ｌがレーザノズル４まで伝送される。
レーザノズル４の先端（下端）からはレーザ光が被溶接物Ｗの溶接部位Ｂに照射され、これにより溶接部位Ｂの溶融が開始される。
【００１９】
一方、センサ部６では、レーザ溶接開始と同時に発光駆動部１２の駆動制御により照明部材７が発光し、被溶接物Ｗの下側Ｗ１の溶接部位Ｂに検査光Ｓ１が照射される。
そして、被溶接物Ｗの下側Ｗ１の溶接部位Ｂに反射した反射光Ｓ２がフォトセンサ８の受光部８ａで受光され、受光強度の検出値が制御部１３に供給される。
制御部１３では、メモリ１３ａに予め記憶された光強度の基準値を読み出し、その基準値と、前記供給された検出値とを比較し、その比較結果に基づき溶接の接合状態を判定する。
【００２０】
尚、この制御部１３における接合状態の判定は、反射光Ｓ２の強度と溶接の強度との相関関係に基づき行なわれる。
例えば、反射光Ｓ２の検出値が基準値より大きければ接合不十分（ＮＧ）と判定され、検出値が基準値より小さければ接合十分（ＯＫ）と判定される。
即ち、図４（ａ）に示すように、溶融が不十分で溶融物１５が被溶接物Ｗの下側Ｗ１まで達していない場合、被溶接物Ｗの下側Ｗ１の表面は滑らかであり、検査光Ｓ１の反射光Ｓ２は、その大部分がフォトセンサ８の受光部８ａによって受光される。したがって、溶接が不十分な場合、受光強度値は大きな値となる。
【００２１】
一方、図４（ｂ）に示すように、溶融が十分で溶融物１５が被溶接物Ｗの下側Ｗ１まで達している場合、被溶接物Ｗの下側Ｗ１にはビード（凹凸）が形成される。このため、照明部材７から照射された検査光Ｓ１の反射光Ｓ２はケーシング９内で拡散し、フォトセンサ８の受光部８ａによって受光される反射光Ｓ２の受光強度は小さくなる。したがって、溶接が十分な場合、受光強度の検出値は小さな値となる。
尚、接合状態を判定するためにメモリ１３ａに予め記憶される光強度の基準値は、実験による複数回のデータ採取により決定されるのが望ましい。
また、制御部１３における判定処理は、短時間間隔で連続的に行なうのが好ましく、その結果は、図示しない出力手段（例えば、画面モニタ、スピーカ等）に出力される。
【００２２】
以上のように本発明に係るレーザ溶接装置及びレーザ溶接の品質管理方法の実施の形態によれば、被溶接物Ｗに対しレーザ溶接を施しながら、その接合品質の検査工程を実施することができ、レーザ溶接の品質管理に要する時間を短縮することができる。
また、装置構成として、レーザ溶接を施す状態で、センサ部６は常に溶接部位Ｂの下方に位置するため、センサ部６の配置を容易に行なうことができる。
また、本発明にかかるレーザ溶接装置を構成する場合、センサ部６は、従来汎用のスポットガンの下側のアーム側に設ければよいため、装置コストを抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、車両組立工程等の薄鋼板の重ね溶接に用いられるレーザ溶接装置及びレーザ溶接の品質管理方法に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明に係るレーザ溶接装置の概略全体構成を示す図である。
【図２】図２は、センサ部の拡大断面図である。
【図３】図３は、センサ部の平面図である。
【図４】図４は、溶接の接合状態に対する反射光の変化を説明するための図である。
【図５】図５は、従来のレーザ溶接装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２５】
１        レーザ溶接装置
２        レーザスポットガン
３        ガンアーム
４        レーザノズル
５        センサアーム
６        センサ部
７        照明部材
８        フォトセンサ
１０      光ファイバ
１１      レーザ発振部
１２      発光駆動部
１３      制御部（制御手段）
１３ａ    メモリ（記憶手段）
Ｂ        溶接部位
Ｌ        レーザ光
Ｓ１      検査光
Ｓ２      反射光
Ｗ        被溶接物
【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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