(57)【要約】【課題】レーザ光を用いて樹脂からなる溶着物の溶着状態を高精度で効率的に検査することができる溶着検査装置及び溶着検査方法を提供する。【解決手段】レーザ光に対して透明性のある樹脂及び吸収性のある樹脂が溶着されている溶着物の溶着状態を検査するための溶着検査装置において、前記溶着物の溶着面を検査するためのレーザ光を照射する検査用レーザ光照射部と、前記検査用レーザ光照射部にて照射されたレーザ光の溶着面で反射された反射光を受光する受光部と、前記レーザ光が前記受光部で受光される光路上に通過する反射光を選定するための受光選定部とを有することにより、上記課題を解決する。【選択図】        図３
2004361229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光に対して透明性のある樹脂及び吸収性のある樹脂が溶着されている溶着物の溶着状態を検査するための溶着検査装置において、
前記溶着物の溶着面を検査するためのレーザ光を照射する検査用レーザ光照射部と、
前記検査用レーザ光照射部にて照射されたレーザ光の溶着面で反射された反射光を受光する受光部と、
前記レーザ光が前記受光部で受光される光路上に通過する反射光を選定するための受光選定部とを有することを特徴とする溶着検査装置。
【請求項２】
前記受光選定部は、
前記受光部にて受光される反射光の波長に対して所定の波長領域の光を通過させるフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の溶着検査装置。
【請求項３】
前記受光選定部は、
前記レーザ光が前記溶着物に反射されることにより生じる散乱光を通過させないようにするためのマスクを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶着検査装置。
【請求項４】
前記受光選定部は、
前記受光部にて受光されるレーザ光を結像させるための光学系を有することを特徴とする請求項１に記載の溶着検査装置。
【請求項５】
レーザ光に対して透明性のある樹脂及び吸収性のある樹脂が溶着されている溶着物の溶着状態を検査するための溶着検査方法において、
前記溶着物の溶着面を検査するためのレーザ光を照射する検査用レーザ光照射段階と、
前記検査用レーザ光照射段階にて照射されたレーザ光の溶着面で反射された反射光を受光する受光段階と、
前記レーザ光が前記受光段階で受光される光路上に通過する反射光を選定するための受光選定段階とを有することを特徴とする溶着検査方法。
【請求項６】
前記受光選定段階は、
フィルタにより前記受光段階にて受光される反射光の波長に対して所定の波長領域の光を通過させることを特徴とする請求項５に記載の溶着検査方法。
【請求項７】
前記受光選定段階は、
マスクにより前記レーザ光が前記溶着物に反射されることにより生じる散乱光を通過させないようにすることを特徴とする請求項５又は６に記載の溶着検査方法。
【請求項８】
前記受光選定段階は、
光学系により前記受光段階にて受光されるレーザ光を結像させることを特徴とする請求項５に記載の溶着検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶着検査装置及び溶着検査方法に係り、特に、樹脂同士の溶着において、その溶着状態を高精度で効率的に検査することができる溶着検査装置及び溶着検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、軽量化及び低コスト化を図るため、自動車等における各部品を樹脂化した樹脂成形品が用いられることがある。また、樹脂成形品の高生産性化等の観点より、樹脂成形品を予め複数に分割して成形し、これらの分割成形品を互いに接合した樹脂成形品が用いられている。
【０００３】
ここで、樹脂材同士の溶着方法としては、接着剤等による接合が行われていたが、熱による影響で接合が剥がれることがあったため、最近では、レーザ光を用いて樹脂材を加熱溶融させることで接合する方法が利用されている。
【０００４】
また、溶着方法として、レーザ光に対して透過性のある透過性樹脂材と、レーザ光に対して吸収性のある吸収性樹脂材とを重ね合わせた後、透過性樹脂材側からレーザ光を照射することにより、透過性樹脂材と吸収性樹脂材との当接面同士を加熱溶融させて両者を一体的に接合するレーザ溶着方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、溶着した溶着物が所望の接合ができているかの溶着状態の判定を行う場合作業員が手作業により抜き取り目視検査による品質判定を行っていたため、判定に多大な時間とコストを有していた。これに対応するため、温度センサを有し、溶着前後における被溶着物の近傍の温度差を求め、この温度差に基づいて良否判定を行う溶着判定装置に関する技術がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
更に、光源とイメージセンサとを対応付けて設置し、所定の入射角にて試料に入射させ、試料からの反射光の入射面での干渉光強度分布に基づいて微小領域の膜厚及び表面形状を計測する技術がある（例えば、特許文献３参照。）。これらの技術を利用して検査用光源により接合面に照射した溶着状態を受光して溶着状態を検査する方法が考えられる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１０５４９９号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平１０−２４９９４１号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開平８−８２５１１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載の内容は、溶着装置とは別に温度センサ等の装置構成を付加させる必要があるため、コストが増大になってしまう。また、温度センサを判定装置に溶着前後における被溶着物の近傍の温度を夫々検出する少なくとも２以上の温度センサを設ける必要があり、温度センサからの計測温度から温度差を算出し、算出された温度差から求め、更に、温度差から予め設定した規定値との比較して溶着良否を判定するため、制御が複雑になり効率的に判定を行っているとは言えなかった。
【００１１】
更に、特許文献３に記載の方法を用いた場合、重ね継手により溶着された部位は、表面側の樹脂が透明である場合に溶着面を目視や検査用光源により溶着状態を検査することは容易である。しかしながら、表面側の樹脂が検査用光源の波長に対し、ある程度の透過率を有する場合は目視や検査用光源による検査は容易ではない。なぜなら、受光部の監視点は検査用光源の照射点に位置付けられ、検査用光源による検査では、接合表面からの反射光と、樹脂内の散乱光の影響により反射光を正確に受光することができないからであり、これにより、溶着状態の高精度な検査を行うことができない。
【００１２】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、レーザ光を用いて樹脂からなる溶着物の溶着状態を高精度で効率的に検査することができる溶着検査装置及び溶着検査方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【００１４】
請求項１に記載された発明は、レーザ光に対して透明性のある樹脂及び吸収性のある樹脂が溶着されている溶着物の溶着状態を検査するための溶着検査装置において、前記溶着物の溶着面を検査するためのレーザ光を照射する検査用レーザ光照射部と、前記検査用レーザ光照射部にて照射されたレーザ光の溶着面で反射された反射光を受光する受光部と、前記レーザ光が前記受光部で受光される光路上に通過する反射光を選定するための受光選定部とを有することを特徴とする。
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、受光選定部を有することにより、溶着物の溶着部と未溶着部とからの反射光の差が大きく得られる波長領域を選定して受光することができる。これにより、取得した受光エネルギーについて溶着部分と未溶着部分とで比較することにより、効率的に高精度な溶着状態の検査を行うことができる。
【００１６】
請求項２に記載された発明は、前記受光選定部は、前記受光部にて受光される反射光の波長に対して所定の波長領域の光を通過させるフィルタであることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、フィルタを用いることにより、容易で効率的に所望する光のみを受光することができる。また、フィルタは安価であるため、安価な溶着検査装置を提供することができ、更に、フィルタの設置も容易であるため、使用性が高い溶着検査装置を提供することができる。
【００１８】
請求項３に記載された発明は、前記受光選定部は、前記レーザ光が前記溶着物に反射されることにより生じる散乱光を通過させないようにするためのマスクを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、マスクを用いることにより、容易で効率的に所望する光のみを受光することができる。また、マスクの設置も容易であるため、使用性が高い溶着検査装置を提供することができる。更に、フィルタと組み合わせることでより高精度な反射光の選定を行うことができる。
【００２０】
請求項４に記載された発明は、前記受光選定部は、前記受光部にて受光されるレーザ光を結像させるための光学系を有することを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、光学系を用いることにより、容易で効率的に均質的な光を受光させることができ、受光精度を向上させることができる。これにより、高精度に溶着状態の検査を行うことができる。
【００２２】
請求項５に記載された発明は、レーザ光に対して透明性のある樹脂及び吸収性のある樹脂が溶着されている溶着物の溶着状態を検査するための溶着検査方法において、前記溶着物の溶着面を検査するためのレーザ光を照射する検査用レーザ光照射段階と、前記検査用レーザ光照射段階にて照射されたレーザ光の溶着面で反射された反射光を受光する受光段階と、前記レーザ光が前記受光段階で受光される光路上に通過する反射光を選定するための受光選定段階とを有することを特徴とする。
【００２３】
請求項５記載の発明によれば、受光選定段階を有することにより、溶着物の溶着部と未溶着部とからの反射光の差が大きく得られる波長領域を選定して受光することができる。これにより、取得した受光エネルギーについて溶着部分と未溶着部分とで比較することにより、効率的に高精度な溶着状態の検査を行うことができる。
【００２４】
請求項６に記載された発明は、前記受光選定段階は、フィルタにより前記受光段階にて受光される反射光の波長に対して所定の波長領域の光を通過させることを特徴とする。
【００２５】
請求項６記載の発明によれば、フィルタを用いることにより、容易で効率的に所望する光のみを受光することができる。また、フィルタは安価であるため、安価な溶着検査装置を提供することができ、更に、フィルタの設置も容易であるため、使用性が高い溶着検査装置を提供することができる。
【００２６】
請求項７に記載された発明は、前記受光選定段階は、マスクにより前記レーザ光が前記溶着物に反射されることにより生じる散乱光を通過させないようにすることを特徴とする。
【００２７】
請求項７記載の発明によれば、マスクを用いることにより、容易で効率的に所望する光のみを受光することができる。また、マスクの設置も容易であるため、使用性が高い溶着検査装置を提供することができる。更に、フィルタと組み合わせることでより高精度な反射光の選定を行うことができる。
【００２８】
請求項８に記載された発明は、前記受光選定段階は、光学系により前記受光段階にて受光されるレーザ光を結像させることを特徴とする。
【００２９】
請求項８記載の発明によれば、光学系を用いることにより、容易で効率的に均質的な光を受光させることができ、受光精度を向上させることができる。これにより、高精度に溶着状態の検査を行うことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
まず、本発明における発明の概要について説明する。図１は、樹脂同士が溶着された状態の様子を示す一例の図である。図１において、樹脂１０−１，１０−２が重なり合っており溶着部１１にて溶着されている。ここで、樹脂１０−１は、レーザ光に対して透過性のある透過性樹脂材であり、樹脂１０−２は、レーザ光に対して吸収性のある吸収性樹脂材である。
【００３１】
図１では、樹脂１０−１と樹脂１０−２とを重ね合わせた後、透過性樹脂材側からレーザ光を照射することにより、透過性樹脂材と吸収性樹脂材との当接面同士を加熱溶融させて両者を一体的に接合させている。また、本実施の形態で用いられる樹脂は、例えば、樹脂１０−１は、ＰＡ（ポリアミド）であるものとし、色については、ナチュラルのものを用い、樹脂１０−２は、ＰＡ（ポリアミド）を用いて色については、カーボンブラックであるものを用いる。また、材質についてはこの限りではなく、例えば、樹脂であれば、ＰＰ（ポリカーボネート）、ＰＣ（ポリカードネート）等を使用することができる。
【００３２】
ここで、レーザ光に対して透過性のある樹脂１０−１から溶着部１１を見ると、未溶着部分と比較して色の変化が見られる。そこで、計測用の光源として加熱しない程度のエネルギーを持つ光源を溶着された後の樹脂１０−１及び樹脂１０−２の当接面に照射し、その照射した光の反射光を受光部で受光することにより良否の判定を行う。
【００３３】
次に、樹脂１０−２にて反射される反射光の受光の様子について説明する。図２は、本発明におけるレーザ光の照射側と受光側との位置関係について説明するための図である。
【００３４】
図２は、照射側に測定用抗原部２１を有し、受光側に受光部２２と、受光選定部２３とを有している。図２については、樹脂１０−１及び１０−２の溶着面に測定用光源部２１からレーザ光を照射して、樹脂の当接面上の光を受光部２２にて受光する。この時、測定用光源部２１から出力されたレーザ光は、所定の入射角度θ１で樹脂１０−２上に照射され、樹脂１０−２の表面で反射されて、反射光を所定の角度θ２で反射される。
【００３５】
樹脂１０−２の表面に入射したレーザ光は樹脂１０−１にて散乱するが、受光部２２で散乱光や反射光を直接受光すると溶着部と未溶着部とで受光エネルギーに差が見られず、受光エネルギーから溶着状態の検査を行うことができない。そこで、本発明では、溶着部及び未溶着部からの反射光の受光エネルギーの差が大きく得られる波長領域に基づいて、受光部２２で受光させる光の波長を選定する受光選定部２３を、樹脂１０から受光部２２に到達する光路上に有することにより、検査に必要な光を高精度に受光することができる。このようにして得られた受光エネルギーを溶着部分と未溶着部分とで比較することにより、効率的に高精度な溶着状態の検査を行うことができる。
【００３６】
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図３は、本発明における溶着検査装置の構成図の一例を示す図である。図３の溶着検査装置３０は、レーザ発振器３１と、レーザ出射光学系３２と、受光選定部３３と、ＣＣＤカメラ３４と、位置決めモニタ３５と、受光部３６と、データ計測部３７と、ステージ３８とを有するよう構成されている。また、樹脂１０は、ステージ３８上に着脱自在に設置されている。ここで、樹脂１０の例としては、樹脂１０−１及び１０−２共にＰＡ（ポリアミド）とし、色については、樹脂１０−１はナチュラル、樹脂１０−２はカーボンブラックとする。なお、材質についてはこの限りではなく、上述したように、樹脂であれば、ＰＰ（ポリカーボネート）、ＰＣ（ポリカードネート）等を使用することができる。
【００３７】
レーザ発振器３１は、溶着物を加熱溶融させることのないようなエネルギーのレーザ光源を照射する。例えば、本実施の形態では、ダイオードレーザにおいて波長９４０ｎｍのレーザ光を照射するが、本発明についての波長はこの限りではなく、樹脂を融解させない程度の波長である７００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲を使用することができる。
【００３８】
ステージ３８は、ＸＹＺθテーブルであり、レーザ光の照射方向に対して前後左右方向（Ｘ、Ｙ方向）及び上下方向（Ｚ方向）への移動が可能であり、かつステージ３８を照射軸に対して傾斜角θ分傾かせることもできる。このようにステージ３９を移動させることで多種の照射角度によりレーザ光を溶接面に照射させ、また反射光を受光することができる。
【００３９】
また、受光側では、受光部３６の位置を調整するための位置決め用に設けられたＣＣＤカメラ３５からの画像情報を位置決め用モニタ３６で参照しながら所定の受光位置に設定を行う。
【００４０】
次に、溶着検査装置３０の具体的な動作例について説明する。レーザ発振器３１から出力されるレーザ光源は、ビーム伝送ファイバを介してレーザ出射光学系３２に入力される。レーザ出射光学系３２では、検査を行う溶樹脂１０に対して樹脂１０−１の表面に、例えばスポット径Φ０．８ｍｍでスポット照射されるように光学系を用いて集光する。また、集光したレーザ光は、透過性のある樹脂１０−１を透過して樹脂１０−２の表面に予め設定された入射角度θ１で照射される。
【００４１】
入射されたレーザ光は、樹脂１０−２の表面で反射されると、所定の角度で反射される反射光の他に、樹脂１０−１内に散乱する散乱光が発生する。受光選定部３３は、その反射光と散乱光とを受光し、波長選定された光を受光部３６に出力させる。受光部３６にて受光された受光エネルギーは、データ計測部３７においてＡ／Ｄ変換され、スポット毎のＡ／Ｄ変換値とそのスポットの位置情報が計測値として取得される。上述の動作について、ステージ３８を移動させながら行うことにより、検査するエリアの溶着面に対する受光エネルギーを継続して取得することができる。
【００４２】
ここで、データ計測部３７において蓄積された計測値（受光エネルギー）は、所定のエリアの溶着部分と未溶着部分とで差が生じているため、その計測値を比較することにより、溶着部分、未溶着部分の溶着状態の検査を行うことができる。
【００４３】
また、差の比較だけでなく、計測値と、溶着されている樹脂及びレーザ発振器３１により照射されるレーザ光の波長等により予め設定された設定値との比較を行い、その比較結果に基づいて溶着状態の検査を行うこともできる。
【００４４】
なお、データ計測部３７にはモニタを有し、受光エネルギーの蓄積結果や判定結果等の表示出力を容易に行うことができる。これにより、樹脂の溶着に関して溶着面の溶着状態を高精度で効率的に検査することができる。
【００４５】
次に、本発明における受光選定部に関して具体的な実施の形態を説明する。
【００４６】
（受光選定部具体例１：フィルタ）
受光選定部として、受光する測定波長を選定するフィルタを取り付けることによりレーザ発振器にて出力されるレーザ光の波長に基づいて、溶着部と未溶着部とからの反射光の差が大きく得られる波長領域の光のみを通過するようなフィルタを設置することにより、効率的に高精度な溶着状態の検査を行うことができる。なお、このフィルタは、測定する樹脂材料の特性及びレーザ発振器から出力されるレーザ光の特性により選定することができる。
【００４７】
（受光選定部具体例２：マスク）
次に、受光選定部としてマスクを用いる方法について説明する。マスクを用いることで、受光部にて受光させる測定範囲だけの穴を有し、その穴を通過する光を受光する。このとき、上記穴を反射光の中心を基準に設けることにより側面等から受光される散乱光等、溶着状態検査に必要ない光をカットし、高精度に光の受光を行うことができる。
【００４８】
ここで、マスクを用いた受光選定部の構成例について図を用いて説明する。図４は、受光選定部にマスクを用いた場合の一例の概要図を示す図である。なお、図４においては、マスクの機能についてわかり易く説明するため、検査対象物である樹脂１０の表面に対してマスク、受光部が垂直に設けられているが、図３に示すように所定の角度（θ２）を有していてもよい。
【００４９】
図４では、検査対象物である樹脂１０に対して反射された反射光が受光部３６に設けられている受光センサ４２に受光されるまでにマスク４１を有することにより、反射光の中心部分の光のみを受光センサ４２で受光することができ、その結果に基づいて高精度な溶着状態の検査を行うことができる。なお、受光選定部具体例１で示したようにフィルタを用いて、フィルタをマスク４１と受光センサ４２の間に設置することにより、マスクされた光を波長領域により選定することができるため、所望する反射光を高精度に選定することができる。これにより、高精度な受光を行うことができる。
【００５０】
（受光選定部具体例３：イメージ転写）
次に、散乱光の遮断方法として、測定している照射地点を点光源と見立ててその照射地点の結像イメージを受光センサ部へ転写する光学系を用いる方法について説明する。
【００５１】
これは、レンズによる結像の法則を利用し、受光センサで受光する光を結像させることにより、散乱光による受光エネルギーの受光精度を低下させることなく、反射光を受光することができる。つまり、光学系を用いることにより、容易で効率的に均質的な光を受光させることができ、受光精度を向上させることができる。
【００５２】
次に、光学系を用いた受光選定部の構成例について図を用いて説明する。図５は、受光選定部に光学系を用いた場合の一例の概要図を示す図である。なお、図５においては、光学系等の機能についてわかり易く説明するため、検査対象物である樹脂１０の表面に対して結像レンズ、受光部が垂直に設けられているが、図３に示すように所定の角度（θ２）を有していてもよい。
【００５３】
図５では、検査対象物である樹脂１０−２の表面を光源に見立てて、反射された反射光が受光部３６に設けられている受光センサ４２に受光されるまでに結像レンズ５１を有することにより、受光部３６に設けられた受光センサ４２の受光範囲（精度）に基づいて結像レンズ５１により、反射光及び散乱光を集光して受光センサ４２で受光させる。
【００５４】
ここで、結像レンズ５１の焦点距離をｆとし、樹脂１０−２の表面から結像レンズ５１の主平面の距離をａ、受光センサ４２から結像レンズ５１の主平面の距離をｂとすると、「１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂ」の関係式が成り立つ。また、結像倍率Ｍは、Ｍ＝ｂ／ａとして求めることができる。
【００５５】
例えば、図５において、ｂ＝８０ｍｍとし、受光センサ４２の受光口径をΦ３ｍｍとすると、レンズ焦点距離ｆ、結像倍率Ｍ、及び測定距離ａにおける測定範囲口径は、表１に示すような値を設定することができる。
【００５６】
【表１】
2004361229.tif 000003
このように、レンズ焦点距離ｆ、結像倍率Ｍ、及び測定距離ａ，ｂを設定することにより受光部における光の測定範囲の調整を行うことができ、調整して受光された受光エネルギーに基づいて、高精度な樹脂の溶着状態の検査を実現することができる。
【００５７】
上述したように本発明によれば、受光選定部を有することにより、高精度に受光することを特徴とする。これにより、受光エネルギーを溶着部分と未溶着部分とで比較することにより、効率的に高精度な溶着状態の検査を行うことができる。つまり、本発明の溶着検査装置及び溶着検査方法の用いることにより、レーザ光を用いて樹脂からなる溶着物の溶着状態を高精度で効率的に検査することができる。
【００５８】
また、本発明において検査される検査対象物については、入射したレーザ光が溶着面まで届くことができる光透過性のある物質であればよく、樹脂以外の物質で構成されていてもよい。
【００５９】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【００６０】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、レーザ光を用いて溶着物の溶着状態を高精度で効率的に検査することができる溶着検査装置及び溶着検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】樹脂同士が溶着された状態の様子を示す一例の図である。
【図２】本発明におけるレーザ光の照射側と受光側との位置関係について説明するための図である。
【図３】本発明における溶着検査装置の構成図の一例を示す図である。
【図４】受光選定部にマスクを用いた場合の一例の概要図を示す図である。
【図５】受光選定部に光学系を用いた場合の一例の概要図を示す図である。
【符号の説明】
１０  樹脂
１１  溶着部
２１  測定用光源部
２２，３６  受光部
２３  受光選定部
３０  溶着検査装置
３１  レーザ発振器
３２  レーザ出射光学系
３３  受光選定部
３４  ＣＣＤカメラ
３５  位置決めモニタ
４２  受光センサ
３７  データ計測部
３８  ステージ
４１  マスク
５１  結像レンズ
【図１】
2004361229.tif 000004
【図２】
2004361229.tif 000005
【図３】
2004361229.tif 000006
【図４】
2004361229.tif 000007
【図５】
2004361229.tif 000008