(57)【要約】【課題】レーザ光の照射部及び受光部における調整を容易にし、レーザ光を用いて樹脂の溶着状態を高精度に検査することができる溶着状態検査装置を提供する。【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状態検査装置において、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レーザ光照射部と、前記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及び散乱光を受光する受光部と、前記レーザ光照射部及び前記受光部との位置を対応付けて調整する調整部とを有することにより、上記課題を解決する。【選択図】        図４
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【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状態検査装置において、
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レーザ光照射部と、
前記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及び散乱光を受光する受光部と、
前記レーザ光照射部及び前記受光部との位置を対応付けて調整する調整部とを有することを特徴とする溶着状態検査装置。
【請求項２】
前記レーザ光照射部と前記受光部とを固定させる筐体を有することを特徴とする請求項１に記載の溶着状態検査装置。
【請求項３】
前記調整部は、
前記溶着物の材質情報に基づいて、前記レーザ光照射部からの照射光に対しての反射光を直接受光しない位置に前記受光部が位置付けられるように前記レーザ光照射部と前記受光部との位置を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶着状態検査装置。
【請求項４】
前記レーザ光照射部及び前記受光部の少なくとも１つを移動させるよう前記調整部に対する制御を行う制御部を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の溶着状態検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶着状態検査装置に係り、特にレーザ光の照射部及び受光部における調整を容易にし、レーザ光を用いて樹脂の溶着状態を高精度に検査することができる溶着状態検査装置に関する。
【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過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品質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、従来の検査装置では、溶着状態を観察するための光源部分と測定部分とが分割されて構成されており、計測するための設置や移動を行う場合、例えば、取り付け作業を納品先で行う際には、詳細な位置調整等が必要になるため時間がかかり、装置の取り付け、設定を効率的に行うことができない。また、溶着状態を検査するための光源部及び受光部の位置調整が不十分であった場合に、高精度な検査ができない。
【００１１】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、レーザ光の照射部及び受光部における調整を容易にし、レーザ光を用いて樹脂の溶着状態を高精度に検査することができる溶着状態検査装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【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。
【００１３】
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状態検査装置において、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レーザ光照射部と、前記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及び散乱光を受光する受光部と、前記レーザ光照射部及び前記受光部との位置を対応付けて調整する調整部とを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、測定用光源部と受光部との位置関係を調整部により調整することにより、正確な位置付けを容易に行うことができる。これにより、溶着物の溶着部と未溶着部とからの反射光及び散乱光の差が大きく得られる光を受光することができ、溶着物の溶着部と未溶着部とを比較することで高精度な溶着状態の検査を実現することができる。また、出荷時の移動についても容易に行うことができ、出荷先での設定も効率的に行うことができる。
【００１５】
請求項２に記載された発明は、前記レーザ光照射部と前記受光部とを固定させる筐体を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、レーザ光照射部及び受光部を筐体により一体化させることで、位置関係にずれが生じることがなく、製造元にて検査テスト時に行った設定を、出荷先で行う必要がなく、また移動する際にも筐体を移動させればよいため、容易な移動を行うことができ設定作業等を削減できるため、効率的な設置を行うことができる。
【００１７】
請求項３に記載された発明は、前記調整部は、前記溶着物の材質情報に基づいて、前記レーザ光照射部からの照射光に対しての反射光を直接受光しない位置に前記受光部が位置付けられるように前記レーザ光照射部と前記受光部との位置を調整することを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、所望する反射光及び散乱光を受光することができる。例えば、レーザ光照射部の位置情報及び前記溶着物の材質情報に基づいて受光部の受光点を照射点から所定の距離分オフセットすることにより、照射点表面からの反射光と散乱光を減少させることができ、溶着物の溶着部と未溶着部とからの反射光及び散乱光の差が大きく得られる光を受光することができる。これにより、溶着物の溶着部と未溶着部とを比較することで高精度な溶着状態の検査を実現することができる。
【００１９】
請求項４に記載された発明は、前記レーザ光照射部及び前記受光部の少なくとも１つを移動させるよう前記調整部に対する制御を行う制御部を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、制御部を有することで、レーザ光照射部及び受光部における位置関係の調整を容易に行うことができる。
【００２１】
【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、樹脂同士の溶着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。
【００２２】
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。
【００２３】
ここで、レーザ光に対して透過性のある樹脂１０−１から溶着部分を見ると、溶着部１１は、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過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、その照射により得られる光を受光部で受光し、溶着物の溶着部と未溶着部とからの受光レベルを比較することで高精度な溶着状態の検査を実現することができる。
【００２４】
図２は、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を照射して、当接面上の光の内容を受光部２２にて受光する。また、当接面上のおける入射角θ１に対して照射されるレーザ光と受光部２２における入射角θ１に対応する受光角θ２に対して、検査光源の入射地点に対応した位置に受光部２２が位置付けられる（図２点線部分）。
【００２５】
なお、図２の点線部分の位置に受光部２２が位置付けられている場合は、反射光と散乱光とが干渉している領域の光を受光してしまい、更に樹脂１０−２にて反射された反射光を直接受光してしまうため、溶着部からの受光レベルと未溶着部からの受光レベルとの差が生じず、高精度な溶着状態の検査を行うことができない。
【００２６】
そこで、照射地点から所定の間隔（Δｄ）でオフセットさせた位置に受光部２２を位置付けることにより、被溶着部１０−１内の反射光を直接受光することなく、反射光の影響を低減させた散乱光を高精度に受光することができる。なお、オフセットのずらす方向は樹脂の溶着面上におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向へのオフセットだけでなく、Ｚ方向（高さ方向）へのオフセットでもよい。
【００２７】
ここで、本発明における樹脂１０に対する光源の適正角度及びオフセット間隔については、樹脂１０−１の厚さ、光の透過度、樹脂１０−２の厚さ、光の吸収度等の情報による材質条件により変更される。
【００２８】
例えば、図２において樹脂１０−１（ＰＡナチュラル）の厚さを２．１ｍｍとし、樹脂１０−２（ＰＡカーボンブラック）の厚さを３．０ｍｍとする。また、受光角度θ２を１７度と固定させた場合における光源の照射角度θ１を１８度、２８度、及び４０度にして、オフセット間隔Δｄを変動させて反応感度を測定した結果を図３に示す。
【００２９】
図３は、光源におけるオフセット間隔の実測結果を示す一例の図である。ここで、横軸は、光源が照射される照射地点からのオフセット位置間隔（Δｄ）（ｍｍ）を示し、縦軸は反応感度（％）を示している。なお、反応感度とは、受光部における未溶着部と溶着部のセンサ反応の比率を示しており、感度が高ければ高いほど、未溶着部と溶着部の判定が容易であること示すものである。
【００３０】
図３に示すように、上述した樹脂における光源角度の適正値は３０〜４０度の時に、反応感度が向上する。また、測定間隔Δｄの測定間隔は、３〜４ｍｍの範囲が適正値となる。なお、上述したように材質等の違いにより条件が異なるため、その条件に適した測定用光源部２１と受光部２２との角度、位置関係の調整を行う。
【００３１】
ところで、図２に示した測定用光源部と受光部との位置関係は、受光部２２における受光レベルから樹脂の溶着状態の検査を行う場合には、溶着されている樹脂の材質情報に対応した正確な位置付けが必要である。そのため、従来では製造元で測定テスト等を行い、その装置を出荷後、出荷先での取り付け、動作確認等の作業が必要になる。しかしながら、測定用光源部２１と受光部２２が夫々別々のユニット構成であるため、取り付け、調整に時間がかかってしまい、効率的に装置を納品することができない。
【００３２】
そこで、本発明は、測定装置を移動させた場合の測定用光源部及び測定部を一体化させることで、位置関係にずれが生じることを防ぎ、更には、測定用光源部２１と受光部２２とを調整する調整手段を設けることで、検査対象物に応じて設定を容易に行うことができる。
【００３３】
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４は、本発明における溶着状態検査装置の部分概略構成図の一例を示す図である。図４は、測定用光源部３１と、測定用光源調整部３２と、受光部３３と、受光部調整部３４と、制御部３５とを有する。
【００３４】
測定用光源部３１からレーザ光が樹脂１０−１及び１０−２の当接面上に照射され、樹脂１０−２にて反射され、更に樹脂１０−１内にて散乱した散乱光及び反射光を受光部３３で受光する。
【００３５】
測定用光源調整部３２は、基準となる測定用光源部３１の位置を調整し、その位置で固定する。次に、受光部調整部３４は、測定用光源部３１の設置位置に対応させた位置に受光部３３が位置付けられるように受光部３３を調整し、その位置で固定する。なお、受光部３３の位置は、測定用光源部３１からのレーザ光が樹脂１０−２により照射された照射地点で反射光を直接受光する位置ではなく、照射地点から所定の距離をオフセットさせた位置に設定させ、反射光を直接受光しない位置での反射光及び散乱光を受光するようにする。
【００３６】
これにより、溶着物の溶着部と未溶着部とからの反射光及び散乱光の差が大きく得られる光を受光することができ、溶着物の溶着部と未溶着部とを比較することで高精度な溶着状態の検査を実現することができる。
【００３７】
また、測定用光源部３１と受光部３３との位置関係は、検査する溶着物の材質や厚さや、レーザ光のエネルギー強度、透過性のある樹脂の透過率等の条件により異なるが、上記条件に基づいて制御部３５により測定用光源調整部３２及び受光部調整部３４へ制御信号を送り、位置関係の制御を行っている。なお、制御部３５は、測定用光源部３１の樹脂１０の表面に対する入射角度θａ、及び受光部３３における樹脂１０の表面に対する受光角度θｂについても測定用光源調整部３２及び受光部調整部３４に調整させるよう制御信号を出力する。
【００３８】
なお、測定用光源部３１及び受光部３３における角度については、測定用光源部３１からの入射光における反射光を直接受光しないよう設定する必要があるが、少なくとも測定用光源部３１におけるレーザ光の照射角度又は受光部３３の照射角度の何れかの角度を調整すればよい。
【００３９】
また、測定用光源部３１及び受光部３３における位置調整も上述したように測定用光源部３１及び受光部３３の何れも調整するだけでなく、何れか一方を調整するように調整部が構成されていればよい。
【００４０】
ここで、図４において測定用光源部３１のみを筐体３６内で移動可能とした場合、可動する軸は、測定対象物である樹脂１０に対して水平の軸ａ、樹脂１０に対するレーザ光の光軸方向の軸ｂ、レーザ光を照射する照射地点を中心とした回転軸ｃのうち、少なくとも１つの軸方向となる。なお、これらの可動軸ａ，ｂ，ｃにおける移動条件は、検査対象物の材質条件に基づいて設定される。
【００４１】
これにより、例えば、装置の移動等により位置のずれが生じ、出荷先で再度調整を行うことがある場合でも、容易に測定用光源部３１及び受光部３３とにおける位置関係の調整を行うことができる。更に、上述の主要構成部の全体を筐体３６で覆い光源照射部分と受光部分とを一体化させることで、位置関係のずれが生じることを防ぐと同時に出荷時の装置の移動を容易に行うことができ、装置の出荷先でＨの取り付け、調整作業についても容易に行うことができる。また、レーザ光の照射部及び受光部における調整を容易にし、レーザ光を用いて樹脂の溶着状態を高精度に検査することができる。
【００４２】
次に、本発明における溶着状態検査装置の具体的な実施の形態について説明する。図５は、本発明における溶着状態検査装置の一構成例を示す図である。
【００４３】
図５の溶着状態検査装置４０は、レーザ発振器４１と、検査部筐体４２と、モニタ４３と、データ計測部４４と、ステージ４５とを有するよう構成されている。なお、検査部筐体４２は、レーザ出射光学系５１と、集光光学系５２と、レーザ出射光学系調整部５３と、集光光学系調整部５４と、制御部５５と、バンドパスフィルタ５６と、ＣＣＤカメラ５７と、受光部５８とを有するよう構成されている。
【００４４】
ここで、樹脂１０は、ステージ４５上に着脱自在に設置されている。レーザ発振器４１は、樹脂を加熱溶融させることのないような出力エネルギーのレーザ光を照射する。例えば、ダイオードレーザにおいて波長８０８ｎｍのレーザ光を照射する。
【００４５】
また、ステージ４５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４５を移動させることで照射地点をモニタリングし、ステージ４５を所定の移動条件により移動させることにより、連続したスポット、いわゆる溶着面のラインやエリアの検査を容易に行うことができる。なお、本実施の形態では、ステージにより照射スポットの移動を行うが、樹脂を固定して検査部筐体４２を移動させてもよい。
【００４６】
次に、溶着状態検査装置４０の動作について説明する。まず、制御部５５は、検査される樹脂の材質等により、レーザ出射光学系調整部５３と及び集光光学系調整部５４に対して、レーザ出射光学系５１と、集光光学系５２とを夫々対応させた位置関係、角度、オフセット間隔等を位置付けさせるよう制御信号を出力し、レーザ出射光学系調整部５３はレーザ出射光学系５１の位置を調整し、また、集光光学系調整部５４は集光光学系５２の位置を調整する。また、受光部側では、ＣＣＤカメラ５７からの画像情報をモニタ４３で参照しながら所定の間隔分のオフセットを行う。
【００４７】
位置調整後、レーザ発振器４１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５１に入力される。レーザ出射光学系５１では、検査を行う樹脂１０に対して樹脂１０−１の表面にスポット径Φ０．８ｍｍでスポット照射されるように光学系により集光される。また、集光されたレーザ光源は、樹脂１０に照射される。
【００４８】
集光光学系５２では、樹脂１０に照射された接合面に対する反射光を樹脂内の反射光の直接の影響を受けることなく、設定されたオフセット地点における反射光及び散乱光の光を集光し、バンドパスフィルタ５６において、溶着部と未溶着部とからの反射光及び散乱光の差が大きく得られる波長領域を取り出し、受光部５８にて受光する。
【００４９】
受光部５８により受光された受光エネルギーは、データ計測部４４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４５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。
【００５０】
ここで、データ計測部４４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。
【００５１】
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４１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。
【００５２】
なお、データ計測部４４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。
【００５３】
また、検査部筐体４２により、光源照射部分（レーザ出射光学系５１）と受光部分（集光光学系５２，バンドパスフィルタ５６，ＣＣＤカメラ５７，受光部５８）とを一体化させることで、移動時における光源照射部分と受光部分の位置関係のずれが生じることを防ぐと同時に出荷時の装置の移動を容易に行うことができ、取り付けについても容易に行うことができる。
【００５４】
なお、図５においては、調整部分（レーザ出射光学系調整部５３，集光光学系調整部５４）と制御部５５を検査部筐体４２内に設置したが、レーザ発振器４１のように検査部筐体外に設置させてもよい。
【００５５】
上述したように本発明によれば、検査用の測定用光源部と受光部との位置関係を調整部により対応付けて調整することにより、正確な位置付けを容易に行うことができる。これにより、出荷時の移動についても位置の調整を効率的に行うことができる。
【００５６】
また、筐体により光源照射部分と受光部分とを一体化させることで、移動時におけるレーザ光照射部分と受光部分の位置関係のずれが生じることを防ぐと同時に出荷時の装置の移動を容易に行うことができ、取り付けについても容易に行うことができる。
【００５７】
例えば、製造元における検査テスト時に行った設定を、出荷先で初めから再度設定し直す必要がなく、また移動する際にも筐体を移動させればよいため、効率的な効率的な設置作業を実現することができる。
【００５８】
また、調整部を制御する制御部を有することで、レーザ光照射部及び受光部における位置関係の調整を容易に行うことができる。
【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、レーザ光の照射部及び受光部における調整を容易にし、レーザ光を用いて溶着物の溶着状態を高精度に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】樹脂同士の溶着の様子を示す一例の図である。
【図２】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】光源におけるオフセット間隔の実測結果を示す一例の図である。
【図４】本発明における溶着状態検査装置の部分概略構成図の一例を示す図である。
【図５】本発明における溶着状態検査装置の一構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０  樹脂
１１  溶着部
２１  測定用光源部
２２，３３，５８  受光部
３１  測定用光源部
３２  測定用光源調整部
３４  受光部調整部
３５，５５  制御部
３６  筐体
４０  溶着状態検査装置
４１  レーザ発振器
４２  検査部筐体
４３  モニタ
４４  データ計測部
４５  ステージ
５１  レーザ出射光学系
５２  集光光学系
５３  レーザ出射光学系調整部
５４  集光光学系調整部
５６  バンドパスフィルタ
５７  ＣＣＤカメラ
【図１】
2004358803.tif 000003
【図２】
2004358803.tif 000004
【図３】
2004358803.tif 000005
【図４】
2004358803.tif 000006
【図５】
2004358803.tif 000007