(57)【要約】【課題】  本発明は、レーザ光に対して透過性のある樹脂と、レーザ光に対して吸収性のある樹脂との間の溶着面の検査を行う溶着検査装置及び溶着検査方法に関し、レーザ光を用いた溶着時に溶着面の溶着状態を高精度で効率良く検査することを課題とする。【解決手段】  溶着用レーザ光Ａとは波長の異なる検査用レーザ光２３ａを生成する検査用レーザ発振器２２と、溶着部１１に対して検査用レーザ光２３ａを入射させるレーザ出射光学系２３と、反射光２３ｂ，ａ及び散乱光Ｃの進行方向をフィルタ２７の方向に変える反射板２５と、反射光２３ｂのみを通過させるフィルタ２７と、反射光２３ｂを受光する受光部２８と、受光部２８が受光した反射光２３ｂの受光エネルギーから溶着面の溶着状態の良否判定を行う判定手段２９とを備えた溶着検査装置２０により、溶着面の溶着状態の検査を行う。【選択図】  図２
2005067031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光に対して透過性のある樹脂と、前記レーザ光に対して吸収性のある樹脂との間を溶着してなる溶着物の溶着面を検査する検査用レーザ光を、前記溶着面に対して斜め方向から照射する検査用レーザ照射部と、
前記溶着物に対して垂直方向から溶着用レーザ光を照射する溶着用レーザ照射部が収納されたハウジング内に設けられ、前記検査用レーザ光の反射光を受光する受光部とを備えた溶着検査装置において、
前記検査用レーザ光は、前記溶着用レーザ光と異なる波長を有しており、
前記溶着物の溶着時において、前記受光部は、前記溶着物に対して垂直方向に反射された前記検査用レーザ光の反射光を受光することを特徴とする溶着検査装置。
【請求項２】
前記ハウジング内には、前記検査用レーザ光の反射光の波長を通過させるフィルタが設けられており、
前記検査用レーザ光の反射光は、前記フィルタを介して前記受光部に到達され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】
レーザ光に対して透過性のある樹脂と、前記レーザ光に対して吸収性のある樹脂との間を溶着してなる溶着物の溶着面を検査するための溶着検査方法において、
検査用レーザ光を前記溶着面に対して斜め方向から照射する段階と、
前記検査用レーザ光の反射光を前記溶着物に対して垂直な方向から導入し、フィルタを通過させる段階と、
前記フィルタを通過した前記検査用レーザ光の反射光を受光する段階とを有したことを特徴とする溶着検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶着検査装置及び溶着検査方法に係り、特に、レーザ光に対して透過性のある樹脂と、レーザ光に対して吸収性のある樹脂との間の溶着面の検査を行う溶着検査装置及び溶着検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、他の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検査を行う場合、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検査装置に関する技術がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
更に、溶着用レーザ光源と同一の波長を有した検査用光源と、受光部とを設けて、溶着物の溶着終了後に、検査用光源から照射されたレーザ光を所定の入射角で溶着物に入射させ、溶着物からの反射光を受光部で受光して溶着状態の検査を行う技術がある。これらの技術を利用して溶着面の溶着状態の検査を行う方法が考えられる。
【特許文献１】特開２００１−１０５４９９号公報
【特許文献２】特開平１０−２４９９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載の技術では、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るため装置のコストが増加するという問題があった。また、複数の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予め設定した規定値との比較により溶着状態の良否を判定するため、制御が複雑になり効率的な検査を行うことができないという問題があった。
【０００８】
また、検査用光源と受光部とを設けた溶着検査装置の場合には、検査用光源が溶着用レーザ光源と同一の波長を有している。そのため、溶着物の溶着時に溶着状態の検査を行った場合、受光部では加工用レーザ光源から照射されたレーザ光の反射光と、検査用光源から照射されたレーザ光の反射光とが受光されてしまうため、溶着状態の良否判定ができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、レーザ光を用いた溶着時に溶着面の溶着状態を高精度で効率良く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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１記載の発明では、レーザ光に対して透過性のある樹脂と、前記レーザ光に対して吸収性のある樹脂との間を溶着してなる溶着物の溶着面を検査する検査用レーザ光を、前記溶着面に対して斜め方向から照射する検査用レーザ照射部と、前記溶着物に対して垂直方向から溶着用レーザ光を照射する溶着用レーザ照射部が収納されたハウジング内に設けられ、前記検査用レーザ光の反射光を受光する受光部とを備えた溶着検査装置において、前記検査用レーザ光は、前記溶着用レーザ光と異なる波長を有しており、前記溶着物の溶着時において、前記受光部は、前記溶着物に対して垂直方向に反射された前記検査用レーザ光の反射光を受光することを特徴とする溶着検査装置により、解決できる。
【００１２】
上記発明によれば、溶着用レーザ光と異なる波長を有した検査用レーザ光を用いることにより、溶着時において、溶着用レーザ光の反射光と、検査用レーザ光の反射光とを明確に区別することができる。これにより、溶着時において、受光部が取得した溶着部分と未溶着部分との受光エネルギーについて比較することができ、溶着時に溶着面の溶着状態を精度良く検査することができる。また、受光部は、溶着物に対して垂直方向に反射された検査用レーザ光の反射光を受光可能な垂直方向に設けられているため、スキャン方向に制限がなくなり、従来と比較して広範囲の検査を行うことができる。
【００１３】
請求項２記載の発明では、前記ハウジング内には、前記検査用レーザ光の反射光の波長を通過させるフィルタが設けられており、前記検査用レーザ光の反射光は、前記フィルタを介して前記受光部に到達されることを特徴とする請求項１に記載の溶着検査装置により、解決できる。
【００１４】
上記発明によれば、ハウジング内に検査用レーザ光の反射光の波長を通過させるフィルタを設けることにより、容易に効率良く、検査用レーザ光の反射光のみを通過させて、受光部に検査用レーザ光の反射光を受光させることができる。これにより、溶着面の溶着状態を高精度に検査することができる。また、溶着用レーザ光と異なる波長を有した検査用レーザ光を用いているため、溶着時に溶着面の溶着状態の検査を行うことができる。
【００１５】
請求項３記載の発明では、レーザ光に対して透過性のある樹脂と、前記レーザ光に対して吸収性のある樹脂との間を溶着してなる溶着物の溶着面を検査するための溶着検査方法において、検査用レーザ光を前記溶着面に対して斜め方向から照射する段階と、前記検査用レーザ光の反射光を前記溶着物に対して垂直な方向から導入し、フィルタを通過させる段階と、前記フィルタを通過した前記検査用レーザ光の反射光を受光する段階とを有したことを特徴とする溶着検査方法により、解決できる。
【００１６】
上記発明によれば、検査用レーザ光を溶着面に対して斜め方向から照射する段階と、検査用レーザ光の反射光を溶着物に対して垂直な方向から導入し、フィルタを通過させる段階と、フィルタを通過した反射光を受光する段階とを有することにより、溶着物の溶着時において、受光部は検査用レーザ光の反射光を受光し、受光部が取得した溶着部分と未溶着部分との受光エネルギーを比較することにより、溶着時に溶着面の溶着状態を精度良く検査することができる。また、反射光を受光する受光部を溶着物に対して垂直方向に設けることで、スキャン方向に制限がなくなり、従来と比較して広範囲の検査を行うことができる。さらに、例えば溶着用レーザ光と異なる波長を有した検査用レーザ光を用いることで、溶着時に溶着面の溶着状態の検査を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
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良く検査することの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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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一例を示した図である。図１において、透過性樹脂１０−１と吸収性樹脂１０−２と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、透過性樹脂１０−１は、レーザ光に対して透過性のある樹脂であり、吸収性樹脂１０−２は、レーザ光に対して吸収性のある樹脂である。
【００１９】
図１では、透過性樹脂１０−１と吸収性樹脂１０−２とを重ね合わせた後、透過性樹脂１０−１側から検査用レーザ照射部により検査用レーザ光を照射することにより、透過性樹脂１０−１と吸収性樹脂１０−２との当接面同士を加熱溶融させて、両者を一体的に溶着させている。この一体的に溶着された透過性樹脂１０−１と吸収性樹脂１０−２とにより、溶着物１０が構成されている。また、本実施例で用いられる透過性樹脂１０−１には、例えば、色がナチュラルのＰＡ（ポリアミド）を用いることができ、吸収性樹脂１０−２には、例えば、色がカーボンブラックのＰＡ（ポリアミド）を用いることができる。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ＰＡ（ポリアミド）の代わりに使用することができる。
【００２０】
ここで、透過性樹脂１０−１から溶着部１１を見ると、未溶着部分１２と比較して色の変化が見られる。そこで、計測用の検査用レーザ光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透過性樹脂１０−１及び吸収性樹脂１０−２の当接面に照射し、その照射した検査用レーザ光の反射光を受光部で受光することにより溶着状態の良否判定を行う。
【００２１】
次に、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。図２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。なお、図２に示したＡは溶着用レーザ光（以下、溶着用レーザ光Ａ）、Ｃは散乱光（以下、散乱光Ｃ）、ａは溶着用レーザ光Ａの反射光（以下、反射光ａ）をそれぞれ示している。また、図２に示したＹ，Ｙ方向は溶着物１０に対して垂直な方向を示しており、Ｘ，Ｘ方向はＹ，Ｙ方向に直交する方向を示している。図２の溶着検査装置２０は、大略すると検査用レーザ発振器２２と、検査用レーザ照射部２３と、ハウジング２４と、反射板２５と、フィルタ２７と、受光部２８と、判定手段２９とにより構成されている。なお、図２に示すように、溶着物１０は、ステージ１３上に着脱可能に設置されている。また、ハウジング２４も同図中の上方には、溶着用レーザ発振器３１と、溶着用レーザ照射部３２とが設けられており、溶着用レーザ照射部３２からは溶着物１０に対して垂直方向（Ｙ，Ｙ方向）に溶着用レーザ光Ａが照射される。
【００２２】
検査用レーザ発振器２２は、溶着物１０を加熱溶融させることのないようなエネルギーの検査用レーザ光２３ａを照射する。例えば、本実施例では、ダイオードレーザにおいて波長９４０ｎｍの検査用レーザ光２３ａ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。また、検査用レーザ光２３ａの波長は、溶着用レーザ光Ａの波長とは異なる波長を用いる。
【００２３】
検査用レーザ照射部２３は、検査用レーザ発振器２２から照射された検査用レーザ光２３ａを溶着物１０に対して所望の角度θで入射させるためのものであり、ハウジング２４内に設けられている。所望の角度θで入射された検査用レーザ光２３ａは、吸収性樹脂１０−２の表面で反射されると、所定の角度（本実施例の場合、溶着物１０に対して垂直）で反射される反射光２３ｂの他に、透過性樹脂１０−１内に散乱する散乱光Ｃや溶着用レーザ光Ａの反射光ａ等が発生する。反射板２５は、ハウジング２４内に設けられており、面２５Ａにより、反射光２３ｂ，ａ及び散乱光Ｃの進行方向をフィルタ２７の方向に変更するためのものである。なお、反射板２５の面２５Ｂは、溶着用レーザ照射部３２から照射された溶着用レーザＡを通過させるような構成とされている。
【００２４】
フィルタ２７は、反射板２５により進行方向を変更された反射光２３ｂ，ａ及び散乱光Ｃを受光し、反射光２３ｂのみを選択的に通過させるためのものであり、ハウジング２４内に設けられている。
【００２５】
このように、溶着用レーザ光Ａと異なる波長を有した検査用レーザ光２３ａを用い、かつハウジング２４内に検査用レーザ光２３ａの反射光２３ｂの波長を通過させるフィルタ２７を設けることにより、溶着用レーザ光Ａからの反射光ａと、検査用レーザ光２３ａの反射光２３ｂとを明確に区別することができる。よって、溶着時において、受光部２８が取得した溶着部１１と未溶着部１２との受光エネルギーについて比較することができ、オンラインで溶着面の溶着状態を高精度良く検査することができる。なお、フィルタ２７は、検査する溶着物１０の樹脂材料の特性や検査用レーザ発振器２２により生成される検査用レーザ光２３ａの特性等から適宜選定される。
【００２６】
受光部２８は、フィルタ２７により選択的に通過させられた反射光２３ｂを受光するためのものである。判定手段２９は、受光部２８が受光した反射光２３ｂから得られる、溶着部１１と未溶着部１２との受光エネルギーを比較して、溶着面の溶着状態の良否判定の検査を行うためのものである。
【００２７】
次に、図２を参照して、溶着検査装置２０の具体的な動作例について説明する。検査用レーザ発振器２２から出力された検査用レーザ光２３ａは、ビーム伝送ファイバを介して検査用レーザ照射部２３に入力される。検査用レーザ照射部２３では、検査を行う溶着物１０に対して樹脂１０−１の表面に、例えばスポット径Φ０．８ｍｍで照射されるように光学系を用いて集光する。また、集光した検査用レーザ光２３ａは、透過性樹脂１０−１を透過して、吸収性樹脂１０−２の表面に予め設定された入射角度θで照射される。
【００２８】
入射された検査用レーザ光２３ａは、吸収性樹脂１０−２の表面で反射されると、所定の角度、本実施例の場合は９０度で反射される反射光２３ｂの他に、先に述べたような反射光ａや散乱光Ｃが発生する。これら反射光２３ｂ，ａ及び散乱光Ｃのうち溶着物１０に対して垂直方向に進行する光は、ハウジング２４内に進み、反射板２５の面２５Ａによりその進行方向をフィルタ２７と直交する方向（Ｙ，Ｙ方向）に変えられ、フィルタ２７は反射光２３ｂ，ａ及び散乱光Ｃを受光する。また、受光部２８は、溶着物１０に対して垂直方向に反射された検査用レーザ光の反射光を受光可能な垂直方向に設けられているため、スキャン方向に制限がなくなり、従来と比較して広範囲の検査を行うことができる。
【００２９】
フィルタ２７は、受光した反射光２３ｂ，ａ及び散乱光Ｃの中から反射光２３ｂのみを選択的に通過させ、受光部２８に反射光２３ｂを受光させ、受光された受光エネルギーに関するデータが受光部２８から判定手段２９に送られ、判定手段２９はこのデータに基づいて、溶着部１１と未溶着部１２との受光エネルギーの差を比較することにより、溶着部分１１と未溶着部分１２との溶着状態の検査を行うことができる。なお、上述の動作は、ステージ１３を移動させながら行われる。
【００３０】
図３は、オフセットした反射光を受光させて溶着状態の検査を行う場合を説明するための図である。なお、図３に示したＥは散乱領域（以下、散乱領域Ｅ）、Ｄは散乱光（以下、散乱光Ｄ）、Ｆは反射光２３ｂが反射される吸収性樹脂１０−２上の位置（以下、位置Ｆ）、Ｇは反射光２３ｃが反射される吸収性樹脂１０−２上の位置（以下、位置Ｇ）、Ｈはオフセットさせる距離（以下、距離Ｈ）をそれぞれ示している。また、図３に示したＸＹ，ＸＹ方向は吸収性樹脂１０−２の面内方向を示しており、Ｚ，Ｚ方向は吸収性樹脂１０−２の厚み方向（高さ方向）を示している。また、図３において、図２と同一構成部分に関しては同一の符号を付す。
【００３１】
上記説明した溶着状態の溶着検査装置２０では、検査用レーザ光２３ａの直接の反射光２３ｂを受光部２８に受光させて、溶着面の溶着状態の良否判定の検査を行った。この場合、図３に示すように、反射光２３ｂが通過する経路には、透過性樹脂１０−１には無数の散乱光Ｃが存在する散乱領域Ｅが形成されている。そのため、反射光２３ｂは散乱光Ｃの影響を受け、精度良く、溶着面の溶着状態の検査を行うことは難しい。そこで、図３に示すように、直接の反射光２３ｂが反射される位置Ｆから距離Ｈだけオフセットさせて、散乱領域Ｅの影響を受けない位置Ｇから反射される反射光２３ｃを用いて、溶着面の溶着状態の検査を行っても良い。なお、反射光２３ｃは、散乱光Ｄの反射光である。
【００３２】
このように、直接の反射光２３ｂが反射される位置Ｆから距離Ｈだけオフセットさせた位置Ｇから反射される反射光２３ｃを用いることで、反射光２３ｃが受ける散乱光Ｃの影響を低減させて、さらに高精度な溶着面の溶着状態の検査を行うことができる。なお、オフセットさせる方向は、ＸＹ，ＸＹ方向（吸収性樹脂１０−２の面内方向）でも良いし、Ｚ，Ｚ方向（吸収性樹脂１０−２の厚み方向）でも良い。また、オフセットさせる距離Ｈは、透過性樹脂１０−１及び吸収性樹脂１０−２の材料、厚さ、光の透過度、光の吸収度等により適宜変更される。
【００３３】
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例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。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
レーザ光に対して透過性のある樹脂と、レーザ光に対して吸収性のある樹脂との間の溶着面の検査を行う溶着検査装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】樹脂同士が溶着された状態の一例を示す図である。
【図２】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】オフセットした反射光を受光させて溶着状態の検査を行う場合を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  溶着物
１０−１  透過性樹脂
１０−２  吸収性樹脂
１１  溶着部
１２  未溶着部分
２０  溶着検査装置
２２  検査用レーザ発振器
２３  検査用レーザ照射部
２３ａ  検査用レーザ光
２３ｂ、ａ、２３ｃ  反射光
２４  ハウジング
２５  反射板
２７  フィルタ
２８  受光部
２９  判定手段
３１  溶着用レーザ発振器
３２  溶着用レーザ照射部
Ａ  溶着用レーザ光
Ｃ、Ｄ  散乱光
Ｅ  散乱領域
Ｆ、Ｇ  位置
Ｈ  距離
【図１】
2005067031.tif 000003
【図２】
2005067031.tif 000004
【図３】
2005067031.tif 000005