(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーを用いて溶接される板材の溶着状態を検出する溶着状態検出装置であって、
複数枚の板材の重なる部分に向けてレーザー光を照射するレーザー光照射手段と、
レーザー照射部に形成されるキーホールが反射したレーザー光を受光するレーザー光受光手段と、
受光したレーザー光の強度波形に基づいて前記板材の溶着状態を検出する溶着状態検出手段と、を有し、
固定した複数枚の板材は、前記レーザー光が照射される側に板厚の厚い板材を、前記レーザー光が照射される側とは反対側に前記レーザー光が照射される側の板厚よりも薄い板厚の板材を、少なくとも一部が重なるように固定され、
前記溶着状態検出手段は、前記レーザー光の経時的な強度変化を示す波形をあらかじめ準備してある前記レーザー光の経時的な強度変化を示すモデル波形と比較して両波形の相関関係を取る比較手段を有することを特徴とする溶着状態検出装置。
【請求項２】
前記レーザー光の経時的な強度変化を示す波形は、受光した生波形または受光した生波形をウェーブレット変換した後の波形のいずれかの波形であることを特徴とする請求項１に記載の溶着状態検出装置。
【請求項３】
レーザーを用いて溶接される板材の溶着状態を検出する溶着状態検出方法であって、
複数枚の板材を準備する段階と、
準備した複数枚の板材を少なくとも一部が重なるように固定する段階と、
固定した複数枚の板材が重なる部分に向けてレーザー光を照射する段階と、
前記レーザー光を移動させる段階と、
レーザー照射部に形成されるキーホールが反射したレーザー光を受光する段階と、
受光したレーザー光の強度波形に基づいて前記板材の溶着状態を検出する段階と、
を含み、
準備した複数枚の板材を少なくとも一部が重なるように固定する段階は、前記レーザー光が照射される側に板厚の厚い板材を、前記レーザー光が照射される側とは反対側に前記レーザー光が照射される側の板厚よりも薄い板厚の板材を、少なくとも一部が重なるように固定し、
受光したレーザー光の強度波形に基づいて前記板材の溶着状態を検出する段階は、前記レーザー光の経時的な強度変化を示す波形をあらかじめ準備してある前記レーザー光の経時的な強度変化を示すモデル波形と比較して両波形の相関関係を取ることによって、前記板材の溶着状態を検出することを特徴とする溶着状態検出方法。
【請求項４】
前記レーザー光の経時的な強度変化を示す波形は、受光した生波形または受光した生波形をウェーブレット変換した後の波形のいずれかの波形であることを特徴とする請求項３に記載の溶着状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーを用いて溶接される板材の溶着状態を検出することができる溶着状態検出装置および溶着状態検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数枚の板材をレーザーで溶接した場合、その溶接の品質はたとえば下記特許文献１に示されているようにして検査される。
【０００３】
すなわち、溶接時にキーホールから発生されるプラズマ光を２つのセンサによって検出し、検出したプラズマ光の周波数分布を求め、求めた周波数分布を基準となる周波数分布と比較することによって、溶接の品質を検査している。
【特許文献１】特開平１０−６０５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の溶接の品質の検査方法では、プラズマ光の周波数分布に基づいて溶接の品質を検査しているので、重ね合わせた複数の板材のうち、レーザー光の照射側にある板厚が厚い場合は、薄い板厚の場合に比べ、検査精度が若干低下する場合がある。
【０００５】
すなわち、プラズマ光の周波数分布は、レーザー光の照射部に生じる溶融池の形状などの状態変化に起因する固有振動数の変化から得られるもので、溶融池の固有振動数の変化は、正常な溶接が行なわれている場合には複数枚の板材の総板厚に依存する。ところが、溶融池の固有振動数の変化は、板材間に隙間が生じて溶融池がそれぞれの板材に分離してしまった場合（未溶着が発生した場合）には、レーザー光の照射側に位置される板材の板厚に大きく依存するようになる。したがって、レーザー光の照射側に位置される板材の板厚が厚い場合には、未溶着の発生が検出しづらくなる傾向にあり、特にレーザー光の照射側の裏側にある板厚が、照射側の板厚よりも薄い場合には顕著となる。
【０００６】
たとえば、２枚の板材をレーザー光で溶接する場合、レーザー光の照射側に位置される板材（上板）の厚みａ（たとえば１．４ｍｍ）がレーザー光の照射側とは反対側に位置される板材（下板）の厚みｂ（たとえば０．６５ｍｍ）と大きく異なると、未溶着が発生しても、プラズマ光の周波数分布に大きな変化が生じない。未溶着が発生した場合、プラズマ光の周波数分布の変化は、両板厚の和であるａ＋ｂの値が上板の板厚ａに近づくほど小さくなる。つまり、上板の厚みが下板の厚みに対して厚くなればなるほど検出精度が低下する傾向にあるので、より高精度なセンサや解析装置が求められる。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題を解消するために成されたものであり、特にレーザー光の照射側に位置される板材の板厚に影響されることなく、溶着状態を高精度に検出することができる溶着状態検出装置および溶着状態検出方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明は、レーザーを用いて溶接される板材の溶着状態を検出する溶着状態検出装置である。
【０００９】
すなわち、複数枚の板材の重なる部分に向けてレーザー光を照射するレーザー光照射手段と、レーザー照射部に形成されるキーホールが反射したレーザー光を受光するレーザー光受光手段と、受光したレーザー光の強度波形に基づいて前記板材の溶着状態を検出する溶着状態検出手段と、を有し、固定した複数枚の板材は、前記レーザー光が照射される側に板厚の厚い板材を、前記レーザー光が照射される側とは反対側に前記レーザー光が照射される側の板厚よりも薄い板厚の板材を、少なくとも一部が重なるように固定され、前記溶着状態検出手段は、前記レーザー光の経時的な強度変化を示す波形をあらかじめ準備してある前記レーザー光の経時的な強度変化を示すモデル波形と比較して両波形の相関関係を取る比較手段を有する溶着状態検出装置である。
【００１０】
また、上記目的を達成するための本発明は、レーザーを用いて溶接される板材の溶着状態を検出する溶着状態検出方法である。
【００１１】
すなわち、複数枚の板材を準備する段階と、準備した複数枚の板材を少なくとも一部が重なるように固定する段階と、固定した複数枚の板材が重なる部分に向けてレーザー光を照射する段階と、前記レーザー光を移動させる段階と、レーザー照射部に形成されるキーホールが反射したレーザー光を受光する段階と、受光したレーザー光の強度波形に基づいて前記板材の溶着状態を検出する段階と、を含み、準備した複数枚の板材を少なくとも一部が重なるように固定する段階は、前記レーザー光が照射される側に板厚の厚い板材を、前記レーザー光が照射される側とは反対側に前記レーザー光が照射される側の板厚よりも薄い板厚の板材を、少なくとも一部が重なるように固定し、受光したレーザー光の強度波形に基づいて前記板材の溶着状態を検出する段階は、前記レーザー光の経時的な強度変化を示す波形をあらかじめ準備してある前記レーザー光の経時的な強度変化を示すモデル波形と比較して両波形の相関関係を取ることによって、前記板材の溶着状態を検出することを特徴とする溶着状態検出方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、キーホールの状態に応じて変化するキーホールからのレーザー光の強度波形から溶接される板材の板厚に影響されることなく、溶着状態を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照して本発明を適用した最良の実施形態を説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る溶着状態検出装置を適用したリモートレーザー溶接システムの概略構成図である。
【００１５】
本発明に係る溶着状態検出装置は、レーザーを用いて溶接される板材の溶着状態をリアルタイムかつ高精度に検出することができる。また、リモートレーザー溶接システムは、ある溶接箇所から次の溶接箇所までの移動が極めて速いという特徴を有していることから、自動車の溶接工程に急速に用いられるようになった溶接システムである。
【００１６】
リモートレーザー溶接システムは、スキャナー１００と、レーザー光受光部２００と、アンプ３００と、コンピュータ４００とを備えている。
【００１７】
スキャナー１００は、レーザー光照射手段として機能するものであって、レーザー光Ｌを異なる板厚を持つ２枚の板材１０Ａ、１０Ｂの重なる部分に向けて照射する。レーザー光受光部２００は、レーザー光受光手段として機能するものであって、レーザー照射部２０に形成されるキーホールが反射したレーザー光を受光する。アンプ３００は、受光したレーザー光に基づいてレーザー光受光部２００が出力する電気信号を増幅する。コンピュータ４００は、溶着状態検出手段として機能するものであって、アンプ３００が増幅した電気信号を取り込んで２枚の板材１０Ａ、１０Ｂの溶着状態を検出する。
【００１８】
スキャナー１００は図示されていないロボットハンドに取り付けられる。スキャナー１００は図示白抜き矢印の方向に移動され、２枚の板材１０Ａ、１０Ｂに設定されている溶接箇所を溶接する。
【００１９】
なお、本実施形態では、本発明の内容の理解を容易にするために、レーザー光を照射する対象として２枚の板材１０Ａ、１０Ｂを例示して説明するが、本発明は、レーザー光を照射する対象として３枚以上の板材であっても適用可能である。また、本実施形態では２枚の板材１０Ａ、１０Ｂとして異なる厚みを有する板材を例示しているが同一の厚みを有する板材であっても良い。
【００２０】
スキャナー１００は、ＹＡＧレーザーダイオード１１０と、第１光学系１２０と、第２光学系１３０とを備えている。
【００２１】
ＹＡＧレーザーダイオード１１０は、ＹＡＧレーザー光を発生して外部に放射する。第１光学系１２０は、ＹＡＧレーザーダイオード１１０から出力されたレーザー光を平行光に変換する。第２光学系１３０は、第１光学系１２０から出力されたレーザー光を、ハーフミラー１３２、ＹＡＧ光透過フィルター１３４、減衰フィルター１３６を介して、複数回反射させながら焦点を絞り込んで２枚の板材１０Ａ、１０Ｂのレーザー照射部２０に照射する。
【００２２】
レーザー光Ｌが照射される２枚の板材１０Ａ、１０Ｂは、レーザー光Ｌが照射される側（上板）に板厚の厚い板材１０Ａを、レーザー光Ｌが照射される側とは反対側（下板）にレーザー光Ｌが照射される側の板厚よりも薄い板厚の板材を、少なくとも一部が重なるように固定されている。具体的には、上板となる板材１０Ａは１．４ｍｍの厚みを有しており、下板となる板材１０Ｂは０．６５ｍｍの厚みを有している。
【００２３】
レーザー光受光部２００は、反射ミラー２１０と、凸レンズ２２０と、レーザー光入力部２３０と、光ファイバー２４０と、反射ミラー２５０と、光学フィルター２６０と、フォトダイオード２７０とを備えている。
【００２４】
反射ミラー２１０は、レーザー照射部２０に形成されるキーホールが反射したレーザー光を、第２光学系１３０に備えられている減衰フィルター１３６、ＹＡＧ光透過フィルター１３４、ハーフミラー１３２を介して、ほぼ９０°角度を変えて反射する。
【００２５】
凸レンズ２２０は、反射ミラー２１０で反射されたキーホールからのレーザー光を絞り込んでレーザー光入力部２３０に入力させる。レーザー光入力部２３０に入力されたレーザー光は光ファイバー２４０を介して反射ミラー２５０に向けて出力される。
【００２６】
反射ミラー２５０は、光ファイバー２４０から出力されるレーザー光をほぼ９０°角度を変えて反射させ、光学フィルター２６０に向けて出力する。光学フィルター２６０は、レーザー光に含まれるノイズとなる波長領域の光をカットするものである。
【００２７】
フォトダイオード２７０は、入力したレーザー光の強度に応じた電気信号を出力する。
【００２８】
アンプ３００は、フォトダイオード２７０から出力される電気信号をある一定のレベルまで増幅する。
【００２９】
コンピュータ４００は、溶着状態検出手段として機能するものであって、アンプ３００によって増幅された電気信号を入力し、この電気信号をＡ／Ｄコンバータによってディジタル化し、ディジタル化された電気信号に基づいて、現在行なわれている溶接が正常に行われているか、未溶着状態が発生しているかを検出する。コンピュータ４００は、経時的な電気信号のレベルの強度変化の波形と等価なレーザー光の経時的な強度変化を示す波形を、あらかじめ準備してあるレーザー光の経時的な強度変化を示すモデル波形と比較して両波形の相関関係を取る比較部を有する。なお、レーザー光の経時的な強度変化を示す波形は、受光した生波形または受光した生波形をウェーブレット変換した後の波形のいずれかの波形である。
【００３０】
図２は、コンピュータ４００の内部を機能別に分けたブロック図である。
【００３１】
コンピュータ４００は、レーザー光強度変化波形記憶部４１０と、レーザー光強度変化モデル波形記憶部４２０と、ウェーブレット変換部４３０と、比較部４４０と、表示部４５０とを備えている。
【００３２】
レーザー光強度変化波形記憶部４１０は、アンプ３００から出力されディジタル化された電気信号の生波形を経時的に記憶するものである。換言すれば、図３（Ａ）または図３（Ｂ）に示すような、フォトダイオード２７０で捕らえられたレーザー光の経時的な強度変化を示す生波形を記憶するものである。
【００３３】
レーザー光強度変化モデル波形記憶部４２０は、未溶着状態の発生を検出するために、未溶着状態の発生時に生じるモデル波形を記憶するものである。換言すれば、図４（Ａ）または図４（Ｂ）に示すような、フォトダイオード２７０で捕らえられた未溶着状態の発生時にレーザー光の経時的な強度変化を示すモデル波形を記憶するものである。なお、レーザー光強度変化モデル波形記憶部４２０は、レーザー光強度変化波形記憶部４１０に記憶されているレーザー光の経時的な強度変化を示す生波形をそのまま用いて（ウェーブレット変換せずに）未溶着状態の発生を検出する場合には、図４（Ａ）に示すような生のモデル波形を記憶させておく。これに対して、レーザー光強度変化波形記憶部４１０に記憶されているレーザー光の経時的な強度変化を示す生波形をウェーブレット変換してから未溶着状態の発生を検出する場合には、図４（Ｂ）に示すようなウェーブレット変換後のモデル波形を記憶させておく。
【００３４】
ウェーブレット変換部４３０は、レーザー光強度変化波形記憶部４１０に記憶されているレーザー光の経時的な強度変化を示す生波形をウェーブレット変換するものである。ウェーブレット変換は、ウェーブレット関数を用いた周波数解析手法の１つである。現在では、ウェーブレット変換は、一般的に知られている解析手法であるので、ここでの詳細な説明は省略する。なお、レーザー光強度変化波形記憶部４１０に記憶されているレーザー光の経時的な強度変化を示す生波形をそのまま用いて未溶着状態の発生を検出する場合には、ウェーブレット変換部４３０は不要になる。
【００３５】
比較部４４０は、比較手段として機能するものであって、ウェーブレット変換部４３０によって変換されたウェーブレット変換後の波形とレーザー光強度変化モデル波形記憶部４２０に記憶されている未溶着状態の発生時に生じるモデル波形（ウェーブレット変換されている）とを比較しその相関関係を見て、相関関係が強ければ、未溶着の発生があると判断するものである。なお、ウェーブレット変換部４３０を設けていない場合には、比較部４４０は、レーザー光強度変化波形記憶部４１０に記憶されているレーザー光の経時的な強度変化を示す生波形とレーザー光強度変化モデル波形記憶部４２０に記憶されている未溶着状態の発生時に生じるモデル波形（ウェーブレット変換されてない）とを比較しその相関関係を見て、相関関係が強ければ、未溶着の発生があると判断する。なお、相関関係が強いか否かの判断は、モデル波形と類似している波形が存在しているか否かを数学的手法によって求める。相関関係の強弱を求める手法には様々なものがあるが、現在一般的に使用されているものであれば、どのような手法を用いても良い。
【００３６】
表示部４５０は、比較部４４０によって判断された未溶着の発生の有無を表示する。
【００３７】
以上のように構成された本発明に係る溶着状態検出装置は、概略次のように動作する。
【００３８】
まず、ＹＡＧレーザーダイオード１１０からレーザー光が出力される。レーザー光Ｌはスキャナー１００によって板厚の異なる板材１０Ａ、１０Ｂに照射される。レーザー光Ｌの照射によって照射部２０に溶融池が形成されレーザー溶接が開始される。レーザー光Ｌは図１の白抜き矢印の方向に移動される。このとき、レーザー照射部２０に形成されるキーホールより反射されたレーザー光はレーザー光受光部２００に受光される。レーザー光受光部２００から出力されるレーザー光の強弱に応じた電気信号は、アンプ３００によって増幅される。増幅された電気信号はコンピュータ４００でディジタル化されて時系列に記憶される。記憶された電気信号の波形はあらかじめ記憶されているモデル波形と比較され、モデル波形との相関が強い波形が存在すれば未溶着が発生していると判断し、モデル波形との相関が強い波形が存在しなければ正常に溶接が行われていると判断する。
【００３９】
このように動作する本実施形態の溶着状態検出装置によれば、次のような効果を得ることができる。
【００４０】
キーホールの状態に応じて変化するキーホールからのレーザー光の強度波形を観測すると、キーホールの挙動がわかり、異なる板厚の板材の溶着状態を検出することができる。したがって、異なる板厚の複数枚の板材が正常に溶着されているか、板材間の隙間に起因する未溶着状態が発生していないかを検出することができるようになる。
【００４１】
また、一般的に、板材間の隙間に起因する未溶着状態が発生しているか否かは、レーザー光が照射される側に位置する板材の板厚が、レーザー光が照射される側の反対側に位置する板材の板厚よりも厚くなるにしたがって検出し難くなる。ところが、本発明のように、キーホールの状態に応じて変化するキーホールからのレーザー光の強度波形をモニターすることによって、異なる板厚の板材の溶着状態を検出することができる。したがって、異なる板厚の複数枚の板材が正常に溶着されているか、板材間の隙間に起因する未溶着状態が発生していないかを、リアルタイムで検出することができるようになる。
【００４２】
そして、レーザー光の経時的な強度変化を示す波形をあらかじめ準備してある前記レーザー光の経時的な強度変化を示すモデル波形と比較し両波形の相関関係を取るようにすると、波形の特徴をより明確に鮮明に表すことができることになり、異なる板厚の板材の溶着状態を精度良く検出することができる。したがって、異なる板厚の複数枚の板材が正常に溶着されているか、板材間の隙間に起因する未溶着状態が発生していないかを、リアルタイムかつ高精度で検出することができるようになる。
【００４３】
さらに、レーザー光の経時的な強度変化を示す生波形またはウェーブレット変換した後の波形をあらかじめ準備してある前記レーザー光の経時的な強度変化を示すモデル波形と比較して両波形の相関関係を取るようにしたので、異なる板厚の板材の溶着状態を精度良く検出することができる。したがって、異なる板厚の複数枚の板材が正常に溶着されているか、板材間の隙間に起因する未溶着状態が発生していないかを、リアルタイムかつ高精度で検出することができるようになる。
【００４４】
次に、本発明に係る溶着状態検出方法について詳細に説明する。
【００４５】
図５は、本発明に係る溶着状態検出方法の手順を示すフローチャートである。本発明に係る溶着状態検出方法は、レーザーを用いて溶接される板材の溶着状態を検出するものである。
ステップＳ１
まず、板厚の異なる２枚の板材を準備する。本実施形態では、図１に示すように、２枚の板材１０Ａ、１０Ｂを準備する。なお、本実施形態では２枚の板材を準備する場合を例示する。板材は２枚に限らず３枚以上であっても良い。また、２枚の板材１０Ａ、１０Ｂの厚みは異なる厚みであっても良いし、同一の厚みであっても良い。本実施形態では発明の理解を容易にするために異なる板材を例示して説明している。
ステップＳ２
次に、準備した２枚の板材１０Ａ、１０Ｂを少なくとも一部が重なるようにして固定する。２枚の板材１０Ａ、１０Ｂはレーザー光によって溶接されるため、レーザー光が照射される照射部２０（図１参照）は２枚の板材１０Ａ、１０Ｂが重なるようにしている。なお、レーザー光Ｌが照射される２枚の板材１０Ａ、１０Ｂは、レーザー光Ｌが照射される側（上板）に板厚の厚い板材１０Ａを、レーザー光Ｌが照射される側とは反対側（下板）にレーザー光Ｌが照射される側の板厚よりも薄い板厚の板材を配置する。具体的には、上板となる板材１０Ａは１．４ｍｍの厚みを有しており、下板となる板材１０Ｂは０．６５ｍｍの厚みを有している。
ステップＳ３
固定した２枚の板材１０Ａ、１０Ｂの重なる部分に向けてレーザー光を照射する。レーザー光Ｌは図１のスキャナー１００から照射される。レーザー光が照射されると、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、レーザー照射部２０に溶融池２２が形成される。溶融池２２は、レーザー照射部２０において、重なり合っている２枚の板材１０Ａ、１０Ｂの面方向に円状に広がり２枚の板材１０Ａ、１０Ｂの厚み方向全体が溶けている部分である。また、溶融池２２のレーザー光Ｌが直接当たっている部分にはキーホール２４と言われる気体部が形成される。
ステップＳ４
次に、レーザー光Ｌを図６の白抜き矢印の方向に向けて移動させる。レーザー光Ｌの移動に伴ってレーザー照射部２０が移動する。そのため、溶融池２２であった部分が凝固して２枚の板材１０Ａ、１０Ｂを溶着させる。
ステップＳ５
次に、レーザー照射部２０に形成されるキーホール２４が反射したレーザー光を受光する。キーホール２４が反射したレーザー光は図１のレーザー光受光部２００によって受光され、受光したレーザー光の強度に応じた電気信号に変換される。レーザー光を受光して電気信号に変換するのは図１に示すフォトダイオード２７０である。フォトダイオード２７０から出力された電気信号はアンプ３００で増幅されコンピュータ４００に入力される。
ステップＳ６
受光したレーザー光の強度波形に基づいて板材１０Ａ、１０Ｂの溶着状態を検出する。溶着状態の検出はコンピュータ４００が行なう。
【００４６】
たとえば、正常な溶接が行われているときに、キーホール２４から反射されるレーザー光は、図３（Ａ）に示すように強度の低い安定した波形となる。ところが、板材１０Ａ、１０Ｂの間に隙間が生じ、隙による未溶着が発生すると、図３（Ｂ）に示すように未溶着部分のみ強度の極端に高い不安定な波形となる。
【００４７】
コンピュータ４００は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）のような、レーザー光の経時的な強度変化を示す波形を、図４（Ａ）、図４（Ｂ）のような、あらかじめ準備してある前記レーザー光の経時的な強度変化を示すモデル波形と比較して両波形の相関関係を取ることによって、板材１０Ａ、１０Ｂ同士の溶着状態を検出する。レーザー光の経時的な強度変化を示す波形は、受光した生波形または受光した生波形をウェーブレット変換した後の波形のいずれかの波形を用いる。図３（Ｂ）のような受光した生波形を用いて未溶着を検出する場合には、図４（Ａ）に示すような生のモデル波形を用いて相関関係を取る。相関関係があれば未溶着が発生したと判断できる。また、図３（Ｂ）のような受光した生波形をさらにウェーブレット変換した波形を用いて未溶着を検出する場合には、図４（Ｂ）に示すようなウェーブレット変換後のモデル波形を用いて相関関係を取る。相関関係があれば未溶着が発生したと判断できる。
【００４８】
板材１０Ａ、１０Ｂの間に隙間が生じ、隙による未溶着が発生した場合に、なぜキーホール２４（図６（Ｂ）参照）からのレーザー光の反射が強くなるのかを、図７および図８に基づいて説明する。
【００４９】
図７（Ａ）に示すように、板材１０Ａ、１０Ｂにレーザー光Ｌが照射されると、照射部２０に溶融池２２が形成される。また、溶融池２２のレーザー光Ｌが直接当たる部分にキーホール２４が形成される。キーホール２４は、溶融池２２の金属が気化して気体となっている部分である。図７では、上板となる板材１０Ａと下板となる板材１０Ｂとの間に隙間が開いており、両板が分離した状態でそれぞれにキーホールが発生する。このときにキーホール２４から得られるレーザー光の反射強度は、図８のＡ部分で示される。
【００５０】
この状態のまま溶接が進むと、図７（Ｂ）に示すように、キーホールより噴出したが上板となる板材１０Ａと下板となる板材１０Ｂの隙間に充満する。このときにキーホール２４から得られるレーザー光の反射強度は、図８のＢ部分で示される。
【００５１】
そして、図７（Ｃ）に示すように、上板となる板材１０Ａと下板となる板材１０Ｂの隙間に充満した金属蒸気（プルーム）２６によってレーザー光Ｌが遮断される。この結果、図７（Ｄ）に示すように、下板となる板材１０Ｂからキーホール２４が消える。次に、下板となる板材１０Ｂに到達するレーザー光Ｌが減少し、キーホール２４より発生する溶融池の大きさも減少する。そして、下板となる板材１０Ｂから反射（金属反射）されるレーザー光が急激に増加する。このときにキーホール２４から得られるレーザー光の反射強度は、図８のＣ部分で示される。この場合、上板となる板材１０Ａと下板となる板材１０Ｂとは未溶着となる。
【００５２】
この状態が一旦生じた後、上板となる板材１０Ａと下板となる板材１０Ｂの隙間に充満したプルーム２６が減少し、図７（Ｅ）に示すように、再びレーザー光が下板となる板材１０Ｂにキーホール２４を生成させる。この結果、下板となる板材１０Ｂから反射されるレーザー光が急激に減少する。このときにキーホール２４から得られるレーザー光の反射強度は、図８のＤ部分で示される。
【００５３】
以上のように、上板となる板材１０Ａと下板となる板材１０Ｂとの間に隙間があるときに、未溶着が発生すると、キーホール２４から得られるレーザー光の反射強度が大きく変動する。反射強度の変動の仕方には一定の規則性があるので、本発明ではこれを利用してリアルタイムかつ高精度で未溶着の発生を検出している。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、レーザー光を用いて行なう溶接に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る溶着状態検出装置を適用したリモートレーザー溶接システムの概略構成図である。
【図２】コンピュータの内部を機能別に分けたブロック図である。
【図３】（Ａ）は正常溶接時のＹＡＧ反射光の信号波形（生波形）を示す図、（Ｂ）は隙による未溶着発生時のＹＡＧ反射光の信号波形（生波形）を示す図である。
【図４】（Ａ）は隙による未溶着発生時のＹＡＧ反射光の信号波形（生のモデル波形）を示す図、（Ｂ）は隙による未溶着発生時のＹＡＧ反射光の信号波形（ウェーブレット変換後のモデル波形）を示す図である。
【図５】本発明に係る溶着状態検出方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は、レーザー光を用いた溶接を説明するための図面である。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は、未溶着が発生したときにキーホールから反射されるレーザー光の変化状態を説明するための図面である。
【図８】未溶着が発生したときにキーホールから反射されるレーザー光の反射光強度を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０Ａ  板材、
１０Ｂ  板材、
２０  レーザー照射部、
２２  溶融池、
２４  キーホール、
２６  プルーム、
１００  スキャナー、
１１０  レーザーダイオード、
１２０  第１光学系、
１３０  第２光学系、
１３２  ハーフミラー、
１３４  光透過フィルター、
１３６  減衰フィルター、
２００  レーザー光受光部、
２１０  反射ミラー、
２２０  凸レンズ、
２３０  レーザー光入力部、
２４０  光ファイバー、
２５０  反射ミラー、
２６０  光学フィルター、
２７０  フォトダイオード、
３００  アンプ、
４００  コンピュータ、
４１０  レーザー光強度変化波形記憶部、
４２０  レーザー光強度変化モデル波形記憶部、
４３０  ウェーブレット変換部、
４４０  比較部、
４５０  表示部、
Ｌ  レーザー光。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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