(57)【要約】【課題】ハンドトーチを用いたレーザ溶接において、ワークに対するハンドトーチの倣い性を確保して溶接の作業性を向上しつつ、ワーク同士の間の隙間量の異常を検出することが可能となるガイド治具、センサユニット、及びレーザ溶接装置を提供する。【解決手段】ガイド治具１５は、ハンドトーチ１２を用いたワーク２，３同士のレーザ溶接に供される。ガイド治具１５は、一のワーク３に当接させられる当接面２２、及びハンドトーチ１２の移動をガイドするガイド面２４を有し、ガイド面２４によるガイド方向Ｄに一定の長さを持つ本体部２１を備える。当接面２２には、ガイド方向Ｄの一端側及び他端側のそれぞれに開口部３１，３２が設けられ、各開口部３１，３２には、ＡＥセンサ５１を含むセンサユニット４１，４２が、ＡＥセンサ５１の検出部５１ａと当接面２２とが面一になるように嵌め込まれている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドトーチを用いたワーク同士のレーザ溶接に供されるガイド治具であって、
一のワークに当接させられる当接面、及び前記ハンドトーチの移動をガイドするガイド面を有し、前記ガイド面によるガイド方向に一定の長さを持つ本体部を備え、
前記当接面には、前記ガイド方向の一端側及び他端側のそれぞれに開口部が設けられ、
前記各開口部には、ＡＥセンサを含むセンサユニットが、前記ＡＥセンサの検出部と前記当接面とが面一になるように嵌め込まれている、ガイド治具。
【請求項２】
前記本体部の内部には、前記各開口部に接続された内部空間が設けられており、
前記本体部において、前記ガイド面の反対面には、前記内部空間を露出させるスリットが設けられている、請求項１記載のガイド治具。
【請求項３】
前記本体部における前記ガイド面の反対面は、前記当接面側に向かって前記本体部が幅広となるように前記ガイド面に対して傾斜している、請求項１又は２記載のガイド治具。
【請求項４】
前記本体部は、他のワークに当接させられる当接面を更に有している、請求項１〜３のいずれか一項記載のガイド治具。
【請求項５】
ＡＥセンサ及び光センサを有するセンサユニットであって、
前記ＡＥセンサが配置された第１収容部と、前記光センサが配置された第２収容部と、を有する筐体を備え、
前記筐体において、
前記第１収容部の一面を構成する第１外壁部には、前記ＡＥセンサの検出部を露出させる第１開口部が設けられ、
前記第１収容部の前記一面に交差する前記第２収容部の一面を構成する第２外壁部には、前記筐体の外部から前記光センサに向かう光の入射部となる第２開口部が設けられている、センサユニット。
【請求項６】
前記第１開口部の開口形状は、前記第１外壁部の内面側から外面側に向かって拡大している、請求項５記載のセンサユニット。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一項記載のガイド治具と、
前記レーザ溶接に用いられるレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記ワーク及び前記ガイド面に当接させられ、前記レーザ光源から出力された前記レーザ光を出射させる前記ハンドトーチと、
前記レーザ溶接中に、前記各ＡＥセンサにより検出されたＡＥ波の振動強度の時間変化波形に基づいて前記ワーク同士の間の隙間量の可否を判定し、前記隙間量の異常が生じていると判定した場合、前記各ＡＥセンサにより検出されたＡＥ波の振動強度の時間変化波形同士の位相差に基づいて前記隙間量の異常の発生位置を特定する演算部と、を備える、レーザ溶接装置。
【請求項８】
前記ガイド治具は、請求項５又は６記載のセンサユニットが前記各開口部の少なくとも一方に嵌め込まれてなる、請求項７記載のレーザ溶接装置。
【請求項９】
前記演算部は、前記レーザ溶接時に、前記光センサにより検出された光の強度の時間変化波形に基づいて溶接条件の可否を更に判定する、請求項８記載のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガイド治具、センサユニット、及びレーザ溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば鉄道車両構体には、雨等が車両内に入り込まないように水密性が要求される。水密性を確保するために、近年では、溶接部自体によってワークの水密性を確保可能なレーザ溶接が着目されている。例えば特許文献１に記載の鉄道車両用構体では、外板の端部の外面側に出入口枠の端部を重ね合わせ、出入口枠の端部と外板の主面とをレーザ溶接によって連続溶接している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１２３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザ溶接に用いられる溶接装置としては、例えばレーザ光を出射させるハンドトーチを備えたレーザ溶接装置がある。このようなレーザ溶接装置では、ハンドトーチを所定の溶接予定線に沿って手動で移動させることによってワーク同士をレーザ溶接する。
【０００５】
上述したようなレーザ溶接装置では、例えば、手元のぶれ等に起因して、ハンドトーチが溶接予定線からずれたり、ハンドトーチがワークに乗り上げてしまう場合等があり、溶接の作業性に改善の余地がある。また、上述したようなレーザ溶接装置では、ワーク同士の間に所定量以上の隙間が形成されていることに起因して溶接不良が生じる場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、ハンドトーチを用いたレーザ溶接において、ワークに対するハンドトーチの倣い性を確保して溶接の作業性を向上しつつ、ワーク同士の間の隙間量の異常を検出することが可能となるガイド治具、センサユニット、及びレーザ溶接装置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】
本発明のガイド治具は、ハンドトーチを用いたワーク同士のレーザ溶接に供されるガイド治具であって、一のワークに当接させられる当接面、及びハンドトーチの移動をガイドするガイド面を有し、ガイド面によるガイド方向に一定の長さを持つ本体部を備え、当接面には、ガイド方向の一端側及び他端側のそれぞれに開口部が設けられ、各開口部には、ＡＥセンサを含むセンサユニットが、ＡＥセンサの検出部と当接面とが面一になるように嵌め込まれている。
【０００８】
このガイド治具では、本体部の当接面を一のワークに当接させると共にガイド面を溶接予定線に沿わせ、その状態でガイド面をガイドとしつつハンドトーチをガイド方向に移動させることで、溶接時にハンドトーチを安定して移動させることができる。したがって、ワークに対するハンドトーチの倣い性を確保でき、溶接の作業性を向上することが可能となる。また、このガイド治具では、当接面におけるガイド方向の一端側及び他端側のそれぞれに設けられた各開口部に、ＡＥセンサを含むセンサユニットが嵌め込まれており、ＡＥセンサの検出部と当接面とが面一になっている。そのため、当接面をワークに当接させて各ＡＥセンサの検出部をワークに接触させることで、レーザ光の照射位置で生じてワーク内を伝播したＡＥ波の振動強度を各ＡＥセンサによって検出できる。これにより、例えば、各ＡＥセンサにより検出されたＡＥ波の振動強度の時間変化波形に基づいてワーク同士の間の隙間量の可否を判定することや、隙間量の異常の発生位置を特定することが可能となる。よって、このガイド治具によれば、ハンドトーチを用いたレーザ溶接において、ワークに対するハンドトーチの倣い性を確保して溶接の作業性を向上しつつ、ワーク同士の間の隙間量の異常を検出することが可能となる。
【０００９】
また、本発明のガイド治具では、本体部の内部には、各開口部に接続された内部空間が設けられており、本体部において、ガイド面の反対面には、内部空間を露出させるスリットが設けられていてもよい。これにより、各センサユニットに接続された各ケーブルを本体部の内部に配置できると共に、それらのケーブルを本体部の反対面のスリットから外部に引き出すことができ、ケーブルを整然と配置することが可能となる。
【００１０】
また、本発明のガイド治具では、本体部におけるガイド面の反対面は、当接面側に向かって本体部が幅広となるようにガイド面に対して傾斜していてもよい。これにより、当接面をワークに当接させたときに本体部をワークに対して安定的に配置できるので、溶接の作業性を一層向上できる。
【００１１】
また、本発明のガイド治具では、本体部は、他のワークに当接させられる当接面を更に有していてもよい。これにより、当該当接面を他のワークに当接させることで本体部をワークに対して容易に且つ確実に位置決めできるので、溶接の作業性を一層向上できる。
【００１２】
また、本発明のセンサユニットは、ＡＥセンサ及び光センサを有するセンサユニットであって、ＡＥセンサが配置された第１収容部と、光センサが配置された第２収容部と、を有する筐体を備え、筐体において、第１収容部の一面を構成する第１外壁部には、ＡＥセンサの検出部を露出させる第１開口部が設けられ、第１収容部の一面に交差する第２収容部の一面を構成する第２外壁部には、筐体の外部から光センサに向かう光の入射部となる第２開口部が設けられている。
【００１３】
このセンサユニットは、例えば、第１開口部から露出したＡＥセンサの検出部と上記ガイド治具の本体部の当接面とが面一になり、かつ第２開口部が本体部から突出してガイド方向に向くように、ガイド治具の開口部に嵌め込まれて用いられる。これにより、上述したように、ハンドトーチを用いたレーザ溶接において、ワークに対するハンドトーチの倣い性を確保して溶接の作業性を向上しつつ、ワーク同士の間の隙間量の異常を検出することが可能となる。また、レーザ溶接時に、光センサにより検出された光の強度の時間変化波形に基づいて溶接条件の可否を判定することが可能となる。
【００１４】
また、本発明のセンサユニットでは、第１開口部の開口形状は、第１外壁部の内面側から外面側に向かって拡大していてもよい。これにより、レーザ溶接時に、第１開口部におけるＡＥセンサの検出部の周囲に、ＡＥ波を伝播させる媒質を充填できる。その結果、ＡＥセンサの検出部とワークとの界面でのＡＥ波の反射を抑制し、Ｓ／Ｎ比を向上できる。
【００１５】
また、本発明のレーザ溶接装置は、上記ガイド治具と、レーザ溶接に用いられるレーザ光を出力するレーザ光源と、ワーク及びガイド面に当接させられ、レーザ光源から出力されたレーザ光を出射させるハンドトーチと、レーザ溶接中に、各ＡＥセンサにより検出されたＡＥ波の振動強度の時間変化波形に基づいてワーク同士の間の隙間量の可否を判定し、隙間量の異常が生じたと判定した場合、各ＡＥセンサにより検出されたＡＥ波の振動強度の時間変化波形同士の位相差に基づいて隙間量の異常の発生位置を特定する演算部と、を備える。このレーザ溶接装置によれば、上記ガイド治具を含んで構成されるので、上述したように、ハンドトーチを用いたレーザ溶接において、ワークに対するハンドトーチの倣い性を確保して溶接の作業性を向上しつつ、ワーク同士の間の隙間量の異常を検出できる。
【００１６】
また、本発明のレーザ溶接装置では、ガイド治具は、上記センサユニットが各開口部の少なくとも一方に嵌め込まれることにより構成されていてもよい。これにより、ＡＥセンサと光センサとが１つの筐体内に組み込まれたセンサユニットが用いられるので、例えばＡＥセンサと光センサとが別に設けられる場合と比較して、装置全体の構成を簡易化できる。また、レーザ溶接時に、光センサにより検出された光の強度の時間変化波形に基づいて溶接条件の可否を判定することが可能となる。
【００１７】
また、本発明のレーザ溶接装置では、演算部は、レーザ溶接時に、光センサにより検出された光の強度の時間変化波形に基づいて溶接条件の可否を更に判定してもよい。これにより、レーザ溶接時に、ワーク同士の間の隙間量の異常に加えて、溶接条件の異常を検出できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ハンドトーチを用いたレーザ溶接において、ワークに対するハンドトーチの倣い性を確保して溶接の作業性を向上しつつ、ワーク同士の間の隙間量の異常を検出することが可能となるガイド治具、センサユニット、及びレーザ溶接装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置の概略図である。
【図２】図１のガイド治具の斜視図である。
【図３】図２のガイド治具を矢印Ａ側から見た図である。
【図４】図２のセンサユニットを側方から見た図である。
【図５】図１のレーザ溶接装置の斜視図である。
【図６】（ａ）は、ワーク同士の間の隙間量が許容量以下である場合のＡＥ波の波形を示すグラフであり、（ｂ）は、（ａ）の累積二乗和を示すグラフである。
【図７】（ａ）は、ワーク同士の間の隙間量が許容量よりも大きい場合のＡＥ波の波形を示すグラフであり、（ｂ）は、（ａ）の累積二乗和を示すグラフである。
【図８】（ａ）は、ワーク同士の間の隙間量が許容量以下である場合のＡＥ波の波形を示すグラフであり、（ｂ）は、（ａ）の波形解析結果を示すグラフである。
【図９】（ａ）は、ワーク同士の間の隙間量が許容量よりも大きい場合のＡＥ波の波形を示すグラフであり、（ｂ）は、（ａ）の波形解析結果を示すグラフである。
【図１０】各ＡＥセンサにより検出されるＡＥ波の位相差を示すグラフである。
【図１１】光センサにより検出される光の強度の時間変化波形を、正常時と異常時のそれぞれについて示すグラフである。
【図１２】図１１の波形解析結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１に示されるレーザ溶接装置１は、板状のワーク２，３同士を所定の溶接予定線に沿ってレーザ溶接する装置である。レーザ溶接装置１は、例えば、ワーク２の主面２ａにワーク３の端部３ａを重ね合わせ、ワーク２の主面２ａとワーク３の端部３ａ側の端面３ｂとに重ね合わせ部分に沿って連続的なレーザ溶接部を形成する際に用いられる。
【００２２】
レーザ溶接装置１は、レーザ光源１１と、ハンドトーチ１２と、制御部１４と、ガイド治具１５と、を備えている。レーザ光源１１は、レーザ光を出力するレーザ発振器である。レーザ光源１１は、例えばファイバレーザ発振器であり、所定の周期Ｔ１（例えば、２０×１０−３秒〜１００×１０−３秒）のパルス光（換言すれば、所定の周波数（例えば、１０Ｈｚ〜５０Ｈｚ）のパルス光）を出力する。当該パルス光のパルス幅は、例えば０．２×１０−３秒〜５０×１０−３秒である。レーザ光源１１は、箱状の本体４に内蔵されている。レーザ光源１１のオンオフは、例えば制御部１４によって制御される。
【００２３】
ハンドトーチ１２は、レーザ光源１１から出力されたレーザ光を外部に出射させる部分である。ハンドトーチ１２は、本体４から延びる可撓性のケーブル１６の先端に設けられている。ハンドトーチ１２は、例えば、レーザ溶接を行う作業者が把持し易い外径の略円筒状をなしている。ハンドトーチ１２の外周面には、滑り止めや保護ガラス等が設けられている。
【００２４】
ハンドトーチ１２の先端には、コンタクトチップ１３が着脱自在に取り付けられる。コンタクトチップ１３は、中空の筒状部材であり、ハンドトーチ１２を通ったレーザ光は、コンタクトチップ１３を通ってコンタクトチップ１３の先端から外部に出射する。コンタクトチップ１３は、ハンドトーチ１２の先端に取り付けられた状態において、コンタクトチップ１３の中心軸とレーザ光源１１から導光されるレーザ光の光軸とが略一致するように設計されている。
【００２５】
コンタクトチップ１３は、導電性材料により形成されている。コンタクトチップ１３を形成する導電性材料は、ワーク２に傷を発生させない観点から、ワーク２の形成材料よりも硬度が低い材料であることが好適である。例えばワーク２がステンレス鋼板である場合、コンタクトチップ１３を形成する導電性材料としては、例えば銅、銅合金、導電性カーボン、又は導電性セラミックス等が挙げられる。
【００２６】
コンタクトチップ１３の先端部は、コンタクトチップ１３の先端側が切り欠かれることによって先細り形状をなしている。当該先端部には、溶接時にワーク２の主面２ａに対する倣い面となる第１当接面１３ａと、溶接時にワーク３の端面３ｂ及び後述するガイド治具１５のガイド面２４に対する倣い面となる第２当接面１３ｂとが形成されている。第１当接面１３ａ及び第２当接面１３ｂは、例えば互いに直交する平面状をなしている。
【００２７】
制御部１４は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、通信インタフェイス、及びハードディスク等を備えたコンピュータである。制御部１４は、レーザ溶接装置１の各部の動作を制御する。例えば、制御部１４は、ワーク２とコンタクトチップ１３とが通電状態である場合にレーザ光源１１によるレーザ光の出力を許容し、ワーク２とコンタクトチップ１３とが非通電状態である場合にレーザ光源１１によるレーザ光の出力を禁止する制御を行う（インターロック機能）。これにより、溶接開始時に作業者がコンタクトチップ１３をワーク２に当接させ、ワーク２とコンタクトチップ１３とが非通電状態から通電状態に移行すると、レーザ光源１１によるレーザ光の出力が開始される。一方、コンタクトチップ１３がワーク２から離され、ワーク２とコンタクトチップ１３とが通電状態から非通電状態に移行すると、レーザ光源１１によるレーザ光の出力が停止される。
【００２８】
ガイド治具１５は、レーザ溶接時にハンドトーチ１２の移動をガイドする治具である。図２及び図３に示されるように、ガイド治具１５は、所定のガイド方向Ｄに一定の長さを持つ本体部２１を備えている。本体部２１は、長手方向から見た場合に、断面台形状をなしている。本体部２１は、当接面２２と、当接面２２の反対面である押さえ面２３と、当接面２２及び押さえ面２３に連続するガイド面２４と、ガイド面２４の反対面２５と、を有している。当接面２２、押さえ面２３、ガイド面２４、及び反対面２５のそれぞれは、例えば平面状をなしている。当接面２２と押さえ面２３とは互いに平行となっており、当接面２２及び押さえ面２３とガイド面２４とは互いに直交している。反対面２５は、当接面２２側に向かって本体部２１が幅広となるようにガイド面２４に対して傾斜している。この例では、本体部２１は、ガイド方向Ｄの中心線Ｌ（図３）に関して線対称に形成されている。
【００２９】
当接面２２には、ガイド方向Ｄの一端側に開口部３１が設けられ、ガイド方向Ｄの他端側に開口部３２が設けられている。開口部３１，３２は、例えば、互いに同一形状の略四角柱状の内部空間を有し、押さえ面２３にも開口している。すなわち、開口部３１，３２は、本体部２１を貫通している。開口部３１は、本体部２１におけるガイド方向Ｄの一方面２６から所定距離だけ離れた位置に配置され、開口部３２は、本体部２１における一方面２６の反対面２７から当該所定距離だけ離れた位置に配置されている。一方面２６及び反対面２７には、開口部３１，３２に繋がるネジ穴２６ａ，２７ａが設けられている。
【００３０】
開口部３１には、センサユニット４１が嵌め込まれ、開口部３２には、センサユニット４２が嵌め込まれている。センサユニット４１，４２は、ＡＥ（Acoustic Emission）センサを含むセンサユニットである。センサユニット４１，４２は、ネジ穴２６ａ，２７ａに螺合されたネジ５，５の先端が突き当てられることによって本体部２１に固定されている。センサユニット４１，４２の詳細については後述する。なお、図３では、センサユニット４１，４２が嵌め込まれていない状態のガイド治具１５が示されている。
【００３１】
図３に示されるように、本体部２１の内部には、開口部３１及び開口部３２のそれぞれに接続された内部空間３３が設けられている。内部空間３３は、第１部分３４と第２部分３５とを有している。第１部分３４は、ガイド方向Ｄに延在し、ガイド方向Ｄの一端において開口部３１に接続されると共に、ガイド方向Ｄの他端において開口部３２に接続されている。第２部分３５は、ガイド面２４と反対面２５との対向方向に延在し、当該対向方向の一端において第１部分３４に接続されている。反対面２５には、第２部分３５を露出させるスリット２５ａが、中心線Ｌ上を通るように設けられている。スリット２５ａの内面は、当接面２２及び押さえ面２３と直交する方向（矢印Ａ側）から見た場合に、ガイド面２４側において円弧状をなし、ガイド面２４と反対側において第２部分３５と等幅の平面状をなしている。
【００３２】
図３及び図４に示されるように、ガイド面２４には、ガイド方向Ｄの一端側及び他端側のそれぞれに矩形板状のストッパ部２８，２９が設けられている。ストッパ部２８は、ガイド方向Ｄの一方面２８ａが本体部２１の一方面２６と面一となるように配置され、ストッパ部２９は、ガイド方向Ｄの他方面２９ａが本体部２１の反対面２７と面一となるように配置されている。ストッパ部２８，２９の一部は、当接面２２から突出している。当該各突出部における当接面２２側の面は、当接面２８ｂ，２９ｂとなっている。当該各突出部の当接面２２からの突出量は、例えばワーク３の板厚の８０％程度に設定されている。例えば、ワーク３の板厚が１．５ｍｍである場合、当該突出量は１．２ｍｍに設定される。
【００３３】
続いて、センサユニット４１，４２について説明する。図４（ａ）に示されるように、センサユニット４１は、ＡＥセンサ５１及び光センサ５２を収容する矩形箱状の筐体４３を備える。筐体４３は、ＡＥセンサ５１が配置された第１収容部４４と、光センサ５２が収容された第２収容部４５と、を有する。
【００３４】
ＡＥセンサ５１は、ＡＥ波の振動強度を検出するセンサであり、検出したＡＥ波の振動強度に対応する大きさの電圧値を制御部１４に出力する。ＡＥセンサ５１は、例えば矩形箱状をなし、検出面（検出部）５１ａを有している。ＡＥセンサ５１は、検出面５１ａに入力されたＡＥ波を検出する。
【００３５】
光センサ５２は、光の強度を検出するセンサであり、検出した光の強度に対応する大きさの電圧値を制御部１４に出力する。光センサ５２は、例えば矩形箱状をなし、内部に受光素子を有している。光センサ５２には、フィルタ等の光学系が収容された鏡筒５３が接続されており、光センサ５２は、鏡筒５３を通って受光素子に入射した光を検出する。
【００３６】
筐体４３において、第１収容部４４の一面（第２収容部４５と反対側の面）を構成する第１外壁部４６には、ＡＥセンサ５１の検出面５１ａを露出させる第１開口部４７が設けられている。第１開口部４７は、例えば円形状の開口形状を有している。第１開口部４７の内面４７ａは、第１開口部４７の開口形状が第１外壁部４６の内面側から外面側に向かって直線的に拡大するように傾斜している。
【００３７】
筐体４３において、第１収容部４４の上記一面に直交する第２収容部４５の一面を構成する第２外壁部４８には、筐体４３の外部から光センサ５２に向かう光の入射部となる第２開口部４９が設けられている。第２開口部４９は、例えば円形状の開口形状を有している。第２開口部４９には、鏡筒５３における光センサ５２の受光素子と反対側の開口が配置されている。
【００３８】
図４（ｂ）に示されるように、センサユニット４２は、ＡＥセンサ５１を収容する矩形箱状の筐体５０を備える。筐体５０は、ＡＥセンサ５１が配置された第１収容部４４を有する。筐体５０の高さ（第１外壁部４６と直交する方向の長さ）は、筐体４３の高さよりも、第２収容部４５の高さの分だけ低くなっている。この例では、第１外壁部４６と直交する方向から見た場合、筐体５０と筐体４３の外形状は、互いに同一となっている。
【００３９】
図２及び図５に示されるように、ガイド治具１５では、これらのセンサユニット４１，４２が、ＡＥセンサ５１の検出面５１ａと本体部２１の当接面２２とが面一になるように、開口部３１，３２に嵌め込まれている。センサユニット４１が開口部３１に嵌め込まれた状態では、センサユニット４１の第２開口部４９は、本体部２１の押さえ面２３から突出し、本体部２１のガイド方向Ｄの他端側に向いている。センサユニット４２が開口部３２に嵌め込まれた状態では、センサユニット４２における第１外壁部４６と反対側の面は、本体部２１の押さえ面２３と面一になっている。
【００４０】
上述したように、本体部２１の内部には、開口部３１，３２に接続された内部空間３３が設けられている。センサユニット４１，４２に接続された各ケーブルは、内部空間３３の第１部分３４及び第２部分３５に配置され、スリット２５ａから外部に引き出されている。図１及び図５では、これらのケーブルの束が符号Ｃで示されている。図１に示されるように、ケーブルＣの他端は制御部１４に接続されている。
【００４１】
図５に示されるように、レーザ溶接時には、作業者は、本体部２１の当接面２２をワーク３における端部３ａの主面３ｃに当接させると共に、ガイド面２４をワーク３の端面３ｂと面一にして溶接予定線に沿わせ、ガイド治具１５を所定の位置に配置する。このとき、ストッパ部２８，２９の当接面２８ｂ，２９ｂ（図２）をワーク３の端面３ｂに当接させることで、本体部２１をワーク２，３に対して位置決めできる。また、作業者は、レーザ溶接の開始前に、センサユニット４１，４２のそれぞれについて、第１開口部４７におけるＡＥセンサ５１の検出面５１ａの周囲に、ＡＥ波を伝播させる媒質Ｍを充填する。媒質Ｍは、第１開口部４７の内面４７ａとＡＥセンサ５１の外面との間、及びＡＥセンサ５１の検出面５１ａとワーク３との間にわたって充填される。媒質Ｍは、例えばシリコングリスや機械油等である。
【００４２】
そして、コンタクトチップ１３の第１当接面１３ａをワーク２の主面２ａに当接させると共に、第２当接面１３ｂをワーク３の端面３ｂ及びガイド治具１５のガイド面２４に当接させて（図１）、ガイド面２４をハンドトーチ１２のガイドとしつつハンドトーチ１２をガイド方向Ｄに移動させる。このとき、作業者は、ハンドトーチ１２を、ワーク２に対して進行方向側（ストッパ部２９側）に傾けながら、ストッパ部２８からストッパ部２９まで移動させる。また、このとき、作業者は、本体部２１の押さえ面２３を当接面２２側に押さえつつハンドトーチ１２を移動させることで、本体部２１の位置ずれを抑制できる。作業者は、ストッパ部２８とストッパ部２９との間でのレーザ溶接が完了すると、ガイド治具１５を次の溶接位置に移動させ、当該溶接位置でのレーザ溶接を行う。これらの手順を繰り返すことにより、線状のレーザ溶接部が溶接予定線に沿って形成される。
【００４３】
また、レーザ溶接時には、当接面２２がワーク３の主面３ｃに当接し、センサユニット４１，４２の各ＡＥセンサ５１の検出面５１ａが主面３ｃに接触する。そのため、レーザ光（パルス光）の照射により生じてワーク２，３内を伝播したＡＥ波の振動強度が、各ＡＥセンサ５１により検出される。更に、レーザ光の照射により生じた光の強度が光センサ５２により検出される。レーザ溶接装置１では、これらのＡＥ波の振動強度及び光の強度に基づく各種の演算が制御部１４によって行われる。以下、それらの演算処理について説明する。
【００４４】
［第１演算処理］
制御部１４は、レーザ溶接時に、ＡＥセンサ５１により検出されたＡＥ波の振動強度の時間変化波形に基づいてワーク２同士の間の隙間量の可否を判定し、隙間量の異常が生じていると判定した場合、各ＡＥセンサ５１により検出されたＡＥ波の振動強度の時間変化波形の位相差に基づいて隙間量の異常の発生位置を特定する演算部としても機能する（第１演算処理）。制御部１４は、第１演算処理による演算結果を、例えばディスプレイに表示させる。これにより、作業者は、隙間量の異常が生じているか否か、及び隙間量の異常が生じている場合には隙間量の異常の発生位置を把握できる。このディスプレイは、例えば本体４の上面側に設置されている。以下、第１演算処理について、ワーク２同士の間の隙間量の可否を判定する処理（判定処理）、隙間量の異常が生じていると判定した場合に隙間量の異常の発生位置を特定する処理（特定処理）の順に説明する。
【００４５】
＜判定処理の第１例＞
判定処理の第１例を説明する。第１例では、制御部１４は、少なくとも一方のＡＥセンサ５１により検出されたＡＥ波の振動強度の時間変化波形に基づいて、所定の長さの期間Ｔ２におけるＡＥ波の振動強度の累積二乗和を算出し、算出した累積二乗和と所定の設定値Ｘ１との比較によって、ワーク２同士の間の隙間量の可否を判定する。この判定処理は、一方のＡＥセンサ５１について行われてもよいし、両方のＡＥセンサ５１について行われてもよい。両方のＡＥセンサ５１について行う場合には、例えばいずれか一方の判定結果が否となった場合に隙間量の異常が生じたと判定すればよい。
【００４６】
この判定処理は、例えば期間Ｔ２の長さの時間が経過するごとに逐次実行される。期間Ｔ２は、レーザ光源１１から出力されるレーザ光の周期Ｔ１よりも長く設定されている。具体的には、期間Ｔ２の長さは、期間Ｔ２内にレーザ光源１１からのレーザ光の照射による振動が所定回数以上発生する長さに設定されており、例えば周期Ｔ１の１００倍〜５００倍程度に設定されている。設定値Ｘ１は、隙間量の許容値に従って適宜設定される。設定値Ｘ１の設定方法の具体例については後述する。
【００４７】
図６及び図７を参照しつつ、具体例を説明する。この例では、周期Ｔ１は０．０６７秒であり、期間Ｔ２の長さは３０秒に設定され、設定値Ｘ１は値１０に設定されている。そして、制御部１４は、期間Ｔ２における累積二乗和が設定値Ｘ１以上である場合、隙間量が許容量以下である正常状態と判定し、期間Ｔ２における累積二乗和が設定値Ｘ１よりも小さい場合、隙間量が許容量よりも大きい異常状態と判定する。隙間量の許容量は、例えば、レーザ照射側のワーク２の板厚の１０％程度に設定される。例えば、レーザ照射側のワーク２の板厚が１．５ｍｍである場合、隙間量の許容値は、０．１５ｍｍに設定される。
【００４８】
図６は、隙間量が０ｍｍである場合のグラフである。図６（ａ）に示されるように、この場合、ワーク２同士の間でＡＥ波が伝播され易いので、比較的大きな電圧値のピークを有する波形が検出される。この場合、図６（ｂ）に示されるように、累積二乗和は値１５程度となり、設定値Ｘ１よりも大きくなる。なお、図６（ａ）では、期間Ｔ２よりも短い１秒の期間のグラフが示されている。この点は、下記図７（ａ）についても同様である。
【００４９】
図７は、隙間量が０．２ｍｍである場合のグラフである。図７（ａ）に示されるように、この場合、ワーク２同士の間でＡＥ波が伝播され難いので、隙間量が０ｍｍの場合よりも小さな電圧値のピークを有する波形が検出される。この場合、図７（ｂ）に示されるように、累積二乗和は値７程度となり、設定値Ｘ１よりも小さくなる。
【００５０】
このように、この例では、隙間量の大きさに従って期間Ｔ２における累積二乗和の大きさが異なる。そして、隙間量が許容量よりも大きい場合には、累積二乗和が設定値Ｘ１よりも小さくなる。したがって、設定値Ｘ１を例えば値１０に設定することにより、隙間量が許容量以下であるか否かを判定できる。
【００５１】
＜判定処理の第２例＞
上記第１例に代えて、次の第２例を用いてもよい。第２例では、制御部１４は、少なくとも一方のＡＥセンサ５１により検出されたＡＥ波の振動強度の時間変化波形に基づいて、所定の長さの期間Ｔ３における所定の判定値を算出し、算出した判定値と所定の設定値Ｘ２との比較によって、ワーク２同士の間の隙間量の可否を判定する。この判定処理は、一方のＡＥセンサ５１について行われてもよいし、両方のＡＥセンサ５１について行われてもよい。両方のＡＥセンサ５１について行う場合には、例えばいずれか一方の判定結果が否となった場合に隙間量の異常が生じたと判定すればよい。
【００５２】
この判定処理では、制御部１４は、まず、ＡＥ波の振動強度の時間変化波形に移動平均差分処理を施す。移動平均差分処理は、所定データ点ごとの移動平均値を算出し、算出された移動平均値を元の値から減算する処理である。移動平均差分処理により、元の波形からＤＣ成分が除去され、元の波形における各ピークの頂部に含まれる高周波成分のみが抽出される。
【００５３】
制御部１４は、移動平均差分処理の実行後、波形の正規化を行う。この正規化では、始めに移動平均差分処理後の値の平均値μ及び標準偏差σが算出され、これらに基づいて標本線が設定される。例えば、μ、±１．５σ、±３．０σの５本の標本線が設定される。標本線の設定数に理論上の制限はないが、解析負荷を考慮すると、５本〜１１本程度とすることが好適である。
【００５４】
制御部１４は、標本線の設定後、判定値として存在量又は変化量を算出する。存在量は、所定の標本線よりも絶対値の大きい値を有するデータの数である。また、変化量は、波形が所定の標本線と交差する回数である。期間Ｔ３の長さが０．１秒であり、サプリング周波数が１ｋＨｚである場合、期間Ｔ３中に１００個のデータが存在する。
【００５５】
この判定処理は、例えば期間Ｔ３の長さの時間が経過するごとに逐次実行される。期間Ｔ３は、レーザ光源１１から出力されるレーザ光の周期Ｔ１よりも長く設定されている。具体的には、期間Ｔ３の長さは、期間Ｔ３内にレーザ光源１１からのレーザ光の照射による振動が所定回数以上発生する長さに設定されており、例えば周期Ｔ１の１０倍〜５０倍程度に設定されている。設定値Ｘ２は、隙間量の許容値に従って適宜設定される。設定値Ｘ２の設定方法の具体例については後述する。
【００５６】
図８及び図９を参照しつつ、具体例を説明する。この例では、周期Ｔ１は０．０５秒であり、期間Ｔ３は１５０×１０−３秒に設定され、設定値Ｘ２は値１に設定されている。また、判定値は変化量とされ、所定の標本線は３．０σの標本線とされている。制御部１４は、期間Ｔ３における判定値が設定値Ｘ２以上である場合、隙間量が許容量以下である正常状態と判定し、期間Ｔ３における判定値が設定値Ｘ２よりも小さい場合、隙間量が許容量よりも大きい異常状態と判定する。
【００５７】
図８は、隙間量が０ｍｍである場合のグラフである。図８（ａ）では、図６（ａ）と同様に、比較的大きな電圧値のピークを有する波形が検出されている。この場合、図８（ｂ）に示されるように、判定値は値２となり、設定値Ｘ２よりも大きくなる。
【００５８】
図９は、隙間量が０．２ｍｍである場合のグラフである。図９（ａ）では、図７（ａ）と同様に、隙間量が０ｍｍの場合よりも小さな電圧値のピークを有する波形が検出されている。この場合、図９（ｂ）に示されるように、判定値は値０となり、設定値Ｘ２よりも小さくなる。
【００５９】
このように、この例では、隙間量の大きさに従って期間Ｔ３における判定値の大きさが異なる。そして、隙間量が許容量よりも大きい場合には、判定値が設定値Ｘ２よりも小さくなる。したがって、設定値Ｘ２を例えば値１に設定することにより、隙間量が許容量以下であるか否かを判定できる。
【００６０】
＜特定処理＞
特定処理として、制御部１４は、隙間量の異常が生じていると判定した場合、各ＡＥセンサ５１により検出されたＡＥ波の振動強度の時間変化波形の位相差に基づいて隙間量の異常の発生位置を特定する。例えば、図１０に示されるように、センサユニット４１のＡＥセンサ５１によって波形Ｓ１が検出され、センサユニット４２のＡＥセンサ５１によって波形Ｓ２が検出された場合、制御部１４は、波形Ｓ１の振動開始時刻ｔ１と波形Ｓ２の振動開始時刻ｔ２との差分に音速（ワーク２，３中におけるＡＥ波の伝播速度）を乗じた値に、１／２を乗じることにより、隙間量の異常の発生位置から中心線Ｌまでの距離を算出する。これにより、制御部１４は、隙間量の異常の発生位置を特定する。
【００６１】
［第２演算処理］
更に、制御部１４は、レーザ溶接時に、光センサ５２により検出された光の強度の時間変化波形に基づいて溶接条件の可否を判定する演算部としても機能する（第２演算処理）。この例では、制御部１４は、レーザ溶接中に、第１判定処理と第２判定処理とを並行して行う。制御部１４は、第１判定処理による判定結果に加えて、第２判定処理による判定結果をディスプレイに表示させる。
【００６２】
可否を判定する溶接条件としては、例えば、レーザ溶接用の加工ガスの姿勢又は流量、レーザ光源１１から出力されるレーザ光の出力値、及び／又は溶接速度等が挙げられる。レーザ溶接用の加工ガスは、レーザ溶接時にガスノズルからレーザ光の照射位置に供給されるガスであり、例えばヘリウムガスやアルゴンガスが用いられる。加工ガスのレーザ光の照射位置への供給により、ワーク２，３の酸化防止及びスパッタ防止が図られる。
【００６３】
ガスノズルの姿勢のずれや流量の変化等に起因して加工ガスの供給量が変化すると、レーザ光のワーク２に対する溶け込み量が変化し、光センサ５２により検出される光の強度が変化する。また、レーザ光の出力値や溶接速度が変化した場合にも、光センサ５２により検出される光の強度が変化する。したがって、レーザ溶接時に光センサ５２により検出された光の強度の時間変化波形を解析することにより、溶接条件の可否を検出できる。
【００６４】
以下では、溶接条件として加工ガスの供給量の可否を判定する例について説明する。制御部１４は、光センサ５２により検出された光の強度の時間変化波形に基づいて、所定の長さの期間Ｔ４における所定の判定値を算出し、算出した判定値と所定の設定値Ｘ３との比較によって、加工ガスの供給量の可否を判定する。判定値は、例えば、上述した存在量又は変化量である。
【００６５】
図１１及び図１２を参照しつつ、第２演算処理の具体例を説明する。この例では、期間Ｔ４は、３００×１０−３秒に設定され、設定値Ｘ３は、値５に設定されている。また、判定値は変化量とされ、所定の標本線は２．０σの標本線とされている。制御部１４は、期間Ｔ４における判定値が設定値Ｘ３以上である場合、加工ガスの供給量が正常範囲内である正常状態と判定し、期間Ｔ４における判定値が設定値Ｘ３よりも小さい場合、加工ガスの供給量が正常範囲外である異常状態と判定する。
【００６６】
図１１では、正常時の波形Ｓ３が実線で示され、異常時の波形Ｓ４が破線で示されている。図１１に示されるように、異常時には、正常時よりも小さな電圧値のピークを有する波形が検出される。図１２に示されるように、正常時には、判定値は値１２〜２４程度となり、設定値Ｘ３よりも大きくなる。一方、異常時には、判定値は値０となり、設定値Ｘ３よりも小さくなる。なお、図１２では、設定値Ｘ３が二点鎖線で示されている。
【００６７】
このように、この例では、加工ガスの供給量の可否に従って期間Ｔ４における判定値の大きさが異なる。そして、加工ガスの供給量が正常範囲外である場合には、判定値が設定値Ｘ３よりも小さくなる。したがって、設定値Ｘ３を例えば値５に設定することにより、加工ガスの供給量が正常範囲内であるか否かを判定できる。
【００６８】
以上説明したガイド治具１５では、本体部２１の当接面２２をワーク３に当接させると共にガイド面２４を溶接予定線に沿わせ、その状態でガイド面２４をガイドとしつつハンドトーチ１２をガイド方向に移動させることで、溶接時にハンドトーチ１２を安定して移動させることができる。したがって、ワーク２，３に対するハンドトーチ１２の倣い性を確保でき、溶接の作業性を向上することが可能となる。また、このガイド治具１５では、当接面２２におけるガイド方向Ｄの一端側及び他端側のそれぞれに設けられた各開口部３１，３２に、ＡＥセンサ５１を含むセンサユニット４１，４２が嵌め込まれており（埋設されており）、ＡＥセンサ５１の検出面５１ａと当接面２２とが面一になっている。そのため、当接面２２をワーク３に当接させて各ＡＥセンサ５１の検出面５１ａをワーク３に接触させることで、レーザ光の照射位置で生じてワーク２，３内を伝播したＡＥ波の振動強度を各ＡＥセンサ５１によって検出できる。これにより、各ＡＥセンサ５１により検出されたＡＥ波の振動強度の時間変化波形に基づいてワーク２，３同士の間の隙間量の可否を判定することや、隙間量の異常の発生位置を特定することが可能となる。よって、このガイド治具１５によれば、ハンドトーチ１２を用いたレーザ溶接において、ワーク２，３に対するハンドトーチ１２の倣い性を確保して溶接の作業性を向上しつつ、ワーク２，３同士の間の隙間量の異常を検出することが可能となる。
【００６９】
更に、ガイド治具１５では、各ＡＥセンサ５１が本体部２１に組み込まれているので、例えばＡＥセンサ５１をガイド治具１５とは別に設ける場合と比較して、接装置全体の構成を簡易化できる。また、ガイド治具１５では、各センサユニット４１，４２の少なくとも一部が本体部２１の開口部３１，３２内に配置されているので、レーザ溶接中に発生するスパッタ等から各センサユニット４１，４２を保護できる。
【００７０】
ワーク２，３同士の間の隙間量の異常は、ワーク２，３の平面度の不足により予め生じている場合もあれば、溶接部の形成に起因して事後的に生じることもある。ガイド治具１５では、隙間量の異常が予め生じている場合に、当該部分の溶接前に、隙間量の異常が生じていることを検出することが可能となる。この場合、例えば、当該部分に溶接不良が生じないように溶接することが可能となる。また、ガイド治具１５では、隙間量の異常が事後的に生じた場合に、隙間量の異常が生じたことを検出することが可能となる。この場合、隙間量の異常により溶接不良が生じたとしても、例えば再度の溶接により当該部分を補修することが可能となる。
【００７１】
また、ガイド治具１５では、本体部２１の内部には、各開口部３１，３２に接続された内部空間３３が形成されており、本体部２１において、ガイド面２４の反対面２５には、内部空間３３を露出させるスリット２５ａが設けられている。これにより、各センサユニット４１，４２に接続されたケーブルＣを本体部２１の内部に配置できると共に、ケーブルＣを本体部２１の反対面２５のスリット２５ａから外部に引き出すことができ、ケーブルＣを整然と配置することが可能となる。
【００７２】
また、ガイド治具１５では、本体部２１におけるガイド面２４の反対面２５は、当接面２２側に向かって本体部２１が幅広となるようにガイド面２４に対して傾斜している。これにより、当接面２２をワーク３に当接させたときに本体部２１をワーク３に対して安定的に配置できるので、溶接の作業性を一層向上できる。
【００７３】
また、ガイド治具１５では、本体部２１は、ワーク３に当接させられる当接面２８ｂ，２９ｂを更に有している。これにより、当接面２８ｂ，２９ｂをワーク３に当接させることで本体部２１をワーク２，３に対して容易に且つ確実に位置決めできるので、溶接の作業性を一層向上できる。
【００７４】
また、センサユニット４１は、第１開口部４７から露出したＡＥセンサ５１の検出面５１ａとガイド治具１５の本体部２１の当接面２２とが面一になり、かつ第２開口部４９が本体部２１から突出してガイド方向Ｄに向くように、ガイド治具１５の開口部３１に嵌め込まれて用いられる。これにより、上述したように、ハンドトーチ１２を用いたレーザ溶接において、ワーク２，３に対するハンドトーチ１２の倣い性を確保して溶接の作業性を向上しつつ、ワーク２，３同士の間の隙間量の異常を検出することが可能となる。また、レーザ溶接時に、光センサ５２により検出された光の強度の時間変化波形に基づいて溶接条件の可否を判定することが可能となる。また、ＡＥセンサ５１と光センサ５２とが１つの筐体４３内に組み込まれているので、例えばＡＥセンサ５１と光センサ５２とが別に設けられる場合と比較して、構成を簡易化できる。
【００７５】
また、センサユニット４１では、第１開口部４７の開口形状は、第１外壁部４６の内面側から外面側に向かって拡大している。これにより、レーザ溶接時に、第１開口部４７におけるＡＥセンサ５１の検出面５１ａの周囲に、ＡＥ波を伝播させる媒質を充填できる。その結果、ＡＥセンサ５１の検出面５１ａとワーク３との界面でのＡＥ波の反射を抑制し、Ｓ／Ｎ比を向上できる。すなわち、媒質の充填によって検出面５１ａとワーク３との間に隙間が生じることを抑制してＡＥ波を伝達し易くでき、検出面５１ａにおいて小さなレベルの信号でも検出可能となる。
【００７６】
また、レーザ溶接装置１によれば、ガイド治具１５を含んで構成されるので、上述したように、ハンドトーチ１２を用いたレーザ溶接において、ワーク２，３に対するハンドトーチ１２の倣い性を確保して溶接の作業性を向上しつつ、ワーク２，３同士の間の隙間量の異常を検出できる。
【００７７】
また、レーザ溶接装置１では、ガイド治具１５は、センサユニット４１が開口部３１に嵌め込まれてなる。これにより、ＡＥセンサ５１と光センサ５２とが１つの筐体４３内に組み込まれたセンサユニット４１が用いられるので、例えばＡＥセンサ５１と光センサ５２とが別に設けられる場合と比較して、装置全体の構成を簡易化できる。また、レーザ溶接時に、光センサ５２により検出された光の強度の時間変化波形に基づいて溶接条件の可否を判定することが可能となる。
【００７８】
また、レーザ溶接装置１では、制御部１４は、レーザ溶接時に、光センサ５２により検出された光の強度の時間変化波形に基づいて溶接条件の可否を更に判定する。これにより、レーザ溶接時に、ワーク２，３同士の間の隙間量の異常に加えて、溶接条件の異常を検出できる。
【００７９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、ガイド治具１５によるガイド方向Ｄは、直線状に限られず、例えば曲線状であってもよい。また、開口部３１，３２は、少なくとも当接面２２に開口していればよく、押さえ面２３に開口していなくてもよい。
【００８０】
また、開口部３１及び開口部３２の両方に、ＡＥセンサ５１及び光センサ５２を有するセンサユニット４１が嵌め込まれていてもよい。この場合、例えば、いずれか一方のセンサユニット４１の光センサ５２についての判定結果が否となった場合に、溶接条件の異常が生じたと判定すればよい。また、開口部３２及び開口部３２の両方に、ＡＥセンサ５１のみを有するセンサユニット４２が嵌め込まれていてもよい。この場合、第２演算処理は行われず、第１演算処理のみが行われる。
【００８１】
また、レーザ溶接装置１は、コンタクトチップ１３がワーク２，３に当接しているときにコンタクトチップ１３に振動を生じさせる振動素子を更に備えてもよい。この場合、ＡＥセンサ５１は、振動素子によるコンタクトチップ１３の振動により生じてワーク２，３内を伝播したＡＥ波を検出する。この場合にも、上記実施形態と同様に、各ＡＥセンサ５１により検出されたＡＥ波の振動強度の時間変化波形に基づいてワーク２，３同士の間の隙間量の可否を判定することや、隙間量の異常の発生位置を特定することが可能となる。
【符号の説明】
【００８２】
１…レーザ溶接装置、２，３…ワーク、１１…レーザ光源、１２…ハンドトーチ、１４…制御部、１５…ガイド治具、２１…本体部、２２…当接面、２４…ガイド面、２５ａ…スリット、２８ｂ，２９ｂ…当接面、３１，３２…開口部、３３…内部空間、４１，４２…センサユニット、４３…筐体、４４…第１収容部、４５…第２収容部、４６…第１外壁部、４７…第１開口部、４８…第２外壁部、４９…第２開口部、５１…ＡＥセンサ、５１ａ…検出面（検出部）、５２…光センサ、Ｄ…ガイド方向、Ｍ…媒質。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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