(57)【要約】  カメラは、溶接対象の第１及び第２の板金に照射されているビームスポットを含む所定の範囲を撮影する。画像分析装置は、第１及び第２の板金を撮影した画像信号に基づいて、溶接不良が発生したかを判定する。画像分析装置は、画像信号のフレーム内に分析ウインドウを設定しており、ビームスポットの中心は、分析ウインドウ内に設定した基準点に位置している。領域抽出部は、分析ウインドウ内に含まれる画素のうち、判定対象の溶接不良に対応して基準点を基準として位置が設定された注目領域の画素を抽出する。溶接不良判定部は、注目領域における輝度に基づいて、判定対象の溶接不良が発生したかを判定する。
2020110694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接対象の第１及び第２の板金に照射されているレーザビームのビームスポットを含む所定の範囲を撮影するカメラと、
前記カメラが前記第１及び第２の板金を撮影した画像信号に基づいて、溶接不良が発生したか否かを判定する画像分析装置と、
を備え、
前記画像分析装置は、
前記画像信号のフレーム内に、溶接不良が発生したか否かを判定するための領域としての分析ウインドウを設定しており、
前記ビームスポットの中心は、前記分析ウインドウ内に設定した基準点に位置しており、
前記分析ウインドウ内に含まれる画素のうち、判定対象の溶接不良に対応して前記基準点を基準として位置が設定された注目領域の画素を抽出する領域抽出部と、
前記領域抽出部によって抽出された前記注目領域における輝度に基づいて、前記判定対象の溶接不良が発生したか否かを判定する溶接不良判定部と、
を有する
レーザ溶接機。
【請求項２】
前記領域抽出部は、複数の注目領域の画素を抽出し、
前記溶接不良判定部は、前記領域抽出部によって抽出された前記複数の注目領域の輝度に基づいて、前記判定対象の溶接不良が発生したか否かを判定する請求項１に記載のレーザ溶接機。
【請求項３】
前記複数の注目領域が重ねられている請求項２に記載のレーザ溶接機。
【請求項４】
複数の種類の溶接不良が判定対象の溶接不良として設定されており、
前記領域抽出部は、前記複数の種類の溶接不良ごとに前記注目領域の位置を設定している
請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
【請求項５】
前記第１及び第２の板金を溶接するときの加工条件に対応して、少なくとも、前記カメラの撮影条件と、前記複数の種類の溶接不良における各溶接不良が発生したか否かを判定するため各注目領域の位置と、各溶接不良が発生したか否かを判定するための各閾値とが設定されている請求項４に記載のレーザ溶接機。
【請求項６】
前記第１及び第２の板金の材料条件に対応して、少なくとも、前記カメラの撮影条件と、前記複数の種類の溶接不良における各溶接不良が発生したか否かを判定するため各注目領域の位置と、各溶接不良が発生したか否かを判定するための各閾値とが設定されている請求項４に記載のレーザ溶接機。
【請求項７】
溶接不良が発生していない状態で前記ビームスポットを含むように発生する高輝度領域に対応して第１の注目領域が設定され、
前記第１の注目領域内であって、前記基準点よりも前記レーザビームの走査方向の前方側及び後方側にそれぞれ第２及び第３の注目領域が設定され、
前記領域抽出部は、前記第２及び第３の注目領域の画素を抽出し、
前記溶接不良判定部は、前記第２及び第３の注目領域の輝度を第１の閾値と比較して、少なくとも、前記第２の注目領域の輝度が前記第１の閾値より低く、前記第３の注目領域の輝度が前記第１の閾値より高いという条件を満たすか否かによって、前記第１及び第２の板金の突き合わせ溶接におけるアンダーフィルが発生したか否かを判定する
請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
【請求項８】
溶接不良が発生していない状態で前記ビームスポットを含むように発生する高輝度領域に対応して第１の注目領域が設定され、
前記第１の注目領域内であって、前記基準点よりも前記レーザビームの走査方向の前方側及び後方側にそれぞれ第２及び第３の注目領域が設定され、
前記領域抽出部は、前記第２及び第３の注目領域の画素を抽出し、
前記溶接不良判定部は、前記第２及び第３の注目領域の輝度を第２の閾値と比較して、少なくとも、前記第２及び第３の注目領域の輝度が前記第２の閾値より低いという条件を満たすか否かによって、前記第１及び第２の板金の突き合わせ溶接における、前記第１及び第２の板金が連結されていない非連結の溶接不良が発生したか否かを判定する
請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
【請求項９】
溶接不良が発生していない状態で前記ビームスポットを含むように発生する高輝度領域に対応して第１の注目領域が設定され、
前記領域抽出部は、前記第１の注目領域の画素を抽出し、
前記溶接不良判定部は、前記第１の注目領域の輝度を第３の閾値と比較して、少なくとも、前記第１の注目領域の輝度が前記第３の閾値より低いという条件を満たすか否かによって、前記第１及び第２の板金の突き合わせ溶接における、溶接シームが前記第１及び第２の板金の表面から深さ方向の途中までしか形成されていない不十分貫通の溶接不良が発生したか否かを判定する
請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
【請求項１０】
溶接不良が発生していない状態で前記ビームスポットを含むように発生する高輝度領域に対応して第１の注目領域が設定され、
前記第１の注目領域外であって、前記基準点よりも前記レーザビームの走査方向の後方側で、前記第１の注目領域を挟むように第４及び第５の注目領域が設定され、
前記領域抽出部は、前記第４及び第５の注目領域の画素を抽出し、
前記溶接不良判定部は、前記第４の注目領域の輝度と前記第５の注目領域の輝度との差が第４の閾値以上であるという条件を満たすか否かによって、前記第１及び第２の板金の突き合わせ溶接における、前記第１及び第２の板金の両端面がずれた状態で溶接された端面ずれの溶接不良が発生したか否かを判定する
請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
【請求項１１】
溶接不良が発生していない状態で前記ビームスポットを含むように発生する高輝度領域に対応して第１の注目領域が設定され、
前記第１の注目領域内であって、前記基準点よりも前記レーザビームの走査方向の後方側で、走査方向と直交する方向に離れた第６及び第７の注目領域が設定され、
前記領域抽出部は、前記第６及び第７の注目領域の画素を抽出し、
前記溶接不良判定部は、前記第６の注目領域の輝度と前記第７の注目領域の輝度との差が第５の閾値以上であるという条件を満たすか否かによって、前記第１及び第２の板金のコーナジョイントの溶接における、溶接シームが狭い狭溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する
請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
【請求項１２】
溶接不良が発生していない状態で前記ビームスポットを含むように発生する高輝度領域に対応して第１の注目領域が設定され、
前記第１の注目領域外であって、前記第１の注目領域よりも前記レーザビームの走査方向の後方側で、走査方向と直交する方向に離れた第８及び第９の注目領域が設定され、
前記領域抽出部は、前記第８及び第９の注目領域の画素を抽出し、
前記溶接不良判定部は、前記第８及び第９の注目領域の輝度が第６の閾値より低いという条件を満たすか否かによって、前記第１及び第２の板金のコーナジョイントの溶接における、平坦な溶接シームとなっている平坦溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する
請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
【請求項１３】
溶接不良が発生していない状態で前記ビームスポットを含むように発生する高輝度領域に対応して第１の注目領域が設定され、
前記第１の注目領域外であって、前記第１の注目領域よりも前記レーザビームの走査方向の後方側で、前記第１及び第２の板金の境界を跨ぐように配置された第１０の注目領域が設定され、
前記領域抽出部は、前記第１０の注目領域の画素を抽出し、
前記溶接不良判定部は、前記第１０の注目領域の輝度が第７の閾値より高いという条件を満たすか否かによって、前記第１及び第２の板金のコーナジョイントの溶接における、過溶融の溶接不良が発生したか否かを判定する
請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ溶接機。
【請求項１４】
溶接対象の第１及び第２の板金に照射されているレーザビームのビームスポットを含む所定の範囲をカメラによって撮影し、
前記カメラが前記第１及び第２の板金を撮影した画像信号のフレーム内に、溶接不良が発生したか否かを判定するための領域としての分析ウインドウを設定し、
前記分析ウインドウ内に設定した基準点を前記ビームスポットの中心に位置させ、
前記分析ウインドウ内に含まれる画素のうち、判定対象の溶接不良に対応して前記基準点を基準として位置が設定された注目領域の画素を抽出し、
前記第１及び第２の板金の溶接中に、抽出された前記注目領域における輝度に基づいて、前記判定対象の溶接不良が発生したか否かを判定する
溶接状態モニタリング方法。
【請求項１５】
複数の種類の溶接不良が判定対象の溶接不良として設定されており、
複数の種類の溶接不良における溶接不良ごとに位置が設定された１または複数の注目領域の画素を抽出し、
前記第１及び第２の板金の溶接中に、前記複数の種類の溶接不良のうちの判定しようとする溶接不良を所定の順番で切り替えて、抽出された前記１または複数の注目領域の輝度に基づいて、各判定対象の溶接不良が発生したか否かを判定する
請求項１４に記載の溶接状態モニタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接機は、互いに突き合わせた２つの板金の境界にレーザビームを照射して両者を溶接することができる。２つの板金を溶接する際の各種の条件を最適に設定しないと、２つの板金が適切に溶接されない溶接不良が発生することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２１０７３号公報
【特許文献２】特開平９−２２５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
板金の溶接中に溶接不良が発生したか否かをリアルタイムで判定することが求められる。溶接不良には複数の種類があり、複数の種類の溶接不良のうちのいずれの溶接不良が発生したかを判定することが求められる。【０００５】
１またはそれ以上の実施形態はこのような要望に対応するため、板金の溶接中に溶接不良が発生したか否かをリアルタイムで判定することができ、溶接不良が発生した場合には複数の種類の溶接不良のうちのいずれの溶接不良が発生したかを判定することができるレーザ溶接機及び溶接状態モニタリング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】
【０００６】
１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、溶接対象の第１及び第２の板金にレーザビームが照射されている状態の前記第１及び第２の板金におけるビームスポットを含む所定の範囲を撮影するカメラと、前記カメラが前記第１及び第２の板金を撮影した画像信号に基づいて、溶接不良が発生したか否かを判定する画像分析装置とを備え、前記画像分析装置は、前記画像信号のフレーム内に、溶接不良が発生したか否かを判定するための領域としての分析ウインドウを設定しており、前記ビームスポットの中心は、前記分析ウインドウ内に設定した基準点に位置しており、前記分析ウインドウ内に含まれる画素のうち、判定対象の溶接不良に対応して前記基準点を基準として位置が設定された注目領域の画素を抽出する領域抽出部と、前記領域抽出部によって抽出された前記注目領域における輝度に基づいて、前記判定対象の溶接不良が発生したか否かを判定する溶接不良判定部とを有するレーザ溶接機が提供される。【０００７】
１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、溶接対象の第１及び第２の板金にレーザビームが照射されている状態の前記第１及び第２の板金におけるビームスポットを含む所定の範囲をカメラによって撮影し、前記カメラが前記第１及び第２の板金を撮影した画像信号のフレーム内に、溶接不良が発生したか否かを判定するための領域としての分析ウインドウを設定し、前記分析ウインドウ内に設定した基準点を前記ビームスポットの中心に位置させ、前記分析ウインドウ内に含まれる画素のうち、判定対象の溶接不良に対応して前記基準点を基準として位置が設定された注目領域の画素を抽出し、前記第１及び第２の板金の溶接中に、抽出された前記注目領域における輝度に基づいて、前記判定対象の溶接不良が発生したか否かを判定する溶接状態モニタリング方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法によれば、板金の溶接中に溶接不良が発生したか否かをリアルタイムで判定することができ、溶接不良が発生した場合には複数の種類の溶接不良のうちのいずれの溶接不良が発生したかを判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、突き合わせ溶接において溶接不良が発生していない溶接が良好な状態を概念的に示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、突き合わせ溶接において溶接不良としてアンダーフィルが発生している状態を概念的に示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、突き合わせ溶接において非連結の溶接不良が発生している状態を概念的に示す断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、突き合わせ溶接において不十分貫通の溶接不良が発生している状態を概念的に示す断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、突き合わせ溶接において端面ずれの溶接不良が発生している状態を概念的に示す断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、コーナジョイントの溶接において溶接不良が発生していない溶接が良好な状態を概念的に示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、コーナジョイントの溶接において狭溶接シームの溶接不良が発生している状態を概念的に示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、コーナジョイントの溶接において平坦溶接シームの溶接不良が発生している状態を概念的に示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、コーナジョイントの溶接において過溶融の溶接不良が発生している状態を概念的に示す断面図である。
【図４】図４は、画像信号のフレーム内に設定した分析ウインドウのキャリブレーションを示す図である。
【図５】図５は、突き合わせ溶接時に溶接不良が発生していない状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。
【図６】図６は、突き合わせ溶接時にアンダーフィルが発生している状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。
【図７】図７は、突き合わせ溶接時に非連結の溶接不良が発生している状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。
【図８】図８は、突き合わせ溶接時に不十分貫通の溶接不良が発生している状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。
【図９】図９は、突き合わせ溶接時に端面ずれの溶接不良が発生している状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。
【図１０】図１０は、コーナジョイントの溶接時に溶接不良が発生していない状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。
【図１１】図１１は、コーナジョイントの溶接時に狭溶接シームの溶接不良が発生している状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。
【図１２】図１２は、コーナジョイントの溶接時に平坦溶接シームの溶接不良が発生している状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。
【図１３】図１３は、コーナジョイントの溶接時に過溶融の溶接不良が発生している状態でカメラによって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示す図である。
【図１４】図１４は、分析ウインドウ内に設定される複数の注目領域の位置を示す図である。
【図１５】図１５は、データベースに記憶されている各種の情報を概念的に示す図である。
【図１６】図１６は、１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機が備える画像分析装置の機能的な内部構成例を示すブロック図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、１またはそれ以上の実施形態の溶接状態モニタリング方法を示す部分的なフローチャートである。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、図１７Ａに続く、１またはそれ以上の実施形態の溶接状態モニタリング方法を示す残りの部分的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法について、添付図面を参照して説明する。図１において、レーザ発振器１はレーザビームを発振して射出する。一例としてレーザ発振器１は、１０６０ｎｍ〜１０８０ｎｍの波長のレーザビームを射出するファイバレーザ発振器である。デリバリファイバ２は、レーザ発振器１より射出されたレーザビームを溶接ヘッド１０へと伝送する。デリバリファイバ２のレーザビームの射出端にはエンドキャップ２ｅが設けられており、エンドキャップ２ｅが溶接ヘッド１０に接続されている。
【００１１】
デリバリファイバ２より射出された発散光であるレーザビームは、コリメートレンズ３に入射される。コリメートレンズ３は、発散光を平行光（コリメート光）に変換する。ベンドミラー４は、レーザビームの進行方向を９０度曲げて集束レンズ５に入射させる。ベンドミラー４はダイクロイックミラーで構成される。集束レンズ５は、入射されたレーザビームを集束して溶接対象物である２つの板金Ｗの境界に照射する。集束レンズ５をレーザ集束レンズ５と称することとする。図１においては、２つの板金Ｗのうちの手前側に位置する板金Ｗの端面が示されている。
【００１２】
板金Ｗに対する溶接ヘッド１０の角度は可変できるように構成されている。レーザ溶接機の全体を制御するＮＣ装置４０は、板金Ｗに対する溶接ヘッド１０の角度を調整する。また、溶接ヘッド１０は溶接ロボットの先端に取り付けられており、ＮＣ装置４０が溶接ロボットの動きを制御することによって、溶接ヘッド１０は移動自在に構成されている。レーザ溶接機は１軸の溶接機であってもよいし、２軸の溶接機であってもよい。
【００１３】
溶接ヘッド１０の内部の上端部には、カメラ１１が配置されている。カメラ１１は単焦点カメラである。カメラ１１の先端部には、８００ｎｍ帯の波長の光を透過させるバンドパスフィルタ１２が装着されている。照明装置１３は照明がオンに制御されるとき、一点鎖線にて示す８１０ｎｍの波長の照明光をベンドミラー１４に向けて照射する。照明装置１３は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成することができる。ベンドミラー１４はダイクロイックミラーで構成される。
【００１４】
照明光はベンドミラー１４で反射して進行方向が９０度曲げられ、集束レンズ１６、ベンドミラー４、及びレーザ集束レンズ５を透過して板金Ｗに照射される。集束レンズ１６はカメラ１１が板金Ｗを撮影するときに焦点を合わせるために設けられており、集束レンズ１６を撮影集束レンズ１６と称することとする。撮影集束レンズ１６は、上下方向に移動自在に構成されている。
【００１５】
レーザビームが２つの板金Ｗの境界に照射されることによって発生した光は、レーザ集束レンズ５、ベンドミラー４、撮影集束レンズ１６、及びベンドミラー１４を透過してカメラ１１に入射する。カメラ１１は、溶接中の２つの板金Ｗを撮影する。このとき、駆動部１５は、カメラ１１の焦点を板金Ｗの表面に合わせるように、撮影集束レンズ１６をベンドミラー４に近付ける方向またはベンドミラー４から遠ざける方向に移動させる。カメラ１１が板金Ｗを撮影するとき、照明装置１３による照明光が照射されない場合と照射される場合とがある。
【００１６】
ＮＣ装置４０には、カメラ１１が板金Ｗを撮影することによって得られた画像信号を分析する画像分析装置２０、表示部５１、及び操作部５２が接続されている。レーザ溶接機のオペレータは、ＮＣ装置４０に各種の条件を設定するため、または、板金Ｗの溶接を開始または終了させるために操作部５２を操作する。表示部５１と操作部５２とは一体化されていてもよい。
【００１７】
画像分析装置２０は、コンピュータ機器によって構成することができる。画像分析装置２０は、カメラ１１、照明装置１３、及び駆動部１５を制御する。カメラ１１は、板金Ｗを撮影したときの画像信号を画像分析装置２０に供給する。画像分析装置２０にはデータベース３０が接続されている。データベース３０には、カメラ１１が板金Ｗを撮影するとき、及び、画像分析装置２０が画像信号を分析するときに用いる各種の情報が記憶されている。
【００１８】
図１に示すレーザ溶接機において、溶接ヘッド１０の内部構成は一例であって、溶接ヘッド１０の内部構成は図１に示す構成に限定されない。溶接ヘッド１０は、カメラ１１を多焦点カメラで構成して、駆動部１５がカメラ１１の焦点を調整するように構成されていてもよい。
【００１９】
以上のように構成される１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機が２つの板金Ｗを溶接するときに発生することがある溶接不良について説明する。図２Ａ〜図２Ｅは、板金Ｗ１及びＷ２が端面で突き合わされて溶接加工された状態を概念的に示す断面図である。図２Ａ〜図２Ｅに示す溶接は突き合わせ溶接と称される。なお、板金Ｗ１の端面と板金Ｗ２の端面との間には所定距離のギャップが設けられていてもよいし、ギャップなしで突き合わされていてもよい。但し、ギャップなしで突き合わされていたとしても、厳密には、２つの端面の間にはわずかな隙間が存在している。
【００２０】
図２Ａは、溶接不良が発生していない溶接が良好な状態を示している。板金Ｗ１及びＷ２の両端面間は、板金Ｗ１及びＷ２の金属が溶融して固化した溶接シームＷｓとなっている。図２Ｂは、アンダーフィルと称される溶接不良が発生している状態を示している。アンダーフィルでは、溶接シームＷｓの表面が凹んでいる。図２Ｃは、非連結の溶接不良が発生している状態を示している。板金Ｗ１及びＷ２の両端面にはそれぞれの金属が溶融した後に固化した溶融金属Ｗ１ｍ及びＷ２ｍが付着しているが、両者がつながっておらず、板金Ｗ１及びＷ２が連結されていない状態となっている。
【００２１】
図２Ｄは、溶接シームＷｓが板金Ｗ１及びＷ２の表面から深さ方向の途中までしか形成されていない不十分貫通の溶接不良が発生している状態を示している。図２Ｅは、板金Ｗ１の端面と板金Ｗ２の端面とが完全に対向せず、ずれた状態で溶接された端面ずれの溶接不良が発生している状態を示している。端面ずれの溶接不良は、板金Ｗ１と板金Ｗ２との少なくとも一方の端部が熱によって変形して、両端面が板金平面と直交する方向にずれることによって発生する。
【００２２】
図３Ａ〜図３Ｄは、板金Ｗ２の端面上に板金Ｗ１の端部を乗せた状態で両端面間が溶接加工された状態を概念的に示す断面図である。図３Ａ〜図３Ｄは、板金Ｗ２の端面の中間位置に板金Ｗ１の端面を位置させた半引きのコーナジョイントを示している。図３Ａ〜図３Ｄにおいて、矢印線は溶接ヘッド１０が向いている方向（即ち、カメラ１１を向いている方向）を示している。
【００２３】
図３Ａは、溶接不良が発生していない溶接が良好な状態を示している。二点鎖線で示すように、板金Ｗ１及びＷ２の両端面間は、板金Ｗ１及びＷ２の金属が溶融して固化して、コーナの全体を覆うような凸状の溶接シームＷｓとなっている。図３Ｂは、溶接ビードの幅が狭く、溶接シームＷｓがコーナの全体を覆っていない狭溶接シームの溶接不良が発生している状態を示している。
【００２４】
図３Ｃは、板金Ｗ１及びＷ２の両端面間の溶接シームＷｓがコーナの全体を覆うような凸状とはならず、平坦な溶接シームＷｓとなっている平坦溶接シームの溶接不良が発生している状態を示している。図３Ｄは、板金Ｗ１及びＷ２の両端部が過度に溶融した過溶融の溶接不良が発生している状態を示している。
【００２５】
１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法は、板金Ｗ１及びＷ２の溶接中に溶接不良が発生したか否かをリアルタイムで判定し、以上の図２Ｂ〜図２Ｅ及び図３Ｂ〜図３Ｄに示す溶接不良のうちのいずれの溶接不良が発生したかを判定する。
【００２６】
１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法は、板金Ｗ１及びＷ２の突き合わせ溶接中に図２Ｂ〜図２Ｅに示す溶接不良が発生しなければ、図２Ａに示すように良好に溶接されていると判定する。１またはそれ以上の実施形態のレーザ溶接機及び溶接状態モニタリング方法は、板金Ｗ１及びＷ２のコーナジョイントの溶接中に図３Ｂ〜図３Ｄに示す溶接不良が発生しなければ、図３Ａに示すように良好に溶接されていると判定する。
【００２７】
次に、画像分析装置２０が、カメラ１１が板金Ｗ１及びＷ２を撮影することによって得られた画像信号に基づいて、溶接不良が発生したか否かをどのように判定するかについて具体的に説明する。
【００２８】
図４において、カメラ１１が板金Ｗ１及びＷ２を撮影することによって得られた画像信号のフレーム１１０内には、ビームスポットＢＳが位置している。ビームスポットＢＳは、溶接位置である板金Ｗ１及びＷ２の境界に照射されており、ビームスポットＢＳの位置が溶接スポットである。フレーム１１０は、水平方向に所定の画素数、垂直方向に所定のライン数を有する。フレーム１１０の大きさは任意である。
【００２９】
画像分析装置２０は、フレーム１１０内において、溶接不良が発生したか否かを判定するための分析ウインドウ１１１を設定している。分析ウインドウ１１１は、フレーム１１０内の全ての画素のうちの一部の複数の画素によって構成される。画像分析装置２０は、分析ウインドウ１１１内に、水平方向の基準線Ｌ１と垂直方向の基準線Ｌ２を設定しており、基準線Ｌ１及びＬ２の交点を座標（０，０）の原点Ｐ０と設定している。原点Ｐ０は、分析ウインドウ１１１内に後述する複数の注目領域を設定するための基準点として機能する。
【００３０】
フレーム１１０及び分析ウインドウ１１１の水平方向は、溶接ヘッド１０の移動方向（レーザビームの走査方向）であり、フレーム１１０及び分析ウインドウ１１１の垂直方向は溶接ヘッド１０の移動方向と直交する方向である。
【００３１】
図４において、（ａ）に示す状態のように、ビームスポットＢＳの中心が分析ウインドウ１１１の原点Ｐ０に位置していないことがある。このような場合、画像分析装置２０は、分析ウインドウ１１１の原点Ｐ０をビームスポットＢＳの中心を位置させるように、分析ウインドウ１１１をフレーム１１０内で移動させる。これにより、図４において（ｂ）に示すように、ビームスポットＢＳの中心が分析ウインドウ１１１の原点Ｐ０に位置する。
【００３２】
画像分析装置２０は、溶接不良が発生したか否かを判定する処理を実行する前に、図４に示すような分析ウインドウ１１１の原点Ｐ０をビームスポットＢＳの中心に位置させるキャリブレーションを実行する。
【００３３】
図５は、板金Ｗ１及びＷ２の突き合わせ溶接時に、図２Ａに示すように、溶接不良が発生していない状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。レーザビームは図５の左方向から右方向へと走査され、ビームスポットＢＳより左側の領域では板金Ｗ１及びＷ２の境界が溶接して、ギャップＧ１２が消失している。なお、原点Ｐ０より左側の領域には溶接ビードが形成された溶接シームＷｓが存在するが、図５では溶接シームＷｓの図示を省略している。図６以降も同様である。
【００３４】
レーザビームが板金Ｗ１及びＷ２の境界に照射されることによって、ビームスポットＢＳを中心としてビームスポットＢＳの面積を拡大したほぼ円形の領域が、高輝度領域６１となる。実際の画像信号による画像においては、高輝度領域６１は白の画像、高輝度領域６１以外の領域は黒の画像となる。他の高輝度領域が存在する画像においても同様である。
【００３５】
画像分析装置２０は、分析ウインドウ１１１内に、高輝度領域６１に対応した注目領域Ｒ０（第１の注目領域）を設定する。注目領域Ｒ０は、ほぼ円形の高輝度領域６１の内接円と外接円との間の大きさに設定されるのがよい。注目領域Ｒ０は、分析ウインドウ１１１内における図１４に示す位置の領域である。
【００３６】
図６は、板金Ｗ１及びＷ２の突き合わせ溶接時に、溶接不良の１つとして図２Ｂに示すようなアンダーフィルが発生している状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。アンダーフィルが発生している状態の高輝度領域６２の形状は、高輝度領域６１の形状とは異なる。図６に示すように、高輝度領域６２は、レーザビームの走査方向の前方側において、図５に示す高輝度領域６１と比較して、走査方向と直交する方向の幅が狭くなり、ギャップＧ１２上に、走査方向の後方側に向かって凹む凹部６２１を有する。
【００３７】
画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０内に、レーザビームの走査方向の前方側に位置する注目領域Ｒ１（第２の注目領域）と、後方側に位置する注目領域Ｒ２（第３の注目領域）とを設定する。即ち、注目領域Ｒ１及びＲ２は注目領域Ｒ０と重なっている。注目領域Ｒ１は原点Ｐ０よりも前方側に位置し、注目領域Ｒ２は原点Ｐ０よりも後方側に位置する。注目領域Ｒ１及びＲ２の走査方向と直交する方向の中央位置は、ほぼギャップＧ１２の中央に位置している。
【００３８】
また、画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０内に、注目領域Ｒ０の前方側の領域である注目領域Ｒ０１を設定する。注目領域Ｒ１は、注目領域Ｒ０１内に位置している。即ち、注目領域Ｒ０１は注目領域Ｒ０と重なっており、注目領域Ｒ１は注目領域Ｒ０１と重なっている。画像分析装置２０が注目領域Ｒ０１を設定することは必須ではないが、注目領域Ｒ１及びＲ２に加えて、注目領域Ｒ０１を設定することが好ましい。
【００３９】
後述するように、画像分析装置２０は、少なくとも注目領域Ｒ１及びＲ２における輝度に基づいて、好ましくは注目領域Ｒ１、Ｒ２、及びＲ０１における輝度に基づいて、アンダーフィルが発生したか否かを判定する。
【００４０】
図７は、板金Ｗ１及びＷ２の突き合わせ溶接時に、図２Ｃに示すような非連結の溶接不良が発生している状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。非連結の溶接不良が発生している状態の高輝度領域６３の形状は、高輝度領域６１及び６２の形状とは異なる。図７に示すように、ギャップＧ１２が残っていることにより、高輝度領域６３は、板金Ｗ１側の高輝度領域６３１と板金Ｗ２側の高輝度領域６３２とに分割されている。
【００４１】
また、高輝度領域６３は、レーザビームの走査方向の前方側において尖ったような形状となり、図５に示す高輝度領域６１と比較して、走査方向と直交する方向の幅が狭い。
【００４２】
後述するように、画像分析装置２０は、少なくとも注目領域Ｒ１及びＲ２における輝度に基づいて、好ましくは注目領域Ｒ１、Ｒ２、及びＲ０１における輝度に基づいて、非連結の溶接不良が発生したか否かを判定する。
【００４３】
図８は、板金Ｗ１及びＷ２の突き合わせ溶接時に、図２Ｄに示すような不十分貫通の溶接不良が発生している状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。不十分貫通の溶接不良が発生している状態の高輝度領域６４の形状は高輝度領域６１と同様にほぼ円形であるが、高輝度領域６４の大きさは高輝度領域６１と比較して小さい。
【００４４】
後述するように、画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０における輝度に基づいて、好ましくは注目領域Ｒ０、Ｒ１、及びＲ２における輝度に基づいて、不十分貫通の溶接不良が発生したか否かを判定する。
【００４５】
図９は、板金Ｗ１及びＷ２の突き合わせ溶接時に、図２Ｅに示すような端面ずれの溶接不良が発生している状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。図９においては、図５と同様に、溶接不良自体は発生しておらず、ほぼ円形の高輝度領域６１が撮影されている状態を示している。図９に示す例は、図２Ｅに示すように、板金Ｗ２が板金Ｗ１よりも下方に変位した端面ずれが発生している場合を示している。
【００４６】
このような端面ずれが発生すると、板金Ｗ１及びＷ２を溶接することによって発生した蒸発ガス（溶接ヒューム）が下方に変位した側の板金に多く流れる。これにより、図９に示すように、板金Ｗ２側に多く流れた蒸発ガスによって高輝度領域６５が発生する。細い実線にて示す高輝度領域６５は、高輝度領域６１における輝度ほど高輝度ではないが、周囲と比較して高輝度であり、煙状のぼんやりとした白の画像となる。
【００４７】
画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０よりもレーザビームの走査方向の後方側であって、ギャップＧ１２から走査方向と直交する方向に所定の距離だけ離れた位置に、それぞれ、注目領域Ｒ３（第４の注目領域）と注目領域Ｒ４（第５の注目領域）とを設定する。
【００４８】
注目領域Ｒ３と注目領域Ｒ４とは、注目領域Ｒ０を挟んでいる。注目領域Ｒ３及びＲ４の走査方向の前方側の端部は、走査方向の位置において、注目領域Ｒ０の後方側の端部と重なっている。注目領域Ｒ３及びＲ４は、走査方向と直交する方向において、注目領域Ｒ０と離隔している。注目領域Ｒ３及びＲ４は、分析ウインドウ１１１内における図１４に示す位置の領域である。
【００４９】
後述するように、画像分析装置２０は、注目領域Ｒ３及びＲ４における輝度に基づいて、端面ずれの溶接不良が発生したか否かを判定する。
【００５０】
図１０は、板金Ｗ１及びＷ２のコーナジョイントの溶接時に、図３Ａに示すように、溶接不良が発生していない状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。レーザビームは図１０の左方向から右方向へと走査され、ビームスポットＢＳより左側の領域では板金Ｗ１及びＷ２の境界が溶接される。原点Ｐ０より左側の領域においては板金Ｗ１及びＷ２の境界は消失する。消失した板金Ｗ１及びＷ２の境界が太い二点鎖線にて示されている。
【００５１】
図５と同様に、レーザビームが板金Ｗ１及びＷ２の境界に照射されることによって、ビームスポットＢＳを中心としてビームスポットＢＳの面積を拡大したほぼ円形の領域が、高輝度領域７１となる。また、図５と同様に、画像分析装置２０は、分析ウインドウ１１１内に、高輝度領域７１に対応した注目領域Ｒ０を設定する。
【００５２】
図１１は、板金Ｗ１及びＷ２のコーナジョイントの溶接時に、図３Ｂに示すような狭溶接シームの溶接不良が発生している状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。狭溶接シームの溶接不良が発生している状態の高輝度領域７２の形状は、高輝度領域７１の形状とは異なる。
【００５３】
図１１に示すように、本来であれば、ビームスポットＢＳの中心（即ち、原点Ｐ０）は細い二点鎖線で示す板金Ｗ１及びＷ２の境界に位置しなければならない。狭溶接シームの溶接不良は、ビームスポットＢＳの中心が一方の板金（ここでは板金Ｗ２）側に変位した状態で溶接加工が実行されたことによって発生する。
【００５４】
図１１に示すように、高輝度領域７２は、板金Ｗ１側においては走査方向の前方側に偏っており、板金Ｗ２側においては走査方向の後方側に偏って、しかも後方側へと伸びた形状を有する。
【００５５】
画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０内に、注目領域Ｒ０の走査方向の後方側であって走査方向と直交する方向に離れた注目領域Ｒ０５（第６の注目領域）と注目領域Ｒ０６（第７の注目領域）を設定する。図１１に示す例では、注目領域Ｒ０５及びＲ０６は、注目領域Ｒ０の後端部であって走査方向と直交する方向の両端部に位置している。後述するように、画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０５及びＲ０６における輝度に基づいて、狭溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する。
【００５６】
図１２は、板金Ｗ１及びＷ２のコーナジョイントの溶接時に、図３Ｃに示すような平坦溶接シームの溶接不良が発生している状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。平坦溶接シームの溶接不良が発生している状態の高輝度領域７３の形状はほぼ円形である。
【００５７】
画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０よりも走査方向の後方側であって、板金Ｗ１及びＷ２の境界から所定の距離だけ離れた位置に、それぞれ、注目領域Ｒ７（第８の注目領域）と注目領域Ｒ８（第９の注目領域）とを設定する。注目領域Ｒ７及びＲ８は、走査方向と直交する方向に離れている。注目領域Ｒ０と注目領域Ｒ７及びＲ８との間の走査方向の距離は、注目領域Ｒ０の走査方向の幅とほぼ等しい。注目領域Ｒ７及びＲ８は、分析ウインドウ１１１内における図１４に示す位置の領域である。
【００５８】
図１２においては、注目領域Ｒ７は板金Ｗ１の端面の板金Ｗ２とは離れた側の端部に、注目領域Ｒ８は板金Ｗ２の端面の板金Ｗ１とは離れた側の端部に位置するように図示している。図３Ｃに示すように、実際には、板金Ｗ１及びＷ２の両端面が溶融して溶接シームＷｓが形成されているので、注目領域Ｒ７及びＲ８は、それぞれ、図３Ｃの領域５Ｗ１及び６Ｗ２に相当する。
【００５９】
後述するように、画像分析装置２０は、注目領域Ｒ７及びＲ８における輝度に基づいて、平坦溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する。なお、平坦溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する際、照明装置１３による照明がオンに制御される。平坦溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する際に照明をオンに制御することは必須ではないが、オンに制御することが好ましい。
【００６０】
図１３は、板金Ｗ１及びＷ２のコーナジョイントの溶接時に、図３Ｄに示すような過溶融の溶接不良が発生している状態において、カメラ１１によって撮影される高輝度領域の形状を概念的に示している。過溶融の溶接不良が発生している状態の高輝度領域７４の形状は、高輝度領域７１〜７３の形状とは大きく異なる。高輝度領域７４は、レーザビームの走査方向の後方側に長く伸びた形状を有する。
【００６１】
画像分析装置２０は、注目領域Ｒ０よりも後方側であって、注目領域Ｒ７及びＲ８よりもさらに後方側に、板金Ｗ１及びＷ２の境界を跨ぐように注目領域Ｒ９（第１０の注目領域）を設定する。注目領域Ｒ９の走査方向と直交する方向の中央位置は、ほぼ板金Ｗ１及びＷ２の境界に位置している。注目領域Ｒ９は、分析ウインドウ１１１内における図１４に示す位置の領域である。
【００６２】
後述するように、画像分析装置２０は、注目領域Ｒ９における輝度に基づいて、過溶融の溶接不良が発生したか否かを判定する。なお、過溶融の溶接不良が発生したか否かを判定する際、照明装置１３による照明がオンに制御される。過溶融の溶接不良が発生したか否かを判定する際に照明をオンに制御することは必須ではないが、オンに制御することが好ましい。
【００６３】
改めて図１４を参照すると、画像分析装置２０は、分析ウインドウ１１１内に、図２Ｂ〜図２Ｅ及び図３Ｂ〜図３Ｄの各溶接不良が発生したか否かを判定するための、注目領域Ｒ０〜Ｒ４、Ｒ７〜Ｒ９、Ｒ０１、Ｒ０５及びＲ０６を設定する。原点Ｐ０が座標（０，０）に設定されているので、分析ウインドウ１１１内の注目領域Ｒ０〜Ｒ４、Ｒ７〜Ｒ９、Ｒ０１、Ｒ０５及びＲ０６の位置、及び、各注目領域の範囲は、水平方向及び垂直方向に正または負の座標によって指定される。
【００６４】
図１に示すデータベース３０には、画像分析装置２０が画像信号を分析するときに用いる情報の１つとして、各注目領域の位置及び範囲を指定する座標（領域指定データ）が記憶されている。データベース３０には、情報の他の１つとして、各溶接不良が発生したか否かを判定するための後述する閾値が記憶されている。
【００６５】
また、データベース３０には、他の情報として、カメラ１１が板金Ｗ（Ｗ１及びＷ２）を撮影するときの撮影条件を設定する情報（撮影条件設定データ）、及び、撮影集束レンズ１６の位置を設定する情報（レンズ位置設定データ）が記憶されている。撮影条件の１つは例えばシャッタスピードである。さらに、データベース３０には、判定しようとする溶接不良の種類ごとに設定されている、照明装置１３による照明のオンまたはオフの設定情報（照明オンオフ設定データ）が記憶されている。
【００６６】
図１５に示すように、データベース３０には、板金Ｗの材料条件と加工条件とに対応させて、撮影条件、撮影集束レンズ１６の位置、各注目領域の座標、各注目領域のための閾値と、照明オンまたはオフが設定されることが好ましい。ここでは、材料条件として、板金Ｗの材質と板厚との組が設定されており、板厚０．５ｍｍのアルミニウム（またはアルミニウム合金）と、板厚１．０ｍｍのアルミニウム（またはアルミニウム合金）を例示している。材料条件としてＡ５０５２等の材料記号が用いられてもよい。
【００６７】
加工条件は例えばＥ１、Ｅ２、Ｅ３…のような加工条件番号で表され、加工条件番号に対応して、溶接ヘッド１０の移動速度、レーザ発振器１のレーザパワー、レーザビームの発振周波数、ノズルギャップ、突き合わせ溶接またはコーナジョイントの溶接の設定等の各種の加工条件が設定される。
【００６８】
図１５に示す溶接不良Ｄｆ１〜Ｄｆ４は、それぞれ、突き合わせ溶接における、アンダーフィル、非連結の溶接不良、不十分貫通、端面ずれを示し、溶接不良Ｄｆ５〜Ｄｆ７は、それぞれ、コーナジョイントの溶接における、狭溶接シーム、平坦溶接シーム、過溶融を示している。一例として、加工条件Ｅ１は突き合わせ溶接の加工条件を示しており、加工条件Ｅ５はコーナジョイントの溶接の加工条件を示している。溶接不良Ｄｆ１〜Ｄｆ４、及びＤｆ５〜Ｄｆ７に対応して、各溶接不良を判定するための注目領域の座標、閾値、照明のオンまたはオフが設定されている。
【００６９】
データベース３０には、板金Ｗ１及びＷ２の材料条件及び加工条件に対応して、少なくとも、カメラ１１の撮影条件と、各注目領域の位置と、各溶接不良が発生したか否かを判定するための閾値とが設定されているのがよい。撮影集束レンズ１６の位置または照明オンまたはオフの設定情報が、カメラ１１の撮影条件に含まれていてもよい。
【００７０】
図１６は、画像分析装置２０の機能的な内部構成例を示している。画像分析装置２０は、領域抽出部２１、溶接不良判定部２２、読出制御部２３、カメラ制御部２４、撮影集束レンズ制御部２５、照明装置制御部２６を備える。領域抽出部２１には、カメラ１１が板金Ｗを撮影した画像信号が入力される。
【００７１】
読出制御部２３には、操作部５２によって入力された材料条件と加工条件番号とが入力される。読出制御部２３は、データベース３０より、入力された材料条件と加工条件番号とに対応して、領域指定データ、閾値、撮影条件設定データ、レンズ位置設定データ、照明オンオフ設定データを読み出す。読出制御部２３は、データベース３０より読み出した読出データのうち、領域指定データを、領域抽出部２１と溶接不良判定部２２との双方に供給し、閾値を溶接不良判定部２２に供給する。また、読出制御部２３は、撮影条件設定データ、レンズ位置設定データ、照明オンオフ設定データを、それぞれ、カメラ制御部２４、撮影集束レンズ制御部２５、照明装置制御部２６に供給する。
【００７２】
領域抽出部２１は、領域指定データに基づき、入力された画像信号の各フレーム１１０内の分析ウインドウ１１１に含まれる画素のうち、各溶接不良を判定するための各注目領域の画素を抽出して溶接不良判定部２２に供給する。
【００７３】
溶接不良判定部２２が突き合わせ溶接における各溶接不良を判定するには、図１４に示す注目領域Ｒ０〜Ｒ４及びＲ０１の画素があればよい。注目領域Ｒ１、Ｒ２、及びＲ０１は注目領域Ｒ０内に位置しているため、領域抽出部２１は注目領域Ｒ０、Ｒ３、及びＲ４の画素を抽出して溶接不良判定部２２に供給する。溶接不良判定部２２がコーナジョイントの溶接における各溶接不良を判定するには、図１４に示す注目領域Ｒ０５、Ｒ０６、Ｒ７〜Ｒ９の画素があればよい。領域抽出部２１は注目領域Ｒ０５、Ｒ０６、Ｒ７〜Ｒ９の画素を抽出して溶接不良判定部２２に供給する。
【００７４】
溶接不良判定部２２は、突き合わせ溶接における各溶接不良を判定するとき、注目領域Ｒ０、注目領域Ｒ１、Ｒ２、及びＲ０１、または注目領域Ｒ３及びＲ４における輝度に基づいて各溶接不良が発生したか否かを判定する。溶接不良判定部２２は、コーナジョイントの溶接における各溶接不良を判定するとき、注目領域Ｒ０５及びＲ０６、注目領域Ｒ７及びＲ８、または注目領域Ｒ９における輝度に基づいて各溶接不良が発生したか否かを判定する。具体的な判定方法については後に詳述する。
【００７５】
カメラ制御部２４は、入力された撮影条件設定データに基づいてカメラ制御データを生成してカメラ１１に供給し、カメラ１１を制御する。撮影集束レンズ制御部２５は、入力されたレンズ位置設定データに基づいて撮影集束レンズ１６を移動させるための駆動制御信号を生成して、駆動部１５に供給する。照明装置制御部２６は、入力された照明オンオフ設定データに基づいて照明装置１３による照明をオンまたはオフにする照明オンオフ制御信号を生成して、照明装置１３に供給する。
【００７６】
ここで、各溶接不良が発生したか否かを判定する具体的な判定方法を説明する。まず、突き合わせ溶接における各溶接不良の判定方法を説明する。
【００７７】
溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ１における輝度が第１の閾値よりも低く、注目領域Ｒ２における輝度がその第１の閾値よりも高いという条件を満たせば、撮影された画像が図６のような状態であって、図２Ｂに示すアンダーフィルが発生したと判定する。溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ１における第１の輝度が閾値よりも低く、注目領域Ｒ２における輝度が第１の閾値よりも高く、注目領域Ｒ０１における輝度が所定の閾値よりも低いという条件を満たせば、アンダーフィルが発生したと判定してもよい。注目領域Ｒ０１に対して用いられる閾値は第１の閾値とは異なる。
【００７８】
図６に示す高輝度領域６２が有する凹部６２１が小さいことがある。アンダーフィルが発生したか否かを、注目領域Ｒ０１における輝度が所定の閾値よりも低いという条件を加えて判定すれば、凹部６２１が小さい場合であってもアンダーフィルの発生が判定できる。よって、注目領域Ｒ１及びＲ２に加えて、注目領域Ｒ０１を用いることが好ましい。
【００７９】
溶接不良判定部２２は、判定の精度を高くするために、複数のフレームにおいて上記の条件を満足するときに、アンダーフィルが発生したと判定するのがよい。アンダーフィルが発生したと判定するフレーム数は例えば５フレームである。溶接不良判定部２２は、上記の条件を満足したらカウンタによるカウント値を１インクリメントし、上記の条件を満足しなかったらカウント値を１デクリメントして、カウント値が５となったら、アンダーフィルが発生したと判定してもよい。溶接不良判定部２２は、所定数のフレーム（例えば５フレーム）連続して上記の条件を満足したら、アンダーフィルが発生したと判定してもよい。
【００８０】
ところで、各注目領域に含まれる全画素の画素値の積分値を各注目領域における輝度としてもよいし、各注目領域に含まれる全画素の画素値の平均値を輝度としてもよい。
【００８１】
溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ１における輝度が第２の閾値よりも低く、注目領域Ｒ２における輝度が第２の閾値よりも低いという条件を満たせば、撮影された画像が図７のような状態であって、図２Ｃに示す非連結の溶接不良が発生したと判定する。第２の閾値は第１の閾値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００８２】
溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ１における輝度が第２の閾値よりも低く、注目領域Ｒ２における輝度が第２の閾値よりも低く、注目領域Ｒ０１における輝度が所定の閾値よりも低いという条件を満たせば、非連結の溶接不良が発生したと判定してもよい。非連結の溶接不良が発生したか否かを判定するために注目領域Ｒ０１に対して用いられる閾値は、アンダーフィルが発生したか否かを判定するために注目領域Ｒ０１に対して用いられる閾値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００８３】
溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ０における輝度が第３の閾値よりも低いという条件を満たせば、撮影された画像が図８のような状態であって、図２Ｄに示す不十分貫通の溶接不良が発生したと判定する。溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ０における輝度が第３の閾値よりも低く、注目領域Ｒ１及びＲ２における輝度が所定の閾値よりも高いという条件を満たせば、不十分貫通の溶接不良が発生したと判定してもよい。注目領域Ｒ１及びＲ２に対して用いられる閾値は、第１の閾値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００８４】
溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ３の輝度と注目領域Ｒ４の輝度との差が第４の閾値以上であるという条件を満たせば、撮影された画像が図９のような状態であって、図２Ｅに示す端面ずれの溶接不良が発生したと判定する。第４の閾値は、注目領域Ｒ３及びＲ４の輝度の差を表す割合であってもよく、注目領域Ｒ３及びＲ４の輝度の差分値であってもよい。前者の場合、一例として、注目領域Ｒ３の輝度と注目領域Ｒ４の輝度とが５％以上相違していれば、溶接不良判定部２２は、端面ずれの溶接不良が発生したと判定する。
【００８５】
アンダーフィル発生の判定と同様に、溶接不良判定部２２は、判定の精度を高くするために、複数のフレームにおいて、非連結の溶接不良、不十分貫通、または端面ずれと判定するための条件を満足するときに、非連結の溶接不良、不十分貫通、または端面ずれが発生したと判定するのがよい。
【００８６】
次に、コーナジョイントの溶接における各溶接不良の判定方法を説明する。溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ０５の輝度と注目領域Ｒ０６の輝度との差が第５の閾値以上であるという条件を満たせば、撮影された画像が図１１のような状態であって、図３Ｂに示す狭溶接シームの溶接不良が発生したと判定する。第５の閾値は、注目領域Ｒ０５及びＲ０６の輝度の差を表す割合であってもよく、注目領域Ｒ０５及びＲ０６の輝度の差分値であってもよい。
【００８７】
溶接不良判定部２２は、照明装置１３による照明をオンとした状態で、注目領域Ｒ７及びＲ８の輝度が第６の閾値よりも低いという条件を満たせば、撮影された画像が図１２のような状態であって、図３Ｃに示す平坦溶接シームの溶接不良が発生したと判定する。平坦溶接シームの溶接不良が発生すると、板金Ｗ１及びＷ２に照明光を照射した状態であっても、注目領域Ｒ７及びＲ８が暗くなる。よって、溶接不良判定部２２は、注目領域Ｒ７及びＲ８の輝度と第６の閾値とを比較することによって平坦溶接シームの溶接不良の発生の有無を判定できる。
【００８８】
溶接不良判定部２２は、照明装置１３による照明をオンとした状態で、注目領域Ｒ９の輝度が第７の閾値よりも高いという条件を満たせば、撮影された画像が図１３のような状態であって、図３Ｄに示す過溶融の溶接不良が発生したと判定する。
【００８９】
突き合わせ溶接における溶接不良の判定と同様に、溶接不良判定部２２は、判定の精度を高くするために、複数のフレームにおいて、狭溶接シーム、平坦溶接シーム、または過溶融の溶接不良と判定するための条件を満足するときに、狭溶接シーム、平坦溶接シーム、または過溶融の溶接不良が発生したと判定するのがよい。
【００９０】
図１７Ａ及び図１７Ｂに示すフローチャートを用いて、画像分析装置２０で実行される溶接状態モニタリング方法を説明する。ＮＣ装置４０がレーザ溶接機を起動させると、画像分析装置２０は図１７Ａ及び図１７Ｂに示すモニタリング処理を開始する。図１７Ａにおいて、画像分析装置２０は、ステップＳ１にて、分析ウインドウ１１１の原点Ｐ０をビームスポットＢＳの中心に位置させるよう自動的にキャリブレーションを実行する。
【００９１】
画像分析装置２０は、ステップＳ２にて、ＮＣ装置４０から供給される情報に基づいて、溶接が開始されたか否かを判定する。溶接が開始されなければ（NO）、画像分析装置２０はステップＳ２の処理を繰り返す。溶接が開始されれば（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ３にて、実行される溶接が突き合わせ溶接であるか否かを判定する。
【００９２】
突き合わせ溶接であれば（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ４にて、アンダーフィルが発生したか否かを判定する。アンダーフィルが発生したら（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ５にて、ＮＣ装置４０にアンダーフィルが発生したことを示すエラーを表示部５１に表示するよう指示して、処理をステップＳ６に移行させる。アンダーフィルが発生しなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ６に移行させる。
【００９３】
画像分析装置２０は、ステップＳ６にて、非連結の溶接不良が発生したか否かを判定する。非連結の溶接不良が発生したら（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ７にて、ＮＣ装置４０に非連結の溶接不良が発生したことを示すエラーを表示部５１に表示するよう指示して、処理をステップＳ８に移行させる。非連結の溶接不良が発生しなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ８に移行させる。
【００９４】
画像分析装置２０は、ステップＳ８にて、不十分貫通の溶接不良が発生したか否かを判定する。不十分貫通の溶接不良が発生したら（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ９にて、ＮＣ装置４０に不十分貫通の溶接不良が発生したことを示すエラーを表示部５１に表示するよう指示して、処理をステップＳ１０に移行させる。不十分貫通の溶接不良が発生しなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ１０に移行させる。
【００９５】
画像分析装置２０は、ステップＳ１０にて、端面ずれの溶接不良が発生したか否かを判定する。端面ずれの溶接不良が発生したら（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ１１にて、ＮＣ装置４０に端面ずれの溶接不良が発生したことを示すエラーを表示部５１に表示するよう指示して、処理をステップＳ１８に移行させる。端面ずれの溶接不良が発生しなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ１８に移行させる。
【００９６】
一方、ステップＳ３にて突き合わせ溶接でなければ（NO）（即ち、コーナジョイントの溶接であれば）、図１７Ｂにおいて、画像分析装置２０は、ステップＳ１２にて、狭溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する。狭溶接シームの溶接不良が発生したら（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ１３にて、ＮＣ装置４０に狭溶接シームの溶接不良が発生したことを示すエラーを表示部５１に表示するよう指示して、処理をステップＳ１４に移行させる。狭溶接シームの溶接不良が発生しなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ１４に移行させる。
【００９７】
画像分析装置２０は、ステップＳ１４にて、平坦溶接シームの溶接不良が発生したか否かを判定する。平坦溶接シームの溶接不良が発生したら（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ１５にて、ＮＣ装置４０に平坦溶接シームの溶接不良が発生したことを示すエラーを表示部５１に表示するよう指示して、処理をステップＳ１６に移行させる。平坦溶接シームの溶接不良が発生しなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ１６に移行させる。
【００９８】
画像分析装置２０は、ステップＳ１６にて、過溶融の溶接不良が発生したか否かを判定する。過溶融の溶接不良が発生したら（YES）、画像分析装置２０は、ステップＳ１７にて、ＮＣ装置４０に過溶融の溶接不良が発生したことを示すエラーを表示部５１に表示するよう指示して、処理を図１７ＡのステップＳ１８に移行させる。過溶融の溶接不良が発生しなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ１８に移行させる。
【００９９】
画像分析装置２０は、ステップＳ１８にて、ＮＣ装置４０から供給される情報に基づいて、溶接が終了したか否かを判定する。溶接が終了していなければ（NO）、画像分析装置２０は処理をステップＳ３に戻し、板金Ｗを溶接している間、ステップＳ４〜Ｓ１１の処理、または、ステップＳ１２〜Ｓ１７の処理を繰り返す。溶接が終了していれば（YES）、画像分析装置２０はモニタリング処理を終了させる。
【０１００】
ステップＳ４〜Ｓ１１における溶接不良の判定の順番は一例であり、順番は任意である。ステップＳ１２〜Ｓ１７における溶接不良の判定の順番は一例であり、順番は任意である。画像分析装置２０は、板金Ｗ１及びＷ２の溶接中に、複数の判定対象の溶接不良のうちの判定しようとする溶接不良を所定の順番で切り替えればよい。
【０１０１】
以上のように、１またはそれ以上の実施形態の溶接状態モニタリング方法によれば、板金Ｗの溶接中に溶接不良が発生したか否かをリアルタイムで判定することができる。１またはそれ以上の実施形態の溶接状態モニタリング方法によれば、溶接不良が発生した場合に、複数の種類の溶接不良のうちのいずれの溶接不良が発生したかを判定することができ、レーザ溶接機のオペレータに、いずれの溶接不良が発生したかを知らせることができる。
【０１０２】
本発明は以上説明した１またはそれ以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。１またはそれ以上の実施形態においては、突き合わせ溶接におけるアンダーフィル、非連結の溶接不良、不十分貫通、端面ずれと、コーナジョイントの溶接における狭溶接シーム、坦溶接シーム、過溶融とを判定対象の溶接不良としている。他の１または複数の溶接不良を判定対象の溶接不良とすることができる。各溶接不良が発生したときの分析ウインドウ１１１内の輝度の特徴に応じた１または複数の注目領域を設定することにより、各溶接不良が発生したか否かを判定することが可能である。
【０１０３】
レーザ溶接機は、溶接対象の第１及び第２の板金（板金Ｗ１及びＷ２）にレーザビームが照射されている状態の第１及び第２の板金におけるビームスポットＢＳを含む所定の範囲を撮影するカメラ１１を備える。レーザ溶接機は、カメラ１１が第１及び第２の板金を撮影した画像信号に基づいて、溶接不良が発生したか否かを判定する画像分析装置２０を備える。画像分析装置２０は次のような構成を有すればよい。
【０１０４】
画像分析装置２０は、画像信号のフレーム１１０内に、溶接不良が発生したか否かを判定するための領域としての分析ウインドウ１１１を設定している。ビームスポットＢＳの中心は、分析ウインドウ１１１内に設定した基準点（原点Ｐ０）に位置している。画像分析装置２０は、分析ウインドウ１１１内に含まれる画素のうち、判定対象の溶接不良に対応して基準点を基準として位置が設定された注目領域の画素を抽出する領域抽出部２１を備える。画像分析装置２０は、領域抽出部２１によって抽出された注目領域における輝度に基づいて、判定対象の溶接不良が発生したか否かを判定する溶接不良判定部２２を備える。
【０１０５】
２０１８年１１月２７日にドイツ連邦共和国に出願された特許出願10 2018 220 329.6号の全ての開示内容は引用によりここに援用される。
【符号の説明】
【０１０６】
１  レーザ発振器
２  デリバリファイバ
２ｅ  エンドキャップ
３  コリメートレンズ
４，１４  ベンドミラー
５，１６  集束レンズ
１０  溶接ヘッド
１１  カメラ
１２  バンドパスフィルタ
１３  照明装置
１５  駆動部
２０  画像分析装置
２１  領域抽出部
２２  溶接不良判定部
２３  読出制御部
２４  カメラ制御部
２５  撮影集束レンズ制御部
２６  照明装置制御部
３０  データベース
４０  ＮＣ装置
５１  表示部
５２  操作部
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２  板金
【図１】
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【図２Ａ】
2020110694.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2020110694.tif 000007
【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【国際調査報告】
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