JPH05337662A

JPH05337662A - 溶接良否判定方法及び装置

Info

Publication number: JPH05337662A
Application number: JP4171758A
Authority: JP
Inventors: Keiichiro Umeyama; 恵一郎梅山
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 1992-06-04
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 1993-12-21
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JP2824499B2

Abstract

(57)【要約】［目的］溶接結果または溶接品質について信頼性の高い
判定結果を短い時間で容易に得るようにする。［構成］レーザ光照射装置１５の出射ユニット１２から
のレーザ光ＬＢが溶接部Ｗに照射することによって、そ
の箇所で両金属（被溶接材）１６，１８が溶融凝固して
互いに接合する。被溶接材１６の溶接部Ｗ付近から放射
された赤外線の一部ＲＢは、光学フィルタ２４を通って
赤外線センサ２０の受光部２２に入射し、光ファィバ２
６を介して光電変換部２８に送られ、ここで電気信号
（温度検出信号）ＴＳに変換される。判定装置３４で
は、比較部３２においてレーザ光ＬＢの照射開始時刻ま
たは照射終了時刻から所定時間後の時点で温度検出信号
ＴＳの値［ＴＳ］が基準値ＡＳと比較され、判定出力部
３６より比較部３２からの比較結果信号ＣＯの論理状態
に応じた溶接良否の判定結果ＤＳが出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接結果または溶接品
質の良否を判定するための方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接は、被溶接材を加熱、溶融して冶金
学的に凝固する接合法である。抵抗溶接およびアーク溶
接が代表的な溶接法として活用されてきているが、最近
ではレーザ溶接も急速に普及しつつある。

【０００３】一般に、溶接の結果または品質の良否を判
定する方法は、二つの方式に大別される。第１の方式
は、溶接電流等の溶接条件をモニタして溶接の良否を判
定する方式である。この方式では、一般に、設定通りま
たは許容範囲内の溶接条件の下で溶接が実行されたとき
は溶接良好との判定結果を出し、溶接実行時に溶接条件
が設定値または許容範囲内になかったときは溶接不良と
の判定結果を出す。第２の方式は、溶接が行われた後に
被溶接材の溶接部の状態を検査して溶接の良否を判定す
る方式である。この方式には、溶接部を引っ張ったり曲
げたりしてその強度を測定する破壊試験と、放射線また
は超音波等を用いて溶接部の欠陥を探査する非破壊試験
とがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記第１の方式は、溶
接直後に溶接良否の判定結果を出すので、溶接不良の結
果が出た場合は直ちに再溶接を行って不良の溶接品質を
良好な溶接品質に修正できるという長所があるが、溶接
部の状態を直接診るわけではないので、誤った判定を出
すおそれがある。

【０００５】上記第２の方式は、溶接部の状態を直接検
査するので、第１の方式よりも信頼性の高い判定結果を
得ることができる。しかし、試験のための特殊の治具、
プローブ等を使用するため、被溶接材を溶接位置から移
送して別の場所で試験を行わなければならず、再溶接を
行うのが難しいという不都合がある。さらに、破壊試験
は、抜き取り試験しかできないため、試験を行わない製
品（被溶接材）についての品質保証が不十分となる欠点
がある。また、従来の非破壊試験は、写真やプローブ等
を用いるため、判定結果が出るまでに長時間を要すると
いう不具合があった。

【０００６】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、溶接結果または溶接品質についての信頼性の高
い判定結果を短い時間で容易に得るようにした溶接良否
判定方法および装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の溶接良否判定方法は、被溶接材の溶接部
ないしその近傍（以下「溶接部付近」という）にレーザ
光を照射する段階と、前記レーザ光を照射された前記溶
接部付近の温度の時間的な変化を検出する段階と、前記
溶接部付近の温度変化の特性に基づいて前記溶接部の溶
接の良否を判定する段階とを有する方法とした。

【０００８】また、本発明の溶接良否判定装置は、被溶
接材の溶接部付近にレーザ光を照射するレーザ光照射手
段と、前記レーザ光を照射された前記溶接部付近の温度
を検出する温度センサと、前記温度センサより出力され
た温度検出信号の時間特性に基づいて前記溶接部の溶接
の良否を判定する判定手段とを具備する構成とした。

【０００９】

【作用】被溶接材の溶接部にレーザ光を照射すると、溶
接部が溶融加熱または単に加熱され、その温度が急激に
上昇する。この溶接部の温度がピーク値に達するまでの
変化（立ち上がり）は、レーザ光の出力、被溶接材の材
質、板厚等によって決まる。ピーク値に達した後の溶接
部の温度の時間特性（立ち下がり特性）は、溶接の良否
に関係している。すなわち、溶接部でナゲットが十分に
拡大成長し、両被溶接材間に安定・強固な金属接合が形
成されたときは、レーザ光を照射された表側の被溶接材
から裏側の被溶接材への熱引き（熱伝導）が大きいた
め、表側被溶接材の温度は比較的大きな勾配で速く下が
る。しかし、溶接部のナゲットの拡大成長が不十分で、
両被溶接材間の金属接合が弱いときは、表側の被溶接材
から裏側の被溶接材への熱引き（熱伝導）が小さいた
め、表側被溶接材の温度は比較的小さな勾配でゆっくり
と下がる。本発明では、上記のような溶接部の温度変化
を赤外線センサ等の温度センサによって検出し、判定手
段において基準値と比較して溶接良否の判定結果を出
す。

【００１０】

【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明の一実施例による溶接良否判定
装置の構成を示す。図１において、レーザ発振器１０
は、たとえばＹＡＧレーザ装置であり、レーザ溶接に適
した出力のレーザ光を出力する。レーザ発振器１０より
出力されたレーザ光は光ファイバ１４を通って出射ユニ
ット１２に導かれる。出射ユニット１２は、光ファイバ
１４の端面よりユニット内に入射したレーザ光をコリメ
ータレンズによって平行光に変え、その平行光を集光レ
ンズによって被溶接材１６，１８の溶接部（加工点）Ｗ
に集光せしめる。このようにして、出射ユニット１２か
らのレーザ光ＬＢが溶接部Ｗに照射することによって、
その箇所で両金属（被溶接材）１６，１８が溶融凝固し
て互いに接合する。この実施例において、レーザ発振器
１０、出射ユニット１２および光ファイバ１４は、レー
ザ溶接を行うためのレーザ光照射装置１５を構成してい
る。

【００１１】さて、この実施例では、出射ユニット１２
の側方の所定位置に赤外線センサ２０の受光部２２が配
設される。赤外線センサ２０は、この受光部２２と、受
光部２２の手前に配設された光学フィルタ２４と、受光
部２２に受光された赤外線を伝搬する光ファイバ２６
と、赤外線を電気信号に変換する光電変換部２８とから
構成される。

【００１２】受光部２２は、図示のように受光面を溶接
部Ｗに向けた状態で適当な支持手段（図示せず）によっ
て支持される。被溶接材１６の溶接部Ｗ付近から放射さ
れた赤外線の一部ＲＢは光学フィルタ２４を介して受光
部２２に入射する。光学フィルタ２４は、赤外線ＲＢを
ほぼ１００％通す一方で、ＹＡＧレーザ光ＬＢをほぼ１
００％反射する。受光部２２で受光された赤外線ＲＢ
は、光ファィバ２６を介して光電変換部２８に送られ、
ここで電気信号に変換される。光電変換部２８には、赤
外線の周波数が高いほど電圧レベルの高い電気信号に変
換する赤外線感知素子回路が内蔵されている。全ての物
体がそうであるように、被溶接材１６は、その温度が高
いほど周波数の高い赤外線を発する。したがって、光電
変換部２８の出力端子には、溶接部Ｗ付近の被溶接材１
６の温度に対応した電圧レベルを有する温度検出信号Ｔ
Ｓが得られる。

【００１３】上記のようにして赤外線センサ２０より出
力された温度検出信号ＴＳは、判定装置３０の比較部３
２に与えられる。判定装置３０は、比較部３２の外に、
基準値設定部３４および判定出力部３６を有する。基準
値設定部３４には、溶接良否判定のための基準値ＡＳが
設定される。この基準値ＡＳは、被溶接材１６，１８の
材質、形状等の被溶接材側の条件、レーザ光ＬＢの出
力、照射時間等のレーザ光側の条件、さらにはユーザの
希望する溶接品質等に応じて、溶接良否の経験値から適
当な値に選ばれてよい。

【００１４】比較部３２は、レーザ発振器１０のレーザ
発振と同期して、たとえばレーザ光ＬＢの照射開始時刻
または照射終了時刻から所定時間後の時点で赤外線セン
サ２０からの温度検出信号ＴＳの値［ＴＳ］を基準値Ａ
Ｓと比較し、その比較結果を二値信号ＣＯとして判定出
力部３６に与える。判定出力部３６は、比較部３２から
の比較結果信号ＣＯの論理状態に応じて溶接良否の判定
結果を出力する。判定出力部３６より得られた判定出力
信号ＤＳは、警報装置または表示装置（図示せず）に与
えられる。

【００１５】次に、図２につき本実施例における溶接良
否判定装置の作用を説明する。被溶接材１６，１８の溶
接部Ｗに対しては、図２の(A) に示すように、レーザ溶
接用のレーザ光ＬＢが所定の出力Ｐ0 で所定時間Ｔ0 だ
け照射される。そうすると、光電変換部２８より得られ
る温度検出信号ＴＳは、図２の(B) に示すように、レー
ザ光ＬＢの照射時間中は急激に立ち上がり、レーザ光Ｌ
Ｂの照射が終了した後は次第に下がるような変化を示
す。このような温度検出信号ＴＳの時間特性は、溶接部
Ｗにおける被溶接材１６の温度の時間特性に対応してい
る。一般に、レーザ光ＬＢに対して溶接材１６の温度は
時間遅れがあにために、レーザ照射終了時刻ｔE 後に信
号ＴＳはピーク値［ＴＳ］P に達する。

【００１６】ピーク値［ＴＳ］P に達するまでの温度検
出信号ＴＳの時間特性（立ち上がり特性）は、溶接の良
否に関係なくほぼ一定している。しかし、ピーク値に達
した後の信号ＴＳの時間特性（立ち下がり特性）は、溶
接の良否に関係している。すなわち、レーザ光ＬＢの照
射により、溶接部Ｗでナゲットが十分に拡大成長し、両
被溶接材１６，１８間に安定・強固な金属接合が形成さ
れたときは、表側の被溶接材１６から裏側の被溶接材１
８への熱引き（熱伝導）が大きいため、表側被溶接材１
６の温度は比較的大きな勾配で速く下がる。しかし、溶
接部Ｗのナゲットの拡大成長が不十分で、両被溶接材１
６，１８間の金属接合が弱いときは、表側の被溶接材１
６から裏側の被溶接材１８への熱引き（熱伝導）が小さ
いため、表側被溶接材１６の温度は比較的小さな勾配で
ゆっくりと下がる。

【００１７】本実施例では、比較部３２において、レー
ザ照射開始時刻ｔs または終了時刻ｔE から所定時間後
の時刻ｔp で温度検出信号ＴＳの値［ＴＳ］が基準値Ａ
Ｓと比較され、［ＴＳ］＜ＡＳのときは“Ｈ”レベルの
比較結果信号ＣＯが得られ、［ＴＳ］＞ＡＳのときは
“Ｌ”レベルの比較結果信号ＣＯが得られる。判定出力
部３６は、比較結果信号ＣＯが“Ｈ”レベルのときは
「溶接良好」、“Ｌ”レベルのときは「溶接不良」の判
定出力信号ＤＭを発生する。

【００１８】なお、「溶接不良」の判定出力信号ＤＭを
出すときは、レーザ発振部１０に再溶接を行うための指
令信号を与えるようにしてもよい。また、温度検出信号
ＴＳのピーク値［ＴＳ］P の値からレーザ光照射装置１
５の異常事態あるいは被溶接材１６，１８側の異常事態
を検出するようにしてもよい。

【００１９】このように、所定のタイミング（ｔp)で温
度検出信号ＴＳの値［ＴＳ］を基準値ＡＳと比較するこ
とによって、温度検出信号ＴＳの時間特性を検出して溶
接良否を判定することができる。しかし、他の方法を用
いることも可能である。たとえば、温度検出信号ＴＳを
所定時間（ｔP)まで時間積分し、その積分値が所定の基
準値より小さいときは溶接良好、大きいときは溶接不良
と判定しても、上記と同様な判定結果が得られる。ある
いは、温度検出信号ＴＳがピーク値［ＴＳ］Pに達して
から基準値ＡＳに下がるまでの所要時間（ｔM)を求め、
その所要時間（ｔM)を所定の基準値と比較することによ
っても、同様な判定結果が得られる。さらには、ピーク
値［ＴＳ］P 直後の温度検出信号ＴＳの勾配（微分値）
を検出することによっても、同様な判定結果が得られ
る。

【００２０】また、図１の構成例では赤外線センサ２０
の受光部２２を溶接部Ｗに近い位置に配設したが、図３
および図４に示すように溶接部Ｗから離れた場所に配設
することも可能である。

【００２１】図３に示す構成例は、センサ受光部２２を
出射ユニット１２に取付した例である。出射ユニット１
２内には２つのダイクロイックミラーが設けられ、第１
のダイクロイックミラーによってレーザ発振器１０から
のレーザ光ＬＢの光路が溶接部Ｗに向けてほぼ直角に曲
げられ、第２のダイクロイックミラーによって溶接部Ｗ
からの赤外線ＲＢがユニット１２の一側面に取付したセ
ンサ受光部２０に向けてほぼ直角に曲げられるようにな
っている。また、溶接部Ｗから出射ユニット１２に入っ
た可視光は、第１および第２のダイクロイックミラーを
透過してユニット上端に取付された撮像素子たとえばＣ
ＣＤセンサ４０の受光面に結像するようになっている。

【００２２】図４に示す構成例は、センサ受光部２２を
レーザ発振器１０内に配設した例である。レーザ発振部
１０Ａより出射されたレーザ光ＬＢは、ダイクロイック
ミラー１０Ｂでほぼ直角に光路を曲げられて入射ユニッ
ト１０Ｃに入り、入射ユニット１０Ｃから光ファイバ１
４および出射ユニット１２を通って溶接部Ｗに照射する
ようになっている。溶接部Ｗより発せられた赤外線ＲＢ
の一部は、出射ユニット１２、光ファイバ１４、入射ユ
ニット１０Ｃを通ってレーザ発振器１０内に入り、次に
ダイクロイックミラー１０Ｂを通ってセンサ受光部２２
に入射するようになっている。

【００２３】なお、上述した構成例では、レーザ発振器
１０と光ファイバ１４を介して結ばれた出射ユニット１
２よりレーザ光ＬＢを被溶接材１６，１８の溶接部Ｗに
照射するようにしたが、レーザ発振器１０から出たレー
ザ光ＬＢを直接溶接部Ｗに照射するようにしてもよい。

【００２４】上述した実施例では、レーザ溶接直後に溶
接良否の判定結果を出すので、溶接不良の結果が出た場
合は直ちに再溶接を行って不良の溶接品質を良好な溶接
品質に修正できる。しかも、電流等の溶接条件をモニタ
してではなく、溶接部Ｗの温度変化を検出してその接合
状態を直接診るので、信頼性の高い判定結果が得られ
る。また、溶接ライン上で溶接良否の判定を行うので、
全ての溶接部Ｗについての判定すなわち全数検査が可能
である。

【００２５】また、本発明の溶接良否判定方法および装
置は、上述したレーザ溶接以外の溶接たとえば抵抗溶接
にも適用可能である。その場合、本発明の溶接良否判定
装置を抵抗溶接機の付近に配設して抵抗溶接ラインに組
み込むことも可能である。もっとも、通常は既に抵抗溶
接の済んだ溶接部について溶接良否の判定が行われるこ
とになろう。この場合のレーザ光は、溶接部Ｗを所定温
度たとえば５００゜Ｃ程度まで加熱するために照射され
る。したがって、レーザ発振器１０を低出力レーザ装置
で構成してよい。このレーザ光を照射された一方の被溶
接材（１６）の温度は、急激に上昇してピーク値に達
し、その後は溶接部Ｗの接合状態の良否に応じた勾配で
下がる。このような溶接部Ｗの温度変化は赤外線センサ
２０によって検出され、判定装置３０によって溶接の良
否が判定される。

【００２６】なお、本発明で用いるレーザ光は、任意の
発振モードが可能であり、パルス発振によるレーザ光で
も連続発振によるレーザ光であってもよい。また、検査
の対象となる溶接部は点溶接に限るものりではなく、た
とえばシーム溶接や突き合わせ溶接等でも可能である。

【００２７】また、レーザ光の照射による溶接部の温度
変化を検出する温度センサとして、図５に示すように熱
熱対４２を使用することも可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被溶接材の溶接部付近にレーザ光を照射してその溶接部
付近の温度の変化を検出し、その温度変化の特性に基づ
いて該溶接部の溶接の良否を判定するようにしたので、
溶接良否について信頼性の高い判定結果を短時間で容易
に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による溶接良否判定装置の構
成を示す図である。

【図２】実施例における溶接良否判定装置の作用を説明
するための図である。

【図３】実施例による溶接良否判定装置の一変形例の構
成を示す図である。

【図４】実施例による溶接良否判定装置の別の変形例の
構成を示す図である。

【図５】実施例による溶接良否判定装置の他の変形例の
構成を示す図である。

【符号の説明】

１５レーザ光照射装置１６，１８被溶接材Ｗ溶接部２０赤外線センサ３０判定装置３２比較部３４基準値設定部３６判定出力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被溶接材の溶接部付近にレーザ光を照射
する段階と、前記レーザ光を照射された前記溶接部付近の温度の変化
を検出する段階と、前記検出された溶接部付近の温度変化に基づいて前記溶
接部の溶接の良否を判定する段階と、を有することを特
徴とする溶接良否判定方法。
【請求項２】前記レーザ光は、前記溶接部を溶接する
ためのレーザ光である請求項１に記載の溶接良否判定方
法。
【請求項３】前記レーザ光は、既に溶接されている前
記溶接部を加熱するためのレーザ光である請求項１に記
載の溶接良否判定方法。
【請求項４】被溶接材の溶接部付近にレーザ光を照射
するレーザ光照射手段と、前記レーザ光を照射された前記溶接部付近の温度を検出
する温度センサと、前記温度センサより出力された温度検出信号の時間特性
に基づいて前記溶接部の溶接の良否を判定する判定手段
と、を具備することを特徴とする溶接良否判定装置。
【請求項５】前記温度センサは、前記被溶接材の溶接
点付近より発せられる赤外線を受光し、前記溶接点付近
の温度を表す温度検出信号を出力する赤外線センサから
なることを特徴とする請求項４に記載の溶接良否判定装
置。