CN105102173A - 焊接部检查装置及其检查方法 - Google Patents

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Abstract

焊接用激光束(L1)沿在工件(W1，W2)中设定的焊接轨迹(C11，C12)照射，或检查用激光束(L5)沿在通过焊接用激光束(L1)的照射而熔融的工件(W1，W2)的熔池(Y1)中设定的扫描轨迹(C51，C52)照射，包括来自工件的熔池(Y1)的反射光、由于工件的熔融和蒸发而产生的蒸气发光以及从工件的熔池(Y1)射出的热辐射光的返回光束(L2)被接收，并且基于这样接收的返回光束(L2)的强度变化来检查工件的焊接部的焊接状态。

Description

焊接部检查装置及其检查方法
技术领域
本发明涉及一种焊接部检查装置及其检查方法，并且涉及一种检查例如通过激光束焊接多个工件时形成的焊接部的焊接状态的检查装置及其检查方法。
背景技术
当两块钢板被彼此上下放置且对其执行激光束焊接时，对通过激光束焊接而形成的焊接部进行品质评价。作为这种对通过激光束焊接而形成的焊接部的品质评价的一个示例，日本专利申请公报No.2008-87056(JP2008-87056A)描述了一种利用激光束的反射光来执行激光束焊接的品质评价的技术。
在JP2008-87056A中描述的激光束焊接品质判定***中，YAG激光从例如激光筒照射，并且激光反射光由第一光接收输出装置从焊接进行方向的向前斜上方接收。此外，包括蒸气发光(烟缕)和激光反射光的焊接光由第二光接收输出装置在与激光束的照射方向共轴的方向上接收。在两个预定方向上被同时接收的激光反射光和焊接光根据它们各自的强度而变换成电信号。此***基于电信号的信号强度或其变化来判定焊接品质。
根据JP2008-87056A中描述的激光束焊接品质判定***，在彼此不同的两个预定方向上同时接收激光反射光和焊接光并且将它们各自的光接收信号强度与适当地设定的阈值进行比较。因此，能判定以下各种类型的不良焊接中的任何一者的发生：焊接收缩(填料不足)，其中焊缝形成中空以包埋钢板之间的间隙；未接合焊接，其中上、下钢板由于钢板之间的过大间隙而未接合；带凹陷焊接，其中焊缝同样由于钢板之间的过大间隙而凹陷；和熔断焊接，其中焊缝由于热平衡的变动而意外消失；以及带气孔焊接。
但是，在JP2008-87056A中描述的激光束焊接品质判定***中，例如，在激光筒与工件(钢板)分离的情况下，从所接收的激光反射光和焊接光获得的电信号变弱。由此，不良焊接的判定精度会下降。特别地，在激光束焊接时焊缝发生凹陷的带凹陷焊接中，由于不良焊接而产生的电信号的变化降低。这会导致不能精确地检测工件中的不良焊接这样的情况。此外，已知由于工件的熔融和蒸发而产生的蒸气发光以及从工件的熔池射出的热辐射光根据工件温度而改变，且由所接收的激光反射光和焊接光获得的电信号以及用于判定激光束焊接的品质的阈值根据工件温度而改变。由此，在激光束焊接时工件温度大幅变动的情况下，工件的不良焊接的判定精度会进一步下降。
发明内容
本发明提供了一种能够在以工件与激光筒间隔开的方式执行焊接的远程焊接时精确地检查工件的焊接部的焊接状态的焊接部检查装置，以及其检查方法。
本发明的第一方面涉及一种检查在焊接多个工件时形成的焊接部的焊接状态的焊接部检查装置。所述焊接部检查装置包括：照射部，所述照射部沿在所述工件中设定的焊接轨迹照射焊接用激光束以便焊接所述工件，或沿在通过所述焊接用激光束熔融的所述工件的熔池中设定的扫描轨迹照射检查用激光束；光接收部，所述光接收部接收返回光束，所述返回光束包括由所述照射部照射的所述焊接用激光束或所述检查用激光束的反射光、由于所述工件的熔融和蒸发而产生的蒸气发光以及从所述工件的熔池射出的热辐射光中的至少一者，所述反射光是从所述工件的熔池反射的；和***，所述***基于在所述焊接用激光束沿所述焊接轨迹照射时或在所述检查用激光束沿所述扫描轨迹照射时由所述光接收部接收的所述返回光束的强度变化来检查所述工件的焊接部的焊接状态。
根据上述方面，基于在焊接用激光束沿焊接轨迹照射时或在检查用激光束沿扫描轨迹照射时由光接收部接收的返回光束的强度变化来检查工件的焊接部的焊接状态。因此，例如，在以照射部与工件间隔开的方式执行焊接的远程焊接的情况下，即使从由光接收部接收的返回光束获得的电信号微弱或即使由光接收部接收的返回光束的强度根据工件温度的变化而改变，也能精确地检查工件中形成的焊接部的焊接状态。
此外，在上述方面中，所述照射部可沿同一焊接轨迹照射所述焊接用激光束多次或沿同一扫描轨迹照射所述检查用激光束多次。所述***可基于在所述焊接用激光束沿所述同一焊接轨迹照射时或在所述检查用激光束沿所述同一扫描轨迹照射时所述返回光束的强度变化的周期性来检查所述工件的焊接部的焊接状态。
根据上述方面，基于在焊接用激光束沿同一焊接轨迹照射多次时或在检查用激光束沿同一扫描轨迹照射多次时返回光束的强度变化的周期性来检查工件的焊接部的焊接状态。因此，即使在焊接用激光束沿焊接轨迹照射一次时或在检查用激光束沿扫描轨迹照射一次时从返回光束获得的电信号微弱或即使从返回光束获得的电信号包括噪音，也能抑制检查精度由于返回光束中包括的噪音等而下降。结果，能提高焊接部的焊接状态的检查精度。
此外，在上述方面中，在所述焊接用激光束沿所述同一焊接轨迹照射时该焊接用激光束的扫描周期或在所述检查用激光束沿所述同一扫描轨迹照射时该检查用激光束的扫描周期可与在所述焊接部的焊接状态正常时获得的所述返回光束的强度变化的固有周期相同。
通过焊接用激光束的照射而在工件中形成的熔池的液位以与熔池的固有频率相同的频率振动。因此，即使焊接部的焊接状态正常，由光接收部接收的返回光束的强度也周期性地改变。根据上述方面，焊接用激光束或检查用激光束的扫描周期与焊接部的焊接状态正常时获得的返回光束的强度变化的固有周期相同。因此，能根据由光接收部接收的返回光束的强度变化容易地指定由于焊接用激光束的照射而引起的返回光束的周期性强度变化，由此使得能精确地指定由于不良焊接而引起的返回光束的强度变化。这使得能进一步提高工件的焊接部的焊接状态的检查精度。
注意，焊接用激光束或检查用激光束的扫描周期是在焊接用激光束沿同一焊接轨迹照射多次或检查用激光束沿同一扫描轨迹照射多次的情况下焊接用激光束或检查用激光束扫描具有预定长度的焊接轨迹或扫描轨迹一次的时间。亦即，扫描周期是通过将以焊接用激光束照射的焊接轨迹的长度除以焊接用激光束的扫描速度而获得的时间，或通过将以检查用激光束照射的扫描轨迹的长度除以检查用激光束的扫描速度而获得的时间。
此外，在上述方面中，所述***可通过对所述返回光束的强度执行傅里叶变换或微分来检查所述工件的焊接部的焊接状态。
根据上述方面，对包括由于焊接用激光束的照射而引起的周期性强度变化的返回光束的强度执行傅里叶变换或微分。由此，能根据返回光束的强度变化而容易地指定由于焊接用激光束的照射而引起的返回光束的周期性强度变化，由此使得能精确地指定由于不良焊接而引起的返回光束的强度变化。这使得能更加进一步提高工件的焊接部的焊接状态的检查精度。
此外，本发明的第二方面涉及一种检查在焊接多个工件时形成的焊接部的焊接状态的焊接部检查方法。所述焊接部检查方法包括：沿在所述工件中设定的焊接轨迹照射焊接用激光束以便焊接所述工件，或沿在通过所述焊接用激光束熔融的所述工件的熔池中设定的扫描轨迹照射检查用激光束；接收返回光束，所述返回光束包括所述焊接用激光束或所述检查用激光束的从所述工件的熔池反射的反射光、由于所述工件的熔融和蒸发而产生的蒸气发光以及从所述工件的熔池射出的热辐射光中的至少一者；以及基于在沿所述焊接轨迹照射所述焊接用激光束时或在沿所述扫描轨迹照射所述检查用激光束时接收的所述返回光束的强度变化来检查所述工件的焊接部的焊接状态。
根据上述方面，基于在沿焊接轨迹照射焊接用激光束时或在沿扫描轨迹照射检查用激光束时接收的返回光束的强度变化来检查工件的焊接部的焊接状态。因此，例如，在以激光照射部与工件间隔开的方式执行焊接的远程焊接的情况下，即使从所接收的返回光束获得的电信号微弱或即使所接收的返回光束的强度根据工件温度的变化而改变，也能精确地检查形成在工件中的焊接部的焊接状态。
如从以上说明理解的，本发明的第一和第二方面具有简单构型，使得在多个工件被焊接的情况下，基于在焊接用激光束沿焊接轨迹照射时或在检查用激光束沿扫描轨迹照射时接收的返回光束的强度变化来检查工件的焊接部的焊接状态。因此，即使从返回光束获得的电信号微弱或即使返回光束的强度根据工件温度的变化而改变，也能精确地检查工件的焊接部的焊接状态。
附图说明
下面将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
图1是示意性地示出本发明的焊接部检查装置的实施例1的总体构型的总体构型图；
图2是说明来自如图1所示的检查装置的焊接用照射部的焊接用激光束的照射形态的顶视图；
图3是说明来自如图1所示的检查装置的检查用照射部的检查用激光束的照射形态的顶视图；
图4是以时间顺序示出返回光束的强度的一个示例的视图；
图5A是说明在焊接部的焊接状态正常的情况下熔池与检查用激光束的焦点之间的关系的顶视图；
图5B是沿图5A中的箭头VB-VB截取的视图；
图6A是说明在焊接部的焊接状态不良的情况下熔池与检查用激光束的焦点之间的关系的顶视图；
图6B是沿图6A中的箭头VIB-VIB截取的视图；
图7是示出返回光束的频率和振幅之间的关系的一个示例的视图；
图8是示意性地示出本发明的焊接部检查装置的实施例2的总体构型的总体构型图；
图9A是放大并示出根据示例1的检查样品的焊接部的顶视图；
图9B是沿图9A中的箭头IXB-IXB截取的视图；
图9C是以时间顺序示出根据示例1的检查样品中的返回光束的强度的视图；
图10A是放大并示出根据示例2的检查样品的焊接部的顶视图；
图10B是沿图10A的箭头XB-XB截取的视图；
图10C是以时间顺序示出根据示例2的检查样品中的返回光束的强度的视图；
图11A是放大并示出根据示例3的检查样品的焊接部的顶视图；
图11B是沿图11A的箭头XIB-XIB截取的视图；
图11C是以时间顺序示出根据示例3的检查样品中的返回光束的强度的视图；
图12是示出根据示例1至3的检查样品的返回光束的频率和振幅之间的关系的视图；以及
图13是示出根据示例1至3的检查样品的返回光束的频率和振幅之间的关系的其它示例的视图。
具体实施方式
下面参照附图说明根据本发明的焊接部检查装置及其检查方法的实施例。
[焊接部检查装置的实施例1]
首先参照图1至3说明本发明的焊接部检查装置的实施例1。
图1是示意性地示出本发明的焊接部检查装置的实施例1的总体构型的总体构型图。此外，图2是说明来自如图1所示的检查装置的焊接用照射部的焊接用激光束的照射形态的顶视图，而图3是说明来自检查装置的检查用照射部的检查用激光束的照射形态的顶视图。
图1所示的检查装置100主要由焊接用照射部1、检查用照射部5、光接收部2、变换部3、放大器4、***6和CRT(阴极射线管)7构成。
为了焊接互相上下放置或配置成彼此稍微间隔开的两个工件(例如，钢板)W1、W2，焊接用照射部1向两个工件W1、W2照射焊接用激光束(例如，具有预定激光波长的YAG激光)L1。更具体地，如图2所示，焊接用照射部1使焊接用激光束L1的焦点F1沿在工件W1中设定的具有半径R11的大体圆形焊接轨迹C11旋转多次，以便在焊接轨迹C11上照射焊接用激光束L1多次。随后，焊接用照射部1使焊接用激光束L1的焦点F1在焊接轨迹C11的内侧移动，并且使焊接用激光束L1的焦点F1沿具有小于半径R11的半径R12且与焊接轨迹C11同心的大体圆形焊接轨迹C12旋转多次，以便在焊接轨迹C12上照射焊接用激光束L1多次。通过重复焊接用激光束L1的这种照射步骤，在工件W1、W2中形成了大体圆形的焊接部，由此通过焊接使工件W1、W2接合(也称为激光螺旋焊接)。注意，焊接轨迹C11或焊接轨迹C12的中心C0是工件W1、W2中形成的焊接部的焊接中心。
这里，通过来自焊接用照射部1的焊接用激光束L1的照射，在焊接用激光束L1的行进方向上在焊接用激光束L1的左右侧和焊接用激光束L1的后方形成了其中工件W1、W2熔融的熔池Y1。在实施例1中，由于焊接用激光束L1如上所述沿大体圆形的焊接轨迹C1、C2照射，所以在工件W1、W2中形成大体圆形的熔池Y1。
如图1所示，检查用照射部5经由光学***8和光接收部2向处于熔融状态的熔池Y1照射检查用激光束L5。更具体地，如图3所示，检查用照射部5使检查用激光束L5的焦点F5沿在熔池Y1的外缘的内侧设定的具有半径R51的大体圆形的扫描轨迹C51以大体恒定的速度旋转多次，以便在扫描轨迹C51上照射检查用激光束L5多次。随后，检查用照射部5使检查用激光束L5的焦点F5在扫描轨迹C51的内侧移动，并且使检查用激光束L5的焦点F5沿具有小于半径R51的半径R52且与扫描轨迹C51同心的大体圆形的扫描轨迹C52旋转多次，以便在扫描轨迹C52上照射检查用激光束L5多次。通过重复检查用激光束L5的这种照射步骤，检查用照射部5向形成在工件W1、W2中的大体圆形熔池Y1全体照射检查用激光束L5。注意，例如，扫描轨迹C51、C52的中心被设定为焊接轨迹C11、C12的上述中心C0。
如图1所示，在从检查用照射部5向熔池Y1照射检查用激光束L5的情况下，光接收部2接收包括从工件W1、W2的熔池Y1反射的检查用激光L5的反射光、由于工件W1、W2的熔融和蒸发而产生的蒸气发光(等离子光)、从工件W1、W2的熔池Y1射出的热辐射光(红外光)等的返回光束L2。
变换部3将由光接收部2接收并经由光学***8和集光透镜9集光的返回光束L2变换成电信号，并且向放大器4输出该电信号。放大器4放大从变换部3输出的电信号的信号强度，并且将它传输到***6。
***6对从放大器4传输的电信号执行信号处理，并且检查形成在工件W1、W2中的焊接部的焊接状态。更具体地，当检查用激光束L5从检查用辐射部5沿扫描轨迹C51、C52向熔池Y1照射多次时，***6检测由光接收部2接收的返回光束L2的强度变化。然后，***6基于强度变化的周期性来检查形成在工件W1、W2中的焊接部的焊接状态。此外，***6将与从放大器4传输的电信号有关的信号处理结果传输到CRT7。CRT7显示从***6传输的信号处理结果。
[焊接部检查方法的实施例1]
接下来将参照图4至7说明利用图1所示的焊接部检查装置100的本发明的焊接部检查方法的实施例1。
图4是以时间顺序示出传输到图1所示的检查装置100的***6的返回光束的强度的一个示例的视图。此外，图5A是说明在焊接部的焊接状态正常的情况下熔池与检查用激光束的焦点之间的关系的顶视图，而图5B是沿图5A的箭头VB-VB截取的视图。此外，图6A是说明在焊接部的焊接状态不良的情况下熔池与检查用激光束的焦点之间的关系的顶视图，而图6B是沿图6A的箭头VIB-VIB截取的视图。此外，图7是示出通过***6对其执行信号处理的返回光束的频率和振幅之间的关系的一个示例的视图。
如图5A和5B所示，在焊接部的焊接状态正常的情况下(在工件W1、W2被正常焊接的情况下)，当检查用激光束L5的焦点F5沿在熔池Y1中设定的大体圆形的扫描轨迹C51旋转多次以便对扫描轨迹C51照射检查用激光束L5多次时，认为从工件W1、W2反射的检查用激光束L5的反射光、蒸气发光、热辐射光等的强度变化相对小。于是，如图4的虚线所示，由光接收部2接收并经由变换部3和放大器4传输到***6的返回光束L2的强度变化相对小。
另一方面，如图6A和6B所示，在焊接部的焊接状态不良的情况下(例如，在带单件凹陷焊接的情况下，其中工件之一的焊缝带有凹陷)，当检查用激光束L5的焦点F5沿在熔池Y1中设定的大体圆形的扫描轨迹C51旋转多次以便在扫描轨迹C51上照射检查用激光束L5多次时，在检查用激光束L5的扫描轨迹C51上存在不良焊接部X1，使得从工件W1、W2反射的检查用激光束L5的反射光的强度在扫描轨迹C51的一部分中大幅变化。鉴于这一点，如图4的实线所示，由光接收部2接收并经由变换部3和放大器4传输到***6的返回光束L2的强度在检查用激光束L5的一个扫描周期(例如，检查用激光束L5绕扫描周期C5一周的周期)的一部分改变，并且周期性地改变检查用激光束L5的每个扫描周期。
根据实施例1的检查方法，通过***6来检测返回光束L2的强度变化的这种周期性。由此，例如，即使从返回光束L2获得的电信号微弱或即使返回光束L2的强度根据工件温度的变化而改变，也能检查熔池Y1的外缘的内侧是否存在不良焊接部X1，亦即，工件W1、W2中形成的焊接部中是否发生不良焊接。特别地，在实施例1中，检查用激光束L5沿大体圆形的扫描轨迹C51、C52向熔池Y1照射。鉴于这一点，能检查熔池Y1的外缘的内侧是否存在偏离焊接中心C0的不良焊接部X1，或者能检查熔池Y1的外缘的内侧是否存在诸如椭圆形或大体多边形的具有非圆形形状的不良焊接部X1。
此外，对传输到***6的返回光束L2的强度(参看图4)执行傅里叶变换。在此情况下，如图7中所示，当焊接部的焊接状态正常时，在特定频率下未检测到振幅峰值(参看图7中的虚线)，而当焊接部的焊接状态不良时，在特定频率(图7中的三个频率)下检测到振幅峰值(参看图7中的实线)。因此，通过对返回光束L2的强度执行傅里叶变换，能容易地检测到由于焊接部的不良焊接状态而引起的返回光束的强度变化。这使得能更精确地检查工件W1、W2中形成的焊接部中是否发生不良焊接。
这里，通过焊接用激光束L1的照射而在工件W1、W2中形成的熔池Y1的液位周期性地振动，并且本发明的发明人发现，即使在焊接部的焊接状态正常的情况下，返回激光束L2的强度也周期性地改变。亦即，考虑图7中的检测到振幅峰值的频率之一是返回光束L2的强度变化固有的频率，该固有频率是在焊接部的焊接状态正常时获得的。
鉴于这一点，当检查用激光束L5沿在熔池Y1中设定的大体圆形的扫描轨迹C51、C52照射时，例如，调节检查用激光束L5的扫描速度，使得检查用激光束L5的扫描周期(例如，检查用激光束L5绕扫描轨迹C51或扫描轨迹C52一周的周期)与返回光束L2的强度变化的固有周期一致。这允许在焊接部的焊接状态正常时获得的传输到***6的返回光束L2的强度变化呈大体正弦曲线的形式(图4中的点划线)。然后，通过对在焊接部的焊接状态正常时获得的返回光束L2的强度执行傅里叶变换，能由图7中检测到振幅峰值的频率指定在焊接部的焊接状态正常时获得的返回光束L2的强度变化的固有频率(图7中的点划线)。注意，还能通过对返回光束L2的强度执行微分而不是傅里叶变换来指定返回光束L2的强度变化的周期性。
当检查用激光束L5以在工件W1、W2的焊接部的焊接状态正常时获得的返回光束L2的强度变化的该固有周期沿扫描轨迹C51、C52照射时，能由图7中检测到振幅峰值的频率指定在焊接部的焊接状态正常时获得的返回光束L2的强度变化的固有频率，由此使得能仅提取例如由于焊接部的不良焊接状态而产生的频率。鉴于这一点，能进一步更精确地检查熔池Y1的外缘的内侧是否存在不良焊接部X1，亦即，工件W1、W2中形成的焊接部中是否存在不良焊接。
此外，根据实施例1，检查用激光束L5沿在通过焊接用激光束L1的照射形成的熔池Y1中设定的扫描轨迹C51、C52照射。然后，基于在检查用激光束L5沿扫描轨迹C51、C52照射时由光接收部2接收的返回光束L2的强度变化来检查焊接部的焊接状态。因此，例如，即使在焊接用激光束L1的照射条件改变的情况下或在焊接用激光束的焦点位置与不良焊接部X1的发生位置间隔开的情况下，也能适当地调节检查用激光束L5的扫描条件(扫描轨迹、扫描速度等)。这使得能精确地检查工件中形成的焊接部的焊接状态。
[焊接部检查装置的实施例2]
接下来将参照图8说明本发明的焊接部检查装置的实施例2。
图8是示意性地示出本发明的焊接部检查装置的实施例2的总体构型的总体构型图。如图8所示的实施例2的检查装置100A与如图1所示的实施例1的检查装置100的不同之处在于，利用从焊接用照射部照射的焊接用激光束的反射光来检查焊接部的焊接状态。其它构型与实施例1的检查装置100大体相同。相应地，与实施例1中相似的构成部分具有与实施例1中相同的附图标记，并且将省略其详细说明。
图中所示的检查装置100A主要由焊接用照射部1A、光接收部2A、变换部3A、放大器4A、***6A和CRT7A构成。
为了焊接互相上下放置的或配置成彼此稍微间隔开的两个工件W1、W2，焊接用照射部1A经由光学***8A和光接收部2A向两个工件W1、W2照射焊接用激光束L1A。通过来自焊接用照射部1A的焊接用激光束L1A的照射，在焊接用激光束L1A的行进方向上在焊接用激光束L1A的左右和后方形成了工件W1、W2在其中熔融的熔池Y1。
光接收部2A接收包括从焊接用照射部1A照射的焊接用激光L1A的反射光、由于工件W1、W2的熔融和蒸发而产生的蒸气发光(等离子光)、从工件W1、W2的熔池Y1射出的热辐射光(红外光)等的返回光束L2A，所述反射光是从工件W1、W2的熔池Y1反射的。
变换部3A将由光接收部2A接收并经由光学***8A和集光透镜9A集光的返回光束L2A变换成电信号，且向放大器4A输出该电信号。放大器4A放大从变换部3A输出的电信号的信号强度，且将其传输到***6A。
***6A对从放大器4A传输的电信号执行信号处理，并且检查形成在工件W1、W2中的焊接部的焊接状态。更具体地，***6A检查在焊接用激光束L1A沿焊接轨迹从焊接用照射部1A照射时由光接收部2A接收的返回光束L2A的强度变化。然后，***6A基于强度变化的周期性来检查形成在工件W1、W2中的焊接部的焊接状态。此外，***6A将与从放大器4A传输的电信号有关的信号处理结果传输到CRT7A。CRT7A显示从***6A传输的信号处理结果。
与上述实施例1相似，在焊接部的焊接状态正常的情况下，在焊接用激光束L1A沿焊接轨迹照射时由光接收部2A接收的返回光束L2A的强度变化相对小，且在焊接部的焊接状态不良的情况下，强度变化相对大。根据实施例2，通过***6A来检测返回光束L2A的强度变化的这种周期性。由此，例如，即使从返回光束L2A获得的电信号微弱或即使返回光束L2A的强度根据工件温度的变化而改变，也能检查在熔池Y1的外缘的内侧是否形成不良焊接部X1，亦即，工件W1、W2中形成的焊接部中是否发生不良焊接。
此外，类似于实施例1，焊接用激光束L1A以在工件W1、W2的焊接部的焊接状态正常时获得的返回光束L2A的强度变化的固有周期沿焊接轨迹照射。因此，能由通过对返回光束L2A的强度执行傅里叶变换而检测出振幅峰值的特定频率指定在焊接部的焊接状态正常时获得的返回光束L2A的强度变化的固有频率，由此使得能仅提取例如由于焊接部的不良焊接状态而产生的频率。鉴于这一点，能进一步更精确地检查熔池Y1的外缘的内侧是否存在不良的焊接部X1，亦即，工件W1、W2中形成的焊接部中是否存在不良焊接。
注意，上述实施例1涉及检查用激光束的扫描轨迹的中心被设定为焊接用激光束的焊接轨迹的中心的实施方式。然而，能将检查用激光束的扫描轨迹的中心设定为通过焊接用激光束的照射而形成的熔池中的适当位置。
此外，上述实施例涉及焊接用激光束的焊接轨迹和检查用激光束的扫描轨迹具有大体圆形形状的实施方式。然而，焊接用激光束的焊接轨迹和检查用激光束的扫描轨迹可具有诸如椭圆形或多边形之类的闭环形状、具有预定长度的曲线或直线形状等。此外，在焊接部的容易发生不良焊接的部位可预测的情况下，优选焊接用激光束的焊接轨迹和检查用激光束的扫描轨迹被设定为从该部位通过。
此外，上述实施例涉及焊接用激光束和检查用激光束向固定于预定位置的工件照射的实施方式。然而，焊接用激光束和检查用激光束的焦点位置可以是固定的且可在工件被适当地移动的同时对工件执行激光束焊接。或者，可对工件执行激光束焊接，使得工件以及焊接用激光束和检查用激光束的焦点位置相对于彼此移动。
[为评价返回光束的强度变化与焊接部的焊接状态之间的关系而对检查样品进行的实验及其结果]
本发明的发明人制作了具有三种不同焊接状态的三类检查样品(示例1至3)，并执行对来自各检查样品的返回光束的强度测量以便评价返回光束的强度变化与其焊接部的焊接状态之间的关系。
<检查样品的制作方法和来自检查样品的返回光束的强度的测量方法>
首先，下文大致说明检查样品的制作方法和来自检查样品的返回光束的强度的测量方法。将均由厚度为0.7mm的SCGA440制成的两个工件互相上下放置，并沿大体圆形的焊接轨迹向工件照射焊接用激光束(输出为1000W且扫描速度为80m/min)多次以便形成半径为约2.2mm的大体圆形的焊接部。随后，沿半径为约1.5mm的大体圆形的扫描轨迹照射检查用激光束(输出为1000W且扫描速度为80m/min)六周以便从通过焊接用激光束的照射而形成在工件中的熔池通过。然后，使检查用激光束的焦点仅移动约0.5mm，并沿半径为约1.0mm的大体圆形的扫描轨迹照射检查用激光束10周。这里，包括从工件的熔池反射的焊接用激光束的反射光、由于工件的熔融和蒸发而产生的蒸气发光、从工件的熔池射出的热辐射光等的返回光束被接收，且包括从工件的熔池反射的检查用激光束的反射光、蒸气发光、热辐射光等的返回光束被接收。这样接收的返回光束被变换成电信号，并且测量其信号强度。注意，在返回光束中，尤其在此实验中测量由于工件的熔融和蒸发而产生的蒸气发光(等离子光)的信号强度。
<根据检查样品的返回光束的强度变化与焊接部的焊接状态之间的关系的评价结果>
图9A是放大和示出根据示例1的检查样品的焊接部的顶视图，图9B是沿图9A中的箭头IXB-IXB截取的视图，图9C是以时间顺序示出根据示例1的检查样品中的返回光束的强度的视图。此外，图10A是放大和示出根据示例2的检查样品的焊接部的顶视图，图10B是沿图10A中的箭头XB-XB截取的视图，图10C是以时间顺序示出根据示例2的检查样品中的返回光束的强度的视图。此外，图11A是放大和示出根据示例3的检查样品的焊接部的顶视图，图11B是沿图11A中的箭头XIB-XIB截取的视图，图11C是以时间顺序示出根据示例3的检查样品的返回光束的强度的视图。
如图9A至9C所示，在示例1(焊接状态正常)的检查样品中，在焊接用激光束被照射的区间R1(0.35秒至约0.41秒)中、在检查用激光束沿半径为约1.5mm的扫描轨迹照射的区间R2(约0.41秒至约0.46秒)中和在检查用激光束沿半径为约1.0mm的扫描轨迹照射的区间R3(约0.46秒至约0.51秒)中，测定的返回光束的强度变化中未发现周期性。
同时，如图10A至10C所示，在示例2(带气孔焊接，其中两个工件熔融并凹陷)的检查样品中，在焊接用激光束被照射的区间R1中和检查用激光束被照射的区间R2、R3中，测定的返回光束的强度变化中发现了周期性。
此外，如图11A至11C所示，在示例3(带单件凹陷焊接，其中两个工件之一熔融并凹陷)的检查样品中，在焊接用激光束被照射的区间R1中测定的返回光束的强度变化中未发现周期性，但在检查用激光束被照射的区间R2、R3中测定的返回光束的强度变化中发现了周期性。
此外，图12是示出在对在向根据各示例1至3的检查样品照射检查用激光束的区间R2(约0.41秒至约0.46秒)中测定的返回光束的强度执行傅里叶变换时频率与振幅之间的关系的视图。
如图12所示，在示例1(焊接状态正常)的检查样品中，未发现大的振幅峰值。然而，在示例2(带气孔焊接)的检查样品中，在约141Hz的整数倍频率下发现大的振幅峰值，而在示例3(带单件凹陷焊接)的检查样品中，在约141Hz的频率下发现大的振幅峰值。注意，在示例2和3的检查样品中发现振幅峰值的频率(约141Hz)大体对应于在检查用激光束沿半径为约1.5mm的扫描轨迹照射时扫描速度为80m/min的检查用激光束的扫描频率(1/(1.5mm×2×3.14/(80000mm/60秒))Hz)。
由此实验结果，证实了以下内容：通过用于检测在焊接用激光束沿焊接轨迹照射时或在检查用激光束沿扫描轨迹照射时接收的返回光束的强度变化的周期性的简便方法，能精确地检查包括不良焊接的焊接部的焊接状态，所述不良焊接例如是其中焊缝形成中空以包埋钢板之间的间隙的焊接收缩、其中工件未彼此接合的未接合焊接、其中焊缝凹陷的带凹陷焊接、其中焊缝由于热平衡的变动而意外消失的熔断焊接、带气孔焊接等。
此外，本发明的发明人还发现，通过焊接用激光束的照射而在工件中形成的熔池的液位周期性地振动，并且即使在焊接部的焊接状态正常的情况下，在焊接用激光束被照射的区间R1中和在检查用激光束被照射的区间R2、R3中测定的返回光束的强度也周期性地改变。
鉴于这一点，本发明的发明人基于处于熔融状态的工件的表面张力和密度、工件中形成的熔池的大小和厚度等计算了熔池的固有频率。检查用激光束的扫描速度被调节成使得检查用激光束的扫描周期与由熔池的固有频率计算出的返回光束的强度变化的固有周期一致，且检查用激光束向工件照射。
图13是示出在检查用激光束在返回光束的强度变化的固有周期向示例1(焊接状态正常)中的熔池照射且对在区间R2中测定的返回光束(特别是从工件的熔池射出的热辐射光)的强度执行快速傅里叶变换时频率与振幅之间的关系的视图。
如图13所示，即使在焊接部的焊接状态正常的情况下，当对在区间R2中测定的返回光束的强度执行快速傅里叶变换时，在特定频率(约195Hz)下也发现大的振幅峰值。
由该实验结果，当焊接用激光束或检查用激光束以在焊接部的焊接状态正常时获得的返回光束的强度变化的该固有周期照射并且对测定的返回光束的强度执行快速傅里叶变换时，能指定在焊接部的焊接状态正常的情况下返回光束的强度变化的固有频率(例如，约195Hz)。结果，证实了仅能检测由于焊接部的不良焊接状态而产生的频率并且能精确地检查焊接部的焊接状态。
以上参照附图说明了本发明的实施例，但本发明的具体构型并不限于以上实施例。即使存在处于不偏离本发明的主旨的范围内的设计变更等，它们也被包括在本发明内。

Claims (8)

1.一种检查在焊接多个工件时形成的焊接部的焊接状态的焊接部检查装置，所述焊接部检查装置包括：
照射部，所述照射部沿在所述工件中设定的焊接轨迹照射焊接用激光束以便焊接所述工件，或沿在通过所述焊接用激光束熔融的所述工件的熔池中设定的扫描轨迹照射检查用激光束；
光接收部，所述光接收部接收返回光束，所述返回光束包括由所述照射部照射的所述焊接用激光束或所述检查用激光束的反射光、由于所述工件的熔融和蒸发而产生的蒸气发光以及从所述工件的熔池射出的热辐射光中的至少一者，所述反射光是从所述工件的熔池反射的；和
***，所述***基于在所述焊接用激光束沿所述焊接轨迹照射时或在所述检查用激光束沿所述扫描轨迹照射时由所述光接收部接收的所述返回光束的强度变化来检查所述工件的焊接部的焊接状态。
2.根据权利要求1所述的焊接部检查装置，其中：
所述照射部沿同一焊接轨迹照射所述焊接用激光束多次或沿同一扫描轨迹照射所述检查用激光束多次；并且
所述***基于在所述焊接用激光束沿所述同一焊接轨迹照射时或在所述检查用激光束沿所述同一扫描轨迹照射时所述返回光束的强度变化的周期性来检查所述工件的焊接部的焊接状态。
3.根据权利要求2所述的焊接部检查装置，其中：
在所述焊接用激光束沿所述同一焊接轨迹照射时该焊接用激光束的扫描周期或在所述检查用激光束沿所述同一扫描轨迹照射时该检查用激光束的扫描周期与在所述焊接部的焊接状态正常时获得的所述返回光束的强度变化的固有周期相同。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的焊接部检查装置，其中：
所述***通过对所述返回光束的强度执行傅里叶变换或微分来检查所述工件的焊接部的焊接状态。
5.一种用于检查在焊接多个工件时形成的焊接部的焊接状态的焊接部检查方法，所述焊接部检查方法包括：
沿在所述工件中设定的焊接轨迹照射焊接用激光束以便焊接所述工件，或沿在通过所述焊接用激光束熔融的所述工件的熔池中设定的扫描轨迹照射检查用激光束；
接收返回光束，所述返回光束包括所述焊接用激光束或所述检查用激光束的从所述工件的熔池反射的反射光、由于所述工件的熔融和蒸发而产生的蒸气发光以及从所述工件的熔池射出的热辐射光中的至少一者；以及
基于在沿所述焊接轨迹照射所述焊接用激光束时或在沿所述扫描轨迹照射所述检查用激光束时接收的所述返回光束的强度变化来检查所述工件的焊接部的焊接状态。
6.根据权利要求5所述的焊接部检查方法，其中：
在所述焊接用激光束或所述检查用激光束的照射中，沿同一焊接轨迹照射所述焊接用激光束多次或沿同一扫描轨迹照射所述检查用激光束多次；并且
在所述焊接状态的检查中，基于在沿所述同一焊接轨迹照射所述焊接用激光束时或在沿所述同一扫描轨迹照射所述检查用激光束时所述返回光束的强度变化的周期性来检查所述工件的焊接部的焊接状态。
7.根据权利要求6所述的焊接部检查方法，其中：
在所述焊接用激光束或所述检查用激光束的照射中，以在所述工件的焊接部的焊接状态正常时获得的所述返回光束的强度变化的固有周期沿所述同一焊接轨迹照射所述焊接用激光束或沿所述同一扫描轨迹照射所述检查用激光束。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的焊接部检查方法，其中：
在所述焊接状态的检查中，通过对所述返回光束的强度执行傅里叶变换或微分来检查所述工件的焊接部的焊接状态。
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