JP2001191186A - 溶接部の品質評価システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】溶接と同時にその成否を間接的に評価して工程
管理の煩雑化を防止でき、しかも比較的安価な溶接部の
品質評価システムを提供する。 【解決手段】電気的に接続する接続対象である２つの接
続用端子部１０、１１をＹＡＧレーザ装置１２により溶
接する部位の近傍に、レーザ溶接部１４のレーザ照射側
に、プラズマ発生量を紫外領域で検出する紫外線センサ
１７と、レーザ溶接部１４の温度を検出する赤外線セン
サ１８とが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電気接続箱
に収容するタブ端子部とバスバーの端部の端子部とを溶
接して電気的に接続する際の溶接部の品質を評価する品
質評価システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】上述した電気接続箱に収容するタブ端子
部とバスバー端子部との電気的接続は、ＹＡＧレーザに
より溶接で行われている。この溶接により形成された溶
接部は、電気的接続状態の良否を決める重要な箇所であ
る故に、品質検査が行われている。

【０００３】ところで、溶接部の品質検査は、従来にお
いては溶接後に以下のような方式が採用されている。

【０００４】その一つは、溶接部を画像処理により観察
し、溶接痕の有無を検査する方式である。他の一つは、
抜き取り検査であって、溶接部をＸ線や超音波などによ
り画像として捉える非破壊検査や、強度測定による破壊
検査である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
検査方式にあっては、溶接工程とは別の工程を設ける必
要があり、工程管理が煩雑になるという不都合があっ
た。加えて、非破壊検査による場合には、検査設備等の
費用が高価であり、高コスト化が招来されるという問題
もあった。

【０００６】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、溶接と同時にその成否を
間接的に評価して工程管理の煩雑化を防止でき、しかも
比較的安価な溶接部の品質評価システムを提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の溶接部の品質評
価システムは、電気的に接続する接続対象である２つの
金属製部材をＹＡＧレーザにより溶接する際に、レーザ
溶接部分の品質を間接的に評価する品質評価システムで
あって、上記レーザ溶接部のレーザ照射側に、レーザ溶
接部から発生するプラズマの量を紫外領域で検出する紫
外線センサと、レーザ溶接部の温度を検出する赤外線セ
ンサとが設けられていることを特徴とする。

【０００８】本発明のシステムにあっては、紫外線セン
サがプラズマ発生量を検出し、赤外線センサがレーザ溶
接部の温度を検出する。

【０００９】このとき、紫外線センサが検出するプラズ
マ（紫外領域の波長のもの）は、レーザ照射によりレー
ザ溶接部から発生するプラズマと、レーザ溶接部に油を
代表とする異物が付着していた場合の異物のプラズマの
合計である。前者のプラズマの発生量については、図３
に示すようにレーザ溶接部が貫通している場合のプラズ
マ発生量（実線にて示す）が、溶接正常時のプラズマ発
生量（破線にて示す）よりも少なくなり、一方、後者の
プラズマの発生量については、例えば一例として図４に
示すように、溶接正常時のプラズマ発生量（破線にて示
す）よりも異物のプラズマ発生量の分だけ多いプラズマ
発生量（実線にて示す）となる。

【００１０】よって、紫外線センサが検出するプラズマ
量に基づき、レーザ溶接部が貫通することによる溶接不
良と、レーザ溶接部への異物付着による溶接不良とを評
価できる。

【００１１】また、赤外線センサが検出するレーザ溶接
部の温度により、レーザ溶接部に油を代表とする異物が
付着していた場合に起こる溶接不良を評価できる。

【００１２】すなわち、図５に示すように、溶接が正常
に行われたときには、レーザ溶接部の温度も溶接時間と
同じ程度で減衰する特性（破線にて示す）となるのに対
し、レーザ溶接部に異物が付着していた場合には、レー
ザ溶接部の温度の減衰（実線にて示す）が長くなるから
である。

【００１３】また、レーザ溶接部の貫通による溶接不良
と異物付着による溶接不良とが同時に起きた場合は、紫
外線センサからの情報のみでは見掛け上、溶接が良好に
終了したような誤った評価をすることになる。この場合
も、赤外線センサからの情報を参照することにより、溶
接部の温度の減衰から異物付着の有無、即ち溶接の良否
を評価することができる。

【００１４】このようにしてレーザ溶接部のレーザ照射
側に、プラズマの量を検出する紫外線センサと、レーザ
溶接部の温度を検出する赤外線センサとを併せて設ける
ことにより、間接的に溶接部の良否を評価できるので、
検査工程を別途設ける必要がなく、このため工程管理の
煩雑化を防止でき、しかも溶接部品質評価システムの自
動化とオンライン化が可能となる。

【００１５】本発明の溶接部の品質評価システムにおい
て、前記レーザ溶接部のレーザ照射側に、レーザ溶接部
から反射した反射レーザ量を検出するレーザ検出手段が
さらに設けられている構成とすることができる。

【００１６】この構成にあっては、レーザ溶接部が貫通
した結果、反射レーザ量が溶接正常時の反射レーザ量よ
りも著しく減少するという現象を、レーザ検出手段が検
出できるので、レーザ溶接部の貫通に伴う溶接欠陥を評
価することができる。

【００１７】本発明の溶接部の品質評価システムにおい
て、前記レーザ溶接部のレーザ照射側とは反対側に、レ
ーザ溶接部を通過したプラズマを紫外領域で検出する第
２紫外線センサおよび、レーザ溶接部を通過したレーザ
光を検出する第２レーザ検出手段の少なくとも一方がさ
らに設けられている構成とすることができる。

【００１８】この構成による場合には、レーザ溶接部が
貫通した状態になってプラズマやレーザ光がレーザ照射
側とは反対側に突き抜けたことを第２紫外線センサや第
２レーザ検出手段が検出することができるので、レーザ
溶接部が貫通して溶接不良となっていることを評価でき
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を具体的に説明す
る。

【００２０】図１は、本発明の基本原理を説明するため
の模式図（斜視図）である。

【００２１】溶接対象の金属材料１に、その上方からＹ
ＡＧレーザ光２を照射して溶接を行うと、レーザ光２が
照射された溶接部３から反射レーザ光４が発生し、ま
た、溶接部３の近傍にプラズマ発生部５が生じる。更に
は、溶接部３からレーザ照射側にスパッタ６が飛散する
とともに、熱放射７が生じる。

【００２２】また、溶接部３が下面にまで貫通したよう
な溶接が不良の場合には、レーザ照射側とは反対側（図
示例では下側）のプラズマ発生部８や透過レーザ光９が
著しく多くなる。ここで、溶接部３が貫通した状態とし
ては、図６（ａ）または（ｂ）の状態がある。図６
（ａ）に示す状態は溶接欠陥の無い良好な場合であり、
溶接部３の下側に突き抜けるプラズマやレーザ光の量は
あまり多くない。一方、図６（ｂ）に示す状態は溶接欠
陥の発生した不良の場合であり、溶接部３の下側に突き
抜けるプラズマやレーザ光の量は極めて多くなる。

【００２３】よって、溶接部の近傍に品質評価用に種々
のセンサを配設することにより、間接的に、溶接部の品
質と相関性のある溶接状態を把握することが可能となっ
て、溶接部の品質評価システムを構築することができ
る。

【００２４】図２は、本発明の一実施形態に係る溶接部
の品質評価システムを示す斜視図である。

【００２５】本実施形態の品質評価システムは、電気的
に接続する接続対象である２つの金属製部材、例えばタ
ブ端子部１０とバスバーの端部の端子部１１とが重ねら
れて配置される箇所に対し、その上側にＹＡＧレーザ溶
接装置のレーザ出射レンズ１２が設けられている。この
レーザ出射レンズ１２は、これから出射されるレーザ光
１３が、両端子部１０、１１の溶接箇所１４を向くよう
に配置される。なお、溶接箇所１４は、溶接後にレーザ
溶接部となる。

【００２６】また、溶接箇所１４の近傍には、溶接箇所
１４の斜め上方にセンサボックス１５が設けられ、一
方、溶接箇所１４の下側の斜め下方にも、センサボック
ス１６が設けられている。センサボックス１５には、プ
ラズマ量を紫外領域で検出する紫外線センサ１７と、レ
ーザ溶接部１４の温度を検出する赤外線センサ１８と、
レーザ溶接部１４から反射した反射レーザ量を検出する
レーザ検出手段１９とが内蔵されている。これら紫外線
センサ１７、赤外線センサ１８およびレーザ検出手段１
９は、各々の検出方向が溶接箇所１４を臨むように配設
されている。

【００２７】上記センサボックス１６には、レーザ溶接
部１４を通過したプラズマ量を紫外領域で検出する第２
紫外線センサ２０と、レーザ溶接部１４を通過したレー
ザ量を検出する第２レーザ検出手段２１とが内蔵されて
いる。これら第２紫外線センサ２０および第２レーザ検
出手段２１は、各々の検出方向が溶接箇所１４を臨むよ
うに配設されている。

【００２８】なお、上記紫外線センサ１７、赤外線セン
サ１８、レーザ検出手段１９、第２紫外線センサ２０お
よび第２レーザ検出手段２１としては、所定の検出が可
能であればどのようなセンサを用いてもよい。

【００２９】次に、このように構成された本実施形態の
品質評価システムにおける品質評価内容につき説明す
る。

【００３０】上記ＹＡＧレーザ溶接装置のレーザ出射レ
ンズ１２からレーザ光１３を溶接箇所１４に向けて出射
させて溶接を開始すると、紫外領域を検出領域とする紫
外線センサ１７がプラズマ発生量を検出し、赤外線セン
サ１８がレーザ溶接部１４の温度を検出し、レーザ検出
手段１９がレーザ溶接部１４から反射した反射レーザ量
を検出する。

【００３１】上記紫外線センサ１７が検出するプラズマ
は、上述したようにレーザ照射によりレーザ溶接部１４
から発生するプラズマと、レーザ溶接部１４に油を代表
とする異物が付着していた場合の異物のプラズマであ
る。

【００３２】前者のプラズマの発生量については、レー
ザ溶接部１４が貫通している場合には、図３に示すよう
にプラズマ発生量（実線にて示す）が、溶接正常時のプ
ラズマ発生量（破線にて示す）よりも少なくなる。よっ
て、この図３に基づいて、レーザ溶接部１４が貫通して
レーザ溶接部１４に溶接欠陥が存在することを検出でき
る。

【００３３】一方、後者のプラズマの発生量について
は、例えば一例として図４（異物が油の場合）に示すよ
うに、溶接正常時のプラズマ発生量（破線にて示す）よ
りも油のプラズマ発生量の分だけ多いプラズマ発生量
（実線にて示す）となる。

【００３４】この図４におけるプラズマ量は、レーザ照
射によりレーザ溶接部１４から発生するプラズマと、レ
ーザ溶接部１４に油が付着していた場合の油のプラズマ
との合計である。これは、紫外線センサ１７の検出波長
領域が、例えば油のプラズマの波長である４００〜６５
０ｎｍ（推定値）の中に含まれるような波長領域であ
り、レーザ溶接部１４からの金属プラズマ（油の波長領
域に近い波長をもつ）も同時に紫外線センサ１７にて検
出されるからであり、検出プラズマ量は溶接正常時の２
倍から４倍程度に及ぶ。

【００３５】よって、図４に示すように溶接正常時より
も増大したプラズマ発生量に基づき、レーザ溶接部１４
に付着した油の燃焼による熱量過多に伴ってレーザ溶接
部１４に生じている溶接欠陥を検出することができる。

【００３６】なお、油のプラズマの波長より広い検出波
長領域をもつ紫外線センサ１７を使用する場合は、油以
外の異物付着に関する検出が可能となり、その付着異物
が溶接欠陥と相関性があるときは、その溶接欠陥につい
ても評価することが可能となる。

【００３７】したがって、レーザ溶接部１４が貫通して
溶接不良となっている場合、或いは、レーザ溶接部１４
に異物付着がある場合には、紫外線センサ１７が検出す
るプラズマ量に基づいて評価を行い得る。

【００３８】また、レーザ溶接部に異物が付着していた
場合に起こる溶接不良については、赤外線センサ１８が
検出するレーザ溶接部１４の温度に基づいても評価でき
る。すなわち、図５に示すように、溶接が２０ｍｓの溶
接時間で正常に行われたときには、レーザ溶接部１４の
温度も溶接時間と同じ程度で減衰する特性（破線にて示
す）となるのに対し、レーザ溶接部１４に油が付着して
いた場合には、レーザ溶接部１４の温度の減衰（実線に
て示す）が通常３０ｍｓ以上となる。また、図５に示す
特性は、レーザ溶接部１４に油以外の異物が付着してい
た場合にも同様に起こるからである。

【００３９】また、レーザ溶接部１４の貫通による溶接
不良と異物付着による溶接不良とが同時に起きた場合
は、紫外線センサ１７からの情報のみでは見掛け上、溶
接が良好に終了したような誤った評価をすることにな
る。この場合も、赤外線センサ１８からの情報（図５に
示す特性）を参照することにより、レーザ溶接部１４の
温度の減衰から異物付着の有無、即ち溶接の良否を評価
することができる。

【００４０】したがって、レーザ溶接部１４の貫通によ
る溶接不良と異物付着による溶接不良とが同時に起きた
としても、赤外線センサ１８からの情報に基づき異物付
着による溶接不良を検出でき、また、いずれか片方の溶
接不良が起きたとしても、紫外線センサ１７からの情報
に基づきその溶接不良を検出できるので、赤外線センサ
１８と紫外線センサ１７とを併用することで、どちらか
一方の溶接不良を正確かつ確実に検出できることにな
る。これに伴い、溶接工程の他に検査工程を別途設ける
必要がなく、このため工程管理の煩雑化を防止でき、し
かも溶接部の品質評価システムの自動化とオンライン化
が可能となる。

【００４１】また、レーザ検出手段１９は、レーザ溶接
部１４から反射した反射レーザ量を検出するので、レー
ザ溶接部１４が貫通した場合に反射レーザ量が、溶接正
常時の反射レーザ量よりも著しく減少するという現象を
把握することができ、これによりレーザ溶接部１４の貫
通に伴う溶接欠陥を判別することができる。

【００４２】また、レーザ溶接部１４のレーザ照射側と
は反対側に設けた第２紫外線センサ２０は、レーザ溶接
部１４を通過したプラズマを検出し、同様に設けた第２
レーザ検出手段２１はレーザ溶接部１４を通過したレー
ザ光を検出する。このように第２紫外線センサ２０がプ
ラズマを検出したり、或いは第２レーザ検出手段２１が
レーザ光を検出したりすると、プラズマやレーザ光がレ
ーザ照射側とは反対側に突き抜けていて、レーザ溶接部
１４が両端子部１０、１１を貫通した状態になっている
のを判別できる。

【００４３】このとき、レーザ溶接部１４が両端子部１
０、１１を貫通した状態としては、上述したように図６
（ａ）または（ｂ）の状態があるが、図６（ａ）に示す
状態は溶接欠陥の無い良好な場合であり、第２紫外線セ
ンサ２０および第２レーザ検出手段２１が検出するプラ
ズマやレーザ光の量はあまり多くない。このとき、紫外
線センサ１７が検出するプラズマ発生量の減少化や、レ
ーザ検出手段１９が検出するレーザ量の減少化はあまり
無い。一方、図６（ｂ）に示す状態は溶接欠陥の発生し
た不良の場合であり、第２紫外線センサ２０および第２
レーザ検出手段２１が検出するプラズマやレーザ光の量
は極めて多い。

【００４４】よって、第２紫外線センサ２０が検出した
プラズマ量が、図６（ａ）に示す溶接欠陥の無い良好な
場合よりも大幅に大きい所定量以上になったり、或いは
第２レーザ検出手段２１が検出したレーザ光の量が、図
６（ａ）に示す溶接欠陥の無い良好な場合よりも大幅に
大きい所定量以上になったりしている場合は、レーザ溶
接部１４が貫通して溶接不良となっていることを評価で
きる。

【００４５】したがって、本実施形態による場合には、
各種のセンサをレーザ溶接部の近傍に配置することで、
自動的かつ間接的に溶接部の品質評価を行うことができ
るので、オンラインでの検査が可能である故に、従来の
検査方式のように溶接工程とは別に検査工程を設ける必
要がなく、工程管理が煩雑になるのを防止でき、しかも
センサを設置するだけでよいので、比較的安価な品質評
価システムとすることができる。

【００４６】なお、このレーザ溶接部の貫通に伴う溶接
不良の評価に際しては、第２紫外線センサ２０と第２レ
ーザ検出手段２１との両方を設けるようにしてもよい
が、プラズマの透過量の方がレーザ光の透過量よりも多
いため、少なくとも一方を設けるようにする場合には第
２紫外線センサ２０を設けるのが好ましい。

【００４７】また、上述した実施形態では紫外線センサ
１７が検出する図３に示すプラズマ発生量の変動に基づ
いて、レーザ溶接部１４が貫通しているか否かを判別で
きるため、レーザ検出手段１９、第２紫外線センサ２０
および第２レーザ検出手段２１は必ずしも設ける必要は
ない。但し、これらレーザ検出手段１９、第２紫外線セ
ンサ２０および第２レーザ検出手段２１を併用する構成
とした場合には、検出の正確さの向上を図れる。

【００４８】また、上述した実施形態では、電気接続箱
に収容するタブ端子部１０とバスバーの端部の端子部１
１とを溶接して電気的に接続する場合を例に挙げている
が、本発明はこれに限らず、電気接続箱に収容する他の
２つの接続用端子部の接続や、電気接続箱以外の電気部
品や電子部品と配線との接続など、２つの金属製部材の
接続にも適用できることは勿論である。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
係る溶接部の品質評価システムによる場合には、レーザ
溶接部のレーザ照射側に、プラズマ発生量を紫外領域で
検出する紫外線センサと、レーザ溶接部近傍の雰囲気温
度を検出する赤外線センサとを設けることにより、レー
ザ溶接部が貫通した溶接欠陥と、レーザ溶接部での油付
着による溶接欠陥とを区別して自動的かつ間接的に溶接
部を検査でき、これにより検査工程を別途設ける必要が
ないため工程管理の煩雑化を防止でき、しかも設備費用
も比較的安価な溶接部の品質評価システムを提供でき
る。

【００５０】また、請求項２の発明に係る溶接部の品質
評価システムによる場合には、レーザ溶接部のレーザ照
射側に、レーザ溶接部から反射した反射レーザ量を検出
するレーザ検出手段がさらに設けられているので、その
レーザ検出手段がレーザ溶接部が貫通することに伴う反
射レーザ量の減少を捉えることによりレーザ溶接部の貫
通に伴う溶接欠陥をより精度よく間接的に判別すること
ができる。

【００５１】また請求項３の発明に係る溶接部の品質評
価システムによる場合には、レーザ溶接部のレーザ照射
側とは反対側に、レーザ溶接部を通過したプラズマを紫
外領域で検出する第２紫外線センサおよび、レーザ溶接
部を通過したレーザを検出する第２レーザ検出手段の少
なくとも一方がさらに設けられているので、レーザ溶接
部が貫通してレーザ照射側とは反対側に突き抜けたプラ
ズマやレーザ光を第２紫外線センサまたは第２レーザ検
出手段で検出することにより、レーザ溶接部が貫通して
溶接不良となっていることを更に精度よく間接的に評価
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本原理を説明するための模式図（斜
視図）である。

【図２】本発明の一実施形態に係る溶接部の品質評価シ
ステムを示す斜視図である。

【図３】本発明の一実施形態に係る溶接部の品質評価シ
ステムに備わった紫外線センサによるプラズマ発生量の
検出結果を示す図である。

【図４】本発明の一実施形態に係る溶接部の品質評価シ
ステムに備わった紫外線センサによるプラズマ発生量の
検出結果を示す図である。

【図５】本発明の一実施形態に係る溶接部の品質評価シ
ステムに備わった赤外線センサによるレーザ溶接部の温
度の検出結果を示す図である。

【図６】（ａ）は、レーザ溶接部が貫通していても溶接
欠陥の無い良好な場合を示す図であり、（ｂ）はレーザ
溶接部が貫通して溶接欠陥の発生した不良の場合を示す
図である。

【符号の説明】

１０ タブ端子部 １１ バスバーの端部の端子部 １２ レーザ出射レンズ １３ レーザ光 １４ 溶接箇所（レーザ溶接部） １７ 紫外線センサ １８ 赤外線センサ １９ レーザ検出手段 ２０ 第２紫外線センサ ２１ 第２レーザ検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂 喜文 愛知県名古屋市南区菊住１丁目７番10号 株式会社ハーネス総合技術研究所内 Ｆターム(参考） 4E068 CA17 CC00 CC01 CC03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気的に接続する接続対象である２つの
   金属製部材をＹＡＧレーザにより溶接する際に、レーザ
   溶接部分の品質を間接的に評価する品質評価システムで
   あって、 上記レーザ溶接部のレーザ照射側に、レーザ溶接部から
   発生するプラズマの量を紫外領域で検出する紫外線セン
   サと、レーザ溶接部の温度を検出する赤外線センサとが
   設けられていることを特徴とする溶接部の品質評価シス
   テム。
2. 【請求項２】 前記レーザ溶接部のレーザ照射側に、レ
   ーザ溶接部から反射した反射レーザ量を検出するレーザ
   検出手段がさらに設けられていることを特徴とする請求
   項１に記載の溶接部の品質評価システム。
3. 【請求項３】 前記レーザ溶接部のレーザ照射側とは反
   対側に、レーザ溶接部を通過したプラズマを紫外領域で
   検出する第２紫外線センサおよび、レーザ溶接部を通過
   したレーザ光を検出する第２レーザ検出手段の少なくと
   も一方がさらに設けられていることを特徴とする請求項
   １または２に記載の溶接部の品質評価システム。