JP2003320467A - Method for monitoring quality of laser beam welding part and its device - Google Patents
Method for monitoring quality of laser beam welding part and its deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー溶接部の
品質モニタリング方法およびその装置に係り、特に、レ
ーザー溶接部のポロシティー、アンダーフィル、未溶着
などの溶接品質をモニタリングすることができる、レー
ザー溶接部の品質モニタリング方法およびその装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quality monitoring method and apparatus for laser welds, and more particularly to a laser capable of monitoring weld quality such as porosity, underfill and unwelded of laser welds. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a weld quality monitoring method and apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】自動車のボディーに使用されるような、
非常に薄い鋼板の溶接を、レーザー溶接によって行う場
合がある。レーザー溶接が用いられるのは、レーザー溶
接は、スポット溶接と比較すると、鋼板を表裏両面から
挟む必要がなく、片面からの溶接が可能であることや、
細く複雑な形状の溝であってもその内部を容易に溶接で
きることなど、多くの利点を備えているからである。し
かし、その一方では、鋼板の合わせ精度不良による溶接
品質の低下や、溶接部の汚染に起因する突発的な溶接品
質の低下を起こしやすいという欠点がある。2. Description of the Related Art As used in automobile bodies,
Welding of very thin steel plates may be done by laser welding. Compared with spot welding, laser welding is used because it is not necessary to sandwich the steel plate from both front and back sides, and laser welding is possible from one side,
This is because even if the groove is thin and has a complicated shape, it has many advantages such as easy welding of the inside. However, on the other hand, there is a drawback that the weld quality is likely to deteriorate due to poor alignment accuracy of the steel plates, and the weld quality is likely to suddenly deteriorate due to contamination of the welded portion.
【０００３】したがって、従来、たとえば特開平２００
０−２７１７６８号公報に開示されているようなモニタ
リング方法を用いて、レーザー溶接部の品質の状態をリ
アルタイムに予測できるようにしている。上記公報に開
示されている技術では、検出角度の異なる２つのセンサ
によって、レーザー溶接部のキーホールで発生するプル
ームからの光と照射したＹＡＧレーザーの反射光とを検
出し、それぞれのセンサで検出された光の強度により溶
接条件（出力、焦点位置、ワーク間隙）の変化を検出し
て、レーザー溶接部の溶接状態をリアルタイムに予測し
ている。Therefore, conventionally, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 200-200
By using the monitoring method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 0-271768, it is possible to predict the quality state of the laser welded portion in real time. In the technique disclosed in the above publication, two sensors having different detection angles detect the light from the plume generated in the keyhole of the laser welding part and the reflected light of the irradiated YAG laser, and the respective sensors detect it. Changes in welding conditions (output, focus position, work gap) are detected by the intensity of the emitted light, and the welding state of the laser welded portion is predicted in real time.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
溶接品質のモニタリング方法では、レーザー溶接部に溝
ができてしまうという溶接状態（アンダーフィル）、規
定の溶接条件から逸脱してしまうという溶接条件不適合
の発生についてはある程度の精度で検出できるものの、
亜鉛メッキ鋼板などのレーザー溶接時に発生する、溶接
部のポロシティー（多孔質化）の発生は検出し難いとい
う問題がある。However, in the conventional welding quality monitoring method, a welding condition (underfill) in which a groove is formed in the laser welded portion, and welding condition nonconformity in which the welding condition deviates from the prescribed welding condition. Although the occurrence of can be detected with a certain degree of accuracy,
There is a problem in that it is difficult to detect the occurrence of porosity in the welded portion, which occurs during laser welding of galvanized steel sheets and the like.
【０００５】ポロシティーの発生が検出し難いのは、従
来の溶接品質のモニタリング方法が、レーザー光が照射
されて溶融している部分（キーホール）から発せられる
光に基づいて、溶接品質の状態を判断しているためであ
る。なぜならば、ポロシティーは、キーホール内に亜鉛
蒸気が混入することで発生するが、亜鉛蒸気が混入して
も、キーホールから発せられる光はほとんど変化しない
からである。It is difficult to detect the occurrence of porosity because the conventional welding quality monitoring method is based on the light emitted from a portion (keyhole) which is melted by being irradiated with a laser beam. This is because it is determined. The reason is that porosity is generated when zinc vapor is mixed in the keyhole, but the light emitted from the keyhole hardly changes even when zinc vapor is mixed.
【０００６】また、従来の溶接品質のモニタリング方法
では、重ね溶接を行う場合、上下の板間隙間が大きすぎ
ると、上下の板の溶着が不完全な未溶着状態が発生する
が、この未溶着状態の発生も検出し難いという問題があ
る。Further, in the conventional welding quality monitoring method, when lap welding is performed, if the gap between the upper and lower plates is too large, an unwelded state in which the upper and lower plates are incompletely welded occurs. There is a problem that it is difficult to detect the occurrence of a state.
【０００７】従来の溶接品質のモニタリング方法でも、
ポロシティーおよび未溶着を除くアンダーフィルなどの
溶接状態、溶接条件不適合の発生は検出できるが、その
検出方法は溶接状態の種類ごとに異なっているため、そ
の検出をするために非常に複雑な計算処理が必要にな
る。したがって、その計算処理に対するＣＰＵの処理負
担が大きくなるという問題もある。また、アンダーフィ
ルなどの溶接状態、溶接条件不適合の発生の検出が十分
な精度で行えないという問題もある。In the conventional welding quality monitoring method,
Welding conditions such as porosity and underfill excluding non-welding, and the occurrence of nonconforming welding conditions can be detected, but the detection method differs depending on the type of welding condition, so a very complicated calculation is required to detect it. Processing is required. Therefore, there is also a problem that the processing load on the CPU for the calculation processing becomes large. There is also a problem that it is not possible to detect with sufficient accuracy the welding state such as underfill and the occurrence of welding condition nonconformity.
【０００８】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
て成されたものであり、レーザー溶接部の良品、ポロシ
ティー、アンダーフィル、未溶着などの溶接品質をＣＰ
Ｕの処理負担を大きくせずに高精度で判断することがで
きる、レーザー溶接部の品質モニタリング方法およびそ
の装置の提供を目的とする。The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and the welding quality such as non-defective products, porosity, underfill, and non-welding of the laser welded portion is controlled by CP.
An object of the present invention is to provide a quality monitoring method for a laser weld and a device therefor, which enables highly accurate determination without increasing the processing load on U.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決し、
目的を達成するため、請求項１に記載の発明にかかるレ
ーザー溶接部の品質モニタリング方法は、ＹＡＧレーザ
ーからワークの溶接部に向けてレーザー光線を照射する
段階と、照射したレーザー光線の当該溶接部からの反射
光を検出する段階と、検出された反射光を電気信号に変
換する段階と、変換された電気信号の経時変化を記憶す
る段階と、電気信号の経時変化に基づいて当該電気信号
の周波数分布を算出する段階と、算出された周波数分布
に基づいて、第１の周波数帯（α）における信号強度の
総和ｆ（α）と当該第１の周波数帯よりも周波数の高い
第２の周波数帯（β）における信号強度の総和ｆ（β）
とを算出する段階と、算出されたそれぞれの信号強度の
総和ｆ（α）とｆ（β）を、二次元座標系を構成するＸ
軸とＹ軸にそれぞれプロットして、直線Ｘ＝ｆ（α）と
Ｙ＝ｆ（β）の交点を求める段階と、前記ＹＡＧレーザ
ーによって溶接された前記ワークの溶接部の品質の検査
結果に基づいて、求められた前記交点の品質の種類を特
定する段階と、上記までの段階を繰り返すことによって
品質の種類別の領域を前記二次元座標系内に作成する段
階と、を含むことを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems,
In order to achieve the object, the quality monitoring method of the laser welded part according to the invention according to claim 1 is to irradiate a laser beam from the YAG laser toward the welded part of the workpiece, and to apply the laser beam to the welded part from the welded part. Detecting reflected light, converting the detected reflected light into an electric signal, storing the time-dependent change of the converted electric signal, and frequency distribution of the electric signal based on the time-dependent change of the electric signal. Based on the calculated frequency distribution and the sum f (α) of the signal intensities in the first frequency band (α) and the second frequency band (2) having a frequency higher than the first frequency band (α). sum of signal intensities in β) f (β)
And the sum of the calculated signal intensities f (α) and f (β), which form a two-dimensional coordinate system.
Based on the inspection result of the quality of the welded part of the workpiece welded by the YAG laser, the step of plotting on the axis and the Y-axis, and obtaining the intersection of the straight lines X = f (α) and Y = f (β). And a step of specifying the type of quality of the obtained intersection, and a step of creating a region for each type of quality in the two-dimensional coordinate system by repeating the above steps. To do.
【００１０】請求項２に記載の発明にかかるレーザー溶
接部の品質モニタリング方法は、ＹＡＧレーザーからワ
ークの溶接部に向けてレーザー光線を照射する段階と、
照射したレーザー光線の当該溶接部からの反射光を検出
する段階と、検出された反射光を電気信号に変換する段
階と、変換された電気信号の経時変化を記憶する段階
と、電気信号の経時変化に基づいて当該電気信号の周波
数分布を算出する段階と、算出された周波数分布に基づ
いて、第１の周波数帯（α）における信号強度の総和ｆ
（α）と当該第１の周波数帯よりも周波数の高い第２の
周波数帯（β）における信号強度の総和ｆ（β）とを算
出する段階と、算出されたそれぞれの信号強度の総和ｆ
（α）とｆ（β）を、二次元座標系を構成するＸ軸とＹ
軸にそれぞれプロットし、直線Ｘ＝ｆ（α）とＹ＝ｆ
（β）の交点を求め、その交点が前記二次元座標系内に
作成されたどの品質の種類別の領域に存在するかによっ
て溶接品質を判断する段階と、を含むことを特徴とす
る。A method for monitoring quality of a laser welded portion according to a second aspect of the present invention includes a step of irradiating a laser beam from a YAG laser toward a welded portion of a work.
Detecting reflected light from the welded portion of the irradiated laser beam, converting the detected reflected light into an electric signal, storing the time-dependent change of the converted electric signal, and time-dependent change of the electric signal Calculating the frequency distribution of the electric signal on the basis of the calculated frequency distribution, and summing the signal intensity f in the first frequency band (α) on the basis of the calculated frequency distribution.
(Α) and a sum f (β) of signal intensities in a second frequency band (β) having a higher frequency than the first frequency band, and a sum f of calculated signal intensities f
Let (α) and f (β) be the X-axis and Y that make up the two-dimensional coordinate system.
Plotted on each axis, straight lines X = f (α) and Y = f
(B) determining the intersection, and determining the welding quality depending on which quality type region created in the two-dimensional coordinate system exists at the intersection.
【００１１】請求項５に記載の発明にかかるレーザー溶
接部の品質モニタリング装置は、ワークの溶接部に向け
てレーザー光線を照射するＹＡＧレーザーと、照射した
レーザー光線の当該溶接部からの反射光を検出する反射
光検出手段と、検出された反射光を電気信号に変換する
電気信号変換手段と、変換された電気信号の経時変化を
記憶する記憶手段と、電気信号の経時変化に基づいて当
該電気信号の周波数分布を算出する周波数分布算出手段
と、算出された周波数分布に基づいて、第１の周波数帯
（α）における信号強度の総和ｆ（α）と当該第１の周
波数帯よりも周波数の高い第２の周波数帯（β）におけ
る信号強度の総和ｆ（β）とを算出する信号強度総和算
出手段と、算出されたそれぞれの信号強度の総和ｆ
（α）とｆ（β）を、二次元座標系を構成するＸ軸とＹ
軸にそれぞれプロットし、直線Ｘ＝ｆ（α）とＹ＝ｆ
（β）の交点を求め、その交点が前記二次元座標系内に
作成されたどの品質の種類別の領域に存在するかによっ
て溶接品質を判断する溶接品質判断手段と、を有するこ
とを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a quality monitoring device for a laser welded portion, which detects a YAG laser for irradiating a laser beam toward a welded portion of a work and a reflected light of the emitted laser beam from the welded portion. Reflected light detection means, electric signal conversion means for converting the detected reflected light into an electric signal, storage means for storing the temporal change of the converted electric signal, and the electric signal of the electric signal based on the temporal change of the electric signal. Frequency distribution calculating means for calculating the frequency distribution, and based on the calculated frequency distribution, a sum f (α) of signal intensities in the first frequency band (α) and a frequency higher than the first frequency band. Signal strength sum total calculation means for calculating the sum f (β) of the signal strengths in the two frequency bands (β), and the sum total f of the calculated signal strengths.
Let (α) and f (β) be the X-axis and Y that make up the two-dimensional coordinate system.
Plotted on each axis, straight lines X = f (α) and Y = f
And a welding quality judging means for judging the welding quality by determining the intersection of (β) and judging the welding quality depending on which region of the quality created in the two-dimensional coordinate system exists. To do.
【００１２】[0012]
【発明の効果】本発明にかかるレーザー溶接部の品質モ
ニタリング方法およびその装置によれば、第１の周波数
帯（α）における信号強度の総和ｆ（α）と第２の周波
数帯（β）における信号強度の総和ｆ（β）とに基づい
て二次元座標系にプロットされる点と検査結果に基づく
溶接の品質との関連性を明確にし、その関連性に基づい
て溶接の品質の種類が判断できるので、良品、未溶着、
アンダーフィル、ポロシティーといった溶接の品質の種
類をＣＰＵの処理負担を大きくせずに高精度で判断する
ことができる。According to the quality monitoring method and apparatus for a laser welded portion according to the present invention, the sum of signal intensities f (α) in the first frequency band (α) and the second frequency band (β) are obtained. Clarify the relationship between the points plotted in the two-dimensional coordinate system and the welding quality based on the inspection results based on the total signal strength f (β), and judge the type of welding quality based on the relationship Because it is possible, it is a good product, unwelded,
The type of welding quality such as underfill and porosity can be determined with high accuracy without increasing the processing load on the CPU.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、本発
明にかかるレーザー溶接部の品質モニタリング方法およ
びその装置の好適な実施の形態を、被溶接部材が亜鉛メ
ッキ鋼板である場合を例にとって詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of a laser welding quality monitoring method and apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings, in which a member to be welded is a galvanized steel sheet. Will be explained in detail.
【００１４】図１は、本発明にかかる品質モニタリング
装置（請求項５〜８に相当）を備えたＹＡＧレーザー溶
接装置の具体的な構成図である。FIG. 1 is a concrete configuration diagram of a YAG laser welding apparatus equipped with a quality monitoring apparatus (corresponding to claims 5 to 8) according to the present invention.
【００１５】ＹＡＧレーザー溶接装置１００の上部に
は、光ファイバーケーブル２が取り付けられ、光ファイ
バーケーブル２によって、図示されていないＹＡＧレー
ザー発振器（ＹＡＧレーザー）からのレーザー光線がＹ
ＡＧレーザー溶接装置１００に導かれる。ＹＡＧレーザ
ー溶接装置１００の中央部から下部にかけて、導かれた
レーザー光線を集光するための集光光学系が配置されて
いる。その集光光学系は、コリメーターレンズ３と集光
レンズ４とを有し、導かれたレーザー光線は、コリメー
ターレンズ３によって平行光線にされた後、集光レンズ
４によってワーク（車体パネル）５の表面に集光され
る。集光された部分（溶接部）は、レーザー光線のエネ
ルギーによって溶融され、ワーク同士が溶接される。An optical fiber cable 2 is attached to the upper portion of the YAG laser welding apparatus 100, and a laser beam from a YAG laser oscillator (YAG laser) (not shown) is emitted by the optical fiber cable 2.
It is guided to the AG laser welding device 100. A condensing optical system for condensing the guided laser beam is arranged from the central part to the lower part of the YAG laser welding device 100. The condensing optical system has a collimator lens 3 and a condensing lens 4. The guided laser beam is collimated by the collimator lens 3 and then collimated by the condensing lens 4 to a work (vehicle body panel) 5 Is focused on the surface of. The focused portion (welded portion) is melted by the energy of the laser beam and the works are welded to each other.
【００１６】また、ＹＡＧレーザー溶接装置１００の下
部側面には、ワーク５の表面から仰角６０度（θ１）の
位置に反射光検出手段として機能するセンサ６ａと、仰
角１０度（θ２）の位置にセンサ６ｂとが配置されてい
る。センサ６ａは、主に溶接部に照射されたのちワーク
５に吸収されることなく反射したレーザー光線の反射光
を検出するためのセンサである。センサ６ｂは、溶接に
際して溶接部から発生するプラズマ光（可視光）を検出
するためのセンサである。両センサ６ａ、６ｂによって
検出された光（反射光とプラズマ光）に基づいて溶接部
の溶接品質がリアルタイムに判断される。Further, on the lower side surface of the YAG laser welding apparatus 100, a sensor 6a functioning as a reflected light detecting means at a position of an elevation angle of 60 degrees (θ1) from the surface of the work 5, and a position of an elevation angle of 10 degrees (θ2). The sensor 6b is arranged. The sensor 6a is a sensor for detecting the reflected light of the laser beam which is mainly irradiated to the welded portion and then reflected without being absorbed by the work 5. The sensor 6b is a sensor for detecting plasma light (visible light) generated from the welded portion during welding. The welding quality of the welded portion is determined in real time based on the light (reflected light and plasma light) detected by both sensors 6a and 6b.
【００１７】図２は、本発明にかかる品質モニタリング
装置を備えたＹＡＧレーザー溶接装置の概念図である。
図に示すＹＡＧレーザー溶接装置は、ＹＡＧレーザー発
振器１を備え、このＹＡＧレーザー発振器１で発生した
レーザー光線は光ファイバーケーブル２によって集光光
学系に導かれ、コリメーターレンズ３によって平行光と
されたのち、集光レンズ４によりワーク５の表面に集光
され、その集光されたレーザー光線のパワーによってワ
ーク５を溶接する。FIG. 2 is a conceptual diagram of a YAG laser welding device equipped with the quality monitoring device according to the present invention.
The YAG laser welding apparatus shown in the figure is equipped with a YAG laser oscillator 1. The laser beam generated by this YAG laser oscillator 1 is guided to a condensing optical system by an optical fiber cable 2 and collimated by a collimator lens 3, The light is focused on the surface of the work 5 by the focusing lens 4, and the work 5 is welded by the power of the focused laser beam.
【００１８】一方、ワーク５の表面からの仰角θ１が６
０°となる第１の位置にはセンサ６ａが配設され、この
センサ６ａによって、溶接部Ｆに照射されたのちワーク
５に吸収されることなく反射したＹＡＧレーザーの反射
光がその強度に応じた電気信号に変換される。したがっ
て、センサ６ａは、電気信号変換手段として機能する。
また、ワーク５の表面からの仰角θ２が１０°となる第
２の位置にはセンサ６ｂが配設され、このセンサ６ｂに
よって、溶接に際して溶接部Ｆで発生するプルーム（高
温の金属蒸気）からのプラズマ光（可視光）がその強度
に応じた電気信号に変換される。両センサ６ａ、６ｂに
よって変換された電気信号は、増幅器（プリアンプ）、
バンドパスフィルター、Ａ／Ｄ変換器、パソコンなどか
ら構成される計測装置７に入力される。On the other hand, the elevation angle θ1 from the surface of the work 5 is 6
A sensor 6a is arranged at the first position where the angle is 0 °, and the sensor 6a allows the reflected light of the YAG laser which is irradiated onto the welded portion F and then reflected without being absorbed by the work 5 depending on its intensity. Are converted into electrical signals. Therefore, the sensor 6a functions as an electric signal converting means.
Further, a sensor 6b is provided at a second position where the elevation angle θ2 from the surface of the work 5 is 10 °, and the sensor 6b allows the plume (high temperature metal vapor) generated in the welded portion F during welding to be generated. Plasma light (visible light) is converted into an electric signal according to its intensity. The electric signals converted by both the sensors 6a and 6b are amplified by an amplifier (preamplifier),
It is input to the measuring device 7 including a bandpass filter, an A / D converter, a personal computer and the like.
【００１９】前記センサ６ａ、６ｂは、図３に示すよう
に、２つのフォトダイオード８、９と、ダイクロイック
ミラー１０、および１０６４ｎｍ±１０ｎｍの波長のみ
を透過する干渉フィルタ１１から構成されている。As shown in FIG. 3, the sensors 6a and 6b are composed of two photodiodes 8 and 9, a dichroic mirror 10, and an interference filter 11 which transmits only a wavelength of 1064 nm ± 10 nm.
【００２０】当該センサ６ａおよび６ｂにおいては、ま
ず、図中の左側から入射した溶接部からの光がダイクロ
イックミラー１０によって波長に応じて選択される。す
なわち波長５００ｎｍ以下の可視光はダイクロイックミ
ラー１０で反射されてフォトダイオード８に導かれ、プ
ラズマ光として電気信号に変換されて、その強度が検出
される。一方、溶接部からの入射光のうちの赤外光は、
ダイクロイックミラー１０を透過したのち、１．０６μ
ｍの波長を有するＹＡＧレーザー光のみが干渉フィルタ
１１を透過してフォトダイオード９に導かれ、ＹＡＧ反
射光として電気信号に変換され、前記計測装置７にそれ
ぞれ入力される。本発明のモニタリング方法およびモニ
タリング装置は、レーザー光線の反射光を用いてポロシ
ティーの発生を検出するので、センサ６ａに設けられて
いるフォトダイオード９からの電気信号を用いることに
なる。In the sensors 6a and 6b, the dichroic mirror 10 first selects the light from the welding portion which is incident from the left side in the drawing, according to the wavelength. That is, visible light having a wavelength of 500 nm or less is reflected by the dichroic mirror 10 and guided to the photodiode 8, converted into an electric signal as plasma light, and its intensity is detected. On the other hand, the infrared light of the incident light from the weld is
After passing through the dichroic mirror 10, 1.06μ
Only YAG laser light having a wavelength of m is transmitted through the interference filter 11 and guided to the photodiode 9, converted into an electric signal as YAG reflected light, and input to the measuring device 7. Since the monitoring method and the monitoring device of the present invention detect the occurrence of porosity by using the reflected light of the laser beam, the electric signal from the photodiode 9 provided in the sensor 6a is used.
【００２１】図４は、図２に示した計測装置７の具体的
な構成を示す図である。この計測装置７は、各センサ６
ａ、６ｂに設けられているフォトダイオード８、９のそ
れぞれに対して設けられている。したがって、本発明の
モニタリング装置には４台の計測装置７が設けられてい
る。各計測装置７の構成は同一である。なお、計測装置
としては、集光したデータを処理する回路をそれぞれの
フォトダイオードに対応させて４つ設け、Ａ／Ｄ変換器
を備えたＡ／Ｄ変換ボードとデータを処理するパソコン
とを１台とした構成とすることも可能である。FIG. 4 is a diagram showing a specific configuration of the measuring device 7 shown in FIG. This measuring device 7 includes each sensor 6
It is provided for each of the photodiodes 8 and 9 provided in a and 6b. Therefore, the monitoring device of the present invention is provided with four measuring devices 7. The configuration of each measuring device 7 is the same. As the measuring device, four circuits for processing the collected data are provided for each photodiode, and an A / D conversion board equipped with an A / D converter and a personal computer for processing the data are provided. It is also possible to make it a stand configuration.
【００２２】計測装置７は、フォトダイオード９からの
電気信号を一定のレベルまで増幅する増幅器（プリアン
プ）７Ａ、増幅器７Ａから出力されたアナログの電気信
号をディジタルの電気信号に変換するＡ／Ｄ変換器７
Ｂ，７Ｄ、特定の周波数帯域の電気信号のみを通過させ
るバンドパスフィルター７Ｃ、バンドパスフィルター７
Ｃを通過した電気信号の経時変化を記憶する記憶手段と
しての機能、入力された電気信号の周波数分布を算出す
る周波数分布算出手段としての機能、特定の周波数帯に
おける信号強度の総和を算出する信号強度総和算出手段
としての機能、および、溶接の品質の種類を判断する溶
接品質判断手段としての機能を備えたパソコン７Ｅ、溶
接品質の判断結果を表示するためのディスプレイ７Ｆか
ら構成される。The measuring device 7 includes an amplifier (preamplifier) 7A for amplifying an electric signal from the photodiode 9 to a certain level, and an A / D conversion for converting an analog electric signal output from the amplifier 7A into a digital electric signal. Bowl 7
B, 7D, bandpass filter 7C and bandpass filter 7 that pass only electric signals in a specific frequency band
A function as a storage unit that stores the change over time of the electric signal that has passed through C, a function as a frequency distribution calculation unit that calculates the frequency distribution of the input electric signal, and a signal that calculates the sum of signal intensities in a specific frequency band. A personal computer 7E having a function as a total strength calculation means and a function as a welding quality judgment means for judging the type of welding quality, and a display 7F for displaying the result of the welding quality judgment.
【００２３】図５から図８は、溶接品質の検出原理の説
明に供する図である。溶接部からの光を分析することに
よってなぜ溶接品質が検出できるのかを、これらの図に
基づいて説明する。図５、図６は、溶接の被対象物であ
る亜鉛めっき鋼板を重ね溶接した場合のポロシティーの
発生状況を示している。図５に示すように、ＹＡＧレー
ザー溶接装置１００により、亜鉛めっき鋼板の突合せ部
２０に高パワー密度のＹＡＧレーザー光線が照射される
と、照射された部分（溶接部）がレーザー光線のエネル
ギーを受けて溶融し始め、金属が溶融しているキーホー
ル２５が形成される。このとき、鋼板の表面にメッキさ
れている亜鉛メッキ層２１は、母材である鋼２２の溶融
温度では金属蒸気となってしまい、金属蒸気の圧力によ
ってキーホール２５内に気泡状のポロシティー（ブロー
ホール）２３が発生する。5 to 8 are diagrams for explaining the principle of welding quality detection. The reason why the welding quality can be detected by analyzing the light from the weld will be described based on these figures. FIGS. 5 and 6 show how porosity occurs when a galvanized steel sheet, which is an object to be welded, is lap-welded. As shown in FIG. 5, when the butt portion 20 of the galvanized steel sheet is irradiated with a YAG laser beam of high power density by the YAG laser welding device 100, the irradiated portion (welding portion) receives the energy of the laser beam and melts. Then, the keyhole 25 in which the metal is melted is formed. At this time, the galvanized layer 21 plated on the surface of the steel sheet becomes metal vapor at the melting temperature of the steel 22 which is the base material, and due to the pressure of the metal vapor, bubble-like porosity ( (Blowhole) 23 is generated.
【００２４】図６に示すように、レーザー光線は、キー
ホール２５の前面の壁２６で吸収されている。亜鉛メッ
キ鋼板の重ね溶接では、２枚の鋼板の界面に存在する亜
鉛メッキ層２１が溶けたときに、亜鉛金属蒸気２７がキ
ーホール２５内に噴出する。これがポロシティー２３に
なる。ＹＡＧレーザー光線による溶接では、レーザー光
線の波長が１．０６μｍ程度と短いため、亜鉛金属蒸気
２７がキーホール２５の開口部より噴出したプルーム２
８に対しては、レーザー光線はほぼ透明である。したが
って、プルーム２８を観察してもポロシティー２３の有
無のような高速な現象をつかまえることはできない。As shown in FIG. 6, the laser beam is absorbed by the front wall 26 of the keyhole 25. In the lap welding of galvanized steel sheets, when the galvanized layer 21 existing at the interface between the two steel sheets is melted, zinc metal vapor 27 is ejected into the keyhole 25. This is Polo City 23. In welding with the YAG laser beam, the wavelength of the laser beam is as short as 1.06 μm, so the zinc metal vapor 27 is ejected from the opening of the keyhole 25.
For 8, the laser beam is almost transparent. Therefore, observing the plume 28 cannot catch a high-speed phenomenon such as the presence or absence of the porosity 23.
【００２５】ところが、ＹＡＧレーザー光線の反射光
は、キーホール２５前面の壁２６の状態によって変化す
ると考えられる。亜鉛金属蒸気２７の噴出によってキー
ホール２５前面の壁２６の状態が変動すると、レーザー
光線の反射光も変動することになる。この現象は、鋼板
界面付近のキーホール２５内部で起こるので、観察角度
が低い位置にあるセンサ６ｂではとらえることができ
ず、観察角度が高い位置にあるセンサ６ａによってのみ
とらえることができる。However, it is considered that the reflected light of the YAG laser beam changes depending on the state of the wall 26 in front of the keyhole 25. When the state of the wall 26 in front of the keyhole 25 changes due to the ejection of the zinc metal vapor 27, the reflected light of the laser beam also changes. Since this phenomenon occurs inside the keyhole 25 near the steel plate interface, it cannot be detected by the sensor 6b at a low observation angle position, but only by the sensor 6a at a high observation angle position.
【００２６】したがって、センサ６ａを設置する角度
は、キーホール２５前面の壁２６の変動状態が反射光に
よってとらえることができる角度の範囲内で設定する必
要がある。実際には、溶接部に照射されるレーザー光線
に干渉せずに、キーホール２５前面の壁２６の変動状態
が反射光によってとらえることができる範囲の、仰角４
５度から７０度の範囲の角度である。なお、この角度の
範囲内でのさらに最適な角度は、板厚、板間の隙間、レ
ーザー光線のパワーや焦点位置などの溶接条件に応じて
決まる。本実施の形態では、図１に示したように仰角６
０度としている。Therefore, the angle at which the sensor 6a is installed needs to be set within the range of the angle in which the variation of the wall 26 in front of the keyhole 25 can be detected by the reflected light. Actually, the elevation angle 4 within a range in which the variation state of the wall 26 on the front surface of the keyhole 25 can be detected by the reflected light without interfering with the laser beam applied to the welded portion.
The angle is in the range of 5 degrees to 70 degrees. A more optimal angle within this range is determined according to welding conditions such as plate thickness, gap between plates, laser beam power and focal position. In this embodiment, as shown in FIG.
It is 0 degrees.
【００２７】また図７に示すように、亜鉛メッキ鋼板同
士が突合せ部２０においてきちんと接触してなく、多少
の隙間３０が生じてしまっている場合には、キーホール
２５で溶融した金属がその隙間３０に流れ込むために、
アンダーフィル３１という溶接状態が発生する。このア
ンダーフィル３１の発生は、観察角度の低い位置にある
センサ６ｂによってもとらえることができる。Further, as shown in FIG. 7, when the galvanized steel sheets are not in proper contact with each other at the butted portion 20 and a slight gap 30 is formed, the metal melted in the keyhole 25 is the gap. To flow into 30,
A welding state of underfill 31 occurs. The occurrence of this underfill 31 can be detected by the sensor 6b located at a position where the observation angle is low.
【００２８】さらに図８に示すように、２枚の鋼板を重
ねて溶接するときに、上下の鋼板の突合せ部２０におい
てその板間の隙間４０が大き過ぎる場合には、下側の鋼
板まで十分に熱が回らないため、溶接部が十分に溶融さ
れず、未溶着という不完全な溶接状態が発生する。この
未溶着の発生は、アンダーフィル３１と同様、観察角度
の低い位置にあるセンサ６ｂによってもとらえることが
できる。Further, as shown in FIG. 8, when two steel plates are overlapped and welded, if the gap 40 between the upper and lower steel plates is too large in the abutting portion 20, the lower steel plate is sufficiently welded. Since the heat does not circulate, the welded part is not sufficiently melted and an incomplete welded state of unwelding occurs. As with the underfill 31, the occurrence of this unwelding can be detected by the sensor 6b located at a low observation angle.
【００２９】つぎに、図９および図１０に基づいて、二
次元座標系内に良品、未溶着、アンダーフィル、ポロシ
ティーといった、溶接の品質の種類を判断させるための
領域（溶接品質状態図）がどのように作成されるのか、
その概略の手順を説明する。Next, based on FIGS. 9 and 10, a region for determining the kind of welding quality such as non-defective product, unwelded, underfill, porosity in the two-dimensional coordinate system (welding quality state diagram) Is created,
The outline procedure will be described.
【００３０】図６に示したセンサ６ａとセンサ６ｂは、
突合せ部２０からの反射光を入射し、電気信号に変換す
る。変換された電気信号は時系列に、パソコン７Ｅ（図
４参照）の図示しない記憶装置に格納される。この記憶
装置に記憶されている電気信号を格納順に取り出してグ
ラフ化すると、図９の上の図に示すような波形図が得ら
れる。The sensors 6a and 6b shown in FIG.
The reflected light from the butt section 20 is incident and converted into an electric signal. The converted electric signals are stored in time series in a storage device (not shown) of the personal computer 7E (see FIG. 4). When the electric signals stored in this storage device are extracted in the order of storage and made into a graph, a waveform diagram as shown in the upper diagram of FIG. 9 is obtained.
【００３１】次に、記憶装置に記憶されている電気信号
にＦＦＴ（高速フーリエ変換）信号強度演算を施して、
電気信号の周波数分布を算出する。ＦＦＴ信号強度演算
処理後の電気信号の周波数分布をグラフ化すると、図９
の下の図に示すような波形図が得られる。Next, an FFT (Fast Fourier Transform) signal strength calculation is performed on the electric signal stored in the storage device,
Calculate the frequency distribution of the electrical signal. When the frequency distribution of the electric signal after the FFT signal strength calculation processing is graphed, FIG.
A waveform diagram as shown in the figure below is obtained.
【００３２】そして、この波形図の波形をたとえば移動
平均法などの手法を用いて波形整形し、最終的に図１０
の上の図に示すような滑らかな周波数分布曲線を作成す
る。さらに、図に示すように、この波形図の横軸に周波
数帯（α）と周波数帯（β）を設定し、それぞれの周波
数帯と周波数分布曲線とで囲まれるそれぞれの領域の積
分値ｆ（α）とｆ（β）とを算出する。このｆ（α）
は、周波数帯（α）における信号強度の総和に、また、
ｆ（β）は、周波数帯（β）における信号強度の総和に
相当する。Then, the waveform of this waveform diagram is shaped by using, for example, a moving average method or the like, and finally, as shown in FIG.
Create a smooth frequency distribution curve as shown in the figure above. Further, as shown in the figure, the frequency band (α) and the frequency band (β) are set on the horizontal axis of the waveform diagram, and the integrated value f (of each region surrounded by each frequency band and the frequency distribution curve is Calculate α) and f (β). This f (α)
Is the sum of the signal strength in the frequency band (α), and
f (β) corresponds to the sum of signal strengths in the frequency band (β).
【００３３】そして、積分値ｆ（α）とｆ（β）とを二
次元座標系を構成するＸ軸とＹ軸にそれぞれプロットし
て、直線Ｘ＝ｆ（α）とＹ＝ｆ（β）の交点を求め、そ
の交点を二次元座標系内にプロットしておく。Then, the integrated values f (α) and f (β) are plotted on the X-axis and the Y-axis constituting the two-dimensional coordinate system, and straight lines X = f (α) and Y = f (β) are plotted. Find the intersection point of and plot the intersection point in the two-dimensional coordinate system.
【００３４】一方、その部分の溶接の品質は、実際に目
視検査などによって特定し、その検査結果は後で前述の
交点と関連付けができるようにして、パソコン７Ｅの図
示しない記憶装置に格納しておく。したがって、この記
憶装置に記憶されている検査結果を交点ごとに参照する
と、プロットした交点の溶接の品質を特定することがで
きる。On the other hand, the quality of welding at that portion is actually specified by visual inspection or the like, and the inspection result is stored in a storage device (not shown) of the personal computer 7E so that it can be associated with the above-mentioned intersection later. deep. Therefore, by referring to the inspection results stored in this storage device for each intersection, the quality of welding at the plotted intersection can be specified.
【００３５】以上の処理を相当数の溶接部分について繰
り返すと、二次元座標系内に品質の種類別の領域（良品
領域、未溶着領域、ポロシティーＯＫ領域、ポロシティ
ーＮＧ領域、アンダーフィルＮＧ領域）が、たとえば、
図１０の下の図に示すように区分けして作成されること
になる。つまり、リアルタイムに溶接の品質を判断する
ための基データとなる溶接品質状態図が作成されること
になる。When the above processing is repeated for a considerable number of welded areas, quality-specific areas (non-defective area, unwelded area, porosity OK area, porosity NG area, underfill NG area) are formed in the two-dimensional coordinate system. ), For example,
It will be created separately as shown in the lower diagram of FIG. That is, a welding quality state diagram, which is basic data for determining the quality of welding in real time, is created.
【００３６】この溶接品質状態図によれば、実際の検査
結果とほぼ同一の判断が可能となることから、非常に信
頼性の高い溶接状態の判断が可能となる。According to this welding quality state diagram, it is possible to make a determination that is almost the same as the actual inspection result, and therefore it is possible to make a very reliable determination of the welding state.
【００３７】以上の処理によって、周波数帯（α）にお
ける信号強度の総和ｆ（α）と周波数帯（β）における
信号強度の総和ｆ（β）とに基づいて二次元座標系にプ
ロットされた交点と検査結果に基づく溶接の品質との関
連性が的確なものになる。Through the above processing, the intersection points plotted in the two-dimensional coordinate system based on the sum f (α) of signal intensities in the frequency band (α) and the sum f (β) of signal intensities in the frequency band (β) And the welding quality based on the inspection result becomes accurate.
【００３８】本発明では、以上のようにして、パソコン
７Ｅによって、溶接品質を判断させるための信頼性の高
い溶接品質状態図を作成し、この溶接品質状態図に基づ
いて高精度の溶接品質の判断ができるようにしている。In the present invention, as described above, a highly reliable welding quality state diagram for judging the welding quality is created by the personal computer 7E, and a highly accurate welding quality state diagram is created based on this welding quality state diagram. I am able to judge.
【００３９】図１１のフローチャートに基づいて、溶接
品質状態図の作成手順をさらに詳細に説明する。なお、
この作成手順は、請求項１、請求項３、請求項４に対応
する。The procedure for creating the welding quality state diagram will be described in more detail with reference to the flowchart of FIG. In addition,
This creation procedure corresponds to claim 1, claim 3, and claim 4.
【００４０】図６に示したように、ＹＡＧレーザー光線
が亜鉛メッキ鋼板の突合せ部２０に照射されると、照射
された部分がレーザー光線のエネルギーを受けて溶融す
る。溶融した金属は非常に高温であるから、キーホール
２５およびプルーム２８からは、可視光、赤外光、ＹＡ
Ｇレーザー光線の反射光などが放射状に放出される。セ
ンサ６ａとセンサ６ｂは、これらの光を入射し、電気信
号に変換する。変換された電気信号は、溶接個所ごとに
パソコン７Ｅ（図４参照）の図示しない記憶装置に格納
される（Ｓ１１）。As shown in FIG. 6, when the butt portion 20 of the galvanized steel sheet is irradiated with the YAG laser beam, the irradiated portion is melted by receiving the energy of the laser beam. Since the molten metal has a very high temperature, visible light, infrared light, YA are emitted from the keyhole 25 and the plume 28.
Reflected light of the G laser beam or the like is emitted radially. The sensors 6a and 6b enter these lights and convert them into electric signals. The converted electric signal is stored in a storage device (not shown) of the personal computer 7E (see FIG. 4) for each welding point (S11).
【００４１】図１２および図１３は、ある溶接条件の下
で溶接が行われたときの、ＹＡＧレーザー光線の反射光
から得られた電気信号の（フォトダイオード９で変換さ
れた）波形図である。これらの電気信号の波形図は、サ
ンプリング周波数２０ＫＨｚで作成されたものである。
これらの波形図において、縦軸は信号強度（電圧値）を
表し、横軸は時間を表している。これらの波形図は、観
察角度が高い位置にあるセンサ６ａによってとらえられ
た、ある溶接個所における反射光の時間的変動状況（経
時変化）を示している。図１２には、正常な溶接が行わ
れた「良品」、および、不完全な溶接になってしまった
「未溶着品」の波形が示され、図１３には、アンダーフ
ィルが生じた「アンダーフィル品」、および、ポロシテ
ィーの発生が過大である「ポロシティー品」の波形が示
されている。これらの波形図を対比してみると、アンダ
ーフィル品の波形形状だけが他の波形形状とは明らかに
異なるのでアンダーフィル品であることの判断は容易で
ある。しかし、未溶着品およびポロシティー品の波形形
状は、良品の波形形状と比較しても明らかな相違が見ら
れない。このため、この波形図からこれらの溶接状態を
見極めるのは困難である。12 and 13 are waveform diagrams (converted by the photodiode 9) of electric signals obtained from the reflected light of the YAG laser beam when welding is performed under certain welding conditions. The waveform diagrams of these electric signals are created at a sampling frequency of 20 KHz.
In these waveform diagrams, the vertical axis represents signal strength (voltage value) and the horizontal axis represents time. These waveform charts show the temporal variation (temporal change) of the reflected light at a certain welding point, which is captured by the sensor 6a located at a high observation angle. FIG. 12 shows the waveforms of the “good product” that was normally welded and the “unwelded product” that was incompletely welded, and FIG. The waveforms of "fill product" and "porosity product" in which the generation of porosity is excessive are shown. When these waveform diagrams are compared with each other, only the waveform shape of the underfill product is obviously different from the other waveform shapes, and therefore it is easy to determine that the product is an underfill product. However, the waveform shapes of the unwelded product and the porosity product do not show a clear difference even when compared with the waveform shape of the good product. For this reason, it is difficult to determine these welding states from this waveform diagram.
【００４２】このように、反射光の時間的な強度変化状
態を調べただけでは、良品と未溶着品および良品とポロ
シティー品との差別化は困難である。このため、記憶装
置に格納した波形のうち、観察角度が高い位置にあるセ
ンサ６ａによってとらえられた１つの溶接個所の反射光
の時間的変動状況を示す波形を取り出して、この波形に
ＦＦＴ（高速フーリエ変換）信号強度演算を施す（Ｓ１
２）。As described above, it is difficult to differentiate the non-defective product from the non-welded product and the non-defective product from the porosity product only by examining the temporal intensity change state of the reflected light. Therefore, of the waveforms stored in the storage device, a waveform showing the temporal fluctuation state of the reflected light at one welding point captured by the sensor 6a at the position where the observation angle is high is extracted and the FFT (high speed Fourier transform) Signal strength calculation is performed (S1)
2).
【００４３】図１４は、図１２および図１３に示した波
形のそれぞれにＦＦＴ信号強度演算を施し、その結果得
られた波形図である。この波形図において、縦軸は信号
強度を表し、横軸は周波数を表している。信号強度と
は、それぞれの周波数の信号成分がどの程度含まれてい
るかを示す量（面積）であり、この信号強度は単位を持
たない。FIG. 14 is a waveform chart obtained as a result of performing FFT signal strength calculation on each of the waveforms shown in FIGS. 12 and 13. In this waveform diagram, the vertical axis represents the signal strength and the horizontal axis represents the frequency. The signal strength is an amount (area) indicating how much the signal component of each frequency is included, and this signal strength has no unit.
【００４４】次に、図１４に示した波形を滑らかにする
ための波形整形処理を施す（Ｓ１３）。波形整形処理
は、たとえば、ある点を中心とする一定の範囲の信号強
度の平均値をその点の信号強度とする移動平均法を用い
て滑らかな周波数分布曲線を求めたり、単に信号強度が
平均化されるように曲線を引くことによって周波数分布
曲線を求めたりする処理である。波形整形処理後の結果
得られた周波数分布曲線は、図１５および図１６に示さ
れるようなものとなる。Next, a waveform shaping process for smoothing the waveform shown in FIG. 14 is performed (S13). The waveform shaping process is, for example, to obtain a smooth frequency distribution curve by using the moving average method in which the average value of the signal strength in a certain range centered on a certain point is used as the signal strength at that point, or the signal strength is simply averaged. This is a process of obtaining a frequency distribution curve by drawing a curve so as to be converted. The frequency distribution curves obtained as a result of the waveform shaping process are as shown in FIGS. 15 and 16.
【００４５】これらの図を見れば明らかなように、波形
整形処理を施すと、「良品」、「未溶着品」、「アンダ
ーフィル品」、「ポロシティー品」のそれぞれについて
信号強度の分布に相違が生じているのがわかる。すなわ
ち、溶接状態が良品のＦＦＴ波形は、周波数の低い領域
では信号強度が高く、周波数が高くなるにつれて信号強
度は次第に減少する傾向を示す。溶接状態が未溶着品の
ＦＦＴ波形は、溶接状態が良品のＦＦＴ波形と同様に、
周波数の低い領域では信号強度が高いものの、その信号
強度は周波数が高くなってもあまり減少しないという傾
向を示す。また、溶接状態がアンダーフィル品のＦＦＴ
波形は、溶接状態が良品のＦＦＴ波形とは異なって、周
波数の低い領域でも信号強度はあまり高くなく、その信
号強度は周波数が高くなってもあまり減少しないという
傾向を示す。溶接状態がポロシティー品のＦＦＴ波形
は、周波数の低い領域で信号強度に突起状の大きな変動
が生じる。このように、溶接状態に応じて、周波数の高
い領域と低い領域とで信号強度の大きさは特徴的なもの
となる。As can be seen from these figures, when the waveform shaping process is performed, the distribution of the signal intensities of "good", "unwelded", "underfilled", and "porosity" is shown. You can see the difference. That is, the FFT waveform in the good welded state has a high signal strength in a low frequency region, and the signal strength tends to gradually decrease as the frequency increases. The FFT waveform of the unwelded product in the welded state is similar to the FFT waveform of the welded product in good condition.
Although the signal strength is high in the low frequency region, the signal strength shows a tendency that it does not decrease so much even when the frequency becomes high. In addition, the welding state is FFT of underfill product
The waveform shows a tendency that, unlike the FFT waveform in a good welded state, the signal strength is not so high even in a low frequency region, and the signal strength does not decrease so much even when the frequency becomes high. In the FFT waveform in the welded state of porosity, a large protrusion-like change occurs in the signal strength in the low frequency region. As described above, the magnitude of the signal intensity becomes characteristic in the high frequency region and the low frequency region depending on the welding state.
【００４６】次に、溶接状態の特徴をさらに明確に差別
化するために、図１５および図１６のグラフの横軸に異
なる２つの周波数帯（α）と周波数帯（β）を設定し、
それぞれの周波数帯と周波数分布曲線とで囲まれるそれ
ぞれの領域の積分値ｆ（α）とｆ（β）とを算出する
（Ｓ１４）。このｆ（α）は、周波数帯（α）における
信号強度の総和になり、また、ｆ（β）は、周波数帯
（β）における信号強度の総和になる。Next, in order to more clearly differentiate the characteristics of the welding state, two different frequency bands (α) and frequency bands (β) are set on the horizontal axes of the graphs of FIGS. 15 and 16.
The integrated values f (α) and f (β) of the respective regions surrounded by the respective frequency bands and the frequency distribution curves are calculated (S14). This f (α) is the sum of the signal strengths in the frequency band (α), and f (β) is the sum of the signal strengths in the frequency band (β).
【００４７】そして、各溶接状態について求めた各周波
数帯の信号強度の積分値ｆ（α）とｆ（β）を、図１７
および図１８に示すように、二次元座標系を構成するＸ
軸とＹ軸にそれぞれプロットして、直線Ｘ＝ｆ（α）と
Ｙ＝ｆ（β）の交点を求め、その点をプロットする（Ｓ
１５）。この二次元座標系は、横軸が周波数帯（α）の
積分値を、縦軸が周波数帯（β）の積分値を示す。品質
検査で良品と判断されたものの積分値ｆ（α）とｆ
（β）をプロットすると、図１７に示すように、良品と
判断されたものがプロットされる領域が特定される。多
くのサンプルをプロットすることによって、この領域お
よびこの領域の境界線が明確になってくる。品質検査で
未溶着品と判断されたものの積分値ｆ（α）とｆ（β）
をプロットすると、図１７に示すように、未溶着品と判
断されたものがプロットされる領域が特定される。ま
た、溶接状態がアンダーフィル品、ポロシティー品と判
断されたものも図１８に示すようにプロットされる領域
が特定される。なお、ポロシティー品の場合、積分値ｆ
（α）の値が一定値を越えるとポロシティーの影響によ
る欠陥が現れるため、ポロシティー領域は、ある積分値
ｆ（α）の値の大きさを境にポロシティーＮＧ領域とポ
ロシティーＯＫ領域に分かれる。Then, the integral values f (α) and f (β) of the signal strength of each frequency band obtained for each welding state are shown in FIG.
And as shown in FIG. 18, X that constitutes the two-dimensional coordinate system.
Plots are made on the axis and the Y axis, respectively, to find the intersection of the straight lines X = f (α) and Y = f (β), and the points are plotted (S
15). In this two-dimensional coordinate system, the horizontal axis represents the integrated value of the frequency band (α) and the vertical axis represents the integrated value of the frequency band (β). Integral value f (α) and f of what was judged to be non-defective in quality inspection
When (β) is plotted, as shown in FIG. 17, the area in which the non-defective products are plotted is specified. By plotting a large number of samples, this region and the boundaries of this region become clear. Integral values f (α) and f (β) of products that were judged to be unwelded by quality inspection
When P is plotted, as shown in FIG. 17, a region in which the unwelded product is plotted is specified. In addition, in the case where the welding state is determined to be the underfill product or the porosity product, the region to be plotted is specified as shown in FIG. For porosity products, the integrated value f
When the value of (α) exceeds a certain value, defects due to the effect of porosity appear. Therefore, the porosity region has a porosity NG region and a porosity OK region with a certain magnitude of the integrated value f (α) as a boundary. Divided into
【００４８】以上のように、できる限り多くのサンプル
について以上のような処理を行うと、図１０の下の図に
示したような溶接品質状態図が作成される（Ｓ１６）。As described above, when the above-described processing is performed on as many samples as possible, a welding quality state diagram as shown in the lower diagram of FIG. 10 is created (S16).
【００４９】なお、作成された溶接品質状態図を見れば
わかるが、良品領域とアンダーフィル領域との境界線
は、Ｙ＝ａＸ＋ｂの一次関数式で求められる直線部分が
含まれている。以上のようにして、パソコン７Ｅ（図４
参照）によって作成された溶接品質状態図は、パソコン
７Ｅの図示しない記憶装置に格納される。As can be seen from the created welding quality state diagram, the boundary line between the non-defective area and the underfill area includes a linear portion obtained by a linear function formula of Y = aX + b. As described above, the personal computer 7E (Fig. 4)
The welding quality state diagram created by the reference) is stored in a storage device (not shown) of the personal computer 7E.
【００５０】次に、この溶接品質状態図を用いた信頼性
の高い溶接の品質の種類の特定は、次のような手順で行
われる。この手順を図１９のフローチャートに基づいて
説明する。なお、この作成手順は、請求項２〜請求項５
の記載に対応する。Next, the specification of the type of welding quality with high reliability using this welding quality state diagram is performed in the following procedure. This procedure will be described based on the flowchart of FIG. In addition, as for this creation procedure, claim 2 to claim 5
It corresponds to the description of.
【００５１】図６に示したように、ＹＡＧレーザー光線
が亜鉛メッキ鋼板の突合せ部２０に照射されると、照射
された部分がレーザー光線のエネルギーを受けて溶融す
る。キーホール２５およびプルーム２８からは、可視
光、赤外光、ＹＡＧレーザー光線の反射光などが放射状
に放出される。センサ６ａとセンサ６ｂは、これらの光
を入射し、電気信号に変換する。変換された電気信号
は、溶接個所ごとにパソコン７Ｅ（図４参照）の図示し
ない記憶装置に格納する（Ｓ２１）。As shown in FIG. 6, when the YAG laser beam is applied to the abutting part 20 of the galvanized steel sheet, the irradiated part receives the energy of the laser beam and melts. Visible light, infrared light, reflected light of YAG laser light, and the like are radially emitted from the keyhole 25 and the plume 28. The sensors 6a and 6b enter these lights and convert them into electric signals. The converted electric signal is stored in a storage device (not shown) of the personal computer 7E (see FIG. 4) for each welding point (S21).
【００５２】次に、記憶装置に格納した波形のうち、観
察角度が高い位置にあるセンサ６ａによってとらえられ
た溶接個所の反射光の時間的変動状況を示す波形を取り
出して（図１２および図１３参照）、この波形にＦＦＴ
（高速フーリエ変換）信号強度演算を施す（Ｓ２２）。Next, of the waveforms stored in the storage device, the waveform showing the temporal variation of the reflected light at the welding point captured by the sensor 6a at the high observation angle position is extracted (FIGS. 12 and 13). ), FFT to this waveform
(Fast Fourier Transform) Signal strength calculation is performed (S22).
【００５３】そして、ＦＦＴ信号強度演算処理後の波形
（図１４参照）を滑らかにするための波形整形処理を行
って滑らかな周波数分布曲線（図１５および図１６参
照）を求める（Ｓ２３）。Then, a waveform shaping process for smoothing the waveform after the FFT signal strength calculation process (see FIG. 14) is performed to obtain a smooth frequency distribution curve (see FIGS. 15 and 16) (S23).
【００５４】異なる２つの周波数帯（α）と周波数帯
（β）を設定し（図１５および図１６参照）、それぞれ
の周波数帯と周波数分布曲線とで囲まれるそれぞれの領
域の積分値ｆ（α）とｆ（β）とを算出する（Ｓ２
４）。Two different frequency bands (α) and frequency bands (β) are set (see FIGS. 15 and 16), and the integrated value f (α) of each region surrounded by each frequency band and the frequency distribution curve is set. ) And f (β) are calculated (S2
4).
【００５５】信号強度の積分値ｆ（α）とｆ（β）を、
二次元座標系を構成するＸ軸とＹ軸にそれぞれプロット
して、直線Ｘ＝ｆ（α）とＹ＝ｆ（β）の交点を求める
（Ｓ２５）。その交点が記憶装置に記憶されている溶接
品質状態図（図１０の下の図参照）のどの領域に当たる
かを判断し、溶接の品質の種類を判断する（Ｓ２６）。The integrated values f (α) and f (β) of the signal strength are
Plots are made on the X-axis and the Y-axis, respectively, which form the two-dimensional coordinate system, and the intersection of the straight lines X = f (α) and Y = f (β) is obtained (S25). It is determined which region of the welding quality state diagram (see the lower diagram of FIG. 10) the intersection point corresponds to, and the type of welding quality is determined (S26).
【００５６】このように、溶接品質は、２つの周波数帯
の信号強度の総和を求め、その総和から求められる交点
を溶接品質状態図にプロットするだけで極めて正確に判
断することができるので、溶接品質を判断するためのＣ
ＰＵの処理負担は大きくならない。また、測定精度の向
上によって、無駄な手直し作業が少なくなり、作業効率
も改善される。As described above, the welding quality can be judged extremely accurately by simply obtaining the sum of the signal intensities of the two frequency bands and plotting the intersection point obtained from the sum in the welding quality state diagram. C for judging quality
The processing load on the PU does not increase. Further, by improving the measurement accuracy, useless rework work is reduced, and work efficiency is also improved.
【００５７】また、溶接中の反射光を、集光レンズを介
して取り込むときには、集光レンズの汚れや傾きの影響
で、取り込まれる光の強度が変化するが、各周波数帯の
信号強度の総和の比（ｆ（β）／ｆ（α））は変わらな
いので、これらの影響が判断の精度に悪影響を与えるこ
とはない。Further, when the reflected light during welding is taken in through the condenser lens, the intensity of the captured light changes due to the influence of dirt and inclination of the condenser lens. Since the ratio of (f (β) / f (α)) does not change, these influences do not adversely affect the accuracy of judgment.
【図１】本発明にかかる品質モニタリング装置を備えた
ＹＡＧレーザー溶接装置の具体的な構成図である。FIG. 1 is a specific configuration diagram of a YAG laser welding device equipped with a quality monitoring device according to the present invention.
【図２】本発明にかかる品質モニタリング装置を備えた
ＹＡＧレーザー溶接装置の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of a YAG laser welding device equipped with a quality monitoring device according to the present invention.
【図３】センサ内部の具体的な構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration inside a sensor.
【図４】図２に示した計測装置の具体的な構成を示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing a specific configuration of the measuring device shown in FIG.
【図５】溶接品質の検出原理の説明に供する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of welding quality detection.
【図６】溶接品質の検出原理の説明に供する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a principle of detecting welding quality.
【図７】溶接品質の検出原理の説明に供する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a principle of detecting welding quality.
【図８】溶接品質の検出原理の説明に供する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of welding quality detection.
【図９】本発明にかかるモニタリング方法の手順の説明
に供する図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the procedure of the monitoring method according to the present invention.
【図１０】本発明にかかるモニタリング方法の手順の説
明に供する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the procedure of the monitoring method according to the present invention.
【図１１】本発明にかかるモニタリング方法の手順を示
すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of a monitoring method according to the present invention.
【図１２】基本溶接条件の下で溶接が行われたときの、
ＹＡＧレーザー光線の反射光から得られた電気信号の波
形図である。[Fig. 12] When welding is performed under basic welding conditions,
It is a wave form diagram of the electric signal obtained from the reflected light of a YAG laser beam.
【図１３】基本溶接条件の下で溶接が行われたときの、
ＹＡＧレーザー光線の反射光から得られた電気信号の波
形図である。[Fig. 13] When welding is performed under basic welding conditions,
It is a wave form diagram of the electric signal obtained from the reflected light of a YAG laser beam.
【図１４】図１２と図１３に示した電気信号に対してＦ
ＦＴ信号強度演算を施し、その結果得られた波形図であ
る。FIG. 14 is a graph of F for the electric signals shown in FIGS. 12 and 13.
It is a waveform diagram obtained as a result of performing FT signal strength calculation.
【図１５】ＦＦＴ信号強度演算の結果、最終的に得られ
るＦＦＴ波形である。FIG. 15 is an FFT waveform finally obtained as a result of FFT signal strength calculation.
【図１６】ＦＦＴ信号強度演算の結果、最終的に得られ
るＦＦＴ波形である。FIG. 16 is an FFT waveform finally obtained as a result of FFT signal strength calculation.
【図１７】ＦＦＴ波形に基づいて作成される溶接品質状
態図である。FIG. 17 is a welding quality state diagram created based on an FFT waveform.
【図１８】ＦＦＴ波形に基づいて作成される溶接品質状
態図である。FIG. 18 is a welding quality state diagram created based on an FFT waveform.
【図１９】本発明にかかるモニタリング方法の手順を示
すフローチャートである。FIG. 19 is a flowchart showing the procedure of a monitoring method according to the present invention.
１…ＹＡＧレーザー発振器、 ２…光ファイバーケーブル、 ３…コリメーターレンズ、 ４…集光レンズ、 ５…ワーク、 ６ａ、６ｂ…センサ、 ７…計測装置、 ７Ａ…増幅器、 ７Ｂ、７Ｄ…Ａ／Ｄ変換器、 ７Ｃ…バンドパスフィルター、 ７Ｅ…パソコン、 ７Ｆ…ディスプレイ、 ８、９…フォトダイオード、 １０…ダイクロイックミラー、 １１…干渉フィルタ、 ２０…突合せ部、 ２１…亜鉛メッキ層、 ２２…鋼、 ２３…ポロシティー、 ２５…キーホール、 ２６…壁、 ２７…亜鉛金属蒸気、 ２８…プルーム、 ３０、４０…隙間、 ３１…アンダーフィル、 １００…ＹＡＧレーザー溶接装置。 1 ... YAG laser oscillator, 2 ... Fiber optic cable, 3 ... Collimator lens, 4 ... Condensing lens, 5 ... work, 6a, 6b ... Sensor, 7 ... Measuring device, 7A ... amplifier, 7B, 7D ... A / D converter, 7C ... bandpass filter, 7E ... PC, 7F ... display, 8, 9 ... Photodiode, 10 ... Dichroic mirror, 11 ... Interference filter, 20 ... Butt, 21 ... Galvanized layer, 22 ... steel, 23 ... Polo City, 25 ... keyhole, 26 ... wall, 27 ... Zinc metal vapor, 28 ... plume, 30, 40 ... gap, 31 ... Underfill, 100 ... YAG laser welding equipment.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G051 AA37 AB13 AB20 BA10 CA01 CC07 EC04 4E068 BA00 CA17 CA18 CB01 CC01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F term (reference) 2G051 AA37 AB13 AB20 BA10 CA01 CC07 EC04 4E068 BA00 CA17 CA18 CB01 CC01
Claims (8)
けてレーザー光線を照射する段階と、 照射したレーザー光線の当該溶接部からの反射光を検出
する段階と、 検出された反射光を電気信号に変換する段階と、 変換された電気信号の経時変化を記憶する段階と、 電気信号の経時変化に基づいて当該電気信号の周波数分
布を算出する段階と、 算出された周波数分布に基づいて、第１の周波数帯
（α）における信号強度の総和ｆ（α）と当該第１の周
波数帯よりも周波数の高い第２の周波数帯（β）におけ
る信号強度の総和ｆ（β）とを算出する段階と、 算出されたそれぞれの信号強度の総和ｆ（α）とｆ
（β）を、二次元座標系を構成するＸ軸とＹ軸にそれぞ
れプロットして、直線Ｘ＝ｆ（α）とＹ＝ｆ（β）の交
点を求める段階と、 前記ＹＡＧレーザーによって溶接された前記ワークの溶
接部の品質の検査結果に基づいて、求められた前記交点
の品質の種類を特定する段階と、 上記までの段階を繰り返すことによって品質の種類別の
領域を前記二次元座標系内に作成する段階と、 を含むことを特徴とするレーザー溶接部の品質モニタリ
ング方法。1. A step of irradiating a laser beam from a YAG laser toward a welded part of a work, a step of detecting reflected light of the irradiated laser beam from the welded part, and converting the detected reflected light into an electric signal. A step of storing a temporal change of the converted electric signal, a step of calculating a frequency distribution of the electric signal based on the temporal change of the electric signal, and a first frequency based on the calculated frequency distribution. Calculating a sum f (α) of signal intensities in the band (α) and a sum f (β) of signal intensities in the second frequency band (β) having a higher frequency than the first frequency band; The sum of the respective signal intensities f (α) and f
(Β) is plotted on the X-axis and the Y-axis that form the two-dimensional coordinate system, and the intersection of the straight lines X = f (α) and Y = f (β) is obtained, and welding by the YAG laser is performed. Based on the inspection result of the quality of the welded part of the work, the step of specifying the type of quality of the obtained intersection, and the steps up to the above are repeated to define the area for each type of quality in the two-dimensional coordinate system. A method for monitoring the quality of a laser weld, which comprises the steps of:
けてレーザー光線を照射する段階と、 照射したレーザー光線の当該溶接部からの反射光を検出
する段階と、 検出された反射光を電気信号に変換する段階と、 変換された電気信号の経時変化を記憶する段階と、 電気信号の経時変化に基づいて当該電気信号の周波数分
布を算出する段階と、 算出された周波数分布に基づいて、第１の周波数帯
（α）における信号強度の総和ｆ（α）と当該第１の周
波数帯よりも周波数の高い第２の周波数帯（β）におけ
る信号強度の総和ｆ（β）とを算出する段階と、 算出されたそれぞれの信号強度の総和ｆ（α）とｆ
（β）を、二次元座標系を構成するＸ軸とＹ軸にそれぞ
れプロットし、直線Ｘ＝ｆ（α）とＹ＝ｆ（β）の交点
を求め、その交点が前記二次元座標系内に作成されたど
の品質の種類別の領域に存在するかによって溶接品質を
判断する段階と、 を含むことを特徴とするレーザー溶接部の品質モニタリ
ング方法。2. A step of irradiating a laser beam from a YAG laser toward a welded part of a workpiece, a step of detecting reflected light of the irradiated laser beam from the welded part, and converting the detected reflected light into an electric signal. A step of storing a temporal change of the converted electric signal, a step of calculating a frequency distribution of the electric signal based on the temporal change of the electric signal, and a first frequency based on the calculated frequency distribution. Calculating a sum f (α) of signal intensities in the band (α) and a sum f (β) of signal intensities in the second frequency band (β) having a higher frequency than the first frequency band; The sum of the respective signal intensities f (α) and f
(Β) is plotted on each of the X-axis and the Y-axis forming the two-dimensional coordinate system, the intersection of the straight lines X = f (α) and Y = f (β) is obtained, and the intersection is within the two-dimensional coordinate system. A method for monitoring the quality of a laser weld, which comprises the step of determining the welding quality according to which type of quality region is created in 1.
未溶着領域、アンダーフィル領域、ポロシティー領域で
あることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ
ー溶接部の品質モニタリング方法。3. The quality-specific area is a non-defective area,
The quality monitoring method for a laser welded part according to claim 1 or 2, which is an unwelded region, an underfill region, or a porosity region.
との境界線は、Ｙ＝ａＸ＋ｂの一次関数式で表される直
線部分を含むことを特徴とする請求項３に記載のレーザ
ー溶接部の品質モニタリング方法。4. The quality of the laser welded portion according to claim 3, wherein a boundary line between the non-defective area and the underfill area includes a linear portion represented by a linear function formula of Y = aX + b. Monitoring method.
照射するＹＡＧレーザーと、 照射したレーザー光線の当該溶接部からの反射光を検出
する反射光検出手段と、 検出された反射光を電気信号に変換する電気信号変換手
段と、 変換された電気信号の経時変化を記憶する記憶手段と、 電気信号の経時変化に基づいて当該電気信号の周波数分
布を算出する周波数分布算出手段と、 算出された周波数分布に基づいて、第１の周波数帯
（α）における信号強度の総和ｆ（α）と当該第１の周
波数帯よりも周波数の高い第２の周波数帯（β）におけ
る信号強度の総和ｆ（β）とを算出する信号強度総和算
出手段と、 算出されたそれぞれの信号強度の総和ｆ（α）とｆ
（β）を、二次元座標系を構成するＸ軸とＹ軸にそれぞ
れプロットし、直線Ｘ＝ｆ（α）とＹ＝ｆ（β）の交点
を求め、その交点が前記二次元座標系内に作成されたど
の品質の種類別の領域に存在するかによって溶接品質を
判断する溶接品質判断手段と、 を有することを特徴とするレーザー溶接部の品質モニタ
リング装置。5. A YAG laser for irradiating a laser beam toward a welded part of a work, a reflected light detecting means for detecting a reflected light of the irradiated laser beam from the welded part, and the detected reflected light into an electric signal. Electrical signal conversion means, storage means for storing the temporal change of the converted electric signal, frequency distribution calculation means for calculating the frequency distribution of the electric signal based on the temporal change of the electric signal, and the calculated frequency distribution On the basis of the total signal strength f (α) in the first frequency band (α) and the total signal strength f (β) in the second frequency band (β) higher in frequency than the first frequency band. And a signal intensity total sum calculating means for calculating, and sums f (α) and f of the respective calculated signal intensities.
(Β) is plotted on each of the X-axis and the Y-axis forming the two-dimensional coordinate system, the intersection of the straight lines X = f (α) and Y = f (β) is obtained, and the intersection is within the two-dimensional coordinate system. A quality monitoring device for a laser weld, comprising: a welding quality judging means for judging the welding quality according to which region of quality created in 1).
ザー光線の反射光のみを検出するために、前記ＹＡＧレ
ーザー光線の波長の光だけを透過させる干渉フィルタを
有することを特徴とする請求項５に記載のレーザー溶接
部の品質モニタリング装置。6. The reflected light detecting means includes an interference filter that transmits only light having a wavelength of the YAG laser beam in order to detect only reflected light of the YAG laser beam. Laser weld quality monitoring device.
未溶着領域、アンダーフィル領域、ポロシティー領域で
あることを特徴とする請求項５に記載のレーザー溶接部
の品質モニタリング装置。7. The quality-specific area is a non-defective area,
The quality monitoring device for a laser welded part according to claim 5, which is an unwelded region, an underfill region, and a porosity region.
との境界線は、Ｙ＝ａＸ＋ｂの一次関数式で表される直
線部分を含むことを特徴とする請求項７に記載のレーザ
ー溶接部の品質モニタリング装置。8. The quality of the laser welded portion according to claim 7, wherein a boundary line between the non-defective region and the underfill region includes a linear portion represented by a linear function formula of Y = aX + b. Monitoring device.
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