JP3355546B2 - レーザ溶接欠陥検出装置及び欠陥検出方法 - Google Patents
レーザ溶接欠陥検出装置及び欠陥検出方法Info
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Description
し、特に溶接箇所からの光を検出してその強度に基づい
て溶接の欠陥検出を行うためのレーザ溶接欠陥検出装置
及び欠陥検出方法に関する。
れたパルス状あるいは連続レーザ光を対象ワークに照射
して溶接を行うものである。レーザ溶接における溶接欠
陥検査は、検査員がオフラインにて目視や検査機器の使
用により行うことが多い。この場合、自動車製造のよう
な大量生産ラインでは多量箇所の検査が必要となり、検
査員の負担は大きい。また、生産ラインの生産性の観点
から検査時間は短い必要があり、溶接と並行して欠陥検
査を行うことが最も望ましい。
計測技術として、本発明者により以下の手法が提案され
ている。
る。図5において、YAGレーザ発振器11で発生され
たパルス状のレーザ光を伝送ファイバでレーザトーチ1
2へ導き、レーザトーチ12内のYAGレーザ反射ミラ
ー13や図示しない光学レンズを通してワーク14に照
射して溶接を行う。
4に照射されるレーザ光(以下、照射レーザ光と呼ぶ)
の光軸と同軸になるようにして溶接部から発する光(以
下、これを溶接光と呼ぶ)を集光する集光レンズ15が
設けられている。溶接光には、溶接の過程で発生される
プラズマ光や、照射レーザ光の反射光や、周囲の光が含
まれる。YAGレーザ反射ミラー13においては、照射
レーザ光の反射光はほとんど反射されるが、ごく一部は
透過し、プラズマ光はそのまま透過する。
射レーザ光の反射光のみを反射し、残りの光は透過する
YAG光反射ミラー16を設けている。YAG光反射ミ
ラー16の透過部側には、YAG光反射ミラー16の透
過光から溶接の過程で発生されるプラズマ光のみを抽出
するためのYAG光カットフィルタ17を設けている。
一方、YAG光反射ミラー16の反射部側には、YAG
光反射ミラー16の反射光から照射レーザ光の反射光の
みを抽出するためのYAG光透過帯域フィルタ18を設
けている。
内には、YAGレーザ発振器11からのレーザ光を反射
させてワーク14に向けて照射するYAGレーザ反射ミ
ラー13が設けられている。このため、照射レーザ光の
反射光はYAGレーザ反射ミラー13で反射され、その
一部が漏れ反射光として集光レンズ15で集光されるこ
とになる。言い換えれば、溶接光に含まれる照射レーザ
光の反射光は、その一部のみが集光レンズ15に到達す
る。
接部から発する溶接光を照射レーザ光と同軸に設置した
集光レンズ15で集光し、YAG光反射ミラー16でY
AG光のみを反射することでプラズマ光と反射光とに分
離する。分離後、プラズマ光はYAG光カットフィルタ
17を通してプラズマ光以外の波長域の光がカットされ
る。YAG光カットフィルタ17を出た光は、フォトダ
イオード20とアンプ21で光強度に応じた電圧信号に
変換されて溶接状態判定処理装置23に出力される。一
方、YAG光反射ミラー16からの反射光は、YAG光
透過帯域フィルタ18を通してYAG光以外の波長域の
光がカットされる。YAG光透過帯域フィルタ18を出
た光は、フォトダイオード24とアンプ25で光強度に
応じた電圧信号に変換されて溶接状態判定処理装置23
に出力される。
1、25からの電圧信号に基づいて欠陥検出などの判定
処理を行い、その結果を必要に応じて表示装置26や記
憶装置27で表示、記録する。なお、欠陥検出のための
処理アルゴリズムは、例えば本願出願人によりすでに出
願済みの「レーザ溶接欠陥検出装置(特願平9−213
223号(特開平11−568046号公報))」に開
示されている。
アルゴリズムは、ディジタル電圧信号からあらかじめ定
められた高周波成分を除去するためのローパスフィルタ
と、このローパスフィルタの出力を微分して微分信号を
出力するための微分処理部と、前記ディジタル電圧信号
の値が第1のしきい値L1を越えているかどうかで第1
の欠陥を検出し、前記ディジタル電圧信号の値が第1の
しきい値L1よりも低い第2のしきい値L2よりも低い
かどうかで第2の欠陥を検出するための第1の処理手段
と、前記微分信号の値が変化量0の場合を基準としてこ
の値を間にした第3のしきい値L3と第4のしきい値L
4(但し、L3>L4)の範囲を越えているかどうかを
検出する第2の処理手段と、該第2の処理手段の検出結
果と前記第1の処理手段の検出結果とを受けて前記第2
の処理手段のみから出力がある時にこれを第3の欠陥と
して検出する欠陥種類判別処理部とで実現される。
アルゴリズムを、アンプ21、25からの2つの電圧信
号について実行することにより、欠陥検出を行うことが
できる。
ズ15によって2次元的に集光した照射レーザ光の反射
光やプラズマ光をそれぞれ、1つのフォトダイオード2
0、24で検出するため、フォトダイオード20、24
の受光面に受光した光強度の総量を計測値としているこ
とになる。一方、照射レーザ光の反射光やプラズマ光の
強度の2次元分布は溶接状態によって変化する場合があ
る。
ーザ光の反射光の分布の変化を模式的(簡略的に一次元
で描いた)に示したものであり、図6(a)は溶接部の
溶融が良い場合、図6(b)は溶接部の溶融が悪い場合
の例である。図6において、照射レーザ光の反射光強度
の総量が図6(a)、図6(b)共に等しいとき(すな
わち、図中の斜線部の面積が等しいとき)、前述の手法
では溶融状態の変化を検知できないことになる。
ドの個数の影響を受けることなく、安定した欠陥検出を
行うことのできるレーザ溶接欠陥検出装置を提供するこ
とにある。
とのできるレーザ溶接欠陥検出方法を提供することにあ
る。
欠陥検出装置は、レーザ光をレーザトーチでワークに照
射して溶接を行うレーザ溶接機において、前記レーザト
ーチの筺体内に、前記ワークに照射される前記レーザ光
の光軸と同軸になるようにして溶接部から発する溶接光
を集光する集光レンズを設け、集光された溶接光を、ピ
ンホールを施した反射ミラーで2方向に分離し、分離さ
れた2つの溶接光の強度に基づいて溶接箇所の欠陥検出
を行うようにしたことを特徴とする。
る場合には、前記反射ミラーは前記YAGレーザ光を反
射することのできるミラーとし、前記分離された2つの
溶接光をそれぞれ、YAGレーザ光のみを透過させるフ
ィルタを通して光電変換素子に入射させ、これら2つの
光電変換素子からの2つの電気信号のレベルに基づいて
溶接箇所の欠陥検出を行う。
いて溶接箇所の欠陥検出を行う判定処理装置を備え、該
判定処理装置は、前記2つの電気信号のレベルの和演
算、商演算の結果の少なくとも一方に基づいて溶接箇所
の欠陥検出を行うレーザ溶接欠陥検出装置が提供され
る。
結果があらかじめ定められた第1の範囲外にあること、
前記商演算の結果があらかじめ定められた第2の範囲外
にあることの少なくとも一方を検出した時に欠陥有りの
判定を行う。
溶接部から発する溶接光を集光し、集光した溶接光を、
ピンホールを施した反射ミラーで2方向に分離し、分離
した2つの溶接光の強度に基づいて溶接箇所の欠陥検出
を行うことを特徴とする。
好ましい実施の形態について説明する。図1において、
図5と同じ部分には同一番号を付している。本形態で
は、図5に示されたYAG光反射ミラー16に代えて、
ピンホール1−1を施したYAG光反射ミラー1を配置
し、YAG光カットフィルタ17に代えて、YAG光透
過帯域フィルタ2を配置している。
光をレーザトーチ12へ導き、レーザトーチ12内のY
AGレーザ反射ミラー13や図示しない光学レンズを通
してワーク14に照射して溶接を行う。ワーク14の溶
接部から発する溶接光を、YAGレーザ反射ミラー13
からの照射レーザ光と同軸に設置した集光レンズ15で
集光する。集光した溶接光を、YAG光反射ミラー1に
よってピンホール1−1を通り抜ける溶接光と、それ以
外の光とに分離する。分離した光はそれぞれ、YAG光
透過帯域フィルタ2、18を透過し、照射レーザ光の反
射光だけがフォトダイオード3、24で光電変換され
る。変換した電圧信号をそれぞれ、アンプ4、25で増
幅し、溶接状態判定処理装置5に入力する。
の処理を行い、その結果を必要に応じて表示装置26や
記憶装置27で表示、記録する。
反射ミラー1で分離した光から抽出された照射レーザ光
の反射光の強度分布を模式的に示したものである。この
ように、ピンホール1−1とYAG光反射ミラー1とに
よって、照射レーザ光の反射光を、中心部分とそれ以外
の部分とに分離して計測を行うことができる。
の構成について説明する。フォトダイオード3、24で
光電変換された電圧信号をA/Dコンバータ5−1でデ
ジタル変換し、CPU5−2、高速信号処理プロセッサ
5−3にて予め定められた処理アルゴリズムに従って欠
陥検出などの溶接状態の判定を行う。便宜上、A/Dコ
ンバータ5−1には、フォトダイオード3で光電変換さ
れた複数の電圧信号と、フォトダイオード24で光電変
換された複数の電圧信号とが入力されているが、デジタ
ル変換は別々に行われることは言うまでも無い。このよ
うな装置の構成自体は信号処理装置として一般的であ
り、パソコンを利用して容易に実現できる。
における欠陥検出のアルゴリズムについて説明する。こ
こでは、フォトダイオード3、24からの電圧信号を計
測信号A、計測信号Bとする。欠陥の判定方法は2種類
あり、1つは計測信号A、BのレベルLA 、LB の総量
(和演算)を評価する方法、もう1つは計測信号A、B
のレベルLA 、LB の相対比(商演算)を評価する方法
である。以下に欠陥検出処理手順を示す。
タルローパスフィルタ処理にて高周波成分を除去する。
測信号A、BのレベルLA 、LB を和演算して演算結果
Vsを求める(Vs=LA +LB )。
し、T1>T2)と演算結果Vsとを比較し、しきい値
T1、T2で規定される第1の範囲外ならば欠陥有りと
判定する。
タルローパスフィルタ処理にて高周波成分を除去する。
ルLA 、LB を商演算して演算結果Vrを求める(Vr
=LB /LA )。
し、T3>T4)と演算結果Vrとを比較し、しきい値
T3、T4で規定される第2の範囲外ならば欠陥有りと
判定する。
は、総量による判定と相対比による判定とを行い、少な
くとも一方の判定において欠陥有りと判定すると、その
溶接箇所の位置データと共に欠陥があったことを示すデ
ータを表示装置26や記憶装置27に出力する。位置デ
ータは、レーザトーチ12の位置決め制御に使用される
位置データから得ることができる。
てYAGレーザ発振器を用いているが、これに限らず、
他の例えばCO2 レーザ発振器、エキシマレーザ発振器
を用いたレーザ溶接機にも適用できる。この場合、照射
レーザ光の反射光の検出が可能なように、光学系の構成
やフォトダイオード、すなわち光電変換素子の選定を行
う。
る。
検出を確実に行うことができる。
同軸で溶接光の計測ができるため、ワークの形状が複雑
でも欠陥検出を行うことができる。
3次元加工にも適用可能である。
ンライン計測による検査時間短縮化を図れるので、欠陥
検出自動化による生産ライン自動化(無人化)へ大きく
寄与する。
構成を示した図である。
透過帯域フィルタによる溶接光の分離を説明するための
図である。
示したブロック図である。
出処理を説明するためのブロック図である。
検出装置の構成を示した図である。
点を説明するための図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 レーザ光をレーザトーチでワークに照射
して溶接を行うレーザ溶接機において、 前記レーザトーチの筺体内に、前記ワークに照射される
前記レーザ光の光軸と同軸になるようにして溶接部から
発する溶接光を集光する集光レンズを設け、 集光された溶接光を、ピンホールを施した反射ミラーで
2方向に分離し、 分離された2つの溶接光の強度に基づいて溶接箇所の欠
陥検出を行うようにしたことを特徴とするレーザ溶接欠
陥検出装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のレーザ溶接欠陥検出装置
において、前記レーザ光はYAGレーザ光であり、前記
反射ミラーは前記YAGレーザ光を反射することのでき
るミラーであり、前記分離された2つの溶接光をそれぞ
れ、YAGレーザ光のみを透過させるフィルタを通して
光電変換素子に入射させ、これら2つの光電変換素子か
らの2つの電気信号のレベルに基づいて溶接箇所の欠陥
検出を行うようにしたことを特徴とするレーザ溶接欠陥
検出装置。 - 【請求項3】 請求項2記載のレーザ溶接欠陥検出装置
において、前記2つの電気信号のレベルに基づいて溶接
箇所の欠陥検出を行う判定処理装置を備え、該判定処理
装置は、前記2つの電気信号のレベルの和演算、商演算
の結果の少なくとも一方に基づいて溶接箇所の欠陥検出
を行うことを特徴とするレーザ溶接欠陥検出装置。 - 【請求項4】 請求項3記載のレーザ溶接欠陥検出装置
において、前記判定処理装置は、前記和演算の結果があ
らかじめ定められた第1の範囲外にあること、前記商演
算の結果があらかじめ定められた第2の範囲外にあるこ
との少なくとも一方を検出した時に欠陥有りの判定を行
うことを特徴とするレーザ溶接欠陥検出装置。 - 【請求項5】 レーザ光をワークに照射して溶接を行う
レーザ溶接機において、溶接部から発する溶接光を集光
し、集光した溶接光を、ピンホールを施した反射ミラー
で2方向に分離し、分離した2つの溶接光の強度に基づ
いて溶接箇所の欠陥検出を行うことを特徴とするレーザ
溶接欠陥検出方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21749098A JP3355546B2 (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | レーザ溶接欠陥検出装置及び欠陥検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21749098A JP3355546B2 (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | レーザ溶接欠陥検出装置及び欠陥検出方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000042770A JP2000042770A (ja) | 2000-02-15 |
JP3355546B2 true JP3355546B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=16705064
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21749098A Expired - Lifetime JP3355546B2 (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | レーザ溶接欠陥検出装置及び欠陥検出方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3355546B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4617324B2 (ja) * | 2007-01-31 | 2011-01-26 | 東急車輛製造株式会社 | レーザ溶接部形成方法 |
-
1998
- 1998-07-31 JP JP21749098A patent/JP3355546B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000042770A (ja) | 2000-02-15 |
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