JP5205926B2 - Welding quality inspection device and welding quality inspection method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ溶接における溶接部の品質を検査する技術に関する。 The present invention relates to a technique for inspecting the quality of a welded part in laser welding.
従来、レーザ溶接における溶接部の品質を検査する方法としては、特許文献1に記載の方法が知られている。
特許文献1に記載の方法は、被溶接物においてレーザが照射される表面の反対側である裏面からの発光強度に基づいて溶接部が裏面まで貫通しているか否かを検査する方法である。
Conventionally, a method described in
The method described in
しかし、特許文献1に記載の方法は、例えばアルミニウム合金からなるリチウムイオン二次電池のケースと蓋との嵌合部のレーザ溶接のように、被溶接物の裏面(この場合、ケースの内周面)を目視観察することができない場合には、溶接部が裏面まで貫通しているか否かを検査することができないという問題を有する。
However, the method described in
特に、リチウムイオン二次電池のケースと蓋との嵌合部をレーザ溶接する場合、ケースの内周面まで溶接部が到達することによりケースの内周面でスパッタ(溶接スパッタ)が生ずると、このスパッタによりケース内部の回路にショートが発生するなどリチウムイオン二次電池の性能低下の原因となる場合があるため、ケースの内周面におけるスパッタの発生の有無を非破壊で精度良く検査する方法が望まれる。
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く検査することが可能な溶接品質検査装置および溶接品質検査方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above situation, and provides a welding quality inspection device and a welding quality inspection method capable of accurately inspecting whether or not spatter has occurred in a welded portion. .
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項1においては、
溶接部を溶融させるための主レーザおよび前記溶接部に形成された酸化膜を溶融するための酸化膜用レーザが照射された前記溶接部からの反射光を検出する反射光検出部と、
前記溶接部から発生する音を検出する音響検出部と、
前記反射光検出部により検出された反射光および前記音響検出部により検出された音に基づいて前記溶接部の品質を判定する品質判定部と、
を具備し、
前記反射光検出部は、
前記溶接部からの反射光の強度を検出する光センサと、
前記反射光のうち前記主レーザの反射光に対応する波長帯の光を透過するバンドパスフィルタを具備するものである。
That is, in
A reflected light detection unit which oxide film laser for melting the main laser and the oxide film formed on the welded part for melting the weld section detects reflected light from the weld irradiated,
An acoustic detector for detecting sound generated from the weld;
A quality determination unit that determines the quality of the welded portion based on the reflected light detected by the reflected light detection unit and the sound detected by the acoustic detection unit;
Equipped with,
The reflected light detector is
An optical sensor for detecting the intensity of reflected light from the weld,
A band-pass filter that transmits light in a wavelength band corresponding to the reflected light of the main laser among the reflected light is provided .
請求項2においては、
前記反射光検出部は、
前記溶接部に照射されるレーザの光路上に配置され、前記溶接部に照射されるレーザを透過するとともに前記溶接部からの反射光を反射する反射光検出用ミラーをさらに備え、
前記光センサは、前記反射光検出用ミラーにより反射された前記溶接部からの反射光の強度を検出するものである。
In
The reflected light detector is
A mirror for detecting reflected light that is disposed on the optical path of the laser irradiated to the welded portion and transmits the laser irradiated to the welded portion and reflects the reflected light from the welded portion;
The light sensor may be of a is that detecting the intensity of the reflected light from the weld reflected by the reflection light detecting mirror.
請求項3においては、
前記バンドパスフィルタは、
前記反射光検出用ミラーから前記光センサまでの前記反射光の光路上に配置されるものである。
In
The bandpass filter is
Wherein it from the reflected light detecting mirror to be Ru is disposed on the optical path of the reflected light to the light sensor.
請求項4においては、
前記音響検出部は、
前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置に配置される第一音響センサと、
前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置に配置される第二音響センサと、
を具備するものである。
In
The acoustic detector is
A first acoustic sensor disposed at a position on the generation source side of the laser irradiated to the welded portion with respect to the welded portion;
A second acoustic sensor disposed at a position on the opposite side of the laser source irradiated to the welded portion with respect to the welded portion;
It comprises.
請求項5においては、
前記品質判定部は、
前記反射光検出部により検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には前記溶接部が貫通溶接されたと判定するものである。
In claim 5,
The quality judgment unit
When the intensity of the reflected light detected by the reflected light detection unit is equal to or lower than a preset set intensity, it is determined that the welded part has been welded through.
請求項6においては、
前記品質判定部は、
前記溶接部が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ前記音響検出部により検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である場合には前記溶接部でスパッタが発生したと判定するものである。
In claim 6,
The quality judgment unit
When it is determined that the welded portion has been welded through and the sound level of the sound detected by the sound detecting portion is equal to or higher than a preset set level, spatter has occurred in the welded portion. It is determined.
請求項7においては、
溶接部を溶融させるための主レーザおよび前記溶接部に形成された酸化膜を溶融するための酸化膜用レーザが照射された前記溶接部からの反射光を検出するとともに、前記溶接部から発生する音を検出する反射光・音響検出工程と、
前記反射光・音響検出工程において検出された反射光および音に基づいて前記溶接部の品質を判定する品質判定工程と、
を具備し、
前記反射光・音響検出工程における前記溶接部からの反射光の検出は、前記反射光のうち前記主レーザの反射光に対応する波長帯の光を透過するバンドパスフィルタの透過光を検出することにより行うものである。
In claim 7,
With oxide film laser for melting the main laser and the oxide film formed on the welded part for melting the weld section detects reflected light from the welding portion that is irradiated, generated from the weld Reflected light / sound detection process for detecting sound;
A quality determination step of determining the quality of the weld based on the reflected light and sound detected in the reflected light / sound detection step;
Equipped with,
The detection of the reflected light from the weld in the reflected light / acoustic detection step is to detect the transmitted light of a bandpass filter that transmits light in a wavelength band corresponding to the reflected light of the main laser among the reflected light. It is done by .
請求項8においては、
前記反射光・音響検出工程において、
前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置および前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置で前記溶接部から発生する音を検出するものである。
In claim 8,
In the reflected light / sound detection step,
From the welded portion at a position on the side of the laser generating source irradiated to the welded portion with respect to the welded portion and a position on the opposite side of the laser generated source irradiated to the welded portion based on the welded portion It detects the sound that occurs.
請求項9においては、
前記品質判定工程において、
前記反射光・音響検出工程において検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には前記溶接部が貫通溶接されたと判定するものである。
In claim 9,
In the quality judgment step,
When the intensity of the reflected light detected in the reflected light / sound detection step is equal to or lower than a preset set intensity, it is determined that the welded portion has been welded through.
請求項10においては、前記品質判定工程において、
前記溶接部が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ前記反射光・音響検出工程において検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である場合には前記溶接部でスパッタが発生したと判定するものである。
In
When it is determined that the welded part has been welded through and the sound level of the sound detected in the reflected light / acoustic detection step is equal to or higher than a preset set level, the welded part is sputtered. Is determined to have occurred.
本発明は、溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く検査することが可能である、という効果を奏する。 The present invention has an effect that it is possible to accurately inspect whether spatter has occurred in the welded portion.
以下では図1を用いて本発明に係る溶接品質検査装置の実施の一形態である溶接品質検査装置100を備える溶接装置10について説明する。
溶接装置10はリチウムイオン二次電池1のケース3と蓋4とを溶接する装置であり、レーザトーチ20およびターンテーブル30を具備する。
Below, the
The
以下ではリチウムイオン二次電池1の詳細について説明する。
リチウムイオン二次電池1は例えば電気自動車の駆動源として用いられる電池であり、電極部材2、ケース3および蓋4を具備する。
Below, the detail of the lithium ion
The lithium ion
電極部材2はリチウムイオン二次電池1の電極を成す部材である。本実施形態の電極部材2は、アルミニウム箔にコバルト酸リチウム等の活物質を塗布したもの(正極)と銅箔に炭素材料を塗布したもの(負極)との間にイオンが移動可能な多孔質の絶縁フィルムを挟んで扁平形状に巻き取ったものである。
電極部材2の正極にはアルミニウム合金からなる正極タブが溶接され、電極部材2の負極にはニッケル合金からなる負極タブが溶接される。
The
A positive electrode tab made of an aluminum alloy is welded to the positive electrode of the
ケース3は略直方体形状の容器であり、アルミニウム合金からなる。ケース3の上面は開口しており、ケース3には電極部材2が収容される。電極部材2の正極に溶接された正極タブはケース3に溶接される。電極部材2が収容されたケース3には電解液が注入される。
The
蓋4はケース3の上面の開口部を閉塞するものであり、アルミニウム合金からなる。電極部材2の負極に溶接された負極タブは蓋4に溶接される。
蓋4はケース3の上面の開口部に嵌合される。ケース3と蓋4との嵌合部5(本実施形態の場合、蓋4の下端部とケース3の上端部との境界部分)は溶接装置10により溶接され、ケース3に注入された電解液が嵌合部5からケース3の外部に漏洩しないように封止される。
The
The
以下ではレーザトーチ20の詳細について説明する。
レーザトーチ20はトーチ本体21、パルスYAGレーザ発生装置22、LDレーザ発生装置23、第一レンズ24、第二レンズ25、入射光用ハーフミラー26および支持部材27を具備する。
Details of the
The
トーチ本体21はレーザトーチ20の主たる構造体を成す略円筒形状の部材であり、レーザトーチ20を構成する他の部材が取り付けられる。
The
パルスYAG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザ発生装置22はアルミニウム合金を溶融するためのパルスレーザである主レーザを発生する装置である。
パルスYAGレーザ発生装置22はトーチ本体21の後端部に取り付けられる。主レーザはトーチ本体21の後端部からトーチ本体21の内部空間に導かれ、トーチ本体21の後端部から前端部に向かって(トーチ本体21の長手方向に)照射される。
A pulse YAG (Yttrium Aluminum Garnet)
The pulse
LD(Laser Diode)レーザ発生装置23は主としてアルミニウム合金の表面に形成された酸化膜を溶融するためのレーザである酸化膜用レーザを発生する装置である。なお、酸化膜用レーザの波長と主レーザの波長とは異なる。
LDレーザ発生装置23はトーチ本体21の外周面の中途部に取り付けられる。酸化膜用レーザはトーチ本体21の外周面の中途部からトーチ本体21の内部空間に導かれ、主レーザの光路に直交する方向に照射される。
An LD (Laser Diode)
The
第一レンズ24は主レーザおよび酸化膜用レーザを収束するレンズである。第一レンズ24はトーチ本体21の内部空間の中途部に設けられる。
The
第二レンズ25は主レーザおよび酸化膜用レーザを収束するレンズである。第二レンズ25はトーチ本体21の内部空間の前端部に設けられる。
The
入射光用ハーフミラー26は主レーザおよび酸化膜用レーザをトーチ本体21から同軸で照射するための光学部品である。
入射光用ハーフミラー26はトーチ本体21の内部空間の中途部、かつ主レーザの光路と酸化膜用レーザの光路とが直交する位置に配置される。
The incident
The incident
入射光用ハーフミラー26は主レーザを透過する。入射光用ハーフミラー26を透過した主レーザは第一レンズ24および第二レンズ25を経てケース3と蓋4との嵌合部5に照射される。
入射光用ハーフミラー26は酸化膜用レーザをその入射方向に対して直交する方向に反射する。入射光用ハーフミラー26により反射された酸化膜用レーザは第一レンズ24および第二レンズ25を経てケース3と蓋4との嵌合部5に照射される。
このように、主レーザおよび酸化膜用レーザは同軸でケース3と蓋4との嵌合部5に照射される。
The incident
The incident
As described above, the main laser and the oxide film laser are coaxially applied to the fitting portion 5 between the
支持部材27はトーチ本体21を支持する部材である。支持部材27はスライドベース27a、スライドブロック27bおよび支柱27cを具備する。
スライドベース27aは床面(あるいは周囲の固定物)に固定される部材である。スライドベース27aは長尺の部材であり、スライドベース27aの長手方向が水平面に平行となるように固定される。
スライドブロック27bはスライドベース27aに係合しつつスライドベース27aの長手方向に摺動する部材である。
支柱27cはその下端がスライドブロック27bに固定され、その上端がトーチ本体21に固定される部材である。
The support member 27 is a member that supports the
The
The slide block 27b is a member that slides in the longitudinal direction of the
The
支柱27cに固定されたトーチ本体21の長手方向(主レーザおよび酸化膜用レーザの照射方向)とスライドベース27aの長手方向とは平行となる。
従って、スライドブロック27bが図示せぬボールネジの駆動によりスライドベース27aの長手方向に摺動すると、トーチ本体21はその長手方向(前後方向)に移動する。
The longitudinal direction of the
Therefore, when the slide block 27b slides in the longitudinal direction of the
以下ではターンテーブル30の詳細について説明する。
ターンテーブル30はリチウムイオン二次電池1を支持するものであり、スライドベース30a、スライドブロック30b、支柱30cおよび載置台30dを具備する。
スライドベース30aは床面(あるいは周囲の固定物)に固定される部材である。スライドベース30aは長尺の部材であり、スライドベース30aの長手方向が水平面に平行となるように固定される。スライドベース30aはスライドベース27aの前方となる位置に配置され、スライドベース30aの長手方向はスライドベース27aの長手方向と直交する。
スライドブロック30bはスライドベース30aに係合しつつスライドベース30aの長手方向に摺動する部材である。
支柱30cは略円柱形状の部材であり、その下端がスライドブロック27bに回動可能に軸支される。
載置台30dはリチウムイオン二次電池1が載置される部材であり、支柱30cの上端に固定される。
Details of the
The
The
The
The
The mounting table 30d is a member on which the lithium ion
スライドブロック30bが図示せぬボールネジの駆動によりスライドベース30aの長手方向に摺動すると、載置台30dに載置されたリチウムイオン二次電池1はトーチ本体21の長手方向に直交する方向(左右方向)に移動する。
また、支柱30cおよび載置台30dが図示せぬモータの駆動によりスライドブロック30bに対して回動すると、載置台30dに載置されたリチウムイオン二次電池1は旋回する(水平面に垂直な軸を中心に回動する)。
When the
Further, when the
以下では溶接品質検査装置100の詳細について説明する。
溶接品質検査装置100はリチウムイオン二次電池1の溶接品質、より詳細にはケース3と蓋4との嵌合部5を溶接する際に溶接部でスパッタが発生したか否かを検査する装置である。
溶接品質検査装置100は反射光検出部110、音響検出部120および判定ユニット130を具備する。
Below, the detail of the welding
The welding
The welding
反射光検出部110は本発明に係る反射光検出部の実施の一形態であり、溶接装置10によるレーザ溶接の溶接部(本実施形態の場合、ケース3と蓋4との嵌合部5のうち、主レーザおよび酸化膜用レーザが照射されている部分)からの反射光を検出するものである。
反射光検出部110は反射光用ハーフミラー111、反射光案内管112、ミラー113、バンドパスフィルタ114およびフォトダイオード115を具備する。
The reflected
The reflected
反射光用ハーフミラー111は本発明に係る反射光検出用ミラーの実施の一形態であり、溶接装置10によるレーザ溶接の溶接部に照射されるレーザ(主レーザおよび酸化膜用レーザ)の光路上に配置される光学部品である。
反射光用ハーフミラー111はトーチ本体21の内部空間において第一レンズ24と第二レンズ25とで挟まれる位置に配置される。
反射光用ハーフミラー111はパルスYAGレーザ発生装置22により発生する主レーザおよびLDレーザ発生装置23により発生する酸化膜用レーザを透過する。
反射光用ハーフミラー111は溶接装置10によるレーザ溶接の溶接部からの反射光(より厳密には、溶接装置10によるレーザ溶接の溶接部からの反射光のうち、溶接装置10によるレーザの照射方向のちょうど逆方向に反射されたもの)を下方に向かって反射する。
The reflected
The reflected
The reflected
The reflected
反射光案内管112は反射光用ハーフミラー111により反射されたレーザ溶接の溶接部からの反射光を案内する管状の部材である。反射光案内管112はL字形に屈曲され、反射光案内管112の一端はトーチ本体21に連通接続される。
反射光用ハーフミラー111により反射されたレーザ溶接の溶接部からの反射光は、反射光案内管112の一端から反射光案内管112の内部空間に案内される。
The reflected
The reflected light from the welded portion of the laser welding reflected by the reflected
ミラー113は反射光案内管112の内部空間においてL字形に屈曲した部分に配置される光学部品である。反射光案内管112の内部空間に案内されたレーザ溶接の溶接部からの反射光は、ミラー113により反射されて反射光案内管112の他端に向かって案内される。
The
バンドパスフィルタ114は本発明に係るバンドパスフィルタの実施の一形態であり、反射光案内管112の内部空間において反射光案内管112の屈曲部と反射光案内管112の他端とで挟まれた位置(反射光用ハーフミラー111から後述するフォトダイオード115までの反射光の光路上)に配置され、レーザ溶接の溶接部からの反射光のうち所定の波長の光を透過するフィルタである。
ここで、バンドパスフィルタ114は、レーザ溶接の溶接部からの反射光のうち、主レーザの反射光に対応する波長帯の光を透過する。
The
Here, the
フォトダイオード115は本発明に係る光センサの実施の一形態であり、反射光用ハーフミラー111により反射された溶接部からの反射光の強度を検出するものである。
なお、本実施形態では光センサとしてフォトダイオードを用いたが、本発明に係る光センサはこれに限定されず、例えばフォトトランジスタあるいはアバランシェフォトトランジスタ等、検出した光の強度に応じて(高速で応答して)信号を出力可能なものであれば良い。
The
In the present embodiment, a photodiode is used as the optical sensor. However, the optical sensor according to the present invention is not limited to this. For example, a phototransistor or an avalanche phototransistor can be used according to the detected light intensity (high-speed response). Any device that can output a signal may be used.
音響検出部120は本発明に係る音響検出部の実施の一形態であり、レーザ溶接の溶接部から発生する音を検出するものである。
音響検出部120はマイクロホン121およびマイクロホン122を具備する。
The
The
マイクロホン121はケース3の一対の広い側面3a・3bのうち、側面3aに貼り付けられる音響センサであり、レーザ溶接の溶接部から発生する音を検出する。マイクロホン121は検出した音の強度(音響レベル)に応じた信号を無線で送信する。
マイクロホン122はケース3の一対の広い側面3a・3bのうち、側面3bに貼り付けられる音響センサであり、レーザ溶接の溶接部から発生する音を検出する。マイクロホン122は検出した音の強度(音響レベル)に応じた信号を無線で送信する。
The
The
図2に示す如く、溶接装置10は、トーチ本体21の前後方向の移動動作、ターンテーブル30に支持されたリチウムイオン二次電池1の左右方向の移動動作およびターンテーブル30に支持されたリチウムイオン二次電池1の旋回動作を適宜組み合わせることにより、トーチ本体21の前端部からケース3と蓋4との嵌合部5においてトーチ本体21の前端部に正対する部分までの距離を一定に保持しつつ、ケース3と蓋4との嵌合部5を平面視で時計回りに(側面3aに対応する部分、側面3cに対応する部分、側面3bに対応する部分、側面3dに対応する部分の順に)連続的に溶接する。
より詳細には、時刻T1から時刻T2の間に側面3aに対応する部分を溶接し、時刻T2から時刻T3の間に側面3cに対応する部分を溶接し、時刻T3から時刻T4の間に側面3bに対応する部分を溶接し、時刻T4から時刻T5の間に側面3dに対応する部分を溶接する。なお、図2では説明の便宜上、蓋4を省略している。
As shown in FIG. 2, the
More specifically, the portion corresponding to the
図1に示す如く、ケース3と蓋4との嵌合部5のうち側面3aに対応する部分を溶接しているとき、マイクロホン121は溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置に配置され、本発明に係る第一音響センサの実施の一形態としての機能を果たす。また、このときマイクロホン122は溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置に配置され、本発明に係る第二音響センサの実施の一形態としての機能を果たす。
As shown in FIG. 1, when the portion corresponding to the
ケース3と蓋4との嵌合部5のうち側面3bに対応する部分を溶接しているとき、マイクロホン122は溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置に配置され、本発明に係る第一音響センサの実施の一形態としての機能を果たす。また、このときマイクロホン121は溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置に配置され、本発明に係る第二音響センサの実施の一形態としての機能を果たす。
When the portion corresponding to the
このように、本実施形態のマイクロホン121およびマイクロホン122は、トーチ本体21に対するリチウムイオン二次電池1の向き(姿勢)に応じて、本発明に係る第一音響センサの実施の一形態または本発明に係る第二音響センサの実施の一形態としての機能を果たす。
As described above, the
判定ユニット130は無線受信装置131、判定装置132、入力装置133および表示装置134を具備する。
The
無線受信装置131はマイクロホン121およびマイクロホン122により送信される信号を無線で受信する装置である。
The
判定装置132は後述する品質判定プログラムその他の種々のプログラム等を格納することができ、これらのプログラム等を展開することができ、これらのプログラム等に従って所定の演算を行うことができ、当該演算の結果等を記憶することができる。
The
判定装置132は実体的にはCPU、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)等がバスで相互に接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのLSI等からなる構成であっても良い。
本実施形態における判定装置132は専用品であるが、市販のパーソナルコンピュータあるいはワークステーション等に上記プログラム等を格納したものを用いて達成することも可能である。
The
Although the
判定装置132はフォトダイオード115に接続され、フォトダイオード115により検出される溶接部からの反射光の強度に係る情報を取得することが可能である。
判定装置132は無線受信装置131に接続され、無線受信装置131が受信したマイクロホン121およびマイクロホン122からの信号、すなわちレーザ溶接の溶接部から発生する音に係る情報を取得することが可能である。
The
The
入力装置133は判定装置132に接続され、溶接品質検査装置100によるレーザ溶接の溶接部の検査に係る種々の情報・指示等を判定装置132に入力するものである。
本実施形態における入力装置133は専用品であるが、例えば市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等を用いても良い。
The
Although the
表示装置134は入力装置133から判定装置132への入力内容、溶接品質検査装置100の動作状況、溶接品質検査装置100によるレーザ溶接の溶接部の検査結果等を表示するものである。
本実施形態における表示装置134は専用品であるが、例えば市販の液晶ディスプレイ(LCD;Liquid Crystal Display)やCRTディスプレイ(Cathode Ray Tube Display)等を用いても良い。
The
Although the
以下では、判定装置132の構成の詳細について説明する。
判定装置132は、機能的には記憶部132aおよび品質判定部132bを具備する。
Below, the detail of a structure of the
The
記憶部132aは品質判定部132bによる演算(溶接部の品質の判定)等を行う上で用いられる各種パラメータ(数値)、溶接品質検査装置100の動作状況の履歴、検査結果等を記憶するものである。
記憶部132aは、実体的にはHDD、RAM、ROM、CD−ROMあるいはDVD−ROM等の記憶媒体からなる。
The
The
品質判定部132bは本発明に係る品質判定部の実施の一形態であり、反射光検出部110により検出された溶接部からの反射光および音響検出部120により検出された音に基づいて溶接部の品質を判定するものである。
実体的には、判定装置132が、判定装置132に格納された品質判定プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、品質判定部132bとしての機能を果たす。
The
Substantially, the
図3に示す如く、品質判定部132bは、反射光検出部110のフォトダイオード115により検出された溶接部からの反射光の強度に係る情報を経時的に取得する。
As illustrated in FIG. 3, the
溶接部が貫通溶接されると、主レーザおよび酸化膜用レーザを照射している側の反対側にまで溶融した部分が形成されるため、主レーザおよび酸化膜用レーザを照射している側の反対側にレーザが漏れることとなり、その分だけ溶接部からトーチ本体21への反射光の強度が低下する。
従って、フォトダイオード115により検出された溶接部からの反射光の強度が低下することは、溶接部が貫通溶接されたことを示す。
When the weld is welded through, a melted part is formed on the opposite side of the main laser and oxide film laser irradiation side, so the main laser and oxide film laser irradiation side The laser leaks to the opposite side, and the intensity of the reflected light from the welded portion to the torch
Therefore, a decrease in the intensity of the reflected light from the weld detected by the
また、図2に示す如く、本実施形態では溶接装置10がケース3と蓋4との嵌合部5を平面視で時計回りに連続的に溶接するため、溶接部からの反射光の強度に係る情報が取得された時刻はケース3と蓋4との嵌合部5における溶接部の位置を示すこととなる。
Further, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, the
従って、品質判定部132bは、反射光検出部110のフォトダイオード115により検出された溶接部からの反射光の強度に係る経時的な情報に基づいて、「ケース3と蓋4との嵌合部5において溶接部が貫通溶接された位置」を特定することが可能である。
Therefore, the
より詳細には、品質判定部132bは、反射光検出部110(より厳密にはフォトダイオード115)により検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には、溶接部(ケース3と蓋4との嵌合部5のうち当該反射光の強度に係る情報が取得された時刻に対応する部分)が貫通溶接されたと判定する。
ここで、「予め設定された設定強度」は、予めケース3と蓋4との嵌合部5を同じ条件下で溶接し、溶接後の嵌合部5の断面の金属組織を観察し、貫通溶接された部分と貫通溶接されなかった部分に対応する反射光の強度を比較する実験を行うことにより得られる値であり、記憶部132aに記憶される。
More specifically, the
Here, the “preset strength set” means that the fitting portion 5 between the
図3に示す如く、品質判定部132bは、マイクロホン121およびマイクロホン122により検出された音の音響レベル(強度)に係る情報を経時的に取得する。
溶接部でスパッタが発生すると音が発生するが、スパッタとは異なる他の要因でも音が発生する場合がある。そのため、スパッタの発生に起因する音と他の要因に起因する音とを区別する必要がある。
スパッタの発生はその前提として溶接部における貫通溶接を必要とすることから、反射光検出部110のフォトダイオード115により検出された溶接部からの反射光の強度に係る経時的な情報に基づいて特定された「ケース3と蓋4との嵌合部5において溶接部が貫通溶接された位置」に係る情報と、マイクロホン121およびマイクロホン122により検出された音の音響レベルに係る情報と、を組み合わせることにより、マイクロホン121およびマイクロホン122により検出された音がスパッタの発生に起因する音か否かを精度良く判別することが可能である。また、スパッタの発生箇所を特定することも可能である。
As shown in FIG. 3, the
When spatter is generated in the welded portion, sound is generated, but sound may be generated due to other factors different from spatter. Therefore, it is necessary to distinguish between the sound caused by the occurrence of spatter and the sound caused by other factors.
Since spatter generation requires through-welding in the weld as a precondition, it is specified based on information over time related to the intensity of reflected light from the weld detected by the
品質判定部132bは、溶接部(ケース3と蓋4との嵌合部5のうち当該反射光の強度に係る情報が取得された時刻に対応する部分)が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ音響検出部120により検出された音の音響レベル(本実施形態の場合、マイクロホン121およびマイクロホン122により検出された音の音響レベルのうちいずれか高い方)が予め設定された設定レベル以上である場合には溶接部(ケース3と蓋4との嵌合部5のうち当該反射光の強度に係る情報が取得された時刻に対応する部分)でスパッタが発生したと判定する。
ここで、「予め設定された設定レベル」は、予めケース3と蓋4との嵌合部5を同じ条件下で溶接し、溶接後の嵌合部5の断面の金属組織を観察し、貫通溶接された部分のうちスパッタが発生した部分とスパッタが発生しなかった部分に対応する音響レベルを比較する実験を行うことにより得られる値であり、記憶部132aに記憶される。
The
Here, “preset level” means that the fitting portion 5 between the
品質判定部132bによるスパッタが発生したか否かの判定結果は、記憶部132aに適宜記憶される。また、品質判定部132bによるスパッタが発生したか否かの判定結果は表示装置134により適宜表示される。
The determination result of whether or not sputtering has occurred by the
図3において反射光検出部110により検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下であり、かつ音響検出部120により検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である部分(位置Aおよび位置B)、並びに反射光検出部110により検出された反射光の強度が予め設定された設定強度より大きく、かつ音響検出部120により検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル未満である部分(位置C)について溶接後に溶接部を切断して組織観察を行った。
位置A(図4(a)参照)および位置B(図4(b)参照)については溶接部6a・6bがいずれもケース3の内周面まで到達しており、溶接部6a・6bが貫通溶接されているのに対して、位置C(図4(c)参照)については溶接部6cがケース3の内周面まで到達しておらず、溶接部6cが貫通溶接されていないことが分かった。
また、位置Aおよび位置Bについてはそれぞれケース3の内周面側にスパッタの発生により生じた付着物7a・7bが付着しているのに対して、位置Cについてはケース3の内周面側にスパッタの発生を示唆する付着物が見られなかった。
このように、品質判定部132bによる判定結果は、溶接部を切断して組織観察に基づく判定結果と良く一致することが分かる。
In FIG. 3, the intensity of the reflected light detected by the reflected
For position A (see FIG. 4 (a)) and position B (see FIG. 4 (b)), the
Further, in the positions A and B, the
Thus, it can be seen that the determination result by the
以上の如く、溶接品質検査装置100は、
レーザトーチ20によりレーザが照射された溶接部からの反射光を検出する反射光検出部110と、
溶接部から発生する音を検出する音響検出部120と、
反射光検出部110により検出された反射光および音響検出部120により検出された音に基づいて溶接部の品質を判定する品質判定部132bと、
を具備する。
このように構成することにより、検査対象物(本実施形態の場合、リチウムイオン二次電池1)を破壊することなく、溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く判別することが可能である。
また、検査対象物の溶接と同時に溶接部の品質検査を行うことが可能であることから品質検査のための作業を別途行う必要がなく、工数削減に寄与するとともに全数検査への適用が可能である。
As described above, the welding
A reflected
An
A
It comprises.
With this configuration, it is possible to accurately determine whether or not spatter has occurred in the welded part without destroying the inspection object (in the case of the present embodiment, the lithium ion secondary battery 1). is there.
In addition, since it is possible to inspect the quality of the welded part at the same time as the welding of the inspection object, there is no need to perform work for quality inspection separately, which contributes to man-hour reduction and can be applied to 100% inspection. is there.
また、溶接品質検査装置100の反射光検出部110は、
溶接部に照射されるレーザの光路上に配置され、溶接部に照射されるレーザを透過するとともに溶接部からの反射光を反射する反射光用ハーフミラー111と、
反射光用ハーフミラー111により反射された溶接部からの反射光の強度を検出するフォトダイオード115と、
を具備する。
このように構成することは、以下の利点を有する。
すなわち、溶接部に照射されるレーザの光路上には反射光を遮るものが存在しないため、検査対象物(本実施形態の場合、リチウムイオン二次電池1)の形状に関わらず溶接部からの反射光の強度をフォトダイオード115により確実に検出することが可能である。
The reflected
A reflected
A
It comprises.
This configuration has the following advantages.
That is, since there is nothing to block the reflected light on the optical path of the laser irradiated to the welded part, the welded part is not affected by the shape of the inspection object (in this embodiment, the lithium ion secondary battery 1). The intensity of the reflected light can be reliably detected by the
また、溶接品質検査装置100の反射光検出部110は、
反射光用ハーフミラー111からフォトダイオード115までの反射光の光路上に配置され、反射光のうち所定の波長の光(本実施形態の場合、主レーザの反射光に対応する波長帯の光)を透過するバンドパスフィルタ114を具備する。
このように構成することにより、フォトダイオード115により検出される反射光の強度は溶接部が貫通溶接されたか否かをより強く反映したものとなり、溶接部が貫通溶接されたか否かをより精度良く判別することが可能である。
The reflected
It is arranged on the optical path of the reflected light from the reflected
By configuring in this way, the intensity of the reflected light detected by the
また、溶接品質検査装置100の音響検出部120は、
溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置に配置される第一音響センサ(ケース3と蓋4との嵌合部5のうち側面3aに対応する部分を溶接しているときはマイクロホン121、側面3bに対応する部分を溶接しているときはマイクロホン122がこれに相当する)と、
溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置に配置される第二音響センサ(ケース3と蓋4との嵌合部5のうち側面3aに対応する部分を溶接しているときはマイクロホン122、側面3bに対応する部分を溶接しているときはマイクロホン121がこれに相当する)と、
を具備する。
このように構成することにより、スパッタの発生箇所により近い位置でスパッタの発生に起因する音を検出することが可能であり、ひいては溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く判別することが可能である。
In addition, the
A first acoustic sensor (a portion corresponding to the
A second acoustic sensor (a portion corresponding to the
It comprises.
By configuring in this way, it is possible to detect the sound resulting from the occurrence of spatter at a position closer to the spatter occurrence location, and as a result, it is possible to accurately determine whether or not spatter has occurred in the weld. Is possible.
なお、本実施形態ではトーチ本体21に対するリチウムイオン二次電池1の向き(姿勢)を変更しつつ溶接するため、マイクロホン121およびマイクロホン122をリチウムイオン二次電池1に貼り付ける構成としたが、本発明はこれに限定されず、第一音響センサおよび第二音響センサが被溶接物の姿勢変更(移動)にかかわらず所定の位置に固定される構成としても良い。
また、本実施形態ではマイクロホン121およびマイクロホン122をリチウムイオン二次電池1に貼り付けたことに伴いトーチ本体21に対するリチウムイオン二次電池1の向き(姿勢)を変更したときに配線が周囲と絡まるのを防止する観点からマイクロホン121およびマイクロホン122が検出した音の強度に応じた信号を無線で送信する構成としたが、本発明はこれに限定されず、被溶接物がレーザトーチに対して相対移動する場合であっても、その移動の態様により配線が絡まる心配がない場合には第一音響センサおよび第二音響センサにより検出される音に係る情報を有線で品質判定部に送信する構成としても良い。
In the present embodiment, the
In the present embodiment, when the
また、溶接品質検査装置100の品質判定部132bは、
反射光検出部110により検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には溶接部が貫通溶接されたと判定する。
このように構成することにより、検査対象物(本実施形態の場合、リチウムイオン二次電池1)を破壊することなく、溶接部が貫通溶接されたか否かを精度良く判別することが可能である。
Moreover, the
When the intensity of the reflected light detected by the reflected
With this configuration, it is possible to accurately determine whether or not the welded portion has been welded through without destroying the inspection target (in the case of the present embodiment, the lithium ion secondary battery 1). .
また、溶接品質検査装置100の品質判定部132bは、
溶接部が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ音響検出部120により検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である場合には溶接部でスパッタが発生したと判定する。
このように構成することにより、検査対象物(本実施形態の場合、リチウムイオン二次電池1)を破壊することなく、溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く判別することが可能である。
Moreover, the
When it is determined that the welded portion has been welded through and the sound level of the sound detected by the
With this configuration, it is possible to accurately determine whether or not spatter has occurred in the welded part without destroying the inspection object (in the case of the present embodiment, the lithium ion secondary battery 1). is there.
以下では、図1および図5を用いて本発明に係る溶接品質検査方法の実施の一形態について説明する。
本発明に係る溶接品質検査方法の実施の一形態は図1に示す溶接品質検査装置100を用いてリチウムイオン二次電池1の溶接品質を検査する方法であり、図5に示す如く反射光・音響検出工程S1100および品質判定工程S1200を具備する。
Below, one Embodiment of the welding quality inspection method which concerns on this invention is described using FIG. 1 and FIG.
One embodiment of the welding quality inspection method according to the present invention is a method for inspecting the welding quality of the lithium ion
反射光・音響検出工程S1100はレーザが照射された溶接部からの反射光を検出するとともに、溶接部から発生する音を検出する工程である。
反射光・音響検出工程S1100において、フォトダイオード115が溶接部からの反射光の強度を検出し、マイクロホン121およびマイクロホン122がレーザ溶接の溶接部から発生する音を検出する。
反射光・音響検出工程S1100が終了したら、品質判定工程S1200に移行する。
The reflected light / acoustic detection step S1100 is a step of detecting reflected light from the welded portion irradiated with the laser and detecting sound generated from the welded portion.
In the reflected light / sound detection step S1100, the
When the reflected light / sound detection step S1100 ends, the process proceeds to a quality determination step S1200.
品質判定工程S1200は反射光・音響検出工程S1100において検出された反射光および音に基づいて溶接部の品質を判定する工程である。
品質判定工程S1200において、品質判定部132bが反射光検出部110により検出された溶接部からの反射光および音響検出部120により検出された音に基づいて溶接部の品質を判定する。
より詳細には、品質判定部132bは反射光検出部110により検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には溶接部が貫通溶接されたと判定する。
また、品質判定部132bは溶接部が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ音響検出部120により検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である場合には溶接部でスパッタが発生したと判定する。
The quality determination step S1200 is a step of determining the quality of the weld based on the reflected light and sound detected in the reflected light / sound detection step S1100.
In the quality determination step S1200, the
More specifically, the
Further, the
以上の如く、本発明に係る溶接品質検査方法の実施の一形態は、
レーザが照射された溶接部からの反射光を検出するとともに、溶接部から発生する音を検出する反射光・音響検出工程S1100と、
反射光・音響検出工程S1100において検出された反射光および音に基づいて溶接部の品質を判定する品質判定工程S1200と、
を具備する。
このように構成することにより、検査対象物(本実施形態の場合、リチウムイオン二次電池1)を破壊することなく、溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く判別することが可能である。
また、検査対象物の溶接と同時に溶接部の品質検査を行うことが可能であることから品質検査のための作業を別途行う必要がなく、工数削減に寄与するとともに全数検査への適用が可能である。
As described above, an embodiment of the welding quality inspection method according to the present invention is as follows.
Reflected light / acoustic detection step S1100 for detecting reflected light from the welded portion irradiated with the laser and detecting sound generated from the welded portion;
A quality determination step S1200 for determining the quality of the weld based on the reflected light and sound detected in the reflected light / sound detection step S1100;
It comprises.
With this configuration, it is possible to accurately determine whether or not spatter has occurred in the welded part without destroying the inspection object (in the case of the present embodiment, the lithium ion secondary battery 1). is there.
In addition, since it is possible to inspect the quality of the welded part at the same time as the welding of the inspection object, there is no need to perform work for quality inspection separately, which contributes to man-hour reduction and can be applied to 100% inspection. is there.
また、本発明に係る溶接品質検査方法の実施の一形態は、
反射光・音響検出工程S1100において、
溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置および溶接部を基準として溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置で溶接部から発生する音を検出する。
このように構成することにより、スパッタの発生箇所により近い位置でスパッタの発生に起因する音を検出することが可能であり、ひいては溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く判別することが可能である。
One embodiment of the welding quality inspection method according to the present invention is as follows.
In the reflected light / sound detection step S1100,
Detects the sound generated from the welded part at the position on the welding source side with respect to the welded part and the position on the opposite side of the lasered source with respect to the welded part based on the welded part To do.
By configuring in this way, it is possible to detect the sound resulting from the occurrence of spatter at a position closer to the spatter occurrence location, and as a result, it is possible to accurately determine whether or not spatter has occurred in the weld. Is possible.
また、本発明に係る溶接品質検査方法の実施の一形態は、
品質判定工程S1200において、
反射光・音響検出工程S1100において検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には溶接部が貫通溶接されたと判定する。
このように構成することにより、検査対象物(本実施形態の場合、リチウムイオン二次電池1)を破壊することなく、溶接部が貫通溶接されたか否かを精度良く判別することが可能である。
One embodiment of the welding quality inspection method according to the present invention is as follows.
In the quality determination step S1200,
When the intensity of the reflected light detected in the reflected light / sound detection step S1100 is equal to or lower than a preset set intensity, it is determined that the welded portion has been welded through.
With this configuration, it is possible to accurately determine whether or not the welded portion has been welded through without destroying the inspection target (in the case of the present embodiment, the lithium ion secondary battery 1). .
また、本発明に係る溶接品質検査方法の実施の一形態は、
品質判定工程S1200において、
溶接部が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ反射光・音響検出工程S1100において検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である場合には溶接部でスパッタが発生したと判定する。
このように構成することにより、検査対象物(本実施形態の場合、リチウムイオン二次電池1)を破壊することなく、溶接部でスパッタが発生したか否かを精度良く判別することが可能である。
One embodiment of the welding quality inspection method according to the present invention is as follows.
In the quality determination step S1200,
When it is determined that the welded portion has been welded through and the sound level of the sound detected in the reflected light / acoustic detection step S1100 is equal to or higher than a preset set level, spatter is generated in the welded portion. It is determined that
With this configuration, it is possible to accurately determine whether or not spatter has occurred in the welded part without destroying the inspection object (in the case of the present embodiment, the lithium ion secondary battery 1). is there.
1 リチウムイオン二次電池(検査対象物)
3 ケース
4 蓋
5 嵌合部
20 レーザトーチ
100 溶接品質検査装置
110 反射光検出部
120 音響検出部
132b 品質判定部
1 Lithium ion secondary battery (inspection object)
3
Claims (10)
前記溶接部から発生する音を検出する音響検出部と、
前記反射光検出部により検出された反射光および前記音響検出部により検出された音に基づいて前記溶接部の品質を判定する品質判定部と、
を具備し、
前記反射光検出部は、
前記溶接部からの反射光の強度を検出する光センサと、
前記反射光のうち前記主レーザの反射光に対応する波長帯の光を透過するバンドパスフィルタを具備する、
溶接品質検査装置。 A reflected light detection unit which oxide film laser for melting the main laser and the oxide film formed on the welded part for melting the weld section detects reflected light from the weld irradiated,
An acoustic detector for detecting sound generated from the weld;
A quality determination unit that determines the quality of the welded portion based on the reflected light detected by the reflected light detection unit and the sound detected by the acoustic detection unit;
Equipped with,
The reflected light detector is
An optical sensor for detecting the intensity of reflected light from the weld,
A band pass filter that transmits light in a wavelength band corresponding to the reflected light of the main laser among the reflected light,
Welding quality inspection device.
前記溶接部に照射されるレーザの光路上に配置され、前記溶接部に照射されるレーザを透過するとともに前記溶接部からの反射光を反射する反射光検出用ミラーをさらに備え、
前記光センサは、前記反射光検出用ミラーにより反射された前記溶接部からの反射光の強度を検出する、請求項1に記載の溶接品質検査装置。 The reflected light detector is
A mirror for detecting reflected light that is disposed on the optical path of the laser irradiated to the welded portion and transmits the laser irradiated to the welded portion and reflects the reflected light from the welded portion;
The light sensor that detect the intensity of the reflected light from the weld reflected by the reflection light detecting mirror, the welding inspection apparatus according to claim 1.
前記反射光検出用ミラーから前記光センサまでの前記反射光の光路上に配置される、請求項2に記載の溶接品質検査装置。 The bandpass filter is
Wherein the reflected light detecting mirror Ru is disposed on the optical path of the reflected light to the light sensor, the welding inspection apparatus according to claim 2.
前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置に配置される第一音響センサと、
前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置に配置される第二音響センサと、
を具備する請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の溶接品質検査装置。 The acoustic detector is
A first acoustic sensor disposed at a position on the generation source side of the laser irradiated to the welded portion with respect to the welded portion;
A second acoustic sensor disposed at a position on the opposite side of the laser source irradiated to the welded portion with respect to the welded portion;
The welding quality inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記反射光検出部により検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には前記溶接部が貫通溶接されたと判定する請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の溶接品質検査装置。 The quality judgment unit
5. The method according to claim 1, wherein when the intensity of the reflected light detected by the reflected light detection unit is equal to or lower than a preset setting intensity, it is determined that the welded part has been welded through. 6. The welding quality inspection device described.
前記溶接部が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ前記音響検出部により検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である場合には前記溶接部でスパッタが発生したと判定する請求項5に記載の溶接品質検査装置。 The quality judgment unit
When it is determined that the welded portion has been welded through and the sound level of the sound detected by the sound detecting portion is equal to or higher than a preset set level, spatter has occurred in the welded portion. The welding quality inspection apparatus according to claim 5, which is determined as follows.
前記反射光・音響検出工程において検出された反射光および音に基づいて前記溶接部の品質を判定する品質判定工程と、
を具備し、
前記反射光・音響検出工程における前記溶接部からの反射光の検出は、前記反射光のうち前記主レーザの反射光に対応する波長帯の光を透過するバンドパスフィルタの透過光を検出することにより行う、溶接品質検査方法。 With oxide film laser for melting the main laser and the oxide film formed on the welded part for melting the weld section detects reflected light from the welding portion that is irradiated, generated from the weld Reflected light / sound detection process for detecting sound;
A quality determination step of determining the quality of the weld based on the reflected light and sound detected in the reflected light / sound detection step;
Equipped with,
The detection of the reflected light from the weld in the reflected light / acoustic detection step is to detect the transmitted light of a bandpass filter that transmits light in a wavelength band corresponding to the reflected light of the main laser among the reflected light. According to the welding quality inspection method.
前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源側となる位置および前記溶接部を基準として前記溶接部に照射されるレーザの発生源の反対側となる位置で前記溶接部から発生する音を検出する請求項7に記載の溶接品質検査方法。 In the reflected light / sound detection step,
From the welded portion at a position on the side of the laser generating source irradiated to the welded portion with respect to the welded portion and a position on the opposite side of the laser generated source irradiated to the welded portion based on the welded portion The welding quality inspection method according to claim 7, wherein the generated sound is detected.
前記反射光・音響検出工程において検出された反射光の強度が予め設定された設定強度以下である場合には前記溶接部が貫通溶接されたと判定する請求項8に記載の溶接品質検査方法。 In the quality judgment step,
The welding quality inspection method according to claim 8, wherein when the intensity of the reflected light detected in the reflected light / sound detection step is equal to or less than a preset set intensity, it is determined that the welded portion has been welded through.
前記溶接部が貫通溶接されたと判定された場合であって、かつ前記反射光・音響検出工程において検出された音の音響レベルが予め設定された設定レベル以上である場合には前記溶接部でスパッタが発生したと判定する請求項9に記載の溶接品質検査方法。 In the quality judgment step,
When it is determined that the welded part has been welded through and the sound level of the sound detected in the reflected light / acoustic detection step is equal to or higher than a preset set level, the welded part is sputtered. The welding quality inspection method according to claim 9, wherein it is determined that occurrence has occurred.
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