JP5743711B2 - 溶接システムおよび溶接方法 - Google Patents
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Description
図1は本発明に係る溶接システムの第1の実施形態を模式的に示すブロック構成図である。図2は、図1の溶接システムにおける溶接部、送信用レーザ光照射点、受信用レーザ光照射点などの位置関係を示す平面図である。
図8は本発明に係る溶接システムの第2の実施形態を模式的に示すブロック構成図である。図9は、図8の溶接システムにおける溶接部、送信用レーザ光照射点、受信用レーザ光照射点、表面改質機構などの位置関係を示す平面図である。図10は、この溶接システムにおける溶接対象の表面改質処理前の送信用レーザ光照射点付近を溶接線の方向から見た立断面図である。図11は、この溶接システムにおける表面改質機構とその周辺を示す斜視図である。
図12は、本発明に係る溶接システムの第3の実施形態における表面改質機構とその周辺を溶接線に垂直な方向から見た立断面図である。
図14は、本発明に係る溶接システムの第4の実施形態における溶接部、送信用レーザ光照射点Pi、受信用レーザ光照射点Pdなどの位置関係を示す平面図である。図15は、図14の溶接システムにおける溶接部、送信用レーザ光照射点Pi、受信用レーザ光照射点Pdなどの位置関係を示す斜視図である。図16は、図14、図15の溶接システムによって得られる溶接部近傍で可視化される2次元断面の位置関係を示す模式的斜視図である。図17は、図14、図15の溶接システムによって得られる溶接部近傍で可視化される3次元領域の位置を示す模式的斜視図である。図18は、図16の可視化される2次元断面のデータを処理して所定の方向に投影して表示する場合の状況を示す模式的斜視図である。
図20は、本発明に係る溶接システムの第5の実施形態を模式的に示すブロック構成図である。
図21は、本発明に係る溶接システムの第6の実施形態を模式的に示すブロック構成図である。
図22は、本発明に係る溶接システムの第7の実施形態を模式的に示すブロック構成図である。図23は、図22の溶接システムにおける溶接部、送信用レーザ光照射点Pi、受信用レーザ光照射点Pd、溶接対象上の照射パターンなどを示す平面図である。
図24は、本発明に係る溶接システムの第8の実施形態における保護機構とその周辺を示す斜視図である。この実施形態は、たとえば第1の実施形態の変形であって、送信用光学機構9、受信用光学機構10を耐熱性の保護機構19で覆うことを特徴とする。
図25は、本発明に係る溶接システムの第9の実施形態を模式的に示すブロック構成図である。
図30は本発明に係る溶接システムの第10の実施形態における溶接部、送信用レーザ光照射点、参照信号用レーザ光照射点、受信用レーザ光照射点、表面改質機構などの位置関係を示す平面図である。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
2・・・被溶接対象
3・・・溶接制御機構
4・・・送信用レーザ光源
5・・・受信用レーザ光源
6・・・干渉計
7・・・装置制御・データ収録・解析機構
8・・・表示機構
9・・・送信用光学機構
10・・・受信用光学機構
11・・・送信用光学系駆動機構
12・・・受信用光学系駆動機構
13・・・温度計測機構
14a・・・切削機構
14b・・・塗布機構
15・・・パターン投影機構
16・・・塗布材
17・・・2次元断面
18・・・3次元領域
19・・・保護機構
23・・・距離計測機構
30、31、32、33、34・・・溶接システム
40・・・開口
50・・・溝
60・・・参照信号用光学機構
61・・・参照信号用光学系駆動機構
Ii・・・送信用レーザ光
Id・・・受信用レーザ光
Iref・・・参照信号用レーザ光
Ir・・・レーザ光
Ip・・・照射パターン
U・・・超音波
W・・・溶接部
Pi・・・送信用レーザ光照射点
Pd・・・受信用レーザ光照射点
Pw・・・溶接点
Claims (15)
- 溶接線に沿って被溶接対象に対して相対的に移動しながら前記被溶接対象を溶接するための溶接機構と、
送信用レーザ光を発生させるための送信用レーザ光源と、
前記溶接機構とともに前記被溶接対象に対して相対的に移動しながら、前記送信用レーザ光源で発生した前記送信用レーザ光を、溶接中もしくは溶接後の前記被溶接対象の表面に伝送し照射させて、送信用超音波を発生させるための送信用光学機構と、
前記送信用超音波の反射によって得られる反射超音波を検出するために、受信用レーザ光を発生させて前記被溶接対象に照射させるための受信用レーザ光源と、
前記溶接機構とともに前記被溶接対象に対して相対的に移動しながら、前記受信用レーザ光源で発生した前記受信用レーザ光を、溶接中もしくは溶接後の前記被溶接対象の表面に伝送し照射し、且つ前記被溶接対象表面で散乱・反射したレーザ光を集光させるための受信用光学機構と、
前記散乱・反射したレーザ光を干渉計測するための干渉計と、
前記干渉計にて得られた超音波信号を計測し解析するためのデータ収録・解析機構と、
前記溶接機構とともに前記被溶接対象に対して相対的に移動しながら、前記被溶接対象の表面で、前記送信用レーザ光が照射される送信用レーザ光照射位置および前記受信用レーザ光が照射される受信用レーザ光照射位置のいずれとも異なる参照信号用レーザ光照射位置に参照信号用レーザ光を伝送して照射させ、参照信号用超音波を発生させるための参照信号用光学機構と、
を有し、
前記受信用光学機構が集光するレーザ光は、前記送信用超音波の散乱・反射によって得られる反射超音波による変調と前記参照信号用超音波の散乱・反射によって得られる反射超音波による変調の両方の変調の影響を受けたレーザ光であること、
を特徴とする溶接システム。 - 前記送信用レーザ光が照射される前記被溶接対象の表面および前記受信用レーザ光が照射される前記被溶接対象の表面の少なくとも一方の超音波信号に対する感度を向上させるための表面改質機構をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の溶接システム。
- 前記表面改質機構は、前記溶接機構とともに前記被溶接対象に対して相対的に移動可能であって、送信用レーザ光が照射される前記被溶接対象の表面および前記受信用レーザ光が照射される前記被溶接対象の表面の少なくとも一方の進行方向前方側に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の溶接システム。
- 前記データ収録・解析機構は、超音波信号の解析結果に基づいて溶接不良の発生を判定し、
前記データ収録・解析機構で溶接不良が発生したと判定された場合に溶接条件を変更することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の溶接システム。 - 前記データ収録・解析機構は、超音波信号の解析結果に基づいて溶接不良の発生を判定し、
前記データ収録・解析機構で溶接不良が発生したと判定された場合に前記溶接不良の発生箇所に対して一部補修溶接を行なうことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の溶接システム。 - 前記送信用光学機構および受信用光学機構の少なくとも一方が、前記溶接機構とともに前記被溶接対象に対して相対的に移動しながら、それぞれ、前記送信用レーザ光が照射される前記被溶接対象の表面または前記受信用レーザ光が照射される前記被溶接対象の表面に沿って、前記溶接機構に対して相対的に移動するように駆動する光学系駆動装置をさらに有することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の溶接システム。
- 前記データ収録・解析機構は、前記送信用光学機構および受信用光学機構の複数の位置における前記超音波信号に基づいて開口合成処理を行なうことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の溶接システム。
- 前記送信用レーザ光および前記受信用レーザ光が照射される前記被溶接対象の位置を含めた前記被溶接対象の所定範囲の表面に直接または間接に視覚認識可能な所定の投影パターンを投影するパターン投影機構をさらに有することを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の溶接システム。
- 前記参照信号用光学機構は前記送信用レーザ光の一部を分岐させて前記参照信号用レーザ光を生成する機能を有すること、を特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の溶接システム。
- 前記溶接線に対して、前記受信用レーザ光照射位置および前記参照信号用レーザ光照射位置は同じ側にあり、前記送信用レーザ光照射位置は前記受信用レーザ光照射位置および前記参照信号用レーザ光照射位置と異なる側にあること、を特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか一項に記載の溶接システム。
- 溶接線に沿って被溶接対象に対して溶接機構を相対的に移動させながら前記被溶接対象を溶接する溶接方法であって、
送信用光学機構を前記溶接機構とともに前記被溶接対象に対して相対的に移動させながら、送信用レーザ光源で発生した送信用レーザ光を、溶接中もしくは溶接後の前記被溶接対象の表面に照射させることによって、送信用超音波を発生させる送信用超音波発生ステップと、
受信用光学機構を前記溶接機構とともに前記被溶接対象に対して相対的に移動させながら、受信用レーザ光源で発生した受信用レーザ光を、溶接中もしくは溶接後の前記被溶接対象の表面に照射させて、前記被溶接対象表面で散乱・反射したレーザ光を集光させ、それによって、前記送信用超音波の反射によって得られる反射超音波を検出する反射超音波検出ステップと、
前記散乱・反射したレーザ光を干渉計測する干渉計測ステップと、
を有し、
前記送信用超音波発生ステップは、送信用光学機構を前記溶接機構とともに参照信号用光学機構を前記被溶接対象に対して相対的に移動させながら、参照信号用レーザ光を、溶接中もしくは溶接後の前記被溶接対象の表面で、前記送信用レーザ光が照射される送信用レーザ光照射位置および前記受信用レーザ光が照射される受信用レーザ光照射位置のいずれとも異なる参照信号用レーザ光照射位置に照射させることによって、参照信号を発生させる参照信号発生ステップを含み、
前記反射超音波検出ステップは、前記送信用超音波の散乱・反射によって得られる反射超音波による変調と前記参照信号用超音波の散乱・反射によって得られる反射超音波による変調の両方の変調の影響を受けたレーザ光を集光し、それによって、前記送信用超音波の反射によって得られる反射超音波を検出するステップを含むこと、
を特徴とする溶接方法。 - 前記送信用超音波発生ステップの前に、前記送信用レーザ光が照射される前記被溶接対象の表面および前記受信用レーザ光が照射される前記被溶接対象の表面の少なくとも一方の超音波信号に対する感度を向上させる表面改質処理を行なう表面改質処理ステップをさらに有することを特徴とする請求項11に記載の溶接方法。
- 前記被溶接対象の溶接についてシミュレーション計算を行なうシミュレーション計算ステップと、
前記シミュレーション計算ステップの結果と前記干渉計測ステップの結果とを比較して表示する表示ステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項11または請求項12に記載の溶接方法。 - 前記参照信号発生ステップは、送信用レーザ光源で発生した送信用レーザ光の一部を分岐させて前記参照信号用レーザ光を生成するステップを含むこと、を特徴とする請求項11ないし請求項13のいずれか一項に記載の溶接方法。
- 前記溶接線に対して、前記受信用レーザ光照射位置および前記参照信号用レーザ光照射位置は同じ側にあり、前記送信用レーザ光照射位置は前記受信用レーザ光照射位置および前記参照信号用レーザ光照射位置と異なる側にあること、を特徴とする請求項11ないし請求項14のいずれか一項に記載の溶接方法。
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