JP5929948B2 - 溶接部の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は溶接部の検査の検査方法に係り、レーザ光で複数のワーク同士を溶接する際に形成される溶接部の溶接状態を検査する検査方法に関する。

従来から、たとえば二枚の鋼板を重ね合わせてレーザ溶接する際には、そのレーザ溶接によって形成される溶接部の品質評価が行われている。このようなレーザ溶接による溶接部の品質評価を行う方法（溶接部の検査方法）の一例として、たとえば特許文献１には、レーザ光の反射光を用いて溶接部の検査を行う方法が開示されている。

ここでは、レーザトーチから例えばＹＡＧレーザを照射し、第１の受光出力手段によってレーザ反射光を溶接進行方向の前方斜め上方から受光し、第２の受光出力手段によって蒸気発光（プルーム）やレーザ反射光を含む溶接光をレーザ光の照射方向と同軸方向にて受光し、この所定の２方向から同時に受光されたレーザ反射光と溶接光をそれらの強度に応じた電気信号に変換し、この電気信号の信号強度またはその変化に基づいて溶接品質を判定している。

特開２００８−８７０５６号公報

しかしながら、特許文献１に示す溶接部の検査方法では、溶接時のレーザ光の反射光等の装置に戻る戻り光（ワークから放出される放出光）を利用して溶接部の検査を行っているが、溶接用レーザ光の照射後、連続して溶接後の溶融部に溶接用レーザ光よりも出力の低い検査用レーザ光を照射して検査を行った場合、溶接部の検査の信頼性をより高めることができると考えられる。

この際、溶接後の溶融部の状態は変化しやすいことから、溶接から検査に移行する時間は短い方が好ましく、溶接および検査の時間がさらに短くなった場合には、溶接用レーザ光から検査用レーザ光に照射を切り替えるタイミングに合わせて、検査用レーザ光照射時の放出光を特定して受光を開始することは難しい。したがって、検査用レーザ光を照射する前（溶接用レーザの照射時）から受光を開始することになる。

しかしながら、このような受光方法を採用した場合、溶接用レーザ光を照射した時のワークからの放出光をも受光してしまうため、このワークからの放出光をも含む強度の波形に基づいて溶接状態を検査することになる。この結果溶接状態を正確に検査ができない場合がある。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、検査用レーザ光を照射したときの溶融部からの放出光を精度良く特定し、これにより、より信頼性の高い検査を行うことができる溶接部の検査方法に関する。

前記課題を解決すべく本発明に係る溶接部の検査方法は、複数のワーク同士を溶接する際に形成される溶接部の溶接状態を検査する溶接部の検査方法であって、ワーク同士を溶接するために該ワークに設定された溶接軌跡に沿って溶接用レーザ光を照射する第１の照射工程と、該溶接用レーザ光によって溶融したワークの溶融部に設定された走査軌跡に沿って検査用レーザ光を照射する第２の照射工程と、前記第１の照射工程における溶接用レーザ光の照射時から、前記第２の照射工程が終了するまでの間、前記溶接用レーザ光および検査用レーザ光をワークに照射することに起因して前記ワークから放出される放出光を受光する受光工程と、受光した前記放出光の強度の波形に基づいて、前記溶接部の溶接状態を検査する検査工程と、を少なくとも含み、前記第１の照射工程から第２の照射工程に移行する際に、前記溶接用レーザ光の照射を中断した後、ワークに照射するレーザ光を前記検査用レーザ光に切り替え、前記検査工程において、前記放出光の強度の波形から、前記放出光の強度が一定の閾値以下となる２つの時点を検査開始時点と検査終了時点として抽出し、該検査開始時点から検査終了時点までを前記検査用レーザ光を照射した照射期間と推定し、該照射期間における放出光の強度の波形に基づいて、前記溶接状態の検査を行うことを特徴とする。

本発明によれば、第１の照射工程において、ワークに設定された溶接軌跡に沿って溶接用レーザ光を照射するので、この溶接軌跡に沿って溶融部（いわゆる溶融池）が生成される。第１の照射工程から第２の照射工程に移行する際に、溶接用レーザ光の照射の中断後、溶接用レーザ光から検査用レーザ光に切り替え、第２の照射工程において溶融部に設定された走査軌跡に沿って検査用レーザ光を照射する。

このような第１の照射工程と第２の照射工程とからなる一連の工程において、第１の照射工程における溶接用レーザ光の照射時から、第２の照射工程が終了するまでの間、ワークからの放出光を受光する。ここで「第１の照射工程における溶接用レーザ光の照射時」とは、第１の照射工程の開始時点またはその工程の途中の時点のことをいい、少なくとも第２の照射工程の開始前の時点を前提とした第１の照射工程内の時点である。

このように、第２の照射工程の開始よりも以前からワークからの放出光を受光するので、第２の照射工程の開始時点を含む放出光の強度の波形を得ることができる。また、第２の照射工程の開始タイミングに放出光の受光開始のタイミングを合わせる必要がないので、迅速に第１の照射工程から第２の照射工程に移行することができる。

このようして、受光した前記放出光の強度の波形に基づいて、前記溶接部の溶接状態を検査する。ここで、本発明では、検査工程において、放出光の強度の波形から、放出光の強度が一定の閾値以下となる２つの時点を検査開始時点と検査終了時点として抽出し、検査開始時点から検査終了時点までを検査用レーザ光を照射した照射期間と推定し、照射期間における放出光の強度の波形に基づいて、前記溶接状態の検査を行う。

本発明では、溶接用レーザ光から検査用レーザ光との切り替える前に（換言すると第１の照射工程から第２の照射工程に移行する時点）、溶接用レーザ光の照射を中断することによりワークからの放出光の強度が低下する。さらに、検査用レーザ光を照射終了後も放出光の強度が低下する。この放出光の低下を利用して放出光の強度が低下する２つの時点に応じた閾値を設けることにより、検査用レーザ光による検査開始時点と検査終了時点とを正確に特定することができる。これにより、検査用レーザ光を照射した照射期間を正確に特定することができ、この照射期間における放出光の強度の波形を用いることで、信頼性の高い溶接部の検査を行うことができる。

なお「ワークに照射することに起因して前記ワークから放出される放出光」とは、前記溶接用レーザ光および検査用レーザ光による前記溶融部からの反射光、ワークの溶融蒸発によって生じる蒸気発光、およびワークの溶融部から放射される熱放射光の少なくとも一つを含む光（戻り光）のことをいい、この放出光の強度の波形に基づいた溶接の検査方法については、後述する実施の形態でその詳細を説明する。
上述した如く、通常、第１の照射工程から第２の照射工程に移行する際に、溶接用レーザ光の照射を中断することによりワークからの放出光の強度が低下するのであれば、前記受光工程は、第１の照射工程の開始から第２の照射工程の終了まで連続的に行ってもよく、第１の照射工程の途中から開始してもよい。

しかしながら、発明者らの実験から、ワークの素材が一般的な金属材料よりも熱伝導率が高い材質の場合、または溶接条件として高い出力の溶接用レーザ光を照射しなければならない場合、第１の照射工程から第２の照射工程に移行する際も溶融部は発熱し続けることがある。このため、第１の照射工程から第２の照射工程に移行する際に、溶接用レーザ光の照射を中断してもワークからの放出光の強度が低下しないことがある。

そこで、本発明のより好ましい態様としては、前記受光工程において、前記第１の照射工程から第２の照射工程に移行する際に、前記溶接用レーザ光の照射を中断後、前記ワークの溶融部から外れた領域の光を受光する。この態様によれば、前記受光工程において、前記第１の照射工程から第２の照射工程に移行する時点で前記ワークの溶融部から外れた領域を受光するので、この時点で放出光の強度を上述した閾値まで低下させることができる。このような結果、より正確に検査用レーザ光を照射した照射期間の開始時点を正確に特定することができる。

また、前記ワーク同士を溶接する際に、第１の照射工程と第２の照射工程とを繰り返すとともに、第１および第２の照射工程ごとに、受光工程および検査工程を行い、かつ、第２の照射工程から移行した第１の照射工程において、先の工程で生成された溶融部または溶融部近傍に設定された溶接軌跡に沿って溶接用レーザ光を照射した場合、その前の第２の照射工程の終了時点における放出光が十分に低下しないことが想定される。

従って、このような場合の好ましい態様としては、前記受光工程において、前記第２の照射工程から第１の照射工程に移行する際に、前記ワークの溶融部から外れた領域の光を受光する。この態様によれば、前記受光工程において、前記第２の照射工程から第１の照射工程に移行する時点で前記ワークの溶融部から外れた領域を受光するので、この時点で放出光の強度を上述した閾値まで低下させることができる。このような結果、より正確に検査用レーザ光を照射した照射期間の終了時点を正確に特定することができる。

本発明によれば、検査用レーザ光を照射したときの溶融部からの放出光を精度良く特定し、これにより、より信頼性の高い検査を行うことができる。

本発明の実施形態に係る溶接部の検査方法を行うための検査装置の全体構成を模式的に示した図である。 第１実施形態に係る検査方法を説明するためのフロー図である。 図２に示す検査方法におけるワーク表面のレーザ光および放出光の状態を説明した図であり、（ａ）は第１の照射工程におけるレーザ光および放出光の状態を示した図、（ｂ）は第１の照射工程から第２の照射工程の切り替え時のレーザ光および放出光の状態を説明した図、（ｃ）は第２の照射工程を説明するための図である。 図２に示す受光工程により受光された放出光の強度の波形の一例を示した図である。 第２実施形態に係る検査方法を説明するためのフロー図である。 図５に示す検査方法におけるワーク表面のレーザ光および放出光の状態を説明した図であり、（ａ）は第１の照射工程におけるレーザ光および放出光の状態を示した図、（ｂ）は第１の照射工程から第２の照射工程の切り替え時のレーザ光および放出光の状態を説明した図、（ｃ）は第２の照射工程を説明するための図である。 （ａ）は第１実施形態に係る受光工程により受光された放出光の強度の波形の一例を示した図、（ｂ）は第２実施形態に係る受光工程により受光された放出光の強度の波形の一例を示した図である。 第３実施形態に係る検査方法を説明するためのフロー図である。 図８に示す検査方法におけるワーク表面のレーザ光および放出光の状態を説明した図であり、（ａ）は第１の照射工程におけるレーザ光および放出光の状態を示した図、（ｂ）は第１の照射工程から第２の照射工程の切り替え時のレーザ光および放出光の状態を説明した図、（ｃ）は第２の照射工程を説明するための図、（ｄ）は第２の照射工程から第１の照射工程の切り替え時のレーザ光および放出光の状態を説明した図、（ｅ）は第１の照射工程を説明するための図である。

本発明の本実施形態に係る溶接部の検査方法を以下に示す。
１．装置構成について
図１は、本発明の実施形態に係る溶接部の検査方法を行うための検査装置の全体構成を模式的に示した図である。

図１に示す検査装置１００は、主に、レーザ光照射部１、変換部３、アンプ４、検査部６、から構成されている。以下に各構成を説明するとともに、その検査方法も合わせて説明する。

レーザ光照射部１は、溶接用レーザ光Ｌ１と、溶接用レーザ光Ｌ１よりも出力の低い検査用レーザ光Ｌ５のいずれかを選択して出力し、重ね合わされた若しくは僅かに離間して配置された二枚のワーク（たとえば鋼板など）Ｗ１、Ｗ２に対して、選択したレーザ光を照射する装置である。

具体的には、溶接用レーザ光Ｌ１および検査用レーザ光Ｌ５のうち選択されたレーザ光は、光学系である固定ミラー７および駆動ミラー８を順次反射し、二枚のワークＷ１、Ｗ２に対して照射される。ここで駆動ミラー８を駆動制御させることにより、駆動ミラー８に入射した溶接用レーザ光Ｌ１（または検査用レーザ光Ｌ５）の反射方向を制御し、所望の位置に溶接用レーザ光Ｌ１（または検査用レーザ光Ｌ５）を照射することができる。

溶接用レーザ光Ｌ１（または検査用レーザ光Ｌ５）をワークに照射したことにより、ワークから放出される放出光Ｌ２（Ｌ６）、すなわち検査装置に戻る戻り光は、ワークから駆動ミラー８を反射し、固定ミラー７を通過するように、駆動ミラー８および固定ミラー７は構成されている。固定ミラー７を通過した放出光Ｌ２（Ｌ６）は、変換部３に入力されるようになっている。

ここで放出光Ｌ２（Ｌ６）とは、溶接用レーザ光Ｌ１もしくは検査用レーザ光Ｌ５による溶融部からの反射光、ワークの溶融蒸発によって生じる蒸気発光、およびワークの溶融部から放射される熱放射光の少なくとも一つを含む光である。なお、本実施形態では、溶接用レーザ光Ｌ１の照射に起因してワークから放出される放出光をＬ２の符号で表し、検査用レーザ光Ｌ５の照射に起因してワークから放出される放出光をＬ６の符号で表す。

変換部３は、固定ミラー７を通過した放出光Ｌ２（Ｌ６）を電気信号へ変換するフォトセンサなどのセンサであり、変化された電気信号はアンプ４へ出力される。アンプ４は、変換部３から出力された電気信号の信号強度を増幅する機器であり、アンプ４により増幅された電気信号は検査部６へ送信される。

検査部６は、アンプ４から送信された電気信号を信号処理してワークＷ１、Ｗ２に形成される溶接部の溶接状態を検査する。具体的には、検査部６は、後述するように、得られた放出光Ｌ２、Ｌ６の波形から、検査用レーザ光Ｌ５の照射の際に受光される放出光Ｌ６を推定してこれを抽出し、抽出した受光される放出光Ｌ６の波形に基づいて、溶接部の溶接状態を検査する。なお、検査部６における具体的な戻り波形の抽出方法については、後述する検査方法を説明する際に合わせて説明する。

ここで、溶接とその検査とを分けて行った場合、溶接の時間、溶接から検査に移行する時間、および検査の時間をより短くすることが好ましい。したがって、本実施形態では、変換部３は、溶接用レーザ光Ｌ１および検査用レーザ光Ｌ５を照射したときのすべての放出光Ｌ２、Ｌ６を受光し、検査用レーザ光Ｌ５の照射の際に受光された放出光Ｌ６を推定し、これを抽出するようになっている。

例えば、抽出された放出光Ｌ６に対して、その強度変化（時間的な強度の変化）の周期性に基づいてワークＷ１、Ｗ２に形成される溶接部の溶接状態を検査する。具体的には、抽出された放出光Ｌ６の強度変化が、溶接部の溶接状態が正常である場合には相対的に小さく、溶接部の溶接状態が不良である場合には相対的に大きくなる。

そのため、放出光Ｌ６の強度変化の周期性を検査部６で検出することによって、たとえば放出光Ｌ２から得られる電気信号が微弱となる場合や放出光Ｌ２の強度がワーク温度の変化に応じて変化する場合であっても、溶接不良部が形成されるか否かを検査することができる。

また、別の検査方法として、たとえば、検査部６は、受光された放出光Ｌ２の平均強度に基づいて、接部の溶接状態を検査してもよい。たとえば、溶接部の溶接状態が不良である場合（ワークＷ１、Ｗ２の一部が欠落しているような場合）、ワーク温度の上昇が抑制されるため、放出光Ｌ２の強度は溶接部の溶接状態が正常である場合の放出光の強度よりも低下する。従って正常な場合の放出光の強度と対比することにより、溶接不良部を検査することができる。

２．溶接部の検査方法について
以下に上述した溶接部の検査装置１００を用いた第１実施形態から第３実施形態の溶接部の検査方法を説明する。

〔第１実施形態〕
図２は、第１実施形態に係る検査方法を説明するためのフロー図である。図３は、図２に示す検査方法におけるワーク表面のレーザ光および放出光の状態を説明した図であり、（ａ）は第１の照射工程におけるレーザ光および放出光の状態を示した図、（ｂ）は第１の照射工程から第２の照射工程の切り替え時のレーザ光および放出光の状態を説明した図、（ｃ）は第２の照射工程を説明するための図である。図４は、図２に示す受光工程により受光された放出光の強度の波形の一例を示した図である。

２−１．第１の照射工程
まず、図に示すように第１の照射工程Ｓ２１を行う。具体的には、第１の照射工程Ｓ２１では、レーザ光照射部１で溶接用レーザ光Ｌ１を選択して、重ね合わせた若しくは僅かに離間して配置した二枚のワーク（たとえば鋼板など）Ｗ１、Ｗ２に対して溶接用レーザ光（たとえば所定のレーザ光の波長を有するＹＡＧレーザ）Ｌ１を照射する。これにより、二枚のワークＷ１、Ｗ２同士の溶接（溶接接合）を行う。

より具体的には、レーザ光照射部１で生成された溶接用レーザ光Ｌ１を、光学系である固定ミラー７および駆動ミラー８を順次反射させ、二枚のワークＷ１、Ｗ２に対して照射する。具体的には、駆動ミラー８を駆動させることにより溶接用レーザ光Ｌ１の反射方向を制御する。これにより、図３（ａ）で示すように、ワークＷ１に設定された半径を有する略円形状の溶接軌跡Ｃ１に沿って溶接用レーザ光Ｌ１の焦点Ｆ１を回転させて、その溶接軌跡Ｃ１上で溶接用レーザ光Ｌ１を照射する。この際、焦点Ｆ１を複数回回転させてもよい。

このようにして、レーザ光照射部１による溶接軌跡Ｃ１に沿った溶接用レーザ光Ｌ１の照射によって、溶接用レーザ光Ｌ１の進行方向に対して当該溶接用レーザ光Ｌ１の左右や後方には、ワークＷ１、Ｗ２が溶融したリング状の溶融部（溶融池）Ｙ１が形成される（図１および図３（ｂ）参照）。具体的には溶接軌跡Ｃ１に沿って溶接用レーザ光Ｌ１を照射することにより円形状の溶融部Ｙ１が形成され、溶融部Ｙ１が冷却されて溶接部となり、二枚のワークＷ１、Ｗ２が接合（溶接接合）される。

本実施形態では溶接軌跡Ｃ１により溶接を行ったが、駆動ミラー８を駆動させることにより、溶接用レーザ光Ｌ１の焦点Ｆ１を溶接軌跡Ｃ１の内側へ移動させ、溶接軌跡Ｃ１の半径Ｒ１よりも小さい半径を有し且つ溶接軌跡Ｃ１と同心である略円形状の溶接軌跡に沿って溶接用レーザ光Ｌ１の焦点Ｆ１をさらに照射してもよい。

２−２．レーザ光の切り替え工程
次に、図２に示すように、レーザ光の切り替え工程Ｓ２２を行う。この切り替え工程Ｓ２２では、この溶融部に検査用レーザ光Ｌ５を照射する前に（第１の照射工程Ｓ２１から第２の照射工程Ｓ２３に移行する際に）、溶接用レーザ光Ｌ１から検査用レーザ光Ｌ５への切り替えを行う。この際、溶接用レーザ光Ｌ１の照射を中断した後、溶接用レーザ光Ｌ１の照射から検査用レーザ光Ｌ５の照射に切り替える。なお、検査用レーザ光Ｌ５は、溶接用レーザ光Ｌ１よりも出力の小さいレーザ光である。

このようにして、溶接用レーザ光Ｌ１の照射が一旦中断される（図３（ｂ）参照）ので、後述する受光工程において、受光される放出光の強度を低下させることができ、この受光の強度を検出することにより、第２の照射工程の検査開始時点を抽出することができる。図３（ｃ）で示すように、ワークＷ１に設定された半径を有する略円形状の溶接軌跡Ｃ１に沿って溶接用レーザ光Ｌ１の焦点Ｆ１を回転させて、その溶接軌跡Ｃ１上で溶接用レーザ光Ｌ１を照射する。この際、焦点Ｆ１を複数回回転させてもよい。

２−３．第２の照射工程
次に、図２に示すように、第２の照射工程Ｓ２３を行う。第２の照射工程Ｓ２３では、レーザ光照射部１により溶接軌跡Ｃ１に沿った溶接用レーザ光Ｌ１の照射後に形成された溶融部に対してレーザ光照射部１で検査用レーザ光Ｌ５を照射する。

具体的には、レーザ光照射部１により、図３（ｃ）に示すように、溶接軌跡Ｃ１に沿って溶接用レーザ光Ｌ１を照射した後に、切り替えられた検査用レーザ光Ｌ５を、ワークＷ１の溶融部Ｙに設定された走査軌跡Ｃ５に沿って照射する。検査用レーザ光Ｌ５は、図１に示すように、溶接用レーザ光Ｌ１と同様に、光学系である固定ミラー７および駆動ミラー８を順次反射し、二枚のワークＷ１，Ｗ２に対して照射される。

より具体的には、第１の照射工程Ｓ２１と同様に、駆動ミラー８を駆動させることにより検査用レーザ光Ｌ５の反射方向を調整することにより、図３で示すように、溶融部Ｙ１の外縁の内側に設定された半径Ｒ５を有する略円形状の走査軌跡Ｃ５に沿って検査用レーザ光Ｌ５の焦点Ｆ５を略一定速度で回転させ、その走査軌跡Ｃ５上で検査用レーザ光Ｌ５を照射する。検査用レーザ光Ｌ５を照射後は、検査用レーザ光Ｌ５の照射を中断する。ここで、溶接軌跡Ｃ１と走査軌跡Ｃ５との中心を一致させることにより、溶接軌跡Ｃ１と同心円上の内側を、検査用レーザ光Ｌ５で走査することができる。

２−４．受光工程
図２に示すように、受光工程Ｓ２４では、第１の照射工程Ｓ２１における溶接用レーザ光Ｌ１の照射時から、第２の照射工程Ｓ２３が終了するまでの間、溶接用レーザ光Ｌ１および検査用レーザ光Ｌ５を照射したときにワークＷ１から放出される放出光を、検査装置１００に戻る光（放出光Ｌ２，Ｌ６）として変換部３で受光し、その強度を検出する。本実施形態では、第１の照射工程Ｓ２１の開始の時点から放出光Ｌ２を受光する。

具体的には、溶接用レーザ光Ｌ１を照射したときには、溶接用レーザ光Ｌ１による溶融部からの反射光、ワークＷ１，Ｗ２の溶融蒸発によって生じる蒸気発光（プラズマ光）、およびワークの溶融部から放射される熱放射光（赤外線光）が発生し、これらの少なくとも一つを含む光を放出光Ｌ２として検出する。検出する際に、これらの放出光の波長は異なるので、溶接部の検査に要する特定の光を抽出するようにフィルタ等をさらに設けてもよい。

同様に、検査用レーザ光Ｌ５を照射したときには、検査用レーザ光Ｌ５による溶融部からの反射光、ワークＷ１，Ｗ２の溶融蒸発によって生じる蒸気発光、およびワークの溶融部から放射される熱放射光が発生し、これらの少なくとも一つを含む光を放出光Ｌ６として検出する。このような結果、図４に示すような放出光の波形を得ることができる。

このようにして、受光工程Ｓ２４では、第２の照射工程Ｓ２３の開始よりも以前から放出光を受光するので、第２の照射工程の開始時点を含む放出光の強度の波形を得ることができる。また、第２の照射工程の開始タイミングに放出光の受光開始のタイミングを合わせる必要がない（タイミングを同期させる必要がない）ので、迅速に第１の照射工程Ｓ２１から第２の照射工程Ｓ２３に移行することができる。

２−５．検査工程
次に、図２に示すように、検査工程Ｓ２５を行う。検査工程Ｓ２５では、受光工程Ｓ２４により得られた放出光の強度の波形に基づいて、溶接部の溶接状態を検査する。具体的には、図４に示すように、放出光の強度の波形から、放出光の強度が一定の閾値以下となる２つの時点を検査開始時点Ａと検査終了時点Ｂして抽出する。

次に、検査開始時点Ａから検査終了時点Ｂまでを検査用レーザ光を照射した照射期間（すなわち検査区間）と推定し、照射期間における放出光の強度の波形に基づいて、溶接状態の検査を行う。溶接状態の検査方法は、上述した検査部６において、詳細な説明をしたので、ここではその説明を省略する。

上述したように、溶接用レーザ光Ｌ１と検査用レーザ光Ｌ５との切り替え時（換言すると第１の照射工程から第２の照射工程に移行する時点）では、溶接用レーザ光Ｌ１の照射を中断するので、図４に示すように放出光の強度が低下する。また、検査用レーザ光Ｌ５を照射終了後も放出光の強度が低下する。

このようにして、この放出光の強度が低下する２つの時点に応じた閾値を設けることにより、検査用レーザ光Ｌ５による検査開始時点Ａと検査終了時点Ｂとを正確に特定することができる。これにより、検査用レーザ光Ｌ５を照射した照射期間（検査区間）を正確に特定することができ、この照射期間における放出光の強度の波形を用いることで、信頼性の高い溶接部の検査を行うことができる。

ところで、ワークＷ１，Ｗ２の素材が一般的な金属材料よりも熱伝導率が高い材質の場合、または溶接条件として高い出力の溶接用レーザ光Ｌ１を照射しなければならない場合、第１の照射工程Ｓ２１から第２の照射工程Ｓ２３に移行する際、溶接用レーザ光の照射を中断しても、放出光の強度が低下しないことがある。これにより、後述する図７（ａ）に示すように、溶融部は発熱し続け、放出光の強度が低下しないことがある。これにより、正確な検査開始時点を抽出することができない場合がある。このような点を鑑みた実施形態として、本発明の第２実施形態を以下に説明する。

〔第２実施形態〕
図５は、第２実施形態に係る検査方法を説明するためのフロー図である。図６は、図５に示す検査方法におけるワーク表面のレーザ光および放出光の状態を説明した図であり、（ａ）は第１の照射工程におけるレーザ光および放出光の状態を示した図、（ｂ）は第１の照射工程から第２の照射工程の切り替え時のレーザ光および放出光の状態を説明した図、（ｃ）は第２の照射工程を説明するための図である。図７は、（ａ）は第１実施形態に係る受光工程により受光された放出光の強度の波形の一例を示した図、（ｂ）は第２実施形態に係る受光工程により受光された放出光の強度の波形の一例を示した図である。

第２実施形態が第１実施形態と相違する点は、受光工程である。したがって、以下に、この相違する点のみを説明し、その他の点についてはその詳細な説明を省略する。なお、
本実施形態では、受光工程Ｓ５４において、第１の照射工程Ｓ５１から第２の照射工程Ｓ５３に移行する際に、溶接用レーザ光Ｌ１の照射を中断後（図５のＳ５２参照）、ワークの溶融部から外れた領域の光を受光し、その後、溶接用レーザ光Ｌ１から検査用レーザ光Ｌ５に切り替える。

図６（ａ）に示すように、第１実施形態と同様に溶接軌跡Ｃ１に沿って溶接用レーザ光Ｌ１を照射終了（図５のＳ５１参照）後、本実施形態の特徴点である、レーザ光照射部１で図６（ｂ）に示すように溶接用レーザ光Ｌ１の照射を中断し、駆動ミラー８を制御することにより、ワークの溶融部から外れた領域（たとえばワークから外れた領域）Ｓの光を受光する。その後、第１実施形態と同様に、溶接用レーザ光Ｌ１の照射から検査用レーザ光Ｌ５の照射に切り替える（図５のＳ５２参照）。そして、第１実施形態と同様に、図６（ｃ）に示すように、第２の照射工程と検査工程を行う（図５のＳ５３，Ｓ５５参照）。

このように、受光工程Ｓ５４において、第１の照射工程Ｓ５１から第２の照射工程Ｓ５３に移行する時点で前ワークの溶融部から外れた領域Ｓを受光するので、図７（ｂ）に示すように、この時点で放出光の強度を上述した閾値まで低下させることができる。このような結果、より正確に検査用レーザ光を照射した照射期間の開始時点Ｇを正確に特定することができる。

このようにして、図７（ａ）に示すように、放出光の強度が低下しない場合には、溶接用レーザ光による放出光の強度も加味して、溶接部の状態を検査されるところ、本実施形態では、検査用レーザ光による放出光の強度の波形のみを抽出するので、溶接部の状態をより正確に検査することができる。さらに、駆動ミラー８を制御することにより、より迅速にワークの溶融部から外れた領域の光を受光することができる。

ここで、第２実施形態による効果を確認すべく、ワークとして、溶融化亜鉛メッキ鋼板（板厚０．７ｍｍ）、ＳＰＣ５９０ＤＵ（板厚１．８ｍｍ）、ＳＰＣ４４０（板厚１．２ｍｍ）を準備して、上述した第１実施形態による溶接部の検査方法と、第２実施形態による溶接部の検査方法とを実施した。

結果、第１実施形態の場合には、検査用レーザ光による照射の開始時点を誤って抽出したものは、１０００回中１９回あったが、本実施形態の場合には、１００００回すべて検査用レーザ光による照射の開始時点を正確に抽出することができた。すなわち、上述したワークは、板厚が厚いため、溶接用レーザ光による投入熱量が高くなるため、第１実施形態の検査方法を採用した場合には、溶接用レーザ光の照射を中断したとしても、図７（ａ）に示すように、放出光の強度が十分に下がらなかったからであると考えられる。

ところで、第１および第２の実施形態のように、第１の照射工程Ｓ２１（Ｓ５１）から第２の照射工程Ｓ２３（Ｓ５３）行った後、再度、溶融部またはその近傍で、第１の照射工程を繰り返す場合には、第２の照射工程の検査用レーザ光の終了が確認できない場合もある。このような点を鑑みた実施形態として、本発明の第３実施形態を以下に説明する。なお、後述する第３の実施形態は、第２の実施形態を前提としているが、第１の実施形態を前提として行ってもよい。

〔第３実施形態〕
図８は、第３実施形態に係る検査方法を説明するためのフロー図である。図９は、図８に示す検査方法におけるワーク表面のレーザ光および放出光の状態を説明した図であり、（ａ）は第１の照射工程におけるレーザ光および放出光の状態を示した図、（ｂ）は第１の照射工程から第２の照射工程の切り替え時のレーザ光および放出光の状態を説明した図、（ｃ）は第２の照射工程を説明するための図、（ｄ）は第２の照射工程から第１の照射工程の切り替え時のレーザ光および放出光の状態を説明した図、（ｅ）は第１の照射工程を説明するための図である。

第３実施形態が第２実施形態と相違する点は、第１の照射工程と第２の照射工程とを繰り返した点、これに伴う受光工程である。したがって、以下に、この相違する点のみを説明し、その他の点についてはその詳細な説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態では、ワーク同士を溶接する際に、第１の照射工程Ｓ８１と第２の照射工程Ｓ８３とを繰り返すとともに、各第１および第２の照射工程ごとに、受光工程Ｓ８６および検査工程を行う。本実施形態では、繰り返して第１の照射工程Ｓ８１と第２の照射工程Ｓ８３を行った後に、各第１および第２の照射工程ごとの検査工程を行うが、受光工程において、各第１および第２の照射工程における放出光を受光するたびに、検査工程を受光工程と並行して行ってもよい。

本実施形態では、第２実施形態同様に、図９（ａ）に示すように、第１の照射工程Ｓ８１で溶接軌跡Ｃ１に沿って溶接用レーザ光Ｌ１を照射終了（図８のＳ８１参照）後、レーザ光照射部１で図９（ｂ）に示すように溶接用レーザ光Ｌ１の照射を中断し（図８のＳ８２参照）、駆動ミラー８を制御することにより、ワークの溶融部から外れた領域（ワークから外れた領域）Ｓの光を受光する（図８のＳ８６参照）。その後、第１実施形態と同様に、溶接用レーザ光Ｌ１の照射から検査用レーザ光Ｌ５の照射に切り替える（図８のＳ８２参照）。その後、図９（ｃ）に示すように、第２の照射工程を行う（図８のＳ８３参照）。

次に、第２の照射工程Ｓ８３からに第１の照射工程Ｓ８１移行する際に、検査用レーザ光Ｌ５の照射を中断し（図８のＳ８４参照）、図９（ｄ）に示すように、駆動ミラー８を制御することにより、ワークの溶融部から外れた領域Ｓの光を受光する。本実施形態では、検査用レーザ光Ｌ５の照射を中断後、ワークの溶融部から外れた領域Ｓの光を受光したが、検査用レーザ光Ｌ５は、ワークを溶融するようなレーザ強度はないため、ワークの溶融部から外れた領域の光を受光した後、検査用レーザ光Ｌ５の照射を中断し、その後、溶接用レーザ光Ｌ１に切り替えてもよい。

その後、第２の照射工程Ｓ８３から移行した第１の照射工程Ｓ８１において、溶融部Ｙ１または溶融部Ｙ１近傍に設定された溶接軌跡Ｃ１に沿って溶接用レーザ光Ｌ１を照射し、以降上述した一連の工程Ｓ８１〜Ｓ８４を繰り返す。

これにより、受光工程Ｓ８６において、第２の照射工程Ｓ８３から第１の照射工程Ｓ８１に移行する時点でワークの溶融部Ｙ１から外れた領域を受光するので、この時点で放出光の強度を上述した閾値まで低下させることができる。このような結果、より正確に検査用レーザ光を照射した照射期間の終了時点を正確に特定することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１…レーザ光照射部、３…変換部、４…アンプ、６…検査部、７…固定ミラー、８…駆動ミラー、９…集光レンズ、１００…検査装置、Ｃ０…溶接中心、Ｃ１…溶接軌跡、Ｃ５…走査軌跡、Ｆ１…溶接用レーザ光の焦点、Ｆ５…検査用レーザ光の焦点、Ｌ１…溶接用レーザ光、Ｌ２…検査用レーザ光、Ｌ５…放出光、Ｌ６…放出光、Ｗ１、Ｗ２…ワーク、Ｙ１…溶融部

Claims (2)

1. 複数のワーク同士を溶接する際に形成される溶接部の溶接状態を検査する溶接部の検査方法であって、
   ワーク同士を溶接するために該ワークに設定された溶接軌跡に沿って溶接用レーザ光を照射する第１の照射工程と、
   該溶接用レーザ光によって溶融したワークの溶融部に設定された走査軌跡に沿って検査用レーザ光を照射する第２の照射工程と、
   前記第１の照射工程における溶接用レーザ光の照射時から、前記第２の照射工程が終了するまでの間、前記溶接用レーザ光および前記検査用レーザ光を前記ワークに照射することに起因して前記ワークから放出される放出光を受光する受光工程と、
   受光した前記放出光の強度の波形に基づいて、前記溶接部の溶接状態を検査する検査工程と、を少なくとも含み、
   前記第１の照射工程から第２の照射工程に移行する際に、前記溶接用レーザ光の照射を中断した後、ワークに照射するレーザ光を前記検査用レーザ光に切り替え、
   前記検査工程において、前記放出光の強度の波形から、前記放出光の強度が一定の閾値以下となる２つの時点を検査開始時点と検査終了時点として抽出し、前記検査開始時点から前記検査終了時点までを前記検査用レーザ光を照射した照射期間と推定し、該照射期間における放出光の強度の波形に基づいて、前記溶接状態の検査を行うものであり、
   前記受光工程において、前記第１の照射工程から前記第２の照射工程に移行する際に、前記溶接用レーザ光の照射を中断後、前記ワークの溶融部から外れた領域の光を受光することを特徴とする溶接部の検査方法。
2. 前記ワーク同士を溶接する際に、前記第１の照射工程と前記第２の照射工程とを繰り返すとともに、前記各第１および第２の照射工程ごとに、前記受光工程および前記検査工程を行うものであり、
   前記第２の照射工程から移行した前記第１の照射工程において、前記溶融部または溶融部近傍に設定された溶接軌跡に沿って前記溶接用レーザ光を照射し、
   前記受光工程において、前記第２の照射工程から第１の照射工程に移行する際に、前記ワークの溶融部から外れた領域の光を受光することを特徴とする請求項１に記載の溶接部の検査方法。

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