特開 2023-160580 計測装置、計測方法およびコンピュータプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023160580

(43)【公開日】2023-11-02

(54)【発明の名称】計測装置、計測方法およびコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20231026BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20231026BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20231026BHJP

【ＦＩ】

B23K26/00 P

B23K26/21 A

B23K31/00 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022071023

(22)【出願日】2022-04-22

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(72)【発明者】

【氏名】荒木 翔太

(72)【発明者】

【氏名】椎原 克典

(72)【発明者】

【氏名】星 岳志

(72)【発明者】

【氏名】高橋 栞太

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA00

4E168CA00

4E168CA06

4E168CA13

4E168CB03

4E168CB07

4E168CB22

4E168EA17

4E168KA15

(57)【要約】

【課題】本発明の実施形態は、溶接箇所の移動の影響を補正した溶け込み深さを算出可能にする計測装置、計測方法およびコンピュータプログラムを提供する。
【解決手段】本実施形態に係る計測装置は、レーザ溶接中に溶接箇所から発生する弾性波を検出するセンサを備える。前記装置はさらに、レーザ溶接中のセンサの位置の経時的な変動を示すセンサ位置情報とレーザ溶接中の溶接位置の経時的な変動を示す溶接位置情報とを取得する位置情報取得部を備える。前記装置はさらに、センサ位置情報および溶接位置情報に基づいてレーザ溶接中のセンサと溶接箇所との間の距離の経時的な変動を示す距離情報を算出し、距離情報に基づいてレーザ溶接中にセンサにより検出された弾性波の経時的な変動を示す弾性波データを補正し、補正された弾性波データに基づいてレーザ溶接の溶け込み深さの経時的な変動を示す溶け込み深さ情報を算出する演算処理装置を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ溶接中において、溶接箇所から発生する弾性波を検出するセンサと、
前記レーザ溶接中における前記センサの位置の経時的な変動を示すセンサ位置情報と、前記レーザ溶接中における前記溶接箇所の位置の経時的な変動を示す溶接位置情報と、を取得する位置情報取得部と、
前記レーザ溶接についての演算を行う演算処理装置であって、
前記センサ位置情報および前記溶接位置情報に基づいて、前記レーザ溶接中における前記センサと前記溶接箇所との間の距離の経時的な変動を示す距離情報を算出し、
前記距離情報に基づいて、前記レーザ溶接中に前記センサにより検出された弾性波の経時的な変動を示す弾性波データを補正し、
前記補正された弾性波データに基づいて、前記レーザ溶接の溶け込み深さの経時的な変動を示す溶け込み深さ情報を算出する
演算処理装置と、
を備える計測装置。

【請求項2】

前記位置情報取得部は、
前記レーザ溶接に用いられるレーザ光を前記レーザ溶接の対象物に照射する溶接ヘッドまたは前記溶接箇所と、前記センサとを観測するカメラを備える
請求項１に記載の計測装置。

【請求項3】

前記演算処理装置は、前記レーザ溶接と同時進行で、前記溶け込み深さ情報を算出し出力する
請求項１または２に記載の計測装置。

【請求項4】

前記演算処理装置は、前記溶け込み深さ情報または前記溶け込み深さ情報から得られた情報をユーザインタフェースに出力する、または、前記溶け込み深さ情報に基づいて前記レーザ溶接を制御する、請求項１に記載の計測装置。

【請求項5】

前記演算処理装置は、前記センサにより検出された弾性波が含む縦波成分および横波成分のうち少なくとも一方を、前記距離情報に基づいて補正する
請求項１に記載の計測装置。

【請求項6】

レーザ溶接中において、溶接箇所から発生する弾性波を、前記レーザ溶接の対象物に対して非接触状態で検出するセンサであって、前記レーザ溶接に用いられる溶接ヘッドに固定されているセンサと、
前記レーザ溶接についての演算を行う演算処理装置であって、
前記センサと前記溶接箇所との間の距離に基づいて、前記レーザ溶接中に前記センサにより検出された弾性波の経時的な変動を示す弾性波データを補正し、
前記補正された弾性波データに基づいて、前記レーザ溶接の溶け込み深さの経時的な変動を示す溶け込み深さ情報を算出する
演算処理装置と、
を備える計測装置。

【請求項7】

前記演算処理装置は、前記レーザ溶接と同時進行で、前記溶け込み深さ情報を算出し出力する
請求項６に記載の計測装置。

【請求項8】

前記演算処理装置は、前記センサにより検出された弾性波が含む縦波成分および横波成分のうち少なくとも一方を、前記センサと前記溶接箇所との間の距離に基づいて補正する
請求項６または７に記載の計測装置。

【請求項9】

レーザ溶接中において、溶接箇所から発生する弾性波をセンサにより検出し、
前記レーザ溶接中における前記センサの位置の経時的な変動を示すセンサ位置情報と、前記レーザ溶接中における前記溶接箇所の位置の経時的な変動を示す溶接位置情報とを取得し、
前記センサ位置情報および前記溶接位置情報に基づいて、前記レーザ溶接中における前記センサと前記溶接箇所との間の距離の経時的な変動を示す距離情報を算出し、
前記距離情報に基づいて、前記レーザ溶接中に前記センサにより検出された弾性波の経時的な変動を示す弾性波データを補正し、
前記補正された弾性波データに基づいて、前記レーザ溶接の溶け込み深さの経時的な変動を示す溶け込み深さ情報を算出する
ことを含む計測方法。

【請求項10】

レーザ溶接中において、溶接箇所から発生する弾性波を、前記レーザ溶接の対象物に対して非接触状態にあるセンサであって、前記レーザ溶接に用いられる溶接ヘッドに固定されているセンサにより検出し、
前記センサと前記溶接箇所との間の距離に基づいて、前記レーザ溶接中に前記センサにより検出された弾性波の経時的な変動を示す弾性波データを補正し、
前記補正された弾性波データに基づいて、前記レーザ溶接の溶け込み深さの経時的な変動を示す溶け込み深さ情報を算出する
ことを含む計測方法。

【請求項11】

レーザ溶接中において、溶接箇所から発生する弾性波がセンサにより検出される場合に、前記レーザ溶接中における前記センサの位置の経時的な変動を示すセンサ位置情報と、前記レーザ溶接中における前記溶接箇所の位置の経時的な変動を示す溶接位置情報と、を取得した位置情報取得部から、前記センサ位置情報と前記溶接位置情報とを取り込み、
前記センサ位置情報および前記溶接位置情報に基づいて、前記レーザ溶接中における前記センサと前記溶接箇所との間の距離の経時的な変動を示す距離情報を算出し、
前記距離情報に基づいて、前記レーザ溶接中に前記センサにより検出された弾性波の経時的な変動を示す弾性波データを補正し、
前記補正された弾性波データに基づいて、前記レーザ溶接の溶け込み深さの経時的な変動を示す溶け込み情報を算出する
ことを含む計測方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、計測装置、計測方法およびコンピュータプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ溶接において、溶接中の溶接箇所でアコースティックエミッション（ＡＥ：Acoustic Emission）によって発生するＡＥ波をＡＥセンサにより検出し、ＡＥ波の検出により得られたＡＥ信号を溶接箇所の異常判別や溶け込み深さの予測などの品質評価に用いることが知られている。溶接中に発生するＡＥ波は、弾性波の一種である。しかしながら、レーザ溶接位置とＡＥセンサ設置位置との距離の変化によって、検出されるＡＥ信号強度（ＡＥ信号レベル）が変動することから、溶接の進行に伴いレーザ溶接位置が移動すると、ＡＥ信号強度が常に変動する。また、意図せずＡＥセンサの設置位置がずれた等の原因でレーザ溶接位置とＡＥセンサ設置位置との距離が変化した場合も同様にＡＥ信号強度が変動する。以上のようなＡＥ信号強度の変動は、溶接箇所の品質評価に影響を与える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－２６６４０４号公報

【特許文献2】特開２００７－１１１７４５号公報

【特許文献3】特開２００４－０３８４４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態は、溶接箇所の移動の影響を補正した溶け込み深さを算出可能にする計測装置、計測方法およびコンピュータプログラムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本実施形態に係る計測装置は、レーザ溶接中において、溶接箇所から発生する弾性波を検出するセンサを備える。前記装置はさらに、前記レーザ溶接中における前記センサの位置の経時的な変動を示すセンサ位置情報と、前記レーザ溶接中における前記溶接箇所の位置の経時的な変動を示す溶接位置情報と、を取得する位置情報取得部を備える。前記装置はさらに、前記レーザ溶接についての演算を行う演算処理装置であって、前記センサ位置情報および前記溶接位置情報に基づいて、前記レーザ溶接中における前記センサと前記溶接箇所との間の距離の経時的な変動を示す距離情報を算出し、前記距離情報に基づいて、前記レーザ溶接中に前記センサにより検出された弾性波の経時的な変動を示す弾性波データを補正し、前記補正された弾性波データに基づいて、前記レーザ溶接の溶け込み深さの経時的な変動を示す溶け込み深さ情報を算出する演算処理装置を備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態に係る計測システムのブロック図。

【図2】第１実施形態のレーザ溶接の過程の一例を説明する上面図。

【図3】第１実施形態のレーザ溶接の過程の別の例を説明する上面図。

【図4】第１実施形態のレーザ溶接の過程の別の例を説明する上面図。

【図5】検出されたＡＥデータを示す図。

【図6】補正されたＡＥデータを示す図。

【図7】溶け込み深さの計測結果を示す図。

【図8】第１実施形態に係るＣＰＵが行う処理の一例を示すフローチャート。

【図9】第２実施形態に係る計測システムのブロック図。

【図10】第３実施形態に係る計測システムのブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

【0008】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る計測システム１のブロック図である。計測システム１は、レーザ溶接装置１００と計測装置２００とを備える。レーザ溶接装置１００と計測装置２００は一体となっていてもよいし、レーザ溶接装置１００の外部に計測装置２００が設置されていてもよい。以下、図１を参照して計測システム１について説明し、その説明の中で図２～図７も参照する。

【0009】

レーザ溶接装置１００は、レーザ制御装置１０と、レーザ発振器１１と、光ファイバ１２と、溶接ヘッド１３とを備える。

【0010】

レーザ制御装置１０は、レーザ発振器１１を制御する。例えば、レーザ発振器１１が出力するレーザのパワーや、レーザ発振器１１がレーザ照射を開始、中断または終了するタイミングを制御する。レーザ制御装置１０は、レーザ出力を開始、中断または終了する際に、その旨を後述するＣＰＵ１９に通知する。

【0011】

レーザ発振器１１は、レーザ発振によって、レーザ溶接に用いるためのレーザ光Ｌを出力する。

【0012】

光ファイバ１２は、レーザ発振器１１により出力されたレーザ光Ｌを溶接ヘッド１３へ伝送する。

【0013】

溶接ヘッド１３は、伝送されたレーザ光Ｌを、レーザ溶接の対象物であるワークＷの所定の溶接位置（溶接箇所）に照射する。これにより、ワークＷが溶接される。溶接ヘッド１３は、例えば、レーザ光Ｌを集光レンズによって集光してワークＷに照射する。

【0014】

レーザ溶接は、ワークＷの絶対的位置を固定して、溶接ヘッド１３をワークＷ上の所定の溶接線に沿うように走査させて実行されてもよい。または、溶接ヘッド１３の絶対的位置を固定して、ワークＷを移動させてレーザ溶接が実行されてもよい。或いは、溶接ヘッド１３およびワークＷの両方を移動させてレーザ溶接が実行されてもよい。

【0015】

ワークＷは、例えば金属などの熱可塑性材料からなる。ワークＷは、治具などで絶対的位置が固定されていてもよいし、例えば多関節ロボットやＮＣ加工機などのワーク操作装置（図示せず）に取り付けられていてもよい。ワーク操作装置は、ワークＷを溶接するために、溶接ヘッド１３がワークＷ上の所定の溶接線に沿うように、ワークＷを移動させる装置である。

【0016】

溶接ヘッド１３は、治具などで絶対的位置が固定されていてもよいし、例えば多関節ロボットやＮＣ加工機などの溶接ヘッド操作装置（図示せず）に取り付けられていてもよい。溶接ヘッド操作装置は、ワークＷを溶接するために、ワークＷ上の所定の溶接線に沿うように、溶接ヘッド１３を走査させる装置である。

【0017】

計測装置２００は、ＡＥセンサ１４と、プリアンプ１５と、フィルタ１６と、メインアンプ１７と、Ａ／Ｄ変換器１８と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１９と、位置情報取得部２０とを備える。

【0018】

ＡＥセンサ１４は、レーザ溶接中において、ＡＥによって溶接箇所から発生する弾性波であるＡＥ波を検出し、検出されたＡＥ波の経時的な変動を示す電気信号（ＡＥ信号）を出力する。例えば、ＡＥ信号の電圧のレベルが、検出されたＡＥ波のレベルに対応する。ＡＥ信号が表すデータを、ＡＥデータと呼ぶ。ＡＥデータは例えば、ＡＥセンサ１４により検出されたＡＥ波の時系列データである。ＡＥデータは、弾性波データの一例である。

【0019】

レーザ溶接において、溶け込み深さが大きいほど大きなＡＥが生じ、大きなＡＥ波が発生する。そのため、溶け込み深さが大きいほど、検出されるＡＥ波は大きくなり、出力されるＡＥ信号も大きくなる。また、ＡＥ波はワークＷの溶接箇所を起点としてワークＷの内部および空気中を減衰しながら伝播する。そのため、ＡＥセンサ１４と溶接箇所との間の距離が大きくなるほど、検出されるＡＥ波は小さくなり、出力されるＡＥ信号も小さくなる。

【0020】

第１実施形態において、ＡＥセンサ１４は、例えば圧電素子（ピエゾ素子）を備える。ＡＥセンサ１４が圧電素子を備える場合は、ＡＥセンサ１４はワークＷに接触固定される。ここで、ＡＥセンサ１４がワークＷに固定されるとは、ワークＷに対するＡＥセンサ１４の相対的位置が一定であることを指す。このときＡＥセンサ１４とワークＷとの間の隙間（空気層）を無くすために、ＡＥセンサ１４に接触媒質が塗布され、ワークＷと隙間なく密着されていてもよい。ＡＥセンサ１４に接触媒質が塗布され、ワークＷと隙間なく密着されることで、より高感度にＡＥ波が検出される。

【0021】

ＡＥセンサ１４は、後述する位置情報取得部２０にＡＥセンサ１４自身の位置情報を送信する。あるいは、位置情報取得部２０がＡＥセンサ１４の位置情報を取得する。

【0022】

プリアンプ１５は、ＡＥセンサ１４から伝送されたＡＥ信号が微弱である場合に、所定の増幅条件によってＡＥ信号を増幅する。

【0023】

フィルタ１６は、プリアンプ１５から伝送されたＡＥ信号のうち、レーザ溶接における溶け込み深さに関係した周波数帯域の信号を通し、当該周波数帯域を除く周波数帯域の信号は減衰させる。フィルタ１６により、例えばレーザ光ＬがワークＷに対して初期衝突する時、スパッタ発生時または異物付着時における、溶接箇所の品質評価に関係しないＡＥ信号を除去することができる。

【0024】

メインアンプ１７は、フィルタ１６から伝送されたＡＥ信号を所定の増幅条件において増幅する。

【0025】

Ａ／Ｄ変換器１８は、メインアンプ１７から伝送されたＡＥ信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換する。

【0026】

要素１５～１８のうち少なくとも１つはＡＥセンサ１４の外部に設置されていてもよいし、ＡＥセンサ１４に内蔵されていてもよい。特に、プリアンプ１５がＡＥセンサ１４に内蔵されている場合は、高感度で低雑音なＡＥ信号が得られる。

【0027】

ここで、第１実施形態におけるレーザ溶接の過程の一例を説明する。

【0028】

図２、図３および図４は、レーザ溶接の過程の一例を説明するための上面図である。ここでは、２つのワークＷ１，Ｗ２を突き合わせてレーザ溶接する場合を説明する。溶接線ＷＬは、２つのワークＷ１，Ｗ２が接している線（面）を表している。溶接線ＷＬに沿って溶接ヘッド１３が移動しながら、溶接線ＷＬにレーザ光Ｌが照射され、溶接が行われる。ＡＥセンサ１４は溶接に直接影響しないように溶接線ＷＬから十分な間隔を空けて固定される。溶接線ＷＬはレーザ溶接の用途に応じてあらゆる形状を取り得る。ここでは、溶接線ＷＬは線分であり、ＡＥセンサ１４は溶接線ＷＬの略中央に設置されるとする。

【0029】

図２は溶接開始直後を示す上面図である。図２に示すように、溶接開始直後は溶接ヘッド１３（溶接箇所）が溶接線ＷＬの一端にあり、溶接箇所とＡＥセンサ１４との間の距離Ｄが大きい。そのため、ＡＥ波の減衰量が大きくなり、出力されるＡＥ信号は小さくなる。

【0030】

図３は溶接ヘッドが溶接線ＷＬの略中央に移動してきたときの上面図である。図３に示すように、溶接開始から時間が経ち、溶接ヘッド１３が溶接線ＷＬの中央付近に移動すると、溶接箇所とＡＥセンサ１４との間の距離Ｄが小さくなる。そのため、ＡＥ波の減衰量は少なくなり、出力されるＡＥ信号は大きくなる。

【0031】

図４は溶接終了直前を示す上面図である。図４に示すように、溶接終了直前は溶接ヘッドが溶接線ＷＬの一端にあり、溶接箇所とＡＥセンサ１４との間の距離Ｄが再び大きくなる。そのため、出力されるＡＥ信号は再び小さくなる。

【0032】

上記のように、レーザ溶接中に出力されるＡＥ信号の経時的な変動には、距離Ｄの経時的な変動の影響が含まれることになる。すなわち、レーザ溶接中に得られるＡＥデータ（測定データ）は、距離Ｄの経時的な変動の影響を含むことになる。

【0033】

位置情報取得部２０は、レーザ溶接中におけるＡＥセンサ１４の位置の経時的な変動を示す情報（センサ位置情報）と、レーザ溶接中における溶接箇所の位置の経時的な変動を示す情報（溶接位置情報）とを取得する。溶接箇所の位置は、溶接箇所の位置を直接観測することで求められてもよいし、溶接ヘッド１３の位置およびレーザ光Ｌの光路から算出されてもよい。センサ位置情報は例えば、ＡＥセンサ１４の位置の時系列データであり、溶接位置情報は例えば、溶接箇所の位置の時系列データである。

【0034】

位置情報取得部２０は、例えば、ワークＷ上の溶接箇所および／または溶接ヘッド１３と、ＡＥセンサ１４とを視野に収め、観測するカメラなどの装置であってもよい。または、位置情報取得部２０は、溶接ヘッドが取り付けられている溶接ヘッド操作装置から溶接ヘッド１３の機械座標を取得し、溶接位置情報を求めるコンピュータなどの装置であってもよい。この場合の位置情報取得部２０（コンピュータ）の処理は、電気回路により行っても、プログラムにより行ってもよい。

【0035】

位置情報取得部２０は、レーザ溶接中に溶接位置情報を取得してもよいし、レーザ溶接終了後に溶接位置情報を取得してもよい。

【0036】

例えば、位置情報取得部２０は、レーザ溶接終了後に溶接ヘッド操作装置の軌道の履歴から溶接位置情報を取得してもよい。あるいは、位置情報取得部２０がカメラを備える場合には、レーザ溶接終了後にワークＷに残った溶接痕を観測し、溶接痕とレーザ溶接開始からレーザ溶接終了までの期間に基づいて溶接位置情報を逆算して求めてもよい。

【0037】

ＣＰＵ１９は、Ａ／Ｄ変換器１８から伝送された、デジタル信号化されたＡＥ信号を取り込む。そして、ＣＰＵ１９は、デジタル信号化されたＡＥ信号に対して波形処理および／または複合波除去を行い、レーザ溶接箇所の溶け込み深さ測定に必要なＡＥデータを抽出する。ＡＥデータは、ＡＥ信号の取得時間や振幅値の経時的変動などを含む。波形処理は、例えばピーク分離や平滑化処理などの任意の処理である。

【0038】

一般的にＡＥ波は縦波（粗密波）と横波の複合波である。ここでは、複合波除去は、取得されたＡＥ信号の縦波成分および横波成分のうち少なくとも一方を除去することを指す。例えば、より強度が高いとされるＡＥ信号の縦波の成分のみからＡＥデータが抽出されてもよい。

【0039】

ＣＰＵ１９により行われる情報処理は例えば、計測装置２００内の記憶装置にインストールされたコンピュータプログラムを、ＣＰＵ１９に実行させることで実現される。計測装置２００内の記憶装置は例えば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）である。計測装置２００の記憶装置へのコンピュータプログラムのインストールは、半導体メモリなどの記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをこの記憶装置に格納することで行ってもよいし、ネットワークからこの記憶装置にコンピュータプログラムをダウンロードすることで行ってもよい。

【0040】

図５は、図２～図４のレーザ溶接の過程を経て得られたＡＥ信号の経時的変動データに、上記の波形処理および／または複合波除去が施されて得られたＡＥデータである。図５の左端がＡＥ信号の取得開始時（レーザ溶接開始時）であり、右端がＡＥ信号の取得終了時（レーザ溶接終了時）である。上述したように、ＡＥデータは、レーザ溶接開始時とレーザ溶接終了時は小さく、それ以外は比較的大きくなる山なりの経時的変動データになる。

【0041】

そして、ＣＰＵ１９は、位置情報取得部２０が取得したセンサ位置情報と溶接位置情報を取り込む。そして、レーザ溶接中におけるＡＥセンサ１４と溶接箇所との間の距離Ｄの経時的な変動を示す情報（距離情報）を算出し、距離情報に基づきＡＥデータの補正を行う。距離情報は例えば、ＡＥセンサ１４と溶接箇所との間の距離Ｄの時系列データである。

【0042】

例えば、位置情報取得部２０がカメラを備える場合、位置情報取得部２０は、溶接ヘッド１３（溶接箇所）と溶接箇所が一枚に収められた画像を取得し、ＣＰＵ１９は、カメラとワークＷとの間の距離および画像上のＡＥセンサ１４と溶接箇所との間の距離（例えば画素数）に基づいて、距離Ｄを算出する。

【0043】

溶接箇所の溶け込み深さの算出において用いられる、出力されたＡＥ信号の強度と溶接箇所の溶け込み深さの関係（関係式）、およびＡＥセンサ１４と溶接箇所との間の距離と検出されたＡＥ信号の強度の関係（関係式）は、予めＣＰＵ１９内のメモリ（図示せず）に格納されている。取り込まれたＡＥ信号とセンサ／溶接位置情報はＣＰＵ１９で処理され、溶け込み深さが計測される。ＣＰＵ１９は、補正されたＡＥデータに基づいて、溶接箇所の溶け込み深さの経時的な変動を示す情報（溶け込み深さ情報）を算出する。溶け込み深さ情報は例えば、溶接箇所の溶け込み深さの時系列データである。

【0044】

図６は、図５に示すＡＥデータが距離情報に基づいて補正された後のＡＥデータを示す。補正の結果、溶接開始時付近および溶接終了時付近のＡＥ信号が強調され、溶接途中のＡＥ信号は減衰される。よって、図５で見られた山なりの変化は、図６では緩和されている。

【0045】

図７は、図６に示す補正後のＡＥデータから算出された溶け込み深さ情報（溶け込み深さ測定結果）を示す。図７の場合、溶け込み深さはワークＷの溶接施工部位全体にわたってほぼ一様である。これは、正常に溶接が行われたことを示す。

【0046】

ＣＰＵ１９は、得られた溶け込み深さ測定結果をレーザ溶接装置１００のユーザに伝えるために、溶け込み深さ測定結果を出力する。例えば、ＣＰＵ１９は、図７に示す溶け込み深さ測定結果を、ディスプレイなどのユーザインタフェース（図示せず）に表示してもよい。溶け込み深さ測定結果は例えば、ディスプレイ上に数値やグラフで表示される。

【0047】

また、図７の横軸は、レーザ溶接開始時から終了時までの時間（測定時間）でもよいし、溶接ヘッド１３および／またはワークＷの移動速度に基づいて溶接長に変換されてもよい。

【0048】

ＣＰＵ１９は、溶け込み深さ測定結果から、異常を検出した際にはその旨をレーザ溶接装置１００のユーザに通知してもよい。例えば、所定の上限閾値および／または下限閾値を設けておき、計測された溶け込み深さが、上限閾値を超えるおよび／または下限閾値を下回る場合、ユーザに異常を通知してもよい。これにより、ユーザは、異常があった場合に、異常があった旨と、正常に溶接されなかった箇所を知ることができる。ユーザへの通知は例えば、ディスプレイ上に通知情報が表示される形で行われてもよいし、警告ランプの点灯や警告音の出力の形で行われてもよいし、その他のユーザインタフェースへの出力の形で行われてもよい。

【0049】

また、ＣＰＵ１９は、上限閾値を超える深さの場合にレーザ制御装置１０にレーザ出力を低下または停止させるように命令してもよいし、下限閾値を下回る深さの場合にレーザ制御装置１０にレーザ出力を上昇または停止させるように命令してもよい。これにより、正常に溶接がなされないまま溶接が進行することを防ぎ、正常に溶接されない範囲を小さくすることができる。

【0050】

図８は、第１実施形態に係るＣＰＵ１９が行う処理の一例を示すフローチャートである。以下、ＣＰＵ１９が行う一連の処理の一例を、このフローチャートを参照しながら説明する。

【0051】

まず、ＣＰＵ１９は、レーザ制御装置１０から溶接開始の通知を受領する（ステップＳ１０１）。

【0052】

次に、ＣＰＵ１９は、Ａ／Ｄ変換器１８からデジタル信号化されたＡＥ信号を取り込む（ステップＳ１０２）。

【0053】

次に、ＣＰＵ１９は、位置情報取得部２０によって取得されたセンサ位置情報および溶接位置情報を取り込む（ステップＳ１０３）。なお、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３は順不同でもよいし、同時に行われてもよい。

【0054】

次に、ＣＰＵ１９は、ＡＥ信号に対して波形処理および／または複合波除去を行い、レーザ溶接箇所の溶け込み深さ測定に必要なＡＥデータを抽出する（ステップＳ１０４）。

【0055】

次に、取り込まれたセンサ位置情報および溶接位置情報から距離情報を算出する（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１０４およびステップＳ１０５は順不同でもよいし、同時に行われてもよい。

【0056】

次に、抽出されたＡＥデータを距離情報に基づいて補正する（ステップＳ１０６）。

【0057】

最後に、補正されたＡＥデータから溶け込み深さ情報を算出し、測定結果として出力する（ステップＳ１０７）。

【0058】

上記の一連の処理はレーザ溶接後に実行されてもよいし、レーザ溶接中にレーザ溶接と同時進行で実行されてもよい。上記の処理がレーザ溶接と同時進行で実行される場合は、ユーザは溶け込み深さをレーザ溶接中にリアルタイムで知ることができ、迅速に品質評価を下すことができる。

【0059】

以上、第１実施形態によれば、ＡＥセンサ１４と溶接箇所との間の距離の経時的変動を考慮したレーザ溶接溶け込み深さ測定ができる。また、第１実施形態によれば、意図せずＡＥセンサ１４の位置が所定の位置からずれた場合でも、正常にレーザ溶接溶け込み深さ測定ができる。

【0060】

（第２実施形態）
図９は、第２実施形態に係る計測システム２のブロック図である。上述した第１実施形態における図１と同じ名称または機能の要素には同じ符号を付している。第１実施形態では、ＡＥ波を検出するＡＥセンサ１４は接触式であったが、第２実施形態では、ＡＥセンサ２１は非接触式であるとする。以後、変更または追加された事項を除き説明を省略する。

【0061】

ＡＥセンサ２１は、図９に示すように非接触式のセンサであり、ワークＷに接触していなくてもよい。ＡＥセンサ２１は、例えば光センサである。光センサはワークＷにレーザ光を入射し、入射光と反射光の干渉によってレーザ溶接中にワークＷに伝播したＡＥ波を検出してＡＥ信号を取得する。

【0062】

ＡＥセンサ２１はワークＷに対する相対的位置が一定になるように固定されている。

【0063】

ＡＥセンサ２１が光センサのような非接触式のセンサから構成されている場合は、ＡＥセンサ２１がワークＷに接している必要がなく、また接触媒質を用いる必要もない。そのため、ＡＥセンサ２１を固定する場所の自由度を高くすることができ、より簡易な計測が可能である。

【0064】

（第３実施形態）
第３実施形態では、上述したレーザ溶接箇所の溶け込み深さ計測装置の他の実施形態について説明する。

【0065】

図１０は、第３実施形態に係る計測システム３のブロック図である。上述した第１実施形態における図１および／または第２実施形態における図９と同じ名称または機能の要素には同じ符号を付している。以後、変更または追加された事項を除き説明を省略する。

【0066】

第１実施形態におけるＡＥセンサ１４および第２実施形態におけるＡＥセンサ２１は、ワークＷに対して固定されていたが、第３実施形態では、ＡＥセンサ２２が溶接ヘッド１３に対して固定されている。またＡＥセンサ２２は非接触式のセンサであり、ＡＥセンサ２２は例えば光センサである。

【0067】

そして、レーザ溶接中においては、溶接ヘッド１３とワークＷが常に一定の距離を保っているとする。溶接は、ワークＷの絶対的位置を固定して、溶接ヘッド１３をワークＷ上の所定の溶接線に沿うように走査させて実行されてもよい。または、溶接ヘッド１３の絶対的位置を固定して、ワークＷを移動させて溶接が実行されてもよい。或いは、溶接ヘッド１３およびワークＷの両方を移動させて溶接が実行されてもよい。

【0068】

ここで、ＡＥセンサ２２が溶接ヘッド１３に対して固定されているとは、溶接ヘッド１３に対するＡＥセンサ２２の相対的な位置関係が一定であることを指す。例えば、図１０ではＡＥセンサ２２と溶接ヘッド１３が一体となっているが、ＡＥセンサ２２と溶接ヘッド１３が一体となっていなくともよい。

【0069】

これにより、ＡＥセンサ２２は溶接ヘッド１３と同様の軌跡を辿り、ＡＥ信号を出力する。溶接ヘッド１３とワークＷとの間の距離が常に一定のため、溶接箇所とＡＥセンサ２２との間の距離も常に一定になる。

【0070】

そして、一定距離で距離補正が行われ、溶け込み深さ換算式により溶け込み深さが算出される。

【0071】

以上、第３実施形態によれば、ＡＥセンサ２２と溶接箇所との間の距離が常に一定となるため、距離の経時的変動を考慮した補正を行う必要がなく、より簡易な測定が可能となる。

【0072】

なお、本発明は上記実施形態および各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0073】

１：計測システム ２：計測システム ３：計測システム
１０：レーザ制御装置 １１：レーザ発振器 １２：光ファイバ
１３：溶接ヘッド １４，２１，２２：ＡＥセンサ １５：プリアンプ
１６：フィルタ １７：メインアンプ １８：Ａ／Ｄ変換器
２０：位置情報取得部 １００：レーザ溶接装置 ２００：計測装置
Ｄ：距離 Ｌ：レーザ光 Ｗ，Ｗ１，Ｗ２：ワーク
ＷＬ：溶接線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】