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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-09
(45)【発行日】2024-09-18
(54)【発明の名称】レーザ溶接欠陥検出装置およびレーザ溶接欠陥検出方法
(51)【国際特許分類】
B23K 26/00 20140101AFI20240910BHJP
B23K 26/064 20140101ALI20240910BHJP
B23K 26/21 20140101ALI20240910BHJP
【ＦＩ】
B23K26/00 P
B23K26/064 K
B23K26/21 G
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020069293
(22)【出願日】2020-04-07
(65)【公開番号】P2021164939
(43)【公開日】2021-10-14
【審査請求日】2023-02-16
(73)【特許権者】
【識別番号】000001236
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
(73)【特許権者】
【識別番号】000005290
【氏名又は名称】古河電気工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】508333033
【氏名又は名称】株式会社ＮＩＳＨＩＨＡＲＡ
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 駿
(72)【発明者】
【氏名】中新 紘貴
(72)【発明者】
【氏名】木下 正吉
(72)【発明者】
【氏名】井戸 諒治
(72)【発明者】
【氏名】柏木 孝介
(72)【発明者】
【氏名】茅原 崇
(72)【発明者】
【氏名】川上 佳剛
【審査官】黒石 孝志
(56)【参考文献】
【文献】特開昭６２－１８３９８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－３３７６６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－０４２７６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０３４８８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】独国特許出願公開第１０２００６０１３９６０（ＤＥ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－０９３８２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１２１３８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１７５０７１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－１８８９３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】独国特許出願公開第４１４０１８２（ＤＥ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ光を発振するレーザ光発振装置と、前記レーザ光発振装置により発振されたレーザ光を溶接箇所に照射するレーザ光照射装置と、
レーザ光の照射により溶接箇所から発生した熱放射光の強度を検知する熱放射光センサーと、
前記レーザ光発振装置に接続された光ファイバーを有し、かつ前記レーザ光発振装置からレーザ光を前記レーザ光照射装置へ伝送するレーザ光伝送経路と、
前記レーザ光照射装置から前記熱放射光センサーへ熱放射光を伝送し、かつ前記光ファイバーを前記レーザ光伝送経路との間で共有する熱放射光伝送経路と、
前記熱放射光センサーにより検知された熱放射光の強度に基づいて溶接箇所におけるビード幅を算出し、算出したビード幅が閾値未満であるか否かに基づいて溶接箇所に欠陥があるか否かを判定するコントローラと、を備えた、レーザ溶接欠陥検出装置。
【請求項2】
前記コントローラは、前記熱放射光センサーにより検知された熱放射光の強度が閾値未満であるか否かに基づいて溶接箇所に欠陥があるか否かを判定する、請求項１に記載のレーザ溶接欠陥検出装置。
【請求項3】
内部空間を有し、前記内部空間に前記レーザ光発振装置と前記熱放射光センサーとの双方を収納する筐体をさらに備えた、請求項１または請求項２に記載のレーザ溶接欠陥検出装置。
【請求項4】
レーザ光を発振するステップと、発振されたレーザ光を、レーザ光照射装置に接続された光ファイバーを有するレーザ光伝送経路を経由して前記レーザ光照射装置へ伝送するステップと、
前記レーザ光照射装置から溶接箇所にレーザ光を照射するステップと、
レーザ光の照射により溶接箇所から発生した熱放射光を、前記光ファイバーを前記レーザ光伝送経路との間で共有する熱放射光伝送経路を経由して熱放射光センサーへ伝送するステップと、
前記熱放射光センサーにより熱放射光の強度を検知するステップと、
検知された熱放射光の強度に基づいて溶接箇所におけるビード幅を算出するステップと、
算出したビード幅が閾値未満であるか否かに基づいて溶接箇所に欠陥があるか否かを判定するステップと、を備えた、レーザ溶接欠陥検出方法。
【請求項5】
検知された熱放射光の強度が閾値未満であるか否かに基づいて溶接箇所に欠陥があるか否かを判定するステップをさらに備えた、請求項４に記載のレーザ溶接欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、レーザ溶接欠陥検出装置およびレーザ溶接欠陥検出方法に関する。
【背景技術】
【0002】
レーザ光で溶接を行なっている状態で溶接の欠陥を検査するレーザ溶接欠陥検出装置は、たとえば特開２０００－３３４５８７号公報（特許文献１）に開示されている。
【0003】
特許文献１では、レーザ溶接時にワークから放出される溶接光（反射光、プラズマ光）がレーザトーチ（加工ヘッド）内部の光学系を通してレーザ照射光と光学的に同軸に取得される。取得された溶接光は光電変換され、光電変換により得られた電気信号に基づいて欠陥有無などの溶接状態が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０００－３３４５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
作業機械などの部品の溶接においては、大型で厚い素材が溶接対象物として用いられる。このためそのような素材をレーザ溶接する際には溶接対象物を固定して、レーザ溶接機の加工ヘッドを移動させる必要がある。
【0006】
またレーザ溶接の場合、溶接対象物に対するレーザ光の焦点位置が変化すると、正確な溶接ができなくなる。このため加工ヘッドと溶接対象物との間の距離を一定に管理することが重要となる。仮にレーザ溶接時に加工ヘッドと溶接対象物との双方を移動させると、溶接対象物に対するレーザ光の焦点位置の管理が難しくなる。この点からもレーザ溶接時には、溶接対象物を固定して、レーザ溶接機の加工ヘッドを移動させる必要がある。
【0007】
また作業機械などの部品においては溶接形状が複雑となる場合が多い。このため加工ヘッドを溶接対象物に対して上下、左右、前後に立体的に移動させながらレーザ溶接を行なう必要がある。
【0008】
特許文献１に記載のレーザ溶接欠陥検出装置によれば、溶接光を光電変換するセンサが加工ヘッドに接続されている。このため加工ヘッドの移動における制約が多くなり、複雑な溶接形状に対応することが難しい。
【0009】
本開示の目的は、溶接欠陥を検出でき、かつ複雑な溶接形状に対応が容易なレーザ溶接欠陥検出装置およびレーザ溶接欠陥検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本開示のレーザ溶接欠陥検出装置は、レーザ光発振装置と、レーザ光照射装置と、熱放射光センサーと、レーザ光伝送経路と、熱放射光伝送経路とを備えている。レーザ光発振装置は、レーザ光を発振する。レーザ光照射装置は、レーザ光発振装置により発振されたレーザ光を溶接箇所に照射する。熱放射光センサーは、レーザ光の照射により溶接箇所から発生した熱放射光の強度を検知する。レーザ光伝送経路は、レーザ光発振装置に接続された光ファイバーを有し、かつレーザ光発振装置からレーザ光をレーザ光照射装置へ伝送する。熱放射光伝送経路は、レーザ光照射装置から熱放射光センサーへ熱放射光を伝送し、かつ光ファイバーをレーザ光伝送経路との間で共有する。
【0011】
本開示のレーザ溶接欠陥検出方法は、以下のステップを有している。
【0012】
レーザ光が発振される。発振されたレーザ光が、レーザ光照射装置に接続された光ファイバーを有するレーザ光伝送経路を経由してレーザ光照射装置へ伝送される。レーザ光照射装置から溶接箇所にレーザ光が照射される。レーザ光の照射により溶接箇所から発生した熱放射光が、光ファイバーをレーザ光伝送経路との間で共有する熱放射光伝送経路を経由して熱放射光センサーへ伝送される。熱放射光センサーにより熱放射光の強度が検出される。
【発明の効果】
【0013】
本開示によれば、溶接欠陥を検出でき、かつ複雑な溶接形状に対応が容易なレーザ溶接欠陥検出装置およびレーザ溶接欠陥検出方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】一実施の形態に係るレーザ溶接欠陥検出装置の構成を示す斜視図である。
【図3】一実施の形態に係るレーザ溶接欠陥検出方法を示すフロー図である。
【図4】一実施の形態に係るレーザ溶接欠陥検出方法の変形例を示すフロー図である。
【図5】比較例に係るレーザ溶接欠陥検出装置の構成を示す模式図である。
【図6】レーザ光を用いた重ね継手溶接により作製した複数の試料における溶接箇所の断面を示す図である。
【図7】ビード幅と接合幅との関係を示す図である。
【図8】熱放射光強度とビード幅との関係を示す図である。
【図9】横軸に沿って図中左側から右側へ溶接をした場合に、溶接条件を途中で変えたときの熱放射光強度およびビード幅の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を繰り返さない。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。また、実施の形態と変形例とは、互いに任意に組み合わされてもよい。
【0016】
＜レーザ溶接欠陥検出装置の構成＞
まず本実施の形態に係るレーザ溶接欠陥検出装置の構成について図１を用いて説明する。
まず本実施の形態に係るレーザ溶接欠陥検出装置の構成について図１を用いて説明する。
【0017】
図１は、一実施の形態に係るレーザ溶接欠陥検出装置の構成を示す斜視図である。図１に示されるように、レーザ溶接欠陥検出装置１０は、レーザ溶接をするとともに、溶接箇所における欠陥の有無を検出する装置である。
【0018】
レーザ溶接欠陥検出装置１０は、レーザ光発振装置１と、レーザ光伝送経路２ａ、２ｂ、５と、加工ヘッド３（レーザ光照射装置）と、熱放射光伝送経路２ａ、２ｃ、５と、熱放射光センサー４と、筐体６と、コントローラ２０とを有している。
【0019】
レーザ光発振装置１は、レーザ光を発振する。レーザ光は、たとえば光ファイバー内を伝搬できるレーザ光であればよい。レーザ光は、たとえばＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザ光、半導体レーザ光、ファイバーレーザー光のいずれかである。
【0020】
加工ヘッド３は、レーザ光発振装置１により発振されたレーザ光を溶接箇所に照射する部分である。加工ヘッド３は、内部にレンズなどの光学系を有している。加工ヘッド３の光学系によりレーザ光は集光されて溶接箇所に照射される。加工ヘッド３は、レーザ光を溶接箇所に対してたとえば垂直に照射する。
【0021】
加工ヘッド３は、溶接対象物１１、１２に対して、上下、左右、前後に立体的に移動できるように構成されている。加工ヘッド３は、たとえば多関節ロボットアームに取り付けられている。加工ヘッド３は、溶接対象物１１、１２に対して、上下、左右、前後に移動可能であれば、多関節ロボットアーム以外の部材（たとえばガイドレールなど）に取り付けられていてもよい。
【0022】
加工ヘッド３は、溶接箇所から発生した熱放射光を取得し、熱放射光伝送経路２ａ、２ｃ、５へ伝送する部分である。加工ヘッド３において熱放射光は、レーザ光と同じ光学系を同軸に伝送される。熱放射光が加工ヘッド３の光学系を伝送される方向は、レーザ光が加工ヘッド３の光学系を伝送する方向と逆方向である。
【0023】
熱放射光センサー４は、レーザ光の照射により溶接箇所から発生した熱放射光の強度を検知する部分である。熱放射光センサー４は、受光した熱放射光を光電変換して、電気信号を得る光電変換素子である。熱放射光センサー４は、たとえばフォトダイオードである。
【0024】
レーザ光伝送経路２ａ、２ｂ、５は、レーザ光発振装置１と加工ヘッド３との間を繋いでいる。レーザ光伝送経路２ａ、２ｂ、５は、レーザ光発振装置１から発振されたレーザ光をレーザ光照射装置３へ伝送する部分である。
【0025】
レーザ光伝送経路２ａ、２ｂ、５は、光ファイバー２ａと、光ファイバー２ｂと、光分岐器５とを有している。光ファイバー２ａの一端は加工ヘッド３に接続されている。光ファイバー２ｂの一端はレーザ光発振装置１に接続されている。光ファイバー２ａの他端と光ファイバー２ｂの他端との各々は、光分岐器５に接続されている。
【0026】
熱放射光伝送経路２ａ、２ｃ、５は、レーザ光発振装置１と熱放射光センサー４との間を繋いでいる。熱放射光伝送経路２ａ、２ｃ、５は、レーザ光照射装置３から熱放射光センサー４へ熱放射光を伝送する部分である。
【0027】
熱放射光伝送経路２ａ、２ｃ、５は、光ファイバー２ａと、光ファイバー２ｃと、光分岐器５とを有している。光ファイバー２ｃの一端は熱放射光センサー４に接続されている。光ファイバー２ｃの他端は光分岐器５に接続されている。
【0028】
レーザ光伝送経路２ａ、２ｂ、５と、熱放射光伝送経路２ａ、２ｃ、５とは、光分岐器５と、レーザ光発振装置１に接続された光ファイバー２ａとを共有している。光ファイバー２ｂと光ファイバー２ｃとは、光分岐器５を介在して光ファイバー２ａから分岐している。
【0029】
光分岐器５は、レーザ光発振装置１から発振されたレーザ光を光ファイバー２ｂから光ファイバー２ａへ伝送するが、光ファイバー２ｃへは伝送しないように構成されている。また光分岐器５は、加工ヘッド３が受け取った熱放射光を光ファイバー２ａから光ファイバー２ｃへ伝送するが、光ファイバー２ｂへは伝送しないように構成されている。光分岐器５は、たとえば光サーキュレータ、分光フィルタ、光カプラ、スプリッタなどである。
【0030】
筐体６は、内部空間を有している。筐体６の内部空間には、少なくともレーザ光発振装置１、熱放射光センサー４、光ファイバー２ｂ、２ｃおよび光分岐器５が配置されている。筐体６の内部空間には、光ファイバー２ａの一部が配置されていてもよい。筐体６は加工ヘッド３に取り付けられておらず、加工ヘッド３とは分離されている。
【0031】
コントローラ２０は、熱放射光センサー４と有線または無線で接続されている。コントローラ２０は、たとえばプロセッサであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。コントローラ２０は、熱放射光センサー４により検出された熱放射光の強度に基づいて溶接箇所に欠陥があるか否かを判定する。
【0032】
【0033】
図２は、図１に示すレーザ溶接欠陥検出装置に含まれるコントローラの機能ブロックを示す図である。図２に示されるように、コントローラ２０は、少なくとも熱放射光強度取得部２０ａと、欠陥判定部２０ｃと、記憶部２０ｄとを有している。
【0034】
熱放射光強度取得部２０ａは、熱放射光センサー４から熱放射光の強度を表す電気信号を取得する。熱放射光強度取得部２０ａは、取得した熱放射光の強度を表す電気信号を欠陥判定部２０ｃへ出力する。
【0035】
欠陥判定部２０ｃは、取得した熱放射光の強度を表す電気信号に基づいて溶接箇所に欠陥があるか否かを判定する。欠陥判定部２０ｃは、たとえば熱放射光の強度が閾値未満か否かにより溶接箇所に欠陥があるか否かを判定する。具体的には欠陥判定部２０ｃは、熱放射光の強度が閾値未満である場合には溶接箇所に欠陥があると判定し、熱放射光の強度が閾値以上である場合には溶接箇所に欠陥がないと判定する。
【0036】
上記判定に用いられる閾値は、たとえば記憶部２０ｄに記憶されている。欠陥判定部２０ｃは、溶接箇所に欠陥があるか否かを判定する際に、記憶部２０ｄから閾値を取得する。
【0037】
欠陥判定部２０ｃは、溶接箇所に欠陥があるか否かの判定結果を表示部８に出力する。表示部８は、コントローラ２０の外部に配置されている。表示部８は、取得した溶接箇所に欠陥があるか否かの判定結果を表示する。
【0038】
上記においては熱放射光の強度から溶接箇所の欠陥を直接判定する場合について説明したが、熱放射光からビード幅を算出し、そのビード幅に基づいて溶接箇所の欠陥が判定されてもよい。この場合、コントローラ２０は、ビード幅算出部２０ｂを有している。
【0039】
ビード幅算出部２０ｂは、熱放射光強度取得部２０ａから熱放射光の強度を表す電気信号を取得する。ビード幅算出部２０ｂは、取得した熱放射光の強度を表す電気信号に基づいてビード幅を算出する。
【0040】
具体的にはビード幅算出部２０ｂは、熱放射光の強度とビード幅との関係を示すテーブルを参照して、取得した熱放射光の強度からビード幅を算出する。上記の熱放射光の強度とビード幅との関係を示すテーブルは、たとえば記憶部２０ｄに記憶されている。ビード幅算出部２０ｂは、ビード幅を算出する際に、上記の熱放射光の強度とビード幅との関係を示すテーブルを記憶部２０ｄから取得する。
【0041】
ビード幅算出部２０ｂは、算出したビード幅を欠陥判定部２０ｃに出力する。欠陥判定部２０ｃは、取得したビード幅に基づいて溶接箇所に欠陥があるか否かを判定する。たとえば欠陥判定部２０ｃは、ビード幅が閾値未満か否かにより溶接箇所に欠陥があるか否かを判定する。具体的には欠陥判定部２０ｃは、ビード幅が閾値未満である場合には溶接箇所に欠陥があると判定し、ビード幅が閾値以上である場合には溶接箇所に欠陥がないと判定する。
【0042】
上記判定に用いられる閾値は、たとえば記憶部２０ｄに記憶されている。欠陥判定部２０ｃは、溶接箇所に欠陥があるか否かを判定する際に、記憶部２０ｄから閾値を取得する。記憶部２０ｄには、たとえば入力部７から閾値などの情報が入力される。
【0043】
欠陥判定部２０ｃは、溶接箇所に欠陥があるか否かの判定結果を表示部８に出力する。表示部８は、取得した溶接箇所に欠陥があるか否かの判定結果を表示する。
【0044】
なお記憶部２０ｄは、コントローラ２０に含まれておらず、コントローラ２０の外部に配置されていてもよい。また記憶部２０ｄには、コントローラ２０の外部の入力部７から、閾値、熱放射光の強度とビード幅との関係を示すテーブルなどの情報が記憶されてもよい。
【0045】
【0046】
【0047】
レーザ光発振装置１から発振されたレーザ光は、レーザ光伝送経路２ａ、２ｂ、５を経由して加工ヘッド３へ伝送される（ステップＳ２：図３）。具体的にはレーザ光発振装置１から発振されたレーザ光は、光ファイバー２ｂ、光分岐器５および光ファイバー２ａを順に経由して加工ヘッド３へ伝送される。この際、レーザ光発振装置１から発振されたレーザ光は、光分岐器５の機能によって光ファイバー２ｂから光ファイバー２ｃへ伝送されることはない。
【0048】
加工ヘッド３に伝送されたレーザ光は、加工ヘッド３内の光学系により集光されて加工ヘッド３から溶接箇所に照射される（ステップＳ３：図３）。これにより溶接対象物１１、１２をレーザ溶接によって接合することができる。
【0049】
具体的にはレーザ溶接欠陥検出装置１０は、レーザ光を用いて、たとえば重ね継手溶接を行なう。重ね継手溶接においては、たとえば溶接対象物である下板１１および上板１２が重ね合わされた状態でレーザ溶接が行なわれる。加工ヘッド３において集光されたレーザ光は、上板１２に照射される。レーザ光が上板１２に照射されることにより、上板１２から下板１１に向かってキーホールが形成され、上板１２だけでなく下板１１も溶融する。これにより下板１１および上板１２の双方が溶融し一体化する。溶融した部分は凝固し、溶接痕としてのビード１３が生じる。
【0050】
上記レーザ光の照射により溶接箇所から熱放射光が発生する。溶接箇所から発生した熱放射光は、加工ヘッド３の光学系と熱放射光伝送経路２ａ、２ｃ、５とを経由して熱放射光センサー４へ伝送される（ステップＳ４：図３）。具体的には溶接箇所から発生した熱放射光は、加工ヘッド３の光学系と、光ファイバー２ａと、光分岐器５と、光ファイバー２ｃとを順に経由して熱放射光センサー４へ伝送される。この際、加工ヘッド３の光学系を経由した熱放射光は、光分岐器５の機能によって光ファイバー２ａから光ファイバー２ｂへ伝送されることはない。
【0051】
光ファイバー２ｃを伝送される熱放射光は、熱放射光センサー４により受光される。熱放射光センサー４は、受光した熱放射光の強度を検知する（ステップＳ５：図３）。具体的には、熱放射光センサー４は、受光した熱放射光を光電変換することにより、熱放射光の強度を示す電気信号に変換する。
【0052】
図２および図３に示されるように、コントローラ２０の熱放射光強度取得部２０ａは、熱放射光センサー４から熱放射光の強度を表す電気信号を取得して、欠陥判定部２０ｃへ出力する。欠陥判定部２０ｃは、熱放射光センサー４により得られた熱放射光の強度が閾値未満か否かに基づいて溶接箇所に欠陥があるか否かを判定する（ステップＳ６：図３）。
【0053】
具体的には、熱放射光の強度が閾値未満である場合には溶接箇所に欠陥が有ると判定される（ステップＳ７：図３）。また熱放射光の強度が閾値以上である場合には溶接箇所に欠陥が無いと判定される（ステップＳ８：図３）。
【0054】
上記によりコントローラ２０は、熱放射光センサー４により検出された熱放射光の強度に基づいて溶接箇所に欠陥があるか否かを判定することにより溶接欠陥を検出する。
【0055】
上記においては熱放射光の強度に基づいて溶接箇所に欠陥があるか否かを判定する場合について説明したが、熱放射光から算出されたビード幅に基づいて溶接箇所に欠陥があるか否かが判定されてもよい。この場合におけるレーザ溶接欠陥検出方法を図４を用いて以下に説明する。
【0056】
図４は、一実施の形態に係るレーザ溶接欠陥検出方法の変形例を示すフロー図である。図４に示されるように、本変形例におけるレーザ溶接欠陥検出方法は、図３に示すステップＳ１～Ｓ５と同様のステップを経る。この後、検知された熱放射光の強度から溶接箇所のビード幅が算出される（ステップＳ１１：図４）。
【0057】
【0058】
ビード幅算出部２０ｂは、熱放射光の強度とビード幅との関係を示すテーブルを参照して、取得した熱放射光の強度からビード幅を算出する。ビード幅算出部２０ｂは、算出したビード幅を欠陥判定部２０ｃに出力する。欠陥判定部２０ｃは、ビード幅が閾値未満か否かに基づいて溶接箇所に欠陥があるか否かを判定する（ステップＳ１２：図４）。
【0059】
【0060】
上記によりコントローラ２０は、ビード幅に基づいて溶接箇所に欠陥があるか否かを判定することにより溶接欠陥を検出する。
【0061】
＜効果＞
次に、上記実施の形態における効果について図５に示す比較例と対比して説明する。
次に、上記実施の形態における効果について図５に示す比較例と対比して説明する。
【0062】
図５は、比較例に係るレーザ溶接欠陥検出装置の構成を示す模式図である。図５に示されるように、比較例のレーザ溶接欠陥検出装置１０Ａでは、レーザ光発振装置１と加工ヘッド３との間の光伝送経路２ｂと、加工ヘッド３と光センサー４ａとの間の光伝送経路２ｃとの間で光ファイバーが共有されていない。
【0063】
具体的にはレーザ光発振装置１と加工ヘッド３との間は光ファイバー２ｂにより接続されている。また加工ヘッド３と光センサー４ａとの間は光ファイバー２ｃにより接続されている。光ファイバー２ｂと光ファイバー２ｃとは互いに異なる光伝送経路を構成しており、光伝送経路を共有していない。
【0064】
比較例に係るレーザ溶接欠陥検出装置では、加工ヘッド３に２つの異なる光ファイバー２ｂ、２ｃが接続されている。このため加工ヘッド３が上下、左右、前後に立体的に移動する際の移動の制約が多くなる。よって複雑な溶接形状に対応することが難しい。
【0065】
これに対して上記実施の形態および変形例によれば、図１に示されるようにレーザ光発振装置１と加工ヘッド３との間のレーザ光伝送経路と、加工ヘッド３と光センサー４ａとの間のレーザ光伝送経路との間で光ファイバー２ａが共有されている。このため加工ヘッド３に接続される光ファイバーは光ファイバー２ａの１つのみである。よって加工ヘッド３が上下、左右、前後に立体的に移動する際の移動の制約が少なくなる。よって、たとえば作業機械のブームなどの部品をレーザ溶接する際においても複雑な溶接形状に対応することが容易となる。
【0066】
また本実施の形態によれば、図２に示されるように、熱放射光センサー４により検出された熱放射光の強度に基づいてコントローラ２０が溶接箇所に欠陥があるか否かを判定する。
【0067】
ここで本発明者らは、レーザ溶接におけるビード幅が小さくなると溶接箇所に欠陥が生じるという知見を得た。以下、その知見について説明する。
【0068】
本発明者らは、レーザ光を用いた重ね継手溶接を行なうことで、ビード幅の異なる複数の試料を作製し、それらの試料の溶接箇所の断面を観察した。その結果を、図６に示す。
【0069】
図６は、レーザ光を用いた重ね継手溶接により作製した複数の試料における溶接箇所の断面を示す図である。図６に示されるように、試料Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各ビード幅ａ、ｂ、ｃ、ｄは、ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄの関係を有している。つまり試料Ａのビード幅が最も大きく、次いで試料Ｂ、Ｃ、Ｄの順でビード幅が小さくなっている。
【0070】
最もビード幅の大きい試料Ａにおいては、溶接対象物である下板１１と上板１２との接合幅も十分であり、欠陥は見当たらなかった。また試料Ｂ、Ｃにおいては、下板１１と上板１２との接合幅が試料Ａよりも小さく、下板１１と上板１２との間に隙間１４が生じているものの、接合幅は十分な大きさを有していた。
【0071】
これに対して、作製した試料のうち最もビード幅の小さい試料Ｄでは、下板１１と上板１２とが接合されておらず、下板１１と上板１２との間の隙間１４も大きい。
【0072】
上記の結果から、ビード幅が小さくなると、下板１１と上板１２との接合幅が小さくなることが分かった。またビード幅が小さくなりすぎると、下板１１と上板１２とが接合されず（接合幅が０になり）、溶接欠陥が生じることが分かった。
【0073】
そこで本発明者らは、ビード幅と接合幅との関係をさらに詳しく調べた。その結果を図７に示す。
【0074】
図７は、ビード幅と接合幅との関係を示す図である。図７に示されるように、本発明者らは、上板１２の厚みに対するビード幅の比（ビード幅／上板厚）を変化させたときの、上板厚に対する接合幅の比（接合幅／上板厚）の変化を調べた。
【0075】
その結果、ビード幅／上板厚が所定の数値未満となると、接合幅／上板厚が０になることが分かった。ここで接合幅／上板厚が０であるとは、接合幅が０であり、下板１１と上板１２とが接合されていない状態を意味する。
【0076】
上記の結果から、接合幅が０になる試料と接合幅が０にならない試料との間に、ビード幅／上板厚の閾値が存在することが分かった。またそのビード幅／上板厚の閾値は、０．７～１．０の範囲内に存在することが分かった。このためビード幅／上板厚の閾値は、０．７であることが好ましく、１．０であることがより好ましい。
【0077】
さらに本発明者らは、レーザ溶接時に溶接箇所から生じる熱放射光の強度とその溶接箇所に生じるビード幅との関係を調べた。その結果を図８に示す。
【0078】
【0079】
【0080】
このため本実施の形態のように、熱放射光の強度を検出する熱放射光センサー４が設けられることにより、溶接箇所に溶接欠陥があるか否かを判定することが可能となる。
【0081】
また本実施の形態によれば、図２に示されるように、熱放射光センサー４により検出された熱放射光の強度に基づいてコントローラ２０が溶接箇所におけるビード幅を算出する。このようにビード幅を算出することにより、ビード幅の大きさから溶接欠陥があるか否かを判定することが可能となる。
【0082】
また本実施の形態によれば、図２に示されるように、コントローラ２０は、算出したビード幅が閾値未満であるか否かに基づいて溶接箇所に欠陥があるか否かを判定する。このようにビード幅が閾値未満であるか否かにより、溶接欠陥があるか否かを判定することが可能となる。また溶接欠陥の有無をビード幅が閾値未満であるか否かという単純なアルゴリズムで実現できるため、アルゴリズム作成時間を短縮することができる。
【0083】
また上記においては熱放射光の強度からビード幅を算出し、ビード幅が閾値未満であるか否かにより溶接欠陥の有無を判定したが、熱放射光の強度が閾値未満であるか否かにより溶接欠陥の有無が判定されてもよい。
【0084】
このことに関して本発明者らは、レーザ光を用いた重ね継手溶接において溶接条件を変えたときの熱放射光強度およびビード幅の変化について調べた。具体的には、上記継手溶接において、下板１１と上板１２との間の隙間が小さい領域と大きい領域とを意図的に設けて、各領域を溶接したときの熱放射光強度およびビード幅の相違を調べた。その結果を図９に示す。なお隙間が小さい領域と大きい領域とを溶接する際の溶接条件は、上記の隙間の大きさ以外は同じとした。
【0085】
図９は、横軸に沿って図中左側から右側へ溶接をした場合に、溶接条件（隙間の大きさ）を途中で変えたときの熱放射光強度およびビード幅の変化を示す図である。図９に示されるように、下板１１と上板１２との間の隙間が小さい領域では熱放射光の強度が大きくなり、当該隙間が大きい領域では熱放射光の強度が小さくなることが分かった。また下板１１と上板１２との間の隙間が小さい領域ではビード幅が大きくなり、当該隙間が大きい領域ではビード幅が小さくなることが分かった。また下板１１と上板１２との間の隙間が小さい領域では図６の試料Ａで示される溶接状態が得られ、当該隙間が大きい領域では図６の試料Ｄで示される溶接状態が得られた。
【0086】
上記の結果から、熱放射光の強度が閾値未満であるか否かにより溶接欠陥の有無が判定できることが分かった。具体的には、熱放射光の強度が閾値未満である場合には溶接箇所に欠陥があると判定することができ、熱放射光の強度が閾値以上である場合には溶接箇所に欠陥がないと判定することができる。
【0087】
このように熱放射光の強度が閾値未満であるか否かにより溶接欠陥の有無を判定することによりビード幅を算出することなく、溶接欠陥の有無を判定することが可能となる。
【0088】
また本実施の形態によれば、図１に示されるように、筐体６は、その内部空間にレーザ光発振装置１と熱放射光センサー４との双方を収納する。これによりレーザ光発振装置１と熱放射光センサー４とを１つのモジュールとして取り扱うことが可能となる。
【0089】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0090】
１ レーザ光発振装置、２ａ，２ｂ，２ｃ 光ファイバー、３ 加工ヘッド、４ 熱放射光センサー、５ 光分岐器、６ 筐体、７ 入力部、８ 表示部、１０ レーザ溶接欠陥検出装置、１１，１２ 溶接対象物、１３ ビード、２０ コントローラ、２０ａ 熱放射光強度取得部、２０ｂ ビード幅算出部、２０ｃ 欠陥判定部、２０ｄ 記憶部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
