米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 加工処理操作 -> トヨタ自動車株式会社

発明の名称 レーザ接合品質検査装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−98442(P2007−98442A)
公開日 平成19年4月19日(2007.4.19)
出願番号 特願2005−292648(P2005−292648)
出願日 平成17年10月5日(2005.10.5)
代理人 【識別番号】100080621
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 寿一郎
発明者 落合 大 / 中村 秀生 / 竹内 康恭
要約 課題
従来のレーザ接合品質検査装置では、反射光の強度が所定の範囲内に入っているか否かで接合状態の良否判定を行っていたので、反射光の検出値にノイズが乗ったときに、本来OK品となるものがNG品として誤判定されてしまうことがあった。

解決手段
溶接物3と被溶接物2とのレーザ照射による接合部の品質を検査するレーザ接合品質検査装置1であって、接合部からの反射光を検出して反射光の時間積分強度を演算する反射光強度演算手段と、接合部からのプラズマ光を検出してプラズマ光の時間積分強度を演算するプラズマ光強度演算手段と、接合部からの赤外光を検出して赤外光の時間積分強度を演算する赤外光強度演算手段と、反射光、プラズマ光、および赤外光の時間積分強度を変数として判別分析を行い、各時間積分強度を検出した接合部の接合品質の良否判定を、判別分析の結果に基づいて行う、接合品質判定手段である演算装置16とを有する。
特許請求の範囲
【請求項1】
接合物と被接合物とをレーザ照射により接合する際の、接合物と被接合物との接合部の接合品質を検査するレーザ接合品質検査装置であって、
前記接合部に照射したレーザの反射光を検出して、該反射光の時間積分強度を演算する反射光強度演算手段と、
前記接合部に生成するプラズマのプラズマ光を検出して、該プラズマ光の時間積分強度を演算するプラズマ光強度演算手段と、
前記接合部から放射される赤外光を検出して、該赤外光の時間積分強度を演算する赤外光強度演算手段と、
演算された反射光の時間積分強度、プラズマ光の時間積分強度、および赤外光の時間積分強度をそれぞれ変数として用いて判別分析を行い、前記各時間積分強度を検出した接合部の接合品質の良否判定を、前記判別分析の結果に基づいて行う、接合品質判定手段とを有する、
ことを特徴とするレーザ接合品質検査装置。
【請求項2】
前記プラズマ光強度演算手段は、レーザが照射された前記接合部からの戻り光を分光して取り出した第1分光からプラズマ光を検出して、該プラズマ光の時間積分強度を演算し、
前記赤外光強度演算手段は、第1分光を取り出した後の戻り光をさらに分光して取り出した第2分光から赤外光を検出して、該赤外光の時間積分強度を演算し、
前記反射光強度演算手段は、第2分光を取り出した後に残った戻り光から反射光を検出して、該反射光の時間積分強度を演算する、
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ接合品質検査装置。

発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、接合物と被接合物とをレーザ照射により接合する際の、接合物と被接合物との接合部の接合品質を検査するレーザ接合品質検査装置に関する。
【背景技術】
【0002】
接合物と被接合物とをレーザ照射により接合して、その接合状態等といった接合部品質の確認を行う場合、例えば、接合部の表面にレーザを照射して、照射したレーザの反射光に基づいて接合部品質を確認することが行われる。
具体的には、例えば、特許文献1に示すように、判定装置にて、受光した接合部からの反射光の強度を測定し、測定した強度と予め設けたしきい値とを比較して接合状態の良否を判定することが行われる。
また、図18に示すように、測定した反射光の強度が、予め設定された下限値から上限値の範囲内に入っているか否かで接合状態の良否判定が行われる。
【特許文献1】特開平5−335735号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
前述のように、測定した反射光の強度が所定の範囲内に入っているか否かで接合状態の良否判定を行った場合、図19に示すように、反射光の検出値にノイズが乗ったときに、ノイズピークが設定された上限値を超えてしまい、本来であればOK品となるものがNG品として誤判定されてしまうことがある。
特に、連続的な溶接を行っているときにノイズが乗った場合とは異なり、微少時間(数十msecオーダー)で行われるスポット的な溶接を行っているときにノイズが乗った場合は、ノイズピークが全体のレーザ照射時間に対して無視できるものではなく、誤判定の原因となってしまう。
そこで、本発明においては、接合品質の誤判定を抑制し、良否判定を正確に行うことができるレーザ接合品質検査装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記課題を解決するレーザ接合品質検査装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項1記載の如く、レーザ接合品質検査装置は、接合物と被接合物とをレーザ照射により接合する際の、接合物と被接合物との接合部の接合品質を検査するレーザ接合品質検査装置であって、前記接合部に照射したレーザの反射光を検出して、該反射光の時間積分強度を演算する反射光強度演算手段と、前記接合部に生成するプラズマのプラズマ光を検出して、該プラズマ光の時間積分強度を演算するプラズマ光強度演算手段と、
前記接合部から放射される赤外光を検出して、該赤外光の時間積分強度を演算する赤外光強度演算手段と、演算された反射光の時間積分強度、プラズマ光の時間積分強度、および赤外光の時間積分強度をそれぞれ変数として用いて判別分析を行い、前記各時間積分強度を検出した接合部の接合品質の良否判定を、前記判別分析の結果に基づいて行う、接合品質判定手段とを有する。
これにより、反射光の時間積分強度、プラズマ光の時間積分強度、および赤外光の時間積分強度といった、異なる3種類の時間積分強度を、それぞれ変数として用いて判別分析を行うことができ、該反射光、プラズマ光、および赤外光の時間積分強度を検出した接合部の接合品質の良否判定を誤判定なく正確に行うことができて、信頼性の高いレーザ接合品質検査装置を構成することが可能となる。
【0005】
また、請求項2記載の如く、前記プラズマ光強度演算手段は、レーザが照射された前記接合部からの戻り光を分光して取り出した第1分光からプラズマ光を検出して、該プラズマ光の時間積分強度を演算し、前記赤外光強度演算手段は、第1分光を取り出した後の戻り光をさらに分光して取り出した第2分光から赤外光を検出して、該赤外光の時間積分強度を演算し、前記反射光強度演算手段は、第2分光を取り出した後に残った戻り光から反射光を検出して、該反射光の時間積分強度を演算する。
これにより、最も強度が弱いプラズマ光成分を、最初に分光した第1分光から取り出し、最も強度が強い反射光成分を、第1分光および第2分光を取り出した後の残りの戻り光から取り出すこととなるので、反射光のみならず、最も強度が弱いプラズマ光や、次に強度が弱い赤外光をも確実に検出することが可能となる。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、接合物と被接合物とをレーザ照射により接合した接合部の接合品質の良否判定を、誤判定なく正確に行うことができて、信頼性の高いレーザ接合品質検査装置を構成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
【0008】
図1に示すように、本発明にかかるレーザ接合品質検査装置1は、被接合物である被溶接物3と接合される、接合物である溶接物2にレーザ光を照射する照射ノズル11と、該照射ノズル11の上部から水平方向に延出する導光路12と、該導光路12に導かれたプラズマ光を検出するプラズマ光センサ13と、前記導光路12に導かれた赤外光を検出する温度センサ14と、前記導光路12に導かれた反射光を検出する反射光センサ15とを備えている。
【0009】
また、照射ノズル11内には、ハーフミラーにて構成される折り返しレンズ21が設けられており、該折り返しレンズ21により、レーザが照射された溶接物2と被溶接物3との接合部からの戻り光5を、前記導光路12へ案内している。
前記導光路12内には、第1分光レンズ22および第2分光レンズ23が設けられており、導光路12へ案内された戻り光5は、まず第1分光レンズ22にて分光され、さらに第2分光レンズ23にて分光される。
【0010】
戻り光5を第1分光レンズ22にて分光して、取り出した第1分光5aは、前記プラズマ光センサ13にて検出され、第2分光レンズ23にて分光して取り出した第2分光5bは、前記温度センサ14にて検出され、第2分光レンズ23にて分光して第2分光5bが取り出された後の残り光5cは、前記反射光センサ15にて検出される。
【0011】
プラズマ光センサ13には、プラズマ光のみが通過可能なプラズマ光フィルタ13aが付設されており、該プラズマ光センサ13においては、第1分光5aのうちプラズマ光フィルタ13aを通過したプラズマ光成分のみが検出される。
また、温度センサ14には、赤外光のみが通過可能な赤外光フィルタ14aが付設されており、該温度センサ14においては、第2分光5bのうち赤外光フィルタ14aを通過した赤外光成分のみが検出される。
さらに、反射光センサ15には、反射光のみが通過可能な反射光フィルタ15aが付設されており、該反射光センサ15においては、残り光5cのうち反射光フィルタ15aを通過した反射光成分のみが検出される。
【0012】
図2に示すように、戻り光5に含まれるプラズマ光成分、赤外光成分、および反射光成分は、それぞれ検出される波長帯が異なるため、前記プラズマ光フィルタ13a、赤外光フィルタ14a、および反射光フィルタ15aを用いることで、前記各成分を個別に検出することが可能となっている。
【0013】
プラズマ光センサ13にて検出されたプラズマ光成分、温度センサ14にて検出された赤外光成分、および反射光センサ15にて検出された反射光成分は、それぞれ演算装置16へ入力されて演算処理され、接合部の良否判断が行われる。
【0014】
ここで、プラズマ光成分は、戻り光5を分光して取り出した第1分光5aから検出し、
赤外光成分は、第1分光5aを取り出した後の戻り光5をさらに分光して取り出した第2分光5bから検出し、反射光成分は、第2分光5bを取り出した後の残り光5cから検出しているが、これは以下の理由による。
【0015】
つまり、戻り光5に含まれる各成分は光の強度が互いに異なり、プラズマ光<赤外光<反射光、の順に強度が強くなっている。
一方、図3に示すように、各成分を取り出すために分光すると、分光するにつれて戻り光5が減衰し、該戻り光5の強度が弱くなる。
従って、最も強度が弱いプラズマ光成分を、最初に分光した第1分光5aから取り出し、最も強度が強い反射光成分を、第1分光5aおよび第2分光5bを取り出した後の残り光5cから取り出して、強度が弱いプラズマ光を確実に検出するようにしている。
【0016】
また、図4に示すようなパルス形状のレーザ光が照射ノズル11から照射された場合、プラズマ光センサ13にて検出されたプラズマ光の波形は、例えば図5に示すような形状となり、温度センサ14にて検出された赤外光の波形は、例えば図6に示すような形状となり、反射光センサ15にて検出された反射光の波形は、例えば図7に示すような形状となる。
【0017】
そして、前記演算装置16においては、前述のように検出されたプラズマ光成分、赤外光成分、および反射光成分の強度値をそれぞれ積分し、積分して得られたプラズマ光の時間積分強度、赤外光の時間積分強度、および反射光の時間積分強度に基づいて接合部の良否判断を行うようにしている。
なお、例えば、反射光の時間積分強度は、図7における斜線部の面積にて表わされる。
【0018】
また、本例においては、記接合部に照射したレーザの戻り光5から反射光を検出して、該反射光の時間積分強度を演算する反射光強度演算手段は、反射光センサ15および演算装置16にて構成され、該戻り光5からプラズマ光を検出して、該プラズマ光の時間積分強度を演算するプラズマ光強度演算手段は、プラズマ光センサ13および演算装置16にて構成され、前記戻り光5から放射される赤外光を検出して、該赤外光の時間積分強度を演算する赤外光強度演算手段は、赤外光センサ14および演算装置16にて構成されている。
【0019】
このように、溶接物3と被溶接物2との接合部の良否判断に、各光の時間積分強度の値を用いることにより、各光の波形にノイズ成分がスポット的に乗った場合でも、そのノイズ成分が接合部の良否判断に影響を与えることは殆どなくなる。
つまり、図8に示すように、例えばノイズが乗っていない反射光の検出波形(図8における左の図)と、ノイズが乗った反射光の検出波形(図8における右の図)とを比較した場合、時間積分強度を表わす斜線部の面積は殆ど変わらないため、時間積分強度値に基づいて接合部の良否判断を行っても、ノイズによる影響を殆ど受けることがない。
【0020】
演算装置16による、時間積分強度に基づく接合部の良否判断は、具体的には判別分析により行われる。
判別分析とは、いくつかの変数に基づいて、各データがどの群に所属するかを判定することを目的とするものであり、一般的に用いられている手法である。
本発明では、この判別分析を用いて接合部の良否判断を行うものであり、プラズマ光の時間積分強度、赤外光の時間積分強度、および反射光の時間積分強度をそれぞれ変数として、いくつかの検出データを取得し、取得した各検出データが、良品の群と不良品の群との2群のうち、何れの群に属するかの判定を行うものである。
【0021】
判別分析を行う手順としては、まず、プラズマ光、赤外光、および反射光の時間積分強度の検出データを、それぞれ取得する。
検出データ取得後、各群の前記検出データの分散が等しいか否かといった、等分散性の検定を行う。
次に判別関数を求める。この場合、前述の等分散性の検定により、分散性が等しいと判定された場合は、線形判別により判別関数を求め、分散性が等しくないと判定された場合は、2群2次判別により判別関数を求める。
【0022】
そして、求めた判別関数により、2つの群(良品の群と不良品の群)の境界を決定する。また、各群の分散をマハラノビスの汎距離を用いて数値化し、数値化した各群の分散、および前記境界をグラフ上に表わす。
図9に、グラフ上に表わされた分散および境界Bを示す。
図9に示したグラフ上では、境界Bの右側に位置している検出データを良品と判別し、境界Bの左側に位置している検出データを不良品と判別する。
【0023】
この場合、実際に接合部が良品状態にある検出データは、全て境界Bの右側に位置しているとともに、実際に接合部が不良品状態にある検出データは、全て境界Bの左側に位置しており、誤判定なく正確な良否判定が行われていることがわかる。
【0024】
このように、プラズマ光の時間積分強度、赤外光の時間積分強度、および反射光の時間積分強度といった3種類のデータを変数として用いて判別分析を行うことで、誤判定のない正確な良否判定を行うことが可能となっている。
【0025】
これに対し、図10に示すように、プラズマ光の時間積分強度、赤外光の時間積分強度、および反射光の時間積分強度のうち、何れか1種類のみを用いて判別分析を行った場合には(図10にはプラズマ光のみを用いた場合を示している)、境界Bの右側に良品だけでなく不良品が多く混入しているとともに、境界Bの左側に不良品だけでなく良品が多く混入しており、多くの誤判定が存在していて、正確な良否判定を行うことができない。
【0026】
また、図11に示すように、プラズマ光の時間積分強度、赤外光の時間積分強度、および反射光の時間積分強度のうち、何れか2種類を用いて判別分析を行った場合には(図11にはプラズマ光および反射光を用いた場合を示している)、図10に示した1種類の検出データのみを用いた場合に比べると誤判定の頻度は少ないが、まだ境界Bの右側に良品だけでなく不良品が混入しているとともに、境界Bの左側に不良品だけでなく良品が混入しており、誤判定が存在していて正確な良否判定を行っているとはいえない。
【0027】
以上の如く、接合品質判定手段となる演算装置16にて、反射光の時間積分強度、プラズマ光の時間積分強度、および赤外光の時間積分強度といった、異なる3種類の時間積分強度を、それぞれ変数として用いて判別分析を行うことで、該反射光、プラズマ光、および赤外光の時間積分強度を検出した接合部の接合品質の良否判定を、誤判定なく正確に行うことができ、信頼性の高いレーザ接合品質検査装置を構成することが可能となる。
【0028】
なお、判別分析に用いる変数の種類は、本例のような3種類に限るものではなく、もっと多くの種類の変数を用いることもできる。例えば、図4に示したレーザ出力を4種類目の変数として加えて判別分析を行うことも可能である。
このように、変数の種類を増加させて判別分析を行うことで、良否判定の正確さをさらに向上させることができる。
【0029】
また、本例のように、照射ノズル11に導光路12や第1・第2分光レンズ23を設けた構成では、3種類の光出力を検出することが容易であるが、図12に示すように、導光路12を設けずに照射ノズル11のみで光出力を検出しようとすると、そのままでは複数種類の光出力を検出することが困難となる。
しかし、照射ノズル11を次のように加工することで、導光路12を設けなくとも複数種類の光出力を検出することが可能となる。
【0030】
まず、図13に示すように、照射ノズル11の先端部11aにおける一部を、光を透過する部材にて構成した光透過部11b・11bに構成することで、接合部からの戻り光5を、この光透過部11b・11bから外部へ取り出して検出することができる。これにより、複数種類の光出力を検出することが可能となる。
光透過部11bは、例えばPMMA等の透明樹脂部材にて構成することができ、先端部11aの複数箇所に形成することができる。
【0031】
また、図14に示すように、照射ノズル11の先端部11aにおいて、側壁の一部を切り欠いて、先端部11aの断面形状が略「C」字状となるような切り欠き部11cを形成することで、その切り欠き部11cから、接合部からの戻り光5を外部へ取り出すことが可能となる。これにより、複数種類の光出力を検出することが可能となる。
【0032】
また、図15に示すように、照射ノズル11の先端部11aにおいて、側壁に開口部11d・11dを開口して、該開口部11d・11dから、接合部からの戻り光5を外部へ取り出すようにすることもできる。これにより、複数種類の光出力を検出することが可能となる。開口部11dは、先端部11aの複数箇所に形成することが可能である。
【0033】
また、図16に示すように、照射ノズル11の先端部11aの内部に、光出力を検出するための検出センサ19を埋め込んでおくことで、接合部からの戻り光5から複数種類の光出力を検出することが可能となる。検出センサ19は、先端部11aの複数箇所に埋め込んでおくことが可能である。
【0034】
また、前述のように、本レーザ接合品質検査装置1では、検出されたプラズマ光成分、赤外光成分、および反射光成分の強度値から、それぞれプラズマ光、赤外光、および反射光の時間積分強度を求め、これらの時間積分強度に基づいて接合部の良否判断を行うことで誤判定の発生を抑制しているが、次のように構成することでも誤判定を抑制することができる。
例えば、図17に示すように、検出した反射光強度値に乗っているノイズピークを、フィルタを用いてカットし、ノイズピークをカットした後に接合品質の判定を行うようにすることで、誤判定が生じることを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明にかかるレーザ接合品質検査装置を示す概略図である。
【図2】プラズマ光、赤外光、および反射光の発光ピークを示す図である。
【図3】接合部からの戻り光が分光により減衰していく様子を示す図である。
【図4】レーザ出力のパルス形状を示す図である。
【図5】検出したプラズマ光強度の波形を示す図である。
【図6】検出した赤外光強度の波形を示す図である。
【図7】検出した反射光強度の波形を示す図である。
【図8】ノイズが乗っていない状態の反射光の時間積分強度と、ノイズが乗った状態の反射光の時間積分強度とを比較した図である。
【図9】プラズマ光の時間積分強度、赤外光の時間積分強度、および反射光の時間積分強度の3種類を用いて判別分析を行った場合の判別結果を示す図である。
【図10】プラズマ光の時間積分強度、赤外光の時間積分強度、および反射光の時間積分強度のうち、何れか1種類のみを用いて判別分析を行った場合の判別結果を示す図である。
【図11】プラズマ光の時間積分強度、赤外光の時間積分強度、および反射光の時間積分強度のうち、何れか2種類を用いて判別分析を行った場合の判別結果を示す図である。
【図12】照射ノズルのみで光出力を検出しようとした場合に、そのままでは複数種類の光出力を検出することが困難である状況を示す図である。
【図13】先端部の一部を、光を透過する部材にて構成した照射ノズルを示す図である。
【図14】先端部の側壁の一部を切り欠いた照射ノズルを示す図である。
【図15】先端部の側壁に開口部を開口した照射ノズルを示す図である。
【図16】先端部の内部に、光出力を検出するための検出センサを埋め込んだ照射ノズルを示す図である。
【図17】検出した反射光強度値に乗っているノイズピークを、フィルタを用いてカットする様子を示す図である。
【図18】従来の接合部の良否判定方法を示す図である。
【図19】従来の接合部の良否判定方法において、反射光の検出値にノイズが乗ったときに誤判定が生じてしまう様子を示す図である。
【符号の説明】
【0036】
1 レーザ接合品質検査装置
2 被溶接物
3 溶接物
5 戻り光
5a 第1分光
5b 第2分光
5c 残り光
11 照射ノズル
12 導光路
13 プラズマ光センサ
14 赤外光センサ
15 反射光センサ
16 演算装置
22 第1分光レンズ
23 第2分光レンズ




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013