JP6989437B2 - Coil welding quality judgment method - Google Patents
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Description
本発明は、コイル溶接の品質判定方法に関する。 The present invention relates to a method for determining the quality of coil welding.
特許文献１には、被溶接材にレーザ光を照射することにより形成された溶融池を撮影し、撮影された溶融池の画像から、溶接方向に直交する方向の溶融池の幅を計測し、計測された溶融池の幅から溶込み深さを推測し、推測された溶込み深さと計測された溶融池の幅から溶接品質の良否を判定するレーザ溶接良否判定方法が記載されている。 In Patent Document 1, a molten pool formed by irradiating a material to be welded with a laser beam is photographed, and the width of the molten pool in the direction orthogonal to the welding direction is measured from the photographed image of the molten pool. A laser welding quality determination method is described in which the penetration depth is estimated from the measured width of the molten pool, and the quality of welding is determined from the estimated penetration depth and the measured width of the molten pool.
しかしながら、特許文献１に記載のレーザ溶接良否判定方法では、２つの被溶接材の間に段差、すなわち、被溶接材間のずれが生じている状態でレーザ溶接を行うと、当該段差によって、溶融池の深さを正確に推測することができない。そのため、溶接品質の判定の精度が低下してしまう場合がある。 However, in the laser welding quality determination method described in Patent Document 1, when laser welding is performed with a step between the two materials to be welded, that is, a gap between the materials to be welded, the step melts due to the step. The depth of the pond cannot be estimated accurately. Therefore, the accuracy of welding quality determination may decrease.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、より精度の高いコイル溶接の品質判定方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a more accurate quality determination method for coil welding.
本発明に係るコイル溶接の品質判定方法では、第１のコイルと、前記第１のコイルよりもレーザ光の照射方向の奥側に配置された第２のコイルとがレーザ溶接される部分を撮影して得られた画像から、前記第１のコイル上に形成された溶融池の前記照射方向に沿った第１の幅と、前記第２のコイル上に形成された前記溶融池の前記照射方向に沿った第２の幅と、前記溶融池の前記照射方向に交差する方向に沿った第３の幅と、前記溶融池の深さ方向に沿った所定位置から前記第１のコイルの前記深さ方向上側までの第１の距離と、前記所定位置から前記第２のコイルの前記深さ方向上側までの第２の距離と、を検出し、検出された前記第１の幅、前記第２の幅、前記第３の幅、及び、前記第１の距離と前記第２の距離との段差比に基づいて、前記第１のコイルと前記第２のコイルの接合界面における前記溶融池の断面積を推定し、推定した前記溶融池の断面積が所定の値以上か否かに基づいて、溶接品質を判定する。 In the coil welding quality determination method according to the present invention, a portion where the first coil and the second coil arranged behind the first coil in the irradiation direction of the laser beam are laser-welded is photographed. From the image obtained in the above process, the first width of the molten pool formed on the first coil along the irradiation direction and the irradiation direction of the molten pool formed on the second coil. A second width along the same, a third width along the direction intersecting the irradiation direction of the molten pool, and the depth of the first coil from a predetermined position along the depth direction of the molten pool. The first width to the upper side in the vertical direction and the second distance from the predetermined position to the upper side in the depth direction of the second coil are detected, and the detected first width, the second. Width, the third width, and the breakage of the molten pool at the junction interface between the first coil and the second coil based on the step ratio between the first distance and the second distance. The area is estimated, and the welding quality is determined based on whether or not the estimated cross-sectional area of the molten pool is equal to or greater than a predetermined value.
本発明に係るコイル溶接の品質判定方法によれば、溶融池のレーザ光の照射方向に沿った幅（第１の幅及び第２の幅）と、溶融池の当該照射方向に交差する方向に沿った第３の幅と、溶融池の深さ方向に沿った所定位置から第１のコイルの前記深さ方向上側までの第１の距離と、所定位置から第２のコイルの当該深さ方向上側までの第２の距離との比である段差比とに基づいて、溶融池の接合界面における断面積が推定される。そのため、第１のコイルと第２のコイルとの間に段差が生じている場合であっても、溶接品質をより正確に判定することができる。よって、より精度の高いコイル溶接の品質判定方法を提供することができる。 According to the coil welding quality determination method according to the present invention, the width (first width and second width) along the irradiation direction of the laser beam of the molten pool and the direction intersecting the irradiation direction of the molten pool. The third width along, the first distance from the predetermined position along the depth direction of the molten pool to the upper side of the first coil in the depth direction, and the depth direction of the second coil from the predetermined position. The cross-sectional area at the junction interface of the molten pool is estimated based on the step ratio, which is the ratio to the second distance to the upper side. Therefore, even when a step is formed between the first coil and the second coil, the welding quality can be determined more accurately. Therefore, it is possible to provide a more accurate quality determination method for coil welding.
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１においてレーザ溶接されるコイルを模式的に示す上面図である。図２は、実施の形態１においてレーザ溶接されるコイルを模式的に示す側面図である。図３は、実施の形態１に係る良否判定式によって算出される溶融断面積の計算値（推定値）と実測値との関係を示すグラフの一例である。
Embodiment 1
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a top view schematically showing a coil to be laser welded in the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view schematically showing a coil to be laser welded in the first embodiment. FIG. 3 is an example of a graph showing the relationship between the calculated value (estimated value) of the molten cross-sectional area calculated by the quality determination formula according to the first embodiment and the actually measured value.
図１及び図２に、本実施の形態１において、レーザ溶接されるコイルの一例を模式的に示す。図１及び図２に示すように、本実施の形態１では、第１のコイル１００と、第２のコイル２００とが、レーザ照射によって溶接される。また、図１及び図２に示すように、レーザ光は、第１のコイル１００の第２のコイル２００側とは反対側から照射される。すなわち、第２のコイル２００は、第１のコイル１００よりもレーザ光の照射方向の奥側（図１に示すＹ軸方向＋側）に配置されている。
1 and 2 schematically show an example of a coil to be laser welded in the first embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, in the first embodiment, the
本実施の形態１に係るコイル溶接の品質判定方法は、図１及び図２に示すようなコイルのレーザ溶接の品質を判定する。具体的には、本実施の形態１に係るコイル溶接の品質判定方法は、図示しない判定装置によって実施される。より具体的には、判定装置は、カメラ（図示省略）、制御部（図示省略）等を備える。
また、制御部は、ＣＰＵ（図示省略）及び記憶部（図示省略）等を備える。そして、ＣＰＵが記憶部に格納されたプログラムを実行することにより、制御部における全ての処理が実現する。具体的には、ＣＰＵが記憶部に格納されたプログラムを実行することにより、制御部は、本実施の形態１に係るコイル溶接の品質判定方法を実施する。
また、制御部のそれぞれの記憶部に格納されるプログラムは、ＣＰＵに実行されることにより、制御部のそれぞれにおける処理を実現するためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、制御部における処理に利用される各種情報を格納することができる任意の記憶装置を含んで構成される。記憶装置は、例えば、メモリ等である。
The coil welding quality determination method according to the first embodiment determines the quality of the laser welding of the coil as shown in FIGS. 1 and 2. Specifically, the coil welding quality determination method according to the first embodiment is carried out by a determination device (not shown). More specifically, the determination device includes a camera (not shown), a control unit (not shown), and the like.
Further, the control unit includes a CPU (not shown), a storage unit (not shown), and the like. Then, when the CPU executes the program stored in the storage unit, all the processing in the control unit is realized. Specifically, when the CPU executes a program stored in the storage unit, the control unit implements the coil welding quality determination method according to the first embodiment.
Further, the program stored in each storage unit of the control unit includes a code for realizing processing in each of the control units by being executed by the CPU. The storage unit includes, for example, this program and an arbitrary storage device capable of storing various information used for processing in the control unit. The storage device is, for example, a memory or the like.
そして、本実施の形態１に係るコイル溶接の品質判定方法では、判定装置のカメラ（図示省略）が、第１のコイル１００と第２のコイル２００とがレーザ溶接される部分を撮影する。具体的には、判定装置は図示しないカメラを２台備えており、一方のカメラによって、第１のコイル１００と第２のコイル２００とがレーザ溶接される部分のＸ−Ｙ平面に実質的に平行な面を撮影し、他方のカメラによって、第１のコイル１００と第２のコイル２００とのＹ−Ｚ平面に実質的に平行な面を撮影する。より具体的には、例えば、第１のコイル１００と第２のコイル２００とをレーザ溶接するために、レーザ光源から第１のコイル１００と第２のコイル２００とがレーザ溶接される部分に照射され、第１のコイル１００と第２のコイル２００とがレーザ溶接される部分から反射されたレーザ光を当該一方のカメラが検出する。なお、判定装置は、ステレオカメラを備え、第１のコイル１００と第２のコイル２００とがレーザ溶接される部分から反射されたレーザ光を当該ステレオカメラによって３次元的に撮影してもよい。
Then, in the coil welding quality determination method according to the first embodiment, the camera (not shown) of the determination device photographs the portion where the
次に、判定装置の制御部（図示省略）が、カメラによって撮影された第１のコイル１００と第２のコイル２００とがレーザ溶接される部分の画像を画像処理する。
より具体的には、当該制御部は、カメラによって撮影された画像から、第１のコイル１００上に形成された溶融池Ｐのレーザ光の照射方向（図１に示すＹ軸方向）に沿った第１の幅Ｗ１と、第２のコイル２００上に形成された溶融池Ｐのレーザ光の照射方向に沿った第２の幅Ｗ２と、溶融池Ｐのレーザ光の照射方向に交差する方向（図１に示すＸ軸方向）に沿った第３の幅Ｌと、溶融池Ｐの深さ方向（図１に示すＺ軸方向）に沿った所定位置から第１のコイル１００の当該深さ方向上側までの第１の距離Ｈ１と、当該所定位置から第２のコイル２００の当該深さ方向上側までの第２の距離Ｈ２と、を検出する。図１において、当該所定位置は、ステータコア３００の上面の位置である。
Next, the control unit (not shown) of the determination device performs image processing on the image of the portion where the
More specifically, the control unit follows the irradiation direction (Y-axis direction shown in FIG. 1) of the laser beam of the molten pool P formed on the
次に、判定装置の制御部（図示省略）は、検出した第１の幅Ｗ１、第２の幅Ｗ２、第３の幅Ｌ、及び、第１の距離Ｈ１と第２の距離Ｈ２との段差比に基づいて、第１のコイル１００と第２のコイル２００の接合界面における溶融池Ｐの断面積を推定する。ここで、接合界面とは、溶接される第１のコイル１００と第２のコイル２００とが互いに当接する面を意味する。具体的には、当該制御部は、次の式（１）を用いて、第１のコイル１００と第２のコイル２００の接合界面における溶融池Ｐの断面積推定値Ｓｃを算出する。
Ｓｃ＝（Ｗ１＋Ｗ２）×Ｌ×（Ｗ１／Ｗ２）×（Ｈ２／Ｈ１）・・・・（１）
Next, the control unit (not shown) of the determination device detects the first width W1, the second width W2, the third width L, and the step between the first distance H1 and the second distance H2. Based on the ratio, the cross-sectional area of the molten pool P at the junction interface between the
Sc = (W1 + W2) x L x (W1 / W2) x (H2 / H1) ... (1)
次に、当該制御部は、第１の幅Ｗ１、第２の幅Ｗ２、第３の幅Ｌ、及び、第１の距離Ｈ１と第２の距離Ｈ２との段差比に基づいて、式（１）を用いて算出した溶融池Ｐの断面積推定値Ｓｃの値が所定の値以上か否かに基づいて、溶接品質を判定する。具体的には、断面積推定値Ｓｃの値が所定の値以上である場合、当該制御部は、溶接品質は良いと判断する。また、断面積推定値Ｓｃの値が所定の値未満である場合、当該制御部は、溶接品質は悪いと判断する。 Next, the control unit has the equation (1) based on the first width W1, the second width W2, the third width L, and the step ratio between the first distance H1 and the second distance H2. ), The welding quality is determined based on whether or not the value of the estimated cross-sectional area Sc of the molten pool P is equal to or greater than a predetermined value. Specifically, when the value of the estimated cross-sectional area Sc is equal to or higher than a predetermined value, the control unit determines that the welding quality is good. Further, when the value of the estimated cross-sectional area Sc is less than a predetermined value, the control unit determines that the welding quality is poor.
ここで、当該所定の値は、予備実験を行うことによって、断面積推定値Ｓｃの計算値と、第１のコイル１００と第２のコイル２００との溶融断面積の実測値との関係を取得し、当該関係に基づいて決定する。なお、溶融断面積とは、第１のコイル１００と第２のコイル２００とが互いに当接する面であって、レーザ溶接される面の面積を意味する。
図３示すグラフは、算出された溶融池Ｐの断面積推定値Ｓｃ（計算値）と、溶融断面積の実測値との関係の一例を示す。図３において、縦軸（ｙ軸）が溶融池Ｐの断面積推定値Ｓｃ（計算値）を示し、横軸（ｘ軸）が第１のコイル１００と第２のコイル２００との溶融断面積の実測値（ｍｍ２）を示す。なお、溶接された第１のコイル１００及び第２のコイル２００を引き剥がしたり、研磨したりすることによって、接合面を露出させ、マイクロスコープ等を用いて、当該接合面における溶融部の面積を測定することによって、第１のコイル１００と第２のコイル２００との接合界面における溶融池Ｐの断面積（溶融断面積）を実測する。
Here, the predetermined value obtains the relationship between the calculated value of the cross-sectional area estimated value Sc and the measured value of the molten cross-sectional area of the
The graph shown in FIG. 3 shows an example of the relationship between the calculated estimated cross-sectional area Sc (calculated value) of the molten pool P and the measured value of the molten cross-sectional area. In FIG. 3, the vertical axis (y-axis) indicates the estimated cross-sectional area Sc (calculated value) of the molten pool P, and the horizontal axis (x-axis) is the molten cross-sectional area of the
そして、本実施の形態１に係るコイル溶接の品質判定方法では、予備実験を行うことによって、図３に示す、溶融池Ｐの断面積推定値Ｓｃ（計算値）と、溶融断面積の実測値との関係を取得する。次に、判定装置の制御部（図示省略）は、図３にプロットされたデータの回帰直線を算出する。図３に示す例では、ｙ＝１．４７８６ｘ−４．３５４５という回帰直線が得られた。また、当該回帰直線の決定係数Ｒ２の値は０．７０であり、当該回帰直線は、溶融池Ｐの断面積推定値Ｓｃ（計算値）と、溶融断面積の実測値との相関を十分に表すことが示された。 Then, in the coil welding quality determination method according to the first embodiment, the estimated cross-sectional area Sc (calculated value) of the molten pool P and the actually measured value of the molten cross-sectional area shown in FIG. 3 are obtained by conducting a preliminary experiment. Get a relationship with. Next, the control unit (not shown) of the determination device calculates the regression line of the data plotted in FIG. In the example shown in FIG. 3, a regression line of y = 1.4786x-4.3545 was obtained. The value of the coefficient of determination R 2 of the regression line is 0.70, the regression line is enough cross-sectional area estimate Sc of the molten pool P (calc), the correlation between the measured values of the melting cross-sectional area It was shown to represent in.
次に、判定装置の制御部（図示省略）は、回帰直線と、溶接品質が良好となる溶融断面積実測値とに基づいて、溶接品質が良好となる溶融池Ｐの断面積推定値Ｓｃ（計算値）を決定する。当該制御部は、換言すれば、上記所定の値を決定する。例えば、図３において、溶接品質が良好となる溶融断面積実測値が５．６５ｍ２である場合、溶融池Ｐの断面積推定値Ｓｃ（計算値）は４と決定される。
なお、予備実験における、図３に示すグラフの作成、溶融池Ｐの断面積推定値Ｓｃの算出等も判定装置の制御部によって行われてもよい。また、溶接品質が良好となる溶融断面積実測値の上記数値、及び、溶融池Ｐの断面積推定値Ｓｃ（計算値）の上記数値は一例であり、溶接されるコイルの材質や溶接箇所等の条件により、適宜異なる。
Next, the control unit (not shown) of the determination device is based on the regression line and the measured value of the molten cross-sectional area where the welding quality is good, and the estimated cross-sectional area Sc of the molten pool P where the welding quality is good (not shown). Calculated value) is determined. In other words, the control unit determines the predetermined value. For example, in FIG. 3, when the measured value of the molten cross-sectional area for which the welding quality is good is 5.65 m 2 , the estimated cross-sectional area Sc (calculated value) of the molten pool P is determined to be 4.
In the preliminary experiment, the control unit of the determination device may also create the graph shown in FIG. 3, calculate the estimated cross-sectional area Sc of the molten pool P, and the like. Further, the above-mentioned numerical value of the actual measured value of the molten cross-sectional area for improving the welding quality and the above-mentioned numerical value of the estimated cross-sectional area Sc (calculated value) of the molten pool P are examples, and the material of the coil to be welded, the welding location, etc. It depends on the conditions of.
以上に説明した、実施の形態１に係るコイル溶接の品質判定方法によれば、溶融池Ｐのレーザ光の照射方向に沿った第１の幅Ｗ１及び第２の幅Ｗ２と、溶融池Ｐの当該照射方向に交差する方向に沿った第３の幅Ｌと、溶融池Ｐの深さ方向に沿った所定位置から第１のコイル１００の当該深さ方向上側までの第１の距離Ｈ１と、当該所定位置から第２のコイル２００の当該深さ方向上側までの第２の距離Ｈ２との比である段差比とに基づいて、溶融池Ｐの接合界面における断面積推定値Ｓｃが推定される。そのため、第１のコイル１００と第２のコイル２００との間に段差が生じている場合であっても、溶接品質をより正確に判定することができる。よって、より精度の高いコイル溶接の品質判定方法を提供することができる。
According to the coil welding quality determination method according to the first embodiment described above, the first width W1 and the second width W2 along the irradiation direction of the laser beam of the molten pool P and the molten pool P A third width L along the direction intersecting the irradiation direction, and a first distance H1 from a predetermined position along the depth direction of the molten pool P to the upper side of the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit.
１００ 第１のコイル
２００ 第２のコイル
３００ ステータコア
Ｐ 溶融池
Ｗ１ 第１のコイル上に形成された溶融池のレーザ光の照射方向に沿った第１の幅
Ｗ２ 第２のコイル上に形成された溶融池のレーザ光の照射方向に沿った第２の幅
Ｌ 溶融池のレーザ光の照射方向に交差する方向に沿った第３の幅
Ｈ１ 溶融池の深さ方向に沿った所定位置から第１のコイルの当該深さ方向上側までの第１の距離
Ｈ２ 溶融池の深さ方向に沿った所定位置から第２のコイルの当該深さ方向上側までの第２の距離Ｈ２
100
Claims (1)
検出された前記第１の幅、前記第２の幅、前記第３の幅、及び、前記第１の距離と前記第２の距離との段差比に基づいて、前記第１のコイルと前記第２のコイルの接合界面における前記溶融池の断面積を推定し、
推定した前記溶融池の断面積が所定の値以上か否かに基づいて、溶接品質を判定する、コイル溶接の品質判定方法。 The first coil is obtained from an image obtained by photographing a portion where a first coil and a second coil arranged behind the first coil in the irradiation direction of the laser beam are laser-welded. The first width of the molten pool formed on the coil along the irradiation direction, the second width of the molten pool formed on the second coil along the irradiation direction, and the molten pool. A third width along the direction intersecting the irradiation direction, a first distance from a predetermined position along the depth direction of the molten pool to the upper side of the first coil in the depth direction, and the above. The second distance from the predetermined position to the upper side of the second coil in the depth direction is detected.
The first coil and the first coil are detected based on the detected first width, the second width, the third width, and the step ratio between the first distance and the second distance. The cross-sectional area of the molten pool at the junction interface of the 2 coils is estimated.
A coil welding quality determination method for determining welding quality based on whether or not the estimated cross-sectional area of the molten pool is equal to or greater than a predetermined value.
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