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公開番号2025030968
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023136877
出願日2023-08-25
発明の名称溶接評価装置及び溶接評価方法
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人東京国際特許事務所
主分類G01N 29/14 20060101AFI20250228BHJP(測定;試験)
要約【課題】溶接による溶け込み深さを高精度に計測することができること。
【解決手段】レーザ溶接時に溶接箇所2から生じたAE波を検出するAEセンサ21と、AEセンサから出力され処理されたAE信号の波形データを周波数解析する周波数解析部32と、周波数解析部にて得られた解析結果から、溶接箇所における溶け込み深さの評価に寄与する周波数帯域の周波数成分を抽出する周波数帯域抽出部33と、周波数帯域抽出部にて抽出された周波数帯域の周波数成分を逆周波数解析して波形データを求める逆周波数解析部34と、逆周波数解析部にて得られた波形データの強度に基づいて、溶接箇所の溶け込み深さを算出する溶け込み深さ算出部35と、を有して構成されたものである。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
溶接時に溶接箇所から生じた弾性波を検出するセンサと、
前記センサから出力され処理された検出信号の波形データを周波数解析する周波数解析部と、
前記周波数解析部にて得られた解析結果から、前記溶接箇所における溶け込み深さの評価に寄与する周波数帯域の周波数成分を抽出する周波数帯域抽出部と、
前記周波数帯域抽出部にて抽出された前記周波数帯域の前記周波数成分を逆周波数解析して波形データを求める逆周波数解析部と、
前記逆周波数解析部にて得られた前記波形データの強度に基づいて、前記溶接箇所の前記溶け込み深さを算出する溶け込み深さ算出部と、を有して構成されたことを特徴とする溶接評価装置。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
前記センサから出力され処理された検出信号の波形データから、この波形データの包絡線を求める第１包絡線導出部を更に有し、
溶け込み深さ算出部は、前記第１包絡線導出部にて得られた前記包絡線の時間的変動に基づいて、溶接箇所の溶け込み深さの時系列変化を算出するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の溶接評価装置。
【請求項３】
前記逆周波数解析部にて得られた波形データから、この波形データの包絡線を求める第２包絡線導出部を更に有し、
溶け込み深さ算出部は、前記第２包絡線導出部にて得られた前記包絡線の時間的変動に基づいて、溶接箇所の溶け込み深さの時系列変化を算出するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の溶接評価装置。
【請求項４】
前記溶け込み深さ算出部は、溶接条件、弾性波の時系列データ、及び溶け込み深さの変動量を教師データとして学習し、前記溶接条件及び前記弾性波の時系列データを説明変数として入力し、前記溶け込み深さの時系列変化を算出する機能を更に有することを特徴とする請求項１に記載の溶接評価装置。
【請求項５】
前記弾性波の時系列データは、センサから出力され処理された検出信号の波形データ、または溶け込み深さの評価に寄与する周波数帯域の周波数成分を逆周波数解析して得られた波形データであることを特徴とする請求項４に記載の溶接評価装置。
【請求項６】
溶接時に溶接箇所から生じた弾性波をセンサが検出するステップと、
前記センサから出力され処理された検出信号の波形データを周波数解析部が周波数解析するステップと、
前記周波数解析部にて得られた解析結果から、前記溶接箇所における溶け込み深さの評価に寄与する周波数帯域の周波数成分を周波数帯域抽出部が抽出するステップと、
前記周波数帯域抽出部にて抽出された前記周波数帯域の前記周波数成分を逆周波数解析部が逆周波数解析して波形データを求めるステップと、
前記逆周波数解析部にて得られた前記波形データの強度に基づいて、溶け込み深さ算出部が前記溶接箇所の前記溶け込み深さを算出するステップと、をすることを特徴とする溶接評価方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、溶接時に溶接箇所から生じた弾性波に基づいて溶接箇所の溶け込み深さを計測して評価する溶接評価装置及び溶接評価方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接において、溶接中の溶接箇所で発生するアコースティックエミッション（ＡＥ：Acoustic Emission）による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技術が知られている。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、検出されるＡＥ波には、品質評価に貢献しないＡＥ波を含む場合や、溶接箇所以外から発生している環境音（例えばノイズ）等も同時に検出され、溶接箇所の品質評価に影響を与えてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１０－２６６４０４号公報
特開２００７－１１１７４５号公報
特許第３２９２００８号公報
特開２００６－１８１５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、溶接により発生するＡＥ波形以外に、レーザビームのワークに対する初期衝突時やスパッタ発生時、異物付着時のように溶接には貢献しない大きなＡＥを含む場合があり、これらを溶接異常と判断しないための閾値を設定することで対策し、溶接部の異常判別を可能にしている。また、特許文献２では、円筒体に対するレーザ照射角度や円筒体回転角度の変化によってＡＥ信号レベルが異なることから、それぞれの角度に応じた閾値を設定することで、溶け込み深さ、溶接リード長さ、溶接飛びを識別し、良品溶接時のＡＥ波の判定値と比較して溶接不良の有無を判別している。
【０００５】
上述の特許文献１及び２に記載の技術は、正常状態のＡＥ信号から閾値を設定して品質不良を判別している。また、溶け込み深さの計測も閾値を参照して正常か否かの判定を行っている状況であり、正確な溶け込み深さをモニタリングできていない。
【０００６】
特許文献３は、キーホール内部のプラズマ光をフォトダイオードにて計測し、特定の周波数信号の強度から溶融状態の良否を判定している。また、特許文献４では、レーザアークハイブリッド溶接時にレーザ光の反射光をフォトダイオードで検出して、ポロシティ及び未溶着時に生じる周波数帯の変化を捉えている。これらの特許文献３及び４に記載の技術は、取得した情報から周波数帯をさらに詳細に確認して必要な情報を抽出している。ところが、これらの特許文献３及び４に記載の技術では、レーザ溶接中の発光を計測して、溶融状態や溶接不良により生じる特徴的な周波数帯を用いて評価を行っている。
【０００７】
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、溶接による溶け込み深さを高精度に計測することができる溶接評価装置及び溶接評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態における溶接評価装置は、溶接時に溶接箇所から生じた弾性波を検出するセンサと、前記センサから出力され処理された検出信号の波形データを周波数解析する周波数解析部と、前記周波数解析部にて得られた解析結果から、前記溶接箇所における溶け込み深さの評価に寄与する周波数帯域の周波数成分を抽出する周波数帯域抽出部と、前記周波数帯域抽出部にて抽出された前記周波数帯域の前記周波数成分を逆周波数解析して波形データを求める逆周波数解析部と、前記逆周波数解析部にて得られた前記波形データの強度に基づいて、前記溶接箇所の前記溶け込み深さを算出する溶け込み深さ算出部と、を有して構成されたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の実施形態における溶接評価方法は、溶接時に溶接箇所から生じた弾性波をセンサが検出するステップと、前記センサから出力され処理された検出信号の波形データを周波数解析部が周波数解析するステップと、前記周波数解析部にて得られた解析結果から、前記溶接箇所における溶け込み深さの評価に寄与する周波数帯域の周波数成分を周波数帯域抽出部が抽出するステップと、前記周波数帯域抽出部にて抽出された前記周波数帯域の前記周波数成分を逆周波数解析部が逆周波数解析して波形データを求めるステップと、前記逆周波数解析部にて得られた前記波形データの強度に基づいて、溶け込み深さ算出部が前記溶接箇所の前記溶け込み深さを算出するステップと、をすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、溶接による溶け込み深さを高精度に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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