CN116576772A - 点焊痕的中心坐标的检测方法、激光焊方法及接合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供点焊痕的中心坐标的检测方法、激光焊方法及接合方法。本发明具备如下的工序：线激光照射工序，连续地使输出振荡而照射激光，从而在点焊痕上照射多个照射痕呈线状的线激光；波形取得工序，取得从加工点产生的光即返回光的强度的波形；外缘位置坐标导出工序，根据返回光的波形的强度的峰值位置而导出点焊痕的外缘上的三个以上的多个部位的位置坐标；及中心坐标算出工序，根据通过外缘位置坐标导出工序导出的外缘上的三个以上的多个部位处的位置坐标来算出点焊痕的中心坐标。

Description

点焊痕的中心坐标的检测方法、激光焊方法及接合方法

技术领域

本公开涉及点焊痕的中心坐标的检测方法、激光焊方法及接合方法。

背景技术

例如，在日本特开2019-126832中公开了如下的方法：在激光焊中，以使在中心残留未焊接部的方式呈圆周状地扫描激光而形成圆周状的焊痕后，根据图像来掌握焊痕的中心位置，并修正激光照射的中心位置。

发明内容

另外，例如，在车辆的制造过程中接合多个金属板的情况下，存在组合使用点焊和激光焊的情况。在这样的情况下，首先，实施点焊，以适度缩窄多个金属板彼此的间隔即板隙的方式进行调整，然后，以叠合于点焊的方式或者在从点焊位置隔开了预定的偏置量的位置实施激光焊。

在如上述那样组合使用点焊和激光焊的情况下，需要点焊与激光焊之间的位置关系的细致的控制。尤其是，在量产中点焊工序和激光焊工序由不同的设备进行的情况下，产品位置因工序而产生偏差，所以产生激光焊位置相对于点焊位置不成为按照目标的位置而在板隙过大或过小的位置实施激光焊的情况，产生了焊接品质恶化这样的问题。

为了准确地确定点焊与激光焊之间的位置关系，希望准确地掌握点焊痕的中心坐标。另外，在点焊自身的位置精度确认检查等中，也希望准确地求出点焊的中心坐标，但这尚未解决。

本公开能够作为以下的方式来实现。

(1)根据本公开的一方式，提供中心坐标的检测方法。该中心坐标的检测方法是点焊痕的中心坐标的检测方法，具备如下的工序：线激光照射工序，在从点焊痕的内侧朝向外侧的方向和从上述点焊痕的外侧朝向内侧的方向中的至少一个方向上，在激光焊装置中连续地使输出振荡而照射激光，从而在上述点焊痕上照射多个照射痕呈线状的线激光；波形取得工序，取得通过在上述线激光照射工序中照射上述激光而从加工点产生的光即返回光的强度的波形；外缘位置坐标导出工序，根据上述返回光的上述波形的强度峰值位置而导出上述点焊痕的外缘上的三个以上的多个部位的位置坐标；及中心坐标算出工序，根据通过上述外缘位置坐标导出工序导出的上述外缘上的三个以上的多个部位的上述位置坐标来算出上述点焊痕的中心坐标。

根据该方式的中心坐标的检测方法，通过线激光照射工序及波形取得工序，取得通过照射激光而从加工点产生的返回光的强度的波形。并且，通过外缘位置坐标导出工序，根据返回光的波形的强度峰值位置来导出点焊痕的外缘上的三个以上的多个部位的位置坐标。一般来说，点焊痕的俯视形状成为大致圆形。因此，通过中心坐标算出工序，能够基于外缘上的三个以上的多个部位的位置坐标来准确地确定点焊痕的中心坐标。

而且，通过将该方式的点焊痕的中心坐标的检测方法例如应用于点焊的焊接位置精度确认、点焊与其后执行的激光焊的位置关系的控制，能够提高焊接的品质。

(2)根据本公开的第二的方式，提供激光焊方法。该激光焊方法具备如下的工序：激光照射位置调整工序，基于由上述方式的上述中心坐标的检测方法检测到的上述点焊痕的上述中心坐标来调整焊接用的激光的照射位置；及激光焊工序，照射上述焊接用的上述激光来进行焊接。

根据该方式的激光焊方法，能够准确地检测点焊痕的中心坐标。并且，在激光照射位置调整工序中，由于基于点焊痕的中心坐标来调整激光的照射位置，所以能够准确地保持点焊与激光焊之间的位置关系，能够提高激光焊的位置精度。另外，能够抑制组合了点焊和激光焊的焊接的品质下降。

(3)根据本公开的第三的方式，提供接合方法。该接合方法是通过点焊及激光焊来接合多个金属板的接合方法，该结合方法具备如下的工序：点焊工序，使用电阻焊装置，在使多个金属板叠合并通过一对电极保持后，向上述一对电极加压通电从而将上述金属板熔融并接合；中心坐标检测工序，使用激光焊装置，通过上述方式的中心坐标的检测方法来检测通过上述点焊工序而形成于上述金属板的表面的上述点焊痕的中心坐标；激光照射位置调整工序，基于通过上述中心坐标检测工序检测到的上述中心坐标来调整焊接用的激光的照射位置；及激光焊工序，向上述金属板照射上述焊接用的上述激光来进行焊接。

根据该方式的接合方法，在多个金属板的接合中，能够准确地检测点焊痕的中心坐标，在激光照射位置调整工序中，由于基于点焊痕的中心坐标来调整激光的照射位置，所以能够准确地保持点焊与激光焊之间的位置关系，能够提高焊接的精度。

(4)在上述接合方法的方式中，在上述线激光照射工序中照射上述激光时的输出值小于在上述激光焊工序中照射上述焊接用的上述激光时的输出值。根据该方式的接合方法，在线激光照射工序中，不会以超过激光焊工序中的输出值的程度的过度大的输出值进行激光照射，因此能够抑制成金属板的表面适度地熔化的程度，能够良好地维持焊接品质。

(5)在上述接合方法的方式中，多个上述金属板可以分别是构成车辆的部件。根据该方式的接合方法，在车辆的制造过程中，能够以良好的品质实施构成车辆的部件即多个金属板彼此的接合。

附图说明

本发明的典型实施例的特征、优点及技术上和工业上的意义将会在下面参照附图来描述，在这些附图中，相同的附图标记表示相同的要素，其中：

图1是示出本公开的第一实施方式的接合方法的各工序的流程图。

图2是示出在本公开的第一实施方式的接合方法中成为接合对象的车辆用部件的概略结构的图。

图3是示出在本公开的第一实施方式的点焊痕的中心坐标的检测方法、激光焊方法及接合方法中使用的激光焊装置的概略结构的图。

图4是示出中心坐标检测工序的详细步骤的流程图。

图5是用于说明中心坐标检测工序的图，是示意性地示出在点焊痕上照射了多个线激光的状态的俯视图。

图6是示出由返回光检测装置取得的返回光的波形的图。

图7是示出由返回光检测装置取得的返回光的波形的图。

图8是示出由返回光检测装置取得的返回光的波形的图。

图9是对通过第一实施方式的接合方法及激光焊方法使激光焊叠合于点焊地焊接后的金属板的表面进行说明的图。

图10是用于说明点焊工序及激光焊工序的剖视示意图。

具体实施方式

A.第一实施方式:

[接合方法]

关于本公开的第一实施方式的接合方法、激光焊方法及中心坐标位置检测方法，一边参照图1～图10一边进行说明。图1是示出本公开的第一实施方式的接合方法的各工序的流程图。第一实施方式的接合方法是在车辆的制造过程中用于构成车辆的部件即金属板的接合的方法，如图1所示，具备点焊工序(S10)、中心坐标位置检测工序(S20)、激光照射位置调整工序(S30)及激光焊工序(S40)。这些各工序(S10、S20、S30、S40)依次实施。

图2是示出在本公开的第一实施方式的接合方法中成为接合对象的车辆用部件的概略结构的图，示意性地示出了在接合部位实施了点焊及激光焊的状态。如图2所示，第一实施方式的接合方法例如应用于车辆的侧梁1的中柱2部分处的与未图示的加强件的接合。侧梁1及加强件相当于“金属板”的一例。以下，将成为接合对象的部件也简称作“金属板”。在图2中，将点焊部3以白色的圆简易地图示，将激光焊部4以黑色的圆简易地图示。激光焊部4有时以与点焊部3叠合的方式施加，有时在隔开了预定的偏置量的位置施加。

以下，对第一实施方式的接合方法中的各工序进行说明。点焊工序(S10)是为了维持之后执行的激光焊工序(S40)中的品质而将被接合的两部件间的间隙(以下，称作“板隙”)以成为适度的间隔的方式缩窄而调整的工序。即，是进行所谓的缩隙处理的工序。

在点焊工序(S10)中，使用未图示的电阻焊装置，使多个金属板叠合并利用一对电极保持后，通过向一对电极加压通电而将金属板熔融并接合。另外，电阻点焊装置能够使用周知的装置，图示省略。通过向电极的通电，在层叠的部件的叠合部分形成熔融部。熔融部被冷却而凝固，成为焊接部。通过这样形成的点状的焊接部(所谓的熔核)，两个部件被接合。一般来说，焊接部的俯视形状是大致圆形。

在中心坐标位置检测工序(S20)中，使用激光焊装置来检测由点焊工序(S10)形成的点焊痕的中心坐标。首先，在此，对在中心坐标位置检测工序(S20)及之后的激光焊工序(S40)中使用的激光焊装置100的结构进行说明。图3是示出在本公开的第一实施方式的点焊痕的中心坐标的检测方法、激光焊方法及接合方法中使用的激光焊装置100的概略结构的图。

[激光焊装置100的结构]

如图3所示，激光焊装置100具备激光振荡器10和电扫描器20。激光振荡器10通过光纤连接器11而与电扫描器20连接。在电扫描器20的内部配置有准直透镜30。电扫描器20具备第一反射镜21、衍射光学元件(DOE)22、Z透镜23、Z透镜驱动单元24、第二反射镜25、聚光透镜26、电扫描器单元27、保护玻璃28及电扫描器驱动器29。另外，在电扫描器20上，与分色镜40一起装配有返回光检测装置50。

当从激光振荡器10出射了激光时，激光经由光纤连接器11而进入电扫描器20的内部。并且，激光由准直透镜30调整为平行状态。然后，激光由分色镜40及第一反射镜21反射，到达DOE22。

DOE22能够调整激光的照射模式。具体而言，DOE22能够将入射后的激光作为具有与其入射时不同的功率密度分布形状的激光而放射。另外，DOE22安装于滑动部，构成为能够滑动移动。

由DOE22调整后的激光到达Z透镜23。Z透镜23为了修正激光的焦点偏离而使用。Z透镜23构成为能够通过由Z透镜驱动单元24驱动而移动。

然后，激光由第二反射镜25反射，经由聚光透镜26而向电扫描器单元27入射，经由保护玻璃28而向工件200的表面出射。通过出射的激光，能够在工件200的表面形成焊痕。

另外，电扫描器驱动器29连接于激光振荡器10、Z透镜驱动单元24及电扫描器单元27，构成为能够通过内置的程序来控制它们。由此，能够通过电扫描器驱动器29来控制激光的输出、照射位置等。因为能够这样进行控制，所以激光焊装置100构成为能够实现自动程序运转。

返回光检测装置50检测在激光照射时金属熔融时因加工点I成为超过1000℃的高温而从加工点I产生且返回来的光(以下，称作“返回光”)。如图3中的虚线RL所示，返回光适当通过第二反射镜25、第一反射镜21、分色镜40等而向返回光检测装置50入射。返回光检测装置50检测预先基于激光的种类等而选定的预定的频段(例如800nm～1000nm等)的光，将光的强度变换为电压值。返回光检测装置50能够将时间经过中的电压值的变化作为光的强度的波形而取得。另外，关于返回光的波形的例子，在以下关于中心坐标检测工序(S20)而后述时一并说明。

以上说明的激光焊装置100的结构只不过是一例，激光焊装置100只要能够实施以下说明的本实施方式的各方法，则也可以具有其他结构。

[中心坐标检测方法]

接着，对使用上述说明的激光焊装置100而进行的中心坐标检测工序(S20)进行说明。在中心坐标检测工序(S20)中，检测通过点焊工序(S10)而形成于金属板的表面的点焊痕的中心坐标。图4是示出中心坐标检测工序(S20)的详细步骤的流程图。如图4所示，中心坐标检测方法包含：线激光照射工序(S21)、返回光强度波形取得工序(S22)、外缘位置坐标导出工序(S23)及中心坐标算出工序(S24)。

图5是用于说明中心坐标检测工序(S20)的图，是示意性地示出在点焊痕60上照射了多个线激光61、62、63、64、65的状态的俯视图。在线激光照射工序(S21)中，如图5中的箭头A所示，从点焊痕60的外侧朝向内侧，在激光焊装置100中连续地使输出振荡而照射激光，从而将照射痕呈线状的线激光61、62、63、64、65向点焊痕60上照射多个。在图5所示的例子中，照射五条线激光61、62、63、64、65。

在此，在线激光照射工序(S21)中照射激光时的输出值被设定得比在激光焊工序(S40)中照射焊接用的激光时的输出值小。这是因为：若以超过正式焊接即激光焊工序(S40)的程度的高输出照射激光且将上层的金属板贯通，则存在品质下降的可能性，另外，无法取得适当的返回光波形。由此，线激光照射工序(S21)中的激光输出值被设定为抑制成上层的金属板的表面适度熔化的程度的输出值。

另外，线激光61、62、63、64、65的长度以可靠地从点焊痕60的外侧到达内侧的方式，例如被设定为与点焊痕60的直径的长度相同的程度等。另外，线激光61、62、63、64、65的照射开始位置被设定为点焊痕60的外侧且从点焊痕60的外缘适度离开的位置。另外，多个线激光61、62、63、64、65的长度可以相同，也可以不同。另外，在图5所示的例子中，以五条线激光61、62、63、64、65在同一点处相交的方式照射，但不限于这样的方式。

在返回光强度波形取得工序(S22)中，取得返回光的强度的波形。图6～图8是示出由返回光检测装置50取得的返回光的波形的图。图6示出了在照射图5中的第一线激光61时产生的返回光的波形。图7示出了在照射图5中的第二线激光62时产生的返回光的波形。图8示出了在照射图5中的第三线激光63时产生的返回光的波形。在图6～图8的各图中，横轴是时间，纵轴是电压值。

另外，在图4所示的流程图中，线激光照射工序(S21)和返回光强度波形取得工序(S22)是独立的处理，因此为了方便而分开记载，但实际上与线激光61、62、63、64、65的照射大致同时地进行返回光强度波形的取得。

接着，在外缘位置坐标导出工序(S23)中，根据在返回光强度波形取得工序(S22)中取得的多个波形的峰值位置(图6所示的位置P1、图7所示的位置P2、图8所示的位置P3)而导出点焊痕60的外缘上的多个部位E1、E2、E3(参照图5)的位置坐标。通过本申请发明人的研究知道了：若从点焊痕60的外侧向内侧连续地照射激光，则在激光通过点焊痕60的外缘时，即在进入因点焊痕60而在表面处凹下的部分时，基于返回光的电压值暂时变大。由此，与返回光强度波形中的电压值的峰值对应的位置是点焊痕60的外缘上的位置。

通过返回光强度波形，能够取得从照射开始到电压值的峰值为止的时间，照射激光的照射距离及照射速度都是控制的参数且已知，因此，能够使用这些信息将电压值的峰值处的位置坐标例如作为由与金属板平行且互相正交的X轴及Y轴规定的二维坐标而导出。

并且，在中心坐标算出工序(S24)中，根据由外缘位置坐标导出工序(S23)导出的点焊痕60的外缘上的多个部位E1、E2、E3的位置坐标来算出点焊痕60的中心坐标(中心C的X、Y坐标)。如上所述，点焊痕60的俯视形状是大致圆形。因此，关于中心坐标的算出，能够基于外缘上的任意的三点的位置坐标而使用圆的二次函数来求出。在本实施方式中，基于外缘上的三点E1、E2、E3的位置坐标而求出。另外，为了该中心坐标算出，需要线激光61、62、63、64、65最少照射三条且关于返回光波形及外缘上的部位也相同地最少检测三个。另外，也可想到收到干扰而噪声混入从而无法读取电压值的峰值的情况，因此，为了可靠地取得能够读取电压值的峰值的波形，也可以将线激光照射四条以上的多个(例如五条)，从其中选择三个能够明确地读取峰值的波形。

再次参照图1，对接合方法进行说明。在如上述详述那样在S20中检测了点焊痕60的中心坐标后，进入激光照射位置调整工序(S30)，基于在中心坐标检测工序(S20)中检测到的中心坐标来调整激光的照射位置。具体而言，例如，在想要与点焊叠合地进行激光焊的情况下，以使与在中心坐标检测工序(S20)中检测到的中心坐标一致的方式进行调整激光的照射位置，重新设定。另外，在想要在从点焊离开了预定距离的位置进行激光焊的情况下，以使距在中心坐标检测工序(S20)中检测到的中心坐标的偏置量与预定距离一致的方式调整激光的照射位置。

图9是对通过第一实施方式的点焊痕60的中心坐标的检测方法、激光焊方法及接合方法使激光焊叠合于点焊地焊接后的金属板的表面进行说明的图，示出了焊接部位的俯视时的照片。在图9中，如图9所示，根据基于点焊痕60的中心坐标来调整激光焊中的照射位置而进行的方法，激光焊痕66与点焊痕60按照目标地叠合，激光焊痕66不会从点焊痕60溢出，能够以良好的品质进行焊接。

[效果]

(1)根据上述第一实施方式的点焊痕60的中心坐标的检测方法，能够在基于在线激光照射时取得的返回光的波形而导出点焊痕60的外缘上的多个部位E1、E2、E3的位置坐标后，算出点焊痕60的中心C的坐标。因此，能够准确地检测出点焊痕60的中心坐标。

(2)根据上述第一实施方式的激光焊方法及接合方法，能够在通过点焊而调整了板隙后，在相对于点焊痕60设定的预定的位置准确地进行激光焊。

图10是用于说明点焊工序(S10)及激光焊工序(S40)的图，是作为例示而示意性地示出将多个(两块)金属板71、72在点焊的通电方向上切断后的状态的剖视图。如图10所示，例如，在激光R的照射位置R1从目标的位置Rb偏离而过于离开点焊(熔核73)的位置的情况下，会对板隙过大的部位照射激光，因板隙过大而焊接不充分从而产生焊接缺陷D。在图10中，示意性地图示了这样的焊接缺陷D的例子。

另外，在激光R的照射位置R2从目标的位置Rb偏离而与上述相反地过于接近点焊(熔核73)的位置的情况下，若例如金属板71、72是镀锌板，则因点焊而滞留于熔核73的侧方的锌会一下子气化而爆炸，产生孔而产生焊接缺陷。另外，由于在熔核73的正上方未滞留锌，所以能够进行激光照射。

尤其是，在车辆的制造过程中的量产工序中，点焊工序(S10)和激光焊工序(S40)一般由不同的设备以不同的工序进行，焊接位置被各工序(S10、S40)中的产品位置和保持产品的夹具等的偏差影响，结果会从目标的位置Rb偏离，产生在板隙过大或过小的位置实施激光焊的情况，焊接品质可能会恶化。

如以上说明的那样，在上述的例子中，作为金属板71、72而以镀锌板为例进行了说明，但在由其他材料构成的金属板的接合中，板隙的管理为了避免焊接不良也是重要的。由于板隙S因距点焊的距离而不同，所以要求点焊与激光焊的位置关系的细致的控制。关于这一点，在上述第一实施方式中，能够准确地检测出点焊痕60的中心坐标，基于点焊痕60的中心坐标而调整激光焊中的照射位置后进行激光焊。因此，能够相对于点焊痕60在按照目标的位置即板隙S被适当地管理的位置实施激光焊，能够提高焊接品质。

(3)在上述第一实施方式的激光焊方法及接合方法中，在线激光照射工序(S21)中照射激光时的输出值被设定得比在激光焊工序(S40)中照射焊接用的激光时的输出值小。因此，在线激光照射工序(S21)中，不会利用超过正式焊接中的输出值的程度的过度大的输出值进行激光照射，能够抑制成上层的金属板的表面适度地熔化的程度，能够良好地维持焊接品质。

B.其他实施方式:

(B1)上述第一实施方式的接合方法在车辆的制造过程中使用，以车辆的中柱2部分处的侧梁1与加强件的接合为例进行了说明，但不限于该部位的接合。在车辆的制造过程中，存在很多将多个金属板接合的场景，能够适当地应用上述接合方法。例如，也可以对侧梁1的门洞的凸缘部分周边的接合应用上述接合方法，还可以对侧梁1与车顶的对接部分等应用上述接合方法。另外，也可以不是在车辆的制造过程中而是在修理过程中使用。

(B2)另外，成为接合对象的部件也可以不是构成车辆的部件，不限于在车辆的制造过程中使用的接合方法。只要是将两个以上的多个部件在点焊后使用激光焊而接合的方法，就能够应用上述接合方法。

(B3)而且，上述第一实施方式的接合方法中的点焊工序(S10)作为进行所谓缩隙处理的工序而进行了说明，但不限于此，也可以是用于与激光焊工序(S40)组合而将多个金属板牢固地接合的处理。

(B4)上述第一实施方式的中心坐标检测方法为了之后的激光焊工序(S40)中的激光的照射位置的调整而使用，但也可以用于其他用途。例如，也可以为了点焊自身的位置精度确认、即检查在目标的位置以何种程度准确地进行了焊接而检测中心坐标。

(B5)在上述第一实施方式的中心坐标检测方法中的线激光照射工序(S21)中，从点焊痕60的外侧朝向内侧照射了激光，但只要能够基于返回光强度波形来检测点焊痕60的外缘上的位置即可，也可以从点焊痕60的内侧朝向外侧照射激光。作为被选定的返回光的计测波长的具体例，若是从内侧向外侧的照射则是1070nm左右，若是从外侧向内侧的照射则是800nm、1070nm左右。

本公开不限于上述各实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构实现。例如，与发明内容部分所记载的各方式中的技术特征对应的各实施方式中的技术特征能够为了解决上述的课题的一部分或全部或者为了达成上述的效果的一部分或全部而适当进行替换、组合。另外，只要该技术特征在本说明书中未作为必要技术特征来说明，就能够适当删除。

Claims (5)

1.一种点焊痕的中心坐标的检测方法，具备如下的工序：

线激光照射工序，在从点焊痕的内侧朝向外侧的方向和从所述点焊痕的外侧朝向内侧的方向中的至少一个方向上，在激光焊装置中连续地使输出振荡而照射激光，从而在所述点焊痕上照射多个照射痕呈线状的线激光；

波形取得工序，取得通过在所述线激光照射工序中照射所述激光而从加工点产生的光即返回光的强度的波形；

外缘位置坐标导出工序，根据所述返回光的所述波形的强度峰值位置而导出所述点焊痕的外缘上的三个以上的多个部位的位置坐标；及

中心坐标算出工序，根据通过所述外缘位置坐标导出工序导出的所述外缘上的三个以上的多个部位的所述位置坐标来算出所述点焊痕的中心坐标。

2.一种激光焊方法，具备如下的工序：

激光照射位置调整工序，基于通过权利要求1所述的所述中心坐标的检测方法检测出的所述点焊痕的所述中心坐标来调整焊接用的激光的照射位置；及

激光焊工序，照射所述焊接用的所述激光来进行焊接。

3.一种接合方法，通过点焊及激光焊来接合多个金属板，所述接合方法具备如下的工序：

点焊工序，使用电阻焊装置，在使多个金属板叠合并通过一对电极保持后，向所述一对电极加压通电从而将所述金属板熔融并接合；

中心坐标检测工序，使用激光焊装置，通过权利要求1所述的中心坐标的检测方法来检测通过所述点焊工序而形成于所述金属板的表面的所述点焊痕的中心坐标；

激光照射位置调整工序，基于通过所述中心坐标检测工序检测出的所述中心坐标来调整焊接用的激光的照射位置；及

激光焊工序，向所述金属板照射所述焊接用的所述激光来进行焊接。

4.根据权利要求3所述的接合方法，其中，

在所述线激光照射工序中照射所述激光时的输出值小于在所述激光焊工序中照射所述焊接用的所述激光时的输出值。

5.根据权利要求3或4所述的接合方法，其中，

多个所述金属板分别是构成车辆的部件。