2023年4月07日、Stéphane Melançon
バッテリー＆EV
レーザー溶接は50年以上使われている精密で効率的な溶接技術です。すべての産業用溶接技術と同様に不良溶接を検出し、品質を確保するために管理する必要があります。
自動車産業における電池タブ溶接のように、より精度を求められるマイクロ溶接用途におけるレーザー溶接の使用が増加しているため、高品質な溶接を確保することはますます難しくなっています。これは溶接をモニタリングするために、より精密な機器が必要であることを意味します。
このページでは、レーザー溶接モニタリングがどのように機能するかを理解するために、次のトピックについて説明します。
レーザー溶接モニタリング（LWM）とは？
レーザー溶接モニタリングとは、品質と信頼性を確保するためにレーザー溶接プロセスを継続的に監視することです。非破壊検査（NDT）法として、温度、プラズマ放射、溶接深度、レーザー出力などのパラメータを測定し、溶接中に欠陥を検出します。これにより、欠陥をすぐに手直しすることができます。
レーザー溶接モニタリングには、さまざまなLWM方法が用いられます。これらのツールは、いつ溶接が不良であるかを推測したり、溶接不良を直接検出したりするために、データを収集します。このような方法の簡単な内訳は次のとおりです。
- アコースティックエミッション：素材が形を変えるたびに音が発生します。割れや空隙、その他の変形はすべて音波を発生させるため、溶接面に配置されたセンサーによって検出することができます。これらのアコースティックエミッションを分析して溶接欠陥を検出することができます。
- X線撮影：X線は物質を通過できる電磁放射線です。溶接中、X線は素材の一方から送られ、反対側で捕捉されます。これにより、素材や溶接の詳細な内部構造画像が作成され、さまざまな内部欠陥を検出することができます。
- 画像処理：撮像装置が、電磁スペクトル上のさまざまな波長を使用して溶接部の画像を作成します。ビジョンカメラはスペクトルの可視部の画像を撮影しますが、サーマルカメラは溶接中の温度上昇に伴って放出される赤外線を検出します。それぞれの種類のカメラで異なる種類の溶接欠陥を検出できるため、異なるカメラの組み合わせは高精度な画像を撮影するのに理想的です。
- 光信号：光学デバイスは光を捉えることで、溶接中に発生している事象についての多くの情報を得ることができます。例えば、スペクトロメーターは加熱された物質のような励起された分子から放出される波長を捉えます。光ダイオードは光の強さの変化を監視し、パイロメーターは熱放射に基づいて素材の温度を測定します。
実例を見る：バッテリーレーザー溶接のモニタリング
Laseraxは光ダイオード、パイロメーター、ソフトウェア解析ツールで構成されているPrecitecのLWM 4.0を使用して、セル・トゥ・バスバーのレーザー溶接をリアルタイムでモニタリングしています。このモニタリングツールは非常に安定して作動し、溶接不良を検出しますが、まず検出できるようにティーチングをしなければなりません。
AIで溶接不良を検出するためのLWM教育
人工知能の学習にはデータを必要とします。十分なデータがあれば、LWM 4.0は良好な溶接と溶接不良に対応するパターンを発見できます。パターンの発見には、LWMに30から50の良好な溶接サンプルが必要です。
30から50の良好な溶接サンプルを特定して収集するには、電気抵抗テスト（またはその他のテスト）を溶接後に実行する必要があります。良好な溶接が溶接中のモニタリング情報にリンクされると、ソフトウェア分析ツールはインプロセスモニタリングを実行し、良好な溶接と溶接不良を自動的に分類することができます。
バッテリーセルの場合、このプロセスを各電池の接続ごとに繰り返す必要があるため、30から50の良好な溶接を各電池の接続データにリンクする必要があります。これは、レーザー溶接を行うレーザービームの角度が電池ごとに若干異なるためです。この情報により、溶接を高精度で分析することができます。
LWMでモニタリングするものとは？
LWM 4.0の光ダイオードとパイロメーターは3つの波長からのフィードバックを集めています。プラズマ放射（UV）とファイバーレーザー波長の後方反射（1064nm）を光ダイオードセンサーで捉えます。また、赤外線をパイロメーターで捉えて、表面温度をモニタリングします。
レーザー出力も別のセンサーを使ってモニタリングします。
これらのセンサーは、レーザーヘッドやファイバーレーザーのビームコリメータなどの光学部品に取り付けられています。
溶接欠陥の特定方法は？
以下の図は、ソフトウェア分析ツールがデータを使用して良好な溶接と溶接不良を識別する方法を表しています。
- 背景カラーが薄い緑の3行は、モニタリングされている異なる波長を示しています（プラズマ放射、レーザーの後方反射、赤外線）。
- 各行の青い線は、現在の溶接でリアルタイムにモニタリングされている信号の強度を表しています。
- 各行の緑色の2つの線は、良好な溶接の許容限界を表しています。青色の線が緑色の線を超えて一定時間が経過すると、溶接欠陥が発生している可能性があります。
この情報を使用して、次のようなエラーを検出します。
- フォーカス位置の変動
- 溶接深さの変動
- 外部汚染
- 内部素材の欠陥
- レーザー出力の低下
- 光学系の汚染
- ワークピースの変動
- 溶接の隙間
- クランプ不足
- 位置不良
溶接不良とは？
溶接不良もさまざまで、品質が低下し、重大なインシデントや製品リコールにつながる可能性があります。LWMの目標は、溶接中にそれらを確実に把握し、品質検査と欠陥の手直しをすぐに自動化することです。以下の図は、最も一般的な10種類の溶接欠陥です。
10種類の一般的な溶接欠陥の図（画像ソース）
複数の品質保証技術の組み合わせ
レーザー溶接モニタリングはレーザー溶接中に行われる品質管理のひとつですが、品質管理は溶接前後で行うことも可能です。複数の検査技術を組み合わせれば、最適な検査結果を得ることができます。
バッテリーレーザー溶接のプロジェクトはありますか？
Laseraxは、バッテリーの生産ラインにインラインレーザー溶接を統合するサポートをし、お客様と連携して特定のプロセスのレーザー溶接モニタリングを設定することができます。
