JP2000176673A - 水中レーザ溶接モニター用レーザ照射器 - Google Patents
水中レーザ溶接モニター用レーザ照射器Info
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Abstract
バ12を接続し、この一端近傍に冷却ガスを供給するラ
インの接続口13を有し、先端14よりレーザを出射し
冷却ガスを排出する。
Description
撮像するために用いるレーザ照明器に関する。
は、母材2にレーザ加工ヘッド1を設定し、シールドガ
ス4で空気を遮断し、レーザを照射して溶接棒3を溶融
し母材2を接合する。この溶接状態を撮影するため、光
ファイバ8からのレーザで溶接部7近傍を照明しCCD
カメラ5で撮影する。レーザ照明は、強く輝く溶接部7
に対し遙かに暗い背景(母材2、溶接棒3、溶着金属な
ど)を明るくし、かつシャッター速度を短くして、溶接
部3と背景をほぼ同じ明るさにして撮像するために用い
られる。
場合、シールドガス4により水を遮断して溶接が行われ
る。この場合、CCDカメラ5と光ファイバ8はシール
ドガス4内に先端部を入れる必要がある。しかし、シー
ルドガス4内は溶接部7に近く高温であるため、照明用
の光ファイバ8をシールドガス4内に入れると溶融する
という問題があった。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高温
に耐えるレーザ照射器を提供することにある。
め、請求項1の発明では、配管の一端にレーザを導く光
ファイバを接続し、この一端近傍に冷却ガスを供給する
ラインの接続口を有し、他端よりレーザを出射し冷却ガ
スを排出するようにする。
を形成し、かつ水の侵入を防止し配管を冷却するためこ
の配管内に冷却ガスを供給するようにする。かかる構成
により、配管の先端をシールドガス内に入れて照明すれ
ばよいので、光ファイバを溶接による熱から保護するこ
とができる。
ーザを拡散するボールレンズを設け、このボールレンズ
取付け部近傍の配管に冷却ガス排出用開口を設ける。
ルレンズを設ける。ボールレンズは配管内を導波してく
るレーザを集光した後、これを拡散する。これにより照
明エリアを拡大することができる。またボールレンズ取
付け部近傍の配管に冷却ガス排出用開口を設けることに
より、配管とボールレンズとに冷却ガスが接して流れ、
これらの冷却が行われる。
を図面を参照して説明する。図1は、実施形態のレーザ
照射器を用いた水中レーザ溶接の撮影状態を示す図であ
る。水中の母材2に対しレーザ加工ヘッド1を設定しレ
ーザを照射しシールドガス4を排出して水を遮断した中
で溶接が行われる。このシールドガス4内にCCDカメ
ラ5の先端とレーザ照射器6の先端を入れ、溶接部7と
その背景(母材2、溶接棒3、溶着金属など)の撮像が
行われる。
す図で、(A)は縦断面図を示し、(B)は配管先端を
曲げて照射方向を代えた場合を示し、(C)は配管の先
端に配管軸とボールレンズの中心を合わせて設けた場合
を示し、(D)は配管の先端に配管軸とボールレンズの
中心をずらして設けた場合を示す。
は、配管10の一端11にレーザを導く光ファイバ12
を接続し、この近傍に冷却ガスラインに接続する冷却ガ
スライン接続口13を設けている。冷却ガスとしてはア
ルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを用いる。また
配管内面は鏡面としレーザの伝達ロスを防止するように
するとよい。配管10の先端14よりレーザを照射し、
冷却ガスを排出する。かかる構成により、図1に示すシ
ールドガス4内に配管10の先端14を入れてレーザを
照射しても溶接熱に耐えることができる。
射方向を変えたものである。(C)は配管10の先端1
4にボールレンズ15を設け、配管軸とボールレンズ1
5の中心を合わせて配置したものである。またボールレ
ンズ15のつけ根には排出口16を設け、冷却ガスを排
出する。ボールレンズ15はレーザを集光し拡散する働
きをする。冷却ガスは配管10とボールレンズ15を冷
却する。(D)はボールレンズ15の中心と配管軸をず
らし、レーザを配管軸に対して曲げて出射するようにし
たもので、他は(C)と同じである。かかる構成によ
り、高温のシールドガス内を照射できるコンパクトなレ
ーザ照射器6を得ることができる。
部撮像装置について説明する。図3は溶接部撮像装置の
構成を示す図である。母材2に対しレーザ加工ヘッド1
を垂直に配置し、溶接棒3をレーザ加工ヘッド1からの
レーザにより溶融して溶着金属2aを形成する。溶接部
7とその近傍のもの(背景と称し、レーザ加工ヘッド
1,母材2,溶接棒3,溶着金属2a等)を撮像するC
CDカメラ5とこれらを照明するレーザ照射器6が配置
されている。溶接部7は明るく輝くアークやプラズマ等
であり、背景は暗いレーザ加工ヘッド1、溶接棒3、溶
着金属2a、母材2d等である。CCDカメラ5は溶接
部7を中心に背景を映すように配置され、フレーム信号
抽出部21はCCDカメラ5のビデオ信号からフレーム
信号を抽出する。CCDカメラ5からのビデオ信号はビ
デオデッキ22aで録画されモニタ22bで画像表示さ
れる。
周期を整数で割って周期を長くする装置である。CCD
カメラ5のフレーム周期はテレビ信号と同じく30Hz
(正確には29.97Hz)のものが用いられている。
通常n=1,2,3の30Hz,15Hz,10Hzが
用いられ、スイッチでいずれかに切り換えられるように
なっている。遅延回路24は1/nディカウンタ23よ
り出力された周期をn(nは整数で通常はn=1)周期
遅れた周期の信号を出力する。これにより1周期未満の
遅れ周期を排除することができ、フレーム周期とパルス
レーザ周期を確実に同期させることができる。パルスレ
ーザ発生装置25は、例えば、Nd−YAGレーザの場
合、フラッシュランプをパルス的に放電し励起して発振
させる。この励起するパルスの周期を遅延回路24の信
号で行なうことにより、30Hz,15Hz,10Hz
のパルスレーザを出力することができる。レーザ照射器
6はパルスレーザ発生装置25で発生したパルスレーザ
を拡散して溶接部7と背景を照射する。
5のCCDは電荷蓄積時間に対象物の映像を電荷にし、
その後電気信号として送りだす。この電荷蓄積時間はフ
レーム周期で発生する。この電荷蓄積時間中に照明用の
パルスレーザを照射する。このためパルスレーザの周期
もフレーム周期に同期させる必要がある。図4はこの状
況を示す。溶接部7の映像は電荷蓄積時間の間電荷に変
換されてゆく。これに対して背景の映像はパルスレーザ
が照射された時間の間に電荷に変換される。このため電
荷蓄積時間がパルスレーザの照射時間よりある程度以上
長いと溶接部7のみが明るくなるハレーションを起し、
溶接部7と背景の画像が得られない。これを解決するた
め図5に示すように電荷蓄積時間を大幅に短くし、溶接
部7からの入光を制限し、溶接部7と背景からの入光量
を同じ程度にすると両者の鮮明な画像が得られる。この
電荷蓄積時間を短くすることを電子シャッタと言い、大
幅に短くする場合を高速電子シャッタと言う。このよう
に電荷蓄積時間を短くすると、この電荷蓄積時間の間に
パルスレーザを照射する必要があり、CCDのフレーム
周期とパルスレーザの周期を厳密に同期させる必要があ
る。このため従来はパルスレーザ発生装置25に高価な
高精度のクロック装置を装備していたが、上述の本装置
はフレーム周期でパルスレーザを発生させることにより
簡単な装置で同期を実現したものである。
ルスレーザの周期との同期を示す図である。Aは電子シ
ャッタが作用しない通常の電荷蓄積時のCCDフレーム
周期で30Hzの場合を示す。Bは高速シャッタ時で電
荷蓄積時間を大幅に絞り、溶接部7を撮像する場合で、
周期は変わらず30Hzである。Cはパルスレーザを3
0Hzに同期して発生させた周期を示す。Dはパルスレ
ーザを15Hzで発生させフレーム信号に同期させた場
合を示し、Eはパルスレーザを10Hzで発生させフレ
ーム信号に同期させた場合を示す。D,Eのように周波
数を低くするとパルスレーザ発生装置25が簡単になり
低価格となる。しかし、レーザが照射されていない画面
では溶接部7のみの画面になり、画面がちらつき、鮮明
さが低下する。この場合、パルスレーザを照射した1周
期前の画像をメモリに記憶し、パルスレーザが照射され
ていない周期のときこの記憶した画像を表示するように
すると、ちらつきのない鮮明な画像が得られる。しかも
いつも1周期前の画像を用いるため溶接部1の変化にも
ほぼ追従できるので、利用価値は大きい。
器を配管で構成しレーザを導く光ファイバを一端に接続
しさらに冷却ガスを配管内に供給することにより、高温
の溶接部近傍を照射することができる。さらにこの配管
の先端にボールレンズを設けることによりレーザを拡散
させることができる。
図である。
る。
る。
ーザとの同期を示す図である。
である。
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 配管の一端にレーザを導く光ファイバを
接続し、この一端近傍に冷却ガスを供給するラインの接
続口を有し、他端よりレーザを出射し冷却ガスを排出す
るようにしたことを特徴とする水中レーザ溶接モニター
用レーザ照射器。 - 【請求項2】 前記配管の他端にレーザを拡散するボー
ルレンズを設け、このボールレンズ取付け部近傍の配管
に冷却ガス排出用開口を設けたことを特徴とする請求項
1記載の水中レーザ溶接モニター用レーザ照射器。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP35951498A JP4189844B2 (ja) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | 水中レーザ溶接モニター用レーザ照射器と水中レーザ溶接モニター用レーザ照射方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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JP35951498A Expired - Fee Related JP4189844B2 (ja) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | 水中レーザ溶接モニター用レーザ照射器と水中レーザ溶接モニター用レーザ照射方法 |
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Cited By (4)
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-
1998
- 1998-12-17 JP JP35951498A patent/JP4189844B2/ja not_active Expired - Fee Related
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