JP2000233290A - Method and device for monitoring weld zone of laser beam welding - Google Patents

Method and device for monitoring weld zone of laser beam welding

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JP2000233290A
JP2000233290A JP11031525A JP3152599A JP2000233290A JP 2000233290 A JP2000233290 A JP 2000233290A JP 11031525 A JP11031525 A JP 11031525A JP 3152599 A JP3152599 A JP 3152599A JP 2000233290 A JP2000233290 A JP 2000233290A
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JP
Japan
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welding
laser beam
monitoring
sensor
keyhole
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Application number
JP11031525A
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Japanese (ja)
Inventor
Isamu Miyamoto
宮本  勇
Kazuhiko Ono
数彦 小野
Kaoru Adachi
馨 安達
Taiichi Matsumoto
泰一 松本
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Publication of JP2000233290A publication Critical patent/JP2000233290A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for monitoring laser beam welding capable of surely detecting a welding phenomenon in a deep part when performing deep penetration welding. SOLUTION: A material 4 to be welded is irradiated by a laser beam 1, and by detecting the optical characteristics of a weld zone by sensors 2, 3 arranged before and behind in the welding processing direction, a welding state is grasped. Respective sensors 2, 3 are arranged so that an angle formed by the beam axis L of the laser beam Δ1 and the optical axis O of the sensors 2, 3, becomes >=3 deg. and <=5 deg. at the irradiating point P of the laser beam on the surface of the material 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明はレーザビーム溶接
の溶接部モニタ方法と、この溶接部モニタ方法を実施す
るための溶接部モニタ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for monitoring a weld in laser beam welding and to a weld monitor for implementing the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザビーム溶接において、溶接部の光
学的特性を検出することにより溶接状態を把握し、これ
に基づいて溶接品質を推定しようとする試みは、例えば
特開平7−12753号公報にも開示されているように
公知である。この溶接部モニタ方法では、溶接部後方の
斜め上方にセンサを配置し、この位置から溶接部を観察
している。上記従来の溶接部モニタ方法においては、被
溶接材表面のレーザビーム照射点において、レーザビー
ムのビーム軸とセンサの光学軸のなす角度は、25°以
上に設定されているのが普通である。それは通常、使用
されているレーザビーム溶接装置においては、焦点距離
が500mm以下の集光鏡を使用し、またF値(=焦点
距離/ビーム径)が10以下で使用されることが多く、
大きな角度でビームが集光するので、ビーム又は集光ヘ
ッドとの干渉を避けるため、センサを側方に寄せて配置
する必要がある。すなわち、レーザビームのビーム軸と
センサの光学軸のなす角度を大きくする必要があるとい
うことである。
2. Description of the Related Art In laser beam welding, an attempt to grasp the welding state by detecting the optical characteristics of a welded portion and to estimate the welding quality based on the state is disclosed in, for example, JP-A-7-12753. Are also known as disclosed. In this method of monitoring a welded portion, a sensor is disposed obliquely above the welded portion behind and the welded portion is observed from this position. In the conventional welding part monitoring method described above, the angle between the beam axis of the laser beam and the optical axis of the sensor at the laser beam irradiation point on the surface of the workpiece is generally set to 25 ° or more. Generally, in a laser beam welding apparatus used, a focusing mirror having a focal length of 500 mm or less is used, and an F value (= focal length / beam diameter) is often 10 or less.
Since the beam is focused at a large angle, the sensor needs to be placed sideways to avoid interference with the beam or the focusing head. That is, it is necessary to increase the angle between the beam axis of the laser beam and the optical axis of the sensor.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで近年、レーザ
ビームの出力が向上したことから、レーザビーム溶接を
厚板に適用しようとする試みがなされている。しかしな
がら溶接部の溶込み深さが深くなると、上記従来のよう
にレーザビームのビーム軸とセンサの光学軸のなす角度
が大きいと、溶接表面近傍の現象は検出できても、深い
部分での溶接現象が検出できず、充分なモニタ機能を果
たし得ないという不都合が生じている。また溶接部を1
個のセンサでしか検出していないので、得られる情報量
も充分なものではなく、この点においても充分なモニタ
機能を果たし得ないという欠点がある。
In recent years, as the output of a laser beam has been improved, attempts have been made to apply laser beam welding to a thick plate. However, when the penetration depth of the weld becomes deep, if the angle between the beam axis of the laser beam and the optical axis of the sensor is large as in the conventional case described above, even if a phenomenon near the welding surface can be detected, welding at the deep part There is a disadvantage that the phenomenon cannot be detected and a sufficient monitoring function cannot be performed. In addition, 1
Since detection is performed only by a single sensor, the amount of information that can be obtained is not sufficient, and there is a disadvantage that a sufficient monitoring function cannot be performed in this regard.

【0004】殊に、厚板のキーホール溶接のような深溶
込み溶接を行うと、図4に示すように、キーホールの深
部が溶接進行方向の後方へと遅れる現象が生じ、この遅
れによる溶込み深さや形状を検知して溶接速度、レーザ
出力、ワイヤ供給等の各制御を行うことにより、溶接品
質の確保をすることになるが、上記従来の溶接部モニタ
方法では、上記のように深い部分での溶接現象が検出で
きないことに加えて、溶接部を1個のセンサでしか検出
していないので、このようなキーホール深部の遅れ現象
を検出できないという欠点がある。さらに図8に示すよ
うに、被溶接材の板厚が異なることに起因して、左右の
熱伝導が異なるような場合には、キーホールが溶接進行
方向の左右方向に湾曲する現象が生じるが、上記従来の
溶接部モニタ方法では、このような現象も検出できな
い。
In particular, when deep penetration welding such as keyhole welding of a thick plate is performed, as shown in FIG. 4, a phenomenon occurs in which the deep portion of the keyhole is delayed backward in the welding progress direction. Detecting the penetration depth and shape and controlling the welding speed, laser output, wire supply, etc., will ensure the welding quality.However, in the conventional welding part monitoring method described above, as described above, In addition to the fact that a welding phenomenon cannot be detected in a deep portion, there is a disadvantage that such a delay phenomenon of a keyhole deep portion cannot be detected because the welded portion is detected by only one sensor. Further, as shown in FIG. 8, when the right and left heat conductions are different due to the difference in the plate thickness of the materials to be welded, a phenomenon occurs in which the keyhole is curved in the left and right direction in the welding progress direction. However, such a phenomenon cannot be detected by the above-described conventional method for monitoring a welded portion.

【0005】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、深溶込み溶接を
行う場合に、深い部分での溶接現象を確実に検出するこ
とが可能なレーザビーム溶接の溶接部モニタ方法と溶接
部モニタ装置を提供することにある。また従来よりも多
くの検出情報量を得て、高精度な溶接部のモニタが可能
なレーザビーム溶接の溶接部モニタ方法と溶接部モニタ
装置を提供することもこの発明の目的である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional drawbacks, and an object of the present invention is to make it possible to reliably detect a welding phenomenon in a deep portion when performing deep penetration welding. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for monitoring a weld in laser beam welding. It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for monitoring a welded portion of laser beam welding, which can obtain a larger amount of detected information than before and monitor the welded portion with high accuracy.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段及び効果】そこで請求項1
のレーザビーム溶接の溶接部モニタ方法は、レーザビー
ムを被溶接材に照射すると共に、溶接部の光学的特性を
センサにより検出して溶接状態を把握するレーザビーム
溶接の溶接部モニタ方法において、上記被溶接材表面の
レーザビーム照射点において、上記レーザビームのビー
ム軸と上記センサの光学軸のなす角度を、3°以上で5
°以下の角度にしていることを特徴としている。
Means and Effects for Solving the Problems Claim 1
The method for monitoring a welded portion of laser beam welding is to irradiate a laser beam to a material to be welded, and to detect the optical characteristics of the welded portion by a sensor to grasp a welding state, and the method for monitoring a welded portion of laser beam welding as described above. At the laser beam irradiation point on the surface of the material to be welded, the angle between the beam axis of the laser beam and the optical axis of the sensor is set to 3 ° or more and 5 °.
The angle is set to less than or equal to °.

【0007】上記請求項1のレーザビーム溶接の溶接部
モニタ方法によれば、溶接部の溶込み深さが深くなって
も、レーザビームのビーム軸とセンサの光学軸のなす角
度を小さくしているので、深い部分での溶接現象が検出
できる。例えばキーホール溶接の場合には、溶込み深さ
の推定や溶込み不足、ブローホール等の内部欠陥の検出
が可能となり、従って厚板のレーザビーム溶接の高品質
化に寄与できる。
According to the first aspect of the present invention, the angle formed between the beam axis of the laser beam and the optical axis of the sensor is reduced even if the penetration depth of the weld is increased. Therefore, welding phenomena in deep parts can be detected. For example, in the case of keyhole welding, it is possible to estimate the penetration depth, detect insufficient penetration, and detect internal defects such as blowholes, thus contributing to high quality laser beam welding of thick plates.

【0008】また請求項2のレーザビーム溶接の溶接部
モニタ方法は、レーザビームを被溶接材に照射すると共
に、溶接部の光学的特性をセンサにより検出して溶接状
態を把握するレーザビーム溶接の溶接部モニタ方法にお
いて、上記センサによる溶接部の検出を、溶接進行方向
の前方からと後方からの少なくとも2方向から行い、両
方向からの検出結果に基づいて溶接状態を把握するよう
にしていることを特徴している。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a laser beam welding monitoring method for irradiating a material to be welded with a laser beam and detecting a welding state by detecting an optical characteristic of the welded portion by a sensor. In the welding part monitoring method, the detection of the welding part by the sensor is performed in at least two directions from the front and the rear in the welding progress direction, and the welding state is grasped based on the detection results from both directions. It is characteristic.

【0009】上記請求項2のレーザビーム溶接の溶接部
モニタ方法によれば、センサによる溶接部の検出を、溶
接進行方向の前方からと後方からの少なくとも2方向か
ら行っているので、1方向から溶接部の検出を行う場合
に比較して、情報量が多くなり、高精度なモニタを行え
ることになり、レーザビーム溶接の高品質化に寄与でき
る。
According to the method for monitoring a welded portion of laser beam welding according to the second aspect of the present invention, the detection of the welded portion by the sensor is performed in at least two directions from the front and back in the welding advancing direction. Compared with the case where a weld is detected, the amount of information is increased, and high-precision monitoring can be performed, thereby contributing to high quality laser beam welding.

【0010】請求項3のレーザビーム溶接の溶接部モニ
タ方法は、請求項2に加えさらに、溶接進行方向の左右
両側からもセンサによる溶接部の検出を行うことを特徴
としている。
A third aspect of the present invention provides a method for monitoring a welded portion in laser beam welding, wherein a welded portion is detected by a sensor from both left and right sides in the welding progress direction.

【0011】上記請求項3のレーザビーム溶接の溶接部
モニタ方法によれば、さらに情報量が多くなり、一段と
高精度なモニタを行えることになり、レーザビーム溶接
の高品質化に寄与できる。
According to the method for monitoring a weld portion of laser beam welding according to the third aspect, the amount of information is further increased, and more accurate monitoring can be performed, which contributes to the improvement of the quality of laser beam welding.

【0012】請求項4のレーザビーム溶接の溶接部モニ
タ方法は、請求項2又は請求項3の溶接部モニタ方法に
おいて、上記各センサは、上記被溶接材表面のレーザビ
ーム照射点において、上記レーザビームのビーム軸と上
記センサの光学軸のなす角度を、3°以上で5°以下の
角度にしていることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for monitoring a welded portion of a laser beam according to the second or third aspect. The angle between the beam axis of the beam and the optical axis of the sensor is set to an angle of 3 ° or more and 5 ° or less.

【0013】請求項4のレーザビーム溶接の溶接部モニ
タ方法によれば、キーホールの深部が溶接進行方向の後
方へと遅れる現象を検出したり、キーホールが溶接進行
方向の左右方向に曲がる現象をも検出可能となり、この
ような場合の溶接状態を確実に把握できる。従って厚板
のレーザビーム溶接の高品質化に寄与できる。
According to the method for monitoring a welding portion of laser beam welding according to the fourth aspect, the phenomenon that the deep part of the keyhole is delayed backward in the welding progress direction or the keyhole is bent in the left and right direction in the welding progress direction. Can be detected, and the welding state in such a case can be grasped reliably. Therefore, it is possible to contribute to high quality laser beam welding of a thick plate.

【0014】請求項5のレーザビーム溶接の溶接部モニ
タ装置は、上記請求項1〜請求項4のいずれかの溶接部
モニタ方法を実施するためのものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a welding portion monitoring apparatus for laser beam welding, which implements the welding portion monitoring method according to any one of the first to fourth aspects.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】次にこの発明のレーザビーム溶接
の溶接部モニタ方法と溶接部モニタ装置の具体的な実施
の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。ま
ず図1において、1はレーザビームを示しており、この
レーザビーム1を挟んで、溶接進行方向の前後に一対の
センサ2、3が配置されている。4は被溶接材である
が、上記各センサ2、3は、上記被溶接材4の表面のレ
ーザビーム照射点Pに、その光学軸を向けた状態で配置
されている。これら各センサ2、3は、フォトダイオー
ドに代表される受光素子より成るものであって、約20
0nm〜1000nmの波長が検出可能で、900nm
付近の波長に検出ピークを有するものである。そしてこ
の発明の特徴的な点は、上記レーザビーム照射点Pにお
いて、レーザビーム1のビーム軸Lと各センサ2、3の
光学軸Oとの成す角度、すなわち検出角度αを3°以上
で5°以下の角度に設定している点にある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a specific embodiment of a method and apparatus for monitoring a weld in laser beam welding according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, in FIG. 1, reference numeral 1 denotes a laser beam, and a pair of sensors 2, 3 are disposed before and after the laser beam 1 in the welding progress direction. Reference numeral 4 denotes a material to be welded, and the sensors 2 and 3 are arranged with the optical axis directed to a laser beam irradiation point P on the surface of the material 4 to be welded. Each of these sensors 2 and 3 is composed of a light receiving element represented by a photodiode,
A wavelength of 0 nm to 1000 nm can be detected and 900 nm
It has a detection peak at a nearby wavelength. A characteristic of the present invention is that at the laser beam irradiation point P, the angle between the beam axis L of the laser beam 1 and the optical axis O of each of the sensors 2 and 3, that is, the detection angle α is 3 ° or more and 5 °. The point is that the angle is set to less than °.

【0016】そして各センサ2、3を上記のように配置
することにより、溶接深部での溶接現象が検出可能にな
るという利点が生じる。例えば、上記検出角度αが25
°と大きい場合、キーホールの直径が1mmのときに
は、3.7までの深さの発光しか検出し得なかったのに
対して、検出角度αを上記のように設定することによ
り、図2に示すように、キーホールKを直径1mmの円
柱と仮定した場合、検出角度α=3°のときには深さ約
19mm、検出角度α=5°のときには深さ約11.4
mmの情報が得られる。検出角度αを3°以上にしてい
るのは、レーザビーム1と各センサ2、3の干渉を防止
するためである。すなわち集光鏡に入射するビーム径が
60mmで、焦点距離が750mmであるとき、被溶接
材4上のレーザビーム照射点Pから250mmの高さ位
置においては、レーザビーム径は約20mmとなり、そ
の側近に直径6mmのフォトダイオードを設置しようと
すると、どうしても検出角度αを3°以上にせざるを得
ないのである。
By arranging the sensors 2 and 3 as described above, there is an advantage that a welding phenomenon at a deep welding position can be detected. For example, if the detection angle α is 25
When the keyhole diameter was 1 mm, only light emission with a depth up to 3.7 could be detected, whereas by setting the detection angle α as described above, FIG. As shown, assuming that the keyhole K is a cylinder having a diameter of 1 mm, when the detection angle α = 3 °, the depth is about 19 mm, and when the detection angle α = 5 °, the depth is about 11.4.
mm information is obtained. The detection angle α is set to 3 ° or more in order to prevent interference between the laser beam 1 and each of the sensors 2 and 3. That is, when the beam diameter incident on the condenser mirror is 60 mm and the focal length is 750 mm, the laser beam diameter becomes about 20 mm at a height position of 250 mm from the laser beam irradiation point P on the workpiece 4, If a photodiode having a diameter of 6 mm is to be installed close to the side, the detection angle α must be set to 3 ° or more.

【0017】なお従来より、集光鏡や反射鏡の中心部に
観察孔を設け、センサをレーザビームのビーム軸と同軸
に配置する方法も採用されているが、このように集光鏡
や反射鏡の中心部に観察孔を設けた場合には、レーザビ
ームの中心部のエネルギ密度の高い部分が上記観察孔を
透過するため、パワーロスが生じると共に、センサの損
傷が生じるので、レーザビームを高出力化した場合に
は、連続使用に耐えることができず、実用的ではない。
Conventionally, a method has been adopted in which an observation hole is provided in the center of a converging mirror or a reflecting mirror, and a sensor is arranged coaxially with the beam axis of a laser beam. If an observation hole is provided at the center of the mirror, a portion of the laser beam having a high energy density at the center passes through the observation hole, causing power loss and damaging the sensor. If the output is used, it cannot withstand continuous use and is not practical.

【0018】図3には、上記検出角度αと、得られる出
力レベル(電圧)との関係を示しているが、同図から明
らかなように、検出角度αが小さくなるほど高い出力レ
ベル、すなわち高い発光量が得られている。このように
高い発光量が得られるのは、溶接表面近傍のプラズマか
らの情報以外にも、溶接部の深部からの情報が得られて
いるからに他ならない。そしてこのように深い部分での
溶接現象が検出できる結果、キーホール溶接の場合に
は、溶込み深さの推定や溶込み不足、ブローホール等の
内部欠陥の検出が可能となり、従って厚板のレーザビー
ム溶接の高品質化に寄与できる。
FIG. 3 shows the relationship between the detected angle α and the obtained output level (voltage). As is clear from FIG. 3, the smaller the detected angle α, the higher the output level, that is, the higher the output level. The light emission amount is obtained. The reason why such a high light emission amount is obtained is because information from a deep portion of the welded portion is obtained in addition to information from the plasma near the welding surface. As a result of detecting welding phenomena in such a deep part, in the case of keyhole welding, it is possible to estimate the penetration depth, to detect insufficient penetration, and to detect internal defects such as blowholes. It can contribute to high quality laser beam welding.

【0019】そして上記のようにセンサ2、3を溶接進
行方向の前方部と後方部とに設けてあることによる利点
について説明する。まず厚板をレーザビーム溶接する場
合、図4に示すように、キーホールKの深部が溶接進行
方向の後方へと遅れ、キーホールKが湾曲する現象が生
じる。そしてこのような状態を上記のように配置したセ
ンサ2、3でその前後から検出すると、図5(a)〜
(c)に示すように、前後のセンサ2、3での検出領域
K1、K2に差異が生じる。そしてこの結果、図6に示
すように、前方に配置したセンサ2からの出力Pfは、
後方に配置したセンサ3からの出力Pbよりも大となる
傾向がある。そこで図7に示すように、上記前後のセン
サ2、3の出力差(Pf−Pb)をとれば、溶込み深
さ、キーホール径、キーホールの遅れ、貫通と非貫通の
区別と、上記出力差(Pf−Pb)との間には一定の関
係が成立するので、この出力差(Pf−Pb)に基づい
て、上記溶込み深さ、キーホール径、キーホールの遅
れ、貫通と非貫通の区別を推定することが可能となる。
またキーホールKの径が小さく溶込み深さが深い場合
と、キーホールKの径が大きく溶込み深さが浅い場合と
の区別を行うことも可能である。例えば、上記出力差
(Pf−Pb)が基準値よりも大きくなれば、上記キー
ホールKの遅れが大きくなったと判定できるし、また出
力差(Pf−Pb)が基準値よりも小さくなれば、上記
キーホールKの遅れが小さくなったと判定できることに
なるのである。
The advantages of providing the sensors 2 and 3 at the front part and the rear part in the welding traveling direction as described above will be described. First, in the case of laser beam welding of a thick plate, as shown in FIG. 4, the deep portion of the keyhole K is delayed backward in the welding progress direction, and the keyhole K is bent. Then, when such a state is detected from before and after the sensors 2 and 3 arranged as described above, FIG.
As shown in (c), there is a difference between the detection areas K1 and K2 of the front and rear sensors 2 and 3. As a result, as shown in FIG. 6, the output Pf from the sensor 2 disposed in front is
The output Pb tends to be larger than the output Pb from the sensor 3 arranged behind. Therefore, as shown in FIG. 7, if the output difference (Pf-Pb) of the front and rear sensors 2 and 3 is taken, the penetration depth, the keyhole diameter, the delay of the keyhole, the distinction between penetration and non-penetration, and Since a certain relation is established between the output difference (Pf-Pb), the penetration depth, the keyhole diameter, the keyhole delay, the penetration and the non-penetration are determined based on the output difference (Pf-Pb). It is possible to estimate the distinction of penetration.
It is also possible to distinguish between a case where the diameter of the keyhole K is small and the penetration depth is deep, and a case where the diameter of the keyhole K is large and the penetration depth is shallow. For example, if the output difference (Pf-Pb) is larger than the reference value, it can be determined that the delay of the keyhole K has increased. If the output difference (Pf-Pb) becomes smaller than the reference value, That is, it can be determined that the delay of the keyhole K has become small.

【0020】またレーザビーム溶接においては、図8に
示すように、被溶接材10、11の板厚が異なることに
起因して、左右の熱伝導が異なるような場合には、キー
ホールKが溶接進行方向の左右方向に湾曲する現象が生
じる。このような現象を検出しようとすれば、溶接進行
方向に直交する左右両側にも上記同様にセンサを設けて
おけばよい。このようにしておけば、上記キーホールK
の遅れを検出するのと同様な手法で、すなわち左右セン
サの出力差(Pf−Pb)の正負によって、湾曲の有
無、及び湾曲方向を検出できることになる。
In laser beam welding, as shown in FIG. 8, when the right and left heat conductions are different due to the different thicknesses of the materials to be welded 10 and 11, the keyhole K is formed. A phenomenon of bending in the left-right direction of the welding progress direction occurs. In order to detect such a phenomenon, sensors may be provided on both the left and right sides orthogonal to the welding progress direction in the same manner as described above. By doing so, the keyhole K
The presence / absence of bending and the bending direction can be detected by the same method as that for detecting the delay of (i.e., the difference between the outputs of the left and right sensors (Pf-Pb)).

【0021】以上のように上記実施形態のレーザビーム
溶接の溶接部モニタ方法によれば、検出角度αを3°以
上で5°以下の角度に設定しているので、深い部分での
溶接現象が検出できる結果、キーホール溶接の場合に
は、溶込み深さの推定や溶込み不足、ブローホール等の
内部欠陥の検出が可能となる。しかもそれに加えて、溶
接部に向けて複数のセンサ2、3を配置しているので、
キーホールKの深部が溶接進行方向の後方へと遅れる現
象を検出したり、キーホールKが溶接進行方向の左右方
向に曲がる現象をも検出可能となり、このような場合の
溶接状態を確実に把握できる。従って厚板のレーザビー
ム溶接の高品質化に寄与できる。
As described above, according to the method for monitoring the welded portion of laser beam welding of the above embodiment, the detection angle α is set to an angle of 3 ° or more and 5 ° or less. As a result of the detection, in the case of keyhole welding, it is possible to estimate the penetration depth, detect insufficient penetration, and detect internal defects such as blowholes. In addition, since a plurality of sensors 2 and 3 are arranged toward the weld,
It is possible to detect the phenomenon that the deep part of the keyhole K is delayed backward in the welding progress direction, and it is also possible to detect the phenomenon in which the keyhole K bends in the left and right direction of the welding progress direction. it can. Therefore, it is possible to contribute to high quality laser beam welding of a thick plate.

【0022】以上にこの発明のレーザビーム溶接の溶接
部モニタ方法の実施の形態について説明をしたが、溶接
部モニタ装置は上記方法を実施するためのものであっ
て、各センサ2、3を上記のように配置した構成や、上
記のような信号処理を行う制御手段を含む装置である。
上記実施形態においては、複数のセンサ2、3を用いて
いるが、1個のセンサを上記検出角度αを用いる場合も
本願請求項1には含まれるものであり、この場合には、
深い部分での溶接現象が検出できるとの利点が生じる。
また複数のセンサ2、3を上記検出角度αよりも大きな
角度で用いる場合も本願請求項2、請求項3には含まれ
るものであり、この場合には、1方向から溶接部の検出
を行う場合に比較して、情報量が多くなり、高精度なモ
ニタを行えることになり、レーザビーム溶接の高品質化
に寄与できるとの利点が生じる。さらに図9に示すよう
に、反射鏡12を用いる場合もあるが、この場合には、
センサ2への入射光Oが、レーザビーム照射点Pにおい
て、レーザビームのビーム軸Lと成す角度を検出角度α
と称する。また上記各センサ2、3は可視光に限られ
ず、赤外域、紫外域等の各種範囲のいずれかが検出可能
であればよく、そのためフォトダイオード以外の各種セ
ンサの使用が可能である。
The embodiment of the laser beam welding method for monitoring a welded portion of the present invention has been described above. The welded portion monitoring apparatus is used to carry out the above-described method. And a control unit for performing the above-described signal processing.
In the above embodiment, a plurality of sensors 2 and 3 are used, but the case where one sensor uses the detection angle α is also included in claim 1 of the present application, and in this case,
There is an advantage that a welding phenomenon in a deep part can be detected.
A case where the plurality of sensors 2 and 3 are used at an angle larger than the detection angle α is also included in claims 2 and 3 of the present application. In this case, the detection of the welded portion is performed from one direction. As compared with the case, the amount of information is increased, and high-precision monitoring can be performed, and there is an advantage that the quality of laser beam welding can be improved. Further, as shown in FIG. 9, the reflecting mirror 12 may be used. In this case,
The angle formed by the incident light O on the sensor 2 and the beam axis L of the laser beam at the laser beam irradiation point P is the detection angle α.
Called. Further, the sensors 2 and 3 are not limited to visible light, but may be any one of various ranges such as an infrared region and an ultraviolet region, and therefore various sensors other than the photodiode can be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明のレーザビーム溶接の溶接部モニタ方
法の一実施形態におけるセンサの配置態様を示す説明図
である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an arrangement of sensors in one embodiment of a laser beam welding monitoring method of the present invention.

【図2】上記実施形態においてキーホール内の可視領域
と不可視領域とを説明するための説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a visible region and an invisible region in a keyhole in the embodiment.

【図3】上記実施形態においてセンサの検出角度と出力
レベルとの関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a detection angle of a sensor and an output level in the embodiment.

【図4】上記実施形態においてキーホールの溶接進行方
向後方への遅れ現象を説明するための説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a delay phenomenon of a keyhole rearward in a welding advancing direction in the embodiment.

【図5】上記図4の状態においてキーホール内の可視領
域と不可視領域とを説明するための説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a visible region and an invisible region in a keyhole in the state of FIG. 4;

【図6】上記図4の状態において得られる各センサの出
力と溶込み深さの関係を模式的に示すグラフである。
FIG. 6 is a graph schematically showing the relationship between the output of each sensor and the penetration depth obtained in the state of FIG. 4;

【図7】上記図4の状態において得られる前後の両セン
サの出力差と溶込み深さの関係を模式的に示すグラフで
ある。
FIG. 7 is a graph schematically showing a relationship between an output difference between both sensors before and after and a penetration depth obtained in the state of FIG. 4;

【図8】上記実施形態においてキーホールの左右方向へ
の湾曲現象を説明するための説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a bending phenomenon of the keyhole in the left-right direction in the embodiment.

【図9】センサの配置態様の変更例を示す説明図であ
る。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a modified example of the arrangement of the sensors.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザビーム 2 センサ 3 センサ 4 非溶接材 P レーザビーム照射点 L レーザビーム軸 O センサの光学軸 K キーホール Reference Signs List 1 laser beam 2 sensor 3 sensor 4 non-weld material P laser beam irradiation point L laser beam axis O optical axis of sensor K keyhole

フロントページの続き (72)発明者 安達 馨 大阪府枚方市上野3丁目1番1号 株式会 社小松製作所生産技術開発センタ内 (72)発明者 松本 泰一 大阪府枚方市上野3丁目1番1号 株式会 社小松製作所生産技術開発センタ内 Fターム(参考) 2G043 AA03 BA01 CA03 CA05 DA05 EA10 FA01 FA05 GA04 GB01 GB03 KA09 LA01 MA11 NA01 4E068 BA00 CA17 CC01 DA14 Continued on the front page (72) Inventor Kaoru Adachi 3-1-1 Ueno, Hirakata City, Osaka Prefecture Inside the Production Technology Development Center, Komatsu Manufacturing Co., Ltd. (72) Taiichi Matsumoto 3-1-1 Ueno, Hirakata City, Osaka Prefecture No. F-term in Komatsu Manufacturing Technology Development Center (reference) 2G043 AA03 BA01 CA03 CA05 DA05 EA10 FA01 FA05 GA04 GB01 GB03 KA09 LA01 MA11 NA01 4E068 BA00 CA17 CC01 DA14

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザビームを被溶接材に照射すると共
に、溶接部の光学的特性をセンサにより検出して溶接状
態を把握するレーザビーム溶接の溶接部モニタ方法にお
いて、上記被溶接材表面のレーザビーム照射点におい
て、上記レーザビームのビーム軸と上記センサの光学軸
のなす角度を、3°以上で5°以下の角度にしているこ
とを特徴とするレーザビーム溶接の溶接部モニタ方法。
1. A method for monitoring a welding portion in laser beam welding, comprising: irradiating a laser beam onto a material to be welded; and detecting an optical characteristic of the welded portion by a sensor to grasp a welding state. A welding part monitoring method for laser beam welding, wherein an angle formed by a beam axis of the laser beam and an optical axis of the sensor at a beam irradiation point is not less than 3 ° and not more than 5 °.
【請求項2】 レーザビームを被溶接材に照射すると共
に、溶接部の光学的特性をセンサにより検出して溶接状
態を把握するレーザビーム溶接の溶接部モニタ方法にお
いて、上記センサによる溶接部の検出を、溶接進行方向
の前方からと後方からの少なくとも2方向から行い、両
方向からの検出結果に基づいて溶接状態を把握するよう
にしていることを特徴とするレーザビーム溶接の溶接部
モニタ方法。
2. A method for monitoring a welded portion of laser beam welding, wherein a laser beam is applied to a material to be welded and optical characteristics of the welded portion are detected by a sensor to grasp a welding state. In at least two directions from the front and the back of the welding progress direction, and the welding state is grasped based on the detection results from both directions.
【請求項3】 上記に加えさらに、溶接進行方向の左右
両側からもセンサによる溶接部の検出を行うことを特徴
とする請求項2のレーザビーム溶接の溶接部モニタ方
法。
3. The laser beam welding monitoring method according to claim 2, further comprising the step of detecting a welding portion by a sensor from both left and right sides of the welding progress direction.
【請求項4】 上記各センサは、上記被溶接材表面のレ
ーザビーム照射点において、上記レーザビームのビーム
軸と上記センサの光学軸のなす角度を、3°以上で5°
以下の角度にしていることを特徴とする請求項2又は請
求項3のレーザビーム溶接の溶接部モニタ方法。
4. The sensor according to claim 1, wherein an angle between a beam axis of the laser beam and an optical axis of the sensor is 3 ° or more and 5 ° at a laser beam irradiation point on the surface of the workpiece.
The method for monitoring a welded portion in laser beam welding according to claim 2 or 3, wherein the angle is set as follows.
【請求項5】 上記請求項1〜請求項4のいずれかの溶
接部モニタ方法を実施するためのレーザビーム溶接の溶
接部モニタ装置。
5. A welding part monitoring device for laser beam welding for implementing the welding part monitoring method according to any one of claims 1 to 4.
JP11031525A 1999-02-09 1999-02-09 Method and device for monitoring weld zone of laser beam welding Pending JP2000233290A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007005164A1 (en) * 2007-01-29 2008-07-31 Stürmer, Martin, Dr. Ing. Quality control process for processing laser beam involves processing beam from working cavity being detected by several detectors pointing in different radial directions
JP2010029938A (en) * 2008-06-23 2010-02-12 Jfe Steel Corp Method for manufacturing laser-welded steel pipe
CN104002044A (en) * 2014-06-03 2014-08-27 湖南大学 Non-penetration laser welding apparatus and non-penetration laser welding method
JP2018501964A (en) * 2014-10-20 2018-01-25 プレシテック ゲーエムベーハー ウント ツェーオー カーゲー Equipment for measuring weld seam depth in real time

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