JP2021090992A - レーザ貫通溶接モニタリングシステムおよびレーザ貫通溶接モニタリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光強度の測定方法または溶接条件に変化が生じても溶接が貫通したことを判定することができるレーザ貫通溶接モニタリング技術を提供する。【解決手段】レーザ貫通溶接モニタリングシステム１は、溶接の対象となる対象物２にレーザ３を照射して溶接するときに溶融部１３とプルーム１８の少なくとも一方から生じる光の光強度Ｌを測定する測定部８と、溶接開始時に測定される光強度Ｌが上昇から降下に転じる変化点Ｃを検出する変化点検出部２７と、変化点Ｃを検出したときにレーザ３が対象物２を貫通したと判定する貫通判定部２８とを備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、レーザ貫通溶接モニタリングシステムおよびレーザ貫通溶接モニタリング方法に関する。

レーザ溶接は、集光レンズで集光したレーザを金属材料に照射して、１パスで深い溶け込みを得ることが可能な溶接技術である。この特性を利用して、厚さ数ｍｍから１０ｍｍ程度の金属材料を１パスで貫通溶接することができる。また、溶融部から生じる可視光、赤外光、反射光などの強度変化を光センサで測定し、溶接状態および溶接品質の変化をモニタリングする技術が知られている。例えば、光強度に対する閾値を予め設定し、光強度の測定値が閾値より高い場合には、金属材料をレーザが貫通していないと判定し、光強度の測定値が閾値より低い場合には、金属材料をレーザが貫通したと判定する。

特許第３２７５９８８号公報

軽金属溶接 Ｖｏｌ.４６（２００８）Ｎｏ.１０、４８０−４９０ページ 「アルミニウム合金の高出力ＹＡＧレーザ溶接時における溶接現象とインプロセスモニタリング」片山、川口、水谷、川人、樽井 レーザ研究 ２００４年５月第３２巻第５号、３５７−３６３ページ 「アルミニウム合金のレーザーマイクロスポット重ね溶接におけるインプロセスモニタリングと適応制御−熱放射による部分溶込み溶接のための適応制御法−」川人、片山

溶融部の光強度の測定値は、レーザの貫通の有無に関わらず変化する場合がある。例えば、レーザ溶接を行うときの測定方法の変化より光強度の測定値が変化する場合がある。また、板厚が異なる金属材料を溶接中に生じる溶接条件の変化により光強度の測定値が変化する場合がある。また、金属材料の材質が変わったときに生じる溶接条件の変化により光強度の測定値が変化する場合がある。このような場合には、閾値を測定方法または溶接条件の変化に応じて再設定しなければならないという課題がある。

本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、光強度の測定方法または溶接条件に変化が生じても溶接が貫通したことを判定することができるレーザ貫通溶接モニタリング技術を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るレーザ貫通溶接モニタリングシステムは、溶接の対象となる対象物にレーザを照射して溶接するときに溶融部とプルームの少なくとも一方から生じる光の光強度を測定する測定部と、溶接開始時に測定される前記光強度が上昇から降下に転じる変化点を検出する変化点検出部と、前記変化点を検出したときに前記レーザが前記対象物を貫通したと判定する貫通判定部と、を備える。

本発明の実施形態により、光強度の測定方法または溶接条件に変化が生じても溶接が貫通したことを判定することができるレーザ貫通溶接モニタリング技術が提供される。

レーザ貫通溶接モニタリングシステムを示すシステム構成図。 レーザを用いて貫通溶接を行っている状態を示す説明図。 対象物の厚みの違いによる光強度の変化を示す説明図。 スロープアップ中にレーザが貫通したときの光強度の変化を示す説明図。 スロープアップの時間を変化させたときの光強度の変化を示す説明図。 光強度の測定値の移動平均を示す説明図。 レーザ貫通溶接モニタリング方法を示すフローチャート。

以下、図面を参照しながら、レーザ貫通溶接モニタリングシステムおよびレーザ貫通溶接モニタリング方法の実施形態について詳細に説明する。

図１の符号１は、本実施形態のレーザ貫通溶接モニタリングシステムである。このシステム１は、溶接の対象となる対象物２にレーザ３を照射して１パスで溶接するときに、レーザ３が対象物２を貫通したか否かをモニタリングすることができる。

レーザ貫通溶接モニタリングシステム１は、レーザ発振器４とレーザ溶接ヘッド５と同軸型光センサ６と直視型光センサ７と測定部８と制御ユニット９とを備える。

レーザ発振器４は、レーザを発生させる。このレーザ発振器４で発生させたレーザ３は、光ファイバーケーブル１０を伝ってレーザ溶接ヘッド５に導かれる。レーザ溶接ヘッド５は、レーザ３を対象物２に向けて出力する。レーザ溶接ヘッド５の内部には、レンズ１１が設けられており、レーザ３は、レンズ１１で集光されて対象物２の表面に照射される。

図２に示すように、対象物２においてレーザ３が照射された部分は、高温に加熱されて金属が蒸発し、キーホール１２と呼ばれる空洞が形成される。その周囲には、金属が溶融された溶融部１３（溶接部）が形成される。レーザ溶接ヘッド５の進行方向１４、即ち溶接方向にレーザ３が移動することによって、キーホール１２と溶融部１３とが移動して溶接が進行する。

溶融部１３の後方は、冷却されて凝固した溶接金属１５となり、対象物２同士が接合される。レーザ３を用いた貫通溶接では、このとき対象物２の裏側まで溶融しており、裏波１６が形成されて対象物２の裏側まで完全に接合されていることになる。ここで、溶融部１３からは強い光が発生する。

また、レーザ溶接中は、キーホール１２から浮き出す金属蒸気によって溶融部１３の一部がスパッタ１７として飛散するとともに、金属蒸気がレーザ３のエネルギーを得てプルーム１８を形成して強い光が発生する。

なお、本実施形態の「光」という用語には、溶融部１３とプルーム１８の少なくとも一方から生じる可視光と、溶融部１３から生じる赤外光と、溶融部１３で反射されるレーザの反射光とが含まれる。

溶融部１３またはプルーム１８から生じる光は、照射されるレーザ３の出力に応じて変化する。レーザ３の出力が高ければ光の強度も強くなる。また、レーザ３が対象物２の裏面に貫通されたときには、レーザ３の照射面側（表面側）で溶融部１３またはプルーム１８から発せられる光の強度が低下する。例えば、溶融部１３から発せられる可視光または赤外光は、溶融部１３の一部が対象物２の裏面に抜けるため低下する。レーザ３の反射光は、溶融部１３で反射される量が低下されるため低下する。プルーム１８から発せられる可視光は、プルーム１８が対象物２の裏面側に抜けるため低下する。本実施形態では、この光の強度の低下を検出することで、レーザ３が対象物２の裏面に貫通されたか否かを判定する。

レーザ３を用いた貫通溶接は、１パスで対象物２を接合できる溶接方法であり、溶接時間の短縮または低入熱で低変形な溶接を実現できる有効な手法である。ここで、レーザ３が対象物２の裏面まで貫通しているか否かをレーザ３の照射面側から確認することはできない。

板状を成す対象物２の場合には、その裏面側から目視またはカメラを用いて裏波１６を確認することができる。しかし、必ずしも裏波１６を確認できるとは限らない。例えば、管状を成す対象物２に対してその外周面からレーザ３を照射して溶接する場合には、その裏面側から目視またはカメラを用いて裏波１６を確認できない。本実施形態では、このような裏波１６を確認できない場合に溶接条件の管理でレーザ３が貫通していることを担保する。

図１に示すように、レーザ溶接ヘッド５から対象物２にレーザ３が照射されたときに発生する可視光、赤外光、反射光の強度変化を同軸型光センサ６および直視型光センサ７で検出する。

直視型光センサ７は、レーザ溶接ヘッド５の外部の周辺位置に設けられ、溶融部１３とプルーム１８の少なくとも一方から生じる光を検出する。直視型光センサ７は、アンプ１９を介して測定部８に接続されている。直視型光センサ７が光を検出することで出力される検出信号は、アンプ１９で増幅されて測定部８に入力される。測定部８では、検出信号の時間変化を記録する。また、直視型光センサ７は、測定波長範囲の光をフィルタリングするフィルタ２１を備える。このフィルタ２１を変更することで特定波長範囲の光を検出することが可能となる。

同軸型光センサ６は、レーザ溶接ヘッド５の内部にレーザ３の通過軸に沿って溶融部１３から入射される光を検出する。なお、溶融部１３からレーザ溶接ヘッド５の内部に入射される光には、溶融部１３から発せられる可視光または赤外光と、溶融部１３で反射されるレーザ３の反射光とが含まれる。

レーザ溶接ヘッド５の内部には複数のミラー２３，２４が内蔵されている。これらのミラー２３，２４を用いてレーザ３の通過軸と同軸に戻ってくる光を同軸型光センサ６まで導くことができる。そして、同軸型光センサ６でその光の強度を測定することができる。同軸型光センサ６は、アンプ２０を介して測定部８に接続されている。同軸型光センサ６が光を検出することで出力される検出信号は、アンプ２０で増幅されて測定部８に入力される。測定部８では、検出信号の時間変化を記録する。また、同軸型光センサ６は、測定波長範囲の光をフィルタリングするフィルタ２２を備える。このフィルタ２２を変更することで特定波長範囲の光を検出することが可能となる。

なお、直視型光センサ７と同軸型光センサ６とをそれぞれ複数個ずつ設けるようにし、それぞれのフィルタ２１，２２を調整して可視光および赤外光をそれぞれの光センサ６，７で検出するようにしても良い。また、可視光用のフィルタ２１，２２と赤外光用のフィルタ２１，２２とを切り換え可能に設けても良い。対象物２または溶接条件に応じて用いるフィルタ２１，２２を切り換えても良い。

測定部８は、溶融部１３またはプルーム１８の光強度の変化を、直視型光センサ７または同軸型光センサ６の検出信号の強度の変化として捉えることができる。つまり、測定部８は、溶融部１３とプルーム１８の少なくとも一方から生じる光の光強度を測定する。そして、溶接中の時間変化を波形データとして取得することができる。この波形データは、制御ユニット９に入力される。この波形データを利用して、溶接状態または溶接品質の変化をモニタリングすることが可能なる。

本実施形態では、レーザ３を用いた溶接開始時に測定される光強度が上昇から降下に転じる変化点を検出し、この変化点を検出したときにレーザ３が対象物２を貫通したと判定するようにしている。

制御ユニット９は、事前設定部２５と出力制御部２６と変化点検出部２７と貫通判定部２８と記憶部２９と表示部３０とを備える。なお、事前設定部２５と出力制御部２６と変化点検出部２７と貫通判定部２８とは、メモリまたはＨＤＤに記憶されたプログラムがＣＰＵによって実行されることで実現される。

本実施形態の制御ユニット９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどのハードウェア資源を有し、ＣＰＵが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、本実施形態のレーザ貫通溶接モニタリング方法は、各種プログラムをコンピュータに実行させることで実現される。

事前設定部２５は、レーザ３の照射開始時に、レーザ３の出力値を特定値までスロープアップさせるときの時間を制御する。本実施形態では、スロープアップの時間が３００ｍｓ以上、１５００ｍｓ以下となっている。そして、事前設定部２５には、スロープアップの時間内に変化点が含まれるように予めスロープアップの終了点を設定する。

出力制御部２６は、レーザ発振器４で発生させるレーザ３の出力を制御する。特に、溶接開始時にレーザ３の出力を特定値までスロープアップさせる制御を行う。なお、特定値とは、対象物２を貫通させることができるレーザ３の出力値を示す。

変化点検出部２７は、レーザ３の溶接開始時に測定される光強度が上昇から降下に転じる変化点を検出する。特に、変化点検出部２７は、光強度の測定値が移動平均を下回った時点を変化点として検出する。なお、光強度の移動平均を算出し、この移動平均と光強度との関係に基づいて変化点を検出しても良い。

貫通判定部２８は、変化点を検出したときにレーザ３が対象物２を貫通したと判定する。

記憶部２９は、レーザ３が対象物２を貫通したか否かを示す情報を記憶する。なお、その他の情報を記憶しても良い。

表示部３０は、対象物２を貫通したか否かを示す情報を表示する。なお、本実施形態では、変化点の検出を変化点検出部２７が行っているが、システムのユーザが表示部３０に表示される光強度のグラフに基づいて、人手により変化点の検出を行っても良い。さらに、本実施形態では、レーザ３が対象物２を貫通したことを貫通判定部２８により行っているが、システムのユーザが表示部３０に表示される光強度のグラフに基づいて、人手によりレーザ３が対象物２を貫通したか否かを判定しても良い。

本実施形態の表示部３０は、解析結果の出力を行うディスプレイなどの表示装置が含まれる。なお、本実施形態では、表示装置としてディスプレイを例示するが、その他の態様であっても良い。例えば、紙媒体に情報を印字するプリンタをディスプレイの替りとして用いても良い。

制御ユニット９は、システムを使用する使用者の操作に応じて所定の情報が入力される情報入力部を備えていても良い。この情報入力部には、マウスまたはキーボードなどの入力装置が含まれる。つまり、これら入力装置の操作に応じて所定の情報が制御ユニット９に入力される。

次に、実験結果に基づいて基本的な原理を説明する。図３（Ａ）は、対象物２の厚さの違いを示す説明図である。図３（Ｂ）は、溶融部１３から生じる光の光強度と時間との関係を示すグラフである。理解を助けるために、対象物２とグラフとを並べて図示している。レーザ３の進行方向１４とグラフの時間軸を一致させて図示している。

実験に用いた対象物２は、レーザ３が貫通しない非貫通溶接部Ｗ１としての板厚２０ｍｍの部分と、レーザ３が貫通する貫通溶接部Ｗ２としての板厚１０ｍｍの部分とがあるものとする。そして、対象物２の一旦から他端に向かってレーザ３を一定の出力で進行させながら照射するものとする。

このときに、光センサ６，７を用いて可視光の光強度Ｌを測定すると、レーザ３が板厚２０ｍｍの非貫通溶接部Ｗ１を照射しているときには光強度Ｌが高い。一方、レーザ３が進行して、板厚１０ｍｍの貫通溶接部Ｗ２を照射するようになると、光強度Ｌの低下が生じていることが分かる。なお、従来技術では、光強度Ｌに対して所定の閾値Ｔを設けることで非貫通溶接の状態と貫通溶接の状態の変化を判定するようにしていた。

次に、実験結果に基づいて本実施形態の実施態様を説明する。図４（Ａ）は、レーザ３の出力値と時間との関係を示すグラフである。図４（Ｂ）は、対象物２の表面に沿ってレーザ３が照射される状態を示す説明図である。図４（Ｃ）は、溶融部１３から生じる光の光強度Ｌと時間との関係を示すグラフである。

理解を助けるために、対象物２と各グラフとを並べて図示している。また、レーザ３の進行方向１４とグラフの時間軸を一致させて図示している。なお、グラフでは、溶融部１３から生じる光を例示しているが、プルーム１８から生じる光でも同様のグラフとなる。レーザ３は、溶接の開始位置Ｐ１からスロープアップし、所定の位置Ｐ２で特定値となる。そして、レーザ３は、溶接の終了位置Ｐ３まで移動される。

実験に用いた対象物２は、一定の厚みを有するステンレス鋼を例示する。例えば、板厚１０ｍｍのステンレス鋼に９０００Ｗの出力でレーザ貫通溶接を行う。溶接の開始位置Ｐ１でレーザ３の照射が開始される。レーザ出力プロファイルＱに示すように（図４（Ａ））、４８０ｍｓの時間を掛けて９０００Ｗまで連続的にレーザ３の出力値をスロープアップさせる。このスロープアップの期間Ｕ中に溶接の溶け込み深さは増加し、光センサ６，７が検出する光強度Ｌが増加される（図４（Ｃ）の矢印Ｒ参照）。

さらに、レーザ３の出力値が増加すると溶け込み深さもさらに増加して所定の溶接貫通位置（変化点Ｃ）で対象物２の裏面側に貫通する。それ以後は、貫通溶接が進行して溶接部３１が形成される。一方、光強度Ｌは、溶接貫通位置で溶接が貫通すると急激に減少する（図４（Ｃ）の矢印Ｄ参照）。このようにレーザ出力のスロープアップの期間Ｕ中に発生する光強度Ｌが上昇から下降に転じる変化点Ｃを抽出することで、溶接が貫通したことを判断することができる。

本実施形態では、固定された閾値Ｔを設定する必要がなく、光強度Ｌの相対的な時間変化から溶接の貫通を判断するため、測定方法の変化または溶接条件の変化が生じても適用することができる。

また、フィルタ２１，２２の種類を適宜変更することで、溶接部３１（溶融部１３と凝固した部分を含む）から発せられる可視光、赤外光、反射光など特定の波長域の光強度Ｌを測定することが可能となる。複数の波長域の光強度Ｌの相対的な時間変化で溶接が貫通したことを判断するようにしても良い。

次に、実験結果に基づいて本実施形態の実施態様を説明する。図５（Ａ）は、レーザ３の出力値と時間との関係を示すグラフである。図５（Ｂ）は、対象物２の表面に沿ってレーザ３が照射される状態を示す説明図である。図５（Ｃ）は、溶融部１３から生じる光の光強度Ｌと時間との関係を示すグラフである。

理解を助けるために、対象物２と各グラフとを並べて図示している。また、レーザ３の進行方向１４とグラフの時間軸を一致させて図示している。なお、グラフでは、溶融部１３から生じる光を例示しているが、プルーム１８から生じる光でも同様のグラフとなる。レーザ３は、溶接の開始位置Ｐ１からスロープアップし、所定の位置Ｐ２で特定値となる。そして、レーザ３は、溶接の終了位置Ｐ３まで移動される。

実験に用いた対象物２は、一定の厚みを有するステンレス鋼を例示する。レーザ出力プロファイルＱに示すように（図５（Ａ））、レーザ３の出力値のスロープアップを９８０ｍｓとした場合に、出力の上昇が緩やかになるため溶け込み深さのなだらかに増加する（図５（Ｃ）の矢印Ｒ参照）。

この際に、溶融部１３の光強度Ｌはなだらかに増加し、その後、溶接貫通位置（変化点Ｃ）で急激に減少する（図５（Ｃ）の矢印Ｄ参照）。また、スロープアップの時間Ｕを９８０ｍｓにした場合でも、溶接が貫通した時点で光強度Ｌの相対的な時間変化が発生し、この変化点Ｃを抽出することで溶接の貫通を判断することが可能となる。

なお、溶接速度が変化した場合に、レーザ３の出力値のスロープアップ中に溶接が進行する距離が変化することになるが、スロープアップの時間Ｕを調整することで貫通溶接を判断可能な適正なモニタリングが可能となる。

なお、光強度Ｌの移動平均Ｍに基づいて変化点Ｃを検出しても良い。図６では、光強度Ｌを示すグラフと移動平均Ｍを示すグラフとを重ねて図示している。

移動平均Ｍの値を光強度Ｌの実測値が下回る交差点を検知することで光強度Ｌの変化点Ｃを求めることができる。図６では、光強度Ｌが降下する部分と移動平均Ｍが上昇する部分とが交差しており、この交差点が変化点Ｃとなっている。この変化点Ｃでレーザ３が対象物２を貫通したと判定することができる。なお、移動平均Ｍは、溶接中に測定された光強度Ｌから計算できる。そのため、時系列データをリアルタイムに逐次処理して、光強度Ｌと移動平均Ｍを比較して変化点Ｃを検知することが可能となる。

例えば、変化点検出部２７が、光強度Ｌの測定値が移動平均Ｍを下回った時点を変化点として検出する。このようにすれば、光強度Ｌが上昇から降下に転じる変化点Ｃを検出する処理を移動平均の計算に基づいて行うことができる。

本実施形態では、出力制御部２６が、溶接開始時にレーザ３の出力を特定値までスロープアップさせることで、光強度が上昇から降下に転じる変化点が検出し易くなる。また、事前設定部２５が、スロープアップの時間内に変化点Ｃが含まれるように予めスロープアップの終了点を設定することで、スロープアップ中に変化点Ｃを検出することができる。

また、スロープアップの時間が３００ｍｓ以上であることで、光強度Ｌが上昇から降下に転じる変化点Ｃを検出するためのスロープアップの時間を確保することができる。３００ｍｓ以上であれば、充分なスロープアップの時間が確保できる。

また、スロープアップの時間が１５００ｍｓ以下であることで、レーザ３の進行速度が遅くても充分にスロープアップの時間を確保することができる。また、スロープアップの時間の確保により、溶接の進行が遅延してしまうことを抑制することができる。

また、溶融部１３とプルーム１８の少なくとも一方から生じる可視光に基づいて光強度を測定することで、より溶融部１３またはプルーム１８の変化を捉え易くなる。

また、溶融部１３から生じる赤外光に基づいて光強度を測定することで、プルーム１８に邪魔されることなく、レーザ３の貫通を判定することができる。

また、溶融部１３で反射されるレーザ３の反射光に基づいて光強度を測定することで、他の外部の光がノイズとなることなく、レーザ３の反射光を用いてレーザ３の貫通を判定することができる。

なお、変化点検出部２７は、可視光と赤外光とレーザ３の反射光の少なくともいずれか１つの光強度が上昇から降下に転じる変化点を検出し、この変化点に基づいて、貫通判定部２８が、レーザ３が対象物２を貫通したと判定しても良い。このようにすれば、レーザ３の貫通をしたことを確実に判定することができる。

なお、可視光と赤外光と反射光とで判定結果が異なる場合には、反射光を優先して判定結果として用いても良い。反射光の場合には、レーザ３が対象物２の裏側に抜けるため、光強度の変化が最も捉え易いためである。また、反射光を用いることで、厚みが異なる複数の対象物２のいずれに適用しても、正確に光強度の変化を捉えることができる。

また、直視型光センサ７を用いることで、レーザ溶接ヘッド５の構成を変更することなく、溶融部１３またはプルーム１８から生じる光の検出を行うことができる。

また、同軸型光センサ６を用いることで、他の外部の光がノイズとなることなく、溶融部１３から生じる光の検出を行うことができる。

次に、レーザ貫通溶接モニタリングシステム１を用いて実行されるレーザ貫通溶接モニタリング方法について図７のフローチャートを用いて説明する。なお、図１を適宜参照する。

図７に示すように、まず、ステップＳ１１において、レーザ貫通溶接モニタリングシステム１のユーザは、溶接の開始前に、スロープアップの時間を設定する事前設定を行う。

なお、スロープアップの時間（期間）は、対象物２の形状、材質、厚み、レーザ３の出力値（特定値）などの各種情報に基づいて設定する。ここで、ユーザは、スロープアップの時間内に変化点が含まれるように予測し、スロープアップの終了点を設定する。このスロープアップの時間の設定が制御ユニット９の事前設定部２５にセットされる。

次のステップＳ１２において、出力制御部２６は、レーザ３の出力を開始する。ここで、レーザ溶接ヘッド５は、所定の進行方向１４に進行しながら、レーザ３が対象物２に照射される。

次のステップＳ１３において、出力制御部２６は、事前設定部２５にセットされたスロープアップの時間に基づいて、レーザ３の出力を制御する。つまり、レーザ３の出力がスロープアップで上昇される。

次のステップＳ１４において、測定部８は、直視型光センサ７および同軸型光センサ６から入力される検出信号に基づいて、溶融部１３またはプルーム１８から生じる光の光強度を測定する。

次のステップＳ１５において、変化点検出部２７は、測定部８が測定した光強度に基づいて変化点を検出する処理を行う。ここで、変化点が検出されていない場合（ステップＳ１５にてＮＯの場合）は、ステップＳ１４に戻る。一方、変化点が検出された場合（ステップＳ１５にてＹＥＳの場合）は、ステップＳ１６に進む。

次のステップＳ１６において、貫通判定部２８は、レーザ３が対象物２を貫通したと判定する。

次のステップＳ１７において、記憶部２９は、レーザ３が対象物２を貫通したことを示す情報を記憶する。さらに、表示部３０は、レーザ３が対象物２を貫通したことを示す情報を表示する。そして、処理を終了する。

なお、本実施形態のフローチャートにおいて、各ステップが直列に実行される形態を例示しているが、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと並列に実行されても良い。

本実施形態のシステムは、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、またはＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスまたはキーボードなどの入力装置と、通信インターフェースとを備える。このシステムは、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。

なお、本実施形態のシステムで実行されるプログラムは、ＲＯＭなどに予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）などのコンピュータで読み取り可能な非一過性の記憶媒体に記憶されて提供するようにしても良い。

また、このシステムで実行されるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしても良い。また、このシステムは、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワークまたは専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。

以上説明した実施形態によれば、溶接開始時に測定される光強度が上昇から降下に転じる変化点を検出する変化点検出部を備えることにより、光強度の測定方法または溶接条件に変化が生じても溶接が貫通したことを判定することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…レーザ貫通溶接モニタリングシステム、２…対象物、３…レーザ、４…レーザ発振器、５…レーザ溶接ヘッド、６…同軸型光センサ、７…直視型光センサ、８…測定部、９…制御ユニット、１０…光ファイバーケーブル、１１…レンズ、１２…キーホール、１３…溶融部、１４…進行方向、１５…溶接金属、１６…裏波、１７…スパッタ、１８…プルーム、１９，２０…アンプ、２１，２２…フィルタ、２３，２４…ミラー、２５…事前設定部、２６…出力制御部、２７…変化点検出部、２８…貫通判定部、２９…記憶部、３０…表示部、３１…溶接部、Ｃ…変化点、Ｌ…光強度、Ｍ…移動平均、Ｐ１…開始位置、Ｐ２…所定の位置、Ｐ３…終了位置、Ｑ…レーザ出力プロファイル、Ｔ…閾値、Ｗ１…非貫通溶接部、Ｗ２…貫通溶接部。

Claims (13)

1. 溶接の対象となる対象物にレーザを照射して溶接するときに溶融部とプルームの少なくとも一方から生じる光の光強度を測定する測定部と、
   溶接開始時に測定される前記光強度が上昇から降下に転じる変化点を検出する変化点検出部と、
   前記変化点を検出したときに前記レーザが前記対象物を貫通したと判定する貫通判定部と、
   を備える、
   レーザ貫通溶接モニタリングシステム。
2. 前記溶接開始時に前記レーザの出力を特定値までスロープアップさせる出力制御部を備える、
   請求項１に記載のレーザ貫通溶接モニタリングシステム。
3. 前記スロープアップの時間内に前記変化点が含まれるように予め前記スロープアップの終了点を設定する事前設定部を備える、
   請求項２に記載のレーザ貫通溶接モニタリングシステム。
4. 前記スロープアップの時間が３００ｍｓ以上である、
   請求項２または請求項３に記載のレーザ貫通溶接モニタリングシステム。
5. 前記スロープアップの時間が１５００ｍｓ以下である、
   請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ貫通溶接モニタリングシステム。
6. 前記変化点検出部は、前記光強度の測定値が移動平均を下回った時点を前記変化点として検出する、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザ貫通溶接モニタリングシステム。
7. 前記光は、前記溶融部と前記プルームの少なくとも一方から生じる可視光を含む、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレーザ貫通溶接モニタリングシステム。
8. 前記光は、前記溶融部から生じる赤外光を含む、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のレーザ貫通溶接モニタリングシステム。
9. 前記光は、前記溶融部で反射される前記レーザの反射光を含む、
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のレーザ貫通溶接モニタリングシステム。
10. 前記光は、前記溶融部と前記プルームの少なくとも一方から生じる可視光と、前記溶融部から生じる赤外光と、前記溶融部で反射される前記レーザの反射光と、を含み、
    前記変化点検出部は、少なくともいずれか１つの前記光の前記光強度が上昇から降下に転じる変化点を検出する、
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のレーザ貫通溶接モニタリングシステム。
11. 前記レーザを出力するレーザ溶接ヘッドの外部に設けられ、前記溶融部と前記プルームの少なくとも一方から生じる前記光を検出する直視型光センサを備える、
    請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のレーザ貫通溶接モニタリングシステム。
12. 前記レーザを出力するレーザ溶接ヘッドの内部に前記レーザの通過軸に沿って前記溶融部から入射される前記光を検出する同軸型光センサを備える、
    請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のレーザ貫通溶接モニタリングシステム。
13. 溶接の対象となる対象物にレーザを照射して溶接するときに溶融部とプルームの少なくとも一方から生じる光の光強度を測定するステップと、
    溶接開始時に測定される前記光強度が上昇から降下に転じる変化点を検出するステップと、
    前記変化点を検出したときに前記レーザが前記対象物を貫通したと判定するステップと、
    を含む、
    レーザ貫通溶接モニタリング方法。

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