JP2846150B2 - レーザ溶接モニタリング方法及びその装置 - Google Patents
レーザ溶接モニタリング方法及びその装置Info
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- JP2846150B2 JP2846150B2 JP3160890A JP16089091A JP2846150B2 JP 2846150 B2 JP2846150 B2 JP 2846150B2 JP 3160890 A JP3160890 A JP 3160890A JP 16089091 A JP16089091 A JP 16089091A JP 2846150 B2 JP2846150 B2 JP 2846150B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を用いて溶接
する際に溶接部の状況（溶け込み深さや付与されるレー
ザ出力）を監視するレーザ溶接モニタリング方法及びそ
の装置に関する。
する際に溶接部の状況（溶け込み深さや付与されるレー
ザ出力）を監視するレーザ溶接モニタリング方法及びそ
の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年ではレーザ発振器から出射したレー
ザ光を用いて溶接が行なわれている。レーザ溶接でも同
様に溶接の品質を確保するためには、溶接状況を監視し
て常に適切な処置をする必要がある。レーザ発振器の出
力は、レーザ光を分岐することによりモニタすることが
できるが、レーザ光を溶接部へ導く光伝送系に不具合が
生じて伝送損失が増えることがあり、前述の方式では、
正確な溶接入力をモニタすることはむつかしい。
ザ光を用いて溶接が行なわれている。レーザ溶接でも同
様に溶接の品質を確保するためには、溶接状況を監視し
て常に適切な処置をする必要がある。レーザ発振器の出
力は、レーザ光を分岐することによりモニタすることが
できるが、レーザ光を溶接部へ導く光伝送系に不具合が
生じて伝送損失が増えることがあり、前述の方式では、
正確な溶接入力をモニタすることはむつかしい。
【０００３】このような観点から、溶接部を直接観察す
る方式が提案されている。即ち、レーザ溶接をすると被
溶接材の溶接部にレーザプラズマが発生し、発光するの
で、この発光状態を観測することにより、溶込み深さや
実際に投入したレーザ出力値をモニタする手法がある。
即ち図１０に示すように、レーザビーム０１をレンズ０
２で絞って被溶接材０３に照射すると、溶接部０４から
レーザプラズマ０５が生ずる。このレーザプラズマ０５
の発光強度を、フィルタ０６を介してディテクタ０７に
より抽出・検出して、溶込み深さやレーザ出力値をモニ
タしようとするものである。（文献名 E. Beyer etal.
: On-line plasma diagnostics for process-control
in welding with CO2 lasers, SPIE vol. 1020 p. 142
）。しかしながら、レーザプラズマは、レーザビーム
の吸収による加熱、雰囲気ガスの影響を受けて不安定で
ある（図１２参照）。したがって、レーザプラズマの発
光強度から溶接状況をモニタすることは、実用的でな
い。
る方式が提案されている。即ち、レーザ溶接をすると被
溶接材の溶接部にレーザプラズマが発生し、発光するの
で、この発光状態を観測することにより、溶込み深さや
実際に投入したレーザ出力値をモニタする手法がある。
即ち図１０に示すように、レーザビーム０１をレンズ０
２で絞って被溶接材０３に照射すると、溶接部０４から
レーザプラズマ０５が生ずる。このレーザプラズマ０５
の発光強度を、フィルタ０６を介してディテクタ０７に
より抽出・検出して、溶込み深さやレーザ出力値をモニ
タしようとするものである。（文献名 E. Beyer etal.
: On-line plasma diagnostics for process-control
in welding with CO2 lasers, SPIE vol. 1020 p. 142
）。しかしながら、レーザプラズマは、レーザビーム
の吸収による加熱、雰囲気ガスの影響を受けて不安定で
ある（図１２参照）。したがって、レーザプラズマの発
光強度から溶接状況をモニタすることは、実用的でな
い。
【０００４】このような観点から、本出願人は、先に、
溶融池の発光強度から溶接部の溶け込み深さ及び実質的
溶接入力をモニタする提案を行った（特願平２−６０７
号）。つまり、図１１において溶接部からの光をモニタ
リング用光ファイバ０１０により伝送し、伝送した光を
多分岐（この例では３分岐）光ファイバ０１１で３分岐
し、各分岐光を干渉フィルタ０１２ａ，０１２ｂ，０１
２ｃを通してディテクタ（フォトダイオード）０７ａ，
０７ｂ，０７ｃに取り込むようにした。各干渉フィルタ
０１２ａ，０１２ｂ，０１２ｃは特定波長（λ1 ，
λ2 ，λ3 ）の光のみを通過させるので、種々の外乱光
を排除し各ディテクタ０７ａ，０７ｂ，０７ｃでは特定
波長の光強度を検出する。このような構成において、溶
接用レーザ光が途絶えた直後の溶融池の発する光のう
ち、選択された特定波長の光の強度を検出して溶接状況
をモニタする。
溶融池の発光強度から溶接部の溶け込み深さ及び実質的
溶接入力をモニタする提案を行った（特願平２−６０７
号）。つまり、図１１において溶接部からの光をモニタ
リング用光ファイバ０１０により伝送し、伝送した光を
多分岐（この例では３分岐）光ファイバ０１１で３分岐
し、各分岐光を干渉フィルタ０１２ａ，０１２ｂ，０１
２ｃを通してディテクタ（フォトダイオード）０７ａ，
０７ｂ，０７ｃに取り込むようにした。各干渉フィルタ
０１２ａ，０１２ｂ，０１２ｃは特定波長（λ1 ，
λ2 ，λ3 ）の光のみを通過させるので、種々の外乱光
を排除し各ディテクタ０７ａ，０７ｂ，０７ｃでは特定
波長の光強度を検出する。このような構成において、溶
接用レーザ光が途絶えた直後の溶融池の発する光のう
ち、選択された特定波長の光の強度を検出して溶接状況
をモニタする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
に示す如く、多分岐光ファイバ０１１を用いた技術で
は、検出光を分岐するため各ディテクタ０７ａ，０７
ｂ，０７ｃに入る光量が、分岐数に逆比例して少なくな
るので、溶接の規模によっては検出精度が低下するとい
う問題が残っていた。
に示す如く、多分岐光ファイバ０１１を用いた技術で
は、検出光を分岐するため各ディテクタ０７ａ，０７
ｂ，０７ｃに入る光量が、分岐数に逆比例して少なくな
るので、溶接の規模によっては検出精度が低下するとい
う問題が残っていた。
【０００６】本発明は、上記実状に鑑み、溶込み深さ及
びレーザ光による実質溶接入力を正確にモニタすること
のできるレーザ溶接モニタリング方法及びその装置を提
供することを目的とする。
びレーザ光による実質溶接入力を正確にモニタすること
のできるレーザ溶接モニタリング方法及びその装置を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、パルス状のレーザ光を被溶接材の溶接部に入射
し、溶接時の溶接部の光を取り出して伝送し、伝送され
た光を、波長範囲の異なる複数の光に分岐し、波長範囲
の異なる各分岐光から必要な波長の光のみを抽出し、レ
ーザ発振器がベース出力であるときに、分岐・抽出した
光のうち溶融金属から発した波長の光の強度を検出して
溶込み深さを判定するとともに、レーザ発振器がピーク
出力であるときに、分岐・抽出した光のうちレーザ発振
器の波長と同じ波長の光の強度を検出してレーザ光の実
質入力値を判定することを特徴とする。
明は、パルス状のレーザ光を被溶接材の溶接部に入射
し、溶接時の溶接部の光を取り出して伝送し、伝送され
た光を、波長範囲の異なる複数の光に分岐し、波長範囲
の異なる各分岐光から必要な波長の光のみを抽出し、レ
ーザ発振器がベース出力であるときに、分岐・抽出した
光のうち溶融金属から発した波長の光の強度を検出して
溶込み深さを判定するとともに、レーザ発振器がピーク
出力であるときに、分岐・抽出した光のうちレーザ発振
器の波長と同じ波長の光の強度を検出してレーザ光の実
質入力値を判定することを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明では、溶接部の光は反射フィルタにより
波長範囲の異なる光に分岐され、各分岐光を干渉フィル
タに通すことにより必要な波長の光を抽出し、抽出した
光の強度をディテクタで検出する。この検出は、レーザ
光がベース出力の状態にあるときには、溶融金属から発
した波長の光の強度検出をし、レーザ光がピーク出力の
状態にあるときには、レーザ光の波長と同じ波長の光の
強度の検出をする。
波長範囲の異なる光に分岐され、各分岐光を干渉フィル
タに通すことにより必要な波長の光を抽出し、抽出した
光の強度をディテクタで検出する。この検出は、レーザ
光がベース出力の状態にあるときには、溶融金属から発
した波長の光の強度検出をし、レーザ光がピーク出力の
状態にあるときには、レーザ光の波長と同じ波長の光の
強度の検出をする。
【０００９】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図１は本発明の実施例を示す。同図において
レーザ発振器１は、ＹＡＧレーザで波長が１．０６μｍ
のレーザ光をパルス状に出力する（図５参照）。このレ
ーザ光は、入射光学系２により集光されレーザ伝送用光
ファイバ３に入射されて伝送され、結合光学系４を介し
て溶接ヘッド１１に至る。そして溶接ヘッド１１に内蔵
した光学系によりレーザ光は再集光され溶接に供され
る。レーザ光がピーク出力となっているときにはレーザ
プラズマが発生して発光し、レーザ光がベース出力（零
ワット）となっているときにはレーザプラズマは消失し
溶融池からの発光のみが観察できる。この光は、溶接ヘ
ッド１１に内蔵した光学系によりモニタリング用光ファ
イバ５に取り込まれて伝送され、ディテクタ部６へ至
る。
説明する。図１は本発明の実施例を示す。同図において
レーザ発振器１は、ＹＡＧレーザで波長が１．０６μｍ
のレーザ光をパルス状に出力する（図５参照）。このレ
ーザ光は、入射光学系２により集光されレーザ伝送用光
ファイバ３に入射されて伝送され、結合光学系４を介し
て溶接ヘッド１１に至る。そして溶接ヘッド１１に内蔵
した光学系によりレーザ光は再集光され溶接に供され
る。レーザ光がピーク出力となっているときにはレーザ
プラズマが発生して発光し、レーザ光がベース出力（零
ワット）となっているときにはレーザプラズマは消失し
溶融池からの発光のみが観察できる。この光は、溶接ヘ
ッド１１に内蔵した光学系によりモニタリング用光ファ
イバ５に取り込まれて伝送され、ディテクタ部６へ至
る。
【００１０】ディテクタ部６は、フォトダイオードでな
るディテクタ６ａ，６ｂ，６ｃ及びアンプ７の他に、図
２に示すような光学系を備えている。即ち図２に示すよ
うに、モニタリング用光ファイバ５から出射した光は、
コリメートレンズ１２により平行光となり、反射フィル
タ１３ａ，１３ｂ，１３ｃへ向う。ディテクタ６ａ，６
ｂ，６ｃはそれぞれ、干渉フィルタ１４ａ，１４ｂ，１
４ｃ及び集光レンズ１５ａ，１５ｂ，１５ｃを間にし
て、反射フィルタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃに対し斜めに
対向している。
るディテクタ６ａ，６ｂ，６ｃ及びアンプ７の他に、図
２に示すような光学系を備えている。即ち図２に示すよ
うに、モニタリング用光ファイバ５から出射した光は、
コリメートレンズ１２により平行光となり、反射フィル
タ１３ａ，１３ｂ，１３ｃへ向う。ディテクタ６ａ，６
ｂ，６ｃはそれぞれ、干渉フィルタ１４ａ，１４ｂ，１
４ｃ及び集光レンズ１５ａ，１５ｂ，１５ｃを間にし
て、反射フィルタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃに対し斜めに
対向している。
【００１１】このとき （イ） 反射フィルタ１３ａは、波長が０．８５μｍ以
下の光を反射しそれ以上の波長の光を透過し（図３に特
性を示す）、干渉フィルタ１４ａは波長が０．８μｍの
光を透過する（図４に特性を示す）。 （ロ） 反射フィルタ１３ｂは、波長が０．９９μｍ以
下の光を反射しそれ以上の波長の光を透過し、干渉フィ
ルタ１４ｂは波長が０．９４μｍの光を透過する。 （ハ） 反射フィルタ１３ｃは、波長が１．１１μｍ以
下の光を反射しそれ以上の波長の光を透過し、干渉フィ
ルタ１４ｃは波長が１．０６μｍの光を透過する。
下の光を反射しそれ以上の波長の光を透過し（図３に特
性を示す）、干渉フィルタ１４ａは波長が０．８μｍの
光を透過する（図４に特性を示す）。 （ロ） 反射フィルタ１３ｂは、波長が０．９９μｍ以
下の光を反射しそれ以上の波長の光を透過し、干渉フィ
ルタ１４ｂは波長が０．９４μｍの光を透過する。 （ハ） 反射フィルタ１３ｃは、波長が１．１１μｍ以
下の光を反射しそれ以上の波長の光を透過し、干渉フィ
ルタ１４ｃは波長が１．０６μｍの光を透過する。
【００１２】このためディテクタ６ａには集光レンズ１
５ａを介して０．８μｍの光が入射し、ディテクタ６ｂ
には集光レンズ１５ｂを介して０．９４μｍの光が入射
し、ディテクタ６ｃには集光レンズ１５ｃを介して１．
０６μｍの光が入射する。そして図５に示すように、レ
ーザ光がベース出力（出力０Ｗ）となっているＡ期間で
は、０．８μｍと０．９４μｍの光を検出したディテク
タ６ａ，６ｂのデータを取り込む。０．８μｍと０．９
４μｍの光は、レーザプラズマが失消して溶融池から発
生した光に含まれる成分である。なお、本実施例では溶
融池から発生した光のうち、０．８μｍと０．９４μｍ
の波長の光をモニタリングしているが、０．４〜１．０
μｍの間の波長のうち、任意の波長成分の光を検出すれ
ばよい。これはディテクタとして、安価で市販されてい
るシリコンフォトダイオードを用いたときには、その感
度域は０．４〜１．０μｍ程度であり、特にこのダイオ
ードの分光感度が０．８〜１．０μｍの光に対して高
く、十分な検出感度が得られるからである。一方、レー
ザ光がピーク出力（出力１２５０Ｗ）となっているＢ期
間では、１．０６μｍの光を検出したディテクタ６ｃの
データを取り込む。１．０６μｍの光は、レーザ発振器
１から出力されるレーザ光の波長である。
５ａを介して０．８μｍの光が入射し、ディテクタ６ｂ
には集光レンズ１５ｂを介して０．９４μｍの光が入射
し、ディテクタ６ｃには集光レンズ１５ｃを介して１．
０６μｍの光が入射する。そして図５に示すように、レ
ーザ光がベース出力（出力０Ｗ）となっているＡ期間で
は、０．８μｍと０．９４μｍの光を検出したディテク
タ６ａ，６ｂのデータを取り込む。０．８μｍと０．９
４μｍの光は、レーザプラズマが失消して溶融池から発
生した光に含まれる成分である。なお、本実施例では溶
融池から発生した光のうち、０．８μｍと０．９４μｍ
の波長の光をモニタリングしているが、０．４〜１．０
μｍの間の波長のうち、任意の波長成分の光を検出すれ
ばよい。これはディテクタとして、安価で市販されてい
るシリコンフォトダイオードを用いたときには、その感
度域は０．４〜１．０μｍ程度であり、特にこのダイオ
ードの分光感度が０．８〜１．０μｍの光に対して高
く、十分な検出感度が得られるからである。一方、レー
ザ光がピーク出力（出力１２５０Ｗ）となっているＢ期
間では、１．０６μｍの光を検出したディテクタ６ｃの
データを取り込む。１．０６μｍの光は、レーザ発振器
１から出力されるレーザ光の波長である。
【００１３】図１に戻り説明すると、ディテクタ６ａ，
６ｂ，６ｃから取り込んだ光の強度に対応する電気出力
信号はアンプ７で増幅され、モニタ信号線８を通してＡ
／Ｄ変換ボード９へ伝送され、ここでデジタル信号に変
換されてからパーソナルコンピュータ１０に入力され
る。
６ｂ，６ｃから取り込んだ光の強度に対応する電気出力
信号はアンプ７で増幅され、モニタ信号線８を通してＡ
／Ｄ変換ボード９へ伝送され、ここでデジタル信号に変
換されてからパーソナルコンピュータ１０に入力され
る。
【００１４】パーソナルコンピュータ１０は、レーザプ
ラズマが失消しており溶融光から生じた光成分を示す、
ディテクタ６ａ，６ｂから出力されるデータ（期間Ａの
データ）を基に溶込み深さを判定する。またパーソナル
コンピュータ１０は、レーザプラズマが生じておりレー
ザ光成分を示す、ディテクタ６ｃから出力されるデータ
（期間Ｂのデータ）を基に、レーザ光の使用効率を判定
する。使用効率とは、レーザ発振器１から出力されたレ
ーザ光出力に対し、溶接ヘッド１１から実際に出力され
て溶接に寄与したレーザ光出力がどの程度であるかを示
すものである。
ラズマが失消しており溶融光から生じた光成分を示す、
ディテクタ６ａ，６ｂから出力されるデータ（期間Ａの
データ）を基に溶込み深さを判定する。またパーソナル
コンピュータ１０は、レーザプラズマが生じておりレー
ザ光成分を示す、ディテクタ６ｃから出力されるデータ
（期間Ｂのデータ）を基に、レーザ光の使用効率を判定
する。使用効率とは、レーザ発振器１から出力されたレ
ーザ光出力に対し、溶接ヘッド１１から実際に出力され
て溶接に寄与したレーザ光出力がどの程度であるかを示
すものである。
【００１５】図１、図２に示す実施例では、レーザ光が
ベース出力となっており（図５の期間Ａ）レーザプラズ
マの発生の影響のないときに、溶融金属からの発光をと
らえているため、このときの発光データを基に、溶込み
深さを正確に反映した情報を得ることができる。また、
レーザ光がピーク出力となっており（図５の期間Ｂ）レ
ーザプラズマが発生しているときに、レーザ光の波長成
分（１．０６μｍ）の光を抽出しているため、このとき
の発光データを基に、レーザ光の使用効率を正確に求め
ることができる。
ベース出力となっており（図５の期間Ａ）レーザプラズ
マの発生の影響のないときに、溶融金属からの発光をと
らえているため、このときの発光データを基に、溶込み
深さを正確に反映した情報を得ることができる。また、
レーザ光がピーク出力となっており（図５の期間Ｂ）レ
ーザプラズマが発生しているときに、レーザ光の波長成
分（１．０６μｍ）の光を抽出しているため、このとき
の発光データを基に、レーザ光の使用効率を正確に求め
ることができる。
【００１６】更に図２に示すように、特定波長域の光を
反射する反射フィルタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃを用いて
いるので、図１１に示す多分岐光ファイバ０１１を用い
る従来技術に比べ、特定波長の光がディテクタに入るま
での光損失を大幅に減少することができる。つまり、図
２において波長が０．８μｍの光成分はほとんどディテ
クタ６ａに入射されるが、従来の図１１において波長が
λ1 の光成分はその光量が多分岐光ファイバ０１０で１
／３になってからディテクタ０７ａに入射されるのであ
る。
反射する反射フィルタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃを用いて
いるので、図１１に示す多分岐光ファイバ０１１を用い
る従来技術に比べ、特定波長の光がディテクタに入るま
での光損失を大幅に減少することができる。つまり、図
２において波長が０．８μｍの光成分はほとんどディテ
クタ６ａに入射されるが、従来の図１１において波長が
λ1 の光成分はその光量が多分岐光ファイバ０１０で１
／３になってからディテクタ０７ａに入射されるのであ
る。
【００１７】図６は本発明の実施例の具体的適用例を示
したものであり、この具体例では、熱交換器の伝熱管１
７の損傷部にスリーブ１８を内面側から装着し、スリー
ブ内面側からスリーブ１８及び伝熱管１７を重ね溶接す
る。この例では、スリーブ径が約１８mmと小さく狭隘な
箇所での溶接となり、溶接される環境も放射線雰囲気で
あるので、遠隔から溶接状態を溶接実行時にモニタする
必要がある。
したものであり、この具体例では、熱交換器の伝熱管１
７の損傷部にスリーブ１８を内面側から装着し、スリー
ブ内面側からスリーブ１８及び伝熱管１７を重ね溶接す
る。この例では、スリーブ径が約１８mmと小さく狭隘な
箇所での溶接となり、溶接される環境も放射線雰囲気で
あるので、遠隔から溶接状態を溶接実行時にモニタする
必要がある。
【００１８】図６において、溶接に用いられる高出力の
レーザ光は、ＹＡＧレーザ発振器１から出射し光ファイ
バ３（長さが約２２０ｍ）を伝わりスリーブ１８の内面
の溶接ヘッド１１に導びかれ、スリーブ内面からの溶接
に供される。溶接ヘッド１１内には集光レンズ系１６な
どの光学系が備えられている。溶接を実行している際に
は、溶接部から発生する光はモニタリング用光ファイバ
５により伝送され、ディテクタ６にて検出され、パーソ
ナルコンピュータ１０にてモニタ判定がされる。
レーザ光は、ＹＡＧレーザ発振器１から出射し光ファイ
バ３（長さが約２２０ｍ）を伝わりスリーブ１８の内面
の溶接ヘッド１１に導びかれ、スリーブ内面からの溶接
に供される。溶接ヘッド１１内には集光レンズ系１６な
どの光学系が備えられている。溶接を実行している際に
は、溶接部から発生する光はモニタリング用光ファイバ
５により伝送され、ディテクタ６にて検出され、パーソ
ナルコンピュータ１０にてモニタ判定がされる。
【００１９】図７には、実際に溶接が適正に行われた際
の本システムによるモニタリング結果を示した。グラフ
の横軸は溶接時間で、縦軸は溶融池発光強度、ＹＡＧレ
ーザ反射光強度を示したものである。溶接は、レーザ平
均出力６２５Ｗのパルス溶接（ベース出力；０Ｗ、ピー
ク出力；１２５０Ｗ、duty５０％、パルス周波数；４２
Hz）で、溶接速度は０．６ｍ／min で実施している。モ
ニタリングは、ベース出力時に溶接池の発光光中、λ＝
０．８μｍ，０．９４μｍの２波長をサンプリングする
とともに、ピーク出力時にＹＡＧレーザ反射光であるλ
＝１．０６μｍのサンプリングを実施し、それをプロッ
トしたものである。
の本システムによるモニタリング結果を示した。グラフ
の横軸は溶接時間で、縦軸は溶融池発光強度、ＹＡＧレ
ーザ反射光強度を示したものである。溶接は、レーザ平
均出力６２５Ｗのパルス溶接（ベース出力；０Ｗ、ピー
ク出力；１２５０Ｗ、duty５０％、パルス周波数；４２
Hz）で、溶接速度は０．６ｍ／min で実施している。モ
ニタリングは、ベース出力時に溶接池の発光光中、λ＝
０．８μｍ，０．９４μｍの２波長をサンプリングする
とともに、ピーク出力時にＹＡＧレーザ反射光であるλ
＝１．０６μｍのサンプリングを実施し、それをプロッ
トしたものである。
【００２０】本実施例のごとく、溶接時間全体に渡り、
溶融池発光強度が安定し、一定の値が得られている際に
は、溶込み深さも安定したものが得られていると同時に
溶接現象も安定している。
溶融池発光強度が安定し、一定の値が得られている際に
は、溶込み深さも安定したものが得られていると同時に
溶接現象も安定している。
【００２１】図８、図９に本実施例による効果を示し
た。図８は、溶融池の発光光であるλ＝０．８μｍ、λ
＝０．９４μｍのレーザ出力に対する発光強度を整理し
たものである。これによると、λ＝０．８μｍ，０．９
４μｍの発光光をモニタする事により、材料に投入され
る実質レーザ出力がわかる。
た。図８は、溶融池の発光光であるλ＝０．８μｍ、λ
＝０．９４μｍのレーザ出力に対する発光強度を整理し
たものである。これによると、λ＝０．８μｍ，０．９
４μｍの発光光をモニタする事により、材料に投入され
る実質レーザ出力がわかる。
【００２２】図８中、従来の溶接モニタ、すなわち図１
１に示した３分岐型の光ファイバ０１１を用いた発光光
の抽出に対し、本発明による反射フィルタ及びレンズの
組合せによれば、２倍程の検出感度向上が確認できてい
る。
１に示した３分岐型の光ファイバ０１１を用いた発光光
の抽出に対し、本発明による反射フィルタ及びレンズの
組合せによれば、２倍程の検出感度向上が確認できてい
る。
【００２３】本モニタリングの実施により、図９に示す
如く、伝熱管、スリーブ部の重ね溶接がどの断面におい
ても安定に実施される事が確認されるとともに、溶接イ
ンプロセスで溶接安定性が確認でき品質管理上有効であ
った。
如く、伝熱管、スリーブ部の重ね溶接がどの断面におい
ても安定に実施される事が確認されるとともに、溶接イ
ンプロセスで溶接安定性が確認でき品質管理上有効であ
った。
【００２４】
【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明したよ
うに本発明によれば、溶接部から伝送されてきた光を、
特定波長域の光を反射する複数の反射フィルタにより、
波長範囲の異なる複数の光に分岐しているので、多分岐
光ファイバを用いて光分岐をする従来技術に比べ、特定
波長の光がディテクタに入るまでの光損失を大幅に減少
することができる。よって検出精度が向上する。
うに本発明によれば、溶接部から伝送されてきた光を、
特定波長域の光を反射する複数の反射フィルタにより、
波長範囲の異なる複数の光に分岐しているので、多分岐
光ファイバを用いて光分岐をする従来技術に比べ、特定
波長の光がディテクタに入るまでの光損失を大幅に減少
することができる。よって検出精度が向上する。
【００２５】更に、レーザ光がベース出力となっており
レーザプラズマの発生の影響のないときに、溶融金属か
らの発光をとらえているため、このときの発光データを
基に、溶込み深さを正確に反映した情報を得ることがで
きる。また、レーザ光がピーク出力となっておりレーザ
プラズマが発生しているときに、レーザ光の波長成分の
光を抽出しているため、このときの発光データを基に、
実際に照射されているレーザ光の強度を正確に求めるこ
とができる。
レーザプラズマの発生の影響のないときに、溶融金属か
らの発光をとらえているため、このときの発光データを
基に、溶込み深さを正確に反映した情報を得ることがで
きる。また、レーザ光がピーク出力となっておりレーザ
プラズマが発生しているときに、レーザ光の波長成分の
光を抽出しているため、このときの発光データを基に、
実際に照射されているレーザ光の強度を正確に求めるこ
とができる。
【図１】本発明の実施例を示す構成図である。
【図２】実施例のディテクタ部の光学系を示す構成図で
ある。
ある。
【図３】反射フィルタの反射・透過特性を示す特性図で
ある。
ある。
【図４】干渉フィルタの透過特性を示す特性図である。
【図５】レーザ発振とサンプリングとのタイミングを示
す説明図である。
す説明図である。
【図６】実施例の具体的適用例を示す構成図である。
【図７】本発明に係るモニタリング結果を示す特性図で
ある。
ある。
【図８】溶接投入出力とモニタリング発光強度との関係
を示す特性図である。
を示す特性図である。
【図９】モニタリングにより適正溶接された結果を示す
特性図である。
特性図である。
【図１０】従来技術を示す構成図である。
【図１１】先に出願した溶接モニタリング装置の伝送系
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図１２】レーザプラズマの発生状況を示す特性図であ
る。
る。
１ レーザ発振器 ２ 入射光学系 ３ レーザ伝送用光ファイバ ４ 結合光学系 ５ モニタリング用光ファイバ ６ ディテクタ部 ６ａ，６ｂ，６ｃ ディテクタ ７ アンプ ８ モニタ信号線 ９ Ａ／Ｄ変換ボード １０ パーソナルコンピュータ １１ 溶接ヘッド １２ コリメートレンズ １３ａ，１３ｂ，１３ｃ 反射フィルタ １４ａ，１４ｂ，１４ｃ 干渉フィルタ １５ａ，１５ｂ，１５ｃ 集光レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長島 是 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (72)発明者 桑原 光男 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (56)参考文献 特開 平１−241391（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−119689（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−117998（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/18
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ発振器からのパルス状のレーザ光
を被溶接材の溶接部に照射し、溶接時の溶接部の光を取
り出して伝送し、伝送された光を、前記レーザ光と同一
波長の光と波長範囲の異なる複数の光とに分岐し、波長
範囲の異なる各分岐光から必要な波長の光のみを抽出
し、前記レーザ発振器がベース出力であるときに、分岐
・抽出した光のうち溶融金属から発した波長の光の強度
を検出して溶込み深さを判定するとともに、前記レーザ
発振器がピーク出力であるときに、前記レーザ光と同じ
波長の分岐・抽出光の強度を検出してレーザ光の実質入
力値を判定すること、を特徴とするレーザ溶接モニタリ
ング方法。 - 【請求項２】 レーザ発振器が発振・出力したパルス状
のレーザ光を被溶接材の溶接部近傍迄伝送するレーザ伝
送用光ファイバの出射端近傍に、溶接時の溶接部の発光
が入射されるよう配設されたモニタリング用光ファイバ
と、このモニタリング用光ファイバで伝送された光を、
複数の反射フィルタにより波長範囲の異なる複数の光に
分岐し、波長範囲の異なる各分岐光を、必要な波長の光
のみを通す干渉フィルタに個別に通す分岐・抽出手段
と、前記レーザ発振器がベース出力であるときに、分岐
・抽出した光のうち溶融金属から発した波長の光の強度
を検出して溶込み深さを判定するとともに、前記レーザ
発振器がピーク出力であるときに、分岐・抽出した光の
うちレーザ光の波長と同じ波長の光の強度を検出してレ
ーザ光出力値を判定する判定手段と、を有することを特
徴とするレーザ溶接モニタリング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3160890A JP2846150B2 (ja) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | レーザ溶接モニタリング方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3160890A JP2846150B2 (ja) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | レーザ溶接モニタリング方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04361889A JPH04361889A (ja) | 1992-12-15 |
| JP2846150B2 true JP2846150B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=15724582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3160890A Expired - Lifetime JP2846150B2 (ja) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | レーザ溶接モニタリング方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2846150B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3560135B2 (ja) * | 1999-03-23 | 2004-09-02 | 日産自動車株式会社 | Ｙａｇレーザ溶接部の品質モニタリング方法 |
| CN101588888A (zh) * | 2007-01-17 | 2009-11-25 | 住友电气工业株式会社 | 激光加工装置及其加工方法 |
| JP5011072B2 (ja) * | 2007-11-21 | 2012-08-29 | 株式会社ディスコ | レーザー加工装置 |
| JP4667446B2 (ja) * | 2007-11-30 | 2011-04-13 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | パルスレーザ溶接におけるレーザ出力のパルス周波数の決定方法 |
| DE102011079739A1 (de) * | 2011-07-25 | 2013-01-31 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Durchführung und Überwachung eines Kunststoff-Laserdurchstrahl-Schweißprozesses |
| JP6970580B2 (ja) * | 2017-10-03 | 2021-11-24 | 株式会社ディスコ | レーザ加工装置及び出力確認方法 |
| JP6851000B2 (ja) * | 2017-10-26 | 2021-03-31 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法 |
| CN111347157B (zh) * | 2018-12-21 | 2023-04-28 | 松下知识产权经营株式会社 | 激光焊接装置以及激光焊接方法 |
-
1991
- 1991-06-06 JP JP3160890A patent/JP2846150B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04361889A (ja) | 1992-12-15 |
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