JP3253591B2 - プラズマサイズを測定することによるレーザ溶接部品質の監視方法及び装置 - Google Patents
プラズマサイズを測定することによるレーザ溶接部品質の監視方法及び装置Info
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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- B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
Landscapes
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- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザを用いる材
料加工の分野に関し、特に、プラズマのサイズを測定す
ることによるレーザ溶接部の品質の監視方法及び装置に
関する。
料加工の分野に関し、特に、プラズマのサイズを測定す
ることによるレーザ溶接部の品質の監視方法及び装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】材料加
工法、例えばレーザ溶接加工、レーザ切断加工、レーザ
穴あけ加工及びレーザ熱処理には通常、高出力レーザが
用いられている。これら加工法は、従来型溶接加工法と
比べ、速度、一貫性及び溶接部品質に関する利点を含め
多くの利点を有している。レーザによる材料加工の際、
レーザビームを加工物に当てると、加工物は加熱状態に
なって最終的には溶融し、次に蒸発する。この蒸気及び
その周りのガスは、極めて高い熱によってイオン化され
てレーザと加工物との間にプラズマ煙を生ずる。溶接部
品質は、プラズマ発生が不安定であること、加工動作条
件が不安定であること、例えばレーザビーム出力及びシ
ールドガス流量が変動すること、及び加工物に欠陥があ
ること、例えば溶接域が汚染されていること及び物理的
変形があることによって影響を受ける。
工法、例えばレーザ溶接加工、レーザ切断加工、レーザ
穴あけ加工及びレーザ熱処理には通常、高出力レーザが
用いられている。これら加工法は、従来型溶接加工法と
比べ、速度、一貫性及び溶接部品質に関する利点を含め
多くの利点を有している。レーザによる材料加工の際、
レーザビームを加工物に当てると、加工物は加熱状態に
なって最終的には溶融し、次に蒸発する。この蒸気及び
その周りのガスは、極めて高い熱によってイオン化され
てレーザと加工物との間にプラズマ煙を生ずる。溶接部
品質は、プラズマ発生が不安定であること、加工動作条
件が不安定であること、例えばレーザビーム出力及びシ
ールドガス流量が変動すること、及び加工物に欠陥があ
ること、例えば溶接域が汚染されていること及び物理的
変形があることによって影響を受ける。
【０００３】レーザを利用した加工法が産業界において
普及するにつれ、加工品質を監視する精度の高い工程中
に実施される技術に対する要望が高まっている。工程内
技術は、工程後に実施される非破壊方式による品質管理
技術、例えばＸ線分析、超音波分析及び目視（又は外
観）検査、そして又、例えば金属組織学的手法のような
破壊方式による品質管理技術と比べて重要な利点をもた
らす。工程後技術では、大きな労働力及び長い時間がか
かるので、レーザ加工の実時間監視及び制御を行うこと
ができない。米国特許第５，３６０，９６０号は、プラ
ズマからの光の強度が所定の複数の光測定限界のうちの
一つを越える度にその回数をカウントすることによるレ
ーザ加工監視システムを開示している。レーザによる材
料加工を監視するための公知の工程内技術は十分に満足
のゆくものであるとは言えない。特に、公知の手法は、
良好な部品、即ち合格品を誤ってはねる、即ち不合格品
とする場合（タイプＩのエラー）があり、逆に、不良の
部品、即ち不合格品を不合格品としてはねそこなう場合
（タイプIIのエラー）がある。タイプＩのエラーは経済
的コストの面で好ましくない。タイプIIのエラーは、例
えば、或る限度ぎりぎりの溶接部に高い溶接部品質を必
要とするレーザ溶接部品では特に重要な場合がある。不
良溶接部を検出できなければ、結果的に、潜在的に危険
を招く部品が構成要素中に入る場合がある。
普及するにつれ、加工品質を監視する精度の高い工程中
に実施される技術に対する要望が高まっている。工程内
技術は、工程後に実施される非破壊方式による品質管理
技術、例えばＸ線分析、超音波分析及び目視（又は外
観）検査、そして又、例えば金属組織学的手法のような
破壊方式による品質管理技術と比べて重要な利点をもた
らす。工程後技術では、大きな労働力及び長い時間がか
かるので、レーザ加工の実時間監視及び制御を行うこと
ができない。米国特許第５，３６０，９６０号は、プラ
ズマからの光の強度が所定の複数の光測定限界のうちの
一つを越える度にその回数をカウントすることによるレ
ーザ加工監視システムを開示している。レーザによる材
料加工を監視するための公知の工程内技術は十分に満足
のゆくものであるとは言えない。特に、公知の手法は、
良好な部品、即ち合格品を誤ってはねる、即ち不合格品
とする場合（タイプＩのエラー）があり、逆に、不良の
部品、即ち不合格品を不合格品としてはねそこなう場合
（タイプIIのエラー）がある。タイプＩのエラーは経済
的コストの面で好ましくない。タイプIIのエラーは、例
えば、或る限度ぎりぎりの溶接部に高い溶接部品質を必
要とするレーザ溶接部品では特に重要な場合がある。不
良溶接部を検出できなければ、結果的に、潜在的に危険
を招く部品が構成要素中に入る場合がある。
【０００４】かくして、（ｉ）工程内で使用でき、且つ
（ii）良溶接部と不良溶接部を識別し、かくしてタイプ
Ｉ及びタイプIIのエラーを減少させることができ、そし
て又、（iii)種々のレーザ材料加工に使用できるレーザ
材料加工の監視方法及び装置が要望されている。
（ii）良溶接部と不良溶接部を識別し、かくしてタイプ
Ｉ及びタイプIIのエラーを減少させることができ、そし
て又、（iii)種々のレーザ材料加工に使用できるレーザ
材料加工の監視方法及び装置が要望されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記要望を満
足させるレーザ材料加工の監視方法及び装置を提供す
る。特に、本発明は、（ｉ）工程内で使用でき、（ii）
良溶接部と不良溶接部を識別し、かくしてタイプＩ及び
タイプIIのエラーを減少させることができ、そして又、
（iii ）種々のレーザ材料加工に使用できる。本発明
は、レーザビームが物体に当たってその周りにプラズマ
が生じるレーザ加工を監視する方法に関する。物体は代
表的には加工物であり、レーザビームは加工物の表面に
当たる。本発明の方法は、プラズマから放出される光の
強度の空間分布を、加工物表面の上方の位置で、好まし
くはレーザ加工中の時間の関数として監視する段階と、
プラズマの物理的寸法のうち少なくとも一つを表す数値
を監視した光の強度に割り当てる段階と、物理的寸法の
数値を、品質が合格レベルの溶接部を表すレーザ加工条
件下で決定された所定値と比較する段階とを有する。こ
れら条件として、「公称」レーザ出力、「公称」加工物
速度、プラズマの周りの十分なシールドガス流、溶接継
手のところの十分な清浄度、加工物の満足のゆくレベル
の物理的条件、加工物材料中の望ましくない微量汚染物
の不存在、加工物の照射面上へのレーザの適正な集束状
態が挙げられる。物理的寸法の数値と所定値の相違に基
づいて、溶接部が合格レベルの品質のものであるかどう
かの判定が可能となる。本発明の方法により、レーザ加
工の総合品質の工程内監視が可能となる。
足させるレーザ材料加工の監視方法及び装置を提供す
る。特に、本発明は、（ｉ）工程内で使用でき、（ii）
良溶接部と不良溶接部を識別し、かくしてタイプＩ及び
タイプIIのエラーを減少させることができ、そして又、
（iii ）種々のレーザ材料加工に使用できる。本発明
は、レーザビームが物体に当たってその周りにプラズマ
が生じるレーザ加工を監視する方法に関する。物体は代
表的には加工物であり、レーザビームは加工物の表面に
当たる。本発明の方法は、プラズマから放出される光の
強度の空間分布を、加工物表面の上方の位置で、好まし
くはレーザ加工中の時間の関数として監視する段階と、
プラズマの物理的寸法のうち少なくとも一つを表す数値
を監視した光の強度に割り当てる段階と、物理的寸法の
数値を、品質が合格レベルの溶接部を表すレーザ加工条
件下で決定された所定値と比較する段階とを有する。こ
れら条件として、「公称」レーザ出力、「公称」加工物
速度、プラズマの周りの十分なシールドガス流、溶接継
手のところの十分な清浄度、加工物の満足のゆくレベル
の物理的条件、加工物材料中の望ましくない微量汚染物
の不存在、加工物の照射面上へのレーザの適正な集束状
態が挙げられる。物理的寸法の数値と所定値の相違に基
づいて、溶接部が合格レベルの品質のものであるかどう
かの判定が可能となる。本発明の方法により、レーザ加
工の総合品質の工程内監視が可能となる。
【０００６】物理的寸法の数値は好ましくは、時平均値
であり、プラズマ高さ又はプラズマ幅であるのが良い。
時平均値を、レーザ加工の選択された部分についてだ
け、又はレーザ加工の全持続時間にわたって計算するこ
とができる。時平均値は好ましくは、プラズマが最も安
定しているレーザ加工の定常部分について計算される。
監視段階は、放出光を、放出光の主要輝線に及ぶ又はこ
れらを有効範囲とする光透過帯を備えた濾光器を通過さ
せる段階から成る。例えば、ステンレス鋼製の加工物に
ついては、濾光器は、その光軸が物体表面に対して小さ
な角度をなし、且つ物体表面に近接して位置するよう位
置決めされる。この角度は代表的には、物体表面に対し
て約５°未満であり、監視位置は代表的には、物体表面
の上方約０．５mm未満である。角度が約０°であると、
優れた結果が得られる。
であり、プラズマ高さ又はプラズマ幅であるのが良い。
時平均値を、レーザ加工の選択された部分についてだ
け、又はレーザ加工の全持続時間にわたって計算するこ
とができる。時平均値は好ましくは、プラズマが最も安
定しているレーザ加工の定常部分について計算される。
監視段階は、放出光を、放出光の主要輝線に及ぶ又はこ
れらを有効範囲とする光透過帯を備えた濾光器を通過さ
せる段階から成る。例えば、ステンレス鋼製の加工物に
ついては、濾光器は、その光軸が物体表面に対して小さ
な角度をなし、且つ物体表面に近接して位置するよう位
置決めされる。この角度は代表的には、物体表面に対し
て約５°未満であり、監視位置は代表的には、物体表面
の上方約０．５mm未満である。角度が約０°であると、
優れた結果が得られる。
【０００７】放出光を、例えばＮＤフィルタのような濾
光器及び集束レンズを含む追加の光学系を通過させるの
が良い。濾光された光を濾光器に光結合されているビデ
オカメラによってビデオフレーム上にプラズマ空間プロ
フィールとして記録するのが良い。ビデオフレームをデ
ィジタル化してプラズマ幅及びプラズマ高さを決定す
る。濾光器に光結合されたリニアーアレイ検波器を用い
てプラズマの物理的寸法を決定することができるが、そ
うするかどうかは任意である。プラズマの物理的寸法の
時平均値を種々の動作及び加工物条件と相関させれば、
レーザ溶接加工の品質を監視することができる。特に、
時平均値を、（ｉ）レーザビームに対する物体の移動速
度及びレーザ出力、（ii）加工物表面上へのレーザビー
ムの適正な集束状態、（iii ）プラズマの周りにおける
シールドガスの流れ状態、（iv）溶接欠陥、例えば不適
当な溶込み深さ、及び（ｖ）物体の物理的変形レベルと
相関させるのが良い。
光器及び集束レンズを含む追加の光学系を通過させるの
が良い。濾光された光を濾光器に光結合されているビデ
オカメラによってビデオフレーム上にプラズマ空間プロ
フィールとして記録するのが良い。ビデオフレームをデ
ィジタル化してプラズマ幅及びプラズマ高さを決定す
る。濾光器に光結合されたリニアーアレイ検波器を用い
てプラズマの物理的寸法を決定することができるが、そ
うするかどうかは任意である。プラズマの物理的寸法の
時平均値を種々の動作及び加工物条件と相関させれば、
レーザ溶接加工の品質を監視することができる。特に、
時平均値を、（ｉ）レーザビームに対する物体の移動速
度及びレーザ出力、（ii）加工物表面上へのレーザビー
ムの適正な集束状態、（iii ）プラズマの周りにおける
シールドガスの流れ状態、（iv）溶接欠陥、例えば不適
当な溶込み深さ、及び（ｖ）物体の物理的変形レベルと
相関させるのが良い。
【０００８】また、本発明を用いると、局所溶接問題に
ついてレーザ溶接部を監視することができる。本発明の
この特徴による方法は、プラズマの少なくとも一つの物
理的寸法の数値を監視した光の強度に割り当てる段階
と、前記数値の突然の著しい変化を表す変化についてプ
ラズマ寸法又はサイズの数値を時間の関数として評価す
る段階とを有する。これら突然の変化を本明細書では
「急落部（dip)」という。評価段階は、プラズマの物理
的寸法をレーザ溶接加工中の時間の関数として表したグ
ラフ（時間的トレース）を作成する段階を含むのが良
い。急落部を、局所溶接問題、例えば（ｉ）溶接域に汚
染があること、（ii）プラズマの周りのシールドガスの
不十分な流れ状態、及び（iii ）物体の物理的変形と相
関させるのが良い。
ついてレーザ溶接部を監視することができる。本発明の
この特徴による方法は、プラズマの少なくとも一つの物
理的寸法の数値を監視した光の強度に割り当てる段階
と、前記数値の突然の著しい変化を表す変化についてプ
ラズマ寸法又はサイズの数値を時間の関数として評価す
る段階とを有する。これら突然の変化を本明細書では
「急落部（dip)」という。評価段階は、プラズマの物理
的寸法をレーザ溶接加工中の時間の関数として表したグ
ラフ（時間的トレース）を作成する段階を含むのが良
い。急落部を、局所溶接問題、例えば（ｉ）溶接域に汚
染があること、（ii）プラズマの周りのシールドガスの
不十分な流れ状態、及び（iii ）物体の物理的変形と相
関させるのが良い。
【０００９】本発明の装置は、加工物表面の上方のプラ
ズマから放出された光の強度を、物体の表面の上方の位
置で且つ好ましくはレーザ溶接加工中の時間の関数とし
て監視する手段と、監視した光の強度から、プラズマの
少なくとも一つの物理的寸法を表す数値を好ましくはレ
ーザ溶接加工中の時間の関数として決定する手段と、レ
ーザ溶接加工の少なくとも一部について決定された数値
から物理的寸法の時平均値を計算する手段とを有する。
監視手段は、放出光の主要輝線を有効範囲とする光透過
帯を有していて、放出光を濾光する濾光手段と、プラズ
マプロフィールを視覚的に記録する手段とから成る。本
発明の装置は、プラズマサイズの数値をレーザ溶接加工
中の時間の関数として表示する表示手段を更に有するの
が良い。プラズマサイズは代表的には、時間的トレース
として表示される。
ズマから放出された光の強度を、物体の表面の上方の位
置で且つ好ましくはレーザ溶接加工中の時間の関数とし
て監視する手段と、監視した光の強度から、プラズマの
少なくとも一つの物理的寸法を表す数値を好ましくはレ
ーザ溶接加工中の時間の関数として決定する手段と、レ
ーザ溶接加工の少なくとも一部について決定された数値
から物理的寸法の時平均値を計算する手段とを有する。
監視手段は、放出光の主要輝線を有効範囲とする光透過
帯を有していて、放出光を濾光する濾光手段と、プラズ
マプロフィールを視覚的に記録する手段とから成る。本
発明の装置は、プラズマサイズの数値をレーザ溶接加工
中の時間の関数として表示する表示手段を更に有するの
が良い。プラズマサイズは代表的には、時間的トレース
として表示される。
【００１０】本発明の上記特徴及び利点並びに他の特徴
及び利点は、以下の説明、特許請求の範囲の記載、及び
添付の図面を参照すると一層良く理解されよう。
及び利点は、以下の説明、特許請求の範囲の記載、及び
添付の図面を参照すると一層良く理解されよう。
【００１１】
【発明の実施の形態】代表的には加工物の実際に生産に
用いられる溶接条件と同様な溶接条件を用いて溶接部監
視試験を加工物に対して行った。主要な試験マトリック
スには、種々のレーザ出力及び加工物回転速度における
多数の試験が含まれる。また、レーザをデフォーカス
し、シールドガス流がなく、汚染物が溶接表面相互間に
存在し、機械的に変形された加工物を用いて試験を行
い、プラズマの物理的寸法形状の変化を観察した。溶接組立体 図１は、レーザビーム送出しシステム１０及び加工物５
０を固定するための溶接取付け具３０を含むレーザ溶接
組立体を試験に用いられる状態で示している。レーザビ
ーム送出しシステム１０は、レーザビーム１４を発生す
るレーザ１２及びレーザビームを合焦させる集束又は合
焦光学系を有している。レーザは、連続出力の二酸化炭
素（ＣＯ2 ）レーザである。合焦光学系１６は、焦点距
離が２０cmのレンズを有している。溶接取付け具３０
は、ベース３２及びベースに対して動くことができるク
ランプ部分３４を有している。加工物５０は、ベース５
２及びベースに溶接されたカバー５４を含む乗り物エア
バック用空気ポンプであった。溶接中、加工物のベース
５２を溶接取付け具３０のベース３２内に納め、カバー
をクランプ部分３４によってベース５２に固定した。加
工物５０をレーザビーム１４に対して回転させていると
き、レーザビーム１４はカバー５４の頂面５６に当た
り、カバー５４とベース５２のその下に位置するリム５
８との間に円形の融合溶接部を形成した。
用いられる溶接条件と同様な溶接条件を用いて溶接部監
視試験を加工物に対して行った。主要な試験マトリック
スには、種々のレーザ出力及び加工物回転速度における
多数の試験が含まれる。また、レーザをデフォーカス
し、シールドガス流がなく、汚染物が溶接表面相互間に
存在し、機械的に変形された加工物を用いて試験を行
い、プラズマの物理的寸法形状の変化を観察した。溶接組立体 図１は、レーザビーム送出しシステム１０及び加工物５
０を固定するための溶接取付け具３０を含むレーザ溶接
組立体を試験に用いられる状態で示している。レーザビ
ーム送出しシステム１０は、レーザビーム１４を発生す
るレーザ１２及びレーザビームを合焦させる集束又は合
焦光学系を有している。レーザは、連続出力の二酸化炭
素（ＣＯ2 ）レーザである。合焦光学系１６は、焦点距
離が２０cmのレンズを有している。溶接取付け具３０
は、ベース３２及びベースに対して動くことができるク
ランプ部分３４を有している。加工物５０は、ベース５
２及びベースに溶接されたカバー５４を含む乗り物エア
バック用空気ポンプであった。溶接中、加工物のベース
５２を溶接取付け具３０のベース３２内に納め、カバー
をクランプ部分３４によってベース５２に固定した。加
工物５０をレーザビーム１４に対して回転させていると
き、レーザビーム１４はカバー５４の頂面５６に当た
り、カバー５４とベース５２のその下に位置するリム５
８との間に円形の融合溶接部を形成した。
【００１２】加工物５０を、試験のうち幾つかでは約１
３ＲＰＭの速度で、他の試験では約１８ＲＰＭの速度で
回転させた。レーザ１２を、カバー５４の頂面５６に直
角な面に対して約２５°の角度をなして加工物５０上に
合焦させた。頂面５６上のレーザビーム１４のスポット
サイズは、後述するような公称動作条件のもとでは約
０．５mmであった。溶接プラズマを抑制するために同一
直線流れのヘリウムシールドガスを用いた。加工物は、
Ｆｅ（６９〜７４重量％）、Ｃｒ（１６〜１８重量
％）、Ｎｉ（６〜８重量％）、Ｍｎ（２重量％）、Ｓｉ
（１重量％）及びＣ（最大０．１重量％）から成る３０
１ステンレス鋼で作られていた。 プラズマサイズ監視 図２に示す実験装置構成６０を用いて、溶接プラズマの
物理的寸法形状を溶接加工中に監視した。溶接部表面６
２（加工物５０の頂面５６）の上方のプラズマ（代表的
には、高さＨのところにある）から放出された光を、Ｎ
Ｄフィルタ６４、青−紫ガラス濾過器（光フィルタ）６
６（光透過帯が約３３５nm〜約４８０nmのタイプＤＧ−
１２）及びズームレンズ６７を通過させ、フィルタ６
４，６６及びズームレンズ６７に光結合されたビデオカ
メラ６８すなわちパナソニックＣＣＤカメラ（登録商
標）によって記録した。ビデオカメラ６８は、毎秒３０
フレームのフレーミング速度で記録を行った。ビデオカ
メラ６８は実質的に、フィルタ６４，６６と光学的整列
状態にあった。数値計算を行って試験結果を表示するた
めのマイクロプロセッサ６９及びこれと関連したモニタ
７１が、ビデオカメラ６８に電気的に接続した。プラズ
マ放出光を、水平方向に、即ち溶接部表面６２と実質的
に平行な方向で集めた。青−紫光フィルタ６６を、ステ
ンレス鋼加工物の主要な輝線を有効範囲とし又はカバー
する光の波長範囲を透過させるよう選択した。ＮＤフィ
ルタ６４は、放出された光の強度を減少させ、プラズマ
「コア」放出光の物理的構造を解像した。
３ＲＰＭの速度で、他の試験では約１８ＲＰＭの速度で
回転させた。レーザ１２を、カバー５４の頂面５６に直
角な面に対して約２５°の角度をなして加工物５０上に
合焦させた。頂面５６上のレーザビーム１４のスポット
サイズは、後述するような公称動作条件のもとでは約
０．５mmであった。溶接プラズマを抑制するために同一
直線流れのヘリウムシールドガスを用いた。加工物は、
Ｆｅ（６９〜７４重量％）、Ｃｒ（１６〜１８重量
％）、Ｎｉ（６〜８重量％）、Ｍｎ（２重量％）、Ｓｉ
（１重量％）及びＣ（最大０．１重量％）から成る３０
１ステンレス鋼で作られていた。 プラズマサイズ監視 図２に示す実験装置構成６０を用いて、溶接プラズマの
物理的寸法形状を溶接加工中に監視した。溶接部表面６
２（加工物５０の頂面５６）の上方のプラズマ（代表的
には、高さＨのところにある）から放出された光を、Ｎ
Ｄフィルタ６４、青−紫ガラス濾過器（光フィルタ）６
６（光透過帯が約３３５nm〜約４８０nmのタイプＤＧ−
１２）及びズームレンズ６７を通過させ、フィルタ６
４，６６及びズームレンズ６７に光結合されたビデオカ
メラ６８すなわちパナソニックＣＣＤカメラ（登録商
標）によって記録した。ビデオカメラ６８は、毎秒３０
フレームのフレーミング速度で記録を行った。ビデオカ
メラ６８は実質的に、フィルタ６４，６６と光学的整列
状態にあった。数値計算を行って試験結果を表示するた
めのマイクロプロセッサ６９及びこれと関連したモニタ
７１が、ビデオカメラ６８に電気的に接続した。プラズ
マ放出光を、水平方向に、即ち溶接部表面６２と実質的
に平行な方向で集めた。青−紫光フィルタ６６を、ステ
ンレス鋼加工物の主要な輝線を有効範囲とし又はカバー
する光の波長範囲を透過させるよう選択した。ＮＤフィ
ルタ６４は、放出された光の強度を減少させ、プラズマ
「コア」放出光の物理的構造を解像した。
【００１３】図３を参照すると、プラズマからのフィル
タされた光の空間分布７０がビデオフレーム上に視覚的
に記録されている。プラズマサイズ形状の代表的な数値
は、プラズマの水平方向のプロフィールを表わす値を得
るためにＡ−Ｂ線の方向に沿い、そして又、プラズマの
垂直方向のプロフィールを表わす値を得るためにＡ−Ｂ
線とほぼ垂直に差し向けられたＣ−Ｄ線の方向に沿って
ビデオフレーム（フレームごとに）をディジタル化する
ことによって割り当てられた。Ａ−Ｂ線は、溶接部表面
６２の上方約０．０７mmのところに位置し、Ｃ−Ｄ線は
プラズマプロフィールのほぼ中心を通っている。また、
水平方向のプラズマプロフィールを、表面の上方約０．
１６mmのところで測定した。プラズマの幅及び高さの数
値を、２５カウントを越えるディジタル化プラズマ強度
を有するそれらの読みだけを用いて決定した。場合によ
っては、Ａ−Ｂ線とＣ−Ｄ線の両方又はいずれか一方の
一部に沿うディジタル化プラズマ強度カウントを飽和さ
せ（５２５カウントを越える）、これらの読みの強度を
５２５カウントに等しいものとした。２５カウントのデ
ィジタル化プラズマ強度を強度飽和とは無関係に閾値と
して用いることによりプラズマサイズ形状を決定した。
タされた光の空間分布７０がビデオフレーム上に視覚的
に記録されている。プラズマサイズ形状の代表的な数値
は、プラズマの水平方向のプロフィールを表わす値を得
るためにＡ−Ｂ線の方向に沿い、そして又、プラズマの
垂直方向のプロフィールを表わす値を得るためにＡ−Ｂ
線とほぼ垂直に差し向けられたＣ−Ｄ線の方向に沿って
ビデオフレーム（フレームごとに）をディジタル化する
ことによって割り当てられた。Ａ−Ｂ線は、溶接部表面
６２の上方約０．０７mmのところに位置し、Ｃ−Ｄ線は
プラズマプロフィールのほぼ中心を通っている。また、
水平方向のプラズマプロフィールを、表面の上方約０．
１６mmのところで測定した。プラズマの幅及び高さの数
値を、２５カウントを越えるディジタル化プラズマ強度
を有するそれらの読みだけを用いて決定した。場合によ
っては、Ａ−Ｂ線とＣ−Ｄ線の両方又はいずれか一方の
一部に沿うディジタル化プラズマ強度カウントを飽和さ
せ（５２５カウントを越える）、これらの読みの強度を
５２５カウントに等しいものとした。２５カウントのデ
ィジタル化プラズマ強度を強度飽和とは無関係に閾値と
して用いることによりプラズマサイズ形状を決定した。
【００１４】図４は、ディジタル化プラズマ強度飽和を
行わない場合のプラズマ水平方向プロフィールを示して
いる（試験３５９）。表３で報告されていて、以下に一
層詳細に記載する試験データを、溶接加工の開始後０．
５〜２．７秒の間に取ったビデオフレームについて平均
をとった。約０．５秒以前の溶接加工の部分（溶接始動
領域）及び約２．７秒後の溶接加工の部分（溶接オーバ
ーラップ領域）のフレームは、表３の報告データを計算
する際には用いなかった。これらの計算にはマイクロプ
ロセッサ６９を用いた。溶接部表面の上方０．０７mmの
ところで（Ａ−Ｂ線に沿って）決定したプラズマの幅を
溶接部品質と良好に相関したが、溶接部表面の上方０．
１６mmのところで測定したプラズマの幅はそうではなか
った。したがって、良好な結果を得るためにはプラズマ
プロフィールを好ましくは溶接部表面の上方約０．１mm
よりも低い高さのところで監視する。
行わない場合のプラズマ水平方向プロフィールを示して
いる（試験３５９）。表３で報告されていて、以下に一
層詳細に記載する試験データを、溶接加工の開始後０．
５〜２．７秒の間に取ったビデオフレームについて平均
をとった。約０．５秒以前の溶接加工の部分（溶接始動
領域）及び約２．７秒後の溶接加工の部分（溶接オーバ
ーラップ領域）のフレームは、表３の報告データを計算
する際には用いなかった。これらの計算にはマイクロプ
ロセッサ６９を用いた。溶接部表面の上方０．０７mmの
ところで（Ａ−Ｂ線に沿って）決定したプラズマの幅を
溶接部品質と良好に相関したが、溶接部表面の上方０．
１６mmのところで測定したプラズマの幅はそうではなか
った。したがって、良好な結果を得るためにはプラズマ
プロフィールを好ましくは溶接部表面の上方約０．１mm
よりも低い高さのところで監視する。
【００１５】データの示唆するところによれば、ビデオ
カメラがプラズマを水平方向に画像化するときに最良の
結果が得られる。特に、フィルタ６４，６６及びビデオ
カメラ６８は好ましくは、溶接部表面６２に対して、カ
メラ集束レンズ（図２）の光軸が溶接部表面６２に対し
て実質的に平行に差し向けられるように配置される。約
５°未満の小さな角度が好ましく、約０°の角度を用い
ると優れた結果が得られた。小さな角度で監視すること
が有利である理由は、以下に詳細に説明するように、溶
接部品質は一般に、プラズマの高さよりもプラズマの幅
の方が一層ぴったりと相関し、小さな角度によりプラズ
マの幅の優れた監視が可能になるからである。プラズマ
サイズを決定するためには、ビデオカメラ６８に代えて
リニアーアレイ検波器（図示せず）を使用しても良い
が、そうするかどうかは任意である。リニアーアレイ検
波器はまた、溶接部表面に近接すると共に溶接部表面に
対して実質的に水平方向にプラズマ上への焦点合わせ及
びズームを行うことができる。リニアーアレイ検波器か
ら得られるデータからプラズマの幅を求めるために従来
型マイクロプロセッサ（図示せず）をリニアーアレイ検
波器に電気的に接続するのがよい。リニアーアレイ検波
器は、ビデオフレーム全体からディジタル化を行ってプ
ラズマの寸法形状を決定する段階を省略し、かくして溶
接加工のプロセス制御を行うのに十分な実質的に瞬時の
応答が得られる。試験条件 以下の表１は試験条件を列記している。
カメラがプラズマを水平方向に画像化するときに最良の
結果が得られる。特に、フィルタ６４，６６及びビデオ
カメラ６８は好ましくは、溶接部表面６２に対して、カ
メラ集束レンズ（図２）の光軸が溶接部表面６２に対し
て実質的に平行に差し向けられるように配置される。約
５°未満の小さな角度が好ましく、約０°の角度を用い
ると優れた結果が得られた。小さな角度で監視すること
が有利である理由は、以下に詳細に説明するように、溶
接部品質は一般に、プラズマの高さよりもプラズマの幅
の方が一層ぴったりと相関し、小さな角度によりプラズ
マの幅の優れた監視が可能になるからである。プラズマ
サイズを決定するためには、ビデオカメラ６８に代えて
リニアーアレイ検波器（図示せず）を使用しても良い
が、そうするかどうかは任意である。リニアーアレイ検
波器はまた、溶接部表面に近接すると共に溶接部表面に
対して実質的に水平方向にプラズマ上への焦点合わせ及
びズームを行うことができる。リニアーアレイ検波器か
ら得られるデータからプラズマの幅を求めるために従来
型マイクロプロセッサ（図示せず）をリニアーアレイ検
波器に電気的に接続するのがよい。リニアーアレイ検波
器は、ビデオフレーム全体からディジタル化を行ってプ
ラズマの寸法形状を決定する段階を省略し、かくして溶
接加工のプロセス制御を行うのに十分な実質的に瞬時の
応答が得られる。試験条件 以下の表１は試験条件を列記している。
【００１６】
【表１】 ─────────────────────────────────── 表 １ 試 験 条 件 ─────────────────────────────────── 試験番号 レーザ出力 加工物回転速度 説 明 （ｋＷ） （ＲＰＭ） 314〜317 5.3 18 公称レーザ出力／公称回転速度 318,319 3.5 18 低レーザ出力／公称回転速度 320〜324 3.5 13 低レーザ出力／低回転速度 325〜330 5.3 13 公称レーザ出力／低回転速度 332 5.3 18 公称レーザ出力／公称回転速度 333 5.3 18 シールドガス無し，不良溶接部 334 5.3 18 シールドガス有り，収集データ無し 335 5.3 18 シールドガス有り 336〜340 5.3 18 ＋２mm（上昇） レーザビームデフォーカス 341〜345 3.5 18 ＋２mm（上昇） レーザビームデフォーカス 346 5.3 18 溶接表面間の４位置の作動油 347 5.3 18 溶接表面間の４位置のモータ油 348 5.3 18 溶接表面間の４位置のバーグリース 352 5.3 18 ひどく曲げられた加工物カバー 353 5.3 18 僅かに曲げられた加工物カバー 354〜359 5.0 18 公称レーザ出力／公称回転速度 360〜364 3.5 18 低レーザ出力／公称回転速度 365〜369 3.5 13 低レーザ出力／低回転速度 370〜374 5.0 13 公称レーザ出力／低回転速度 ───────────────────────────────────
【００１７】主要な試験マトリックスとしては、５．０
〜５．３ｋＷレーザ出力（本明細書では、「公称レーザ
出力」という）及び約１３ＲＰＭの加工物回転速度の試
験（試験番号３２５〜３３０、３７０〜３７４）、公称
レーザ出力及び約１８ＲＰＭの加工物回転速度（本明細
書では、「公称加工物回転速度」という）の試験（試験
番号３１４〜３１７、３３２、３３５、３５４〜３５７
及び３５９）、約３．５ｋＷの低レーザ出力及び低加工
物回転速度（試験番号３２０〜３２４、３６５〜３６
９）、低レーザ出力及び公称加工物回転速度（試験番号
３１８、３１９、３６０〜３６４）での多くの試験が挙
げられる。試験はまた、レーザビームをデフォーカスし
（試験番号３３６〜３４５）、シールドガスの流れが無
く（試験番号３３３）、不良溶接部を生じさせるよう溶
接部表面相互間に種々の流体汚染物（作動油、モーター
オイル及びグリース）を配置し（試験番号３４６〜３４
８）、曲げた状態の加工物を用いて（試験番号３５２及
び３５３）実施した。
〜５．３ｋＷレーザ出力（本明細書では、「公称レーザ
出力」という）及び約１３ＲＰＭの加工物回転速度の試
験（試験番号３２５〜３３０、３７０〜３７４）、公称
レーザ出力及び約１８ＲＰＭの加工物回転速度（本明細
書では、「公称加工物回転速度」という）の試験（試験
番号３１４〜３１７、３３２、３３５、３５４〜３５７
及び３５９）、約３．５ｋＷの低レーザ出力及び低加工
物回転速度（試験番号３２０〜３２４、３６５〜３６
９）、低レーザ出力及び公称加工物回転速度（試験番号
３１８、３１９、３６０〜３６４）での多くの試験が挙
げられる。試験はまた、レーザビームをデフォーカスし
（試験番号３３６〜３４５）、シールドガスの流れが無
く（試験番号３３３）、不良溶接部を生じさせるよう溶
接部表面相互間に種々の流体汚染物（作動油、モーター
オイル及びグリース）を配置し（試験番号３４６〜３４
８）、曲げた状態の加工物を用いて（試験番号３５２及
び３５３）実施した。
【００１８】溶接部品質及びプラズマサイズに対する試
験条件の影響 レーザ出力及び加工物回転速度／溶接部品質 溶接された加工物を区分化して、これら区分のところで
溶接部組織を目視検査することにより溶接部品質を判定
した。溶接部品質を、加工物５０の頂面５６からの溶接
溶込み深さ、溶接面積、表面の凹み、気孔及び亀裂を含
む溶接欠陥の存否に基づいて判定した。試験３１６，３
２０，３２５，３５５，３５７，３６２，３６７，３７
０，３７２で溶接した加工物を区分化して目視検査を行
った。表１を参照すると、加工物カバー５４及び加工物
５０のベース５２のリム５８の厚みの合計に少なくとも
等しい溶込み深さの溶接部が満足のいくものであると考
えられた。以下の表２は、目視検査により得られた結果
を記載している。
験条件の影響 レーザ出力及び加工物回転速度／溶接部品質 溶接された加工物を区分化して、これら区分のところで
溶接部組織を目視検査することにより溶接部品質を判定
した。溶接部品質を、加工物５０の頂面５６からの溶接
溶込み深さ、溶接面積、表面の凹み、気孔及び亀裂を含
む溶接欠陥の存否に基づいて判定した。試験３１６，３
２０，３２５，３５５，３５７，３６２，３６７，３７
０，３７２で溶接した加工物を区分化して目視検査を行
った。表１を参照すると、加工物カバー５４及び加工物
５０のベース５２のリム５８の厚みの合計に少なくとも
等しい溶込み深さの溶接部が満足のいくものであると考
えられた。以下の表２は、目視検査により得られた結果
を記載している。
【００１９】
【表２】 ─────────────────────────────────── 表 ２ 目視検査結果 ───────────────────────────────────試験番号 プロセスパラメータ 説 明 316,355, 5.3kW/18RPM 公称レーザ出力／公称回転速度，良溶接部357,362 320,367 3.5kW/13RPM 低レーザ出力／低回転速度, 良溶接部 325,370, 5.3kW/13RPM 公称レーザ出力／低回転速度， 良溶接部372 333 5.3kW/18RPM, 溶込み深さ不十分の不良溶接部 シールドガス流無し 336 5.3kW/18RPM,+2mm 溶込み深さ不十分の不良溶接部 （アップ）デフォーカス 342 3.5kW/18RPM,+2mm 不良溶接部，約６０％の部分が溶接され （アップ）デフォーカス なかった。 343 3.5kW/18RPM,+2mm 殆ど強度のない不良溶接部 （アップ）デフォーカス 344 3.5kW/18RPM,+2mm 不良溶接部，約６０％の部分が溶接され （アップ）デフォーカス なかった。 345 3.5kW/18RPM,+2mm 不良溶接部，約７５％の部分が溶接され （アップ）デフォーカス なかった。 347 5.3kW/18RPM, 汚染箇所における区分化行わず ４位置でモータ油汚染 348 5.3kW/18RPM, ８検査位置のうち１につき溶込み不十分 バーグリース汚染 ２検査位置につき溶接表面凹み 352 5.3kW/18RPM,ひどく 溶込み深さが不十分な不良溶接部，広幅 曲げられたカバー の垂直方向亀裂，溶接表面凹み 353 5.3kW/18RPM,僅かに 良溶接部 曲げられたカバー ─────────────────────────────────── ５．０〜５．３ｋＷでは、合格レベルの品質の溶接部
（良溶接部）が、１３ＲＰＭと１８ＲＰＭの加工物回転
速度の両方で一貫して得られた。しかしながら、３．５
ｋＷレーザ出力では、１３ＲＰＭ回転速度で良溶接部が
得られたが、１８ＲＰＭでは不十分な溶込み深さの不合
格レベルの品質の溶接部（不良溶接部）が生じた。かく
して、単位溶接表面積あたりのレーザ出力と加工物回転
速度の比として本明細書において定義する「レーザ比エ
ネルギ」が十分に高い場合に良好な溶接部が形成され
る。以下の表３は、種々のレーザ出力及び加工物回転速
度条件で決定された時平均プラズマ幅及びプラズマ高さ
を示している。
（良溶接部）が、１３ＲＰＭと１８ＲＰＭの加工物回転
速度の両方で一貫して得られた。しかしながら、３．５
ｋＷレーザ出力では、１３ＲＰＭ回転速度で良溶接部が
得られたが、１８ＲＰＭでは不十分な溶込み深さの不合
格レベルの品質の溶接部（不良溶接部）が生じた。かく
して、単位溶接表面積あたりのレーザ出力と加工物回転
速度の比として本明細書において定義する「レーザ比エ
ネルギ」が十分に高い場合に良好な溶接部が形成され
る。以下の表３は、種々のレーザ出力及び加工物回転速
度条件で決定された時平均プラズマ幅及びプラズマ高さ
を示している。
【００２０】
【表３】 ─────────────────────────────────── 表 ３ プラズマの幅及び高さ ─────────────────────────────────── 試験 レーザ 加工物 他の条件 プラズマの幅 プラズマの高さ 番号 出力 速度 （mm） （mm） （kW) （RPM) 354〜359 5.0 18 平 均 0.937 0.508 標準偏差σ 0.011 0.010 360〜364 3.5 18 平 均 0.981 0.534 標準偏差σ 0.007 0.005 365〜369 5.0 18 平 均 0.888 0.502 標準偏差σ 0.011 0.005 370〜374 3.5 18 平 均 0.890 0.540 標準偏差σ 0.016 0.005 338〜340 3.5 18 レーザデフォーカス 平 均 1.236 0.674 標準偏差σ 0.007 0.007 341〜345 3.5 18 レーザデフォーカス 平 均 1.130 0.679 標準偏差σ 0.045 0.025 346 5.3 18 作動油 0.898 0.524 汚染 347 5.3 18 モータ油 0.899 0.528 汚染 348 5.3 18 バーグリース 0.880 0.523 汚染 352 5.3 18 ひどく曲げ 0.601 0.306 られたカバー 353 5.3 18 僅かに曲げ 0.931 0.526 られたカバー ───────────────────────────────────
【００２１】レーザ出力が１８ＲＰＭにおいて５．０ｋ
Ｗ（良好溶接部）から３．５ｋＷ（不良溶接部）まで減
少するにつれ、プラズマの幅は０．９３７mm（σ＝０．
０１１mm）の平均値から０．９８１mm（σ＝０．００７
mm）まで増加した。１３ＲＰＭでは、平均プラズマ幅
は、３．５ｋＷでは０．８８８mm（σ＝０．０１１m
m）、５．０ｋＷ（良好溶接部）では０．８９０mm（σ
＝０．０１６mm）であった。試験結果によれば、約０．
８７mmから約０．９５mmのプラズマ幅が、良好な溶接部
と相関関係があった。試験結果によれば、公称溶接条件
のもとで測定された平均プラズマ幅の約−２〜−３及び
＋２〜＋３の標準偏差によって定められるプラズマ幅を
良好な溶接部と相関させることができる。公称レーザ出
力及び加工物回転速度条件の下で且つ適当なシールドガ
ス流があり、加工物の溶接域の清浄度が十分であり、加
工物の甚だしい物理的変形がなく、加工物上へのレーザ
ビームの集束状態が適正である状態で求められた溶接プ
ラズマサイズ（プラズマ幅又はプラズマ高さ）を、合格
レベルの品質の溶接部を表わす「所定値」として用い、
本明細書で説明するような変化したレーザ溶接動作条件
及び変化した加工物条件のために割り当てられた溶接プ
ラズマサイズの数値と比較した。
Ｗ（良好溶接部）から３．５ｋＷ（不良溶接部）まで減
少するにつれ、プラズマの幅は０．９３７mm（σ＝０．
０１１mm）の平均値から０．９８１mm（σ＝０．００７
mm）まで増加した。１３ＲＰＭでは、平均プラズマ幅
は、３．５ｋＷでは０．８８８mm（σ＝０．０１１m
m）、５．０ｋＷ（良好溶接部）では０．８９０mm（σ
＝０．０１６mm）であった。試験結果によれば、約０．
８７mmから約０．９５mmのプラズマ幅が、良好な溶接部
と相関関係があった。試験結果によれば、公称溶接条件
のもとで測定された平均プラズマ幅の約−２〜−３及び
＋２〜＋３の標準偏差によって定められるプラズマ幅を
良好な溶接部と相関させることができる。公称レーザ出
力及び加工物回転速度条件の下で且つ適当なシールドガ
ス流があり、加工物の溶接域の清浄度が十分であり、加
工物の甚だしい物理的変形がなく、加工物上へのレーザ
ビームの集束状態が適正である状態で求められた溶接プ
ラズマサイズ（プラズマ幅又はプラズマ高さ）を、合格
レベルの品質の溶接部を表わす「所定値」として用い、
本明細書で説明するような変化したレーザ溶接動作条件
及び変化した加工物条件のために割り当てられた溶接プ
ラズマサイズの数値と比較した。
【００２２】試験結果の示すところによれば、プラズマ
高さはプラズマ幅よりも溶接部品質の良好な全体的指標
が劣っていた。１８ＲＰＭでは、平均プラズマ高さは、
５．０ｋＷでは０．５０８mm（良溶接部）、３．５ｋＷ
では０．５３４mm（不良溶接部）であった。１３ＲＰＭ
では、平均プラズマ高さは、５．０ｋＷでは０．５４０
mm、３．５ｋＷでは０．５０２mm（両方とも良溶接部）
であった。これらのデータは、良溶接部のプラズマ高さ
と不良溶接部のプラズマ高さには著しい差がないことを
示している。レーザ出力及び加工物回転速度の変化に対
するプラズマ幅及びプラズマ高さの応答性が、それぞれ
図５及び図６に概略的に示されている。プラズマ幅及び
プラズマ高さは、１８ＲＰＭの公称加工物回転速度では
レーザ出力の減少につれて増加した。１３ＲＰＭでは、
プラズマは、１８ＲＰＭの場合よりも小さく、より安定
していた。しかしながら、３．５ｋＷ及び１３ＲＰＭ並
びに５．０ｋＷ及び１３ＲＰＭの場合のプラズマ幅は、
５．０〜５．３ｋＷ及び１８ＲＰＭの場合とほぼ同一で
あった。
高さはプラズマ幅よりも溶接部品質の良好な全体的指標
が劣っていた。１８ＲＰＭでは、平均プラズマ高さは、
５．０ｋＷでは０．５０８mm（良溶接部）、３．５ｋＷ
では０．５３４mm（不良溶接部）であった。１３ＲＰＭ
では、平均プラズマ高さは、５．０ｋＷでは０．５４０
mm、３．５ｋＷでは０．５０２mm（両方とも良溶接部）
であった。これらのデータは、良溶接部のプラズマ高さ
と不良溶接部のプラズマ高さには著しい差がないことを
示している。レーザ出力及び加工物回転速度の変化に対
するプラズマ幅及びプラズマ高さの応答性が、それぞれ
図５及び図６に概略的に示されている。プラズマ幅及び
プラズマ高さは、１８ＲＰＭの公称加工物回転速度では
レーザ出力の減少につれて増加した。１３ＲＰＭでは、
プラズマは、１８ＲＰＭの場合よりも小さく、より安定
していた。しかしながら、３．５ｋＷ及び１３ＲＰＭ並
びに５．０ｋＷ及び１３ＲＰＭの場合のプラズマ幅は、
５．０〜５．３ｋＷ及び１８ＲＰＭの場合とほぼ同一で
あった。
【００２３】また、当業者であれば、プラズマ幅とプラ
ズマ高さの両方又はいずれか一方を監視すれば、加工物
がレーザビームに対して回転していない溶接加工につい
て溶接部品質を決定できることは理解されよう。例え
ば、本発明を、レーザビームを加工物に対してある所望
の速度で移動させて直線状溶接部を形成する溶接加工を
監視するのに用いることができる。
ズマ高さの両方又はいずれか一方を監視すれば、加工物
がレーザビームに対して回転していない溶接加工につい
て溶接部品質を決定できることは理解されよう。例え
ば、本発明を、レーザビームを加工物に対してある所望
の速度で移動させて直線状溶接部を形成する溶接加工を
監視するのに用いることができる。
【００２４】レーザデフォーカス／プラズマサイズ レーザ集束スポットを公称設定点から（＋）２mm上方へ
移動させて焦点を外した（デフォーカスした）状態にお
いて１８ＲＰＭの回転速度で試験３３６〜３４５を行っ
た。その結果得られたスポットサイズは、約０．８mmに
変化した。試験３３６（公称レーザ出力）に基づく加工
物の区分化及び目視分析の示すところによれば、溶込み
深さが不十分な不良溶接部であることが分かった。試験
３４２〜３４５（低レーザ出力）からの区分化されたサ
ンプルとしては、６０％を越える大きな非溶接領域が含
まれていた。試験３４４では、溶接部は本質的に強度を
備えておらず、カバーはベースから容易に除去された。
図３を参照すると、ＣＯ2 レーザが焦点を外れていると
き（５．３ｋＷ及び１８ＲＰＭの場合）、平均プラズマ
幅及びプラズマ高さは、それぞれ１．２３６mm及び０．
６７４mm（試験３３８〜３４０）であり、それらの公称
値（試験３５４〜３５９）よりも約３２％及び約３３％
大きかった。３．５ｋＷ及び１８ＲＰＭ（試験３４１〜
３４５）では、平均プラズマ幅及びプラズマ高さはそれ
ぞれ１．１３０mm及び０．６７９mmであり、それらの公
称値よりも約２１％及び約３４％大きかった。また、ビ
デオカメラの記録の示すところによれば、デフォーカス
レーザ条件の下で加工物上の多数の凝固した液体金属ス
ポットの目視観察と一致して溶接プラズマからの一層多
くの溶融液体スピルがあった。試験結果は、図５及び図
６に記載されている。レーザをデフォーカスした状態で
は、プラズマ幅とプラズマ高さは共に、公称レーザ出力
と低レーザ出力の両方において著しく増加した。かくし
て、プラズマ幅とプラズマ高さの両方を監視すれば、レ
ーザのデフォーカスの問題を検知することができる。
移動させて焦点を外した（デフォーカスした）状態にお
いて１８ＲＰＭの回転速度で試験３３６〜３４５を行っ
た。その結果得られたスポットサイズは、約０．８mmに
変化した。試験３３６（公称レーザ出力）に基づく加工
物の区分化及び目視分析の示すところによれば、溶込み
深さが不十分な不良溶接部であることが分かった。試験
３４２〜３４５（低レーザ出力）からの区分化されたサ
ンプルとしては、６０％を越える大きな非溶接領域が含
まれていた。試験３４４では、溶接部は本質的に強度を
備えておらず、カバーはベースから容易に除去された。
図３を参照すると、ＣＯ2 レーザが焦点を外れていると
き（５．３ｋＷ及び１８ＲＰＭの場合）、平均プラズマ
幅及びプラズマ高さは、それぞれ１．２３６mm及び０．
６７４mm（試験３３８〜３４０）であり、それらの公称
値（試験３５４〜３５９）よりも約３２％及び約３３％
大きかった。３．５ｋＷ及び１８ＲＰＭ（試験３４１〜
３４５）では、平均プラズマ幅及びプラズマ高さはそれ
ぞれ１．１３０mm及び０．６７９mmであり、それらの公
称値よりも約２１％及び約３４％大きかった。また、ビ
デオカメラの記録の示すところによれば、デフォーカス
レーザ条件の下で加工物上の多数の凝固した液体金属ス
ポットの目視観察と一致して溶接プラズマからの一層多
くの溶融液体スピルがあった。試験結果は、図５及び図
６に記載されている。レーザをデフォーカスした状態で
は、プラズマ幅とプラズマ高さは共に、公称レーザ出力
と低レーザ出力の両方において著しく増加した。かくし
て、プラズマ幅とプラズマ高さの両方を監視すれば、レ
ーザのデフォーカスの問題を検知することができる。
【００２５】溶接部汚染／プラズマサイズ 試験３４７では、モータ油を、カバー５４とベース５２
のリム５８の対向表面間の４つの位置に配置した。プラ
ズマ幅及びプラズマ高さの各々の時間的トレース中にお
いて約３．２秒のところに「急落部」Ｄが観察された
（図７）。急落部を持続時間及び持続時間全体にわたる
プラズマ幅又はプラズマ高さの変化の大きさに基づいて
時間的トレース中で決定した。１８ＲＰＭでは、急落部
が少なくとも約３０ミリ秒の持続時間にわたりプラズマ
サイズ中の著しい変化と考えられ、かかる持続時間にお
いてプラズマサイズは急落部の開始時点における寸法の
１５％未満減少している。１３ＲＰＭでは、少なくとも
約４０ミリ秒の持続時間が十分であると考えられた。図
７を参照すると、約３．２秒のところでは急落部の持続
時間は約７００ミリ秒であり、この持続時間の間、プラ
ズマ幅は０．９mmの１５％未満である。持続時間は３０
ミリ秒よりも長い。かくして、急落部は相当な長さのも
のである。
のリム５８の対向表面間の４つの位置に配置した。プラ
ズマ幅及びプラズマ高さの各々の時間的トレース中にお
いて約３．２秒のところに「急落部」Ｄが観察された
（図７）。急落部を持続時間及び持続時間全体にわたる
プラズマ幅又はプラズマ高さの変化の大きさに基づいて
時間的トレース中で決定した。１８ＲＰＭでは、急落部
が少なくとも約３０ミリ秒の持続時間にわたりプラズマ
サイズ中の著しい変化と考えられ、かかる持続時間にお
いてプラズマサイズは急落部の開始時点における寸法の
１５％未満減少している。１３ＲＰＭでは、少なくとも
約４０ミリ秒の持続時間が十分であると考えられた。図
７を参照すると、約３．２秒のところでは急落部の持続
時間は約７００ミリ秒であり、この持続時間の間、プラ
ズマ幅は０．９mmの１５％未満である。持続時間は３０
ミリ秒よりも長い。かくして、急落部は相当な長さのも
のである。
【００２６】急落部の持続時間は、局所溶接問題の深刻
さの重要な指標であると考えられる。急落部の持続時間
が長ければ長いほど、影響を受ける溶接部の対応部分は
それだけ一層大きくなる。例えば、３０ミリ秒間以上に
わたって持続しないレーザビーム出力の瞬時減少によっ
て溶接部寸法が突然減少しても、その結果として必ずし
も不良溶接部が生じるとは限らない。急落部の持続時間
が増加するにつれ、その結果得られる溶接部の破裂圧強
さの減少度は大きくなる。低い破裂圧強度は、圧力開放
の所定時間まで高い内部圧力を維持すると考えられる加
工物では非常に望ましくない。試験３４８では、加工物
カバー５４とレース５２のリム５８の対向表面間の４箇
所にバーグリースを配置した。図８を参照すると、急落
部Ｄがプラズマ幅とプラズマ高さの時間的トレース中に
おいて約０．７秒及び約１．５秒のところに観察され
た。これら急落部は、加工物材料特性の突然の変化又は
不連続部に起因する局所溶接欠陥に対応しているものと
考えられる。４つの部分片への溶接加工物の区分化によ
り、８つの検査位置のうち１つにおいて溶接溶込み深さ
が不十分であること及び４つの箇所のうち２つにおいて
溶接表面が凹んでいることが分かった。かくして、プラ
ズマの物理的寸法形状の時間的トレースを、溶接域にお
ける汚染の存在及び不十分な清浄度を表わす急落部の存
否につき分析することができる。
さの重要な指標であると考えられる。急落部の持続時間
が長ければ長いほど、影響を受ける溶接部の対応部分は
それだけ一層大きくなる。例えば、３０ミリ秒間以上に
わたって持続しないレーザビーム出力の瞬時減少によっ
て溶接部寸法が突然減少しても、その結果として必ずし
も不良溶接部が生じるとは限らない。急落部の持続時間
が増加するにつれ、その結果得られる溶接部の破裂圧強
さの減少度は大きくなる。低い破裂圧強度は、圧力開放
の所定時間まで高い内部圧力を維持すると考えられる加
工物では非常に望ましくない。試験３４８では、加工物
カバー５４とレース５２のリム５８の対向表面間の４箇
所にバーグリースを配置した。図８を参照すると、急落
部Ｄがプラズマ幅とプラズマ高さの時間的トレース中に
おいて約０．７秒及び約１．５秒のところに観察され
た。これら急落部は、加工物材料特性の突然の変化又は
不連続部に起因する局所溶接欠陥に対応しているものと
考えられる。４つの部分片への溶接加工物の区分化によ
り、８つの検査位置のうち１つにおいて溶接溶込み深さ
が不十分であること及び４つの箇所のうち２つにおいて
溶接表面が凹んでいることが分かった。かくして、プラ
ズマの物理的寸法形状の時間的トレースを、溶接域にお
ける汚染の存在及び不十分な清浄度を表わす急落部の存
否につき分析することができる。
【００２７】シールドガス流／プラズマサイズ 試験３３３を、プラズマを制御するためのシールドガス
流無しで行った。その結果得られる制御されないプラズ
マは、非常に大きなプラズマサイズを生じた。溶接加工
物の区分化及び目視検査は、溶込み深さが不十分な不良
溶接部を示した。この結果に基づき、プラズマサイズを
監視すればシールドガス流の不存在を効果的に検出する
ことができる。加工物変形／プラズマサイズ 加工物のカバーを物理的に変形させた状態で２つの試験
を行った。即ち、試験３５２では、カバーをひどく曲
げ、試験３５３では、カバーを僅かに曲げた。試験３５
２については、図９は、溶接プラズマサイズの時間的ト
レース中の幅の広い急落部を示している。ビデオカメラ
の記録によれば、これらの幅の広い急落部に対応して溶
接加工中、プラズマが時々ほぼ消衰した。加うるに、表
３に示すように、プラズマの平均幅及び高さは、０．６
０１mm及び０．３０６mmであり、それぞれの公称値の約
３６％以下及び約４０％以下であった。３つの部分片へ
の溶接加工物の区分化及びこれらの目視検査を行うと、
溶接溶込み深さが不十分であり、幅の広い垂直方向亀裂
が生じ、溶接表面の凹み及びカバーと加工物の間に隙間
のあることが分かった。カバーを僅かに曲げた状態の試
験３５３については、目視検査によれば、良好な溶接部
が得られていることが分かった。溶接プラズマの平均幅
は、０．９３１mmであり、公称値よりも約０．６％だけ
小さかった。この結果によれば、加工物を物理的に変形
させ過ぎない場合に合格レベルの品質の溶接部を形成す
ることができる。僅かな表面欠陥があっても、結果的に
合格レベルの溶接部を得ることができる。かくして、プ
ラズマサイズ（プラズマ幅又はプラズマ高さ）を監視す
ることは、加工物の物理的な変形及び特にひどく変形し
た加工物のような深刻な欠陥を検出する際に効果的であ
る。
流無しで行った。その結果得られる制御されないプラズ
マは、非常に大きなプラズマサイズを生じた。溶接加工
物の区分化及び目視検査は、溶込み深さが不十分な不良
溶接部を示した。この結果に基づき、プラズマサイズを
監視すればシールドガス流の不存在を効果的に検出する
ことができる。加工物変形／プラズマサイズ 加工物のカバーを物理的に変形させた状態で２つの試験
を行った。即ち、試験３５２では、カバーをひどく曲
げ、試験３５３では、カバーを僅かに曲げた。試験３５
２については、図９は、溶接プラズマサイズの時間的ト
レース中の幅の広い急落部を示している。ビデオカメラ
の記録によれば、これらの幅の広い急落部に対応して溶
接加工中、プラズマが時々ほぼ消衰した。加うるに、表
３に示すように、プラズマの平均幅及び高さは、０．６
０１mm及び０．３０６mmであり、それぞれの公称値の約
３６％以下及び約４０％以下であった。３つの部分片へ
の溶接加工物の区分化及びこれらの目視検査を行うと、
溶接溶込み深さが不十分であり、幅の広い垂直方向亀裂
が生じ、溶接表面の凹み及びカバーと加工物の間に隙間
のあることが分かった。カバーを僅かに曲げた状態の試
験３５３については、目視検査によれば、良好な溶接部
が得られていることが分かった。溶接プラズマの平均幅
は、０．９３１mmであり、公称値よりも約０．６％だけ
小さかった。この結果によれば、加工物を物理的に変形
させ過ぎない場合に合格レベルの品質の溶接部を形成す
ることができる。僅かな表面欠陥があっても、結果的に
合格レベルの溶接部を得ることができる。かくして、プ
ラズマサイズ（プラズマ幅又はプラズマ高さ）を監視す
ることは、加工物の物理的な変形及び特にひどく変形し
た加工物のような深刻な欠陥を検出する際に効果的であ
る。
【００２８】プラズマサイズ／プラズマ発光強度／溶接
部品質 本願と同日に出願された米国特許出願第９５６６０７号
（なお、発明者は、本願の発明者と同一であり、発明の
名称は、「プラズマからの光の強度を測定することによ
るレーザ溶接部品質の監視方法及び装置」である）は、
プラズマサイズの監視に加えて、別法としてプラズマか
ら放出された光の強度を決定することにより溶接部品質
を工程内方式で監視できることを開示している。かくし
て、溶接プラズマについては、発光強度とプラズマサイ
ズとの間に相関関係がある。図１０は、本発明の試験で
用いられた溶接プラズマに関する青−紫領域の相対的発
光強度と種々のレーザ出力及び加工物回転速度条件につ
いてのプラズマ幅のプロットを示している。図示のよう
に、発光強度は一般に、プラズマ幅の増大につれ増加す
る。また、不良溶接部を表すデータポイント（３．５ｋ
Ｗ／１８ＲＰＭ）は全て、プロットの右上の隅に群をな
して示されている。（極めて低いレーザ出力に起因して
生じる不良溶接部は、非常に低い発光強度及びプラズマ
幅を有し、そして又、左下の隅に又はグラフからはみ出
た関連データポイントを有すると予測される。）（図示
せず。） 発光強度とプラズマサイズの相関関係に関して考えられ
る説明は、両方が同一のしくみによって影響を受けると
いうことである。プラズマは、高出力ＣＯ2 レーザによ
って生じる励起によって維持される。低レーザ出力で
は、レーザアブレーションによって引き起こされる溶融
液体の蒸気及び小滴のジェット流は減少するものと見込
まれる。これにより、ジェット流によるプラズマの冷却
速度が減少する。このプラズマ冷却度の減少の結果とし
て、プラズマ発生が増大し、かくしてプラズマ強度が大
きくなる。同様に、溶接部表面が例えば作動油、油又は
グリースのような液体で汚染されていれば、ＣＯ2 レー
ザビームは、レーザアブレーションにより強力な蒸気ジ
ェットを引き起こすことができる。ジェット中の強力な
ガス流は、プラズマを冷却させる場合があり、その結果
プラズマを減少させ、場合によってはこれを消滅させる
ことになり、それによりプラズマ強度及びプラズマサイ
ズの時間的トレース中に急落部が生じる。
部品質 本願と同日に出願された米国特許出願第９５６６０７号
（なお、発明者は、本願の発明者と同一であり、発明の
名称は、「プラズマからの光の強度を測定することによ
るレーザ溶接部品質の監視方法及び装置」である）は、
プラズマサイズの監視に加えて、別法としてプラズマか
ら放出された光の強度を決定することにより溶接部品質
を工程内方式で監視できることを開示している。かくし
て、溶接プラズマについては、発光強度とプラズマサイ
ズとの間に相関関係がある。図１０は、本発明の試験で
用いられた溶接プラズマに関する青−紫領域の相対的発
光強度と種々のレーザ出力及び加工物回転速度条件につ
いてのプラズマ幅のプロットを示している。図示のよう
に、発光強度は一般に、プラズマ幅の増大につれ増加す
る。また、不良溶接部を表すデータポイント（３．５ｋ
Ｗ／１８ＲＰＭ）は全て、プロットの右上の隅に群をな
して示されている。（極めて低いレーザ出力に起因して
生じる不良溶接部は、非常に低い発光強度及びプラズマ
幅を有し、そして又、左下の隅に又はグラフからはみ出
た関連データポイントを有すると予測される。）（図示
せず。） 発光強度とプラズマサイズの相関関係に関して考えられ
る説明は、両方が同一のしくみによって影響を受けると
いうことである。プラズマは、高出力ＣＯ2 レーザによ
って生じる励起によって維持される。低レーザ出力で
は、レーザアブレーションによって引き起こされる溶融
液体の蒸気及び小滴のジェット流は減少するものと見込
まれる。これにより、ジェット流によるプラズマの冷却
速度が減少する。このプラズマ冷却度の減少の結果とし
て、プラズマ発生が増大し、かくしてプラズマ強度が大
きくなる。同様に、溶接部表面が例えば作動油、油又は
グリースのような液体で汚染されていれば、ＣＯ2 レー
ザビームは、レーザアブレーションにより強力な蒸気ジ
ェットを引き起こすことができる。ジェット中の強力な
ガス流は、プラズマを冷却させる場合があり、その結果
プラズマを減少させ、場合によってはこれを消滅させる
ことになり、それによりプラズマ強度及びプラズマサイ
ズの時間的トレース中に急落部が生じる。
【００２９】かくして、本発明の方法及び装置を用いる
と、問題のある溶接部が生じる場合のあるレーザ溶接加
工中における問題を効果的に検出することができる。本
発明は、プラズマの一又は二以上の時平均物理的寸法、
好ましくはプラズマ幅を監視することによって総合的な
溶接部品質を監視することができる。プラズマの選択さ
れた一又は二以上の物理的寸法、好ましくはプラズマ幅
の時間的トレースをプラズマ寸法の突然の変化に関して
監視することにより潜在的な局所溶接問題を検出するこ
とができるが、このようにするかどうかは任意である。
本発明を用いるとレーザ溶接加工中に良溶接部と不良溶
接部を効果的に識別できるので、タイプ１及びタイプII
のエラーが減少すると共に重要な溶接問題を溶接組立体
のところで検知できるようになる。
と、問題のある溶接部が生じる場合のあるレーザ溶接加
工中における問題を効果的に検出することができる。本
発明は、プラズマの一又は二以上の時平均物理的寸法、
好ましくはプラズマ幅を監視することによって総合的な
溶接部品質を監視することができる。プラズマの選択さ
れた一又は二以上の物理的寸法、好ましくはプラズマ幅
の時間的トレースをプラズマ寸法の突然の変化に関して
監視することにより潜在的な局所溶接問題を検出するこ
とができるが、このようにするかどうかは任意である。
本発明を用いるとレーザ溶接加工中に良溶接部と不良溶
接部を効果的に識別できるので、タイプ１及びタイプII
のエラーが減少すると共に重要な溶接問題を溶接組立体
のところで検知できるようになる。
【００３０】本発明を用いると、別のタイプのガスレー
ザ及び固体レーザを用いて溶接加工中、溶接部品質を工
程内方式で監視することができる。レーザは、連続又は
パルス出力を有するのがよい。また、本発明を用いる
と、円形の溶接部以外の曲線状溶接部形状や直線状溶接
部を形成する溶接加工を監視することができる。加うる
に、他の溶接継手構成、例えば突合せ溶接及び隅肉溶接
を監視できる。本発明を用いると、他のレーザ材料加工
用途、例えば金属切断加工、穴あけ加工、粉体金属焼結
工程及び加熱処理工程を監視することができる。本発明
を好ましい実施形態を用いて相当詳細に説明したが、他
の形態も実施可能である。したがって、本発明の範囲
は、本明細書で説明した好ましい実施形態の説明に限定
されるべきではない。
ザ及び固体レーザを用いて溶接加工中、溶接部品質を工
程内方式で監視することができる。レーザは、連続又は
パルス出力を有するのがよい。また、本発明を用いる
と、円形の溶接部以外の曲線状溶接部形状や直線状溶接
部を形成する溶接加工を監視することができる。加うる
に、他の溶接継手構成、例えば突合せ溶接及び隅肉溶接
を監視できる。本発明を用いると、他のレーザ材料加工
用途、例えば金属切断加工、穴あけ加工、粉体金属焼結
工程及び加熱処理工程を監視することができる。本発明
を好ましい実施形態を用いて相当詳細に説明したが、他
の形態も実施可能である。したがって、本発明の範囲
は、本明細書で説明した好ましい実施形態の説明に限定
されるべきではない。
【図１】本発明に従って行われた試験に用いられる状態
で示したレーザ溶接組立体の略図である。
で示したレーザ溶接組立体の略図である。
【図２】本発明によるプラズマの物理的寸法を監視する
ために利用される実験装置構成の略図である。
ために利用される実験装置構成の略図である。
【図３】プラズマ幅及びプラズマ高さを決定するのに用
いられるプラズマプロフィール、水平線Ａ−Ｂ、垂直線
Ｃ−Ｄ、プラズマの光の強度の略図である。
いられるプラズマプロフィール、水平線Ａ−Ｂ、垂直線
Ｃ−Ｄ、プラズマの光の強度の略図である。
【図４】ディジタル化機器を飽和させない状態における
代表的な水平方向プラズマプロフィールを示すグラフ図
である。
代表的な水平方向プラズマプロフィールを示すグラフ図
である。
【図５】種々の溶接加工条件に対する時平均プラズマ幅
の応答性を概略的に示すグラフ図である。
の応答性を概略的に示すグラフ図である。
【図６】種々の溶接加工条件に対する時平均プラズマ高
さの応答性を概略的に示すグラフ図である。
さの応答性を概略的に示すグラフ図である。
【図７】プラズマ幅及びプラズマ高さの時間的トレース
を示すグラフ図であり、両方の時間的トレースにおいて
約３．２秒のところに急落部を示す図である（試験番号
３４７）。
を示すグラフ図であり、両方の時間的トレースにおいて
約３．２秒のところに急落部を示す図である（試験番号
３４７）。
【図８】プラズマ幅及びプラズマ高さの時間的トレース
を示すグラフ図であり、約０．７秒及び１．５秒のとこ
ろに急落部を示す図である（試験番号３４８）。
を示すグラフ図であり、約０．７秒及び１．５秒のとこ
ろに急落部を示す図である（試験番号３４８）。
【図９】５．３ｋＷ及び１８ＲＰＭでのひどく変形した
加工物についてプラズマ幅及びプラズマ高さの時間的ト
レースを示すグラフ図である（試験番号３５２）。
加工物についてプラズマ幅及びプラズマ高さの時間的ト
レースを示すグラフ図である（試験番号３５２）。
【図１０】種々のレーザ出力及び加工物回転速度条件に
ついて青−紫発光強度とプラズマ幅の相関関係を示すグ
ラフ図である。
ついて青−紫発光強度とプラズマ幅の相関関係を示すグ
ラフ図である。
１２ レーザ １４ レーザビーム １６ 集束レンズ ６０ 実験装置構成 ６２ 加工物表面 ６４ ＮＤフィルタ ６６ 濾光器 ６７ ズームレンズ ６８ ビデオカメラ ６９ マイクロプロセッサ ７０ 空間分布
フロントページの続き (72)発明者 ブライアン ダブリュー シャーク アメリカ合衆国 アリゾナ州 85213 メサ ノース ロビン レーン 2662 (56)参考文献 特開 昭62−134191（ＪＰ，Ａ) 米国特許4839493（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/42
Claims (30)
- 【請求項１】 レーザビームが加工物を照射して加工物
の周りにプラズマを生じさせるレーザ加工の品質を監視
する方法であって、 (a) 加工物のところのプラズマの少なくとも一つの物
理的寸法の所定値であって、品質が合格レベルの溶接部
を表す前記所定値を提供する段階と、 (b) プラズマから放出された光を濾過器を透過させる
段階であって、該濾過器は放出された放出光の主要基輝
線と関連した波長に及ぶ透過帯を有しており、 (c) プラズマから放出された光を集束レンズを透過さ
せる段階であって、集束レンズはその光軸が加工物の表
面に対し略平行であるように位置決めされており、 (d) 前記集束レンズに光学的に連結されたビデオカメ
ラ又はリニアーアレイ検波器を使用することによって時
間の関数として集束レンズを通過する光の強度の空間分
布を測定する段階と、 (e) プラズマの幅を表わす数値を決定するために第１
の方向に沿って前記ビデオカメラ又はリニアーアレイ検
波器にとられたビデオフレームをデジタル化する段階で
あって、前記第１の方向は加工物表面から上方0．５mm
より低い高さでかつ加工物表面とほぼ平行であり、さら
に (f) 段階（ｅ）で決定された数値を所定値と比較する
段階であって、段階（ｅ）で決定された数値が所定値の
予め選択された範囲内にあるかどうかにより、加工品質
が合格レベルの品質として評価されることを特徴とする
方法。 - 【請求項２】 溶接部を形成するためにレーザビームが
加工物の表面に当たり、プラズマが加工物表面の上方に
生じるレーザ溶接加工中に溶接部品質を監視する方法で
あって、 （ａ） 加工物表面の上方のプラズマの少なくとも一つ
の物理的寸法の所定値であって、品質が合格レベルの溶
接部を生じさせるレーザ溶接条件下で決定された所定値
を提供する段階と、 （ｂ）レーザ溶接中にプラズマから放出され、加工物表
面から上方0．５mmより低い高さでかつ加工物表面とほ
ぼ平行な光軸に沿って監視される光の強度の空間分布を
時間の関数として監視する段階と、 （ｃ）レーザ溶接加工中に時間の関数として段階（ｂ）
で監視された光の強度に基づいてプラズマの物理的寸法
の値を割り当てる段階（ｃ）と、 （ｄ）段階（ｃ）で割り当てられたプラズマの物理的寸
法の値を所定値と比較する段階とを有し、 レーザ溶接加工中に形成される溶接部を、物理的寸法の
所定値の予め選択された範囲に収まる、段階（ｃ）で割
り当てられたプラズマの物理的寸法の値について合格レ
ベルの品質として評価することを特徴とする方法。 - 【請求項３】 物理的寸法の所定値は、時平均値であ
り、前記割当て段階は、実質的にレーザ溶接加工の定常
部分だけにわたって監視された光の強度からプラズマの
物理的寸法の値を割り当てる段階から成ることを特徴と
する請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記予め選択された範囲は、物理的寸法
の所定値の約＋３〜−３の標準偏差内にあることを特徴
とする請求項２記載の方法。 - 【請求項５】 加工物は、乗り物エアバック用空気ポン
プキャニスタであることを特徴とする請求項２記載の方
法。 - 【請求項６】 前記空間的割り当てを監視段階は、 （ｉ）プラズマから放出された光を、集束レンズ及び濾
過器を通過させる段階を有し、濾過器は、放出光の主要
輝線と関連した波長に及ぶ透過帯を有し、 （ii）前記濾過器からの光を集束レンズを通過させる段
階を有し、前記集束レンズはその光軸が（１）加工物表
面とほぼ平行であり且つ（２）加工物表面から上方０．
５mmより低い高さであるように位置決めされ、さらに （iii）濾過器及び集束レンズを透過した放出光を視覚
的に記録する段階を有することを特徴とする請求項２記
載の方法。 - 【請求項７】 加工物は、ステンレス鋼製であり、濾過
器は、約３３５nm〜約４８０nmの透過帯を有することを
特徴とする請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 前記集束レンズを通過した光は、電気信
号に変換されて、前記集束レンズに光結合されたビデオ
カメラ又はリニアーアレイ検波器によって視覚的に記録
され、前記割当て段階は、プラズマ幅を表す第１の数値
を決定するために、 （ｉ）プラズマ幅を表わす第１の数値を決定するため
に、第１の方向に沿ってビデオカメラ又はリニアーアレ
イ検波器によって得られたビデオフレームをディジタル
化する段階であって、前記第１の方向は（１）物体表面
に実質的に平行で、且つ（２）物体表面の上方約０．５
mm未満のところに位置しており、 （ii）プラズマ高さを表す第２の数値を決定するために
第１の方向にほぼ垂直な第２の方向に沿ってビデオカメ
ラ又はリニアーアレイ検出器によって得られたビデオフ
レームをディジタル化する段階とを有することを特徴と
する請求項６記載の方法。 - 【請求項９】 物理的寸法は、プラズマ幅及びプラズマ
高さのうち少なくとも一方であることを特徴とする請求
項３記載の方法。 - 【請求項１０】 プラズマの物理的寸法の時平均値を、
（ｉ）加工物に対するレーザビームの移動速度、及び
（ii）レーザビームの出力と相関させる段階を更に有す
ることを特徴とする請求項９記載の方法。 - 【請求項１１】 溶接部の物理的寸法の時平均値を溶接
の溶込み深さと相関させる段階を更に有することを特徴
とする請求項９記載の方法。 - 【請求項１２】 プラズマの物理的寸法の時平均値を、
（ｉ）加工物へのレーザビームの集束状態、（ii）プラ
ズマの周りのシールドガスの流れ状態、及び（iii ）加
工物の物理的変形のうち少なくとも一つと相関させる段
階を更に有することを特徴とする請求項９記載の方法。 - 【請求項１３】 レーザビームが加工物表面に当たって
プラズマが加工物表面の上方に生じるレーザ溶接加工を
監視する方法であって、 （ａ）加工物表面上方のプラズマから放出された光の強
度を加工物表面から上方０．５mmより低い高さでかつ加
工物表面とほぼ平行な光軸に沿ってレーザ溶接加工中の
時間の関数として監視する段階と、 （ｂ）プラズマの少なくとも一つの物理的寸法を表す数
値であって、レーザ溶接加工中の時間の関数として割り
当てられる数値を監視した光の強度に割り当てる段階
と、 （ｃ）所定の大きさ及び持続時間の数値の変化を表す急
落部について数値をレーザ溶接中の時間の関数として評
価する段階とを有することを特徴とする方法。 - 【請求項１４】 前記光の強度の監視段階は、 （ｉ）プラズマから放出された光を、濾過器を通過させ
る段階と、 （ii）前記濾過器からの光を集束レンズを透過させる段
階であって、前記集束レンズはその光軸が（１）加工物
表面に対してほぼ平行に、且つ（２）加工物表面の上方
約０．５mm未満の高さに位置するよう位置決めされてお
り、 （iii）濾過器及び集束レンズを透過した光を視覚的に
記録する段階を段階を有することを特徴とする請求項１
３記載の方法。 - 【請求項１５】 加工物は、ステンレス鋼製であり、濾
過器は、約３３５nm〜約４８０nmの波長透過帯を有する
ことを特徴とする請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 濾過器を通過した放出光は、濾過器に
光結合されたビデオカメラ又はリニアーアレイ検波器に
よって視覚的に記録され、前記割当て段階は、プラズマ
幅を表す第１の数値を決定するために、（１）物体表面
に実質的に平行に、且つ（２）物体表面の上方約０．５
mm未満のところに位置する第１の方向に沿ってビデオフ
レームをディジタル化する段階（ｉ）と、プラズマ高さ
を表す第２の数値を決定するために第１の方向にほぼ垂
直な第２の方向に沿ってビデオフレームをディジタル化
する段階（ii）とを有することを特徴とする請求項１４
記載の方法。 - 【請求項１７】 前記評価段階は、プラズマの物理的寸
法の数値をレーザ溶接加工中の時間の関数として表した
グラフを作成する段階（ｉ）と、数値中に急落部がある
かどうかにつきグラフを検査する段階（ii）とから成る
ことを特徴とする請求項１３記載の方法。 - 【請求項１８】 物理的寸法は、プラズマ幅とプラズマ
高さのうち少なくとも一方であることを特徴とする請求
項１３記載の方法。 - 【請求項１９】 プラズマの物理的寸法の数値を、
（ｉ）溶接部の汚染状態、（ii）プラズマの周りのシー
ルドガスの流れ状態、及び（iii ）加工物の物理的変形
のうち少なくとも一つと相関させる段階を更に有するこ
とを特徴とする請求項１８記載の方法。 - 【請求項２０】 加工物は、乗り物エアバック用空気ポ
ンプキャニスタであることを特徴とする請求項１３記載
の方法。 - 【請求項２１】 溶接部を形成するためにレーザビーム
が加工物の表面に当たり、プラズマが加工物表面の周り
に生じるレーザ溶接加工を監視する装置であって、 ａ）加工物表面の上方のプラズマから放出された光の強
度を加工物表面から上方０．５mmより低い高さでかつ加
工物表面とほぼ平行な光軸に沿ってレーザ溶接加工中の
時間の関数として監視する手段と、 ｂ）監視した光の強度から、プラズマの少なくとも一つ
の物理的寸法を表す数値をレーザ溶接加工中の時間の関
数として決定する手段と、 ｃ）レーザ溶接加工の少なくとも一部について数値の時
平均値を計算する手段とを有することを特徴とする装
置。 - 【請求項２２】 物理的寸法は、プラズマ幅又はプラズ
マ高さであることを特徴とする請求項２１記載の装置。 - 【請求項２３】 前記監視手段は、さらに ｉ）プラズマからの放出光を透過させ、放射光を濾過す
るために放射光の主要輝線に及ぶ波長透過帯を有してい
る濾過手段と、 ii）濾過手段からの光を透過させ加工物の表面に対し可
動であって、前記集束レンズの光軸が、（１）加工物表
面に実質的に平行に差し向けられ、且つ（２）加工物表
面上方約０．５mm未満の高さに位置するよう加工物表面
に対して位置決めでき、さらに iii）前記濾過器と集束レンズを透過した光を視覚的に
記録するための記録手段とを含むことを特徴とする請求
項２１記載の装置。 - 【請求項２４】 加工物は、ステンレス鋼製であり、濾
過手段は、約３３５nm〜約４８０nmの波長透過帯を有す
る濾過器から成ることを特徴とする請求項２３記載の装
置。 - 【請求項２５】 前記記録手段は、濾過手段に光結合さ
れていて、ビデオフレーム上のプラズマを記録するビデ
オカメラ又はリニアーアレイ検波器から成り、前記決定
手段は、プラズマ幅を表す第１の数値を決定するため
に、（１）加工物表面に実質的に平行に、且つ（２）加
工物表面の上方約０．５mm未満のところに位置する第１
の方向に沿ってビデオフレームをディジタル化する手段
と、プラズマ高さを表す第２の数値を決定するために第
１の方向にほぼ垂直な第２の方向に沿ってビデオフレー
ムをディジタル化する手段とから成ることを特徴とする
請求項２３記載の装置。 - 【請求項２６】 溶接部を形成するためにレーザビーム
を加工物の表面に向け、プラズマを加工物表面の上方に
生じさせるレーザ溶接加工方法を監視する装置であっ
て、 ａ）加工物表面の上方のプラズマから放出された光の強
度を加工物表面から上方０．５mmより低い高さでかつ加
工物表面とほぼ平行な光軸に沿ってレーザ溶接加工中の
時間の関数として監視する手段と、 ｂ）監視した光の強度から、プラズマ幅とプラズマ高さ
のうち少なくとも一方を表す数値をレーザ溶接加工中の
時間の関数として決定する手段と、 ｃ）前記数値をレーザ溶接加工中の時間の関数として表
示する表示手段とを有することを特徴とする装置。 - 【請求項２７】 前記監視手段は、 ｉ）プラズマからの放出光を透過させ放出光の主要輝線
に及ぶ光透過帯を有していて放出光を濾過させる濾過手
段と、 ii）濾過手段からの光を透過させ、光軸が、（１）加工
物表面に実質的に平行であり、且つ（２）加工物表面上
方約０．５mm未満の高さに位置するよう加工物表面に対
して位置決めできる集束レンズ手段と、さらに iii）前記濾過手段と集束レンズを透過した光を視覚的
に記録する記録手段とからなることを特徴とする請求項
２６記載の装置。 - 【請求項２８】 加工物は、ステンレス鋼製であり、濾
過手段は、約３３５nm〜約４８０nmの波長透過帯を有す
る濾過器から成ることを特徴とする請求項２７記載の装
置。 - 【請求項２９】 前記記録手段は、濾過手段に光結合さ
れていて、ビデオフレーム上のプラズマを視覚的に記録
するビデオカメラ又はリニアーアレイ検波器から成り、
前記決定手段は、プラズマ幅を表す第１の数値を決定す
るために、（１）加工物表面に実質的に平行に、且つ
（２）加工物表面の上方約０．５mm未満のところに位置
する第１の方向に沿ってビデオフレームをディジタル化
する手段と、プラズマ高さを表す第２の数値を決定する
ために第１の方向にほぼ垂直な第２の方向に沿ってビデ
オフレームをディジタル化する手段とから成ることを特
徴とする請求項２８記載の装置。 - 【請求項３０】 第１及び第２の数値のうち少なくとも
一方とレーザ溶接加工中の時間との関係を表すグラフを
作成する手段を更に有することを特徴とする請求項２９
記載の装置。
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|---|---|---|---|
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Families Citing this family (71)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6060685A (en) * | 1997-10-23 | 2000-05-09 | Trw Inc. | Method for monitoring laser weld quality via plasma light intensity measurements |
| US6075220A (en) * | 1998-02-12 | 2000-06-13 | Sandia Corporation | Optical penetration sensor for pulsed laser welding |
| JP2910763B1 (ja) * | 1998-06-03 | 1999-06-23 | スズキ株式会社 | 溶接レーザの焦点位置検出装置 |
| DE59907044D1 (de) * | 1998-10-07 | 2003-10-23 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur materialbearbeitung mit plasma induzierender hochenergiestrahlung |
| US6392192B1 (en) * | 1999-09-15 | 2002-05-21 | W. A. Whitney Co. | Real time control of laser beam characteristics in a laser-equipped machine tool |
| FR2811427B1 (fr) * | 2000-07-06 | 2002-10-25 | Aerospatiale Matra Ccr | Procede de detection et d'identification de defauts dans un cordon de soudure realise par faisceau laser |
| US8497450B2 (en) * | 2001-02-16 | 2013-07-30 | Electro Scientific Industries, Inc. | On-the fly laser beam path dithering for enhancing throughput |
| JP3603843B2 (ja) * | 2001-02-23 | 2004-12-22 | 日産自動車株式会社 | レーザー溶接部の品質モニタリング方法およびその装置 |
| JP2003154483A (ja) * | 2001-11-19 | 2003-05-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 亀裂自動補修方法及びその装置 |
| US6670574B1 (en) * | 2002-07-31 | 2003-12-30 | Unitek Miyachi Corporation | Laser weld monitor |
| US7019917B2 (en) * | 2002-12-03 | 2006-03-28 | Pentax Corporation | Lens barrel |
| JP4688423B2 (ja) * | 2004-02-27 | 2011-05-25 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | レーザ溶接方法 |
| KR100687815B1 (ko) * | 2005-12-30 | 2007-03-02 | 삼성중공업 주식회사 | 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비 |
| DE102006052827A1 (de) * | 2006-11-09 | 2008-05-15 | Volkswagen Ag | Verfahren zur Fügung von Blechkonstruktionen durch Laserstrahlschweißen |
| DE602007004077D1 (de) * | 2007-05-02 | 2010-02-11 | Ternitechnologie S P A | Verfahren zur unmittelbaren Evalutation einer Schweißqualität |
| US20080314878A1 (en) * | 2007-06-22 | 2008-12-25 | General Electric Company | Apparatus and method for controlling a machining system |
| WO2009146359A1 (en) | 2008-05-28 | 2009-12-03 | Illinois Tool Works Inc. | Welding training system |
| US8723078B2 (en) | 2008-11-21 | 2014-05-13 | The Regents Of The University Of Michigan | Monitoring of a welding process |
| WO2011055373A1 (en) * | 2009-11-03 | 2011-05-12 | The Secretary, Department Of Atomic Energy,Govt.Of India. | Niobium based superconducting radio frequency (scrf) cavities comprising niobium components joined by laser welding; method and apparatus for manufacturing such cavities |
| KR101182235B1 (ko) * | 2009-12-14 | 2012-09-12 | 삼성디스플레이 주식회사 | 증착용 마스크, 그의 제조 방법 및 제조 장치 |
| KR101240980B1 (ko) | 2010-11-18 | 2013-03-11 | 기아자동차주식회사 | 레이저 용접 품질 검사 방법 및 장치 |
| US9101994B2 (en) | 2011-08-10 | 2015-08-11 | Illinois Tool Works Inc. | System and device for welding training |
| US20130153552A1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | Gwangju Institute Of Science And Technology | Scribing apparatus and method for having analysis function of material distribution |
| CN104220208B (zh) * | 2012-04-17 | 2017-03-15 | 皇家飞利浦有限公司 | 照明装置 |
| US9583014B2 (en) | 2012-11-09 | 2017-02-28 | Illinois Tool Works Inc. | System and device for welding training |
| US9666100B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-05-30 | Illinois Tool Works Inc. | Calibration devices for a welding training system |
| US9672757B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-06-06 | Illinois Tool Works Inc. | Multi-mode software and method for a welding training system |
| US9728103B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-08-08 | Illinois Tool Works Inc. | Data storage and analysis for a welding training system |
| US9583023B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-02-28 | Illinois Tool Works Inc. | Welding torch for a welding training system |
| US9713852B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-07-25 | Illinois Tool Works Inc. | Welding training systems and devices |
| US10056010B2 (en) | 2013-12-03 | 2018-08-21 | Illinois Tool Works Inc. | Systems and methods for a weld training system |
| US9589481B2 (en) * | 2014-01-07 | 2017-03-07 | Illinois Tool Works Inc. | Welding software for detection and control of devices and for analysis of data |
| US9724788B2 (en) | 2014-01-07 | 2017-08-08 | Illinois Tool Works Inc. | Electrical assemblies for a welding system |
| US10105782B2 (en) | 2014-01-07 | 2018-10-23 | Illinois Tool Works Inc. | Feedback from a welding torch of a welding system |
| US9757819B2 (en) | 2014-01-07 | 2017-09-12 | Illinois Tool Works Inc. | Calibration tool and method for a welding system |
| US9751149B2 (en) | 2014-01-07 | 2017-09-05 | Illinois Tool Works Inc. | Welding stand for a welding system |
| US10170019B2 (en) | 2014-01-07 | 2019-01-01 | Illinois Tool Works Inc. | Feedback from a welding torch of a welding system |
| US9937578B2 (en) | 2014-06-27 | 2018-04-10 | Illinois Tool Works Inc. | System and method for remote welding training |
| US9862049B2 (en) | 2014-06-27 | 2018-01-09 | Illinois Tool Works Inc. | System and method of welding system operator identification |
| US10307853B2 (en) | 2014-06-27 | 2019-06-04 | Illinois Tool Works Inc. | System and method for managing welding data |
| US10665128B2 (en) | 2014-06-27 | 2020-05-26 | Illinois Tool Works Inc. | System and method of monitoring welding information |
| US11014183B2 (en) | 2014-08-07 | 2021-05-25 | Illinois Tool Works Inc. | System and method of marking a welding workpiece |
| US9724787B2 (en) | 2014-08-07 | 2017-08-08 | Illinois Tool Works Inc. | System and method of monitoring a welding environment |
| US9875665B2 (en) | 2014-08-18 | 2018-01-23 | Illinois Tool Works Inc. | Weld training system and method |
| US10239147B2 (en) | 2014-10-16 | 2019-03-26 | Illinois Tool Works Inc. | Sensor-based power controls for a welding system |
| US11247289B2 (en) | 2014-10-16 | 2022-02-15 | Illinois Tool Works Inc. | Remote power supply parameter adjustment |
| US10204406B2 (en) | 2014-11-05 | 2019-02-12 | Illinois Tool Works Inc. | System and method of controlling welding system camera exposure and marker illumination |
| US10417934B2 (en) | 2014-11-05 | 2019-09-17 | Illinois Tool Works Inc. | System and method of reviewing weld data |
| US10402959B2 (en) | 2014-11-05 | 2019-09-03 | Illinois Tool Works Inc. | System and method of active torch marker control |
| US10210773B2 (en) | 2014-11-05 | 2019-02-19 | Illinois Tool Works Inc. | System and method for welding torch display |
| US10373304B2 (en) | 2014-11-05 | 2019-08-06 | Illinois Tool Works Inc. | System and method of arranging welding device markers |
| US10490098B2 (en) | 2014-11-05 | 2019-11-26 | Illinois Tool Works Inc. | System and method of recording multi-run data |
| JP6137130B2 (ja) | 2014-11-14 | 2017-05-31 | トヨタ自動車株式会社 | レーザ溶接装置、及びレーザ溶接方法 |
| US10427239B2 (en) | 2015-04-02 | 2019-10-01 | Illinois Tool Works Inc. | Systems and methods for tracking weld training arc parameters |
| US10438505B2 (en) | 2015-08-12 | 2019-10-08 | Illinois Tool Works | Welding training system interface |
| US10657839B2 (en) | 2015-08-12 | 2020-05-19 | Illinois Tool Works Inc. | Stick welding electrode holders with real-time feedback features |
| US10593230B2 (en) | 2015-08-12 | 2020-03-17 | Illinois Tool Works Inc. | Stick welding electrode holder systems and methods |
| US10373517B2 (en) | 2015-08-12 | 2019-08-06 | Illinois Tool Works Inc. | Simulation stick welding electrode holder systems and methods |
| US20170087634A1 (en) * | 2015-09-30 | 2017-03-30 | General Electric Company | System and method for additive manufacturing process control |
| US10500675B2 (en) * | 2015-11-02 | 2019-12-10 | General Electric Company | Additive manufacturing systems including an imaging device and methods of operating such systems |
| US20170165774A1 (en) * | 2015-12-09 | 2017-06-15 | Baziuk Holdings Ltd. | Vertical Upward Welding in Which Wire Feed is Interrupted |
| CN111556800A (zh) * | 2018-01-22 | 2020-08-18 | 日本制铁株式会社 | 焊接操作监视系统及焊接操作监视方法 |
| WO2019244484A1 (ja) * | 2018-06-22 | 2019-12-26 | 三菱電機株式会社 | レーザ加工装置 |
| US11288978B2 (en) | 2019-07-22 | 2022-03-29 | Illinois Tool Works Inc. | Gas tungsten arc welding training systems |
| US11776423B2 (en) | 2019-07-22 | 2023-10-03 | Illinois Tool Works Inc. | Connection boxes for gas tungsten arc welding training systems |
| CN111014710B (zh) * | 2019-12-30 | 2023-02-03 | 西安赛隆金属材料有限责任公司 | 一种检测等离子弧火焰直径的装置及控制方法 |
| DE102020205638A1 (de) * | 2020-05-05 | 2021-11-11 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Überwachungseinrichtung für eine Laserstrahlschweißanlage, Laserstrahlschweißanlage und Verfahren zur Überwachung |
| CN114406465B (zh) * | 2022-03-15 | 2022-10-18 | 南京航空航天大学 | 一种不均匀间隙结构的焊接熔深的控制方法及其系统 |
| CN114769862A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-07-22 | 广州德擎光学科技有限公司 | 一种激光加工控制方法、装置和系统 |
| WO2024154571A1 (ja) * | 2023-01-19 | 2024-07-25 | 株式会社アマダ | 加工システム及び加工性判定システム |
| CN118023683B (zh) * | 2024-04-12 | 2024-06-28 | 成都环龙智能机器人有限公司 | 一种基于视觉检测的焊接质量实时控制方法及系统 |
Family Cites Families (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3424825A1 (de) * | 1984-07-06 | 1986-02-06 | Gerd Prof. Dr.-Ing. 6101 Roßdorf Herziger | Verfahren und einrichtung zum bearbeiten von werkstuecken mittels laserstrahl |
| US4687539A (en) * | 1986-10-29 | 1987-08-18 | International Business Machines Corp. | End point detection and control of laser induced dry chemical etching |
| US4764655A (en) * | 1987-08-31 | 1988-08-16 | General Electric Company | Real-time laser beam diameter determination in a laser-materials processing system |
| DE3908187A1 (de) * | 1989-03-14 | 1990-09-20 | Jurca Marius Christian | Verfahren zur qualitaetssicherung beim laserstrahlschweissen und -schneiden |
| US4998005A (en) * | 1989-05-15 | 1991-03-05 | General Electric Company | Machine vision system |
| JP2798218B2 (ja) * | 1990-01-08 | 1998-09-17 | 三菱重工業株式会社 | レーザ溶接モニタリング装置 |
| DE4002627A1 (de) * | 1990-01-30 | 1991-08-08 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Schweissueberwachungseinrichtung |
| US5045669A (en) * | 1990-03-02 | 1991-09-03 | General Electric Company | Method and apparatus for optically/acoustically monitoring laser materials processing |
| EP0473287A1 (en) * | 1990-08-09 | 1992-03-04 | Cmb Foodcan Plc | Apparatus and method for monitoring laser material processing |
| FR2667810B1 (fr) * | 1990-10-10 | 1995-02-17 | Framatome Sa | Procede et dispositif de travail au laser avec controle a distance. |
| DE4039303A1 (de) * | 1990-12-10 | 1992-06-11 | Egbert U Dipl Ing Beske | Verfahren und vorrichtung zur prozessueberwachung von laserstrahl-materialbearbeitungen |
| US5059761A (en) * | 1990-12-21 | 1991-10-22 | General Electric Company | Inductive depth sensing and controlling method and system for laser drilling |
| DE4106007A1 (de) * | 1991-02-26 | 1992-09-03 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von werkstuecken mit laserstrahlung |
| GB2260402A (en) * | 1991-08-24 | 1993-04-14 | Univ Liverpool | Monitoring laser material processing |
| JP2720649B2 (ja) * | 1991-09-20 | 1998-03-04 | 日産自動車株式会社 | 溶接状態のモニタ装置 |
| US5283416A (en) * | 1992-06-26 | 1994-02-01 | Trw Inc. | Laser process monitoring and evaluation |
| US5286947A (en) * | 1992-09-08 | 1994-02-15 | General Electric Company | Apparatus and method for monitoring material removal from a workpiece |
| JP2720744B2 (ja) * | 1992-12-28 | 1998-03-04 | 三菱電機株式会社 | レーザ加工機 |
| JP2964829B2 (ja) * | 1993-04-01 | 1999-10-18 | 日産自動車株式会社 | 溶接方法および溶接装置 |
| DE4313287A1 (de) * | 1993-04-23 | 1994-10-27 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zur On-Line Kontrolle und -Regelung der Einschweißtiefe beim Laserstrahlschweißen |
| US5304774A (en) * | 1993-05-17 | 1994-04-19 | Caterpillar, Inc. | Method and apparatus for monitoring weld quality |
| ES2101422T3 (es) * | 1993-11-30 | 1997-07-01 | Elpatronic Ag | Mediciones de temperatura simultaneas en costuras de soldadura laser con al menos dos pirometros y coordinacion con parametros del proceso y calidad de la costura. |
| JP2885040B2 (ja) * | 1993-12-27 | 1999-04-19 | 日産自動車株式会社 | レーザ溶接の溶接品質管理方法 |
| JPH07195998A (ja) * | 1993-12-29 | 1995-08-01 | Tokai Rika Co Ltd | エアバッグ装置用インフレータケース |
| JPH0825069A (ja) * | 1994-07-08 | 1996-01-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | レーザ溶接装置、溶接状態管理方法及びスパークプラグ用中心電極の製造方法 |
| DE4434409C1 (de) * | 1994-09-26 | 1996-04-04 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zum Materialbearbeiten mit Plasma induzierender Laserstrahlung |
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