JP4054994B2 - レーザ溶接品質評価用モニタリング装置およびモニタリング方法 - Google Patents
レーザ溶接品質評価用モニタリング装置およびモニタリング方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4054994B2 JP4054994B2 JP2003122186A JP2003122186A JP4054994B2 JP 4054994 B2 JP4054994 B2 JP 4054994B2 JP 2003122186 A JP2003122186 A JP 2003122186A JP 2003122186 A JP2003122186 A JP 2003122186A JP 4054994 B2 JP4054994 B2 JP 4054994B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- laser
- welding
- monitoring
- quality evaluation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ溶接状況をリアルタイムに把握し評価する技術に係り、特にモニタリング光を用いてレーザ溶接状況を把握し、評価するレーザ溶接品質評価に用いるモニタリング装置およびモニタリング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、モニタリング光を用いてレーザ溶接状況を把握し、評価するレーザ溶接品質評価用モニタリング装置、方法としては、特許文献1に記載されたものがある。このものは、溶接用レーザ光と波長の異なるモニタリング光を用い、このモニタリング光を被溶接物に対する溶接用レーザの照射部位に照射して、その反射光をレーザ溶接品質評価装置へ送出させるようにしている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−176667号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1に記載されるレーザ溶接品質評価用モニタリング装置、方法によれば、光学系を内蔵するレーザトーチ内に、その側方からモニタリング光を入射させ、このモニタリング光をレーザトーチ内に配置したミラーにより反射して、溶接用レーザ光の光軸に重ねて照射部位に導くようにしている。このため、モニタリング系を含めた光学系、したがってレーザトーチが複雑大型化し、狭い領域での溶接作業が困難になるばかりか、レーザトーチ自体のコスト上昇が避けられない、という問題があった。
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、モニタリング系を含めた光学系を複雑大型化することなく溶接状況を把握できるようにし、もって溶接作業範囲の拡大およびレーザトーチ自体のコスト低減に大きく寄与するレーザ溶接品質評価用モニタリング装置および方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るレーザ溶接品質評価用モニタリング装置は、溶接用レーザ光とは波長の異なる光を発生する光源と、該光源から送られた光を出射する発光ヘッドと、溶接部から反射される前記光の反射光を受光しレーザ溶接品質評価装置へ送出する受光ヘッドとを備え、前記発光ヘッドと前記受光ヘッドとは、溶接用レーザトーチの鏡筒内の、レーザ光入光側となる後端部にそれぞれの軸が溶接用レーザ光の光軸と鋭角に交わるように配置され、前記レーザトーチ内の、溶接用レーザ光を出射する光学系を共用して前記発光ヘッドからの光を溶接部へ導きかつ溶接部からの反射光を前記受光ヘッドに受光させることを特徴とする。
また、上記課題を解決するため、本発明に係るレーザ溶接品質評価用モニタリング方法は、被溶接物に対する溶接用レーザの照射部位に発光ヘッドからモニタリング光を照射し、該モニタリング光の反射光を受光ヘッドで受光して溶接品質を評価するレーザ溶接品質評価装置へ送出するレーザ溶接品質評価用モニタリング方法において、前記モニタリング光として、溶接用レーザ光とは波長の異なる光を用い、前記レーザトーチ内の、溶接用レーザ光を出射する光学系を共用して前記発光ヘッドからのモニタリング光を溶接用レーザの照射部位へ導きかつ照射部位からの反射光を前記受光ヘッドに受光させることを特徴とする。
本レーザ溶接品質評価用モニタリング装置において、上記レーザトーチは、その鏡筒の内面が鏡面加工されている構成とするのが望ましい。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係るレーザ溶接品質評価用モニタリング装置の第1の実施の形態を示したものである。同図において、1は、溶接用レーザ光Aを後述の被溶接物Wに向けて出射するレーザトーチで、該レーザトーチ1を構成する鏡筒2内には、それぞれ2枚の凸レンズからなる第1レンズ組立体3と第2レンズ組立体4とが所定の間隔で配設されている。これら2つのレンズ組立体(光学系)のうち、鏡筒2の後端側に位置する第1レンズ組立体3は、レーザヘッド5から出射された溶接用レーザ光Aを平行光に変更する機能を有し、一方、鏡筒2の先端側に位置する第2レンズ組立体4は、前記第1レンズ組立体3から出射された溶接用レーザ光Aを集光する機能を有している。
【0007】
レーザヘッド5には、前記溶接用レーザ光Aを発生するレーザ光源6が光ファイバ7を介して接続されている。この溶接用レーザ光Aとしては、YAGレーザ光、炭酸ガスレーザ光等の高出力レーザ光を用いることができ、前記レーザ光源6としては、これら使用するレーザ光の種類に応じて適宜のレーザ発振器が選択採用される。また、被溶接物Wは、ここでは相互に重ね合された2枚の鋼板W1、W2からなっており、溶接に際しては、レーザトーチ1から出射されるレーザ光Aが上側の鋼板W1上に所定のパターンとなるように照射される。溶接は、レーザトーチ1と被溶接物Wとを相対移動させることで行われ、これにより2枚の鋼板W1、W2は重ね合せ溶接される。
【0008】
上記レーザトーチ1を構成する鏡筒2内の後端部には、モニタリング光Bを出射する発光ヘッド11と前記溶接用レーザ光Aの照射部位(溶接部)から反射される前記モニタリング光の反射光Cを受光する受光ヘッド12とが配設されている。これら発光ヘッド11および受光ヘッド12は、小口径の筒体からなっており、各ヘッド11、12は、それぞれの軸が溶接用レーザ光Aの光軸Oと鋭角に交わるように配置されている。発光ヘッド11から出射されたモニタリング光Bは、鏡筒2内で拡散して第1レンズ組立体3に到達し、さらに第2レンズ組立体4で集光されて溶接用レーザ光Aの照射部位に照射される。一方、前記照射部位から反射されたモニタリング光の反射光Cは、第2レンズ組立体4および第1レンズ組立体3を透過して、その一部が受光ヘッド12により受光される。
本第1の実施の形態において、上記レーザトーチ1を構成する鏡筒2の内面は、鏡面加工されている。
【0009】
上記モニタリング光Bは、溶接用レーザ光Aと波長の異なる光であれば、特にその種類を問わないが、ここでは可視レーザ光を用いている。発光ヘッド11には、該可視レーザ光(モニタリング光)Bを発生するレーザ光源(モニタリング用レーザ光源)13が光ファイバ14を介して接続されている。本実施の形態において、前記可視レーザ光Bの種類は任意であり、ヘリウム−ネオンレーザ光、アルゴンレーザ光、半導体レーザ光等を用いることができる。ヘリウム−ネオンレーザ光は赤色、アルゴンレーザ光は緑色、半導体レーザ光は青色をそれぞれ発色するようになっており、これら使用する可視レーザ光Bの種類に応じて、レーザ光源13として適宜のレーザ発振器が選択採用される。なお、これらレーザ発振器は、市場に多く流通しており、安価に入手可能である。
【0010】
一方、受光ヘッド12には、光ファイバ15を介して品質判定手段(レーザ溶接品質評価装置)16が接続されている。品質判定手段16は、前記可視レーザ光Bの反射光(以下、これを可視レーザ反射光という)Cのみを透過するバンドパスフィルタ17と、このバンドパスフィルタ17を透過した可視レーザ反射光Cを受けて電気信号を出力する、光電変換素子としてのフォトダイオード18と、このフォトダイオード18の出力を受けて信号処理をする信号処理装置19とを備えている。
フォトダイオード18は、可視レーザ反射光Cの受光量に応じた強さの電気信号を出力する機能を有している。また、信号処理装置19は、フォトダイオード18の出力に基づいて所定の演算を行って溶接品質の良否を判定する機能を備えている。この信号処理装置19の処理内容は任意であり、例えば、フォトダイオード18からの電気信号に対して、単純に信号強度変化(光量変化)をみて良否を判定するようにしても、あるいは周波数解析を行って良否を判定するようにしてもよい。なお、必要により、この品質判定手段16による判定結果を表示装置に表示させるようにしてもよい。
【0011】
以下、上記のように構成したレーザ溶接品質評価用モニタリング装置の作用を説明する。
レーザ溶接に際しては、溶接すべき二枚の鋼板W1とW2とを密着して重ね合せた被溶接物Wの上方に、例えば、産業用ロボットを用いて上記レーザトーチ1を位置決めし、溶接用レーザ光源6を起動させる。すると、溶接用レーザ光Aが、第1、第2レンズ組立体3、4を含む光学系を通って被溶接物Wに照射され、その照射部位に金属の溶融池が形成される。この状態で、レーザトーチ1を溶接方向へ移動させると、前記溶融池が溶接方向へ移行する一方で、その移行跡の溶融金属が凝固し、これにより被溶接物Wを構成する2枚の鋼板W1、W2は、次第に重ね合せ溶接される。
【0012】
上記レーザ溶接に際しては、上記した溶接用レーザ光源6の起動と同時にモニタリング用レーザ光源13が起動される。すると、モニタリング光としての可視レーザ光Bが、第1、第2レンズ組立体3、4を含む光学系を通って溶接用レーザ光Aの照射部位に照射される。レーザ溶接においては、溶接用レーザ光Aの照射部位に、溶接品質と密接に相関するキーホールが形成されるようになっており、前記可視レーザ光Bは、このキーホールおよびその周辺を照射していることになる。一方、溶接用レーザ光Aの照射部位(溶接部)から反射した可視レーザ反射光Cは、前記光学系4、3を通ってその一部が前記受光ヘッド12に受光され、さらに前記品質判定手段16に取り込まれる。すると、品質判定手段16内のフォトダイオード18が受光強度に応じた強さの電気信号を信号処理装置19へ出力し、信号処理装置19は、前記したように所定の演算を行って溶接品質の良否を判定する。
【0013】
この場合、光電変換素子としてのフォトダイオード18は、強度の大きい可視レーザ反射光Cを受けるので、その反応(感度)はきわめて良好となる。すなわち、フォトダイオード18の出力は、溶接品質と密接に相関するキーホール周辺からの反射光量の変化に敏感に反応し、これにより信号処理装置19の処理精度も向上し、溶接品質の良否の判定を正確に行うことができる。本第1の実施の形態においては特に、レーザトーチ1の鏡筒2の内面が鏡面加工されているので、可視レーザ反射光Cを効率よく受光できる。
【0014】
また、本レーザ溶接品質評価用モニタリング装置は、モニタリング系の発光ヘッド11、受光ヘッド12が小型となっているので、これらをコンパクトにレーザトーチ1に組込むことができ、レーザトーチ1が複雑大型化することはない。すなわち、本レーザ溶接品質評価用モニタリング装置は、汎用のレーザトーチ1をそのまま利用することができるので、狭い領域(クローズスペース)でも操作することができ、これにより溶接作業範囲は拡大する。しかも、既存の光学系3、4をそのまま利用するので、レーザトーチ自体のコスト上昇も最小限に抑えられる。
【0015】
図2は、本発明に係るレーザ溶接品質評価用モニタリング装置の第2の実施の形態を示したものである。なお、本第2の実施の形態の基本構造は前記第1の実施の形態と同じであるので、ここでは、図1に示した部分と同一部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。本第2の実施の形態の特徴とするところは、L字形に屈曲するレーザトーチ21を用いた点にある。より詳しくは、レーザトーチ21は、前記第1、第2レンズ組立体3、4を含む光学系を設けた鏡筒部22と、前記レーザヘッド5、発光ヘッド11および受光ヘッド12を設けた案内部23とを直交する配置で連接すると共に、その連接部にレーザ光を偏向する反射ミラー24を配設した構造となっている。なお、各モニタリング系のヘッド11、12は、第1の実施の形態と同様に、それぞれの軸が溶接用レーザ光Aの光軸Oと鋭角に交わるように配置されている。また、レーザトーチ21を構成する鏡筒部22および案内部23の内面は、鏡面加工されている。
【0016】
本第2実施の形態において、レーザヘッド5から出射された溶接用レーザ光Aおよび発光ヘッド11から出射されたモニタリング用可視レーザ光Bは、反射ミラー24で90度偏向されて第1レンズ組立体3に到達し、その後は、第1の実施の形態と同様に第2レンズ組立体4で集光されて、被溶接物W上に照射される。本第2の実施の形態における溶接の施工手順および溶接品質の評価内容は、第1の実施の形態と同じであり、また、奏する作用、効果も第1の実施の形態と同じであるが、レーザトーチ21が、途中で屈曲していることから、よりクローズスペースにおける溶接作業が可能になる。
【0017】
なお、上記2つの実施の形態においては、2枚の鋼板W1、W2の重ね合せ溶接に適用した例を示したが、本発明は、これ以外にも2つの部材の突合せ溶接、隅肉溶接等に適用できることはもちろんである。
また、上記各実施の形態においては、被溶接物Wに対して溶接トーチ1、21を溶接方向へ移動させるようにしたが、溶接トーチ1、21を位置固定して被溶接物Wを移動させるようにしてもよいことはもちろんである。
【0018】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係るレーザ溶接品質評価用モニタリング装置および方法によれば、モニタリング光として、溶接用レーザ光とは波長の異なる光を用いるようにしたので、モニタリング系を含めた光学系をコンパクトにレーザトーチ内に収めることができ、レーザトーチが複雑大型化することがなくなって、溶接作業範囲の拡大およびレーザトーチ自体のコスト低減を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るレーザ溶接品質評価用モニタリング装置の第1の実施の形態を示す模式図である。
【図2】 本発明に係るレーザ溶接品質評価用モニタリング装置の第2の実施の形態を示す模式図である。
【符号の説明】
1、21 レーザトーチ
2 鏡筒
3、4 レンズ組立体(光学系)
5 レーザヘッド
6 溶接用レーザ光源
11 発光ヘッド
12 受光ヘッド
13 モニタリング用レーザ光源
16 品質判定手段
18 フォトダイオード
19 信号処理装置
A 溶接用レーザ光
B 可視レーザ光(モニタリング光)
C 可視レーザ光の反射光
W 被溶接物
Claims (3)
- 溶接用レーザ光とは波長の異なる光を発生する光源と、該光源から送られた光を出射する発光ヘッドと、溶接部から反射される前記光の反射光を受光しレーザ溶接品質評価装置へ送出する受光ヘッドとを備え、前記発光ヘッドと前記受光ヘッドとは、溶接用レーザトーチの鏡筒内の、レーザ光入光側となる後端部にそれぞれの軸が溶接用レーザ光の光軸と鋭角に交わるように配置され、前記レーザトーチ内の、溶接用レーザ光を出射する光学系を共用して前記発光ヘッドからの光を溶接部へ導きかつ溶接部からの反射光を前記受光ヘッドに受光させることを特徴とするレーザ溶接品質評価用モニタリング装置。
- レーザトーチの鏡筒の内面が、鏡面加工されていることを特徴とする請求項1に記載のレーザ溶接品質評価装置用モニタリング装置。
- 被溶接物に対する溶接用レーザの照射部位に発光ヘッドからモニタリング光を照射し、該モニタリング光の反射光を受光ヘッドで受光して溶接品質を評価するレーザ溶接品質評価装置へ送出するレーザ溶接品質評価用モニタリング方法において、前記モニタリング光として、溶接用レーザ光とは波長の異なる光を用い、前記レーザトーチ内の、溶接用レーザ光を出射する光学系を共用して前記発光ヘッドからのモニタリング光を溶接用レーザの照射部位へ導きかつ照射部位からの反射光を前記受光ヘッドに受光させることを特徴とするレーザ溶接品質評価用モニタリング方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003122186A JP4054994B2 (ja) | 2003-04-25 | 2003-04-25 | レーザ溶接品質評価用モニタリング装置およびモニタリング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003122186A JP4054994B2 (ja) | 2003-04-25 | 2003-04-25 | レーザ溶接品質評価用モニタリング装置およびモニタリング方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004322166A JP2004322166A (ja) | 2004-11-18 |
JP4054994B2 true JP4054994B2 (ja) | 2008-03-05 |
Family
ID=33500501
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003122186A Expired - Fee Related JP4054994B2 (ja) | 2003-04-25 | 2003-04-25 | レーザ溶接品質評価用モニタリング装置およびモニタリング方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4054994B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8546722B2 (en) | 2008-07-16 | 2013-10-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Laser processing apparatus and processing method employed therein |
-
2003
- 2003-04-25 JP JP2003122186A patent/JP4054994B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004322166A (ja) | 2004-11-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4531396B2 (ja) | ワークの接合箇所を評価するための方法および装置 | |
JP3939205B2 (ja) | レーザ加工装置、レーザ加工温度測定装置、レーザ加工方法及びレーザ加工温度測定方法 | |
WO2013171848A1 (ja) | 溶接方法、溶接装置、及び電池の製造方法 | |
CN103781618A (zh) | 用于实施和监控塑料激光透射焊接工艺的装置和方法 | |
JP4349075B2 (ja) | レーザ加工方法及び加工状態判断方法 | |
JP2006247681A (ja) | レーザ加工用モニタリング装置 | |
JP2013535340A (ja) | ファイバーレーザのフォーカス最適化方法及び材料加工装置、ファイバーレーザのフォーカス変化の測定方法 | |
JP2015530251A (ja) | レーザビームを用いた被加工物の加工装置 | |
JPWO2018097018A1 (ja) | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 | |
JP2008272767A (ja) | レーザ溶接装置及びレーザ溶接の品質管理方法 | |
JP4054994B2 (ja) | レーザ溶接品質評価用モニタリング装置およびモニタリング方法 | |
JP5414645B2 (ja) | レーザ加工装置 | |
JPH11129084A (ja) | レーザ溶接機の焦点位置制御装置 | |
CN104923916A (zh) | 激光焊接装置以及激光焊接方法 | |
JP2007007698A (ja) | レーザ加工ヘッド | |
CN115008011B (zh) | 一种集成自适应oct的激光焊接装置 | |
JP4026404B2 (ja) | 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 | |
JP3184962B2 (ja) | レーザ溶接の溶接状態検出方法 | |
JP3169354B2 (ja) | レーザ溶接加工モニタリング装置 | |
JP4045424B2 (ja) | レーザ溶接品質検査方法及び装置 | |
US20130146567A1 (en) | Welding device and method for welding | |
JP3949076B2 (ja) | レーザ溶接品質評価装置および方法 | |
JPH0985472A (ja) | レーザー出力検出方法及びその検出方法を使用したレーザー加工ヘッド | |
JP2002210575A (ja) | レーザ溶接における溶接状態判定方法 | |
JP2003220479A (ja) | レーザ溶接装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051021 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070719 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070801 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071001 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071114 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071127 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101221 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |