JPH07185849A - 板のレーザ突合せ溶接時のプロセス制御及び又は品質管理を行う方法および該方法を実施するためのレーザ溶接装置 - Google Patents

板のレーザ突合せ溶接時のプロセス制御及び又は品質管理を行う方法および該方法を実施するためのレーザ溶接装置

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JPH07185849A JP6286912A JP28691294A JPH07185849A JP H07185849 A JPH07185849 A JP H07185849A JP 6286912 A JP6286912 A JP 6286912A JP 28691294 A JP28691294 A JP 28691294A JP H07185849 A JPH07185849 A JP H07185849A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 板のレーザ突合せ溶接時のプロセス制御及び
又は品質管理を行う方法において、簡単かつ産業上使用
可能に、適切な複数のパラメータを検出する。 【構成】 板の溶接区域の背後の少なくとも２つの個所
で温度を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、板、特に薄板のレーザ
突合せ溶接時のプロセス制御及び又は品質管理を行う方
法に関する。さらに、本発明は、この方法を実施するた
めのレーザ溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】高温測定によって、特徴的な感度良好な
プロセスデータが検出され、このプロセスデータが品質
管理のために処理される。これにより、許容誤差限界値
を設定することにより、溶接品質が規定された範囲内で
確実に得られる。
【０００３】最近ではプロセス制御のために、溶接の固
液境界面のすぐ背後の温度値を使用できることが公知と
なった。この場合、測定された温度値に、レーザ出力ま
たは作業ガス貫流のようなプロセス固有値を対応させる
ことができる（米国特許第４６６３５１３号明細書）。
このような方法の欠点は、主要なパラメータを一定のも
のとして見なさなければならず、このパラメータの変化
が測定結果を著しく誤めることである。従って、照射位
置が僅かでもずれていると、測定値とプロセス固有値と
の明白な対応がもはや得られない。このような方法によ
っては、基本的には、１つのパラメータの特性だけを、
このパラメータによって生ぜしめられる温度変化に対し
て評価することができるにすぎないので、この公知の方
法を溶接品質の確実な検出手段として使用することはで
きない。
【０００４】レーザ溶接のためには、組み合わされた高
温測定が、従来では基礎検査やパラメータ最適化の範囲
内でのみ行われた。生産のためには、列を成す高温検出
器を使用することが公知である。これらの高温検出器は
一緒にレーザの衝突点に向けられており、これらの高温
検出器の信号は電子式に平均される。これにより、特に
表面処理面積が比較的大きい場合、一層確実に中間の表
面温度を生ぜしめることができる（欧州特許出願公開第
５６２４９２号明細書）。
【０００５】レーザ溶接された自動車用の短冊状部材を
製造するための、今日の産業に用いられる方法の場合、
「テーラードブランク(tailored blanks)」、すなわ
ち、異なる厚さと異なる材料特性とを有する前切断され
た平らな板が突合せ継ぎ手で互いに溶接される。固液境
界面の背後の冷却域では、溶接速度と延伸エネルギと材
料対とにとって特徴的な温度分布が形成される。この温
度分布は通常、シーム中央に対して非対称的に延びてい
る。点状に記録された温度しか評価されないと、プロセ
ス固有値との明確な相関関係が得られない。
【０００６】基本的には、このような課題を解決するた
めにはサーモグラフィック式の画像分析が適している。
較正時の手間と、新たな材料組合せに合わせた高温測定
装置の調整とが、画像処理によって著しく簡単にかつ短
縮して行われるようになる。サーモグラム記録時に生じ
たデータ量をフィルタリングすることにより、前記高温
計装置と完全に同じ状況を形成することができ、このよ
うな高温計装置に一致する、評価のための信号を、後接
続された測定チェーンに伝えることができる。公知のア
ルゴリズムを使用すると、付加的な情報からシーム品質
に関してさらに推量することもできる。このためには、
基準サーモグラムの書込みとファイリングとが有利であ
る。この場合、自己学習システムの構成が提供される。
【０００７】しかしながら、このようなオンライン方式
の使用は、長い計算時間を必要とするので望ましくな
く、しかも過大の寸法をもたらしてしまう。それという
のは実際には、ここで得られた情報のうちの僅かな部分
しかプロセス制御のために必要とされないからである。
さらに、経済的に有利にするためには、高いコストも妨
げとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、簡単
かつ産業上使用可能に、適切な複数のパラメータが検出
されるような方法を提供することである。さらに本発明
の課題はこの方法を実施するための有利なレーザ溶接装
置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の方法では、溶接区域の背後の少なくとも２つ
の個所で温度を測定するようにした。
【００１０】さらに、前記課題を解決するために本発明
の構成では、温度測定のための少なくとも２つの高温計
と、温度測定値を評価するための信号評価装置とが設け
られており、該高温計と信号評価装置とがプロセス固有
値に対応しているようにした。
【００１１】
【発明の効果】規定された少なくとも２つの個所におい
て温度測定することにより、プロセス固有値に対する関
連性を形成し、プロセスを明白にすることができること
が判った。このためには、高速の高温検出器を、融接部
分の固液境界面のすぐ背後に位置する、接合ラインの両
側の規定されたそれぞれの点に向けると有利である。個
々の測定点は標準的にはほぼ１ｍｍ2の面積を有してい
る。
【００１２】個々の高温計の信号は電子信号処理によっ
て互いに関連付けられる。和、差または商の形成のよう
なロジカルな組合せが標準ルーチンとして提供されてい
る。
【００１３】包括的なオンライン制御システムの構成の
ためには、標準的にレーザユニットから得られた測定値
が取り込まれると有利である。やはりロジカルな組合せ
によって、定量化しようとするパラメータを明確に識別
することができる。例えば、従来技術によれば、レーザ
出力変化または突合せ継ぎ手のギャップ幅の変化が生じ
ているかどうかを温度測定から区別することはできな
い。
【００１４】しかしながら、実際にはどのレーザにおい
ても連続的な出力測定装置が設けられているので、測定
値比較は温度変化とギャップ幅変化との明白な相関関係
を形成することができる。このことは原理的には、物理
的に異なる方法によって検出されるすべてのプロセスパ
ラメータについて言える。
【００１５】レーザ溶接時の主要な影響量は次の通りで
ある。
【００１６】レーザパラメータ：照射出力、照射直径、
モード、ビームの開き等。
【００１７】プロセスパラメータ：溶接速度、照射位
置、ガス供給等。
【００１８】材料パラメータ：ジオメトリ、熱伝導率、
反射特性等。
【００１９】実際の使用においては、これらの影響量の
うちの幾つかは一定のままである。例えば、固定の光学
系を用いた溶接時には、照射直径、モード、ビームの開
きは不変である。照射出力、溶接速度および照射位置の
ような残りの影響量に関しても、プロセス確実性を高め
るために不変性が所望される。しかしながらこのような
パラメータはプロセス中、溶接品質に対する著しい作用
とともに変化することがあるので、所定の制御が大きな
意味を有する。
【００２０】
【実施例】以下に本発明による方法の実施例を詳しく説
明する。この場合、プロセスにおける幾つかのパラメー
タの特性を、制御測定し易さの点に関連して説明する。
【００２１】１．レーザ出力 レーザにおいて生ぜしめられた光学的出力は、直接的に
共振器（エンドミラー）で、ヘルツ範囲における繰返し
率で熱量測定することができる。作業材表面の温度測定
から照射出力の変化を推論したい場合、熱に変換された
関連の出力しか検出されないので、装置から生じたロス
（ビームガイド）とプロセスから生じたロス（反射され
た透過ビーム成分）とを差し引かなければならない。高
周波の出力変動は、減衰過程と補償過程のために、この
ような温度測定によっては検出することができない。
【００２２】一定にパラメータ化されたプロセス経過
（出力および速度の変化無しの）を有する長手方向シー
ム溶接の場合、準定常の温度域が溶接点の周りに生ぜし
められる。このような温度域は、連続的な温度測定を可
能にする領域とみなすことができる。このような測定領
域は、過度に急な温度勾配が測定点内で生じるほど、固
液境界面の近傍に設ける訳にはいかない。その反面、既
に十分な温度補償が行われているほど、溶融部から大き
く隔たった位置に設ける訳にもいかない。このような測
定面の位置は、溶接点に関連して規定することができ
る。この場合、板厚の変化またはプロセスデータの変化
を考慮しなければならない。
【００２３】準定常の温度域は、異なる板厚および異な
る材料の溶接時にも、たとえこの場合非対称的な熱分布
が形成されても得られる。このような場合、唯１つの温
度測定のみの評価はもはや実用的ではない。それという
のは、照射位置のいかに小さな変化でさえも、著しい信
号変化ひいては誤解釈を招くからである。僅かな間隔を
置いてシーム中央の両側で行われる２つの測定によっ
て、極めて確実な出力が示される。
【００２４】２つの温度を同時に測定する場合、両信号
を加算すると有利である。信号距離が増大することによ
り、測定感度が改善される。次いで、測定データ評価に
おいて出力変化を評価するために、先ず、同時の同方向
の温度変化が生じているかどうかが試験される。次い
で、信号合計を読み取り、レーザ出力測定から得られた
測定値と比較することができる。
【００２５】２．ギャップ幅 特に、比較的長い溶接シームの場合、例えば縁部品質が
不十分であるかまたは両部分の緊定が不足していること
により、突合せ継ぎ手にはギャップが生ぜしめられやす
い。溶接後には、溶接品質を損なう著しいシーム陥没が
形成される。レーザ照射の一部はこのギャップを貫通し
て、溶融部形成には貢献しない。従って、前記温度域の
大きさが減じられる。記録された温度特性曲線は出力低
下時の特性曲線に対応する。この場合にも、測定された
別のプロセスデータと比較することによって初めて、高
温測定の意味が明らかになる。したがってギャップは、
プロセスデータ（出力、速度、プラズマ特性）が他の点
では一定の場合に温度特性曲線の低下が検出されると、
このギャップを識別して定量化することができる。
【００２６】３．照射位置 接合ラインから照射位置が僅かでもずれると、視覚的な
制御を行いにくいような結合欠陥が生ぜしめられる恐れ
がある。接合ラインの両側における温度測定の評価によ
って、照射ずれの制御測定および場合によっては補正の
ための、感度良好な方法が得られる。同じ接合部分を溶
接する場合には、両高温計信号の差異のある比較から得
られた特性曲線が、直接比例的にシーム方向に対して横
方向の照射ずれを示す。これに対して互いに異なる板が
溶接される場合には、温度特性曲線が予め標準化されな
ければならない。
【００２７】４．溶接欠陥 溶接点に対する距離が短いので、例えばプラズマ故障や
アンダカットによる点状の溶接欠陥も検出することがで
きる。本発明の方法を使用して得られる極めて大きな利
点は、溶接部分自体において生じ得る欠陥が検知される
という事実である。これにより、シーム品質の評価に関
連して検査可能な、プロセス監視の種々異なるシステム
を評価するための手段をも得ることができる。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 板のレーザ突合せ溶接時のプロセス制御
    及び又は品質管理を行う方法において、溶接区域の背後
    の少なくとも２つの個所で温度を測定することを特徴と
    する、板のレーザ突合せ溶接時のプロセス制御及び又は
    品質管理を行う方法。
  2. 【請求項２】 各温度測定値を関連させる、請求項１記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 各温度測定値を加える、請求項２記載の
    方法。
  4. 【請求項４】 各温度測定値を互いに減じる、請求項２
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 異なる厚さの板を溶接する、請求項１か
    ら４までのいずれか１項の方法。
  6. 【請求項６】 両温度測定を固液境界面のすぐ背後で行
    う、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
  7. 【請求項７】 各温度測定を接合ラインに対して対称的
    に行う、請求項１から７までのいずれか１項記載の方
    法。
  8. 【請求項８】 各温度測定を接合ラインに対して非対称
    的に行う、請求項１から６までのいずれか１項記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 両温度測定を溶接個所から等しい距離を
    置いて行うか、または両温度測定を溶接個所から異なる
    距離を置いて行う、請求項１から８までのいずれか１項
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】 測定点の直径をその都度ほぼ０．５〜
    ５ｍｍにするか、または、測定点の面積をほぼ１ｍｍ2
    にする、請求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 温度測定値にレーザ出力の測定値を関
    連させるか、または比較する、請求項１から１０までの
    いずれか１項記載の方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１から１１までのいずれか１項
    記載の方法を実施するためのレーザ溶接装置において、
    温度測定のための少なくとも２つの高温計と、温度測定
    値を評価するための信号評価装置とが設けられており、
    該高温計と信号評価装置とがプロセス固有値に対応して
    いることを特徴とする、レーザ溶接装置。
JP6286912A 1993-11-30 1994-11-21 板のレーザ突合せ溶接時のプロセス制御及び又は品質管理を行う方法および該方法を実施するためのレーザ溶接装置 Expired - Fee Related JP2685725B2 (ja)

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CH03562/93-8 1993-11-30
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CH02975/94-2 1994-10-03

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