JPH0825072A - レーザ溶接機用の溶接状態監視装置およびその監視方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 再現性のある高品質なレーザ溶接加工を行う
ために、信頼性の高い溶接状態監視装置を提供する。 【構成】 溶接加工用のレーザ光１０が被加工物１３に
照射される前の直接光１１を監視し、その監視結果を光
強度の経時変化を示すモニタ出力１５を出力する光検出
器７と、前記レーザ光１０が前記被加工物１３に照射さ
れた後の反射光１２を監視し、その監視結果を光強度の
経時変化を示すモニタ出力１６を出力する光検出器８
と、前記光検出器７から出力されるモニタ出力１５と前
記光検出器８から出力されるモニタ出力１６とに基づい
て、前記被加工物１３における溶接状態を判定する比較
部９とを備え、被加工物１３におけるレーザ光１０の吸
収率の経時変化から溶接状態の良否を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ溶接機による溶
接において、被加工物の溶接状態の良否判定を溶接加工
と同時に、かつ、被加工物を破壊することなく行うこと
のできるレーザ溶接機の溶接状態監視装置およびその監
視方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の溶接状態監視装置は、図３に示す
ように、溶接機３１の外部に設置されたモニタ専用光源
３２からの照射光を全反射ミラー３４、反射ミラー３５
等の光学系により被加工物１３まで導き、その照射光の
被加工物１３での反射散乱光を検出装置３３でモニタし
ていた。この検出装置３３としては、溶接部分の形状を
検出するイメージセンサや、被加工物１３からの熱線を
検出するイメージセンサ等があった。そして、検出装置
１３における検出結果に基づいて、被加工物１３の溶接
部分の状態を監視していた。

【０００３】この従来の溶接状態監視装置は、例えば、
特開昭６１−１９９５７７号公報や、特開平３−２７８
８２号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この従来の溶接状態監
視装置では、溶接部の表面の状態しかモニタすることが
できない。したがって、溶接の良否判定を、溶接部の表
面状態の情報だけに基づいて推測で行わなければなら
ず、甚だ信頼性に欠けるという問題点があった。

【０００５】また、溶接加工用の光源（熱源）の他に、
モニタ専用の光源が必要なため、装置が複雑化、大規模
化してしまうという問題点もあった。

【０００６】さらに、レーザ溶接機におけるモニタの場
合は、溶接加工に用いられるレーザ光が、モニタ用の照
射光に影響を及ぼし、モニタすべき反射光を著しく不安
定なものにしてしまうという問題点もあった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のレーザ溶接機用の溶接状態監視装置は、
溶接加工用のレーザ光が被加工物上に照射される前の直
接光を監視し、その監視結果を光強度の経時変化を示す
第１の波形として出力する第１の光検出手段と、前記レ
ーザ光が前記被加工物に照射された後の反射光を監視
し、その監視結果を光強度の経時変化を示す第２の波形
として出力する第２の光検出手段と、前記第１の光検出
手段から出力される第１の波形と前記第２の光検出手段
から出力される第２の波形とに基づいて、前記被加工物
における溶接状態を判定する比較判定手段とを有する。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【０００９】図１は、本発明のレーザ溶接機用の溶接状
態監視装置を適用したレーザ溶接機全体の構成を示す図
である。

【００１０】レーザ発振器１は、被加工物１３を溶接す
るためのレーザ光１０を出射する。レーザ光１０は、全
反射ミラー２により全反射ミラー３に向けて反射される
とともに、その一部が透過されて光検出器７へ入力され
る。全反射ミラー３は、全反射ミラー２で反射されたレ
ーザ光１０を反射するとともに、このレーザ光１０が被
加工物１３上で反射した反射光を一部（１％程度）透過
する。全反射ミラー３で反射されたレーザ光１０は、結
合レンズ４により結合され、光ファイバ５に入射され
る。光ファイバ５は、結合レンズ４により入射されたレ
ーザ光１０を被加工物１３上まで導く。光ファイバ５に
より導かれたレーザ光１０は集光レンズ６で被加工物１
３上に集光される。光検出器７は、全反射ミラー２を透
過してきた直接透過光１１を検出し、直接光モニタ出力
１５を出力する。光検出器８は、全反射ミラー３を透過
した反射透過光１２を検出し、反射光モニタ出力１６を
出力する。比較部９は、光検出器７から出力される直接
光モニタ出力１５と光検出器８から出力される反射光モ
ニタ出力１６とを比較して被加工物１３上の溶接状態を
判定し、溶接状態が悪ければ、異常出力１７を出力す
る。

【００１１】このような構成を有するレーザ溶接機で
は、レーザ発振器１から出射されたレーザ光１０が、全
反射ミラー２および全反射ミラー３によって折り返さ
れ、結合レンズ４において結合されて光ファイバ５に入
射される。

【００１２】一方、全反射ミラー２においては、レーザ
発振器１から出射されたレーザ光１０の一部が透過され
る。そして、透過された直接透過光１１を光検出器７で
検出し、直接光モニタ出力１５を出力する。

【００１３】次に、レーザ光１０は光ファイバ５により
被加工物１３まで導かれ、集光レンズ６によって被加工
物１３上に集光される。この集光されたレーザ光１０
は、一部が被加工物１３に吸収されて溶接加工に使用さ
れ、残りは反射散乱する。

【００１４】被加工物１３で反射散乱した反射光は、集
光レンズ６により集光されて光ファイバ５に入射され
る。そして、光ファイバ５から出射した後、全反射ミラ
ー３で大部分が折り返されるが、その一部（１％程度）
が透過する。この全反射ミラー３を透過した反射透過光
１２を光検出器８で検出し、反射光モニタ出力１６を出
力する。

【００１５】通常、レーザ光による溶接加工では、被加
工物にレーザ光が照射されると、被加工物の溶融が進行
し溶接されていく。そして、溶融の進行にしたがって、
レーザ光の反射率が刻々と変化していく。その反射率の
変化のしかたは、被加工物の材質・表面状態、レーザ出
力、レーザビームモード等様々な要因で異なる。したが
って、光検出器７および光検出器８では、反射透過光の
光量を検出するだけではなく、その反射透過光の強度の
変化をリアルタイムで検出しなければならない。つま
り、直接光モニタ出力１５および反射光モニタ出力１６
は、光強度の経時変化を示したデータとして出力され
る。

【００１６】次に、光検出器７から出力される直接光モ
ニタ出力１５と、光検出器８から出力される反射光モニ
タ出力１６とが比較部９に入力される。比較部９におい
て、直接光モニタ出力１５および反射光モニタ出力１６
に基づいて、レーザ光１０の被加工物１３上における吸
収率が算出される。さらに、比較部９において、算出さ
れた吸収率が正常な溶接加工が行われた場合の吸収率と
比較して一致しているかどうかが検出され、この検出結
果に基づいて、被加工物１３の溶接状態の良否が判定さ
れる。ここで、溶接状態が悪いと判定された場合には、
異常出力１７が出力される。この異常出力１７が出力さ
れた場合には、例えば、直ちに溶接加工を中断して加工
のやり直しを行ったり、溶接状態の判定結果によって
は、レーザ光の出力制御を行ったりするなど、適切な処
置を施す。

【００１７】次に、比較部について図１および図２を参
照して説明する。

【００１８】図２は、比較部の構成を示す図であり、差
分回路２１は、光検出器７から出力された直接光モニタ
出力１５と光検出器８から出力された反射光モニタ出力
１６とが入力され、その差分データ２４を算出する。比
較回路２２は、差分回路２１で算出された直接光モニタ
出力１５と反射光モニタ出力１６との差分データ２４を
予め基準データ設定部２３に設定された基準データ２５
と比較することで、被加工物１３の溶接状態を判定し、
溶接状態が悪いと判定した場合には、異常出力１７を出
力する。

【００１９】このような構成を有する比較部９では、ま
ず、差分回路２１において、直接光モニタ出力１５と反
射光モニタ出力１６とに基づいて、リアルタイムで差分
データ２４が算出されていく。この差分データ２４は、
経時的に変化していく被加工物１３上におけるレーザ光
１０の吸収率を示す。つまり、差分回路２１では、レー
ザ光１０がどのように被加工物１３に吸収されているか
を検出することができる。

【００２０】次に、比較回路２２には、差分回路２１か
ら出力される差分データが逐次、入力される。また、こ
の差分データ２４と同期して、基準データ設定部２３に
設定された基準データ２５も比較回路２２に入力され
る。ここで、基準データ２５は、正常な溶接加工を行っ
た場合の被加工物１３上におけるレーザ光１０の吸収率
の経時変化を示したデータである。

【００２１】そして、比較回路２２において、差分デー
タ２４と基準データ２５とが逐次、比較され、それぞれ
のデータが異なった場合には異常出力１７が出力され
る。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ溶
接機用の溶接状態監視装置は、加工用のレーザ光をモニ
タ用として兼用しているために、光源を複数設ける必要
がなく、装置の構成を簡単にしている。

【００２３】さらに、加工用の光ビームとモニタ用の光
ビームが干渉することもないので、安定したモニタを行
うことができる。

【００２４】また、レーザ発振器から出射されたレーザ
光の直接光の強度と反射光の強度とを比較しているため
に、被加工物の表面状態だけでなく、レーザ光が被加工
物にどれだけ吸収されたかを直接検出することができ、
さらに、直接光および反射光の強度を時間波形としてモ
ニタしているので、溶接プロセスの変化を検知すること
ができ、より信頼性の高い溶接状態の良否判定を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す図。

【図２】図１の比較部の構成を示す図。

【図３】従来の溶接状態監視装置の構成を示す図。

【符号の説明】

１ レーザ発振器 ２、３ 全反射ミラー ４ 結合レンズ ５ 光ファイバ ６ 集光レンズ ７、８ 光検出器 ９ 比較部 １０ レーザ光 １１ 直接透過光 １２ 反射透過光 １３ 被加工物 １５ 直接光モニタ出力 １６ 反射光モニタ出力 １７ 異常出力 ２１ 差分回路 ２２ 比較回路 ２３ 基準データ設定部 ２４ 差分データ ２５ 基準データ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接加工用のレーザ光が被加工物上に照
   射される前の直接光を監視し、その監視結果を光強度の
   経時変化を示す第１の波形として出力する第１の光検出
   手段と、 前記レーザ光が前記被加工物に照射された後の反射光を
   監視し、その監視結果を光強度の経時変化を示す第２の
   波形として出力する第２の光検出手段と、 前記第１の光検出手段から出力される第１の波形と前記
   第２の光検出手段から出力される第２の波形とに基づい
   て、前記被加工物における溶接状態を判定する比較判定
   手段とを有することを特徴とするレーザ溶接機用の溶接
   状態監視装置。
2. 【請求項２】 前記比較判定手段は、 前記第１の波形と前記第２の波形との差分を算出する差
   分回路と、 前記差分回路から出力される差分データと、予め設定さ
   れた基準データとを比較し、その比較結果に基づいて前
   記被加工物における溶接状態を判定する比較回路とを有
   することを特徴とする前記請求項１に記載のレーザ溶接
   機用の溶接状態監視装置。
3. 【請求項３】 前記差分回路は、 前記レーザ光の被加工物上における吸収率の経時変化を
   算出することを特徴とする前記請求項２に記載のレーザ
   溶接機用の溶接状態監視装置。
4. 【請求項４】 前記基準データは、 レーザ溶接加工が正常に行われた場合のレーザ光の被加
   工物における吸収率の変化を示すデータであることを特
   徴とする前記請求項２に記載のレーザ溶接機用の溶接状
   態監視装置。
5. 【請求項５】 溶接加工用のレーザ光が被加工物上に照
   射される前の直接光と前記レーザ光が前記被加工物に照
   射された後の反射光とをリアルタイムでそれぞれ監視
   し、その監視結果を光強度の経時変化を示す波形として
   出力する第１のステップと、 前記直接光の波形と前記反射光の波形との差分データを
   リアルタイムで算出する第２のステップと、 前記差分データを予め設定された基準データとを比較す
   る第３のステップと、 前記比較の結果に基づいて、前記被加工物における溶接
   状態の良否を判定する第４のステップとを含むことを特
   徴とするレーザ溶接機における溶接状態監視方法。