JPH0910970A - レーザ溶接の溶接状態検出方法と装置 - Google Patents
レーザ溶接の溶接状態検出方法と装置Info
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- JPH0910970A JPH0910970A JP6197544A JP19754494A JPH0910970A JP H0910970 A JPH0910970 A JP H0910970A JP 6197544 A JP6197544 A JP 6197544A JP 19754494 A JP19754494 A JP 19754494A JP H0910970 A JPH0910970 A JP H0910970A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 溶接状態をリアルタイムで自動的に且つ正確
に検出し、又これによってレーザ溶接状態を自動的に目
標状態に制御できるレーザ溶接の溶接状態の検出方法、
レーザ溶接の制御方法及びその制御装置を提供する。 【構成】 溶接個所の輻射光を入力するプローブ５と、
同プローブの光をスペクトル分析し、溶接材の主要構成
元素の固有波長のスペクトル強度を出力するスペクトル
分析装置７と、スペクトル分析装置７が出力する固有波
長の計測スペクトル強度と該主要構成元素の溶融・蒸発
・励起状態となる該元素の固有波長の基準強度と比較し
て溶接材の各主要構成元素の溶融・蒸発・励起の状態を
判断し、各元素の状態から溶接個所の組織状態を判断す
る組織状態判断手段８と、同組織状態判断手段が出力す
る溶接個所の組織状態を予め設定された溶接の組織状態
とを比較して設定組織状態となる方向にレーザ溶接装置
のレーザ出力・焦点位置・溶接速度・シールドガス圧等
の溶接条件を制御する制御部９とからなる。
に検出し、又これによってレーザ溶接状態を自動的に目
標状態に制御できるレーザ溶接の溶接状態の検出方法、
レーザ溶接の制御方法及びその制御装置を提供する。 【構成】 溶接個所の輻射光を入力するプローブ５と、
同プローブの光をスペクトル分析し、溶接材の主要構成
元素の固有波長のスペクトル強度を出力するスペクトル
分析装置７と、スペクトル分析装置７が出力する固有波
長の計測スペクトル強度と該主要構成元素の溶融・蒸発
・励起状態となる該元素の固有波長の基準強度と比較し
て溶接材の各主要構成元素の溶融・蒸発・励起の状態を
判断し、各元素の状態から溶接個所の組織状態を判断す
る組織状態判断手段８と、同組織状態判断手段が出力す
る溶接個所の組織状態を予め設定された溶接の組織状態
とを比較して設定組織状態となる方向にレーザ溶接装置
のレーザ出力・焦点位置・溶接速度・シールドガス圧等
の溶接条件を制御する制御部９とからなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ溶接の溶接個所
の溶接状態を検出する方法及びレーザ溶接機を目標の溶
接状態となるようにリアルタイムに制御するレーザ溶接
の制御方法及びその為の装置に関する。
の溶接状態を検出する方法及びレーザ溶接機を目標の溶
接状態となるようにリアルタイムに制御するレーザ溶接
の制御方法及びその為の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のレーザ溶接方法は、予め溶接する
材質・溶接目的等に応じてレーザの出力・焦点位置・雰
囲気ガス圧等を経験又は試験より求めて設定してから溶
接作業を行っていた。この従来のレーザ溶接方法では、
レーザ出力・焦点位置・雰囲気ガス圧等の溶接条件の設
定が適切でなければ良好な溶接が行われず溶接不良とな
る。適切な条件とする設定の変更は、経験と試行錯誤の
試験からなされる為手間・時間がかかるとともに、材質
・溶接個所・溶接盛り厚みによって設定値を変えなくて
はならず対応が容易でなかった。
材質・溶接目的等に応じてレーザの出力・焦点位置・雰
囲気ガス圧等を経験又は試験より求めて設定してから溶
接作業を行っていた。この従来のレーザ溶接方法では、
レーザ出力・焦点位置・雰囲気ガス圧等の溶接条件の設
定が適切でなければ良好な溶接が行われず溶接不良とな
る。適切な条件とする設定の変更は、経験と試行錯誤の
試験からなされる為手間・時間がかかるとともに、材質
・溶接個所・溶接盛り厚みによって設定値を変えなくて
はならず対応が容易でなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来のこれらの問題点を解消し、溶接状態
をリアルタイムで自動的に且つ正確に検出し、又これに
よってレーザ溶接状態を自動的に目標状態に制御できる
レーザ溶接の溶接状態検出方法、レーザ溶接の制御方法
及びレーザ溶接の制御装置を提供することにある。
する課題は、従来のこれらの問題点を解消し、溶接状態
をリアルタイムで自動的に且つ正確に検出し、又これに
よってレーザ溶接状態を自動的に目標状態に制御できる
レーザ溶接の溶接状態検出方法、レーザ溶接の制御方法
及びレーザ溶接の制御装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決した本
発明の構成は、 １） レーザ溶接の溶接材の溶接個所の輻射光を測定
し、測定された輻射光をスペクトル分析装置でスペクト
ル分析し、スペクトル分析のスペクトル強度のうち溶接
材の主要元素の各固有波長の強度を計測し、計測された
スペクトルの溶接材の主要元素の固有波長の強度を溶融
・蒸発・励起状態となる該元素の固有波長の基準強度と
比較して計測強度が基準強度より大となるときは該元素
が溶融・蒸発・励起状態と判断し、溶接材の主要構成元
素の溶融・蒸発・励起の状態の組み合わせから溶接材の
溶接個所の組織状態を判断することを特徴とするレーザ
溶接の溶接状態検出方法 ２） レーザ溶接の溶接材の溶接個所の輻射光を測定
し、測定された輻射光をスペクトル分析装置でスペクト
ル分析し、スペクトル分析のスペクトル強度のうち溶接
材の主要元素の各固有波長の強度を計測し、計測された
スペクトルの溶接材の主要元素の固有波長の強度を溶融
・蒸発・励起状態となる該元素の固有波長の基準強度と
比較して計測強度が基準強度より大となるときは該元素
が溶融・蒸発・励起状態と判断し、溶接材の主要構成元
素の溶融・蒸発・励起の状態の組み合わせから溶接材の
溶接個所の組織状態を判断し、該組織状態が溶接の目標
組織状態となる方向にレーザ溶接の溶接条件を変更制御
することを特徴とするレーザ溶接の制御方法 ３） 溶接個所の輻射光を入力するプローブと、同プロ
ーブの光をスペクトル分析し、溶接材の主要構成元素の
固有波長のスペクトル強度を出力するスペクトル分析装
置と、スペクトル分析装置が出力する固有波長の計測ス
ペクトル強度と該主要構成元素の溶融・蒸発・励起状態
となる該元素の固有波長の基準強度と比較して溶接材の
各主要構成元素の溶融・蒸発・励起の状態を判断し、各
元素の状態から溶接個所の組織状態を判断する組織状態
判断手段と、同組織状態判断手段が出力する溶接個所の
組織状態を予め設定された溶接の組織状態とを比較して
設定組織状態となる方向にレーザ溶接装置のレーザ出力
・焦点位置・溶接速度・シールドガス圧等の溶接条件を
制御する制御部とからなるレーザ溶接の制御装置にあ
る。
発明の構成は、 １） レーザ溶接の溶接材の溶接個所の輻射光を測定
し、測定された輻射光をスペクトル分析装置でスペクト
ル分析し、スペクトル分析のスペクトル強度のうち溶接
材の主要元素の各固有波長の強度を計測し、計測された
スペクトルの溶接材の主要元素の固有波長の強度を溶融
・蒸発・励起状態となる該元素の固有波長の基準強度と
比較して計測強度が基準強度より大となるときは該元素
が溶融・蒸発・励起状態と判断し、溶接材の主要構成元
素の溶融・蒸発・励起の状態の組み合わせから溶接材の
溶接個所の組織状態を判断することを特徴とするレーザ
溶接の溶接状態検出方法 ２） レーザ溶接の溶接材の溶接個所の輻射光を測定
し、測定された輻射光をスペクトル分析装置でスペクト
ル分析し、スペクトル分析のスペクトル強度のうち溶接
材の主要元素の各固有波長の強度を計測し、計測された
スペクトルの溶接材の主要元素の固有波長の強度を溶融
・蒸発・励起状態となる該元素の固有波長の基準強度と
比較して計測強度が基準強度より大となるときは該元素
が溶融・蒸発・励起状態と判断し、溶接材の主要構成元
素の溶融・蒸発・励起の状態の組み合わせから溶接材の
溶接個所の組織状態を判断し、該組織状態が溶接の目標
組織状態となる方向にレーザ溶接の溶接条件を変更制御
することを特徴とするレーザ溶接の制御方法 ３） 溶接個所の輻射光を入力するプローブと、同プロ
ーブの光をスペクトル分析し、溶接材の主要構成元素の
固有波長のスペクトル強度を出力するスペクトル分析装
置と、スペクトル分析装置が出力する固有波長の計測ス
ペクトル強度と該主要構成元素の溶融・蒸発・励起状態
となる該元素の固有波長の基準強度と比較して溶接材の
各主要構成元素の溶融・蒸発・励起の状態を判断し、各
元素の状態から溶接個所の組織状態を判断する組織状態
判断手段と、同組織状態判断手段が出力する溶接個所の
組織状態を予め設定された溶接の組織状態とを比較して
設定組織状態となる方向にレーザ溶接装置のレーザ出力
・焦点位置・溶接速度・シールドガス圧等の溶接条件を
制御する制御部とからなるレーザ溶接の制御装置にあ
る。
【０００５】
【作用】本発明では、レーザ溶接機によるレーザ溶接の
個所の輻射光をプローブ等で測定し、測定された輻射光
をスペクトル分析装置でスペクトル分析し、溶接材の主
要構成元素の固有波長のスペクトル強度を出力する。こ
の出力したスペクトル強度の計測値を組織状態判断手段
に入力し、溶接材の主要構成元素のスペクトル強度の計
測値と、その元素の固有周波数のスペクトル強度の基準
値と比較する。計測値の方が基準値より大であれば、そ
の元素は溶融・蒸発・励起状態にあると判断する。そし
て、溶接材の主要構成元素の溶融・蒸発・励起状態の組
み合わせから、その溶接材の組織状態がその溶接材の元
素平衡図等の予め記憶された元素と温度と組織状態の特
性に基づいてどの状態にあるか推定する。溶接状態が組
織状態判断手段から出力され制御部に入力されると、そ
の溶接個所の溶接状態と目標溶接状態と比較され、目標
溶接状態に向かうようにレーザ溶接機のレーザ出力・焦
点位置・溶接速度・シールドガス圧等を制御する。この
ように、溶接個所の溶接状態を自動的に検査し、又これ
に応じてレーザ溶接を制御することで溶接個所を所要の
溶接状態に自動的に行うことができる。
個所の輻射光をプローブ等で測定し、測定された輻射光
をスペクトル分析装置でスペクトル分析し、溶接材の主
要構成元素の固有波長のスペクトル強度を出力する。こ
の出力したスペクトル強度の計測値を組織状態判断手段
に入力し、溶接材の主要構成元素のスペクトル強度の計
測値と、その元素の固有周波数のスペクトル強度の基準
値と比較する。計測値の方が基準値より大であれば、そ
の元素は溶融・蒸発・励起状態にあると判断する。そし
て、溶接材の主要構成元素の溶融・蒸発・励起状態の組
み合わせから、その溶接材の組織状態がその溶接材の元
素平衡図等の予め記憶された元素と温度と組織状態の特
性に基づいてどの状態にあるか推定する。溶接状態が組
織状態判断手段から出力され制御部に入力されると、そ
の溶接個所の溶接状態と目標溶接状態と比較され、目標
溶接状態に向かうようにレーザ溶接機のレーザ出力・焦
点位置・溶接速度・シールドガス圧等を制御する。この
ように、溶接個所の溶接状態を自動的に検査し、又これ
に応じてレーザ溶接を制御することで溶接個所を所要の
溶接状態に自動的に行うことができる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本実施例を示す説明図、図２は実施例のス
ペクトル強度分析図、図３は実施例の組織状態判断手段
の動作を示すフローチャート図である。図中、１はＳＳ
３４の溶接材、２は溶接個所、３はレーザ光、４は７５
０〜１０５０Ｗの高速軸流型ＣＯ2 レーザ発生装置、５
は溶接個所の輻射光を捕捉するプローブ、６は光ファイ
バー、７はスペクトル分析装置、７０は同スペクトル分
析装置７の分光計、７１はＩＩＴ（像増幅管）、７２は
スペクトル強度の検出部であり、一次元フォトダイオー
ド配列からなる自己走査・ＣＣＤ型の光検出回路であ
る。７３は分光計７０と検出部７２とをコントロール
し、スペクトル強度と波長データを入力し、スペクトル
分布データ及び溶接材１の主要構成元素の固有周波数の
波長の計測スペクトル強度を出力するコンピュータを使
ったコントローラ、８は組織状態判断手段であり、８０
は同組織状態判断手段の中核となるプログラム処理を行
うＣＰＵ、８１はスペクトル強度の測定値・基準値を元
素と対応づけて記憶し、又処理プログラムを記憶してい
るメモリー、８２はＣＲＴディスプレイ、８３はプリン
ター、８４はプリンター８３の印刷物、９は高速軸流型
ＣＯ2 レーザ発生装置４の制御部であり、９０はガス圧
コントローラ、９１は溶接速度コントローラ、９２はレ
ーザ出力コントローラ、１０はレーザ光反射鏡である。
する。図１は本実施例を示す説明図、図２は実施例のス
ペクトル強度分析図、図３は実施例の組織状態判断手段
の動作を示すフローチャート図である。図中、１はＳＳ
３４の溶接材、２は溶接個所、３はレーザ光、４は７５
０〜１０５０Ｗの高速軸流型ＣＯ2 レーザ発生装置、５
は溶接個所の輻射光を捕捉するプローブ、６は光ファイ
バー、７はスペクトル分析装置、７０は同スペクトル分
析装置７の分光計、７１はＩＩＴ（像増幅管）、７２は
スペクトル強度の検出部であり、一次元フォトダイオー
ド配列からなる自己走査・ＣＣＤ型の光検出回路であ
る。７３は分光計７０と検出部７２とをコントロール
し、スペクトル強度と波長データを入力し、スペクトル
分布データ及び溶接材１の主要構成元素の固有周波数の
波長の計測スペクトル強度を出力するコンピュータを使
ったコントローラ、８は組織状態判断手段であり、８０
は同組織状態判断手段の中核となるプログラム処理を行
うＣＰＵ、８１はスペクトル強度の測定値・基準値を元
素と対応づけて記憶し、又処理プログラムを記憶してい
るメモリー、８２はＣＲＴディスプレイ、８３はプリン
ター、８４はプリンター８３の印刷物、９は高速軸流型
ＣＯ2 レーザ発生装置４の制御部であり、９０はガス圧
コントローラ、９１は溶接速度コントローラ、９２はレ
ーザ出力コントローラ、１０はレーザ光反射鏡である。
【０００７】この実施例では、高速軸流型ＣＯ2 レーザ
発生装置４によって７５０〜１０５０Ｗのレーザ光３を
出力し、レーザ光反射鏡１０で反射し、ＳＳ３４の溶接
材１に照射する。その溶接個所２からの輻射光をプロー
ブ５で捕捉し、光ファイバー６によってスペクトル分析
装置７に入力する。同スペクトル分析装置７では、光フ
ァイバー６の輻射光は分光計７０で分光され、ＩＩＴ７
１で増幅された後検出部７２で分光された波長のスペク
トル強度が測定され、コンピュータを使ったコントロー
ラ７３に入力され、スペクトル分布の作成処理と溶接材
１の主要構成元素のＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等の固有周波数
（例えばＦｅの場合、３５８ｎｍの波長の周波数）での
スペクトル強度の計測値を組織状態判断手段８へ出力す
る。
発生装置４によって７５０〜１０５０Ｗのレーザ光３を
出力し、レーザ光反射鏡１０で反射し、ＳＳ３４の溶接
材１に照射する。その溶接個所２からの輻射光をプロー
ブ５で捕捉し、光ファイバー６によってスペクトル分析
装置７に入力する。同スペクトル分析装置７では、光フ
ァイバー６の輻射光は分光計７０で分光され、ＩＩＴ７
１で増幅された後検出部７２で分光された波長のスペク
トル強度が測定され、コンピュータを使ったコントロー
ラ７３に入力され、スペクトル分布の作成処理と溶接材
１の主要構成元素のＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等の固有周波数
（例えばＦｅの場合、３５８ｎｍの波長の周波数）での
スペクトル強度の計測値を組織状態判断手段８へ出力す
る。
【０００８】各元素のスペクトル強度が組織状態判断手
段８に入力されると、ＣＰＵ８０により図３に示すよう
に処理される。まず、入力された溶接材１の主要構成元
素の固有周波数のスペクトル強度の計測値と、メモリー
８１に記憶された溶融状態となる元素の固有周波数のス
ペクトル強度の基準値とを比較し、計測値が基準値より
も大きい場合はその主要構成元素は溶融状態にあること
と判断する。溶接材１の各主要構成元素について判断
し、溶接材１の各主要構成元素の溶融状態から溶接材の
予め入力されメモリー８１に記憶している組織状態デー
タと照合し、溶接材１の溶接状態を判断する。これらの
データ・判断結果は、ＣＲＴディスプレイ８２，プリン
ター８３によって出力される。
段８に入力されると、ＣＰＵ８０により図３に示すよう
に処理される。まず、入力された溶接材１の主要構成元
素の固有周波数のスペクトル強度の計測値と、メモリー
８１に記憶された溶融状態となる元素の固有周波数のス
ペクトル強度の基準値とを比較し、計測値が基準値より
も大きい場合はその主要構成元素は溶融状態にあること
と判断する。溶接材１の各主要構成元素について判断
し、溶接材１の各主要構成元素の溶融状態から溶接材の
予め入力されメモリー８１に記憶している組織状態デー
タと照合し、溶接材１の溶接状態を判断する。これらの
データ・判断結果は、ＣＲＴディスプレイ８２，プリン
ター８３によって出力される。
【０００９】この組織状態判断手段８の判断結果、溶接
の状態とメモリー８１に記憶された目標とされた溶接の
組織状態とが比較され、その目標の組織状態の方向への
制御量が決定される。この制御量は、制御部９へ入力
し、その制御量に応じてガス圧コントローラ９０、溶接
速度コントローラ９１、又はレーザ出力コントローラ９
２に出力し、ＣＯ2 レーザ発生装置４を判断し、溶接個
所２の溶接状態を変える。その状態の変化は前記同様に
プローブ５によって入力され、フィードバック制御さ
れ、溶接状態を目標状態に自動制御する。
の状態とメモリー８１に記憶された目標とされた溶接の
組織状態とが比較され、その目標の組織状態の方向への
制御量が決定される。この制御量は、制御部９へ入力
し、その制御量に応じてガス圧コントローラ９０、溶接
速度コントローラ９１、又はレーザ出力コントローラ９
２に出力し、ＣＯ2 レーザ発生装置４を判断し、溶接個
所２の溶接状態を変える。その状態の変化は前記同様に
プローブ５によって入力され、フィードバック制御さ
れ、溶接状態を目標状態に自動制御する。
【００１０】
【発明の効果】以上の様に、本発明によれば、レーザ溶
接の溶接個所の溶接状態を自動的に且つ正確に検出で
き、又この検出した溶接状態を目標の溶接状態に自動的
に制御でき、溶接状態を目標のものに正確且つ自動的に
出来るものとした。
接の溶接個所の溶接状態を自動的に且つ正確に検出で
き、又この検出した溶接状態を目標の溶接状態に自動的
に制御でき、溶接状態を目標のものに正確且つ自動的に
出来るものとした。
【図１】本実施例を示す説明図である。
【図２】実施例のスペクトル強度分析図である。
【図３】実施例の組織状態判断手段の動作を示すフロー
チャート図である。
チャート図である。
１ 溶接材 ２ 溶接個所 ３ レーザ光 ４ ＣＯ2 発生装置 ５ プローブ ６ 光ファイバー ７ スペクトル分析装置 ８ 組織状態判断手段 ９ 制御部 １０ レーザ光反射鏡 ７０ 分光計 ７１ ＩＩＴ ７２ 検出部 ７３ コントローラ ８０ ＣＰＵ ８１ メモリー ８２ ＣＲＴディスプレイ ８３ プリンター ８４ 印刷物 ９０ ガス圧コントローラ ９１ 溶接速度コントローラ ９２ レーザ出力コントローラ
Claims (3)
- 【請求項１】 レーザ溶接の溶接材の溶接個所の輻射光
を測定し、測定された輻射光をスペクトル分析装置でス
ペクトル分析し、スペクトル分析のスペクトル強度のう
ち溶接材の主要元素の各固有波長の強度を計測し、計測
されたスペクトルの溶接材の主要元素の固有波長の強度
を溶融・蒸発・励起状態となる該元素の固有波長の基準
強度と比較して計測強度が基準強度より大となるときは
該元素が溶融・蒸発・励起状態と判断し、溶接材の主要
構成元素の溶融・蒸発・励起の状態の組み合わせから溶
接材の溶接個所の組織状態を判断することを特徴とする
レーザ溶接の溶接状態検出方法。 - 【請求項２】 レーザ溶接の溶接材の溶接個所の輻射光
を測定し、測定された輻射光をスペクトル分析装置でス
ペクトル分析し、スペクトル分析のスペクトル強度のう
ち溶接材の主要元素の各固有波長の強度を計測し、計測
されたスペクトルの溶接材の主要元素の固有波長の強度
を溶融・蒸発・励起状態となる該元素の固有波長の基準
強度と比較して計測強度が基準強度より大となるときは
該元素が溶融・蒸発・励起状態と判断し、溶接材の主要
構成元素の溶融・蒸発・励起の状態の組み合わせから溶
接材の溶接個所の組織状態を判断し、該組織状態が溶接
の目標組織状態となる方向にレーザ溶接の溶接条件を変
更制御することを特徴とするレーザ溶接の制御方法。 - 【請求項３】 溶接個所の輻射光を入力するプローブ
と、同プローブの光をスペクトル分析し、溶接材の主要
構成元素の固有波長のスペクトル強度を出力するスペク
トル分析装置と、スペクトル分析装置が出力する固有波
長の計測スペクトル強度と該主要構成元素の溶融・蒸発
・励起状態となる該元素の固有波長の基準強度と比較し
て溶接材の各主要構成元素の溶融・蒸発・励起の状態を
判断し、各元素の状態から溶接個所の組織状態を判断す
る組織状態判断手段と、同組織状態判断手段が出力する
溶接個所の組織状態を予め設定された溶接の組織状態と
を比較して設定組織状態となる方向にレーザ溶接装置の
レーザ出力・焦点位置・溶接速度・シールドガス圧等の
溶接条件を制御する制御部とからなるレーザ溶接の制御
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6197544A JP2683874B2 (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | レーザ溶接の溶接状態検出方法と装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6197544A JP2683874B2 (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | レーザ溶接の溶接状態検出方法と装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0910970A true JPH0910970A (ja) | 1997-01-14 |
| JP2683874B2 JP2683874B2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=16376251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6197544A Expired - Fee Related JP2683874B2 (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | レーザ溶接の溶接状態検出方法と装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2683874B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2002519200A (ja) * | 1998-06-30 | 2002-07-02 | ジオティー マズムダー | レーザクラッディング装置及び方法 |
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