JPH09136175A - レーザ溶接におけるワークの溶融状態判定方法 - Google Patents
レーザ溶接におけるワークの溶融状態判定方法Info
- Publication number
- JPH09136175A JPH09136175A JP7292991A JP29299195A JPH09136175A JP H09136175 A JPH09136175 A JP H09136175A JP 7292991 A JP7292991 A JP 7292991A JP 29299195 A JP29299195 A JP 29299195A JP H09136175 A JPH09136175 A JP H09136175A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- work
- signal
- molten state
- laser
- frequency
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ワーク表面からのプラズマ光の測定によって
レーザ溶接時のワークの溶融状態の良否を判定するため
の方法を提供する。 【構成】 レーザ溶接の際に発生するプラズマ光をワー
ク表面から測定し、測定された信号の内、１．５〜１０
ｋＨｚの周波数帯の信号強度からレーザ溶接時のワーク
の溶融状態を判定する。
レーザ溶接時のワークの溶融状態の良否を判定するため
の方法を提供する。 【構成】 レーザ溶接の際に発生するプラズマ光をワー
ク表面から測定し、測定された信号の内、１．５〜１０
ｋＨｚの周波数帯の信号強度からレーザ溶接時のワーク
の溶融状態を判定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ溶接時に発
生するプラズマ光を測定し、ワークの溶融状態が良好で
あるか否かを判定するためのレーザ溶接におけるワーク
の溶融状態判定方法に関する。
生するプラズマ光を測定し、ワークの溶融状態が良好で
あるか否かを判定するためのレーザ溶接におけるワーク
の溶融状態判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ溶接は、ワークに炭酸ガスレーザ
などを照射することによりその部分を溶解して溶接を行
うものである。このレーザ溶接時にプラズマが発生する
が、このプラズマは、ワークがレーザ光を吸収すること
によって溶融し、ワーク物質が蒸発、電離したものであ
る。したがって、このプラズマを観察することで、ワー
クの溶融状態を知ることができる。
などを照射することによりその部分を溶解して溶接を行
うものである。このレーザ溶接時にプラズマが発生する
が、このプラズマは、ワークがレーザ光を吸収すること
によって溶融し、ワーク物質が蒸発、電離したものであ
る。したがって、このプラズマを観察することで、ワー
クの溶融状態を知ることができる。
【０００３】レーザ溶接では、図１０に示すように、レ
ンズ５によって集光されたレーザ光２がワーク１に照射
されてワークが溶けて、レーザ照射位置にキーホール５
０が形成されると共にプラズマ３が発生する。従来のプ
ラズマ光を測定することによるレーザ溶接の検査方法と
しては、このプラズマ３の発光強度を、ワーク表面に設
けられているフォトダイオードなどのセンサ４によって
測定し、その平均レベルまたは時間変化により、溶け込
み状態や、溶接欠陥の有無を判定している。
ンズ５によって集光されたレーザ光２がワーク１に照射
されてワークが溶けて、レーザ照射位置にキーホール５
０が形成されると共にプラズマ３が発生する。従来のプ
ラズマ光を測定することによるレーザ溶接の検査方法と
しては、このプラズマ３の発光強度を、ワーク表面に設
けられているフォトダイオードなどのセンサ４によって
測定し、その平均レベルまたは時間変化により、溶け込
み状態や、溶接欠陥の有無を判定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、単純に、プラズマ発光が起こることでワーク
のレーザ照射部分が溶けていると判定しているにすぎ
ず、その溶融状態の良否、すなわち、溶融状態が持続
し、良好な溶接が行われるか否かまで知ることはできな
かった。
方法では、単純に、プラズマ発光が起こることでワーク
のレーザ照射部分が溶けていると判定しているにすぎ
ず、その溶融状態の良否、すなわち、溶融状態が持続
し、良好な溶接が行われるか否かまで知ることはできな
かった。
【０００５】このワークの溶融状態は照射されるレーザ
の焦点位置と深い関係があり、ワーク表面からレーザの
焦点位置がずれるとワークの溶融状態が変化し、溶接不
良の原因となることがある。
の焦点位置と深い関係があり、ワーク表面からレーザの
焦点位置がずれるとワークの溶融状態が変化し、溶接不
良の原因となることがある。
【０００６】図７はレーザ焦点位置とワーク上のレーザ
スポットの大きさとの関係を示す図面あり、図８はレー
ザ焦点位置とワークの溶融状態との関係を示す図面であ
る。各図において、横軸はワーク表面に対するレーザ焦
点の相対位置で、「０」が図９（ａ）に示すようにワー
ク表面に焦点が一致しているとき、正（＋）の方向が図
９（ｂ）に示すようにワーク表面から外側に焦点がある
とき、負（−）の方向が図９（ｃ）に示すようにワーク
の内側に焦点があるときである。
スポットの大きさとの関係を示す図面あり、図８はレー
ザ焦点位置とワークの溶融状態との関係を示す図面であ
る。各図において、横軸はワーク表面に対するレーザ焦
点の相対位置で、「０」が図９（ａ）に示すようにワー
ク表面に焦点が一致しているとき、正（＋）の方向が図
９（ｂ）に示すようにワーク表面から外側に焦点がある
とき、負（−）の方向が図９（ｃ）に示すようにワーク
の内側に焦点があるときである。
【０００７】まず、図７から分かるように、レーザの焦
点位置とワークの表面が一致する「０」のとき、ワーク
表面上で計測されるレーザスポットの大きさ（縦軸：全
エネルギーの８６％が入る範囲の半径）は最小となり、
焦点位置がずれると（負または正方向）ワーク表面上で
計測されるレーザスポットの大きさが大きくなる。これ
は、レーザ光をレンズにより縮小して用いているためで
あり、その結果、当然、レーザスポットが広がっている
部分では、その照射されるレーザの強度も分散して小さ
くなる。
点位置とワークの表面が一致する「０」のとき、ワーク
表面上で計測されるレーザスポットの大きさ（縦軸：全
エネルギーの８６％が入る範囲の半径）は最小となり、
焦点位置がずれると（負または正方向）ワーク表面上で
計測されるレーザスポットの大きさが大きくなる。これ
は、レーザ光をレンズにより縮小して用いているためで
あり、その結果、当然、レーザスポットが広がっている
部分では、その照射されるレーザの強度も分散して小さ
くなる。
【０００８】図８は、レーザ出力３ｋＷ、溶接速度３ｍ
ｍ／ｍｉｎで、厚さ４．０ｍｍの軟鉄鋼板上に、レーザ
の焦点位置を変化させて照射したときの溶融状態を測定
した結果である。この図から、レーザの焦点位置により
ワークの溶け込み深さが大きく変化し、その焦点位置の
ずれ方向がワークの内側方向（負の方向）にずれたとき
には、焦点位置が約−５ｍｍ程度までは溶け込み深さが
３ｍｍ以上確保されているのに対し、ワークの外側（正
の方向）にずれたときには、焦点位置が１〜２ｍｍのと
ころで溶け込み深さが急激に減少していることが分か
る。すなわち、焦点位置が−５〜２ｍｍ程度の範囲を越
えてずれた場合には、ワークを貫通することができず溶
接不良となることを示しており、特に、ワークの外側に
ずれた場合には、この様な不良が顕著に発生することと
なる。つまり、ワークの溶融状態はレーザの焦点位置に
大きく依存しており、これは逆にいうと、ワークに対し
てレーザの焦点位置を−５〜２ｍｍの範囲に保つことで
良好な溶け込み深さを確保できるということである。
ｍ／ｍｉｎで、厚さ４．０ｍｍの軟鉄鋼板上に、レーザ
の焦点位置を変化させて照射したときの溶融状態を測定
した結果である。この図から、レーザの焦点位置により
ワークの溶け込み深さが大きく変化し、その焦点位置の
ずれ方向がワークの内側方向（負の方向）にずれたとき
には、焦点位置が約−５ｍｍ程度までは溶け込み深さが
３ｍｍ以上確保されているのに対し、ワークの外側（正
の方向）にずれたときには、焦点位置が１〜２ｍｍのと
ころで溶け込み深さが急激に減少していることが分か
る。すなわち、焦点位置が−５〜２ｍｍ程度の範囲を越
えてずれた場合には、ワークを貫通することができず溶
接不良となることを示しており、特に、ワークの外側に
ずれた場合には、この様な不良が顕著に発生することと
なる。つまり、ワークの溶融状態はレーザの焦点位置に
大きく依存しており、これは逆にいうと、ワークに対し
てレーザの焦点位置を−５〜２ｍｍの範囲に保つことで
良好な溶け込み深さを確保できるということである。
【０００９】また、図からワークの溶け込み幅について
は、焦点位置に対してさほど影響を受けていないことが
分かる。このため、従来の測定方法ではこの幅方向に拡
がる溶融状態を検知することとなり、その溶け込み深さ
まで知ることは不可能で、正確なワークの溶融状態、特
に、溶接不良の原因となるワークの深さ方向の溶融状態
を検知することはできなかった。
は、焦点位置に対してさほど影響を受けていないことが
分かる。このため、従来の測定方法ではこの幅方向に拡
がる溶融状態を検知することとなり、その溶け込み深さ
まで知ることは不可能で、正確なワークの溶融状態、特
に、溶接不良の原因となるワークの深さ方向の溶融状態
を検知することはできなかった。
【００１０】そこで、本発明は、ワーク表面からのプラ
ズマ光の測定によって、ワークの溶融状態を正確に判定
することができるワークの溶融状態判定方法を提供する
ことを目的とする。
ズマ光の測定によって、ワークの溶融状態を正確に判定
することができるワークの溶融状態判定方法を提供する
ことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１記載の本発明は、レーザ溶接の際に発生する
プラズマ光をワーク表面から測定し、該ワークの溶融状
態の良否を判定するための方法であって、前記レーザ溶
接時にワークに形成されるキーホール内部のプラズマ光
を測定し、該測定によって得られた信号の周波数成分の
内、下限を１．５ｋＨｚとし上限を信号として測定する
ことができる周波数とする範囲の信号から前記ワークの
溶融状態を判定することを特徴とするレーザ溶接におけ
るワークの溶融状態判定方法である。
の請求項１記載の本発明は、レーザ溶接の際に発生する
プラズマ光をワーク表面から測定し、該ワークの溶融状
態の良否を判定するための方法であって、前記レーザ溶
接時にワークに形成されるキーホール内部のプラズマ光
を測定し、該測定によって得られた信号の周波数成分の
内、下限を１．５ｋＨｚとし上限を信号として測定する
ことができる周波数とする範囲の信号から前記ワークの
溶融状態を判定することを特徴とするレーザ溶接におけ
るワークの溶融状態判定方法である。
【００１２】また、上記目的を達成するための請求項２
記載の本発明は、レーザ溶接の際に発生するプラズマ光
をワーク表面から測定し、該ワークの溶融状態の良否を
判定するための方法であって、前記レーザ溶接時にワー
クに形成されるキーホール内部のプラズマ光を測定し、
該測定によって得られた信号の内２〜４ｋＨｚの周波数
の信号から前記ワークの溶融状態を判定することを特徴
とするレーザ溶接におけるワークの溶融状態判定方法で
ある。
記載の本発明は、レーザ溶接の際に発生するプラズマ光
をワーク表面から測定し、該ワークの溶融状態の良否を
判定するための方法であって、前記レーザ溶接時にワー
クに形成されるキーホール内部のプラズマ光を測定し、
該測定によって得られた信号の内２〜４ｋＨｚの周波数
の信号から前記ワークの溶融状態を判定することを特徴
とするレーザ溶接におけるワークの溶融状態判定方法で
ある。
【００１３】また、上記目的を達成するための請求項３
記載の本発明は、レーザ溶接の際に発生するプラズマ光
をワーク表面から測定し、該ワークの溶融状態の良否を
判定するための方法であって、前記レーザ溶接時にワー
クに形成されるキーホール内部のプラズマ光を測定し、
該測定によって得られた信号の周波数成分の内、下限を
１．５ｋＨｚとし上限を信号として測定することができ
る周波数とする範囲の信号強度が任意に定められた一定
値以上である場合に、前記ワークの溶融状態が良好であ
ると判定することを特徴とするレーザ溶接におけるワー
クの溶融状態判定方法である。
記載の本発明は、レーザ溶接の際に発生するプラズマ光
をワーク表面から測定し、該ワークの溶融状態の良否を
判定するための方法であって、前記レーザ溶接時にワー
クに形成されるキーホール内部のプラズマ光を測定し、
該測定によって得られた信号の周波数成分の内、下限を
１．５ｋＨｚとし上限を信号として測定することができ
る周波数とする範囲の信号強度が任意に定められた一定
値以上である場合に、前記ワークの溶融状態が良好であ
ると判定することを特徴とするレーザ溶接におけるワー
クの溶融状態判定方法である。
【００１４】また、上記目的を達成するための請求項４
記載の本発明は、レーザ溶接の際に発生するプラズマ光
をワーク表面から測定し、該ワークの溶融状態の良否を
判定するための方法であって、前記レーザ溶接時にワー
クに形成されるキーホール内部のプラズマ光を測定し、
該測定によって得られた信号の内、２〜４ｋＨｚの周波
数の信号強度が任意に定められた一定値以上である場合
に、前記ワークの溶融状態が良好であると判定すること
を特徴とするレーザ溶接におけるワークの溶融状態判定
方法である。
記載の本発明は、レーザ溶接の際に発生するプラズマ光
をワーク表面から測定し、該ワークの溶融状態の良否を
判定するための方法であって、前記レーザ溶接時にワー
クに形成されるキーホール内部のプラズマ光を測定し、
該測定によって得られた信号の内、２〜４ｋＨｚの周波
数の信号強度が任意に定められた一定値以上である場合
に、前記ワークの溶融状態が良好であると判定すること
を特徴とするレーザ溶接におけるワークの溶融状態判定
方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】レーザ溶接時に発生するプラズマ
は、キーホール内のプラズマ密度の上昇、開口部からの
噴出、レーザ光による加温、膨脹による密度低下、冷
却、プラズマの消滅よりなるサイクルを数百μｓｅｃで
繰り返す、いわゆるプラズマ振動現象がが生じている。
このプラズマ振動現象をごく細かなタイムスケールで表
したものが図１である。この図からもプラズマ発光は非
常に細かな振動を繰り返していることが分かる。
は、キーホール内のプラズマ密度の上昇、開口部からの
噴出、レーザ光による加温、膨脹による密度低下、冷
却、プラズマの消滅よりなるサイクルを数百μｓｅｃで
繰り返す、いわゆるプラズマ振動現象がが生じている。
このプラズマ振動現象をごく細かなタイムスケールで表
したものが図１である。この図からもプラズマ発光は非
常に細かな振動を繰り返していることが分かる。
【００１６】このプラズマ振動をＦＦＴ（高速フーリエ
変換：fast fourier transform）解析した結果を図２に
示す。この様に周波数成分として表した場合、ほぼ１０
ｋＨｚ以下の周波数で振動していることが分かる。この
周波数成分は、おそらく自然界に存在する周波数成分と
同様に１／ｆのゆらぎに沿っており、周波数がｎ倍増え
ると、信号強度は１／ｎになっている。
変換：fast fourier transform）解析した結果を図２に
示す。この様に周波数成分として表した場合、ほぼ１０
ｋＨｚ以下の周波数で振動していることが分かる。この
周波数成分は、おそらく自然界に存在する周波数成分と
同様に１／ｆのゆらぎに沿っており、周波数がｎ倍増え
ると、信号強度は１／ｎになっている。
【００１７】従来の測定方法は、この様なプラズマの振
動現象については何等考慮することなく、全ての信号を
平均して（ＤＣ成分）取り出していたのみである。
動現象については何等考慮することなく、全ての信号を
平均して（ＤＣ成分）取り出していたのみである。
【００１８】そこで、このプラズマ振動現象に着目して
解析した結果、上記のように構成された本発明に至った
ものである。
解析した結果、上記のように構成された本発明に至った
ものである。
【００１９】図３は、本発明を実施するための装置構成
の一例であり、後述する実験に用いたものである。この
装置は、プラズマ光の信号強度を測定するためのフォト
ダイオードよりなるセンサ４からの信号が、ケーブルを
通りアンプ１２により増幅されて、信号の一部が周波数
分離手段であるバンドパスフィルター１３に入り、１〜
１０ｋＨｚの周波数成分のみを通過させて、Ａ／Ｄコン
バータ１４を介してパソコン１１に入力されている。そ
して、このパソコン１１が、後述するように、１〜１０
ｋＨｚの信号を複数の周波数帯に分割して、各周波数帯
での信号強度を表示する。
の一例であり、後述する実験に用いたものである。この
装置は、プラズマ光の信号強度を測定するためのフォト
ダイオードよりなるセンサ４からの信号が、ケーブルを
通りアンプ１２により増幅されて、信号の一部が周波数
分離手段であるバンドパスフィルター１３に入り、１〜
１０ｋＨｚの周波数成分のみを通過させて、Ａ／Ｄコン
バータ１４を介してパソコン１１に入力されている。そ
して、このパソコン１１が、後述するように、１〜１０
ｋＨｚの信号を複数の周波数帯に分割して、各周波数帯
での信号強度を表示する。
【００２０】センサ４の設置位置は、ワーク１の表面か
ら仰角θで、レーザ光２のワーク１表面上のレーザ照射
点から１２０ｍｍ離して設置されている。また、アルゴ
ンガスをガス供給用ノズル２０から流してあり、このガ
ス供給用ノズル２０は前記照射点から１５ｍｍ離して設
置されている。
ら仰角θで、レーザ光２のワーク１表面上のレーザ照射
点から１２０ｍｍ離して設置されている。また、アルゴ
ンガスをガス供給用ノズル２０から流してあり、このガ
ス供給用ノズル２０は前記照射点から１５ｍｍ離して設
置されている。
【００２１】以下、この装置を用い、レーザの焦点位置
を変えて実験した結果について説明する。この実験は、
ワーク１として前記同様に、４．０ｍｍ厚の軟鉄鋼板
に、レーザ出力３ｋＷの炭酸ガス（ＣＯ2 ）レーザを溶
接速度３ｍ／ｍｉｎでビードオンプレート溶接したもの
である。また、センサ４の設置位置の仰角θはキーホー
ル内部のプラズマ発光を測定することができる仰角θ＝
７５度と、ワーク表面上でのプラズマ発光のみを測定す
る仰角θ＝５度の二つの位置で測定した。
を変えて実験した結果について説明する。この実験は、
ワーク１として前記同様に、４．０ｍｍ厚の軟鉄鋼板
に、レーザ出力３ｋＷの炭酸ガス（ＣＯ2 ）レーザを溶
接速度３ｍ／ｍｉｎでビードオンプレート溶接したもの
である。また、センサ４の設置位置の仰角θはキーホー
ル内部のプラズマ発光を測定することができる仰角θ＝
７５度と、ワーク表面上でのプラズマ発光のみを測定す
る仰角θ＝５度の二つの位置で測定した。
【００２２】センサ４によって測定された信号は、前述
の図１に示したように、激しい時間変動をもった信号で
あり、複数の周波数成分を含んだものである。従来の検
査方法では、このような信号のうち、平均的な信号強度
（ＤＣ成分）として、ワーク１の溶融状態を検査してい
る。
の図１に示したように、激しい時間変動をもった信号で
あり、複数の周波数成分を含んだものである。従来の検
査方法では、このような信号のうち、平均的な信号強度
（ＤＣ成分）として、ワーク１の溶融状態を検査してい
る。
【００２３】図４は、上記の溶接条件により、仰角７５
度と５度のセンサ位置の両方によって得られた信号から
従来のごとくＤＣ成分の信号強度をそれぞれ示した図面
である。図から分かるように、焦点位置と信号強度の関
係はＭ字型となり、特に焦点位置による溶融状態との相
関関係は見られず、前述の溶け込み深さが良好なレーザ
焦点位置の範囲（−５〜２ｍｍ、図８参照）を判定する
ことはできない。
度と５度のセンサ位置の両方によって得られた信号から
従来のごとくＤＣ成分の信号強度をそれぞれ示した図面
である。図から分かるように、焦点位置と信号強度の関
係はＭ字型となり、特に焦点位置による溶融状態との相
関関係は見られず、前述の溶け込み深さが良好なレーザ
焦点位置の範囲（−５〜２ｍｍ、図８参照）を判定する
ことはできない。
【００２４】図５は、仰角７５度の位置に設置したセン
サにより測定した信号を、０．１〜１０ｋＨｚ、０．１
〜２ｋＨｚ、２〜４ｋＨｚ、４〜６ｋＨｚ、６〜８ｋＨ
ｚの周波数帯に分割し、それぞれの周波数帯での信号強
度を、その信号強度の二乗平均の対数（ｄＢ単位）とし
て表したものである。
サにより測定した信号を、０．１〜１０ｋＨｚ、０．１
〜２ｋＨｚ、２〜４ｋＨｚ、４〜６ｋＨｚ、６〜８ｋＨ
ｚの周波数帯に分割し、それぞれの周波数帯での信号強
度を、その信号強度の二乗平均の対数（ｄＢ単位）とし
て表したものである。
【００２５】図から分かるように、０．１〜１０ｋＨｚ
および０．１〜２ｋＨｚの周波数帯のものは、前記ＤＣ
成分による場合と同様に、レーザ焦点位置との相関関係
はよく分からないが、２〜４ｋＨｚ、４〜６ｋＨｚおよ
び６〜８ｋＨｚの周波数帯のものは、溶け込み深さが良
好なレーザ焦点位置の範囲である−５〜２ｍｍのところ
で、その信号レベルが高く、逆にこの範囲を越える部分
で信号レベルが低くなっており、レーザ焦点位置との相
関関係がある。さらに実験の結果、周波数帯の下限は
１．５Ｈｚ程度まではレーザ焦点位置との相関がある。
上限については特に限定されるものではないが、周波数
が上がると信号強度が低くなるため、測定できる限界の
周波数があり、したがって、その測定限界周波数が実質
的な上限となる。なお、本実験のための装置構成では、
１０ｋＨｚ程度からＳ／Ｎ比が悪くなり、ほぼこの１０
ｋＨｚ程度が測定限界周波数であった。
および０．１〜２ｋＨｚの周波数帯のものは、前記ＤＣ
成分による場合と同様に、レーザ焦点位置との相関関係
はよく分からないが、２〜４ｋＨｚ、４〜６ｋＨｚおよ
び６〜８ｋＨｚの周波数帯のものは、溶け込み深さが良
好なレーザ焦点位置の範囲である−５〜２ｍｍのところ
で、その信号レベルが高く、逆にこの範囲を越える部分
で信号レベルが低くなっており、レーザ焦点位置との相
関関係がある。さらに実験の結果、周波数帯の下限は
１．５Ｈｚ程度まではレーザ焦点位置との相関がある。
上限については特に限定されるものではないが、周波数
が上がると信号強度が低くなるため、測定できる限界の
周波数があり、したがって、その測定限界周波数が実質
的な上限となる。なお、本実験のための装置構成では、
１０ｋＨｚ程度からＳ／Ｎ比が悪くなり、ほぼこの１０
ｋＨｚ程度が測定限界周波数であった。
【００２６】したがって、本実験の装置構成では、測定
された信号の内１．５〜１０ｋＨｚの周波数帯の信号を
見ることで、ワークの溶け込み深さが良好であるかどう
かを判定することができる。なお、周波数の上限につい
ては、前記の通り、本実験に用いた装置における限界が
１０ｋＨｚなのであって、装置構成次第ではさらに高い
周波数成分をこの判定に用いてもよい。
された信号の内１．５〜１０ｋＨｚの周波数帯の信号を
見ることで、ワークの溶け込み深さが良好であるかどう
かを判定することができる。なお、周波数の上限につい
ては、前記の通り、本実験に用いた装置における限界が
１０ｋＨｚなのであって、装置構成次第ではさらに高い
周波数成分をこの判定に用いてもよい。
【００２７】さらに、センサの位置関係について調べた
結果が図６である。図６は、センサの仰角を７５度と５
度のときの信号の２〜４ｋＨｚの周波数帯についてその
信号強度の二乗平均値を表したものである。図から分か
るように、仰角７５のとき、すなわちキーホール内部の
プラズマ光について測定できる位置の信号は、溶け込み
深さが良好なレーザ焦点位置の範囲である−５〜２ｍｍ
のところで、その信号レベルが高く、逆にこの範囲を越
える部分で信号レベルが低くなっており、レーザの焦点
位置との相関関係がある。一方、５度のとき、すなわち
ほとんどキーホール内部については測定できない場合に
は、レーザの焦点位置との相関関係は認められない。
結果が図６である。図６は、センサの仰角を７５度と５
度のときの信号の２〜４ｋＨｚの周波数帯についてその
信号強度の二乗平均値を表したものである。図から分か
るように、仰角７５のとき、すなわちキーホール内部の
プラズマ光について測定できる位置の信号は、溶け込み
深さが良好なレーザ焦点位置の範囲である−５〜２ｍｍ
のところで、その信号レベルが高く、逆にこの範囲を越
える部分で信号レベルが低くなっており、レーザの焦点
位置との相関関係がある。一方、５度のとき、すなわち
ほとんどキーホール内部については測定できない場合に
は、レーザの焦点位置との相関関係は認められない。
【００２８】したがって、プラズマ光の測定には、少な
くともキーホール内のプラズマ光を測定できる位置にセ
ンサを設置する必要があり、好ましくは仰角θ＝４５以
上とするとよい。角度の上限は、レーザ照射装置の構成
によりレーザ光と干渉しない位置であればよい。
くともキーホール内のプラズマ光を測定できる位置にセ
ンサを設置する必要があり、好ましくは仰角θ＝４５以
上とするとよい。角度の上限は、レーザ照射装置の構成
によりレーザ光と干渉しない位置であればよい。
【００２９】また、図６から、本実験に用いた溶接条件
の場合には信号強度（二乗平均値）が約０．５（Ｖ2 ）
以上で、良好な溶け込み深さであると判定することがで
きる。したがって、溶接条件から任意の信号レベルを設
定しておき、そのレベル以上の信号強度が得られている
状態を良好な溶融状態として簡易的に判定することもで
きる。
の場合には信号強度（二乗平均値）が約０．５（Ｖ2 ）
以上で、良好な溶け込み深さであると判定することがで
きる。したがって、溶接条件から任意の信号レベルを設
定しておき、そのレベル以上の信号強度が得られている
状態を良好な溶融状態として簡易的に判定することもで
きる。
【００３０】以上の実験結果から、センサをキーホール
内部のプラズマを測定できる位置に設けて、センサによ
って測定された信号の内、１．５ｋＨｚから測定限界周
波数までの周波数帯の信号強度、好ましくは２〜４ｋＨ
ｚの周波数帯の信号強度を見ることで、ワークの溶融状
態、特に、溶け込み深さの良否を判定することができ、
さらに、上記周波数帯の信号強度が、溶接条件によって
任意に規定する一定値以上である場合に、良好な溶融状
態であると判定することが可能であることが分かる。
内部のプラズマを測定できる位置に設けて、センサによ
って測定された信号の内、１．５ｋＨｚから測定限界周
波数までの周波数帯の信号強度、好ましくは２〜４ｋＨ
ｚの周波数帯の信号強度を見ることで、ワークの溶融状
態、特に、溶け込み深さの良否を判定することができ、
さらに、上記周波数帯の信号強度が、溶接条件によって
任意に規定する一定値以上である場合に、良好な溶融状
態であると判定することが可能であることが分かる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明した本発明は、請求項ごとに以
下のような効果を奏する。
下のような効果を奏する。
【００３２】請求項１記載の本発明によれば、測定され
た信号の内、１．５ｋＨｚから測定限界周波数までの周
波数帯の信号強度からワークの溶融状態を判定すること
としたので、ワークの溶融状態、特に、溶接不良の原因
となる溶け込み深さの良否を正確に判定することが可能
となる。
た信号の内、１．５ｋＨｚから測定限界周波数までの周
波数帯の信号強度からワークの溶融状態を判定すること
としたので、ワークの溶融状態、特に、溶接不良の原因
となる溶け込み深さの良否を正確に判定することが可能
となる。
【００３３】請求項２記載の本発明によれば、測定され
た信号の内、２〜４ｋＨｚの周波数帯の信号強度からワ
ークの溶融状態を判定することとしたので、ワークの溶
融状態、特に、溶接不良の原因となる溶け込み深さの良
否をより正確に判定することが可能となる。
た信号の内、２〜４ｋＨｚの周波数帯の信号強度からワ
ークの溶融状態を判定することとしたので、ワークの溶
融状態、特に、溶接不良の原因となる溶け込み深さの良
否をより正確に判定することが可能となる。
【００３４】請求項３記載の本発明によれば、測定され
た信号の内、１．５ｋＨｚから測定限界周波数までの周
波数帯の信号強度が任意に定めた一定値以上である場合
にワークの溶融状態が良好であるとを判定することとし
たので、ワークの溶融状態、特に、溶接不良の原因とな
る溶け込み深さの不良を容易に検出することが可能とな
る。
た信号の内、１．５ｋＨｚから測定限界周波数までの周
波数帯の信号強度が任意に定めた一定値以上である場合
にワークの溶融状態が良好であるとを判定することとし
たので、ワークの溶融状態、特に、溶接不良の原因とな
る溶け込み深さの不良を容易に検出することが可能とな
る。
【００３５】請求項４記載の本発明によれば、測定され
た信号の内、２〜４ｋＨｚの周波数帯の信号強度からワ
ークの溶融状態を判定することとしたので、ワークの溶
融状態、特に、溶接不良の原因となる溶け込み深さの不
良をより容易に検出することが可能となる。
た信号の内、２〜４ｋＨｚの周波数帯の信号強度からワ
ークの溶融状態を判定することとしたので、ワークの溶
融状態、特に、溶接不良の原因となる溶け込み深さの不
良をより容易に検出することが可能となる。
【図１】 レーザ溶接時のプラズマ発光を測定した信号
の一例を示す図面である。
の一例を示す図面である。
【図２】 上記測定した信号を周波数解析した結果を示
す図面である。
す図面である。
【図３】 本発明の判定方法を実施するための装置構成
の一例を示すブロック図である。
の一例を示すブロック図である。
【図４】 上記装置により測定した信号強度の平均値
（ＤＣ成分）による結果を示す図面である。
（ＤＣ成分）による結果を示す図面である。
【図５】 上記装置により測定した信号の信号強度を複
数の周波数帯ごとに示した図面である。
数の周波数帯ごとに示した図面である。
【図６】 上記装置により測定した信号の２〜４ｋＨｚ
の信号強度を示した図面である。
の信号強度を示した図面である。
【図７】 レーザ焦点位置とスポット半径との関係を示
す図面である。
す図面である。
【図８】 レーザ焦点位置とワーク溶融状態との関係を
示す図面である。
示す図面である。
【図９】 レーザ焦点とワーク表面との位置関係を示す
図面である。
図面である。
【図１０】 レーザ溶接の状態を示す図面である。
１…ワーク、２…レーザ光、３…プラズマ、４…セン
サ、５…レンズ、１１…パソコン、１２…アンプ、１３
…バンドパスフィルター、１４…Ａ／Ｄコンバータ、２
０…ガス供給用ノズル、５０…キーホール。
サ、５…レンズ、１１…パソコン、１２…アンプ、１３
…バンドパスフィルター、１４…Ａ／Ｄコンバータ、２
０…ガス供給用ノズル、５０…キーホール。
Claims (4)
- 【請求項１】 レーザ溶接の際に発生するプラズマ光を
ワーク表面から測定し、該ワークの溶融状態の良否を判
定するための方法であって、 前記レーザ溶接時にワークに形成されるキーホール内部
のプラズマ光を測定し、該測定によって得られた信号の
周波数成分の内、下限を１．５ｋＨｚとし上限を信号と
して測定することができる周波数とする範囲の信号から
前記ワークの溶融状態を判定することを特徴とするレー
ザ溶接におけるワークの溶融状態判定方法。 - 【請求項２】 レーザ溶接の際に発生するプラズマ光を
ワーク表面から測定し、該ワークの溶融状態の良否を判
定するための方法であって、 前記レーザ溶接時にワークに形成されるキーホール内部
のプラズマ光を測定し、該測定によって得られた信号の
内２〜４ｋＨｚの周波数の信号から前記ワークの溶融状
態を判定することを特徴とするレーザ溶接におけるワー
クの溶融状態判定方法。 - 【請求項３】 レーザ溶接の際に発生するプラズマ光を
ワーク表面から測定し、該ワークの溶融状態の良否を判
定するための方法であって、 前記レーザ溶接時にワークに形成されるキーホール内部
のプラズマ光を測定し、該測定によって得られた信号の
周波数成分の内、下限を１．５ｋＨｚとし上限を信号と
して測定することができる周波数とする範囲の信号強度
が任意に定められた一定値以上である場合に、前記ワー
クの溶融状態が良好であると判定することを特徴とする
レーザ溶接におけるワークの溶融状態判定方法。 - 【請求項４】 レーザ溶接の際に発生するプラズマ光を
ワーク表面から測定し、該ワークの溶融状態の良否を判
定するための方法であって、 前記レーザ溶接時にワークに形成されるキーホール内部
のプラズマ光を測定し、該測定によって得られた信号の
内、２〜４ｋＨｚの周波数の信号強度が任意に定められ
た一定値以上である場合に、前記ワークの溶融状態が良
好であると判定することを特徴とするレーザ溶接におけ
るワークの溶融状態判定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29299195A JP3292008B2 (ja) | 1995-11-10 | 1995-11-10 | レーザ溶接におけるワークの溶融状態判定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29299195A JP3292008B2 (ja) | 1995-11-10 | 1995-11-10 | レーザ溶接におけるワークの溶融状態判定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09136175A true JPH09136175A (ja) | 1997-05-27 |
| JP3292008B2 JP3292008B2 (ja) | 2002-06-17 |
Family
ID=17789067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29299195A Expired - Fee Related JP3292008B2 (ja) | 1995-11-10 | 1995-11-10 | レーザ溶接におけるワークの溶融状態判定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3292008B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000176668A (ja) * | 1998-12-14 | 2000-06-27 | Precitec Gmbh | レ―ザビ―ム焦点位置設定方法及びレ―ザビ―ム焦点位置設定装置 |
| JP2001116510A (ja) * | 1999-10-14 | 2001-04-27 | Isamu Miyamoto | レーザビーム溶接の溶接部モニタ方法及び溶接部モニタ装置 |
| JP2001517554A (ja) * | 1997-09-19 | 2001-10-09 | フラウンホーファー−ゲゼルシャフト ツル フェルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシュング エー ファウ | 誘起された高エネルギビームのプラズマを用いて材料加工する方法及び装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6018287A (ja) * | 1983-07-12 | 1985-01-30 | Toshiba Corp | 重ね合せレ−ザ溶接における溶接不良検出方法 |
| JPS6474426A (en) * | 1987-09-16 | 1989-03-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Light quantity detecting device |
| JPH03189082A (ja) * | 1989-12-18 | 1991-08-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザー加工監視方法 |
| JPH03207587A (ja) * | 1990-01-08 | 1991-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザ溶接モニタリング装置 |
| JPH0566202A (ja) * | 1991-09-09 | 1993-03-19 | Nissan Motor Co Ltd | 溶接状態検出装置 |
-
1995
- 1995-11-10 JP JP29299195A patent/JP3292008B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6018287A (ja) * | 1983-07-12 | 1985-01-30 | Toshiba Corp | 重ね合せレ−ザ溶接における溶接不良検出方法 |
| JPS6474426A (en) * | 1987-09-16 | 1989-03-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Light quantity detecting device |
| JPH03189082A (ja) * | 1989-12-18 | 1991-08-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザー加工監視方法 |
| JPH03207587A (ja) * | 1990-01-08 | 1991-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザ溶接モニタリング装置 |
| JPH0566202A (ja) * | 1991-09-09 | 1993-03-19 | Nissan Motor Co Ltd | 溶接状態検出装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001517554A (ja) * | 1997-09-19 | 2001-10-09 | フラウンホーファー−ゲゼルシャフト ツル フェルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシュング エー ファウ | 誘起された高エネルギビームのプラズマを用いて材料加工する方法及び装置 |
| JP4662621B2 (ja) * | 1997-09-19 | 2011-03-30 | フラウンホーファー−ゲゼルシャフト ツル フェルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシュング エー ファウ | 高エネルギビームを用いて材料加工する方法及び装置 |
| JP2000176668A (ja) * | 1998-12-14 | 2000-06-27 | Precitec Gmbh | レ―ザビ―ム焦点位置設定方法及びレ―ザビ―ム焦点位置設定装置 |
| JP2001116510A (ja) * | 1999-10-14 | 2001-04-27 | Isamu Miyamoto | レーザビーム溶接の溶接部モニタ方法及び溶接部モニタ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3292008B2 (ja) | 2002-06-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2009520984A (ja) | 鋼板溶接部オンライン検出装置及び方法 | |
| Sun et al. | Sensor systems for real-time monitoring of laser weld quality | |
| JP3560135B2 (ja) | Ｙａｇレーザ溶接部の品質モニタリング方法 | |
| EP0454749B1 (en) | Welding method and apparatus | |
| JP5947740B2 (ja) | 溶接部の検査装置とその検査方法 | |
| JPH11221686A (ja) | 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 | |
| CN113365774B (zh) | 用于自动化地求取激光加工参数对激光加工的影响的方法以及激光加工机和计算机程序产品 | |
| JP3235398B2 (ja) | レーザ溶接の貫通検知方法およびその装置 | |
| Ancona et al. | A sensing torch for on-line monitoring of the gas tungsten arc welding process of steel pipes | |
| JPH09136175A (ja) | レーザ溶接におけるワークの溶融状態判定方法 | |
| JP4498583B2 (ja) | レーザ溶接品質モニタリング方法および装置 | |
| RU2194601C2 (ru) | Способ контроля сварного шва | |
| JP3603829B2 (ja) | レーザ溶接の品質検査方法 | |
| JP3169354B2 (ja) | レーザ溶接加工モニタリング装置 | |
| JP3209035B2 (ja) | レーザ溶接の品質検査方法およびその装置 | |
| JPH11320148A (ja) | レーザ溶接監視方法、およびレーザ溶接監視装置 | |
| JPS589783A (ja) | レ−ザ加工検査方法 | |
| JP2003320467A (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 | |
| JP2737472B2 (ja) | 溶接状態検出装置 | |
| JPH1076383A (ja) | レーザ溶接モニタ方法 | |
| JPH08215869A (ja) | レーザ溶接方法およびその装置 | |
| JPH0735729A (ja) | 溶接部の超音波探傷装置 | |
| JP2004090068A (ja) | レーザ溶接方法 | |
| JP2008068325A (ja) | レーザ溶接の出力変調波形の決定方法 | |
| JPS6129832B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020226 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090329 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |