JPH11221686A - 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 - Google Patents

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

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JPH11221686A
JPH11221686A JP10303092A JP30309298A JPH11221686A JP H11221686 A JPH11221686 A JP H11221686A JP 10303092 A JP10303092 A JP 10303092A JP 30309298 A JP30309298 A JP 30309298A JP H11221686 A JPH11221686 A JP H11221686A
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ溶接部の品質をプラズマサイズ測定に
より監視する方法及び装置を提供する。 【解決手段】 レーザ加工、例えばレーザ溶接加工の品
質を監視する方法及び装置では、レーザビームの照射を
受けている加工物表面上方の溶接プラズマから放出され
る光を監視する。プラズマのサイズを放出光から決定
し、合格レベルの品質の溶接部を生じさせる加工及び加
工物条下で決定されたサイズの所定値と比較する。監視
したプラズマサイズのうち所定値よりも大きいものは、
不合格溶接部を表すことができる。かかる所定値から外
れたものは、レーザビーム出力や加工物速度の変化、レ
ーザ集束上の問題、不十分なシールドガス流、加工物の
変形、溶接部汚染によって引き起こされる場合がある。
監視方法は、発光スペクトルの主要放出ピークに対応す
る選択された波長範囲から放出光を監視する。この方法
により工程内制御が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザを用いる材
料加工の分野に関し、特に、プラズマのサイズを測定す
ることによるレーザ溶接部品質の監視方法及び装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】材料加
工法、例えばレーザ溶接加工、レーザ切断加工、レーザ
穴あけ加工及びレーザ熱処理には通常、高出力レーザが
用いられている。これら加工法は、従来型溶接加工法と
比べ、速度、一貫性及び溶接部品質に関する利点を含め
多くの利点を有している。レーザによる材料加工の際、
レーザビームを加工物に当てると、加工物は加熱状態に
なって最終的には溶融し、次に蒸発する。この蒸気及び
その周りのガスは、極めて高い熱によってイオン化され
てレーザと加工物との間にプラズマ煙を生ずる。溶接部
品質は、プラズマ発生が不安定であること、加工動作条
件が不安定であること、例えばレーザビーム出力及びシ
ールドガス流量が変動すること、及び加工物に欠陥があ
ること、例えば溶接域が汚染されていること及び物理的
変形があることによって影響を受ける。
【０００３】レーザを利用した加工法が産業界において
普及するにつれ、加工品質を監視する精度の高い工程中
に実施される技術に対する要望が高まっている。工程内
技術は、工程後に実施される非破壊方式による品質管理
技術、例えばＸ線分析、超音波分析及び目視（又は外
観）検査、そして又、例えば金属組織学的手法のような
破壊方式による品質管理技術と比べて重要な利点をもた
らす。工程後技術では、大きな労働力及び長い時間がか
かるので、レーザ加工の実時間監視及び制御を行うこと
ができない。米国特許第５，３６０，９６０号は、プラ
ズマからの光の強度が所定の複数の光測定限界のうちの
一つを越える度にその回数をカウントすることによるレ
ーザ加工監視システムを開示している。レーザによる材
料加工を監視するための公知の工程内技術は十分に満足
のゆくものであるとは言えない。特に、公知の手法は、
良好な部品、即ち合格品を誤ってはねる、即ち不合格品
とする場合（タイプＩのエラー）があり、逆に、不良の
部品、即ち不合格品を不合格品としてはねそこなう場合
（タイプIIのエラー）がある。タイプＩのエラーは経済
的コストの面で好ましくない。タイプIIのエラーは、例
えば、或る限度ぎりぎりの溶接部に高い溶接部品質を必
要とするレーザ溶接部品では特に重要な場合がある。不
良溶接部を検出できなければ、結果的に、潜在的に危険
を招く部品が構成要素中に入る場合がある。
【０００４】かくして、（ｉ）工程内で使用でき、且つ
（ii）良溶接部と不良溶接部を識別し、かくしてタイプ
Ｉ及びタイプIIのエラーを減少させることができ、そし
て又、（iii)種々のレーザ材料加工に使用できるレーザ
材料加工の監視方法及び装置が要望されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記要望を満
足させるレーザ材料加工の監視方法及び装置を提供す
る。特に、本発明は、（ｉ）工程内で使用でき、（ii）
良溶接部と不良溶接部を識別し、かくしてタイプＩ及び
タイプIIのエラーを減少させることができ、そして又、
（iii ）種々のレーザ材料加工に使用できる。本発明
は、レーザビームが物体に当たってその周りにプラズマ
が生じるレーザ加工を監視する方法に関する。物体は代
表的には加工物であり、レーザビームは加工物の表面に
当たる。本発明の方法は、プラズマから放出される光の
強度の空間分布を、加工物表面の上方の位置で、好まし
くはレーザ加工中の時間の関数として監視する段階と、
プラズマの物理的寸法のうち少なくとも一つを表す数値
を監視した光の強度に割り当てる段階と、物理的寸法の
数値を、品質が合格レベルの溶接部を表すレーザ加工条
件下で決定された所定値と比較する段階とを有する。こ
れら条件として、「公称」レーザ出力、「公称」加工物
速度、プラズマの周りの十分なシールドガス流、溶接継
手のところの十分な清浄度、加工物の満足のゆくレベル
の物理的条件、加工物材料中の望ましくない微量汚染物
の不存在、加工物の照射面上へのレーザの適正な集束状
態が挙げられる。物理的寸法の数値と所定値の相違に基
づいて、溶接部が合格レベルの品質のものであるかどう
かの判定が可能となる。本発明の方法により、レーザ加
工の総合品質の工程内監視が可能となる。
【０００６】物理的寸法の数値は好ましくは、時平均値
であり、プラズマ高さ又はプラズマ幅であるのが良い。
時平均値を、レーザ加工の選択された部分についてだ
け、又はレーザ加工の全持続時間にわたって計算するこ
とができる。時平均値は好ましくは、プラズマが最も安
定しているレーザ加工の定常部分について計算される。
監視段階は、放出光を、放出光の主要輝線に及ぶ又はこ
れらを有効範囲とする光透過帯を備えた濾光器を通過さ
せる段階から成る。例えば、ステンレス鋼製の加工物に
ついては、濾光器は、その光軸が物体表面に対して小さ
な角度をなし、且つ物体表面に近接して位置するよう位
置決めされる。この角度は代表的には、物体表面に対し
て約５°未満であり、監視位置は代表的には、物体表面
の上方約０．５mm未満である。角度が約０°であると、
優れた結果が得られる。
【０００７】放出光を、例えばＮＤフィルタのような濾
光器及び集束レンズを含む追加の光学系を通過させるの
が良い。濾光された光を濾光器に光結合されているビデ
オカメラによってビデオフレーム上にプラズマ空間プロ
フィールとして記録するのが良い。ビデオフレームをデ
ィジタル化してプラズマ幅及びプラズマ高さを決定す
る。濾光器に光結合されたリニアーアレイ検波器を用い
てプラズマの物理的寸法を決定することができるが、そ
うするかどうかは任意である。プラズマの物理的寸法の
時平均値を種々の動作及び加工物条件と相関させれば、
レーザ溶接加工の品質を監視することができる。特に、
時平均値を、（ｉ）レーザビームに対する物体の移動速
度及びレーザ出力、（ii）加工物表面上へのレーザビー
ムの適正な集束状態、（iii ）プラズマの周りにおける
シールドガスの流れ状態、（iv）溶接欠陥、例えば不適
当な溶込み深さ、及び（ｖ）物体の物理的変形レベルと
相関させるのが良い。
【０００８】また、本発明を用いると、局所溶接問題に
ついてレーザ溶接部を監視することができる。本発明の
この特徴による方法は、プラズマの少なくとも一つの物
理的寸法の数値を監視した光の強度に割り当てる段階
と、前記数値の突然の著しい変化を表す変化についてプ
ラズマ寸法又はサイズの数値を時間の関数として評価す
る段階とを有する。これら突然の変化を本明細書では
「急落部（dip)」という。評価段階は、プラズマの物理
的寸法をレーザ溶接加工中の時間の関数として表したグ
ラフ（時間的トレース）を作成する段階を含むのが良
い。急落部を、局所溶接問題、例えば（ｉ）溶接域に汚
染があること、（ii）プラズマの周りのシールドガスの
不十分な流れ状態、及び（iii ）物体の物理的変形と相
関させるのが良い。
【０００９】本発明の装置は、加工物表面の上方のプラ
ズマから放出された光の強度を、物体の表面の上方の位
置で且つ好ましくはレーザ溶接加工中の時間の関数とし
て監視する手段と、監視した光の強度から、プラズマの
少なくとも一つの物理的寸法を表す数値を好ましくはレ
ーザ溶接加工中の時間の関数として決定する手段と、レ
ーザ溶接加工の少なくとも一部について決定された数値
から物理的寸法の時平均値を計算する手段とを有する。
監視手段は、放出光の主要輝線を有効範囲とする光透過
帯を有していて、放出光を濾光する濾光手段と、プラズ
マプロフィールを視覚的に記録する手段とから成る。本
発明の装置は、プラズマサイズの数値をレーザ溶接加工
中の時間の関数として表示する表示手段を更に有するの
が良い。プラズマサイズは代表的には、時間的トレース
として表示される。
【００１０】本発明の上記特徴及び利点並びに他の特徴
及び利点は、以下の説明、特許請求の範囲の記載、及び
添付の図面を参照すると一層良く理解されよう。
【００１１】
【発明の実施の形態】代表的には加工物の実際に生産に
用いられる溶接条件と同様な溶接条件を用いて溶接部監
視試験を加工物に対して行った。主要な試験マトリック
スには、種々のレーザ出力及び加工物回転速度における
多数の試験が含まれる。また、レーザをデフォーカス
し、シールドガス流がなく、汚染物が溶接表面相互間に
存在し、機械的に変形された加工物を用いて試験を行
い、プラズマの物理的寸法形状の変化を観察した。溶接組立体 図１は、レーザビーム送出しシステム１０及び加工物５
０を固定するための溶接取付け具３０を含むレーザ溶接
組立体を試験に用いられる状態で示している。レーザビ
ーム送出しシステム１０は、レーザビーム１４を発生す
るレーザ１２及びレーザビームを合焦させる集束又は合
焦光学系を有している。レーザは、連続出力の二酸化炭
素（ＣＯ2 ）レーザである。合焦光学系１６は、焦点距
離が２０cmのレンズを有している。溶接取付け具３０
は、ベース３２及びベースに対して動くことができるク
ランプ部分３４を有している。加工物５０は、ベース５
２及びベースに溶接されたカバー５４を含む乗り物エア
バック用空気ポンプであった。溶接中、加工物のベース
５２を溶接取付け具３０のベース３２内に納め、カバー
をクランプ部分３４によってベース５２に固定した。加
工物５０をレーザビーム１４に対して回転させていると
き、レーザビーム１４はカバー５４の頂面５６に当た
り、カバー５４とベース５２のその下に位置するリム５
８との間に円形の融合溶接部を形成した。
【００１２】加工物５０を、試験のうち幾つかでは約１
３ＲＰＭの速度で、他の試験では約１８ＲＰＭの速度で
回転させた。レーザ１２を、カバー５４の頂面５６に直
角な面に対して約２５°の角度をなして加工物５０上に
合焦させた。頂面５６上のレーザビーム１４のスポット
サイズは、後述するような公称動作条件のもとでは約
０．５mmであった。溶接プラズマを抑制するために同一
直線流れのヘリウムシールドガスを用いた。加工物は、
Ｆｅ（６９〜７４重量％）、Ｃｒ（１６〜１８重量
％）、Ｎｉ（６〜８重量％）、Ｍｎ（２重量％）、Ｓｉ
（１重量％）及びＣ（最大０．１重量％）から成る３０
１ステンレス鋼で作られていた。プラズマサイズ監視 図２に示す実験装置構成６０を用いて、溶接プラズマの
物理的寸法形状を溶接加工中に監視した。溶接部表面６
２（加工物５０の頂面５６）の上方のプラズマ（代表的
には、高さＨのところにある）から放出された光を、Ｎ
Ｄフィルタ６４、青−紫ガラス濾光器（光フィルタ）６
６（光透過帯が約３３５nm〜約４８０nmのタイプＤＧ−
１２）及びズームレンズ６７を通過させ、フィルタ６
４，６６及びズームレンズ６７に光結合されたビデオカ
メラ６８（パナソニックＣＣＤカメラ）によって記録し
た。ビデオカメラ６８は、毎秒３０フレームのフレーミ
ング速度で記録を行った。ビデオカメラ６８は実質的
に、フィルタ６４，６６と光学的整列状態にあった。数
値計算を行って試験結果を表示するためのマイクロプロ
セッサ６９及びこれと関連したモニタ７１が、ビデオカ
メラ６８に電気的に接続した。プラズマ放出光を、水平
方向に、即ち溶接部表面６２と実質的に平行な方向で集
めた。青−紫光フィルタ６６を、ステンレス鋼加工物の
主要な輝線を有効範囲とし又はカバーする光の波長範囲
を透過させるよう選択した。ＮＤフィルタ６４は、放出
された光の強度を減少させ、プラズマ「コア」放出光の
物理的構造を解像した。
【００１３】図３を参照すると、プラズマからのフィル
タされた光の空間分布７０がビデオフレーム上に視覚的
に記録されている。プラズマサイズ形状の代表的な数値
は、プラズマの水平方向のプロフィールを表わす値を得
るためにＡ−Ｂ線の方向に沿い、そして又、プラズマの
垂直方向のプロフィールを表わす値を得るためにＡ−Ｂ
線とほぼ垂直に差し向けられたＣ−Ｄ線の方向に沿って
ビデオフレーム（フレームごとに）をディジタル化する
ことによって割り当てられた。Ａ−Ｂ線は、溶接部表面
６２の上方約０．０７mmのところに位置し、Ｃ−Ｄ線は
プラズマプロフィールのほぼ中心を通っている。また、
水平方向のプラズマプロフィールを、表面の上方約０．
１６mmのところで測定した。プラズマの幅及び高さの数
値を、２５カウントを越えるディジタル化プラズマ強度
を有するそれらの読みだけを用いて決定した。場合によ
っては、Ａ−Ｂ線とＣ−Ｄ線の両方又はいずれか一方の
一部に沿うディジタル化プラズマ強度カウントを飽和さ
せ（５２５カウントを越える）、これらの読みの強度を
５２５カウントに等しいものとした。２５カウントのデ
ィジタル化プラズマ強度を強度飽和とは無関係に閾値と
して用いることによりプラズマサイズ形状を決定した。
【００１４】図４は、ディジタル化プラズマ強度飽和を
行わない場合のプラズマ水平方向プロフィールを示して
いる（試験３５９）。表３で報告されていて、以下に一
層詳細に記載する試験データを、溶接加工の開始後０．
５〜２．７秒の間に取ったビデオフレームについて平均
をとった。約０．５秒以前の溶接加工の部分（溶接始動
領域）及び約２．７秒後の溶接加工の部分（溶接オーバ
ーラップ領域）のフレームは、表３の報告データを計算
する際には用いなかった。これらの計算にはマイクロプ
ロセッサ６９を用いた。溶接部表面の上方０．０７mmの
ところで（Ａ−Ｂ線に沿って）決定したプラズマの幅を
溶接部品質と良好に相関したが、溶接部表面の上方０．
１６mmのところで測定したプラズマの幅はそうではなか
った。したがって、良好な結果を得るためにはプラズマ
プロフィールを好ましくは溶接部表面の上方約０．１mm
よりも低い高さのところで監視する。
【００１５】データの示唆するところによれば、ビデオ
カメラがプラズマを水平方向に画像化するときに最良の
結果が得られる。特に、フィルタ６４，６６及びビデオ
カメラ６８は好ましくは、溶接部表面６２に対して、カ
メラ集束レンズ（図２）の光軸が溶接部表面６２に対し
て実質的に平行に差し向けられるように配置される。約
５°未満の小さな角度が好ましく、約０°の角度を用い
ると優れた結果が得られた。小さな角度で監視すること
が有利である理由は、以下に詳細に説明するように、溶
接部品質は一般に、プラズマの高さよりもプラズマの幅
の方が一層ぴったりと相関し、小さな角度によりプラズ
マの幅の優れた監視が可能になるからである。プラズマ
サイズを決定するためには、ビデオカメラ６８に代えて
リニアーアレイ検波器（図示せず）を使用しても良い
が、そうするかどうかは任意である。リニアーアレイ検
波器はまた、溶接部表面に近接すると共に溶接部表面に
対して実質的に水平方向にプラズマ上への焦点合わせ及
びズームを行うことができる。リニアーアレイ検波器か
ら得られるデータからプラズマの幅を求めるために従来
型マイクロプロセッサ（図示せず）をリニアーアレイ検
波器に電気的に接続するのがよい。リニアーアレイ検波
器は、ビデオフレーム全体からディジタル化を行ってプ
ラズマの寸法形状を決定する段階を省略し、かくして溶
接加工のプロセス制御を行うのに十分な実質的に瞬時の
応答が得られる。試験条件 以下の表１は試験条件を列記している。
【００１６】
【表１】 ─────────────────────────────────── 表 １ 試 験 条 件 ─────────────────────────────────── 試験番号 レーザ出力 加工物回転速度 説 明 （ｋＷ） （ＲＰＭ） 314〜317 5.3 18 公称レーザ出力／公称回転速度 318,319 3.5 18 低レーザ出力／公称回転速度 320〜324 3.5 13 低レーザ出力／低回転速度 325〜330 5.3 13 公称レーザ出力／低回転速度 332 5.3 18 公称レーザ出力／公称回転速度 333 5.3 18 シールドガス無し，不良溶接部 334 5.3 18 シールドガス有り，収集データ無し 335 5.3 18 シールドガス有り 336〜340 5.3 18 ＋２mm（上昇） レーザビームデフォーカス 341〜345 3.5 18 ＋２mm（上昇） レーザビームデフォーカス 346 5.3 18 溶接表面間の４位置の作動油 347 5.3 18 溶接表面間の４位置のモータ油 348 5.3 18 溶接表面間の４位置のバーグリース 352 5.3 18 ひどく曲げられた加工物カバー 353 5.3 18 僅かに曲げられた加工物カバー 354〜359 5.0 18 公称レーザ出力／公称回転速度 360〜364 3.5 18 低レーザ出力／公称回転速度 365〜369 3.5 13 低レーザ出力／低回転速度 370〜374 5.0 13 公称レーザ出力／低回転速度 ───────────────────────────────────
【００１７】主要な試験マトリックスとしては、５．０
〜５．３ｋＷレーザ出力（本明細書では、「公称レーザ
出力」という）及び約１３ＲＰＭの加工物回転速度の試
験（試験番号３２５〜３３０、３７０〜３７４）、公称
レーザ出力及び約１８ＲＰＭの加工物回転速度（本明細
書では、「公称加工物回転速度」という）の試験（試験
番号３１４〜３１７、３３２、３３５、３５４〜３５７
及び３５９）、約３．５ｋＷの低レーザ出力及び低加工
物回転速度（試験番号３２０〜３２４、３６５〜３６
９）、低レーザ出力及び公称加工物回転速度（試験番号
３１８、３１９、３６０〜３６４）での多くの試験が挙
げられる。試験はまた、レーザビームをデフォーカスし
（試験番号３３６〜３４５）、シールドガスの流れが無
く（試験番号３３３）、不良溶接部を生じさせるよう溶
接部表面相互間に種々の流体汚染物（作動油、モーター
オイル及びグリース）を配置し（試験番号３４６〜３４
８）、曲げた状態の加工物を用いて（試験番号３５２及
び３５３）実施した。
【００１８】溶接部品質及びプラズマサイズに対する試
験条件の影響 レーザ出力及び加工物回転速度／溶接部品質 溶接された加工物を区分化して、これら区分のところで
溶接部組織を目視検査することにより溶接部品質を判定
した。溶接部品質を、加工物５０の頂面５６からの溶接
溶込み深さ、溶接面積、表面の凹み、気孔及び亀裂を含
む溶接欠陥の存否に基づいて判定した。試験３１６，３
２０，３２５，３５５，３５７，３６２，３６７，３７
０，３７２で溶接した加工物を区分化して目視検査を行
った。表１を参照すると、加工物カバー５４及び加工物
５０のベース５２のリム５８の厚みの合計に少なくとも
等しい溶込み深さの溶接部が満足のいくものであると考
えられた。以下の表２は、目視検査により得られた結果
を記載している。
【００１９】
【表２】 ─────────────────────────────────── 表 ２ 目視検査結果 ───────────────────────────────────試験番号 プロセスパラメータ 説 明 316,355, 5.3kW/18RPM 公称レーザ出力／公称回転速度，良溶接部357,362 320,367 3.5kW/13RPM 低レーザ出力／低回転速度, 良溶接部 325,370, 5.3kW/13RPM 公称レーザ出力／低回転速度， 良溶接部372 333 5.3kW/18RPM, 溶込み深さ不十分の不良溶接部 シールドガス流無し 336 5.3kW/18RPM,+2mm 溶込み深さ不十分の不良溶接部 （アップ）デフォーカス 342 3.5kW/18RPM,+2mm 不良溶接部，約６０％の部分が溶接され （アップ）デフォーカス なかった。 343 3.5kW/18RPM,+2mm 殆ど強度のない不良溶接部 （アップ）デフォーカス 344 3.5kW/18RPM,+2mm 不良溶接部，約６０％の部分が溶接され （アップ）デフォーカス なかった。 345 3.5kW/18RPM,+2mm 不良溶接部，約７５％の部分が溶接され （アップ）デフォーカス なかった。 347 5.3kW/18RPM, 汚染箇所における区分化行わず ４位置でモータ油汚染 348 5.3kW/18RPM, ８検査位置のうち１につき溶込み不十分 バーグリース汚染 ２検査位置につき溶接表面凹み 352 5.3kW/18RPM,ひどく 溶込み深さが不十分な不良溶接部，広幅 曲げられたカバー の垂直方向亀裂，溶接表面凹み 353 5.3kW/18RPM,僅かに 良溶接部 曲げられたカバー ─────────────────────────────────── ５．０〜５．３ｋＷでは、合格レベルの品質の溶接部
（良溶接部）が、１３ＲＰＭと１８ＲＰＭの加工物回転
速度の両方で一貫して得られた。しかしながら、３．５
ｋＷレーザ出力では、１３ＲＰＭ回転速度で良溶接部が
得られたが、１８ＲＰＭでは不十分な溶込み深さの不合
格レベルの品質の溶接部（不良溶接部）が生じた。かく
して、単位溶接表面積あたりのレーザ出力と加工物回転
速度の比として本明細書において定義する「レーザ比エ
ネルギ」が十分に高い場合に良好な溶接部が形成され
る。以下の表３は、種々のレーザ出力及び加工物回転速
度条件で決定された時平均プラズマ幅及びプラズマ高さ
を示している。
【００２０】
【表３】 ─────────────────────────────────── 表 ３ プラズマの幅及び高さ ─────────────────────────────────── 試験 レーザ 加工物 他の条件 プラズマの幅 プラズマの高さ 番号 出力 速度 （mm） （mm） （kW) （RPM) 354〜359 5.0 18 平 均 0.937 0.508 標準偏差σ 0.011 0.010 360〜364 3.5 18 平 均 0.981 0.534 標準偏差σ 0.007 0.005 365〜369 5.0 18 平 均 0.888 0.502 標準偏差σ 0.011 0.005 370〜374 3.5 18 平 均 0.890 0.540 標準偏差σ 0.016 0.005 338〜340 3.5 18 レーザデフォーカス 平 均 1.236 0.674 標準偏差σ 0.007 0.007 341〜345 3.5 18 レーザデフォーカス 平 均 1.130 0.679 標準偏差σ 0.045 0.025 346 5.3 18 作動油 0.898 0.524 汚染 347 5.3 18 モータ油 0.899 0.528 汚染 348 5.3 18 バーグリース 0.880 0.523 汚染 352 5.3 18 ひどく曲げ 0.601 0.306 られたカバー 353 5.3 18 僅かに曲げ 0.931 0.526 られたカバー ───────────────────────────────────
【００２１】レーザ出力が１８ＲＰＭにおいて５．０ｋ
Ｗ（良好溶接部）から３．５ｋＷ（不良溶接部）まで減
少するにつれ、プラズマの幅は０．９３７mm（σ＝０．
０１１mm）の平均値から０．９８１mm（σ＝０．００７
mm）まで増加した。１３ＲＰＭでは、平均プラズマ幅
は、３．５ｋＷでは０．８８８mm（σ＝０．０１１m
m）、５．０ｋＷ（良好溶接部）では０．８９０mm（σ
＝０．０１６mm）であった。試験結果によれば、約０．
８７mmから約０．９５mmのプラズマ幅が、良好な溶接部
と相関関係があった。試験結果によれば、公称溶接条件
のもとで測定された平均プラズマ幅の約−２〜−３及び
＋２〜＋３の標準偏差によって定められるプラズマ幅を
良好な溶接部と相関させることができる。公称レーザ出
力及び加工物回転速度条件の下で且つ適当なシールドガ
ス流があり、加工物の溶接域の清浄度が十分であり、加
工物の甚だしい物理的変形がなく、加工物上へのレーザ
ビームの集束状態が適正である状態で求められた溶接プ
ラズマサイズ（プラズマ幅又はプラズマ高さ）を、合格
レベルの品質の溶接部を表わす「所定値」として用い、
本明細書で説明するような変化したレーザ溶接動作条件
及び変化した加工物条件のために割り当てられた溶接プ
ラズマサイズの数値と比較した。
【００２２】試験結果の示すところによれば、プラズマ
高さはプラズマ幅よりも溶接部品質の良好な全体的指標
が劣っていた。１８ＲＰＭでは、平均プラズマ高さは、
５．０ｋＷでは０．５０８mm（良溶接部）、３．５ｋＷ
では０．５３４mm（不良溶接部）であった。１３ＲＰＭ
では、平均プラズマ高さは、５．０ｋＷでは０．５４０
mm、３．５ｋＷでは０．５０２mm（両方とも良溶接部）
であった。これらのデータは、良溶接部のプラズマ高さ
と不良溶接部のプラズマ高さには著しい差がないことを
示している。レーザ出力及び加工物回転速度の変化に対
するプラズマ幅及びプラズマ高さの応答性が、それぞれ
図５及び図６に概略的に示されている。プラズマ幅及び
プラズマ高さは、１８ＲＰＭの公称加工物回転速度では
レーザ出力の減少につれて増加した。１３ＲＰＭでは、
プラズマは、１８ＲＰＭの場合よりも小さく、より安定
していた。しかしながら、３．５ｋＷ及び１３ＲＰＭ並
びに５．０ｋＷ及び１３ＲＰＭの場合のプラズマ幅は、
５．０〜５．３ｋＷ及び１８ＲＰＭの場合とほぼ同一で
あった。
【００２３】また、当業者であれば、プラズマ幅とプラ
ズマ高さの両方又はいずれか一方を監視すれば、加工物
がレーザビームに対して回転していない溶接加工につい
て溶接部品質を決定できることは理解されよう。例え
ば、本発明を、レーザビームを加工物に対してある所望
の速度で移動させて直線状溶接部を形成する溶接加工を
監視するのに用いることができる。
【００２４】レーザデフォーカス／プラズマサイズ レーザ集束スポットを公称設定点から（＋）２mm上方へ
移動させて焦点を外した（デフォーカスした）状態にお
いて１８ＲＰＭの回転速度で試験３３６〜３４５を行っ
た。その結果得られたスポットサイズは、約０．８mmに
変化した。試験３３６（公称レーザ出力）に基づく加工
物の区分化及び目視分析の示すところによれば、溶込み
深さが不十分な不良溶接部であることが分かった。試験
３４２〜３４５（低レーザ出力）からの区分化されたサ
ンプルとしては、６０％を越える大きな非溶接領域が含
まれていた。試験３４４では、溶接部は本質的に強度を
備えておらず、カバーはベースから容易に除去された。
図３を参照すると、ＣＯ2 レーザが焦点を外れていると
き（５．３ｋＷ及び１８ＲＰＭの場合）、平均プラズマ
幅及びプラズマ高さは、それぞれ１．２３６mm及び０．
６７４mm（試験３３８〜３４０）であり、それらの公称
値（試験３５４〜３５９）よりも約３２％及び約３３％
大きかった。３．５ｋＷ及び１８ＲＰＭ（試験３４１〜
３４５）では、平均プラズマ幅及びプラズマ高さはそれ
ぞれ１．１３０mm及び０．６７９mmであり、それらの公
称値よりも約２１％及び約３４％大きかった。また、ビ
デオカメラの記録の示すところによれば、デフォーカス
レーザ条件の下で加工物上の多数の凝固した液体金属ス
ポットの目視観察と一致して溶接プラズマからの一層多
くの溶融液体スピルがあった。試験結果は、図５及び図
６に記載されている。レーザをデフォーカスした状態で
は、プラズマ幅とプラズマ高さは共に、公称レーザ出力
と低レーザ出力の両方において著しく増加した。かくし
て、プラズマ幅とプラズマ高さの両方を監視すれば、レ
ーザのデフォーカスの問題を検知することができる。
【００２５】溶接部汚染／プラズマサイズ 試験３４７では、モータ油を、カバー５４とベース５２
のリム５８の対向表面間の４つの位置に配置した。プラ
ズマ幅及びプラズマ高さの各々の時間的トレース中にお
いて約３．２秒のところに「急落部」Ｄが観察された
（図７）。急落部を持続時間及び持続時間全体にわたる
プラズマ幅又はプラズマ高さの変化の大きさに基づいて
時間的トレース中で決定した。１８ＲＰＭでは、急落部
が少なくとも約３０ミリ秒の持続時間にわたりプラズマ
サイズ中の著しい変化と考えられ、かかる持続時間にお
いてプラズマサイズは急落部の開始時点における寸法の
１５％未満減少している。１３ＲＰＭでは、少なくとも
約４０ミリ秒の持続時間が十分であると考えられた。図
７を参照すると、約３．２秒のところでは急落部の持続
時間は約７００ミリ秒であり、この持続時間の間、プラ
ズマ幅は０．９mmの１５％未満である。持続時間は３０
ミリ秒よりも長い。かくして、急落部は相当な長さのも
のである。
【００２６】急落部の持続時間は、局所溶接問題の深刻
さの重要な指標であると考えられる。急落部の持続時間
が長ければ長いほど、影響を受ける溶接部の対応部分は
それだけ一層大きくなる。例えば、３０ミリ秒間以上に
わたって持続しないレーザビーム出力の瞬時減少によっ
て溶接部寸法が突然減少しても、その結果として必ずし
も不良溶接部が生じるとは限らない。急落部の持続時間
が増加するにつれ、その結果得られる溶接部の破裂圧強
さの減少度は大きくなる。低い破裂圧強度は、圧力開放
の所定時間まで高い内部圧力を維持すると考えられる加
工物では非常に望ましくない。試験３４８では、加工物
カバー５４とレース５２のリム５８の対向表面間の４箇
所にバーグリースを配置した。図８を参照すると、急落
部Ｄがプラズマ幅とプラズマ高さの時間的トレース中に
おいて約０．７秒及び約１．５秒のところに観察され
た。これら急落部は、加工物材料特性の突然の変化又は
不連続部に起因する局所溶接欠陥に対応しているものと
考えられる。４つの部分片への溶接加工物の区分化によ
り、８つの検査位置のうち１つにおいて溶接溶込み深さ
が不十分であること及び４つの箇所のうち２つにおいて
溶接表面が凹んでいることが分かった。かくして、プラ
ズマの物理的寸法形状の時間的トレースを、溶接域にお
ける汚染の存在及び不十分な清浄度を表わす急落部の存
否につき分析することができる。
【００２７】シールドガス流／プラズマサイズ 試験３３３を、プラズマを制御するためのシールドガス
流無しで行った。その結果得られる制御されないプラズ
マは、非常に大きなプラズマサイズを生じた。溶接加工
物の区分化及び目視検査は、溶込み深さが不十分な不良
溶接部を示した。この結果に基づき、プラズマサイズを
監視すればシールドガス流の不存在を効果的に検出する
ことができる。加工物変形／プラズマサイズ 加工物のカバーを物理的に変形させた状態で２つの試験
を行った。即ち、試験３５２では、カバーをひどく曲
げ、試験３５３では、カバーを僅かに曲げた。試験３５
２については、図９は、溶接プラズマサイズの時間的ト
レース中の幅の広い急落部を示している。ビデオカメラ
の記録によれば、これらの幅の広い急落部に対応して溶
接加工中、プラズマが時々ほぼ消衰した。加うるに、表
３に示すように、プラズマの平均幅及び高さは、０．６
０１mm及び０．３０６mmであり、それぞれの公称値の約
３６％以下及び約４０％以下であった。３つの部分片へ
の溶接加工物の区分化及びこれらの目視検査を行うと、
溶接溶込み深さが不十分であり、幅の広い垂直方向亀裂
が生じ、溶接表面の凹み及びカバーと加工物の間に隙間
のあることが分かった。カバーを僅かに曲げた状態の試
験３５３については、目視検査によれば、良好な溶接部
が得られていることが分かった。溶接プラズマの平均幅
は、０．９３１mmであり、公称値よりも約０．６％だけ
小さかった。この結果によれば、加工物を物理的に変形
させ過ぎない場合に合格レベルの品質の溶接部を形成す
ることができる。僅かな表面欠陥があっても、結果的に
合格レベルの溶接部を得ることができる。かくして、プ
ラズマサイズ（プラズマ幅又はプラズマ高さ）を監視す
ることは、加工物の物理的な変形及び特にひどく変形し
た加工物のような深刻な欠陥を検出する際に効果的であ
る。
【００２８】プラズマサイズ／プラズマ発光強度／溶接
部品質 本願と同日に出願された米国特許出願第９５６６０７号
（なお、発明者は、本願の発明者と同一であり、発明の
名称は、「プラズマからの光の強度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」である）は、
プラズマサイズの監視に加えて、別法としてプラズマか
ら放出された光の強度を決定することにより溶接部品質
を工程内方式で監視できることを開示している。かくし
て、溶接プラズマについては、発光強度とプラズマサイ
ズとの間に相関関係がある。図１０は、本発明の試験で
用いられた溶接プラズマに関する青−紫領域の相対的発
光強度と種々のレーザ出力及び加工物回転速度条件につ
いてのプラズマ幅のプロットを示している。図示のよう
に、発光強度は一般に、プラズマ幅の増大につれ増加す
る。また、不良溶接部を表すデータポイント（３．５ｋ
Ｗ／１８ＲＰＭ）は全て、プロットの右上の隅に群をな
して示されている。（極めて低いレーザ出力に起因して
生じる不良溶接部は、非常に低い発光強度及びプラズマ
幅を有し、そして又、左下の隅に又はグラフからはみ出
た関連データポイントを有すると予測される。）（図示
せず。） 発光強度とプラズマサイズの相関関係に関して考えられ
る説明は、両方が同一のしくみによって影響を受けると
いうことである。プラズマは、高出力ＣＯ2 レーザによ
って生じる励起によって維持される。低レーザ出力で
は、レーザアブレーションによって引き起こされる溶融
液体の蒸気及び小滴のジェット流は減少するものと見込
まれる。これにより、ジェット流によるプラズマの冷却
速度が減少する。このプラズマ冷却度の減少の結果とし
て、プラズマ発生が増大し、かくしてプラズマ強度が大
きくなる。同様に、溶接部表面が例えば作動油、油又は
グリースのような液体で汚染されていれば、ＣＯ2 レー
ザビームは、レーザアブレーションにより強力な蒸気ジ
ェットを引き起こすことができる。ジェット中の強力な
ガス流は、プラズマを冷却させる場合があり、その結果
プラズマを減少させ、場合によってはこれを消滅させる
ことになり、それによりプラズマ強度及びプラズマサイ
ズの時間的トレース中に急落部が生じる。
【００２９】かくして、本発明の方法及び装置を用いる
と、問題のある溶接部が生じる場合のあるレーザ溶接加
工中における問題を効果的に検出することができる。本
発明は、プラズマの一又は二以上の時平均物理的寸法、
好ましくはプラズマ幅を監視することによって総合的な
溶接部品質を監視することができる。プラズマの選択さ
れた一又は二以上の物理的寸法、好ましくはプラズマ幅
の時間的トレースをプラズマ寸法の突然の変化に関して
監視することにより潜在的な局所溶接問題を検出するこ
とができるが、このようにするかどうかは任意である。
本発明を用いるとレーザ溶接加工中に良溶接部と不良溶
接部を効果的に識別できるので、タイプ１及びタイプII
のエラーが減少すると共に重要な溶接問題を溶接組立体
のところで検知できるようになる。
【００３０】本発明を用いると、別のタイプのガスレー
ザ及び固体レーザを用いて溶接加工中、溶接部品質を工
程内方式で監視することができる。レーザは、連続又は
パルス出力を有するのがよい。また、本発明を用いる
と、円形の溶接部以外の曲線状溶接部形状や直線状溶接
部を形成する溶接加工を監視することができる。加うる
に、他の溶接継手構成、例えば突合せ溶接及び隅肉溶接
を監視できる。本発明を用いると、他のレーザ材料加工
用途、例えば金属切断加工、穴あけ加工、粉体金属焼結
工程及び加熱処理工程を監視することができる。本発明
を好ましい実施形態を用いて相当詳細に説明したが、他
の形態も実施可能である。したがって、本発明の範囲
は、本明細書で説明した好ましい実施形態の説明に限定
されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って行われた試験に用いられる状態
で示したレーザ溶接組立体の略図である。
【図２】本発明によるプラズマの物理的寸法を監視する
ために利用される実験装置構成の略図である。
【図３】プラズマ幅及びプラズマ高さを決定するのに用
いられるプラズマプロフィール、水平線Ａ−Ｂ、垂直線
Ｃ−Ｄ、プラズマの光の強度の略図である。
【図４】ディジタル化機器を飽和させない状態における
代表的な水平方向プラズマプロフィールを示すグラフ図
である。
【図５】種々の溶接加工条件に対する時平均プラズマ幅
の応答性を概略的に示すグラフ図である。
【図６】種々の溶接加工条件に対する時平均プラズマ高
さの応答性を概略的に示すグラフ図である。
【図７】プラズマ幅及びプラズマ高さの時間的トレース
を示すグラフ図であり、両方の時間的トレースにおいて
約３．２秒のところに急落部を示す図である（試験番号
３４７）。
【図８】プラズマ幅及びプラズマ高さの時間的トレース
を示すグラフ図であり、約０．７秒及び１．５秒のとこ
ろに急落部を示す図である（試験番号３４８）。
【図９】５．３ｋＷ及び１８ＲＰＭでのひどく変形した
加工物についてプラズマ幅及びプラズマ高さの時間的ト
レースを示すグラフ図である（試験番号３５２）。
【図１０】種々のレーザ出力及び加工物回転速度条件に
ついて青−紫発光強度とプラズマ幅の相関関係を示すグ
ラフ図である。
【符号の説明】
１２ レーザ １４ レーザビーム １６ 集束レンズ ６０ 実験装置構成 ６２ 加工物表面 ６４ ＮＤフィルタ ６６ 濾光器 ６７ ズームレンズ ６８ ビデオカメラ ６９ マイクロプロセッサ ７０ 空間分布
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストファー シー シー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90503 トーランス リンダ 19945 (72)発明者 ブライアン ダブリュー シャーク アメリカ合衆国 アリゾナ州 85213 メ サ ノース ロビン レーン 2662

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザビームが加工物を照射して加工物
    の周りにプラズマを生じさせるレーザ加工の品質を監視
    する方法であって、加工物のところのプラズマの少なく
    とも一つの物理的寸法の所定値であって、品質が合格レ
    ベルの溶接部を表す所定値を提供する段階（ａ）と、加
    工物の周囲のプラズマから放出される光の強度の空間分
    布を時間の関数として測定する段階（ｂ）と、プラズマ
    の物理的寸法の数値を段階（ｂ）で測定した光の強度に
    割り当てる段階（ｃ）と、段階（ｃ）で割り当てられた
    数値を所定値と比較する段階（ｄ）とを有し、段階
    （ｃ）で割り当てられた数値が所定値の予め選択された
    範囲内にあるかどうかにより、加工品質が合格レベルの
    品質又は不合格レベルの品質として評価されることを特
    徴とする方法。
  2. 【請求項２】 溶接部を形成するためにレーザビームが
    加工物の表面に当たり、プラズマが加工物表面の上方に
    生じるレーザ溶接加工中に溶接部品質を監視する方法で
    あって、加工物表面の上方のプラズマの少なくとも一つ
    の物理的寸法の所定値であって、品質が合格レベルの溶
    接部を生じさせるレーザ溶接条件下で決定された所定値
    を提供する段階（ａ）と、レーザ溶接中にプラズマから
    放出され、加工物表面上方で監視される光の強度の空間
    分布を時間の関数として監視する段階（ｂ）と、レーザ
    溶接加工中に時間の関数として段階（ｂ）で監視された
    光の強度に基づいてプラズマの物理的寸法の値を割り当
    てる段階（ｃ）と、段階（ｃ）で割り当てられたプラズ
    マの物理的寸法の値を所定値と比較する段階（ｄ）とを
    有し、レーザ溶接加工中に形成される溶接部を、物理的
    寸法の所定値の予め選択された範囲に収まる、段階
    （ｃ）で割り当てられたプラズマの物理的寸法の値につ
    いて合格レベルの品質として評価することを特徴とする
    方法。
  3. 【請求項３】 物理的寸法の所定値は、時平均値であ
    り、前記割当て段階は、実質的にレーザ溶接加工の定常
    部分だけにわたって監視された光の強度からプラズマの
    物理的寸法の値を割り当てる段階から成ることを特徴と
    する請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記予め選択された範囲は、物理的寸法
    の所定値の約＋３〜−３の標準偏差内にあることを特徴
    とする請求項１０記載の方法。
  5. 【請求項５】 加工物は、乗り物エアバック用空気ポン
    プキャニスタであることを特徴とする請求項２記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 前記監視段階は、プラズマから放出され
    た光を、集束レンズ及び濾光器を通過させる段階（ｉ）
    を有し、濾光器は、放出光の主要輝線と関連した波長に
    及ぶ透過帯を有し、集束レンズは、その光軸が（１）加
    工物表面に対してほぼ平行に、且つ（２）加工物表面の
    上方約０．５mm未満の高さに位置するよう位置決めされ
    ており、前記監視段階は更に、濾光器を透過した放出光
    を視覚的に記録する段階（ii）を有することを特徴とす
    る請求項２記載の方法。
  7. 【請求項７】 加工物は、ステンレス鋼製であり、濾光
    器は、約３３５nm〜約４８０nmの透過帯を有することを
    特徴とする請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 濾光器を通過した光は、電気信号に変換
    されて、濾光器に光結合されたビデオカメラ又はリニア
    ーアレイ検波器によって視覚的に記録され、前記割当て
    段階は、プラズマ幅を表す第１の数値を決定するため
    に、（１）物体表面に実質的に平行に、且つ（２）物体
    表面の上方約０．５mm未満のところに位置する第１の方
    向に沿ってビデオフレームをディジタル化する段階
    （ｉ）と、プラズマ高さを表す第２の数値を決定するた
    めに第１の方向にほぼ垂直な第２の方向に沿ってビデオ
    フレームをディジタル化する段階（ii）とを有すること
    を特徴とする請求項６記載の方法。
  9. 【請求項９】 物理的寸法は、プラズマ幅及びプラズマ
    高さのうち少なくとも一方であることを特徴とする請求
    項３記載の方法。
  10. 【請求項１０】 プラズマの物理的寸法の時平均値を、
    （ｉ）加工物に対するレーザビームの移動速度、及び
    （ii）レーザビームの出力と相関させる段階を更に有す
    ることを特徴とする請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 溶接部の物理的寸法の時平均値を溶接
    の溶込み深さと相関させる段階を更に有することを特徴
    とする請求項９記載の方法。
  12. 【請求項１２】 プラズマの物理的寸法の時平均値を、
    （ｉ）加工物へのレーザビームの集束状態、（ii）プラ
    ズマの周りのシールドガスの流れ状態、及び（iii ）加
    工物の物理的変形のうち少なくとも一つと相関させる段
    階を更に有することを特徴とする請求項９記載の方法。
  13. 【請求項１３】 レーザビームが加工物表面に当たって
    プラズマが加工物表面の上方に生じるレーザ溶接加工を
    監視する方法であって、加工物表面上方のプラズマから
    放出された光の強度をレーザ溶接加工中の時間の関数と
    して監視する段階（ａ）と、プラズマの少なくとも一つ
    の物理的寸法を表す数値であって、レーザ溶接加工中の
    時間の関数として割り当てられる数値を監視した光の強
    度に割り当てる段階（ｂ）と、所定の大きさ及び持続時
    間の数値の変化を表す急落部について数値をレーザ溶接
    中の時間の関数として評価する段階（ｃ）とを有するこ
    とを特徴とする方法。
  14. 【請求項１４】 前記監視段階は、プラズマから放出さ
    れた光を、集束レンズ及び濾光器を通過させる段階
    （ｉ）を有し、濾光器は、放出光の主要輝線と関連した
    波長に及ぶ波長透過帯を有し、集束レンズは、その光軸
    が（１）加工物表面に対してほぼ平行に、且つ（２）加
    工物表面の上方約０．５mm未満の高さに位置するよう位
    置決めされており、前記監視段階は更に、濾光器を透過
    した光を視覚的に記録する段階（ii）を有することを特
    徴とする請求項１３記載の方法。
  15. 【請求項１５】 加工物は、ステンレス鋼製であり、濾
    光器は、約３３５nm〜約４８０nmの波長透過帯を有する
    ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 濾光器を通過した放出光は、濾光器に
    光結合されたビデオカメラ又はリニアーアレイ検波器に
    よって視覚的に記録され、前記割当て段階は、プラズマ
    幅を表す第１の数値を決定するために、（１）物体表面
    に実質的に平行に、且つ（２）物体表面の上方約０．５
    mm未満のところに位置する第１の方向に沿ってビデオフ
    レームをディジタル化する段階（ｉ）と、プラズマ高さ
    を表す第２の数値を決定するために第１の方向にほぼ垂
    直な第２の方向に沿ってビデオフレームをディジタル化
    する段階（ii）とを有することを特徴とする請求項１４
    記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記評価段階は、プラズマの物理的寸
    法の数値をレーザ溶接加工中の時間の関数として表した
    グラフを作成する段階（ｉ）と、数値中に急落部がある
    かどうかにつきグラフを検査する段階（ii）とから成る
    ことを特徴とする請求項１３記載の方法。
  18. 【請求項１８】 物理的寸法は、プラズマ幅とプラズマ
    高さのうち少なくとも一方であることを特徴とする請求
    項１３記載の方法。
  19. 【請求項１９】 プラズマの物理的寸法の数値を、
    （ｉ）溶接部の汚染状態、（ii）プラズマの周りのシー
    ルドガスの流れ状態、及び（iii ）加工物の物理的変形
    のうち少なくとも一つと相関させる段階を更に有するこ
    とを特徴とする請求項１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】 加工物は、乗り物エアバック用空気ポ
    ンプキャニスタであることを特徴とする請求項１３記載
    の方法。
  21. 【請求項２１】 溶接部を形成するためにレーザビーム
    が加工物の表面に当たり、プラズマが加工物表面の周り
    に生じるレーザ溶接加工を監視する装置であって、加工
    物表面の上方のプラズマから放出された光の強度をレー
    ザ溶接加工中の時間の関数として監視する手段と、監視
    した光の強度から、プラズマの少なくとも一つの物理的
    寸法を表す数値をレーザ溶接加工中の時間の関数として
    決定する手段と、レーザ溶接加工の少なくとも一部につ
    いて数値の時平均値を計算する手段とを有することを特
    徴とする装置。
  22. 【請求項２２】 物理的寸法は、プラズマ幅又はプラズ
    マ高さであることを特徴とする請求項２１記載の装置。
  23. 【請求項２３】 前記監視手段は、放出光の主要輝線に
    及ぶ波長透過帯を有していて、放出光を濾光する濾光手
    段と、濾光手段を透過した光を視覚的に記録する記録手
    段とから成り、濾光手段は、光軸が、（１）加工物表面
    に実質的に平行に差し向けられ、且つ（２）加工物表面
    上方約０．５mm未満の高さに位置するよう加工物表面に
    対して位置決めできる集束レンズを含むことを特徴とす
    る請求項２１記載の装置。
  24. 【請求項２４】 加工物は、ステンレス鋼製であり、濾
    光手段は、約３３５nm〜約４８０nmの波長透過帯を有す
    る濾光器から成ることを特徴とする請求項２３記載の装
    置。
  25. 【請求項２５】 前記記録手段は、濾光手段に光結合さ
    れていて、ビデオフレーム上のプラズマを記録するビデ
    オカメラ又はリニアーアレイ検波器から成り、前記決定
    手段は、プラズマ幅を表す第１の数値を決定するため
    に、（１）加工物表面に実質的に平行に、且つ（２）加
    工物表面の上方約０．５mm未満のところに位置する第１
    の方向に沿ってビデオフレームをディジタル化する手段
    と、プラズマ高さを表す第２の数値を決定するために第
    １の方向にほぼ垂直な第２の方向に沿ってビデオフレー
    ムをディジタル化する手段とから成ることを特徴とする
    請求項２３記載の装置。
  26. 【請求項２６】 溶接部を形成するためにレーザビーム
    を加工物の表面に当て、プラズマが加工物表面の上方に
    生じるレーザ溶接加工を監視する方法であって、加工物
    表面の上方のプラズマから放出された光の強度をレーザ
    溶接加工中の時間の関数として監視する手段と、監視し
    た光の強度から、プラズマ幅とプラズマ高さのうち少な
    くとも一方を表す数値をレーザ溶接加工中の時間の関数
    として決定する手段と、前記数値をレーザ溶接加工中の
    時間の関数として表示する表示手段とを有することを特
    徴とする装置。
  27. 【請求項２７】 前記監視手段は、放出光の主要輝線に
    及ぶ光透過帯を有していて、放出光を濾光する濾光手段
    と、濾光手段を透過した光を視覚的に記録する記録手段
    とから成り、濾光手段は、光軸が、（１）加工物表面に
    実質的に平行であり、且つ（２）加工物表面上方約０．
    ５mm未満の高さに位置するよう加工物表面に対して位置
    決めできる集束レンズを含むことを特徴とする請求項２
    ６記載の装置。
  28. 【請求項２８】 加工物は、ステンレス鋼製であり、濾
    光手段は、約３３５nm〜約４８０nmの波長透過帯を有す
    る濾光器から成ることを特徴とする請求項２７記載の装
    置。
  29. 【請求項２９】 前記記録手段は、濾光手段に光結合さ
    れていて、ビデオフレーム上のプラズマを視覚的に記録
    するビデオカメラ又はリニアーアレイ検波器から成り、
    前記決定手段は、プラズマ幅を表す第１の数値を決定す
    るために、（１）加工物表面に実質的に平行に、且つ
    （２）加工物表面の上方約０．５mm未満のところに位置
    する第１の方向に沿ってビデオフレームをディジタル化
    する手段と、プラズマ高さを表す第２の数値を決定する
    ために第１の方向にほぼ垂直な第２の方向に沿ってビデ
    オフレームをディジタル化する手段とから成ることを特
    徴とする請求項２８記載の装置。
  30. 【請求項３０】 第１及び第２の数値のうち少なくとも
    一方とレーザ溶接加工中の時間との関係を表すグラフを
    作成する手段を更に有することを特徴とする請求項２９
    記載の装置。
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