JP2004066269A - Method and device for detecting penetration of laser welding - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ溶接時にレーザビームがワーク(被溶接物)を貫通したか否かを検知するレーザ溶接の貫通検知方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
レーザ溶接は、レーザビームをワークに照射し、その部分を溶融して溶接を行うものであるが、このような溶接において、レーザビームがワークを貫通したか否かは溶接強度を評価する上で非常に重要である。
そこで、従来からレーザビームの貫通検知が行われていた。すなわち、レーザ溶接中に発生するプラズマ光をワーク表面から検出し、その検出信号中から特定の周波数成分をバンドパスフィルタにより取り出し、この周波数成分の信号強度の変化によってレーザビームの貫通を検知していた(特開平8−281456号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術では、溶接中に発生するプラズマ光は、レーザビームの強度等の溶接条件による変動が激しいため、その検出信号中の上記特定周波数成分は安定せず、貫通検知が困難で不正確になるという問題点があった。
【0004】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消するためになされたもので、レーザビームの貫通・非貫通の検知が容易かつ正確に行い得るレーザ溶接の貫通検知方法及び装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、レーザビームをワークに照射して溶接を行うレーザ溶接において、ワークの、レーザビームを照射する面とは反対側の面の、少なくともレーザビーム照射の予定領域に対応する領域に、前記ワークの成分とは異なる成分を主成分とする貫通監視用金属層を予め被着しておき、レーザ溶接中に、ワークのレーザビーム照射部位から発生する光を、前記貫通監視用金属層の主成分に特有の周波数成分域の光を透過させるフィルタを通して検出し、この検出信号の強度によって前記レーザビームの貫通を検知することを特徴とする。
【0006】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、貫通監視用金属層のワークへの被着をめっきによって行うことを特徴とする。
【0007】
請求項3に記載の発明は、レーザビームをワークに照射して溶接を行うレーザ溶接において、レーザ溶接中に、ワークのレーザビーム照射部位から発生する光を受け、この光の中から、ワークの成分とは異なる成分を主成分とする、予め決められた貫通監視用金属に特有の周波数成分域の光を透過させるフィルタと、このフィルタの透過光を受光する光センサと、この光センサの出力信号の強度によってレーザビームの貫通を検知する検知手段とを具備し、前記ワークは、前記レーザビームを照射する面とは反対側の面の、少なくともレーザビーム照射の予定領域に対応する領域に、前記貫通監視用金属からなる層が予め被着されていることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1は、本発明によるレーザ溶接の貫通検知方法が適用された装置(本発明装置)の一実施形態の説明図、図2は図1中のワークを下方から見た図(ワーク下面図)である。
図1において、1はレーザ溶接用のトーチで、このトーチ1からのレーザビーム(光)1aをワーク(被溶接物)2に照射して溶接を行う。
ここでは、上下に積層された2枚の軟鋼板2a,2bからなるワーク2の重ね合わせ溶接を例にとって説明する。レーザには炭酸ガスレーザやYAGレーザが用いられ、トーチ1又はワーク2の少なくともいずれか一方を移動させ、ここではトーチ1を矢印イ方向に移動させ、ワーク2の短辺方向のほぼ中央部をワーク長辺方向に沿って溶接を行う例を示している。
【0009】
フィルタ3は、レーザ溶接中に、ワーク2のレーザビーム照射部位から発生するプラズマ光を受け、このプラズマ光の中から、予め決められた貫通監視用金属(成分)に特有の周波数成分域の光を透過させる光学フィルタである。
光センサ4は、上記フィルタ3からの透過光を受光し、その光の強さに応じた大きさの電気信号を出力するセンサで、例えばフォトダイオードからなる。
光センサ4は、上記フィルタ3の透過光を、レーザ溶接中、常時受光可能にトーチ1に一体に取り付けられ、またフィルタ3は、光センサ4を介して又は直接、トーチ1に一体に取り付けられており、共にレーザビーム照射側に位置する。
検知回路5は、上記光センサ4の出力信号の強度が所定の閾値を超えることによってレーザビーム1aの貫通を検知する回路で、ここでは、上記光センサ4の出力信号の強度(発光強度)が所定の閾値、例えば500を超えたときにレーザビーム1aがワーク2を貫通したことを検知するように構成されている。
この検知回路5は、例えば光センサ4の出力信号を増幅するアンプ5aと、このアンプ5aの出力信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータ5bと、このA/Dコンバータ5bの出力信号を受けて上記閾値処理を行い、レーザビーム1aがワーク2を貫通したことを検知するパーソナルコンピュータ5cによって構成されている。
【0010】
ここで、上記ワーク2の下面、より詳しくはワーク2の下側の軟鋼板2bの下面には、貫通監視用金属からなる層(貫通監視用金属層)6が溶接前に被着されている。
この貫通監視用金属層6は、レーザビーム1aが照射されることによって、予め決められた特有の周波数成分域、すなわち、ワーク2の成分(軟鋼材)による周波数成分域とは異なる周波数成分域の光を発する成分からなる金属層である。
この貫通監視用金属層6の成分選択においては、ワーク2の成分との関係で、その融点や沸点が検討される。貫通監視用金属層6の融点や沸点がワーク2に対して低過ぎると、この金属層6がレーザビーム1aの到達前にワーク下面から溶融落下あるいはガス化して殆ど消失し、高過ぎると、実際のワーク貫通からワーク貫通検知までに時遅れが生じるからである。
以上の点を鑑み、ここでは貫通監視用金属層6にニッケルめっき層が用いられている。
この貫通監視用金属層6は、レーザビーム照射の予定領域(溶接予定領域)に対応する領域に形成すればよいが、ここでは、図2中、綾目模様で示すようにワーク2(下側の軟鋼板2b)の下面のほぼ全域に形成されている。
なお、図1中の符号7は、溶接後のビード部を示す。
【0011】
図3は、ワーク2(軟鋼板2a,2b)の成分である軟鋼材と貫通監視用金属層(ニッケルめっき層)6の成分であるニッケルについての分光分析結果を表すグラフである。この図において、曲線αが軟鋼材、同βがニッケルの分光分析結果を表している。
この図3によれば、曲線β(ニッケル)のピークは500nmを若干超えた波長にあり、この波長周辺における曲線α(軟鋼材)の発光強度は曲線β(ニッケル)のそれに比べてかなり低い。
そこで上記フィルタ3には、例えば515±5nm程度の波長を透過させる特性をもつフィルタ3が用いられる。
【0012】
上述構成において、レーザ溶接の貫通検知は次のように行われる。
いま、溶接が開始されると、ワーク2のレーザビーム照射部位からはプラズマ光が発生する。
このプラズマ光は、フィルタ3を透過して光センサ4に入射され、電気信号に変換される。この時、レーザビーム1aがワーク2を貫通していなければ光センサ4に入射される光の強度は、ワーク2の材質(軟鋼材)のみが反映したレベル、つまり、図3中の曲線αの515±5nm程度の波長における強度=400〜450である。
上述したように、検知回路5におけるレーザビーム1aの貫通判定の閾値は500に設定されているので、この時点では、検知回路5はレーザビーム1aのワーク貫通を検知しない。
【0013】
その後、レーザビーム1aがワーク2を貫通すると、そのレーザビーム1aはワーク裏面の貫通監視用金属層6に到達し(貫通監視用金属層6をも貫通し)、貫通監視用金属層6を形成するニッケル特有の周波数成分域の光を発する。この光は、フィルタ3を透過して光センサ4に入射され、電気信号に変換される。この時、光センサ4に入射される光の強度は、貫通監視用金属層6を形成するニッケルを反映したレベル、つまり、図3中の曲線βの515±5nm程度の波長における強度=600以上となる。
この値600は、検知回路5におけるレーザビーム1aの貫通判定の閾値500を超えているので、この時点で検知回路5はレーザビーム1aのワーク貫通(貫通溶接)を検知する。
以上の動作は、溶接中(トーチ1の矢印イ方向への移動中)継続して行われ、検知回路5のパーソナルコンピュータ5cには、溶接部に沿う貫通・非貫通溶接の検知結果が蓄積される。
上述実施形態によれば、貫通監視用金属層6の成分に特有の周波数成分を有する一定強度以上のプラズマ光が検出されたか否かによってワーク貫通の検知を行うので、レーザビーム1aの強度等の溶接条件による変動の影響を受けることがなく、容易かつ正確なレーザビームの貫通・非貫通検知が行える。
【0014】
なお上述実施形態では、貫通監視用金属層6をめっきによってワーク2に被着したが、これのみに限定されることはない。レーザビーム1aが貫通監視用金属層6に達するまでワーク下面に保持され、レーザビーム1aが貫通監視用金属層6に達したときに、その金属層6の成分に特有の周波数成分域の光を発し得れば、めっき以外の被着方法であってもよい。
また、貫通監視用金属層6の成分をワーク2の成分との関係から適宜選択し、溶接時に上記両成分が融合し、溶接後、ビード部7が合金化されて溶接強度が高められるようにしてもよい。
更に、貫通監視用金属層6は、通常単一成分によるが、これのみに限定されるものではない。
また上述実施形態では、光センサ4の光軸がレーザビーム1aの光軸と一致していないが、ハーフミラー等を用いてそれらの光軸を一致するように構成してもよい。光センサ4の受光面側に集光レンズや減光フィルタを配置して、光センサ4への光量を増減するようにしてもよい。
【0015】
【発明の効果】
以上述べたように本発明では、ワークの、レーザビームを照射する面とは反対側の面に、ワークの成分とは異なる成分の貫通監視用金属層を被着しておき、レーザ溶接中に、ワークのレーザビーム照射部位から発生する光を、上記貫通監視用金属層の成分に特有の周波数成分域の光を透過させるフィルタを通して検出し、この検出信号の強度によってレーザビームの貫通を検知するようにしたので、レーザビームの貫通・非貫通の検知が容易かつ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法が適用された装置の一実施形態の説明図である。
【図2】図1中のワークを下方から見た図である。
【図3】ワークの成分と貫通監視用金属層の成分の分光分析結果を表すグラフである。
【符号の説明】
1a レーザビーム
2 ワーク(被溶接物)
3 フィルタ
4 光センサ
5 検知回路(検知手段)
6 貫通監視用金属層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser welding penetration detection method and apparatus for detecting whether or not a laser beam has penetrated a workpiece (workpiece) during laser welding.
[0002]
[Prior art]
Laser welding involves irradiating a workpiece with a laser beam and melting the portion to perform welding. In such welding, whether or not the laser beam penetrates the workpiece is used to evaluate the welding strength. Very important.
Therefore, laser beam penetration detection has been conventionally performed. That is, plasma light generated during laser welding is detected from the workpiece surface, a specific frequency component is extracted from the detection signal by a bandpass filter, and penetration of the laser beam is detected by a change in the signal intensity of this frequency component. (See JP-A-8-281456).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above prior art, since the plasma light generated during welding varies greatly depending on welding conditions such as the intensity of the laser beam, the specific frequency component in the detection signal is not stable, and penetration detection is difficult and inaccurate. There was a problem of becoming.
[0004]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a laser welding penetration detection method and apparatus capable of easily and accurately detecting penetration or non-penetration of a laser beam. And
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in laser welding in which welding is performed by irradiating a workpiece with a laser beam, at least a surface of the workpiece opposite to the surface irradiated with the laser beam is provided. A metal layer for penetration monitoring mainly containing a component different from the component of the workpiece is previously deposited in a region corresponding to a planned region of the laser beam irradiation, and from the laser beam irradiation site of the workpiece during laser welding. The generated light is detected through a filter that transmits light in a frequency component region specific to the main component of the penetration monitoring metal layer, and the penetration of the laser beam is detected by the intensity of the detection signal.
[0006]
The invention according to
[0007]
According to a third aspect of the present invention, in laser welding in which welding is performed by irradiating a workpiece with a laser beam, light generated from a laser beam irradiation site of the workpiece is received during laser welding, and the workpiece A filter that transmits light in a frequency component region specific to a predetermined penetration monitoring metal, a light sensor that receives light transmitted through the filter, and an output of the light sensor. Detecting means for detecting penetration of a laser beam according to the intensity of the signal, and the workpiece is in a region corresponding to at least a planned region of laser beam irradiation on a surface opposite to the surface irradiated with the laser beam, The layer made of the penetration monitoring metal is previously deposited.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view of an embodiment of an apparatus to which the laser welding penetration detection method according to the present invention is applied (the apparatus of the present invention), and FIG. 2 is a view of the work in FIG. It is.
In FIG. 1,
Here, an explanation will be given by taking as an example a lap welding of a
[0009]
The
The
The
The
The
[0010]
Here, on the lower surface of the
The penetration
In selecting the component of the penetration
In view of the above, here, a nickel plating layer is used for the penetration
The penetration
In addition, the code | symbol 7 in FIG. 1 shows the bead part after welding.
[0011]
FIG. 3 is a graph showing the spectral analysis results for the mild steel material that is a component of the workpiece 2 (
According to FIG. 3, the peak of the curve β (nickel) is at a wavelength slightly exceeding 500 nm, and the emission intensity of the curve α (soft steel material) around this wavelength is considerably lower than that of the curve β (nickel).
Therefore, for example, the
[0012]
In the above-described configuration, penetration detection of laser welding is performed as follows.
Now, when welding is started, plasma light is generated from the laser beam irradiation site of the
The plasma light passes through the
As described above, since the threshold value for determining whether the
[0013]
Thereafter, when the
Since this
The above operation is continuously performed during welding (during movement of the
According to the above-described embodiment, since the workpiece penetration is detected based on whether or not plasma light having a frequency component peculiar to the component of the penetration
[0014]
In the above-described embodiment, the penetration
Further, the component of the penetration
Further, the penetration
In the above-described embodiment, the optical axis of the
[0015]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a penetration monitoring metal layer having a component different from the component of the workpiece is deposited on the surface of the workpiece opposite to the surface irradiated with the laser beam, and during laser welding. The light generated from the laser beam irradiation part of the workpiece is detected through a filter that transmits light in the frequency component region peculiar to the component of the penetration monitoring metal layer, and the penetration of the laser beam is detected by the intensity of the detection signal. As a result, the penetration / non-penetration of the laser beam can be detected easily and accurately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of an apparatus to which a method of the present invention is applied.
FIG. 2 is a view of the workpiece in FIG. 1 as viewed from below.
FIG. 3 is a graph showing spectral analysis results of a component of a workpiece and a component of a penetration monitoring metal layer.
[Explanation of symbols]
3
6 Metal layer for penetration monitoring
Claims (3)
ワークの、レーザビームを照射する面とは反対側の面の、少なくともレーザビーム照射の予定領域に対応する領域に、前記ワークの成分とは異なる成分を主成分とする貫通監視用金属層を予め被着しておき、レーザ溶接中に、ワークのレーザビーム照射部位から発生する光を、前記貫通監視用金属層の主成分に特有の周波数成分域の光を透過させるフィルタを通して検出し、この検出信号の強度によって前記レーザビームの貫通を検知することを特徴とするレーザ溶接の貫通検知方法。In laser welding where welding is performed by irradiating a workpiece with a laser beam,
A metal layer for penetrating monitoring whose main component is a component different from the component of the workpiece is provided in advance on at least a region corresponding to a planned region of the laser beam irradiation on the surface opposite to the surface irradiated with the laser beam. This is detected by detecting the light generated from the laser beam irradiation part of the workpiece through a filter that transmits light in the frequency component region peculiar to the main component of the penetration monitoring metal layer during laser welding. A laser welding penetration detection method, wherein the penetration of the laser beam is detected based on a signal intensity.
レーザ溶接中に、ワークのレーザビーム照射部位から発生する光を受け、この光の中から、ワークの成分とは異なる成分を主成分とする、予め決められた貫通監視用金属に特有の周波数成分域の光を透過させるフィルタと、
このフィルタの透過光を受光する光センサと、
この光センサの出力信号の強度によってレーザビームの貫通を検知する検知手段とを具備し、
前記ワークは、前記レーザビームを照射する面とは反対側の面の、少なくともレーザビーム照射の予定領域に対応する領域に、前記貫通監視用金属からなる層が予め被着されていることを特徴とするレーザ溶接の貫通検知装置。In laser welding where welding is performed by irradiating a workpiece with a laser beam,
During laser welding, light generated from the laser beam irradiation part of the workpiece is received, and from this light, a frequency component specific to a predetermined penetration monitoring metal mainly composed of a component different from the component of the workpiece A filter that transmits light in the region,
An optical sensor that receives light transmitted through the filter;
Detecting means for detecting penetration of the laser beam by the intensity of the output signal of the optical sensor,
The workpiece is preliminarily coated with a layer made of the penetration monitoring metal in a region corresponding to at least a region to be irradiated with the laser beam on a surface opposite to the surface irradiated with the laser beam. Laser welding penetration detector.
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CN111458324A (en) * | 2020-02-14 | 2020-07-28 | 华智焊测高科(苏州)有限公司 | Detection device and detection method for deep-melting TIG (tungsten inert gas) welding perforation state |
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- 2002-08-02 JP JP2002226138A patent/JP2004066269A/en active Pending
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