JP2798218B2 - レーザ溶接モニタリング装置 - Google Patents

レーザ溶接モニタリング装置

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Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はレーザ溶接モニタリング装置に関し、レーザ
溶接対象製品の溶込み深さ及び溶接部に投入されたレー
ザ出力の溶接中のモニタリングに適用して有用なもので
ある。
＜従来の技術＞ 従来、レーザ溶接中の溶込み深さのモニタリング、あ
るいは、溶接に投入された実質的なレーザ出力の検出は
不可能であった。従来の技術では、第11図（ａ）に示す
ごとく、レーザ発振器１の発振レーザ光15のビーム光軸
上に、45゜の角度で石英板26を介在させ、この端面から
の反射光21をフォトダイオード６により検出する事によ
り発振出力のみは検出してきた。第11図（ａ）中、16は
レーザ光照射系、25はPRミラーを示す。
＜発明が解決しようとする課題＞ 上述の如き発振出力の検出手段では、溶接中に光学部
品等の劣化により伝送出力損失が多くなった場合、ある
いは溶接が不安定になり溶込み深さが減少した場合で
も、第11図（ｂ）に示すように、レーザ出力は低下しな
いので、加工品質を保証できないという問題があった。
本発明は、上述従来技術に鑑み、レーザ溶接中の溶込
み深さのモニタリング及び実質的なレーザ出力の検出が
可能となるレーザ溶接モニタリング装置を提供すること
を目的とする。
＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成する本発明の構成は、レーザ発振器が
発振したレーザ光を被溶接部材の溶接部近傍迄伝送する
レーザ光伝送用光ファイバの出射端近傍の周囲に、溶接
時の溶接部の発光が入射されるよう配設された複数のモ
ニタ用光ファイバと、これらのモニタ用光ファイバで伝
送された光を干渉フィルタを介して入射することにより
特定波長の発光強度を検出する検出手段とを有すること
を特徴とする。
＜作用＞ 上記構成の本発明によれば、溶接部の発光は、モニタ
用光ファイバに入射して伝送され、出射端から出射す
る。この出射光は干渉フィルタを通過することにより特
定波長の光が選択され、その発光強度が検出手段により
検出される。
＜実 施 例＞ 以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
第１図に示すように、レーザ発振器１で発振されたレ
ーザ光は、ファイバ入射光学系２によりレーザ光伝送用
ファイバ３に集光されてこのレーザ光伝送用光ファイバ
３により伝送後、集光光学系11により再集光されて溶接
に供するようになっている。溶接の際、被溶接材14の溶
接部13は発光する。これに伴なう発光12は集光光学系11
で集光され、モニタ用光ファイバ４により伝送される。
このとき伝送モニタ用ファイバ10は、レーザ光伝送用光
ファイバ３及びモニタ用光ファイバ４の集合体である。
即ち、第２図（ａ）〜第２図（ｃ）に示すように、伝
送モニタ用ファイバ10は、レーザ光伝送用光ファイバ３
と、このレーザ光伝送用光ファイバ３と同心の円周上に
複数本配設された小径のモニタ用光ファイバ４とからな
り、レーザ光伝送用光ファイバ３の出射端とモニタ用光
ファイバ４の入射端とが同一平面上で隣接している。こ
の結果、第３図に示すように、溶接部13の発光12がレー
ザ光15の集光光学系11によりモニタ用光ファイバ４の入
射端近傍に再集光され、溶接部13の発光12を効率良く伝
送し得る。なお、第２図中、27は金属シース、28は可撓
性管、29は銅スリーブである。
第１図に戻り、各モニタ用光ファイバ４の出射端には
干渉フィルタ５及びフォトダイオード６が夫々相対向し
て配設されている。この結果、干渉フィルタ５ではモニ
タ用光ファイバ４を伝送された光のうち特定波長の光が
選択され、この特定波長の光の強度をフォトダイオード
６で検出するようになっている。このとき、パルス溶接
時の発光強度のモニタリングは、第４図に示すように、
レーザ発振出力がベース時の発光強度を検出する。
フォトダイオード６で検出した光の強度に関する情報
はアンプ７及びA/D変換器８を介してコンピュータ９に
供給されて所定通りに処理される。
かかる本実施例によれば、溶接部13の発光強度及び反
射光強度を検出する事により溶接部13の状況を直接的に
モニタリングを行なう事ができる。即ち、モニタ用光フ
ァイバ４から出射される光を、干渉フィルタ５により分
光する事により、種々の外乱光を排除し、溶接部13に投
入された実質的なレーザ出力に対応した発光強度をモニ
タする。
また、パルス溶接時にベース出力時の発光強度を検出
する事により、ピーク出力時の高輝度のレーザプルーム
光を避け、プルームが消失した際の溶融池の発光強度の
みを検出する事により、より溶接実質出力に近い値及
び、溶込み深さと対応した発光強度が得られる。
更に詳言すると、第５図に示すように、集光光学系11
より再集光された溶接部13の発光12は、モニタ用光ファ
イバ４により伝送され干渉フィルタ５により特定の波長
のみが抽出され、フォトダイオード６により光電変換さ
れた後アンプ７により増幅され、データレコーダ22に収
録される。データレコーダ22には同時にレーザ発振出力
波形17が収録される。図中、23はメモリレコーダ、24は
シンクロを示す。
以上により収録されたデータを第６図に示す。同図
中、上段はレーザ発振出力波形18で、下段はフォトダイ
オード６による溶接部13の発光強度波形20である。この
実施例は、パルス溶接時の例を示している。
この発光強度波形20において、第４図のごとくレーザ
発振ベース出力時の発光最小強度に注目し、プロットす
ると第７図のごとくなる。第７図は各出力について示し
たもので、全体の発光強度は、溶接出力の増加とともに
増していることが分かる。
第８図に溶接出力に対するベース出力時の発光強度を
示した。これにより、溶接出力の増加とともに発光強度
は増加しているのがわかる。
このように、レーザ伝送用光ファイバ３の近傍、すな
わちこのレーザ伝送用光ファイバ３を中心とした同心円
上にモニタ用光ファイバ４を配置する事により、第６図
下段の発光波形のごとく効率よく発光強度20を検出し得
る。また、パルス溶接時には第４図に示すごとく、ベー
ス出力時の発光強度をモニタするとともに、干渉フィル
タ５により特定波長域の光をモニタする事により第８図
に示すごとく、溶接出力と、発光強度のリニアリティが
得られた。
因に、第10図には本実施例において、干渉フィルタ５
を取り除き、同様のモニタリングを実施した結果の溶接
出力と発光強度の関係を示した。同図を参照すれば、干
渉フィルタ５を使用しない場合には、種々の波長の外乱
光がフォトダイオード６に入射するため、溶接出力と発
光強度間の関係には相関が得られていないことが分か
る。
さらに本実施例による発光強度のモニタリングを行う
事により最終的には、溶接部発光強度から溶接出力及び
溶込み深さを検出し得、溶接部の品質としての溶込み深
さを保証し得る。即ち、第９図に、ベース出力時の溶接
部発光強度と溶込み深さの関係を示し、溶込み深さ、溶
接出力と同様溶接中にモニタリング可能な事を示した。
＜発明の効果＞ 以上実施例とともに具体的に説明したように、本発明
によれば、溶接部の発光の特定波長域を干渉フィルタを
介してモニタリングを行なうようにしたもので、溶接部
に投入された実質的なレーザ出力に対応した発光強度を
モニタリングを行なうことができるばかりでなく、溶接
部の溶込み深さを検出し得る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図（ａ）〜
第２図（ｃ）はその伝送モニタ用光ファイバを抽出して
示す構造図、第３図は溶接部の発光を取り込む部分の原
理を示す説明図、第４図はパルス溶接時の発光強度特性
を示すグラフ、第５図は本実施例のモニタリングの原理
を示す説明図、第６図はそのレーザ発振出力と溶接部発
光強度の関係を示すグラフ、第７図はベース出力時の溶
接部発光強度の実測値を示すグラフ、第８図は溶接出力
とモニタリング発光強度との関係を示すグラフ、第９図
は発光強度と溶込み深さとの関係を示すグラフ、第10図
は干渉フィルタがない場合の溶接出力と発光強度との関
係を示すグラフ、第11図（ａ）は従来技術に係る出力モ
ニタリング系を示す説明図、第11図（ｂ）はその特性を
示すグラフである。 図面中、 １はレーザ発振器、 ３はレーザ光伝送用光ファイバ、 ４はモニタ用光ファイバ、 ５は干渉フィルタ、 ６はフォトダイオード、 12は発光、 13は溶接部、 14は被溶接材である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石出 孝 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 長島 是 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番 １号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 橋本 重夫 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番 １号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (56)参考文献 特開 平１−241391（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−97788（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−135788（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−193291（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−185146（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−278207（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】レーザ発振器が発振したレーザ光を被溶接
    部材の溶接部近傍迄伝送するレーザ光伝送用光ファイバ
    の出射端近傍の周囲に、溶接時の溶接部の発光が入射さ
    れるよう配設された複数のモニタ用光ファイバと、 これらのモニタ用光ファイバで伝送された光を干渉フィ
    ルタを介して入射することにより特定波長の発光強度を
    検出する検出手段と、 を有することを特徴とするレーザ溶接モニタリング装
    置。
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