JP3292008B2 - Method for determining the molten state of workpiece in laser welding - Google Patents
Method for determining the molten state of workpiece in laser weldingInfo
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Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for determining the molten state of a workpiece in laser welding for measuring plasma light generated during laser welding and determining whether the molten state of the workpiece is good.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art In laser welding, a workpiece is irradiated with a carbon dioxide gas laser or the like to melt the portion and perform welding. Plasma is generated during this laser welding, and the plasma is generated by melting the work by absorbing the laser light and evaporating and ionizing the work material. Therefore, by observing this plasma, the molten state of the work can be known.
【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。In laser welding, as shown in FIG. 10, a laser beam 2 condensed by a lens 5 is applied to a work 1 to melt the work, and a keyhole 5 is located at a laser irradiation position.
0 is formed and plasma 3 is generated. As a conventional inspection method of laser welding by measuring plasma light, the emission intensity of the plasma 3 is measured by a sensor 4 such as a photodiode provided on the surface of the work, and the average level or time change thereof is used. The state of penetration and the presence or absence of welding defects are determined.
【０００４】[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。However, according to the conventional method, it is simply determined that the laser-irradiated portion of the work is melted due to the occurrence of plasma emission. However, it was impossible to know whether the molten state was maintained and good welding was performed.
【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。[0005] The molten state of the work has a deep relationship with the focal position of the laser to be irradiated. If the focal position of the laser deviates from the surface of the work, the molten state of the work changes, which may cause poor welding.
【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。FIG. 7 is a drawing showing the relationship between the laser focus position and the size of the laser spot on the work, and FIG. 8 is a drawing showing the relationship between the laser focus position and the molten state of the work. In each figure, the horizontal axis indicates the relative position of the laser focal point with respect to the work surface. When "0" is in focus on the work surface as shown in FIG. As shown in FIG. 9B, when the focus is outside the work surface, the negative (-) direction is when the focus is inside the work as shown in FIG.
【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。First, as can be seen from FIG. 7, when the focal point of the laser and the surface of the work are "0", the size of the laser spot measured on the work surface (vertical axis: 86% of the total energy) Is the smallest)
When the focal position shifts (in the negative or positive direction), the size of the laser spot measured on the work surface increases. This is because the laser light is reduced and used by the lens. As a result, in the part where the laser spot is widened, the intensity of the irradiated laser is also dispersed and reduced.
【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。FIG. 8 shows a laser output of 3 kW and a welding speed of 3 m.
It is a result of measuring a molten state when a laser beam was irradiated onto a mild steel plate having a thickness of 4.0 mm at a m / min while changing the focal position of the laser. From this figure, it can be seen that the penetration depth of the workpiece changes greatly depending on the focal position of the laser, and when the focal position shifts in the inward direction (negative direction) of the workpiece, the focal position melts up to about -5 mm. While the depth is 3 mm or more, when it shifts to the outside of the work (positive direction), it can be seen that the penetration depth sharply decreases at the focal position of 1 to 2 mm. That is, when the focal position is shifted beyond the range of about -5 to 2 mm, it indicates that the workpiece cannot be penetrated and welding failure occurs. Such defects are remarkably generated. In other words, the molten state of the work largely depends on the focal position of the laser. Conversely, by maintaining the focal position of the laser within the range of -5 to 2 mm with respect to the work, a good penetration depth can be obtained. It can be secured.
【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。Further, it can be seen from the figure that the penetration width of the work is not significantly affected by the focal position. For this reason, in the conventional measuring method, the molten state spreading in the width direction is detected, and it is impossible to know the penetration depth of the molten state. The molten state in the vertical direction could not be detected.
【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。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for determining a molten state of a work, which can accurately determine the molten state of the work by measuring plasma light from the surface of the work.
【００１１】[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。According to the first aspect of the present invention, a plasma light generated during laser welding is measured from the surface of a work to determine whether or not the melted state of the work is good. A plasma light inside the keyhole formed in the work at the time of the laser welding, of the frequency components of the signal obtained by the measurement, the lower limit is 1.5kHz and the upper limit as a signal A method for determining a molten state of a workpiece in laser welding, comprising determining a molten state of the workpiece from a signal in a frequency range that can be measured.
【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。[0012] According to another aspect of the present invention, the above object is achieved.
The present invention described above is a method for measuring plasma light generated during laser welding from the surface of a work, and determining whether the molten state of the work is good or not, wherein a keyhole formed in the work during the laser welding is provided. Measure the plasma light inside,
A method for determining a molten state of a workpiece in laser welding, comprising determining a molten state of the workpiece from a signal having a frequency of 2 to 4 kHz among signals obtained by the measurement.
【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。[0013] In order to achieve the above object, a third aspect of the present invention is provided.
The present invention described above is a method for measuring plasma light generated during laser welding from the surface of a work, and determining whether the molten state of the work is good or not, wherein a keyhole formed in the work during the laser welding is provided. Measure the plasma light inside,
Of the frequency components of the signal obtained by the measurement, when the lower limit is 1.5 kHz and the signal strength in a range where the upper limit is a frequency that can be measured as a signal is equal to or more than an arbitrarily determined constant value, A method for determining a molten state of a workpiece in laser welding, comprising determining that the molten state of the workpiece is good.
【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。According to a fourth aspect of the present invention, the above object is achieved.
The present invention described above is a method for measuring plasma light generated during laser welding from the surface of a work, and determining whether the molten state of the work is good or not, wherein a keyhole formed in the work during the laser welding is provided. Measure the plasma light inside,
A laser characterized in that when the signal intensity at a frequency of 2 to 4 kHz among the signals obtained by the measurement is equal to or more than an arbitrarily determined constant value, it is determined that the molten state of the work is good. This is a method for determining the molten state of a workpiece in welding.
【００１５】[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。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The plasma generated during laser welding is a cycle consisting of an increase in plasma density in a keyhole, ejection from an opening, heating by laser light, reduction in density due to expansion, cooling, and extinction of plasma. A so-called plasma oscillation phenomenon that repeats every several hundred μsec occurs.
FIG. 1 shows this plasma oscillation phenomenon on a very fine time scale. It can also be seen from this figure that the plasma emission repeats very fine oscillation.
【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。FIG. 2 shows the result of FFT (fast fourier transform) analysis of the plasma oscillation. When expressed as a frequency component like this, almost 10
It turns out that it vibrates at the frequency of kHz or less. This frequency component probably follows the fluctuation of 1 / f like the frequency component existing in the natural world. When the frequency increases by n times, the signal intensity becomes 1 / n.
【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。In the conventional measuring method, all signals are averaged and extracted (DC component) without considering such a plasma oscillation phenomenon.
【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。Therefore, as a result of an analysis focused on the plasma oscillation phenomenon, the present invention having the above-described structure has been achieved.
【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。FIG. 3 shows an example of an apparatus configuration for carrying out the present invention, which was used in an experiment described later. In this apparatus, a signal from a sensor 4 composed of a photodiode for measuring a signal intensity of plasma light is amplified by an amplifier 12 through a cable, and a part of the signal is transmitted to a band-pass filter 13 which is a frequency separating unit. Enter, 1 ~
Only the frequency component of 10 kHz is passed through and input to the personal computer 11 via the A / D converter 14. Then, as will be described later, this personal computer 11
The kHz signal is divided into a plurality of frequency bands, and the signal strength in each frequency band is displayed.
【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。The sensor 4 is installed at an elevation angle θ from the surface of the work 1 and at a distance of 120 mm from a laser irradiation point of the laser beam 2 on the surface of the work 1. An argon gas is supplied from a gas supply nozzle 20, and the gas supply nozzle 20 is installed at a distance of 15 mm from the irradiation point.
【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。Hereinafter, the results of experiments using this apparatus and changing the focal position of the laser will be described. This experiment is
A work 1 is a bead-on-plate welded to a 4.0 mm thick soft iron steel sheet with a carbon dioxide (CO 2 ) laser having a laser output of 3 kW at a welding speed of 3 m / min. The elevation angle θ of the installation position of the sensor 4 is the elevation angle θ at which the plasma emission inside the keyhole can be measured.
The measurement was performed at two positions of 75 degrees and an elevation angle θ = 5 degrees at which only the plasma emission on the work surface was measured.
【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。The signal measured by the sensor 4 is a signal having a sharp time variation as shown in FIG. 1 and includes a plurality of frequency components. In a conventional inspection method, the molten state of the work 1 is inspected as an average signal strength (DC component) among such signals.
【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。FIG. 4 shows an elevation angle of 75 with the above welding conditions.
FIG. 4 is a diagram showing signal strengths of DC components from signals obtained by both the sensor positions of degrees and 5 degrees as in the related art. As can be seen from the figure, the relationship between the focal position and the signal intensity is M-shaped, and there is no particular correlation between the focal position and the molten state, and the above-mentioned range of the laser focal position where the penetration depth is favorable (−5). ２2 mm, see FIG. 8).
【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。FIG. 5 shows a signal measured by a sensor installed at a position of an elevation angle of 75 degrees is 0.1 to 10 kHz, 0.1 to 0.1 kHz.
~ 2kHz, 2-4kHz, 4-6kHz, 6-8kHz
It is divided into z frequency bands, and the signal strength in each frequency band is represented as the logarithm of the root mean square (dB unit) of the signal strength.
【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。As can be seen from the figure, 0.1 to 10 kHz
And in the frequency band of 0.1 to 2 kHz, the DC
As in the case of the component, the correlation with the laser focal position is not well understood, but in the frequency band of 2 to 4 kHz, 4 to 6 kHz and 6 to 8 kHz, in the range of the laser focal position where the penetration depth is good. At a certain -5 to 2 mm, the signal level is high, and conversely, the signal level is low in a portion exceeding this range, and has a correlation with the laser focal position. Further, as a result of the experiment, there is a correlation with the laser focus position up to the lower limit of the frequency band of about 1.5 Hz.
The upper limit is not particularly limited, but as the frequency increases, the signal strength decreases, and there is a limit frequency at which measurement can be performed. Therefore, the measurement limit frequency is a substantial upper limit. In addition, in the device configuration for this experiment,
From about 10 kHz, the S / N ratio deteriorates.
Approximately kHz was the measurement limit frequency.
【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。Therefore, in the apparatus configuration of the present experiment, it is possible to determine whether the penetration depth of the work is good by looking at the signals in the frequency band of 1.5 to 10 kHz among the measured signals. . As to the upper limit of the frequency, as described above, the limit in the device used in this experiment is 10 kHz, and a higher frequency component may be used for this determination depending on the device configuration.
【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。FIG. 6 shows the result of examining the positional relationship between the sensors. FIG. 6 shows that the elevation angle of the sensor is 75 degrees and 5 degrees.
It shows the root-mean-square value of the signal intensity in the frequency band of 2 to 4 kHz of the signal at the time of the degree. As can be seen from the figure, when the elevation angle is 75, that is, the signal at the position that can be measured for the plasma light inside the keyhole is a range of the laser focus position where the penetration depth is good, −5 to 2 mm.
However, the signal level is high, and conversely, the signal level is low in a portion beyond this range, and has a correlation with the focal position of the laser. On the other hand, when the angle is 5 degrees, that is, when almost no measurement can be made inside the keyhole, no correlation with the focal position of the laser is recognized.
【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。Therefore, in measuring the plasma light, it is necessary to install a sensor at least in a position in the keyhole where the plasma light can be measured, and it is preferable to set the elevation angle θ to 45 or more. The upper limit of the angle may be any position that does not interfere with laser light due to the configuration of the laser irradiation device.
【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。FIG. 6 shows that the signal intensity (mean square value) was about 0.5 (V 2 ) under the welding conditions used in this experiment.
As described above, it can be determined that the penetration depth is good. Therefore, an arbitrary signal level can be set based on the welding conditions, and a state in which the signal strength is equal to or higher than that level can be easily determined as a good molten state.
【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。From the above experimental results, it is found that the sensor is provided at the position where the plasma inside the keyhole can be measured, and of the signals measured by the sensor, the signal strength in the frequency band from 1.5 kHz to the measurement limit frequency, preferably, 2-4kHz
By observing the signal intensity in the frequency band of z, it is possible to determine the melting state of the work, particularly, the quality of the penetration depth,
Furthermore, it can be seen that when the signal intensity in the frequency band is equal to or higher than a certain value arbitrarily defined by the welding conditions, it is possible to determine that the molten state is good.
【００３１】[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。The present invention described above has the following effects for each claim.
【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。According to the first aspect of the present invention, the molten state of the work is determined from the signal strength in the frequency band from 1.5 kHz to the measurement limit frequency among the measured signals. It is possible to accurately determine the quality of the molten state, particularly the penetration depth that causes poor welding.
【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。According to the present invention, the molten state of the work is determined from the signal intensity in the frequency band of 2 to 4 kHz among the measured signals. It is possible to more accurately determine the quality of the penetration depth that causes poor welding.
【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。According to the third aspect of the present invention, when the signal intensity in the frequency band from 1.5 kHz to the measurement limit frequency among the measured signals is equal to or higher than an arbitrarily determined constant value, the melting of the work is performed. Since it is determined that the state is good, it is possible to easily detect the molten state of the work, particularly, the defect of the penetration depth that causes the welding failure.
【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。According to the present invention, the melted state of the work is determined from the signal strength in the frequency band of 2 to 4 kHz among the measured signals. It is possible to more easily detect a penetration depth defect that causes welding failure.
【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。FIG. 1 is a drawing showing an example of a signal obtained by measuring plasma emission during laser welding.
【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。FIG. 2 is a diagram showing a result of frequency analysis of the measured signal.
【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。FIG. 3 is a block diagram showing an example of a device configuration for implementing the determination method of the present invention.
【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。FIG. 4 is a diagram showing a result based on an average value (DC component) of signal intensities measured by the above device.
【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。FIG. 5 is a diagram showing the signal strength of a signal measured by the above-described device for each of a plurality of frequency bands.
【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。FIG. 6: 2 to 4 kHz of a signal measured by the above device
5 is a drawing showing the signal strength of the first embodiment.
【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。FIG. 7 is a drawing showing a relationship between a laser focus position and a spot radius.
【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。FIG. 8 is a drawing showing a relationship between a laser focus position and a work melting state.
【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。FIG. 9 is a drawing showing a positional relationship between a laser focus and a work surface.
【図１０】 レーザ溶接の状態を示す図面である。FIG. 10 is a drawing showing a state of laser welding.
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。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Work, 2 ... Laser light, 3 ... Plasma, 4 ... Sensor, 5 ... Lens, 11 ... PC, 12 ... Amplifier, 13
... Band pass filter, 14 ... A / D converter, 2
0: gas supply nozzle, 50: keyhole.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/02 G01N 21/73 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B23K 26/02 G01N 21/73
Claims (4)
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。1. A method for measuring plasma light generated during laser welding from the surface of a work to determine whether or not the molten state of the work is good, wherein a keyhole formed in the work during the laser welding is provided. Is measured, and among the frequency components of the signal obtained by the measurement, the melting state of the work is determined from a signal in a range where the lower limit is 1.5 kHz and the upper limit is a frequency that can be measured as a signal. A method for judging a molten state of a workpiece in laser welding.
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。2. A method for measuring plasma light generated at the time of laser welding from the surface of a work to determine whether or not the melted state of the work is good. A method for determining the melting state of a workpiece in laser welding, comprising measuring the plasma light of the above and measuring the melting state of the workpiece from a signal having a frequency of 2 to 4 kHz among the signals obtained by the measurement.
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。3. A method for measuring plasma light generated at the time of laser welding from the surface of a work to determine whether or not the molten state of the work is good. Of the frequency components of the signal obtained by the measurement, a signal intensity in a range where the lower limit is 1.5 kHz and the upper limit is a frequency at which the signal can be measured as a signal is arbitrarily determined. In the above case, it is determined that the molten state of the work is good.
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。4. A method for measuring plasma light generated at the time of laser welding from the surface of a work to determine whether or not the molten state of the work is good. Is measured, and when the signal intensity at a frequency of 2 to 4 kHz among the signals obtained by the measurement is equal to or more than an arbitrarily determined constant value, it is determined that the molten state of the workpiece is good. A method for determining a molten state of a workpiece in laser welding.
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