(57)【要約】【課題】深さ方向に溶接が進行する場合においても品質判定を確実に行うことができるものとする。【解決手段】第１の材料１の裏面側に第２の材料２を重ねて第１の材料の表面側から照射したレーザによって第１の材料と第２の材料とを溶接するとともに溶接の良否判定のためにレーザ照射部を観測するにあたり、第１の材料１のレーザ溶接位置中心部に孔４を設けてレーザ溶接を行うとともに上記観測によって孔４が存在することによる光の変化を基にレーザが第２の材料に至ったかどうかの判定を行う。【選択図】図１
2008087072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の材料の裏面側に第２の材料を重ねて第１の材料の表面側から照射したレーザによって第１の材料と第２の材料とを溶接するとともに溶接の良否判定のためにレーザ照射部を観測するにあたり、第１の材料のレーザ溶接位置中心部に孔を設けてレーザ溶接を行うとともに、上記観測によって孔が存在することによる光の変化を基にレーザが第２の材料に至ったかどうかの判定を行うことを特徴とするレーザ溶接のモニタリング方法。
【請求項２】
孔は第１の材料の表面側に設けた凹部であることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接のモニタリング方法。
【請求項３】
第２の材料に第１の材料を重ねて第１の材料の表面側から照射したレーザによって第１の材料と第１の材料の裏面側に位置する第２の材料とを溶接するとともに溶接の良否判定のためにレーザ照射部を観測するにあたり、第２の材料のレーザ溶接位置中心部に貫通孔を設けてレーザ溶接を行うとともに、第２の材料の裏面側からの上記観測によって孔が存在することによる光の変化を基にレーザが第２の材料に至ったかどうかの判定を行うことを特徴とするレーザ溶接のモニタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザを用いた溶接のモニタリング方法、殊に２枚の材料を重ね合わせて溶接する場合のモニタリング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２枚の材料を重ね合わせて一方の材料面からレーザを照射し、裏面に配置された材料と溶接して重ね継手とする工程において、その溶接品質の良否を外観検査で判定することは困難である。
【０００３】
つまり、突き合わせ溶接や重ねすみ肉溶接などでは、接合すべき両者の材料を外観から観察することが可能であり、溶接状態を観察により判定することができるが、重ね継手においてはレーザ照射面の材料を観察することはできるが、裏面材料を観察することは困難である。また、レーザ溶接後に別途検査工程を設けることが必要であった。
【０００４】
一方、レーザ溶接時の加工現象をモニタリングすることにより、レーザ溶接と同時に溶接品質を判定することが特開平１１−１２９０８２号公報において提案されている。これはレーザ加工時に溶接部から発する光を検出し、その信号により溶接欠陥を検出するものである。
【０００５】
また、特開２０００−１５３３７９号公報においては、モニタリング結果の判定方法として、レーザ光が照射中の一定区間の測定信号の極値を用い、予め設定しておいた閾値との比較により判定することが提案されている。
【０００６】
しかし、重ね継手のレーザ溶接では深さ方向に溶接が進行するため、溶接品質が異なった場合でも観測された信号に顕著な違いが検出されにくく、あるレーザ照射中の測定信号の極値による判定では、外乱や溶接材料の状態により誤判定を行う可能性があり、信頼性を確保したレーザ溶接が困難である。
【特許文献１】特開平１１−１２９０８２号公報
【特許文献２】特開２０００−１５３３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、深さ方向に溶接が進行する場合においても品質判定を確実に行うことができる溶接のモニタリング方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係るレーザ溶接のモニタリング方法は、第１の材料の裏面側に第２の材料を重ねて第１の材料の表面側から照射したレーザによって第１の材料と第２の材料とを溶接するとともに溶接の良否判定のためにレーザ照射部を観測するにあたり、第１の材料のレーザ溶接位置中心部に孔を設けてレーザ溶接を行うとともに、上記観測によって孔が存在することによる光の変化を基にレーザが第２の材料に至ったかどうかの判定を行うことに特徴を有している。
【０００９】
この場合の孔は第１の材料の表面側に設けた凹部であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、第２の材料に第１の材料を重ねて第１の材料の表面側から照射したレーザによって第１の材料と第１の材料の裏面側に位置する第２の材料とを溶接するとともに溶接の良否判定のためにレーザ照射部を観測するにあたり、第２の材料のレーザ溶接位置中心部に貫通孔を設けてレーザ溶接を行うとともに、第２の材料の裏面側からの上記観測によって孔が存在することによる光の変化を基にレーザが第２の材料に至ったかどうかの判定を行うことに他の特徴を有している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、第１の材料のレーザ溶接位置中心部に孔を設けておくために、観測される光のプロファイルからレーザ照射が第２の材料にまで至ったかどうかを的確に判断することができるものであり、このために観測結果からの溶接の良否判定を容易に且つ確実に行うことができる。
【００１２】
この場合の孔は第１の材料の表面側に設けた凹部であることが穴あきの発生を抑えることができる点で好ましい。
【００１３】
また、第２の材料のレーザ溶接位置中心部に貫通孔を設けて第２の材料の裏面側から観測を行うようにしても、やはり観測結果からの溶接の良否判定を容易に且つ確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図１に示すように２枚の材料１，２を重ね合わせて一方の材料１の表面側からレーザＬを照射して、裏面に配置された材料２とをレーザ溶接するにあたり、レーザ溶接品質をレーザ加工と同時に判定を行うため、レーザ溶接時の加工現象をモニタリングする。モニタリングする加工時の信号としては、溶接時に発生するプルームからのプラズマ光や、溶接材料に照射されたレーザの反射光、溶接部の発光画像などが挙げられる。
【００１５】
レーザ照射は、前記従来例に示されたものと同様に、ファイバーなどにより導光されたＹＡＧレーザ光をミラーにより曲げて、レンズにより集光し、溶接材料に照射すればよく、レーザ溶接時の加工現象のモニタリングは、レーザ光を曲げるために使用するミラーとして、プラズマ光は透過し、レーザ光の一部を反射することができるものを選択しておくと、加工部から発せられたプラズマ光やレーザ反射光がミラーを透過し、ミラーの後部に配置されたダイクロイックミラーによりプラズマ光とレーザ反射光を分離して、受光器により計測することができる。この時、プラズマ光を検出する受光器の前面にはＹＡＧレーザ光を遮光するカットフィルターを、レーザ反射光を検出する受光器の前面にはＹＡＧレーザ光のみを透過するバンドパスフィルターを配置する。また、プラズマ光を検出する部分にカメラなどの画像計測装置を配置することで溶接部分の画像認識による判定を行うことも可能である。このような配置とすることで、レーザ光と同軸で計測することが可能となり、レンズとレーザ光を曲げるためのミラーとの間にガルバノミラーを配した加工機においても使用することが可能である。
【００１６】
そして、これらの計測された信号を演算処理することによりレーザ溶接品質を判定することは可能であるが、前述のように重ね継手のレーザ溶接の場合、深さ方向に溶接が進行するため、溶接品質が異なった場合でも観測された信号に顕著な違いが検出されにくく、誤判定を行う可能性があり、信頼性を確保したレーザ溶接が困難である。
【００１７】
このために本発明においては、材料１における溶接位置中心部に材料１を貫通する孔４を設けている。このような孔４が存在する場合、溶接時に観測されるレーザ反射光の信号プロファイルは図１(b) に示すようになる。つまり、レーザＬの照射初期では孔４においてレーザ反射光が乱反射するために孔４の周辺に照射されたレーザＬのレーザ反射光しか観測されず、孔４が無い場合よりもレーザ反射光が少なくなる。そして孔４の周辺も溶融してレーザ照射部が凹形状になるとさらに反射光が少なくなり、次いで凹部が溶融金属で埋まってレーザ照射表面がフラットになれば観測されるレーザ反射光が多くなる。しかし、凹部が埋まらずに穴あき不良になる場合は、反射光の乱反射が継続してレーザ照射終了まで反射光のピークは発生しない。従って、レーザ照射前半の反射光の小ピークの後、レーザ照射後半に反射光の大ピークを確認することで溶接良否の判定を行うことができる。なお、孔４の径が大きいと溶接時の穴あきが発生しやすくなるために、孔４の径はレーザ照射径の１／２以下であることが望ましい。
【００１８】
判定は、あらかじめ良品を得ることができたレーザ溶接の際の信号強度の変化を計測記録しておいて、その波形の変化に基づいて基準値を設けておき、レーザ溶接時の信号が上記基準値を超えたかどうかで上面材料１と裏面材料２とが良好に溶接されたと判定すればよい。
【００１９】
また、レーザ反射光あるいはプラズマ光を測定する受光器には、レーザ加工に対して同等またはそれ以上の応答性をもつものを用いることで、レーザ溶接と同時に検査を行うことができる。測定すべきプラズマ光が紫外光〜可視光である場合、マイクロチャンネルプレートフォトマルチプレーヤーなどを用いればよく、波長１９０ｎｍ〜１１００ｎｍではＳｉフォトダイオードを、波長７００ｎｍ〜２６００ｎｍの範囲ではＩｎＧａＡｓフォトダイオードを、赤外線領域で他にＰｂＳｅ光導電素子、ＩｎＡｓ光起電力素子、ＩｎＳｂ光起電力素子、ＭＣＴ光導電素子などを好適に用いることができる。また、レーザ反射光を検出する素子としては、Ｓｉフォトダイオード、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードなどを好適に用いることができる。
【００２０】
孔４は図２に示すように材料１を貫通していないものであってもよい。貫通している孔４であると溶接時の穴あきが発生するおそれが高くなるが、凹部としての孔４であれば、穴あき不良が発生しにくく、しかも溶接の良否判定に関しては、貫通孔の場合と同様の判定を行うことができる。この場合の孔４はレーザ照射径の１／２以下、深さは板厚の１／２以上であることが好ましい。
【００２１】
孔４は図３に示すように裏面側の材料２に貫通孔として設けてもよい。ただし、この場合はレーザ透過光を観察するものとする。図中５は透過光検出器を示している。材料２に孔４をあけた場合に観察される良好溶接時の観測透過光（レーザ光でもプルーム発光でもよい）は図３(b) に示すようになる。つまり、材料１が裏面側の材料２との接触面まで溶融すれば、材料２の孔４を通じて材料１のプルーム発光が観測されることになり、またキーホールが発生すれば、材料２の孔４を通してレーザ光が観測される。この２つの信号が観測できれば、材料１のみ溶融の可能性はなくなる。そして、そのまま溶接が良好に進むと、孔４及びキーホールが溶融金属で埋められるために観測される透過光（レーザ光及びプルーム発光）は消失する。
【００２２】
しかし、溶融金属で孔４及びキーホールが埋め込まれないと、すなわち穴あき不良が発生すると、図３(c) に示すように、レーザ光及びプルーム発光は溶接完了時まで継続する。従って、透過光の観測から溶接の良否を判定することができる。なお、この場合の孔４もその径が大きいと穴あきの発生の要因となってしまうことから、レーザ照射径の１／２以下の径であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】(a)は異なる例における断面図、(b)はプロファイル図である。
【図２】(a)は他の例における断面図、(b)はプロファイル図である。
【図３】(a)は更に他の例における断面図、(b)は良好溶接時のプロファイル図、(c)は穴あき時のプロファイル図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  材料
２  材料
４  孔
Ｌ  レーザ
【図１】
2008087072.tif 000003
【図２】
2008087072.tif 000004
【図３】
2008087072.tif 000005