(57)【要約】【課題】ワークに対するレーザビームの貫通・非貫通の検知を容易かつ正確に行えるレーザ溶接の貫通検知方法及び装置を提供する。【解決手段】ワーク２のレーザビーム１ａを照射する面とは反対側の面の、レーザビーム照射予定領域の対応領域に、ワーク２の成分とは異なる成分の貫通監視用金属層６をめっきしておき、レーザ溶接中に、ワーク２のレーザビーム照射部位からのプラズマ光を、貫通監視用金属層６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３を通して光センサ４によって検出し、この検出信号の強度が所定値を超えたか否かを検知回路５により判定してレーザビーム１ａの貫通・非貫通を検知する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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レーザ溶接の貫通検知方法。
【請求項２】
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請求項１に記載のレーザ溶接の貫通検知方法。
【請求項３】
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レーザ溶接の貫通検知装置。
【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
【図１】
2004066269.tif 000003
【図２】
2004066269.tif 000004
【図３】
2004066269.tif 000005