(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定された加工条件の下で被加工物にレーザ光を照射し、前記被加工物をレーザエネルギーにより溶かして行われるレーザ加工の良否を監視するレーザ加工監視方法であって、
前記被加工物と物理的に等価な試料について前記加工条件によるレーザ加工を複数回行って、赤外線センサより得られるセンサ出力信号の波形データを複数個取得し、取得した複数個の前記センサ出力信号の波形データに基づいて、統計学的手法により、複数個の前記センサ出力信号の波形の平均値を基準波形として設定してメモリに保存する工程と、
前記平均値に対する標準偏差に値の異なる実数Ｎ１およびＮ２（ただし、Ｎ１≠０，Ｎ２≠０、Ｎ１の絶対値＜Ｎ２の絶対値）を乗じた値をそれぞれ第１のオフセット値および前記第１のオフセット値より大きい第２のオフセット値とし、前記基準波形に対し、前記第１のオフセット値を限界値とする第１の監視範囲と、前記第２のオフセット値を限界値とする第２の監視範囲とを設定して前記メモリに保存する工程と、
前記基準波形に前記第１および第２の監視範囲を設定する時間軸上の１または複数の監視区間を設定して前記メモリに保存する工程と、
前記被加工物の溶接時に、前記レーザ光の照射中に前記被加工物の加工点付近から生じる放射光を受光する工程と、
前記放射光に含まれる所定の波長帯域の赤外線の強度を表すアナログのセンサ出力信号を生成する工程と、
前記センサ出力信号の波形を、強度変化を損なわずにディジタルの波形データに変換する工程と、
前記センサ出力信号の波形に、前記メモリに保存されている前記１または複数の監視区間と前記第１および第２の監視範囲とを当てはめる工程と、
前記センサ出力信号の波形が、前記監視区間内において、前記第１の監視範囲の中にあるか、前記第１の監視範囲の外にはみ出て前記第２の監視範囲の中にあるか、または前記第２の監視範囲の外にはみ出ているかを検査する工程と、
前記検査の結果を基に前記レーザ加工の良否について少なくとも３段階の良否判定を行う工程と、
を有するレーザ加工監視方法。
【請求項２】
前記センサ出力信号の波形が前記第１の監視範囲の中にあるときは、前記レーザ加工は優良であると判定し、
前記センサ出力信号の波形が前記第１の監視範囲の外にはみ出て前記第２の監視範囲の中にあるときは、前記レーザ加工は良であると判定し、
前記センサ出力信号の波形が前記第２の監視範囲の外にはみ出たときは、前記レーザ加工は不良であると判定する、
請求項１に記載のレーザ加工監視方法。
【請求項３】
前記レーザ光はパルスレーザ光であり、
前記基準波形および前記センサ出力信号の波形はパルス波形であり、
前記基準波形のパルス波形内に前記監視区間を設定し、
前記センサ出力信号のパルス波形内に前記監視区間を当てはめる
請求項１または２に記載のレーザ加工監視方法。
【請求項４】
設定された加工条件の下で被加工物にレーザ光を照射し、前記被加工物をレーザエネルギーにより溶かして行われるレーザ加工の良否を監視するレーザ加工監視方法であって、
前記被加工物と物理的に等価な試料について前記加工条件によるレーザ加工を複数回行って、赤外線センサより得られるセンサ出力信号の波形データを複数個取得し、取得した複数個の前記センサ出力信号の波形データに基づいて、統計学的手法により、複数個の前記センサ出力信号の波形の平均値を基準波形として設定してメモリに保存する工程と、
前記平均値に対する標準偏差に値の異なる実数Ｎ１、Ｎ２、およびＮ３（ただし、Ｎ１≠０，Ｎ２≠０、Ｎ３≠０、Ｎ１の絶対値＜Ｎ２の絶対値＜Ｎ３の絶対値）を乗じた値をそれぞれ第１のオフセット値、前記第１のオフセット値より大きい第２のオフセット値、および前記第２のオフセット値より大きい第３のオフセット値とし、前記基準波形に対し、前記第１のオフセット値を限界値とする第１の監視範囲、前記第２のオフセット値を限界値とする第２の監視範囲、および前記第３のオフセット値を限界値とする第３の監視範囲を設定して前記メモリに保存する工程と、
前記基準波形に前記第１、第２、および第３の監視範囲を設定する時間軸上の１または複数の監視区間を設定して前記メモリに保存する工程と、
前記被加工物の溶接時に、前記レーザ光の照射中に前記被加工物の加工点付近から生じる放射光を受光する工程と、
前記放射光に含まれる所定の波長帯域の赤外線の強度を表すアナログのセンサ出力信号を生成する工程と、
前記センサ出力信号の波形を、強度変化を損なわずにディジタルの波形データに変換する工程と、
前記センサ出力信号の波形に、前記メモリに保存されている前記１または複数の監視区間と前記第１、第２、および第３の監視範囲とを当てはめる工程と、
前記センサ出力信号の波形が、前記監視区間内において、前記第１の監視範囲の中にあるか、前記第１の監視範囲の外にはみ出て前記第２の監視範囲の中にあるか、前記第２の監視範囲の外にはみ出て前記第３の監視範囲の中にあるか、または前記第３の監視範囲の外にはみ出ているかを検査する工程と、
前記検査の結果を基に前記レーザ加工の良否について少なくとも４段階の良否判定を行う工程と、
を有するレーザ加工監視方法。
【請求項５】
前記センサ出力信号の波形が前記第１の監視範囲の中にあるときは、前記レーザ加工は特に優良であると判定し、
前記センサ出力信号の波形が前記第１の監視範囲の外にはみ出て前記第２の監視範囲の中にあるときは、前記レーザ加工は優良であると判定し、
前記センサ出力信号の波形が前記第２の監視範囲の外にはみ出て前記第３の監視範囲の中にあるときは、前記レーザ加工は良であると判定し、
前記センサ出力信号の波形が前記第３の監視範囲の外にはみ出ているときは、前記レーザ加工は不良であると判定する、
請求項４に記載のレーザ加工監視方法。
【請求項６】
前記レーザ光はパルスレーザ光であり、
前記基準波形および前記センサ出力信号の波形はパルス波形であり、
前記基準波形のパルス波形内に前記監視区間を設定し、
前記センサ出力信号のパルス波形内に前記監視区間を当てはめる
請求項４または５に記載のレーザ加工監視方法。
【請求項７】
前記波長帯域は、前記被加工物の溶融部から放射される赤外線の中でエネルギー密度の最も高い波長を含んでいる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ加工監視方法。
【請求項８】
前記波長帯域は、複数の種類の金属についてそれぞれの溶融部から放射される赤外線の中でエネルギー密度の最も高い波長を含んでいる、請求項７に記載のレーザ加工監視方法。
【請求項９】
前記波長帯域は、１５５０ｎｍ〜２１５０ｎｍの帯域を含む、請求項８に記載のレーザ加工監視方法。
【請求項１０】
前記波長帯域は、１３００ｎｍ〜２５００ｎｍの帯域を含む、請求項８に記載のレーザ加工監視方法。
【請求項１１】
設定された加工条件の下で被加工物にレーザ光を照射し、前記被加工物をレーザエネルギーにより溶かして行われるレーザ加工の良否を監視するレーザ加工監視装置であって、
前記被加工物と物理的に等価な試料について前記加工条件によるレーザ加工を複数回行って、赤外線センサより得られるセンサ出力信号の波形データを複数個取得し、取得した複数個の前記センサ出力信号の波形データに基づいて、統計学的手法により求められた、複数個の前記センサ出力信号の波形の平均値である基準波形と、前記平均値に対する標準偏差に値の異なる実数Ｎ１およびＮ２（ただし、Ｎ１≠０，Ｎ２≠０、Ｎ１の絶対値＜Ｎ２の絶対値）を乗じた値をそれぞれ第１のオフセット値および前記第１のオフセット値より大きい第２のオフセット値とし、前記基準波形に対して設定された、前記第１のオフセット値を限界値とする第１の監視範囲および前記第２のオフセット値を限界値とする第２の監視範囲と、前記基準波形に前記第１および第２の監視範囲が設定された時間軸上の１または複数の監視区間とを含むモニタリング条件のデータを保存するメモリと、
前記被加工物の溶接時に、前記レーザ光の照射中に前記被加工物の加工点付近から生じる放射光を受光して、前記放射光に含まれる所定の波長帯域の赤外線を光電変換して、前記放射光の強度を表すアナログのセンサ出力信号を生成する受光部と、
前記センサ出力信号の波形を、強度変化を損なわずにディジタルの波形データに変換する信号処理部と、
前記センサ出力信号の波形に、前記メモリに保存されているデータが示す前記１または複数の監視区間と前記第１および第２の監視範囲を当てはめて、前記センサ出力信号の波形が、前記監視区間内において、前記第１の監視範囲の中にあるか、前記第１の監視範囲の外にはみ出て前記第２の監視範囲の中にあるか、または前記第２の監視範囲の外にはみ出ているかを検査する検査部と、
前記検査部より得られる検査結果を基に前記レーザ加工の良否について少なくとも３段階の良否判定を行う判定部と、
を有するレーザ加工監視装置。
【請求項１２】
設定された加工条件の下で被加工物にレーザ光を照射し、前記被加工物をレーザエネルギーにより溶かして行われるレーザ加工の良否を監視するレーザ加工監視装置であって、
前記被加工物と物理的に等価な試料について前記加工条件によるレーザ加工を複数回行って、赤外線センサより得られるセンサ出力信号の波形データを複数個取得し、取得した複数個の前記センサ出力信号の波形データに基づいて、統計学的手法により求められた、複数個の前記センサ出力信号の波形の平均値である基準波形と、前記平均値に対する標準偏差に値の異なる実数Ｎ１、Ｎ２、およびＮ３（ただし、Ｎ１≠０，Ｎ２≠０、Ｎ３≠０、Ｎ１の絶対値＜Ｎ２の絶対値＜Ｎ３の絶対値）を乗じた値をそれぞれ第１のオフセット値、前記第１のオフセット値より大きい第２のオフセット値、および前記第２のオフセット値より大きい第３のオフセット値とし、前記基準波形に対して設定された、前記第１のオフセット値を限界値とする第１の監視範囲、前記第２のオフセット値を限界値とする第２の監視範囲、および前記第３のオフセット値を限界値とする第３の監視範囲と、前記基準波形に前記第１、第２、および第３の監視範囲が設定された時間軸上の１または複数の監視区間とを含むモニタリング条件のデータを保存するメモリと、
前記被加工物の溶接時に、前記レーザ光の照射中に前記被加工物の加工点付近から生じる放射光を受光して、前記放射光に含まれる所定の波長帯域の赤外線を光電変換して、前記放射光の強度を表すアナログのセンサ出力信号を生成する受光部と、
前記センサ出力信号の波形を、強度変化を損なわずにディジタルの波形データに変換する信号処理部と、
前記センサ出力信号の波形に、前記メモリに保存されているデータが示す前記１または複数の監視区間と前記第１、第２、および第２の監視範囲を当てはめて、前記センサ出力信号の波形が、前記監視区間内において、前記第１の監視範囲の中にあるか、前記第１の監視範囲の外にはみ出て前記第２の監視範囲の中にあるか、前記第２の監視範囲の外にはみ出て前記第３の監視範囲の中にあるか、または前記第３の監視範囲の外にはみ出ているかを検査する検査部と、
前記検査部より得られる検査結果を基に前記レーザ加工の良否について少なくとも４段階の良否判定を行う判定部と
を有するレーザ加工監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物にレーザ光を照射し、被加工物をレーザエネルギーにより溶かして行われるレーザ加工の良否を監視するレーザ加工監視方法およびレーザ加工監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザ溶接の分野では、溶接加工の品質管理を行うためのモニタリング方法として、被加工物の加工点付近の溶融状態を電子カメラ等の撮像素子で撮影して画像解析により溶接品質の良否判定を行う方法や、被加工物の加工点付近からの反射光をフォトダイオード等の光電変換素子で受光して、光電変換素子の出力信号を所定の信号処理にかけて良否判定を行う方法が用いられている。
【０００３】
撮像素子を用いる画像解析のモニタリング方法は、溶融池の形状を画像として直接観察するため、溶接品質の良否を一目瞭然と把握しやすい利点はあるが、ハードウェアおよびソフトウェアが高くつく。その点、光電変換素子を用いる信号処理のモニタリング法は、ハードウェアおよびソフトウェアを比較的簡便に済ますことができる。このモニタリング法には、光電変換素子を組み込んでいる放射温度計により放射エネルギーを温度に換算し、換算した温度を表示する方式と、光電変換素子の出力信号つまり反射光の光強度について積分回路または平均値演算回路により１パルス当たりの積分値または平均値を演算して、その積分値または平均値を比較回路でしきい値と比較して良否判定を行う方式（特許文献１）とがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１０７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光電変換素子を用いる信号処理のモニタリング法のうち、放射温度計により加工点付近の温度を測定して表示する方式は、測定温度と融点との比較から被加工物が溶けたかどうかを判断できるが、溶融部の微妙な挙動または動的な変化まで捉えることは不可能であり、モニタリングの精度および信頼性が低い。
【０００６】
また、反射光の光強度について１パルス当たりの積分値または平均値をしきい値と比較する方式も、反射光が溶融状態との相関性が低いうえ、１パルス当たりの積分値または平均値も溶融部の動的な変化を正確に反映しないため、やはりモニタリングの精度および信頼性は高くない。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するものであり、被加工物の溶融を伴うレーザ加工について精度および信頼性およびコスト性にすぐれたきめの細かいモニタリングを実現するレーザ加工監視方法およびレーザ加工監視装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点におけるレーザ加工監視方法は、設定された加工条件の下で被加工物にレーザ光を照射し、前記被加工物をレーザエネルギーにより溶かして行われるレーザ加工の良否を監視するレーザ加工監視方法であって、前記被加工物と物理的に等価な試料について前記加工条件によるレーザ加工を複数回行って、赤外線センサより得られるセンサ出力信号の波形データを複数個取得し、取得した複数個の前記センサ出力信号の波形データに基づいて、統計学的手法により、複数個の前記センサ出力信号の波形の平均値を基準波形として設定してメモリに保存する工程と、前記平均値に対する標準偏差に値の異なる実数Ｎ１およびＮ２（ただし、Ｎ１≠０，Ｎ２≠０、Ｎ１の絶対値＜Ｎ２の絶対値）を乗じた値をそれぞれ第１のオフセット値および前記第１のオフセット値より大きい第２のオフセット値とし、前記基準波形に対し、前記第１のオフセット値を限界値とする第１の監視範囲と、前記第２のオフセット値を限界値とする第２の監視範囲とを設定して前記メモリに保存する工程と、前記基準波形に前記第１および第２の監視範囲を設定する時間軸上の１または複数の監視区間を設定して前記メモリに保存する工程と、前記被加工物の溶接時に、前記レーザ光の照射中に前記被加工物の加工点付近から生じる放射光を受光する工程と、前記放射光に含まれる所定の波長帯域の赤外線の強度を表すアナログのセンサ出力信号を生成する工程と、前記センサ出力信号の波形を、強度変化を損なわずにディジタルの波形データに変換する工程と、前記センサ出力信号の波形に、前記メモリに保存されている前記１または複数の監視区間と前記第１および第２の監視範囲とを当てはめる工程と、前記センサ出力信号の波形が、前記監視区間内において、前記第１の監視範囲の中にあるか、前記第１の監視範囲の外にはみ出て前記第２の監視範囲の中にあるか、または前記第２の監視範囲の外にはみ出ているかを検査する工程と、前記検査の結果を基に前記レーザ加工の良否について少なくとも３段階の良否判定を行う工程とを有する。
【０００９】
本発明の第１の観点におけるレーザ加工監視装置は、設定された加工条件の下で被加工物にレーザ光を照射し、前記被加工物をレーザエネルギーにより溶かして行われるレーザ加工の良否を監視するレーザ加工監視装置であって、前記被加工物と物理的に等価な試料について前記加工条件によるレーザ加工を複数回行って、赤外線センサより得られるセンサ出力信号の波形データを複数個取得し、取得した複数個の前記センサ出力信号の波形データに基づいて、統計学的手法により求められた、複数個の前記センサ出力信号の波形の平均値である基準波形と、前記平均値に対する標準偏差に値の異なる実数Ｎ１およびＮ２（ただし、Ｎ１≠０，Ｎ２≠０、Ｎ１の絶対値＜Ｎ２の絶対値）を乗じた値をそれぞれ第１のオフセット値および前記第１のオフセット値より大きい第２のオフセット値とし、前記基準波形に対して設定された、前記第１のオフセット値を限界値とする第１の監視範囲および前記第２のオフセット値を限界値とする第２の監視範囲と、前記基準波形に前記第１および第２の監視範囲が設定された時間軸上の１または複数の監視区間とを含むモニタリング条件のデータを保存するメモリと、前記被加工物の溶接時に、前記レーザ光の照射中に前記被加工物の加工点付近から生じる放射光を受光して、前記放射光に含まれる所定の波長帯域の赤外線を光電変換して、前記放射光の強度を表すアナログのセンサ出力信号を生成する受光部と、前記センサ出力信号の波形を、強度変化を損なわずにディジタルの波形データに変換する信号処理部と、前記センサ出力信号の波形に、前記メモリに保存されているデータが示す前記１または複数の監視区間と前記第１および第２の監視範囲を当てはめて、前記センサ出力信号の波形が、前記監視区間内において、前記第１の監視範囲の中にあるか、前記第１の監視範囲の外にはみ出て前記第２の監視範囲の中にあるか、または前記第２の監視範囲の外にはみ出ているかを検査する検査部と、前記検査部より得られる検査結果を基に前記レーザ加工の良否について少なくとも３段階の良否判定を行う判定部とを有する。
【００１０】
上記第１の観点においては、レーザ加工中に被加工物から放射される放射光の特定波長帯域の強度変化を精細かつ忠実に表すセンサ出力信号の波形データを取得し、この波形データに基づいて可視化され得るセンサ出力信号の波形に対してあらかじめ設定している監視区間および限界値の異なる２個または２種類の監視範囲を当てはめて、センサ出力信号の波形がいずれの監視範囲の中または外にあるのかを検査し、その検査の結果に基づいて当該レーザ加工の良否を判定するので、溶融部の微妙な挙動または動的な変化に基づいたきめの細かいレーザ加工の品質評価を行うことができる。
【００１１】
本発明の第２の観点におけるレーザ加工監視方法は、設定された加工条件の下で被加工物にレーザ光を照射し、前記被加工物をレーザエネルギーにより溶かして行われるレーザ加工の良否を監視するレーザ加工監視方法であって、前記被加工物と物理的に等価な試料について前記加工条件によるレーザ加工を複数回行って、赤外線センサより得られるセンサ出力信号の波形データを複数個取得し、取得した複数個の前記センサ出力信号の波形データに基づいて、統計学的手法により、複数個の前記センサ出力信号の波形の平均値を基準波形として設定してメモリに保存する工程と、前記平均値に対する標準偏差に値の異なる実数Ｎ１、Ｎ２、およびＮ３（ただし、Ｎ１≠０，Ｎ２≠０、Ｎ３≠０、Ｎ１の絶対値＜Ｎ２の絶対値＜Ｎ３の絶対値）を乗じた値をそれぞれ第１のオフセット値、前記第１のオフセット値より大きい第２のオフセット値、および前記第２のオフセット値より大きい第３のオフセット値とし、前記基準波形に対し、前記第１のオフセット値を限界値とする第１の監視範囲、前記第２のオフセット値を限界値とする第２の監視範囲、および前記第３のオフセット値を限界値とする第３の監視範囲を設定して前記メモリに保存する工程と、前記基準波形に前記第１、第２、および第３の監視範囲を設定する時間軸上の１または複数の監視区間を設定して前記メモリに保存する工程と、前記被加工物の溶接時に、前記レーザ光の照射中に前記被加工物の加工点付近から生じる放射光を受光する工程と、前記放射光に含まれる所定の波長帯域の赤外線の強度を表すアナログのセンサ出力信号を生成する工程と、前記センサ出力信号の波形を、強度変化を損なわずにディジタルの波形データに変換する工程と、前記センサ出力信号の波形に、前記メモリに保存されている前記１または複数の監視区間と前記第１、第２、および第３の監視範囲とを当てはめる工程と、前記センサ出力信号の波形が、前記監視区間内において、前記第１の監視範囲の中にあるか、前記第１の監視範囲の外にはみ出て前記第２の監視範囲の中にあるか、前記第２の監視範囲の外にはみ出て前記第３の監視範囲の中にあるか、または前記第３の監視範囲の外にはみ出ているかを検査する工程と、前記検査の結果を基に前記レーザ加工の良否について少なくとも４段階の良否判定を行う工程とを有する。
【００１２】
本発明の第２の観点におけるレーザ加工監視装置は、設定された加工条件の下で被加工物にレーザ光を照射し、前記被加工物をレーザエネルギーにより溶かして行われるレーザ加工の良否を監視するレーザ加工監視装置であって、前記被加工物と物理的に等価な試料について前記加工条件によるレーザ加工を複数回行って、赤外線センサより得られるセンサ出力信号の波形データを複数個取得し、取得した複数個の前記センサ出力信号の波形データに基づいて、統計学的手法により求められた、複数個の前記センサ出力信号の波形の平均値である基準波形と、前記平均値に対する標準偏差に値の異なる実数Ｎ１、Ｎ２、およびＮ３（ただし、Ｎ１≠０，Ｎ２≠０、Ｎ３≠０、Ｎ１の絶対値＜Ｎ２の絶対値＜Ｎ３の絶対値）を乗じた値をそれぞれ第１のオフセット値、前記第１のオフセット値より大きい第２のオフセット値、および前記第２のオフセット値より大きい第３のオフセット値とし、前記基準波形に対して設定された、前記第１のオフセット値を限界値とする第１の監視範囲、前記第２のオフセット値を限界値とする第２の監視範囲、および前記第３のオフセット値を限界値とする第３の監視範囲と、前記基準波形に前記第１、第２、および第３の監視範囲が設定された時間軸上の１または複数の監視区間とを含むモニタリング条件のデータを保存するメモリと、前記被加工物の溶接時に、前記レーザ光の照射中に前記被加工物の加工点付近から生じる放射光を受光して、前記放射光に含まれる所定の波長帯域の赤外線を光電変換して、前記放射光の強度を表すアナログのセンサ出力信号を生成する受光部と、前記センサ出力信号の波形を、強度変化を損なわずにディジタルの波形データに変換する信号処理部と、前記センサ出力信号の波形に、前記メモリに保存されているデータが示す前記１または複数の監視区間と前記第１、第２、および第２の監視範囲を当てはめて、前記センサ出力信号の波形が、前記監視区間内において、前記第１の監視範囲の中にあるか、前記第１の監視範囲の外にはみ出て前記第２の監視範囲の中にあるか、前記第２の監視範囲の外にはみ出て前記第３の監視範囲の中にあるか、または前記第３の監視範囲の外にはみ出ているかを検査する検査部と、前記検査部より得られる検査結果を基に前記レーザ加工の良否について少なくとも４段階の良否判定を行う判定部とを有する。
【００１３】
上記第２の観点においては、レーザ加工中に被加工物から放射される放射光の特定波長帯域の強度変化を精細かつ忠実に表すセンサ出力信号の波形データを取得し、この波形データに基づいて可視化され得るセンサ出力信号の波形に対してあらかじめ設定している監視区間および限界値の異なる３個または３種類の監視範囲を当てはめて、センサ出力信号の波形がいずれの監視範囲の中または外にあるのかを検査し、その検査の結果に基づいて当該レーザ加工の良否を判定するので、溶融部の微妙な挙動または動的な変化に基づいた一層きめ細かいレーザ加工の品質評価を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のレーザ加工監視方法またはレーザ加工監視装置によれば、上記のような構成および作用により、被加工物の溶融を伴うレーザ加工について精度、信頼性およびコスト性にすぐれたきめの細かいモニタリングを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】黒体の放射スペクトル分布を示すグラフ図である。
【図３】ステンレス鋼にパルスレーザ光を照射してその溶融部から発せられた赤外線強度のスペクトル分布を示す図である。
【図４】同一の加工条件によるレーザスポット溶接において得られるセンサ出力信号の波形のばらつきの例を示す図である。
【図５】実施形態において基準波形の決定に用いる統計学的手法を説明するための図である。
【図６】実施形態における基準波形および監視範囲の設定例を示す図である。
【図７】実施形態における監視部（特に信号処理部）の処理手順を示すフローチャート図である。
【図８】実施形態においてセンサ出力信号の波形に監視範囲を当てはめた例を示す図である。
【図９Ａ】センサ出力信号の波形が第１の監視範囲の中にある場合を示す図である。
【図９Ｂ】センサ出力信号の波形が第１の監視範囲の外にはみ出て第２の監視範囲の中にある場合を示す図である。
【図９Ｃ】センサ出力信号の波形が第２の監視範囲の外にはみ出て第３の監視範囲の中にある場合を示す図である。
【図９Ｄ】センサ出力信号の波形が第３の監視範囲の外にはみ出ている場合を示す図である。
【図１０】実施形態のレーザ加工監視装置における信号処理系の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
［装置全体の構成および作用］ 
【００１７】
図１に、本発明の一実施形態におけるレーザ加工監視装置が組み込まれたレーザ加工装置全体の構成を示す。このレーザ加工装置は、所与の被加工物ＷにＣＷレーザ光又はパルスレーザ光ＬＢを照射し、その被加工物Ｗをレーザエネルギーにより溶かして所望のレーザ加工またはレーザ溶融加工を行うレーザ加工機として構成されており、レーザ発振器１０、レーザ電源１２、制御部１４、ガイド光発生部１５、伝送用光ファイバ１６、１７、ヘッド１８、操作パネル２０およびモニタ部２５を有している。モニタ部２５は、この実施形態におけるレーザ監視装置であり、主に制御部１４、操作パネル２０、センサ信号処理ユニット２２およびヘッド１８のセンサユニット２６等を含んで構成される。
【００１８】
レーザ発振器１０は、たとえばＹＡＧレーザ、ファイバレーザあるいは半導体レーザからなり、被加工物Ｗに対してたとえばレーザスポット溶接を施すときは、制御部１４の制御の下でレーザ電源１２より電力または励起信号を供給され、その媒体に固有の波長を有するレーザ光ＬＢを発振出力する。レーザ発振器１０で発振出力されたレーザ光ＬＢは、光ファイバ１６を介してヘッド１８に伝送される。
【００１９】
ヘッド１８は、２つの筒状ユニットすなわち下部の出射ユニット２４と上部のセンサユニット２６とを同軸で縦２段に連結しており、被加工物Ｗに対向して、たとえばその直上に設置または配置される。出射ユニット２４は、伝送用光ファイバ１６を介してレーザ発振器１０に光学的に接続されており、ユニット内にコリメートレンズ２８、ダイクロイックミラー３０、光学レンズ３２および保護ガラス３４をそれぞれ所定の位置に設けている。レーザ加工時には、光ファイバ１６の中を伝搬してきたレーザ光ＬＢが、出射ユニット２４内で光ファイバ１６の終端面より一定の広がり角で水平方向に出て、コリメートレンズ２８を通り抜けて平行光となり、ダイクロイックミラー３０で垂直下方に光路を折り曲げ、光学レンズ３２を通って金属系の被加工物Ｗの加工点Ｐ付近に集光入射する。そうすると、レーザ光ＬＢのレーザエネルギーにより加工点Ｐ付近が溶融・凝固して、そこに溶接ナゲットひいては溶接継手が形成される。溶接継手は、たとえば突き合せ継手、Ｔ型継手、Ｌ字継手、重ね継手など任意であり、ユーザにより選択される。
【００２０】
センサユニット２６は、伝送用光ファイバ１７を介してガイド光発生部１５に光学的に接続されており、ユニット内にダイクロイックミラー３６、光学レンズ３８、赤外線センサ４０および増幅器４２を設けている。この実施形態における赤外線センサ４０は、特定帯域の波長を有する光ＬＭのみを透過してそれ以外の光を遮断する波長フィルタまたはバンド・パス・フィルタ４４を前段に配置し、その後段に光電変換素子としてたとえばフォトダイオード４６を配置している。
【００２１】
ガイド光発生部１５より光ファイバ１７の中を伝搬してきた可視光のガイド光ＭＢは、センサユニット２６で光ファイバ１７の終端面より一定の広がり角で水平方向に出ると、ダイクロイックミラー３６で垂直下方に光路を折り曲げ、光学レンズ３８および出射ユニット２４内のダイクロイックミラー３０、光学レンズ３２等を通って被加工物Ｗの加工点Ｐ付近を照射するようになっている。
【００２２】
一方、レーザ加工時には、被加工物Ｗの加工点Ｐ付近から広帯域の波長を有する電磁波（光）が放射される。被加工物Ｗから放射される電磁波の中で垂直上方に向かうもののうち、出射ユニット２４内の光学レンズ３２、ダイクロイックミラー３０を通り抜けた光がさらにセンサユニット２６内の光学レンズ３８、ダイクロイックミラー３６を通ってバンド・パス・フィルタ４４に入射し、バンド・パス・フィルタ４４によって選択された所定帯域の波長成分を有する光ＬＭがフォトダイオード４６の受光面に入射するようになっている。
【００２３】
フォトダイオード４６は、受光した光ＬＭを光電変換し、電流出力のセンサ出力信号ＣＳを発生する。この電流出力のセンサ出力信号ＣＳは、電流−電圧変換回路１００（図１０）によって電圧信号に変換された後、増幅器４２により制御部１４の指定したゲインで増幅される。増幅器４２より出力された電圧出力のセンサ出力信号ＣＳは、電圧−電流変換回路１０２（図１０）によって電流信号に変換され、センサケーブル４８を介してセンサ信号処理ユニット２２に電流伝送される。
【００２４】
この実施形態において赤外線センサ４０のバンド・パス・フィルタ４４に設定される上記透過波長帯域は、単一のフォトダイオード４６を用いるモニタリング法において、感度、汎用性、コスト性等を総合的に勘案し、被加工物Ｗについて選択され得る複数種類の材料および多種多様な加工形態について加工点付近の溶接特性に対する所定の要因の影響を放射エネルギーの強度ないし変化として捉えるのに最も適した帯域に選ばれる。
【００２５】
この点に関しては、図２に示すような周知の黒体放射スペクトル分布を好適に用いることができる。図２のグラフのように、黒体が放射する電磁波のスペクトルと表面温度との間には一定の関係があり、物体の温度が高いと放射エネルギーのピークは短波長へシフトし、低いと長波長にシフトし、かつ温度の変化に対してピークの放射エネルギーが指数関数的に変化する。このグラフによれば、温度１５００℃の黒体から放射されるエネルギー密度のピーク点の波長は約１８００ｎｍである。
【００２６】
一方で、本発明者が、鉄系のステンレス鋼（融点が約１５００℃）にレーザ光を照射した際に検出される１０００ｎｍ以上の光の強度（相対的カウント値）を加工点に対して様々な角度位置から測定し、スペクトル分布をスペクトラム・アナライザにより分析した結果を図３に示す。スペクトラム・アナライザの表示波形は、検出された１０００ｎｍ以上の光の強度について経時的な区別をせずに、それぞれのピーク値を相対強度として示すものである。示された波形は、測定時の角度位置に応じて波形全体が示す強度が異なっていたものの、一定の特性が得られた。これによれば、当該ステンレス鋼の溶融部から発せられる赤外線の強度（放射エネルギー密度）は、約１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの帯域にわたる急峻な山形の特性と、約１２００ｎｍ〜２５００ｎｍの帯域にわたるブロードな山形の特性をもつ。後者のブロードな山形の特性に着目すると、ピーク点の波長は約１８００ｎｍであり、温度１５００℃の黒体から放射されるエネルギー密度のピーク点の波長（約１８００ｎｍ）と概ね近似している。
【００２７】
このことから、被加工物Ｗの材質として想定され得る複数種類の金属について、それぞれの融点を指標とすることにより、図２のグラフを参照して、単一のフォトダイオード４６を用いる本発明のモニタリング法における実用上の最適な透過波長帯域を決定することができる。
【００２８】
この実施形態では、レーザ溶融加工の主な材料である鉄系金属、銅系金属、アルミ系金属の融点がそれぞれ概ね１５００℃前後、１０００℃前後、６００℃前後であることから、図２に示すように１．３μｍ（１３００ｎｍ）〜２．５μｍ（２５００ｎｍ）の帯域を赤外線センサ４０の透過波長帯域としている。感度が選択された透過波長帯域に完全に対応するフォトダイオードを用いてもよい（この場合は独立したフィルタは不要である）が、それよりも広範な透過波長帯域を検出するフォトダイオード４６を用いてもよい。後者の場合は、例えば１３００ｎｍ以上の帯域の放射光のみを透過するバンド・パス・フィルタ４４をフォトダイオード４６の手前側に設けるとよく、また、２５００ｎｍより長い帯域の放射光についても同様に２５００ｎｍ以下の帯域の放射光のみを透過するバンド・パス・フィルタ４４を設けてもよい。これにより、図２に示される黒体放射スペクトル分布と分光放射エネルギー密度との相関があると考えられる金属系被溶接材からの放射光のうち、図３に示される金属系被溶接材の１３００ｎｍ〜２５００ｎｍの帯域にわたるブロードな山形の部分を特定波長として全て監視することができる。
【００２９】
この実施形態におけるモニタ部（レーザ加工監視装置）２５は、金属系被加工材に適応する波長帯域として１３００ｎｍ〜２５００ｎｍの帯域に生じる放射光をすべて検出し、検出された放射光の強度をそのまま表示するので、実際に加工部に係る指数対数的に増加するエネルギー量を高感度に検出することができる。さらに、被溶接材の材料の相異や被溶接箇所の微細な隙間の有無、さらに、レーザ加工機側での数十Ｗ単位や１０ミリ秒単位の相異を加工点からの放射光のモニタリングによる波形によって把握することができる。
【００３０】
もっとも、後述するセンサ信号処理ユニット２２において結果的に得られるセンサ出力信号ＣＳの波形データＤＳＣの精度はある程度低下するが、赤外線センサ４０によって選択する波長帯域幅を半値幅（１５５０ｎｍ〜２１５０ｎｍ）まで狭めて設定することも実用的には可能である。
【００３１】
センサユニット２６よりセンサケーブル４８を介してセンサ信号処理ユニット２２に電流伝送されたセンサ出力信号ＣＳは、センサ信号処理ユニット２２において初段の電流−電圧変換回路１０４（図１０）によって電流−電圧変換される。そして、電圧信号に変換されたセンサ出力信号ＣＳがＡ／Ｄ変換器５０によりディジタル信号に変換される。
【００３２】
センサ信号処理ユニット２２内に設けられる演算処理部５２は、特定の演算処理を高速に行えるハードウェアまたはミドルウェアの演算処理装置、好ましくはＦＰＧＡ（フィード・プログラマブル・ゲートアレイ）からなり、データメモリ５４を用いてセンサ出力信号ＣＳの瞬時的な電圧値を放射光の強度を表すカウント値（相対値）に換算し、その換算値をディジタルの波形データＤＣＳとして生成する。生成された波形データＤＣＳは、データメモリ５４に保存される。演算処理部５２は、波形データＤＣＳに基づいて、制御部１４を介して操作パネル２０のディスプレイ上にセンサ出力信号ＣＳの波形を表示し、あるいは後述する良否判定の処理も実行してその判定結果をセンサ出力信号ＣＳの波形と一緒に表示するようになっている。制御部１４は、ＣＰＵ、メモリ、各種インタフェース回路を有しており、演算処理部５２から与えられた波形データＤＣＳおよび判定結果のデータを映像信号に変換して操作パネル２０のディスプレイ（表示部２０ａ）にセンサ出力信号ＣＳの波形や判定結果情報等の画像を表示する。
【００３３】
このように、この実施形態におけるモニタ部（レーザ加工監視装置）２５は、レーザ加工時に照射されるレーザ光の戻り光（反射光）ではなく、被加工物自身が溶融状態に達する際の放射光をモニタリングの対象として、放射光を温度換算せずに、加工時の放射光量の変化を特定の帯域における瞬時的な積分値を一義的なカウント値に換算した上で、該カウント値の経時的な変化を波形として表示することにより被加工物への加工影響を可視化するものである。
【００３４】
操作パネル２０は、たとえば、液晶ディスプレイからなる表示部２０ａと、キーボード式あるいはタッチパネル式の入力部２０ｂとを有し、制御部１４の表示制御の下で種々の設定画面やモニタ画面を表示する。この実施形態では、設定画面の一つとして、パルスレーザ光ＬＢの条件設定値に対応するレーザ出力波形を表示部２０ａのディスプレイ上に表示することも可能となっている。また、別の設定画面として、後述するような統計的手法によって取得され登録されているセンサ出力信号の基準波形ＲＣＳを表示部２０ａのディスプレイ上に表示することも可能となっており、さらにはディスプレイ上でセンサ出力信号の基準波形ＲＣＳについて設定された複数の監視範囲Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を基準波形ＲＣＳに重ねて表示することも可能となっている。また、モニタ画面の一つとして、表示部２０ａのディスプレイ上に、実際のレーザ加工においてモニタ部２５の赤外線センサ４０およびセンサ信号処理ユニット２２でそれぞれ取得したセンサ出力信号の波形およびレーザ加工良否の判定結果を一緒に表示することも可能となっている。
【００３５】
ここで、図４〜図６につき、この実施形態における基準波形および監視範囲の設定方法について説明する。
【００３６】
図４に、突き合せ継手に対して同一加工条件のレーザスポット溶接を多数回行った場合にモニタ部２５で得られるセンサ出力信号ＣＳの波形のばらつきの例を示す。通常は、図示のように、ギャップの無い被加工物の突き合せ面にパルスレーザ光ＬＢが照射されて良好の溶接結果が得られる正常な場合（ｂ）が最も多く、この正常な場合に得られるセンサ出力信号ＣＳの波形（特にピーク値）は正規分布の中心値または平均値付近に分布する。しかし、発生頻度は少ないが、パルスレーザ光ＬＢのビームスポットが被加工物の突き合せ面から逸れて溶接不良になる場合（ａ）もあり、この場合にはセンサ出力信号ＣＳの波形が平均値よりも異常に高いピーク値を示す。また、被加工物の突き合せ面にギャップがあるために溶接不良になる場合（ｃ）もあり、この場合にはセンサ出力信号ＣＳの波形が平均値から大きく離れた異常に低いピーク値を示す。
【００３７】
この実施形態においては、同一または同等の被加工物（試料）に対し、ユーザの選択した一定の加工条件の下でレーザ溶融加工を複数回（たとえば１００回以上）行って、モニタ部２５の赤外線センサ４０より得られるセンサ出力信号ＣＤの波形データＤＣＳを複数個（好ましくは１００個以上）取得する。そして、図５に示すように、複数回のレーザ加工で取得した複数個のセンサ出力信号ＣＤ１，ＣＤ２，ＣＤ３‥‥の波形を重ね合わせ、統計学的手法により、たとえばモニタ部２５に備えられるソフトウェアの演算処理によって、センサ出力信号ＣＳの波形の平均値を求め、これを基準波形ＲＳＣと定義する。そして、操作パネル２０の設定画面上でこの基準波形ＲＳＣを表示し、そこにユーザが時間軸上に限界値（オフセット値）の異なる１つまたは複数の監視範囲を任意に設定できるようにしている。
【００３８】
この実施形態では、モニタ部２５が、基準波形ＲＳＣを定義する際に、演算処理によって統計学上の標準偏差σを求め、これに±１、±２、±３を乗じて得られるオフセット値±１σ、±２σ、±３σを限界値（下限値および上限値）とする３つの監視範囲［-Ｍ１〜＋Ｍ１］，［-Ｍ２〜＋Ｍ２］，［-Ｍ３〜＋Ｍ３］を定義して、これらをユーザに提示するようにしている。ユーザは、基準波形ＲＳＣに対して、これらの監視範囲［-Ｍ１〜＋Ｍ１］，［-Ｍ２〜＋Ｍ２］，［-Ｍ３〜＋Ｍ３］を適用すべき１つまたは複数の任意の監視区間を選定すればよい。たとえば、パルス期間の中間部に１つの監視区間（ｔａ〜ｔｂ）を選定した場合は、図６に示すようになる。なお、図６は各監視区間［-Ｍ１〜＋Ｍ１］，［-Ｍ２〜＋Ｍ２］，［-Ｍ３〜＋Ｍ３］の限界値ラインを異なる線種で識別表示する例を示しているが、多色表示の方法で、たとえば内側の第１の監視区間［-Ｍ１〜＋Ｍ１］を青色で、中間の第２の監視区間［-Ｍ２〜＋Ｍ２］を黄色で、外側の第３の監視区間［-Ｍ３〜＋Ｍ３］を赤色で識別表示してもよい。
【００３９】
図７に、モニタ部２５（特に演算処理部５２ないし制御部１４）の処理手順をフローチャートで示す。この実施形態においては、ユーザが操作パネル２０を通じて今回使用する加工条件を指定する。この指定された加工条件については、上記のように、モニタ部２５より得られるセンサ出力信号ＣＤに対するモニタリング条件（基準波形、監視範囲および監視区間等）があらかじめ設定されており、そのモニタリング条件のデータ（設定値）が内蔵または外付けのメモリたとえばデータメモリ５４に保存されている。制御部１４は、該当するモニタリング条件のデータをデータメモリ５４から読み出し、レジスタにセットする（ステップＳ１）。
【００４０】
そして、制御部１４の制御の下でレーザ発振器１０より所定の条件でパルスレーザ光ＬＢが発振出力されると、このパルスレーザ光ＬＢは、光ファイバ１６を介してヘッド１８の出射ユニット２４に伝送され、出射ユニット２４より被加工物Ｗの当該加工点Ｐ付近に集光照射される。これにより、当該加工点Ｐ付近がパルスレーザ光ＬＢのレーザエネルギーを吸収して瞬時に溶け、その溶融部分から熱放射の電磁波（主に赤外線）が発せられる。この熱放射のなかで上記のように出射ユニット２４内の光学レンズ３２、ダイクロイックミラー３０およびセンサユニット２６内の光学レンズ３８、ダイクロイックミラー３６を通り抜けた光が赤外線センサ４０のバンド・パス・フィルタ４４に入射する。そして、バンド・パス・フィルタ４４を通過した特定波長帯域（１３００〜２５００ｎｍ）の光ＬＭがフォトダイオード４６で光電変換され、電流出力のセンサ出力信号ＣＳが生成される。このセンサ出力信号ＣＳが上記のようなアナログ信号処理（電流−電圧変換、増幅、電圧−電流変換、電流伝送）を受けてセンサ信号処理ユニット２２に取り込まれる（ステップＳ２）。そして、センサ信号処理ユニット２２内で、センサ出力信号ＣＳが上記のようなディジタル信号処理（電流−電圧変換、アナログ−ディジタル変換、電圧−カウント値変換）を受けて、センサ出力信号ＣＳの波形データＤＣＳが生成され、この１パルス分の波形データＤＣＳがデータメモリ５４に保存される（ステップＳ３）。
【００４１】
次いで、演算処理部５２または制御部１４は、データメモリ５４よりセンサ出力信号ＣＳの信号波形データＤＣＳを読み出し、既に読み出しているモニタリング条件のデータも併せて、図８に示すようにセンサ出力信号ＣＳの波形に予設定の監視区間（ｔａ〜ｔｂ）および３つの監視範囲［-Ｍ１〜＋Ｍ１］，［-Ｍ２〜＋Ｍ２］，［-Ｍ３〜＋Ｍ３］を当てはめる（ステップＳ４）。
【００４２】
このモニタ検査（ステップＳ４）において、-Ｍ１＜ＣＳ＜＋Ｍ１の場合、すなわち図９Ａに示すように監視区間（ｔａ〜ｔｂ）内でセンサ出力信号ＣＳの波形が最も小さい限界値（±１δ）を有する第１の監視範囲［-Ｍ１〜＋Ｍ１］の中に始終在った場合は、制御部１４は、基準波形ＲＣＳ（図６）に相当近似していると判断し、今回のレーザ溶融加工は特に優良（“特優”）であると判定する（ステップＳ５→Ｓ６）。
【００４３】
モニタ検査（ステップＳ４）において、-Ｍ２＜ＣＳ＜＋Ｍ２の場合、すなわち図９Ｂに示すように監視区間（ｔａ〜ｔｂ）内でセンサ出力信号ＣＳの波形が第１の監視区間［-Ｍ１〜＋Ｍ１］の外にはみ出すも第２の監視範囲［-Ｍ２〜＋Ｍ２］の中に留まっているときは、制御部１４は、基準波形ＲＣＳに一応近似していると判断し、今回のレーザ溶融加工は一応優良（“優”）であると判定する（ステップＳ７→Ｓ８）。
【００４４】
また、モニタ検査（ステップＳ４）において、-Ｍ３＜ＣＳ＜＋Ｍ３の場合、すなわち図９Ｃに示すように監視区間（ｔａ〜ｔｂ）内でセンサ出力信号ＣＳの波形が第２の監視区間［-Ｍ２〜＋Ｍ２］の外にはみ出すも第３の監視範囲［-Ｍ３〜＋Ｍ３］の中に留まっているときは、制御部１４は、基準波形ＲＣＳとの誤差または偏差がまだ許容範囲内にあると判断し、今回のレーザ溶融加工は一応合格（“良”）したと判定する（ステップＳ９→Ｓ１０）。
【００４５】
しかし、モニタ検査（ステップＳ４）において、ＣＳ＜-Ｍ３または＋Ｍ３＜ＣＳが検出された場合、すなわち図９Ｄに示すように監視区間（ｔａ〜ｔｂ）内でセンサ出力信号ＣＳの波形が第３の監視範囲［-Ｍ３〜＋Ｍ３］の外に出たときは、制御部１４は、基準波形ＲＣＳとの誤差または偏差が許容範囲を超えたと判断し、今回のレーザ溶融加工は不合格（“不良”）であると判定する（ステップＳ９→Ｓ１１）。
【００４６】
制御部１４で得られる上記のような判定結果は、表示部２０ａのディスプレイ上にセンサ出力信号ＣＳの波形ととともに表示出力される（ステップＳ１２）。ここで、各判定結果の識別を容易にするためのブザー音やアラート等を併用してもよい。
【００４７】
生産現場のユーザにおいては、“特優”の判定結果が出た被加工物群については、極めて均一かつ良質のレーザ溶融加工を施されたものと評価することができる。また、“優” の判定結果が出た被加工物群については、一定の均一かつ品質のレーザ溶融加工を施されたものと評価することができる。また、“良”の判定結果が出た被加工物群については、一応許容範囲内の均一性および品質のレーザ溶融加工を施されたもの評価することができる。そして、“不良”の判定結果が出た被加工物群は、レーザ溶融加工中にスパッタの発生、溶融池の溶落、溶融池の偏向溶融等の異常が発生したものと評価することができる。また、“不良”の判定結果が頻繁に、または続けて出たときは、同一の加工条件によるレーザ溶融加工を即刻中止することもできる。このように、この実施形態においては、このレーザ加工装置によるレーザ溶融加工を施された被加工物の加工品質に関してきめの細かいセグメント化を可能とし、品質管理を大きく向上させることができる。
【００４８】
この実施形態においては、センサユニット２６内に設けられるフォトダイオード４６は受光感度の高いフォトダイオードたとえばＳiフォトダイオードからなり、受光した放射光ＬＭの光強度に比例する電流出力のセンサ出力信号ＣＳを生成する。ただし、放射光ＬＭが微弱な光であるため、センサ出力信号ＣＳも微弱な小信号として出力される。そこで、上記のように、電流−電圧変換回路１００によってセンサ出力信号ＣＳを電圧信号に変換したうえで増幅器４２によりノイズの影響を十分低減できる大きさの信号に変換している。
【００４９】
しかし、このアナログのセンサ出力信号ＣＳを電圧信号のままでセンサユニット２６からセンサケーブル４８を介してたとえば数ｍ以上離れたセンサ信号処理ユニット２２まで伝送（電圧伝送）したならば、センサケーブル４８上の電圧降下によって信号レベルが大幅に減衰したり波形の歪みを生じたりして、ノイズの影響も受けやすい。そこで、センサユニット２６内で電圧−電流変換回路１０２によりセンサ出力信号ＣＳを電流信号に変換してからセンサケーブル４８を介してセンサ信号処理ユニット２２に伝送するようにしており、かかる電流伝送により信号の減衰、波形歪、ノイズ影響等を抑制することができる。このことにより、放射光ＬＭの光強度を表すアナログのセンサ出力信号ＣＳを忠実にセンサユニット２６から遠隔のセンサ信号処理ユニット２２まで伝送することが可能であり、さらにセンサ信号処理ユニット２２内で上記のようなディジタル信号処理にかけることによって、フォトダイオード４６で生成したセンサ出力信号ＣＳの波形を、強度変化を損なわずにディジタルの波形データＤＣＳに変換することができる。
【００５０】
この実施形態においては、レーザ加工中に被加工物から放射される放射光の特定波長帯域の強度変化を精細かつ忠実に表すセンサ出力信号ＣＳの波形データを取得し、この波形データに基づいて可視化され得るセンサ出力信号ＣＳの波形に対してあらかじめ設定している監視区間（ｔａ〜ｔｂ）および限界値の異なる複数の監視範囲［-Ｍ１〜＋Ｍ１］，［-Ｍ２〜＋Ｍ２］，［-Ｍ３〜＋Ｍ３］を当てはめて、センサ出力信号の波形がいずれの監視範囲の中または外にあるのかを検査し、その検査結果に基づいて当該レーザ溶融加工の良否を判定するようにしたので、溶融部の微妙な挙動または動的な変化に基づいたきめの細かい品質評価を行うことが可能であり、品質管理を大きく向上させることができる。
［他の実施形態又は変形例］
【００５１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００５２】
上述した実施形態では、統計学上の標準偏差σに±１、±２、±３を乗じて得られるオフセット値±１σ、±２σ、±３σを限界値（下限値および上限値）とする３つの監視範囲［-Ｍ１〜＋Ｍ１］，［-Ｍ２〜＋Ｍ２］，［-Ｍ３〜＋Ｍ３］を定義した。しかし、上記比例係数の１，２，３は典型例であり、広義には標準偏差σに０より大きい任意の実数Ｎ１，Ｎ２およびＮ３（ただし、Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３）を乗じた値をそれぞれ第１、第２および第３のオフセット値とすることが可能である。ここで、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は正の値または負の値のいずれであってもよい。したがって、たとえばＮ１，Ｎ２，Ｎ３を正の値とすると、＋Ｎ１＊σ、＋Ｎ２＊σ、＋Ｎ３＊σおよび／または−Ｎ１＊σ、−Ｎ２＊σ、−Ｎ３＊σをオフセット値とすることも可能である。また、監視範囲の数も３個に限定されず、２個または４個等に設定することも可能である。
【００５３】
たとえば、上述した実施形態では、１個のパルスレーザ光ＬＢについて赤外線センサ４０より増幅器４２を介してセンサ信号処理ユニット２２に取り込んだ信号波形データＤＣＳの全部をデータメモリ５４に保存した。しかし、センサ信号処理ユニット２２が１パルス分の信号波形データＤＣＳの中から各モニタ点ｔ２，ｔ３，‥‥の信号レベル値ＤＣＳ２，ＤＣＳ３，‥‥を抜き出し、抜き出した信号レベル値ＤＣＳ２，ＤＣＳ３，‥‥をデータメモリ５４に保存するようにしてもよい。
【００５４】
上述した実施形態は赤外線センサ４０ないしセンサユニット２６を出射ユニット２４と一体にヘッド１８に組み込んでいる。しかし、赤外線センサ４０ないしセンサユニット２６を出射ユニット２４から分離可能または独立のユニットとして出射ユニット２４の近傍に配置する構成を採ることも可能である。
【００５５】
上述した実施形態は被加工物にパルスレーザ光を照射するレーザ溶接について説明したが、本発明のレーザ監視方法または監視装置は被加工物にＣＷレーザ光を照射するレーザ溶接にも適用可能である。
【００５６】
本発明のレーザ加工方法およびレーザ加工装置はレーザスポット溶接に限定されず、溶融を伴う他のレーザ加工たとえばレーザ切断、レーザろう付け、レーザ焼入れ、レーザ表面改質等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  レーザ発振器
１２  レーザ電源
１４  制御部
１５  ガイド光発生部
１８  ヘッド
２０  操作パネル
２２  センサ信号処理ユニット
２５  モニタ部（レーザ加工監視装置）
４０  赤外線センサ
４４  バンド・パス・フィルタ（波長フィルタ）
４６  フォトダイオード（光電変換素子）
４２  増幅器
４８  センサケーブル
５０  Ａ／Ｄ変換器
５２  演算処理部
５４  データメモリ
【要約】
【課題】溶融を伴うレーザ加工について精度および信頼性およびコスト性にすぐれたきめの細かいモニタリングを実現すること。
【解決手段】  このレーザ加工監視装置は、所与の金属系被加工物Ｗにレーザ光ＬＢを照射し、その被加工物Ｗをレーザエネルギーにより溶かして所望のレーザ加工を行うレーザ加工機の監視装置であって、レーザ発振器１０、レーザ電源１２、制御部１４、ガイド光発生部１５、伝送用光ファイバ１６、１７、ヘッド１８（出射ユニット２４、センサユニット２６）、操作パネル２０、モニタ部２５を有している。モニタ部２５は、この実施形態におけるレーザ監視装置であり、主に制御部１４、操作パネル２０、センサ信号処理ユニット２２およびセンサユニット２６等を含んで構成される。
【選択図】  図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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