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公開番号2025018525
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023122304
出願日2023-07-27
発明の名称レーザ溶接モニタリング装置及び方法
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人東京国際特許事務所
主分類B23K 26/00 20140101AFI20250130BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】レーザ溶接中に発生するプルームまたは誘起プラズマによる発光の影響を低減して、レーザ溶接のモニタリング精度を向上させること。
【解決手段】溶接対象のワーク1へのレーザ溶接によりワークの溶融部に生ずる光の発光強度を測定する光センサ11と、光センサに設置されて、この光センサに入射される光を溶接状態のモニタリングに必要な発光波長帯域の光となるように設定するフィルタ12と、レーザ溶接による溶接状態が貫通かまたは非貫通かを判別するための発光強度に関する閾値を、レーザ溶接条件を含む条件に基づいて算出するCPU13と、光センサにて測定された発光強度と上記閾値とを比較して、レーザ溶接における溶接状態が貫通かまたは非貫通かを判定する判定部16と、を有して構成されたものである。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
溶接対象の対象物へのレーザ溶接により前記対象物の溶融部に生ずる光の発光強度を測定する測定器と、
前記測定器に設置されて、この測定器に入射される光を溶接状態のモニタリングに必要な発光波長帯域の光となるように選定するフィルタと、
前記レーザ溶接による溶接状態が貫通かまたは非貫通かを判別するための前記発光強度に関する閾値を、レーザ溶接条件を含む条件に基づいて算出する演算部と、
前記測定器にて測定された前記発光強度と前記閾値とを比較して、前記レーザ溶接における前記溶接状態が貫通かまたは非貫通かを判定する判定部と、を有して構成されたことを特徴とするレーザ溶接モニタリング装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記フィルタは、対象物に照射されるレーザ光と同一の発光波長帯域の光を減衰させるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接モニタリング装置。
【請求項３】
前記フィルタは、レーザ溶接時に発生するプルームまたは誘起プラズマにおける発光波長帯域の光を減衰させるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接モニタリング装置。
【請求項４】
前記フィルタは、請求項２に記載のフィルタと請求項３に記載のフィルタとが組み合されて構成されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接モニタリング装置。
【請求項５】
前記測定器は、前記対象物の溶融部に生ずる光を、前記対象物に照射されるレーザ光の通過軸と同軸状態で入射させて、その発光強度を測定するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接モニタリング装置。
【請求項６】
前記測定器は、前記対象物に照射されるレーザ光から離反し且つ前記対象物の溶融部を直接観察可能な位置に設置されて、前記溶融部に生ずる光の発光強度を測定するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接モニタリング装置。
【請求項７】
前記判定部は、レーザ溶接における溶接状態が貫通かまたは非貫通かを、時系列に表示させるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接モニタリング装置。
【請求項８】
前記判定部は、レーザ溶接中における溶接状態が非貫通から貫通への移行時、または貫通から非貫通への移行時に、その旨を通知音及び表示の少なくとも一方で通知させるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接モニタリング装置。
【請求項９】
溶接対象の対象物へのレーザ溶接により前記対象物の溶融部に生ずる光の発光強度を測定する測定器と、
前記測定器に設置されて、この測定器に入射される光を溶接状態のモニタリングに必要な発光波長帯域の光となるように選定するフィルタと、を準備し、
演算部が、前記レーザ溶接による溶接状態が貫通かまたは非貫通かを判別するための前記発光強度に関する閾値を、レーザ溶接条件を含む条件に基づいて算出するステップと、
前記測定部が、前記レーザ溶接により前記対象物の前記溶融部に生ずる光のうち、前記フィルタにより、溶接状態のモニタリングに必要な発光波長帯域の光の発光強度を測定するステップと、
判定部が、前記測定器にて測定された前記発光強度と前記閾値とを比較して、前記レーザ溶接における前記溶接状態が貫通かまたは非貫通かを判定するステップと、を有するレーザ溶接モニタリング方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、レーザ溶接の溶接状態をモニタリングするレーザ溶接モニタリング装置及びレーザ溶接モニタリング方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接は、レーザ発振器から伝送されたレーザ光をレンズにより高密度で集光して金属材料に照射し、１パスで深い溶け込みを得ることが可能な溶接技術である。この特性を利用して、厚さ数ｍｍ～１０ｍｍ程度の金属材料を１パスで貫通溶接することができ、溶融部から生じる可視光、赤外光、反射光などの発光強度を光センサで測定して、溶接状態及び溶接品質をモニタリングする技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第３２７５９８８号公報
特開２０２１－９０９９２号公報
特開２０００－１４６８５２号公報
特開２０００－１１７４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、特許文献１では、反射光強度に対する閾値を予め設定し、反射光強度の測定値が閾値より高い場合には、金属材料をレーザが貫通していないと判断し、反射光強度の測定値が閾値より低い場合には、金属材料をレーザが貫通したと判定する。また、特許文献２は、非貫通溶接から貫通溶接に光強度が変化するときに、下降する輝度値の変化を検出して貫通したと判定するモニタリング技術である。
【０００５】
特許文献３は、キーホール内の複数深さに焦点を合わせて光量を取り出し、その光量から溶接金属内部の気泡（ポロシティ）の発生をモニタリングする技術である。更に、特許文献４は、ＣＣＤカメラで得られる画像データから、キーホールと溶融浴の位置をモニタリングしてパラメータ制御を行っている。
【０００６】
しかしながら、深い溶け込みが得られるキーホール溶接では、条件によってプルームや誘起プラズマによる高輝度の発光が不連続で発生する。この発光はレーザ出力を高めてエネルギ密度を増加させるほど大きくなり、溶接状態をモニタリングする上で不要な情報となっている。このため、モニタリング装置の構成によっては、プルームや誘起プラズマの発光がレーザ溶接のモニタリング精度に悪影響を与えてしまう恐れがある。
【０００７】
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、レーザ溶接中に発生するプルームまたは誘起プラズマによる発光の影響を低減して、レーザ溶接のモニタリング精度を向上させることができるレーザ溶接モニタリング装置及びレーザ溶接モニタリング方法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】
【０００８】
本発明の実施形態におけるーザ溶接モニタリング装置は、溶接対象の対象物へのレーザ溶接により前記対象物の溶融部に生ずる光の発光強度を測定する測定器と、前記測定器に設置されて、この測定器に入射される光を溶接状態のモニタリングに必要な発光波長帯域の光となるように選定するフィルタと、前記レーザ溶接による溶接状態が貫通かまたは非貫通かを判別するための前記発光強度に関する閾値を、レーザ溶接条件を含む条件に基づいて算出する演算部と、前記測定器にて測定された前記発光強度と前記閾値とを比較して、前記レーザ溶接における前記溶接状態が貫通かまたは非貫通かを判定する判定部と、を有して構成されたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の実施形態におけるレーザ溶接モニタリング方法は、溶接対象の対象物へのレーザ溶接により前記対象物の溶融部に生ずる光の発光強度を測定する測定器と、前記測定器に設置されて、この測定器に入射される光を溶接状態のモニタリングに必要な発光波長帯域の光となるように選定するフィルタと、を準備し、演算部が、前記レーザ溶接による溶接状態が貫通かまたは非貫通かを判別するための前記発光強度に関する閾値を、レーザ溶接条件を含む条件に基づいて算出するステップと、前記測定部が、前記レーザ溶接により前記対象物の前記溶融部に生ずる光のうち、前記フィルタにより、溶接状態のモニタリングに必要な発光波長帯域の光の発光強度を測定するステップと、判定部が、前記測定器にて測定された前記発光強度と前記閾値とを比較して、前記レーザ溶接における前記溶接状態が貫通かまたは非貫通かを判定するステップと、を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、レーザ溶接中に発生するプルームまたは誘起プラズマによる発光の影響を低減して、レーザ溶接のモニタリング精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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