特許 6688021 レーザ溶接監視装置とレーザ溶接監視方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6688021

(24)【登録日】2020年4月7日

(45)【発行日】2020年4月28日

(54)【発明の名称】レーザ溶接監視装置とレーザ溶接監視方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20200421BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20200421BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/00 P

   B23K26/00 Q

   B23K26/00 N

   B23K26/21 A

【請求項の数】14

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-145477(P2015-145477)

(22)【出願日】2015年7月23日

(65)【公開番号】特開2017-24046(P2017-24046A)

(43)【公開日】2017年2月2日

【審査請求日】2018年7月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】508333033

【氏名又は名称】株式会社ＮＩＳＨＩＨＡＲＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100148851

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 和弘

(72)【発明者】

【氏名】川上 佳剛

【審査官】 竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２４４３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２０５１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−２６７２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−３１２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１３２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２１８４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１３３２４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平８−２１５８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−２６１５７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光にて溶接される溶接材料の溶接部位について、その溶接状態を監視するレーザ溶接監視装置において、
前記溶接材料に前記レーザ光が照射されて表側に形成された溶融池からの、前記溶接材料に対応して予め決定された、可視光内の特定の一波長の発光強度を検出し、検出した前記発光強度に基づいて溶接状態を判定する
ことを特徴とするレーザ溶接監視装置。

【請求項2】

請求項１に記載のレーザ溶接監視装置において、
前記特定の一波長は、前記溶接材料の前記溶融池からの複数の発光スペクトルのピーク波長の中の一つである
ことを特徴とするレーザ溶接監視装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のレーザ溶接監視装置において、
前記溶接材料は、アルミニウムまたは鉄またはチタンまたは銅または鋼材である
ことを特徴とするレーザ溶接監視装置。

【請求項4】

請求項３に記載のレーザ溶接監視装置において、
前記溶接材料がアルミニウムの場合には、前記特定の一波長は３７５ｎｍ〜４２５ｎｍである
ことを特徴とするレーザ溶接監視装置。

【請求項5】

請求項３に記載のレーザ溶接監視装置において、
前記溶接材料が鉄の場合には、前記特定の一波長は５６５ｎｍ〜６１５ｎｍであり、前記溶接材料がＳＵＳの場合には、前記特定の一波長は７４５ｎｍ〜７９５ｎｍであり、前記溶接材料がチタンの場合には、前記特定の一波長は７４５ｎｍ〜７９５ｎｍである
ことを特徴とするレーザ溶接監視装置。

【請求項6】

請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のレーザ溶接監視装置において、
前記レーザ光は１０７０ｎｍ〜１１００ｎｍのファイバレーザである
ことを特徴とするレーザ溶接監視装置。

【請求項7】

レーザ光にて溶接される溶接材料の溶接部位について、その溶接状態を監視するレーザ溶接監視方法において、
前記溶接材料に前記レーザ光が照射されて表側に形成された溶融池からの、前記溶接材料に対応して予め決定された、可視光内の特定の一波長の発光強度を検出し、検出した前記発光強度に基づいて溶接状態を判定する
ことを特徴とするレーザ溶接監視方法。

【請求項8】

請求項７に記載のレーザ溶接監視方法において、
前記特定の一波長は、前記溶接材料の前記溶融池からの複数の発光スペクトルのピーク波長の中の一つである
ことを特徴とするレーザ溶接監視方法。

【請求項9】

請求項７または請求項８に記載のレーザ溶接監視方法において、
前記溶接材料は、アルミニウムまたは鉄またはチタンまたは銅または鋼材である
ことを特徴とするレーザ溶接監視方法。

【請求項10】

請求項９に記載のレーザ溶接監視方法において、
前記溶接材料がアルミニウムの場合には、前記特定の一波長は３７５ｎｍ〜４２５ｎｍである
ことを特徴とするレーザ溶接監視方法。

【請求項11】

請求項９に記載のレーザ溶接監視方法において、
前記溶接材料が鉄の場合には、前記特定の一波長は５６５ｎｍ〜６１５ｎｍであり、前記溶接材料がＳＵＳの場合には、前記特定の一波長は７４５ｎｍ〜７９５ｎｍであり、前記溶接材料がチタンの場合には、前記特定の一波長は７４５ｎｍ〜７９５ｎｍである
ことを特徴とするレーザ溶接監視方法。

【請求項12】

請求項７乃至請求項１１のいずれか一項に記載のレーザ溶接監視方法において、
前記レーザ光は１０７０ｎｍ〜１１００ｎｍのファイバレーザである
ことを特徴とするレーザ溶接監視方法。

【請求項13】

請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のレーザ溶接監視装置において、
前記特定の一波長の発光強度の検出は、半値幅２５ｎｍの透過干渉フィルターを介して遂行される
ことを特徴とするレーザ溶接監視装置。

【請求項14】

請求項７乃至請求項１２のいずれか一項に記載のレーザ溶接監視方法において、
前記特定の一波長の発光強度の検出は、半値幅２５ｎｍの透過干渉フィルターを介して遂行される
ことを特徴とするレーザ溶接監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、欠陥検出精度が高い溶接モニタリングが可能なレーザ溶接監視装置とレーザ溶接監視方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車用バッテリ等として用いられる電極の製造プロセスにおいて、溶接されるワークの溶融状態をリアルタイムでモニタリングし、すべての製品についての溶接欠陥を早期に検出することを目的とする発明が下記特許文献１に記載されている。

【0003】

この文献の検出装置は、ワークが箔状のアルミニウム合金からなり、溶接部位から散乱される光波のうち反射光を集光する反射光集光部と、赤外光を集光する赤外光集光部と、各集光部で集光された光波から所定波長の反射光と赤外光とを抽出し電気信号に変換して溶接状態判別処理部に送る各センサ部と、上記各信号を溶接部位が固化されるまでの時間監視する溶接状態判別処理部１１とからなる。

【0004】

該溶接状態判別処理部は反射光と赤外光について時間ごとの検出強度を監視する制御・演算手段と、出力手段と、記憶手段とを備え、先ず反射光につき所定の時間２ｍｓ経過後の検出強度のピーク値が予め定められた閾値２０以上である場合において、赤外光の検出強度のピーク値が予め定められた閾値０．６以上であるときは「顕らかな欠陥」と判別し、上記閾値Ｂ未満であるときは「隠れた欠陥」と判別することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−００６０３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

レーザ光を用いた金属材料の溶接のその場観察やその場監視において、溶融池からの可視光全体の発光強度をモニタリングする方法では、ノイズが多く含まれてしまい、欠陥発生の有無を正確に把握することは従来困難であった。

【0007】

すなわち、可視光のいずれかの波長においてノイズが生じた場合に、従来のように可視光全体の発光強度を検出している場合には、当該ノイズが検出値内に取り込まれ、欠陥発生を示す信号成分が当該ノイズに埋没して、その抽出を困難にしていた。

【0008】

また、仮に、赤外領域の波長、例えば１３００ｎｍ付近の波長の溶融池からの発光のみを検出する場合には溶融池の状態を直接観察できるものの、赤外光検出の検出素子は、可視光の検出素子よりもかなり高額なものとなってしまう。一方、可視光を検出する場合には、溶融池から発生したプルーム（金属蒸気等の噴出物）の発光を検出でき、かつ可視光検出素子も比較的安価である。

【0009】

本発明は、上述の問題点に鑑み為されたものであり、より低コストで、レーザ溶接時の欠陥検出精度を高めたより確からしい溶接モニタリングが可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のレーザ溶接監視装置は、レーザ光にて溶接される溶接材料の溶接部位について、その溶接状態を監視するレーザ溶接監視装置において、溶接材料にレーザ光が照射されて形成された溶融池からの、溶接材料に対応して予め決定された、可視光内の特定の一波長の発光強度を検出し、検出した前記発光強度に基づいて溶接状態を判定することを特徴とする。

【0011】

本発明のレーザ溶接監視方法は、レーザ光にて溶接される溶接材料の溶接部位について、その溶接状態を監視するレーザ溶接監視方法において、溶接材料にレーザ光が照射されて形成された溶融池からの、溶接材料に対応して予め決定された、可視光内の特定の一波長の発光強度を検出し、検出した前記発光強度に基づいて溶接状態を判定するレーザ溶接監視方法とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明により、より低コストで、レーザ溶接時の欠陥検出精度を高めたより確からしい溶接モニタリングが可能となる。特定波長のみについて、レーザ溶接時の溶融池からの発光強度の経時変化を監視することにより、ノイズが少ない発光強度を検出して、スパッタの飛散や穴あき等の欠陥発生による発光強度変化を高い精度で検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態のレーザ溶接システムの構成概要を説明する図である。

【図2】（ａ）はアルミニウムを溶接材として用いた場合に、可視光全体に亘って溶融池からの発光強度を検出した検出強度の時間変化を説明する図であり、（ｂ）はアルミニウムを溶接材として用いた場合に、可視光の特定の一波長（４００ｎｍ、但し半値幅２５ｎｍ）のみについて溶融池からの発光強度を検出した検出強度の時間変化を説明する図である。

【図3】図４〜図６に示す溶融池からの発光スペクトルを計測するために用いた実験装置の概要を説明する図である。

【図4】アルミニウムを溶接材として用いて図３の構成で模擬レーザ溶接を遂行し、溶接材を約１秒間走査した場合の、正常な溶接箇所と異常な溶接箇所とを説明する図であり、（ａ）が溶接材の走査箇所（紙面左から右方向に走査）の全体写真を示し、（ｂ）が溶接開始箇所の正常溶接状態のスペクトルを示し、（ｃ）が溶接の走査中程の正常溶接状態のスペクトルを示し、（ｄ）が溶接終了箇所付近の異常溶接状態のスペクトルを示す図である。

【図5】アルミニウム溶接材料（Ａ１０５０）を用いた正常な溶接が遂行されている状態の溶融池からの可視光の発光スペクトルを示す図である。

【図6】図３の実験装置を用いて、分光器で取得するスペクトル波長を変えて約１秒間アルミニウム溶接材を走査した場合のスペクトル強度を示す図であり、（ａ）が３９５ｎｍのスペクトル強度の経時変化を示し、（ｂ）が４５４ｎｍのスペクトル強度の経時変化を示し、（ｃ）が４７０ｎｍのスペクトル強度の経時変化を示し、（ｄ）が４８７ｎｍのスペクトル強度の経時変化を示し、（ｅ）が５１３ｎｍのスペクトル強度の経時変化を示し、（ｆ）が５４２ｎｍのスペクトル強度の経時変化を示す。

【図7】（ａ）は、アルミニウムを溶接材として用いた場合の六つの波長域それぞれについて溶接正常時のピーク強度の平均値に対して穴あき欠陥発生時のピーク強度がどの程度上昇したかを比較して示すグラフであり、（ｂ）は、六つの波長域それぞれについて標準誤差率を比較して示すグラフである。

【図8】Ｆｅ（厚さｔ＝０．５ｍｍの２枚重ね）を溶接材料として約１秒間レーザ溶接走査を遂行中に生じた異常に関する溶融池からのスペクトル特性について説明する図である。

【図9】Ｔｉ（厚さｔ＝０．５ｍｍの２枚重ね）を溶接材料として約１秒間レーザ溶接走査を遂行中に生じた異常に関する溶融池からのスペクトル特性について説明する図である。

【図10】ＳＵＳ３０４（厚さｔ＝０．５ｍｍの２枚重ね）を溶接材料として約１秒間レーザ溶接走査を遂行中に生じた異常に関する溶融池からのスペクトル特性について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

従来、レーザ溶接時の可視光モニタリングでは、可視光波長のほぼ全域をモニターして測定している。可視光は主にレーザ溶接中に発生するプルーム（プラズマや金属蒸気等）を捉え、溶接材料の孔空きなどの溶接不具合の検知に有効である。しかし、可視光は測定波形の振幅の変動が極めて大きいことから、可視光に基づく、正常な溶接時と異常な溶接時との峻別は、従来困難であった。

【0015】

可視光の測定波形の振幅変動の発生要因としては、照明などの外乱光の影響や、取得してモニターする波長帯が広すぎて様々なスペクトルの波形が入り乱れて相殺、相乗等することにより、モニターしている可視光全体の強度として振幅が時間変動していることが考えられる。

【0016】

レーザ溶接時に保護メガネを介して目視観察すれば理解できるが、レーザ溶接時のプルームは材料特有の発光色を示すため、プルームの測定波長は、溶接材料ごとに特定の波長に限定されることが好ましいと思われる。

【0017】

図１は、本実施形態のレーザ溶接システム１０００の構成概要を説明する図である。レーザ溶接システム１０００は、溶接するためのレーザ光を発生させるレーザ装置１１００と、レーザ装置１１００で発生させたレーザ光を光ファイバを介して溶接材１４００に集光する加工ヘッド１３００を備える。

【0018】

溶接材１４００にレーザ光のエネルギーが集約されることにより生成された溶融池から生じる可視光は、可視光集光センサユニット１５００で集光されて、光電変換される。可視光集光センサユニット１５００の下端（可視光入射側）には、不図示の干渉フィルターが備えられている。干渉フィルターは、溶接材１４００に対応した特定の一波長（実質的にはある程度の波長幅を有する）のみを通過させる。

【0019】

可視光集光センサユニット１５００から出力された電気信号は、良否判定装置１２００に入力されて、溶接の良否が判定される。レーザ溶接時において、仮に溶接不良（典型的には溶接材１４００の穴あき）が生じた場合に、溶接材１４００の材料に対応した特定の可視光の波長の、溶融池からの、発光が強くなることが見いだされた。

【0020】

これを利用して、レーザ溶接システム１０００は、溶接材１４００の材料に対応した特定の波長の可視光の強度のみを常時監視し、その光強度が所定の閾値以上となった場合には溶接不良と判断する。すなわち、良否判定装置１２００は、可視光集光センサユニット１５００で光電変換された電気信号の値が所定の閾値以上となったことを検出した場合に、溶接不良と判定する。

【0021】

図２（ａ）はアルミニウムを溶接材１４００として用いた場合に、可視光全体に亘って溶融池からの発光強度を検出した検出強度の時間変化を説明する図であり、図２（ｂ）はアルミニウムを溶接材１４００として用いた場合に、可視光の特定の一波長（４００ｎｍ、但し半値幅２５ｎｍ）のみについて溶融池からの発光強度を検出した検出強度の時間変化を説明する図である。

【0022】

図２（ａ）から理解できるように、可視光全体（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の発光強度を検出した場合には、レーザ溶接の進捗の時間経過に対する検出値の振幅が大きくなる。従って、この場合には、溶接不良を示す溶融池からの特定波長の発光が、雑音に埋没してしまい、不良を検知できないものとなる。

【0023】

一方、図２（ｂ）から理解できるように、半値幅２５ｎｍの４００ｎｍ透過干渉フィルターを用いて特定の波長のみを検出した場合には、レーザ溶接の進捗の時間経過に対する検出値の振幅があまり大きくない。このため、時間０．０３（ｓ）付近のひときわ大きな検出値を明確に峻別可能となる。図２（ａ）と図２（ｂ）共に、横軸の時間約０．０３（ｓ）において、溶接の不良が発生しているのであるが、図２（ｂ）においては溶接不良に起因する検出値の上下振れを検知可能である。

【0024】

特定波長において溶接不良発生時に、発光強度の上下振れが検出される原因は定かではないが、溶接不良時には、溶融池の煮沸や飛散等が生じており、これに伴う溶融池表面の変動等が関係していると推測される。

【0025】

図３は、図４〜図６に示す溶融池からの発光スペクトルを計測するために用いた実験装置の概要を説明する図である。図３において、照射レーザの出力は８００Ｗとし、走査速度は２０ｍｍ／秒として、２枚のアルミニウム板（ｔ＝０．５ｍｍ）を重ねた溶接材料をレーザ照射の下で約１秒間走査した。

【0026】

そして、溶接材料に形成された溶融池からの発光スペクトルを４５°の角度から分光器ヘッド及び分光器を介して計測した。図３に示す計測系によるスペクトル計測結果を図４〜図６を用いて下記に説明する。

【0027】

図４は、アルミニウムを溶接材として用いて図３の構成で模擬レーザ溶接を遂行し、溶接材を約１秒間走査した場合の、正常な溶接箇所と異常な溶接箇所とを説明する図である。図４（ａ）が溶接材の走査箇所（紙面左から右方向に走査）の全体写真を示し、図４（ｂ）が溶接開始箇所の正常溶接状態のスペクトルを示し、図４（ｃ）が溶接の走査中程の正常溶接状態のスペクトルを示し、図４（ｄ）が溶接終了箇所付近の異常溶接状態のスペクトルを示す図である。

【0028】

図４から理解できるように、図４（ｄ）において穴あきの溶接異常が発生しているが、図４（ｂ）、図４（ｃ）の正常時と比較して、穴あきの溶接異常時には、特に３５０ｎｍ〜５００ｎｍにかけて顕著なスペクトル強度の増大が検出されている。このため、この現象を利用して、レーザ溶接システム１０００は、アルミニウムを溶接材１４００として用いる場合に、例えば４００ｎｍの特定波長で溶融池をモニターし、検出強度が閾値以上に増大した場合に、溶接不良と判定する。

【0029】

また、図５は、アルミニウム溶接材料（Ａ１０５０）を用いた正常な溶接が遂行されている状態の溶融池からの可視光の発光スペクトルを示す図である。図５に示すように、３９５ｎｍと４５４ｎｍと４７０ｎｍと４８７ｎｍと５１３ｎｍと５４２ｎｍとの六つの波長それぞれに、スペクトル強度が増大するピークが見受けられる。

【0030】

そして、アルミニウムを溶接材料とした場合の、六つのピークの中でどのピーク波長を用いると、穴あき等の溶接不良発生の検知が最も確実かつ安定的に行えるかを調べた結果を説明しているのが図６である。

【0031】

図６は、図３の実験装置を用いて、分光器で取得するスペクトル波長を変えて約１秒間アルミニウム溶接材を走査した場合のスペクトル強度を示す図である。図６（ａ）が３９５ｎｍのスペクトル強度の経時変化を示し、図６（ｂ）が４５４ｎｍのスペクトル強度の経時変化を示し、図６（ｃ）が４７０ｎｍのスペクトル強度の経時変化を示す。また、図６（ｄ）が４８７ｎｍのスペクトル強度の経時変化を示し、図６（ｅ）が５１３ｎｍのスペクトル強度の経時変化を示し、図６（ｆ）が５４２ｎｍのスペクトル強度の経時変化を示す。

【0032】

図６に説明するように、六つの波長域いずれにおいても穴あきの溶接不良発生時（約０．７秒付近）にはスペクトル強度が増大するが、増大率には波長によって有意な差異が見出される。上述の観点から、より明確に穴あき等溶接不良を峻別するための最適波長としては、アルミニウム溶接材の場合、スペクトル増大が最も顕著に表れた３９５ｎｍ付近を用いることが好ましい。

【0033】

図７（ａ）は、アルミニウムを溶接材として用いた場合の六つの波長域それぞれについて溶接正常時のピーク強度の平均値に対して穴あき欠陥発生時のピーク強度がどの程度上昇したかを比較して示すグラフである。また、図７（ｂ）は、六つの波長域それぞれについて標準誤差率を比較して示すグラフである。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す結果からも、アルミニウムを溶接材として用いた場合は、３９５ｎｍ付近の波長域を用いた発光強度を検出することにより、最も適切に溶接不良を検知できることが理解できる。

【0034】

なお、図７（ｂ）は、正常溶接時のスペクトル強度のみを抽出して標準誤差率を算出した結果を示すものであって、算出した六つの波長域の中では、３９５ｎｍ域が最も安定したスペクトル強度が得られていることが理解できる。このため、当該波長域においては、正常溶接時における発光ピーク強度のばらつきが比較的小さい一方で、不良発生時には約１１０倍程度までピーク強度が比較的顕著に増大することから、信頼性の高いモニタリングが可能となる。

【0035】

図８は、Ｆｅ（厚さｔ＝０．５ｍｍの２枚重ね）を溶接材料として１秒間レーザ溶接走査を遂行中に生じた異常に関する溶融池からのスペクトル特性について説明する図である。図８においては、走査開始後０．１１秒と０．７７秒とは正常なレーザ溶接が遂行されているが、走査開始後０．６０５秒において溶接異常（穴あき）が生じている。

【0036】

この３箇所（３時点）の溶融池からの発光スペクトル強度を比較すると、穴あき発生時には大凡全波長域に亘ってスペクトル発光強度が増大している。その中でも特に、５９０ｎｍ付近（図８では典型例として５８９．９２ｎｍを示している）において、正常時の発光スペクトル強度と異常時の発光スペクトル強度との比率（Ｓ／Ｎ比）が４．１２と他の波長のＳ／Ｎ比に比べて顕著に大きい。

【0037】

従って、Ｆｅ（鉄）を溶接材料とする場合には、５９０ｎｍ付近（５６５ｎｍから６１５ｎｍの間）の波長をモニター波長として監視し、レーザ溶接中に、当該波長の溶融池からの発光強度が３．５倍以上に増大した時に、異常発生と判定することが好ましい。これにより、レーザ溶接材料としてＦｅを用いた場合に、より安定してより確実なレーザ溶接良否判定（すなわち、溶接不良の検知）が遂行可能となる。

【0038】

また、図９は、Ｔｉ（厚さｔ＝０．５ｍｍの２枚重ね）を溶接材料として１秒間レーザ溶接走査を遂行中に生じた異常に関する溶融池からのスペクトル特性について説明する図である。図９においては、走査開始後０．１１秒と０．９３５秒とは正常なレーザ溶接が遂行されているが、走査開始後０．６６秒において溶接異常（穴あき）が生じている。

【0039】

この３箇所（３時点）の溶融池からの発光スペクトル強度を比較すると、穴あき発生時には大凡全波長域に亘ってスペクトル発光強度が増大している。その中でも特に、７７０ｎｍ付近（図９では典型例として７７１．１９ｎｍを示している）において、正常時の発光スペクトル強度と異常時の発光スペクトル強度との比率（Ｓ／Ｎ比）が３．５と他の波長のＳ／Ｎ比に比べて顕著に大きい。

【0040】

従って、Ｔｉを溶接材料とする場合には、７７０ｎｍ付近（７４５ｎｍから７９５ｎｍの間）の波長をモニター波長として監視し、レーザ溶接中に、当該波長の溶融池からの発光強度が２．５倍以上に増大した時に、異常発生と判定することが好ましい。これにより、レーザ溶接材料としてＴｉを用いた場合に、より安定してより確実なレーザ溶接良否判定（すなわち、溶接不良の検知）が遂行可能となる。

【0041】

また、図１０は、ＳＵＳ３０４（厚さｔ＝０．５ｍｍの２枚重ね）を溶接材料として１秒間レーザ溶接走査を遂行中に生じた異常に関する溶融池からのスペクトル特性について説明する図である。図１０においては、走査開始後０．１１秒と０．９９秒とは正常なレーザ溶接が遂行されているが、走査開始後０．５５秒において溶接異常（穴あき）が生じている。

【0042】

この３箇所（３時点）の溶融池からの発光スペクトル強度を比較すると、穴あき発生時には大凡全波長域に亘ってスペクトル発光強度が増大している。その中でも特に、７７０ｎｍ付近（図１０では典型例として７６９．９４ｎｍを示している）において、正常時の発光スペクトル強度と異常時の発光スペクトル強度との比率（Ｓ／Ｎ比）が２．０９と他の波長のＳ／Ｎ比に比べて顕著に大きい。

【0043】

従って、ＳＵＳ３０４を溶接材料とする場合には、７７０ｎｍ付近（７４５ｎｍから７９５ｎｍの間）の波長をモニター波長として監視し、レーザ溶接中に、当該波長の溶融池からの発光強度が２倍以上に増大した時に、異常発生と判定することが好ましい。これにより、レーザ溶接材料としてＳＵＳ３０４用いた場合に、より安定してより確実なレーザ溶接良否判定（すなわち、溶接不良の検知）が遂行可能となる。

【0044】

本発明のレーザ溶接監視装置は、レーザ光にて溶接される溶接材料の溶接部位について、その溶接状態を監視するレーザ溶接監視装置であって、溶接材料にレーザ光が照射されて形成された溶融池からの、溶接材料に対応して予め決定された、可視光内の特定の一波長の発光強度を検出し、検出した発光強度に基づいて溶接状態を判定することを特徴とする。

【0045】

従って、溶接材料の特性に応じた可視光領域の特定の波長をモニターすることで、より安定して確実かつ容易な溶接不良のその場検知が可能となる。また、レーザ溶接進行中に迅速な溶接不良の検知が可能となるので、レーザ溶接の一時停止やレーザ出力のフィードバック制御等の検知後の処理が迅速かつより適切に遂行可能な、レーザ溶接監視装置を実現できる。

【0046】

また、本発明のレーザ溶接監視装置は、好ましくは特定の一波長が、溶接材料の溶融池からの複数の発光スペクトルのピーク波長の中の一つであることを特徴とする。

【0047】

レーザ溶接に用いる溶接材料に対応して、当該溶接材料により形成された溶融池からの発光スペクトルのピーク波長は、当該溶接材料に固有の特徴を反映する波長である。そして、当該ピーク波長は、溶接材の穴あき等の溶接不良発生時における溶接不良に関する情報をも含む波長であると考えられる。この波長をモニター波長として用いることにより、より正確な溶接進行のその場監視が遂行できるレーザ溶接監視装置を実現できる。

【0048】

また、本発明のレーザ溶接監視装置はさらに好ましくは、溶接材料が、アルミニウムまたは鉄またはチタンまたは銅または鋼材であることを特徴とする。

【0049】

上述の実施形態では、レーザ溶接材料としてアルミニウム、Ｔｉ、Ｆｅ、ＳＵＳ３０４の場合（各ｔ＝０．５ｍｍの二枚重ね）を典型例として説明しているが、これに限定されるものではないことは当業者に明らかである。

【0050】

レーザ溶接材料として用いられる可能性がある銅や各種鋼材等に本発明の技術思想を適用可能であることは当業者に容易に理解される。銅や各種鋼材等においても、レーザ溶接時に生じる溶融池からは、当該材料に対応した材料特有の発光スペクトルが観察される。従って、その発光スペクトルのピーク波長のいずれかの波長領域を用いることにより、安定して確実な溶接良否判定ができるレーザ溶接監視装置となる。

【0051】

本発明のレーザ溶接監視装置は、溶接材料がアルミニウムの場合には、特定の一波長は３７５ｎｍ〜４２５ｎｍであることを特徴とする。

【0052】

アルミニウムを溶接材料とする場合には、３９０ｎｍを典型例とするピーク波長において、正常溶接時と異常溶接時との発光強度の比が最も大きくなる。このため、当該波長領域を用いて、レーザ溶接進行時にその場監視することにより、レーザ溶接の良否判定が安定して行えるレーザ溶接監視装置とできる。３９０ｎｍのピーク波長については、半値幅等も考慮すれば、実質的には３６５ｎｍ乃至４１５ｎｍ程度の波長領域の発光強度を検出すればよいと思われる。この場合に、レーザ溶接監視装置は、３６５ｎｍ乃至４１５ｎｍの波長領域全体を特定の一波長としてモニターしてもよいし、３６５ｎｍ乃至４１５ｎｍの範囲のいずれか単波長を特定の一波長としてモニターしてもよい。

【0053】

また、本発明のレーザ溶接監視装置は、さらに好ましくは溶接材料が鉄の場合には、特定の一波長は５６５ｎｍ乃至６１５ｎｍであり、溶接材料がＳＵＳの場合には、特定の一波長は７４５ｎｍ乃至７９５ｎｍであり、溶接材料がチタンの場合には、特定の一波長は７４５ｎｍ乃至７９５ｎｍであることを特徴とする。

【0054】

鉄、ＳＵＳ３０４、チタンをそれぞれ溶接材料とする場合には、それぞれ５９０ｎｍ、７７０ｎｍ、７７０ｎｍを典型例とするピーク波長において、正常溶接時と異常溶接時との発光強度の比が最も大きくなる。

【0055】

このため、当該波長領域を用いて、レーザ溶接進行時にその場監視することにより、レーザ溶接の良否判定が安定して行えるレーザ溶接監視装置とできる。それぞれ５９０ｎｍ、７７０ｎｍ、７７０ｎｍのピーク波長については、半値幅等も考慮すれば、実質的にはそれぞれ５６５ｎｍ乃至６１５ｎｍ、７４５ｎｍ乃至７９５ｎｍ、７４５ｎｍ乃至７９５ｎｍ程度の波長領域の発光強度を検出すればよいと思われる。

【0056】

この場合に、レーザ溶接監視装置は、それぞれ５６５ｎｍ乃至６１５ｎｍ、７４５ｎｍ乃至７９５ｎｍ、７４５ｎｍ乃至７９５ｎｍの波長領域全体をそれぞれ特定の一波長としてモニターしてもよいし、５６５ｎｍ乃至６１５ｎｍ、７４５ｎｍ乃至７９５ｎｍ、７４５ｎｍ乃至７９５ｎｍの範囲のいずれか単波長をそれぞれ特定の一波長としてモニターしてもよい。

【0057】

また、本発明のレーザ溶接監視装置は、レーザ光が１０７０ｎｍ〜１１００ｎｍのファイバレーザであることを特徴とする。

【0058】

これにより、レーザ溶接装置として汎用されているレーザ光波長である１０７０ｎｍ〜１１００ｎｍのファイバレーザを用いたレーザ溶接を監視し、溶接不良を適切に検知できるものとなる。

【0059】

また、レーザ光にて溶接される溶接材料の溶接部位について、その溶接状態を監視する本発明のレーザ溶接監視方法は、溶接材料にレーザ光が照射されて形成された溶融池からの、溶接材料に対応して予め決定された、可視光内の特定の一波長の発光強度を検出し、検出した発光強度に基づいて溶接状態を判定することを特徴とする。

【0060】

従って、溶接材料の特性に応じた可視光領域の特定の波長をモニターすることで、より安定して確実かつ容易な溶接不良のその場検知が可能となる。また、レーザ溶接進行中に迅速な溶接不良の検知が可能となるので、レーザ溶接の一時停止やレーザ出力のフィードバック制御等の検知後の処理が迅速かつより適切に遂行可能な、レーザ溶接監視方法を実現できる。

【0061】

また、本発明のレーザ溶接監視方法は、好ましくは特定の一波長が、溶接材料の溶融池からの複数の発光スペクトルのピーク波長の中の一つであることを特徴とする。

【0062】

レーザ溶接に用いる溶接材料に対応して、当該溶接材料により形成された溶融池からの発光スペクトルのピーク波長は、当該溶接材料に固有の特徴を反映する波長である。そして、当該ピーク波長は、溶接材の穴あき等の溶接不良発生時における溶接不良に関する情報をも含む波長であると考えられる。この波長をモニター波長として用いることにより、より正確な溶接進行のその場監視が遂行できるレーザ溶接監視方法を実現できる。

【0063】

また、本発明のレーザ溶接監視方法は、溶接材料が、アルミニウムまたは鉄またはチタンまたは銅または鋼材であることを特徴とする。

【0064】

上述の実施形態では、レーザ溶接材料としてアルミニウム、Ｔｉ、Ｆｅ、ＳＵＳ３０４の場合（各ｔ＝０．５ｍｍの二枚重ね）を典型例として説明しているが、これに限定されるものではないことは当業者に明らかである。

【0065】

レーザ溶接材料として用いられる可能性がある銅や各種鋼材等に本発明の技術思想を適用可能であることは当業者に容易に理解される。銅や各種鋼材等においても、レーザ溶接時に生じる溶融池からは、当該材料に対応した材料特有の発光スペクトルが観察される。従って、その発光スペクトルのピーク波長のいずれかの波長領域を用いることにより、安定して確実な溶接良否判定ができるレーザ溶接監視方法となる。

【0066】

また、本発明のレーザ溶接監視方法は、溶接材料がアルミニウムの場合には、特定の一波長は３７５ｎｍ〜４２５ｎｍであることを特徴とする。

【0067】

アルミニウムを溶接材料とする場合には、３９０ｎｍを典型例とするピーク波長において、正常溶接時と異常溶接時との発光強度の比が最も大きくなる。このため、当該波長領域を用いて、レーザ溶接進行時にその場監視することにより、レーザ溶接の良否判定が安定して行えるレーザ溶接監視方法とできる。３９０ｎｍのピーク波長については、半値幅等も考慮すれば、実質的には３６５ｎｍ乃至４１５ｎｍ程度の波長領域の発光強度を検出すればよいと思われる。この場合に、本レーザ溶接監視方法は、３６５ｎｍ乃至４１５ｎｍの波長領域全体を特定の一波長としてモニターしてもよいし、３６５ｎｍ乃至４１５ｎｍの範囲のいずれか単波長を特定の一波長としてモニターしてもよい。

【0068】

また、本発明のレーザ溶接監視方法は、 溶接材料が鉄の場合には、特定の一波長は５６５ｎｍ〜６１５ｎｍであり、溶接材料がＳＵＳの場合には、特定の一波長は７４５ｎｍ〜７９５ｎｍであり、溶接材料がチタンの場合には、特定の一波長は７４５ｎｍ〜７９５ｎｍであることを特徴とする。

【0069】

鉄、ＳＵＳ３０４、チタンをそれぞれ溶接材料とする場合には、それぞれ５９０ｎｍ、７７０ｎｍ、７７０ｎｍを典型例とするピーク波長において、正常溶接時と異常溶接時との発光強度の比が最も大きくなる。このため、当該波長領域を用いて、レーザ溶接進行時にその場監視することにより、レーザ溶接の良否判定が安定して行えるレーザ溶接監視方法とできる。

【0070】

それぞれ５９０ｎｍ、７７０ｎｍ、７７０ｎｍのピーク波長については、半値幅等も考慮すれば、実質的にはそれぞれ５６５ｎｍ乃至６１５ｎｍ、７４５ｎｍ乃至７９５ｎｍ、７４５ｎｍ乃至７９５ｎｍ程度の波長領域の発光強度を検出すればよいと思われる。

【0071】

この場合に、レーザ溶接監視装置は、それぞれ５６５ｎｍ乃至６１５ｎｍ、７４５ｎｍ乃至７９５ｎｍ、７４５ｎｍ乃至７９５ｎｍの波長領域全体をそれぞれ特定の一波長としてモニターしてもよいし、５６５ｎｍ乃至６１５ｎｍ、７４５ｎｍ乃至７９５ｎｍ、７４５ｎｍ乃至７９５ｎｍの範囲のいずれか単波長をそれぞれ特定の一波長としてモニターしてもよい。

【0072】

また、本発明のレーザ溶接監視方法は、さらに好ましくはレーザ光が１０７０ｎｍ〜１１００ｎｍのファイバレーザであることを特徴とする。

【0073】

これにより、レーザ溶接装置として汎用されているレーザ光波長である１０７０ｎｍ〜１１００ｎｍのファイバレーザを用いたレーザ溶接を監視し、溶接不良を適切に検知できるものとなる。

【0074】

本発明のレーザ溶接装置及びレーザ溶接監視方法は、上述した本実施形態の説明における構成や方法に限定されるものではなく、本発明の範囲内かつ当業者に自明な範囲で適宜自由に変更し、修正し、アレンジすることが可能である。また、従来公知の装置構成や方法と適宜組み合わせて、また適宜順序を入れ替えて使用することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0075】

本発明は、コンデンサ等の各種電子部品のレーザ光溶接モニタリングシステム等に幅広く適用することが可能である。

【符号の説明】

【0076】

１０００・・レーザ溶接システム、１１００・・レーザ装置、１２００・・良否判定装置、１３００・・加工ヘッド、１４００・・溶接材、１５００・・可視光集光センサユニット。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】