特開 2024-176128 プロセスモニタユニットおよびレーザ溶接情報の取得方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024176128

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】プロセスモニタユニットおよびレーザ溶接情報の取得方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/88 20060101AFI20241212BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

G01N21/88 Z

B23K26/21 A

G01N21/88 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023094408

(22)【出願日】2023-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100138771

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 将明

(72)【発明者】

【氏名】大角 敏裕

(72)【発明者】

【氏名】川合 俊輔

(72)【発明者】

【氏名】村山 直寛

(72)【発明者】

【氏名】柴田 憲三

(72)【発明者】

【氏名】山本 敦樹

【テーマコード（参考）】

2G051

4E168

【Ｆターム（参考）】

2G051AB02

2G051AB13

2G051AB14

2G051BA04

2G051BA10

2G051BB17

2G051CA02

2G051CB01

2G051CB10

2G051CC15

4E168BA71

4E168BA87

4E168BA88

4E168CA02

4E168CA03

4E168CA05

4E168CA06

4E168DA03

4E168EA17

(57)【要約】

【課題】レーザ溶接の溶接状態が遷移する場合であっても、溶接箇所の良否を判定可能な情報を取得できる。
【解決手段】プロセスモニタユニットは、レーザ溶接のレーザ光照射時に発生する光を受光して電気信号に変換する変換部と、第１ゲインで電気信号を増幅する第１増幅部と、第１ゲインより大きい第２ゲインで電気信号を増幅する第２増幅部と、第１増幅部により増幅された第１電気信号、および第２増幅部により増幅された第２電気信号のうちいずれか一方の電気信号を取得して出力する取得部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ溶接のレーザ光照射時に発生する光を受光して電気信号に変換する変換部と、
第１ゲインで前記電気信号を増幅する第１増幅部と、
前記第１ゲインより大きい第２ゲインで前記電気信号を増幅する第２増幅部と、
前記第１増幅部により増幅された第１電気信号、および前記第２増幅部により増幅された第２電気信号のうちいずれか一方の電気信号を取得して出力する取得部と、を備える、
プロセスモニタユニット。

【請求項2】

前記取得部は、前記第２電気信号が前記第２電気信号の飽和値以下であると判定した場合、前記第２電気信号を取得する、
請求項１に記載のプロセスモニタユニット。

【請求項3】

前記取得部は、前記第２電気信号が前記第２電気信号の飽和値以下でないと判定した場合、前記第１電気信号を取得する、
請求項２に記載のプロセスモニタユニット。

【請求項4】

前記取得部は、いずれか他方の電気信号の取得を省略して削除する、
請求項１に記載のプロセスモニタユニット。

【請求項5】

前記取得部により取得された前記いずれか一方の電気信号に基づいて、異なる複数の溶接状態に遷移する前記レーザ溶接の良否判定を実行し、前記良否判定の結果を出力する判定部、をさらに備える、
請求項１に記載のプロセスモニタユニット。

【請求項6】

前記レーザ光は、青色レーザである、
請求項１に記載のプロセスモニタユニット。

【請求項7】

コンピュータが行うレーザ溶接情報の取得方法であって、
レーザ溶接のレーザ光照射時に発生する光を受光して電気信号に変換し、
第１ゲインと、前記第１ゲインより大きい第２ゲインとでそれぞれ前記電気信号を増幅し、
前記第１ゲインで増幅された第１電気信号、および前記第２ゲインで増幅された第２電気信号のうちいずれか一方の電気信号を取得する、
レーザ溶接情報の取得方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プロセスモニタユニットおよびレーザ溶接情報の取得方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、レーザトーチでワークにレーザ光を照射して溶接を行うレーザ溶接機が開示されている。レーザ溶接機は、レーザトーチの筐体内に、ワークに照射されるレーザ光の光軸と同軸になるようにして溶接箇所から発する溶接光を集光する集光レンズを設け、集光レンズで集光された光を、互いに隣接させて配置した複数の受光手段により受光し、複数の受光手段で受光した複数の光の強度に基づいて溶接箇所の欠陥検出を行う。

【0003】

また、特許文献２には、被溶接材料のレーザ溶接が正常に行われているか否かを判定するレーザ溶接モニタリング装置が開示されている。レーザ溶接モニタリング装置は、レーザ溶接機に備えられている加工ヘッドが射出するレーザビームを被溶接材料に照射しているときに、レーザビームの照射位置で発生する、レーザビームの反射光と、反射光とは異なる光である熱放射によるモニタリング光とを含む放射光を受光し、分光ユニットにより放射光に含まれている反射光とモニタリング光とを分光し、分光したモニタリング光を第１の電気信号に変換し、分光した反射光をトリガユニットにより第２の電子信号に変換し、第２の電気信号のレベルが所定の閾値以上であるときにトリガ信号を出力し、レーザ溶接モニタによりトリガ信号が入力されると、第１の電気信号に基づいて、被溶接材料のレーザ溶接が正常に行われているか否かの判定を開始する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００－４２７６９号公報

【特許文献2】特開２０２１－１３７８６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、上述した従来の事情に鑑みて案出され、レーザ溶接の溶接状態が遷移する場合であっても、溶接箇所の良否を判定可能な情報を取得するプロセスモニタユニットおよびレーザ溶接情報の取得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】

【0006】

本開示は、レーザ溶接のレーザ光照射時に発生する光を受光して電気信号に変換する変換部と、第１ゲインで前記電気信号を増幅する第１増幅部と、前記第１ゲインより大きい第２ゲインで前記電気信号を増幅する第２増幅部と、前記第１増幅部により増幅された第１電気信号、および前記第２増幅部により増幅された第２電気信号のうちいずれか一方の電気信号を取得して出力する取得部と、を備える、プロセスモニタユニットを提供する。

【0007】

また、本開示は、コンピュータが行うレーザ溶接情報の取得方法であって、レーザ溶接のレーザ光照射時に発生する光を受光して電気信号に変換し、第１ゲインと、前記第１ゲインより大きい第２ゲインとでそれぞれ前記電気信号を増幅し、前記第１ゲインで増幅された第１電気信号、および前記第２ゲインで増幅された第２電気信号のうちいずれか一方の電気信号を取得する、レーザ溶接情報の取得方法を提供する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、レーザ溶接の溶接状態が遷移する場合であっても、溶接箇所の良否を判定可能な情報を取得できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態に係るレーザ加工ヘッドシステムの全体構成例を示すブロック図

【図2】熱伝導溶接からキーホール溶接に移行する場合に第１増幅回路により得られる電圧信号波形例を示す図

【図3】熱伝導溶接からキーホール溶接に移行する場合に第２増幅回路により得られる電圧信号波形例を示す図

【図4】キーホール溶接から熱伝導溶接に移行する場合に第１増幅回路により得られる電圧信号波形例を示す図

【図5】キーホール溶接から熱伝導溶接に移行する場合に第２増幅回路により得られる電圧信号波形例を示す図

【図6】実施の形態におけるプロセスモニタユニットの動作手順例を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0010】

（本開示に至る経緯）
従来、レーザ光の照射箇所（つまり、溶接箇所）から発する溶接光に基づいて溶接箇所の欠陥検出を行う技術がある。ここで、レーザ溶接機は、溶接箇所あるいはレーザのパワー密度によって、熱伝導溶接またはキーホール溶接の異なる状態のレーザ溶接を行うことができる。しかし、レーザ溶接の状態は、ワークの変形、レーザの焦点位置のずれ等の要因によって溶接中にも遷移してしまうことがある。このような場合、溶接箇所から発する溶接光の強度が溶接中に大きく変化する。よって、レーザ溶接機は、溶接光を電気信号に変換する時の現在のゲイン設定がレーザ溶接の状態に対応するゲイン設定でない場合、溶接光に基づく電気信号がサチュレーションを起こしたり、電気信号の強度が足りなくなったりして正しい電気信号を得ることができず、溶接箇所の欠陥検出が困難になる可能性があった。

【0011】

そこで、レーザ溶接の状態の使い分けに合わせて電気信号のゲインを変更する方法が考えられる。しかし、ゲインを変更する場合、レーザ溶接機は、一連の工程にゲインの変更作業に伴う工数が追加されて工程内の工数が増加するという課題があった。

【0012】

また、各レーザ溶接の状態に対応するゲインに調整された複数のレーザ溶接機またはレーザ溶接モニタリング装置を使用する方法が考えられる。しかし、このような場合、各レーザ溶接の状態に対応してレーザ溶接機またはレーザ溶接モニタリング装置を用意しなければならず、設備コストが増加するという課題があった。

【0013】

そこで、以下の実施の形態では、レーザ溶接の溶接状態が遷移する場合であっても、溶接箇所の良否を判定可能な情報を取得するプロセスモニタユニットおよびレーザ溶接情報の取得方法の例を説明する。

【0014】

以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係るプロセスモニタユニットおよびレーザ溶接情報の取得方法を具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長化することを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであり、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

【0015】

＜用語の定義＞
以下の説明において、「レーザ溶接」という用語は、別途明示的に説明しない限り、可能な限り広範な意味を有するものであり、溶接、はんだ付け、溶融精錬、接合、焼なまし、軟化、粘着付与、リサーフェシング、ピーニング、熱処理、融合、封止、積付けを含むとする。

【0016】

図１を参照して、実施の形態に係るレーザ加工ヘッドシステム１００について説明する。図１は、実施の形態に係るレーザ加工ヘッドシステム１００の全体構成例を示すブロック図である。なお、図１に示すレーザ加工ヘッドシステム１００は、一例であってこれに限定されないことは言うまでもない。

【0017】

レーザ加工ヘッドシステム１００は、ヘッド制御ユニットＳ１と、発振器Ｓ２と、レーザヘッドＳ３と、プロセスモニタユニットＰＭと、モニタＭＮとを含む。なお、モニタＭＮは、端末装置Ｐ３と一体的に構成されてもよい。

【0018】

レーザ加工ヘッドシステム１００は、ヘッド制御ユニットＳ１による制御指令に基づいて、発振器Ｓ２を駆動させて、レーザヘッドＳ３からワークの溶接箇所に向けてレーザ光を照射することでレーザ溶接を実行する。レーザ加工ヘッドシステム１００は、溶接箇所に照射されたレーザ光の反射光と、溶接箇所で発生するプラズマ光と、溶接箇所から発生する熱放射光とを、光ファイバを介して分光ユニットＰ１にそれぞれ出力する。

【0019】

レーザ加工ヘッドシステム１００は、分光ユニットＰ１によって入力された電気信号を増幅し、増幅後の電気信号を、中継基板Ｐ２を介して端末装置Ｐ３に出力する。レーザ加工ヘッドシステム１００は、端末装置Ｐ３によって増幅後の電気信号を記録するとともに、増幅後の電気信号と、溶接品質が良好である場合に得られる電気信号との比較に基づいて、溶接不良（欠陥）が発生したか否かの判定（つまり、レーザ溶接の良否判定）を実行する。

【0020】

ヘッド制御ユニットＳ１は、中継基板Ｐ２、発振器Ｓ２およびレーザヘッドＳ３のそれぞれとの間でデータ通信可能に接続される。

【0021】

ヘッド制御ユニットＳ１は、レーザヘッドＳ３を制御するための制御指令を生成してレーザヘッドＳ３に送信したり、レーザヘッドＳ３に電源を供給したりする。ヘッド制御ユニットＳ１は、レーザヘッドＳ３から送信されたレーザヘッドＳ３のセンサ（不図示）および制御に関する情報（例えば、レーザヘッドＳ３が備える各種センサにより取得された情報、各種制御完了通知等）を取得する。また、ヘッド制御ユニットＳ１は、発振器Ｓ２から送信された発振器Ｓ２の制御結果等を取得する。

【0022】

発振器Ｓ２は、ヘッド制御ユニットＳ１および中継基板Ｐ２のそれぞれとの間でデータ通信可能に接続される。また、発振器Ｓ２は、レーザヘッドＳ３との間で光ファイバを用いて接続される。発振器Ｓ２は、中継基板Ｐ２を介して、ヘッド制御ユニットＳ１から送信された発振器Ｓ２により照射されたレーザ光のパワー指令値（出力値）の情報を取得する。発振器Ｓ２は、取得されたパワー指令値の情報に基づいて、レーザ光を出力する。出力されたレーザ光は、光ファイバを介してレーザヘッドＳ３に出力される。

【0023】

ここで、発振器Ｓ２により照射されるレーザ光は、青色（つまり、４００ｎｍ～５００ｎｍ）の波長を有する、所謂青色レーザ光であってもよいし、他の波長のレーザ光であってもよい。特に、青色レーザ光は、銅に対して高い吸収率（最大６５％程度）で吸収される特性を有するため、積層金属箔をレーザ溶接する場合に有効である。

【0024】

また、ここでいう「銅」は、別途明示的に説明しない限り、可能な限り広範な意味を有するものであり、銅、銅材料、銅金属、銅で電気めっきされている材料、少なくとも約１０重量％から１００重量％の銅を含有する金属材料、少なくとも約１０重量％から１００重量％の銅を含有する金属および合金、少なくとも約２０重量％から１００重量％の銅を含有する金属および合金、少なくとも約５０重量％から１００重量％の銅を含有する金属および合金、少なくとも約７０重量％から１００重量％の銅を含有する金属および合金、少なくとも約９０重量％から１００重量％の銅を含有する金属および合金、のいずれも含むとする。

【0025】

レーザヘッドＳ３は、ヘッド制御ユニットＳ１との間でデータ通信可能に接続され、発振器Ｓ２および分光ユニットＰ１との間で光ファイバを介して光信号を送受信可能に接続される。レーザヘッドＳ３は、ヘッド制御ユニットＳ１から送信された制御指令に基づいて、発振器Ｓ２から出力されたレーザ光をワークの溶接箇所に照射し、レーザ溶接を実行する。また、レーザヘッドＳ３は、レーザ光の反射光と、プラズマ光と、熱放射光とをそれぞれ集光し、光ファイバを介して分光ユニットＰ１に送る。

【0026】

プロセスモニタユニットＰＭは、ヘッド制御ユニットＳ１、発振器Ｓ２、レーザヘッドＳ３およびモニタＭＮのそれぞれとの間でデータあるいは光信号を送受信可能に接続される。プロセスモニタユニットＰＭは、レーザヘッドＳ３により集光されたレーザ光の反射光、プラズマ光および熱放射光のそれぞれの光強度に対応する信号（後述する電圧信号）基づいて、レーザ溶接の良否判定を実行する。プロセスモニタユニットＰＭは、分光ユニットＰ１と、中継基板Ｐ２と、端末装置Ｐ３とを含む。

【0027】

分光ユニットＰ１は、レーザヘッドＳ３との間で各種光を、中継基板Ｐ２との間で信号通信可能に接続される。分光ユニットＰ１は、センサ１０Ａ～１０Ｃと、Ｉ／Ｖ変換回路１１と、第１増幅回路１２と、第２増幅回路１３とを含む、例えば１以上の集積回路により構成される。なお、第１増幅回路１２は、３種の光（反射光、プラズマ光および熱放射光のそれぞれ）をそれぞれ増幅する３つの増幅回路により実現されてよい。また、同様に、第２増幅回路１３は、３種の光（反射光、プラズマ光および熱放射光のそれぞれ）をそれぞれ増幅する３つの増幅回路により実現されてよい。

【0028】

センサ１０Ａ～１０Ｃのそれぞれ（変換部の一例）は、例えばフォトダイオード等の光電素子により実現される。センサ１０Ａ～１０Ｃのそれぞれは、光ファイバを介してレーザヘッドＳ３から送信されたレーザ光の反射光、プラズマ光および熱放射光をそれぞれ受光する。センサ１０Ａは、受光されたレーザ光の反射光を、反射光の光強度に対応する第１電流に変換する。センサ１０Ｂは、受光されたプラズマ光を、プラズマ光の光強度に対応する第２電流に変換する。センサ１０Ｃは、受光された熱放射光を、熱放射光の光強度に対応する第３電流に変換する。センサ１０Ａ～１０Ｃのそれぞれは、変換後の第１電流、第２電流および第３電流のそれぞれをＩ／Ｖ変換回路１１に出力する。

【0029】

Ｉ／Ｖ変換回路１１は、センサ１０Ａ～１０Ｃのそれぞれから出力された第１電流、第２電流および第３電流のそれぞれを取得し、電圧信号に変換する。具体的に、Ｉ／Ｖ変換回路１１は、第１電流を第１電圧信号に、第２電流を第２電圧信号に、第３電流を第３電流信号にそれぞれ変換する。Ｉ／Ｖ変換回路１１は、変換後の第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号のそれぞれを第１増幅回路１２（レーザ溶接情報の一例）に出力する。

【0030】

第１増幅回路１２は、第２増幅回路１３と異なるゲインであって、第２増幅回路１３で設定された第２ゲインよりも小さい第１ゲインが設定される。第１増幅回路１２は、Ｉ／Ｖ変換回路１１から出力された第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号のそれぞれを第１ゲインで増幅する。第１増幅回路１２は、増幅後の第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号のそれぞれ（レーザ溶接情報の一例）を、第２増幅回路１３、および、中継基板Ｐ２を介して端末装置Ｐ３に出力する。なお、第１増幅回路１２は、第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号に一対一で対応する個別の増幅回路を有してもよい。また、このような場合、第１増幅回路１２は、第２増幅回路１３に設定された第２ゲインよりも小さいゲインであって、第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号をそれぞれ異なる３つのゲインで増幅してもよい。

【0031】

第２増幅回路１３は、第１増幅回路１２と異なるゲインであって、第１増幅回路１２で設定された第１ゲインより大きい第２ゲインが設定される。第２増幅回路１３は、第１増幅回路１２から出力された第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号のそれぞれを第２ゲインで増幅する。第２増幅回路１３は、増幅後の第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号のそれぞれ（レーザ溶接情報の一例）を、中継基板Ｐ２を介して端末装置Ｐ３に出力する。なお、第２増幅回路１３は、第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号に一対一で対応する個別の増幅回路を有してもよい。また、このような場合、第２増幅回路１３は、第１増幅回路１２に設定された第１ゲインより大きいゲインであって、第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号をそれぞれ異なる３つのゲインで増幅してもよい。

【0032】

中継基板Ｐ２は、ヘッド制御ユニットＳ１、発振器Ｓ２、分光ユニットＰ１、端末装置Ｐ３のそれぞれとの間でデータを伝送可能に接続される。中継基板Ｐ２は、ヘッド制御ユニットＳ１、発振器Ｓ２、分光ユニットＰ１、端末装置Ｐ３のそれぞれから送信または入力された各種データあるいは各種信号を、所定の送信先に送信または出力する。

【0033】

端末装置Ｐ３は、例えばＰｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＰＣ）、ノートＰＣ、タブレット端末等により実現される。端末装置Ｐ３は、中継基板Ｐ２とモニタＭＮとの間でそれぞれデータ通信可能に接続される。端末装置Ｐ３は、通信部３０と、プロセッサ３１と、メモリ３２とを含む。

【0034】

通信部３０は、中継基板Ｐ２と、モニタＭＮとの間でそれぞれデータの送受信を実行する。通信部３０は、中継基板Ｐ２から送信された各種信号をプロセッサ３１に出力する。また、通信部３０は、プロセッサ３１により生成された電圧信号画面（不図示）あるいは良否判定結果画面（不図示）をモニタＭＮに送信して表示させる。

【0035】

プロセッサ３１（取得部および判定部の一例）は、例えばＣｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ（ＣＰＵ）またはＦｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）を用いて構成されて、メモリ３２と協働して、各種の処理および制御を行う。具体的には、プロセッサ３１は、メモリ３２に保持されたプログラムおよびデータを参照し、そのプログラムを実行することにより、後述するプロセッサ３１の各種機能を実現する。

【0036】

プロセッサ３１は、第１増幅回路１２から出力された第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号のそれぞれと、第２増幅回路１３から出力された第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号のそれぞれとを取得する。プロセッサ３１は、第２増幅回路１３から出力された第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号のそれぞれ、つまり、第２ゲインで増幅処理が行われた各電圧信号が計測上限ＵＬ（飽和値の一例，図２参照）以上であるか否かを判定する。

【0037】

プロセッサ３１は、第２増幅回路１３から出力された各電圧信号が計測上限ＵＬ（図２参照）以上であるか否かに基づいて、第２増幅回路１３から出力された信号を用いるのか、もしくは、第１増幅回路１２から出力された電圧信号のいずれを取得するかを判定する。

【0038】

なお、ここでいう計測上限ＵＬは、第２増幅回路１３から出力された各電圧信号の上限値（飽和値）であって、ユーザにより任意に設定される値である。プロセッサ３１は、電圧信号の信号レベルが計測上限ＵＬ以上の信号レベルである場合、第２増幅回路１３から出力された電圧信号がサチュレーション状態（飽和状態）であると判定する。

【0039】

プロセッサ３１は、第２増幅回路１３から出力された各電圧信号が計測上限ＵＬ以上であると判定した場合、第１増幅回路１２から出力された信号を取得し、各電圧信号が計測上限ＵＬ以上でないと判定した場合、第２増幅回路１３から出力された信号を取得する。つまり、プロセッサ３１は、電圧信号ごとに、第１増幅回路１２または第２増幅回路１３からレーザ溶接の良否判定に適した信号を取得する。よって、プロセッサ３１は、電圧信号ごとに異なる増幅回路から出力された信号を取得する可能性があることは言うまでもない。

【0040】

プロセッサ３１は、レーザ光の反射光、プラズマ光および熱放射光のそれぞれに対応し、第１増幅回路１２または第２増幅回路１３によって増幅された各電圧信号のうちレーザ溶接の良否判定に適した電気信号をそれぞれ取得し、取得された各電気信号をＳｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ（以降、「ＳＳＤ」と表記）あるいはＨａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ（以降、「ＨＤＤ」と表記）等のストレージデバイス（不図示）に記録するとともに、該電圧信号を用いてレーザ溶接の良否判定を実行する。なお、レーザ溶接の良否判定に用いられる基準は、計測上限ＵＬであってもよいし、ユーザにより新たに設定された任意の値であってもよい。

【0041】

なお、このような場合、プロセッサ３１は、第１増幅回路１２または第２増幅回路１３からプロセッサ３１に出力されたが、レーザ溶接の良否判定に使用されなかった電圧信号のデータを削除してもよい。

【0042】

また、プロセッサ３１は、第１増幅回路１２および第２増幅回路１３から出力された第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号のうち、レーザ溶接の良否判定に用いられる電圧信号の電圧信号波形を可視化した電圧信号画面（不図示）、あるいは、レーザ溶接の良否判定結果を含む良否判定結果画面（不図示）を生成して、モニタＭＮに出力してもよい。

【0043】

メモリ３２は、例えばプロセッサ３１の各処理を実行する際に用いられるワークメモリとしてのＲａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ）と、プロセッサ３１の動作を規定したプログラムおよびデータを格納するＲｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＯＭ）とを有する。ＲＡＭには、プロセッサ３１により生成あるいは取得されたデータもしくは情報が一時的に保存される。ＲＯＭには、プロセッサ３１の動作を規定するプログラムが書き込まれている。

【0044】

モニタＭＮは、端末装置Ｐ３との間でデータ通信可能に接続される。モニタＭＮは、例えばＬｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ（ＬＣＤ）または有機Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＥＬ）等のディスプレイを用いて構成される。モニタＭＮは、端末装置Ｐ３により生成されて出力された電圧信号画面（不図示）あるいは良否判定結果画面（不図示）を表示する。

【0045】

なお、図１に示す分光ユニットＰ１は、第１増幅回路１２と第２増幅回路１３とが直列的に接続される構成を有する例について示すが、これに限定されない。例えば、第１増幅回路１２と第２増幅回路１３とは、Ｉ／Ｖ変換回路１１に対して並列的に接続されてもよい。このような場合、第２増幅回路１３により増幅されるから出力された第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号のそれぞれは、第２ゲインのみで増幅される。

【0046】

次に、図２および図３のそれぞれを参照して、熱伝導溶接からキーホール溶接に移行する場合において、第１増幅回路１２により増幅された電気信号について説明する。図２は、熱伝導溶接からキーホール溶接に移行する場合に第１増幅回路１２により得られる電圧信号波形ＳＧ１１，ＳＧ２１例を示す図である。図３は、熱伝導溶接からキーホール溶接に移行する場合に第２増幅回路１３により得られる電圧信号波形ＳＧ１２，ＳＧ２２例を示す図である。

【0047】

なお、図２および図３に示す電圧信号波形ＳＧ２１，ＳＧ２２のそれぞれは、説明を分かりやすくするために、プラズマ光に対応する電圧信号波形と、熱放射光に対応する電圧信号波形とを１つの電圧信号波形でまとめて図示している。また、第１増幅回路１２と第２増幅回路１３のそれぞれに設定されたゲインの違いを分かりやすくするために、図３に示す電圧信号波形ＳＧ１２，ＳＧ２２は、それぞれ時刻Ｔ１前後で計測上限ＵＬ以上の信号レベルに増幅される例を示すが、第２増幅回路１３により増幅された電圧信号が必ず計測上限ＵＬ以上となること限らないことは言うまでもない。

【0048】

電圧信号波形ＳＧ１１は、反射光に対応する電圧信号であって、第１増幅回路１２により第１ゲインで増幅された第１電圧信号である。電圧信号波形ＳＧ２１は、プラズマ光および熱放射光に対応する電圧信号であって、第１増幅回路１２により第１ゲインで増幅された第２電圧信号および第３電圧信号である。電圧信号波形ＳＧ１１，ＳＧ２１のそれぞれは、横軸が時間、縦軸が電圧信号の信号レベルの大きさを示す。

【0049】

電圧信号波形ＳＧ１２は、反射光に対応する電圧信号であって、第１増幅回路１２により第１ゲインで増幅された第１電圧信号が、第２増幅回路１３により第２ゲインでさらに増幅された第１電圧信号である。電圧信号波形ＳＧ２２は、プラズマ光および熱放射光に対応する電圧信号であって、第１増幅回路１２により第１ゲインで増幅された第２電圧信号および第３電圧信号が、第２増幅回路１３により第２ゲインでさらに増幅された第２電圧信号および第３電圧信号である。電圧信号波形ＳＧ１２，ＳＧ２２のそれぞれは、横軸が時間、縦軸が電圧信号の信号レベルの大きさを示す。

【0050】

図２および図３に示す例において、レーザ溶接の状態は、時刻Ｔ１で熱伝導溶接からキーホール溶接に変化する。このような場合、第１電圧信号に対応する電圧信号波形ＳＧ１１，ＳＧ１２は、時刻Ｔ１以降において信号レベルが低下する。一方、第２電圧信号および第３電圧信号のそれぞれに対応する電圧信号波形ＳＧ２１，ＳＧ２２は、時刻Ｔ１以降において信号レベルが増加する。

【0051】

次に、図４および図５のそれぞれを参照して、キーホール溶接から熱伝導溶接に移行する場合において、第１増幅回路１２により増幅された電気信号について説明する。図４は、熱伝導溶接からキーホール溶接に移行する場合に第１増幅回路１２により得られる電圧信号波形ＳＧ１３，ＳＧ２３例を示す図である。図５は、熱伝導溶接からキーホール溶接に移行する場合に第２増幅回路１３により得られる電圧信号波形ＳＧ１４，ＳＧ２４例を示す図である。

【0052】

なお、図４および図５に示す電圧信号波形ＳＧ２３，ＳＧ２４のそれぞれは、説明を分かりやすくするために、プラズマ光に対応する電圧信号波形と、熱放射光に対応する電圧信号波形とを１つの電圧信号波形でまとめて図示している。また、第１増幅回路１２と第２増幅回路１３のそれぞれに設定されたゲインの違いを分かりやすくするために、図５に示す電圧信号波形ＳＧ１４，ＳＧ２４は、それぞれ時刻Ｔ１前後で計測上限ＵＬ以上の信号レベルに増幅される例を示すが、第２増幅回路１３により増幅された電圧信号が必ず計測上限ＵＬ以上となること限らないことは言うまでもない。

【0053】

電圧信号波形ＳＧ１３は、反射光に対応する電圧信号であって、第１増幅回路１２により第１ゲインで増幅された第１電圧信号である。電圧信号波形ＳＧ２３は、プラズマ光および熱放射光に対応する電圧信号であって、第１増幅回路１２により第１ゲインで増幅された第２電圧信号および第３電圧信号である。電圧信号波形ＳＧ１３，ＳＧ２３のそれぞれは、横軸が時間、縦軸が電圧信号の信号レベルの大きさを示す。

【0054】

電圧信号波形ＳＧ１４は、反射光に対応する電圧信号であって、第１増幅回路１２により第１ゲインで増幅された第１電圧信号が、第２増幅回路１３により第２ゲインでさらに増幅された第１電圧信号である。電圧信号波形ＳＧ２４は、プラズマ光および熱放射光に対応する電圧信号であって、第１増幅回路１２により第１ゲインで増幅された第２電圧信号および第３電圧信号が、第２増幅回路１３により第２ゲインでさらに増幅された第２電圧信号および第３電圧信号である。電圧信号波形ＳＧ１４，ＳＧ２４のそれぞれは、横軸が時間、縦軸が電圧信号の信号レベルの大きさを示す。

【0055】

図４および図５に示す例において、レーザ溶接の状態は、時刻Ｔ１でキーホール溶接から熱伝導溶接に変化する。このような場合、第１電圧信号に対応する電圧信号波形ＳＧ１３，ＳＧ１４は、時刻Ｔ１以降において信号レベルが増加する。一方、第２電圧信号および第３電圧信号のそれぞれに対応する電圧信号波形ＳＧ２３，ＳＧ２４は、時刻Ｔ１以降において信号レベルが低下する。

【0056】

次に、図６を参照して、プロセスモニタユニットＰＭの動作手順例について説明する。図６は、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭの動作手順例を示すフローチャートである。

【0057】

分光ユニットＰ１は、レーザヘッドＳ３から送信されたレーザ光の反射光、プラズマ光および熱放射光をそれぞれの光に対応するセンサ１０Ａ～１０Ｃのそれぞれで受光する。分光ユニットＰ１は、受光されたレーザ光の反射光、プラズマ光、および熱放射光のそれぞれをＩ／Ｖ変換回路１１によって第１電圧信号、第２電圧信号、および第３電圧信号のそれぞれに変換することで、レーザ光の反射光、プラズマ光、および熱放射光のそれぞれに対応する電圧信号を取得する（Ｓｔ１１）。

【0058】

分光ユニットＰ１は、取得された第１電圧信号、第２電圧信号、および第３電圧信号のそれぞれを、第１ゲインが設定された第１増幅回路１２で増幅し、増幅後の第１電圧信号、第２電圧信号、および第３電圧信号のそれぞれを第２増幅回路１３と端末装置Ｐ３とに出力する。分光ユニットＰ１は、増幅後の第１電圧信号、第２電圧信号、および第３電圧信号のそれぞれを第２ゲインが設定された第２増幅回路１３で増幅し、増幅後の第１電圧信号、第２電圧信号、および第３電圧信号のそれぞれを端末装置Ｐ３に出力する（Ｓｔ１２）。なお、ここで第１ゲイン＜第２ゲインである。

【0059】

端末装置Ｐ３は、第１電圧信号、第２電圧信号、および第３電圧信号のそれぞれについて、第１増幅回路１２または第２増幅回路１３のいずれか一方で増幅された電圧信号をレーザ溶接の良否判定に適した電圧信号として取得する（Ｓｔ１３）。

【0060】

具体的に、端末装置Ｐ３は、反射光に対応し、第２増幅回路１３により増幅された第１電圧信号が計測上限ＵＬ以上の信号レベルであるか否かに基づいて、第１増幅回路１２により増幅された第１電圧信号と、第２増幅回路１３により増幅された第１電圧信号のいずれがレーザ溶接の良否判定に適した電圧信号であるか否かを判定する（Ｓｔ１４）。

【0061】

端末装置Ｐ３は、第２増幅回路１３により増幅された第１電圧信号が計測上限ＵＬ以上の信号レベルであると判定した場合（Ｓｔ１４，ＹＥＳ）、第１増幅回路１２により増幅された第１電圧信号がレーザ溶接の良否判定に適した電圧信号であると判定し、第１増幅回路１２により増幅された第１電圧信号を取得してメモリ３２に記録する（Ｓｔ１５）。このような場合、端末装置Ｐ３は、第２増幅回路１３により増幅された第１電圧信号を削除する。

【0062】

端末装置Ｐ３は、第２増幅回路１３により増幅された第１電圧信号が計測上限ＵＬ以上の信号レベルでないと判定した場合（Ｓｔ１４，ＮＯ）、第２増幅回路１３により増幅された第１電圧信号がレーザ溶接の良否判定に適した電圧信号であると判定し、第２増幅回路１３により増幅された第１電圧信号を取得してメモリ３２に記録する（Ｓｔ１６）。このような場合、端末装置Ｐ３は、第１増幅回路１２により増幅された第１電圧信号を削除する。

【0063】

端末装置Ｐ３は、上述したステップＳｔ１４～ステップＳｔ１６の処理を、プラズマ光に対応する第２電気信号と、熱放射光に対応する第３電気信号とにそれぞれ実行し、レーザ溶接の良否判定に適した第２電気信号および第３電気信号のそれぞれを取得する。

【0064】

以上により、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭは、レーザ溶接中にレーザ溶接の状態が変化した場合であっても、レーザ光の反射光、プラズマ光および熱放射光のそれぞれに対応する電圧信号において、レーザ溶接の良否判定により適した電圧信号を取得できる。また、プロセスモニタユニットＰＭは、第２増幅回路１３により増幅された各電気信号と計測上限ＵＬとを比較することにより、計測上限ＵＬ以下であって、かつ、より大きい電圧信号を取得できる。

【0065】

また、プロセスモニタユニットＰＭは、それぞれ異なるゲインで第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号のそれぞれを増幅することによって、レーザ溶接中のゲインの調整が不要となり、ゲインの調整に要する工数の増加を防止できる。また、プロセスモニタユニットＰＭは、それぞれ異なるゲインに調整されたプロセスモニタユニットを複数設けなくてもよい。

【0066】

また、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭは、レーザ溶接の良否判定により適していないと判定され、不要な電圧信号を削除することで、レーザ溶接の良否判定に必要なレーザ光の反射光、プラズマ光および熱放射光のそれぞれに対応する電圧信号のみを記録できる。これにより、プロセスモニタユニットＰＭは、記録先であるストレージデバイスの容量不足をより効果的に抑制できるとともに、プロセスモニタユニットＰＭを管理するユーザによる電圧信号の確認において、確認作業をより効率的に行えるように支援できる。

【0067】

以上により、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭは、レーザ溶接のレーザ光照射時に発生する光を受光して電気信号に変換するセンサ１０Ａ～１０Ｃ（変換部の一例）と、第１ゲインで電気信号を増幅する第１増幅回路１２と、第１ゲインと異なる第２ゲインで電気信号を増幅する第２増幅回路１３と、第１増幅回路１２により増幅された第１電気信号（具体的には、第１増幅回路１２から出力された第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号のそれぞれ）、および第２増幅回路１３により増幅された第２電気信号（具体的には、第２増幅回路１３から出力された第１電圧信号、第２電圧信号および第３電圧信号のそれぞれ）のうちいずれか一方の電気信号を取得して出力するプロセッサ３１（取得部の一例）と、を備える。

【0068】

これにより、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭは、レーザ溶接の状態が熱伝導溶接とキーホール溶接との間で遷移することで、取得される各電圧信号の信号レベルの大きさが変化する場合であっても、２つの異なるゲインで電圧信号を増幅することにより、現在のレーザ溶接の状態に適し、かつ、レーザ溶接の要否を判定可能な電圧信号（レーザ溶接情報の一例）を取得できる。

【0069】

また、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭのプロセッサ３１は、第１電気信号が第１電気信号の計測上限ＵＬ（飽和値の一例）以下であると判定した場合、第１電気信号を取得する。これにより、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭは、現在のレーザ溶接の状態に適し、かつ、レーザ溶接の要否を判定可能な電圧信号（レーザ溶接情報）を取得できる。

【0070】

また、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭのプロセッサ３１は、第１電気信号が第１電気信号の計測上限ＵＬ以下でないと判定した場合、第２電気信号を取得する。これにより、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭは、現在のレーザ溶接の状態に適し、かつ、レーザ溶接の要否を判定可能な電圧信号（レーザ溶接情報）を取得できる。

【0071】

また、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭのプロセッサ３１は、いずれか他方の電気信号の取得を省略して削除する。これにより、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭは、レーザ溶接の良否判定に不要な電圧信号（レーザ溶接情報）の記録によるメモリ３２、ＨＤＤ、あるいはＳＳＤ等の記憶装置または記憶媒体の容量不足を効果的に抑制できる。

【0072】

また、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭのプロセッサ３１により取得されたいずれか一方の電気信号に基づいて、異なる複数の溶接状態（つまり、熱伝導溶接およびキーホール溶接のそれぞれ）に遷移可能なレーザ溶接の良否判定を実行し、良否判定の結果を出力するプロセッサ３１（判定部の一例）、をさらに備える。これにより、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭは、レーザ溶接の状態が熱伝導溶接とキーホール溶接との間を遷移する場合であっても、取得された第１電気信号または第２電気信号に基づいて、レーザ溶接の良否判定を実行できる。

【0073】

また、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭのレーザ光は、青色レーザである。これにより、実施の形態におけるプロセスモニタユニットＰＭは、青色（つまり、４００ｎｍ～５００ｎｍ）の波長を有するレーザ溶接の要否を判定可能な電圧信号を取得できる。青色レーザ光は、銅に対して高い吸収率（最大６５％程度）で吸収される特性を有するため、銅をレーザ溶接する場合に特に有効である。

【0074】

以上、添付図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても本開示の技術的範囲に属すると了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0075】

本開示は、レーザ溶接の溶接状態が遷移する場合であっても、溶接箇所の良否を判定可能な情報を取得できるプロセスモニタユニットおよびレーザ溶接情報の取得方法として有用である。

【符号の説明】

【0076】

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ センサ
１１ Ｉ／Ｖ変換回路
１２ 第１増幅回路
１３ 第２増幅回路
１００ レーザ加工ヘッドシステム
ＭＮ モニタ
Ｐ１ 分光ユニット
Ｐ２ 中継基板
Ｐ３ 端末装置
ＰＭ プロセスモニタユニット
Ｓ１ ヘッド制御ユニット
Ｓ２ 発振器
Ｓ３ レーザヘッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】