JP2002137073A - Monitoring method of laser beam welding for die-cast material and device therefor - Google Patents
Monitoring method of laser beam welding for die-cast material and device thereforInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はダイカスト材のレー
ザ溶接モニタリング方法及び装置に関し、特にマグネシ
ウム,アルミニウムなどのダイカスト材のレーザ溶接モ
ニタリング方法及び装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for monitoring laser welding of a die-cast material, and more particularly to a method and apparatus for monitoring laser welding of a die-cast material such as magnesium and aluminum.
【0002】[0002]
【従来の技術】周知の如く、レーザー溶接一般において
は、溶接欠陥などの不具合を検知し、不具合原因をなく
すような条件の修正や適用制御技術を開発する必要に迫
られている。ところで、従来では、溶接の不具合や安定
性を溶接中に判断する方法として、溶接線前後にレーザ
スキャナー等の非接触形状測定装置を設置して、溶接ビ
ードの形状を判断したり、レーザ照射によって生じたプ
ラズマプルームの発光を検知して、その発光強度などか
らビード外観を判断するものがあった。2. Description of the Related Art As is well known, in laser welding in general, it is necessary to detect a defect such as a welding defect and to correct conditions for eliminating the cause of the defect and to develop an application control technique. By the way, conventionally, as a method of determining welding defects and stability during welding, a non-contact shape measuring device such as a laser scanner is installed before and after the welding line to determine the shape of the weld bead, or by laser irradiation. In some cases, light emission of the generated plasma plume is detected, and the appearance of the bead is determined based on the light emission intensity.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術は鉄鋼材料などの圧延材を対象しており、ダイカスト
材のレーザ溶接は従来ほとんど行われていなかった。そ
の理由は、ダイカスト材に含まれている製造時に巻き込
まれた空気や引け巣、又は固溶している水素等が溶接時
の加熱によって放出され、多数のポロシティを発生する
からである。However, the above prior art is directed to a rolled material such as a steel material, and laser welding of a die cast material has hardly been performed conventionally. The reason is that air and shrinkage cavities contained in the die-cast material at the time of manufacturing or hydrogen dissolved in solid solution are released by heating at the time of welding, and a large number of porosity is generated.
【0004】近年、酸素雰囲気中でダイカストを行な
い、微細な酸化物を形成させるPF(ポロシティ・フリ
ー)法などにより、空気の巻き込み等のないダイカスト
材が開発され、部分的に使用されつつある。しかし、そ
の場合でも、全くポロシティが発生しないわけではな
く、ポロシティの発生した溶接部分をオンラインで診断
する技術が望まれている。[0004] In recent years, a die-casting material free from entrainment of air or the like has been developed by a PF (porosity-free) method for forming a fine oxide by performing a die-casting in an oxygen atmosphere, and is being used partly. However, even in this case, porosity does not always occur, and a technique for online diagnosis of a welded portion where porosity occurs is desired.
【0005】このように、従来技術では、外観から見え
る範囲でのビート形状しか検出できず、ダイカスト材で
問題となる内部に残されたポロシティは判断できない。
又、YAGレーザではCO2レーザと異なり、金属蒸気
やシールドガスは弱い電離しか行われず、プラズマルー
ムの発光を検知してビードの外観を判定することは困難
である。As described above, according to the conventional technique, only the beat shape within the range visible from the outside can be detected, and the porosity left inside the die cast material, which is a problem, cannot be determined.
Further, unlike the CO 2 laser, the YAG laser performs only weak ionization on the metal vapor and the shielding gas, and it is difficult to detect the light emission of the plasma room to determine the appearance of the bead.
【0006】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、ダイカスト材をレーザで溶接する際の溶接金属
内部のポロシティの存在を含めた溶接欠陥を的確に検出
しえるダイカスト材のレーザ溶接モニタリング方法及び
装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides laser welding monitoring of a die cast material capable of accurately detecting a welding defect including presence of porosity inside a weld metal when the die cast material is welded by a laser. It is an object to provide a method and an apparatus.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本願第1の発明は、ダイ
カスト材をレーザ溶接する際の溶接欠陥を検出するレー
ザ溶接モニタリング方法において、レーザ照射によって
形成される溶融池後方の凝固開始部から凝固終了部分の
一部分又は複数位置に加工ビームの散乱光の一部を照射
し、その散乱光の強度変化から周波数を求めた後、前記
周波数に基づいて溶接ビード内のポロシティ量及び大き
さを求めることを特徴とするダイカスト材のレーザ溶接
モニタリング方法である。The first invention of the present application is directed to a laser welding monitoring method for detecting a welding defect when laser-die-welding a die-cast material, the solidification starting from a solidification start portion behind a molten pool formed by laser irradiation. After irradiating a part or a plurality of positions of the end part with a part of the scattered light of the processing beam and obtaining a frequency from a change in the intensity of the scattered light, obtaining a porosity amount and a size in the weld bead based on the frequency. A method for monitoring laser welding of a die-cast material, characterized in that:
【0008】本願第2の発明は、ダイカスト材をレーザ
溶接する際の溶接欠陥を検出するレーザ溶接モニタリン
グ装置において、ダイカスト材を加工するためのYAG
レーザを用いたレーザ光源と、このレーザ光源からのレ
ーザ光を前記ダイカスト材に集光させるための集光レン
ズと、前記レーザ装置からのレーザ光のみを透過し、そ
れ以外の光を反射させる波長選択透過ミラーと、前記レ
ーザ光の一部を切り出し、ダイカスト材の溶融池後方の
凝固開始から凝固終了部分の一部分又は複数位置を照射
させるプリズムと、ダイカスト材にレーザ光を照射して
散乱された光を前記波長選択透過ミラーで反射させ、こ
の反射光を光電変換する光検出器と、この光検出器で検
出した光信号に基づいてダイカスト材の溶接ビード内の
ポロシティ量及び大きさを求める欠陥検知手段とを具備
することを特徴とするレーザ溶接モニタリング装置であ
る。A second invention of the present application is directed to a laser welding monitoring apparatus for detecting a welding defect when laser-die-casting a die-cast material, and a YAG for processing the die-cast material.
A laser light source using a laser, a condenser lens for condensing the laser light from the laser light source on the die casting material, and a wavelength that transmits only the laser light from the laser device and reflects the other light. A selective transmission mirror, a part of the laser beam cut out, a prism for irradiating a part or a plurality of positions of the solidification end portion from the solidification start behind the molten pool of the die casting material, and the laser light was irradiated to the die casting material and scattered. A light detector for reflecting light by the wavelength selective transmission mirror and photoelectrically converting the reflected light; and a defect for obtaining a porosity amount and a size in a weld bead of the die-cast material based on an optical signal detected by the light detector. A laser welding monitoring apparatus comprising: a detection unit.
【0009】本願第3の発明は、ダイカスト材をレーザ
溶接する際の溶接欠陥を検出するレーザ溶接モニタリン
グ方法において、レーザ照射によって形成される溶融池
後方の凝固開始部から凝固終了部分の一部分又は複数位
置に加工用レーザ光とは別のプローブ光を照射し、その
散乱光の強度変化から周波数を求めた後、この周波数に
基づいて溶接ビード内のポロシティ量及び大きさを求め
ることを特徴とするダイカスト材のレーザ溶接モニタリ
ング方法である。According to a third aspect of the present invention, there is provided a laser welding monitoring method for detecting a welding defect at the time of laser welding of a die cast material, wherein a part or a plurality of solidification starting portions to a solidification ending portion behind a molten pool formed by laser irradiation. Irradiating the position with a probe light different from the processing laser light, calculating the frequency from the intensity change of the scattered light, and then calculating the porosity amount and size in the weld bead based on this frequency This is a laser welding monitoring method for die cast materials.
【0010】本願第4の発明は、ダイカスト材をレーザ
溶接する際の溶接欠陥を検出するレーザ溶接モニタリン
グ装置において、ダイカスト材を加工するためのYAG
レーザを用いたレーザ光源と、このレーザ光源からのレ
ーザ光を前記ダイカスト材に集光させるための集光レン
ズと、前記レーザ光源からのレーザ光のみを透過し、そ
れ以外の光を反射させる波長選択透過ミラーと、ダイカ
スト材の溶融池後方の凝固開始部から凝固終了部分の一
部分又は複数位置にプローブ光を照射させる半導体レー
ザ装置と、この半導体レーザ装置からのプローブ光を前
記波長選択透過ミラーへ送る偏光ビームスプリッター
と、この偏光ビームスプリッターからのプローブ光を直
線偏光から円偏光へ変換させる円偏光板と、ダイカスト
材にレーザ光を照射して散乱された光を前記波長選択透
過ミラーで反射させ、この反射光を光電変換する光検出
器と、この光検出器で検出した光信号に基づいてダイカ
スト材の溶接ビード内のポロシティ量及び大きさを求め
る欠陥検知手段とを具備することを特徴とするレーザ溶
接モニタリング装置である。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a laser welding monitoring apparatus for detecting a welding defect at the time of laser-welding a die-cast material.
A laser light source using a laser, a condenser lens for condensing the laser light from the laser light source on the die-cast material, and a wavelength that transmits only the laser light from the laser light source and reflects the other light. A selective transmission mirror, a semiconductor laser device for irradiating probe light to a part or a plurality of positions of a solidification end portion from a solidification start portion behind a molten pool of a die casting material, and a probe light from the semiconductor laser device to the wavelength selective transmission mirror. A polarizing beam splitter to be sent, a circularly polarizing plate that converts probe light from the polarizing beam splitter from linearly polarized light to circularly polarized light, and a laser beam is irradiated to the die casting material and the light scattered is reflected by the wavelength selective transmission mirror. A photodetector that photoelectrically converts the reflected light, and a welding bead of the die casting material based on the optical signal detected by the photodetector. A laser welding monitoring device, characterized in that the and a defect detection means for determining the porosity volume and size.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るダイカスト材
のレーザ溶接モニタリング方法について更に詳しく説明
する。本発明において、「光検出器で検出した光信号に
基づいてダイカスト材の溶接ビード内のポロシティ量及
び大きさを求める欠陥検知手段」としては、光検出器
(フォトダイオード等)に電気的に接続したアンプと、
このアンプに電気的に接続したA/D変換器と、この変
換器に電気的に接続されたパソコン(又はFET装置)と
から構成される装置が挙げられる。こうした欠陥検知手
段では、例えば散乱光を光検出器で受光し、強度に応じ
た電気信号に変換した後、アンプで増幅してからA/D
変換器にかけてデジタル信号に変換し、更にその信号を
パソコン等の高速フーリエ変換(FET)プログラム又
は専用のFET装置にかけ、振動成分を時間軸から周波
数軸に置き換えを周波数解析で行う。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a method for monitoring laser welding of a die cast material according to the present invention will be described in more detail. In the present invention, the “defect detection means for obtaining the porosity and size of the porosity in the weld bead of the die cast material based on the optical signal detected by the photodetector” is electrically connected to a photodetector (such as a photodiode). And the amplifier
There is a device that includes an A / D converter electrically connected to the amplifier and a personal computer (or FET device) electrically connected to the converter. In such a defect detecting means, for example, scattered light is received by a photodetector, converted into an electric signal corresponding to the intensity, amplified by an amplifier, and then A / D
The signal is converted into a digital signal by a converter, and the signal is further processed by a fast Fourier transform (FET) program such as a personal computer or a dedicated FET device, and the vibration component is replaced from the time axis to the frequency axis by frequency analysis.
【0012】本発明において、検出対象となるポロシテ
ィの大きさは、5μm〜500μmである。ここで、そ
の大きさが5μmより小さい場合には材料強度的に問題
とならないとともに検出不能と考えられるからであり、
500μmを超えると溶接そのものが正常に行われない
からである。また、ポロシティの量は、溶接金属での体
積分率で約1/20〜1/5程度と推定される。In the present invention, the size of the porosity to be detected is 5 μm to 500 μm. Here, if the size is smaller than 5 μm, there is no problem in material strength and it is considered that detection is not possible.
This is because if it exceeds 500 μm, welding itself is not performed normally. Further, the amount of porosity is estimated to be about 1/20 to 1/5 as a volume fraction of the weld metal.
【0013】本発明において、異常が起きる場合には、
周波数成分で50〜500Hz前後の比較的低い周波数
成分の強度とその前後の強度比が、予め測定された正常
な溶接における強度比と比較して大きくなる場合であ
り、具体的には2培程度(3dB程度)大きいことを基
準とする。In the present invention, when an abnormality occurs,
This is a case where the intensity of the relatively low frequency component of about 50 to 500 Hz in the frequency component and the intensity ratio before and after the frequency component are larger than the intensity ratio in the normal welding measured in advance, specifically, about 2 times. (Approximately 3 dB) on the basis of being large.
【0014】本発明において、プローブ光のビーム径は
0.6〜0.8mm程度であり、溶融池の径は0.8〜
1.0mm程度である。従って、プローブ光の溶接ビー
ド中心とのシフト量は0.8〜3mm程度であり、最適
値は1mmである。ここで、前記シフト量は、加工ビー
ム中心位置に対するプローブビーム中心位置の偏差を示
す。In the present invention, the beam diameter of the probe light is about 0.6 to 0.8 mm, and the diameter of the molten pool is about 0.8 to 0.8 mm.
It is about 1.0 mm. Accordingly, the shift amount of the probe light from the center of the weld bead is about 0.8 to 3 mm, and the optimum value is 1 mm. Here, the shift amount indicates a deviation of the center position of the probe beam from the center position of the processing beam.
【0015】[0015]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 (実施例1)図1は本発明の実施例1に係るレーザ溶接モ
ニタリング装置の説明図であり、YAGレーザビームの
一部を切り出してプローブ光として使用する例を示す。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. 1 is an explanatory view of a laser welding monitoring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and shows an example in which a part of a YAG laser beam is cut out and used as a probe light.
【0016】図中の付番1は、YAGレーザからなるレ
ーザ光源1を示す。このレーザ光源1からのYAGレー
ザ光(以下、単にレーザ光と呼ぶ)Aはその大部分が加
工用ビームとして利用されるもので、光ファイバー2、
リコリメートレンズ3、波長選択透過ミラー4、プリズ
ム5、集光レンズ6を経てワーク7に照射される。ま
た、溶接状態を調べるプローブ光Bは、前記レーザ光の
一部をプリズム5よって切り出し、溶融池後方の凝固開
始部の一部分を照射する。なお、前記波長選択透過ミラ
ー4はレーザ光を透過し、それ以外の波長を反射するよ
うになっているが、レーザ光の戻り光も0.1%程度は
反射されるため、後述する光検出器で計測することがで
きる。また、前記プリズム5の頂角を変えることによっ
て、プローブの照射位置をふることができる。Reference numeral 1 in the drawing denotes a laser light source 1 composed of a YAG laser. Most of the YAG laser light (hereinafter simply referred to as laser light) A from the laser light source 1 is used as a processing beam.
The light is applied to a work 7 through a recollimator lens 3, a wavelength selective transmission mirror 4, a prism 5, and a condenser lens 6. Further, the probe light B for examining the welding state cuts out a part of the laser light by the prism 5 and irradiates a part of the solidification start portion behind the molten pool. Although the wavelength selective transmission mirror 4 transmits laser light and reflects other wavelengths, the return light of the laser light is also reflected by about 0.1%. It can be measured with a container. The irradiation position of the probe can be changed by changing the apex angle of the prism 5.
【0017】前記加工用のレーザ光は、ワーク7上で散
乱され、集光レンズ6に戻った後、波長選択透過ミラー
4で反射し、減光板8、第1の受光レンズ9を経て第1
の光検出器10により検出される。一方、溶融池後方に
照射されたプローブ光は、ワーク7で散乱された後、再
び集光レンズ6に戻り、そこでコリメートされ波長選択
透過ミラー4によって一部分が反射される。更に、第2
の受光レンズ11によってその光が集められて第2の光
検出器12によって光電変換される。ここで、集光レン
ズ6の焦点f1と第1の受光レンズ9(又は第2の受光
レンズ11の焦点f2の比によって、観測面積を決定で
きる。The laser beam for processing is scattered on the work 7 and returns to the condenser lens 6, is reflected by the wavelength selective transmission mirror 4, passes through the dimming plate 8, the first light receiving lens 9, and the first laser beam.
Is detected by the photodetector 10. On the other hand, the probe light emitted to the rear of the molten pool is scattered by the work 7 and then returns to the condenser lens 6 again, where it is collimated and partially reflected by the wavelength selective transmission mirror 4. Furthermore, the second
The light is collected by the light receiving lens 11 and photoelectrically converted by the second photodetector 12. Here, the observation area can be determined by the ratio between the focal point f1 of the condenser lens 6 and the focal point f2 of the first light receiving lens 9 (or the second light receiving lens 11).
【0018】前記光検出器10,12には夫々アンプ1
3,14が接続され、これらアンプ13,14にはA/
D変換器15、パソコン(又はFET装置)16が電気
的に接続されている。ここで、アンプ13,14と、A
/D変換器15と、パソコン16とから欠陥検知手段が
構成されている。Each of the photodetectors 10 and 12 has an amplifier 1
3 and 14 are connected to each other.
A D converter 15 and a personal computer (or FET device) 16 are electrically connected. Here, the amplifiers 13 and 14 and A
The / D converter 15 and the personal computer 16 constitute a defect detecting means.
【0019】上記したように、実施例1に係るモニタリ
ング装置は、レーザ光源1と、このレーザ光源1に接続
した光ファイバー2と、光ファイバー2からの光を透過
したり戻り散乱光を反射させる波長選択透過ミラー4
と、光ファイバー2からの光を集光させる集光レンズ6
と、減光板8と、波長選択透過ミラー4で反射した光を
集光させる集光レンズ9,11と、前記波長透過ミラー
4で反射した光を夫々検出する光検出器10,12と、
これら光検出器10,12に接続されたアンプ13,1
4と、これらアンプ13,14に電気的に接続したA/
D変換器14と、パソコン15と、レーザ光の一部をプ
ローブ光として使用させるプリズム5等を具備した構成
となっている。As described above, the monitoring device according to the first embodiment includes a laser light source 1, an optical fiber 2 connected to the laser light source 1, and a wavelength selection device that transmits light from the optical fiber 2 and reflects back scattered light. Transmission mirror 4
And a condenser lens 6 for condensing light from the optical fiber 2
A dimming plate 8, condensing lenses 9 and 11 for condensing the light reflected by the wavelength selective transmission mirror 4, and photodetectors 10 and 12 for detecting the light reflected by the wavelength transmission mirror 4, respectively.
Amplifiers 13 and 1 connected to these photodetectors 10 and 12
4 and A / A electrically connected to the amplifiers 13 and 14.
The configuration includes a D converter 14, a personal computer 15, a prism 5 that uses a part of laser light as probe light, and the like.
【0020】また、上記レーザ溶接モニタリング装置で
は、レーザ光でワーク7を加工する一方、レーザ光の一
部をプローブ光として用いて溶融池後方の凝固開始部か
ら凝固終了部分の一部分を照射し、ワーク7で散乱した
加工用のレーザ光及びプローブ光を集光レンズ6,波長
選択透過ミラー4等を経て光検出器10,12で検出す
る。ここで、ワーク7内部のポロシティが多い程振幅が
大きく低い周波数で振動するので、散乱光の強度変化
を、前記光検出器10,12に接続されたアンプ13,
14、A/D変換器15及びパソコン16等を用いて周
波数解析することにより強度の高い周波数を求め、この
周波数から溶接ビード内のポロシティ量及び大きさを求
めている。Further, in the laser welding monitoring apparatus, while the work 7 is processed with the laser light, a part of the solidification start part from the solidification start part behind the molten pool is irradiated using a part of the laser light as probe light, Processing laser light and probe light scattered by the work 7 are detected by the photodetectors 10 and 12 via the condenser lens 6 and the wavelength selective transmission mirror 4 and the like. Here, as the porosity inside the work 7 increases, the amplitude increases and the vibration oscillates at a low frequency. Therefore, the change in the intensity of the scattered light is detected by the amplifiers 13 and 12 connected to the photodetectors 10 and 12.
14, frequency analysis using the A / D converter 15, the personal computer 16, etc., obtains a high-intensity frequency, and from this frequency, obtains the porosity amount and size in the weld bead.
【0021】事実、上記実施例に係るモニタリング装置
によれば、以下に述べる効果を有することが確認され
た。図3(A),(B)は正常な溶接ビード21の表面
の様子を示すもので、図3(A)は平面図、図3(B)
は断面図を示す。一方、図4(A),(B)は内部にポ
ロシティ22を有し表面に膨れが生じた溶接ビード21
の表面の様子を示すものもので、図3(A)は平面図、
図3(B)は断面図を示す。In fact, it has been confirmed that the monitoring device according to the above embodiment has the following effects. 3A and 3B show the state of the surface of the normal weld bead 21. FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B.
Shows a sectional view. On the other hand, FIGS. 4A and 4B show a weld bead 21 having a porosity 22 inside and a swelling on the surface.
3 (A) is a plan view, and FIG.
FIG. 3B shows a cross-sectional view.
【0022】プローブ光23は溶融池24の後方か凝固
開始から凝固終了位置を照射し、その部分の揺れの情報
を計測するが、その後方で急激に膨れ固まることが分か
った。その際に大きく揺れ動くために周波数が低く、振
幅としては大きくなることが判明した。従って、その動
きを計測することで、計測が可能となる。The probe light 23 irradiates the position behind the molten pool 24 or the solidification end position from the start of solidification, and measures the information on the shaking of that portion. At that time, it was found that the frequency was low due to large swinging, and the amplitude was large. Therefore, measurement can be performed by measuring the movement.
【0023】図5は、正常ビード及びポロシティを含ん
だ不良ビードを形成する場合の光検出器で得られた信号
のデータ例を示す。図5より、不良ビードが形成される
際には凝固部近傍ではビードは大きく揺れ動き、振幅も
大きくなることが判明した。また、図6はそれらの周波
数解析例を示し、曲線(イ)は正常ビードの場合を示
し、曲線(ロ)は不良ビードの場合を示す。図6のよう
に、前記信号を高速フーリエ変換によって周波数解析す
ると、不良ビードが形成される場合には低周波数側の強
度が大きいことが判明した。なお、実際の生産ライン上
では、計測すべき周波数領域を通すようバンドパスフィ
ルターを使って平均強度を求めても良い。FIG. 5 shows an example of data of a signal obtained by the photodetector when a defective bead including a normal bead and a porosity is formed. From FIG. 5, it has been found that when a defective bead is formed, the bead largely swings near the solidified portion and the amplitude also becomes large. FIG. 6 shows an example of the frequency analysis. The curve (a) shows the case of a normal bead, and the curve (b) shows the case of a bad bead. As shown in FIG. 6, when the frequency of the signal was analyzed by fast Fourier transform, it was found that when a defective bead was formed, the intensity on the low frequency side was large. Note that on an actual production line, the average intensity may be obtained using a bandpass filter so as to pass a frequency region to be measured.
【0024】(実施例2)図2は、本発明の実施例2に
係るレーザ溶接モニタリング装置の説明図であり、外部
から半導体レーザを用いてプローブ光として使用する例
を示す。但し、図1と同部材は同付番を付して説明す
る。(Embodiment 2) FIG. 2 is an explanatory diagram of a laser welding monitoring apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, and shows an example in which a semiconductor laser is used as an external probe light. However, the same members as those in FIG. 1 will be described with the same reference numerals.
【0025】図中の付番31は、半導体レーザ装置を示
す。この半導体レーザ装置31からのプローブ光Bは、
偏光ビームスプリッター32,円偏光板33,波長選択
透過ミラー4を経てワーク7に照射される。ここで、半
導体レーザ31は偏光しているので、偏光ビームスプリ
ッター32を使用することで全光を反射させることがで
きる。また、偏光ビームスプリッター32の下流側に円
偏光板33を設置することにより、直線偏光から円偏光
へ変換させる。Reference numeral 31 in the drawing indicates a semiconductor laser device. The probe light B from the semiconductor laser device 31 is
The work 7 is irradiated via the polarizing beam splitter 32, the circularly polarizing plate 33, and the wavelength selective transmission mirror 4. Here, since the semiconductor laser 31 is polarized, all the light can be reflected by using the polarization beam splitter 32. Further, by installing a circularly polarizing plate 33 on the downstream side of the polarizing beam splitter 32, linearly polarized light is converted into circularly polarized light.
【0026】なお、円偏光板33の下流側には図示しな
いブリュースターブリズム等を配置してビームを曲げ、
加工ビーム用の波長選択透過ミラー4で反射させる。そ
の際、入射角がついているためビームはレンズの光軸に
対して角度を付けて入射する。プローブ光はその偏角に
応じて加工ビームAの集光位置とは異なった位置に照射
され、図1の場合と同様に反射された光を受光レンズで
受ける。ここで、戻ってきた光は、円偏光板33によっ
て入射ビームと直交した直線偏光に変換された後、偏光
ビームスプリッター32、波長選択透過フィルター3
4、受光レンズ35を通って光検出器10に集められ
る。なお、偏光ビームスプリッター32は半導体レーザ
の光だけを通すので、加工ビームの散乱をカットするこ
とができる。It is to be noted that a Brewster brhythm (not shown) or the like is arranged downstream of the circularly polarizing plate 33 to bend the beam.
The light is reflected by the wavelength selective transmission mirror 4 for the processing beam. At this time, the beam is incident at an angle to the optical axis of the lens because of the incident angle. The probe light is applied to a position different from the condensing position of the processing beam A in accordance with the deflection angle, and the reflected light is received by the light receiving lens as in the case of FIG. Here, the returned light is converted into linearly polarized light orthogonal to the incident beam by the circularly polarizing plate 33, and then the polarization beam splitter 32 and the wavelength selective transmission filter 3 are used.
4. Collected by the photodetector 10 through the light receiving lens 35. In addition, since the polarizing beam splitter 32 transmits only the light of the semiconductor laser, scattering of the processing beam can be cut.
【0027】上記したように、実施例2に係るレーザ溶
接モニタリング装置は、レーザ光源1と、半導体レーザ
装置31と、このレーザ装置31からのプローブ光を全
て反射させる偏光ビームスプリッター32と、この偏光
ビームスプリッター32を経たプローブ光Bを直線偏光
から円偏光へ変換させる円偏光板33と、円偏光板33
を経た光を反射及び透過させる波長選択透過ミラー4
と、光ファイバー2からのレーザ光Aを集光させる集光
レンズ6と、波長選択透過ミラー4で反射した光を受光
させる受光レンズ35と、この受光レンズ35からの光
を検出する光検出器10と、この光検出器10に接続さ
れアンプ13と、これらアンプ13に電気的に接続した
A/D変換器14と、パソコン15等とを具備した構成
となっている。As described above, the laser welding monitoring apparatus according to the second embodiment includes a laser light source 1, a semiconductor laser device 31, a polarization beam splitter 32 for reflecting all the probe light from the laser device 31, and a polarization beam splitter 32. A circularly polarizing plate 33 for converting the probe light B passing through the beam splitter 32 from linearly polarized light to circularly polarized light;
Wavelength selective transmission mirror 4 for reflecting and transmitting light passing through
A condenser lens 6 for condensing the laser light A from the optical fiber 2, a light receiving lens 35 for receiving the light reflected by the wavelength selective transmission mirror 4, and a photodetector 10 for detecting the light from the light receiving lens 35 , An amplifier 13 connected to the photodetector 10, an A / D converter 14 electrically connected to the amplifier 13, a personal computer 15, and the like.
【0028】上記レーザ溶接モニタリング装置では、レ
ーザ光源1からのレーザ光Aを全て加工用ビームとして
ワークに照射する一方、半導体レーザ装置31からはプ
ローブ光を偏光ビームスプリッター32,円偏光板3
3,波長選択透過ミラー4及び集光レンズ6を経て溶融
池後方の凝固開始部から凝固終了部分の一部分に照射す
る。そして、図1の場合と同様に、反射された光を第2
の受光レンズ6で受けた後、波長選択透過ミラー4,円
偏光板33,偏光ビームスプリッター32及び受光レン
ズ9を経て光検出器10で検出する。そして、散乱光の
強度変化を、前記光検出器10に接続されたアンプ1
3、A/D変換器15及びパソコン16等を用いて周波
数解析することにより強度の高い周波数を求め、この周
波数から溶接ビード内のポロシティ量及び大きさを求め
ている。In the laser welding monitoring apparatus, the laser beam A from the laser light source 1 is radiated to the work as a processing beam, while the semiconductor laser device 31 emits probe light from the polarization beam splitter 32 and the circularly polarizing plate 3.
(3) Irradiate a part of the solidification end portion from the solidification start portion behind the molten pool through the wavelength selective transmission mirror 4 and the condenser lens 6. Then, as in the case of FIG.
After the light is received by the light receiving lens 6, the light is passed through the wavelength selective transmission mirror 4, the circularly polarizing plate 33, the polarizing beam splitter 32 and the light receiving lens 9 and detected by the photodetector 10. The change in the intensity of the scattered light is detected by the amplifier 1 connected to the photodetector 10.
3. A frequency having a high strength is obtained by frequency analysis using the A / D converter 15 and the personal computer 16, and the porosity amount and size in the weld bead are obtained from this frequency.
【0029】なお、上記実施例では、ダイカスト材の溶
融池後方の凝固開始部から凝固終了部分の一部分にプロ
ーブ光を照射する場合について述べたが、これに限ら
ず、複数位置にプローブ光を照射する場合について適用
可能である。具体的には、実施例1においては複数のプ
リズムを使用することにより、実施例2においては複数
の半導体レーザ装置を使用することにより実現可能であ
る。In the above embodiment, the case where the probe light is applied to a part of the solidification end portion from the solidification start portion behind the molten pool of the die casting material is described. However, the present invention is not limited to this. It is applicable when it does. More specifically, this can be achieved by using a plurality of prisms in the first embodiment, and by using a plurality of semiconductor laser devices in the second embodiment.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、ダ
イカスト材をレーザで溶接する際の溶接金属内部のポロ
シティの存在を含めた溶接欠陥を的確に検出しえるダイ
カスト材のレーザ溶接モニタリング方法及び装置を提供
できる。As described above in detail, according to the present invention, laser welding monitoring of a die cast material capable of accurately detecting a welding defect including presence of porosity inside a weld metal when welding the die cast material with a laser. Methods and apparatus can be provided.
【図1】本発明の実施例1に係るモニタリング装置の説
明図。FIG. 1 is an explanatory diagram of a monitoring device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例2に係るモニタリング装置の説
明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of a monitoring device according to a second embodiment of the present invention.
【図3】正常ビードの説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a normal bead.
【図4】異常ビードの説明図。FIG. 4 is an explanatory view of an abnormal bead.
【図5】正常ビード及び異常ビードを形成する場合の信
号強度と時間との関係を示す特性図。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between signal intensity and time when a normal bead and an abnormal bead are formed.
【図6】図5における信号を高速フーリエ変換によって
周波数解析した場合の信号強度と周波数との関係を示す
特性図。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between signal strength and frequency when the signal in FIG. 5 is subjected to frequency analysis by fast Fourier transform.
1…YAGレーザ装置、 2…光ファイバー、 3…リコリメートレンズ、 6…集光レンズ、 4…波長選択透過ミラー、 5…プリズム、 7…ワーク、 8…減光板、 9,11,35…受光レンズ、 10,12…光検出器、 13,14…アンプ、 16…A/D変換器、 17…パソコン(又はFET装置)、 21…溶接ビード、 22…ポロシティ、 24…溶融池、 31…半導体レーザ装置、 32…偏光ビームスプリッター、 33…円偏光板、 34…波長選択透過フィルター。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... YAG laser device, 2 ... Optical fiber, 3 ... Collimating lens, 6 ... Condensing lens, 4 ... Wavelength selective transmission mirror, 5 ... Prism, 7 ... Work, 8 ... Dark plate, 9,11,35 ... Light receiving lens Reference numerals 10, 12, photodetector 13, 14, amplifier, 16 A / D converter, 17 personal computer (or FET device), 21 welding bead, 22 porosity, 24 molten pool, 31 semiconductor laser 32, a polarizing beam splitter, 33, a circularly polarizing plate, 34, a wavelength selective transmission filter.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鎌土 重晴 新潟県長岡市上富岡町1603番地1 長岡技 術科学大学内 (72)発明者 小島 陽 新潟県長岡市上富岡町1603番地1 長岡技 術科学大学内 Fターム(参考) 4E068 BA00 CA17 CB09 CB10 CC01 DA00 DB01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Shigeharu Kamado 1603-1, Kamitomioka-cho, Nagaoka City, Niigata Prefecture Inside Nagaoka University of Technology (72) Inventor: Yo Kojima 1603-1, Kamitomioka-cho, Nagaoka City, Niigata Prefecture Nagaoka Engineering F-term in University of Science and Technology (reference) 4E068 BA00 CA17 CB09 CB10 CC01 DA00 DB01
Claims (4)
欠陥を検出するレーザ溶接モニタリング方法において、 レーザ照射によって形成される溶融池後方の凝固開始部
から凝固終了部分の一部分又は複数位置に加工ビームの
一部を照射し、その散乱光の強度変化から周波数を求め
た後、前記周波数に基づいて溶接ビード内のポロシティ
量及び大きさを求めることを特徴とするダイカスト材の
レーザ溶接モニタリング方法。1. A laser welding monitoring method for detecting a welding defect when laser-die-welding a die-cast material, comprising: forming a machining beam from a solidification start part behind a molten pool formed by laser irradiation to a part or a plurality of positions of a solidification end part; A method for monitoring laser welding of a die-cast material, comprising: irradiating a part of the laser beam; obtaining a frequency from a change in the intensity of the scattered light; and obtaining a porosity amount and a size in the weld bead based on the frequency.
欠陥を検出するレーザ溶接モニタリング装置において、 ダイカスト材を加工するためのYAGレーザを用いたレ
ーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を前記ダイ
カスト材に集光させるための集光レンズと、前記レーザ
光源からのレーザ光のみを透過し、それ以外の光を反射
させる波長選択透過ミラーと、前記レーザ光の一部を切
り出し、ダイカスト材の溶融池後方の凝固開始から凝固
終了部分の一部分又は複数位置を照射させるプリズム
と、ダイカスト材にレーザ光を照射して散乱された光を
前記波長選択透過ミラーで反射させ、この反射光を光電
変換する光検出器と、この光検出器で検出した光信号に
基づいてダイカスト材の溶接ビード内のポロシティ量及
び大きさを求める欠陥検知手段とを具備することを特徴
とするレーザ溶接モニタリング装置。2. A laser welding monitoring apparatus for detecting a welding defect when laser-die-welding a die-cast material, comprising: a laser light source using a YAG laser for processing the die-cast material; and a laser light from the laser light source. A condensing lens for condensing on the material, a wavelength selective transmission mirror that transmits only the laser light from the laser light source and reflects the other light, and cuts out a part of the laser light to melt the die casting material. A prism that irradiates a part or a plurality of positions of the coagulation end portion from the coagulation start portion behind the pond, and a laser beam is irradiated to the die casting material, and the scattered light is reflected by the wavelength selective transmission mirror, and the reflected light is photoelectrically converted. A photodetector and a method for obtaining a porosity amount and a size of a die-cast material in a weld bead based on an optical signal detected by the photodetector. Laser welding monitoring apparatus characterized by comprising a detecting means.
欠陥を検出するレーザ溶接モニタリング方法において、 レーザ照射によって形成される溶融池後方の凝固開始部
から凝固終了部分の一部分又は複数位置に加工用レーザ
光とは別のプローブ光を照射し、その散乱光の強度変化
から周波数を求めた後、この周波数に基づいて溶接ビー
ド内のポロシティ量及び大きさを求めることを特徴とす
るダイカスト材のレーザ溶接モニタリング方法。3. A laser welding monitoring method for detecting a welding defect at the time of laser welding a die casting material, comprising: a processing laser at a part or a plurality of positions from a solidification start part to a solidification end part behind a molten pool formed by laser irradiation. Laser welding of die casting material characterized by irradiating a probe light different from light, calculating the frequency from the intensity change of the scattered light, and calculating the porosity amount and size in the welding bead based on this frequency Monitoring method.
欠陥を検出するレーザ溶接モニタリング装置において、 ダイカスト材を加工するためのYAGレーザを用いたレ
ーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を前記ダイ
カスト材に集光させるための集光レンズと、前記レーザ
光源からのレーザ光のみを透過し、それ以外の光を反射
させる波長選択透過ミラーと、ダイカスト材の溶融池後
方の凝固開始部から凝固終了部分の一部分又は複数位置
にプローブ光を照射させる半導体レーザ装置と、この半
導体レーザ装置からのプローブ光を前記波長選択透過ミ
ラーへ送る偏光ビームスプリッターと、この偏光ビーム
スプリッターからのプローブ光を直線偏光から円偏光へ
変換させる円偏光板と、ダイカスト材にレーザ光を照射
して散乱された光を前記波長選択透過ミラーで反射さ
せ、この反射光を光電変換する光検出器と、この光検出
器で検出した光信号に基づいてダイカスト材の溶接ビー
ド内のポロシティ量及び大きさを求める欠陥検知手段と
を具備することを特徴とするレーザ溶接モニタリング装
置。4. A laser welding monitoring device for detecting a welding defect at the time of laser-welding a die-cast material, comprising: a laser light source using a YAG laser for processing the die-cast material; A condensing lens for condensing on the material, a wavelength selective transmission mirror that transmits only the laser light from the laser light source and reflects the other light, and solidification from the solidification start part behind the molten pool of the die casting material A semiconductor laser device that irradiates a part or a plurality of positions with probe light, a polarization beam splitter that sends the probe light from the semiconductor laser device to the wavelength selective transmission mirror, and a probe light from the polarization beam splitter that is linearly polarized. Circularly polarizing plate to convert to circularly polarized light, and light scattered by irradiating laser beam to die casting material A photodetector that reflects the light by the wavelength selective transmission mirror and photoelectrically converts the reflected light, and a defect detection unit that obtains a porosity amount and a size in a weld bead of the die-cast material based on an optical signal detected by the photodetector. And a laser welding monitoring device comprising:
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-
2000
- 2000-10-31 JP JP2000333371A patent/JP2002137073A/en active Pending
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