溶接

ハイスピードカメラ溶接現象可視化&計測活用事例

ハイスピードカメラによる溶接の可視化

溶接を撮影する際には、発生する強い光に上手く対処することが重要です。また溶接機の電流や電圧の波形と撮影を同期させたり、撮影とあわせて溶融地の温度を解析する場合もあります。ここではアーク溶接とレーザー溶接それぞれにおける撮影のポイントを解説します。

アーク溶接の撮影のポイント

アーク溶接の過程をハイスピードカメラで可視化する際には、以下のポイントを抑えることが重要です。

ポイント01 光学フィルターでアーク光を抑える

アーク溶接ではハイスピードカメラを用いて、溶滴移行、溶融地、ビード形成などを観察することが多いです。しかし、いずれもそのままカメラを向けるだけでは上手く撮影できません。アーク光を抑える光学フィルタ―が必要です。フォトロンでは光学フィルタ―のデモ機を豊富に取り揃えており、実機を使って最適なフィルタ―選択をお手伝いします。

ポイント02 フィルターに合わせて照明を入れる

光学フィルターは特定の波長のみを透過させることから、例えばアーク光を抑えて溶融地だけを観察することが可能です。一方で、それ以外の部分は暗くなってしまうため、溶融地の周辺部まで撮影したければ、光学フィルタ―の波長にあった照明を入れて周辺部を照らす必要があります。

例1.ハイパスフィルタ使用（900nm以上を透過）：溶融地はよく見えるが、周辺部は暗い

例2.バンドパスフィルタ（950nm 半値幅10nm ＋ LED照明 950nm を使用）：溶融地とビード形成をしている後方もよく見えている

ポイント03 溶接機の波形データと同期して撮影する

クランプメーターを使用して溶接電流を計測し、その波形とハイスピードカメラで撮影する動画を同期させることもできます。溶接中の電流・電圧の変化に対して、そのとき起きている現象が視覚的にわかるようになるため、どのような電圧・電流が最適か条件出しに役立ちます。

レーザー溶接の撮影のポイント

レーザー溶接の過程をハイスピードカメラで可視化する際には、以下のポイントを抑えることが重要です。

ポイント01 光学フィルタでレーザー光を抑える

アーク溶接と同様に、レーザ溶接を撮影する際も光学フィルターでレーザー光を抑える必要があります。IRレーザーの場合はIR波長を抑えるフィルタ―を取付け、グリーンレーザーやブルーレーザーであれば近赤外のバンドパスフィルタを使用します。

ポイント02 目的に合わせてカメラをセッティングする

撮影の目的や観察したい対象によっては、通常の三脚にハイスピードカメラを設置する以外の手法のほうが効果的な場合もあります。例えばレーザー加工ヘッドにカメラを取り付けてレーザーとの同軸観察を行ったり、ロボットのヘッド部分に小型カメラを取り付けてレーザー加工に追従させて観察したりすることもできます。

ポイント03 温度もあわせて計測する

撮影とあわせて、レーザ溶接の溶融地温度や溶融金属が冷え固まる際の温度変化も計測できます。例えば、2色式熱画像計測システム「Thermera」では、約700度以上の高温であればガラス越しにハイスピードカメラによる高解像度の画像とあわせて対象の温度を計測できます。赤外線ハイスピードカメラを使えば常温から計測ができるため、溶融金属が冷え固まる際の温度分布などがわかります。フォトロンでは、ハイスピードカメラと赤外線ハイスピードカメラの両方を使用したハイブリッド温度計測もご提案できます。

撮影システムの構成

ハイスピードカメラを使用した溶接の可視化システムは、主にハイスピードカメラ、レンズ、光学フィルタ―、照明（必要に応じて）、目的に合わせた各種センサー・データロガー、三脚やアームなどの取り付け治具から構成されます。溶接現象一つをとっても、観察する箇所や目的に応じてレイアウトは変わります。フォトロンでは豊富な経験から最適なシステム構成をご提案します。