• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.273-273
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• 2012

컷오프 진단법은 두 개의 탐침 형태로 제작된 마이크로 웨이브 진단법으로, 간단한 수식을 통해 전자밀도, 전자온도 등을 측정할 수 있다. 컷오프 탐침은 방사 안테나, 측정 안테나와 네트워크 분석기로 구성되어 있다. 네트워크 분석기는 두 안테나 사이의 플라즈마 투과 스펙트럼을 만드는데 쓰이며, 스펙트럼 분석을 통해 플라즈마 변수들을 측정할 수 있다. 이 진단법은 장치나 분석방법이 매우 간단한 장점을 지니며, 약 1 mW 정도의 적은 파워를 사용하여 플라즈마 상태를 거의 변화시키지 않는 측정이 가능하다. 또한 CF4와 같은 공정 가스를 이용한 플라즈마에서도 사용이 가능하다. 그러나 컷오프 진단법을 사용한 측정은 다른 종류의 진단법과 마찬가지로, 약 1초 정도의 긴 시간을 필요로 하는 단점이 있어, 펄스 플라즈마나 토카막과 같이 빠르게 변하는 플라즈마를 측정하기에는 무리가 있다. 최근에 개발된 푸리에 컷오프 탐침(Fourier Cutoff Probe, FCP)는 기존의 컷오프 탐침의 느린 시간분해능을 개선하기 위해 개발되었다. [1] 펄스 형태의 단일신호를 플라즈마를 투과하기 전후로 비교하면 투과 스펙트럼 및 플라즈마 변수들을 얻을 수 있으며, 기존 연구에서 구한 시간 분해능은 약 15 나노초였다. 이 값은 펄스 발생장치의 스펙에 따라 변하게 된다. 펄스폭이 짧을수록 시간분해능이 좋아지지만, 무한정 좋아질 수는 없다. 이 논문에서는 FCP 측정의 시간 분해능을 이론적으로 구하고, 시간 분해능의 이론적 한계를 구했다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.33 no.11
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• pp.1256-1261
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• 2009

Today, implementation of the defect detection in laser welding has been researched for a long time, but most studies have been made around thin plate within $1{\sim}3mm^t$. Therefore, this study was measured and analyzed light emission signals of the induced plasma in $CO_2$ laser lap welding of $6mm^t$ Zn primer-coated steel, and based on this analysis, research made an investigation into possibility of monitoring in thick plate welding. It was been analyzing the measured signals by RMS and FFT processing, as a results, we were able to confirm definite difference of two signals between humping bead and sound bead. Thus, possibility of real time monitoring in $CO_2$ laser lap welding verified experimentally.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.507-507
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• 2012

컷오프 진단법은 두 개의 탐침 형태로 제작된 마이크로 웨이브 진단법으로, 간단한 수식을 통해 전자밀도, 전자온도 등을 측정할 수 있다. 컷오프 탐침은 방사 안테나, 측정 안테나와 네트워크 분석기로 구성되어 있다. 네트워크 분석기는 두 안테나 사이의 플라즈마 투과 스펙트럼을 만드는데 쓰이며, 스펙트럼 분석을 통해 플라즈마 변수들을 측정할 수 있다. 이 진단법은 장치나 분석방법이 매우 간단한 장점을 지니며, 약 1 mW 정도의 적은 파워를 사용하여 플라즈마 상태를 거의 변화시키지 않는 측정이 가능하다. 또한 CF4와 같은 공정 가스를 이용한 플라즈마에서도 사용이 가능하다. 그러나 컷오프 진단법을 사용한 측정은 다른 종류의 진단법과 마찬가지로, 약 1초 정도의 긴 시간을 필요로 하는 단점이 있어, 펄스 플라즈마나 토카막과 같이 빠르게 변하는 플라즈마를 측정하기에는 무리가 있다. 컷오프 탐침의 시간 분해능을 향상시키고자, 최근에 푸리에 컷오프 탐침(FCP)이 개발되었다. 펄스 형태의 단일신호를 플라즈마를 투과하기 전후로 비교하면 투과 스펙트럼 및 플라즈마 변수들을 얻을 수 있으며, 측정시간을 약 15 ns 정도로 줄일 수 있었다. 이 방법의 신뢰도 및 성능은 이미 CW 플라즈마와 펄스 플라즈마에서 확인되었다. 본 연구에서는 FCP의 초고속 측정의 장점을 이용해서 13.56 MHz의 CCP 및 400 kHz의 CCP에서 RF 위상에 따라 변하는 플라즈마를 측정하였으며, 이에 따라 RF CCP에서의 전자의 동역학 분석을 할 수 있었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.34 no.10
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• pp.1507-1512
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• 2010

In this study, the plasma induced by $CO_2$ laser lap welding of 6t Zn coated steel used for ship building was measured using photodiodes and a microphone. Then, the welding phenomenon with gap clearance of lap joint was compared with RMS-treated signal. Thus, we found that intensity of the RMS-treated signal increased with Zn vaporization; further, the presence of defects results in rapid variations with the RMS value as a function of lap-joint parameters. Besides, the FFT value of the raw signal with variations of changing welding parameters was calculated, and then the calculated FFT frequency value was set as the bandwidth of digital filter for a more accurate in-process monitoring. The RMS values were acquired by filtering the raw signal. By matching the weld beads and the calculated RMS values, we confirmed that there is a strong relationship between the signals and the defects.

• Journal of Welding and Joining
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• v.31 no.3
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• pp.60-65
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• 2013

Ar, $N_2$, and He are the conventional kind of shield gas that are used for laser welding. Many researches on the impact of laser welding shield gas have been done, and it is on going until now. However, there are few studies that analyze the changes and differences of the plasma emission signal. Therefore, in this study, we evaluated the change in the penetration characteristics according to the type of shield gas during fiber laser welding impacts to the plasma signal. As a result, if was checked that the difference in molecular weight of Ar, $N_2$, and He affects to the amount of spatter, and also found that the measured plasma radiation signal changes similar to the order of the molecular weight of the gases. Especially, clear change on the signal intensity per each shield gas was measured through RMS, and found that the shield gas was nothing to do with the FFT analyzed result.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.201-201
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• 2011

컷오프 진단법은 프로브 형태로 제작된 마이크로 웨이브 진단법으로, 간단한 수식을 통해 전자밀도, 전자온도 등의 측정이 가능하며, 장치나 분석방법이 매우 간단한 장점을 지닌다. 또한, 측정에 약 1 mW 정도의 적은 파워를 사용하여 플라즈마 상태를 거의 변화시키지 않으며, 공정 플라즈마에서도 사용이 가능하다. 그러나 컷오프 진단법을 사용한 측정은 다른 종류의 프로브와 마찬가지로, 약 1초 정도의 긴 시간이 필요로 하는 단점이 있다. 따라서 기존의 컷오프 진단법은 펄스 플라즈마나 토카막과 같이 빠르게 변하는 플라즈마를 측정하기에는 무리가 있다. 본 발표에서는 컷오프 진단법을 새로운 방법으로 구현하여 더욱 빠르게 측정할 수 있는 방법을 소개하고자 한다. 컷오프 프로브는 방사 안테나, 측정 안테나와 네트워크 분석기로 구성되어 있다. 네트워크 분석기는 두 안테나 사이의 플라즈마 투과 스펙트럼을 만드는데 쓰이며, 주파수 스캔 방법을 사용하여 스펙트럼을 만든다. 컷오프 진단법의 측정시간은 주파수 스캔에 걸리는 시간에 의해 결정된다. 본 발표에서는 측정을 빠르게 하고자 전혀 새로운 방법을 도입하였다. 펄스 형태의 단일신호를 플라즈마 투과 특성을 살피는데 이용하면 측정을 매우 빠르게 할 수 있다. 그래서 펄스제조기와 오실로스코프를 이용하여 스펙트럼을 얻는데 사용하였다. 이론적으로는 이 방법을 통해 측정시간을 수 nano second 수준으로 줄일 수 있다. 실험적으로는 micro second 정도의 시간으로 측정을 할 수가 있었으며, 동일한 스펙트럼 및 측정결과를 얻을 수 있었다. 또한 이 방법을 펄스플라즈마에 적용할 경우 수십 nano second 수준의 시간분해능으로 측정을 할 수가 있었다. 이 방법을 응용하면 토카막 언저리와 같이 매우 빠르게 변하며 반복되지 않는 플라즈마의 측정도 가능할 것으로 예상된다.

• Journal of Welding and Joining
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• v.32 no.6
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• pp.64-69
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• 2014

The applications by using fiber laser have increased recently. However, due to high beam quality of fiber laser, it is inappropriate to apply the existing laser welding monitoring technology to the fiber laser welding as it is. On this study, thus, we analyzed emission signal with RMS and FFT for the in-process monitoring during fiber laser welding. 12mm-thick 304L stainless steel sheet was used in fiber laser welding and the result showed as follows: The intensity changes in RMS did not clarify the distinction between full penetration and partial penetration. However, as welding speed increases, specific frequency also increases in regards of frequency analysis by using FFT.

• Journal of Welding and Joining
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• v.32 no.6
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• pp.70-74
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• 2014

On this study, we researched the in-process monitoring during fiber laser welding as well as on the first paper. On the previous/formal study, we analyzed the change of emission signal on thin plate welding. On this study, however, we analyzed RMS and FFT with emission signals in laser welding on lap joint and butt joint of 8mm-thick 316L stainless steel. As the result, the movement of specific frequency peak was observed according to welding speed changes. Furthermore, frequency peak as a result of FFT on the thick plate welding are much clearer than on the thin plate welding. Therefore, it is expected that the welding parameter changes can be predicted in case of applying FFT to in-process monitoring.

• Journal of Welding and Joining
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• v.30 no.4
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• pp.24-30
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• 2012

Laser welding by fiber laser accompanied by a lot of spatter and humping bead. This is because the deep and narrow keyhole usually form due to high beam quality. So the weld bead is formed defects, because the plasma jet with a high vapor pressure make the molten pool on keyhole wall scattered. For such a reason, unstable behavior of keyhole is difficult to monitor laser welding by using the laser induced plasma. Mostly, fiber laser welding of thick plates most be influenced by this effect. Therefore, fiber laser welding has been difficult to apply the sole. Thus, laser welding monitoring based on plasma measurements have much difficulty in measurements and analysis of signal. In this study, influence of the plasma emission signal according to welding speed and laser power in fiber laser welding analysed by using RMS and FFT analysis. We can verify that RMS value of the plasma emission signal changes with welding parameters in fiber laser welding, and aspect ratio greater than 1, the peak of FFT frequency had been moved in accordance with welding parameter.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.30 no.1
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• pp.67-76
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• 2013

We present an innovative real-time laser welding monitoring technique employing the correlation analysis of the plasma plume optical emission generated during the process. The plasma optical radiation emitted during Nd:YAG laser welding of S45C steel samples has detected with a Photodiode and analyzed under different process conditions. The discrete DC voltage difference, filter methods and wavelet transform has been used to decompose the optical signal into various discrete series of sequences over different frequency bands. Considering that wavelet analysis can decompose the optical signals, extract the characteristic information of the signals and define the defects location accurately, it can be used to implement process-control of laser welding.