JP2001179470A - Laser beam machining state measuring apparatus - Google Patents

Laser beam machining state measuring apparatus

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JP2001179470A
JP2001179470A JP37052499A JP37052499A JP2001179470A JP 2001179470 A JP2001179470 A JP 2001179470A JP 37052499 A JP37052499 A JP 37052499A JP 37052499 A JP37052499 A JP 37052499A JP 2001179470 A JP2001179470 A JP 2001179470A
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laser
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laser beam
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慎一 平谷
Hidetoshi Tsukihara
英敏 月原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining state measuring apparatus suitable for detecting a defect of a machined part in-line in an actual manufacturing line and capable of realizing joint use for an observation optical system in a compact constitution. SOLUTION: A sensor head 20, in which a welding beam is received from a welding place while having coaxial with an optical axis of the laser beam irradiating a work 16 and plural optical systems, which extracts plural specific wave length beams from a received welding beam, outputs in the horizontal direction and is accommodated in a case, is arranged above a casing of a laser beam torch 13, a welding state is detected by transducing plural extracted specific wave length beams to electrical signals and using the signals. A concave lens 21 for converging is arranged movably between the laser beam torch and the sensor head, an observation optical system by CCD camera 40 being coaxial with an optical axis of the laser beam is arranged above the sensor head.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光をレーザ
トーチでワークに照射して加工を行うレーザ加工機用の
加工状態計測装置に関し、特にレーザ溶接における欠陥
を検出するのに適したレーザ加工状態計測装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a processing state measuring apparatus for a laser processing machine which performs processing by irradiating a laser beam to a work with a laser torch, and particularly to a laser processing state suitable for detecting a defect in laser welding. It relates to a measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ溶接は、レーザ発振器から出力さ
れたパルス状あるいは連続レーザ光を、レーザトーチを
通して対象ワークに照射して溶接を行うものである。特
に、YAGレーザ溶接は、精密な量産ラインに適用され
ることも多くなっており、高い生産性と同時に品質が重
要視されている。
2. Description of the Related Art In laser welding, a pulsed or continuous laser beam output from a laser oscillator is applied to a target work through a laser torch to perform welding. In particular, YAG laser welding is often applied to precision mass production lines, and high productivity and quality are regarded as important.

【0003】これまで、レーザ溶接における欠陥検査
は、検査員がオフラインにて目視や検査機器を使用して
行うことが多い。この場合、多量個所の検査が必要な大
量生産ラインでは検査員の負担が大きい。また、大量生
産ラインの生産性の観点から検査時間は短いことが重要
であり、溶接と並行して欠陥検査を行うことが望まし
い。これは、インラインで全品検査を行い、溶接欠陥が
発生した場合には、欠陥品を即座に取り除き原因を追求
することが重要であるからである。
Heretofore, defect inspections in laser welding have often been carried out off-line visually or using inspection equipment. In this case, the burden on the inspector is large in a mass production line that requires inspection of a large number of locations. In addition, it is important that the inspection time is short from the viewpoint of the productivity of the mass production line, and it is desirable to perform the defect inspection in parallel with the welding. This is because it is important to perform an in-line inspection of all products and, if a welding defect occurs, immediately remove the defective product and pursue the cause.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような要求に対
し、溶接箇所からの光を計測して自動的に欠陥計測を行
うことができるようにした欠陥計測装置が提供されてい
る(例えば、特願平10−217470号)。
In response to such a demand, there has been provided a defect measuring apparatus capable of automatically measuring a defect by measuring light from a welded portion (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-157,086). No. 10-217470).

【0005】この欠陥計測装置においては、レーザトー
チの筐体に、ワークの加工部位からの光を波長別に抽出
して受光する手段を設けている。そして、複数の受光手
段からの光をそれぞれ光ファイバを介して別場所に導
き、別場所に配置された光電変換器によるセンサによっ
て電気信号に変換したうえで信号の処理を行うようにし
ている。このように、加工部位からの光を複数の波長帯
域に分離して計測することは、溶接状態の情報を多く得
るうえで有効である。しかし、このような欠陥計測装置
の実際の生産ラインへの適用を考えた場合、レーザトー
チと独立させて別場所からアプローチするようにセンサ
を配置することは実用的でない。それは、レーザトーチ
と独立させて別方向からアプローチするようなセンサの
配置は、レーザトーチとワークの間に空間的な余裕がな
い場合が多いからである。したがって、レーザトーチと
光学的に同軸上に配置した光学系を使用することが実用
的である。
In this defect measuring apparatus, a means for extracting and receiving light from a processed portion of a work for each wavelength is provided in a housing of a laser torch. The light from the plurality of light receiving means is guided to another location via an optical fiber, and is converted into an electric signal by a sensor by a photoelectric converter arranged at another location, and then the signal is processed. As described above, it is effective to separate and measure light from a processed portion into a plurality of wavelength bands in order to obtain a large amount of welding state information. However, when considering application of such a defect measurement device to an actual production line, it is not practical to arrange the sensors so as to approach from a different location independently of the laser torch. This is because the arrangement of sensors that approach the laser torch independently from another direction often has no space between the laser torch and the work. Therefore, it is practical to use an optical system that is optically coaxial with the laser torch.

【0006】上記の欠陥計測装置においてはまた、観察
光学系を併用することができないという問題点もある。
観察光学系は、CCDカメラが用いられるのが普通であ
り、ティーチングなどの際に加工部位を観察するうえで
重要である。
The above defect measuring apparatus also has a problem that an observation optical system cannot be used together.
The observation optical system generally uses a CCD camera, and is important for observing a processed part at the time of teaching or the like.

【0007】以上のような観点から、本発明の課題は、
実際の生産ラインにおいてインラインで加工部位の欠陥
検出を行うのに適し、しかも観察光学系の併用をコンパ
クトな構成で実現できるレーザ加工状態計測装置を提供
することにある。
[0007] In view of the above, the object of the present invention is to provide:
It is an object of the present invention to provide a laser processing state measuring apparatus suitable for performing in-line defect detection of a processing part in an actual production line and realizing a combined use of an observation optical system with a compact configuration.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、レーザ
光を集光光学系を内蔵したレーザトーチで前記集光光学
系を通しワークに照射して加工を行うレーザ加工機にお
いて、前記レーザトーチの筐体の上方に、前記ワークに
照射されるレーザ光の光軸と同軸になるようにして加工
部位からの光を受光し、受光した光から複数の特定波長
の光を抽出して出力する複数の光学系をケースに収容し
て成るセンサヘッドを設け、前記ケースの上部には、前
記光軸と同軸になるように可視光による観察光学系を設
置して該観察光学系により前記加工部位を観察できるよ
うにし、前記センサヘッドと前記集光光学系との間に
は、前記加工部位からの光を前記センサヘッド側に集光
させるための凹レンズを、前記光軸に沿って移動可能に
配置し、前記複数の光学系にて抽出された複数の特定波
長の光を用いて加工状態の検出を行うことを特徴とする
レーザ加工状態計測装置が提供される。
According to the present invention, there is provided a laser processing machine for processing a workpiece by irradiating a laser beam with a laser torch having a built-in condensing optical system through the condensing optical system. Above the housing, a plurality of light sources for receiving light from the processing portion in such a manner as to be coaxial with the optical axis of the laser light applied to the work, extracting light having a plurality of specific wavelengths from the received light, and outputting the extracted light. A sensor head formed by housing the optical system in a case is provided, and an observation optical system using visible light is installed on the upper part of the case so as to be coaxial with the optical axis, and the processing portion is formed by the observation optical system. A concave lens for condensing light from the processing part on the sensor head side is arranged between the sensor head and the condensing optical system so as to be observable and movably along the optical axis. And the plurality Laser machining state measuring device, characterized in that the detection of machining state by using light of a plurality of specific wavelength extracted by Manabu system is provided.

【0009】本レーザ加工状態計測装置においては、前
記観察光学系はCCDカメラで実現され、該CCDカメ
ラと前記センサヘッドとの間には、前記CCDカメラ側
に光を集光させるための凸レンズが、前記光軸に沿って
移動可能に配置される。
In the laser processing state measuring device, the observation optical system is realized by a CCD camera, and a convex lens for condensing light on the CCD camera side is provided between the CCD camera and the sensor head. , Are arranged movably along the optical axis.

【0010】本レーザ加工状態計測装置においてはま
た、前記加工部位からの光が、前記加工部位からの前記
レーザ光の反射光と加工の過程で発生されるプラズマ光
を含む場合、前記複数の光学系として、前記レーザ光の
反射光成分を前記光軸に直角な方向に反射し残りの成分
を前記光軸方向に透過する第1の反射ミラーと、該第1
の反射ミラーを透過した光の中から前記プラズマ光の成
分を前記光軸に直角な方向に反射する第2の反射ミラー
とを含み、これら複数の反射ミラーを前記光軸方向に重
ねて前記ケースに収容することを特徴とする。
In the laser processing state measuring device, when the light from the processing portion includes the reflected light of the laser light from the processing portion and the plasma light generated in the process of processing, the plurality of optical A first reflection mirror that reflects a reflected light component of the laser light in a direction perpendicular to the optical axis and transmits the remaining component in the optical axis direction;
A second reflecting mirror that reflects the component of the plasma light from the light transmitted through the reflecting mirror in a direction perpendicular to the optical axis, and the case in which the plurality of reflecting mirrors are overlapped in the optical axis direction. It is characterized by being housed in

【0011】本レーザ加工状態計測装置においては更
に、前記複数の光学系のそれぞれが更に、前記第1の反
射ミラーで反射された前記レーザ光の反射光成分を抽出
する第1の光学フィルタと、前記第2の反射ミラーで反
射された前記プラズマ光の成分を抽出する第2の光学フ
ィルタを含むことを特徴とする。
In the laser processing state measuring device, each of the plurality of optical systems further includes a first optical filter for extracting a reflected light component of the laser light reflected by the first reflecting mirror; A second optical filter that extracts a component of the plasma light reflected by the second reflection mirror.

【0012】本レーザ加工状態計測装置においては更
に、前記複数の光学系がそれぞれ可視光を透過しない光
学系である時には、前記ケースに着脱自在に設けられる
ことを特徴とする。
In the laser processing state measuring apparatus, when the plurality of optical systems are optical systems that do not transmit visible light, the plurality of optical systems are detachably provided on the case.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1を参照して、本発明の実施の
形態をレーザ溶接機に適用した場合について説明する。
図1において、YAGレーザ発振器11で発生された連
続あるいはパルス状のレーザ光(例えば、波長1.06
4nm)を伝送ファイバ12でレーザトーチ13へ導
き、レーザトーチ13の筺体内に配置されたYAGレー
ザ反射ミラー14や光学レンズ(集光光学系)15を通
してワーク16に照射して溶接を行う。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A case where an embodiment of the present invention is applied to a laser welding machine will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, continuous or pulsed laser light (for example, wavelength 1.06
(4 nm) is guided to the laser torch 13 by the transmission fiber 12 and irradiated on the work 16 through the YAG laser reflecting mirror 14 and the optical lens (condensing optical system) 15 arranged in the housing of the laser torch 13 to perform welding.

【0014】レーザトーチ13の筺体の上方には、セン
サヘッド20が設けられている。センサヘッド20のケ
ースとレーザトーチ13の筺体との間には、ワーク16
に照射されるレーザ光(以下、照射レーザ光と呼ぶ)の
光軸と同軸になるようにして溶接箇所から発する光(以
下、これを溶接光と呼ぶ)を集光する凹レンズ21が設
けられている。凹レンズ21は溶接光をセンサヘッド2
0内の光学系に集光させる機能を有し、後述する機構に
より照射レーザ光の光軸方向、すなわち上下方向(Z軸
方向)に移動可能にされている。溶接光には、溶接の過
程で発生されるプラズマ光や、照射レーザ光の反射光
や、周囲の光が含まれる。YAGレーザ反射ミラー14
においては、伝送ファイバ12からのレーザ光は勿論、
溶接箇所からの照射レーザ光の反射光をほとんど反射す
るが、ごく一部は透過し、プラズマ光や可視光はほとん
ど透過する。
A sensor head 20 is provided above a housing of the laser torch 13. A work 16 is provided between the case of the sensor head 20 and the housing of the laser torch 13.
A concave lens 21 for condensing light (hereinafter, referred to as welding light) emitted from a welding portion so as to be coaxial with the optical axis of the laser light (hereinafter, referred to as irradiated laser light) applied to the laser beam. I have. The concave lens 21 transmits the welding light to the sensor head 2.
It has a function of condensing light on the optical system within 0, and can be moved in the optical axis direction of the irradiation laser light, that is, in the vertical direction (Z-axis direction) by a mechanism described later. The welding light includes plasma light generated during the welding process, reflected light of irradiation laser light, and ambient light. YAG laser reflection mirror 14
In, the laser beam from the transmission fiber 12 is of course
Most of the reflected laser light from the welded spot is reflected, but only a small portion is transmitted, and plasma light and visible light are almost transmitted.

【0015】凹レンズ21の上方には、溶接光のうち照
射レーザ光の反射光(波長1.064nm)成分のみを
水平方向(X軸方向)に反射し、残りの光は光軸方向
(Z軸方向)に透過するYAG光反射ミラー22を設け
ている。YAG光反射ミラー22の透過部側、すなわち
上方側には、YAG光反射ミラー22の透過光のうち、
プラズマ光を規定する特定波長成分を水平方向に反射す
る反射ミラー23を設けている。すなわち、YAG光反
射ミラー22と反射ミラー23は、センサヘッド20の
ケース内に光軸方向に重ねて、しかも光軸に対して45
度の角度をなすように配置されている。YAG光反射ミ
ラー22と反射ミラー23はまた、後述する理由によ
り、可視光を透過するかどうかによってセンサヘッド2
0のケースに着脱自在に設けられる。すなわち、可視光
を透過しない場合に着脱自在にされる。通常、YAG光
反射ミラー22は可視光を透過するが、反射ミラー23
は可視光を透過させない。したがって、この場合には、
少なくとも反射ミラー23がセンサヘッド20のケース
に対して着脱自在にされる。
Above the concave lens 21, only the reflected light (wavelength: 1.064 nm) component of the irradiation laser light of the welding light is reflected in the horizontal direction (X-axis direction), and the remaining light is reflected in the optical axis direction (Z-axis direction). Direction) is provided. On the transmitting portion side of the YAG light reflecting mirror 22, that is, on the upper side, of the transmitted light of the YAG light reflecting mirror 22,
A reflection mirror 23 is provided to reflect a specific wavelength component defining the plasma light in the horizontal direction. That is, the YAG light reflecting mirror 22 and the reflecting mirror 23 are superimposed in the optical axis direction in the case of the sensor head 20, and furthermore, are positioned at 45 degrees with respect to the optical axis.
They are arranged at an angle of degrees. The YAG light reflecting mirror 22 and the reflecting mirror 23 are also different depending on whether visible light is transmitted or not for the reason described later.
No. 0 is detachably provided. That is, when visible light is not transmitted, it is made detachable. Normally, the YAG light reflecting mirror 22 transmits visible light,
Does not transmit visible light. Therefore, in this case,
At least the reflection mirror 23 is detachable from the case of the sensor head 20.

【0016】YAG光反射ミラー22の反射方向、すな
わち水平方向には、YAG光反射ミラー22からの反射
光を集光するための集光レンズ24と、集光された反射
光から照射レーザ光の反射光成分のみを抽出するための
YAG光帯域透過フィルタ25が設けられている。
In the direction of reflection of the YAG light reflecting mirror 22, that is, in the horizontal direction, a condensing lens 24 for condensing the reflected light from the YAG light reflecting mirror 22, and an irradiation laser light from the condensed reflected light. A YAG optical bandpass filter 25 for extracting only the reflected light component is provided.

【0017】同様に、反射ミラー23の水平方向には、
反射ミラー23からの反射光を集光するための集光レン
ズ26と、集光された反射光からプラズマ光成分のみを
抽出するためのプラズマ光帯域透過フィルタ27が設け
られている。
Similarly, in the horizontal direction of the reflection mirror 23,
A condensing lens 26 for condensing the light reflected from the reflecting mirror 23 and a plasma light bandpass filter 27 for extracting only the plasma light component from the condensed reflected light are provided.

【0018】以上のような構成により、ワーク16の溶
接箇所から発する溶接光を照射レーザ光と同軸に設置し
た凹レンズ21で集光し、YAG光反射ミラー22でY
AG光のみを水平方向に反射し、続いて後段の反射ミラ
ー23でプラズマ光を水平方向に反射することで、溶接
光を照射レーザ光の反射光とプラズマ光とに分離する。
分離後、YAG光は、YAG光帯域透過フィルタ25を
通してYAG光以外の波長域の光がカットされる。ま
た、プラズマ光は、プラズマ光帯域透過フィルタ27を
通してプラズマ光以外の波長域の光がカットされる。
With the above configuration, the welding light emitted from the welding portion of the work 16 is condensed by the concave lens 21 installed coaxially with the irradiation laser light, and the YAG light reflecting mirror 22 condenses the welding light.
Only the AG light is reflected in the horizontal direction, and subsequently, the plasma light is reflected in the horizontal direction by the subsequent reflection mirror 23, thereby separating the welding light into the reflected light of the irradiation laser light and the plasma light.
After the separation, the YAG light is cut through a YAG light band-pass filter 25 in a wavelength range other than the YAG light. The plasma light passes through the plasma light band transmission filter 27 to cut off light in a wavelength range other than the plasma light.

【0019】YAG光帯域透過フィルタ25を出た光
は、光電変換素子としての1個以上のフォトダイオード
とアンプとを含むフォトダイオードセンサ31で受光強
度に応じた電圧信号に変換されて溶接状態判定処理装置
33に出力される。一方、プラズマ光帯域透過フィルタ
27を出た光は、1個以上のフォトダイオードとアンプ
とを含むフォトダイオードセンサ32で受光強度に応じ
た電圧信号に変換されて溶接状態判定処理装置33に出
力される。なお、フォトダイオードセンサ31、32で
の受光量が多い場合、それらの前に適当な透過率を持つ
減光フィルタを配置するようにしても良い。
Light emitted from the YAG optical bandpass filter 25 is converted into a voltage signal corresponding to the received light intensity by a photodiode sensor 31 including one or more photodiodes as a photoelectric conversion element and an amplifier, and the welding state is determined. Output to the processing device 33. On the other hand, the light exiting the plasma light band transmission filter 27 is converted into a voltage signal corresponding to the received light intensity by a photodiode sensor 32 including one or more photodiodes and an amplifier, and output to a welding state determination processing device 33. You. In the case where the amount of light received by the photodiode sensors 31 and 32 is large, a neutral density filter having an appropriate transmittance may be arranged before them.

【0020】溶接状態判定処理装置33は、フォトダイ
オードセンサ31、32からの電圧信号に基づいてワー
ク毎に欠陥検出などの判定処理を行い、その結果を必要
に応じて表示装置34や記憶装置35で表示、記憶す
る。なお、欠陥検出のための処理アルゴリズムは、例え
ば本願出願人によりすでに出願済みの「レーザ溶接欠陥
検出装置(特願平9−213223号)」に開示されて
いる。
The welding state determination processing device 33 performs determination processing such as defect detection for each work based on the voltage signals from the photodiode sensors 31 and 32, and displays the result as necessary on the display device 34 or the storage device 35. To display and memorize. The processing algorithm for detecting a defect is disclosed in, for example, “Laser Welding Defect Detection Apparatus (Japanese Patent Application No. 9-213223)” already filed by the present applicant.

【0021】簡単に説明すると、欠陥検出のための処理
アルゴリズムは、電圧信号をディジタル電圧信号に変換
し、ディジタル電圧信号からあらかじめ定められた高周
波成分を除去するためのローパスフィルタと、このロー
パスフィルタの出力を微分して微分信号を出力するため
の微分処理部と、前記ディジタル電圧信号の値が第1の
しきい値L1を越えているかどうかで第1の欠陥を検出
し、前記ディジタル電圧信号の値が第1のしきい値L1
よりも低い第2のしきい値L2よりも低いかどうかで第
2の欠陥を検出するための第1の処理手段と、前記微分
信号の値が変化量0の場合を基準としてこの値を間にし
た第3のしきい値L3と第4のしきい値L4(但し、L
3>L4)の範囲を越えているかどうかを検出する第2
の処理手段と、該第2の処理手段の検出結果と前記第1
の処理手段の検出結果とを受けて前記第2の処理手段の
みから出力がある時にこれを第3の欠陥として検出する
欠陥種類判別処理部とで実現される。
Briefly, a processing algorithm for detecting a defect includes a low-pass filter for converting a voltage signal into a digital voltage signal and removing a predetermined high-frequency component from the digital voltage signal, and a low-pass filter for the low-pass filter. A differential processing unit for differentiating the output to output a differential signal; and detecting a first defect based on whether a value of the digital voltage signal exceeds a first threshold value L1, and detecting a first defect of the digital voltage signal. The value is the first threshold L1
A first processing means for detecting a second defect based on whether the value is lower than a second threshold value L2, which is lower than the second threshold value L2. The third threshold value L3 and the fourth threshold value L4 (where L
3> L4) Second detection for detecting whether or not the range is exceeded
Processing means, the detection result of the second processing means and the first processing means
And a defect type discriminating processing unit for detecting, when there is an output from only the second processing means in response to the detection result of the processing means, as a third defect.

【0022】このような構成で、欠陥検出のための処理
アルゴリズムを、フォトダイオードセンサ31、32か
らの2つの電圧信号について実行することにより、欠陥
検出を行うことができる。なお、欠陥検出のための処理
アルゴリズムはまた、例えば特願平10−233721
号にも示されており、更に、フォトダイオードセンサ3
1、32におけるフォトダイオードが複数個の場合の処
理アルゴリズムが前述した特願平10−217470号
に示されている。
With such a configuration, the defect detection can be performed by executing the processing algorithm for the defect detection on the two voltage signals from the photodiode sensors 31 and 32. The processing algorithm for defect detection is described in, for example, Japanese Patent Application No. 10-233721.
And the photodiode sensor 3
A processing algorithm in the case where there are a plurality of photodiodes in Nos. 1 and 32 is disclosed in the aforementioned Japanese Patent Application No. 10-217470.

【0023】以上の説明で明らかなように、本形態は、
溶接箇所から発する溶接光を、レーザトーチ13内の光
学レンズ15と凹レンズ21を通してレーザ光の光軸と
同軸上に置かれているセンサヘッド20で検出し、更
に、溶接光を複数の波長帯に分離して電気信号に変換し
たうえで別場所で欠陥計測を行う装置である。
As is clear from the above description, the present embodiment
Welding light emitted from the welding point is detected by a sensor head 20 placed coaxially with the optical axis of the laser light through an optical lens 15 and a concave lens 21 in a laser torch 13, and further, the welding light is separated into a plurality of wavelength bands. This is a device that performs defect measurement at another location after converting it into an electrical signal.

【0024】更に、本形態ではCCDカメラを併用でき
るようにしている。すなわち、センサヘッド20のケー
スの上方にCCDカメラ40を設置している。このよう
な設置のための機構は周知技術を利用して実現可能であ
るので、詳しい説明は省略する。前に述べたように、C
CDカメラ40による溶接部位の観察を考慮して、YA
G光反射ミラー22、反射ミラー23は、可視光を透過
しない場合にはセンサヘッド20のケースに対して着脱
自在にされる。また、センサヘッド20のケースとCC
Dカメラ40との間には凸レンズ41が設けられる。凸
レンズ41はCCDカメラ40へ光を集光させるための
ものであり、CCDセンサ上に焦点を合わせるために、
後述する機構により光軸方向、すなわち上下方向に可動
にされている。CCDカメラ40を使用する場合には、
センサヘッド20内のミラーのうち可視光を透過しない
ミラーはケースから取り外される。このようなCCDカ
メラ40の設置により、溶接条件出しなど初期調整のと
きに、CCDカメラ40を使用して溶接箇所の観測を容
易に行うことができる。特に、センサヘッド20は固定
としているので、各ミラー脱着前後で計測の再現性もよ
い。
Further, in this embodiment, a CCD camera can be used together. That is, the CCD camera 40 is installed above the case of the sensor head 20. Such a mechanism for installation can be realized by using a well-known technique, and thus a detailed description is omitted. As mentioned earlier, C
Considering the observation of the welded area by the CD camera 40, YA
The G light reflecting mirror 22 and the reflecting mirror 23 are detachable from the case of the sensor head 20 when visible light is not transmitted. Also, the case of the sensor head 20 and the CC
A convex lens 41 is provided between the camera and the D camera 40. The convex lens 41 is for condensing light on the CCD camera 40, and for focusing on the CCD sensor,
It is movable in the optical axis direction, that is, in the vertical direction by a mechanism described later. When using the CCD camera 40,
Of the mirrors in the sensor head 20, those that do not transmit visible light are removed from the case. By installing such a CCD camera 40, it is possible to easily observe a welding location using the CCD camera 40 at the time of initial adjustment such as setting welding conditions. In particular, since the sensor head 20 is fixed, measurement reproducibility is good before and after each mirror is attached and detached.

【0025】なお、レーザトーチ13の筐体には、YA
Gレーザ反射ミラー14に対応する箇所にパワーモニタ
39が設けられる。パワーモニタ39は、YAGレーザ
反射ミラー14を透過するごく一部のレーザ光を受光す
るように配置される。例えば連続レーザ光を使用する場
合、パワーモニタ39は単位時間当たりのレーザ光エネ
ルギーを計測して照射されるエネルギーに異常がないか
どうかモニタし、モニタ結果を溶接状態判定装置33に
出力する。
The housing of the laser torch 13 has YA
A power monitor 39 is provided at a position corresponding to the G laser reflection mirror 14. The power monitor 39 is arranged so as to receive only a part of the laser light transmitted through the YAG laser reflection mirror 14. For example, when a continuous laser beam is used, the power monitor 39 measures the laser beam energy per unit time, monitors whether there is any abnormality in the irradiated energy, and outputs the monitoring result to the welding state determination device 33.

【0026】図2を参照して、凹レンズ21を可動とす
るための調整機構50について説明する。調整機構50
は、レーザトーチ13の筐体とセンサヘッド20のケー
スとの間に配置された筒状のケース51と、凹レンズ2
1を保持してケース51の内面に沿ってスライド可能な
レンズホルダ52と、レンズホルダ52を上下させると
共に、レンズホルダ52を所望の位置に固定するための
ねじ式つまみ53とを含んでいる。ねじ式つまみ53を
緩めるとレンズホルダ52を上下動させることができ、
締め付けるとその位置でレンズホルダ52が固定され
る。
With reference to FIG. 2, an adjusting mechanism 50 for making the concave lens 21 movable will be described. Adjusting mechanism 50
Is a cylindrical case 51 disposed between the housing of the laser torch 13 and the case of the sensor head 20;
1 includes a lens holder 52 that can slide along the inner surface of the case 51 while holding the lens holder 1, and a screw-type knob 53 for moving the lens holder 52 up and down and fixing the lens holder 52 at a desired position. When the screw knob 53 is loosened, the lens holder 52 can be moved up and down,
When tightened, the lens holder 52 is fixed at that position.

【0027】図3を参照して、凸レンズ41を可動とす
るための調整機構60について説明する。調整機構60
は、前述の調整機構50と同じ構成であり、センサヘッ
ド20のケースとCCDカメラ40との間に配置された
筒状のケース61と、凸レンズ41を保持してケース6
1の内面に沿ってスライド可能なレンズホルダ62と、
レンズホルダ62を上下させると共に、レンズホルダ6
2を所望の位置に固定するためのねじ式つまみ63とを
含んでいる。ねじ式つまみ63を緩めるとレンズホルダ
62を上下動させることができ、締め付けるとその位置
でレンズホルダ62が固定される。
With reference to FIG. 3, an adjusting mechanism 60 for making the convex lens 41 movable will be described. Adjusting mechanism 60
Has the same configuration as the adjustment mechanism 50 described above, and has a cylindrical case 61 disposed between the case of the sensor head 20 and the CCD camera 40 and a case 6 holding the convex lens 41.
A lens holder 62 slidable along the inner surface of the lens holder 1;
The lens holder 62 is moved up and down and the lens holder 6 is moved up and down.
And a screw-type knob 63 for fixing 2 in a desired position. When the screw-type knob 63 is loosened, the lens holder 62 can be moved up and down, and when tightened, the lens holder 62 is fixed at that position.

【0028】図4は、レーザトーチ13とセンサヘッド
20及びCCDカメラ40を含む照射系全体の外観を、
図1とは反対側から示した図である。
FIG. 4 shows the overall appearance of the irradiation system including the laser torch 13, the sensor head 20, and the CCD camera 40.
It is the figure shown from the opposite side to FIG.

【0029】なお、上記の説明では、レーザ発振器とし
てYAGレーザ発振器を用いているが、これに限らず、
他の例えばCO2 レーザ発振器、エキシマレーザ発振器
を用いたレーザ溶接機にも適用できる。この場合、照射
レーザ光の反射光の検出が可能なように、光学系の構成
やフォトダイオードの選定を行う。また、本装置の適用
分野も、レーザ溶接機に限らず、穴あけ加工や、切断、
あるいは表面処理を行うレーザ加工機にも適用され得
る。
In the above description, a YAG laser oscillator is used as the laser oscillator.
For example, the present invention can be applied to a laser welding machine using a CO 2 laser oscillator or an excimer laser oscillator. In this case, the configuration of the optical system and the selection of the photodiode are performed so that the reflected light of the irradiation laser light can be detected. Also, the application field of this device is not limited to laser welding machines, but also includes drilling, cutting,
Alternatively, the present invention can be applied to a laser processing machine that performs a surface treatment.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果が得ら
れる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.

【0031】1.計測手段がレーザトーチと同軸上に設
置されるコンパクトな構成であるので、実際の生産ライ
ンヘの適用が容易である。
1. Since the measuring means has a compact configuration installed coaxially with the laser torch, it can be easily applied to an actual production line.

【0032】2.照射レーザ光の反射光とプラズマ光を
計測することで多角的に加工状態の判定ができ、欠陥検
出の精度向上に寄与する。
2. By measuring the reflected light of the irradiation laser light and the plasma light, the processing state can be determined from various angles, which contributes to the improvement of the accuracy of defect detection.

【0033】3.計測手段は、レーザトーチと同軸上に
固定しているので、計測の再現性が良い。
3. Since the measuring means is fixed coaxially with the laser torch, the reproducibility of the measurement is good.

【0034】4.センサヘッドの上部にCCDカメラを
設置して、溶接条件出しなどの初期調整時にCCDカメ
ラとの併用も可能である。
4. A CCD camera is installed above the sensor head, and can be used together with the CCD camera at the time of initial adjustment such as setting welding conditions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明をレーザ溶接状態計測装置に適用した場
合の構成を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration when the present invention is applied to a laser welding state measuring device.

【図2】図1に示された凹レンズの上下調整機構を示し
た断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a vertical adjustment mechanism of the concave lens illustrated in FIG. 1;

【図3】図1に示された凸レンズの上下調整機構を示し
た断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a vertical adjustment mechanism of the convex lens illustrated in FIG. 1;

【図4】図1に示されたレーザトーチとセンサヘッド及
びCCDカメラを含む照射系全体の外観を、図1とは反
対側から示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing the external appearance of the entire irradiation system including the laser torch, the sensor head, and the CCD camera shown in FIG. 1 as viewed from the side opposite to FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 伝送ファイバ 13 レーザトーチ 14 YAGレーザ反射ミラー 15 光学レンズ 16 ワーク 20 センサヘッド 21 凹レンズ 22 YAG光反射ミラー 23 反射ミラー 24、26 集光レンズ 25 YAG光帯域透過フィルタ 27 プラズマ光帯域透過フィルタ 31、32 フォトダイオードセンサ 40 CCDカメラ 41 凸レンズ 52、62 レンズホルダ 53、63 ねじ式つまみ DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Transmission fiber 13 Laser torch 14 YAG laser reflection mirror 15 Optical lens 16 Work 20 Sensor head 21 Concave lens 22 YAG light reflection mirror 23 Reflection mirror 24, 26 Condensing lens 25 YAG light band transmission filter 27 Plasma light band transmission filter 31, 32 Photo Diode sensor 40 CCD camera 41 Convex lens 52, 62 Lens holder 53, 63 Screw type knob

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 月原 英敏 神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚事業所内 Fターム(参考) 2F065 AA49 CC15 DD02 DD06 FF42 FF44 GG04 GG08 GG09 GG22 HH13 JJ01 JJ03 JJ05 JJ09 JJ18 JJ26 LL02 LL04 LL20 LL22 LL24 NN02 NN16 PP02 QQ03 QQ25 QQ33 2G043 AA03 BA01 CA02 CA05 EA10 FA06 GA04 GB01 GB19 HA01 HA02 HA09 JA03 KA05 KA09 LA03 4E068 BA00 CA17 CB01 CC02 CD08 CD11  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hidetoshi Tsukihara 63-30 Yuyugaoka, Hiratsuka-shi, Kanagawa F-term (reference) 2F065 AA49 CC15 DD02 DD06 FF42 FF44 GG04 GG09 GG09 in Hiratsuka Works GG22 HH13 JJ01 JJ03 JJ05 JJ09 JJ18 JJ26 LL02 LL04 LL20 LL22 LL24 NN02 NN16 PP02 QQ03 QQ25 QQ33 2G043 AA03 BA01 CA02 CA05 EA10 FA06 GA04 GB01 GB19 HA01 HA02 HA09 JA03 KA05 CB09 CD03 CD04

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光を集光光学系を内蔵したレーザ
トーチで前記集光光学系を通しワークに照射して加工を
行うレーザ加工機において、 前記レーザトーチの筐体の上方に、前記ワークに照射さ
れるレーザ光の光軸と同軸になるようにして加工部位か
らの光を受光し、受光した光から複数の特定波長の光を
抽出して出力する複数の光学系をケースに収容して成る
センサヘッドを設け、 前記ケースの上部には、前記光軸と同軸になるように可
視光による観察光学系を設置して該観察光学系により前
記加工部位を観察できるようにし、 前記センサヘッドと前記集光光学系との間には、前記加
工部位からの光を前記センサヘッド側に集光させるため
の凹レンズを、前記光軸に沿って移動可能に配置し、 前記複数の光学系にて抽出された複数の特定波長の光を
用いて加工状態の検出を行うことを特徴とするレーザ加
工状態計測装置。
1. A laser beam machine for irradiating a work by irradiating a laser beam to a work through a condensing optical system with a laser torch having a built-in condensing optical system, wherein the work is radiated above a housing of the laser torch. A plurality of optical systems for receiving light from a processing portion so as to be coaxial with the optical axis of the laser light to be extracted, extracting a plurality of specific wavelengths of light from the received light, and outputting the extracted light are housed in a case. A sensor head is provided, and an observation optical system for visible light is installed on the upper part of the case so as to be coaxial with the optical axis so that the processed part can be observed by the observation optical system. Between the condensing optical system, a concave lens for condensing light from the processing portion toward the sensor head is disposed so as to be movable along the optical axis, and is extracted by the plurality of optical systems. Multiple features Laser machining state measuring device, characterized in that the detection of machining state by using light of a wavelength.
【請求項2】 請求項1記載のレーザ加工状態計測装置
において、前記観察光学系はCCDカメラであり、該C
CDカメラと前記センサヘッドとの間には、前記CCD
カメラ側に光を集光させるための凸レンズを、前記光軸
に沿って移動可能に配置したことを特徴とするレーザ加
工状態計測装置。
2. A laser processing state measuring apparatus according to claim 1, wherein said observation optical system is a CCD camera.
The CCD is provided between the CD camera and the sensor head.
A laser processing state measuring device, wherein a convex lens for condensing light on a camera side is arranged movably along the optical axis.
【請求項3】 請求項1あるいは2記載のレーザ加工状
態計測装置において、前記加工部位からの光は、前記加
工部位からの前記レーザ光の反射光と加工の過程で発生
されるプラズマ光を含み、前記複数の光学系として、前
記レーザ光の反射光成分を前記光軸に直角な方向に反射
し残りの成分を前記光軸方向に透過する第1の反射ミラ
ーと、該第1の反射ミラーを透過した光の中から前記プ
ラズマ光の成分を前記光軸に直角な方向に反射する第2
の反射ミラーとを含み、これら複数の反射ミラーを前記
光軸方向に重ねて前記ケースに収容していることを特徴
とするレーザ加工状態計測装置。
3. The laser processing state measuring device according to claim 1, wherein the light from the processing part includes a reflected light of the laser light from the processing part and a plasma light generated in a processing process. A first reflection mirror for reflecting the reflected light component of the laser light in a direction perpendicular to the optical axis and transmitting the remaining component in the optical axis direction, as the plurality of optical systems; A second component for reflecting a component of the plasma light in a direction perpendicular to the optical axis from light transmitted through
A plurality of reflecting mirrors are accommodated in the case so as to overlap in the optical axis direction.
【請求項4】 請求項3記載のレーザ加工状態計測装置
において、前記複数の光学系のそれぞれは更に、前記第
1の反射ミラーで反射された前記レーザ光の反射光成分
を抽出する第1の光学フィルタと、前記第2の反射ミラ
ーで反射された前記プラズマ光の成分を抽出する第2の
光学フィルタを含むことを特徴とするレーザ加工状態計
測装置。
4. The laser processing state measuring apparatus according to claim 3, wherein each of the plurality of optical systems further extracts a reflected light component of the laser light reflected by the first reflecting mirror. A laser processing state measuring device comprising: an optical filter; and a second optical filter that extracts a component of the plasma light reflected by the second reflection mirror.
【請求項5】 請求項1記載のレーザ加工状態計測装置
において、前記複数の光学系がそれぞれ可視光を透過し
ない光学系である時には、前記ケースに着脱自在に設け
られることを特徴とするレーザ加工状態計測装置。
5. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein when the plurality of optical systems are optical systems that do not transmit visible light, the plurality of optical systems are detachably provided on the case. Condition measuring device.
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