JP2002239761A - Method and device for monitoring laser beam welding - Google Patents

Method and device for monitoring laser beam welding

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JP2002239761A
JP2002239761A JP2001034232A JP2001034232A JP2002239761A JP 2002239761 A JP2002239761 A JP 2002239761A JP 2001034232 A JP2001034232 A JP 2001034232A JP 2001034232 A JP2001034232 A JP 2001034232A JP 2002239761 A JP2002239761 A JP 2002239761A
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JP
Japan
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welding
sensor
monitoring
quality
area
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Application number
JP2001034232A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Kobari
利雄 小播
Koichi Ishihara
弘一 石原
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Sanyo Machine Works Ltd
Original Assignee
Sanyo Machine Works Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform a reliable monitoring the procedure of laser beam welding. SOLUTION: Normal/defective welding is decided in real time and nondestructively by capturing such various proxy signals as a plasma and heat which are generated during the laser beam welding, monitoring whether these are generated homogeneously or not, and comparing the signal with the preliminarily collected signal which is obtained in a case in which the welding is normally performed.

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、レーザ溶接の進行
過程に得られる種々代理信号に基づいて溶接品質の良否
の判定ないしは監視をするようにしたレーザ溶接のモニ
タリングに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to laser welding monitoring in which the quality of welding is judged or monitored based on various proxy signals obtained during the course of laser welding.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】溶接
品質の検査にはいろいろな方法が採られてきた。溶接品
の場合に最も強く要求される特性は継手の強度である。
継手の品質を確かめる手段のうち最も確かな方法は接合
された部分を切り取って強度試験を行うことである。し
かし、このように接合部を破壊してしまう試験は、当然
ながら製品自身を破壊するので実際には全製品に適用す
ることができない。任意に抜き取ったものを試験して、
抜き取った間に生産されたものはそのものと同等の品質
を持っていると予想しているだけにすぎない。レーザ溶
接は複雑な因子が組み合わさっていることや生産量が多
いこともあり抜き取り検査だけでの管理は心もとない。
何らかのインラインでのモニタリングが必要となる。
2. Description of the Related Art Various methods have been employed for inspecting welding quality. The property most strongly required in the case of a welded product is the strength of the joint.
The most reliable way to check the quality of the joint is to cut out the joint and perform a strength test. However, such a test in which the joint is destroyed naturally destroys the product itself, and thus cannot be applied to all products. Test the randomly extracted one,
We only expect that what was produced during the extraction would be of the same quality as itself. Because laser welding involves a combination of complex factors and a large amount of production, it is difficult to manage by laser inspection alone.
Some in-line monitoring is required.

【0003】ところが、レーザ加工を生産現場で用いよ
うとすると、レーザ設備が高価なために生産タクトを短
くして生産性を高めることが普通である。さらには生産
コストの低減のためレーザ設備は無人運転の場合が多い
ので、不良の発生を直ちに検知する手段を備えていない
と、あっという間に多くの不良品を抱えることとなる。
もし検査手段が信頼性の低いものであれば、NG品まで
も良品として送り出したり、逆にそのたびに設備を停止
したりして非常に効率の悪い生産となってしまう。
However, when using laser processing at a production site, it is common to shorten the production tact and increase productivity because the laser equipment is expensive. Further, since the laser equipment is often operated unattended to reduce production costs, unless a means for immediately detecting the occurrence of a defect is provided, a large number of defective products will be held in a short time.
If the inspection means is low in reliability, even NG products are sent out as good products, or the equipment is stopped each time, resulting in very inefficient production.

【0004】そこで、本発明の主要な目的は、レーザ溶
接の進行過程において、信頼性の高い溶接品質のモニタ
リングを行うことにある。
Accordingly, a main object of the present invention is to perform highly reliable monitoring of welding quality in the course of laser welding.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ溶接のモ
ニタリング方法は、100%NG領域と100%OK領
域との間に、不良の度合いによっては良品として許容し
得るものを含む領域すなわち許容領域を設けたことを特
徴とするものである。上下限を狭く設定して当該上下限
を超えたら100%NGとする品質管理の手法は明確で
はあるが、不良率が高くなって歩留まりが悪い。ある代
理信号についての計測値が許容領域に属するワークは、
100%NGではないが、かといって100%OKでも
なく、設定値いかんによってどちらにも振り分けること
のできるものである。したがって、100%NG領域を
定める上下限の内側に許容領域を設け、この許容領域を
適切な範囲に設定することにより、100%NG品を確
実に排除しつつNG率を低く抑えることが可能となる。
また、たとえば突発的に異常な計測値が記録されていて
100%OKとは判定できないワークであっても、溶接
部全体として見たときにそれが必ずしも溶接品質の欠陥
と判断されるべき事象ではない場合もある。そのような
ワークをNG品として排除することは本来良品として扱
われるべきものを排除することになるため歩留まりを悪
くする。
According to the laser welding monitoring method of the present invention, an area including an area which is acceptable as a non-defective product depending on the degree of failure between the 100% NG area and the 100% OK area, that is, an allowable area. Is provided. Although the quality control method of setting the upper and lower limits to be narrow and setting the upper and lower limits to be 100% NG when the upper and lower limits are exceeded is clear, the defect rate is increased and the yield is poor. A work whose measured value for a certain proxy signal belongs to the allowable area
Although it is not 100% NG, it is not 100% OK, but can be assigned to either depending on the set value. Therefore, by setting an allowable area inside the upper and lower limits that define the 100% NG area and setting the allowable area to an appropriate range, it is possible to suppress the NG rate while reliably eliminating 100% NG products. Become.
Further, for example, even for a work in which an abnormal measurement value is suddenly recorded and cannot be determined to be 100% OK, when the work as a whole is to be judged as a defect in welding quality when viewed as a whole welded part, Not always. Eliminating such a workpiece as an NG product means excluding a workpiece that should be treated as a good product, thereby deteriorating the yield.

【0006】なお、センサによって得られる計測値を時
間または距離成分に関連付けて記録しておくことによ
り、溶接後に、異常または欠陥のワーク上における位置
を特定することができる。
[0006] By recording the measurement value obtained by the sensor in association with the time or distance component, the position of the abnormality or defect on the workpiece can be specified after welding.

【0007】請求項1の発明は、レーザ溶接の過程にセ
ンサによって得た計測値を用いて溶接品質のモニタリン
グをするにあたり、各センサの計測値につき、溶接時間
または距離に関してプロットした計測値の100%NG
領域を定める上下限曲線を設定するとともに、前記上限
曲線および下限曲線の内側にそれぞれ許容領域を設け、
100%OK領域から許容領域に食み出した計測値曲線
部分の総面積値に基づいて溶接不良の確率を算出し、す
べてのセンサの計測値についての溶接不良の確率の積算
値に基づいて溶接品質の良否を判定することを特徴とす
るレーザ溶接のモニタリング方法である。
According to the first aspect of the present invention, in monitoring welding quality using a measurement value obtained by a sensor in the course of laser welding, 100% of a measurement value plotted with respect to a welding time or a distance for each measurement value of each sensor. % NG
Along with setting upper and lower curves defining the area, providing an allowable area inside the upper curve and the lower curve respectively,
The probability of welding failure is calculated based on the total area value of the measured value curve portion protruding from the 100% OK region to the allowable region, and welding is performed based on the integrated value of the welding failure probability for all the measured values of the sensors. This is a laser welding monitoring method characterized by determining quality.

【0008】請求項2の発明は、レーザ溶接の過程にセ
ンサによって得た計測値を用いて溶接品質のモニタリン
グをするにあたり、各センサの計測値につき、溶接時間
または距離に関してプロットした計測値の100%NG
領域を定める上下限曲線を設定するとともに、前記上限
曲線および下限曲線の内側にそれぞれ許容領域を設け、
100%OK領域から許容領域に食み出した計測値曲線
部分の時間または距離の積算値に基づいて溶接品質の不
良の確率を算出し、すべてのセンサの計測値についての
溶接不良の確率の積算値に基づいて溶接品質の良否を判
定することを特徴とするレーザ溶接のモニタリング方法
である。
According to a second aspect of the present invention, when monitoring the welding quality using the measured values obtained by the sensors in the course of laser welding, 100% of the measured values plotted with respect to the welding time or distance for each measured value of each sensor. % NG
Along with setting upper and lower curves defining the area, providing an allowable area inside the upper curve and the lower curve respectively,
The probability of poor welding quality is calculated based on the integrated value of the time or distance of the measured value curve portion protruding from the 100% OK area to the allowable area, and the probability of poor welding is calculated for all the measured values of the sensors. This is a laser welding monitoring method characterized by determining the quality of welding quality based on a value.

【0009】請求項3の発明は、レーザ溶接の過程にセ
ンサによって得た計測値を用いて溶接品質のモニタリン
グをするにあたり、溶接時間または距離に関してプロッ
トした計測値の100%OK領域を定める上下限曲線を
設定し、計測値曲線が100%OK領域から食み出さな
い範囲で前記上下限曲線に限りなく近付くとき、計測値
曲線を全溶接時間または距離に亘って積分し、その積分
値に基づいて溶接品質の良否を判定することを特徴とす
るレーザ溶接のモニタリング方法である。
According to a third aspect of the present invention, in monitoring welding quality using a measurement value obtained by a sensor during a laser welding process, upper and lower limits for defining a 100% OK region of the measurement value plotted with respect to welding time or distance. When a curve is set and the measured value curve approaches the upper / lower curve as much as possible without protruding from the 100% OK region, the measured value curve is integrated over the entire welding time or distance, and based on the integrated value. This is a method for monitoring laser welding, wherein the quality of the welding quality is determined by the method.

【0010】請求項4および請求項6の発明は、複数の
センサの測定位置が異なる場合に、測定位置間の距離と
溶接速度に基づいて各センサからのデータの時間軸を補
正することを特徴とする。複数のセンサの測定位置が異
なる場合、ある特定の時点における各センサからのデー
タは、異なる位置の情報であって同一の測定位置に関す
る情報ではないため、データの時間軸に補正をかけるこ
とによって、より正確で信頼性の高いモニタリングが可
能となる。
According to a fourth aspect of the present invention, when the measurement positions of a plurality of sensors are different, the time axis of the data from each sensor is corrected based on the distance between the measurement positions and the welding speed. And If the measurement positions of a plurality of sensors are different, the data from each sensor at a certain point in time is information on different positions and not information on the same measurement position, so by correcting the time axis of the data, More accurate and reliable monitoring becomes possible.

【0011】本発明のレーザ溶接のモニタリング装置
は、レーザ溶接の過程にセンサから得られた計測値を代
理信号として用いて溶接品質のモニタリングを行うため
の装置において、プラズマセンサと温度センサを共通の
ハウジングに格納し、溶接部からの投射光をビームスプ
リッタで分光して前記各センサに入射させ、かつ、前記
温度センサに、溶融地からの入射光を遮光するプロテク
タを設けたことを特徴とする(請求項5)。
A laser welding monitoring apparatus according to the present invention is an apparatus for monitoring welding quality using a measurement value obtained from a sensor during a laser welding process as a proxy signal, wherein a plasma sensor and a temperature sensor are used in common. It is stored in a housing, and the light projected from the welded portion is split by a beam splitter to be incident on each of the sensors, and the temperature sensor is provided with a protector for shielding light incident from a molten ground. (Claim 5).

【0012】プラズマセンサによってプラズマの紫外線
強度を計測し、温度センサによって溶接部の赤外線強度
を計測する。たとえばスペース上の制約から溶接部の周
囲に複数のセンサを設置することができない場合などに
有利である。また、温度センサに、溶融地からの入射光
を遮光するプロテクタを設けることで、たとえば溶融池
をはずした凝固点近傍の温度を計測することができる。
温度センサとしては、たとえばフォトダイオードを使用
し、波長選択フィルタを介して受光した赤外線の強度に
応じた電気信号を計測値として得る。ここで、凝固点近
傍とは、溶融池を外した位置、つまり、溶接の進行方向
で見て溶融池から僅かに後退した位置であって凝固が始
まりつつある位置をいうものとする。溶接部の温度をモ
ニタリングのための代理信号として用いることは知られ
ているが、従来、レーザ出射ノズルの下方の溶接スポッ
トすなわち溶融池の温度を測定するのが一般的である。
しかしながら、溶融池は温度自体が高いことからその変
動の幅も比較的大きく、安定した計測値が得にくいとい
った問題がある。これに対し、凝固点近傍では溶融池に
比べて温度が低下しており、その変化も比較的緩慢であ
るため、安定した計測値が得られる。その結果、信頼性
の高いモニタリングが実現する。
The intensity of the ultraviolet light of the plasma is measured by the plasma sensor, and the intensity of the infrared light at the welded portion is measured by the temperature sensor. This is advantageous, for example, when a plurality of sensors cannot be installed around the welded portion due to space restrictions. Further, by providing the temperature sensor with a protector that blocks the incident light from the melting point, it is possible to measure, for example, the temperature near the freezing point from which the molten pool has been removed.
As the temperature sensor, for example, a photodiode is used, and an electric signal corresponding to the intensity of infrared light received via the wavelength selection filter is obtained as a measured value. Here, the vicinity of the solidification point refers to a position where the molten pool is removed, that is, a position where the molten pool is slightly receded when viewed in the direction of progress of welding and where solidification is starting. It is known to use the temperature of the weld as a surrogate signal for monitoring, but conventionally, it is common practice to measure the temperature of the weld spot, ie, the weld pool, below the laser emission nozzle.
However, since the temperature of the molten pool itself is high, the range of its fluctuation is relatively large, and there is a problem that it is difficult to obtain a stable measured value. On the other hand, the temperature is lower near the freezing point than in the molten pool and the change is relatively slow, so that a stable measurement value can be obtained. As a result, highly reliable monitoring is realized.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面に例示した本発明の実
施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention illustrated in the drawings will be described below.

【0014】まず、図6に従ってレーザ溶接の概要を説
明すると、レーザ溶接はレーザビームを照射して行う溶
接であって、レーザ発振器から出射されたレーザビーム
1が伝送光学系を通じて加工ヘッドに導かれ、集光光学
系2を経て加工物3に照射される。レーザビームを集光
すれば焦点でのパワー密度が非常に高くなるため、これ
を加工物3に照射すると、そのエネルギーが吸収され加
工物の表面温度が急激に上昇し、沸点に到達するに至
る。高いパワー密度でいったん溶込みが発生すると、急
激に吸収率が上昇して蒸発を開始し、蒸気の圧力で周囲
の融液が押しのけられてキーホール7が形成される。キ
ーホール7内や母材表面では輝度の高いプラズマ8が発
生する。図中、符号9は溶融池を示す。また、レーザ溶
接中は符号4で示すようにスパッタと呼ばれる細かな溶
融金属が飛散する。
First, the outline of laser welding will be described with reference to FIG. 6. Laser welding is welding performed by irradiating a laser beam, and a laser beam 1 emitted from a laser oscillator is guided to a processing head through a transmission optical system. Then, the light is irradiated on the workpiece 3 through the condensing optical system 2. If a laser beam is condensed, the power density at the focal point becomes very high. Therefore, when the laser beam is applied to the workpiece 3, its energy is absorbed and the surface temperature of the workpiece rapidly rises to reach the boiling point. . Once penetration occurs at a high power density, the absorptivity rises sharply and starts to evaporate, and the surrounding melt is pushed away by the pressure of the vapor to form a keyhole 7. Plasma 8 having high brightness is generated in the keyhole 7 and on the surface of the base material. In the figure, reference numeral 9 indicates a molten pool. During laser welding, fine molten metal called spatter scatters as indicated by reference numeral 4.

【0015】図1に示す実施の形態では、加工物すなわ
ちワーク21にレーザ出射ノズル16からレーザビーム
を照射してレーザ溶接を行うようにしたレーザ溶接機に
おいて、温度センサ17とプラズマセンサ18を別々に
設置し、アンプ22を介してADボードおよびI/Dボ
ードを有するコントローラ23に接続し、このコントロ
ーラ23に外部制御機器24、CRT25、キーボード
26を接続してある。温度センサ17としては、波長選
択フィルタと受光素子(フォトダイオード)をハウジン
グ内に収納して構成された周知の赤外線センサを使用す
ることができる。図面に例示するようにセンサヘッドに
光ファイバ17aを接続し、その光ファイバ17aの先
端を所望の測定位置21aに向けるようにするほか、温
度センサ17のセンサヘッド自体を溶接部に向けて配置
するとともに外乱を除去するための遮光板を設置しても
よい。測定位置21aは溶融池をはずした凝固点近傍に
設定するのが望ましい。たとえば、照射系移動型の場合
で出射ノズル16が図の右方へ移動する場合、出射ノズ
ル16の移動方向で見て溶融池から後方に所定距離(溶
接速度やレーザ出力にもよるが、具体的数値を例示する
ならば20〜50mm程度)離隔した位置の温度を計測
する。加工物移動型でワーク21が図の左方へ移動する
場合も同様である。
In the embodiment shown in FIG. 1, in a laser welding machine configured to irradiate a laser beam from a laser emission nozzle 16 to a workpiece, ie, a work 21, to perform laser welding, a temperature sensor 17 and a plasma sensor 18 are separately provided. And an external control device 24, a CRT 25, and a keyboard 26 are connected to the controller 23 having an AD board and an I / D board via an amplifier 22. As the temperature sensor 17, a well-known infrared sensor configured by housing a wavelength selection filter and a light receiving element (photodiode) in a housing can be used. As illustrated in the drawing, an optical fiber 17a is connected to a sensor head, and the tip of the optical fiber 17a is directed to a desired measurement position 21a. In addition, the sensor head of the temperature sensor 17 is disposed facing a welding portion. In addition, a light-shielding plate for removing disturbance may be provided. It is desirable that the measurement position 21a is set near the solidification point from which the molten pool has been removed. For example, when the emission nozzle 16 moves to the right in the drawing in the case of the irradiation system moving type, a predetermined distance (depending on the welding speed and laser output, depending on the welding speed and laser output) from the molten pool as viewed in the direction of movement of the emission nozzle 16. The temperature at the separated position is measured. The same applies to the case where the workpiece 21 moves to the left in the drawing in the workpiece moving type.

【0016】プラズマセンサ18は紫外線強度に基づき
溶接部に発生したプラズマの強度を計測する。これによ
り、たとえば母材金属の過度の蒸発による溶接欠陥の有
無を診断することができる。
The plasma sensor 18 measures the intensity of the plasma generated at the weld based on the intensity of the ultraviolet light. Thereby, for example, it is possible to diagnose the presence or absence of a welding defect due to excessive evaporation of the base metal.

【0017】図2に示す実施の形態は、温度センサ1
7’とプラズマセンサ18’を共通のハウジング31に
格納したものである。このように温度センサ17’とプ
ラズマセンサ18’を一体的に配設することにより、装
置全体がコンパクトにまとまる。さらに、たとえば加工
物21が大型の三次元形状の加工物である場合のように
レーザ出射ノズル16の周囲のスペースに制約がある場
合などに有利な配置である。ハウジング31内には、さ
らに、溶接部21aからの反射光を受光するミラーMd
と、ミラーMdと同軸のハーフミラーMeとを設置して
あり、溶接部21aからの反射光をハーフミラーMeで
分光して温度センサ17’とプラズマセンサ18’とに
それぞれ入射させるようになっている。つまり、温度セ
ンサ17’はハーフミラーMeを透過した光を受光し、
プラズマセンサ18’はハーフミラーMeにて反射した
光を受光する。
The embodiment shown in FIG.
7 ′ and the plasma sensor 18 ′ are stored in a common housing 31. By integrally disposing the temperature sensor 17 'and the plasma sensor 18' in this manner, the entire apparatus can be compactly assembled. Further, the arrangement is advantageous when the space around the laser emission nozzle 16 is restricted, such as when the workpiece 21 is a large three-dimensional workpiece. Inside the housing 31, there is further provided a mirror Md for receiving the reflected light from the welded portion 21a.
And a half mirror Me coaxial with the mirror Md, the reflected light from the welded portion 21a is split by the half mirror Me to be incident on the temperature sensor 17 'and the plasma sensor 18', respectively. I have. That is, the temperature sensor 17 'receives the light transmitted through the half mirror Me,
The plasma sensor 18 'receives the light reflected by the half mirror Me.

【0018】また、温度センサ17’の前段に黒色プロ
テクタ32を設置してある。この黒色プロテクタ32
は、図2(b)に示すように、温度センサ17’の中心
部17”だけ遮蔽(マスキング)して、溶接部からの反
射光のうち溶融池に対応する部分を遮光する。ミラーM
dの角度調整は、温度センサ17’を取り外してCCD
カメラ(図示せず)を取り付け、CRT(25:図1参
照)にてミラー中心部だけ見えるように調整してプロテ
クタ32を設置する。プロテクタ32は遮蔽領域の位置
や面積を任意に変更できるのが望ましい。たとえば、図
2(b)の場合を例にとるならば、図中斜線で示される
遮蔽領域を中心部17”に限らず図2(b)の上下左右
方向に変更可能としたり、遮蔽領域の面積を広狭自在に
変更可能とする。さらに、蔽領域は図示するような円形
に限らず、たとえば上下方向または左右方向に可動のシ
ャッタの形態をしたプロテクタを採用することもでき
る。
Further, a black protector 32 is provided at a stage preceding the temperature sensor 17 '. This black protector 32
2B, as shown in FIG. 2B, only the central portion 17 "of the temperature sensor 17 'is shielded (masked) to shield a portion of the reflected light from the welded portion corresponding to the molten pool.
To adjust the angle of d, remove the temperature sensor 17 '
A camera (not shown) is attached, and the protector 32 is installed by adjusting the CRT (25: see FIG. 1) so that only the center of the mirror can be seen. It is desirable that the position and area of the shield region of the protector 32 can be arbitrarily changed. For example, if the case of FIG. 2B is taken as an example, the shaded area shown by the oblique lines in the figure is not limited to the central part 17 ″ and can be changed in the vertical and horizontal directions of FIG. Further, the shield area is not limited to a circular shape as shown in the figure, and a protector in the form of a shutter movable in a vertical direction or a horizontal direction may be employed.

【0019】溶接品質のモニタリングには、上述の温度
センサやプラズマセンサのほかにも各種のセンサが用い
られる。一例として、いわゆる光切断法により溶接ビー
ドの断面プロファイルを求め、それに基づいてビード幅
や溶込み等を測定するための形状センサが挙げられる
(特開平10−296481号公報等参照)。
For monitoring the welding quality, various sensors are used in addition to the above-mentioned temperature sensor and plasma sensor. As an example, there is a shape sensor for determining a cross-sectional profile of a weld bead by a so-called light cutting method and measuring a bead width, penetration, and the like based on the profile (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-296481).

【0020】次に、上述のような各種センサにより得ら
れた計測データに基づいて溶接品質の良否を判定する方
法について説明する。
Next, a method for judging the quality of welding based on the measurement data obtained by the various sensors as described above will be described.

【0021】あらかじめ、図4に示す要領で判定のため
の基準データを作成する。すなわち、レーザ溶接を行
い、その過程に距離または時間に関してプロットした計
測データを収集する。そして、溶接の良否を判定し、O
Kの場合はOKデータとして記録し、NGの場合はNG
データとして記録する。このようにしてデータ収集が完
了したら、OKデータの平均値を求めて基準データとし
て記録するとともに(図3(a)の曲線Sr)、NGデ
ータにより基準データの上下限値を経験に基づき設定す
る(図3(a)の曲線Sa,Sb)。計測データが曲線
Sa,Sbの間の領域にあるワークは100%OKであ
る。次に、図3(b)に示すように、上下限曲線Sa,
Sbの外側に許容領域Ga,Gbを設定する。計測デー
タが許容領域Ga,Gbを越えたワークは100%NG
となる。許容領域Ga,Gbの外側は100%NG領域
であるから、許容領域Ga,Gbは100%NG領域の
内側にあることになる。
Reference data for determination is created in advance as shown in FIG. That is, laser welding is performed, and measurement data plotted with respect to distance or time during the process is collected. Then, the quality of welding is determined, and O
In the case of K, it is recorded as OK data, and in the case of NG, it is NG
Record as data. When the data collection is completed in this way, the average value of the OK data is obtained and recorded as the reference data (curve Sr in FIG. 3A), and the upper and lower limit values of the reference data are set based on the NG data based on experience. (Curves Sa and Sb in FIG. 3A). The work whose measured data is in the region between the curves Sa and Sb is 100% OK. Next, as shown in FIG. 3B, upper and lower curves Sa,
The allowable regions Ga and Gb are set outside Sb. 100% NG for work whose measured data exceeds the allowable range Ga, Gb
Becomes Since the outside of the allowable regions Ga and Gb is the 100% NG region, the allowable regions Ga and Gb are inside the 100% NG region.

【0022】実際の溶接品質の判定を図5に示す流れ図
に従って説明する。溶接開始とともに各種センサによる
計測を開始し、逐次データを収集する。そして、計測デ
ータが100%OKか否かの判定をする。100%OK
でない場合、100%NGか否かの判定をする。100
%NGでない場合には後述する手順でNGの度合いを判
定する。各判断ステップにおいては100%NGとなっ
た時点でNG信号を外部機器に出力する。
The determination of the actual welding quality will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The measurement by various sensors is started at the same time as the start of welding, and data is collected sequentially. Then, it is determined whether or not the measurement data is 100% OK. 100% OK
If not, it is determined whether or not it is 100% NG. 100
If it is not% NG, the degree of NG is determined by a procedure described later. In each determination step, an NG signal is output to the external device when the output becomes 100% NG.

【0023】NGの度合いを判定する一つの手法として
は、図3(c)に示すように、上下限曲線SaまたはS
bから許容領域GaまたはGbに食み出した領域Gpに
ついて、その積分値(面積値)が設定範囲内にあるか否
かによりNGかどうかを判定する。別の手法として、図
3(d)に示すように、計測値曲線Spのうち、上限曲
線Saまたは下限曲線Sbから許容領域GaまたはGb
に食み出した部分の時間または距離ta ,tb …の積算
値が設定範囲内にあるか否かによりNGかどうかを判定
する。さらに別の手法として、計測データ曲線Spが1
00%OK領域から食み出さない範囲で上下限曲線Sa
またはSbに限りなく近付くときは、100%NGとは
いえないまでも不良の確率が高いので、計測データ曲線
Spの波形全体を全溶接時間または距離に関して積分
し、その積分値が設定範囲内にあるか否かにより溶接品
質の良否を判定するようにしてもよい。
As one method for determining the degree of NG, as shown in FIG.
It is determined whether the integrated value (area value) of the area Gp protruding from the area b into the allowable area Ga or Gb is NG based on whether the integrated value (area value) is within the set range. As another method, as shown in FIG. 3D, of the measurement value curve Sp, the upper limit curve Sa or the lower limit curve Sb is used to determine the allowable area Ga or Gb.
Is determined to be NG based on whether or not the integrated value of the time or the distances ta, tb... As still another method, the measured data curve Sp is 1
Upper / lower limit curve Sa in the range not protruding from the 00% OK area
Or, when approaching to Sb without limit, since the probability of failure is high, if not 100% NG, the entire waveform of the measurement data curve Sp is integrated with respect to the entire welding time or distance, and the integrated value falls within the set range. The quality of the welding quality may be determined based on whether or not there is.

【0024】上記各設定範囲および判定は各センサ(計
測データ)毎に行うものであるが、図4の実施の形態で
は溶接終了後にさらに総合判定を行う。すなわち、温度
センサ、プラズマセンサその他のセンサによる計測デー
タの不良の確率、すなわち許容領域Ga,Gbに食み出
した領域の全積分値に対する%値を算出し、かつ、各セ
ンサによる不良の確率を加算して合計値が設定範囲(例
えば100%、120%等)内にあるか否かにより溶接
品質の良否を総合判定する。その場合、ワークや仕様に
応じて各センサ(計測データ)に重み付けをして、より
確度の高いモニタリングを行うことができる。
The above setting ranges and judgments are made for each sensor (measurement data). In the embodiment of FIG. 4, a comprehensive judgment is made after the welding is completed. That is, the probability of the failure of the measurement data by the temperature sensor, the plasma sensor, or the other sensors, that is, the% value with respect to the total integrated value of the region protruding into the allowable regions Ga and Gb is calculated, and the probability of the failure by each sensor is calculated. Whether the welding quality is good or not is comprehensively determined based on whether the sum is within a set range (for example, 100%, 120%, or the like). In this case, more accurate monitoring can be performed by weighting each sensor (measurement data) according to the work and the specification.

【0025】センサによって得られる計測値を時間また
は距離成分に関連付けて記録しておくことにより、溶接
後に、異常または欠陥のワーク上における位置を特定す
ることができる。しかしながら、図1の温度センサ17
とプラズマセンサ18の場合のように、複数のセンサの
測定位置が異なる場合、ある特定の時点における各セン
サからのデータは、異なる位置の情報であって同一の測
定位置に関する情報ではない。そこで、測定位置間の距
離と溶接速度に基づきデータの時間軸に補正をかけるこ
とによって、より正確で信頼性の高いモニタリングが可
能となる。このような処理は制御機器のプログラム上で
行なうことができる。
By recording the measurement value obtained by the sensor in association with the time or distance component, the position of the abnormality or defect on the workpiece can be specified after welding. However, the temperature sensor 17 of FIG.
When the measurement positions of a plurality of sensors are different from each other as in the case of the plasma sensor 18 and the like, the data from each sensor at a specific point in time is information on different positions and not information on the same measurement position. Therefore, by correcting the time axis of the data based on the distance between the measurement positions and the welding speed, more accurate and reliable monitoring can be performed. Such processing can be performed on a program of the control device.

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

【図1】モニタリング装置の実施の形態を示す概略図で
ある。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a monitoring device.

【図2】(a)はモニタリング装置の実施の形態を示す
側面図、(b)はプロテクタの正面図である。
FIG. 2A is a side view showing an embodiment of the monitoring device, and FIG. 2B is a front view of the protector.

【図3】品質判定の手法を説明するためのグラフであ
る。
FIG. 3 is a graph for explaining a quality determination method.

【図4】データ収集を説明するためのフローチャートで
ある。
FIG. 4 is a flowchart for explaining data collection.

【図5】モニタリング方法を説明するためのフローチャ
ートである。
FIG. 5 is a flowchart for explaining a monitoring method.

【図6】レーザ溶接機の概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a laser welding machine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ光 3 加工物(ワーク) 4 スパッタ 7 キーホール 8 プラズマ 9 溶融池 16 レーザ出射ノズル 17,17’ 温度センサ 18,18’ プラズマセンサ 21 ワーク 21a 測定位置 31 ハウジング 32 プロテクタ Ga,Gb 許容領域 Sa 上限曲線 Sb 下限曲線 Sp 計測値曲線 ta,tb 時間幅 Reference Signs List 1 laser beam 3 workpiece (work) 4 spatter 7 keyhole 8 plasma 9 molten pool 16 laser emission nozzle 17, 17 'temperature sensor 18, 18' plasma sensor 21 work 21a measuring position 31 housing 32 protector Ga, Gb allowable area Sa Upper limit curve Sb Lower limit curve Sp Measured value curve ta, tb Time width

フロントページの続き Fターム(参考) 2G043 AA03 CA02 EA10 FA01 FA03 FA06 GA25 GB01 HA05 HA09 JA02 KA01 KA02 LA03 MA03 NA01 NA02 NA06 NA16 4E068 BA00 CA17 CB01 CC01 CC03Continued on the front page F term (reference) 2G043 AA03 CA02 EA10 FA01 FA03 FA06 GA25 GB01 HA05 HA09 JA02 KA01 KA02 LA03 MA03 NA01 NA02 NA06 NA16 4E068 BA00 CA17 CB01 CC01 CC03

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ溶接の過程にセンサによって得た
計測値を用いて溶接品質のモニタリングをするにあた
り、各センサの計測値につき、溶接時間または距離に関
してプロットした計測値の100%NG領域を定める上
下限曲線を設定するとともに、前記上限曲線および下限
曲線の内側にそれぞれ許容領域を設け、100%OK領
域から許容領域に食み出した計測値曲線部分の総面積値
に基づいて溶接不良の確率を算出し、すべてのセンサの
計測値についての溶接不良の確率の積算値に基づいて溶
接品質の良否を判定することを特徴とするレーザ溶接の
モニタリング方法。
When monitoring welding quality using a measurement value obtained by a sensor during a laser welding process, a 100% NG area of a measurement value plotted with respect to a welding time or a distance is determined for each measurement value of each sensor. An upper and lower curve is set, an allowable area is provided inside each of the upper and lower curves, and a probability of a welding failure is determined based on a total area value of a measured value curve portion protruding from the 100% OK area to the allowable area. And calculating the welding quality based on an integrated value of the probability of poor welding with respect to the measured values of all the sensors.
【請求項2】 レーザ溶接の過程にセンサによって得た
計測値を用いて溶接品質のモニタリングをするにあた
り、各センサの計測値につき、溶接時間または距離に関
してプロットした計測値の100%NG領域を定める上
下限曲線を設定するとともに、前記上限曲線および下限
曲線の内側にそれぞれ許容領域を設け、100%OK領
域から許容領域に食み出した計測値曲線部分の時間また
は距離の積算値に基づいて溶接品質の不良の確率を算出
し、すべてのセンサの計測値についての溶接不良の確率
の積算値に基づいて溶接品質の良否を判定することを特
徴とするレーザ溶接のモニタリング方法。
2. In monitoring welding quality using a measurement value obtained by a sensor during a laser welding process, a 100% NG area of a measurement value plotted with respect to a welding time or a distance is determined for each measurement value of each sensor. An upper and lower curve is set, and an allowable area is provided inside each of the upper and lower curves, and welding is performed based on the integrated value of the time or distance of the measured value curve portion protruding from the 100% OK area to the allowable area. A method for monitoring laser welding, comprising calculating a probability of poor quality and determining the quality of welding quality based on an integrated value of the probability of poor welding with respect to the measured values of all sensors.
【請求項3】 レーザ溶接の過程にセンサによって得た
計測値を用いて溶接品質のモニタリングをするにあた
り、溶接時間または距離に関してプロットした計測値の
100%OK領域を定める上下限曲線を設定し、計測値
曲線が100%OK領域から食み出さない範囲で前記上
下限曲線に限りなく近付くとき、計測値を全溶接時間ま
たは距離に亘って積分し、その積分値に基づいて溶接品
質の良否を判定することを特徴とするレーザ溶接のモニ
タリング方法。
3. In monitoring welding quality using a measurement value obtained by a sensor in the course of laser welding, upper and lower curves are set which define a 100% OK region of the measurement value plotted with respect to welding time or distance, When the measured value curve approaches the upper / lower curve as much as possible without protruding from the 100% OK region, the measured value is integrated over the entire welding time or distance, and the quality of the welding quality is determined based on the integrated value. A method for monitoring laser welding, characterized by determining.
【請求項4】 複数のセンサの計測位置が異なる場合
に、所定の基準位置から各センサまでの距離と溶接速度
に基づいて、当該センサの時間軸の零点補正を行なうこ
とを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のレ
ーザ溶接のモニタリング方法。
4. When the measurement positions of a plurality of sensors are different, zero point correction of a time axis of the sensors is performed based on a distance from a predetermined reference position to each sensor and a welding speed. 4. The monitoring method for laser welding according to any one of 1 to 3.
【請求項5】 レーザ溶接の過程にセンサから得られた
計測値を代理信号として用いて溶接品質のモニタリング
を行うための装置において、プラズマセンサと温度セン
サを共通のハウジングに格納し、溶接部からの投射光を
ビームスプリッタで分光して前記各センサに入射させ、
かつ、前記温度センサに、溶融地からの入射光を遮光す
るプロテクタを設けたことを特徴とするレーザ溶接のモ
ニタリング装置。
5. An apparatus for monitoring welding quality using a measurement value obtained from a sensor as a proxy signal in a process of laser welding, wherein a plasma sensor and a temperature sensor are stored in a common housing, and Of the projection light of the beam splitter and incident on each of the sensors,
A monitoring apparatus for laser welding, wherein the temperature sensor is provided with a protector for blocking incident light from the molten ground.
【請求項6】 複数のセンサの計測位置が異なる場合
に、所定の基準位置から各センサまでの距離と溶接速度
に基づいて、当該センサの時間軸の零点補正を行なうこ
とを特徴とする請求項5に記載のレーザ溶接のモニタリ
ング装置。
6. When the measurement positions of a plurality of sensors are different, zero point correction of the time axis of the sensors is performed based on a distance from a predetermined reference position to each sensor and a welding speed. 6. The monitoring device for laser welding according to 5.
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