JP2004105971A - レーザー溶接装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザー発振器2から出力されたレーザー光を溶接加工ヘッド4に伝送する光ファイバー3と、溶接加工ヘッド4の位置を移動させる移動手段5と、被溶接部の平面状況を検出するCCDカメラ8と、被溶接部と溶接加工ヘッドとの距離を検出する高さセンサ9と、CCDカメラ8及び高さセンサ9の情報に基づいて溶接対象線7に対する溶接加工ヘッド4の位置を所定位置に制御するように移動手段5を作動させる制御手段10とを備え、溶接対象線7に対する溶接加工ヘッド4の位置決めを正確に行なう。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー溶接装置に関し、被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置を正確に位置決めできるように企図したものである。
【0002】
【従来の技術】
レーザー光は、極めて指向性がよく大エネルギーを有しているので、小さな点に集光することにより、精密な溶接・切断・穿孔・表面改質処理などに利用されている。
【0003】
この場合、ワークの材質や加工手法の違いに応じてパルス波レーザー光(PW)や連続波レーザー光(CW)が使用される。一般的に、パルス波レーザー光は、その持続時間が短いので周辺への影響をおよぼさずに微小な孔をあけたりスポット溶接する加工に適しており、連続波レーザー光は、つぎ目のない溶接などの加工に適している。
【0004】
固体レーザー発振器の一種であるYAGレーザー発振器は、レーザー単結晶としてNdをドープしたYAG(イットリウム,アルミニウム,ガーネット)結晶を用いており、波長が1.064μmのレーザー光を、パルス波レーザー光または連続波レーザー光として出力する。YAGレーザー光は波長が1.064μmの赤外レーザー光であるため、光ファイバーによる伝送が可能である。
【0005】
この結果、YAGレーザー発振器を用いた溶接装置や切断装置では、レーザー光を光ファイバーにより引き回すことができ、設計や配置の自由度が大きい。
【0006】
このようなレーザー溶接装置によりレーザー溶接したときには、狭い溶接範囲に対して溶け込み深さの深い溶接を行うことができる。これはレーザー光には非常に強い集光性があり、エネルギー密度の極めて高い強力な集中熱源として、レーザー光が機能するからである。
【0007】
レーザー溶接装置における被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置決めは、溶接加工ヘッドに設けた静電容量式のセンサを用いて溶接加工ヘッドと被溶接部との間の静電容量の変化に基づいて溶接加工ヘッドの高さを調整し、溶接高さを一定に維持して溶接加工ヘッドを移動させることでワークの面積を求め、溶接線を検出することが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0008】
【特許文献1】
特開平11−347768号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術では、静電容量の変化に基づいて溶接加工ヘッドの高さを演算して求めているため、溶接加工ヘッドと被溶接部との間の距離を正確に検出するには限度があった。また、溶接線(被溶接部)の検出を溶接加工ヘッドの移動により実施しているので、溶接部を正確に認識することは困難であった。
【0010】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置決めが正確に行なえるレーザー溶接装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のレーザー溶接装置は、
レーザー光を出力するレーザー発振器と、
レーザー発振器から出力されたレーザー光を溶接加工ヘッドに伝送する光ファイバーと、
溶接加工ヘッドの位置を移動させる移動手段と、
被溶接部の平面状況を検出する画像センサと、
被溶接部と溶接加工ヘッドとの距離を検出する距離センサと、
画像センサ及び距離センサの情報に基づいて被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置を所定位置に制御するように移動手段を作動させる制御手段と
を備えたことを特徴とする。
【0012】
また、請求項1に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー光を出力するレーザー発振器が複数設けられ、
光ファイバーはそれぞれのレーザー発振器からのレーザー光を単独及び合体させて溶接加工ヘッドに伝送する
ことを特徴とする。
【0013】
また、請求項1に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー光の出力が異なる複数の溶接加工ヘッドを備え、
制御手段は被溶接部の状況により溶接加工ヘッドを選択する機能を備え、選択された溶接加工ヘッドを所定位置に制御するように移動手段を作動させる
ことを特徴とする。
【0014】
また、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
画像センサは被溶接部を撮影して二次元画像を得る撮像手段であることを特徴とする。
【0015】
また、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
距離センサは被溶接部に接触することで被溶接部と溶接加工ヘッドとの距離を検出する接触式のセンサであることを特徴とする。
【0016】
また、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー発振器はYAGレーザー発振器であることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1、図2には本発明の一実施形態例に係るレーザー溶接装置の概略構成を示してあり、図1は溶接部を認識している状態、図2は溶接中の状態を示してある。
【0018】
図1、図2に基づいてレーザー溶接装置の概略構成を説明する。図に示すように、レーザー溶接装置1には、レーザー光を出力するYAGレーザー発振器2が備えられ、YAGレーザー発振器2から出力されたレーザー光は光ファイバー3によりコネクタ15を介して溶接加工ヘッド4に伝送される。溶接加工ヘッド4は移動手段(例えば、多軸NCロボット)5に保持され、移動手段5により任意の位置に位置決め移動される。
【0019】
また、レーザー溶接装置1には、被溶接部ととての円筒ワーク6の溶接対象線7の平面状況を撮影(検出)する画像センサとしてのCCDカメラ8が備えられている。CCDカメラ8には照度調整が可能な照明装置が備えられている。
【0020】
尚、画像センサとしては、溶接対象線7の平面状況を検出できるものであれば、輝度センサ等CCDカメラ8以外のものを適用することも可能である。
【0021】
更に、レーザー溶接装置1には、円筒ワーク6と溶接加工ヘッド4との距離を検出する距離センサとしての高さセンサ9が設けられている。溶接部の認識を行なう場合、図1に示すように、CCDカメラ8及び高さセンサ9は円筒ワーク6側に接近移動(下降)させ、円筒ワーク6を回転させることで、所定の距離でCCDカメラ8による撮影が行なわれると共に高さセンサ9が円筒ワーク6に接触して高さ検出が行なわれる。
【0022】
CCDカメラ8の撮影結果及び高さセンサ9の検出結果は制御手段10に入力され、制御手段10からは入力結果に基づいて溶接加工ヘッド4を所定位置に制御するように移動手段5の駆動部11に移動指令を出力する。
【0023】
つまり、CCDカメラ8の撮影結果により溶接対象線7の横方向の位置及び開先状況等が判断され、高さセンサ9により溶接対象線7までの高さが判断され、これらの判断結果に基づいて溶接加工ヘッド4からのレーザー光12が溶接対象線7に集光するように溶接加工ヘッド4の位置が制御される(図2参照)。
【0024】
上記構成のレーザー溶接装置1では、図1に示すように、円筒ワーク6を回転させた状態でCCDカメラ8及び高さセンサ9を下降させ、溶接対象線7の画像状況(平面位置等)及び溶接対象線7の高さ状況が認識されて制御手段10に入力される。制御手段10からは溶接対象線7の画像状況及び溶接対象線7の高さ状況に基づいて移動手段5の駆動部11に移動指令を出力される。
【0025】
これにより、溶接加工ヘッド4からのレーザー光12が溶接対象線7に集光するように溶接加工ヘッド4の位置が制御される。また、作業者は画像を確認することで溶接状況を手動で調整することもできる。
【0026】
CCDカメラ8による平面状況と高さセンサ9による高さ状況に基づいて溶接対象線7を自動的に倣って溶接加工ヘッド4の平面方向位置及び高さ方向位置(即ち3次元位置)を制御することができる。画像処理により平面状況の認識を行なうことにより、作業者は実際の溶接対象線7を確認することができる。
【0027】
従って、溶接対象線7とレーザー光12の集光点(照射点)とを自動的に一致させることができ、予めティーチング等により設定した動作に対して補正を行なう等が可能になる。これにより、溶接対象線7に沿った溶接が可能になり、安定した溶接品質を保つことが可能になる。
【0028】
この結果、被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置決めが正確に行なえるレーザー溶接装置とすることができる。
【0029】
コネクタ15は、例えば、3種類の光ファイバーの接続が可能になっている。例えば、YAGレーザー発振器2の概略構成を表す図3に示すように、YAGレーザー発振器2として3種類のYAGレーザー発振器2a,2b,2cが備えられている。
【0030】
そして、それぞれのYAGレーザー発振器2a,2b,2cからの光ファイバーがそれぞれ単独で接続される低出力用の光ファイバー3aと(図3(a) 参照)、YAGレーザー発振器2a,2bからの光ファイバーが束ねられて接続される中出力用の光ファイバー3bと(図3(b) 参照)、YAGレーザー発振器2a,2b,2cからの光ファイバーが束ねられて接続される高出力用の光ファイバー3cと(図3(c) 参照)が適宜接続されるようになっている。
【0031】
作業者は、対象となる円筒ワーク6に応じた(必要な溶接深さに応じた)光ファイバー3をコネクタ15に接続しておく。CCDカメラ8による平面状況と高さセンサ9による高さ状況に基づいて溶接対象線7を検出することで、予め接続された光ファイバー3の出力と検出された溶接対象線7に対する出力とが一致しているか否かの確認を行なうことができる。不一致が確認された場合、作業前に要求される出力に合った光ファイバーを接続することができる。
【0032】
図4には本発明の他の実施形態例に係るレーザー溶接装置の概略構成を示してある。尚、図1乃至図3に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。
【0033】
図に示すように、レーザー溶接装置1には、レーザー光を出力するYAGレーザー発振器2a,2b,2cが備えられ(図3参照)、YAGレーザー発振器2a,2b,2cから出力されたレーザー光は光ファイバー3a,3b,3cによりコネクタ15を介して溶接加工ヘッド21a,21b,21cに伝送される。
【0034】
溶接加工ヘッド21a,21b,21cは移動手段(例えば、多軸NCロボット)5に保持され、移動手段5により必要な溶接加工ヘッド21a,21b,21cが任意の位置に位置決め移動される。
【0035】
光ファイバー3は、YAGレーザー発振器2a,2b,2cからの光ファイバーがそれぞれ単独で接続される低出力用の光ファイバー3aと(図3(a) 参照)、YAGレーザー発振器2a,2bからの光ファイバーが束ねられて接続される中出力用の光ファイバー3bと(図3(b) 参照)、YAGレーザー発振器2a,2b,2cからの光ファイバーが束ねられて接続される高出力用の光ファイバー3cと(図3(c) 参照)で構成されている。
【0036】
レーザー溶接装置1には、被溶接部ととての円筒ワーク6の溶接対象線7の平面状況を撮影(検出)する画像センサとしてのCCDカメラ8が備えられている。CCDカメラ8には照度調整が可能な照明装置が備えられている。
【0037】
尚、画像センサとしては、溶接対象線7の平面状況を検出できるものであれば、輝度センサ等CCDカメラ8以外のものを適用することも可能である。
【0038】
また、レーザー溶接装置1には、円筒ワーク6と溶接加工ヘッド4との距離を検出する距離センサとしての高さセンサ9が設けられている。溶接部の認識を行なう場合、CCDカメラ8及び高さセンサ9を円筒ワーク6側に接近移動(下降)させ(図1参照)、円筒ワーク6を回転させることで、所定の距離でCCDカメラ8による撮影が行なわれると共に高さセンサ9が円筒ワーク6に接触して高さ検出が行なわれる。
【0039】
CCDカメラ8の撮影結果及び高さセンサ9の検出結果は制御手段10に入力され、制御手段10からは入力結果に基づいて溶接に用いられる溶接加工ヘッド21a,21b,21cを選択して選択された溶接加工ヘッド21を所定位置に制御するように移動手段5の駆動部11に移動指令を出力する。
【0040】
つまり、CCDカメラ8の撮影結果により溶接対象線7の横方向の位置及び開先状況等が判断され、高さセンサ9により溶接対象線7までの高さが判断され、これらの判断結果に基づいて、所定の溶接深さに対応する溶接加工ヘッド21からのレーザー光12が溶接対象線7に集光するように溶接加工ヘッド21a,21b,21cが選択されて選択された溶接加工ヘッド21の位置が制御される(図2参照)。
【0041】
上記構成のレーザー溶接装置1では、円筒ワーク6を回転させた状態でCCDカメラ8及び高さセンサ9を下降させ、溶接対象線7の画像状況(平面位置等)及び溶接対象線7の高さ状況が認識されて制御手段10に入力される。このとき、高さセンサ9により円筒ワーク6の径が認識される。
【0042】
制御手段10からは溶接対象線7の画像状況及び溶接対象線7の高さ状況に基づいて所定の溶接深さに対応する(円筒ワーク6の径に対応する)溶接加工ヘッド21が選択されて移動手段5の駆動部11に移動指令を出力される。
【0043】
これにより、円筒ワーク6の径に対応する溶接加工ヘッド21からのレーザー光12が溶接対象線7に集光するように溶接加工ヘッド21a,21b,21cの位置が制御される。また、作業者は画像を確認することで溶接状況を手動で調整することもできる。
【0044】
CCDカメラ8による平面状況と高さセンサ9による高さ状況に基づいて溶接対象線7を自動的に倣って円筒ワーク6の径に対応する溶接加工ヘッド21を選択して平面方向位置及び高さ方向位置(即ち3次元位置)を制御することができる。画像処理により平面状況の認識を行なうことにより、作業者は実際の溶接対象線7を確認することができる。
【0045】
従って、溶接対象線7と円筒ワーク6の径に対応した溶接加工ヘッド21のレーザー光12の集光点(照射点)とを自動的に一致させることができ、予めティーチング等により設定した動作に対して補正を行なう等が可能になる。これにより、径の異なる円筒ワーク6の溶接に適用しても必要な溶接加工ヘッド21を選択し溶接対象線7に沿った溶接が可能になり、安定した溶接品質を保つことが可能になる。
【0046】
この結果、被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置決めが正確に行なえるレーザー溶接装置とすることができる。
【0047】
尚、溶接加工ヘッド21の台数は3台に限らず、2台もしくは4台以上を適用することも可能である。
【0048】
また、円筒ワーク6の溶接に限らず、。ワークの他の例を表す図5に示したように、厚さの異なる一つのワーク25に適用することも可能である。図示例の場合、高さセンサ9によりワーク25の厚さの分布を予め検出し、厚さの異なる区間a,b,cで溶接加工ヘッド21a,21b,21cを変更して選択するように制御することができる。
【0049】
【発明の効果】
本発明のレーザー溶接装置は、
レーザー光を出力するレーザー発振器と、
レーザー発振器から出力されたレーザー光を溶接加工ヘッドに伝送する光ファイバーと、
溶接加工ヘッドの位置を移動させる移動手段と、
被溶接部の平面状況を検出する画像センサと、
被溶接部と溶接加工ヘッドとの距離を検出する距離センサと、
画像センサ及び距離センサの情報に基づいて被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置を所定位置に制御するように移動手段を作動させる制御手段と
を備えたので、
被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置決めが正確に行なえるレーザー溶接装置とすることができる。
【0050】
また、請求項1に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー光を出力するレーザー発振器が複数設けられ、
光ファイバーはそれぞれのレーザー発振器からのレーザー光を単独及び合体させて溶接加工ヘッドに伝送するようにしたので、
出力の異なるレーザー光を使用することができる。
【0051】
また、請求項1に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー光の出力が異なる複数の溶接加工ヘッドを備え、
制御手段は被溶接部の状況により溶接加工ヘッドを選択する機能を備え、選択された溶接加工ヘッドを所定位置に制御するように移動手段を作動させるようにしたので、
異なる種類の被溶接部に対して使用することができる。
【0052】
また、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
画像センサは被溶接部を撮影して二次元画像を得る撮像手段であるので、目視により被溶接部を認識することができる。
【0053】
また、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
距離センサは被溶接部に接触することで被溶接部と溶接加工ヘッドとの距離を検出する接触式のセンサであるので、確実に距離を検出することができる。
【0054】
また、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー発振器はYAGレーザー発振器であるので、YAGレーザー溶接に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態例に係るレーザー溶接装置の概略構成図。
【図2】本発明の一実施形態例に係るレーザー溶接装置の概略構成図。
【図3】YAGレーザー発振器2の概略構成図。
【図4】本発明の他の実施形態例に係るレーザー溶接装置の概略構成図。
【図5】ワークの他の例を表す側面図。
【符号の説明】
1 レーザー溶接装置
2 YAGレーザー発振器
3 光ファイバー
4 溶接加工ヘッド
5 移動手段
6 円筒ワーク
7 溶接対象線
8 CCDカメラ
9 高さセンサ
10 制御手段
11 駆動部
12 レーザー光
15 コネクタ
21 溶接加工ヘッド
25 ワーク
Claims (6)
- レーザー光を出力するレーザー発振器と、
レーザー発振器から出力されたレーザー光を溶接加工ヘッドに伝送する光ファイバーと、
溶接加工ヘッドの位置を移動させる移動手段と、
被溶接部の平面状況を検出する画像センサと、
被溶接部と溶接加工ヘッドとの距離を検出する距離センサと、
画像センサ及び距離センサの情報に基づいて被溶接部に対する溶接加工ヘッドの位置を所定位置に制御するように移動手段を作動させる制御手段と
を備えたことを特徴とするレーザー溶接装置。 - 請求項1に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー光を出力するレーザー発振器が複数設けられ、
光ファイバーはそれぞれのレーザー発振器からのレーザー光を単独及び合体させて溶接加工ヘッドに伝送する
ことを特徴とするレーザー溶接装置。 - 請求項1に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー光の出力が異なる複数の溶接加工ヘッドを備え、
制御手段は被溶接部の状況により溶接加工ヘッドを選択する機能を備え、選択された溶接加工ヘッドを所定位置に制御するように移動手段を作動させる
ことを特徴とするレーザー溶接装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
画像センサは被溶接部を撮影して二次元画像を得る撮像手段であることを特徴とするレーザー溶接装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
距離センサは被溶接部に接触することで被溶接部と溶接加工ヘッドとの距離を検出する接触式のセンサであることを特徴とするレーザー溶接装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置において、
レーザー発振器はYAGレーザー発振器であることを特徴とするレーザー溶接装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002267708A JP2004105971A (ja) | 2002-09-13 | 2002-09-13 | レーザー溶接装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2002267708A JP2004105971A (ja) | 2002-09-13 | 2002-09-13 | レーザー溶接装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2004105971A true JP2004105971A (ja) | 2004-04-08 |
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ID=32266134
Family Applications (1)
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JP (1) | JP2004105971A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2002
- 2002-09-13 JP JP2002267708A patent/JP2004105971A/ja active Pending
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