JP2020189305A - Laser machining system, leaning device, and leaning method for leaning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ溶接によって製造されたワークの評価に使用されるレーザ加工システム、学習装置および学習装置の学習方法に関するものである。 The present invention relates to a laser processing system, a learning device and a learning method of a learning device used for evaluating a workpiece manufactured by laser welding.
レーザ溶接技術は、被加工物にレーザ発振器から射出されたレーザ光を照射し、レーザ光の熱量で被加工物を溶融させ、他の被加工物に溶接することで、これらの被加工物を機械的・電気的に接続する技術である。レーザ溶接技術は、一般的に家電機器や精密機器、もしくは自動車部品といった多岐にわたる分野で普及している。 Laser welding technology irradiates a work piece with laser light emitted from a laser oscillator, melts the work piece with the amount of heat of the laser light, and welds it to another work piece to weld these work pieces. It is a technology for mechanically and electrically connecting. Laser welding technology is generally widespread in a wide range of fields such as home appliances, precision equipment, and automobile parts.
こうしたレーザ溶接技術においては個々のレーザ発振器や被加工物の形状や大きさに応じて、種々の調整項目がトライアンドエラーにより調整されるのが一般的であるが、所定品質の加工品が得られない場合にそうしたトライアンドエラーによる調整では対応できない場合が存在する。そのため、特許文献1に示すように加工装置の内部情報の測定値と仮判定部とに設定されたしきい値との比較により良否判定を行い、実際の加工品との品質をフィードバックして仮判定部のしきい値を更新することもなされている。
In such laser welding technology, various adjustment items are generally adjusted by trial and error according to the shape and size of each laser oscillator or workpiece, but a processed product of a predetermined quality can be obtained. If this is not possible, there are cases where such trial-and-error adjustments cannot be used. Therefore, as shown in
しかしながら、特許文献1による加工結果の評価方法では、加工後に加工結果を評価しており、加工結果を得るまでに時間を要する。さらに、特許文献1による加工結果の評価方法では、加工後に加工結果を取得し、加工結果が異常であることを検知できたとしてもその原因が特定できないため、異常への対応に手間がかかる。
However, in the method for evaluating the processing result according to
本開示のレーザ加工システム、学習装置および学習装置の学習方法は、上記従来の問題点に鑑み、異常の原因を含むレーザ溶接の評価を、精度良く行えるようにすることを目的としている。 The learning method of the laser processing system, the learning device, and the learning device of the present disclosure aims to enable accurate evaluation of laser welding including the cause of abnormality in view of the above-mentioned conventional problems.
本開示のレーザ加工システムは、レーザ光を被加工物の表面上に集光させることで、前記被加工物を溶接するレーザ加工装置と、前記レーザ加工装置に対する学習を実行する学習装置と、から構成されるレーザ加工システムであって、前記学習装置は、レーザ加工に関する少なくとも一つのレーザ条件と、前記レーザ加工の実行中に測定される少なくとも一つの測定値に基づき演算された演算結果と、を含む状態変数が入力される入力処理部と、前記状態変数に基づいて、前記レーザ加工の評価を導出する評価モデルを更新する学習を実行する学習部と、を備える。 The laser processing system of the present disclosure comprises a laser processing apparatus that welds the workpiece by condensing the laser beam on the surface of the workpiece, and a learning apparatus that executes learning for the laser processing apparatus. In the laser processing system to be configured, the learning device obtains at least one laser condition related to laser processing and a calculation result calculated based on at least one measured value measured during execution of the laser processing. It includes an input processing unit in which the included state variables are input, and a learning unit that executes learning to update an evaluation model for deriving the evaluation of the laser processing based on the state variables.
本開示の学習装置は、レーザ光を被加工物の表面上に集光させることで、前記被加工物を溶接するレーザ加工装置に対する学習を実行する学習装置であって、レーザ加工に関する少なくとも一つのレーザ条件と、前記レーザ加工の実行中に測定される少なくとも一つの測定値に基づき演算された演算結果と、を含む状態変数が入力される入力処理部と、前記状態変数に基づいて、前記レーザ加工の評価を導出する評価モデルを更新する学習を実行する学習部と、を備える。 The learning device of the present disclosure is a learning device that performs learning on a laser processing device that welds the work piece by condensing a laser beam on the surface of the work piece, and is at least one related to laser processing. An input processing unit in which a state variable including a laser condition and a calculation result calculated based on at least one measured value measured during execution of the laser machining is input, and the laser based on the state variable. It is provided with a learning unit that executes learning to update the evaluation model for deriving the evaluation of machining.
本開示の学習装置の学習方法は、レーザ光を被加工物の表面上に集光させることで、前記被加工物を溶接するレーザ加工装置に対する学習を実行する学習装置の学習方法であって、レーザ加工に関する少なくとも一つのレーザ条件と、前記レーザ加工の実行中に測定される少なくとも一つの測定値に基づき演算された演算結果と、を含む状態変数が入力される入力ステップと、前記状態変数に基づいて、前記レーザ加工の評価を導出する評価モデルを更新する学習を実行する学習ステップと、を備える。 The learning method of the learning device of the present disclosure is a learning method of a learning device that executes learning for a laser processing device that welds the work piece by condensing a laser beam on the surface of the work piece. An input step in which a state variable including at least one laser condition related to laser machining and a calculation result calculated based on at least one measured value measured during the execution of the laser machining is input, and the state variable Based on this, it includes a learning step of executing learning to update the evaluation model for deriving the evaluation of the laser machining.
本開示のレーザ加工システム、学習装置および学習装置の学習方法によれば、異常の原因を含むレーザ溶接の評価を、精度良く行える。 According to the laser processing system, the learning device, and the learning method of the learning device of the present disclosure, it is possible to accurately evaluate the laser welding including the cause of the abnormality.
(実施の形態)
以下、本開示の実施の形態について、図1ないし図16を参照して説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 16.
図1に、本開示の実施の形態のレーザ加工評価システム1の概要を示すブロック原理図を示す。図1に示す本開示のレーザ加工評価システム1は、入力ステップを実行する入力処理部2と、学習ステップを実行する学習処理部3と、出力ステップを実行する出力処理部4とを、機能として備える。
FIG. 1 shows a block principle diagram showing an outline of the laser
入力処理部2は、レーザ溶接中(加工中)に測定した物理量15を状態変数12として取得し、学習処理部3の評価モデル11(後述)に入力する。
The
学習処理部3は、学習済みの評価モデル11と、データセット群14とを備える。
The
出力処理部4は、レーザ加工評価結果13を外部に出力する。
The
このような構成により、レーザ加工評価システム1は、学習済みの評価モデル11に対して状態変数12を入力してレーザ加工評価結果13を出力させる構成となっている。評価モデル11はデータセット群14を用いた学習処理部3による学習ステップを経て最適化されたものである。レーザ加工評価結果13は、物理量15を測定した際のレーザ溶接加工での異常の有無および異常時の原因を予測した結果である。
With such a configuration, the laser
状態変数12は、レーザ加工に関する少なくとも一つのレーザ条件と、レーザ溶接加工毎に実測により求められる物理量15に基づく変数である。レーザ加工に関するレーザ条件は、例えば、レーザ波長、スポット径(レーザ強度分布プロファイル)、レーザ出力プロファイル(レーザ出力、照射時間、出力変化)、アシストガス量、アシストガス流速、アシストガス供給位置、アシストガス供給方向、集塵用吸気ダクト位置、集塵用吸気流速、のうちの少なくとも1つである。また、状態変数12は、物理量15を変換したものを取得することが好ましい。物理量15として取得した情報は、レーザ溶接加工評価のために必要な情報以外の情報が含まれている可能性がある。そのため、状態変数12は、物理量15を適切に変換したものを取得することが好ましい。
The
入力である物理量15は、加工部温度、加工部からの熱放射光量、加工部の可視光量、被加工物の振動量、加工部のOCT信号の内の少なくとも1つである。1回のレーザ溶接加工が開始されてから終了するまでにリアルタイムで測定された物理量15は、状態変数12として評価モデル11に入力される。レーザ溶接評価にてプロセスの特徴、例えばレーザ出力プロファイルのカーブの曲率など物理量15の局所的な値の傾向を捉えるのに十分な量のサンプル数が必要となるため、物理量15のサンプリング周期(測定周期)は、レーザ照射の出力制御を行う時間の100分の1以下が望ましい。
The input
評価モデル11には物理量15が状態変数12として入力される。評価モデル11は、入力された状態変数12を加工して出力に変換する関数(すなわち状態変数12に基づいてレーザ加工評価結果13を求めて出力する関数)を備えたモデルである。図2を参照して後述する学習処理部3による処理(学習ステップ)にて関数を最適化することで、評価モデル11は、精度の高いレーザ加工評価結果13を求めることができる。
The
レーザ加工評価結果13は、レーザ溶接加工の異常を段階的に評価した結果である。レーザ加工評価結果13は、加工に異常がない場合の1パターンと、加工に異常がある場合の異常原因のパターン数のnパターンと、の和であるn+1パターンに分類されている。異常原因のパターンとしては、例えば、スパッタの発生、溶融部の貫通、ヒュームの発生、プラズマの発生、レーザ出力変動、スポット径変動、レーザ照射時間変動、及びワーク起因の変動などの既知の不良原因が挙げられる。
The laser
レーザ加工評価結果13は、具体的には上記パターンの確率を、n+1個の要素毎に保持する1次元のベクトルである。出力処理部4は、各要素の中で最も値が大きい要素、すなわち発生する確率が最も高いパターン(不良原因)を出力する。
The laser
評価モデル11の学習に用いるデータセット群14は、入力データと出力データとの2つのデータをセットにして蓄積したものである。詳しくは、データセット群14は、入力データとして、1回のレーザ溶接加工において測定された物理量15に基づく状態変数12を、出力データとして、その状態変数12を測定した際のレーザ加工結果16(図2参照)を、セットにしてレーザ溶接加工毎に蓄積したものである。
The
レーザ加工結果16は、溶接加工ごとに実測により求められ、レーザ溶接加工中の物理量15と関連づけられる。すなわち、ある溶接加工が行われた際に、物理量15の検出とレーザ加工結果16の判断とがセットで行われ、セットでデータセット群14に入力される。レーザ加工結果16は、例えば加工品の良否として、人によりまたは従来技術を用いた機械的手段により判断され、データセット群14に入力される。レーザ加工結果16は、例えばレーザ加工結果を実測する装置によって測定され、信号で入力される。また、レーザ加工結果16は、例えば検査工程で人によって評価され、キーボード等の入力装置を介して入力されても良い。溶接加工プロセスの良否は、加工品の良否に基づいて判断されるのが最も簡易であるが、その他の基準に基づいて溶接加工プロセスの良否が判断されても良い。
The laser processing result 16 is obtained by actual measurement for each welding process and is associated with the
なお、レーザ加工結果16は、レーザ溶接加工の異常を段階的に評価したものであり、加工に異常がない場合の1パターンと、加工に異常がある場合の異常原因のパターン数のnパターン、との和であるn+1パターンに分類されたものである。異常原因のパターンとしては、例えば、スパッタの発生、溶融部の貫通、ヒュームの発生、プラズマの発生、クリアランスの過剰、クリアランスの過剰、クリアランスの不足、工具の磨耗、金型の設置誤りなどの既知の不良原因が挙げられる。 The laser processing result 16 is a stepwise evaluation of the abnormality of the laser welding processing, and one pattern when there is no abnormality in the processing and n patterns of the number of patterns which cause the abnormality when there is an abnormality in the processing. It is classified into the n + 1 pattern which is the sum of and. Known patterns of abnormal causes include, for example, spatter generation, fusion penetration, fume generation, plasma generation, excess clearance, excessive clearance, insufficient clearance, tool wear, and mold installation error. The cause of the defect is mentioned.
図2に、本開示の実施の形態のレーザ加工評価システム1の学習処理部3によって行われる学習ステップの概要を説明するためのブロック原理図を示す。データセット群14より抽出されたデータセット(状態変数12およびレーザ加工結果16)の内、入力データすなわちレーザ溶接加工中の物理量15に基づく状態変数12を評価モデル11に入力する。評価モデル11から出力されたレーザ加工評価結果13と、データセット群14から抽出されたレーザ加工結果16との誤差17を損失関数18により計算する。そして、この誤差17をもとに最適化アルゴリズム19による評価モデル11の重み係数の更新を行う。この一連の動作による重み係数の更新は、データセット群14に蓄積されたすべてのデータセットを使用して行われる。詳しくは、全データセット群14における全レーザ加工結果16と、評価モデル11により推測されたレーザ加工評価結果13との差分の和である誤差17が最小となり収束するまで、全データセット群14を用いた評価モデル11の重み係数の更新を繰り返すことで学習が行われる。誤差17の導出に好適な損失関数18として、評価モデル11が、前述の異常原因のパターンごとに分類してレーザ加工評価結果13を出力するため、グループ分類のアルゴリズムに適した損失関数である交差エントロピー誤差を用いることが望ましい。また、最適化アルゴリズム19に用いる手法として、最急降下法やRMSpropを用いることが望ましい。
FIG. 2 shows a block principle diagram for explaining the outline of the learning steps performed by the
学習ステップは、溶接加工と並行して実施することが可能である。すなわち、溶接加工中にリアルタイムで学習により評価モデル11の最適化を進めることが可能である。しかし、データセット群14には実測でのレーザ加工結果16が必要である。このため、好適には、入力された状態変数12と、実測にて得られるレーザ加工結果16との両方が得られるタイミングである、レーザ溶接加工終了後に学習ステップを行うことが望ましい。
The learning step can be performed in parallel with the welding process. That is, it is possible to proceed with the optimization of the
学習ステップにより評価モデル11の最適化を効果的に行うためには、データセット群14の入力データ(物理量15)と出力データ(レーザ加工結果16)との間に強い結びつき(相関関係)があることが必要である。レーザ加工評価システム1を最適化するに当たっては、レーザ溶接加工の異常に強い相関がある物理量15に基づく状態変数12を入力データとして適切に選定することが求められる。そのレーザ溶接加工の異常に強い相関がある物理量15の例として、加工部から発せられる熱放射光量と加工品質との相関、可視光量と加工部品質との相関、振動と加工品質との相関、及び、OCTと加工部品質との相関を以下に説明する。
In order to effectively optimize the
図3に、本開示の実施の形態のレーザ溶接装置の模式図を示す。レーザ発振器21から射出したレーザ光は、レーザ伝送用ファイバー22を介して鏡筒23に伝送される。鏡筒23内でレーザ伝送用ファイバー22から射出されたレーザ光26は、コリメートレンズ24で平行光に成形され、第一反射ミラー27および第二反射ミラー28を透過して、集光レンズ25にて被加工物20の表面上に集光される。レーザ光26は、レーザ波長が1070nmdのファイバーレーザであり連続波である。
FIG. 3 shows a schematic view of the laser welding apparatus according to the embodiment of the present disclosure. The laser light emitted from the
本開示の実施の形態では、レーザ波長1070nmdであるファイバーレーザを用いたが、レーザ波長は、被加工物20の光の吸収特性によって最適なレーザ波長を選択すればよい。例えば、被加工物20が銅又は金の場合は、レーザ波長は405−450nmの短い波長が好ましく、また被加工物20がアルミの場合は、吸収特性がよく良好な溶接が可能となることからレーザ波長は800nm程度の波長が好ましい。
In the embodiment of the present disclosure, a fiber laser having a laser wavelength of 1070 nmd is used, but the optimum laser wavelength may be selected according to the light absorption characteristics of the
本開示の実施の形態では、レーザ光26に連続波を用いたが、レーザ光26にパルス波のレーザ光を用いても良い。レーザ光26に連続波のレーザ光を用いた場合、被加工物20への投入熱量を大きくできるため生産性高くレーザ溶接が可能である点で好ましい。またレーザ光26にパルス波のレーザ光を用いた場合、連続波に比べ加工時の熱影響を低減できる点で好ましい。
In the embodiment of the present disclosure, a continuous wave is used for the
本開示の実施の形態では、レーザ発振器21で射出されたレーザ光を、レーザ伝送用ファイバー22を用いて鏡筒23に導光したが、レーザ発振器21で射出されたレーザ光を、ミラーなどの光学素子を用いて鏡筒23に導光してもよい。
In the embodiment of the present disclosure, the laser beam emitted by the
本開示の実施の形態では、被加工物20の定点へレーザ光26の照射を行っているが、レーザ照射部を走査して連続的な溶接部を形成するようにしてもよい。レーザ照射部を走査する構成として、被加工物20や鏡筒23をステージやロボットなどの駆動装置へ取付けたり、ガルバノミラーなどを用いたりする構成が例示される。
In the embodiment of the present disclosure, the fixed point of the
本開示の実施の形態では、被加工物20にレーザ光26を照射した際に生じる熱放射光を検出するための熱放射光センサ29を具備する。
In the embodiment of the present disclosure, a thermal
本開示の実施の形態では、被加工物20にレーザ光を照射した際に生じる振動を検出するためのレーザ超音波センサ31が具備されている。加工部(被加工物20におけるレーザ光26が照射される部分、以下「レーザ照射部」ともいう)から発せられた振動は加工部から広がるように被加工物20を伝播する。伝播した振動を検出するためのレーザ超音波用レーザ32を被加工物20に照射する。
In the embodiment of the present disclosure, a laser
本開示の実施の形態では、レーザ照射部の上方(レーザ光が照射される側)の近傍を通過するように、可視光源33から発せられた可視光レーザ35(検査光)を可視光センサ34で検出している。本開示の実施の形態では可視光レーザ35を発振する可視光源33を用いたが、可視光源33に替えてランプなどの拡散光源を用いても良い。拡散光源を用いた場合、より広い領域の計測が可能となる。可視光源33及び可視光センサ34は後述するようにレーザ照射部の上方に発生するフュームを検出するものである。
In the embodiment of the present disclosure, the visible light laser 35 (inspection light) emitted from the visible
本開示の実施の形態では、レーザ照射部に形成されるキーホールなどの深さを計測するためOCTセンサ36を具備している。OCTセンサ36から発せられたOCT測定用レーザ37は第二反射ミラー28で反射され、集光レンズ25を介して、被加工物20の溶融部38に照射される。OCT測定用レーザ37は溶融部38の凹底部(キーホールの凹状の底面)で反射し、集光レンズ25を介して、第二反射ミラー28で反射し、OCTセンサ36に戻り、光の干渉現象を用いて溶融部38の凹底部の深さとして算出される。つまり、第二反射ミラー28には、OCT測定用レーザ37のみを反射する波長選択性の反射膜を形成している。
In the embodiment of the present disclosure, an
図4に、本開示の一実施形態の熱放射光検出方法を説明するための模式図を示す。一般的には、熱放射光量は温度と高い相関があるため、熱放射光量の検出は、溶融部38の温度測定に使われる。本開示の実施の形態では、レーザ照射位置(レーザ照射部の中心位置)を中心としてφ5mm程度の領域(以下「検出領域」という)の熱放射光を検出した。この検出領域は溶融部38より広い領域となる。検出領域を小さくすることで、特定の位置の温度情報を精度良く測定することが可能となるが、測定が表面状態や表面の凹凸などの影響を受けるため、測定のばらつきが大きくなる。このため、溶融部38より広い領域を検出領域とすることで、測定ばらつきを小さくすることができる。
FIG. 4 shows a schematic diagram for explaining the thermal radiation light detection method according to the embodiment of the present disclosure. In general, the amount of thermal radiation has a high correlation with the temperature, so the detection of the amount of thermal radiation is used to measure the temperature of the
熱放射光の検出領域の径は、レーザ溶接用のレーザ光26のスポット径(レーザ照射部の直径)と同等以上とするとよい。
The diameter of the detection region of the thermal radiation light may be equal to or larger than the spot diameter (diameter of the laser irradiation portion) of the
また、測定熱放射光として、赤外領域の波長の光を用いると良く、本開示の本実施の形態では、測定熱放射光として1300nmの波長の光を用いた。被加工物20にレーザ光を照射すると溶融部38から熱放射光が発せられる。加工部から発せられた熱放射光は集光レンズ25を介してレーザ光26とは逆の方向に進行し、第一反射ミラー27で反射し、熱放射光センサ29に入射する構造となっている。つまり、第一反射ミラー27には、熱放射光のみを反射する波長選択性の反射膜を形成している。
Further, it is preferable to use light having a wavelength in the infrared region as the measurement heat radiant light, and in the present embodiment of the present disclosure, light having a wavelength of 1300 nm is used as the measurement heat radiant light. When the
さらに、熱放射光30は、第一反射ミラー27で反射された後の熱放射光センサ29に入射するまでの光路上に、1300nmの光を選択的に透過させるバンドパスフィルターを配置してもよい。バンドパスフィルターを配置することで、不要な波長の光が熱放射光センサ29に入射することを防ぎ、より精度のよい熱放射光量の測定が可能となる。
Further, even if a bandpass filter that selectively transmits 1300 nm light is arranged on the optical path until the heat
また、本開示の実施の形態では、単一の波長の熱放射光の検出を行っているが、複数の熱放射光センサを用いて2波長以上の波長を検出しても良い。2波長以上の複数の波長を用いることで、単一波長での検出に比べ、より精度良く熱放射光量の検出が可能となる。 Further, in the embodiment of the present disclosure, the thermal radiant light having a single wavelength is detected, but two or more wavelengths may be detected by using a plurality of thermal radiant light sensors. By using a plurality of wavelengths of two or more wavelengths, it is possible to detect the amount of heat radiation more accurately than the detection with a single wavelength.
図5は、本開示の実施形態の熱放射光の測定による溶接不良の検出方法を説明するための模式図である。溶接不良とは、被加工物20に対して溶融部38がレーザ照射面(図5の紙面上における上側の面)から裏面(図5の紙面上における下側の面)まで貫通することで貫通溶融部39となり、貫通溶融部39が当該裏面に露出した場合や、溶融部38からスパッタ40が発生した場合を指す。図5では、貫通溶融部39が被加工物20を貫通すると共にスパッタ40が発生した状態が示されている。なお、図5において、符合41は被加工物20の裏面からの熱放射光を示し、符合42はスパッタ40からの熱放射光を示す。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a method for detecting welding defects by measuring thermal radiation light according to the embodiment of the present disclosure. Welding failure means that the
図6は、本開示の実施形態の熱放射光量と溶接品質との相関関係の一例を説明するための図であって、熱放射光量−時間線図とレーザ出力−時間線図とを上下に並べて示す図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the correlation between the amount of heat radiation and the welding quality according to the embodiment of the present disclosure, and the heat radiation amount-time diagram and the laser output-time diagram are shown up and down. It is a figure which shows side by side.
例えば、図6に示すレーザ出力プロファイル43のように、一定時間、一定の出力のレーザ光26を被加工物20に照射する場合、適切な溶融時の熱放射プロファイル44は図6に示すようになる。詳しくは、レーザ照射部の温度上昇に伴い、熱放射光量が増加する。そして、レーザ照射部の温度が上昇して、レーザ照射による入熱量と、被加工物の熱伝導によるレーザ照射部から周辺への熱の逃げとの収支が均等になるとレーザ照射部では、温度が安定し(一定となり)、熱放射光量も一定となる。その後、レーザ照射が完了すると、レーザ照射部の温度が低下し、レーザ照射部の温度低下に伴って、熱放射光量が減少する。
For example, when the
一方で、溶接不良発生時の熱放射プロファイル45では、溶融不良が発生した時点で熱放射光量のピーク46や、貫通溶接時の熱放射光量の減少部47が生じる。このような熱放射光量のピーク46や減少部47が検出されることで、レーザ溶接時に不良が発生したことを判断できる。
On the other hand, in the
詳しくは、ピーク46が検出された場合は、スパッタ40が発生したと判断できる。溶接不良の一例として、図5に示すように、スパッタ40が発生した場合には、溶融部から飛び出したスパッタ40が溶融部とは別の熱放射光の発生源となり、スパッタ40から発せられた熱放射光42が集光レンズ25に入射し、第一反射ミラー27で反射した後、熱放射光センサ29で検出される。このことで、図6に示すように、適切な溶融時の熱放射プロファイル44と比べて熱放射光量の増加が見られる。また、スパッタ40は高速で飛散しているため、瞬間的に集光レンズ25の視野外に飛び出てしまうことで、検出された熱放射光の当該増加はピーク形状のピーク46となる。本開示の実施の形態では、適切な溶融時の熱放射光強度に対して、スパッタ40が発生した場合には、2〜5倍程度の熱放射光強度の増加が見られ、スパッタ由来のピーク46が観測された。
Specifically, when the
その一方、別の溶接不良の一例として、溶融部がレーザ照射面から裏面に貫通することで貫通溶融部39となり、溶融部がレーザ照射面の裏面に露出した場合には、熱放射光30の一部が、貫通した裏面からも射出される。このため、集光レンズ25に入射して熱放射光センサ29で検出される熱放射光量が減少し、図6に示すように、適切な溶接時の熱放射光強度に比べて10〜50%程度の熱放射光強度が低減した減少部47が生じる。
On the other hand, as another example of welding failure, when the molten portion penetrates from the laser irradiation surface to the back surface to become the penetrating
一般的に、スパッタ40の発生や溶融部38の貫通は入熱量の急激な上昇によって起こる。図6に示されるレーザ出力プロファイル43のように一定出力でレーザ光が照射された際、スパッタ40が発生した場合、及び、溶融部38の貫通が発生した場合(貫通溶融部39が発生した場合)には、被加工物20のレーザ照射部が正常な状態では無い可能性が高い。したがって、熱放射光量の変動(ピーク46又は減少部47)が検出された場合には、被加工物20の表面に、汚れ、キズがあったり異物が付着したりしていることを推測できる。
Generally, the generation of
また、複数の被加工物20を重ね合わせ、重ね合わせた方向からレーザ光26を照射し、複数の被加工物20同士を溶接する重ね合わせ溶接を行う場合には、複数の被加工物20同士を密着させたほうがよい。なぜなら、レーザ溶接中の熱による変形や加工前からの被加工物20の歪などで被加工物20同士に隙間があると、被加工物20同士の未接合や接合部の強度不足などの問題が発生するからである。被加工物20同士に隙間があった場合には、溶融部38が、一方の被加工物20を貫通して前記隙間まで抜けた状態となり、熱放射光強度の低下が見られる。このため、重ね合わせ溶接の場合には、熱放射光強度の低下により被加工物20同士の隙間の発生を推測することができる。
Further, when a plurality of
図7に、本開示の一実施形態の振動検出方法を説明するための模式図を示す。一般的に、レーザ溶接時には被加工物20の溶融、又は当該溶融により生じた金属の動き(流れ)などに起因して、溶融部38から振動48が発生する。溶融部38で発生した振動48は被加工物20及び大気を伝播し、溶融部38から広がっていく。振動48の検出には、マイク、AEセンサ、又は、レーザ超音波センサ31などを用いればよい。本開示の実施の形態では、レーザ超音波センサ31を使用し、このレーザ超音波センサ31から発振されたレーザ超音波用レーザ32を用いて被加工物20を伝播する振動48を検出した。また、本開示の実施の形態では、被加工物20の定点へレーザ光26を照射しているが、被加工物20や鏡筒23をステージやロボットなどの駆動装置へ取付けたり、ガルバノミラーなどを用いたりすることでレーザ照射部を走査して連続的な溶接を行うレーザ溶接としてもよい。この場合、振動48の検出を、レーザ超音波センサ31により行うことが、連続的な溶接にも対応することが容易となるので好ましい。
FIG. 7 shows a schematic diagram for explaining the vibration detection method according to the embodiment of the present disclosure. Generally, during laser welding,
図8は、本開示の一実施形態の振動の測定による溶接不良の検出方法を説明するための模式図である。溶接不良とは、被加工物20のレーザ照射部に発生する溶融部がレーザ照射面から裏面まで貫通することで貫通溶融部39となり、溶融部がレーザ照射面の裏面に露出した場合や、溶融部からスパッタ40が発生した場合等を指す。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a method for detecting welding defects by measuring vibration according to the embodiment of the present disclosure. Welding failure means that the molten portion generated in the laser irradiation portion of the
図9に、本開示の一実施形態の振動と溶接品質との相関関係の一例を説明するための図であって、振動ゲイン−時間線図とレーザ出力−時間線図とを上下に並べて示す図である。例えば、レーザ出力プロファイル43のように、一定時間、一定の出力のレーザ光26を被加工物20に照射する場合、適切な溶融部38の振動ゲインプロファイル50では、溶融部38の拡大及び深化に伴い、振動ゲインが増加する。レーザ照射部の温度が上昇し、レーザ照射による入熱量と、被加工物の熱伝導によるレーザ照射部から周辺への熱の逃げの収支と、が均等になった時点で溶融が安定し、溶融部38の大きさ及び深さが安定すること(一定となること)で、振動ゲインも一定となる。その後、レーザ照射が完了すると、溶融部38の大きさが縮小し、振動ゲインが減少する。
FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the correlation between vibration and welding quality according to the embodiment of the present disclosure, in which a vibration gain-time diagram and a laser output-time diagram are shown side by side. It is a figure. For example, when the
一方で、溶接不良発生時の振動ゲインプロファイル51では、溶融不良が発生した時点で振動ゲインに変動が発生する。例えば、スパッタ40が発生するとスパッタ40由来の振動ゲインのピーク52が発生し、貫通溶融部39が被加工物20に形成されると、貫通溶融部39の発生に由来して振動ゲインの減少部53が発生する。そこで、振動ゲインのピーク52や、振動ゲインの減少部53が検出されることで、レーザ溶接時の不良の発生を判断できる。
On the other hand, in the
溶接不良の一例として、図8に示すように、スパッタ40が発生した場合には、溶融部から飛び出したスパッタ40が溶融部の溶融状態を乱すため振動49の状態が変化し、振動ゲインが変化する。また、スパッタ40は高速で溶融部から飛び出すため、スパッタ40の飛散後は、溶融部が再び安定な状態に戻るため検出された振動ゲインの増加はピーク形状を示す。本開示の実施の形態では振動ゲインのみを示したが、得られた振動の周波数解析を行ってもよく、スパッタ40が発生した際には、溶融部の状態が瞬間的に変化するため、適切な溶融状態で見られる振動とは違う振動数が検出される。
As an example of welding failure, as shown in FIG. 8, when sputtering 40 occurs, the state of
別の溶接不良の一例として、図5に示すように、溶融部がレーザ照射面から裏面に貫通することで貫通溶融部39となり、溶融部がレーザ照射面の裏面に露出した場合には、振動の主な発生源である溶融部の底の凹部がなくなるため振動ゲインが減少し、貫通時の振動ゲインの減少部53が見られる。
As another example of welding failure, as shown in FIG. 5, the fused portion penetrates from the laser irradiation surface to the back surface to form a penetrating
一般的に、スパッタ40の発生や貫通溶融部39の発生は、それぞれ急激な入熱量の上昇によって起こる。図9に示すレーザ出力プロファイル43のように、一定の出力でレーザ光を照射した際に、スパッタ40や溶融部の貫通(貫通溶融部39)が発生した場合には、被加工物20のレーザ照射部の状態が正常では無い可能性が高い。したがって、振動ゲインの変動が測定された場合には、被加工物20の表面に、汚れ、キズがあったり、異物が付着したりしていることを推測できる。
In general, the generation of
また、複数の被加工物20を重ね合わせ、重ね合わせた方向からレーザ光26を照射し、複数の被加工物20を溶接する重ね合わせ溶接を行う場合には、複数の被加工物20同士を密着させたほうがよい。なぜなら、レーザ溶接中の熱による変形や加工前からの被加工物20の歪などで被加工物20同士に隙間があると、被加工物20同士の未接合や接合部の強度不足などの問題が発生するからである。被加工物20同士に隙間があった場合には、溶融部38が被加工物20を貫通して前記隙間まで抜けた状態となり、振動ゲインの低下が見られる。このため、重ね合わせ溶接の場合には、振動ゲインの低下により被加工物20同士の隙間の発生を推測することができる。
Further, in the case of superimposing the plurality of
図10は、本開示の一実施形態の可視光の測定によるヒュームの発生の検出方法を説明するための模式図を示す。図11は、本開示の一実施形態の可視光の測定によるプラズマの発生の検出方法を説明するための模式図である。本開示の実施の形態では、可視光源33として、He−Neレーザを用いた。可視光センサ34は、回折格子(図示せず)などを用いた分光機能と分光した光を検出するCCDイメージセンサなどのセンサ(図示せず)とを具備する。
FIG. 10 shows a schematic diagram for explaining a method of detecting the generation of fume by measuring visible light according to the embodiment of the present disclosure. FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a method of detecting the generation of plasma by measuring visible light according to the embodiment of the present disclosure. In the embodiment of the present disclosure, a He-Ne laser is used as the visible
図12Aないし図12Cは、それぞれ、本開示の一実施形態の可視光と溶接品質との相関関係の一例を説明するための図であって、可視光量−時間線図とレーザ出力−時間線図とを上下に並べて示す図である。図12Aは適切な溶融時、図12Bはヒューム発生時、図12Cはプラズマ発生時の可視光量−時間線図をそれぞれ表す。 12A to 12C are diagrams for explaining an example of the correlation between visible light and welding quality according to the embodiment of the present disclosure, respectively, and are a visible light amount-time diagram and a laser output-time diagram. It is a figure which shows and side by side. 12A shows the appropriate melting time, FIG. 12B shows the fume generation, and FIG. 12C shows the visible light amount-time diagram at the time of plasma generation.
本開示の実施の形態では、第一の可視光量プロファイル56,58,60および第二の可視光量プロファイル57,59,61は、分光後の光から特定の波長を抽出したときの可視光量−時間線図である。第一の可視光量プロファイル56,58,60は、可視光源33にHe−Neレーザを使用した場合において、可視光センサ34が検出した光量(可視光量)の変化を示す。
In the embodiments of the present disclosure, the first
第二の可視光量プロファイル57,59,61の計測に使用される光(第二の可視光)は、可視光波長であり、且つ、波長がHe−Neレーザと違っていればよい。第二の可視光は、第一の可視光であるHe−Neレーザの波長との相異が大きいほどよく、青色波長から緑色波長の可視光が望ましい。本開示の実施の形態では532nmの緑色の光を第二の可視光として用い、第二の可視光量プロファイルを検出した。 The light used for the measurement of the second visible light amount profiles 57, 59, 61 (second visible light) may have a visible light wavelength and a wavelength different from that of the He-Ne laser. The second visible light is better as the difference from the wavelength of the He-Ne laser, which is the first visible light, is larger, and visible light having a blue wavelength to a green wavelength is desirable. In the embodiment of the present disclosure, green light of 532 nm was used as the second visible light, and the second visible light amount profile was detected.
図12Aに示すように、適切な溶融時には図3において可視光源33からの可視光レーザ35の可視光量に時間の経過にかかわらず変動がなく、適切な溶融時の第一の可視光量プロファイル56は一定の可視光強度を示す。同様に、第二の可視光量プロファイル57にも時間の経過にかかわらず変動がない。
As shown in FIG. 12A, the visible light amount of the
一方、図10に示すように、被加工物20にレーザ光26を照射することで、被加工物20のヒューム54(蒸気)が溶融部38の上方に発生した場合、第一の可視光量プロファイル58は図12Bに示すようなプロファイルとなる。つまり、ヒューム54がレーザ光26だけでなく可視光レーザ35も遮るため、第一の可視光量プロファイル58に可視光量の低下が見られる。一方、第二の可視光量プロファイル59には変化が見られない。
On the other hand, as shown in FIG. 10, when the
ヒューム54が発生した場合には、ヒューム54がレーザ光26を遮るので、被加工物20へのレーザ光26による入熱量が低下し、溶融不足(溶け込み不足)が発生する。したがって、第一の可視光量プロファイル58の可視光量の低下から、未接合や接合強度不足などの溶接不良の発生を推測することができる。
When the
次に、図11に示すように、被加工物20にレーザ光26を照射することで、溶融部38に上方に発生した被加工物20のヒューム(蒸気)がレーザ光26を吸収することで、プラズマ化し、溶融部38上にプラズマ55が発生することがある。この場合、プラズマ55は白色に輝く。そのため、図12Cに示すように、第一の可視光量プロファイル60および第二の可視光量プロファイル61には共に可視光量の増加が見られる。
Next, as shown in FIG. 11, by irradiating the
また、図11を参照して説明したように、プラズマ55が発生した場合には、レーザ光26が吸収され、被加工物20へのレーザ光26による入熱量が低下し、溶融不足(溶け込み不足)が発生する。したがって、第一の可視光量プロファイル60および第二の可視光量プロファイル61によって、未接合や接合不良などの溶接不良の発生を予見すると共に、高温のプラズマ55による被加工物20への影響に起因する、不要な表面溶融などの不良の発生を予見することができる。詳しくは、プラズマ55が発生すると、図12Cを参照して説明したように、第一の可視光量プロファイル60および第二の可視光量プロファイル61には共に可視光量の増加が見られる。したがって、第一の可視光量プロファイル60の可視光量の増加及び第二の可視光量プロファイル61の可視光量の増加の両方が検出された場合には、溶融不足、未接合、接合不良、又は、不要な表面溶融の発生を推測することができる。
Further, as described with reference to FIG. 11, when the
一般的に、ヒューム54によってレーザ光26が遮られることを防ぐため、アシストガスの拭きつけによるヒューム54の除去が行われる。そのため、ヒューム54の発生が検出された場合、すなわち、第一の可視光量プロファイル60又は第二の可視光量プロファイル61の可視光量の変動が検出された場合、アシストガス種、アシストガス流速、アシストガス圧、及び、アシストガスの吹き付け位置のいずれかが不適であると推測できる。また、このとき一般的に、集塵用吸気ダクトを用いて、アシストガスの吹きつけによって飛散するヒュームを集塵する(図示せず)。そのため、ヒューム54の発生が検出された場合、集塵用吸気ダクト位置、集塵用吸気流速のいずれかが不適であると予見できる。
Generally, in order to prevent the
図13Aないし図13Cは、それぞれ、本開示の一実施形態のキーホール形状に応じたOCT信号の戻り方を説明するための模式図である。図14は、本開示の一実施形態のOCT信号強度と溶接品質との相関関係の一例を説明するための図であって、OCT信号強度−時間線図とレーザ出力−時間線図とを上下に並べて示す図である。 13A to 13C are schematic views for explaining how to return the OCT signal according to the keyhole shape of the embodiment of the present disclosure, respectively. FIG. 14 is a diagram for explaining an example of the correlation between the OCT signal intensity and the welding quality according to the embodiment of the present disclosure, and the OCT signal intensity-time diagram and the laser output-time diagram are up and down. It is a figure which shows side by side in.
図13Aは適切な溶接が行われている状態を示している。適切な溶接の場合、図3においてOCTセンサ36からのOCT測定用レーザ37が、第二反射ミラー28で反射し集光レンズ25を介して、溶融部38に照射され、キーホールの底で反射し、この反射光64が集光レンズ25を介して再び第二反射ミラー28で反射し、OCTセンサ36に戻る。このとき、図14の適切な溶融時のOCT信号強度プロファイル65に示すように、安定したOCT信号強度を維持できるため、キーホール深さを測定することができる。
FIG. 13A shows a state in which proper welding is performed. In the case of proper welding, the
図13Bは、被加工物20をキーホール62が貫通した場合を示している。このとき、OCT測定用レーザ37が、貫通したキーホール62を通り抜けてしまうため、OCT信号強度は、図14に示す溶接不良時のOCT信号強度66のように低下する。図13Cは、キーホールが屈曲した場合を示している。このとき、OCT測定用レーザ37が屈曲したキーホール63の先端で反射する際に、被加工物20のレーザ入射面側に反射せず、キーホール63の底に向かって反射してしまう。このため、OCT信号強度は、図14に示す溶接不良時のOCT信号強度66のように低下する。キーホール63の屈曲は、レーザ照射部を走査して連続的な溶接部を形成するレーザ溶接する場合に発生し、走査速度が過多の場合においてキーホール63が屈曲形状を示す。走査速度が過多の場合、所定の溶け込み深さを形成できていない状態や、キーホール63の屈曲先端に空間が残りブローホールを発生させる。したがって、OCT信号強度の低下から、キーホールの屈曲、溶接の溶け込み不足、又は、ブローホールの発生などの不良を推測できる。
FIG. 13B shows a case where the
図15に、本開示の実施の形態において、評価モデル11に適用される畳み込みニューラルネットワーク67の構造図を示す。まず、状態変数12が入力層68に入力され、畳み込み層69にて、例えば図6の熱放射光量−時間線図において、溶接不良発生時の熱放射プロファイル45の傾きやピーク強度など、状態変数12の局所的なデータで特徴を捉える動作を様々なデータ位置にて繰り返す。このことで、畳み込み層69により状態変数12全体の特徴が抽出される。次に、プーリング層70にて畳み込み層69で抽出された特徴が顕著になるように処理を行う。最後に、全結合層71にてプーリング層70で要約された特徴を用いて分類し、結果を出力層72へ出力する。
FIG. 15 shows a structural diagram of the convolutional
このように畳み込みニューラルネットワーク67は入力データの特徴を把握し分類することに長けたモデルである。このため、畳み込みニューラルネットワーク67を、図3にて説明した評価モデル11に適用することで物理量15に基づく入力状態変数12の特徴の把握能力が向上して、出力であるレーザ加工評価結果13の精度が大きく向上する効果がある。
As described above, the convolutional
ところで、図3−5,7,8,10及び11では省略しているが、レーザ溶接装置101はさらに制御部112を有する。この制御部112はレーザ加工評価システム1の学習装置としての機能を備える。
By the way, although omitted in FIGS. 3-5, 7, 8, 10 and 11, the
制御部112について、図1および図16を用いて説明する。図16は、本開示の実施の形態の制御部112に関する機能ブロック図である。
The
制御部112は、図16に示されるように、学習部104,記憶部105および計算部106を備える。
As shown in FIG. 16, the
計算部106は、溶接時、熱放射光センサ29、可視光センサ34及びOCTセンサ36のそれぞれから取得した情報(物理量15)を状態変数12として取得する。すなわち、計算部106は、図1に示す入力処理部2としての機能を備える。計算部106は、評価モデル11を使用してレーザ加工評価結果13を出力する。すなわち、計算部106は、出力処理部4としての機能を備える。被加工物20のレーザ溶接後には、レーザ溶接加工時に計算部106に入力された状態変数12とレーザ加工結果16とがデータセットとして記憶部105に順次蓄積される。すなわち、記憶部105は、データセット群14としての機能を有する。学習部104は、記憶部105に蓄積された全データセット(データセット群14)に基づいて評価モデル11の学習を実行し、学習済みの評価モデル11を計算部106へフィードバックする。すなわち、学習部104、記憶部105および計算部106は協働して学習処理部3として機能する。
At the time of welding, the
本開示によれば、評価モデルを使用して精度よく溶接品質の評価を行いつつ、評価モデルを更新することで、熟練度に依存しない溶接の異常予知が可能となる。したがって異常に対する早期対応による不良数の減少、および装置のダウンタイム低減による生産性の向上が見込まれる。 According to the present disclosure, by updating the evaluation model while accurately evaluating the welding quality using the evaluation model, it is possible to predict welding abnormalities regardless of skill level. Therefore, it is expected that the number of defects will be reduced by early response to abnormalities and the productivity will be improved by reducing the downtime of the equipment.
1 レーザ加工評価システム
2 入力処理部
3 学習処理部
4 出力処理部
11 評価モデル
12 状態変数
13 レーザ加工評価結果
14 データセット群
15 物理量
16 レーザ加工結果
17 誤差
18 損失関数
19 最適化アルゴリズム
20 被加工物
21 レーザ発振器
22 レーザ伝送用ファイバー
23 鏡筒
24 コリメートレンズ
25 集光レンズ
26 レーザ光
27 第一反射ミラー
28 第二反射ミラー
29 熱放射光センサ
30 熱放射光
31 レーザ超音波センサ
32 レーザ超音波用レーザ
33 可視光源
34 可視光センサ
35 可視光レーザ(検査光)
36 OCTセンサ
37 OCT測定用レーザ
38 溶融部
39 貫通溶融部
40 スパッタ
41 被加工物20の裏面からの熱放射光
42 スパッタ40からの熱放射光
43 レーザ出力プロファイル
44 適切な溶融時の熱放射プロファイル
45 溶融不良発生時の熱放射プロファイル
46 スパッタ由来の熱放射プロファイルのピーク
47 貫通溶融時の熱放射光量の減少部
48 溶融部からの振動
49 スパッタ発生時の振動
50 適切な溶接時の振動ゲインプロファイル
51 溶接不良発生時の振動ゲインプロファイル
52 スパッタ由来の振動ゲインのピーク
53 貫通溶接時の振動ゲインの減少部
54 ヒューム
55 プラズマ
56 適切な溶融時の第一の可視光量プロファイル
57 適切な溶融時の第二の可視光量プロファイル
58 ヒューム発生時の第一の可視光量プロファイル
59 ヒューム発生時の第二の可視光量プロファイル
60 プラズマ発生時の第一の可視光量プロファイル
61 プラズマ発生時の第二の可視光量プロファイル
62 キーホール
63 屈曲キーホール
64 キーホール先端からの反射光
65 適切な溶接時のOCTの信号強度
66 溶接不良発生時のOCTの信号強度
67 畳み込みニューラルネットワーク
68 入力層
69 畳み込み層
70 プーリング層
71 全結合層
72 出力層
101 レーザ溶接装置
104 学習部
105 記憶部
106 計算部
112 制御部
1 Laser
36 OCT sensor 37 Laser for OCT measurement 38 Melting part 39 Penetrating melting part 40 Spatter 41 Thermal radiation from the back surface of the workpiece 20 42 Thermal radiation from the sputtering 40 Laser output profile 44 Thermal radiation profile at the time of appropriate melting 45 Thermal radiation profile when melting failure occurs 46 Peak of thermal radiation profile derived from spatter 47 Decrease in the amount of thermal radiation light when penetrating and melting 48 Vibration from the molten part 49 Vibration when spatter occurs 50 Vibration gain profile during proper welding 51 Vibration gain profile when welding failure occurs 52 Radiation gain peak due to spatter 53 Decrease in vibration gain during penetration welding 54 Fume 55 Plasma 56 First visible light amount profile at appropriate melting 57 First at appropriate melting Second visible light amount profile 58 First visible light amount profile at the time of fume generation 59 Second visible light amount profile at the time of fume generation 60 First visible light amount profile at the time of plasma generation 61 Second visible light amount profile at the time of plasma generation 62 Keyhole 63 Bending keyhole 64 Reflected light from the tip of the keyhole 65 OCT signal strength during proper welding 66 OCT signal strength when welding failure occurs 67 Folded neural network 68 Input layer 69 Folded layer 70 Pooling layer 71 Fully coupled Layer 72 Output layer 101 Laser welding device 104 Learning unit 105 Storage unit 106 Calculation unit 112 Control unit
Claims (9)
前記学習装置は、
レーザ加工に関する少なくとも一つのレーザ条件と、前記レーザ加工の実行中に測定される少なくとも一つの測定値に基づき演算された演算結果と、を含む状態変数が入力される入力処理部と、
前記状態変数に基づいて、前記レーザ加工の評価を導出する評価モデルを更新する学習を実行する学習部と、を備える、
レーザ加工システム。 It is a laser processing system consisting of a laser processing device that welds the work piece by condensing the laser light on the surface of the work piece, and a learning device that executes learning for the laser processing device. hand,
The learning device is
An input processing unit in which a state variable including at least one laser condition related to laser machining and a calculation result calculated based on at least one measured value measured during execution of the laser machining is input.
A learning unit that executes learning to update an evaluation model for deriving an evaluation of the laser machining based on the state variable is provided.
Laser processing system.
請求項1に記載のレーザ加工システム。 At least one measured value measured during the execution of the laser machining is the temperature of the machining part, the amount of heat radiated light from the machining section, the amount of visible light of the machining section, the vibration amount of the workpiece, and the OCT signal of the machining section. At least one of
The laser processing system according to claim 1.
前記レーザ加工の実行中において、加工部から発せられた熱放射光を測定する熱放射光センサを含み、
前記測定値は、前記加工部からの熱放射光量である、
請求項2に記載のレーザ加工システム。 The laser processing device is
A thermal radiation sensor that measures the thermal radiation emitted from the processing unit during the execution of the laser machining is included.
The measured value is the amount of heat radiation from the processed portion.
The laser processing system according to claim 2.
前記レーザ加工の実行中において、加工部近傍に設置される可視光源から発せられた可視光を検出する可視光センサを含み、
前記測定値は、前記可視光の可視光量である、
請求項2または3に記載のレーザ加工システム。 The laser processing device is
Includes a visible light sensor that detects visible light emitted from a visible light source installed near the machined portion during the execution of the laser machining.
The measured value is the amount of visible light of the visible light.
The laser processing system according to claim 2 or 3.
前記被加工物を伝播する振動を検出する振動センサを含み、
前記測定値は、前記被加工物の振動量である、
請求項2〜4のいずれか一項に記載のレーザ加工システム。 The laser processing device is
Includes a vibration sensor that detects vibration propagating through the workpiece.
The measured value is the amount of vibration of the work piece.
The laser processing system according to any one of claims 2 to 4.
加工部に形成されるキーホールの深さを計測するOCTセンサを含み、
前記測定値は、前記加工部のOCT信号である、
請求項2〜5のいずれか一項に記載のレーザ加工システム。 The laser processing device is
Includes an OCT sensor that measures the depth of keyholes formed in the machined area
The measured value is an OCT signal of the processed portion.
The laser processing system according to any one of claims 2 to 5.
請求項1〜6のいずれか一項に記載のレーザ加工システム。 At least one laser condition related to the laser processing includes laser wavelength, spot diameter (laser intensity distribution profile), laser output profile (laser output, irradiation time, output change), assist gas amount, assist gas flow velocity, assist gas supply position, and so on. At least one of the assist gas supply direction, the dust collection intake duct position, and the dust collection intake flow velocity.
The laser processing system according to any one of claims 1 to 6.
レーザ加工に関する少なくとも一つのレーザ条件と、前記レーザ加工の実行中に測定される少なくとも一つの測定値に基づき演算された演算結果と、を含む状態変数が入力される入力処理部と、
前記状態変数に基づいて、前記レーザ加工の評価を導出する評価モデルを更新する学習を実行する学習部と、を備える、
学習装置。 A learning device that executes learning for a laser processing device that welds the work piece by condensing the laser light on the surface of the work piece.
An input processing unit in which a state variable including at least one laser condition related to laser machining and a calculation result calculated based on at least one measured value measured during execution of the laser machining is input.
A learning unit that executes learning to update an evaluation model for deriving an evaluation of the laser machining based on the state variable is provided.
Learning device.
レーザ加工に関する少なくとも一つのレーザ条件と、前記レーザ加工の実行中に測定される少なくとも一つの測定値に基づき演算された演算結果と、を含む状態変数が入力される入力ステップと、
前記状態変数に基づいて、前記レーザ加工の評価を導出する評価モデルを更新する学習を実行する学習ステップと、を備える、
学習装置の学習方法。 It is a learning method of a learning device that executes learning for a laser processing device that welds the work piece by condensing the laser light on the surface of the work piece.
An input step in which a state variable including at least one laser condition related to laser machining and a calculation result calculated based on at least one measured value measured during execution of the laser machining is input.
It comprises a learning step of performing learning to update an evaluation model that derives an evaluation of the laser machining based on the state variables.
Learning method of learning device.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022181061A1 (en) * | 2021-02-25 | 2022-09-01 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Estimation model generation apparatus and processing state estimation device |
KR20230015234A (en) * | 2021-07-22 | 2023-01-31 | 울산과학기술원 | Method and apparatus for monitoring metal 3D printer, and computer program for the method |
CN115932044A (en) * | 2022-12-22 | 2023-04-07 | 江苏先进光源技术研究院有限公司 | Real-time detection method for workpiece defects in laser processing process |
WO2023067975A1 (en) * | 2021-10-21 | 2023-04-27 | パナソニック インテレクチュアル プロパティ コーポレーション オブ アメリカ | Abnormality detection device, abnormality detection method, and program |
WO2023218701A1 (en) * | 2022-05-10 | 2023-11-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Machining condition determination method and determination device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002283077A (en) * | 2001-03-22 | 2002-10-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Device and method for monitoring laser beam machining, and device and method for laser beam machining |
JP2012236196A (en) * | 2011-05-10 | 2012-12-06 | Panasonic Corp | Laser welding apparatus and laser welding method |
US20140144895A1 (en) * | 2011-05-13 | 2014-05-29 | Precitec Itm Gmbh & Co. Kg | Laser material processing system |
JP2017131937A (en) * | 2016-01-28 | 2017-08-03 | ファナック株式会社 | Machinery learning device for learning laser processing starting condition, laser device and machinery learning method |
JP2017164801A (en) * | 2016-03-17 | 2017-09-21 | ファナック株式会社 | Mechanical learning device, laser processing system and mechanical learning method |
-
2019
- 2019-05-20 JP JP2019094611A patent/JP2020189305A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002283077A (en) * | 2001-03-22 | 2002-10-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Device and method for monitoring laser beam machining, and device and method for laser beam machining |
JP2012236196A (en) * | 2011-05-10 | 2012-12-06 | Panasonic Corp | Laser welding apparatus and laser welding method |
US20140144895A1 (en) * | 2011-05-13 | 2014-05-29 | Precitec Itm Gmbh & Co. Kg | Laser material processing system |
JP2017131937A (en) * | 2016-01-28 | 2017-08-03 | ファナック株式会社 | Machinery learning device for learning laser processing starting condition, laser device and machinery learning method |
JP2017164801A (en) * | 2016-03-17 | 2017-09-21 | ファナック株式会社 | Mechanical learning device, laser processing system and mechanical learning method |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022181061A1 (en) * | 2021-02-25 | 2022-09-01 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Estimation model generation apparatus and processing state estimation device |
KR20230015234A (en) * | 2021-07-22 | 2023-01-31 | 울산과학기술원 | Method and apparatus for monitoring metal 3D printer, and computer program for the method |
KR102532753B1 (en) | 2021-07-22 | 2023-05-16 | 울산과학기술원 | Method and apparatus for monitoring metal 3D printer, and computer program for the method |
WO2023067975A1 (en) * | 2021-10-21 | 2023-04-27 | パナソニック インテレクチュアル プロパティ コーポレーション オブ アメリカ | Abnormality detection device, abnormality detection method, and program |
WO2023218701A1 (en) * | 2022-05-10 | 2023-11-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Machining condition determination method and determination device |
CN115932044A (en) * | 2022-12-22 | 2023-04-07 | 江苏先进光源技术研究院有限公司 | Real-time detection method for workpiece defects in laser processing process |
CN115932044B (en) * | 2022-12-22 | 2024-02-20 | 江苏先进光源技术研究院有限公司 | Workpiece defect real-time detection method in laser processing process |
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