JP3368427B2 - レーザ加工状態計測装置 - Google Patents
レーザ加工状態計測装置Info
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Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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）。
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）。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
れる。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
固定しているので、計測の再現性が良い。
【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。
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。
【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。
合の構成を示した図である。
【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。
た断面図である。
【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。
た断面図である。
【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。
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。
【符号の説明】
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
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−108866（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−371381（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−138278（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−320292（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−337662（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−177374（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 26/03
Claims (5)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37052499A JP3368427B2 (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | レーザ加工状態計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37052499A JP3368427B2 (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | レーザ加工状態計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001179470A JP2001179470A (ja) | 2001-07-03 |
| JP3368427B2 true JP3368427B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=18497143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37052499A Expired - Fee Related JP3368427B2 (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | レーザ加工状態計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3368427B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3683002A4 (en) * | 2017-09-11 | 2020-11-04 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | LASER PROCESSING HEAD, FIBER TESTING DEVICE AND METHOD FOR TESTING FIBERGLASS |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100341658C (zh) * | 2005-07-04 | 2007-10-10 | 中国航空工业第一集团公司北京航空制造工程研究所 | 一种高能束流焊接过程多信号融合监测仪 |
| WO2008087831A1 (ja) | 2007-01-15 | 2008-07-24 | Japan Unix Co., Ltd. | レーザー式はんだ付け装置 |
| JP5007144B2 (ja) * | 2007-04-11 | 2012-08-22 | 株式会社ジャパンユニックス | レーザー式はんだ付け装置 |
| JP5148118B2 (ja) * | 2007-01-15 | 2013-02-20 | 株式会社ジャパンユニックス | レーザー式はんだ付け装置 |
| CN100460166C (zh) * | 2007-03-08 | 2009-02-11 | 上海交通大学 | 焊接机器人多功能双目视觉传感器及其标定方法 |
| JP2011240404A (ja) * | 2010-11-11 | 2011-12-01 | Toyota Motor Corp | レーザ溶接検査装置 |
| CN102581495B (zh) * | 2012-02-14 | 2016-06-15 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种应用于激光切割的双ccd成像系统 |
| CN107063098B (zh) * | 2017-03-23 | 2023-11-03 | 池州市琼琚信息技术服务有限公司 | 一种改进型生产线 |
| KR102562591B1 (ko) * | 2020-10-30 | 2023-08-02 | 한국전자기술연구원 | 멜트풀 모니터링장치 및 모니터링방법 |
| CN114226981A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-03-25 | 湖南艾科威智能装备有限公司 | 一种基于ccd视觉定位机构的激光封焊机 |
-
1999
- 1999-12-27 JP JP37052499A patent/JP3368427B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP2001179470A (ja) | 2001-07-03 |
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