JP3594579B2 - レーザ加工のデータ取込み開始時期判定方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工のデータ取込み開始時期判定方法及び装置に係り、特に、レーザ溶接の溶接状態を監視する際に用いるのに好適な、連続発振レーザに、シャッタによるパルス変調を組合せて得たパルス状のレーザ光を用いて、加工対象物を加工する際のレーザ加工のデータ取込み開始時期判定方法及び装置、該データ取込み開始時期判定方法や装置を利用したレーザ加工のデータ取込み開始方法及び装置、該データ取込み開始方法や装置を利用したレーザ加工の加工状態判定方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーザ加工装置、例えばレーザ溶接機においては、その溶接状態を監視して溶接欠陥を防止する必要があり、出願人は既に例えば特開2000−153379で、レーザ溶接の溶接状態判定技術を提案している。
【0003】
このような溶接状態監視技術において、溶接状態を判定するためのデータの取込み開始時期の判定は、レーザ溶接時に溶接部から発生する散乱光(反射光と称する)、溶接時に溶接部分に発生するプラズマ光、あるいは、レーザ発振器の外部にあるパワーモニタからのレーザ波形などの信号により行うことができる。
【0004】
データの取込み開始に際しては、上記のいずれかの信号に対して、図1(A)に示す如く、一定の溶接開始電圧レベルL1を設定し、指定した信号の電圧レベルがL1を上回った時から図1(B)に示す如く、溶接状態判定処理部へのデータの取込みを開始する。これに用いる信号は、通常、反応の速い反射光か、レーザの発振と直接関係する外部パワーモニタからの信号を用いる。
【0005】
レーザ発振器から直接パルス状のレーザ光を発振するパルスレーザの場合、図1(A)に示す如く、レーザ発振器にシャッタ開を指令すると、パルス発振とシャッタの制御により、常にパルス先頭から完全なパルス波形でレーザが出射される。従って、溶接開始電圧レベルL1を適切な値に設定しておけば、図1(B)に示す如く、パルスの先頭から正確にデータを取込むことができる。
【0006】
一方、図2に示す如く、連続光21を発振する連続発振(CW)レーザ発振器(例えばNd:YAGレーザ等)20の出側に、機械的なシャッタ24を有するパルス変調機構22を組合せてパルス光23を得るようにしたものにおいては、シャッタ24の動作速度に限界があるため、シャッタ駆動機構26によりシャッタ24を開けた時に出射されるパルス光23の発振波形(ピーク出力)は、図3(A)に示すように、シャッタ24の開速度に応じて漸増する。
【0007】
図2において、28は、シャッタ24により反射されたビームを受け止めるためのビームダンパ、40は、光ファイバ30によりパルス変調機構22から導かれるパルス光23を、加工対象物(ワークと称する)10に照射するためのミラー42を備えたレーザトーチ、50は、該レーザトーチ40の上部に設けられたミラー44により反射されたワーク10の溶接部からの反射光12を検出するための反射光センサ、52は、ワーク10の溶接部から発生するプラズマ光14を検出するためのプラズマ光センサ、54は、レーザトーチ40からワーク8に照射される光46の一部を、例えばミラー42の反対側から直接検出するための外部パワーモニタ、60は、前記反射光センサ50から入力される反射光12の強度、前記プラズマ光センサ52から入力されるプラズマ光14の強度あるいは前記外部パワーモニタ54によって検出されるレーザ発振波形のいずれかに基づいて溶接状態を判定するための溶接状態判定処理部62、表示部64及び記憶部66からなる溶接状態判定装置である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
この図2に示したように、連続発振のレーザ発振器20の出力の連続光21をパルス変調機構22によりパルス光23としたものにおいては、図3(A)に示す如く、1パルスの途中の時刻t1で溶接開始電圧レベルL1を超えると、溶接状態測定処理部へのデータは、図3(B)に示す如く、パルスの先頭を検知できず、パルスの途中からデータが取り込まれてしまい、溶接毎に第1パルスの取込み開始時期が異なり、ばらついてしまう。
【0009】
一方、前記溶接状態判定処理部62においては、一般に、図4に示す如く、各パルスの周期内において、パルスの先頭の時刻t0から所定時間T1経過した時点から所定時間T2の区間の信号を取込んで演算し、溶接欠陥を判定しており、溶接毎に取込み開始位置が変化すると、溶接毎の演算結果が変化してしまい、正確な溶接欠陥判定ができなくなるという問題点を有していた。
【0010】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、連続発振レーザに、シャッタによるパルス変調を組合せて得たパルス状のレーザ光を用いて、加工対象物を加工する際にも、常に同じ位置でデータ取込みを開始して、正確な演算処理を可能とすることを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、連続発振レーザに、シャッタによるパルス変調を組合せて得たパルス状のレーザ光を用いて、加工対象物を加工する際のレーザ加工のデータ取込み開始時期判定方法において、レーザ光の強度が、第1の所定値に到達した後、該第1の所定値より小さな第2の所定値に到達し、再び、該第1の所定値以上の第3の所定値になった時を、データ取込み開始時期と判定するようにして、前記課題を解決したものである。
【0012】
又、前記第1の所定値と第3の所定値を、同じ値にして、データ取込み開始時期の判定処理を簡素化したものである。
【0013】
又、前記レーザ光の強度を、加工対象物からの反射光やプラズマ光、又、シャッタ出側の照射光として、的確な判定を行えるようにしたものである。
【0014】
本発明は、又、前記のデータ取込み開始時期判定方法により判定されたデータ取込み開始時期に、データ取込みを開始するデータ取込み開始方法を提供するものである。
【0015】
本発明は、又、該データ取込み開始方法により取込みが開始されたデータを用いて、レーザ加工の状態を判定する加工状態判定方法を提供するものである。
【0016】
本発明は、又、連続発振レーザに、シャッタによるパルス変調を組合せて得たパルス状のレーザ光を用いて、加工対象物を加工する際のレーザ加工のデータ取込み開始時期判定装置において、レーザ光の強度が、第1の所定値に到達した後、該第1の所定値より小さな第2の所定値に到達し、再び、該第1の所定値以上の第3の所定値になった時を、データ取込み開始時期と判定する手段を備えることにより、前記課題を解決したものである。
【0017】
本発明は、又、前記データ取込み開始時期判定装置と、該データ取込み開始時期判定装置により判定されたデータ取込み開始時期に、データ取込みを開始する手段とを備えたデータ取込み開始装置を提供するものである。
【0018】
本発明は、又、前記データ取込み開始装置と、該データ取込み開始装置により取込みが開始されたデータを用いて、レーザ加工の状態を判定する手段とを備えた加工状態判定装置を提供するものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0020】
本実施形態は、図2に示した従来例と同様の溶接状態判定装置60において、前記反射光センサ50により検出された反射光強度、前記プラズマ光センサ52により検出されたプラズマ光強度、あるいは、前記外部パワーモニタ54により検出されたレーザ発振波形のいずれかに対して、図5及び図6(A)に示す如く、まず時刻t1で従来と同様に溶接開始電圧レベル(第1の所定値)L1を超えたことを検出し(ここでは溶接開始としない)、次いで、時刻t2で該溶接開始電圧レベルL1よりも小さな信号下限レベル(第2の所定値)L2を検出した後、再び、前記溶接開始電圧レベル(第3の所定値)L1を超えた時点t3で、データ取込開始時期と判定するようにしたものである。
【0021】
本実施形態によれば、溶接状態判定処理部に取込まれるデータは、図6(B)に示す如く、パルス先頭から取込まれることになり、正確な溶接状態の判定を行うことが可能となる。
【0022】
本発明により取込んだデータに基づく溶接状態の判定は、例えば特開2000−153379に記載したアルゴリズムにより、行うことができる。
【0023】
本実施形態においては、再び溶接開始を検出するための第3の所定値を、最初に溶接開始を判定するための第1の所定値と同じ値L1としているので、構成が簡略である。なお、第1の所定値と第3の所定値を異なる値とすることも可能である。
【0024】
又、本実施形態においては、反射光センサ50出力の反射光強度、プラズマ光センサ52出力のプラズマ光強度、又は、外部パワーモニタ54出力のレーザ発振波形を用いてデータ取込み開始時期を判定しているので、高精度の判定を行うことができる。なお、データ取込み開始時期を判定するためのレーザ光の強度を検出する手段は、これに限定されない。
【0025】
前記実施形態においては、本発明がレーザ溶接の溶接状態判定に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、レーザ加工機一般の加工状態判定にも同様に適用できることは明らかである。レーザ発振器の種類もYAGレーザに限定されず、CO2レーザやエキシマレーザ等、他のレーザでも良い。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、漸増するパルス状信号のパルス先頭を確実に捉えることができる。従って、データ取込み開始位置のばらつきによる加工毎の演算結果のばらつきがなくなり、適正に加工状態を判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】パルスレーザにおけるレーザ発振波形と溶接状態判定処理部に取込まれるデータの関係の例を示す線図
【図2】本発明の問題点を説明するための、連続発振レーザにシャッタによるパルス変調を組合せたレーザ溶接機における溶接状態判定装置の全体構成を示すブロック線図
【図3】従来の問題点を説明するためのタイムチャート
【図4】同じく溶接状態判定装置の演算区間を示すタイムチャート
【図5】本発明の実施形態における処理手順を示す流れ図
【図6】同じくレーザ発振波形と溶接状態判定処理部に取込まれるデータの関係の例を示すタイムチャート
【符号の説明】
10…加工対象物(ワーク)
12…反射光
14…プラズマ光
20…レーザ発振器
21…連続光
22…パルス変調機構
23…パルス光
24…シャッタ
26…シャッタ駆動機構
30…光ファイバ
40…レーザトーチ
42、44…ミラー
46…照射光
50…反射光センサ
52…プラズマ光センサ
54…外部パワーモニタ
Claims (8)
- 連続発振レーザに、シャッタによるパルス変調を組合せて得たパルス状のレーザ光を用いて、加工対象物を加工する際のレーザ加工のデータ取込み開始時期判定方法において、
レーザ光の強度が、第1の所定値に到達した後、該第1の所定値より小さな第2の所定値に到達し、再び、該第1の所定値以上の第3の所定値になった時を、データ取込み開始時期と判定することを特徴とするレーザ加工のデータ取込み開始時期判定方法。 - 前記第1の所定値と第3の所定値を、同じ値にすることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工のデータ取込み開始時期判定方法。
- 前記レーザ光の強度を、加工対象物からの反射光やプラズマ光、又は、シャッタ出側の照射光から検出することを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザ加工のデータ取込み開始時期判定方法。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載のデータ取込み開始判定方法により判定されたデータ取込み開始時期に、データ取込みを開始することを特徴とするレーザ加工のデータ取込み開始方法。
- 請求項4に記載のデータ取込み開始方法により取込みが開始されたデータを用いて、レーザ加工の状態を判定することを特徴とするレーザ加工の加工状態判定方法。
- 連続発振レーザに、シャッタによるパルス変調を組合せて得たパルス状のレーザ光を用いて、加工対象物を加工する際のレーザ加工のデータ取込み開始時期判定装置において、
レーザ光の強度が、第1の所定値に到達した後、該第1の所定値より小さな第2の所定値に到達し、再び、該第1の所定値以上の第3の所定値になった時を、データ取込み開始時期と判定する手段を備えたことを特徴とするレーザ加工のデータ取込み開始時期判定装置。 - 請求項6に記載のデータ取込み開始時期判定装置と、
該データ取込み開始時期判定装置により判定されたデータ取込み開始時期に、データ取込みを開始する手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工のデータ取込み開始装置。 - 請求項7に記載のデータ取込み開始装置と、
該データ取込み開始装置により取込みが開始されたデータを用いて、レーザ加工の状態を判定する手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工の加工状態判定装置。
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