JP3594579B2

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

Info

Publication number: JP3594579B2
Application number: JP2001353219A
Authority: JP
Inventors: 誠二青木
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2021-11-19
Also published as: JP2003154474A

Description

【０００１】
【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、ＣＯ_２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

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。