JP4642790B2 - Laser weld formation method - Google Patents

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Description

本発明は、レーザビームの照射によって被加工物にスポット状の溶接部を形成するレーザ溶接部形成方法に関する。   The present invention relates to a laser weld formation method for forming a spot weld on a workpiece by laser beam irradiation.

この種の分野に関連する技術として、例えば特許文献1に記載のレーザ溶接制御装置がある。この従来のレーザ溶接制御装置では、加工点の近傍に配置したプラズマ光センサ及び温度センサによって検出したレーザ溶接時のプラズマ発光強度及び溶接部温度に基づいて溶接出力をフィードバック制御し、溶接部におけるブローホールの発生を抑えるようにしている。
特開2003−19589号公報
As a technique related to this type of field, for example, there is a laser welding control apparatus described in Patent Document 1. In this conventional laser welding control apparatus, the welding output is feedback-controlled based on the plasma emission intensity and the welding part temperature at the time of laser welding detected by a plasma light sensor and a temperature sensor arranged in the vicinity of the processing point, and a blow in the welding part is performed. The generation of holes is suppressed.
JP 2003-19589 A

ところで、レーザ溶接においては、被加工物にスポット状の溶接部を形成する場合がある。このような場合、溶接部の溶接品質の他、溶接部の形成位置の異常の有無を判断する必要がある。しかしながら、各判断項目に対応してセンサを用意すると、解析すべき出力信号の種類が増加し、処理が複雑化してしまうという問題がある。   By the way, in laser welding, a spot-like welded part may be formed on a workpiece. In such a case, in addition to the welding quality of the welded portion, it is necessary to determine whether there is an abnormality in the formation position of the welded portion. However, if a sensor is prepared for each determination item, there is a problem that the types of output signals to be analyzed increase and the processing becomes complicated.

また、スポット状の溶接部を形成する場合では、例えばYAGレーザに代表される高エネルギー密度のレーザが被加工物の表面に瞬間的に照射される。そのため、各種のセンサによって検出される出力信号は、その起伏も激しく、さらに瞬間的なピーク(オーバーシュート)が含まれることもある。したがって、上述した従来のレーザ溶接制御装置のような判断手法をそのまま適用したのでは、溶接部の溶接品質及び形成位置の異常の有無を捉えることが困難となるおそれがある。   In the case of forming a spot-like weld, for example, a high energy density laser typified by a YAG laser is instantaneously applied to the surface of the workpiece. For this reason, the output signals detected by various types of sensors are greatly undulated, and may further include an instantaneous peak (overshoot). Therefore, if the determination method such as the conventional laser welding control device described above is applied as it is, it may be difficult to detect the presence or absence of abnormality in the welding quality of the welded portion and the formation position.

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、簡単な処理でスポット状に形成された溶接部の溶接品質及び形成位置の異常の有無を精度良く判断することができるレーザ溶接部形成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is capable of accurately determining whether or not there is an abnormality in the welding quality and formation position of a weld formed in a spot shape by simple processing. An object is to provide a forming method.

上記課題の解決のため、本発明に係るレーザ溶接部形成方法は、レーザビームの照射によって被加工物にスポット状の溶接部を形成するレーザ溶接部形成方法であって、溶接部を形成する際のレーザビームの出力強度の変化を出力強度検出手段によって検出し、当該出力強度検出手段から出力される出力信号を取得する信号取得ステップと、信号取得ステップで取得した出力信号の出力値が、予め設定した基準用の出力信号の上管理限界値と下管理限界値との間に設定された許容領域内に収まっているか否かに基づいて、溶接部の溶接品質及び形成位置の可否を判断する判断ステップとを備えたことを特徴としている。   In order to solve the above problems, a laser welded part forming method according to the present invention is a laser welded part forming method in which a spot-like welded part is formed on a workpiece by irradiation with a laser beam. A change in the output intensity of the laser beam is detected by the output intensity detection means, a signal acquisition step for acquiring an output signal output from the output intensity detection means, and an output value of the output signal acquired in the signal acquisition step Based on whether or not the set reference output signal is within the allowable range set between the upper control limit value and the lower control limit value, the weld quality of the weld and the possibility of the formation position are determined. And a judging step.

このレーザ溶接部形成方法では、スポット状の溶接部の監視にあたって、予め設定した基準用の出力信号の上管理限界値と下管理限界値との間に設定された許容領域を用いている。上管理限界値と下管理限界値とは、基準用の出力信号の出力値の標準偏差を算出した上で、その標準偏差を整数倍して得られる正規化値を基準用の出力信号の出力値に加算及び減算してそれぞれ得られる値である。そのため、許容領域は、基準用の出力信号の出力値の起伏やオーバーシュート部分を含めた状態で一定の数値幅をもって設定されることとなる。またスポット状の溶接部を検出対象としているため、許容領域は、溶接部の形成位置に対応して櫛歯状に設定されることとなる。したがって、このレーザ溶接部形成方法では、判断項目ごとにセンサを用意しなくても、測定用の出力信号の出力値が許容領域に収まっているか否かを判断することで、溶接部の溶接品質と形成位置とを一度に精度良く判断できる。   In this laser welded portion forming method, an allowable region set between an upper control limit value and a lower control limit value for a reference output signal set in advance is used for monitoring a spot-like welded portion. The upper control limit value and the lower control limit value are obtained by calculating the standard deviation of the output value of the reference output signal, and then outputting the normalized value obtained by multiplying the standard deviation by an integer to the output of the reference output signal. It is a value obtained by adding and subtracting to a value. For this reason, the allowable region is set with a certain numerical value width in a state including the undulation and overshoot portion of the output value of the reference output signal. Moreover, since the spot-like welded portion is a detection target, the allowable region is set in a comb-teeth shape corresponding to the formation position of the welded portion. Therefore, in this laser welded portion forming method, it is possible to determine whether or not the output value of the output signal for measurement is within the allowable range without preparing a sensor for each determination item, so that the weld quality of the welded portion is determined. And the formation position can be accurately determined at a time.

また、基準用の出力信号における出力値の移動平均値の標準偏差を算出し、この標準偏差を整数倍して得られる正規化値を移動平均値に加算したものを前記上管理限界値として用い、正規化値を移動平均値から減算したものを下管理限界値として用いることが好ましい。このように、取得した出力信号の出力値の移動平均値を算出することにより、上管理限界値と下管理限界値との間の許容領域の変動が平坦化され、処理の一層の簡単化が図られる。   Further, the standard deviation of the moving average value of the output value in the reference output signal is calculated, and the normalized value obtained by multiplying the standard deviation by an integer is added to the moving average value as the upper management limit value. It is preferable to use a value obtained by subtracting the normalized value from the moving average value as the lower management limit value. In this way, by calculating the moving average value of the output values of the acquired output signal, the fluctuation of the allowable area between the upper management limit value and the lower management limit value is flattened, and the processing is further simplified. Figured.

本発明に係るレーザ溶接部形成方法によれば、簡単な処理でスポット状に形成された溶接部の溶接品質及び形成位置の異常の有無を精度良く判断することができる。   According to the laser welded part forming method according to the present invention, it is possible to accurately determine the weld quality of the welded part formed in a spot shape by a simple process and the presence or absence of abnormality in the forming position.

以下、図面を参照しながら、本発明に係るレーザ溶接部形成方法の好適な実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a laser weld formation method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接部形成方法を実現するレーザ溶接システムを示す構成図である。図1に示すレーザ溶接システム1は、例えば鉄道車両構体に用いる外板パネルと骨部材と(以下、これらを「ワーク10A,10B」と称す)を重ね溶接するためのシステムである。レーザ溶接システム1は、ワーク10A,10Bの溶接予定領域Rにレーザビームを照射し、溶接予定領域Rに複数のスポット溶接部W1〜W5(図4参照)を形成するレーザ溶接装置2と、溶接部W1〜W5の溶接品質及び形成位置の可否を評価する評価装置3とを備えて構成されている。   FIG. 1 is a configuration diagram showing a laser welding system that realizes a laser weld formation method according to an embodiment of the present invention. A laser welding system 1 shown in FIG. 1 is a system for lap welding, for example, an outer panel and a bone member (hereinafter referred to as “workpieces 10A and 10B”) used in a railway vehicle structure. The laser welding system 1 irradiates a laser beam to a planned welding region R of the workpieces 10A and 10B, and forms a plurality of spot welds W1 to W5 (see FIG. 4) in the planned welding region R, and welding. And an evaluation device 3 that evaluates the weld quality of the portions W1 to W5 and the possibility of the formation position.

図1に示すように、レーザ溶接装置2は、送り装置21と、ワーク固定装置22と、ワーク固定装置22と、ガス供給装置24とを備えている。これらの各装置21〜24は、上位の制御装置(図示しない)に接続され、この制御装置から出力される動作指示情報に従って、各動作を自動で実行するようになっている。   As shown in FIG. 1, the laser welding apparatus 2 includes a feeding device 21, a workpiece fixing device 22, a workpiece fixing device 22, and a gas supply device 24. Each of these devices 21 to 24 is connected to a host control device (not shown), and automatically executes each operation in accordance with operation instruction information output from this control device.

ワーク10A,10Bへのレーザビームの照射位置を走査させる装置である。送り装置21は、ワーク10A,10Bを載置可能な可動ステージ25を有している。そして、送り装置21は、制御装置から走査開始を指示する旨の動作指示情報を受け取ると、可動ステージ25を矢印A方向に一定の速度で走査させる。これにより、可動ステージ25に載置されたワーク10A,10Bは、溶接予定領域Rに沿って、レーザ照射装置23によるレーザビームの照射位置に対して相対的に移動する。   This is a device for scanning the irradiation position of the laser beam onto the workpieces 10A and 10B. The feeding device 21 has a movable stage 25 on which the workpieces 10A and 10B can be placed. When the feeding device 21 receives the operation instruction information to instruct the start of scanning from the control device, the feeding device 21 scans the movable stage 25 in the direction of arrow A at a constant speed. Thereby, the workpieces 10A and 10B placed on the movable stage 25 move relative to the irradiation position of the laser beam by the laser irradiation device 23 along the planned welding region R.

ワーク固定装置22は、ワーク10A,10Bを可動ステージ25に固定する装置である。ワーク固定装置22は、長尺の押さえ板26aを有する加圧治具26を複数(本実施形態では2つ)備えている。ワーク固定装置22は、制御装置から動作開始を指示する動作指示情報を受け取ると、可動ステージ25に載置されたワーク10A,10Bの上方から長尺の加圧治具26を下降させる。そして、長尺の押さえ板26aによって、溶接予定領域Rを挟んだワーク10A,10Bの両端部分を可動ステージ25に押し付けることにより、溶接予定領域R近傍のワーク10A,10Bの密着性を向上させる。   The workpiece fixing device 22 is a device that fixes the workpieces 10 </ b> A and 10 </ b> B to the movable stage 25. The work fixing device 22 includes a plurality (two in this embodiment) of pressure jigs 26 each having a long pressing plate 26a. When the work fixing device 22 receives the operation instruction information for instructing the operation start from the control device, the work fixing device 22 lowers the long pressure jig 26 from above the workpieces 10A and 10B mounted on the movable stage 25. And the adhesiveness of the workpiece | work 10A, 10B of the welding scheduled area | region R vicinity is improved by pressing the both ends of the workpiece | work 10A, 10B which pinched | interposed the welding planned area | region R against the movable stage 25 with the elongate pressing plate 26a.

レーザ照射装置23は、ワーク10A,10Bの溶接予定領域Rに向けてレーザビームを照射する装置である。レーザ照射装置23は、ワーク10A,10Bの上方に配置されたレーザヘッド27を有している。レーザ照射装置23は、制御装置から照射開始を指示する動作指示情報を受け取ると、レーザヘッド27の先端から例えば波長1.06μm、出力約4.0kWのYAGレーザを出射させる。   The laser irradiation device 23 is a device that irradiates a laser beam toward the planned welding region R of the workpieces 10A and 10B. The laser irradiation device 23 has a laser head 27 disposed above the workpieces 10A and 10B. Upon receiving the operation instruction information for instructing the start of irradiation from the control device, the laser irradiation device 23 emits a YAG laser having a wavelength of 1.06 μm and an output of about 4.0 kW from the tip of the laser head 27, for example.

また、このレーザ照射装置23は、内部に出力切替機構(図示しない)を備えている。この出力切替機構により、レーザ照射装置23は、ワーク10A,10Bに対して連続的にレーザビームを照射することもでき、パルス状にレーザビームを照射することもできるようになっている。   Further, the laser irradiation device 23 includes an output switching mechanism (not shown) inside. With this output switching mechanism, the laser irradiation device 23 can continuously irradiate the workpieces 10A and 10B with a laser beam, and can also irradiate the laser beam in a pulsed manner.

ガス供給装置24は、ワーク10A,10Bの溶接予定領域Rに対してアシストガスを供給する装置である。ガス供給装置24は、ワーク10A,10Bに対して約45度傾斜するように配置された供給ノズル28を有している。ガス供給装置24は、レーザ照射装置23の動作中に制御装置から供給開始を指示する動作指示情報を受け取ると、所定の供給量でレーザビームの照射位置にアシストガスを供給する。アシストガスとしては、ワーク10A,10Bの酸化防止及びスパッタ防止等を目的として、ヘリウムガス又はアルゴンガス等が用いられる。   The gas supply device 24 is a device that supplies assist gas to the planned welding region R of the workpieces 10A and 10B. The gas supply device 24 has a supply nozzle 28 arranged so as to be inclined at about 45 degrees with respect to the workpieces 10A and 10B. When the gas supply device 24 receives operation instruction information for instructing the start of supply from the control device during the operation of the laser irradiation device 23, the gas supply device 24 supplies assist gas to the irradiation position of the laser beam with a predetermined supply amount. As the assist gas, helium gas, argon gas, or the like is used for the purpose of preventing oxidation and sputtering of the workpieces 10A and 10B.

一方、評価装置3は、物理的には、CPU、メモリ、通信インタフェイス、ハードディスクといった格納部、ディスプレイといった表示部等を備えたコンピュータシステムである。この評価装置3には、ワーク10A,10Bに溶接部W1〜W5を形成する際にレーザ照射装置23から出射するレーザビームの出力強度の変化を検出するためのレーザ出力強度検出センサ4が接続されている。レーザ出力強度検出センサ4は、レーザヘッド27内において、レーザビームの照射位置の近傍に配置され、レーザビームと同波長の光の強度に対応する出力信号を評価装置3に出力する。   On the other hand, the evaluation device 3 is physically a computer system including a CPU, a memory, a communication interface, a storage unit such as a hard disk, a display unit such as a display, and the like. The evaluation device 3 is connected to a laser output intensity detection sensor 4 for detecting a change in the output intensity of the laser beam emitted from the laser irradiation device 23 when the welds W1 to W5 are formed on the workpieces 10A and 10B. ing. The laser output intensity detection sensor 4 is arranged in the vicinity of the irradiation position of the laser beam in the laser head 27 and outputs an output signal corresponding to the intensity of light having the same wavelength as the laser beam to the evaluation device 3.

また、評価装置3は、機能的な構成要素として、異常判断部31と、判断結果格納部32とを有している。異常判断部31は、レーザ出力強度検出センサ4からの出力信号を受け取る部分である。また、異常判断部31は、受け取った出力信号を波形パターン化すると共に、この波形パターンに基づいて、ワーク10A,10Bに形成した溶接部W1〜W5の溶接品質及び形成位置の可否を判断する部分である。   The evaluation device 3 includes an abnormality determination unit 31 and a determination result storage unit 32 as functional components. The abnormality determination unit 31 is a part that receives an output signal from the laser output intensity detection sensor 4. In addition, the abnormality determining unit 31 forms a waveform pattern on the received output signal, and determines whether or not the welding quality and the formation position of the welded portions W1 to W5 formed on the workpieces 10A and 10B are based on the waveform pattern. It is.

異常判断部31は、溶接部W1〜W5の溶接品質及び形成位置の判断結果を示す判断結果情報を生成し、例えばワーク10A,10Bの製品番号と関連付けて判断結果格納部32に出力する。判断結果格納部32は、異常判断部31から出力される判断結果情報を受け取って格納する部分である。なお、異常判断部31における溶接品質及び形成位置の可否判断の詳細については後述する。   The abnormality determination unit 31 generates determination result information indicating the determination results of the welding quality and formation position of the welded portions W1 to W5, and outputs the determination result information to the determination result storage unit 32 in association with the product numbers of the workpieces 10A and 10B, for example. The determination result storage unit 32 is a part that receives and stores the determination result information output from the abnormality determination unit 31. The details of the determination of whether or not the welding quality and the formation position are acceptable in the abnormality determination unit 31 will be described later.

続いて、上述した構成を有するレーザ溶接システム1の動作について、図2及び図3を参照しながら説明する。図2及び図3は、レーザ溶接システム1の動作を示すフローチャートである。   Next, the operation of the laser welding system 1 having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. 2 and 3 are flowcharts showing the operation of the laser welding system 1.

レーザ溶接システム1では、まず始めに、図2に示すように、溶接部の溶接品質及び形成位置が正常であると判断される場合のワーク10A,10B(以下、「基準用のワーク10A,10B」と称す)のレーザ溶接が行われる。   In the laser welding system 1, first, as shown in FIG. 2, workpieces 10 </ b> A and 10 </ b> B (hereinafter referred to as “reference workpieces 10 </ b> A and 10 </ b> B”) when it is determined that the weld quality and formation position of the welded portion are normal. Laser welding) is performed.

基準用のワーク10A,10Bが可動ステージ25に載置された状態で、ユーザによる所定の操作がなされると、上位の制御装置からワーク固定装置22に動作指示情報が出力される。動作指示情報を受け取ったワーク固定装置22は、可動ステージ25に載置された基準用のワーク10A,10Bの上方から加圧治具26を下降させ、基準用のワーク10A,10Bを可動ステージ25に固定する。   When a predetermined operation is performed by the user while the reference workpieces 10A and 10B are placed on the movable stage 25, operation instruction information is output from the host control device to the workpiece fixing device 22. The workpiece fixing device 22 that has received the operation instruction information lowers the pressing jig 26 from above the reference workpieces 10A and 10B placed on the movable stage 25, and moves the reference workpieces 10A and 10B to the movable stage 25. Secure to.

次に、制御装置からワーク固定装置22、レーザ照射装置23、送り装置21、及びガス供給装置24の各装置に動作指示情報が出力され、レーザ照射、ワーク送り、及びアシストガスの供給が開始される。レーザヘッド27からは、YAGレーザが所定の間隔でパルス照射され、可動ステージ25は、ワーク送り速度約10m/sでワーク10A,10Bを矢印A方向(図1参照)に走査する。   Next, operation instruction information is output from the control device to each of the workpiece fixing device 22, the laser irradiation device 23, the feeding device 21, and the gas supply device 24, and laser irradiation, workpiece feeding, and supply of assist gas are started. The The YAG laser is pulse-irradiated from the laser head 27 at a predetermined interval, and the movable stage 25 scans the workpieces 10A and 10B in the direction of arrow A (see FIG. 1) at a workpiece feed speed of about 10 m / s.

これにより、基準用のワーク10A,10Bの溶接予定領域Rには、平面形状が略円形となるスポット溶接部W1〜W5が所定の間隔で順次形成される(ステップS01)。なお、本実施形態では、図4に示すように、スポット溶接部W1〜W5は、ワーク10Bでの溶接痕が目立たないように、ワーク10Bの一面側には露出しない非貫通のスポット溶接部となっている。   Accordingly, spot welds W1 to W5 having a substantially circular planar shape are sequentially formed at predetermined intervals in the planned welding region R of the reference workpieces 10A and 10B (step S01). In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the spot welds W1 to W5 are non-penetrating spot welds that are not exposed on one surface side of the workpiece 10B so that welding marks on the workpiece 10B are not noticeable. It has become.

また、溶接を行っている間、レーザ出力強度検出センサ4によるレーザ出力強度の検出がなされる。評価装置3の異常判断部31は、レーザ出力強度検出センサ4から出力される基準用の出力信号を取得し、この出力信号の波形パターンを取得する(ステップS02)。   During the welding, the laser output intensity is detected by the laser output intensity detection sensor 4. The abnormality determination unit 31 of the evaluation device 3 acquires a reference output signal output from the laser output intensity detection sensor 4, and acquires a waveform pattern of this output signal (step S02).

図5に出力信号の波形パターンの一例を示す。図5に示す波形パターンAは、スポット溶接部W1〜W5を形成する際のレーザ出力強度検出センサ4からの各出力信号をプロットしたものであり、縦軸は出力信号の電圧、横軸は時間となっている。スポット溶接部W1〜W5の形成にあたっては、YAGレーザが瞬間的に溶接予定領域Rに照射されるため、波形パターンAは、5つのピークを有することとなる。各ピークでは、レーザビームの照射開始と共に出力強度が急激に増加し、オーバーシュート部分を経て一定時間ほぼフラットな状態となる。その後、レーザビームの照射終了と共に出力強度が急激に減少し、検出が終了する。   FIG. 5 shows an example of the waveform pattern of the output signal. The waveform pattern A shown in FIG. 5 plots each output signal from the laser output intensity detection sensor 4 when forming the spot welds W1 to W5, the vertical axis is the voltage of the output signal, and the horizontal axis is the time. It has become. In forming the spot welds W1 to W5, the YAG laser is instantaneously applied to the planned welding region R, and thus the waveform pattern A has five peaks. At each peak, the output intensity increases abruptly with the start of laser beam irradiation, and becomes almost flat for a certain time after an overshoot portion. Thereafter, the output intensity rapidly decreases as the laser beam irradiation ends, and the detection ends.

波形パターンを取得した後、異常判断部31では、取得した波形パターンに基づいて、上管理限界値及び下管理限界値の算出がなされる(ステップS03)。この上管理限界値及び下管理限界値の算出にあたっては、まず、基準用の出力信号における出力値の所定データ点(例えば50データ点)ごとの移動平均値を求め、波形パターンの平坦化を行う。   After acquiring the waveform pattern, the abnormality determination unit 31 calculates the upper management limit value and the lower management limit value based on the acquired waveform pattern (step S03). In calculating the upper control limit value and the lower control limit value, first, a moving average value for each predetermined data point (for example, 50 data points) of the output value in the reference output signal is obtained, and the waveform pattern is flattened. .

次に、移動平均化した後の波形パターンに含まれる各出力値を、その標準偏差σに基づいて正規化する。そして、標準偏差σを3倍して得られる正規化値を移動平均値に加算したもの(+3σ)を上管理限界値とし、正規化値を移動平均値から減算したもの(−3σ)を下管理限界値とする。   Next, each output value included in the waveform pattern after moving average is normalized based on the standard deviation σ. Then, the normalized value obtained by multiplying the standard deviation σ by 3 is added to the moving average value (+ 3σ) as the upper control limit value, and the normalized value subtracted from the moving average value (−3σ) is Control limit value.

図6に算出された上管理限界値及び下管理限界値の波形パターンの一例を示す。図6に示す波形パターンB及び波形パターンCは、基準となる溶接部W1〜W5を形成する際のレーザビームの出力強度の上管理限界値及び下管理限界値をそれぞれプロットしたものであり、縦軸は出力信号の電圧、横軸は時間となっている。   FIG. 6 shows an example of the waveform pattern of the upper management limit value and the lower management limit value calculated. The waveform pattern B and the waveform pattern C shown in FIG. 6 are obtained by plotting the upper control limit value and the lower control limit value of the output intensity of the laser beam when forming the reference welds W1 to W5, respectively. The axis is the voltage of the output signal, and the horizontal axis is time.

上述したように、波形パターンB及び波形パターンCは、基準用の出力信号の移動平均値に正規化値を加算又は減算したものであるため、図5に示した波形パターンAを平滑化させ、かつ縦軸方向に拡大・縮小したような形状となっている。波形パターンBと波形パターンCとの間に所定の数値幅をもって存在する櫛歯状の領域は、許容領域として設定される。   As described above, since the waveform pattern B and the waveform pattern C are obtained by adding or subtracting the normalized value to the moving average value of the reference output signal, the waveform pattern A shown in FIG. In addition, the shape is enlarged or reduced in the vertical axis direction. A comb-like region having a predetermined numerical width between the waveform pattern B and the waveform pattern C is set as an allowable region.

すなわち、後述する測定用のワーク10A,10Bにスポット溶接部W1〜W5を形成する際の出力信号の波形パターンがこの許容領域内に収まっていれば、そのスポット溶接部W1〜W5の溶接品質及び形成位置は、基準となる溶接部W1〜W5と同等であると判断できることとなる。このようにして算出された上管理限界値及び下管理限界値は、異常判断部31に記憶される。   That is, if the waveform pattern of the output signal when forming the spot welds W1 to W5 on the workpieces 10A and 10B for measurement to be described later is within this allowable region, the weld quality of the spot welds W1 to W5 and The formation position can be determined to be equivalent to the reference welds W1 to W5. The upper management limit value and the lower management limit value calculated in this way are stored in the abnormality determination unit 31.

上管理限界値及び下管理限界値の算出が終了した後、評価の対象とするワーク10A,10B(以下、「測定用のワーク10A,10B」)のレーザ溶接を行う。この手順は、図3に示すように、上記のステップS01及びS02と同様であり、測定用のワーク10A,10Bの溶接予定領域Rに沿ってスポット溶接部W1〜W5を順次形成すると共に(ステップS11)、溶接中にレーザ出力強度検出センサ4から出力される測定用の出力信号の時間軸に対する波形パターンを取得する(ステップS12)。   After the calculation of the upper control limit value and the lower control limit value is completed, laser welding is performed on the workpieces 10A and 10B to be evaluated (hereinafter, “measurement workpieces 10A and 10B”). As shown in FIG. 3, this procedure is the same as steps S01 and S02 described above, and the spot welds W1 to W5 are sequentially formed along the planned welding regions R of the workpieces 10A and 10B for measurement (steps). S11) A waveform pattern with respect to the time axis of the measurement output signal output from the laser output intensity detection sensor 4 during welding is acquired (step S12).

波形パターンを取得した後、異常判断部31は、取得した波形パターンが、ステップS03で算出した上管理限界値及び下管理限界値との間の許容領域に収まっているか否かに基づいて、測定用のワーク10A,10Bに形成したスポット溶接部W1〜W5の溶接品質及び形成位置の可否を判断する(ステップS13)。   After acquiring the waveform pattern, the abnormality determination unit 31 performs measurement based on whether or not the acquired waveform pattern is within an allowable area between the upper management limit value and the lower management limit value calculated in step S03. The welding quality of the spot welded portions W1 to W5 formed on the workpieces 10A and 10B for use and the possibility of the formation position are determined (step S13).

より詳細には、異常判断部31は、取得した波形パターンに含まれるピークに縦ずれが生じている場合、すなわち、取得した波形パターンに含まれるピークに、上管理限界値を超えている部分が認められる場合、及び下管理限界値に満たない部分が認められる場合には、そのピークに対応するスポット溶接部W1〜W5の溶接品質が不可であると判断する。また、異常判断部31は、取得した波形パターンに含まれるピークに横ずれが生じている場合、すなわち、取得した波形パターンに含まれるピークに、設定された許容範囲に対して時間的に早い部分又は遅い部分が認められる場合には、スポット溶接部W1〜W5の形成位置が不可であると判断する。   More specifically, the abnormality determination unit 31 determines that when a vertical shift occurs in the peak included in the acquired waveform pattern, that is, the peak included in the acquired waveform pattern has a portion that exceeds the upper management limit value. When it is recognized, and when a portion less than the lower control limit value is recognized, it is determined that the welding quality of the spot welds W1 to W5 corresponding to the peak is not possible. In addition, the abnormality determination unit 31 may be a part of the peak included in the acquired waveform pattern, that is, the portion earlier in time with respect to the set allowable range in the peak included in the acquired waveform pattern or When a slow part is recognized, it is judged that the formation positions of the spot welds W1 to W5 are impossible.

具体的な例を図7〜図10に示す。図7に示す例では、ステップS12で取得した波形パターンDの5つのピーク全てが、上管理限界値及び下管理限界値との間の許容領域に収まっている。この場合、異常判断部31は、測定用のワーク10A,10Bに形成したスポット溶接部W1〜W5の溶接品質及び形成位置がいずれも可であると判断する。   Specific examples are shown in FIGS. In the example shown in FIG. 7, all the five peaks of the waveform pattern D acquired in step S12 are within the allowable region between the upper management limit value and the lower management limit value. In this case, the abnormality determination unit 31 determines that both the welding quality and the formation position of the spot welds W1 to W5 formed on the workpieces 10A and 10B for measurement are acceptable.

一方、図8に示す例では、ステップS12で取得した波形パターンDの5つのピークのうち、2番目〜4番目のピークについて、上管理限界値を超えている部分及び下管理限界値に満たない部分が認められる。この場合、異常判断部31は、レーザ溶接の際のレーザビームの出力強度が異常であるとして、2番目〜4番目のピークに対応するスポット溶接部W2〜W4の溶接品質が不可であると判断する。   On the other hand, in the example shown in FIG. 8, the second to fourth peaks of the five peaks of the waveform pattern D acquired in step S12 are less than the upper management limit value and the lower management limit value. Part is allowed. In this case, the abnormality determination unit 31 determines that the welding quality of the spot welds W2 to W4 corresponding to the second to fourth peaks is not possible, assuming that the output intensity of the laser beam at the time of laser welding is abnormal. To do.

また、図9に示す例では、ステップS12で取得した波形パターンDに5番目のピークが存在していない。このような波形パターンDは、例えば送り装置21によるワーク10A,10Bの送り速度が設定値よりも速く、スポット溶接部W5を形成するためのレーザビームがレーザヘッド27から出射される前にレーザヘッド27が溶接予定領域Rの終端に到達し、レーザ照射装置23が自動的に停止してしまった場合などに生じ得る。この場合、異常判断部31は、ワーク10A,10Bの送り速度が異常であるとして、実際に形成されていないスポット溶接部W5を含め、スポット溶接部W1〜W5の形成位置が不可であると判断する。   In the example shown in FIG. 9, the fifth peak does not exist in the waveform pattern D acquired in step S12. Such a waveform pattern D is such that, for example, the feed speed of the workpieces 10A and 10B by the feeder 21 is faster than the set value, and the laser head before the laser beam for forming the spot weld W5 is emitted from the laser head 27. This may occur when 27 reaches the end of the planned welding region R and the laser irradiation device 23 is automatically stopped. In this case, the abnormality determination unit 31 determines that the formation positions of the spot welds W1 to W5 are not possible including the spot welds W5 that are not actually formed, assuming that the feed rates of the workpieces 10A and 10B are abnormal. To do.

図10に示す例では、ステップS12で取得した波形パターンDの各ピークの出現位置が、設定された許容範囲に対して時間的に徐々に早くなっている。このような波形パターンDは、例えばレーザ照射装置23内の出力切替機構に異常があり、レーザヘッド27から出射するレーザビームのパルス照射間隔が規定値からずれてしまった場合などに生じ得る。この場合、異常判断部31は、レーザビームのパルス照射間隔が異常であるとして、スポット溶接部W1〜W5の形成位置が不可であると判断する。   In the example shown in FIG. 10, the appearance position of each peak of the waveform pattern D acquired in step S12 is gradually earlier with respect to the set allowable range. Such a waveform pattern D may occur, for example, when the output switching mechanism in the laser irradiation device 23 is abnormal and the pulse irradiation interval of the laser beam emitted from the laser head 27 deviates from a specified value. In this case, the abnormality determination unit 31 determines that the formation positions of the spot welds W1 to W5 are not possible, assuming that the pulse irradiation interval of the laser beam is abnormal.

この後、異常判断部31は、スポット溶接部W1〜W5の溶接品質及び形成位置の可否の判断結果と、ワーク10A,10Bの製品番号とを関連付けた判断結果情報を生成し、判断結果格納部32に出力する(ステップS14)。全ての測定用のワーク10A,10Bについて、ステップS11〜ステップS14までの処理が完了すると、レーザ溶接システム1の動作が終了する。   Thereafter, the abnormality determination unit 31 generates determination result information in which the determination results of the weld quality and formation position of the spot welds W1 to W5 are associated with the product numbers of the workpieces 10A and 10B, and the determination result storage unit (Step S14). When the processing from step S11 to step S14 is completed for all the workpieces 10A and 10B for measurement, the operation of the laser welding system 1 ends.

このレーザ溶接部形成方法では、測定用のワーク10A,10Bに形成したスポット溶接部W1〜W5の監視にあたって、予め設定した基準用の出力信号の上管理限界値と下管理限界値との間に設定された許容領域(図6参照)を用いている。このような許容領域は、基準用の出力信号の出力値の起伏やオーバーシュート部分を含めた状態で一定の数値幅をもって設定されることとなる。またスポット溶接部W1〜W5を検出対象としているため、許容領域は、溶接部W1〜W5の形成位置に対応して櫛歯状に設定される。したがって、このレーザ溶接部形成方法では、判断項目ごとにセンサを用意しなくても、測定用の出力信号の出力値が許容領域に収まっているか否かを判断することで、スポット溶接部W1〜W5の溶接品質と形成位置とを一度に精度良く判断できる。   In this laser welded portion forming method, when monitoring the spot welded portions W1 to W5 formed on the workpieces 10A and 10B for measurement, between the upper control limit value and the lower control limit value set in advance for the reference output signal. The set allowable area (see FIG. 6) is used. Such an allowable region is set with a certain numerical width in a state including the undulation and overshoot portion of the output value of the reference output signal. Moreover, since the spot welded portions W1 to W5 are set as detection targets, the allowable region is set in a comb shape corresponding to the formation positions of the welded portions W1 to W5. Therefore, in this laser welded portion forming method, it is possible to determine whether or not the output value of the output signal for measurement is within the allowable region without preparing a sensor for each determination item, so that the spot welded portions W1 to W1. The welding quality and formation position of W5 can be accurately determined at a time.

また、このレーザ溶接部形成方法では、基準用の出力信号における出力値の移動平均値の標準偏差を算出する。そして、この標準偏差を整数倍して得られる正規化値を移動平均値に加算したものを上管理限界値として用い、正規化値を移動平均値から減算したものを下管理限界値として用いている。このように、取得した出力信号の出力値の移動平均値を算出することにより、スポット溶接部W1〜W5を形成する際の基準用の出力信号にオーバーシュート部分が含まれていても、上管理限界値と下管理限界値との間の許容領域の変動を平坦化することができる。このことは、処理の一層の簡単化を実現する。   In this laser weld formation method, the standard deviation of the moving average value of the output value in the reference output signal is calculated. Then, the normalized value obtained by multiplying the standard deviation by an integer is added to the moving average value as the upper management limit value, and the normalized value subtracted from the moving average value is used as the lower management limit value. Yes. In this way, by calculating the moving average value of the output values of the acquired output signal, even if an overshoot portion is included in the reference output signal when forming the spot welds W1 to W5, the upper management is performed. It is possible to flatten the variation of the tolerance region between the limit value and the lower control limit value. This realizes further simplification of processing.

本発明の一実施形態に係るレーザ溶接部形成方法を実現するレーザ溶接システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the laser welding system which implement | achieves the laser welding part formation method which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示したレーザ溶接システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the laser welding system shown in FIG. 図2の後続の動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a subsequent operation of FIG. 2. ワークに形成するスポット溶接部の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the spot welding part formed in a workpiece | work. 基準用の出力信号の波形パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform pattern of the output signal for a reference | standard. 上管理限界値及び下管理限界値の波形パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform pattern of an upper management limit value and a lower management limit value. スポット溶接部の溶接品質及び形成位置が可であると判断される場合の測定用の出力信号の波形パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform pattern of the output signal for a measurement when it is judged that the welding quality and formation position of a spot weld part are possible. スポット溶接部の溶接品質が不可であると判断される場合の測定用の出力信号の波形パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform pattern of the output signal for a measurement when it is judged that the welding quality of a spot weld part is impossible. スポット溶接部の形成位置が不可であると判断される場合の測定用の出力信号の波形パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform pattern of the output signal for a measurement when it is judged that the formation position of a spot weld part is impossible. スポット溶接部の形成位置が不可であると判断される場合の測定用の出力信号の波形パターンの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the waveform pattern of the output signal for a measurement in case it is judged that the formation position of a spot weld part is improper.

符号の説明Explanation of symbols

1…レーザ溶接システム、4…レーザ出力強度検出センサ(出力強度検出手段)、10A,10B…ワーク(被加工物)、A…基準用の出力信号の波形パターン、B…上管理限界値の波形パターン、C…下管理限界値の波形パターン、D…測定用の出力信号の波形パターン、W1〜W5…スポット溶接部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser welding system, 4 ... Laser output intensity detection sensor (output intensity detection means), 10A, 10B ... Workpiece (workpiece), A ... Waveform pattern of reference output signal, B ... Waveform of upper control limit value Pattern, C ... Waveform pattern of lower control limit value, D ... Waveform pattern of output signal for measurement, W1-W5 ... Spot weld.

Claims (1)

レーザビームの照射によって被加工物にスポット状の溶接部を形成するレーザ溶接部形成方法であって、
前記溶接部を形成する際の前記溶接部に入射する直前の前記レーザビームの出力強度の変化を出力強度検出手段によって検出し、当該出力強度検出手段から出力される出力信号の波形パターンを取得する信号取得ステップと、
前記信号取得ステップで取得した前記出力信号の波形パターンに含まれる出力値が、予め設定した基準用の出力信号の上管理限界値の波形パターンと下管理限界値の波形パターンとの間に設定された許容領域内に収まっているか否かに基づいて、前記溶接部の溶接品質及び形成位置の可否を判断する判断ステップとを備え、
前記判断ステップにおいて、前記基準用の出力信号の波形パターンに含まれる出力値から求めた移動平均値の波形パターンの標準偏差を算出し、この標準偏差を整数倍して得られる正規化値を前記移動平均値に加算したものを前記上管理限界値の波形パターンとして用い、前記正規化値を前記移動平均値から減算したものを前記下管理限界値の波形パターンとして用いることを特徴とするレーザ溶接部形成方法。

A laser weld formation method for forming a spot weld on a workpiece by laser beam irradiation,
A change in output intensity of the laser beam immediately before entering the weld when forming the weld is detected by an output intensity detector, and a waveform pattern of an output signal output from the output intensity detector is obtained. A signal acquisition step;
The output value included in the waveform pattern of the output signal acquired in the signal acquisition step is set between the waveform pattern of the upper control limit value and the waveform pattern of the lower control limit value set in advance for the reference output signal. A determination step of determining whether or not the welding quality of the welded portion and the formation position based on whether or not it is within the allowable region,
In the determining step, the standard deviation of the waveform pattern of the moving average value obtained from the output value included in the waveform pattern of the reference output signal is calculated, and the normalized value obtained by multiplying the standard deviation by an integer is calculated as the normalized value. What is added to the moving average value is used as the waveform pattern of the upper management limit value , and what is obtained by subtracting the normalized value from the moving average value is used as the waveform pattern of the lower management limit value Part forming method.

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